JP2013044298A - スクリュコンプレッサ用複合ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸と歯形部の熱膨張係数が大きく相違する場合でも、界面の剥がれを抑制し、必要なスラストとトルクを伝達することができるスクリュコンプレッサ用複合ロータを提供する。
【解決手段】軸心Ｚ−Ｚを中心に回転駆動される回転軸１２と、回転軸の中央部外面にモールドされた歯形部２０とを備える。歯形部２０がモールドされる回転軸１２の外面（モールド部１２ａ）は、回転軸と同心であり回転軸と断面形状の異なるトルク伝達部分１４を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱膨張係数が異なる異種材料からなるスクリュコンプレッサ用複合ロータに関する。

熱膨張係数が異なる異種材料からなる回転体（ロータ）として、特許文献１〜３が既に開示されている。
特許文献１は、両端段付き歯車止め部を有する金属軸と、両端段付き歯車止め部に嵌着した樹脂モールドギアを開示している。
特許文献２は、先端面に円形凹部を有する樹脂材料からなる樹脂歯車と、円形凹部の底面側に挿入され樹脂材料とともにモータの出力軸に圧入固定される固定板とを開示している。
特許文献３は、金属インサート軸の表面にプラスチック製歯形部を形成した複合プラスチックロータを開示している。

特許第３０７５９９０号公報、「樹脂モールドギアを備えた歯車減速機構」 特開２００７−１１６８６４号公報、「モータの動力伝達構造」 特開平２−２７６６１２号公報、「射出成形法及び複合プラスチックロータ」

スクリュコンプレッサ用ロータは、回転軸の中央部にスクリュ形の歯形部を設けたものである。スクリュコンプレッサには、２本のロータが設置され、それぞれの歯形部が互いに噛み合いながら回転し、その間で気体（空気等）を圧縮するようになっている。

このようなスクリュコンプレッサ用ロータにおいて、２本のロータ間に発生する圧力やロータの噛み合いにより各ロータは、軸方向と半径方向の両方向に大きな荷重を受ける。
そのため、回転軸は、両方向の大荷重を支持するために、曲げ剛性の高い金属製であるのが好ましく、両端部に設けられた軸受（ラジアル軸受とスラスト軸受）で支持される。
一方、歯形部は互いに噛み合い、擦りあいながら回転するので、その間の摩擦係数が小さいことが好ましく、金属よりはむしろ樹脂製であるのが好ましい。

しかし、特許文献３に開示されるように、金属軸の表面にプラスチック製歯形部を単に鋳込んだ場合、金属と樹脂の界面で伝達できるスラストとトルクが不足し、界面の剥がれや、樹脂部の亀裂が生じるおそれがあった。

本発明は上述した従来の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、回転軸と歯形部の熱膨張係数が大きく相違する場合でも、界面の剥がれや亀裂が生じにくくなり、また、界面の剥がれが生じた場合でも、必要なスラストとトルクを伝達することができるスクリュコンプレッサ用複合ロータを提供することにある。

本発明によれば、軸心を中心に回転駆動される回転軸と、回転軸の中央部外面にモールドされた歯形部とを備え、
歯形部がモールドされる回転軸の外面は、回転軸と同心であり回転軸と断面形状の異なるトルク伝達部分を有する、ことを特徴とするスクリュコンプレッサ用複合ロータが提供される。

上記本発明の構成によれば、トルク伝達部分が回転軸と同心に設けられているので、軸心を中心とする回転バランスを容易にとることができる。
また、回転軸と断面形状の異なるトルク伝達部分のまわりに歯形部がモールドされるので、熱膨張係数が大きく相違している場合でも、界面の剥がれを抑制し、軸方向のズレを防止できる。

また、トルク伝達部分が、多角形を形成する４以上の外平面を有し、必要なトルク伝達時に、外平面に発生する応力が材料の許容応力より低い多角形断面形状である構成により、界面の剥がれや亀裂が生じることなく、必要なトルクを伝達することができる。
また、回転軸の外面が、さらに回転軸とトルク伝達部分の間又は隣接するトルク伝達部分の間に円筒形部分を有し、円筒形部分はトルク伝達部分と異なる径であり、その間に必要なスラストを伝達可能な段差を有する構成により、界面の剥がれが生じた場合でも、必要なスラストを伝達することができる。

従って、上述した本発明の構成により、熱膨張係数が大きく相違する場合でも、界面の剥がれが生じた場合でも、必要なスラストとトルクを伝達することができる。
また、この結果、回転軸にスプラインを設ける場合と比較して、加工時間の短縮、加工の簡易化、加工費の削減等の効果が得られる。

