特開 2024-148277 圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024148277

(43)【公開日】2024-10-18

(54)【発明の名称】圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 27/00 20060101AFI20241010BHJP

   F04C 2/344 20060101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

F04C27/00 311

F04C2/344 331E

F04C2/344 321

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023061281

(22)【出願日】2023-04-05

(71)【出願人】

【識別番号】000110321

【氏名又は名称】トヨタ車体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 修平

【テーマコード（参考）】

3H040

3H129

【Ｆターム（参考）】

3H040AA07

3H040BB05

3H040CC04

3H040DD02

3H040DD07

3H040DD09

3H040DD16

3H129AA01

3H129AB01

3H129BB16

3H129BB42

3H129CC03

3H129CC04

3H129CC09

3H129CC19

(57)【要約】

【課題】小型で構造が簡単であり且つ汎用性に優れた圧縮機を提供する。
【解決手段】圧縮する圧縮機１は、軸方向に延びており軸周に外歯歯車１１を有する入力軸１０と、軸方向からみた平面視が略三角形状であり外歯歯車１１に係合する内歯歯車２２を有し入力軸１０の軸回転に伴って入力軸１０のまわりを公転する回動するロータ２０と、ロータ２０を回転可能に収容しロータ２０との間に作動室３２を形成するロータハウジング３０と、を備え、ロータ２０には、３つの角部２３のそれぞれにおいてロータハウジング３０の内周面３１と摺接するシール部材２４と、シール部材２４を内周面３１に押し付ける弾性部材２５と、が設けられ、ロータハウジング３０には、作動室３２にエアを吸入する吸入孔３３ａ，３３ｂと、作動室３２で圧縮されたエアを排出する排出孔３４ａ，３４ｂと、が設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体を圧縮する圧縮機であって、
軸方向に延びており軸周に外歯歯車を有する入力軸と、
上記軸方向からみた平面視が略三角形状であり上記外歯歯車に係合する内歯歯車を有し、上記入力軸の軸回転に伴って上記入力軸のまわりを公転するロータと、
上記ロータを収容し上記ロータとの間に作動室を形成するロータハウジングと、
を備え、
上記ロータには、３つの角部のそれぞれにおいて上記ロータハウジングの内周面と摺接するシール部材と、上記シール部材を上記内周面に押し付ける弾性部材と、が設けられ、
上記ロータハウジングには、上記作動室に上記流体を吸入する吸入孔と、上記作動室で圧縮された上記流体を排出する排出孔と、が設けられている、圧縮機。

【請求項2】

上記ロータは、上記作動室に連通する導入路を有し、上記導入路における上記流体の圧力が上記ロータハウジングの上記内周面に対する上記シール部材の押し付け力に利用されるように構成されている、請求項１に記載の圧縮機。

【請求項3】

上記ロータは、上記流体の圧縮段階において上記導入路を上記作動室のうち上記流体の導入元である高圧領域よりも圧力が低い低圧領域に接続するための接続路と、上記導入路の圧力に応じて上記接続路を開閉する開閉弁と、を有する、請求項２に記載の圧縮機。

【請求項4】

上記ロータは、上記開閉弁を閉方向に弾性付勢する弾性部材を有し、上記開閉弁は、上記導入路における上記流体の圧力を常時に受けるように設けられており、上記圧力が管理基準値以下である場合に上記弾性部材による弾性付勢力にしたがって上記接続路を閉止し、上記圧力が上記管理基準値を超えた場合に上記弾性部材による弾性付勢力に抗して上記接続路を開放するように構成されている、請求項３に記載の圧縮機。

【請求項5】

複数の上記ロータ及び上記ロータハウジングを備え、上記入力軸には上記軸方向に互いに離間して設けられた上記複数の上記外歯歯車が設けられており、上記複数の上記ロータのそれぞれの上記内歯歯車が上記複数の上記外歯歯車のそれぞれに係合するように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の一般的な圧縮機として、スクリュー型の圧縮機やレシプロ型の圧縮機が知られている。スクリュー型の圧縮機は、例えば、下記特許文献１に記載のように、一対のスクリューロータである雄ロータ及び雌ロータを一体回転させて、雄ロータの雌ロータの間で流体を連続して圧縮して高圧化するように構成されている。レシプロ型の圧縮機は、例えば、下記特許文献２に記載のように、ピストンロッドを介してシリンダ内にピストンを往復動させて流体を圧縮して高圧化するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１８４４４３号公報

