JP2642949B2 - スクリューロータ - Google Patents

スクリューロータ

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JP2642949B2 JP63131480A JP13148088A JP2642949B2 JP 2642949 B2 JP2642949 B2 JP 2642949B2 JP 63131480 A JP63131480 A JP 63131480A JP 13148088 A JP13148088 A JP 13148088A JP 2642949 B2 JP2642949 B2 JP 2642949B2
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久和 ▲吉▼田
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一光 西岡
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/082Details specially related to intermeshing engagement type pumps
    • F04C18/084Toothed wheels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/04PTFE [PolyTetraFluorEthylene]

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はスクリュー型圧縮機又はポンプのスクリュー
ロータに好適なスクリューロータに関する。
(従来の技術及びその課題) スクリュー型圧縮機のスクリューロータは機械構造用
炭素鋼等の高強度鉄鋼材料を機械加工することによって
製造されており、特に、そのスクリューは専用の加工機
械を用いてシングルカッタ又はホブ等により精密に切削
加工されている。
従って、このスクリューロータはスクリューの加工に
多大の工数を必要とするのみならず切削誤差による精度
のばらつきが大きい。
また、このスクリューロータはその全体が鉄鋼材料か
らなるので、その重量が大きく、従って、その回転時の
慣性が大きいためスクリューロータの起動に大きな動力
を必要とする。
そこで、スクリューロータの重量を低減するため、例
えば、特開昭59−32688号公報に示されるように、合成
樹脂を射出成形することによってスクリューロータを製
造することが提案された。
しかしながら、この種スクリューロータはその使用条
件が苛酷であるため、これを構成する合成樹脂に要求さ
れる特性を満足する合成樹脂は一般に市販されている汎
用の合成樹脂の中にはなく、スーパーエンプラと呼ばれ
る材料に限られている。そして、スーパーエンプラはそ
の価格が非常に高いためこの種スクリューロータのよう
に容積が大きい部品ではそのコストが急増する。しか
も、スーパーエンプラは射出成形の際の成形性が悪く、
従って、スクリューロータのように厚肉で大型の部品を
射出成形によって成形することはできなかった。
(課題を解決するための手段) 本発明は上記課題を解決するために発明されたもので
あって、その要旨とするところは、金属製シヤフトとそ
のまわりに径方向に積層された複数の合成樹脂層からな
るロータを具え、相手側のスクリューロータと噛合しな
がら回転するスクリューロータにおいて、上記相手側ス
クリューロータに噛合する上記ロータの表面層が10〜30
重量%の炭素繊維で強化されたエチレン−4弗化エチレ
ン共重合体からなり、第2層又はそれ以下の層がポリフ
ェニレンサルファイド樹脂からなることを特徴とするス
クリューロータにある。
他の特徴とするところは、上記第2層がガラス繊維及
び又は炭素繊維及び又は無機フィラーからなる充填材で
強化されたポリフェニレンサルファイド樹脂からなり、
上記充填材のトータル含有率が40〜70重量%であること
にある。
他の特徴とするところは、上記第2層が炭素繊維を5
〜20重量%含有し、上記ロータの両端部を形成して上記
金属製シヤフトに接触することにある。
更に特徴とするところは、上記第3層又はそれ以下の
各層がガラス繊維を単独に含有し又はガラス繊維と無機
フィラーを併せ含有する充填材で強化されたポリフェニ
レンサルファイド樹脂からなり、上記充填材のトータル
含有率が40〜70重量%であることにある。
(実施例) 以下、本発明をスクリュー型圧縮機の雄スクリューロ
ータに適用した実施例について、図面を参照しながら具
体的に説明する。
第1図及び第2図には雄スクリューロータの1例が示
されている。雄スクリューロータ1は金属製シヤフト2
とこれを被覆するロータ3からなり、ロータ3はそれぞ
れ合成樹脂からなるコア層4と中間層5と表面層6をこ
の順に径方向に積層して構成されている。
ロータ3は全体としておおよそ円筒状をなし、その両
端面はシャフト2に直交し、外周面には4条のスクリュ
ーが形成されている。
この雄スクリューロータはケーシング内において雄ス
クリューロータと噛合いながら互いに逆方向に高速回転
することによってケーシング、雄スクリューロータ及び
雄スクリューロータによって限界される作動空間に吸入
されたガスを圧縮して吐出する。
従って、スクリュー圧縮機の運転時、これら雄、雌ス
クリューロータの回転力及びガス圧を受け、かつ、摺動
