JP4404115B2 - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクリュー圧縮機に関する。

従来より、冷凍機の冷媒等の圧縮媒体を圧縮するために種々の圧縮機が提案されているが、その中でもスクリュー圧縮機は、レシプロ式圧縮機よりも振動、騒音が小さく、種々の用途で使用されている。

特許文献１記載のツインスクリュー圧縮機は、螺旋状の溝を有する雌ロータと、雌ロータの螺旋状の溝に噛み合う螺旋状の突条を有する雄ロータと、雌ロータと雄ロータとを収納するケーシングとを備えている。ケーシング内部で雌雄のロータが噛み合いながら回転することにより、圧縮媒体は、螺旋状の溝に形成された作動室（圧縮室）内部で圧縮され、そののちケーシングの吐出ポートから吐出される。

この特許文献１記載のツインスクリュー圧縮機は、作動室の開口に先立ち切欠きを通じて作動室と吐出流路が連通し、開口までに内外圧力差を緩和し、開口時の圧力波の発生を抑える。また、連通開始の時期を不規則にしたことで、噛み合い周波数であった吐出動作の間隔を不規則化し、吐出管や構造体の共振を防止する。

一方、特許文献２記載のシングルスクリュー圧縮機は、外周面に複数本の螺旋状の溝を有する円筒状のスクリューロータと、スクリューロータに噛み合いながら回転する少なくとも１個のゲートロータと、スクリューロータを収納するケーシングとを備えているシングルスクリュー圧縮機がある。冷媒等の圧縮媒体は、ケーシング内部で回転するスクリューロータの螺旋状の溝に送られ、螺旋状の溝とゲートロータの歯とケーシングとによって囲まれた空間内部で圧縮され、ケーシングの吐出ポートから吐出される。
特開平８−７４７６４号公報 特開２００２−２０２０８０号公報

しかし、上記特許文献１および２記載のスクリュー圧縮機は、いずれも溝と歯が等間隔に配置されたスクリューを備えているため、スクリュー１回転中に等間隔で圧縮することによって生じる圧縮トルク変動に伴って音・振動が発生するという問題がある。

例えば、特許文献１記載のように予備吐出用の切り欠きを設けても、１回転中に存在する複数の吐出タイミングをランダム化し、吐出動作に伴う共振を回避することも考えられる。しかし、この場合も、圧縮タイミング自体を変化させる構造ではないのでトルク変動に係る最大トルクタイミングが若干ずれるだけで、最小トルクに係るタイミングがずれることがなく、トルク脈動による共振が生じる問題がある。

また、回転ファンにおけるフィンピッチを不等ピッチにすることで、送風脈動の周波数を分散させる手段も公知（特開２００３−４２０９４号公報等ご参照）であるが、この技術は軸流ファン単体の騒音低減に関するものであり、ツインまたはシングルスクリュー圧縮機における振動加振の主要因となる圧縮トルク脈動の解決に適用することは困難である。

本発明の課題は、圧縮トルク変動に伴う音・振動を効果的に低減することが可能なスクリュー圧縮機を提供することにある。

第１発明のスクリュー圧縮機は、第１噛合体と、第２噛合体とを備えている。第１噛合体は、第１の回転軸の周囲に複数本の螺旋状の溝を有する。第２噛合体は、第２の回転軸の周囲に複数の突起または突条を有する。少なくとも１個の突起または突条は、第２の回転軸の円周方向において、他の突起または突条に対して不均一に配置されている。複数の螺旋状の溝は、第１の回転軸の円周方向において、複数の突起または突条に噛合可能に配置されている。第１噛合体および／または第２噛合体は、第１の回転軸または第２の回転軸の延びる方向と異なる方向へ偏荷重がかかるように、重量バランスがとられている。

ここでは、第２噛合体の少なくとも１個の突起または突条が、第２の回転軸の円周方向において、他の突起または突条に対して不均一に配置されており、かつ、第１噛合体の複数の螺旋状の溝が、第１の回転軸の円周方向において、複数の突起または突条に噛合可能に配置されている。これにより、従来の溝と歯が等間隔に配置されたスクリューにおいて生じていた圧縮トルク変動およびそれによるトルク脈動を大幅に低減することが可能である。その結果、圧縮トルク変動に伴う音や振動を低減することが可能である。しかも、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動を低減することが可能である。
また、第１噛合体および／または第２噛合体は、第１の回転軸または第２の回転軸の延びる方向と異なる方向へ偏荷重がかかるように、重量バランスがとられているため、第１噛合体および第２噛合体によって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴う軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することができる。

第２発明のスクリュー圧縮機は、第１噛合体と、第２噛合体とを備えている。第１噛合体は、第１の回転軸の周囲に複数本の螺旋状の溝を有する。第２噛合体は、第２の回転軸の周囲に複数の突起または突条を有する。少なくとも１個の突起または突条は、第２の回転軸の円周方向において、他の突起または突条に対して不均一に配置されている。複数の螺旋状の溝は、第１の回転軸の円周方向において、複数の突起または突条に噛合可能に配置されている。第１噛合体および／または第２噛合体は、第１の回転軸または第２の回転軸に対する直交断面における重心が回転中心に一致している。

ここでは、第２噛合体の少なくとも１個の突起または突条が、第２の回転軸の円周方向において、他の突起または突条に対して不均一に配置されており、かつ、第１噛合体の複数の螺旋状の溝が、第１の回転軸の円周方向において、複数の突起または突条に噛合可能に配置されている。これにより、従来の溝と歯が等間隔に配置されたスクリューにおいて生じていた圧縮トルク変動およびそれによるトルク脈動を大幅に低減することが可能である。その結果、圧縮トルク変動に伴う音や振動を低減することが可能である。しかも、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動を低減することが可能である。
また、第１噛合体および／または第２噛合体は、第１の回転軸または第２の回転軸に対する直交断面における重心が回転中心に一致しているため、音や振動を低減できる。