【特許文献2】特開２００７－１７７６６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

スクリュー型の圧縮機は、噴出し量が大容量であるため大型の設備での使用に適しているが、このような高い性能を必要としない小型の設備での使用には適したものでない。そこで、小型の設備に対しては、噴出し量が低容量のレシプロ型の圧縮機を使用することができる。レシプロ型の圧縮機は、スクリュー型の圧縮機に比べて小型であるという利点があるが、部品点数が多く構造が複雑であるという問題を抱えている。また、レシプロ型の圧縮機は、必要な噴出し能力に応じて独立設計されるものであるため、高圧化した流体を使用する作業内容や環境に合わせて噴出し能力を変更することができず汎用性が低いという点で不利である。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、小型で構造が簡単であり且つ汎用性に優れた圧縮機を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、
流体を圧縮する圧縮機であって、
軸方向に延びており軸周に外歯歯車を有する入力軸と、
上記軸方向からみた平面視が略三角形状であり上記外歯歯車に係合する内歯歯車を有し、上記入力軸の軸回転に伴って上記入力軸のまわりを公転するロータと、
上記ロータを収容し上記ロータとの間に作動室を形成するロータハウジングと、
を備え、
上記ロータには、３つの角部のそれぞれにおいて上記ロータハウジングの内周面と摺接するシール部材と、上記シール部材を上記内周面に押し付ける弾性部材と、が設けられ、
上記ロータハウジングには、上記作動室に上記流体を吸入する吸入孔と、上記作動室で圧縮された上記流体を排出する排出孔と、が設けられている、圧縮機、
にある。

【発明の効果】

【0007】

上述の態様の圧縮機において、入力軸が外部からの動力によって軸回転したとき、この入力軸の外歯歯車と係合する内歯歯車を有する略三角形状のロータが入力軸のまわりを公転する。ロータの公転時に、このロータの３つの角部がシール部材を介してロータハウジングの内周面を摺動する。このとき、流体は、ロータハウジングの吸入孔を通じて作動室に吸入されて圧縮されたのち、ロータハウジングの排出孔を通じてロータハウジングの外部に排出される。

【0008】

上記構成の圧縮機によれば、入力軸が１回転する間に流体の噴出しを２回行うことができる。このため、レシプロ型の圧縮機に比べると１気筒当たりの流体の噴出し量の２倍を噴出すことができ、その分、圧縮機自体を小型化できる。また、このような圧縮機は、構成部品が少なく構造が簡単である。加えて、入力軸にロータ及びロータハウジングのセットを組付ける構造であるため、同一の入力軸を使用したうえでロータ及びロータハウジングのセット数のみを適宜に変更することができる。この場合、高圧化した流体を使用する作業内容や環境に合うような必要な噴出し能力に応じてロータ及びロータハウジングのセット数を変更することで、圧縮機の汎用性を高めることができる。

【0009】

以上のごとく、上述の態様によれば、小型で構造が簡単であり且つ汎用性に優れた圧縮機を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態１の圧縮機の分解斜視図。

【図2】図１の圧縮機の断面図。

【図3】図２の圧縮機においてロータの角部の周辺構造を拡大して示す断面図。

【図4】実施形態１の圧縮機において入力軸が第１回転位置にある第１動作段階の作動工程の様子を模式的に示す図。

【図5】図４において入力軸が第１回転位置から第２回転位置まで軸回転した第２動作段階の作動工程の様子を模式的に示す図。

【図6】図５において入力軸が第２回転位置から第３回転位置まで軸回転した第３動作段階の作動工程の様子を模式的に示す図。

【図7】図６において入力軸が第３回転位置から第４回転位置まで軸回転した第４動作段階の作動工程の様子を模式的に示す図。

【図8】図７において入力軸が第４回転位置から第５回転位置まで軸回転した第５動作段階の作動工程の様子を模式的に示す図。

【図9】図８において入力軸が第５回転位置から第６回転位置まで軸回転した第６動作段階の作動工程の様子を模式的に示す図。

【図10】図２の圧縮機においてロータの角部の周辺構造を示す拡大図であって、開閉弁が閉状態にあるときの様子を示す図。

【図11】エア圧力及びシール圧力が工程の進行に伴って変化することを示すグラフ。

【図12】図１０において開閉弁が閉状態から開状態に切り替わったときの様子を示す図。

【図13】図１の圧縮機の変更例にかかる圧縮機の分解斜視図。

【図14】実施形態２の圧縮機においてロータの角部の周辺構造を拡大して示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

上述の態様の好ましい実施形態について以下に説明する。

【0012】

上述の態様の圧縮機において、上記ロータは、上記作動室に連通する導入路を有し、上記導入路における上記流体の圧力が上記ロータハウジングの上記内周面に対する上記シール部材の押し付け力に利用されるように構成されているのが好ましい。