摩擦等により高圧・高温となるとともにその表面に静電
気が発生し、潤滑油、ガス及びこれに含まれる水分等の
不純物に曝される。
この雄スクリューロータ1を製造するには、先ず、射
出成形その他の方法によって金属製シャフト2を被覆す
るようにコア層4を形成し、かつ、表面層6を射出成形
その他の方法で形成する。次いで、シャフト2上に成形
されたコア層4と表面層6を成形型内に配置してこれら
の間に溶融状態の合成樹脂を射出することにより表面層
6を軟化させると同時に押し拡げてその外面を成形型の
型面に密着させる。そして、射出された合成樹脂が硬化
したとき中間層5となり、この中間層5はコア層4及び
表面層6と接合されて一体となってロータ3が構成され
る。この中間層5はロータ3の両端部を形成して金属製
シヤフト2に接触している。
このロータ3を構成する合成樹脂に要求される特性は
多岐に亘り、これを列挙すると次の通りである。
吸水による寸法変化が小さいこと。
高温下における疲労強度が高いこと。
耐熱性が良好であること。
線膨張係数が2.4×10-5/℃近傍であること。
難燃性であること。
耐油性に優れていること。
耐酸性に優れていること。
耐スパーク性に優れていること。
成形性に優れていること。
上記要求特性を考慮して多数の合成樹脂の中から次の
4種類の合成樹脂を選出した。
(a)ガラス繊維強化架橋型ポリフェニレンサルファイ
ド樹脂 (b)ガラス繊維強化直鎖型ポリフェニレンサルファイ
ド樹脂 (c)ガラス繊維強化芳香族ポリアミド樹脂(MXD6) (d)ガラス繊維強化フェノール樹脂 そして、これらの4種類の合成樹脂のそれぞれについ
て上記要求特性に基づいて次の試験項目について材料試
験を実施した。
引っ張り強度 曲げ強度 吸水率 線膨張係数 耐熱劣化性 耐油性 耐酸性 この試験結果より、芳香族ポリアミド樹脂は熱劣化に
よる強度低下が大きく、また、フェノール樹脂はオイル
による強度保持率が他に比べて低いので、ポリフェニレ
ンサルファイド樹脂が好ましいという結果が得られた。
架橋型と直鎖型のポリフェニレンサルファイド樹脂を比
較すると、架橋型はその製造時の酸化反応により生成す
る架橋部分の強度が弱く、従って、衝撃強度、ウエルド
強度が弱いという欠点を持つため、直鎖型のポリフェニ
レンサルファイド樹脂が好ましいという結論に達した。
しかし、この直鎖型ポリフェニレンサルファイド樹脂は
高温・高圧時に機械的強度が低下するので要求特性に合
わせた改質が必要であることが判った。
ここで、第1図に示す3層構造の各層毎に材料の検討
を行った。
先ず、表面層6は雄スクリューロータ1の噛合いなが
ら回転する雌スクリューロータやケーシングとの摺動に
よる摩擦摩耗に対する耐久性を必要とするため、摺動性
に富むことが必要であり、更に、高温時(スクリュー圧
縮機の運転時)熱膨張して雌スクリューロータと接触し
た場合には摩耗脱落して雌スクリューロータとの間に適
正なクリアランスを保つという重要な役割を担うことが
必要である。
このような特性を持つ樹脂をとしては、弗素系の樹脂
が適当であるが、射出成形によって形成するにはエチレ
ン−4弗化エチレン共重合体が適当である。更に、この
表面層6は可燃性ガスを圧縮する場合に、静電気による
スパークを防止するために導電化が必要であり、このた
めには、第3図に明らかなように、10〜30重量%好まし
くは15〜20重量%の炭素繊維を含有させるのが望まし
い。
次に、中間層5はロータ3の最終製造工程で形成さ
れ、ロータ3の寸法精度を決定する層であるから強度と
ともに成形収縮率が低いことが要求される。直鎖型ポリ
フェニレンサルファイド樹脂をガラス繊維で強化した場
合には、その異方性により繊維の流れ方向に直角方向の
成形収縮量に変化が生じるので、直角方向の成形収縮量
を小さく抑えるために無機フィラーをハイブリット充填
した。また、この中間層5はロータ3の両端部を形成し
てシャフト2に接触するので、この中間層5を導電化す
れば、表面層6と金属製シャフト2を導電させることが
できる。こうすれば、雄スクリューロータ1の摺動によ
りロータ3の表面に発生した静電気を金属製シャフト2
に逃がすことが可能となり、静電気によるスパークを防
止できる。このために中間層5には5〜20重量%好まし
くは10〜15重量%の炭素繊維を含有させる。しかして、
この炭素繊維、ガラス繊維及び無機フィラーからなる充
填材のトータル含有率を40〜70重量%好ましくは60〜65
重量%とするのが適当であり、また、ガラス繊維は第4
図ないし第6図に示すようにその強度面より40〜50重量
%が好ましい。ガラス繊維の含有率が40重量%の場合、
無機フィラーを25重量%ハイブリット充填すれば直角方
向の成形収縮率が0.67%から0.49%に低下した。
コア層4はロータ3の機械的強度、耐熱性を左右する
層であるから直鎖型ポリフェニレンサルファイドが望ま
しい。充填材としてはガラス繊維単独或いはガラス繊維
と無機フィラーを併用することができ、そのトータル含
有率は40〜70重量%好ましくは60〜65重量%とするのが
適当である。
本発明に基づいて製造された雄スクリューオータの仕
様を次に示す。
ロータ3;外径80mmで外周面に4条のスクリューが形成さ
れている。
表面層6;20重量%炭素繊維強化エチレン−4弗化エチレ
ン共重合体 中間層5;15重量%炭素繊維、30重量%ガラス繊維、20重
