JPS61118581A - ス−パチヤ−ジヤ用まゆ形ロ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はハウジングがアルミニウム製であるスーパチャ
ージャに使用されるまゆ形のロータに関するものである
。

従来技術とその問題点 スーパチャージャは、複数個の羽根を有する一対のロー
タがハウジング内において互いに逆向きに同速度で回転
させられることにより、空気をエンジンに過給するもの
であり、一般には、ロータとしてそれぞれ２個の羽根を
有するまゆ形のロータが使用されている。

この一対のまゆ形ロータを有するスーパチャージャでは
、近年、軽量化のためにハウジングをアルミニウム（正
確にはアルミニウム合金）！！とすることが行われてい
るが、このようにケーシングをアルミニウム製とした場
合には、ロータの回転に伴ってハウジング内の温度が常
温から高温までの広い温度範囲で変化すること、また高
温時においてロータとハウジングとに温度差が生しるこ
となどから、ロータを鋼あるいはアルミニウムのいずれ
で構成した場合にもそれぞれ不都合を生じていた。

ロータが鋼から成っている場合には、ロータの熱膨脹係
数がハウジングのそれに比べて著しく小さいことから、
高温時においてロータの径方向の膨張量がロータ径方向
のハウジングの膨張量に比べて著しく小さくなり、各ロ
ータの外周面間および各ロータの外周面とハウジングの
内周面との間のクリアランスが増大して、体積効率が低
下するという問題があったのである。また、この場合に
は、ロータの慣性質量が大きいことから回転の立ち上が
りが悪く、また電磁クラッチによりて０Ｎ１０ＦＦ制御
するような場合において電磁クラッチの耐久性を劣化さ
せるという問題もあった。

一方、ロータがアルミニウムから成る場合には、ロータ
が中、低速で回転する中、低温時において両ロータおよ
びハウジング相互間のクリアランスを狭く設定すると、
ロータが高速回転する高温時においてハウジングとロー
タとの温度差の増大により各クリアランスが減少して両
ロータおよびハウジング間で干渉が生じる恐れがあり、
逆に高温時における干渉を回避するように各クリアラン
スを設定すると、中、低温時における各クリアランスが
太き（なって体積効率が低下するという問題があったの
である。

問題点を解決するための手段 本発明は、このような事情を背景として、ハウジングが
アルミニウム製であるスーパチャージャに用いられるま
ゆ形ロータにおいて、両ロータおよびハウジング間にお
ける干渉を招くことなく、しかもロータの回転に伴って
変化するハウジング内温度の広い変化範囲において体積
効率を良好に維持することのできるロータを提供するた
めに為されたものであり、その要旨とするところは、ア
ルミニウム製まゆ形ロータの２　（ＩＩの羽根の各々に
当該ロータの回転中心線に平行な貫通孔を形成し、かつ
、それら貫通孔の各々にアルミニウムより熱膨脹係数の
小さい材料から成る筒状のインナピースを締り嵌めする
とともに、前記羽根のそのインナピースを囲む周壁部の
肉厚をそのインナピースの肉厚で除した値が、前記羽根
の当該ロータの回転中心線から最も遠い部分において最
も小さく、その部分から遠ざかるに従って大きくなるよ
うにしたことにある。

作用および効果 アルミニウムから成るまゆ形ロータの各羽根に貫通孔を
形成してその貫通孔に筒状のインナピースを締り嵌めす
れば、各羽根のインナピースを囲む周壁部は弾性的に膨
張させられ、その状態で外形が決まる。そして、ロータ
の温度が上昇すれば、インナピースも羽根の周壁部も共
に熱膨張するのであるが、インナピースがアルミニウム
より熱膨脹係数の小さい材料から成っているために、イ
ンナピースの熱膨張量が羽根の周壁部の熱膨張量より小
さくなり、その分だけ羽根の周壁部の弾性的な膨張が援
和される。そのため、ロータの各羽根における膨張量は
インナピースが締り嵌めされていない場合に比べて小さ
くなる。

