JP5178613B2 - 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し、更に詳しくは、ケーシング内に１つのスクリューローターと１枚のゲートローターとを組み合わせて冷媒ガスの圧縮を行うモノゲートローター構造のスクリュー圧縮機に関するものである。

図１９は、従来のスクリュー圧縮機の圧縮機構部の概略断面図である。図２０は、従来のツインゲートローター構造スクリュー圧縮機の圧縮機構部概念斜視図である。
スクリュー圧縮機は、ケーシング（図示せず）内に回転可能に配置され、外周面に複数条のスクリュー溝１２１が形成されたスクリューローター１０２と、スクリューローター１０２を回転させる電動機１０３とを備えている。スクリューローター１０２の外周部には、スクリューローター１０２を両側から挟むようにして噛み合い、スクリューローター１０２の回転に伴って回転する一対のゲートローター１０４を備えている。このように一対のゲートローター１０４を備えたスクリュー圧縮機（以下、ツインゲートローター構造と呼ぶ）では、スクリューローター１０２とケーシング１０１との間で、一対のゲートローター１０４を境界とした両側にそれぞれ圧縮室が形成されている。

スクリューローター１０２のスクリュー軸１２２は、高圧側軸受１０７と低圧側軸受（図示せず）とにより回転自在に軸支されており、高圧側軸受１０７は、スクリューローター１０２の高圧側端部１２４に近接して設けられた軸受ハウジング１１０に内装されている。軸受ハウジング１１０内には軸受ハウジング内室１１１が構成されている。軸受ハウジング内室１１１は、後述の周状の高圧シール部（スクリューローター１０２と軸受ハウジング１１０との間の隙間）１３０によりスクリューローター１０２の吐出高圧部から区画されると共に、スクリューローター１０２内に設けられた均圧通路１２３により低圧側へ連通させられ、低圧に均圧している。このように軸受ハウジング内室１１１を低圧側に連通させて低圧に均圧することにより、スクリューローター１０２を軸方向（スラスト方向）に作用するスラスト力（この場合、高圧側から低圧側へ押す力）をバランスさせるようにしている。

このように構成されたスクリュー圧縮機では、スクリューローター１０２の回転に伴ってゲートローター１０４が回転することで圧縮室内部の冷媒ガスを圧縮している。この圧縮過程において、スクリューローター１０２とゲートローター１０４、スクリューローター１０２とケーシング１０１、スクリューローター１０２と軸受ハウジング１１０などは相対的に運動している。このため、これらの隙間はゼロではなく、これらの隙間から圧縮過程の冷媒ガスが少なからず低圧側へ漏れている。

スクリューローター１０２とゲートローター１０４間の隙間（以下、ゲートローター部隙間と称する）、スクリューローター１０２とケーシング１０１間の隙間（以下、スクリュー外周隙間と称する）からの漏れに対しては、圧縮室内に積極的に油を注入することにより隙間からの漏れを低減している。そして、スクリューローター１０２の吐出高圧部と低圧にする軸受ハウジング内室１１１との間で発生する漏れは、スクリューローター１０２と軸受ハウジング１１０間の隙間に設けた周状の高圧シール部１３０で漏れ防止を行っている。すなわち、圧縮室から冷媒ガスとともに漏洩した油を高圧シール部１３０に供給することで、高圧の冷媒ガスが軸受ハウジング内室１１１等の低圧側に漏れるのを防止している(例えば、特許文献１参照）。

ところで、上記特許文献１のスクリュー圧縮機は、一対のゲートローター１０４を備えたツインゲートローター構造であり、一対のゲートローター１０４を境界としてスクリューローター１０２の円筒部の両側で圧縮動作を行っている。このようにゲートローター１０４を２枚用いてスクリューローター１０２の円筒部の両側で圧縮を行うツインゲートローター構造に対し、１枚のゲートローター１０４を用いて圧縮を行う構造（以下、モノゲートローター構造という）のスクリュー圧縮機がある。モノゲートローター構造のスクリュー圧縮機は、いわば、ツインゲートローター構造においてスクリューローター１０２の円筒部の一方側だけを使用して圧縮動作を行うようにし、ツインゲートローター構造と同じスクリューローター１０２を用いて１／２倍程度の容量範囲をカバーすることを可能とするものである。

また、一枚のゲートローターを用いて、吸入から圧縮・吐出完了までをスクリューローター１０２の回転角１８０゜以上で行わせるようにすることで、作動流体の体積変化速度を小さくでき、吐出時の圧力損失を低減できるものである（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−１１３１８４号公報（第３頁、図１） 特開平６−４２４７５号公報（第３頁、第４頁、図１）

