(57)【要約】【課題】樹脂製スクリュロータのロータ軸とロータ間の固着状態を長期にわたり保持する。【解決手段】金属製ロータ軸８の外周に合成樹脂製ロータ９を形成したスクリュロータを備える液冷式スクリュ圧縮機において、前記スクリュロータ３のロータ軸８とロータ９間には螺旋溝１１を刻設形成して前記ロータ軸とロータとを接合すると共に、該螺旋溝の始端部１２と終端部１３近傍には複数条の凹溝１７より成る封止溝１５を設け、該封止溝によってロータ軸端側と前記接合部間を封止した。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製ロータ軸の外周に合成樹脂製ロータを形成したスクリュロータを備える液冷式スクリュ圧縮機において、前記スクリュロータのロータ軸とロータ間には螺旋溝を刻設して前記ロータ軸とロータとを接合すると共に、前記螺旋溝の始端部と終端部近傍において前記スクリュロータのロータ軸とロータ間の少なくとも一方に複数条の凹溝より成る封止溝を設けたことを特徴とするスクリュ圧縮機のロータ。
【請求項２】
前記封止溝は、前記スクリュロータのロータ軸とロータ相互に複数条の凹溝より成る封止溝を設けたことを特徴とする請求項１記載のスクリュ圧縮機のロータ。
【請求項３】
前記スクリュロータのロータ軸とロータ間の凹溝は、ロータ軸側の凹溝及びロータ側の凹溝と、これにそれぞれ噛合又は嵌合する凸条を形成するロータ側及びロータ軸側の凹溝により形成されていることを特徴とする請求項２記載のスクリュ圧縮機のロータ。
【請求項４】
前記スクリュロータのロータ軸と前記ロータに形成される前記凹溝の底面の径はロータ軸端側から螺旋溝方向に順次段階的に大径に形成されていることを特徴とする請求項３記載のスクリュ圧縮機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮作用空間内に水又は油などの液体を噴射して該空間内の潤滑、冷却、及び密封を行うようにした液冷式スクリュ圧縮機に関わり、詳しくは前記スクリュ圧縮機に用いるスクリュロータであって金属製ロータ軸の外周に合成樹脂製ロータを被覆形成したスクリュロータにおいて、前記軸部とロータとの接合・固着状態を確実に維持し得るスクリュ圧縮機のロータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属製ロータ軸の外周に合成樹脂製ロータを被覆形成した圧縮機として特開平１０−１４１２６２号公報に開示する水潤滑式スクリュ圧縮機が公知である。
【０００３】
この種の圧縮機は、圧縮作用空間内に水を噴射して該空間内の潤滑、冷却、及び密封を行うように構成されており、その詳細構造は図６に示すようにケーシング１０１内に互いに噛合又は嵌合する雄雌ー対のスクリュロータ１０２を回転自在に収容すると共に、前記スクリュロータ１０２の軸部をなすロータ軸１０４を耐錆性金属材料により形成しその外周部には熱硬化性合成樹脂からなるロータ１０２を被覆して両者一体的に成形すると共に、圧縮作用空間１０６内には水を噴射して該空間内の潤滑、冷却、及び密封を行うように構成されている。
【０００４】
上記水潤滑式スクリュ圧縮機の場合、該圧縮機本体に内蔵するスクリュロータ１０２の金属製ロータ軸１０４と合成樹脂製ロータ１０２の接合部には材質の相違によってそれぞれの熱膨張率に差異があること、及び前記ロータ１０２の射出成形後の冷却に伴う熱収縮や該圧縮機の運転時と停止時における熱変化に伴う熱収縮の差異などがあることによってロータ軸１０４とロータ１０２の接合部における固着力が不十分となることがある。
【０００５】
そのため、前記固着力の低下を防止する対策として特開平９−２６４２７６号公報に示すように合成樹脂材を被覆する軸部分の表面全長にわたって螺旋溝または波形溝を施して前記固着力を高めるように構成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、金属製ロータ軸１０４の外周に合成樹脂製ロータ１０２を被覆したスクリュロータ１０２を備える水潤滑式スクリュ圧縮機においては、該スクリュロータ１０２を形成する合成樹脂製ロータ１０２の熱膨張率が金属製ロータ軸１０４に比べて遥かに大きいため、運転中作用流体（空気）の圧縮に伴う圧縮熱によって前記ロータ１０２はロータ軸１０４以上に熱膨張する。
【０００７】
