JP4141521B2 - 滑り部材付き圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気等を圧縮する圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、空気等を効率的に圧縮する手段として、圧縮機が用いられる。この圧縮機は、不要となった気体エネルギや電気エネルギ等を利用してコンプレッサインペラを回転させ、この回転力により新気を圧縮しつつ送出するものである。
【０００３】
具体的には、圧縮機は、コンプレッサハウジングと、このコンプレッサハウジング内に回転自在に支持されるコンプレッサインペラと、このコンプレッサインペラを回転させる駆動源とから構成される。
【０００４】
そして、前記コンプレッサインペラは、その縁部が前記コンプレッサハウジングの壁面に沿うよう形成されたブレードを複数有し、コンプレッサインペラが回転した際に、前記ブレードが新気を吸引及び圧送する。
【０００５】
このような圧縮機では、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラのブレードとの接触による破損を防止するため、コンプレッサハウジングとブレードとの間にある程度のクリアランスが必要であるが、両者のクリアランスが大きくなると、そのクリアランスから新気が漏れ、圧縮効率が低下する。
【０００６】
上記したような圧縮効率の低下は、コンプレッサインペラの低速回転時に顕著となるので、所望の圧縮空気を得るには、コンプレッサインペラを高速回転させる必要があり、大きな駆動力を必要とする。
【０００７】
このような要求に対し、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラとの接触を許容することで、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラとのクリアランスを極限まで減少させ、新気の圧縮効率を向上させる技術も開発されており、その一つに、アブレーダブルターボチャージャがある。
【０００８】
前記アブレーダブルターボチャージャは、コンプレッサインペラのブレード縁部に対向するコンプレッサハウンジング壁面（シュラウド部）に、アルミやポリエステル樹脂等を混合させた粉末を溶射し、削られ易い皮膜を形成する、いわゆるアブレーダブル溶射を施し、これにより形成された皮膜でコンプレッサハウンジングとコンプレッサインペラとの隙間を減少させたものである。
【０００９】
このようなアブレーダブルターボチャージャによれば、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラの耐久性を犠牲にすることなく、圧縮効率を向上させることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したようなアブレーダブルターボチャージャでは、皮膜の原料となるアルミやポリエステル樹脂を混合させた粉末が高価であるとともに、溶射の加工管理が難しいため加工費用が高価になるという問題がある。
【００１１】
本発明は、前記した問題点に鑑みてなされたものであり、耐久性を犠牲にすることなく高い圧縮効率を得られる圧縮機を安価に提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を採用した。すなわち、本発明にかかる滑り部材付き圧縮機は、コンプレッサハウジング内に回転自在に支持されるコンプレッサインペラと、前記コンプレッサハウジング内に取り込まれた新気を圧縮すべく前記コンプレッサインペラを回転駆動させる回転手段とを備えた圧縮機において、
前記コンプレッサインペラの新気の流入口から流出口にかけての外縁長さ L に対して１／２・ L 以内の範囲で、前記コンプレッサインペラの外縁に対向する前記コンプレッサハウジング壁面に溝を形成し、この溝に、前記コンプレッサインペラと接触する寸前まで突出させた滑り部材を装着したことを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、コンプレッサインペラとコンプレッサハウジング壁面とのクリアランスが限りなく小さくなり、コンプレッサインペラの低速回転時に新気の漏れが防止される。
