(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギヤ対の駆動ロータ、及び被駆動ロータのうちの１つを形成するギヤであって、短歯と、遷移歯と、少なくともひとつの長歯とをそのピッチ円上に有し、上記長歯の断面が鷹嘴形状をしており、上記長歯のプロファイルは、凸部、先端部、凹部及び先導部が滑らかに連続してつながってなり、上記長歯の両側面にはそれぞれ遷移歯が備えられており、上記各遷移歯は上記長歯の反対側で短歯と隣り合っており、
前記凸部、及び先導部は、力を伝達し、かつ流体を密封するために用いられ、一方、前記先端部、及び凹部は、前記流体を動作チャンバ内に密封するために使用され、
前記駆動ロータ、及び被駆動ロータは、駆動力が、前記作動媒体が密封されている間、前記駆動ロータから前記被駆動ロータに直接、伝達されるよう相互の係合を維持し、
前記駆動ロータと前記被駆動ロータとが係合しているとき、前記被駆動ロータの長歯の先導部は、前記駆動ロータの長歯の凸部と係合し、前記駆動ロータの長歯の前記先導部は、前記被駆動ロータの長歯の凸部と係合し、前記駆動ロータの長歯の先端部は、前記被駆動ロータの長歯の凹部と係合し、
前記駆動ロータの凸遷移歯は、前記被駆動ロータの凹遷移歯と、相互に対して共役カーブを持って係合し、前記駆動ロータの前記凹遷移歯は、前記被駆動ロータの前記凸遷移歯と、相互に対して共役カーブを持って係合する、
ことを特徴とするギヤ。
【請求項２】
請求項１記載のギヤにおいて、前記長歯の凸部のプロファイルは、サイクロイド、線、および他の数本の線の包括曲線が滑らかに連続して繋がってなることを特徴とするギヤ。
【請求項３】
請求項１記載のギヤにおいて、前記長歯の凸部のプロファイルは、サイクロイド、線、円弧、および他の複数本の線の包括曲線が滑らかに連続して繋がってなることを特徴とするギヤ。
【請求項４】
請求項１記載のギヤにおいて、前記長歯の凸部のプロファイルは、インボリュート、線、円弧、および他の複数本の線の包括曲線が滑らかに連続して繋がってなることを特徴とするギヤ。
【請求項５】
請求項１記載のギヤにおいて、前記長歯の凸部のプロファイルは、放物線、線、円弧および他の複数本の線の包括曲線が滑らかに連続して繋がってなることを特徴とするギヤ。
【請求項６】
請求項１記載のギヤにおいて、前記長歯の凸部のプロファイルは、楕円の一部分、線、円弧、および他の複数本の線の包括曲線が滑らかに連続して繋がってなることを特徴とするギヤ。
【請求項７】
請求項１記載のギヤにおいて、前記長歯の凸部のプロファイルは、サイクロイド、線、円弧、および他のサイクロイドが滑らかに連続して繋がってなることを特徴とするギヤ。
【請求項８】
請求項１記載のギヤにおいて、前記長歯の凸部のプロファイルは、サイクロイド、線、円弧、および放物線が滑らかに連続して繋がってなることを特徴とするギヤ。
【請求項９】
請求項１記載のギヤにおいて、前記長歯の凸部のプロファイルは、サイクロイド、線、円弧、および楕円形の一部分が滑らかに連続して繋がってなることを特徴とするギヤ。
【請求項１０】
請求項１記載のギヤにおいて、駆動ロータの長歯の先端部のプロファイルは、円弧あるいは立方スプラインカーブであることを特徴とするギヤ。
【請求項１１】
請求項１記載のギヤにおいて、前記被駆動ロータの長歯の凹部のプロファイルは、駆動ロータ上の固定点との係合を維持する、異なる円弧の包括曲線あるいはサイクロイドである、ことを特徴とするギヤ。
【請求項１２】
請求項１記載のギヤにおいて、上記駆動ロータの長歯の先端部のプロファイルは、円弧であることを特徴とするギヤ。
【請求項１３】
流体を転送、圧縮、または伸張し、８の字型ハウジングと、上端カバーおよび下端カバーからなるケーシングとを含む流体機械において、一つの駆動ロータおよび一つの被駆動ロータとして動作する少なくとも一対の係合ギヤ式ロータが上記ケーシング内に収容され、少なくとも一つの気体吸入口または吸気口が上記ケーシング上に設けられ、少なくとも一つの気体排出口または排気口が上記カバー上に備えられており、上記駆動ロータおよび被駆動ロータはそれぞれピッチ円上に短歯、遷移歯、および少なくとも一つの長歯を備えており、上記長歯の断面は鷹嘴形状で、長歯のプロファイルは凸部、先端部、凹部、および先導部が連続的に滑らかに繋がっており、長歯の凸部はピッチ円の外側に突出しており、上記長歯の２つの側面はそれぞれ上記長歯の対向する側において短歯と隣接する遷移歯を備えており、
前記凸部、及び先導部は、力を伝達し、かつ流体を密封するために用いられ、一方、前記先端部、及び凹部は、前記流体を動作チャンバ内に密封するために使用され、
前記駆動ロータ、及び被駆動ロータは、駆動力が、前記作動媒体が密封されている間、前記駆動ロータから前記被駆動ロータに直接、伝達されるよう相互の係合を維持し、
前記駆動ロータと前記被駆動ロータとが係合しているとき、前記被駆動ロータの長歯の先導部は、前記駆動ロータの長歯の凸部と係合し、前記駆動ロータの長歯の先導部は、前記被駆動ロータの長歯の凸部と係合し、前記駆動ロータの長歯の先端部は、前記被駆動ロータの長歯の凹部と係合し、
前記駆動ロータの凸遷移歯は、前記被駆動ロータの凹遷移歯と、相互に対して共役カーブを持って係合し、前記駆動ロータの凹遷移歯は、前記被駆動ロータの凸遷移歯と、相互に対して共役カーブを持って係合する、
ことを特徴とする流体機械。
【請求項１４】
請求項１３記載の流体機械において、前記端部カバーは板状で、上記端部カバーの一つはリングの一部の形状をした気体排出口を備え、気体排出口は被駆動ロータが設けられている側に位置し、排気口の外円弧の半径は被駆動ロータの短歯の歯底円の半径よりわずかに短く、排気口の内円弧の半径は被駆動ロータの長歯の先導部から被駆動ロータのシャフトの軸までの最短距離に等しいことを特徴とする流体機械。
【請求項１５】
請求項１３記載の流体機械において、前記板状の上端カバー、及び下端カバーは板状で、リングの一部の形状をした排気口を備え、排気口は被駆動ロータが備えられている側に位置し、排気口の外円弧の半径は被駆動ロータの短歯の歯底円の半径よりわずかに短く、排気口の内円弧の半径は被駆動ロータの長歯の先導部から被駆動ロータのシャフトの軸までの最短距離に等しいことを特徴とする流体機械。
【請求項１６】
請求項１３記載の流体機械において、ケーシングの内面に対する閉鎖位置において、前記端部カバーは少なくとも一つのリングの一部の形状をした凹型摺動バルブ溝を備え、摺動バルブ溝の一端は排気口に連通しており、摺動バルブ溝の内円弧と外円弧の半径はそれぞれ排気口の内円弧と外円弧の半径に等しく、リングの一部の形状をした摺動バルブは摺動バルブ溝上に備えられており、摺動バルブの内円弧と外円弧の半径はそれぞれ排気口の内円弧と外円弧の半径に等しいことを特徴とする流体機械。
【請求項１７】
請求項１３記載の流体機械において、前記端部カバーは板形状で、前記端部カバーの一方はリングの一部の形状をした排気口を備え、吸気口は駆動ロータが設けられている側に位置し、吸気口の外円弧の半径はシリンダの内側半径よりわずかに短く、吸気口の内円弧の半径は駆動ロータの短歯の歯底円に等しいことを特徴とする流体機械。
【請求項１８】