それに加え、前記合成樹脂製ロータ１０２は水や油などの液体に浸るとさらに膨潤又は収縮する割合が大きくなる性質があり、そのため当該スクリュ圧縮機が長期間にわたって運転・停止を繰り返す間に圧縮作用空間内に供給される水又は油等の流体との接触によってロータ１０２側に形成した螺旋溝がロータ軸１０４周囲に刻設した螺旋溝から浮き上がり、該螺旋溝間に微少の空隙が生ずる。
【０００８】
そのため、前記微少空隙を介して前記作用空間内の圧縮空気や冷却用液体（水）が圧力差により浸入して圧縮機の性能を低下させたり、該液体中に含有する不純物がスラッジ化して前記微少空隙に堆積したり、或いは両螺旋溝間特に金属製ロータ軸１０４側の螺旋溝を腐食させたりしてロータ軸１０４とロータ１０２間の固着強度を低下させる原因となる。
【０００９】
さらには、前記スラッジが研磨材として作用するため当該圧縮機の運転・停止の繰り返しや負荷変動によって前記ロータ軸１０４とロータ１０２の螺旋溝同士が磨耗し、ひいては該螺旋溝の磨耗が次第に進行し該螺旋溝同士の引っかかりがなくなりロータ軸１０４とロータ１０２との接合が外れたりロータ軸１０４部が空回り状態となる等の危険がある。
【００１０】
そして、このような現象が生じた場合は圧縮機本体の圧縮不能もしくはロータ１０２外周部がシリンダ内周面と接触して圧縮機本体の焼付現象を招来する等多くの問題点を内在する。
【００１１】
上記対策として、前記螺旋溝の断面形状を複雑形状にしたり又は前記螺旋溝を複数条に形成しさらにスクリュロータ軸１０４の回転方向に対して逆転方向に刻設したり、或いはロータ軸１０４の全表面に合成樹脂材料を被覆してロータ軸１０４とロータ１０２との接合面積を増やすなど幾つかの方法も考えられるが、いずれの方法も加工工数が増大し全体としてコスト高となるのが実態である。
【００１２】
本発明はスクリュロータ軸１０４の周囲に刻設する螺旋溝部に対する水などの液状流体の進入を防止してロータ軸１０４とロータ１０２との接合・固着状態を長期にわたって保持し続けることができるスクリュ圧縮機のロータ１０２を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、金属製ロータ軸８の外周に合成樹脂製ロータ９を形成したスクリュロータを備える液冷式スクリュ圧縮機において、前記スクリュロータ３のロータ軸８とロータ９間には螺旋溝１１を刻設形成して前記ロータ軸とロータとを接合すると共に、前記螺旋溝１１の始端部１２と終端部１３近傍において前記スクリュロータのロータ軸８とロータ９間の少なくとも一方に複数条の凹溝１７より成る封止溝１５を設け、該封止溝によってロータ軸端側と前記接合部間を封止したことを特徴とする（請求項１）。
【００１４】
前記封止溝１５は、前記螺旋溝１１の始端部１２と終端部１３近傍において前記スクリュロータのロータ軸８とロータ９相互に複数条の凹溝１７より成る封止溝１５を設ければ好適である（請求項２）。
【００１５】
また、前記封止溝１５は前記ロータ軸側の凹溝１７ａ及びロータ側の凹溝１７ｂと、これにそれぞれ噛合又は嵌合する凸条を形成するロータ側及びロータ軸側の凹溝により形成することができる（請求項３）。
【００１６】
前記スクリュロータのロータ軸８と前記ロータ９に形成される前記凹溝の底面の径はロータ軸端側から螺旋溝１１方向に順次段階的に大径に形成することもできる（請求項４）。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図１ないし図３により説明する。まず、図１を参照して、圧縮機本体１のシリンダ２内には互いに噛合又は嵌合回転する雄雌ー対のスクリュロータ３を収容すると共に、吸入口４から吸入された大気が作用空間５内で圧縮された後図示しない吐出口から吐出される。
【００１８】
また、シリンダ２の適宜個所には噴射ノズル７が穿設し、ここから前記作用空間５内に水又は油などの液状流体（以下水をもとに説明する）が噴射されて該空間内の潤滑、冷却、及び密封作用を行う。そして、圧縮された空気は前記水と共に吐出口から気液混合状態で排出された後、一旦レシーバタンク（図示せず）に貯留後消費側に供給される。
【００１９】
スクリュロータ３は、例えばステンレス鋼のように防錆機能を有する金属製のロータ軸８の外周に熱硬化性の合成樹脂製ロータ９（以下単にロータという）を被覆して両者一体的に形成すると共に、ロータ９の外周部９ａには圧縮作用空間５を形成するためのロータ歯溝１０がその全長にわたって螺旋状に形成されている（図２）。
