(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に収納された雄ロータ（Ｍロータ）と雌ロータ（Ｆロータ）との噛み合い容積の変化により流体を圧縮して送出するスクリュー式流体機械であって、アンローダピストンに連結されるとともに、前記両ロータの軸線に平行に配置されたスライド弁により吸入側への流体の戻り量を制御する容量制御機構を備えたものにおいて、前記スライド弁はそのスライド弁吐出ポートの吐出制御用切欠きのうち、Ｆ側（雌ロータ側）、Ｍ側（雄ロータ）の何れか一方の切欠きに交叉するように形成された一定幅で所定長を有する溝を、前記スライド弁の軸線に平行に刻設したことを特徴とするスクリュー式流体機械のスライド弁。
【請求項２】
前記切欠きのうちＦ側切欠きが、前記Ｆロータの或る回転位置におけるＦロータ稜線水平面投影線のＦロータ側中央位置における接線（Ｆ側稜線接線）に近似する形状に切り欠かれてなる請求項１に記載のスクリュー式流体機械のスライド弁。
【請求項３】
前記切欠きのうちＭ側切欠きが、前記Ｍロータの或る回転位置におけるＭロータ稜線水平面投影線のＭロータ側中央位置における接線（Ｍ側稜線接線）に近似する形状に切り欠かれてなる請求項１に記載のスクリュー式流体機械のスライド弁。
【請求項４】
前記溝が前記スライド弁のＦ側に設けられることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー式流体機械のスライド弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスクリュー式流体機械における容量制御用スライド弁の構造に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
冷凍装置における冷媒の圧縮等に用いられるスクリュー式圧縮機は、図２に示すように、ケーシング１内に嵌合された歯数の異なる一対のロータ即ち雄ロータ（以下Ｍロータという）３と雌ロータ（以下Ｆロータという）２とを噛み合わせ、モータ等の駆動源からＭロータ３が固着された駆動軸９を介して、Ｍロータ３及びＦロータ２を互いに反対方向に回転せしめ、噛み合い容積が大きくなったときに該噛み合い容積に流体を吸入し、ロータの回転により容積を縮小せしめることにより該流体を圧縮し、該噛み合い容積を吐出口に連通させて、該吐出口より圧縮流体を送出するように構成されている。
【０００３】
かかるスクリュー式圧縮機においては、その容量即ち吐出量の制御は、吸入側へ戻される流体の量を制御することにより行う。即ち、図２において、アンローダシリンダ４内に摺動自在に嵌合されたアンローダピストン５にはピストンロッド１４を介してスライド弁６が連結され、該ピストン５に油圧を作用させると、前記スライド弁６が前記ロータ２・３の軸方向に移動せしめられ、吐出側から吸入側へ連通されている戻し通路（図示せず）の開度が変化せしめられることにより、前記戻り流体量を制御する。
【０００４】
前記のようなスライド弁６を備えたスライド弁式容量制御機構を有するスクリュー式圧縮機には図３に示す模式図のように吐出ポートを２個備えており、そのうちの１個は吐出端面に、他の１個はスライド弁６に設けられている。前記吐出ポートの形状は、スクリュー圧縮機の効率に大きく影響し、圧縮行程においてロータの歯溝が吐出ポートに連通する直前の歯溝内容積と吸入容積との比を運転条件によって種々調整することが通常行われている。
【０００５】
前記２個の吐出ポートの内部容積比は、スライド弁６を動かすと、次に述べるような変化特性を有することが知られている。即ち、吐出端面ポート７１ではスライド弁６を移動せしめても吐出開始のタイミングでは変化しないが、吸入容積が変化するため、スライド弁６を低負荷側に移動させると、内部容積比が順次小さくなるという特性がある。
【０００６】