ツインゲートローター構造のスクリュー圧縮機の場合、スクリューローター１０２の両側にスクリュー軸１２２を中心として対称に各圧縮室が分けて形成されており、それぞれにおいて同様の圧縮動作が行われている。このため、スクリューローター１０２のラジアル方向（スクリュー軸１２２に直交する方向）のガス荷重は相殺されている。これに対し、モノゲートローター構造スクリュー圧縮機は、上述したように、いわばツインゲートローター構造において一方側だけを使用して圧縮動作を行う構成であり、他方側では圧縮動作が行われず全体が吸入圧力雰囲気となっている。このため、スクリューローター１０２の外周部分には圧力分布の不均衡が生じており、その影響で高圧シール部１３０において、周方向に、圧縮室側に対応する高圧領域と圧縮室以外の部分に対応する低圧領域とが形成されている。このため、圧縮側のスクリュー溝１２１から漏れた高圧の冷媒ガスが、差圧により高圧シール部１３０の高圧領域から低圧領域へと周方向に流れ、吸入雰囲気側のスクリュー溝１２１や軸受ハウジング内室１１１に漏れるという問題があった。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、モノゲートローター構造のスクリュー圧縮機であって、高圧シール部における漏れ抑制が可能なスクリュー圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係るスクリュー圧縮機は、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に配置され、外周面に複数条のスクリュー溝が設けられたスクリューローターと、スクリューローターのスクリュー溝に嵌合する歯を有し、スクリューローターの回転に伴って回転する１枚のゲートローターと、ケーシングとスクリュー溝とゲートローターとによりスクリューローターの外周の一部に構成され、スクリューローターが回転することにより冷媒ガスを圧縮して吐出する圧縮室と、スクリューローターの吐出側端部に近接して設けられ、スクリューローターの吐出側の軸受を内装する軸受ハウジングと、軸受ハウジング内において吸入側に連通する軸受ハウジング内室をスクリューローターの吐出高圧部と区画するためのシール部であって、軸受ハウジングとスクリューローターとの間に形成された周状の隙間である高圧シール部とを備え、高圧シール部は、周方向に、圧縮室が形成された圧縮側の高圧領域と、それ以外の反圧縮側の低圧領域とを有し、高圧領域と低圧領域との境界付近に、軸受ハウジングに設けた給油通路と連通する給油口を開口させ、給油口から油を噴射させるようにしたものである。

本発明によれば、高圧シール部の高圧領域と低圧領域の境界付近に強制的に高圧の油を供給するので、高圧領域から低圧領域への冷媒漏れ経路の油シール性を向上できる効果がある。

実施の形態１に係るモノゲートローター構造スクリュー圧縮機の要部の構造を示す断面図である。 図１の軸受ハウジング１０のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 実施の形態１に係るモノゲートローター構造スクリュー圧縮機の構造を示す断面図である。 図４のＣ−Ｃ断面図である。 実施の形態１に係るツインゲートローター構造スクリュー圧縮機の圧縮機構部概念斜視図である。 圧縮室５内の圧力分布を示す図である。 図１のスクリューローター２の圧力分布図である。 給油口の他の配置構成例を示す図（その１）である。 給油口の他の配置構成例を示す図（その２）である。 給油口の他の配置構成例を示す図（その３）である。 実施の形態２に係る軸受ハウジング１０を切断したときの形状を表す図である。 実施の形態３に係る軸受ハウジング１０を切断したときの形状を表す図である。 図１３の反圧縮側のラジアル面に形成された動圧溝を示す図である。 実施の形態４に係る動圧溝の別の形状例を表す図である。 実施の形態５に係るモノゲートローター構造スクリュー圧縮機の構造を示す断面図である。 図１６のＧ−Ｇ断面図である。 実施の形態６に係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。 従来のスクリュー圧縮機の圧縮機構部の概略断面図である。 従来のツインゲートローター構造スクリュー圧縮機の圧縮機構部概念斜視図である。

実施の形態１.
図１は、本実施の形態１におけるモノゲートローター構造スクリュー圧縮機の要部の構造を示す断面図である。図２は、図１の軸受ハウジング１０のＡ−Ａ断面図である。図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。図４は、本実施の形態１におけるモノゲートローター構造スクリュー圧縮機の構造を示す断面図である。図５は、図４のＣ−Ｃ断面図である。図６は、スクリューローター２とモノゲートローター４との位置関係を説明するための斜視図である。なお、図１〜図６及び後述の各図において、同一の符号を付したものは同一又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

モノゲートローター構造スクリュー圧縮機は、ケーシング１と、ケーシング１内に回転可能に配置され、外周面に複数条のスクリュー溝２１が形成されたスクリューローター２と、スクリューローター２を回転させる電動機３と、冷媒回路への油流出防止と油を保持するための油分離器６０とを備えている。スクリューローター２の外周部には、スクリュー溝２１に嵌合する歯４１を有し、スクリューローター２の回転に伴って回転する１枚のゲートローター４が配置されている。

スクリューローター２の外周面の一部はケーシング１の一部によって覆われており、そのケーシング１で覆われたスクリューローター２のスクリュー溝２１とゲートローター４とケーシング１とによって囲まれた閉空間により圧縮室５が形成されている。

