JPS63219892A - 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である。

［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と側板と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沿
って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
の重量が大きくなり、ロータは偏心して回転するため大
きな重量による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し及び重量が大となるという
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との接触状態が変化し
て発熱損傷したり、変形したりするという問題があった
。

またローリングピストン式回転橢械にお（プる上記欠点
を解消するため、特開昭６１−２９１７９４号公報に示
されるような繊維強化アルミニウム類のロータを使用し
た場合、アルミニウムは無潤滑状態での耐焼付性に乏し
いため相手摺動面へのアルミニウムの移着が生じ焼付が
生じ易すく、結果としてロータの耐焼付性に問題があっ
た。この耐焼付性を改善するため、相手摺動面にテフロ
ン等の自己ＴＡ潤滑脂被覆を施した場合は、耐焼付性は
改善されるが、この被覆の耐摩耗性に問題があり特に面
接触となるロータ端面とシリンダ側板の摩耗が著しく、
これによりローリングピストン式回転機械の耐久性が劣
化するという問題があった。

またｍｅｔｔ強化ア強化アルミニウムータに、特開昭５
５−１６４７９４号に示されるようなセラミックを溶射
して被覆層を設けると、セラミックと繊維強化アルミニ
ウムとの結合力が弱くかつセラミックが脆いことに起因
して、作動中セラミックの！ＩＪ＃が生じやすく耐久性
に問題があった。

［問題点を解決するための手段１ 本発明は、繊維強化アルミニウム製ロータを有するロー
リングピストン式回転機械の上記欠点を解消するため、
ロータ表面のうち少なくともシリンダ側板と接触するロ
ータ端面に、Ｍｏ　、Ｍｏ合金、Ｍｏにセラミック及び
グラファイトのうちの少なくとも一種が混在した混合物
、並びにＭＯ合金にセラミック及びグラファイトのうち
の少なくとも一種が混在した混合物から成る群から選択
された一種より成る摺動表面層を設け、該ロータと摺動
接触するシリンダ面のうち少なくともシリンダ側板にセ
ラミックから成る摺動表面層を設けたことを特徴とする
。

ＭＯあるいはＭＯ合金にセラミック及び／またはグラフ
ァイトが混在する場合、セラミック及び／またはグラフ
ァイトは０〜ｇ□ｖｏ＋％の範囲であるのが好ましい。

ここでＭＯ合金は、０〜９５ｗｔ％のＦｅ、Ｎｉ、Ａｊ
！、Ｇｏ　、Ｃｒ及びｏ〜ｉｏｗｔ％のＭ（１、Ｃ。

ＢＳｓ＋　とから成る群から選択された少なくとも１種
、残部ＭＯ及び不可避不純物とから成る。

またセラミックとしては、酸化アルミニウム、酸化ケイ
素酸化クロム及びこれらの混合物などが好ましく、セラ
ミックス表面層は溶射法（プラズマスプレー法）により
１０〜５００μｍの厚さでシリンダ側板に設けるのが好
ましい。またシリンダ側板と摺動接触するロータ端面に
設けられる活動表面層も溶射法（プラズマスプレー法）
により１０〜５００ｕｆｆｌの厚さ設けるのが好ましい
。

［作用］ 本発明者は繊維強化アルミニウム製ロータの端面に摺動
表面層として作用する被覆層を設ける場合、Ｍｏあるい
はＭＯ合金あるいはこれらとグラファイトやセラミック
との混合物から成る層がロータの耐焼付性及び耐摩擦性
を向上させるのに最適であり、またこのロータ摺動表面
層と摺動接触するシリンダー側板にはセラミックス層を
設けるのが最適であることを見い出した。ＭＯあるいは
Ｍｏ合金は、Δβロータへの溶射時にＡｆを固溶し、Ａ
１と極めて強固な結果をもたらすと共に、耐焼付性と耐
摩耗性が優れているので、ｔＨＭ強化アルミニウムロー
タの摺動表面層として適する。

