特許 6284466 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】6284466

(24)【登録日】2018年2月9日

(45)【発行日】2018年2月28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 18/16 20060101AFI20180215BHJP

   F04B 39/00 20060101ALI20180215BHJP

   F04C 27/00 20060101ALI20180215BHJP

   F16J 15/16 20060101ALI20180215BHJP

   F16J 15/40 20060101ALI20180215BHJP

【ＦＩ】

   F04C18/16 D

   F04B39/00 104A

   F04C27/00 331

   F16J15/16 E

   F16J15/40 Z

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-198966(P2014-198966)

(22)【出願日】2014年9月29日

(65)【公開番号】特開2016-70145(P2016-70145A)

(43)【公開日】2016年5月9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】 北川 大地

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０３−１１０１３８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００２−２７６５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０５１１９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｃ １８／１６

Ｆ０４Ｃ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非接触で互いに噛み合う雄雌一対のスクリュロータと、
前記スクリュロータが収容されるロータ室を有するケーシングと、
前記スクリュロータの回転軸を支持する軸受と、
前記軸受側に配置されるオイルシール部と、前記ロータ室側に配置されるエアシール部とを有して前記回転軸を軸封する軸封装置と、
前記ケーシングに形成された大気開放孔と、
前記オイルシール部と前記エアシール部との間に位置するように前記軸封装置に形成された少なくとも１つの連通孔と、
前記大気開放孔と前記少なくとも１つの連通孔とを連通する環状空間と、を備え、
前記環状空間が、前記ケーシングの内周側において環状に形成される内周環状空間を備え、
前記回転軸の軸線方向に沿って切断した部分断面における前記内周環状空間の開口断面積をＳ1とし、前記連通孔の総開口断面積をＳ2とし、前記連通孔のうちのi番目の開口断面積をＳ2i、前記連通孔の個数をｎ（ｎは１以上の自然数）とするとき、以下の関係を満たすように構成され、

前記環状空間が、前記軸封装置の外周側において前記内周環状空間に対向配置されるとともに、前記連通孔よりも前記回転軸の軸線方向に幅広である外周環状空間をさらに備え、
前記回転軸の軸線方向に沿って切断した部分断面における前記外周環状空間の開口断面積をＳ3とするとき、以下の関係を満たすように構成され、

前記ケーシングが鋳物で作られて、
前記回転軸の軸線方向における前記内周環状空間の開口部の幅が、前記回転軸の軸線方向における前記外周環状空間の開口部の幅よりも、鋳物の製造公差を考慮した分だけ大きい、オイルフリースクリュ圧縮機。

【請求項2】

非接触で互いに噛み合う雄雌一対のスクリュロータと、
前記スクリュロータが収容されるロータ室を有するケーシングと、
前記スクリュロータの回転軸を支持する軸受と、
前記軸受側に配置されるオイルシール部と、前記ロータ室側に配置されるエアシール部とを有して前記回転軸を軸封する軸封装置と、
前記ケーシングに形成された大気開放孔と、
前記オイルシール部と前記エアシール部との間に位置するように前記軸封装置に形成された少なくとも１つの連通孔と、
前記大気開放孔と前記少なくとも１つの連通孔とを連通する環状空間と、を備え、
前記環状空間が、前記ケーシングの内周側において環状に形成される内周環状空間を備え、
前記回転軸の軸線方向に沿って切断した部分断面における前記内周環状空間の開口断面積をＳ1とし、前記連通孔の総開口断面積をＳ2とし、前記連通孔のうちのi番目の開口断面積をＳ2i、前記連通孔の個数をｎ（ｎは１以上の自然数）とするとき、以下の関係を満たすように構成され、

前記ケーシングが鋳物で作られて、
前記回転軸の軸線方向における前記内周環状空間の開口部の幅が、前記連通孔の開口径よりも、鋳物の製造公差を考慮した分だけ大きい、オイルフリースクリュ圧縮機。

【請求項3】

非接触で互いに噛み合う雄雌一対のスクリュロータと、
前記スクリュロータが収容されるロータ室を有するケーシングと、
前記スクリュロータの回転軸を支持する軸受と、
前記軸受側に配置されるオイルシール部と、前記ロータ室側に配置されるエアシール部とを有して前記回転軸を軸封する軸封装置と、
前記ケーシングに形成された大気開放孔と、
前記オイルシール部と前記エアシール部との間に位置するように前記軸封装置に形成された少なくとも１つの連通孔と、
前記大気開放孔と前記少なくとも１つの連通孔とを連通する環状空間と、を備え、
前記環状空間が、前記ケーシングの内周側において環状に形成される内周環状空間を備え、
前記回転軸の軸線方向に沿って切断した部分断面における前記内周環状空間の開口断面積をＳ1とし、前記連通孔の総開口断面積をＳ2とし、前記連通孔のうちのi番目の開口断面積をＳ2i、前記連通孔の個数をｎ（ｎは１以上の自然数）とするとき、以下の関係を満たすように構成され、

前記ケーシングが鋳物で作られて、
前記内周環状空間が、内周環状溝と、前記回転軸の軸線方向における前記内周環状溝の両端側に形成された先細のテーパー状拡張部とを備え、
前記回転軸の軸線方向に沿って切断した部分断面において、前記内周環状溝が略半円形状をしている、オイルフリースクリュ圧縮機。

