JP4120733B2 - 二段スクリュー圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒を圧縮する二段スクリュー圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の二段スクリュー圧縮機の水平断面図、図１４はこの図１３の断面ＸＩＩ−ＸＩＩ面の断面図である。次に、これらの図を用いて従来の二段スクリュー圧縮機の構成について説明する。図１３において、１は高段スクリューロータ、２はこの高段スクリューロータ１の圧縮溝と勘合して従動する一対の高段ゲートロータ、３は低段スクリューロータ、４はこの低段スクリューロータ３の圧縮溝と勘合して従動する一対の低段ゲートロータ、５は高段スクリューロータ１と低段スクリューロータ３を回転させるための高段側５ａと低段側スクリュー軸５ｂからなるスクリュー軸であり、この高段側スクリュー軸５ａと低段側スクリュー軸５ｂとはスプライン継手（図示せず）によって連結されている。
【０００３】
また、６ａ、６ｂ、６ｃはこのスクリュー軸５を支える軸受であり、６ａは低段側軸受、６ｂは中間軸受、６ｃは高段側軸受、７は高段吸入側と均圧回路で均圧された高段スクリュー背面室、８はこの高段スクリュー背面室７と高段スクリューロータ１の吐出室との間をシールする高段シール部、９は低段吸入室側と均圧回路で均圧された低段スクリュー背面室、１０はこの低段スクリュー背面室９と低段スクリューロータ３との間をシールする低段シール部、１１は高段スクリューロータ１及び低段スクリューロータ３を回転させるスクリュー軸５を駆動する電動機、１２は図示されていない高段の容量制御機構を駆動するための高段容量制御ピストン、１３は図示されていない低段の容量制御機構を駆動するための低段容量制御ピストン、１４はこれらを収納するケーシングであり、このケーシング１４は中間圧に維持された高段ケーシング室１４ａと、この高段ケーシングに接続され、低段吸入圧に維持された低段ケーシング室１４ｂと、この低段ケーシングに接続され、中間圧に維持されたモータケーシング室１４ｃとで構成されている。また、１５は高段圧縮機構の各機器を収納する高段ケーシング１４ａの横フタ、１６は低段圧縮機構の各機器を収納する低段ケーシング１４ｂの横フタである。
【０００４】
なお、図１４に示すように、高段ゲートロータ２は、高段スクリューロータ１の圧縮溝１ａに直接接触しながら従動する樹脂製の高段ゲートロータ本体２ａと、この高段ゲートロータ本体２ａを支持するゲートロータサポート２ｂと、このゲートロータサポート２ｂを回転自由に支持する軸受２ｃおよび２ｆ、ケーシング１４に取付つくためのハウジング２ｄおよび２ｇなどから構成されている。
また、低段ゲートロータ４もほぼ同様の構成になっているので、説明を割愛する。
【０００５】
また、これらの図１３、１４に描画された高段ゲートロータ２、低段ゲートロータ４、及び低段容量制御ピストン１３等は片側のみを描画しており、無関係の部分は一部省略されている。
【０００６】
次に、動作について説明する。まず、高段スクリューロータ１及び低段スクリューロータ３が、軸受６ａ、６ｂ、及び６ｃで支持され、スプライン継手を介して連結された高段スクリュー軸５ａと低段スクリュー軸５ｂからなるスクリュー軸５により電動機１１の駆動力によって回転されると、低段側圧縮機構においては、前述したように、低段スクリューロータ３の圧縮溝に対向して一対の低段ゲートロータ４が勘合しているので、この一対の低段ゲートロータ４は低段スクリューロータ３の回転に従動して回転する。次に、この低段スクリューロータ３と低段ゲートロータ４の回転により、吸入された冷媒ガスは吸入側から吐出側へ向かって圧縮されながら高段側圧縮機構へ吐出される。
【０００７】
なお、この時、起動停止時や負荷変動時などに対応するために設けられた図示されていない低段容量制御機構は、必要に応じて低段容量制御ピストン１３を駆動して圧縮冷媒の量を変化させる。
【０００８】
また、前述の低段側各機器に連動して、高段圧縮機構の各機器である高段スクリューロータ１、高段ゲートロータ２、並びに高段容量制御ピストン１２もほぼ同じような動きをしながら、冷媒を圧縮して吐出する。
【０００９】
以上説明したように、圧縮機に吸入された冷媒ガスは、低段スクリューロータ３と低段ゲートロータ４から成る低段圧縮機構で圧縮され、この圧縮された冷媒ガスは高段側へ送られ、高段スクリューロータ１と高段ゲートロータ２から成る高段圧縮機構で再び圧縮され、圧縮機から吐出される。
【００１０】
なお、このような一連の２段圧縮動作を行うようにするためには、冷媒の比容積の関係から高段側と低段側との圧縮比が概ね等しくなるように設計されるのが通常であり、その結果として高段と低段の圧縮機構における体積流量比を概ね１：２になるようにし、しかも、低段圧縮機構と高段圧縮機構との構造を相似形で設計するのが一般的である。
【００１１】
また、この体積流量比の相違により高段スクリューロータ径が低段スクリューロータ径より細く、軽くなるため、これらのスクリューロータを支えるスクリュー軸５の高段スクリュー軸径も低段スクリュー軸径より細く設計されるのが一般的である。
【００１２】
また、高段、低段、それぞれのスクリューロータ及びスクリュー軸の両端面に架る圧力と、その圧力を受ける面積との積で決まるスクリュー軸の軸方向の荷重による軸受のスラスト摩耗を防止するため、図１５に示ように、高段側においては、高段吐出室の冷媒が高段スクリュー背面室７へ流入しないように、高段スクリュー背面室７と高段スクリューロータ吐出室との間をシールする高段シール部８を設けると共に、この背面室７と低段吐出圧力（中間圧）になっている高段吸入ケーシング室１４ａとを連通させる高段側均圧回路を設け、高段軸５ａの端面及び高段側ロータ１がある背面室７と高段側ロータ１がある高段吸入ケーシング室１４ａとを均圧化し、高段側スクリューロータ、軸の両端面に架る圧力をバランスさせ、高段側軸５ａのスラスト方向の荷重を均等化する。なお、背面室７には高段軸５ａの端面が存在するため、その分だけスラスト荷重は増加するように見えるが、図１５からも解るように、この高段軸５ａの端面のスラスト荷重に対向する荷重が中間圧に維持されたモータ１１のケーシング室の軸端面に架るため、結果としてバランスする。
【００１３】
また一方、低段側においても、低段吐出室の冷媒が低段吸入圧に維持された低段スクリュー背面室９へ流入するのを防止するため、低段スクリューロータの背面室９と低段スクリューロータ吐出室との間をシールする低段シール部１０を設けると共に、低段背面室９と低段吸入室側とを連通させる低段側均圧回路を設け、低段側ロータ１がある背面室９と低段吸入ケーシング室１４ａとを均圧化し、低段側スクリューロータ、軸の両端面に架る圧力をバランスさせ、低段側軸５ｂのスラスト方向の荷重を均等化する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の二段スクリュー圧縮機は構成されているので、圧縮機の構成部品であるスクリューロータ及びゲートロータのサイズを高段と低段とで違える必要があり、それに伴って構成部品の種類が増加するという問題があった。
【００１５】
また、特に、特殊な専用加工機械で加工するスクリューロータ及びゲートロータのサイズの種類が増え、新たな設備投資が必要となったり、段取り時間等の加工工数が増えるという問題があった。
【００１６】
また、スクリュー軸の撓みを解消するために、高段・低段のゲータロータをそれぞれ一対の対向した構成とし、しかも、この高段・低段のゲータロータを同じ位相角で取付けているため、特に、高段・低段容量制御ピストンの取付位置関係や、高段・低段ケーシング蓋の取付関係から軸芯方向が長くなったり、圧縮機全体が大型化するという問題点があった。
【００１７】
また、高・低段スクリュー軸のスラスト方向の荷重を均等にするために、高・低段のそれぞれに均圧路を必要としたり、あるいは、高段及び低段の吐出冷媒がそれぞれのスクリュー背面室に漏れないようにするため、高段側、低段側の各々にシール部が必要であったり、多くの部品点数が必要であった。
【００１８】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、第１の目的は、構成部品が少なく、加工性、組立性が良い経済的な二段スクリュー圧縮機を得ることを目的とする。
【００１９】
また、第２の目的は、軸方向の寸法が短くコンパクトな二段スクリュー圧縮機を得ることを目的とする。
【００２０】
また、第３の目的は、少ない軸受構成で、スクリュー軸の撓みが少なく、組立性が良い、経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機を得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る二段スクリュー圧縮機は、低段側回転軸に取り付けられた低段スクリューロータ及び当該低段スクリューロータの圧縮溝と勘合して従動する低段ゲートロータとの回転運動によって冷媒を圧縮する低段圧縮機構と、この低段圧縮機構の低段側回転軸と連動して回転する高段回転軸に取り付けられた高段スクリューロータ及び当該高段スクリューロータの圧縮溝と勘合して従動する高段ゲートロータとの回転運動によって上記低段圧縮機構からの吐出冷媒を圧縮する高段圧縮機構と、を備えた二段スクリュー圧縮機において、上記低段側回転軸と上記高段側回転軸とを一体のほぼ同軸径で形成すると共に、上記低段スクリューロータと上記高段スクリューロータとを共通化し、さらに、上記低段スクリューロータに対して一対の対向する上記低段ゲートロータを勘合させると共に、上記高段スクリューロータに対して上記高段ゲートロータを一個のみ勘合させて圧縮するようにしたものである。
