JP3567338B2 - トロコイド圧縮機を含む回転圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回転角度によりガス吸入位置の変化する回転圧縮機に適用される発明であり、特に好適には、吸入ポート又は／及び吐出ポートを有する回転板が、ロータの軸端面側に配設された回転圧縮機に適用される発明に関する。
【０００２】
【従来技術】
ロータが回転する回転型気体圧縮機の種類は多いが、例えば内接トロコイド歯型による気体圧縮機はその構造が単純のために注目され始めている。
そして本発明者は、先に外径の小径化を図りながら、容易に高速度化と大容量化を図りつつ、ロータ軸端面のシールを容易に行う事の出来るトロコイド型圧縮機を提案している。（特願平５ー２７６１１４、特願平６ー６８０１５、非公知）
その構成を図１（Ｂ）に基づいて説明するに、（図１（Ｂ）には本発明の構成が付加されており、本発明の実施例である。）本圧縮機は、内周側にトロコイド歯型が形成されるアウタロータ１と、前記アウタロータ１内部空間で回転し、その内接歯型で創生される歯型を外周側に形成したインナーロータ２と、該二つのロータの軸方向両側に位置し、吐出ポート６０及び吸入ポート５０を夫々形成する一対の回転板５とを具え、アウタロータ１を固定した状態で、インナーロータ２を偏心回転軸４で公転且つ自転させると共に、前記吸入ポート５０を具えた回転板５と、前記吐出ポート６０を具えた回転板５を偏心回転軸４の偏心部４ｂ両側に位置する回転軸部４ａに固設し、前記夫々の回転板５を前記偏心回転軸４とともに回転可能に構成し、
そして図１（Ａ）に示すように、前記アウタロータ１とインナーロータ２との間の閉鎖空間のうち圧縮側空間の終止死点ＯＢの位置に対し、前記夫々の回転板５，６の回転方向の遅れ角位置に、ほぼ半径に亘る略勾玉状の吸入ポート５０を、進み角の位置には圧縮空間が吐出圧力とほぼ等圧になったときに開口する略勾玉状の吐出ポート６０を設け、該回転板５の前面に夫々吸入口８ｂ、吐出口９ｂと接続される気密空間（吸入室１７、吐出室１２）を形成したトロコイド型圧縮機を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従ってかかる先行技術によれば、これはアウタロータ１に内接して遊動回転するインナーロータ２の回転に追従して前記回転板５が回転し、吐出ポート６０、吸入ポート５０の位置もこれに追従して回転する為に、高圧縮特性を得るために、前記インナーロータ２の高速度回転を行わせれば、歯型の噛み合わせ部分からの圧縮気体の漏洩が減少し、それだけ圧縮特性が向上するが、吸入用回転板５も高速となり、吸入用回転板５のポートの厚みや、ポートの形状で生ずる気体の渦流などで気体吸入を阻害させるようなことになる。
また高速回転の焼き付き防止とシール性の改善を図るために、圧縮された吐出気体中の霧状油適量が増大し、気体と油との分離が必要となり、そのための油分離器も設けなければならないことになる。
本発明は、かかる先行技術の欠点に鑑み、吸入ポートを具えた回転板を回転させた場合に生じる吸入効果を大幅に改善し得るとともに、更に高速回転を利用したガス吸入用案内手段を設けて吸入量を増大させ圧縮効率の向上を計るようにした圧縮機を提供する事を目的とする。
また本発明の他の目的は、霧状油滴の分離を吐出ポート側で効率的に行い、これにより吐出圧縮気体中に吐き出され油分を極力抑制し、吐出管側の油分離器の負荷を大幅に抑制し得る圧縮機を提供する事にある。
【０００４】
【課題を解決する為の手段】
本発明は、吸入用回転板５のポート締切位置５０ａを起点として、前記ポートの少なくとも一部を包被するごとく反回転方向に沿って延在させた吸入用案内空間部２０Ａを前記回転板５上に設けるとともに、該空間部２０Ａの開口５１を回転板５の回転方向に対向して配置した事を特徴とするものである。
