JPWO2016157445A1 - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

スクリュー圧縮機は、螺旋状の歯を複数有するロータ歯部（２１、３１）を有し、互いに噛み合うように回転する雄ロータ（２）及び雌ロータ（３）と、雄ロータ（２）及び雌ロータ（３）を収納するボア（４５）が形成されたメインケーシング（４１）とボア（４５）の吐出側を塞ぐ吐出側ケーシング（４３）を有するケーシング（４）と、吐出側ケーシング（４３）のボア側の面において雄ロータ（２）及び雌ロータ（３）の回転軸方向に開口する吐出ポート（６１）を有し、吐出ポート（６１）から流入する圧縮気体が流通する吐出通路（６０）とを備え、雄ロータ（２）及び雌ロータ（３）は、ロータ歯部（２１、３１）の吐出側端面（２１ａ、３１ａ）が雄ロータ（２）及び雌ロータ（３）の回転軸方向吐出側の先端となるように構成され、吐出通路（６０）は、吐出ポート（６１）から雄ロータ（２）及び雌ロータ（３）の回転軸方向に延在すると共に吐出ポート（６１）から圧縮気体の流れ方向下流側に向かって流路断面積が徐々に拡大する拡大流路部（６３）を有する。

Description

本発明は、スクリュー圧縮機に係り、更に詳しくは、圧縮された気体を吐出する吐出通路を有するスクリュー圧縮機に関する。

スクリュー圧縮機は、互いに噛合いながら回転する雄ロータ及び雌ロータと、これら雄ロータ及び雌ロータを収納するケーシングとを備えている。雄ロータ及び雌ロータは、一般的に、その両側にシャフト部を有しており、これら両側のシャフト部がそれぞれケーシング内に保持された軸受に回転自在に支持されている。

このような構造のスクリュー圧縮機とは異なって、雄ロータ及び雌ロータの両側端面にそれぞれ穴を設け、これらの穴に軸受をそれぞれ保持するスクリュー圧縮機がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のスクリュー圧縮機は、ケーシングの一部を構成する吸込側軸受ケーシング及び吐出側軸受ケーシングが雄ロータ及び雌ロータの軸受を保持した穴に入り込む支持軸頚をそれぞれ有しており、それらの支持軸頚により雄ロータ及び雌ロータを支持する構造となっている。

特開平７−２７９８６８号公報

ところで、スクリュー圧縮機は、一般的に、ケーシングの吐出側に設けた１本の吐出通路を介して圧縮した気体を下流側の機器に吐出する。吐出通路は、ケーシングの吐出側において雄ロータ及び雌ロータ側に開口する吐出ポート（吐出通路における圧縮気体の流入口）を有している。吐出通路では、圧縮気体が流通する際に圧力損失が生じるので、圧縮機の性能が低下する虞がある。特に、スクリュー圧縮機が給油式の場合、圧縮気体には多量の油が含まれるため、吐出通路における圧力損失が油の存在により大きくなる傾向にある。このため、吐出通路における圧力損失の低減を図る必要がある。

雄ロータ及び雌ロータの両側のシャフト部がそれぞれ軸受に支持される一般的なスクリュー圧縮機においては、吐出側のシャフト部に取り付けた軸受が吐出ポートの近傍で一定の領域を占めている。このため、吐出通路を、吐出ポートから吐出側の軸受を迂回するように湾曲又は屈折させる必要がある。湾曲等した吐出通路では、圧縮気体の流れの剥離による渦の発生が起こりやすく、圧縮気体の圧力損失の低減を図りづらくなる虞があるとも言える。

また、特許文献１には、吐出通路に関する記載がなく、吐出通路における圧力損失の低減を図る技術は開示されていない。雄ロータ及び雌ロータの両側端面の穴に軸受を保持する構造の特許文献１に記載のスクリュー圧縮機の場合も、上記の一般的なスクリュー圧縮機の場合と同様に、１本の吐出通路を介して圧縮気体を下流側の機器に吐出することが想定される。この場合、スクリュー圧縮機とその下流側の機器との配置関係によっては、吐出通路を吐出ポートから下流側の機器の方向へ湾曲等させる必要がある。例えば、スクリュー圧縮機が給油式の場合、油分離器での油の分離機能の向上を図るために、圧縮気体を旋回させて油分離器に流入させることが多い。この場合、吐出通路を、吐出ポートから油分離器に向かって下方向や周方向に湾曲等させることもある。このため、上記の一般的なスクリュー圧縮機の場合と同様な吐出通路における圧力損失の問題が生じる虞がある。

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、吐出通路における圧力損失の抑制を図ることができるスクリュー圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、それぞれ螺旋状の歯を複数有するロータ歯部を有し、互いに噛み合うように回転する雄ロータ及び雌ロータと、前記雄ロータ及び前記雌ロータを収納するボアが形成されたメインケーシングと前記ボアの吐出側を塞ぐ吐出側ケーシングを有するケーシングと、前記吐出側ケーシングの前記ボア側の面において前記雄ロータ及び前記雌ロータの回転軸方向に開口する吐出ポートを有し、前記吐出ポートから流入する圧縮気体が流通する吐出通路とを備え、前記雄ロータ及び前記雌ロータは、それぞれ前記ロータ歯部の吐出側端面が前記雄ロータ及び前記雌ロータの回転軸方向吐出側の先端となるように構成され、前記吐出通路は、前記吐出ポートから前記雄ロータ及び前記雌ロータの回転軸方向に延在すると共に前記吐出ポートから圧縮気体の流れ方向下流側に向って流路断面積が徐々に拡大するように形成された拡大流路部を有することを特徴とする。

