JP2005120948A - 気体圧縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 気体圧縮装置が停止している間に潤滑油が圧縮室内に漏れてしまうことを抑制する。
【解決手段】 オイルシール１８、２３とベアリング１５、２１との間の空間４１ａを圧抜き導入孔４１を介して大気側に開口する低圧導入孔４２と連通可能とするとともに、圧抜き導入孔４１のうち低圧導入孔４２側には、低圧導入孔４２を開閉する開閉弁４３を設ける。これにより、気体圧縮装置が停止したときには、圧縮室１０ａ内の圧力の低下と同時に空間４１ａおよび潤滑油空間９内の圧力が低くなり、弁体４４が下方側に移動して低圧導入孔４２が開くので、潤滑油空間９の圧力が大気圧と略同等となる。したがって、潤滑油空間９側の圧力が圧縮室１０ａ内の圧力より高くなってしまうことを防止できるので、潤滑油空間９側から圧縮室１０ａ内に潤滑油が漏れることを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、潤滑油を吐出気体に混入させることのできない気体圧縮装置に関するもので、スクリューポンプに適用して有効である。

固定部材と回転部材で形成される気体を圧縮して吐出する気体圧縮装置には、回転部材を回転可能に支持する軸受があり、この軸受には、通常、潤滑油が封入された潤滑油空間から潤滑油が供給されている。

そこで、従来は、圧縮室からの潤滑油空間への漏れによる容積効率低下を抑制すべく、吐出側のシール部に中間圧室を設け、この中間圧室と圧縮途中の圧縮室とを連通させている（例えば、特許文献１参照）。

また、他の従来の技術では、ギヤ室と圧縮室とを圧力平衡室を介して連通させるとともに、ギヤ室内の圧力が圧縮室内の圧力よりも高くなった場合に、逆止弁を開いてギヤ室内の圧力を圧縮室内に漏らすことにより、ギヤ室と圧縮室との圧力差を小さくしてギヤ室と圧縮室との隔壁を貫通するロータシャフトの軸封部材で発生する摩擦力を低減している（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−１８２６８０号公報 特開平５−３１２１６５号公報

ところで、潤滑油空間と圧縮室との隔壁を貫通するシャフトと隔壁との隙間は、軸封部材にて密閉（シール）されているものの、シャフトは軸封部材と接触しながら回転するので、シャフトと軸封部材との接触面に発生する微少隙間を介して潤滑油空間と圧縮室とが連通してしまい、潤滑油空間と圧縮室とを完全に遮断することは難しい。

しかし、気体圧縮装置が稼動している間は、圧縮室内の圧力が潤滑油空間内の圧力よりも大きくなるので、シャフトと軸封部材との接触面に発生する微少隙間を介して潤滑油空間から圧縮室に漏れる潤滑油量は、無視できるほど小さく、吐出気体に潤滑油が混入してしまう可能性は極めて低いものの、圧縮室内の圧力が潤滑油空間内の圧力よりも大きため、シャフトと軸封部材との接触面に発生する微少隙間を介して圧縮室内の高圧気体が潤滑油空間に漏れてしまう。

そして、潤滑油空間内の圧力が上昇した状態で気体圧縮装置が停止すると、気体圧縮装置が稼動しているときとは逆に、潤滑油空間内の圧力が圧縮室内の圧力より高くなるため、潤滑油空間内の潤滑油がシャフトと軸封部材との接触面に発生する微少隙間を介して圧縮室内に漏れ出てしまう可能性が高くなる。

したがって、気体圧縮装置が停止している間に潤滑油が圧縮室内に溜まってしまうと、次回、気体圧縮装置を稼動させたときに、吐出気体と共に圧縮室内に溜まった潤滑油が気体圧縮装置外に吐出されてしまう。