図７は、圧縮室５内の圧力分布を示す図である。なお、図７において点線がケーシング１を示しており、点線で囲まれた部分が圧縮室５である。それ以外の領域は、反圧縮域であり全て吸入圧力雰囲気となっている。また、図７ではハッチングを異ならせることにより各圧縮室５内の圧力分布を示している。以下、図７を参照して圧縮室５内における圧縮行程を説明する。
スクリューローター２が矢印ａ方向に回転すると、その回転に伴ってゲートローター４が図示矢印ｂ方向に回転する。これにより、吸入雰囲気に位置していたスクリュー溝２１ａが吸入圧の冷媒ガスを内部に伴った状態でケーシング１で囲まれた領域内に入る（これによりスクリュー溝２１ａは圧縮室５となる）。そして、スクリューローター２が更に回転して図示矢印ｃに示すように圧縮室５の容積が徐々に縮小することにより、冷媒ガスが低圧、中間圧、更に高圧に徐々に圧縮される。そして、高圧となった冷媒ガスがケーシング１に開口された吐出ポート１ａから吐出される。

このように、スクリューローター２の回転により圧縮室５内で吸入ガスの圧縮が行われる。本例では、１つの圧縮室５に着目すると、吸入から圧縮・吐出完了までの圧縮動作をスクリューローター２が１８０゜回転する間に行うが、スクリューローター２の半円筒面には３つの圧縮室５が形成されており、それぞれの圧縮室５が６０゜の位相差で同様の圧縮動作を行っている。よって、以下では、複数の圧縮室５が形成されたスクリューローター２の円筒状の外周面を１８０゜で区分し、圧縮室５を有する半円筒面側を圧縮側、逆側を反圧縮側ということにする。

また、上述したように図７においてケーシング１で囲まれていない部分（吸入側部分）は全て吸入圧力雰囲気となっており低圧であるのに対し、ケーシング１で囲まれた圧縮室５内部は吸入圧力から吐出圧力まで分布しており吸入側部分に比べて高圧となっている。従って、スクリューローター２の軸方向の両端部のうち、吐出ポート１ａが位置する側（図７の手前側、図１の左側）は高圧となり、それと逆側（図７の奥側、図１の右側）は低圧となっている。このため、以下では、スクリューローター２の軸方向の両端部のうち高圧側を高圧側端部２４という。

ここで、図１の説明に戻る。スクリューローター２のスクリュー軸２２は、高圧側軸受７と低圧側軸受８とにより回転自在に軸支されており、高圧側軸受７は、スクリューローター２の高圧側端部２４に近接して設けられた軸受ハウジング１０に内装されている。軸受ハウジング１０は、スクリュー軸２２方向に延びる円筒状を成し、スクリュー軸２２が挿通する貫通孔が形成されている。貫通孔は、高圧側軸受７を内装する小径貫通孔１０ａと、小径貫通孔１０ａのスクリューローター２側に形成され、スクリューローター２の一部を収容する大径貫通孔１０ｂとから構成されている。スクリューローター２の軸受ハウジング１０側の端部（吐出側端部）が２段の円筒形状をしているため、軸受ハウジング１０の貫通孔の内面もスクリューローター２の形状に合わせて軸方向に段差を有する形状となっている。

軸受ハウジング１０内には、後述の高圧シール部３０によりスクリューローター２の吐出高圧部から区画された軸受ハウジング内室１１が構成されている。軸受ハウジング内室１１は、スクリューローター２内に設けられた均圧通路２３により低圧側へ連通させられ、高圧の内部を低圧に均圧している。これにより、スクリューローター２の軸方向に作用するスラスト力をバランスさせるようにしている。

また、スクリューローター２と軸受ハウジング１０との間の隙間には、油（冷凍機油）等の液体による膜を形成して隙間を封止（シール）する周状の高圧シール部３０が形成されている。高圧シール部３０は、スクリューローター２と軸受ハウジング１０とが対向する隙間のうち、スクリューローター２の軸方向に対向するスラスト面同士間の隙間をシールするスラストシール部３１と、スクリューローター２の軸方向と直交する方向に対向するラジアル面同士間の隙間をシールするラジアルシール部３２とから構成されている。なお、軸受ハウジング１０のスラスト面（スクリューローター２の軸方向（スラスト方向）に垂直な面）をスラスト面１２、軸受ハウジング１０のラジアル面（スラスト方向に直交するラジアル方向に垂直な面（大径貫通孔１０ｂの内面に相当））をラジアル面１３として区別する。

このように構成された高圧シール部３０は、スクリューローター２と軸受ハウジング１０との間の隙間をシールすることで、スクリューローター２の吐出高圧部から低圧の軸受ハウジング内室１１等へ冷媒が漏れるのを防止する。なお、高圧シール部３０に供給される油は、圧縮室５の冷媒漏れを低減するために圧縮室５内に注入された油が漏洩したものである。

本例では、高圧シール部３０において更なるシール性の向上を図るために、軸受ハウジング１０に給油通路１４を設け、給油通路１４に連通する給油口１５を高圧シール部３０に開口させ、その給油口１５から強制的に高圧シール部３０に油を供給するようにしている。これにより、隙間から漏れる冷媒ガスの漏れ量を低減させている。

