JP2008255797A - オイルフリーロータリコンプレッサのロータ軸シール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルフリーロータリコンプレッサにおいて、圧縮室内の圧力変動があっても軸受部の潤滑油が圧縮室内に浸入するおそれのないロータ軸のシール装置を実現する。
【解決手段】一対の雄雌ロータ２，３が配置された圧縮室９と潤滑油が供給される該雄雌ロータ軸６，７の軸受部１０との間のロータ軸周りをシールするオイルフリーロータリコンプレッサの軸シール装置において、雄雌ロータ軸６及び７の外周に少なくとも２段のシール手段２０及び３０を配設するとともに、該シール手段の間に空隙部２４を形成し、該空隙部の下部を大気に連通する大気連通孔３４を各空隙部当り少なくとも１個ずつ設け、該大気連通孔の大気開口部３３を該空隙部と該大気連通孔との接続部より下方に配置し、雄雌ロータ軸６及び７に形成された両空隙部２４間を連通する軸間連通孔３５を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばツース型コンプレッサなどのオイルフリーロータリコンプレッサのロータ軸シール装置に関し、圧縮室が負圧（大気圧より低圧）から大気圧以上の正圧に変動した場合でも、常にロータ軸周りのシール性能を維持できるようにしたものである。

従来、オイルフリーロータリコンプレッサのうち、ツース型コンプレッサは、向かい合うかぎ形の雄雌ロータを非接触で回転させることによって圧縮させる方式のコンプレッサであり、雄雌ロータが非接触であるため、ロータの摩耗がなく、長寿命であるという長所をもつ。また、非接触で、潤滑油が不要であり、オイルフリー化に適した機構である。従って、クリーンな圧縮ガスを供給できる。しかし、構造上１段での圧縮では実用的な圧力が得られないために２段で使われることが多く、２段圧縮を採用することにより、高い効率と耐久性を実現している。以下このツース型コンプレッサを図５で簡単に説明する。

図５（ａ）において、圧縮室０１内にかぎ形形状を有する雄ロータ０２と雌ロータ０３とが互いに非接触で配置されている。ロータ０２，０３の回転により吸込口０４から被圧縮ガスｇが吸入される。次に図５（ｂ）において、吸入された被圧縮ガスｇは圧縮室０１隔壁と雄ロータ０２又は雌ロータ０３の歯により仕切られ、被圧縮ガスｇの圧縮が開始される。次に図５（ｃ）において、雄ロータ０２と雌ロータ０３とが、矢印で示すとおり互いに反対方向へ回転しながら被圧縮ガスｇを圧縮する。次に図５（ｄ）において、雌ロータ０３で閉じられていた吐出口０５が開き、圧縮された被圧縮ガスｇが吐出される。

ツース型コンプレッサ等のオイルフリーロータリコンプレッサは、潤滑油が混入しないクリーンな圧縮ガスを供給するために、ロータ軸の軸受部に供給する潤滑油が圧縮室内に漏れないことを必要条件とする。圧縮室は、コンプレッサの負荷運転時に高圧状態を呈するが、コンプレッサが無負荷運転を行なった場合、吸入口側に配設された吸込み閉鎖機構によって、吸込み口の上流側が閉じられるため、圧縮室が負圧になる。圧縮室が負圧状態となった場合、ロータ軸の軸受部に供給される潤滑油が軸シール部を通して圧縮室内に浸入するおそれがある。

特許文献１（実開平３−１１０１３８号の明細書及び図面）には、スクリュー式過給機の軸シール構造が開示されている。この軸シール構造は、軸受部と圧縮室との間のロータ軸に非接触式のフィン状シールと接触式のリップシールとを配置するとともに、両シール間に均圧用の空隙部を形成し、該空隙部にケーシングの外側に連通する連通路を設け、該連通路に内部が負圧状態となったとき外部から空気を吸引する逆止弁を設けた構成としている。

かかる構成によって、該非接触式のフィン状シールで圧縮室と該空隙部との圧力差をなくすようにするとともに、圧縮室が大気圧以上の正圧状態のときは、該逆止弁で該連通路を閉じることによって、圧縮室内の正圧空気が該空隙部から外部に逃げるのを防止し、圧縮室が負圧状態のときは、該逆止弁が該連通路を開いて外部空気を吸入することにより、該空隙部を均圧室として機能させている。これによって、該空隙部の圧力が常に軸受部より低くならないようにして、潤滑油の漏れ防止を図っている。

