特許 6190293 オイルフリースクリュ圧縮機

(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】6190293

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】オイルフリースクリュ圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 27/00 20060101AFI20170821BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20170821BHJP

   F04C 18/16 20060101ALI20170821BHJP

   F16J 15/18 20060101ALI20170821BHJP

   F16J 15/16 20060101ALI20170821BHJP

   F16J 15/34 20060101ALI20170821BHJP

   F16J 15/28 20060101ALI20170821BHJP

【ＦＩ】

   F04C27/00 331

   F04C29/00 C

   F04C29/00 B

   F04C18/16 A

   F16J15/18 D

   F16J15/16 E

   F16J15/34 K

   F16J15/28

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-46598(P2014-46598)

(22)【出願日】2014年3月10日

(65)【公開番号】特開2015-169177(P2015-169177A)

(43)【公開日】2015年9月28日

【審査請求日】2016年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100081422

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 光雄

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(72)【発明者】

【氏名】矢野 宜男

(72)【発明者】

【氏名】宮武 利幸

【審査官】 山本 崇昭

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭６１−１７９４６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平２−１２４２８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平１−７７１６９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５０−３５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２０１２／００１８２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実開平２−６６７６２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６４−２９６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００７５９７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第５０１４９９９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｃ ２３／００−２９／１２

Ｆ０４Ｃ １８／５６

Ｆ１６Ｊ １５／１６−１５／５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに噛み合う雄雌一対のスクリュロータを圧縮機のケーシングのロータ室内に収容し、ロータ軸を介して前記スクリュロータを軸受で支持し、前記ロータ室と前記軸受との間に形成される前記ケーシングの軸封空間に配設され、前記ロータ軸をシールする軸封装置を有するオイルフリースクリュ圧縮機において、
前記軸封装置は、
前記軸受側に配置されるオイルシールと、
前記ロータ室側に配置されるパッキンケースと、
ガスをシールするためのガスシールと、を備え、
前記パッキンケースの前記軸受側の端部と前記オイルシールの前記ロータ室側の端部とが締まりばめによって嵌合固定されることによって形成されたガスシール収容空間に、前記ガスシールが収容されている、オイルフリースクリュ圧縮機。

【請求項2】

請求項１に記載のオイルフリースクリュ圧縮機において、
前記オイルシールが前記パッキンケースよりも軟質の材料からできており、
前記オイルシールの前記端部が嵌合凸端部であり、前記パッキンケースの前記端部が嵌合凹端部である、オイルフリースクリュ圧縮機。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のオイルフリースクリュ圧縮機において、
前記ガスシールが、前記ロータ軸の軸心周りに設けられたシールリングと、前記シールリングを弾性力によって支持する弾性体と、を備える、オイルフリースクリュ圧縮機。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載のオイルフリースクリュ圧縮機において、
前記軸封装置が、前記パッキンケースの外周面に形成された溝に配設されたパッキンケース側のＯリングを備える、オイルフリースクリュ圧縮機。

【請求項5】

請求項４に記載のオイルフリースクリュ圧縮機において、
前記ケーシングを貫通するように形成され、前記パッキンケース側のＯリングの配設された位置よりも前記軸受側で前記軸封空間と前記ケーシングの外側とを連通する第１大気連通孔と、
前記軸封装置を貫通するように形成され、前記第１大気連通孔に連通するとともに前記軸封空間における前記ガスシール収容空間と前記オイルシールに設けられたオイルシール部とを接続する位置に連通するオイルシール大気連通孔と、を備える、オイルフリースクリュ圧縮機。

【請求項6】

請求項５に記載のオイルフリースクリュ圧縮機において、
前記ケーシングを貫通するように形成され、前記パッキンケース側のＯリングの配設された位置よりも前記軸受側で前記軸封空間と前記ケーシングの外側とを連通する第２大気連通孔と、
前記パッキンケースを貫通するように形成され、前記第２大気連通孔に連通するとともに前記ガスシール収容空間に連通したパッキンケース大気連通孔と、をさらに備える、オイルフリースクリュ圧縮機。

【請求項7】

請求項５又は６に記載のオイルフリースクリュ圧縮機において、
前記軸封装置が、前記オイルシール大気連通孔よりも軸受側における前記オイルシールの外周面に形成された溝に配設されたオイルシール側のＯリングを備える、オイルフリースクリュ圧縮機。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれか１項に記載のオイルフリースクリュ圧縮機において、
前記軸封装置が、前記ガスシール収容空間に収容された前記ガスシールよりもさらに前記ロータ室の側に、更なるガスシールを備える、オイルフリースクリュ圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、オイルフリースクリュ圧縮機に関し、詳細には、オイルフリースクリュ圧縮機における軸封装置に関する。

【背景技術】

【0002】

オイルフリースクリュ圧縮機では、ロータ室内にオイルが供給されないため、給油式のものよりも圧縮ガスの漏洩が起こりやすく、圧縮ガスの漏洩が圧縮機性能に影響を及ぼしやすい。そこで、圧縮ガスがロータ軸とケーシングとの間から漏洩することを防止するために軸封装置（ガスシール）が用いられている。

【0003】

オイルフリースクリュ圧縮機であっても、ロータ軸を支持する軸受や、駆動源からの回転駆動力をロータ軸に伝達する歯車機構に対しては、潤滑オイルが供給される。アンロード運転時にロータ室が負圧になった場合、軸受等に供給された潤滑オイルがロータ室内に流入することがある。そこで、軸受等に供給された潤滑オイルがロータ室内に流入することを防止するための軸封装置（オイルシール）が用いられている。

