JPH0152594B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、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し、特に上記回転スリー
ブの構造に関するものである。

（従来の技術） 従来より、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最
適なものとして最近注目されている。

（発明が解決しようとする問題点） 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、スリーブの回転も制限
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、さらに該回転スリーブの内部（圧縮
室）と外部（エアベアリング層）とを連通する小
孔よりなる多数の連通孔を設けて、該連通孔を介
して圧縮室の圧緒空気の一部をエアベアリング層
に噴出供給し、この噴出空気の圧力によつて上記
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、上記連通孔を介する圧縮空気の噴出量および
その圧力が十分でないため、回転スリーブとセン
ターハウジングとの接触領域において十分な空気
軸受力が得られず、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。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記の如く耐久性で有利なエ
アベアリング式の回転スリーブを有する回転圧縮
機の実用化を図るべく、上記回転スリーブに設け
る連通孔の断面形状を特殊形状にするという簡単
な構造でもつて有効な空気軸受部を形成すること
により、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。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段
は、上記の如き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に該回転スリーブ
の内部と外部とを連通する多数の連通孔を設け、
該連通孔においてベーンによつてポンピング作用
を行うようにその内周側開口部に空気溜り室を形
成し、かつ外周側開口部を小径に絞つた形状に形
成する。これにより、回転スリーブ内部の空気を
上記連通孔を介して回転スリーブ外周面とセンタ
ーハウジング内周面との間に供給することによ
り、回転スリーブ外周面とセンターハウジング内
周面との間に空気のみで形成される空気軸受部を
形成することを特徴とするものである。

（作用） このことにより、本発明では、回転スリーブは
ベーンを介してロータと同期的につまりほぼ等し
い角速度で回転しているが、回転スリーブとロー
タとの偏心構造によつて回転スリーブ内周面とベ
ーン先端部との周速度は異なつている。この相対
速度差により、上記接触領域においてベーン先端
部が連通孔の内周側開口部上を回転方向又は逆回
転方向に通過する際、ベーン先端部に発生する高
圧空気が連通孔の空気溜り室に一時的に保持され
ることにより、既に保持されている高圧空気を回
転スリーブ外へ押し出す機能が増大され、さらに
この押し出される空気は連通孔の外周側開口部を
通過する際には、該外周側開口部が小径に絞られ
ているために吐出抵抗となつて一層高圧状態で噴
出されることになり、所謂一種のポンピング作用
が生じることになる。その結果、上記接触領域で
のエアベアリング層（空気軸受部）には十分高圧
で多量の空気が満たされることになり、この空気
軸受力によつ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防ぐことができる。

（発明の効果） したがつて、本発明によれば、回転スリーブに
設けた連通孔の断面形状を、内周側開口部に空気
溜り室を形成し、外周側開口部を小径に絞つた形
状とするという簡単な構成によつて、回転スリー
ブ外周面とセンターハウジング内周面との間に高
圧かつ多量の空気による空気軸受部が有効に形成
されることにより、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、本発明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図は本発明の一実施例を示す。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
空気のみで形成される空気軸受部としての空気軸
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気部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にはそれぞれ先端部（外
端部）１７ａが円弧状断面に形成された板状のベ
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先端部１７
ａ，１７ａ…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…に画成するとともに、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、本発明の特徴として、上記回転スリー
ブ５には、第３図に拡大図示するように、回転ス
リーブ５の内部（圧縮室１８）と外部（空気軸受
室６）とを連通する多数の連通孔１９，１９…が
設けられており、圧縮室１８の圧縮空気を該連通
孔１９，１９…を介して空気軸受室６に噴出供給
して回転スリーブ５の外周面５ａとセンターハウ
ジング２の内周面２ａとの間に空気のみで形成さ
れる空気軸受部としての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１９は、圧縮室
１８側に開口する内周側開口部１９ａには座ぐり
形状の空気溜り室２０が形成され、また空気軸受
室６側に開口する外周側開口部１９ｂは小径に絞
つた形状、例えば１〜1.5mmφの口径に形成され
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に対してトレーニング側に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先端部１７ａ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
…に画成されるとともに、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、ロータ７と回転スリーブ５との同期的
回転に伴い圧縮室１８が吐出ポート１０付近に位
置すると、該圧縮室１８内の高圧の圧縮空気の一
部は、圧縮室１８と空気軸受室６との圧力差によ
り、接触領域θにおいて回転スリーブ５の連通孔
１９，１９…を介して空気軸受室６内に噴出供給
される。