つまり、アルミニウムから成るまゆ形ロータの各羽根に
貫通孔を形成してその貫通孔に筒状のインナピースを締
り嵌めすれば、ロータ径方向の実質的な熱膨脹係数をア
ルミニウムのそれよりも小さくできるのであり、したが
って中、低温時における各ロータ問およびハウジングと
の間のクリアランスを体積効率の良好な状態に設定しつ
つ、高温時におけるロータとハウジングとの昇温差によ
ってそれらの間に干渉が生じることを良好に回避するこ
とが可能となるのである。

しかし、上述のように、単にインナピースを締り嵌めし
たまゆ形ロータでは、ロータとハウジングとの間のクリ
アランスはハウジング内の全温度変化範囲およびロータ
の全回転位相においてその大きさが略一定に保たれるも
のの、ローフ間のクリアランスは温度上昇時においてロ
ータの回転位相により変動する恐れがあり、それ故高温
時において体積効率が低下する恐れがある。ロータとハ
ウジングとの間のクリアランスは、ロータの長手方向の
長さが定まればロータの回転位相に拘わらず一定に保た
れるため、この長手方向の実質的な熱膨脹係数がハウジ
ングの熱膨脹係数と一致するように設定されていれば、
ロータの全回転位相およびハウジング内の全温度範囲に
おいてその大きさが略一定に維持されるのであるが、ロ
ータ間のクリアランスは、位相によってロータの肉厚が
異なること、および位相によってロータの実質的な熱膨
脹係数が異なることなどから、ロータの回転位相に応じ
て大きさが異なり、それ故、単にインナピースを締り嵌
めしただけでは高温時においてロータの回転位相により
クリアランスの大きさが異なることとなって体積効率が
低下する恐れがあるのである。

そこで、このような不具合を解消するために、本発明で
はさらに、ロータの羽根のインナピースを囲む周壁部の
肉厚をそのインナピースの肉厚で除した値が、各羽根の
当該ロータの回転中心線から最も遠い部分において最も
小さく、その部分から遠ざかるに従って大きくなるよう
に、つまり、羽根の先端で最も小さく、そこから遠ざか
るにつれて大きくなるようにしたのである。

羽根のインナピースを囲む周壁部各部の弾性的な膨張量
は、羽根の半径方向における周壁部の肉厚とインナピー
スの肉厚との比に応じて異なり、羽根の周壁部の肉厚を
インナピースの肉厚で除した値が小さいほど大きくなる
。また、ロータ温度の上昇時において、羽根とインナピ
ースとの熱膨脹係数の差に基づいて緩和される羽根の周
壁部各部の弾性膨張量は、ロータ温度上昇前における弾
性的な膨張量が大きい部分はど大きくなる。つまり、羽
根の半径方向における実質的な熱膨脹係数は、その羽根
の半径方向に・おける羽根の周壁部の肉厚をインナピー
スの肉厚で除した値が大きいほど太き（、逆に小さいほ
ど小さくなるのである。

したがって、羽根のインナピースを囲む周壁部の肉厚を
そのインナピースの肉厚で除した値が前述のように羽根
の先端で最も小さく、そこから遠ざかるに従って大きく
なるように周壁部とインナピースとの肉厚を決定すれば
、各羽根の全半径方向における実質的な熱膨脹係数がア
ルミニウムのそれよりも小さくなるだけでなく、ロータ
の回転中心線から放射状に延びる各方向の実質的な熱膨
脹係数もロータの長手方向において最も小さくなり、そ
れからの角度が大きくなる方向はど大きくなる。

