JP5313206B2

JP5313206B2 - スクリュ圧縮機

Info

Publication number: JP5313206B2
Application number: JP2010133619A
Authority: JP
Inventors: 宏樹上田; 健志黒田; 明星川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: CN102278308B; JP2011256973A; CN102278308A

Description

本発明は、スクリュ式の圧縮機に関する。

電動機直結構造のスクリュ圧縮機は、駆動ベルトを介する動力伝達方式のものよりエネルギー変換効率がよい。また、インバータを用いた回転数制御方式を採用するスクリュ圧縮機においては電動機直結構造のスクリュ圧縮機が主流となっている。ここで、コスト低減・メカロス削減の目的から、モータ軸の片側に軸受を設けない片持ち方式の電動機直結型スクリュ圧縮機とされることが多い。

片持ち方式の電動機直結型スクリュ圧縮機においては、質量の大きなモータを片持ち支持しているため、モータ軸とスクリュ軸との一体構造であるロータ軸の曲げ剛性を大きく取りにくい。このため、回転時の駆動系やモータの電磁力に起因した加振力による共振や、ロータ軸固有の不安定現象により、振動が大きくなりやすいという問題がある。

そこで、モータケーシングに振動減衰性を付与することで、共振倍率（共振時の振動伝達率）を低減させて振幅の増大を抑制したり、不安定現象に対する不安定領域を安定領域にしたりする必要がある。

モータケーシングの振動を低減させる方法として、例えば特許文献１に記載された方法がある。特許文献１には、モータケーシングに対して棒状体を水平方向に突設し、比較的大きな遊びを持たせた孔を有する板（質量体）をこの棒状体に挿入したことを特徴とするスクリュ圧縮機が記載されている。本構造によると、モータケーシングの振動により板（質量体）が上下方向に変位し、モータケーシングに突設した棒状体と板（質量体）とが衝突して振動エネルギーが消費されることで、モータケーシングの振動が低減される。また、複数の板（質量体）同士の間に相対変位が生じることで、両者の間に摺動摩擦が生じて、振動エネルギーが消費される。これによっても、モータケーシングの振動が低減される。

また、モータケーシングの振動を低減させる方法として、減衰性の大きな粘弾性材のせん断変形を利用する制振機構を、モータケーシングが載置された台板とモータケーシングとの間に設ける方法がある。モータケーシングの振動により、モータケーシングに取り付けられた拘束板と台板に結合された拘束板とが相対的に移動することで、その間にある粘弾性材にせん断変形が生じ、振動エネルギーが粘弾性材の分子間の架橋内の摩擦による熱エネルギーに変換されることで、モータケーシングの振動が低減される。この制振機構の特徴は、粘弾性材によるばね特性と減衰特性とが同時に発生することにある。

特開２００３−３４３６４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された振動低減方法では、モータケーシングの振幅がある程度まで大きくならなければ、複数の板（質量体）同士の間に摺動摩擦が効率的に生じない。よって、低振幅域においては、摺動摩擦によるモータケーシングの振動低減効果を十分に得ることができないので、低振幅域における振動減衰性が低いという問題がある。

また、制振機構を設ける振動低減方法では、制振機構によるばね特性がマウントのばね特性に加算されることから、スクリュ圧縮機の固有振動数が高くなり、台板への振動伝達率が高くなって、振動減衰性が低下するという問題がある。

例えば、ばね定数が６×１０^５Ｎ／ｍの振動絶縁用のマウントを備えた重量１００ｋｇのスクリュ圧縮機に、せん断弾性係数が１×１０^６Ｎ／ｍ^２で、損失係数が０．５の熱可塑性の粘弾性樹脂を適用し、この粘弾性樹脂の部分を幅５０ｍｍ×高さ５０ｍｍ×厚さ５ｍｍとした場合、マウントも含めた損失係数は０．１となるが、圧縮機本体の固有振動数は２５Ｈｚから５４Ｈｚとなり、圧縮機本体から台板への振動伝達率が１以下となる周波数領域は、３５Ｈｚ以上から７８Ｈｚ以上となって、振動減衰性が低下する。

そこで、マウントのばね定数を下げることで、スクリュ圧縮機の固有振動数を下げることが考えられるが、上記の例の場合、マウントのばね定数を１×１０^５Ｎ／ｍまで下げなければならず、スクリュ圧縮機の重量に対する許容範囲に収まらなくなるので、非現実的である。

