(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にスパイラル状のスクリュー溝(１３)を有してケーシングに内嵌された円筒状のスクリューロータ(１１)と、周辺に上記スクリューロータ(１１)のスクリュー溝(１３)に挿入されて上記スクリュー溝(１３)を仕切るゲートを有するゲートロータを備えたスクリュー圧縮機において、
上記スクリューロータ(１１)は、
吐出側における上記スクリュー溝(１３)よりも外側の外周面(１４)に軸方向の位置が変動するように一巡して形成された所定厚みの凸部(１５)と、
上記各スクリュー溝(１３)間のランド(１６)に、回転方向に直線状に延在すると共に、回転方向前端が上記スクリュー溝(１３)に対して開口する一方、上記回転方向後端が上記スクリュー溝(１３)に対して閉鎖されて形成された動圧発生溝(１７)と
を有しており、
上記動圧発生溝(１７)は、一つの上記ランド(１６)に複数本形成されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項２】
外周面にスパイラル状のスクリュー溝(１３)を有してケーシングに内嵌された円筒状のスクリューロータ(１１)と、周辺に上記スクリューロータ(１１)のスクリュー溝(１３)に挿入されて上記スクリュー溝(１３)を仕切るゲートを有するゲートロータを備えたスクリュー圧縮機において、
上記スクリューロータ(１１)における各スクリュー溝(１３)間のランド(１６)に、回転方向に直線状に延在すると共に、回転方向前端が上記スクリュー溝(１３)に対して開口する一方、上記回転方向後端が上記スクリュー溝(１３)に対して閉鎖された動圧発生溝(１７)を設けており、
上記動圧発生溝(１７)は、一つの上記ランド(１６)に複数本形成されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スクリュー圧縮機のロータ構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スクリュー圧縮機として図５に示すような断面構造を有するものがある。このスクリュー圧縮機は、ケーシング１内の一端側に設けられた電動機２によって回転される軸３に、外周面にスパイラル状のスクリュー溝４が刻まれたスクリューロータ５が取り付けられている。また、スクリューロータ５の両側には、スクリューロータ５のスクリュー溝４に挿入されるゲート６を有するゲートロータ７が配置されている。
【０００３】
図６は上記スクリューロータ５とゲートロータ７との関係を示す図である。ゲートロータ７のゲート６が挿入されてスクリューロータ５のスクリュー溝４が仕切られている。一方、スクリュー溝４はスクリューロータ５の一端５a側に行くにしたがって浅く形成され、端部４aでスクリューロータ５の外周面に至るようになっている。こうして、スクリュー溝４をゲート６とケーシング１とで閉鎖して圧縮室を形成している。
【０００４】
上記スクリューロータ５が矢印方向に回転されると、スクリュー溝４内の被圧縮流体を塞止めるゲート６の相対位置がスクリュー溝４の端部４a側に移動するために、圧縮室の容積が小さくなって被圧縮流体が圧縮される。こうして圧縮された流体は、上記ケーシング１に設けられた吐出口(図示せず)が開放されることによってスクリューロータ５外に吐出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスクリュー圧縮機には以下に述べるような問題がある。
上述のように、圧縮室はスクリューロータ５に設けられたスクリュー溝４とゲートロータ７のゲート６とケーシング１で形成されている。したがって、スクリュー溝４とゲート６との隙間およびスクリューロータ５の外周面とケーシング１の内周面との隙間が圧縮効率に大きく依存することになる。
【０００６】
ところで、定常運転に至るまでの過渡時(以下、単に過渡時と言う)における上記スクリューロータ５とケーシング１との隙間が両者の温度差による寸法変化の違いによって狭くなり、スクリューロータ５とケーシング１とが接触して焼き付く場合がある。
また、上記スクリューロータ５に掛かるラジアル荷重は、スクリューロータ５前後の軸受８,９とスクリューロータ５−ケーシング１間に充填された潤滑油の油膜によって支えられている。ところが、スクリューロータ５のラジアル荷重が極端に大きくなると、スクリューロータ５がケーシング１に押し付けられてスクリューロータ５とケーシング１とが接触して焼き付きを生ずる場合がある。
【０００７】
そこで、上記スクリューロータ５とケーシング１との接触/焼き付きを防止するために、ラジアル荷重が大きい仕様の場合には、軸受８,９の剛性を高くするか又はスクリューロータ５とケーシング１との隙間をある程度大きく設定する必要がある。
【０００８】