一方、スライド弁ポート７０の方については、スライド弁６が低負荷側に移動すると吐出ポート７０も吐出側に移動するため、吐出端面ポート７１とは異なり特異な変化が起きる。即ち、スライド弁６が全負荷状態から若干低負荷側に移動した状態では、吸入容積が小さくなるためスライド弁吐出ポート内部容積比も一旦小さくなるが、さらにスライド弁６が低負荷側に移動するとスライド弁吐出ポート７０が吐出側に移動した影響が大きくなり、吐出タイミングが遅れることにより、スライド弁吐出ポート内部容積比は徐々に大きくなる。やがてスライド弁吐出ポート７０が吐出端面に完全に遮られる位置まで移動すると、スライド弁吐出ポート内部容積比は無限大になる。
【０００７】
また、上記２つのポートの内部容積比変化はスクリュー圧縮機の効率に影響を与えるが、何れか先に開く方（内部容積比が小さい方）のポートが効率に強く影響を与える傾向があることも知られている。スライド弁式スクリュー圧縮機の場合、全負荷時の吐出端面ポート内部容積比を運転条件に対し、最適に設定すると、低負荷時において、前述した理由により吐出端面ポート内部容積比が小さくなり過ぎ、圧縮不足による効率の低下が生じることも知られている。
【０００８】
従来のスクリュー圧縮機にあっては、この現象を緩和するため、スライド弁吐出ポート７０の方が吐出端面ポート７１よりもその内部容積比を小さく設定している。これは即ち、高負荷時の効率はスライド弁吐出ポート７０に受け持たせ、低負荷時の効率は吐出端面ポート７１に受け持たせることにより、高負荷時の過圧縮と低負荷時の圧縮不足を緩和しようとした結果である。
【０００９】
しかしながら、上記手法にあっては、風量２０％程度の低負荷時の効果を高めるためには、必然的に全負荷時の吐出端面ポート内部容積比をかなり大きく（適正容積比の５倍程度）しておく必要があるが、全負荷時の吐出端面ポート内部容積比をあまり大きくし過ぎると、中間負荷においてスライド弁吐出ポート７０と吐出端面ポート７１の両方の内部容積比が大きくなり過ぎて、過圧縮となってしまうため、あまり大きくすることはできない。
【００１０】
図３に示すスクリュー圧縮機の模式図において、例えばロータ（Ｍロータ３及びＦロータ２）の長さ：Ｌ、スライドストップ長さ：ＳＳ＝０．１Ｌ、アンローダピストン５のストローク：ＵＬ＝０．５６Ｌについて以下に考察する。
【００１１】
上記スクリュー圧縮機のある運転条件に対し、全負荷時の適正容積比が３である場合、２０％負荷においてもこの適正容積比を維持しようとすると、吐出端面ポート内部容積比は全負荷時には、１５に設定しなければならないことになる。
【００１２】
上記容積比３に対応するスライド弁吐出ポート７０の最も吸入側の部分は、図３のＡ点となり吐出端から約Ｘ＝０．１５Ｌの部位となる。このスライド弁６をアンロードストロークの半分吐出側に移動した状態について考えると、スライド弁吐出ポートは、０．２８Ｌ分吐出側に移動するため、完全に吐出端面で遮断されてしまい、有効な吐出ポートは吐出端面ポートのみとなる。またこの時、流量は約５０％となる。従って、この状態では、吐出端面ポート内部容積比は全負荷時の約半分の７．５までしか低下せず、著しい過圧縮となって、効率が大きく低下することになる。
【００１３】
即ち、前記従来のスライド弁６を備えたスクリュー圧縮機においては、上記現象の発生により中間負荷時においてスライド弁吐出ポート７０と吐出端面ポート７１の双方の内部容積比が過大となることにより、上記のような過圧縮の発生をみる。
【００１４】
本発明は前記問題点に鑑みて、部分負荷時におけるスライド弁吐出ポート及び吐出端面ポートの双方の内部容積比の過大化による過圧縮の発生による効率の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は前記のような問題点を解決するため、従来のスライド弁吐出ポート切欠き（Ｆ側切欠き及びＭ側切欠き）の何れかに交叉する形でスライド弁の軸方向に一定幅の溝を所定長さに亘って形成し、これによって部分負荷時において吐出端面ポート内部容積比がスライド弁吐出ポートのそれよりも小さくなる位置を、より低負荷側に設定可能として、このときの吐出端面ポート内部容積比が従来のものよりも小さくなるようにし、部分負荷時の過圧縮を防止するようにしたことを特徴としている。
