(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に連動される内側ロータの外周とケーシングの内面に摺接され、該内側ロータと相対回転可能にされた外側ロータの内周との間に形成される可変空間に、前記両ロータの軸方向一端側に配設された吸入口ブラケット内の吸入口から気体を導入し、前記両ロータの相対回転による前記可変空間の容積変化により、気体を圧縮して、前記可変空間に連通可能に設けられた吐出口から吐出するトロコイド式気体圧縮機において、
前記外側ロータ及び内側ロータの側端面と前記ケーシングの前記吸入口ブラケットとは反対側に固着された吐出口ブラケットの内面との間に、前記回転軸の軸方向に移動可能で、かつ回転不能にされたシール円盤を設けて、前記吸入口から前記可変空間を介して前記シール円盤に至った気体を、該シール円盤で折り返して前記吸入口ブラケットに設けられた吐出口に流すように構成し、
前記シール円盤の前記側端面側とは、反対側の板面と前記吐出口ブラケットにより区画形成され、制御気体が導入されて前記シール円盤の押圧力を制御可能とするように、実質的に密閉にて構成さる圧力室を設け、
該圧力室には外部から所定圧力に加圧された制御気体が供給される制御気体供給口が連通され、前記外部からの制御気体の圧力により、前記シール円盤の板面を前記側端面に摺接せしめるように構成されたことを特徴とするトロコイド式気体圧縮機。
【請求項２】
前記圧力室内に、内周側が前記シール円盤に固定され、外周側が前記ケーシングに固定された圧力バランス用連通孔付きのダイヤフラムを設けてなる請求項１に記載のトロコイド式気体圧縮機。
【請求項３】
回転軸に連動される内側ロータの外周とケーシングの内面に摺接され、該内側ロータと相対回転可能にされた外側ロータの内周との間に形成される可変空間に、前記両ロータの軸方向一端側に配設された吸入口ブラケット内の吸入口から気体を導入し、前記両ロータの相対回転による前記可変空間の容積変化により、気体を圧縮して、前記可変空間に連通可能に設けられた吐出口から吐出するトロコイド式気体圧縮機において、
前記外側ロータ及び内側ロータの側端面と前記ケーシングの前記吸入口ブラケットとは反対側に固着された吐出口ブラケットの内面との間に、前記回転軸の軸方向に移動可能で、かつ回転不能にされたシール円盤を設け、前記シール円盤の前記両ロータの側面側に、前記可変空間と連通可能でかつ有底の吐出孔を設けるとともに、前記ケーシングに前記吐出孔と連通される吐出口を設けて、気体が前記吸入口から可変空間内を軸方向に流れて、前記シール円盤の吐出孔を経て、外部に送出されるように構成し、
前記シール円盤の前記側端面側とは、反対側の板面と前記吐出口ブラケットにより区画形成され、制御気体が導入されて前記シール円盤の押圧力を制御可能とするように、実質的に密閉にて構成さる圧力室を設け、
該圧力室には外部から所定圧力に加圧された制御気体が供給される制御気体供給口が連通され、前記外部からの制御気体の圧力により、前記シール円盤の板面を前記側端面に摺接せしめるように構成されたことを特徴とするトロコイド式気体圧縮機。
【請求項４】
回転軸に連動される内側ロータの外周とケーシングの内面に摺接され、該内側ロータと相対回転可能にされた外側ロータの内周との間に形成される可変空間に、前記両ロータの軸方向一端側に配設された吸入口ブラケット内の吸入口から気体を導入し、前記両ロータの相対回転による前記可変空間の容積変化により、気体を圧縮して、前記可変空間に連通可能に設けられた吐出口から吐出するトロコイド式気体圧縮機において、
前記外側ロータ及び内側ロータの側端面と前記ケーシングの前記吸入口ブラケットとは反対側に固着された吐出口ブラケットの内面との間に、前記回転軸の軸方向に移動可能で、かつ回転不能にされたシール円盤を設け、
