特許 5652816 無給油式スクリュー圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5652816

(24)【登録日】2014年11月28日

(45)【発行日】2015年1月14日

(54)【発明の名称】無給油式スクリュー圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/16 20060101AFI20141218BHJP

   F04B 39/00 20060101ALI20141218BHJP

   F04C 27/00 20060101ALI20141218BHJP

【ＦＩ】

   F04C18/16 J

   F04B39/00 104A

   F04C27/00 331

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2010-134048(P2010-134048)

(22)【出願日】2010年6月11日

(65)【公開番号】特開2011-256828(P2011-256828A)

(43)【公開日】2011年12月22日

【審査請求日】2012年11月19日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】藤元 英樹

(72)【発明者】

【氏名】西村 仁

【審査官】 山本 崇昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−２１０２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５３５５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０６６２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３１７９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｃ １８／１６

Ｆ０４Ｂ ３９／００

Ｆ０４Ｃ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに噛合う雄ロータ及び雌ロータと、この両ロータを収納する圧縮機ケーシングと、前記両ロータのロータシャフトを支持する吸込側及び吐出側の軸受と、前記両ロータを非接触で回転させるタイミングギヤと、圧縮空気の漏洩を防止するために前記ロータシャフトに設けられた非接触式の軸封装置とを備える無給油式スクリユー圧縮機において、
前記軸封装置は、ガスをシールするエアシール部と、前記軸受からの油をシールするビスコシールからなる油切りシール部と、前記エアシール部と油切りシール部との間に設けられたシールボックス部とを有し、
前記シールボックス部は大気に連通する大気開放穴と接続され、且つ前記油切りシール部の外周面と前記エアシール部の外周面の両方にＯリングが設けられており、
前記エアシール部と、油切りシール部と、シールボックス部とが、互いに対向する側面から前記軸受からの油が通過しないように一体的に構成されている
ことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。

【請求項2】

請求項１に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、前記油切りシール部及びシールボックス部と一体に構成された前記エアシール部の内径部に、摺動性が良く前記ロータシャフトと接触しても発火や焼損が起こり難い摺動材を設けていることを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。

【請求項3】

請求項２に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、前記摺動材は摺動性の高いカーボンまたはフッ素樹脂であることを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。

【請求項4】

請求項２または３に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、前記摺動材は前記エアシールの内径部に耐熱性が高く有機溶剤が含まれていないエポキシ樹脂系の接着材で接着されていることを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。

【請求項5】

請求項1〜４の何れか一項に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、前記軸封装置、前記大気開放穴及び前記油切りシール部の外周面と前記エアシール部の外周面の両方に設けられたＯリングは、前記ロータシャフトの吸込側及び吐出側の両方に備えられていることを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無給油式スクリュー圧縮機に関し、特に無給油式スクリュー圧縮機における軸封装置に関する。

【背景技術】

【0002】

非接触且つ無給油で回転可能な雄雌一対のスクリューロータにより空気を圧縮する無給油式（オイルフリー）のスクリュー圧縮機が知られている。この無給油式スクリュー圧縮機は、通常、空気を圧縮するスクリュー圧縮機（圧縮機本体）を筐体内に設けて圧縮機ユニットとして構成されている。前記スクリュー圧縮機から吐出される圧縮空気は高温であるため、この圧縮空気を冷却するための冷却装置も前記圧縮機ユニット内に備えられ、前記スクリュー圧縮機から吐出された圧縮空気は前記冷却装置で冷却後、圧縮機ユニット内の配管を経由して圧縮機ユニット外へと吐出される構成となっている。

【0003】

上記無給油式スクリュー圧縮機には、前記スクリューロータにより形成される圧縮室から圧縮空気がロータシャフト（回転軸）を伝わって外部に漏れたり、前記シャフトを駆動するギヤや前記シャフトを支持する軸受に供給される潤滑油が前記圧縮室へ浸入するのを防ぐために、軸封装置が設けられている。
この種従来技術としては特許文献１（特開平６−６６２７６号公報）に記載のものなどがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６−６６２７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