【００２２】
また、上記低段スクリューロータに対して一対の対向する上記低段ゲートロータを勘合させると共に、上記高段スクリューロータに対して上記高段ゲートロータを一個のみ勘合させて圧縮するようにしたものである。
【００２３】
また、上記高段ゲートロータと上記低段ゲートロータとを共通化させたものである。
【００２４】
また、上記高段ゲートロータと上記低段ゲートロータとの上記回転軸に対する互いの取付位相角度が相違するように配置し、この配置した各ロータを覆う高・低段ケ−シング室の蓋の取付部が互いに干渉しないようにしたものである。
【００２５】
また、上記高段圧縮機構のゲートロータと低段圧縮機構のゲートロータとの上記回転軸に対する互いの取付位相角度差が９０度になるように構成したものである。
【００２６】
また、高段側軸受が、上記一体で形成された回転軸の反モータ側高段端部の近傍に設けられると共に、低段側軸受が、上記回転軸のモータ側低段端部の近傍に設けられ、これらの高段側軸受と低段側軸受とでのみ上記回転軸を支腸するようにしたものである。
【００２７】
また、上記高段スクリューロータと低段スクリューロータとを一体で形成したものである。
【００２８】
また、中間軸受が、上記高段側軸受と低段側軸受との間に設けられ、上記回転軸の撓みが大きい時は、当該回転軸を支腸し、上記回転軸の撓みが小さい時は、当該回転軸を支腸しないものである。
【００２９】
また、上記回転軸の撓みが大きい時は、当該回転軸を支腸し、上記回転軸の撓みが小さい時は、当該回転軸を支腸しない中間軸受の構造が、当該中間軸受の上記回転軸に対する隙間寸法を上記高段側軸受または低段側軸受の上記回転軸に対する隙間寸法より大きくした構造のものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における二段スクリュー圧縮機の圧縮機構部の概念斜視図である。この図において、１は高段スクリューロータ、２はこの高段スクリューロータ１の圧縮溝１ａに勘合されて従動する高段ゲートロータであり、これのスクリューロータ１とゲートロータとで高段圧縮機構部が構成されている。
【００３２】
また、この図の３は高段側へ低圧冷媒を供給する低段圧縮機構部の低段スクリューロータ、４はこの低段スクリューロータ３の圧縮溝３ａに勘合されて従動する一対の低段ゲートロータ、５は高段・低段ロータ１、２に接続され、後述する電動機１１の回転駆動力を高段スクリューロータ１と低段スクリューロータ３に伝達するためのスクリュー軸、６はスクリュー軸５を支える軸受であり、この軸受６は低段側主軸軸受６ａ、中間軸受６ｂ 、高段側主軸軸受６ｃで構成されている。また、１１はこのスクリュー軸５に接続され、高段・低段の各機器を駆動する電動機である。
【００３３】
図２は、この図１に示した圧縮機の各機器を収納するケーシングの横フタを取付けた図であり、この図において、１４は圧縮機の１から１３まで等の各機器を収納するケーシングであり、このケーシング１４は高段圧縮機構の各機器等を収納する高段ケーシング室１４ａと、この高段ケーシングに接続され、低段圧縮機構の各機器等を収納する低段ケーシング室１４ｂと、この低段ケーシング室に接続され、電動機１１を収納するモータケーシング１４ｃとで構成されている。
また、１５は高段圧縮機構ケーシング室の横フタ、１６は低段圧縮機構ケーシングの横フタである。
【００３４】
図３は従来のスクリューロータとゲートロータ（ａ）の大きさと、本発明のスクリューロータとゲートロータ（ｂ）の大きさとを対比させた図であり、この図の（ａ）及び（ｂ）に示すφｄは、高段スクリューロータ１の内部を貫通するスクリュー軸５の径である。
【００３５】
また、この図３の（ａ）に示すように、従来技術のものは、高段スクリューロータ１と勘合する高段ゲートロータ２をそれぞれ一対（２個）で構成していたが、本実施の形態においては図３（ｂ）に示すように、高段スクリューロータ１に対して高段ゲートロータ２を１個セットするだけで高段側圧縮機構を構成する。
【００３６】
次に、この構成と動作について説明する。
これらの図に示すように、従来の高段側圧縮機の冷媒押し退け量は、斜線で示す２ヶ所の歯溝容積の和であるのに対し、本実施の形態の冷媒押し退け量は図３の（ｂ）に斜線で示す１ヶ所の圧縮歯溝容積分のみとなるため、その押し退け量を従来の高段圧縮機構と同等とし、かつ前述したように高・低段圧縮比における冷媒比容積の関係から、高段と低段の体積流量比を概ね１：２程度にしなければならないので、この約２倍の体積にするためには、高段の約２倍の体積になっている低段のスクリューロータ３及び低段ゲートロータ４を高段側に用いるか、あるいは、ほぼ同じ構造のものを高段側に用いるとよいことが解る。
【００３７】
しかも、このようにすると、即ち、高段スクリューロータ１及び高段ゲートロータ２と低段のスクリューロータ３及び低段ゲートロータ４とを同一または概ね同等サイズの部品にすると、各構成部品の共通化が図れ、部品点数が少なくなり、加工性、組立性、部品の管理が容易になる。
【００３８】
また、当然のことながら、高段側が一対になっていないものは、高段ゲートロータ本体２ａ、ゲートロータサポート２ｂ、そのサポート２ｂの軸受２ｃおよび２ｆ、ハウジング２ｄおよび２ｇなどの各構成部品が片側分のみで済む。
【００３９】
しかも、この時、図３からも解るように、高段スクリューロータ側のスクリュー軸５を低段スクリューロータ３側と同じ径にすると、スクリュー軸の加工の簡略化も図れ、しかも軸径が従来の高段側スクリュー軸径より太くなるため、スクリュー軸５の剛性が向上し、撓み量が少くなるので、特に、高段側スクリューロータ１に対して高段ゲートロータ２を１個のみで従動させる構造にすることができ、高段圧縮機構の部品点数の縮減が図れる。
【００４０】
また、高・低段のスクリュー軸を一体のほぼ同軸径にすると、高段圧縮機構の部品点数の縮減が図れるだけでなく、高・低段軸回りの軸受６等の部品の共通化も図れる。
【００４１】
以上説明したように、高段側スクリュー軸径と低段側スクリュー軸径とをほぼ同じ径の一体構造にすると、軸がほとんど撓まないようになり、高段側スクリューロータ１に対して高段ゲートロータ２を１個のみで従動させる構造にすることができるようになるため、高段圧縮機構の部品点数の縮減が図れると共に、軸廻り部品の共通化が図れ、加工性・組立性が良く、経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００４２】
また更に、高段と低段のスクリューロータ及ゲートロータとをほぼ同じものにすると、更に部品点数の縮減が図れると共に、加工性・組立性が良い経済的な二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００４３】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２を示す概念斜視図であり、上記実施の形態１では高段ゲートロータ２の軸に対する取付位相を低段ゲートロータ４と同じ位相で取り付けたものを示したが、本実施の形態では、図４に示す通り、低段ゲートロータ４に対する高段ゲートロータ２の軸の取付位相角を変えて取り付けるようにしたものである。
【００４４】
次に、この構成と動作について説明する。
一般的に、二段スクリュー圧縮機においては、組立上必要な部品である圧縮機構の高段横フタ１５および低段横フタ１６は高・低段ロータの取付位相に対応して取付けることになる。
従って、実施の形態１の図１のように、高段ゲートロータ２と低段ゲートロータ４とが軸径方向（軸の円心方向）に対して同位相角度で取り付けられたものでは、図２に示すように、高段横フタ１５と低段横フタ１６との取付部が互いに干渉しないように、即ち、互いの取付部が重なり合わない構造にする必要があった。
【００４５】
しかし、この実施の形態では、低段ゲートロータ４と高段ゲートロータ２とをスクリュー軸の回転位相角度に対して取付角度を変えて取り付けるようにしたので、低段・高段ゲートロータのスクリュー軸の取付位相角度によって規制される高段横フタ１５と低段横フタ１６もスクリュー軸に対しての取付位相角度が変化するため、互いの取付部の投影部分が干渉しても、実際の取付部が互いに干渉しないようになる。
【００４６】
以上説明したように、この実施の形態においては、低段と高段ゲートロータをスクリュー軸の円心位相角度に対して取付位相角度を変えて取り付けるようにしたので、高段横フタと低段横フタの取付部の投影部分が互いに干渉して良いように、即ち、互いの取付部が投影重畳してもよいようになるため、この重畳した分だけ、軸方向寸法が短くなり、運転時の温度による熱膨張等の影響を小さくできるようになるため、コンパクトで、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００４７】