前記シール円盤の吐出口ブラケット側の板面と前記吐出口ブラケットとの間に挟持され、前記シール円盤の移動により、伸縮可能とされるとともに、その内部に外部から所定圧力に加圧された制御気体が導入される圧力室が形成された袋状のベローズを備えてなることを特徴とするトロコイド式気体圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸により駆動される内側ロータと、該内側ロータの外側に、これと偏心されて、相対回転可能に設けられた外側ロータ歯形との間に形成される可変空間に吸入口から気体を導入し、該可変空間の容積変化により該気体を加圧し、吐出口へ送出するトロコイド歯形を備えた気体圧縮機に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
一対のロータの回転により気体を圧送する回転気体機械にあって、近年、トロコイド歯形を有するロータを備えたトロコイド式圧縮機が気体圧送用の圧縮機、気体圧送用のポンプとして多用されてきている。
【０００３】
このトロコイド歯形を有するロータを備えた気体圧送用のトロコイド式気体圧縮機は、トロコイド歯形を有する内側ロータと外側ロータとを組合わせて、回転軸に連結された上記内側ロータとこれと偏心して相対回転される上記外側ロータ歯形との間のトロコイド歯形の容積変化により、吸入口から導入された気体を加圧して吐出口へ送出するように構成されている。
【０００４】
前記トロコイド歯形を備えた気体気体圧縮機にあっては、内側、外側ロータの軸方向の吸入側及び吐出側端面と該端面と摺接される吸入口ブラケット及び吐出口ブラケットの内面（軸直角面）との隙間で、トロコイド歯により圧縮された気体の漏洩が多かれ少なかれ発生する。
【０００５】
かかる気体の漏洩はトロコイド式気体圧縮機の圧縮効率低下の要因となるが、これを防止するため、前記隙間を過度に小さくすると、内側、外側ロータの端面とこれに摺接される吸入口、吐出口ブラケットの内面との間にかじりが発生し、機械の破損につながる。
【０００６】
かかるかじりの発生を防止して前記気体の漏洩を極力少なくする手段として、内側、外側ロータの両端面と吸入口、吐出口ブラケットの内面との間の摺り合せにより適切な量の隙間を確保する手段が提供されている。
【０００７】
しかしながら、かかる手段は摺り合せ作業に伴ない、多数の工数を要する上、長期間運転後には摺接面の摩耗により上記隙間が拡大し、漏洩が増大するようになる。
特に小型圧縮機では、吐出量が少ないため、前記漏洩量の吐出量に占める割合が大きくなり圧縮効率の低下が増大する。
【０００８】
上記のように、従来のトロコイド式気体圧縮機にあっては、内側、外側ロータの幅と該ロータを収容するケーシングの幅即ち吸入口ブラケットの内面と吐出口ブラケットの内面との間の距離とが固定され、自動調整不可能であるため、漏洩量の制御が出来ず、運転時間の経過とともに、前記漏洩の増加は避けられないという問題点を抱えている。
【０００９】
本発明は、内側、外側ロータの両端面と吸入口、吐出口ブラケットの内面との摺接部の隙間を、該隙間からの漏洩量を制御可能な状態で常時気体密に保持して、圧縮効率を向上せしめるとともに、上記摺接部のかじり等の事故の発生を防止したトロコイド式気体圧縮機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、回転軸に連動される内側ロータの外周とケーシングの内面に摺接され、該内側ロータと相対回転可能にされた外側ロータの内周との間に形成される可変空間に、前記両ロータの軸方向一端側に配設された吸入口ブラケット内の吸入口から気体を導入し、前記両ロータの相対回転による前記可変空間の容積変化により、気体を圧縮して、前記可変空間に連通可能に設けられた吐出口から吐出するトロコイド式気体圧縮機において、
前記外側ロータ及び内側ロータの側端面と前記ケーシングの前記吸入口ブラケットとは反対側に固着された吐出口ブラケットの内面との間に、前記回転軸の軸方向に移動可能で、かつ回転不能にされたシール円盤を設けて、前記吸入口から前記可変空間を介して前記シール円盤に至った気体を、該シール円盤で折り返して前記吸入口ブラケットに設けられた吐出口に流すように構成し、