加えて、本例では給油口１５の位置に特徴がある。この点に関し、次の図８を用いて説明する。

図８は、図１のスクリューローター２に作用する圧力分布図である。図８においても、図７と同様、ハッチングを異ならせることにより圧力分布を示している。また、上述したように本例では、スクリューローター２の外周１８０゜で区分される半円筒面には複数の圧縮室５が形成されているので、吸入圧力から吐出圧力に分布するが、圧縮室５が形成されない反対の円筒面は吸入圧力となっている。このため、図８に示すようにスクリューローター２の高圧側端部２４及び高圧シール部３０には、周方向に１８０゜を境として、圧縮側に対応する高圧領域と、それ以外の反圧縮側に対応する低圧領域とが形成されている。従って、図中矢印で示すように、高圧領域から低圧領域へ冷媒の漏れが生じる。そこで、本例では、高圧シール部３０の高圧領域と低圧領域との境界付近に、軸受ハウジング１０に設けた給油通路１４と連通する給油口１５を開口させている。これにより、冷媒の漏れが生じる境界付近を狙って高圧の油を強制的に噴射することができるため、冷媒漏れの低減効果を高めることができる。

また、給油口１５（１５ａ、１５ｂ）は、図１に示すように軸受ハウジング１０のスラスト面１２とラジアル面１３の両方に開口しており、スラストシール部３１とラジアルシール部３２の両方に給油するようにしている。これにより、隙間内に確実に油が供給され、油シール性が向上し、高い冷媒漏れ低減効果が得られている。

また、軸受ハウジング１０のスラスト面１２とラジアル面１３のそれぞれには、スクリューローター２がスラスト荷重等により軸受ハウジング１０に接触した場合の、摩擦による焼き付きを防止するための円弧状ラビリンス溝１６ｔ、１６ｒが設けられている。円弧状ラビリンス溝１６ｔ、１６ｒは、スクリューローター２と軸受ハウジング１０とが接触してしまった場合に備え、接触面積をできる限り減らすことを目的として設けられている。この円弧状ラビリンス溝１６ｔ、１６ｒは、高圧領域と低圧領域のそれぞれにおいて互いの境界付近で終端させるようにし、互いに連通しないようにしている。これにより円弧状ラビリンス溝１６ｔ、１６ｒを介して高圧領域から低圧領域へ冷媒漏れが生じるのを防いでいる。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、高圧シール部３０の高圧領域と低圧領域との境界付近に強制的に高圧の油を噴射するようにしたので、高圧領域から低圧領域への冷媒漏れ経路の油シール性を向上することができる。よって、冷媒ガスが低圧の軸受ハウジング内室１１や吸入雰囲気側のスクリュー溝２１へと漏れるのを抑制する効果がある。従って、圧縮効率が向上し、省エネルギーにも寄与できる。

また、本例では、高圧シール部３０の高圧領域と低圧領域との境界付近の２箇所それぞれにおいて、軸受ハウジング１０のスラスト面１２とラジアル面１３の両方に給油口１５ａ、１５ｂを設けている。このため、漏れ経路内に確実に油が供給されて高い油シール性が得られ、高い冷媒漏れ低減効果が得られている。

なお、本例では、図２に示すように給油口１５を高圧領域と低圧領域とのまさに境界部分に跨って設けた例を示したが、図９に示すように低圧領域側に設けても良いし、高圧領域側に設けてもよい。低圧領域は高圧領域に比べて給油差圧がとれるため、高圧領域に油を供給する場合に比べて給油量の調整がしやすく、安定した送油を行える効果がある。

また、本例では、高圧領域と低圧領域との境界付近の２箇所にそれぞれ給油口１５ａ及び１５ｂを開口させた例を示したが、吐出ポート１ａ側の境界付近の１箇所だけに開口してもよい。吐出ポート１ａ側の境界付近は、高圧領域のなかでも特に圧力が高いため、低圧領域との圧力差が大きく冷媒漏れが多く発生する部分である。従って、この部分に給油口１５を設けることにより、１箇所だけでも十分な冷媒漏れ低減効果が得られる。

なお、本例では、給油口１５を軸受ハウジング１０のスラスト面１２とラジアル面１３の両方に設け、スラストシール部３１とラジアルシール部３２の両方に給油するようにしていたが、必ずしも両方に設けなくても良い。要は、高圧シール部３０の高圧領域と低圧領域との境界付近に給油口１５が開口されていればよく、例えば、以下の配置構成としてもよい。

すなわち、図１０に示すように給油口１５をスラスト面１２のみに開口するようにしてもよいし、図１１に示すように給油口１５をラジアル面１３のみに開口するようにしてもよい。なお、図１０及び図１１の構成の場合、スラストシール部３１又はラジアルシール部３２の何れか一方に油が供給されることになる。このため、遠心力の作用や圧力差によって漏れ経路内で油の分布が生じる可能性がある。従って、油シール性の面からすると、上記構成のように、スラストシール部３１とラジアルシール部３２の両方に給油する方が好ましい。