請求項１３記載の流体機械において、前記上端カバーは吸気口を備え、吸気口の外円弧の半径は駆動ロータ側のシリンダの内側半径よりもわずかに短く、吸気口の内円弧の半径は駆動ロータの短歯の歯底円と等しく、ケーシングの内面を閉鎖する位置において、前記上端カバーはリングの一部の形状をした凹型摺動バルブ溝を備え、摺動バルブ溝の一端は吸気口に連通しており、摺動バルブ溝の内円弧と外円弧の半径はそれぞれ吸気口の内円弧と外円弧の半径に等しく、リングの一部の形状をした摺動バルブは摺動バルブ溝上に備えられており、摺動バルブの内円弧と外円弧の半径はそれぞれ吸気口の内円弧と外円弧の半径に等しいことを特徴とする流体機械。
【請求項１９】
請求項１３記載の流体機械において、前記上端カバーおよび下端カバーは吸気口を備え、前記上端カバーの吸気口の外円弧の半径は駆動ロータ側のシリンダの内側半径よりわずかに短く、吸気口の内円弧の半径は駆動ロータの短歯の歯底円と等しく、ケーシングの内面を閉鎖する位置において、前記上端カバーはリングの一部の形状をした凹型摺動バルブ溝を備え、摺動バルブ溝の一端は吸気口に連通しており、摺動バルブ溝の内円弧と外円弧の半径はそれぞれ吸気口の内円弧と外円弧の半径に等しく、リングの一部の形状をした摺動バルブは摺動バルブ溝上に備えられており、摺動バルブの内円弧と外円弧の半径はそれぞれ吸気口の内円弧と外円弧の半径に等しく、ケーシングの内面を閉鎖する位置において、前記下端カバーはいずれもリングの一部の形状をした吸気口と凹型摺動バルブ溝を備え、下端カバーの吸気口の内円弧と外円弧の半径はそれぞれ上端カバーの吸気口の内円弧と外円弧の半径に等しく、摺動バルブ溝の内円弧と外円弧の半径はそれぞれ吸気口の内円弧と外円弧の半径に等しく、下端カバーの吸気口の開始位置は上端カバーの吸気口の終了位置よりわずかに手前に位置し、リングの一部の形状をした摺動バルブは摺動バルブ溝上にまたがるように設けられていることを特徴とする流体機械。
【請求項２０】
請求項１３に記載の流体機械において、前記端部カバーはリングの一部の形状をした吸気口を備え、前記吸気口は駆動ロータが設けられている側に位置し、吸気口の外円弧の半径は駆動ロータの短歯の歯底円よりわずかに短く、吸気口の内円弧の半径は駆動ロータの長歯の先導部から駆動ロータのシャフトの軸までの最短距離に等しいことを特徴とする流体機械。
【請求項２１】
請求項１３に記載の流体機械において、上記８の字型ハウジングの側壁には吸気口が設けられ、吸気口の軸は８の字型ハウジングの２つのシリンダの変曲点を通るイメージングラインと一致するように配置されることを特徴とする流体機械。
【請求項２２】
請求項１３ないし２１のいずれかに記載の流体機械において、上記流体機械はギヤ式流体コンベヤであることを特徴とする流体機械。
【請求項２３】
請求項１３ないし２１のいずれかに記載の流体機械において、上記流体機械はギヤ式コンプレッサであることを特徴とする流体機械。
【請求項２４】
請求項１３ないし２１のいずれかの流体機械において、上記流体機械はギヤ式伸張機械であることを特徴とする流体機械。
【請求項２５】
流体を転送、圧縮または伸張し、三日月型のシムと、シリンダ筐体、上端カバー、および下端カバーからなるケーシングとを含む流体機械において、少なくとも一対の内部係合ギヤが上記ケーシング内に収容され、それぞれ一つの駆動ロータと一つの被駆動ロータとして動作し、上記端部カバーは気体または液体の吸入および排出のための貫通孔を備え、上記駆動ロータおよび被駆動ロータはそれぞれピッチ円上に短歯、遷移歯、及び少なくとも一つの長歯を備えており、上記長歯の断面は鷹嘴形状で、上記長歯のプロファイルは凸部、先端部、凹部、及び先導部が連続して滑らかに繋がっており、外部ギヤの長歯の凸部はピッチ円の外側に突出しており、内部ギヤの長歯の凸部はピッチ円の内側に突出しており、上記長歯の２つの側面はそれぞれ上記長歯の対向する側において短歯に隣接する遷移歯を備え、
前記凸部、及び先導部は力を伝達し、かつ流体を密封するために用いられ、一方、前記先端部、及び凹部は、前記流体を動作チャンバ内に密封するために使用され、
前記駆動ロータ、及び被駆動ロータは、駆動力が、前記作動媒体が密封されている間、前記駆動ロータから前記被駆動ロータに直接、伝達されるよう相互の係合を維持し、
前記駆動ロータと前記被駆動ロータとが係合しているとき、前記被駆動ロータの長歯の先導部は、前記駆動ロータの長歯の凸部と係合し、前記駆動ロータの長歯の先導部は、前記被駆動ロータの長歯の凸部と係合し、前記駆動ロータの長歯の先端部は、前記被駆動ロータの長歯の凹部と係合し、
前記駆動ロータの凸遷移歯は、前記被駆動ロータの凹遷移歯と、相互に対して共役カーブを持って係合し、前記駆動ロータの凹遷移歯は、前記被駆動ロータの凸遷移歯と、相互に対して共役カーブを持って係合する、
ことを特徴とする流体機械。
【請求項２６】
請求項２５記載の流体機械において、前記端部カバーは板状で、一つまたは二つの端部カバーはリングの形状をした排気口を備え、排気口は前記端部カバー上に配列され、かつ、前記内部ギヤの短歯の歯底円と前記長歯の歯底円の間に位置している、
ことを特徴とする流体機械。
【請求項２７】
請求項２５記載の流体機械において、前記端部カバーは板状で、前記端部カバーの一つは吸気口を備え、前記吸気口は駆動ロータの短歯の歯先円、被駆動ロータの短歯の歯先円、及び三日月型のシムの先端部を通る線によって定義されることを特徴とする流体機械。
【請求項２８】
請求項２５ないし２７のいずれかに記載の流体機械において、上記流体機械はギヤ式流体コンベヤであることを特徴とする流体機械。
【請求項２９】
請求項２５ないし２７のいずれかに記載の流体機械において、上記流体機械はギヤ式コンプレッサであることを特徴とする流体機械。
【請求項３０】
請求項２５ないし２７のいずれかに記載の流体機械において、上記流体機械はギヤ式伸張機械であることを特徴とする流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、ギヤに関し、特に、少なくともひとつの長歯と、短歯と遷移歯を持つギヤに関するものである。
【０００２】
さらに、本発明は流体機械に関し、特に、流体または気体状流体を搬送、圧縮または伸張し、本発明による係合ギヤ対をもつ流体機械に関する。
【０００３】
（先行技術の背景）
従来の技術では、ギヤは駆動力伝導装置として汎用されているだけでなく、他の多くの分野においても利用が可能である。例えば、一対のギヤ式ロータを液体状流体を運ぶためのギヤポンプとして使うことができる。しかしながら、ギヤポンプのロータで流体を移送するのに使われる有効な領域は比較的小さいので、ポンプ効率は低く保たれている。米国特許NO.3,574,491に液体状流体を搬送し気体状流体を圧縮または伸張し、ハウジングとそのハウジングに組み込まれた２つの係合ギヤ式ロータからなるギヤ式ロータ機が開示されている。各ギヤは２セットの短歯を有し、少なくともひとつの長歯を間にして交互に並んでいる。ふたつの係合ギヤ式ロータは長歯を有し、ギヤポンプのロータで流体を移送するのに利用される有効領域は大幅に増えた。だが残念なことに、２つのローターの長歯が８の字型のハウジングの変曲点に近づくと、長歯のプロファイルが完全に設計されていない為、２つの長歯の間での密封効果が保てなく、流体の逆流量がかなりにのぼる為、流体の伝導の効率が低レベルとなり、気体を圧縮したり伸張する機能をほとんどはたさない。実際、２つのロータは互いにかみあったままであるが、それらは実際には互いに金属接触していない。 ロータのシャフトを駆動するにはギヤを運送するさらなるトルクが外部に発散されなくてははならないので、ロータ機のサイズは大きくならざるを得ない。