【００１４】
また、コンプレッサインペラの回転に伴いブレードが滑り部材と接触した場合でも、滑り部材の摩擦抵抗が小さいので、両者の接触による摩擦熱が発生し難く、滑り部材やコンプレッサインペラ等を破損させることがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる滑り部材付き圧縮機の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明にかかる滑り部材付き圧縮機の一実施態様を示す概略構成図である。
滑り部材付き圧縮機１は、新気を圧縮するコンプレッサ２と、このコンプレッサ２をギヤボックス６を介して駆動する電動モータ５と、前記コンプレッサ２で圧縮されるべき新気中の塵や埃等を収集するエアクリーナボックス８と、前記コンプレッサ２で圧縮された新気の温度を低下させるインタークーラ１０とを備える。
【００１７】
前記コンプレッサ２は、新気取入口２ａ及び圧縮空気排出口２ｂが形成されたコンプレッサハウジング２ｃと、このコンプレッサハウジング２ｃ内に回転自在に指示されるコンプレッサインペラ３とから構成される。
【００１８】
そして、前記コンプレッサハウジング２ｃの新気取入口２ａには、吸気管７が接続され、この吸気管７は、エアクリーナボックス８に接続される。また、前記コンプレッサハウジング２ｃの圧縮空気排出口２ｂには、排気管９が接続され、この排気管９は、インタークーラ１０の空気取入口に接続される。
【００１９】
前記インタークーラ１０の空気排出口には、所定の装置等に圧縮空気を供給するための圧縮空気供給管１１が接続される。
続いて、前記コンプレッサインペラ３は、コンプレッサホイール３ａと、このコンプレッサホイール３ａの表面に形成された複数のブレード３ｂとから形成され、前記ブレード３ｂは、通常、コンプレッサホイール３ａ表面に、流線の長さが異なるブレードを交互に配置するよう形成される。
【００２０】
尚、ブレード３ｂの流線の長さとは、コンプレッサインペラ３の新気の流入口から流出口にかけた外縁の長さをいう。
また、前記コンプレッサホイール３ａの軸心部には、コンプレッサハウジング２ｃ及びギヤボックス６に回転自在に軸支されるロータシャフト４が貫通し、これらコンプレッサホイール３ａとロータシャフト４とは、ロータシャフト４先端に取り付けられたナット２１により固定され、一体で回転するようになっている。 ここで、コンプレッサハウジング２ｃとコンプレッサインペラ３の流線部とが対向する部分の拡大断面図を図２に示す。
【００２１】
前記コンプレッサハウジング２ｃの内壁面において、コンプレッサインペラ３の流線部と対向する部位、いわゆるシュラウド部２０には、コンプレッサインペラ３のブレード３ｂとのクリアランスを可能な限り減少させることを目的として、溝１２を形成するとともに、この溝１２には、前記ブレード３ｂと接触する寸前まで突出するよう形成された滑り部材１３が装着されている。
【００２２】
前記滑り部材１３は、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）を約５０％（重量）と合成雲母を約５０％（重量）を化学的に結合した樹脂、いわゆるフルオロシント５００で形成される。
【００２３】
上記したフルオロシント５００は、高温においての荷重変形がフッ素樹脂に比べて非常に少ないうえ、熱を受けた際の寸法安定性がアルミニウムに近く、水蒸気の非透過性等の耐薬品性においてはテフロンに匹敵する。そして、フルオロシント５００の電気的性能は、未充填ＰＴＦＥと略同等の性能を有する。
【００２４】
さらに、フルオロシント５００は、その線形膨張係数がＰＴＦＥの５分の１であることから填め合いやクリアランスを考慮に入れなくても良いという利点を有する。
【００２５】
また、フルオロシント５００は、極低温から２６０℃までの温度範囲で使用可能であり、温度サイクル中や熱衝撃を与えた後でも、約３４３℃で形状安定性を維持する。
【００２６】
そして、フルオロシント５００は、ＰＴＦＥの摩擦特性を維持しつつ、その硬度が摩擦特性の改良されたＰＴＦＥの３分の１であり、非ざらつき摩擦特性により、摩擦係数及び摩擦速度が低いので金属材料を磨耗させないという特性を有する。