ところで、軸受ハウジング１０のスラスト面１２は、高圧側軸受７に作用するスラスト荷重を低減する観点から面積が小さいことが好ましい（この点に関しては以下の（１）式で説明する）。このため、図１１に示すように、給油通路１４を軸受ハウジング１０の外周面からラジアル方向に貫通させて形成し、ラジアル面１３に給油口１５を開口させた場合、スラスト面１２を小さくできる。すなわち、給油口１５をスラスト面１２に開口する場合には給油口１５よりも大きい面積が必要となるが、ラジアル面１３に給油口１５を開口する場合にはこの制約が不要となる。よって、スラスト面１２を小さくでき、スラスト荷重の低減が可能で軸受寿命の向上が期待できる。

ここで、スラスト荷重について説明する。均圧通路２３によりスクリューローター２の両端面は吸入圧力に均圧されているため、スラスト方向にはスラストシール部３１に作用する圧力差分だけのスラスト荷重が生じる。圧縮側のスラストシール部３１に吐出圧力Ｐ_dが作用している場合、スクリューローター２に作用するスラスト荷重Ｆ_tは次の（１）式で計算される。よって、（１）式から明らかなように、スラスト面１２が大きければ（Ｒ_outとＲ_inとの差が大きければ）、スラスト荷重Ｆ_tが大きくなる。ここで、（１）式において、Ｒ_outはラジアルシール部３２の外半径（スクリューローター２の外半径）、Ｒ_inはラジアルシール部３２の内半径、Ｐ_sは吸入圧力である。
Ｆ_t＝π（Ｒ_out ²−Ｒ_in ² ）・（Ｐ_d −Ｐ_S ）／２ …（１）

また、図１１に示したように、給油通路１４を容量制御用のスライドバルブ６内を経由して設けた場合、構造を簡略化することができる。スライドバルブ６は、ケーシング１において圧縮室５を構成する部分の外表面をスラスト方向にスライドし、ケーシング１の一部に設けられたバイパス穴（図示せず）を開放、閉止等させて吸入容積を調節するものであり、従来既存のものである。スライドバルブ６は、このような容量制御用としての役割の他、冷媒漏れ防止のための高圧の油を油分離器６０から供給する役割も担っており、圧縮室５を構成するケーシング１の一部とスクリューローター２の外周面との隙間に高圧の油を供給するための給油通路１４を備えている。このため、その給油通路１４から分岐させて給油通路１４を構成することにより、給油通路１４を別途設ける構造に比べて構造の簡略化が可能である。

実施の形態２．
モノゲートローター構造スクリュー圧縮機は、上述したように、いわばツインゲートローター構造において一方側だけを使用して圧縮動作を行っている構成に相当する。そして、他方側全体が全て吸入圧力雰囲気であることから、スクリューローター１０２の外周部分には圧力分布の不均衡が生じており、スクリューローター２には、圧縮側から反圧縮側に向かう方向にガス荷重（ラジアル荷重）が作用する（例えば図５の矢印で示す方向）。このようなラジアル荷重がスクリューローター２に加わると、スクリュー軸２２が正位置（回転中心）から偏心してしまい、例えば、圧縮機構部分周辺の部材と接触する等して焼き付き等が生じる可能性が高くなる。実施の形態２は、これを解消しようとするものである。なお、実施の形態２は、軸受ハウジング１０の構成のみが異なり、その他の構成は実施の形態１と同様である。このため、軸受ハウジング１０以外の部分については適宜実施の形態１の図面を参照されたい。

図１２は、実施の形態２に係る軸受ハウジング１０を切断したときの形状を表す図である。図１２（ａ）は、軸受ハウジング１０の平面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＤ−Ｄ断面図、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。
上述したように、モノゲートローター構造の圧縮機では、ラジアル荷重によりスクリュー軸２２がたわみ、スクリューローター２が偏心（回転中心の位置が移動）するため、反圧縮側のラジアル面１３に接近又は接触する可能性がある。よって、実施の形態２では、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、軸受ハウジング１０のスクリューローター側端部の反圧縮側（反圧縮側端部１７）に、スクリューローター２の正位置からの偏心を許容する逃げ部を形成するようにした。以下、軸受ハウジング１０の構造について詳細に説明する。

軸受ハウジング１０のスクリューローター２側の端部のうち、反圧縮側を反圧縮側端部１７、圧縮側を圧縮側端部１８という。反圧縮側端部１７は、圧縮側端部１８よりも高さが低く、周縁部分の幅が狭く（小さく）なるように形成している。具体的には、大径貫通孔１０ｂの中心軸と、大径貫通孔１０ｂの内周面（ラジアル面）１３との間の距離が、圧縮側に比べて反圧縮側が長く形成されている。また、大径貫通孔１０ｂの軸方向の長さが、圧縮側に比べて反圧縮側が短く形成されている。すなわち、軸受ハウジング１０のスラスト面１２のうち、反圧縮側のスラスト面１２が圧縮側に比べて切り欠かれている。これにより前記逃げ部が形成され、反圧縮側においては、スクリューローター２と軸受ハウジング１０との隙間が広くなり、接触を防止することができる。反圧縮側は高圧となるスクリュー溝２１が無く、圧縮側に比べて隙間からの冷媒漏れに対する要求が強くない。このためスクリューローター２と軸受ハウジング１０との接触防止を優先させるようにしている。