また更に、高段ゲートロータ２と低段ゲートロータ４との回転軸に対する取付位相角を変えることにより、高段ケーシングの吐出側スクリュー軸延長上の部位に高段容量制御ピストン１２と低段容量制御ピストン１３（図１３参照）を並列に配置できるようになるため、さらに高・低段スクリューロータ１、３、及び高・低段ゲートロータ２、４の間隔を短縮できるようになるので、更に軸方向の寸法が短くなったコンパクトな二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００４８】
実施の形態３．
この実施の形態３においては、実施の形態２における高段ゲートロータ２と対向する一対の低段ゲートロータ４との取付位相角度差を９０度にしたものである。
このような構成にすると、実施の形態２と同様の効果が得られると共に、特に、二段スクリュー圧縮機の被加工品（ケーシング）を固定して、一般の加工機械で加工ツールを回転させながら加工したりする場合は、加工ツールに曲げ力が作用する斜め方向からの加工が少なくなると共に、組立時等の回転作業が少なくなるため、加工・組立性が良い経済的な二段スクリュー圧縮機を得ることができる。
【００４９】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４を説明する平面断面図であり、この実施の形態４においては、これまでに説明した実施の形態１〜３で説明した中間軸受６ｂを無くし、スクリュー軸５を低段軸受６ａと高段軸受６ｃで支えるようにしたものである。
この図５において、６ａ、６ｃはスクリュー軸５を支持する低・高段軸受であり、主として半径方向（軸の円心方向）の荷重を支持するとともに、軸芯方向のスラスト荷重も支持する。
【００５０】
なお、一般的に、高段スクリューロータに対して一対の高段ゲートロータ２を有するスクリュー圧縮機は、実施の形態１〜３で説明したように、高段ゲートロータ２が１個で、一対になっていないもの比べ、スクリュー軸５に曲げ荷重が常に作用して撓みが発生し易くなるので、この撓みをできるだけ少なくするために、軸受間距離を短かくしたり、あるいは、スクリュー軸５を太くしたりして曲げ剛性を上げ、撓みを少なくすることが行われる。
また逆に、軸の軸受間曲げ剛性が十分大きい時には、軸受間距離を長く、あるいは、スクリュー軸５の径を細くして曲げ剛性を下げることが行われる。
【００５１】
従って、この実施の形態においては、実施の形態１のように高段側のスクリュー軸５を低段側のスクリュー軸５と同じ径にし、高段側のスクリュー軸径を太くして曲げ剛性を上げたり、あるいは、実施の形態２、３のように軸芯方向の寸法を短くして曲げ剛性を上げたりして、中間軸受６ｂを無くし、スクリュー軸５を低段軸受６ａと高段軸受６ｃで支えるようにしたものである。
【００５２】
なお、このように、高段スクリューロータ１と低段スクリューロータ３との間の中間軸受６ｂを無くすると、この無くした中間軸受６ｂの寸法分だけスクリュー軸５をさらに短くできるので、さらに、軸の曲げ剛性を向上させることができる。
【００５３】
以上説明したように、中間軸受６ｂを無くして２点支持構成にしたので、少ない軸受構成で、後述する軸に対する各軸受廻りの軸芯ズレを吸収しながら、軸芯方向寸法を短くできるようになるため、軸の撓みが少なく、小型化された経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機を得ることができる。
【００５４】
また、高段及び低段のスクリューロータ間の中間軸受６ｂを無くしたものにおいては、高段スクリューロータ１と低段のスクリューロータ３とを一体化することができるようなるため、このようにすると、構成部品が少なくなると共に、高段と低段のスクリューロータの間隔が更に短縮するため、より更に組立性が改善され、小型化された二段スクリュー圧縮機を得ることができる。
【００５５】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５を示す平面の断面図である。
この図６に示すように、この実施の形態においては、高段スクリューロータ１と低段スクリューロータ３との間に、スクリュー軸５の軸芯方向のスラスト荷重及び軸径方向の支持荷重を支腸する中間軸受６ｂを設け、かつ、この中間軸受６ｂと軸５との間の隙間１７が、低段軸受６ａ又高段軸受６ｃと軸５との隙間より大きくして、当該中間軸受６ｂを補助軸受として活用するものである。
【００５６】
言い換えれば、高段スクリューロータ１と低段スクリューロータ３の間のスクリュー軸５上に中間軸受６ｂを配置し、圧縮負荷が軽い時（通常時）は、スクリュー軸５を低段軸受６ａと高段軸受６ｃで支え、圧縮負荷が重い時は、スクリュー軸５を低段軸受６ａ、中間軸受６ｂ及び高段軸受６ｃで支えるようにし、中間軸受６ｂを補助軸受として活用するものである。
【００５７】
次に、この動作について説明する。まず、スクリュー軸５に圧縮負荷が架り、圧縮負荷が軽い時（通常負荷時）は、スクリュー軸５の撓みが少ないので、低段軸受６ａ又高段軸受６ｃと軸５との径方向の隙間より大きい中間軸受６ｂとスクリュー軸５との径方向の隙間１７によって、中間軸受６ｂはスクリュー軸５を支えず、低段軸受６ａと高段軸受６ｃとがスクリュー軸５を支える。その結果、スクリュー軸は中間軸受６ｂと軽く接触しながら、低段軸受６ａと高段軸受６ｃとに支持されて回転する。
【００５８】
また、圧縮負荷が重い時、即ち、冷媒が液状態で圧縮機へ吸入されたり、または高圧が上がってケーシング室と圧縮室との圧力差が大きくなった時には、スクリュー軸５に大きな曲げ力が作用し、スクリュー軸５が撓むので、この撓みにより中間軸受６ｂの隙間１７が無くなり、中間軸受６ｂはスクリュー軸５を支えるようになる。従って、スクリュー軸５は低段軸受６ａ、補助軸受としての中間軸受６ｂ、並びに高段軸受６ｃによって支えられ、３点支持されながら回転する。
【００５９】
なお、このようにすると、圧縮負荷が軽い時は、組立後の軸５と軸受６との軸芯ズレを隙間１７によって吸収しながらスムースに回転するようになるが、実施の形態１のように、軸５の支持を３点支持の構造にすると、軸を受け入れる各軸受６ａ、６ｂ、６ｃの軸芯ズレや、これらの各軸受を受け入れるケーシングの受口の軸芯ズレや、あるいは、軸自体の軸芯ズレ等を隙間１７によって吸収する構造になっていないため、組立後の軸５と軸受との芯ズレが大きい時は、軸５が軸受６に噛みついて回転しなくなったり、軸受面に偏荷重が架かって焼き付いたりたり、あるいは、振動が大きくなったりする。
【００６０】
しかし、本実施の形態のように、中間軸受６ｂの径方向（遠心方向）に隙間１７を設け、この隙間１７によってズレを吸収しながら軸５を２点支持しながら回転させるようにすると、圧縮負荷が軽い時でも、重い時でも、軸５はスムースな回転をするようになる。
【００６１】
以上説明したように、軸５と低段軸受６ａ又高段軸受６ｃとの隙間より大きい隙間を中間軸受と軸との間に設け、中間軸受を補助軸受としてスクリュー軸５を支えるようにすると、軸芯ズレ（同芯度ズレ）を吸収しながら、軽負荷にも、重負荷にも対応するようになるため、回転廻りの不具合を防止した信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００６２】
なお、中間軸受６ｂの径方向に隙間１７を設ける時、図７に示すように、中間軸受６ｂの外輪とケーシングの中間軸受ハウジングとの間に設けても良いし、あるいは、図８に示した構成のように、中間軸受６ｂの内輪とスクリュー軸５との間に隙間１７を設けても良いし、あるいは、図９に示すように、その軸受内部に、軸受ハウジングと転がり部の間に隙間１７を設けた中間軸受６ｂを用いても良い。
【００６３】
実施の形態６．
図１０、１１、１２は、この発明の実施の形態６の概略構成図であり、これらの図において、７はスクリュー軸５の高段側端面に設けられ、高段軸端面室である高段スクリュー背面室、８はこの高段スクリュー背面室７と高段側の吐出室との間に設けられ、高段側の高圧冷媒が高段スクリュー背面面室７へ流れるのを防止する高段シール部、１８はスクリュー軸５の内部に設けられ、高段スクリュー背面室側スクリュー軸５の端面と低段側ケーシング室を連通させて均圧する均圧通路である。
【００６４】
また、図１１、１２に示すように、１４はケーシングであり、このケーシング１４は高段圧縮機構の各機器等を収納し、中間圧（低段吐出圧）に維持された高段ケーシング室１４ａと、この高段ケーシングに接続され、低段吸入圧に維持された低段ケーシング室１４ｂと、この低段ケーシングに接続され、中間圧に維持されたモータケーシング１４ｃとで構成され、前述の高段軸端面室である背面室７は高段ケーシング室１４ａの高段スクリュー軸端面側に設けられ、低段吸入圧に維持されている。
なお、図１２は図１１の中間軸受６ｂを除去したものである。
【００６５】
次に、この動作について説明する。まず、スクリュー軸５の内部に設けられた連通孔１８の一方を高段スクリュー背面室７と連絡させ、その他方を低段側ケーシング室と連絡させ、背面室７の圧力を低段側ケーシング室の圧力と同じ低圧にするので、この低圧が反モータ側に設けられた高段軸端面室の高段スクリューロータ１及び軸５の端面に架る。一方、モータ側の低段スクリューロータ３及び軸５の端面のそれぞれには、図１１、１２に示すように、低圧及び中間圧が架る。