本発明によれば、吐出通路を、吐出ポートから雄ロータ及び雌ロータの回転軸方向に延在させると共に、吐出ポートから圧縮気体の流れ方向下流側に向かって流路断面積を徐々に拡大させる構成としたので、吐出通路における圧力損失の抑制を図ることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１の実施の形態によるスクリュー圧縮機の縦断面図である。 図１に示すスクリュー圧縮機の吐出側の側面図である。 図２に示すスクリュー圧縮機の吐出通路の一形状例を吐出ポート側から見た状態で示す斜視図である。 図２に示すスクリュー圧縮機の吐出通路をA−A矢視から見た断面図である。 図２に示すスクリュー圧縮機の吐出通路をB−B矢視から見た断面図である。 図２に示すスクリュー圧縮機の吐出通路の他の形状例を吐出ポート側から見た状態で示す斜視図である。 図２に示すスクリュー圧縮機の吐出通路の他の例をA−A矢視から見た断面図である。 図２に示すスクリュー圧縮機の吐出通路の他の例をB−B矢視から見た断面図である。 ロータの両側のシャフト部を軸受で支持する一般的なスクリュー圧縮機において、吐出通路を形成可能な方向を示す説明図である。 図７に示す吐出通路を形成可能な方向をロータの回転軸方向吐出側から見た状態で示す説明図である。 第１の実施の形態によるスクリュー圧縮機において、吐出通路を形成可能な方向を示す説明図である。 図９に示す吐出通路を形成可能な方向をロータの回転軸方向吐出側から見た状態で示す説明図である。 第２の実施の形態によるスクリュー圧縮機を油分離器と共に示す縦断面図である。 図１１に示すスクリュー圧縮機をXII−XII矢視から見た横断面図である。 第３の実施の形態によるスクリュー圧縮機を油分離器と共に示す縦断面図である。

以下、本発明によるスクリュー圧縮機の実施の形態を、図面を用いて例示説明する。
［第１の実施の形態］
まず、第１の実施の形態によるスクリュー圧縮機の構成を図１及び図２を用いて説明する。本実施の形態は、本発明を給油式のスクリュー圧縮機に適用した例である。
図１は、スクリュー圧縮機の縦断面図、図２は、図１に示すスクリュー圧縮機の第１の実施の形態を示す吐出側の側面図である。図１中、左側がスクリュー圧縮機の吸込側、右側が吐出側である。

図１において、スクリュー圧縮機１は、互いの回転軸Ｘ、Ｙが平行でかつ互いに噛み合うように回転する雄ロータ２及び雌ロータ３と、雄ロータ２及び雌ロータ３を収納するケーシング４と、雄ロータ２を回転自在に支持する吸込側軸受（以下、「ＭＳ軸受」という。）５、６及び吐出側軸受（以下、「ＭＤ軸受」という。）７と、雌ロータ３を回転自在に支持する吸込側軸受（以下、「ＦＳ軸受」という。）９、１０及び吐出側軸受（以下、「ＦＤ軸受」という。）１１とを備える。スクリュー圧縮機１は、スクリュー圧縮機１を駆動する電動機等の回転駆動装置（図示せず）や油分離器（図示せず）、その他の機器（図示せず）と共に圧縮機ユニットを構成する。

雄ロータ２は、螺旋状の雄歯を複数有するロータ歯部２１と、ロータ歯部２１の吸込側に一体に形成されたシャフト部２２とで構成されている。雄ロータ２は、吐出側のシャフト部がなく、ロータ歯部２１の吐出側端面２１ａがその回転軸方向吐出側の先端となるように構成されている。ロータ歯部２１の吐出側端面２１ａには、ＭＤ軸受７を保持するための略円柱状凹部の雄側の吐出側軸受室２３が形成されている。シャフト部２２は、ケーシング４の外側に延出し、回転駆動装置（図示せず）に接続されている。シャフト部２２には、回転駆動装置への油の漏洩を封止するシール装置１２が設置されている。

雌ロータ３は、螺旋状の雌歯を複数有するロータ歯部３１と、ロータ歯部３１の吸込側に一体に形成されたシャフト部３２とで構成されている。雌ロータ３は、吐出側のシャフト部がなく、ロータ歯部３１の吐出側端面３１ａがその回転軸方向吐出側の先端となるように構成されている。ロータ歯部３１の吐出側端面３１ａには、ＦＤ軸受１１を保持するための略円柱状凹部の雌側の吐出側軸受室３３が形成されている。

ケーシング４は、例えば、内部に雄ロータ２及び雌ロータ３が配置されるメインケーシング４１と、メインケーシング４１の吸込側（図１の左側）に取り付けられる吸込側ケーシング４２と、メインケーシング４１の吐出側（図１の右側）に取り付けられる吐出側ケーシング４３とで構成されている。

