特開 2023-70489 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】P2023070489

(43)【公開日】2023-05-19

(54)【発明の名称】スクリュー圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/16 20060101AFI20230512BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20230512BHJP

   F04C 29/04 20060101ALI20230512BHJP

【ＦＩ】

F04C18/16 B

F04C29/00 D

F04C29/04 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021182696

(22)【出願日】2021-11-09

(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】谷本 聖太

(72)【発明者】

【氏名】酒井 航平

(72)【発明者】

【氏名】矢部 利明

【テーマコード（参考）】

3H129

【Ｆターム（参考）】

3H129AA03

3H129AB02

3H129BB12

3H129BB43

3H129CC05

3H129CC48

(57)【要約】

【課題】スクリューロータの吐出側シャフト部に対する冷却能力を簡素な構造によって高めることが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の雄ロータ２は、吐出側シャフト部２２の内部に軸方向に延びる冷却流路２５を有する。冷却流路２５の壁面２５ａにおける雄ロータ２の吐出側端面２１ｂの位置と吐出側軸受６の取付位置との間の領域の少なくとも一部分に溝構造２６が設けられている。溝構造２６は、スクリューロータ２の周方向に長さ方向の成分を有すると共に軸方向に間隔をあけて存在する溝２７によって構成される。静止部材のノズル１５が冷却流路２５の内部に壁面２５ａに対して隙間をあけて配置される。ノズル１５は、軸方向の位置において溝構造２６の少なくとも一部分と重なるように配置される。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

捩れたローブを有すると共に軸方向の一方側に吐出側端面を有するロータ歯部及び前記ロータ歯部における前記軸方向の前記一方側に設けられた吐出側シャフト部を含むスクリューロータと、
前記吐出側シャフト部に取り付けられた吐出側軸受とを備え、
前記スクリューロータは、少なくとも前記吐出側シャフト部の内部に前記軸方向に延びる冷却流路を有し、
前記冷却流路の壁面における前記軸方向の前記吐出側端面の位置と前記吐出側軸受の取付位置との間の領域の少なくとも一部分に溝構造が設けられ、
前記溝構造は、前記スクリューロータの周方向に長さ方向の成分を有すると共に前記軸方向に間隔をあけて存在する溝によって構成され、
冷却流体を供給するための静止部材のノズルが前記冷却流路の内部に前記壁面に対して隙間をあけて配置され、
前記ノズルは、前記軸方向の位置において前記溝構造の少なくとも一部分と重なるように配置されている
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であって、
前記溝構造は、前記軸方向に間隔をあけて配置された複数本の環状溝によって構成されている
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であって、
前記溝構造は、螺旋状の溝によって構成されている
スクリュー圧縮機。

【請求項4】

請求項１に記載のスクリュー圧縮機であって、
前記冷却流路は、前記スクリューロータを前記軸方向に貫通する貫通孔によって構成され、
前記冷却流路の前記軸方向の開口部に、前記冷却流体以外の流体の前記冷却流路への侵入を防止する封止部材が設けられている
スクリュー圧縮機。

【請求項5】

請求項１に記載のスクリュー圧縮機であって、
前記冷却流路は、前記吐出側シャフト部の先端側が開口する有底の穴によって構成されている
スクリュー圧縮機。

【請求項6】

請求項１に記載のスクリュー圧縮機であって、
前記吐出側シャフト部は、前記ロータ歯部とは別部材として構成され、
前記冷却流路は、前記吐出側シャフト部を貫通している
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であって、
前記ロータ歯部は、前記吐出側シャフト部と接合する部分に凹部を有し、
前記凹部の径は、前記吐出側シャフト部の外径よりも小さく、且つ、前記冷却流路の径よりも大きくなるように設定されている
スクリュー圧縮機。

【請求項8】

請求項１に記載のスクリュー圧縮機であって、
前記溝構造は、前記吐出側端面の位置と前記吐出側軸受の取付位置との間の領域全体に亘って設けられている
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、スクリューロータを冷却流体によって冷却するスクリュー圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

スクリュー圧縮機は、回転するスクリューロータとスクリューロータを収納するケーシングとを備えている。スクリュー圧縮機は、スクリューロータとそれを取り囲むケーシングの内壁面とによって形成された複数の作動室の容積がスクリューロータの回転に伴い増減することで気体を吸い込み圧縮するものである。

【0003】

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（作動室）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。圧縮気体の内部漏洩の経路となる内部隙間としては、スクリューロータの噛合い部間の隙間、スクリューロータの歯先とケーシングの内壁面（内周面）との隙間、スクリューロータの吐出側端面とそれに対向するケーシングの吐出側内壁面との隙間（以下、吐出側端面隙間と称することがある）などがある。

【0004】

スクリュー圧縮機では、圧縮された気体が高温になるので、ケーシングやスクリューロータが温度上昇して熱変形する。ケーシングやスクリューロータの熱変形によって、上述の内部隙間が拡大する傾向にある。

【0005】

スクリューロータの熱変形を低減する方策として、スクリューロータの内部に設けた冷却流路（穴）に冷却剤を供給することでスクリューロータを冷却する方法が知られている。このようなスクリューロータの冷却方法の一例としては、例えば、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に記載の圧縮機要素のロータにおいては、ロータの中心において軸方向に延びた内部冷却流路に複数の内向きのフィンが設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特表２０１０－５１０４３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

圧縮機効率の向上を図るためには、スクリューロータに対する冷却能力の更なる向上によって、上述の内部隙間の拡大を抑制する必要がある。上述の吐出側端面隙間はスクリューロータの軸方向の熱変形によって拡大することが明らかになっている。このため、当該吐出側端面隙間を拡大させるスクリューロータの熱変形を低減することが求められている。特に、スクリューロータの吐出側シャフト部の熱変形が吐出側端面隙間の拡大に大きな影響を及ぼすことが想定される。

【0008】

スクリューロータに対する冷却能力を向上させる方法の一例として、スクリューロータの冷却流路に供給する冷却剤の温度を下げることが考えられる。しかし、この方法は、冷却剤を冷却するためのクーラを大型化する必要があり、コストが増加してしまう。さらに、当該クーラが外気を用いて冷却する空冷式の場合では、冷却剤の温度が外気温度以上に制約されてしまう。

【0009】

また、当該冷却能力を向上させる方法の別の一例として、冷却流路に供給する冷却剤の流量を増加させることが考えられる。しかし、この方法は、冷却剤を供給するためのポンプを大型化する必要があり、結果として、圧縮機システムの全体の動力が増加してしまう。

【0010】

そのため、冷却流路に供給する冷却剤の温度や流量を変更することなく、スクリューロータに対する冷却能力を高めることが求められる。

【0011】

また、特許文献１に記載の技術では、冷却流路内の複数のフィンの存在によって冷却流路を流れる冷却剤との熱交換表面積が大きくなるので、スクリューロータに対する冷却能力が向上すると考えられる。しかし、スクリューロータの冷却流路に複数の内向きのフィンを設ける構成は、構造が複雑になる。

【0012】

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、スクリューロータの吐出側シャフト部に対する冷却能力を簡素な構造によって高め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】

