JPH04112988A - コンプレッサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はコンプレッサーの吸気、圧縮の行程をロータの
移動、回転で行うことにより、往復式コンプレッサーに
比べて、効率を高め、かつ小型になるコンプレッサーに
関するものである。

［従来の技術］ 現在各種作業用に使用されているコンブレッサ−には遠
心式、可動翼式、ピストン式や他にも多くの種類のコン
プレッサーかあるが、性能的また使用目的が同じと考え
られる、ピストン式を対象にする。

ピストン式ではシリンダにピストンを挿入し、そのピス
トンをクランク、シャフトで上下の往復運動をさせて、
ピストンが下がるときに、ピストンとシリンダとで形成
された密封されている空間の体積が増大し、そこへ気体
や液体を吸い込んで次にピストンが上がるときに空間か
減少するのでそれを利用して、液体を高圧で送り出した
り、気体を圧縮したりしている。

［発明か解決しようとする課ｊｌａ］ 上述したピストン式コンプレッサーはピストンをクラン
ク、シャフトで往復運動をさせなければならないが、こ
のピストンとシャフトの往復運動に多くの力か消費され
る。

それにこの往復運動のために振動が大きく、またクラン
ク、シャフトの設置のために構造か大型になる。

［課題を解決するための手段］ 本発明のコンプレッサーも前述したピストン式と同じく
密閉されている空間の容積の増減を利用するものである
が、往復運動を極力少なくし、ピストン式のようなシャ
フトを用いずにを効に回転力を圧縮力に変換させるもの
である。

その手段として、特許請求の範囲で述へた如くＸ＝Ａｃ
ｏｓ２θ＋Ｂｃｏｓθと Ｙ−Ａｓｉｎ２θ＋Ｂｓ１ｎθの交点か描く軌跡の形状
をしたロータハウジングの中に、二つの頂点間の長さ２
Ｂのロータを入れて、二つの頂点が常にロータハウシン
グの内壁に接しながら移動させて行くと、ロータの中心
が半径Ａの軌道上を３６０度移動したとき、ロータ自体
は１８０度回転することになるか、その間ロータの移動
方向の前方と後方の密封された空間の容積を刻々と変化
させて行く。

この容積が変化していくのを利用し、従来のピストン式
コンプレッサーと同じく吸気、圧縮を行うものである。

Ａ対Ｂの比は１対４から１対８程度の範囲が有効と考え
られるが、この範囲であればロータハウジングの形状は
円に近い。

そのことはロータの移動も円滑に行うことができるし、
ロータの重心の移動は半径への円軌道上であるのでロー
タの長さ２Ｂに比べると、わずかであり、ロータの移動
によるエネルギーロスも最小限に押さえることができる
。

ロータの移動、回転の方法であるが、ロータの両端がＸ
＝Ａｃｏｓ２θ＋ＢｃｏｓθとＹ　＝　Ａ　５ｉｎ２θ
十Ｂｓ１ｎθとの交点の軌跡を描くように移動、回転さ
せる方法は何通りも考えられる。

まず一つ目の方法として、動力としての回転軸と、ロー
タの回転軸を歯車で連結させる方法がある。

次ぎに直線ＣＤは必ず点Ｑの上にあるので、点Ｑを回転
軸とし、ロータにスリットを設はスライドさせる方法で
ある。

この方法は回転軸を二重にすることにより、ロータハウ
シングの拘束は無関係にすることができるが以上の二つ
の方法は構造が若干複雑になる。

そこで最も現実的と思われる次ぎの方法を説明する。

ロータの中心点Ｐを中心とする回転軸と点Ｏを中心とし
て回転し、外部からの回転力を導入する回転軸を一体化
してロータに挿入し、点Ｏを中心に回転させる。

このようにして回転させるとロータの中心は点Ｏを中心
とする半径Ａの軌道上を移動して行く。

しかし、θ−０の前後のときロータはロータハウシング
の拘束を受けないので、点Ｐを中心にその場で勝手に回
転することになる。

そこで点０を中心とする半径Ａの平歯車をロータハウシ
ングに固定し、ロータに点Ｐを中心とする半径２Ａの内
歯車を設けて噛み合わせれば、ロータは歯車の拘束を受
け、勝手な回転はできなくなり、点Ｐが点〇−周したと
き、ロータ自体は１８０度回転ずことになり、直線ＣＤ
と同じ移動、回転をすることができる。

