JP2011112019A - スクリュロータの製造方法、スクリュロータ、及び水注入式スクリュ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】品質を向上させることができるスクリュロータの製造方法、スクリュロータ、及び水注入式スクリュ圧縮機を提供する。
【解決手段】螺旋状の歯部を有するスクリュロータの製造方法において、短繊維強化材１８及び粒子状強化材１９を含有する複数の樹脂ブロック２０を円形板状にそれぞれ成型し、複数の樹脂ブロック２０をロータ軸２１に挿通して軸方向に積層し、積層した複数の樹脂ブロック２０を機械加工して歯部を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、螺旋状の歯部を有するスクリュロータの製造方法、スクリュロータ、及び水注入式スクリュ圧縮機に関する。

水注入式スクリュ圧縮機は、例えば、雌雄一対のスクリュロータを有し、それらスクリュロータの噛合いによって形成された（すなわり、スクリュロータの歯溝とケーシングの内壁とで形成された）圧縮室に水を注入するようになっている。そして、圧縮室に水を注入することにより、ロータ間、ロータ・ケーシング間の隙間からの漏れをシールする効果や冷却効果が得られ、圧縮室に油や水を注入しないオイルフリースクリュー圧縮機と比べて高性能となっている。しかし、その反面、錆びが発生する可能性が生じる。そこで、例えば、スクリュロータの歯部は、耐食性材料として短繊維強化材（例えばガラス繊維）などを含有する樹脂で形成することが提唱されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平２−２７１８０号公報

上記従来技術では、スクリュロータの歯部は、短繊維強化材などを含有する樹脂で形成されている。ところが、例えばスクリュロータの歯部全体を一体として樹脂成型する場合には、その大きさのため、成型時に樹脂の収縮や気泡の発生などが生じやすく、品質を向上させることが困難になる。

本発明の目的は、品質を向上させることができるスクリュロータの製造方法、スクリュロータ、及び水注入式スクリュ圧縮機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、螺旋状の歯部を有するスクリュロータの製造方法において、短繊維強化材及び粒子状強化材を含有するか若しくは長繊維からなるクロス状強化材を含有する複数の樹脂ブロックを、円形板状にそれぞれ成型し、前記複数の樹脂ブロックをロータ軸に挿通して軸方向に積層し、積層した前記複数の樹脂ブロックを機械加工して前記歯部を形成する。

このように本発明においては、複数の樹脂ブロックを積層し、機械加工して歯部を形成する。すなわち、歯部を一体として樹脂成型するのではなく、複数の樹脂ブロックに分割して樹脂成型するので、成型単体を小さくすることができ、成型時に樹脂の収縮や気泡の発生などを抑えることができる。したがって、品質を向上させることができる。

（２）上記目的を達成するために、本発明は、螺旋状の歯部を有するスクリュロータの製造方法において、短繊維強化材及び粒子状強化材を含有するか若しくは長繊維からなるクロス状強化材を含有する複数の樹脂ブロックを、歯溝面が軸方向に対して略平行となる平行歯形板状にそれぞれ成型し、前記複数の樹脂ブロックを各位相に合わせるように配置しながらロータ軸に挿通して軸方向に積層し、積層した前記複数の樹脂ブロックを機械加工して前記歯部を形成する。

このように本発明においては、上記（１）と同様、複数の樹脂ブロックを積層し、機械加工して歯部を形成する。すなわち、歯部を一体として樹脂成型するのではなく、複数の樹脂ブロックに分割して樹脂成型するので、成型単体を小さくすることができ、成型時に樹脂の収縮や気泡の発生などを抑えることができる。したがって、品質を向上させることができる。また、本発明においては、樹脂ブロックを平行歯形板状に成型するので、上記（１）のように円形板状に成型する場合と比べて、歯部を形成するための加工代を小さくすることができ、製造時間を短縮することができる。

（３）上記目的を達成するために、本発明は、螺旋状の歯部を有するスクリュロータの製造方法において、短繊維強化材及び粒子状強化材を含有するか若しくは長繊維からなるクロス状強化材を含有する複数の樹脂ブロックを、歯溝面が軸方向に対して前記歯部と同じねじれ角で傾斜する螺旋歯形板状にそれぞれ成型し、前記複数の樹脂ブロックを各位相に合わせるように配置しながらロータ軸に挿通して軸方向に積層して前記歯部を形成する。

