WO2001033082A1

WO2001033082A1 - Vane type fluid machinery

Info

Publication number: WO2001033082A1
Application number: PCT/JP2000/007739
Authority: WO
Inventors: Kenji Matsumoto; Yasunobu Kawakami; Kensuke Honma; Toshihiro Tsutsui
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2002-05-04
Also published as: US6688865B1; EP1229247A1; JP2001132672A; EP1229247A4

Description

明細書ベーン式流体機械

発明の分野

本発明はべーン式流体機械，特に，ケ一シングと，そのケーシング内を回転するロータと，そのロー夕に支持されて前記ケーシング内面を摺動する複数のベ一ンとを有するものの改良に関する。

背景技術

本出願人は，先に，この種の流体機械として，二つ割のケ一シング内に，ロー夕回転軸線を含む仮想平面内において略競技用トラック形をなすロータチャンバを設け，そのロー夕チャンバ内面に，各べ一ンの略 U字形をなすシール部を摺動させるようにしたものを提案している（日本特願平 1 1一 5 7 9 3 3号明細書および図面参照)。

この場合，ロータチャンバ内面に，微小凹，凸部ゃケ一シングの両合せ面のずれに因る微小段差が存すると，前記シール部が硬質の P T F E (ポリテトラフルォロエチレン）より構成されていて，それら微小凹，凸部等に倣うように変形することができないことから口一夕チヤンバ内面およびシール部間のシール性が損われる。

そこで，ロー夕チャンバ内面には精密加工を施さなければならないが，前記のように口一夕チャンバは特殊な形状をしているため，その精密加工には多くの作業時間を要し，これが流体機械のコスト上昇の一因となっていた。

発明の開示

本発明は，各べ一ンのシール部の構造を改良することによって，ケーシング内面の加工精度を緩和しても良好なシール性を確保し得るようにした前記べ一ン式流体機械を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本発明によれば，ケ一シングと，そのケ一シング内を回転する口一夕と，そのロー夕に支持されて前記ケ一シング内面を摺動する複数のべ一ンとを有するベーン式流体機械において，各べ一ンのシ一ル部は，それがロータ回転方向後側に向って撓んだ状態で前記ケ一シング内面を摺動するように弹性変形自在に構成されているベ一ン式流体機械が提供される。

各べ一ンのシ一ル部を前記のように構成すると，ケ一シング内面に微小凹凸部や微小段差が在っても，それらの形状に倣うようにシール部が弾性変形するため，シール部およびケーシング内面間のシール性を確保することができ、これによりケ一シング内面の加工精度を緩和することが可能である。

またロー夕の高速回転に伴う遠心力によりシール部の面圧が上昇すると，その摺動発熱量が大となってシール部の耐久性が損われることになるが，このような不具合の発生は次のような作用で自動的に回避される。即ち，ロー夕の高速回転時にはシール部のロータ回転方向前側の面とケ一シング内面との間に形成される楔形空間内の動圧力が上昇し，その動圧力は，遠心力によりシール部の変形量が増すことによって一層上昇する。その上昇した動圧力はシール部のケ一シング内面に対する押圧力となり，その押圧力の作用点がシール部の変形により，その先端部分よりも基端部分側へ変位しているためシール部の先端部分に作用する圧力は低下する。これがシール部の面圧上昇の抑制となり，その摺動発熱量を減少させて，そのシ一ル部の耐久性を大いに向上させることができる。なお，楔形空間内の動圧力が設計値を上回る場合にはシール部が大きく変形してその動圧力の過剰分を逃がし，楔形空間内の動圧力を略一定に保持する。

図面の簡単な説明

図 1は内燃機関の廃熱回収装置の概略図、図 2は膨脹器の縦断面図で，図 5の 2— 2線断面図に相当する図、図 3は図 2の回転軸線周りの拡大断面図、図 4は図 2の 4一 4線断面図、図 5は要部を拡大断面図で示した図 2の 5— 5線断面図、図 6は口一タチヤンバおよび口一夕の断面形状を示す説明図、図 7はべ一ン本体の正面図、図 8は図 7の 8矢視図、図 9は図 7の 9一 9線断面図、図 1 0はシ一ル部材の一部を拡大し，且つその一部分を破断した正面図、図 1 1は図 1 0の 1 1— 1 1線拡大断面図、図 1 2は図 4の回転軸線周りの拡大図、図 1 3は口一夕回転中におけるシール部の形態および動圧力分布を示す説明図、図 1 4は摺動試験方法の説明図、図 1 5はシール部の撓み量 Xと摩擦係数 Xとの関係を示すダラフ、図 1 6 A〜図 1 6 Dは各種形状を持つシール部の断面図、図 1 7はべ一ンポンプの分解斜視図、図 1 8はべ一ン本体の正面図、図 1 9は図 1 8の 1 9矢視図、図 2 0はシール部材の一部を拡大し，且つその一部分を破断した正面図、図 2 1 は図 2 0の 2 1矢視図である。

