(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出口及び吸入口を少なくともいずれか一方に設けたサイドカバーと、
該一対のサイドカバー間に軸支され、外周面にトロコイド歯型を有するインナーロータと、
前記インナーロータ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と、
前記インナーロータ軸心に対しアウターロータを偏心させて回転させるために該アウターロータの外周側に嵌合させたアウターロータハウジングと、
前記吸入口と吐出口間のロータ間圧縮空間と対面する液体注入口とを具え、
前記液体により圧縮空間をシールしながら気体圧縮を行わせるとともに、
前記液体注入口を、前記圧縮機の吐出側槽又はこれと連通する受液槽と連通させ、これらの槽の液部より前記液体注入口に給液可能に構成した事を特徴とする気体圧縮機。
【請求項２】
前記インナーロータとアウターロータとによる圧縮終止死点とインナーロータ軸心を結ぶ線を境界とし、前記死点の境界位置よりロータ回転方向上流側に吐出口を、下流側に吸入口を夫々設けたことを特徴とする請求項１記載の気体圧縮機。
【請求項３】
前記吸入口を一のサイドカバーに、前記吐出口を他方のサイドカバーに夫々振分けて配置したことを特徴とする請求項２記載の気体圧縮機。
【請求項４】
前記アウターロータハウジングをインナーロータの軸心を中心として圧縮機フレーム内で所定角度変位可能に構成し、該変位により前記吐出口を境界とし機内外圧が等圧力点で吐出口を開口させたことを特徴とする請求項１記載の気体圧縮機。
【請求項５】
吐出口を境界とする機内外の差圧力を利用して、ロータハウジングを所定角度変位させ、吐出口に於ける気体圧縮容積比を自動的に制御運転させることを特徴とする請求項１記載の気体圧縮機。
【請求項６】
アウターロータとロータハウジング間に、軸受若しくは低摩擦部材を介在させた事を特徴とする請求項１記載の気体圧縮機。
【請求項７】
前記インナーロータを駆動軸を介してサイドカバーに軸支し、該インナーロータの駆動回転に従動してアウタロータを回転可能に構成した請求項１記載の気体圧縮機。
【請求項８】
アウタロータ若しくはロータハウジング側を駆動回転させ、該駆動回転に従動させてインナロータを回転可能に構成した請求項１記載の気体圧縮機。
【請求項９】
気体圧縮機としての吐出口と吸入口を逆に切り替えて気体膨張機として使用することを特徴とする請求項１記載の気体圧縮機。
【請求項１０】
吐出口をポートプレート体で構成し、該プレート体を交換可能にしたことを特徴とする請求項１記載の気体圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、膨張機としても適用可能な気体圧縮機に係り、特に吸入弁と吐出弁などを必要とせず、振動の極めて少なく、単純構造の高効率のトロコイド型気体圧縮機を得ようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
吸入弁と吐出弁のない圧縮機の一例はスクリュー型気体圧縮機のようなものがあるが、歯型の形状が三次元で高度の加工技術を必要とし、小型機などの場合は経済的な点で不利となる場合がある。
又可変翼タイプ若しくはスクロール型構造の回転圧縮機も存在するが、これは回転型と称しても、基本的にはクランク軸を有し、非平衡構造であるために、振動が発生し易く高速回転向きのものではない。
【０００３】
従来、トロコイド型流体機械としては歯数の最も少ないバンケル型エンジンは周知のものであるが、基本的にはクランク軸を有し、非平衡構造のものである。
トロコイド型流体機械としてはトロコイド曲線を内周面にもったアウターロータがこれと内接するインナーロータにより従動回転するものであるが、これは外接型又は内接型の歯車による液体ポンプと全く同様に取り扱われ、現在まで液体ポンプとして使用されてきたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしここで従来の歯車ポンプと回転型トロコイドポンプを比較する必要がある。前者では吸入口より、液体が吸入され、その吸入された液体の容積はそのまま変化することなしに吐出口まで達し、排出され液体の圧送が行われるものである。
