JPS5844878B2 - ロ−タガセンカイウンドウスル カイテンアツシユクキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ロータが旋回運動し、該ロータにおける流
体の加圧面と前記加圧面が接触してころがり運動するシ
リンダ底壁との間に閉鎖的の可変容積室を形成し、この
可変容積室内の流体を圧縮して送り出すところの回転圧
縮機に関する。

この発明の目的は、ロータは単純な、かつ、安定した旋
回運動をし、従って、機械効率が良く、高い圧縮比を可
能とし、また、構造が非常に簡単かつ小形で製作上の加
工及び組立てが容易であり安価な回転圧縮機を提供する
ことにある。

従来技術として、例えば特公昭４５−２７６０１号公報
記載の回転ピストン機械は、大要、（１）ハウジング内
に取り付けた傾斜部分（クランクピン）を持つ回転自在
な軸部片と、 （１１）前記軸部片の傾斜した部分にこの軸上で回転す
るように取り付けたほぼ円板上の回転子と、０１１）回
転子を連続強制回転させるように働く作動部片、即ち回
転子のボス部分端縁に形成した環状かさ歯車に斜めにか
み合うかさ歯車、及び前記軸部片の端部に取り付けた歯
車並びにこれとかみ合い減速歯車列を形成する減速歯車
群により例えば軸部片の回転によって回転子を半分の速
度で同じ向きに回転するようにした機構と、（ＩＶ）
正弦波形状の側壁によって形成され、狭まったり広まっ
たりする形状で、回転子の周縁に位置し又は隣接する環
状の回転子部分を包容した作動空間を形成する環状のみ
そと、 （Ｖ） 前記作動空間を各室の容積が回転子の回転中
変化する複数個の室に分割する密封部片と、を包含する
構成のものであるから、次のような欠点がある。

第１に、軸部片及び回転子を連続強制回転させる機構が
非常に複雑で、動力の損失が太きい。

即ち、軸部片と回転子は異なる速度で回転させるからで
ある。

第２に、構造が大形となって不利、不便である。

即ち、回転子の周縁に環状のみそが位置し、円周方向の
密封部片を取り付けるケーシングの周壁が球形のハウジ
ングの外方に大きく出張る構成だからである。

第３に、ケーシングの加工、製作が非常にむずかしい。

即ち、正弦波形状の環状みぞの加工はすこぶる困難であ
る。

この発明は、従来技術の上述したような欠点を解決すべ
くなされたものである。

この発明を要約すると、ハウジング内のシリンダ底壁面
若しくは当該シリンダ底壁面に接触してころがり運動す
るロータの加圧面のいずれか一方ないし両方を円錐面に
形成し、ロータはその旋回中心を球心とする球面軸受に
よって旋回運動が可能に駆動軸に自在支持させ、かつ、
ロータの動力伝達軸部は駆動軸にロータの旋回中心線と
共通又は平行の中心線をもつように設けたクランクピン
と連結し、ロータ若しくはシリンダ底壁のいずれか一方
にロータの旋回運動に同調してロータの受圧面とシリン
ダ底壁面との間隙に出入りする少なくとも１個以上の仕
切壁を半径方向に設置し、・・ウジング内においてロー
タの外径面部が摺接するシリンダ周壁を前記旋回中心を
球心とする球面に形成し、ロータの旋回方向手前側の仕
切壁面に近接した位置に流体出口を設け、先側の仕切壁
面に近接した位置に流体入口を設けて成る回転圧縮機で
ある。

なお、この発明の構成上、駆動軸を回転してロータに旋
回運動を生じさせる手段としては、ロータの動力伝達軸
部を、駆動軸に一体に設けたクランクのクランクピンに
直接連結する態様と、同クランクピンにピニオンギヤを
取り付け、ロータの動力伝達軸部に内歯車を形成し、両
者の内接かみ合いの結果として連結する態様とがある。

