(57)【要約】  本発明は、油冷式スクリュー圧縮機の内部で発生する損失要因を低減し、エネルギ効率を向上することを目的する。  油冷式スクリュー圧縮機は、被圧縮気体と油が混合され閉じ込めた作動室の容積が縮小することで圧縮がなされ、所定の昇圧が完了して吐出ポートが開き、被圧縮気体と油が吐出される。作動室は容積縮小が続き０となり消滅するが、吐出ポートの開口面積も次第に縮小する。消滅する直前には作動室内は油の割合が高く、吐出ポートの開口面積は小さい。そのため、吐出抵抗が大きくなり、内圧上昇が激しくロータを回すトルクの増大を招いていた。そこで、雄歯形の歯先に一定幅の歯先円弧を、同時に雌歯形の歯底に歯底円弧を設けた。これらの働きで消滅寸前の作動室は雌雄歯形の中心を結ぶ線から下半分の領域のみに存在するようになり、作動室容積に対する開口面積が大きくとれる。その効果で油の吐出が円滑になりエネルギ損失が低減される。
2017183412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行な二軸の回りを互いに噛み合って回転し、それぞれがねじれた歯を有する一対の雄ロータ及び雌ロータを有し、前記雄ロータの軸に垂直な断面において前記雄ロータの歯の大部分が前記雄ロータの軸を中心とする雄ピッチ円の外側にあり、前記雌ロータの軸に垂直な断面において前記雌ロータの歯の大部分が前記雌ロータの軸を中心とする雌ピッチ円の内側にあるスクリューロータと、
前記一対の雄ロータ及び雌ロータを収納するため一部を重複し長さを同一とする２つの円筒穴から成るボアを有するとともに、そのボアの端面は前記一対の雄ロータ及び雌ロータの端面に対して隙間をはさんで平行に面するボア端面となっているケーシングを備え、
噛み合わせた前記一対の雄ロータ及び雌ロータの歯溝とそれらを収納した前記ボアにより囲まれて形成される作動室の少なくとも１か所に連通する油注入口を前記ケーシングに備えるとともに、前記ボア端面には被圧縮気体とともに注入した油を吐き出す吐出ポートである開口部を備えた油冷式スクリュー圧縮機において、
前記スクリューロータの軸に垂直な断面上における該スクリューロータの輪郭形状を表す歯形曲線は、前記雄ロータにおいては最大半径となる区間を有限の長さだけ有し、その区間は円弧であって、その中心は前記雄ロータ歯形の中心に一致し、前記雌ロータにおいては最小半径となる区間を有限の長さだけ有し、その区間は円弧であって、その中心は前記雌ロータ歯形の中心に一致し、
前記雄ロータの有限区間である円弧の開き角度と前記雌ロータの有限区間である円弧の開き角度の比は、前記雌ロータの歯数と前記雄ロータの歯数の比に等しく、
前記吐出ポートの吐出側ボア端面上における輪郭形状は、前記一対の雄ロータ及び雌ロータの軸であるそれぞれの回転中心を結ぶ線分上で前記雄ロータの歯先が通過する位置を基点とし、該基点から前記雄ロータ側に伸びる輪郭線は、前記基点に対峙した前記雄ロータの歯先を逆回転させたときの軌跡線上あるいは該軌跡線より前記雄ロータ歯形の中心寄りにあり、前記基点から前記雌ロータ側に伸びる輪郭線は、前記雌ロータの歯底を逆回転させたときの軌跡線上あるいは該軌跡線より前記雌ロータ歯形の中心寄りにある、
ことを特徴とする油冷式スクリュー圧縮機。
【請求項２】
平行な二軸の回りを互いに噛み合って回転し、それぞれがねじれた歯を有する一対の雄ロータ及び雌ロータを有し、前記雄ロータの軸に垂直な断面において前記雄ロータの歯の大部分が前記雄ロータの軸を中心とする雄ピッチ円の外側にあり、前記雌ロータの軸に垂直な断面において前記雌ロータの歯の大部分が前記雌ロータの軸を中心とする雌ピッチ円の内側にあるスクリューロータと、
前記一対の雄ロータ及び雌ロータを収納するため一部を重複し長さを同一とする２つの円筒穴から成るボアを有するとともに、そのボアの端面は前記一対の雄ロータ及び雌ロータの端面に対して隙間をはさんで平行に面するボア端面となっているケーシングを備え、
噛み合わせた前記一対の雄ロータ及び雌ロータの歯溝とそれらを収納した前記ボアにより囲まれて形成される作動室の少なくとも１か所に連通する油注入口を前記ケーシングに備えるとともに、前記ボア端面には被圧縮気体とともに注入した油を吐き出す吐出ポートである開口部を備えた油冷式スクリュー圧縮機において、