量%無機フィラー強化直鎖型ポリフェニレンサルファイ
ド樹脂 コア層4;40重量%ガラス繊維、25重量%無機フィラー強
化直鎖型ポリフェニレンサルファイド樹脂。
この雄スクリューロータ1は寸法精度も良好であり、
また、高速回転によるスピンテストにおいても特に異常
がなく良好な結果が得られた。
以上本発明を雄スクリューロータに適用した例につい
て詳述したが、本発明は雌スクリューロータに適用する
ことが可能であり、合成樹脂層は3又はそれ以上であっ
ても良い。
(発明の効果) 本発明においては、径方向に積層された複数の合成樹
脂層からなるロータを具えたスクリューロータにおい
て、表面層を10〜30重量%の炭素繊維で強化されたエチ
レン−4弗化エチレン共重合体で構成し、第2層又はそ
れ以下の層をポリフェニレンサルファイド樹脂で構成し
たため、苛酷な使用条件のスクリューロータに要求され
る多くの特性を充足して安価、軽量で、寸法精度が高い
スクリューロータを得ることができる。そして、表面層
を10〜30重量%の炭素繊維で強化されたエチレン−4弗
化エチレン共重合体で構成することにより、その射出成
形が可能となり、摺動性に富むとともに良好な摩擦摩耗
に対する耐久性、摩耗脱落性、導電性を付与することが
できる。
第2層に構成するポリフェニレンサルファイド樹脂に
ガラス繊維及び又は炭素繊維及び又は無機フィラーから
なる充填材をトータルで40〜70重量%含有させることに
より、成形収縮量を低く抑制してロータの寸法精度を向
上することができる。
第2層に炭素繊維を5〜20重量%含有させるとともに
この第2層がロータの両端部を形成して金属製シャフト
に接触するようにすることによってロータの摺動により
その表面に発生する静電気を金属製シャフトに逃がして
スパークを防止することができる。
第3層又はそれ以下の各層をガラス繊維を単独に含有
し又はガラス繊維と無機フィラーを併せ含有する充填材
で強化されたポリフェニレンサルファイド樹脂で構成し
上記充填材のトータル含有率を40ないし70重量%とする
ことによってロータの機械的強度、耐熱性等を良好に保
持することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による雄スクリューロータの1例を示
し、その上半は縦断面、下半は正面を示している。。第
2図は第1図のII−11線に沿う横断面図、第3図は炭素
繊維含有率と比抵抗の関係を示す線図、第4図はガラス
繊維含有率と引張強度との関係を示す線図、第5図はガ
ラス繊維含有率と曲げ強度との関係を示す線図、第6図
はガラス繊維含有量とアイゾット衝撃強度との関係を示
す線図である。 スクリューロータ……1、金属製シャフト……2、ロー
タ……3、表面層……6、第2層……5、第3層……4
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▼田 久和 愛知県名古屋市瑞穂区堀田通9丁目35番 地 ブラザー工業株式会社内 (72)発明者 小林 千里 愛知県名古屋市瑞穂区堀田通9丁目35番 地 ブラザー工業株式会社内 (72)発明者 西岡 一光 愛知県西春日井郡西枇杷島町字旭町3丁 目1番地 三菱重工業株式会社エアコン 製作所内 (72)発明者 林 俊一 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道1番 地 三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者 岡野 良一 愛知県名古屋市中区上前津2丁目9番29 号 株式会社槌屋内 (56)参考文献 特開 昭61−197794(JP,A) 特開 昭59−170485(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属製シヤフトとそのまわりに径方向に積
    層された複数の合成樹脂層からなるロータを具え、相手
    側のスクリューロータと噛合しながら回転するスクリュ
    ーロータにおいて、上記相手側スクリューロータに噛合
    する上記ロータの表面層が10〜30重量%の炭素繊維で強
    化されたエチレン−4弗化エチレン共重合体からなり、
    第2層又はそれ以下の層がポリフェニレンサルファイド
    樹脂からなることを特徴とするスクリューロータ。
  2. 【請求項2】上記第2層がガラス繊維及び又は炭素繊維
    及び又は無機フィラーからなる充填材で強化されたポリ
    フェニレンサルファイド樹脂からなり、上記充填材のト
    ータル含有率が40〜70重量%であることを特徴とする請
    求項1記載のスクリューロータ。
  3. 【請求項3】上記第2層が炭素繊維を5〜20重量%含有
    し、上記ロータの両端部を形成して上記金属製シヤフト
    に接触することを特徴とする請求項2記載のスクリュー
    ロータ。
  4. 【請求項4】上記第3層又はそれ以下の各層がガラス繊
    維を単独に含有し又はガラス繊維と無機フィラーを併せ
    含有する充填材で強化されたポリフェニレンサルファイ
    ド樹脂からなり、上記充填材のトータル含有率が40〜70
    重量%であることを特徴とする請求項1記載のスクリュ
    ーロータ。
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