(57)【要約】【課題】内部圧縮比を変更可能でありながら、作用空間のシール性が高いスクリュ圧縮機を提供する。【解決手段】スクリュ圧縮機１は、ケーシング２にスクリュロータ４の軸に垂直な方向にロータ室３に開口するピストン穴７が形成され、ピストン穴７に摺動可能に嵌装されたピストン弁８を有し、ピストン弁８は、ロータ室３側に移動したとき、ロータ室３側の端面の少なくとも一部がロータ室３の内壁の一部分を構成して、ピストン穴７の開口の少なくとも一部分を封止し、ロータ室３と反対側に移動したとき、ピストン穴７の開口全体を開放して吐出流路６に連通させる低圧縮比ラジアルポート１６を画定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングに形成したロータ室に収容された雌雄一対のスクリュロータによって気体を圧縮して吐出流路から吐出するスクリュ圧縮機であって、
前記ケーシングに前記スクリュロータの軸に垂直な方向に前記ロータ室に開口するピストン穴が形成され、
前記ピストン穴に摺動可能に嵌装されたピストン弁を有し、
前記ピストン弁は、前記ロータ室側に移動したとき、前記ロータ室側の端面の少なくとも一部が前記ロータ室の内壁の一部分を構成して、前記ピストン穴の開口の少なくとも一部分を封止し、前記ロータ室と反対側に移動したとき、前記ピストン穴の開口全体を開放して、前記ピストン穴によって前記吐出流路に連通する低圧縮比ラジアルポートを画定することを特徴とするスクリュ圧縮機。
【請求項２】
前記ピストン弁に、該ピストン弁が前記ロータ室側に移動したときにも前記ロータ室の側面に開口し、前記ロータ室を前記吐出流路に連通させる高圧縮比ラジアルポートの少なくとも一部分を形成したことを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
【請求項３】
前記ピストン穴は、前記ロータ室の吐出側の端面において、前記高圧縮比ラジアルポートの両端の間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のスクリュ圧縮機。
【請求項４】
前記ピストン穴の外周円は、前記ロータ室の吐出側の端面において、前記高圧縮比ラジアルポートの両端を通ることを特徴とする請求項２に記載のスクリュ圧縮機。
【請求項５】
前記ケーシングには、前記ロータ室の吐出側の端面に開口し、前記吐出流路に連通するアキシャルポートが形成され、
前記アキシャルポートは、前記ロータ室の外周において、前記ロータ室の吐出側の端面における前記高圧縮比ラジアルポートの両端を通ることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載のスクリュ圧縮機。
【請求項６】
前記ピストン穴および前記ピストン弁は、前記ピストン弁の前記ロータ室側の移動端を定める段差を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のスクリュ圧縮機。
【請求項７】
前記ピスト弁は、前記ケーシングに配設した平面状の案内面に沿って摺動する平面状の規制面を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のスクリュ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリュ圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケーシング内に形成したロータ室の中に互いに咬合する雌雄一対のスクリュロータを収容してなり、前記ロータ室内の空間を前記スクリュロータによって区分して、前記スクリュロータの回転にともなって容積が縮小する作用空間を形成し、吸込流路から前記作用空間に気体を吸い込んで圧縮して吐出流路に吐出するスクリュ圧縮機が広く利用されている。
【０００３】
