JPH0338434B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は回転式送風機に関し、特に一対のロー
タ間の隙間空間によつて生じるロスボリユームを
減少させるようにした回転式送風機に関する。

［従来技術の説明］ コンプレツサや圧縮機等に用いられる回転式送
風機には、ロータの外形形状によつて、ルーツ型
回転式送風機とバンケル型回転式送風機に区別さ
れる。

ここで、従来一般のルーツ型回転式送風機の一
例を第４図に要部断面図で示す。ハウジング１０
の内面には、一方を吸込口１２と通じ、他方を吐
出口１４と通じる内部空間１６が形成されてい
る。この内部空間１６は、２個の円を交差させた
外形形状を壁面18とするような空間断面とされて
いる。その内部空間１６内には、その空間断面の
各円の中心位置にそれぞれ図示しない駆動手段に
よつて回転させられる回転軸２０が配置され、そ
れら回転軸２０に同一形状のロータ２２がそれぞ
れ固定されている。それら２個の回転軸２０は互
いに反対方向に回転する。回転軸２０の回転時
に、ロータ２２同士が常に接触するように、ロー
タ２２の形状が設定される。以上までの構成が、
すべての種類の回転式送風機における必要な構成
である。

ここで、ルーツ型回転式送風機のロータの特徴
は、ロータ２２の断面における回転中心からの最
大長さとなる箇所が点となるものである。即ち、
ルーツ型のロータ２２は、点２４でハウジング１
０の壁面１８と接触する構成とされている（特開
昭60−75793号）。このルーツ型のロータにおいて
は、ロータ２２がハウジング１０の壁面１８と線
接触を行なうため、その接触箇所での気密性が充
分保てないという欠点があつた。

この欠点を改良するものとして、第５図や第６
図に示すようなバンケル型送風機（特開昭60−
149032号）が提供されている。第５図に示したバ
ンケル型送風機のロータの断面形状は、その回転
軸２０を中心に直交する２方向に対して対称とな
る形状であり、第６図に示したバンケル型送風機
のロータは、その回転軸２０を中心とする１方向
に対して対称となる形状である。これらのバンケ
ル型送風機の特徴としては、第５図に示したロー
タ２６ａと第６図に示したロータ２６ｂの断面に
おける回転中心からの最大長さとなる箇所が、そ
れぞれ円弧部２８ａ，２８ｂとなつていることで
ある。即ち、バンケル型のロータ２６ａ，２６ｂ
は、ハウジング１０の壁面１８と円弧面で接触す
るようにしてあるので、ロータ２６ａ，２６ｂと
ハウジング１０の壁面１８との接触箇所での気密
性を充分保つことができる。

このバンケル型送風機におけるロータの外形形
状は、第５図においては、ハウジング１０の壁面
１８と摺接するための前記大円弧部２８ａと、他
方側の大円弧部２８ａと接触するための小円弧部
３０ａと、それらの大円弧部２８ａと小円弧部３
０ａとを連結するための第一直線部３２ａ（大円
弧部２８ａに近い側）と第二直線部３４ａ（小円
弧部３０ａに近い側）とから成るものである。こ
のロータの外形には、大円弧部２８ａと小円弧部
３０ａとはそれぞれ２箇所形成され、第一直線部
３２ａと第二直線部３４ａはそれぞれ４箇所形成
される。これら各円弧部と直線部の境界や直線部
と直線部の境界は、なめらかな曲線（円弧やサイ
クロイド曲線）で連結されている。

また、第６図におけるバンケル型送風機のロー
タの外形形状は、ハウジング１０の壁面１８と摺
接するための前記大円弧部２８ｂと、他方側の大
円弧部２８ｂと接触するための小円弧部３０ｂ
と、それら大円弧部２８ｂと小円弧部３０ｂとを
連結するための第一直線部３２ｂ（大円弧部２８
ｂに近い側）と第二直線部３４ｂ（小円弧部３０
ｂに近い側）とから成るものである。このロータ
の外形には、大円弧部２８ｂと小円弧部３０ｂは
各１箇所形成され、第一直線部３２ｂと第二直線
部３４ｂはそれぞれ２箇所形成される。

