(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに噛み合う一対のロータと、
この一対のロータの各回転軸に設けられ、前記一対のロータを同期回転させる回転伝達機構と、
前記一対のロータを収納するロータハウジングを有するとともに、前記回転伝達機構を収納して潤滑油が封入された潤滑ボックスを有するケーシングと、
を備えたコンプレッサにおいて、
前記回転伝達機構とは異なる側に流体の吸入口を設けるとともに、前記回転伝達機構に近い側に流体の吐出口を設け、前記潤滑ボックスの壁内に冷却水が循環する冷却水路を設け、
前記回転軸を支持するベアリングの周囲に、前記ロータハウジングと前記潤滑ボックスとの間で形成される第２冷却水路を設けるとともに、この第２冷却水路を前記冷却水路に連通して設け、
前記第２冷却水路は、前記ロータハウジングの前記潤滑ボックス側の面に形成された凸部と、前記潤滑ボックスの前記ロータハウジング側の面に形成された凹部との組み合わせによって、前記凸部と前記凹部との間に形成されたことを特徴とするコンプレッサ。
【請求項２】
互いに噛み合う一対のロータと、
この一対のロータの各回転軸に設けられ、前記一対のロータを同期回転させる回転伝達機構と、
前記一対のロータを収納するロータハウジングを有するとともに、前記回転伝達機構を収納して潤滑油が封入された潤滑ボックスを有するケーシングと、
を備えたコンプレッサにおいて、
前記回転伝達機構とは異なる側に流体の吸入口を設けるとともに、前記回転伝達機構に近い側に流体の吐出口を設け、前記潤滑ボックスの壁内に冷却水が循環する冷却水路を設け、
前記回転伝達機構は、複数のギヤの噛合によって回転を同期させるタイミングギヤを用い、
前記タイミングギヤと直面する前記潤滑ボックスの内壁に、表面積を大きくする熱交換フィンを設け、
前記熱交換フィンは、前記一対のロータの各回転軸を中心とする２つの円と互いに平行な２本の共通接線で形成される形状に沿って形成されたことを特徴とするコンプレッサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２のコンプレッサにおいて、
前記冷却水路は、コンプレッサの取付状態において前記潤滑ボックスの下側に設けられたことを特徴とするコンプレッサ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかのコンプレッサにおいて、
前記ロータハウジングには、前記吐出口の周囲の少なくとも一部に第３冷却水路が設けられ、この第３冷却水路は前記冷却水路に連通して設けたことを特徴とするコンプレッサ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかのコンプレッサにおいて、
前記ロータハウジングには、前記回転軸を支持するベアリングの固定穴と、前記潤滑ボックスの内部空間とを連通する連通路が形成されたことを特徴とするコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに噛み合う一対のロータ（オスロータとメスロータ）の回転によって流体を圧縮するコンプレッサに関するものであり、スクリュー型コンプレッサやルーツ型コンプレッサに用いて好適な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
一対のロータと、この一対のロータを同期させる回転伝達機構とを備えたコンプレッサでは、ロータを収容するロータハウジングの隣りに回転伝達機構を収容する潤滑ボックスを設けている。このような構成では、回転伝達機構側のロータハウジングに吸入口を設けると、回転伝達機構側のハウジング内に発生する負圧によって、潤滑ボックス内の潤滑油がベアリングを通ってロータハウジング内に混入する可能性がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の不具合を解決するために、回転伝達機構とは異なった側のロータハウジングに吸入口を設け、回転伝達機構側のロータハウジングに吐出口を設けることにより、回転伝達機構側のハウジング内は正圧になり、潤滑ボックス内の潤滑油がベアリングを通ってハウジング内に混入する不具合を回避できる。
【０００４】
しかし、圧縮されて高温になった吐出流体（エア等）が、回転伝達機構側のロータハウジングの吐出口から吐出されることにより、その吐出流体の熱が潤滑ボックスを介して回転伝達機構に伝わってしまい、回転伝達機構が高温になってしまう。