本発明の目的は、振動減衰性を向上させることが可能なスクリュ圧縮機を提供することである。

本発明におけるスクリュ圧縮機は、スクリュロータと、前記スクリュロータの雄ロータと同軸で当該雄ロータに対して一体構造にされたスクリュ軸と、前記スクリュロータおよび前記スクリュ軸を収容するスクリュケーシングと、前記スクリュ軸と同軸で当該スクリュ軸に対して一体構造にされるとともにスクリュロータ側で片持ち支持されたモータ軸と、モータケーシングを備えて当該モータケーシングの内部で前記モータ軸を回転させるモータと、防振体を介して前記スクリュケーシングおよび前記モータケーシングが載置された台板と、前記モータ軸の軸方向に沿って前記モータケーシングに突設された棒状部材と、前記棒状部材に緩挿された複数の錘と、を有し、前記複数の錘の少なくとも一つが前記台板に結合されているとともに、前記複数の錘の少なくとも一つが前記台板に結合されていないことを特徴とする。

上記の構成によれば、モータケーシングの振動に対して、棒状部材と錘とが衝突することで振動エネルギーが消散し、その結果、モータケーシングの振動は低減する。さらに、複数の錘の少なくとも一つを台板に結合するとともに、複数の錘の少なくとも一つを台板に結合しないことにより、低振幅域においても、台板に結合された錘と台板に結合されていない錘との間に相対変位が好適に生じて、両者の間に摺動摩擦が効率的に生じる。これにより、低振幅域においても振動エネルギーが消散し、その結果、モータケーシングの振動は低減する。よって、振動減衰性を向上させることができる。

また、本発明におけるスクリュ圧縮機において、最も前記モータケーシング寄りの錘は、前記台板に結合されておらず、最も前記モータケーシング寄りの錘と前記モータケーシングとの間に設けられ、前記台板に結合されていない錘を前記台板に結合された錘に向かって付勢するバネを更に有していてよい。上記の構成によれば、台板に結合されていない錘をバネで台板に結合された錘に向かって付勢することで、台板に結合されていない錘は、台板に結合された錘とモータケーシングとの間において、傾くことなく安定的に保持される。その結果、モータケーシングの振動時において、台板に結合されていない錘は、棒状部材に対してふらつくことなく安定して衝突する。また、バネの付勢力によって錘同士が密接するので、台板に結合された錘と台板に結合されていない錘との間に生じた相対変位によって、錘同士の間に摺動摩擦が効率的に生じる。これにより、振動減衰効果を安定的に得ることができる。

また、本発明におけるスクリュ圧縮機において、前記複数の錘は３つ以上であって、少なくとも２つの錘が前記台板に結合されているとともに、前記台板に結合された錘同士の間に前記台板に結合されていない錘が少なくとも１つ配置されていてよい。上記の構成によれば、台板に結合された錘同士の間に、台板に結合されていない錘を少なくとも１つ配置することで、台板に結合されていない錘は、台板に結合された錘同士の間において、傾くことなく安定的に保持される。その結果、モータケーシングの振動時において、台板に結合されていない錘は、棒状部材に対してふらつくことなく安定して衝突する。また、台板に結合されていない錘が隣接する錘と軸方向に衝突することにより摺動摩擦が効率的に生じる。これにより、振動減衰効果を安定的に得ることができる。

また、本発明におけるスクリュ圧縮機においては、前記台板に結合された錘と前記台板との間に弾性体が設けられていてよい。上記の構成によれば、弾性体によって、台板に結合された錘から台板に振動が伝達するのを抑制することができる。

本発明のスクリュ圧縮機によると、モータケーシングの振動に対して、棒状部材と錘とが衝突することで振動エネルギーが消散し、その結果、モータケーシングの振動は低減する。さらに、低振幅域においても、台板に結合された錘と台板に結合されていない錘との間に相対変位が好適に生じて、両者の間に摺動摩擦が効率的に生じるので、低振幅域においても振動エネルギーが消散し、その結果、モータケーシングの振動は低減する。よって、振動減衰性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るスクリュ圧縮機を示す側断面模式図である。本発明の第２実施形態に係るスクリュ圧縮機を示す側断面模式図である。本発明の第３実施形態に係るスクリュ圧縮機を示す側断面模式図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

［第１実施形態］
（スクリュ圧縮機の構成）
図１に示すように、スクリュ圧縮機１は、スクリュ本体部２とモータ部３０（モータ）とを具備してなる電動機直結構造のスクリュ圧縮機である。