【請求項4】

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、
前記ケーシングが鋳物で作られて、
前記内周環状空間が、内周環状溝と、前記回転軸の軸線方向における前記内周環状溝の両端側に形成された先細のテーパー状拡張部とを備え、
前記回転軸の軸線方向に沿って切断した部分断面において、前記内周環状溝が略半円形状をしている、オイルフリースクリュ圧縮機。

【請求項5】

請求項３又は４に記載のオイルフリースクリュ圧縮機において、
前記テーパー状拡張部のそれぞれは、前記軸封装置の外周側に装着されたＯリングの突出高さを考慮した傾斜角度及び高さを有する、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する。

【背景技術】

【0002】

オイルフリースクリュ圧縮機では、無給油且つ非接触で回転可能な雄雌一対のスクリュロータによって空気が圧縮される。オイルフリースクリュ圧縮機では、ロータ室で作られた圧縮空気が回転軸を伝わって漏洩したり、回転軸を駆動するギアや回転軸を支持する軸受に供給された潤滑油がロータ室に流入したりすることがある。このことを防止するために、ロータ室と軸受との間には、軸封装置が配設されている。軸封装置は、ロータ室からの圧縮空気をシールするエアシール部と、軸受からの潤滑油をシールするオイルシール部と、を備える。

【0003】

アンロード運転時にロータ室が負圧になった際に、軸受等に供給された潤滑油が、僅少ではあるものの、オイルシール部を通過してロータ室内に流入することがある。そこで、オイルシール部のロータ室側端部に形成された通気間隙と、ケーシングの大気側とを連通する大気開放通路が設けられている。ロータ室が負圧になったとき、大気開放通路を通じて大気が通気間隙に導入されることによって、潤滑油がロータ室に流入するのを防止している。

【0004】

上記のような軸封装置を備えるオイルフリースクリュ圧縮機は、例えば、特許文献１，２に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−２５６８２８号公報

【特許文献2】特開昭５９−５１１９０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に開示された無給油式スクリュ圧縮機では、エアシールとビスコシールとの間に形成されたシールボックス部又はシールボックスの連通孔が、ケーシングに形成された大気開放孔に連通している。これにより潤滑油がロータ室に流入するのを防止している。また、特許文献２に開示されたオイルフリースクリュ圧縮機では、固定式ねじシールとガス用軸封装置との間に設けられた複数の小孔が、ケーシングの大気開放孔に連通している。上記２つの特許文献における大気開放孔や連通孔及び小孔は、いずれも、アンロード運転時にロータ室が負圧になった場合、潤滑油がロータ室に流入するのを防止するために設けられている。

【0007】

しかしながら、特許文献１では、溝形状の環状空間が、軸封装置の外周面に形成されており、当該環状空間での開口断面積が小さいと、圧力損失を生じてしまう。また、特許文献１では、Ｏリングが軸封装置のエアシール及びビスコシールの両方に配設されていて、当該２つのＯリングの間には連通孔及び溝形状の環状空間が形成されている。当該構成では、軸封装置における軸線方向のスペースが２つのＯリングによって制約されるため、軸線方向における環状空間の幅を適切に確保することが困難である。したがって、特許文献１に開示された軸封装置に形成された環状空間によって、圧力損失の低減に対して適切に対処することが困難である。

【0008】

また、特許文献２においても、特許文献１と同様に、軸部の外周面に形成された環状空間が開示されている。特許文献２において固定式ねじシールを図示する断面図では、複数の連通孔が固定式ねじシールに形成されいる。図示された固定式ねじシールでは、１つの連通孔の開口断面積が環状空間の開口断面積と同程度の大きさを有するとともに、当該連通孔が複数個形成されている。このことから、連通孔の総開口断面積は、環状空間の開口断面積よりも、おおよそ連通孔の個数分大きくなる。したがって、特許文献２においても、複数の連通孔のところよりも、環状空間のところで、大きな圧力損失が生じてしまう。

【0009】

このように、特許文献１，２のいずれにおいても、大きな圧力損失が、大気開放孔と連通孔とを連通する環状空間のところで生じることによって、アンロード運転時におけるロータ室への潤滑油の流入防止作用が十分に機能しない恐れがある。それにもかかわらず、特許文献１，２のいずれもが、この点について特段の考慮をしていない。

【0010】

したがって、この発明の解決すべき技術的課題は、大気開放孔と連通孔とを連通する環状空間での圧力損失をできるだけ小さくして、アンロード運転時における潤滑油の流入を防止する、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】

【0011】

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。

【0012】

すなわち、
非接触で互いに噛み合う雄雌一対のスクリュロータと、
前記スクリュロータが収容されるロータ室を有するケーシングと、
前記スクリュロータの回転軸を支持する軸受と、
前記軸受側に配置されるオイルシール部と、前記ロータ室側に配置されるエアシール部とを有して前記回転軸を軸封する軸封装置と、
前記ケーシングに形成された大気開放孔と、
前記オイルシール部と前記エアシール部との間に位置するように前記軸封装置に形成された少なくとも１つの連通孔と、
前記大気開放孔と前記少なくとも１つの連通孔とを連通する環状空間と、を備え、
前記環状空間が、前記ケーシングの内周側において環状に形成される内周環状空間を備え、
前記回転軸の軸線方向に沿って切断した部分断面における前記内周環状空間の開口断面積をＳ1とし、前記連通孔の総開口断面積をＳ2とし、前記連通孔のうちのi番目の開口断面積をＳ2i、前記連通孔の個数をｎ（ｎは１以上の自然数）とするとき、以下の関係を満たすように構成され、

