JPH01290993A - ローリングピストン式回転機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明はローリングピストン式回転機械に関し、特にそ
の耐久性の向上に関するものである。

ローリングピストン式回転機械は部品点数が少なくシン
プルな構造であるため、種々の優れた特長を有している
。そのため、例えばエアコン等のコンプレッサとして、
ディーゼルエンジン車の負圧源として、あるいはブレー
キブースタ等の負圧ポンプとして広く利用されている。

〔従来の技術〕

従来のローリングピストン式回転機械は円筒状内周面を
有するシリンダ内を、シリンダの軸心に対して所定の偏
心量をもつロータがシリンダの内周面に沿って回転する
。このロータ外周面に摺接しロータの半径方向に往復運
動するベーンが、シリンダとロータとの間の空間を吸入
室と吐出室とに区画することによって圧力差を生じさせ
る。

ここでロータの材料としては、特開昭６１−２９１７９
４号公報に開示されるように騒音・振動・大型化防止の
ため軽量であること、発熱損傷・変形防止のためケーシ
ングや軸受部の鉄材と同等の熱膨張率を有することとい
う条件を満足する繊維強化アルミニウム等のアルミニウ
ム基複合材料が適切である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、アルミニウムは無潤滑状態での耐焼付性
に乏しいので、アルミニウム基複合材料製のロータの焼
付防止のために何らかの対策を施すことが望まし２い。

そこで、ロータが摺動する相ｆ−面に、例えばフッ素樹
脂等の自己潤滑被膜を設けたとする。その場合、ロータ
の焼付を防止することはできるが、自己潤滑被膜として
のフッ素樹脂の耐摩耗性に問題が残る。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、自己潤滑被
膜としてのフッ素樹脂に十分な耐摩耗性を付〜、するこ
とによってアルミニウムＸ：１１合材料製ロータの焼付
を防止し、ローリングピストン式回転機械の耐久性を向
上させることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明は、 筒状内周面と両端部の側板とを有するシリンダと、該内
周面に沿って回転するように該シリンダ軸心に対して所
定の偏心盪をもって該シリンダ内に廃されたアルミニウ
ム基複合材料からなるロータと、該ロータの外周面に摺
接しかつ該ロータの半径方向に往復運動しながら該シリ
ンダと該ロータとの間の空間を吸入室と吐出室に区画形
成するベーンとを具備したローリングピストン式回転機
械において、 前記側板のロータとの摺動面トに熱硬化性樹脂からなる
マトリックス中に無機質ウィスカを１〜１ＱＶｏｌ％、
フッ素樹脂を１０〜５０Ｖｏｌ％の比率で分散させた摺
動表面層を設けたことを特徴とするローリングピストン
式回転機械という技術的手段を採用する。

〔作用〕

本発明によれば、摺動表面層に分散している無機質ウィ
スカにより、摺動表面層の耐摩耗性が大幅に改善される
。さらに無機質ウィスカは繊維状であるため熱硬化性樹
脂と強く固着し、脱落・埋没が起こりにくい。

〔実施例］ 次に本発明をブレーキブースタ用バキュームポンプとし
て用いた場合の実施例について説明する。

第１図及び第２図において、主軸１は玉軸受２を介して
フロントハウジング３．リヤハウシング４に軸支されて
いる。この主軸Ｉの中央部には、主軸１の回転を滑らか
にするためのバランサー５が設けられ、このバランサー
５の両側には軸心より所定量偏心した偏心軸６が形成さ
れている。そして、この偏心軸６には玉軸受７を介して
円筒状のロータ８が軸支されている。

フロントハウジング３及びリヤハウジング４の間には、
円筒状内面９ａを１丁するケーシング９が挟持されてお
り、この円筒状内面９ａの中心とロータ８の中心とは所
定量偏心している。さらに、ロータ８の側面にはフロン
トハウジング３及びリヤハウジング４の各々の間に側板
ＩＯ，１１が配されており、ケーシング９．側板１０．
１１によってシリンダが形成されている。

この側板ｉｏ、ｔｉ上には、ロータ８の側板１０．１１
への焼付きを防止するために摺動表面層）Ｏａ、ｌｌａ
が設けられている。

ケーシング９には軸方向に開口するベーン室１２が形成
されており、このベーン室１２内には板状のベーン１３
が挿入されている。ごのベーン１３にはスプリング受は
穴１３ａが形成されており、このスプリング受は穴１３
ａとベーン室の床面との間にはスプリング１４が配され
ている。そして、このスプリング１４の付勢力によって
ベーン１３は常にロータ８の外周面に当接しており、ロ
ータ８がシリンダ内を偏心運動すると、このロータ８の
運動に伴なってベーン１３はベーン室１２内を往復運動
する。