（スクリュ本体部）
スクリュ本体部２は、雌雄一対のスクリュロータ４と、スクリュロータ４の雄ロータ４ａと同軸で雄ロータ４ａに対して一体構造にされたスクリュ軸３と、スクリュロータ４およびスクリュ軸３を収容するスクリュケーシング１２と、を有する。スクリュ軸３は、軸受１４および軸受１５で両持ち支持されている。

スクリュロータ４の雄ロータ４ａとスクリュ軸３とは、１本の鋼材からの削り出し加工などで製作される。なお、雄ロータ４ａとスクリュ軸３とをそれぞれ別に製作したのち剛結（一体に連結）してもよい。また、スクリュ軸３と後述するモータ軸７とも１本の鋼材からの削り出し加工などで製作されて一体構造となっている。相互に一体構造にされたスクリュ軸３とモータ軸７とで回転するロータ軸１１を構成する。なお、スクリュ軸３とモータ軸７とをそれぞれ別に製作したのち剛結（一体に連結）してもよい。剛結（一体構造化）の方法としてはフランジ連結などがある。

（モータ部）
モータ部３０（モータ）は、ロータ軸１１を回転させるための駆動源であって、モータ軸７の外周に固定された回転子５と、回転子５の外側に配置された固定子６と、回転子５および固定子６を収容するモータケーシング１３と、を有する。モータ軸７は、スクリュ軸３と同軸でスクリュ軸３に対して一体構造にされるとともにスクリュロータ４側で片持ち支持されている。具体的には、スクリュロータ４側の軸受１４（および軸受１５）でモータ軸７は片持ち支持されている。

モータ軸７のモータ側端面７ａは、回転子５のモータ側端面５ａよりもスクリュロータ４側に位置している。回転子５のモータ側端面５ａには円板状のエンド部材１０がボルト（不図示）などで固定されている。エンド部材１０の中心には孔が開けられている。エンド部材１０はモータ軸７と同軸にされている。モータ軸７のモータ側端面７ａには、モータ軸７と同軸で（モータ軸７の回転中心に）ボルト９が固定されている。ボルト９は、エンド部材１０の中心に形成された孔を貫通している。

スクリュケーシング１２とモータケーシング１３とは、マウント（防振体）１７を介して台板１６上に載置されている。マウント１７は、所定のばね特性を有することで、振動絶縁性能を有している。即ち、マウント１７は、スクリュケーシング１２およびモータケーシング１３から台板１６に伝達する振動を低減させている。

（棒状部材および錘）
モータケーシング１３の下部には、スクリュロータ４側とは反対側において、モータ軸７の軸方向に沿った棒状部材１９が突設されている。この棒状部材１９には、複数の環状の錘８が緩挿されている。本実施形態では錘８の数を３つとしているが、３つに限られることはなく、１つであってもよい。

棒状部材１９の断面形状は円形であるが必ずしも円形である必要はなく、例えば、四角形などであってもよい。錘８の中心に形成された孔も同様であって、円形ではなく、例えば、四角形などであってもよい。錘８の中心に形成された孔の形状は、棒状部材１９の断面形状と合わされる。

また、３つの錘８のうち、最もモータケーシング１３から離れている錘８ａは、防振ゴム（弾性体）２０を介して台板１６に結合されているとともに、他の２つの錘８は、台板１６に結合されていない。台板１６に結合された錘８ａによって、台板１６に結合された錘８ａとモータケーシング１３との間に位置して台板１６に結合されていない２つの錘８が棒状部材１９の端から飛び出して脱落してしまわないようにされている。また、台板１６に結合された錘８ａの中心に形成された孔の上下方向の中心は、モータケーシング１３の上下方向の振動の中心に一致されている。なお、錘８ａは、スポンジやばねを介して台板１６に結合されていてもよい。

棒状部材１９の軸径をｄ１ｍｍ、錘８の内径をｄ２ｍｍとすると、錘８の軸直交方向（上下方向）変位可能量は、（ｄ２−ｄ１）となる。モータケーシング１３が振動すると、台板１６に結合されていない２つの錘８は、棒状部材１９とともに上下方向に変位し、棒状部材１９と衝突する。また、台板１６に結合された錘８ａは、軸方向および軸直交方向（上下方向）への移動が抑制されているので、モータケーシング１３が振動すると、錘８ａの中心に形成された孔の中で、棒状部材１９が上下方向に変位する。これによっても、錘８ａが棒状部材１９と衝突する。

