JP2002130163A

JP2002130163A - 流体機械

Info

Publication number: JP2002130163A
Application number: JP2000319904A
Authority: JP
Inventors: Masao Tateno; 正夫舘野; Hideyuki Inose; 秀之猪瀬; Tokuyuki Yagi; 徳之八木; Noboru Higano; 昇日向野; Makoto Ishizuka; 石塚　　誠; Norio Iimura; 紀夫飯村; Tadashi Oikawa; 忠及川
Original assignee: Tochigi Fuji Sangyo KK
Current assignee: GKN Driveline Japan Ltd
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2002-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】流体を圧縮する体積効率を向上させる。【解決手段】回転駆動される一対のロータ３，５と、
ロータ３，５を収容するロータ室７と、ロータ室７と連
通する流体の流入口１１及び流出口１３を有するケーシ
ング９とを備える。ケーシング９の内周形状に倣った歯
先シール部４３を各ロータ３，４の頂部４１に形成し、
歯先シール部４３に向かって開口する溝部４７を流体通
過方向に対して交差する方向に形成する。溝部４７によ
って流体の圧縮率が大きくなるため、体積効率が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、車両用
のスーパーチャージャに用いられる流体機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体機械は一対のロータの回転によって
空気等の流体を圧送する装置である。実公平３−５４８
号公報には、ケーシング内に設けた繭型のロータの歯先
に高さ０．０１〜０．６ｍｍの段差部を形成した従来の
流体機械が記載されている。段差部は直角あるいは鋭角
のエッジ状となってロータの歯先から隆起している。こ
の段差部を設けることにより、ケーシングとの間の隙間
が小さくなって空気の圧縮率が大きくなるため、体積効
率（実吐出量／理論吐出量）を向上させることができ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】体積効率を向上させる
ためには、段差部を極力、ケーシングの内面に接近させ
ることが望ましい。これに対し、空気を圧送する流体機
械の機能上からは、段差部とケーシングとの間に空気が
通過するための隙間が必要となっている。このため、段
差部を高くしてケーシング内面との間の隙間を小さくす
るのには限界があり、体積効率を一定以上に向上させる
ことに無理がある。

【０００４】そこで、本発明は、段差部だけでは限界と
なっている体積効率をさらに向上させることが可能な流
体機械を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、回転駆動される一対のロータと、ロータを収容する
ロータ室と、このロータ室と連通する流体の流入口及び
流出口を有するケーシングとを備えた流体機械であっ
て、前記ロータ室のケーシングの内周形状に倣った歯先
シール部を各ロータの頂部に形成し、前記歯先シール部
に開口する溝部を流体通過方向に対して交差する方向に
形成したことを特徴とする。

【０００６】ロータの頂部に形成した歯先シール部は、
ケーシングの内周形状に倣っていることにより、ケーシ
ングの内周とロータの頂部との隙間を小さくしているの
で、空気等の流体を大きく圧送するため体積効率が向上
する。

【０００７】また、溝部は歯先シール部に開口すると共
に、流体通過方向と交差する方向となっていることによ
り、ロータとケーシングの間を通過する流体のシールを
行い、流体が歯先シール部から拡散したり、逃げること
を防止する。これにより、流体が確実に圧送されるた
め、体積効率が一段と向上する。

【０００８】また、体積効率を向上させるために、ロー
タの回転数などの回転動力を大きくする必要がなく、動
力の節約が可能となる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１に記載の発明
であって、前記歯先シール部がロータの外周面よりも突
出した突面となっていることを特徴とし、請求項１と同
等の作用・効果を得ることができる。

【００１０】このように歯先シール部がロータの外周面
よりも突出した構造では、シール効果が高まり、ロータ
の回転に伴って流体を大きく圧送するため、体積効率が
向上する。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２に記載の発明であって、前記ロータを鋳造によって形
成すると共に、前記溝部はロータの鋳造時の抜け勾配を
有した断面形状であることを特徴とし、請求項１または
請求項２と同等の作用・効果を得ることができる。

【００１２】このように溝部が鋳造時の抜け勾配を有す
ることにより、ロータの鋳造と同時に溝部を形成するこ
とができる。従って、ロータを形成した後に、溝部を切
削加工するなどして形成する必要がなくなり、工程数が
削減でき、安価なコストでロータを製造することができ
る。

【００１３】請求項４の発明は、請求項３に記載の発明
であって、前記溝部を、歯先シール部に開口する開口側
断面が大きく、開口から離れるに従って断面が徐々に小
さくなる形状としたことを特徴とする。

