JP2015001221A - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリューロータの自重によってケーシングのシリンダ部の軸心とスクリューロータの軸心とがずれてしまうのを抑え、シリンダ部とスクリューロータとの隙間分布を均一化できるようにする。
【解決手段】高圧側軸受ホルダ（60）は、固定板（30）に設けられた筒状の保持部（31）で保持される。シリンダ部（16）の高圧側の内周縁部には、シリンダ側テーパー部（16a）が形成される。シリンダ側テーパー部（16a）は、シリンダ部（16）の開口側に向かって拡径するように傾斜している。固定板（30）における保持部（31）の外周縁部には、保持側テーパー部（31a）が形成される。保持側テーパー部（31a）は、シリンダ部（16）に向かって縮径するように傾斜してシリンダ側テーパー部（16a）に当接している。
【選択図】図３

Description

本発明は、スクリュー圧縮機に関するものである。

従来より、ケーシング内に設けられた筒状のシリンダ部に、スクリュー溝を有するスクリューロータを内装し、低圧側軸受と高圧側軸受とによりロータの駆動軸を回転可能に支持したスクリュー圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。高圧側軸受ホルダは、シリンダ部におけるロータの吐出側に内装されている。

ここで、スクリューロータ及び高圧側軸受ホルダをシリンダ部に内装する場合には、スクリューロータ、駆動軸、及び高圧側軸受ホルダを一体に組み立てた状態とし、これらをシリンダ部の高圧側の開口部から挿入するようにしている。そして、シリンダ部の開口部を隔壁によって塞ぐことで、ケーシングの内部と油分離器の内部とを区画している。

特許第２９７３６４８号公報

しかしながら、従来のスクリュー圧縮機では、スクリューロータをケーシングのシリンダ部に内装したときに、スクリューロータの軸心とシリンダ部の軸心とがずれてしまうおそれがあった。

具体的に、スクリューロータ、駆動軸、及び高圧側軸受ホルダは、軸心が一致するように一体に組み立てられることでロータユニットを構成している。ここで、ケーシングのシリンダ部の内径は、寸法誤差を考慮して、ロータユニットの外径よりも若干大きく形成されている。そして、ケーシングを横長姿勢とした状態で、ロータユニットをシリンダ部に挿入すると、ロータユニットが自重によってシリンダ部の下部寄りに位置することとなる。

そのため、シリンダ部の軸心とロータユニットの軸心とがずれてしまい、シリンダ部とロータユニットとの隙間が円周方向で不均一になってしまう。つまり、シリンダ部の下部寄りの位置においてスクリューロータとの隙間が狭くなり、シリンダ部の上部寄りの位置においてスクリューロータとの隙間が広くなる。その結果、スクリューロータが回転すると、隙間の狭い部分でスクリューロータの外周面がシリンダ部の内周面に接触しやすくなるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スクリューロータの自重によってケーシングのシリンダ部の軸心とスクリューロータの軸心とがずれてしまうのを抑え、シリンダ部とスクリューロータとの隙間分布を均一化できるようにすることにある。

本発明は、ケーシング（11）と、該ケーシング（11）のシリンダ部（16）に挿入されて圧縮室（23）を形成するスクリューロータ（40）と、該ケーシング（11）内の高圧側に配設されて該スクリューロータ（40）の駆動軸（21）を回転自在に支持する高圧側軸受（61）と、該高圧側軸受（61）を保持する筒状の高圧側軸受ホルダ（60）とを備えたスクリュー圧縮機を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、前記高圧側軸受ホルダ（60）を保持する筒状の保持部（31）を有し、前記シリンダ部（16）の高圧側の開口部を塞ぐように配設された固定板（30）を備え、
前記シリンダ部（16）の高圧側の内周縁部には、該シリンダ部（16）の開口側に向かって拡径するように傾斜したシリンダ側テーパー部（16a）が形成され、
前記固定板（30）における前記保持部（31）の外周縁部には、前記シリンダ部（16）に向かって縮径するように傾斜して前記シリンダ側テーパー部（16a）に当接する保持側テーパー部（31a）が形成されていることを特徴とするものである。