これらのバンケル型送風機においては、ロータ
の回転時に、２個のロータ間で２箇所が同時に接
触し、その２箇所の接点によつて囲まれた空間部
３６ａ，３６ｂ（第５図、第６図）が生じる。こ
の空間部３６ａ，３６ｂは密閉状態になり、この
内部の空気は吐出側へ送り出されずに吸込側へ押
し戻される。この空間部３６ａ，３６ｂによつ
て、吐出側へ送り出されるべき空気量の一部に、
吸込側へ押し戻されるロスボリユームが生じる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のバンケル型送風機におけるロスボリユー
ムを生じる空間部３６ａや空間部３６ｂは、第５
図や第６図に示すように、一方のロータが直線の
もの（第一直線部）と、他方のロータが直線（第
二直線部）と小円弧部とから成るものとで囲まれ
ている。即ち、ロスボリユームを生じる空間部３
６ａや空間部３６ｂは、２直線と１つの小円弧部
とで囲まれた大きなものとなつていた。このた
め、従来のバンケル型送風機では、ロスボリユー
ムは吸入空気量の約５％に達していた。このロス
ボリユームが大きくなればなるほど、体積効率が
悪くなると共に、送風機自体の温度が上昇した
り、騒音が発生したりするという不具合があつ
た。

［発明の目的］ 本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、ロ
スボリユームを生じる空間部を極力小さくするよ
うにしたもので、体積効率を向上させると共に、
温度上昇や騒音の発生を防止できるようにした回
転式送風機を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ ハウジングに内部空間を形成し、その内部空間
内に複数個の同一形状のロータを回転自在に備
え、各ロータの断面外形形状に前記内部空間の壁
面に摺接する大円弧部と、他のロータの大円弧部
に摺接する小円弧部とを有し、そのロータの断面
外形形状が回転軸を中心とする直交する２軸に対
して対称となる形状とした回転式送風機におい
て、前記大円弧部と小円弧部との間を連結するロ
ータ断面外形を、大円弧部と連続しロータの回転
中心を中心とする固定円に沿つたエピサイクロイ
ド曲線と、一方をそのエピサイクロイド曲線と連
続し他方を前記小円弧部と連続するロータの回転
中心を中心とする固定円に沿つたハイポサイクロ
イド曲線とから構成し、前記大円弧の角度を6°〜
60゜の範囲とし、その大円弧部半径Ｒと前記小円
弧部半径ｒとの比をＲ／ｒ＝2.0〜4.0の範囲と
し、前記エピサイクロイド曲線とハイポサイクロ
イド曲線の固定円の半径をｐ＝（Ｒ＋ｒ）／２±
20％とし、その固定円に沿つたサイクロイド曲線
の移動円の半径をｑ＝ｐ／６〜ｐ／２の範囲と
し、ｐ／ｑ＜２（Ｒ＋ｒ）／（Ｒ−ｒ）としたも
のである。

［作用］ 大円弧部と小円弧部との間の箇所をエピサイク
ロイド曲線とハイポサイクロイド曲線とで構成す
る。この結果、ロスボリユームを形成する空間
は、一方側のロータを大円弧部とエピサイクロイ
ド曲線で、他方のロータをハイポサイクロイド曲
線と小円弧部とで構成される。即ち、ロスボリユ
ームの空間を形成する一方側のロータの形状と他
方側のロータとがより近い形状となるので、従来
のものと比べてロスボリユームを大幅に小さくす
ることができる。

その上、種々の範囲を全て備えてることによつ
て、ロータとして形状確保とロスボリユームを小
さくできる。

［実施例］ 次に本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係わる回転式送風機の断面図
を示す。第１図において第４図乃至第６図と同一
符号は同一部分を示す。第２図は第１図の回転式
送風機に用いられるロータの側面の四分の一（座
標の第１象限）の部分を示す拡大側面図である。
ロータ４０の回転中心をＸ軸とＹ軸の交点とす
る。このロータ４０の外形（四分の一）は、Ｘ軸
との交点からＹ軸との交点にかけて、後述する
abcdeの各点を連結したものである。また、ロー
タ４０の外形全体は、第２図に示した外形をＸ
軸、Ｙ軸及びそれらの交点について対称にして、
全体として１個のループ曲線にしたものである。
即ち、このロータ４０の外形は、その回転軸と軸
中心に直交する２軸に対して対称となる形状であ
る。