発明を実施するための最良の形態

図 1において，内燃機関 1の廃熱回収装置 2は，内燃機関 1の廃熱，例えば排気ガスを熱源として，流体としての，温度および圧力の上昇を図られた蒸気，つまり昇温昇圧蒸気を発生する蒸発器 3と，その昇温昇圧蒸気の膨脹によって出力を発生する，ベーン式流体機械としての膨脹器 4と，その膨脹器 4から排出される，前記膨脹後の，温度および圧力が降下した蒸気，つまり降温降圧蒸気を液化する凝縮器 5と，凝縮器 5からの液体，例えば水を蒸発器 3に供給する供給ボンプ 6とを有する。

膨脹器 4は特殊な構造を有するもので，次のように構成される。

図 2〜5において，ケーシング 7は金属製第 1，第 2半体 8， 9より構成される。両半体 8， 9は，略楕円形の凹部 1 0を有する主体 1 1と，それら主体 1 1 と一体の円形フランジ 1 2とよりなり，両円形フランジ 1 2を金属ガスケット 1 3を介し重ね合せることによって略楕円形のロー夕チャンバ 1 4が形成される。また第 1半体 8の主体 1 1外面は，シェル形部材 1 5の深い鉢形をなす主体 1 6 により覆われており，その主体 1 6と一体の円形フランジ 1 7が第 1半体 8の円形フランジ 1 2にガスケット 1 8を介して重ね合せられ， 3つの円形フランジ 1 2 , 1 2 , 1 7は，それらの円周方向複数箇所においてポルト 1 9によって締結される。これにより，シェル形部材 1 5および第 1半体 8の両主体 1 1， 1 6間には膨脹チャンバ 2 0が形成される。

両半体 8， 9の主体 1 1は，それらの外面に外方へ突出する中空軸受筒 2 1， 2 2を有し，それら中空軸受筒 2 1， 2 2に，口一夕チャンバ 1 4を貫通する中空の出力軸 2 3の大径部 2 4が軸受メタル 2 5を介して回転可能に支持される。これにより出力軸 2 3の軸線 Lは略楕円形をなすロータチャンバ 1 4における長径と短径との交点を通る。また出力軸 2 3の小径部 2 6は，第 2半体 9の中空軸受筒 2 2に存する孔部 2 7から外部に突出して伝動軸 2 8とスプライン結合 2 9 を介して連結される。小径部 2 6および孔部 2 7間は 2つのシールリング 3 0によりシールされる。ロータチャンバ 1 4内に円形の口一夕 3 1が収容され，その中心の軸取付孔 3 2と出力軸 2 3の大径部 2 4とが嵌合関係にあって，両者 3 1， 2 4間にはかみ合い結合部 3 3が設けられている。これによりロー夕 3 1の回転軸線は出力軸 2 3の軸線 Lと合致するので，その回転軸線の符号として「L」を共用する。

口一夕 3 1には，その回転軸線 Lを中心に軸取付孔 3 2から放射状に延びる複数，この実施例では 1 2個のスロット状空間 3 4が円周上等間隔に形成されている。各空間 3 4は，円周方向幅が狭く，且つ口一夕 3 1の両端面 3 5および外周面 3 6に一連に開口するように，両端面 3 5に直交する仮想平面内において略 U 字形をなす。

各スロット状空間 3 4内に，同一構造の第 1〜第 1 2ベ一ンピストンユニット U 1〜U 1 2が，次のように放射方向に往復動自在に装着される。略 U字形の空間 3 4において，その内周側を区画する部分 3 7に段付孔 3 8が形成され，その段付孔 3 8に，セラミックよりなる段付形シリンダ部材 3 9が嵌入される。シリンダ部材 3 9の小径部 a端面は出力軸 2 3の大径部 2 4外周面に当接し，その小径孔 bが大径部 2 4外周面に開口する通孔 cに連通する。またシリンダ部材 3 9 の外側に，その部材 3 9と同軸上に位置するようにガイド筒 4 0が配置される。そのガイド筒 4 0の外端部は，ロータ 3 1外周面に存する空間 3 4の開口部に係止され，また内端部は段付孔 3 8の大径孔 dに嵌入されてシリンダ部材 3 9に当接する。またガイド筒 4 0は，その外端部から内端部近傍まで相対向して延びる一対の長溝 eを有し，両長溝 eは空間 3 4に面する。シリンダ部材 3 9の大径シリンダ孔 f内にセラミックよりなるピストン 4 1が摺動自在に嵌合され，そのピストン 4 1の先端部側は常時ガイド筒 4 0内に位置する。

