JPS61291794A - ロ−リングピストン式回転機械 - 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〕 本発明はローリングピストン式回転機械に関するもので
、例えばディーゼルエンジン車に用いられる負圧源、あ
るいはブレーキブースターに負圧を供給する負圧ポンプ
として用いられて有効テする。

〔従来の技術〕

従来ローリングピストン式回転機械は部品点数が少なく
構造が簡単であるため小型軽量であり、耐久性が高いな
ど種々の利点を有する回転機械としてコンプレッサ、バ
キュームポンプ等に適している。

その構造は円筒状内周面を有するシリンダ内をシリンダ
の軸心に対して所定の偏心量をもってシリンダ内周面に
沿ってロータが回転し、このロータ外周面に摺動しロー
タの半径方向に往復動しながらシリンダとロータとの間
の空間を吸入室と吐出室とに区画するベーンによって圧
力差を生じさせる構造を有している。

従来このロータは鉄又は特開昭５８−７００８８号公報
に開示されているようにポリイミド樹脂等の樹脂材料を
用いていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ロータの材料が鉄である場合は、ロータ
が偏心して回転するためエネルギー損失が大きく、また
偏心による振動の発生、それに伴って騒音が発生する上
に、偏心を調和させるために設けられるバランスウェイ
トが大きくなるために全体が大型化するという問題があ
った。

そこで軽量化のためにロータを樹脂材料で構成した場合
は、樹脂材料の熱膨張係数がケーシングや軸受部の鉄材
よりも大きいために回転作動等による温度上昇のため樹
脂製ロータが膨張してケーシングに接触して発熱損傷し
たり、変形したりするという問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明は上記の如き問題点を解決するためにロー
タを繊維強化アルミニウムで構成するというものである
。

〔作　用〕

上記手段によれば、繊維強化アルミニウムは鉄に比較し
て１／３程度の重量であるために、ロータの偏心回転に
よる振動の発生や回転エネルギー損失が大幅に低減され
る。また繊維強化アルミニウムは含有させる強化材の含
有量を変化させることによって熱膨張係数を調節するこ
とができるため、他の構成部品との熱膨張率を調和させ
ることができる。

〔発明の効果〕

従って本発明によれば、軽量小型でかつ低騒音という非
常に高性能なローリングピストン式回転機械を提供でき
るという優れた効果がある。

〔実施例〕

次に本発明をブレーキブースタ用バキュームポンプとし
て用いた場合の実施例について説明する。

第１図及び第２図において、主軸ｌは玉軸受２を介して
フロントハウジング３、リヤハウジング４に軸支されて
いる。この主軸ｌの中央部には、主軸ｌの回転を滑らか
にするためのバランサー５が設けられ、このバランサー
５の両側には軸心より所定量偏心した偏心軸６が形成さ
れている。そして、この偏心軸６には玉軸受７を介して
円筒状のロータ８が軸支されている。前記フロントハウ
ジング３及び前記リヤハウジング４の間には、円筒状内
面９ａを有するケーシング９が挟持されており、この円
筒状内面９ａの中心と前記ロータ８の中心とは所定量偏
心している。さらに、ロータ８の側面には前記フロント
ハウジング３及びリヤハウジング４の各々の間に側板１
０．１１が配されており、前記ケーシング９、側板１０
．１１によってシリンダが形成されている。

前記ケーシング９には軸方向に開口するベーン室１２が
形成されており、このベーン室１２内には板状のベーン
１３が挿入されている。このベーン１３にはスプリング
受は穴１３ａが形成されており、このスプリング受は穴
１３ａと前記ベーン室の床面との間にはスプリング１４
が配されている。そして、このスプリング１４の付勢力
によってベーン１３は常に前記ロータ８の外周面に当接
しており、ロータ８がシリンダ内を偏心運動すると、こ
のロータ８の運動に供なってベーン１３はベーン室１２
内を往復運動する。また、このベーン１３は前記シリン
ダ内面と前記ロータ８の外周面とによって形成されるシ
リンダ室を吸入室Ａと吐出室Ｂとに区画している。そし
て、前記ケーシング９には、前記吸入室Ａに空気を導く
吸入口Ｉ５が形成され、吐出室Ｂ内の空気を吐出するた
めの吐出口１６が前記ベーン室１２の近傍のケーシング
９に開口して設けられている。また、吐出口１６には吐
出口１６から外部に向かう空気のみを通過させるチェッ
クバルブ１７がパルプ受け１８によって設けられている
。尚、フロントハウジング３、ケーシング９、リヤハウ
ジング４は互いにボルト２０によって締結されている。