後者では気体が吸入口より吸入されると、吸入された液体の空間は封止されその空間の体積は回転角度に伴って次第に縮少されながら圧縮終止の死点にまで達するが、その間に吐出口を設けこれより排出される。
【０００５】
液体は非圧縮性であるために後者のトロコイドポンプを液ポンプとして使用されている現在では吸入口と吐出口とは隣接させ、圧縮が行われないように設けられなければならないことになる。後者のトロコイドポンプは基本的には液体圧送用のポンプとして本質的な機能を有するものでなく気体圧縮機としての機能を有するものであることが判る。
従って液ポンプとして使用されてきた全周内接のトロコイドポンプは、そのまま気体圧縮機として、或いは気体膨張機として適用することがその機能を最も発揮する事になる。
【０００６】
しかしながら現在まで液圧送用として使用されている全周内接型のトロコイド歯型のポンプはインナーロータとアウター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漏洩の生ずる場所となるので、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。
【０００７】
本発明はかかる技術的課題を達成するために、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ことを目的とする。
本発明の他の目的は、振動の極めて少なく、単純構造の高効率の気体圧縮機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる技術課題を達成するために、図１に示すように吐出口６及び吸入口８を少なくともいずれか一方に設けたサイドカバー４１、４２と、該一対のサイドカバー４１、４２間に軸支され、外周面にトロコイド歯型を有するインナーロータ１と、前記インナーロータ１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２と、前記インナーロータ１軸心に対しアウタロータ２を偏心させて回転させるために該アウタロータ２の外周側に嵌合させたアウタロータハウジング３と、前記吸入口８と吐出口６間のロータ間圧縮空間Ａと対面する液体注入口１０とを具え、
前記液体により圧縮空間Ａをシールしながら気体圧縮を行わせる事を第１の特徴とするものである。
第２の特徴は、前記液体注入口１０は、前記圧縮機の吐出側槽又はこれと連通する受液槽と連通させ、これらの槽の液部より前記液体注入口１０に給液可能に構成する事により、摺動部シールのための注入液は循環系内にあり、特設された液ポンプは系の構造を複雑化するもので、避ける構造としている。
そしてこのような構成は、冷凍サイクルに組込まれる冷凍機用圧縮機として極めて有効である。
【０００９】
又前記ロータの駆動は、インナーロータ１を駆動軸を介してサイドカバー４１、４２に軸支し、該インナーロータ１の駆動回転に従動してアウタロータ２を回転可能に構成してもよく、又アウタロータ２若しくはロータハウジング３側を駆動回転させ、該駆動回転に従動させてインナーロータ１を回転可能に構成してもよい。
尚本発明は気体圧縮機としての吐出口６と吸入口８を逆に切り替えて気体膨張機として使用することも可能である。
【００１０】
【作用】
かかる技術手段によれば、前記吸入口８と吐出口６間のロータ間圧縮空間Ａと対面する液体注入口１０より圧縮空間Ａ内に適量の液体を適当な圧縮角度の部分で注入させることにより、圧縮空間Ａ内の気体の漏洩を有効に阻止する事が出来る。
更にアウタロータ２の外周側にアウタロータハウジング３介在させることは、回転速度を軽快にして、高速回転とすることは気体の漏洩を阻止させるためには効果的であり、この場合アウタロータ２とハウジング３間には、軸受１７若しくは低摩擦部材を介在させるのが一層好ましい。
【００１１】
次に吐出口６と吸入口８が一つのサイドカバー４１若しくは４２側に設けられると、これは吸入吐出の過程で流体がＵターンすることになり、軸方向に長いロータの高速回転では機内の流れは円滑に行われない。
この場合前記吸入口８は一のサイドカバー４１に、前記吐出口６は他方のサイドカバー４２に夫々振分けて配置する事により、前記機内での流れは単一方向とすることが出来、好ましい。
【００１２】
