JP2010174672A - スクリュー式流体装置、およびスクリュー回転子構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はスクリュー式流体装置、およびスクリュー回転子構造に関し、スクリュー圧縮機、真空ポンプとして使用され、流体を圧縮、膨張させて圧送したり、状態変化させ、最終段における温度上昇を抑え、温度上昇に伴う接触を防ぎ、スクリュー部の前面側と後面側の稜線間の流路での流体シール性能を向上させ、動力消費を少なくする。
【解決手段】スクリュー回転子３のスクリュー部５,５・・・が、縦断面において、入り口１ａ側の稜線７Ａの方が出口７Ｂ側の稜線７Ｂの外向きの鋭角度θ１よりも軸芯Ｘに交差する垂線Ｈ１、Ｈ２に対して大きな鋭角度θ２に形成され、スクリュー部の山頂部８相互を繋ぐ母線Ｌ１が、軸芯Ｘに対して入り口１ａから出口１ｂに向けて先窄まりに形成され、谷部６相互を繋ぐ母線Ｌ２が、軸芯Ｘに対して前記入り口１ａから前記出口１ｂに向けて径大に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明はスクリュー式流体装置、およびスクリュー回転子構造に関し、スクリュー圧縮機、真空ポンプとして使用され、流体を圧縮、膨張させて圧送したり、状態変化させ、最終段における温度上昇を抑えて均等な温度分布が得られるとともに、スクリュー部とケーシングの静止部との温度上昇に伴う接触を防ぎ、スクリュー部の前面側および後面側の稜線間に形成される流路での流体シール性能を向上させ、動力消費を少なくしようとするものである。

従来、例えばスクリュー圧縮機、真空ポンプでは、ケーシング内に収納されたスクリュー回転子の回転作用により、流体を圧縮、膨張させて圧送したり、状態変化させていた。しかし、特に気体を圧縮させて排気を行う真空装置にスクリューを使用した場合、既存の装置ではスクリュー部の各ピッチ間に設けられた流路断面積が一定であるため、温度上昇も最終段で大きくなり、温度上昇によるスクリュー回転子と、ケーシング等の静止部との接触による運転不具合、最終段だけの断熱圧縮のため動力消費が増大するという問題があった。

従来、上記問題点を解決するためのデュアルスクリュー回転子装置としての発明がある。この発明は、１つの入り口および１つの出口を有するケーシングと、前記ケーシング内に相互に噛み合って回転可能に設けられた一対のスクリュー回転子とを備え、各一つのスクリュー回転子のスクリュー部の山頂部が環状の外周径を形成し、該外周径が該ケーシングの内環壁と密接に当接し、該スクリュー部の谷部の溝底が環状に谷径を形成し、該山頂部と谷径との間にスクリュー部の高さが形成され、流路となる気室が、前記ケーシングの内環壁とスクリュー部の前記谷部とスクリュー部のピッチ間に位置する前面および後面の稜線間とに囲まれて形成され、これらの流路となる気室の縦断面の体積がケーシングの入口端より出口端に向けて徐徐に減少する、前記一対のスクリュー回転子を備えているものである。そして、前記スクリュー部の前記稜線は、入り口側の稜線の方が出口側の稜線よりも小さな外向きの鋭角度により形成されているものである。（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−３２０４７０号公報

特許文献１に記載の従来のデュアルスクリュー回転子装置は、ケーシングの内環壁とスクリュー回転子の谷部とスクリュー部の山頂部の側壁の間とに囲まれることにより形成された流路となる気室の断面積が、ケーシングの入口端より出口端に向けて徐徐に減少するように形成されているので、入口端から出口端にかけて、均等に圧縮作用が行われるため、スクリュー部の最終段における温度上昇を抑えることが可能である。しかしながら、特許文献１に記載の従来のデュアルスクリュー回転子装置は、気室の断面積がケーシングの入口端より出口端に向けて徐徐に減少するように形成されているので、入り口からの最初の段階から各スクリュー部間でのピッチ間で圧縮作用が生ずることになるため、前記ピッチ間での流体シール性能を向上させることが重要な問題となるが、シール性能を向上させるための何等の手段が施されてはいない。そして、互いに噛み合うスクリュー部の稜線間の間隙が大きくなれば、流体のピッチ間におけるリーク量が増大し、圧縮作用を逆に低下するという、問題があった。

