特許 7403493 多段スクリュー圧縮機

(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】

(24)【登録日】2023-12-14

(45)【発行日】2023-12-22

(54)【発明の名称】多段スクリュー圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/16 20060101AFI20231215BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20231215BHJP

【ＦＩ】

F04C18/16 C

F04C29/00 D

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021048480

(22)【出願日】2021-03-23

(65)【公開番号】P2022147299

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-05-11

(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】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】土屋 豪

(72)【発明者】

【氏名】千葉 紘太郎

(72)【発明者】

【氏名】矢部 利明

(72)【発明者】

【氏名】頼金 茂幸

【審査官】大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１３９４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１４４０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５２－１４２２１７（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｃ １８／１６

Ｆ０４Ｃ ２９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体を順に圧縮する複数段の圧縮機本体を備え、
前記複数段の圧縮機本体の各段は、互いに噛み合った状態でケーシング内に回転可能に収容された一対のスクリューロータを有し、
前記一対のスクリューロータは、軸方向の一方端及び他方端にそれぞれ吸込側端面及び吐出側端面を有すると共に前記吸込側端面から前記吐出側端面まで延在する捩じれた歯を有するロータ歯部を含み、
前記複数段の圧縮機本体のうちの最上流に位置する初段の圧縮機本体を除く少なくとも１つの或る段の圧縮機本体における前記一対のスクリューロータは、前記ロータ歯部の前記歯の捩れを１回転させたと仮定したときに前記軸方向に進む長さを示すリードが前記ロータ歯部の前記軸方向の吸込側から吐出側に向かって大きくなるよう構成されている
多段スクリュー圧縮機。

【請求項2】

請求項１に記載の多段スクリュー圧縮機であって、
最下流に位置する最終段の圧縮機本体における前記一対のスクリューロータは、前記リードが前記ロータ歯部の前記軸方向の吸込側から吐出側に向かって大きくなるよう構成されている
多段スクリュー圧縮機。

【請求項3】

請求項１に記載の多段スクリュー圧縮機であって、
前記複数段の圧縮機本体のうちの前記初段の圧縮機本体を除く各段の圧縮機本体における前記一対のスクリューロータは、前記リードが前記ロータ歯部の前記軸方向の吸込側から吐出側に向かって大きくなるよう構成されている
多段スクリュー圧縮機。

【請求項4】

請求項１に記載の多段スクリュー圧縮機であって、
前記少なくとも１つの或る段の圧縮機本体における前記一対のスクリューロータは、前記リードが前記ロータ歯部の前記軸方向の全長に亘って変化する
多段スクリュー圧縮機。

【請求項5】

請求項１に記載の多段スクリュー圧縮機であって、
前記少なくとも１つの或る段の圧縮機本体における前記一対のスクリューロータは、前記ロータ歯部の前記軸方向の全長のうち、前記吐出側端面を含む前記軸方向の吐出側に偏った部分において前記リードが変化する一方、前記軸方向の残りの吸込側の部分において前記リードが同一である
多段スクリュー圧縮機。

【請求項6】

請求項１に記載の多段スクリュー圧縮機であって、
前記少なくとも１つの或る段の圧縮機本体は、圧力比が４．５以下である
多段スクリュー圧縮機。

【請求項7】

請求項６に記載の多段スクリュー圧縮機であって、
前記少なくとも１つの或る段の圧縮機本体における前記一対のスクリューロータは、前記吸込側端面におけるリードに対する前記吐出側端面におけるリードの比が１．５以下である
多段スクリュー圧縮機。

【請求項8】

請求項１に記載の多段スクリュー圧縮機であって、
前記少なくとも１つの或る段の圧縮機本体における前記一対のスクリューロータでは、以下の式において全巻角を１９０度から３１０度までの範囲のいずれかの値としたときに得られるリード角が前記吸込側端面におけるリード角として設定されている

【数1】

多段スクリュー圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の段階に分けて気体を圧縮する多段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、空気圧縮機や冷凍空調用圧縮機として広く普及しており、近年、省エネ化が強く求められている。そのため、スクリュー圧縮機は、高いエネルギ効率や大風量（高性能）であることが益々重要になっている。

【0003】

スクリュー圧縮機は、互いに噛合いながら回転する雌雄一対のスクリューロータと、両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。両スクリューロータは、それぞれ螺旋状の歯（歯溝）を有している。この圧縮機は、両スクリューロータの歯溝とそれら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両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。

【0004】

スクリュー圧縮機では、回転するスクリューロータがケーシングに接触しないように、両者間に微小な隙間が設けられている。例えば、各スクリューロータの歯先とケーシング内の内周面との間に隙間（以下、外径隙間と称することがある）が設けられている。そのため、外径隙間を介して、相対的に圧力が高い作動室から相対的に圧力の低い作動室へ圧縮気体が漏出してしまう。圧縮気体が漏出すると、その分、費やされた圧縮動力が無駄となったり、再圧縮の動力を要したりするので、圧縮機効率が低下する。

【0005】

そのため、圧縮機の軸方向の吐出側領域における隣接する作動室間の外径隙間を介した圧縮気体の漏出を低減することが求められている。外径隙間を介した吐出側領域の圧縮気体の漏出を低減する技術として、例えば、特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載のスクリュー圧縮機では、吸込み空気量に対する漏洩空気量の比を低減すると共に両スクリューロータの接触によるかじりを防止するために、雌ロータに設けられた複数の歯の歯厚を吸入ポート側に対して吐出ポート側が厚肉となるよう形成している。雌ロータの歯の歯厚を吐出ポート側（雌ロータの軸方向における吐出側端部）で厚肉にすると、その分、雌ロータの吐出ポート側における隣接する作動室間の境界の幅（距離）が大きくなる。このため、雌ロータの吐出ポート側における作動室間の外径隙間を介した圧縮気体の漏出を抑制することが可能となる。なお、ここでの「歯厚」とは、スクリューロータの軸方向に垂直な断面の歯形における歯の厚みである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００４－１４４０３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

また、スクリュー圧縮機の高性能化の１つの手法として、圧縮機の多段化が挙げられる。特に、近年の空気圧縮機の分野では、吐出圧力の高圧化の要求が増えているので、スクリュー圧縮機の多段化による対応が考えられる。多段スクリュー圧縮機は、低圧段の圧縮機によって圧縮された気体を高圧段の圧縮機が吸い込んで更に圧縮することで気体を昇圧させるものであり、単段スクリュー圧縮機よりも気体を高効率で圧縮することができる。多段スクリュー圧縮機では、圧力損失が無く且つ各段の吸気温度が同じになる理想的な条件下において、当該圧縮機全体の駆動動力を最小にする各段の圧力比が存在する。各段の圧力比をこのように設定すると、各段における吐出圧力と吸込圧力との差圧（以下、各段の運転差圧と称することがある）は、高圧段の圧縮機の方が低圧段の圧縮機よりも大きくなる。

【0008】

前述したように、各段の圧縮機の運転差圧が大きくなると、その分、吐出ポート側（スクリューロータの軸方向における吐出側端部）において隣接する作動室間の外径隙間を介した圧縮気体の漏出が増大することになる。特に、高圧段の圧縮機では、運転差圧が低圧段の圧縮機よりも大きいので、外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏出による効率の低下が懸念される。