第３発明のスクリュー圧縮機は、第１発明または第２発明のスクリュー圧縮機であって、螺旋状の溝の本数は、複数の突起または突条の数との間に１以外の公約数を有する関係である。

ここでは、螺旋状の溝の本数は、複数の突起または突条の数との間に１以外の公約数を有する関係であるため、音や振動を確実に低減でき、設計が容易である。

第４発明のスクリュー圧縮機は、第１発明から第３発明のいずれかのスクリュー圧縮機であって、複数の突起または突条のうち少なくとも不均一に配置された突起または突条は、第２の回転軸に対して対称に配置されている。

ここでは、複数の突起または突条のうち少なくとも不均一に配置された突起または突条は、第２の回転軸に対して対称に配置されているため、回転遠心力のバランスをとることができるので、より低振動のスクリュー圧縮機を提供できる。

第５発明のスクリュー圧縮機は、第１発明から第４発明のいずれかのスクリュー圧縮機であって、第１噛合体がスクリューロータであり、かつ、第２噛合体がゲートロータであるシングルスクリュー圧縮機である。

ここでは、第１噛合体がスクリューロータであり、かつ、第２噛合体がゲートロータであるシングルスクリュー圧縮機であるので、シングルスクリュー圧縮機においても、圧縮トルク変動を大幅に低減することを達成することが可能になっており、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動を低減することが可能である。

第６発明のスクリュー圧縮機は、第５発明のスクリュー圧縮機であって、スクリューロータには、片側から吸入して溝に形成される圧縮室に対して偏荷重がかかる。

ここでは、スクリューロータには、片側から吸入して溝に形成される圧縮室に対して偏荷重がかかるため、スクリューロータおよびゲートロータによって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴うスクリューロータの軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。

第７発明のスクリュー圧縮機は、第５発明のスクリュー圧縮機であって、スクリューロータには、その自重によって偏荷重がかかる。

ここでは、スクリューロータには、その自重によって偏荷重がかかるので、スクリューロータの自重によって下向きの偏荷重がかかっていることによって、特別なコストアップをすることなく、圧縮室の内部のガス荷重変化に伴う軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。

第８発明のスクリュー圧縮機は、第５発明のスクリュー圧縮機であって、スクリューロータを収納するケーシングをさらに備えている。しかも、スクリュー圧縮機は、ゲートロータを２枚備えている。ケーシングの空間部における２枚のゲートロータに対応する吸入カット位置は、ケーシングの空間部の中心線に対して非対称に配置される。これにより、スクリューロータに偏荷重がかかる。

ここでは、スクリューロータを収納するケーシングをさらに備えており、かつ、ゲートロータを２枚備えており、ケーシングの空間部における２枚のゲートロータに対応する吸入カット位置が、ケーシングの空間部の中心線に対して非対称に配置されることで、スクリューロータに偏荷重がかかる。このため、スクリューロータおよびゲートロータによって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴うスクリューロータの軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。

第９発明のスクリュー圧縮機は、第５発明のスクリュー圧縮機であって、ゲートロータを２枚備えている。２枚のゲートロータは、スクリューロータの回転中心に対して非対称に配置されることで、スクリューロータに偏荷重がかかる。

ここでは、ゲートロータを２枚備えており、２枚のゲートロータがスクリューロータの回転中心に対して非対称に配置されることでスクリューロータに偏荷重がかかるので、スクリューロータおよびゲートロータによって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴うスクリューロータの軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。

第１０発明のスクリュー圧縮機は、第５発明のスクリュー圧縮機であって、ゲートロータは、複数の突起である複数の歯を有している。歯の側面における横シール部を歯の幅方向にずらして配置することにより、ゲートロータの回転軸となる第２の回転軸の円周方向において、他の歯に対して不均一に配置されている。

ここでは、ゲートロータが複数の突起である複数の歯を有しており、歯の側面における横シール部を歯の幅方向にずらして配置することにより、ゲートロータの回転軸となる第２の回転軸の円周方向において他の歯に対して不均一に配置されているので、吸入・圧縮・吐出時の圧縮室ごとの容積変化を与えることができるので、圧縮トルク変動に伴う音や振動をさらに低減することが可能である。しかも、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動をさらに低減することが可能である。また、歯の側面における横シール部を歯の幅方向にずらして配置することにより、各々複数の圧縮室が異なった容積変化を行いながら不等ピッチ化されるので、圧縮動作の不規則性をさらに容易に与えることが可能であり、振動低減の効果を容易に得ることができる。

第１発明によれば、従来の溝と歯が等間隔に配置されたスクリューにおいて生じていた圧縮トルク変動およびそれによるトルク脈動を大幅に低減することができる。その結果、圧縮トルク変動に伴う音や振動を低減することができる。しかも、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動を低減することができる。

また、圧縮室の内部のガス荷重変化に伴う軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することができる。
第２発明によれば、従来の溝と歯が等間隔に配置されたスクリューにおいて生じていた圧縮トルク変動およびそれによるトルク脈動を大幅に低減することができる。その結果、圧縮トルク変動に伴う音や振動を低減することができる。しかも、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動を低減することができる。
しかも、第１噛合体および／または第２噛合体は、第１の回転軸または第２の回転軸に対する直交断面における重心が回転中心に一致しているため、音や振動を低減できる。