このように本発明においては、複数の樹脂ブロックを積層して歯部を形成する。すなわち、歯部を一体として樹脂成型するのではなく、複数の樹脂ブロックに分割して樹脂成型するので、成型単体を小さくすることができ、成型時に樹脂の収縮や気泡の発生などを抑えることができる。したがって、品質を向上させることができる。また、本発明においては、樹脂ブロックを螺旋歯形板状に成型するので、上記（２）のように平行歯形板状に成型する場合と比べて、歯部を形成するための加工をほとんど不要とし、製造時間を短縮することができる。

（４）上記（２）又は（３）において、好ましくは、前記ロータ軸は、径方向外側に突出するとともに前記歯部と同じねじれ角で螺旋状に延在する螺旋ガイドを有し、前記樹脂ブロックは、前記ロータ軸が挿通する軸穴に形成されて前記螺旋ガイドと挿嵌するガイド溝を有する。

（５）上記（２）又は（３）において、好ましくは、前記ロータ軸は、径方向外側に突出するとともに軸方向に直線状に延在して周方向に前記樹脂ブロックの位相毎に形成された複数の直線ガイドを有し、前記樹脂ブロックは、前記ロータ軸が挿通する軸穴に形成されて前記複数の直線ガイドに挿嵌する複数のガイド溝を有する。

（６）上記目的を達成するために、本発明は、螺旋状の歯部を有するスクリュロータにおいて、短繊維強化材及び粒子状強化材を含有するか若しくは長繊維からなるクロス状強化材を含有する複数の樹脂ブロックを、円形板状にそれぞれ成型し、前記複数の樹脂ブロックをロータ軸に挿通して軸方向に積層し、積層した前記複数の樹脂ブロックを機械加工して前記歯部が形成される。

（７）上記目的を達成するために、本発明は、螺旋状の歯部を有するスクリュロータにおいて、短繊維強化材及び粒子状強化材を含有するか若しくは長繊維からなるクロス状強化材を含有する複数の樹脂ブロックを、歯溝面が軸方向に対して略平行となる平行歯形板状にそれぞれ成型し、前記複数の樹脂ブロックを各位相に合わせるように配置しながらロータ軸に挿通して軸方向に積層し、積層した前記複数の樹脂ブロックを機械加工して前記歯部が形成される。

（８）上記目的を達成するために、本発明は、螺旋状の歯部を有するスクリュロータにおいて、短繊維強化材及び粒子状強化材を含有するか若しくは長繊維からなるクロス状強化材を含有する複数の樹脂ブロックを、歯溝面が軸方向に対して前記歯部と同じねじれ角で傾斜する螺旋歯形板状にそれぞれ成型し、前記複数の樹脂ブロックを各位相に合わせるように配置しながらロータ軸に挿通して軸方向に積層して前記歯部が形成される。

（９）上記（６）〜（８）のいずれか１つのスクリュロータを雌雄一対有し、前記一対のスクリュロータの噛合いによって形成された圧縮室に水を注入することを特徴とする水注入式スクリュ圧縮機。

本発明によれば、歯部全体を一体として樹脂成型するのではなく、複数の樹脂ブロックに分割して樹脂成型するので、成型単体を小さくすることができ、成型時に樹脂の収縮や気泡の発生などを抑えることができる。したがって、品質を向上させることができる。