【0009】

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、その目的は、スクリューロータの歯先とケーシングの内周面との隙間（外径隙間）を介した作動室間の圧縮気体の漏出による効率低下を抑制することができる多段スクリュー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】

【0010】

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、気体を順に圧縮する複数段の圧縮機本体を備え、前記複数段の圧縮機本体の各段は、互いに噛み合った状態でケーシング内に回転可能に収容された一対のスクリューロータを有し、前記一対のスクリューロータは、軸方向の一方端及び他方端にそれぞれ吸込側端面及び吐出側端面を有すると共に前記吸込側端面から前記吐出側端面まで延在する捩じれた歯を有するロータ歯部を含み、前記複数段の圧縮機本体のうちの最上流に位置する初段の圧縮機本体を除く少なくとも１つの或る段の圧縮機本体における前記一対のスクリューロータは、前記ロータ歯部の前記歯の捩れを１回転させたと仮定したときに前記軸方向に進む長さを示すリードが前記ロータ歯部の前記軸方向の吸込側から吐出側に向かって大きくなるよう構成されている

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、初段の圧縮機本体を除く少なくとも１つの或る段の圧縮機本体の一対のスクリューロータにおけるリードを軸方向の吸込側から吐出側に向かって大きくすることで、ロータ歯部の歯先厚さ（歯先の延伸方向に対して垂直な断面の歯先の厚み）が吐出側で厚くなると共に、ロータ歯部の歯先の捩じれ方向に延びるシール線の長さが短くなる。これにより、一対のスクリューロータの歯先とケーシングの内周面との隙間（外径隙間）を介した作動室間の圧縮気体の漏出による効率低下を抑制することができる。
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】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施の形態としての二段スクリュー圧縮機を模式的に示す断面図である。

【図2】図１に示す本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の一部を構成する後段圧縮機本体の構造を示す縦断面図である。

【図3】図２に示す本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体をIII－III矢視から見た断面図である。

【図4】スクリューロータにおけるリード角とリードの関係を示す説明図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体に対する比較例としてのスクリュー圧縮機の構造を示す断面図である。

【図6】本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体の構造的な特徴の効果を説明する図である。

【図7】本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体の比較例に対する雌ロータの歯厚の関係を示す特性図である。

【図8】本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体の比較例に対する雌ロータの歯先シール線の長さの関係を示す特性図である。

【図9】スクリューロータにおけるリード角とリードとロータ歯部長と全巻角との関係を示す説明図である。

【図10】本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体における段圧力比と吐出開口面積との関係を示す特性図である。

【図11】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る二段スクリュー圧縮機の一部を構成する後段圧縮機本体の構造を示す断面図である。

【図12】本発明の第２の実施の形態としての三段スクリュー圧縮機を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明による多段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。
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の構成について図１を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態としての二段スクリュー圧縮機を模式的に示す断面図である。

【0014】

図１において、本実施の形態は本発明の多段スクリュー圧縮機を二段スクリュー圧縮機に適用した例である。二段スクリュー圧縮機は、吸い込んだ気体を圧縮して吐出する前段圧縮機本体１と、前段圧縮機本体１から吐出された圧縮気体を更に圧縮して吐出する高圧段側の後段圧縮機本体２とを備えている。前段圧縮機本体１は、気体を順に圧縮する複数段の圧縮機本体のうち、最上流に位置する初段の圧縮機本体である。後段圧縮機本体２は、複数段の圧縮機本体のうち、最下流に位置する最終段の圧縮機本体である。前段圧縮機本体１の吐出側と後段圧縮機本体２の吸込側は、接続流路１０を介して接続されている。なお、二段スクリュー圧縮機では、接続流路１０にインタークーラ（図示せず）などの冷却手段を設ける構成が可能である。前段圧縮機本体１から吐出された圧縮気体を冷却手段により冷却してから後段圧縮機本体２に圧縮させることで、後段圧縮機本体２の圧縮効率が向上する。

【0015】

次に、第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機における前段圧縮機本体及び後段圧縮機本体の共通の構成及び構造を図２及び図３を用いて説明する。図２は図１に示す本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の一部を構成する後段圧縮機本体の構造を示す縦断面図である。図３は図２に示す本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体をIII－III矢視から見た断面図である。ここでは、後段圧縮機本体の構成及び構造を説明することで、後段圧縮機本体と同様な前段圧縮機の構成及び構造の説明を省略する。図２及び図３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。

【0016】

図２及び図３において、後段圧縮機本体２は、互いに噛み合い回転する一対のスクリューロータとしての雄ロータ２０及び雌ロータ３０と、雄ロータ２０及び雌ロータ３０を噛み合った状態で回転可能に収容するケーシング４０とを備えている。雄ロータ２０及び雌ロータ３０は、互いの回転中心Ａ１、Ａ２が平行となるように配置されている。雄ロータ２０は、その軸方向（図２及び図３中、左右方向）の両側がそれぞれ吸込側軸受６１と吐出側軸受６２、６３とにより回転自在に支持されている。雌ロータ３０は、その軸方向の両側がそれぞれ吸込側軸受６５と吐出側軸受６６、６７とにより回転自在に支持されている。

【0017】

雄ロータ２０は、螺旋状の捩じれた雄歯２１ａ（ローブ）を有するロータ歯部２１と、ロータ歯部２１の軸方向の両側端部にそれぞれ設けられた吸込側のシャフト部２２及び吐出側のシャフト部２３とで構成されている。ロータ歯部２１は、軸方向の一方端（図２及び図３中、左端）及び他方端（図２及び図３中、右端）にそれぞれ、軸方向（回転中心Ａ１）に垂直な吸込側端面２１ｂ及び吐出側端面２１ｃを有している。ロータ歯部２１では、雄歯２１ａが吸込側端面２１ｂから吐出側端面２１ｃまで延在しており、雄歯２１ａ間に歯溝が形成されている。吸込側のシャフト部２２は、例えば、ケーシング４０の外側に延出しており、回転駆動源（図示せず）に接続されている。雄ロータ２０は、雄歯２１ａの捩じれ具合に特徴を有している。雄ロータ２０の当該特徴の詳細は後述する。

【0018】

雌ロータ３０は、螺旋状の捩じれた雌歯３１ａを有するロータ歯部３１と、ロータ歯部３１の軸方向の両側端部にそれぞれ設けられた吸込側のシャフト部３２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、軸方向一端（図３中、左端）及び他方端（図３中、右端）にそれぞれ、軸方向（回転中心Ａ２）に垂直な吸込側端面３１ｂ及び吐出側端面３１ｃを有している。ロータ歯部３１では、雌歯３１ａが吸込側端面３１ｂから吐出側端面３１ｃまで延在しており、雌歯３１ａ間に歯溝が形成されている。雄ロータ２０に噛み合う雌ロータ３０も、雌歯３１ａの捩じれ具合に特徴を有している。雄ロータ２０の当該特徴の詳細も雄ロータ２０の当該特徴と共に後述する。