第３発明によれば、音や振動を確実に低減でき、設計が容易である。

第４発明によれば、回転遠心力のバランスをとることができるので、より低振動のスクリュー圧縮機を提供できる。

第５発明によれば、シングルスクリュー圧縮機においても、圧縮トルク変動を大幅に低減することを達成することができ、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動を低減することができる。

第６発明によれば、スクリューロータおよびゲートロータによって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴うスクリューロータの軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することができる。

第７発明によれば、特別なコストアップをすることなく、圧縮室の内部のガス荷重変化に伴う軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することができる。

第８発明によれば、圧縮室の内部のガス荷重変化に伴うスクリューロータの軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することができる。

第９発明によれば、圧縮室の内部のガス荷重変化に伴うスクリューロータの軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することができる。

第１０発明によれば、吸入・圧縮・吐出時の圧縮室ごとの容積変化を与えることができるので、圧縮トルク変動に伴う音や振動をさらに低減することができる。しかも、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動をさらに低減することができる。しかも、各々複数の圧縮室が異なった容積変化を行いながら不等ピッチ化されるので、圧縮動作の不規則性をさらに容易に与えることができ、その結果、振動低減の効果を容易に得ることができる。

［第１実施形態］
つぎに本発明のスクリュー圧縮機の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

＜シングルスクリュー圧縮機１の構成＞
図１〜４に示されるシングルスクリュー圧縮機１は、１本のスクリューロータ２と、スクリューロータ２を収納するケーシング３と、スクリューロータ２の回転軸となるシャフト４と、２個のゲートロータ５、６と、スクリューロータ２の軸方向から支持するスラスト軸受７と、２つのゲートロータ５、６のための回転軸８、９とを備えている。

ここでは、スクリューロータ２は、本発明の第１噛合体に対応するものである。また、２つのゲートロータ５、６は、本発明の第２噛合体に対応する。また、ゲートロータ５、６の歯１２は、本発明の突起に対応する。シャフト４は、本発明の第１の回転軸に対応する。回転軸８、９は、本発明の第２の回転軸に対応する。

スクリューロータ２は、外周面に複数本の螺旋状の溝１１を有している円柱状のロータである。スクリューロータ２は、シャフト４と一体になって、ケーシング３の内部で回転することが可能である。スクリューロータ２は、スラスト軸受７によって、軸方向に沿って吐出側から吸入側へ向かう方向（ガスの吸入方向Ｆ１の反対方向）から支持されている。シャフト４は、一端がスクリューロータ２と結合され、他端がケーシング３外部の駆動用モータ（図示せず）に連結されている。

ケーシング３は、円筒形状の部材であり、スクリューロータ２およびシャフト４を回転自在に収納する。

２つのゲートロータ、すなわち、第１ゲートロータ５および第２ゲートロータ６は、いずれもスクリューロータ２の溝１１に噛み合う複数枚の歯１２を有する回転体であり、スクリューロータ２の回転軸であるシャフト４に略直交する回転軸８、９回りに回転することが可能である。ゲートロータ５の歯１２は、ケーシング３に形成されたスリット１４を通して、ケーシング３内部のスクリューロータ２の螺旋状の溝１１と噛み合うことが可能である。２枚のゲートロータ５、６は、スクリューロータ２の回転中心に対して左右対称に配置されている。なお、ゲートロータ５、６を上下対称に配置してもよい。

スクリューロータ２が回転すれば、第１ゲートロータ５および第２ゲートロータ６の複数の歯１２は、順次複数の溝１１に噛み合うことができる。

また、ケーシング３の外周面には、ケーシング３内部で圧縮された冷媒を吐出するための吐出ポート１０が、第１ゲートロータ５および第２ゲートロータ６に対応してそれぞれ１個ずつ開口されている。

これらの吐出ポート１０は、スクリューロータ２の回転時において、スクリューロータ２外周面における溝１１に連通することが可能になるように、ケーシング３の外周面の適宜の位置に開口されている。

第１および第２ゲートロータ５、６の複数の歯１２のうちの少なくとも１個の歯１２は、圧縮トルク変動を低減するために、回転軸８、９の円周方向において、他の歯１２に対して不均一に配置されている。

例えば、図４（ａ）に示されるように、第１ゲートロータ５および第２ゲートロータ６の複数の歯１２のうち、歯の角度を変更することにより不均一に配置された歯１２ａ１、１２ａ２は、各ゲートロータ５、６の回転軸８、９に対して対称に配置されている。これらの歯１２ａ１、１２ａ２は、両隣の歯１２との間の開き角Ａ、Ｂが異なっている。また、不均一配置の他の例として、歯１２の側面における横シール部を幅方向にずらすことにより不均一に配置された歯１２ｂ１、１２ｂ２は、各ゲートロータ５、６の回転軸８、９に対して対称に配置されてもよい。なお、本発明の歯１２の不均一な配置については、上記のように、歯の角度を変更するか、歯の幅方向にずらすかのいずれかの方法または両方の方法を採用してもよい。

一方、スクリューロータ２の複数の螺旋状の溝１１は、シャフト４の円周方向において、複数の歯１２に噛合可能に配置されている。

上記のような歯１２の不均一な配置により、従来の溝と歯が等間隔に配置されたスクリューにおいて生じていた圧縮トルク変動およびそれによるトルク脈動を大幅に低減することが可能であり、それとともに音や振動を低減することが可能である。

また、スクリューロータ２およびゲートロータ８、９は、シャフト４または回転軸８、９の延びる方向と異なる方向へ偏荷重がかかるように、重量バランスがとられている。なお、スクリューロータ２またはゲートロータ８、９のいずれか一方のみが偏荷重がかかるようにしてもよい。