また、モータケーシング１３が振動すると、錘８同士の間に相対変位が生じることで、両者の間に摺動摩擦が生じる。特に、最もモータケーシング１３から離れている錘８ａは台板１６に結合されているので、モータケーシング１３における振動の振幅がある程度大きい場合のみならず、低振幅域においても、台板１６に結合された錘８ａと台板１６に結合されていない錘８との間に相対変位が好適に生じて、両者の間に摺動摩擦が効率的に生じる。

（効果）
本実施形態のスクリュ圧縮機１によると、モータケーシング１３の振動に対して、棒状部材１９と錘８とが衝突することで振動エネルギーが消散し、その結果、モータケーシング１３の振動は低減する。

また、本実施形態のスクリュ圧縮機１では、３つの錘８のうち、最もモータケーシング１３から離れている錘８ａを台板１６に結合し、他の２つの錘８を台板１６に結合していない。仮に、３つの錘８のいずれもが台板１６に結合されていなければ、低振幅域において錘８同士の間に生じる摺動摩擦は限定的となり、その結果、低振幅域においては、摺動摩擦によるモータケーシング１３の振動低減効果を十分に得ることができない。しかし、本実施形態のように、台板１６に結合された錘８ａと台板１６に結合されていない錘８とを設けることにより、低振幅域においても、台板１６に結合された錘８ａと台板１６に結合されていない錘８との間に相対変位が好適に生じて、両者の間に摺動摩擦が効率的に生じる。これにより、低振幅域においても振動エネルギーが消散し、その結果、モータケーシング１３の振動は低減する。よって、スクリュ圧縮機１の振動減衰性を向上させることができる。

また、防振ゴム２０によって、台板１６に結合された錘８ａから台板１６に振動が伝達するのを抑制することができる。

（変形例）
なお、最もモータケーシング１３寄りの錘８とモータケーシング１３との間の隙間にスペーサを設けて、錘８同士を軸方向に近接あるいは密接させることで、錘８同士の間に摺動摩擦が生じ易くしてもよい。

また、本実施形態では、モータケーシング１３のスクリュロータ４側とは反対側に棒状部材１９を突設しているが、モータケーシング１３のスクリュロータ４側に棒状部材１９を突設してもよい。この場合、スクリュ圧縮機１全体をコンパクトにすることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るスクリュ圧縮機１０１を説明する。第１実施形態のスクリュ圧縮機１と、本実施形態のスクリュ圧縮機１０１との主な相違点は、図２に示すように、本実施形態のスクリュ圧縮機１０１が、コイル状のバネ２１を具備してなる点である。

（バネ）
バネ２１は、最もモータケーシング１３寄りであって台板１６に結合されていない錘８と、モータケーシング１３との間に設けられている。そして、バネ２１は、最もモータケーシング１３から離れて台板１６に結合された錘８ａと、モータケーシング１３との間に位置して、台板１６に結合されていない２つの錘８を、台板１６に結合された錘８ａに向かってそれぞれ付勢している。このバネ２１により、錘８同士が密接し、台板１６に結合されていない２つの錘８の各々は、台板１６に結合された錘８ａとモータケーシング１３との間において、傾くことなく安定的に保持される。

（効果）
最もモータケーシング１３寄りの錘８とモータケーシング１３との間に隙間があれば、台板１６に結合されていない２つの錘８の各々は傾いてしまい、その結果、モータケーシング１３の振動時に、棒状部材１９に対して安定して衝突しなくなるだけでなく、錘８同士の相対変位による摺動摩擦も生じにくくなる。そこで、本実施形態のスクリュ圧縮機１０１では、台板１６に結合されていない２つの錘８をバネ２１で台板１６に結合された錘８ａに向かって付勢している。これにより、台板１６に結合されていない２つの錘８の各々は、台板１６に結合された錘８ａとモータケーシング１３との間において、傾くことなく安定的に保持される。その結果、モータケーシング１３の振動時において、台板１６に結合されていない２つの錘８の各々は、棒状部材１９に対してふらつくことなく安定して衝突する。また、バネ２１の付勢力によって錘８同士が密接するので、台板１６に結合された錘８ａと台板１６に結合されていない錘８との間に生じた相対変位によって、錘８同士の間に摺動摩擦が効率的に生じる。これにより、振動減衰効果を安定的に得ることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るスクリュ圧縮機２０１を説明する。第１実施形態のスクリュ圧縮機１と、本実施形態のスクリュ圧縮機２０１との主な相違点は、図３に示すように、台板１６に結合された錘８ａ，８ｂ同士の間に、台板１６に結合されていない錘８が配置されている点である。