そのようなスクリュ圧縮機は、吐出流路に接続される瞬間の作用空間の圧力が吐出流路の圧力と異なると、吐出流路から作用空間への気体の逆流や、吐出流路での気体の膨張のような負の仕事が発生し、効率が低下する。吐出流路に接続される瞬間の作用空間の圧力は、吸込流路から隔離される瞬間の作用空間の圧力、つまり、吸込流路の圧力と、吸込流路から隔離される瞬間の作用空間の容積と吐出流路に接続される瞬間の作用空間の容積との比である容積比とによって決定される。
【０００４】
一般に、吸込流路から隔離される瞬間の作用空間の圧力と吐出流路に接続される瞬間の作用空間の圧力との比を内部圧縮比と呼び、吸込流路の圧力と吐出流路の圧力との比を外部圧縮比と呼ぶ。スクリュ圧縮機の効率を向上させるために、例えば特許文献１および２に記載されているように、スクリュ圧縮機の内部圧縮比を、吸込流路の圧力および吐出流路の圧力に応じて変化させて、外部圧縮比に近づけるスライド弁のような機構が提案されている。
【０００５】
スライド弁は、ロータ室の内壁の一部分を構成し、ロータ室の吐出流路に対する開口位置を移動させることによって、内部圧縮比を調整するものである。しかしながら、スライド弁のスムーズな移動を確保するためには、スライド弁とケーシングとの間に隙間を設ける必要がある。このため、スライド弁は、僅かながらスクリュロータの径方向に移動し得る。スクリュロータとスライド弁との接触を防止するために、スライド弁によって形成されるロータ室の内壁面は、ケーシングによって形成されるロータ室の内壁面よりも例えば０．２ｍｍほど半径方向で外側に位置している。つまり、スライド弁とスクリュロータとのクリアランスは理想的なクリアランスよりも若干大きい。このような僅かに余分な隙間でも、作用空間の間のシール性を低下させる。このため、スライド弁を採用すると、圧縮ガスの漏れが発生して、圧縮機性能が例えば５％程度低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−１２１８８４号公報
【特許文献２】特開平５−３６０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記問題点に鑑みて、本発明は、内部圧縮比を変更可能でありながら、作用空間のシール性が高いスクリュ圧縮機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本願発明は、ケーシングに形成したロータ室に収容された雌雄一対のスクリュロータによって気体を圧縮して吐出流路から吐出するスクリュ圧縮機であって、前記ケーシングに前記スクリュロータの軸に垂直な方向に前記ロータ室に開口するピストン穴が形成され、前記ピストン穴に摺動可能に嵌装されたピストン弁を有し、前記ピストン弁は、前記ロータ室側に移動したとき、前記ロータ室側の端面の少なくとも一部が前記ロータ室の内壁の一部分を構成して、前記ピストン穴の開口の少なくとも一部分を封止し、前記ロータ室と反対側に移動したとき、前記ピストン穴の開口全体を開放して、前記ピストン穴によって前記吐出流路に連通する低圧縮比ラジアルポートを画定するものとする。
【０００９】
この構成によれば、ピストン弁を後退させることにより、ピストン穴を低圧縮比ラジアルポートとして使用して、内部圧縮比を低下させることができる。また、ピストン弁の移動端を規制するのは容易であるため、ピストン弁の端面によって形成されるロータ室の内壁とスクリュロータとのクリアランスを小さくでき、それによって、内部圧縮比を高くしたときの漏れによる能力低下をなくすことができる。
【００１０】
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記ピストン弁に、該ピストン弁が前記ロータ室側に移動したときにも前記ロータ室の側面に開口し、前記ロータ室を前記吐出流路に連通させる高圧縮比ラジアルポートの少なくとも一部分を形成してもよい。
【００１１】
この構成によれば、低圧縮比ラジアルポートが高圧縮比ラジアルポートを拡大したものとなるため、低圧縮比ラジアルポートと吐出流路との接続が容易である。
【００１２】