図 2， 6に示すように，ロータ 3 1の回転軸線 Lを含む仮想平面 A内におけるロータチャンバ 1 4の断面 Bは，直径 gを相互に対向させた一対の半円形断面部 B 1と，両半円形断面部 B 1の両直径 gの一方の対向端相互および他方の対向端相互をそれぞれ結んで形成される四角形断面部 B 2とよりなり，略競技用トラック形をなす。図 6において，実線示の部分が長径を含む最大断面を示し，一方，一部を 2点鎖線で示した部分が短径を含む最小断面を示す。口一夕 3 1は，図 6 に点線で示したように，ロー夕チャンバ 1 4の短径を含む最小断面よりも若干小さな断面 Dを有する。

図 2， 5， 7〜1 1に明示するように，ベーン 4 2は略 U字板形状のベ一ン本体 4 3と，そのべ一ン本体 4 3に装着された略 U字板形状のシール部材 4 4とより構成される。

ベーン本体 4 3は，ロー夕チャンバ 1 4の半円形断面部 B 1による内周面 4 5 に所定の間隔を以て対向する半円弧状部 4 6と，四角形断面部 B 2による対向内端面 4 7に所定の間隔を以て対向する一対の平行部 4 8とを有する。各平行部 4 8の端部に外方へ突出する短軸 5 1が設けられ，また半円弧状部 4 6および両平行部 4 8の外周部分に，外方に向って開口する U字溝 5 2がー連に形成され，さらに半円弧状部 4 6の両平面部分にそれぞれ欠円形断面の一対の突条 5 3が設けられている。両突条 5 3は，それらによる仮想円柱の軸線 L 1が，両平行部 4 8 間の間隔を 2等分し，且つ半円弧状部 4 6を周方向に 2等分する直線に一致するように配置されている。また両突条 5 3の内端部は両平行部 4 8間の空間に僅か突出しており，両突条 5 3間の間隙 5 4は半円弧状部 4 6内まで延びている。シール部材 4 4は，長方形断面を有する U字形装着部 4 9と，その装着部 4 9 の外周部分に連設されると共に三角形断面を有するシール部 5 0とを備える。その装着部 4 9はべーン本体 4 3の U字溝 5 2に装着され，シール部 5 0は U字溝 5 2から突出して，口一夕チャンバ 1 4の半円形断面部 B 1による内周面 4 5および四角形断面部 B 2による対向内端面 4 7を摺動する。

図 5に一部拡大して示すように，シール部 5 0は，それがロータ回転方向の後側に向って撓んだ状態でケ一シング 7の内面，したがって前記内周面 4 5および対向内端面 4 7を摺動するように弾性変形自在に構成されている。シール部材 4 4は，基本的には，耐熱性を有する合成ゴムより構成されるが，実施例においてはシール部 5 0の表面に固体潤滑層 5 5が設けられている。

前記合成ゴムとしてはパ一フロロエラストマが用いられ，一方，固体潤滑層 5 5は，硬く，且つ摩擦係数が小さいダイヤモンド状炭素（D L C)膜よりなる。本実施例において用いられるダイヤモンド状炭素膜とは，レーザーラマンスぺクトルにおいて， 1 6 8 0 cm—¹ のグラフアイトバンドと， 1 3 7 O cnr¹ のダイヤモンドバンドの何れか一方に鋭いピークが現れ，他方に非常にブロードなピークが現れるような皮膜，または前記グラフアイトバンドおよびダイヤモンドバンドの両方に非常にブロードなピークが現われるような皮膜を言う。これは， Jasco リポート vol. 3 1 , No. 3， 4 9 - 5 3 ( 1 9 8 9年)，大久保優晴著，「ラマン分光法によるダイヤモンド膜の評価」による。ダイヤモンド状炭素膜はイオンビーム蒸着法の適用下でシール部 5 0表面に付着形成されて固体潤滑層 5 5を構成する。この固体潤滑層 5 5には，シール部 5 0を図 5に示すように撓ませると，多数のマイクロクラックがランダムに生じ，これにより固体潤滑層 5 5は，シ一ル部 5 0表面に分散して付着する複数の小片の集合体より構成されることになり，その結果，シール部 5 0の弾性変形が許容されるので，それの前記内周面 4 5等に対する倣い性が良好となる。この場合，シール部 5 0に対する各小片の付着力は高く，したがって各小片の脱落は生じない。

