特開 2023-184136 スクリュー圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023184136

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】スクリュー圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/16 20060101AFI20231221BHJP

   F04B 39/12 20060101ALI20231221BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

F04C18/16 A

F04B39/12 C

F04C29/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022098105

(22)【出願日】2022-06-17

(71)【出願人】

【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】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】千葉 紘太郎

(72)【発明者】

【氏名】頼金 茂幸

(72)【発明者】

【氏名】森田 謙次

(72)【発明者】

【氏名】梶江 雄太

【テーマコード（参考）】

3H003

3H129

【Ｆターム（参考）】

3H003AA05

3H003AC01

3H003BC01

3H003CD03

3H129AA03

3H129AB01

3H129BB16

3H129CC03

3H129CC19

(57)【要約】

【課題】アキシャル連通路を介した圧縮気体の内部漏洩を低減できるスクリュー圧縮機を提供する。
【解決手段】スクリュー圧縮機１のケーシング４は、雄ロータ２及び雌ロータ３の吐出側端面２１ｃ、３１ｃに対向する吐出側内壁面４９を有する。ケーシング４の吐出側内壁面４９は、雄ロータ２及び雌ロータ３の回転よる噛合いの変化に応じて吐出側端面２１ｂ、３１ｂにおいて周期的に現れ雄ロータ２及び雌ロータ３の後進面２１ｅ、３１ｅ同士によって挟まれた隙間であるアキシャル連通路Ｇ２の軌跡の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽領域４９ａを有する。ケーシング４の遮蔽領域４９ａ内に、長手方向を有する溝６０が設けられている。溝６０は、長手方向の各位置６１、６２、６６における法線Ｎｇ１、Ｎｇ２が当該位置における雌ロータ３の周方向の接線（雌ロータ３の径方向Ｒ２に対して直交する方向）に一致するように構成されている。
【選択図】 図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向一方側に第１の吐出側端面を有する雄ロータと、
軸方向一方側に第２の吐出側端面を有する雌ロータと、
前記雄ロータ及び前記雌ロータを噛み合った状態で回転可能に収容する収容室を有するケーシングとを備え、
前記ケーシングは、前記雄ロータの前記第１の吐出側端面及び前記雌ロータの前記第２の吐出側端面に対向する吐出側内壁面を有し、
前記ケーシングの前記吐出側内壁面は、前記雄ロータ及び前記雌ロータの回転による噛合い状態の変化に応じて前記第１の吐出側端面及び前記第２の吐出側端面において周期的に現れ前記雄ロータ及び前記雌ロータの後進面同士によって挟まれた隙間であるアキシャル連通路の軌跡の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽領域を有し、
前記ケーシングの前記遮蔽領域内に、長手方向を有する溝が設けられ、
前記溝は、前記長手方向の各位置における法線が当該位置における前記雌ロータの周方向の接線と一致するように構成されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。

【請求項2】

請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、
前記溝は、前記雌ロータの径方向に沿って直線状に延在するように構成されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。

【請求項3】

請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、
前記溝を複数有する溝群が前記ケーシングの前記遮蔽領域内に設けられ、
前記溝群の前記溝は、前記長手方向に延在する辺同士が隣り合うように、前記雌ロータの周方向に並置されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。

【請求項4】

請求項３に記載のスクリュー圧縮機において、
前記溝群の前記溝は、前記雌ロータの回転方向の前方側に位置する溝の方が前記雌ロータの回転方向の後方側に位置する溝よりも前記長手方向の長さが長くなるように構成されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。

【請求項5】

軸方向一方側に第１の吐出側端面を有する雄ロータと、
軸方向一方側に第２の吐出側端面を有する雌ロータと、
前記雄ロータ及び前記雌ロータを噛み合った状態で回転可能に収容する収容室を有するケーシングとを備え、
前記ケーシングは、前記雄ロータの前記第１の吐出側端面及び前記雌ロータの前記第２の吐出側端面に対向する吐出側内壁面を有し、
前記ケーシングの前記吐出側内壁面は、前記雄ロータ及び前記雌ロータの回転による噛合い状態の変化に応じて前記第１の吐出側端面及び前記第２の吐出側端面において周期的に現れ前記雄ロータ及び前記雌ロータの後進面同士によって挟まれた隙間であるアキシャル連通路の軌跡の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽領域を有し、
前記ケーシングの前記遮蔽領域内に、前記雌ロータの内周側から外周側に向かって延びる長手方向を有する溝が設けられ、
前記溝は、前記雌ロータの内周側から外周側に向かう長手方向が前記雌ロータの径方向に対して前記雌ロータの回転方向とは逆方向に傾斜するように構成されると共に、前記雌ロータの回転方向に凸の湾曲状に形成され、
前記溝は、前記長手方向の各位置における法線が当該位置における前記雌ロータの周方向の接線に対して一定の傾きを有するように構成されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。

【請求項6】

請求項５に記載のスクリュー圧縮機において、
前記溝を複数有する溝群が前記ケーシングの前記遮蔽領域内に設けられ、
前記溝群の前記溝は、前記長手方向に延在する辺同士が隣り合うように、前記雌ロータの周方向に並置されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。

【請求項7】

請求項６に記載のスクリュー圧縮機において、
前記溝群の前記溝は、前記雌ロータの回転方向の前方側に位置する溝の方が前記雌ロータの回転方向の後方側に位置する溝よりも前記長手方向の長さが長くなるように構成されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スクリュー圧縮機に係り、更に詳しくは、互いに噛み合う一対のスクリューロータを備えるスクリュー圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

スクリュー圧縮機の性能を低下させる要因の代表的なものとして、圧縮気体の内部漏洩がある。圧縮気体の内部漏洩とは、圧縮が進んで圧力が上昇した高圧の空間から、圧縮の開始前や圧縮が進んでいない相対的に低圧の空間へ、圧縮された気体が逆流してしまう現象をいう。この内部漏洩は、エネルギを要して圧縮した気体が低圧状態に戻ってしまうので、エネルギ損失となる。

【0003】

圧縮気体の内部漏洩を抑制する手段の一例として、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に開示された油冷式スクリュー圧縮機では、一対のスクリューロータのロータ軸間におけるロータ室の吐出側端壁に、ロータ軸間方向を長さ方向とした複数のラビリンス溝を設けている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－２２６１６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の技術は、スクリューロータの吐出側端面とロータ室の吐出側端壁間に形成された間隙（以下、吐出側端面隙間と称することがある）のうち、最も高圧の吐出行程の圧縮作用空間３１Ｈと当該高圧の圧縮作用空間に隣接する吸気閉込み前又は吸気閉込み直後の低圧の圧縮作用空間３１Ｌとの間に位置する部分をシールするものである。しかし、圧縮気体の内部漏洩の経路となる内部隙間は、吐出側端面隙間の上述部分の他にも、複数存在する。特許文献１に記載の技術では、吐出側端面隙間の上述部分以外の内部隙間を介した圧縮気体の内部漏洩の抑制については考慮されておらず、内部漏洩の低減について改良の余地がある。

