JPH02218882A - ルーツ型ブロワ - 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】 ［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、エンベロープ
形の〇−タを有するものなど、種々の形式のものがある
。

このルーツ型ブロワに係る従来の技術を第８図及び第９
図を自照して、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２
０とを結ぶ線に対して直角方内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５
０．６０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４０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、１００ｂ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１ｌｏＯａ、１００ｂを介して他のロータ
シャフト７０ｂ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５０，６
０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との闇に
は、上２ロータ５０，６０闇の相互干渉、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Ｖ１００ａ
、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８間距離の加工誤差、■上記
ロータ５０，６０の形状の加工に１差、■上記ロータ５
０，６０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、
例えばエビ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６Ｃ１７５７９３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〇−タ基礎曲線の２
次逃しＭを定め、ロータ問クリアランスを最小にする技
術が開示されている。

１なわら、上記ロータの原構成曲線から上記ロタを非接
触で回転さぼるだめの必要最小クリアランスを与える１
次逃し姐をとった曲線、寸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次逃し組を定め、上記１次逃し爵に、
部品の加工誤差、組付は誤差などによる干渉を防止する
補正を加えて〇−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ｈｌを加算して最終イ１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タ闇クリア
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。

［ａ！題を解決するための手段及び作用１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関数に従っ
て定めたものである。

そして、上記関数が最大値をとる所定の角度が、４５°
であることが望ましく、また、上記関数は、正弦関数の
べき乗項からなることが望ましい。

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（）る法線方向の逃しωを上記関数に従って定
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伽あるいは長軸とのなす角度が所定
の角度のとき上記逃し川を最大とし、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詳細な説明する。

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１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１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譚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
よる二乗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、長軸側がエビ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■［を設け、［
コータ閤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Ｕ）差
に基づく許容振れ角δは上記回転角αがα−〇０ぐ最大
となり、また、上記回転角αがα−４５°Ｃ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Ｉｔを
定めたものであり、以下、サイクロイド形の二乗形ロー
タを例にとって説明する。

サイクロイド形のロータ１は、ハイボサイク［１イド曲
線と１ビ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１プるハイポυ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、■ビサイク【］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聞［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（Ｘ
ｌ、Ｙｌ）は次式で与えられる。

但し、ω＝　ｊａｎ−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ｒロータ１を形成する場
合、ロータ間クリアランスＳは上記逃し開［の２倍とな
り、その回転角αに対して一定の値５＝２ｘＬを有する
ようになる。例えば、［＝０゜０５履の場合、上記ロー
タ間クリアランスＳは第６図のａで示され、Ｌ−０，０
８ａｍ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と許容撮れ角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
し潰しの値を、許容振れ角δを考慮して、回転角α−４
５°のとき必要とされるクリアランスＳａ＋　ｉ　ｎ４
５に設定すると、回転角α＝ｏ’においては、許容振れ
角δが大きいので、［ｌ−夕闇クリアランス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、上記逃がし聞りの値を、回転角α−〇０のとき必要
とされるクリアランスＳｍ１ｎＯ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伍しは、回
転角α＝４５°のとき必要とされるクリアランスＳｍ１
ｎ４５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ｓｍ　＋　ｎｏ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−〇°で最小値をと
る関数により上記逃がしｆｉＬ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＋　１２（ｓｉｎ２θ）’　　　　　　　　・（４
）但し、Ｌ１＝　Ｓｍ１ｎＯｘ　１／２ Ｌ２＝　（Ｓｍｉｎ４５−５ｌｉｎＯ）Ｘ　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＝ｏ’　、ｉｔなわち上記転がり円の角度θ＝００
のときのクリアランスＳｍ１ｎＯ（最小クリアランス）
を、逃がしｆｆ１Ｌ１　（＝ＳｉｉｎＯｘ１／２）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５ｉｉｎ４５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Ｓｍ１ｎＯとの差を逃がしＩＬ２（＝　（Ｓ
ｍｉｎ４５−　Ｓｍ１ｎＯ）ｘ　１／２）として、上記
逃がし１１１に加ｎＪる量を回転角αに対応して変化さ
ぜる。

上記逃がし聞［１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ｆｆ１Ｌ２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６聞誤差によって決まる値である。

また、上記（４）式における（　５ｉｎ２θ）　の伯は
、第７図に示すようにべき乗ｎの次数によって弯化し、
このべき乗０の値を選択することにより、上記逃がし量
［を適宜設定することができる。

般には、はば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０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Ｊる曲線が得られ、その曲線上
の点（Ｘ２．’／２）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、 ビッヂ円の半径ｒ＝２５ｓ＋ｔ ロータ間の芯間距ｌ１１１５０姻、 Ｓａ＋ｉｎＯ＝０．１ｍ、 Ｓ＋ｕｎ４５＝０．１６ｊ＊。

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１形状となる。

また、べき乗０−２の場合は第１図の一点鎖線に示ず仕
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［
１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１１
￥ｉｓｍａｘ（＝（Ｌ１＋１２　）ｘ　２）　、回転角
ａ＝Ｑ”のとき最小値５ｓｉｎ　（＝　ＬＩＸ　２　）
となる。

ざらに、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ｆｆ１Ｌが、
回転角αがＯ〜θ１の所定の！１１１１１（例えば０〜
１５°）で上記（４）式の第１項の逃がし聞Ｌ１のみで
良い場合は、逃しｆｆ１Ｌを、 （但し、θ−θ１く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Ｊ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。

・・・（７） 従って、ハイボサイク０イド曲線とエビサイクロイド曲
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
ときロータ問クリアランスＳを最大、許容振れ角δの最
も大きい回転角α＝００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５ａｖｅ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
。

尚、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１ 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０−台形状が直ちに、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吊を、４５°
において最大値をとる関数に従って定めると、上記ロー
タの娠れの許容量が最も小さい箇所のロータ問クリアラ
ンスを最大とすることができる。

ざらに、上記ロータの構成曲線からの逃がし飴を定める
関数を正弦関数のべき乗項から構成すると、べき乗の次
数によって逃がしｎｌの微調整が可能である。

すなわら、本発明においては、ロータの相互干渉防止と
ロータ問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
れた効果が秦される。

【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図は〇
−タの回転角を示Ｊ説明図、第３図及び第４図は［コー
タ間の位相誤差を示ず説明図、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闇クリアランスとを示り°説明
図、第７図はロータの形状を篩用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　−ｒｘ断面図である。 １・・・ロータ、 ［・・・逃がし量、 Ｓ・・・ロータ間クリアランス。 ｙ 第１ 図 第５図 ローフ回転＾ａ 第６図 第７図 Ｏ・ １０”　　２０”　　３０＠　４０”

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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関数に従つて定めたことを
   特徴とするルーツ型ブロワ。 ２、上記関数が最大値をとる所定の角度が、４５゜であ
   ることを特徴とする請求項１記載のルーツ型ブロワ。 ３、上記関数は、正弦関数のべき乗項からなることを特
   徴とする請求項１記載のルーツ型ブロワ。