JPH07145785A - トロコイド型冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トロコイド型冷媒圧縮機において、アウター
ロータの外周の摺動面とそれを支持する面の摩耗と、ポ
ンプ空間からの冷媒の漏洩を防止する。 【構成】 吐出空間１４の一部を気液分離器として、吐
出冷媒の中から分離されてオイルダム１７に溜まる潤滑
油は圧縮された冷媒の圧力を帯びているので、油通路１
９，１８及び２０を通ってアウターロータ１０の外周の
摺動面１２とハウジング１の内部の円筒形の軸受面１１
との間へ強制的に導かれ、それらの部分を潤滑して摩耗
が生じるのを防止する。また、この潤滑油の油圧が軸受
面１１の一部に形成された油溝２１等に作用して、アウ
ターロータ１０を背後から支持する力が発生し、アウタ
ーロータ１０の歯とインナーロータ９の歯との間に形成
されるポンプ空間内で冷媒を圧縮することによって生じ
る力に抗してアウターロータ１０をインナーロータ９に
向かって押しつける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調装置等の冷凍サイ
クルにおいて冷媒を圧縮するために使用される容積型の
冷媒圧縮機に係り、特にトロコイド歯形を有する内歯歯
車状のアウターロータと、それに内接して噛み合うトロ
コイド歯形を有する外歯歯車状のインナーロータとから
構成されるトロコイド型の冷媒圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平２−３０７４１１号公報に、トロ
コイド型冷媒圧縮機の従来例の一つが記載されている。
トロコイド型冷媒圧縮機は、トロコイド歯形を有しハウ
ジングの内部において摺動回転可能に支持されている内
歯歯車状のアウターロータと、やはりトロコイド歯形を
有しアウターロータに対して偏心している軸上において
アウターロータに内接して噛み合いながら回転するよう
に支持されている外歯歯車状のインナーロータとによっ
て構成される。２つのロータのトロコイド形の歯が噛み
合うことによって、それらの歯の間に容積が拡大、縮小
するポンプ空間が１個以上形成される。そして、ポンプ
空間が拡大する時に吸入ポートから気体状の冷媒がポン
プ空間内に吸入されると共に、ポンプ空間が縮小する時
に先に吸入された冷媒が圧縮されて吐出ポートから排出
される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】先に挙げた従来技術に
限ったことではないが、従来のトロコイド型冷媒圧縮機
においては一般に、アウターロータの外周の摺動面、即
ち、内歯歯車であるアウターロータがハウジング内で回
転可能に支持されるための環状の面部分については潤滑
が不十分になりがちであって、アウターロータの外周の
摺動面と、それを摺動支持しているハウジング側の軸受
面に摩耗が生じ易いという問題がある。アウターロータ
の外周の摺動面、及びそれと摺動接触しているハウジン
グ側の軸受面に摩耗が生じることによって圧縮機の寿命
が短くなるだけでなく、摩耗が偏って生じるとアウター
ロータが円滑に摺動回転することができなくなって、圧
縮機がロック状態に陥る恐れもある。

【０００４】また、従来のトロコイド型冷媒圧縮機にお
いては、ポンプ空間が縮小して内部の冷媒が圧縮される
ときに、圧縮によって生じる力によってアウターロータ
が半径方向外方に押されて僅かに移動する結果、アウタ
ーロータの歯とインナーロータの歯が接触すべき部分の
隙間（チップクリアランス）が拡大し、ポンプ空間にお
いて圧縮される冷媒が、拡大したチップクリアランスか
ら漏洩して圧縮機の効率を低下させるという別の問題も
あった。

【０００５】従って、本発明は、従来のトロコイド型冷
媒圧縮機に見られるこれらの問題を解消することを発明
の解決課題としており、アウターロータの外周の摺動面
における潤滑状態を改善して摩耗を軽減し、圧縮機の寿
命を延長すると共に、インナーロータ及びアウターロー
タの歯の接触部におけるチップクリアランスの拡大を抑
えて、圧縮された冷媒の漏洩を減少させ、圧縮機の効率
を向上させる新規な手段を提供することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、内部に円筒形の軸受面が形
成された固定のハウジングと、トロコイド歯形を有し、
前記ハウジングの内部の前記円筒形の軸受面によって摺
動回転可能に支持されている内歯歯車状のアウターロー
タと、トロコイド歯形を有し、前記アウターロータに対
して偏心している軸上において、前記アウターロータに
内接して噛み合いながら回転するように支持されている
外歯歯車状のインナーロータと、圧縮された冷媒の吐出
空間の一部として形成され、圧縮された冷媒中に混入し
ている潤滑油を分離する気液分離手段と、前記気液分離
手段によって分離され、圧縮された冷媒の圧力を帯びて
いる潤滑油を、前記アウターロータの外周の摺動面と前
記ハウジングの内部の前記円筒形の軸受面との間へ導く
油通路と、前記油通路によって導かれた潤滑油の油圧に
よって、前記アウターロータを前記インナーロータに向
かって押しつける力が発生するように、前記ハウジング
の前記円筒形の軸受面の一部に形成された油溝と、を備
えているトロコイド型冷媒圧縮機を提供する。