また、このへ・−ン１３はシリンダ内面とロータ８の外
周面とによって形成されるう／リング室を吸入室Ａと吐
出室Ｂとに区画しでいる。そして、ケーシング９には、
吸入室Ａに空気を導く吸入口１５が形成され、吐出室Ｂ
内の空気・り吐出するだめの吐出口１６がベーン室１２
の近傍のケージング９に開口して設けられている。また
、吐出口１６には吐出「１１６から外部に向かう空気の
みを通過させるチエツクバルブ１７がバルブ受け１８に
よって設けられている。尚、フロントハウジング３゜ケ
ーシング９．リヤハウジング４は互いにボルト２０によ
って締結されている。

次に各構成部品の材料について説明する。ケーシング９
は、例えば鉄に′フッ素樹脂コーティングしたもの、ベ
ーン１．（は樹脂含浸の焼結カーボン、フロント及びリ
ヤハウジング３，４と側４Ｆｉ　ｌ　０　。

ＩＪは鉄である。なお、フロントハウジング３と側板１
０、及びリヤハウジング４と側板１１は一体としても良
い。ロータ８は、セラミンクｌＡｌ１　Ｉｔとセラミッ
ク粒子の混合体にアルミニウム合金（ｊＩＳ　　ＡＤＣ
１２）を複合させた鐵維及び粒子強化アルミニウムであ
る。これによりロータ８の熱膨張率は、ケーシング９の
材料である鉄の熱膨張率と同等なものとなっている。な
おロータ８の材料は上記以外に、アルミニウム基複合材
料を用いてその熱膨張率を鉄と同等としたものならば良
い。

次に側板１０に設けた摺動表面層１０ａの模式図を第３
図に示し、その組成について説明する。

なお、側板１１も同様の構造である。摺動表面層１０ａ
は熱硬化性樹脂としての耐熱性エポキシ樹脂にＳｉＣウ
ィスカ２１０を摺動表面層１０ａ全体の５シｏｆ％、フ
ン素樹脂２２０（例えばデュポン社製商品名テフロン）
を同２０ＶＯ１％２二硫化モリブデン（ＭＯ３２）２３
０を同３νｏ１％分散させたものからなる。ただし、ｑ
６質ウィスカとしてのＳｉＣウィスカ２１０の分散比率
は、））１動表面層１０ａ全体の１〜１０Ｖｏｌ％であ
ればよい。

これはＳｉＣウィスカ２１０が１Ｖｏｌ％未ン＋’Ａで
あると摺動表面層１０ａの耐Ｉγ耗性を４−分すこ向上
させることはできず、逆に１ＱＶｏｌ％より多くなると
、ロータ８によるＦｔＸｔ＝力によって摺動表面層１０
ａからＳｉＣウィスカ２１０が引き抜かれやすくなり、
ぞの際摺動表面層１０ａに穴やひび割れを発生させるな
ど、摺動表面層１０ａの強度が弱くなるためである。ま
た、フッ素樹脂２２０の拡散比率についても摺動表面層
１０ａ全体のｌＯ〜５０Ｖｏｌ％であれば良い。これは
フッ素樹脂２２０が１０Ｖｏｌ％未満であるときには、
−１分な自己潤滑性を得ることはできず、逆に５０Ｖｏ
ｌ％を超えると摺動表面層１０ａのフン素樹脂２２０の
粒子−間に割れが発生しやすくなるなど（Ｈ動表面層１
０ａの強度に問題が生じるためである。なお、二硫化モ
リブデン（ＭｏＳｚ）２３０はフン素樹脂２２０とは異
なる機構により自己潤滑性を示すので、二硫化モリブデ
ン（ＭｏＳｚ）２３０を摺動表面層１０ａ全体の５νｏ
Ｉ％以下の比率で拡散することにより、摺動表面層１０
　ａの耐焼付性をさらに向−トさ−せることができる。

ムニだし、二硫化モリブデン（ＭＯ３２）２３０は必ず
しも必要、なものではなく、また拡散比率が５Ｖｏｌ％
よりも多くなると摺動表面層ｌｅａの強度を弱めるごと
になる。なお、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）に代えて
、グラファイトあるいは二硫化タングステン（ＷＳ、）
を用いることも可能である。

摺動表面層１０ａの厚さは、５〜５０　／ｌ　ｍ　（＋
−ｔ’ましくは１０〜３０μｍ）であり、これは厚さが
５μｍ以下であるとＳｉＣウィスカ２１０を保持するこ
とが困難になり、５０μｍ以上となると側板１０．１１
に対する接着力に問題が生じるためである。また、Ｓｉ
Ｃウィスカ２１０は繊維径０８１〜１μｍ、繊維長１０
〜・５０μＩｎの無機質ウィスカであり、ここで繊維長
を１０μｍ以上とＵ７たのは良好な耐摩耗性を得るため
に摺動表面層１（）ａの表面にＳｉＣウィスカ２１０の
一部が突出するようにするためであり、繊維長の上限を
５０μｍとしたのは摺動表面層１０ａの厚さから定めた
ものである。また、フン素樹脂２２０及び二硫化モリブ
デン（ＭｏＳｚ）は１０μｍ以下の粒状をし、ていて、
摺動表面層１０．３中に均一に分散し２ている。なお、
摺動表１ｆｆｌｊ！ｌｏａは、耐熱性上ボキシ樹脂に予
じめＳｔＣウィスカ２１０．フッ素樹脂２２０．二硫化
モリブデン（＆１ｏＳｚ）を分散しておき、通常の焼付
は塗装により形成した。

