(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュ流体機械のスクリュロータにおいて、スクリュ歯形を形成するロータ部と該ロータ部の軸心上の少々くとも一方の外端に中心軸を延設し、該中心軸の外端に段差を設けて小径軸を突設し、該小径軸に嵌入穴を凹設した別製の軸を外嵌して軸接合すると共に、前記ロータ軸の略軸心には、該ロータ軸に凹設した嵌入穴からその反対側の軸端に貫通する通気孔を穿設したことを特徴とするスクリュロータ。
【請求項２】
スクリュ流体機械のスクリュロータにおいて、スクリュ歯形を形成するロータ部と該ロータ部の軸心上の少なくとも一方の外端に中心軸を延設し、該中心軸の外端には嵌入穴を凹設し、該嵌入穴に小径軸を突設した別製の軸を内嵌して軸接合すると共に、前記ロータ軸の略軸心には、該中心軸に凹設した嵌入穴からその反対側の軸端に貫通する通気孔を穿設したことを特徴とするスクリュロータ。
【請求項３】
前記ロータ部の中心軸から突設した小径軸又は凹設した嵌入穴の最始端と最内外端のそれぞれからロータ端面までの長さは該ロータ部を挟んで両軸端共に略同寸法に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスクリュロータ。
【請求項４】
前記ロータ部は金属製の中心軸の周囲に熱硬化性の合成樹脂製のロータを一体成形したものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のスクリュロータ。
【請求項５】
前記ロータ部はその中心軸外周の表面をロータ部と同質の合成樹脂で被覆成形したことを特徴とする請求項４に記載のスクリュロータ。
【請求項６】
ロータ部の中心軸に外嵌接合するロータ軸の材料は、該中心軸に用いる材料よりも線膨脹係数の小なる性質を有する金属材料であることを特徴とする請求項１又は請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載のスクリュロータ。
【請求項７】
ロータ部の中心軸に用いる材料は、該中心軸に内嵌接合するロータ軸よりも線膨脹係数の小なる性質を有する金属材料であることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載のスクリュロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
スクリュ流体機械に使用するスクリュロータに関するものであり、特に圧縮機、膨張機、真空ポンプ等に使用するスクリュロータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のスクリュロータは、ロータ部とロータ軸とが一体的に形成されている。例えば、ロータ部とロータ軸とは同一金属材料から削りだし加工されている。または、金属製のロータ軸の周囲に合成樹脂製のロータを一体成形したものもある。そして、機種間でロータ部の寸法が共通であっても、スクリュ流体機械の吐出圧力や駆動原動機が変わったり、スクリュ流体機械の使用用途に応じて軸長や軸径又は軸部の表面処理が変わるため、ロータの製作工程が複雑となりかつ種類が多い。
このことにより種々の問題があった、スクリュロータ各部の直径を例にとると、一般にロータ歯部の直径は軸部の約３〜４倍となっているのが普通である。そのため製作上次のような問題がある。
（１）ロータ部と軸部とは同一金属材料から削りだし加工されている場合は、ロータ歯部の直径に見合ったサイズの素材を用い、これを所望とする軸部の直径まで切削加工で削りだす必要がある。そのため、材料や加工工数に多大な無駄が生じる。
（２）金属製の軸の周囲に熱硬化性の合成樹脂製のロータを一体成形したものである場合は、軸の直径に見合った金属材料を準備すればよいが、軸径の割に軸長が長いため、加工に際し芯振れ対策等の配慮が必要となり、生産性が悪くなる。
