JP2002130167A - 流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体のシール機能を高く保ちながら、騒音を
低減させる。 【解決手段】 ロータ室と流体の吸入口及び吐出口を有
するケーシングと、このロータ室に収容され、歯すじ２
３，２５で互いに噛み合いながら回転し、吸入口から吸
入した流体を吐出口から吐出するロータ３，５と、歯す
じ２３，２５の頂部に設けられたシール部３７，３９
と、シール部３７，３９に形成されたシール溝４１，４
３とを備え、シール溝４１，４３中の流体が吐出口１３
に開放される際に、この開放が開始されてから終了する
までの時間を引き延ばす遅延手段をシール部３７，３９
の範囲内に設けた。

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ルーツ式流体機械に
関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ ５３３５６４０
号登録証に図６のようなルーツ式流体機械２０１が記載
されている。

【０００３】このルーツ式流体機械２０１は、一対のロ
ータ２０３，２０５と、これらを回転自在に収容するケ
ーシング２０７などから構成されている。

【０００４】各ロータ２０３，２０５はケーシング２０
７のロータ室に収容されており、このロータ室には、流
体の吸入口と吐出口が設けられている。各ロータ２０
３，２０５にはそれぞれ回転中心軸と平行な３葉の歯す
じ２０９，２１１が形成されている。また、各ロータ２
０３，２０５はタイミングギヤ組によって連結されてい
る。

【０００５】入力側のロータが回転駆動されると、各ロ
ータ２０３，２０５はタイミングギヤ組の同期機能によ
って、歯すじ２０９，２１１を互いに接触しないように
噛み合わせながら、矢印のように反対方向に回転する。

【０００６】ロータ２０３，２０５が回転すると、流体
は吸入口からロータ室に吸入され、各ロータ２０３，２
０５とロータ室の内壁の間に形成される閉空間と共に移
動して、吐出口から吐き出される。

【０００７】歯すじ２０９，２１１の頂部には、ロータ
２０３，２０５とロータ室の内壁との隙間及びロータ２
０３，２０５間の隙間を可能な限り小さくし、これらの
閉空間からの流体漏れを低減させるシール部２１３，２
１５が形成されている。

【０００８】さらに、各シール部２１３，２１５には、
図７のように、それぞれ２本のシール溝２１７，２１９
が設けられており、ロータ２０３，２０５とロータ室内
壁との間及びロータ２０３，２０５の間でラビリンスシ
ールを形成し、流体のシール機能を高めている。

【０００９】これらのシール溝２１７，２１９は、各ロ
ータ２０３，２０５の回転中心軸と平行に形成されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記ルーツ式流体機械
２０１では、このように、各ロータ２０３，２０５のシ
ール溝２１７，２１９が回転中心軸と平行に配置されて
おり、また、一般に吐出口の縁部（開放端部）も同様に
回転中心軸と平行に形成され、シール溝２１７，２１９
と平行になっている。

【００１１】従って、各ロータ２０３，２０５が回転
し、シール溝２１７，２１９が吐出口の開放端部と重な
ったときに、シール溝２１７，２１９に捕らわれていた
流体が極めて短時間で吐出口に開放されるから、吐出圧
力に変動が生じ、これに伴って騒音が発生する。

【００１２】図８のグラフ２５１は、ルーツ式流体機械
２０１の回転角の変化に対する騒音(ｄＢ)及び吐出圧力
の変化を示しており、このように、騒音(ｄＢ)と吐出圧
力の変化は互いに連動する。

【００１３】吐出側で流体の逆流が生じるルーツ式流体
機械の吐出圧力は、グラフ２５１のように等振幅で変動
するが、ロータ２０３，２０５の各歯すじ２０９，２１
１が吐出を開始する際にシール溝２１７，２１９の流体
が吐出口に開放されることによって、グラフ２５１の各
ピークにはそれぞれ２条のシール溝２１７，２１９に対
応して２箇所に小さな圧力変動２５３が生じる。

【００１４】この圧力変動２５３によって騒音レベルが
悪化し、あるいは、騒音が高周波になって耳障りになり
易い。

【００１５】また、矢印２５５で示すグラフ２５１の各
ピークは、歯すじ２０９，２１１の頂部にシール溝２１
７，２１９がない場合の特性であるが、この場合、騒音
レベルは下がるが、流体の漏洩が増加して吐出圧力と効
率も低下する。