【0013】

本発明の好ましい一例は、捩れたローブを有すると共に軸方向の一方側に吐出側端面を有するロータ歯部及び前記ロータ歯部における前記軸方向の前記一方側に設けられた吐出側シャフト部を含むスクリューロータと、前記吐出側シャフト部に取り付けられた吐出側軸受とを備え、前記スクリューロータは、少なくとも前記吐出側シャフト部の内部に前記軸方向に延びる冷却流路を有し、前記冷却流路の壁面における前記軸方向の前記吐出側端面の位置と前記吐出側軸受の取付位置との間の領域の少なくとも一部分に溝構造が設けられ、前記溝構造は、前記スクリューロータの周方向に長さ方向の成分を有すると共に前記軸方向に間隔をあけて存在する溝によって構成され、冷却流体を供給するための静止部材のノズルが前記冷却流路の内部に前記壁面に対して隙間をあけて配置され、前記ノズルは、前記軸方向の位置において前記溝構造の少なくとも一部分と重なるように配置されているスクリュー圧縮機である。

【発明の効果】

【0014】

本発明の好ましい一例によれば、冷却流路における溝構造の溝間に位置する壁面の近傍領域を流れる冷却流体の当該壁面に対する相対速度が軸方向に隣接する溝位置の領域を流れる冷却流体の影響を受けて大きくなる。また、冷却流路の壁面側を流れる冷却流体の当該壁面に対する相対速度がノズル近傍を流れる冷却流体の影響を受けて大きくなる。これにより、冷却流路の溝構造を有する壁面における熱伝達率が高まるので、スクリューロータの吐出側シャフト部に対する冷却能力が向上する。すなわち、スクリューロータの吐出側シャフト部に対する冷却能力を簡素な構造によって高めることができる。
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】

【0015】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の概略構造を示す断面図及び当該スクリュー圧縮機に対する冷却流体の外部供給経路を示す系統図である。

【図2】第１の実施の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１に示す第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータ（雄ロータ）の冷却流路の構造及びノズルの配置を示す断面図である。

【図4】第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの冷却流路に対する熱伝達率の分布の解析結果を示す図である。

【図5】第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機のスクリューロータの冷却流路に対する比較例のスクリューロータの冷却流路（溝構造無し）の熱伝達率の分布の解析結果を示す図である。

【図6】第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの冷却流路の作用を示す説明図である。

【図7】第１の実施の形態の変形例に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの冷却流路の構造及びノズルの配置を示す断面図である。

【図8】本発明の第２の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの構造を示す断面図である。

【図9】本発明の第３の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの構造を示す断面図である。

【図10】本発明の第４の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの構造を示す断面図である。

【図11】本発明の第４の実施の形態の変形例に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの構造を示す模式図である。

【図12】図１１に示すスクリューロータにおけるロータ歯部の凹部と吐出側シャフト部の寸法関係を示す模式図である。

【図13】第４の実施の形態の変形例に係るスクリュー圧縮機のスクリューロータに対する比較例のスクリューロータにおける吐出側シャフト部の接合後の状態を示す説明図である。

【図14】第４の実施の形態の変形例に係るスクリュー圧縮機の作用効果を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明によるスクリュー圧縮機の実施の形態について図面を用いて例示説明する。ここで説明する実施の形態は、無給油式のスクリュー圧縮機に本発明を適用した例を示している。

【0017】

［第１の実施の形態］
第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の構成を図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機の概略構造を示す断面図及び当該スクリュー圧縮機に対する冷却流体の外部供給経路を示す系統図である。図２は第１の実施の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の吸込側、右側が軸方向の吐出側である。図２中、太線の矢印はスクリューロータの回転方向を表している。

【0018】

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）の一方側（図１中、右側）及び他方側（図１中、左側）がそれぞれ吐出側軸受６、７及び吸込側軸受８により回転自在に支持されており、例えば、回転駆動源であるモータ９０に接続されている。吐出側軸受６は、例えば、雄ロータ２の軸方向の位置決めをするための軸受である。雌ロータ３は、その軸方向の一方側及び他方側がそれぞれ吐出側軸受及び吸込側軸受（共に図示せず）により回転自在に支持されている。無給油式のスクリュー圧縮機１では、雄ロータ２と雌ロータ３が非接触の状態で回転するように配置されている。

【0019】

雄ロータ２は、螺旋状の捩じれた雄歯（ローブ）２１ａを複数（図２中、４つ）有するロータ歯部２１と、ロータ歯部２１における軸方向の一方側（図１中、右側）に設けられた吐出側シャフト部２２及び他方側（図１中、左側）に設けられた吸込側シャフト部２３とで構成されている。雄ロータ２は、ロータ歯部２１と吐出側シャフト部２２と吸込側シャフト部２３が一体に形成された一部材として構成されている（後述の図３参照）。ロータ歯部２１は、軸方向の一方端（図１中、右端）及び他方端（図１中、左端）にそれぞれ、軸方向（中心軸線Ａ１）に直交する吐出側端面２１ｂ及び吸込側端面２１ｃを有している。ロータ歯部２１では、雄歯２１ａが吐出側端面２１ｂから吸込側端面２１ｃまで延在しており、雄歯２１ａ間に歯溝が形成されている。吐出側シャフト部２２の先端部には、タイミングギア１０が取り付けられている。吸込側シャフト部２３は、例えば、ケーシング４の外側に延出しており、ギア１１を介してモータ９０と接続されている。なお、吸込側シャフト部２３は、モータ９０とギア１１を介さずに直結させる構成も可能である。

【0020】

雌ロータ３は、螺旋状の捩じれた雌歯（ローブ）３１ａを複数（図２中、６つ）有するロータ歯部３１と、ロータ歯部３１における軸方向（図２の紙面直交方向）の一方側に設けられた吐出側シャフト部３２及び他方側に設けられた吸込側シャフト部（図示せず）とで構成されている。雌ロータ３も、例えば、雄ロータ２と同様に、ロータ歯部３１と吐出側シャフト部３２と吸込側シャフト部が一体に形成された一部材として構成されている。ロータ歯部３１は、軸方向の一方端及び他方端にそれぞれ軸方向（中心軸線Ａ２）に垂直な吐出側端面及び吸込側端面（共に図示せず）を有している。ロータ歯部３１では、雌歯３１ａが吸込側端面から吐出側端面まで延在しており、雌歯３１ａ間に歯溝が形成されている。吐出側シャフト部３２の先端部には、雄ロータ２側のタイミングギア１０と噛み合うタイミングギア（図示せず）が取り付けられている。雄ロータ２側のタイミングギア１０及び雌ロータ３側のタイミングギアによって、雄ロータ２の回転力が雌ロータ３に伝達され、雄ロータ２と雌ロータ３が非接触で同期回転する。

【0021】

ケーシング４は、主ケーシング４１と、主ケーシング４１の吸込側（図１中、左側）に取り付けられる吸込側カバー４２と、主ケーシング４１の吐出側（図１中、右側）に取り付けられる吐出側カバー４３とを備えている。

【0022】

ケーシング４の内部には、雄ロータ２のロータ歯部２１及び雌ロータ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４５が形成されている。収容室４５は、ケーシング４の内部に形成された一部重複する２つの円筒状空間である。収容室４５を形成する壁面（ケーシング４の内壁面）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の吐出側端面２１ｂに対向する軸方向一方側（図１中、右側）の吐出側内壁面４８と、雄雌両ロータ２、３のロータ歯部２１、３１の吸込側端面２１ｃに対向する軸方向他方側（図１中、左側）の吸込側内壁面４９とで構成されている。ケーシング４の内壁面に対して、雄雌両ロータ２、３のロータ歯部２１、３１が数十～数百μｍの隙間を保って配置されている。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の内壁面とによって複数の作動室Ｃが形成される。作動室Ｃ内の作動気体は、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しつつ収縮することで圧縮される。

【0023】

ケーシング４には、図１に示すように、作動室Ｃに気体を吸い込むための吸込流路５１が収容室４５における軸方向他方側（図１中、左側）に連通するように設けられている。また、ケーシング４には、作動室Ｃ内の圧縮空気をケーシング４の外部へ導いて吐出するための吐出流路５２が収容室４５における軸方向一方側（図１中、右側）に連通するように設けられている。

