JP2010196631A

JP2010196631A - スクリューロータの製造方法及びスクリューロータ

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Publication number: JP2010196631A
Application number: JP2009044055A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Nagai; 祐輔永井; Hitoshi Nishimura; 仁西村
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP5108809B2

Abstract

【課題】テーパ状の歯形部を容易に形成することができ、製造設備コストの低減を図ることができるスクリューロータの製造方法及びスクリューロータを提供する。
【解決手段】ロータ歯形部材２０と、このロータ歯形部材２０に貫通して接合するロータ軸部材２１とからなるスクリューロータの製造方法において、ロータ軸部材２１におけるロータ歯形部材２０との接合部２１を、軸方向吸込側から軸方向吐出側に向かって外径寸法が次第に小さくなるようにテーパ状に形成し、このロータ軸部材２１の接合部２０をロータ歯形部材２０に圧入することで、ロータ歯形部材２０を弾性変形させてテーパ状とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータ歯形部材とこのロータ歯形部材に貫通して接合するロータ軸部材とからなるスクリューロータの製造方法、及びスクリューロータに関する。

スクリュー圧縮機は、回転軸がほぼ平行で互いに噛み合うように回転する雄ロータ及び雌ロータ（これらを総称して、スクリューロータという）と、雄ロータ及び雌ロータを収納するケーシングとを備えており、雄ロータ及び雌ロータの歯溝とケーシングの内壁との間で作動室が形成される。そして、雄ロータ及び雌ロータの回転に伴い、作動室が軸方向一方側（吸込側）から軸方向他方側（吐出側）に移動し、その容積が減少されて被圧縮流体（例えば空気）を圧縮するようになっている。

スクリュー圧縮機の運転時には、吸入側温度が低く、吐出側温度が高くなるような温度勾配が生じる。特に、無給油式の（詳細には、作動室内を無給油状態で運転する）スクリュー圧縮機においては、給油式のスクリュー圧縮機と比べて、吐出側温度が非常に高くなり、温度勾配も大きくなる。そのため、スクリューロータの熱膨張も一様でなく、吐出側の熱膨張の大きさを基準として停止時（常温）における部材間の隙間を一様にすると、運転時において吸入側の部材間の隙間が大きくなってしまい、圧縮性能が低下する要因となっていた。

そこで、例えば、ロータの歯形部は、常温で、吸入側から吐出側に向かって断面寸法（詳細には、歯山の頂に相当する径寸法や歯溝の底に相当する径寸法）が次第に小さくなるようにテーパ状とする方法が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。このロータの歯形部は、圧縮機の運転時に、温度勾配による熱膨張差により、軸方向全体に亘って断面寸法がほぼ同じとなる。これにより、部材間の隙間が大きくなるのを抑えている。

特公昭３８−１５２８６号公報

しかしながら、上記従来技術には以下のような改善の余地があった。すなわち、スクリューロータの製造方法としては、例えば丸棒（略円柱状の被加工部材）を切削する方法が知られている。ところが、上述したテーパ状の歯形部を切削して形成する場合、ホブ等の切削具では対応できず、テーパ状歯形部の切削用（詳細には、被加工部材の軸方向位置に応じて歯形断面寸法を変化させるように切削するため）の加工機械を必要とするので、製造設備コストが増大していた。

本発明の目的は、テーパ状の歯形部を容易に形成することができ、製造設備コストの低減を図ることができるスクリューロータの製造方法及びスクリューロータを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、ロータ歯形部材と、前記ロータ歯形部材に貫通して接合するロータ軸部材とからなるスクリューロータの製造方法において、前記ロータ軸部材における前記ロータ歯形部材との接合部を、軸方向吸込側から軸方向吐出側に向かって外径寸法が次第に小さくなるようにテーパ状に形成し、前記ロータ軸部材の接合部を前記ロータ歯形部材に圧入することで、前記ロータ歯形部材を弾性変形させてテーパ状とする。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記ロータ歯形部材の軸方向吸込側端部の内周側及びこれに対応する前記ロータ軸部材の接合部の外周側に、互いに嵌合する段差部を形成する。