【0013】

この圧縮機によれば、ロータハウジングの内周面に対するシール部材の押し付け力は、弾性部材による弾性付勢力に導入路における流体の圧力分を加えたものとなる。このとき、導入路の圧力は作動室の圧力に応じて変化する。作動室のうち流体の圧縮段階の領域の圧力は相対的に高く、しかもこの領域には高いシール性が要求される。これに対して、作動室のうち流体の吸入段階の領域の圧力は相対的に低く、この領域に高いシール性は要求されない。このため、導入路における流体の圧力をシール部材の押し付け力に利用するようにすれば、流体の圧縮段階に関与するシール部材のみのシール圧力を上げ、それ以外のシール部材のシール圧力を下げるように調整できる。すなわち、必要なシール性能は確保しつつもシール圧力を工程の進行に応じて最適化することができる。これにより、各シール部材によるシール圧力が流体の圧縮段階にあわせて常に一定である場合に比べて、ロータハウジングの内周面とシール部材との間の摩擦に起因するエネルギーロスを低く抑えることができる。

【0014】

上述の態様の圧縮機において、上記ロータは、上記流体の圧縮段階において上記導入路を上記作動室のうち上記流体の導入元である高圧領域よりも圧力が低い低圧領域に接続するための接続路と、上記導入路の圧力に応じて上記接続路を開閉する開閉弁と、を有するのが好ましい。

【0015】

この圧縮機によれば、導入路の圧力に応じて接続路を開閉する開閉弁を設けることによって、流体の圧縮段階において作動室の高圧領域の圧力が基準管理値を超えて上昇した場合には、開閉弁によって接続路を開放して流体の一部を高圧領域から低圧領域へと逃がすことができる。これにより、作動室の圧力が基準管理値を超えた過圧状態になるのを防ぐことができる。また、高圧領域から低圧領域に流れた流体は、その後の工程の進行に伴って圧縮段階で使用されるため、流体が無駄になるのを防ぐことができる。

【0016】

上述の態様の圧縮機において、上記ロータは、上記開閉弁を閉方向に弾性付勢する弾性部材を有し、上記開閉弁は、上記導入路における上記流体の圧力を常時に受けるように設けられており、上記圧力が管理基準値以下である場合に上記弾性部材による弾性付勢力にしたがって上記接続路を閉止し、上記圧力が上記管理基準値を超えた場合に上記弾性部材による弾性付勢力に抗して上記接続路を開放するように構成されているのが好ましい。

【0017】

この圧縮機によれば、開閉弁を閉方向に弾性付勢する弾性部材を使用することによって、開閉弁の開閉動作を行うための構造を簡素化できる。

【0018】

上述の態様の圧縮機は、複数の上記ロータ及び上記ロータハウジングを備え、上記入力軸には上記軸方向に互いに離間して設けられた上記複数の上記外歯歯車が設けられており、上記複数の上記ロータのそれぞれの上記内歯歯車が上記複数の上記外歯歯車のそれぞれに係合するように構成されているのが好ましい。

【0019】

この圧縮機によれば、入力軸に対するロータ及びロータハウジングのセット数が１つの場合に比べて、流体の噴出し能力を高めることができる。

【0020】

（実施形態１）
以下、図１～図１３を参照しながら、実施形態１の圧縮機について説明する。

【0021】

なお、この説明のための図面では、特にことわらない限り、圧縮機を構成する入力軸の軸方向を矢印Ｘで示し、この入力軸の軸回転方向を矢印Ｄで示すものとする。

【0022】

１．圧縮機１の全体構造
実施形態１の圧縮機１が図１に示されている。この圧縮機１は、エアを圧縮するエアコンプレッサである。エアは、圧縮若しくは膨張して体積が変化する圧縮性を有する流体である。この圧縮機１は、その構成要素として、サイドハウジング２，３と、入力軸１０と、ロータ２０と、ロータハウジング３０と、を備えている。この圧縮機１は、「ロータリー型圧縮機」或いは「ヴァンケル型圧縮機」とも称される。

【0023】

入力軸１０は、軸方向Ｘに延びており軸周に外歯歯車１１を有する。入力軸１０は、電動モータなどの動力源（図示省略）に接続されており、この動力源の動力によって駆動されて軸回転方向Ｄに軸回転するように構成されている。また、入力軸１０には、ロータ２０を公転させる機能を果たす偏心部（図示省略）が設けられている。