【０００４】
米国特許NO.5,682,793に係合ロータが開示されている。これを気体を圧縮するために使うと、ロータ１の歯溝３にある気体が圧縮されず、吸気口から排気口に移動するだけである。溝が圧縮チャンバまたは排気口に通じると、気体は一定の体積で圧縮され、電力消費量が増え、ノイズが発生する。気体を圧縮するために使われると、係合ロータは部分的に内蔵された圧縮工程をもつロータコンプレッサとなる。どのロータも長歯と長歯溝で形成されているなら、長歯が８の字型ハウジングの変曲点に近づくと、完全な密封効果は実現できないので、流体が逆流したり外部にもれることがある。このように、この特許における係合ギヤをコンプレッサ用に使用するのは不適当である。
【０００５】
一方、従来の技術によるロータリコンプレッサでは、ロータコンプレッサ、摺動板コンプレッサ、回転翼コンプレッサすべてに摺動板、ばね、バルブなどが備わっており、それらの摺動板、ばね、バルブは破損しやすい。ねじロッドコンプレッサーやスクロールコンプレッサの構造は簡単だがカーブ表面の形は複雑である。そのため製造および検査が難しい。具体的にはこのコンプレッサが小型化された場合、上記の短所がより大きくなる。単歯ロータコンプレッサでは、２つのロータは実際には互いに金属接触しておらず、隙間が２つのロータの該当係合部分にできる。このようなコンプレッサでは、２つのロータの間にある相当の漏出量を防ぐことができず、圧縮率を十分大きくすることは難しい。実際、単段コンプレッサはエアブロワとしてしか使用できない。ロータはプロファイルに互いに力を転移しあえないため、ひとつのロータの他の一方のロータに対する角度位置や回転は、上記ロータのひとつと同期して回転可能な別個のギヤによって制御される。同期ギヤを組み込むとコンプレッサの構造を複雑にし、体積を大きくする。
【０００６】
（発明の目的）
本発明の目的は流体をより効率的に移送するため、流体圧縮機または流体伸張機を構成するギヤを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は歯のサイズはそれぞれに異なっているがロータとして使われると、内部の力が完全に消失されるギヤを提供することである。
【０００８】
さらに、本発明の目的はロータとしてのふたつの係合ギヤの間の漏出量を減らす係合ギヤ対を提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は完全なる内蔵圧縮工程を有するコンプレッサまたは伸張機を提供することであり、そのためその圧縮率が明確に上がり、その結果、単段落コンプレッサが、圧力の過不足を招くことなく、圧縮気体を生じるコンプレッサとして及び冷蔵庫用コンプレッサとしても使えるようになることである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は完璧な密封効果を有する流体機械を提供することである。
【００１１】
（技術的解決法）
本発明によると、係合ギヤ対は互いに係合する少なくとも２つのギヤ式ロータとして形成され、そのため駆動力が伝達される。駆動ギヤと非駆動ギヤはそれぞれ短歯と転移歯と少なくともひとつの長歯をピッチ円上に有している。長歯の断面は鷹嘴形状をしており、長歯のプロファイルは長歯の凸部、長歯の先端部、長歯の凹部及び長歯の先導部によって順々に滑らかに接続される。遷移歯は長歯の２側面のそれぞれに備わっている。各遷移歯は隣り合う関係で遷移歯の一側面に長歯を有し、遷移歯の他方の側面に短歯を有している。
【００１２】
本発明によると、少なくとも一対の内部係合ギヤが、互いに係合しあう２つのギヤ式ロータとして形成されている。２つのロータのうちのひとつは内部ギヤであり、他方は外部ギヤである。その２つのロータはそれぞれ短歯と遷移歯と少なくともひとつの長歯をピッチ円上に有している。駆動ロータのシャフトと非駆動モータのシャフトは互いに平行となるように配列されている。駆動ロータと非駆動ロータの中心から中心への距離はふたつのロータのピッチ円の半径差と等しい。長歯の断面は鷹嘴形状であり、長歯のプロファイルは長歯の凸部、長歯の先端部、長歯の凹部及び長歯の先導部から構成されている。長歯の４つの部分は滑らかに順に互いに接続されており、長歯のプロファイルを形成している。内部ギヤの長歯の凸部は内部ギヤのピッチ円の内部に突き出ており、一方長歯の先導部はピッチ円の外部にくぼんでいる。外部ギヤの凸部は外部ギヤのピッチ円の外部に突出ており、一方外部ギヤの先導部はピッチ円の内部にくぼんでいる。二つの遷移歯はそれぞれ長歯と長歯の間の長歯の２側面に備わっている。各遷移歯は隣り合った関係で遷移歯の一方の側に長歯を遷移歯のもう一方の側に短歯を有している。
【００１３】
本発明の他の局面によると、外部係合ギヤ式コンプレッサは８の字型ハウジング、上端カバー、下端カバーからなるケーシングを有している。少なくとも一対の係合ギヤ式ロータがケーシングに収められ、各対の係合ギヤ式ロータはひとつの駆動ロータとひとつの非駆動ロータを含む。気体吸気口はケーシングに備わり、少なくともひとつの気体排気口が端部カバーに備わっている。駆動ロータと非駆動ロータはそれぞれ短歯、遷移歯及び少なくともひとつの長歯をピッチ円上に有している。長歯の断面は鷹嘴形状をしており、長歯のプロファイルは凸部、先端部、凹部及び先導部によって構成されている。４つの部分は滑らかに順につながっており、長歯のプロファイルを形成している。長歯の２側面はともに隣接した状態で短歯に順に隣接している遷移歯を有している。基本容量はロータの長歯、係合点、ハウジングの壁面、上端カバー及び下端カバーによって閉鎖される。ギヤ式コンプレッサが作動すると、基本容量は定期的に変化する。基本容量が増えると基本容量は気体吸気口に通じ、一方基本容量が減少すると、基本容量は気体排気口に通じ、吸入、圧縮及び排気の完全な作業工程を達成する。
【００１４】
本発明の他局面によると、内部係合ギヤ式コンプレッサはシリンダ、上端カバー及び下端カバーからなるケーシングを有する。三日月型のシムがケーシングに組み込まれている。シムは駆動ロータと非駆動ロータの回転空間の余剰部分におかれる。ひとつの駆動ロータとひとつの非駆動ロータを含む少なくとも一対の内部係合ギヤはケーシング内に備えられている。気体吸気口及び気体排気口は端部カバーに備わっている。駆動ロータと非駆動ロータはそれぞれ短歯、遷移歯及び少なくともひとつの長歯をピッチ円上に有している。長歯の断面は鷹嘴形状をしており、長歯のプロファイルは凸部、先端部、凹部及び先導部によって構成されている。長歯の４つの部分は滑らに順に接続されており、長歯のプロファイルを形成している。外部ギヤの凸部は外部ギヤのピッチ円外部に突き出ている、一方先導部はそのピッチ円の内部にはいりこんでいる。内部ギヤの凸部は内部ギヤのピッチ円の外部に突き出ており、一方内部ギヤの先導部はピッチ円の外部にはいりこんでいる。長歯の２側面には順に短歯に隣り合っている遷移歯がともに備わっている。基本容積は二つのロータの長歯、係合点、上端カバー、下端カバー及びシムによって閉鎖される。ギヤ式コンプレッサが作動すると、基本容積は定期的に変化する。基本容積が増えると基本容積は気体吸気口につながり、一方、基本容積が減ると、圧縮が始まり、そして基本容積は気体排気口につながり、吸入、圧縮及び排気の完全な作業工程を達成する。