【0019】

ケーシング４０は、メインケーシング４１と、メインケーシング４１の吐出側（図２及び図３中、右側）に取り付けられた吐出側ケーシング４２とを備えている。ケーシング４０の内部には、雄ロータ２０のロータ歯部２１および雌ロータ３０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としてのボア４５が形成されている。ボア４５は、メインケーシング４１に形成された一部重複する２つの円筒状空間の軸方向一方側（図２及び図３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構成されている。ボア４５を形成する内壁面は、雄ロータ２０のロータ歯部２１の径方向外側を覆う略円筒状の第１内周面４６と、雌ロータ３０のロータ歯部３１の径方向外側を覆う略円筒状の第２内周面４７と、雄雌両ロータ２０、３０のロータ歯部２１、３１の吸込側端面２１ｂ、３１ｂに対向する軸方向一方側（図２及び図３中、左側）の吸込側内壁面４８と、雄雌両ロータ２０、３０のロータ歯部２１、３１の吐出側端面２１ｃ、３１ｃに対向する軸方向他方側（図２及び図３中、右側）の吐出側内壁面４９とで構成されている。雄雌両ロータ２０、３０のロータ歯部２１、３１とそれを取り囲むケーシング４０の内壁面（ボア４５の第１内周面４６、第２内周面４７、吸込側内壁面４８、吐出側内壁面４９）とによって複数の作動室Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４が形成される。

【0020】

メインケーシング４１の吸込側端部には、雄ロータ２０側の吸込側軸受６１及び雌ロータ３０側の吸込側軸受６５が配設されている。吐出側ケーシング４２には、雄ロータ２０側の吐出側軸受６２、６３及び雌ロータ３０側の吐出側軸受６６、６７が配設されている。

【0021】

ケーシング４０には、図１及び図２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が設けられている。吸込流路５１は、ケーシング４０の外部とボア４５（作動室）とを連通させるものである。また、ケーシング４０には、作動室からケーシング４０外へ圧縮気体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、ボア４５（作動室）とケーシング４０の外部とを連通させるものである。吐出流路５２は、ケーシング４０の吐出側内壁面４９に形成された吐出ポート５２ａを有している。

【0022】

図１に示す前段圧縮機本体１は、図２及び図３に示す後段圧縮機本体２と同様な構成及び構造を有している。ただし、前段圧縮機本体１は、雄ロータ２０Ｘの雄歯及び雌ロータ（図示せず）の雌歯の捩じれ具合が後段圧縮機本体２の雄ロータ２０の雄歯２１ａ及び雌ロータ３０の雌歯３１ａの捩じれ具合と異なっている。後段圧縮機本体２と前段圧縮機本体１の構造上の差異がある部分には、前段圧縮機本体１側の部分に符号Ｘを付すことで区別することにする。

【0023】

このような構成の二段スクリュー圧縮機においては、図１に示す前段圧縮機本体１及び後段圧縮機本体２の雄ロータ２０、２０Ｘが図示しない駆動源により駆動されると、雄ロータ２０、２０Ｘに噛み合っている雌ロータ３０（図３参照）も共に回転する。これにより、雄雌両ロータ２０、２０Ｘ、３０の回転に伴って作動室の容積が増加することで外部から吸込流路５１を介して気体を吸い込み、作動室の容積が順次Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４にように縮小していくことで気体を圧縮する。前段圧縮機本体１は、吸込流路５１を介して吸い込んだ気体を所定の中間圧力まで圧縮し、最終的に、吐出流路５２を介して接続流路１０へ吐出する。後段圧縮機本体２は、前段圧縮機本体１から接続流路１０へ吐出された圧縮気体を吸込流路５１を介して吸い込み、更に圧縮することで所定の圧力まで昇圧する。このように、二段スクリュー圧縮機では、前段圧縮機本体１と後段圧縮機本体２の２段階に分けて圧縮することで所定の吐出圧力まで昇圧する。

【0024】

ところで、二段スクリュー圧縮機を含む多段スクリュー圧縮機においては、当該圧縮機を駆動する動力を最小にすることができる各段の圧力比が存在する。各段の圧縮機本体の損失や接続流路１０における圧力損失を無視することができ、かつ、接続流路１０を流れる圧縮気体の冷却により後段圧縮機本体２の吸込温度が前段側圧縮機本体１の吸込温度に同じになるような理想的な圧縮行程を想定したとき、多段スクリュー圧縮機全体の動力を最小にする各段の圧縮機本体の圧力比は式（１）から求められることが知られている。

【0025】

【数1】

【0026】

ここで、ｒは多段スクリュー圧縮機の各段を、Ｎは多段スクリュー圧縮機の総段数を示している。また、Ｐ_ｓは吸込圧力を、Ｐ_ｄは吐出圧力を示している。

【0027】

二段スクリュー圧縮機の用途としての空気用圧縮機や冷凍空調用圧縮機では、運転条件としての吸込圧力及び吐出圧力が常に一定に保たれる場合は少なく、様々な圧力状態での運転に対応することが必要である。空気圧縮機の分野では、近年、吐出圧力の高圧化の要求が増えている。二段スクリュー圧縮機の低圧段側である前段圧縮機本体１及び高圧段側である後段圧縮機本体２における運転圧力比及び運転差圧を式（１）に基づき吐出圧力をパラメータとして纏めると、表１に示すとおりである。なお、表１中、Ｐｉは接続流路１０における圧力を示している。

【0028】

【表1】

【0029】

二段スクリュー圧縮機では、当該圧縮機の動力を最小にする前段圧縮機本体１及び後段圧縮機本体２の圧力比（表１中、左側から３列目及び５列目を参照）が式（１）からパラメータの吐出圧力Ｐｄ（表１中、左側から１列目を参照）の変化によらずに同じになることがわかる。それに対して、前段圧縮機本体１の運転差圧（表１中、左側から６列目を参照）及び後段圧縮機本体２の運転差圧（表１中、左側から４列目を参照）はそれぞれ、吐出圧力Ｐｄが高くなるにつれて大きくなる。また、前段圧縮機本体１の運転差圧に対する後段圧縮機本体２の運転差圧の差（表１中、左側から２列目を参照）も吐出圧力Ｐｄが高くなるにつれて大きくなる。二段スクリュー圧縮機の吐出圧力が１．２ＭＰａのときの前段圧縮機本体１に対する後段圧縮機本体２の運転差圧の差は、当該吐出圧力が０．８ＭＰａのときの当該運転差圧の差に対して約１．８倍になる。このため、後段圧縮機本体２では、軸方向の吐出側においてケーシング４０の第１内周面４６及び第２内周面４７と雄雌両ロータ２０、３０の歯先との隙間（外径隙間）を介した隣接する作動室間の圧縮気体の漏洩が前段圧縮機本体１の場合よりも増大することになる。そこで、本実施の形態の二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体２において、互いに噛み合う雄ロータ２０の雄歯２１ａ及び雌ロータ３０の雌歯３１ａの捩じれ具合を変えることで、外径隙間を介した隣接する作動室間の圧縮気体の漏れを抑制するものである。

【0030】

次に、第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体における雄ロータ及び雌ロータ（一対のスクリューロータ）の捩じれの特徴を図３及び図４を用いて説明する。なお、ここでは、雌ロータ３０の雌歯３１ａの捩じれの特徴のみを説明し、雄ロータ２０の雄歯２１ａの捩じれの特徴の説明は省略する。雄雌両ロータ２０、３０は噛み合った状態で回転するので、雄ロータ２０の雄歯２１ａと雌ロータ３０の雌歯３１ａの捩じれ具合は同様になる。以下では、雌ロータ３０のロータ歯部３１の歯先点の集合である歯先をヘリックス線と称する。また、雌ロータ３０のヘリックス線において、吐出側端面３１ｃに近い側を先行側と称し、吸込側端面３１ｂに近い側を後続側と称する。