【０００７】

【作用】トロコイド型冷媒圧縮機としての基本的な冷媒
圧縮作用は従来のものと同じであるから、その点に関す
る説明は省略する。吐出される圧縮された冷媒には潤滑
油が含まれているが、本発明のトロコイド型冷媒圧縮機
においては吐出空間の一部に気液分離手段を設けて潤滑
油を冷媒から分離している。分離された潤滑油は圧縮さ
れた冷媒の圧力を帯びているので、その潤滑油が油通路
を圧送されてアウターロータの外周の摺動面とハウジン
グの内部の円筒形の軸受面との間へ強制的に導かれ、そ
れらの部分を潤滑して摩耗が生じるのを防止する。

【０００８】また、この潤滑油の油圧がハウジングの円
筒形の軸受面の一部に形成された油溝においてアウター
ロータの外周の摺動面に作用することによって、アウタ
ーロータを背後から支持する力が発生し、アウターロー
タの歯とインナーロータの歯との間に形成されるポンプ
空間内で冷媒を圧縮することによって力を受けてアウタ
ーロータが特定の半径方向に後退しようとするのを妨
げ、アウターロータをインナーロータに向かって押しつ
ける。それによって、２つのロータの歯の接触部分にお
けるチップクリアランスが拡大するのを抑えて、圧縮さ
れた冷媒の漏洩を防止し、圧縮機の効率を向上させる。

【０００９】

【実施例】図１に本発明によるトロコイド型冷媒圧縮機
の実施例の断面構造を示す。１はフロントハウジング、
２はリヤハウジング、３はそれら前後のハウジングの間
に挟みこまれたプレートを示しており、それら３つの部
材は図２に示すボルト４によって一体的に締結されて圧
縮機のハウジングを構成する。プレート３はフロントハ
ウジング１及びリヤハウジング２の双方の蓋を兼ねてお
り、それによって前後のハウジングの内部にそれぞれ独
立した空間を形成する。５は外部の駆動源によって回転
駆動されるシャフトであって、前後のハウジング１及び
２に取り付けられた軸受６及び７によって回転し得るよ
うに支持されており、フロントハウジング１を貫通する
部分にはシール装置８が設けられている。

【００１０】フロントハウジング１の内部において、シ
ャフト５にはスプラインのような手段によって、図２に
示すようなトロコイド歯形を有する外歯歯車状のインナ
ーロータ９が取り付けられる。そしてインナーロータ９
の外側から噛み合うように、トロコイド歯形を有する内
歯歯車状のアウターロータ１０が、フロントハウジング
１内に形成された円筒形の軸受面１１によって摺動回転
可能に支持される。この場合、アウターロータ１０はイ
ンナーロータ９よりも大径であって、その歯数も１個多
くなっており、円筒形の軸受面１１の軸心とインナーロ
ータ９及びシャフト５の軸心とは、図２に示すεだけ偏
心している。

【００１１】図２において実線と破線によっておよその
輪郭を示しているように、ロータ９及び１０の軸方向端
面と接触するフロントハウジング１の壁面には、図示し
ない吸入空間に連通する吸入ポート１３が、また、ロー
タ９及び１０の他の軸方向端面と接触するプレート３の
壁面には、図１に示すようにリヤハウジング２の内部に
形成される吐出空間１４に対して吐出弁１５を介して連
通し得る吐出ポート１６が、それぞれ壁面の窪み又は開
口の形で形成されている。吐出空間１４は圧縮された冷
媒の中に混入している潤滑油（冷凍機油）を気体状の冷
媒から分離する気液分離器としての働きを有し、特にそ
の下方の部分はオイルダム１７として、冷媒から分離さ
れた潤滑油を貯溜する働きもする。