【0006】

内部隙間の一例として、アキシャル連通路と称する隙間がある。アキシャル連通路は、雄雌両ロータの回転による噛合いの変化に応じて吐出側端面に周期的に現れる隙間であって、両ロータの後進面同士に挟まれて軸方向のみに開口する偏平な三日月形状の開口部である。アキシャル連通路を介して、相対的に低圧の空間である吸込行程の作動室と相対的に高圧の空間となる吐出流路（吐出空間）とが連通するので、当該アキシャル連通路は圧縮気体が逆流する要因となる。アキシャル連通路を介した内部漏洩の経路は、吐出側端面に存在する複数の内部漏洩の経路のなかでも、漏洩元の高圧空間と漏洩先の低圧空間の圧力差が特に大きいので、その漏洩量が多くなる傾向にある。アキシャル連通路を介した内部漏洩は、特許文献１に記載のように作動室内に油などの液体が供給される給液式のスクリュー圧縮機であっても、作動室内に液体が供給されずに駆動する無給液式のスクリュー圧縮機であっても、共通の課題である。

【0007】

本発明は上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的の一つはアキシャル連通路を介した圧縮気体の内部漏洩を低減することができるスクリュー圧縮機を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、軸方向一方側に第１の吐出側端面を有する雄ロータと、軸方向一方側に第２の吐出側端面を有する雌ロータと、前記雄ロータ及び前記雌ロータを噛み合った状態で回転可能に収容する収容室を有するケーシングとを備え、前記ケーシングは、前記雄ロータの前記第１の吐出側端面及び前記雌ロータの前記第２の吐出側端面に対向する吐出側内壁面を有し、前記ケーシングの前記吐出側内壁面は、前記雄ロータ及び前記雌ロータの回転よる噛合いの変化に応じて前記第１の吐出側端面及び前記第２の吐出側端面において周期的に現れ前記雄ロータ及び前記雌ロータの後進面同士によって挟まれた隙間であるアキシャル連通路の軌跡の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽領域を有し、前記ケーシングの前記遮蔽領域内に長手方向を有する溝が設けられ、前記溝は、前記長手方向の各位置における法線が当該位置における前記雌ロータの周方向の接線と一致するように構成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一例によれば、ケーシングの吐出側内壁面に設けた溝内の液体又は気体が雌ロータの回転に起因するせん断力によって溝長手方向の全体に亘って溝幅方向に流動し溝の側面に堰き止められることで静圧が上昇するので、吐出側端面隙間における偏平な三日月形状のアキシャル連通路の長手方向に高圧の液体膜を形成することができる。したがって、アキシャル連通路を介した圧縮気体の内部漏洩を低減することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機を示す縦断面図及び当該スクリュー圧縮機に対する給油の外部経路を示す系統図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機を図１に示すII－II矢視から見た断面図である。

【図3】図２の符号Ｌ１で示す部分を拡大したものであり、アキシャル連通路を説明する図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機を図１に示すIV－IV矢視から見た断面図である。

【図5】本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機におけるケーシングの溝構造を示すものであり、図４の符号Ｌ２で示す部分を拡大した図である。

【図6】本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機におけるケーシングの溝構造を図５に示すVI－VI矢視から見た断面図である。

【図7】本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機におけるケーシングの溝構造の作用を説明する図である。

【図8】本発明の第２の実施形態に係るスクリュー圧縮機におけるケーシングの溝構造を示すものであり、図５と同様な拡大図である。

【図9】図８に示すケーシングの溝構造のうちの１つの溝を代表として、溝形状と当該溝内の液体に作用するせん断力及び遠心力との関係を説明する図である。

【図10】本発明の第２の実施形態に係るスクリュー圧縮機におけるケーシングの溝構造の作用を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明によるスクリュー圧縮機の実施形態について図面を用いて例示説明する。本実施の形態は、空気を圧縮する給油式のスクリュー圧縮機に本発明を適用した例である。

【0012】

［第１の実施形態］
第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機の基本構成を図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機を示す縦断面図及び当該スクリュー圧縮機に対する給油の外部経路を示す系統図である。図２は本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機を図１に示すII－II矢視から見た断面図である。図１中、左側がスクリュー圧縮機の軸方向吸込側、右側が軸方向吐出側である。図２中、太線の矢印はスクリューロータの回転方向を、二点鎖線は雄雌両ロータの吐出側端面側へ投影されたケーシングの吐出ポートを表している。なお、図２はケーシングの外周面側が省略されている。

【0013】

図１において、給油式スクリュー圧縮機１（以下、スクリュー圧縮機という）では、外部から圧縮機内部に油（液体）が供給される。そこで、スクリュー圧縮機１には、油を供給する外部給油系統１００が接続されている。外部給油系統１００は、例えば、オイルセパレータ１０１、オイルクーラ１０２、オイルフィルタ１０３などの機器及びそれらを接続する管路１０４で構成されている。

【0014】

図１及び図２において、スクリュー圧縮機１は、互いに噛み合い回転する雄ロータ２（雄型のスクリューロータ）及び雌ロータ３（雌型のスクリューロータ）と、雄雌両ロータ２、３を噛み合った状態で回転可能に内部に収容するケーシング４とを備えている。雄ロータ２及び雌ロータ３は、互いの中心軸線Ａ１、Ａ２が平行となるように配置されている。雄ロータ２は、その軸方向（図１中、左右方向）の両側がそれぞれ吸込側軸受６と吐出側軸受７、８とにより回転自在に支持されており、回転駆動源であるモータ９０に接続されている。雌ロータ３は、その軸方向の両側がそれぞれ吸込側軸受と吐出側軸受（共に図示せず）とにより回転自在に支持されている。

【0015】

雄ロータ２は、ねじれた雄歯（ローブ）２１ａを複数（図２では４つ）有するロータ歯部２１と、ロータ歯部２１の軸方向の両側端部にそれぞれ設けた吸込側（図１中、左側）のシャフト部２２及び吐出側（図１中、右側）のシャフト部２３とで構成されている。ロータ歯部２１は、軸方向一方端（図１中、左端）及び他方端（図１中、右端）にそれぞれ吸込側端面２１ｂ及び吐出側端面２１ｃを有している。吸込側のシャフト部２２は、ケーシング４の外側に延出しており、例えば、モータ９０のシャフト部と一体の構成である。吸込側のシャフト部２２における吸込側軸受６よりも先端側には、オイルシール又はメカニカルシールなどの軸封部材９が取り付けられている。

【0016】

雌ロータ３は、ねじれた雌歯（ローブ）３１ａを複数（図２では６つ）有するロータ歯部３１と、ロータ歯部３１の軸方向（図２の紙面直交方向）の両側端部にそれぞれ設けた吸込側のシャフト部（図示せず）及び吐出側のシャフト部３３とで構成されている。ロータ歯部３１は、軸方向一方端及び他方端にそれぞれ吸込側端面（図示せず）及び吐出側端面３１ｃを有している。