【0031】

図３に示す本実施の形態に係る後段圧縮機本体２における雌ロータ３０は、ロータ歯部３１の吸込側端面３１ｂから吐出側端面３１ｃに向かってリード角が徐々に大きくなるように構成されている。雌ロータ３０（ロータ歯部３１）のリード角とは、雌ロータ３０の各歯先点におけるヘリックス線の傾きを表すものであり、ロータ歯部３１のヘリックス線上の１点（歯先点）を通りロータ歯部３１の軸方向（回転中心Ａ２）に直交する平面と当該ヘリックス線とがなす角をいう。すなわち、雌ロータ３０のヘリックス線の傾き線Ｌｈ（各歯先点におけるヘリックス線に対する接線）と雌ロータ３０の吸込側端面３１ｂに平行な基準線Ｌｄとに挟まれた角度である。雌ロータ３０の回転中心Ａ２に平行な或る基線Ｌｂ上に位置する雌ロータ３０の吸込側端面３１ｂの歯先点及び先行側の歯先点におけるリード角を図３に示す。各歯先点における各基準線Ｌｄに対するヘリックス線の傾き線Ｌｈの傾き（リード角）は、吐出側端面３１ｃに接近するほど大きくなっている（φ１＜φ２＜φ３）。後続側のヘリックス線上におけるリード角（図３では図示せず）においても、同様に、吐出側端面３１ｃに向かって大きくなっている。

【0032】

本説明において、雌ロータ３０のヘリックス線を１回転させたと仮定したときに軸方向に進む長さをリードと規定する。リード角とリードの関係を図４に示す。図４はスクリューロータにおけるリード角とリードの関係を示す説明図である。図４に示す関係から明らかなように、上述した後段圧縮機本体２の雌ロータ３０は、軸方向の吸込側から吐出側に向かってリードが大きくなるように構成されていると換言することができる。雌ロータ３０は、ロータ歯部３１の吸込側端面３１ｂから吐出側端面３１ｃまでの全長に亘ってリードが徐々に変化するように構成されている。

【0033】

軸方向の吸込側から吐出側に向かってリード（リード角）が大きくなる雌ロータ３０は、雌歯３１ａの捩れが吸込側から吐出側に向かうにつれて緩和される構造となっている。この場合、軸方向（回転中心Ａ２）に垂直な断面の雌ロータ３０の歯形が軸方向の任意の位置において略同一であるという条件下において、ヘリックス線の延伸方向に対して垂直な断面における雌ロータ３０の歯先厚さｔ１が吸込側から吐出側に向かってリード（リード角）の大きさに応じて厚くなる。また、雌ロータ３０のヘリックス線の捩じれ方向に延びるシール線Ｓｆの長さは、同じ回転位置にある等リード（等リード角）の雌ロータの場合に比べて短くなる。

【0034】

また、後段圧縮機本体２における雄ロータ２０も、後段圧縮機本体２の雌ロータ３０に噛み合うように構成されるので、ロータ歯部２１の吸込側端面２１ｂから吐出側端面２１ｃに向かってリード角が徐々に大きくなるように構成されている。すなわち、雄ロータ２０も、軸方向の吸込側から吐出側に向かってリードが大きくなるように構成されている。雄ロータ２０は、ロータ歯部２１の吸込側端面２１ｂから吐出側端面２１ｃまでの全長に亘ってリードが徐々に変化するように構成されている。したがって、雄ロータ２０においても、雄歯２１ａの捩れが吸込側から吐出側に向かうにつれて緩和される構造となっている。この場合、雄ロータ２０のヘリックス線の捩じれ方向に延びるシール線Ｓｍの長さは、同じ回転位置にある等リード（等リード角）の雄ロータの場合に比べて短くなる。

【0035】

なお、前段圧縮機本体１の雄ロータ２０Ｘ及び雌ロータは、後段圧縮機本体２の雄ロータ２０及び雌ロータ３０とは異なり、等リードのスクリューロータである。すなわち、前段圧縮機本体１の雄ロータ２０Ｘ及び雌ロータは、ロータ歯部の吸込側端面から吐出側端面までのいずれの軸方向位置においてもリード角が同じとなるように構成されている。

【0036】

次に、第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の効果について比較例のスクリュー圧縮機と比べつつ図５～図１０を用いて説明する。図５は本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体に対する比較例としてのスクリュー圧縮機の構造を示す断面図である。図６は本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体の構造的な特徴の効果を説明する図である。図７は本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体の比較例に対する雌ロータの歯厚の関係を示す特性図である。図８は本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体の比較例に対する雌ロータの歯先シール線の長さの関係を示す特性図である。図９はスクリューロータにおけるリード角とリードとロータ歯部長と全巻角との関係を示す説明図である。図１０は本発明の第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機の後段圧縮機本体における段圧力比と吐出開口面積との関係を示す特性図である。なお、図５において図１～図４に示す符号と同符号の部分は同様な構造を有するものであり、同符号の部分の説明は省略する。

【0037】

図５に示す比較例のスクリュー圧縮機１０２は、軸方向の吸込側から吐出側までリードが変化しない等リードの雄ロータ１２０及び雌ロータ１３０を備えている。すなわち、雄ロータ１２０及び雌ロータ１３０のリード及びリード角は、ロータ歯部１２１、１３１の吸込側端面１２１ｂ、１３１ｂから吐出側端面１２１ｃ、１３１ｃまで一定となっている。例えば、図５に示すように、雌ロータ１３０の吸込側端面１３１ｂの歯先点におけるリード角φ１０と吐出側端面１３１ｃの歯先点におけるリード角φ４０は、同じ角度である。等リードの雌ロータ１３０では、雌歯１３１ａの捩れ具合いが吸込側から吐出側に向かって一定である。この場合、ヘリックス線の延伸方向に対して垂直な断面における雌ロータ１３０の歯先厚さｔ０も、吸込側から吐出側までに亘って同じである。比較例のスクリュー圧縮機１０２のそれ以外の構成及び構造は、本実施の形態に係る後段圧縮機本体２と同様なものである。

【0038】

それに対して、本実施の形態に係る後段圧縮機本体２は、軸方向の吸込側から吐出側に向かってリードが大きくなる雄ロータ２０及び雌ロータ３０を備えている。例えば、図６に示すように、雌ロータ３０の吐出側端面３１ｃの歯先点におけるリード角φ４は、雌ロータ３０の吸込側端面３１ｂの歯先点におけるリード角φ１よりも大きくなっている。

【0039】

ここで、本実施の形態の後段圧縮機本体２の雌ロータ３０の吸込側端面３１ｂの歯先点におけるリード角φ１を比較例のスクリュー圧縮機１０２の雌ロータ１３０の吸込側端面１３１ｂの歯先点におけるリード角φ１０と同じ角度に設定した場合を考える。

【0040】

このときの比較例のスクリュー圧縮機１０２の雌ロータ１３０の歯先厚さｔ０に対する本実施の形態の雌ロータ３０の歯先厚さｔ１の関係を図７に示す。図７中、横軸は雌ロータ３０のロータ歯部３１における軸方向位置を示している。ただし、この軸方向位置は、雌ロータ３０のロータ歯部３１の吸込側端面３１ｂの位置を起点０として吐出側端面３１ｃの位置を終点１とした場合の相対位置である。縦軸は、比較例の雌ロータ１３０の歯先厚さｔ０（ヘリックス線の延伸方向に対して垂直な断面における厚さ）に対する本実施の形態の雌ロータ３０の歯先厚さｔ１の比を示している。