【0004】

上記のような軸封装置（ガスシール及びオイルシール）を備えるオイルフリー圧縮機は、例えば、特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開昭６１−１４４２８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示されたオイルフリースクリュ圧縮機では、軸封装置が、シールリング及びスペーサからなる第１軸封装置と、内面にラビリンスを有する第２軸封装置と、という別体の部材から構成されている。第１軸封装置及び第２軸封装置が切り離された状態で組み付けられるように構成されているので、組み付けの工程数が増え、組み付け性が良くないという問題がある。また、第１軸封装置及び第２軸封装置がそれらの軸直交方向の側端面同士で接触するので、ロータ軸が撓んだときに、接触している側端面同士に隙間ができて当該隙間から圧縮ガスが漏洩しやすいという問題もある。

【0007】

したがって、この発明の解決すべき技術的課題は、軸封装置の組み付け性が良好であり、軸封装置から圧縮ガスの漏洩を低減する、オイルフリースクリュ圧縮機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記技術的課題を解決するために、この発明によれば、以下のオイルフリースクリュ圧縮機が提供される。

【0009】

すなわち、互いに噛み合う雄雌一対のスクリュロータを圧縮機のケーシングのロータ室内に収容し、ロータ軸を介して前記スクリュロータを軸受で支持し、前記ロータ室と前記軸受との間に形成される前記ケーシングの軸封空間に配設され、前記ロータ軸をシールする軸封装置を有するオイルフリースクリュ圧縮機において、
前記軸封装置は、
前記軸受側に配置されるオイルシールと、
前記ロータ室側に配置されるパッキンケースと、
ガスをシールするためのガスシールと、を備え、
前記パッキンケースの前記軸受側の端部と前記オイルシールの前記ロータ室側の端部とが締まりばめによって嵌合固定されることによって形成されたガスシール収容空間に、前記ガスシールが収容されていることを特徴とする。

【0010】

上記構成によれば、軸封装置を構成するパッキンケース及びオイルシールが締まりばめによって嵌合固定されて一体化されている。一体化されることにより形成されたガスシール収容空間にガスシールが収容されているので、軸封装置の組み付け性が良好であり、締まりばめによる隙間が非常に小さいので、嵌合固定部分からの圧縮ガスの漏洩を低減することができる。

【0011】

なお、この明細書における「締まりばめによる嵌合固定」とは、嵌合凹端部の寸法よりも嵌合凸端部の寸法を径方向に大きくして締め代を与える締まりばめ（ＪＩＳ Ｂ ０４０１）に加えて、僅かな締め代を与えて比較的容易に分解ができる中間ばめ（ＪＩＳ Ｂ ０４０１）も含む広い概念を意図している。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】この発明に係るオイルフリースクリュ圧縮機の本体の縦断面図である。

【図2】この発明の第１実施形態を示す部分断面図である。

【図3】この発明の第２実施形態を示す部分断面図である。

【図4】この発明の第３実施形態を示す部分断面図である。

【図5】この発明の第４実施形態を示す部分断面図である。

【図6】この発明の第５実施形態を示す部分断面図である。

【図7】この発明の第６実施形態を示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

まず、この発明の一実施形態に係るオイルフリースクリュ圧縮機１について、図１を参照しながら詳細に説明する。

【0014】

オイルフリースクリュ圧縮機１は、ケーシング本体１２、吐出側ケーシング１３及び吸込側ケーシング１４によって構成されているケーシングを備え、ケーシングのロータ室１５内に収容された雄雌咬合する一対のスクリュロータ１６によって、対象ガスを圧縮するためのものである。

【0015】

ケーシング本体１２は、ロータ室１５に圧縮対象のガスを供給する吸込口１７と、ロータ室１５内でスクリュロータ１６によって圧縮された圧縮ガスを排出する吐出口１８とを、備えている。ケーシング本体１２の吐出側及び吸込側には、それぞれ、吐出側ケーシング１３及び吸込側ケーシング１４が取り付けられている。スクリュロータ１６の吐出側端部及び吸込側端部にはロータ軸２１が設けられている。吐出側のロータ軸２１の端部及び吸込側のロータ軸２１の端部には、それぞれ、駆動ギア２８及びタイミングギア２７が分かれて取り付けられている。図示しないモータの回転駆動力は、駆動ギア２８を介して一方のスクリュロータ１６に伝達され、一方のスクリュロータ１６に伝達された回転駆動力は、タイミングギア２７を介して他方のスクリュロータ１６に伝達される。一対のスクリュロータ１６が非接触状態で互いに噛み合って回転することにより、吸込口１７から吸い込まれたガスは、所定の圧力まで圧縮されたあと、吐出口１８から吐出される。

【0016】

ケーシング本体１２の吐出側には、吐出側のロータ軸２１を回転可能に支持する軸受である玉軸受（２列のアンギュラ玉軸受）１９及び吐出側軸受（ローラ軸受）２２と、吐出側のロータ軸２１を軸封する軸封装置である吐出側軸封装置３０，４０とを組み付けるための吐出側の軸封空間１０が形成されている。吸込側ケーシング１４には、吸込側のロータ軸２１を回転可能に支持する吸込側軸受（ローラ軸受）２３と、吸込側のロータ軸２１を軸封する軸封装置である吸込側軸封装置５０，６０とを組み付けるための吸込側の軸封空間２０が形成されている。

【0017】

ケーシング本体１２においては、ケーシング本体１２の外側（大気側）と吐出側の軸封空間１０とを連通する第１大気連通孔２４ａが設けられている。吸込側ケーシング１４においても、吸込側ケーシング１４の外側（大気側）と吸込側の軸封空間２０とを連通する第１大気開放連通孔２５ａが設けられている。また、前述した軸受１９，２２，２３やタイミングギア２８に潤滑オイルを供給するためのオイル供給孔２６が、ケーシング本体１２に設けられている。

