JPH0139916Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、例えばエンジンにおける吸気過給の
ための機械式過給機として使用され、ロータと同
期的に回転するエアベアリング式の回転スリーブ
を有する回転圧縮機に関するものである。

（従来技術） 従来より、このような回転スリーブを有する回
転圧縮機は知られている（例えば「容積形圧縮
機」（昭和54年４月５日産業図書株式会社発行）
の図１５．１(a)参照）。すなわち、円筒状のセン
ターハウジングとその両側に配置したサイドハウ
ジングとで形成されるケーシング内に、回転スリ
ーブが回転自在に嵌合されており、外部から駆動
されるロータが該回転スリーブの回転中心に対し
て偏心して配設されているとともに、該ロータに
は複数の板状のベーンが出没自在に嵌装されてい
て、上記ロータの回転によりベーンを介して回転
スリーブをロータにつれて回転させるようにした
ものである。そして、この回転圧縮機は、回転ス
リーブがベーンと共に回転するために、ベーン先
端の摺動による発熱や摩耗が未然に防止されて耐
久性の点で有利であることから、低回転から高回
転までの広範囲の回転域で運転されるエンジン等
の過給機に適したものとして最近注目されてい
る。

しかし、スリーブを回転させるようにしたもの
では、回転スリーブ内周面とロータ外周面とで画
成される圧縮室の高圧側（吐出ポート側）と低圧
側（吸入ポート側）との差圧によつて生じる回転
スリーブの内的作用力によつて、該回転スリーブ
がセンターハウジング内周面の吐出ポート側へ押
しやられ、該センターハウジング内周面と接触し
て局部摩耗を生じるほか、スリーブの回転を制限
されることとなり、回転スリーブ本来の機能が十
分に発揮できないものとならざるを得なかつた。
前述した従来の回転圧縮機はこれらの問題点を解
決するために、回転スリーブとセンターハウジン
グとの間にオイルを供給してオイルベアリングの
作用を付与せしめているが、このオイルの供給は
摩耗を減じるには効果があるが、数十ミクロンの
間隙しかない回転スリーブとセンターハウジング
間にオイルが充満し、その高い粘性によりスリー
ブの回転を抑制する抵抗源となり、圧縮機の駆動
トルク損失の増大となるのを避けられず、低速回
転の圧縮機ならともかく毎分数千回転という高速
回転が要求されるエンジンの過給機用としては実
用に供せないものであつた。

このため、上記回転スリーブをエアベアリング
タイプとし、そのスリーブ外周面に圧縮溝を周方
向に多数刻設して、回転スリーブとサイドハウジ
ングとの間のクリアランスを通じて圧縮室からエ
アベアリング層に漏出する圧縮空気を上記圧縮溝
内に導き、該圧縮溝内において閉じ込められた空
気を圧縮してその粘性剪断作用により圧力を上昇
させる、所謂ビスコステイポンプ（Viscosity
Pump）作用を発生させることにより、上記回転
スリーブとセンターハウジングとの接触を未然に
防止することが考えられる。しかし、この場合、
上記回転スリーブとサイドハウジングとのクリア
ランスからの圧縮空気の漏出量が十分でなく、か
つ漏出した空気の圧縮溝への導入が容易でないた
め、回転スリーブとセンターハウジングとの接触
領域における圧縮溝で十分な圧力上昇が得られ
ず、所期の目的とする接触防止効果を十分に発揮
できないという問題があり、特に低回転時には回
転スリーブがセンターハウジングに押し付けられ
て回転しないことがある。

（考案の目的） 本考案の目的は、上記の如く耐久性で有利なエ
アベアリング式回転スリーブを有する回転圧縮機
の実用化を図るべく、簡単な構造でもつて、回転
スリーブのセンターハウジングとの接触を未然に
かつ確実に防止して、局部摩耗をなくし、かつ駆
動トルク損失を低減させることにある。

