JP5769866B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、流体を圧縮する圧縮機に関する。
本願は、２０１２年２月２３日に日本に出願された特願２０１２−０３７７２２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

従来の圧縮機には、円筒状のハウジング（バンドルハウジング）内部にロータ、動翼及び静翼を組み込んで構成される外観が円筒状のバンドル（コンプレッサ・バンドル）を、円筒状のケーシング（車室）の内部に挿入して構成されるものがある（例えば特許文献１参照）。

この種の圧縮機は、バンドルを、ケーシングの軸線方向の一端側に設けられた開口部からケーシング内に軸線方向に挿入することで組み立てられる。従来では、このバンドルの挿入をスムーズに実施できるように、バンドルの鉛直方向下部に、バンドルをケーシング内に挿入する際に、バンドルの重量を支持してケーシングの内周面上で軸線方向に転動するローラを設けている。
したがって、バンドルをケーシング内に挿入する際には、ローラの外周面が、バンドルの重みによってケーシングの内周面に押し付けられる。

日本国特開２０１１−２２０３０７号公報

しかしながら、ローラの外周面がケーシングの内周面に押し付けられる状態では、ローラの外周面のうちローラの回転軸に沿って中央よりも端側において強く押し付けられやすい。言い換えれば、ローラの外周面をケーシング内周面に押し付ける面圧（ヘルツ面圧）が、ローラの回転軸に沿って中央よりも端側の方が高くなる、所謂片当たりが発生しやすい。
特に、近年の圧縮機には大型化及び高圧化が要求されており、これに伴ってバンドルの重量が増加する傾向にある。従って、上述した片当たりが発生すると、ケーシングの内周面にローラを押し付けた痕（圧痕）が生じ、気密性が損なわれる等して圧縮機の品質が低下する、という問題がある。

なお、前述した面圧の偏りを緩和する一般的な方法として、ローラの径寸法を大きく設定することも考えられる。しかしながら、圧縮機では、バンドルとケーシングの内周面とのクリアランスが、圧縮流体の漏れを防ぐために非常に狭く設定されている。また、ローラはバンドルに埋め込まれるように配されることもあるが、この場合には埋め込み部近傍におけるバンドルの肉厚がローラ径及びバンドル径により制限を受けてしまい、バンドルの強度不足が生じる可能性がある。このため、ローラの径寸法は極力小さく抑えなければならない。

本発明は、ケーシング内周面に対するローラの片当たりを防止して、圧縮機の品質低下を抑えることが可能な圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の圧縮機は、円筒状のケーシングと、筒状の静止部材及び該静止部材に収容されるロータを有し、前記ケーシングの内部に挿入されるバンドルと、該バンドルを軸線方向に沿って前記ケーシング内部に挿入する際に、前記バンドルを支持しつつ前記ケーシングの内周面上で転動するローラと、を備え、前記ローラの外周面は、少なくとも前記ローラの外周面が前記ケーシングの内周面に当接した状態で、ローラの回転軸に沿って中央よりも端側の曲率半径が小さくなるようにして連続した凸曲面に形成されている。

上記圧縮機によれば、ローラの外周面がローラの回転軸に沿う凸曲面（クラウニング形状）に形成されていることで、ローラの外周面をケーシングの内周面に沿うように当接させることができる。その結果として、ローラの回転軸に沿う面圧の偏りが大きくなることを抑制できる。言い換えれば、ローラの回転軸に沿う面圧の分布の均一化を図ることができる。

さらに、凸曲面に形成されたローラの外周面のうち、ローラの回転軸方向の端側における曲率半径が、ローラの回転軸方向の中央における曲率半径よりも小さく設定されている。その結果として、ローラの回転軸方向の端側の範囲における面圧が、中央の範囲における面圧よりも高くなることを確実に防止できる、すなわち、片当たりの発生を防止することができる。

さらに、凸曲面はローラの外周面の中央から端側に向けて連続するように形成されているため、言い換えれば、ローラの外周面が中央から端側に向けて滑らかに連なる曲面に形成されている。従って、仮に、バンドルの曲率中心がケーシングの軸線に対してずれる等して、ローラの外周面においてケーシングの内周面に対して強く当接する位置が中央から端側に寄ったとしても、外周面の中央と端側との間における面圧が他の部分における面圧よりも極端に大きくなることを抑制できる。

そして、前記圧縮機において、前記ローラの外周面は、前記回転軸に沿って中央の範囲で前記ケーシングの内周面の曲率半径に対応する曲率半径に形成された中央曲面部と、該中央曲面部の両端側で該中央曲面部の曲率半径よりも小さく設定された端側曲面部とを備えてもよい。

