(57)【要約】【課題】高い加工精度を必要とせず、回転が低速でも媒体漏れを防止できるロータリコンプレッサ及びこれを用いたコンプレッサ機構を提供する。【解決手段】本発明のロータリコンプレッサ１０は、軸線周りに閉曲面状の内周面１３ａを備えたシリンダ１３と、当該シリンダ内に配置され前記内周面に対応する外周面１５ｂを備えたロータ１５と、前記シリンダの内側に出没可能に構成され前記ロータに当接して前記シリンダ及び前記ロータとともに圧縮室２３Ｂを画成するベーン２０とを有し、前記シリンダの前記内周面と前記ロータの前記外周面との間に弾性層１７が配置され、当該弾性層を介して前記外周面が前記内周面に圧接されながら前記ロータが転がり回転することを特徴とする。【選択図】      図１
2004239080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線周りに閉曲面状の内周面を備えたシリンダと、当該シリンダ内に配置され前記内周面に対応する外周面を備えたロータと、前記シリンダの内側に出没可能に構成され前記ロータに当接して前記シリンダ及び前記ロータとともに圧縮室を画成するベーンとを有するロータリコンプレッサであって、
前記シリンダの前記内周面と前記ロータの前記外周面との間に弾性変形により厚さ変化可能な弾性層が配置され、当該弾性層を介して前記外周面が前記内周面に圧接されながら前記ロータが転がり回転することを特徴とするロータリコンプレッサ。
【請求項２】
前記弾性層は、前記ロータの前記外周面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリコンプレッサ。
【請求項３】
前記弾性層は、前記シリンダの軸線方向両側の端部内面と前記ロータとの間の密閉性にも寄与するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のロータリコンプレッサ。
【請求項４】
前記弾性層の軸線方向両側の端縁が前記端部内面にも圧接されていることを特徴とする請求項３に記載のロータリコンプレッサ。
【請求項５】
前記ベーンの前記ロータに対する当接部に、前記ロータの軸線方向と平行な軸線を有する当接軸体が回転自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロータリコンプレッサ。
【請求項６】
前記弾性層は、前記シリンダの前記内周面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリコンプレッサ。
【請求項７】
前記ベーンの前記ロータに対する当接部が弾性素材で構成されていることを特徴とする請求項６に記載のロータリコンプレッサ。
【請求項８】
前記ロータの軸線方向両側の側端角部にシール用弾性リングが取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のロータリコンプレッサ。
【請求項９】
前記シリンダの軸線方向両側の端部内面を側面弾性層で被覆し、前記端部に対向する前記ロータの側端角部に環状の側面突起部を軸線周りに設け、前記弾性層及び前記側面弾性層に前記側面突起部が圧接されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のロータリコンプレッサ。
【請求項１０】
前記ロータは、前記シリンダの軸線周りに偏心回転する内側ロータと、当該内側ロータに対して回転可能に外嵌される外側ロータとを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のロータリコンプレッサ。
【請求項１１】
前記ロータは、前記シリンダの軸線周りに所定の旋回半径にて旋回する内側ロータと、当該内側ロータに対して同軸に回転可能に外嵌される外側ロータとを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のロータリコンプレッサ。
【請求項１２】
モータと、当該モータの出力を減速する減速手段と、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のロータリコンプレッサとを有することを特徴とするコンプレッサ機構。
【請求項１３】
