JPH0222237B2 - - 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るもので、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。

（従来技術） 従来より、オイルベアリング式の回転スリーブ
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１５．１ａ参照）。すなわち、円筒
状の鋳鉄製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、鋳鉄製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、上記
回転スリーブとセンターハウジングとの間にはオ
イルが供給され、このオイルベアリング層により
両者が接触するのを防止するようにしている。こ
のような回転圧縮機は、回転作動しようとする回
転スリーブがオイルの引摺り抵抗を受けて動力損
失を招くと共に、オイル洩れが生じた際には、漏
洩オイルが吐出空気に混入する恐れがあるので、
この回転圧縮機を内燃機関の過給機として用いる
ことができなくなる。

また、上記従来のものでは、センターハウジン
グと回転スリーブとが鋳鉄で形成されていて熱放
散性が悪いため、運転時両者の表面温度、特に回
転スリーブの表面温度が高温になり、回転スリー
ブ内周面とロータ外周面とで区画形成される圧縮
室に吸入される空気の体積効率が低下するととも
に、回転スリーブ外周面の摩擦抵抗が増大し、ま
た回転圧縮機の全体重量が重くなるという問題が
ある。

（発明が解決しようとする問題点） このため、上記前者の問題に対しては、従来の
オイルベアリング式に代えてエアベアリング式に
する、つま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エアベアリング層を形成し
て回転スリーブを空気軸受により回転自在に支持
することによつて解決される。

また、上記後者の問題に対しては、例えば回転
スリーブを熱放散性に優れかつ軽量なアルミニウ
ムで形成することにより、解決することが考えら
れる。しかし、この場合、回転スリーブのみをア
ルミニウム製にしても、高温にある鋳鉄製センタ
ーハウジング内周面によつて回転スリーブからの
熱放散が阻害され、その結果、該回転スリーブが
高温強度の限界に達して熱変形するという問題が
生じる。そこで、更に進めて、センターハウジン
グおよび回転スリーブをともにアルミニウム合金
で形成して、センターハウジングの温度を低くし
かつ一層軽量化を図るようにすることが考えられ
るが、センターハウジングと回転スリーブとの耐
摩耗性に劣るアルミニウム同士の摺接では、毎分
数千回転という高速回転域では焼き付きを生じる
ので、エンジンの過給機としては実用に供せない
ものである。

（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、該圧縮機の構成部品の材
質、表面処理を特定することにより、回転圧縮機
の軽量化は勿論のこと吸入空気の体積効率を増大
させ圧縮効率の向上を図るとともに、回転スリー
ブのセンターハウジングおよびベーンに対する耐
熱性が耐摩耗性等を向上させて耐久性の向上を図
ることにある。

（発明の構成） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段
は、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、該ケーシング内にケーシングとの間に形成
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
にした回転圧縮機を前提とする。そして、上記セ
ンターハウジングをアルミニウム合金製とし、回
転スリーブをアルミニウム合金製でかつその内周
面および外周面にアルマイト処理を施したものと
し、ベーンをカーボン製としたことを特徴とする
ものである。

このことにより、本発明では、回転スリーブお
よびセンターハウジングのアルミニウム製による
優れた熱放散性により圧縮室の温度を低くすると
ともに回転スリーブへの熱負荷を軽減し、さらに
回転スリーブ内外周面のアルマイト処理により回
転スリーブの熱変形の抑制および耐摩耗性を向上
させ、かつ回転スリーブとカーボン製ベーンとの
摩擦抵抗を低減するようにしたものである。ま
た、回転スリーブを空気軸受で支持したので、オ
イルの引摺り抵抗や漏洩オイルの吐出空気への混
入等を解消できる。

（発明の効果） したがつて、本発明によれば、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おいて、
その軽量化を図ることができるのは勿論のこと、
圧縮室の温度を低く維持して吸入空気の体積効率
の増大、つまり圧縮効率の向上を図ることができ
るとともに、回転スリーブの熱負荷を軽減してそ
の耐久性の向上を図ることができ、さらに回転ス
リーブの耐摩耗性の向上により耐久性の向上およ
び軽量化を一層図ることができ、かつ回転スリー
ブとベーンとの摩擦抵抗を軽減できて駆動トルク
損失の低減化を図ることができるので、耐久性の
優れた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図および第２図は本発明の一実施例を示
し、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挿
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
されており、この空気軸受により回転自在に支持
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
ランスになる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１８，１
８……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。

