JPS6357631B2 - - Google Patents

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JPS6357631B2
JPS6357631B2 JP56162025A JP16202581A JPS6357631B2 JP S6357631 B2 JPS6357631 B2 JP S6357631B2 JP 56162025 A JP56162025 A JP 56162025A JP 16202581 A JP16202581 A JP 16202581A JP S6357631 B2 JPS6357631 B2 JP S6357631B2
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JP
Japan
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pressure
rotating sleeve
high pressure
center housing
housing
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JP56162025A
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JPS5865988A (ja
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Hiroshi Sakamaki
Yukio Horikoshi
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Nippon Piston Ring Co Ltd
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Nippon Piston Ring Co Ltd
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Publication date
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Priority to CA000413125A priority patent/CA1208612A/en
Priority to GB08228950A priority patent/GB2107790B/en
Priority to DE3237803A priority patent/DE3237803C2/de
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Publication of JPS6357631B2 publication Critical patent/JPS6357631B2/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C18/344—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C18/348—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the vanes positively engaging, with circumferential play, an outer rotatable member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/10—Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0021—Systems for the equilibration of forces acting on the pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/04—PTFE [PolyTetraFluorEthylene]

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は気体及び気液混合流体を圧縮する無潤
滑式ベーン形回転圧縮機に関するものであり、さ
らに詳言すると広い回転数領域と比較的高い圧力
が要求される車載用内燃機関過給機、エヤポン
プ、等に適した圧縮機に係わるものである。
一般に回転圧縮機は用途により問題となるとこ
ろが異なるが、気体を含む圧縮性流体を圧縮する
場合は、断熱圧縮による発熱と回転摺動による発
熱のために生ずる温度上昇が最大の問題であり、
圧力と流量が共に大きな圧縮機では温度が250℃
近くまで上がり、圧縮機を構成するベーン、シリ
ンダ、軸受、シール部品の使用耐用温度を超えて
しまう。潤滑式圧縮機は潤滑油を摺動部分へ供給
するので、摺動条件の緩和に潤滑油による冷却効
果が得られるが、吐出流体から潤滑油を回収する
装置が必要であり、内燃機関過給機としては不適
当である。
無潤滑式回転圧縮機は潤滑油による冷却効果が
ないので、不可避的な断熱圧縮熱以外の回転摺動
による発熱を極力防止しなくてはならない。最も
発熱量の大きい回転摺動部分はベーンの先端とシ
リンダの内面である。この両者の摩擦を低減する
ため、シリンダに回転スリーブを油圧を介して浮
動回転可能にはめ、その回転スリーブの内周面に
ベーンの先端を当てて回転スリーブをベーンと共
に回転させ、ベーン先端の回転に伴う相対的なす
べりを防止することが特開昭52−71713号、特開