また、このように回転軸と歯車の噛み合わせることによ
り、ローツノ１ウジングの拘束に関係なくロータの移動
、回転ができ、ロータの先端には移動、回転の負担はか
からないので、高圧力を作るときにロータに取りつける
ことになるであろうシール材は気体や液体の封鎖のみを
負担すれば良いことになる。

吸い込み口と吐き出し口については、その設置位置等に
ついて次ぎの実施例及び作用の項で説明する。

［実施例及び作用］ 以下本発明のコンプレッサーをその原理と実施例を示す
図面を説明しなから構造及び作用を述へる。

第１図 本発明のコンプレッサーの構造原理を示す図である。

１が点Ｃ，Ｄの軌跡であり、 Ｘ＝Ａｃ　ｏ　ｓ　　２　θ十ＢｃｏＳ　　θＹ＝＝Ａ
ｓｉｎ２　θ＋Ｂｓ１ｎ　θ 上式で表される交点であるが、本申請書【こ２己載され
ている軌跡はＡ対Ｂが１対５のときの図である。

１の軌跡がローツノ１ウジングの内壁の形状であり、直
線ＣＤかロータの長さとなる。

２はロータの中心の移動する軌道である。

第２図 ロータ及び回転軸の透視図であるが、ロータの中央に開
けた穴に右の回転軸を挿入し、Ｏを回転の中心として回
転させる。

この二つの組み合わせだけで４１０−タ４１　Ｐを【４
コ心として自由に回転できるため、所定の回＠’；、　
＋’ｔできない。

そこでロータの穴の周りに半径２人の内歯車を設置し、
ローツノ１ウシングに固定されｔ、二半ｉ釜Ａの平歯車
と噛み合わせ、直線ＣＤの移動、［ｌｊ１転を可能にし
ている。

第３図 ロータハウジングの中を開放したときの透視図である。

側壁に設置された歯車とロータの歯車が噛み合い、歯車
の中心の穴より回転軸が外へ出る。

第４図 容積比か変わらない時のロータの位置と、その時の回転
軸とロータとの関係、並びにロータハウジングに固定し
た平歯車とロータの内歯車の噛み合いを表している。

点Ｏを中心として回転する部分の回転軸の半径はＡより
小さくする必要があるが、これをＲとしたとき、ロータ
に挿入する部分の半径はＲ＋八で描いているけれど、中
心線間Ａを確保さえすれば、これより大きくても、小さ
くても良い。

この部分は点Ｏを中心として偏心運動をすることになる
。

半径Ａの平歯車は点Ｏを中心点として、ロータハウシン
グの内壁に固定する。

半径２Ａの内歯車はロータの中心Ｐを中心点としてロー
タに設置する。

図中の一点鎖線は歯車のピッチ円を示しているが、固定
された半径Ａの円周上を半径２Ａの中心が移動していく
と常に二つの円周は重なり円周の長さは２−１のため、
−周したときには半径２Ａの円は１８０度回転をする。

吸い込み口、吐き出し口はロータハウジングの側面に設
置する方法もあるか、今回の図においては円周部分に設
置した。

第６図 第４図と同じ目的の図であるが、容積比が最大のときを
表している。

また圧縮が完了したとき、圧縮室の容積はＯか好ましい
ので、そのようなロータの形状とする。

第９図、第１０図 ロータがロータハウシングの中を移動、回転している様
子を図示したものである。

９の吸い込み口をロータの頂点か通過し、その前方か圧
縮室となり、後方か吸気室となる。

なお図示している矢印の方向へロータは回転する。

［発明の効果］ 以上述へたような構造原理及び実施例によりコンプレッ
サーとして作動するけれど、そのために生じる効果をこ
れより説明する。

第１１図は本コンプレッサーの性能を説明するための図
である。

ロータの厚みをＴとしたとき、本コンプレッサーの容積
は（Ｆ−Ｅ）ＸＴであり、回転に要する力は圧縮圧力の
単位面積当たりＷとすれば、θ＝Ｏのとき２ＢｘＴｘｗ
ｘ２Ａとなる。