本発明によるスクリュコンプレッサ用複合ロータの第１実施形態図である。 図１の回転軸１２の全体図である。 図２のＩ−Ｉ線における断面図である。 本発明によるスクリュコンプレッサ用複合ロータの第２実施形態図である。 本発明によるスクリュコンプレッサ用複合ロータの第３実施形態図である。 本発明によるスクリュコンプレッサ用複合ロータの第４実施形態図である。 本発明によるスクリュコンプレッサ用複合ロータの第５実施形態図である。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明によるスクリュコンプレッサ用複合ロータの第１実施形態図である。
この図において、スクリュコンプレッサ用複合ロータ１０は、回転軸１２と歯形部２０とを備える。本実施形態においては、スクリュコンプレッサは水潤滑式スクリュコンプレッサである。

図１において回転軸１２は、全体が一体の円筒形部材であり、その軸心Ｚ−Ｚを中心に回転駆動されるようになっている。
この例において、回転軸１２は、その外面に歯形部２０がモールドされるモールド部１２ａと、その両端に接続する長軸部１２ｂと短軸部１２ｃとからなる。
この例では、長軸部１２ｂと短軸部１２ｃは直径が同じであるが相違してもよい。また、長軸部１２ｂと短軸部１２ｃとも、直径がそれぞれ一定であるが、軸受等で支持するために段差等を設けてもよい。
回転軸１２の材質は、ロータ１０が設けられるコンプレッサが水潤滑式スクリュコンプレッサである場合は、水による腐食を回避するためにステンレスであることが好ましいが、その他の材質（金属、樹脂等）であってもよい。
また、回転軸１２は、スクリュコンプレッサ用ロータにおいて、２本のロータ間に発生する圧力により各ロータが受けるスラストとトルクを支持できる寸法に設定されている。

図１において歯形部２０は、回転軸１２の中央部外面（モールド部１２ａ）にモールドされている。
歯形部２０の材質は、モールドに適した樹脂であるのが好ましいが、その他の材質（例えば金属）であってもよい。

図２は、図１の回転軸１２の全体図であり、図３は、図２のＩ−Ｉ線における断面図である。
図２、図３に示すように、歯形部１２がモールドされる回転軸１２の外面（モールド部１２ａ）は、複数のトルク伝達部分１４と、１以上の円筒形部分１６とを有する。

トルク伝達部分１４は、回転軸１２と同心であり、軸方向に間隔を隔てて複数設けられる。この例において、トルク伝達部分１４は５箇所であるが、１箇所以上であればよく、２〜５箇所であるのが好ましい。
また、図３に示すように、この例においてトルク伝達部分１４は、回転軸１２と断面形状の異なる多角形の断面形状であり、多角形を形成する４以上の外平面１４ａを有する。
トルク伝達部分１４の数、及び外平面１４ａの数と大きさは、スクリュコンプレッサ用ロータとして必要なトルク伝達時に、外平面１４ａに発生する応力が材料の許容応力より低くなるように設定されている。

なお、外平面１４ａの数は偶数であり、トルク伝達部分１４の断面形状は、４角、６角又は８角の多角形であるのが好ましい。この構成により、対向する２つの外平面１４ａは互いに平行となり、加工や計測が容易となる。
また、隣接する２つの外平面１４ａの間、及びトルク伝達部分１４と円筒形部分１６が連結する隅部は、歯形部２０及びトルク伝達部分１４に発生する応力がそれぞれの材料の許容応力より低くなるように大きいｒ（例えば２〜３ｍｍ）又は幅２〜３ｍｍの面取りにするのがよい。

円筒形部分１６は、回転軸１２と同心であり、回転軸１２とトルク伝達部分１４の間又は隣接するトルク伝達部分１４の間に設けられる。この例において、円筒形部分１６は４箇所であるが、１箇所以上であればよく、２〜５箇所であるのが好ましい。また、後述するように円筒形部分１６は必須ではなくこれを省略してもよい。
円筒形部分１６は、トルク伝達部分１４の外接円直径と異なる径となっており、その間に必要なスラストを伝達可能な段差１６ａを有する。

また、円筒形部分１６の角部は、歯形部２０及び円筒形部分１６に発生する応力がそれぞれの材料の許容応力より低くなるように大きいｒ（例えば２〜３ｍｍ）又は幅２〜３ｍｍの面取りにするのがよい。

円筒形部分１６を有することにより、歯形部２０が回転軸１２に対して軸方向に熱膨張した場合でも、円筒形部分１６の軸方向両端面が常に歯形部２０で把持される（円筒形部分１６が歯形部２０に引っ掛かる）ので、界面の剥がれを抑制するとともに、軸方向のズレを防止できる。
従って、円筒形部分１６を有することにより、仮に歯形部２０と回転軸１２との間が剥がれた場合でも、引っ掛かりがあることで動きを止められる。

図４は、本発明によるスクリュコンプレッサ用複合ロータの第２実施形態図である。この図は、モールド部１２ａと歯形部２０のみを示している。

この例において、トルク伝達部分１４は３箇所であり、それぞれ第１実施形態より長くなっている。
回転軸１２とトルク伝達部分１４の間の段差１３ａは、段差１６ａと同様に、その間に必要なスラストを伝達可能に構成される。
また、この例において、円筒形部分１６は、２箇所であり、その外径が回転軸１２より大きく、その軸方向端面に凹溝１６ｂを有している。
凹溝１６ｂは、この例では円筒形部分１６の両面に設けられているが、片面のみでも又は無くてもよい。またこの例では凹溝１６ｂは、リング状の凹溝であるが、その他の形状であってもよい。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