前記空間部２０Ａはポート締切位置５０ａより開口部５１に向けてその断面空間形状が漸増する形状がよく、そして具体的には回転板５とほぼ同心状に略円弧状に形成される。
又前記案内空間部２０Ａは、一般に吸入用回転板５のポート５０上に沿って延在する略矩形断面のダクト壁５２により形成され、そして該ダクト壁５２は吸入用回転板５の吸入ポート５０部の全面を蔽い、更に前記吸入口板の一周以下の円弧状形状とし、開口部５１に対しその断面積が漸増するようにしたもので、これにより気体の吸入量の増大を図る事が出来る。
また前記ダクト壁５２は図５に示すように、そのポート途中位置で分割し２葉としてもよい。
【０００５】
このようなガス吸入案内ダクト壁５２の構造はアウタロータ１固定でインナーロータ２が内接して遊量回転の行われるトロコイド圧縮機の吸入用回転板５に設けることで効率的に圧縮効率を高め得るが、これのみに限定されず、吸入ポート５０又は／及び吐出ポート６０を有する回転板５、６が、ロータ１、２の軸端面側に配設された回転圧縮機であれば、可変翼圧縮機や歯車式の圧縮機等にも適用できる。
【０００６】
次に、前記のトロコイド圧縮機は高速回転により一層好ましい吸入効率を上げるが、高速度回転は圧縮、吐出された気体中に含まれる霧状油滴を増加させ、油分離器なども必要となるので、吐出側に設けられる吐出用回転板６の吐出室１２側に数条の枚射状の羽根６５を設け、該羽根６５により形成される遠心力で外周に飛散させ吐出室１２の外周壁面付着の油滴を滴下させ油溜に回収させるように構成するのがよい。
【０００７】
次に、このような回転板５を有するガス圧縮機に於いて回転部分は軸対称の形状を採ることは困難で、非対称形状のために不平衡回転体となる。よって、吸入用回転板５、吐出用回転板および、ガス吸入案内ダクト壁５２などの一部に平衡用重錘６６を設けて動的平衡を採ることで、高速度回転に於いても騒音振動の少ないガス圧縮機を製作することができるものである。
【０００８】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例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は、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の適用される、アウタロータ１が固定、インナーロータ２はアウタロータ１に内接しながら遊星運動の行われるトロコイド圧縮機の作用図、（Ｂ）は内部構成を示す正面断面図を示す。
同図（Ｂ）において、１は内周側にトロコイド歯型を有するアウタロータで、その外周側を円筒フレーム１８に嵌入され、軸線方向に延設する位置規制ガイド（不図示）等を利用して回転することなしに回転軸心１にそって移動することができる。
そして前記アウタロータ１の内部空間には前記アウタロータ１の歯型で創生された外周歯型を有するインナロータ２が、偏心回転軸４の回転（回転方向は時計周り）により針状コロ軸受７を介して矢印方向（回転方向は反時計周り）に自転且つ公転可能に配設されている。
【０００９】
偏心回転軸４は図２（Ａ）に示すように、回転軸本体４ａの中央に断面円筒状の偏心カム４ｂが形成され、偏心カム４ｂの軸心と回転軸本体４ａの軸心間はΔｔの偏心距離を隔てて設定されており、これにより前記インナロータ２の軸心ｘ−ｘとアウタロータ１の軸心Ｘ−ＸとはΔｔの偏心距離を隔て、公転しつつ自転可能に構成される。
この場合インナロータ２の回転方向は、外接しているアウタロータ１が固定されているために、偏心回転軸４の回転（回転方向は時計周り）方向と逆方向（回転方向は反時計周り）に自転且つ公転される事になる。
【００１０】
又前記アウタロータ１とインナロータ２の両側面には図２（Ｂ）、（Ｃ）に示される円形のシール機能を有する回転板５、６が偏心カム４ｂの両端に設けた嵌合部４ｃに軸方向に微動可能に且つ該回転軸本体４ａと一体的に同心回転可能に嵌合されている。
