JP6894343B2 - スクリュー圧縮機およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、スクリュー圧縮機およびその製造方法に関する。
スクリュー圧縮機は、一般に、スクリューロータと、このスクリューロータとの間で複数の圧縮作動室を形成するケーシングとを備えている。スクリューロータは、互いに噛み合って回転する雄ロータと雌ロータとを有している。スクリュー圧縮機は、スクリューロータを、雄ロータと雌ロータとの間、およびスクリューロータとケーシングとの間に微小な隙間を保った状態で、非接触で回転させることによって、空気等の気体を圧縮する。
空気の圧縮過程において、吐出空気温度は、単段機で約300〜350℃、ニ段機で約160〜250℃まで上昇する。このように温度上昇した圧縮空気によって、スクリューロータとケーシングとは、温度が上昇し熱変形する。このため、スクリュー圧縮機においては、高温時の変形から各部の隙間を予測することで、スクリューロータおよびケーシングの形状が決定されている。
この各部の隙間が微小になればなるほど、高圧側の圧縮作動室から低圧側の圧縮作動室への漏れが低減するため、圧縮性能の低下は小さくなる。しかし、熱変形によって隙間が無くなり接触が生じるおそれがあるため、各部の隙間は、最高温度を想定して裕度を持つように設定されるとともに、その値が厳しく管理されている。ただし、この各部の隙間は非常に微小なため、部品の加工精度によっては、圧縮性能のバラツキが発生し易い。また、低負荷時など使用状況によって圧縮空気の温度が低い場合には、隙間が過大となり、圧縮性能が低下してしまう。
前記した問題に対して、従来技術は、ケーシングにおける圧縮作動室の外部をジャケット構造とし、冷却媒体(水、油、空気)を用いて圧縮機本体の発熱を低減している。このような従来技術の例として特許文献1がある。
しかし、この場合、圧縮作動室の外部から冷却が行われるため、ケーシングと非接触であるスクリューロータの冷却は不十分であった。
しかし、この場合、圧縮作動室の外部から冷却が行われるため、ケーシングと非接触であるスクリューロータの冷却は不十分であった。
また、他の従来技術として、パイプ状素材に軸方向に縮短する力を加えつつ、パイプ状素材の内側に配置され歯部の形状に対応したねじ状型と外側に配置され歯部を成形するための成形工具とで絞り加工する技術がある。これにより、パイプ状素材に歯部が成形され、冷却のために冷却媒体を流入させる経路として、スクリューロータの内部に中空部が形成される。このような従来技術の例として特許文献2がある。
しかし、この場合、中空部が必要以上に大きいため、スクリューロータは、強度が低下する結果、圧縮作動室内の圧力等により変形してしまい、圧縮性能の低下や接触を引き起こす可能性がある。また、スクリューロータを薄肉化し中空構造とすることで、スクリューロータの回転がアンバランスになり易い。さらに、スクリューロータは、通常、シャフトに接合されて使用されるが、スクリューロータの強度や剛性が低いために接合時に力が加わると変形が生じ易く、これらを軸ずれ無しに高精度に接合することが困難である。
しかし、この場合、中空部が必要以上に大きいため、スクリューロータは、強度が低下する結果、圧縮作動室内の圧力等により変形してしまい、圧縮性能の低下や接触を引き起こす可能性がある。また、スクリューロータを薄肉化し中空構造とすることで、スクリューロータの回転がアンバランスになり易い。さらに、スクリューロータは、通常、シャフトに接合されて使用されるが、スクリューロータの強度や剛性が低いために接合時に力が加わると変形が生じ易く、これらを軸ずれ無しに高精度に接合することが困難である。
本発明は、スクリューロータの強度低下、およびその温度上昇を十分に抑制できるとともに、スクリューロータとシャフトとを軸ずれ無しに高精度に接合可能なスクリュー圧縮機およびその製造方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明に係るスクリュー圧縮機は、スクリューロータと、前記スクリューロータの回転軸であるロータシャフトとを備えている。また、スクリュー圧縮機は、前記スクリューロータとの間で複数の圧縮作動室を形成するケーシングを備えている。前記スクリューロータは、該スクリューロータの少なくとも歯部内部に冷却媒体の流路となる中空部が形成されているとともに、前記スクリューロータの少なくとも軸中心部が中実である一体構造を成している。前記ロータシャフトは、前記スクリューロータと一体形成された中空構造の第1シャフトと、前記第1シャフトに接合された中空構造の第2シャフトとを有している。