【００１５】
（本発明の利点）
１．二つのロータは互いに係合を保ち、その結果駆動力は直接駆動ロータから非駆動ロータに伝わり、一方作動媒体は完全に密封される。このように、コンプレッサは構造が簡素化され、コンプレッサの構成要素が小型化される。
【００１６】
２．２つのロータには短歯、遷移歯及び長歯が備わっている。長歯は短歯より何倍も高く、ロータとそれを囲むハウジング間の空間が大きくなり、その結果、さらに、ギヤポンプのロータで流体を移動するのに使われる有効領域がロータの一回転作業工程中により多くの作業媒体を移動、圧縮及び伸張するのに使用できる。ギヤポンプのロータで流体を移動するのに使われる有効領域が増えるにつれてギヤポンプの作業効率も改善される。
【００１７】
３．外部係合ギヤ式コンプレッサについては、２つのロータの長歯の先端部が気体吸気口のエッジを通過すると、基本容量は２つのロータの長歯、係合点、８の字型ハウジングの壁面、上端カバー及び下端カバーにより閉鎖される。コンプレッサでは作業媒体が高圧となるように圧縮される。ふたつのロータの長歯の先端部とハウジング間の隙間は作業媒体を密封するのに使用される。駆動ロータの長歯の先端部が８の字型ハウジングの変曲点に達すると、非駆動ロータの長歯の先端部も８の字型ハウジングの変曲点に達する。ふたつのロータの長歯の先端部がいったん８の字型ハウジングの壁面と非係合となり始めると、駆動ロータの長歯の先端部は非駆動ロータの長歯の凹部のスタート点と係合を始める。この時、駆動ロータの長歯の先端部は非駆動ロータの長歯の凹部分に係合し、その結果作動媒体は密封が保たれる。２つのロータの長歯がハウジングの変曲点と非係合であるときは、２つのロータ間の係合点に隙間が生じないので、作動媒体の漏出が防げ、その結果密封効果は完全な作動工程の間保たれる。しかしながら、従来の長歯プロファイルを持つロータが使用されると、ひとつのギヤの長歯が他のギヤの長歯の間隔で係合するので長歯が８の字型ハウジングの変曲点を離れると高圧チャンバと低圧チャンバの間に隙間ができ、かなりの量の作動媒体の逆流がおこる。
【００１８】
４．内部係合ギヤ式コンプレッサについては、駆動ロータまたは外部ギヤの長歯の先端部が三日月型のシムの下部先端を通過するとき、基本容量はふたつのロータの長歯、ふたつのロータの係合点、三日月型のシム、上端カバーおよび下端カバーによって閉鎖される。作動媒体は二つのロータの長歯と三日月型のシムの間にある隙間によって密封される。駆動および非駆動ロータの長歯の先端部が三日月型のシムの上部先端にいったん達すると、同時に２つのロータの長歯の先端部が三日月型のシムの上部先端と非係合になり始める。同時に駆動ロータの長歯の先端部が非駆動ロータの長歯の先導部のスタート点に係合し、その結果、基本容量は２つのロータの間の係合点、駆動ロータの長歯の先端部と非駆動ロータの長歯の凹部の間の係合点、および上端カバー、下端カバーによって閉鎖される。このように二つのロータの長歯が三日月型のシムの上部先端を通るとき二つの長歯の間の隙間が生じる、その結果完全な密封効果が圧縮と排気の完全な作動工程の間保たれる。
【００１９】
５．ふたつのロータは実際に互いに金属係合しているので、二つのロータの間で流体の漏れを最小限にできる。さらにオイル注入技術が使われるので、長歯の先端部とハウジングの間の隙間および他の漏出経路からの流体の漏出は大幅に削減でき、その結果容積測定効率が高くなり圧縮率も高くなる。
【００２０】
６．封鎖された基本容量中の作動媒体はすべて気体排気口から排出されるので、吸入段階での封鎖容量および・または排出段階での閉鎖容量がコンプレッサの中で保たれ、その結果体積測定効率が改善される。
【００２１】
７．ロータが２つ以上の長歯を有する時、長歯はロータのシャフトに対して同期して配列されるので、内部の力が完全に解除される。ロータにひとつしか長歯が備わっていない場合はロータの内部の力も均衡力によって完全に解除される。結果として、コンプレッサはいつも最小限の振動とノイズだけをもつ。
【００２２】
８．従来の技術では、コンプレッサを構成する間紙、ばね及びバルブが常に
力の影響を受け、定期的に変化し、疲弊による破損が起こりやすい。しかしながら、本発明では、間紙、ばね、バルブといった破損しやすい構成要素を配列していなので、コンプレッサは壊れやすい構成部品の破損のために作動を停止することはほとんどない。このように、本発明によるコンプレッサは信頼性の高いものである。
【００２３】
９．種々の作動条件および種々の容量要求が摺動バルブを調整することで容易に満たされ、エネルギー削減に役立つ。
【００２４】
１０．ロータにはロータの側面に垂直な歯を供えるよう設計されてもよく、そのためロータの製造がより容易になる。
【００２５】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明に係るロータは、駆動ロータ２１４及び被駆動ロータ２２４を含む。駆動ロータ２１４のシャフト２１１と被駆動ロータ２２４のシャフト２１は互いに平行になるように配置される。駆動ロータ２１４の中心から被駆動ロータ２２４の中心までの距離は、これら２つのロータのピッチ円の半径の和に等しい。駆動ロータ２１４は、短歯２１０、凸型遷移歯２１７、凹型遷移歯２８、及び長歯２７からなる。駆動及び被駆動ロータ２１４、２２４の長歯２７、２１９の断面はそれぞれ鷹嘴形状である。駆動ロータ２１４の長歯２１７のプロファイルは、凸部２６、先端部２２、凹部２９、及び先導部２１６を含む。これら４つの部分２６、２２、２９、２１６は滑らかに連続接続され、それにより長歯２７のプロファイルが形成される。同様に、被駆動ロータ２２４の長歯２１９のプロファイルは、凸部２１８、先端部２１５、凹部２２１、及び先導部２３が順次滑らかに繋がってなる。凸部２６、２１８は、ピッチ円から長歯の先端部までのエッジカーブである。先端部２２及び２１５は、長歯の先端部から先導部に伸びるカーブのごくわずかな部分である、長歯のエッジである。凹部２９、２２１は、長歯の先端部２２、２１５から底部に伸び、長歯の凸部に向けて凹であるカーブである。先導部２１６、２３は、それぞれ、長歯の底部からピッチ円２１２、２２２まで伸びるカーブである。上記凸部、先端部、凹部、及び先導部は、いくつかのサイクロイド、円弧、インボリュート及び／またはそれらの包絡曲線により滑らかに繋がってなる。駆動ロータ２１４及び被駆動ロータ２２４の凸部２６、２１８は、ピッチ円２１２、２２２の外部に突出している。駆動ロータ２１４の長歯２７の２つの側部は、短歯２１０と順に隣接する遷移歯２１７、２８をそれぞれ備えている。