JPS59110802A - 容積形機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、流体を圧縮、膨張、ポンプ作用させる、スク
リューとビニオンを備えた容積形機械に関するものであ
る。

本明細書において考慮される装置は、ねじ山部分によシ
実質的に気密を保たれるケーシングと共働すべく設けら
れたスクリーーと、ケーシングの通路内を通過すべく配
設され、歯が上記スフＩＪ。

−と噛合するビニオンと、スクリューの一端側に配設さ
れた低圧ポートと、スクリー−の他端側に配設され、所
定幅を有するケーシング部分によってビニオンの上記通
路から隔離された高圧ポートとを備える。

この型の装置は、特に、米国特許第３，１３３，６９５
号、第３，１８０．５６５号、第３．５５１，０８２号
明細書中に記載されている。

これらの装置の効率を高めるため、そして流体の漏れを
減少させるため、その装置内に、冷却機能（その装置が
コンプレッサの場合）を有し、かつ液体シールを形成す
ることによシ気密を保持することのできる液体（通常は
油）を注入することが知られている。これは特に上記米
国特許第３．１３３，６９５号明細書中に記載されてい
る。

このシール作用は、液体の注入が減少するともはや効か
なくなる。例えば、冷蔵庫のコンプレッサに適用する場
合、圧縮室内の凝縮液を蒸発させて他の部分を冷却する
ために、圧縮室内へ液化ガスの凝縮液を注入することが
必要である。この結果ねじ山とケーシング間のクリアラ
ンスを密封するのに有効な液体はもはやなくなってしま
う。しかし、これらのクリアランスの大きさは装置の効
率に決定的な影響を有する。

一例として、冷媒Ｒ−２２で作用し、３０００ｒｐｍで
約２５００ｔの容量を有するコンプレッサの場合、コン
プレッサの熱効率は、ねじ山とケーシング間のクリアラ
ンスが１０ミクロン増加するごとに、約１チ低下するこ
とが見出されている。

このクリアランスを減少させる試みが今までなされてき
た。しかし、約７０〜１００ミクロンよシ小さい径方向
クリアランスについての試鹸結果は常に、ケーシング内
でスクリューの焼付きを起こし、この結果、これら２つ
の部分を破壊することなく分離させることができないと
いうものである。

本発明の目的は、クリアランスが高効率を維持できる充
分小さい値であシ、かつ焼付、膠着を生じるおそれのな
い、容積形機械を提供することである。

本発明によれば、装置は上記において引用した明細書中
のものと同様なものであるが、次の点において特徴を有
する。すなわち、ケーシングとスクリーーの各作用面の
一方は、その面のうち他の面との共働部分に多数の小空
洞が形成され、ランドは実質的に円周方向に向く部分を
有し、その部分の少なくとも一部は制限された円周方向
長さを有していて、このため円周方向の端部の少なくと
も一方において凹陥部により制限されており、ねじ山に
形成され、またはねじ山と協働する位置にあるケーシン
グに形成される各小空洞の周囲は、せいぜい、該小空洞
を形成されるか該小空洞に面するねじ山の２つの縁部の
一方のみにより切断される。

上述した構成の小空洞によりスクリーーとケーシングの
クリアランスを、焼付を起こすことなく約２０〜３０ミ
クロンの大きさに壕で小さくすることが可能となった。

本発明の範囲の限定を意味するものではないが、焼付、
膠着は装置内に残された不純物によシ起こされるという
説明をすることができる。粒子や微片が逃は道を見つけ
られずに回転方向へ移動するので、このような不純物は
、局部的に発生するが、ねじ山が実質的な幅を有する部
分、特に高圧側の端部へ広がシやすい傾向をもつ局部焼
付を起こす。

小空洞を設けたことにより、粒子や微片は小空洞の中に
入り込むので、形成される粒子等が大きくなるのを阻止
でき、粒子等はさらに転動することができず、その後小
空洞から解放される。

捕捉された粒子が、上述したような制限された長さを有
する、実質的に円周状のランド部の間に形成されやすけ
れば、その粒子はまた、円周状のランド部の一端に、素
早く落ちる。

好ましくは、円周方向ランド部の少々くとも一部の長さ
を制限する凹陥部は、小空洞である。円周方向ランド部
のいくつかは、それらの円周方向の端部にある小空洞に
よシ制限されるかもしれない。

小空洞がスクリューに形成される場合、円周方向ランド
部のいくつかは、両日周方向端部の一方にある小空洞に
よシ、また他の円周方向端部におけるねじ縁部によシ制
限されるかもし、れない。

