(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
おす・めす一対のスクリュロータの噛み合い回転により吸入空気を圧縮するオイルフリースクリュ圧縮機において、前記各スクリュロータの吸入側と吐出側とに突設したロータ軸上には該ロータ軸を支承する軸受を設け、該軸受とスクリュロータとの間のロータ軸上には前記軸受を収納する軸受箱と作用空間との間を封止する軸封装置を設け、該軸封装置には各々前記ロータ軸を囲繞する空隙を形成し、
吸入側の軸封装置に形成した空隙と吐出側の軸封装置に形成した空隙との間には前記空隙同士を連通して前記作用空間から吐出側の軸封装置のエアシール部を介して漏洩した微量の圧縮空気を吸入側の軸封装置に形成した前記空隙内に流入する連通路を設けたことを特徴とするオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造。
【請求項２】
おす・めすスクリュロータの吸入側のロータ軸上であって、前記軸受とスクリュロータとの間に、各スクリュロータの歯の巻き方向と逆巻きの螺旋溝を刻設したことを特徴とする請求項１記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造。
【請求項３】
吸入側の軸封装置に形成した空隙は、吐出側の軸封装置に形成した空隙とを連通する連通路とは別に、大気と連通するベントホールと連通し、該ベントホールの大気側には塵埃を濾過するエアフィルタを設けたことを特徴とする請求項１または２記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造。
【請求項４】
前記吸入側ロータ軸に設けた軸受は、潤滑油を封入した密封軸受であると共に、該密封軸受を収納する軸受箱の内壁に前記密封軸受の作用空間側に形成する内側空間と該密封軸受を挟んで内側空間の反対側に形成する外側空間とを連通する通路を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造。
【請求項５】
前記連通路は、おすスクリュロータの吸入側の軸封装置に形成した空隙と吐出側の軸封装置に形成した空隙とを連通すると共に、めすスクリュロータの吸入側の軸封装置に形成した空隙と吐出側の軸封装置に形成した空隙とを連通し、おすスクリュロータとめすスクリュロータのそれぞれに独立して前記連通路を形成したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オイルフリースクリュ圧縮機の軸封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オイルフリースクリュ圧縮機は、おす・めす一対のスクリュロータと該スクリュロータを収納するシリンダとによって形成される作用空間内に冷却及び潤滑のための冷却媒体、例えば潤滑油を一切入れないため、この圧縮機本体から吐出された圧縮空気は潤滑油を含まない清浄な空気であるという特徴があり、医療や製紙、化学等多くの分野で使用されている。また前記スクリュロータの吸入側と吐出側とに突設したロータ軸上には該ロータ軸を支承する軸受が設けられ、該スクリュロータと軸受との間のロータ軸上には前記軸受を収納する軸受箱と前記作用空間との間を封止する複数のシール部材を組み合わせた軸封装置が設けられている。
【０００３】
この軸封装置は、図７に示すように軸受１０１とスクリュロータ１０２間にエアシール１０３とオイルリング１０４を配置すると共に、該エアシールとオイルリング間に空間１０５を設け、この空間をベントホール１０６を介して大気と連通するかまたは圧縮空気の一部をここに導入することで、前記軸受１０１を潤滑する潤滑油（本願明細書において、グリースを含む。）が前記作用空間内に侵入しないようにしている。
【０００４】
特に、吸入側の軸封装置に関しては、圧縮機が全負荷運転と無負荷運転とを繰り返す過程で吸入側の作用空間内が負圧となったときに、該作用空間内に軸受１０１を潤滑する潤滑油が侵入する虞がある。したがって、前記軸封装置の空間１０５内が負圧（マイナス圧力）とならないようにする必要がある。
【０００５】
この種のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造は、実開平２−５０１９５号公報が公知である。この軸封構造は、圧縮機本体から吐出され熱交換器で冷却した後の圧縮空気の一部を導通管によって吸入側の軸封装置の空間に導入することで、該空間を正圧に保つように構成されている。