上記圧縮機によれば、中央曲面部の曲率半径がケーシングの内周面の曲率半径に対応しているため、中央曲面部の曲率中心がケーシングの内周面の軸線に一致している状態では、中央曲面部のみがケーシングの内周面に当接し、中央曲面部よりも曲率半径の小さい端側曲面部は内周面に当接しない。したがって、ローラの片当たりを確実に防止することができる。
さらに、この状態においては、中央曲面部がケーシングの内周面に対して均等に押し付けられるため、ローラの回転軸に沿う面圧の偏りが大きくなることを抑制できる。言い換えれば、ローラの回転軸に沿う面圧の分布の均一化を図ることができる。

そして、仮に、バンドルの曲率中心がケーシングの軸線に対してずれる等して、ローラの外周面においてケーシングの内周面に対して強く当接する位置が中央曲面部から端側曲面部側に寄ったとしても、中央曲面部と端側曲面部とは滑らかに連なっているため、中央曲面部と端側曲面部との間における面圧が他の部分における面圧よりも極端に大きくなることを抑制できる。

さらに、仮に、バンドルの曲率中心がケーシングの軸線に対してずれる等して、ローラの端側曲面部がケーシングの内周面に押し付けられたとしても、端側曲面部の曲率半径が中央曲面部よりも小さく設定されていることで、端側曲面部における面圧が、中央曲面部における面圧よりも高くなることを確実に防止できる、すなわち、ローラの片当たりの発生を確実に防止することができる。

また、前記圧縮機において、前記ローラが、前記ケーシングの内周面のうち鉛直方向下端から前記内周面の周方向にずらした位置に配される場合には、鉛直方向の下側に位置する前記端側曲面部の曲率半径が、上側に位置する前記端側曲面部の曲率半径よりも小さくてもよい。

ローラの回転軸が水平面に対して傾斜するように、ローラをケーシングの内周面に当接させる状態では、ローラの外周面においてケーシングの内周面に対して強く当接する位置が、バンドルの重量によって、中央曲面部から鉛直方向の下側に位置する一方の端側曲面部側に寄り易い。
そこで、上記構成のように、一方の端側曲面部の曲率半径を鉛直方向の上側に位置する他方の端側曲面部よりも小さく設定することで、中央よりも鉛直方向下側に位置する端側において片当たりが発生することを確実に防止することが可能となる。

さらに、前記圧縮機において、前記ローラには、前記回転軸に沿って端側の範囲で、端面から回転軸方向に延びる孔が形成されていてもよい。

また、前記圧縮機においては、前記孔が、前記回転軸を中心とする環状に形成されていてもよい。

前記孔を形成した上記構成によれば、仮に、バンドルの曲率中心がケーシングの軸線に対してさらにずれる等して、ローラの外周面の端側の範囲がケーシングの内周面に押し付けられても、前記孔がローラの径方向に縮むようにして、端側の範囲をローラの径方向内側に変形させることができる。なお、前記孔が環状に形成されていれば、より容易に端側の範囲を径方向内側に変形させることが可能である。
この変形により、ローラの回転軸方向の端側の範囲における曲率半径が、中央の範囲における曲率半径よりも小さくなり、端側の範囲における面圧を、中央の範囲における面圧よりも小さく抑えて、片当たりの発生を防止することができる。

さらに、前記圧縮機においては、前記孔が、前記端面から前記孔の延出方向に向かうにしたがって狭くなる断面Ｖ字状に形成されていてもよい。

さらに、前記圧縮機においては、前記ローラが、前記ケーシングより硬度の低い材料からなるローラ本体と、前記ローラ本体を挿通して設けられて前記ローラ本体より強度の高い材料からなる回転軸と、を備えてもよい。

さらに、前記圧縮機においては、前記ローラ本体は、前記回転軸に対して焼き嵌めによって固定されてもよい。

本発明によれば、ケーシングの内周面に対するローラの片当たり等を防止して、ローラの回転軸に沿う面圧の偏りが大きくなることを抑制することができる。従って、ケーシングの内周面に圧痕が生じることを防いで、圧縮機の品質低下を抑えることができる。

本発明の第一実施形態に係る圧縮機を示す概略断面図である。 図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。 図１の圧縮機においてローラを拡大して示す概略断面図である。 図１及び２に示す圧縮機の組立方法を示す概略断面図である。 図１及び２に示す圧縮機の組立方法を示す概略断面図である。 図１及び２に示す圧縮機の組立方法を示す概略断面図である。 本発明の第二実施形態に係る圧縮機を構成するローラの一例を示す概略断面図である。 図５に示すローラの変形例を示す概略断面図である。 本発明の第三実施形態に係る圧縮機を構成するローラの一例を示す概略断面図である。 図７のローラ本体に形成される有底孔の形状を例示する図７のＢ−Ｂ矢視断面図であり、有底孔の第一例を示し、図７に示すローラ本体を端面側から見た孔の形状を例示する図である。 図７のローラ本体に形成される有底孔の形状を例示する図７のＢ−Ｂ矢視断面図であり、有底孔の第二例を示し、図７に示すローラ本体を端面側から見た孔の形状を例示する図である。 本発明の第四実施形態に係る圧縮機を構成するローラの一例を示す概略断面図である。