各べーン 4 2は口一夕 3 1の各スロット状空間 3 4に摺動自在に収められており，その際，ベ一ン本体 4 3の両突条 5 3はガイド筒 4 0内に，また両突条 5 3 の両側部分はガイド筒 4 0の両長溝 e内にそれぞれ位置し，これにより両突条 5 3の内端面がピストン 4 1の外端面と当接することができる。ベーン本体 4 3の両短軸 5 1にポールベアリング構造のローラ 5 9が取付けられ，それらローラ 5 9は第 1，第 2半体 8 , 9の対向内端面 4 7に形成された略楕円形の環状溝 6 0 にそれぞれ転動自在に係合される。これら環状溝 6 0の楕円形状は，図 5に明示するように，ロー夕チャンバ 1 4の楕円形状と相似の関係を持つ。これにより，ローラ 5 9と環状溝 6 0との協働で，ベ一ン本体 4 3の半円弧状部 4 6および口一夕チャンバ 1 4の内周面 4 5間の間隙ならびに各平行部 4 8およびロータチヤンバ 1 4の対向内端面 4 7間の間隙がそれぞれ保持されると共にフリクション口スの軽減が図られている。またそれらの間隙は，ロータ 3 1の回転停止時において，シール部材 4 4により埋められているか，または最小に保たれているので，口一夕 3 1の回転開始時，またはその直後から前記間隙をシールすることができる。

図 2， 3において，出力軸 2 3の大径部 2 4は第 2半体 9の軸受メタル 2 5に支持された厚肉部分 6 2と，その厚肉部分 6 2から延びて第 1半体 8の軸受メタル 2 5に支持された薄肉部分 6 3とを有する。その薄肉部分 6 3内にセラミックよりなる中空軸 6 4が，出力軸 2 3と一体に回転し得るように嵌着される。その中空軸 6 4の内側に固定軸 6 5が配置され，その固定軸 6 5は，口一夕 3 1の軸線方向厚さ内に収まるように中空軸 6 4に嵌合された大径中実部 6 6と，出力軸 2 3の厚肉部分 6 2に存する孔部 6 7に 2つのシールリング 6 8を介して嵌合された小径中実部 6 9と，大径中実部 6 6から延びて中空軸 6 4内に嵌合された薄肉の中空部 7 0とよりなる。その中空部 7 0の端部外周面と第 1半体 8の中空軸受筒 2 1内周面との間にシールリング 7 1が介在される。

シェル形部材 1 5の主体 1 6において，その中心部内面に，出力軸 2 3と同軸上に在る中空筒体 7 2の端壁 7 3がシールリング 7 4を介して取付けられる。その端壁 7 3の外周部から内方へ延びる短い外筒部 7 5の内端側は第 1半体 8の中空軸受筒 2 1に連結筒 7 6を介して連結される。端壁 7 3に，それを貫通するように小径で，且つ長い内管部 7 7が設けられ，その内管部 7 7の内端側は，そこから突出する短い中空接続管 7 8と共に固定軸 6 5の大径中実部 6 6に存する段付孔 hに嵌着される。内管部 7 7の外端部分はシェル形部材 1 5の孔部 7 9から外方へ突出し，その外端部分から内管部 7 7内に挿通された昇温昇圧蒸気用導入管 8 0の内端側が中空接続管 7 8内に嵌着される。内管部 7 7の外端部分にはキヤップ部材 8 1が螺着され，そのキャップ部材 8 1によって，導入管 8 0を保持するホルダ筒 8 2のフランジ 8 3が内管部 7 7の外端面にシールリング 8 4を介して圧着される。

図 2〜4， 1 2に示すように，固定軸 6 5の大径中実部 6 6に，第 1〜第 1 2 ベーンピストンュニット U 1〜U 1 2のシリンダ部材 3 9に，中空軸 6 4および出力軸 2 3に一連に形成された複数，この実施例では 1 2個の通孔 cを介して昇温昇圧蒸気を供給し，またシリンダ部材 3 9から膨脹後の第 1の降温降圧蒸気を通孔 cを介して排出する機構が次のように設けられている。