必要とされる耐摩耗性あるいは耐焼付性及び熱膨張係数
の程度に応じ、ＭｏあるいはＭＯ合金層にグラファイト
あるいはセラミックスを混在させることができる。

［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１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１の中央部には、主軸１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の端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１″ｊ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はベーン苗
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１５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がバルブ受け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
、鋳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の主部は鉄
製であり且つロータ側部と摺動接触する部分に１０〜５
００μｍのセラミック切が設けられている。セラミック
は酸化アルミニウムであり、プラズマスプレー法により
設けられた。次にこのセラミックス層は相手摺動面との
なじみ性をよくするため表面の突起の高さが３μｍ以下
となる表面粗さに研摩した。

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　
　ＡＯＣ１２：熱膨張係数２４×１０″″６／”Ｃを複
合化させた炭素繊維強化アルミニウムよりなり、鋳鉄の
熱膨張係数とほぼ同じ熱膨張係数を有する。

このｖａｎ強化アルミニウム製ロータの製造方法は、特
開昭６１−２９１７９４号公報に詳細に説明されている
ので省略する。ロータの表面のうちシリンダー側板１０
．１１と店接するロータ端面８ａ　、８ｃに１０〜５０
０μｍ好ましくは５０〜２００μｍの厚さの１８％ＭＯ
−７９％Ｆｅ−３％Ｃ合金の摺動用表面層が設けられて
いる。この摺動表面層はロータ端面に溶射することによ
って形成された。この摺動表面層は、相手の摺動面との
なじみ性をよくするため、表面の突起が高さ３μｍ以下
となる表面粗さに研磨された。

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１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１図中矢
印Ｒ方向に回転揺動運動を行う。この時、ベーン１３は
スプリング１４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
なわち、主軸１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。

第１表にロータに摺動表面層なしの炭素繊維強化アルミ
ニウム合金複合材を用いた場合と、上記表面層を設けた
場合との耐久性の相違を示す。

第　　１　　表 １）　サイドプレート摺動面、Ａｊ１２０３溶射層２）
　ロータ５０００ｒｐｍ、無潤滑 上記実施例ではロータ端面にのみＭＯ合金の摺動表面層
を設けたが、ロータ表面全体にこの摺動表面層を設ける
と更にロータの耐久性が向上する。

更に、上記実施例ではシリンダーのうち側板にのみセラ
ミック摺動表面層を設けたがケーシング表面全体にこの
セラミック摺動表面層を設けることにより回転機械の耐
久性を更に向上させることができる。

［発明の効果］ 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。

また優れた耐摩耗性と耐焼付性が必要とされる、ロータ
端部とシリンダ側板にはそれぞれ、ＭｏあるいはＭＯ合
金あるいはこれを主成分としてセラミックやグラファイ
トを混在させた混合物からなる摺動表面層及びセラミッ
ク層が設けられ、ロータ母材のアルミニウムとＭＯある
いはＭＯ合金は強固に結合しているため従来のようにア
ルミニウムとセラミックとの結合力の弱さ及びセラミッ
クの脆さから摺動表面層に割れが生じることがなくなっ
た。更にロータ端部の表面層とシリンダ側板の表面層と
の相互摺動によって生じる摩耗粉は速かに摺動面外に排
出されるかあるいは表面層の四部に保持されるので、凝
着およびアグレッシブ摩耗がおこりにくく長期間の使用
にも耐えつるという優れた作用効果が得られた。

【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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 筒状内周面と側板とを有するシリンダと、 該内周面に沿つて回転するよう該シリンダの軸心に対し
   て所定の偏心量をもつて該シリンダ内に配置され、該内
   周面に作動上協働する外周面を有し、該側板と面接触す
   る端面を有する、繊維強化アルミニウム製のロータと、 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、 該ロータのうち少なくとも端面は、Ｍｏ、Ｍｏ合金、Ｍ
   ｏとセラミツク及びグラフアイトのうちの少なくとも一
   種との混合物、並びにＭｏ合金とセラミツク及びグラフ
   アイトのうちの少なくとも一種の混合物から成る群から
   選択された一種から成る摺動表面層を有し、 該シリンダのうち少なくとも側板は、セラミツクから成
   る摺動表面層を有する、ローリング式回転機械。