第１の発明では、高圧側軸受ホルダ（60）は、固定板（30）に設けられた筒状の保持部（31）で保持される。シリンダ部（16）の高圧側の内周縁部には、シリンダ側テーパー部（16a）が形成される。シリンダ側テーパー部（16a）は、シリンダ部（16）の開口側に向かって拡径するように傾斜している。固定板（30）における保持部（31）の外周縁部には、保持側テーパー部（31a）が形成される。保持側テーパー部（31a）は、シリンダ部（16）に向かって縮径するように傾斜してシリンダ側テーパー部（16a）に当接している。

このような構成とすれば、スクリューロータ（40）の自重によってケーシング（11）のシリンダ部（16）の軸心とスクリューロータ（40）の軸心とがずれてしまうのを抑え、シリンダ部（16）とスクリューロータ（40）との隙間分布を均一化することができる。

具体的に、スクリューロータ（40）、駆動軸（21）、及び高圧側軸受ホルダ（60）を、軸心が一致するように一体に組み立てておき、ケーシング（11）を横長姿勢とした状態でシリンダ部（16）に挿入すると、スクリューロータ（40）及び高圧側軸受ホルダ（60）が自重によってシリンダ部（16）の下部寄りに位置してしまい、シリンダ部（16）の軸心とスクリューロータ（40）の軸心とがずれてしまう。その結果、シリンダ部（16）とスクリューロータ（40）との隙間が円周方向で不均一となり、スクリューロータ（40）を回転させると、隙間の狭い部分でスクリューロータ（40）の外周面がシリンダ部（16）の内周面に接触しやすくなってしまう。

これに対し、本発明では、固定板（30）の保持部（31）で高圧側軸受ホルダ（60）を保持し、スクリューロータ（40）及び高圧側軸受ホルダ（60）をシリンダ部（16）に挿入する際に、シリンダ側テーパー部（16a）と保持側テーパー部（31a）とを当接させて調芯作業を行うことで、シリンダ部（16）の軸心とスクリューロータ（40）の軸心とを一致させることができる。

これにより、シリンダ部（16）とスクリューロータ（40）との隙間を円周方向で均一化させ、スクリューロータ（40）の外周面がシリンダ部（16）の内周面に接触するのを抑えて圧縮機の信頼性を確保することができる。また、シリンダ部（16）とスクリューロータ（40）との隙間が円周方向で均一化されるので、この隙間をできる限り狭く設定することが可能となる。これにより、隙間から冷媒が漏れるのを抑えて圧縮機の性能を向上させることができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記高圧側軸受ホルダ（60）と前記固定板（30）との間に挟み込まれ、前記スクリューロータ（40）の軸方向の位置を調整するためのシム板（32）を備えたことを特徴とするものである。

第２の発明では、高圧側軸受ホルダ（60）と固定板（30）との間に、適切な板厚のシム板（32）を挟み込むことで、スクリューロータ（40）の軸方向の位置を調整することができる。

第３の発明は、第１の発明において、
前記シリンダ側テーパー部（16a）と前記保持側テーパー部（31a）との間に挟み込まれ、前記スクリューロータ（40）の軸方向の位置を調整するためのシム板（32）を備えたことを特徴とするものである。

第３の発明では、シリンダ側テーパー部（16a）と保持側テーパー部（31a）との間に、適切な板厚のシム板（32）を挟み込むことで、スクリューロータ（40）の軸方向の位置を調整することができる。

本発明によれば、固定板（30）の保持部（31）で高圧側軸受ホルダ（60）を保持し、スクリューロータ（40）及び高圧側軸受ホルダ（60）をシリンダ部（16）に挿入する際に、シリンダ側テーパー部（16a）と保持側テーパー部（31a）とを当接させて調芯作業を行うことで、シリンダ部（16）の軸心とスクリューロータ（40）の軸心とを一致させることができる。これにより、シリンダ部（16）とスクリューロータ（40）との隙間を円周方向で均一化させ、スクリューロータ（40）の外周面がシリンダ部（16）の内周面に接触するのを抑えて圧縮機の信頼性を確保することができる。