【0024】

主ケーシング４１における吸込流路５１側の端部には、雄ロータ２側の吸込側軸受８及び雌ロータ３側の吸込側軸受が配置されている。また、雄ロータ２の吸込側シャフト部２３における吸込側軸受８よりもモータ９０側には、軸封部材１２が配置されている。主ケーシング４１には、吸込側軸受８及び軸封部材１２を覆うように吸込側カバー４２が取り付けられている。吸込側カバー４２には、吸込側軸受８及び軸封部材１２に潤滑油を供給するための給油路５３が設けられている。

【0025】

主ケーシング４１における吐出流路５２側の端部には、雄ロータ２側の吐出側軸受６、７及びタイミングギア１０並びに雌ロータ３側の吐出側軸受及びタイミングギアが配置されている。主ケーシング４１には、吐出側軸受６、７及びタイミングギア１０に潤滑油を供給するための給油路５３が設けられている。主ケーシング４１には、吐出側軸受６、７及びタイミングギア１０を覆うように吐出側カバー４３が取り付けられている。

【0026】

本実施の形態に係る雄ロータ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）には、図１及び図２に示すように、冷却流体を循環させるための冷却流路２５及び冷却流路３５が設けられている。冷却流路２５及び冷却流路３５は、気体の圧縮により生じる熱が伝達される雄ロータ２及び雌ロータ３を冷却するための冷却流体が流通するものである。本実施の形態に係るスクリュー圧縮機１においては、雄ロータ２の冷却流路２５の構造に特徴がある。当該冷却流路２５の構造の詳細については後述する。

【0027】

雄雌両ロータ２、３（スクリューロータ）の冷却流路２５、３５には、図１に示すように、冷却流体を循環させるための外部冷却系統７０が接続されている。外部冷却系統７０は、例えば、雄雌両ロータ２、３を冷却するための冷却流体として雄雌両ロータ２、３用の吐出側軸受６、７及び吸込側軸受８を潤滑するための潤滑油を用いるように構成されたものである。具体的には、外部冷却系統７０は、吐出側軸受６、７及び吸込側軸受８並びに雄雌両ロータ２、３の冷却流路２５、３５へ潤滑油（冷却流体）を送出するポンプ７１と、潤滑油（冷却流体）を冷却する冷却器７２と、フィルタや逆止弁などの補機７３と、これらを接続する配管７４とを備えている。冷却器７２は、例えば、冷却器７２の周囲の外気を用いて冷却する空冷式のものである。配管７４は、冷却流路２５、３５に冷却流体としての潤滑油を供給する冷却流体供給ライン７４ａと、吐出側軸受６、７及び吸込側軸受８に潤滑油を供給する潤滑油供給ライン７４ｂとを含んでいる。図１中、太線の矢印は潤滑油（冷却流体）の流れ方向を表している。

【0028】

なお、本実施の形態においては、雄雌両ロータ２、３の冷却流体として潤滑油を用いることで、雄雌両ロータ２、３の冷却流路２５、３５に冷却流体を供給する外部冷却系統と吐出側軸受６、７及び吸込側軸受８に潤滑油を供給する潤滑系統とを一体に構成した例を示している。しかし、冷却流体として、潤滑油の他に、冷却水などの液体又は気体を用いることが可能である。この場合、外部冷却系統は、潤滑系統とは別系統として構成する。例えば、冷却水などの冷却流体を雄雌両ロータ２、３及びモータ９０に導入するように外部冷却系統を構成することが可能である。

【0029】

次に、第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータ（雄ロータ）の冷却流路の構成及び構造について図１～図３を用いて説明する。図３は図１に示す第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータ（雄ロータ）の冷却流路の構造及びノズルの配置を示す断面図である。

【0030】

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により雄ロータ２が回転駆動されると、雄ロータ２がタイミングギア１０を介して図２に示す雌ロータ３を回転駆動する。これにより、図１及び図２に示す作動室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ケーシング４の外部から図１に示す吸込流路５１を介して気体（例えば、空気）を吸い込み、その容積を縮小させることで気体を所定の圧力まで圧縮する。当該作動室Ｃが吐出流路５２に連通すると、作動室Ｃ内の圧縮気体が吐出流路５２を通過してケーシング４の外部へ吐出される。

【0031】

雄雌両ロータ２、３における吐出流路５２の周囲やケーシング４の収容室４５における軸方向吐出側の領域は、気体の圧縮行程で生じる熱が伝達されて温度が上昇する。この伝熱により雄雌両ロータ２、３には熱変形が生じる。特に、高温の圧縮気体が流れる吐出流路５２の周辺に位置する雄雌両ロータ２、３の吐出側シャフト部２２、３２の熱変形が大きくなる。この熱変形より、雄ロータ２における吐出側軸受６の取付位置から吐出側端面２１ｂの位置までの相対距離及び雌ロータ３における吐出側軸受の取付位置から吐出側端面の位置までの相対距離が拡大することがある。当該相対距離の拡大によって、雄雌両ロータ２、３の吐出側端面２１ｂとそれに対向するケーシング４の吐出側内壁面４８との間の隙間である吐出側端面隙間が拡がると、吐出側端面隙間を介した圧縮気体の内部漏洩が増大してしまう。

【0032】

本実施の形態に係るスクリュー圧縮機１は、雄雌両ロータ２、３を冷却する冷却システムを備えている。雄ロータ２は、例えば図２及び図３に示すように、中心軸線Ａ１に沿って軸方向に延びる冷却流路２５を有している。同様に、雌ロータ３は、例えば図２に示すように、中心軸線Ａ２に沿って軸方向に延びる冷却流路３５を有している。冷却流路２５、３５は、例えば図３に示すように、雄雌両ロータ２、３を軸方向に貫通する貫通孔によって構成されている。すなわち、冷却流路２５、３５は、雄雌両ロータ２、３の吐出側シャフト部２２、３２の先端から吸込側シャフト部２３の先端まで延在して両側が開口している。

【0033】

本実施の形態においては、雄ロータ２の冷却流路２５を形成する壁面２５ａ（貫通孔の内周面）に溝構造２６が設けられている。溝構造２６は、例えば、雄ロータ２の吐出側端面２１ｂの位置と吐出側軸受６の取付位置との間の領域に亘って設けられている。溝構造２６は、雄ロータ２の周方向（回転方向）に長さ成分を有すると共に軸方向に間隔をあけて存在する溝によって構成されるものである。溝構造２６は、例えば、軸方向に間隔をあけて配置された複数本の環状溝２７によって構成されている。

【0034】

冷却流路２５の内部には、冷却流体を供給するためのノズル１５が配置される。ノズル１５は、静止部材として構成されており、冷却流路２５の壁面２５ａに対して隙間をあけて配置されている。すなわち、ノズル１５の外周面１５ａに対して、冷却流路２５の壁面２５ａが相対的に周方向に変位する関係となっている。ノズル１５は、軸方向の位置において、冷却流路２５の壁面２５ａの溝構造２６の少なくとも一部分と重なるよう配置されている。ノズル１５は、例えば、冷却流路２５の吐出側シャフト部２２側の開口から挿入されており、冷却流路２５内において雄ロータ２の吐出側端面２１ｂの近傍の位置から吐出側シャフト部２２の先端まで延在している。ノズル１５における溝構造２６と重なる領域の部分には、複数の側孔１５ｂが軸方向に間隔をあけて設けられている。側孔１５ｂは、冷却流体の冷却流路２５ヘの流出口として構成されている。ノズル１５は、外部冷却系統７０の冷却流体供給ライン７４ａに直接的に又は接続管を介して接続される。

