(57)【要約】ケーシング（１）と、シリンダー（２）と、ローター（３）と、摺動板（４）と、排気弁（７）とを含む回転式圧縮機において、前記ケーシング（１）上に吸気口（６）と排気口（８）が設けられ、ローター（３）の外円周の表面がシリンダー（２）の内円周の表面に内接するように、前記シリンダー（２）の回転中心軸線と前記ローター（３）の回転中心軸線がずれており、前記摺動板（４）の頭部はシリンダー（２）の円柱体内に嵌入し、摺動板（４）の本体はローター（３）の摺動溝内に延伸し、前記排気弁（７）は前記ローター（３）の外円周及び摺動板（４）の回転方向の前方に設置され、シリンダー（２）上には摺動板（４）の回転方向の後方に位置するシリンダー吸気口（１２）が設置され、前記摺動板（４）と前記内接点により、シリンダー（２）の内円周の表面とローター（３）の外円周の表面との間にある三日月形の作動容積が吸気チャンバーと排気チャンバーにと分割される回転式圧縮機である。
2011511198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（１）と、シリンダー（２）と、ローター（３）と、摺動板（４）と、排気弁（７）とを含む回転式圧縮機において、前記ケーシング（１）上に吸気口（６）と排気口（８）が設けられ、ローター（３）の外円周面がシリンダー（２）の内円周面に内接するように、前記シリンダー（２）の回転中心軸線と前記ローター（３）の回転中心軸線がずれており、前記摺動板（４）の頭部はシリンダー（２）の円柱体内に嵌入し、摺動板（４）の本体はローター（３）の摺動溝内に延伸し、前記排気弁（７）は前記ローター（３）の外円周上及び摺動板（４）の回転方向の前方に設置され、シリンダー（２）上には摺動板（４）の回転方向の後方に位置するシリンダー吸気口（１２）が設置され、前記摺動板（４）と前記内接点により、シリンダー（２）の内円周の表面とローター（３）の外円周の表面との間にある三日月形の作動容積が吸気チャンバーと排気チャンバーとに分割されることを特徴とする回転式圧縮機。
【請求項２】
主軸（５）と、偏心マウント（１０）と、支持軸受（１１）とをさらに含み、偏心マウント（１０）はボルトにより前記ケーシング（１）と一体に締め付けられ、主軸（５）は支持軸受（１１）により偏心マウント（１０）上に片持ちに支持され、主軸（５）の内側の一端はキーとキー溝との組み合わせによりローター（３）の中心軸孔に接続されることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項３】
主軸（５）と、フレーム軸受（９）と、支持軸受（１１）とをさらに含み、主軸（５）は２つの支持軸受によりケーシング（１）の両軸端上に支持され、シリンダー（２）の軸方向の２つの端部はフレーム軸受（９）によりケーシング（１）上に支持され、主軸（５）の中間部はキーとキー溝との組み合わせによりローター（３）の中心軸孔に接続されることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項４】
フレーム軸受（９）をさらに含み、シリンダー（２）の一側の軸方向の端部はフレーム軸受（９）によりケーシング（１）上に支持され、シリンダー（２）の他側の軸方向の端部はフレーム軸受（９）により偏心マウント（１０）上に支持されることを特徴とする請求項２に記載の回転式圧縮機
【請求項５】
前記ローター（３）上に径方向の排気通路と中心軸孔の排気通路が設けられ、且つ径方向の排気通路が中心軸孔の排気通路と常に連通していることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項６】
前記ローター（３）の排気通路とシリンダー（２）の中心軸孔により排気通路が構成されて互いに貫通し、さらにケーシング（１）の排気口（８）と常に連通していることを特徴とする請求項５に記載の回転式圧縮機。
【請求項７】
前記ケーシング（１）の吸気口（６）と、ケーシング（１）とシリンダー（２）の間のキャビティと、前記シリンダー吸気口（１２）と、吸気チャンバーとは常に連通していることを特徴とする請求項１又は５に記載の回転式圧縮機。
【請求項８】
前記排気弁（７）はローター（３）の外円周の表面に嵌合するように設けられ、排気チャンバー内の圧力が外部で設定された作動圧力より大きい場合には、排気弁（７）は自動的に開き、排気チャンバー内の圧縮されたガスが全て排出されると、排気弁（７）は自動的に閉まることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項９】