上記減速手段は、遊星歯車機構と、ウォーム歯車及びこれに噛合する歯車を含む輪列機構との少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１２に記載のコンプレッサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロータリコンプレッサ及びコンプレッサ装置に係り、特に小型のコンプレッサ装置を構成する場合に好適なロータリコンプレッサの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、空気を圧縮して供給する場合にロータリコンプレッサが広く用いられている。一般的に用いられているロータリコンプレッサ１００は、図１４及び図１５に示すごとく、円筒状の周壁部１０３Ａと、この周壁部１０３Ａの軸線方向両側を閉塞する端板部１０３Ｂ，１０３Ｃとを有するシリンダ１０３が設けられ、このシリンダ１０３の内側に駆動軸１０４が挿通され、この駆動軸１０４は端板部１０３Ｂ、１０３Ｃにより回転自在に軸支されている。シリンダ１０３の内部にはロータ１０５が収容されている。ロータ１０５は駆動軸１０４に対して偏心して取り付けられた内側ロータ１０５Ａと、この内側ロータ１０５Ａに対して摺動回転する外側ロータ１０５Ｂとを有している。外側ロータ１０５Ｂはシリンダ１０３の内面に当接している。シリンダ１０３には、弾性部材１０８によりシリンダ内側に突出する方向に付勢されたベーン１０９が出没可能に取り付けられ、このベーン１０９の先端部は外側ロータ１０５の外周面１０５ｂに当接している。また、シリンダ１０３にはベーン１０９を境としてその両側に吸入口１１０と吐出口１１１が設けられている。
【０００３】
駆動軸１０４が回転すると、内側ロータ１０５Ａが軸線周りに偏心回転し、これに伴って外側ロータ１０５Ｂはシリンダ１０３の内周面１０３ａ上を転がり回転する。このとき、ベーン１０９の先端部は常に外側ロータ１０５Ｂの外周面１０５ｂに当接しているので、シリンダ１０３内の空間は、シリンダ１０３、外側ロータ１０５Ｂ及びベーン１０９によって、吸入口１１０に連通する吸入室１０７Ａと、吐出口１１１に連通する圧縮室１０７Ｂとに分割した状態に画成される。外側ロータ１０５Ｂの遊星運動に似た態様の回転動作により、吸入室１０７Ａの容積が増加するとともに吸入口１１０より媒体が吸入され、一方、圧縮室１０７Ｂの容積は減少していくため、吐出口１１１から圧縮された媒体が排出される。
【０００４】
上記の基本構成を備えたロータリコンプレッサの構成例としては、吐出口１１１側の外側ロータ１０５Ｂの端部を軸線側（すなわち中心側）へ延長形成することにより外側ロータ１０５Ｂの側端部１０５ｃの面積を増大させ、これにより端板部１０３Ｂ，１０３Ｃの内面１０３ｂ、１０３ｃとの間のシール領域を拡大することにより、圧縮時のガスリークを抑制した構造が知られている（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−６１２７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のロータリコンプレッサ１００では、シリンダ１０３とロータ１０５との間の密閉性が十分でないため、駆動軸１０４を高速に回転させることによって圧力差を発生させている。実際にはシリンダ１０３とロータ１０５との間に潤滑油を介在させて圧力損失を低減させているが、部品の加工精度に限界があることから、上記圧縮室１０７Ｂを完全に密閉することはできない。したがって、駆動軸１０４の回転が低下すると、媒体漏れによって吐出口１１１の先に圧縮された媒体を送り出すことができなくなるという問題点がある。この事情は、上記特許文献１のようにガスリークを抑制した構造であっても同様であり、低回転では媒体漏れによる圧力損失により十分な圧縮を行うことができない。
【０００７】
一方、近年の技術の多様化等に起因してコンプレッサ装置の小型化、軽量化が求められている。しかしながら、コンプレッサ装置を小型化した場合、原動機（モータ）も小型化する必要があるが、モータを小型化すると発生トルクが急激に低下するため、ロータリコンプレッサを駆動することができなくなる。これを回避するには、モータの出力を減速して駆動トルクを稼ぐことが考えられるが、モータ出力を減速するとロータリコンプレッサの駆動回転数が低くなるため、上記の圧力損失に起因する性能の低下が避けられない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するものであり、その課題は、低速回転でも十分な性能を発揮できるロータリコンプレッサを提供することにある。また、このようなロータリコンプレッサを用いることにより、小型化されたコンプレッサ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明のロータリコンプレッサは、軸線周りに閉曲面状の内周面を備えたシリンダと、当該シリンダ内に配置され前記内周面に対応する外周面を備えたロータと、前記シリンダの内側に出没可能に構成され前記ロータに当接して前記シリンダ及び前記ロータとともに圧縮室を画成するベーンとを有するロータリコンプレッサであって、前記シリンダの前記内周面と前記ロータの前記外周面との間に弾性層が配置され、当該弾性層を介して前記外周面が前記内周面に圧接されながら前記ロータが転がり回転することを特徴としている。