例えば、スクリューロータ２は、その自重により、垂直下方へ偏荷重がかかるようになっている。

また、図３に示されるように、ケーシング３の空間部における２枚のゲートロータ５、６に対応する吸入カット位置Ｃ１、Ｃ２（図３参照）が、ケーシング３の空間部の中心線Ｌ１に対して非対称に配置（図３では、中心線Ｌ１の延びる方向にずれて配置）されている。これにより、スクリューロータ２および２つのゲートロータ５、６に偏荷重がかかるようになっている。

このように、スクリューロータ２および２つのゲートロータ５、６に偏荷重がかかることによって、スクリューロータ２の溝１１およびゲートロータ８、９の歯１２によって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴うスクリューロータ２の軸荷重（すなわち、スクリューロータ２の回転軸に作用する荷重）の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。

螺旋状の溝１１の本数は、それぞれのゲートロータ８、９の歯１２の数との間に１以外の公約数を有する関係になっている。例えば、整数倍の関係（例えば、溝１１の本数に対して、歯１２の個数が２倍、３倍、４倍・・・の関係）、または整数倍でなくても所定回転（例えば、スクリューロータ２が５回転、ゲートロータ８、９が７回転）するごとに噛み合う関係などを意味している。これにより、不均一な配置の歯１２が、対応する所定の溝１１に確実に噛み合うことが可能な構造になる。したがって、音や振動を確実に低減でき、しかも、スクリューロータ２およびゲートロータ８、９の設計が容易になっている。

また、図４に示されるように、ゲートロータ８、９の複数の歯１２のうち少なくとも不均一に配置された歯１２ａ１と１２ａ２の組、または歯１２ｂ１と１２ｂ２の組は、回転軸８、９に対して対称に配置されている。このような構成により、回転遠心力のバランスをとることが可能になっている。

しかも、スクリューロータ２およびゲートロータ８、９は、シャフト４または回転軸８、９に対する直交断面における重心が回転中心に一致するように、重心の設定がされている。したがって、スクリューロータ２およびゲートロータ８、９の重心と回転中心とのずれがなくなるので、音や振動を低減することが可能になっている。

なお、スクリューロータ２またはゲートロータ８、９のいずれか一方が、シャフト４または回転軸８、９に対する直交断面における重心が回転中心に一致するように、重心の設定がされているようにしてもよい。

＜シングルスクリュー圧縮機１の動作説明＞
図１〜３に示されるシングルスクリュー圧縮機１は、以下のようにしてガスを圧縮する。
まず、シャフト４がケーシング３外部のモータ（図示せず）から回転駆動力を受けると、スクリューロータ２が矢印Ｒ１（図１参照）の方向に回転する。このとき、スクリューロータ２の螺旋状の溝１１に噛み合う２枚のゲートロータ５、６は、その歯１２が螺旋状の溝１１の内壁に押されることによって、矢印Ｒ２の方向へ回転する。このとき、図１〜２のスクリューロータ２の紙面手前側では、ケーシング３の内面と、スクリューロータ２の溝１１と、ゲートロータ５の歯１２とで仕切られて形成された紙面手前側の圧縮室の容積が減少する。それとともに、スクリューロータ２の紙面奥側では、ケーシング３の内面と、スクリューロータ２の溝１１と、ゲートロータ６の歯１２とで仕切られて形成された紙面奥側の圧縮室の容積が減少する。

これらの２つの圧縮室の容積の減少を利用することによって、ケーシング３の吸入側開口１５から導入される圧縮前の冷媒Ｆ１（図１参照）は、溝１１と歯１２とが噛み合う直前に圧縮室に導かれ、溝１１と歯１２とが噛み合っている間に圧縮室の容積が減少して冷媒が圧縮され、その後、溝１１と歯１２との噛み合いが外れた直後に、圧縮された冷媒Ｆ２（図２参照）が、ゲートロータ５、６にそれぞれ対応する図２の紙面手前側および紙面奥側に開口する吐出ポート１０から吐出される。