本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な気体圧縮装置を提供し、第２には、気体圧縮装置が停止している間に潤滑油が圧縮室内に漏れてしまうことを抑制することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、ハウジング（７）内で回転する回転部材（１、２）と、回転部材（１、２）を回転可能に支持する軸受（１５、２１）と、軸受（１５、２１）を潤滑する潤滑油が封入されている潤滑油空間（９）と、ハウジング（７）および回転部材（１、２）によって形成される圧縮室（１０ａ）に潤滑油が漏れること防止する軸封部材（１８、２３）と、軸封部材（１８、２３）より軸受（１５、２１）側の空間（４１ａ）と低圧側とを連通させる低圧導入孔（４２）を開閉するとともに、空間（４１ａ）内の圧力が所定圧力以下となったときに低圧導入孔（４２）を開く開閉弁（４３）とを備えることを特徴とする。

これにより、気体圧縮装置が停止したときには、圧縮室（１０ａ）内の圧力の低下と同時に空間（４１ａ）および潤滑油空間（９）内の圧力が低くなり、低圧導入孔（４２）が開くので、潤滑油空間（９）の圧力が低下する。

したがって、潤滑油空間（９）側の圧力が圧縮室（１０ａ）内の圧力より高くなってしまうことを防止できるので、潤滑油空間（９）側から圧縮室（１０ａ）内に潤滑油が漏れることを防止できる。

請求項２に記載の発明では、開閉弁（４３）は、低圧導入孔（４２）が開いた状態において、低圧導入孔（４２）と空間（４１ａ）とを繋ぐ通路が迷路構造となるように構成されていることを特徴とする。

これにより、密度が小さく流動し易い気体が低圧導入孔（４２）から低圧側に排出され、密度が気体に比べて大きく気体に比べて流動し難い潤滑油が残留するので、潤滑油が低圧側に排出されてしまうことを抑制しながら、速やかに気体のみを低圧側に排出して空間（４１ａ）および潤滑油空間（９）内の圧力を低下させることができる。

延いては、潤滑油が減少してしまうことを防止しながら、潤滑油空間（９）側から圧縮室（１０ａ）内に潤滑油が漏れることを確実に防止できる。

請求項３に記載の発明では、開閉弁（４３）の弁体（４４）は、円筒状の円筒部（４４ａ）およびこの円筒部（４４ａ）の軸方向一端側を閉塞する蓋部（４４ｂ）を有して構成されており、さらに、円筒部（４４ａ）のうち蓋部（４４ｂ）の反対側の軸方向端部には、複数の溝（４４ｃ）が設けられていることを特徴とする。

これにより、低圧導入孔（４２）と空間（４１ａ）とを繋ぐ通路を迷路構造とすることができるので、請求項２に記載の発明の同様に、潤滑油が減少してしまうことを防止しながら、潤滑油空間（９）側から圧縮室（１０ａ）内に潤滑油が漏れることを確実に防止できる。

請求項４に記載の発明では、弁体（４４）に作用する低圧側圧力および弁体（４４）に作用する重力により低圧導入孔（４２）を開く向きの力が弁体（４４）に作用し、空間（４１ａ）内の圧力により低圧導入孔（４２）を閉じる向きの力が弁体（４４）に作用するように構成されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明では、弁体（４４）の移動方向は、鉛直方向に対して±４５度以内の範囲であることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明では、開閉弁（４３）側に溜まった潤滑油を潤滑油空間（９）に戻す潤滑油戻し通路（４６）を有することを特徴とする。

これにより、開閉弁（４３）側に溜まった潤滑油を潤滑油空間（９）に戻すことができるので、溜まった潤滑油により気体の流れが阻害されることを防止でき、気体圧縮装置の停止と同時に速やかに空間（４１ａ）および潤滑油空間（９）内の高圧気体を低圧側に排出することができる。

したがって、気体圧縮装置の停止と同時に速やかに空間（４１ａ）および潤滑油空間（９）内の圧力を低下させることができるので、潤滑油空間（９）から圧縮室（１０ａ）に潤滑油が漏れることを確実に低減することができる。

請求項７に記載の発明では、低圧導入孔（４２）は、大気側に開口していることを特徴とするものである。

因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
本実施形態は、内燃機関に供給される燃焼用空気を加圧する過給器に本発明に係る気体圧縮装置を適用したものである。