好ましい実施例において、ねじ軸に垂直であり、かつ、
小空洞の面に交互に出合う平面は、小空洞の形成された
表面と交わる線に沿って、小空洞あるいは凹陥部の底面
およびランド面を交互に切断する。

しかして、ランドは、回転軸を中心とする円の周囲にお
いてどこにも連続的に配設されておらず、また、ランド
とケーシングの間に形成された粒子は、小空洞内にころ
がり込むか、円周方向ランド部を制限する凹陥部内に転
り込み、そこで停止する。

小空洞の深さは、流体の漏れる可能性を最小限に抑える
ため、０．２１１ＩＩ＋より小さいことが好ましい。

理論上、小空洞はケーシング上に設けてもよいし、ある
いはスクリーーに設けてもよい。

小空洞がスクリーー上に形成される場合、小空洞の変位
方向長さは、高圧ポートと低圧側へ臨むピニオン通路と
の間の流体の漏れが発生するのを阻止するため、高圧ポ
ートとピニオン通路との間に位置するケーシングの帯状
部の幅よりもむしろ小さい。

次に本発明の他の特徴と効果を明確にするため、図示実
施例に基づき本発明を説明する。

第１図および第２図において、本発明に係るコンプレッ
サは、２個の半割ケーシング３ａ、３ｂから構成される
ケーシング３内のベアリング２に回転自在に設けられた
スクリュー１を有する。このスクリー−１は、ねじ山４
の頂部２５によシ液密を保持されて、ケーシング３と共
働するよう構成される。

モータ（図示せず）は、スクリュ−１を矢印方向へ回転
させるために、このスクリュー１に連結される。

スクリュー１のねじ山４はピニオン６の歯５と噛合すべ
く配設される。このピニオン６は半割ケーシング３ａ、
３ｂにそれぞれ固定されたベアリング７に回転自在に取
付けられる。

ピニオン６はケーシングの凹部８内に配置され、通路１
１を通って、一部が筒部９内へ突出しており、該筒部９
はスクリュー１用のハウジングとして用いられる。

第６図に示されるように１三角ポート１２は、その−側
がねじ山４の傾斜部に実質的に平行であシ、筒部９内に
設けられ、排出ポート１３に連通ずるようになっている
。

本装置の動作において、スクリー−１は矢印方向へ回転
するピニオン６へ運動を伝達する。スクリューと噛合す
る各歯５は、ケーシングと、該歯が噛合するスフＩＪ、
−の２つのねじ山と、該歯の面部とにより形成される空
間内に、取入れ口１４を介して導入される所定量のガス
を導く。

上記空間の容積は徐々に減少し、この空間内に収容され
たガスを圧縮する。この空間がポート１２の反対側に位
置するようになった時、排出が行なわれる。

小空洞１５は、スクリ、−の外表面に形成され（第３図
参照）本質的には該スクリューの次の部分に形成される
。す々わち、ねじ山が最大幅を有する部分、換言すれは
、ねじ長さの下から３分の１と上から３分の１にほぼ一
致する部分に渡って、形成される。

上記小空洞は、ねじ山の頂部２５だけでなく、ねじ山の
端部（高圧側）とスフＩＪ、−の端部との間に位置する
円環部１６にも形成される。

小空洞は表面に形成されるとともにランド１９によシ相
互に分離された凹陥部である。

第１図〜第６図、および第８図の実施例において、小空
洞１５は矩形（略正方形）であシ、また軸方向に形成さ
れたランド１９により分離された軸方向列３１ａ、３１
ｂ、３１ｃ等（第８図）内に配列される。

各列のすべての隣合う２つの小空洞は、円周方向に向う
ランド１９ｅによシ互に分離される。さらに、各列の小
空洞の配列に関する限シ、各列（例えば３１ｂ）は、両
側に隣接する列（３１ａｅ３１ｃ）における小空洞の半
分の長さだけ、縦方向に偏れている。したがって、各ラ
ンド１９ｃは内円周方向端部において、隣接する列の小
空洞によシ制限される。

しかし、第３図かられかるように、ねじ山の端部２１．
２２に隣接するランド１９ｃは、それらの円周方向端部
の一方において該端部によシ制限される。

これらの構成により、スクリューの軸に垂直で、かつ、
小空洞の形成された表面に出会う平面１８は、小空洞の
形成された表面との交線に沿って、ランド１９ｅあるい
は１９＆と小空洞１５とに、交互に出会う。