（３）併せて、ロータ軸長が長いため、ロータ部の成形型も大型で高額となる他成形時の作業性も悪い。また、表面処理に際しても同様に作業性が悪い。
（４）例えば、圧縮作用空間に水を噴射して該空間内の冷却と密閉とを行う水噴射式圧縮機等に使用し、軸部が大気もしくは水分を含む流体に触れる場合は、長期使用の間に錆が発生し当該軸封部の漏洩や摺動部の異常摩耗の原因となる。
（５）ロータ部の歯形寸法は共通であるも軸部の直径や軸長が異なるため、部品の共通化ができず製作と管理上も複雑である。
【０００３】
しかして、スクリュ圧縮機ではあるが、重量軽減のために中空小径部と中空大径部とに分割して加工し、各対向端面を摩擦圧接によって接合しよううとするものとして、実開昭５７−１０５４１８号公報があるが、中空軸にしかつその接合も摩擦圧接による接合で上述の種々の課題を解決せんとするものではない。また、単に各クランク軸部をスプラインにより結合し、そのスプライン結合部に弾性体を注入して摩耗を減らし騒音をも低減しようとするものとして、実開昭５６−４９３１１号公報がある。さらに、プロペラシヤフトにおいて、プロペラシヤフトとヨークのいずれか一方に溝を形成し、この溝に係合する突起を他方に形成したものとして、実開平２−７１１０８号公報があり、さらにまた、特公昭５２−２５５６２号公報のように圧縮機の羽根車に一体になったスリーブを設け、このスリーブの穴に螺子が切られ、軸の螺子部が受容されて組立てられるものである、しかし、これらのものは、一般的な取付けをいかに確実にせんとするか等であって、上述の種々の課題を解決せんとするものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、第１又は第２に、簡単な軸結合を採用することで、軸長の異なる多機種に同一のロータ部を採用することができ、スクリュロータ材料に無駄があったり、製作加工に多大な工数を要しているためコスト高となっていたのを解消し、さらに、軸を分割でき取扱いが容易で、成形用の機械を小型化し、多機種の内の専用軸の加工のみでよく軸部の加工を容易にして製作コストを引き下げると共に、ロータ軸又は中心軸に凹設した嵌入穴からその反対側の軸端に貫通する通気孔を穿設したことにより、軸結合がスムーズに嵌入されるのでその挿入作業が楽に、確実にできると共に、凹設部の運転中と停止中の温度差による空気の流通（呼吸作用）ができること。
第３に、第１又は第２のいずれかの課題にくわえて、ロータ部とロータ軸との組み立て間違えの防止を図り、より製作コストを低減すること。
第４と第５に、第１乃至第３のいずれかの課題にくわえて、中心軸は合成樹脂により被覆されているため、軸部の防錆対策として、必要な部分だけを容易に防錆処理又は表面処理をできるようにしたり、耐食材料の採用を容易にすること。
第６と第７に、第１乃至第５のいずれかの課題にくわえて、中心軸に外嵌する側の材料の線膨張率が内嵌する軸に比べ小さいため、圧縮作用に伴う伝導熱によって嵌合が締まる方向に作用させ、長期にわたり嵌合状態を確実に保持させること。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、第１に、スクリュ流体機械のスクリュロータにおいて、スクリュ歯形を形成するロータ部と該ロータ部の軸心上の少なくとも一方の外端に中心軸を延設し、該中心軸の外端に段差を設けて小径軸を突設し、該小径軸に嵌入穴を凹設した別製の軸を外嵌して軸接合すると共に、前記ロータ軸の略軸心には、該ロータ軸に凹設した嵌入穴からその反対側の軸端に貫通する通気孔を穿設したことを特徴とする。第２に、スクリュ流体機械のスクリュロータにおいて、スクリュ歯形を形成するロータ部と該ロータ部の軸心上の少なくとも一方の外端に中心軸を延設し、該中心軸の外端には嵌入穴を凹設し、該嵌入穴に小径軸を突設した別製の軸を内嵌して軸接合すると共に、前記ロータ軸の略軸心には、該中心軸に凹設した嵌入穴からその反対側の軸端に貫通する通気孔を穿設したことを特徴とする。