【００１０】
これにより、シリンダの内周面とロータの外周面との間に弾性層が配置され、この弾性層を介してシリンダとロータが圧接されるので、弾性層が圧縮された状態となって圧縮室を密閉するため、媒体漏れに起因する圧力損失を大幅に低減することができる。また、媒体漏れを防止するために高い加工精度を必要としないという利点も有する。
【００１１】
本発明において、前記弾性層は、前記ロータの前記外周面上に配置されていることが好ましい。弾性層はシリンダの内周面とロータの外周面との間に配置されていればよいが、特に、弾性層がロータの外周面上に配置されていることによって、ロータとベーンとの間にも弾性層が配置されることになり、圧縮室の密閉性をより高めることが可能になるとともに、その弾性層は、ロータの外周面上に、巻き付け、コーティング、接着などによって容易に固定できるため、部品の製造コストの上昇も抑制できる。
【００１２】
本発明において、前記弾性層は、前記シリンダの軸線方向両側の端部内面と前記ロータとの間の密閉性にも寄与するように構成されていることが好ましい。弾性層がシリンダの軸線方向の端部内面とロータとの間の密閉性にも寄与していることによって、さらに圧縮室の密閉性を向上させることができる。より具体的には、弾性層が外部応力を受けていない状態においてロータの外周面上に配置された弾性層の軸線方向の端縁がロータからはみ出すように形成し、これによってシリンダの端部内面に圧接されるように構成することが考えられる。
【００１３】
本発明において、前記弾性層の軸線方向両側の端縁が前記端部内面にも圧接されていることが好ましい。これによって、シリンダの端部内面とロータの端縁との間の密閉性を確保しつつ、ロータの摺動抵抗を低減できる。上記端縁は、軸線方向に突出した形状を有することが好ましい。また、上記端縁は、シリンダの端部内面に向けて凸曲面状に構成されていることが望ましい。また、弾性層の端縁と、シリンダの内周面と端部内面の境界部分との間に隙間が形成されないように構成されていることが望ましい。例えば、弾性層の端縁が内周面と端部内面の双方に密着していることが望ましい。ここで、シリンダの内周面と端部内面の境界部分の内面が曲面状（凹曲面状）若しくは突出状に構成されていることが好ましい。特に、その内面形状は弾性層の端縁の外面形状に対応した形状に構成されていることが望ましい。この構成は、端縁が上記凸曲面状に構成されている場合に特に好ましい。
【００１４】
本発明において、前記ベーンの前記ロータに対する当接部に、前記ロータの軸線方向と平行な軸線を有する当接軸体が回転自在に取り付けられていることが好ましい。これによれば、当接軸体が転動することにより、ロータとベーンとの間の摩擦抵抗を低減することができる。特に、ロータの外周面上に弾性層が配置されている場合には、ベーンの当接軸体が弾性層に接して転動するため、弾性層による摩擦抵抗の増大を回避することができるとともに、弾性層の磨耗を低減することもできる。
【００１５】
本発明において、前記弾性層は、前記シリンダの前記内周面上に配置されている場合もある。シリンダの内周面上に弾性層が配置されると、ロータの外周面が弾性層に当接して弾性層が圧縮変形することによってシリンダの内周面とロータの外周面との間の密閉性が確保される。
【００１６】
本発明において、前記ベーンの前記ロータに対する当接部が弾性素材で構成されていることが好ましい。これによって、ロータとベーンとの間の密閉性も向上することができる。
【００１７】
本発明において、前記ロータの軸線方向両側の側端角部にシール用弾性リングが取り付けられていることが好ましい。これによれば、シリンダの端部内面とロータの端縁との間の密閉性を高めることができる。また、シール用弾性リングを用いることにより、密閉性を確保しつつロータの摺動抵抗を低減できる。ここで、シリンダの内周面と端部内面との境界部分と、シール用弾性リングとの間に隙間が形成されないように構成されていることが望ましい。たとえば、シール用弾性リングはシリンダの内周面（或いは内周面上の弾性層）と端部内面（或いは端部内面上の側面弾性層）の双方に圧接されていることが望ましい。ここで、シリンダの内周面（或いは内周面上の弾性層）と端部内面（或いは端部内面上の側面弾性層）の境界部分の内面が曲面状（凹曲面状）若しくは突出状に構成されていることが好ましい。特に、その内面形状はシール用弾性リングの外面形状に対応した形状に構成されていることが望ましい。
【００１８】