メインケーシング４１には、一部重複する２つの円筒状の穴であるボア４５が設けられている。ボア４５には、雄ロータ２及び雌ロータ３のロータ歯部２１、３１が噛み合った状態で収納されており、ボア４５の吐出側は、吐出側ケーシング４３により塞がれている。雄ロータ２及び雌ロータ３の歯溝とそれを取り囲むメインケーシング４１の内壁面とにより、複数の作動室が形成されている。メインケーシング４１の吸込側端部（図１の左側端部）には、雄ロータ２を支持するＭＳ軸受５、６を保持するための雄側の吸込側軸受室４６及び雌ロータ３を支持するＦＳ軸受９、１０を保持するための雌側の吸込側軸受室４７がそれぞれ形成されており、これらの吸込側軸受室４６、４７は、隔壁部４８によりボア４５と隔てられている。また、これらの吸込側軸受室４６、４７は、吸込側ケーシング４２により覆われている。メインケーシング４１の吸込側には、ボア４５に連通する吸込通路（図示せず）が形成されている。

吐出側ケーシング４３は、雄ロータ２及び雌ロータ３の吐出側端面２１ａ、３１ａに対向する面、つまりメインケーシング４１に取り付ける面側に、雄ロータ２の吐出側軸受室２３に保持されるＭＤ軸受７に嵌め合わされる凸状の雄側軸部５１と、雌ロータ３の吐出側軸受室３３に保持されるＦＤ軸受１１に嵌め合わされる凸状の雌側軸部５２とを有している。吐出側ケーシング４３には、図１及び図２に示すように、メインケーシング４１のボア４５に連通する吐出通路６０が設けられている。吐出通路６０の詳細な構造については、後述する。

雄ロータ２の吸込側を支持するＭＳ軸受５、６は、雄ロータ２のシャフト部２２に取り付けられた状態でメインケーシング４１の雄側の吸込側軸受室４６に保持されている。一方、雄ロータ２の吐出側を支持するＭＤ軸受７は、吐出側ケーシング４３の雄側軸部５１に取り付けられた状態で雄ロータ２の吐出側軸受室２３に保持されている。つまり、ＭＤ軸受７は、その外径が雄ロータ２の歯底径ライン２５よりも小さくなるように設定されている。ＭＳ軸受５及びＭＤ軸受７は、例えば、円筒ころ軸受でラジアル荷重を支持しており、ＭＳ軸受６は、玉軸受でアキシャル荷重を支持している。

雌ロータ３の吸込側を支持するＦＳ軸受９、１０は、雌ロータ３のシャフト部３２に取り付けられた状態でメインケーシング４１の雌側の吸込側軸受室４７に保持されている。一方、雌ロータ３の吐出側を支持するＦＤ軸受１１は、吐出側ケーシング４３の雌側軸部５２に取り付けられた状態で雌ロータ３の吐出側軸受室３３に保持されている。つまり、ＦＤ軸受１１は、その外径が雄ロータ３の歯底径ライン３５よりも小さくなるように設定されている。ＦＳ軸受９及びＦＤ軸受１１は、例えば、円筒ころ軸受でラジアル荷重を支持しており、ＦＳ軸受１０は、玉軸受でアキシャル荷重を支持している。

次に、スクリュー圧縮機１の第１の実施の形態による吐出通路の構造を図１〜図６Ｂを用いて説明する。
図３は、図２に示すスクリュー圧縮機１の吐出通路の一形状例を吐出ポート側から見た状態で示す斜視図、図４Ａは、図２に示すスクリュー圧縮機１の吐出通路をA−A矢視から見た断面図、図４Ｂは、図２に示すスクリュー圧縮機１の吐出通路をB−B矢視から見た断面図、図５は、図２に示すスクリュー圧縮機１の吐出通路の他の形状例を吐出ポート側から見た状態で示す斜視図、図６Ａは、図２に示すスクリュー圧縮機１の吐出通路の他の例をA−A矢視から見た断面図、図６Ｂは、図２に示すスクリュー圧縮機１の吐出通路の他の例をB−B矢視から見た断面図である。図３〜図６Ｂにおいて、図１及び図２に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１〜図３に示すように、吐出通路６０は、吐出側ケーシング４３のボア４５側の面において、雄ロータ２及び雌ロータ３の回転軸方向に開口する吐出ポート６１と、吐出側ケーシング４３の外表面において、回転軸方向に開口する吐出口６２とを有している。吐出通路６０は、圧縮空気が吐出ポート６１から流入して流通し、吐出口６２を介して下流側の圧縮機ユニットの構成機器に流出するものである。つまり、吐出ポート６１は、吐出通路６０における圧縮気体の流入口である。一方、吐出口６２は、吐出通路６０の吐出側ケーシング４３における圧縮気体の流出口である。吐出ポート６１の形状は、雄ロータ２及び雌ロータ３の歯形状や圧縮比等に応じて設定されている。吐出口６２の形状は、例えば、略円形状に設定されている。吐出通路６０は、例えば、吐出ポート６１から雄ロータ２及び雌ロータ３の回転軸方向に延在すると共に吐出ポート６１から吐出口６２（圧縮気体の流れ方向下流側）に向かって流路断面積が徐々に拡大するように形成された拡大流路部６３で構成されている。吐出通路６０の縦断面形状は、例えば、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、直線状に拡大するように設定されている。

また、吐出通路６０は、例えば、図５に示すように、吐出ポート６１から雄ロータ２及び雌ロータ３の回転軸方向に延在すると共に吐出ポート６１から下流側に向かって流路断面積が徐々に拡大するように形成された拡大流路部６３と、拡大流路部６３から吐出口６２まで流路断面積が略一定の直線流路部６４とで構成することもできる。拡大流路部６３の縦断面形状は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、Ｒを有する曲線状に拡大するように設定されている。すなわち、吐出通路６０は、吐出ポート６１から雄ロータ２及び雌ロータ３の回転軸方向に延在すると共にその流路断面積が滑らかに拡大し、圧縮気体の流れの剥離による渦の発生が起こりにくい形状のものであればよい。