【００６６】
即ち、スクリュー軸５のモータ側端面に架る圧力は、高圧（１６ａｔａ）と低圧（１ａｔａ）との間の中間圧力（４ａｔａ）になっており、かつ、そのモータ側の低段スクリューロータの端面に架る圧力が、低圧（１ａｔａ）になっているのに対し、反モータ側のスクリュー軸５の端面に架る圧力が、低圧（１ａｔａ）になっており、かつ、その反モータ側の高段スクリューロータの端面に架る圧力が、低圧（１ａｔａ）になっており、アンバランスになっているものの、モータ側の低段スクリューロータの端面の面積が反モータ側の高段スクリューロータの端面面積よりも小さくしているため、結果としてスラスト方向の荷重はバランスする。
従って、軸５の軸芯方向の力がバランスするので、スクリュー軸５が軸芯方向に移動することなく回転するようになるため、スクリュー軸５に装着された高・低段スクリューロータもその位置で回転しながら冷媒を圧縮するようになる。
【００６７】
以上説明したように、連通孔により高段軸端面室を低段ケーシング室とほぼ同じ圧力にし、スクリューロータ、軸の両端面のスラスト方向の力をバランスするようにしたので、低段側の背面室とシール部が不要となり、少ない構成部品で、スムースに回転する経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００６８】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００６９】
上記低段側回転軸と上記高段側回転軸とを一体のほぼ同軸径で形成すると共に、上記低段スクリューロータと上記高段スクリューロータとを共通化し、さらに、上記低段スクリューロータに対して一対の対向する上記低段ゲートロータを勘合させると共に、上記高段スクリューロータに対して上記高段ゲートロータを一個のみ勘合させて圧縮するようにしたので、スクリューロータ及び軸廻り部品の共通化が図れ、加工性・組立性が良なくると共に、軸がほとんど撓まないようになるため、撓みに起因した不具合が解消され、特に、高段ゲートロータの部品点数の縮減が図られ、経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７１】
また、高段ゲートロータと低段ゲートロータとを共通化したので、高・低段の体積流量比を概ね１：２になるように、即ち高・低段の圧縮比が概ね等しくなるようにしながら、更に部品点数の縮減が図れると共に、加工性・組立性が良い経済的な二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７２】
また、高段ゲートロータと低段ゲートロータとの回転軸に対する互いの取付位相角度が相違するように配置し、この配置した各ロータを覆う高・低段ケ−シング室の蓋の取付部が互いに干渉しないようにしたので、軸方向寸法が短くなり、軸に架るモーメント力が減少すると共に、運転時の温度による熱膨張等の影響が小さくなるため、コンパクトで、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７３】
また、高段圧縮機構のゲートロータと低段圧縮機構のゲートロータとの上記回転軸に対する互いの取付位相角度差が９０度になるように構成したので、斜め方向からの加工が少なくなるため、加工性が良い経済的な二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７４】
また、高段側軸受が、一体形成された回転軸の反モータ側高段端部の近傍に設けられると共に、低段側軸受が、上記回転軸のモータ側低段端部の近傍に設けられ、これらの高段側軸受と低段側軸受とでのみ上記回転軸を支腸するので、少ない軸受構成で、軸に対する各軸受廻りの軸芯ズレを吸収しながら、軸芯方向の寸法が短くなるため、軸の撓みが少なく、小型化された経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７５】
また、高段スクリューロータと低段スクリューロータとを一体で形成したので、構成部品が少なくなると共に、高段と低段のスクリューロータの間隔が更に短縮するため、より更に組立性が改善され、小型化された経済的な二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７６】
また、中間軸受が、高段側軸受と低段側軸受との間に設けられ、回転軸の撓みが大きい時は、当該回転軸を支腸し、回転軸の撓みが小さい時は、当該回転軸を支腸しないような構造にしたので、軸芯ズレ（同芯度ズレ）を吸収しながら、軽負荷にも、重負荷にも対応するようになるため、回転廻りの不具合を防止した信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７７】
また、上記回転軸の撓みが大きい時は、当該回転軸を支腸し、上記回転軸の撓みが小さい時は、当該回転軸を支腸しない中間軸受の構造が、当該中間軸受の上記回転軸に対する隙間寸法を上記高段側軸受または低段側軸受の上記回転軸に対する隙間寸法より大きくした構造なので、簡単な構成で、軸芯ズレ（同芯度ズレ）を吸収しながら、軽負荷にも、重負荷にも対応するようになるため、簡単に回転廻りの不具合を防止する経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す二段スクリュー圧縮機の概念斜視図である。
【図２】 図１における高段及び低段圧縮機構の横フタの干渉を示す説明図である。
【図３】 この発明の実施の形態１と従来の技術とにおけるスクリューロータ及びゲートロータの大きさの違いを示す説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態２を示す二段スクリュー圧縮機の概念斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態４を示す二段スクリュー圧縮機の概念図である。
【図６】 この発明の実施の形態５を示す二段スクリュー圧縮機の概念図である。
【図７】 この発明の実施の形態５の一例を示す説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態５の他の実施例を示す説明図である。
【図９】 この発明の実施の形態５の他の実施例を示す説明図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６を示す二段スクリュー圧縮機の概念図である。
【図１１】 この発明の実施の形態６を示す二段スクリュー圧縮機の概略構成図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６の他の実施例を示す二段スクリュー圧縮機の概略構成図である。
【図１３】 従来の二段スクリュー圧縮機の水平断面図である。
【図１４】 図１１の断面ＸＩＩ−ＸＩＩを示す断面図である。
【図１５】 従来の二段スクリュー圧縮機の概略内部構成図である。
【符号の説明】
１ 高段スクリューロータ、 ２ 高段ゲートロータ、 ３ 低段スクリューロータ、 ４ 低段ゲートロータ、 ５ スクリュー軸、 ５ａ 高段スクリュー軸、 ５ｂ 低段スクリュー軸、 ６ａ 軸受、 ６ｂ 中間軸受、 ６ｃ軸受 、 ７ 高段スクリュー背面室、 ８ 高段シール部、 １４ ケーシング、１４ａ高段ケーシング室、 １４ｂ 低段ケーシング室、 １４ｃモータケーシング室、 １５ 高段ケーシング室の横フタ、 １６ 低段ケーシング室の横フタ、 １７ 隙間、１８ 通路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷媒を圧縮する二段スクリュー圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の二段スクリュー圧縮機の水平断面図、図１４はこの図１３の断面ＸＩＩ−ＸＩＩ面の断面図である。次に、これらの図を用いて従来の二段スクリュー圧縮機の構成について説明する。図１３において、１は高段スクリューロータ、２はこの高段スクリューロータ１の圧縮溝と勘合して従動する一対の高段ゲートロータ、３は低段スクリューロータ、４はこの低段スクリューロータ３の圧縮溝と勘合して従動する一対の低段ゲートロータ、５は高段スクリューロータ１と低段スクリューロータ３を回転させるための高段側５ａと低段側スクリュー軸５ｂからなるスクリュー軸であり、この高段側スクリュー軸５ａと低段側スクリュー軸５ｂとはスプライン継手（図示せず）によって連結されている。
【０００３】
