JPH09131742A - 回転ベーン・ポンプのためのベーンおよびその製造方法 - Google Patents

回転ベーン・ポンプのためのベーンおよびその製造方法

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JPH09131742A
JPH09131742A JP8121860A JP12186096A JPH09131742A JP H09131742 A JPH09131742 A JP H09131742A JP 8121860 A JP8121860 A JP 8121860A JP 12186096 A JP12186096 A JP 12186096A JP H09131742 A JPH09131742 A JP H09131742A
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vane
billet
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fibers
length
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JP8121860A
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Nagendra N Murching
エヌ．マーチング ナゲンドラ
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Zexel USA Corp
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 熱可塑性マトリックス材料で回転ベーン・ポ
ンプのベーンを製造し、耐摩耗性の大きいベーンを作
る。 【解決手段】 刻み繊維を含有する熱可塑性マトリック
ス材料で作られるビレット５５が、形成されるベーンの
半径方向ディメンションに直角になるようにし、ベーン
の軸方向ディメンション全体に亘って延在してダイ６
３，６５の中に設置される。ダイ６３，６５の中でビレ
ット５５は軟化温度に加熱され、圧縮されてダイ６３，
６５内面の形状へと変形される。熱可塑性マトリックス
材料は、大部分の繊維５３を、ベーンの半径方向ディメ
ンションとほぼ平行な方向へ整列するように指向させ
る。熱可塑性マトリックス材料は軟化温度より低い温度
に冷却され、そして形成されたベーンがダイ６３，６５
から取出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般的に回転ベーン
・ポンプのベーンに関し、特に繊維を含有する熱可塑性
材料で形成されるロータ・ベーンおよびその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】コンプレッサ・ポンプを含む回転ベーン
・ポンプのロータ・ベーンには、ベーンの耐摩耗性を高
めるように様々な方法で形成されるいろいろな構造のも
のがある。それらのロータ・ベーンは単一の材料によっ
て、回転ベーン・ポンプのロータから半径方向に延出し
て圧力室の長円形または楕円形の壁に対し密封するよう
な形状に作られる。圧力室の壁に対しロータ・ベーンの
先端部が摺動することでそれらベーン先端部は摩耗され
る。これは場合によっては回転ベーン・ポンプの損傷に
つながる。
【０００３】そこでロータ・ベーンを複合材料で作る多
くの試みがなされてきた。その最初のロータ・ベーン
は、ベーンの先端部を、樹脂化合物で含浸された繊維材
料で作るタイプのものであった。また別のタイプのベー
ンは、プラスチック材料を含浸した織布の層を幾つか重
ね、接着剤で接合して作られた。この後者のタイプのベ
ーン構造の織布層はプラスチック材料の層の間に交互に
挟まれ、一緒に接着される。プラスチック材料層と織布
層とが交互に重ねられる結果、ベーンの厚さを横断する
方向において不均等な機械的特性が生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術のロータ・ベ
ーンには幾つかの問題点があった。その典型的なもの
は、樹脂化合物を含浸した繊維材料で作られたベーンの
先端部は長期間の使用において摩耗されるということで
ある。また織布層とプラスチック材料層とを交互に重ね
たロータ・ベーンも長期間の使用で摩耗され、そしてベ
ーンの厚さを横断する方向で機械的特性が一定でないこ
とによる層の剥離が生じ易い。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、短かく
刻まれた繊維を均等に分散した状態で含有する熱可塑性
マトリックス材料で作られ、それら繊維がベーンの半径
方向ディメンションとほぼ平行な方向に整列されて延在
するようにして形成されるロータ・ベーンおよびその製
造方法を提供する。熱可塑性マトリックス材料の中にラ
ンダムな指向で均等に分散された刻み繊維を含有する熱
可塑性マトリックス材料で作られるビレットがベーン成