このため、回転伝達機構には耐熱性が要求されることになり、回転伝達機構のコストが上昇してしまい、結果的にコンプレッサのコストが上昇する不具合を招いてしまう。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、回転伝達機構に近い側に吐出口を設ける構造であっても、回転伝達機構の耐熱性を下げてコストの低減を図るとともに、吐出流体の温度上昇も防ぐことのできるコンプレッサの提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の手段〕
請求項１を採用したことにより、回転伝達機構に近い側に吐出口を設ける構造であっても、潤滑ボックスの壁内に設けた冷却水路を流れる冷却水によって潤滑ボックスが冷却されるため、潤滑ボックス内に配置される回転伝達機構が高温になる不具合がない。これによって、回転伝達機構の耐熱性を下げることができ、コストを抑えることができる。
潤滑ボックスの壁内に冷却水路を設けるという簡単な構成によって効率的に潤滑ボックスを冷却できるので、安価に潤滑ボックスを冷却することができ、コストの上昇を抑えることができる。
潤滑ボックスが冷却水によって冷却されることにより、回転伝達機構側のロータハウジングの温度上昇も防がれるため、吐出口から吐出される吐出流体の温度上昇を抑えることができる。
吐出口付近のベアリングは、高温の吐出流体によって高温になってしまう。そこで、ベアリングの周囲に冷却水路に連通した第２冷却水路を設けることにより、ベアリングの温度上昇を防ぐことができる。これによって、ベアリング摺動部の潤滑油がきれてしまうことを防ぐことができるとともに、ベアリングおよびオイルシール等の耐熱性を下げることも可能になる。
ロータハウジングの潤滑ボックス側の面に形成された凸部と、潤滑ボックスのロータハウジング側の面に形成された凹部との組み合わせによって、凸部と凹部との間に第２冷却水路が形成される。
【０００７】
〔請求項２の手段〕
請求項２を採用したことにより、回転伝達機構に近い側に吐出口を設ける構造であっても、潤滑ボックスの壁内に設けた冷却水路を流れる冷却水によって潤滑ボックスが冷却されるため、潤滑ボックス内に配置される回転伝達機構が高温になる不具合がない。これによって、回転伝達機構の耐熱性を下げることができ、コストを抑えることができる。
潤滑ボックスの壁内に冷却水路を設けるという簡単な構成によって効率的に潤滑ボックスを冷却できるので、安価に潤滑ボックスを冷却することができ、コストの上昇を抑えることができる。
潤滑ボックスが冷却水によって冷却されることにより、回転伝達機構側のロータハウジングの温度上昇も防がれるため、吐出口から吐出される吐出流体の温度上昇を抑えることができる。
構成が簡単なタイミングギヤを回転伝達機構に用いたことにより、回転伝達機構の構造を簡素化できる。
タイミングギヤと直面する潤滑ボックスの内壁に熱交換フィンを設けたことにより、回転伝達機構の潤滑をはねかけによって行う場合、かきあげられた潤滑油が熱交換フィンに衝突し、かきあげられた潤滑油によって潤滑ボックス内を効率的に冷却することができる。
熱交換フィンをロータの各回転軸を中心とする２つの円と互いに平行な２本の共通接線で形成される形状に沿って形成したことにより、かきあげられる潤滑油が楕円形状の熱交換フィンに沿って流れ、かきあげられた潤滑油によって潤滑ボックス内を効率的に冷却することができる。
【０００８】
〔請求項３の手段〕
請求項３を採用し、コンプレッサの取付状態において冷却水路を潤滑ボックスの下側に設けることにより、例えば潤滑ボックス内の下部に溜まった潤滑油と冷却水とが液体と液体とで熱交換するため、潤滑油を効率的に冷却することができる。これによって、回転伝達機構の潤滑をはねかけによって行う場合、冷却された潤滑油が潤滑ボックス内にかきあげられて、潤滑ボックス内を広く効率的に冷却することができる。
【００１１】
〔請求項４の手段〕
請求項４を採用し、吐出口の周囲の少なくとも一部に第３冷却水路を設けることにより、吐出口から吐出される吐出流体の冷却効率が上がり、吐出流体の温度上昇を抑えることができる。
【００１６】
〔請求項５の手段〕
請求項５を採用し、回転軸を支持するベアリングの固定穴と、潤滑ボックスの内部空間とを連通する連通路をロータハウジング内に設けたことにより、ベアリングの摺動部に潤滑油が供給できるため、ベアリングの機械損失を低減し発熱を防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
