JPS6338556B2

JPS6338556B2 -

Info

Publication number: JPS6338556B2
Application number: JP6810084A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Hatsutori; Juji Akagi; Shunzo Takasuka; Yukihiro Sugimoto
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1984-04-04
Filing date: 1984-04-04
Publication date: 1988-08-01
Also published as: JPS60209684A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、例えばエンジンの過給機等として使
用される回転圧縮機、特に回転スリーブを有する
回転圧縮機に関する。（従来技術）エンジンの過給機として、近年、排気ターボ過
給機の代わりに機械式過給機、特にベーン式の回
転圧縮機の使用が試みられている。このベーン式
の回転圧縮機は、エンジンの過給機として用いた
場合に低回転域から過給効果が得られる等の点で
優れている反面、ベーンの先端がハウジングの内
周面に高速で摺動して早期に摩耗するという欠点
がある。また、例えば「容積形回転圧縮機」（産
業図書）の図１５，１ａによれば、ハウジングの
内側にベーンの先端が当接して該ベーンと共に回
転する回転スリーブを備えることにより、ベーン
先端の摩耗を軽減するようにした回転圧縮機が示
されているが、これは上記回転スリーブとハウジ
ングとの嵌合部を潤滑油で潤滑するようになつて
いるため、該潤滑油の粘性抵抗による損失トルク
が大きく、しかも潤滑油が作動室内に漏れてエン
ジンの燃焼室に吸い込まれる等、エンジンの過給
機として適さない面がある。そこで、ハウジングの内側に回転スリーブを備
えると共に、該スリーブをハウジング内周面との
間の間隙に設けた空気軸受室により回転自在に支
持するようにした回転圧縮機が提案されている。
これによれば、ベーン先端の摩耗が少なく、且つ
回転スリーブを潤滑油で潤滑する場合における上
記のような問題を有しない回転圧縮機が実現され
る。しかし、この回転圧縮機においても、ハウジ
ングの材料に関して次のような問題がある。即ち、ハウジングの材料としては、軽量で且つ
放熱性に優れている等の理由でアルミニウム合金
の使用が考えられるが、該アルミニウム合金は熱
膨張率が大きいため、運転中に回転スリーブとの
間の間隙が大きくなつて空気軸受室の作用が低下
し、そのため該ハウジングと回転スリーブとが接
触して駆動トルクが著しく増大するのである。ま
た、このような接触は空気軸受室が正常に作用し
ている場合にもある程度は生じるが、アルミニウ
ム合金製のハウジングの場合、この接触により摩
耗し易く、特にアルジル合金の場合は含有された
珪素成分が脱落して回転スリーブとの焼付きが生
じる等の欠点がある。ハウジングに関する上記のような問題に対して
は、材料上の種々の改良が試みられている。例え
ば、アルミニウム合金でなるハウジングの内周面
に硬質クロムメツキ或いはニツケルリンメツキを
施し、又はアルマイト処理を施し、更にはハウジ
ングの内周面に軟窒化鋳鉄部材を圧入する等であ
る。しかし、メツキ処理によつては熱膨張を効果
的に防止することができず、且つメツキ層が剥離
する等の問題があり、特に硬質クロムメツキの場
合は温度上昇によつてメツキ層が軟化し、耐摩耗
性が低下する。また、アルマイト処理したものも
熱膨張を効果的に防止することができず、アルマ
イト層が破壊し、異常摩耗を生じる。更に軟窒化
鋳鉄部材を圧入したものは、熱伝導性或いは放熱
性が悪化するため吐出空気の温度が高くなつて、
回転圧縮機としての体積効率が低下する欠点があ
る。（発明の目的）本発明は、空気軸受室を介して回転スリーブを
回転自在に支持するようにした回転圧縮機におい
て、ハウジングの材料に関する上記のような問題
を解消するもので、放熱性に優れていると共に熱
膨張率が小さく、且つ耐熱性及び耐摩耗性に優れ
たハウジングを実現し、これにより上記空気軸受
室が常に良好に作用し、従つて駆動トルクが小さ
く、且つ耐久性及び体積効率に優れた回転圧縮機
を提供することを目的とする。（発明の構成）本発明に係る回転圧縮機は、上記目的達成のた
め次のように構成される。即ち、円筒状のセンタハウジングとその両端部
に取付けられたサイドハウジングとによつて構成
され且つ上記サイドハウジングに吸入ポートと吐
出ポートとが設けられたケーシングと、該ケーシ
ング内に嵌挿され且つ上記センタハウジングとの
間の間隙に形成された空気軸受室を介して回転自
在に支持された回転スリーブと、該回転スリーブ
内に偏心状に備えられたロータと、該ロータに放
射方向に出退自在に支持されて先端が上記回転ス
リーブの内周面に摺接する複数のベーンとからな
る回転圧縮機において、上記センタハウジング
を、気孔にアルミニウム合金が充填された金属多
孔体と、該金属多孔体とアルミニウム合金との境
界に生成された体積率10〜80％のアルミニウムと
金属多孔体の金属との化合物層とから構成される
複合金属材料で形成する。上記金属多孔体は、例えばニツケル、銅もしく
は鉄系金属等の発泡金属又は金属繊維成形体等で
なり、その体積率ないし気孔率は特に限定される
ものではないが、体積率で10％以上が好適であ
る。つまり、体積率10％以上にあるとアルミニウ
ム合金との間に生成される化合物層の密度が適度
となる。また、金属多孔体の気孔の孔径は0.05〜
１mmが好ましく、この孔径が0.05mm未満であると
気孔にアルミニウム合金が充填され難く、１mmを
超えると化合物層の密度が少なくなる。一方、上記のような金属多孔体の気孔にアルミ
ニウム合金を充填する方法としては、金属多孔体
を保持した金型にアルミニウム合金の溶湯を注入
して加圧する溶湯鍛造法、アルミニウム合金の溶
湯内に金属多孔体を浸漬した状態で該溶湯を加圧
する含浸法、或いはアルミニウム合金粉末内に金
属多孔体を投入して加熱することにより該粉末を
溶融させると共に、この溶湯を加圧するHIP焼結
法等が採用される。これらの方法により、アルミ
