JP2761233B2

JP2761233B2 - ルーツ型ブロワ

Info

Publication number: JP2761233B2
Application number: JP1038814A
Authority: JP
Inventors: 哲夫深川
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1989-02-17
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: GB9003246D0; DE4004888A1; GB2230052A; US5040959A; JPH02218882A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ロータ間クリアランスを改良したルーツ型
ブロワに関する。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］周知の如く、ルーツ型ブロワは、構造が簡単で故障が
少ないことなどの理由により、二次圧力が比較的低い内
燃機関の過給機や産業機械の送風機などに採用されてお
り、サイクロイド形、インボリュート形、あるいは、エ
ンベローブ形のロータを有するものなど、種々の形式の
ものがある。

このルーツ形ブロワに係る従来の技術を第８図及び第
９図を参照して説明すると、吸入口10と吐出口20とが対
向して設けられているロータハウジング30に、上記吸入
口10,吐出口20とに連通するロータ室40が形成されてい
る。このロータ室40に、上記ロータハウジング30の側壁
30aに回動自在に支承されたロータシャフト70a,70bが、
上記吸入口10と吐出口20とを結ぶ線に対して直角方向に
貫通して設けられており、このロータシャフト70a,70b
に夫々ロータ50,60が相互に位相を90°異にして軸装さ
れている。

上記ロータシャフト70a,70bの一端は、上記ロータ室4
0に隣接して設けられたギヤ室90へ挿入され、このギヤ
室90に挿入された部位に、互いに噛合するギヤ100a,100
bが軸支されている。

そして、例えば一方のロータシャフト70aが回転され
ると、上記ギヤ100a,100bを介して他のロータシャフト7
0bが等速逆回転され、これらのロータシャフト70a,70b
の回転に伴って上記ロータ50,60が同調しつつ上記ロー
タ室40内を互いに逆方向へ回転される。これにより、例
えばエアー等の流体が上記吸入口10より吸引されて上記
吐出口20より吐出される。

ところで、上記ルーツ型ブロワを例えば内燃機関の圧
縮機などに採用する場合、扱う流体がエアーであるため
上記ロータ50,60は潤滑油なしで回転させねばならず、
また、高速回転が要求されることなどから、上記ロータ
50,60の間、あるいは上記ロータ50,60と上記ロータハウ
ジング30の側壁30a,30bとの間には、上記ロータ50,60間
の相互干渉、あるいは、上記ロータハウジング30の側壁
30a,30bとの干渉を避けるため、所定のクリアランスを
設けなければならない。

しかしながら、上記クリアランスが大きいと上記ロー
タ50,60が回転する際に送給されるエアが漏洩するた
め、容積効率が低下するという問題がある。

このため、上記ロータ50,60の位相を合わせるギヤ100a,100bのバ
ックラッシュ、上記ロータ50,60の位相を合わせる際の組立て誤差、上記ロータ50,60の芯間距離の加工誤差、上記ロータ50,60の形状の加工誤差、上記ロータ50,60の回転にともなうエアの圧縮熱など
による熱膨張、などを考慮してクリアランスを極力小さく設定し、容積
効率の低下を防止する必要がある。この場合、上記要因
の内、上記ロータ50,60相互の位相誤差が最も影響が大
きく、他は加工精度の向上に伴いクリアランスを小さく
することが可能である。

通常、上記ロータ50,60の相互干渉を防止するロータ
間クリアランスは、上記ロータ50,60の形状、例えばエ
ピサイクロイド曲線とハイポサイクロイド曲線などを組
み合わせたロータ構成曲線に対し、所定の逃し量を設け
て形成している。

例えば、特開昭60−75793号公報には、ロータの基礎
曲線外周上の点における法線と、その点とロータ中心と
を結ぶ線との交差角に対応してロータ基礎曲線の２次逃
し量を定め、ロータ間クリアランスを最小にする技術が
開示されている。