次に、スクリュー圧縮機の第１の実施の形態の動作を図１及び図２を用いて説明する。

図１において、回転駆動装置（図示せず）によって駆動された雄ロータ２は、雌ロータ３を回転駆動する。これにより、雄ロータ２及び雌ロータ３の歯溝とそれを取り囲むケーシング４の内壁面とで形成される複数の作動室は、雄ロータ２及び雌ロータ３の回転に伴って軸方向に移動しつつ、その容積を増加させて吸込通路（図示せず）を介して気体を吸い込み、その後、その容積を減少させて気体を圧縮する。雄ロータ２及び雌ロータ３の吐出側端面２１ａ、３１ａまで達した圧縮気体は、図１及び図２に示す吐出ポート６１から吐出通路６０内に流入し、吐出側ケーシング４３の吐出口６２を経て圧縮機ユニットの他の構成機器に吐出される。

次に、スクリュー圧縮機の第１の実施の形態の効果を図１及び図７〜図１０を用いて、ロータの両側のシャフト部が軸受に支持される一般的なスクリュー圧縮機の場合と比較することで説明する。
図７は、ロータの両側のシャフト部が軸受に支持される一般的なスクリュー圧縮機において、吐出通路を形成可能な方向を示す説明図、図８は、図７に示す吐出通路を形成可能な方向を、ロータの回転軸方向吐出側から見た状態で示す説明図、図９は、第１の実施の形態であるスクリュー圧縮機１において、吐出通路を形成可能な方向を示す説明図、図１０は、図９に示す第１の実施の形態において、吐出通路を形成可能な方向をロータの回転軸方向吐出側から見た状態で示す説明図である。図７〜図１０において、図１〜図６Ｂに示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図７に示すように、比較例のスクリュー圧縮機１００は、歯を複数有するロータ歯部１２１と、その両側に設けたシャフト部１２２、１２３とで構成されたロータ１０２を備え、ロータ１０２のシャフト部１２２、１２３が軸受に支持されるようになっている。この場合、吐出側のシャフト部１２３に取り付けた軸受１０７、１０８は、ロータ歯部１２１の吐出側端面１２１ａの回転軸方向外側の近傍で一定の領域を占める。このため、回転軸方向に開口する吐出ポート１６１を有する吐出通路１６０は、図７及び図８に示すように、吐出ポート１６１から吐出側の軸受１０７、１０８を迂回する方向（図７及び図８では下方向）に湾曲させる必要がある。湾曲した吐出通路１６０では、圧縮気体の流れの剥離による渦の発生等で、圧縮気体の圧力損失の低減を図ることが難しい。特に、スクリュー圧縮機が給油式の場合、吐出通路には、多量の油を含む圧縮気体が流通するので、多量の油により大きな圧力損失が生じる虞がある。つまり、湾曲した吐出通路１６０は、スクリュー圧縮機の性能に大きく影響を及ぼす。

また、吐出側の軸受１０７、１０８を迂回した吐出通路１６０のＰ点以降の形成方向は、軸受１０７、１０８の存在により、図７及び図８に示す矢印方向（下方向、斜め下方向、斜め左下方向、斜め右下方向、回転軸方向、左方向、右方向）に限定されてしまうこととなる。このため、圧縮機１００や圧縮機ユニットの他の機器の配置が制限されたり、圧縮機ユニットの小型化が困難になったりする虞がある。

これに対して、本実施の形態では、図１に示すように、雄ロータ２及び雌ロータ３の吐出側端面２１ａ、３１ａに設けた雄側の吐出側軸受室２３及び雌側の吐出側軸受室３３に、それぞれＭＤ軸受７及びＦＤ軸受１１を保持すると共に、それらの吐出側軸受室２３、３３に保持したＭＤ軸受７及びＦＤ軸受１１に、それぞれ吐出側ケーシング４３の雄側軸部５１及び雌側軸部５２を嵌め合わせることにより、雄ロータ２及び雌ロータ３の吐出側を支持している。つまり、雄ロータ２及び雌ロータ３にはその吐出側にシャフト部が存在せず、ロータ歯部２１、３１の吐出側端面２１ａ、３１ａが雄ロータ２及び雌ロータ３の回転軸方向吐出側の先端となる。また、ＭＤ軸受７及びＦＤ軸受１１は、それぞれロータ歯部２１、３１内に配置されている。このため、図９に示すように、雄ロータ２及び雌ロータ３（図９では図示せず）の回転軸方向に開口する吐出ポート６１を有する吐出通路６０は、吐出側のシャフト部やＭＤ軸受７及びＦＤ軸受１１（図９では図示せず）の存在により、その形成方向が制限されることはない。

そこで、本実施の形態では、吐出通路６０を、吐出ポート６１から雄ロータ２及び雌ロータ３の回転軸方向に延在させると共に吐出ポート６１から吐出口６２（圧縮気体の流れ方向下流側）に向かって流路断面積が徐々に拡大する構成としている。流路断面積が拡大するデュフュザー形状の通路が湾曲していると、気体の流れの剥離による渦の発生が起こりやすくなるが、回転軸方向に延在する吐出通路６０では、渦の発生を抑制することができ、その結果、湾曲する吐出通路と比べて、圧縮気体の圧力損失が低減される。また、吐出通路６０の流路断面積の拡大により、吐出通路６０を通過する圧縮気体の流速を低下させることができ、その結果、吐出通路６０との摩擦による圧縮気体の圧力損失が低減される。