なお、図１、図２および図３は本実施形態に係る気体圧縮装置に関する図面であり、図１は気体圧縮装置の断面図であり、図２は一対のロータの斜視図であり、図３は弁体の斜視図である。

そして、本実施形態に係る気体圧縮装置は、図１に示すように、互いに噛合するねじ状のオスロータ１およびメスロータ２（図２参照）、これら一対のロータ１、２を駆動する回転伝達機構３、一対のロータ１、２と回転伝達機構３とを離隔した状態で一対のロータ１、２および回転伝達機構３を収納するケーシング４等から構成されたスクリュー型のポンプである。

なお、オスロータ１およびメスロータ２は、図２に示すように、螺旋状の突起部が形成された雄ねじ状のものであり、回転伝達機構３は、図１に示すように、電動式のモータ５０等の駆動源から回転力を得て一対のロータ１、２を回転駆動する。

また、ケーシング４は、モータ５０側から順に、潤滑ボックス６、ロータハウジング７、およびカバー８からなる３個の部品からなるもので、潤滑ボックス６、ロータハウジング７、およびカバー８は、ボルト（図示せず。）等の締結手段によって強固に結合されている。

そして、潤滑ボックス６内に形成された潤滑油空間９内には、回転伝達機構３および回転伝達機構３に供給される潤滑油（例えば、エンジンオイルと同程度の粘度を有するオイル）が収納されており、回転伝達機構３を構成する歯車等は、潤滑油空間９内の潤滑油をはねかけることにより潤滑される。

また、一対のロータ１、２は、ロータハウジング７内に形成されたロータ室１０内に収納されており、このロータ室１０内で一対のロータ１、２が回転することにより、ロータ室１０および一対のロータ１、２で形成された圧縮室１０ａが順次縮小されて吸入された燃焼用空気（吸気）が加圧圧縮される。

潤滑ボックス６は、モータ５０側に配置された第１ベアリング１１および潤滑油空間９側に配置された第２ベアリング１２を介してモータ５０から回転力を受ける入力軸５を支持するものであり、潤滑ボックス６に形成された入力軸５が挿入される挿通穴の内部には、第１、第２ベアリング１１、１２に供給される潤滑油がケーシング４外に流出するのを阻止するための第１オイルシール１３が装着されている。

オスロータ回転軸１４は、一端側が第３ベアリング１５を介してロータハウジング７に回転可能に支持され、他端側が第４ベアリング１６を介してカバー８に回転可能に支持されている。

また、ロータハウジング７のうち潤滑油空間９とロータ室１０とを区画する隔壁部には、第３ベアリング１５に供給される潤滑油が、オスロータ回転軸１４が挿通された挿入穴からロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第２オイルシール１８が装着されている。

また、カバー８に形成されたオスロータ回転軸１４が挿入される挿通穴にも、第４ベアリング１６に封入されているグリースがロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第３オイルシール１９が装着されている。

メスロータ回転軸２０は、上記のオスロータ回転軸１４と同様に、一端側が第５ベアリング２１を介してロータハウジング７に支持され、他端側が第６ベアリング２２を介してカバー８に支持されている。

そして、ロータハウジング７のうち潤滑油空間９とロータ室１０とを区画する隔壁部には、第５ベアリング２１に供給される潤滑油がメスロータ回転軸２０が挿入される挿通穴からロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第４オイルシール２３が装着されている。

また、カバー８に形成されたメスロータ回転軸２０が挿入される挿通穴にも、第６ベアリング２２に封入されているグリースがロータ室１０内に漏れるのを阻止するための第５オイルシール２４が装着されている。

ところで、回転伝達機構３は、入力軸５の回転をオス、メスロータ回転軸１４、２０に伝達して一対のロータ１、２を同期回転させるものであり、モータ５０によって駆動される入力軸５の回転をオスロータ回転軸１４に伝える第１、第２ギヤ３１、３２、およびこの第２ギヤ３２からオスロータ回転軸１４に伝えられた回転をメスロータ回転軸２０に伝える第３、第４ギヤ３３、３４等から構成される。