【0041】

本実施の形態に係る後段圧縮機本体２の雌ロータ３０おいては、図７に示すように、歯先厚さｔ１が比較例の等リードの雌ロータ１３０の歯先厚さｔ０に対して吸込側から吐出側に向かって徐々に相対的に厚くなっていくことがわかる。歯先厚さｔ１が厚くなるということは、雌ロータ３０における隣接する作動室間の境界の幅（距離）が大きくなることを意味する。すなわち、ケーシング４０の第２内周面４７（ボア４５の内壁面）と雌ロータ３０の歯先との間に形成された隙間（外径隙間）の厚み方向（幅）が長くなり、隣接する作動室間の漏れ流路の長さが長くなることを意味する。このため、隣接する作動室間の外径隙間を経由する圧縮気体の流動抵抗が増加するので、当該外径隙間を介した圧縮気体の漏洩を抑制することができる。

【0042】

また、比較例のスクリュー圧縮機１０２の雄ロータ１２０又は雌ロータ１３０のシール線Ｓｍ０、Ｓｆ０の長さに対する本実施の形態の雄ロータ２０又は雌ロータ３０のシール線Ｓｍ、Ｓｆの長さの関係を図８に示す。図８中、横軸は雄ロータ２０又は雌ロータ３０の回転角度位置を示している。ただし、この回転角度位置とは、圧縮行程の開始の回転角度の位置を起点０として吐出行程の開始の回転角度の位置を終点１とした場合の相対角度の位置である。縦軸は、比較例の雄ロータ１２０又は雌ロータ１３０の歯先のシール線Ｓｍ０、Ｓｆ０の長さに対する本実施の形態の雄ロータ２０又は雌ロータ３０の歯先のシール線Ｓｍ、Ｓｆの長さの比を示している。

【0043】

本実施の形態に係る後段圧縮機本体２の雄ロータ２０及び雌ロータ３０おいては、図８に示すように、雄ロータ２０及び雌ロータ３０の歯先のシール線Ｓｍ、Ｓｆの長さが比較例の等リードの雄ロータ１２０及び雌ロータ１３０の歯先のシール線Ｓｍ０、Ｓｆ０の長さに対して吸込側から吐出側に向かって徐々に相対的に短くなっていくことがわかる。雄ロータ２０及び雌ロータ３０の歯先のシール線Ｓｍ、Ｓｆの長さは、外径隙間におけるヘリックス線の延伸方向の長さと同等なものである。つまり、雄ロータ２０及び雌ロータ３０の歯先のシール線Ｓｍ、Ｓｆの長さが短くなるということは、圧縮気体が漏出する領域としての外径隙間の全長が短くなることを意味する。このため、隣接する作動室間の外径隙間を経由する圧縮気体の漏れを抑制することができる。

【0044】

このように、本実施の形態の後段圧縮機本体２においては、雌ロータ３０の歯先厚さｔ１が比較例の等リードの雌ロータ１３０の歯先厚さｔ０と比べて厚くなると共に、雄ロータ２０及び雌ロータ３０の歯先のシール線Ｓｍ、Ｓｆの長さが比較例の等リードの雄ロータ１２０及び雌ロータ１３０の歯先のシール線Ｓｍ０、Ｓｆ０の長さに対して短くなる。これら２つの構造的な差異により、隣接する作動室間の外径隙間を経由する圧縮気体の漏れを抑制することができる。

【0045】

特に、前述した表１に示すように、後段圧縮機本体２では、前段圧縮機本体１よりも運転差圧が吐出圧力の高圧化に応じて大きくなる。したがって、後段圧縮機本体２の雄雌両ロータ２０、３０のリードを吸込側から吐出側に向かって大きくすることで、差圧が大きくなる吐出側の作動室間の圧縮気体の漏れを抑制することができるので、漏れ損失を効果的に低減して二段スクリュー圧縮機全体の高効率化を実現することができる。

【0046】

なお、比較例としての等リードのスクリューロータ（雄ロータ１２０及び雌ロータ１３０）を備えるスクリュー圧縮機１０２では、雄ロータ１２０及び雌ロータ１３０の全巻角が１９０°～３１０°の範囲に設定されることが多い。ここで、全巻角とは、雄ロータ１２０の雄歯１２１ａ及び雌ロータ１３０の雌歯１３１ａ（ローブ）のヘリックスの開始点（吸込側端面３１ｂの位置）から終点（吐出側端面２１ｃ、３１ｃの位置）までの回転角を示している。上述した図７及び図８に示す特性図は、雌ロータ１３０の全巻角を１９０°～３１０°の範囲に設定した場合のものである。

【0047】

この場合、等リードのスクリューロータ（雄ロータ１２０及び雌ロータ１３０）のリード角は、設定される全巻角に応じて以下の式（２）から求められる。ここで、ロータ歯部長とは、雄ロータ１２０及び雌ロータ１３０のロータ歯部１２１、１３１の吸込側端面１２１ｂ、１３１ｂから吐出側端面１２１ｃ、１３１ｃまでの長さを示している。スクリューロータにおけるリード角とリードとロータ歯部長と全巻角との関係を図９に示す。

【0048】

【数2】

【0049】

ところで、雄雌両ロータ２０、３０（スクリューロータ）のリードが吸込側から吐出側に向かって大きくなる後段圧縮機本体２では、等リードの雄雌両ロータ１２０、１３０を有するスクリュー圧縮機と比較すると、吐出行程にある作動室の吐出ポート５２ａに対する開口面積（以下、吐出開口面積と称することがある）が減少してしまう。当該吐出開口面積は、吐出ポート５２ａ自体の開口面積ではないことに留意する。吐出開口面積は雄雌両ロータ２０、３０の回転角度の変化に応じて増減するので、代表開口面積という指標を使って吐出開口面積の大小を判定する。代表開口面積は、次の式（３）で定義されたものである。

【0050】

【数3】

【0051】

ここで、開口区間は、或る作動室が吐出行程となる雄雌両ロータ２０、３０の回転角度の範囲を示している。また、吐出口開口面積の最大値は、当該開口区間において吐出行程の作動室が吐出ポート５２ａに対して開口する面積の最大値である。

【0052】

代表開口面積が減少すると、その分、圧縮気体の吐出抵抗が増加するので、結果としてスクリュー圧縮機の圧縮効率が低下することがある。単段スクリュー圧縮機において一般的に採用される８以上の圧力比の場合では、代表開口面積の減少よる圧縮気体の吐出抵抗増加の悪影響の方が外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏れ抑制の効果を上回ってしまう。このため、高圧力比の単段スクリュー圧縮機では、吸込側から吐出側に向かってリードを大きくする構造を採用することが難しい。それに対して、二段スクリュー圧縮機を含む多段スクリュー圧縮機では、各段の圧力比が単段スクリュー圧縮機よりも小さくなっているので、代表開口面積の減少による圧縮気体の吐出抵抗増加の悪影響が軽減されつつ、外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏れの抑制効果を確保することができるという利点がある。