即ち回転板５、６は、嵌合部４ｃに嵌合する嵌合穴５ｂ、６ｂを有し、そして前記嵌合部４ｃの形状は回転板５、６の中心よりΔｔの偏心させた位置に例えば断面小判状に形成し、これにより回転板５、６の中心と回転軸４の中心が一致する事となり、従って該回転板５、６はアウタロータ１、インナロータ２の両側面に接しながら円滑にシールし且つ回転軸４と一体的に同心状に（同期速度で）回転させる事が出来る。
【００１１】
更に前記カム型回転軸４の前記嵌合部４ｃは偏心カム４ｂの一部を切削し、その断面は小判型としたもので、回転板５、６が回転軸４ａと同期して回転するが軸心方向に対しては容易に移動出来るようにする。
又図２（Ｂ）に示すように、一の回転板５には、Ｙ−Ｙ軸線の右側の膨張空間と対面する位置に弧状に勾玉状の吸入ポート５０が開口され、又図２（Ｃ）に示すように、他の回転板６にはＹ−Ｙ軸線の左側の圧縮空間と対面する位置に弧状に、吸入ポート５０の開口面積より１／２〜数分の１程度の開口面積を有する吐出ポート６０が開口されている。
この結果吸入ポート５０よりの気体はインナロータ２、アウタロータ１の噛み合わせ空間で圧縮され、吐出ポート６０へと前記機内での気体の流れを単一方向とすることが出来る。
【００１２】
即ち、インナロータ２は回転軸心Χに対し（ｘ−Ｘ）分偏心Δｔして公転しつつ自転するように、針状コロ軸受７を介してカム軸４ｂに軸支されているので、図１（Ａ）に示すように、前記インナロータ２とアウタロータ１とによる圧縮終止死点ＯＢとインナロータ２軸心を結ぶＹ−Ｙ軸線を境界とし、前記死点ＯＢの境界位置よりロータ回転方向下流側では両ロータ１、２間の空間容積が徐々に膨張する方向に拡大し、そしてその１８０°反対側の上死点ＯＴで閉塞され、ここより１ピッチ移動した回転角θ_１だけずれた閉じ込み点ＯＴ’までが最大閉じ込み空間であり、該回転角θ_１だけずれた圧縮開始点ＯＴ’より両ロータ１、２間の空間容積が徐々に圧縮する方向に縮小されるよう構成する。
【００１３】
一方前記夫々の回転板５、６の外側には吸入室１７又は吐出室１２を介して、回転軸４を軸支する軸受８ａ、９ａが装着されたサイドカバー８、９が取付けられており、吸入側のサイドカバー８には、回転軸４が軸受８ａを介して貫通突設し、該回転軸４に不図示の駆動モ−タ等を連結し、駆動軸となすと共に、前記吸入室１７と連通する吸入口８ｂを穿孔する。
【００１４】
吐出側サイドカバー９も中央部に軸受９ａを装着するとともに、前記吐出室１２と連通する吐出口９ｂを穿孔する。
尚、サイドカバー８、９と円筒フレーム１８間に環装されたＯリング１８ａが環装されており、不図示のネジを利用して内部空間が気密的に封止される。
【００１５】
又前記回転板５とサイドカバー８間の回転軸４にはスペーサ１５として機能する座金１５が介装されている。該座金１５は、ナイロンやフッ素樹脂等の低摺動抵抗材、含油焼結金属材等を用いるのがよい。
尚、座金１５は回転板５が嵌合部４ｃより脱落しないように且つ該回転板５が軸方向に微動自在押圧させるもので、嵌合部４ｃに嵌合させても、又図１（Ｂ）に示すように、回転軸本体４ａに遊嵌させても良い。
【００１６】
尚、カムの偏心部４ｂとインナロータ２との嵌め合いは、筒状軸受構造としても良いが、回転軸４とインナロータ２との相対的周速度は、回転軸４に対して該ロータが逆方向に回転し倍加するので針状コロ軸受７を用いるのがよい。
そして針状コロ軸受７を用いる事により、インナロータ２は軸方向に移動することが極めて容易に行われる。
【００１７】
かかる前提技術によれば、吸入口８ｂよりの吸入気体は吸入室１７、回転板５の吸入ポート５０を経て両ロータ２、４の歯型で囲まれた空間で圧縮され回転板６の吐出ポート６０、吐出室１２を経て吐出口９ｂに達する。
この際吐出室１２に位置する吐出圧が吐出用回転板６、両ロータ２、４、吸入用回転板５側に押圧し、座金１５でこの圧力は食い止められる。
この結果吸入、吐出用回転板６はインナ、アウタロータ１、２の両者の側面に常に接して気密的に摺動回転するので、この部分よりの圧縮ガスの漏洩を容易に阻止することができる。