【０００６】
また、実開平２−７４５９２号公報に示すオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造は、前記吸入側の軸封装置の空間と圧縮機の吸入口に接続するエアリクーナの２次側の空気通路とを配管を介して接続することで、該空間内および作用空間内へ塵埃が侵入することを防止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封装置は、何れも軸受を収納する軸受箱と作用空間との間の軸封をエアシールとオイルリングの２つのシール部材の組み合わせにより構成されている。
【０００８】
そのため、軸封装置の構造が複雑でコストも高いという問題があった。
【０００９】
さらに、実開平２−５０１９５号公報に示すオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造の場合、一旦圧縮した圧縮空気の一部を吸入側の軸封装置の空間に導くため、該空間に導入された圧縮空気は吸入側の作用空間内に流入して再膨張し、圧縮機本体が吸入する空気の容量を減少させ、延いては消費側へ供給する圧縮空気の容量を減少させるという虞があった。
【００１０】
また、実開平２−７４５９２号公報に示すオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造の場合、吸入側の軸封装置とエアクリーナの２次側の空気通路とを外部配管を介して連通する吸入側の軸封装置の空間内が弱い負圧となり、吸入側の作用空間内に潤滑油が侵入する虞が僅かながら生じる。さらに前記外部配管を接続する配管作業が別途必要となり、その分装置全体が複雑となりかつコストも高くなるという問題があった。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、比較的簡単かつ安価な構造で、消費側へ供給する圧縮空気の容量を減少させることなく軸封装置および作用空間内への塵埃の侵入を防止し、さらに作用空間内への潤滑油の侵入を防止できるオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造は、おす・めす一対のスクリュロータの噛み合い回転により吸入空気を圧縮するオイルフリースクリュ圧縮機において、前記各スクリュロータ３，４の吸入側と吐出側とに突設したロータ軸５，５ｂ上には該ロータ軸を支承する軸受８，１０を設け、該軸受とスクリュロータとの間のロータ軸５，５ｂ上には前記軸受８，１０を収納する軸受箱７，９と作用空間１５との間を封止する軸封装置１１，１２を設け、該軸封装置には各々前記ロータ軸を囲繞する空隙１４を形成し、吸入側の軸封装置に形成した空隙１４，１４ａと吐出側の軸封装置に形成した空隙１４ｂ、１４ｃとの間には前記空隙同士を連通する連通路１７を設けたことを特徴とする。これにより、作用空間から吐出側の軸封装置のエアシール部を介して漏洩した微量の圧縮空気が連通路を介して吸入側の軸封装置に形成した空隙内に流入し、この空隙内の負圧が緩和されて吸入側の軸受から作用空間に流入しようとする潤滑油を押し戻すため、比較的簡単かつ安価な構造で、消費側へ供給する圧縮空気の容量を減少させることなく軸封装置および作用空間内への塵埃の侵入を防止し、さらに作用空間内への潤滑油の侵入を防止できる。
【００１３】
本発明の請求項２は、請求項１記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造において、おす・めすスクリュロータ３，４の吸入側のロータ軸上５，５ａであって、前記軸受８とスクリュロータ３，４との間に各スクリュロータの歯の巻き方向と逆巻きの螺旋溝３５を刻設したことを特徴とする。これにより、吸入側の軸封装置の空隙内に流入した圧縮空気を前記螺旋溝により吸入側の軸受方向に押し戻されるため、吸入側の軸受を潤滑した潤滑油が作用空間の吸入側に流入することを防止できる。
【００１４】
本発明の請求項３は、請求項１または２記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造において、吸入側の軸封装置に形成した空隙１４は、吐出側の軸封装置に形成した空隙１４ｂとを連通する連通路１７とは別に、大気と連通するベントホール４０と連通し、該ベントホールの大気側には塵埃を濾過するエアフィルタ４１を設けたことを特徴とする。これにより、吸入側の軸封装置の空隙内が吐出側の軸封装置から漏洩した圧縮空気で高圧になることを防止でき、軸封装置および作用空間内への塵埃の侵入を防止できる。