【００２７】
このような特性を有する滑り部材１３をコンプレッサハウジング２ｃに装着する方法としては、溝１２または滑り部材１３に接着剤を塗布するとともに、この滑り部材１３を溝１２に圧入する方法を例示することができる。
【００２８】
そして、滑り部材１３を装着する範囲、すなわち溝１２を設ける範囲は、ブレード３ｂの流線の長さＬに対して１／２・Ｌ以内とし、さらに、流出口から１／２・Ｌまでの範囲とすることが好ましい。
【００２９】
これは、新気の圧力が流出口から１／２・Ｌまでの範囲で上昇し、この範囲のクリアランスを十分小さくすれば、圧縮効率を高めることができ、逆に、流出口から１／２・Ｌの範囲においてシュラウド部２０とブレード３ｂとのクリアランスが大きいと、このクリアランスから新気が漏れ、旋回流が生じて圧縮効率の大幅な低下を招くという発明者の知見に基づく。
【００３０】
さらに、一般の圧縮機では、コンプレッサハウジングのシュラウド部とコンプレッサインペラのブレードとの見かけ上のクリアランスは、流入口側より流出口側の方が大きい。このことからコンプレッサインペラが十分な回転速度を得るまでの間、前記ブレードと前記滑り部材との接触する確率は、流出口側より流入口側の方が高く、コンプレッサインペラの回転速度の減衰や破損を招く虞がある。
【００３１】
従って、前述したように、流出口から１／２・Ｌまでの範囲内に溝１２を設けることにより、コンプレッサインペラ３の回転速度の減衰や破損を招くことなく、圧縮効率を向上させることができる。
【００３２】
ここで図１に戻り、前記ギヤボックス６内に位置するロータシャフト４には、ピニオンギヤ４ａが取り付けられる。このピニオンギヤ４ａは、電動モータ５の回転軸５ａに取り付けられた平歯車５ｂと噛み合っている。
【００３３】
このように構成された圧縮機１では、電動モータ５が回転駆動されると、その回転力が平歯車５ｂ及びピニオンギヤ４ａを介してロータシャフト４に伝達され、次いでコンプレッサハウジング２ｃ内のコンプレッサインペラ３に伝達される。
【００３４】
そして、コンプレッサインペラ３が回転すると、コンプレッサハウジング２ｃの新気取入口２ａ付近に吸気負圧が発生し、この吸気負圧が吸気管７を介してエアクリーナボックス８に達する。このとき、エアクリーナボックス８内に新気が取り込まれ、その新気は、エアクリーナボックス８内で除塵及び除埃された後、吸気管７を介してコンプレッサハウジング２ｃ内に吸引され、回転するコンプレッサインペラ３によって圧縮され、圧縮空気排出口２ｂへ送出される。
【００３５】
その際、滑り部材１３を備えたコンプレッサ２では、コンプレッサハウジング２ｃのシュラウド部２０とコンプレッサインペラ３のブレード３ｂとの隙間から新気が漏れることが無く、新気を効率良く圧縮することができる。
【００３６】
そして、前記コンプレッサハウジング２ｃの圧縮空気排出口２ｂから送出された圧縮空気は、排気管９を経てインタークーラ１０に送られ、インタークーラ１０にて冷却された後、圧縮空気供給管１１を介して所定の装置へ供給される。
【００３７】
尚、前述の実施の形態では、コンプレッサハウジング２ｃのシュラウド部２０において、コンプレッサインペラ３のブレード３ｂと対向する部位の一部に滑り部材を装着する例について説明したが、図３に示すように、ブレード３ｂの流線部と対向するシュラウド部２０の全範囲に溝１４を設け、この溝１４に滑り部材１５を装着するようにしても良い。
【００３８】
この場合、コンプレッサインペラ３のブレード３ｂは、動作初期において、滑り部材１５に接触した状態で回転することが予想されるが、コンプレッサインペラが十分な回転速度に達すると、ローターシャフト４の軸心が軸受けの中心と略一致するようになるため、コンプレッサインペラの偏心位置での回転が抑制され、ブレード３ｂと滑り部材１５との接触が無くなるものと考えられる。
【００３９】
