(57)【要約】【課題】ロータの吸入側又は吐出側の軸受の周速を低減できるオイルフリースクリュー圧縮機を提供する。【解決手段】螺旋状の歯を備え噛み合うように回転する雄ロータ１及び雌ロータ２と、雄ロータ１及び雌ロータ２を収納して圧縮作動室を形成するケーシング３と、雄ロータ１及び雌ロータ２を回転可能に支持する吐出側軸受８Ａ，８Ｂ及び吸入側軸受９Ａ，９Ｂと、吐出側軸受８Ａ，８Ｂ及び吸入側軸受９Ａ，９Ｂを潤滑するグリース等が圧縮作動室に侵入しないようにそれぞれ設けたオイルシール１３Ａ，１３Ｂ，１７Ａ，１７Ｂとを備えたオイルフリースクリュー圧縮機において、吐出側軸受８Ａ，８Ｂ及び吸入側軸受９Ａ，９Ｂのうち一方の例えば吸入側軸受９Ａ，９Ｂは針状ころ軸受であり、針状ころ軸受の外周側に嵌合され、対応するオイルシール１７Ａ，１７Ｂの外径寸法以上の外径寸法を有する円筒状部品１８Ａ，１８Ｂを備える。【選択図】図１
2007211639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋状の歯を備え噛み合うように回転する雄ロータ及び雌ロータと、前記雄ロータ及び雌ロータを収納して圧縮作動室を形成するケーシングと、前記雄ロータ及び雌ロータを回転可能に支持する吸入側及び吐出側の軸受と、前記吸入側及び吐出側の軸受を潤滑するグリース等が前記圧縮作動室に侵入しないようにそれぞれ設けたオイルシールとを備えたオイルフリースクリュー圧縮機において、
前記吸入側及び吐出側の軸受のうち一方は針状ころ軸受であり、前記針状ころ軸受の外周側に嵌合され、対応する前記オイルシールの外径寸法以上の外径寸法を有する円筒状部品を備えたことを特徴とするオイルフリースクリュー圧縮機。
【請求項２】
螺旋状の歯を備え噛み合うように回転する雄ロータ及び雌ロータと、前記雄ロータ及び雌ロータを収納して圧縮作動室を形成するケーシングと、前記雄ロータ及び雌ロータを回転可能に支持する吸入側及び吐出側の軸受と、前記吸入側及び吐出側の軸受を潤滑するグリース等が前記圧縮作動室に侵入しないようにそれぞれ設けたオイルシールとを備えたオイルフリースクリュー圧縮機において、
前記吸入側及び吐出側の軸受のうち一方は針状ころ軸受であり、前記針状ころ軸受の外周側に嵌合され、対応する前記オイルシールの外径寸法と同じ外径寸法を有する円筒状部品を備えたことを特徴とするオイルフリースクリュー圧縮機。
【請求項３】
請求項１又は２記載のオイルフリースクリュー圧縮機において、前記円筒状部品は、その線膨張係数が前記針状ころ軸受の線膨張係数より大きく前記ケーシングの線膨張係数より小さいことを特徴とするオイルフリースクリュー圧縮機。
【請求項４】
請求項１又は２記載のオイルフリースクリュー圧縮機において、前記円筒状部品は、その振動減衰率が前記針状ころ軸受及びケーシングの振動減衰率より大きいことを特徴とするオイルフリースクリュー圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池用の空気供給機等に好適なオイルフリースクリュー圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
オイルフリースクリュー圧縮機は、圧縮作動室に潤滑油等を混入させない状態で運転する圧縮機であり、一般に、螺旋状の歯を備え噛み合うように回転する雄ロータ及び雌ロータと、これら雄ロータ及び雌ロータを収納して圧縮作動室を形成するとともに、圧縮作動室に例えば空気を吸入する吸入ポート及び圧縮作動室から例えば圧縮空気を吐出する吐出ポートが形成されたケーシングと、雄ロータ及び雌ロータを回転可能に支持する吸入側及び吐出側の軸受と、これら吸入側及び吐出側の軸受を潤滑するグリース又は潤滑油が圧縮作動室に侵入しないようにそれぞれ設けたオイルシール（シール材）とを備えている（例えば、特許文献１参照）。そして、例えば、吸入側軸受にはラジアル荷重を負担する円筒ころ軸受を、吐出側軸受にはラジアル荷重及びスラスト荷重を負担する組合アンギュラ玉軸受を用いている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３２９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術には以下のような改善の余地があった。