先ず参考例を示し、その後で複数の実施形態を説明する。
〔参考例〕
図１〜図３は参考例を示すものであり、図１、図２はコンプレッサの断面図、図３は一対のロータの斜視図である。なお、この参考例では、説明の理解を容易とするために、図１、図２の左側を前、図１、図２の右側を後ろとして説明する。
【００１８】
コンプレッサは、図３に示すように、互いに噛合するオスロータ１とメスロータ２（以下、一対のロータ１、２）、この一対のロータ１、２を駆動する回転伝達機構３、一対のロータ１、２と回転伝達機構３を別々に収納するケーシング４から構成される。
このケーシング４は、図１の図示右側（入力軸５側）より順に、潤滑ボックス６、ロータハウジング７、カバー８の３つを図示しないボルト等によって強固に結合したもので、潤滑ボックス６内に形成された空間に回転伝達機構３を収納する潤滑室９が形成され、ロータハウジング７内に形成された空間に一対のロータ１、２を収納するロータ室１０が形成される。なお、潤滑室９には、はねかけ用の潤滑油（例えば、エンジンオイル）が封入されている。
【００１９】
潤滑ボックス６は、前後の第１、第２ベアリング１１、１２を介して入力軸５を支持するものであり、入力軸５の挿通穴の内部には第１、第２ベアリング１１、１２に供給される潤滑油が外部に流出するのを阻止するための第１オイルシール１３が装着されている。
【００２０】
オスロータ回転軸１４は、一端が第３ベアリング１５を介してロータハウジング７に支持され、他端が第４ベアリング１６を介してカバー８に支持されるものであり、潤滑室９とロータ室１０とを区画する隔壁１７には、第３ベアリング１５に供給される潤滑油がオスロータ回転軸１４の挿通穴からロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第２オイルシール１８が装着されている。また、カバー８のオスロータ回転軸１４の挿通穴にも、第４ベアリング１６に封入されているグリースがロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第３オイルシール１９が装着されている。
【００２１】
メスロータ回転軸２０は、上記のオスロータ回転軸１４と同様に、一端が第５ベアリング２１を介してロータハウジング７に支持され、他端が第６ベアリング２２を介してカバー８に支持されるものであり、潤滑室９とロータ室１０とを区画する隔壁１７には、第５ベアリング２１に供給される潤滑油がメスロータ回転軸２０の挿通穴からロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第４オイルシール２３が装着されている。また、カバー８のメスロータ回転軸２０の挿通穴にも、第６ベアリング２２に封入されているグリースがロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第５オイルシール２４が装着されている。
【００２２】
回転伝達機構３は、入力軸５の回転をオス、メスロータ回転軸１４、２０に伝達させて、一対のロータ１、２を同期回転させるものであり、入力軸５の回転をオスロータ回転軸１４に伝える第１、第２ギヤ３１、３２と、この第２ギヤ３２からオスロータ回転軸１４に伝えられた回転をメスロータ回転軸２０に伝える第３、第４ギヤ３３、３４とから構成される。なお、この第３、第４ギヤ３３、３４は、一対のロータ１、２を同期回転させるためのタイミングギヤである。
【００２３】
一対のロータ１、２は、図３に示すような形状を呈するものであり、上記回転伝達機構３を介して同期回転されると、ロータハウジング７の前部（回転伝達機構３とは異なった側）の上部に設けられた吸入口３５からエア（流体の一例）が吸い込まれる。吸い込まれたエアは、一対のロータ１、２およびロータ室１０で構成される圧縮室内で圧縮される。圧縮されたエアは、一対のロータ１、２の回転に伴って、ロータ室１０の前方から後方へ移動する。そして、一対のロータ１、２の回転角が所定の角度に達すると、高圧圧縮室がロータハウジング７の後部（回転伝達機構３に近い側）の下部に設けた吐出口３６に開口し、一対のロータ１、２の回転によって高圧圧縮されたエアが吐出口３６から吐出される。
【００２４】