また、特許文献２（特開平７−３１７５５３号公報）は、特許文献１と同様にスクリュー式過給機の軸シール構造に係り、圧縮室と軸受部間のロータ軸に、軸受部側の潤滑油をシールする接触式シール（例えばリップシール）と、圧縮室側の圧力変動を緩和する圧力変動緩和部材（例えば軸方向に移動可能なピストンリング）とを配置するとともに、該接触式シールと該圧力変動緩和部材との間に均圧用の空隙を形成し、この空隙と外部空気とを連通する連通孔を設けた構成が開示されている。

実開平３−１１０１３８号の明細書及び図面 特開平７−３１７５５３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたシール装置では、ロータ軸の軸受部から該空隙部に潤滑油の漏れが発生したとき、該空隙部と外部とを連通する該連通路に逆止弁が設けられているため、該空隙部に漏れた潤滑油を該空隙部から外部に逃がしにくい構造となっている。潤滑油が該空隙部に溜まったままで圧縮室が負圧になると、該空隙部に溜まった潤滑油が圧縮室内に吸引されやすい。

また、該連通路がごみ詰まりや、その他何らかの原因で詰まった場合、該空隙部に漏れた潤滑油がそのまま該空隙部に留まり、外部に逃がすことができない。そのため、圧縮室が負圧になったときに該空隙部に溜まった潤滑油が圧縮室に吸引されるおそれがある。

また、特許文献２には、ロータ軸周りに設けられた均圧用空隙部と外部とを連通する連通路として、逆止弁のない連通路が開示されているが、特許文献２においても、該均圧用空隙部に溜まった潤滑油を外部に逃がす手段については開示されていない。また、特許文献１と同様に、該連通路が何らかの原因で閉塞された場合に均圧用空隙部に溜まった潤滑油を外部に排出する手段は開示されていない。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、オイルフリーロータリコンプレッサにおいて、圧縮室が大気圧以上の正圧又は負圧に変動する場合においても、潤滑油が圧縮室内に浸入するのを防止するとともに、前記均圧用空隙部に潤滑油が漏れた場合でも、該潤滑油を外部に容易に逃がすようにして、潤滑油が圧縮室へ浸入するのを防止することを目的とする。
また、該均圧用空隙部が何らかの理由により閉塞した場合でも、ロータ軸のシール機能を維持できるようにしたことを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明のオイルフリーロータリコンプレッサのロータ軸シール装置は、
一対の雄雌ロータが配置された圧縮室と潤滑油が供給される雄雌ロータ軸の軸受部との間のロータ軸周りをシールするオイルフリーロータリコンプレッサの軸シール装置において、
雄ロータ軸及び雌ロータ軸の周囲に少なくとも２段のシール手段を配設するとともに、該シール手段の間に空隙部を形成し、
該空隙部の下部を大気に連通する大気連通孔を各空隙部毎に少なくとも１個ずつ設けるとともに、該大気連通孔の大気開口部を該空隙部と該大気連通孔との接続部より下方に配置し、
雄雌ロータ軸に形成された空隙部間を連通する軸間連通孔を設けたものである。

本発明のロータ軸シール装置は、圧縮室と軸受部間の雄雌ロータ軸に少なくとも２段にシール手段を設け、該シール手段の間に均圧用の空隙部を設けている。そして、前記構成を有する大気連通孔を各空隙部毎に少なくとも１個ずつ設けたことにより、該空隙部を大気に開放した状態としている。

かかる構成において、コンプレッサの負荷運転中は圧縮室が大気圧以上の正圧状態となるため、圧縮室内の被圧縮ガスは圧縮室側に配置されたシール手段を通して該空隙部にわずかに漏れる。しかし、潤滑油が軸受部側に配置されたシール手段を通して該空隙部に漏れたとしても、該空隙部は大気連通孔により大気と連通して大気圧となっており、また圧縮室も正圧状態であるので、潤滑油が圧縮室内に直接浸入するおそれはない。

一方、コンプレッサが無負荷状態で、吸入口側に配設された吸込み閉鎖機構によって、吸込み口の上流側が閉じられた場合、圧縮室が負圧状態になる。このとき大気連通孔を通して該空隙部からわずかな大気が圧縮室内に吸入される。しかし、該空隙部が大気圧状態となっているため、該空隙部で圧縮室側の負圧が分断され、軸受部側の潤滑油が圧縮室に吸入されるのを防止している。

このように、本発明においては、大気連通孔を各空隙部毎に少なくとも１個ずつ設けたことにより、該空隙部が常に大気に開放された状態となっており、そのため、該空隙部に形成された大気圧雰囲気によるバッファ機能がより確実に発揮される。そのため、潤滑油が圧縮室に入り込むリスクを低減することができる。