また、図９及び図１０に示すように、流路断面積を拡大させた吐出通路６０のＰ点以降の形成方向は、ＭＤ軸受７及びＦＤ軸受１１を考慮する必要がないので、任意である。そのため、スクリュー圧縮機１及び圧縮機ユニットの他の構成機器の配置の自由度が向上する。また、圧縮機ユニットの構成機器の配置に応じて、Ｐ点以降の吐出通路６０を湾曲させる必要がある場合でも、湾曲部分では既に流速が低下しているので、構成機器の配置にかかわらず、吐出通路６０の圧力損失を抑制することができる。

さらに、吐出通路６０のＰ点以降の形状として、ＭＤ軸受７及びＦＤ軸受１１を考慮する必要がないので、図１０に示す複数の矢印のように、外側に向かって複数に分岐させる構成とすることも可能である。この場合、分岐部分では既に圧縮気体の流速が低下しているので、複数の分岐部分における圧力損失は抑制される。加えて、複数の分岐部分は外側に拡散するように構成することが可能であるので、分岐部分の流路断面積をさらに拡大することができる。この場合、分岐部分の流速がさらに低下し、その結果、分岐部分における圧力損失をさらに抑制することができる。

このように、本実施の形態においては、ＭＤ軸受７及びＦＤ軸受１１を考慮せずに、吐出通路６０の形状や方向を選定することができる。つまり、吐出通路６０の流路方向の選定や通路の分岐本数の選定の自由度が向上する。これにより、吐出通路６０における圧力損失の抑制を図ることができる。

上述したように、第１の実施の形態によれば、吐出通路６０を、吐出ポート６１から雄ロータ２及び雌ロータ３の回転軸方向に延在させると共に吐出ポート６１から圧縮気体の流れ方向下流側に向かって流路断面積を徐々に拡大させる構成としたので、吐出通路６０における圧力損失の抑制を図ることができる。

また、本実施の形態によれば、雄ロータ２及び雌ロータ３の吸込側をシャフト部２２、２３に取り付けたＭＳ軸受５、６及びＦＳ軸受９、１０により支持する共に、吐出側をロータ歯部２１、３１の吐出側端面２１ａ、３１ａに設けた吐出側軸受室２３、３３に保持したＭＤ軸受７及びＦＤ軸受１１により支持するので、雄ロータ２及び雌ロータ３を安定的に支持しつつ、吐出通路６０における圧力損失の抑制が可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明を適用したスクリュー圧縮機の第２の実施の形態を図１１及び図１２を用いて例示説明する。
図１１及び図１２は、第２の実施の形態によるスクリュー圧縮機１Ａを示すもので、図１１は、第２の実施の形態を油分離器と共に示す縦断面図、図１２は図１１に示すスクリュー圧縮機１ＡをXII−XII矢視から見た横断面図である。なお、図１１及び図１２において、図１〜図１０に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１１及び図１２に示すスクリュー圧縮機１Ａは、第１の実施の形態において言及した吐出通路６０を形成可能な分岐構造を具現化した形態である。また、第１の実施の形態がスクリュー圧縮機１を圧縮機ユニットの他の構成機器（図示せず）とは独立した構成としたものであるのに対して、第２の実施の形態はスクリュー圧縮機１Ａの一部を、圧縮機ユニットの構成機器の１つである油分離器７１の一部と一体で構成したものである。

具体的には、スクリュー圧縮機１Ａは、回転軸Ｘ、Ｙが上下方向を向き、吸込側が上側に吐出側が下側になるように縦置きに設置される。スクリュー圧縮機１Ａの下側には、スクリュー圧縮機１Ａから吐出された圧縮気体から油を分離する油分離器７１が配置される。油分離器７１は、圧縮気体から分離した油分を貯留する下部ケーシング７２と、下部ケーシング７２の上端に接続され、圧縮気体に含まれる油を分離する機能を有する上部ケーシング７３とで構成される。上部ケーシング７３の上端部には、スクリュー圧縮機１Ａのメインケーシング４１の吐出側（図１１の下側）が取り付けられ、上部ケーシング７３によりメインケーシング４１のボア４５の吐出側が塞がれる。

上部ケーシング７３は、図１１に示すように、メインケーシング４１を取り付ける面に、雄ロータ２の吐出側軸受室２３に保持されたＭＤ軸受７に嵌め合わされる凸状の雄側軸部５１Ａと、雌ロータ３（図１１では図示せず）の吐出側軸受室３３（図１１では図示せず）に保持されたＦＤ軸受１１（図１１では図示せず）に嵌め合わされる凸状の雌側軸部（図示せず）とを有する。つまり、上部ケーシング７３は、スクリュー圧縮機１Ａの吐出側ケーシングの機能を兼ねている。また、言い換えると、スクリュー圧縮機１Ａの吐出側ケーシングが上部ケーシング７３の一部を構成しているともいえる。

上部ケーシング７３の上部には、図１１及び図１２に示すように、メインケーシング４１のボア４５に連通する吐出通路６０Ａが設けられる。吐出通路６０Ａは、上部ケーシング７３におけるメインケーシング４１側の面において、雄ロータ２及び雌ロータ３の回転軸方向（図１１の上下方向、図１２の紙面垂直方向）に開口する吐出ポート６１Ａを有する。吐出ポート６１Ａの形状は、第１の実施の形態と同様なものである。