前記環状空間が、前記軸封装置の外周側において前記内周環状空間に対向配置されるとともに、前記連通孔よりも前記回転軸の軸線方向に幅広である外周環状空間をさらに備え、
前記回転軸の軸線方向に沿って切断した部分断面における前記外周環状空間の開口断面積をＳ3とするとき、以下の関係を満たすように構成され、

前記ケーシングが鋳物で作られて、
前記回転軸の軸線方向における前記内周環状空間の開口部の幅が、前記回転軸の軸線方向における前記外周環状空間の開口部の幅よりも、鋳物の製造公差を考慮した分だけ大きい、ことを特徴とする。

【0013】

上記構成によれば、環状空間としての内周環状空間がケーシング側に形成されることで、回転軸の軸線方向における内周環状空間の開口部の幅を確保することについての制約が緩和される。そして、環状空間が軸封装置側に形成される場合よりも、内周環状空間の開口断面積Ｓ1を大きくすることができる。その結果、次の関係を満たすことが容易になる。

そして、環状空間での圧力損失を低減させることができ、アンロード運転時において潤滑油の流入を防止することができる。
また、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。
すなわち、
非接触で互いに噛み合う雄雌一対のスクリュロータと、
前記スクリュロータが収容されるロータ室を有するケーシングと、
前記スクリュロータの回転軸を支持する軸受と、
前記軸受側に配置されるオイルシール部と、前記ロータ室側に配置されるエアシール部とを有して前記回転軸を軸封する軸封装置と、
前記ケーシングに形成された大気開放孔と、
前記オイルシール部と前記エアシール部との間に位置するように前記軸封装置に形成された少なくとも１つの連通孔と、
前記大気開放孔と前記少なくとも１つの連通孔とを連通する環状空間と、を備え、
前記環状空間が、前記ケーシングの内周側において環状に形成される内周環状空間を備え、
前記回転軸の軸線方向に沿って切断した部分断面における前記内周環状空間の開口断面積をＳ1とし、前記連通孔の総開口断面積をＳ2とし、前記連通孔のうちのi番目の開口断面積をＳ2i、前記連通孔の個数をｎ（ｎは１以上の自然数）とするとき、以下の関係を満たすように構成され、

前記ケーシングが鋳物で作られて、
前記回転軸の軸線方向における前記内周環状空間の開口部の幅が、前記連通孔の開口径よりも、鋳物の製造公差を考慮した分だけ大きい、ことを特徴とする。
さらに、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。
すなわち、
非接触で互いに噛み合う雄雌一対のスクリュロータと、
前記スクリュロータが収容されるロータ室を有するケーシングと、
前記スクリュロータの回転軸を支持する軸受と、
前記軸受側に配置されるオイルシール部と、前記ロータ室側に配置されるエアシール部とを有して前記回転軸を軸封する軸封装置と、
前記ケーシングに形成された大気開放孔と、
前記オイルシール部と前記エアシール部との間に位置するように前記軸封装置に形成された少なくとも１つの連通孔と、
前記大気開放孔と前記少なくとも１つの連通孔とを連通する環状空間と、を備え、
前記環状空間が、前記ケーシングの内周側において環状に形成される内周環状空間を備え、
前記回転軸の軸線方向に沿って切断した部分断面における前記内周環状空間の開口断面積をＳ1とし、前記連通孔の総開口断面積をＳ2とし、前記連通孔のうちのi番目の開口断面積をＳ2i、前記連通孔の個数をｎ（ｎは１以上の自然数）とするとき、以下の関係を満たすように構成され、

前記ケーシングが鋳物で作られて、
前記内周環状空間が、内周環状溝と、前記回転軸の軸線方向における前記内周環状溝の両端側に形成された先細のテーパー状拡張部とを備え、
前記回転軸の軸線方向に沿って切断した部分断面において、前記内周環状溝が略半円形状をしていることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】この発明の第１実施形態に係るオイルフリースクリュ圧縮機の概略構成を示す縦断面図である。

【図2】図１に示したオイルフリースクリュ圧縮機における軸封装置及びその周辺部を示す部分断面図である。

【図3】大気開放孔と連通孔とを連通する内周環状空間を説明する図である。

【図4】この発明の第２実施形態に係るオイルフリースクリュ圧縮機の概略構成を示す縦断面図である。

【図5】図４に示したオイルフリースクリュ圧縮機における軸封装置及びその周辺部を示す部分断面図である。

【図6】大気開放孔と連通孔とを連通する内周環状空間及び外周環状空間を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

この発明の第１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乃至３を参照しながら説明する。まず、第１実施形態に係るオイルフリースクリュ圧縮機１の概略構成について、図１を参照しながら詳細に説明する。

【0016】

オイルフリースクリュ圧縮機１では、雄雌咬合する一対のスクリュロータ１６が、ケーシング１２に形成されたロータ室１５内に収容されている。ケーシング１２は、例えば、ケーシング本体、吐出側ケーシング部及び吸込側ケーシング部によって構成することができる。