前記摺動板（４）は頭部が円柱状となっており、その本体が板状となっており、摺動板（４）の円柱状の頭部の両端は摺動板（４）の本体から外にややはみ出して、摺動板（４）が揺れる場合に径方向に固定する２つの耳軸を構成し、摺動板（４）の本体の長さはシリンダー（２）の内部の軸方向の幅にちょうど合致しており、流体は摺動板（４）の本体のエッジの隙間を容易に越えられないことを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項１０】
前記ローター（３）の摺動溝はローター（３）の径方向上に位置することを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項１１】
前記ローター（３）の摺動溝はローター（３）の径方向に対し斜めに設置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項１２】
前記吸気口（６）はケーシング（１）の軸方向の位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項１３】
前記吸気口（６）はケーシング（１）の径方向の位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項１４】
前記摺動板（４）の円柱形の頭部の下方にジャーナル部が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の回転式圧縮機。
【請求項１５】
前記摺動板（４）には潤滑油を蓄積する導圧溝が設けられていることを特徴とする請求項９又は１４に記載の回転式圧縮機。
【請求項１６】
前記導圧溝は十字型となっていることを特徴とする請求項１５に記載の回転式圧縮機。
【請求項１７】
シールリング（１３）をさらに含み、前記シールリング（１３）は前記シリンダー（２）の端面とローター（３）の端面の結合部にそれぞれ設置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項１８】
前記シリンダー（２）の内円周の表面とローター（３）の外円周の表面との隙間は３ｍｍ以内に制御されていることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項１９】
前記シリンダー（２）とローター（３）の端面の結合部における隙間は２ｍｍ以内に制御されていることを特徴とする請求項１７に記載の回転式圧縮機。
【請求項２０】
前記ローター（３）の外円周面とシリンダー（２）の内円周面は垂直な最低点で常に内接していることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
【請求項２１】
前記ローター（３）の外円周面とシリンダー（２）の内円周面の内接点は、必要に応じて、ローター（３）の外円周面とシリンダー（２）の内円周面との間の任意の箇所で常に内接することが可能であることを特徴する請求項１に記載の回転式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は空気圧縮機、流体輸送ポンプ及び冷凍空調圧縮機に関し、特に、ローターとシリンダーが同期して回転するタイプの圧縮機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在使用されている圧縮機には、往復式圧縮機、ロータリー圧縮機、スライディングベーン形圧縮機、スクロール圧縮機及びスクリュー圧縮機などがある。往復式圧縮機はバランスを取ることが困難な慣性力により、振動が大きく、回転数が低く、且つ体積が大きい。また、その動いているピストンと静止しているシリンダーとの間に大きな相対運動速度があるため、摩擦・磨耗が深刻である。そして、その吸気・排気弁、ピストンリングなどがいずれも損傷しやすい部材であることもこの種の圧縮機の致命的な欠点であり、それにより、機械稼動の信頼性が低く、効率が低くなる。ロータリー圧縮機のシリンダーは静止しており、ロータリー圧縮機の稼動プロセスにおいてローターの内表面の噛合点に対して大きな相対速度で移動し、ローターと摺動板の間にも大きな相対速度があり、その摩擦・磨耗が非常に深刻である。スライディングベーン形圧縮機のシリンダーも静止しており、ローターが回転する時に、スライディングベーンが遠心力により溝から振り出され、その端部が静止しているシリンダーの内面に密着する。この種の圧縮機の主な欠点は、スライディングベーンとシリンダーの間の相対移動速度が大きく、機械的摩擦が深刻で、大きな磨耗とエネルギーロスが発生することにあり、従って、その使用寿命が短いうえに効率が悪い。