例えば燃料電池用の空気供給機等として車載されるオイルフリースクリュー圧縮機は、小型化及び軽量化を図るため、例えば封入したグリースで軸受を潤滑することが好ましい。このように軸受をグリースで潤滑する場合は、潤滑油で潤滑する場合と比べ冷却作用が低いことから、軸受の焼付防止のために軸受の周速の低減を図ることが当面の急務となっている。
【０００５】
本発明の目的は、ロータの吸入側又は吐出側の軸受の周速を低減できるオイルフリースクリュー圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、螺旋状の歯を備え噛み合うように回転する雄ロータ及び雌ロータと、前記雄ロータ及び雌ロータを収納して圧縮作動室を形成するケーシングと、前記雄ロータ及び雌ロータを回転可能に支持する吸入側及び吐出側の軸受と、前記吸入側及び吐出側の軸受を潤滑するグリース等が前記圧縮作動室に侵入しないようにそれぞれ設けたオイルシールとを備えたオイルフリースクリュー圧縮機において、前記吸入側及び吐出側の軸受のうち一方は針状ころ軸受であり、前記針状ころ軸受の外周側に嵌合され、対応する前記オイルシールの外径寸法以上の外径寸法を有する円筒状部品を備える。
【０００７】
（２）上記目的を達成するために、また本発明は、螺旋状の歯を備え噛み合うように回転する雄ロータ及び雌ロータと、前記雄ロータ及び雌ロータを収納して圧縮作動室を形成するケーシングと、前記雄ロータ及び雌ロータを回転可能に支持する吸入側及び吐出側の軸受と、前記吸入側及び吐出側の軸受を潤滑するグリース等が前記圧縮作動室に侵入しないようにそれぞれ設けたオイルシールとを備えたオイルフリースクリュー圧縮機において、前記吸入側及び吐出側の軸受のうち一方は針状ころ軸受であり、前記針状ころ軸受の外周側に嵌合され、対応する前記オイルシールの外径寸法と同じ外径寸法を有する円筒状部品を備える。
【０００８】
（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記円筒状部品は、その線膨張係数が前記針状ころ軸受の線膨張係数より大きく前記ケーシングの線膨張係数より小さい。
【０００９】
（４）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記円筒状部品は、その振動減衰率が前記針状ころ軸受及びケーシングの振動減衰率より大きい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ロータの吸入側又は吐出側の軸受の周速を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
本発明の第１の実施形態を図１により説明する。図１は、本実施形態によるオイルフリースクリュー圧縮機の構造を表す軸方向断面図である。
【００１３】
この図１において、オイルフリースクリュー圧縮機は、圧縮作動室に潤滑油等を混入させない状態で運転する圧縮機であり、回転軸が平行でかつ螺旋状の歯が噛み合うようにそれぞれ回転する雄ロータ１及び雌ロータ２と、これら雄ロータ１及び雌ロータ２を収納するケーシング３とを備えている。ケーシング３は、吸入ポート４及び吐出ポート（図示せず）が設けられ、その内部に雄ロータ１及び雌ロータ２を収納する略円筒状ボア５が形成されたメインケーシング６と、このメインケーシング６の吸入側（図１中右側）にボルト等により締結固定された吸入側ケーシング７とで構成されている。
【００１４】
雄ロータ１は、吐出側に設けられ例えばラジアル荷重及びアキシャル荷重を負担する組合アンギュラ玉軸受８Ａと、吸入側に設けられ例えばラジアル荷重を負担する針状ころ軸受９Ａとで回動可能に支持されている。同様に、雌ロータ２は、吐出側に設けた組合アンギュラ玉軸受８Ｂと吸入側に設けた針状ころ軸受９Ｂとで回動可能に支持されている。そして、雄ロータ１及び雌ロータ２の吐出側軸端部には一対のタイミングギヤ１０Ａ，１０Ｂが嵌合されており、電動機（図示せず）の回転動力が雌ロータ２の吐出側端部に伝達されると、雄ロータ１及び雌ロータ２は同期して回転駆動するようになっている。このとき、雄ロータ１及び雌ロータ１とメインケーシング６のボア５内壁とで囲まれた圧縮作動室は、吸入側から吐出側に移動しつつ容積が縮小される。これにより、吸入ポート４から圧縮作動室に吸入された例えば空気が圧縮され、その圧縮空気が吐出ポートから吐出されるようになっている。