また、本発明においては、大気連通孔を各空隙部毎に少なくとも１個ずつ設け、該大気連通孔の大気開口部を該空隙部と該大気連通孔との接続部より下方に配置したことにより、該大気連通孔が該大気開口部に向かって下降勾配をなしている。これによって、潤滑油が軸受部から該空隙部に漏れたとしても、潤滑油を容易に外部に排出できる。従って、該空隙部に潤滑油が溜まることがなく、そのため、該空隙部に溜まった潤滑油が圧縮室内に浸入するリスクを低減できる。

さらに、雄雌ロータ軸に形成された空隙部を連通する軸間連通孔を設けたため、大気連通孔のひとつが何らかの原因により閉塞した場合でも、該空隙部に漏れた潤滑油が該軸間連通孔を通して他方の空隙部に流入可能であるため、該潤滑油を他の大気連通孔から外部に排出することができる。

なお、本発明において、ロータ軸周りのシール手段を該空隙部より圧縮室側に配置された接触式シール手段と、該空隙部より軸受部側に配置された非接触式シール手段とで構成すれば、該シール手段の一方を非接触式シールとすることにより、シール部材とロータ軸との摩擦を抑え、動力損失を低減できるとともに、該空隙部と圧縮室との圧力差を低減することができる。

本発明において、好ましくは、前記接触式シール手段をカーボンリングで構成し、前記非接触式シールをロータ軸の回転により軸受部の潤滑油を該軸受部に戻す方向に作用力を付与するビスコシールで構成するとよい。該カーボンリングで被圧縮ガスのシール効果を高め、かつ該ビスコシールで潤滑油が該空隙部に漏れるのを有効に防止できる。

また、該空隙部の下部に接続される大気連通孔に加えて、空隙部の少なくともひとつに該空隙部の上部を大気に連通するとともに大気開口部が該空隙部と該大気連通孔との接続部より下方に位置する予備の大気連通孔を設けるとよい。これによって、他の大気連通孔が何らかの原因で閉塞したとしても、この予備の大気連通孔から該空隙部に溜まった潤滑油を外部に排出することができる。さらに軸間連通孔を通して他の空隙部に溜まった潤滑油を該予備の大気連通孔から外部に排出できる。

本発明の軸シール装置によれば、ロータ軸のシール手段の間に設けられた空隙部の下部を大気に連通する大気連通孔を各空隙部毎に少なくとも１個ずつ設けたことにより、該空隙が常に大気に開放された状態となっており、そのため、圧縮室が大気圧以上の正圧又は負圧に変動した場合でも、該空隙部に形成された大気圧雰囲気によるバッファ機能がより確実に発揮され、潤滑油が圧縮室に入り込むリスクを低減することができる。また、雄雌ロータ軸に形成された空隙部間を連通する軸間連通孔を設けたため、大気連通孔のひとつが何らかの原因により閉塞した場合でも、該潤滑油を他の大気連通孔から外部に排出することができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（実施形態１）

次に本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は本実施形態に係るオイルフリースーツ型コンプレッサ本体を示す縦断立面図であり、図２は、該スーツ型コンプレッサ本体のロータ軸シール部を示す一部拡大断面図、図３は、ビスコシールの作用説明図、図４は、図１中のＡ−Ａ線に沿う横断平面図である。

図１において、本実施形態に係るツース型コンプレッサのケーシング１は、２つ割り形のケーシングで構成され、この２つ割り形のケーシングが結合部材１１で結合されている。ケーシング１内に圧縮室９が形成されているとともに、雄雌ロータ軸６及び７が互いに平行に配置されている。圧縮室９内には、それぞれ雄ロータ軸６又は雌ロータ軸７に固着された雄ロータ２又は雌ロータ３が配置されている。

雄ロータ軸６の一方の端部はケーシング１の外部に突出し、該端部に歯車８が固着され、歯車８は電動モータの回転軸１２に取り付けられた歯車１３と噛み合って該電動モータの回転を雄ロータ軸６に伝達している。雄雌ロータ軸６及び７は、圧縮室９を挟んでロータ軸の両端側に設けられた軸受部１０によって回転可能に支持されている。雄雌ロータ軸６及び７の下端には、それぞれタイミングギア１４及び１５が取り付けられ、雄ロータ軸６の回転を雌ロータ軸７に伝達している。雄雌ロータ２及び３は互いに同期して等速で回転する。