この圧縮空気の噴出状態をより詳細に見るに、
ロータ７と回転スリーブ５とは同期的回転により
ほぼ等しい角速度で回転しているが、該ロータ７
の回転中心と回転スリーブ５の回転中心とが偏心
しているため、回転スリーブ内周面５ｂの周速度
とロータ７と一体に回転するベーン１７の先端部
１７ａの周速度とは異なり、この周速度差により
ベーン先端部１７ａが回転スリーブ内周面５ａに
開口する連通孔１９の内周側開口部１９ａ上を回
転方向Ｘ又は逆回転方向に通過する。そして、こ
のベーン先端部１７ａの通過に伴い、該ベーン先
端部１７ａに発生する高圧空気が連通孔１９の空
気溜り室２０に一時保持されるとともに、既に空
気溜り室２０に保持されている高圧空気に対して
は圧力波が伝わつて瞬間的に面圧が作用する。特
に、ベーン先端部１７ａの形状が円弧状断面形状
であるので、空気溜り室２０に対する遮断作用が
なく上記面圧の発生に有効である。この空気溜り
室２０の高圧空気保持作用および面圧の作用によ
り、空気溜り室２０内の高圧空気を回転スリーブ
５外（空気軸受室６側）へ押し出す機能が著しく
増大され、多量の高圧空気が空気軸受室６側へ吐
出されるとともに、その吐出時、連通孔１９の外
周側開口部１９ｂは小径に絞られているために吐
出抵抗となつてより高圧に圧縮された状態で空気
軸受室６内に噴出される。つまり、一種のポンピ
ング作用が生じていることになる。その結果、接
触領域θにおける空気軸受室６（エアベアリング
層）内に極めて高圧の且つ多量の空気が満たされ
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
しても、上記高圧空気により、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、上記ポンピング作用は圧縮室１
８の内圧に比例した大きさで生じるため、上記接
触領域θでの空気軸受室６には要求に応じた空気
量および圧力が得られ、上記接触防止効果を常時
有効に発揮でき、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。

尚、上記実施例では、連通孔１９の内周側開口
部１９ａを座ぐり形状として空気溜り室２０を形
成したが、第４図に示すように、連通孔１９′を、
外周側開口部１９′ｂから内周側開口部１９′ａに
向かつて拡開するテーパ状に形成することによ
り、内周側開口部１９′ａに空気溜り室２０′が形
成され、外周側開口部１９′ｂが小径に絞つた形
状となるようにしてもよく、上記実施例と同様の
作用効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を例示し、第１図は縦断
面図、第２図は第１図の―線断面図、第３図
は回転スリーブ部分の要部拡大断面図、第４図は
変形例を示す第３図相当図である。 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、１９，１９′…連通孔、１
９ａ，１９′ａ…内周側開口部、１９ｂ，１９′ｂ
…外周側開口部、２０，２０′…空気溜り室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、該ケーシング内に回転自在に嵌合された回
   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、上記回転スリーブに該
   回転スリーブの内部と外部とを連通する多数の連
   通孔を設け、該各連通孔はその内周側開口部に空
   気溜り室が形成され、外周側開口部は小径に絞つ
   た形状に形成されており、回転スリーブ内部の空
   気を上記連通孔を介して回転スリーブ外周面とセ
   ンターハウジング内周面との間に供給することに
   より、回転スリーブ外周面とセンターハウジング
   内周面との間に空気のみで形成される空気軸受部
   を形成することを特徴とする回転スリーブを有す
   る回転圧縮機。