特許 7464552 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】

(24)【登録日】2024-04-01

(45)【発行日】2024-04-09

(54)【発明の名称】スクリュ圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/16 20060101AFI20240402BHJP

【ＦＩ】

F04C18/16 M

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021032584

(22)【出願日】2021-03-02

(65)【公開番号】P2022133726

(43)【公開日】2022-09-14

【審査請求日】2023-10-20

(73)【特許権者】

【識別番号】521362885

【氏名又は名称】コベルコ・コンプレッサ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100111039

【弁理士】

【氏名又は名称】前堀 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100218132

【弁理士】

【氏名又は名称】近田 暢朗

(72)【発明者】

【氏名】壷井 昇

(72)【発明者】

【氏名】野口 透

【審査官】大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０１２４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５４－１０４５１４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００８－０８２２７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｃ １８／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに噛合する雄ロータおよび雌ロータと、
前記雄ロータおよび前記雌ロータを収容し、吸入口および吐出口が設けられたケーシングと
を備え、 前記ケーシング内では、前記吸入口と連通する吸入空間と、前記吐出口と連通する吐出空間と、前記雄ロータと前記雌ロータとの間に位置する作動空間とが形成されており、
前記雄ロータおよび前記雌ロータの吐出側端面に対向する前記ケーシングの吐出側壁面に開口するように、前記吐出空間と前記作動空間とを連通する凹部が設けられており、
前記凹部は、開口部の開口縁が前記吐出口の開口縁と連続しており、前記開口部の先端方向ほど深さが浅い複数段状である、スクリュ圧縮機。

【請求項2】

前記ケーシングは、前記作動空間を部分的に塞ぎ、前記吐出空間と前記作動空間とを部分的に仕切るように延在する舌状部を有し、
前記雌ロータの回転軸が延びる方向において、前記舌状部の前記雌ロータと反対側には前記吐出空間が広がっている、請求項１に記載のスクリュ圧縮機。

【請求項3】

前記凹部の前記開口部の先端は、前記雄ロータおよび前記雌ロータのそれぞれの中心点を結ぶ仮想線まで延びているか、または前記仮想線を跨いで延びている、請求項１または請求項２に記載のスクリュ圧縮機。

【請求項4】

前記凹部の複数段形状は、少なくとも部分的に面取りされている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスクリュ圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スクリュ圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

スクリュ圧縮機は、ケーシング内において雄ロータおよび雌ロータが互いに噛合してガスを圧縮する。特に給油式スクリュ圧縮機では、ケーシング内に給油することで、雄ロータおよび雌ロータの冷却、シール、および潤滑などを行う。

【0003】

雄ロータおよび雌ロータが互いに噛合して雄ロータの歯が雌ロータの歯溝に収まると、雄ロータの歯先と雌ロータの歯溝との間に密閉状態の作動空間が形成される。作動空間は、ガスおよび油が閉じ込められた状態で、雄ロータおよび雌ロータの回転に伴って小さくなり、最後には消滅する。これにより、作動空間内のガスおよび油は、著しく高圧に圧縮され、異常高圧が発生するおそれがある。

【0004】

上記異常高圧が発生すると、雄ロータおよび雌ロータが振動して損傷するおそれがある。従って、これを回避するために、作動空間内の圧力を適切な圧力まで低下させることが必要である。例えば、特許文献１には、ケーシングのロータ吐出側端面に対向する壁面に凹部を設けることにより、当該凹部を介して作動空間から吐出口へとガスおよび油を逃がすことができるようにしたスクリュ圧縮機が開示されている。これにより、ガスおよび油が作動空間内に閉じ込められないようにし、作動空間内の圧力の低下を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００８－８２２７３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のスクリュ圧縮機の構成では、十分量のガスおよび油を作動空間から逃がすために、凹部を十分に大きく形成する必要がある。しかし、凹部を形成するケーシングの壁面部分には、軸受や給油流路などの構成が配置されることがあり、凹部を大きく形成できない場合がある。