次に吸入口８より吐出口６に接するまでに吸入口８よりの気体は空間に閉じ込められ回転角度に伴い、縮小し、圧縮されるが、その機内の圧縮圧力と吐出口６を境界とし吐出された機外圧力とが等圧になる点で吐出口６が開口されれば、吐出口６内に於いて圧縮気体の出入りがなく、極言すれば膨張圧縮の繰り返し損失の発生もなく、圧縮効果を挙げることもできる。圧縮終止の死点Ｙ１に対しての吐出口６の位置並びに吐出口６の形状は重要である。
従って前記インナーロータ１とアウタロータ２とによる圧縮終止死点Ｙ１とインナーロータ１軸心を結ぶ線を境界とし、前記死点Ｙ１の境界位置よりロータ回転方向上流側に吐出口６を、下流側に吸入口８を夫々設けるのがよい。
【００１３】
又前記アウタロータハウジング３をインナーロータ１の軸心を中心として圧縮機フレーム内で所定角度変位可能に構成し、該変位により前記吐出口６を境界とし機内外圧が等圧力点で吐出口６を開口させるのがよい。
更に、気体が圧縮されて生ずる圧力は吸入圧力、回転速度、気体の種類、シールのために注入される液体の量などに関係するもので、吐出口６の位置はこれらに対応しなければならないことになる。また、これが常に両者が等圧の許で行われるためには、自動的にこれに対応することも望ましい。
従って前記吐出口６を境界とする機内外の差圧力を利用して、ロータハウジング３を所定角度変位させ、吐出口６に於ける気体圧縮容積比を自動的に制御運転させるのがよい。
【００１５】
又これを吸入口８と吐出口６を逆にした膨張機として使用することも可能でこの場合インナロータの軸出力を動力源として利用することも出来る。
更に吐出口６をポートプレート体で構成し、該プレート体を交換可能にすることにより低圧縮比用の吐出口６、高圧縮比用の吐出口６をもったプレートを用いることも可能である。
更に前記インナーロータ１の駆動軸を片持ち構造のシャフトカンチレバー構造とすることにより空調用の密封型圧縮機等に利用できる。
【００１６】
【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は本発明の説明図で、（Ａ）は（Ｂ）のＹ−Ｙ軸面の断面図、（Ｂ）は側面の一部断面図である。
１は外周側にトロコイド歯型を有するインナーロータで、Ｙ−Ｙ軸とＸ−Ｘ軸との交点の軸芯上に回転軸を嵌着させその両側に対面配置させた一対のサイドカバー４１、４２に回転可能に軸支させる。
尚、回転軸は他のサイドカバー４１、４２より突出させて不図示のモ−タに直結可能に構成されている。
【００１７】
トロコイドアウターロータ２は円筒状をなし、その内周面側に前記インナーロータ１に対応し、内接した包絡線を設け、前記インナーロータ１に従動して回転するアイドラーとして機能する。
そして該トロコイドアウターロータ２は、円形の圧縮機ケースに収納されたロータハウジング３内に回転自在に収納されている。
尚円筒形のロータハウジング３はその内周側のロータ収納空間をインナーロータ１の軸心に対し（ｘ−Ｘ）だけ偏心して形成され、従ってアウターロータ２はインナーロータ１に対し（ｘ−Ｘ）分偏心して回転するので、  前記インナーロータ１とアウタロータ２とによる圧縮終止死点Ｙ１とインナーロータ１軸心を結ぶＹ−Ｙ軸線を境界とし、前記死点Ｙ１の境界位置よりロータ回転方向下流側では両ロータ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°反対側の圧縮開始点より両ロータ間の空間容積が徐々に圧縮する方向に縮小される。
そこで一のサイドカバー４１には、Ｙ−Ｙ軸線の右側の膨張空間Ｂと対面する位置に弧状に勾玉状の吸入口８及びこれに連通する吸入管９を、又他のサイドカバー４２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、吸入口８の数分の１の大きさの吐出口６及びこれに連通する吐出管７が設けられる。
【００１８】
吸入口８よりの気体はインナーロータ１、アウタロータ２３の噛み合わせ空間で圧縮され、吐出口６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。
又、他のサイドカバー４２には吐出口６に対して回転進み角の位置、言換えれば吸入口８と吐出口６間のロータ間圧縮空間Ａと対面する位置には回転部分の摺動部をシールのための液注入口１０が設けられ、必要量の液体が機内に注入される。
【００１９】