【0024】

ロータ２０は、軸方向Ｘからみた平面視が略三角形状である。ロータ２０は、いずれも頂部となる３つの角部２３を有する。このロータ２０は、中心部を軸方向Ｘに貫通する貫通穴２１の内周側に、入力軸１０の外歯歯車１１に係合する内歯歯車２２を有する。ロータ２０は、入力軸１０の軸回転に伴って入力軸１０のまわりを公転するように構成されている。

【0025】

ロータハウジング３０は、ロータ２０を公転可能に収容するものである。ロータ２０がロータハウジング３０に収容された状態では、ロータ２０の３つの角部２３はいずれも、シール部材２４において、ロータハウジング３０の内周面３１と摺接する。このとき、ロータハウジング３０は、その内周面３１とロータ２０の外面との間に作動室３２を形成する。

【0026】

サイドハウジング２，３は、ロータハウジング３０を挟んで軸方向Ｘの両側に配置される。入力軸１０は、その一端側がサイドハウジング２を軸方向Ｘに貫通する支持穴２ａに挿通され、その他端側がサイドハウジング３を軸方向Ｘに貫通する支持穴３ａに挿通された状態で、軸回転可能に支持される。

【0027】

２．ロータハウジング３０の構造
図２に示されるように、ロータハウジング３０の内周面３１は、トロコイド曲線からなるトロコイド面である。ロータハウジング３０には、作動室３２に圧縮性を有する流体Ｇであるエアを吸入する吸入孔３３ａ，３３ｂと、作動室３２で圧縮されたエアを排出する排出孔３４ａ，３４ｂと、が設けられている。すなわち、本形態では、ロータハウジング３０に吸入孔と排出孔がそれぞれ２つずつ設けられる場合について例示している。必要に応じて、吸入孔と排出孔のそれぞれの数を変更しても良い。なお、本形態のように、圧縮する流体がエアの場合、「吸入」を「吸気」といい、「排出」を「排気」ということもできる。

【0028】

３．ロータ２０の構造
図２に示されるように、ロータ２０は、ロータハウジング３０の内周面３１に内接する３葉の内包絡線で構成された略三角形状をなしている。ロータ２０のこのような形状は、「ルーローの三角形」とも称される。ロータ２０は、入力軸１０が軸回転方向Ｄに軸回転するときに、前述の偏心部の機能によって３つの角部２３がロータハウジング３０の内周面３１をなぞるように公転する。ロータ２０に公転に伴って、エアの吸入、圧縮、噴出しが行われる。詳細については後述するが、本形態では、ロータ２０は、入力軸１０が３回軸回転する間に１回公転するように構成されている。

【0029】

４．シール構造
本形態の圧縮機１のシール構造は、シール部材２４及び弾性部材２５を有する。ロータ２０の３つの角部２３（第１角部２３Ａ、第２角部２３Ｂ、第３角部２３Ｃ）のそれぞれにシール部材２４及び弾性部材２５が設けられている。各弾性部材２５は、その弾性付勢力を利用して、対応するシール部材２４をロータハウジング３０の内周面３１に押し付ける機能を果たす。本形態では、弾性部材２５がバネ部材によって構成される場合について例示している。

【0030】

図３に示されるように、ロータ２０の第１角部２３Ａには、作動室３２に連通する導入路２６と、接続路２７と、開閉弁２８と、が設けられている。導入路２６は、その下流側において、収容空間２４ａと、収容空間２８ａと、接続路２７と、に分岐している。収容空間２４ａにシール部材２４及び弾性部材２５が収容されている。導入路２６から収容空間２４ａにエアが導入されることによって、そのエアの圧力がロータハウジング３０の内周面３１に対するシール部材２４の押し付け力に利用される。これにより、シール部材２４は、弾性部材２５による弾性付勢力にエア圧力分を加えた力でロータハウジング３０の内周面３１に押し付けられる。

【0031】

接続路２７は、ロータ２０によるエアの圧縮段階において、導入路２６を作動室３２のうちエアの導入元である高圧領域よりも圧力が低い低圧領域に接続するためのエア流路である。収容空間２８ａに開閉弁２８及び弾性部材２９が収容されている。収容空間２８ａは、導入路２６よりも拡径された段付き流路である。このため、開閉弁２８は、導入路２６との境界に形成されている段差部によって導入路２６への進入が阻止されている。開閉弁２８は、導入路２６におけるエアの圧力変化を利用して接続路２７を開閉する機能を有する。弾性部材２９は、開閉弁２８を閉方向に、すなわち導入路２６に向けて弾性付勢するものである。本形態では、弾性部材２９がバネ部材によって構成される場合について例示している。