各小空洞は、これが形成されるねじ山の間に完全に内包
されるか、あるいは、該小空洞は、ねじ山の２つの縁部
間に渡って流体が漏れないようにするため、ねじ山の２
つの縁部２１．２２の一方のみによシ切断されるよう構
成することが必要である。本実施例は、直径１４０１１
１１のスクリューに関するものであり、この条件はピッ
チＰを２ＩｌｌＩにすることにより満足される。

本実施例では、スクリューとケーシングの間のクリアラ
ンスＪ（第４図および第５図参照）は非常に小さく、す
なわち、概略数１０シクロンの大きさである。小空洞の
深さは約０．１〜０．１５１１１１１であシ、縁部１９
の厚さｅは約帆５１ｍ１ｍである。

第６図は三角ポート１２と一ニオン通路１１に一致する
範囲内でスクリューと共働するケーシングの円筒壁６を
示す。ケーシングのこの部分の前を通過する小空洞１５
を図中に鎖線で示す。コンプレッサの本来の作動を確保
するため、上記ポート１２と通路１１間の帯状部２３の
幅りは、そこでねじ山に捕えられ、そこから解放されな
いガスの量を確実にゼロにするよう最小値に抑えられる
。

さらに、高圧の三角ｒ−４１２と低圧の通路１１との間
の流体の漏れを防止するため、小空洞の変位方向Ｆに沿
う方向の寸法ｔを上記幅りよシ小さくすることが必要で
ある。

非常に小さい小空洞を加工することはコストがかかるの
で、この加工の必要性を避けるために、実質的な幅りは
帯状部２３のｔｌとんどの部分に渡って維持されるが、
Ｊ−ト１２は該帯状部の部分に膨出するくほみ２４によ
り大きくなっている。

その後発生するかもしれない漏れは、局部的に抑えられ
る。さらに、このような漏れは、小空洞の深さが小さい
ことにより、非常に低い値に抑えられる。小空洞はまた
、高圧のポート１２から２ニオン通路１１への回転変位
を受ける小空洞によ）移送される高圧ガスの体積を、無
視できるくらいの大きさに抑える効果を有する。

上述しまた添附図面に示された小空洞は、四辺形をなす
が、後述の記載から理解されるように、例えば円形や多
角形のような他の形状であってもよく、これらは同様な
効果を奏する。小空洞が放電加工（ＥＤＭ　）により加
工される時、四辺形は成形するのに特に容易である。こ
れはこの加工工程において、単なる切削操作によってＥ
ＤＭ電極を成形することが可能だからである。

他の実施例において、図示されないが、ランド１９ｍが
軸方向に対して傾斜し、および（または）ランド１９ｅ
が円周方向に対してわずかに傾斜してもよい。

ローレット切＃）あるいはランドを成形するために充填
金属を電気化学的に溶着させるような他の方法によシ、
非常に複雑な輪郭を形成することができる。この場合、
小空洞は、例えばフェスで形成されたマスクの予備的な
溶着によシ得ることができ、このフェスはその後除去さ
れる。

小空洞を用いることにより、スクリーーとケーシングが
同じ金属（例えば鋳鉄）で形成される時でさえ、焼付を
起こすことなく約数１０ミクロンの非常に小さいクリア
ランスとすることが可能となる。

さて、この利点は、油の注入をすることのないシングル
・スクリュー型の冷蔵庫や空調機のコンプレッサを効果
的に構成するには必須の条件である（油を吸込まないた
め回路を汚すことなく、また低価格のものとなるという
付随的な利点を伴なう）。一方、効率の観点からすると
、との装置を高いランクのものとするような熱効率を得
ることができる。したがって、３０００ｒｐｍにおいて
３０ミクロンの径方向クリアランスでもってケーシング
内に回転可能に装着される直４１１４０ｎのスクリュー
を備えたコンプレッサの場合、冷媒Ｒ−２２を用い、圧
縮比を約３とした計測の結果、等エントロピ効率は約７
７チであった。これは同様な圧縮能力を有する公知の型
の最良の比較装置よりも平均１０〜２０チも高い。

