(57)【要約】【課題】二条ネジに作用するスラスト荷重および回転トルクをほぼゼロにすることで、振動、騒音を低減できるとともに消費電力を節減できる二軸ネジ式圧縮機を得る。【解決手段】この発明に係る二軸ネジ式圧縮機では、駆動ネジ６および従動ネジ７の回転により、ネジ溝空間内に気体を取り込み、気体の搬送、圧縮および吐出を連続して行うものにおいて、従動ネジ７の周側面には１８０度対称な位置に、同一形状でそれぞれ一対のネジ溝２１、２２が形成されており、この従動ネジ７および駆動ネジ６が歯合する範囲の投影面における、駆動ネジ６の歯先曲線および従動ネジ７の歯先曲線の二曲線によって囲まれる範囲の投影面積が、吐出側の従動ネジ７端面に露出したネジ溝２１、２２の投影面積に等しい。【選択図】        図１
2004340060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロコイド系の歯部を有する一条ネジと、
この一条ネジと歯合し前記歯部と共役なトロコイド系の歯部を有する二条ネジと、
この二条ネジおよび前記一条ネジを内包し、前記一条ネジおよび前記二条ネジの間で軸線方向に沿って複数個のネジ溝空間である圧縮室を形成する第１の容器部を有する密閉容器と、
前記一条ネジおよび前記二条ネジのそれぞれの両端部を回転自在に支持した第１の軸受および第２の軸受と、
前記第１の軸受および前記第２の軸受のそれぞれの近傍に設けられ、前記第１の容器部の密閉性を確保する第１のシールおよび第２のシールを備え、
前記一条ネジおよび前記二条ネジの回転により、前記圧縮室内に気体を取り込み、当該気体の搬送、圧縮および吐出を連続して行う二軸ネジ式圧縮機において、
前記二条ネジには、周側面に１８０度対称な位置に、同一形状でそれぞれネジ溝が形成されており、この二条ネジおよび前記一条ネジが歯合する範囲の投影面における、前記一条ネジの歯先曲線および前記二条ネジの歯先曲線の二曲線によって囲まれる範囲の投影面積が、吐出側の二条ネジ端面に露出した前記ネジ溝の投影面積に等しい二軸ネジ式圧縮機。
【請求項２】
前記密閉容器は、前記第１の容器部と、この容器部に連設されているとともに駆動手段が収納された第２の容器部とから構成され、
前記一条ネジおよび前記二条ネジの何れか一方は、前記駆動手段に連結されているとともに駆動手段の駆動により回転する駆動ネジであり、前記一条ネジおよび前記二条ネジの何れか他方は、駆動ネジの回転に連動して回転する従動ネジである請求項１に記載の二軸ネジ式圧縮機。
【請求項３】
前記一条ネジには、その軸線に沿って潤滑油が通る第１の潤滑油通路が形成され、前記二条ネジには、その軸線に沿って潤滑油が通る第２の潤滑油通路が形成され、さらに前記一条ネジと前記二条ネジとの間には、この第２の潤滑油通路と前記第１の潤滑油通路とを連結する第３の潤滑油通路が設けられ、前記第１の潤滑油通路、前記第２の潤滑油通路および前記第３の潤滑油通路を通じて前記第１の軸受、前記第２の軸受、前記第１のシールおよび前記第２のシールに潤滑油が供給されるようになっている請求項１ないし請求項２の何れかに記載の二軸ネジ式圧縮機。
【請求項４】
前記密閉容器は、低圧シェルであり、搬送および圧縮した後の前記気体を密閉容器の外部に直接吐出するようになっている請求項１から請求項３の何れかに記載の二軸ネジ式圧縮機。
【請求項５】