すなわち、上記ロータの原構成曲線から上記ロータを
非接触で回転させるための必要最小クリアランスを与え
る１次逃し量をとった曲線、すなわち上記ロータの構成
曲線から法線方向に一定量縮小した曲線などを基礎曲線
として、この基礎曲線に対して上記交差角の増減に対応
して増減する関数で２次逃し量を定め、上記１次逃し量
に、部品の加工誤差、組付け誤差などによる干渉を防止
する補正を加えてロータの仕上げ形状を決定している。

しかしながら、上記先行技術においては、上記１次逃
し量に上記２次逃し量を加算して最終仕上げ形状を決定
せねばならないため、間接的であり、ロータの加工に際
して誤差が拡大されやすく、ロータの相互干渉を防止し
ながらロータ間クリアランスを縮小するには限界があっ
た。

従って、ロータの高精度加工を可能としてロータ間ク
リアランスの設定をさらに緻密なものとし、容積効率の
一層の向上を図るという課題が残されていた。

［発明の目的］本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、最適な
ロータ形状が高精度に得られ、しかもロータの相互干渉
防止とロータ間クリアランスの縮小との良好な両立を図
ることができ、容積効率を大幅に向上することのできる
ルーツ型ブロワを提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明によるルーツ型ブロワは、ロータの構成曲線外
周上の点における法線方向の逃がし量を、上記点とロー
タ中心とを結ぶ線と、上記ロータの短軸あるいは長軸と
のなす角度が所定の角度のとき最大値をとり、上記線が
上記ロータの短軸あるいは長軸と一致したとき最小値を
とる正弦関数のべき乗項からなる関数に従って定めたも
のである。

すなわち、本発明においては、上記ロータの構成曲線
上の点における法線方向の逃がし量を上記正弦関数のべ
き乗項からなる関数に従って定め、上記ロータの構成曲
線上の点とロータ中心とを結ぶ線と上記ロータの短軸あ
るいは長軸とのなす角度が所定の角度のとき上記逃がし
量を最大とし、また、上記線が上記ロータの短軸あるい
は長軸と一致したとき上記逃がし量を最小とする。

［発明の実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図〜第７図は本発明の一実施例を示し、第１図は
本発明に係わるロータの形状を表した説明図、第２図は
ロータの回転角を示す説明図、第３図及び第４図はロー
タ間の位相誤差を示す説明図、第５図はロータの回転角
とロータの許容振れ角との関係を示す説明図、第６図は
ロータの回転角とロータ間クリアランスとを示す説明
図、第７図はロータの形状を算出する関数に係わる説明
図である。

第１図において実線の外形曲線は、サイクロイド曲線
による二葉形ロータの構成曲線を示したもので、ロータ
１の短軸をｘ軸に、長軸をｙ軸にとると、転がり円の角
度θ＝45°を境にして短軸側がハイポサイクロイド曲線
の範囲で、長軸側がエピサイクロイド曲線の範囲であ
る。上記サクロイド曲線による構成曲線には、上記ロー
タ１の相互干渉を防止するため所定の逃し量Ｌを設け、
ロータ間クリアランスを確保する必要がある。

その場合、上記ロータ１の回転角αを第２図のように
とると、第３図及び第４図から明らかなように、同一の
ロータ間クリアランスに対し、上記ロータ１の位相誤差
に基づく許容振れ角δは上記回転角αがα＝０°で最大
となり、また、上記回転角αがα＝45°で上記許容振れ
角δは最小となる。

本発明は、上述の点に着目して構成曲線の逃がし量Ｌ
を定めたものであり、以下、サイクロイド形の二葉形ロ
ータを例にとって説明する。

サイクロイド形のロータ１は、ハイポサイクロイド曲
線とエピサイクロイド曲線とを組合わせた構成曲線によ
って形成され、上記ロータ１におけるハイポサイクロイ
ド曲線の式は、但し、０≦θ≦π/4 r;ピッチ円の半径 θ；転がり円の角度で示され、また、エピサイクロイド曲線の式は、但し、π/4≦θ≦π/2 で示される。