（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記ロータ軸部材は、前記ロータ歯形部材と比べて線膨張係数の大きい材料で形成する。

（４）上記目的を達成するために、本発明は、ロータ歯形部材と、前記ロータ歯形部材に貫通して接合するロータ軸部材とからなるスクリューロータにおいて、前記ロータ軸部材における前記ロータ歯形部材との接合部は、軸方向吸込側から軸方向吐出側に向かって外径寸法が次第に小さくなるようにテーパ状に形成し、前記ロータ歯形部材は、前記ロータ軸部材の接合部が圧入することで弾性変形してテーパ状とする。

（５）上記（４）において、好ましくは、前記ロータ歯形部材の軸方向吸込側端部の内周側及びこれに対応する前記ロータ軸部材の接合部の外周側に、互いに嵌合する段差部を形成する。

（６）上記（４）又は（５）において、好ましくは、前記ロータ軸部材は、前記ロータ歯形部材と比べて線膨張係数の大きい材料で形成する。

本発明によれば、テーパ状の歯形部を容易に形成することができ、設備コストの低減を図ることができる。

本発明の一実施形態における組立前のロータ軸部材及びロータ歯形部材の構造、並びに組立後のスクリューロータの構造を表す図である。本発明の一実施形態におけるスクリュー圧縮機の構造を表す横断面図である。本発明の一実施形態におけるスクリュー圧縮機の構造を表す縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図２は、本発明の一実施形態におけるスクリュー圧縮機の構造を表す横断面図であり、図３は、縦断面図である。

これら図２及び図３において、例えば無給油式（作動室を無給油状態で運転する）のスクリュー圧縮機は、回転軸がほぼ平行で互いに噛み合うように回転する雄ロータ１及び雌ロータ２と、これら雄ロータ１及び雌ロータ２を収納して複数の作動室を形成するケーシング３とを備えている。ケーシング３には、作動室に被圧縮流体（例えば空気等）を吸入するための吸入口４と、作動室で生成した圧縮流体を吐出するための吐出口５とが形成されている。

雄ロータ１は、吐出側（図２中左側）の円筒ころ軸受６ａ及び組合アンギュラ玉軸受７ａと吸入側（図２中右側）の円筒ころ軸受８ａにより回動可能に支持されている。同様に、雌ロータ２は、吐出側の円筒ころ軸受６ｂ及び組合アンギュラ玉軸受７ｂと吸入側の円筒ころ軸受８ｂにより回動可能に支持されている。なお、円筒ころ軸受６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂはラジアル荷重を負担し、組合アンギュラ玉軸受７ａ，７ｂはラジアル荷重及びスラスト荷重の双方を負担するようになっている。

円筒ころ軸受６ａの作動室側（図２中右側）には、ねじシール９ａ、カーボンシール１０ａ、及びシールリング１１ａが設けられ、円筒ころ軸受６ｂの作動室側（図２中右側）には、ねじシール９ｂ、カーボンシール１０ｂ、及びシールリング１１ｂが設けられている。また、円筒ころ軸受８ａの作動室側（図２中左側）には、ねじシール１２ａ、カーボンシール１３ａ、及びシールリング１４ａが設けられ、円筒ころ軸受８ｂの作動室側（図２中左側）には、ねじシール１２ｂ、カーボンシール１３ｂ、及びシールリング１４ｂが設けられている。ねじシール９ａ，９ｂ，１２ａ，１２ｂは、軸受用の潤滑油が作動室内に侵入するのを防止するためのものであり、カーボンシール１０ａ，１０ｂ，１３ａ，１３ｂ及びシールリング１１ａ，１１ｂ，１４ａ，１４ｂは、作動室からの空気の漏れ量を抑制するためのものである。