【0032】

作動室３２の高圧領域の圧力が管理基準値以下である通常負荷時においては、開閉弁２８は、弾性部材２９による弾性付勢力にしたがって閉位置に保持される。すなわち、弾性部材２９が開閉弁２８に付与する弾性付勢力が、開閉弁２８に作用するエア圧力分の力を上回る。このときの開閉弁２８の閉位置は、この開閉弁２８が停止部に当接することによって定まる。開閉弁２８が閉位置にある場合には、開閉弁２８が接続路２７を閉止する。すなわち、接続路２７が導入路２６から分断された状態になる。

【0033】

これに対して、作動室３２の高圧領域の圧力が管理基準値を超えた過負荷時においては、開閉弁２８に作用するエア圧力分の力が、弾性部材２９が開閉弁２８に付与する弾性付勢力を上回る。したがって、開閉弁２８は、弾性部材２９による弾性付勢力に抗して閉位置から開位置へと移動する。これにより、接続路２７が導入路２６に繋がった状態になり、作動室３２のうちの高圧領域から低圧領域へとエアの一部を逃がすことができる。その後、高圧領域の圧力が下がることによって、開閉弁２８が再び閉位置へと動く。

【0034】

なお、第２角部２３Ｂ及び第３角部２３Ｃのそれぞれの構造は、第１角部２３Ａのものと同様であるため説明を省略する。

【0035】

以上のように、本形態のシール構造は、シール部材２４によるシール圧力を導入路２６の圧力に応じて調整できる自己シール圧力調整機能を有するものである。

【0036】

５．圧縮機１の動作
次に、図４～図１１を参照しつつ、上記構成の圧縮機１の動作を説明する。なお、これらの図面では、入力軸１０の回転位置を明確するために、入力軸１０にその基準位置を示す矢印を付している。

【0037】

５－１．第１動作段階の作動工程
図４に示されるように、先ず、入力軸１０が第１回転位置Ｐ１にある第１動作段階の作動工程を基準として説明する。この第１動作段階では、ロータ２０は、第１角部２３Ａの作動工程が「吸入」となり、第２角部２３Ｂの作動工程が「噴出し」となり、第３角部２３Ｃの作動工程が「吸入」となる。

【0038】

第１動作段階で圧縮されたエアは、作動室３４のうちロータ２０の第１角部２３Ａから第２角部２３Ｂまでの外面によって区画された領域（以下、「排出領域」という。）から排出孔３４ａを通じて排出される。これと並行して、作動室３４のうちロータ２０の第２角部２３Ｂから第３角部２３Ｃまでの外面によって区画された領域（以下、「吸入領域」という。）に吸入孔３３ｂを通じてエアが吸入される。また、これと並行して、作動室３４のうちロータ２０の第３角部２３Ｃから第１角部２３Ａまでの外面によって区画された領域（以下、「圧縮領域」という。）はエアの圧縮段階に移行する。本形態では、作動室３４において、排出領域に対し軸回転方向Ｄの後方に吸入領域が形成され、吸入領域に対し軸回転方向Ｄの後方に圧縮領域が形成される。

【0039】

５－２．第２動作段階の作動工程
図５に示されるように、第２動作段階の作動工程では、入力軸１０が第１回転位置Ｐ１（図４を参照）から第２回転位置Ｐ２まで軸回転方向Ｄに１８０度軸回転している。この第２動作段階では、ロータ２０は、その公転に伴って、第１角部２３Ａの作動工程が「噴出し」となり、第２角部２３Ｂの作動工程が「吸入」となり、第３角部２３Ｃの作動工程が「吸入」となる。

【0040】

第２動作段階で圧縮されたエアは、作動室３４のうちロータ２０の第３角部２３Ｃから第１角部２３Ａまでの外面によって区画された排出領域から排出孔３４ｂを通じて排出される。これと並行して、作動室３４のうちロータ２０の第１角部２３Ａから第２角部２３Ｂまでの外面によって区画された吸入領域に吸入孔３３ａを通じてエアが吸入される。また、これと並行して、作動室３４のうちロータ２０の第２角部２３Ｂから第３角部２３Ｃまでの外面によって区画された圧縮領域はエアの圧縮段階に移行する。

【0041】

５－３．第３動作段階の作動工程
図６に示されるように、第３動作段階の作動工程では、入力軸１０が第２回転位置Ｐ２（図５を参照）から第３回転位置Ｐ３まで軸回転方向Ｄに１８０度軸回転している。すなわち、入力軸１０が第１動作段階の場合に対して１回転している。この第３動作段階では、ロータ２０は、その公転に伴って、第１角部２３Ａの作動工程が「吸入」となり、第２角部２３Ｂの作動工程が「吸入」となり、第３角部２３Ｃの作動工程が「噴出し」となる。

