JPH06307360A - 流体回転装置 - Google Patents

流体回転装置

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JPH06307360A
JPH06307360A JP5100910A JP10091093A JPH06307360A JP H06307360 A JPH06307360 A JP H06307360A JP 5100910 A JP5100910 A JP 5100910A JP 10091093 A JP10091093 A JP 10091093A JP H06307360 A JPH06307360 A JP H06307360A
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JP
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rotors
casing
rotor
screw
rotating device
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JP5100910A
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Teruo Maruyama
照雄 丸山
Ryoichi Abe
良一 阿部
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スクリュー式の低振動、低騒音の特徴を維持
しながら、内部リークの大きなスクリュー式の欠点を解
消できる高効率の流体回転装置を提供する。 【構成】 複数個のロータの組み合わせからなる容積式
の流体回転装置であって、吸入孔６および吐出孔７が形
成されているケーシング９２と、このケーシング９２内
に軸支され同期して回転するように配置された互いにか
み合う複数個のねじ形ロータ１と、これらのロータ１を
回転させる駆動手段と、複数個のねじ形ロータ１ と前
記ケーシング９２で形成される空間の容積変化を利用し
て、流体の吸入・圧縮・吐出作用を行う流体回転装置に
おいて、複数個のねじ形ロータ１のケーシング９２の内
面に近接もしくは摺動する平坦面が、ロータ１の外周面
に形成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体設備に用いられる
真空ポンプとして、あるいは冷凍空調機器用の圧縮機等
に幅広く適用できる流体回転装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】冷凍空調分野あるいは真空を取扱う半導
体・光学・食品・薬品等の分野で、スクリュー式の流体
機械が、圧縮機あるいは真空ポンプとして、従来から幅
広く用いられている。
【０００３】図１６は従来のスクリュー式の圧縮機の一
例を示すもので、平行な２軸上に配列された雄ロータ５
００と雌ロータ５０１が、互いに反対方向に回転する。
【０００４】一対のロータはねじ状をなし、ケーシング
と、ねじ溝とで形成されたチューブ状の溝室がかみ合い
点が回転につれて軸方向に移動して縮小し、気体を吐出
する。
【０００５】すなわち図１７に示す様に、４枚の凸面を
持った雄ロータ５００、６枚の歯の雌ロータ５０１から
構成されていて、各ロータは互いに反対方向に回転し、
ロータ溝とケーシングの間にできる空間の体積変化を利
用して、吸入、圧縮、吐出が行われる。 スクリュー式
は、吸入、圧縮、吐出を次々とねじ溝が行うので、トル
ク変動および流れ脈動が小さい、回転体のバランスがよ
いので振動がなく高速回転に適し、小型にできる等の特
徴がある。
【０００６】スクリュー圧縮機の場合、各ロータ間およ
びロータケーシング間の内部漏洩をいかに少なく押さえ
ることができるかで圧縮機としての性能が決まる。内部
漏洩の発生する個所は次の通りである。
【０００７】（１）雄ロータと雌ロータのかみ合い部を
通じて、吐出側から吸入側への漏洩 （２）ロータサイドギャップを通じての漏洩 （３）ロータ外周とケーシング内面とのギャップを通じ
て、一つの歯溝から次の歯溝への漏洩 （４）ロータの歯形によって決まる相隣る歯溝を連絡す
る通路、すなわちブローホール（ｂｌｏｗ ｈｏｌｅ）