ニウム合金の溶湯が金属多孔体の気孔に充填され
且つ凝固される。その場合、溶湯鋳造法において
は溶湯に加えられる圧力は400Kg／cm²以上が適し、
400Kg／cm²未満ではアルミニウム合金の凝固組織
及び機械的性質が不良となり、また該合金と金属
多孔体との密着性が不十分となつて化合物層の生
成が困難となる。更に、上記のようにして金属多孔体の気孔にア
ルミニウム合金が充填凝固された後、化合物層生
成処理が行われる。この処理は、450〜550℃の温
度で、１〜10時間加熱保持することにより行われ
る。加熱温度が450℃未満の場合は化合物層を形
成するのに著しく長時間を要し、550℃を超える
場合はアルミニウム合金自体の強度が低下する。
また、加熱時間については、１時間未満の場合は
十分な化合物層が生成されず、また10時間の加熱
で化合物層の生成が略飽和するので、10時間を超
える加熱は無駄となる。そして、この化合物生成
処理に際しては、アルミニウム合金の溶体化処理
を兼ねるため、上記加熱の後に水焼入れを行い、
更に焼戻し処理（例えばT6処理）を行うように
してもよい。このようにして、金属多孔体とアルミニウム合
金との境界に金属間化合物層が生成される。この
化合物層は、金属多孔体がニツケルの場合はアル
ミニウムとニツケルとの化合物でなり、金属多孔
体が銅の場合はアルミニウムと銅との化合物でな
り、金属多孔体が鉄の場合はアルミニウムと鉄と
の化合物でなる。この化合物層のハウジング材料全体に対する体
積率は10〜80％が適している。つまり、化合物層
の体積率が10％未満であると、十分な耐摩耗性が
得られず、また熱膨張率も十分低下しない。また
80％を超えると、アルミニウム合金の介在量が少
なくなるため熱応力等の作用時にアルミニウム合
金母材との密着強度（接合強度）が低下し、また
化合物層は脆弱であるため破損し易くなり、更に
必要以上に硬くなつて加工性が悪化する。（発明の効果）以上のように本発明によれば、空気軸受室を介
して回転スリーブを回転自在に支持するようにし
た回転圧縮機において、センタハウジングを金属
多孔体と、該多孔体の気孔に充填されたアルミニ
ウム合金と、該多孔体とアルミニウム合金との境
界に生成された体積率10〜80％の化合物層とで構
成される複合構造の金属材料で形成することによ
り、上記アルミニウム合金の適度な存在によつて
放熱性に優れていると共に、上記化合物層の存在
によつて熱膨張ないし熱変形が抑制され、従つて
上記空気軸受室が常に良好に作用し、また回転ス
リーブの接触に対する耐摩耗性に優れ、更にこの
接触に伴う発熱によつても軟化しない等、耐熱性
にも優れたハウジングが実現される。これによ
り、駆動トルクが小さく、しかも吐出空気の体積
効率及び耐久性に優れた回転圧縮機が実現される
ことになる。（実施例）以下、本発明の実施例について説明する。先ず、第１，２図により回転圧縮機の構造を説
明すると、該回転圧縮機１は円筒状のセンタハウ
ジング２と、該ハウジング２の両端部に通しボル
ト３…３により取付けられ且つ一方に吸入ポート
４及び吐出ポート５が設けられた一対のサイドハ
ウジング６，６とによつて構成されたケーシング
７を有する。このケーシング７内には、上記セン
タハウジング２の内周面との間に空気軸受室８を
設けて回転スリーブ９が回転自在に嵌挿されてい
ると共に、両端の軸部１０ａ，１０ｂが上記サイ
ドハウジング６，６に夫々軸受１１，１１を介し
て軸承されたロータ１０がセンタハウジング２な
いし回転スリーブ９に対して偏心状に備えられて
いる。そして、該ロータ１０には等角度間隔に複
数のベーン溝１０ｂ…１０ｂが設けられ、各ベー
ン溝１０ｂ…１０ｂにベーン１２…１２が夫々放
射方向に出退自在に嵌装されている。これらのベ
ーン１２…１２は、ローラ１０の回転時に遠心力
によつて外方に突出され、先端が上記回転スリー
ブ９の内周面に当接して、該スリーブ９の内周面
とロータ１０の外周面との間の空間を複数の作動
室１３…１３に画成するが、これらの作動室１３
…１３は上記サイドハウジング６に形成された吸
入ポート４を通過する時には容積が拡大し、また
吐出ポート５を通過する時には容積が減少するこ
とにより、空気の吸入、吐出作用を行うようにな
つている。また、上記回転スリーブ９は、ベーン
１２…１２の先端が当接することにより該ベーン
１２…１２を介してロータ１０と同期して回転す
る。ここで、この実施例において用いられている回
転スリーブ９について説明すると、該スリーブ９
の外周面には第３図に示す如き形状の多数の溝９
ａ…９ａが形成され、これらの溝９ａ…９ａ内に
保持される空気によつて上記空気軸受室８の軸受
作用が高められるようになつている。また、該回転スリーブ９は、材料として、Ｃ：3.20（重量％、以下同様）、 Si：1.60、Mn：0.70、Ｐ：0.08、Ｓ：0.06、Cr：0.20、 Cu：0.60、Sb：0.08、Fe：残部の組成を有する合金鋳鉄が用いられている。また外周面には、エポキシ樹脂：100容量部、鱗片状アルミニウム：20容量部、フツ素樹脂粉末：70容量部を組成とする被膜が、スプレーコート後、220℃、
30分の焼付けにより、コート厚さ0.05mmとして形
成されている。一方、センタハウジング２は金属多孔体と、該
金属多孔体の気孔に充填されたアルミニウム合金
と、化合物生成処理によつて上記金属多孔体とア
ルミニウム合金との境界に生成された該金属多孔
体の金属とアルミニウムとの化合物層とによつて
構成された複合金属材料によつて形成されてい
る。特にこの実施例では、上記金属多孔体として
ニツケル系の発泡金属が用いられ、また化合物
（ニツケル―アルミニウム化合物）層の体積率が
16％（実施例Ｉ）、50％（実施例）、78％（実施
例）とされている。ここで、実施例〜にお
ける化合物層生成処理前の金属多孔体の体積率及
び該処理の処理条件を、比較例として示すニツケ
ル―アルミニウム化合物層の体積率が８％のもの
（比較例）及び85％のもの（比較例）と共に
第１表に示す。尚、これらの実施例〜及び比
較例，においては化合物層生成処理の後、
180℃、６時間の焼戻し（T6処理）が行われ、ま
た溶湯鋳造法においてアルミニウム合金の溶湯を
金属多孔体の気孔に充填する時の加圧力は1000
Kg／cm²である。更に、アルミニウム合金はJIS
AC8Aを用いた。