（考案の構成） 上記目的を達成するため、本考案の解決手段
は、上記の如きエアベアリング式回転スリーブを
有する回転圧縮機において、従来センターハウジ
ング内周面の接触領域つまり吐出ポート付近に対
応する部分に局部的に接触していた回転スリーブ
の外周面の全周に、回転方向に対し溝両端部が前
方に位置するようにＶ型、Ｗ型ないしＵ型形状に
形成されたピスコステイポンプ作用を行う圧縮溝
を間隔をおいて周方向に同一配向で多数設け、さ
らに該圧縮溝の溝両端部を含む回転方向前方に位
置する全突端部に回転スリーブ内部に連通して圧
縮室の圧縮空気を圧縮溝内に導入する連通孔を設
けたことを特徴とするものである。

このことにより、本考案では、、回転スリーブ
内部の圧縮室の圧縮空気が連通孔を介して圧縮溝
の回転方向前方に位置する全突端部内に噴出され
ると、この圧縮空気は例えばＶ型の場合、回転ス
リーブの回転および空気の慣性によつて溝両端部
から溝中央部に向けて圧縮されながら流れ、かつ
溝中央部でこの２つの圧縮空気流がぶつかつて合
流することによつて、圧縮溝において高い圧力の
圧縮空気を発生して存在する。さらに、回転スリ
ーブがその内的作用力によりセンターハウジング
内周面の上記接触領域に近接すると、圧縮溝内の
空気が上述のビスコステイポンプ作用を行つて圧
縮されるので、その圧力が一層上昇することにな
り、よつて上記近接した回転スリーブがその大き
な反発力を受けて平衡状態に保ち得る位置まで移
動して、両者の接触を未然に防ぐようにしたもの
である。尚、Ｕ型の圧縮溝およびＶ型の圧縮溝を
２つ連ねた形状のＷ型の圧縮溝についても同様の
作用を生じる。

（考案の効果） したがつて、本考案によれば、エアベアリング
式回転スリーブを有する回転圧縮機において、回
転スリーブ外周面の全周に間隔をおいて周方向に
同一配向で多数設けたＶ型、Ｗ型ないしＵ型形状
の圧縮溝と該圧縮溝の溝両端部を含む回転方向前
方に位置する全突端部に設けた連通孔との効果的
な組合せによる簡単な構成によつて、上述の接触
領域での圧縮溝に高圧の圧縮空気を十分に存在せ
しめて、回転スリーブとセンターハウジングとの
接触を未然にかつ確実に防止できるので、従来の
如き局部摩耗を防止できるとともに、回転スリー
ブの回転がスムーズに行い得て駆動トルク損失を
低減でき、よつて耐久性の優れたエアベアリング
式回転スリーブを有する回転圧縮機の実用化を図
つて、エンジンの過給機等として最適なものを提
供し実現できるものである。

（実施例） 以下、本考案の技術的手段の具体例としての実
施例を図面に基づいて説明する。

第１図〜第３図は本考案の一実施例を示す。第
１図および第２図において、１はケーシングであ
つて、該ケーシング１は、円筒状のセンターハウ
ジング２とその左右両側に配置されたサイドハウ
ジング３，３とが複数本（図では４本）の締結ボ
ルト４，４…によつて締結されて構成されてい
る。該ケーシング１内には、外径がセンターハウ
ジング２の内径よりも若干小さい円筒状の回転ス
リーブ５がセンターハウジング２の軸心と同心的
にかつ回転自在に嵌合されていて、該回転スリー
ブ５の外周面５ａとセンターハウジング２の内周
面２ａとの間の間隙（例えば30〜50μ）によつて
空気軸受室６が形成されている。さらに、上記回
転スリーブ５の内側には、両端に軸部７ａ，７ａ
を有する円柱状のロータ７が回転スリーブ５の回
転中心（センターハウジング２の軸心）に対して
偏心してかつ回転スリーブ５にタンジエントシー
ル点Ｐで最小クリアランスを保つように配設され
ており、上記回転スリーブ５の内周面５ｂとロー
タ７の外周面７ｂとの間に略三日月状の空間部８
が形成される。