【0007】

また、前述のように作動空間は雄ロータおよび雌ロータの回転に伴って小さくなるため、作動空間からガスおよび油を逃がす必要量は作動空間の縮小に伴って少なくなる。しかし、特許文献１では、作動空間から逃がすべきガスおよび油の量の経時的な変化については検討されておらず改善の余地がある。特に、作動空間の閉じ込み始めにおいて、十分量のガスおよび油を逃がすことができない場合、異常高圧が発生するおそれがある。

【0008】

本発明は、スクリュ圧縮機において、作動空間の大きさの変化に合わせて作動空間から適量のガスおよび油を逃がし、特に作動空間の閉じ込み始めにおける異常高圧を抑制することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、互いに噛合する雄ロータおよび雌ロータと、前記雄ロータおよび前記雌ロータを収容し、吸入口および吐出口が設けられたケーシングとを備え、前記ケーシング内では、前記吸入口と連通する吸入空間と、前記吐出口と連通する吐出空間と、前記雄ロータと前記雌ロータとの間に位置する作動空間とが形成されており、前記雄ロータおよび前記雌ロータの吐出側端面に対向する前記ケーシングの吐出側壁面に開口するように、前記吐出空間と前記作動空間とを連通する凹部が設けられており、前記凹部は、開口部の開口縁が前記吐出口の開口縁と連続しており、前記開口部の先端方向ほど深さが浅い複数段状である、スクリュ圧縮機を提供する。

【0010】

この構成によれば、ガスおよび油を吐出空間に逃がすことができ、作動空間の異常高圧を抑制できる。特に、閉じ込み始めの作動空間が大きいときには凹部の深い部分を利用して多量のガスおよび油を吐出空間へと逃がすことができる。そして、作動空間が小さいときには凹部の浅い部分を利用して少量のガスおよび油を吐出空間へと逃がすことができる。従って、作動空間の大きさの変化に合わせて作動空間から適量のガスおよび油を逃がすことができ、特に作動空間の閉じ込み始めにおける異常高圧を抑制できる。また、このように作動空間の大きさの変化に合わせて複数段状の凹部を形成しているため、必要以上に凹部を深く形成する必要がない。よって、軸受や給油流路などの他の構成の配置を阻害せず、設計上も有効である。

【0011】

前記ケーシングは、前記作動空間を部分的に塞ぎ、前記吐出空間と前記作動空間とを部分的に仕切るように延在する舌状部を有し、前記雌ロータの回転軸が延びる方向において、前記舌状部の前記雌ロータと反対側には前記吐出空間が広がっていてもよい。

【0012】

この構成によれば、舌状部によって作動空間を部分的に塞ぐことができるため、ケーシング内の密閉性を高めて圧縮効率を向上できる。また、舌状部の背面側（雌ロータの回転軸が延びる方向において舌状部の雌ロータと反対側）には吐出空間が広がっているため、凹部を介して作動空間から吐出空間へと逃がすガスおよび油の量を多くすることができる。

【0013】

前記凹部の前記開口部の先端は、前記雄ロータおよび前記雌ロータのそれぞれの中心点を結ぶ仮想線まで延びているか、または前記仮想線を跨いで延びていてもよい。

【0014】

この構成によれば、作動空間が小さくなって消失する直前まで作動空間からガスおよび油を逃がすことができる。詳細には、作動空間が小さくなって消失する直前には上記仮想線付近に作動空間が位置するため、当該位置まで凹部の先端が延びていることで消失直前の小さくなった作動空間からもガスおよび油を逃がすことができる。

【0015】

前記凹部の複数段形状は、少なくとも部分的に面取りされていてもよい。

【0016】

この構成によれば、ガスおよび油を作動空間から凹部を介して吐出空間へと滑らかに流すことができる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、スクリュ圧縮機において、作動空間の閉じ込み始めにおける異常高圧の抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態に係るスクリュ圧縮機の圧縮部の吸込側端部における断面図。