【００２０】
一方、ロータ軸８の外周面即ちロータ９との接合部には該ロータ軸の回転方向に対して逆回転方向に刻設する螺旋溝１１が形成されており、該螺旋溝には相対向するロータ９側の螺旋溝１１ｂが嵌合状態で密着・接合し両者一体的に固着している。
【００２１】
さらに、図３に示すように、ロータ９の両端壁９ｂ近傍における前記螺旋溝の始端部１２ならびに終端部１３には前記ロータ軸８外周と、ロータ９の内周に複数条の凹溝１７を刻設形成して封止溝１５が設けられる。この封止溝１５は作用空間５内に供給された水などの流体がロータ軸の両軸端側８ａ，８ｂから螺旋溝１１方向に向かって浸入することを防止することを目的として設けたもので、前記螺旋溝の始端部１２ならびに終端部１３にあたるロータ軸部８には鍔部１６を設けこの鍔部からロータ端壁９ｂ近傍までの間に複数条の凹溝１７ａを並設しており、前記鍔部１６ならびに凹溝１７ａに対向するロータ９側の凹溝１７ｂが相互に噛合又は嵌合することによって前記凹溝１７ａ、１７ｂ間に位置するロータ軸端側と螺旋溝側の両端間を封止する。
【００２２】
次いで作用について説明する。
圧縮機本体１が稼動すると吸入空気の圧縮作用と共に作用空間５内には噴射ノズル７（図１）から水が供給され該空間内の潤滑・冷却・密封作用が行われる。それと共に、吸入空気の圧縮に伴ってスクリュロータ３も次第に昇温する。この昇温に伴ってロータ軸８ならびにロータ９はそれぞれの熱膨張率に対応した温度上昇分だけ熱膨張することとなるが、このとき金属であるロータ軸８に比べて合成樹脂であるロータ９の熱膨張率が大であることによって、該ロータ軸とロータに形成した螺旋溝１１ａ，１１ｂならびに封止溝１５の凹溝１７ａ，１７ｂとの接合部には微少空隙１８が生ずることとなる（図４）。
【００２３】
そのため、作用空間５内に供給された水は吐出側Ｄのロータ端壁９ｂを介して前記凹溝から螺旋溝１１方向に向かって浸入しようとするが、封止溝１５を構成する凹溝１７の存在によってその浸入が阻止される。
【００２４】
万一封止溝１５において前記凹溝側の側面同士の密着部から水が漏洩したとしても、該凹溝は複数段階にわたって隣設しているため、ロータ軸端側８ａ，８ｂから段階的に浸入する過程で水の浸入圧力は次第に低下し、螺旋溝１１の始端部１２ならびに終端部１３に到達する時点では前記水の浸入圧力は大きく減圧するため前記螺旋溝内に浸入することがない。
【００２５】
以上により、作用空間５内に供給した圧縮空気や水が螺旋溝１１内に浸入してその不純物がスラッジ化したり、前記螺旋溝部を腐食させてロータ軸とロータ間の固着強度を低下させたりする虞がなくなる。
【００２６】
なお、以上の説明で封止溝１５は複数の凹溝１７を隣設させて構成する旨説明したが、ロータ９を挟んで吐出側Ｄの封止溝を軸端８ａ側から螺旋溝１１方向に向かってロータ軸の回転方向に螺旋状に刻設すると共に、吸入側Ｓの封止溝を軸端８ｂ側から螺旋溝１１方向に向かってロータ軸の回転方向と逆方向の螺旋状に刻設するようにしてもよい、この構成で、螺旋溝１１に向かって侵入しようとする水は遠心力によりロータ軸端８ａ，８ｂ方向に押し戻されてより好適に浸入が阻止される。
【００２７】
また、封止溝１５を構成する凹溝１７の山の頂部の直径は、通常螺旋溝１１の山の頂部の直径とほぼ等しい寸法で形成するが、軸強度を損なわない範囲でそれよりも小径に形成するとその直径に比例して外周長も短くなるため、例えばロータ９が膨張したときに生ずる封止溝間の微少空隙１８（図４）の周長も縮小するため、より密封効果が向上する。
【００２８】
図５は本発明の第２実施形態で、封止溝を構成する凹溝の形状をロータ軸端側から螺旋溝方向に進むにしたがって次第に大径となるように刻設したものである。以下、第１実施形態で説明したと同一部材は同一符号を用いて説明する。
【００２９】
ロータ９の両端近傍における前記螺旋溝の始端部１２ならびに終端部１３（図２）近傍には第１実施形態で説明したと同様に封止溝５０が複数条にわたって刻設されている。この封止溝５０は、ロータ軸端８ａ側から螺旋溝１１方向に進むにしたがって次第に大径となる凹溝５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，が隣設すると共に、相対向するロータ側の凹溝５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，はその逆形状に形成されている。