を通じての漏洩 これらの漏洩を減らすために、各部材の熱膨脹を考慮し
た高精度加工を行なうと共に、ギャップ部を潤滑油によ
りシールしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来のスクリュ
ー式流体機械を、たとえば民生用の冷蔵庫、ルームエア
コン、カーエアコン等に適用しようとした場合、排気量
（１回転あたりの吐出量）が通常３cc〜１００ccクラス
になるため、上述した内部漏れの影響により、圧縮機の
効率が大きく低下してしまうという問題点があった。
【０００９】したがってスクリュー式は低振動、低騒音
といった長所を持ちながらも、上述した民生用機器への
適用は難しいとされ、主に産業機器を対象として大型の
圧縮機・真空ポンプ等に用いられている。
【００１０】本発明は従来技術に係わる上述した課題を
解決し、スクリュー式のシンプルな構造上の特徴を損な
うことなく、高効率化が図れる流体回転装置を提供する
ものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明にかかる流体回転装置では、吸入孔および
吐出孔が形成されているケーシングと、このケーシング
内に軸支され同期して回転するように配設された互いに
かみ合う複数個のねじ形ロータと、これらのロータを回
転させる駆動手段と、前記複数個のねじ形ロータと前記
ケーシングで形成される空間の容積変化を利用して、流
体の吸入・圧縮・吐出作用を行なう流体回転装置におい
て、前記複数個のねじ形ロータの前記ケーシングの内面
に近接もしくは摺動する平坦面が、前記ロータの外周面
に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】本発明を圧縮機あるいはポンプに適用すれば、
各ロータ（回転側）がケーシング（固定側）の内面と摺
動あるいは近接する内部リークの最も大きな部分に、十
分に大きなシール面積を持つシール部を形成することが
できる。
【００１３】従来のスクリュー式の流体機械が曲面同士
の組合せ（凹面と凸面）で「線」によってシール部を形
成したのに対して、本発明では「面」でシールすること
ができ、それゆえシール部分の流体抵抗を十分大きくと
れ、内部リークを大幅に低減することができる。
【００１４】さらにこのシール部分を利用して、スクロ
ール圧縮機等で用いられている帯状のチップシールを形
成し、一層の内部リークの低減を図ることができる。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示すもので、１
ａ、１ｂは各ロータ、２ａ、２ｂは回転軸、３ａ、３ｂ
は前記ロータ１ａ、１ｂに形成されたねじ溝、４ａ、４
ｂは各ロータの中心部に位置するテーパ軸である。ここ
でロータ１ａはねじ溝３ａとテーパ軸４ａより、ロータ
１ｂはねじ溝３ｂとテーパ軸４ｂより構成される。５は
ロータ１ａ、１ｂを収納するケーシング、６はケーシン
グ５に形成された吸入孔、７は吐出孔、８は吸入室、９
は吐出室、１０ａ、１０ｂは回転軸２ａ、２ｂに設けら
れたフローティング・シールである。また同図におい
て、１１は上流側の流体輸送室、１２は下流側の流体輸
送室である。
【００１６】各ロータは平行な２軸上に配列されてお
り、各ロータのねじ溝３ａ、３ｂは互いにかみ合い、か
つ反対方向に回転する。
【００１７】各ねじ溝の外径プロフィールはテーパ形状
になっているが、各テーパ軸も逆テーパの形状となって
いる。ねじ溝、テーパ溝、ケーシングで形成される密閉
空間は両ロータの回転にともない、上方の吐出側へ体積
を減少させながら移動する。
【００１８】なお、図１の実施例では、ケーシング５全
体が吐出圧に等しい高圧容器（図示せず）に包まれてお
り、各ロータの吐出側の外径Ｄ1を回転軸の吸入側の外
径Ｄ2にほぼ同じくすることによって、ロータに加わる
スラスト荷重を零に近づけている。高圧側から吸入室８
への冷媒の漏れはフローティングシール１０ａ、１０ｂ
によって遮断できる。
【００１９】図２は本発明の第２の実施例を示すもの
で、ケーシング９とテーパ軸に近接するねじ溝の外周部
の平坦面に帯状のチップシール１０ａ、１０ｂを設けた
場合を示す。この種のチップシールは、例えばスクロー
ル圧縮機において、圧縮機の内部リークを防止し、効率