本発明において、前記シリンダの前記端部内面を側面弾性層で被覆し、前記端部内面に対向する前記ロータの側端角部に環状の側面突起部を軸線周りに設け、前記弾性層及び前記側面弾性層に前記側面突起部が圧接されていることが好ましい。この手段によってもシリンダの端部内面とロータの側縁との間の密封性を確保することができ、また、ロータの端部内面に対する摺動抵抗を低減できる。上記側面突起部は、シリンダの端部内面に向けて凸曲面状に構成されていることが望ましい。ここで、シリンダの内周面（或いは内周面上の弾性層）と端部内面（或いは端部内面上の側面弾性層）の境界部分と、側面突起部との間に隙間が形成されないように構成することが望ましい。ここで、シリンダの内周面（或いは内周面上の弾性層）と端部内面（或いは端部内面上の側面弾性層）の境界部分の内面が曲面状（凹曲面状）若しくは突出状に構成されていることが好ましい。特に、その内面形状は側面突起部の外面形状に対応した形状に構成されていることが望ましい。
【００１９】
本発明において、前記ロータは、前記シリンダの軸線周りに偏心回転する内側ロータと、当該内側ロータに対して回転可能に外嵌される外側ロータとを有することが好ましい。これによれば、内側ロータに対して外側ロータが回転可能に構成されているため、外側ロータがシリンダの内周面に対して弾性層を介して転動可能になることから、シリンダの内周面に対する外側ロータの摺動を防止することができ、弾性層による密閉性の向上度合をより高めることができるとともに、弾性層の磨耗を防止できる。
【００２０】
本発明において、前記ロータは、前記シリンダの軸線周りに所定の旋回半径にて旋回する内側ロータと、当該内側ロータに対して同軸に回転可能に外嵌される外側ロータとを有することが好ましい。これにより、内側ロータが旋回動作を行うことによって、外側ロータを内側ロータと同軸に回転駆動することが可能になることから、ロータの駆動系において摺動部を低減することが可能になり、動作精度や耐久性を高めることができる。
【００２１】
本発明において、本発明のロータリコンプレッサは、内側ロータと外側ロータとの間に軸受（ボールベアリングなど）を有することができる。
【００２２】
本発明において、上記の弾性変形により厚さ変化可能な弾性層としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、ＮＢＲ、ＩＩＲなどのゴム素材によって構成されていることが好ましい。
【００２３】
これによりロータ又はロータ軸とローラとの間を円滑に摺動させることができる。
【００２４】
次に、本発明のコンプレッサ機構は、モータと、当該モータの出力を減速する減速手段と、上記のいずれかに記載のロータリコンプレッサとを有することを特徴とする。この発明によれば、モータ及びロータリコンプサレッサを小型化した場合に、モータの駆動トルクは急激に減少するが、減速比を大きくすることによって駆動トルクを確保したときに、低速回転でもロータリコンプレッサの圧力損失を低減できるので、確実に圧縮機能を果たすことができる。
【００２５】
本発明において、上記減速手段は、遊星歯車機構と、ウォーム歯車及びこれに噛合する歯車を含む輪列機構との少なくとも一方を含むことが好ましい。これによって、遊星歯車機構、或いは、ウォーム歯車とこれに噛合する他の歯車とを有する輪列機構によって大きな減速比が得られるようにしてもコンパクトに構成できる。
【００２６】
本発明において、前記減速手段の減速比は１／５０〜１／５００の範囲内であることが好ましい。これによれば、減速比を大きくすることによって、モータを小型化しても駆動トルクを確保することができるので、ロータリコンプレッサを確実に駆動することができる。
【００２７】
本発明において、前記ロータリコンプレッサの排気量は０．１〜１０ｃｃの範囲内であることが望ましい。このような小型のロータリコンプレッサにおいては媒体漏れによる圧力損失が性能に大きく影響するとともに、小型のモータを用いる場合には、駆動トルクを確保するために低速で動作させる必要が生ずるので、特に本発明の構成が効果的なものとなる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
［第１実施形態］
図１は本発明の一例のロータリコンプレッサ１０の模式的な縦断面図であり、図２は横断面図である。ロータリコンプレッサ１０は、周壁部１３Ａ及び端板部１３Ｂ，１３Ｃを有するシリンダ１３を備えている。周壁部１３Ａは円筒状に構成され、その内周面１３ａは円筒面となっている。端板部１３Ｂ，１３Ｃはそれぞれ平板状に構成され、その内面１３ｂ、１３ｃは平坦面となっている。
【００３０】
駆動軸１４は、端板部１３Ｂと１３Ｃにより回転自在に軸支されている。この駆動軸１４は、シリンダ１３内に配置されたロータ１５に接続されている。ロータ１５は、駆動軸１４に固定された内側ロータ１５Ａと、この内側ロータ１５Ａに対して回転自在に外嵌された外側ロータ１５Ｂとを有している。本実施形態では、内側ロータ１５Ａは駆動軸１４に対して偏心して取り付けられている。また、内側ロータ１５Ａは円筒状の外周面を有する。一方、外側ロータ１５Ｂは円筒状に構成され、円筒状の内周面と、円筒状の外周面１５ｂとを備えている。なお、内側ロータ１５Ａと外側ロータ１５Ｂとを相互に摺動しやすくするために、外側ロータ１５Ｂの内周面の内径を、内側ロータ１５Ａの外周面の外径よりも大きく構成してある。