【００１５】
本発明の請求項４は、請求項１〜３の何れか１項に記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造において、前記吸入側ロータ軸５，５ａに設けた軸受８は、潤滑油を封入した密封軸受であると共に、該密封軸受を収納する軸受箱４５の内壁４６に前記密封軸受の作用空間側に形成する内側空間４７と該密封軸受を挟んで内側空間の反対側に形成する外側空間４８との間を連通する通路４９を設けたことを特徴とする。これにより、前記密封軸受の内側空間と外側空間との圧力を均一に保持でき、前記密封軸受内に封入された潤滑油が流出することを防止できる。
【００１６】
本発明の請求項５は、請求項１〜４の何れか１項に記載のオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造において、前記連通路は、おすスクリュロータの吸入側の軸封装置１１に形成した空隙１４と吐出側の軸封装置１２の空隙１４ｂとを連通すると共に、めすスクリュロータの吸入側の軸封装置１１ａに形成した空隙と吐出側の軸封装置１２ａの空隙１４ｃとを連通し、おすスクリュロータとめすスクリュロータのそれぞれに独立して前記連通路１７，１７ａを形成したことを特徴とする。これによりおすスクリュロータの軸封装置に形成した空隙およびめすスクリュロータの軸封装置に形成した空隙の圧力各々を適正圧力に設定することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図１により説明する。
【００１８】
図１は、オイルフリースクリュ圧縮機本体１（以下、単に「圧縮機本体」という。）を水平方向に切断した場合の断面図を示し、ケーシング２のシリンダ内にはおすスクリュロータ３（以下、「おすロータ」という。）とめすスクリュロータ４（以下、「めすロータ」という。）が噛み合い回転可能に並列配置すると共に、前記おす・めすロータの吸入側と吐出側とに突設したロータ軸上には該ロータ軸を支承する軸受を設けている。吸入側のロータ軸５を支承する軸受８は吸入側ケーシング６に形成される軸受箱７に嵌着し、吐出側のロータ軸５ｂを支承する軸受１０はケーシング２に形成される軸受箱７に嵌着している。前記おすロータ３の吸入側に突設したロータ軸５の末端は図示しないモータ等の原動機と連結している。また、前記おす・めすロータ３，４の吐出側に突設したロータ軸５ｂの末端には該おす・めすロータの噛み合い隙間を適正に保持するためのタイミングギヤ３１を設けている。
【００１９】
前記吸入側軸受８とおす・めすロータ３，４との間のロータ軸５，５ａ上には吸入側軸封装置１１が設けられ、前記吐出側軸受１０とおす・めすロータ３，４との間のロータ軸５ｂには吐出側軸封装置１２が設けられている。
【００２０】
このうち、吸入側軸封装置１１は、図４に示すように、ロータ軸５の外周と吸入側ケーシング６に穿設した軸穴１３との間に所定寸法の空隙１４（微少間隙）を形成し、該空隙を所定寸法に確保することにより吸入側軸受８を潤滑した潤滑油が前記スクリュロータとシリンダとによって形成される作用空間１５の吸入側１５ａに侵入することを防止している。
【００２１】
また、吸入側軸受８とおす・めすロータ３，４との間の軸穴１３の軸線方向略中央部に相当する吸入側ケーシング６には吸入側ベントホール（空孔）１６が穿設されており、該ベントホールの一端はおす・めすロータ軸５，５ａの空隙１４と連通すると共に、その他端は後述する連通路１７と連通している(図４)。
【００２２】
一方、前記吐出側軸封装置１２はシール空間２０ｂを挟んで作用空間１５の吐出側１５ｂにエアシール２１が、軸受１０側にオイルリング２２のそれぞれが一対に組み合わされて配置している。
【００２３】
このうち、エアシール２１は作用空間１５の吐出側１５ｂから軸受１０側に漏洩する圧縮空気の流出を防止するもので、オイルリング２２は吐出側軸受１０を潤滑した潤滑油が作用空間１５の吐出側１５ｂ側に流出することを防止する。
【００２４】
また、シール空間２０ｂは軸封装置１２の内周とロータ軸５ｂの外周との間に形成される空隙１４ｂ、１４ｃと連通すると共に、ケーシング２の外壁２３から前記軸封装置に向かって穿設する吐出側ベントホール２４と連通していて、さらにケーシング２内には前記スクリュロータの軸線と並行に穿設された連通路１７が設けられ、該連通路は前記吐出側ベントホール２４と連通している。