本発明によれば、スクリューロータの強度低下、およびその温度上昇を十分に抑制できるとともに、スクリューロータとシャフトとを軸ずれ無しに高精度に接合可能なスクリュー圧縮機およびその製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。
なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。
図1は、本発明の一実施形態に係るスクリュー圧縮機100(図8参照、以下同様)における圧縮機本体1を雄ロータ22の中心軸を含む鉛直面で切断した場合の軸方向断面図である。
図1に示すように、圧縮機本体1は、スクリューロータ21と、スクリューロータ21を収納するケーシング33とを有している。ケーシング33は、スクリューロータ21との間で複数の圧縮作動室61を形成する。スクリューロータ21は、互いに噛み合って回転する雄ロータ22と雌ロータ23(図2参照、以下同様)とを有しており、これらの総称として使用する。
ケーシング33には、圧縮作動室61に空気を吸い込むための吸込口62と、圧縮作動室61で生成した圧縮空気を吐き出すための吐出口63とが設けられている。雄ロータ22の空気吸込側の軸端部にはピニオンギヤ3が取り付けてあり、これを電動機8(図8参照)で駆動することで、雄ロータ22および雌ロータ23が回転する。雄ロータ22の空気吐出側の軸端部にはタイミングギヤ31が取り付けられている。また、雌ロータ23の空気吐出側の軸端部にもタイミングギヤ(図示せず)が取り付けられている。これらのタイミングギヤが噛み合うことによって、雄ロータ22の回転が雌ロータ23に伝わり、雄ロータ22と雌ロータ23とは同期して回転する構造になっている。このとき、圧縮作動室61は空気吐出側に移動しながら容積を減少し、圧縮作動室61内の空気が圧縮されるようになっている。
次に、本実施形態の特徴の一つである雄ロータ22および雌ロータ23の構成について説明する。
図2は、図1のA−A線に沿うスクリューロータ21の径方向断面図である。図2に示すように、雄ロータ22および雌ロータ23は、互いに噛み合うねじれた歯部を外周面にそれぞれ有している。雄ロータ22および雌ロータ23の内部には、中空部37,38がそれぞれ形成されている。雄ロータ22の空気吐出側および空気吸込側の軸端部には、中空部37に冷却媒体を流入させる通路64(図5A参照)、および中空部37から冷却媒体を流出させる通路66(図5A参照)がそれぞれ設けられている。雌ロータ23の空気吐出側および空気吸込側の軸端部には、中空部38に冷却媒体を流入させる通路65(図5B参照)、および中空部38から冷却媒体を流出させる通路67(図5B参照)がそれぞれ設けられている。冷却媒体として、ここでは、潤滑油が用いられている。
中空部37,38は、少なくとも歯部内部に、図2に示すような歯部の外形に沿った形状に形成されている。中空部37,38は、中実部35,36の外側にそれぞれ形成されており、冷却媒体の流路として機能する。中実部35,36は、雄ロータ22および雌ロータ23の少なくとも軸中心部に中実にそれぞれ形成されている。中実部35,36は、軸中心側から外表面まで放射状に延伸する延伸部39,40をそれぞれ有している。ここでは、延伸部39,40は、軸中心側から歯部の歯底まで放射状に延伸している。すなわち、中実部35,36は、歯部の歯底同士を繋いでいる。延伸部39,40は、補強を兼ねたヒートシンクとして機能し得る。
図3は、図1のA−A線に沿う変形例に係るスクリューロータ21の径方向断面図である。図3に示すように、雄ロータ22および雌ロータ23は、互いに噛み合うねじれた歯部を外周面にそれぞれ有している。中実部35,36は、軸中心側から歯部の歯先まで放射状に延伸する延伸部39,40をそれぞれ有していてもよい。すなわち、この変形例では、中実部35,36は、歯部の歯先同士を繋いでいる。