一方、まゆ形ロータの放射方向におけるロータ各部の長
さはロータの長手方向において最も長（、それからの角
度が大きくなる方向はど短くなる。

つまり、まゆ形ロータの羽根のインナピースを囲む周壁
部の肉厚をそのインナピースの肉厚で除した値が前述の
条件を満たすようにすれば、温度上昇時におけるロータ
の各放射方向の熱膨張量の差を軽減してそれらの大きさ
をほぼ一定の大きさにすることが可能となるのであり、
対を成す２つのロータの放射方向における熱膨張量の和
をそれらロータの軸間距離の熱膨張量にできるだけ等し
くなるように設定することにより、２つのロータ間のク
リアランスの変化を温度およびロータの回転位相の変化
に拘わらず軽減し得て、温度上昇時における体積効率の
低下を良好に防止することが可能となるのである。

実施例 以下、本発明の二、三の実施例を図面に基づい　　、て
詳細に説明する。

第３図および第４図は本発明に係る一対のまゆ形ロータ
１０を備えたスーパチャージャを示す正面断面図および
側面断面図である。これらの図において、１２はハウジ
ングであって、熱膨脹係数が２．１５〜２．３４　Ｘ　
１０−’程度のアルミニウム（正確にはアルミニウム合
金）から成っている。ハウジング１２内には一方の側壁
１４との間にロータ室１６を形成する隔壁１８が設けら
れており、これら隔壁１８と側壁１４とにベアリング２
０゜２０および２２．２２を介して両端部を回転可能に
支持されて、２本の回転軸２４および２６か互いに平行
に配設されている。

一方の回転軸２４の一端側はハウジング１２の側壁１４
から外部へ突出しており、また回転軸２４の他端側およ
び回転軸２６の同じ側は共にＩ！ｌ？ｉ璧１８から突出
している。側壁１４から突出した回転軸２４の端部には
、図示しないベルトを介してエンジン等に作動的に連結
されるプーリ２８が固定されており、このプーリ２８に
加えられる駆動力によって回転軸２４が回転駆動される
ようになっている。また、回転軸２４．２６の隔壁１８
から突出した端部には、互いに噛み合う同歯数のタイミ
ングギヤ３０および３２が固定されており、回転軸２４
の駆動に伴って回転軸２Ｇがそれとは逆方向に同速度で
回転させられるようになっている。

回転軸２４および２６のロータ室１６内に位置する部分
には、外形が円形を成す一対の羽根３４を備えた同形状
のまゆ形ロータ１０，１０がそれぞれその中心部に形成
された中心穴３６において互いに９０°の位相差を成す
状態で圧入されており、回転軸２４．２６の回転に伴っ
て互いに逆方向に回転するようになっている。そして、
このまゆ形ロータ１０，１０の回転によって、第４図に
矢印で示すように、吸入口３８からロータ室１６内に吸
い込まれた空気が吐出口４０からエンジンに向かって圧
送されるようになっている。

ところで、このようなスーパチャージャにおいては、吐
出口４０における圧力がほぼ９．５　ｋｇ　／　ａｄ程
度となるように空気を圧縮する必要があり、この断熱圧
縮と機械部分の摩擦発熱とによって吐出口４０部分にお
ける温度が１００〜１３０　’Ｃ程度にもなる。また、
これに伴ってロータ室１６内のまゆ形ロータ１０もほぼ
同程度の高温となり、ハウジング１２の回転軸２４およ
び２６を支持する側壁１４および隔壁１８もそれに近い
温度まで上昇する。そのため、まゆ形ロータ１０を鋼の
みから製作した場合には、高温時においてまゆ形ロータ
１０の径方向の膨張量よりもハウジング１２の側壁１４
および隔壁１８の膨張量の方が大きくなり、まゆ形ロー
タ１０の外周面間およびまゆ形ロータ１０の外周面とハ
ウジング１２の内周面との間のクリアランスが増大して
、スーパチャージャの体積効率が低下する。一方、まゆ
形ロータ１０をハウジング１２と同様のアルミニウムの
みで製作した場合には、まゆ形ロータ１０の方がハウジ
ング１２の側壁１４および隔壁１８よりも温度が高くな
ることから、高温時に両まゆ形ロータ１０およびハウジ
ング１２間で干渉が生じる恐れがあり、これを避けよう
とすると中、低温時における両ロータ１０およびハウジ
ング１２間のクリアランスが大きくなって体積効率が低
下するという問題を生じる。