【0018】

吐出側及び吸込側の軸封空間１０，２０のそれぞれに配設される吐出側軸封装置３０，４０及び吸込側軸封装置５０，６０は、ロータ室１５に関して、実質的に軸方向に対称に構成されている。したがって、以下、図面を参照しながら、吐出側軸封装置３０，４０について説明する。

【0019】

図２は、第１実施形態に係る吐出側軸封装置３０，４０を示す部分断面図である。

【0020】

吐出側の軸封空間１０において、吐出側軸受２２側からロータ室１５側に向けて順に、吐出側軸受２２と、オイルに対してロータ軸２１をシールする吐出側軸封装置３０と、圧縮ガスに対してロータ軸２１をシールする吐出側軸封装置４０と、が配設されている。吐出側の軸封空間１０に挿入された吐出側軸受２２におけるロータ室１５と反対側の端部が、ストッパ２９によって規制されている。なお、吐出側軸封装置３０，４０は、後述する嵌合構造によって連結されて一体化された軸封装置を構成している。

【0021】

吐出側軸封装置３０は、吐出側軸受２２の側に配置されており、例えば、その内面にオイルシール部としてラビリンス３２が形成された非接触のオイルシール３１である。なお、ラビリンス３２についての図示は省略している。オイルシール３１は、ラビリンス３２のような溝加工が施された内面を有するため、切削のしやすい金属材料からできている。オイルシール３１のロータ室１５側の端部３６には、ロータ室１５側に向けて突出する円筒状の外周面を有する嵌合凸端部３３が形成されている。後述するように、嵌合凸端部３３は、パッキンケース４１の嵌合凹端部４４に嵌合するように構成されている。オイルシール３１の端部３６におけるロータ室１５側の側面には、ロータ軸２１に対して垂直に延在するシール面３７が形成されている。好ましくは、オイルシール３１の端部３６におけるロータ軸２１側には、円筒状の空間が形成されており、この円筒状の空間におけるロータ室１５側の側面にシール面３７が形成される。後述のガスシール収容空間４８の一部をオイルシール３１側に設けることで、軸封装置の長さを短縮できるので、シール面３７は、オイルシール３１の円筒状の空間におけるロータ室１５側の側面に形成されていることが望ましい。

【0022】

吐出側軸封装置４０は、吐出側軸封装置３０よりもロータ室１５の側に配置された第１ガスシール４０Ａであり、第１ガスシール４０Ａは、パッキンケース４１と、シールリング４２と、弾性体４３と、から構成されている。弾性体４３は、ウェーブスプリング、ウェーブワッシャ又は圧縮コイルスプリングといった、シールリング４２をシール面２７に押し付けて支持する弾性力を使用時に発生する金属製の部材である。とりわけ、薄い鋼板を環状に且つ波状に加工したウェーブスプリングまたはウェーブワッシャが、高さ（厚さ）を小さくでき、設置スペースを小さくできる点で好ましい。パッキンケース４１は、例えばステンレス鋼のような硬質材料からできている。好ましくは、パッキンケース４１は、オイルシール３１よりも硬質な材料からできている。パッキンケース４１の吐出側軸受２２側の端部には、オイルシール３１の円筒状の外周面を有する嵌合凸端部３３に嵌合するように構成された円筒状の内周面を有する嵌合凹端部４４が形成されている。したがって、オイルシール３１及び第１ガスシール４０Ａは、嵌合凸端部３３及び嵌合凹端部４４からなる嵌合構造によって連結され、吐出側軸封装置３０，４０が一体化されている。

【0023】

図２に示した嵌合構造では、相対的に軟質材料からなる嵌合凸端部３３の嵌合接触面（円筒状の外周面）が径方向外側を向いており、相対的に硬質材料からなる嵌合凹端部４４の嵌合接触面（円筒状の内周面）が径方向内側を向いている。したがって、嵌合による組み付け過程において軟質のオイルシール３１が硬質のパッキンケース４１で削られる場合であっても、第１ガスシール４０Ａ内に異物（削りカス）が混入することを防止することができる。

【0024】

これに対して、オイルシール３１が嵌合凹端部を有するとともにパッキンケース４１が嵌合凸端部を有するように上記嵌合構造を逆にした場合、パッキンケース４１に対するオイルシール３１の嵌合接触面（円筒状の内周面）が径方向内側を向くように位置する。そして、嵌合過程において相対的に軟質のオイルシール３１が相対的に硬質のパッキンケース４１で削られる場合には、第１ガスシール４０Ａ内に異物が混入してしまう恐れがある。なお、加工性や異物混入防止の観点から、図２に示した嵌合構造が好ましいが、図２の嵌合構造と逆の嵌合構造にしてもよい。また、オイルシール３１及びパッキンケース４１が同じ材質（例えば、ステンレス鋼）からなる構成にしてもよい。

【0025】

嵌合凹端部４４及び嵌合凸端部３３からなる嵌合構造は、嵌合凹端部４４の円筒状の内周面の寸法（内径）よりも嵌合凸端部３３の円筒状の外周面の寸法（外径）を大きくして締め代を与えて圧入や焼きばめや冷やしばめによって強固に固定される締まりばめに加えて、僅かな締め代を与えて比較的容易に分解ができる中間ばめであってもよい。いずれの場合であっても、嵌合凹端部４４と嵌合凸端部３３との隙間が、非常に小さくて実質的には無いように構成されているので、当該隙間からの圧縮ガスの漏洩が防止される。

