| 【発明の名称】 |
ルーツ式流体機械 |
| 【発明者】 |
【氏名】増山 昭浩
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| 【要約】 |
【課題】シール性を向上すると共に閉じ込み空間の発生を防止可能なルーツ式流体機械の提供を目的とする。
【解決手段】所定のサイクロイド曲線歯形の歯部３と歯底部７とを有し、互いに噛み合いながら回転する一対のロータ１，２１と、これらのロータ１，２１を回転可能に収容するロータ室１１ａおよび吸込口，吐出口を有するハウジング１１とを備えたルーツ式流体機械において、ロータ１，２１の歯部３は歯先に両回転方向へ同径で含む角度θ2 度に拡張された円弧状の頂部５ｂを有し、頂部５ｂと噛合う歯底部７は、噛合うために基本歯形曲線がえぐられて形成された第１の凹部９ａ，９ａを有し、その歯先部５側の端部９ｃからそれぞれ歯部側へ拡張された第２の凹部９ｂ，９ｂが相手側軸心に対して含む角度θ1 度に形成され、θ2 ＋１度≦θ1 ≦θ2 ＋３度の関係を有するすることを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 所定の歯形曲線をもつ複数の葉状歯部と各葉状歯部の間に形成された谷状歯底部とを有し、互いに噛み合いながら回転する一対のロータと、これらのロータを回転可能に収容するロータ室および流体の吸込口と吐出口を有するハウジングとを備えたルーツ式流体機械において、前記ロータの歯部は歯先に両回転方向へ同径で所定量拡張された円弧状の頂部を有し、前記ロータの歯底部は、相手ロータの頂部と同期噛合いするために所定の基本歯形曲線の歯底部がえぐられて形成された第１の凹部を有すると共に、該凹部の歯部側の各端部からそれぞれ歯先側へ拡張された各第２の凹部を有することを特徴とするルーツ式流体機械。
【請求項２】 請求項１に記載のルーツ式流体機械であって、前記ロータの歯部および歯底部の基本歯形が、所定のサイクロイド曲線歯形であることを特徴とするルーツ式流体機械。
【請求項３】 請求項１または２に記載のルーツ式流体機械であって、前記ロータの頂部の両端部と該ロータの軸心とを結ぶ直線が含む角度をθ2 度とし、前記ロータの歯底部の第２の凹部の歯先側の各端部と相手ロータの軸心とを結ぶ直線が含む角度をθ1 度としたとき、θ2 ＋１度≦θ1 ≦θ2 ＋３度の関係を有することを特徴とするルーツ式流体機械。
【請求項４】 請求項２または３に記載のルーツ式流体機械であって、前記円弧状の頂部は、基本歯形を所定のサイクロイド曲線歯形として該歯形の歯先における最外周の点とロータの回転軸心との距離を半径として形成されることを特徴とするルーツ式流体機械。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、車両のス−パチャ−ジャなどに用いられるルーツ式流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開昭６１−１８２４８３号公報に図９のようなル−ツ型のコンプレッサ２０１が記載されている。
【０００３】このコンプレッサ２０１では、各インボリュート形ロータ２０３，２０５の細くなる歯先部をその先端部と同径で周方向両側に拡張し、大きな円弧状歯先部２０３ａ，２０５ａを形成し、コンプレッサケーシング２０７の内周２０７ａとの間のシール部長さを大きく確保して吐出側２０９と吸込側２１１間のシール効果を高めることにより体積効率の向上を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図９示のようにロータ２０３の円弧状歯先部２０３ａと噛み合う相手側ロータ２０５の歯底部２０５ｂとの間に斜線で示すような閉じ込み空間Ｃが生じるため、閉じ込み空間Ｃ内のエアの圧縮、膨張による騒音の発生と共に、コンプレッサ２０１の駆動力の損失によりエンジン燃費の悪化を招く。