【００１２】図示実施例のトロコイド型冷媒圧縮機の特
徴として、図１〜図３に示されているように、フロント
ハウジング１とプレート３の下部にそれぞれ油通路１８
及び１９が穿孔されており、それらは一端において相互
に連通している。油通路１９の他端はリヤハウジング２
内の下部のオイルダム１７に開口しており、油通路１８
の他端は、一端がフロントハウジング１内の円筒形の軸
受面１１に開口している油通路２０の他端に連通してい
る。円筒形の軸受面１１の一部には、油通路２０の一端
の開口と接続するように、図３に示すような円周方向の
油溝２１が形成されている。

【００１３】油溝２１には更にオイルポケットと呼ぶ軸
方向の油溝２２が１本以上接続して形成されている。油
溝２１とオイルポケット２２は、フロントハウジング１
の円筒形の軸受面１１とアウターロータ１０の外周の摺
動面１２との間に加圧された潤滑油を導いて、それを必
要な部分に行きわたらせる作用をするだけでなく、潤滑
油の油圧によってアウターロータ１０を所定の方向に押
圧してインナーロータ９に押しつけるために設けられる
ものである。

【００１４】図５に矢印として示すように、インナーロ
ータ９及びアウターロータ１０のそれぞれ複数個の歯の
間に形成される幾つかのポンプ空間２３において、冷媒
が圧縮されることによって発生する力ｆの合力Ｆ₁ によ
り、アウターロータ１０の外周の摺動面１２と、フロン
トハウジング１内の円筒形の軸受面１１との間に作用す
る面圧が最大となる特定の位置が存在するが、円筒形の
軸受面１１においてオイルポケット２２を設ける円周方
向の位置は、一般的に言えば面圧が最大となる特定の位
置付近とするのが好適である。その意味で、オイルポケ
ット２２は、合力Ｆ₁ が作用し得る範囲として図５に示
した１８０°の角度範囲のいずれかの位置に設けること
になる。また、油溝２１を形成する円周方向の範囲も、
オイルポケット２２の位置等に合わせて図示実施例とは
異なる範囲に変更され得る。

【００１５】次に、図示実施例の作動を説明する。内燃
機関や電動モータのような外部駆動源によってシャフト
５が回転駆動されると、フロントハウジング１内では、
インナーロータ９がアウターロータ１０を伴って図２に
示す矢印の方向に回転する。それによってロータ９及び
１０の複数個の歯の間に形成される複数個のポンプ空間
２３が、順次に拡大した後に縮小するという変形を繰り
返す。図２から判るように、ポンプ空間２３の拡大は吸
入ポート１３の開口領域において起こるから、この領域
においてポンプ空間２３内には、図示しない冷凍サイク
ルの蒸発器から吸入空間を経て吸入ポート１３へ供給さ
れる低圧の冷媒が吸入される。

【００１６】ロータ９及び１０の回転により、ポンプ空
間２３がフロントハウジング１の下部を通過する辺りで
吸入ポート１３との連通を絶たれて閉塞された後に、そ
の容積が漸次縮小することによって、ポンプ空間２３の
内部に閉じ込められた冷媒が圧縮される。ポンプ空間２
３が吐出ポート１６と合致する位置まで移動すると、圧
縮された冷媒が吐出ポート１６へ押し出され、チェック
バルブである吐出弁１５を押し開いてリヤハウジング２
内の吐出空間１４へ吐出される。圧縮機内には潤滑油
（冷凍機油）が予め封入されて内部の摺動部分を潤滑し
ているので、圧縮された冷媒には潤滑油が混入している
が、この混合冷媒が吐出空間１４内に一時停滞すること
により、液体である潤滑油の大部分が、気体である冷媒
から分離して下部のオイルダム１７に溜まる。

【００１７】このようにして、オイルダム１７には、図
１に示すように絶えず若干量の潤滑油が溜まっているの
で、その潤滑油が吐出空間１４にある圧縮された冷媒の
圧力を受けて、油通路１８及び１９から油通路２０を通
り、フロントハウジング１の円筒形の軸受面１１に形成
された油溝２１へ強制的に供給され、更にオイルポケッ
ト２２へも圧送されて、アウターロータ１０及びインナ
ーロータ９の軸方向端面に向かって小流量で流れること
になる。この潤滑油は最終的にはポンプ空間２３内に入
って吐出弁１５から吐出空間１４のオイルダム１７へ還
流する。