また、軸受ハウジング１０には、実施の形態１と同様に漏れを抑えつつ、過度な接触を防止するための円弧状ラビリンス溝１６を設けている。実施の形態２の場合、円弧状ラビリンス溝１６は圧縮側のスラスト面１２のみに設けており、反圧縮側との境界付近で終端させるようにし、互いに連通しないようにしている。これによりラビリンス溝１６を介した圧縮側から反圧縮側への冷媒漏れを防いでいる。

このように構成した実施の形態２のスクリュー圧縮機では、実施の形態１と同様、スクリューローター２の圧縮側と反圧縮側の圧力分布が異なるため、スクリューローター２には圧縮側から反圧縮側に向かう方向にガス荷重（ラジアル荷重）が加わる。このため、スクリューローター２の回転中心が反圧縮側に移動するが、反圧縮側において、スクリューローター２と軸受ハウジング１０との隙間を広くしているので、スクリューローター２と軸受ハウジング１０との接触を防止することができる。

以上説明したように、本実施の形態２では、実施の形態１の構成に加え、軸受ハウジング１０のスクリューローター２側の端部の形状を、この端部とスクリューローター２との間の隙間が圧縮側に比べて反圧縮側が広くなるよう形成した。このため、実施の形態１と同様の作用効果が得られると共に、圧縮側から反圧縮側に向かう方向にかかるラジアル荷重により、スクリューローター２が偏心したり、スクリューローター２が熱膨張しても、スクリューローター２と軸受ハウジング１０とが接触するのを防止することができる。従って、スクリューローター２の焼き付きを防止し、信頼性、耐久性が高く、長寿命を図ることができるスクリュー圧縮機を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、軸受ハウジング１０の反圧縮側のラジアル面１３に、ラジアル荷重に対向する動圧を発生させるための動圧溝を設け、高圧側軸受７及び低圧側軸受８への負荷を軽減するようにしたものである。

図１３は、実施の形態３に係る軸受ハウジング１０を切断したときの形状を表す図である。図１３（ａ）は、軸受ハウジング１０の平面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。図１４は、図１３の反圧縮側のラジアル面に形成された動圧溝を示す図である。なお、実施の形態３は、軸受ハウジング１０の構成のみが異なり、その他の構成は実施の形態１と同様である。このため、軸受ハウジング１０以外の部分については適宜実施の形態１の図面を参照されたい。

図１４に示すように、本実施の形態３の動圧溝１９は、ヘリングボーン形状の溝とし、ラジアル荷重に対向して流体動圧を発生させることができる。また、動圧溝１９は、円弧状ラビリンス溝１６と同様に、過度な接触を防止する役割も有している。なお、本例では、動圧溝１９の端部はスラスト面１２に開口させてスラストシール部３１に連通させ、ラジアルシール部３２以外の部分からも油が流入しやすいようにしている。

このように構成した実施の形態３のスクリュー圧縮機では、実施の形態１と同様、スクリューローター２の圧縮側と反圧縮側の圧力分布が異なるため、スクリューローター２には圧縮側から反圧縮側に向かう方向にガス荷重（ラジアル荷重）が加わる。このラジアル荷重が、スクリュー軸９（スクリューローター２）を支持する高圧側軸受７と低圧側軸受８に作用する。本例では、ヘリングボーン形状の溝で発生した動圧により、前記高圧側軸受７と低圧側軸受８に作用するラジアル荷重を軽減することができ、軸受の寿命を伸ばすことができる。このため、信頼性等が高いスクリュー圧縮機が得られる。

また、スクリューローター２の熱膨張やラジアル荷重により、スクリューローター２が偏心等したとしても、円弧状ラビリンス溝１６及び動圧溝１９によりスクリューローター２と軸受ハウジング１０との過度な接触を防止することができる。

以上のように、実施の形態３のスクリュー圧縮機によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られると共に、動圧溝１９を設けたことにより更に以下の効果が得られる。すなわち、高圧側軸受７及び低圧側軸受８に作用するラジアル荷重を軽減し、軸受の寿命を伸ばすことができる。このため、信頼性、耐久性が高く、長寿命を図ることができるスクリュー圧縮機を得ることができる。

実施の形態４．
図１５は、本発明の実施の形態４に係る動圧溝の別の形状例を表す図である。実施の形態３においてはヘリングボーン溝の動圧溝１９を設けるようにした。しかし、動圧溝１９はヘリングボーン溝のような形状に限るものでなく、例えばラジアル荷重に対向して動圧を発生させることができる形状であればよく、スパイラル溝であってもよい。

図１５（ａ）は、スクリューローター２の回転方向に向かって下方に傾斜し、ラジアル面１３の中央部分で終端させたスパイラル溝（の動圧溝）１９ａである。また、図１５（ｂ）は、ラジアル面１３の高圧側軸受７側からスクリューローター２の回転方向に向かって上方に傾斜し、ラジアル面１３の中央部分で終端させたスパイラル溝（の動圧溝）１９ｂである。