アップを図るために用いられているものである。しかし
従来のスクリュー式の圧縮機では、図２で示す様に、雄
ロータ、雌ロータの外径プロフィールが曲面で形成され
ており、かつ両ロータの接触点がロータの回転角度によ
って逐次変化するために、チップシールの適用は困難で
あった。しかし本発明を用いれば、ねじ溝の外周部が十
分な幅の平坦面を持っているため、この部分にコニカル
形状のチップシールを設けることができる。
【００２０】図３にチップシールの作動原理を示す。本
発明を圧縮機として用いた場合、上流側輸送室１１の圧
力は下流側輸送室１２よりも大きく、その圧力差△Ｐが
図に示す様にチップシール１０ｂに遠心方向に加わるこ
とになる。上記圧力差△Ｐに加えて、遠心力Ｆによりり
チップシール１０ｂはケーシング５の内面に押しつけら
れるため、上流側輸送室１１から下流側輸送室１２に継
がる漏れ流路を遮断できる。
【００２１】図４はチップシール１３の表面に粘性流体
の動圧効果を発生させる動圧溝１４を形成した実施例で
ある。図５に動作原理図を示す。チップシール１３の表
面とケーシング５の内面は大きな相対速度を持つため、
動圧溝１４によるくさび圧力△Ｐ2が発生し、遠心力Ｆ
と圧力差△Ｐ1に抗して、チップシールを数ミクロンの
オーダーで浮上させる。したがってチップシールは長期
使用後も摩耗の発生はなく、信頼性向上と共に、機械摺
動損失の低減が図れる。
【００２２】図６、図７は各ロータを収納する内面がテ
ーパ形状のケーシングを軸方向に移動可能にして、液圧
縮時の過剰な圧力発生を防止し、信頼性の向上を図った
例を示す。２０は可動ケーシング、２１はこの可動ケー
シングを収納する固定ケーシング、２２ａ、２２ｂはこ
の可動ケーシング２０を下方向に荷重を与える圧縮バネ
２４ａ、２４ｂはロータである。可動ケーシング２０の
軸方向高さは、固定ケーシング２１に形成された位置決
め部２３によって規制される。
【００２３】なお、図７に示す様に、液圧縮が発生した
場合も、可動ケーシングが上方向に浮上するため、加圧
された液体は上流から下流に流出するため、圧縮機の信
頼性を高めることができる。
【００２４】図８は、ねじ形ロータを３本軸にして、中
心部のロータを主軸とし、左右のロータを従動軸とし
て、流体回転装置を構成した例を示す。５０は主軸ロー
タ、５１ａ、５１ｂは従動軸ロータ、５２は主軸のねじ
溝、５３ａ、５３ｂは従動軸のねじ溝、５４は吸入孔、
５４ａ、５４ｂは吐出孔である。
【００２５】図９はねじ形ロータを２本軸にして、かつ
各ロータ径を異にした場合を示す。６０は主軸ロータ、
６１は従動軸ロータである。
【００２６】図１０はねじ形ロータを３本軸にして、か
つ各ねじを２条ねじにした場合を示す。
【００２７】図１１に図１０のＡ−Ａ断面図を示す。７
０は主軸ロータ、７１ａは従動軸ロータａ、７１ｂは従
動軸ロータｂ、７２はケーシング、７３は吸入孔、７４
ａ、７４ｂは吐出孔である。主軸ロータ７０のロータ径
Ｄと従動軸ロータ７１ａ、７１ｂのロータ径ｄは図１０
に示す様に異なっており、かつ各ロータ及び各ロータを
収納するケーシング７２はテーパ状に形成されている。
【００２８】この様に主軸及び各従動軸のロータ径を異
にし、かつ各ねじ溝の幅を最適化することにより、ＩＭ
Ｏポンプと同様に、各従動軸に加わる流体圧によるトル
クを零にして、タイミングギヤを省略することができ
る。
【００２９】また容積変化のない従来のＩＭＯポンプと
比べて、本発明の流体回転装置では、各ロータとケーシ
ングで形成される密閉空間は、下流側に向かって除々に
縮小するため圧縮作用を持っている。従って図１０の装
置は圧縮機として用いることができる。
【００３０】図１２はこの３本ねじの流体回転装置の主
軸ロータ８０と従動軸ロータ８１ａ、８１ｂにチップシ
ール８２ａ、８２ｂ、８３ａ、８３ｂ、８４ａ、８４
ｂ、を設けて、シール性能の向上を図った例を示す。
【００３１】図１３は従来軸ロータ９０ａ、９０ｂ、９
０ｃを３本にして、かつ主軸ロータ９１を３条ねじを形
成した場合を示す。９２は各ロータを収納する円形のケ
ーシングである。
【００３２】図１４は本発明をカーエアコン用の圧縮機
に適用する場合の具体構造を示す。１００は主軸ロー
タ、１０１ａ、１０１ｂは従動軸ロータ、１０２はクラ
ッチ、１０３はメカニカルシール、１０４はハウジング