【００１６】そこで、この発明は、流体のシール機能を
高く保ちながら、騒音を低減させることのできる流体機
械の提供を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１の流体機械は、
ロータ室及びこのロータ室と連通する流体の吸入口と吐
出口を有するケーシングと、ロータ室に収容され、回転
中心軸と平行な歯すじで互いに噛み合いながら回転し、
吸入口から吸入した流体を回転中心軸とほぼ直角方向に
移動させて吐出口から吐出する一対のロータと、ロータ
の頂部に設けられ、対向するロータ室の内壁及び相手側
ロータとの間に適度な隙間を保ちながら流体の漏れを防
止するシール部と、このシール部に形成され、シール性
を高めるシール溝とを備え、このシール溝に捕らわれた
流体がロータの回転に伴って吐出口に開放される際に、
流体の開放が開始されてから終了するまでの時間を引き
延ばす遅延手段を、シール部の範囲内に設けたことを特
徴としている。

【００１８】各ロータの頂部に設けられたシール部によ
って流体の漏洩が低減し、このシール部に形成されたシ
ール溝のラビリンスシール作用によって流体のシール機
能がさらに向上する。

【００１９】また、本発明の流体機械では、シール溝の
流体が吐出口に開放される際に、その開放が開始されて
から終了するまでの時間を引き延ばす遅延手段をロータ
のシール部に設けたことにより、シール溝の流体は、従
来例のように短時間で一気に開放されるのではなく、あ
る程度の時間を掛けて徐々に開放される。

【００２０】従って、本発明の流体機械では、その吐出
圧力を示すグラフの各ピークに、従来例のグラフ２５１
の圧力変動２５３に相当する圧力変動が発生することは
なくなり、それだけ騒音レベルが下がる。

【００２１】また、遅延手段をシール部の範囲内に設け
たことにより、上記のようなシール部のシール作用と、
シール溝によるラビリンスシール作用が高く保たれるか
ら、矢印２５５でグラフ２５１に示したような吐出圧力
の低下は生じない。

【００２２】こうして、本発明の流体機械は、流体のシ
ール機能を高く保ちながら、騒音レベルを下げて、静粛
性を向上させることができる。

【００２３】請求項２の発明は、請求項１に記載の流体
機械であって、遅延手段が、ロータ室の壁面と吐出口と
の間に形成された開放端部と、ロータのシール溝とを相
対的に傾斜させることによって構成されており、ロータ
の回転に伴ってこれらの交点が前記シール部の範囲内で
移動することにより、流体の開放時間が引き延ばされる
ことを特徴としている。

【００２４】このように吐出口の開放端部とロータのシ
ール溝とを相対的に傾斜させる構成は、 （１）軸方向に平行な吐出口の開放端部に対して、ロー
タのシール溝を軸方向に傾斜させる構成。

【００２５】（２）軸方向に平行なシール溝に対して、
吐出口の開放端部を軸方向に傾斜させる構成。

【００２６】（３）シール溝と吐出口の開放端部の両方
を軸方向に傾斜させる構成。

【００２７】などがあるが、いずれにしても、ロータの
回転に伴ってシール溝と吐出口の開放端部との交点が移
動し、この移動に伴ってシール溝の流体が徐々に開放さ
れ、請求項１の構成と同等の作用・効果を得ることがで
きる。

【００２８】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２に記載の流体機械であって、シール溝が、ロータの頂
部に１本設けられていることを特徴としており、請求項
１または請求項２の構成と同等の作用・効果を得ること
ができる。

【００２９】また、ロータの頂部にシール溝を１本だけ
設けるこの構成では、シール部のシール性を損なわない
範囲で、シール溝の傾斜角度を最も大きくすることが可
能になる。

【００３０】このようにシール溝の傾斜角度を大きくす
ると、シール溝から吐出口に開放される流体の開放時間
がそれだけ長くなり、騒音の低減効果が高くなる。

【００３１】請求項４の発明は、請求項１〜３に記載の
発明であって、前記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１〜３
と同等の作用・効果を得ることができる。

【００３２】このように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。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１，２，３，４によってスーパ
ーチャージャ１（本発明の一実施形態：ルーツ式流体機
械）の説明をする。

【００３４】スーパーチャージャ１は請求項１，２，
３，４の特徴を備えている。図１はこのスーパーチャー
ジャ１を示しており、符号を与えていない部材等は図示
されていない。