前記スクリューロータの軸に垂直な断面上における該スクリューロータの輪郭形状を表す歯形曲線は、前記雄ロータにおいては最大半径となる区間を有限の長さだけ有し、その区間は円弧であって、その中心は前記雄ロータ歯形の中心に一致し、前記雌ロータにおいては最小半径となる区間を有限の長さだけ有し、その区間は円弧であって、その中心は前記雌ロータ歯形の中心に一致し、
前記雄ロータの有限区間である円弧の開き角度と前記雌ロータの有限区間である円弧の開き角度の比は、前記雌ロータの歯数と前記雄ロータの歯数の比に等しく、
前記吐出ポートの吐出側ボア端面上における輪郭形状は、前記一対の雄ロータ及び雌ロータのそれぞれの回転中心を結ぶ線分より回転方向の上には張り出さず、下半域にのみ形成されることを特徴とする油冷式スクリュー圧縮機。
【請求項３】
平行な二軸の回りを互いに噛み合って回転し、それぞれがねじれた歯を有する一対の雄ロータ及び雌ロータを有し、
前記一対の雄ロータ及び雌ロータを収納するため一部を重複し長さを同一とする２つの円筒穴から成るボアを有するとともに、
そのボアの端面は前記一対の雄ロータ及び雌ロータの端面に対して隙間をはさんで平行に面するボア端面となっているケーシングを備え、
噛み合わせた前記一対の雄ロータ及び雌ロータの歯溝とそれらを収納した前記ボアにより囲まれて形成される作動室の少なくとも１か所に連通する油注入口を前記ケーシングに備えるとともに、
前記ボア端面には被圧縮気体とともに注入した油を吐き出す吐出ポートである開口部を備えた油冷式スクリュー圧縮機であって、
前記一対の雄ロータ及び雌ロータの歯溝は、前記一対の雄ロータ及び雌ロータの回転に伴い、前記開口部に対して、前記作動室における前記一対の雄ロータ及び雌ロータのそれぞれの回転中心を結ぶ線分より回転方向の上半域が先に消滅し下半域が残るように、構成されていることを特徴とする油冷式スクリュー圧縮機。
【請求項４】
雄ロータ及び雌ロータを備え、
前記雌ロータの歯形は、前記雌ロータの内接円と一致する円弧区間を有する圧縮機。
【請求項５】
前記雄ロータの歯形は、前記雄ロータの外接円と一致する円弧区間を有し、前記雄ロータの前記円弧区間の中心角と前記雌ロータの前記円弧区間の中心角の比は、前記雌ロータの歯数と前記雄ロータの歯数の比である請求項４に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記雄ロータ及び前記雌ロータを格納するケーシングに設けられる吐出ポートの輪郭線は、雄ロータ及び雌ロータの軸を結ぶ線分上で前記雄ロータの歯先が通過する位置である基点を通り、
前記基点から前記雄ロータ側に伸びる輪郭線は、前記基点に対峙した前記雄ロータの歯先を逆回転させたときの軌跡線上あるいは該軌跡線より前記雄ロータ歯形の中心寄りにあり、前記基点から前記雌ロータ側に伸びる輪郭線は、前記雌ロータの歯底を逆回転させたときの軌跡線上あるいは該軌跡線より前記雌ロータ歯形の中心寄りにある請求項４に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記雄ロータ及び前記雌ロータを格納するケーシングに設けられる吐出ポートの輪郭線は、前記雄ロータ及び前記雌ロータの回転中心を結ぶ線分を超えない請求項４に記載の圧縮機。
【請求項８】
前記雄ロータ及び前記雌ロータの歯溝は、前記雄ロータ及び前記雌ロータの回転に伴い、前記雄ロータ及び前記雌ロータの回転中心を結ぶ線分より回転方向の上半域の作動室が先に消滅し、下半域の作動室が残るように構成されている請求項４に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気や冷媒ガスなどの気体を圧縮するスクリュー圧縮機に関わり、特に圧縮過程で被圧縮気体を閉じ込めた作動室に油を注入する方式の油冷式スクリュー圧縮機において、円滑に油を排出してロータを回転させトルクを低減することにより効率を高めて高性能化するのに好適な歯形に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリュー圧縮機は空気圧源としての空気圧縮機や、比較的大規模な冷凍空調サイクル用冷媒ガス圧縮機として広く活用されている。これらスクリュー圧縮機の心臓部ともいえるスクリューロータの幾何形状は性能や振動騒音、信頼性に大きく影響する。特にロータの軸直角断面における輪郭形状として定義される歯形は、重要な特性決定因子であり、古くからさまざまな研究がなされ各種の歯形が提案、検証、実施されてきた。【０００３】