本発明の実施形態１に係るスクリュー圧縮機の構成を示す縦断面図である。 スクリュー圧縮機の構成を示す横断面図である。 シリンダ部周辺の構成を示す縦断面図である。 高圧側軸受ホルダを固定板で保持する前の状態を示す縦断面図である。 スクリューロータ及び高圧側軸受ホルダをシリンダ部に挿入している途中の状態を示す縦断面図である。 スクリュー圧縮機の圧縮機構の動作を示す平面図であって、（ａ）は吸入行程を示し、（ｂ）は圧縮行程を示し、（ｃ）は吐出行程を示す。 本実施形態２に係るスクリュー圧縮機のシリンダ部周辺の構成を示す図３相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

《実施形態１》
図１は、スクリュー圧縮機の構成を示す縦断面図、図２は横断面図である。図１及び図２に示すように、スクリュー圧縮機（10）では、圧縮機構（20）と、圧縮機構（20）を駆動する電動機（12）とが金属製のケーシング（11）に収容されている。圧縮機構（20）は、駆動軸（21）を介して電動機（12）と連結されている。

ケーシング（11）内は、低圧のガス冷媒が流入される低圧空間（S1）と、圧縮機構（20）から吐出された高圧のガス冷媒が流入する高圧空間（S2）とに区画されている。

ケーシング（11）の低圧空間（S1）側には、吸入口（11a）が形成されている。吸入口（11a）には、吸入側フィルタ（19）が取り付けられており、ケーシング（11）内に吸入されるガス冷媒に含まれる比較的大きな異物が捕集される。

電動機（12）は、ステータ（13）と、ロータ（14）とを備えている。ステータ（13）は、低圧空間（S1）においてケーシング（11）の内周面に固定されている。ロータ（14）には、駆動軸（21）の一端部が連結されてロータ（14）とともに回転する。

圧縮機構（20）は、ケーシング（11）内に形成された円筒状のシリンダ部（16）と、シリンダ部（16）の中に配置された１つのスクリューロータ（40）と、スクリューロータ（40）に噛み合う２つのゲートロータ（50）とを備えている。

スクリューロータ（40）は、概ね円柱状に形成された金属製の部材である。スクリューロータ（40）の外径は、シリンダ部（16）の内径よりも若干小さく設定されており、スクリューロータ（40）の外周面がシリンダ部（16）の内周面と摺接するように構成されている。スクリューロータ（40）の外周部には、スクリューロータ（40）の軸方向一端から他端へ向かって螺旋状に延びる螺旋溝（41）が複数本形成されている。

スクリューロータ（40）には、駆動軸（21）が挿通されている。スクリューロータ（40）と駆動軸（21）とは、キー（22）によって連結されている。

ゲートロータ（50）は、放射状に設けられた複数のゲート（51）を有する。ゲートロータ（50）は、金属製のロータ支持部材（55）に取り付けられている。ロータ支持部材（55）は、シリンダ部（16）に隣接してケーシング（11）内に区画形成されたゲートロータ室（18）に収容されている。

図２におけるスクリューロータ（40）の右側に配置されたロータ支持部材（55）は、ゲートロータ（50）が下端側となる姿勢で設置されている。一方、図２におけるスクリューロータ（40）の左側に配置されたロータ支持部材（55）は、ゲートロータ（50）が上端側となる姿勢で設置されている。各ロータ支持部材（55）の軸部（58）は、ゲートロータ室（18）内の軸受ハウジング（52）に玉軸受（53）を介して回転自在に支持されている。