【表】次に、上記センタハウジングの実施例〜に
ついての熱膨張実験及びこれらのセンタハウジン
グを用いた回転圧縮機についての耐久実験の結果
について説明する。ここでは、該実施例〜と
共に、第２表に示す比較例，、及び従来例と
して、アルジル合金（Si：20％）を素材とするも
の（従来例）、高珪素アルミニウム合金（JIS
AC8A）でなる素材の内周面にクロムメツキを施
したもの（従来例）、同じくニツケルリンメツ
キを施したもの（従来例）、同じくアルマイト
処理を施したもの（従来例）、及び内周面に軟
窒化鋳鉄部材を圧入したもの（従来例）につい
ても実験結果を示す。尚、耐久実験における実験
条件は、ロータ回転数：5000rpm、吐出圧：1.0
±0.5Kg／cm²である。熱膨張実験の結果は第４図に示す通りであつ
て、実施例〜を含む化合物層の体積率10〜80
％の範囲では、熱膨張量（センタハウジングの直
径の増加量）は従来例（アルジル合金を素材と
するもの）及び従来例〜（AC8Aに夫々クロ
ムメツキ、ニツケルリンメツキ、アルマイト処理
を施したもの）に比較して小さいことが示されて
いる。また、耐久実験の結果は第２表に示す通りであ
つて、実施例〜は、従来例〜に比較して
回転圧縮機の安定回転時の駆動トルクが小さく、
且つ安定回転時の吐出空気の温度が低い。実施例
〜の駆動トルクが小さいのは、上記のように
熱膨張量が小さいため当該センタハウジングと回
転スリーブとの間の間隙が適量に保持されて空気
軸受室が良好に作用することによる。また、吐出
空気の温度が低いのは実施例〜が伝熱性ない
し放熱性に優れ且つ、耐摩耗性及び耐焼付き性が
良好なため、それによる発熱が少ないことによる
もので、圧縮機としての体積効率に優れているこ
とを意味する。更に従来例〜は、10〜100分の耐久時間で
夫々第２表に示すようなハウジング内周面の異常
が生じるのに対し、実施例〜は10時間の耐久
運転後もこのような異常が発生せず、耐摩耗性或
いは耐熱性に優れていることが分る。一方、実施例〜と同様の構成を有するが、
化合物層の体積率が少ない（８％）比較例は、
駆動トルク及び吐出空気温度の両面で実施例〜
に劣ると共に、耐久時間18分で当該センタハウ
ジング内周面の摩耗が著しくなつた。これは、耐
摩耗性の向上に寄与する化合物層の体積率が小さ
過ぎるためである。また、この比較例の場合、
回転スリーブの外周面に形成された被膜の摩耗が
著しい。更に、化合物層の体積率が大きい（85％）比較
例は、駆動トルク及び吐出空気温度は実施例
〜と同様であるが、耐久時間21分で化合物層の
欠けが生じた。これは、硬くて脆い化合物層の体
積率が大き過ぎるためであり、また上記比較例
と同様に、回転スリーブ外周面の被膜の摩耗が著
しい。これらにより、化合物層の体積率は10〜80
％が適していることが判明する。