例えば、特開２００９−２４３３２５号公報（特許文献１）には、歯形の特定位置にインボリュート曲線やピッチ円上に中心を持つ円弧を使用することなどで、振動騒音が小さく高性能化できる歯形が示されている。また、特開２００７−１４６６５９号公報（特許文献２）では、雄ロータの歯先に外周円弧を設け、雄歯先とケーシングのボア面との間からの漏洩を低減する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４３３２５号公報
【特許文献２】特開２００７−１４６６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、内部漏洩を少なくし、低騒音を維持することを目的としている。また、特許文献２は、油による封止効果を増加させることを目的としている。【０００６】
これに対し、油冷式スクリュー圧縮機におけるエネルギ効率向上という意味での高性能化について、スクリュー圧縮機のロータの歯形の最近の研究成果から、性能の低下要因の１つとして油の吐出抵抗が関係していることが判明した。これら、歯形と油の吐出抵抗との関係については、特許文献１及び２には開示されていない。【０００７】
油冷式スクリュー圧縮機は被圧縮気体の圧縮過程で作動室内に油を注入している。この油には３つの機能がある。１つ目は、雌雄ロータ間の接触による回転伝達を助ける潤滑剤、２つ目は、ロータ間の隙間を埋め被圧縮気体の内部漏洩を低減するシール剤、３つ目は、圧縮により高温となる被圧縮気体の冷却剤としての機能である。このように役に立つ側面が大きいので活用されている油であるが、密度や粘度は被圧縮気体の数百から数千倍もある。そのため、小さな断面積を通り抜ける際には、被圧縮気体よりも桁違いに大きな抵抗を生じることになる。ここで、油が通り抜ける最も小さな断面積の流路となるのが、作動室が消滅する直前の吐出ポートの開口部である。【０００８】
もうひとつ重要な現象がある。スクリュー圧縮機の作動原理は両ロータを回転させることにより作動室を軸方向に移動させる。作動室内には被圧縮気体と油が混在するが、均一には分布せず密度の大きな油は後側の隅に溜まりやすいことである。このため、圧縮が完了して吐出ポートが開いたとき、前側にある被圧縮気体が先に吐出されるのに対し、油は最後まで残りがちになる。【０００９】
作動室が消滅する直前には、作動室に残された流体の大部分が油となり、吐出ポートの開口面積も小さくなるため、吐出抵抗が非常に大きくなる。吐出抵抗が大きいにもかかわらず、作動室容積は小さくなるため、作動室内圧が高くなってしまう。この高圧はロータの歯面に作用し、ロータを駆動するためのトルクが増加する原因となる。【００１０】
この現象はロータの噛み合い周期で、作動室が消滅する直前のタイミングで毎回発生するため、スクリュー圧縮機の駆動トルクの増加を招き、電動の場合はモータの消費電力を増加させる。すなわち、油の吐出抵抗が余分なエネルギ消費をもたらし性能低下の一因となっている。【００１１】
上記状況に鑑み、本発明の油冷式スクリュー圧縮機は、油の吐出抵抗を減らすことでロータの駆動抵抗を低減し、エネルギ効率すなわち性能を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、その一例を挙げるならば、平行な二軸の回りを互いに噛み合って回転し、それぞれがねじれた歯を有する一対の雄ロータ及び雌ロータを有し、雄ロータの軸に垂直な断面において雄ロータの歯の大部分が雄ロータの軸を中心とする雄ピッチ円の外側にあり、雌ロータの軸に垂直な断面において雌ロータの歯の大部分が雌ロータの軸を中心とする雌ピッチ円の内側にあるスクリューロータと、一対の雄ロータ及び雌ロータを収納するため一部を重複し長さを同一とする２つの円筒穴から成るボアを有するとともに、そのボアの端面は一対の雄ロータ及び雌ロータの端面に対して隙間をはさんで平行に面するボア端面となっているケーシングを備え