（棒状部材および錘）
本実施形態においても、錘８の数は３つであり、そのうち、最もモータケーシング１３から離れている錘８ａと、最もモータケーシング１３寄りの錘８ｂとが、錘１個分よりも若干大きな間隔をあけて、それぞれ台板１６に結合されており、その間に、台板１６に結合されていない錘８が配置されている。このように、台板１６に結合された錘８ａ，８ｂ同士の間に、台板１６に結合されていない錘８を配置することで、錘８同士が近接するとともに、台板１６に結合されていない錘８は、台板１６に結合された錘８ａ，８ｂ同士の間において、傾くことなく安定的に保持される。

なお、最もモータケーシング１３から離れている錘８ａと、最もモータケーシング１３寄りの錘８ｂとの間隔を錘１個分として、錘８同士を軸方向に密接させることで、錘８同士の間に摺動摩擦が生じ易くしてもよい。

（効果）
最もモータケーシング１３寄りの錘８ｂとモータケーシング１３との間に隙間があり、最もモータケーシング１３寄りの錘８ｂが台板１６に結合されていなければ、台板１６に結合されていない２つの錘８の各々は傾いてしまい、その結果、モータケーシング１３の振動時に、棒状部材１９に対して安定して衝突しなくなるだけでなく、錘８同士の相対変位による摺動摩擦も生じにくくなる。そこで、本実施形態のスクリュ圧縮機２０１では、最もモータケーシング１３から離れている錘８ａと、最もモータケーシング１３寄りの錘８ｂとを台板１６にそれぞれ結合し、台板１６に結合された錘８ａ，８ｂ同士の間に、台板１６に結合されていない錘８を配置している。これにより、台板１６に結合されていない錘８は、台板１６に結合された錘８ａ，８ｂ同士の間において、傾くことなく安定的に保持される。その結果、モータケーシング１３の振動時において、台板１６に結合されていない錘８は、棒状部材１９に対してふらつくことなく安定して衝突する。また、台板１６に結合されていない錘８が隣接する錘８ａ，８ｂと軸方向に衝突することにより摺動摩擦が効率的に生じる。これにより、振動減衰効果を安定的に得ることができる。

（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、図１〜図３に示した実施の形態を適宜、組み合せて実施することができる。

１，１０１，２０１スクリュ圧縮機
２スクリュ本体部
３スクリュ軸
４スクリュロータ
５回転子
６固定子
７モータ軸
８，８ａ，８ｂ錘
９ボルト
１０エンド部材
１１ロータ軸
１２スクリュケーシング
１３モータケーシング
１４，１５軸受
１６台板
１７マウント（防振体）
１９棒状部材
２０防振ゴム（弾性体）
２１バネ
３０モータ部

Claims

スクリュロータと、
前記スクリュロータの雄ロータと同軸で当該雄ロータに対して一体構造にされたスクリュ軸と、
前記スクリュロータおよび前記スクリュ軸を収容するスクリュケーシングと、
前記スクリュ軸と同軸で当該スクリュ軸に対して一体構造にされるとともにスクリュロータ側で片持ち支持されたモータ軸と、
モータケーシングを備えて当該モータケーシングの内部で前記モータ軸を回転させるモータと、
防振体を介して前記スクリュケーシングおよび前記モータケーシングが載置された台板と、
前記モータ軸の軸方向に沿って前記モータケーシングに突設された棒状部材と、
前記棒状部材に緩挿された複数の錘と、
を有し、
前記複数の錘の少なくとも一つが前記台板に結合されているとともに、前記複数の錘の少なくとも一つが前記台板に結合されていないことを特徴とするスクリュ圧縮機。
最も前記モータケーシング寄りの錘は、前記台板に結合されておらず、
最も前記モータケーシング寄りの錘と前記モータケーシングとの間に設けられ、前記台板に結合されていない錘を前記台板に結合された錘に向かって付勢するバネを更に有することを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
前記複数の錘は３つ以上であって、少なくとも２つの錘が前記台板に結合されているとともに、前記台板に結合された錘同士の間に前記台板に結合されていない錘が少なくとも１つ配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
前記台板に結合された錘と前記台板との間に弾性体が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクリュ圧縮機。