【0017】

ケーシング４は、主ケーシング４１と、主ケーシング４１の軸方向吐出側（図１中、右側）に取り付けられる吐出側ケーシング４２とを備えている。

【0018】

ケーシング４の内部には、雄ロータ２のロータ歯部２１および雌ロータ３のロータ歯部３１を互いに噛み合った状態で収容する収容室（ボア）４５が形成されている。収容室４５は、主ケーシング４１に形成された一部重複する２つの円筒状空間の一方側（図１中、右側）の開口を吐出側ケーシング４２で閉塞することによって形成される。収容室４５を形成する壁面は、雄ロータ２のロータ歯部２１の径方向外側を覆う略円筒状の雄側内周面４６と、雌ロータ３のロータ歯部３１の径方向外側を覆う略円筒状の雌側内周面４７と、雄雌両ロータ２、３のロータ歯部２１、３１の吸込側端面２１ｂに対向する吸込側内壁面４８と、雄雌両ロータ２、３のロータ歯部２１、３１の吐出側端面２１ｃ、３１ｃに対向する吐出側内壁面４９とで構成されている。ケーシング４の雄側内周面４６及び雌側内周面４７に対して、雄雌両ロータ２、３のロータ歯部２１、３１がそれぞれ数十～数百μｍの隙間を保って配置されている。また、ケーシング４の吐出側内壁面４９に対して、雄雌両ロータ２、３の吐出側端面２１ｃ、３１ｃが数十～数百μｍの間隙（以下、吐出側端面隙間Ｇ１という）をもって対向している。雄雌両ロータ２、３のロータ歯部２１、３１とそれを取り囲むケーシング４の収容室４５の内壁面（雄側内周面４６、雌側内周面４７、吸込側内壁面４８、吐出側内壁面４９）とによって圧力の異なる複数の作動室Ｃが形成される。

【0019】

主ケーシング４１のモータ９０側の端部には、図１に示すように、雄ロータ２及び雌ロータ３側の吸込側軸受６が配設されており、吸込側軸受６を覆うように吸込側カバー４３が取り付けられている。吐出側ケーシング４２には、雄ロータ２及び雌ロータ３側の吐出側軸受７、８が配設されている。

【0020】

ケーシング４には、作動室Ｃ（収容室４５）に空気を吸い込むための吸込流路５１が設けられている。また、ケーシング４には、作動室Ｃから外部へ圧縮空気を吐出するための吐出流路５２が設けられている。吐出流路５２は、収容室４５（作動室Ｃ）とケーシング４の外部とを連通させるものであり、外部給油系統１００に接続されている。吐出流路５２は、ケーシング４の吐出側内壁面４９に形成された吐出ポート５２ａ（図２中、二点鎖線の部分）を有している。また、ケーシング４には、外部給油系統１００からの油を作動室Ｃ（収容室４５）へ供給するための給油路５３が設けられている。給油路５３は、例えば、収容室４５のうち作動室Ｃが圧縮行程となる領域に開口している。

【0021】

上述の構成を備えたスクリュー圧縮機１では、図１に示すモータ９０が雄ロータ２を駆動することで、図２に示す雌ロータ３が回転駆動される。これにより、作動室Ｃが雄雌両ロータ２、３の回転に伴って軸方向に移動する。このとき、作動室Ｃは、その容積を増加させることで外部から図１に示す吸込流路５１を介して空気を吸い込み、その容積を縮小させることで空気を所定の圧力まで圧縮する。当該作動室Ｃが吐出ポート５２ａに連通すると、作動室Ｃ内の圧縮空気が吐出ポート５２ａを介して吐出流路５２を通過し外部給油系統１００のオイルセパレータ１０１へ吐出される。

【0022】

スクリュー圧縮機１では、作動室Ｃに油が供給されているので、吐出された圧縮空気中に油が混入している。この圧縮空気中に含まれる油は、オイルセパレータ１０１によって分離される。オイルセパレータ１０１で油が除去された圧縮空気は、必要に応じて外部機器へ供給される。

【0023】

一方、オイルセパレータ１０１で圧縮空気から分離された油は、外部給油系統１００のオイルクーラ１０２によって冷却された後、スクリュー圧縮機１の給油路５３を介して作動室Ｃへ注入される。スクリュー圧縮機１への油供給は、ポンプ等の動力源を用いることなく、オイルセパレータ１０１内に流入する圧縮空気の圧力を駆動源として行うことが可能である。

【0024】

次に、スクリュー圧縮機の内部隙間の１つであるアキシャル連通路について図２及び図３を用いて説明する。図３は図２の符号Ｌ１で示す部分を拡大した図であり、アキシャル連通路を説明する図である。図３中、太い矢印は雄雌両ロータの回転方向を、二点鎖線は雄雌両ロータの吐出側端面側に投影した吐出ポートを表している。

【0025】

本説明において、図３に示すように、雄ロータ２の歯先を境界に、回転方向側の歯面を雄ロータ２の前進面２１ｄ、回転方向とは反対側の歯面を雄ロータ２の後進面２１ｅと定義する。また、雌ロータ３の歯底を境界に、回転方向側の歯面を雌ロータ３の前進面３１ｄ、回転方向とは反対側の歯面を雌ロータ３の後進面３１ｅと定義する。

【0026】

図２及び図３は、雄雌両ロータ２、３の或る回転角度での噛合い状態を示したものである。雄ロータ２と雌ロータ３は、理論的には、図３に示すように、吐出側端面２１ｃ、３１ｃにおいて、雄ロータ２の後進面２１ｅと雌ロータ３の後進面３１ｅとが接触する第１接触点Ｐ１、第１接触点Ｐ１よりも雄ロータ２の後進面２１ｅの歯先側の部分と雌ロータ３の後進面３１ｅの歯底側の部分とが接触する第２接触点Ｐ２、雄ロータ２の前進面２１ｄと雌ロータ３の前進面３１ｄとが接触する第３接触点Ｐ３の計３か所で接触する噛合い状態がある。

【0027】

このうち、第１接触点Ｐ１、第２接触点Ｐ２、雄雌両ロータ２、３の歯形輪郭によって囲まれる領域がアキシャル連通路Ｇ２と称する内部隙間である。アキシャル連通路Ｇ２は、雄雌両ロータ２、３の後進面２１ｅ、３１ｅ同士に挟まれ、吐出側端面２１ｃ、３１ｃにおいて軸方向のみに開口する三日月形状の開口部である。アキシャル連通路Ｇ２は、雄雌両ロータ２、３の回転による噛合いの変化に応じて吐出側端面２１ｃ、３１ｃに周期的に現れる。

【0028】

具体的には、アキシャル連通路Ｇ２は、雄ロータ２の外径線Ｄ１（図３中、破線）と雌ロータ３のピッチ円Ｄ２（図３中、破線）との交点うちの吐出ポート５２ａ側の交点Ｐ０の近傍において発生し、雄雌両ロータ２、３の回転に伴い開口面積（大きさ）を拡大させながら雄雌ロータ２、３の中心軸線Ａ１、Ａ２間側（図２中、上側）に向かって移動し、最終的に、３か所で接触する噛合い状態が解消されることで消滅する。第１接触点Ｐ１の存在範囲は雌ロータ３のピッチ円Ｄ２の内側であり、第２接触点Ｐ２の存在範囲は雄ロータ２の外径線Ｄ１の内側である。