無給油式スクリュー圧縮機は、給油式スクリュー圧縮機のように、ロータ間にシールのための潤滑油を噴射しないため、圧縮機の効率は、ロータ間ギャップなど、圧縮室の周囲に形成されるギャップからの圧縮空気漏洩に大きく影響される。一般に無給油式スクリュー圧縮機では、前記圧縮空気の漏洩に打ち勝って一定の効率を得るため、５０ｍ／ｓ以上のロータ周速で使用され、ロータは毎分１００００〜２００００回転程度の高速で駆動される。

【0006】

無給油式スクリュー圧縮機は前述したように、ロータ間にシールのための潤滑油を使用しないため、圧縮工程での圧縮室のシール性が低く、圧縮空気の漏れが多い。特に、圧縮機の吸込側及び吐出側端面からロータシャフト側への圧縮空気の漏洩の大小は圧縮機の性能に大きく影響する。従来、前記圧縮空気の漏洩を防ぐため、前記ロータシャフトに設けられる軸封装置としては、固定式の非接触メタルシールやフローティング式のカーボンシールなどのエアシールが用いられている。

【0007】

また、無給油式スクリュー圧縮機においては、前記ロータシャフトを支持する軸受や、前記ロータシャフトに回転を伝達するためのギヤ（ピニオンギヤ、タイミングギヤなど）へは潤滑油を使用する。このため軸受やギヤへ供給される潤滑油が前記圧縮室へ浸入しないように、前記エアシールとは別の軸封装置が設けられている。この軸封装置としては、通常、高速回転を利用し非接触シールであるビスコシールやラビリンスシールなどの油切りシールが用いられ、前記軸受やギヤに供給される潤滑油が前記圧縮室に浸入するのを防止するようにしている。

【0008】

前記エアシールやビスコシールは、シール内周とロータシャフト間の隙間をシールするものであり、シール外周と圧縮機ケーシングとの隙間から浸入する油分に対してのシール効果はない。しかし、圧縮機停止時などにシール外周とケーシングとの隙間から油が浸入し、吐出圧縮空気の清浄度を低下させる場合があることが本件発明者らによって解明されてきた。近年、無給油式スクリュー圧縮機の吐出圧縮空気の清浄度に対する要求が厳しくなっており、国際規格ＩＳＯ８５７３の規格改定に見られるように、油分に対する要求が特に厳しくなっている。このため圧縮機の吐出圧縮空気の清浄度を更に向上することが要求されている。

【0009】

本発明の目的は、吐出圧縮空気の清浄度を向上できる無給油式スクリュー圧縮機を得ることにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、本発明は、互に噛合う雄ロータ及び雌ロータと、この両ロータを収納する圧縮機ケーシングと、前記両ロータのロータシャフトを支持する吸込側及び吐出側の軸受と、前記両ロータを非接触で回転させるタイミングギヤと、圧縮空気の漏洩を防止するために前記ロータシャフトに設けられた非接触式の軸封装置とを備える無給油式スクリユー圧縮機において、前記軸封装置は、ガスをシールするエアシール部と、前記軸受からの油をシールするビスコシールからなる油切りシール部と、前記エアシール部と油切りシール部との間に設けられたシールボックス部とを有し、前記シールボックス部は大気に連通する大気開放穴と接続され、且つ前記油切りシール部の外周面と前記エアシール部の外周面の両方にＯリングが設けられており、前記エアシール部と、油切りシール部と、シールボックス部とが、互いに対向する側面から前記軸受からの油が通過しないように一体的に構成されていることを特徴とする。

【0011】

上記において、前記油切りシール部及びシールボックス部と一体に構成された前記エアシール部の内径部に、摺動性が良く前記ロータシャフトと接触しても発火や焼損が起こり難い摺動材を設けた構成にすると更に好ましい。前記摺動材は摺動性の高いカーボンまたはフッ素樹脂であることが好ましく、更に前記摺動材は前記エアシールの内径部に耐熱性が高く有機溶剤が含まれていないエポキシ樹脂系の接着材で接着するのが良い。