吐出通路６０Ａは、吐出ポート６１Ａから雄ロータ２及び雌ロータ３の回転軸方向（図１１の下方向、図１２の紙面方向）に延在すると共に、吐出ポート６１Ａから下方向（圧縮気体の流れ方向下流側）に向かって流路断面積が徐々に拡大する拡大流路部６３Ａと、拡大流路部６３Ａから下方向に向かって流路断面積が略一定の直線流路部６４Ａと、直線流路部６４Ａから水平方向（直線流路部６４Ａの延在する方向に対して直交する方向）に複数本（図１２では６本）に分岐する分岐流路部６５とで構成されている。拡大流路部６３Ａの形状は、第１の実施の形態と同様なものである。分岐流路部６５は、直線流路部６４Ａの外周側から外側に拡散する渦巻き状に形成されており、直線流路部６４Ａから外側に向かって流路断面積が徐々に拡大している。分岐流路部６５の出口は、吐出通路６０Ａの吐出口６２Ａを構成しており、したがって、吐出口６２Ａは複数存在する。

また、上部ケーシング７３の上部における吐出通路６０Ａの左側には、油が分離された圧縮気体を油分離器７１の下流側の圧縮機ユニットの構成機器に送出する通路７４が形成されている。

次に、スクリュー圧縮機１Ａの作用及び効果を図１１及び図１２を用いて説明する。

図１１及び図１２において、スクリュー圧縮機１Ａで圧縮された油を多量に含む気体は、油分離器７１の上部ケーシング７３に形成された吐出通路６０Ａの吐出ポート６１Ａから拡大流路部６３Ａに流入し、流速が低下する。その後、流速が低下した圧縮気体は、直線流路部６４Ａから複数本に分岐する分岐流路部６５に流入して渦を巻くように外側に拡散する。分岐流路部６５を流通した圧縮気体は、複数の吐出口６２Ａから油分離器７１内に外側に拡散するように吐出され、油分離器７１内を旋回しながら流下していく。このとき、空気と油の比重差により、気体中から油が遠心分離される。分離された油は、油分離器７１の内壁に沿って流下し、その下部ケーシング７２に貯留される。一方、油が分離された圧縮気体は、通路７４を介して下流側の圧縮機ユニットの構成機器に送られる。

本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、吐出通路６０Ａが、吐出ポート６１Ａから雄ロータ２及び雌ロータ３の回転軸方向に延在すると共に吐出ポート６１Ａから圧縮気体の流れ方向下流側に向かって流路断面積が徐々に拡大する拡大流路部６３Ａを有するので、気体の流れの剥離による渦の発生が抑制されると共に、吐出通路６０を通過する圧縮気体の流速が低下する。その結果、吐出通路６０における圧縮気体の圧力損失を低減することができる。

また、本実施の形態では、吐出通路６０Ａが、流路断面積の拡大後に複数本に分岐するので、圧縮流体は、流速が低下した後に分流する。このため、圧縮流体を分流させた場合でも、圧力損失の低減を図ることができる。

さらに、吐出通路６０Ａは、外側に拡散する方向に複数に分岐するので、圧縮気体が複数の吐出口６２Ａから分散して油分離器７１内に流入する。このため、圧縮気体が１本の吐出通路を介して１つの吐出口から一挙に油分離器７１内に流入する場合と比較すると、圧縮気体の油分離器７１への流入時における圧力損失の低減を図ることができる。

さらにまた、吐出通路６０Ａの分岐流路部６５は、直線流路部６４Ａの外周から渦巻き状に形成されているので、分岐流路部６５を通過した圧縮気体は油分離器７１内に旋回しながら滑らかに流入する。このため、圧縮気体の油分離器７１内への流入時の圧力損失の低減及び遠心力による油分離機能の向上を図ることができる。

加えて、分岐流路部６５は、その流路断面積が拡大するように形成されているので、分岐流路部６５を流通する圧縮気体の流速の低下を図ることができる。このため、分岐流路部６５における圧力損失をさらに低減することができる。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

本実施の形態によれば、油分離器７１の上側に配置するスクリュー圧縮機１Ａを吐出側が下側になるように縦置きにしたので、スクリュー圧縮機を横置きとする場合と比較して、吐出通路６０Ａを短くすることができる。その結果、吐出通路６０Ａを短くした分、吐出通路６０Ａにおける圧力損失の低減を図ることができる。

また、本実施の形態によれば、スクリュー圧縮機１Ａのケーシング４Ａの吐出側ケーシングが油分離器７１の上部ケーシング７３の一部を構成しているので、スクリュー圧縮機の吐出側ケーシングと油分離器の上部ケーシングとを別体で構成する場合よりも、吐出通路６０Ａを短くすることができる。その結果、吐出通路６０Ａにおける圧力損失の低減及び圧縮機ユニットの部品点数の削減を図ることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明を適用したスクリュー圧縮機の第３の実施の形態を図１３を用いて例示説明する。
図１３は、第３の実施の形態によるスクリュー圧縮機１Ｂを油分離器と共に示す縦断面図である。なお、図１３において、図１〜図１２に示す符号と同符号のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図１３に示すスクリュー圧縮機１Ｂは、第２の実施の形態が雄ロータ２及び雌ロータ３の吸込側をそれぞれＭＳ軸受５、６及びＦＳ軸受９、１０（図１１では図示せず）で、吐出側をそれぞれＭＤ軸受７及びＦＤ軸受１１（図１１では図示せず）で支持するものであるのに対して、雄ロータ２Ｂ及び雌ロータ（図１３では図示せず）をそれぞれＭＳ軸受５、６及びＦＳ軸受９、１０（図１３では図示せず）のみを用いて吸込側で片持ち支持するものである。具体的には、スクリュー圧縮機１Ｂの雄ロータ２Ｂ及び雌ロータ（図示せず）は、ロータ歯部２１Ｂの吐出側端面２１ｂが平面状に形成されており、ロータ歯部２１Ｂの吐出側端面２１ｂがその回転軸方向吐出側の先端となるように構成されている。また、雄ロータ２Ｂ及び雌ロータの吐出側に軸受が存在しない。従って、雄ロータ２Ｂ及び雌ロータの回転軸方向に開口する吐出ポート６１Ａを有する吐出通路６０Ａは、第１及び第２の実施の形態と同様に、その形成方向が制限されることはない。