本発明は上記問題点を解決するために、最終段における温度上昇を抑えて均等な温度分布が得られ、スクリュー部とケーシングの静止部との温度上昇に伴う接触を防ぎ、スクリュー部の前面側および後面側の稜線間に形成される流路での流体シール性能を向上させ、動力消費を少なくし、圧縮作用を向上させるスクリュー式流体装置、およびスクリュー回転子構造を提供することを目的とする。

本発明は上記課題に鑑みなされ、請求項１に記載の発明は、
入り口および出口を有するケーシングと、該ケーシング内に互いに平行に設置された複数の回転軸に取付けられて相互に噛み合わせ可能に設けられたスクリュー回転子を備え、流体の流路が、ケーシングの内環壁と前記スクリュー回転子のスクリュー部間の谷部と前記スクリュー部間に位置する前面および後面に外向きの鋭角度をなす稜線との間に形成され、前記流路の縦断面がケーシングの入口端より出口端に向けて徐徐に減少しているスクリュー式流体装置において、
前記スクリュー回転子の前記スクリュー部が、縦断面において、前記入り口側の稜線の方が前記出口側の稜線よりも軸芯に交差する垂線に対して外向きの大きな鋭角度に形成され、
前記スクリュー回転子の前記スクリュー部の山頂部相互を繋ぐ母線が、前記スクリュー回転子の軸芯に対して入り口から出口に向けて先窄まりに形成され、
かつ、前記スクリュー回転子の谷部相互を繋ぐ母線が、前記スクリュー回転子の軸芯に対して前記入り口から前記出口に向けて径大に形成されている
ことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、
スクリュー回転子が、入り口および出口を有するケーシング内に互いに平行に設置された複数の回転軸に取付けられて相互に噛み合わせ可能に設けられ、流体の流路が、ケーシングの内環壁と前記スクリュー回転子のスクリュー部間の谷部と前記スクリュー部の前面および後面に設けられる外向きの鋭角度をなす稜線との間に形成され、前記流路の縦断面がケーシングの入口端より出口端に向けて徐徐に減少しているスクリュー回転子構造において、
前記スクリュー回転子の前記スクリュー部が、縦断面において、前記入り口側の稜線の方が前記出口側の稜線よりも軸芯に交差する垂線に対して外向きの大きな鋭角度により形成され、
前記スクリュー回転子が、そのスクリュー部の山頂部相互を繋ぐ母線は、前記スクリュー回転子の軸芯に対して入り口から出口に向けて先窄まりに形成され、
かつ、前記スクリュー回転子の谷部相互を繋ぐ母線は、前記スクリュー回転子の軸芯に対して前記入り口から前記出口に向けて径大に形成されている
ことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、入り口および出口を有するケーシングと、該ケーシング内に互いに平行に設置された複数の回転軸に取付けられて相互に噛み合わせ可能に設けられたスクリュー回転子を備え、流体の流路が、ケーシングの内環壁と前記スクリュー回転子のスクリュー部間の谷部と前記スクリュー部間に位置する前面および後面に外向きの鋭角度をなす稜線との間に形成され、前記流路の縦断面がケーシングの入口端より出口端に向けて徐徐に減少しているスクリュー式流体装置において、前記スクリュー回転子の前記スクリュー部が、縦断面において、前記入り口側の稜線の方が前記出口側の稜線よりも軸芯に交差する垂線に対して外向きの大きな鋭角度により形成され、前記スクリュー回転子の前記スクリュー部の山頂部相互を繋ぐ母線が、前記スクリュー回転子の軸芯に対して入り口から出口に向けて先窄まりに形成され、かつ、前記スクリュー回転子の谷部相互を繋ぐ母線が、前記スクリュー回転子の軸芯に対して前記入り口から前記出口に向けて径大に形成されているので、スクリュー回転子の谷部径を最初から最終段に向かって連続的に大きくでき、また各谷部に噛み合う他のスクリュー回転子のスクリュー部の山頂径を最初から最終段に向かって連続的に小さくし、スクリュー部の稜線間の流路を小さく管理し易い形状にして流路の断面積を小さくし、スクリュー回転子の最初から最後まで均等に流体を圧縮でき、スクリュー回転子の最終段における温度上昇を抑えて均等な温度分布が得られ、スクリュー回転子とケーシングの静止部との温度上昇に伴う接触を防ぐことができる。また、スクリュー回転子の前記スクリュー部が、縦断面において、前記入り口側の稜線の方が前記出口側の稜線よりも軸芯に交差する垂線に対して外向きの大きな鋭角度に形成されているので、スクリュー部の前面側および後面側の稜線間に形成される流路は、歯高さの低い部分、すなわち、後面側の稜線の角度を小さくして最短の稜線に形成されることにより流路の縦断面積をコンパクト化でき、隣接する流路への漏洩が軽減されるため、流体シール性能を向上させることができ、動力消費を少なくできる。また、スクリュー回転子のピッチ間での流体シール性能を向上させて圧縮作用を向上させることができる。そして、スクリュー回転子の流路の断面積の変化は、相互に噛み合うスクリュー回転子のスクリュー部の山頂径と谷部の谷径を変えることにより容易に実現することができるため、処理流体の状態量変化に忠実に合わせた流路の断面積を得ることができる。また、スクリュ−部の前面および後面の稜線は、軸芯に対する垂線に対して外向きの鋭角に設けられているので、相互にスクリュー部と谷部とが噛み合うスクリュー回転子のスクリュー部は、歯先から歯元にかけて外側に広がり、スクリュー部の稜線間の間隙のチェックが外部から容易に確認でき、管理が行い易くなる。