【0017】

ケーシング１２は、ロータ室１５に圧縮対象の空気を供給する吸込口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空気を排出する吐出口１８とを、備えている。スクリュロータ１６の吐出側及び吸込側の各端部には、回転軸２１がそれぞれ設けられている。吐出側及び吸込側における回転軸２１の各端部には、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、空気が吸込口１７から吸い込まれる。吸込口１７から吸い込まれた空気は、所定の圧力まで圧縮され、圧縮空気が吐出口１８から吐出される。

【0018】

ケーシング１２の吐出側には、吐出側の軸封装置装填空間１０が形成されている。吐出側の軸封装置装填空間１０には、吐出側の回転軸２１を回転可能に支持する玉軸受（２列のアンギュラ玉軸受）１９及び軸受（ローラ軸受）２２と、吐出側の軸封装置２０とが装填される。ケーシング１２の吸込側においても、吸込側の軸封装置装填空間１０が形成されている。吸込側の軸封装置装填空間１０には、吸込側の回転軸２１を回転可能に支持する軸受（ローラ軸受）２２と、吸込側の軸封装置２０とが装填される。

【0019】

ケーシング１２の外側（大気側）及び内周側をつないで大気に連通する大気開放孔２４ａが、ケーシング１２に設けられている。また、軸受１９，２２やタイミングギア２７に潤滑油を供給するためのオイル供給孔２６が、ケーシング１２に設けられている。

【0020】

吐出側及び吸込側の軸封装置装填空間１０のそれぞれに装填される軸封装置２０は、ロータ室１５に関して、実質的に対称に構成されている。以下、図２及び３を参照しながら、吐出側の軸封装置２０及びその周辺部について詳細に説明する。

【0021】

図２は、図１に示したオイルフリースクリュ圧縮機１での吐出側の軸封装置２０及びその周辺部を示す部分断面図である。

【0022】

軸受２２側からロータ室１５側に向けて順に、軸受２２と、潤滑油をシールする第１軸封部３０と、圧縮空気をシールする第２軸封部４０とが、軸封装置装填空間１０に装填されている。軸封装置装填空間１０に装填された軸受２２での反ロータ室１５側の端部が、ストッパ２９によって規制されている。なお、第１軸封部３０及び第２軸封部４０が、後述する嵌合構造によって一体的に連結されることにより、軸封装置２０が構成される。

【0023】

軸封装置２０が軸封装置装填空間１０に対して容易に着脱自在に組み付けられるように、軸封装置装填空間１０と軸封装置２０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。大きめのクリアランスを設けると軸封能力が犠牲になるため、オイルシール３１とケーシング１２との間及びパッキンケース４１とケーシング１２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による軸封能力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の凹部（環状の溝）３４と、パッキンケース４１の凹部（環状の溝）４５と、に分かれて配設されている。オイルシール３１の凹部（環状の溝）３４と、パッキンケース４１の凹部（環状の溝）４５とは、それぞれ、オイルシール３１及びパッキンケース４１の外周面において周方向に沿って形成されている。オイルシール３１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１２と第１軸封部３０及び第２軸封部４０との間での圧縮空気の漏洩をそれぞれ防止することができる。

【0024】

ケーシング１２における、Ｏリング３５に対応する位置とＯリング４６に対応する位置との間であって、オイルシール３１に対向する部分には、大気開放孔２４ａが形成されている。大気開放孔２４ａは、ケーシング１２を貫通して、軸封装置装填空間１０とケーシング１２の外側（大気側）とを連通する。

【0025】

第１軸封部３０は、オイルシール部３２を有する非接触のオイルシール３１である。オイルシール部３２は、例えば、オイルシール３１の内周面に螺旋状の溝が形成されたビスコシール３２である。ビスコシール３２は、回転軸２１の回転で、ビスコシール３２の内周面と回転軸２１の外周面との間にある空気の粘性によってポンプ作用を生じる。ポンプ作用で潤滑油が軸受２２の方に押しやられることによって、ロータ室１５方向への潤滑油の流出が防止される。なお、ビスコシール３２の螺旋状の溝は、図示されていない。ビスコシール３２の螺旋状の溝が、オイルシール３１の内周面に形成されるため、オイルシール３１は切削のしやすい金属材料からできている。

【0026】

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形状の外周面を有する嵌合凸端部３３が形成されている。嵌合凸端部３３は、後述するパッキンケース４１の嵌合凹端部４４に対して、締まりばめ（ＪＩＳ Ｂ ０４０１）又は中間ばめ（ＪＩＳ Ｂ ０４０１）によって嵌合するように構成されている。オイルシール３１及びパッキンケース４１は、嵌合構造によって一体的に連結されている。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空気の漏洩が防止される。

【0027】

第２軸封部４０は、軸受２２側に配置された第１エアシール４０Ａと、ロータ室１５側に配置された第２エアシール４０Ｂと、を備える。

【0028】

第１エアシール４０Ａは、パッキンケース４１と、非接触のシールリング４２と、弾性体４３と、から構成されている。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。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との間の空間には、円筒形状のシールリング収容空間４８が形成されている。シールリング収容空間４８には、弾性体４３と、該弾性体４３によって回転軸２１の軸線方向（本実施形態においては、軸受２２の方向）に付勢されて支持されるシールリング４２とが、収容されている。シールリング４２は、その内径が回転軸２１の外径よりも僅かに大きいように寸法構成されている。そして、シールリング４２は、例えば、回転軸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。弾性体４３は、金属製の弾性部材（例えば、波形ばね、波形ワッシャ又は圧縮コイルばね等）である。