次に各構成部品の材料について述べる。ケーシング９は
、たとえば鉄にテフロンコーティングしたもの、ベーン
１３は、樹脂含浸の焼結カーボン、側板１０．１１は金
属含浸の焼結カーボンから成る。

ロータ８は炭素繊維を縦横方向に織りなした炭素繊維織
布を第３図に示すごとく巻付積層して形成させた第４図
のような円筒状予成形体３０にアルミニウム（ＪＩＳ　
　ＡＤＣ１２ｉ熱膨張係数２４　Ｘ　１０−’／℃を複
合化させた炭素繊維強化アルミニウムよりなる。

このロータの製造方法についてさらに詳細に説明すると
、第３図に示すように円筒型ボビン３１の軸に平行方向
に織りなした縦糸３２ａとボビン３１の円周方向に織り
なした横糸３２ｂの密度比が１０：１３となるように織
りなした炭素繊維織布をロータの内径と同一外径を有す
るボビン３１に巻付は予成形体３０を製作した。次にこ
の予成形体３０を第５図に示すような金型４０内に収納
し、金型４０および予成形体３０を４００ｔ’に予熱し
ておいて溶融アルミニウム（約８００ｔ）を金型４０内
に注入し、その後すばや（プランジャ４１によって５０
０ｋｇ／−の成形圧力でプレスし冷却固化して、ロータ
の原料ブロックを製作した。

次にこのブロックから前記予成形体３０に一致するロー
タを加工製作した。このとき製作したロータの外周面に
は炭素繊維が表出しており、焼結カーボンよりなるベー
ン１３との摺動摩擦抵抗や摩耗が非常に低減できるよう
構成されている。またこの繊維強化アルミニウムの繊維
含有量（単位体積中に繊維の占める割合、以後Ｖｆで表
す）が３５±５％になるように予成形体３０を製作して
おり、強化材である繊維の熱膨張率に対する効果はロー
タ８の軸方向よりも周方向すなわちロータ８径方向のほ
うが小さいため、縦糸３２ａと横糸３２ｂの密度比を１
０１３で構成したことによってロータ８の円周方向およ
び軸方向の熱膨張係数をいずれも１２　Ｘ　１０−’／
℃とハウジング９およびベアリング７に用いられる鉄材
とほぼ等しくすることができた。なお、縦糸と横糸の比
は１（１１２〜１４であればほぼ前記の目的は達せられ
、本発明の効果を奏することが判った。また、このロー
タ８の比重は２．３と鉄材の３分の１以下に低減できた
。また本発明においてロータの熱膨張係数は、鉄の熱膨
張係数１２　Ｘ　ｌ　Ｏ−ｈ／’Ｃに対して±Ｉ　Ｘ　
１０−”／ｌ：すなわち、１１〜１３ＸｌＯ−’／℃の
範囲が有効であることが確かめられた。

次に本実施例の作動について説明する。

原動機（図示せず）により駆動される主軸ｌの回転に伴
い偏心軸６は主軸１の周囲を偏心回転する。この時、偏
心ロータは、玉軸受７を介して偏心軸６に対し回転自在
に支承されているため、ケーシング９内部で第１Ｉ！ｌ
中矢印Ｒ方向に回転揺動運動を行う、この時、ベーン１
３はスプリング！４の押付は力により、偏心ロータ８の
外周部に当接し、偏心ロータ８の回転揺動運動に伴いベ
ーン室１２内の往復動を行う。これにより、吸入室Ａ及
び吐出室Ｂは拡大、縮小を繰り返し、ポンプ作　　　”
用を行う。すなち、主軸ｌの回転に伴い、吸入室Ａが最
大となるまではブレーキブースタの真空タンク（図示せ
ず）内の空気を吸入口１５を通じて吸入室Ａに吸入する
。その後、吸入させた空気は吐出室８の縮小により吐出
口１６を通り大気に放出される。

上記の如き作動において、炭素繊維強化アルミニウム製
ロータ８は比重が２．３と軽量であり、また熱膨張係数
が鉄製の玉軸受７と等しくなるよう構成されているため
熱膨張の相違によるガタ等が発生する心配はなく、また
鉄製のハウジング９との熱膨張係数の差も非常に小さい
ためロータ８とハウジング９との隙間が小さくなって接
触したり、あるいは隙間が広がりすぎて空気もれにより
性能が低下することがなくなる。またロータ８の外周面
へは自己潤滑性を有する炭素繊維が表出しているためベ
ーン１３との摩擦係数が小さくなり回転の摩擦損失によ
るエネルギー効率の低下も低減されると同時にベーン１
３の摩耗量も小さくなり耐久性が向上する。