本発明の適用対象である水注入式スクリュ圧縮機の全体構造を表す断面図である。 本発明の第１の実施形態のスクリュロータの製造方法における樹脂ブロックを表す斜視図である。 本発明の第１の実施形態のスクリュロータの製造方法における複数の樹脂ブロックをロータ軸に挿通して軸方向に積層した状態を表す斜視図である。 本発明の第１の実施形態のスクリュロータの製造方法における積層した複数の樹脂ブロックを機械加工して歯部を形成した状態を表す斜視図である。 本発明の第１の変形例のスクリュロータの製造方法における樹脂ブロックを表す斜視図である。 本発明の第２の実施形態のスクリュロータの製造方法における樹脂ブロックを表す斜視図である。 本発明の第３の実施形態のスクリュロータの製造方法における樹脂ブロックを表す斜視図である。 本発明の第２の変形例のスクリュロータの製造方法におけるロータ軸を表す斜視図である。 本発明の第２の変形例のスクリュロータの製造方法における樹脂ブロックを表す斜視図である。 本発明の第３の変形例のスクリュロータの製造方法におけるロータ軸を表す斜視図である。 本発明の第３の変形例のスクリュロータの製造方法における樹脂ブロックを表す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の適用対象である水注入式スクリュ圧縮機の全体構造を表す断面図である。

この図１において、水注入式スクリュ圧縮機は、軸方向が平行で互いに噛み合いながら回転する雄ロータ１及び雌ロータ２（但し、図１中雄ロータ１のみ示し、後述の図４で雌ロータ２を示す）と、これら雄ロータ１及び雌ロータ２を収納するケーシング３とを備えている。

ケーシング３は、雄ロータ１及び雌ロータを収納してそれらの歯溝との間に圧縮室を形成する本体ケーシング４と、この本体ケーシング４の吐出側（図１中右側）端部に接続された吐出側ケーシング５と、この吐出側ケーシング５の端部に取り付けられた吐出側カバー６と、本体ケーシング４の吸入側（図1中左側）端部に取り付けられた吸入側カバー７とで構成されている。なお、本体ケーシング３には吸入ポート８が形成され、吐出側ケーシング４には吐出ポート９が形成されている。

雄ロータ１は、吐出側軸受１０Ａ（例えば、ころ軸受と玉軸受との組み合わせ）及び吸入側軸受１０Ｂ（例えば、ころ軸受）で回転可能に支持され、雌ロータ２は、図示しないが、吐出側軸受及び吸入側軸受で回転可能に支持されている。吐出側ケーシング５及び吐出側カバー６で形成された油室１１Ａには油が溜められており、この油を吐出側軸受１０Ａ等に供給するために雄ロータ１の吐出側端部に跳ね上げ部材１２Ａが設けられている。また、本体ケーシング４及び吸入側カバー７で形成された油室１１Ｂには油が溜められており、この油を吸入側軸受１０Ｂ等に供給するために雄ロータ１の吸入側端部に跳ね上げ部材１２Ｂが設けられている。そして、雄ロータ１の歯部と吐出側軸受１０Ａとの間、雄ロータ１の歯部と吸入側軸受１０Ｂとの間、雌ロータ２の歯部と吐出側軸受との間、及び雌ロータ２の歯部と吸入側軸受との間には、リップシール１３がそれぞれ設けられており、軸受１０Ａ，１０Ｂ等を潤滑した油が圧縮室内に流入するのを防止するようになっている。

雄ロータ１の吸入側端部は、吸入側カバー７から外部に突出してプーリ１４Ａが設けられており、このプーリ１４Ａとモータ１５の回転軸に設けられたプーリ１４Ｂとの間にベルト１６が架け渡されている。これにより、モータ１５の回転動力が伝達されて雄ロータ１が回転し、この雄ロータ１との噛み合いによって雌ロータ２が回転する。そして、雄ロータ１及び雌ロータ２の回転に伴い、吸入ポート８から圧縮室内に気体が吸入されて圧縮され、圧縮気体が吐出ポート９から吐出されるようになっている。

本体ケーシング３には、圧縮室に水を注入するための水注入穴１７が形成されている。そして、水注入穴１７から圧縮室に水を注入することにより、圧縮室のシール効果や冷却効果が得られるようになっている。なお、圧縮室に注入された水は圧縮気体とともに吐出ポート９から吐出される。そのため、圧縮機の吐出系統には、圧縮気体から水を分離して貯留する水セパレータ（図示せず）が設けられている。そして、水セパレータの内部圧力と圧縮室との圧力差によって、水セパレータで貯留された水が水注入穴１７を介して圧縮室に供給されるようになっている。