【0029】

弾性体４３によって弾性的に支持されたシールリング４２は、回転軸２１が撓んだ場合でも、径方向に移動することができる。シールリング４２の内周面と、回転軸２１の外周面との間には、第２軸封部４０の第１エアシール部６１が形成される。圧縮空気が第１エアシール部６１の微小隙間を通過しようとするときに大きな圧力損失が生じることによって、圧縮空気の漏洩を抑制することができる。

【0030】

第１エアシール４０Ａのロータ室１５側には、第２エアシール４０Ｂが配置されている。第２エアシール４０Ｂは、非接触のシールリング５２と弾性体５３とから構成されている。ケーシング１２における軸封装置装填空間１０のロータ室１５側の端部には、ガスシール収容空間５８が形成されている。ガスシール収容空間５８には、弾性体４３と、該弾性体５３によって回転軸２１の軸線方向（本実施形態においては、軸受２２の方向）に付勢されて支持されるシールリング５２とが、収容されている。ガスシール収容空間５８は、第１エアシール４０Ａよりも小さな内径寸法を有する円筒形状をしている。

【0031】

シールリング５２も径方向に移動することができ、シールリング５２の内周面と、回転軸２１の外周面との間には、第２エアシール部６２が形成される。そして、圧縮空気が第２エアシール部６２の微小隙間を通過しようとするときに大きな圧力損失が生じることによって、圧縮空気の漏洩を抑制することができる。

【0032】

第２軸封部４０が第１エアシール４０Ａに加えて第２エアシール４０Ｂを備えることにより、第２軸封部４０の軸封能力が向上する。第１エアシール４０Ａ及び第２エアシール４０Ｂにおいて、シールリング４２，５２及び弾性体４３，５３をそれぞれ共有化することによって、低コスト化を図ることができる。

【0033】

次に、図３を参照しながら、大気開放孔２４ａと連通孔３１ａとを連通する内周環状空間２４ｇを説明する。

【0034】

ケーシング１２の内周側には、内周環状溝２４ｂが、大気開放孔２４ａの内側端部と重なるように形成されている。内周環状溝２４ｂは、内周環状空間２４ｇの一部を構成する。内周環状溝２４ｂは、ケーシング１２の内周面において周方向に沿って形成された環状の溝である。内周環状溝２４ｂは、例えば、回転軸２１の軸線方向に沿って切断した部分断面において、略半円形状をしている。

【0035】

回転軸２１の軸線方向における内周環状溝２４ｂのロータ室１５側及び軸受２２側には、それぞれ、ロータ室１５側及び軸受２２側のテーパー状拡張部２４ｃ（以下、単に、両側のテーパー状拡張部２４ｃという。）が形成されている。両側のテーパー状拡張部２４ｃは、回転軸２１の軸線方向における内周環状溝２４ｂの両端部を、Ｃ面又はＲ面に面取りすることによって形成される。両側のテーパー状拡張部２４ｃにおいては、各端部が、ロータ室１５側及び軸受２２側に向けて先細に張り出している。Ｃ面で面取りされた両側のテーパー状拡張部２４ｃは、回転軸２１の軸線方向に沿って切断した部分断面において、略直角三角形状をしている。図３では、内周環状溝２４ｂと、両側のテーパー状拡張部２４ｃとを備える内周環状空間２４ｇが、ケーシング１２に形成されている。第１実施形態に係る環状空間２５は、内周環状空間２４ｇによって構成される。軸封装置２０を周方向で取り囲む空間（特許請求の範囲に記載の「環状空間」に対応）２５である内周環状空間２４ｇは、大気開放孔２４ａに連通して、大気開放されている。

【0036】

オイルシール３１の凹部３４とパッキンケース４１の凹部４５とにそれぞれ配設されたＯリング３５，４６の突出高さを考慮して、両側のテーパー状拡張部２４ｃが寸法構成される。すなわち、軸封装置２０が軸封装置装填空間１０に着脱される際に、軸封装置２０の凹部３４，４５に配設されたＯリング３５，４６に損傷を与えないように、両側のテーパー状拡張部２４ｃが寸法構成される。回転軸２１の軸線方向に対する、Ｃ面で面取りされた両側のテーパー状拡張部２４ｃの傾斜面の傾斜角度θは、例えば、３０度乃至４５度に設定される。軸封装置２０の外周面に対する、Ｃ面で面取りされた両側のテーパー状拡張部２４ｃの高さＨは、例えば、１ｍｍ以上に設定される。

【0037】

他方、軸封装置２０のオイルシール３１には、少なくとも１つ（通常、複数個）の連通孔３１ａが形成されている。当該連通孔３１ａは、オイルシール３１を径方向に貫通している。また、当該連通孔３１aは、形状を限定しないが、例えば連通孔３１ａの長さ直交方向の開口断面が円形である丸穴である。この発明を限定しない連通孔３１ａは、例えば、４つが９０度の角度で等しく配置されている。