前記シール円盤の前記側端面側とは、反対側の板面と前記吐出口ブラケットにより区画形成され、制御気体が導入されて前記シール円盤の押圧力を制御可能とするように、実質的に密閉にて構成さる圧力室を設け、
該圧力室には外部から所定圧力に加圧された制御気体が供給される制御気体供給口が連通され、前記外部からの制御気体の圧力により、前記シール円盤の板面を前記側端面に摺接せしめるように構成されたことを特徴とするトロコイド式気体圧縮機を提案する。
【００１２】
かかる発明によれば、圧力室に所定圧力に加圧された制御気体が導入されると、シール円盤は該制御気体の圧力によって軸方向に移動し、外側ロータ及び内側ロータの端面に押圧される。
これによって、外側ロータ及び内側ロータは、その端面がシール円盤と上記制御気体の圧力によって定まる所定の圧力で以って摺接しながら回転し、該端面とシール円盤との摺接部からの気体の漏洩は所定量以下に抑制される。
【００１３】
従って、上記摺接部における気体の漏洩は、圧力室内の圧力を制御することによって調整することが出来、全負荷時には上記制御気体の圧力を増大せしめて上記摺接部の押圧力を大きくし、漏洩量を抑制して、高い圧縮効率で運転し、また、部分負荷時や始動時には上記圧力を低減して、漏洩量をある程度許容し、上記摺接部における摩耗損失を低減するというように、圧縮機の運転状態に適合した漏洩量に制御することが出来る。
また、外部の制御気体路に圧力調整弁を設けることにより、制御気体の圧力を容易に運転状態に適合した圧力に制御することが可能となる。
【００１６】
さらに、本発明には、上記各手段において、前記圧力室内に、内周側が前記シール円盤に固定され、外周側が前記ケーシングに固定された圧力バランス用連通孔付きのダイヤフラムを設けることも含まれる。
【００１７】
かかる手段によれば、ダイヤフラムによって簡単にシール円盤の廻り止め及び軸方向移動が実現でき、構造が簡単化される。
【００１８】
また、本発明は、気体の流動方向を一方向とする具体的手段（第２の手段）として、前記トロコイド式気体圧縮機において、
前記外側ロータ及び内側ロータの側端面と前記ケーシングの前記吸入口ブラケットとは反対側に固着された吐出口ブラケットの内面との間に、前記回転軸の軸方向に移動可能で、かつ回転不能にされたシール円盤を設け、前記シール円盤の前記両ロータの側面側に、前記可変空間と連通可能でかつ有底の吐出孔を設けるとともに、前記ケーシングに前記吐出孔と連通される吐出口を設けて、気体が前記吸入口から可変空間内を軸方向に流れて、前記シール円盤の吐出孔を経て、外部に送出されるように構成する。
【００１９】
かかる手段によれば、気体を吸入口ブラケットから可変空間を経て、吐出ブラケット側に流す一方向流についても、シール円盤に吐出孔を設けるという簡単な手段で以って、シール円盤及び圧力室による漏洩防止をなすことができる。
【００２０】
さらに本発明は第３の手段として、前記トロコイド式気体圧縮機において、
前記外側ロータ及び内側ロータの側端面と前記ケーシングの前記吸入口ブラケットとは反対側に固着された吐出口ブラケットの内面との間に、前記回転軸の軸方向に移動可能で、かつ回転不能にされたシール円盤を設け、
前記シール円盤の吐出口ブラケット側の板面と前記吐出口ブラケットとの間に挟持され、前記シール円盤の移動により、伸縮可能とされるとともに、その内部に外部から所定圧力に加圧された制御気体が導入される圧力室が形成された袋状のベローズを備えてなることを特徴とするトロコイド式気体圧縮機を提案する。
【００２１】