【００１８】潤滑油が円筒形の軸受面１１の油溝２１及
びオイルポケット２２へ圧送されることによって、軸受
面１１と、それに対して摺動接触しているアウターロー
タ１０の外周の摺動面１２との間は十分に潤滑される。
このようにして潤滑油が強制的に供給されることによっ
て、軸受面１１と摺動面１２との摺動接触面はもとよ
り、インナーロータ９とアウターロータ１０の歯の接触
部分、更には、ロータ９及び１０の軸方向端面とフロン
トハウジング１やプレート３の壁面のような摺動接触部
分の摩耗が減少する。

【００１９】また、吐出空間１４にある圧縮された冷媒
の圧力によって加圧されている潤滑油が、円筒形の軸受
面１１における油溝２１及びオイルポケット２２へ圧送
される結果、油溝２１、特にオイルポケット２２の付近
では、図４及び図５に示すように、油圧による力Ｆ₂ が
発生して、この力Ｆ₂ がポンプ空間２３における冷媒の
圧縮によって発生する力Ｆ₁ に対抗してアウターロータ
１０を支持することになる。従って、アウターロータ１
０がポンプ空間２３内で圧縮された冷媒の力を受けて軸
受面１１の特定の方向へ後退するようなことがなくな
り、寧ろ、高圧となるポンプ空間２３では、それを区画
するアウターロータ１０の歯が相手方のインナーロータ
９の歯に向かって油圧によって押しつけられるようにな
り、チップクリアランスｅがより減少するという好まし
い傾向が生じる。それによって、ポンプ空間２３内から
圧縮された冷媒が漏洩することが防止される。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、トロコイド型冷媒圧縮
機におけるアウターロータの外周の摺動面における潤滑
状態が改善されるので摩耗が軽減し、圧縮機の寿命が長
くなると共に、チップクリアランスの拡大が抑制されて
圧縮された冷媒の漏洩が減少するので圧縮機の効率が向
上する。更に、アウターロータが外部から半径方向内方
にむかって吐出圧力によって押圧されてインナーロータ
と接触するため、アウターロータがハウジング内で踊る
（振動する）とか、ハウジングに衝突して騒音を発生す
るというような問題も軽減され、低振動、低騒音の圧縮
機が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトロコイド型冷媒圧縮機の実施例を示
す断面図である。

【図２】図２におけるII−II断面図である。

【図３】フロントハウジングの一部を示す斜視図であ
る。

【図４】図２の一部を拡大して示す断面図である。

【図５】実施例の作動を説明するための図２と同様な断
面図である。

【符号の説明】

１…フロントハウジング ２…リヤハウジング ３…プレート ９…インナーロータ １０…アウターロータ １１…円筒形の軸受面 １２…外周の摺動面 １３…吸入ポート １４…吐出空間 １６…吐出ポート １７…オイルダム １８，１９，２０…油通路 ２１…円周方向の油溝 ２２…オイルポケット（軸方向の油溝） ２３…ポンプ空間 ｅ…チップクリアランス ｆ…冷媒圧縮によって発生する力 Ｆ₁ …冷媒圧縮によって発生する力ｆの合力 Ｆ₂ …潤滑油によって発生する力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 敏浩 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 石原 敏雄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に円筒形の軸受面が形成された固定
   のハウジングと、 トロコイド歯形を有し、前記ハウジングの内部の前記円
   筒形の軸受面によって摺動回転可能に支持されている内
   歯歯車状のアウターロータと、 トロコイド歯形を有し、前記アウターロータに対して偏
   心している軸上において、前記アウターロータに内接し
   て噛み合いながら回転するように支持されている外歯歯
   車状のインナーロータと、 圧縮された冷媒の吐出空間の一部として形成され、圧縮
   された冷媒中に混入している潤滑油を分離する気液分離
   手段と、 前記気液分離手段によって分離され、圧縮された冷媒の
   圧力を帯びている潤滑油を、前記アウターロータの外周
   の摺動面と前記ハウジングの内部の前記円筒形の軸受面
   との間へ導く油通路と、 前記油通路によって導かれた潤滑油の油圧によって、前
   記アウターロータを前記インナーロータに向かって押し
   つける力が発生するように、前記ハウジングの前記円筒
   形の軸受面の一部に形成された油溝と、 を備えているトロコイド型冷媒圧縮機。