ここで、ロータ４０の外形形状を第２図に基づ
いて説明する。先ず、Ｘ軸との交点をａ点とし、
ａ点から反時計回り方向に移動したｂ点までは半
径Ｒの円弧曲線とする。このａ点からｂ点までの
大円弧部４２の角度αは、3゜〜30゜までの間で自
由に設定してもよい。一方、Ｙ軸との交点をｅ点
とし、ｅ点から時計回り方向に移動したｄ点まで
は半径ｒの円弧曲線（小円弧部４４）とする。こ
のｄ点の特定については後述する。また、半径Ｒ
と半径ｒとの関係は、Ｒ／ｒ＝2.0〜4.0とする。
更に、第１図に示すように、２個のロータ４０の
各回転軸２０間の間隔ＬはＲ＋ｒとされる。

次に、前記ｂ点からｃ点までの間はエピサイク
ロイド曲線４６である。このエピサイクロイド曲
線４６は、半径ｐ＝（Ｒ＋ｒ）／２の固定円に沿
つて回転する半径ｑ＝ｐ／６〜ｐ／２の移動円に
よつて形成される曲線である。このｃ点は、固定
円とエピサイクロイド曲線４６との交点である。
その後、ｃ点からｄ点までは、半径ｐの固定円に
沿つた半径ｑの移動円によるハイポサイクロイド
曲線４８である。このｄ点は、ハイポサイクロイ
ド曲線４８と前記小円弧部４４との交点である。
前述したように、この第２図におけるａ点からｅ
点までの連結曲線を４個連結して１個の連続曲線
にしてロータの全体外形形状を形成する。

ここで、前述の各数値の範囲を限定した理由を
説明する。先ず、半径Ｒと半径ｒとの関係を、
Ｒ／ｒ＝2.0〜4.0の範囲とした。これは、Ｒ／ｒ
＜２にすると内部空間１６内におけるロータ４０
の断面積が大きくなつて吐出量が少なくなるため
であり、Ｒ／ｒ＞４にすると半径Ｒの大円弧の角
度αが3゜未満となる場合があり、気密性が保てな
くなるおそれがある。

次に、移動円の半径ｑをｐ／６〜ｐ／２の範囲
とした。これは、ｑ＜ｐ／６にするとハイポサイ
クロイド曲線４８と小円弧部４４との連結部がえ
ぐられた形状となつて、ロスボリユームを発生す
る空間部が大きくなるためであり、反対にｑ／
ｐ／２にするとＲ／ｒ＜２になり、ロータ４０の
断面積が大きくなつて吐出量が少なくなるためで
ある。

更に、半径Ｒの大円弧の角度α＝3゜〜30゜に設
定した。これは、αが3゜未満になると、気密性が
保てなくなり回転式送風機と同様の効果を発揮で
きなくなり、αが30゜より大きくなるとロータの
断面積が大きくなつて吐出量が少なくなる。即
ち、αが30゜より大きい場合には、第６図に示し
たような形状（ロータの形状が１軸に対してのみ
対称）にしないと吐出量が確保できなくなる。

その他、サイクロイドを形成するために、半径
Ｒの大円弧部４２と半径ｒの小円弧部４４とに、
半径ｐの固定円に沿つた半径ｑの移動円を届かせ
る必要がある。即ち、移動円を半径Ｒの大円弧部
４２と半径ｒの小円弧部４４とに届かせるために
は、ｑ＞（Ｒ−ｒ）／４が必要条件となる。ここ
で、ｐ＝（Ｒ＋ｒ）／２を前記必要条件式に組み
合わせると、ｐ／ｑ＜２（Ｒ＋ｒ）／（Ｒ−ｒ）
となる。