形ダイの中に置かれる。ダイはベーンの形状と同じ形状
の内面を有する。ビレットは、これの長さが、形成され
るベーンの半径方向ディメンションに直角になるように
し、そしてベーンの軸方向ディメンション全体に亘って
延在してダイの中に設置される。ダイの中でビレットは
軟化温度に加熱され、圧縮されてダイ内面の形状へと変
形される。このとき熱可塑性マトリックス材料はベーン
の半径方向ディメンションとほぼ平行な方向に流され
る。熱可塑性マトリックス材料のこの流動は、大部分の
繊維を、ベーンの半径方向ディメンションとほぼ平行な
方向へ整列するように指向させる。それから熱可塑性マ
トリックス材料は軟化温度より低い温度に冷却され、そ
して形成されたベーンがダイから取出される。
【０００６】本発明の新規な特徴は特許請求の範囲に示
されている。しかし、添付図面と関連して以下に行う本
発明の実施形態の詳細な説明から本発明の好適な使用
例、および他の目的と長所が最も良く理解されよう。
【０００７】
【発明の実施形態】図１は回転ベーン・ポンプ１１の断
面図である。このベーン・ポンプは図示の好適な実施例
ではガス冷媒を圧縮するためのコンプレッサである。回
転ベーン・ポンプ１１はハウジング１３を有し、このハ
ウジングの中に長円形、好適には楕円形の圧力室１５が
壁１７によって画成される。室１５の中にロータ１９が
回転可能に装架される。ロータは軸２１に固定され、こ
れと一緒に回転する。室１５は後部プレート２５によっ
て画成される入口２３を有する。後部プレートはハウジ
ング１３に取付けられて室１５の後端部を形成する。室
１５から出口２７，２９がハウジング１３を貫通して延
び、室１５内で圧縮された冷媒をその室から流す。回転
ベーン・ポンプ１１は、１９９４年１１月１５日発行の
米国特許第５，３６４，２３５号に記載のベーン・ポン
プと同様な構造のものにされよう。米国特許第５，３６
４，２３５号はここで十分に述べられるように参考まで
にここに組込まれている。
【０００８】ロータ１９はキャビティ３３まで延在する
５つのスロット３１を有する。これらスロットのそれぞ
れの中にロータ・ベーン３５が摺動可能に装架される。
これらベーン３５は先端部３７を有し、これら先端部は
室１５の壁１７に対し押圧されて室を密封する。ベーン
３５は、軸２１の軸線とほぼ平行な方向で、図１の断面
の平面を横切って延在するロータ１９の長さの実質的に
全体に亘って延在する。キャビティ３３は出口２７，２
９とつながり、そこでキャビティ３３内の放出圧力が、
室１５内で回転するロータ１９の遠心力と組合わさって
ベーン３５を外方向へ延出させる。これによってベーン
先端部３７が室１５の壁１７に対して密封する。
【０００９】図２は、図１におけるベーン３５の１つで
あるベーン３９の、１つの角部を破断した断面で示す、
斜視図である。ベーン３９は、これの外端の先端部４１
と内端部４３を有する。ベーン３９は、軸方向ディメン
ション４５、半径方向ディメンション４７、および横断
方向ディメンション４９を以て延在する。ここで半径方
向ディメンション４７と軸方向ディメンション４５はベ
ーン３９に対して規定されるもので、半径方向ディメン
ション４７は、これと同じ方向に延在するベーンにおけ
る半径方向を規定する。軸方向ディメンション４５は好
適には半径方向ディメンション４７に直角に延在する。
本発明の実施形態においては、軸方向ディメンション４
５は、ベーン３９がロータ１９に取付けられたときのロ
ータ１９の回転中心軸線従って軸２１とほぼ平行に延在
する。
【００１０】ベーン３９は熱可塑性マトリックス材料５
１で形成され、この材料５１の中に細かく刻まれた繊維
５３が半径方向ディメンション４７と実質的に平行に整
列して延在する。繊維５３は、これらの最長ディメンシ
ョンが半径方向ディメンション４７と平行に延在するよ
うに整列されたとき、半径方向ディメンション４７と実
質的に平行に延在するように整列される。好適な実施例
において、熱可塑性マトリックス材料５１はポリエテル
エテルケイトン（ＰＥＥＫ）であり、そして繊維５３
は、４０から６０ミクロン（ミクロメータ）の直径と少
なくとも１ｍｍの長さを有する炭素繊維である。繊維５
３の長さは半径方向ディメンション４７より実質的に小
さい。
【００１１】図３、図４および図５は一緒に、ベーン３
９の製造方法を示す。図３において、熱可塑性樹脂５１
で形成され、そしてこの熱可塑性樹脂内の全体に亘って
均等に分散された、ランダムに指向された刻まれた炭素
繊維５３を有するビレット５５が提示される。このビレ
ット５５は好適には円筒形または楕円形の形状を有す
る。ビレット５５は、これの長手方向ディメンション５
９を決定する長手方向軸線５７を有する。ビレット５５
はさらに直径６０と断面積６１を有する。ビレット５５
の直径６０は好適には、その断面積６１が、ベーン３９
の軸方向ディメンション４５に直角で半径方向ディメン
ション４７と平行に延在する断面平面におけるベーン３
９の横断面積にほぼ等しくなるように選択される。
【００１２】図４は、ビレット５５をベーン３９の形状
に形成する成形ダイ６３，６５の断面図である。成形ダ