上述した凹溝１６ｂを設けることにより、熱膨張係数が大きく相違し、歯形部２０が回転軸１２に対して周方向に熱膨張した場合でも、円筒形部分１６の外周面と凹溝１６ｂの内面との間が常に歯形部２０で把持されるので、半径方向界面の剥がれを防止し、周方向のズレを防止できる。

図５は、本発明によるスクリュコンプレッサ用複合ロータの第３実施形態図である。
この例において、トルク伝達部分１４は１箇所であり、第２実施形態より長くなっている。
また、この例において、円筒形部分１６は、２箇所であり、その外径が回転軸１２より大きく、それぞれ回転軸１２とトルク伝達部分１４の間に設けられている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

図６は、本発明によるスクリュコンプレッサ用複合ロータの第４実施形態図である。
この例では、上述した円筒形部分１６はなく、トルク伝達部分１４は１箇所であり、トルク伝達部分１４の外接円直径が両端の回転軸１２の外径と同じ又は小さくになっている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

この構成によっても、界面が剥がれにくくなり、剥がれても段差１３ａの引っ掛かりがあることにより軸方向のズレが止められるという効果が得られる。

図７は、本発明によるスクリュコンプレッサ用複合ロータの第５実施形態図であり、円筒形部分１６がトルク伝達部分１４の外接円直径より小さくなっている。
この場合、トルク伝達部分１４と円筒形部分１６との段差１４ｂが、必要なスラストを伝達可能になっている。
その他の構成は、第１実施形態と同様である。

上述した本発明の構成によれば、トルク伝達部分１４が回転軸１２と同心に設けられているので、軸心Ｚ−Ｚを中心とする回転バランスを容易にとることができる。
また、回転軸１２と断面形状の異なるトルク伝達部分１４のまわりに歯形部２０がモールドされるので、熱膨張係数が大きく相違し、歯形部２０が回転軸１２に対して軸方向に熱膨張した場合でも、トルク伝達部分１４の軸方向両端面が常に歯形部２０で把持されるので、界面の剥がれを防止し、軸方向のズレを防止できる。

また、トルク伝達部分１４が、多角形を形成する４以上の外平面１４ａを有し、必要なトルク伝達時に、外平面１４ａに発生する応力が材料の許容応力より低い多角形断面形状である構成により、界面の剥がれや亀裂が生じることなく、必要なトルクを伝達することができる。
また、回転軸１２の外面が、さらに回転軸１２とトルク伝達部分１４の間又は隣接するトルク伝達部分１４の間に円筒形部分１６を有し、円筒形部分１６はトルク伝達部分１４の外接円直径と異なる径であり、その間に必要なスラストを伝達可能な段差１４ｂ，１６ａを有する構成により、界面の剥がれや亀裂が生じることなく、必要なスラストを伝達することができる。

従って、上述した本発明の構成により、熱膨張係数が大きく相違する場合でも、界面の剥がれや亀裂が生じることなく、必要なスラストとトルクを伝達することができる。
また、この結果、回転軸にスプラインを設ける場合と比較して、加工時間の短縮、加工の簡易化、加工費の削減等の効果が得られる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
例えば、歯形部２０が回転軸１２に対して半径方向に熱膨張した場合でも、周方向にズレが生じないように、回転軸１２へ穴加工又は突起物を追加してもよい。

１０ スクリュコンプレッサ用複合ロータ、
１２ 回転軸、１２ａ モールド部、
１２ｂ 長軸部、１２ｃ 短軸部、１３ａ 段差、
１４ トルク伝達部分、１４ａ 外平面、１４ｂ 段差、
１６ 円筒形部分、
１６ａ 段差、１６ｂ 凹溝、
２０ 歯形部

Claims (4)

1. 軸心を中心に回転駆動される回転軸と、回転軸の中央部外面にモールドされた歯形部とを備え、
   歯形部がモールドされる回転軸の外面は、回転軸と同心であり回転軸と断面形状の異なるトルク伝達部分を有する、ことを特徴とするスクリュコンプレッサ用複合ロータ。
2. トルク伝達部分は、多角形を形成する４以上の外平面を有し、必要なトルク伝達時に、外平面に発生する応力が材料の許容応力より低い多角形断面形状である、ことを特徴とする請求項１に記載のスクリュコンプレッサ用複合ロータ。
3. 回転軸の外面は、さらに回転軸とトルク伝達部分の間又は隣接するトルク伝達部分の間に円筒形部分を有し、円筒形部分はトルク伝達部分の外接円直径と異なる径であり、その間に必要なスラストを伝達可能な段差を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のスクリュコンプレッサ用複合ロータ。
4. 円筒形部分は、その軸方向端面に凹溝を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のスクリュコンプレッサ用複合ロータ。