JP4692397B2

JP4692397B2 - スクリュー圧縮機

Info

Publication number: JP4692397B2
Application number: JP2006155991A
Authority: JP
Inventors: 田中　　栄太郎; 弘岡田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-06-05
Also published as: US7722345B2; JP2007321726A; US20070280846A1

Description

本発明は、外部から気体を取り込み圧縮して吐出するスクリュー圧縮機に関するものである。

図５に示すような、互いに噛み合う螺旋状の歯溝が形成された一対のロータを有するスクリュー圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなスクリュー圧縮機では、ハウジングＪ６内に収納されたオスロータＪ１とメスロータＪ２が回転することで、各ロータＪ１、Ｊ２の歯先と歯元との間に形成される圧縮室内に吸入口Ｊ６ａから気体が吸入される。そして、圧縮室内の気体は圧縮された後で吐出口Ｊ６ｂから吐出される。
特開２００５−２２０７８５号公報

上記構成の圧縮機では、圧縮室の容積がゼロから徐々に広がった後で吸入口Ｊ６ａに連通するため、吸入口Ｊ６ａに連通する前（図５におけるＸで示す位置）の圧縮室で負圧が発生し、ロータを回転させる際に動力損失が発生する。この圧縮室での負圧の発生を防止するために、ハウジングＪ６におけるロータ端面に圧縮室と吸入口Ｊ６ａを連通させる溝を設けることが考えられる。

しかしながら、吸入口Ｊ６ａがロータＪ１、Ｊ２の径方向に設けられている場合には、以下のような問題が生じる。図６は、スクリュー圧縮機の吸入口Ｊ６ａ付近をロータＪ１、Ｊ２の軸方向の側方から見た断面図である。図６に示すように、ロータＪ１、Ｊ２の回転により吸入口Ｊ６ａ側に押し出された気体の生ずる流れＹがロータＪ１、Ｊ２の径方向外側に向かって発生し、吸入口Ｊ６ａから溝Ｊ６ｃに流入する気体の流れを阻害することとなる。このため、吸入口Ｊ６ａに連通する前の圧縮室における負圧発生が充分防止できないという問題があった。

本発明は上記点に鑑み、吸入口がロータの径方向に設けられたスクリュー圧縮機において、圧縮室での負圧発生を効果的に抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、吸入口（６ａ）と吐出口（６ｂ）とを有するハウジング（６、２５）と、ハウジングの内部空間に配置され、互いに噛み合う螺旋状の歯が形成されている一対のロータ（１、２）とを備え、吸入口は、一対のロータの径方向に設けられ、一対のロータを回転軸（１ａ、２ａ）を中心に回転させることで、吸入口から吸入した気体が圧縮される圧縮室を内部空間内に形成し、圧縮された気体を吐出口から吐出するスクリュー圧縮機において、ハウジングには、吸入口と吸入口に連通する前の圧縮室とを連通させる圧力導入用連通路（６ｃ、６ｄ、１１、２５ａ）が設けられており、吸入口から圧力導入用連通路に吸入される気体がロータの軸方向に流れることを特徴としている。

このように、圧力導入用連通路に吸入口から吸入される気体がロータの軸方向から吸入されるように構成することで、ロータの回転により吸入口側に押し出された気体の生ずる流れによって、吸入口から連通口に流入する気体の流れが阻害されることを抑制できる。これにより、吸入口に連通する前の圧縮室での負圧発生を効果的に抑制できる。

また、圧力導入用連通路における吸入口に連通する前の圧縮室と吸入口とを連通させる部位をロータの軸方向と平行に形成することで、吸入口から圧力導入用連通路に吸入される気体がロータの軸方向に流れるようにできる。

また、ハウジングには、一対のロータを回転可能に支持する軸受部が設けられており、圧力導入用連通路はハウジングにおける軸受部を除いた部位に形成されているようにすることができる。

また、ハウジングにおける一対のロータを回転させる回転駆動機構が収納された空間が圧力導入用連通路の一部を構成しているようにすることで、もともとハウジングに設けられている空間を有効利用することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。本第１実施形態では、圧縮機により圧縮する気体は空気となっている。

