JPS59188082A - 回転スリ−ブを有する回転圧縮機 - 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、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、ロー夕と同期的に
回転する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、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「容積膨圧縮機」（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でいるとともに、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右利であることから、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。

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（吐出ボート側）と低圧側（吸入ポート側）と
の差圧によって生じる回転スリーブの内的作用力によっ
て、該回転スリーブがセンターハウジング内周面の吐出
ボート側へ押しやられ、該センターハウジング内周面と
接触して局部磨耗を生じるほか、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った。

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
であった。

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（もしくはディンプル
）を刻設して、該圧縮溝（もしくはディンプル）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、所謂ビスコスティポンプ（ｖｉ
ｓｃｏｓｉｔｙ　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、
圧縮溝（もしくはディンプル）での単なるビスコステイ
ポンプ作用では、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
リーブ外周面に設ける圧縮溝もしくはデインプルに対向
するセンターハウジングの内周形状を変更するという簡
単な構造でもって、回転スリーブのセンターハウジング
との接触による局部磨耗をなくし、かつ駆動トルク損失
を低減させることにある。

（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、上記の
如き回転スリーブを有する回転圧縮機において、上記回
転スリープの外周面に、ビスコステでポンプ作用を行う
ための圧縮溝もしくはディンプルを刻設するとともに、
従来回転スリーブが局部的に接触しでいたセンターハウ
ジング内周面の接触領域、つまりセンターハウジング内
周面の吐出ボート付近に対応する部分に内方に向けで張
り出した膨出部を形成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、上記接触領域におけるエ
アベアリング層において該エアベアリング層の空気は上
記膨出部と回転スリーブとの間で絞られて圧力上昇づる
と周囲に、この圧力上昇した空気は、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、圧縮溝もしくはディンプル内に閉
じ込められて粘性剪断作用で急激に圧縮されその圧力が
急激に上昇する、つまりビスコスティボンプ作用を行う
ことによって一層高圧となり、その結果、上記近接した
スリーブがその大きな反発力を受けて平衡状態を保ち得
る位防まで移動し、両者の接触を未然に防ぐようにした
ものである。

ここで、上記接触領域つまり膨出部を形成するセンター
ハウジング内周面の角反範囲θは、第１図に示すように
、吐出ボート側において、回転スリーブのロータとのタ
ンジェントシール点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°で、リーディン
グ側に吐出ボート中心を通る直径線Ｑ３の角度θｏから
最大７０°まＣの範囲、つまりθｏ＋７．０°≦θ≦１
４０°の範囲であることが実験的に求められる。また、
以上の説明では作動流体として空気について述べたが、
その他のガス流体についても同様のことが言え、本発明
の技術的範囲に含まれるものである。

（発明の効果） したがって、本発明ににれば、回転スリーブを有する回
転圧縮機における回転スリーブとセンターハウジングと
の上記接触領域での接触を、回転スリーブ外周面に設け
られた圧縮溝もしくはディンプルと接触領域でのセンタ
ーハウジング内周面に設けた膨出部との効果的な組合せ
による簡単な構成によって未然に防止できるので、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、
よって耐久性の殴れた回転スリーブを有する回転圧縮機
の実用化を図って、エンジンの過給機等として最適なも
のを提供し実現でさるものである。

（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はケーシングであって、該ケーシ
ング１は、曲率半径ｒの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
っ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の内径よりら若干小さい
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２
ａとの間の間隙（例えば３０〜５０μ）によって空気軸
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７
ａ、７ａを右覆る円柱状のロータ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にタンジェントシール点Ｐで内
接す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）に吸入ボート９が、
また空間部８のリーディング側〈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には回転スリープ
５の両端面５ｃ、５ｃに対応して環状のシール溝１１．
１１が形成されており、該各シール満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１
２が装置されている。

また、上記ロータ７はその軸部７ａ，７ａにおいで、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
によりプーリー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には軸方向に沿って
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１
７．１７・・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、上記回転スリーブ５の外周面５ａには第３図に
示すように、多数のＶ型形状の圧縮溝１９、１９・・・
が回転方向にそって刻設されている。