【００２５】
前記連通路１７の途中には圧縮空気の流通量を制限する絞り２５が設け、ベントホール１６，２４の外壁２３，２９側端部には盲プラグ２６が設けられている。
【００２６】
また、吐出側のベントホール２４は、ケーシング２内のおすロータ３側のシール空間２０ｂとめすロータ４側のシール空間を貫通して連通しており、これにより両シール空間は連通路１７を介して吸入側ベントホール１６と連通している。
【００２７】
なお、３０はケーシング２に装着した密閉カバーで、前記タイミングギヤを収納する。
【００２８】
なお、本実施形態の図１ではめすロータ４の吐出側軸封装置の空隙１４ｃをおすロータ３の吐出側軸封装置の空隙１４ｂと連通するように構成しているが、図２に示すようにめすロータ４の吐出側軸封装置の空隙１４ｃをベントホール２４ａを介して大気と連通させるようにしてもよい。
【００２９】
次に本実施形態の作用について説明する。まず、原動機（図示せず）の始動によりおす・めすスクリュロータ３，４が回転すると作用空間１５内に大気が吸入され圧縮作用を開始する。
【００３０】
これにより、作用空間１５の吸入側１５ａは大気の吸入により負圧状態となる。この負圧に伴い、吸入側ベントホール１６側も同様に吸入側軸封装置１１の空隙（微少間隙）１４を介して連通しているため負圧状態となる。
【００３１】
このとき、作用空間１５の吐出側１５ｂからエアシール２１を介してシール空間２０ｂに漏洩した微量の圧縮空気が連通路１７、絞り２５、吸入側ベントホール１６を介して吸入側軸封装置１１に流入するので空隙１４内は弱い正圧（プラス圧力）となる。
【００３２】
そのため、この漏洩した微量の圧縮空気の圧力で吐出側軸受１０を潤滑した潤滑油は該軸受８側に押し戻す方向に作用する一方、作用空間１５の吸入側１５ａの負圧が作用していた吸入側軸封装置１１の空隙（微少間隙）１４の負圧は緩和され、吐出側シール空間２０内の圧力とほぼ同圧となるため、吸入側軸受８側から作用空間１５側に流入しようとする潤滑油を押し戻す方向に作用する。
【００３３】
したがって、吸入側作用空間１５ａ内には負圧に伴う圧縮空気および軸受潤滑油の流入もない。
【００３４】
図２は本発明の第２実施形態で、以下第１実施形態で説明した部材と同一部材は同一符号をもって説明すると共に、第１実施形態と異なる構造のみを説明する。
【００３５】
吸入側ケーシング６の軸穴１３とおす・めすロータ軸５，５ａの外周との間には空隙（微少間隙）１４，１４ａが形成されると共に、おす・めすロータ３，４側から吸入側ベントホール１６に至る軸線方向のロータ軸５，５ａ上には、適宜長さにわたって螺旋状に刻設された螺旋溝３５が形成されている。この螺旋溝３５の巻方向は、おすロータ軸５においては該おすロータ３の歯の巻き方向と、めすロータ軸５ａにおいては該めすロータ４の歯の巻き方向とそれぞれ逆方向に刻設されている。
【００３６】
なお、本実施形態の図２ではめすロータ４の吐出側軸封装置の空隙１４ｃをベントホール２４ａ介して大気と連通するように構成しているが、前第１実施形態の図１に示すようにめすロータ４の吐出側軸封装置の空隙１４ｃをおすロータ３の吐出側軸封装置の空隙１４ｂと連通させるようにしてもよい。
【００３７】
これにより、ロータ軸５，５ａの回転により吸入側ベントホール１６を介して前記空隙１４，１４ａ内に導入され、作用空間１５の吸入側１５ａへ流入しようとする微量の圧縮空気を吸入側軸受８方向に押し戻すように作用するので、作用空間１５の吸入側１５ａ内に作用空間１５の吐出側１５ｂから漏洩した圧縮空気が流入して圧縮機の吸入性能を低下させることを防止すると共に、吸入側軸受８を潤滑した潤滑油が前記作用空間１５内に侵入することもない。
【００３８】
図３は本発明の第３実施形態を示しており、前第２実施形態で説明した構造に加え、吸入側ケーシング６には吸入側軸封装置１１の空隙１４，１４ａ（微少間隙）と大気とを連通するベントホール４０が穿設されている。
【００３９】
このベントホール４０は吸入側軸封装置１１の空隙１４と吐出側軸封装置１２の空隙１４ｂ，１４ｃとを連通する吸入側ベントホール１６に加えて穿設されたもので、前記ベントホール４０の外壁２９側の末端部には塵埃を濾過するエアフィルタ４１が設けられている。
【００４０】