いずれの態様の場合にも、旋回運動するロータの加圧面
と旋回中心及び駆動軸におけるクランクピンは、てこの
作用点と支点及び力点の関係にあり、いわゆるてこの作
用（倍力効果）により駆動軸の回転動力を高効率に加圧
面における流体加圧力として作用させ、高圧縮比を可能
にする。

次に、この発明を図示の実施例により説明する。

第１図は、この発明の第一実施例であるところの回転圧
縮機を示す。

すなわち、外面に多数の放熱フィン２・・・・・・・・
・を有する略球形の・・ウジフグ１内に、略円盤形状の
ロータ３が、ハウジング１の中心部を貫通する駆動軸４
に旋回運動が可能に自在支持されている。

ハウジング１は、中空容器構造であり、具体的には内面
加工やロータ３、駆動軸４０組立てに不都合でない程度
に数ブロックに分割して構成し、その各ブロックをボル
ト等で結合し組立てる構成のものとされている。

該ハウジング１の内部は、ロータ３における流体の加圧
面７が接触してころがり運動するシリンダ底壁１８と、
同じロータ３の円板部分５の外径面部（実質的には同外
径面に装着したバッキング（（又はピストンリング等）
）２３）が流体密封の、かつ、すべり抵抗の小さい状態
で摺接するシリンダ周壁１９及びクランク室２５０３部
分に大別することができる。

シリンダ底壁１８は、ロータ３の中心線に垂直な平面と
して形成された流体の加圧面７がロータ３が旋回運動す
る際に描く円錐面と等しい円錐面として形成されている
。

シリンダ底壁１８の中心部には、ロータ３の旋回中心０
□を球心とする球面四部２０を設け、ロータ３において
加圧面７の中心部に前記旋回中心０、を球心とし下向き
に突出するように設けた半球状の球座２１が、ロータ３
の旋回運動を許容するようにはめ込まれるようになって
いる。

さらに、シリンダ底壁１８及び球面凹部２０の部位には
、駆動軸４の中心を通る直径線上に、つまりロータ３の
回転角１８０°隔てた対称な配置で、仕切壁８を出入り
自在に設置する２個の溝２２，２２が設げられている。

シリンダ底壁１８より上方のシリンダ周壁１９は、ロー
タ３の旋回中心０□を球心としロータ３の円板部分５の
外径（当該円板部分５の外径面に装着したバッキング２
３を含む外径。

）を内径とする球面に形成されている。

ハウジング１内のシリンダ周壁１９より上方のクランク
室２５は、駆動軸４におけるクランク部の旋回を許容す
る内径の円筒形状に形成されている。

次に、ロータ３の駆動軸４は、クランク部を隔てて共通
の中心線を有する真直軸部９，１０を、上記ハウジング
１の中心部、すなわちロータ３の旋回中心０□を通って
貫通するように配設し、軸受２４，２４により回転自在
に両端支持されている。

１駆動軸４のクランク部は、前記真直軸部９゜１００相
対向する端部に等長のクランク腕１１゜１２を平行に固
着し、かつ、旋回運動するロータ３において旋回軌跡を
描く中心線と共通の中心線をもつ配置としたクランクピ
ン１３でクランク腕１１．１２間を剛接合した構成とさ
れている。

次に、略円盤形状のロータ３は、下面を中心線に垂直な
平面の加圧面７に形成した円板部分５と、該円板部分５
の中心部軸方向上方に若干の高さ中空筒状に立ち上がる
動力伝達軸部６とより成る。

ロータ３は、上記駆動軸４の真直軸部１０におけるロー
タ３の旋回中心０□の部位にはめたスリーブ１４及び旋
回中心０、を球心とする球形状の球面リング１５に、ロ
ータ３の動力伝達軸部６の中空部に形成した球面グロー
ブ１６を密接に、かつ、滑動自在にはめた、すなわち、
旋回中心ｏ１ を球心とする球面軸受の構造により、旋
回運動が可能に駆動軸４に自在支持されている。