【0035】

このように、本実施の形態においては、雄ロータ２の冷却流路２５の壁面２５ａにおける所定の領域（雄ロータ２の吐出側端面２１ｂの位置と吐出側軸受６の取付位置との間の領域）に対して溝構造２６を設けると共に、冷却流路２５の内部に静止部材のノズル１５を溝構造２６の少なくとも一部と軸方向において重なるように配置している。発明者らは、冷却流路２５の壁面２５ａの溝構造２６及び冷却流路２５内の静止部材のノズル１５によって冷却流路２５の壁面２５ａと冷却流体との間の熱伝達率を高めることで、雄ロータ２の吐出側シャフト部２２に対する冷却能力を向上させることが可能であることを見出した。

【0036】

次に、第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの冷却システムの作用及び効果を図１、図３～図６を用いて説明する。図４は第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの冷却流路に対する熱伝達率の分布の解析結果を示す図である。図５は第１の実施の形態に係るスクリュー圧縮機のスクリューロータの冷却流路に対する比較例のスクリューロータの冷却流路（溝構造無し）の熱伝達率の分布の解析結果を示す図である。

【0037】

図１に示すスクリュー圧縮機１では、外部冷却系統７０から冷却流体としての潤滑油が雄ロータ２の冷却流路２５に供給される。雄ロータ２を冷却して温度が上昇した冷却流体は、外部冷却系統７０のポンプ７１によって冷却器７２に送出され、冷却器７２にて冷却される。冷却器７２により温度が低下した冷却流体は、補機７３及び冷却流体供給ライン７４ａを介して再び雄ロータ２の冷却流路２５に導入される。

【0038】

本実施の形態においては、外部冷却系統７０の冷却流体供給ライン７４ａを介してノズル１５から雄ロータ２の冷却流路２５に対して冷却流体が供給される。冷却流体は、図３に示すように、ノズル１５の内部を吐出側シャフト部２２の先端側からロータ歯部２１側に向かって流れ、大部分がノズル１５の先端から冷却流路２５内へ流入すると共に一部がノズル１５の側孔１５ｂから冷却流路２５、３５内へ流入する。図３中、白抜き矢印及び太い矢印は冷却流体（潤滑油）の流れの方向を示している。ノズル１５の先端から冷却流路２５内へ流入した冷却流体は、ロータ歯部２１の内部及び吸込側シャフト部２３の内部を順に通過する。ノズル１５における下流側に位置する側孔１５ｂから冷却流路２５内へ流入した冷却流体は、ロータ歯部２１側に向かって、冷却流路２５の壁面２５ａとノズル１５の外周面１５ａとの隙間（環状流路）を流れる。一方、ノズル１５における上流側に位置する側孔１５ｂから冷却流路２５内へ流入した冷却流体は、吐出側軸受６側に向かって（ノズル１５内の冷却流体の流れ方向とは逆方向に）、冷却流路２５の壁面２５ａとノズル１５の外周面１５ａとの隙間（環状流路）を流れる。

【0039】

ところで、雄ロータ２に対する冷却能力を向上させる方策の一例として、冷却流路２５に供給する冷却流体の温度を下げることが考えられる。しかし、この場合、外部冷却系統７０の冷却器７２を大型化する必要があるので、その分、コストが増加する。加えて、冷却器７２が空冷式である場合には、冷却流体の温度が外気温度以上に制約されるので、冷却流体の温度を下げることによって冷却能力を向上させることは難しい。

【0040】

冷却能力を向上させる別の方策として、冷却流路２５に供給する冷却流体の流量を増加させることが考えられる。これにより、冷却流体の軸方向の流速が上昇して冷却流路２５の壁面２５ａ近傍における熱伝達率が向上する。しかし、この場合、外部冷却系統７０のポンプ７１を大型化する必要があり、その分、ポンプ７１の動力が増加する。結果として、圧縮機システムの全体の動力が増加することがある。

【0041】

それに対して、本実施の形態においては、雄ロータ２の冷却流体の温度や流量を従前と同等に設定する場合であっても、雄ロータ２の冷却流路２５の壁面２５ａにおける上述の所定領域に対して上述の溝構造２６を設けること及び冷却流路２５の内部に静止部材のノズル１５を溝構造２６の少なくとも一部と軸方向において重なるように配置することで、雄ロータ２に対する冷却能力の向上を図るものである。

【0042】

図４を参照すると、冷却流路２５の壁面２５ａにおける溝構造２６の各環状溝２７の底部領域では熱伝達率が低くなっている。それに対して、冷却流路２５の壁面２５ａにおける溝構造２６の隣り合う環状溝２７と環状溝２７との間に存在する凹凸の無い曲面領域Ｗｃでは、熱伝達率が相対的に高くなっていることが解る。

【0043】

一方、図５を参照すると、比較例のスクリューロータの冷却流路２５Ｐにおける溝構造の無い壁面２５ａ（領域全体が凹凸の無い曲面領域）では、熱伝達率が低くなっている。比較例の溝構造の無い冷却流路２５Ｐの壁面２５ａにおける熱伝達率は、本実施の形態に係る溝構造２６を有する冷却流路２５の壁面２５ａのうち、溝構造２６の環状溝２７間に存在する凹凸の無い曲面領域Ｗｃにおける熱伝達率よりも低くなっていることが解る。

【0044】

つまり、本実施の形態においては、雄ロータ２の冷却流路２５における溝構造２６を有する壁面２５ａと冷却流体との間の熱伝達率が増加するので、冷却流体の温度や流量を従前と同等に設定する場合であっても、雄ロータ２から冷却流体への移動熱量が増加する。その結果、雄ロータ２の温度上昇が抑制されるので、雄ロータ２の軸方向の熱変形量を低減することができる。このため、雄ロータ２の吐出側端面２１ｂとケーシング４の吐出側内壁面４８との隙間（吐出側端面隙間）の拡大が抑制されて圧縮気体の内部漏洩量が低減するので、圧縮機の効率を向上させることができる。

【0045】

ここで、冷却流路の壁面に溝構造を設けることで当該壁面の熱伝達率が増加する理由について図６を用いて説明する。図６は第１の実施の形態に係るスクリューロータの冷却流路の壁面に対する冷却流体の相対速度（周方向速度）の分布を示す図である。図６中、二点鎖線は冷却流路の壁面を示している。二点鎖線よりも下側の領域は冷却流体が流れている領域である。また、白抜き矢印は、領域Ｄの冷却流体に作用する粘性力を示している。

【0046】

熱伝達率は固体壁面に対する流体の相対速度が大きいほど増加することが一般的に知られている。

【0047】

冷却流路２５の壁面２５ａにおける溝構造２６の環状溝２７と環状溝２７との間（軸方向に間隔をあけて存在する溝と溝との間）に存在する凹凸の無い曲面領域Ｗｃ（例えば、円筒面の領域）の近傍に位置する領域Ｄでは、冷却流体の冷却流路２５の壁面２５ａに対する相対速度（周方向速度）が低くなる。これは、雄ロータ２の回転方向に移動する冷却流路２５の壁面２５ａと冷却流体との間にせん断力が生じることで、冷却流体が冷却流路２５の壁面２５ａと同じ方向（周方向）に移動するからである。