このツース型コンプレッサの右隣りには図示しないもうひとつのツース型コンプレッサが並設され、この別のツース型コンプレッサにも歯車１３によって電動モータの回転力が伝達される。これら２基のツース型コンプレッサで低段と高段を構成して高圧を得るようにしている。そして、これら２基のツース型コンプレッサ及びこれらを駆動する１個の電動モータは、図示しないハウジング内に収納される。また、給油管１６から潤滑油が注入され、軸受部１０に供給される。軸受部１０に供給された後、該ハウジング内の下部に溜まった潤滑油は、ギアケーシング１７内に戻される。図示されていない給油口より供給された潤滑油が軸受部１０及びタイミングギア１４，１５に供給される。

次に雄雌ロータ軸６及び７のロータ軸シール装置の構成を図２に基づいて説明する。図２は、雄ロータ軸６上部のロータ軸シール装置を示す。図２において、雄ロータ軸６の周囲にはスリーブ２１が雄ロータ軸６に密嵌されており、軸受部１０に隣接してスリーブ２１の外周側にはスナップリング２２が設けられ、さらにスナップリング２２を介して円筒形状のスペーサ２３が配置されている。スペーサ２３には雄ロータ軸６を囲む位置にリング状の空隙部２４が設けられ、空隙部２４上部のスリーブ２１とスペーサ２３間にはＯリング２５が設けられて、潤滑油を遮断している。

軸受部１０とＯリング２５間において、スリーブ２１とスペーサ２３間はビスコシール２０が形成されている。ビスコシール２４の構成を図３により説明する。図３において、スリーブ２１とスペーサ２３間は非接触となっており、スリーブ２１とスペーサ２３間は潤滑油ｌで満たされている。スリーブ２１の表面にはネジ２１ａが形成されており、雄ロータ軸６の回転により、ネジ２１ａが回転すると、スリーブ２１とスペーサ２３間の潤滑油ｌを上方（矢印ｂ方向）に押し上げる作用力を付与する。これによって、潤滑油ｌが空隙部２４に浸入させないようにしている。

なお、スリーブ２１にネジ２１ａを形成する代わりに、スリーブ外周面に対向するスペーサ２３の内側面にネジを形成しても同様に、潤滑油ｌを上方に押し上げる作用力を得ることができる。

また、スペーサ２３とケーシング１との隙間にはＯリング２６及び２７が設けられて、ここで潤滑油の浸入を遮断している。スペーサ２３の下方には、リング状のカーボンシール３１と金属製のアウターリング３２からなる接触式シール３０が配設されている。また、空隙部２４と大気に開口する大気開口部３３とを接続する大気連通孔３４が設けられている。大気連通孔３４は空隙部２４の下部に接続されており、大気開口部３３は空隙部２４と大気連通孔３４との該接続部より下方に配置されているので、大気連通孔３４は空隙部２４から大気開口部３３に向かって下降勾配をなしている。

なお、大気連通孔３４及び大気開口部３３は、雄雌ロータ軸６及び７の各ロータ軸シール部において、空隙部２４に対して１組ずつ設けられている。また、図４に示すように、圧縮室９を挟む両ロータ軸シール部には、それぞれ雄雌ロータ軸６及び７に設けられた両空隙部２４間を連通する軸間連通孔３５が設けられている。図２に示すロータ軸シール部の構成は、雄雌ロータ軸６及び７に共通しており、圧縮室９を挟む両側で軸受部とシール部の配置が逆になっていることを除けば、同一の構成をなす。

また、図１及び図４に示すように、雌ロータ軸７側の両ロータ軸シール部には、一端が空隙部２４の上部に接続され、他端が大気に開口する予備の大気連通孔３７が設けられている。予備の大気連通孔３７の大気開口部３６は、空隙部２４と大気連通孔３７の接続部より下方に配置されている。この予備の大気連通孔３７を設けたことにより、他の大気連通孔３４がごみなどで閉塞した場合でも、予備の大気連通孔３７から空隙部２４に溜まった潤滑油を外部に排出することができる。

かかる構成の本実施形態において、ツース型コンプレッサの負荷運転中は、圧縮室９が大気圧以上の正圧となっており、接触式シール３０を通してわずかに空隙部２４側に被圧縮ガスが漏れる。また、軸受部１０と空隙部２４との間の雄雌ロータ軸６及び７にはビスコシール２０が設けられているので、軸受部１０から該ビスコシール部に浸入した潤滑油は軸受部１０側に押し戻される作用力を受ける。従って、潤滑油が空隙部２４に漏れたとしても微量であり、潤滑油が空隙部２４に漏れるだけで圧縮室９に浸入するおそれはない。