さらに、上記回転スリーブ５には、圧縮室１８
と空気軸受室６とを連通する小孔よりなる多数の
連通孔１９，１９……が設けられており、圧縮室
１８の空気を空気軸受室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。

而して、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１
７，１７……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
して最大容積にあ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、連通孔１９，１９
……を介して空気軸受室６内に噴出供給されて、
空気軸受室６内にエアベアリング層を形成し、回
転スリーブ５とセンターハウジング２とが接触す
るのを防止する。

そして、本発明の特徴として、上記センターハ
ウジング２はアルミニウムで形成され、回転スリ
ーブ５はアルミニウムで形成され、かつその内周
面５ｂおよび外周面５ａにはアルマイト処理が施
されており、ベーン１７はカーボンで形成されて
いる。

次に、上記材質、表面処理を限定した理由につ
いて説明するに、センターハウジング２をアルミ
ニウムで形成するのは、軽量化を図るとともに熱
放散性を向上させるためである。この優れた熱放
散性によりセンターハウジング内周面２ａの温度
が下り、回転スリーブ外周面５ａからの熱放散が
促進される。このことにより、回転スリーブ外周
面５ａの雰囲気温度が下り、回転スリーブ５への
熱負荷が軽減されてその耐久性を向上させること
ができる。

また、回転スリーブ５をアルミニウムで形成す
るのは、慣性重量の軽減によりロータ７の回転に
対する回転スリーブ５の回転の追随性を高めてロ
ータ回転数の変動に対する吐出空気圧力の応答性
を改善するとともに、回転スリーブ５の熱放散性
を向上させて上記センターハウジング２の熱放散
性の向上と相まつて圧縮室１８の温度を下げるこ
とにより、吸入空気の体積効率を増大させ、圧縮
効率の向上を図るためである。また、ベーン１７
とを摺動により発生する熱の放散を促進できるの
で、ベーン１７の材料中に含有される樹脂等の結
合剤が軟化するのを防止して、回転スリーブ５と
ベーン１７との摺動抵抗の増大を抑制することが
できるという理由にもよる。

さらに、回転スリーブ５の内周面５ｂおよび外
周面５ａにアルマイト処理を施すのは、回転スリ
ーブ５の熱変形の抑制および摩擦熱発生の抑制を
実現するとともに、ベーン１７およびセンターハ
ウジング２に対する耐摩耗性をともに向上させる
ためである。この場合、内外周面５ａ，５ｂに対
して共通のアルマイト処理を施すので、回転スリ
ーブ５の表面処理を作業性よく行うことができ
る。

また、ベーン１７をカーボンで形成するのは、
上記アルマイト処理の施された回転スリーブ内周
面５ｂに対するなじみ性に優れ、圧縮室１８の気
密性を向上させることができるためである。ここ
で、上記ベーン１７の外端部と回転スリーブ内周
面５ｂとはアルマイト層を介して摺接するので、
アルミニウム中に含有されるSiによりベーン１７
が削られることがない。よつて、従来の如くベー
ン１７のカーボン摩耗粉が回転スリーブ内周面５
ｂに付着してベーン１７の摩耗をさらに進行させ
ることはない。

したがつて、上記実施例においては、センター
ハウジング２と回転スリーブ５とをアルミニウム
合金で形成したので、従来の如く鋳鉄製のものに
較べて回転圧縮機の重量を軽量化できるととも
に、熱放散性を向上させて吸入空気の体積効率を
増大させ、圧縮効率を向上させることができる。

また、回転スリーブ５は、外周面５ａの熱負荷
が軽減されかつアルマイト処理により熱膨張を抑
制するので、高温時に熱変形することを防止する
ことができ、しかも、アルマイト処理により耐摩
耗性が向上するので、回転スリーブ５の耐久性を
向上させることができるとともに薄肉軽量化を一
層図ることができる。

さらに、ベーン１７はアルマイト処理の施され
た回転スリーブ内周面５ｂに対してなじみ性の良
いカーボンで形成されているので、圧縮室１８の
気密性を向上することができる。しかも、アルマ
イト層の作用により摩耗量を低減させることがで
きるとともに、摩耗抵抗を小さく抑えて駆動トル
ク損失を低減させることができる。