【0048】

一方、領域Ｄに対して雄ロータ２の軸方向に隣接する領域である領域Ｅでは、径方向に位置する冷却流路２５の壁面としての溝構造２６の環状溝２７の底面又は側面までの距離が領域Ｄと凹凸の無い曲面領域Ｗｃとの距離に比べて相対的に大きくなっている。このため、領域Ｅを流れる冷却流体に作用するせん断力が領域Ｄを流れる冷却流体の場合と比べて相対的に小さくなるので、領域Ｅの冷却流体の冷却流路２５の壁面２５ａに対する相対速度（周方向速度）が領域Ｄの冷却流体の場合と比べて大きくなる。

【0049】

このため、領域Ｄの冷却流体と領域Ｅの冷却流体との間に速度差が生じるので、領域Ｄの冷却流体と領域Ｅの冷却流体との間に作用する粘性力が領域Ｄの冷却流体に対してブレーキとして機能し、領域Ｄの流速（周方向速度）が低下する。このため、領域Ｄを流れる冷却流体の冷却流路２５の壁面２５ａに対する相対速度が増加するので、その分、領域Ｄにおける熱伝達率が溝構造２６の無い冷却流路２５Ｐの壁面２５ａの場合（図５参照）と比べて増加する。

【0050】

また、本実施の形態おいては、図３に示すように、冷却流路２５の内部に静止部材のノズル１５が冷却流路２５の壁面２５ａに対して隙間をあけて配置されていると共に、雄ロータ２の軸方向の位置において溝構造２６の一部と重なるように配置されている。このため、静止部材のノズル１５と冷却流体との間にせん断力が生じるので、ノズル１５の外周面１５ａの近傍を流れる冷却流体の速度が低下する。その結果、回転する冷却流路２５の壁面２５ａ側を流れる冷却流体（例えば、図６に示す領域Ｄの冷却流体及び領域Ｅの冷却流体）が速度の低下したノズル１５近傍の冷却流体の影響を受けるので、冷却流路２５の壁面２５ａ側を流れる冷却流体の冷却流路２５の壁面２５ａに対する相対速度がノズル１５の無い場合と比べて増加する。

【0051】

このように、冷却流路２５の壁面２５ａに溝構造２６を設けることで、冷却流体の冷却流路２５の壁面２５ａに対する相対速度（周方向速度）が大きくなる。
また、冷却流路２５の内部に静止部材のノズル１５を溝構造２６の少なくとも一部と軸方向において重なるように配置することで、冷却流体の冷却流路２５の壁面２５ａに対する相対速度（周方向速度）が大きくなる。このため、冷却流路２５の溝構造２６を有する壁面２５ａと冷却流体との間の熱伝達率を高めることができる。

【0052】

上述したように、本実施の形態のスクリュー圧縮機１は、捩れたローブ２１ａを有すると共に軸方向の一方側に吐出側端面２１ｂを有するロータ歯部２１及びロータ歯部２１における軸方向の前記一方側に設けられた吐出側シャフト部２２を含む雄ロータ２（スクリューロータ）と、吐出側シャフト部２２に取り付けられた吐出側軸受６とを備える。雄ロータ２（スクリューロータ）は、少なくとも吐出側シャフト部２２の内部に軸方向に延びる冷却流路２５を有する。冷却流路２５の壁面２５ａにおける軸方向の吐出側端面２１ｂの位置と吐出側軸受６の取付位置との間の領域の少なくとも一部分に溝構造２６が設けられており、溝構造２６は雄ロータ２（スクリューロータ）の周方向に長さ方向の成分を有すると共に軸方向に間隔をあけて存在する溝２７によって構成されている。冷却流体を供給するための静止部材のノズル１５が、冷却流路２５の内部に壁面２５ａに対して隙間をあけて配置され、軸方向の位置において溝構造２６の少なくとも一部分と重なるように配置されている。

【0053】

この構成によれば、冷却流路２５における溝構造２６の溝２７間に位置する壁面Ｗｃの近傍領域Ｄを流れる冷却流体の当該壁面Ｗｃに対する相対速度が軸方向に隣接する溝位置の領域Ｅを流れる冷却流体の影響を受けて大きくなる。また、冷却流路２５の壁面２５ａ側を流れる冷却流体の当該壁面２５ａに対する相対速度が静止部材のノズル１５の近傍を流れる冷却流体の影響を受けて大きくなる。これにより、冷却流路２５の溝構造２６を有する壁面２５ａにおける熱伝達率が高まるので、雄ロータ２（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２に対する冷却能力が向上する。すなわち、雄ロータ２（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２に対する冷却能力を簡素な構造によって高めることができる。

【0054】

また、本実施の形態においては、溝構造２６が軸方向に間隔をあけて配置された複数本の環状溝２７によって構成されている。この構成によれば、溝構造２６が簡素な構造となるので、当該溝構造２６を容易に加工することができる。

【0055】

また、本実施の形態においては、溝構造２６が吐出側端面２１ｂの位置と吐出側軸受６の取付位置との間の領域全体に亘って設けられている。この構成によれば、吐出側シャフト部２２における吐出側端面隙間の拡大に大きな影響を及ぼす領域全体に対する冷却能力を高めることができるので、吐出側シャフト部２２の熱変形による吐出側端面隙間の拡大をより効果的に低減することができる。

【0056】

［第１の実施の形態の変形例］
第１の実施の形態の変形例に係るスクリュー圧縮機について図７を用いて例示説明する。第１の実施の形態の変形例に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの冷却流路の構造及びノズルの配置を示す断面図である。なお、図７において、図１～図６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。

【0057】

図７に示す第１の実施の形態の変形例によるスクリュー圧縮機が第１の実施の形態と異なる点は、雄ロータ２Ａ（スクリューロータ）の冷却流路２５の溝構造２６Ａが異なることである。具体的には、雄ロータ２Ａの冷却流路２５の溝構造２６Ａは、雄ロータ２Ａの軸方向に延在する１本の螺旋状の溝２７Ａによって構成されている。螺旋状の溝２７Ａは、雄ロータ２Ａの回転方向（周方向）に長さ成分を有すると共に、軸方向に間隔をあけて存在する溝である。螺旋状の溝２７Ａの巻く方向は、右手巻きでも左手巻きでも任意である。

【0058】

冷却流路２５の溝構造２６Ａが螺旋状の溝２７Ａによって構成されている場合においても、第１の実施の形態と同様に、冷却流路２５の壁面２５ａにおける溝構造２６Ａの軸方向に間隔をあけて存在する螺旋状の溝２７Ａの間に位置する領域Ｗｃ（図６参照）の近傍の領域Ｄ（図６参照）を流れる冷却流体と当該領域Ｄの軸方向に隣接する溝位置の領域Ｅ（図６参照）を流れる冷却流体との間に速度差が生じる。このため、領域Ｄを流れる冷却流体の冷却流路２５の壁面２５ａに対する相対速度が増加するので、その分、領域Ｄにおける熱伝達率が溝構造２６の無い冷却流路２５Ｐの壁面２５ａの場合（図５参照）と比べて増加する。

【0059】

このように、雄ロータ２Ａの冷却流路２５における溝構造２６Ａを有する壁面２５ａと冷却流体との間の熱伝達率が増加すれば、冷却流体の温度や流量を従前と同等に設定する場合であっても、雄ロータ２Ａから冷却流体への移動熱量が増加する。その結果、雄ロータ２Ａの温度上昇が抑制されるので、雄ロータ２Ａの軸方向の熱変形量を低減することができる。このため、雄ロータ２Ａの吐出側端面２１ｂとケーシング４の内壁面４８との隙間（吐出側端面隙間）の拡大が抑制されて圧縮気体の内部漏洩量が低減するので、圧縮機の効率を向上させることができる。