コンプレッサの潤滑ボックス６の壁内には、エンジン冷却水循環経路に接続される冷却水路３７が設けられており、エンジン冷却水が循環する。この冷却水路３７は、図１に示すように、コンプレッサの取付状態において潤滑ボックス６の下側に設けられ、潤滑ボックス６内の下部に溜まった潤滑油と冷却水とが液体−液体熱交換して効率的に潤滑油を冷却するように設けられている。このように、潤滑油が効率的に冷却されるため、回転伝達機構３にかきあげられた潤滑油によって潤滑室９内を効率的に冷却できる。
また、冷却水路３７は、吐出口３６の近傍でもあるので、高温の吐出エアによって加熱される部分を効率的に冷却できる。さらに、潤滑ボックス６に熱が伝わる部分に冷却水路３７が設けられるため、潤滑ボックス６内の温度上昇を効率的に抑えることができる。
なお、この参考例では、冷却水の一部がロータハウジング７にも流れるように設けられており、冷却水路３７におけるロータハウジング７と潤滑ボックス６との接続部分は、Ｏリング３８によって冷却水が漏れないように設けられている。
【００２５】
次に、この参考例の特徴を述べる。コンプレッサは、上述したように、回転伝達機構３側のロータハウジング７に吐出口３６を設ける構造であるが、潤滑ボックス６の壁内に設けた冷却水路３７を流れる冷却水によって潤滑ボックス６が冷却されるため、潤滑ボックス６内に配置される回転伝達機構３が高温になる不具合がない。これによって、回転伝達機構３の耐熱性を下げることができ、コストを抑えることができる。
【００２６】
また、潤滑ボックス６の壁内に冷却水路３７を設けるという簡単な構成によって効率的に潤滑ボックス６を冷却できるので、安価に潤滑ボックス６を冷却することができ、コストの上昇を抑えることができる。
さらに、潤滑ボックス６が冷却水によって冷却されることにより、回転伝達機構３側のロータハウジング７の温度上昇も防がれるため、吐出口３６から吐出される吐出エアの温度上昇を抑えることができる。特に、この参考例では、吐出口３６の近傍に冷却水路３７が設けられているため、吐出口３６の近傍のロータハウジング７が効率的に冷却されることにより、吐出口３６から吐出されるエアの温度の上昇を抑えることができる。
【００２７】
〔第１実施形態〕
図４に示すコンプレッサの断面図を参照して第１実施形態を説明する。なお、以下の実施形態に示すコンプレッサは、基本的な構成は上記で示した参考例と同じであり、相違点のみを説明する。参考例と同一機能物は、同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
この第１実施形態のコンプレッサは、一対のロータ１、２の回転軸（オス、メスロータ回転軸１４、２０）を支持する回転伝達機構３側のベアリング（第３、第５ベアリング１５、２１）の周囲に、ロータハウジング７と潤滑ボックス６との間に第２冷却水路４１を設けたものであり、この第２冷却水路４１は冷却水路３７に連通して設けられている。
【００２９】
この第２冷却水路４１は、隔壁１７の潤滑ボックス６側の面に形成された凸部４２と、潤滑ボックス６のロータハウジング７側の面に形成された凹部４３との組み合わせによって、凸部４２と凹部４３との間に形成されるものである。
ロータハウジング７に設けられた凸部４２は、楕円形状に突出するものであり、突出部分の外周には溝４４が設けられている。また、潤滑ボックス６の凹部４３は、ロータハウジング７の凸部４２が嵌まり合う楕円形状の窪みである。そして、凸部４２と凹部４３とが嵌め合わされると、溝４４の内部に形成された空間によって第２冷却水路４１が形成される。
なお、ロータハウジング７と潤滑ボックス６との接続部分には、２つのＯリング４５、４６が配置され、第２冷却水路４１の冷却水が漏れないように設けられている。
【００３０】
この第１実施形態のコンプレッサでは、圧縮エアによって高温になる第３、第５ベアリング１５、２１を第２冷却水路４１を流れる冷却水によって効率的に冷却することができる。これによって、第３、第５ベアリング１５、２１の潤滑油がきれてしまうことを防ぐことができるとともに、第３、第５ベアリング１５、２１および第２、第４オイルシール１８、２３等の耐熱性を下げることも可能になる。
また、圧縮側のロータハウジング７が第２冷却水路４１によって冷却できるため、圧縮エアの温度上昇を抑えることができ、結果的に吐出エアの温度上昇を抑えることができる。
【００３１】
〔第２実施形態〕
図５、図６に示すコンプレッサの断面図を参照して第２実施形態を説明する。