【0053】

例えば、本実施の形態の後段圧縮機本体２における圧力比の変化に対する代表開口面積の変化の関係を図１０に示す。図１０中、横軸は後段圧縮機本体２の圧力比を示している。縦軸は等リードのスクリューロータを備えた圧力比８の単段スクリュー圧縮機の代表開口面積に対する本実施の形態の後段圧縮機本体２の代表開口面積の比を示している。なお、図１０に示す特性図は、後段圧縮機本体２の雄ロータ２０及び雌ロータ３０は、吸込側端面２１ｂ、３１ｂにおけるリードを基準となる単段スクリュー圧縮機の等リードのスクリューロータのリードと同じ値に設定すると共に、吸込側端面２１ｂ、３１ｂにおけるリードに対する吐出側端面２１ｃ、３１ｃにおけるリードの比を１．５に設定したときの結果を示している。

【0054】

吸込側から吐出側に向かってリードが大きくなる雄ロータ２０及び雌ロータ３０を備える後段圧縮機本体２の場合、圧力比を８としたとき、図１０に示すように、基準である等リードのスクリューロータを備えた圧力比８の単段スクリュー圧縮機の代表開口面積（図１０中、△印）よりも、代表開口面積が小さくなる。このため、代表開口面積が小さいことによる吐出抵抗の増大が予想される。それに対して、後段圧縮機本体２の圧力比を４.５以下としたときには、基準である圧力比８の単段スクリュー圧縮機の代表開口面積以上の代表開口面積を確保することができる。したがって、後段圧縮機本体２の圧力比を４.５以下に設定することで、代表開口面積の大きさによる吐出抵抗の増大の影響を軽減することができると共に、雌ロータ３０の歯先厚さｔ０の増加及び雄ロータ２０及び雌ロータ３０歯先のシール線Ｓｍ、Ｓｆの長さの短縮による作動室間の漏れの抑制効果を図ることができる。

【0055】

上述したように、第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機（多段スクリュー圧縮機）は、気体を順に圧縮する前段圧縮機本体１及び後段圧縮機本体２（複数段の圧縮機本体）を備えており、前段圧縮機本体１及び後段圧縮機本体２（複数段の圧縮機本体）の各段は互いに噛み合った状態でケーシング４０内に回転可能に収容された雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）を有する。雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）は、軸方向の一方端及び他方端にそれぞれ吸込側端面２１ｂ、３１ｂ及び吐出側端面２１ｃ、３１ｃを有すると共に吸込側端面２１ｂ、３１ｂから吐出側端面２１ｃ、３１ｃまで延在する捩じれた歯２１ａ、３１ａを有するロータ歯部２１、３１を含んでいる。前段圧縮機本体１及び後段圧縮機本体２（複数段の圧縮機本体）のうちの最上流に位置する前段圧縮機本体１（初段の圧縮機本体）を除く後段圧縮機本体２（少なくとも１つの或る段の圧縮機本体）における雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）は、ロータ歯部２１、３１の歯２１ａ、３１ａの捩れを１回転させたと仮定したときに軸方向に進む長さを示すリードがロータ歯部２１、３１の軸方向の吸込側から吐出側に向かって大きくなるよう構成されている。

【0056】

この構成によれば、前段圧縮機本体１（初段の圧縮機本体）を除く後段圧縮機本体２（少なくとも１つの或る段の圧縮機本体）の雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）におけるリードを軸方向の吸込側から吐出側に向かって大きくすることで、ロータ歯部２１、３１の歯先厚さｔ１（歯先の延伸方向に対して垂直な断面の歯先の厚み）が吐出側で厚くなると共に、ロータ歯部２１、３１の歯先の捩じれ方向に延びるシール線Ｓｆ、Ｓｍの長さが短くなる。これにより、雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）の歯先とケーシング４０の第１内周面４６及び第２内周面４７（内周面）との隙間（外径隙間）を介した作動室間の圧縮気体の漏出による効率低下を抑制することができる。

【0057】

また、本実施の形態においては、最下流に位置する後段圧縮機本体２（最終段の圧縮機本体）における雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）に対して、リードがロータ歯部２１、３１の軸方向の吸込側から吐出側に向かって大きくなるよう構成されている。この構成によれば、運転差圧がより大きな後段圧縮機本体２の雄ロータ２０及び雌ロータ３０に対してリード変化のスクリューロータを採用するので、外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏れの抑制効果が高く、圧縮効率の低下を効果的に抑制することができる。

【0058】

また、本実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機において、後段圧縮機本体２（前段圧縮機本体１を除く少なくとも１つの或る段の圧縮機本体）における雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）は、リードがロータ歯部２１、３１の軸方向の全長に亘って変化するように構成されている。この構成によれば、ロータ歯部２１、３１の歯先厚さｔ１が軸方向の吸込側端面２１ｂ、３１ｂから吐出側端面２１ｃ、３１ｃに至るまでに徐々に厚くなっていくので、外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏出をより抑制することができる。

【0059】

また、本実施の形態に係る後段圧縮機本体２（前段圧縮機本体１を除く少なくとも１つの或る段の圧縮機本体）は、圧力比が４．５以下である。この構成によれば、雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）のリード変化に伴う吐出開口面積の減少による吐出抵抗の増加を抑制しつつ、外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏出抑制による圧縮機効率の向上を図ることができる。

【0060】

また、本実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機において、後段圧縮機本体２（前段圧縮機本体１を除く少なくとも１つの或る段の圧縮機本体）における雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）は、吸込側端面２１ｂ、３１ｂにおけるリードに対する吐出側端面２１ｃ、３１ｃにおけるリードの比が１．５以下である。この構成によれば、雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）のリード変化に伴う吐出開口面積の減少による吐出抵抗の増加を抑制しつつ、外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏出抑制による圧縮機効率の向上を図ることができる。

【0061】

また、本実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機において、後段圧縮機本体２（前段圧縮機本体１を除く少なくとも１つの或る段の圧縮機本体）における雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）では、以下の式において全巻角を１９０度から３１０度までの範囲のいずれかの値としたときに得られるリード角が吸込側端面２１ｂ、３１ｂにおけるリード角として設定されている。

【0062】

【数4】

【0063】

この構成よれば、等リードのスクリューロータのリード角を算出する上記の式に対して、等リードのスクリューロータで一般的に用いられる全巻角の値（１９０度から３１０度までの範囲）を代入することで、リードが変化する雄ロータ２０及び雌ロータ３０におけるリード角変化の始点となる吸込側端面におけるリード角を等リードのスクリューロータで用いられるリード角と同様な値に設定することができる。リードが変化する雄ロータ２０及び雌ロータ３０の吸込側端面におけるリード角を等リードのスクリューロータのリード角と同様な値に設定すると、行程容積や容積比などの雄ロータ２０及び雌ロータ３０の設計項目について等リードのスクリューロータの値を参考にすることができるので、設計項目の調整が容易になって設計効率が向上する。

【0064】

［第１の実施の形態の変形例］
次に、第１の実施の形態の変形例に係る二段スクリュー圧縮機について図１１を用いて例示説明する。図１１は本発明の第１の実施の形態の変形例に係る二段スクリュー圧縮機の一部を構成する後段圧縮機本体の構造を示す断面図である。なお、図１１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。