＜第１実施形態の特徴＞
（１）
第１実施形態のシングルスクリュー圧縮機１では、第１および第２ゲートロータ５、６の複数の歯１２のうちの少なくとも１個の歯１２（例えば、図４（ａ）の歯１２ａ１、１２ａ２、１２ｂ１、１２ｂ２）は、回転軸８、９の円周方向において、他の歯１２に対して不均一に配置されている。また、スクリューロータ２の複数の螺旋状の溝１１は、シャフト４の円周方向において複数の歯１２に噛合可能に配置されている。
これにより、従来の溝と歯が等間隔に配置されたスクリューにおいて生じていた圧縮トルク変動およびそれによるトルク脈動を大幅に低減することが可能である。その結果、圧縮トルク変動に伴う音や振動を低減することが可能である。しかも、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動を低減することが可能である。
（２）
第１実施形態のシングルスクリュー圧縮機１では、スクリューロータ２および／またはゲートロータ８、９は、シャフト４または回転軸８、９の延びる方向と異なる方向へ偏荷重がかかるように、重量バランスがとられている。これによって、スクリューロータ２およびゲートロータ８、９によって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴うスクリューロータ２の軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。
とくに、第１実施形態では、スクリューロータ２の自重によって下向きの偏荷重がかかっていることによって、特別なコストアップをすることなく、圧縮室の内部のガス荷重変化に伴う軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。
（３）
第１実施形態のシングルスクリュー圧縮機１では、螺旋状の溝１１の本数は、複数の歯１２の数との間に１以外の公約数を有する関係になっている。このため、不均一な配置の歯１２が、対応する所定の溝１１に確実に噛み合うことが可能になる。したがって、音や振動を確実に低減でき、しかも、スクリューロータ２およびゲートロータ８、９の設計が容易になる。
（４）
第１実施形態のシングルスクリュー圧縮機１では、複数の歯１２のうち少なくとも不均一に配置された歯１２ａ１、１２ａ２の組、または歯１２ｂ１、１２ｂ２の組は、回転軸８、９に対して対称に配置されている。これにより、回転遠心力のバランスをとることができ、その結果、より低振動のシングルスクリュー圧縮機を提供できる。
（５）
第１実施形態のシングルスクリュー圧縮機１では、スクリューロータ２および／またはゲートロータ８、９は、シャフト４または回転軸８、９に対する直交断面における重心が回転中心に一致するように、重心の設定がされている。これにより、音や振動を低減できる。
（６）
第１実施形態では、本発明のスクリュー圧縮機として、第１噛合体がスクリューロータ２であり、かつ、第２噛合体が２枚のゲートロータ５、６であるシングルスクリュー圧縮機１が用いられている。このようなシングルスクリュー圧縮機１においても、第１および第２ゲートロータ５、６の複数の歯１２うちの少なくとも１個の歯１２が回転軸８、９の円周方向において他の歯１２に対して不均一に配置されていることによって圧縮トルク変動を大幅に低減することを達成することが可能になっている。しかも、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動を低減することが可能である。
（７）
第１実施形態では、スクリューロータ２がその自重によって偏荷重がかかるようになっているので、スクリューロータ２およびゲートロータ８、９によって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴うスクリューロータ２の軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。
（８）
第１実施形態では、ケーシング３の空間部における２枚のゲートロータ５、６に対応する吸入カット位置Ｃ１、Ｃ２が、ケーシング３の空間部の中心線Ｌ１に対して非対称に配置（例えば、中心線Ｌ１の延びる方向にずれて配置）されることで、スクリューロータ２に偏荷重がかかるようになっているので、スクリューロータ２およびゲートロータ８、９によって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴うスクリューロータ２の軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。
（９）
第１実施形態では、ゲートロータ５、６の複数の歯１２のうち、歯１２ｂ１、１２ｂ２が歯の側面における横シール部を歯の幅方向にずらして配置することにより、ゲートロータ５、６の回転軸８、９の円周方向において他の歯１２に対して不均一に配置されているので、吸入・圧縮・吐出時の圧縮室ごとの容積変化を与えることができるので、圧縮トルク変動に伴う音や振動をさらに低減することが可能である。しかも、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動をさらに低減することが可能である。
ここで、ゲートロータ５、６について歯１２ａ１、１２ａ２を第２の回転軸８、９の円周方向に角度を変えて回転方向角度で不等ピッチ化を行った場合には、各々複数の圧縮室は同じ容積変化を行いながら、角度的に不等化される。一方、上述のように、歯１２ｂ１、１２ｂ２が歯の側面における横シール部を歯の幅方向にずらして配置されることにより、各々複数の圧縮室が異なった容積変化を行いながら不等ピッチ化される。したがって、歯１２ａ１、１２ａ２を第２の回転軸８、９の円周方向に角度を変えて配置した場合と比較して、圧縮動作の不規則性をさらに容易に与えることが可能であり、振動低減の効果を容易に得ることができる。
なお、第１実施形態の歯１２ａ１、１２ａ２は、横シール部を歯の幅方向にずらして配置されるとともに、第２の回転軸８、９の円周方向に角度を変えて配置されているので、圧縮動作の不規則性をより一層容易に与えることが可能であり、振動低減の効果をさらに容易に得ることができる。
（１０）
第１実施形態では、ゲートロータ５、６の複数の歯１２のうち、歯１２ａ１、１２ａ２を第２の回転軸８、９の円周方向に角度を変えて配置することにより、第２の回転軸８、９の円周方向において、他の歯１２に対して不均一に配置されているので、吸入・圧縮・吐出時の圧縮室ごとの容積変化を与えることができるので、圧縮トルク変動に伴う音や振動をさらに低減することが可能である。しかも、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動をさらに低減することが可能である。
さらに、複数の歯１２のうちの一部の歯１２ａ１、１２ａ２の角度ピッチを変えて製造するだけでよいので、従来の歯加工機械を利用して容易に製造することが可能である。