【0026】

パッキンケース４１のロータ室１５側の端部には、径方向内側に突出した突出部４９が形成されている。突出部４９における吐出側軸受２２の側の側面には、ロータ軸２１の軸線方向に対して垂直に延在する支持面４９ａが形成されている。オイルシール３１の端部３６とパッキンケース４１の突出部４９との間には、ガスシール収容空間４８が形成されている。言い換えると、パッキンケース４１の軸受側の端部（嵌合凹端部４４）とオイルシール３１のロータ室１５側の端部（嵌合凸端部３３）とが嵌合固定されることによって、ロータ軸２１の外周面に面した円筒状のガスシール収容空間４８が形成されている。ガスシール収容空間４８は、軸線方向についての両端が、オイルシール３１のシール面３７と、パッキンケース４１の支持面４９ａと、で画定されている。シールリング４２及びウェーブスプリング４３が、シール面３７と支持面４９ａとの間で挟持されている。

【0027】

シールリング４２は、その内径がロータ軸２１の外径よりも僅かに大きいように寸法構成されていて、例えば、ロータ軸２１と同じ材質（例えばステンレス鋼）を母材にして、母材の表面に摩擦係数の小さい皮膜をコーティングしたものを用いることができる。また、軸方向に圧縮されたウェーブスプリング４３は、一端がシールリング４２に当接し、他端が支持面４９ａに当接しており、その弾性力によって、シールリング４２をシール面３７に押圧している。シールリング４２のシール面４７は、ウェーブスプリング４３によって、端部３６のシール面３７に圧接されている。したがって、シールリング４２は、ガスシール収容空間４８内において、ウェーブスプリング４３の弾性力によって、オイルシール３１の端部３６（シール面３７）に向けて押圧されているとともに弾性的に支持されている。

【0028】

上記構成によれば、シールリング４２は、シール面３７に沿って径方向に移動することができる。それにより、仮に、ロータ軸２１が撓むことによって、シールリング４２及びロータ軸２１の間で偏芯が生じたとしても、シールリング４２がロータ軸２１に追従して径方向に移動する。このような構成によって、シールリング４２及びロータ軸２１の摩耗や破損を防止し、シールリング４２とロータ軸２１との隙間が大きくなることを防止して軸封性能を維持することができる。

【0029】

吐出側軸封装置４０のシールリング構造では、オイルシール３１のシール面３７に密着したシールリング４２が、ロータ軸２１の外周面に対して微小な隙間を持って配置されている。当該シールリング構造によれば、シールリング４２とロータ軸２１との僅かな隙間を通過しようとする圧縮ガスに圧力損失を生じさせることによって、圧縮ガスの漏洩を抑制する軸封性能を発揮することができる。

【0030】

一体化された吐出側軸封装置３０，４０が吐出側の軸封空間１０に対して容易に着脱自在に組み付けられるように、ケーシング本体１２（ケーシング）と吐出側軸封装置３０，４０との間には、すき間ばめ（ＪＩＳ Ｂ ０４０１）よりも大きめのクリアランスが設けられている。クリアランスを設けるとガスシール性が犠牲になるため、オイルシール３１とケーシング本体１２（ケーシング）との間及びパッキンケース４１とケーシング本体１２（ケーシング）との間には、それぞれ、Ｏリング３５，４６が配設されている。当然のことながら、Ｏリング３５，４６によるシール機能を発揮し得る範囲で、クリアランスの寸法が設定されている。好ましくは、Ｏリング３５，４６は、それぞれ、オイルシール３１の外周面に周方向に沿って形成された凹部（環状の溝）３４と、パッキンケース４１の外周面に周方向に沿って形成された凹部（環状の溝）４５と、に分かれて配設されている。オイルシール３０のＯリング３５とパッキンケース４１のＯリング４６とによって、ケーシング本体１２と吐出側軸封装置３０，４０との間での圧縮ガスの漏洩等のガスの無用な流れをそれぞれ防止することができる。

【0031】

ケーシング本体１２（ケーシング）には、Ｏリング４６の配設された位置よりも軸受２２側で、ケーシングを貫通するように、軸封空間１０とケーシングの外側（大気側）とを連通する第１大気連通孔２４ａが少なくとも１つ形成されている。オイルシール３０（吐出側の軸封装置）には、それを貫通するようにオイルシール大気連通孔３１ａが複数形成されている。複数のオイルシール大気連通孔３１ａは、その孔径よりも幅の広いオイルシール３０の外周に設けられた環状の溝を介して、第１大気連通孔２４ａに連通している。また、複数のオイルシール大気連通孔３１ａは、オイルシール３０の内周側において、軸封空間１０におけるガスシール収容空間４８とオイルシール３０に設けられたラビリンス３２（オイルシール部）とを接続する位置に連通するように形成される。このように、第１大気連通孔２４ａとオイルシール大気連通孔３１ａとその両者を接続する環状の溝とによって、第１大気開放通路２４が構成されている。なお、第１大気連通孔２４ａの開口径が大きいほど、第１大気連通孔２４ａの形成や加工が容易になるとともに圧損を小さくすることができるので、オイルシール大気連通孔３１ａの位置する軸封空間１０の圧力を大気圧に近づけることができる。したがって、Ｏリング３５とＯリング４６との間に形成される軸方向スペースにおいては、第１大気連通孔２４ａの開口径をできるだけ大きく形成することが好ましい。

【0032】

また、ロータ軸２１には、オイル戻し溝２１ａが、ラビリンス３２（オイルシール部）の下流側（オイルシール大気連通孔３１ａ側）となる位置に形成されている。オイル戻し溝２１ａは、ロータ室１５の側に向けてテーパ状に縮径している。当該オイル戻し溝２１ａによれば、吐出側軸受２２の潤滑オイルがロータ軸２１を伝ってオイル戻し溝２１ａに漏出したとしても、当該潤滑オイルに遠心力が作用することによって、上流側に押し戻すことができる。