、噛み合わせた一対の雄ロータ及び雌ロータの歯溝とそれらを収納したボアにより囲まれて形成される作動室の少なくとも１か所に油注入口をケーシングに備えるとともに、ボア端面には被圧縮気体とともに注入した油を吐き出す吐出ポートである開口部を備えた油冷式スクリュー圧縮機において、スクリューロータの軸に垂直な断面上におけるスクリューロータの輪郭形状を表す歯形曲線は、雄ロータにおいては最大半径となる区間を有限の長さだけ有し、その区間は円弧であって、その中心は雄ロータ歯形の中心に一致し、雌ロータにおいては最小半径となる区間を有限の長さだけ有し、その区間は円弧であって、その中心は雌ロータ歯形の中心に一致し、雄ロータの有限区間である円弧の開き角度と雌ロータの有限区間である円弧の開き角度の比は、雌ロータの歯数と雄ロータの歯数の比に等しく、吐出ポートの吐出側ボア端面上における輪郭形状は、一対の雄ロータ及び雌ロータの軸であるそれぞれの回転中心を結ぶ線分上で雄ロータの歯先が通過する位置を基点とし、基点から雄ロータ側に伸びる輪郭線は、基点に対峙した雄ロータの歯先を逆回転させたときの軌跡線上あるいは軌跡線より雄ロータ歯形の中心寄りにあり、基点から雌ロータ側に伸びる輪郭線は、雌ロータの歯底を逆回転させたときの軌跡線上あるいは軌跡線より雌ロータ歯形の中心寄りにある構成とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、油の吐出抵抗を小さくすることでロータを駆動するトルクを低減し、エネルギ効率を向上させる油冷式スクリュー圧縮機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施例における油冷式スクリュー圧縮機のロータの歯形ならびに吐出ポートの輪郭図である。
【図２】本実施例における油冷式スクリュー圧縮機のロータの軸に直角な断面図である。
【図３】本実施例におけるロータ間に形成されるシール線と作動室を示す透過側面図である。
【図４】本実施例における吐き出し完了直前の作動室を示す吐出端面図である。
【図５】特許文献１に基づく吐き出し完了直前の作動室を示す吐出端面図である。
【図６】本実施例における時間を追って移動する作動室の断面模式図である。
【図７】特許文献１に基づく時間を追って移動する作動室の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１５】
本発明の一実施例を図１〜図６を用いて説明する。図１は雌雄ロータの歯形の拡大図、図２は圧縮機の断面図である。図２からわかるように、本実施例では雄ロータ１の歯数Ｚｍを４枚、雌ロータ２の歯数Ｚｆを６枚とする。【００１６】
油冷式スクリュー圧縮機は、平行な二軸の回りを互いに噛み合って回転し、それぞれがねじれた歯を有する一対の雄ロータ１及び雌ロータ２を有し、雄ロータ１の軸に垂直な断面において雄ロータ１の歯の大部分が雄ロータ１の軸を中心とする雄ピッチ円の外側にあり、雌ロータ２の軸に垂直な断面において雌ロータ２の歯の大部分が雌ロータ２の軸を中心とする雌ピッチ円の内側にあるスクリューロータと、一対のロータを収納するため一部を重複し長さを同一とする２つの円筒穴から成るボア４を有するとともに、そのボア４の端面は一対のロータの端面に対して僅かな隙間をはさんで平行に面するボア端面となっているケーシング３を備え、噛み合わせた一対のロータの歯溝とそれらを収納したボア４により囲まれて形成される作動室の少なくとも１か所に油注入口７をケーシング３に備えるとともに、ボア端面には被圧縮気体とともに注入した油を吐き出す吐出ポートを備えている。ここで、雄ピッチ円及び雌ピッチ円とは、雄ロータの回転中心と雌ロータの回転中心を結ぶ線分を雄ロータの歯数と雌ロータの歯数の比で内分した点をピッチ点Ｐといい、雄ロータの回転中心からピッチ点Ｐまでの距離を半径とする円を雄ピッチ円、雌ロータの回転中心からピッチ点Ｐまでの距離を半径とする円を雌ピッチ円という。【００１７】