これをピストン式に置き換えたとき、ロータと同じ受圧
面積２ＢＸＴならば、ピストンの移動距離が４へのとき
容積が同じになる。

このことは圧縮に必要な力は両方供同じで、ロタとピス
トンの移ａｌｌ距離も４Ａであり、これも同じとなる。

しかしなからピストン式では構造的にピストンの面積２
ＢｘＴとピストンの移動距ＩＦｉ４Ａの比では不都合で
あり、面積を半分以下にし、移動距離を倍以上にする必
要がある。

その結果移動に費やされる力は４倍以上となりこれにシ
ャフトの移動の消費も追加されることになる。

またクランク、シャフトがないために小型化か計れるこ
とである。

ちなみに、Ａ対Ｂが１対５でロータの長さ２Ｂか１０ｃ
ｍでロータの厚みＴが５ｃｍの容積は２００ｃｃである
が、従来のピストン式に比べていかに小型化できるかが
分かる。

【図面の簡単な説明】

本コンプレッサーの基礎となる図である。 Ｘ＝Ａｃｏｓ２　　θ　＋　Ｂｃｏｓ　　θＹ＝Ａｓｉ
ｎ２　　θ　＋　Ｂｓ１ｎ　　θ上記式で表されるＸと
Ｙの交点の軌跡を図示している。 この図においてＡ対Ｂは１対５であり、これより以降の
図も同じ。 第２図 ロータ及び回転軸の透視図。 第３図 ロータハウシングの中を開放した透視図。 第４図 ロータハウシングとロータ、ロータと回転軸並びに平歯
車と内歯車及び吸い込み口、吐き出し口の位置関係の図
。 第５図 第４図の断面図。 第６図 第４図と同じ説明図。 第７図 第６図の断面図。 第８図 ロータ及び回転軸の平面、立面、側面各図。 第９図、第１０図 ロータハウジング中でのロータの移動、回転の様子を示
す。 第１１図 本コンプレッサーの性能を説明するための図であり、直
線ＣＤはθ＝９０度である。 １・・・直線ＣＤの両端Ｃ点、Ｄ点の軌跡。 ２・・・点Ｐの軌跡。 ３・・・ロータ。 ４・・・ロータの内歯車。 ５・・・回転軸。 ６・・・ロータハウシング。 ７・・・ロータハウシングに固定された平歯車。 ８・・・ロータハウシング内。 ９・・・吸い込み口。 １０・・・吐き出し口。 １１・・・吸気室。 １２・・・圧縮室。 Ａ・・・長さ（点０より点Ｐまでの距離）。 Ｂ・・・長さ（Ｄ−夕の半分の長さ）。 Ｃ，Ｄ・・・直線ＣＤの両端の点。 Ｅ、Ｆ・・・第１１図に描かれている点Ｃ，Ｄの軌跡に
よる円において直線ＣＤにより部分された各面積。 ０・・・回転軸の回転の中心。 Ｐ・・・直線ＣＤ（ロータ）の中心点。 Ｑ・・・直線ＣＤの通過点。 Ｒ・・・回転軸の細い部分の半径。 Ｔ・・・ロータの厚み。 Ｘ・・・Ｘ軸。 Ｙ・・・Ｙ軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 点Ｏを中心とする半径Ａの円軌道上を、Ｃ、Ｄを両端と
   する、長さ２Ｂの直線の中心点Ｐが移動して行くとき、
   点Ｏに対して点Ｐが角度２θだけ移動したとき、直線Ｃ
   Ｄ自体も中心点Ｐを中心にθだけ回転させる。 このとき、点Ｃ、Ｄが描く軌跡は横軸をＸ、縦軸をＹと
   して Ｘ＝Ａｃｏｓ２θ＋Ｂｃｏｓθ Ｙ＝Ａｓｉｎ２θ＋Ｂｓｉｎθ の交点である。 この点Ｃ、Ｄの軌跡線によって作られた面積を直線ＣＤ
   がいつも二分しているが、その面積比はθ＝０度のとき
   同じであり、θ＝９０度のときが最大となる。 このようにθの変化と供に面積比が刻々と変化していき
   、これに高さを与えれば体積比が変化することになる。 そこで以上の原理を利用し、点Ｃ、Ｄが描く軌跡の形状
   を持つピストン式コンプレッサーのシリンダに該当する
   ロータハウジングの中に、直線ＣＤの長さのピストン式
   コンプレッサーのピストンに該当するロータを入れ、直
   線ＣＤの如くロータを移動、回転させることを特徴とす
   るコンプレッサー。