【００３５】スーパーチャージャ１は、入力プーリ、ロ
ータ３，５、ケーシング７、タイミングギア組などから
構成されている。

【００３６】入力プーリは入力側ロータ３のロータ軸に
連結されており、ベルトを介してエンジン側のプーリに
連結され、エンジンの駆動力によってロータ３を回転駆
動する。

【００３７】図１のように、ケーシング７にはロータ室
９とこれと連通する吸入口１１と吐出口１３とが形成さ
れている。

【００３８】また、ロータ室９に隣接して、オイル溜り
が形成されたギア室が設けられており、タイミングギア
組はこのギア室に収容されている。

【００３９】ロータ３，５は、ロータ室９に収容されて
いる。

【００４０】入力側のロータ３は、上記の入力プーリが
連結されたロータ軸とロータ本体１５とから構成されて
おり、他方のロータ５はロータ軸とロータ本体１７とか
ら構成されている。各ロータ軸１９，２１は、ロータ本
体１５，１７の各中心孔にそれぞれ連結されている。

【００４１】各ロータ本体１５，１７にはロータ３，５
の回転中心軸に対して平行な２条の山歯２３，２５（歯
すじ）が形成されている。各山歯２３，２５の間には谷
歯２７，２９が形成されており、それぞれの山歯２３，
２５は相手側の谷歯２９，２７と噛み合っている。

【００４２】各山歯２３，２５には、それぞれを軸方向
に貫通した空洞部３１，３３が形成されており、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。

【００４３】プーリから入力したエンジンの駆動力は、
タイミングギア組を介してロータ３，５を回転させる。
タイミングギア組は、山歯２３，２５と相手側の谷歯２
９，２７とが互いに接触しないようにロータ３，５を反
対方向に同期回転させる。

【００４４】ロータ３，５が回転すると、スーパーチャ
ージャ１は吸入口１１から吸入した吸気を吐出口１３か
ら吐出してエンジンに供給する。

【００４５】図２のように、山歯２３，２５の頂部に
は、回転中心軸３５と平行にシール部３７，３９が設け
られている。これらのシール部３７，３９は、ロータ
３，５とロータ室９の内壁との隙間及びロータ３，５間
の隙間が（これらを互いに接触させない範囲で）可能な
限り小さくなるように形成されており、吸気を吸入口１
１から吐出口１３へ移送するこれらの閉空間からの吸気
漏れを低減させている。

【００４６】特にこの実施形態では、シール部３７，３
９はロータ３，５の外周面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、シール部３７，３９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。

【００４７】なお、これらのシール部３７，３９は、回
転方向に６〜９ｍｍの幅（Ｌ）が与えられている。

【００４８】また、図２のように、シール部３７，３９
には、回転中心軸３５に対して傾斜したシール溝４１，
４３がそれぞれ１本形成されている。

【００４９】これらのシール溝４１，４３には、シール
部３７，３９の外部に出ない範囲で、最大の傾斜角を与
えられている。なお、シール溝４１，４３は互いに同方
向に傾斜させても、反対方向に傾斜させてもよい。

【００５０】また、図１のように、シール溝４１，４３
の断面形状は３角形であるが、下記のように、シール溝
４１，４３は任意の断面形状を選択できる。

【００５１】これらのシール溝４１，４３によって、シ
ール部３７，３９ロータ室９の内壁との間と、シール部
３７，３９と相手側の谷歯２９，２７との間でラビリン
スシールが形成され、吸気のシール機能をさらに向上さ
せている。

【００５２】図１のように、ロータ室９の内壁には、吐
出口１３の周辺で、矢印４５のように、適度な切削加工
が施されている。この加工によって、吐出口１３とロー
タ室９の内壁との間には、図３のように、矩形の縁部４
７が形成されている。

【００５３】この縁部４７は、軸方向線４９に対して平
行な開放端部５１，５３と、軸方向線４９に対して直角
な端部５５，５７から形成されており、ロータ３は開放
端部５１側から吐出口１３に吸気を吐出し、ロータ５は
開放端部５３側から吐出口１３に吸気を吐出する。

【００５４】また、軸方向線４９に直角な端部５５，５
７を形成して縁部４７を軸方向に広げたことにより、シ
ール溝４１，４３の大部分が開放端部５１，５３と交差
するようにされている。

【００５５】上記のように、シール溝４１，４３は回転
中心軸３５に対して傾斜しており、開放端部５１，５３
は軸方向線４９に対して平行であることにより、これら
は互いに傾斜している。