雄ロータ１及び雌ロータ２の吐出側端部には、一対のタイミングギヤ１５ａ，１５ｂが嵌合されている。また、雄ロータ１の吸入側端部には、増速ギヤ１６ａが嵌合されている。そして、増速ギヤ１６ａとこれに噛み合う増速ギヤ１６ｂを介してモータ（図示せず）の回転動力が雄ロータ１に伝達される。そして、タイミングギヤ１５ａ，１５ｂによって雄ロータ１及び雌ロータ２が同期回転する。これら雄ロータ１及び雌ロータ２の回転により、作動室は、吸入側から吐出側に移動し、その容積が減少されて被圧縮流体を圧縮するようになっている。

ここで、雄ロータ１の歯形部及び雌ロータ２の歯形部は、常温で、吸入側から吐出側に向かって断面寸法（詳細には、歯山の頂に相当する径寸法や歯溝の底に相当する径寸法）が次第に小さくなるようにテーパ状に形成されている。そして、圧縮機の運転時に、温度勾配による熱膨張差により、軸方向全体に亘って断面寸法がほぼ同じとなる。これにより、圧縮機の運転時に部材間の隙間が大きくなるのを抑えることができる。

このような雄ロータ１及び雌ロータ２の製造方法を、雄ロータ１を例にとって説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、組立前のロータ歯形部材及びロータ軸部材の構造を表す図であり、図１（ｃ）は、組立後の雄ロータ１の構造を表す図である。

これら図１（ａ）〜図１（ｃ）において、雄ロータ１は、ロータ歯形部材２０と、このロータ歯形部材２０に貫通して接合するロータ軸部材２１とからなる。

ロータ歯形部材２０は、例えばステンレスの丸棒を切削して製造しており、略円筒状でストレート状に形成している。詳細には、ロータ歯形部材２０の外径寸法（言い換えれば、歯山の頂の位置に相当する径寸法や歯溝の底の位置に相当する径寸法）が軸方向全体に亘って一定となるように形成している。また、ロータ歯形部材２０の吸込側（図中左側）端部の内周側に環状の凹部（段差部）２０ａを形成し、この凹部２０ａを除いて内径寸法が一定となるように形成している。なお、ロータ歯形部材２０は、例えばＳＵＳ４１０などのマルテンサイト系ステンレス鋼の丸棒を用いることにより、入手性を良好にすることが可能である。

ロータ軸部材２１は、例えば鉄系材料の丸棒を切削して製造しており、ロータ歯形部材２０と接合する接合部２２を形成している。このロータ軸部材２１の接合部２２の外周側には、ロータ歯形部材２０の凹部２０ａと嵌合する環状の凸部（段差部）２２ａを形成している。また、ロータ軸部材２１の接合部２２は、凸部２２ａを除き、吸込側（図中左側）から吐出側（図中右側）に向かって外径寸法が次第に小さくなるようにテーパ状に形成している（例えばテーパ角度は０．０１〜０．１度程度）。なお、ロータ軸部材２１は、例えばＳ４５Ｃなどの炭素鋼の丸棒を用いることにより、安価で高強度とすることが可能である。

そして、ロータ軸部材２１の接合部２２をロータ歯形部材２０に圧入する。これにより、ロータ歯形部材２０は、ロータ軸部材２１の接合部２２に沿って径方向外側に弾性変形してテーパ状となる。

以上のようにして本実施形態においては、テーパ状のロータ歯形部を容易に形成することができる。また、ロータ歯形部材２０はストレート状の歯形部を切削して形成するので、ホブ等の切削具で対応でき、テーパ状歯形部の切削用の加工機械を不要とすることができる。したがって、製造設備コストの低減を図ることができる。

また、例えばテーパ状の歯形部を切削して形成する場合には、歯形部のテーパ角度に応じて異なるロータ歯形部材を製造する必要がある。これに対し本実施形態においては、ロータ軸部材２１の接合部２２のテーパ角度を変更することにより、歯形部のテーパ角度の変更に対応することができる。したがって、ロータ歯形部材２０の共通化を図ることができ、コスト低減を図ることができる。