被駆動ロータ２２４の長歯２１９の２つの側部は、短歯２２５と順に隣接する遷移歯２４、２２０をそれぞれ備えている。駆動ロータ２１４が時計方向に回転する時、駆動ロータの長歯２７が被駆動ロータの長歯２１９と係合している間は、その係合点が駆動ロータ２１４の長歯の凸部２６から被駆動ロータの長歯の凹部２１６に変わるまでに、駆動ロータの長歯の先端部２２は非係合状態に入り始め、それにより、この係合点変化工程の間に、合理的なコンタクト比（多数係合点解）が用いられ、円滑かつ一定のロータの回転が得られる。遷移歯は、凸型遷移歯２１７、２４及び凹型遷移歯２８，２２０よりなる。駆動ロータ２１４の凸型遷移歯２１７は、長歯の凹部２１６の終端点に接続されている。凹型遷移歯２８は、長歯の凸部２６の開始点に接続されている。被駆動ロータ２２４の凸型遷移部２４は長歯の凹部２３の終端点に接続されている。凹型遷移歯２２０は長歯の凸部２１８の開始点に接続されている。駆動ロータ２１４の凸型遷移歯２１７及び被駆動ロータの凹型遷移歯２２０は、お互いに共役曲線を持ち、お互いに係合できるようになっている。駆動ロータの凹型遷移歯２８及び被駆動ロータ凸型遷移歯２４は、お互いに共役曲線を持ち、お互いに係合できるようになっている。短歯は、従来例で述べたものと同じである。
【００２６】
動作において、駆動ロータ２１４は時計方向に回転し、それにより被駆動ロータ２２４は反時計方向に回転する。この場合、駆動ロータ２１４の凹型遷移歯２８が被駆動ロータ２２４の凸型遷移歯２４と係合する。そして、駆動ロータ２１４の凸部２６が被駆動ロータ２２４の先導部２３と係合する。その後、駆動ロータ２１４の先導部２１６が被駆動ロータ２２４の凸部２１８と係合する。そして、駆動ロータ２１４の凸型遷移歯２１７が被駆動ロータ２２４の凹型遷移歯２２０と係合する。その後、一方のロータの通常の短歯が、他方のロータの通常の短歯と係合し始める。この工程において、完璧な密封効果が得られ、それにより、効果的な駆動が実現される。一方、被駆動ロータ２２４が時計方向に回転し、それにより駆動ロータ２１４が反時計方向に回転した場合でも、完璧な密封効果とそれによる効果的な駆動が実現される。
【００２７】
図２は、駆動ロータ２１４の歯のプロファイルの一実施例を示す。
【００２８】
駆動ロータ２１４の凸部２６、すなわち、カーブＡ1Ｆ1は、サイクロイド、線、円弧、及び複数線の包括曲線が滑らかに繋がってなり、Ｅ1Ｆ1の部分がサイクロイド、Ｄ1Ｅ1が線、Ｃ1Ｄ1が円弧、Ａ1Ｃ1が複数線の包括曲線である。先端部２２、すなわち、曲線Ａ1Ｂ1は、立方体のスプラインカーブあるいは円弧である。凹部２９、すなわち、曲線Ｂ1Ｌ1は、サイクロイドあるいは複数円弧の包括曲線であり、このサイクロイドは、駆動ロータ上の固定点との係合を維持するものである。先導部２１６、すなわちカーブＬ1Ｑ1は、３つのカーブが滑らかに繋がってなり、Ｌ1Ｍ1の部分が線、Ｍ1Ｐ1が複数線の包括曲線、Ｐ1Ｑ1はサイクロイドである。凹型遷移歯２８のプロファイルにおいて、カーブＦ1Ｇ1はサイクロイド、Ｇ1Ｈ1は歯底円の一部、Ｈ1Ｉ1はインボリュートである。突出遷移歯２１７のプロファイルにおいて、カーブＲ1Ｑ1はサイクロイド、Ｒ1Ｓ1は歯先円の一部、Ｓ1Ｔ1はインボリュートである。短歯は通常のインボリュート歯である。
【００２９】
図３に被駆動ロータ２２４の歯のプロファイルの一実施例を示す。
【００３０】
被駆動ロータ２２４の凸部２１８、すなわちカーブＱ2Ｌ2は、サイクロイド、線、および数本の線の包括曲線が滑らかに繋がってなり、Ｑ2Ｐ2の部分がサイクロイド、Ｐ2Ｍ2が線、Ｌ2Ｍ2が数本の線の包括曲線である。先端部２１５、すなわちカーブＬ2Ｋ2は、円弧のごく一部である。凹部２２１、すなわちカーブＡ2Ｋ2は、駆動ロータ上の固定点と係合し続ける、あるいは複数円弧の包括曲線であるサイクロイドである。先導部２３、すなわちカーブＡ2Ｆ2は、４つの部分が滑らかに繋がってなり、Ａ2Ｃ2の部分が線、Ｃ2Ｄ2が円弧、Ｄ2Ｅ2が複数線の包括曲線、Ｅ2Ｆ2がサイクロイドである。凹型遷移部２２０のプロファイルについては、Ｒ2Ｑ2の部分がサイクロイド、Ｒ2Ｓ2が歯底円の一部、Ｓ2Ｔ2がインボリュートである。凸型遷移歯２４のプロファイルについては、Ｆ2Ｇ2の部分がサイクロイド、Ｇ2Ｈ2が歯先円の一部、Ｈ2Ｉ2がインボリュートである。短歯は通常のインボリュート歯である。
【００３１】
図２において、駆動ロータ２１４の凸部２６、すなわちＡ1Ｆ1の部分には、以下に示す種々の変更を加えてもよい。円弧Ｃ1Ｄ1を省略し、線Ｄ1Ｅ1を数本の線の包括曲線Ａ1Ｃ1及びサイクロイドＥ1Ｆ1の両方と接するようにしてもよく、これにより、連続的に繋がったサイクロイド、線、及び数本の線の包括曲線からなる別のタイプの凸部が形成される。サイクロイドＥ1Ｆ1をインボリュートに置き換えてもよく、この場合、凸部は、インボリュート、線、円弧、及び数本の線の包括曲線が滑らかに連続して繋がってなる。また、サイクロイドＥ1Ｆ1を放物線に置き換えてもよく、この場合は、長歯の凸部は、放物線、線、円弧、及び数本の線の包括曲線が滑らかに連続して繋がってなる。さらに、サイクロイドＥ1Ｆ1は楕円の一部と置き換えてもよく、この場合は、長歯の凸部は、楕円の一部、線、円弧、及び数本の線の包括曲線が滑らかに連続して繋がってなる。また、数本の線の包括曲線Ａ1Ｃ1はサイクロイドと置き換えてもよく、この場合は、長歯の凸部は、サイクロイド、線、円弧、及びサイクロイドが滑らかに連続して繋がってなる。さらに、数本の線の包括曲線Ａ1Ｃ1は放物線と置き換えてもよく、この場合は、長歯の凸部は、サイクロイド、線、円弧、及び放物線が滑らかに連続して繋がってなる。また、数本の線の包括曲線Ａ1Ｃ1は楕円の一部と置き換えてもよく、この場合は、長歯の凸部は、サイクロイド、線、円弧、及び楕円の一部が滑らかに連続して繋がってなる。あるいは、数本の線の包括曲線Ａ1Ｃ1を円弧と置き換えて円弧Ｃ1Ｄ1を省略してもよく、この場合は、長歯の凸部は、サイクロイド、線、及び円弧が滑らかに連続して繋がってなる。このようにして、数種類の凸部のプロファイルが得られる。非駆動ロータの凸部２１８のプロファイルも、上述の駆動ロータの凸部２６のプロファイルと同様に変更を加えることができる。
【００３２】
１対の内部係合ギヤの連動区間は、８の字型ハウジングの中心部に配置され、すなわち、１対のシリンダがお互いの内側に侵入した外観となっている。ハウジングの両端は、上端カバーと下端カバーをそれぞれ備える。ハウジングの上端、下端カバーあるいは側壁には、気体（空気）あるいは液体を吸入、排出するための貫通孔が設けられており、これにより完全なギヤ式機構が形成される。気体の圧縮、膨張、及び流体あるいはコロイドの転送は、ロータの長歯により密閉されたチャンバ、係合点、及び気体（空気）あるいは液体の吸入、排出のための貫通孔を備えたハウジングの側壁を手段として行われる。
【００３３】
本発明のコンプレッサの好ましい実施例について、図４から図７を参照して説明する。
【００３４】