第３に、第１又は第２のいずれかの技術手段に加えて、前記ロータ部の中心軸に突設した小径軸又は凹設した嵌入穴の最始端と最内外端のそれぞれからロータ端面までの長さは該ロータ部を挟んで両軸端共に略同寸法に設定したことを特徴とする。第４に、第１乃至第３のいずれかの技術手段に加えて、前記ロータ部は金属製の中心軸の周囲に熱硬化性の合成樹脂製のロータを一体成形したものであることを特徴とする。第５に、第４の技術手段に加えて、前記ロータ部はその中心軸外周の表面をロータ部と同質の合成樹脂で被覆成形したことを特徴とする。第６に、第１又は第３乃至第５のいずれかの技術手段に加えて、ロータ部の中心軸に外嵌接合するロータ軸の材料は、該中心軸に用いる材料よりも線膨脹係数の小なる性質を有する金属材料であることを特徴とする。第７に、第２乃至第５のいずれかの技術手段に加えて、ロータ部の中心軸に用いる材料は、該中心軸に内嵌接合するロータ軸よりも線膨脹係数の小なる性質を有する金属材料であることを特徴とする。
【０００６】
【実施の形態】
以下、本発明のスクリュ流体機械について説明するが、便宜上スクリュ流体機械を例にして記載する。以下、図１乃至図５の実施例に基づいて説明する。図１と図２に示すように、スクリュ歯形を形成するロータ部１と該ロータ部１の軸心上の少なくとも一方の外端２に中心軸３を延設し、該中心軸３の外端４には段差を設けて小径軸５を突設すると共に、該小径軸５に嵌入穴７を凹設した別製のロータ軸６を外嵌して軸接合した。この場合、好ましくはロータ部１の他端２ａにも上述と同一の中心軸３ａ、小径軸５ａ、別製のロータ軸６ａ、嵌入穴７ａを同様に設けてある。そして、前記ロータ部１の中心軸３、３ａに設けた小径軸５、５ａの最始端２６、２６ａと最外端２７、２７ａのそれぞれからロータ端面であるロータ部の外端２、２ａまでの長さは該ロータ部１を挟んで両軸端共に略同寸法に設定してある。図２はスクリュロータの軸接合前の状態を示す断面図で、図１と同一部位は同一符号を付すことで説明を省略する。
以下本発明ではロータ部とはスクリュ歯形を形成したロータ歯部をも含む。
【０００７】
また、図３に示すように、上述の軸接合を、スクリュ歯形を形成するロータ部１ｃと該ロータ部１ｃの軸心上の少なくとも一方の外端８に中心軸９を延設し、該中心軸９の外端には嵌入穴１０を凹設すると共に、該嵌入穴１０に小径軸１２を突設した別製のロータ軸１１を内嵌した軸接合としてもよい。この場合、好ましくはロータ部１ｃの他端８ａにも上述と同一の中心軸９ａの外端には嵌入穴１０ａを凹設すると共に、別製のロータ軸１１ａに小径軸１２ａを突設し、該小径軸１２ａを前記嵌入穴１０ａに内嵌した軸接合手段が同様にとられている。この場合、好ましくは、前記ロータ部１ｃの中心軸に凹設した嵌入穴１０、１０ａの最始端２８、２８ａと最内端２９、２９ａのそれぞれからロータ端面であるロータ部の外端８、８ａまでの長さは該ロータ部１ｃを挟んで両軸端共に略同寸法に設定してある。
そして、上述の各実施例の軸接合手段としては、穴径を軸径より小さくし、軸を嵌入穴に圧入或いは焼きバメで接合する。また、穴と軸とにスプライン加工を施し軸接合したり、穴と軸とに螺子を切り、螺子係合としてもよい。
【０００８】
さらに、図４に示すように、ロータ部１ｄは金属製の中心軸１３の周囲に熱硬化性の合成樹脂製のロータを一体成形したものである。そして、該ロータ部１ｄの金属製の中心軸１３上の少なくとも一方の外端３２に中心軸１５を延設し、該中心軸１５の外端には嵌入穴１６を凹設すると共に、該嵌入穴１６に小径軸１８を突設した別製のロータ軸１７を内嵌した第３実施例の軸接合とした。この形状を、図５に示すように、ロータ部１ｅの金属製の中心軸１９上の少なくとも一方の外端３５に周囲に合成樹脂を被覆した中心軸２０を延設し、該中心軸２０の外端２１には段差を設けて小径軸２２を突設すると共に、該小径軸２２にはロータ部１ｅとは別製のロータ軸２３の端部に凹設した嵌入穴２４を外嵌して第４実施例の軸接合としてもよい。