【0012】

また、前記軸封装置、前記大気開放穴及び前記油切りシール部の外周面と前記エアシー
ル部の外周面の両方に設けられたＯリングは、前記ロータシャフトの吸込側及び吐出側の
両方に備えられていることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、吐出圧縮空気の清浄度を向上できる無給油式スクリュー圧縮機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の無給油式スクリュー圧縮機の実施例１を示す軸封装置部付近の要部拡大断面図。

【図2】実施例１に適用される無給油式スクリュー圧縮機の縦断面図。

【図3】図２に示す無給油式スクリュー圧縮機における吐出側の軸封装置の一般例を示す要部拡大断面図。

【図4】図２に示す無給油式スクリュー圧縮機における吸込側の軸封装置の一般例を示す要部拡大断面図。

【図5】図１に示す軸封装置の他の例を示す要部拡大断面図。

【図6】図３に示す軸封装置における油の浸入経路を説明する図。

【図7】図４に示す軸封装置における油の浸入経路を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の無給油式スクリュー圧縮機の実施例を図面に基づき説明する。

【実施例1】

【0016】

本発明の実施例１を、雄雌一対のスクリューロータにより空気を圧縮する無給油式スクリュー圧縮機に適用した場合について説明する。
まず、本発明の実施例１に適用される無給油式スクリュー圧縮機の全体構成について、図２により説明する。

【0017】

図２に示す無給油式スクリュー圧縮機は、雄ロータ１と、これに噛み合わされた雌ロータ２と、前記雄，雌ロータ１，２を収容しているメインケーシング８ａと、このメインケーシング８ａの吸込側に取り付けられたＳケーシング８ｂと、同メインケーシング３の吐出側に取り付けられたＤケーシング８ｃと、メインケーシング８ａに形成された冷却用ジャケット２５と、雄ロータ１の吸込側および吐出側端部に一体に設けられたロータシャフト１ａと、雌ロータ２の吸込側および吐出側端部に一体に設けられたロータシャフト２ａと、雄ロータ１のロータシャフト１ａの吸込側端部に取り付けられ且つモータ側のブルギヤ（図示せず）に噛み合わされたピニオンギヤ（圧縮機駆動用ギヤ）３と、Ｓケーシング８ｂ内に設けられ且つ雄，雌ロータ１，２のロータシャフト１ａ，２ａの吸込側端部を支持する吸込側の軸受（ローラ軸受）６ａと、メインケーシング８ａの吐出側端部に設けられ且つ雄，雌ロータ１，２のロータシャフト１ａ，２ａの吐出側端部を支持する吐出側の軸受６ｂ（ローラ軸受）及び軸受６ｃ（組み合わせアンギュラ軸受）と、前記吸込側軸受６ａの雄，雌ロータ１，２側寄りに設けられた軸封装置７ａと、前記吐出側軸受６ｂの雄，雌ロータ１，２側寄りに設けられた軸封装置７ｂと、雄，雌ロータ１，２のロータシャフト１ａ，２ａの吐出側端部に取り付けられ且つ互いに噛み合わされたタイミングギヤ４，５と、前記各軸受６ａ〜６ｃや前記タイミングギヤ４，５を潤滑するための潤滑油系統（図示せず）とを備えている。

【0018】

前記メインケーシング８ａとＳケーシング８ｂとＤケーシング８ｃとにより圧縮機ケーシング８が構成されており、この圧縮機ケーシングには空気の吸込口および吐出口（いずれも図示せず）が設けられている。

【0019】

モータ（図示せず）の回転力は、ブルギヤからピニオンギヤ３を介し、雄ロータ１に伝達される。雄ロータ１に伝達された回転力はタイミングギヤ４，５を介して雌ロータ２にも伝達され、雄ロータ１と雌ロータ２とが非接触状態で互いに噛合い、回転することにより、吸込口から前記ロータ１，２間に吸入された空気は所定の圧力まで圧縮され、吐出口から外部に吐出される。

【0020】

吸込側と吐出側にそれぞれ設けられている前記軸封装置７ａ，７ｂは、圧縮室からの圧縮空気の漏れを防ぐ為のエアシール９、ピニオンギヤ３、タイミングギヤ４，５等のギヤや軸受６に供給される潤滑油が圧縮室内に浸入するのを防止する非接触型のビスコシール（油切りシール）１１、及び前記エアシール９とビスコシール１１との間に設けられたシールボックス１０を備えている。