現在まで用いられてきた約帆１■のクリアランスの場合
、効率は７（ｌを越えることはない。

第９図〜第１２図には小空洞の種々の実施例が示され、
これらは全て、円周方向あるいは実質的に円周方向に向
くランド１９ｅが内円周方向端部あるいはそれぞれ実質
的な円周方向端部における小空洞（３１５，５１５ｍ、
５１５ｅ）によシ制限されるという条件を満たし、ただ
し、縁部２１．２２との隣接部では、ランド１９ｅは、
小空洞により一端において、また該縁部２１．２２の一
方により他端において制限される。

第９図〜第１２図の実施例はまた、スフＩＪ、−の軸に
垂直な全ての面１８は、小空洞が形成された表面と交叉
する線に沿って、小空洞とランドに交互に出会うという
条件を満たす。このことは第１０図および第１２図によ
シ確認され、これらの図は、それぞれの場合において、
全ての主な可能な位置における面１８を示している。

第９図および第１０図において、小空洞は円形であり、
また第１図〜第６図に示された例と同様に、小空洞は、
両側に隣接する列に対して小空洞の半分の軸方向長さだ
け偏れた軸方向列内に配列されている。

第１１図および第１２図において、小空洞は矩形であり
、スクリューの軸に平行に測った長さが異なる、２つの
形を有する。小空洞の中心は軸方向とともに円周方向に
も配列される。両方向において、大きい小空洞と小さい
小空洞とが交互に現れる。

本発明の他の実施例によれば、小空洞はスクリ二一のね
じ頂部と共働するケーシング内壁に形成される。このよ
うな構成は、ケーシングの形状が小空洞の加工に適して
いる時、例えばＥＤＭ電極を容易に近づけさせることの
できる、平らなもしくは円錐状のケーシングの場合に、
特に有利である。

第７図によれば、プレーン・スクリュー１０１は低圧の
取入れ口１１１４を設けられたケーシング１０３内に回
転自在に取付けられる。「プレーン・スクリー−」の語
を用いることは、ねじ山１０４が同一面内にあシ、ケー
シングの平面部と共働するという事実によシ説明される
。ピニオン（図示せず）はスクリーーの面に対して垂直
な面内にあシ、そのピニオン歯は、それに応じて形成さ
れるねじ溝に噛合する。この型のコンプレッサは米国特
許第３，１８０，５６５号明細書中にかなり詳しく記載
されている。

ねじ山の頂部とケーシング間のクリアランスは上記実施
例のものとほぼ同じ大きさである。ケーシングの作用面
には、円周方向のランドにより、また横方向のランド、
よシ正確には円周方向のランドに垂直なランドによ）、
制限される。円周方向のランドは円周上に連続的に配設
されておらず、制限された長さの部分を形成し、その部
分は隣接する横の列の小空洞によシ両端において制限さ
れる。小空洞は、よシ正確には第１図〜第６図および第
８図のものと同種のものであシ、また第９゜１０図ある
いは第１１．１２図のもの、あるいはさらに選ぶこのと
できる本発明による他の形状等がある。

この実施例において、小空洞の深さは最小値に抑えられ
ることが重要であり、また、可能ならば、その深さは、
容量が１ｔ／回転の装置の場合、約０．１０〜０．１！
５ｇの大きさを越えガいようにするととが重要である。

スフＩＪ、−のねじ山が変位する間、各小空洞には加圧
おれたガスが満たされ、このガスは次のねじ山が来ると
解放され膨張することに注意しなければならない。この
ように無益な出力は短時間の間にかなシの値に達しやす
く、シたがって、小空洞を設けたことによシ得られる全
ての利益をなくしてしまう。

一方、本発明に係る構成は封入流体のない装置の場合に
有利であシ、この構成はまた、封入流体（コンプレッサ
あるいは蒸気装置における）が非常に低い粘性を有する
場合、例えば、油が小さい抵抗のシールを構成する水に
置き換えられた場合、あるいは使用される液体７が低い
粘性を有する時、機械がポンプや油圧モータとして用い
られる場合にも有用である。