〔第一実施形態〕
以下、図１〜４を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る圧縮機１は、軸流型あるいは遠心型の圧縮機であり、円筒状のケーシング２と、ケーシング２内に挿入されるバンドル３と、を備えている。
ケーシング２の軸線Ｃ１方向の一端（図１における左側）は、バンドル３を挿入する入口をなす開口部２ａとして広く開口している。すなわち、後述するバンドル３は、ケーシング２の一端から他端に向けて挿入される。
このケーシング２の外周部には、複数（図示例では三つ）の吸込ノズル４及び一つの吐出ノズル５が突出して設けられている。これら吸込ノズル４及び一つの吐出ノズル５は、ケーシング２に設けられる図示しない支脚部材等と共に、ケーシング２が設置面Ｇに対して所定の高さに位置するように、かつ、ケーシング２の軸線Ｃ１が水平になるように、設けられている。

バンドル３は、外観が円筒状に形成された静止部材７の内部にロータ８を回転自在に設けて構成されている。なお、例えば圧縮機１が軸流型である場合には、静止部材７は円筒状のバンドルケーシング内に静翼を設けて構成され、ロータ８は軸体に動翼を設けて構成される。
このバンドル３の挿入方向の前端部及び後端部には、段差状の嵌合外径部３Ｄ及び３Ｅが形成されている。これら嵌合外径部３Ｄ及び３Ｅは、それぞれケーシング２の前端部（一端部）及び後端部（他端部）に設けられた嵌合内径部２Ｄ及び２Ｅの内周部に密に嵌合している。この嵌合によって、バンドル３の軸線がケーシング２の軸線Ｃ１に合致するように、バンドル３が位置決めされる。
また、バンドル３の外周部には、数本の気密リブ３ｇが形成されており、これらの気密リブ３ｇとケーシング２の内周面２ｂとの間には、微小なクリアランスが設定されている。

さらに、バンドル３の前端付近下部には、図１及び２に示すように、左右一対のローラ１１が設けられている。これらローラ１１は、バンドル３をケーシング２内に挿入する際に、バンドル３の重量を支持しながら、ケーシング２の内周面２ｂに当接して転動する。
一対のローラ１１は、バンドル３やケーシング２の鉛直方向の下端から、互いに逆向きに、バンドル３やケーシング２の周方向に所定角度θだけずらした位置に配されている。
なお、この角度θは、バンドル３と吸込ノズル４及び吐出ノズル５の配置を考慮して決まり、例えば３５度に設定されている。

ケーシング２の前端付近下部には、内周面２ｂから径方向外側に陥没する環状かつ溝状の陥没部２ｃが形成されている。
この陥没部２ｃは、図１のように、バンドル３がケーシング２内に完全に挿入されて位置決めされた状態において、前述したローラ１１が陥没部２ｃの範囲内に位置することにより、ローラ１１とケーシング２の内周面２ｂとの間の接触を断つものである。すなわち、図１に示す状態では、ローラ１１がケーシング２の内周面２ｂに当接せず、空中に浮いた状態となっている。

さらに、ケーシング２の後端付近には、内周面２ｂから窪む嵌合溝３ｆが形成されており、この嵌合溝３ｆには、ロックリング９が嵌合される。このロックリング９は、バンドル３がケーシング２内に完全に挿入された位置において、バンドル３がケーシング２に対して軸線Ｃ１方向に移動することを規制する役割を果たすと共に、ケーシング２の内周面２ｂ（嵌合内径部２Ｅ）とバンドル３（嵌合外径部３Ｅ）の外周面との間から圧縮流体が漏出するのを防ぐシール部材としての役割も果たす。
なお、以上のように構成されるケーシング２のうちローラ１１が転動する範囲の内周面２ｂの内径寸法は、軸線Ｃ１に沿って同一に設定されていてもよいが、例えばバンドル３を容易にケーシング２内に挿入できるように、ケーシング２の開口部２ａから挿入方向に向けて漸次小さくなるように設定されてもよい。

以上のように大略構成される圧縮機１では、ロータ８が図示しない電動モータ等によって高速回転駆動されることで、流体が吸込ノズル４からバンドル３の内部に導入され、この流体が段階的に圧縮された後、吐出ノズル５からバンドル３の外部に吐出される。

次に、本実施形態の特徴部分であるローラ１１の構造について詳細に説明する。
ローラ１１は、図２及び３に示すように、バンドル３の前端付近下部に固定されたブラケット１２に取り付けられており、回転軸２１と、略円筒状のローラ本体２２とを備えている。
回転軸２１の両端は、ブラケット１２に固定された軸受２５に取り付けられている。この回転軸２１は、バンドル３の重量を支持できるように、ヤング率の大きい材料（例えば鉄系材料等）によって形成されている。