そして、図１５（ｃ）は、軸受ハウジング１０の内周面の形状ではなく、溝の深さを変化させていって、スクリューローター２の回転方向に向かって溝の凹部の体積が減少していくように構成した楔形溝の動圧溝１９ｃである。

以上のように実施の形態４のスクリュー圧縮機によれば、様々な形状の動圧溝１９を軸受ハウジング１０の内周面に形成し、動圧を発生させてラジアル荷重に対向してスクリューローター２を加圧することができる。特にスパイラル溝１９ａ、１９ｂ等は、少ない工数で形成することができるため、コスト低減を図りつつ、信頼性、耐久性が高く、寿命向上をはかることができるスクリュー圧縮機を得ることができる。

実施の形態５．
実施の形態５は、軸受ハウジング１０においてラジアル荷重に対向する位置に油分離器６０からの高圧の油が供給される油ポケットを設け、スクリューローター２を反圧縮側から加圧し、高圧側軸受７及び低圧側軸受８に作用するラジアル荷重を軽減するようにしたものである。

図１６は、実施の形態５に係るモノゲートローター構造スクリュー圧縮機の構造を示す断面図で、次の図１７のＨ−Ｈ断面に相当する。図１７は、図１６のＧ−Ｇ断面図である。
油ポケット２０には、油分離器６０から軸受ハウジング１０内に設けた給油通路１４ａを経由して高圧の油が供給される。軸受ハウジング１０の、ラジアル荷重に対向する位置に油ポケット２０を設けるようにし、静圧ポケット軸受作用によりスクリューローター２を加圧する。ここで、油ポケット２０は１箇所だけでなく複数箇所に設け、ラジアル荷重に対向してスクリューローター２を加圧する箇所をさらに広い範囲に分散させるようにしてもよい。

以上のように、実施の形態５のスクリュー圧縮機によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られると共に、ラジアル荷重に対向する位置に油ポケット２０を設けたため、更に以下の効果が得られる。すなわち、油ポケット２０に高圧の油を充満させてスクリューローター２を静圧ポケット作用により加圧することで、高圧側軸受７および低圧側軸受８に作用するラジアル荷重を軽減し、軸受の寿命を伸ばすことができる。このため、信頼性の高いスクリュー圧縮機が得られる。なお、油ポケット２０に連通する給油通路１４ａは、給油口１５に連通する給油通路１４と共用してもよいし、別途設けてもよい。

実施の形態６．
図１８は、本発明の実施の形態６に係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。図１８では、２枚のゲートローター４ａ、４ｂを用いて２箇所における圧縮動作が行われるスクリューローター２ａを低段側に配置し、上述の実施の形態１〜５で説明したモノゲートローター構造におけるスクリューローター２を高段側に配置している。

図１８のように、高段側をモノゲートローター構造とすることで、容積の異なる低段側と高段側を同じ径のスクリューローター２、２ａを用いて構成でき、量産効果によるコスト低減が図れる。さらに高段側のゲートローターが１つで済むので、ゲートローターだけでなく、周辺の部品を削減でき、減量化を図ることができる。そして、この二段スクリュー圧縮機においても、実施の形態１〜５のモノゲートローター構造のスクリュー圧縮機と同様の効果を奏する。

なお、上記各実施の形態１〜６では、吸入から圧縮・吐出完了までをスクリューローター２が１８０°回転する間に行う例を示したが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、１８０°以上であっても本発明が奏する効果に変わりはない。

１ ケーシング、１ａ 吐出ポート、２ スクリューローター、２ａ スクリューローター、３ 電動機、４ ゲートローター、４ａ ゲートローター、５ 圧縮室、６ スライドバルブ、７ 高圧側軸受、８ 低圧側軸受、９ スクリュー軸、１０ 軸受ハウジング、１０ａ 小径貫通孔、１０ｂ 大径貫通孔、１１ 軸受ハウジング内室、１２ スラスト面、１３ ラジアル面、１４ 給油通路、１４ａ 給油通路、１５ 給油口、１５ａ 給油口、１５ｂ 給油口、１６ 円弧状ラビリンス溝、１６ｔ 円弧状ラビリンス溝、１６ｒ 円弧状ラビリンス溝、１７ 反圧縮側端部、１８ 圧縮側端部、１９ 動圧溝、１９ａ 動圧溝、１９ｂ 動圧溝、１９ｃ 動圧溝、２０ 油ポケット、２１ スクリュー溝、２１ａ スクリュー溝、２２ スクリュー軸、２３ 均圧通路、２４ 高圧側端部、３０ 高圧シール部、３１ スラストシール部、３２ ラジアルシール部、４１ 歯、６０ 油分離器。

Claims (17)