また軽量であるため全体の重量低減ができると同時に偏
心によるロータ半径方向の慣性力が小さくなるためバラ
ンサ５を小さくできエネルギー効率が高められる上に全
体を小型化できるという優ぐれた効果も有する。

次に本発明のロータ８に用いられる繊維強化アルミニウ
ムは炭素繊維織布にかえて炭化ケイ素ウィスカを使用し
てもよく、炭化ケイ素ウィスカを水ガラス、リン酸アル
ミニウム等の無機バインダを用いて予成形体を形成させ
、己の予成形体に上記実施例に説明したと同様の方法で
アルミニウムを複合化させることができた。繊維含有量
をｖｒ３０％とすることによって熱等方的に膨張係数が
１２　Ｘ　１０−”／’Ｃとなり、また比重が２．８５
の炭化ケイ素ウィスカ強化アルミニウムからなるロータ
８が製作でき前記実施例と同様の効果を達成することが
できた。なお、このときの炭化ケイ素ウィスカの含有率
Ｖｆは２５〜３５％で本発明のローリングピストン式回
転機械に適用可能であった。

また、この繊維強化アルミニウムに用いられる強化繊維
は長さ０．０５〜ｂ 短繊維という）であってもよく、Ｖｆ＝３５〜４５％の
短繊維を水等の溶媒に分散させた後沈降させて圧縮乾燥
するか、又は単にプレスによって圧縮して製作したフェ
ルト状強化材を円筒形状にし、アルミニウムを複合化さ
せて製作することができる。この場合は、フェルト状に
短繊維が形成されたとき表面方向は短繊維が二次元無配
向となっており、厚み方向では配向している。この短繊
維を用いる方法は短繊維が炭素繊維織布やウィスカに比
べて安価であるため非常に安価に製作することができる
という利点を有している。

さらに本発明の繊維強化アルミニウムの強化材としては
、窒化ケイ素ウィスカ、チタン酸カリウム繊維が有効に
使用でき、前記炭化ケイ素ウィスカを用いる方法と同様
の製造方法が適用できる。

またそれらの含有率は、窒化ケイ素ウィスカではＶｆ２
５〜゛３５％、チタン酸カリウム繊維ではｖｒ３５〜４
５％で効果がある。

また、ロータ表面にテフロンコーティングを施したりま
たは表面に二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤
滑剤をコーティングまたは、表面をこれらの成分で構成
することにより一層摩耗特性を向上することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のローリングピストン式回転機械の半径
方向断面図、第２図は第１図における軸方向断面図、第
３図は本発明のロータの予成形体の製造方法を説明する
斜視図、第４図は本発明のロータの予成形体の形状を説
明する斜視図、第５図は本発明のロータの製造方法を説
明する模式図である。 ８・・・ロータ、９・・・シリンダ、１３・・・ベーン
、Ａ・・・吸入室、Ｂ・・・吐出室。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状内周面を有するシリンダと、 前記内周面に沿って回転するよう前記シリンダ軸心に対
   して所定の偏心量をもって該シリンダ内に配され、繊維
   強化アルミニウムよりなるロータと、 該ロータ外周面に摺接し、該ロータの半径方向に往復動
   しながら前記シリンダと前記ロータとの間の空間を吸入
   室と吐出室に区画形成するベーンとを備えたことを特徴
   とするローリングピストン式回転機械。
2. （２）前記ロータを構成する繊維強化アルミニウムが炭
   素繊維、炭化ケイ素ウィスカ、窒化ケイ素ウィスカ、チ
   タン酸カリウム繊維より選ばれたひとつよりなる強化繊
   維を含んでなる繊維強化アルミニウムであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のローリングピストン
   式回転機械。
3. （３）前記ロータを構成する繊維強化アルミニウムが炭
   素繊維を縦横方向に織りなした炭素繊維織布を巻付積層
   した強化繊維を含んでなる繊維強化アルミニウムである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のローリン
   グピストン式回転機械。
4. （４）前記炭素繊維織布において前記ロータの軸方に配
   列された炭素繊維と、前記ロータの円周方向に配列され
   た炭素繊維との密度比が１０：１２〜１０：１４の範囲
   にあることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のロ
   ーリングピストン式回転機械。