【0029】

雌ロータ３のピッチ円Ｄ２とは、その中心が雌ロータ３の中心軸線Ａ２と同一であり、その直径ｄｐｆが以下の式（１）により算出されるものである。

【0030】

【数1】

【0031】

ここで、ａ、Ｚｍ、Ｚｆはそれぞれ、雄ロータ２の中心軸線Ａ１と雌ロータ３の中心軸線Ａ２との間の距離、雄ロータ２の歯数、雌ロータ３の歯数である。

【0032】

アキシャル連通路Ｇ２は、相対的に低圧空間である吸込行程の作動室Ｃに繋がっている一方、図２及び図３に示すように、相対的に高圧空間である吐出流路５２（図１参照）及び吐出ポート５２ａに連通した吐出行程の作動室Ｃｄに近接した位置にある。したがって、アキシャル連通路Ｇ２は、吐出流路５２や吐出行程の作動室Ｃｄから吸込行程の作動室Ｃへ圧縮空気が逆流する要因となる。

【0033】

そこで、ケーシング４の吐出側内壁面４９は、アキシャル連通路Ｇ２を介した圧縮空気の内部漏洩を抑制するために、アキシャル連通路Ｇ２の軌跡の少なくとも一部を、好ましくは大部分を遮蔽する後述の遮蔽領域４９ａ（後述の図４を参照）を有している。しかし、吐出行程の作動室Ｃｄや吐出流路５２内の圧縮空気の一部は、雄雌両ロータ２、３の吐出側端面２１ｃ、３１ｃとケーシング４の吐出側内壁面４９の遮蔽領域４９ａとの間の吐出側端面隙間Ｇ１（図１参照）を通ってアキシャル連通路Ｇ２に達してしまい、低圧空間に逆流する。これは、圧縮機の圧縮性能と省エネ性能を低下させる要因の一つとなる。

【0034】

給油式のスクリュー圧縮機の場合、作動室Ｃ内に供給された油が吐出側端面隙間Ｇ１の一部分において油膜を形成することで、吐出側端面隙間Ｇ１を介した圧縮空気の内部漏洩を低減する効果が期待される。しかし、アキシャル連通路Ｇ２を介した内部漏洩に関しては、漏洩元の高圧空間（吐出行程の作動室Ｃｄや吐出流路５２）と漏洩先の低圧空間（吸込行程の作動室Ｃ）との圧力差が他の内部漏洩の場合と比べて大きいので、アキシャル連通路Ｇ２の近傍の吐出側端面隙間Ｇ１に形成される油膜の保持が難しく、油膜による内部漏洩の低減効果が小さい傾向にある。

【0035】

そこで、本実施の形態は、アキシャル連通路Ｇ２の近傍の吐出側端面隙間Ｇ１に形成される油膜を高圧化するための溝構造を備えることを特徴とするものである。当該溝構造は特に、偏平な三日月形状のアキシャル連通路Ｇ２の長手方向に沿って高圧の油膜を形成させることを意図したものである。吐出側端面隙間Ｇ１においてアキシャル連通路Ｇ２の長手方向に沿って高圧の油膜を形成することで、漏洩元と漏洩先の空間の圧力差が大きな内部漏洩に対しても油膜を保持可能とするものである。

【0036】

次に、第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機の溝構造の詳細について図４及び図５を用いて説明する。図４は本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機を図１に示すIV－IV矢視から見た断面図である。図５は本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機におけるケーシングの溝構造を示すものであり、図４の符号Ｌ２で示す部分を拡大した図である。図４中、二点鎖線は或る回転角度のとき（アキシャル連通路が形成されたとき）の雄雌両ロータの吐出側端面をケーシングの吐出側内壁面に対して軸方向に投影した形状を示すと共に、太い矢印は両ロータの回転方向を示している。図５中、太い矢印は雌ロータの回転方向を示している。なお、図４はケーシングの外周面側が省略されている。

【0037】

ケーシング４の吐出側内壁面４９には、図４に示すように、吐出流路５２（図１参照）の入口である吐出ポート５２ａが形成されている。吐出ポート５２ａは、上述のアキシャル連通路Ｇ２を介した圧縮空気の内部漏洩を低減するために、例えば、アキシャル連通路Ｇ２の軌跡を吐出側内壁面４９に対してロータ軸方向に投影した領域と概ね重ならないように形成されている。

【0038】

換言すると、吐出側内壁面４９は、アキシャル連通路Ｇ２を介した内部漏洩を抑制するための遮蔽領域４９ａを有している。遮蔽領域４９ａは、アキシャル連通路Ｇ２の軌跡の少なくとも一部、好ましくは大部分を遮蔽するものであり、当該軌跡を吐出側内壁面４９に対してロータ軸方向に投影した領域の少なくとも一部、好ましくは大部分と重なるように設定されている。具体的な一例として、遮蔽領域４９ａは、雄ロータ２の外径線Ｄ１と雌ロータ３のピッチ円Ｄ２の両方に囲まれる領域を吐出側内壁面４９に対してロータ軸方向に投影した部分のうち、雄ロータ２の中心軸線Ａ１と雌ロータ３の中心軸線Ａ２とを結ぶ線分よりも吐出ポート５２ａ側の領域である。遮蔽領域４９ａは、その外縁が吐出ポート５２ａの輪郭の一部を構成しており、例えば、吐出ポート５２ａの中央部に向かって突出する舌片状の突起部のような形状となっている。吐出側内壁面４９の遮蔽領域４９ａによって、アキシャル連通路Ｇ２と吐出ポート５２ａとの直接的な連通領域（対向領域）が極力小さくなっている。

【0039】

吐出側内壁面４９の遮蔽領域４９ａには、図４及び図５に示すように、作動室Ｃ内に供給された油（液体）の一部が流入可能な複数の溝６０により構成された溝群が設けられている。複数の溝６０は、雌ロータ３の中心軸線Ａ２に対して周方向に並置されている。各溝６０は長手方向を有する細長状の条溝として形成されており、複数の溝６０は長手方向に延在する辺同士が隣り合うように配置されている。溝群の複数の溝６０は、雌ロータ３の回転方向の前方側に位置する溝の方が雌ロータ３の回転方向の後方側に位置する溝よりも長手方向の長さが相対的に長くなるように構成されている。換言すると、溝群の複数の溝６０は、雌ロータ３の回転方向に進むにつれて長手方向の長さが相対的に長くなるように構成されている。これは、雌ロータ３の回転の進行と共に長手方向が長くなるアキシャル連通路Ｇ２に対応するように溝群の各溝６０の長手方向の長さを設定することを意図したものである。