【００１５】
吐出側の組合アンギュラ玉軸受８Ａ，８Ｂは、メインケーシング６の軸廻り収納部１１Ａ，１１Ｂにそれぞれ設けられている。また、メインケーシング６には軸受押さえ１２Ａ，１２Ｂがボルト等により取り付けられ、これら軸受押さえ１２Ａ，１２Ｂが組合アンギュラ玉軸受８Ａ，８Ｂの外輪側面にそれぞれ当接することにより、組合アンギュラ玉軸受８Ａ，８Ｂを軸方向に固定するようになっている。また、組合アンギュラ玉軸受８Ａ，８Ｂ及びタイミングギヤ１０Ａ，１０Ｂは、潤滑油で潤滑されるようになっている。そのため、組合アンギュラ玉軸受８Ａ，８Ｂの圧縮作動室側（図１中右側）には、圧縮作動室に潤滑油が侵入しないためのオイルシール１３Ａ，１３Ｂと、圧縮作動室からの圧縮空気の洩れを低減するエアシール１４Ａ，１４Ｂとが配設されている。
【００１６】
吸入側の針状ころ軸受９Ａ，９Ｂは、吸入側ケーシング７の軸廻り収納部１５Ａ，１５Ｂにそれぞれ設けられている。また、吸入側ケーシング７には軸受押さえ１６Ａ，１６Ｂがボルト等により取り付けられ、これら軸受押さえ１６Ａ，１６Ｂが針状ころ軸受９Ａ，９Ｂの外輪側面にそれぞれ当接することにより、針状ころ軸受９Ａ，９Ｂを軸方向に固定するようになっている。また、針状ころ軸受９Ａ，９Ｂは、封入されたグリースで潤滑されるようになっている。そのため、針状ころ軸受９Ａ，９Ｂの圧縮作動室側（図１中左側）には、圧縮作動室にグリースが侵入しないためのオイルシール１７Ａ，１７Ｂが配設されている。
【００１７】
オイルシール１３Ａ，１３Ｂ，１７Ａ，１７Ｂは、この種のものとして公知の接触式シールである。例えばラビリンスシール等の非接触式シールを吸入側に設けた場合は、運転時の温度上昇に伴いグリースが液状化し吸入ポート４側（負圧側）へ洩れ出す可能性が生じるが、接触式のオイルシール１７Ａ，１７Ｂを設けることによってグリースの漏れを確実に防止するようになっている。また、オイルシール１３Ａ，１３Ｂ，１７Ａ，１７Ｂは、非接触式シールに比べ、その軸方向寸法を比較的小さくすることができる。
【００１８】
本実施形態の要部である吸入側ケーシング７の軸廻り収納部１５Ａ，１５Ｂは、軸受押さえ１６Ａ，１６Ｂを取り外した状態で、その開口部からオイルシール１７Ａ，１７Ｂ→針状ころ軸受９Ａ，９Ｂの順序で組み込むような構造となっている。そのため、吸入側ケーシング７の軸廻り収納部１５Ａ，１５Ｂは、少なくともオイルシール１７Ａ，１７Ｂの外径寸法に合わせて大きくしなければならないが、そのままではオイルシール１７Ａ，１７Ｂの外径寸法より小さな針状ころ軸受９Ａ，９Ｂを組み込むことが困難である。そこで本実施形態では、オイルシール１７Ａの外径寸法より若干大きい外径寸法を有する円筒状部品１８Ａを針状ころ軸受９Ａの外周側に嵌合（圧入）させ、オイルシール１７Ｂの外径寸法より若干大きい外径寸法を有する円筒状部品１８Ｂを針状ころ軸受９Ｂの外周側に嵌合（圧入）させ、これら円筒状部品１８Ａ，１８Ｂを吸入側ケーシング７の軸廻り収納部１５Ａ，１５Ｂに嵌合（圧入）させている。
【００１９】
円筒状部品１８Ａ（又は１８Ｂ、以降かっこ内対応同じ）は、内周側に針状ころ軸受９Ａ（又は９Ｂ）を圧入する円筒部と、この円筒部の一方側（図１中左側）端部に接続した円環部とで構成されている。円筒状部品１８Ａ（又は１８Ｂ）の円環部は、針状ころ軸受９Ａ（又は９Ｂ）の外輪側面のみに当接する大きさとなっている。これにより、上述した針状ころ軸受９Ａ（又は９Ｂ）を軸方向に固定するための軸受押さえ１６Ａ（又は１６Ｂ）のボルト取付けによる締付力を受けるようになっている。
【００２０】
また円筒状部品１８Ａ，１８Ｂは、線膨張係数が針状ころ軸受９Ａ，９Ｂの線膨張係数より大きく吸入側ケーシング７の線膨張係数より小さくなり、さらに振動減衰率が針状ころ軸受９Ａ，９Ｂ及び吸入側ケーシング７の振動減衰率より大きくなっている。例えば軽量化を目的として吸入側ケーシング７をアルミ合金材料で形成する場合は、円筒状部品はアルミニウムと炭化珪素又はアルミナの複合材料で形成することが好ましい。