スクロール圧縮機とスクリュー圧縮機は往復式圧縮機の欠点を克服しているが、スクロール圧縮機については、その静止ディスクは動かない部材であって、可動ディスクとの間に大きな相対速度が存在し、且つその製造工程が複雑で、加工精度が高い。一方、スクリュー圧縮機のシリンダーも静止している部材であり、ローターがシリンダーの中を運動し、それらの間に大きな相対速度があることによって、大きな摩擦・磨耗が発生する。更に重要なのは加工精度が高く、製造工程が複雑なところである。上記のような圧縮機はいずれも、摩擦・磨耗が深刻で、エネルギーロスが大きく、漏れが多く、効率が低く、又は加工工程が複雑で、精度が高いという共通の問題を抱えている。その主な要因は、一つの静止部品と一つの可動部品との間に常に大きな相対運動が存在することにあり、その摩擦・磨耗が大きく、漏れが多いのは必然的な結果である。また、往復式圧縮機は運動の慣性力によりバランスを取りにくく、振動が大きく、損傷しやすい部材の寿命が短く、信頼性も低い。スクロール圧縮機及びスクリュー圧縮機は加工精度が高く、製造工程が複雑であるため、コストが高くなる。
【０００３】
ＰＣＴ国際特許出願ＷＯ２００５／０５２３７３において、ケーシングと、自由に回転するブッシュと、ローターとを含む回転式圧縮機が開示されている。前記ケーシングは複数の入口及び出口を有する。前記ブッシュは前記ケーシングに設置され、複数の縦方向の開口部を有する。前記ローターは前記ブッシュの内円周の表面に偏心的に押圧され、４つのスライドゲート板を有し、前記ケーシングには前記ローターを支持するベアリングがあり、前記ケーシングの入口は前記ブッシュの回転方向に内接する。前記回転式圧縮機の作動プロセスは下記の通りである。ローターの強制的な回転によって、前記４つのスライドゲート板が遠心力によりブッシュの内円周の表面に自らを押圧し、これによって、ローターはスライドゲート板を介してブッシュを伴って回転する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、ローターとシリンダーがそれぞれの回転中心の周りを回転し、且つ単一の摺動板により、ローターとシリンダーの間のキャビティを２つの独立した作動チャンバーに分割する、同期回転式圧縮機を提供する。
【０００５】
本発明の回転式圧縮機は、ケーシングと、シリンダーと、ローターと、主軸と、摺動板と、排気弁と、偏心マウントと、支持軸受と、フレーム軸受とを含み、前記ケーシングには吸気口と排気口が設置され、ローターの外円周面がシリンダーの内円周面に内接するように、前記シリンダーの回転中心軸線と前記ローターの回転中心軸線がずれており、前記摺動板の頭部はシリンダーの円柱体内に嵌入し、摺動板の本体はローターの摺動溝内に延伸し、前記排気弁は前記ローターの外円周上及び摺動板の回転方向の前方に設置され、シリンダー上には摺動板の回転方向の後方に位置するシリンダー吸気口が設置され、前記摺動板と前記内接点により、シリンダーの内円周の表面とローターの外円周の表面の間にある三日月形の作動容積が吸気チャンバーと排気チャンバーとに分割されている。そのうち、偏心マウントはボルトにより前記ケーシングと一体に締め付けられ、主軸は支持軸受により偏心マウント上に片持ちに支持され、主軸の内側の一端はキーとキー溝との組み合わせによりローターの中心軸孔に接続されている。シリンダーの一側の軸方向の端部はフレーム軸受によりケーシング上に支持され、シリンダーの他側の軸方向の端部はフレーム軸受により偏心マウント上に支持されている。
【０００６】
前記ローターの排気通路とシリンダーの中心軸孔により排気通路が構成されて互いに貫通し、さらにケーシングの排気口と常に連通し、前記ケーシングの吸気口と、ケーシングとシリンダーの間のキャビティと、前記シリンダーの吸気口と、吸気チャンバーとが互いに常に連通している。
【０００７】
主軸の回転角がβ＝０である場合、吸気開始及び排気終了となる。主軸の回転角が０＜β度である場合、ガスの圧縮プロセスが開始すると同時に、回転している吸気口は連続してガスを吸入する。主軸の回転角がβ＝１８０度である場合、作動チャンバーにおける吸気チャンバーと排気チャンバーの作動容積は等しい。主軸の回転角が０＜β＜３６０度である場合、作動チャンバーは連続的な圧縮プロセスとなり、且つβ＝Ψである場合、排気開始となる。Ψを排気角と定義する。この時の排気チャンバー内の圧力は外部で設定された作動圧力より大きく、排気弁は自動的に開く。この際、排気が始まり、圧縮されたガスは排気チャンバーから排気弁、排気通路、排気口を介して排出される。排気チャンバー内の圧縮されたガスが全部排出され、この時、排気弁は自動的に閉まる。主軸の回転角がβ＝３６０度である場合、即ち主軸が一回りした後、本発明の回転式圧縮機は１つの作動サイクルを完成し、この時、吸気チャンバーにはふたたびガスが充満される。