更に前記ロータ１、２と回転板５、６との間には予めフッ素樹脂のコーティングをし、或は前記ロータを焼結合金製とするなどでこの部分に生ずる噛りは防止される。
【００１８】
しかしながら前記前提技術においては吸入用回転板５の回転方向とインナーロータ２の回転方向は逆方向となっているために、両者間の相対速度は極めて高速となる。
従ってインナロータ２の回転方向に対向するポートの締切位置５０ａに相当する部分は吸入用回転板の板の厚み、及びポート５０の形状などで吸入室１７内の吸入ガスは攪拌されて渦流が発生し、吸入ガスはポート５０の通過を困難にさせてしまう。ここで高速度回転の運転では歯の噛み合わせ部分で生ずる気体の漏洩が少なくなり、圧縮効率は上昇するが、その反面、吸入ポート５０の高速回転でこれが減殺されてしまう。
そこで本実施例においては前記吸入用回転板５に吸気案内用のダクト壁５２を設けている。
即ち前記ダクト壁５２は、吸気室１７側の前記回転板５上に、吸入ポート５０の締切位置５０ａを起点として、前記ポート５０の上面を包被するごとく回転板５の反回転方向に沿って円弧状に延在させるとともに、該ダクト壁５２の開口５１を回転板５の回転方向に対向して配置する。
【００１９】
そして前記ダクト壁５２は略下向きに開口する断面略矩形状をなし、ポート締切位置５０ａより開口部５１に向けて徐々に上向きに傾斜させてその断面空間形状が漸増する形状とする。
又、前記ダクト壁５２の延在長さは、図３に示すようにボート途中位置でもよいが好ましくは図４に示すように吸入用回転板５のポート上に沿って、該吸入ポート５０の全面を蔽いながら更に円弧状に延在させ、前記吸入口板の一周以下のほぼ全周に亙って延在させてもよい。これにより吸入室１７内の気体を吸入ポート５０へ積極的に送り込む事が出来る。
【００２０】
更に図５に示すように、吸入ポート５０の吸入案内ダクト壁５２Ａ、５２Ｂを２葉に分割し、吸入ポート５０の締切位置５０ａ側のダクト壁５２Ａの開口部５１Ａ内に分割した他のダクト壁５２Ｂの尾部を挿し込み、他端を開口５１Ｂした構造としてもよく、これにより吸入作用が一層効果的に行う事が出来る。
さて、前記の構成により本実施例のトロコイド圧縮機は高速回転により一層好ましい吸入効率を上げるが、高速度回転は圧縮、吐出された気体中に含まれる霧状油滴を増加させ、油分離器なども必要となるので、吐出側に設けられる吐出用回転板の吐出室側に数条の枚射状の羽根６５を設け、該羽根６５により形成される遠心力で外周に飛散させ吐出室１２の外周壁面付着の油滴を滴下させ、図１（Ｂ）に示すように油溜２５に回収させるように構成するのがよい。
これにより吐出室１０内に排出される高圧気体中の霧状をなした油滴は回転吐出用回転板の高速回転で油切り用の前記放射羽根６５による遠心力で外周に飛散させられ、吐出室内周壁に油滴は付着しながら下方に流れて集まるので、これを油溜に回収する事が出来、高速度回転により油の分離作用を有効に行う事が出来る。
【００２１】
さて前記の構成を取ると、吸入用回転板５、吐出用回転板６、インナーロータ２の軸心に対する偏心、カム軸４ｂの偏心部分などがあり、従って高速度回転が行われる場合にはこれらの不平衡荷重のベクトル和が不平衡の回転体となって、振動、騒音を惹き起こす原因となる。
この為本実施例においては前記吸入用回転板５、回転吐出用回転板やガス吸入案内ダクト壁５２などで回転に支障の無い位置に平衡用重錘６６を取りつけ、動的平衡を採ることにより静粛な運転が可能になるようにしている。
【００２２】
【発明の効果】
以上記載した如く本発明によれば、吸入用回転板や吐出用回転板を必要とする回転圧縮機において、高速度回転は圧縮機の圧縮効率などを高めることに極めて有効であるが、前記回転板の高速度回転のために、吸入用回転板側では渦流の発生等吸入効果を阻害するように動作するので、これに前記吸入案内ダクト壁５２を設けることで前記渦流の発生防止とともに、更に該ダクト壁により吸入用空気が層流化して一層効率的な吸入効果が得られる。
