JP3594987B2 - トロコイド型圧縮機の構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、膨張機としても気体圧縮機としても適用可能なトロコイド型圧縮機に適用される発明に係り、特に、トロコイド曲線を形成し、互いに噛合させた状態でインナロータの回転角度に伴ってその閉じ込み空間が変化するアウタロータとインナロータとを具えたトロコイド型圧縮機に適用される発明に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より外接歯車と内接トロコイド体が噛み合いながら液体の圧送が行われるギヤポンプは公知であり、この種のポンプにはインボリュート、サイクロイド歯形のものが存在するが、トロコイド型ポンプでは液体が吸入開口より吸入されると、吸入された液体の空間はトロコイド歯車の閉じ込み、上死点に於いて封止され、その空間の体積は回転角度に伴って次第に減少され乍ら閉じ込み下死点まで達する間に吐出開口部を設けてあり、従ってトロコイドポンプは基本的には液体圧送ポンプとしての機能を有するものではなく、気体圧縮機としての本質的な機能を有するものであるものであるために、気体圧縮機としての存在価値のある用途に使用されなければ効果的でない。
【０００３】
しかしながらトロコイドポンプはインナロータとアウタロータとの噛み合せ部分、サイドカバーとの摺動部分などは気体圧縮の場合には圧縮気体の漏洩の生ずる場所で前者は線接触、後者は面接触であるために、シール性を確保する為に高度の加工を必要とし、結果としてその実用化が中々困難であった。
【０００４】
そこで本発明者は先に、トロコイド型の気体圧縮機を構成した場合においても、漏洩が生じることなく高効率の気体圧縮機を提供する為に、図５に示すように吐出開口１０６及び吸入開口１０８を少なくともいずれか一方に設けたサイドカバー１４１、１４２と、フレーム１０４間に軸支され、外周面にトロコイド歯型を有するインナロータ１０１と、前記インナロータ１０１の外周に対応して内接する包絡線を内周側に具えたアウタロータ１０２と、前記インナロータ１０１軸心に対しアウタロータ１０２を偏心させて回転させるために該アウタロータ１０２の外周側に嵌合させたアウタロータハウジング１０３と、前記吸入開口１０８と吐出開口１０６間のロータの圧縮空間Ａと対面する位置に圧縮空間Ａをシールさせる液体注入口１１０とを具えてなる気体圧縮機（非公知）が提案されている。
かかる先願技術によれば、インナロータ軸心に対し偏心させたアウタロータがアウタロータハウジングに対し、アイドラーとして回転するような構造が取られており、従って前記インナロータを駆動回転させることによりアウタロータが従動して共回り回転し、所定の気体圧縮を行うものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらかかるトロコイド圧縮機の歯型相互の接触面は線接触である。次に歯型側面とサイドカバーとは面接触であるが、部分的にはその接触面に狭隘な部分も生じ、更に両者の隙間を密着、摺動し、運転させることはサイドカバー、ロータハウジングが剛性構造のために、高精度の加工以外に解決の途はなかった。即ち、この部分より圧縮気体の漏洩が生じては圧縮機として高圧縮、高真空の機能を充分に果たし得ないものになる。他の方法としての高速化は接触部分の噛り摩耗が生じ易い。また潤滑油や液体の噴射なども行われるが、圧縮効率を低下させ、圧縮気体に液体を混入させることにもなる。
本願は歯型の両側面よりの圧縮気体の漏洩を阻止させようとするものである。
【０００６】
トロコイド型圧縮機の構造を大別すれば次のようになる。
【表１】

【０００７】
本発明者は、一対の内接型歯車でトロコイド曲線を形成し、回転角度に伴って閉じ込み空間が変化し、圧縮気体の流れが軸方向のトロコイド型圧縮機において、前記歯車相互の歯先部で生ずる圧縮気体の漏洩と、歯車の両側面とこれに接する壁面との隙間で生ずる気体の漏洩があるが、アウタロータの回転型、固定型の何れにおいても、歯車の両側面で生ずる漏洩を長期の運転後でも変りなく阻止されて、高圧縮特性が常に得られるようにしたものである。
【０００８】
即ち、インナロータとアウタロータからなる一対の内接型歯車で、トロコイド曲線を形成し、該一対の歯車（以下トロコイド歯車という）の回転角度に伴って閉じ込み空間が変化し、圧縮気体の流れが軸方向の気体圧縮機において、前記歯車の吐出側面で、吐出開口部があり軸方向に微動可能な吐出孔盤を接触、摺動させ、回転軸を軸支し、吐出口のあるサイドカバーと前記吐出孔盤で吐出空間を構成する構造とするとともに、前記吐出孔盤よりの吐出圧力で、前記一対のトロコイド歯車の吸入側面が、吸入口のある吸入側壁に、密着、摺動して運転される構造としたことを特徴とし、さらに一対のトロコイド歯車で少なくとも吐出側面でこれらと接触、摺動させるための吐出孔盤と吐出口のあるサイドカバーとの間に吐出空間を構成する構造としたものである。