また、６ａ、６ｂ、６ｃはこのスクリュー軸５を支える軸受であり、６ａは低段側軸受、６ｂは中間軸受、６ｃは高段側軸受、７は高段吸入側と均圧回路で均圧された高段スクリュー背面室、８はこの高段スクリュー背面室７と高段スクリューロータ１の吐出室との間をシールする高段シール部、９は低段吸入室側と均圧回路で均圧された低段スクリュー背面室、１０はこの低段スクリュー背面室９と低段スクリューロータ３との間をシールする低段シール部、１１は高段スクリューロータ１及び低段スクリューロータ３を回転させるスクリュー軸５を駆動する電動機、１２は図示されていない高段の容量制御機構を駆動するための高段容量制御ピストン、１３は図示されていない低段の容量制御機構を駆動するための低段容量制御ピストン、１４はこれらを収納するケーシングであり、このケーシング１４は中間圧に維持された高段ケーシング室１４ａと、この高段ケーシングに接続され、低段吸入圧に維持された低段ケーシング室１４ｂと、この低段ケーシングに接続され、中間圧に維持されたモータケーシング室１４ｃとで構成されている。また、１５は高段圧縮機構の各機器を収納する高段ケーシング１４ａの横フタ、１６は低段圧縮機構の各機器を収納する低段ケーシング１４ｂの横フタである。
【０００４】
なお、図１４に示すように、高段ゲートロータ２は、高段スクリューロータ１の圧縮溝１ａに直接接触しながら従動する樹脂製の高段ゲートロータ本体２ａと、この高段ゲートロータ本体２ａを支持するゲートロータサポート２ｂと、このゲートロータサポート２ｂを回転自由に支持する軸受２ｃおよび２ｆ、ケーシング１４に取付つくためのハウジング２ｄおよび２ｇなどから構成されている。
また、低段ゲートロータ４もほぼ同様の構成になっているので、説明を割愛する。
【０００５】
また、これらの図１３、１４に描画された高段ゲートロータ２、低段ゲートロータ４、及び低段容量制御ピストン１３等は片側のみを描画しており、無関係の部分は一部省略されている。
【０００６】
次に、動作について説明する。まず、高段スクリューロータ１及び低段スクリューロータ３が、軸受６ａ、６ｂ、及び６ｃで支持され、スプライン継手を介して連結された高段スクリュー軸５ａと低段スクリュー軸５ｂからなるスクリュー軸５により電動機１１の駆動力によって回転されると、低段側圧縮機構においては、前述したように、低段スクリューロータ３の圧縮溝に対向して一対の低段ゲートロータ４が勘合しているので、この一対の低段ゲートロータ４は低段スクリューロータ３の回転に従動して回転する。次に、この低段スクリューロータ３と低段ゲートロータ４の回転により、吸入された冷媒ガスは吸入側から吐出側へ向かって圧縮されながら高段側圧縮機構へ吐出される。
【０００７】
なお、この時、起動停止時や負荷変動時などに対応するために設けられた図示されていない低段容量制御機構は、必要に応じて低段容量制御ピストン１３を駆動して圧縮冷媒の量を変化させる。
【０００８】
また、前述の低段側各機器に連動して、高段圧縮機構の各機器である高段スクリューロータ１、高段ゲートロータ２、並びに高段容量制御ピストン１２もほぼ同じような動きをしながら、冷媒を圧縮して吐出する。
【０００９】
以上説明したように、圧縮機に吸入された冷媒ガスは、低段スクリューロータ３と低段ゲートロータ４から成る低段圧縮機構で圧縮され、この圧縮された冷媒ガスは高段側へ送られ、高段スクリューロータ１と高段ゲートロータ２から成る高段圧縮機構で再び圧縮され、圧縮機から吐出される。
【００１０】
なお、このような一連の２段圧縮動作を行うようにするためには、冷媒の比容積の関係から高段側と低段側との圧縮比が概ね等しくなるように設計されるのが通常であり、その結果として高段と低段の圧縮機構における体積流量比を概ね１：２になるようにし、しかも、低段圧縮機構と高段圧縮機構との構造を相似形で設計するのが一般的である。
【００１１】
また、この体積流量比の相違により高段スクリューロータ径が低段スクリューロータ径より細く、軽くなるため、これらのスクリューロータを支えるスクリュー軸５の高段スクリュー軸径も低段スクリュー軸径より細く設計されるのが一般的である。
【００１２】
また、高段、低段、それぞれのスクリューロータ及びスクリュー軸の両端面に架る圧力と、その圧力を受ける面積との積で決まるスクリュー軸の軸方向の荷重による軸受のスラスト摩耗を防止するため、図１５に示ように、高段側においては、高段吐出室の冷媒が高段スクリュー背面室７へ流入しないように、高段スクリュー背面室７と高段スクリューロータ吐出室との間をシールする高段シール部８を設けると共に、この背面室７と低段吐出圧力（中間圧）になっている高段吸入ケーシング室１４ａとを連通させる高段側均圧回路を設け、高段軸５ａの端面及び高段側ロータ１がある背面室７と高段側ロータ１がある高段吸入ケーシング室１４ａとを均圧化し、高段側スクリューロータ、軸の両端面に架る圧力をバランスさせ、高段側軸５ａのスラスト方向の荷重を均等化する。なお、背面室７には高段軸５ａの端面が存在するため、その分だけスラスト荷重は増加するように見えるが、図１５からも解るように、この高段軸５ａの端面のスラスト荷重に対向する荷重が中間圧に維持されたモータ１１のケーシング室の軸端面に架るため、結果としてバランスする。
【００１３】
また一方、低段側においても、低段吐出室の冷媒が低段吸入圧に維持された低段スクリュー背面室９へ流入するのを防止するため、低段スクリューロータの背面室９と低段スクリューロータ吐出室との間をシールする低段シール部１０を設けると共に、低段背面室９と低段吸入室側とを連通させる低段側均圧回路を設け、低段側ロータ１がある背面室９と低段吸入ケーシング室１４ａとを均圧化し、低段側スクリューロータ、軸の両端面に架る圧力をバランスさせ、低段側軸５ｂのスラスト方向の荷重を均等化する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の二段スクリュー圧縮機は構成されているので、圧縮機の構成部品であるスクリューロータ及びゲートロータのサイズを高段と低段とで違える必要があり、それに伴って構成部品の種類が増加するという問題があった。
【００１５】
また、特に、特殊な専用加工機械で加工するスクリューロータ及びゲートロータのサイズの種類が増え、新たな設備投資が必要となったり、段取り時間等の加工工数が増えるという問題があった。
【００１６】
また、スクリュー軸の撓みを解消するために、高段・低段のゲータロータをそれぞれ一対の対向した構成とし、しかも、この高段・低段のゲータロータを同じ位相角で取付けているため、特に、高段・低段容量制御ピストンの取付位置関係や、高段・低段ケーシング蓋の取付関係から軸芯方向が長くなったり、圧縮機全体が大型化するという問題点があった。
【００１７】
また、高・低段スクリュー軸のスラスト方向の荷重を均等にするために、高・低段のそれぞれに均圧路を必要としたり、あるいは、高段及び低段の吐出冷媒がそれぞれのスクリュー背面室に漏れないようにするため、高段側、低段側の各々にシール部が必要であったり、多くの部品点数が必要であった。
【００１８】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、第１の目的は、構成部品が少なく、加工性、組立性が良い経済的な二段スクリュー圧縮機を得ることを目的とする。
【００１９】
また、第２の目的は、軸方向の寸法が短くコンパクトな二段スクリュー圧縮機を得ることを目的とする。
【００２０】
また、第３の目的は、少ない軸受構成で、スクリュー軸の撓みが少なく、組立性が良い、経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機を得ることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る二段スクリュー圧縮機は、低段側回転軸に取り付けられた低段スクリューロータ及び当該低段スクリューロータの圧縮溝と勘合して従動する低段ゲートロータとの回転運動によって冷媒を圧縮する低段圧縮機構と、この低段圧縮機構の低段側回転軸と連動して回転する高段回転軸に取り付けられた高段スクリューロータ及び当該高段スクリューロータの圧縮溝と勘合して従動する高段ゲートロータとの回転運動によって上記低段圧縮機構からの吐出冷媒を圧縮する高段圧縮機構と、を備えた二段スクリュー圧縮機において、上記低段側回転軸と上記高段側回転軸とを一体のほぼ同軸径で形成すると共に、上記低段スクリューロータと上記高段スクリューロータとを共通化し、さらに、上記低段スクリューロータに対して一対の対向する上記低段ゲートロータを勘合させると共に、上記高段スクリューロータに対して上記高段ゲートロータを一個のみ勘合させて圧縮するようにしたものである。
【００２２】
また、上記低段スクリューロータに対して一対の対向する上記低段ゲートロータを勘合させると共に、上記高段スクリューロータに対して上記高段ゲートロータを一個のみ勘合させて圧縮するようにしたものである。
【００２３】
また、上記高段ゲートロータと上記低段ゲートロータとを共通化させたものである。
【００２４】
また、上記高段ゲートロータと上記低段ゲートロータとの上記回転軸に対する互いの取付位相角度が相違するように配置し、この配置した各ロータを覆う高・低段ケ−シング室の蓋の取付部が互いに干渉しないようにしたものである。
【００２５】
また、上記高段圧縮機構のゲートロータと低段圧縮機構のゲートロータとの上記回転軸に対する互いの取付位相角度差が９０度になるように構成したものである。
【００２６】
また、高段側軸受が、上記一体で形成された回転軸の反モータ側高段端部の近傍に設けられると共に、低段側軸受が、上記回転軸のモータ側低段端部の近傍に設けられ、これらの高段側軸受と低段側軸受とでのみ上記回転軸を支腸するようにしたものである。