雄ロータ１と雌ロータ２は各々の円筒穴の中で噛み合いながら回転する。雄ロータ１と雌ロータ２の噛み合い部分は理論的には隙間０となるよう幾何学的に歯形が設計され、それに熱変形やガス圧変形、振動や加工誤差を許容できるように適度な隙間を設定し、その分だけ減肉し製作している。本発明の本質は隙間の設定方法には直接関与しないので、隙間の存在は考察に加えるものの、本実施例において説明する歯形は幾何設計上のもので隙間０として説明する。したがって、文中で「接触」と表現しても実際の歯形間には微小な隙間が存在する場合が多い。【００１８】
スクリュー圧縮機を設置する向きについては、図２に示した向きと異なり両ロータ（雄ロータ１と雌ロータ２）を縦にして回転軸を鉛直方向としたり、雌雄の軸を上下に配したり、あるいは雌雄を入れ替えて天地逆向きとしたりする方法も考えられる。しかし、本実施例では比較的多く実施されているように、図１ならびに図２のように雌雄のロータを設置した場合で説明する。また、ロータのねじれ方向も逆向きもありえる。したがって、本実施例で用いる上下の向きやロータの回転方向は本実施例の配置に則したもので、普遍的なものではない。【００１９】
図１には、雄ロータ１の歯形と雌ロータ２の歯形の１歯分に着目し、この範囲をハッチングして示す。雄ロータ１は時計回り、雌ロータ２は反時計回りする。図１では雄ロータ１の後歯先点１１が、雌ロータ２の後歯底点２１と接しており、このときの両ロータの回転角度を基準すなわち回転角度０度とする。雄ロータ１の歯形曲線において、この後歯先点１１は回転半径が最大で、同じ最大半径のまま前歯先点１２に至る。したがって、この後歯先点１１と前歯先点１２の間の区間は歯先円と呼ぶ円弧となり、その中心は雄ロータの回転中心１３に一致する。本実施例では、この歯先円弧の開き角度をθｍ＝６度とする。同様に、雌ロータ２の歯形曲線において、後歯底点２１は回転半径が最小で、同じ最小半径のまま前歯底点２２に至る。したがって、これら後歯底点２１と前歯底点２２の間の区間は歯底円と呼ぶ円弧となり、その中心は雌ロータの回転中心２３に一致する。この歯底円弧の開き角度はθｆ＝４度とする。【００２０】
これら雌雄ロータの開き角度と歯数は次の式（１）を満足させることで、雌雄の連続的な噛み合いが成立する。【００２１】
θｍ  ：  θｆ  ＝  Ｚｆ  ：  Ｚｍ      ……（１）
雄ロータ１の後歯先点１１より後側（歯形の前後は回転方向に対しての前後を意味する）の曲線は、本発明の本質ではないので特許文献１の歯形の後進面を流用する。前歯先点１２より前側の曲線も特許文献１の前進面を流用する。ただし、雄ロータ１の歯形を基準より６度だけ逆回転させて回転角をマイナス６度として、前歯先点１２が雌雄ロータの回転中心２３、１３を結ぶ線分上にあるときに、前歯先点１２から前側に特許文献１の前進面の曲線をつないだ形状とする。こうすることで、前歯先点１２において滑らかで連続する歯形が形成できる。【００２２】
雌ロータ２の後歯底点２１より後の曲線も特許文献１の雌の後進面の歯形曲線を流用し、前歯底点２２より前側の曲線も特許文献１の雌の前進面の歯形曲線を流用する。前側については、雄ロータ１と同様に、基準より雌ロータを４度だけ逆回転させて前歯底点２２を雌雄ロータの回転中心２３、１３を結ぶ線上に合わせた位置にしたとき、前歯底点２２から前側に特許文献１の前進面の曲線をつないだ形状とする。【００２３】
従来の雌ロータの歯形は、特許文献２の歯形を除き、歯の両端で歯先に近い部分が凸の曲線となり、それらにはさまれた中央付近は凹となる曲線で構成されている。それに対して、本実施例による雌ロータ２の歯形の特徴として、歯形の中央付近にある歯底円の区間２１〜２２が凸となるので、その両側が凹となり、更にその外側となる両端部が凸となることが挙げられる。【００２４】
吐出ポート６の輪郭線形状を歯形に適合させる。この輪郭線の内側が吐出ポートとして吐出側ボア端面に開けられた開口部である。雄ロータの回転中心１３と雌ロータの回転中心２３を結ぶ線分で、回転方向と逆回転方向である上半域と下半域とに分けるが、吐出ポート６は下半域に開口する。両ロータが基準位置０度にあるとき、雄の後歯先点１１と雌の後歯底点２１が接するが、この接触点と対峙する位置を吐出ポート６の輪郭線の基点とする。なお、「対峙する」とは、ロータ端面とボア端面の間の隙間をはさんで接近した位置にあることを意味し、図１や図２においては後歯先点１１と後歯底点２１と基点の三者が同一点に重なって見える。【００２５】