イ６３，６５の内面６７，６９によってベーン３９の形
状とディメンションを有するキャビティが作られる。ビ
レット５５は、そのキャビティの中心部で、ビレット５
５の長手方向軸線５７が、形成されるロータ・ベーンの
軸方向ディメンション４５（図２参照）と平行に延在す
るようにして、成形ダイ６３，６５の中に置かれる。ダ
イ６３，６５が一緒にされるように押圧されると、ビレ
ット５５の熱プラスチック材料５１と繊維５３は、形成
されるベーン３９の半径方向ディメンション４７と平行
な流動方向７１，７３に流動する。好適に、ビレット５
５は、ダイ６３，６５のキャビティ内で形成されるベー
ンの軸方向ディメンション４５（図２参照）の全長に亘
って延在する長さ５９を有し、従って熱プラスチック材
料５１と繊維５３は流動方向７１，７３にだけ流動す
る。
【００１３】図５は、ベーン３９が形成された後の、そ
のベーン３９とダイ６３，６５の、軸方向ディメンショ
ン４５（図２参照）に対して直角に取られた断面図であ
る。熱可塑性材料５１と繊維５３が方向７１，７３に流
動することによって、繊維５３は全体的に、それら繊維
の長さがベーン３９の半径方向ディメンション４７と実
質的に平行に延在するように整列される。またベーン３
９の、図５が描かれている平面に沿って取られた断面積
７５は、ビレット５５の断面積６１と等しいものにな
る。
【００１４】図６は、弁３９を本発明に従って製造する
ための諸操作段階を示すブロック・ダイヤグラムであ
る。ブロック８１は、熱可塑性マトリックス材料５１内
にランダムな指向で均等に分散された刻み繊維５３を含
有する熱可塑性マトリックス材料５１で形成されるビレ
ット５５を準備する段階を示す。ブロック８３は、ビレ
ット５５の長手方向長さ５９が、形成されるベーン３９
の軸方向ディメンション４５の方向に延在するようにし
て、ビレット５５を成形ダイ６３，６５の中に設置する
段階を示す。
【００１５】ブロック８５は、熱可塑性マトリックス材
料５１の塑性温度範囲内の軟化温度にビレット５５を加
熱する段階を示す。熱可塑性マトリックス材料５１は、
その軟化温度においてダイ６３，６５内で圧縮される
と、割れることなく流動するが、なおその圧縮前の形状
を保持している。ＰＥＥＫの場合、軟化温度は約４０４
℃（７６０°Ｆ）である。
【００１６】ブロック８７は、成形ダイ６３，６５内で
ビレット５５を圧縮して、熱可塑性マトリックス材料５
１を、ダイ６３，６５内で形成されるベーン３９の半径
方向ディメンション４７と実質的に平行な方向７１，７
３に流動させる段階を示す。ブロック８９は、ベーン３
９の形状を保ったままダイ６３，６５から取出すため
に、ベーン３９を軟化温度より低い温度に冷却する段階
を示す。そしてブロック９１は、形成されたベーン３９
を成形ダイ６３，６５から取出す段階を示す。
【００１７】本発明の変化形実施例として、これまで記
述した以外の熱可塑性マトリックス材料と繊維を使用す
ることもできる。例えばポリアミドのような熱可塑性樹
脂を使用できよう。また繊維としては、炭素繊維の他
に、ガラス繊維、またはＫＥＶＬＡＲおよびＳＰＥＣＴ
ＲＡのようなアラミド繊維も使用できる。形成されるベ
ーンの半径方向長さがその軸方向長さより小さい本発明
の典型的な実施形態においても、ビレットの長手方向長
さがその直径より小さいようなビレットを使用すること
もできよう。
【００１８】さらにここで使用される「ベーン」という
用語には、本発明に従って製造されるベーン先端部も含
まれる。この先端部は別の材料で作られたベーン本体に
取付けられる。
【００１９】
【発明の効果】本発明は従来技術を超える幾つかの長所
をもっている。本発明のロータ・ベーンは、従来技術の
むくの金属のベーンよりも軽量で安価にすることができ
る。本発明に従って製造されるロータ・ベーンは、ベー
ンの半径方向ディメンションと平行な方向に指向された
均等に分散した刻み繊維を含有する熱可塑性材料で形成
される。こうして、それら刻み繊維の指向が、圧力室の
壁に対するベーン先端部の動き方向に直角な方向になる
ので、従来技術のロータ・ベーンよりも大きな耐摩耗性
が得られる。さらに、本発明によって製造されるベーン
では、ベーンの厚さを横断する方向における機械的特性
が一定であり、従って、機械的および熱的応力によって
ベーン先端部の両端から内方向へと生じる層の剥離のよ
うなベーンの損傷は起らない。
【００２０】ここに特定の実施形態を参照して本発明を
説明してきたが、この説明は何等制約的なものではな
い。当業者には、その説明を参照して、ここに開示した
実施形態になお様々な変化形が可能なことが理解されよ
う。特許請求の範囲はそのような如何なる変化形をもカ
バーする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って製造される回転ベーン・ポンプ
の、ポンプ・ロータの回転軸線に直角な垂直平面におけ
る断面図。
【図２】図１の回転ベーン・ポンプのロータ・ベーンの
一部を破断して示す斜視図。
【図３】図２のロータ・ベーンを形成するのに使用され