今、具体的に、鋳鉄製センターハウジングに対
して、鋳鉄製回転スリーブを嵌合したものとアル
ミニウム製回転スリーブを嵌合したものとについ
て、ロータ回転数に対するセンターハウジング温
度および吐出空気温度、並びに体積効率を測定
し、その結果をそれぞれ第３図および第４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400
c.c.／revで、吐出圧が０Kg／cm²Ｇであり、1000〜
5000rpmの各測定回転数において、ロータ回転数
を５分間一定に保持した条件とし、また、センタ
ーハウジング温度は、センターハウジング内周面
から２mmの深さ位置に熱電対を設置して測定し
た。尚、図中破線がセンターハウジング温度、実
線が吐出空気温度および第４図においては体積効
率をそれぞれ示し、また各線の材質を示す付号
ａ，ｂのうちａは鋳鉄製回転スリーブ、ｂはアル
ミニウム製回転スリーブをそれぞれ示すものであ
る。

両図により、アルミニウム製回転スリーブでは
鋳鉄製回転スリーブと較べてセンターハウジング
温度および吐出空気温度は共に低下しており、し
かも体積効率は向上しており、よつて回転スリー
ブの熱放散性が向上していることが認められる。

次に、アルミニウム製センターハウジングに対
して、鋳鉄製回転スリーブを嵌合したものと、ア
ルミニウム製回転スリーブを嵌合したものと、上
記実施例の如く内周面および外周面にアルマイト
処理を施したアルミニウム製回転スリーブを嵌合
したもの（本発明例）とについて、上記と同様の
実験条件のもとでロータ回転数に対するセンター
ハウジング温度、吐出空気温度、および体積効率
を測定し、その結果をそれぞれ第５図および第６
図に示す。尚、図中の付号ｃはアルマイト処理を
施したアルミニウム製回転スリーブ（本発明実施
例品）を示すものである。

両図により、アルミニウム製回転スリーブでは
鋳鉄製回転スリーブと較べてセンターハウジング
温度および吐出空気温度が共に低下するとともに
体積効率が向上しており、さらに本発明例ではこ
れらの傾向が一層顕著に現われており、熱放散性
および体積効率が大巾に向上していることが判
る。

さらに、アルミニウム製センターハウジングお
よびカーボンベーンを備えた回転圧縮機に対して
内周面および外周面に何の処理も施していないア
ルミニウム製回転スリーブを嵌合したもの（比較
例）とアルマイト処理を施した本発明例とについ
て、ロータ回転数5000rpmにて３時間連続運転し
た場合のベーンの摩耗量を測定し、その結果を第
７図に示す。尚、実験条件としては回転圧縮機は
容積が400c.c.／revで吐出圧が０Kg／cm²Ｇのもので
ある。

同図によると、本発明例では比較例と較べて摩
耗量が約１／10に減少しており、回転スリーブ内
周面に施したアルマイト処理により耐摩耗性が著
しく改善されることが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を例示
し、第１図は縦断正面図、第２図は第１図の−
線断面図、第３図および第４図は鋳鉄製センタ
ーハウジングに対するアルミニウム製と鋳鉄製と
の各回転スリーブの熱放散性を比較した実験結果
を示し、第３図はロータ回転数に対するセンター
ハウジング温度および吐出空気温度を示す図、第
４図はロータ回転数に対する体積効率を示す図、
第５図および第６図はアルミニウム製センターハ
ウジングに対する鋳鉄製、アルミニウム製および
アルマイト処理を施したアルミニウム製の各回転
スリーブの熱放散性を比較した実験結果を示すそ
れぞれ第３図相当図および第４図相当図、第７図
はアルマイト処理の有無によるカーボンベーンの
摩耗量を比較した実験結果図である。 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、５ａ……外周面、５ｂ……内周面、７……ロ
ータ、１７……ベーン。

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、該ケーシング内にケーシングとの間に形成
   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、上記センターハウジ
   ングはアルミニウム合金からなり、回転スリーブ
   はアルミニウム合金からなりかつその内周面およ
   び外周面にはアルマイト処理が施されており、ベ
   ーンはカーボンからなることを特徴とする回転ス
   リーブを有する回転圧縮機。