【０００８】
本発明の回転式圧縮機は、１つの作動容積については、ガスの吸入、圧縮及び排気はローターが二回りする間に完成されるが、吸気プロセスと圧縮プロセスは摺動板の両側の作動チャンバーで同時に交互に行われるため、機械全体としては、やはり１回りする毎に１つの作動サイクルが完成される。即ち、ローターが１回りする毎に１回の吸気プロセスと排気プロセスが完成される。これにより、機械が安定して稼動するのみならず、吸気口と排気口におけるガスの流速が遅く、流動ロスは往復式圧縮機の約半分になるように大幅に低減される。この構成の圧縮機は回転する吸気口により直接にガスを吸入し、吸気弁を追加して設ける必要がなく、吸気加熱現象が起こらないため、容積効率が高い。また、本発明の回転式圧縮機は、部品が少ないとともに損傷しやすい部材がなく、体積は往復式圧縮機よりも５０〜６０％減少し、重さは約６０％前後低減し、指示効率はピストン式圧縮機よりも３０〜４０％向上する。
【０００９】
本発明の回転式圧縮機のローターとシリンダーは２つの円柱体から構成され、両者間の相対運動速度が極めて小さく、摩擦・磨耗が大幅に低減されると同時に、作動媒体の漏れも簡単に解決される。摺動板は質量が小さく、その運動距離が短いため、摺動板上の僅かな往復慣性力も完全に無視できるほど小さく、また材料のばらつきによる回転慣性力のアンバランスを構造上十分に改善できる。回転するシリンダーとローターの二つがいずれもそれぞれの回転中心の周りを回転するため、それら自体には不平衡力が存在しないことにより、機械の稼動が十分に安定しており、振動が小さく、騒音も低い。また、主な部品の表面の幾何形状が円柱であるため、加工精度が容易に確保でき、高効率の加工機械を用い、生産ラインを組織しての生産に便利で、組み立てやメンテナンスも容易である。特に、偏心運動するクランクシャフトがないことにより、生産量を大幅に向上させ、コストを低減させることができる。
【００１０】
本発明の回転式圧縮機のもう一つの特徴は、１つの作動容積が吸気チャンバーであるとともに排気チャンバーでもあり、且つ吸気チャンバーと排気チャンバーとが連続的に交互に作動することにより、機械の部品が減少し、コンパクトな構造となり、信頼性が向上すると同時に、気流の脈動によるエネルギーロスも低減していることにある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の回転式圧縮機の第１の実施形態の正面図である。
【図２】主軸の回転角がβ＝０度である場合の第１の実施形態の横断面模式図である。
【図３】主軸の回転角が０＜β度である場合の第１の実施形態の横断面模式図である。
【図４】主軸の回転角がβ＝１８０度である場合の第１の実施形態の横断面模式図である。
【図５】主軸の回転角がΨ＜βで排気を開始する時の第１の実施形態の横断面模式図である。
【図６】本発明の回転式圧縮機の第２の実施形態の正面図である。
【図７】本発明の回転式圧縮機の第３の実施形態の正面図である。
【図８】本発明の回転式圧縮機の第４の実施形態の横断面模式図である。
【図９】本発明の回転式圧縮機の摺動板の一実施形態の模式図であり、図９Ａは本発明の回転式圧縮機の摺動板の端面の模式図であり、図９Ｂは本発明の回転式圧縮機の摺動板の正面図である。
【図１０】本発明の回転式圧縮機の摺動板の他の実施形態の模式図であり、図１０Ａは本発明の回転式圧縮機の摺動板の端面の模式図であり、図１０Ｂは本発明の回転式圧縮機の摺動板の正面図である。
【図１１】本発明の回転式圧縮機のローターとシリンダーの端面の密閉構造の模式図であり、図１１Ａは本発明の回転式圧縮機のローターとシリンダーの端面の部分断面模式図であり、図１１Ｂは本発明の回転式ローターとシリンダーの端面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面に基づいて本発明の回転式圧縮機の具体的な実施形態を詳しく説明する。
【００１３】
図１〜５は本発明の回転式圧縮機の第１の実施形態を示す。図１は本発明の回転式圧縮機の第１の実施形態の正面図であり、図２は主軸の回転角がβ＝０度である場合の第１の実施形態の中心軸方向の垂直断面模式図であり、図３は主軸の回転角が０＜β＜１８０度である場合の第１の実施形態の中心軸方向の横断面模式図であり、図４は主軸の回転角がβ＝１８０度である場合の第１の実施形態の横断面模式図であり、図５は主軸の回転角がΨ＜βである場合の第１の実施形態の横断面模式図である。