また、ロータ３の動力伝達軸部６は、その上端部を駆動
軸４のクランクピン１３に軸受１７を介して回転可能に
連結されている。

従って、駆動軸４が回転されると、ロータ３は、駆動軸
４の中心線と、旋回中心０□からクランクピン１３の中
心に引いた旋回中心線とがなす角度θを１／２頂角とす
る旋回運動をし、このとき加圧面７はシリンダ底壁１８
に接触してころがり運動をする。

そして、ロータ３は、その旋回中心０□ を支点とし動
力伝達軸部６のクランクピン１３との連結点を力点とし
、加圧面７を作用点するてこの作用として駆動軸４０回
転動力を高効率に流体の圧縮力に変換し、加圧面Ｔによ
る流体圧縮の作用を奏する。

なお、ロータ３の旋回運動に有害のスリップを生じさせ
ないためとして、ロータ３の円板部分５の上面側外周部
分にがさ歯車（冠歯車）２６を形成し、他方、ハウジン
グ１におけるシリンダ周壁１９上端の旋回中心０□を頂
点とする円錐面として形成上た部位に前記かさ歯車２６
と共通仕様の固定かさ歯車２７を形成し両者がかみ合い
運動するように構成されている。

次に、ハウジング１のシリンダ底壁１８、シリンダ周壁
１９及びロータ３の受圧面７で閉鎖的に形成する流体圧
縮室をロータ３の回転方向に仕切る一対の仕切壁８，８
は、第２図に示す通り、連結部３８で１個の真直ぐな細
長い板状につながったものとして形成され、上記シリン
ダ底壁１８の溝２２．２２内にロータ３の旋回運動に同
調して駆動軸４の軸方向と平行の向きに、すなわち、ロ
ータ３の受圧面７とシリンダ底壁面との間隙に出入り自
在に設置されている。

従って、仕切壁８゜８は、ロータ３の旋回方向の回転角
１８００隔てた位置に対称な配置で設置されている。

連結部３８の上面３９は、ロータ３の球座２１が流体密
封の状態で摺接する球面に形成されている。

仕切壁８は、許容限度内の流体密封性を保持可能な状態
に溝２２内に設置されており、必要によってバッキング
等の流体密封要素が使用される。

仕切壁８の上端縁部４０は、ロータ３の加圧面７と流体
密封の状態でなじみ良く摺接するように円弧面として形
成されている。

仕切壁８は、ロータ３の旋回運動に伴ない、加圧面７の
変位に追従して出入り運動するものであるが、第１図中
左側部分のように最大ストローク上昇した際に溝２２か
ら抜は出してしまわないだけの高さ寸法を有するものと
して形成されている。

他方、溝２２は、第１図中右側部分のように仕切壁８が
最大ストローク下降した際に干渉を起さない深さ及び形
状のものとして形成されている。

仕切壁８において、シリンダ周壁１９に摺接する端面ば
、旋回中心０、を球心とする球面として形成し、溝２２
において仕切壁８の前記端面が摺接する面も同じく球面
の一部として形成されている。

なお、第５図に略図で示す通り、各仕切壁８において、
ロータ３の旋回方向手前側の仕切壁面に近接した位置に
流体出口２９を設け、先側の仕切壁面に近接した位置に
流体入口２８を設けている。

次に、上記構成の回転圧縮機の流体圧縮行程を、第５図
Ａ−Ｄに示す行程図により説明する。

図中３１．３２は仕切壁８，８によって２つに仕切られ
た流体圧縮室を示す。

まず、第５図Ａは、ロータ３の回転角度Ｏ０であって、
上側の流体圧縮室３１では流体入口２８を通じて流体の
吸入行程が行なわれ、下側の流体圧縮室３２においては
流体の圧縮行程が行なわれその圧縮流体は流体出口２９
から流出しつつある。