【００１４】歯先シール部に開口する開口側断面が大き
く、開口から離れるに従って断面が徐々に小さくなる溝
部の断面形状としては、台形溝、Ｖ形溝、半円や楕円等
の湾曲形溝等がある。これらの断面形状とすることによ
り、ロータを鋳造によって形成する場合には、鋳造時の
抜け勾配を有するため、ロータの鋳造と同時に溝部を形
成することができ、ロータを鋳造した後で、切削加工等
により溝部を形成する必要がなくなることから、工程数
が削減でき、安価なコストでロータを製造することがで
きる。

【００１５】請求項５の発明は、請求項１〜４に記載の
発明であって、前記溝部を、歯先シール部に並列状に２
〜３本形成したことを特徴とし、請求項１〜４と同等の
作用・効果を得ることができる。

【００１６】また、溝部が並列状に２〜３本形成されて
いるため、溝部による流体のシール効果が高く、体積効
率がさらに向上する。

【００１７】請求項６の発明は、請求項１〜５に記載の
発明であって、前記歯先シール部は周方向の幅が６〜９
ｍｍであることを特徴とし、請求項１〜５と同等の作用
・効果を得ることができる。

【００１８】歯先シール部をこのような幅とすることに
より、流体の圧縮を確実に行うことができると共に、溝
部形成のための領域を確保することができ、溝部を容易
に形成することができる。

【００１９】請求項７の発明は、請求項１〜６に記載の
発明であって、前記溝部が歯先シール部の領域内で流体
通過方向に対して傾斜していることを特徴とし、請求項
１〜６と同等の作用・効果を得ることができる。

【００２０】また、流体通過方向に対して溝部を傾斜さ
せているため、ロータが回転する際に、溝部とケーシン
グ内周との間でシールされる部分が、ケーシング内周に
対して徐々に移動するので、流体のシールが徐々に行わ
れると共に、吐出口等の開放部分でのシールの解除も徐
々に行われ、溝部での急激な圧縮及び急激な解放が流体
に作用することがない。これにより、流体の破裂音等を
抑制でき、騒音の発生を緩和することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１〜図８によって本発明の一実
施形態であるスーパーチャージャ１（流体機械：ルーツ
式流体機械）の説明をする。

【００２２】この実施形態のスーパーチャージャ１は請
求項１〜６の特徴を備えている。なお、左右の方向は図
１での左右の方向であり、符号を与えていない部材等は
図示されていない。

【００２３】図１に示すように、スーパーチャージャ１
は一対のロータ３，５、ロータ室７、ケーシング９など
を備えている。

【００２４】ロータ室７はケーシング９の内部に形成さ
れており、一対のロータ３，５を回転自在に収容する。
ケーシング９には、空気等の流体をロータ室７内に導く
流入口１１と、流体をロータ室７外に吐出する流出口１
３とが直線上に配置されており、吸気は各ロータ３、５
の回転中心軸とほぼ直角の方向に移動する。

【００２５】ロータ３、５が回転すると、吸気は流入口
１３からロータ室７に吸入され、流出口１３から吐き出
されてエンジンを過給する。一方、エンジンの過給が不
要のときは、スーパーチャージャ１をエンジンから切り
離して燃費を向上させると共に、バイパス流路から吸気
をエンジンに送る。

【００２６】各ロータ３，５は相互に平行なロータ軸１
５，１７と、ロータ軸１５，１７に固定されたロータ本
体１９，２１とから構成されている。一方のロータ軸１
７は入力側となっており、他方のロータ軸１５はタイミ
ングギヤ組を介して一方のロータ軸１７と連結されてい
る。

【００２７】タイミングギヤ組は互いに噛み合った一対
のタイミングギヤから構成されており、一方のタイミン
グギヤは入力プーリが固定された入力側のロータ軸１７
に連結され、他方のタイミングギヤは他方のロータ軸１
５に連結されている。タイミングギヤ組は、各ロータ
３，５を、互いの山歯と谷歯が接触しないように反対方
向に同期回転させる。

【００２８】図１及び図２に示すように、各ロータ本体
１９，２１は、ロータ軸１５，１９に対して平行な２条
の歯先（山歯）２３，２５及び歯先２３，２５の間に形
成された歯底（谷歯）２７，２９によって繭型の形状断
面を呈しており、それぞれの歯先２３，２５によって相
手側の歯底２７，２９と噛み合っている。