【0060】

なお、本変形例においては、冷却流路２５の溝構造２６Ａを１本の螺旋状の溝２７Ａによって構成する例を示した。しかし、冷却流路２５の溝構造２６Ａを複数本の螺旋状の溝２７Ａによって構成することも可能である。

【0061】

上述した第１の実施の形態の変形例においては、第１の実施の形態と同様に、冷却流路２５の壁面２５ａに溝構造２６Ａを設けること及び静止部材のノズル１５を冷却流路２５の内部に溝構造２６Ａの少なくとも一部と重なるように配置することで、冷却流路２５の溝構造２６Ａを有する壁面２５ａにおける熱伝達率が高まるので、雄ロータ２Ａ（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２に対する冷却能力が向上する。すなわち、雄ロータ２Ａ（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２に対する冷却能力を簡素な構造によって高めることができる。

【0062】

また、本変形例においては、溝構造２６Ａが螺旋状の溝２７Ａによって構成されている。この構成によれば、溝構造２６Ａとしての螺旋状の溝２７Ａを一度の切削加工によって冷却流路２５の壁面における軸方向の広範囲に設けることができるので、第１の実施の形態の場合と比べて製造工数や製造コストを低減することが可能である。

【0063】

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係るスクリュー圧縮機について図８を用いて例示説明する。図８は本発明の第２の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの構造を示す断面図である。図８中、白抜き矢印及び太い矢印は冷却流体（潤滑油）の流れの方向を示している。なお、図８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。

【0064】

図８に示す第２の実施の形態によるスクリュー圧縮機が第１の実施の形態の変形例（図７参照）と異なる点は、雄ロータ２Ｂ（スクリューロータ）の冷却流路２５としての貫通孔の軸方向の両側の開口部に対して封止部材２８を設けていることである。封止部材２８は、冷却流路２５の内部に冷却流体以外の流体が侵入することを防止するものである。一方の封止部材２８は、例えば、ノズル１５が貫通した状態で雄ロータ２Ｂの吐出側シャフト部２２の先端部に冷却流路２５を閉塞するように取り付けられている。他方の封止部材２８は、例えば、排出パイプ２９が貫通した状態で雄ロータ２Ｂの吸込側シャフト部２３の先端部に冷却流路２５を閉塞するように取り付けられている。排出パイプ２９は、ノズル１５から冷却流路２５に供給された冷却流体を雄ロータ２Ｂの外部へ排出するものである。

【0065】

本実施の形態において、図８に示すように、ノズル１５に供給された冷却流体は、ノズル１５の先端から冷却流路２５内へ流入すると共に、ノズル１５の側孔１５ｂから冷却流路２５内へ流入する。ノズル１５の先端から冷却流路２５内へ流入した冷却流体は、ロータ歯部２１の内部及び吸込側シャフト部２３の内部を順に通過する。ノズル１５の側孔１５ｂから冷却流路２５内へ流入した冷却流体は、冷却流路２５の吐出側シャフト部２２側の開口が封止部材２８によって閉塞されているので、ロータ歯部２１側のみに向かって冷却流路２５の壁面２５ａとノズル１５の外周面１５ａとの隙間（環状流路）を流れる。

【0066】

ところで、前述した第１の実施の形態の変形例（図７参照）においては、雄ロータ２Ａの冷却流路２５の軸方向の両側が開口している。このため、冷却流路２５の開口部から内部に外気等の気体が侵入することが懸念される。冷却流路２５の内部に気体が侵入すると、相対的に密度の大きな冷却流体が遠心力によって雄ロータ２Ａの径方向外側の冷却流路２５の壁面２５ａ側に移動する。一方、相対的に密度の小さな気体は雄ロータ２Ａの径方向内側のノズル１５の外周面１５ａ側に移動して層を形成してしまうことがある。ノズル１５の外周面１５ａに気体の層が形成されると、ノズル１５の外周面１５ａと冷却流体との接触面積が減少するので、静止部材のノズル１５と冷却流体との間に生じるせん断力が小さくなる。その結果、前述した冷却流体の冷却流路２５の壁面２５ａに対する相対速度の増加効果が低減してしまう。

【0067】

それに対して、本実施の形態においては、冷却流路２５の開口部に封止部材２８を設けることで冷却流路２５の内部への気体の侵入が阻止される。これにより、ノズル１５から冷却流路２５に供給された冷却流体によって冷却流路２５の内部が満たされるので、ノズル１５の外周面１５ａと冷却流体との接触面積の減少が回避される。したがって、静止部材のノズル１５の冷却流路２５内への配置による、冷却流体の冷却流路２５の壁面２５ａに対する相対速度の増加効果を確実に得ることができる。

【0068】

上述した第２の実施の形態においては、第１の実施の形態の変形例と同様に、冷却流路２５の壁面２５ａに溝構造２６Ａを設けること及び静止部材のノズル１５を冷却流路２５の内部に溝構造２６Ａの少なくとも一部と重なるように配置することで、冷却流路２５の溝構造２６Ａを有する壁面２５ａにおける熱伝達率が高まるので、雄ロータ２Ｂ（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２に対する冷却能力が向上する。すなわち、雄ロータ２Ｂ（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２に対する冷却能力を簡素な構造によって高めることができる。

【0069】

また、本実施の形態においては、冷却流路２５が雄ロータ２Ｂ（スクリューロータ）を軸方向に貫通する貫通孔によって構成されており、冷却流路２５の軸方向の開口部に冷却流体以外の流体の冷却流路２５への侵入を防止する封止部材２８が設けられている。

【0070】

この構成によれば、封止部材２８によって冷却流路２５の内部に冷却流体以外の流体の侵入を阻止することができるので、侵入した流体に起因するノズル１５の外周面１５ａと冷却流体との接触面積の減少を回避することができる。このため、冷却流路２５の壁面２５ａに対する冷却流体の相対速度の増加効果を確実に得ることができるので、冷却流路２５の溝構造２６Ａを有する壁面２５ａにおける熱伝達率が高まり、雄ロータ２Ｂ（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２に対する冷却能力が向上する。

【0071】

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態に係るスクリュー圧縮機について図９を用いて例示説明する。図９は本発明の第３の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの構造を示す断面図である。図９中、白抜き矢印及び太い矢印は冷却流体（潤滑油）の流れの方向を示している。なお、図９において、図１～図８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。

【0072】

図９に示す第３の実施の形態によるスクリュー圧縮機が第１の実施の形態の変形例（図７参照）と異なる点は、雄ロータ２Ｃ（スクリューロータ）の冷却流路２５Ｃが貫通孔でなく一方側が開口する有底の穴によって構成されていることである。冷却流路２５Ｃは、例えば、雄ロータ２Ｃの吐出側シャフト部２２の先端からロータ歯部２１の吐出側端面２１ｂの位置まで延在するように形成されており、吐出側シャフト部２２の先端側に開口部を有すると共に吐出側端面２１ｂの位置に底部２５ｂを有している。つまり、雄ロータ２Ｃは、吐出側シャフト部２２が中空のシャフト部として構成されている一方、吸込側シャフト部２３が中実なシャフト部として構成されている。冷却流路２５Ｃの壁面２５ａに対する溝構造２６Ａは、第１の実施の形態の変形例と同様に、ロータ歯部２１の吐出側端面２１ｂの位置と吐出側軸受６の取位置との間の領域に亘って設けられた螺旋状の溝２７Ａによって構成されている。