【００２１】
以上のように構成された本実施形態においては、雄ロータ１及び雌ロータ２の吸入側軸受を針状ころ軸受９Ａ，９Ｂとすることにより、円筒ころ軸受とする場合に比べ径寸法を小さくして周速を低減することができる。これにより、軸受の焼付防止を図ることができ、軸受寿命を向上させることができる。その結果、軸受の交換頻度を低減することができ、メンテナンス作業に伴う停止回数を低減して圧縮機の稼働率を向上させることもできる。
【００２２】
また本実施形態においては、針状ころ軸受９Ａ，９Ｂの外周側にそれぞれ嵌合され、オイルシール１７Ａ，１７Ｂの外径寸法より大きい外径寸法を有する円筒状部品１８Ａ，１８Ｂを設ける。これにより、吸入側ケーシング７の軸廻り収納部１５Ａ，１５Ｂの一開口部からオイルシール１７Ａ，１７Ｂ→針状ころ軸受９Ａ，９Ｂの順序で組み込むような構造であっても、オイルシール１７Ａ，１７Ｂの外径寸法より小さな針状ころ軸受９Ａ，９Ｂを容易に組み込むことができる。
【００２３】
また、円筒状部品１８Ａ，１８Ｂの線膨張係数を針状ころ軸受９Ａ，９Ｂの線膨張係数より大きく吸入側ケーシング７の線膨張係数より小さくする。これにより、運転時の温度上昇によって針状ころ軸受９Ａ（又は９Ｂ）と円筒状部品１８Ａ（又は１８Ｂ）との隙間及び円筒状部品１８Ａ（又は１８Ｂ）と吸入側ケーシング７との隙間が大きくなるのを防止することができる。また、それら隙間の増大に伴う軸振動の増大を抑えることができる。特に、例えば円筒状部品１８Ａ，１８Ｂの線膨張係数を針状ころ軸受９Ａ，９Ｂの線膨張係数と吸入側ケーシング７の線膨張係数との中間値にした場合は、その効果を最大限に得ることができる。また、例えば吸入側ケーシング７に軸受を直接圧入する場合の締代（詳細には、吸入側ケーシング７及び軸受における線膨張係数の差を考慮した締代）と比べ、円筒状部品１８Ａ，１８Ｂを介し２段階で圧入することにより各締代が小さくなり、嵌合作業を容易にすることができる。
【００２４】
また、円筒状部品１８Ａ，１８Ｂの振動減衰率を針状ころ軸受９Ａ，９Ｂ及び吸入側ケーシング７の振動減衰率より大きくする。これにより、雄ロータ１及び雌ロータ２から吸入側ケーシング７への振動伝達を低減し、騒音の低減を図ることができる。
【００２５】
なお、上記第１の実施形態においては、円筒状部品１８Ａ，１８Ｂの外径寸法をオイルシール１７Ａ，１７Ｂの外径寸法より若干大きくした場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば円筒状部品１８Ａ，１８Ｂの外径寸法をオイルシール１７Ａ，１７Ｂの外径寸法と同じにしてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。また、吸入側ケーシング７の軸部収納部１５Ａ，１５Ｂの内径寸法を軸方向に変化させる必要がなくなり、吸入側ケーシング７の構造を簡素化することができる。
【００２６】
本発明の第２の実施形態を図２により説明する。本実施形態は、吸入側ケーシングの軸廻り収納部の一開口部から針状ころ軸受→オイルシールの順序で組込むような構造とした実施形態である。
【００２７】
図２は、本実施形態によるオイルフリースクリュー圧縮機の構造を表す軸方向断面図である。この図２において、上記第１の実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２８】
本実施形態では、吸入側ケーシング７’の軸廻り収納部１５Ａ’，１５Ｂ’は、吸入側ケーシング７’及びメインケーシング６を締結固定しない状態で、圧縮作動室側（図２中左側）から針状ころ軸受９Ａ，９Ｂ→オイルシール１７Ａ，１７Ｂの順序で組み込むような構造となっている。すなわち、上記軸受押さえ１６Ａ，１６Ｂを要しない構造となっている。そして、本実施形態では、針状ころ軸受９Ａ，９Ｂの外周側に、オイルシール１７Ａ，１７Ｂの外径寸法と同じ外径寸法を有する円筒状部品１８Ａ’，１８Ｂ’を嵌合（圧入）させる。なお、円筒状部品１８Ａ’，１８Ｂ’は、上記円筒状部品１８Ａ，１８Ｂ同様、線膨張係数が針状ころ軸受９Ａ，９Ｂの線膨張係数より大きく吸入側ケーシング７’の線膨張係数より小さく、さらに振動減衰率が針状ころ軸受９Ａ，９Ｂ及び吸入側ケーシング７’の振動減衰率より大きくなっている。