【0040】

各溝６０は、図５に示すように、長手方向の一方側端部６１が他方側端部６２よりも雌ロータ３の外周側に位置しており、例えば、雌ロータ３の径方向Ｒ２に沿って他方側端部６２から一方側端部６１に向かって直線状に延在している。すなわち、溝６０は、長手方向の他方側端部６２から位置６６を経て一方側端部６１までの各位置における法線Ｎｇ１、Ｎｇ２、Ｎｇ３（長手方向に延在する第１側面６３及び第２側面６４の法線）が当該位置６２、６１、６６における雌ロータ３の周方向の接線（径方向Ｒ２に直交する方向）と一致するように構成されている。各溝６０の長手方向の各位置６２、６１、６６における法線Ｎｇ１、Ｎｇ２、Ｎｇ３は同じ方向を向く。第１側面６３は、雌ロータ３の回転方向の前方側に位置する側面である。一方、第２側面６４は、雌ロータ３の回転方向の後方側に位置する側面である。溝６０は、雌ロータ３のピッチ円Ｄ２よりも内側の位置、且つ、遮蔽領域４９ａの輪郭線（吐出ポート５２ａの開口縁）に到達しない位置に制限されている。すなわち、溝６０は、偏平な三日月形状のアキシャル連通路Ｇ２（図４参照）の長手方向に沿うように、遮蔽領域４９ａにおける雌ロータ３側の輪郭線（吐出ポート５２ａの開口縁）の近傍から雄ロータ２側の輪郭線（吐出ポート５２ａの開口縁）の近傍まで延在するように構成されている。

【0041】

溝６０は、略一定の深さを有している。溝６０は、詳細は後述するが、動圧溝の一種として意図したものである。動圧溝としての溝６０の深さは、その内部に流入した油に働く後述のせん断力の大きさに応じて適切な値がある。例えば、吐出側端面隙間Ｇ１が数十～２００μｍ程度である場合には、溝６０の好ましい深さは、１μｍ～１ｍｍの範囲である。

【0042】

次に、第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機におけるケーシングの溝構造の作用及び効果を図６及び図７を用いて説明する。図６は本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機におけるケーシングの溝構造を図５に示すVI－VI矢視から見た断面図である。図７は本発明の第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機におけるケーシングの溝構造の作用を説明する図である。図６は雌ロータがケーシングの遮蔽領域に対向状態にあるときを示している。図６中、白抜き矢印は雌ロータの回転方向を示しており、太い矢印は油の流れを示している。図７中、二点鎖線は雄雌両ロータの吐出側端面の形状をケーシングの吐出側内壁面に対してロータ軸方向に投影させたものである。

【0043】

本実施の形態のスクリュー圧縮機１においては、ケーシング４の吐出側内壁面４９の遮蔽領域４９ａに形成された各溝６０内に流入した油には、図７に示すように、回転する雌ロータ３の吐出側端面３１ｃによってせん断力Ｓｆが雌ロータ３の回転方向（周方向）の接線方向（雌ロータ３の径方向Ｒ２に直交する方向）であって回転方向と同じ向きに作用する。

【0044】

本実施の形態においては、各溝６０が雌ロータ３の径方向Ｒ２に沿って他方側端部６２から一方側端部６１に向かって直線状に延在している。すなわち、溝６０の長手方向の各位置６２、６１、６６における法線Ｎｇ１、Ｎｇ２、Ｎｇ３の方向は、当該位置における雌ロータ３の周方向の接線方向（径方向Ｒ２に直交する方向）と一致するので、せん断力Ｓｆの作用する方向と一致する。これにより、各溝６０内の油は、雌ロータ３の回転に起因するせん断力Ｓｆによって、溝６０の幅方向であって雌ロータ３の回転方向と同じ方向に向かって流動する。溝６０内を流動する油は、図６及び図７に示すように、溝６０の幅方向における雌ロータ３の回転方向の前方側に位置する側面である第１側面６３で堰き止められることで運動エネルギ（動圧）が変換されて静圧が上昇し、最終的に、溝６０の第１側面６３における長手方向の全領域に亘って吐出側端面隙間Ｇ１（雌ロータ３側）に流出する。これにより、吐出側端面隙間Ｇ１における油の圧力は、溝６０の第１側面６３おける長手方向の全領域の近傍において相対的に高くなる。すなわち、吐出側端面隙間Ｇ１において溝６０の第１側面６３の長手方向に沿った高圧油膜Ｗの形成が促進される。

【0045】

本実施の形態においては、図７に示すように、長手方向に延在する辺同士が隣り合うように複数の溝６０が並置されている。このため、複数の溝６０の各第１側面６３（溝の長手方向に延在する両側面のうち雌ロータ３の回転方向の前方側に位置する側面）から昇圧された油が吐出側端面隙間Ｇ１に流出する。これにより、複数の高圧油膜Ｗが雌ロータ３の周方向（回転方向）に並ぶように形成される。なお、溝６０の一方側端部６１が雌ロータ３の外周側に位置するほど、雌ロータ３の回転により作用するせん断力が大きくなり、その分、油膜Ｗの昇圧による内部漏洩の抑制効果が大きくなる。

【0046】

このように、溝６０内の油によって吐出側端面隙間Ｇ１が封止されるだけでなく、ケーシング４の遮蔽領域４９ａにおける雌ロータ３側（外径線Ｄ１側）の輪郭近傍から雄ロータ２側（ピッチ円Ｄ２側）の輪郭近傍までに亘って溝６０の第１側面６３から流出した油によって周囲より高圧の油膜Ｗが形成される。この高圧油膜Ｗは、アキシャル連通路Ｇ２が吐出側端面隙間Ｇ１を介して遮蔽領域４９ａと重なった状態において、吐出流路５２（図１参照）や吐出行程の作動室Ｃｄ（図３参照）などの高圧空間内の圧縮空気が遮蔽領域４９ａ（突起部）の先端部側からアキシャル連通路Ｇ２を介して吸込行程の作動室（低圧空間）に漏洩することを抑制することができる。以上により、スクリュー圧縮機１の圧縮性能と省エネ性能の向上が可能となる。

【0047】

本実施の形態の溝構造（複数の溝６０）は、せん断力Ｓｆにより流動する油を溝幅方向における第１側面６３で堰き止めることで動圧を静圧に変換して高圧油膜Ｗを形成するものであり、動圧溝の一種であると言える。各溝６０の深さを、油に働く力のせん断力Ｓｆの大きさや吐出側端面隙間Ｇ１の大きさに応じて、油膜Ｗの圧力を最大化できる適切な値（例えば、１μｍ～１ｍｍの範囲）に設定することで、アキシャル連通路Ｇ２を介した内部漏洩を更に抑制することができる。

【0048】

本実施の形態においては、各溝６０が雌ロータ３のピッチ円Ｄ２の内側に配置されると共に、吐出ポート５２ａに連通しないように形成されている。これにより、複数の溝６０が吐出行程の作動室Ｃｄとアキシャル連通路Ｇ２とに同時に連通して内部漏洩の経路となることを防いでいる。

【0049】

本実施の形態においては、静止体の一部であるケーシング４に複数の溝６０を設けている。したがって、複数の溝６０が、スクリューロータと共に移動することがなく、ケーシング４の吐出ポート５２ａ及びアキシャル連通路Ｇ２の軌跡に対して固定した位置にあるので、アキシャル連通路Ｇ２を介した内部漏洩に対して安定した抑制効果を期待できる。