1. ケーシングと、
   該ケーシング内に回転可能に配置され、外周面に複数条のスクリュー溝が設けられたスクリューローターと、
   該スクリューローターのスクリュー溝に嵌合する歯を有し、前記スクリューローターの回転に伴って回転する１枚のゲートローターと、
   前記ケーシングと前記スクリュー溝と前記ゲートローターとにより前記スクリューローターの外周の一部に構成され、前記スクリューローターが回転することにより冷媒ガスを圧縮して吐出する圧縮室と、
   前記スクリューローターの吐出側端部に近接して設けられ、前記スクリューローターの吐出側の軸受を内装する軸受ハウジングと、
   該軸受ハウジング内において吸入側に連通する軸受ハウジング内室を前記スクリューローターの吐出高圧部と区画するためのシール部であって、前記軸受ハウジングと前記スクリューローターとの間に形成された周状の隙間である高圧シール部とを備え、
   該高圧シール部は、周方向に、前記圧縮室が形成された高圧領域と、それ以外の低圧領域とを有し、前記高圧領域と前記低圧領域との境界付近に、前記軸受ハウジングに設けた給油通路と連通する給油口を開口させ、該給油口から油を噴射させるようにしたことを特徴とするスクリュー圧縮機。
2. 前記給油口を、前記高圧領域と前記低圧領域との境界付近のうち、前記低圧領域側に開口させたことを特徴とする請求項１記載のスクリュー圧縮機。
3. 前記高圧シール部は、前記スクリューローターと前記軸受ハウジングとの間に形成された隙間のうち、前記スクリューローターの軸方向に対向するスラスト面同士間の隙間をシールするスラストシール部を備え、前記給油口を、前記軸受ハウジングのスラスト面に開口したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクリュー圧縮機。
4. 前記高圧シール部は、前記スクリューローターと前記軸受ハウジングとの間に形成された隙間のうち、前記スクリューローターの軸方向と直交する方向に対向するラジアル面同士間の隙間をシールするラジアルシール部を備え、前記給油口を、前記軸受ハウジングのラジアル面に開口したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクリュー圧縮機。
5. 前記ラジアル面の前記給油口は、前記軸受ハウジングを外周面から前記スクリューローターの軸方向と直交する方向に貫通して形成されていることを特徴とする請求項４記載のスクリュー圧縮機。
6. 前記高圧シール部は、前記スクリューローターと前記軸受ハウジングとの間に形成された隙間のうち、前記スクリューローターの軸方向に対向するスラスト面同士間の隙間をシールするスラストシール部と、前記スクリューローターの軸方向と直交する方向に対向するラジアル面同士間の隙間をシールするラジアルシール部とを備え、前記給油口を、前記軸受ハウジングのスラスト面と前記軸受ハウジングのラジアル面との両方に開口したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクリュー圧縮機。
7. 前記給油通路を、容量制御を行うスライドバルブ内を経由して設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載のスクリュー圧縮機。
8. 前記軸受ハウジングは、前記スクリューローターと対向するローター側端部の形状が、前記圧縮室が形成される圧縮側とそれ以外の反圧縮側とで異なっており、前記反圧縮側は、前記スクリューローターの正位置からの偏心を許容する逃げ部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載のスクリュー圧縮機。
9. 前記軸受ハウジングは、前記スクリューローターのスクリュー軸が挿通する貫通孔を有し、該貫通孔は、前記軸受を内装する小径貫通孔と、該小径貫通孔のスクリューローター側に形成され、前記スクリューローターの一部を収容する大径貫通孔とから構成され、前記貫通孔の中心軸と、前記大径貫通孔の内周面との間の距離が、圧縮側に比べて反圧縮側が長く形成されていることを特徴とする請求項８記載のスクリュー圧縮機。
10. 前記軸受ハウジングは、前記スクリューローターのスクリュー軸が挿通する貫通孔を有し、該貫通孔は、前記軸受を内装する小径貫通孔と、該小径貫通孔のスクリューローター側に形成され、前記スクリューローターの一部を収容する大径貫通孔とから構成され、該大径貫通孔の軸方向の長さが、圧縮側に比べて反圧縮側が短く形成されていることを特徴とする請求項９記載のスクリュー圧縮機。
11. 前記軸受ハウジングの圧縮側のスラスト面に、終端部分が設けられた円弧状のラビリンス溝を設けたことを特徴とする請求項８乃至請求項１０の何れかに記載のスクリュー圧縮機。
12. 前記軸受ハウジングの反圧縮側のラジアル面に動圧溝を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載のスクリュー圧縮機。
13. 前記動圧溝は、ヘリングボーン溝であることを特徴とする請求項１２記載のスクリュー圧縮機。
14. 前記動圧溝は、スパイラル溝であることを特徴とする請求項１２記載のスクリュー圧縮機。
15. 前記動圧溝は、前記スクリューローターの回転方向に溝の断面積が徐々に減少する形状の溝であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４の何れかに記載のスクリュー圧縮機。
16. 前記軸受ハウジングの反圧縮側のラジアル面に、給油通路に連通する油ポケットを設けたことを特徴とする請求項７乃至請求項１５の何れかに記載のスクリュー圧縮機。
17. 請求項１乃至請求項１６の何れかに記載のスクリュー圧縮機の各構成要素を備え、前記スクリューローター及び前記１枚のゲートローターを、高段側の圧縮機構とする、複数段で構成した圧縮機構を有することを特徴とするスクリュー圧縮機。

Images