【００２９】
以上のように構成された本実施形態においても、上記第１の実施形態同様、雄ロータ１及び雌ロータ２の吸入側軸受を針状ころ軸受９Ａ，９Ｂとすることにより、円筒ころ軸受とする場合に比べ径寸法を小さくして周速を低減することができる。また本実施形態においては、針状ころ軸受９Ａ，９Ｂの外周側にそれぞれ嵌合され、オイルシール１７Ａ，１７Ｂの外径寸法と同じ外径寸法を有する円筒状部品１８Ａ’，１８Ｂ’を設ける。これにより、吸入側ケーシング７’の軸部収納部１５Ａ’，１５Ｂ’の内径寸法を軸方向に変化させる必要がなくなり、吸入側ケーシング７’の構造を簡素化することができる。
【００３０】
次に、上記第２の実施形態との比較による上記第１の実施形態の利点について説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、上記第１及び第２の実施形態における吸入ポート４の大きさ（但し便宜上、雌ロータ２側のみ）をそれぞれ表す径方向概略断面図である。
【００３１】
図３（ｂ）及び前述の図２に示す第２の実施形態における吸入ポート４’は、雄ロータ１及び雌ロータ２の軸部とオイルシール１７Ａ，１７Ｂとそれらを収納する吸入側ケーシング７’の端部とが隣接するので、面積が比較的小さくなる。これに対し、図３（ａ）及び前述の図１に示す第１の実施形態における吸入ポート４は、オイルシール１７Ａ，１７Ｂが隣接せず、雄ロータ１及び雌ロータ２の軸部とそれを収納する吸入側ケーシング７’の端部とが隣接するので、吸入側ケーシング７’の端部を小径化することにより面積が比較的大きくなる。したがって、第２の実施形態の吸入側ケーシング７’を設ける場合よりも第１の実施形態の吸入側ケーシング７を設ける場合のほうが吸込空気量を大きくすることが可能である。そのため、特に、例えば雄ロータ１及び雌ロータ２がロータ径の小さい場合や歯底の深い歯形である場合（言い換えれば、小型化を図る場合）は、十分な吸込量を確保するため、第１の実施形態のように吸入側ケーシング７を設けたほうが好ましい。また、第１の実施形態の吸入側ケーシング７では、上述したように、軸受押さえ１６Ａ，１６Ｂにより針状ころ軸受９Ａ，９Ｂを確実に固定することが可能である。
【００３２】
なお、以上においては、雄ロータ１及び雌ロータ２は、吸入側の針状ころ軸受９Ａ，９Ｂ及び吐出側の組合アンギュラ玉軸受８Ａ，８Ｂにより回転可能に支持する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば吐出側に針状ころ軸受を設け、吸入側にラジアル荷重及びアキシャル荷重を負担する単列深溝玉軸受を設けるような組み合わせとしてもよい。このような場合、メインケーシング６の軸廻り軸封部は、軸受押さえを取り外した状態で、その開口部からオイルシール→針状ころ軸受の順序で組み込む構造となる。そのため、上記第１の実施形態同様、オイルシールの外径寸法以上の外径寸法を有する円筒状部品を針状ころ軸受の外周側に嵌合させることにより、上記同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のオイルフリースクリュー圧縮機の第１の実施形態の構造を表す軸方向断面図である。
【図２】本発明のオイルフリースクリュー圧縮機の第２の実施形態の構造を表す軸方向断面図である。
【図３】本発明のオイルフリースクリュー圧縮機の第２及び第１の実施形態における吸入ポートの大きさをそれぞれ表す径方向概略断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    雄ロータ
２    雌ロータ
３    ケーシング
８Ａ，８Ｂ  組合アンギュラ玉軸受（吐出側の軸受）
９Ａ，９Ｂ  針状ころ軸受（吸入側の軸受）
１３Ａ，１３Ｂ  オイルシール
１７Ａ，１７Ｂ  オイルシール
１８Ａ，１８Ｂ  円筒状部品
【図１】
2007211639.tif 000003
【図２】
2007211639.tif 000004
【図３】
2007211639.tif 000005