【０００９】
ここで、吐出空間における吐出圧力による押圧力で、前記の吐出孔盤を軸方向に微動できる構造としておくことにより、前記トロコイド歯車側面に密着、摺動して運転されることになる。具体的にはアウタロータ回転型の場合に前記吐出孔盤は回転することなく、軸方向にのみ移動できる構造としておけばよい。
更に一対のロータも軸方向に移動できるように構成すれば、前記吐出孔盤を介して吸入側に押圧され、前記ロータの吸入側面は吸入口のあるサイドカバーと密着、摺動することになるので、この摺動面よりの圧縮気体の漏洩を阻止することができる。この場合は吸入側に吸入孔盤及びこれと吸入口サイドカバーにより形成される吸入空間は必要としない。
【００１０】
次にアウタロータの固定の場合には、インナロータはカム型の偏心軸で駆動されるので、公転及び自転が行われる。従って一対のトロコイド歯車による吸入、吐出の位置は偏心軸と同期速度で回転するのでこれに対応する吐出、吸入盤はこれと同期に回転する回転吐出孔盤、回転吸入孔盤となる。これらに対し、吐出側サイドカバー、及び吸入側サイドカバーとの間にそれぞれ吐出空間、及び吸入空間を必要とする。
更にアウタロータは回転はしないが、軸方向のみの移動が可能な構造とし、偏心軸部分で軸支されるインナロータはアウタロータの中で転がり回転すると同時に軸方向への移動の可能な構造としておくことにより、吐出圧力により回転吐出孔盤を介し、一対のロータは吸入側の回転吸入孔盤に押しやられる。即ち、一対のトロコイド歯車の両側面はそれぞれ回転吸入孔盤、及び回転吐出孔盤と密着接触しながら摺動して運転されることになり、この部分より圧縮気体の漏洩を阻止することが可能となるものである。
【００１１】
吸入側の吸入空間の回転軸部には吸入側サイドカバーと前記回転吸入孔盤とが規定の吸入空間を保持させるためのスペーサーを介在させておき吐出側よりの押圧力をこれにより受け止めておくことになる。
【００１２】
この場合のインナロータは偏心軸の偏心部で軸支されているので針状コロ軸受で軸支される。これは前記ロータの軸方向への移動を容易とし、併せて形状の制約される前記ロータの外径の過大設計となることを避けることができるものである。
【００１３】
【作用】
従ってかかる技術手段によれば、圧縮吐出圧力による吐出側の吐出孔盤６が吸入側への押圧力で両ロータ側面で摺動する吸入孔盤５及び吐出孔盤６は密着接触しながら摺動状態に置かれるのでこの部分からの圧縮ガスの漏洩を阻止することができる。
又これらの側面には低摩耗素材のフッ素樹脂などでコーティングするか、或いはロータ側を焼結合金などとすることで潤滑性が高められ、この結果無給油圧縮機として構成した場合にも押圧力で噛りなどの生ずることなく、前記目的を達成させることが出来る。
又漏洩程度の低い低圧縮比では必要以上のシール圧は不用で、従って前記吐出圧に比例して付勢力が低くなり適正なシール圧を確保できる。而もシール圧が低下することは、その分吸入孔盤５及び吐出孔盤６とロータ１、２との摺動抵抗も低下し、駆動力の低減が図れる。
【００１４】
更に圧縮比が増大するに連れ吐出圧力も増大し、これに比例して付勢力、即ちシール性能も向上し、好ましいシール効果を確保できる。
又吐出圧を利用するものであるために特別なシール部材も必要とせず、部品点数の削減及び組み立ての簡単化が達成される。
尚、本発明に使用されるロータ１、２は、アウタロータ駆動／インナロータ従動若しくは固定、インナロータ駆動／アウタロータ従動若しくは固定のいずれの方式も採用できるが、好ましくはインナロータ駆動／アウタロータ従動若しくは固定方式の方が、大容量化にも対応でき、好ましい。
【００１５】
【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（Ａ）はアウタロータ固定型の断面図、（Ｂ）はその側面図を示す。
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に嵌入され回転することなしに回転軸心Ｏにそって移動する構造である。
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形を有するインナロータ２が、偏心回転軸４を介して自転且つ公転可能に配設されている。
【００１６】
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。