【0073】

本実施の形態においては、図９に示すように、ノズル１５の先端から冷却流路２５Ｃ内へ流入した冷却流体は、冷却流路２５Ｃの底部２５ｂによって転向し、冷却流路２５Ｃの壁面２５ａとノズル１５の外周面１５ａとの隙間（環状流路）を吐出側シャフト部２２の先端側の開口部に向かって流れるようになる。また、ノズル１５の側孔１５ｂから冷却流路２５Ｃ内へ流入した冷却流体は、冷却流路２５Ｃの底部２５ｂで転向した冷却流体と共に、冷却流路２５Ｃの壁面２５ａとノズル１５の外周面１５ａとの隙間（環状流路）を吐出側シャフト部２２の先端側の開口部に向かって流れる。ノズル１５から冷却流路２５Ｃ内へ流入した冷却流体は、冷却流路２５Ｃの開口部から排出される。このとき、冷却流路２５Ｃを流れる冷却流体は冷却流路２５Ｃに滞留する気体を冷却流路２５Ｃの開口部に押し出して排出するので、冷却流路２５Ｃ内が冷却流体によって満たされた状態になる。

【0074】

このように、雄ロータ２Ｃの冷却流路２５Ｃを一方側が開口する有底の穴によって構成することで、外気の冷却流路２５Ｃへの侵入を阻止することができる。したがって、第２の実施の形態と同様に、冷却流路２５Ｃに侵入した気体がノズル１５の外周面１５ａに層を形成することでノズル１５の外周面１５ａと冷却流体との接触面積が減少することを防ぐことができる。すなわち、第２の実施の形態の封止部材２８を用いることなく、第２の実施の形態の場合と同様に、外気の冷却流路２５Ｃへの侵入を阻止することができる。

【0075】

上述した第３の実施の形態においては、第１の実施の形態の変形例と同様に、冷却流路２５Ｃの壁面２５ａに溝構造２６Ａを設けること及び静止部材のノズル１５を冷却流路２５Ｃの内部に溝構造２６Ａの少なくとも一部と重なるように配置することで、冷却流路２５Ｃの溝構造２６Ａを有する壁面２５ａにおける熱伝達率が高まるので、雄ロータ２Ｃ（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２に対する冷却能力が向上する。すなわち、雄ロータ２Ｃ（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２に対する冷却能力を簡素な構造によって高めることができる。

【0076】

また、本実施の形態においては、冷却流路２５Ｃが吐出側シャフト部２２の先端側が開口する有底の穴によって構成されている。この構成によれば、冷却流路２５Ｃに供給された冷却流体が冷却流路２５Ｃの底部２５ｂで転向して冷却流路２５Ｃの開口部から流出するので、第２の実施の形態のような封止部材２８を用いることなく、冷却流体以外の流体の冷却流路２５Ｃへの侵入を阻止することができる。したがって、第２の実施の形態と比べて、部品点数を低減することが可能であると共に、製造工数及び製造コストの低減を図ることができる。

【0077】

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態に係るスクリュー圧縮機について図１０を用いて例示説明する。図１０は本発明の第４の実施の形態に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの構造を示す断面図である。図１０中、白抜き矢印及び太い矢印は冷却流体（潤滑油）の流れの方向を示している。なお、図１０において、図１～図９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。

【0078】

図１０に示す第４の実施の形態によるスクリュー圧縮機が第１の実施の形態の変形例（図７参照）と異なる点は、雄ロータ２Ｄ（スクリューロータ）のロータ歯部２１と吐出側シャフト部２２Ｄとが一体の一部材ではなく分離した別部材によって構成されていることである。具体的には、雄ロータ２Ｄは、一体に形成された一部材としてのロータ歯部２１及び吸込側シャフト部２３と、ロータ歯部２１及び吸込側シャフト部２３とは別部材である一部材の吐出側シャフト部２２Ｄとで構成されている。吐出側シャフト部２２Ｄは、その基端側の部分がロータ歯部２１の吐出側端面２１ｂ側の部分に対して接合されている。ロータ歯部２１と吐出側シャフト部２２Ｄは、例えば、摩擦圧接または溶接によって繋ぎ合わされている。溝構造２６Ａは、吐出側シャフト部２２Ｄの冷却流路２５における接合側（図１０中、左側）の端部の位置から吐出側軸受の取付位置までの領域に亘って形成されている。

【0079】

本実施の形態の雄ロータ２Ｄにおいては、吐出側シャフト部２２Ｄをロータ歯部２１に接合する前段階で、吐出側シャフト部２２Ｄの冷却流路２５の壁面２５ａに対して溝構造２６Ａを加工することが可能となる。このため、溝構造２６Ａを加工するための加工装置を冷却流路２５における吐出側シャフト部２２Ｄの接合側の開口部から挿入することが可能となる。この加工方法は、吐出側シャフト部の先端側の開口部から加工装置を挿入する場合に比べて、加工装置の挿入が容易になるので、溝構造２６Ａの加工時間の短縮につながる。

【0080】

上述した第４の実施の形態においては、第１の実施の形態の変形例と同様に、冷却流路２５の壁面２５ａに溝構造２６Ａを設けること及び静止部材のノズル１５を冷却流路２５の内部に溝構造２６Ａの少なくとも一部と重なるように配置することで、冷却流路２５の溝構造２６Ａを有する壁面２５ａにおける熱伝達率が高まるので、雄ロータ２Ｄ（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２Ｄに対する冷却能力が向上する。すなわち、雄ロータ２Ｄ（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２Ｄに対する冷却能力を簡素な構造によって高めることができる。

【0081】

また、本実施の形態においては、吐出側シャフト部２２Ｄがロータ歯部２１とは別部材として構成されており、冷却流路２５が吐出側シャフト部２２Ｄを貫通している。この構成によれば、吐出側シャフト部２２Ｄをロータ歯部２１に接合する前に、吐出側シャフト部２２Ｄの冷却流路２５の壁面２５ａに対して溝構造２６Ａを加工することが可能となる。これにより、ロータ歯部２１と吐出側シャフト部２２とが一体の一部材として構成されている場合と比べて、溝構造２６Ａを加工する加工装置に対する吐出側シャフト部２２Ｄの配置や加工装置の冷却流路２５内への挿入が容易となるので、溝構造２６Ａの加工がしやすくなる。

【0082】

［第４の実施の形態の変形例］
第４の実施の形態の変形例に係るスクリュー圧縮機について例示説明する。まず、第４の実施の形態の変形例に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの構造について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は本発明の第４の実施の形態の変形例に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの構造を示す模式図である。図１２は図１１に示すスクリューロータにおけるロータ歯部の凹部と吐出側シャフト部の寸法関係を示す模式図である。なお、図１１及び図１２において、図１～図１０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。

【0083】

図１１に示す第４の実施の形態の変形例によるスクリュー圧縮機が第４の実施の形態（図１０参照）と異なる点は、雄ロータ２Ｅの冷却流路２５Ｅが吐出側シャフト部２２Ｄのみに設けられていること及びロータ歯部２１Ｅにおける吐出側シャフト部２２Ｄと接合する部分（吐出側端面２１ｂの位置）に凹部２１ｆを設けていることである。

【0084】

具体的には、雄ロータ２Ｅは、一体に形成された一部材としてのロータ歯部２１Ｅ及び吸込側シャフト部２３と、一部材としての吐出側シャフト部２２Ｄとで構成されている。吐出側シャフト部２２Ｄには、冷却流路２５Ｅとして、軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。ロータ歯部２１Ｅ及び吸込側シャフト部２３の一部材は、冷却流路の無い構成である。すなわち、冷却流路２５Ｅは、吐出側シャフト部２２Ｄのみに存在している。ロータ歯部２１Ｅにおける吐出側シャフト部２２Ｄとの接合部分側の端面（吐出側端面２１ｂの位置）には、凹部２１ｆが設けられている。ロータ歯部２１Ｅの凹部２１ｆの径Ｄｌは、図１２に示すように、吐出側シャフト部２２Ｄの外径ｄｓよりも小さく、且つ、吐出側シャフト部２２Ｄの冷却流路２５Ｅ（貫通孔）の径ｄｐよりも大きくなるように設定されている。ロータ歯部２１Ｅの吐出側端面２１ｂ側の部分と吐出側シャフト部２２Ｄの基端側（図１１中、左側）の端面は、摩擦圧接によって接合される。