ところが、剛性の高い大型の軸受を使用すればコストアップを招くという問題がある。また、スクリューロータ５とケーシング１との隙間を大きくすると、この隙間から一度圧縮された流体が漏れて他のスクリュー溝４内に侵入して再度圧縮されることになり、圧縮損失が大きくなるという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、スクリューロータとケーシングとの隙間を小さくしても焼き付きが生じにくい高性能なスクリュー圧縮機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、図１に例示するように、
外周面にスパイラル状のスクリュー溝１３を有してケーシングに内嵌された円筒状のスクリューロータ１１と、周辺に上記スクリューロータ１１のスクリュー溝１３に挿入されて上記スクリュー溝１３を仕切るゲートを有するゲートロータを備えたスクリュー圧縮機において、
上記スクリューロータ１１は、
吐出側における上記スクリュー溝１３よりも外側の外周面１４に軸方向の位置が変動するように一巡して形成された所定厚みの凸部１５と、
上記各スクリュー溝１３間のランド１６に、回転方向に直線状に延在すると共に、回転方向前端が上記スクリュー溝１３に対して開口する一方、上記回転方向後端が上記スクリュー溝１３に対して閉鎖されて形成された動圧発生溝１７と
を有しており、
上記動圧発生溝１７は、一つの上記ランド１６に複数本形成されている
ことを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、スクリューロータ１１の回転が開始された上記過渡期には、圧縮熱によって上記スクリューロータ１１の温度がケーシングの温度よりも高くなって上記ケーシングよりも大きな熱膨張を起こす。そして、やがて、上記スクリューロータ１１の吐出側におけるスクリュー溝１３よりも外側の外周面１４に設けられた凸部１５がケーシングに接触する。
その際に、上記凸部１５は軸方向の位置が変動するように一巡して設けられているので、上記凸部１５およびケーシングの接触箇所は接触し続けることはなく次の瞬間には離間する。こうして、上記凸部１５とケーシングの接触箇所は次に接触するまでに冷却されるので局部的な温度上昇による異常膨張を起こすことがなく、焼き付きには至らない。
【００１２】
また、定常運転中においては、上記スクリューロータ１１とケーシングとの隙間は上記凸部１５の厚み分だけ狭められ、上記スクリューロータ１１のスクリュー溝１３とゲートロータのゲートとケーシングとによって形成される圧縮室から高圧の被圧縮流体が漏れることが防止される。
【００１３】
さらに、上記スクリューロータ１１−ケーシング間に充填された潤滑油と上記スクリューロータ１１との相対運動によって、上記各スクリュー溝１３間のランド１６に回転方向側が上記スクリュー溝１３に連通されて袋小路状に形成された動圧発生溝１７の開口端から潤滑油が流れ込み、ラジアル方向への動圧が発生する。したがって、スクリューロータ１１のラジァル方向の許容負荷荷重が大きくなり、ラジアル荷重が極端に大きくなっても接触/焼き付きは生じない。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、
外周面にスパイラル状のスクリュー溝１３を有してケーシングに内嵌された円筒状のスクリューロータ１１と、周辺に上記スクリューロータ１１のスクリュー溝１３に挿入されて上記スクリュー溝１３を仕切るゲートを有するゲートロータを備えたスクリュー圧縮機において、
上記スクリューロータ１１における各スクリュー溝１３間のランド１６に、回転方向に直線状に延在すると共に、回転方向前端が上記スクリュー溝１３に対して開口する一方、上記回転方向後端が上記スクリュー溝１３に対して閉鎖された動圧発生溝１７を設けており、
上記動圧発生溝１７は、一つの上記ランド１６に複数本形成されている
ことを特徴としている。
【００１５】
上記構成によれば、スクリューロータ１１が回転されると、スクリューロータ１１−ケーシング間に充填された潤滑油と上記スクリューロータ１１との相対運動によって、上記各スクリュー溝１３間のランド１６に袋小路状に形成された動圧発生溝１７の開口端から潤滑油が流れ込み、ラジアル方向への動圧が発生する。したがって、スクリューロータ１１のラジアル方向の許容負荷荷重が大きくなり、ラジアル荷重が極端に大きくなっても接触/焼き忖きは生じない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。尚、本実施例におけるスクリュー圧縮機はスクリューロータ以外は図５に示すスクリュー圧縮機と同じ構成を有しており、その基本動作は既に述べた通りである。
【００１７】
図１は、本実施例のスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの展開図である。スクリューロータ１１の外周面１２には、圧縮室を形成するためのスパイラル状のスクリュー溝１３が、両端面１１a，１１b側を残して上述のように複数本刻まれている。