圧縮機構（20）では、シリンダ部（16）の内周面と、スクリューロータ（40）の螺旋溝（41）と、ゲートロータ（50）のゲート（51）とによって囲まれた空間が圧縮室（23）となる。スクリューロータ（40）の螺旋溝（41）は、吸入側端部において低圧空間（S1）に開放しており、この開放部分が圧縮機構（20）の吸入口（24）になっている。

ケーシング（11）における高圧空間（S2）側の底部には、油溜まり部（28）が設けられている。油溜まり部（28）に貯留された油は、スクリューロータ（40）等の駆動部品の潤滑に用いられる。

ケーシング（11）における高圧空間（S2）側の上部には、吐出口（11b）が形成されている。油溜まり部（28）の上方位置には、油分離器（27）が配置されている。油分離器（27）は、高圧冷媒から油を分離するものである。具体的に、圧縮室（23）で圧縮された後の高圧冷媒は、油分離器（27）を通過する際に、高圧冷媒に含まれる油が油分離器（27）に捕捉される。油分離器（27）に捕捉された油は、油溜まり部（28）に回収される。一方、油が分離された後の高圧冷媒は、吐出口（11b）を介してケーシング（11）外部に吐出される。

駆動軸（21）の一端部は、低圧空間（S1）内に配設された低圧側軸受（66）に回転自在に支持されている。低圧側軸受（66）は、低圧側軸受ホルダ（65）に保持されている。

図３にも示すように、駆動軸（21）の他端部は、圧縮機構（20）の高圧側に位置する高圧側軸受（61）に回転自在に支持されている。高圧側軸受（61）は、筒状の高圧側軸受ホルダ（60）内に保持されている。

高圧側軸受ホルダ（60）は、ケーシング（11）のシリンダ部（16）内に収容されている。高圧側軸受ホルダ（60）の後端側の開口部は、固定板（30）によって塞がれている。これにより、高圧側軸受ホルダ（60）における高圧側軸受（61）と固定板（30）との間には、内部空間（62）が形成される。

図４にも示すように、固定板（30）の左側壁面には、左方に突出して延びる円筒状の保持部（31）が一体形成されている。保持部（31）内には、高圧側軸受ホルダ（60）の右端部が挿入される。これにより、高圧側軸受ホルダ（60）は、固定板（30）の保持部（31）に対して締まり嵌め又は中間嵌めによって保持される。

固定板（30）の保持部（31）内には、シム板（32）が収容されている。シム板（32）は、スクリューロータ（40）の軸方向の位置を調整するための板材であり、固定板（30）と高圧側軸受ホルダ（60）との間に挟み込まれている。具体的には、板厚の異なる複数枚のシム板（32）を用意しておき、シム板（32）を適宜交換することで、スクリューロータ（40）の軸方向の位置を微調整するようにしている。

このように、固定板（30）には、スクリューロータ（40）、駆動軸（21）、高圧側軸受ホルダ（60）、及びシム板（32）が一体に組み付けられる。高圧側軸受ホルダ（60）は、締結ボルト（33）によって固定板（30）に締結固定されている。シム板（32）は、固定板（30）と高圧側軸受ホルダ（60）とに挟まれて共締めされている。

図５にも示すように、固定板（30）における保持部（31）の外周縁部には、保持側テーパー部（31a）が形成されている。保持側テーパー部（31a）は、シリンダ部（16）に向かって縮径するように傾斜している。

一方、シリンダ部（16）の高圧側の内周縁部には、シリンダ側テーパー部（16a）が形成されている。シリンダ側テーパー部（16a）は、シリンダ部（16）の開口側に向かって拡径するように傾斜している。

そして、固定板（30）をシリンダ部（16）側に移動させ、スクリューロータ（40）、駆動軸（21）、及び高圧側軸受ホルダ（60）をシリンダ部（16）内に挿入させていくと、固定板（30）の保持側テーパー部（31a）がシリンダ部（16）のシリンダ側テーパー部（16a）に当接することとなる。これにより、固定板（30）が調芯されてスクリューロータ（40）の軸心がシリンダ部（16）の軸心に一致するようになっている。固定板（30）は、締結ボルト（33）によってシリンダ部（16）の右端部に締結固定される。