【００２７】
また、上記高段スクリューロータと低段スクリューロータとを一体で形成したものである。
【００２８】
また、中間軸受が、上記高段側軸受と低段側軸受との間に設けられ、上記回転軸の撓みが大きい時は、当該回転軸を支腸し、上記回転軸の撓みが小さい時は、当該回転軸を支腸しないものである。
【００２９】
また、上記回転軸の撓みが大きい時は、当該回転軸を支腸し、上記回転軸の撓みが小さい時は、当該回転軸を支腸しない中間軸受の構造が、当該中間軸受の上記回転軸に対する隙間寸法を上記高段側軸受または低段側軸受の上記回転軸に対する隙間寸法より大きくした構造のものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における二段スクリュー圧縮機の圧縮機構部の概念斜視図である。この図において、１は高段スクリューロータ、２はこの高段スクリューロータ１の圧縮溝１ａに勘合されて従動する高段ゲートロータであり、これのスクリューロータ１とゲートロータとで高段圧縮機構部が構成されている。
【００３２】
また、この図の３は高段側へ低圧冷媒を供給する低段圧縮機構部の低段スクリューロータ、４はこの低段スクリューロータ３の圧縮溝３ａに勘合されて従動する一対の低段ゲートロータ、５は高段・低段ロータ１、２に接続され、後述する電動機１１の回転駆動力を高段スクリューロータ１と低段スクリューロータ３に伝達するためのスクリュー軸、６はスクリュー軸５を支える軸受であり、この軸受６は低段側主軸軸受６ａ、中間軸受６ｂ 、高段側主軸軸受６ｃで構成されている。また、１１はこのスクリュー軸５に接続され、高段・低段の各機器を駆動する電動機である。
【００３３】
図２は、この図１に示した圧縮機の各機器を収納するケーシングの横フタを取付けた図であり、この図において、１４は圧縮機の１から１３まで等の各機器を収納するケーシングであり、このケーシング１４は高段圧縮機構の各機器等を収納する高段ケーシング室１４ａと、この高段ケーシングに接続され、低段圧縮機構の各機器等を収納する低段ケーシング室１４ｂと、この低段ケーシング室に接続され、電動機１１を収納するモータケーシング１４ｃとで構成されている。
また、１５は高段圧縮機構ケーシング室の横フタ、１６は低段圧縮機構ケーシングの横フタである。
【００３４】
図３は従来のスクリューロータとゲートロータ（ａ）の大きさと、本発明のスクリューロータとゲートロータ（ｂ）の大きさとを対比させた図であり、この図の（ａ）及び（ｂ）に示すφｄは、高段スクリューロータ１の内部を貫通するスクリュー軸５の径である。
【００３５】
また、この図３の（ａ）に示すように、従来技術のものは、高段スクリューロータ１と勘合する高段ゲートロータ２をそれぞれ一対（２個）で構成していたが、本実施の形態においては図３（ｂ）に示すように、高段スクリューロータ１に対して高段ゲートロータ２を１個セットするだけで高段側圧縮機構を構成する。
【００３６】
次に、この構成と動作について説明する。
これらの図に示すように、従来の高段側圧縮機の冷媒押し退け量は、斜線で示す２ヶ所の歯溝容積の和であるのに対し、本実施の形態の冷媒押し退け量は図３の（ｂ）に斜線で示す１ヶ所の圧縮歯溝容積分のみとなるため、その押し退け量を従来の高段圧縮機構と同等とし、かつ前述したように高・低段圧縮比における冷媒比容積の関係から、高段と低段の体積流量比を概ね１：２程度にしなければならないので、この約２倍の体積にするためには、高段の約２倍の体積になっている低段のスクリューロータ３及び低段ゲートロータ４を高段側に用いるか、あるいは、ほぼ同じ構造のものを高段側に用いるとよいことが解る。
【００３７】
しかも、このようにすると、即ち、高段スクリューロータ１及び高段ゲートロータ２と低段のスクリューロータ３及び低段ゲートロータ４とを同一または概ね同等サイズの部品にすると、各構成部品の共通化が図れ、部品点数が少なくなり、加工性、組立性、部品の管理が容易になる。
【００３８】
また、当然のことながら、高段側が一対になっていないものは、高段ゲートロータ本体２ａ、ゲートロータサポート２ｂ、そのサポート２ｂの軸受２ｃおよび２ｆ、ハウジング２ｄおよび２ｇなどの各構成部品が片側分のみで済む。
【００３９】
しかも、この時、図３からも解るように、高段スクリューロータ側のスクリュー軸５を低段スクリューロータ３側と同じ径にすると、スクリュー軸の加工の簡略化も図れ、しかも軸径が従来の高段側スクリュー軸径より太くなるため、スクリュー軸５の剛性が向上し、撓み量が少くなるので、特に、高段側スクリューロータ１に対して高段ゲートロータ２を１個のみで従動させる構造にすることができ、高段圧縮機構の部品点数の縮減が図れる。
【００４０】
また、高・低段のスクリュー軸を一体のほぼ同軸径にすると、高段圧縮機構の部品点数の縮減が図れるだけでなく、高・低段軸回りの軸受６等の部品の共通化も図れる。
【００４１】
以上説明したように、高段側スクリュー軸径と低段側スクリュー軸径とをほぼ同じ径の一体構造にすると、軸がほとんど撓まないようになり、高段側スクリューロータ１に対して高段ゲートロータ２を１個のみで従動させる構造にすることができるようになるため、高段圧縮機構の部品点数の縮減が図れると共に、軸廻り部品の共通化が図れ、加工性・組立性が良く、経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００４２】
また更に、高段と低段のスクリューロータ及ゲートロータとをほぼ同じものにすると、更に部品点数の縮減が図れると共に、加工性・組立性が良い経済的な二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００４３】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２を示す概念斜視図であり、上記実施の形態１では高段ゲートロータ２の軸に対する取付位相を低段ゲートロータ４と同じ位相で取り付けたものを示したが、本実施の形態では、図４に示す通り、低段ゲートロータ４に対する高段ゲートロータ２の軸の取付位相角を変えて取り付けるようにしたものである。
【００４４】
次に、この構成と動作について説明する。
一般的に、二段スクリュー圧縮機においては、組立上必要な部品である圧縮機構の高段横フタ１５および低段横フタ１６は高・低段ロータの取付位相に対応して取付けることになる。
従って、実施の形態１の図１のように、高段ゲートロータ２と低段ゲートロータ４とが軸径方向（軸の円心方向）に対して同位相角度で取り付けられたものでは、図２に示すように、高段横フタ１５と低段横フタ１６との取付部が互いに干渉しないように、即ち、互いの取付部が重なり合わない構造にする必要があった。
【００４５】
しかし、この実施の形態では、低段ゲートロータ４と高段ゲートロータ２とをスクリュー軸の回転位相角度に対して取付角度を変えて取り付けるようにしたので、低段・高段ゲートロータのスクリュー軸の取付位相角度によって規制される高段横フタ１５と低段横フタ１６もスクリュー軸に対しての取付位相角度が変化するため、互いの取付部の投影部分が干渉しても、実際の取付部が互いに干渉しないようになる。
【００４６】
以上説明したように、この実施の形態においては、低段と高段ゲートロータをスクリュー軸の円心位相角度に対して取付位相角度を変えて取り付けるようにしたので、高段横フタと低段横フタの取付部の投影部分が互いに干渉して良いように、即ち、互いの取付部が投影重畳してもよいようになるため、この重畳した分だけ、軸方向寸法が短くなり、運転時の温度による熱膨張等の影響を小さくできるようになるため、コンパクトで、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００４７】
また更に、高段ゲートロータ２と低段ゲートロータ４との回転軸に対する取付位相角を変えることにより、高段ケーシングの吐出側スクリュー軸延長上の部位に高段容量制御ピストン１２と低段容量制御ピストン１３（図１３参照）を並列に配置できるようになるため、さらに高・低段スクリューロータ１、３、及び高・低段ゲートロータ２、４の間隔を短縮できるようになるので、更に軸方向の寸法が短くなったコンパクトな二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００４８】
実施の形態３．
この実施の形態３においては、実施の形態２における高段ゲートロータ２と対向する一対の低段ゲートロータ４との取付位相角度差を９０度にしたものである。
このような構成にすると、実施の形態２と同様の効果が得られると共に、特に、二段スクリュー圧縮機の被加工品（ケーシング）を固定して、一般の加工機械で加工ツールを回転させながら加工したりする場合は、加工ツールに曲げ力が作用する斜め方向からの加工が少なくなると共に、組立時等の回転作業が少なくなるため、加工・組立性が良い経済的な二段スクリュー圧縮機を得ることができる。
【００４９】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４を説明する平面断面図であり、この実施の形態４においては、これまでに説明した実施の形態１〜３で説明した中間軸受６ｂを無くし、スクリュー軸５を低段軸受６ａと高段軸受６ｃで支えるようにしたものである。