るビレットの一部を破断して示す斜視図。
【図４】図３のビレットを図２のロータ・ベーンに形成
するのに使用される成形ダイの、形成されるベーンに関
して図１の断面平面と平行な平面における断面図。
【図５】図４の成形ダイを押圧して図３と図４のビレッ
トを圧縮することにより図２のロータ・ベーンに形成し
た後の成形ダイの、図４の断面平面に沿って取られた断
面図。
【図６】図３のビレットから図４と図５の成形ダイの中
で図２のロータ・ベーンを製造する方法を記述するブロ
ック・ダイヤグラム。
【符号の説明】
１１ 回転ベーン・ポンプ １３ ハウジング １５ 圧力室 １９ ロータ ３５ ベーン ３９ ベーン ４１ 先端部 ４５ 軸方向ディメンション ４７ 半径方向ディメンション ４９ 横断方向ディメンション ５１ 熱可塑性材料 ５３ 繊維 ５５ ビレット ５９ 長手方向ディメンション ６０ 直径 ６１ 断面積 ６３ ダイ ６５ ダイ ６７ 内面 ６９ 内面 ７１ 流動方向 ７３ 流動方向 ７５ 断面積
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 105:14 Ｂ２９Ｌ 31:08

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 室と、この室の中に回転可能に装架され
    たロータとを備えるタイプの回転ベーン・ポンプのため
    のベーンにして前記ロータから外方向へ延出して前記室
    に対して密封する半径方向ディメンション、および、こ
    の半径方向ディメンションに直角な軸方向ディメンショ
    ンを有する前記ベーンを製造する方法であって、 前記ベーンの形状を画成する内面を有するベーン成形ダ
    イを準備する段階と、 熱可塑性マトリックス材料と繊維で形成されるビレット
    にして該繊維が前記形成されるベーンの半径方向ディメ
    ンションより実質的に小さな長さを有し且つ前記熱可塑
    性マトリックス材料の中に均等に分散されている前記ビ
    レットを準備する段階と、 このビレットを前記ベーン成形ダイの中に設置して該ビ
    レットを軟化温度に加熱する段階と、 前記ダイの中で前記ビレットを圧縮して該ビレットをダ
    イの内面の形状へと変形させると共に前記繊維の実質的
    な部分を前記形成されるベーンの半径方向ディメンショ
    ンとほぼ平行な方向に整列させる段階と、 前記熱可塑性マトリックス材料を軟化温度より低い温度
    に冷却し、そして前記成形ダイから前記ベーンを取出す
    段階とを有する方法。
  2. 【請求項２】 前記ビレットが、前記ベーンの軸方向デ
    ィメンションにほぼ等しい長さを有する、請求項１記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 前記ビレットが、前記ベーンの軸方向デ
    ィメンションにほぼ等しい長さを有し、そして前記ビレ
    ットをベーン成形ダイの中に設置する段階が、 前記ビレットの長手方向を、前記形成されるベーンの半
    径方向ディメンションと直角に整合させることを含む、
    請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記ビレットが、前記ベーンの半径方向
    ディメンションに直角な断面に沿って取られたベーンの
    面積にほぼ等しい断面積を有する、請求項１記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 前記ビレットが、前記ベーンの軸方向デ
    ィメンションにほぼ等しい長さ、および、前記ベーンの
    半径方向ディメンションに直角な断面に沿って取られた
    ベーンの面積にほぼ等しい断面積を有する、請求項１記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ビレットが、前記ベーンの軸方向デ
    ィメンションにほぼ等しい長さ、および、該ベーンの半
    径方向ディメンションに直角な断面に沿って取られたベ
    ーンの面積にほぼ等しい断面積を有し、そして前記ビレ
    ットをベーン成形ダイの中に設置する段階が、 前記ビレットの長手方向を、前記形成されるベーンの半
    径方向ディメンションと直角に整合させることを含む、
    請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記ビレットの中の前記繊維がランダム
    に指向されている、請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ビレットが円筒形である、請求項１
    記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記繊維が、前記形成されるベーンの半
    径方向ディメンションより実質的に小さい長さを有す
    る、請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記繊維が、１ｍｍより大きく且つ前