【００２９】歯先２３，２５には、それぞれを軸方向に
貫通する空洞部３１，３３が形成されており、各ロータ
３，５の慣性モーメントを低減させ、スーパーチャージ
ャ１の効率とエンジンの燃費とを向上させている。ま
た、歯底２７，２９は所定の曲率で湾曲状に窪んでい
る。

【００３０】各ロータ本体１９，２１の歯先２３，２５
におけるケーシング９の内周面８（図１）と最接近する
部分は、ロータ本体１９，２１の頂部４１となってお
り、図４に示すように、この頂部４１に歯先シール部４
３が形成されている。歯先シール部４３はケーシング９
の内周面８と同曲率に形成するなど、その形状に倣った
形状となっており、ロータ３，５が回転するとき、ケー
シング９の内周面８に最接近してケーシング９の内周面
８との間で空気等の流体を圧送する。

【００３１】歯先シール部４３はロータ本体１９，２１
の外周面４５から滑らかに突出した突面となっている。
このように突出した突面とすることにより、歯先シール
部４３は流体を大きく圧送することができ、体積効率が
向上する。

【００３２】歯先シール部４３の形成領域内には、溝部
４７が形成されている。溝部４７は歯先シール部４３の
領域内に、２〜３本形成される。図３に示すように、溝
部４７は流体通過方向Ｌと交差する方向（この実施形態
では、ロータ回転方向に対して直交する方向）、すなわ
ちロータ本体１９，２１の軸方向に沿って形成されてい
る。この溝部４７はロータ本体１９，２１の軸方向の長
さの全長にわたって形成される。

【００３３】溝部４７は、図４に示すように、歯先シー
ル部４３に向かって開口しており、歯先シール部４３に
開口する開口側断面が大きく、開口から離れるに従って
断面が徐々に小さくなる形状となっている。

【００３４】なお、図４の溝部４７は台形溝に形成され
るものである。このような溝部４７の断面形状は、ロー
タ本体１９，２１を鋳造により形成した際に、鋳造時の
抜け勾配を有した形状となっており、ロータ本体１９，
２１の鋳造と同時に溝部４７を形成することができる。
従って、ロータ本体１９，２１の鋳造の後に、溝部４７
を切削加工等により形成する必要がなくなり、ロータ本
体１９，２１の製造工程を簡素化でき、ロータ本体１
９，２１を安価に製造することができる。

【００３５】溝部４７は歯先シール部４３に向かって開
口すると共に、流体通過方向Ｌと交差する方向となって
いることにより、溝部４７はロータ本体１９，２１とケ
ーシング９の内周面８の間を通過する流体のシールを行
うため、流体が歯先シール部４３から拡散したり、逃げ
ることを防止することができる。このため、流体を歯先
シール部４３とケーシング９の内周面８との間で確実に
圧送することができ、体積効率が一段と向上する。

【００３６】溝部４７を歯先シール部４３に対して複数
本形成する場合、各溝部４７を並列状とするのが好まし
く、その本数としては、２本（図４（ａ））〜３本（図
４（ｂ））が良好である。

【００３７】また、溝部４７が形成される歯先シール部
４３の周方向の幅ｈ（図３）は、６〜９ｍｍが良好であ
る。歯先シール部４３がこのような幅ｈを有することに
より、ケーシング９との間で流体を確実に圧縮すること
ができるばかりでなく、溝部４７を形成するための領域
を確保することができ、溝部４７を容易に形成すること
が可能となる。

【００３８】こうして、スーパーチャージャ１が構成さ
れている。

【００３９】上記のように、ロータ本体１９，２１の頂
部４１に、ケーシング９の内周面８の形状に倣った歯先
シール部４３を形成することにより、歯先シール部４３
が空気等の流体を大きく圧縮するため、体積効率が向上
する。しかも、歯先シール部４３はロータ本体１９，２
１の外周面４５よりも突出するように形成されているた
め、流体をさらに圧縮することができる。

【００４０】また、溝部４７が歯先シール部４３に向か
って開口すると共に、流体通過方向Ｌと交差する方向と
なっており、溝部４７がロータ本体１９，２１とケーシ
ング９の内周面８の間を通過する流体のシールを行うた
め、流体が歯先シール部４３から拡散したり、逃げるこ
とを防止する。このため、流体を歯先シール部４３とケ
ーシング９の内周面８との間で確実に圧送することがで
き、体積効率が一段と向上する。

【００４１】また、体積効率を向上させるために、ロー
タ３，５の回転数を大きくするなどの回転動力を大きく
する必要がなく、動力の節約が可能となる。

【００４２】以上のように、歯先シール部４３に溝部４
７を形成することにより、体積効率を向上することがで
きるが、該溝部４７を設定する際には、騒音レベルも考
慮しなくてはならない。