本発明に係るコンプレッサは、主に、互いに係合したギヤ型ロータ２１４、２２４、８の字型ハウジング２１３、及び上端、下端カバーからなる。駆動ロータ２１４のシャフト２１１及び被駆動ロータ２２４のシャフト２１は、互いに平行に配置される。これら２つのシャフトの軸は、８の字型ハウジングの２つのシリンダの中央にそれぞれ配置される。駆動ロータ２１４の中心から被駆動ロータ２２４の中心までの距離は、これら２つのロータのピッチ円２１２、２２２の半径の和に等しい。駆動ロータ及び被駆動ロータは、そのピッチ円２１２、２２２上に、短歯２１２，２２２、凸型遷移歯２７、２１９、凹型遷移歯２８、２２０、及び長歯２７，２１９をそれぞれ備えている。駆動及び被駆動ロータの長歯のプロファイルは、それぞれ、凸部２６、２１８、先端部２２、２１５、凹部２９、２２１、及び先導部２１６，２３が滑らかに連続して繋がってなる。凸部２６，２１８は、それぞれ、ピッチ円から長歯の凸部の先端部に突出したカーブである。先端部２２，２１５は、それぞれ、先端から長歯の先導部へと伸びるカーブのわずかな部分である。凹部２９，２２１は、それぞれ、長歯の凸部に対して凹であり、長歯の先端部２２，２１５から底部へと伸びたカーブである。先導部２１６，２３は、それぞれ、ピッチ円２１２，２２２の底部から伸びたカーブである。上記凸部、先端部、凹部、及び先導部は、いくつかのサイクロイド、線、円弧、インボリュート、及びそれらの包括曲線が滑らかに繋がってなる。凸部２６，２１８は、ピッチ円２１２，２２２の外側に突出している。駆動、非駆動ロータの長歯２７，２１９の２つの側面は、それぞれ、凸型遷移歯２１７，２４及び凹型遷移歯２８，２２０を備えており、これら遷移歯はそれぞれ短歯２１０，２２５と接している。上端、下端カバーは板状に形成されており、それぞれハウジング２１３の両端上に配置されている。気体排出孔、すなわち排気（空気)口２２３は、リングの一部分の形状を有し、被駆動ロータ２２４の１つあるいは２つの端部カバー上に配置されている。より詳細には、排気口の外円弧の半径は、被駆動ロータの短歯の歯底円の半径よりわずかに短かく、排気口の内円弧の半径は、被駆動ロータの長歯の凹部からその軸までの最短距離より長いか、あるいは等しい。排気口２１３の開始位置はあらかじめ決められた圧力により設定される。排気口の終了位置は、その中心が駆動ロータの軸であり、その半径が駆動ロータの長歯の軸から先端部までの距離であるところの円弧である。吸気口２５はハウジングの側壁上に配置されている。吸気口２５の軸は８の字型ハウジング２１３の２つのシリンダの２つの変曲点に係るイメージングライン上にある。駆動ロータ１４は時計方向に回転する。駆動ロータ２１４の長歯の先端部が吸気口２５の領域に入った時、ハウジングの側壁及び上端、下端カバーにより密封されている動作チャンバ２２６は、２つのロータの長歯２７，２１９と２つのロータの係合点により、２つの閉鎖された基本容量に分割される。これら２つの基本容量のうちの１つは、徐々に大きくなり、吸気口２５と通じ、それにより吸入工程が始まる。もう一方の基本容量は、徐々に小さくなり、排気口２２３と通じ、それに��り圧縮及び排気工程が始まる。駆動ロータ２１４の回転につれて、各基本容量は全動作工程、すなわち吸入、圧縮、排気工程を終了する。１つの基本容量が全動作工程、すなわち吸入、圧縮、排気工程を終了した時、ロータは角度４πだけ回転する必要がある。ロータが角度２π回転するごとに、吸入と排気の一工程が行われる。動作中は、閉鎖された吸入容量も閉鎖された排気容量も形成されず、効率的な吸入が保たれる。
【００３５】
図５は、ギヤ式コンプレッサの全体構造を示す概略図であり、図において、上端カバーの吸気口及び排気口は滑動バルブ調整手段を備え、ハウジングは液体噴出口を備える。
【００３６】
図６は、ギヤ式コンプレッサの全体構造を示す概略図であり、図において、下端カバーが吸気口、排気口、及び滑動バルブ調整手段を備え、ハウジングは液体噴出口を備える。
【００３７】
ギヤ式コンプレッサは完全内蔵圧縮機械なので、ひとたび吸気口２３１を設計すると、排気圧は排気口２２３の開始および終了位置によってのみ決定される。排気圧を動作条件により変更する必要がある場合、摺動バルブ２２９は、排気口の開始および終了位置を調整し、従って内蔵圧縮機の最終圧力を調整するように動作させることができ、過圧縮を防ぎ、エネルギー消費を減少させることができる。ギヤ式コンプレッサは様々な動作条件下で広く用いることができ、常にエネルギーを節約することができる。リングの一部の形状をした凹型摺動バルブ溝２３０は、ギヤ式コンプレッサの上端カバー上の、ハウジングの内面近くに設けられている。摺動バルブ溝２３０の一端は、排気口２２３と連通している。摺動バルブ溝２３０の内円弧および外円弧の半径は、それぞれ排気口２２３の内円弧および外円弧の半径と等しい。摺動バルブ溝２３０は、リングの一部の形状をした摺動バルブ２２９を備えている。摺動バルブ２２９の内円弧および外円弧の半径は、それぞれ排気口２２３の内円弧および外円弧の半径と等しい。二側面排気法を採用すれば、気体排出領域を２倍にすることができるとともに、気体排出抵抗による損失を減らすことができる。この場合、摺動バルブは、様々な動作条件に適するように２つの端部カバー上に設けることができる。リングの一部の形状をした凹型摺動バルブ溝２３０、２３７は、それぞれ上および下端カバー上の、ハウジングの内面近くに設けられている。摺動バルブ溝２３０、２３７の一端は、それぞれ排気口２２３、２３５と連通している。摺動バルブ溝２３０、２３７の内円弧および外円弧の半径は、それぞれ排気口２２３、２３５の内円弧および外円弧の半径と等しい。摺動バルブ２３０、２３７には、それぞれリングの一部の形状をした摺動バルブ２２９、２３６が備えられている。摺動バルブ２２９、２３６の内円弧および外円弧の半径は、それぞれ排気口２２３、２３５の内円弧および外円弧の半径と等しい。排気圧を上げる必要があれば、摺動バルブ２２９、２３６を摺動バルブみぞ２３０、２３７に沿って反時計方向に回転させることができ、排気口２２３、２３５の領域がますます小さくなり、よって内蔵圧縮の最終圧力が上昇する。一方、摺動バルブ２２９、２３６を時計回り方向に回転させると、内蔵圧縮の最終圧力は減少することになる。吸気口、すなわち気体吸入口は、様々な実施例で配置することができる。ある実施例では、吸気口２５はハウジング２１３の側壁に設けられる。この実施例では、吸気口２５の軸は、８の字型ハウジング２１３の二つの変曲点間のイメージングラインと一致するように位置決めされる。多くの場合、気体転送量は調整可能であることが必要で、すなわち可変量の調整が必要とされる。特に、可変量の調整ができることは、自動車用エアコンのコンプレッサにとって非常に重要である。吸気口に摺動バルブを設置することによって、ギヤ式コンプレッサは、ほとんど電力損失のない可変量調整を適宜実現させることができ、さらに連続的調整も実現することができる。この場合、吸気口２３１は、いわゆる上端カバーである端部カバーに設けられる。吸気口２３１の半径方向内側円弧の半径は、駆動ロータの短歯の歯底円に等しいか、あるいはこれより若干小さい。吸気口２３１の半径方向外側円弧の半径は、駆動ロータ２１４側にあるシリンダの一端の内側半径より若干小さい。リングの一部の形状をした凹型摺動バルブ溝２３３は、上端カバー上の、ハウジングの内面近くに設けられている。