そこで、本実施例では、まゆ形ロータ１０が第１図およ
び第２図に示すような構成とされている。

すなわち、それらの図において、４２はロータ本体であ
って、前記ハウジング１２と同様のアルミニウム製とさ
れ、中心部に前記中心穴３６が形成された厚肉状のボス
部４３から前記一対の羽根３４が互いに反対側に延び出
させられた形状とされている。そして、それら羽根３４
に、ロータ１０の回転中心線に平行で、各羽根３４の円
形外形部の中心からロータ１０の回転中心線側とは反対
側に一定距離隔たった直線を中心線とする円形断面の貫
通孔４４がそれぞれ形成され、これら貫通孔４４に、熱
膨脹係数が１．０〜１．２　Ｘ　１０−’／”Ｃ程度と
アルミニウムのそれに比べて十分小さく、かつヤング率
がアルミニウムのそれに比べて十分大きな鋼から成る等
内円筒状のインナピース４６が所定の締め代をもって圧
入されている。そして、これによって、羽根３４の周壁
部４８の肉厚をインナピース４６の肉厚で除した値が、
各羽根３４　　。

において、当該ロータ１００回転中心線側から最も遠い
先端で最も小さく、そこから遠ざかるにつれて大きくな
るようにされている。

このようなまゆ形ロータ１０では、インナピース４６の
貫通孔４４内への圧入によって羽根３４の周壁部４８が
弾性変形させられ、これによってまゆ形ロータ１０の径
方向の寸法が決まっている。

したがって、ロータ１０の温度が上昇すれば、インナピ
ース４６も羽根３４の周壁部４８も熱膨張するのである
が、インナピース４６はアルミニウムよりも熱膨脹係数
の小さい鋼から成っているために、インナピース４６の
熱膨張量が羽根３４の周壁部４８の熱膨張量より小さく
なり、その分だけ周壁部４８の弾性的な膨張が緩和され
る。そのため、まゆ形ロータ１０の各羽根３４の半径方
向の膨張量はインナピース４６が圧入されていない場合
に比べて小さくなる。つまり、各羽根３４に形成された
貫通孔４４内へのインナピース４６の圧入によって各羽
根３４の半径方向における実質的な熱膨脹係数がアルミ
ニウムのそれよりも小さくされているのである。

また、上記各羽根３４の各部における実質的な熱膨脹係
数は、各部の羽根３４の周壁部４８の肉厚をインナピー
ス４６の肉厚で除した値が小さいほど小さくなる。した
がって、第１図から明らかなように、インナピース４６
の中心からそのロータ１０の回転中心線側と逆方向に延
びる半径方向において実質的な熱膨脹係数が最も小さく
なり、その半径方向と成す角度が大きい半径方向はど実
質的な熱膨脹係数は大きくなる。そして、それに伴って
ロータ１０の回転中心線から放射状に延びる各方向の実
質的な熱膨脹係数もロータ１０の回転中心線と各羽根３
４の円形外形部の中心とを通る直線方向（以下、この方
向を単に長手方向という）において最も小さく、その長
手方向との成す角度が大きい方向はど大きくなる。

一方、まゆ形ロータ１０の回転中心から放射状に延びる
方向のまゆ形ロータ１０の外周面までの距離は、ロータ
１０の長手方向において最も長く、その長手方向との成
す角度が大きくなる方向はど短くなる。