図1に示すように、雄ロータ22内部を冷却する冷却媒体は、空気吐出側の軸端部に設けられたノズル29から流入し、中空部37を通って雄ロータ22を冷却した後、空気吸込側の軸端部から流出する構成となっている。また、雌ロータ23内部を冷却する冷却媒体は、空気吐出側の軸端部に設けられたノズル(図示せず)から流入し、中空部38を通って雌ロータ23を冷却した後、空気吸込側の軸端部から流出する構成となっている。
中空部37,38を有するスクリューロータ21は、微細粒子の溶融・凝固によりニアネットシェイプの金属部材を造形する金属粉末積層造形法の適用により作製することができる。使用する積層造形法に特段の限定はなく、従前の方法を利用できる。例えば電子ビーム溶融(Electron Beam Melting:EBM)法や選択的レーザ溶融(Selective Laser Melting:SLM)法を用いた金属粉末積層造形法が好適に利用される。
図4Aは、雄ロータ22の側面図である。図4Bは、雌ロータ23の側面図である。図5Aは、雄ロータ22の断面図である。図5Bは、雌ロータ23の断面図である。
図4A、図4B、図5Aおよび図5Bに示すように、圧縮機本体1は、スクリューロータ21(雄ロータ22および雌ロータ23)の回転軸であるロータシャフト47を備えている。ロータシャフト47は、スクリューロータ21と一体形成された中空構造の第1シャフト41,43(潤滑油流入側)、42,44(潤滑油流出側)を有している。ここで、一体形成とは、複数の部分を有する製品を機械的接合等の二次的接合を用いないで一体で形成することをいう。冷却媒体は、ロータシャフト47の潤滑油流入側の第1シャフト41,43の内部から、通路64,65(図5A、図5B参照)を経て、スクリューロータ21の歯部内部の中空部37,38へ流入する。中空部37,38へ流入した冷却媒体は、通路66,67(図5A、図5B参照)を経て、ロータシャフト47の潤滑油流出側の第1シャフト42,44の内部から流出する。
図4A、図4B、図5Aおよび図5Bに示すように、圧縮機本体1は、スクリューロータ21(雄ロータ22および雌ロータ23)の回転軸であるロータシャフト47を備えている。ロータシャフト47は、スクリューロータ21と一体形成された中空構造の第1シャフト41,43(潤滑油流入側)、42,44(潤滑油流出側)を有している。ここで、一体形成とは、複数の部分を有する製品を機械的接合等の二次的接合を用いないで一体で形成することをいう。冷却媒体は、ロータシャフト47の潤滑油流入側の第1シャフト41,43の内部から、通路64,65(図5A、図5B参照)を経て、スクリューロータ21の歯部内部の中空部37,38へ流入する。中空部37,38へ流入した冷却媒体は、通路66,67(図5A、図5B参照)を経て、ロータシャフト47の潤滑油流出側の第1シャフト42,44の内部から流出する。
図6は、ロータシャフト47における第1シャフト41と第2シャフト45とが接合された状態を示す側面図である。
図6に示すように、雄ロータ22と一体形成された中空構造の潤滑油流入側の第1シャフト41に、中空構造の第2シャフト45が接合されている。なお、雌ロータ23の場合も同様であるので、ここでは図示および説明を省略する。ロータシャフト47における第1シャフト41と第2シャフト45との接合法として、金属同士を相対的に高速回転させ、摩擦熱により、溶融させることなく接合する摩擦圧接法を適用することができる。
図6に示すように、雄ロータ22と一体形成された中空構造の潤滑油流入側の第1シャフト41に、中空構造の第2シャフト45が接合されている。なお、雌ロータ23の場合も同様であるので、ここでは図示および説明を省略する。ロータシャフト47における第1シャフト41と第2シャフト45との接合法として、金属同士を相対的に高速回転させ、摩擦熱により、溶融させることなく接合する摩擦圧接法を適用することができる。
図7は、ロータシャフト47における第1シャフト41と第2シャフト45とが中間部46を介して接合された変形例を示す側面図である。
図7に示すように、雄ロータ22と一体形成された中空構造の流入側の第1シャフト41に、中空構造の第2シャフト45が、中空構造の中間部46を介して接合されている。この場合、中間部46は、第1シャフト41あるいは第2シャフト45とは異なる組成の材料からなる。ここでは、第1シャフト41と第2シャフト45とに、硫黄(S)を0.1重量パーセント以上含有した快削性の鉄(Fe)基合金が使用されている。また、中間部46に、0.01重量パーセント以下の硫黄を含有した鉄基合金が使用されている。中間部46は、例えば第1シャフト41および第2シャフト45の少なくとも一方の端部にレーザ照射しながら粉末を積層するDMD(Direct Melting Deposition)等により形成され得る。