【００３１】
ロータ１５の外周面１５ｂ上には弾性層１７が形成されている。この弾性層１７は弾性変形により厚さ変化可能な弾性素材で構成される。この弾性素材としては、天然若しくは人造（合成）ゴム、ウレタン樹脂など、弾性変形により厚さ変化可能であるものが好ましい。また、或る程度圧縮された状態で実質的に媒体（たとえば気体）を透過させない密閉性が得られるものであることが望ましい。最も好ましい弾性素材としては、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、ＩＩＲ（ブチルゴム）などが挙げられる。
【００３２】
弾性層１７は、ロータ１５の外周面１５ｂの全体を被覆している。弾性層１７とロータ１５とは単に圧接状態で保持されていてもよいが、弾性層１７をコーティングによりロータ外周面に形成することによって固着状態とし、或いは、弾性層１７をロータ外周面に接着等によって固着させることが好ましい。
【００３３】
シリンダ１３の内周面１３ａと、ロータ１５の外周面１５ｂとの間において弾性層１７は圧縮状態にある。そして、ロータ１５は、弾性層１７を介してシリンダ１３の内周面１３ａ上を圧接状態で転がり回転するように構成されている。
【００３４】
シリンダ１３の一部（図示上部）には溝１８が設けられ、この溝１８内には、ベーン２０が出没自在に配置されている。ベーン２０は溝１８内に収容された弾性部材（バネ）１９によって常時シリンダ１３内に向けて付勢されている。そして、ベーン２０の先端部（当接部）は、ロータ１５の外周面１５ｂ上の弾性層１７に常に押し付けられている。
【００３５】
上記ベーン２０の両側のシリンダ１３の壁面には吸入口２１と吐出口２２が設けられている。ここで、図示例のように吐出口２２には吐出方向にのみ開く一方向弁を設けることが好ましい。このような構成により、シリンダ１３内には、ベーン（２０）で仕切られた吸入室２３Ａと圧縮室２３Ｂがロータ１５の両側に構成されるようになっている。
【００３６】
以上説明したロータリコンプレッサ１０においては、駆動軸１４が回転すると、ロータ１５がシリンダ１３内で図示時計回りに回転し、これにより吸入室２３Ａの容積増大と、圧縮室２３Ｂの容積減少とが並行して生じ、吸入口２１における媒体の吸入と、吐出口２２における媒体の吐出とが並行して発生する。
【００３７】
このとき、ロータ１５においては、内側ロータ１５Ａが駆動軸１４とともに偏心回転し、これによって外側ロータ１５Ｂが内側ロータ１５Ａに対して摺動しながら弾性層１７とともにシリンダ１３の内周面１３ａ上を転がり回転していく。ここで、弾性層１７はシリンダ１３の内周面１３ａに対して常に圧接された状態となっているため、ロータ１５の外周面１５ｂ、弾性層１７及びシリンダ１３の内周面１３ａとの圧接部分における密閉性は確実に保持される。
【００３８】
また、ベーン２０の先端部も弾性部材１９によりロータ１５を被覆している弾性層１７の表面に押接されているため、ロータ１５とベーン２０との間の密閉性も向上する。
【００３９】
上記構成によって、圧縮室２３Ｂにおける圧力損失が低減されるため、駆動軸１４を低速で回転させたときであっても、十分に圧縮された媒体を吐出口２２から排出することができる。
【００４０】
図３は、ロータリコンプレッサ１０の端板部１３Ｂ，１３Ｃとロータ１５との対向部分に設けられた側面シール構造の拡大横断面図である。シリンダ１３の端板部１３Ｂ，１３Ｃの内面と、ロータ１５の側端との間には、僅かな間隙が設けられている。また、弾性層１７の端縁１７ｓは、端板部１３Ｂ，１３Ｃに圧接されている。すなわち、弾性層１７は、外部応力を受けていない状態でロータ１５の端縁よりも突出した端縁１７ｓを有し、この端縁１７ｓが端板部１３Ｂ，１３Ｃの内面に圧接されることにより、圧縮室２３Ｂ（図１参照）の密閉性をさらに高めている。また、弾性層１７の端縁１７ｓは外部応力を受けていない状態では先端に進むほど薄肉に形成されて断面が突起状に構成されている。これによって、端縁１７ｓの突端において確実に端板部１３Ｂ，１３Ｃの内面に密着することができるために密閉性を確保することができるとともに、弾性層１７と端板部１３Ｂ，１３Ｃの内面との接触面積を限定し、ロータ１５の摺動抵抗を低減することができる。特に、密閉性の向上及び摩擦抵抗の低減をより高次元で両立させるためには、端縁１７ｓをシリンダの端板部内面に向けた凸曲面状に構成することが望ましい。また、この構成では、シリンダ１３の内周面１３ａと、端板部の内面１３ｂ、１３ｃとの境界部分の内面１３ｄを曲面状（凹曲面状）又は突出状に構成することによって、弾性層１７の端縁１７ｓと内面１３ｄとの間に隙間が形成されないように構成できる。特に、図示例のように内面１３ｄを端縁１７ｓの外面形状に対応した形状とすることが望ましい。