基点から右側に伸びる輪郭線は、雄ロータ１を基準位置から逆回転させたときに、後歯先点１１がたどる軌跡に合わせる。あるいは、その軌跡よりわずかに、例えば雄ロータ半径の３％以内に、雄ロータの回転中心１３寄りに移した線とする。同様に、基点から左側は雌ロータ２を基準位置から逆回転させたときに後歯底点２１がたどる軌跡あるいは、その軌跡よりわずかに、例えば雌ロータ半径の３％以内に、雌ロータの回転中心２３寄りとする。したがって、基点のすぐ下では左右の線が接近しており、その幅は吐出ポート６を加工するエンドミル等の工具の幅程度となる。【００２６】
従来の歯形も本実施例の歯形も、三次元の立体である雄ロータ１と雌ロータ２を噛み合わせると、両ロータは１本の連続した線で接触することになる。この線をシール線と呼び、三次元的に屈曲しており、ロータの上側にできる作動室と下側にできる作動室を区切る役割がある。このシール線は両ロータの間に形成されるものであるから本来は目視できないが、図２の右側から見て、手前側にある雄ロータを透過して雌ロータを模式的に示した透過側面図を図３に示す。雄ロータ１の表面にシール線３０が描かれる。なお、図３に見えているケーシング３の断面は１つの平面ではなく、本発明の原理や特徴が理解しやすいように便宜的に複数の断面をつなぎ合わせて示している。【００２７】
スクリュー圧縮機の作動室３１〜３７は、雌雄の両ロータの歯溝各々１つずつが連通し、外周ならびに端面をケーシング内面であるボア４でふさがれて形成されている。ロータを回転すると、作動室は吸入側の端から吐出側の端へ向けて軸方向に平行移動する。平行移動により、作動室内容積は次第に小さくなるので内部の被圧縮気体は圧縮される。所定の圧力まで昇圧したところで吐出側のボア端に開口した貫通穴である吐出ポート６に連通し、被圧縮気体そして油をボア外に吐き出す。作動室の後端が吐出端に達すると、内部容積は０となり、吐出が完了する。作動室の後端付近の形状は、ロータの歯形によって決定される。本実施例によるロータの作動室は上半域が先に無くなり、下半域が最後まで残る形状をしている。【００２８】
シール線３０の形状は歯形によって決まるが、本実施例によるシール線で特徴的なのは、作動室後端の形状である。シール線３０は屈曲していて右下方に長く伸びたシール線の下に延びた部分４１が境界となって、左右の作動室（例えば作動室３５と３６）を区切る働きをする。すなわち、シール線の下に延びた部分４１は、作動室の輪郭をロータ側面から透視した場合、上半域に対して下反域が吸入側に伸びた形状となっている。区切られてできた各々の作動室の後端（図３では左端）には丸で囲んだようにシール線の段差４３ができている。この段差４３こそ本発明の歯形によるものである。【００２９】
段差の右側は前歯先点１２と前歯底点２２の接触した位置で、このとき前進面の一定の範囲が同時に接触するため図３では接触点より上に垂直に伸びたシール線が垂直になった部分４４となっている。ここから噛み合いが進むと、雄の歯先円弧の上の１点と、雌の歯底円弧の上の１点が接触を続けるが、これが図３で段差を形成するシール線が水平になった部分４５となっている。ロータの歯はねじれているため、同じ軸直角断面においてロータ回転で生じる断面形状が、軸方向に左に移動した断面で再現されていることになる。さらに回転が進む、あるいは図３で左側の断面で見ると、後歯先点１１と後歯底点２１が接触する位置となる。このとき、後進面側の範囲で雌雄のロータは同時に接触し、図３では作動室の後端の垂直な線４６を形成する。【００３０】
シール線３０より上側が吸入過程にある作動室３１〜３３で、内容積が次第に拡大することからケーシング３に開けた吸入ポート５より流入した被圧縮気体がそこに吸い込まれる。シール線３０より下側に並ぶのが圧縮過程や吐出過程にある作動室３４〜３７である。これらの作動室の容積は次第に縮小する。【００３１】
作動室は両ロータの歯溝（雄ロータは歯と隣歯の間にできる空間のこと、雌ロータは歯が凹なので、歯に囲まれた空間のこと）が１つずつ連通してＶ形になった空間である。作動室は外側をケーシング３のボア４の内面や端面でふさがれ、ロータ１，２間はシール線３０でふさがれるので閉じた空間が形成されている。先に述べたように、ロータを円滑に回転させるための微小な隙間は両ロータ間やロータとボアの間に存在するため、被圧縮気体や油の僅かな内部漏洩はあるものの、本実施例の本質には直接関係しない。【００３２】