【0038】

各連通孔３１ａは、ケーシング１２に形成された内周環状空間２４ｇを介して、大気開放孔２４ａと連通している。したがって、軸封装置２０側の連通孔３１ａと、ケーシング１２側の内周環状空間２４ｇ及び大気開放孔２４ａとは、大気に連通していて、大気開放通路２４を構成する。

【0039】

また、図２及び３に示すように、第１軸封部３０のビスコシール３２と第２軸封部４０のシールリング４２との間の回転軸２１の軸線方向の間隙には、エアシール部６０の回転軸直交方向の軸封断面積よりも流路断面積の広い通気間隙５０が配設されている。各連通孔３１ａと連通している通気間隙５０は、大気開放された大気開放通路２４と連通している。したがって、通気間隙５０は、大気開放通路２４を通じて大気開放されている。

【0040】

ケーシング１２が鋳物で製造される場合、鋳物による公差が考慮される。その場合、図３に示すように、回転軸２１の軸線方向において、内周環状溝２４ｂと両側のテーパー状拡張部２４ｃとを足し合わせた幅（すなわち内周環状空間２４ｇの開口部の幅）Ｌ1は、連通孔３１ａの開口径Ｄ2に対して大きめの所定サイズに寸法構成される。鋳物による公差を考慮して、回転軸２１の軸線方向における、内周環状空間２４ｇの幅Ｌ1は、連通孔３１ａの開口径Ｄ2よりも、例えば、３ｍｍ以上大きめに設定される。ケーシング１２を鋳物で製造したときに、設計範囲の公差が発生しても、回転軸２１の軸線方向において、各連通孔３１ａが内周環状空間２４ｇに必ず重なり合って、回転軸２１の軸線方向のズレを吸収することができる。そして、ケーシング１２側の内周環状空間２４ｇと、軸封装置２０側の各連通孔３１ａとが確実に連通することができる。ケーシング１２が鋳物で製造される場合、大気開放孔２４ａは鋳抜き穴を用いることができるが、機械加工によって形成することもできる。略半円形状の内周環状溝２４ｂは、鋳物によってケーシング１２を製造するときに同時に形成することができ、内周環状溝２４ｂを作るための工数を削減することができる。

【0041】

ところで、アンロード運転時では、ロータ室１５内が負圧になる。当該負圧は、回転軸２１の外周面と軸封装置２０の内周面との間に形成される間隙を通じて、軸受２２における潤滑油をロータ室１５内に引き寄せる働きをする。これに対して、大気開放された大気開放通路２４及び通気間隙５０の配設によって、軸受２２における潤滑油がロータ室１５内に流入することを防止しようとしている。しかしながら、アンロード運転時に大気開放通路２４で生じる圧力損失によって、現実的には、通気間隙５０での圧力が大気圧にはならない。

【0042】

ケーシング１２の外側（大気側）から通気間隙５０に至る大気開放通路２４においては、様々な部位で圧力損失が生じ得る。この発明では、内周環状空間２４ｇの開口断面積Ｓ1と連通孔３１ａの総開口断面積Ｓ2とに着目して、当該部分での圧力損失の低減を図るものである。なお、大気開放孔２４ａは、内周環状空間２４ｇや連通孔３１ａよりも圧力損失が小さいように構成されている。

【0043】

回転軸２１の軸線方向に沿って切断した部分断面における内周環状空間２４ｇの開口断面積をＳ1とし、連通孔３１ａの総開口断面積をＳ2とし、連通孔３１ａのうちのi番目の開口断面積をＳ2iとし、連通孔３１ａの個数をｎ（ｎは１以上の自然数）とする。そうすると、次のような関係になる。

また、回転軸２１の軸線方向に沿って切断した部分断面における、内周環状溝２４ｂの開口断面積及び両側のテーパー状拡張部２４ｃの開口断面積を、それぞれ、Ｓr，Ｓcとする。内周環状空間２４ｇは、内周環状溝２４ｂと両側のテーパー状拡張部２４ｃとによって構成されるので、内周環状空間２４ｇの開口断面積Ｓ1は、Ｓr＋Ｓcである。

【0044】

２つのＯリング３５，４６が回転軸２１の軸線方向に離間して軸封装置２０に配設されているので、当該２つのＯリング３５，４６の離間距離によって、回転軸２１の軸線方向において環状空間２５を設置することについての制約を受けてしまう。また、連通孔３１ａは、オイルシール３１の周方向に形成されるため、その個数ｎを増やすことも容易であるので、連通孔３１ａの総開口断面積Ｓ2が大きくなる傾向にある。したがって、ｎ個の連通孔３１ａよりも環状空間２５において大きな圧力損失が生じる。

【0045】

そこで、この発明は、回転軸２１の軸線方向において環状空間２５を設置することについて制約が少ないケーシング１２側に着目して、軸封装置２０を周方向で取り囲む環状空間２５としての内周環状空間２４ｇをケーシング１２側に配設するものである。それによって、環状空間２５が軸封装置２０側に配設される場合よりも、回転軸２１の軸線方向における内周環状空間２４ｇの幅Ｌ1を適切に確保することができる。

【0046】

以下の（１）式に示すように、内周環状空間２４ｇの開口断面積Ｓ1（すなわち、環状空間２５の開口断面積Ｓ）を、連通孔３１ａの総開口断面積Ｓ2よりも大きくする。これによって、内周環状空間２４ｇ（環状空間２５）での圧力損失を連通孔３１ａでの圧力損失よりも小さくすることができる。