図7に示すように、雄ロータ22と一体形成された中空構造の流入側の第1シャフト41に、中空構造の第2シャフト45が、中空構造の中間部46を介して接合されている。この場合、中間部46は、第1シャフト41あるいは第2シャフト45とは異なる組成の材料からなる。ここでは、第1シャフト41と第2シャフト45とに、硫黄(S)を0.1重量パーセント以上含有した快削性の鉄(Fe)基合金が使用されている。また、中間部46に、0.01重量パーセント以下の硫黄を含有した鉄基合金が使用されている。中間部46は、例えば第1シャフト41および第2シャフト45の少なくとも一方の端部にレーザ照射しながら粉末を積層するDMD(Direct Melting Deposition)等により形成され得る。
スクリューロータ21は、金属粉末積層造形法による形成後、切削によって雄ロータ22と雌ロータ23との間のアライアンスを調整する必要がある。このため、スクリューロータ21の材質は、金属粉末積層造形後のスクリューロータ21の切削性を担保する必要がある。したがって、スクリューロータ21の材質としては、切削性の観点からは低硬度の材質が好ましいが、スクリューロータ21の機能を確保する観点からは所定の硬度を担保する必要がある。このような課題を解決するために、スクリューロータ21の材質として、析出強化型のステンレス鋼が好適に使用され得る。
また、スクリューロータ21の材質を低熱膨張合金、いわゆるインバー合金とすることにより、スクリューロータ21の熱膨張にともなう熱変形を大幅に低減することができる。インバー合金は、Fe−Ni系合金であり、少なくともCo、Mn、Cr、Moのいずれかを含有することを特徴とする。
また、スクリューロータ21の材質を低熱膨張合金、いわゆるインバー合金とすることにより、スクリューロータ21の熱膨張にともなう熱変形を大幅に低減することができる。インバー合金は、Fe−Ni系合金であり、少なくともCo、Mn、Cr、Moのいずれかを含有することを特徴とする。
また、スクリューロータ21とロータシャフト47の第2シャフト45とを異なる材質にすることも可能である。例えば、腐食環境に曝されるスクリューロータ21の材質を高耐食性の2相ステンレス鋼等にし、ロータシャフト47の第2シャフト45の材質を通常の炭素鋼にするなど適宜、色々な材料を組み合わせることができる。
次に、スクリューロータ21(雄ロータ22および雌ロータ23)内部の中空部37,38に流入させる冷却媒体を例えば潤滑油とした場合の例について説明する。
図8は、スクリュー圧縮機100の全体構成を示す図である。
図8は、スクリュー圧縮機100の全体構成を示す図である。
図8に示すように、スクリュー圧縮機100は圧縮機本体1を有する。この圧縮機本体1の内部の構成については先に説明した通りである。雄ロータ22の軸端部に取り付けたピニオンギヤ3は、ギヤケーシング2内において中間軸68の一方の側に取り付けたブルギヤ4と噛合する。中間軸68の他方の端部には、プーリ5が取り付けられており、このプーリ5には、駆動力の伝達体としてベルト7が装架されている。ベルト7は、電動機8の軸端に取り付けたプーリ6にも装架されており、電動機8の動力が圧縮機本体1に伝達されるようになっている。
なお、スクリューロータ21の駆動機構の他の構成としては、プーリ5,6およびベルト7の組合せの代わりに、ギアおよびチェーンの組合せが採用されてもよい。あるいは、雄ロータ22の軸と電動機8の出力軸とを直結する構成が採用されてもよい。
圧縮機本体1の空気吸込側には、この圧縮機本体1に吸い込まれる空気量を調整する吸込絞り弁10が配設されている。空気は、吸込フィルタ9によって異物が除去された後、吸込絞り弁10を通過して圧縮機本体1に吸い込まれ、所定の圧力まで圧縮されて圧縮機本体1の出口より吐き出される。
圧縮機本体1から吐き出された圧縮空気は、圧縮機本体1の下流側に設けられた水冷式のプレクーラ11によって冷却をされた後、逆止弁12を経由して、水冷式のアフタークーラ13に導かれる。アフタークーラ13で冷却された圧縮空気は、圧縮空気出口より吐き出される。ここで、アフタークーラ13内の空気通路はU字管で構成されており、その出入口は一体型のクーラヘッダ14で構成されている。