第５図Ｂに示すようにロータ３が９００回転した段階で
上側の流体圧縮室３１の容積は最大となリ、この時点で
吸入行程は終了し圧縮行程に切換わる。

下側の流体圧縮室３２においては、その左側部分におい
て圧縮行程が行なわれ、右側部分においては吸入行程が
始まっている。

第５図Ｃは、ロータ３の回転角１８０００段階であり、
下側の流体圧縮室３２においてはこの直前に最大圧縮点
が存在し、圧縮行程は終了している。

上側の流体圧縮室３１では、吸入行程が終了し、圧縮行
程に移りつつある。

第５図りは、ロータ３の回転角２７０°の段階であり、
下側の流体圧縮室３２では吸入行程が最大限度進んでお
り、この直後に圧縮行程に切換わる。

上側の流体圧縮室３１の右側部分においては圧縮行程が
中間点まで進み、左側部分では吸入行程が始まっている
。

この後、再び第５図Ａの段階に戻って各行程がくり返し
遂行される。

次に、この回転圧縮機において、駆動軸４の回転動力を
ロータ３の加圧面７による流体圧縮力として作用させる
動作について説明する。

駆動軸４が一定方向に回転駆動されると、そのクランク
ピン１３が旋回運動するが故に、該クランクピン１３に
連結した動力伝達軸部６の連結点を軸受１７を介して同
方向に押し進める力の作用を生じ、結局、ロータ３を旋
回運動させることとなる。

と同時に、前記動力伝達軸部６の連結点を押し進める力
は、ロータ３をその旋回中心０□を支点とするてことじ
ロータ３の加圧面７で流体を圧縮する力として伝達され
る。

ロータ３の加圧面７は、ロータ３の旋回運動に伴ない、
シリンダ底壁１８に接してころがり運動し、シリンダ底
壁１８とシリンダ周壁１９及び仕切壁８とによって閉鎖
的な可変容積の流体圧縮室３１．３２を形成するので、
結局、駆動軸４０回転動力は、流体の吸入、圧縮の作用
に高効率に変換され、流体の圧縮比の高い圧縮を可能に
する。

すなわち、ロータ３における旋回中心０１から加圧面７
における圧力の中心までの距離及び動力伝達軸部６のク
ランクピン１３との連結点までのよ離の適切により、い
わゆる倍力効果を伴なって高効率に圧縮比の高い流体圧
縮作用を奏させることができる。

なお、本実施例のみならず以下に述べる各実施例につい
ても共通する事項であるが、仕切壁８の数を増加すると
、流体圧縮室３１，３２０数が増加し、圧縮流体の吐出
圧力の変動をならす効果を奏する。

次に、この発明の回転圧縮機については、ロータ３の加
圧面７がシリンダ底壁１８に接触してころがり運動する
関係の構成は、大別して第４図Ａ。

Ｂ、Ｃに示す３タイプあることについて説明する。

まず第４図Ａは、ロータ３の加圧面７と、ハウジング１
のシリンダ底壁１８とが、旋回中心０１を通る基線ａ
−ａから等して角度α／２だげ傾いた円錐面として形成
された例を示す。

この例の場合、ロータ３の旋回運動ｄにスリップを生じ
ないかぎり、ロータ３自身の自転は全く生じなく、両者
の有効径はＤ１＝Ｄ２の関係にある。

図中ｂ −ｂは駆動軸４の中心線、０１−Ｃはロータ３
の中心線を示す。

第４図Ｂは、ロータ３の加圧面７が、その旋回中心０１
を含み、かつ、ロータ３の中心線ｏ１Ｃに垂直な平
面であるのに対し、シリンダ底壁１８は任意の角度β／
２だげ傾いた円錐面として形成された例を示す。