図 1 2に明示するように，大径中実部 6 6内において，中空接続管 7 8に連通する空間 8 5から互に反対方向に延びる第 1 , 第 2孔部 8 6 , 8 7が形成され，第 1，第 2孔部 8 6， 8 7は大径中実部 6 6の外周面に開口する第 1，第 2凹部 8 8， 8 9の底面に開口する。第 1，第 2凹部 8 8 , 8 9に，供給口 9 0， 9 1 を有するカーボン製第 1，第 2シールブロック 9 2 , 9 3が装着され，それらの外周面は中空軸 6 4内周面に摺擦する。第 1，第 2孔部 8 6 , 8 7内には同軸上に在る短い第 1 , 第 2供給管 9 4， 9 5が遊挿され，第 1，第 2供給管 9 4， 9 5の先端側外周面に嵌合した第 1，第 2シール筒 9 6， 9 7のテーパ外周面 i， jが第 1 , 第 2シ一ルブロック 9 2， 9 3の供給口 9 0 , 9 1よりも内側に在つてそれに連なるテ一パ孔 k , m内周面に嵌合する。また大径中実部 6 6に，第 1，第 2供給管 9 4 , 9 5を囲繞する第 1 , 第 2環状凹部 n， oと，それに隣接する第 1 , 第 2盲孔状凹部 p， Qとが第 1 , 第 2シールブロック 9 2， 9 3に臨むように形成され，第 1，第 2環状凹部 n， oには第 1，第 2ベロ一ズ状弾性体 9 8， 9 9が，また第 1，第 2盲孔状凹部 p , qには第 1，第 2コイルばね 1 0 0， 1 0 1がそれぞれ収められ，第 1，第 2ベローズ状弾性体 9 8， 9 9および第 1 , 第 2コイルばね 1 0 0， 1 0 1の弹発力で第 1 , 第 2シールブロック 9 2 , 9 3 を中空軸 6 4内周面に押圧する。

また大径中実部 6 6において，第 1コイルばね 1 0 0および第 2ベロ一ズ状弹性体 9 9間ならび第 2コイルばね 1 0 1および第 1ベローズ状弾性体 9 8間に，常時 2つの通孔 cに連通する第 1，第 2凹状排出部 1 0 2， 1 0 3と，それら排出部 1 0 2， 1 0 3から導入管 8 0と平行に延びて固定軸 6 5の中空部 r内に開口する第 1 , 第 2排出孔 1 0 4， 1 0 5とが形成されている。

これら第 1シールブロック 9 2と第 2シールブロック 9 3といったように，同種部材であって，「第 1」の文字を付されたものと「第 2」の文字を付されたものとは，固定軸 6 5の軸線に関して点対称の関係にある。

固定軸 6 5の中空部 r内および中空筒体 7 2の外筒部 7 5内は第 1の降温降圧蒸気の通路 sであり，その通路 sは，外筒部 7 5の周壁を貫通する複数の通孔 t を介して膨脹チャンバ 2 0に連通する。

図 2， 5に示すように，第 1半体 8の主体 1 1外周部において，口一夕チャンバ 1 4の短径の両端部近傍に，半径方向に並ぶ複数の導入孔 1 0 6よりなる第 1，第 2導入孔群 1 0 7， 1 0 8が形成され，それら導入孔群 1 0 7， 1 0 8から口一夕チャンバ 1 4内に，膨脹チャンバ 2 0内にて温度および圧力が降下した第 2 の降温降圧蒸気が導入される。また第 2半体 9の主体 1 1外周部において，ロー夕チャンバ 1 4の長径の一端部と第 2導入孔群 1 0 8との間に，半径方向および周方向に並ぶ複数の導出孔 1 0 9よりなる第 1導出孔群 1 1 0が形成され，また長径の他端部と第 1導入孔群 1 0 7との間に，半径方向および周方向に並ぶ複数の導出孔 1 0 9よりなる第 2導出孔群 1 1 1が形成される。これら第 1 , 第 2導出孔群 1 1 0， 1 1 1からは，相隣る両べ一ン 4 2間での膨脹により，さらに温度および圧力が降下した第 3の降温降圧蒸気が外部に排出される。

出力軸 2 3等は水により潤滑されるようになっており，その潤滑水路は次のように構成される。即ち，図 2， 3に示すように第 2半体 9の中空軸受筒 2 2に形成された給水孔 1 1 2に給水管 1 1 3が接続される。給水孔 1 1 2は，第 2半体 9側の軸受メタル 2 5が臨むハウジング 1 1 4に，またそのハウジング 1 1 4は出力軸 2 3の厚肉部分 6 2に形成された通水孔 uに，さらにその通水孔 uは中空軸 6 4の外周面母線方向に延びる複数の通水溝 V (図 1 2も参照）に，さらにまた各通水溝 Vは第 2半体 8側の軸受メタル 2 5が臨むハウジング 1 1 5にそれぞれ連通する。また出力軸 2 3の厚肉部分 6 2内端面に，通水孔 uと，中空軸 6 4 および固定軸 6 5の大径中実部 6 6間の摺動部分とを連通する環状凹部 wが設けられている。

これにより，各軸メタル 2 5および出力軸 2 3間ならびに中空軸 6 4および固定軸 6 5間が水により潤滑され，また両軸受メタル 2 5および出力軸 2 3間の間隙からロータチャンバ 1 4内に進入した水によって，ケ一シング 7と，シール部材 4 4および各ローラ 5 9との間の潤滑が行われる。

図 4において，口一夕 3 1の回転軸線 Lに関して点対称の関係にある第 1および第 7ベ一ンピストンュニット U 1， U 7は同様の動作を行う。これは，点対称の関係にある第 2 , 第 8ベ一ンピストンユニット U 2 , U 8等についても同じである。

