JPH0514115B2 - - Google Patents

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
ーパチヤージヤ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 スーパチヤージヤは、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ヤー
ジヤでは、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）製とす
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
に伴つ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じること
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。

ロータが鋼から成つている場合には、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
膨脹量がロータ径方向のハウジングの膨脹量に比
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
という問題があつたのである。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回
転の立ち上がりが悪く、また電磁クラツチによつ
てON／OFF制御するような場合において電磁ク
ラツチの耐久性を劣化させるという問題もあつ
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
ンスが大きくなつて体積効率が低下するという問
題があつたのである。

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ヤージヤ
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つ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つて大きくなるよ
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脹させられ、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脹す
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つているために、
インナピースの熱膨脹量が羽根の周壁部の熱膨脹
量より小さくなり、その分だけ羽根の周壁部の弾
性的な膨脹が緩和される。そのため、ロータの各
羽根における膨脹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、したがつて中、低温時にお
ける各ロータ間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
つ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、ロータ間のク
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、位相によつてロータの肉厚が異
なること、および位相によつ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
異なることとなつ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
ら遠ざかるに従つ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
な膨脹量は、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
部の弾性膨脹量は、ロータ温度上昇前における弾
性的な膨脹量が大きい部分ほど大きくなる。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
ど大きく、逆に小さいほど小さくなるのである。
したがつて、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
かるに従つ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ほど大きく
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
く、それからの角度が大きくなる方向ほど短くな
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脹量の
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脹量の和をそれ
らロータの軸間距離の熱膨脹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を備えたスーパチヤージヤを示す正
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はハウジングであつて、熱膨脹係数
が2.15〜2.34×10^-5程度のアルミニウム（正確に
はアルミニウム合金）から成つている。ハウジン
グ１２内には一方の側壁１４との間にロータ室１
６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２０，２０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が互いに平
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２
４の他端側および回転軸２６の同じ側は共に隔壁
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
力によつて回転軸２４が回転駆動されるようにな
つている。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の駆動に伴つて回転軸２６がそれとは
逆方向に同速度で回転させられるようになつてい
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の回転に伴つて互いに逆方向に
回転するようになつている。そして、このまゆ形
ロータ１０，１０の回転によつて、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
かつて圧送されるようになつている。

ところで、このようなスーパチヤージヤにおい
ては、吐出口４０における圧力がほぼ0.5Kg／cm²
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つて吐出
口４０部分における温度が100〜130℃程度にもな
る。また、これに伴つてロータ室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１
４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１
０の径方向の膨脹量よりもハウジング１２の側壁
１４および隔壁１８の膨脹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、スーパチヤージヤの体
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
が大きくなつ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
タ本体であつて、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つ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1.0〜1.2×10^-5／℃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
きな鋼から成る等肉円筒状のインナピース４６が
所定の締め代をもつて圧入されている。そして、
これによつて、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１０の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内への圧入によつて羽根３４
の周壁部４８が弾性変形させられ、これによつて
まゆ形ロータ１０の径方向の寸法が決まつてい
る。したがつて、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
熱膨脹するのであるが、インナピース４６はアル
ミニウムよりも熱膨脹係数の小い鋼から成つてい
るために、インナピース４６の熱膨脹量が羽根３
４の周壁部４８の熱膨脹量より小さくなり、その
分だけ周壁部４８の弾性的な膨脹が緩和される。
そのため、まゆ形ロータ１０の各羽根３４の半径
方向の膨脹量はインナピース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３
４に形成された貫通孔４４内へのインナピース４
６の圧入によつて各羽根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。したがつて、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ほど実
質的な熱膨脹係数は大きくなる。そして、それに
伴つてロータ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３４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
角度が大きい方向ほど大きくなる。

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
ほど短くなる。

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
の距離が長い部分ほど実質的な熱膨脹係数が小さ
くされているのであり、これによつて温度上昇時
における各放射方向の実質的な膨脹量が全放射方
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脹量がまゆ形ロー
タ１０間の軸間距離の熱膨脹量の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、これによつてロータ１０の全回転
位相およびハウジング１２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つているのである。

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脹
量がハウジング１２の側壁１４および隔壁１８の
前記回転軸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
分の熱膨脹量にできるだけ一致するように予め設
定されており、これによつてハウジング１２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を備えたスーパチヤージヤでは、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間および各ロータ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
く、スーパチヤージヤ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５
０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
転中心線に近い側ほど肉厚が薄くなる鋼製のイン
ナピース５２が所定の締め代をもつて圧入されて
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ほ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
膨脹量の差が軽減され、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ジング１
２内の温度変化に拘わらずほぼ一定の大きさに保
たれる。したがつて、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脹
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つて圧入され
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ほど大きくなるため、ロー
タの回転中心線から放射状に延びる各方向の熱膨
脹量の差が軽減されるのであり、したがつてハウ
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、スーパチヤージヤ
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が効果的に膨脹させられて、
高温時におけるまゆ形ロータ１０の熱膨脹量を比
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
はなく、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
の全長にわたつ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つて圧入する必
要はなく、貫通孔の軸方向の両端部にのみインナ
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３４の円形外
形部の外径を全長にわたつて一定とし、高温時に
おいてまゆ形ロータ１０の軸方向の中央部の膨脹
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脹量を両端
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、スーパチヤージヤ
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、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３４に形成された貫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、一々列挙はしないが、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−断
面図である。第３図は第１図のまゆ形ロータを備
えたスーパチヤージヤを示す正面断面図であり、
第４図はその−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、２
４，２６…回転軸、３４…羽根、４２…ロータ本
体、４４，５０…貫通孔、４６，５２，５４…イ
ンナピース、４８…周壁部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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
   るスーパチヤージヤに使用されるまゆ形のロータ
   であつて、 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
   かるに従つて大きくなるようにしたことを特徴と
   するスーパチヤージヤ用まゆ形ロータ。