昭56−18092号に提案されている。しかし、回転
スリーブを非圧縮性流体の潤滑油で支えるため油
潤滑に適した運転時の軸受効果は良好であるとし
ても、実質的に境界潤滑条件が適用されるため圧
縮機の運転初期の潤滑油不足による焼付き、高速
回転時における高油圧発生に伴う油漏れ、局部的
な異常高圧による破損や摩耗等を起こすおそれが
あるので、比較的高圧で流量が多く、広い範囲の
回転数で使用する圧縮機には適していない。
本発明の課題は高圧と広範囲の回転数に耐える
圧縮機を提供することにある。前記課題を達成す
る本発明の回転圧縮機の特徴は回転スリーブを非
圧縮性流体の流体潤滑や静圧の軸受効果ではな
く、圧縮性流体固有の静圧及び動圧を利用して支
承する点にあり、その要旨とするところはセンタ
ハウジング内周に圧力気体室を介して回転スリー
ブを嵌装し、フロント又はリヤハウジングの少く
とも一方に設けた吐出室から圧力気体室へ通ずる
高圧路が設けられ、前記圧力室は大気に対して閉
じたベーン形無潤滑式の回転圧縮機にある。
本発明の圧縮機を図面に示す実施例に基づいて
説明する。第１図及び第２図に示す実施例の圧縮
機の回転軸１はロータ５と一体に形成され、回転
軸１の一端にプーリ２０が固定される。エンジン
クランク軸等（図示せず）の回転をベルトを介し
てプーリ２０に伝達してロータ５を回転駆動す
る。回転軸１とロータ５は軸受１４，１５，１６
により軸受され、プーリ２０側の気密はメカニカ
ルシール１１により保持される。軸受１４，１
５，１６はロータ５の振れを防止しかつ高速回転
に耐えるためにボールベアリングとし、フロント
側の軸受１４，１５のアウタレース又はインナレ
ース同志に微小間隙をもたせ、インナカラー１２
又はアウタカラー１３によつて両者を軸方向に圧
接させる。この軸方向の予圧で軸受１４，１５は
ロータ５のスラストを支承し、ロータ５の半径方
向及び軸方向の振れを完全に押え、ロータ５のフ
ロント並びにリアハウジング２１，２３とのクリ
アランスが保たれる。
複数個のベーン４をロータ５のベーン溝５４に
半径方向に摺動自在に嵌装する。吐出室６３から
ベーン溝底５５に至るベーン溝背圧連通孔５６を
設けて吐出圧力をベーン溝５４に導入してベーン
４の突出を容易にする。吐出圧力ではなく、圧縮
機の大きさと回転数に応じて吸入室７３又は圧縮
機の作動室の適当な圧力を抽気してベーン溝５４
に加えてもよい。又、ベーン溝環状溝部５７はベ
ーン４の位置により圧力が変わるように複数に分
割したり、第２図に示すように、ベーン溝環状溝
部５７のベーン４の上死点部分をめくらにしたり
してベーン溝へ用途に応じた背圧をかけることが
望ましい。
ロータ５を収容するケーシングは回転スリーブ
３とそれを嵌装するセンターハウジング２２とロ
ータ５の両側を覆うサイドハウジングとしてのフ
ロントハウジング２１とリヤハウジング２３から
なる。このサイドハウジングの少くとも一方に、
実施例ではリヤハウジング２３に吸入孔７と吐出
孔６を設ける。流量が大きくロータ５が軸方向に
長い場合は、フロントハウジング２１とリヤハウ
ジング２３の両方に吸入孔７と吐出孔６を設け
る。リヤハウジング２３の外側にガスケツト２３
４を介してリヤカバー２４を組付け、リヤカバー
２４に吸入室７３と吐出室６３を設け、吐出室６
３に吐出孔６に対向する吐出弁６２を取付ける。
さらに、リヤカバー２４に吸入口７４と吐出口６
４を設け、図示していないが、エンジンに対する
過給回路に接続する。フロントハウジング２１、
センターハウジング２２、リヤハウジング２３、
リヤカバー２４をボルト２５で一体に締付け、ノ
ツクピン２６で位置決めする。
回転スリーブ３の内周３１はベーン４の先端４
３と接し、外周３３は圧力気体室９を介してセン
ターハウジング２２に遊合する。圧力気体室９は
絞り部９１を経てセンターハウジング２２の高圧
連通孔９２に連通する。高圧連通孔９２は周方向
に複数個設けられ、センターハウジング２２（又
はリヤハウジング２３もしくはフロントハウジン
グ２１）に設けた環状通路９３とリヤハウジング
２３に設けた吐出室通路９６を経て吐出室６３に
連通する。従つて、吐出室６３の高圧気体の一部
は絞り部９１から圧力気体室９に噴出する。この
高圧連通孔は周方向に設けられるが、通常、等間
隔に設けて回転スリーブのバランスをを保つ。製
作コストと効率の面で高圧連通孔は周方向に三個
所設けることが望ましい。通常、中間の吐出室通
路９６、環状通路９３、高圧連通孔９２の静圧が
吐出室６３とほゞ等しくなるように、それらの流
路断面積を絞り部９１よりも大きくするが、吐出
室６３の圧力が高い場合は、流路抵抗を大きくす
るために絞り部と同程度の断面積にすることもあ
る。
絞り部９１は、吐出室６３とほゞ等しい高圧連
通孔９２の静圧を動圧に変換して圧力気体室９に
動圧を加えるオリフイス又はノズルとしての効果
を奏し、回転スリーブ３に対して静圧を加えてこ
れを支承する。同時に、圧力気体室９へ噴出され
た気体は回転スリーブ外周３３に沿つて流れるの
で、圧力気体室９自体も全体として静圧と動圧を
持ち回転スリーブ３を支承する作用を行う。圧力
気体室９の静圧と動圧に大きく影響するものはそ
の半径方向の厚さすなわちセンターハウジング２
２と回転スリーブ３の間のクリアランスであり、
このクリアランスをCrとして、吐出室圧力をPs
絞り部９１の半径をro、流量係数をCfとすると、
次の関係式が成立する。
Cr6＝Cf2・ro4／Ps×α（αは定数） この式で、気体を空気、Ps＝４Kg／cm2、2r。＝
1.5mmとすると、クリアランスCrは0.05〜0.1mm程