前記密閉容器は、高圧シェルであり、搬送および圧縮した後の前記気体を密閉容器の内部に吐出し、その後外部に放出するようになっている請求項１から請求項３の何れかに記載の二軸ネジ式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば冷凍、空調機器等に使用され、低圧の気体を吸入して圧縮し、高圧の気体を吐出する二軸ネジ式圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の二軸ネジ式圧縮機は、一般的にスクリュー圧縮機の名前で知られている。その一例として、例えば特許文献１に開示されたスクリュー圧縮機では、駆動ネジと従動ネジの条数比を１対２とし、両ネジの歯先円直径を、条数が多い方である従動ネジのピッチ円直径と一致させるとともに、両ネジの歯形を、互いに共役なトロコイド系歯型にすることで、両ネジとそれらを内包するケーシングとによって理論的に完全に閉じ、かつ容積が最大となるネジ溝空間を画成し、ケーシングの内側端面の従動ネジの歯先円と歯元円との間に吐出口を設けたものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２０８８５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の二軸式ネジ式圧縮機では、一条ネジおよび二条ネジのシール性能等を考慮しているものの、それぞれのネジの歯部およびネジ溝の幅や傾きにバランスがとれていなかったので、二条ネジに圧縮過程でスラスト荷重および回転トルクが生じてしまい、振動、騒音が大きいとともに、消費電力も大きく、また高価なスラスト軸受を使用しなければならないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、二条ネジに作用するスラスト荷重および回転トルクをほぼゼロにすることで、振動、騒音を低減できるとともに消費電力を節減できる等の二軸ネジ式圧縮機を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る二軸ネジ式圧縮機では、一条ネジおよび二条ネジの回転により、圧縮室内に気体を取り込み、当該気体の搬送、圧縮および吐出を連続して行う二軸ネジ式圧縮機において、前記二条ネジには、周側面に１８０度対称な位置に、同一形状でそれぞれネジ溝が形成されており、この二条ネジおよび前記一条ネジが歯合する範囲の投影面における、前記一条ネジの歯先曲線および前記二条ネジの歯先曲線の二曲線によって囲まれる範囲の投影面積が、吐出側の二条ネジ端面に露出した前記ネジ溝の投影面積に等しくなっている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１はこの発明の実施の形態１の二軸ネジ式圧縮機の断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面図である。
この二軸ネジ式圧縮機は、低圧シェルである密閉容器１の下部の第２の容器部１Ｂに収納された駆動手段である電動機４と、この電動機４のシャフト４ａに軸６ａが連結されているとともにトロコイド系の歯部６ｂを有する条数が一の駆動ネジ６と、この一条ネジである駆動ネジ６と歯合し、トロコイド系の歯部７ｂを有する条数が二の従動ネジ７とを備えている。駆動ネジ６および従動ネジ７の外径寸法は同一であり、それぞれの歯元から歯先までの長さは同一である。
駆動ネジ６および従動ネジ７は、密閉容器１の上部の第１の容器部１Ａに収納されており、第２の容器部１Ｂの内壁面と両ネジ６、７との間で図３のハッチングに示すネジ溝空間１７を形成している。なお、この図３においてネジ溝空間１７の太線が紙面の表側のネジ溝空間１７を示し、ネジ溝空間１７の点線が紙面の裏側のネジ溝空間１７を示している。このネジ溝空間１７は、駆動ネジ６および従動ネジ７は隙間の生じないトロコイド系の歯部６ｂ、７ｂにより、軸線方向に沿って複数個連続的に形成されている。
なお、駆動ネジ６および従動ネジ７の歯先の強度および加工性を考慮して、歯先にわずかな丸みを与えることが望ましい。
【０００８】
また、二軸ネジ式圧縮機は、駆動ネジ６を回転自在に支持する第１の軸受９および第２の軸受８と、第１の軸受９の近傍に設けられた第１のシール１３および第２の軸受８の近傍に設けられた第２のシール１２と、従動ネジ７を回転自在に支持する第１の軸受１１および第２の軸受１０と、第１の軸受１１の近傍に設けられた第１のシール１５および第２の軸受１０の近傍に設けられた第２のシール１４と、駆動ネジ６第１の軸受９および従動ネジ７の第１の軸受１１の直上に駆動ネジ６および従動ネジ７を同期駆動させるためのタイミングギヤ２７を備えている。