【0021】

前記軸封装置７ａ，７ｂ部分の詳細構造を図３及び図４により説明する。図３は吐出側の軸封装置７ｂの一般例を示す要部拡大断面図、図４は吸込側の軸封装置７ａの一般例を示す要部拡大断面図である。

【0022】

図３，図４において、１２は前記シールボックス１０と大気側とを連通するように圧縮機ケーシングに設けられた大気開放穴で、この大気開放穴１２は、前記ビスコシール１１の発生圧や圧縮機の運転状態により、前記シールボックス１０内の圧力が負圧とならないようにするために設けられている。

【0023】

前記ビスコシール１１はロータシャフト１ａ，２ａの回転により軸封圧を発生することで、ロータシャフト１ａ，２ａを伝わって雄，雌ロータ１，２側（圧縮室側）に浸入しようとする潤滑油を、ギヤ３〜５や軸受６ａ〜６ｃ側に押し戻す軸封部品である。

【0024】

しかし、前記潤滑油の圧縮室側への浸入経路は、ロータシャフト１ａ，２ａと軸封装置７ａ，７ｂとの隙間部だけではなく、軸封装置７ａ，７ｂの外周側からも浸入する。これを図６，図７により説明する。図６は図３に示す軸封装置における油の浸入経路を説明する図、図７は図４に示す軸封装置における油の浸入経路を説明する図である。これら図６，図７において、矢印１５は軸封装置の外周面側からの油の浸入経路を示し、矢印１６は軸封装置７ａ，７ｂのシール部品間（エアシール９とシールボックス１０間、及びビスコシール１１とシールボックス１０間）からの油の浸入経路を示す。
大気開放穴１２の軸受及びギヤ側を一次側、圧縮室側を二次側とすると、前記ビスコシール１１は一次側に、前記エアシール９は二次側に配置されている。

【0025】

従来は特許文献１にも示すように、一次側に設けたビスコシール１１の外周面にＯリング１４Ａを設けることにより、ビスコシール１１と圧縮機ケーシングとの間から、軸受などからの潤滑油が、図６，図７に矢印１５で示すように、二次側に浸入するのを防止していた。

【0026】

しかし、組立上これらのシール部品と圧縮機ケーシング８とはすきま嵌めで構成されているため、ケーシングと軸封部品との加工精度により、前記一次側に設けたＯリング１４Ａのシール性能が低下している場合がある。
また、シールボックス１０の部分は、矢印２１（図３，図４参照）で示すシール発生圧により、シールボックス１０内が負圧にならないように大気開放穴１２により大気開放されている。しかし、矢印２１で示すシール発生圧が影響しない軸封装置の外周部と圧縮機ケーシングとの間の微小隙間は、軸受側に対し負圧となる場合があり、軸受側からの油が微小隙間に導かれて、矢印１７で示すように圧縮室側へ引き込まれる方向へ圧力が働く。

【0027】

更に、図３，図４に示すように、圧縮機の運転時のエアシール９と大気開放穴１２における空気の流れが軸封装置外周部から圧縮室側への油の浸入を助長する。

【0028】

また、圧縮機の停止時にも軸受側からの油が、エアシール９の背面（外周面）や、エアシール９とシールボックス１０との間に浸入して溜まり、圧縮機の運転開始と共に前記空気の流れなどによって、前記エアシール９の背面隙間やエアシール９とシールボックス１０との間に溜まっていた油が圧縮室側へも侵入する可能性があることがわかってきた。

【0029】

そこで、本実施例では、一次側のＯリング１４Ａなどを通過してエアシール９の背面に浸入してきた油が圧縮室側へ浸入するのを防ぐため、図１に示すように、二次側に設けたエアシール９の外周面にもＯリング１４Ｂを設けるようにしている。これにより、エアシール９の背面に浸入してきた油がエアシール９の背面を通過して圧縮室側に流入するのを防止することができ（即ち、図６，図７に矢印１５で示した油の浸入経路を遮断することが可能となる）、圧縮空気に油が混入するのを抑制することが可能となる。