【0050】

上述した第１の実施形態に係るスクリュー圧縮機１は、軸方向一方側に第１の吐出側端面２１ｃを有する雄ロータ２と、軸方向一方側に第２の吐出側端面３１ｃを有する雌ロータ３と、雄ロータ２及び雌ロータ３を噛み合った状態で回転可能に収容する収容室４５を有するケーシング４とを備えている。ケーシング４は雄ロー２タの第１の吐出側端面２１ｃ及び雌ロータ３の第２の吐出側端面３１ｃに対向する吐出側内壁面４９を有し、ケーシング４の吐出側内壁面４９は雄ロータ２及び雌ロータ３の回転による噛合いの変化に応じて第１の吐出側端面２１ｃ及び第２の吐出側端面３１ｃにおいて周期的に現れ雄ロータ２及び雌ロータ３の後進面同士によって挟まれた隙間であるアキシャル連通路Ｇ２の軌跡の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽領域４９ａを有する。ケーシング４の遮蔽領域４９ａ内に、長手方向を有する溝６０が設けられている。溝６０は、長手方向の各位置６２、６１、６６における法線Ｎｇ１、Ｎｇ２、Ｎｇ３が当該位置における雌ロータ３の周方向の接線（雌ロータ３の径方向Ｒ２に直交する方向）と一致するように構成されている。

【0051】

この構成によれば、ケーシング４の吐出側内壁面４９に設けた溝６０内の油（液体）が雌ロータ３の回転に起因するせん断力Ｓｆによって溝長手方向の全体に亘って溝幅方向に流動し溝６０の第１側面６３に堰き止められることで静圧が上昇するので、吐出側端面隙間Ｇ１における偏平な三日月形状のアキシャル連通路Ｇ２の長手方向に高圧の油膜Ｗ（液体膜）を形成することができる。したがって、アキシャル連通路Ｇ２を介した圧縮気体の内部漏洩を低減することができる。

【0052】

また、本実施の形態においては、溝６０が雌ロータ３の径方向に沿って直線状に延在するように構成されている。この構成によれば、ケーシング４に対する溝６０の加工が容易である。

【0053】

また、本実施の形態においては、溝６０を複数有する溝群がケーシング４の遮蔽領域４９ａ内に設けられており、溝群の溝６０は溝６０の長手方向に延在する辺同士が隣り合うように雌ロータ３の周方向に並置されている。この構成によれば、アキシャル連通路Ｇ２の移動方向に高圧の油膜Ｗ（液体膜）を複数形成することができる。したがって、アキシャル連通路Ｇ２を介した圧縮気体の内部漏洩を更に低減することができる。

【0054】

また、本実施の形態における溝群の溝６０は、雌ロータ３の回転方向の前方側に位置する溝の方が雌ロータ３の回転方向の後方側に位置する溝よりも長手方向の長さが長くなるように構成されている。この構成によれば、雌ロータ３の回転の進行と共に長手方向が長くなるアキシャル連通路Ｇ２に応じて、溝群の各溝６０の長手方向の長さを対応させることができる。

【0055】

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係るスクリュー圧縮機について図８～図１０を用いて例示説明する。なお、図８～図１０において、図１～図７に示す符号と同符号のものは、同様な部分であるので、その詳細な説明は省略する。図８は、本発明の第２の実施形態に係るスクリュー圧縮機におけるケーシングの溝構造を示すものであり、図５と同様な拡大図である。図９は、図８に示すケーシングの溝構造のうちの１つの溝を代表として、溝形状と当該溝内の液体に作用するせん断力及び遠心力との関係を説明する図である。図８及び図９中、太い矢印は雌ロータの回転方向を示している。図９中、二点鎖線は雄雌両ロータの吐出側端面の形状をケーシングの吐出側内壁面に対してロータ軸方向に投影させたものである。

【0056】

図８及び図９に示す第２の実施形態によるスクリュー圧縮機が第１の実施形態と異なる点は、アキシャル連通路Ｇ２の長手方向に高圧油膜Ｗを形成するためにケーシング４Ａの吐出側内壁面４９に設けた複数の溝６０Ａの形状（溝構造）が異なることである。本実施の形態の溝構造は、溝６０Ａ内の油（液体）に作用する力として雌ロータ３の回転に起因するせん断力Ｓｆに加えて遠心力Ｃｆを考慮することで決定されたものである。

【0057】

具体的には、吐出側内壁面４９の遮蔽領域４９ａには、図８に示すように、作動室Ｃ内に供給された油（液体）の一部が流入可能な複数の溝６０Ａにより構成された溝群が形成されている。複数の溝６０Ａは、雌ロータ３の中心軸線Ａ２に対して周方向に並置されている。各溝６０Ａは、雌ロータ３の内周側から外周側に向かって延びる長手方向を有する細長状の条溝として形成されている。溝６０Ａは、長手方向の一方側端部６１が他方側端部６２よりも雌ロータ３の外周側に位置している。複数の溝６０Ａは、長手方向に延在する辺同士が隣り合うように配置されている。複数の溝６０Ａは、雌ロータ３の回転方向の前方側に位置する溝の方が雌ロータ３の回転方向の後方側に位置する溝よりも長手方向の長さが長くなるように構成されている。

【0058】

各溝６０Ａは、雌ロータ３の径方向Ｒ２に対して、他方側端部６２から一方側端部６１に向かう（雌ロータ３の内周側から外周側に向かう）長手方向が雌ロータ３の回転方向とは逆方向に傾斜するように構成されている。加えて、溝６０Ａは、雌ロータ３の回転方向に凸の湾曲状に形成されている。この構造は、図９に示すように、溝６０Ａ内の油（液体）に作用する力として、雌ロータ３の回転に起因するせん断力Ｓｆに加えて、雌ロータ３の回転に起因する遠心力Ｃｆを考慮して設定されたものである。雌ロータ３の半径が大きい場合や雌ロータ３の回転速度（角速度）が速い場合には、雌ロータ３の回転により雌ロータ３の吐出側端面３１ｃに引きずられて雌ロータ３の周方向に流動する液体に作用する遠心力Ｃｆの大きさが雌ロータ３の回転に起因するせん断力Ｓｆに対して無視できない場合がある。

【0059】

本実施の形態における複数の溝６０Ａも、第１の実施形態の場合と同様に、偏平な三日月形状のアキシャル連通路Ｇ２の長手方向に沿って高圧の油膜を形成させることを目的としている。そこで、各溝６０Ａは、長手方向の各位置における法線Ｎｇ１、Ｎｇ２、Ｎｇ３が雌ロータ３の回転に起因するせん断力Ｓｆ１、Ｓｆ２、Ｓｆ３と雌ロータ３の回転に起因する遠心力Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３との合力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の方向と一致するように構成されている。溝６０Ａの長手方向の各位置における合力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の方向は、せん断力Ｓｆ１、Ｓｆ２、Ｓｆ３の方向（雌ロータ３の半径方向Ｒ２に直交する方向）に対して、遠心力Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３の作用する方向に傾斜する。このため、溝６０Ａの長手方向の各位置における法線Ｎｇ１、Ｎｇ２、Ｎｇ３を合力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の方向に一致させようとすると、図８に示すように、溝６０Ａは雌ロータ３の径方向Ｒ２に対して他方側端部６２から一方側端部６１に向かう長手方向が雌ロータ３の回転方向とは逆方向に傾斜すると共に、溝６０Ａは雌ロータ３の回転方向に凸の湾曲状になる。