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記ピストン穴は、前記ロータ室の吐出側の端面において、前記高圧縮比ラジアルポートの両端の間に配置されていることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、ピストン穴を延長した形状がロータ室の端面に開口するアキシャルポートの中に収まるので、ピストン穴を加工する際に、ロータ室の端面を削り落として、アキシャルポートを拡げることがない。
【００１４】
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記ピストン穴の外周円は、前記ロータ室の吐出側の端面において、前記高圧縮比ラジアルポートの両端を通ってもよい。
【００１５】
この構成によれば、ピストン弁に高圧縮比ラジアルポート全体を形成すればよいので、ケーシングの形状が簡素になる。
【００１６】
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記ケーシングには、前記ロータ室の吐出側の端面に開口し、前記吐出流路に連通するアキシャルポートが形成され、前記アキシャルポートは、前記ロータ室の外周において、前記ロータ室の吐出側の端面における前記高圧縮比ラジアルポートの両端を通ってもよい。
【００１７】
この構成によれば、高圧縮比ラジアルポートとアキシャルポートとが一体となって高圧縮比のガスを吐出するための開口を画定するので、排気効率を高くできる。
【００１８】
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記ピストン穴および前記ピストン弁は、前記ピストン弁の前記ロータ室側の移動端を定める段差を有してもよい。
【００１９】
この構成によれば、ピストン弁の停止位置が正確になるので、ピストン弁とスクリュロータとのクリアランスを小さくできる。
【００２０】
また、本発明のスクリュ圧縮機において、前記ピスト弁は、前記ケーシングに配設した平面状の案内面に沿って摺動する平面状の規制面を有してもよい。
【００２１】
この構成によれば、ピストン弁の向きが正確に定められるので、ピストン弁とスクリュロータとのクリアランスを小さくできる。
【発明の効果】
【００２２】
このように、スクリュロータの軸に直交する方向に移動するピストン弁を使用して吐出位置を変化させて内部圧縮比を変更できるようにしたので、内部圧縮比を高くする際にピストン弁が構成するロータ室の内壁とスクリュロータとのクリアランスを小さくすることにより、作用空間のシール性を高くして圧縮効率を高められる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機の軸方向垂直断面図である。
【図２】図１のスクリュ圧縮機の径方向断面図である。
【図３】図１のスクリュ圧縮機のピストン弁の斜視図である。
【図４】図１のスクリュ圧縮機のピストン穴の位置の説明図である。
【図５】図１のスクリュ圧縮機の低圧縮比設定状態の軸方向垂直断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態のスクリュ圧縮機の軸方向垂直断面図である。
【図７】図６のスクリュ圧縮機の低圧縮比設定状態の軸方向垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１および２に、本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮機１の構成を示す。スクリュ圧縮機１は、ケーシング２に形成したロータ室３の中に、雌雄一対のスクリュロータ４を収容してなる。スクリュ圧縮機１は、スクリュロータ４によってロータ室３を区分してなる作用空間に、吸込流路５から気体を吸い込み、スクリュロータ４の回転によって作用空間を縮小することより気体を圧縮し、吐出流路６から圧縮した気体を吐出する。
【００２５】
ケーシング２には、ロータ室３の側面の吐出側端部に、スクリュロータ４の軸に垂直な方向に開口するピストン穴７が形成されている。ピストン穴７には、図３に示すピストン弁８が嵌装されており、油圧シリンダ９によってピストン穴７に沿って摺動させられるようになっている。
【００２６】