【0047】

したがって、環状空間２５を構成する内周環状空間２４ｇでの圧力損失を低減させることができ、アンロード運転時において潤滑油の流入を防止することができる。

【0048】

次に、この発明の第２実施形態について、図４乃至６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。

【0049】

第２実施形態に係るオイルフリースクリュ圧縮機１が、軸封装置２０及びその周辺部において、軸封装置２０を周方向で取り囲む空間（特許請求の範囲に記載の「環状空間」に対応）２５を構成する内周環状空間２４ｇ及び外周環状空間３１ｂを備えている。

【0050】

図５に示すように、軸封装置２０のオイルシール３１の外周側には、環状空間２５の一部を構成する外周環状空間３１ｂが形成されている。外周環状空間３１ｂは、内周環状空間２４ｇに臨むように軸封装置２０の外周面において周方向に沿って形成された環状の溝である。外周環状空間３１ｂは、例えば機械加工によって形成される。外周環状空間３１ｂは、形状を限定しないが、例えば回転軸２１の軸線方向に沿って切断した部分断面において、矩形形状をしている。回転軸２１の軸線方向における外周環状空間３１ｂの開口部の幅Ｌ3は、連通孔３１ａの開口径Ｄ2以上であり、且つ、回転軸２１の軸線方向における内周環状空間２４ｇの開口部の幅Ｌ1よりも小さい。

【0051】

各連通孔３１ａは、外周環状空間３１ｂ及び通気間隙５０に連通している。通気間隙５０は、軸封装置２０側の各連通孔３１ａ及び外周環状空間３１ｂと、ケーシング１２側の内周環状空間２４ｇとを介して、大気開放孔２４ａに連通している。したがって、軸封装置２０側の連通孔３１ａ及び外周環状空間３１ｂと、ケーシング１２側の内周環状空間及び大気開放孔２４ａとは、大気に連通していて、大気開放通路２４を構成する。

【0052】

上記第１実施形態と同様に、ケーシング１２が鋳物で製造される場合、鋳物による公差が考慮される。その場合、図６に示すように、回転軸２１の軸線方向において、内周環状溝２４ｂと両側のテーパー状拡張部２４ｃとを足し合わせた幅、すなわち内周環状空間２４ｇの開口部の幅Ｌ1は、外周環状空間３１ｂの開口部の幅Ｌ3に対して大きめの所定サイズに寸法構成される。鋳物による公差を考慮して、回転軸２１の軸線方向における、内周環状空間２４ｇの開口部の幅Ｌ1は、外周環状空間３１ｂの開口部の幅Ｌ3よりも、例えば、３ｍｍ以上大きめに設定される。ケーシング１２を鋳物で製造したときに、設計範囲の公差が発生しても、回転軸２１の軸線方向において、外周環状空間３１ｂの開口部が内周環状空間２４ｇの開口部に必ず重なり合って、回転軸２１の軸線方向のズレを吸収することができる。そして、ケーシング１２側の内周環状空間２４ｇと、軸封装置２０側の外周環状空間３１ｂとが、確実に連通することができる。

【0053】

第２実施形態に係る環状空間２５は、ケーシング１２側の内周環状空間２４ｇと軸封装置２０側の外周環状空間３１ｂとによって構成されている。環状空間２５がケーシング１２側及び軸封装置２０側の両方に形成されることによって、内周環状空間２４ｇがケーシング１２側だけに配設される場合よりも、内周環状空間２４ｇの開口断面積Ｓ1を小さくすることができ、ケーシング１２側における内周環状空間２４ｇの配設の制約が緩和される。したがって、内周環状空間２４ｇをケーシング１２に配設する際の自由度が高まる。

【0054】

上記第１実施形態と同様に、連通孔３１ａの総開口断面積をＳ2とし、連通孔３１ａのうちのi番目の開口断面積をＳ2iとし、連通孔３１ａの個数をｎ（ｎは１以上の自然数）とする。以下の（２）式に示すように、内周環状空間２４ｇの開口断面積Ｓ1と外周環状空間３１ｂの開口断面積Ｓ3とを足し合わせた環状空間２５の開口断面積Ｓを、連通孔３１ａの総開口断面積Ｓ2よりも大きくする。これによって、内周環状空間２４ｇ及び外周環状空間３１ｂ（環状空間２５）での圧力損失を、連通孔３１ａでの圧力損失よりも小さくすることができる。

【0055】

したがって、環状空間２５を構成する内周環状空間２４ｇ及び外周環状空間３１ｂでの圧力損失を低減させることができ、アンロード運転時において潤滑油の流入を防止することができる。

【0056】

なお、上記実施形態では、吐出側の軸封装置２０を説明したが、吸込側の軸封装置２０についてもこの発明を適用することができる。軸封装置２０における第２軸封部４０の構造は、上記実施形態に限定されるものではなく、エアシール部の個数やシールリングの向きは、適宜に変更することができる。第２軸封部４０としては、シールリング４２，５２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。第１軸封部３０のオイルシール部３２として、所謂ビスコシール３２を例示したが、ラビリンスシール等の公知のシール構造を用いることができる。