上記（１）式及び（２）式のサイクロイド曲線で構成
されるロータ１の構成曲線からの逃がし量Ｌは、例え
ば、上記構成曲線の点（x,y）における法線方向に一定
量だけ縮小した曲線として与えられ、その曲線上の点
（X1,Y1）は次式で与えられる。

但し、ω＝tan^-1（dy/dx）；座標（x,y）における接線の角度上記（３）式で与えられる曲線でロータ１を形成する
場合、ロータ間クリアランスＳは上記逃し量Ｌの２倍と
なり、その回転角αに対して一定の値Ｓ＝２×Ｌを有す
るようになる。例えば、Ｌ＝0.05mmの場合、上記ロータ
間クリアランスＳは第６図のａで示され、Ｌ＝0.08mmの
場合、上記ロータ間クリアランスＳは、第６図のｂで示
される。

しかしながら、従来、ロータ回転角αと許容振れ角δ
との関係は、第５図の実線で示されるようにロータ回転
角αに対して許容振れ角δの変化が大きいため、上記逃
がし量Ｌの値を、許容振れ角δを考慮して、回転角α＝
45°のとき必要とされるクリアランスSmin45に設定する
と、回転角α＝０°においては、許容振れ角δが大きい
ので、ロータ間クリアランスＳは、不要に大きすぎるも
のとなって容積効率上好ましくない。一方、上記逃がし
量Ｌの値を、回転角α＝０°のとき必要とされるクリア
ランスSmin0に設定すると、回転角α＝45°のとき、許
容振れ角δが小さいので、ロータ間クリアランスＳは小
さすぎ、上記ロータ１が互いに干渉する恐れがある。

従って、上記ロータ１の構成曲線からの逃し量Ｌは、
回転角α＝45°のとき必要とされるクリアランスSmin45
が最も大きく、回転角α＝０°のとき必要とされるクリ
アランスSmin0が最も小さくなるように定めることが望
ましい。

このため、上記ロータ１の回転角αに応じて変化し、
回転角α＝45°で最大値、回転角α＝０°で最小値をと
る関数により上記逃がし量Ｌを設定する。

そのような関数の例は、上記ロータ１におけるサイク
ロイド曲線の転がり円の角度θを変数として、 L1＋L2（sin2θ）ⁿ …（４）但し、L1＝Smin0×1/2 L2＝（Smin45−Smin0）×1/2 で与えられ、上記（４）式においては、上記ロータ１の
回転角α＝０°、すなわち上記転がり円の角度θ＝０°
のときクリアランスSmin0（最小クリアランス）を、逃
がし量L1（＝Smin0×1/2）により確保し、さらに、回転
角α＝45°（転がり円の角度θ＝45°）のときのクリア
ランスSmin45と回転角α＝０°（転がり円の角度θ＝０
°）のときのクリアランスSmin0との差を逃がし量L2
（＝（Smin45−Smin0）×1/2）として、上記逃がし量L1
に加算する量を回転角αに対応して変化させる。

上記逃がし量L1は、主として機械的な加工精度によっ
て決まる値であり、また上記逃がし量L2は、主として図
示しないギヤのバックラッシュなどから生じるロータ間
の芯間誤差によって決まる値である。

また、上記（４）式における（Sin2θ）ⁿの値は、第
７図に示すようにべき乗ｎの次数によって変化し、この
べき乗ｎの値を選択することにより、上記逃がし量Ｌを
適宜設定することができる。一般には、ほぼｎ＝４程度
で曲線の変化率が飽和に近づくため、実用上、上記
（４）式はべき乗ｎを４次程度までに設定すれば十分で
ある。