スクリュー圧縮機100では、摺動体等を潤滑するために潤滑油を使用している。この潤滑油の経路は以下の通りである。ギヤケーシング2の下部に設けられた油溜りに貯留された潤滑油は、オイルポンプ16によってオイルクーラ15に導かれて冷却され、オイルフィルタ17でゴミ等が除去される。この潤滑油は、圧縮機本体1の軸受部、タイミングギヤ、ピニオンギヤ3、さらに、ギヤケーシング2内の中間軸68の軸受部や中間軸68に取り付けられたブルギヤ4へ供給される。その後、潤滑油は、ギヤケーシング2の油溜りへ戻り、循環する。
この潤滑油が、圧縮機本体1に取り付けられたノズルから、雄ロータ22および雌ロータ23の内部にそれぞれ形成された中空部37,38(図2等参照)へ流入して、冷却用に使用される。雄ロータ22および雌ロータ23を冷却した潤滑油は、ギヤケーシング2内に流出し、その他の潤滑油と同様にギヤケーシング2内の油溜りに貯蔵されて、循環する構成となっている。この潤滑油は、ここでは、スクリューロータ21の中空部37,38内を空気吐出側から空気吸込側へ流れる。
本実施形態に係るスクリュー圧縮機100は、基本的に以上のように構成されるものであり、次に、スクリュー圧縮機100の作用効果について説明する。
図1、図2に示すように、スクリュー圧縮機100は、スクリューロータ21と、スクリューロータ21の回転軸であるロータシャフト47とを備えている。また、スクリュー圧縮機100は、スクリューロータ21との間で複数の圧縮作動室61を形成するケーシング33を備えている。スクリューロータ21は、該スクリューロータ21の少なくとも歯部内部に中空部37,38が形成されているとともに、スクリューロータ21の少なくとも軸中心部が中実である一体構造を成している。また、図6に示すように、ロータシャフト47は、スクリューロータ21と一体形成された中空構造の第1シャフト41と、第1シャフト41に接合された中空構造の第2シャフト45とを有している。
この構成では、スクリューロータ21は、歯部内部に形成された中空部37,38を流れる冷却媒体によって効果的に冷却される。また、スクリューロータ21は、軸中心部が中実である一体構造を成しているため、十分な強度を確保できる。したがって、スクリューロータ21の強度低下、およびその温度上昇を抑制することができる。
この冷却性能の向上によって、スクリューロータ21の熱変形を抑制することができる。これにより、雄ロータ22と雌ロータ23との間、およびスクリューロータ21とケーシング33との間の隙間を縮小できるため、圧縮性能を向上させることができる。加えて、スクリューロータ21の熱変形が抑制されることで、歯部の加工精度のバラツキによる圧縮性能のバラツキや、低負荷運転時に隙間が過大となることによる圧縮性能の低下を抑制することも可能となる。さらに、吐出空気温度も低減できることから、スクリュー圧縮機100における冷却機器の縮小または廃止が可能となり、コスト低減とスクリュー圧縮機100全体のコンパクト化を図ることができる。
また、スクリューロータ21の軸中心部を中実にして十分な強度を確保できるため、圧縮作動室61内の圧力等による変形によって圧縮性能の低下や接触が生じることを抑制でき、回転のアンバランスも抑制できる。
さらに、スクリューロータ21の強度が十分に確保されることによって、スクリューロータ21と一体形成された第1シャフト41と、第2シャフト45との接合時に力が加わる場合でも変形が生じ難い。したがって、これらを軸ずれ無しに高精度に接合することが可能となる。
すなわち、本実施形態では、スクリューロータ21の強度低下、およびその温度上昇を十分に抑制できるとともに、スクリューロータ21とシャフトとを軸ずれ無しに高精度に接合可能なスクリュー圧縮機およびその製造方法を提供できる。
この構成では、スクリューロータ21は、歯部内部に形成された中空部37,38を流れる冷却媒体によって効果的に冷却される。また、スクリューロータ21は、軸中心部が中実である一体構造を成しているため、十分な強度を確保できる。したがって、スクリューロータ21の強度低下、およびその温度上昇を抑制することができる。