ピストン穴７およびピストン弁８には、互いに当接してピストン弁８のロータ室３側の移動端を定める段差１０，１１が設けられている。ピストン弁８は、スクリュロータ４側に移動したとき、その上端面Ｓによってロータ室３の一部を画定する。このため、ピストン弁８の上端面Ｓは、スクリュロータ４の回転により画定される２つの円筒面に倣う形状を有する。
【００２７】
また、ピストン弁８は、油圧シリンダ９近傍の円周面が部分的に平面状に削り落とされた規制面１２を有する。規制面１２は、油圧シリンダ９のケーシング２内に突出する部分に形成された案内面１３に沿って摺動する。これにより、ピストン弁８は、それ自体の垂直軸周りに回転できないようになっている。
【００２８】
さらに、ピストン弁８は、ロータ室３の吐出側端部に、スクリュロータ４の軸と垂直に開口する高圧縮比ラジアルポート１４が形成されている。図１に示すように、高圧縮比ラジアルポート１４は、ロータ室３の吐出側の端面に開口するようにケーシング２に形成したアキシャルポート１５と一体となり、吐出流路６に接続されている。
【００２９】
図４は、ロータ室３におけるピストン穴７の位置を説明する図である。図４は、ピストン穴７周辺の状態をロータ室の水平断面方向からみるように示されている。本実施形態では、ピストン穴７は、ロータ室３の吐出側の端面において、高圧縮比ラジアルポート１４の両端、つまり、アキシャルポート１５の最も狭い部分のエッジである点Ａ，Ｂを通る。高圧縮比ラジアルポート１４の形状、換言するとピストン弁８の上端縁の形状は、作用空間が所望の第１の圧縮比ＶｉＨ（例えば３．５）を実現する容積となる瞬間のスクリュロータ４の稜線がなす形状に略対応する。また、ピストン穴７のロータ室側開口部の径、換言するとピストン弁移動方向から見た場合のピストン穴７の径は、作用空間が所望の第２の圧縮比ＶｉＬ（例えば２．０）を実現する容積となる瞬間のスクリュロータ４の稜線を上記移動方向に投影した線（図４に示す２点差線）の少なくとも一方に接するような径を有する。
【００３０】
図１に示すように、油圧シリンダ９によってピストン弁８をピストン穴７に沿ってロータ室３側に、段差１０，１１が互いに当接し合うまで押し上げた状態では、ロータ室３の吐出側は、高圧縮比ラジアルポート１４およびアキシャルポート１５を介してのみ、吐出流路６に連通している。
【００３１】
しかしながら、図５に示すように、油圧シリンダ９によってピストン弁８をピストン穴７に沿ってロータ室３から遠ざけるように引き下げた状態では、アキシャルポート１５に加えて、ピストン穴７の開口全体が開放されて、ピストン穴７を介してロータ室３を吐出流路６に連通させている。つまり、ピストン穴７それ自体が、低圧縮比ラジアルポート１６、つまり、第２の圧縮比ＶｉＬを実現するための流路を画定している。
【００３２】
特に、本実施形態では、段差１０，１１を設けたため、ロータ室３側に押し上げたときのピストン弁８の停止位置を高精度で設定でき、停止位置の再現性が非常に高い。また、本実施形態では、規制面１２を案内面１３で案内するため、ピストン弁８が回転しない。この構成によって、ピストン弁８を押し上げたときのピストン弁８の上側端面とスクリュロータ４とのクリアランスを、ロータ室３とスクリュロータ４とのクリアランスと同程度まで小さくできる。よって、ピストン弁８を押し上げて、スクリュ圧縮機１の内部圧縮比を高く設定した場合にも、ある程度圧縮した後の作用空間から隣接する低圧側の作用空間に漏出するガスの量を極めて小さくでき、高い圧縮効率を実現できる。
【００３３】
また、ピストン弁８を引き下げたときの低圧縮比ラジアルポート１６（ピストン穴７）によって実現される第２の圧縮比ＶｉＬは、ピストン穴７が連通し得る最も低圧の作用空間の圧縮比によって定まる。したがって、第２の圧縮比ＶｉＬは、ピストン穴７およびピストン弁８の大きさおよび位置によって自在に設定できる。ピストン穴７の外周円は、所望の第２の圧縮比ＶｉＬを実現する位置の２本のスクリュロータ４のそれぞれの稜線に接することが、排気効率または流路抵抗の観点からは望ましいが、実用上、本実施形態程度のずれは無視し得る。
【００３４】