なお、本実施形態の図３ではめすロータ４の吐出側軸封装置の空隙１４ｃをおすロータ３の吐出側軸封装置の空隙１４ｂと連通するように構成しているが、前第２実施形態の図２に示すようにめすロータ４の吐出側軸封装置の空隙１４ｃをベントホール２４ａを介して大気と連通させるようにしてもよく、この場合前記ベントホール２４ａの外壁２３側の末端部に塵埃を濾過するエアフィルタが設けられる。
【００４１】
したがって、圧縮機本体１の運転状態によって空隙１４内が圧力変動する場合でも、ベントホール４０は大気と連通しているので空隙１４、４ａ内は常時一定の正圧状態を維持できる。併せて、大気中の塵埃はエアフィルタ４１によって濾過されるので、圧縮機の停止中に吸入側軸封手段１１内が塵埃で汚れることがない。
【００４２】
図５は本発明の第４実施形態で、第１実施形態ないし第２実施形態の構造に加えロータ軸５を支承する吸入側軸受を潤滑油であるグリースを封入した密封軸受８ａとすると共に、該軸受を収納する吸入側ケーシング６の軸受箱４５の内壁４６には密封軸受８ａの作用空間１５側に形成する内側空間４７と該密封軸受を挟んで内側空間の反対側に形成する外側空間４８とを通路４９を介して連通させたものである。
【００４３】
これにより、密封軸受８ａに対して外部から潤滑油を給油する必要がなく、構造が簡略化でき、そのうえ密封軸受８ａの内側空間４７内と外側空間４８内との圧力を均一に保持できるので、密封軸受８ａ内に封入されたグリースが外部に流出することを防止できる。
【００４４】
図６は本発明の第５実施形態で、第１実施形態で説明したおすロータ３側の吸入側軸封装置１１の空隙１４と吐出側軸封装置１２の空隙１４ｂ間を連通する連通路１７と別に、めすロータ４側の吸入側軸封装置１１ａの空隙１４ａに連通するベントホール１６ａを穿設すると共に、吐出側軸封装置１２ａの空隙１４ｃに連通するベントホール２４ａが穿設されている。
【００４５】
さらに、ケーシング２内には前記スクリュロータの軸線と並行に穿設された連通路１７ａが設けられると共に、該連通路は絞り２５ａを介して前記２つのベントホール１６ａ、２４ａ間を連通している。
【００４６】
以上、説明したように、本第５実施形態は連通路１７，１７ａをおすロータ側とめすロータ側とに独立して形成したものであり、これにより例えばおすロータ３側の吐出側軸封装置１２に漏洩した圧縮空気の圧力とめすロータ４側の吐出側軸封装置１２ａに漏洩した圧縮空気の圧力に差がある場合でも、絞り２５，２５ａの絞り口径を変更することにより、おすロータ３側の吸入側軸封装置１１およびめすロータ４側の吸入側軸封装置１１ａの圧力各々を適正圧力に設定することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、おす・めす一対のスクリュロータの噛み合い回転により吸入空気を圧縮するオイルフリースクリュ圧縮機において、前記各スクリュロータの吸入側と吐出側とに突設したロータ軸上には該ロータ軸を支承する軸受を設け、該軸受とスクリュロータとの間のロータ軸上には前記軸受を収納する軸受箱と作用空間との間を封止する軸封装置を設け、該軸封装置には各々前記ロータ軸を囲繞する空隙を形成し、吸入側の軸封装置に形成した空隙と吐出側の軸封装置に形成した空隙との間には前記空隙同士を連通する連通路を設けたので、比較的簡単かつ安価な構造で、消費側へ供給する圧縮空気の容量を減少させることなく軸封装置および作用空間内への塵埃の侵入を防止し、さらに作用空間内への潤滑油の侵入を防止できるオイルフリースクリュ圧縮機の軸封構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明オイルフリースクリュ圧縮機の概略断面図である。
【図２】  第２実施形態の説明図である。
【図３】  第３実施形態の説明図である。
【図４】  吸入側軸封装置の部分拡大図
【図５】  第４実施形態の説明図である。
【図６】  第５実施形態の説明図である。
【図７】  従来のオイルフリースクリュ圧縮機の概要図である。
【符号の説明】
１  圧縮機本体
２  ケーシング
３  おすスクリュロータ
４  めすスクリュロータ
５  ロータ軸
８  吸入側軸受
１０  吐出側軸受
１１  吸入側軸封装置
１２  吐出側軸封装置
１４  空隙（微少間隙）
１５  作用空間
１６  吸入側ベントホール
１７  連通路
２４  吐出側ベントホール
２５  絞り
３５  螺旋溝
【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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