上記一方のサイドハウジング３（第２図で左側
のサイドハウジング）には上記空間部８に対向し
て、該空間部８のトレーリング側（第１図で左
側）に吸入ポート９が、また空間部８のリーデイ
ング側（第１図の右側）に吐出ポート１０がそれ
ぞれ開口されている。また、両サイドハウジング
３，３の内壁面３ａ，３ａには回転スリーブ５の
両端面５ｃ，５ｃに対応して環状のシール溝１
１，１１が形成されており、該各シール溝１１に
は回転スリーブ端面５ｃに摺接してガスシールす
るサイドシール１２が装着されている。

また、上記ロータ７はその軸部７ａ，７ａにお
いて、それぞれ両サイドハウジング３，３に設け
た支持孔１３，１３にベアリング１４，１４を介
して回転自在に支承されており、一方の軸部７ａ
（第２図で右側の軸部）はケーシング１外に延出
され、該軸部７ａの延出部にはエンジン等の回転
駆動装置（図示せず）にベルト駆動連結されたプ
ーリ１５が装着されていて、外部の回転駆動装置
によりプーリ１５を介してロータ７を回転駆動す
るようになされている。

さらに、上記ロータ７の外周面７ｂには軸方向
に沿つて半径方向に凹んだ複数（図では４つ）の
ベーン溝１６，１６…が円周方向に等間隔に形成
され、該各ベーン溝１６にはそれぞれ板状のベー
ン１７がロータ７の半径方向に摺動かつ出没自在
に嵌装されている。該ベーン１７，１７…は、ロ
ータ７の回転時に遠心力を受けて外端部が回転ス
リーブ５の内周面５ｂに気密状態に圧接すること
により、回転スリーブ内周面５ｂとロータ外周面
７ｂとの空間部８を４つの圧縮室１８，１８…に
区画形成するとともに、この状態で回転スリーブ
５をロータ７と同期的に回転させるようになされ
ている。

そして、本考案の特徴として、上記回転スリー
ブ５は、第３図に示すように、その外周面５ａの
全周に多数のＶ型形状の圧縮溝１９，１９…が周
方向に等間隔にかつ同一配向で刻設されている。
各圧縮溝１９は、そのＶ型溝の溝両端部１９ａ，
１９ａが回転方向Ｘに対して前方に位置するよう
に、かつ溝中央部１９ｂが軸方向中央に位置する
ように形成されており、また圧縮溝１９の溝深さ
ｄは例えば50〜100μに、軸方向に対する溝中央
部１９ｂから各溝端部１９ａへ至る傾斜角αは例
えば70゜に、さらに周方向の圧縮溝１９部分の幅
ａと圧縮溝１９でない部分（ランド部分）の幅ｂ
との比率は例えば３：２になるように設定されて
いる。

さらに、上記各圧縮溝１９の溝両端部１９ａ，
１９ａつまり回転方向前方に位置する全突端部に
は、回転スリーブ５内部の圧縮室１８に連通する
小孔よりなる連通孔２０，２０が設けられてお
り、圧縮室１８の空気を圧縮溝１９および空気軸
受室６に噴出供給して回転スリーブ５とセンター
ハウジング２との間にエアベアリング層を形成す
るようにしている。上記連通孔２０の孔径Ｒは例
えば約１〜1.5mmφに設定されている。

尚、上記回転スリーブ５が従来局部的に接触し
ていたセンターハウジング２の内周面２ａの上記
吐出ポート１０付近に対応する部分つまり接触領
域θは、回転スリーブ５のロータ７とのタンジエ
ントシール点Ｐを通る直径線l₁と直交する直径線
l₂に対してトレーリング側に70゜、リーデイング側
に吐出ポート１０の中心を通る角度θ₀から最大
70゜までの範囲、つまりθ₀＋70゜≦θ≦140゜の範囲
であることが実験的に求められている。