度となるから、圧力気体室９はセンターハウジン
グ２２と回転スリーブ３の0.1〜0.2mm以内の内外
径寸法差に基づくものである。
圧力気体室９へ供給された気体はその静圧と動
圧で回転スリーブ３を支承した後に、吸入側にお
いて回転スリーブ３の側端面を越えて内側の吸入
孔７に内通した圧力の低い空間に流入する。この
圧力の低い空間は隣合う二枚のベーン４と回転ス
リーブ３の内周面とロータ５の外周面とフロント
ハウジング２１とリヤハウジング２３に囲まれる
が、ロータ５の回転に伴つて吐出側に移行して内
部が圧縮され、ついで吐出孔６と内通するから、
流入した気体は再び吐出室６２へ戻る。このよう
に、リヤハウジング２３とセンターハウジング２
２を抜ける吐出室通路９６、環状通路９３、高圧
連通孔９２、絞り部９１からなる高圧路は、吐出
室６２の圧力気体が圧力気体室９に入り再び吐出
室６３に戻る流体回路の一部を形成する。なお、
第１図に示すように、その高圧路から分岐して大
気に抜ける排出ポート９４を設け、その排出ポー
トに調整可能な逆止弁９０を設けると、圧力気体
室９の静圧を調整することができる。
上記のとおり、本発明の圧縮機は吐出室の静圧
を絞り部で変換した圧力気体室の静圧と回転スリ
ーブの回転によつて生ずる圧力気体室の動圧を利
用して回転スリーブを支承するため広範囲の回転
数での使用に耐えられる。すなわち、圧縮性流体
の気体で回転スリーブを支承したことにより、回
転数が著しく高くて吐出圧力も高い場合でも、圧
力気体室の静圧は絞り部で動圧に変換されるた
め、油圧等の非圧縮性流体にみられる異常高圧の
発生はなく、流体の漏れや異常高圧による破損、
摩耗は生じない。始動時は圧縮効率が低く気体圧
力室の圧力は回転スリーブを浮かすことができな
いため、回転スリーブの回転は不円滑になるが、
始動時は圧縮機を駆動するエンジン等の回転数も
低いので、ベーンと回転スリーブの間の摺動は特
に問題になる程のものではない。
本発明の最大の特徴は、回転数に応じて回転ス
リーブのセンターハウジングに対する抗力R1と
ベーンに対する抗力R2のバランスが変化し、こ
れら三者の間の相対的摺動を自動的に最適制御し
得ることにある。これは、ベーンに作用する抗力
R2が回転数の乗数に比例し、回転スリーブとセ
ンターハウジングの抗力R1は吐出室圧力に応じ
て増加するが、一般的に容積型回転圧縮機の回転
数対圧力の関係は回転数が一定値以上になると漸
増関係にしかならないことに基くものである。す
なわち、比較的低回転域ではR1＞R2となり、抗
力の絶対値の小さいベーンと回転スリーブの摺動
となるが、ベーン抗力が大きくなる高回転域にな
るに従い、R1＜R2となり、抗力の絶対値が小さ
い回転スリーブとセンターハウジングの摺動にな
る。その結果、広範囲の回転数において全体的な
摩擦抵抗は最低になり、それに伴う摩擦発熱も最
小限にとゞまる。
このベーン、回転スリーブ、センターハウジン
グの間の抗力バランスについては、絞り部の個数
と絞り率、ベーン枚数等を変更することにより容
易に圧縮機の使用条件に応じて調整することがで
きる。
第３図に示すように、吐出室６３と高圧連通孔
９２を接続する吐出室通路９６に高圧連通孔側に
開く逆止弁９７を設けると、高圧連通孔９２の静
圧が吐出室圧力の変動に影響されるのを防止する
だけでなく、排出ポート９４に取付けた逆止弁９
０と共に、圧縮機の停止時に圧力気体室９、高圧
連通孔９２に一定の圧力気体を封じ込め、圧縮機
始動時に速やかに回転スリーブを空圧支承するこ
とが可能である。
先に述べたとおり、回転始動時の回転スリーブ
の回転は圧力気体室の圧力が十分ではないため不
円滑であるが、回転スリーブ３とセンターハウジ
ング２２間のがたつきは、第４図に示すガイドリ
ング８３により防止される。センターハウジング
２２の軸方向の両端及び中央の三個所に環状のガ
イドリング８３を配し、ガイドリング８３と回転
スリーブ３の間には微小なクリアランスを持たせ
る。圧力気体室９に静圧も動圧もない始動時にガ
イドリング３が回転スリーブ３を支承するが、高
圧連通孔９２に圧力が加わると回転スリーブ３は
圧力気体室９に支承されガイドリング８３には当
接しないので、高速回転時にガイドリング８３と
回転スリーブ３は接触しない。ガイドリング８３
をセンターハウジングに設ける代りに回転スリー
ブ３に嵌装しても同様な効果が得られる。ガイド
リング８３は少くとも軸方向の両端には設けなく
てはならないが、中央にも一つ以上設けて圧力気
体室を分割する形にすることが望ましい。これは
圧力気体室の分割は絞り部９１に対する圧力気体
室の実質的容積を減少させる効果があり、絞り部
９１で変換される動的圧力を高めるからである。
従つて、第４図に示すように、一つの絞り部９１
に一つの分割圧力気体室９が対応することが望ま
しい。
本発明の圧縮機は無潤滑で使用されるため、材
料的な考慮も必要であり、例えば、最も重要な摺
動部材の回転スリーブにはシリコンナイトライド
に代表される軽量で慣性力の小さい高強度セラミ
ツクを使用し、ベーンには軽量で慣性力の小さい
カーボン又はアルミニウム等の軽合金に陽極酸化
被膜等の硬化耐摩耗耐疲労処理の施されたものを
使用する。ガイドリングは直接摺動する場合があ
るので、四弗化エチレン系樹脂又はベーンと同じ
材料からつくる。ハウジングは軽量と熱伝導性の
点からアルミニウム等の軽合金製とし、センター
ハウジングは陽極酸化被膜等の硬化処理を施した
ものとすることが望ましいが、鉄系材料でも使用
に耐える。
上述のとおり、本発明の回転圧縮機は圧縮性流
体の静圧と動圧を介して回転スリーブをセンター