【００１７】
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）に示される回転吸入孔盤５、吐出孔盤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４と一体的に回転可能に嵌合する嵌合穴５ｂ、６ｂを有し、そして前記嵌合部４ｃの形状は非円形状、例えば断面小判状に形成し、これにより回転吸入孔盤５、吐出孔盤６が回転軸４と一体的に（同期速度で）回転させつつ、軸方向への移動を容易とすることができる為に、アウタロータ１、インナロータ２の両側面に接しながら回転させる事が出来る。
更に具体的には前記カム型回転軸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、前記回転盤５、６が回転軸に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。
【００１８】
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。図３に示すようにアウタロータ１は固定しているので前記インナロータ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θ１だけずれた閉じ込み点Ｏ′Ｔまでが最大閉じ 込み空間であり、該回転角θ１だけずれた圧縮開始点Ｏ′Ｔ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。
【００１９】
そこで一の回転吸入孔盤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開口５ａが夫々開口され、又他の回転吐出孔盤６にはＹ−Ｙ軸線の左側の圧縮空間Ａと対面する位置に弧状に、吸入開口５ａ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開口６ａが開口されている。
この結果吸入開口５ａ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、吐出開口６ａ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。
【００２０】
そして前記夫々の回転吸入孔盤５、吐出孔盤６の外側には吸入空間１７又は吐出空間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、前記吸入空間１７と連通する吸入口８ｂを穿孔する。
【００２１】
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、前記吐出空間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Ｏリング１８ａが環装されており、又１９は円筒フレーム１８を軸方向に貫通するネジ穴で、該ネジ穴１９に貫装された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。
【００２２】
又前記回転吸入孔盤５とサイドカバー８の間の回転軸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は前記回転盤５が嵌合部４ｃより脱落しないように且つ該前記回転盤５が軸方向に微動自在押圧させるもので、従って図２（Ｄ）に示すように、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。
【００２３】
尚、カムの偏心部４ｂとインナロータ２との軸支は、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、前記ロータの外径が過大設計となることも避けることができる。
【００２４】
かかる実施例によれば、吸入口８ｂよりの吸入気体は吸入空間１７、回転吸入孔盤５の吸入開口５ａを経て両ロータ１、２の歯型で囲まれた空間で圧縮され回転吐出孔盤６の吐出開口６ａ、吐出空間１２を経て吐出開口９ｂに達する。
この際吐出空間１２に位置する吐出圧が回転吐出孔盤６、両ロータ１、２、回転吸入孔盤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、吐出の回転孔盤５、６はアウタロータ１、インナロータ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と前記回転孔盤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。
【００２５】