【0033】

ケーシング本体１２の外側と、吐出側軸封装置（オイルシール）３０に対応した軸封空間１０と、を連通する第１大気開放通路２４によって、吐出側軸封装置（オイルシール）３０に対応した軸封空間１０が大気開放されている。そのため、アンロード運転時において、ロータ室１５内が負圧になって吐出側軸受２２におけるオイルをロータ室１５内に吸引しようとする力が働く場合でも、大気開放された第１大気開放通路２４の介在によって、吐出側軸受２２におけるオイルがロータ室１５内に吸引されることを防止することができる。

【0034】

嵌合凹端部４４と嵌合凸端部３３との径方向の隙間が、シールリング４２とロータ軸２１との隙間やパッキンケース４１とケーシング本体１２とのクリアランスよりも非常に小さく、実質的には無いように構成されている。すなわち、締まりばめによって、嵌合凹端部４４と嵌合凸端部３３との隙間が、実質的にロータ軸２１の撓みによる影響を受けないように構成されているので、当該隙間からの圧縮ガスの漏洩を防止することができる。また、パッキンケース４１とケーシング本体１２との間でのクリアランスは、Ｏリング４６でシールされているので、当該隙間からの圧縮ガスの漏洩を防止することができる。また、パッキンケース４１とオイルシール３０とが締まりばめによって一体化されることで、ガスシール収容空間４８が形成されている。これにより、オイルシール３１のシール面３７と、それに向けて押圧されているシールリング４２のシール面４７との密着状態がロータ軸２１の撓みに影響されることなく適切に維持される。したがって、吐出側軸封装置４０全体での圧縮ガスの漏洩を大幅に低減することができる。

【0035】

次に、この発明の第２実施形態について、図３を参照しながら詳細に説明する。なお、第２実施形態において、上記第１実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

【0036】

吐出側軸封装置４０が、第１実施形態で説明した第１ガスシール４０Ａに加えて、第２ガスシール５１を備えている。第２ガスシール５１は、第１ガスシール４０Ａに対してロータ室１５の側に配置されている。第２ガスシール５１は、第１実施形態で説明したパッキンケース４１と同様な部材を備えておらず、後述するようにケーシング本体１２（ケーシング）内にシールリング５２と弾性体５３とを備えている。弾性体５３は、第１実施形態で説明した弾性体４３と同じ機能を有する同等の部材である。なお、オイルシール３１と第１ガスシール４０Ａとは、第１実施形態で説明した嵌合構造によって連結されて一体化されている。他方で、第２ガスシール５１は、ロータ軸２１の撓みの影響を受けないケーシング本体（ケーシング）１２内にシールリング５２と弾性体５３とを備えていると共に、吐出側軸封装置４０の中でロータ軸２１の撓みの影響を最も受け難いロータ室１５に最も近い位置に設けられている。そのため、第１ガスシール４０Ａと第２ガスシール５１との嵌合構造による一体化は必要ない。

【0037】

ケーシング本体１２（ケーシング）における軸封空間１０のロータ室１５側の端部には、ガスシール４０Ａよりも小さな内径寸法を有する円筒状の空間が配設されている。この円筒状の空間のロータ室１５側に形成されているケーシング本体１２（ケーシング）の側面には、ロータ軸２１の軸線方向に対して垂直に延在する支持面１２ａが形成されている。また、この円筒状の空間の吐出側軸受２２側には、パッキンケース４１の突出部４９のシール面４９ｂが配設されている。つまり、ガスシール収容空間５８は、軸線方向についての両端が、ケーシング本体１２の支持面１２ａと、パッキンケース４１の突出部４９のシール面４９ｂと、で画定されている。シールリング５２及びウェーブスプリング５３（弾性体）は、シール面４９ｂと支持面１２ａとの間で挟持されている。

【0038】

シールリング５２及びウェーブスプリング５３（弾性体）は、例えば、第１実施形態で説明したシールリング４２及びウェーブスプリング４３（弾性体）と同じものを使用して、部品の共通化によって低コスト化を図ることができる。シールリング５２は、ガスシール収容空間５８内において、ウェーブスプリング５３の弾性力によって、パッキンケース４１の突出部４９（シール面４９）に向けて押圧されているとともに弾性的に支持されている。

【0039】

シールリング５２は、シール面４９ｂに沿って径方向に移動可能であり、ロータ軸２１が撓む場合であっても、シールリング５２がロータ軸２１に追従して径方向に移動する。したがって、第１実施形態で説明した第１ガスシール４０Ａに加えて第２ガスシール５１を備えることにより、吐出側軸封装置４０の軸封性能を向上させることができる。

【0040】

この発明の第３実施形態について、図４を参照しながら詳細に説明する。なお、この第３実施形態において、上記第２実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

【0041】

吐出側軸封装置４０が、第１ガスシール４０Ａ及び第２ガスシール５１に加えて、第３ガスシール４０Ｂを備えている。第３ガスシール４０Ｂは、吐出側の軸封空間１０の軸方向において、第１ガスシール４０Ａと第２ガスシール５１との間で挟まれるように配設される。第３ガスシール４０Ｂは、第１実施形態で説明した第１ガスシール４０Ａと同様の部材で構成されていて、パッキンケース６１とシールリング６２と弾性体６３とを備えている。シールリング６２及び弾性体６３は、例えば、シールリング４２及び弾性体４３と同じものを使用して、部品の共通化によって低コスト化を図ることができる。