明らかに、本発明は上記実施例に制限されるものではな
く、その技術的思想の範囲内で、他の変形例に拡張でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るコンプレッサを１つの半割ケーシ
ングを除去して示し、第２図の１−１８に沿う縦断面図
、第２図は第１図の■−■線に沿う矢視平面図、第３図
は第１図の要部を拡大して示す側面図、第４図および第
５図はそれぞれ第３図のｍＶ−ｍＶ線およびｖ−ｖｇに
沿う断面図、第６図は第２図の■−■線に沿う矢視図、
第７図は本発明に係るコンプレッサの他の実施例を示し
、一部を断面とした平面図、第８図は小空洞を拡大して
示す平面図、第９図および第１１図は第３図と同様な平
面図で他の実施例を示し、第１０図および第１２図は第
８図と同様な平面図で、それぞれ第９図および第１１図
の実施例に対応する。 １．１０１・・・スクリュー、３，１０３・・・ケーシ
ング、４．１０４・・・ねじ山、５・・・歯、６・・・
ピニオン、１１・・・通路、１２・・・高圧ポート、１
４．１１４・・・低圧ポート、１５，１１５，３１５，
５１５゜５１５　ａ　、　５１５　ｂ−小空洞、１８−
・・面、１０ａ。 １９　ｂ　、　１９　ｅ　・・・ランド、２１，２２・
・・縁部、２３−・・帯状部、２４・　（はみ、３１　
ａ　＋　３　ｌ　ｂ　＊３１ｃ・・・列。 特許出願人 ペルナール　ライメール 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　中　山　恭　介 弁理士　山　口　昭　之 手続補正書（方式） 昭和５８年４４４日 特許庁長官　若杉　和夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年　特許願　　第２１９３９１号２、発明の名
称 容積形機械 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 （外　３　名） ５、補正命令の日付 昭和５８年３月２９日　　（発送日） ６、補正の対象 （１）明細書 （２）図　面 ７、補正の内容 （１）明細書の浄書（内容に変更なし）（２）図面の浄
書　（内容に変更なし）８、添付書類の目録

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体を圧縮作用、ポンプ作用、もしくは膨張作用さ
   せる容積形機械であって、ねじ山部分によってケーシン
   グと実質的に気密を保って共働すべく設けられたスクリ
   ューと、上記ケーシングの通路内を通過すべく配設され
   、歯が上記スクリューと噛合するピニオンと、上記スク
   リューの一端側に配設された低圧ポートと、上記スクリ
   ューの他端側に配設され、所定幅を有するケーシングの
   帯状部によって上記ビニオンの通路から隔離された高圧
   ポートとを備えを容積形機械において、上記ケーシング
   とスフＩＪ、−の各作用面の一方は、その面のうち他の
   面との共働部分に多数の小空洞が形成され、ランドは実
   質的に円周方向に向く部分を有し、その部分の少なくと
   もいくらかは、円周方向長さが制限されて、その円周方
   向端部の少なくとも一方において凹陥部に制限され、ね
   じ山、（１）　　　　　　　　　　　　　、。 あるいはねじ山と共働するケーシングに形成された小空
   洞の周囲は、せいぜい、小空洞が形成されあるいは面す
   るねじ山の２つの縁部の一方のみによ多切断されること
   を特徴とする容積形機械。 ２、凹陥部は小空洞であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の容積形機械。 ３、円周方向のランド部のいくつかは、両回周方向端部
   における小空洞によシ制限されることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の容積形機械０ ４、小空洞はスクリューに形成され、円周方向のランド
   部のいくつかは、両回周方向端部の一方において小空洞
   によシ、また他の円周方向端部においてねじ山の縁部に
   より制限されることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の容積形機械。 ５、　スクリューの軸に垂直であシ、かつ小空洞の形成
   された表面に出会う平面は、ランドの表面と、この表面
   との交線に沿う小空洞もしくは凹陥部の底面とを交互に
   切断することを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第４
   項のいずれか１項に記（２） 載の容積形機械。 ６．小空洞は円周方向を横切る列内に配列され、各列は
   両側に隣接する列に対して縦方向に偏れていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項
   に記載の容積形機械。 ７、小空洞は異なる軸方向長さを有する２つの形を有し
   、それら小空洞の中心は、実質的に円周方向の列内、お
   よび円周方向の列を横切る方向の列内に配列され、小空
   洞は、軸方向および横方向の列の両者に沿って、大きい
   形および小さい形が交互に設けられるととを特徴とする
   特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項に記載の
   容積形機械。 ８、小空洞の深さは０．２１１１１よシ浅いことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に
   記載の容積形機械。 ９、小空洞はケーシング上に形成されることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載
   の容積形機械。 １０、小空洞はスクリーー上に形成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記
   載の容積形機械。 １１、小空洞の変位方向長さは、高圧ポートとビニオン
   の通路との間に位置するケーシング帯状部の幅よ漫も小
   さいことを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載の容
   積形機械。 １２、高圧ポートは、この高圧？−トとビニオンの通路
   の間に位置する帯状部側へ膨出するくほみによシ拡大さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の容
   積形機械。