＜第１実施形態の変形例＞
（Ａ）
上記の第１実施形態では、２枚のゲートロータ５、６が、スクリューロータ２の回転中心に対して左右対称に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
第１実施形態の変形例として、たとえば、２枚のゲートロータ５、６がスクリューロータ２の回転中心に対してその周方向回りに非対称に配置され、スクリューロータ２に偏荷重がかかるようにしてもよい。具体的には、非対称な配置のゲートロータ５、６によってそれぞれ形成される圧縮室も非対称に配置されるので、スクリューロータ２には、非対称配置の圧縮室におけるガス荷重によって偏荷重がかかるようになる。このため、スクリューロータ２およびゲートロータ５、６によって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴うスクリューロータ２の軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。
（Ｂ）
上記の第１実施形態では、２枚のゲートロータ５、６を備えたシングルスクリュー圧縮機１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１枚のゲートロータ５のみを備えたシングルスクリュー圧縮機１であってもよい。スクリューロータ２およびケーシング３その他の構成は、第１実施形態の構成と同じである。
この場合も、第１実施形態と同様に、ゲートロータ５の少なくとも１個の複数の歯１２を、圧縮トルク変動を低減するために、回転軸８の円周方向において、他の歯１２に対して不均一に配置されているようにすればよい。
例えば、図５に示されるように、ゲートロータ５の複数の歯１２のうち、歯の角度を変更することにより不均一に配置された歯１２ａ１、１２ａ２は、ゲートロータ５の回転軸８に対して対称に配置すればよい。
また、他の例として、図６に示されるように、歯１２を幅方向にずらすことにより不均一に配置された歯１２ｂ１、１２ｂ２は、ゲートロータ５の回転軸８に対して対称に配置されてもよい。なお、上記のように、歯の角度を変更するか、歯の幅方向にずらすかのいずれを採用してもよい。
（Ｃ）
また、上記変形例（Ｂ）のような図５〜６に示される１枚のゲートロータ５を備えたシングルスクリュー圧縮機１の場合、スクリューロータ２の片側のみに、スクリューロータ２の溝１１と、ゲートロータ５の歯１２とケーシング３とによって圧縮室が形成されることになる。このため、スクリューロータ２の片側から吸入して溝１１に形成される圧縮室に対して偏荷重がかかる構造になる。そのため、スクリューロータ２には、片側だけの圧縮室におけるガス荷重によって偏荷重がかかるようになる。このため、スクリューロータ２およびゲートロータ５によって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴うスクリューロータ２の軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。

［第２実施形態］
つぎに本発明のスクリュー圧縮機の一実施形態であるツインスクリュー圧縮機１０１を、図面を参照しながら説明する。

＜ツインスクリュー圧縮機１０１の構成＞
図７〜８に示されるツインスクリュー圧縮機１０１は、雌ロータ１０２と、雄ロータ１０３と、雌ロータ１０２と雄ロータ１０３とを収納するケーシング１０４と、雌ロータ１０２の回転軸となる第１シャフト１０５と、雄ロータ１０３の回転軸となる第２シャフト１０６と、第１シャフト１０５および第２シャフト１０６をケーシング１０４内部に回転自在に支持するローラー軸受１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄとを備えている。

図７〜８に示される雌ロータ１０２および雄ロータ１０３は、水平に配置されているが、垂直に配置してもよい。

ここでは、雌ロータ１０２は、本発明の第１噛合体に対応するものである。また、雄ロータ１０３は、本発明の第２噛合体に対応する。第１シャフト１０５は、本発明の第１の回転軸に対応する。第２シャフト１０６は、本発明の第２の回転軸に対応する。

雌ロータ１０２は、外周面に複数本の螺旋状の溝１０８を有している円柱状のロータである。雌ロータ１０２は、第１シャフト１０５と一体になって、ケーシング１０４の内部で回転することが可能である。第１シャフト１０５は、一対のローラー軸受１０７ａ、１０７ｂによって回転自在に支持されている。

雄ロータ１０３は、雌ロータ１０２の螺旋状の溝１０８に噛み合う螺旋状の突条１０９を有する円柱状のロータである。雄ロータ１０３は、第２シャフト１０６と一体になって、ケーシング１０４の内部で回転することが可能である。第２シャフト１０６は、一対のローラー軸受１０７ｃ、１０７ｄによって回転自在に支持されている。第２シャフト１０６の一端は、ケーシング１０４の外部へ延び、ケーシング１０４の外部の駆動用モータ（図示せず）に連結されている。

ケーシング１０４は、雌ロータ１０２および雄ロータ１０３を回転自在に収納する密閉された筐体である。ケーシング１０４には、雌ロータ１０２および雄ロータ１０３が配置された空間部１１０に連通する吸気ポート１１１および吐出ポート１１２が形成されている。

図７に示されるように、雄ロータ１０３の複数の突条１０９のうちの少なくとも１本の突条１０９は、圧縮トルク変動を低減するために、第２シャフト１０６の円周方向において、他の突条１０９に対して不均一に配置されている。

例えば、図７に示されるように、雄ロータ１０３の複数の突条１０９のうち、突条１０９ａ１、１０９ａ２をその幅方向にずらすことにより不均一に配置されている。なお、本発明の突条１０９の不均一な配置については、また、突条１０９の幅方向にずらす代わりに突条１０９の角度を変更してもよい。

一方、雌ロータ１０２の複数の螺旋状の溝１０８は、第１シャフト１０５の円周方向において、複数の突条１０９に噛合可能に配置されている。

上記のような突条１０９の不均一な配置により、従来の溝と歯が等間隔に配置されたスクリューにおいて生じていた圧縮トルク変動およびそれによるトルク脈動を大幅に低減することが可能であり、それとともに音や振動を低減することが可能である。

また、雌ロータ１０２および雄ロータ１０３は、第１シャフト１０５または第２シャフト１０６の延びる方向と異なる方向へ偏荷重がかかるように、重量バランスがとられている。なお、雌ロータ１０２および雄ロータ１０３のいずれか一方のみが偏荷重がかかるようにしてもよい。

例えば、図７〜８に示される水平に並べて配置された雌ロータ１０２および雄ロータ１０３は、それらの自重によって、それぞれ垂直下方へ偏荷重がかかるようになっている。

このように、雌ロータ１０２および雄ロータ１０３に偏荷重がかかることによって、雌ロータ１０２の溝１０８および雄ロータ１０３の突条１０９によって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴う雌ロータ１０２および雄ロータ１０３の軸荷重（すなわち、雌ロータ１０２および雄ロータ１０３の回転軸に作用する荷重）の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。