次に、上記実施例の作動について説明するに、、
エンジン等の外部の回転駆動装置によりロータ７
を第１図でＸ方向に回転駆動すると、該ロータ７
の各ベーン溝１６に嵌装されたベーン１７は、そ
れぞれ遠心力を受けてその外端部が回転スリーブ
５の内周面５ｂに気密状態に圧接することによ
り、回転スリーブ内周面５ｂとロータ外周面７ｂ
との間の空間部８が４つの圧縮室１８，１８…に
区画形成されるとともに、この状態を保持しなが
ら上記ロータ７の回転力がベーン１７，１７…を
介して回転スリーブ５に伝達されて、該回転スリ
ーブ５がロータ７と同期的に回転する。そして、
このロータ７と回転スリーブ５との同期的回転に
伴つて上記圧縮室１８の容積は同期的に変化し、
圧縮室１８が吸入ポート９側から吐出ポート１０
側に移動するに従つて徐々に増大して最大容積に
なつた後徐々に減少する。このことにより、吸入
ポート９より圧縮室１８に吸入された空気は該圧
縮室１８内で圧縮加圧されたのち吐出ポート１０
からケーシング１外に吐出されることになる。

その際、吐出ポート１０付近に位置する圧縮室
１８内の高圧の圧縮空気の一部は、該圧縮室１８
と空気軸受室６との圧力差により、接触領域θ近
傍において回転スリーブ５の連通孔２０，２０…
を介して空気軸受室６内に噴出供給される。そし
て、上記各連通孔２０は回転スリーブ外周面５ａ
のＶ型圧縮溝１９における回転方向前方に位置す
る各溝端部１９ａに設けられており、かつ空気軸
受室６（エアベアリング層）の間隙は例えば30〜
50μ程度と非常に小さいために、上記連通孔２０
を通じて噴出された圧縮空気は、圧縮溝１９外へ
漏れにくく、該圧縮溝１９内において回転スリー
ブ５の回転および空気の慣性によつて溝両端部１
９ａ，１９ａから溝中央部１９ｂに向かつて急速
に圧縮されながら移動し、かつ溝中央部１９ｂで
この２つの圧縮空気流がぶつかつて合流する。そ
の結果、接触領域θにおける圧縮溝１９内はその
溝中央部１９ｂをピークとして高圧の空気が満た
されることになる。

この状態で、上記回転スリーブ５が圧縮室１８
の高圧側（吐出ポート１０側）と低圧側（吸入ポ
ート９側）との圧力差による内的作用力によりセ
ンターハウジング内周面２ａの接触領域θに近接
すると、各圧縮溝１９内の空気は、ほぼ完全な閉
じ込め場になつているために回転スリーブ５の近
接によつて圧縮されてその圧力が急激に上昇する
所謂ビスコステイポンプ作用を行い、更に高圧な
ものとなる。この高圧空気により、センターハウ
ジング２に近接しようとする回転スリーブ５は大
きな反発力を受けて平衡状態を保つ位置まで移動
する。

したがつて、このように内的作用力でセンター
ハウジング内周面２ａの接触領域θへ押し付けら
れようとする回転スリーブ５を高圧の空気圧で支
えてその接触を未然に防止し、回転スリーブ５を
滑らかに回転させることができ、よつて従来の如
き局部摩耗を防止でき、また駆動トルク損失を低
減できる。特に、Ｖ型形状の圧縮溝１９と該圧縮
溝１９の回転方向前方に位置する溝両端部１９
ａ，１９ａに設けた連通孔２０，２０との組合せ
による圧縮効果と相俟つて、上記圧縮溝１９のビ
スコステイポンプ作用を効率的に発揮させること
ができるので、低回転時においても回転スリーブ
５の円滑な回転を確保することができる。