また吐出用回転板側では油切り用の放射羽根の作用で、高圧吐出ガスの油分離を行わせる事が出来る。
従って前記構成を、アウタロータを固定し内接インナーロータが遊星運動の行われるトロコイド圧縮機の最適構造として適用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るトロコイド圧縮機で、（Ａ）は圧縮機の吸入ポート、吐出ポートの配置関係における圧縮状態を示す作用図、（Ｂ）は内部構成を示す縦断面図である。
【図２】（Ａ）は図１に用いるはカム回転軸、（Ｂ）及び（Ｃ）は先願技術に係る吸入用回転板と吐出用回転板を示す。
【図３】（Ａ）は第１の実施例の吸入用回転板の吸入室側からみた平面図、（Ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図、（Ｃ）は断面展開図である。
【図４】（Ａ）は第２の実施例の吸入用回転板の吸入室側からみた平面図、（Ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図、（Ｃ）は断面展開図である。
【図５】（Ａ）は第３の実施例の吸入用回転板の吸入室側からみた平面図、（Ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図、（Ｃ）は断面展開図である。
【図６】（Ａ）は吐出用回転板の吸入室側からみた平面図、（Ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
１ アウタロータ
２ インナーロータ
５ 吸入用回転板
６ 吐出用回転板
２０Ａ 吸入用案内空間部
５０ 吸入ポート
５０ａ 吸入ポートの締切位置
５１ 空間部の開口
５２ ダクト壁
６０ 吐出ポート
６５ 枚射状の羽根
６６ 平衡用重錘

Claims (6)

1. 吸入ポートを有する回転板が、ロータの軸端面側に配設された回転圧縮機において、
   吸気室側の前記回転板上に、吸入ポートの締切位置を起点として、前記ポートの少なくとも一部を包被するごとく反回転方向に沿って延在させた吸入用案内空間部を設けるとともに、該空間部の開口を回転板の回転方向に対向して配置した事を特徴とする回転圧縮機
2. 前記空間部をポート締切位置より開口部に向けてその断面空間形状が漸増する形状とした請求項１記載の回転圧縮機
3. 前記案内空間部を、一般に吸入用回転板のポート上に沿って延在するダクト壁により形成し、そして該ダクト壁を吸入用回転板の吸入ポート部の全面を蔽い、更に前記吸入口板の一周以下の円弧状形状とした事を特徴とする請求項１記載の回転圧縮機
4. 吐出ポートを有する回転板が、ロータの軸端面側に配設された回転圧縮機において、
   前記回転板の吐出室側に数条の枚射状の羽根を設け、該羽根の回転を利用して圧縮、吐出された気体中に含まれる霧状油滴を遠心分離させたことを特徴とする回転圧縮機
5. アウターロータが固定し、インナーロータが内接遊動回転させるとともに、吸入ポート又は／及び吐出ポートを有する回転板が、前記インナーロータの軸端面側に配設されたトロコイド圧縮機において、
   前記吸入ポートを有する回転板の吸入室側には、前記回転板における吸入ポートの締切位置を起点として、前記ポートの少なくとも一部を包被するごとく反回転方向に沿って延在させ、その開口を回転板の回転方向に対向して配置した吸入用案内空間部を設けるとともに
   一方吐出ポートを具えた回転板の吐出室側には、複数枚の枚射羽根により霧状油滴に対す遠心分離手段を設けたことを特徴とするトロコイド圧縮機
6. 前記回転板、案内空間部形成部材、若しくは枚射羽根などの一部に平衡用重錘を設けることで前記回転板の動的平衡を採ることを特徴とした請求項１記載のトロコイド圧縮機

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