また、固定円半径はｐ＝（Ｒ＋ｒ）／２に限定
されるものではなく、±20％の範囲内であればロ
スボリユームを発生する空間部を小さくすること
ができる。

これらの各要素を組み合わせたグラフを第３図
に示す。上記範囲内をすべて満たすものがこのグ
ラフの太線内に囲まれた斜線部分である。以上の
ような各要素を満足する範囲で、ロータの外形
を、半径Ｒの大円弧部４２、それに続くエピサイ
クロイド曲線４６、それに続くハイポサイクロイ
ド曲線４８、それに続く半径ｒの小円弧部４４と
で構成する。これによつて、本発明におけるロス
ボリユームを生じる空間部５０（第１図）は、エ
ピサイクロイド曲線４６とハイポサイクロイド曲
線４８と半径ｒの小円弧部４４とで囲まれる空間
となる。このエピサイクロイド曲線４６は、ハイ
ポサイクロイド曲線４８と半径ｒの小円弧部４４
とから成る外形により近い曲線であるので、前記
空間部５０を小さくすることができる。実際に
は、本発明におけるロスボリユームは、吸込空気
量の約１％に押さえることができた。

なお、前記実施例においては、ロータを２葉と
したが、３葉以上のものであつても適用すること
ができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明に係わる回転式送風機に
よれば、ロスボリユームの空間を形成する一方側
のロータの形状と他方側のロータの形状とをより
近づけるように両者の形状を設定したので、従来
のものと比べてロスボリユームを大幅に小さくす
ることができる。この結果、体積効率を向上させ
ることができると共に、温度上昇や騒音の発生を
防止することができる。

また、本発明では、大円弧部半径と小円弧部半
径との比や大円弧部の角度を所定の範囲内で自由
に選ぶことができる。従つて、各ロータの回転軸
間ピツチや、ロータの長手方向の長さと大円弧部
半径との比率等を自由に設定でき、性能や大きさ
を自由に設定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる回転式送風機の断面
図、第２図は第１図の回転式送風機に用いられる
ロータの側面の四分の一を示す拡大側面図、第３
図は本発明に合致する種々の要素を満足させる範
囲を示すグラフ、第４図は従来一般のルーツ型回
転式送風機の要部断面図、第５図及び第６図は従
来一般のバンケル型回転式送風機の要部断面図で
ある。 １０……ハウジング、１６……内部空間、１８
……壁面、２０……回転軸、４０……ロータ、４
２……大円弧部、４４……小円弧部、４６……エ
ピサイクロイド曲線、４８……ハイポサイクロイ
ド曲線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ハウジングに内部空間を形成し、その内部空
   間内に複数個の同一形状のロータを回転自在に備
   え、各ロータの断面外形形状に前記内部空間の壁
   面に摺接する大円弧部と、他のロータの大円弧部
   に摺接する小円弧部とを有し、そのロータの断面
   外形形状が回転軸を中心とする直交する２軸に対
   して対称となる形状とした回転式送風機におい
   て、前記大円弧部と小円弧部との間を連結するロ
   ータ断面外形を、大円弧部と連続しロータの回転
   中心を中心とする固定円に沿つたエピサイクロイ
   ド曲線と、一方をそのエピサイクロイド曲線と連
   続し他方を前記小円弧部と連続するロータの回転
   中心を中心とする固定円に沿つたハイポサイクロ
   イド曲線とから構成し、前記大円弧の角度を6°〜
   60゜の範囲とし、その大円弧部半径Ｒと前記小円
   弧部半径ｒとの比をＲ／ｒ＝2.0〜4.0の範囲と
   し、前記エピサイクロイド曲線とハイポサイクロ
   イド曲線の固定円の半径をｐ＝（Ｒ＋ｒ）／２±
   20％とし、その固定円に沿つたサイクロイド曲線
   の移動円の半径をｑ＝ｐ／６〜ｐ／２の範囲と
   し、ｐ／ｑ＜２（Ｒ＋ｒ）／（Ｒ−ｒ）としたこ
   とを特徴とする回転式送風機。