第１の容器部１Ａと第２の容器部１Ｂとはそれぞれ独立した密閉空間を有している。第１の容器部１Ａの下部には、第１の容器部１Ａ内に外部の気体を吸入する吸入口２が形成されており、第１の容器部１Ａの上部には、第１の容器部１Ａ内の気体が外部に吐出する吐出口３が形成されている。
【０００９】
駆動ネジ６の軸６ａと電動機４のシャフト４ａとは連結されているが、この軸６ａおよびシャフト４ａの中心軸線上に沿って、第１の潤滑油通路２８が形成されている。この第１の潤滑油通路２８は、密閉容器１の下部に設けられた潤滑油貯蔵部２９に連通している。この潤滑油貯蔵部２９内には潤滑油貯蔵部２９内の潤滑油を第１の潤滑油通路２８に送るポンプ３４が設けられている。第１の潤滑油通路２８は中間部で第１の分岐通路３０が分岐している。この第１の分岐通路３０は第１のシール１３に連通している。
第１の潤滑油通路２８の出口部は、第２の軸受８および第２のシール１２と連通する空間が形成されている。この第１の潤滑油通路２８の出口部は、第３の潤滑油通路３１を経て、従動ネジ７の軸７ａの中心軸線に沿って形成された第２の潤滑油通路３２に連通されている。第２の潤滑油通路３２は、第２の軸受１０および第２のシール１４と連通する空間が形成されている。第２の潤滑油通路３２の下端部は、第１のシール１５と連通した第２の分岐通路３３が分岐している。
【００１０】
次に、上記構成の動作について図４に基づいて説明する。
先ず、電動機４に通電することで、一条ネジである駆動ネジ６が一方向に回転し、その駆動ネジ６に歯合した従動ネジもそれに連動して反対方向に回転する。そのときの回転速度は、駆動ネジ６と従動ネジ７との回転数の比は２対１である。この駆動ネジ６および従動ネジ７の回転により、気体は、吸入口２から第１の容器部１Ａ内にあるネジ溝空間１７に導かれる（図４の（１）、（２）吸入工程参照）。
この閉じたネジ溝空間１７に導かれた気体は、上方に移動した後（図４の（３）、（４）搬送工程参照）、縮小され、圧力が上昇し、規定値に達すると、吐出弁１８が開き、気体は、吐出口３から第１の容器部１Ａの外部に吐出され、冷凍サイクル（図示せず）に吐出される（図４の（５）圧縮工程、図４の（６）圧縮・吐出工程参照）。なお、この図４において、ネジ溝空間１７である圧縮室内の太線は紙面の表側であり、点線は紙面の裏側を示している。
【００１１】
この実施の形態では、密閉容器１は低圧シェルであり、トロコイドポンプ３４の駆動により潤滑油貯蔵部２９内の潤滑油は、第１の潤滑油通路４ａを通じて第１の軸受９、第２の軸受８、第１のシール１３および第２のシール１２に供給される。また、潤滑油は、引き続き第３の潤滑油通路３１および第２の潤滑油通路３２を通じて第２の軸受１０、第１の軸受１１、第２のシール１４および第１のシール１５に供給される。従って、各軸受８、９、１０、１１、各シール１１、１２、１３、１４の摩耗量は低減される。
【００１２】
ところで、図５は図１の駆動ネジ６および従動ネジ７が歯合しているときの平面図であり、従動ネジ７には、周側面の１８０度対称な位置に、同一形状の一対のネジ溝２１、２２が形成されている。
図５において、駆動ネジ６の歯部６ｂの歯先円と従動ネジ７の歯部７ｂの歯先円の交点の中で、紙面上方をＡ点、紙面下方をＣ点、駆動ネジ６の歯元円と従動ネジ７の歯先円の接点をＢ点、駆動ネジ６の歯先円と従動ネジ７の歯元円の接点をＤ点とする。また、従動ネジ７の歯先円とネジ溝空間２１、２２を画成する曲線との重複点で、時計回りで最も進んだ位置をＥ１点およびＥ２点、時計回りで最も遅れ対置をＨ１点およびＨ２点、従動ネジ７の歯元円とネジ溝空間２１、２２を画成する曲線との重複点、時計回りで最も進んだ位置をＦ１点およびＦ２点、時計回りで最も遅れた位置をＧ１点およびＧ２点とする。