ハウジングに対して支承するため、非圧縮性流体
とは異なり、広い回転数領域で回転スリーブを支
承することが可能であり、回転スリーブとベーン
又はセンターハウジングの摺動はそれらの抗力の
小さい方で行われるため、摩擦による発熱量も少
ない。従つて、本発明の圧縮機は広範囲の回転数
において使用され圧力も高く流量も多い自動車用
の過給機等には最適なものであるといえる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の圧縮機の回転軸に
沿う断面図、第２図は第１図の圧縮機の横断面
図、第３図及び第４図はそれぞれ他の実施例の断
面図であり、第３図は第１図に相当する図、第４
図は部分図である。 ２１：フロントハウジング、２２：センターハ
ウジング、２３：リヤハウジング、３：回転スリ
ーブ、４：ベーン、５：ロータ、６：吐出孔、６
２：吐出弁、６３：吐出室、９：圧力気体室、９
１：絞り部、９２：高圧連通孔、９３：環状通
路、９６：吐出室通路、９７：逆止弁。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ センターハウジング２２と、両サイドハウジ
    ング２１，２３と、前記センターハウジング内に
    回転可能に支持された回転スリーブ３と、前記回
    転スリーブ内の偏心位置において回転するロータ
    ５と、前記ロータに出入可能に嵌着された複数個
    のベーン４と、前記サイドハウジングに設けられ
    た吐出室６３と、前記回転スリーブと前記センタ
    ーハウジングの間に形成された圧力気体室９とを
    備えた無潤滑式の回転圧縮機であつて、前記セン
    ターハウジングと前記サイドハウジングに前記圧
    力気体室と前記吐出室を内通させる高圧路９２，
    ９３，９６が設けられ、前記圧力気体室は大気に
    対して閉じられていることを特徴としてなる回転
    圧縮機。 ２ 高圧路は吐出室からサイドハウジングを抜け
    てセンターハウジングの端に達する吐出室通路９
    ６と、前記センターハウジングの端面に沿つて延
    びる環状通路９３と、前記センターハウジングを
    軸方向に通つてその内周面に開口する高圧連通孔
    ９２からなることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の回転圧縮機。 ３ 高圧連通孔９２と圧力気体室９の間に絞り部
    ９１が介在することを特徴とする特許請求の範囲
    第２項記載の回転圧縮機。 ４ 吐出室６３と高圧連通孔９２を前記高圧連通
    孔側に開く逆止弁９７を介して連通したことを特
    徴とする特許請求の範囲第２項記載の回転圧縮
    機。
JP56162025A 1981-10-13 1981-10-13 回転圧縮機 Granted JPS5865988A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56162025A JPS5865988A (ja) 1981-10-13 1981-10-13 回転圧縮機
US06/433,368 US4479763A (en) 1981-10-13 1982-10-07 Rotary compressor
FR8217024A FR2514427B1 (fr) 1981-10-13 1982-10-08 Compresseur rotatif
CA000413125A CA1208612A (en) 1981-10-13 1982-10-08 Rotary compressor
GB08228950A GB2107790B (en) 1981-10-13 1982-10-11 Rotary compressor
DE3237803A DE3237803C2 (de) 1981-10-13 1982-10-12 Rotationskompressor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56162025A JPS5865988A (ja) 1981-10-13 1981-10-13 回転圧縮機

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Publication Number Publication Date
JPS5865988A JPS5865988A (ja) 1983-04-19
JPS6357631B2 true JPS6357631B2 (ja) 1988-11-11

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ID=15746634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56162025A Granted JPS5865988A (ja) 1981-10-13 1981-10-13 回転圧縮機

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JP (1) JPS5865988A (ja)
CA (1) CA1208612A (ja)
DE (1) DE3237803C2 (ja)
FR (1) FR2514427B1 (ja)
GB (1) GB2107790B (ja)

Families Citing this family (34)

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