そして、これらの第３と第４実施例においても、好ましくは各々の他端３２ａ、３５ａにも各図４、図５と全く同じ構造の軸接合手段が施されている、その同一符号にａを付すことで説明を省略する。さらに、この場合も好ましくは、前記ロータ部１ｄの各中心軸に凹設した嵌入穴１６、１６ａの最始端３０、３０ａと最内端３１、３１ａのそれぞれからロータ部の外端３２、３２ａまでの長さ並びに前記ロータ部１ｅの中心軸に設けた小径軸２２、２２ａの最始端３３、３３ａと最外端３４、３４ａのそれぞれからロータ部の外端３５、３５ａまでの長さは各該ロータ部１ｄ、１ｅを挟んで両軸端共にそれぞれ略同寸法に設定してある。さらに、これらの軸接合手段としては、穴径を軸径より小さくし、好ましくは嵌入穴を温め（軸を冷却してもよい）て軸を嵌入穴に圧入するか、上述のように穴と軸とにスプライン加工を施し軸接合したり、穴と軸とに螺子を切り、螺子係合としてもよい。さらにまた、前記ロータ部はその中心軸外周の表面をロータ部と同質の合成樹脂で被覆成形した技術手段をも採用できる。
【０００９】
なお、上述の各第１乃至第４実施例において、軸接合手段としての嵌入穴と小径軸の形状は、円形、三角形、四角形、多角形等でよく、さらに、中心軸の一端に嵌入穴を凹設し、他端に小径軸を突設するように異なる形状としてもよい。また、図４に示すように、ロータ部１ｄの金属製の中心軸１３の延設した周囲は合成樹脂で被覆されていなく、さらに、図５に示すように、ロータ部１ｅの金属製の中心軸１９の延設した周囲には合成樹脂を被覆した中心軸２０としているが、使用条件等によってはロータ部１ｅの金属製の中心軸１９の延設した周囲を合成樹脂を被覆せずに金属製にしたり、或いは、ロータ部１ｄの金属製の中心軸１３の延設した周囲を合成樹脂で被覆してもよい。
【００１０】
さらには、図１乃至図５の各実施例のいずれのものに加えて、前記ロータ軸６、６ａ、１１、１１ａ、１７、１７ａ、２３、２３ａの略軸心には、該ロータ軸又は中心軸に凹設した各嵌入穴７、７ａ、１０、１０ａ、１６、１６ａ、２４、２４ａからその反対側の軸端に貫通する通気孔２５、２５ａ…を穿設した。この場合略軸心とは、各通気孔２５、２５ａ…は各嵌入穴７、７ａ、１０、１０ａ、１６、１６ａ、２４、２４ａのいずれの部位が外気と連通すればよいので本発明では幾何学上の軸心でないので略軸心という（製作上センターの軸心に孔を穿設してもよい）。
【００１１】
さらにまた、ロータ部の中心軸に外嵌接合するロータ軸６、６ａ、２３、２３ａの材料は、該中心軸に用いる材料よりも線膨脹係数の小なる性質を有する金属材料である。又は、ロータ部の中心軸に用いる材料は、該中心軸に内嵌接合するロータ軸１１、１１ａ、１７、１７ａよりも線膨脹係数の小なる性質を有する金属材料である
【００１２】
次ぎに、動作と主な作用について図６の圧縮機に基づいて説明すると、ロータ部と別製のロータ軸とを各実施例の形状及び種々の軸接合手段によって構成されたものは、図６のように外観上は何等変わらず、そのスクリュ流体機械のスクリュロータの機能上も変わらない。そこで、本発明による種々の技術手段の作用について説明する。ロータ部と軸部とを分割構造としたので、ロータ部（ロータ歯部も含む）の寸法の共通化が図れるため、専用の加工機で量産できる一方、軸部は当該軸部同士で単独加工され、それぞれの完成後両者を焼きバメ等により嵌合接合し所望のロータにまとめられる。これにより完成したスクリュロータは加工品質及び性能共に安定したものとなり、大幅な加工工数の低減と製作コストの低減とが可能となる。併せて、部品の共通化により部品管理も容易となる。
また、中心軸は合成樹脂により被覆されているため、軸の防錆効果の他、流体機械の運転中作用室と軸受室との軸封部の僅かな隙間に万一接触があっても焼き付くことがない。
【００１３】
さらに、スクリュロータの中心軸とロータ軸との嵌合時、凹設部に残留する空気はロータ軸に穿設した通気孔から外部に逃げる。よって、凹設部の運転中と停止中の温度差による空気の流通（呼吸作用）ができ接合も確実にできる。