例えば，図 1 2も参照して，第 1供給管 9 4の軸線がロータチャンバ 1 4の短径位置 Eよりも図 4において反時計方向側に僅かずれており，また第 1ベ一ンピストンュニット U 1が前記短径位置 Eに在って，その大径シリンダ孔 f には昇温昇圧蒸気は供給されておらず，したがってピストン 4 1およびべーン 4 2は後退位置に在るとする。

この状態からロータ 3 1を僅かに，図 4反時計方向，つまりロー夕回転方向 C に回転させると，第 1シールブロック 9 2の供給口 9 0と通孔 cとが連通して導入管 8 0からの昇温昇圧蒸気が小径孔 bを通じて大径シリンダ孔 f に導入される。これによりピストン 4 1が前進し，その前進運動はべーン 4 2がロータチャンバ 1 4の長径位置 F側へ摺動することによってロータ 3 1の回転運動に変換される。通孔 cが供給口 9 0からずれると，昇温昇圧蒸気は大径シリンダ孔 f内で膨脹してピストン 4 1をなおも前進させ，これによりロータ 3 1の回転が続行される。この昇温昇圧蒸気の膨脹は第 1ベ一ンピストンュニット U 1が口一夕チヤンバ 1 4の長径位置 Fに至ると終了する。その後は，ロータ 3 1の回転に伴い大径シリンダ孔 f内の第 1の降温降圧蒸気は，ベーン 4 2によりピストン 4 1が後退させられることによって，小径孔 b , 通孔 c , 第 1凹状排出部 1 0 2，第 1排出孔 1 0 4，通路 s (図 3参照）および各通孔 tを経て膨脹チャンバ 2 0に排出される。膨脹チャンバ 2 0において，なおも膨脹することによって温度および圧力が降下した第 2の降温降圧蒸気は，図 2 , 5に示すように，第 1導入孔群 1 0 7を通じて口一夕チャンバ 1 4内に導入され，相隣る両ベーン 4 2間でさらに膨脹して口 —夕 3 1を回転させた後第 3の降温降圧蒸気が第 1導出孔群 1 1 0より外部に排出される。

このように，昇温昇圧蒸気の膨脹によりピストン 4 1を作動させてベ一ン 4 2 を介しロー夕 3 1を回転させ，また昇温昇圧蒸気の圧力降下による降温降圧蒸気の膨脹によりべーン 4 2を介しロー夕 3 1を回転させることによって出力軸 2 3 より出力が得られる。

各べ一ン 4 2のシール部 5 0を弾性変形自在に構成して，前記のように橈んだ状態でロー夕チャンバ 1 4の内周面 4 5および対向内端面 4 7を摺動させると，その内周面 4 5等に微小凹凸部や第 1，第 2半体 8， 9による微小段差が在っても，それらの形状に倣うようにシール部 5 0が弾性変形するため，シール部 5 0 およびロー夕チャンバ 1 4の内周面 4 5間等のシール性を確保することができる。一方，ベーン本体 4 3の U字溝 5 2およびシール部材 4 4の装着部 4 9間のシ一ル性は，その装着部 4 9の弾性により確保される。

また図 1 3に示すように，口一夕 3 1の高速回転時にはシール部 5 0のロータ回転方向 C前側の面，実施例では固体潤滑層 5 5の面とロータチャンバ 1 4の内周面 4 5との間に形成される楔形空間 SW内の動圧力が上昇し，その動圧力は，遠心力によりシール部 5 0の変形量が増すことによって一層上昇する。その上昇した動圧力はシール部のロー夕チャンバ内周面 4 5に対する押圧力となり，その押圧力の作用点 Zがシール部 5 0の変形により，その先端部分よりも基端部分側へ変位しているためシール部 5 0の先端部分に作用する圧力は低下する。これがシール部 5 0の面圧上昇の抑制となり，その摺動発熱量を減少させて，そのシ一ル部 5 0の耐久性を大いに向上させることができる。なお，楔形空間 S W内の動圧力が設計値を上回る場合にはシール部 5 0が大きく変形してその動圧力の過剰分を逃がし，楔形空間 SW内の動圧力を略一定に保持する。

さらにシール部 5 0にフラッタリングが生じても，その撓みによる振動減衰効果により，シール部 5 0の面圧を低減し得るので，シール部 5 0表面に硬いダイャモンド状炭素膜よりなる固体潤滑層 5 5が存在していても，ロータチャンバ 1 4の内周面 4 5および対向内端面 4 7に縞状の摺動痕が生じることはない。