【図2】本発明の第１実施形態に係るスクリュ圧縮機の圧縮部から雄ロータおよび雌ロータを取り外した吐出側端部における断面図。

【図3】図２のIII-III線に沿ったケーシングの吐出側壁の一部の断面の断面図。

【図4】ケーシングの吐出側壁の斜視図。

【図5】回転する雄ロータおよび雌ロータを示す第１断面図。

【図6】回転する雄ロータおよび雌ロータを示す第２断面図。

【図7】回転する雄ロータおよび雌ロータを示す第３断面図。

【図8】回転する雄ロータおよび雌ロータを示す第４断面図。

【図9】回転する雄ロータおよび雌ロータを示す第５断面図。

【図10】回転する雄ロータおよび雌ロータを示す第６断面図。

【図11】図５における作動空間を示す断面図。

【図12】図６における作動空間を示す断面図。

【図13】図７における作動空間を示す断面図。

【図14】図８における作動空間を示す断面図。

【図15】図９における作動空間を示す断面図。

【図16】図１０における作動空間を示す断面図。

【図17】第２実施形態に係るスクリュ圧縮機のケーシングの吐出側壁の斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

【0020】

（第１実施形態）
図１～４を参照して、本発明の第１実施形態に係るスクリュ圧縮機の圧縮部１の構成について説明する。図では、後述する雄ロータ１０と雌ロータ２０の回転軸方向が符号Ｘで示されている。また、回転軸方向（Ｘ方向）に垂直な断面において、雄ロータ１０の回転軸と雌ロータ２０の回転軸とを通る直線に対して平行な方向（Ｙ方向）であり、図１では水平方向が符号Ｙで示されている。また、Ｘ方向において垂直な断面において、Ｙ方向に対して垂直な方向であり、図１では鉛直方向が符号Ｚで示されている。Ｚ方向上側を単に上側、Ｚ方向下側を単に下側と称することもある。ただし、当該配置は一例として示すものであり、スクリュ圧縮機の配置方向を限定するものではない。

【0021】

図１，２を参照して、圧縮部１は、互いに噛合する雄ロータ１０および雌ロータ２０と、雄ロータ１０および雌ロータ２０を収容するケーシング３０とを含んでいる。

【0022】

ケーシング３０には、空気を吸入する吸入口３１（図１において模式的に示す）と、空気を吐出する吐出口３２（図２において斜線部で示す）とが設けられている。本実施形態では、吸入口３１がケーシング３０の上部に設けられ、吐出口３２がケーシング３０の下部に設けられている。従って、圧縮部１では、ガスを、上方から吸入口３１を介して吸気し、内部で圧縮し、下方へ吐出口３２を介して吐出する。本実施形態では、圧縮対象のガスとして空気を例に以下説明する。

【0023】

ケーシング３０内には、吸入口３１と連通する吸入空間Ｓ１と、吐出口３２と連通する吐出空間Ｓ２とが画定されている。吸入空間Ｓ１および吐出空間Ｓ２は、雄ロータ１０と雌ロータ２０とによって区分されている。なお、ケーシング３０は鋳物で全体が構成されているが、ここでは図示を明瞭にするためにケーシング３０の内面のみが図示されている。

【0024】

雄ロータ１０は、回転軸部材１１と、回転軸部材１１の周囲に固設された本体部１２とを有している。同様に、雌ロータ２０は、回転軸部材２１と、回転軸部材２１の周囲に固設された本体部２２とを有している。雄ロータ１０および雌ロータ２０は、ケーシング３０内でモータ（図示せず）によって回転駆動され、互いに噛合して空気を圧縮する。本実施形態では、雄ロータ１０は４つの歯を有し、雌ロータ２０は６つの歯を有している。雄ロータ１０および雌ロータ２０が互いに噛合し、雄ロータ１０の歯が雌ロータ２０の歯溝に収まると、雄ロータ１０の歯先と雌ロータ２０の歯溝との間に作動空間Ｓ３が形成される。作動空間Ｓ３の詳細については後述する。