本実施の形態では、雄ロータ２Ｂ及び雌ロータの吐出側端面２１ｂに、第２の実施の形態の吐出側軸受室２３、３３を設ける必要がない。また、油分離器７１Ｂの上部ケーシング７３Ｂは、第２の実施の形態の雄側軸部５１Ａ及び雌側軸部（図示せず）の構成が不要となる。

第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様の効果に加えて、更に以下の効果を得ることができる。

本実施の形態によれば、雄ロータ２Ｂ及び雌ロータをＭＳ軸受５、６及びＦＳ軸受９、１０を用いて吸込側のみを片持ち支持するので、吐出通路６０Ａの圧力損失の抑制を維持しつつ、第２の実施の形態と比較して、部品点数の削減及び構成の簡素化を図ることができる。

［その他の実施の形態］
なお、上述した第１〜第３の実施の形態では、本発明を給油式のスクリュー圧縮機に適用したが、本発明は、水潤滑スクリュー圧縮機やオイルフリースクリュー圧縮機にも適用可能である。

また、上述した第１〜第３の実施の形態では、ロータ歯部の吸込側にシャフト部を設けた構造の雄ロータ２及び雌ロータの例を示したが、ロータ歯部のみで構成された雄ロータ２及び雌ロータも可能である。この場合、ロータ歯部の吸込側端面にＭＳ軸受５、６及びＦＳ軸受９、１０（吸込側軸受）を保持する吸込側軸受室を形成すると共に、吸込側ケーシング４２がＭＳ軸受５、６に嵌め合わされる雄側軸部５１とＦＳ軸受９、１０に嵌め合わされる雌側軸部５２とを有する構造にする。

なお、上述した第１及び第２の実施の形態では、雄ロータ２及び雌ロータ３のＭＤ軸受７及びＦＤ軸受１１として、円筒ころ軸受を用いた例を説明したが、雄ロータ２及び雌ロータ３の吐出側軸受として、ニードル軸受を用いることも可能である。径方向寸法の小さいニードル軸受を用いることにより、円筒ころ軸受を用いる場合よりも、雄ロータ２及び雌ロータ３の吐出側端面２１ａ、３１ａに設ける吐出側軸受室２３、３３の穴径を小さく設定することが可能となる。また、スクリュー圧縮機１の吐出側ケーシング４３又は油分離器７１の上部ケーシング７３の雄側軸部５１、５１Ａ及び雌側軸部５２の径を大きく設定することも可能となる。

なお、上述した第１の実施の形態では、吐出側ケーシング４３をメインケーシング４１に取り付ける構成のケーシング４の例を示したが、メインケーシング４１と吐出側ケーシング４３とを一体に構成するケーシングを適用することも可能である。

また、上述した第２の実施の形態では、ケーシング４Ａの吐出側ケーシングを油分離器７１の一部と一体で構成した例を示したが、ケーシング４の吐出側ケーシングを、油分離器７１以外の圧縮機ユニットの機器の一部と一体で構成することも可能である。

なお、上述した第１〜第３の実施の形態では、雌雄一対となる２本のスクリューロータを適用した構成であるが、本発明は、このような２ロータ型以外に、シングルロータやトリプルロータ型スクリュー圧縮機の吐出通路に適用することも可能である。

また、本発明は本実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易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。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１、１Ａ、１Ｂ…スクリュー圧縮機、 ２、２Ｂ…雄ロータ、 ３…雌ロータ、 ４、４Ａ…ケーシング、 ５、６…ＭＳ軸受（吸入側軸受）、 ７…ＭＤ軸受（吐出側軸受）、
９、１０…ＦＳ軸受（吸入側軸受）、 １１…ＦＤ軸受（吐出側軸受） ２１、２１Ｂ、３１…ロータ歯部、 ２３、３３…吐出側軸受室、 ４１…メインケーシング、 ４３…吐出側ケーシング、 ４５…ボア、 ５１、５１Ａ…雄側軸部、 ５２…雌側軸部、 ６０、６０Ａ…吐出通路、 ６１、６１Ａ…吐出ポート、 ６３、６３Ａ…拡大流路部、
６５…分岐流路部、 ７１…油分離器（機器）、 ７３…上部ケーシング（吐出側ケーシング）