【0042】

パッキンケース６１のロータ室１５側の端部には、径方向内側に突出した突出部６９が形成されている。突出部６９における吐出側軸受２２の側の側面には、ロータ軸２１の軸線方向に対して垂直に延在する支持面６９ａが形成されている。パッキンケース４１の突出部４９とパッキンケース６１の突出部６９との間には、ガスシール収容空間６８が形成されている。言い換えると、パッキンケース６１の軸受側の端部（嵌合凹端部６４）と、パッキンケース４１のロータ室１５側の端部（嵌合凸端部４１ａ）とが嵌合固定されることによって、ロータ軸２１の外周面に面した円筒状のガスシール収容空間６８が形成されている。ガスシール収容空間６８は、軸線方向についての両端が、パッキンケース６１の突出部６９の支持面６９ａと、パッキンケース４１の突出部４９のシール面４９ｂと、で画定されている。シールリング６２及びウェーブスプリング６３（弾性体）が、シール面４９ｂと、パッキンケース６１の支持面６９ａとの間で挟持されている。

【0043】

シールリング６２は、ガスシール収容空間６８内において、ウェーブスプリング６３の弾性力によって、パッキンケース６１の突出部４９（シール面４９ｂ）に向けて押圧されているとともに弾性的に支持されているので、シールリング６２は、シール面４９ｂに沿って径方向に移動可能である。

【0044】

パッキンケース６１のロータ室１５の側の側面には、ロータ軸２１の軸線方向に対して垂直に延在するシール面６９ｂが形成されている。ガスシール収容空間５８は、軸線方向についての両端が、パッキンケース６１の突出部６９のシール面６９ｂと、ケーシング本体１２（ケーシング）の支持面１２ａと、で画定されている。

【0045】

シールリング５２のシール面５７が、ウェーブスプリング５３によって、パッキンケース６１の突出部６９のシール面６９ｂに押圧されているので、シール面５７とシール面６９ｂとの間がシールされている。

【0046】

第３ガスシール４０Ｂと第１ガスシール４０Ａとは、第１実施形態で説明したのと同様の嵌合構造によって連結されて一体化されている。すなわち、第１ガスシール４０Ａのパッキンケース４１でのロータ室１５側の端部には、ロータ室１５側に向けて突出する嵌合凸端部４１ａが形成されている。他方、パッキンケース６１の吐出側軸受２２側の端部には、パッキンケース４１の嵌合凸端部４１ａに嵌合するように構成された嵌合凹端部６４が形成されている。例えば、第３ガスシール４０Ｂのパッキンケース６１が、第１ガスシール４０Ａのパッキンケース４１と同じ材質（例えば、ステンレス鋼）から構成されている。嵌合凸端部４１ａ及び嵌合凹端部６４の嵌合構造は、締まりばめ、又は、僅かな締め代を与えて比較的容易に分解ができる中間ばめである。

【0047】

当該嵌合構造によれば、嵌合凸端部４１ａと嵌合凹端部６４との隙間が、非常に小さくて実質的には無いように構成されているので、当該隙間からの圧縮ガスの漏洩が防止される。図４に示した嵌合構造でも、嵌合凸端部４１ａの嵌合接触面が径方向外側を向いており、嵌合凹端部６４の嵌合接触面が径方向内側を向いているので、嵌合過程における第３ガスシール４０Ｂ内部への異物混入を防止することができる。

【0048】

図４に示した第３実施形態では、オイルシール３１と第１ガスシール４０Ａと第３ガスシール４０Ｂとが、上述した嵌合構造によって連結されて一体化されているので、吐出側の軸封空間１０への軸封装置３０，４０の組み付け性が良好である。

【0049】

シールリング６２は、シール面４９ｂに沿って径方向に移動可能であるため、ロータ軸２１が撓む場合であっても、シールリング６２もロータ軸２１に追従して径方向に移動する。これにより、パッキンケース４１のシール面４９ｂと、それに向けて押圧されているシールリング６２のシール面６７との密着状態が、ロータ軸２１の撓みに影響されることなく適切に維持される。したがって、第１ガスシール４０Ａ及び第２ガスシール５１に加えて第３ガスシール４０Ｂを備えることにより、吐出側軸封装置４０の軸封性能をさらに向上させることができる。そして、ロータ軸２１が撓む場合であっても、吐出側軸封装置４０の軸封性能を維持することができる。

【0050】

第３の実施形態と同様に、ケーシング本体１２（ケーシング）と吐出側軸封装置４０との間には、すき間ばめ（ＪＩＳ Ｂ ０４０１）よりも大きめのクリアランスが設けられている。また、パッキンケース６１とケーシング本体１２（ケーシング）との間には、Ｏリング６６が配設されている。Ｏリング６６によるシール機能を発揮し得る範囲で、クリアランスの寸法が設定されている。Ｏリング６６は、パッキンケース６１の外周面に周方向に沿って形成された凹部（環状の溝）６５に配設されている。パッキンケース４１、６１のＯリング４６、６６によって、ケーシング本体１２と吐出側軸封装置４０との間での圧縮ガスの漏洩等のガスの無用な流れを防止することができる。

【0051】

この発明の第４実施形態について、図５を参照しながら詳細に説明する。なお、この第４実施形態において、上記第３実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

【0052】

図５に示した吐出側軸封装置４０は、第１ガスシール４０Ａと第３ガスシール４０Ｂとが嵌合構造によって一体化されていない点で、第３実施形態と相違している。

【0053】

第１ガスシール４０Ａと第３ガスシール４０Ｂとの間では、嵌合構造を有しないため、パッキンケース４１のロータ室１５側の端部とパッキンケース６１の吐出側軸受２２の側の端部とが接する部分は、いずれもフラットな形状になっている。