【００１８】
また、吐出側に在ってスクリュー溝１３が刻まれていない外周面１４には一巡して凸部１５が設けられている。この凸部１５は帯状を成し、図３に示すように所定間隔で“く"字状に折り曲げられてジグザグに形成されている。尚、図２は図１におけるａ−ａ矢視断面図である。また、図３においては、凸部１５の高さを誇張して表現している。
【００１９】
さらに、上記スクリューロータ１１の外周面１２における各スクリュー溝１３間のランド１６の吐出側には、スクリューロータ１１の回転方向(矢印Ａの方向)に延在して複数本の細い動圧発生溝１７,１７,…が形成されている。この動圧発生溝１７におけるスクリューロータ１１の回転方向側はスクリュー溝１３に連通され、反対側はスクリュー溝１３に連通されてはいない。図４は図１におけるｂ−ｂ矢視断面図であり、図４(a)は動圧発生溝１７の上記回転方向と反対側の端部１８がランド１６の表面に対して垂直な壁になっているＬ−Ｌステップ型の例を示し、図４(b)は端部１８が傾斜して滑らかにランド１６の表面に連なるテーパーランド型の例を示す。
【００２０】
上記構成のスクリューロータ１１は次のように動作する。
上記スクリューロータ１１が回転し始めると、スクリュー溝１３とゲートロータのゲート(図示せず)とケーシング(図示せず)とで構成される圧縮室内に導入された被圧縮流体の圧縮が開始される。それと共に、圧縮によって発生する熱でスクリューロータ１１の温度が上昇する。こうして、過渡時にはスクリューロータ１１の温度がケーシングの温度よりも高くなり、凸部１５の外径がスクリューロータ１１の熱膨張によってケーシングの内径よりも大きくなる。
【００２１】
そして、上記凸部１５の外周面がケーシングの内周面に接触し始める。その際に、厳密に言えば凸部１５の外周面およびケーシングの内周面は真円を成してはいない。したがって、凸部１５とケーシングとは互いの周面全体で接触することはなく点接触するのである。
【００２２】
ここで、もし上記凸部が直線的に形成されていてスクリューロータ１１の軸に対して垂直方向に設けられているとすると、上記点接触している箇所の凸部１５あるいはケーシングの少なくともいずれか一方はスクリューロータ１１が回転しても常に接触し続けることになり、温度が異常に上昇して焼き付きに至るのである。
ところが、本実施例における凸部１５は、図１あるいは図３に示すように所定間隔で“く"字状に折り曲げられて(すなわち、凸部１５の軸方向の位置をずらして)形成されている。したがって、ある瞬間に点接触した箇所の凸部あるいはケーシングのいずれもが次の瞬間には接触しないようになる。したがって、次に接触するまでの間に冷却されて局部的な温度上昇による異常膨張を防いで焼き付きを防止できるのである。
【００２３】
こうして、焼き付きに至らずに圧縮動作が続けられて定常運転に入る。そうすると、やがてスクリューロータ１１とケーシングとが大略同じ温度になり、スクリューロータ１１の外周面とケーシングの内周面との間の隙間が大略一定に落ち着く。
その際に、上記スクリューロータ１１の外周面１４には凸部１５が形成されているから、スクリューロータ１１本体の外周面１２とケーシングの内周面との間隔が従来と同じになっても吐出側の隙間は凸部１５の厚み分だけ狭い。したがって、吐出側から高圧の被圧縮流体が漏れることが防止され、圧縮効率が飛躍的に向上する。
【００２４】
上記定常運転中においては、スクリューロータ１１に掛かるラジアル荷重は、スクリューロータ１１前後に設けられる軸受(図示せず)およびスクリューロータ１１とケーシングとの間に充填された潤滑油の油膜によって支えられる。
【００２５】
さらに、上記スクリューロータ１１の外周面１２の一部を形成するランド１６の吐出側には、矢印Ａの方向に向かってスクリュー溝１３に開放された動圧発生溝１７が複数本形成されている。したがって、スクリューロータ１１が矢印Ａの方向に回転されると、スクリューロータ１１と潤滑油との相対運動によって、ケーシングの内周面で上側が閉鎖されている動圧発生溝１７のスクリュー溝１３側の開口端から潤滑油が流れ込む。こうして、次々と動圧発生溝１７内に流れ込む潤滑油は図４に示す端面１８に当たる。そうすると、行き場のなくなった潤滑油は上昇しようとしてラジアル方向への圧力が生ずる。所謂動圧が発生するのである。
【００２６】
こうして、本実施例においては、上記軸受と潤滑油の油膜とに加えて、ラジアル方向の動圧によってもスクリューロータ１１に掛かるラジアル荷重を受けるのである。したがって、スクリューロータ１１のラジアル方向の許容負荷荷重が大きくなり、ラジアル荷重が極端に大きくなっても焼き付きが生じにくい。
その結果、上記スクリューロータ１１の外周面とケーシングの内周面との隙間を必要以上に大きくする必要がなく、凸部１５によるシール効果と相俟って、焼き付きが生じにくく圧縮効率のよい高性能なスクリュー圧縮機を提供できるのである。
【００２７】