【００４１】
図４は、図３に示す本実施形態の側面シール構造に代えて採用することの可能な別の側面シール構造を示す拡大横断面図である。この構造においては、弾性層１７の端縁１７ｔは、図３に示す構造と同様に軸線方向に突出し端板部１３Ｂ，１３Ｃの内面１３ｂ，１３ｃに圧接された状態となっている。ただし、この端縁１７ｔは、弾性層１７がシリンダ１３の内周面１３ａに接触していない状態ではやや径方向外側にも突出する形状となるように構成されている。このため、弾性層１７がシリンダ１３の内周面１３ａに接触したときに、シリンダ１３の内周面１３ａと側板部の内面１３ｂ，１３ｃの境界部分と、端縁１７ｔとの間に隙間が形成されにくくなり、また、弾性層１７とベーン２０との圧接部分においても同様に隙間が形成されにくくなるので、圧縮漏れを防止できる。
【００４２】
図５は、上記実施形態に採用可能なベーン２０と弾性層１７の当接部分を拡大して示す拡大部分斜視図である。このベーン２０の先端には当接軸体２０Ａが回転自在に取り付けられている。当接軸体２０Ａは円筒形状を有し、その円筒状の外周面がローラ１５上の弾性層１７に当接している。なお、当接軸体２０Ａの軸支構造としては、すべり軸受、ころ軸受などの適宜の軸支構造を用いることができる。
【００４３】
このようにベーン２０の当接部を構成すると、ロータ１５及び弾性層１７の回転に従って、弾性層１７に当接している当接軸体２０Ａもまた回転するため、ベーン２０と弾性層１７の摺動を低減することができるため、より密閉性を高めることができるとともに、摩擦抵抗を減ずることができ、弾性層１７の磨耗を低減することができる。
【００４４】
ここで、当接軸体２０Ａの軸支構造としては、すべり軸受構造であることが好ましく、この場合には、当接軸体２０Ａの外周面とベーン２０の本体側の摺動面との少なくともいずれか一方にテトラフルオロエチレンなどの低摩擦コーティングを施すことが望ましい。もっとも、上記のすべり軸受構造の代わりにころ軸受なども用いることができる。
【００４５】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態のロータリコンプレッサ１０′の模式的な縦断面図であり、図７はその横断面図である。この第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。この実施形態では、ロータ１５の外周面１５ｂに弾性層が形成されておらず、その代わりに、シリンダ１３の内周面１３ａ上に弾性層１７Ｂが形成されている。また、シリンダ１３の端板部１３Ｂ，１３Ｃの内面は側面弾性層１７Ｃにより被覆されている。ここで、弾性層１７Ｂと、その軸線方向両側にある２つの側面弾性層１７Ｃのうちの一方とは一体に構成されていてもよい。さらに、本実施形態では、ベーン２０の少なくとも先端部２０Ｂは、弾性体で構成されているか、或いは、弾性層で被覆加工してある。
【００４６】
この実施形態においては、シリンダ１３の内周面１３ａ上に弾性層１７Ｂが配置されていることにより、ロータ１５は常に弾性層１７Ｂに圧接された状態で、シリンダ１３の内周面１３ａ上を転がり回転するように構成される。したがって、シリンダ１３とロータ１５との間の密閉性を第１実施形態と同様に高めることができる。また、シリンダ１３の端板部１３Ｂ，１３Ｃの内面上にも側面弾性層１７Ｃが形成されていることから、シリンダ１３とロータ１５の側方の密閉性もまた同様に向上する。また、この実施形態では、ベーン２０の当接部である先端部２０Ｂも弾性素材で構成されているため、ベーン２０とロータ１５との間の密閉性も十分に確保される。
【００４７】
図８は、本実施形態のシリンダとロータの側面シール構造を示す拡大部分横断面図である。ロータ１５（の外側ロータ１５Ｂ）の端縁角部には側面突起部２５は、突出形状（好ましくは凸曲面状）に構成され、この側面突起部２５は、側面弾性層１７Ｃに圧接されている。これによって、ロータ１５と側面弾性層１７Ｃとの間の密閉性を確保しつつ、両者間の摩擦抵抗を低減することができる。ここで、弾性層１７Ｂと側面弾性層１７Ｃとの境界部分の内面１７ｄを曲面状（凹曲面状）或いは突出状に構成することによって、この境界部分と側面突起部２５との間に隙間が形成されないように構成することができる。この構成は、側面突起部２５が図示例のように凸曲面状に構成される場合に特に有効である。特に、図示例のように内面１７ｄを側面突起部２５の外面形状に対応した形状とすることが望ましい。
【００４８】