【表】【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
回転圧縮機の縦断面図、第２図は第１図−線
で切断した断面図、第３図は該実施例における回
転スリーブの単体斜視図、第４図は該実施例にお
けるセンタハウジングの熱膨張量を従来例と共に
示すグラフである。１…回転圧縮機、２…センタハウジング、４…
吸入ポート、５…吐出ポート、６…サイドハウジ
ング、７…ケーシング、８…空気軸受室、９…回
転スリーブ、１０…ロータ、１２…ベーン。

Claims

【特許請求の範囲】

１円筒状のセンタハウジングとその両端部に
夫々取付けられたサイドハウジングとによつて構
成され且つ上記サイドハウジングに吸入ポートと
吐出ポートとが設けられたケーシングと、該ケー
シング内に嵌挿され且つ上記センタハウジングと
の間の間隙に形成された空気軸受室を介して回転
自在に支持された回転スリーブと、該回転スリー
ブ内に偏心状に備えられたロータと、該ロータに
放射方向に出退自在に支持されて先端が上記回転
スリーブの内周面に摺接する複数のベーンとから
なる回転圧縮機であつて、上記センタハウジング
が、気孔にアルミニウム合金が充填された金属多
孔体と、該金属多孔体とアルミニウム合金との境
界に生成された体積率10〜80％のアルミニウムと
金属多孔体の金属との化合物層とから構成されて
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。