雌ロータ３の吸込側を支持するＦＳ軸受９、１０は、雌ロータ３のシャフト部３２に取り付けられた状態でメインケーシング４１の雌側の吸込側軸受室４７に保持されている。一方、雌ロータ３の吐出側を支持するＦＤ軸受１１は、吐出側ケーシング４３の雌側軸部５２に取り付けられた状態で雌ロータ３の吐出側軸受室３３に保持されている。つまり、ＦＤ軸受１１は、その外径が雌ロータ３の歯底径ライン３５よりも小さくなるように設定されている。ＦＳ軸受９及びＦＤ軸受１１は、例えば、円筒ころ軸受でラジアル荷重を支持しており、ＦＳ軸受１０は、玉軸受でアキシャル荷重を支持している。

また、本実施の形態によれば、雄ロータ２及び雌ロータ３の吸込側をシャフト部２２、３２に取り付けたＭＳ軸受５、６及びＦＳ軸受９、１０により支持する共に、吐出側をロータ歯部２１、３１の吐出側端面２１ａ、３１ａに設けた吐出側軸受室２３、３３に保持したＭＤ軸受７及びＦＤ軸受１１により支持するので、雄ロータ２及び雌ロータ３を安定的に支持しつつ、吐出通路６０における圧力損失の抑制が可能となる。

吐出通路６０Ａは、吐出ポート６１Ａから雄ロータ２及び雌ロータ３の回転軸方向（図１１の下方向、図１２の紙面に対して垂直上方向）に延在すると共に、吐出ポート６１Ａから下方向（圧縮気体の流れ方向下流側）に向かって流路断面積が徐々に拡大する拡大流路部６３Ａと、拡大流路部６３Ａから下方向に向かって流路断面積が略一定の直線流路部６４Ａと、直線流路部６４Ａから水平方向（直線流路部６４Ａの延在する方向に対して直交する方向）に複数本（図１２では６本）に分岐する分岐流路部６５とで構成されている。拡大流路部６３Ａの形状は、第１の実施の形態と同様なものである。分岐流路部６５は、直線流路部６４Ａの外周側から外側に拡散する渦巻き状に形成されており、直線流路部６４Ａから外側に向かって流路断面積が徐々に拡大している。分岐流路部６５の出口は、吐出通路６０Ａの吐出口６２Ａを構成しており、したがって、吐出口６２Ａは複数存在する。

本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、吐出通路６０Ａが、吐出ポート６１Ａから雄ロータ２及び雌ロータ３の回転軸方向に延在すると共に吐出ポート６１Ａから圧縮気体の流れ方向下流側に向かって流路断面積が徐々に拡大する拡大流路部６３Ａを有するので、気体の流れの剥離による渦の発生が抑制されると共に、吐出通路６０Ａを通過する圧縮気体の流速が低下する。その結果、吐出通路６０Ａにおける圧縮気体の圧力損失を低減することができる。

また、上述した第２の実施の形態では、ケーシング４Ａの吐出側ケーシングを油分離器７１の一部と一体で構成した例を示したが、ケーシング４Ａの吐出側ケーシングを、油分離器７１以外の圧縮機ユニットの機器の一部と一体で構成することも可能である。

Claims (8)

1. それぞれ螺旋状の歯を複数有するロータ歯部を有し、互いに噛み合うように回転する雄ロータ及び雌ロータと、
   前記雄ロータ及び前記雌ロータを収納するボアが形成されたメインケーシングと前記ボアの吐出側を塞ぐ吐出側ケーシングを有するケーシングと、
   前記吐出側ケーシングの前記ボア側の面において前記雄ロータ及び前記雌ロータの回転軸方向に開口する吐出ポートを有し、前記吐出ポートから流入する圧縮気体が流通する吐出通路とを備え、
   前記雄ロータ及び前記雌ロータは、それぞれ前記ロータ歯部の吐出側端面が前記雄ロータ及び前記雌ロータの回転軸方向吐出側の先端となるように構成され、
   前記吐出通路は、前記吐出ポートから前記雄ロータ及び前記雌ロータの回転軸方向に延在すると共に前記吐出ポートから圧縮気体の流れ方向下流側に向って流路断面積が徐々に拡大するように形成された拡大流路部を有する
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
2. 請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、
   前記吐出通路は、前記流路拡大部を介して流入する圧縮気体を複数に分流させる分岐流路部を更に有する
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
3. 請求項２に記載のスクリュー圧縮機において、
   前記分岐流路部は、外側に向かって拡散するように分岐する
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
4. 請求項３に記載のスクリュー圧縮機において、
   前記分岐流路部は、渦巻き状に分岐する
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
5. 請求項３に記載のスクリュー圧縮機において、
   前記分岐流路部は、外側に向かって流路断面積が徐々に拡大するように形成された
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
6. 請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、
   前記吐出側ケーシングは、前記吐出通路を介して圧縮気体が吐出される機器の一部と一体で構成される
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機において、
   前記雄ロータ及び前記雌ロータは、それぞれ吐出側軸受と吸込側軸受とにより回転自在に支持され、
   前記雄ロータ及び前記雌ロータは、それぞれ前記ロータ歯部の吐出側端面に、前記吐出側軸受を保持する凹部状の吐出側軸受室を有し、
   前記吐出側ケーシングは、前記雄ロータの前記吐出側軸受室に保持される前記吐出側軸受に嵌め合わされる雄側軸部と、前記雌ロータの前記吐出側軸受室に保持される前記吐出側軸受に嵌め合わされる雌側軸部とを有する
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
8. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機において、
   前記雄ロータ及び雌ロータは、それぞれ吸込側軸受のみにより回転自在に支持される
   ことを特徴とするスクリュー圧縮機。

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