【００１４】
図１〜２に示すように、本発明の回転式圧縮機の第１の実施形態は、ケーシング１と、シリンダー２と、ローター３と、摺動板４と、主軸５と、吸気口６と、排気弁７と、排気口８と、フレーム軸受９と、偏心マウント１０と、支持軸受１１と、シリンダー吸気口１２とを含む。
【００１５】
偏心マウント１０はボルトによりケーシング１と一体に締め付けられ、主軸５は支持軸受１１により偏心マウント１０上に片持ちに支持され、主軸５の内側の一端がキーとキー溝との組み合わせによりローター３の中心軸孔に接続する。即ち、ローター３は主軸５の中心軸線の周りを回転する。
【００１６】
シリンダー２とケーシング１は共に円柱形となっており、シリンダー２の一側の軸方向の端部はフレーム軸受９によりケーシング１上に支持され、シリンダー２の他側の軸方向の端部はフレーム軸受９により偏心マウント１０上に支持され、ここで、シリンダー２の中心軸線はケーシング１の中心軸線に重なる。即ちシリンダー２と固定ケーシング１が同心に設置されているが、偏心マウント１０によってシリンダー２の中心軸線と主軸５の中心軸線がずれ、主軸５の中心軸線はシリンダー２の中心軸線の下方に位置し、且つローター３の底部の外円周の表面がシリンダー２の底部の内円周の表面に内接するように前記二つの中心軸線がずれている。
【００１７】
シリンダー２とローター３はいずれもそれぞれの回転中心の周りを回転しているため、シリンダー２とローター３自体に不均衡な慣性力がないことにより、その稼動は十分に安定している。
【００１８】
図９Ａ、９Ｂに示すように、本発明の回転式圧縮機の摺動板４の頭部は円柱状となっており、その本体は板状となっており、その摺動板４の頭部がシリンダー２の円柱体内に嵌入し、摺動板４の本体がローター３の径方向の摺動溝内に延在している。摺動板４の円柱状の頭部の両端は摺動板４の本体から外にややはみ出し、シリンダー２の２つの軸方向の端部内にそれぞれ延伸することによって、摺動板４が揺れる時に径方向に位置決めする２つの耳軸を構成し、これにより摺動板４がシリンダー２の円柱体内から滑り出ないことを確保する。摺動板４の本体の長さはシリンダー２の内部の軸方向の幅とちょうど同じであるため、流体は摺動板４の本体のエッジの隙間を容易に越えることができない。同時に、シリンダー２とローター３の間の位相差に適応するように、摺動板４がローター３の径方向に沿って左右に揺れることを確保する。
【００１９】
モーターが駆動して主軸５が回転する時に、ローター３は主軸５の周りを回転し、且つ摺動板４を介してシリンダー２を従動させるが、シリンダー２がシリンダー２の中心軸線の周りを回転する時には、主軸の回転角が０度＜β＜１８０度である場合、シリンダー２の回転位相はローター３の回転角より先行し、主軸の回転角が１８０度＜β＜３６０度である場合、シリンダー２の回転位相はローター３の回転角より遅滞するため、摺動板４は、左右に揺れることによりシリンダー２とローター３との位相差に適応すると同時に、動力をローター３からシリンダー２に伝え、主軸の回転角であるβが０度、１８０度、３６０度となる場合に両者の位相差がゼロとなることを確保する必要がある。従って、摺動板４はシリンダー２とローター３を従動させて全く同一方向の回転運動を行わせる。それらが一回りする時間が全く同じであるため、本発明は同期回転式圧縮機とも呼ばれる。
【００２０】
この回転式圧縮機が回転する時に、シリンダー２の内円周の表面とローター３の外円周の表面は垂直な最低点で常に内接し、摺動板４と前記内接点により、シリンダー２の内円周の表面とローター３の外円周の表面の間の三日月形の作動容積は、それぞれ吸気チャンバー、排気チャンバーと呼ばれる２つの異なるエアーチャンバーに分割され、全体として圧縮機の作動チャンバーを構成する。しかしながら、ローター３とシリンダー２の回転半径が異なり、且つそれらの回転中心も違うため、回転する時に、それらの接触面では極めて遅い相対摺動が行われているが、相対速度が極めて低いため、両者間の摩擦と磨耗は大幅に低減されている。
【００２１】
ケーシング１は分離構造であり、ボルトにより一体に固定され、その頂部には吸気口６が設けられ、軸端部には排気口８が設置されている。シリンダー２上には摺動板４の回転方向の後方に位置するシリンダー吸気口１２が設けられ、また、シリンダー２の中心軸孔も排気通路の一部を構成する。ローター３上には径方向の排気通路と中心軸孔の排気通路が設けられ、且つ径方向の排気通路が中心軸孔の排気通路に連通している。ローター３の径方向の排気通路の入口、即ちローター３の外円周上には排気弁７が設置され、排気弁７は摺動板４の回転方向の前方に設けられるとともにローター３の外円周に嵌合することによって、隙間容積の影響を大幅に低減し、シリンダーの利用率を向上させている。