である。
【００３３】図１５は本発明を冷蔵庫用圧縮機に適用し
た場合を示す。１５０は主軸ロータ、１５１ａ、１５１
ｂは従動軸ロータ、１５２はモータのロータ、１５３は
モータのステータ、１５４はハウジング、１５５は吸入
通路、１５６は吐出通路、１５７は吐出側サイドプレー
ト、１５８は吸入側サイドプレートである。主軸ロータ
１５０の両端はサイドプレート１５７、１５８に固定さ
れており、従動軸ロータ１５１ａ、１５１ｂはモータの
ロータ１５２と共に、主動ロータ１５０の回りを衛星歯
車のごとく施回する。
【００３４】
【発明の効果】本発明により、スクリュー式の低振動・
低騒音の特徴を損なわないで、小排気量でも十分な高い
効率を持つ、圧縮機、真空ポンプ等の流体回転装置が実
現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である正面断面図
【図２】本発明にチップシールによる漏洩防止を図った
正面断面図
【図３】図２の一部拡大図
【図４】チップシールに動圧溝を形成した場合の正面断
面図
【図５】図４の一部拡大図
【図６】液圧縮防止を図る可動ケーシングを設けた正面
断面図
【図７】図６の液圧縮発生時を示す図
【図８】本発明を３本軸で構成した場合の正面断面図
【図９】本発明を２本軸で構成した場合の正面断面図
【図１０】本発明を２条ねじでかつ２本軸で構成した場
合の正面断面図
【図１１】図１０のＡＡ矢視断面図
【図１２】各ロータにチップシールを設けた場合のロー
タの断面図
【図１３】本発明を３条ねじでかつ４本軸で構成した場
合のロータの断面図
【図１４】本発明をカーエアコン圧縮機に適用した場合
の正面断面図
【図１５】本発明を冷蔵庫用圧縮機に適用した場合の正
面断面図
【図１６】従来のスクリュー圧縮機の外観図
【図１７】従来のスクリュー圧縮機の断面図
【符号の説明】
１ａ、１ｂ ロータ ２ａ、２ｂ 回転軸 ３ａ、３ｂ ねじ溝 ４ａ、４ｂ テーパ軸 ５ ケーシング ６ 吸入孔 ７ 吐出孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ 9277−4Ｍ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸入孔および吐出孔が形成されているケ
    ーシングと、このケーシング内に軸支され同期して回転
    するように配置された互いにかみ合う複数個のねじ形ロ
    ータと、これらのロータを回転させる駆動手段と、前記
    複数個のねじ形ロータと前記ケーシングで形成される空
    間の容積変化を利用して、流体の吸入・圧縮・吐出作用
    を行う流体回転装置において、前記複数個のねじ形ロー
    タの前記ケーシングの内面に近接もしくは摺動する平坦
    面が、前記ロータの外周面に形成されていることを特徴
    とする流体回転装置。
JP5100910A 1993-04-27 1993-04-27 流体回転装置 Pending JPH06307360A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5100910A JPH06307360A (ja) 1993-04-27 1993-04-27 流体回転装置
CN94101992A CN1046990C (zh) 1993-04-27 1994-03-11 旋转式流体装置
US08/233,273 US5533887A (en) 1993-04-27 1994-04-26 Fluid rotary apparatus having tapered rotors

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JP5100910A JPH06307360A (ja) 1993-04-27 1993-04-27 流体回転装置

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JP5100910A Pending JPH06307360A (ja) 1993-04-27 1993-04-27 流体回転装置

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