ローラ本体２２は、ケーシング２の内周面２ｂに当接する部分であって、回転軸２１の外周部に焼き嵌め等によって嵌合されることで、回転軸２１に一体に固定されている。このローラ本体２２は、回転軸２１やケーシング２よりもヤング率の小さい材料によって形成されている。このようなローラ本体２２の材料の具体例としては、銅系材料が挙げられるが、圧縮機１において取り扱う流体が例えば腐食性のガスである場合には、耐腐食性の高い材料（例えば、ねずみ鋳鉄（ＦＣ）、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）等）とすることがより好ましい。

ケーシング２の内周面２ｂに当接するローラ本体２２の外周面２３は、その回転軸方向中央部が径方向外側に膨出する凸曲面（クラウニング形状）に形成され、回転軸２１方向の中央よりも両端側の曲率半径が小さくなるように設定されている。また、凸曲面はローラ本体２２の外周面２３の中央から端側に向けて連続するように形成されている。
具体的に説明すれば、ローラ本体２２の外周面２３は、回転軸２１に沿う中央の範囲でケーシング２の内周面２ｂの曲率半径に対応する曲率半径Ｒ２に形成された中央曲面部２３ａと、中央曲面部２３ａの両端側で中央曲面部２３ａよりも曲率半径の小さい一対の端側曲面部２３ｂとによって構成されている。

中央曲面部２３ａは、少なくとも中央曲面部２３ａの曲率中心Ｃ２（及びバンドル３の曲率中心）がケーシング２の軸線Ｃ１の上に位置している状態で、曲率中心Ｃ２を中心とする周方向にわたってケーシング２の内周面２ｂに接触する。
なお、中央曲面部２３ａの曲率半径Ｒ２は、例えば、ケーシング２の内周面２ｂの曲率半径と同一に設定されてもよいが、バンドル３の重みによってローラ本体２２が弾性的に変形した状態で、中央曲面部２３ａが曲率中心Ｃ２を中心とする周方向にわたってケーシング２の内周面２ｂに接触するように設定されてもよい。すなわち、中央曲面部２３ａの曲率半径Ｒ２は、例えば、ローラ本体２２がケーシング２の内周面２ｂに接触していない状態で、この内周面２ｂの曲率半径よりも僅かに小さく設定されてもよい。

回転軸２１に沿う中央曲面部２３ａの幅寸法Ｌ１（以下、有効幅Ｌ１と呼ぶ。）は、中央曲面部２３ａが曲率中心Ｃ２を中心とする周方向にわたってケーシング２の内周面２ｂに接触した状態で、中央曲面部２３ａをケーシング２の内周面２ｂに押し付ける面圧が、許容値（ケーシング２の内周面２ｂにローラ１１の圧痕が発生するか否かの境界値）以下となるように設定されている。

端側曲面部２３ｂの曲率半径Ｒ３や回転軸２１に沿う幅寸法は、中央曲面部２３ａが曲率中心Ｃ２を中心とする周方向にわたってケーシング２の内周面２ｂに接触した状態で、端側曲面部２３ｂがケーシング２の内周面２ｂに接触しないように設定されている。
また、端側曲面部２３ｂの曲率半径Ｒ３や回転軸２１に沿う幅寸法は、中央曲面部２３ａの曲率中心Ｃ２（及びバンドル３の曲率中心）がケーシング２の軸線Ｃ１からずれて位置することにより、ケーシング２の内周面２ｂに対して強く当接するローラ本体２２の外周面２３の位置が中央曲面部２３ａから端側曲面部２３ｂ側に寄った場合でも、端側曲面部２３ｂとローラ本体２２の回転軸２１方向の端面２４との角部が、ケーシング２の内周面２ｂに接触しないように設定されている。

なお、中央曲面部２３ａの曲率中心Ｃ２がケーシング２の軸線Ｃ１からずれて位置する要因としては、例えば、大型に構成される圧縮機１の製造誤差（例えば圧縮機１の構成部材の加工誤差、ケーシング２に対するバンドル３の組立誤差など）や、前述したようにケーシング２の内周面２ｂの内径寸法（曲率半径）が軸線Ｃ１に沿って変化することが挙げられる。
また、ケーシング２の内周面２ｂに対して強く当接するローラ本体２２の外周面２３の位置が、中央曲面部２３ａから端側曲面部２３ｂ側に寄る現象としては、バンドル３の重量などによって中央曲面部２３ａよりも鉛直方向下側に位置する端側曲面部２３ｂのみが内周面２ｂに強く当接する場合、及び、ケーシング２の内周面２ｂの曲率半径が変化して中央曲面部２３ａの曲率半径よりも小さくなることで中央曲面部２３ａの両側の端側曲面部２３ｂが共に内周面２ｂに強く当接する場合、の二種類がある。