このように、本実施例においては、スクリューロータ１１における吐出側の外周面１４であってスクリュー溝１３より外側に、肉薄であってジグザグ状の凸部１５を形成している。したがって、過渡時においては、スクリューロータ１１の熱膨張によって凸部１５の外周面とケーシングの内周面とが点接触する際に、同じ箇所が接触し続けることを防止できる。したがって、スクリューロータ１１あるいはケーシングの局部的な温度上昇による膨張を防止して焼き付きを防止できる。
一方、定常運転中においては、上記凸部１５によるシール効果によって高い圧縮効率を得ることができる。
【００２８】
また、上記スクリューロータ１１の外周面１２のランド１６には、ラジアル方向の動圧発生溝１７を設けている。したがって、この動圧発生溝１７によって発生したラジアル方向の動圧によってスクリューロータ１１のラジアル方向の許容負荷荷重が大きくなり、ラジアル荷重が極端に大きくなっても焼き付きが生じにくい。
【００２９】
上記実施例においては、ラジアル方向の動圧を発生させる動圧発生溝１７をランド１６の吐出側に形成している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、スクリューロータ１１のランド１６上であって潤滑油が供給される箇所であればいずれの箇所であってもよい。
また、上記凸部１５の平面形状は、本実施例のごとくジグザグ状である必要はなく波形であってもよい。要は、軸方向の位置が変動していればよいのである。
【００３０】
上記実施例においては、上記スクリューロータ１１の外周面１２には凸部１５と動圧発生溝１７の両方を設けているが、いずれか一方のみを設けてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１に係る発明のスクリュー圧縮機は、スクリューロータが、その吐出側におけるスクリュー溝よりも外側の外周面に軸方向の位置が変動するように一巡して設けられた所定の厚みを有する凸部と、各スクリュー溝間のランドに回転方向に直線状に延在して回転方向前端が上記スクリュー溝に連通されて設けられた動圧発生溝を有するようにしたので、過渡期においては、上記スクリューロータの熱膨張によって上記凸部の外周面の一部とケーシングの内周面の一部とが接触しても、その接触箇所が互いに異なる方向に移動するために接触し続けることがない。したがって、上記凸部とケーシングとの接触箇所が異常膨張して焼き付を生ずることが防止される。
さらに、上記動圧発生溝と潤滑油との相対運動によってラジアル方向の動圧が発生して、上記スクリューロータのラジアル方向の許容負荷荷重が大きくなる。したがって、ラジアル荷重が大きくなってもスクリューロータのケーシングヘの接触/焼き付きが生じにくい。
すなわち、この発明によれば、上記凸部の作用による過渡期の焼き付防止効果に加えて、上記動圧発生溝の作用によるラジアル方向の許容負荷荷重増大の効果が得られ、ラジアル荷重を大きくし旦つスクリューロータとケーシングとの隙間を小さくしても焼き付きが生じにくい高性能な圧縮機を提供できる。
【００３２】
また、請求項２に係る発明のスクリュー圧縮機は、スクリューロータにおける各スクリュー溝間のランドに回転方向に直線状に延在して回転方向前端が上記スクリュー溝に連通されて形成された動圧発生溝を設けたので、上記動圧発生溝と潤滑油との相対運動によってラジアル方向の動圧が発生して、上記スクリューロータのラジアル方向の許容負荷荷重が大きくなる。
すなわち、この発明によれば、上記スクリューロータのラジアル方向の許容負荷荷重が大きいことから上記スクリューロータとケーシングとの隙間を小さくすることが可能となる。その結果、スクリューロータとケーシングとの隙間を小さくしても焼き付きが生じにくい高性能な圧縮機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明のスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの展開図である。
【図２】  図１におけるａ−ａ矢視断面図である。
【図３】  図１における凸部付近の拡大斜視図である。
【図４】  図１におけるｂ−ｂ矢視断面図である。
【図５】  従来のスクリュー圧縮機の断面図である。
【図６】  図５におけるスクリューロータとゲートロータとの斜視図である。
【符号の説明】
１１…スクリューロータ、        １２…外周面、
１３…スクリュー溝、            １５…凸部、
１６…ランド、                  １７…動圧発生溝。
【図１】
0004320906.tif 000002
【図２】
0004320906.tif 000003
【図３】
0004320906.tif 000004
【図４】
0004320906.tif 000005
【図５】
0004320906.tif 000006
【図６】
0004320906.tif 000007