図１、図２は本実施形態のスクリュー圧縮機の断面図であり、図３はスクリュー圧縮機のロータの軸方向断面図である。図１は図３のＢ−Ｂ断面図であり、図２は図３のＣ−Ｃ断面図であり、図３は図１のＡ−Ａ断面図となっている。

本実施形態のスクリュー圧縮機は、ねじ状のオスロータ１およびメスロータ２（図３参照）と、一対のロータ１、２を収納するケーシング３と、駆動源の回転力を受ける入力軸４と、駆動源の回転力によりロータ１、２を回転駆動する回転伝達機構８〜１０等から構成されている。なお、図１において一対のロータ１、２は紙面奥側と手前側に並んで配置されている。

オスロータ１およびメスロータ２は、互いに噛合するように螺旋状の突起部が形成された雄ねじ状に形成されている。図３に示すように、オスロータ１の歯先とメスロータ２の歯元（溝）が噛み合い、オスロータ１の歯元（溝）とメスロータ２の歯先が噛み合うように構成されている。そして、各ロータ１、２が回転することで、オスロータ１の歯先１ｂとメスロータ２の歯元（溝）２ｃとの間に溝空間が形成され、オスロータ１の歯元（溝）１ｃとメスロータ２の歯先２ｂとの間に溝空間が形成される。これらの溝空間により、気体が圧縮される後述の圧縮室１６ａが構成されている。

図１に示すように、オスロータ１およびメスロータ２は、電動式モータ５０等の駆動源から回転力を得た回転伝達機構８〜１０により回転駆動される。本実施形態では、オスロータ１が駆動側、メスロータ２が従動側になっており、それぞれ回転軸１ａ、２ａを中心として回転する。

ケーシング３は、モータ５０側から順に、駆動伝達部５、ロータハウジング６、潤滑ボックス７とから構成されている。駆動伝達部５、ロータハウジング６、潤滑ボックス７は、ボルト（図示せず）等の締結手段によって強固に結合されている。ロータ１、２と回転伝達機構８〜１０はそれぞれ離隔した状態でケーシング３内に収納されており、一対のロータ１、２はロータハウジング６内に収納され、回転伝達機構８は駆動伝達部５内に収納され、回転伝達機構９、１０は循環ボックス７内に収納されている。

潤滑ボックス７内には、回転伝達機構９、１０と、回転伝達機構９、１０に供給される潤滑油とが収納された潤滑油空間１２が形成されている。潤滑油としては、例えばエンジンオイルと同程度の粘度を有するオイルを用いることができる。回転伝達機構９、１０を構成する歯車等には、潤滑油空間１２内の潤滑油がはねかけられることにより潤滑が行われる。

駆動伝達部５には、モータ５０から回転力を受ける入力軸４が設けられている。駆動伝達部５には、モータ５０側に第１ベアリング１３が設けられ、駆動伝達空間１１側に第２ベアリング１４が設けられており、入力軸４はこれらのベアリング１３、１４を介して駆動伝達部５に支持されている。また、駆動伝達部５に形成された入力軸４が挿入される挿通穴の内部には、第１、第２ベアリング１３、１４に封入されているグリースが圧縮室１６ａ外に流出するのを阻止するための第１オイルシール１５が装着されている。

ロータハウジング６内には一対のロータ１、２が収納されたロータ室１６が形成されている。ロータハウジング６には、ロータ室１６内に空気を吸入するための吸入口６ａと、ロータ室１６外に空気を吐出するための吐出口６ｂが形成されている。吸入口６ａと吐出口６ｂは、気体流れ方向がロータ１、２の径方向となるように設けられている。

吸入口６ａはロータハウジング６の軸方向端部のうち駆動伝達部５側に設けられており、吐出口６ｂはロータハウジング６の軸方向端部のうち潤滑ボックス７側に設けられている。さらに、ロータハウジング６には連通路６ｃ、６ｄ、６ｅが形成されている。これらの連通路６ｃ、６ｄ、６ｅについては後述する。

ロータ１、２の外周先端とロータ室１６の内壁との間は、微小な隙間が形成されたシール構造となっている。ロータ１、２とロータ室１６内壁との間には、吸入口６ａから吸入された空気を圧縮するための圧縮室１６ａが形成されている。