尚、サイドカバー４２は図５に示すように吐出口６部をプレート体４２１として分離交換出来るように構成し、両者は位置決めピン４２２とＯリング４２３により気密的に位置決め接合されるように構成することも出来る。
これにより低圧縮比用の吐出口６、高圧縮比用の吐出口６をもった夫々のプレート体４２１を用意し、必要に応じて交換することも可能である。
【００２０】
アウターロータ２を包蔵するロータハウジング３の外周軸心はインナーロータ１の軸心と一致させ、これにより圧縮機フレーム４の内側でインナーロータ１の軸心と同じ軸心で所定角度回動させて変位させる事ができる。
この結果ロータハウジング３の適宜角度回動させる事により吐出管７内の圧縮圧力とインナーロータ１、アウタロータ２の両者の噛み合わせによる流入気体への圧縮圧力とが等圧になった位置で吐出口６を開口させるように調整する事が出来る。
【００２１】
即ちロータハウジング３の回動は吐出口６の固定位置に対して、圧縮終止の死点Ｙ１との相対位置を回動させる事になり、これはトロコイド歯の噛み合う位置を回動させる結果になるからである。
この回動の調整は手動に依って行ってもよく、図２で示すように例えばハウジング３の側面の一部に歯面３１を形成し、該歯面３１と歯合するネジ軸１６１をアクチュエータ１６の出力軸に連結し、吐出口６内の圧力センサー１３と吐出管７内の圧力センサー１４との差圧を比較検出器１５で比較し、その出力でアクチュエター１６を所定量回転させ、自動的にロータハウジング３を所定角度変位させ、これにより該ハウジング３に収納されているアウタロータ２も変位し、吐出口６位置と圧縮終止死点Ｙ１位置間距離を相対的に調整できる。
【００２２】
次にアイドラーとなるアウターロータ２とロータハウジング３間を回転自在に構成するために、フッ素樹脂等の低摺動抵抗部材若しくは球またはローラー軸受１７で介装させアウタロータ２の回転を軽快にし、高速回転が可能にさせるのがよい。
尚、本実施例とことなりアウターロータ２を駆動側とし、インナーロータ１を従動回転するように構成することにより、一層の高速運転が可能となるが構造は多少複雑化する。
【００２３】
また摺動部を液シールさせるための液注入口１０よりの液の注入には特設した注入ポンプによって行う事もあるが、図２及び図４にしめすように吐出槽１２の液貯溜部１２１又はこれに連通する不図示の受液槽などより給液することで前記注入ポンプを特設する必要もなくなる。
以上の様に構成することで気体の圧縮に対しては特に制限されることもなく、冷媒ガスを圧縮する冷凍用圧縮機として使用できる事は言うまでもない。
更に吐出側を吸入側に、吸入側を吐出側として気体膨張機としての使用にも差し支えなくこの切替えにはロータハウジング３の回動に依り行う事もできる。その軸出力を動力源として使用する事ができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、液圧送用にのみ使用されていた内接型のトロコイドポンプを気体圧縮機としての機能を満たす事が出来る。
更に本発明は、クランク軸を用いることなく回転軸型構造で対称的な静的にも動的にも平衡型であるために高速度回転に耐え得られ、気体圧縮機として好適な構造をなし得ると共に高効率の気体圧縮機として簡単にして小型、軽量、静粛な運転が可能となる。
等の種々の著効を有す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例に係るトロコイド圧縮機で、（Ａ）は（Ｂ）のＹ−Ｙ軸面の断面図、（Ｂ）は側面の一部断面図である。
【図２】図１の圧縮容積制御系を示す全体概略図である。
【図３】アウターロータとハウジング間に軸受を介在させた図１の変形例を示す。
【図４】図１の注入液制御系を示す全体概略図である。
【図５】吐出口を交換可能なプレート構造とした図１の変形例を示す。
【符号の説明】
６    吐出口
８    吸入口
４１、４２  サイドカバー
１    インナーロータ
２    アウタロータ
３    アウタロータハウジング
１０    液体注入口
Ａ    圧縮空間
【図１】
0003728514.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003728514.tif 000005
【図５】
0003728514.tif 000006