次に、本発明の第１の実施形態によるスクリュロータの製造方法を、雌ロータ２を例にとり、図２〜図４を用いて説明する。図２は、樹脂ブロックを表す斜視図である。図３は、複数の樹脂ブロックをロータ軸に挿通して軸方向に積層した状態を表す斜視図である。図４は、積層した複数の樹脂ブロックを機械加工して歯部を形成した状態（すなわち、雌ロータ２の完成状態）を表す斜視図である。

本実施形態による雌ロータ２の製造方法では、まず図２で示すように、短繊維強化材１８及び粒子状強化材１９を含有する樹脂ブロック２０を、円板形状に成型する。樹脂ブロック２０の径方向中心には金属製のロータ軸２１が挿通するための軸穴２２が形成される。なお、樹脂ブロック２０の外径寸法は、雌ロータ２の外径寸法に対して加工代を加えた寸法であり、軸穴２２の径寸法は、ロータ軸２１の径寸法に対して加工代を引いた寸法である。

そして、図３で示すように、複数（図中では１０個）の樹脂ブロック２０をロータ軸２１に挿通し、軸方向に積層するとともに固定する。ロータ軸２１に対する樹脂ブロック２０の固定方法は、接着剤などで接着してもよいし、若しくはロータ軸２１と樹脂ブロック２０との間隙に樹脂を充填させて固化させてもよい（なお、図示しないが、樹脂ブロック２０の回り止めのために、ロータ軸２１に面取りを施してもよい）。隣接する樹脂ブロック２０同士の接合面は、接着剤などで接着する。なお、この工程においては、複数の樹脂ブロック２０を互いに接合してからロータ軸２１に挿通して固定してもよいし、若しくは樹脂ブロック２０をロータ軸２１に順次挿通しながら固定してもよい。

そして、図４で示すように、積層した複数の樹脂ブロック２０を機械加工して歯部を形成する。

このように本実施形態においては、積層した複数の樹脂ブロック２０を機械加工して歯部を形成する。すなわち、歯部を一体として樹脂成型するのではなく、複数の樹脂ブロック２０に分割して樹脂成型するので、成型単体を小さくすることができ、成型時に樹脂の収縮や気泡の発生などを抑えることができる。したがって、品質を向上させることができる。

また、樹脂ブロック２０を円板形状に成型することにより、金型からの抜き出しが容易となり、螺旋状の歯部を一体として樹脂成型する場合のように複雑な構造（詳細には、金型からの抜き出しを容易にするため、例えば歯数相当に分割して径方向に開閉可能とした構造）の金型を用意する必要がなくなる。また、成型単体が小さくなるので、成型機も大型のものを用意する必要がなくなる。したがって、製造コストの低減を図ることができる。

なお、上記第１実施形態においては、樹脂ブロック２０は、短繊維強化材１８及び粒子状強化材１９を含有する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば図５に示すように、樹脂ブロック２０Ａは、長繊維を織り込んだクロス状強化材２３を軸方向に対して直角な方向に配置し、樹脂に含侵させて成型してもよい。このような変形例においても、上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本変形例においては、強化材が軸方向に対して直角な方向に密に充填されることから、上記一実施形態と比べて剛性及び強度を高めることができる。

本発明の第２の実施形態によるスクリュロータの製造方法を、雌ロータ２を例にとり、図６を用いて説明する。図６は、樹脂ブロックを表す斜視図である。なお、上記実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態による雌ロータ２の製造方法では、まず図６で示すように、短繊維強化材１８及び粒子状強化材１９を含有するか若しくはクロス状強化材２３を含有する樹脂ブロック２０Ｂを、歯溝面が軸方向に対して略平行となる平行歯形板状に成型する。なお、樹脂ブロック２０Ｂの歯形寸法は、歯部を形成するための加工代が可能な限り小さくなるように設計されている。そして、複数の樹脂ブロック２０Ｂを各位相に合わせるように配置しながらロータ軸２１に挿通し、軸方向に積層するとともに固定する。そして、積層した複数の樹脂ブロック２０Ｂを機械加工して歯部を形成する。

