Screw compressor

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、ケーシングと、ケーシング内に配設され且つ冷媒を圧縮するための圧縮機構を構成するスクリューロータとを備え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）。

このスクリュー圧縮機では、メッシュ状のフィルタが吸入口に取り付けられており、吸入冷媒に含まれる異物が捕集される。 フィルタは、メンテナンス性を考慮して、有底筒状のカートリッジ式フィルタが採用されている。

しかしながら、従来のスクリュー圧縮機のフィルタでは、フィルタの開口側の周縁部が吸入口に固定され、筒状のメッシュ部分がケーシング内部に延びた形状となっているため、このメッシュ部分が座屈変形してしまうおそれがあった。

具体的に、スクリュー圧縮機では、圧縮機構の吐出口が常に開いた状態となっている。 そのため、スクリューロータの回転を停止させると、高圧空間内の高圧ガスがスクリューロータの螺旋溝内を逆流して低圧空間内に流入してしまう。 ここで、有底筒状のフィルタは、フィルタの内側から外側に向かう冷媒の内圧に対しては十分な強度を有しているが、フィルタの外側から内側に向かう冷媒の外圧に対しては変形しやすくなっている。 つまり、上述したような高圧ガスの逆流が生じると、フィルタに外圧が加わってしまい、フィルタのメッシュ部分が軸方向に座屈変形してしまうという問題がある。

ここで、フィルタのメッシュ部分をパンチングプレートで覆ったり、フィルタの軸方向に沿って鋼板材を取り付けて補強することで、座屈変形を抑えることも考えられる。 しかしながら、フィルタの補強を行うほど、フィルタの有効面積が小さくなってしまうため、冷媒の圧力損失が増えて吸入効率が低下してしまうという問題がある。

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、有底筒状のフィルタ部材に対して外圧が加わったときにフィルタ部材が座屈変形するのを抑えることにある。

本発明は、ケーシング（11）と、該ケーシング（11）内に配設され且つ冷媒を圧縮するための圧縮機構（20）を構成するスクリューロータ（40）と、該ケーシング（11）内の低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低圧側軸受（66）と、該低圧側軸受（66）を保持する低圧側軸受ホルダ（65）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、前記ケーシング（11）には、軸方向から見て前記低圧側軸受ホルダ（65）を臨む位置に吸入口（11a）が開口しており、
前記吸入口（11a）に取り付けられて前記ケーシング（11）内に吸入される冷媒に含まれる異物を捕集するフィルタ部材（30）を備え、
前記フィルタ部材（30）は、有底筒状に形成されてその開口側の周縁部が前記吸入口（11a）に固定される一方、底部が前記低圧側軸受ホルダ（65）に固定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、ケーシング（11）における軸方向から見て低圧側軸受ホルダ（65）を臨む位置には、吸入口（11a）が開口している。 吸入口（11a）には、有底筒状のフィルタ部材（30）が取り付けられる。 フィルタ部材（30）の開口側の周縁部は、吸入口（11a）に固定される。 また、フィルタ部材（30）の底部は、低圧側軸受ホルダ（65）に固定される。

このような構成とすれば、有底筒状のフィルタ部材（30）に対して外圧が加わったときにフィルタ部材（30）が座屈変形するのを抑えることができる。

具体的に、スクリュー圧縮機では、圧縮機構（20）の吐出口が常に開いた状態となっている。 そのため、スクリューロータ（40）の回転を停止させると、高圧空間（S2）内の高圧ガスがスクリューロータ（40）の螺旋溝（41）内を逆流して低圧空間（S1）内に流入し、フィルタ部材（30）に外圧が加わってしまう。

ここで、本発明では、フィルタ部材（30）の底部を低圧側軸受ホルダ（65）に固定させているから、フィルタ部材（30）に外圧が加わっても、フィルタ部材（30）が軸方向に座屈変形することがなく、フィルタ部材（30）の強度を高めることができる。 また、フィルタ部材（30）を補強するためにパンチングプレート等を別途設ける必要が無いため、コスト低減を図ることができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記フィルタ部材（30）の底部には、締結ボルト（35）によって前記低圧側軸受ホルダ（65）に締結固定される補強部材（34）が取り付けられていることを特徴とするものである。

第２の発明では、フィルタ部材（30）の底部に補強部材（34）が取り付けられる。 補強部材（34）は、締結ボルト（35）によって低圧側軸受ホルダ（65）に締結固定される。

このような構成とすれば、フィルタ部材（30）の強度を確保することができる。 具体的に、フィルタ部材（30）の底部のメッシュ部分を締結ボルト（35）で直接的に締結固定した場合には、フィルタ部材（30）に外圧が加わったときに、締結ボルト（35）のヘッド周縁部に応力が集中して、フィルタ部材（30）の底部が破れてしまうおそれがある。

これに対し、本発明では、フィルタ部材（30）の底部と低圧側軸受ホルダ（65）とを、補強部材（34）を介して締結ボルト（35）で締結固定するようにしたから、フィルタ部材（30）の底部のメッシュ部分が破れにくくなり、フィルタ部材（30）の強度を確保することができる。 また、補強部材（34）による補強部分を必要最小限にすることで、フィルタ有効面積を大きく確保して、冷媒の圧力損失を低減することができる。

第３の発明は、第２の発明において、
前記フィルタ部材（30）の底部には、該底部の外周縁に沿って延びる環状のフレーム枠（33）が取り付けられ、
前記補強部材（34）は、前記フィルタ部材（30）の底部に沿って径方向に延びる板状体で形成され且つ前記フレーム枠（33）に架設されることで、該フィルタ部材（30）の底部に取り付けられていることを特徴とするものである。