    記形成されるベーンの半径方向ディメンションより実質
    的に小さい長さを有する、請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 室と、この室の中に回転可能に装架さ
    れたロータとを備えるタイプの回転ベーン・ポンプのた
    めのベーンにして前記ロータから外方向へ延出して前記
    室に対して密封する半径方向ディメンション、および、
    この半径方向ディメンションに直角な軸方向ディメンシ
    ョンを有する前記ベーンを製造する方法であって、 相互に合体する２つの半部および前記ベーンの形状を画
    成する内面を有するベーン成形ダイを準備する段階と、 熱可塑性マトリックス材料の中に繊維がランダムに指向
    されて均等に分散されている、熱可塑性マトリックス材
    料と繊維で形成されるビレットにして前記ベーンの軸方
    向長さにほぼ等しい長さ、および、前記ベーンの半径方
    向ディメンションに直角な断面に沿って取られたベーン
    の面積にほぼ等しい断面積を有する前記ビレットを準備
    する段階と、 このビレットの長手方向を、前記形成されるベーンの半
    径方向ディメンションと直角に整合させるようにして、
    ビレットを前記ダイの中に設置して該ビレットを軟化温
    度に加熱する段階と、 前記ダイの２つの半部を一緒に合体することによりダイ
    の中で前記ビレットを圧縮して該ビレットをダイの内面
    の形状へと変形させると共に前記熱可塑性マトリックス
    材料の実質的に全部を、前記形成されるベーンの半径方
    向ディメンションとほぼ平行な方向に流動させて、前記
    繊維の実質的な部分を、前記ベーンの半径方向ディメン
    ションとほぼ平行に整列させる段階と、 前記熱可塑性マトリックス材料を軟化温度より低い温度
    に冷却し、そして前記ダイから前記ベーンを取出す段階
    とを有する方法。
  12. 【請求項１２】 前記ビレットが円筒形である、請求項
    １１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記繊維が、前記形成されるベーンの
    半径方向ディメンションより実質的に小さい長さを有す
    る、請求項１１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記繊維が、１ｍｍより大きく且つ前
    記形成されるベーンの半径方向ディメンションより実質
    的に小さい長さを有する、請求項１１記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記ビレットが円筒形であり、そして
    前記繊維が、１ｍｍより大きく且つ前記形成されるベー
    ンの半径方向ディメンションより実質的に小さい長さを
    有する、請求項１１記載の方法。
  16. 【請求項１６】 室と、この室の中に回転可能に装架さ
    れたロータとを備えるタイプの回転ベーン・ポンプにし
    てそのベーンが、前記ロータから外方向へ延出してベー
    ン先端部が前記室に対して密封するようにする半径方向
    ディメンション、および、この半径方向ディメンション
    に直角な軸方向ディメンションを有する前記回転ベーン
    ・ポンプにおいて、 前記ベーンの少なくとも先端部が、熱可塑性マトリック
    ス材料と、このマトリックス材料の中に均等に分散され
    た短かく刻まれた繊維とで形成され、そして大部分のそ
    れら刻み繊維の長さが、前記ベーンの半径方向ディメン
    ションとほぼ平行な方向に延在するようにされるごとく
    改良された回転ベーン・ポンプ。
  17. 【請求項１７】 前記刻み繊維の長さが約１ｍｍであ
    る、請求項１６記載の回転ベーン・ポンプ。
  18. 【請求項１８】 前記刻み繊維の長さが前記ベーンの半
    径方向ディメンションより実質的に小さい、請求項１６
    記載の回転ベーン・ポンプ。
  19. 【請求項１９】 前記刻み繊維の長さが前記ベーンの半
    径方向ディメンションより実質的に小さく且つ１ｍｍよ
    り実質的に小さくない、請求項１６記載の回転ベーン・
    ポンプ。
  20. 【請求項２０】 前記ベーンが全体的に、熱可塑性マト
    リックス材料と、このマトリックス材料の中に均等に分
    散された短かく刻まれた繊維とで形成され、そして大部
    分のそれら刻み繊維が前記ベーンの半径方向ディメンシ
    ョンとほぼ平行に整列されている、請求項１６記載の回
    転ベーン・ポンプ。
JP8121860A 1995-10-25 1996-05-16 回転ベーン・ポンプのためのベーンおよびその製造方法 Pending JPH09131742A (ja)

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