【0042】

第３動作段階で圧縮されたエアは、作動室３４のうちロータ２０の第２角部２３Ｂから第３角部２３Ｃまでの外面によって区画された排出領域から排出孔３４ａを通じて排出される。これと並行して、作動室３４のうちロータ２０の第３角部２３Ｃから第１角部２３Ａまでの外面によって区画された吸入領域に吸入孔３３ｂを通じてエアが吸入される。また、これと並行して、作動室３４のうちロータ２０の第１角部２３Ａから第２角部２３Ｂまでの外面によって区画された圧縮領域はエアの圧縮段階に移行する。

【0043】

このように、第１動作段階から第３動作段階までに入力軸１０が１回転する間に、排出孔３４ａからのエアの噴出しが２回行われる。なお、排出孔３４ｂからのエアの噴出しについても同様である。したがって、本構成によれば、レシプロ型の圧縮機に比べると１気筒当たりのエアの噴出し量の２倍を噴出すことができ、エアの噴出し効率が２倍になる。

【0044】

５－４．第４動作段階の作動工程
図７に示されるように、第４動作段階の作動工程では、入力軸１０が第３回転位置Ｐ３（図６を参照）から第４回転位置Ｐ４まで軸回転方向Ｄに１８０度軸回転している。この第４動作段階では、ロータ２０は、その公転に伴って、第１角部２３Ａの作動工程が「吸入」となり、第２角部２３Ｂの作動工程が「噴出し」となり、第３角部２３Ｃの作動工程が「吸入」となる。

【0045】

第４動作段階で圧縮されたエアは、作動室３４のうちロータ２０の第１角部２３Ａから第２角部２３Ｂまでの外面によって区画された排出領域から排出孔３４ｂを通じて排出される。これと並行して、作動室３４のうちロータ２０の第２角部２３Ｂから第３角部２３Ｃまでの外面によって区画された吸入領域に吸入孔３３ａを通じてエアが吸入される。また、これと並行して、作動室３４のうちロータ２０の第３角部２３Ｃから第１角部２３Ａまでの外面によって区画された圧縮領域はエアの圧縮段階に移行する。

【0046】

５－５．第５動作段階の作動工程
図８に示されるように、第５動作段階の作動工程では、入力軸１０が第４回転位置Ｐ４（図７を参照）から第５回転位置Ｐ５まで軸回転方向Ｄに１８０度軸回転している。すなわち、入力軸１０が第１動作段階の場合に対して２回転している。この第５動作段階では、ロータ２０は、その公転に伴って、第１角部２３Ａの作動工程が「噴出し」となり、第２角部２３Ｂの作動工程が「吸入」となり、第３角部２３Ｃの作動工程が「吸入」となる。

【0047】

第５動作段階で圧縮されたエアは、作動室３４のうちロータ２０の第３角部２３Ｃから第１角部２３Ａまでの外面によって区画された排出領域から排出孔３４ａを通じて排出される。これと並行して、作動室３４のうちロータ２０の第１角部２３Ａから第２角部２３Ｂまでの外面によって区画された吸入領域に吸入孔３３ｂを通じてエアが吸入される。また、これと並行して、作動室３４のうちロータ２０の第２角部２３Ｂから第３角部２３Ｃまでの外面によって区画された圧縮領域はエアの圧縮段階に移行する。

【0048】

５－６．第６動作段階の作動工程
図９に示されるように、第６動作段階の作動工程では、入力軸１０が第５回転位置Ｐ５（図８を参照）から第６回転位置Ｐ６まで軸回転方向Ｄに１８０度軸回転している。この第６動作段階では、ロータ２０は、その公転に伴って、第１角部２３Ａの作動工程が「吸入」となり、第２角部２３Ｂの作動工程が「吸入」となり、第３角部２３Ｃの作動工程が「噴出し」となる。

【0049】

第６動作段階で圧縮されたエアは、作動室３４のうちロータ２０の第２角部２３Ｂから第３角部２３Ｃまでの外面によって区画された排出領域から排出孔３４ｂを通じて排出される。これと並行して、作動室３４のうちロータ２０の第３角部２３Ｃから第１角部２３Ａまでの外面によって区画された吸入領域に吸入孔３３ａを通じてエアが吸入される。また、これと並行して、作動室３４のうちロータ２０の第１角部２３Ａから第２角部２３Ｂまでの外面によって区画された圧縮領域はエアの圧縮段階に移行する。