このように本実施形態においては、上記第１の実施形態と同様、複数の樹脂ブロック２０Ｂを積層し、機械加工して歯部を形成する。すなわち、歯部を一体として樹脂成型するのではなく、複数の樹脂ブロック２０Ｂに分割して樹脂成型するので、成型単体を小さくすることができ、成型時に樹脂の収縮や気泡の発生などを抑えることができる。したがって、品質を向上させることができる。また、上記第１の実施形態と同様、製造コストの低減を図ることができる。また、本実施形態においては、樹脂ブロック２０Ｂを平行歯形板状に成型するので、上記第１の実施形態のように円形板状に成型する場合と比べて、歯部を形成するための加工代を小さくすることができ、製造時間を短縮することができる。

本発明の第３の実施形態によるスクリュロータの製造方法を、雌ロータ２を例にとり、図７を用いて説明する。図７は、樹脂ブロックを表す斜視図である。なお、上記実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態による雌ロータ２の製造方法では、まず図７で示すように、短繊維強化材１８及び粒子状強化材１９を含有するかクロス状強化材２３を含有する樹脂ブロック２０Ｃを、歯溝面が軸方向に対して歯部と同じねじれ角で傾斜する螺旋歯形板状に成型する。なお、樹脂ブロック２０Ｃの歯形寸法は、雌ロータ２の歯形の成型公差内で、歯部を形成するための加工をほとんど不要とするものである。そして、複数の樹脂ブロック２０Ｃを各位相に合わせるように配置しながらロータ軸２１に挿通し、軸方向に積層するとともに固定する。これにより、歯部を形成する。

このように本実施形態においては、複数の樹脂ブロック２０Ｃを積層して歯部を形成する。すなわち、歯部を一体として樹脂成型するのではなく、複数の樹脂ブロック２０Ｃに分割して樹脂成型するので、成型単体を小さくすることができ、成型時に樹脂の収縮や気泡の発生などを抑えることができる。したがって、品質を向上させることができる。また、上記第１及び第２の実施形態と同様、製造コストの低減を図ることができる。また、本実施形態においては、樹脂ブロック２０Ｃを螺旋歯形板状に成型するので、上記第２の実施形態のように平行歯形板状に成型する場合と比べて、歯部を形成するための加工をほとんど不要とし、製造時間を短縮することができる。

なお、上記第３（又は第２）の実施形態においては、樹脂ブロック２０Ｃ（又は２０Ｂ）をロータ軸２１に挿通する際にその位相を合わせるように配置する方法について特に説明しなかったが、例えば、樹脂ブロックの位相を容易に合わせるためのガイド手段を設けてもよい。すなわち、例えば図８及び図９で示す変形例のように、ロータ軸２１Ａは、径方向外側に突出するとともに雌ロータ２の歯部と同じねじれ角で螺旋状に延在する少なくとも１個（図中では２個）の螺旋ガイド２４を設け、樹脂ブロック２０Ｄの軸穴２２には、螺旋ガイド２４と挿嵌する少なくとも１個（図中では２個）のガイド溝２５を形成してもよい。この変形例においては、樹脂ブロック２０Ｄをロータ軸２１Ａに順次挿通することで、樹脂ブロック２０Ｄの位相を自動的に合わせることができる。

また、例えば図１０及び図１１で示す変形例のように、ロータ軸２１Ｂは、径方向外側に突出するとともに軸方向に直線状に延在して周方向に樹脂ブロックの位相毎（図中では、位相間隔θ毎）に形成された複数（図中では１８個）の直線ガイド２６を設け、樹脂ブロック２１Ｅの軸穴２２には、複数の直線ガイド２６に挿嵌する複数の（図中では１８個）のガイド溝２７を形成してもよい。この変形例においては、樹脂ブロック２０Ｅをロータ軸２１Ｂ挿通する際にその位相を容易に合わせることができる。

なお、以上においては、スクリュロータの製造方法として雌ロータ２を例にとって説明したが、雄ロータ１も同様であることは言うまでもない。

１８ 短繊維強化材
１９ 粒子状強化材
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ 樹脂ブロック
２１，２１Ａ，２１Ｂ ロータ軸
２２ 軸穴
２３ クロス状強化材
２４ 螺旋ガイド
２５ ガイド溝
２６ 直線ガイド
２７ ガイド溝

Claims (9)