この冷却性能の向上によって、スクリューロータ21の熱変形を抑制することができる。これにより、雄ロータ22と雌ロータ23との間、およびスクリューロータ21とケーシング33との間の隙間を縮小できるため、圧縮性能を向上させることができる。加えて、スクリューロータ21の熱変形が抑制されることで、歯部の加工精度のバラツキによる圧縮性能のバラツキや、低負荷運転時に隙間が過大となることによる圧縮性能の低下を抑制することも可能となる。さらに、吐出空気温度も低減できることから、スクリュー圧縮機100における冷却機器の縮小または廃止が可能となり、コスト低減とスクリュー圧縮機100全体のコンパクト化を図ることができる。
また、スクリューロータ21の軸中心部を中実にして十分な強度を確保できるため、圧縮作動室61内の圧力等による変形によって圧縮性能の低下や接触が生じることを抑制でき、回転のアンバランスも抑制できる。
さらに、スクリューロータ21の強度が十分に確保されることによって、スクリューロータ21と一体形成された第1シャフト41と、第2シャフト45との接合時に力が加わる場合でも変形が生じ難い。したがって、これらを軸ずれ無しに高精度に接合することが可能となる。
すなわち、本実施形態では、スクリューロータ21の強度低下、およびその温度上昇を十分に抑制できるとともに、スクリューロータ21とシャフトとを軸ずれ無しに高精度に接合可能なスクリュー圧縮機およびその製造方法を提供できる。
また、図7に示すように、本実施形態の変形例では、第1シャフト41と第2シャフト45とが、第1シャフト41あるいは第2シャフト45とは異なる組成の材料からなる中空構造の中間部46を介して接合されている。この構成では、第1シャフト41と第2シャフト45との接合時や接合後の特性を調整することが可能となる。例えば、第1シャフト41の材料が第2シャフト45の材料よりも耐食性が高い場合に、中間部46の材料をそれらの中間程度の耐食性とすることで、軸方向において特性が急激に変化することを抑制できる。
さらに、例えば、第1シャフト41あるいは第2シャフト45の材料が硫黄を0.1重量パーセント以上含有した鉄基合金とされ、中間部46の材料が0.01重量パーセント以下の硫黄を含有した鉄基合金とされ得る。仮に第1シャフト41と第2シャフト45とに硫黄を0.1重量パーセント以上含有した快削性の鉄基合金を適用した場合、両者を摩擦圧接で接合しても十分な接合強度を担保できなくなるおそれがある。これは、第1シャフト41と第2シャフト45との接合界面近傍に非常に脆い硫化物が形成されるためである。この場合、両者を0.01重量パーセント以下の硫黄を含有した鉄基合金である中間部46を介して接合することで、接合界面近傍における硫化物の形成を抑制して、十分な接合強度を確保することができる。
また、本実施形態では、少なくともスクリューロータ21の材質が析出強化型の合金である。この場合、スクリューロータ21を造形したままでは析出強化されていないため、低硬度であり、切削性に優れる一方で、切削後に時効処理を施すことにより、高硬度化してスクリューロータ21の機能を確保できる。
また、図8に示すように、本実施形態では、冷却媒体としての潤滑油は、オイルポンプ16によってオイルクーラ15に導かれて冷却される。この構成では、スクリューロータ21の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
また、図1に示すように、本実施形態では、冷却媒体はスクリューロータ21の中空部37,38内を空気吐出側から空気吸込側へ流れる。このように、冷却媒体をスクリューロータ21における温度の高い側から低い側へ流すことで、より高い冷却性能が得ることができる。
また、本実施形態では、少なくともスクリューロータ21および第1シャフト41,43は、金属粉末積層造形法により形成される。これにより、中空部37,38を有する複雑な形状のスクリューロータ21を作製することができる。
また、本実施形態では、第1シャフト41と第2シャフト45とは摩擦圧接法により接合される。これにより、第1シャフト41と第2シャフト45とを高精度かつ高強度に接合することができる。また、摩擦圧接の際には、雄ロータ22と第2シャフト45の中心軸を高精度に合わせる必要があるが、ロータシャフト47の第1シャフト41を軸合わせの基準にすることができる。
以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。前記した実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