つまり、本実施例のまゆ形ロータ１０では、回転中心線
から放射状に延びる各方向において、その距離が長い部
分はど実質的な熱膨脹係数が小さくされているのであり
、これによって温度上昇時における各放射方向の実質的
な膨張量が全放射方向においてできるだけ同じ大きさと
なるようにされているのである。そして、本実施例では
、この各放射方向における実質的な膨張量がまゆ形ロー
タ１０間の軸間距離の熱膨張量の１／２の大きさにでき
るだけ一致するように貫通孔４４の中心位置やインナピ
ース４６の肉厚、さらには締め代等が予め設定され、こ
れによってロータ１０の全回転位相およびハウジング１
２内の全温度変化範囲において、両ロータ１０間のクリ
アランスができるだけ一定の大きさとなるよ−うにされ
るとともに、そのクリアランスが、両ロータ１０が互い
に干渉しない限度においてできるだけ小さくされて、両
ロータ１０間のクリアランスが常にできるだけ小さい値
に維持されるようになっているのである。

なお、前記まゆ形ロータ１０の長手方向の実質的な熱膨
脹係数は、その長手方向の片側の熱膨張量がハウジング
１２の側壁１４および隔壁１８の前記回転輪２４および
２６を支持する部分からそれら側壁１４および隔壁１８
の外周縁部までの部分の熱膨張量にできるだけ一致する
ように予め設定されており、これによってハウジング１
２内の温度変化に拘わらず、ハウジング１２の内周面と
ロータ１０の外周面との間のクリアランスが互いに干渉
しない限度においてできるだけ小さくなるようにされて
いる。

以上説明したように、°本実施例のまゆ形ロータ１０を
備えたスーパチャージャでは、ハウジング１２内の温度
およびロータ１０の回転位相の変化に拘わらず両ロータ
１０問および各ロータ１０とハウジング１２との間のク
リアランスをほぼ一定の小さい値に維持できるので、両
ロータ１０およ　、びハウジング１２間における干渉を
招くことな（、スーパチャージャの体積効率を常に高く
維持できる。

次に、本発明の他の実施例を第５図に示す。この実施例
では、図から明らかなように、貫通孔５０の中心が各羽
根３４の円形外径部の中心と一致しており、また貫通孔
５０内にはロータ１０の回転中心線に近い（ｊｌ、！１
はど肉厚が薄くなる精製のインナピース５２が所定の締
め代をもって圧入されている。このようなまゆ形ロータ
においても、各羽根３４の半径方向における周壁部４８
の肉厚をインナピース５２の肉厚で除した値が、各羽根
３４の中心からロータの回転中心側とは逆方向に延びる
半径方向において最も小さく、その方向との成す角度が
大きい方向はど大きくなることから、ロータの回転中心
線から放射状に延びる各方向の熱膨張量の差が軽減され
、それ故両ロータ間のクリアランスがロータの回転位相
およびハウシング１２内の温度変化に拘わらずほぼ一定
の大きさに酢たれる。したがって、ロータの長手方向の
実質的な熱膨脹係数および各ロータの放射方向の熱膨張
量を前記実施例と同様に設定することにより、前記実施
例と同様の効果を得ることができる。

また、第６図に本発明のさらに別の実施例を示す。この
実施例では、第５図の実施例と同様の中心を有する貫通
孔５０内に、ロータの回転中心線とは反対側の円弧部分
が厚肉状とされた鋼製のインナピース５４が所定の締め
代をもって圧入されている。このようなまゆ形ロータに
おいても、各羽根３４の半径方向における周壁部４８の
肉厚をインナピース５４の肉厚で除した値が、各羽根３
４の中心からロータの回転中心側とは逆方向に延びる半
径方向において最も小さく、その方向との成す角度が大
きい方向はど大きくなるため、ロータの回転中心線から
放射状に延びる各方向の熱膨張量の差が軽減されるので
あり、したがってハウジング１２内の全温度変化範囲お
よびロータの全回転位相において両ロータおよびハウジ
ング１２相互間の干渉を招くことなく、スーパチャージ
ャの体積効率を高く維持することができるのである。