さらにまたシール部材 4 4を前記合成ゴムより構成すると，その摩擦係数が比較的大きいため，摺動状況によっては，シール部材 4 4がべーン本体 4 3の U字溝 5 2から外れたり，またそのシール部材 4 4に裂け目が生じたりすることがあるが，前記のようにシール部 5 0に，摩擦係数の小さい固体潤滑層 5 5を設けると前記不具合の発生を確実に回避することができる。

次に，シール部材 4 4に関し摺動試験を行って，そのシール部 5 0の橈み量 X と摩擦係数との関係を調べた。図 1 4は試験方法を示し，それは次の通りである。即ち，ケーシング 7に相当する平板 1 1 6に，その下方から，ベ一ン本体 4 3に相当するホルダ 1 1 7に保持されたシール部材 4 4のシール部 5 0を所定の荷重で押付け，次いで平板 1 1 6を矢印 yで示すように所定の速度で一方向に摺動させるものである。この試験は，水中，つまりウエット状態および大気中，つまりドライ状態で，固体潤滑層 5 5を有するシール部 5 0と，それを持たないシ —ル部 5 0について行われた。この場合，平板 1 1 6は J I S S U S 3 1 6で示されるステンレス鋼より構成され，またホルダ 1 1 7は J I S S U S 3 0 4 で示されるステンレス鋼より構成された。シール部材 4 4は前記パーフロロエラストマーより構成され，また固体潤滑層 5 5は厚さ約 1 t mのダイヤモンド状炭素膜より構成された。平板 1 1 6の摺動速度は 0 , 5 m/ sに設定され，またシール部 5 0の押圧荷重は撓み量 Xに応じ 0 . 3〜 3 kg fの範囲で調節された。図 1 5は試験結果を示す。図 1 5から，シール部 5 0表面に固体潤滑層 5 5を設けると，ドライ状態においても，またウエット状態においても固体潤滑層 5 5 を持たない場合に比べてシール部 5 0の摩擦係数が小さくなることが判る。シール部 5 0の摩擦係数は，好ましくは Αί≤0 . 3であり，そのためにはシール部 5 0撓み量 Xを，ドライ状態においては， χ≤0 . 2 4删に，一方ウエット状態においては，この実施例では x≤0 . 5 mmに設定する。

シール部 5 0の形状は前記三角形断面に限らず，図 1 6八〜図1 6 Dに示すような各種の形状が適用される。図 1 6 Aは漏斗形断面を有する場合に，図 1 6 B はブレード形断面を有する場合に，図 1 6 Cは三角形断面を有するものの両裾部にそれぞれ切欠き 1 1 8を形成してシール部 5 0を撓み易くした場合に，図 1 6 Dはブレード形断面を有するものの峰側に前記同様の切欠き 1 1 8を形成した場合にそれぞれ該当する。

前記膨脹器 4を圧縮機として使用する場合には,出力軸 2 3によりロータ 3 1を図 4時計方向に回転させて，ベ一ン 4 2により，流体としての外気を第 1 , 第 2 導出孔群 1 1 0， 1 1 1から口一夕チャンバ 1 4内に吸込み，このようにして得られた低圧縮空気を第 1，第 2導入孔群 1 0 7 , 1 0 8から膨脹チヤンバ 2 0，各通孔 t，通路 s，第 1，第 2排出孔 1 0 4 , 1 0 5，第 1，第 2凹状排出部 1 0 2， 1 0 3，通孔 cを経て大径シリンダ孔 f に供給し，またべーン 4 2によりピストン 4 1を作動させて低圧縮空気を高圧縮空気に変換し，その高圧縮空気を通孔 c , 供給口 9 0， 9 1，および第 1 , 第 2供給管 9 4 , 9 5を経て導入管 8 0に導入するものである。

図 1 7はべ一ン式流体機械としてのベーンポンプ 1 1 9を示す。そのケ一シング 1 2 0は円筒形ケーシング本体 1 2 1と，その両端に設けられる 2つの環状端板 1 2 2とよりなる。ケーシング 1 2 0内には円筒形ロー夕 1 2 3が収容され，その回転軸 1 2 4の軸線 L 3はケーシング 1 2 0の中心線 L 4から εだけずれている。ロータ 1 2 3は円周上等間隔に形成された 3つのべ一ン溝 1 2 5を有し，それらべ一ン溝 1 2 5に，ケーシング内面，つまりケ一シング本体 1 2 1の内周面 1 3 4および両端板 1 2 2の内面 1 3 5を摺動するべ一ン 1 2 6が摺動自在に嵌込まれている。