本実施形態では、ピストン穴７の外周円は、ロータ室３の吐出側端面において、高圧縮比ラジアルポート１４の両端点Ａ，Ｂを通るため、ラジアルポート１４の形状は、全てピストン弁８上に形成されている。しかしながら、ピストン穴は、例えば図４に一点鎖線で示すピストン穴７ａのように、高圧縮比ラジアルポート１４の両端点Ａ，Ｂの少なくともいずれかを含まないものであってもよく、その場合、ケーシング２に高圧縮比ラジアルポート１４の一部を形成することが好ましい。
【００３５】
また、ピストン穴７は、図４に二点鎖線で示すピストン穴７ｂのように、その外周円が、高圧縮比ラジアルポート１４の両端点Ａ，Ｂのさらに外側を通ってもよい。つまり、ピストン穴７ｂは、高圧縮比ラジアルポート１４の両端点Ａ，Ｂの外側にまで拡がり得る。しかしながら、ケーシング２にキリ穴加工してピストン穴７を形成する場合、ドリルが高圧縮比ラジアルポート１４の両端点Ａ，Ｂと連続するアキシャルポート１５の壁（ロータ室３の端壁）を削り落として、内部圧縮比を低下させる結果となる。このため、ピストン穴７は、本実施形態のように、ロータ室３の吐出側端面において、高圧縮比ラジアルポート１４の両端点Ａ，Ｂの間に配置されることが好ましい。勿論、個別の形状および加工方法によっては、ピストン穴７を大きくしてもそのような問題が生じない場合もある。
【００３６】
さらに、図６および７に、本発明の第２実施形態のスクリュ圧縮機１の構成を示す。本実施形態のピストン穴７ｃは、高圧縮比ラジアルポート１４よりも吸込側に配置されている。つまり、本実施形態において、高圧縮比ラジアルポート１４は、ピストン穴７ｃに嵌合するピストン弁８ｃにではなく、ケーシング２のみに形成されている。
【００３７】
本実施形態では、ピストン穴７ｃによって画定される低圧縮比ラジアルポート１６ｃが、高圧縮比ラジアルポート１４と分離されているため、ケーシング２には、低圧縮比ラジアルポート１６ｃ（ピストン穴７ｃ）と高圧縮比ラジアルポート１４とを接続する連通孔１７が設けられている。
【００３８】
このように、高圧縮比ラジアルポート１４から分離して形成された小径のピストン穴７ｃは、１台のスクリュ圧縮機１に複数設けることもできる。つまり、それらを独立して使用することにより、３以上の内部圧縮比を実現することも可能である。
【００３９】
また、以上の実施形態では、ピストン穴７，７ｃおよびピストン弁８，８ｃに段差１０，１１を設けてピストン弁８，８ｃのロータ室３側の停止位置を定めているが、油圧シリンダ９のストロークエンドでピストン弁８，８ｃの停止位置を決定してもよい。つまり、油圧シリンダ９にそのストロークエンドを定める構造を設けることや、油圧シリンダ９の取り付けの際にシムによる調整を行うことによって、ピストン弁８，８ｃの停止位置を決定してもよい。
【００４０】
また、以上の実施形態では、規制面１２および案内面１３によってピストン弁８の垂直軸周りの回り止めを行っているが、キー及びキー溝によって同様の回り止めを行うようにしてもよい。なお、以上の実施形態では、図３に示すように、ピストン弁８は、径の異なる円筒状部位を同心状に２段に重ねたような部材から所望の弁形状に形成されているが、径の異なる円筒状部位を偏心状に２段に重ねたような部材から形成してもよい。このような偏心状とすることにより、ピストン弁８，８ｃおよびピストン穴７，７ｃに対し、規制面１２や案内面１３を付加したり、キーおよびキー溝などを付加したりすることなく回り止めを行うことが出来る。
【符号の説明】
【００４１】
１…スクリュ圧縮機
２…ケーシング
３…ロータ室
４…スクリュロータ
５…吸込流路
６…吐出流路
７，７ａ，７ｂ，７ｃ…ピストン穴
８，８ｃ…ピストン弁
９…油圧シリンダ
１０…段差（ピストン穴）
１１…段差（ピストン弁）
１２…規制面
１３…案内面
１４…高圧縮比ラジアルポート
１５…アキシャルポート
１６，１６ｃ…低圧縮比ラジアルポート
１７…連通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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