なお、第３、第４ギヤ３３、３４は、一対のロータ１、２を同期回転させるためのタイミングギヤである。

また、ロータハウジング７のうち潤滑油空間９とロータ室１０とを区画する隔壁部であって、オイルシール１８、２３とベアリング１５、２１との間の空間４１ａは、圧抜き導入孔４１を介して大気側、つまりロータハウジング７外に開口する低圧導入孔４２と連通可能となっている。

そして、圧抜き導入孔４１のうち低圧導入孔４２側には、低圧導入孔４２を開閉する開閉弁４３が設けられており、この開閉弁４３は、低圧導入孔４２を開閉する弁体４４および弁体４４が変位する弁体移動空間４５等から構成されている。

なお、本実施形態では、弁体移動空間４５は、ロータハウジング７により形成されているが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、弁体４４を収納するバルブハウジングを別途設けてもよい。

また、開閉弁４３は、弁体４４に作用する低圧側圧力、つまり大気圧および弁体４４に作用する重力により低圧導入孔４２を開く向きの力が弁体４４に作用し、空間４１ａ内の圧力により低圧導入孔４２を閉じる向きの力が弁体４４に作用するように構成されている。

具体的には、弁体４４が鉛直方向に変位できるように弁体４４を弁体移動空間４５内に配置した状態で、低圧導入孔４２を弁体移動空間４５の上方側に設け、かつ、圧抜き導入孔４１を弁体移動空間４５の下方側に連通させたものである。

このため、空間４１ａ内の圧力が大気圧および弁体４４の自重相当の圧力以下となったときには、弁体４４が下方側に移動して低圧導入孔４２が開き、逆に、空間４１ａ内の圧力が大気圧および弁体４４の自重相当の圧力より大きいときには、弁体４４が上方側に移動して低圧導入孔４２が閉じる。

また、弁体４４は、図３に示すように、円筒状の円筒部４４ａおよびこの円筒部４４ａの軸方向一端側を閉塞して大気圧および空間４１ａ内の圧力が作用する蓋部４４ｂからなるもので、本実施形態では、円筒部４４ａのうち蓋部４４ｂの反対側の軸方向端部に複数の溝４４ｃが設けられている。

なお、本実施形態に係る弁体４４は樹脂製であるが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、金属製としてもよい。

次に、一対のロータ１、２等からなる本実施形態に係る圧縮機構の作動の概略を述べる。

一対のロータ１、２は、前述のごとく、螺旋状の突起部が形成された雄ねじ状のもので、回転伝達機構３を介して同期回転されると、ロータハウジング７の軸方向端部のうちカバー８側に設けられた吸入口３５から燃焼用空気が圧縮室１０ａに吸い込まれる。

このとき、圧縮室１０ａは、一対のロータ１、２の回転とともに、カバー８側から潤滑油空間９側に移動しながらその体積が縮小していくため、圧縮室１０ａに吸い込まれた燃焼用空気は、次第に圧縮されながら潤滑油空間９側に移動していく。

そして、一対のロータ１、２の回転角が所定の角度に達すると、圧縮室１０ａが潤滑油空間９側に設けられた突出口３６に到達し、それまで密閉されていた圧縮室１０ａが吐出口３６にて開放された状態となるので、圧縮された燃焼用空気が吐出口３６から吐出される。

なお、本実施形態では、一対のロータ１、２を挟んで吸入口３５の反対側に形成される圧縮室１０ａの密閉性を吸入口３５側に形成される圧縮室１０ａの密閉性より高めて、主に一対のロータ１、２を挟んで吸入口３５の反対側に形成される圧縮室１０ａにて燃焼用空気を圧縮しているので、ロータハウジング７のうち吸入口３５に対して対角の位置に吐出口３６を設けたが、本発明は当然ながらこれに限定されるものではない。

次に、本実施形態に係る気体圧縮装置の作用効果を述べる。

気体圧縮装置が稼動しているときは、空間４１ａ内の圧力が上昇して弁体４４が上方側に移動して低圧導入孔４２が閉じるので、潤滑油空間９および圧抜き導入孔４１等が全て閉じて密閉された状態となる。