【００３０】
そして、常温時においては両者ほぼ密着状態で相互に噛み合って嵌合すると共に該凹溝を挟むその両端（図中ロータ軸端側８ａと螺旋溝１１側）間は凹溝の山と谷同志の密着により封止されている。
【００３１】
本第２実施形態は以上のように構成されており、例えば圧縮機本体１が稼動してロータ９が熱膨張し図中ロータ軸端側の小なる凹溝５１ａ，５２ａ間に微少空隙１８ａが生じ、作用空間５からの圧縮空気や水がロータ端壁９ｂを介して前記空隙内に浸入したとしても、これに隣設する大径の凹溝５１ｂ，５２ｂ間に生じた微少空隙１８ｂの容積が大きいことによりその浸入圧力は減圧されて浸入量も抑制される。
【００３２】
同様に、前記大径の凹溝５１ｂ，５２ｂに隣接するさらなる大径の凹溝５１ｃ，５２ｃに生じた微少空隙１８ｃは前記空隙よりもさらに大なる空間容積を形成していることから、ここに浸入した水の圧力はさらに減圧し螺旋溝１１に対する浸入が抑えられる。
【００３３】
換言すると、ロータ軸端８ａに近い小径の凹溝５１ａ，５２ａから螺旋溝１１側の大径の凹溝５１ｃ，５２ｃに近づくにしたがって段階的に減圧されて最終段近傍の螺旋溝の始端部１２ならびに終端部１３に到達する時点では流体（水）圧力は大きく減圧し浸入量も皆無に近づくから該螺旋溝内には浸入することがない。
【００３４】
なお、上述した各実施形態においては水潤滑式スクリュ圧縮機をもとに説明したが、これに限らず液状流体を冷却媒体として用いるスクリュ圧縮機全てに対して適用可能であることは言うまでもない。
【００３５】
また、凹溝５１，５２の断面形状も、方形形状に限らず台形状であってもよく、或いは凹溝の山と谷の角に丸みを設けて形成してもよい。このように形成するとロータ軸８ならびにロータ９双方の凹溝の角に生ずる応力集中を防止できる。
【００３６】
さらに、ロータ軸８の表面に刻設する螺旋溝１１の断面形状ならびに該螺旋溝の高さ寸法（溝の山と谷の高さ）は、金属であるロータ軸の熱膨張係数と樹脂製ロータの熱膨張係数及びロータが液状流体（特に水）との接触によって膨潤又は収縮する寸法変化率などの諸条件を考慮して寸法設定することにより、ロータ軸８とロータ９との接合部に作用する軸方向のねじりせん断応力を最小に抑えることができ、よってロータ軸８とロータ９間の固着力を長期にわたって保持し続けることができる。
【００３７】
なお、上述実施形態においては、図３に示すように、前記螺旋溝の始端部１２ならびに終端部１３で前記ロータ軸８外周と、ロータ９の内周に複数条の凹溝１７ａ、ｂを並設し、この凹溝１７ａに対向するロータ９側の凹溝１７ｂを相互に噛合又は嵌合した構成であるが、上記凹溝をロータ軸８外周又はロータ９の内周の一方に多数条設けて封止溝として形成することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は液冷式スクリュ圧縮機におけるスクリュロータのロータ軸とロータ間に螺旋溝を刻設して前記ロータ軸とロータとを接合すると共に、該螺旋溝の始端部と終端部近傍において複数条の凹溝より成る封止溝を設け、該封止溝によって前記接合部を封止したことにより圧縮作用による熱膨張や膨潤が生じてもロータ軸とロータ間を接合する螺旋溝部に対する水の浸入を抑制できるためロータ軸の腐食防止とロータ軸とロータ固着強度の低下を防止できる。その結果、圧縮機本体の耐久性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明スクリュ圧縮機本体の断面図である。
【図２】第１実施形態におけるスクリュロータの断面図である。
【図３】封止溝部の拡大図である。
【図４】封止溝部の説明図である。
【図５】第２実施形態における封止溝部の断面図である。
【図６】従来の水潤滑式スクリュ圧縮機の概略断面図である。
【符号の説明】
１　圧縮機本体
２　シリンダ
３　スクリュロータ
４　吸入口
５　作用空間
８　ロータ軸
９　ロータ
１０　ロータ歯溝
１１　螺旋溝
１５　封止溝
１７　凹溝
１８　微少空隙
【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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