該圧縮溝１９は、回転方向Ｘに対して溝内端部１９ａ、
１９ａが前号に位置し、かつ溝中央部１９ｂが回転スリ
ーブ５の軸方向中央に位置するように形成されており、
その溝深さは例えば５０〜１００μに設定されている。

また、上記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には
、内方に向けて張り出した膨出部２０が設けられている
。該膨出部２０は、回転方向×に沿って曲率半径ｒがセ
ンターハウジング内周面２ａの真円部の曲率崖径ｒｏに
より徐々に減少し、吐出ポート１０直前に対応する位置
で最小値をとった後徐々に増大してｒｏに戻るように形
成されている。上記接触領域θは、回転スリーブ５のロ
ータ７とのタンジェントシール点Ｐを通る直径線ｌ１と
直交する直線線ｌ２に対してトレーリング側に７０°、
リーディング側に吐出ボート１０の中心を通る直径線ｌ
３の角麿θｏから最大７０°までの範囲、つまりθｏ＋
７０°≦θ≦１４０°の範囲に設定されている。

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２１，２
１・・・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。。

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
ープ５との同期的回転に伴って上記圧縮室１８の容積は
同期的に変化し、圧縮室１８が吸入ボート９側から吐出
ポート１０側に移動するに従って徐々に増大して最大容
積になっ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、接触領域。近傍において連通孔２１，２
１・・・を介して空気軸受室６内に噴出供給されて、接
触領域θにおける空気軸受室６内はある程度高圧の空気
が満たされる。

この状態で、回転スリーブ５の回転に追従して空気軸受
室６内を×方向に流動する空気は、膨出部２０と回転ス
リーブ５の外周面５ａとで狭められた流路において絞ら
れてその圧力が上昇し、この高圧の空気が回転スリーブ
外集面５ａの圧縮溝１９・・・内に導入される。そして
、回転スリーブ５が圧縮室１８の高圧側（吐出ポート１
０側）と低圧側（吸入ボート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、上記圧縮溝１９内の空気はほぼ完全
な閉じ込め楊になっているために回転スリーブ５の近接
によって圧縮され、その圧力が急激に上昇する所謂ビス
コスティボンブ作用を行って、さらに高圧の状態となる
。しかも、圧縮溝１９内において回転スリーブ５の回転
に伴って圧縮溝１９内の空気は溝端部１９ａから溝中央
部１９ｂに向って圧縮されながら流動することによって
、より一層高圧状態となる。その結果、この高圧の空気
圧により、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。

したがって、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、よっ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。

今、上述のようにセンターハウジング内周面２ａの接触
領域θに膨出部２０を形成することによって圧縮溝１９
によるビスコスティボンブ作用が助長される効果につい
Ｃ定損的に説明するに、第１図おにび第５図に示す如く
センターハウジング２′と、９１周面５７’ａにＶ型形
状の圧縮溝１９′を設けた回転スリーブ５′とが、クリ
アランスｈを介して対向している状態において両者の間
にトレーリング側（第４図で左側）から圧力Ｐｏの空気
を供給した場合、該圧力Ｐｏとビスコスティポンプ作用
を行った後の空気圧力Ｐとの比すなわちビスコスティポ
ンプ圧力上昇率ρは、ＭＴＩ（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）方
式により解析すると次のように表わせる。

ρ＝Ｐ／Ｐｏ＝ＡＫ＋１　　　　・・・（１）ここで、 Ａ＝６μＵＬ／Ｐｏｈ２　　　　・・・（２）Ｋ＝（Ｈ
３−１）（Ｈ−１）ｓｉｎ２φ／（Ｈ３＋１）２＋２Ｈ
３（Ａ＋Ａ−１）＋（Ｈ３−１）ｃｏｓ２φ　　　　・
・・（３）尚、μは空気の静粘性係数、Ｕは回転スリー
ブ５′の回転速度、Ｌは圧縮溝１９′の展開長さ、Ｈは
圧縮溝１９′の深さｅと上記クリアランスｈとの関係式
（ｅ＋ｈ）／ｈにより締出されるギャップ比、φは圧縮
溝１９′の傾斜角、Ａは圧縮溝１９′間の間隔ａｒに対
する圧縮溝１９′の幅ａｇの比を示す溝幅比（ａｇ／ａ
ｒ）である。