【００４３】そこで、次にこの実施形態のスーパーチャ
ージャ１のデータと共に騒音レベルの面から溝部の設定
本数ついて説明する。

【００４４】図５〜図７はスーパーチャージャの回転数
に対する周波数別の発生量変化を測定した特性図であ
る。これらの図において、縦軸がロータの回転数、横軸
が周波数となっており、ピークの高さが騒音の大きさを
示している。図５は歯先シール部４３に溝部４７を２本
形成した場合、図６は６本形成した場合、図７は溝部４
７を形成しない場合であり、これらの図において、
（ａ）は負荷時、（ｂ）は無負荷時の測定結果である。

【００４５】図５に示す溝部４７を２本形成した場合
は、前述のように体積効率を向上することに加え、図５
及び図７を比較しても、周波数の全域で騒音の発生状態
は略同じとなっており、体積効率を向上しつつも騒音の
発生が少ない良好な結果を示している。

【００４６】一方、溝部４７を６本形成した図６では、
溝部４７を形成したことにより体積効率が向上する反
面、騒音も多く発生する。

【００４７】次に、図８によりスーパーチャージャ１に
おける騒音の大きさとロータの回転数との関係を、溝部
を２本形成した場合（Ｘ）、６本形成した場合（Ｙ）、
溝部を形成しない場合（Ｚ）で比較してみる。

【００４８】図８に示すように、溝部４７を６本形成し
た場合は、騒音が大きくなっているのに対し、溝部４７
を２本形成した場合は、溝部を形成しない場合と略同様
なレベルの騒音の大きさとなっている。

【００４９】以上の図５〜図８からも明らかなように、
溝部４７の本数は体積効率と騒音発生量との相関で決定
することが好ましく、上述したように、溝部４７は２〜
３本が良好となるものである。

【００５０】また、図９（ａ）及び（ｂ）は、溝部４７
の断面形状の異なる実施形態を示しており、図９（ａ）
はＶ形溝、（ｂ）は半円からなる湾曲形溝に形成した溝
部４７を示している。これらの溝部４７は、ロータ本体
１９，２１の鋳造時の抜け勾配を有した断面形状となっ
ており、前述の台形溝と同等の作用・効果を得ることが
できる。

【００５１】次に、図１０と共に本発明の第２実施形態
を説明する。この第２実施形態は、請求項１〜４，６及
び請求項７の特徴を有している。

【００５２】この第２実施形態においても、前述の第１
実施形態と同様に、歯先シール部４３に溝部４７が形成
されるが、この溝部４７は歯先シール部４３の形成領域
内で、流体通過方向Ｌに対して傾斜して設けられてい
る。

【００５３】このように溝部４７が傾斜させているた
め、ロータ３，５が回転する際に、溝部４７とケーシン
グ内周８との間でシールされる部分が、ケーシング内周
８に対して徐々に移動するので、流体のシールが徐々に
行われると共に、吐出口等の開放部分でのシールの解除
も徐々に行われ、溝部での急激な圧縮及び急激な解放が
流体に作用することがない。これにより、流体の破裂音
等を抑制でき、騒音の発生を緩和することができる。

【００５４】なお、本発明の流体機械は、ルーツ式の流
体機械に限らず、例えば、ベーン式の流体機械、スクロ
ール式の流体機械、ロータリー式の流体機械などでも実
施しても、同様の効果を得ることができる。

【００５５】また、本発明の流体機械は、ロータを回転
駆動して流体を移動させるポンプやコンプレッサだけで
なく、流体圧を与えてロータから回転を取り出すタービ
ン（膨張器）として用いてもよい。

【００５６】

【発明の効果】請求項１に記載の流体機械は、ロータの
頂部に形成した歯先シール部が流体を大きく圧縮するた
め体積効率が向上する。また、溝部がロータとケーシン
グの間を通過する流体のシールを行うため、流体が歯先
シール部から拡散したり、逃げることがなく、確実に圧
送されるため、体積効率が一段と向上する。

【００５７】また、体積効率を向上させるために、ロー
タの回転数などの回転動力を大きくする必要がなく、動
力の節約が可能となる。

【００５８】請求項２に記載の流体機械は、請求項１の
構成と同等の効果が得られるのに加えて、歯先シール部
がロータの外周面よりも突出した構造では、シール効果
が高まり、ロータの回転に伴って流体を大きく圧送する
ため、体積効率が向上する。