1. 螺旋状の歯部を有するスクリュロータの製造方法において、
   短繊維強化材及び粒子状強化材を含有するか若しくは長繊維からなるクロス状強化材を含有する複数の樹脂ブロックを、円形板状にそれぞれ成型し、
   前記複数の樹脂ブロックをロータ軸に挿通して軸方向に積層し、
   積層した前記複数の樹脂ブロックを機械加工して前記歯部を形成することを特徴とするスクリュロータの製造方法。
2. 螺旋状の歯部を有するスクリュロータの製造方法において、
   短繊維強化材及び粒子状強化材を含有するか若しくは長繊維からなるクロス状強化材を含有する複数の樹脂ブロックを、歯溝面が軸方向に対して略平行となる平行歯形板状にそれぞれ成型し、
   前記複数の樹脂ブロックを各位相に合わせるように配置しながらロータ軸に挿通して軸方向に積層し、
   積層した前記複数の樹脂ブロックを機械加工して前記歯部を形成することを特徴とするスクリュロータ。
3. 螺旋状の歯部を有するスクリュロータの製造方法において、
   短繊維強化材及び粒子状強化材を含有するか若しくは長繊維からなるクロス状強化材を含有する複数の樹脂ブロックを、歯溝面が軸方向に対して前記歯部と同じねじれ角で傾斜する螺旋歯形板状にそれぞれ成型し、
   前記複数の樹脂ブロックを各位相に合わせるように配置しながらロータ軸に挿通して軸方向に積層して前記歯部を形成することを特徴とするスクリュロータの製造方法。
4. 請求項２又は３記載のスクリュロータの製造方法において、前記ロータ軸は、径方向外側に突出するとともに前記歯部と同じねじれ角で螺旋状に延在する螺旋ガイドを有し、前記樹脂ブロックは、前記ロータ軸が挿通する軸穴に形成されて前記螺旋ガイドと挿嵌するガイド溝を有することを特徴とするスクリュロータの製造方法。
5. 請求項２又は３記載のスクリュロータの製造方法において、前記ロータ軸は、径方向外側に突出するとともに軸方向に直線状に延在して周方向に前記樹脂ブロックの位相毎に形成された複数の直線ガイドを有し、前記樹脂ブロックは、前記ロータ軸が挿通する軸穴に形成されて前記複数の直線ガイドに挿嵌する複数のガイド溝を有することを特徴とするスクリュロータの製造方法。
6. 螺旋状の歯部を有するスクリュロータにおいて、
   短繊維強化材及び粒子状強化材を含有するか若しくは長繊維からなるクロス状強化材を含有する複数の樹脂ブロックを、円形板状にそれぞれ成型し、
   前記複数の樹脂ブロックをロータ軸に挿通して軸方向に積層し、
   積層した前記複数の樹脂ブロックを機械加工して前記歯部が形成されたことを特徴とするスクリュロータ。
7. 螺旋状の歯部を有するスクリュロータにおいて、
   短繊維強化材及び粒子状強化材を含有するか若しくは長繊維からなるクロス状強化材を含有する複数の樹脂ブロックを、歯溝面が軸方向に対して略平行となる平行歯形板状にそれぞれ成型し、
   前記複数の樹脂ブロックを各位相に合わせるように配置しながらロータ軸に挿通して軸方向に積層し、
   積層した前記複数の樹脂ブロックを機械加工して前記歯部が形成されたことを特徴とするスクリュロータ。
8. 螺旋状の歯部を有するスクリュロータにおいて、
   短繊維強化材及び粒子状強化材を含有するか若しくは長繊維からなるクロス状強化材を含有する複数の樹脂ブロックを、歯溝面が軸方向に対して前記歯部と同じねじれ角で傾斜する螺旋歯形板状にそれぞれ成型し、
   前記複数の樹脂ブロックを各位相に合わせるように配置しながらロータ軸に挿通して軸方向に積層して前記歯部が形成されたことを特徴とするスクリュロータ。
9. 請求項６〜８のいずれか１項記載のスクリュロータを雌雄一対有し、前記一対のスクリュロータの噛合いによって形成された圧縮室に水を注入することを特徴とする水注入式スクリュ圧縮機。

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