【０００５】そこで、シール性を向上すると共に閉じ込み空間の発生を防止可能なルーツ式流体機械の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、所定の歯形曲線をもつ複数の葉状歯部と各葉状歯部の間に形成された谷状歯底部とを有し、互いに噛み合いながら回転する一対のロータと、これらのロータを回転可能に収容するロータ室および流体の吸込口と吐出口を有するハウジングとを備えたルーツ式流体機械において、前記ロータの歯部は歯先に両回転方向へ同径で所定量拡張された円弧状の頂部を有し、前記ロータの歯底部は、相手ロータの頂部と同期噛合いするために所定の基本歯形曲線の歯底部がえぐられて形成された第１の凹部を有すると共に、該凹部の歯部側の各端部からそれぞれ歯先側へ拡張された各第２の凹部を有することを特徴とする。
【０００７】したがって、円弧状の頂部の形成により、ロータ室内周との間のシール部長さが大きくなるので吐出側から吸込側への洩れ止め性能が向上し、流体機械の体積効率が向上する。
【０００８】また、歯底部に形成された各第２の凹部により、両ロータ間に閉じ込み空間が生じないので、騒音の発生が防止されると共にロータ駆動トルクが低減され、エンジン燃費の悪化が防止される。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のルーツ式流体機械であって、前記ロータの歯部および歯底部の基本歯形が、所定のサイクロイド曲線歯形であることを特徴とする。
【００１０】したがって、基本のサイクロイド曲線歯形の歯部の歯先と歯底部とを修正することにより請求項１の発明と同等の作用・効果が得られる。
【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のルーツ式流体機械であって、前記ロータの頂部の両端部と該ロータの軸心とを結ぶ直線が含む角度をθ2度とし、前記ロータの歯底部の第２の凹部の歯先側の各端部と相手ロータの軸心とを結ぶ直線が含む角度をθ1 度としたとき、θ2 ＋１度≦θ1 ≦θ2 ＋３度の関係を有することを特徴とする。
【００１２】したがって、請求項１または２の発明と同等の作用・効果が得られると共に、ロータの歯底部と相手ロータの歯先部間の洩れ量の増加を抑制することができる。
【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のルーツ式流体機械であって、前記円弧状の頂部は、基本歯形を所定のサイクロイド曲線歯形として該歯形の歯先における最外周の点とロータの回転軸心との距離を半径として形成されることを特徴とする。
【００１４】したがって、請求項２または３の発明と同等の作用・効果が得られると共に、前記従来例の構造と異なり、ロータの歯底部がえぐられるれる量が小さいので、ロータの回転時に遠心力が作用してもロータの強度が十分に確保される。
【００１５】
【発明の実施の形態】［第１実施形態］本発明の第１実施形態を図１〜図７により説明する。
【００１６】図１はエンジンの過給に用いられるルーツ式スーパチャージャの一対の同形状のロータの一方の形状を示し、図２はロータの歯先部の拡大図である。
【００１７】一対のロータ１，２１（ロータ２１は図３に示す）は同一形状で、基本的にサイクロイド曲線からなる歯形を有し、歯部３の歯先部５と歯底部７とに修正を施して形成され、ハウジング１１のロータ室１１ａに収容されて互いに噛合っている。
【００１８】歯先部５は、図２の一点鎖線（ピッチ円）よりも外方の、基本のエピサイクロイド曲線歯形の最大径部５ａ（最外周の点）と同径で周方向両側に所定長さ範囲（後述）に円弧状頂部５ｂが形成されて修正されている。いいかえれば、円弧状頂部５ｂはロータ１の回転軸心１ａと最大径部５ａとを結ぶ距離を半径とした円弧と一致して形成される。頂部５ｂの両端部５ｃ，５ｃとロータ１の軸心１ａとを結ぶ直線が含む角度は、図３に示すようにθ2 度である。
【００１９】図２に示すように、頂部５ｂの端部５ｃと基本のエピサイクロイド曲線部との接続部５ｄは所定の曲率の曲線もしくは直線で接続されている。なお、円弧状頂部５ｂの内方側に描かれた破線部３ａは修正前の基本のエピサイクロイド曲線を示す。