【００５６】図３はロータ３の例を示しており、ロータ
３は矢印５９の方向に回転する。このとき、矢印６１が
示すシール部３７の左側（図３の左側）に形成された閉
空間には次に吐出される吸気があり、この吸気はロータ
３の回転に伴って吐出口１３から吐出される。

【００５７】また、この吐出に先立って、シール溝４１
が開放端部５１と交差し、交差した後、これらの交点は
ロータ３の回転に伴って図３の下方に移動する。このと
き、シール溝４１に捕らえられていた吸気は、シール溝
４１と開放端部５１とが交差したとき開放が開始され、
交点が移動している間吐出口１３に吐出される。

【００５８】ロータ５の場合も、同様に、シール溝４３
に捕らえられていた吸気はシール溝４３と開放端部５３
とが交差し、その交点が移動する間吐出口１３に吐出さ
れる。

【００５９】シール溝４１，４３と開放端部５１，５３
とによって遅延手段が構成されており、シール溝４１，
４３の吸気は、従来例のように短時間にではなく、徐々
に吐出される。

【００６０】従って、スーパーチャージャ１では、その
吐出圧力を示すグラフの各ピークに、従来例（グラフ２
５１）で生じた圧力変動２５３のような圧力変動が発生
することがなくなり、騒音レベルがそれだけ下がる。

【００６１】また、上記のように、シール部３７，３９
にそれぞれ１本設けられたシール溝４１，４３には最大
の傾斜角が与えられているから、シール溝４１，４３と
開放端部５１，５３との交点の移動時間（シール溝４
１，４３の吸気が開放される時間）が長くなり、騒音の
低減効果がそれだけ向上する。

【００６２】図４は、回転数（ｒｐｍ）の変化に対する
吐出側の騒音（ｄＢ）の変化を従来例のルーツ式流体機
械と実施形態のスーパーチャージャ１との間で比較した
グラフである。実線のグラフ２５７は従来例のグラフで
あり、破線のグラフ６３はスーパーチャージャ１のグラ
フである。

【００６３】これらのグラフ２５７，６３が示すよう
に、スーパーチャージャ１の騒音レベルは、ほぼ全ての
回転数域で従来例を下回っており、静粛性が向上してい
ることが分かる。

【００６４】また、上記のように、シール溝４１，４３
をシール部３７，３９の範囲内に設けたことによって、
シール部３７，３９のシール作用とシール溝４１，４３
によるラビリンスシール作用が保全され、吸気のシール
機能が高く保たれるから、矢印２５５でグラフ２５１に
示したような吐出圧力の低下が生じることはない。

【００６５】こうして、スーパーチャージャ１が構成さ
れている。

【００６６】上記のように、スーパーチャージャ１は、
シール溝４１，４３を吐出口１３の開放端部５１，５３
に対して傾斜させたことにより、シール溝４１，４３の
吸気が徐々に開放され、吐出圧力の変動が小さくなり、
騒音レベルが低くなる。

【００６７】また、シール溝４１，４３をシール部３
７，３９の範囲内に設けたことによって、シール部３
７，３９とシール溝４１，４３のシール機能が保全さ
れ、吐出圧力の低下が生じない。

【００６８】このように、スーパーチャージャ１は、シ
ール機能と効率とを高く保ちながら、静粛性を向上させ
ている。

【００６９】なお、図２に示したように、シール部３
７，３９のシール溝４１，４３以外の部分に、シール部
３７，３９の外部に出ない範囲で、傾斜した他のシール
溝６５，６７を設けてもよい。

【００７０】このように、シール溝を増やすことによっ
てシール機能が向上すると共に、シール溝６５，６７を
傾斜させることによって静粛性が向上する。

【００７１】また、これらのシール溝６５，６７のよう
に、シール溝は互いに不連続でもよい。

【００７２】また、シール溝は、複数本設けてもよい。

【００７３】図５は、その一例を示しており、ロータ３
のシール部３７には開放端部５１に対して傾斜した２本
のシール溝６９，７１が設けられており、ロータ５のシ
ール部３９にも開放端部５３に対して傾斜した２本のシ
ール溝が設けられている。各ロータ３，５において、２
本のシール溝は互いに平行でも、あるいは、平行でなく
てもよい。