そして、端側曲面部２３ｂは、回転軸２１に沿って中央曲面部２３ａから連続する曲面となるように、言い換えれば、中央曲面部２３ａと端側曲面部２３ｂとが滑らかに連なるように、端側曲面部２３ｂの曲率中心Ｃ３が、中央曲面部２３ａの曲率中心Ｃ２を中心とする周方向の端部と、曲率中心Ｃ２とを結ぶ仮想線分Ｌ２上に位置するように設定されている。
なお、一対の端側曲面部２３ｂの曲率半径Ｒ３は、同一に設定されていてもよいが、本実施形態のように、回転軸２１が水平面に対して傾斜するように、ローラ１１をケーシング２の内周面２ｂに当接させる場合には、鉛直方向の下側に位置する一方の端側曲面部２３ｂ１の曲率半径Ｒ３１を、上側に位置する他方の端側曲面部２３ｂ２の曲率半径Ｒ３２よりも小さく設定することがより好ましい。

次に、以上のように構成の圧縮機１について、図４Ａから図４Ｃを参照して、バンドル３をケーシング２内に挿入する手順について説明する。
バンドル３をケーシング２内に挿入する場合には、予め図４Ａに示すように、バンドル３を載置台３１の上面３１ｂに配置した上で、バンドル３及び載置台３１をケーシング２の開口部２ａ側に配置しておく。
なお、載置台３１の上面３１ｂは、ケーシング２の内周面２ｂの下端部と同様の形状に形成されると共に、内周面２ｂの下端部と一致する高さに設定されている。これにより、バンドル３のローラ１１を、載置台３１の上面３１ｂで挿入方向に転動させることができる。また、載置台３１には、バンドル３の挿入方向の両側部を支持する支持部３２が設けられており、バンドル３がケーシング２の開口部２ａに対して側方にずれることを支持部３２が防いでいる。

そして、ケーシング２に対するバンドル３の挿入は、バンドル３の後端部を台車３３で支持した状態で、図４Ｂに示すように行われる。この挿入の際、バンドル３の前端部の重量はローラ１１によって支持されるため、バンドル３をケーシング２内にスムーズに挿入することが可能である。
その後、図４Ｃに示すように、バンドル３の前端部の嵌合外径部３Ｄがケーシング２の前端部の嵌合内径部２Ｄに嵌合すると共に、バンドル３の後端部の嵌合外径部３Ｅがケーシング２の後端部の嵌合内径部２Ｅに嵌合することで、バンドル３がケーシング２内に完全に収容される。なお、この収容状態に至ることで、ローラ１１が陥没部２ｃの範囲内に位置してケーシング２の内周面２ｂから離れる。
最後に、載置台３１や台車３３を取り除き、また、ロックリング９を装着することで圧縮機１の組立が完了し、圧縮機１の運転が可能となる。

以上説明したように、本実施形態の圧縮機１によれば、ローラ１１の外周面２３を構成する中央曲面部２３ａの曲率中心Ｃ２がケーシング２の軸線Ｃ１の上に位置している状態では、ローラ本体２２の外周面２３のうち中央曲面部２３ａのみがケーシング２の内周面２ｂに当接し、端側曲面部２３ｂは内周面２ｂに当接しない。言い換えれば、ケーシング２の内周面２ｂに対するローラ１１の片当たりを防止することができる。
さらに、この状態では、中央曲面部２３ａが曲率中心Ｃ２を中心とする周方向にわたってケーシング２の内周面２ｂに当接するため、中央曲面部２３ａがケーシング２の内周面２ｂに対して均等に押し付けられ、回転軸２１に沿う面圧の偏りが大きくなることを抑制できる。言い換えれば、ローラ１１の回転軸２１に沿う面圧の分布の均一化を図ることができる。

そして、仮に、中央曲面部２３ａの曲率中心Ｃ２（やバンドル３の曲率中心）がケーシング２の軸線Ｃ１に対してずれる等して、ケーシング２の内周面２ｂに対して強く当接するローラ１１の外周面２３の位置が、中央曲面部２３ａから端側曲面部２３ｂ側に寄ったとしても、中央曲面部２３ａと端側曲面部２３ｂとは滑らかに連なっているため、中央曲面部２３ａと端側曲面部２３ｂとの間における面圧が他の部分における面圧よりも極端に大きくなることを抑制できる。
さらに、中央曲面部２３ａの曲率中心Ｃ２がケーシング２の軸線Ｃ１に対してずれる等して、端側曲面部２３ｂがケーシング２の内周面２ｂに押し付けられたとしても、端側曲面部２３ｂの曲率半径Ｒ３が中央曲面部２３ａの曲率半径Ｒ２よりも小さく設定されていることで、端側曲面部２３ｂにおける面圧が、中央曲面部２３ａにおける面圧よりも高くなることを確実に防止できる、すなわち、ローラ１１の片当たりの発生を確実に防止することができる。
以上のように、ケーシング２の内周面２ｂに対するローラ１１の片当たり等を防止し、ローラ１１の回転軸２１に沿う面圧の偏りが大きくなることを抑制できるため、ケーシング２の内周面２ｂにローラ１１の圧痕が生じることを防いで、圧縮機１の品質低下を抑えることができる。