また、無給油式のスクリュー圧縮機では、運転停止後に常温に戻る過程で、過飽和状態にある圧縮流体中の水分が結露する可能性がある。そのため、雄ロータ１及び雌ロータ２の材質によっては発錆し、雄ロータ１及び雌ロータ２が固渋する可能性がある。本実施形態においては、ロータ歯形部材２０をステンレスとするので、発錆を防止することができる。

また、無給油式のスクリュー圧縮機では、給油式スクリュー圧縮機と比べて、吐出温度が約２００℃と高くなり、ロータ歯形部材２０の温度が約１４０℃と高くなる。一方、冷却用として潤滑油をロータ軸部材２１の内部に導入するため（便宜上、詳細な説明をしないが、図２参照）、ロータ軸部材２１の温度は、ロータ歯形部材２０の温度よりも低下しやすい。そのため、ロータ歯形部材２０とロータ軸部材２１は、膨張差が大きくなって締結力が弱まり、離脱する可能性がある。本実施形態においては、ロータ軸部材２１は、ロータ歯形部材２０（ステンレス）よりも線膨張係数の高い鉄系材料で形成するので、ロータ歯形部材２０とロータ軸部材２１との締結力を高め、離脱するのを防止することができる。

また、本実施形態においては、ロータ歯形部材２０の吸込側端部に凹部２０ａを形成し、この凹部２０ａに嵌合する凸部２２ａをロータ軸部材２１の接合部２２に形成するので、ロータ歯形部材２０とロータ軸部材２１の位置決め精度を高めるとともに、軸方向に離脱するのを防止することができる。また、ロータ軸部材２１の接合部２２の吸込側に凸部２２ａを形成するので、例えば吐出側に形成する場合と比べて、凸部２２ａの熱膨張による歯形部への影響を低減することができる。

なお、以上においては、本発明の適用対象として無給油式のスクリュー圧縮機を例にとって説明したが、これに限られず、給油式のスクリュー圧縮機に適用してもよいことは言うまでもない。

１雄ロータ
２雌ロータ
２０ロータ歯形部材
２０ａ凹部（段差部）
２１ロータ軸部材
２２接合部
２２ａ凸部（段差部）

Claims

ロータ歯形部材と、前記ロータ歯形部材に貫通して接合するロータ軸部材とからなるスクリューロータの製造方法において、
前記ロータ軸部材における前記ロータ歯形部材との接合部を、軸方向吸込側から軸方向吐出側に向かって外径寸法が次第に小さくなるようにテーパ状に形成し、
前記ロータ軸部材の接合部を前記ロータ歯形部材に圧入することで、前記ロータ歯形部材を弾性変形させてテーパ状とすることを特徴とするスクリューロータの製造方法。
請求項１記載のスクリューロータの製造方法において、前記ロータ歯形部材の軸方向吸込側端部の内周側及びこれに対応する前記ロータ軸部材の接合部の外周側に、互いに嵌合する段差部を形成することを特徴とするスクリューロータの製造方法。
請求項１又は２記載のスクリューロータの製造方法において、前記ロータ軸部材は、前記ロータ歯形部材と比べて線膨張係数の大きい材料で形成することを特徴とするスクリューロータの製造方法。
ロータ歯形部材と、前記ロータ歯形部材に貫通して接合するロータ軸部材とからなるスクリューロータにおいて、
前記ロータ軸部材における前記ロータ歯形部材との接合部は、軸方向吸込側から軸方向吐出側に向かって外径寸法が次第に小さくなるようにテーパ状に形成し、
前記ロータ歯形部材は、前記ロータ軸部材の接合部が圧入することで弾性変形してテーパ状とすることを特徴とするスクリューロータ。
請求項４記載のスクリューロータにおいて、前記ロータ歯形部材の軸方向吸込側端部の内周側及びこれに対応する前記ロータ軸部材の接合部の外周側に、互いに嵌合する段差部を形成したことを特徴とするスクリューロータ。
請求項４又は５記載のスクリューロータにおいて、前記ロータ軸部材は、前記ロータ歯形部材と比べて線膨張係数の大きい材料で形成したことを特徴とするスクリューロータ。