【0025】

図３，４を参照して、ケーシング３０は、雄ロータ１０および雌ロータ２０の本体部１２，２２の吐出側端面１２ａ，２２ａに対向する吐出側壁面３０ａに開口するように、前記吐出空間Ｓ２と前記作動空間Ｓ３とを連通する凹部３３を有している。凹部３３はＸ方向に凹んでいる。凹部３３は、圧縮部１の吐出側端部において雄ロータ１０の歯先と雌ロータ２０の歯溝との間に形成される作動空間Ｓ３に通じるように設けられている。即ち、この凹部３３を介して、上記作動空間Ｓ３が吐出空間Ｓ２と連通する。なお、本実施形態の凹部３３は、鋳物のケーシング３０に対して機械加工が施されたものである。凹部であるかどうかの判断は、表面粗さを測定することにより行うことができる。また、目視確認による鋳肌面との機械加工面との性状の違いから判断することも可能である。

【0026】

凹部３３は、開口部３３ａを有し、開口部３３ａの開口縁３３ｂが吐出口３２の開口縁３２ａと連続している。そのため、凹部３３の開口部３３ａは、吐出口３２と連続している一端と、行き止まりとなっている他端とを有している。すなわち、凹部３３の開口部３３ａは、吐出口３２と連続している。より詳細には、凹部３３の開口部３３ａは、一端が吐出口３２と連続しており、他端は吐出口３２と連続していない。開口部３３ａの形状は、作動空間Ｓ３の閉じ込み直後から作動空間Ｓ３の容量が略ゼロとなる状態までを通して凹部３３を介して空気および油を作動空間Ｓ３から吐出空間Ｓ２に逃がすことができる形状であれば、特に限定されない。例えば、開口部３３ａの形状は一端から他端に向かって一方向に延びる細長い形状である。

【0027】

凹部３３は、開口部３３ａの先端３３ｃ方向ほど深さが浅い複数段状である。すなわち、本実施形態では、凹部３３の深さが一端から他端に向かうほど浅くなっている。凹部３３の開口部３３ａの先端３３ｃとは、吐出口３２と連続していない端部を意図する。凹部３３の開口部３３ａの先端３３ｃ方向ほど深さが浅いとは、吐出口３２と連続している開口縁３２ａに対向する凹部３３の底までの深さよりも、吐出口３２と連続していない開口縁３３ｂに対向する凹部３３の底までの深さの方が浅いことを意図する。図３に示すように、本実施形態では、凹部３３は、２段形状を有している。凹部３３は、第１段部３４と、第２段部３５とを有しており、第１段部３４は第２段部３５よりも上側（先端３３ｃ側）に形成されている。第１段部３４に対向する凹部３３の開口部３３ａは凹部３３の開口部３３ａの先端３３ｃを形成している。第１段部３４は、深さｄ１の段差であり、第２段部３５は、深さｄ２の段差である。本実施形態において開口部３３ａの先端方向ほど深さが浅いとは、深さｄ１が、深さｄ２よりも小さい（ｄ１＜ｄ２）ことを意図する。なお、深さｄ１は、吐出側壁面３０ａと平行な第１段部３４の端面と、吐出側壁面３０ａとの間の距離を意図する。また、深さｄ２は、吐出側壁面３０ａと平行な第２段部３５の端面と、吐出側壁面３０ａとの間の距離を意図する。第１段部３４の端面または第２段部３５の端面が吐出側壁面３０ａに対して平行でない場合、吐出側壁面３０ａから第１段部３４の端面または第２段部３５の端面へと引いた垂線のうち最も短い距離を深さｄ１またはｄ２とする。深さｄ１は、深さｄ２よりも小さく、第１段部３４が後述の給油流路３６に達しなければ、具体的な深さは限定されない。第２段部３５のＺ方向の高さも第２段部３５が給油流路３６に達しなければ、具体的なＺ方向の高さは限定されない。第１段部３４は、直角の角部が面取りされた面取部３４ａを有している。第２段部３５は、面取りされていない鈍角の角部３５ａを有している。また、第１段部３４に近いケーシング３０の内部には軸受（図示せず）に給油するための給油流路３６が設けられている。