【0065】

図１１に示す第１の実施の形態の変形例に係る二段スクリュー圧縮機が第１の実施の形態に係る二段スクリュー圧縮機（図３参照）と異なる点は、以下のとおりである。第１の実施の形態の後段圧縮機本体２は、雄雌両ロータ２０、３０が軸方向の吸込側端面２１ｂ、３１ｂから吐出側端面２１ｃ、３１ｃまでの全体に亘ってリードが変化するように構成されている。それに対して、本変形例に係る後段圧縮機本体２Ａでは、雄雌両ロータ２０Ａ、３０Ａが吸込側端面２１ｂ、３１ｂから吐出側に向かって或る位置までリードが変化しない等リードに構成されている一方、当該位置を起点として吐出側端面２１ｃ、３１ｃに向かってリードが徐々に大きくなるように構成されている。

【0066】

具体的には、本実施の形態に係る後段圧縮機本体２Ａの雌ロータ３０Ａでは、例えば図１１に示すように、雌ロータ３０Ａの吸込側端面３１ｂにおけるリード角φ１は、吸込側端面３１ｂから軸方向の吐出側に向かって或る位置おけるリード角φ２Ａと同値である。すなわち、雌ロータ３０Ａは、吸込側端面３１ｂからリード角φ２Ａを示す軸方向の当該位置までの範囲においてリード角（φ１＝φ２Ａ）が変化しない雌歯３１Ａａを有しており、吸込側端面３１ｂを含む吸込側の或る範囲において等リードになっている。一方、雌ロータ３０の吐出側端面３１ｃにおけるリード角φ３は、リード角φ２Ａよりも大きくなるように構成されている。すなわち、雌ロータ３０Ａは、リード角φ２Ａを示す軸方向の当該位置から吐出側端面３１ｃに向かってリード角が徐々に大きくなる雌歯３１Ａａを有しており、吐出側端面３１ｃを含む吐出側の或る範囲においてリードが変化する。

【0067】

後段圧縮機本体２Ａの雄ロータ２０Ａも、雌ロータ３０Ａと同様に、吸込側端面２１ｂから軸方向の或る位置まではリード角が変化しない等リードになっている。一方、当該或る位置から吐出側端面２１ｃに向かってリード角が徐々に大きくなるリード変化のロータになっている。

【0068】

このように、本変形例においては、後段圧縮機本体２Ａの雄ロータ２０Ａ及び雌ロータ３０Ａは、ロータ歯部２１Ａ、３１Ａの軸方向の全体のうち、吐出側に偏った部分においてリードが変化する一方、前記軸方向の残りの吸込側の部分においてリードが同一となるように構成されている。スクリューロータの加工は、等リードの部分の方がリード変化の部分よりも容易である。したがって、軸方向の吸込側において外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏出による圧縮効率の低下が小さい場合には、リード変化の領域を軸方向の吐出側の一部分に限定することで、外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏出抑制の効果を得つつ、製造の容易性を優先して低コスト化を図ることができる。

【0069】

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、前段圧縮機本体１（初段の圧縮機本体）を除く後段圧縮機本体２Ａ（少なくとも１つの或る段の圧縮機本体）の雄ロータ２０Ａ及び雌ロータ３０Ａ（一対のスクリューロータ）におけるリードを軸方向の吸込側から吐出側に向かって大きくすることで、ロータ歯部２１Ａ、３１Ａの歯先厚さｔ１（歯先の延伸方向に対して垂直な断面の歯先の厚み）が吐出側で厚くなると共に、ロータ歯部２１Ａ、３１Ａの歯先の捩じれ方向に延びるシール線Ｓｆ、Ｓｍの長さが短くなる。これにより、雄ロータ２０Ａ及び雌ロータ３０Ａ（一対のスクリューロータ）の歯先とケーシング４０の第１内周面４６及び第２内周面４７（内周面）との隙間（外径隙間）を介した作動室間の圧縮気体の漏出による効率低下を抑制することができる。

【0070】

また、本変形例に係る後段圧縮機本体２Ａ（前段圧縮機本体１を除く少なくとも１つの或る段の圧縮機本体）における雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）は、ロータ歯部２１Ａ、３１Ａの軸方向の全長のうち、吐出側端面２１ｃ、３１ｃを含む軸方向の吐出側に偏った部分においてリードが変化する一方、軸方向の残りの吸込側の部分においてリードが同一である。この構成によれば、リードが同一の部分において加工が容易になると共に、リードが変化する部分において外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏れの抑制効果を得ることができる。

【0071】

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る三段スクリュー圧縮機の構成について図１２を用いて例示説明する。図１２は本発明の第２の実施の形態としての三段スクリュー圧縮機を模式的に示す断面図である。図１２において、図１～図１１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１２に示す第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、本発明の多段スクリュー圧縮機を、二段スクリュー圧縮機（図１を参照）でなく、三段スクリュー圧縮機に適用したことである。二段スクリュー圧縮機は、吐出圧力が２．３ＭＰａを超えると、各段の圧縮機本体１、２の圧力比が大きくなるので、三段スクリュー圧縮機を採用することが適切な場合がある。

【0073】

三段スクリュー圧縮機は、気体を順に圧縮する複数段の圧縮機本体のうち、最上流に位置する初段の圧縮機本体としての第１段圧縮機本体１と、最下流に位置する最終段の圧縮機本体としての第３段圧縮機本体２と、第１段圧縮機本体１と第３段圧縮機本体２との中間に位置する中間段の圧縮機本体としての第２段圧縮機本体３とを備えている。三段スクリュー圧縮機は、第１段圧縮機本体１が圧縮して吐出した気体を第２段圧縮機本体３が吸い込んで更に圧縮し、第２段圧縮機本体３から吐出された圧縮気体を第３段圧縮機本体２が吸い込んで更に圧縮して昇圧するものである。第１段圧縮機本体１の吐出側と第２段圧縮機本体３の吸込側は、第１接続流路１１を介して接続されている。第２段圧縮機本体３の吐出側と第３段圧縮機本体２の吸込側は、第２接続流路１２を介して接続されている。なお、第１接続流路１１及び第２接続流路１２には、インタークーラ（図示せず）などの冷却手段を設ける構成が可能である。

【0074】

本実施の形態においては、第１段圧縮機本体１、第２段圧縮機本体３、第３段圧縮機本体２のうち、少なくとも第３段圧縮機本体２の雄雌両ロータ２０、３０はそれぞれ、吸込側から吐出側に向けてリードが徐々に大きくなるように構成されている。第３段圧縮機本体２の運転差圧は、第１段圧縮機本体１の運転差圧や第２段圧縮機本体３の運転差圧よりも大きくなる。例えば、三段スクリュー圧縮機の吐出圧力が２．３ＭＰａの場合には、第３段圧縮機本体２の運転差圧が１．４９３ＭＰａと非常に大きなものとなる。したがって、第３段圧縮機本体２では、第１段圧縮機本体１及び第２段圧縮機本体３よりも、外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏れによる圧縮効率の低下の問題が懸念される。そこで、運転差圧の最も大きな第３段圧縮機本体２に対して、吸込側から吐出側に向けてリードが大きくなる雄雌両ロータ２０、３０を用いることで、外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏れを効果的に抑制して圧縮効率の低下を抑制するものである。