ロータ１、２は回転伝達機構８〜１０により回転駆動される。回転伝達機構８〜１０は、入力軸４の回転をオスロータ回転軸１ａとメスロータ回転軸２ａに伝達するとともに、一対のロータ１、２を一定比で同期回転させるように構成されている。回転伝達機構は、モータ５０によって駆動される入力軸４の回転をオスロータ回転軸１ａに同軸上で伝えるカップリング８と、このカップリング８からオスロータ回転軸１ａに伝えられた回転をメスロータ回転軸２ａに伝える第１、第２ギヤ９、１０等から構成される。第１、第２ギヤ９、１０は、一対のロータ１、２を一定比で同期回転させるためのタイミングギヤである。カップリング８は駆動伝達空間１１内に配置され、第１、第２ギヤ９、１０は潤滑油空間１２内に配置されている。

オスロータ回転軸１ａとメスロータ回転軸２ａは、一端側が第３、第４ベアリング１７、１８を介してロータハウジング６の駆動伝達部５側に回転可能に支持され、他端側が第５、第６ベアリング１９、２０を介してロータハウジング６の潤滑ボックス７側に回転可能に支持されている。また、ロータハウジング６の駆動伝達部５側に形成されたロータ回転軸１ａ、２ａが挿入される挿通穴には、第３、第４ベアリング１７、１８に封入されているグリースがロータ室１６内に漏れるのを阻止するための第２、第３オイルシール２１、２２が装着されている。さらに、潤滑ボックス７の潤滑ボックス７側に形成されたロータ回転軸１ａ、２ａが挿入される挿通穴にも、第５、第６ベアリング１９、２０に封入されているグリース及び潤滑油空間１２内の潤滑油がロータ室１６内に漏れるのを阻止するための第４、第５オイルシール２３、２４が装着されている。

次に、本実施形態のロータハウジング６に設けられた連通路６ａ、６ｂ、６ｃについて説明する。

図１、図３に示すように、ロータハウジング６には、吸入口６ａと駆動伝達空間１１とを連通させる第１連通路６ｃと駆動伝達空間１１とロータ室１６とを連通させる第２連通路６ｄとが設けられている。第１連通路６ｃは吸入口６ａに連通し、第２連通路６ｄは圧縮室１６ａに連通し、これらはロータハウジング６の離れた位置に分離された状態で形成されている。図１に示すように、第２連通路６ｄは、ロータ１、２の軸方向と平行となるように設けられている。このため、第２連通路６ｄから圧縮室１６ａに吸入される気体はロータ１、２の軸方向に流れることとなる。

図３に示すように、第１連通路６ｃは吸入口６ａに対応する位置に設けられ、第２連通路６ｄはロータ１、２の端面に対応する位置に設けられている。これらの連通路６ｃ、６ｄは、ロータハウジング６におけるベアリング１７、１８などが設けられていないデッドスペースに設けられている。なお、ベアリング１７、１８が本発明の軸受部に相当している。

第２連通路６ｄは、ロータ室１６における吸入口６ａ近傍の圧縮室１６ａに対応する部位に形成されている。各ロータ１、２の回転により互いに隙間なく噛み合っていた各ロータ１、２の歯先と歯元（溝）が吸入口６ａ側に移動し、各ロータ１、２間に容積が生成されて圧縮室１６ａが形成され始める。ロータ室１６における吸入口６ａ近傍の圧縮室１６ａは、各ロータ１、２間に形成され始め、かつ、吸入口６ａに到達して連通する前の容積生成空間としての圧縮室１６ａである。

容積生成空間は、互いに噛み合っていた２つのロータ１、２の歯先と歯元（溝）が離れ始める領域に形成される。つまり、２つのロータ１、２間の中心軸１ａ、２ａから歯先までの長さを直径とした場合の２つの仮想円が重なり合う領域において、ロータ１、２の中心軸１ａ、２ａ間を結んだ直線近傍が容積生成空間となる。容積生成空間は、第１連通路６ｃ、駆動伝達空間１１、第２連通路６ｄを介して吸入口６ａと連通している。このように、本実施形態では、第１連通路６ｃと駆動伝達空間１１と第２連通路６ｄが、吸入口６ａと吸入口６ａに連通する前の圧縮室１６ａを連通させる圧力導入用連通路を構成している。