また、本実施形態の圧縮機１では、回転軸２１が水平面に対して傾斜するように、ローラ本体２２の外周面２３をケーシング２の内周面２ｂに当接させている。従って、ケーシング２の内周面２ｂに対して強く当接するローラ１１の外周面２３の位置が、バンドル３の重量によって、中央曲面部２３ａから鉛直方向の下側に位置する一方の端側曲面部２３ｂ１側に寄り易い。
そこで、前述したように、一方の端側曲面部２３ｂ１の曲率半径Ｒ３１を鉛直方向の上側に位置する他方の端側曲面部２３ｂ２の曲率半径Ｒ３２よりも小さく設定すれば、ローラ１１の外周面２３のうち、回転軸２１方向の中央よりも鉛直方向下側に位置する端側において片当たりが発生することを確実に防止することが可能となる。

〔第二実施形態〕
次に、図５を参照して本発明の第二実施形態について説明する。
この実施形態では、第一実施形態の圧縮機と比較して、ローラ１１の構造のみが異なっており、その他の構成については第一実施形態と同様である。本実施形態では、第一実施形態と同一の構成要素について同一符号を付す等して、その説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態のローラ１１は、第一実施形態と同様に、回転軸２１及びローラ本体２２を備え、本実施形態のローラ本体２２の外周面２３は、その回転軸方向中央部が径方向外側に膨出する凸曲面に形成されている。さらに、凸曲面は、ローラ本体２２の外周面２３の中央から端側に向けて連続するように形成されている。
ただし、本実施形態では、ローラ本体２２の外周面２３の曲率半径は、ケーシング２の内周面２ｂの曲率半径に対応付けて設定されると共に、曲率中心を中心とする周方向に沿って一定に設定されている。

そして、回転軸２１の外周面とローラ本体２２の内周面との間には、ローラ本体２２のうち回転軸２１に沿う端側の範囲（ローラ本体２２の外周面２３における端側領域２３ｄ）に、ローラ本体２２の回転軸２１方向の両方の端面２４から回転軸２１方向に延びる間隙孔２６が形成されている。なお、この間隙孔２６は、例えば断面矩形状に形成されていてもよいが、ローラ本体２２の剛性を考慮すると、図示例のように、端面２４から間隙孔２６の延出方向に向けて幅が狭くなる断面Ｖ字状に形成されている方がより好ましい。
特に、本実施形態の間隙孔２６は、ローラ本体２２の内周面に形成される溝によって構成されている。この間隙孔２６は、例えば回転軸２１を中心とする周方向に間隔をあけて複数配列されてもよいが、回転軸２１を中心とする環状に形成されていることがより好ましい。

この間隙孔２６の深さ寸法は、間隙孔２６の延在方向の先端が、ローラ本体２２のうち第一実施形態の場合と同様の有効幅Ｌ１に設定される回転軸２１方向の中央の範囲（中央領域２３ｃ）と、前述した端側の範囲（端側領域２３ｄ）との境界に位置するように、設定されている。
以上のように構成されるローラ１１において、ローラ本体２２の外周面２３のうち端側領域２３ｄが径方向内側に押された場合には、間隙孔２６がローラ本体２２の径方向に縮むようにして、ローラ本体２２の端側の範囲が径方向内側に弾性的に撓み変形することになる。なお、前述したように間隙孔２６を環状に形成すれば、端側の範囲をより容易に弾性変形させることができる。

以上のように構成されるローラ１１を備える本実施形態の圧縮機によれば、第一実施形態の場合と同様の効果を奏する。
すなわち、本実施形態のローラ本体２２の外周面２３の曲率半径が、ケーシング２の内周面２ｂの曲率半径に対応していることで、ローラ本体２２の外周面２３の中央領域２３ｃがケーシング２の内周面２ｂに対して均等に押し付けられるため、回転軸２１に沿う面圧の偏りが大きくなることを抑制できる。言い換えれば、ローラ１１の回転軸２１に沿う面圧分布の均一化を図ることができる。

また、本実施形態では、ローラ本体２２の外周面２３の曲率半径が周方向に沿って一定に設定されているため、ローラ本体２２の外周面２３の端側領域２３ｄも中央領域２３ｃと同様にケーシング２の内周面２ｂに押し付けられる。ただし、この押し付けの際には、ローラ本体２２の端側の範囲がローラ１１の径方向内側に撓むように弾性的に変形するため、ローラ本体２２の中央領域２３ｃと端側領域２３ｄとは滑らかな曲面で連なった状態に保持される。そして、この変形によって、ローラ本体２２の端側領域２３ｄにおける曲率半径が、中央領域２３ｃにおける曲率半径よりも小さくなるため、端側領域２３ｄにおける面圧を、中央領域２３ｃにおける面圧よりも小さく抑えて、ローラ１１の片当たりの発生を防止することができる。
さらに、本実施形態では、ローラ本体２２の外周面２３の曲率半径が回転軸２１に沿って一定に設定されている、すなわち、本実施形態のローラ本体２２の外周面２３は第一実施形態のローラ本体２２の外周面２３よりも単純な形状に形成されているため、ローラ本体２２を容易に製造できると共に、その製造コストを低く抑えることもできる。