今、具体的に、回転スリーブに上記の如く溝両
端部が回転方向前方に位置するようＶ型形状の圧
縮溝を周方向に多数設けたもの（比較例１）と、
回転スリーブに上記の如き圧縮溝を設けるととも
に溝中央部に回転スリーブ内部に連通する連通孔
を設けたもの（比較例２）と、上記実施例の如く
回転スリーブに上記の如き圧縮溝を設けるととも
に回転方向前方に位置する溝両端部に連通孔を設
けたもの（本考案例）について、ロータ回転数に
対する回転スリーブの回転数、およびロータ回転
数に対する駆動トルクを測定し、その結果をそれ
ぞれ第４図および第５図に示す。尚、上記の実験
条件としては、回転圧縮機は、ロータ１回転当り
に吐出される容積が400c.c.／revで、吐出圧が０
Kg／cm²Ｇであり、センターハウジングはアルミニ
ウム製でその内周面に硬質クロムメツキが施され
ており、、回転スリーブは鋳鉄製で軟質材料のコ
ーテイングのないものでかつ外径107mmφ、内径
100mmφ、スリーブ長90mmのものであり、ベーン
はカーボン製である。また、圧縮溝の溝深さｄは
50〜100μ、傾斜角αは70゜、溝部分の幅ａとラン
ド部分の幅ｂとの比率は３：２であり、１個の幅
ａと幅ｂとの周方向の全長さは10mmであるため、
回転スリーブ外周面全周の圧縮溝の個数は34個で
ある。また、連通孔の孔径は1.2mmφである。

第４図により、本考案例では比較例１および２
と較べてロータ回転数に対するスリーブ回転数が
高く、ロータ回転数にほぼ１：１に対応してお
り、回転スリーブがロータと同期的にスムーズに
回転していることが判る。また、第５図により、
本考案例では比較例１および２に較べて駆動トル
クが小さくて済み、駆動トルク損失が低減できる
ことが判る。また、総合的に、本考案例と比較例
１および２とを対比した場合、本考案例における
連通孔の圧縮溝に対する配置位置が上記効果の向
上に特に有効であることが判る。

尚、上記実施例では回転スリーブ５の外周面５
ａにＶ型形状の圧縮溝１９を設けた場合について
述べたが、Ｖ型形状の圧縮溝を２個連ねた形状で
あるＷ型形状の圧縮溝又はＵ型形状の圧縮溝とし
てもよく、上記実施例と同様の作用効果を奏する
ことができる。また、回転スリーブ５内部に連通
する連通孔としては、上記実施例の如く圧縮溝１
９の溝両端部１９ａ，１９ａを含む回転方向前方
に位置する全突端部にそれぞれ連通孔２０，２０
を設ける他に、溝中央部１９ｂ直前のランド部分
にも連通孔を設けてもよく、上記ビスコステイポ
ンプ作用をより一層向上できるので好ましい。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を例示し、第１図は縦断
正面図、第２図は第１図の−線断面図、第３
図は回転スリーブの斜視図、第４図はロータ回転
数に対するスリーブ回転数特性を示す実験結果
図、第５図はロータ回転数に対する駆動トルクを
示す実験結果図である。 １……ケーシング、２……センターハウジン
グ、３……サイドハウジング、５……回転スリー
ブ、７……ロータ、１７……ベーン、１９……圧
縮溝、１９ａ……溝端部、１９ｂ……溝中央部、
２０……連通孔。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 円筒状のセンターハウジングとその両側に配置
   したサイドハウジングとで形成されたケーシング
   と、該ケーシング内にセンターハウジングとの間
   に形成された空気軸受により回転自在に嵌挿支持
   された回転スリーブと、該回転スリーブの回転中
   心に対して偏心して配設され外部から回転駆動さ
   れるロータと、該ロータに出没自在に嵌装された
   複数個の板状のベーンとを備え、上記ロータの回
   転によりベーンを介して回転スリーブを回転させ
   るようにした回転圧縮機において、上記回転スリ
   ーブ外周面の全周に、回転方向に対し溝両端部が
   前方に位置するようにＶ型、Ｗ型ないしＵ型形状
   の圧縮溝が間隔をおいて周方向に同一配向で多数
   刻設されているとともに、該圧縮溝の溝両端部を
   含む回転方向前方に位置する全突端部に回転スリ
   ーブ内部に連通する連通孔が設けられていること
   を特徴とする回転スリーブを有する回転圧縮機。