以上説明した第２実施形態では、シリンダ１３の内周面１３ａに弾性層１７Ｂを配置するとともに、シリンダ１３の端板部１３Ｂ，１３Ｃの内面にも側面弾性層１７Ｃを配置している。しかし、シリンダ１３の端板部１３Ｂ，１３Ｃの内面には、第１実施形態と同様に弾性層を配置しなくてもよい。図９は、このような場合におけるシリンダ１３とロータ１５の間の側方部分の密閉性を確保するための構造を示すものである。この図９において、ロータ１５（外側ロータ１５Ｂ）の端縁角部にはシール用弾性リング２６が嵌合され、このシール用弾性リング２６が軸線方向に突出してシリンダ１３の端板部１３Ｂ，１３Ｃの内面に圧接されている。また、このシール用弾性リング２６は、シリンダの内周面上の弾性層１７Ｂにも圧接されるように、径方向外側にも突出するように形成されている。これによって、シリンダの内周面と側板部の内面との境界部分並びにベーン２０の端部近傍部分において隙間が形成されないように構成されている。この構成でも、シリンダ１３の内周面１３ａ上の弾性層１７Ｂの端部と、端板部の内面１３ｂ、１３ｃとの境界部分を曲面状（凹曲面状）又は突出状に構成することによって、シール用弾性リング２６と内面１３ｄとの間に隙間が形成されないように構成できる。特に、境界部分をシール用弾性リング２６の外面形状に対応した形状とすることが望ましい。
【００４９】
［第３実施形態］
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明に係る第３実施形態のロータリコンプレッサについて説明する。図１０は本実施形態のロータリコンプレッサ１０″の模式的な縦断面図であり、図１１はその横断面図である。この実施形態において、上記第１実施形態と対応する部分には同一符号を付し、同様の構成については説明を省略する。
【００５０】
この実施形態においては、駆動軸１４と一体に構成されたクランク板１４Ａが設けられ、このクランク板１４Ａに対して駆動軸１４に対して偏心した位置に内側ロータ１５Ａが接続され、全体としてクランク構造を構成している。内側ロータ１５Ａは、駆動軸１４及びシリンダ１３の軸線を中心に、所定の旋回半径で旋回するように構成される。内側ロータ１５Ａには、軸受２８を介して外側ロータ１５Ｂが回転自在に取り付けられている。この外側ロータ１５Ｂは、内側ロータ１５Ａに対して同軸に軸支されている。ここで、軸受２８は、ボールベアリング（玉軸受）やころ軸受などの低い回転抵抗を有する軸受であることが好ましいが、すべり軸受であっても構わない。
【００５１】
ロータ１５の外周面１５ｂ上には、第１実施形態と同様の弾性層１７が形成されている。また、ベーン２０はロータ１５を被覆する弾性層１７に常時当接している。この実施形態では、駆動軸１４が回転すると内側ロータ１５Ａがシリンダ１３や駆動軸１４の軸線周りに所定の旋回半径で旋回し、これに伴って外側ロータ１５Ｂはシリンダ１３の内周面１３ａ上を弾性層１７とともに転がり回転するようになっている。
【００５２】
なお、この実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、図３乃至図５に示す各構造を採用することができる。また、この実施形態の弾性層１７の代わりに、第２実施形態の弾性層１７Ｂを設けることも可能である。また、この場合に、側面弾性層１７Ｃを設けることもできる。さらに、この場合には図８及び図９に示す各構造を採用することも可能である。
【００５３】
［第４実施形態］
次に、図１２を参照して、上記各実施形態のロータリコンプレッサを用いたコンプレッサ装置２００の実施形態について説明する。このコンプレッサ装置２００は、ギアードモータ３０の出力軸に歯車３１を取付け、この歯車３１に噛合する歯車３２を介してロータリコンプレッサ１０の駆動軸１４を回転駆動するように構成したものである。ギアードモータ３０は、モータ３０Ａと、このモータ３０Ａの出力に接続された減速機構３０Ｂとを有する。減速機構３０Ｂとしては、たとえば遊星歯車機構で構成される周知の高い減速比を有するものが好ましい。
【００５４】
本実施形態のコンプレッサ装置２００は、ロータリコンプレッサ１０の排気量として１０ｃｃ以下、好ましくは１ｃｃ以下のきわめて小型化された装置となっている。このようにロータリコンプレッサ１０を小型化する場合には、通常、モータ３０（３０Ａ）についても十分に小型化する必要があり、これによってロータリコンプレッサ１０の駆動トルクを十分に確保することが難しくなる。一般的に、電動モータの場合、直径が小さくなるほど、急激にモータの出力トルクが減少していくため、コンプレッサ装置２００を電動で稼動するものとした場合には駆動回転速度を犠牲にしつつ減速比を高める必要がある。
【００５５】