次に本実施例の作動についで説明する。第１図及び第２
図において原動機（図示せず）により駆動される主軸１
０回転に伴い偏心軸６は主軸ｌの周囲を偏心回転する。

この時、ｉコータ８は、玉軸受７を介して偏心軸６に対
し７回転自在に支承されているため、ゲー・ソング９内
部で第１図矢印Ｒ方向に回転揺動運動を行・う。この時
、ベーンｔ　３はスプリング１４の押付は力により、ロ
ータ８の外周部に当接し、偏心Ｌ７−タ８の回転揺動運
動に伴いベーン室１２内を往復運動する。

これにより、吸入室Ａ及びμｍ１出室Ｂｌ！ｌ吹大、縮
小を繰り返し、ポンプ作用を行う。すなわち、主軸１の
回転に伴い、吸入室Ａが最大となるまではブレーキブー
スタの真空タンク（図示せず）内の空気を吸入口１５を
通じて吸入室Ａに吸入する。

その後、吸入さセた空気は吐出室Ｂの縮小により吐出口
１６を通り大気に放出される。

」二記の如き作動において、第３図に示すようにロータ
８が摺動する摺動表面層１０ａ、ｌｌａ中に均一に分散
しているＳｉＣウィスカ２１０の良好な耐摩耗性と、フ
ッ素樹脂２２０及び二硫化モリブデン（ＭｏＳｚ）２３
０の自己潤滑性とにより、ポンプの耐久性は著しく改善
される。

第１表に側板１Ｏ５１１にフッ素樹脂と耐熱性エポキシ
樹脂による被膜を設けた場合と、ＳｉＣ粒子を５νｏ１
％添加したフン素樹脂と耐熱性エポキシ樹脂による被膜
を設けた場合と、本実施例による表面層を用いた場合と
の耐久性の比較結果を示す。

第　　１　　表 なお、第１表は繊維強化アルミニウムのロータ８を無潤
滑の状態で毎分５０００回転の回転速度で駆動した比較
結果である。

第１表に示すように、本実施例においては、表面層が２
０μｍ摩耗する（ポンプ性能の一割低下に相当）のに１
０００時間以上を要する。これは、ド実施例をブレーキ
ブースタのバキュームポンプとして使用した場合には１
０年以上の耐用年数に必適する。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

熱硬化性樹脂としての耐熱性エボギシ樹脂に無機質ウィ
スカとしてのＳｉ３Ｎ４ウィスカ（繊維径０．１＝１μ
ｍ、繊維長ｔｏ〜５０μｍ）を摺動表面層全体の５シ０
１％、フン素樹脂（粒径１０μｍ以下〕を同１５νｏ１
％、カーボン（粒径１０μｍ以下）を同５νｏ１％拡Ｉ
Ｗする。上記の組成により構成される摺動表面層におい
ても、前述の実施例と同様の結県があった。

また、無機質ウィスカは前述したＳｉＣウィスカ及び５
ｌｘＮａ　ウィスカの代わりに、酸化アルミニウム（Ａ
１２０．）或いはホウ化チタン（ＴｉＢ、）或いはリン
化チタン（ＴｉＰ）等も用いても良い。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、自己潤滑被膜として
のフッ素樹脂に十分な耐摩耗性を付与することができる
ので、アルミニウム基複合材ネ’ｔからなるロータの焼
付を防止し、ローリングピストン式回転機械の耐久性を
大幅に向−］二することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の横断面図、第２図は本発明
の一実施例の縦断面図、第３図は摺動表面層を示す模式
図である。 １・・・主軸、８・・・ロータ、ｉｏ、ｘｉ・・・側板
、１０ａ、ｌｌａ・・・摺動表面層、１３・・・ベーン
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　筒状内周面と両端部の側板とを有するシリンダと、該
   内周面に沿って回転するように該シリンダ軸心に対して
   所定の偏心量をもって該シリンダ内に配されたアルミニ
   ウム基複合材料からなるロータと、該ロータの外周面に
   摺接しかつ該ロータの半径方向に往復運動しながら該シ
   リンダと該ロータとの間の空間を吸入室と吐出室に区画
   形成するベーンとを具備したローリングピストン式回転
   機械において、 前記側板のロータとの摺動面上に熱硬化性樹脂からなる
   マトリックス中に無機質ウィスカを１〜１０Ｖｏｌ％，
   フッ素樹脂を１０〜５０Ｖｏｌ％の比率で分散させた摺
   動表面層を設けたことを特徴とするローリングピストン
   式回転機械。