この図５において、６ａ、６ｃはスクリュー軸５を支持する低・高段軸受であり、主として半径方向（軸の円心方向）の荷重を支持するとともに、軸芯方向のスラスト荷重も支持する。
【００５０】
なお、一般的に、高段スクリューロータに対して一対の高段ゲートロータ２を有するスクリュー圧縮機は、実施の形態１〜３で説明したように、高段ゲートロータ２が１個で、一対になっていないもの比べ、スクリュー軸５に曲げ荷重が常に作用して撓みが発生し易くなるので、この撓みをできるだけ少なくするために、軸受間距離を短かくしたり、あるいは、スクリュー軸５を太くしたりして曲げ剛性を上げ、撓みを少なくすることが行われる。
また逆に、軸の軸受間曲げ剛性が十分大きい時には、軸受間距離を長く、あるいは、スクリュー軸５の径を細くして曲げ剛性を下げることが行われる。
【００５１】
従って、この実施の形態においては、実施の形態１のように高段側のスクリュー軸５を低段側のスクリュー軸５と同じ径にし、高段側のスクリュー軸径を太くして曲げ剛性を上げたり、あるいは、実施の形態２、３のように軸芯方向の寸法を短くして曲げ剛性を上げたりして、中間軸受６ｂを無くし、スクリュー軸５を低段軸受６ａと高段軸受６ｃで支えるようにしたものである。
【００５２】
なお、このように、高段スクリューロータ１と低段スクリューロータ３との間の中間軸受６ｂを無くすると、この無くした中間軸受６ｂの寸法分だけスクリュー軸５をさらに短くできるので、さらに、軸の曲げ剛性を向上させることができる。
【００５３】
以上説明したように、中間軸受６ｂを無くして２点支持構成にしたので、少ない軸受構成で、後述する軸に対する各軸受廻りの軸芯ズレを吸収しながら、軸芯方向寸法を短くできるようになるため、軸の撓みが少なく、小型化された経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機を得ることができる。
【００５４】
また、高段及び低段のスクリューロータ間の中間軸受６ｂを無くしたものにおいては、高段スクリューロータ１と低段のスクリューロータ３とを一体化することができるようなるため、このようにすると、構成部品が少なくなると共に、高段と低段のスクリューロータの間隔が更に短縮するため、より更に組立性が改善され、小型化された二段スクリュー圧縮機を得ることができる。
【００５５】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５を示す平面の断面図である。
この図６に示すように、この実施の形態においては、高段スクリューロータ１と低段スクリューロータ３との間に、スクリュー軸５の軸芯方向のスラスト荷重及び軸径方向の支持荷重を支腸する中間軸受６ｂを設け、かつ、この中間軸受６ｂと軸５との間の隙間１７が、低段軸受６ａ又高段軸受６ｃと軸５との隙間より大きくして、当該中間軸受６ｂを補助軸受として活用するものである。
【００５６】
言い換えれば、高段スクリューロータ１と低段スクリューロータ３の間のスクリュー軸５上に中間軸受６ｂを配置し、圧縮負荷が軽い時（通常時）は、スクリュー軸５を低段軸受６ａと高段軸受６ｃで支え、圧縮負荷が重い時は、スクリュー軸５を低段軸受６ａ、中間軸受６ｂ及び高段軸受６ｃで支えるようにし、中間軸受６ｂを補助軸受として活用するものである。
【００５７】
次に、この動作について説明する。まず、スクリュー軸５に圧縮負荷が架り、圧縮負荷が軽い時（通常負荷時）は、スクリュー軸５の撓みが少ないので、低段軸受６ａ又高段軸受６ｃと軸５との径方向の隙間より大きい中間軸受６ｂとスクリュー軸５との径方向の隙間１７によって、中間軸受６ｂはスクリュー軸５を支えず、低段軸受６ａと高段軸受６ｃとがスクリュー軸５を支える。その結果、スクリュー軸は中間軸受６ｂと軽く接触しながら、低段軸受６ａと高段軸受６ｃとに支持されて回転する。
【００５８】
また、圧縮負荷が重い時、即ち、冷媒が液状態で圧縮機へ吸入されたり、または高圧が上がってケーシング室と圧縮室との圧力差が大きくなった時には、スクリュー軸５に大きな曲げ力が作用し、スクリュー軸５が撓むので、この撓みにより中間軸受６ｂの隙間１７が無くなり、中間軸受６ｂはスクリュー軸５を支えるようになる。従って、スクリュー軸５は低段軸受６ａ、補助軸受としての中間軸受６ｂ、並びに高段軸受６ｃによって支えられ、３点支持されながら回転する。
【００５９】
なお、このようにすると、圧縮負荷が軽い時は、組立後の軸５と軸受６との軸芯ズレを隙間１７によって吸収しながらスムースに回転するようになるが、実施の形態１のように、軸５の支持を３点支持の構造にすると、軸を受け入れる各軸受６ａ、６ｂ、６ｃの軸芯ズレや、これらの各軸受を受け入れるケーシングの受口の軸芯ズレや、あるいは、軸自体の軸芯ズレ等を隙間１７によって吸収する構造になっていないため、組立後の軸５と軸受との芯ズレが大きい時は、軸５が軸受６に噛みついて回転しなくなったり、軸受面に偏荷重が架かって焼き付いたりたり、あるいは、振動が大きくなったりする。
【００６０】
しかし、本実施の形態のように、中間軸受６ｂの径方向（遠心方向）に隙間１７を設け、この隙間１７によってズレを吸収しながら軸５を２点支持しながら回転させるようにすると、圧縮負荷が軽い時でも、重い時でも、軸５はスムースな回転をするようになる。
【００６１】
以上説明したように、軸５と低段軸受６ａ又高段軸受６ｃとの隙間より大きい隙間を中間軸受と軸との間に設け、中間軸受を補助軸受としてスクリュー軸５を支えるようにすると、軸芯ズレ（同芯度ズレ）を吸収しながら、軽負荷にも、重負荷にも対応するようになるため、回転廻りの不具合を防止した信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００６２】
なお、中間軸受６ｂの径方向に隙間１７を設ける時、図７に示すように、中間軸受６ｂの外輪とケーシングの中間軸受ハウジングとの間に設けても良いし、あるいは、図８に示した構成のように、中間軸受６ｂの内輪とスクリュー軸５との間に隙間１７を設けても良いし、あるいは、図９に示すように、その軸受内部に、軸受ハウジングと転がり部の間に隙間１７を設けた中間軸受６ｂを用いても良い。
【００６３】
実施の形態６．
図１０、１１、１２は、この発明の実施の形態６の概略構成図であり、これらの図において、７はスクリュー軸５の高段側端面に設けられ、高段軸端面室である高段スクリュー背面室、８はこの高段スクリュー背面室７と高段側の吐出室との間に設けられ、高段側の高圧冷媒が高段スクリュー背面面室７へ流れるのを防止する高段シール部、１８はスクリュー軸５の内部に設けられ、高段スクリュー背面室側スクリュー軸５の端面と低段側ケーシング室を連通させて均圧する均圧通路である。
【００６４】
また、図１１、１２に示すように、１４はケーシングであり、このケーシング１４は高段圧縮機構の各機器等を収納し、中間圧（低段吐出圧）に維持された高段ケーシング室１４ａと、この高段ケーシングに接続され、低段吸入圧に維持された低段ケーシング室１４ｂと、この低段ケーシングに接続され、中間圧に維持されたモータケーシング１４ｃとで構成され、前述の高段軸端面室である背面室７は高段ケーシング室１４ａの高段スクリュー軸端面側に設けられ、低段吸入圧に維持されている。
なお、図１２は図１１の中間軸受６ｂを除去したものである。
【００６５】
次に、この動作について説明する。まず、スクリュー軸５の内部に設けられた連通孔１８の一方を高段スクリュー背面室７と連絡させ、その他方を低段側ケーシング室と連絡させ、背面室７の圧力を低段側ケーシング室の圧力と同じ低圧にするので、この低圧が反モータ側に設けられた高段軸端面室の高段スクリューロータ１及び軸５の端面に架る。一方、モータ側の低段スクリューロータ３及び軸５の端面のそれぞれには、図１１、１２に示すように、低圧及び中間圧が架る。
【００６６】
即ち、スクリュー軸５のモータ側端面に架る圧力は、高圧（１６ａｔａ）と低圧（１ａｔａ）との間の中間圧力（４ａｔａ）になっており、かつ、そのモータ側の低段スクリューロータの端面に架る圧力が、低圧（１ａｔａ）になっているのに対し、反モータ側のスクリュー軸５の端面に架る圧力が、低圧（１ａｔａ）になっており、かつ、その反モータ側の高段スクリューロータの端面に架る圧力が、低圧（１ａｔａ）になっており、アンバランスになっているものの、モータ側の低段スクリューロータの端面の面積が反モータ側の高段スクリューロータの端面面積よりも小さくしているため、結果としてスラスト方向の荷重はバランスする。
従って、軸５の軸芯方向の力がバランスするので、スクリュー軸５が軸芯方向に移動することなく回転するようになるため、スクリュー軸５に装着された高・低段スクリューロータもその位置で回転しながら冷媒を圧縮するようになる。
【００６７】
以上説明したように、連通孔により高段軸端面室を低段ケーシング室とほぼ同じ圧力にし、スクリューロータ、軸の両端面のスラスト方向の力をバランスするようにしたので、低段側の背面室とシール部が不要となり、少ない構成部品で、スムースに回転する経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００６８】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００６９】