【0060】

溝６０Ａの長手方向の各位置における法線Ｎの方向、すなわち、溝６０Ａの第１側面６３Ａ及び第２側面６４Ａの法線の方向を、例えば次のように設定することが可能である。溝６０Ａの長手方向の各位置として、他方側端部６２、一方側端部６１、他方側端部６２と一方側端部６１との間の任意の位置６６について考える。雌ロータ３の中心軸線Ａ２から溝６０Ａの他方側端部６２、一方側端部６１、位置６６までの距離をそれぞれｒ１、ｒ２、ｒ３とする。この場合、溝６０Ａの他方側端部６２、一方側端部６１、位置６６における合力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３は次の式（２）～式（４）に基づき、せん断力Ｓｆ１、Ｓｆ２、Ｓｆ３は次の式（５）～式（７）に基づき、遠心力Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３は次の式（８）～式（１０）に基づき算出可能である。

【0061】

【数2】

【0062】

【数3】

【0063】

【数4】

【0064】

ここで、式（５）～式（７）において、μは油（液体）の粘性係数、ΔＡは各位置６１、６２、６６の面積、ｈは吐出側端面隙間Ｇ１の大きさと溝６０Ａの深さの和、ωは雌ロータ３の角速度を示している。また、式（８）～式（１０）において、Δｍは各位置６１、６２、６６における油（液体）の質量、ωは雌ロータ３の角速度を示している。

【0065】

ここで、溝６０Ａの長手方向の各位置における合力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の方向として、図９に示すように、溝６０Ａの長手方向の各位置における雌ロータ３の半径方向Ｒ２の直交方向に対する合力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の方向の角度θ（傾き）を考える。具体的には、溝６０Ａの他方側端部６２、一方側端部６１、位置６６における合力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の角度θ１、θ２、θ３は次の式（１１）～式（１３）に基づき算出可能である。

【0066】

【数5】

【0067】

式（１１）～式（１３）から、合力Ｆ１の角度θ１、合力Ｆ２の角度θ２、合力Ｆ３の角度θ３は、全て同じになることがわかる。すなわち、溝６０Ａの長手方向の各位置における合力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の雌ロータ３の半径方向Ｒ２の直交方向に対する角度θ（方向）は一定の角度になる。本実施の形態における各溝６０Ａは、長手方向の各位置６１、６２、６６における法線Ｎｇ１、Ｎｇ２、Ｎｇ３が当該位置６１、６２、６６におけるせん断力Ｓｆ１、Ｓｆ２、Ｓｆ３と遠心力Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３との合力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の方向と一致するように構成されている。すなわち、各溝６０Ａは、長手方向の各位置６１、６２、６６における法線Ｎｇ１、Ｎｇ２、Ｎｇ３が当該位置６１、６２、６６における雌ロータ３の周方向の接線（雌ロータ３の半径方向Ｒ２に直交する方向）に対して一定の傾きを有するように構成される。

【0068】

次に、第２の実施形態に係るスクリュー圧縮機におけるケーシングの溝構造の作用及び効果について図８～図１０を用いて説明する。図１０は本発明の第２の実施形態に係るスクリュー圧縮機におけるケーシングの溝構造の作用を説明する図である。

【0069】

本実施の形態のスクリュー圧縮機１においては、図９に示すように、ケーシング４Ａの吐出側内壁面４９の遮蔽領域４９ａに形成された各溝６０Ａ内に流入した油には、溝６０Ａの長手方向の各位置６１、６２、６６において、回転する雌ロータ３の吐出側端面３１ｃによってせん断力Ｓｆ１、Ｓｆ２、Ｓｆ３が雌ロータ３の回転方向の接線方向（雌ロータ３の径方向Ｒ２に直交する方向）であって回転方向と同じ向きに作用する。加えて、吐出側端面隙間Ｇ１における油には、雌ロータ３の吐出側端面３１ｃによって雌ロータ３の回転方向に流動することで遠心力Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３が生じる。遠心力Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３は、雌ロータ３の径方向Ｒ２であって外周側の向きに作用する。

【0070】

本実施の形態における各溝６０Ａは、図９に示すように、長手方向の各位置６１、６２、６６における法線Ｎｇ１、Ｎｇ２、Ｎｇ３（長手方向に延在する第１側面６３及び第２側面６４における法線）が当該各位置６１、６２、６６におけるせん断力Ｓｆ１、Ｓｆ２、Ｓｆ３と遠心力Ｃｆ１、Ｃｆ２、Ｃｆ３との合力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の方向と一致するように構成されている。これにより、各溝６０Ａ内の油は、図１０に示すように、雌ロータ３の回転に起因するせん断力Ｓｆ及び遠心力Ｃｆによって、溝６０Ａの幅方向であって雌ロータ３回転方向と同じ方向に向かって流動する。溝６０Ａ内を流動する油は、溝６０Ａの幅方向における第１側面６３Ａで堰き止められることで運動エネルギ（動圧）が変換されて静圧が上昇し、最終的に、溝６０Ａの第１側面６３Ａにおける長手方向の全領域に亘って吐出側端面隙間Ｇ１（雌ロータ３側）に流出する。これにより、吐出側端面隙間Ｇ１における油の圧力は、溝６０Ａの第１側面６３Ａおける長手方向の全領域の近傍において相対的に高くなる。すなわち、吐出側端面隙間Ｇ１において、溝６０Ａの第１側面６３Ａの長手方向に沿った高圧油膜Ｗの形成が促進される。

【0071】

また、本実施の形態においては、図１０に示すように、長手方向に延在する辺同士が隣り合うように複数の溝６０Ａが並置されている。このため、複数の溝６０Ａの各第１側面６３Ａから昇圧された油が吐出側端面隙間Ｇ１に流出する。これにより、複数の高圧油膜Ｗが雌ロータ３の周方向（回転方向）に並ぶように形成される。

【0072】

このように、溝６０Ａ内の油によって吐出側端面隙間Ｇ１が封止されるだけでなく、ケーシング４Ａの遮蔽領域４９ａにおける雌ロータ３側（外径線Ｄ１側）の輪郭近傍から雄ロータ２側（ピッチ円Ｄ２側）の輪郭近傍までに亘って溝６０Ａの第１側面６３Ａから流出した油によって周囲より高圧の油膜Ｗが形成される。この高圧油膜Ｗは、アキシャル連通路Ｇ２が吐出側端面隙間Ｇ１を介して遮蔽領域４９ａと重なった状態において、吐出流路５２（図１参照）や吐出行程の作動室Ｃｄ（図３参照）の高圧空間内の圧縮空気が遮蔽領域４９ａ（突起部）の先端部からアキシャル連通路Ｇ２を介して吸込行程の作動室（低圧空間）に漏洩することを抑制することができる。以上により、スクリュー圧縮機１の圧縮性能と省エネ性能の向上が可能となる。

【0073】

本実施の形態の溝構造（複数の溝６０Ａ）は、せん断力Ｓｆ及び遠心力Ｃｆにより流動する油を溝幅方向における第１側面６３Ａで堰き止めることで動圧を静圧に変換して高圧油膜Ｗを形成するものであり、動圧溝の一種であると言える。各溝６０Ａの深さを、油に働く力のせん断力Ｓｆ及び遠心力Ｃｆの大きさや吐出側端面隙間Ｇ１の大きさに応じて、油膜Ｗの圧力を最大化できる適切な値（例えば、１μｍ～１ｍｍの範囲）に設定することで、アキシャル連通路Ｇ２を介した内部漏洩を更に抑制することができる。