なお、上記第二実施形態について、回転軸２１の外周面とローラ本体２２の内周面との間に形成される間隙孔２６は、図５に示すようにローラ本体２２の内周面に形成される溝によって構成されることに限らず、例えば図６に示すように、回転軸２１の外周面に形成される溝によって構成されてもよい。この場合でも、ローラ本体２２の剛性を考慮すると、図５に示す間隙孔２６と同様に断面Ｖ字状に形成されることがより好ましい。
以上説明した第二実施形態の構成は、例えば、前述した第一実施形態の構成と組み合わせてもよい。

〔第三実施形態〕
次に、図７及び８を参照して本発明の第三実施形態について説明する。
この実施形態では、第二実施形態の構成と比較して、ローラ本体２２の構造のみが異なっており、その他の構成については第二実施形態と同様である。本実施形態では、第一実施形態と同一の構成要素について同一符号を付す等して、その説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態のローラ１１は、第二実施形態と同様に、回転軸２１及びローラ本体２２を備え、本実施形態のローラ本体２２の外周面２３は、その回転軸方向中央部が径方向外側に膨出する凸曲面に形成されている。さらに、凸曲面は、ローラ本体２２の外周面２３の中央から端側に向けて連続するように形成されている。また、ローラ本体２２の外周面２３の曲率半径も、第二実施形態と同様に、ケーシング２の内周面２ｂの曲率半径に対応付けて設定されると共に、曲率中心を中心とする周方向に沿って一定に設定されている。

そして、本実施形態のローラ本体２２のうち回転軸２１に沿う端側の範囲（外周面２３における端側領域２３ｄ）に、ローラ本体２２の回転軸２１方向の両方の端面２４から回転軸２１方向に延びる有底孔２７が形成されている。この有底孔２７は、ローラ本体２２の内周面や外周面２３から径方向に離れた位置に形成されており、ローラ本体２２の内周面や外周面２３には開口しない。
なお、この有底孔２７は、例えば第二実施形態の間隙孔２６と同様に、ローラ本体２２の剛性を考慮して断面Ｖ字状に形成されてもよいが、図示例のように断面矩形状に形成されてもよい。また、この有底孔２７は、例えば図８Ａに示すように、周方向に間隔をあけて複数配列されてもよいが、例えば図８Ｂに示すように、回転軸２１を中心とする環状に形成されていることがより好ましい。

この有底孔２７の深さ寸法は、第二実施形態の間隙孔２６と同様に、有底孔２７の延在方向の先端が、回転軸２１方向の中央の範囲（中央領域２３ｃ）と、端側の範囲（端側領域２３ｄ）との境界に位置するように、設定されている。
以上のように構成されるローラ１１において、ローラ本体２２の外周面２３のうち端側領域２３ｄが径方向内側に押された場合には、有底孔２７がローラの径方向に縮むようにして、ローラ本体２２の端側の範囲が径方向内側に弾性的に撓み変形することになる。なお、図８Ｂのように有底孔２７が環状に形成されていれば、端側の範囲をより容易に弾性変形させることが可能である。

以上のように構成される第三実施形態のローラ１１を備える圧縮機によれば、第二実施形態の圧縮機と同様の効果を奏する。
そして、以上説明した第三施形態の構成は、例えば、前述した第一、第二実施形態の構成と適宜組み合わせることが可能である。

〔第四実施形態〕
次に、図９を参照して本発明の第四実施形態について説明する。
この実施形態では、第一実施形態の構成と比較して、ローラ１１の構造のみが異なっており、その他の構成については第一実施形態と同様である。本実施形態では、第一実施形態と同一の構成要素について同一符号を付す等して、その説明を省略する。

ローラ１１は、図９に示すように、バンドル３の前端付近下部に固定されたブラケット１２に取り付けられており、ローラ本体４１と、ローラ本体４１を挿通して設けられた回転軸４２とを備えている。

ローラ本体４１は、例えばＳＦＶＣ１やＳＣＰＬ１等の硬度が比較的高い材料からなるケーシング２と比較して、硬度が低い材料（例えば銅系材料であるＣＡＣ３０４）からなる略円筒状の部材である。このローラ本体４１には、その軸方向へ貫通して内径寸法Ｄ１の回転軸挿通穴４１１が形成されている。また、ローラ本体４１の外周面４１２は、第一実施形態と同様に、回転軸４２に沿う中央の範囲でケーシング２の内周面２ｂの曲率半径に対応する曲率半径に形成された中央曲面部４１２ａと、中央曲面部４１２ａよりも曲率半径の小さい一対の端側曲面部４１２ｂとによって構成されている。