また、図２、図３に示すように、ロータハウジング６には、駆動伝達空間１１とロータ室１６とを連通させる第３連通路６ｅが設けられている。図３に示すように、第３連通路６ｅはロータ１、２の端面に対応する位置に設けられている。第３連通路６ｅは、ロータハウジング６におけるベアリング１７、１８などが設けられていないデッドスペースに設けられている。具体的には、第３連通路６ｅは、ロータ室１６における吸入口６ａと吐出口６ｂの間で、吸入口６ａと吐出口６ｂに連通しない領域に設けられている。

次に、本実施形態のスクリュー圧縮機の作動について説明する。一対のロータ１、２が、回転伝達機構８〜１０により一定比で同期回転されると、ロータハウジング６の駆動伝達空間１１側に設けられた吸入口６ａから空気が圧縮室１６ａに吸い込まれる。

吸入口６ａより空気を吸入した圧縮室１６ａは、一対のロータ１、２の回転とともに、駆動伝達空間１１側から潤滑油空間１２側に移動しながらその体積が縮小していくため、圧縮室１６ａ内の空気は次第に加圧圧縮されながら潤滑油空間１２側に移動していく。

そして、一対のロータ１、２の回転角が所定の角度に達すると、圧縮室１６ａがロータハウジング６の潤滑油空間１２側に設けられた吐出口６ｂに到達し、それまで密閉されていた圧縮室１６ａが吐出口６ｂにて開放された状態となるので、圧縮室１６ａ内の圧縮された空気が吐出口６ｂから吐出される。

以上の構成により、ロータ１、２間に形成される圧縮室１６ａは、吸入口６ａに到達する前に、第２連通路６ｄ、駆動伝達空間１１、第１連通路６ｃを介して吸入口６ａと連通する。このため、吸入口６ａに連通する前の圧縮室１６ａが吸入口６ａと同じ圧力（大気圧）となる。これにより、吸入口６ａに連通する前の圧縮室１６ａで負圧が発生することを防止でき、ロータ１、２の動力損失の発生を防止できる。

また、吸入口６ａに連通する前の圧縮室１６ａは、第２連通路６ｄを介して駆動伝達空間１１という比較的大きな空間に連通しているので、圧縮室１６ａに流入させる気体を充分に確保することができる。さらに、本第１実施形態の構成によれば、駆動伝達空間１１を、吸入口６ａに連通する前の圧縮室１６ａと吸入口６ａと連通させるための連通路の一部として用いることができる。

また、本実施形態の構成では、第２連通路６ｄがロータ１、２の軸方向と平行に設けられているので、圧縮室１６ａ内の容積生成空間に第２連通路６ｄから吸入される気体がロータ１、２の軸方向から吸入される。このため、ロータ１、２の回転により吸入口６ａ側に押し出された気体の生ずる流れによって、吸入口６ａから圧縮室１６ａ内の容積生成空間に流入する気体の流れが阻害されることを抑制できる。これにより、吸入口６ａに連通する前の圧縮室１６ａでの負圧発生を効果的に抑制できる。

また、ロータ１、２が高速で回転している場合には、圧縮室１６ａの一端側は吸入口６ａから空気を吸入して大気圧になるのに対し、吸入口６ａから離れた他端側では低圧となる。このように圧縮室１６ａ内で圧力差が生じると圧縮効率が低下する。これに対し、本実施形態では、第３連通路６ｅによりロータ１、２の端面が駆動伝達空間１１と連通しているので、圧縮室１６ａの一端側は吸入口６ａから空気を吸入でき、他端側は駆動伝達空間１１から空気を吸入することができる。これにより、圧縮室１６ａ内で圧力差が生じることを抑制でき、圧縮効率が低下することを抑制できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図４に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図４は、本第２実施形態のスクリュー圧縮機の断面図である。図４に示すように、本第２実施形態では、回転伝達機構を構成するカップリング８と第１、第２ギヤ９、１０が同一の潤滑油空間２８内に配置されている。ロータハウジング６における駆動伝達部５の反対側には、ハウジングカバー２７が設けられている。ハウジングカバー２７は、ハウジング６の一部を構成しており、第５、第６ベアリング１９、２０と第４、第５オイルシール２３、２４が設けられている。