以上、本発明のいくつかの実施例を説明したが、これら
は文字通り例示であり、本発明はこれらの具体例に限定
して解釈されるべきものではない。

例えば、前記実施例では、インナピースが何れも鋼製と
されて、そのヤング率がロータ本体のそれよりも大きく
されていたため、圧入時におけるインナピースの収縮量
が小さくて済み、その分羽根３４の周壁部４８が効果的
に膨張させられて、高温時におけるまゆ形ロータ１０の
熱膨張量を比較的小さく抑え得る効果が十分得られる利
点があるのであるが、インナピースのヤング率は必ずし
もロータ本体のそれよりも大きいものである必要はな（
、また必ずしも鋼製である必要はない。要するに、イン
ナピースはロータ本体よりも熱膨脹係数が小さいもので
あればよいのである。

また、前記実施例では、インナピースが貫通孔の全長に
わたって圧入されていたが、インナピースは必ずしも貫
通孔の全長にわたって圧入する必要はなく、貫通孔の軸
方向の両端部にのみインチピースを圧入するとともに、
そのインナピースを圧入した状態の低温時において羽根
３４０円形外形部の外径を全長にわたって一定とし、高
温時においてまゆ形ロータ１０の軸方向の中央部の膨張
量が軸方向両端部のそれよりも大きくなるようにしても
よい。ハウジング１２はまゆ形ロータ１０の外周面に対
向する壁部の中央部において温度がロータ１０とほぼ同
程度まで上昇するため、このようにロータ１０の中央部
における膨張量を両端部のそれよりも大きくなるように
すれば、ロータ１０の軸方向の全体においてまゆ形ロー
タ１０とハウジング１２との間のクリアランスを略一定
の　。

状態に保つことが可能となり、スーパチャージャの体積
効率を一層高く維持することが可能となるのである。な
お、貫通孔の中央部に、両端部に圧入するインナピース
と同形状で１．それよりも熱膨脹係数の大きい材料から
なる別のインナピースを圧入するようにしても同様の効
果を得ることができる。

また、以上の説明では、インナピースは何れもも羽根３
４に形成されたＭ通孔内に圧入されるものとして説明し
たが、インナピースは焼嵌め、冷嵌め等の他の手段で締
り嵌めしてもよい。

その他、−々列挙はしないが、本発明がその趣旨を逸脱
しない範囲内において種々なる変形、改良等を施した態
様で実施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるまゆ形ロータを示す正
面断面図であり、第２図はそのＩＩ−［１断面図である
。第３図は第１図のまゆ形ロータを備えたスーパチャー
ジャを示す正面断面図であり、第４図はそのＴＶ−ＩＶ
断面図である。第５図および第６図はそれぞれ本発明の
他の実施例を示す第１図に相当する図である。 １０：まゆ形ロータ　　１２：ハウジング２４．２６：
回転軸　　３４：羽根 ４２：ロータ本体　　　４４．５０：貫通孔４６．５２
，５４：インチピース ４８二周壁部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 アルミニウムから成り、それぞれ２個の羽根を有する一
   対のまゆ形ロータがアルミニウム製のハウジング内にお
   いて互いに逆向きに同速度で回転させられることにより
   空気をエンジンに過給するスーパチャージャに使用され
   るまゆ形のロータであって、 前記２個の羽根の各々に当該ロータの回転中心線に平行
   な貫通孔を形成し、かつ、それら貫通孔の各々にアルミ
   ニウムより熱膨脹係数の小さい材料から成る筒状のイン
   ナピースを締り嵌めするとともに、前記羽根のそのイン
   ナピースを囲む周壁部の肉厚をそのインナピースの肉厚
   で除した値が、前記羽根の当該ロータの回転中心線から
   最も遠い部分において最も小さく、その部分から遠ざか
   るに従って大きくなるようにしたことを特徴とするスー
   パチャージャ用まゆ形ロータ。