回転軸４２は、ローラ本体４１より強度の高い材料（例えば鉄系材料等）からなる略円柱状の部材である。なお、本明細書において「強度の高い材料」とは、ヤング率や曲げ強度や引っ張り強度等の値が相対的に大きい材料であることを意味する。この回転軸４２の軸方向中央部には、両端部より径の大きい大径部４２１が設けられている。そして、この大径部４２１は、その外径寸法Ｄ２がローラ本体４１の回転軸挿通穴４１１の内径寸法Ｄ１よりも僅かに大きく設定され、その軸方向長さＬ２が回転軸挿通穴４１１の軸方向長さＬ１と略等しい大きさに設定されている。

このように構成される回転軸４２は、その大径部４２１に対してローラ本体４１が焼き嵌めによって嵌合されることで、ローラ本体４１と一体化されている。そして、ローラ本体４１と一体化された回転軸４２は、ブラケット１２に固定された軸受２５に対してその両端部がそれぞれ取り付けられることにより、回転可能に支持されている。

以上のように構成される第四実施形態のローラ１１を備える圧縮機によれば、ローラ本体４１がケーシング２より硬度の低い材料からなるため、ケーシング２の内周面２ｂ上をローラ１１が転動する際に、ローラ本体４１と接触しても内周面２ｂに傷が付きにくい。
また、ローラ本体４１の外周面４１２が、中央曲面部４１２ａと一対の端側曲面部４１２ｂとによって構成されるため、第一実施形態と同様に、ローラ１１の回転軸４２に沿うローラ本体４１の面圧分布の均一化を図ることができる。
また、回転軸４２がローラ本体４１よりも強度の高い材料からなるため、バンドル３の重量が加わっても回転軸４２に損傷が生じにくい。更に、回転軸４２は大径部４２１が形成されることで軸方向中央部が補強されているため、ケーシング２の内周面２ｂからの反力が作用しても、回転軸４２の軸方向中央部において曲げや座屈が生じにくい。

以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、第一実施形態から第三実施形態において、ローラ１１は、互いに異なる材料からなる回転軸２１とローラ本体２２とを一体に固定して構成されるが、例えば同一材料により回転軸２１及びローラ本体２２を一体に形成して構成されてもよい。

本発明は、流体を圧縮する圧縮機に関する。
本発明によれば、ケーシングの内周面に対するローラの片当たり等を防止して、ローラの回転軸に沿う面圧の偏りが大きくなることを抑制できるため、ケーシングの内周面に圧痕が生じることを防いで、圧縮機の品質低下を抑えることができる。

１…圧縮機、２…ケーシング、２ｂ…内周面、３…バンドル、７…静止部材、８…ロータ、１１…ローラ、２１，４２…回転軸、２２，４１…ローラ本体、２３，４１２…外周面、２３ａ，４１２ａ…中央曲面部、２３ｂ，２３ｂ１，２３ｂ２，４１２ｂ…端側曲面部、２３ｃ…中央領域、２３ｄ…端側領域、２４…端面、２６…間隙孔、２７…有底孔、Ｃ１…軸線、Ｒ２，Ｒ３，Ｒ３１，Ｒ３２…曲率半径

Claims (8)

1. 円筒状のケーシングと、
   筒状の静止部材及び該静止部材に収容されるロータを有し、前記ケーシングの内部に挿入されるバンドルと、
   該バンドルを軸線方向に沿って前記ケーシングの内部に挿入する際に、前記バンドルを支持しつつ前記ケーシングの内周面上で転動するローラと、を備える圧縮機であって、
   前記ローラの外周面は、少なくとも前記ローラの外周面が前記ケーシングの内周面に当接した状態で、ローラの回転軸に沿って中央よりも端側の曲率半径が小さくなるようにして連続した凸曲面に形成されている圧縮機。
2. 前記ローラの外周面は、前記回転軸に沿って中央の範囲で前記ケーシングの内周面の曲率半径に対応する曲率半径に形成された中央曲面部と、該中央曲面部の両端側で該中央曲面部の曲率半径よりも小さく設定された端側曲面部とを備える請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記ローラが、前記ケーシングの内周面のうち鉛直方向下端から前記内周面の周方向にずらした位置に配され、
   鉛直方向の下側に位置する前記端側曲面部の曲率半径が、上側に位置する前記端側曲面部の曲率半径よりも小さい請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記ローラには、前記回転軸に沿って端側の範囲で、端面から回転軸方向に延びる孔が形成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 前記孔が、前記回転軸を中心とする環状に形成されている請求項４に記載の圧縮機。
6. 前記孔が、前記端面から前記孔の延出方向に向かうにしたがって狭くなる断面Ｖ字状に形成されている請求項４又は請求項５に記載の圧縮機。
7. 前記ローラが、前記ケーシングより硬度の低い材料からなるローラ本体と、前記ローラ本体を挿通して設けられて前記ローラ本体より強度の高い材料からなる回転軸と、を備える請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の圧縮機。
8. 前記ローラ本体は、前記回転軸に対して焼き嵌めによって固定されている請求項７に記載の圧縮機。

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