【0057】

また、上記実施形態では、オイルシール３１及びパッキンケース４１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構成となるものであれば、それぞれ、回転軸２１の軸線方向に分割された２以上の部材で構成されてもよい。また、オイルシール３１は、オイルシール部３２と、オイルシール部３２を保持する本体部と、から構成されてもよい。また、回転軸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い。また、この発明における回転軸２１は、回転軸２１が単独で用いられる態様と、回転軸２１の外周面側に対して、図示しないスリーブが固定された態様とを含む。

【0058】

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、軸封装置２０を周方向で取り囲む空間である環状空間２５が、ケーシング１２の内周側において環状に形成される内周環状空間２４ｇを備え、回転軸２１の軸線方向に沿って切断した部分断面における内周環状空間２４ｇの開口断面積をＳ1とし、連通孔３１ａの１つの開口断面積をＳ2とし、連通孔３１ａの個数をｎとするとき、Ｓ1≧ｎ×Ｓ2となるように構成される。当該構成によれば、環状空間２５としての内周環状空間２４ｇがケーシング１２側に形成されることで、回転軸２１の軸線方向における内周環状空間２４ｇの開口部の幅Ｌ1を確保することについての制約が緩和される。そして、環状空間２５が軸封装置２０側に形成される場合よりも、内周環状空間２４ｇの開口断面積Ｓ1を大きくすることができる。その結果、Ｓ1≧ｎ×Ｓ2とすることが容易になり、環状空間２５での圧力損失を低減させることができ、アンロード運転時において潤滑油の流入を防止することができる。

【0059】

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。

【0060】

すなわち、軸封装置２０を周方向で取り囲む空間である環状空間２５が、軸封装置２０の外周側において内周環状空間２４ｇに対向配置されるとともに、連通孔３１ａよりも回転軸２１の軸線方向に幅広である外周環状空間３１ｂをさらに備え、回転軸２１の軸線方向に沿って切断した部分断面における外周環状空間３１ｂの開口断面積をＳ3とするとき、Ｓ1＋Ｓ3≧ｎ×Ｓ2となるように構成される。当該構成によれば、環状空間２５がケーシング１２側及び軸封装置２０側の両方に形成されることによって、内周環状空間２４ｇがケーシング１２側だけに配設される場合よりも、内周環状空間２４ｇの開口断面積Ｓ1を小さくすることができ、ケーシング１２側における内周環状空間２４ｇの配設の制約が緩和される。したがって、内周環状空間２４ｇをケーシング１２に配設する際の自由度が高まる。

【0061】

ケーシング１２が鋳物で作られて、回転軸２１の軸線方向における内周環状空間２４ｇの開口部の幅Ｌ1が、連通孔３１ａの開口径Ｄ2よりも、鋳物の製造公差を考慮した分だけ大きい。当該構成によれば、鋳物による設計範囲の公差が発生しても、回転軸２１の軸線方向において、連通孔３１ａが内周環状空間２４ｇに必ず重なり合って、回転軸２１の軸線方向のズレを吸収することができる。

【0062】

ケーシング１２が鋳物で作られて、回転軸２１の軸線方向における内周環状空間２４ｇの開口部の幅Ｌ1が、回転軸２１の軸線方向における外周環状空間３１ｂの開口部の幅Ｌ3よりも、鋳物の製造公差を考慮した分だけ大きい。当該構成によれば、鋳物による設計範囲の公差が発生しても、回転軸２１の軸線方向において、外周環状空間３１ｂが内周環状空間２４ｇに必ず重なり合って、回転軸２１の軸線方向のズレを吸収することができる。

【0063】

ケーシング１２が鋳物で作られて、内周環状空間２４ｇが、内周環状溝２４ｂと、回転軸２１の軸線方向における内周環状溝２４ｂの両端側に形成された先細のテーパー状拡張部２４ｃとを備え、回転軸２１の軸線方向に沿って切断した部分断面において、内周環状溝２４ｂが略半円形状をしている。当該構成によれば、鋳物によってケーシング１２を製造するときに内周環状溝２４ｂも同時に形成することができ、内周環状溝２４ｂを作るための工数を削減することができる。

【0064】

テーパー状拡張部２４ｃのそれぞれは、軸封装置２０の外周側に装着されたＯリング３５，４６の突出高さを考慮した傾斜角度θ及び高さＨを有する。当該構成によれば、軸封装置２０が軸封装置装填空間１０に着脱される際に、軸封装置２０の凹部３４，４５に配設されたＯリング３５，４６に損傷を与えないようにすることができる。

【符号の説明】

【0065】

１ オイルフリースクリュ圧縮機
１０ 軸封装置装填空間
１２ 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
２０ 軸封装置
２１ 回転軸
２２ 軸受
２４ 大気開放通路
２４ａ 大気開放孔
２４ｂ 内周環状溝
２４ｃ テーパー状拡張部
２４ｇ 内周環状空間
２５ 環状空間
２６ オイル供給孔
３０ 第１軸封部
３１ オイルシール
３１ａ 連通孔
３１ｂ 外周環状空間
３２ ビスコシール（オイルシール部）
４０ 第２軸封部
４０Ａ 第１エアシール
４０Ｂ 第２エアシール
４１ パッキンケース
４２，５２ シールリング
４８，５８ シールリング収容空間
５０ 通気間隙
６０ エアシール部
６１ 第１エアシール部
６２ 第２エアシール部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】