両ロータ１，２を噛み合わせたまま回転させると、理髪店の回転広告塔のように、作動室３１〜３７は右方向に吸入側端から吐出側端に向かって移動する。図３において、圧縮開始直後の作動室３４は吸入を完了し吸入ポート５の輪郭から位置がずれて閉じた空間となり、圧縮を開始したところである。ここに油注入口７から油が注入される。圧縮過程にある作動室３５は内容積が作動室３４より小さくなり、内圧が増加した位置である。吐出開始直後の作動室３６は更に内圧が上昇し、吐出ポート６に連通し、被圧縮気体を吐き出しはじめたところである。吐出過程にある作動室３７は吐出が進み、吐出ポート６より、ここから圧縮が完了した被圧縮気体と油を吐き出している。【００３３】
作動室３４に注入した油であるが、被圧縮気体よりも密度が遥かに大きい上に作動室の移動速度よりも遅い速度で注入されるため、作動室の後端に溜まりがちになる。したがって、油は各作動室の後端でロータに掻きとられるように移動していくことになる。吐出過程においても、吐出ポート６に対して移動してきた作動室が開口しても、最初は被圧縮気体が吐き出される割合が高く、油の大部分は最後の段階で吐き出されることになる。【００３４】
吐出過程の最終段階は吐出ポートの開口面積が小さくなるため、吐き出し抵抗が大きくなる障害が発生しやすい。この詳細について図４を使って説明する。図４は図３の吐出端付近を拡大したもので、図３を右側から見たように描いてある。本来は手前側にあってロータ端面をふさいでいるケーシングのボア端面があるが、これを透視して図示するが、ボア端面の開口部である吐出ポート６の輪郭線は図示してある。したがって、この輪郭線の内側はケーシング３外に通じる穴となっているが、それ以外の部分はわずかな隙間を間にはさんでロータ端面をふさいでいると考えて良い。【００３５】
図１ならびに図４に示した吐出ポート６の輪郭線は両ロータの回転中心１３，２３を結ぶ線分より回転方向の上には張り出さず、下半域にのみ形成される。これは、線分より上の領域は吸入過程の作動室の端面が通過するために、開口すると圧縮済みの高圧気体が吸入側に逆流するのを防ぐためである。同じ理由で線分より下の領域に舌のような形に張り出した舌状張り出し部９も吸入過程の作動室３２の端面をふさぐために存在する。【００３６】
また、図５は比較のため、特許文献１によるスクリュー圧縮機の図４と同じ部分を描いたものである。【００３７】
さらに、図６は時間を追って移動する作動室の様子と、それに伴う被圧縮気体ならびに油の吐き出しを模式的に示した断面図である。【００３８】
図６を用いて吐出過程の最終段階を時間を追って説明する。一般的に、油冷式スクリュー圧縮機は、被圧縮気体と油が混合され閉じ込めた作動室が圧縮機中に形成される。この作動室容積が縮小することで圧縮がなされ、所定の昇圧が完了して吐出ポートが開き、被圧縮気体と油が吐出される。作動室は容積縮小が続き０となり消滅するが、吐出ポートの開口面積も次第に縮小する。図６（ａ）に示すように吐出過程にある作動室３７は右方向に移動しながら内容積を縮小しつつあり、被圧縮気体を吐出ポートから吐き出し続ける。このとき、作動室内に注入された油８は被圧縮気体よりも密度が大きいため、移動する作動室内においては後端に溜まりがちである。吐き出しが進んで（ｂ）の状態では吐出過程にある作動室３７の内部はほとんど油８だけになる。油８の粘性は被圧縮気体の粘性よりも大きいものの吐出ポート６の開口面積は十分に確保されている。また、作動室の上半分は吐出ポートに直接開いていないものの、下側に流れたのちに障害がほとんどなく吐出される。その理由は上半分の奥方向寸法が非常に小さなものとなっており、容積的には微小であるためである。さらに、（ｃ）の状態では作動室の全域が吐出ポート６に面しており、障害無く吐き出される。すなわち、本実施例では、作動室は上半域が先に消滅し、下半域に溜まっている油だけを吐き出せばよいので、吐出抵抗を低減できる。【００３９】
図６（ｃ）の状態を端面方向から見た図が図４である。吐出過程にある作動室３７は非常に薄い三日月形状になっているが全域が吐出ポート６の輪郭線の内側にあり、吐き出しに支障ないことが明確である。このあと、吐出過程にある作動室３７は消滅するまで吐出ポート６の輪郭線の内側にとどまるため、最後の油まで円滑に吐き出されることになる。【００４０】