【0050】

第６動作段階の後、入力軸１０がさらに軸回転方向Ｄに１８０度軸回転することによって、図４の状態に戻る。すなわち、入力軸１０が第１動作段階の場合に対して３回転する間にロータ２０が１回公転する。

【0051】

ここで、図１０～図１２を参照しながら、シール部材２４による前述の「自己シール圧力調整機能」について具体的に説明する。

【0052】

図１０に示されるように、例えば、入力軸１０が第２位置Ｐ２（図５を参照）あるとき、シール部材２４は作動室３２のうち排出領域３２ａと吸入領域３２ｂとの間をシールする。排出領域３２ａは、吸入領域３２ｂに比べて圧力が高い高圧領域であり、吸入領域３２ｂは、排出領域３２ａに比べて圧力が低い低圧領域である。

【0053】

作動室３２の排出領域３２ａのエアは、ロータ２０の導入路２６に導入される。本形態では、作動室３２の圧力が管理基準値を超えるまで開閉弁２８が作動しないように弾性部材２９の弾性付勢力が設定されている。このため、作動室３２の圧力が管理基準値以下である場合には、開閉弁２８が常に閉状態に維持される。この場合、作動室３２の排出領域３２ａから導入路２６に導入されたエアは、収容空間２４ａに収容されているシール部材２４によるシール圧力を調整するのに使用される。

【0054】

図１１に示されるように、シール部材２４によるシール圧力は、弾性部材２５による一定の弾性付勢力に導入路２６におけるエア圧力を加えたものとして生じる。すなわち、シール圧力からエア圧力を差し引いたものが弾性付勢力分に相当する。したがって、弾性部材２５を吸入段階で最低限必要な弾性付勢力を発揮するように設計し、且つ最大圧縮時に所望のシール圧力が生じるように導入路２６の構造を設計しておけば、あとは、吸入段階から工程（時間）が進行しエア圧力が最大圧縮時まで上昇することに伴ってシール圧力が所望の値に自動的に調整される。シール圧力を上げたいタイミングにおいてのみ上げることができる。これにより、最大圧縮時以外でシール圧力が過剰に高くなるのを抑制でき、ロータハウジング３０の内周面３１とシール部材２４との間の摩擦に起因するエネルギーロスを低く抑えることができる。しかも、複雑な制御を使用することなく機械的な構造のみでシール圧力を調整することが可能になる。

【0055】

図１２に示されるように、作動室３２のうち排出領域３２ａの圧力が管理基準値を超えると、開閉弁２８の状態が、接続路２７を閉鎖した閉状態から接続路２７を開放した開状態に切り替わる。この場合、排出領域３２ａのエアの一部が導入路２６及び接続路２７を通じて吸入領域３２ｂに流れる。これにより、エア圧力及びシール圧力が過剰に上昇するのを抑制できる。排出領域３２ａから吸入領域３２ｂに流れたエアは、吸入領域３２ｂがその後の工程の進行に伴って圧縮段階になるときに使用される。

【0056】

６．作用効果
上述の実施形態１によれば、以下のような作用効果が得られる。

【0057】

実施形態１の圧縮機１において、入力軸１０が外部からの動力によって軸回転したとき、この入力軸１０の外歯歯車１１と係合する内歯歯車２２を有する略三角形状のロータ２０が入力軸１０のまわりを公転する。ロータ２０の公転時に、このロータ２０の３つの角部２３がシール部材１４を介してロータハウジング３０の内周面３１を摺動する。このとき、エアは、ロータハウジング３０の吸入孔３３ａ，３３ｂを通じて作動室３２に吸入されて圧縮されたのち、ロータハウジング３０の排出孔３４ａ，３４ｂを通じてロータハウジング３０の外部に排出される。

【0058】

上記構成の圧縮機１によれば、入力軸１０が１回転する間にエアの噴出しを２回行うことができる。レシプロ型の圧縮機に比べると１気筒当たりのエアの噴出し量の２倍を噴出すことができ、その分、圧縮機１自体を小型化できる。また、このような圧縮機１は、構成部品が少なく構造が簡単である。

【0059】

加えて、入力軸１０にロータ２０及びロータハウジング３０のセットを組付ける構造であるため、同一の入力軸１０を使用したうえでロータ２０及びロータハウジング３０のセット数のみを適宜に変更することができる。この場合、高圧化したエアを使用する作業内容や環境に合うような必要な噴出し能力に応じてロータ２０及びロータハウジング３０のセット数を変更することで、圧縮機１の汎用性を高めることができる。例えば、図１に示されるものに代えて、図１３に示される圧縮機１を構築できる。この圧縮機１は、ロータ２０及びロータハウジング３０の直列式のセット数を２つにしたものである。２つのロータハウジング３０の間には、入力軸１０を挿通する貫通穴４ａを有する中間ハウジング４が介装されている。これにより、簡単な構造変更によってエアの噴出し能力を高めることができる。