【0074】

上述した第２の実施の形態に係るスクリュー圧縮機１は、軸方向一方側に第１の吐出側端面２１ｃを有する雄ロータ２と、軸方向一方側に第２の吐出側端面３１ｃを有する雌ロータ３と、雄ロータ２及び雌ロータ３を噛み合った状態で回転可能に収容する収容室４５を有するケーシング４とを備えている。ケーシング４は雄ロー２タの第１の吐出側端面２１ｃ及び雌ロータ３の第２の吐出側端面３１ｃに対向する吐出側内壁面４９を有し、ケーシング４の吐出側内壁面４９は雄ロータ２及び雌ロータ３の回転による噛合いの変化に応じて第１の吐出側端面２１ｃ及び第２の吐出側端面３１ｃにおいて周期的に現れ雄ロータ２及び雌ロータ３の後進面同士によって挟まれた隙間であるアキシャル連通路Ｇ２の軌跡の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽領域４９ａを有する。ケーシング４の遮蔽領域４９ａ内に、雌ロータ３の内周側から外周側に向かって延びる長手方向を有する溝６０Ａが設けられている。溝６０Ａは、雌ロータ３の内周側から外周側に向かう長手方向が雌ロータ３の径方向Ｒ２に対して雌ロータ３の回転方向とは逆方向に傾斜するように構成されると共に、雌ロータ３の回転方向に凸の湾曲状に形成されている。さらに、溝６０Ａは、その長手方向の各位置６１、６２、６６における法線Ｎｇ１、Ｎｇ２、Ｎｇ３が当該位置６１、６２、６６における雌ロータ３の周方向の接線（雌ロータ３の径方向Ｒ２に直交する方向）に対して一定の傾きを有するように構成されている。

【0075】

この構成によれば、ケーシング４Ａの吐出側内壁面４９に設けた溝６０Ａ内の油（液体）が雌ロータ３の回転に起因するせん断力Ｓｆ及び遠心力Ｃｆによって溝長手方向の全体に亘って溝幅方向に流動し溝６０Ａの第１側面６３Ａに堰き止められることで静圧が上昇する。このため、吐出側端面隙間Ｇ１における偏平な三日月形状のアキシャル連通路Ｇ２の長手方向に高圧の油膜Ｗ（液体膜）を形成することができる。したがって、アキシャル連通路Ｇ２を介した圧縮気体の内部漏洩を低減することができる。

【0076】

また、本実施の形態においては、溝６０Ａを複数有する溝群がケーシング４Ａの遮蔽領域４９ａ内に設けられており、溝群の溝６０Ａは溝６０Ａの長手方向に延在する辺同士が隣り合うように、雌ロータ３の周方向に並置されている。この構成によれば、アキシャル連通路Ｇ２の移動方向に高圧の油膜Ｗ（液体膜）を複数形成することができる。したがって、アキシャル連通路Ｇ２を介した圧縮気体の内部漏洩を更に低減することができる。したがって、アキシャル連通路Ｇ２を介した圧縮気体の内部漏洩を更に低減することができる。

【0077】

また、本実施の形態における溝群の溝６０Ａは、雌ロータ３の回転方向の前方側に位置する溝の方が雌ロータ３の回転方向の後方側に位置する溝よりも長手方向の長さが長くなるように構成されている。この構成によれば、雌ロータ３の回転の進行と共に長手方向が長くなるアキシャル連通路Ｇ２に応じて、溝群の各溝６０Ａの長手方向の長さを対応させることができる。

【0078】

［その他の実施の形態］
なお、上述した実施の形態においては、空気を圧縮するスクリュー圧縮機１を例に挙げて説明したが、アンモニアやＣＯ_２の冷媒など、各種気体を圧縮するスクリュー圧縮機に本発明を適用することができる。また、給油式のスクリュー圧縮機１を例に挙げて説明したが、油以外の液体が供給されるスクリュー圧縮機にも本発明を適用することができる。シーリング性能や液体膜形成の容易さ等の観点から油が好適であるが、液体膜を形成するのに十分な特性を持つ各種の液体、例えば、水で代替可能である。

【0079】

また、作動室内部に油等の液体が給液されない無給液式のスクリュー圧縮機に対しても同様に、各実施の形態の溝構造を適用可能である。無給液式の場合は、ロータの吐出側端面またはケーシングの吐出側内壁面の溝内に油がない代わりに圧縮空気が存在する。

【0080】

一例として図６及び図７を用いて説明する。油を空気に置き換えると、溝６０内に存在する空気には、相対速度を有し対向する雌ロータ３の吐出側端面３１ｃとの摩擦によってせん断力Ｓｆが働く。溝６０内の空気は、せん断力Ｓｆによって、溝６０の長手方向の全体に亘って幅方向に流動する。溝幅方向に流動した空気は、溝６０の第１側面６３において堰き止められ、結果として吐出側端面隙間Ｇ１に流出する。それゆえ、吐出側端面隙間Ｇ１において、溝６０の第１側面６３における長手方向の全領域の近傍に、周囲に比べて相対的に空気の圧力の高い領域Ｗが生じる。

【0081】

端面隙間を介した空気の内部漏洩量は、上流側の高圧の作動室と下流側の端面隙間の間の圧力差が大きいほど増加する特性にある。前述のように溝６０を設けた場合、吐出側端面隙間Ｇ１において溝６０の第１側面６３における長手方向の全領域の近傍の圧力が上昇するため、吐出行程の作動室Ｃｄと吐出側端面隙間Ｇ１との間の圧力差が、溝６０が無い場合に比べて減少する。したがって、溝６０を設けることで、空気の内部漏洩を抑制することが可能となる。

【0082】

また、本発明は、上述した実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。すなわち、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

【0083】

また、上述した実施の形態においては、溝を設けたケーシング又は雄雌ロータの加工法として、例えば、成形加工や切削加工等の加工法を用いることが可能である。しかし、溝を設けるケーシングまたはロータ若しくはその両方を三次元造型機によって製造することも可能である。三次元造型機に利用するデータは、ＣＡＤやＣＧソフトウェア又は３Ｄスキャナで生成した３ＤデータをＣＡＭによってＮＣデータに加工することで生成する。該データを３次元造形機に任意の方法で入力することで造形を行う。なお、ＣＡＤ／ＣＡＭソフトウェアによって、３Ｄデータから直接ＮＣデータを生成しても良い。

【符号の説明】

【0084】

１…スクリュー圧縮機、 ２…雄ロータ、 ３…雌ロータ、 ４、４Ａ…ケーシング、 ２１ｃ…吐出側端面（第１の吐出側端面）、 ２１ｅ…後進面、 ３１ｃ…吐出側端面（第２の吐出側端面）、 ３１ｅ…後進面、 ４５…収容室、 ４９…吐出側内壁面、 ４９ａ…遮蔽領域、 ６０、６０Ａ…溝、 ６１、６２、６６…長手方向の位置、 Ｎｇ１、Ｎｇ２、Ｎｇ３…法線、 Ｇ２…アキシャル連通路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】