図 1 8， 1 9および図 2 0 , 2 1に示すように，各べ一ン 1 2 6はべーン本体 1 2 7と，そのべーン本体 1 2 7に設けられた耐熱性合成ゴム製シール部材 1 2 8とよりなる。ベーン本体 1 2 7は平板形状を有し，その長縁部および両短縁部に亘り一連のコ字形溝 1 2 9が形成されている。シール部材 1 2 8は，ベ一ン本体 1 2 7のコ字形溝 1 2 9に装着されるコ字形装着部 1 3 0およびその装着部 1 3 0の外周部分に連設されたシール部 1 3 1を有する。前記同様に，装着部 1 3 0は長方形断面を持ち，またシール部 1 3 1は三角形断面を持つ。シール部 1 3 1の表面には，そのシール部 1 3 1の弾性変形を許容すべく，多数のマイクロクラックを有する固体潤滑層 1 3 2が前記同様に設けられている。耐熱性合成ゴムとしては前記同様にパ一フロロエラストマが用いられまた固体潤滑層 1 3 2は前記同様にダイヤモンド状炭素膜より構成される。

通常のベ一ンポンプにおいては，運転中の口一夕 1 2 3の熱膨脹を考慮して，ロータ 1 2 3の端面 1 3 3と，それと対向する端板 1 2 2の内面 1 3 5との間に所定の間隙が設けられているが，前記のようなシール部材 1 2 8を用いると，そのシール部材 1 2 8によってロータ 1 2 3回転停止時に前記間隙を埋めるか，または最小にすることができ，これによりロー夕 1 2 3の回転開始時，或はその直後から前記間隙をシールすることができる。

産業上の利用可能性

本発明は、前記膨張器以外のベ一ン式流体機械，例えばべーンモー夕，送風機，ベ一ン圧縮機等に適用される。

Claims

請求の範囲

1. ケ一シング（7, 120) と，そのケ一シング（7， 120) 内を回転する口一夕（31， 123) と，その口一夕（31， 123) に支持されて前記ケーシング内面（45, 47 ; 134， 135 ) を摺動する複数のベ一ン（42 , 1 26) とを有するベ一ン式流体機械において，各べ一ン（42， 126) のシ一ル部（50, 131) は，それが口一夕回転方向（C) 後側に向って橈んだ状態で前記ケーシング内面（45， 47 ; 134, 135) を摺動するように弹性変形自在に構成されていることを特徴とするベーン式流体機械。

2. 各べーン（42， 126) の前記シール部（50， 131) は耐熱性を有する合成ゴムよりなる，請求項 1記載のベ一ン式流体機械。

3. 各べーン（42， 126) の前記シール部（50， 131) 表面に固体潤滑層（55, 132) を設けた，請求項 1または 2記載のベーン式流体機械。

4. 前記固体潤滑層（55， 132) は，前記シール部（50， 131) の表面に分散して付着する複数の小片の集合体よりなる，請求項 3記載のベーン式流体機械。

5. 前記固体潤滑層（55, 132) はダイヤモンド状炭素膜よりなる，請求項 4記載のベ一ン式流体機械。

6. 前記べーン（42, 126) はべ一ン本体（43, 127) と，そのべ一ン本体（43， 127) に設けられた耐熱性合成ゴム製シール部材（44， 128) とよりなり，前記べ一ン本体（43， 127) は U字板形状および平板形状の一方の形状を有し，前記シール部材（44, 128) は前記べ一ン本体（43, 1 27) に装着される U字形およびコ字形の一方の形を持つ装着部（49， 130) およびその装着部（49， 130) の外周部分に建設された前記シール部（50， 131) を有し，前記シール部（50， 131) の表面に，そのシール部（50， 131) の弾性変形を許容すべく，多数のマイクロクラックを有する固体潤滑層 (55， 132) が設けられている，請求項 1記載のベーン式流体機械。

7. ケ一シング（7， 120) と，そのケーシング（7， 120) 内を回転するロータ（31， 123) と，そのロータ（31， 123) に支持されて前記ケーシング内面（45, 47 ; 134, 135) を摺動する複数のベーン（42， 1

26) とを有するベーン式流体機械において，前記べ一ン（42， 126) はべ —ン本体（43， 127) と，そのべ一ン本体（43， 127) に設けられた耐熱性合成ゴム製シール部材（44， 128) とよりなり，前記シール部材（44， 128) のシ一ル部（50, 131) 表面に，そのシール部（50, 131) の弾性変形を許容すべく，多数のマイクロクラックを有する固体潤滑層（55， 1

32) が設けられていることを特徴とするベ一ン式流体機械。

8. 前記べ一ン本体（43， 127) は U字板形状および平板形状の一方の形状を有し，前記シール部材（44， 128) は前記べーン本体（43, 127) に装着される U字形およびコ字形の一方の形を持つ装着部（49, 130) およびその装着部（49， 130) の外周部分に連設された前記シール部（50， 13 1) を有する，請求項 7記載のベーン式流体機械。