また、吸入口６ａはロータハウジング６におけるカバー２７側に設けられ、吐出口６ｂはロータハウジング６における潤滑油空間２８側に設けられている。ハウジングカバー２７における吸入口６ａの近傍には、吸入口６ａと吸入口６ａに連通する前の圧縮室１６ａとを連通させる連通路２７ａが設けられている。連通路２７ａにおける吸入口６ａと連通する部位と、連通路２７ａにおける圧縮室１６ａと連通する部位は、ロータ１、２の軸方向と平行となるように形成されている。また、この連通路２７ａは、ロータハウジング６におけるベアリング１９、２０などが設けられていないデッドスペースに設けられている。なお、ベアリング１９、２０が本発明の軸受部に相当し、連通路２７ａが本発明の圧力導入用連通路に相当している。

以上の本第２実施形態の構成では、連通路２７ａにおける吸入口６ａと連通する部位がロータ１、２の軸方向と平行に設けられているので、上記第１実施形態と同様、ロータ１、２の回転により吸入口６ａ側に押し出された気体の生ずる流れによって、吸入口６ａから圧縮室１６ａ内の容積生成空間に流入する気体の流れが阻害されることがない。これにより、吸入口６ａに連通する前の圧縮室１６ａでの負圧発生を効果的に抑制できる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、ロータハウジング６に設けられた吸入口６ａに圧力導入連通路を連通させるように構成したが、例えばロータハウジング６の吸入口６ａにダクトが接続され、吸入口６ａが延長されているような場合には、圧力導入連通路をダクトに連通させるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、圧力導入用連通路における吸入口６ａと連通する部位と圧縮室１６ａに連通する部位が分離されるように形成したが、吸入口６ａから圧力導入用連通路に吸入される気体がロータ１、２の軸方向に流れるようになっていればよく、圧力導入用連通路における吸入口６ａと連通する部位と圧縮室１６ａに連通する部位が分離していなくてもよい。

第１実施形態のスクリュー圧縮機の断面図であり、図３のＢ−Ｂ断面図である。第１実施形態のスクリュー圧縮機の断面図であり、図３のＣ−Ｃ断面図である。第１実施形態のスクリュー圧縮機のロータの軸方向断面図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。第２実施形態のスクリュー圧縮機の断面図である。従来のスクリュー圧縮機のロータの軸方向断面図である。従来のスクリュー圧縮機の吸入口付近をロータの軸方向の側方から見た断面図である。

符号の説明

１…オスロータ、２…メスロータ、３…ケーシング、５…駆動伝達部、７…潤滑ボックス、６…ロータハウジング、６ａ…吸入口、６ｂ…吐出口、６ｃ、６ｄ、６ｅ…連通路、９、１０…ギア、１１…駆動伝達空間、１２…潤滑油空間、１６…ロータ室、１６ａ…圧縮室、１４…ベアリング、１５…オイルシール、１７、１８、１９、２０…ベアリング、２１、２２、２３、２４…オイルシール、２７…ハウジングカバー、２７ａ…連通路、５０…電動モータ。

Claims

吸入口（６ａ）と吐出口（６ｂ）とを有するハウジング（６、２５）と、
前記ハウジングの内部空間に配置され、互いに噛み合う螺旋状の歯が形成されている一対のロータ（１、２）とを備え、
前記吸入口は、前記一対のロータの径方向に設けられ、前記一対のロータを回転軸（１ａ、２ａ）を中心に回転させることで、前記吸入口から吸入した気体が圧縮される圧縮室を前記内部空間内に形成し、圧縮された気体を前記吐出口から吐出するスクリュー圧縮機において、
前記ハウジングには、前記吸入口と前記吸入口に連通する前の前記圧縮室とを連通させる圧力導入用連通路（６ｃ、６ｄ、１１、２５ａ）が設けられており、前記吸入口から前記圧力導入用連通路に吸入される気体が前記ロータの軸方向に流れることを特徴とするスクリュー圧縮機。
前記圧力導入用連通路における前記吸入口と連通する部位は、前記ロータの軸方向と平行に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
前記ハウジングには、前記一対のロータを回転可能に支持する軸受部が設けられており、
前記圧力導入用連通路は、前記ハウジングにおける前記軸受部を除いた部位に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスクリュー圧縮機。
前記ハウジングにおける前記一対のロータを回転させる回転駆動機構が収納された空間が前記圧力導入用連通路の一部を構成していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のスクリュー圧縮機。