【００２２】
本発明の回転式圧縮機が稼働している間に、流体はケーシング１の頂部吸気口６からケーシング１とシリンダー２との間のキャビティに入り、その後シリンダー吸気口１２を通ってシリンダー２とローター３との間の吸気チャンバーに入る。図１〜５には矢印で吸気方向が示され、図３に示すように、主軸５の回転角であるβが次第に増大するのに伴い、シリンダー２とローター３の間の吸気チャンバーの容積も次第に増えていき、入ってくるガス量も次第に多くなる。主軸が１８０度回転した時には、図４に示すように、吸気チャンバーに入った作動媒体は、シリンダー２とローター３で構成される作動容積の半分を占めている。本発明の回転式圧縮機の回転プロセスにおいては、シリンダー吸気口１２が常に吸気口６に連通しており、且つ両者の間にいかなる吸気弁も設置されていないため、主軸の回転角がいかなる角度であっても、ガスは順調にシリンダー吸気口１２を通ってシリンダー２とローター３との間の吸気チャンバーに入ることができることを確保する。また、図５に示すように、図５には圧縮されたガスの流動方向が示されており、排気チャンバー内の圧力が外部で設定された作動圧力より大きい場合に、排気弁７は自動的に開き、圧縮されたガスは排気弁７を通過し、ローター３上の径方向の排気通路を介して、図１に示されるローターの中心軸孔の排気通路とシリンダー２の中心軸孔で構成された排気通路に入り、最終的には図１に示される排気口８から排出される。
【００２３】
本発明の回転式圧縮機の回転プロセスにおいては、排気通路は常に排気口８に連通しているため、連続的な排気プロセスが行われると同時に、液体の衝撃による不安全要素も解消される。
【００２４】
図２に示すように、主軸の回転角がβ＝０である場合、吸気開始及び排気終了となる。主軸の回転角が０＜β度である場合、図３に示すように、ガスの圧縮プロセスが開始すると同時に、回転している吸気口が常に連続してガスを吸入する。図４に示すように、主軸の回転角がβ＝１８０度である場合、作動チャンバーにおける吸気チャンバーと排気チャンバーの作動容積は等しい。図５に示すように、主軸の回転角がΨ＜β＜３６０度で、且つβ＝Ψである場合、排気開始となる。Ψを排気角と定義する。この時の排気チャンバー内の圧力は外部で設定された作動圧力より大きく、排気弁７は自動的に開く。この際、排気が始まり、圧縮されたガスは排気チャンバーから排気弁７、排気通路、排気口８を介して排出され、主軸の回転角の増大に伴い、排気チャンバー内の圧縮されたガスが排気チャンバーから全部排出され、この時、排気弁７は自動的に閉まる。主軸の回転角がβ＝３６０度である場合、即ち主軸が一回りした後、図２に示すように、本発明の回転式圧縮機は１つの作動サイクルを完成し、この時、吸気チャンバーにはふたたびガスが充満される。
【００２５】
前記排気弁７は片持ちのリード弁類を用いても良く、輪形弁などの機構を用いても良い。排気チャンバー内の圧力が外部で設定された作動圧力より大きい場合には、気流は片持ちのバルブを通過し、ガスは排気チャンバーから排気通路に入る。排気が完了した後、即ち排気チャンバー内の圧力が外部で設定された作動圧力より小さい場合には、片持ちのバルブはリセットされ、排気通路を自動的に閉止する。
【００２６】
本発明の回転式圧縮機の第１の実施形態において、１つの作動容積については、ガスの吸入、圧縮及び排気はローター３が二回りする間に完成するが、吸気プロセスと圧縮プロセスは摺動板４の両側の作動チャンバーで同時に交互に行われるため、機械全体としては、やはり１回りする毎に１つの作動サイクルが完成する。即ち、ローター３が１回りする毎に１回の吸気及び排気が同時に完成される。このように、機械が安定して稼動するだけでなく、吸気口と排気口におけるガスの流速が遅いことによって、流動ロスが大幅に低減され、その流動ロスは往復式圧縮機の約半分である。この構成の圧縮機は回転する吸気口により直接にガスを吸入し、吸気弁を追加して設ける必要がなく、吸気加熱現象が起こらないため、容積効率は高く、電力損失が小さい。また、本発明の回転式圧縮機の第１の実施形態は、部品が少ないとともに損傷しやすい部品もなく、体積は往復式圧縮機よりも５０〜６０％減少し、重さが約６０％前後低減し、指示効率はピストン式圧縮機より３０〜４０％向上する。
【００２７】