第３の発明では、フィルタ部材（30）の底部の外周縁に沿って環状のフレーム枠（33）が取り付けられる。 補強部材（34）は、フィルタ部材（30）の底部に沿って径方向に延びる板状体で形成される。 補強部材（34）は、フレーム枠（33）に架設される。

このような構成とすれば、フィルタ部材（30）の底部の外周縁をフレーム枠（33）で補強することで、フィルタ部材（30）の剛性を高めることができる。 また、補強部材（34）をフレーム枠（33）の径方向に延ばして架設させることで、補強部材（34）が補強梁として機能するので、フィルタ部材（30）の剛性をさらに高めることができる。

本発明によれば、フィルタ部材（30）の底部を低圧側軸受ホルダ（65）に固定させているから、フィルタ部材（30）に外圧が加わっても、フィルタ部材（30）が軸方向に座屈変形することがなく、フィルタ部材（30）の強度を高めることができる。 また、フィルタ部材（30）を補強するためにパンチングプレート等を別途設ける必要が無いため、コスト低減を図ることができる。

本発明の実施形態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。

フィルタ部材の構成を示す斜視図である。

フィルタ部材の構成を示す底面図である。

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。

本変形例に係るフィルタ部材の構成を示す図４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。

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。

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壁（16）と、円筒壁（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、円筒壁（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）の外周面が円筒壁（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（図５参照）。 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、円筒壁（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、円筒壁（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。

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。 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、ケーシング（11）の円筒壁（16）に嵌合された高圧側軸受ホルダ（60）に保持されている。

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）は、軸方向から見て低圧側軸受ホルダ（65）を臨む位置（図１においてケーシング（11）の左端部の中央位置）に開口している。 吸入口（11a）には、フィルタ部材（30）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。

フィルタ部材（30）は、有底筒状に形成されたメッシュ状のフィルタ本体（31）と、フィルタ本体（31）の開口側の周縁部において径方向に張り出すフランジ部（32）とを備えている。

フィルタ本体（31）の全長は、吸入口（11a）からケーシング（11）内に挿入させたときに、フィルタ本体（31）の底部が低圧側軸受ホルダ（65）に当接するように設定されている。

フランジ部（32）は、フィルタ本体（31）の底部が低圧側軸受ホルダ（65）に当接する位置で、吸入口（11a）の周縁部に当接している。 そして、フランジ部（32）は、ケーシング（11）の吸入口（11a）の周縁部と、リング状の固定蓋（38）との間で狭持される。 固定蓋（38）は、締結ボルト（35）によってケーシング（11）に締結固定されている。 これにより、フィルタ部材（30）の開口側の周縁部が吸入口（11a）に固定される。

図３は、フィルタ部材の構成を示す斜視図、図４は底面図である。 図３及び図4に示すように、フィルタ部材（30）の底部には、環状のフレーム枠（33）と、フレーム枠（33）に架設された補強部材（34）とが取り付けられている。

フレーム枠（33）は、フィルタ本体（31）の底部の外周縁に沿って延びている。 これにより、フィルタ本体（31）の底部の剛性を高めることができる。

補強部材（34）は、フィルタ本体（31）の径方向に沿って延びる板状体で形成されている。 補強部材（34）の中心位置には、締結ボルト（35）の軸部を挿通させる挿通孔（34a）が形成されている。 フィルタ本体（31）の底部にも、挿通孔（34a）に対応する孔が形成されている。 なお、図示しないが、低圧側軸受ホルダ（65）には、挿通孔（34a）に対応してネジ孔が形成されている。

そして、図１に示すように、フィルタ本体（31）の底部と低圧側軸受ホルダ（65）とは、補強部材（34）を介して締結ボルト（35）によって締結固定されている。 これにより、スクリューロータ（40）の回転停止時に、高圧空間（S2）内の高圧ガスがスクリューロータ（40）の螺旋溝（41）内を逆流して低圧空間（S1）内に流入することで、フィルタ部材（30）に外圧が加わっても、フィルタ部材（30）が軸方向に座屈変形することがなく、フィルタ部材（30）の強度を高めることができる。

ケーシング（11）の高圧空間（S2）には、吐出口（11b）が形成されている。 吐出口（11b）は、図１においてケーシング（11）の右端部に開口している。 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。

−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５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５（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５（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５（ｂ）の状態となる。 図５（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５（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５（ｃ）の状態となる。 図５（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。

《変形例》
図６は、本変形例に係るフィルタ部材の構成を示す図３相当図である。 図６に示すように、フィルタ部材（30）の底部には、底部の外周縁に沿って延びる環状のフレーム枠（33）と、底部の中央位置に配設された補強部材（34）とが取り付けられている。

補強部材（34）は、締結ボルト（35）のヘッド部に当接される正方形状の板材で形成されている。 補強部材（34）の中心位置には、締結ボルト（35）の軸部を挿通させる挿通孔（34a）が形成されている。 このように、補強部材（34）による補強部分を必要最小限にすることで、フィルタ有効面積を大きく確保して、冷媒の圧力損失を低減することができる。

なお、図６では、環状のフレーム枠（33）を取り付けた形態について説明したが、フレーム枠（33）が取り付けられていない形態であっても構わない。 また、補強部材（34）の形状についても、特に限定するものではなく、例えば、リング状であってもよい。

以上説明したように、本発明は、有底筒状のフィルタ部材に対して外圧が加わったときにフィルタ部材が座屈変形するのを抑えることが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
11a 吸入口
20 圧縮機構
21 駆動軸
30 フィルタ部材
33 フレーム枠
34 補強部材
35 締結ボルト
40 スクリューロータ
65 低圧側軸受ホルダ
66 低圧側軸受