したがって、潤滑油空間９および圧抜き導入孔４１等が全て圧縮室１０ａと略同等の圧力となるので、圧縮室１０ａから潤滑油空間９側に燃焼用空気が漏れることを抑制でき、気体圧縮装置の容積効率が低下することを防止することができる。

また、気体圧縮装置が停止したときには、圧縮室１０ａ内の圧力の低下と同時に空間４１ａおよび潤滑油空間９内の圧力が低くなり、弁体４４が下方側に移動して低圧導入孔４２が開くので、潤滑油空間９の圧力が大気圧と略同等となる。

したがって、潤滑油空間９側の圧力が圧縮室１０ａ内の圧力より高くなってしまうことを防止できるので、潤滑油空間９側から圧縮室１０ａ内に潤滑油が漏れることを防止できる。

また、低圧導入孔４２が開いた状態においては、空間４１ａ内の空気は、円筒部４４ａ内から溝４４ｃを経由して円筒部４４ａ外に流れた後、低圧導入孔４２から大気中に流れるので、低圧導入孔４２と空間４１ａとを繋ぐ通路は蛇行した迷路構造となる。

したがって、密度が小さく流動し易い空気のみが低圧導入孔４２からケーシング４外に排出され、密度が空気に比べて大きく空気に比べて流動し難い潤滑油のみが弁体移動空間４５の下方側に残留するので、潤滑油がケーシング４外に排出されてしまうことを抑制しながら、速やかに空気のみをケーシング４外に排出して空間４１ａおよび潤滑油空間９内の圧力を低下させることができる。

延いては、潤滑油が減少してしまうことを防止してメンテナンスの頻度を低下させつつ、潤滑油空間９側から圧縮室１０ａ内に潤滑油が漏れることを確実に防止できる。

（第２実施形態）
図４は第２実施形態に係る気体圧縮装置の断面図であり、以下、図４に基づいて第１実施形態との相違点を中心に第２実施形態を説明する。なお、図４、第１実施形態と同一符号は同一機能物を示すものであるので、本実施形態においては説明を省略する。

すなわち、本実施形態では、弁体移動空間４５の下方側に溜まった潤滑油を潤滑油空間９に戻す潤滑油戻し通路４６を設けたものである。

これにより、弁体移動空間４５の下方側に溜まった潤滑油を潤滑油空間９に戻すことができるので、圧抜き導入孔４１が潤滑油により閉塞されたような状態になってしまうことを抑制でき、気体圧縮装置の停止と同時に速やかに空間４１ａおよび潤滑油空間９内の高圧空気を大気中に排出することができる。

したがって、気体圧縮装置の停止と同時に速やかに空間４１ａおよび潤滑油空間９内の圧力を低下させることができるので、潤滑油空間９から圧縮室１０ａに潤滑油が漏れることを確実に低減することができる。

（第３実施形態）
第１実施形態および第２実施形態では、円筒部４４ａに溝４４ｃを設けて低圧導入孔４２と空間４１ａとを繋ぐ通路を蛇行した迷路構造としたが、本実施形態は、図５に示すように、弁体４４に斜めの穴４４ａを設けて低圧導入孔４２と空間４１ａとを繋ぐ通路を蛇行した迷路構造としたものである。

（第４実施形態）
本実施形態は、図６に示すように、円盤状の弁体４４の外周部に穴４４ａを設けて低圧導入孔４２と空間４１ａとを繋ぐ通路を蛇行した迷路構造としたものである。

（第５実施形態）
本実施形態は、図７に示すように、円筒状の弁体移動空間４５に対して弁体４４を略矩形状とすることにより、低圧導入孔４２が開いたときに弁体４４の外周部に空気通路が発生するようにして低圧導入孔４２と空間４１ａとを繋ぐ通路を蛇行した迷路構造としたものである。

（その他の実施形態）
また、上述の実施形態では、燃焼用空気を圧縮する気体圧縮装置に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、例えば水素等のその他の気体を圧縮する気体圧縮装置に適用してもよい。