上記低段側回転軸と上記高段側回転軸とを一体のほぼ同軸径で形成すると共に、上記低段スクリューロータと上記高段スクリューロータとを共通化し、さらに、上記低段スクリューロータに対して一対の対向する上記低段ゲートロータを勘合させると共に、上記高段スクリューロータに対して上記高段ゲートロータを一個のみ勘合させて圧縮するようにしたので、スクリューロータ及び軸廻り部品の共通化が図れ、加工性・組立性が良なくると共に、軸がほとんど撓まないようになるため、撓みに起因した不具合が解消され、特に、高段ゲートロータの部品点数の縮減が図られ、経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７１】
また、高段ゲートロータと低段ゲートロータとを共通化したので、高・低段の体積流量比を概ね１：２になるように、即ち高・低段の圧縮比が概ね等しくなるようにしながら、更に部品点数の縮減が図れると共に、加工性・組立性が良い経済的な二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７２】
また、高段ゲートロータと低段ゲートロータとの回転軸に対する互いの取付位相角度が相違するように配置し、この配置した各ロータを覆う高・低段ケ−シング室の蓋の取付部が互いに干渉しないようにしたので、軸方向寸法が短くなり、軸に架るモーメント力が減少すると共に、運転時の温度による熱膨張等の影響が小さくなるため、コンパクトで、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７３】
また、高段圧縮機構のゲートロータと低段圧縮機構のゲートロータとの上記回転軸に対する互いの取付位相角度差が９０度になるように構成したので、斜め方向からの加工が少なくなるため、加工性が良い経済的な二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７４】
また、高段側軸受が、一体形成された回転軸の反モータ側高段端部の近傍に設けられると共に、低段側軸受が、上記回転軸のモータ側低段端部の近傍に設けられ、これらの高段側軸受と低段側軸受とでのみ上記回転軸を支腸するので、少ない軸受構成で、軸に対する各軸受廻りの軸芯ズレを吸収しながら、軸芯方向の寸法が短くなるため、軸の撓みが少なく、小型化された経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７５】
また、高段スクリューロータと低段スクリューロータとを一体で形成したので、構成部品が少なくなると共に、高段と低段のスクリューロータの間隔が更に短縮するため、より更に組立性が改善され、小型化された経済的な二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７６】
また、中間軸受が、高段側軸受と低段側軸受との間に設けられ、回転軸の撓みが大きい時は、当該回転軸を支腸し、回転軸の撓みが小さい時は、当該回転軸を支腸しないような構造にしたので、軸芯ズレ（同芯度ズレ）を吸収しながら、軽負荷にも、重負荷にも対応するようになるため、回転廻りの不具合を防止した信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【００７７】
また、上記回転軸の撓みが大きい時は、当該回転軸を支腸し、上記回転軸の撓みが小さい時は、当該回転軸を支腸しない中間軸受の構造が、当該中間軸受の上記回転軸に対する隙間寸法を上記高段側軸受または低段側軸受の上記回転軸に対する隙間寸法より大きくした構造なので、簡単な構成で、軸芯ズレ（同芯度ズレ）を吸収しながら、軽負荷にも、重負荷にも対応するようになるため、簡単に回転廻りの不具合を防止する経済的で、信頼性の高い二段スクリュー圧縮機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す二段スクリュー圧縮機の概念斜視図である。
【図２】 図１における高段及び低段圧縮機構の横フタの干渉を示す説明図である。
【図３】 この発明の実施の形態１と従来の技術とにおけるスクリューロータ及びゲートロータの大きさの違いを示す説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態２を示す二段スクリュー圧縮機の概念斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態４を示す二段スクリュー圧縮機の概念図である。
【図６】 この発明の実施の形態５を示す二段スクリュー圧縮機の概念図である。
【図７】 この発明の実施の形態５の一例を示す説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態５の他の実施例を示す説明図である。
【図９】 この発明の実施の形態５の他の実施例を示す説明図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６を示す二段スクリュー圧縮機の概念図である。
【図１１】 この発明の実施の形態６を示す二段スクリュー圧縮機の概略構成図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６の他の実施例を示す二段スクリュー圧縮機の概略構成図である。
【図１３】 従来の二段スクリュー圧縮機の水平断面図である。
【図１４】 図１１の断面ＸＩＩ−ＸＩＩを示す断面図である。
【図１５】 従来の二段スクリュー圧縮機の概略内部構成図である。
【符号の説明】
１ 高段スクリューロータ、 ２ 高段ゲートロータ、 ３ 低段スクリューロータ、 ４ 低段ゲートロータ、 ５ スクリュー軸、 ５ａ 高段スクリュー軸、 ５ｂ 低段スクリュー軸、 ６ａ 軸受、 ６ｂ 中間軸受、 ６ｃ軸受 、 ７ 高段スクリュー背面室、 ８ 高段シール部、 １４ ケーシング、１４ａ高段ケーシング室、 １４ｂ 低段ケーシング室、 １４ｃモータケーシング室、 １５ 高段ケーシング室の横フタ、 １６ 低段ケーシング室の横フタ、 １７ 隙間、１８ 通路。
Claims (8)
- 低段側回転軸に取り付けられた低段スクリューロータ及び当該低段スクリューロータの圧縮溝と勘合して従動する低段ゲートロータとの回転運動によって冷媒を圧縮する低段圧縮機構と、この低段圧縮機構の低段側回転軸と連動して回転する高段回転軸に取り付けられた高段スクリューロータ及び当該高段スクリューロータの圧縮溝と勘合して従動する高段ゲートロータとの回転運動によって上記低段圧縮機構からの吐出冷媒を圧縮する高段圧縮機構と、を備えた二段スクリュー圧縮機において、上記低段側回転軸と上記高段側回転軸とを一体のほぼ同軸径で形成すると共に、上記低段スクリューロータと上記高段スクリューロータとを共通化し、さらに、上記低段スクリューロータに対して一対の対向する上記低段ゲートロータを勘合させると共に、上記高段スクリューロータに対して上記高段ゲートロータを一個のみ勘合させて圧縮するようにしたことを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
- 上記高段ゲートロータと上記低段ゲートロータとを共通化させたことを特徴とする請求項１に記載の二段スクリュー圧縮機。
- 上記高段ゲートロータと低段ゲートロータとの上記回転軸に対する互いの取付位相角度が相違するように配置し、この配置した各ロータを覆う高・低段ケ−シング室の蓋の取付部が互いに干渉しないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の二段スクリュー圧縮機。
- 上記高段圧縮機構のゲートロータと低段圧縮機構のゲートロータとの上記回転軸に対する互いの取付位相角度差が９０度になるように構成したことを特徴とする請求項３に記載の二段スクリュー圧縮機。
- 高段側軸受が、上記一体で形成された回転軸の反モータ側高段端部の近傍に設けられると共に、低段側軸受が、上記回転軸のモータ側低段端部の近傍に設けられ、これらの高段側軸受と低段側軸受とでのみ上記回転軸を支腸するようにしたことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の二段スクリュー圧縮機。
- 上記高段スクリューロータと低段スクリューロータとを一体で形成したことを特徴とする請求項５に記載の二段スクリュー圧縮機。
- 中間軸受が、上記高段側軸受と低段側軸受との間に設けられ、上記回転軸の撓みが大きい時は、当該回転軸の径方向荷重を支腸し、上記回転軸の撓みが小さい時は、当該回転軸の径方向荷重を支腸しないことを特徴とする請求項５に記載の二段スクリュー圧縮機。
- 上記回転軸の撓みが大きい時は、当該回転軸の径方向荷重を支腸し、上記回転軸の撓みが小さい時は、当該回転軸の径方向荷重を支腸しない中間軸受の構造が、当該中間軸受の上記回転軸に対する径方向の隙間寸法を上記高段側軸受または低段側軸受の上記回転軸に対する径方向の隙間寸法より大きくした構造であることを特徴とする請求項７に記載の二段スクリュー圧縮機。
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