たとえば、シリンダ１３の内径を１０ｍｍ、ロータ１５の外径を７．４ｍｍ、ロータの軸線方向に厚さを８．５ｍｍとして排気量を０．３ｃｃとし、圧縮後の圧縮室の容積が０．０４ｃｃとなるように構成した場合、空気を圧縮するものとすれば、駆動軸１４を回転駆動するために必要な駆動トルクは６４０ｇ・ｃｍとなる。一方、使用するモータ（電動モータ）３０Ａの直径を４ｍｍとした場合、入手できるギアードモータ３０の最大トルクは約１０ｇ・ｃｍ程度である。この最大トルクは回転停止状態におけるトルク値であるため、この最大トルクの８０％の負荷、すなわち８ｇ・ｃｍで稼動させるものとすれば、６４０／８＝８０となる。したがって、歯車３１，３２を含む輪列の減速比を８０とすれば、支障なくロータリコンプレッサを駆動することができることになる。
【００５６】
従来のロータリコンプレッサでは高い回転数で駆動しなければ媒体を圧送することができなかったが、上記各実施形態のロータリコンプレッサでは駆動軸１４が低速で回転駆動された場合でも圧力漏れが少ないことから、支障なく媒体を確実に圧送することができる。したがって、モータの出力を大きな減速比で減速することにより回転駆動速度を犠牲にしても駆動トルクを確保するということが可能になり、その結果、コンプレッサ装置を小型化することが可能になる。本発明において特に有効なロータリコンプレッサの排気量は、０．１〜１０ｃｃの範囲である。また、減速比の範囲としては１／５０〜１／５００の範囲であることが好ましい。
【００５７】
［第５実施形態］
最後に、図１３を参照して本発明に係る別のコンプレッサ装置３００について説明する。この実施形態においては、上記第４実施形態と同様にモータ、減速機構及びロータリコンプレッサ１０を有する基本構成を備えている。この実施形態では、モータ４０の出力歯車としてウォーム歯車４１を用い、このウォーム歯車４１と歯車４２とを噛合させ、歯車４２を駆動軸１４に固定することによって、大きな減速比を得ている。ウォーム歯車４０とこれに噛合する歯車４２との組み合わせは、モータ４０からロータリコンプレッサ１０までの回転伝達経路内のいずれに設けられていても構わない。すなわち、ウォーム歯車とこれに噛合する歯車とから構成される減速輪列部分は、図示例のように単独で用いられていてもよいが、他の輪列機構その他の伝達機構内に組み込まれていても構わない。
【００５８】
通常、ウォーム歯車とこれに噛合する歯車によって達成可能な減速比は１：１０〜１：１００の範囲内となる。したがって、小型のコンプレッサ装置３００において、モータ４０の出力を大きく減速させるために必要な減速機構の小型化を図る上では、ウォーム歯車機構を用いることが好ましい。また、このウォーム歯車機構と、他の減速機構とを組み合わせてもよく、たとえば、上記第４実施形態の遊星歯車機構を併設しても構わない。
【００５９】
以上説明したように、この発明のロータリコンプレッサによれば、ローラの外周面とシリンダの内周面との間の密閉性を高めることができるため、駆動回転速度が低速でも媒体漏れを防止することができ、またこのロータリコンプレッサを用いることにより、よりコンパクトで軽量なコンプレッサ機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のロータリコンプレッサの概略縦断面図。
【図２】第１実施形態のロータリコンプレッサの概略横断面図。
【図３】第１実施形態のコンプレッサ端部の拡大部分断面図。
【図４】第１実施形態の異なるコンプレッサ端部の拡大部分断面図。
【図５】第１実施形態のベーン端部の拡大部分斜視図。
【図６】第２実施形態のロータリコンプレッサの概略縦断面図。
【図７】第２実施形態のロータリコンプレッサの概略横断面図。
【図８】第２実施形態のコンプレッサ端部の拡大部分断面図。
【図９】第２実施形態の異なるコンプレッサ端部の拡大部分断面図。
【図１０】第３実施形態のロータリコンプレッサの概略縦断面図。
【図１１】第３実施形態のロータリコンプレッサの概略横断面図。
【図１２】第４実施形態のコンプレッサ装置の模式図。
【図１３】第５実施形態のコンプレッサ装置の模式図。
【図１４】周知のロータリコンプレッサの概略縦断面図。
【図１５】周知のロータリコンプレッサの概略横断面図。
【符号の説明】
１０，１０′，１０″…ロータリコンプレッサ、１３…シリンダ、１３Ａ…周壁部、１３Ｂ，１３Ｃ…端板部、１４…駆動軸、１５…ロータ、１５Ａ…内側ロータ、１５Ｂ…外側ロータ、１７，１７Ｂ…弾性層、１７Ｃ…側面弾性層、１７ｓ，１７ｔ…端縁、１８…溝、１９…弾性部材（バネ）、２０…ベーン、２０Ａ…当接軸体、２１…吸入口、２２…吐出口、２５…側面突起部、２６…シール用弾性リング、２８…軸受、３０…ギアードモータ、３０Ａ，４０…モータ、３０Ｂ…減速機構、３１，３２，４２…歯車、４１…ウォーム歯車、２００，３００…コンプレッサ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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