そして、上記計算式（１）〜（３）に対して、下記第１
表に示す本発明例による各数値を代入しかつｈを変化さ
せた場合のρの計算結果を、圧縮溝のない場合（比較例
）の結果と対比して第６図に示す。

同図によると、比較例ではクリアランスｈが５０μ以下
になると圧カ上昇率ρは著しく低下するが、本発明例で
はクリアランス１１の減少に伴って圧力上昇率ρは著し
く増大しでおり、上記実施例の如く膨出部２０の形成に
よってセンターハウジング２と回転スリーブ５とのクリ
アランスが最も狭くなった接触領域θでビスコスティポ
ンプ作用が一層効果的に行なわれて空気圧力が著しく上
昇することが理解できる。

尚、上記実施例では回転スリーブ５の外周面５ａにＶ型
形状の圧縮溝１９を刻設するようにしたが、Ｗ型形状や
Ｘ型形状など種々の圧縮溝を刻設するようにしてもよく
、また、圧縮溝１９に代えて円形状や三角形状の圧縮デ
ィンプルを形成す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。また、上記実施例
では膨種粒２０をセンターハウジング２内周面２ａの接
触領域θのほぼ全域に亘って一様に形成したが、外接触
領域θの一部分のみに、例えば吐出ポート１０直前に対
応する部位等に膨張部を設けてもよく、上記と同様の作
用効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の実施例を示し、第１図は
縦断面図、第２図は第１図の■−■線断面図、第３図は
回転スリーブの側面図、第４図はビスコスティボンブ作
用を説明するための回転スリーブ部分の断面図、第５図
は同回転スリーブ外周面の展開図、第６図はクリアラン
スに対するビスコスアイボンブ圧力上昇率を示す計算結
果図である。 １・・・ケーシング、２，２′・・・センターハウジン
グ、３・・・サイドハウジング、５．５’・・・回転ス
リープ、７・・・ロータ、９・・・吸入ポート、１０・
・・吐出ボート、１７・・・ベーン、１９，１９’・・
・圧縮溝、２０・・・膨出部。 特許出願人　東洋工業株式会社 代理人　前田弘 手続補正書（自発）　　　　７ 昭和５８年５月７日 特許庁長官　若杉和夫殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第５６９７８号 ２、発明の名称 回転スリーブを有する回転圧縮機 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　　広島県安芸郡府中町新地３番１号名称　（３１
３）　東洋工業株式会社 代表者　　山崎芳樹 ４、代理人　〒５５０　電０６（４４５）２１２８住　
　所　　大阪市西区靭本町１丁目４番８号　太平ビル氏
　　名　　弁理士（７７９３）前田弘５．補正命令の日
付（自発補正） ６．補正の対象 （１）明細目の発明の詳細な説明の欄 （２）図面の第１図 ７、補正の内容 （１）明細書の第９頁第３行目の「内接するように」を
、「最小クリアランスを保つように」に訂正する。 （２）図面の第１図中において符号「Ｐ」を別紙補正図
面（コピー）に朱書で記載の如く加入補正する。 ８．添付書類の目録

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
   サイドハウジングとで形成され吸入ボートと吐出ボート
   とを有するケーシングと、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
   に対して偏心しで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上の
   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、上記回転スリーブの外周面に圧縮溝もしくはディ
   ンプルが刻設されているとともに、上記センターハウジ
   ングの内周面の上記吐出ボート付近に対応する部分に内
   方に向けて張り出した膨出部が形成されていることを特
   徴とする回転スリーブを有する回転圧縮機。