また、請求項２に記載の発明によれば、スクリュー回転子が、入り口および出口を有するケーシング内に互いに平行に設置された複数の回転軸に取付けられて相互に噛み合わせ可能に設けられ、流体の流路が、ケーシングの内環壁と前記スクリュー回転子のスクリュー部間の谷部と前記スクリュー部の前面および後面に設けられる外向きの鋭角度をなす稜線との間に形成され、前記流路の縦断面がケーシングの入口端より出口端に向けて徐徐に減少しているスクリュー回転子構造において、前記スクリュー回転子の前記スクリュー部が、縦断面において、前記入り口側の稜線の方が前記出口側の稜線よりも軸芯に交差する垂線に対して外向きの大きな鋭角度により形成され、前記スクリュー回転子が、そのスクリュー部の山頂部相互を繋ぐ母線は、前記スクリュー回転子の軸芯に対して入り口から出口に向けて先窄まりに形成され、かつ、前記スクリュー回転子の谷部相互を繋ぐ母線は、前記スクリュー回転子の軸芯に対して前記入り口から前記出口に向けて径大に形成されているので、スクリュー回転子の谷部径を最初から最終段に向かって連続的に大きくでき、また各谷部に噛み合う他のスクリュー回転子のスクリュー部の山頂径を最初から最終段に向かって連続的に小さくし、スクリュー部の稜線間の流路を小さく管理し易い形状にして流路断面積を小さくし、スクリュー回転子の最初から最後まで均等に流体を圧縮でき、スクリュー回転子の最終段における温度上昇を抑えて均等な温度分布が得られ、スクリュー回転子とケーシングの静止部との温度上昇に伴う接触を防ぐことができる。また、スクリュー回転子の前記スクリュー部が、縦断面において、前記入り口側の稜線の方が前記出口側の稜線よりも軸芯に交差する垂線に対して外向きの大きな鋭角度に形成されているので、スクリュー部の前面側および後面側の稜線間に形成される流路は、歯高さの低い部分、すなわち、後面側の稜線の角度を小さくして最短の稜線に形成されることにより流路の縦断面積がコンパクト化でき、隣接する流路への漏洩が軽減されるため、流体シール性能を向上させることができ、動力消費を少なくできる。また、スクリュー回転子のピッチ間での流体シール性能を向上させて圧縮作用を向上させることができる。そして、スクリュー回転子の流路断面積の変化は、相互に噛み合うスクリュー回転子のスクリュー部の山頂径と谷部の谷径を変えることにより容易に実現することができるため、処理流体の状態量変化に忠実に合わせた流路断面積を得ることができる。また、スクリュ−部の前面および後面の稜線は、軸芯に対する垂線に対して外向きの鋭角に設けられているので、スクリュー部と谷部とが相互に噛み合うスクリュー回転子のスクリュー部は、歯先から歯元にかけて外側に広がり、スクリュー部の稜線間の間隙のチェックが外部から容易に確認でき、管理が行い易くなる。