【0054】

第４実施形態の吐出側軸封装置４０は、上述した嵌合凸端部４１ａ及び嵌合凹端部６４を用いた嵌合構造によるシールを備えていない。しかしながら、第４実施形態の吐出側軸封装置４０は、上記第２実施形態の吐出側軸封装置４０に更に第３ガスシール４０Ｂを付加したものである。したがって、第４実施形態の吐出側軸封装置４０は、上記第２実施形態と同等以上で上記第３実施形態と同等以下の軸封性能を有している。

【0055】

この発明の第５実施形態について、図６を参照しながら詳細に説明する。なお、この第５実施形態において、上記第３実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

【0056】

図６に示した吐出側軸封装置４０は、上記第３実施形態との比較で、第１ガスシール４０Ａのパッキンケース４１がパッキンケース大気連通孔４５ａを備えており、ケーシング本体１２が第２大気連通孔２６ａを備えている。

【0057】

ケーシング本体１２（ケーシング）には、Ｏリング６６の配設された位置よりも第１大気開放通路２４側で、ケーシング本体１２（ケーシング）を貫通するように、軸封空間１０とケーシング本体１２（ケーシング）の外側（大気側）とを連通する第２大気連通孔２６ａが、少なくとも１つ形成されている。パッキンケース４１には、それを貫通するようにパッキンケース大気連通孔４５ａが複数形成されている。複数のパッキンケース大気連通孔４５ａは、その孔径よりも幅の広いパッキンケース４１の外周に設けられた環状の溝を介して、第２大気連通孔２６ａに連通している。また、複数のパッキンケース大気連通孔４５ａは、パッキンケース４１の内周側において、軸封空間１０に接続されたガスシール収容空間４８に連通するように形成されている。このように、第２大気連通孔２６ａとパッキンケース大気連通孔４５ａとその両者を接続する環状の溝とによって、第２大気開放通路２６が構成されている。

【0058】

吐出側軸封装置３０が、吐出側軸封装置（オイルシール）３０に対応した軸封空間１０とケーシング本体１２（ケーシング）の外側とを連通する第１大気開放通路２４を備えることに加えて、吐出側軸封装置４０が、吐出側軸封装置（ガスシール）４０に対応した軸封空間１０（ガスシール収容空間４８）とケーシング本体１２（ケーシング）の外側とを連通する第２大気開放通路２６を備えている。それによって、吐出側軸封装置（オイルシール）３０に対応した軸封空間１０と、吐出側軸封装置（ガスシール）４０に対応した軸封空間１０とが、それぞれ大気開放されている。そのため、長時間のアンロード運転時において、ロータ室１５内が負圧になって吐出側軸受２２におけるオイルが第１大気連通孔２４ａに達したとしても、第１大気開放通路２４と略同圧で大気開放された第２大気連通孔２６ａと、シールリング４２との介在によって、オイルがロータ室１５内に吸引されることを防止することができる。

【0059】

この発明の第６実施形態について、図７を参照しながら詳細に説明する。なお、この第６実施形態において、上記第３実施形態での構成要素と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

【0060】

図７に示した吐出側軸封装置４０は、上記第３実施形態との比較で、第２ガスシール５１が省略されていて、第１ガスシール４０Ａと第３ガスシール４０Ｂとによって構成されている。

【0061】

第６実施形態の吐出側軸封装置４０は、第１ガスシール４０Ａと第３ガスシール４０Ｂとを備えることによって、上記第２実施形態と同等以上で上記第３実施形態と同等以下の軸封性能を有している。吐出側の軸封空間１０において、第２ガスシール５１を配設するための空間及び当該空間の加工が不要になる。それとともに、嵌合構造によって連結・一体化されたオイルシール３１と第１ガスシール４０Ａと第３ガスシール４０Ｂとが、吐出側の軸封空間１０に組み付けられるので、軸封装置３０，４０の組み付け性がさらに良好である。

【0062】

なお、上記各実施形態は、オイルフリースクリュ圧縮機１の吐出側軸封装置３０，４０について説明したが、吸込側軸封装置５０，６０についても適用することができる。軸封装置におけるガスシール構造は、上記実施形態に限定されるものではなく、ガスシールの個数は、適宜に変更することができる。ガスシールとしては、シールリング４２，５２，６２の代わりに、ラビリンスシール等の公知のシール部材を用いることもできる。吐出側軸封装置３０のオイルシール３１として、所謂ラビリンスシールを例示したが、スクリュビスコシール等の公知のシール部材を用いることができる。

【0063】

なお、上記各実施形態では、オイルシール３１及び各パッキンケース４１，６１は、それぞれ、単一の部材で構成されているが、組付け時に一体的な状態となるものであれば、それぞれ、軸方向に分割された２以上の部材で構成されていてもよい。また、非接触のオイルシール３１は、ラビリンスシールやスクリュビスコシールにおけるオイルシール部３２が、それを保持する本体部と別部材として構成されていても良い。また、ロータ軸２１の表面は、母材そのものであっても、母材表面に各種皮膜等が設けられていてもよく、また、ロータ軸２１の外周面側に固定されたスリーブで形成されていてもよい。

【0064】

以上の説明から明らかなように、この発明に係るオイルフリースクリュ圧縮機１では、互いに噛み合う雄雌一対のスクリュロータ１６を圧縮機１のケーシング１２のロータ室１５内に収容し、ロータ軸２１を介してスクリュロータ１６を軸受２２，２３で支持し、ロータ室１５と軸受２３との間に形成されるケーシング１２の軸封空間１０内に配設され、ロータ軸２１をシールする軸封装置３０，４０を有し、軸封装置３０，４０は、軸受２２側に配置されるオイルシール３１と、ロータ室１５側に配置されるパッキンケース４１と、ガスをシールするためのガスシール４２と、を備え、パッキンケース４１の軸受２２側の端部４４とオイルシール３１のロータ室１５側の端部３３とが締まりばめによって嵌合固定されることによって形成されたガスシール収容空間４８に、ガスシール４２が収容されている。