摺動バルブ溝２３３の一端は、吸気口２３１と連通している。摺動バルブ溝２３３の内円弧および外円弧の半径は、それぞれ吸気口２３１の内円弧および外円弧の半径と等しい。リングの一部の形状をした摺動バルブ２３２は、摺動バルブ溝上に備えられている。摺動バルブ２３２の内円弧および外円弧の半径は、それぞれ吸気口２３１の内円弧および外円弧の半径と等しい。気体転送量を減少させる必要がある場合、吸気口の摺動バルブ２３２は、吸気口２３１の領域をますます大きくするように時計回りに回転させることができ、よって２つの長歯２７、２１９の先端部が８の字型ハウジングの変曲点を通過する時に生じる基本容量の圧縮および排気は、なお吸気口２３１と連通している。その結果、基本容量の圧縮および排気に入った動作媒体は、部分的に吸気口２３１から逆流し、一動作サイクルで圧縮される動作媒体は減少し、よって可変量調整が実現できる。上および下端カバーがいずれも摺動バルブ調整手段を備えていれば、容量調整の範囲が広くなる。ある実施例では、上端カバーの調整手段は変わらないが、リングの一部の形状をした吸気口２３８とリングの一部の形状をした摺動バルブ溝２４０が下端カバーに設けられている。吸気口２３８の内円弧および外円弧の半径は、上端カバーの吸気口の内円弧および外円弧の半径と等しい。下端カバーの吸気口の開始位置２４１は、上端カバーの吸気口の終了位置２３４の若干手前に位置している。摺動バルブ溝２４０は、リングの一部の形状をした摺動バルブ２３９を備えている。気体転送量は、摺動バルブ２３９の位置を調整することによって、さらに調整することができる。上および下端カバーの摺動バルブは、互いに協働することができ、ギヤ式コンプレッサは、様々な条件で使用することができるように広範囲の容量調整が可能である。
【００３８】
図７は、ある吸気口構造の実施例を示している。リングの一部の形状をした吸気口２４２が、一方の端部カバーに設けられている。この吸気口は、駆動ロータ２１４側の端部カバーに設けられている。吸気口の内円弧の半径は、駆動ロータ２１４の短歯の歯底円の半径よりわずかに短い。吸気口の内円弧の半径は、駆動ロータの長歯の先導部から駆動ロータの軸までの最短距離と等しい。ギヤ式コンプレッサでは、側面と端部カバーの間および長歯の先端部とハウジングの内面の間に隙間が設けられていて、その結果、隙間を通り抜ける流体漏洩を防ぐことができない。図５に示すように、液体噴射口２２７、２２８がハウジングの側面に設けられている。液体噴射技術を用いることによって、隙間を通り抜ける液体漏漏を大いに減らすことができるとともに、発生するノイズも減少し、良好な潤滑作用が得られる。液体噴射によりコンプレッサ内の温度が下がりコンプレッサの電力損失が減少するので、一段階圧縮率を大いに向上させることができる。
【００３９】
図８は、本発明による一対の内側伝動ギヤであるロータの構造を示す概略図である。本発明の別実施例では、流体機械は内部ギヤ３１と外部ギヤ３４を具備している。内部ギヤ３１は被駆動ロータとして動作し、外部ギヤ３４は駆動ロータとして動作する。駆動ロータ３４のシャフト３５と被駆動ロータのシャフトは、互いに平行に配置される。駆動ロータ３４の軸と被駆動ロータの軸との間の距離は、２つのロータのピッチ円３２、３１３の半径差に等しい。駆動ロータ３４は、短歯３１４、凸型遷移歯３６、凹型遷移歯３１２、および長歯３１０を備えている。駆動ロータ３４の長歯３１０の断面は鷹嘴形状で、そのプロファイルは凸部３１１、先端部３９、凹部３８、および先導部３７が連続して滑らかに繋がっている。凸部３１１は、長歯３１０のピッチ円３１３からその先端部に延びる凹カーブを指す。凹部３８は、先端部３９から長歯の底部に延びる凹カーブを指す。先導部３７は、長歯の底部からそのピッチ円３１３に延びるカーブを指す。外部ギヤ、すなわち駆動ロータ３４の凹部３１１は、ピッチ円３１３の外側に突出している。長歯３１０の２つの側面には、それぞれ凸型遷移歯３６と凹型遷移歯３１２が備えられている。凸型遷移歯３６および凹型遷移歯３１２は、交互に短歯３１４と隣接している。駆動ロータ、すなわち内部ギヤ３１は、短歯３３、凸型遷移歯３２１、凹型遷移歯３１５、および長歯３１７を備えている。内部ギヤ３１の長歯３１７の断面は鷹嘴形状で、長歯３１７のプロファイルは、凸部３１６、先端部３１８、凹部３１９、および先導部３２０が連続して滑らかに繋がっている。内部ギヤ３１の凸部３１６は、長歯３１０のピッチ円からその先端部３１８に延びる凸カーブを指す。凹部３１９は、先端部３１８から長歯の底部に延びる凹カーブを指す。先導部３２０は、長歯の底部からピッチ円３２に延びるカーブを指す。内部ギヤ３１の凸部３１６は、ピッチ円３２の内側に突出し、先導部３２０はピッチ円３２の外側にくぼんでいる。長歯３１７の２つの側面には、それぞれ凸型遷移歯３２１および凹型遷移歯３１５が備えられている。凸型遷移歯３２１および凹型遷移歯３１５は、交互に短歯３３と隣接している。凸部、先端部、凹部、および先導部は、全てサイクロイド、線、円弧、インボリュート、およびその包括曲線の幾つかの部分が滑らかに繋がっている。
【００４０】
共役曲線である外部ギヤ３４の長歯３１０の凸部３１１と外部ギヤ３１の長歯３１７の先導部３２０は、互いに係合する。共役曲線である外部ギヤ３４の長歯３１０の先導部３７と外部ギヤ３１の長歯３１７の凸部３１６は、互いに係合する。遷移歯の２つの側面のプロファイルは異なる。短歯は、従来のギヤの通常の歯である。
【００４１】
ロータが互いに係合して回転している間、一方のロータの短歯と、もう一方のロータの遷移歯との間の係合線に沿って密封効果が実現される。ロータが回転する時は、動作チャンバ内の動作媒体のための密封効果が、内部ギヤ３１の長歯３１７と内部ギヤ３４の長歯３１０との間でも鷹嘴の形状により実現されることがさらに重要である。とりわけ、流体を圧縮、伸張、転送するような一対のロータに対して実現することができる。
【００４２】
図９は、外部ギヤの歯のプロファイルの一実施例を示す。
【００４３】
被駆動ロータ３４の長歯３１０の凸部３１１、すなわちカーブＩ２Ｍ２は、サイクロイド、線、円弧、および数本の線の包括曲線が滑らかに繋がっていて、Ｍ２Ｌ２部はサイクロイド、Ｌ２Ｋ２部は線、Ｋ２Ｊ２部は円弧、Ｉ２Ｊ２部は線の包括曲線である。先端部３９、すなわちカーブＡ２Ｉ２は円弧である。凸部３８、すなわちカーブＢ２Ａ２は駆動ロータ上のある固定点と係合した状態を保つようなサイクロイドおよび円弧で構成されたカーブである。先導部３７、すなわちカーブＢ２Ｅ２部は、線、円弧、および別の数本の線の包括曲線が連続して滑らかに繋がり、Ｂ２Ｃ２部は線、Ｃ２Ｄ２部は円弧、Ｄ２Ｅ２部は前記別の数本の線の包括曲線である。凸型遷移歯３６のプロファイルに関しては、Ｅ２Ｆ２部はサイクロイド、Ｆ２Ｇ２部は歯先円の一部、Ｈ２Ｇ２部はインボリュートである。凹型遷移歯３１２において、Ｍ２Ｎ２部はサイクロイド、Ｏ２Ｎ２部は歯底円の一部、Ｏ２Ｐ２部はインボリュートである。短歯は通常のインボリュート歯である。
【００４４】