【００２０】このように修正された円弧状頂部５ｂとロータ室１１ａとの間には所定の微小すきまが設定され、吐出側と吸込側との間のシール部を構成している。
【００２１】一方、ロータ１の、図２の一点鎖線よりも内方側の歯底部７の歯形は、ハイポサイクロイド曲線を基本とし、これにつぎの２段階の修正が施されている。
【００２２】すなわち、まず第１段階の修正は、上記修正された相手側ロータ２１の円弧状頂部５ｂと同期噛み合いするために基本曲線歯形の歯底部がえぐられて第１の凹部９ａ，９ａが形成されている（図３の２か所の斜線部）。
【００２３】この第１段階の修正状態では、図３に示す互いに９０度位相がずれて同期噛み合いしている状態で、ロータ１，２１間に閉じ込み空間が生じるので、それを避けるために、第１の凹部９ａ，９ａの歯先部５側の各端部９ｃ，９ｃ（図３の噛合状態においては頂部５の端部５ｃと一致）から歯先部５側へさらに所定量（後述）、凹部９ａ，９ａが拡張されて第２の凹部９ｂ，９ｂが形成されている。この第２の凹部９ｂ，９ｂの各歯先部５側の端部９ｄ，９ｄにて基本のハイポサイクロイド曲線部に接続して歯底部７の形状が設定されている。
【００２４】ロータ２１の歯底部７に示した上記第２の凹部９ｂの各端部９ｄ，９ｄと相手ロータ１の軸心１ａとをそれぞれ結ぶ直線が含む角度は、図３に示すようにθ1度である。歯底部７の２段階の修正による角度θ1 度は、歯先部５の修正による角度θ2 度に対してθ2 ＋１度≦θ1 ≦θ2 ＋３度の関係を満たすように設定されている。なお、望ましくはθ2 ＋１度≦θ1 ≦θ2 ＋２度とするのがよい。
【００２５】上記２段階の修正は基本のハイポサイクロイド曲線歯形を削り込む方向の修正であるが、修正による歯底部７のえぐれは小さく、また歯底部７の中央部には図３示のような凸部７ａが形成され、この凸部７ａと相手ロータ１の円弧状頂部５ｂとの間に所定の微小すきまを設定する。
【００２６】なお、第２の凹部９ｂを形成したことにより、図４ａ，ｂ、図５ａ，ｂにそれぞれ示すように、微小すきまの最小すきま点Ｃを１点のみ有するようにロータ１とロータ２１との回転噛み合いが移行し、閉じ込み空間が生じない。さらに、図５ｂ以降は一対のロータ１，２１はサイクロイド曲線歯形同士が接することになる、つぎに、一対のロータ１，２１の作用を説明する。
【００２７】図４ａは、両ロータ１，２１が互いに９０度位相がずれて同期噛み合いしている状態を示す。この状態を回転角０度とする。右のロータ１がＡ方向に、左のロータ２１がＢ方向に回転すると、図の下側が吐出側となり、図の上側が吸込側となる。この直交噛合状態において、ロータ１の円弧状頂部５ｂと噛合う相手側ロータ２１の歯底部７の凹部９ａ，９ｂには、上記修正によりそれぞれ吐出側と吸込側に連通している。
【００２８】図４ｂは、上記直交噛合状態からそれぞれ５度回転が進んだ場合の噛合状態を示す。吐出側の凹部９ａ，９ｂは接近するものの閉じ込みは生じず、図５ａ，図５ｂに示すように、回転角が１０度、１５度と進むに伴いこの凹部９ａ，９ｂのスペースは拡大するので、駆動力の損失を招く恐れはない。
【００２９】図６は、一対のロータ１，２１に上記円弧状頂部５ｂを設けた場合（曲線Ｃ）の圧力比１．６（吐出圧力／吸込圧力＝１．６）としたときの体積効率を、基本のエピサイクロイド曲線歯形のままの歯先部５の場合（曲線Ｄ）のそれと対比して示す。円弧状頂部５ｂを設け、シール部長さを大きくしたことにより体積効率が特に低回転域において大幅に向上する。なお、この場合、ロータ１，２１同士およびロータ１，２１とハウジング１１とのすきまは同一すきまにしている。
【００３０】また、図７は、一対のロータ１，２１に上記２次修正を施し、閉じ込みの発生を防止した場合（曲線Ｅ）の一例の駆動トルクを閉じ込み有りの場合（曲線Ｆ）のそれと対比して示す。吐出側流路を絞らない圧力比１．０の場合である。上記２次修正により、図示のように駆動トルクは大幅に低減される。
【００３１】こうして、本実施形態によれば、エピサイクロイド曲線歯形の歯先部５に同径の円弧状頂部５ｂが設けられ、シール部が拡張されているので体積効率が特にロータ１，２１の低回転域において大幅に向上する。