上記（４）式により上記（３）式を変形すると上記ロ
ータ１の仕上げ形状を決定する曲線が得られ、その曲線
上の点（X2,Y2）は、となる。上記（５）式によるロータ１の仕上げ形状は、
例えば、ピッチ円の半径ｒ＝25mm、ロータ間の芯間距離50mm、 Smin0＝0.1mm、 Smin45＝0.16mm、べき乗ｎ＝４、のとき、L1＝0.05,L2＝0.03となり、第１図において実
線の外形曲線で示す構成曲線から、上記（４）式に従い
オフセットさせた破線で示す形状となる。また、べき乗
ｎ＝２の場合は第１図の一点鎖線に示す仕上げ形状とな
る。

尚、上記構成曲線の内部に示す実線は、一定の逃し量
L1をオフセットさせた形状である。

このとき、上記ロータ１のロータ間クリアランスＳ
は、第６図のｃで示され、回転角α＝45°のとき最大値
Smax（＝（L1＋L2）×２）、回転角α＝０°のとき最小
値Smin（＝L1×２）となる。さらに、上記ロータ１の回
転角αに対する許容振れ角δは、第５図の破線で示す傾
向となる。

また、上記ロータ１の構成曲線からの逃し量Ｌが、回
転角αが０〜θ１の所定の範囲（例えば０〜15°）で上
記（４）式の第１項の逃がし量L1のみで良い場合は、逃
し量Ｌを、（但し、θ−θ１＜０のときθ−θ１＝０とする。）とすることにより、上記（５）式は以下の（７）式とな
り、逃がし量L2に関する範囲を設定することができ、第
６図のｅに示すようにロータ間クリアランスＳのより細
かな設定が可能となる。

従って、ハイポサイクロイド曲線とエピサイクロイド
曲線とを組合わせた原構成曲線からロータ１の仕上げ形
状を直ちに決定することができ、最適な形状を高精度に
得ることができる。すなわち、上記ロータ１の回転角α
に対して、許容振れ角δの最も小さい回転角α＝45°の
ときロータ間クリアランスＳを最大、許容振れ角δの最
も大きい回転角α＝０°のときロータ間クリアランスＳ
を最小にした形状が精度良く得られ、第６図のｄで示さ
れるロータ間平均クリアランスSaveが従来に比較し大幅
に小さくなって容積効率の大幅な向上が達成できる。

なお、本発明は、サイクロイド形のロータに限定する
ものではなく、また、３葉以上のロータにも適用できる
ことはいうまでもない。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、ロータの構成曲
線から最適なロータ形状が直ちに、しかも精度良く得ら
れ、ロータ間クリアランスを精度良く縮小することがで
きる。

また、上記ロータの構成曲線からの逃がし量を定める
関数を正弦関数のべき乗項から構成したので、べき乗の
次数によって逃がし量の微調整が可能である。

すなわち、本発明においては、ロータの相互干渉防止
とロータ間クリアランスの縮小との良好な両立を図るこ
とができ、容積効率を大幅に向上することができるなど
優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の一実施例を示し、第１図は本
発明に係わるロータの形状を表した説明図、第２図はロ
ータの回転角を示す説明図、第３図及び第４図はロータ
間の位相誤差を示す説明図、第５図はロータの回転角と
ロータの許容振れ角との関係を示す説明図、第６図はロ
ータの回転角とロータ間クリアランスとを示す説明図、
第７図はロータの形状を算出する関数に係わる説明図、
第８図及び第９図は従来例のルーツ型ブロワに係わり、
第８図はルーツ型ブロワの正面断面図、第９図は第８図
のIX−IX断面図である。１…ロータ、Ｌ…逃がし量、Ｓ…ロータ間クリアラン
ス。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータの構成曲線外周上の点における法線
方向の逃がし量を、上記点とロータ中心とを結ぶ線と、
上記ロータの短軸あるいは長軸とのなす角度が所定の角
度のとき最大値をとり、上記線が上記ロータの短軸ある
いは長軸と一致したとき最小値をとる正弦関数のべき乗
項からなる関数に従って定めたことを特徴とするルーツ
型ブロワ。