このような構成とすれば、スクリューロータ（40）の自重によってケーシング（11）のシリンダ部（16）の軸心とスクリューロータ（40）の軸心とがずれてしまうのを抑え、シリンダ部（16）とスクリューロータ（40）との隙間分布を均一化することができる。これにより、スクリューロータ（40）の外周面がシリンダ部（16）の内周面に接触するのを抑えて圧縮機の信頼性を確保することができる。

また、シリンダ部（16）とスクリューロータ（40）との隙間が円周方向で均一化されるので、この隙間をできる限り狭く設定することが可能となる。これにより、隙間から冷媒が漏れるのを抑えて圧縮機の性能を向上させることができる。

図３に示すように、固定板（30）の右側壁面には、円筒状のシリンダ（35）が一体形成されている。シリンダ（35）内にはピストン（36）が装填されており、シリンダ（35）内を前後の空間に仕切っている。ピストン（36）は、シリンダ（35）内の前後の空間の差圧によって前後方向に進退する。そして、ピストン（36）の進退動作に連動して、図示しないスライドバルブが駆動軸（21）と平行な方向へスライド駆動する。

駆動軸（21）には、高圧側軸受ホルダ（60）の内部空間（62）とケーシング（11）内の低圧空間（S1）とを連通する貫通孔（21a）が形成されている。高圧側軸受（61）の内輪部は、駆動軸（21）の他端部に取り付けられた内輪保持部（25）によって押圧されている。内輪保持部（25）は、締結ボルト（26）によって駆動軸（21）に締結固定されている。内輪保持部（25）には、駆動軸（21）の貫通孔（21a）に連通する孔が形成されており、低圧空間（S1）と内部空間（62）とを連通する貫通孔（21a）の一部を構成している。

スクリューロータ（40）の後端部と高圧側軸受ホルダ（60）の前端部との間には、縦断面がクランク状に屈曲した形状の潤滑路（63）が形成されている。潤滑路（63）は、スクリューロータ（40）で圧縮された冷媒に含まれる油を高圧側軸受ホルダ（60）の高圧側軸受（61）に向かって流通させて高圧側軸受（61）を潤滑させるための流路である。

高圧側軸受（61）を通過した冷媒は、高圧側軸受ホルダ（60）の内部空間（62）に流入する。内部空間（62）に流入した冷媒は、内部空間（62）と低圧空間（S1）との差圧によって、駆動軸（21）の他端部から貫通孔（21a）を通って一端部から吐出される。

このように、駆動軸（21）の他端部から貫通孔（21a）を通って一端部から吐出された油は、低圧側軸受（66）を潤滑する。

−運転動作−
以下、スクリュー圧縮機（10）の運転動作について説明する。図１に示すように、スクリュー圧縮機（10）において電動機（12）を起動すると、駆動軸（21）が回転するのに伴ってスクリューロータ（40）が回転する。このスクリューロータ（40）の回転に伴ってゲートロータ（50）も回転し、圧縮機構（20）が吸入行程、圧縮行程及び吐出行程を繰り返す。ここでは、図６において網掛けを付した圧縮室（23）に着目して説明する。

図６（ａ）において、網掛けを付した圧縮室（23）は、低圧空間（S1）に連通している。また、この圧縮室（23）が形成されている螺旋溝（41）は、図６（ａ）の下側に位置するゲートロータ（50）のゲート（51）と噛み合わされている。スクリューロータ（40）が回転すると、このゲート（51）が螺旋溝（41）の終端へ向かって相対的に移動し、それに伴って圧縮室（23）の容積が拡大する。その結果、低圧空間（S1）の低圧ガス冷媒が吸入口（24）を通じて圧縮室（23）へ吸い込まれる。