かかる発明によれば、ベローズにより、気体の漏れの無い完全に独立した圧力室を形成することができ、前記のような気体の漏洩が阻止されるとともに、制御気体の圧力制御も高精度で以って行なうことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な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、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２３】
図１は本発明の第１実施形態に係るトロコイド式気体圧縮機の回転軸心に沿う断面図、図２は図１のＹ−Ｙ断面図である。
【００２４】
図１〜図２において、１は外側ロータ、２は回転軸２０にキー２３を介して回転不能にかつ軸方向には移動可能に取り付けられた内側ロータ、３は環状のケーシング、８は吸入口ブラケット、６は吐出口ブラケット、２１、２２は回転軸２０の軸受である。
【００２５】
前記外側ロータ１はケーシング３の内周面３ａに回転自在に嵌合されており、また該外側ロータ１及びケーシング３の中心２４は、回転軸１３及び内側ロータ２の軸心２３に対して、偏心量ｅだけ偏心せしめられている。
【００２６】
従って、外側ロータ１は、ケーシング３の内周面３ａに摺接し、内側ロータ２の回転に従動しながら、これの周りを公転することとなり、これにより、内側ロータ２の外周に設けられたトロコイド外歯２ａと外側ロータ１の内周に形成されう可変空間１０の容積変化により該可変空間１０内の気体を圧縮する。
【００２７】
前記吸入口ブラケット８には、気体が導入される吸入口９及び該吸入口９に連通される有底の勾玉状の吸入孔１２が設けられるとともに、図２に示すように、該吸入孔１２と略軸対称位置に勾玉状の有底の吐出孔５及び該吐出孔５に連通される吐出口７が設けられている。
そして、該吸入口ブラケット８及びケーシング３及び吐出口ブラケット６は複数本のボルト２５により一体に固定されている。
【００２８】
４は前記外側ロータ１及び内側ロータ２の端面２９と吐出ブラケット６の内面との間に設けられたシール円盤である。
該シール円盤４は耐摩耗性の大きい材料からなり、前記回転軸２０に軸方向には移動可能にかつ回転不能な状態で嵌合されている。
【００２９】
また、前記シール円盤４と吐出ブラケット６の内面との間には、該シール円盤４の吐出口ブラケット側板面４ａと、吐出口ブラケット６の内面とにより圧力室１１が区画形成され、該圧力室１１には吐出口ブラケット６に穿設された制御気体供給口１３が連通されている。
【００３０】
前記のように構成されたトロコイド式気体圧縮機の運転時において、吸入口９から導入された気体は勾玉状の吸入孔１２に入る。そして、内側ロータ２と外側ロータ１との回転により可変空間１０と該吸入孔１２とが連通されると、前記気体は可変空間１０内に流入し、両ロータ１、２の相対回転により可変空間１０の容積が縮小されるに従い、圧縮され、該可変空間１０が勾玉状の吐出孔５に連通されると、該気体は可変空間１０を軸方向に流れて、前記シール円盤４に至り、ここで折り返して吸入口ブラケット８側へと戻って、該吐出孔５に流出し、吐出口７を通って外部の使用先（図示せず）に送出される。
【００３１】
一方前記吐出口ブラケット６に設けられた制御気体供給口１３には、作動油、空気等の制御気体が制御気体供給源（図示省略）から、圧力調整弁にて所定圧力に調整されて供給される。
そして、この制御気体は圧力室１１に流入して前記シール円盤４の板面４ａに作用し、該シール円盤４を前記外側ロータ１及び内側ロータ２の端面２９に上記調整された所定圧力にて押し付ける。
【００３２】
これによって、前記外側ロータ１及び内側ロータ２は、その端面２９が前記シール円盤４と所定圧力にて常時摺接しながら回転し、該摺接部からの気体の漏洩が所定量以下に抑制される。
即ち、上記気体の漏洩量は前記圧力調整弁にて調整された圧力室１１内の制御気体の圧力を制御して、前記端面２９とシール円盤４との間の押圧力を制御することによって調整することができ、上記漏洩量が常時許容量以下になるように上記圧力室１１内の制御気体の圧力を調整する。