【００１３】
図６は一条ネジである駆動ネジ６と二条ネジである従動ネジ７とを歯合した状態において、従動ネジ７の歯先と歯元の中間の円を、従動ネジ７のＢ１点およびＤ１点の中点に対して１８０度反対に位置したＩ点で切断し、この切断箇所から左右に展開した図である。なお、図６において、Ａ歯は従動ネジ７の歯部７ｂの一方を示し、Ｂ歯は従動ネジ７は１８０度対称な位置にある他方の歯部７ｂを示している。
図６において、駆動ネジ６の歯先円と従動ネジ７の歯先円との交点の中で、紙面右方をＡ１点、紙面左方をＣ１点、駆動ネジ６の歯元円と従動ネジ７の歯先円との接点をＢ１点、駆動ネジ６の歯先円と従動ネジ７の歯元円との接点をＤ１点とする。なお、図６におけるＡ１点、Ｂ１点、Ｃ１点、Ｄ１点は図５におけるＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点である。
【００１４】
図５において、従動ネジ７の歯先円弧ＡＢＣと駆動ネジ６の歯先円弧ＡＤＣによって囲まれた領域ＡＢＣＤの投影面積と、従動ネジ７のネジ溝２１、２２であるＥ１、Ｆ１、Ｇ１、Ｈ１およびＥ２、Ｆ２、Ｇ２、Ｈ２によって囲まれた範囲の投影面積が同一となるように駆動ネジ６と従動ネジ７の歯形が形成されている。なお、この投影面積は、吐出側の従動ネジ７の端面に露出したネジ溝２１、２２の投影面積である。
このため、図６中の第１の圧縮室２３または第２圧縮室２４の内部で従動ネジ７の紙面左右方向および紙面上下方向に作用するガス荷重が釣合うことになる。第３の圧縮室２５および第４の圧縮室２６以降の圧縮室は駆動ネジ６、従動ネジ７および第１の容器部１Ａによって全方向が包囲されているため、従動ネジ７に作用するガス荷重の均衡が保たれることになる。第１の圧縮室２３または第２の圧縮室２４の紙面上下方向の荷重が釣合っていれば、第１の圧縮室２３または第２の圧縮室２４から従動ネジ７に作用するスラスト方向の力がゼロとなる。また、第１の圧縮室２３または第２の圧縮室２４の紙面左右方向の荷重が釣合っていれば、第１の圧縮室２３または第２の圧縮室２４から作用する従動ネジ７の回転方向への力がゼロとなり、即ち、回転トルクがゼロとなる。従って、スラスト軸受の簡略化、二軸ネジ式圧縮機の電動機４の電力を節減することができる。
【００１５】
また、吐出弁１８の位置は、図５において、駆動ネジ６と従動ネジ７が噛み合い始める側の従動ネジ７の歯先円と歯元円の間の駆動ネジ６と重ならない部分に設けられている。即ち、図５の中で従動ネジ７の歯先と歯元の間であり、かつ駆動ネジ６の歯先曲線ＡＤよりも時計回りに進んだ位置に設ける。また、駆動ネジ６および従動ネジ７ではなく、それらと接する第１の容器部１Ａの上面において、駆動ネジ６の歯先曲線ＡＤから時計回りに進む方向、即ち駆動ネジ６から離れる方向で従動ネジ７の歯先円と歯元円の間に隙間が設けられている。この結果、吐出圧力を吸入圧力に近い値から自由に設定することが可能であり、圧縮した気体を完全に吐出することができる。
【００１６】
また、仮に圧縮途中に第１の圧縮室２３から気体が漏れたとしても、その気体は、図７に示すように第１の圧縮室２３内の圧力よりも低い第２の圧縮室２４内に吸収されるため、漏れ損失を低減することができ、低速運転が可能となるため、消費電力の低減が可能となる。
【００１７】
なお、駆動ネジ６および従動ネジ７は金属材料で構成されているが、これらは研削加工機や旋盤加工機等によって製作することができる。また、駆動ネジ６および従動ネジ７の荒形状を作成した後に、粒径が１０ミクロン以下の研磨剤を使用して、駆動ネジ６および従動ネジ７をかみ合わせながら研磨を行っていく共摺りラッピングを行うことによっても精度の高い駆動ネジ６および従動ネジ７を作製することができる。
【００１８】