スクリューロータ（40）がさらに回転すると、図６（ｂ）の状態となる。図６（ｂ）において、網掛けを付した圧縮室（23）は、閉じきり状態となっている。つまり、この圧縮室（23）が形成されている螺旋溝（41）は、図６（ｂ）の上側に位置するゲートロータ（50）のゲート（51）と噛み合わされ、このゲート（51）によって低圧空間（S1）から仕切られている。そして、スクリューロータ（40）の回転に伴ってゲート（51）が螺旋溝（41）の終端へ向かって移動すると、圧縮室（23）の容積が次第に縮小する。その結果、圧縮室（23）内のガス冷媒が圧縮される。

スクリューロータ（40）がさらに回転すると、図６（ｃ）の状態となる。図６（ｃ）において、網掛けを付した圧縮室（23）は、吐出口（図示省略）を介して高圧空間（S2）と連通した状態となっている。そして、スクリューロータ（40）の回転に伴ってゲート（51）が螺旋溝（41）の終端へ向かって移動すると、圧縮されたガス冷媒が圧縮室（23）から高圧空間（S2）へ押し出されてゆく。

《実施形態２》
図７は、本実施形態２に係るスクリュー圧縮機のシリンダ部周辺の構成を示す縦断面図である。以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図７に示すように、固定板（30）の保持側テーパー部（31a）とシリンダ部（16）のシリンダ側テーパー部（16a）との間には、シム板（32）が挟み込まれている。シム板（32）は、締結ボルト（33）によって固定板（30）をシリンダ部（16）の右端部に締結固定する際に、保持側テーパー部（31a）とシリンダ側テーパー部（16a）との間に挟まれて共締めされる。

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態では、高圧側軸受ホルダ（60）と固定板（30）との間にシム板（32）を挟み込むことで、スクリューロータ（40）の軸方向の位置を調整するようにしたが、この形態に限定するものではない。例えば、固定板（30）にジャッキボルトを取り付け、ジャッキボルトのねじ込み量を調整することで、スクリューロータ（40）の軸方向の位置を調整するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明は、スクリューロータの自重によってケーシングのシリンダ部の軸心とスクリューロータの軸心とがずれてしまうのを抑え、シリンダ部とスクリューロータとの隙間分布を均一化できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

10 スクリュー圧縮機
11 ケーシング
16 シリンダ部
16a シリンダ側テーパー部
21 駆動軸
23 圧縮室
30 固定板
31 保持部
31a 保持側テーパー部
32 シム板
40 スクリューロータ
60 高圧側軸受ホルダ
61 高圧側軸受

Claims (3)

1. ケーシング（11）と、該ケーシング（11）のシリンダ部（16）に挿入されて圧縮室（23）を形成するスクリューロータ（40）と、該ケーシング（11）内の高圧側に配設されて該スクリューロータ（40）の駆動軸（21）を回転自在に支持する高圧側軸受（61）と、該高圧側軸受（61）を保持する筒状の高圧側軸受ホルダ（60）とを備えたスクリュー圧縮機であって、
   前記高圧側軸受ホルダ（60）を保持する筒状の保持部（31）を有し、前記シリンダ部（16）の高圧側の開口部を塞ぐように配設された固定板（30）を備え、
   前記シリンダ部（16）の高圧側の内周縁部には、該シリンダ部（16）の開口側に向かって拡径するように傾斜したシリンダ側テーパー部（16a）が形成され、
   前記固定板（30）における前記保持部（31）の外周縁部には、前記シリンダ部（16）に向かって縮径するように傾斜して前記シリンダ側テーパー部（16a）に当接する保持側テーパー部（31a）が形成されていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
2. 請求項１において、
   前記高圧側軸受ホルダ（60）と前記固定板（30）との間に挟み込まれ、前記スクリューロータ（40）の軸方向の位置を調整するためのシム板（32）を備えたことを特徴とするスクリュー圧縮機。
3. 請求項１において、
   前記シリンダ側テーパー部（16a）と前記保持側テーパー部（31a）との間に挟み込まれ、前記スクリューロータ（40）の軸方向の位置を調整するためのシム板（32）を備えたことを特徴とするスクリュー圧縮機。

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