【0060】

以上のごとく、上述の実施形態１によれば、小型で構造が簡単であり且つ汎用性に優れた圧縮機１を提供することが可能になる。

【0061】

実施形態１の圧縮機１によれば、ロータハウジング３０の内周面３１に対するシール部材２４の押し付け力は、弾性部材２５による弾性付勢力に導入路２６におけるエア圧力分を加えたものとなる。このとき、導入路２６の圧力は作動室３２の圧力に応じて変化する。作動室３２のうちエアの圧縮段階の領域の圧力は相対的に高く、しかもこの領域には高いシール性が要求される。これに対して、作動室３２のうちエアの吸入段階の領域の圧力は相対的に低く、この領域に高いシール性は要求されない。このため、導入路２６におけるエア圧力をシール部材２４の押し付け力に利用するようにすれば、エアの圧縮段階に関与するシール部材２４のみのシール圧力を上げ、それ以外のシール部材２４のシール圧力を下げるように調整できる。すなわち、必要なシール性能は確保しつつもシール圧力を工程の進行に応じて最適化することができる。これにより、各シール部材２４によるシール圧力がエアの圧縮段階にあわせて常に一定である場合に比べて、ロータハウジング３０の内周面３１とシール部材２４との間の摩擦に起因するエネルギーロスを低く抑えることができる。

【0062】

実施形態１の圧縮機によれば、導入路２６の圧力に応じて接続路２７を開閉する開閉弁２８を設けることによって、エアの圧縮段階において作動室３２の高圧領域の圧力が基準管理値を超えて上昇した場合には、開閉弁２８によって接続路２７を開放してエアの一部を高圧領域から低圧領域へと逃がすことができる。これにより、作動室３２の圧力が基準管理値を超えた過圧状態になるのを防ぐことができる。また、高圧領域から低圧領域に流れたエアは、その後の工程の進行に伴って圧縮段階で使用されるため、エアが無駄になるのを防ぐことができる。

【0063】

実施形態１の圧縮機１によれば、開閉弁２８を閉方向に弾性付勢する弾性部材２９を使用することによって、開閉弁２８の開閉動作を行うための構造を簡素化できる。

【0064】

実施形態１の圧縮機１は、スクリュー型の圧縮機のような高い性能を必要としない小型の設備での使用に適している。また、圧縮機１は、レシプロ型の圧縮機に比べると、エアの脈動、振動及び作動音を低く抑えることができるという利点がある。

【0065】

次に、上述の実施形態１に関連する他の実施形態について図面を参照しつつ説明する。他の実施形態において、上述の実施形態１の要素と同一の要素には同一の符号を付しており、当該同一の要素についての説明は省略する。

【0066】

（実施形態２）
図１４に示されるように、実施形態２の圧縮機１Ａは、ロータ２０の各角部２３に接続路２７及び開閉弁２８が設けられていないという点で、実施形態１の圧縮機１と相違している。圧縮機１Ａのその他の構成は、実施形態１の圧縮機１のものと同様である。

【0067】

実施形態２によれば、圧縮機１Ａの構造を実施形態１の圧縮機１のものに比べて簡素化できる。その他、実施形態１の場合と同様の作用効果を奏する。

【0068】

本発明は、上述の典型的な形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変更が考えられる。例えば、上述の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

【0069】

上述の形態では、弾性部材２５，２９としてバネ部材を使用する場合について例示したが、同様の機能を有するものであれば、弾性部材２５，２９としてバネ部材以外の手段を採用することもできる。

【0070】

上述の形態では、流体の１種であるエアを圧縮する場合について例示したが、流体はエアに限定されるものではなく、必要に応じてエア以外の別の流体（例えば、エア以外のガスや液体であって圧縮性を有するもの）を圧縮するようにしても良い。

【符号の説明】

【0071】

１，１Ａ…圧縮機、 １０…入力軸、 １１…外歯歯車、 ２０…ロータ、 ２２…内歯歯車、 ２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ…角部、 ２４…シール部材、 ２５…弾性部材、 ２６…導入路、 ２７…接続路、 ２８…開閉弁、 ２９…弾性部材、 ３０…ロータハウジング、 ３１…内周面、 ３２…作動室、 ３３ａ，３３ｂ…吸入孔、 ３４ａ，３４ｂ…排出孔、 Ｇ…エア（流体）、 Ｘ…軸方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】