【００１６】
即ち、その具体的な手段は、ケーシング内に収納された雄ロータ（Ｍロータ）と雌ロータ（Ｆロータ）との噛み合い容積の変化により流体を圧縮して送出するスクリュー式流体機械であって、アンローダピストンに連結されるとともに前記両ロータの軸線に平行に配置されたスライド弁により吸入側への流体の戻り量を制御する容量制御機構を備えたスクリュー式流体機械において、前記スライド弁は、そのスライド弁吐出ポートの吐出制御用切欠きのうち、Ｆ側（雌ロータ側）、Ｍ側（雄ロータ側）の何れか一方の切欠きに交叉する溝を、前記スライド弁の軸線に平行に刻設して構成される。
【００１７】
また、前記具体的手段において、好ましくは、前記切欠きのうちＦ側切欠きが、前記Ｆロータのある回転位置におけるＦロータ稜線水平面投影線のＦロータ側中央位置における接線（Ｆ側稜線接線）に近似する形状に切り欠かれ、また前記Ｍ側切欠きが、前記Ｍロータのある回転位置におけるＭロータ稜線水平面投影線のＭロータ側中央位置における接線（Ｍ側稜線接線）に近似する形状に切り欠かれて構成される。
【００１８】
さらに前記溝は、スライド弁のＦ側に設けるのが好ましい。このようにすれば、上記溝をスライド弁の吐出端面より同一距離吸入側へ延設した場合、Ｆ側の方が内部容積比が大きいため、全負荷時の圧縮不足を小さくすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２０】
図１には本発明の第１実施形態に係るスライド弁の展開構成図、図２には上記スライド弁が組み込まれたスクリュー式圧縮機の要部断面図、図３には上記スクリュー式圧縮機の容量制限の模式図を夫々示している。
【００２１】
図２〜図４において、１はケーシング、２及び３は該ケーシング１内に収納された歯数の異なる雌ロータ（以下Ｆロータという）及び雄ロータ（以下Ｍロータ）、９は該Ｍロータ３が固着される駆動軸であり、モータ等の駆動源から該駆動軸９を介して前記Ｍロータ３及びＦロータ２を互いに反対方向に回転せしめ、噛み合い容積が大きくなったときに該噛み合い容積に流体を吸入する。そして、前記両ロータ３、２の回転により噛み合い容積を縮小せしめることにより、該流体を圧縮し、該噛み合い容積を吐出口に（図示せず）連通させて、該吐出口より圧縮流体を送出する。
【００２２】
４はアンローダシリンダ、５は該アンローダシリンダ４内に摺動自在に嵌合されたアンローダピストン、６は該ピストン５にピストンロッド１４を介して連動連結されたスライド弁である。
【００２３】
前記アンローダピストン５は、コントローラ（図示せず）により制御される電磁弁２０の開度により圧力及び供給タイミングが設定された作動軸の油圧により往復動せしめられ、これに従い、スライド弁６が前記ロータ２、３の軸方向に移動し、吸入側への戻し通路（図示せず）の開度を変化せしめ吸入側への戻り流体量を制御する。１１、１３はＭロータ３支持用の軸受、１０、１２はＦロータ２支持用軸受である。
【００２４】
図１にこの実施形態に係るロータ稜線水平面における上記スライド弁の展開図を示す。図１において６１は、雄ロータ３側切欠き（以下Ｍ側切欠きという）、６２は雌ロータ２側切欠き（以下Ｆ側切欠きという）、６４は吐出端、６５は吸入端である。
【００２５】
前記Ｍ側切欠き６１は図１に示されるような、Ｍロータ３の或る回転位置におけるＭロータ３稜線水平面投影線のＭロータ３側中央位置における接線（Ｍ側稜線接線）に近似する形状に切り欠かれ形成されている。
【００２６】
同様に、前記Ｆ側切欠き６２は、図１に示されるような、Ｆロータ２の或る回転位置におけるＦロータ稜線水平面投影線のＦロータ２側中央位置における接線（Ｆ側稜線接線）に近似する形状に切り欠かれて形成されている。
【００２７】
６３は前記Ｆ側切欠き６２に交叉する形で、かつスライド弁６の軸方向に一定幅ｂ、吐出端６４からの長さｃにて刻設された溝である。尚、上記溝６３は図１と対称にＭ側切欠き６１に交叉するように設けてもよい。
【００２８】