本発明の回転式圧縮機の第１の実施形態において、ローター３とシリンダー２は２つの円柱体から構成され、両者間の相対運動速度が極めて小さく、摩擦・磨耗が大幅に低減されると同時に、作動媒体の漏れも簡単に解決できる。摺動板４の質量が小さく、その運動距離が短いため、摺動板４の往復慣性力も完全に無視できるほど小さく、材料のばらつきにより回転慣性力がアンバランスになっても、構造上十分に改善できる。
【００２８】
回転するシリンダー２とローター３の二つがいずれもそれぞれの回転中心の周りを回転するため、それら自体には不平衡力が存在しないことにより、機械の稼動は十分に安定しており、振動は小さく、騒音も低い。また、主な部品の表面の幾何形状が円柱であるため、加工精度が容易に確保でき、高効率の加工機械を用い、生産ラインを組織しての生産に便利で、組み立てやメンテナンスも容易である。特に、偏心運動するクランクシャフトがないことにより、生産量を大幅に向上させ、コストを低減させることができる。
【００２９】
本発明の回転式圧縮機の第１の実施形態のもう一つの特徴は、１つの作動容積が吸気チャンバーである上に排気チャンバーでもあり、且つ吸気チャンバーと排気チャンバーが連続的に交互に作動することにあり、これにより、部品の数が少なく、コンパクトな構造となり、信頼性が向上するだけではなく、気流の脈動によるエネルギーロスも低減している。
【００３０】
図６に示すように、図６は本発明の回転式圧縮機の第２の実施形態を示す。本発明の回転式圧縮機の第２の実施形態は、ケーシング１と、シリンダー２と、ローター３と、摺動板４と、主軸５と、吸気口６と、排気口８と、フレーム軸受９とを含む。ケーシング１は分離構造であり、ボルトにより一体に固定され、その頂部の側端には吸気口６が設けられ、ケーシング１の軸端部の外周方向には排気口８が設置されている。主軸５は２つの支持軸受によりケーシング１の両軸端上に支持され、これにより、ローター３の主軸５に対する曲げモーメントを大幅に低減し、主軸の受力状態を改善し、比較的大型の回転式圧縮機に適応することができる。主軸５はローター３の中心軸孔の全体を貫通しているため、ローター３の中心軸孔を階段形状に設計して設置する必要があり、主軸５はキーとキー溝との組み合わせによりローター３の小径の中心軸孔に接続される。即ち、ローター３は主軸５の中心軸線の周りを回転し、ローター３の段階状の大径軸孔と主軸５との間の隙間が排気通路を構成する。その他の構成は本発明の回転式圧縮機の第１の実施形態と同じであり、簡潔化のために、同じ構成については説明を省略する。
【００３１】
図７に示すように、図７は本発明の回転式圧縮機の第３の実施形態を示す。本発明の回転式圧縮機の第３の実施形態は、ケーシング１と、シリンダー２と、ローター３と、摺動板４と、主軸５と、吸気口６と、排気口８とを含む。本発明の回転式圧縮機の第１の実施形態との相違は、本発明の回転式圧縮機の第３の実施形態においては、当該回転式圧縮機を異なる状況に用いるように、その吸気口６がケーシング１の端部、即ち、軸方向の位置に設けられていることにある。
【００３２】
図８に示すように、図８は本発明の回転式圧縮機の第４の実施形態を示す。本発明の回転式圧縮機の第４の実施形態は、ケーシング１と、シリンダー２と、ローター３と、摺動板４と、主軸５と、吸気口６と、排気弁７とを含む。本発明の回転式圧縮機の第１の実施形態との相違は、本発明の回転式圧縮機の第１の実施形態における摺動板４の本体はローター３の径方向の摺動溝内に延伸するが、本発明の回転式圧縮機の第４の実施形態における摺動板４はローター３上に斜めに設置されていることにある。これにより、加工が多少難しくなるが、摺動板４の受力状態を大幅に改善することができる。
【００３３】
図９Ａ、１０Ａに示すように、本発明の回転式圧縮機の摺動板のシリンダーに嵌入される頭部は、異なる構成形式に設置されることができる。これにより、摺動板頭部を収容するシリンダー２の円柱体における円弧面の構造もさまざまである。図９Ａに示された摺動板の円柱形の頭部の下方にジャーナル部が設けられていることによって、摺動板がシリンダー内部に嵌入される運動が更に柔軟になる。図１０Ｂに示された摺動板の円柱形の頭部の下方にはジャーナル部は設けられておらず、摺動板の円柱形の頭部のシリンダー内部への嵌入はやや浅いが、加工しやすくなり、摺動板４の柔軟な運動も確保できる。
【００３４】
図９Ｂに示すように、本発明の回転式圧縮機の摺動板の側面は摺動板の運動方向に沿う導圧溝として設置される。図１０Ｂに示すような十字型導圧溝に設置されてもよく、潤滑油で潤滑が行われている場合に潤滑油を蓄積する役割を果たすことにより、摺動板４とローター３の径方向の摺動溝との間の摩擦と磨耗を軽減させる。