ツース型コンプレッサの無負荷運転時には、ツース型コンプレッサの吸込口上流側に設けられた閉鎖機構によって吸込み流路が閉鎖される。しかし、該閉鎖機構で完全にシールすると、異音が出るので、該閉鎖機構はわずかに開口し、微量の吸込みが可能となっている。無負荷運転時には圧縮室９内は負圧状態となる。このとき、空隙部２４側から接触式シール３０を通して圧縮室９内へ空気が吸込まれるおそれがある。本実施形態によれば、大気開口部３３を有する大気連通孔３４から大気が吸引されて、空隙部２４を大気圧に保っている。従って、圧縮室９内に生じた負圧が空隙部２４で分断され、潤滑油を圧縮室９側に吸引する吸引力が作用しない。

潤滑油が空隙部２４に到達した場合でも、各空隙部２４のそれぞれに大気連通孔３４が設けられ、しかも大気連通孔３４が空隙部２４の下部に接続され、かつ大気連通孔３４の大気開口部３３は該接続部より下方に配置されているので、空隙部２４の潤滑油は容易に外部に排出される。また、大気連通孔３４のひとつがごみ詰まり等によって閉塞した場合でも、軸間連通孔３５を通って潤滑油を他の大気連通孔３４から外部に排出することが容易である。以上の機構により、軸受部１０の潤滑油が圧縮室９内に浸入するおそれを極力低減することができる。

また、本実施形態では、雌ロータ軸７側の軸シール部に予備の大気連通孔３７を設けたことにより、大気連通孔３４がごみ詰まりなどで閉塞した場合でも空隙部２４内に溜まった潤滑油を外部に排出することができる。

本発明によれば、オイルフリーロータリコンプレッサにおいて、圧縮室内が大気圧以上の正圧又は負圧に変動した場合でも、簡単な構成で潤滑油が圧縮室内に浸入するリスクを低減できるロータ軸シール装置を実現できる。

本発明の第１実施形態を示す縦断立面図である。 図１の一部拡大縦断立面図である。 前記第１実施形態に用いられるビスコシールの作用説明図である。 図１中のＡ−Ａ線に沿う横断平面図である。 従来のツース型コンプレッサの概要図である。

符号の説明

２ 雄ロータ
３ 雌ロータ
６ 雄ロータ軸
７ 雌ロータ軸
９ 圧縮室
１０ 軸受部
２０ ビスコシール（非接触式シール）
３０ 接触式シール
３１ カーボンリング
３３，３６ 大気開口部
３４ 大気連通孔
３５ 軸間連通孔
３７ 予備の大気連通孔
ｇ 被圧縮ガス
ｌ 潤滑油

Claims (4)

1. 一対の雄雌ロータが配置された圧縮室と潤滑油が供給される雄雌ロータ軸の軸受部との間のロータ軸周りをシールするオイルフリーロータリコンプレッサのロータ軸シール装置において、
   雄ロータ軸及び雌ロータ軸の周囲に少なくとも２段のシール手段を配設するとともに、該シール手段の間に空隙部を形成し、
   該空隙部の下部を大気に連通する大気連通孔を各空隙部毎に少なくとも１個ずつ設けるとともに、該大気連通孔の大気開口部を該空隙部と該大気連通孔との接続部より下方に配置し、
   雄雌ロータ軸に形成された空隙部間を連通する軸間連通孔を設けたことを特徴とするオイルフリーロータリコンプレッサのロータ軸シール装置。
2. 前記シール手段が前記空隙部より圧縮室側に配置された接触式シール手段と、該空隙部より軸受部側に配置された非接触式シール手段とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のオイルフリーロータリコンプレッサのロータ軸シール装置。
3. 前記接触式シール手段がカーボンリングで構成され、前記非接触式シール手段がロータ軸の回転により軸受部の潤滑油を該軸受部に戻す方向に作用力を付与するビスコシールで構成されたことを特徴とする請求項２に記載のオイルフリーロータリコンプレッサのロータ軸シール装置。
4. 前記大気連通孔に加えて、前記空隙部の少なくともひとつに該空隙部の上部を大気に連通するとともに大気開口部が該空隙部と該大気連通孔との接続部より下方に位置する予備の大気連通孔を設けたことを特徴とする請求項１に記載のオイルフリーロータリコンプレッサのロータ軸シール装置。

Images