さらにまた、中心軸に外嵌する側の材料の線膨張率が内嵌する軸に比べ小さいため、圧縮作用に伴う伝導熱によって嵌合が締まる方向に作用する。よって長期にわたり嵌合状態を確実に保持できる。そして、長期の運転期間中にロータ歯部又はロータ軸が磨耗したときには、オーバホール時等にそれぞれの該当する部品だけを交換すればよい。
【００１４】
【効果】
第１又は第２に、スクリュロータのロータ部と軸部とを分割構造としたので、ロータ部の寸法が同じであればロータ部については同一の加工段取りで加工できるので、生産性が向上し安定した加工品質を維持でき、かつ部品管理も容易である。また、簡単な軸結合を採用することで、軸長の異なる多機種に同一のロータ部を採用することができ、スクリュロータ材料に無駄をなくし、製作加工に多大な工数を不要としコスト高となっていたのを解消し、さらに、軸を分割でき取扱いが容易で、軸が短くできるため成形用の機械を小型化し、多機種の内の専用軸の加工のみでよく軸部の加工を容易にして製作コストを大幅に引き下げることができた。さらに、軸部については表面処理その他の複雑な製作工程を経る過程でも、部品自体がロータ部に比べて小さいため取扱いも楽で作業性もよい。さらには、ロータ軸又は中心軸に凹設した嵌入穴からその反対側の軸端に貫通する通気孔を穿設したことにより、軸結合がスムーズに嵌入されるのでその挿入作業が楽に、確実にできると共に、凹設部の運転中と停止中の温度差による空気の流通（呼吸作用）ができる。
第３に、第１又は第２のいずれかの効果にくわえて、ロータ部とロータ軸との組み立て間違いの防止ができ、加工部品の共通化を図り、より製作コストを低減することができた。
第４と第５に、第１乃至第３のいずれかの効果にくわえて、中心軸は合成樹脂により被覆されているため、軸部の防錆対策として、必要な部分だけを容易に防錆処理又は表面処理をできるようにしたり、耐食材料の採用が容易である。
第６と第７に、第１乃至第５のいずれかの効果にくわえて、中心軸に外嵌する側の材料の線膨張率が内嵌する軸に比べ小さいため、圧縮作用に伴う伝導熱によって嵌合が締まる方向に作用させ、長期にわたり嵌合状態を確実に保持させれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスクリュロータの第１実施例を示す断面図である。
【図２】本発明による第１実施例のスクリュロータの軸接合前の状態を示す断面図である。
【図３】本発明によるスクリュロータの第２実施例を示す断面図である。
【図４】本発明によるスクリュロータの第３実施例を示す断面図である。
【図５】本発明によるスクリュロータの第４実施例を示す断面図である。
【図６】スクリュロータの圧縮機を示す要部概略断面図である。
【符号の説明】
１、１ｂ乃至１ｅ                                    ロータ部
２、２ａ、８、８ａ、３２、３２ａ、３５、３５ａ      ロータ部の外端
３、３ａ、９、９ａ、１５、１５ａ、２０、２０ａ      中心軸
４、４ａ、２１、２１ａ                              中心軸の外端
５、５ａ、１２、１２ａ、１８、１８ａ、２２、２２ａ  小径部
６、６ａ、１１、１１ａ、１７、１７ａ、２３、２３ａ  ロータ軸
７、７ａ、１０、１０ａ、１６、１６ａ、２４、２４ａ  嵌入部
１３、１９                                          金属製の中心軸
２５、２５ａ                                        通気孔
【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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