図１０は内部ギヤの歯のプロファイルの一実施例を示す。内部ギヤ３１の長歯３１７の凸部３１６、すなわちカーブＢ１Ｅ１は、線、円弧、および別の数本の線の包括曲線が連続して滑らかに繋がっていて、Ｂ１Ｃ１部は数本の線の包括曲線、Ｃ１Ｄ１部は円弧、Ｄ１Ｅ１部は別の数本の線の包括曲線である。長歯３１７の先端部３１８、すなわちカーブＡ１Ｂ１は円弧である。凹部３１９、すなわちカーブＡ１Ｉ１は、点係合形成サイクロイドである。先導部３２０、すなわちカーブＩ１Ｍ１は、線、円弧、別の数本の線の包括曲線、およびサイクロイドが連続して滑らかに繋がっていて、Ｉ１Ｊ１部は線、Ｊ１Ｋ１部は円弧、Ｋ１Ｌ１部は線の包括曲線、Ｌ１Ｍ１部はサイクロイドである。凸型遷移歯３２１のプロファイルに関しては、Ｍ１Ｎ１部はサイクロイド、Ｏ１Ｎ１部は円弧、Ｏ１Ｐ１部はインボリュートである。凹型遷移歯３１５では、Ｅ１Ｆ１部はサイクロイド、Ｆ１Ｇ１部は円弧、Ｈ１Ｇ１部はインボリュートである。短歯は通常のインボリュート歯である。
【００４５】
前記一対の内部係合ギヤは、円筒形筐体内に配置されている。三日月型のシムが、２つのロータの回転のためのスペース内に設けられている。上端カバーおよび下端カバーは、それぞれシリンダの両端に設置されている。端部カバーには、流体吸入および排出のための貫通孔が設けられている。このようにして完全な内部係合ギヤ式流体機械が、流体を圧縮、伸張、運搬するように形成される。
【００４６】
図１１は、内部係合ギヤ式コンプレッサの一実施例の概略図である。三日月型のシム３２４、外部ギヤ３４、および内部ギヤ３１は全て、円筒形筐体３２３内に配置されている。吸気口３２６は、内部ギヤの短歯の歯先円、外部ギヤの短歯の歯先円、およびシムの下側先端部３２７を通過する線によって定義される。排気口３２５は端部カバー上に配置され、内部ギヤ３１の短歯３３の歯底円と長歯３１７の歯底円との間に配置されている。基本容量は、２つのロータの長歯３１７、３１０、三日月型のシム３２４、および２つのロータの係合点によって密閉される。外部ギヤ３４の長歯３１０が三日月型のシム３２４の下側先端部３２７に達するように回転すると、閉鎖された基本容量が形成され、気体を圧縮することができる。２つのロータの長歯３１７、３１０が三日月型のシム３２４の上側先端部３２８に達するように回転すると、２つの長歯とシム３２４の上側先端部３２８は、これと同時に互いに係合し始め、よってシム３２４の上側先端部３２８では完全な密封効果が実現される。内部ギヤ３１の長歯の先導部が排気口３２５を通過するように回転すると、気体は基本容量から排出し始める。このようにして完全な動作サイクル、すなわち吸入、圧縮、排出が実現される。
【００４７】
気体排出口（排気口）および気体吸入口（排気口）に設けられた摺動バルブにより、可変動作条件および可変気体転送量を適宜調整することができる。
【００４８】
図１２は、摺動バルブが設けられた内部係合ギヤ式コンプレッサの概略図である。摺動バルブ３２９を摺動バルブ溝３３０に沿って動かすことにより、排気口３２５をより広く、あるいはより狭く開くことができ、様々な動作条件に適するような連続的な調整が実現される。
【００４９】
本発明による流体機械は、伸張機械としても用いることができる。
【００５０】
この発明は、最小限の構成要素を用いて回転流体機械の密閉作用および転送信頼性に関する問題点を解決し、流体を効果的に圧縮、伸張、転送することを目的としている。
【００５１】
この発明によれば、鷹嘴型の長歯の各湾曲部のうち、凸部および先導部を用いて力を伝達し流体を密封するとともに、先端部および凹部を用いて所望の動作チャンバ内において流体を密封する。
【００５２】
本発明の好ましい実施例は、添付の図面と共に詳細に説明された。しかし、本発明は上記の好ましい実施例に限定されるものではない。当業者であれば、本発明の範囲および精神から逸脱することなく様々な変形、置換、および改良が可能であることが分かるであろう。
【００５３】
例えば、本発明によるギヤは１つの長歯のみを備えるものでもよいが、２つ以上の長歯を備えることもできる。
【００５４】
特に、長歯は、円周方向に沿って配列することもできる。
【００５５】
さらに、本発明によれば、少なくとも１つの長歯を備えた２つ以上のギヤを伸張機械またはコンプレッサに配置することができる。このようなギヤの半径は、同じでも互いに異なるものでもよい。
【００５６】
上記の実施例の歯はいずれも平歯であるが、これらは、はす歯またはやま歯として作ってもよい。
【００５７】
さらに、本発明によるギヤは、柱状ギヤだけでなく傘歯車であってもよい。
【００５８】
さらにまた、本発明によるギヤは円形ギヤだけでなく非円形ギヤであってもよい。
【００５９】
上で述べたように、本発明によるギヤは、外部ギヤだけでなく内部ギヤであってもよい。
【００６０】
さらに、本発明による流体機械では、一対の係合ギヤはいずれも外部ギヤとしてもよいが、一方を外部ギヤ、もう一方を内部ギヤとしてもよい。
【００６１】
ロータの回転速度を異なる周波数を用いることなどによって調整することにより、本発明による流体機械は様々な気体転送量を実現することができる。
【００６２】
また、この発明による流体機械は、一対の係合ギヤの係合点の間に隙間を設けることができるので、この機械は食品や織物などの製品を潤滑油で汚すことのできないような産業分野において用いることができる。この場合、この一対の係合ギヤは、他の別個の同期ギヤによって駆動される。
【００６３】
（産業上の利用可能性）
この発明は、コンプレッサ、ポンプ、流体測定器、液圧モータ、圧縮機械などの広範囲の産業分野に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
本発明をさらに図面とあわせて説明する。
【図１】  図１は本発明によるロータの構造を示す概略図である。
【図２】  図２は本発明の駆動ロータの歯のプロファイルの一実施例を示す概略図である。
【図３】  図３は本発明による非駆動ロータの歯のプロファイルの一実施例を示す概略図である。
【図４】  図４は本発明による外部係合ギヤ式コンプレッサの構造を示す概略図である。
【図５】  図５は本発明の一実施例の全体の構造を示す概略図であり、上端カバーは摺動バルブ調整方法および液体噴射口を備えている。
【図６】  図６は本発明の一実施例の全体の構造を示す概略図であり、下端カバーは摺動バルブ調整方法および液体噴射口を備えている。
【図７】  図７は本発明の一実施例の全体の構造を示す概略図であり、端部カバーに気体吸気口が備わっている。
【図８】  図８は本発明による内部ギヤ対のロータの構造の一実施例を示す概略図である。
【図９】  図９は本発明による外部ギヤのプロファイルの一実施例を示す概略図である。
【図１０】  図１０は本発明による内部ギヤのプロファイルの一実施例を示す概略図である。
【図１１】  図１１は本発明による内部係合ギヤ式気体用コンプレッサの全体の構造の一実施例を示す概略図である。
【図１２】  図１２は本発明による内部係合ギヤ式気体用コンプレッサの全体の構造の他の一実施例を示す概略図である。
【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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