図１は本発明のスクリュー式流体装置の実施形態を示す縦断面である。 図２は同じくスクリュー回転子相互が噛み合っている状態を示す説明的な拡大断面図である。

以下、図面に従って本発明の実施の最良の形態により、本発明の詳細を説明する。

本発明の実施形態は、入り口１ａおよび出口１ｂを有するケーシング１と、該ケーシング１内に互いに平行に設置された複数の回転軸２に取付けられて相互に噛み合わせ可能に設けられたスクリュー回転子３を備え、流体Ｗの流路４が、ケーシング１の内環壁１ｃと前記スクリュー回転子３のスクリュー部５,５・・・間の谷部6と前記スクリュー部５,５・・・間に位置する前面および後面に外向きの鋭角度をなす稜線７Ａ,７Ｂとの間に形成され、前記流路4の縦断面がケーシング1の入口端Ｉより出口端Ｏに向けて徐徐に減少している点は、特許文献１に記載の従来のデュアルスクリュー回転子装置と同様の構成である。

しかしならが、本実施形態のスクリュー式流体装置では、前記スクリュー回転子３の前記スクリュー部５,５・・・が、図２に示すように縦断面において、前記入り口１ａ側の稜線７Ａの方が前記出口１ｂ側の稜線７Ｂの外向きの鋭角度θ１よりも軸芯Ｘに交差する垂線Ｈ１、Ｈ２に対して外向きの大きな鋭角度θ２に形成されている。

そして、前記スクリュー回転子３の前記スクリュー部５,５・・・の山頂部８相互を繋ぐ母線Ｌ１が、前記スクリュー回転子３の軸芯Ｘに対して入り口１ａから出口１ｂに向けて先窄まりに形成され、かつ、前記スクリュー回転子３の谷部６,６・・・相互を繋ぐ母線Ｌ２が、前記スクリュー回転子３の軸芯Ｘに対して前記入り口１ａから前記出口１ｂに向けて径大に形成されている。

Ｐ１,Ｐ２・・・は各スクリュー部５,５間のピッチである。また、φ１は谷径であり、φ２は山頂径である。ｈ１は歯高さである。

本発明のスクリュー式流体装置の実施形態は以上の構成からなり、前記スクリュー回転子３のスクリュー部５,５・・・の山頂部８,８・・・相互を繋ぐ母線Ｌ１が、前記スクリュー回転子３の軸芯Ｘに対して入り口１ａから出口１ｂに向けて先窄まりに形成され、前記スクリュー回転子３の谷部６,６・・・相互を繋ぐ母線Ｌ２が、前記スクリュー回転子３の軸芯Ｘに対して前記入り口１ａから前記出口１bに向けて径大に形成しているので、スクリュー回転子３の谷部６,６・・・の谷径φ１は最初から最終段に向かって連続的に大きくなり、スクリュー部５,５・・・の山頂部８,８・・・相互を繋ぐ母線Ｌ１が、前記スクリュー回転子３の軸芯Ｘに対して入り口１ａから出口１ｂに向けて先窄まりに形成されたことによりスクリュー回転子３の最初から最終段に向かって連続的に山頂径φ２を小さくしたため、スクリュー部５,５・・・の前面および後面の稜線７Ａ,７Ｂ間の流路４は小さく管理し易い形状になる。また、流路４の縦断面積は、入り口１ａから出口１ｂに向かって小さく連続して変化されるので、スクリュー回転子３により、最初から最後段まで均等に流体Ｗを圧縮できる。こうして、スクリュー回転子３の最終段における温度上昇は抑えられて均等な温度分布が得られ、スクリュー回転子３とケーシング１の静止部との温度上昇に伴う接触を防ぐことができる。そして、スクリュー回転子３のスクリュー部４間に形成される流路断面積が等しく最終段だけで断熱変化に近い作用を生み出す従来のスクリュー回転子に較べ流体の圧縮時に必要となる外部から供給する動力の動力消費を少なくでき、省エネルギー効果が期待できる。

また、スクリュー回転子３のピッチＰ１,Ｐ２・・・は不変とすることができるため、リード角が一定となり、稜線７Ａ,７Ｂを含むスクリュー部斜線内に不連続線がなくなり、滑らかに仕上げることができるので、噛み合うスクリュー回転子３相互におけるスクリュー面の間隙を小さく設定でき、スクリュー回転子３のピッチＰ１,Ｐ２・・・間での流体シール性能を向上させ、圧縮作用を向上させることができる。そして、スクリュー回転子３の流路断面積の変化は、相互に噛み合うスクリュー回転子３のスクリュー部５,５・・・の山頂径φ２と谷部６,６・・・の谷径φ１を変えることにより容易に実現することができるため、処理流体の状態量変化に忠実に合わせた流路断面積を得ることができる。