【0075】

本実施の形態においては、第２段圧縮機本体３の雄雌両ロータ２０（雌ロータは図示せず）に対しても吸込側から吐出側に向けてリードが徐々に大きくなるように構成してもよい。第２段圧縮機本体３の運転差圧は第１段圧縮機本体１の運転差圧に比べると大きくなっているので、外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏れによる圧縮効率低下の問題を考慮すべき場合がある。そこで、運転差圧が比較的大きな第２段圧縮機本体３に対しても、吸込側から吐出側に向けてリードが大きくなる雄雌両ロータ２０を用いることで、第２段圧縮機本体３における外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏れを抑制することで、三段スクリュー圧縮機全体の更なる高効率化を実現することができる。

【0076】

一方、第２段圧縮機本体３の運転差圧が比較的小さく、外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏れによる圧縮効率の低下が比較的小さい場合には、雄雌両ロータ２０Ｘを等リードに構成することも可能である。この場合、雄雌両ロータ２０Ｘの製造がリード変化のスクリューロータに比べて容易となるので、低コスト化を図ることができる。

【0077】

上述した第２の実施の形態に係る三段スクリュー圧縮機（多段スクリュー圧縮機）においては、第１の実施の形態と同様に、第３段圧縮機本体２（第１段圧縮機本体１を除く少なくとも１つの或る段の圧縮機本体）の雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）におけるリードを軸方向の吸込側から吐出側に向かって大きくすることで、ロータ歯部２１、３１の歯先厚さｔ１が吐出側で厚くなると共に、ロータ歯部２１、３１の歯先の捩じれ方向に延びるシール線Ｓｆ、Ｓｍの長さが短くなる。これにより、雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）の歯先とケーシング４０の第１内周面４６及び第２内周面４７（内周面）との隙間（外径隙間）を介した作動室間の圧縮気体の漏出による効率低下を抑制することができる。

【0078】

また、本実施の形態に係る三段スクリュー圧縮機（多段スクリュー圧縮機）において、第１段圧縮機本体１、第２段圧縮機本体３、第３段圧縮機本体２（複数段の圧縮機本体）のうち、第１段圧縮機本体１（初段の圧縮機本体）を除く第２段圧縮機本体３及び第３段圧縮機本体２（各段の圧縮機本体）における雄ロータ２０及び雌ロータ３０（一対のスクリューロータ）は、リードがロータ歯部２１、３１の軸方向の吸込側から吐出側に向かって大きくなるよう構成されている。

【0079】

この構成によれば、運転差圧が第１段圧縮機本体１よりも大きい第２段圧縮機本体３及び第３段圧縮機本体２に対して、外径隙間を介した作動室間の圧縮気体の漏出を抑制することができるので、三段スクリュー圧縮機（多段スクリュー圧縮機）全体の圧縮効率の低下を効果的に抑制することができる。

【0080】

［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。

【0081】

例えば、上述した実施の形態においては、後段圧縮機本体２の雌ロータ３０の吸込側端面３１ｂの歯先点におけるリード角φ１を比較例のスクリュー圧縮機１０２の雌ロータ１３０の吸込側端面１３１ｂの歯先点におけるリード角φ１０と同じ角度に設定した場合について説明した。しかし、後段圧縮機本体２の雌ロータ３０の吸込側端面３１ｂの歯先点におけるリード角φ１は、比較例のスクリュー圧縮機１０２の雌ロータ１３０の吸込側端面１３１ｂの歯先点におけるリード角φ１０よりも大きく設定することも小さく設定することも可能である。

【0082】

また、上述した実施の形態においては、各段の雄ロータ２０、２０Ｘが回転駆動源に駆動される構成の例を示した。しかし、各段の雌ロータ３０、３０Ｘが回転駆動源に駆動される構成も可能である。また、前段圧縮機本体１では雄ロータ２０Ｘが回転駆動源に駆動される一方、後段圧縮機本体２では雌ロータ３０が回転駆動源に駆動される構成も可能である。また、前段圧縮機本体１と後段圧縮機本体２とで各段の雄ロータ２０、２０Ｘと雌ロータ３０、３０Ｘが逆のパターンで駆動される構成も可能である。また、各段の雄雌両ロータ２０、２０Ｘ、３０、３０Ｘを同期させて駆動する構成も可能である。また、１つの回転駆動源が主ギアを回転させて主ギアに噛み合う副ギアで各段の圧縮機本体１、２を駆動する構成も可能である。また、複数段の圧縮機本体１、２の各々に回転駆動源を配設して個別で駆動する構成も可能である。

【0083】

また、上述した第１の実施の形態及びその変形例においては、前段圧縮機本体１及び後段圧縮機本体２、２Ａとこれらを接続する接続流路１０とで構成した二段スクリュー圧縮機に本発明を適用した例を示した。また、第２の実施の形態においては、本発明を第１段圧縮機本体１と第２段圧縮機本体３と第３段圧縮機本体２とこれらを接続する第１接続流路１１及び第２接続流路１２とで構成した三段スクリュー圧縮機に適用した例を示した。しかし、本発明は、前段圧縮機本体１及び後段圧縮機本体２とこれらを接続する接続流路１０とを一組として複数組を接続する構成も可能である。また、第１段圧縮機本体１と第２段圧縮機本体３と第３段圧縮機本体２とこれらを接続する第１接続流路１１及び第２接続流路１２とを一組として複数組を接続する構成も可能である。すなわち、複数段の圧縮機とこれらを接続する接続流路とを一組とする構成や複数段の圧縮機とこれらを接続する接続流路とを一組として複数組を接続する多段スクリュー圧縮機の構成が可能である。

【0084】

また、第２の実施の形態においては、第１段圧縮機本体１、第２段圧縮機本体３、第３段圧縮機本体２のうち、少なくとも第３段圧縮機本体２に対して雄雌両ロータ２０、３０のリードが変化する構成の例を示した。しかし、第１段圧縮機本体１、第２段圧縮機本体３、第３段圧縮機本体２のうち、第２段圧縮機本体３の雄雌両ロータ２０、３０のみリードが変化する構成も可能である。何らかの理由で第２段圧縮機本体３の方が第３段圧縮機本体２よりも段圧力比を大きく設定した場合には、第２段圧縮機本体３に対して優先的にリードが変化する構成を適用する一方、第３段圧縮機本体２に対しては製造の容易性を優先して等リードの構成を適用することも可能である。すなわち、複数段の圧縮機本体のうちの最上流に位置する第１段圧縮機本体１を除く少なくとも１つの或る段の圧縮機本体に対して雄雌両ロータ２０、３０のリードが変化する構成を適用してもよい。

【符号の説明】

【0085】

１…前段圧縮機本体又は第１段圧縮機本体（初段の圧縮機本体）、 ２…後段圧縮機本体又は第３段圧縮機本体（最終段の圧縮機本体）、 ３…第２段圧縮機本体（圧縮機本体）、 ２０、２０Ａ、２０Ｘ…雄ロータ（スクリューロータ）、 ２１、２１Ａ…ロータ歯部、 ２１ａ…雄歯（歯）、 ２１ｂ…吸込側端面、 ２１ｃ…吐出側端面、 ３０、３０Ａ…雌ロータ（スクリューロータ）、 ３１、３１Ａ…ロータ歯部、 ３１ａ…雌歯（歯）、 ３１ｂ…吸込側端面、 ３１ｃ…吐出側端面、 ４０…ケーシング、 φ１、φ２、φ３、φ４…リード角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】