【0085】

次に、第４の実施の形態の変形例に係るスクリュー圧縮機におけるスクリューロータの作用効果を比較例のスクリューロータと比較しつつ図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は第４の実施の形態の変形例に係るスクリュー圧縮機のスクリューロータに対する比較例のスクリューロータにおける吐出側シャフト部の接合後の状態を示す説明図である。図１４は第４の実施の形態の変形例に係るスクリュー圧縮機の作用効果を示す説明図である。なお、図１３及び図１４において、図１～図１２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。

【0086】

摩擦圧接は、母材同士を高速で擦り合わせることで発生する摩擦熱によって母材を軟化させ更に圧力を加えることで、両者を塑性変形させて固相状態で接合させるものである。摩擦圧接では、両者の接合面から酸化皮膜などの接合の阻害要因となっている材料がバリとして外部へ押し出される。

【0087】

比較例のスクリューロータ１０２は、ロータ歯部１２１における凹部の無い平面状の吐出側端面１２１ｂに対して、冷却流路１２５を有する吐出側シャフト部１２２を摩擦圧接によって接合する構成である。すなわち、比較例のロータ歯部１２１の接合面は平坦面である一方、冷却流路１２５を有する吐出側シャフト部１２２の接合面は環状の平坦面となっている。このため、ロータ歯部１２１と吐出側シャフト部１２２とを摩擦圧接によって接合すると、吐出側シャフト部１２２の外周面及び冷却流路１２５の壁面１２５ａの付近にバリＢが生じる。冷却流路１２５の壁面１２５ａの付近に生じたバリＢが冷却流路１２５の壁面１２５ａを覆うことで、冷却流路１２５の壁面１２５ａと冷却流体との伝熱面積が減少する懸念がある。

【0088】

それに対して、本実施の形態においては、図１２に示すように、ロータ歯部２１Ｅの吐出側端面２１ｂにおける接合部分に凹部２１ｆを設け、凹部２１ｆの径Ｄｌを吐出側シャフト部２２Ｄの外径ｄｓよりも小さく且つ吐出側シャフト部２２Ｄの冷却流路２５Ｅの径ｄｐよりも大きくなるように設定している。これにより、ロータ歯部２１Ｅと吐出側シャフト部２２Ｄとの摩擦圧接の際にロータ歯部２１Ｅと吐出側シャフト部２２Ｄの接合面２１ｊ、２２ｊから押し出されるバリＢは、吐出側シャフト部２２Ｄの冷却流路２５Ｅ側ではなく、ロータ歯部２１Ｅの凹部２１ｆ側に生じるようになる。このため、冷却流路２５Ｅにおける溝構造２６Ａを有する壁面２５ａをバリＢが覆うことで冷却流路２５Ｅの壁面２５ａと冷却流体との伝熱面積が減少することを防止することができる。

【0089】

上述した第４の実施の形態の変形例においては、第４の実施の形態と同様に、冷却流路２５Ｅの壁面２５ａに溝構造２６Ａを設けること及び静止部材のノズル１５を冷却流路２５Ｅの内部に溝構造２６Ａの少なくとも一部と重なるように配置することで、冷却流路２５Ｅの溝構造２６Ａを有する壁面２５ａにおける熱伝達率が高まるので、雄ロータ２Ｅ（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２Ｄに対する冷却能力が向上する。すなわち、雄ロータ２Ｅ（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２Ｄに対する冷却能力を簡素な構造によって高めることができる。

【0090】

また、本変形例においては、ロータ歯部２１Ｅが吐出側シャフト部２２Ｄと接合する部分に凹部２１ｆを有している。凹部２１ｆの径は、吐出側シャフト部２２Ｄの外径よりも小さく且つ冷却流路２５Ｅの径よりも大きくなるように設定されている。

【0091】

この構成によれば、ロータ歯部２１Ｅと吐出側シャフト部２２Ｄとを摩擦圧接によって接合するときに接合面２１ｊ、２２ｊから押し出されるバリＢが冷却流路２５Ｅの内部でなくロータ歯部２１Ｅの凹部２１ｆに生じるようになるので、摩擦圧接により生じたバリＢによって冷却流路２５Ｅの壁面２５ａが覆われることを防止することができる。したがって、雄ロータ２Ｅ（スクリューロータ）の吐出側シャフト部２２Ｄに対する冷却能力が摩擦圧接によって損なわれることを防止することができる。

【0092】

［その他の実施の形態］
なお、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、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、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。

【0093】

上述した第１～第４の実施の形態及びその変形例においては、無給油式のスクリュー圧縮機１を例に挙げて説明したが、油や水などの液体を作動室Ｃに供給する給液式のスクリュー圧縮機にも本発明を適用することができる。

【0094】

また、上述した実施の形態においては、一対のスクリューロータ（雄ロータ及び雌ロータ３）を備えるツインスクリュー式のスクリュー圧縮機１を例に挙げて説明した。しかし、３つ以上のスクリューロータを備えるマルチスクリュー式のスクリュー圧縮機にも本発明を適用することができる。また、１つのスクリューロータと一対のゲートロータとを備えるシングルスクリュー式のスクリュー圧縮機にも本発明を適用する
また、上述した実施の形態においては、雄ロータ２の冷却流路２５、２５Ｃ、２５Ｅの壁面２５ａのみに溝構造２６、２６Ａを設けた構成の例を示した。しかし、雌ロータ３の冷却流路３５の壁面３５ａのみに溝構造を設ける構成や雄ロータ２の冷却流路２５、２５Ｃ、２５Ｅの壁面２５ａ及び雌ロータ３の冷却流路３５の壁面３５ａの両方に溝構造を設ける構成も可能である。

【0095】

また、上述した実施の形態においては、雄ロータ２の冷却流路２５の壁面２５ａにおける吐出側端面２１ｂの位置と吐出側軸受６の取付位置との間の領域の全体に亘って溝構造２６、２６Ａを設けた構成の例を示した。しかし、冷却流路２５の壁面２５ａにおける吐出側端面２１ｂの位置と吐出側軸受６の取付位置との間の領域の一部分に溝構造を設ける構成も可能である。また、冷却流路２５の壁面２５ａにおける吐出側端面２１ｂの位置と吐出側軸受６の取付位置との間の領域を超えて溝構造を設ける構成も可能である。

【符号の説明】

【0096】

１…スクリュー圧縮機、 ２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ…雄ロータ（スクリューロータ）、 ３…雌ロータ（スクリューロータ）、 ６、７…吐出側軸受、 １５…ノズル、 ２１、２１Ｅ…ロータ歯部、 ２１ａ…ローブ、 ２１ｂ…吐出側端面、 ２１ｆ…凹部、 ２２、２２Ｄ…吐出側シャフト部、 ２５、２５Ｃ、２５Ｅ…冷却流路、 ２５ａ…壁面、 ２６、２６Ａ…溝構造、 ２７…環状溝、 ２７Ａ…螺旋状の溝、 ２８…封止部材、 ３１…ロータ歯部、 ３１ａ…ローブ、 ３２…吐出側シャフト部、 ３５…冷却流路、 ３５ａ…壁面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】