【００７４】上記のように、シール溝を増やすことによ
ってシール性が向上し、これらのシール溝を傾斜させる
ことによって静粛性が向上する。

【００７５】なお、本発明のルーツ式流体機械におい
て、シール部を直角に見た場合のシール溝の形状は直線
に限らず、例えば、任意の傾斜角度の直線を組み合わせ
てもよく、あるいは、曲線や曲線の組み合わせでもよ
く、さらに、直線と曲線の組み合わせでもよい。

【００７６】また、シール溝は連続していても、あるい
は、不連続でもよい。

【００７７】また、シール溝の断面形状は、例えば、矩
形、３角形、円や楕円の一部のような、任意の形状を選
択できる。

【００７８】また、吐出口の開放端部も直線に限らず、
シール溝と同様に、任意の形にすることができる。

【００７９】また、請求項２の作用欄で説明したよう
に、吐出口の開放端部とロータのシール溝とを相対的に
傾斜させる構成には、軸方向に平行な吐出口の開放端部
に対してロータのシール溝を軸方向に傾斜させる実施形
態のようなものの他に、軸方向に平行なシール溝に対し
て、吐出口の開放端部を軸方向に傾斜させる構成と、シ
ール溝と開放端部の両方を軸方向に傾斜させる構成など
があり、いずれも、シール溝の流体が徐々に開放されて
騒音レベルが低くなると共に、効率が高く保たれる。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】

【発明の効果】請求項１の流体機械は、遅延手段によっ
てシール溝の流体が徐々に開放され、騒音レベルを低く
しながら、効率が高く保たれる。

【００８３】請求項２の流体機械は、シール溝と吐出口
の開放端部とが交差することにより、シール溝の流体が
徐々に開放され、請求項１の構成と同等の効果を得るこ
とができる。

【００８４】請求項３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を得ることができる。

【００８５】また、シール溝の傾斜角度を最も大きくで
きるこの構成では、シール溝の流体の開放時間が長くな
り、騒音の低減効果がさらに向上する。

【００８６】請求項４に記載の流体機械は、請求項１〜
３の構成と同等の効果が得られるのに加えて、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す横断面図である。

【図２】図１の実施形態に用いられているロータの要部
を示す図面である。

【図３】図１の実施形態においてシール溝と開放端部と
の傾斜を示す図面である。

【図４】実施形態と従来例との間で騒音レベルを比較す
るグラフである。

【図５】図１の実施形態の変形例を示す図面である。

【図６】従来例の横断面図である。

【図７】図６の従来例に用いられているロータの要部を
示す図面である。

【図８】図６の従来例においてシール溝による騒音の増
加を示すグラフである。

【符号の説明】 １ スーパーチャージャ（流体機械） ３，５ ロータ ７ ケーシング ９ ロータ室 １１ 吸入口 １３ 吐出口 ２３，２５ 山歯（歯すじ） ３７，３９ シール部 ４１，４３ 傾斜したシール溝 ５１，５３ 吐出口１３の開放端部 ６５，６７，６９，７１ 傾斜したシール溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 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 Ｆターム(参考） 3H029 AA06 AA15 AB02 BB16 BB31 BB43 CC05 CC19

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータ室及びこのロータ室と連通する流
   体の吸入口と吐出口を有するケーシングと、ロータ室に
   収容され、回転中心軸と平行な歯すじで互いに噛み合い
   ながら回転し、吸入口から吸入した流体を回転中心軸と
   ほぼ直角方向に移動させて吐出口から吐出する一対のロ
   ータと、ロータの頂部に設けられ、対向するロータ室の
   内壁及び相手側ロータとの間に適度な隙間を保ちながら
   流体の漏れを防止するシール部と、このシール部に形成
   され、シール性を高めるシール溝とを備え、このシール
   溝に捕らわれた流体がロータの回転に伴って吐出口に開
   放される際に、流体の開放が開始されてから終了するま
   での時間を引き延ばす遅延手段を、シール部の範囲内に
   設けたことを特徴とする流体機械。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の発明であって、遅延手
   段が、ロータ室の内壁と吐出口との間に形成された開放
   端部と、ロータのシール溝とを相対的に傾斜させること
   によって構成されており、ロータの回転に伴ってこれら
   の交点が前記シール部の範囲内で移動することにより、
   流体の開放時間が引き延ばされることを特徴とする流体
   機械。
3. 【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、シール溝が、ロータの頂部に１本設けられてい
   ることを特徴とする流体機械。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れか一項に記載の発明
   であって、前記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。