【0028】

特に図２を参照して、凹部３３は、鉛直方向（Ｚ方向）において、雄ロータ１０の中心点Ｐｍと雌ロータ２０の中心点Ｐｆを結ぶ仮想線Ｌまで延びている。凹部３３の先端は、鉛直方向（Ｚ方向）において、雄ロータ１０の中心点Ｐｍと雌ロータ２０の中心点Ｐｆを結ぶ仮想線Ｌに達している。代替的には、凹部３３は、仮想線Ｌを跨いで延びていてもよい。なお、本実施形態においては、凹部３３は、吐出側壁面３０ａにおいて仮想線Ｌに相対的に近づくほど深さが浅くなるように形成されている。

【0029】

図５～１０および図１１～１６を参照して、雄ロータ１０および雌ロータ２０の回転に伴って大きさが変化する作動空間Ｓ３と、当該作動空間Ｓ３と凹部３３との位置関係とについて説明する。図５～１０は、本発明の第１実施形態に係るスクリュ圧縮機の圧縮部の吐出側端部における断面図である。

【0030】

図５～１０では、雄ロータ１０および雌ロータ２０が矢印Ａの方向に回転する様子が順に示されている。また、図１１～１６では、図５～１０における作動空間Ｓ３がそれぞれ示されている。

【0031】

雄ロータ１０および雌ロータ２０が回転すると、空気および油が閉じ込められる作動空間Ｓ３が形成される。作動空間Ｓ３は、閉じ込み直後の図５（図１１）の状態において最も大きく、その後の図６～１０（図１２～１６）の状態になるにつれて順に小さくなっている。

【0032】

図１１～１６では、作動空間Ｓ３と凹部３３の付近が拡大された拡大図が示されている（二点鎖線円参照）。拡大図では、作動空間Ｓ３と凹部３３の重複領域Ｒが斜線を付されて示されている。重複領域Ｒは、作動空間Ｓ３の空気および油を吐出空間Ｓ２へと逃がすための流路を示している。重複領域Ｒが大きいほど多量の空気および油を作動空間Ｓ３から吐出空間Ｓ２へと逃がすことができる。また、重複領域Ｒの（Ｘ方向の）深さが深いほど、多量の空気および油を作動空間Ｓ３から吐出空間Ｓ２へと逃がすことができる。

【0033】

閉じ込み始めの図１１～１３においては、凹部３３の深さが第１段部３４よりも深い第２段部３５乃至面取部３４ａ（図３，４参照）に合わせて相対的に大きな面積の重複領域Ｒが形成されている。その後、図１４～１６においては、作動空間Ｓ３が徐々に小さくなり、凹部３３の深さが第２段部３５よりも浅い面取部３４ａ乃至第１段部３４（図３，４参照）に合わせて相対的に小さな重複領域Ｒが形成されている。従って、変化する作動空間Ｓ３の大きさに合わせて空気および油を逃がすための流路（凹部３３によって画定される溝）の大きさも変化している。

【0034】

本実施形態によれば、凹部３３を介して空気および油を作動空間Ｓ３から吐出空間Ｓ２に逃がすことができ、作動空間Ｓ３の異常高圧を抑制できる。特に、閉じ込み始めの作動空間Ｓ３が大きいときには凹部３３の深い部分（第２段部３５）を利用して多量の空気および油を吐出空間Ｓ２へと逃がすことができる。そして、作動空間Ｓ３が小さいときには凹部３３の浅い部分（第１段部３４）を利用して少量の空気をおよび油を吐出空間Ｓ２へと逃がすことができる。従って、作動空間Ｓ３の大きさに合わせて適切な量の空気および油を吐出空間Ｓ２に逃がすことができ、特に作動空間Ｓ３の閉じ込み始めにおける異常高圧を効果的に抑制できる。また、必要以上に凹部３３を深く形成する必要がないため、軸受（図示せず）や給油流路３６などの他の構成の配置を阻害せず、設計上も有効である。