また、図２に示すように、前記スクリュー回転子３の前記スクリュー部５,５・・・が、縦断面において、前記入り口１ａ側の稜線７Ａの方が前記出口１ｂ側の稜線７Ｂの外向きの鋭角度θ１よりも軸芯Ｘに交差する垂線Ｈ１,Ｈ２に対して外向きの大きな鋭角度θ２に形成されているので、スクリュー部５,５・・・の前面側および後面側の稜線７Ａ,７Ｂ間に形成される流路４は、歯高さｈ１の低い部分、すなわち、後面側の稜線７Ｂの角度θ１を小さくして最短の稜線７Ｂに形成されることにより流路４の縦断面積がコンパクト化でき、隣接する流路４への漏洩が軽減されるため、流体シール性能を向上させることができ、動力消費を少なくできる。

そして、前記スクリュー回転子３の前記スクリュー部５,５・・・が、縦断面において、両側に配置される稜線７Ａ,７Ｂの角度θ１,θ２を軸芯Ｘに対する垂線Ｈ1、Ｈ2に対して外向きの鋭角に設けられている構成により、スクリュー部５,５・・・と谷部６,６・・・とが相互に噛み合うスクリュー回転子３のスクリュー部５,５・・・は、歯先から歯元にかけて外側に広がり、スクリュー部５,５・・・の稜線７Ａ,７Ｂ間の間隙のチェックが外部から容易に確認でき、管理が行い易くなるという効果がある。

本発明は最終段における温度上昇を抑えて均等な温度分布が得られ、スクリュー部とケーシングの静止部との温度上昇に伴う接触を防ぎ、スクリュー部の前面側および後面側の稜線間に形成される流路での流体シール性能を向上させ、動力消費を少なくし、圧縮作用を向上させることができるという用途・機能に適する。

１ ケーシング
１ａ 入り口
１ｂ 出口
２ 回転軸
３ スクリュー回転子
４ 流路
５ スクリュー部
６ 谷部
８ 山頂部
Ｌ１ 母線
Ｌ２ 母線
Ｐ１ ピッチ
Ｐ２ ピッチ
Ｘ 軸芯
φ１ 谷径
φ２ 山頂径

Claims (2)

1. 入り口および出口を有するケーシングと、該ケーシング内に互いに平行に設置された複数の回転軸に取付けられて相互に噛み合わせ可能に設けられたスクリュー回転子を備え、流体の流路が、ケーシングの内環壁と前記スクリュー回転子のスクリュー部間の谷部と前記スクリュー部間に位置する前面および後面に外向きの鋭角度をなす稜線との間に形成され、前記流路の縦断面がケーシングの入口端より出口端に向けて徐徐に減少しているスクリュー式流体装置において、
   前記スクリュー回転子の前記スクリュー部が、縦断面において、前記入り口側の稜線の方が前記出口側の稜線よりも軸芯に交差する垂線に対して外向きの大きな鋭角度に形成され、
   前記スクリュー回転子の前記スクリュー部の山頂部相互を繋ぐ母線が、前記スクリュー回転子の軸芯に対して入り口から出口に向けて先窄まりに形成され、
   かつ、前記スクリュー回転子の谷部相互を繋ぐ母線が、前記スクリュー回転子の軸芯に対して前記入り口から前記出口に向けて径大に形成されている
   ことを特徴とするスクリュー式流体装置。
2. スクリュー回転子が、入り口および出口を有するケーシング内に互いに平行に設置された複数の回転軸に取付けられて相互に噛み合わせ可能に設けられ、流体の流路が、ケーシングの内環壁と前記スクリュー回転子のスクリュー部間の谷部と前記スクリュー部の前面および後面に設けられる外向きの鋭角度をなす稜線との間に形成され、前記流路の縦断面がケーシングの入口端より出口端に向けて徐徐に減少しているスクリュー回転子構造において、
   前記スクリュー回転子の前記スクリュー部が、縦断面において、前記入り口側の稜線の方が前記出口側の稜線よりも軸芯に交差する垂線に対して外向きの大きな鋭角度により形成され、
   前記スクリュー回転子が、そのスクリュー部の山頂部相互を繋ぐ母線は、前記スクリュー回転子の軸芯に対して入り口から出口に向けて先窄まりに形成され、
   かつ、前記スクリュー回転子の谷部相互を繋ぐ母線は、前記スクリュー回転子の軸芯に対して前記入り口から前記出口に向けて径大に形成されている
   ことを特徴とするスクリュー回転子構造。

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