【００３３】
前記シール円盤４の押圧力の制御については、全負荷時には該押圧力を大きくして漏洩量を抑制し、高い圧縮効率で運転可能とし、部分負荷時（軽負荷時）や始動時には、漏洩量をある程度許容するように、押圧力を抑制して、シール円盤４と外、内側ロータの端面２９との接触による耐摩耗損失を小さくせしめる。
【００３４】
図３〜図４は、本発明の第２実施形態を示し、図３は要部縦断面図、図４は図３のＸ矢視図である。この実施形態では、図１〜図２に示す第１実施形態において、シール円盤４の廻り止めをダイヤフラム１６により、行なうようにしたもので、該ダイヤフラム１６は内周を前記シール円盤４の後側板面に固定され、外周をケーシング３と吐出口ブラケット６との間に挟持されている。
このダイヤフラム１６には円周方向適所に圧力バランス用の連通孔１６ａが複数個設けられている。この場合は、ダイヤフラム１６がシール円盤４の廻り止めをなすと共に、軸方向の移動を許容する機能を有する。
また、このダイヤフラム１６によって、仕切られる圧力室１１内はダイヤフラム１６に連通孔１６ａを設けられているので等圧となる。
【００３５】
さらに、前記圧力室１１と吸入孔１２との連通路（図示省略）を設けて該圧力室１１の圧力を吸入孔１２側に解放可能とするとともに、該連通路に圧力調整源（図示省略）を設けて、圧力室１１からの逃がし量を制御することにより、該圧力室１１内の圧力を調整することもできる。
【００３６】
図５〜図８は本発明の第３実施形態を示し、図５はトロコイド式気体圧縮機の回転軸心線に沿う断面図、図６は図５のＷ−Ｗ断面図、図７はシール円盤の断面図、図８はシール円盤の正面図である。
この実施形態においては、気体を吸入口ブラケット８から軸方向に流して、シール円盤４から導出している。
【００３７】
即ち、図５〜図８において、シール円盤４の内側即ち外側ロータ１及び内側ロータ２の端面２９側には、前記第１実施形態と同様な勾玉状で有底の吐出孔５が、前記可変空間１０と連通可能にかつ、図６に示すように吸入孔１２と略対称位置に刻設されている。
そして、該吐出孔５とは、シール円盤４及びケーシング３に貫設された吐出口７が連通されている。４Ｃはシール円盤の回転軸挿通孔である。
その他の構成は、図１〜図２に示される第１実施形態と同様である。
【００３８】
かかる第３実施形態において、吸入口ブラケット８の吸入口９から吸入孔１２を経て、可変空間１０内に導入された気体は外側ロータ１及び内側ロータ２の相対回転によって圧縮され、シール円盤４に設けられた吐出孔５が前記可変空間と連通されると、図５のＭ矢印にて示すように、軸方向に流れて吐出孔５に入り、さらに吐出孔７から使用先（図示省略）に送出される。
一方、前記シール円盤４の背部に形成された圧力室１１には、図１〜図２に示す第１実施形態と同様に、制御気体導入口１３から制御気体が導入され、シール円盤４を前記端面２９に押圧し、両面間における気体の漏洩を抑制する。
【００３９】
さらに、この実施形態において、シール円盤４側の吐出孔５及び吐出口７と、吸入口ブラケット８側の吸入孔１２及び吸入口９とを逆にして、シール円盤４側から気体を吸入し、吸入口ブラケット８側に吐出するように構成することもできる。
【００４０】
図９〜図１０は本発明の第４実施形態に係るトロコイド式気体圧縮機を示し、図９は回転軸心に沿う断面図、図１０は図９の Ｖ−Ｖ 矢視図である。
【００４１】
この実施形態においては、シール円板４の吐出口ブラケット６側の板面４ａと該吐出口ブラケット６との間に袋状のベローズ３０を設け、該ベローズ３０の内部に圧力室を設けている。
【００４２】
即ち、図９〜図１０において、３０は回転軸２０方向に伸縮可能な可撓性材料から成るベローズであり、該ベローズ３０はその底部３３を前記シール円盤４の板面４ａに固着され、該底部３３から外周方向に延びて伸縮可能な外側ベローズ３２の端部を前記吐出口ブラケット６の端面とケーシング３の端面とに挟持、固定され、該底部３３から内周方向に延びて、伸縮可能な内側ベローズ３１を上記吐出口ブラケット６の内面に固着されている。