【００５９】請求項３の発明に記載の流体機械は、請求
項１または請求項２の構成と同等の効果が得られるのに
加えて、溝部が鋳造時の抜け勾配を有することにより、
ロータの鋳造と同時に溝部を形成することができる。従
って、ロータを形成した後に、溝部を切削加工するなど
して形成する必要がなくなり、工程数が削減でき、安価
なコストでロータを製造することができる。

【００６０】請求項４の発明に記載の流体機械は、請求
項３の構成と同等の効果を得られることができるのに加
えて、ロータの鋳造と同時に溝部を容易に形成すること
ができる。

【００６１】請求項５の発明に記載の流体機械は、請求
項１〜４の構成と同等の効果が得られるのに加えて、溝
部が並列状に２〜３本形成されているため、溝部による
流体のシール効果が高く、体積効率がさらに向上する。

【００６２】請求項６の発明に記載の流体機械は、請求
項１〜５の構成と同等の効果が得られるのに加えて、歯
先シール部をこのような幅とすることにより、流体の圧
縮を確実に行うことができると共に、溝部形成のための
領域を確保することができ、溝部を容易に形成すること
ができる。

【００６３】請求項７の発明に記載の流体機械は、請求
項１〜６の構成と同等の効果が得られるのに加えて、流
体通過方向に対して溝部を傾斜させているため、ロータ
が回転する際に、溝部とケーシング内周との間でシール
される部分が、ケーシング内周に対して徐々に移動する
ので、流体のシールが徐々に行われると共に、吐出口等
の開放部分でのシールの解除も徐々に行われ、溝部での
急激な圧縮及び急激な解放が流体に作用することがな
い。これにより、流体の破裂音等を抑制でき、騒音の発
生を緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の全体断面図である。

【図２】一実施形態のロータを示す断面図である。

【図３】ロータの平面図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は、歯先シール部及び溝部の
形状を示す断面図である。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態の周波数による
騒音発生を示すグラフである。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は、溝部の本数を変更した場
合の周波数による騒音発生を示すグラフである。

【図７】溝部を形成しない場合の周波数による騒音発生
を示すグラフである。

【図８】ロータの回転数と発生する騒音の大きさとの関
係を示す特性図である。

【図９】（ａ）及び（ｂ）は、溝部の変形形態を示す断
面図である。

【図１０】溝部を傾斜させた場合のロータの平面図であ
る。

【符号の説明】

１スーパーチャージャ３，５ロータ８ケーシングの内周面９ケーシング１１流入口１３流出口１９，２１ロータ本体２３，２５歯先４１頂部４３歯先シール部４５ロータ本体の外周面４７溝部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者八木徳之栃木県栃木市大宮町2388番地栃木富士産業株式会社内 (72)発明者日向野昇栃木県栃木市大宮町2388番地栃木富士産業株式会社内 (72)発明者石塚誠栃木県栃木市大宮町2388番地栃木富士産業株式会社内 (72)発明者飯村紀夫栃木県栃木市大宮町2388番地栃木富士産業株式会社内 (72)発明者及川忠栃木県栃木市大宮町2388番地栃木富士産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動される一対のロータと、ロータ
を収容するロータ室と、このロータ室と連通する流体の
流入口及び流出口を有するケーシングとを備えた流体機
械であって、前記ロータ室のケーシングの内周形状に倣
った歯先シール部を各ロータの頂部に形成し、前記歯先
シール部に開口する溝部を流体通過方向に対して交差す
る方向に形成したことを特徴とする流体機械。
【請求項２】請求項１に記載の発明であって、前記歯
先シール部がロータの外周面よりも突出した突面となっ
ていることを特徴とする流体機械。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の発明で
あって、前記ロータを鋳造によって形成すると共に、前
記溝部はロータの鋳造時の抜け勾配を有した断面形状で
あることを特徴とする流体機械。
【請求項４】請求項３に記載の発明であって、前記溝
部を、歯先シール部に開口する開口側断面が大きく、開
口から離れるに従って断面が徐々に小さくなる形状とし
たことを特徴とする流体機械。
【請求項５】請求項１〜４の何れか一項に記載の発明
であって、前記溝部を、歯先シール部に並列状に２〜３
本形成したことを特徴とする流体機械。
【請求項６】請求項１〜５の何れか一項に記載の発明
であって、前記歯先シール部は周方向の幅が６〜９ｍｍ
であることを特徴とする流体機械。
【請求項７】請求項１〜６の何れか一項に記載の発明
であって、前記溝部が歯先シール部の領域内で流体通過
方向に対して傾斜していることを特徴とする流体機械。