上記のように構成されたスクリュー圧縮機の運転時において、コントローラ（図示せず）により電磁弁２０の開度が設定されると、これに対応する油圧が該電磁弁２０を通って、アンローダピストン５に作用し、該ピストン５に連結されあたスライド弁６が移動せしめられ、吐出側から吸入側への戻り通路の開口面積が決定される。
【００２９】
前記開口面積は、図３に示すように、スライド弁吐出ポート７０及び吐出端面ポート７１の開口量によって決まるが、スライド弁吐出ポート７０側について、前述のようにスライド弁６の移動とともに吐出開始タイミングも変化する。
【００３０】
そして前記スライド弁吐出ポート７０は、スライド弁６が低負荷側に移動すると該ポート７０が吐出側に移動するが、これによって吸入容積が小さくなるために、スライド弁吐出ポート内部容積比も一旦小さくなり、さらに低負荷側に移動すると、前記ポート７０が吐出側に移動した影響が大きくなり吐出タイミングが遅れることにより、スライド弁吐出ポート内部容積比は徐々に大きくなる。
【００３１】
然るに図１に示される本発明の実施形態に係るスライド弁６においては、スライド弁６の吐出量制御用切欠きの一方側（この場合はＦ側切欠き６２）に交叉するように溝６３を形成したので、部分負荷側においてスライド弁吐出ポート内部容積比が吐出端面ポート内部容積よりも大きくなる位置をより低負荷側に設定可能となる。
【００３２】
これによって、上記の際のスライド弁吐出ポート及び吐出端面ポートの内部容積比を従来のものよりも小さく設定でき、中間負荷においてスライド弁吐出ポート７０と吐出端面ポート７１との双方の内部容積比が過大となって過圧縮となるのを防止できる。
【００３３】
【実施例】
前記スライド弁６において、ロータ径＝２５５ｍｍ、ロータ長径比＝１．６５、
ロータ回転数３５５０ｒｐｍにて、アンロード時に動力オーバー現象の出方が顕著なガス温度条件で実験した結果を図４に示す。
【００３４】
図４において、Ａがこの実施形態に係る溝付きスライド弁を備えたスクリュー圧縮機、Ｂが上記溝を有しないスライド弁を備えた従来機である。図から明らかなように、従来機（Ｂ）では大きなアンロード時動力オーバー現象が出ているが、この実施形態のものはほぼ完全に解消されている。
【００３５】
また、この実施形態において、全負荷時には、溝６３を設けたことにより、従来のものよりもスクリュー圧縮機の内部容積比が見かけ上小さくなるが、溝６３の幅ｂを適正値に設定することにより、全負荷時の圧縮機内部容積比を適正値に近づけることが可能となる。
【００３６】
尚、前記溝６３は、Ｆ側に設けるのが望ましいが、これは上記溝６３を吐出端面６４より同一距離吸入側へ延設した場合、Ｆ側の方が内部容積比が大きいため、全負荷時の圧縮不足を小さくすることができることによる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、部分負荷時においてスライド弁吐出ポート内部容積比が吐出端面ポートのそれよりも大きくなる位置を低負荷側に設定可能となり、このときの吐出端面ポートの内部容積比を従来のものよりも小さく設定でき、
部分負荷時における上記内部容積比の過大化による過圧縮の発生及びこれによる効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るスライド弁の展開構成図である。
【図２】上記スライド弁が組み込まれたスクリュー式圧縮機の要部断面図である。
【図３】上記スクリュー圧縮機のスライド弁の作動を示す模式図である。
【図４】本発明に係るスライド弁の実施例による性能線図である。
【符号の説明】
１      ケーシング
２      Ｆロータ（雌ロータ）
３      Ｍロータ（雄ロータ）
４      アンローダシリンダ
５      アンローダピストン
６      スライド弁
６１    Ｍ側切欠き
６２    Ｆ側切欠き
６３    溝
６４    吐出端
６５    吸入端
【図１】
0003778460.tif 000002
【図２】
0003778460.tif 000003
【図３】
0003778460.tif 000004
【図４】
0003778460.tif 000005