この例の場合、両者の有効径はＤｌ〉Ｄ２の関係であり
、ロータ３はその円周長さが大きい分だけ旋回運動ｄに
おいてマイナス方向（反旋回方向）の自転ｅを生ずる。

従って、シリンダ底壁１８と加圧面７とのころがり接触
には、位相差を生ずる。

上記第４図Ａのタイプにおいて、白−夕３の傾き角度α
／２が小さくなるとこのタイプに属することとなる。

第４図Ｃは、逆にシリンダ底壁１８が旋回中心０１ を
含み、かつ、駆動軸４の中心線ｂ−ｂに垂直な平面であ
るのに対し、ロータ３の加圧面７が任意の角度γ／２だ
げ傾いた円錐面に形成された例を示す。

この例の場合、両者の有効径はＤｌ＜Ｄ２の関係であり
、ロータ３はその円周長さが短い分だけ旋回運動ｄにお
いてプラス方向（旋回方向）の自転ｆを生ずる。

上記第４図Ａのタイプにおいて、シリンダ底壁１８の傾
き角度α／２が小さくなると、このタイプに属すること
となる。

次に、第６図は、この発明の第二実施例を示す。

その構成の大部分は、上記第一実施例のものと共通する
が、本実施例の場合は、動力伝達軸部６の上端部内周面
に内歯車３３を形成し、他方、駆動軸４のクランクピン
１３に前記内歯車３３とかみ合うピニオンギヤ３４を取
り付け、両者のかみ合いをもって連結した構成を特徴と
するものである。

ピニオンギヤ３４は、クランクピン１３に回転自在に取
り付けられている。

本実施例の前記構成は、第４図Ｂ、Ｃに示したタイプ、
すなわち、ロータ３がその旋回運動において自転を生ず
るような場合に、その位相進み又は遅れの解消に有効的
である。

上述した第一、二実施例においては、駆動軸４はクラン
ク部と一体的の構成になっていて両側の真直軸部９，１
００いずれの側からでも回転駆動できるようになってい
るが、この限りでない。

すなわち、駆動軸４のクランク部について、クランク腕
１２を取除いて上下の真直軸部９，１００縁を切り、上
方の真直軸部９のみを駆動軸とし、下方の真直軸部１０
は単にロータ支持用の固定軸として構成することも可能
である。

次に、第７図は、この発明の第三実施例を示す。

その構成の大部分は、上記第二実施例のものと共通する
が、本実施例の場合は、左右の仕切壁８゜８が別体とし
て構成され、個々の仕切壁８，８は、ハウジング１に設
けた対応する溝２２，２２に出入り自在にはめ込まれて
いる。

各仕切壁８，８の出入り運動をロータ３の旋回運動と同
調させるためとして、駆動軸４における真直軸部１０に
仕切壁制御用の斜板カム３５が取り付けられている。

斜板カム３５のカム面は、ロータ３の加圧面７と平行面
をなすように配置構成され、真直軸部１０に設けたスプ
ライン部３６によって共回りする構成とされている。

図中３７はハウジング１の下部にカムプレート３５を収
容するために設けたカム室３７である。

次に、この発明が奏する作用効果を説明する。

この発明のロータが旋回運動する回転圧縮機は、上述の
構成であり、特に、 ロータは、その旋回中心を球心とする球面軸受により旋
回運動が可能に駆動軸の真直軸部に自在支持させると共
に、 加圧面を形成した円板部分の中心部軸方向に延びる中空
筒状の動力伝達軸部を駆動軸におけるロータの旋回中心
線と共通の中心線をもつように設けたクランクピンと連
結し、 の構成としたから、ロータの旋回機構が非常に簡単であ
り、即ち、駆動軸に付与された単一の回転のみによって
、直ちに、駆動軸と同一方向にほぼ同じ角速度の円滑な
安定した旋回運動をし、動力の損失が非常に少ない。