また、上述の実施形態では、スクリュー型の気体圧縮機に本発明を適用したが、本発明はこれに限定ものではなく、例えばルーツ型やスクロール型等の容積型圧縮機にも適用することができる。

また、上述の実施形態では、弁体４４の移動方向を鉛直方向と一致させたが、上述の実施形態では自重を利用して弁体４４を移動させるものであるので、弁体４４の移動方向が鉛直方向に対して±４５度以内の範囲にあれば、実用上問題ない。

また、上述の実施形態では、自重を利用して弁体４４を移動させたが、本発明はこれに限定ものではなく、弁体４４の自重相当の力をバネ等の弾性手段で発生させてもよい。

また、上述の実施形態では、低圧導入孔４２を大気中に開口させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば吸入口３５側に開口させてもよい。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に気体圧縮装置の軸方向に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態に気体圧縮装置の一対のロータの斜視図である。 本発明の第１実施形態に気体圧縮装置の弁体の斜視図である。 本発明の第２実施形態に気体圧縮装置の軸方向に沿う断面図である。 本発明の第３実施形態に気体圧縮装置の開閉弁の模式図である。 本発明の第４実施形態に気体圧縮装置の開閉弁の模式図である。 本発明の第５実施形態に気体圧縮装置の開閉弁の模式図である。

符号の説明

１…オスロータ、２…メスロータ、３…回転伝達機構、４…ケーシング、
６…潤滑ボックス、７…ロータハウジング、９…潤滑油空間、１０…ロータ室、
１５、２１…ベアリング（軸受）、１８、２３…オイルシール（軸封部材）、
３５…吸入口、３６…吐出口、４１…圧抜き導入孔、４２…低圧導入孔、
４３…開閉弁、４４…弁体、４５…弁体移動空間。

Claims (7)

1. ハウジング（７）内で回転する回転部材（１、２）と、
   前記回転部材（１、２）を回転可能に支持する軸受（１５、２１）と、
   前記軸受（１５、２１）を潤滑する潤滑油が封入されている潤滑油空間（９）と、
   前記ハウジング（７）および回転部材（１、２）によって形成される圧縮室（１０ａ）に潤滑油が漏れること防止する軸封部材（１８、２３）と、
   前記軸封部材（１８、２３）より前記軸受（１５、２１）側の空間（４１ａ）と低圧側とを連通させる低圧導入孔（４２）を開閉するとともに、前記空間（４１ａ）内の圧力が所定圧力以下となったときに前記低圧導入孔（４２）を開く開閉弁（４３）とを備えることを特徴とする気体圧縮装置。
2. 前記開閉弁（４３）は、前記低圧導入孔（４２）が開いた状態において、前記低圧導入孔（４２）と前記空間（４１ａ）とを繋ぐ通路が迷路構造となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮装置。
3. 前記開閉弁（４３）の弁体（４４）は、円筒状の円筒部（４４ａ）およびこの円筒部（４４ａ）の軸方向一端側を閉塞する蓋部（４４ｂ）を有して構成されており、
   さらに、前記円筒部（４４ａ）のうち前記蓋部（４４ｂ）の反対側の軸方向端部には、複数の溝（４４ｃ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮装置。
4. 前記弁体（４４）に作用する低圧側圧力および前記弁体（４４）に作用する重力により前記低圧導入孔（４２）を開く向きの力が前記弁体（４４）に作用し、前記空間（４１ａ）内の圧力により前記低圧導入孔（４２）を閉じる向きの力が前記弁体（４４）に作用するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の気体圧縮装置。
5. 前記弁体（４４）の移動方向は、鉛直方向に対して±４５度以内の範囲であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の気体圧縮装置。
6. 前記開閉弁（４３）側に溜まった潤滑油を前記潤滑油空間（９）に戻す潤滑油戻し通路（４６）を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の気体圧縮装置。
7. 前記低圧導入孔（４２）は、大気側に開口していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の気体の圧縮装置。

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