螺旋状の溝１０８の本数は、それぞれの雄ロータ１０３の突条１０９の数との間に１以外の公約数を有する関係になっている。例えば、整数倍の関係（例えば、溝１０８の本数に対して、突条１０９の個数が２倍、３倍、４倍・・・の関係）、または整数倍でなくても所定回転（例えば、雌ロータ１０２が６回転、雄ロータ１０３が４回転）するごとに噛み合う関係などを意味している。これにより、不均一な配置の突条１０９が、対応する所定の溝１０８に確実に噛み合うことが可能な構造になる。したがって、音や振動を確実に低減でき、しかも、雌ロータ１０２および雄ロータ１０３の設計が容易になっている。

また、図７に示されるように、雄ロータ１０３の複数の突条１０９のうち少なくとも不均一に配置された突条１０９ａ１と１２ａ２の組は、第２シャフト１０６に対して対称に配置されている。このような構成により、回転遠心力のバランスをとることが可能になっている。

しかも、雌ロータ１０２および雄ロータ１０３は、第１シャフト１０５または第２シャフト１０６に対する直交断面における重心が回転中心に一致するように、重心の設定がされている。したがって、雌ロータ１０２および雄ロータ１０３の重心と回転中心とのずれがなくなるので、音や振動を低減することが可能になっている。

＜ツインスクリュー圧縮機１０１の動作説明＞
図７〜８に示されるツインスクリュー圧縮機１０１は、以下のようにしてガスを圧縮する。
まず、第２シャフト１０６がケーシング１０４外部のモータ（図示せず）から回転駆動力を受けると、雄ロータ１０３が矢印Ｒ３（図７〜８参照）の方向に回転する。このとき、雄ロータ１０３の突条１０９に噛み合う螺旋状の溝１０８を有する雌ロータ１０２は、その螺旋状の溝１０８の内壁が突条１０９に押されることによって、矢印Ｒ４の方向へ回転する。このとき、ケーシング１０４の内面と、雌ロータ１０２の溝１０８と、雄ロータ１０３の突条１０９とで仕切られて形成された圧縮室の容積が減少する。この圧縮室の容積の減少を利用することによって、ケーシング１０４の吸入ポート１１１から導入される圧縮前の冷媒Ｆ３は、溝１０８と突条１０９とが噛み合っている間に圧縮室の容積が減少して冷媒が圧縮され、その後、圧縮された冷媒Ｆ４が、吐出ポート１０から吐出される。

＜第２実施形態の特徴＞
（１）
第２実施形態のツインスクリュー圧縮機１０１では、雄ロータ１０３の複数の突条１０９のうちの少なくとも１本の突条１０９（例えば、図７の突条１０９ａ１、１０９ａ２）は、第２シャフト１０６の円周方向において、他の突条１０９に対して不均一に配置されている。また、雌ロータ１０２の複数の螺旋状の溝１０８は、第１シャフト１０５の円周方向において複数の突条１０９に噛合可能に配置されている。
これにより、従来の溝と歯が等間隔に配置されたスクリューにおいて生じていた圧縮トルク変動およびそれによるトルク脈動を大幅に低減することが可能である。その結果、圧縮トルク変動に伴う音や振動を低減することが可能である。しかも、吸入・吐出流速変動あるいは圧力脈動に伴って生じる音や振動を低減することが可能である。
（２）
第２実施形態のツインスクリュー圧縮機１０１では、雌ロータ１０２および／または雄ロータ１０３は、第１シャフト１０５または第２シャフト１０６の延びる方向と異なる方向へ偏荷重がかかるように、重量バランスがとられている。これによって、雌ロータ１０２および雄ロータ１０３によって形成される圧縮室の内部のガス荷重変化に伴う雌ロータ１０２および雄ロータ１０３の軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。
とくに、第２実施形態では、雌ロータ１０２および雄ロータ１０３の自重によって下向きの偏荷重がかかっていることによって、特別なコストアップをすることなく、圧縮室の内部のガス荷重変化に伴う軸荷重の切り替わりを避けることができ、軸荷重切り替わりに伴う騒音発生を回避することが可能になる。
（３）
第２実施形態のツインスクリュー圧縮機１０１では、螺旋状の溝１０８の本数は、複数の突条１０９の数との間に１以外の公約数を有する関係になっている。このため、不均一な配置の突条１０９が、対応する所定の溝１０８に確実に噛み合うことが可能になる。したがって、音や振動を確実に低減でき、しかも、雌ロータ１０２および雄ロータ１０３の設計が容易になる。
（４）
第２実施形態のツインスクリュー圧縮機１０１では、複数の突条１０９のうち少なくとも不均一に配置された突条１０９ａ１、１２ａ２の組は、第２シャフト１０６に対して対称に配置されている。これにより、回転遠心力のバランスをとることができ、その結果、より低振動のツインスクリュー圧縮機を提供できる。
（５）
第２実施形態のツインスクリュー圧縮機１０１では、雌ロータ１０２および／または雄ロータ１０３は、第１シャフト１０５または第２シャフト１０６に対する直交断面における重心が回転中心に一致するように、重心の設定がされている。これにより、音や振動を低減できる。

本発明は、シングルスクリュー圧縮機およびツインスクリュー圧縮機その他の種々のスクリュー圧縮機に適用することが可能である。とくに、チラーやヒートポンプ等に内蔵されたスクリュー圧縮機に好適に適用できる。また可変容量（ＶＲＶ）タイプの圧縮機にも適用できる。