【0065】

上記構成によれば、軸封装置３０，４０をそれぞれ構成するパッキンケース４１及びオイルシール３１が締まりばめによって嵌合固定されて一体化されているので、軸封装置３０，４０の組み付け性が良好であり、締まりばめによる隙間が非常に小さいので、嵌合固定部分からの圧縮ガスの漏洩を低減することができる。

【0066】

この発明は、上記特徴に加えて次のような特徴を備えることができる。

【0067】

すなわち、前記オイルシールが前記パッキンケースよりも軟質の材料からできており、前記オイルシールの前記端部が嵌合凸端部であり、前記パッキンケースの前記端部が嵌合凹端部である。当該構成によれば、複雑な加工を要するオイルシールの加工性が良好であり、軟質材料からできているオイルシールの嵌合凸端部の嵌合接触面が径方向外側を向いているので、嵌合過程でオイルシールの削りカスが発生した場合に、その削りカスがガスシール収容空間内に混入することを防止することができる。

【0068】

前記ガスシールが、ロータ軸の軸心周りに設けられたシールリングと、前記シールリングを弾性力によって支持する弾性体と、を備える。当該構成によれば、ロータ軸が撓んでガスシールとロータ軸との間で偏芯が生じても、シールリングがロータ軸に追従して径方向に移動するので、シールリングとロータ軸との隙間が大きくなることを防止して軸封性能を維持することができる。

【0069】

前記軸封装置が、前記パッキンケースの外周面に形成された溝に配設されたパッキンケース側のＯリングを備える。当該構成によれば、パッキンケースとケーシング本体との間でのクリアランスに起因した圧縮ガスの漏洩を防止することができる。

【0070】

オイルフリースクリュ圧縮機が、前記ケーシングを貫通するように形成され、前記パッキンケース側のＯリングの配設された位置よりも前記軸受側で前記軸封空間と前記ケーシングの外側とを連通する第１大気連通孔と、前記軸封装置を貫通するように形成され、前記第１大気連通孔に連通するとともに前記軸封空間における前記ガスシール収容空間と前記オイルシールに設けられたオイルシール部とを接続する位置に連通するオイルシール大気連通孔と、を備えていてもよい。当該構成によれば、アンロード運転時において、第１大気開放通路によって、吐出側軸封装置（オイルシール）に対応した軸封空間が大気開放されているので、ロータ室内が負圧になって吐出側軸受におけるオイルをロータ室内に吸引しようとする力が働く場合でも、吐出側軸受からのオイルがロータ室内に吸引されることを防止することができる。

【0071】

オイルフリースクリュ圧縮機が、前記ケーシングを貫通するように形成され、前記パッキンケース側のＯリングの配設された位置よりも前記軸受側で前記軸封空間と前記ケーシングの外側とを連通する第２大気連通孔と、前記パッキンケースを貫通するように形成され、前記第２大気連通孔に連通するとともに前記ガスシール収容空間に連通したパッキンケース大気連通孔と、をさらに備えていてもよい。当該構成によれば、吐出側軸封装置（オイルシール）に対応した軸封空間と、吐出側軸封装置（ガスシール）に対応した軸封空間とがそれぞれ大気開放されているので、長時間のアンロード運転時において、ロータ室内が負圧になって吐出側軸受からのオイルが第１大気連通孔に達したとしても、第１大気開放通路と略同圧で大気開放された第２大気連通孔と、シールリングとの介在によって、吐出側軸受におけるオイルがロータ室内に吸引されることを防止することができる。

【0072】

前記軸封装置が、前記オイルシール大気連通孔よりも軸受側における前記オイルシールの外周面に形成された溝に配設されたオイルシール側のＯリングを備える。当該構成によれば、オイルシールとケーシングとの間でのクリアランスに起因したオイルの漏洩を防止することができる。

【0073】

前記軸封装置が、前記ガスシール収容空間に収容された前記ガスシールよりもさらに前記ロータ室の側に、更なるガスシールを備える。当該構成によれば、より多くのガスシールを備えることによって、圧縮ガスの漏洩をさらに低減することができる。

【符号の説明】

【0074】

１：オイルフリースクリュ圧縮機
１０，２０：軸封空間
１２：ケーシング本体（ケーシング）
１２ａ，４９ａ，６９ａ：支持面
１３：吐出側ケーシング（ケーシング）
１４：吸込側ケーシング（ケーシング）
１５：ロータ室
１６：スクリュロータ
１７：吸込口
１８：吐出口
１９：玉軸受
２１：ロータ軸
２１ａ：オイル戻し溝
２２：吐出側軸受
２４，２５：第１大気開放通路
２４ａ：第１大気連通孔
２６：第２大気開放通路
２６ａ：第２大気連通孔
３０：吐出側軸封装置（オイルシール）
３１：オイルシール
３１ａ：オイルシール大気連通孔
３２：ラビリンス（オイルシール部）
３３，４１ａ：嵌合凸端部
３４，４５，６５：凹部
３５，４６，６６：Ｏリング
３６：端部
３７，４７，４９ｂ，５７，６７，６９ｂ：シール面
４０：吐出側軸封装置（ガスシール部）
４０Ａ：第１ガスシール
４０Ｂ：第３ガスシール
４１，６１：パッキンケース
４２，５２，６２：シールリング
４３，５３，６３：弾性体
４４，６４：嵌合凹端部
４５ａ：パッキンケース大気連通孔
４８，５８，６８：ガスシール収容空間
４９，６９：突出部
５１：第２ガスシール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】