JPH07247970A - トロコイド型圧縮機の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロータ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
容易に行い、高圧縮機能を有するトロコイド型圧縮機 【構成】 本発明は、トロコイド曲線を一のロータの周
面に具え、互いに歯合させた状態で相対的に回転させな
がら、該回転角度に伴ってその閉じ込み空間を変化させ
るアウタロータ１とインナロータ２とを具えたトロコイ
ド型圧縮機において図１に示すように、それぞれに吸入
開口５ａ、吐出開口６ａを具えてなる一対の吸入孔盤
５、吐出孔盤６と、少なくとも駆動側の一のロータ２と
を、軸方向に微動自在に構成すると共に、一の吐出孔盤
６に吐出圧力による付勢力を付勢し、前記ロータ１、２
間の軸方向両端面間を密着接触した状態で、回転可能に
構成し、圧縮気体の漏洩を阻止するようにした事を特徴
とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【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１０
６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、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４
ｃ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４
ｃ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８
ｂ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５
ａ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 (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の内接型歯車で、トロコイド曲線を
   形成し、歯車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
   する構造としたことを特徴とするトロコイド型圧縮機の
   構造
2. 【請求項２】 吐出空間における吐出圧力で吐出孔盤が
   トロコイド歯車の吐出側面に密着、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１記載のトロコイド
   型圧縮機の構造
3. 【請求項３】 一対のトロコイド歯車の吸入側面が吸入
   口のある吐出孔盤を介して吐出圧力で密着、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１記載のト
   ロコイド型圧縮機の構造
4. 【請求項４】 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、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、請求項３記
   載のトロコイド型圧縮機の構造
5. 【請求項５】 回転が阻止し、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、一対の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
6. 【請求項６】 吐出空間における吐出圧力で回転型吐出
   孔盤が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５記載の
   トロコイド型圧縮機の構造
7. 【請求項７】 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５記載のトロコイド型圧縮機の構造
8. 【請求項８】 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５記載のトロコイド型圧縮機の構造
9. 【請求項９】 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、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５記載のトロコイド型圧縮機の構造
10. 【請求項１０】 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５記載のトロコイド型圧縮機の構造