【００４３】
そして、前記袋状のベローズ３０の内部には圧力室１１が形成され、該圧力室１１には吐出口ブラケット６に穿設された制御気体供給口から制御気体が供給されるようになっている。
【００４４】
図９〜図１０に示されるトロコイド式気体圧縮機において、制御気体供給口１３から圧力調整弁（図示せず）により調圧された制御気体が圧力室１１に導入されると、該気体の圧力により、ベローズ３０が伸長されるとともに、シール円盤４が前記内側ロータ２及び外側ロータ１の側端面に押し付けられ、シール用円盤と前記両ロータとの摺接面からの気体への漏洩が阻止される。
この場合、袋状のベローズ３０の内部に圧力室１１が形成されているので、該圧力室１１のシールが完全になされて制御気体の漏洩が阻止されるとともに制御気体の圧力の調整が容易にできる。
【００４５】
以上に示す第１〜４実施形態において、かかるトロコイド気体機械を冷凍用圧縮機として、使用する場合には、センサによって冷凍負荷を検出し、この冷凍負荷の大きさによって、圧力室１１内に供給される制御気体の圧力を圧力制御弁を介して制御して、前記漏洩量を冷凍負荷に応じて調整する。
【００４６】
【発明の効果】
以上の記載のごとく本発明によれば、気体圧縮機の内部に外側、内側ロータの端面と摺接するようにシール円盤を設け、該シール円盤を圧力室内の制御気体で押圧するように構成したので、前記端面とシール円盤の板面とは圧力室内の制御気体の圧力により常時所定の押圧力で以て、押圧されながら摺接することとなり、該摺接部における気体の漏洩量を抑制することができ、これによって高い圧縮効率でのトロコイド式気体圧縮機の運転が可能となる。
【００４７】
また、上記制御気体の圧力を調整することによって、上記摺接部の漏洩量を運転状態に応じて、制御可能となり、全運転域において、漏洩量が抑制され、かつ上記摺接部の摩擦損失も低減されたトロコイド式気体圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトロコイド式気体機械の縦断面図である。
【図２】図１のＹ−Ｙ線断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す図１応当図である。
【図４】図３のＸ矢視図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す図１応当図である。
【図６】図５のＷ−Ｗ断面図である。
【図７】上記第３実施形態におけるシール円盤の断面図である。
【図８】上記シール円盤の正面図である。
【図９】本発明の第４実施形態を示す部分縦断面図である。
【図１０】図９のＶ−Ｖ矢視図である。
【符号の説明】
１        外側ロータ
２        内側ロータ
３        ケーシング
４        シール円盤
５        吐出孔
６        吐出口ブラケット
７        吐出口
８        吸入口ブラケット
１０      可変空間
１１      圧力室
１２      吸入孔
１３      制御気体供給口
１６      ダイヤフラム
２０      回転軸
２９      端面
３０      ベローズ
【図１】
0003728456.tif 000002
【図２】
0003728456.tif 000003
【図３】
0003728456.tif 000004
【図４】
0003728456.tif 000005
【図５】
0003728456.tif 000006
【図６】
0003728456.tif 000007
【図７】
0003728456.tif 000008
【図８】
0003728456.tif 000009
【図９】
0003728456.tif 000010
【図１０】
0003728456.tif 000011