【0035】

また、図２と図１６を合わせて参照して、凹部３３が仮想線Ｌまで延びているため、作動空間Ｓ３が小さくなって消失する直前まで空気および油を逃がすことができる。詳細には、作動空間Ｓ３が小さくなって消失する直前には仮想線Ｌ付近に作動空間Ｓ３が位置するため、当該位置まで凹部３３の先端３３ｃが延びていることで消失直前の小さくなった作動空間Ｓ３からも空気および油を逃がすことができる。

【0036】

また、第１段部３４に面取部３４ａが設けられているため、空気および油を作動空間Ｓ３から凹部３３を介して吐出空間Ｓ２へと滑らかに流すことができる。

【0037】

（第２実施形態）
図１７に示す第２実施形態のスクリュ圧縮機は、吐出側壁面３０ａの構成が第１実施形態とは異なる。これに関する構成以外は、第１実施形態と実質的に同じである。従って、第１実施形態にて示した部分については説明を省略する場合がある。

【0038】

本実施形態の図１７は、第１実施形態の図４に対応している。本実施形態では、ケーシング３０は、作動空間Ｓ３を部分的に塞ぎ、吐出空間Ｓ２と作動空間Ｓ３とを部分的に仕切るように延在する舌状部３７を有している。

【0039】

舌状部３７は、薄い板状であり、吐出口３２が形成されている吐出側壁面３０ａの内部において凹部３３と接続するようにケーシング３０を切削して形成されている。これにより、雌ロータ２０の回転軸が延びる方向（Ｘ方向）において、舌状部３７の背面側（雌ロータ２０と反対側）には、仮想線Ｌ方向（Ｙ方向）に沿ってケーシング３０が切り欠かれた切欠空間３８が形成されている。切欠空間３８は、凹部３３と接続するように形成され、吐出空間Ｓ２は切欠空間３８により拡大されている。

【0040】

本実施形態によれば、舌状部３７によって作動空間Ｓ３を部分的に塞ぐことができるため、ケーシング３０内の密閉性を高めて圧縮効率を向上できる。また、舌状部３７の背面側（雌ロータ２０の回転軸が延びる方向において舌状部３７の雌ロータ２０と反対側）に吐出空間Ｓ２が広がっているため、第１実施形態と比べて作動空間Ｓ３から凹部３３を介して吐出空間Ｓ２へと逃がす空気および油の量を大きくすることができる。

【0041】

以上より、本発明の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、凹部３３は、３段以上で構成されていてもよい。また、凹部３３の複数段形状において、全段が面取りされてもよいし、一部の段が面取りされてもよい。また、切欠空間３８は、鋳造によって形成してもよい。

【符号の説明】

【0042】

１ 圧縮部
１０ 雄ロータ
１１ 回転軸部材
１２ 本体部
１２ａ 吐出側端面
２０ 雌ロータ
２１ 回転軸部材
２２ 本体部
２２ａ 吐出側端面
３０ ケーシング
３０ａ 壁面（吐出側壁面）
３１ 吸入口
３２ 吐出口
３２ａ 開口縁
３３ 凹部
３３ａ 開口部
３３ｂ 開口縁
３３ｃ 先端 ３４ 第１段部
３４ａ 面取部
３５ 第２段部
３５ａ 角部
３６ 給油流路
３７ 舌状部
３８ 切欠空間
Ｓ１ 吸入空間
Ｓ２ 吐出空間
Ｓ３ 作動空間
Ｒ 重複領域

【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】

【図15】

【図16】

【図17】