この第２実施形態のコンプレッサは、ロータハウジング７の吐出口３６の周囲の少なくとも一部に第３冷却水路５１を設け、この第３冷却水路５１を第２冷却水路４１を介して冷却水路３７に連通して設けたものである。この第３冷却水路５１は、ロータハウジング７の下部壁に形成されるものであり、図６に示すように、吐出口３６の周囲を囲むように第３冷却水路５１が形成されている。
この実施形態のように、吐出口３６の周囲に第３冷却水路５１を設けることにより、吐出口３６から吐出される吐出エアの冷却効率が上がり、吐出エアの温度上昇を抑えることができる。
【００３２】
〔第３実施形態〕
図７に示すコンプレッサの断面図を参照して第３実施形態を説明する。
この第３実施形態のコンプレッサは、第２冷却水路４１を形成するロータハウジング７側の溝４４の底に、冷却水の流れ方向に沿う冷却フィン６１を形成したものである。
このような冷却フィン６１を設けることにより、第１実施形態で示した効果、つまり、第３、第５ベアリング１５、２１を冷却する効果、および圧縮側のロータハウジング７を冷却する効果を高めることができる。
【００３３】
また、第３実施形態のコンプレッサは、タイミングギヤである第３、第４ギヤ３３、３４と直面する潤滑ボックス６の内壁に、表面積を大きくする熱交換フィン６２を設けている。このような熱交換フィン６２を設けることにより、タイミングギヤである第３、第４ギヤ３３、３４によってかきあげられた潤滑油が熱交換フィン６２に衝突し、かきあげられた潤滑油によって潤滑ボックス６内を効率的に冷却することができる。
この実施形態における熱交換フィン６２は、一対のロータ１、２の回転軸（オス、メスロータ回転軸１４、２０）の中心を２つの円弧の中心とする楕円方向に沿って形成されている。これによって、かきあげられた潤滑油が楕円形状の熱交換フィン６２に沿って流れ、かきあげられた潤滑油によって潤滑ボックス６内を効率的に冷却することができる。
【００３４】
さらに、第３実施形態のコンプレッサは、一対のロータ１、２の回転軸（オス、メスロータ回転軸１４、２０）を支持する回転伝達機構３側のベアリング（第３、第５ベアリング１５、２１）の固定穴と、潤滑ボックス６の内の上部空間とを連通する連通路６３が形成されている。これによって、圧縮エアによって高温になる第３、第５ベアリング１５、２１の摺動部に潤滑油が比較的多く供給できるため、第３、第５ベアリング１５、２１を効率的に冷却することができる。
【００３５】
〔他の実施形態〕
上記の実施形態では、エアを圧縮するコンプレッサを例に示したが、水素等、他の気体流体を圧縮するコンプレッサに本発明を適用しても良い。
上記の実施形態では、一対のロータ１、２としてスクリューを用いたスクリュー型コンプレッサを例に示したが、一対のロータ１、２としてルーツを用いたルーツ型コンプレッサに本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  コンプレッサの軸方向に沿う断面図である（参考例）。
【図２】  コンプレッサの軸方向に沿う断面図である（参考例）。
【図３】  一対のロータの斜視図である（参考例）。
【図４】  コンプレッサの軸方向に沿う断面図である（第１実施形態）。
【図５】  コンプレッサの軸方向に沿う断面図である（第２実施形態）。
【図６】  図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である（第２実施形態）。
【図７】  コンプレッサの軸方向に沿う断面図である（第３実施形態）。
【符号の説明】
１    オスロータ
２    メスロータ
３    回転伝達機構
４    ケーシング
６    潤滑ボックス
７    ロータハウジング
９    潤滑室
１０    ロータ室
１４    オスロータ回転軸
１５    第３ベアリング（回転軸を支持する回転伝達機構側のベアリング）
２０    メスロータ回転軸
２１    第５ベアリング（回転軸を支持する回転伝達機構側のベアリング）
３３    第３ギヤ（タイミングギヤ）
３４    第４ギヤ（タイミングギヤ）
３５    吸入口
３６    吐出口
３７    冷却水路
４１    第２冷却水路
４２    凸部
４３    凹部
５１    第３冷却水路
６２    熱交換フィン
６３    連通路
【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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