比較するために、従来例における同じ吐出の最終段階を図７で説明する。図７（ａ）の状態で吐出過程にある作動室３９の後端に油８が溜まりやすいのは同じである。ただし、後端の形は異なり、最後端は雌雄ロータ１，２の中心線を含む面の上まで出ている。このため、吐き出しが進んで（ｂ）の状態になると、上方にもまだある程度の油が残っており、吐出ポート６が下半分にしかないことから、吐き出すべき油の量に対する開口面積が小さいため、吐き出し抵抗が大きくなり、油の圧力が急上昇してしまう。さらに、（ｃ）の状態になると、その影響がさらに拡大する。【００４１】
図７（ｃ）の状態をロータの端面方向から見た図が図５である。吐出過程にある作動室３９は幅は細いが縦に長い三日月形状であるため、中に残る油の量も図４の場合よりも多い。それにもかかわらず、吐出ポート６に開口している部分は吐出過程にある作動室３９の下の方のみなので、吐き出し抵抗が大きい。すなわち、従来の作動室では、作動室が上下同時に消滅するので、上半分にあった油は、いったん下に移動してから吐出ポートを通じて吐出されていた。【００４２】
このように従来の歯形では、吐き出し抵抗が本実施例よりも大きいにもかかわらず、作動室は確実に容積を減少するため、中にある油の圧力は必然的に急上昇する。この圧力はロータ歯面に作用し、ロータを駆動するためのトルクの上昇につながる。油の圧力が作用する面積こそ小さいものの、圧力が高いためにエネルギ損失は測定誤差や無視できるレベルを超える。【００４３】
これに対して、本実施例によれば、消滅寸前の作動室は雌雄歯形の中心を結ぶ線から下半分の領域のみに存在するようになり、作動室容積に対する開口面積が大きくとれる。これにより、油の吐出が円滑になり、消滅直前の作動室の内圧の急上昇を防止できる。したがって、ロータを駆動するトルクを低減でき、回転を与えるモータの消費電力やエンジンの燃料消費を低減できるため、エネルギ効率が高く省エネに優れた油冷式スクリュー圧縮機を実現することができる。【００４４】
なお、輪郭線の形状において、ここで定義しない範囲については本発明の本質である「作動室消滅寸前の油の円滑な排出」には関わらない。【００４５】
以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例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、上記した実施例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。
【符号の説明】
【００４６】
１：雄ロータ、２：雌ロータ、３：ケーシング、４：ボア、５：吸入ポート、６：吐出ポート、７：油注入口、８：油、９：舌状張り出し部、１１：雄ロータの後歯先点、１２：雄ロータの前歯先点、１３：雄ロータの回転中心、２１：雌ロータの後歯底点、２２：雌ロータの前歯底点、２３：雌ロータの回転中心、３０：シール線、３１〜３７：作動室、３９：従来例における吐出過程にある作動室、４１：シール線の下に延びた部分、４３：シール線の段差、４４：シール線が垂直になった部分、４５：シール線が水平になった部分、４６：作動室の後端の垂直な線
【図１】
2017183412.tif 000003
【図２】
2017183412.tif 000004
【図３】
2017183412.tif 000005
【図４】
2017183412.tif 000006
【図５】
2017183412.tif 000007
【図６】
2017183412.tif 000008
【図７】
2017183412.tif 000009
【国際調査報告】
2017183412.tif 000010
2017183412.tif 000011
2017183412.tif 000012
2017183412.tif 000013
2017183412.tif 000014
2017183412.tif 000015
2017183412.tif 000016
2017183412.tif 000017
2017183412.tif 000018