例えば、前記した実施形態では、冷却媒体として、潤滑油が用いられているが、これに限定されず、水、クーラント、空気等の流体が用いられてもよい。
また、前記した実施形態では、冷却媒体としての潤滑油は、オイルクーラ15によって冷却されるように構成されている。ただし、本発明は、冷却媒体を冷却する水、クーラント等による液冷式のクーラ、および空冷式のクーラの少なくともいずれか1つを含んでいればよい。
また、前記した実施形態では、圧縮作動室61内への給油を行わない無給油式のスクリュー圧縮機100が例として示されている。ただし、本発明は、前記した実施形態と同様な構成を持つスクリューロータを給油式や水潤滑式のスクリュー圧縮機で使用する場合にも適用可能である。
また、前記した実施形態では、スクリュー圧縮機100は単段である場合を例として示したが、複数段であってもよい。
また、前記した実施形態では、圧縮対象は空気である場合を例として示したが、例えば窒素等の他の気体であってもよい。
1 圧縮機本体
15 オイルクーラ
21 スクリューロータ
22 雄ロータ
23 雌ロータ
33 ケーシング
35,36 中実部
37,38 中空部
39,40 延伸部
41,43 第1シャフト
42,44 第1シャフト
45 第2シャフト
46 中間部
47 ロータシャフト
61 圧縮作動室
100 スクリュー圧縮機
15 オイルクーラ
21 スクリューロータ
22 雄ロータ
23 雌ロータ
33 ケーシング
35,36 中実部
37,38 中空部
39,40 延伸部
41,43 第1シャフト
42,44 第1シャフト
45 第2シャフト
46 中間部
47 ロータシャフト
61 圧縮作動室
100 スクリュー圧縮機
Claims (8)
- スクリューロータと、
前記スクリューロータの回転軸であるロータシャフトと、
前記スクリューロータとの間で複数の圧縮作動室を形成するケーシングとを備え、
前記スクリューロータは、該スクリューロータの少なくとも歯部内部に冷却媒体の流路となる中空部が形成されているとともに、前記スクリューロータの少なくとも軸中心部が中実である一体構造を成しており、
前記ロータシャフトは、前記スクリューロータと一体形成された中空構造の第1シャフトと、前記第1シャフトに接合された中空構造の第2シャフトとを有していることを特徴とするスクリュー圧縮機。 - 前記第1シャフトと前記第2シャフトとが、前記第1シャフトあるいは前記第2シャフトとは異なる組成の材料からなる中空構造の中間部を介して接合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。
- 前記第1シャフトあるいは前記第2シャフトの材料が硫黄を0.1重量パーセント以上含有した鉄基合金であり、前記中間部の材料が0.01重量パーセント以下の硫黄を含有した鉄基合金であることを特徴とする請求項2に記載のスクリュー圧縮機。
- 少なくとも前記スクリューロータの材質が析出強化型の合金であ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。
- 前記冷却媒体を冷却する液冷式のクーラおよび空冷式のクーラの少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする請求項1に記載のスクリュー圧縮機。
- 前記冷却媒体は前記スクリューロータの中空部内を空気吐出側から空気吸込側へ流れ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。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機を製造する方法であって、
少なくとも前記スクリューロータおよび前記第1シャフトを金属粉末積層造形法により形成することを特徴とするスクリュー圧縮機の製造方法。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機を製造する方法であって、
前記第1シャフトと前記第2シャフトとを摩擦圧接法により接合することを特徴とするスクリュー圧縮機の製造方法。
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