【００３５】
図１１Ａ、１１Ｂのように、図１１Ａ、１１Ｂは本発明の回転式圧縮機のローター３とシリンダー２の端面の密閉構造を示す。本発明の回転式圧縮機のシリンダー２とローター３との間には低速度の相対運動が存在するため、それらの間にはある程度のガス漏れが存在する。シリンダー２の端面とローター３の端面にシールリング１３を設置することができ、ローター３とシリンダー２の回転半径が違うとともにそれらの回転中心も異なるため、回転する時に、それらの接触面では極めて遅い相対摺動が行われているが、相対速度は極めて低く、当該シールリング１３によりガス漏れを大幅に低減させ、当該回転式圧縮機の容積効率を向上させる。
【００３６】
ロータリー圧縮機において、流体が漏れる主な通路の１つはシリンダー２の内円周の表面とローター３の外円周の表面との隙間である。即ち、ローター３の底部の外円周の表面とシリンダー２の底部の内円周の表面が内接するところの隙間であり、当該隙間の大きさがロータリー圧縮機の容積効率と加工コストに直接影響する。空気圧縮機と空調冷凍圧縮機については、前記シリンダー２とローター３の端面の結合部の隙間は２ｍｍ以内に制御される。回転式オイルポンプについては、上記のシリンダー２の内円周の表面とローター３の外円周の表面との隙間は３ｍｍ以内に制御される。
【００３７】
但し、本発明は上記した具体的な実施形態に限られない。当業者は本発明の作動原理と上述した具体的な実施形態に基づき、様々な等価の修正、等価の代替、部品の増減及び新たな組み合わせを行うことにより、更に多くの新たな実施形態を構成することができる。
【００３８】
本発明においては、回転式圧縮機が回転する時に、シリンダー２の内円周の表面とローター３の外円周の表面とは垂直な最低点で常に内接していることを示したが、これはあくまで模式的なものであり、摺動板４と当該内接点により三日月形の作動容積を２つの異なるエアーチャンバーに分けることにより、吸気チャンバーと排気チャンバーを形成することができれば、シリンダー２の内円周の表面とローター３の外円周の表面との内接点は円周上の任意の位相上に設置されてもよい。
【００３９】
本発明においては、吸気口６がケーシング１の頂部及び軸方向の端面に設けられていることを示したが、異なる機種により、当該吸気口がケーシングの任意の設置可能な位置に設けられうることが理解されるべきである。空気式回転式圧縮機については、当該吸気口は複数設置されてもよく、さらにはケーシング１をオープン式のフレームに設計してもよく、シリンダー２の吸気口１２が大気に連通していることを確保すればいい。
【００４０】
本発明においては、ケーシング１の本体は円柱形となっていることを示したが、異なる機種により、当該ケーシング１の本体は楕円状又は他の形状であってもよいことが理解されるべきである。安定した支持と流体がシリンダー吸気口１２を経て吸気チャンバーに入りうることを確保すればいい。
【００４１】
本発明においては、シリンダー２に吸気口１２が設けられていることを示したが、当該吸気口１２は１つであってもよく、又は軸方向に沿って一列に設置されてもよく、もしくは軸方向と周方向に沿って複数列に設置されてもいいことが理解されるべきである。
【００４２】
本発明においては、ガスを作動媒体として説明したが、本発明は空気圧縮機、流体輸送ポンプ及び冷凍空調圧縮機などの各分野に幅広く用いられうることが理解されるべきである。
【図１】
2011511198.tif 000003
【図２】
2011511198.tif 000004
【図３】
2011511198.tif 000005
【図４】
2011511198.tif 000006
【図５】
2011511198.tif 000007
【図６】
2011511198.tif 000008
【図７】
2011511198.tif 000009
【図８】
2011511198.tif 000010
【図９】
2011511198.tif 000011
【図１０】
2011511198.tif 000012
【図１１】
2011511198.tif 000013
【国際調査報告】
2011511198.tif 000014
2011511198.tif 000015
2011511198.tif 000016
2011511198.tif 000017
2011511198.tif 000018
2011511198.tif 000019
2011511198.tif 000020
2011511198.tif 000021