【００３２】また、歯底部７の２次修正により、歯底部７と円弧状頂部５ｂとの噛合い時に閉じ込み空間が生じないので、ロータ１，２１の駆動トルクが大幅に低減される。
【００３３】また、歯底部７の基本のハイポサイクロイド曲線歯形のえぐりが小さいので、ロータ１，２１の歯底部７の強度が低下することはない。したがって、回転により遠心力が作用した場合に円弧状頂部５ｂのすきまが小さくなるようなことはない。
【００３４】［第２実施形態］本発明の第２実施形態を図８により説明する。図８ａは一対の同形状のロータが互いに９０度位相がずれて同期噛み合いしている状態を示し、図８ｂはそのときの噛合部の拡大図である。
【００３５】本実施形態はロータの歯先部の円弧状頂部にラビリンス溝が形成されている点が上記第１実施形態と相違し、その他の構成は第１実施形態と同じである。したがって、この相違点を説明し、重複する説明は省略する。
【００３６】図８ａ．ｂに示すように、ロータ１０１，１２１の所定長さに形成された円弧状頂部１０５ｂには、ほぼＶ字形状の複数のラビリンス溝１０６が所定の間隔をおいてロータ１０１，１２１の軸方向全長に亘り形成されている。
【００３７】また、点Ｃは第１実施形態と同様に最小すきまの点を示している。
【００３８】このような構成により、本実施形態によれば、上記第１実施形態と同等の作用・効果が得られると共に、溝１０６によるラビリンス効果が付加されるので吐出側と吸込側間のシール性が一層向上し、体積効率が一層向上する。
【００３９】なお、上記の各実施形態では、２葉のロータについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば３葉のロータや、２葉、３葉であって、かつ軸方向にロータ歯部が捩じれているものでもよい。
【００４０】また、ロータの基本の歯形曲線がサイクロイド曲線の場合について説明したが、インボリュート形などの他の歯形曲線のロータに適用することもできる。
【００４１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、ロータの歯先に形成された円弧状の頂部により、ロータ室内周との間のシール部長さが大きくなるので吐出側から吸込側への洩れ止め性能が向上し、流体機械の体積効率が向上する。
【００４２】また、歯底部に形成された各第２の凹部により、両ロータ間に閉じ込み空間が生じないので、閉じ込みによる騒音の発生が防止されると共に、ロータ駆動トルクが低減され、エンジン燃費の悪化が防止される。
【００４３】請求項２に記載の発明によれば、基本のサイクロイド曲線歯形を持つロータのの歯先と歯底部とを修正することにより請求項１の発明と同等の効果が得られる。
【００４４】請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２の発明と同等の効果が得られると共に、ロータの歯底部と相手ロータの歯先部間の洩れ量の増加を抑制することができる。
【００４５】請求項４に記載の発明によれば、請求項２または３の発明と同等の効果が得られると共に、ロータの歯底部がえぐられるれる量が小さいので、ロータの回転時に遠心力が作用してもロータの強度が十分に確保される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２２５０５０
【氏名又は名称】栃木富士産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月１７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外８名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２３００６６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）８月２４日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３５１３４ |
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