また、前述した実施の形態では、滑り部材の装着方法として、コンプレッサハウジングのシュラウド部に溝を設け、滑り部材もしくは溝に接着剤を塗布して、滑り部材を溝に圧入する方法を例示したが、例えば、図４〜６に示すように、筒状の滑り部材１６の外壁にＣ型リング１９を嵌着するとともに、コンプレッサハウンジング２ｃのシュラウド部２０に、前記Ｃ型リング１９が嵌合する環状の凹部１８を有する溝１７を形成して、前記滑り部材１６を前記溝１７に挿入するようにしてもよい。
【００４０】
その際、前記滑り部材１６は、軸方向の長さが前記溝１７の軸方向の長さと略同一になるよう形成するとともに、その内周面１６ｂがコンプレッサインペラ３のブレード３ｂの流線部と略同一形状で、且つ前記シュラウド部２０よりも突出するよう形成されるものとする。
【００４１】
さらに、前記滑り部材１６の外周面には、前記溝１７の凹部１８と対応する位置に、前記Ｃ型リング１９を嵌着するための溝１６ａが形成される。
このような構成によれば、滑り部材１６は、前記Ｃ型リング１９を介して前記溝１７の段部に係止されるので、接着剤を塗布しなくとも滑り部材１６が前記溝１７から抜け落ちることがなく、さらに接着剤を併用すればより一層抜け落ち難くなる。
【００４２】
また、上記した滑り部材１６を形成する方法としては、図７に示すように、Ｃ型リング１９が外嵌された筒体を、シュラウド部２０の溝１７に挿入した後に、前記シュラウド部２０より突出した部位を切削加工して、コンプレッサインペラ３のブレード３ｂの流線と略同一形状をなすように形成する方法を例示することができる。
【００４３】
その際、前記滑り部材１６の内壁面は、前記シュラウド部２０よりも若干突出するように形成し、滑り部材１６とブレード３ｂとのクリアランスが、前記シュラウド部２０とブレード３ｂとのクリアランスよりも狭くなるようにする。
【００４４】
【発明の効果】
本発明では、コンプレッサハウジングに滑り部材を設けることにより、コンプレッサハウジングとコンプレッサインペラとのクリアランスを可能な限り小さくすることができ、新気の漏れによる圧縮効率の低下が抑制される。
【００４５】
さらに、滑り部材とコンプレッサインペラが接触した場合でも、滑り部材の摩擦抵抗が小さいので摩擦熱の発生を抑制することができ、コンプレッサインペラの磨耗や破損が防止され、耐久性の低下が防止される。
【００４６】
また、滑り部材とコンプレッサインペラとが接触した場合に、滑り部材の摩擦抵抗が小さいので、コンプレッサインペラの回転速度が減衰することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る滑り部材付き圧縮機の概略構成を示す断面図
【図２】コンプレッサハウジングのシュラウド部の拡大図
【図３】他の実施の形態に係るコンプレッサハウジングのシュラウド部の拡大図
【図４】他の実施の形態に係るコンプレッサハウンジングのシュラウド部の拡大図
【図５】 （ａ）は滑り部材の側面図、（ｂ）は滑り部材の平面図
【図６】Ｃ型リングの斜視図
【図７】滑り部材の製造方法を説明する図
【符号の説明】
１ ・・・滑り部材付き圧縮機
２ ・・・コンプレッサ
２ａ・・・新気取入口
２ｂ・・・圧縮空気排出口
２ｃ・・・コンプレッサハウジング
３ ・・・コンプレッサインペラ
３ａ・・・コンプレッサホイール
３ｂ・・・ブレード
４ ・・・ロータシャフト
４ａ・・・ピニオンギヤ
５ ・・・電動モータ
５ａ・・・回転軸
５ｂ・・・平歯車
６ ・・・ギヤボックス
１２・・・溝
１３・・・滑り部材
１４・・・溝
１５・・・滑り部材
１６・・・滑り部材
１７・・・溝
１８・・・凹部
１９・・・Ｃ型リング
２０・・・シュラウド部
２１・・・ナット

Claims (1)

1. コンプレッサハウジング内に回転自在に支持されるコンプレッサインペラと、前記コンプレッサハウジング内に取り込まれた新気を圧縮すべく前記コンプレッサインペラを回転駆動させる回転手段とを備えた圧縮機において、
   前記コンプレッサインペラの新気の流入口から流出口にかけての外縁長さ L に対して１／２・ L 以内の範囲で、前記コンプレッサインペラの外縁に対向する前記コンプレッサハウジング壁面に溝を形成し、この溝に、前記コンプレッサインペラと接触する寸前まで突出させた滑り部材を装着したことを特徴とする滑り部材付き圧縮機。

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