のみならず、駆動軸の回転動力は、クランクピンに連結
した動力伝達軸部を通じていわゆるてこの作用に基く倍
力効果を伴なってロータの加圧面に流体圧縮力として伝
えられるから、圧縮比が高く、機械効率、圧縮効率のよ
い回転圧縮機とすることができる。

また、この発明のロータが旋回運動する回転圧縮機は、 ・・ウジング内のシリンダ底壁面若しくは当該シリンダ
底壁面に接触してころがり運動するロータの加圧面のい
ずれか一方ないし双方を円錐面に形成し、 ロータ若しくはシリンダ底壁のいずれか一方に、ロータ
の旋回運動に同調してロータの加圧面とシリンダ底壁面
との間隙に出入りする少なくとも１個以上の仕切壁を半
径方向に設置し、 ハウジング内においてロータの外径面部が摺接するシリ
ンダ周壁を、前記旋回中心を球心とする球面に形成し、 ロータの旋回方向手前側の仕切壁面に近接した流体出口
を設け、先側の仕切壁面に近接した位置に流体出口を設
けている、 の構成としたから、ロータは、その加圧面（平面又は円
錐面）が閉鎖的に形成する流体圧縮室内の流体を旋回方
向に順に圧縮して高圧縮流体を連続的に低振動で安定に
吐出する。

しかも、流体の圧縮に際し、激しく擦れる部分が少ない
から有利である。

その上、流体圧縮室は、ノ・ウジング内に・・ウジング
壁を一部利用してスペース効率よく形成でき、小形化が
図れる。

さらに、流体圧縮室は、平面円錐面、球面等の組合せで
閉鎖的に形成され、いずれもその加工が容易であるから
、製作上有利で、安価に量産することに適しているので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る回転圧縮機の第二実施例を示す
垂直断面図、第２図はロータと駆動軸及び仕切壁を関係
構造において示す斜視図、第３図はハウジングの内部構
造を示す斜視図、第４図Ａ。 Ｂ、Ｃはロータとシリンダ底壁との関係を３つのタイプ
で示す説明図、第５図Ａ−Ｄは流体圧縮作用の行程説明
図、第６図及び第７図はこの発明に係る回転圧縮機の第
二、第三の実施例を示す断面図である。 １・・・・・・ハウジング、１８・・・・・・シリンダ
底壁、３・・・・・・ロータ、７・・・・・・加圧面、
１５・・・・・・球面リング、１６・・・・・・球面グ
ローブ、４・・・・・・駆動軸、１３・・・・・・クラ
ンクピン、８・・・・・・仕切壁、１９・・・・・・シ
リンダ周壁、２８・・・・・・流体入口、２９・・・・
・・流体出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記（イ）〜（ホ）のとおり構成した、ロータが旋
   回運動する回転圧縮機。 （イ）ハウジング内のシリンダ底壁面若しくは当該シリ
   ンダ底壁面に接触してころがり運動するロータの加圧面
   のいずれか一方ないし両方を円錐面に形成し、 （ロ）ロータは、その旋回中心を球心とする球面軸受に
   より、旋回運動が可能に、駆動軸の真直軸部に自在支持
   させると共に、加圧面を形成した円板部分の中心部軸方
   向に延びる中空筒状の動力伝達軸部を駆動軸におけるロ
   ータの旋回中心線と共通又は平行の中心線をもつように
   設けたクランクピンと連結し、 （ハ）ロータ若しくはシリンダ底壁のいずれか一方に、
   ロータの旋回運動に同調してロータの加圧面とシリンダ
   底壁面との間隙に出入りする少なくとも１個以上の仕切
   壁を半径方向に設置し、に）・・ウジング内においてロ
   ータの外径面部が摺接するシリンダ周壁を、前記旋回中
   心を球心とする球面に形成し、 （ホ）ロータの旋回方向手前側の仕切壁面に近接した位
   置に流体出口を設け、先側の仕切壁面に近接した位置に
   流体人口を設けている。