本発明の第１実施形態に係わるシングルスクリュー圧縮機の主要部分の構成図。 図１のシングルスクリュー圧縮機の正面図。 図１のスクリューロータおよびゲートロータの吸入カット部分の位置を示す断面図。 図１のゲートロータの歯の不均一な配置を示す複数の歯の配置図であって、（ａ）スクリューロータおよびゲートロータの平面図、および（ｂ）スクリューロータおよびゲートロータスクリューロータの軸方向から見た図。 本発明の第１実施形態の変形例に係わる１枚のゲートロータを備えたシングルスクリュー圧縮機の主要部分の構成図。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係わる１枚のゲートロータを備えたシングルスクリュー圧縮機の主要部分の構成図。 本発明の第２実施形態に係わるツインスクリュー圧縮機の主要部分を第１および第２シャフトの軸方向から見た図。 図７のツインスクリュー圧縮機の主要部分がケーシング内部に収納された状態の平面構成図。

符号の説明

１ シングルスクリュー圧縮機
２ スクリューロータ
３ ケーシング
４ シャフト
５ 第１ゲートロータ
６ 第２ゲートロータ
７ スラスト軸受
８、９ 回転軸
１１ 溝
１２ 歯
１０１ ツインスクリュー圧縮機
１０２ 雌ロータ
１０３ 雄ロータ
１０４ ケーシング
１０５ 第１シャフト
１０６ 第２シャフト
１０８ 溝
１０９ 突条

Claims (10)

1. 第１の回転軸（４、１０５）の周囲に複数本の螺旋状の溝（１１、１０８）を有する第１噛合体（２、１０２）と、
   第２の回転軸（８、９、１０６）の周囲に複数の突起（１２）または突条（１０９）を有する第２噛合体（５、６、１０３）と
   を備えており、
   少なくとも１個の前記突起（１２）または突条（１０９）は、第２の回転軸（８、９、１０６）の円周方向において、他の突起（１２）または突条（１０９）に対して不均一に配置されており、
   前記複数の螺旋状の溝（１１、１０８）は、第１の回転軸（４、１０５）の円周方向において、前記複数の突起（１２）または突条（１０９）に噛合可能に配置されており、
   前記第１噛合体（２、１０２）および／または第２噛合体（５、６、１０３）は、前記第１の回転軸（４、１０５）または第２の回転軸（８、９、１０６）の延びる方向と異なる方向へ偏荷重がかかるように、重量バランスがとられている、
   スクリュー圧縮機（１、１０１）。
2. 第１の回転軸（４、１０５）の周囲に複数本の螺旋状の溝（１１、１０８）を有する第１噛合体（２、１０２）と、
   第２の回転軸（８、９、１０６）の周囲に複数の突起（１２）または突条（１０９）を有する第２噛合体（５、６、１０３）と
   を備えており、
   少なくとも１個の前記突起（１２）または突条（１０９）は、第２の回転軸（８、９、１０６）の円周方向において、他の突起（１２）または突条（１０９）に対して不均一に配置されており、
   前記複数の螺旋状の溝（１１、１０８）は、第１の回転軸（４、１０５）の円周方向において、前記複数の突起（１２）または突条（１０９）に噛合可能に配置されており、
   前記第１噛合体（２、１０２）および／または第２噛合体（５、６、１０３）は、前記第１の回転軸（４、１０５）または第２の回転軸（８、９、１０６）に対する直交断面における重心が回転中心に一致している、
   スクリュー圧縮機（１、１０１）。
3. 前記螺旋状の溝（１１、１０８）の本数は、前記複数の突起（１２）または突条（１０９）の数との間に１以外の公約数を有する関係である、
   請求項１または２に記載のスクリュー圧縮機（１、１０１）。
4. 前記複数の突起（１２）または突条（１０９）のうち少なくとも不均一に配置された突起（１２）または突条（１０９）は、前記第２の回転軸（８、９、１０６）に対して対称に配置されている、
   請求項１から３のいずれかに記載のスクリュー圧縮機（１、１０１）。
5. 前記第１噛合体（２）がスクリューロータであり、かつ、前記第２噛合体（５、６）がゲートロータであるシングルスクリュー圧縮機である、
   請求項１から４に記載のスクリュー圧縮機（１）。
6. 前記スクリューロータ（２）には、片側から吸入して前記溝（１１）に形成される圧縮室に対して偏荷重がかかる、
   請求項５に記載のスクリュー圧縮機（１）。
7. 前記スクリューロータ（２）には、その自重によって偏荷重がかかる、
   請求項５に記載のスクリュー圧縮機（１）。
8. 前記スクリューロータ（２）を収納するケーシング（３）をさらに備えており、かつ、
   前記ゲートロータ（５、６）を２枚備えており、
   前記ケーシングの空間部における２枚のゲートロータ（５、６）に対応する吸入カット位置が、前記ケーシング（３）の空間部の中心線に対して非対称に配置されることで、前記スクリューロータ（２）に偏荷重がかかる、
   請求項５に記載のスクリュー圧縮機（１）。
9. 前記ゲートロータ（５、６）を２枚備えており、
   ２枚の前記ゲートロータ（５、６）は、前記スクリューロータ（２）の回転中心に対して非対称に配置されることで、前記スクリューロータ（２）に偏荷重がかかる、
   請求項５に記載のスクリュー圧縮機（１）。
10. 前記ゲートロータ（５、６）は、前記複数の突起（１２）である複数の歯を有しており、
    前記歯（１２）の側面における横シール部を前記歯（１２）の幅方向にずらして配置することにより、前記ゲートロータ（５、６）の回転軸となる前記第２の回転軸（８、９）の円周方向において、他の歯（１２）に対して不均一に配置されている、
    請求項５に記載のスクリュー圧縮機（１）。

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