次にアウタロータの回転型の場合は前述の回転吸入孔盤は不必要となり回転吐出孔盤は回転することなく、単に吐出孔盤となり、軸方向の移動のみが許容され、吐出空間の吐出圧で前記吐出孔盤を介して一対のロータは吸入口の設けられるサイドカバー側に押圧される。このためにロータ両側での圧縮気体の漏洩を阻止することができる。これを図４に示す。但し、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、圧縮機の運転時におけるロータ側面よりの圧縮ガスの漏洩を容易に阻止することができ、而もロータ間の嵌合精度を向上させることにより、気体圧縮効率を向上することができ、高効率のトロコイド圧縮機の実現を計ることができるものである。
又本発明によれば外径の小径化を図りながら、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。
更に本発明によれば、無給油圧縮機の場合もロータ軸端面のシールを容易に行う事の出来る。
等の種々の著効を有す。
【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（Ｂ）の中央断面図、 （Ｂ）は縦断面図である。
【図２】（Ａ）は図１に用いるはカム回転軸、（Ｂ）は回転吸入孔盤の正面図と中央断面図、（Ｃ）は回転吐出孔盤の正面図と中央断面図、（Ｄ）は座金の正面図と中央断面図である。
【図３】図１の圧縮機の吸入開口、吐出開口の配置関係における圧縮状態を示す作用図。
【図４】本発明のアウタロータ回転型の場合である。
【図５】本発明の他の先願例に係るトロコイド型冷媒圧縮機である。
【符号の説明】
１ アウタロータ
２ インナロータ
４ 回転軸
４ｂ 偏心部
５ 回転吸入孔盤
６ 回転吐出孔盤
５ａ 吸入開口
６ａ 吐出開口
７ 針状コロ軸受
８，９ 回転軸を支持するサイドカバー
１２ 吐出空間
１５ スペーサ
１７ 吸入空間

Claims (8)

1. インナロータとアウタロータからなる一対の内接型歯車で、トロコイド曲線を形成し、該一対の歯車（以下トロコイド歯車という）の回転角度に伴って閉じ込み空間が変化し、圧縮気体の流れが軸方向の気体圧縮機において、前記歯車の吐出側面で、吐出開口部があり軸方向に微動可能な吐出孔盤を接触、摺動させ、回転軸を軸支し、吐出口のあるサイドカバーと前記吐出孔盤で吐出空間を構成する構造とするとともに、前記吐出孔盤よりの吐出圧力で、前記一対のトロコイド歯車の吸入側面が、吸入口のある吸入側壁に、密着、摺動して運転される構造としたことを特徴とするトロコイド型圧縮機の構造。
2. アウタロータがアイドラーとして回転するアウタロータ回転型において、前記吸入口のある吸入側壁はインナロータ軸を軸支し吸入口のある吸入口側のサイドカバーであることを特徴とする請求項１記載のトロコイド型圧縮機の構造。
3. 回転が阻止され、軸方向の移動の許容されたアウタロータ固定型で、前記ロータ内側でインナロータが偏心軸の回転で自転及び公転の行われるトロコイド型圧縮機において、
   前記一対のトロコイド歯車の両側面にそれぞれ回転軸と同期回転し、回転軸方向に移動可能で吐出孔、及び吸入孔のある回転型の吐出孔盤、及び吸入孔盤が回転、接触摺動し吸入空間及び吐出空間が両サイドカバーとの間に構成される構造としたことを特徴とする請求項１記載のトロコイド型圧縮機の構造。
4. 吐出空間における吐出圧力で回転型吐出孔盤が前記一対のトロコイド歯車の吐出側に密着、摺動して運転される構造としたことを特徴とする請求項３記載のトロコイド型圧縮機の構造。
5. 前記一対のトロコイド歯車の吸入側面が吐出空間における吐出圧力で回転型吐出孔盤及び一対のトロコイド歯車を介して軸方向に微動して回転型吸入孔盤と密着、摺動して運転される構造としたことを特徴とする請求項３記載のトロコイド型圧縮機の構造。
6. アウタロータの内側でインナロータを自転、及び公転させるカム型偏心軸と前記インナロータとは軸方向に微動容易な針状ローラ軸受で軸支することを特徴とする請求項３記載のトロコイド型圧縮機の構造。
7. 吸入口を具えたサイドカバーの軸受部分と回転吸入孔盤との間にスペーサーを介在させ、前記一対のトロコイド歯車の軸方向の移動を阻止し、前記歯車の両側面部よりの圧縮気体の漏洩を阻止させることを特徴とした請求項３記載のトロコイド型圧縮機の構造。
8. 吸入孔、吐出孔のある回転板がカム型偏心軸に噛合される部分を非円型断面形状として嵌入し、回転と軸方向の微動の機能を持たせたことを特徴とする請求項３記載のトロコイド型圧縮機の構造。

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