【0030】

また、本実施例では、図３，図４に示すエアシール９、シールボックス１０及びビスコシール１１を一体化して、図１に示すように、エアシール部９ａ、シールボックス部１０ａ及びビスコシール部１１ａを有する軸封装置７ｂ（吸込側の軸封装置７ａも同様の構成としているがその説明は省略する）として構成している。軸封装置を構成する軸封部品を一体化することにより、図６，図７に矢印１６で示した油の浸入経路を遮断することが可能となる。このように、一体化されたエアシール部９ａ、シールボックス部１０ａ及びビスコシール部１１ａを有する軸封装置７ｂとすることで、シールボックス部１０ａと、エアシール部９ａまたはビスコシール部１１ａ間に従来あった油の浸入経路１５，１６がなくなるので、圧縮室側への油の浸入を抑制できる効果がある。また、軸封装置を構成する軸封部品の点数も削減することができ、原価低減及び組立工数の低減も図れる。

【0031】

尚、エアシール部９ａ、シールボックス部１０ａ及びビスコシール部１１ａを一体化する場合、砲金等の金属材料で一体に製作する。この場合、ロータシャフト１ａ，２ａとの金属接触を防ぐため、エアシール部１３ａの内径部とロータシャフト１ａ，２ａとの隙間は安全を考慮した大きさにする必要がある。

【0032】

図５は、図１に示すエアシール部９ａ、シールボックス部１０ａ及びビスコシール部１１ａを一体化した軸封装置７ｂの別の例を説明する図である。この例では、軸封装置７ｂのエアシール部９ａの内径部に、カーボンやフッ素樹脂(PTFE)などの摺動性が高くロータシャフトと接触した場合でも発火や焼損などの虞がない摺動材１３を接着などにより取り付けて構成したものである。このように安全面で優位性のある摺動材をエアシール部９ａの内径部に設けたことで、エアシール部９ａの内径部とロータシャフト１ａ，１ｂとのギャップを小さくすることが可能となり、圧縮室から圧縮空気が漏れるのを低減することができる。

【0033】

前記エアシール部９ａ（金属）と摺動材１３（カーボンやフッ素樹脂など）との接着は、耐熱性の高いエポキシ樹脂系の接着剤を用いることが望ましい。前記エポキシ樹脂系の接着剤としては、高耐熱で有機溶剤フリー（有機溶剤が含まれていない）のものが存在するので、このような接着剤を使用することにより、国際規格ＩＳＯ８５７３−５における吐出圧縮空気中の有機溶剤含有量に対しても、高い清浄度を確保できる。

【0034】

なお、図１及び図５に示した実施例では、吐出側の軸封装置７ｂについて述べたが、吸込側の軸封装置７ａについても図１，図５と同様に構成することができる。即ち、吸込側の軸封装置７ａの場合には図４に示すエアシール９、シールボックス１０及びビスコシール１１を図４と同じ位置関係で図１や図５に示すように一体化して構成すれば良い。

【0035】

以上述べたように、本実施例によれば、軸封装置外周部と圧縮機ケーシングとの間から圧縮室側へ油が浸入するのを低減でき、油浸入に対して信頼性の高い軸封装置をもつ無給油式スクリュー圧縮機を得ることができる。この結果、無給油式スクリュー圧縮機から吐出される圧縮空気の清浄度を高めることができ、油含有量の少ない高い清浄度の圧縮空気を供給できる効果が得られる。

【符号の説明】

【0036】

１…雄ロータ（１ａ：ロータシャフト）
２…雌ロータ（２ａ：ロータシャフト）
３…ピニオンギヤ
４，５…タイミングギヤ
６ａ，６ｂ，６ｃ…軸受
７ａ，７ｂ…軸封装置（９：エアシール、１０：シールボックス、１１：ビスコシール（油切りシール）、９ａ：エアシール部、１０ａ：シールボックス部、１１ａ：ビスコシール部、１３：摺動材）
８…圧縮機ケーシング（８ａ：メインケーシング、８ｂ：Ｓケーシング、８ｃ：Ｄケーシング）
１２…大気開放穴
１４Ａ，１４Ｂ…Ｏリング。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】