なお、上記の実施の形態では、一条ネジとして駆動ネジ６を用い、二条ネジとして従動ネジ７を用いたが、一条ネジとして従動ネジを用い、二条ネジとして駆動ネジを用いてもよい。この場合には、回転数の従動ネジに対する駆動ネジの比は、２対１となる。
【００１９】
また、この実施の形態では、密閉容器１は、低圧シェルであり、搬送および圧縮した後の気体を外部に直接吐出するようになっており、給油手段としてポンプ３４を用いている。
これに対して、搬送および圧縮した後の気体を第２の容器部１Ｂの内部に吐出し、その後密閉容器１の外部に放出する高圧シェルの場合には、電動機を収納した第２の容器部１Ｂの内部が吐出圧であり、差圧給油により、潤滑油貯蔵部２９内の潤滑油を、第１の潤滑油通路４ａを通じて第１の軸受９、第２の軸受８、第１のシール１３および第２のシール１２に供給することができる。また、潤滑油を、引き続き第３の潤滑油通路３１および第２の潤滑油通路３２を通じて第２の軸受１０、第１の軸受１１、第２のシール１４および第１のシール１５に供給することができる。なお、高圧シェルの場合であっても、低圧シェルと同様にポンプ３４を設置してもよい。
【００２０】
また、駆動ネジ６および従動ネジ７は金属材料の代わりに樹脂成形によって製作してもよい。
【００２１】
また、駆動ネジ６の両端部に設けられた第１のシール１３および第２のシール１２、並びに従動ネジ７の両端部に設けられた第１のシール１５および第２のシール１４には、シールリング、ラビリンスシール、チップシールなど漏れ量を少なくすることができるものであればいずれでもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る二軸ネジ式圧縮機によれば、一条ネジおよび二条ネジの回転により、圧縮室内に気体を取り込み、当該気体の搬送、圧縮および吐出を連続して行う二軸ネジ式圧縮機において、前記二条ネジには、周側面に１８０度対称な位置に、同一形状でそれぞれネジ溝が形成されており、この二条ネジおよび前記一条ネジが歯合する範囲の投影面における、前記一条ネジの歯先曲線および前記二条ネジの歯先曲線の二曲線によって囲まれる範囲の投影面積が、吐出側の二条ネジ端面に露出した前記ネジ溝の投影面積に等しくなっているので、二条ネジに作用するスラスト荷重および回転トルクをほぼゼロにすることで、振動、騒音を低減できるとともに消費電力を節減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の二軸ネジ式圧縮機の側断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面およびＢ−Ｂ線に沿った断面を示す図である。
【図３】図１の駆動ネジと従動ネジとが歯合したときに生じるネジ溝空間を示す図である。
【図４】図１の二条ネジ式圧縮機の動作図である。
【図５】図１の駆動ネジおよび従動ネジが歯合しているときの平面図である。
【図６】図１の駆動ネジと従動ネジとを歯合した状態において、所定の位置で切断した後の展開図である。
【図７】図６の第１の圧宿室から第２の圧縮室に気体が漏れる様子を示す図である。
【符号の説明】
１  密閉容器、２  吸入口、３  吐出口、４  電動機（駆動手段）、６  駆動ネジ（一条ネジ）、７  従動ネジ（二条ネジ）、８  第２の軸受、９  第１の軸受、１０  第２の軸受、１１  第１の軸受、１２  第２のシール、１３  第１のシール、１４  第２のシール、１５  第１のシール、１７  ネジ溝空間、１８  吐出弁、２１  ネジ溝、２２  ネジ溝、２３  第１の圧縮室、２４  第２の圧縮室、２５  第３の圧縮室、２６  第４の圧縮室、２８  第１の潤滑油通路、３１第３の潤滑油通路、３２  第２の潤滑油通路。
【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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