(57)【要約】      （修正有）【課題】高分解能位置調整と残留騒音現象の強化検出を組合せて利用する個々のブロワの較正により、製造時のブロワの騒音を著しく弱める。【解決手段】らせん円筒状ロータを有するルーツ式ブロワは、これらのロータ形状に固有の角度位置により、リークバック流れにおける変動を示す。リークバック変動によって発生する固有の騒音の下限は、製造公差、必要なクリアランス、そして特有の幾何学的事項と関連する。全調整誤差（ロータ間接触は除く）は、シャフト速度の３倍の、特徴的な騒音のパルス繰り返し数をもたらす。適切な位置調整は、これを抑制し、この２倍のパルス繰り返し数での、そして誤った位置調整の約半分の振幅でのパルスシーケンスを示す。新たなプロセスは誤差メカニズムを明らかにし、大量生産環境のための繰り返し可能な較正方法を規定する。【選択図】図１１
2010106837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロワハウジング内に一対の駆動ロータ及び従動ロータを組み込むこと、
従動ギアをギア側の従動ロータシャフトに取り付けること、
前記ハウジングに対して前記従動ギアを固定することと、
レバーアームをモータ側駆動ロータシャフトに取り付けること、
前記ハウジング内で前記従動ロータに前記駆動ロータを接触させることによって規定される各移動限界であるところの第１及び第２の移動限界まで前記レバーアームを移動させるために、交互方向に、前記レバーアームを回動させること、
前記２つの移動限界間の前記レバーアームの変位を計測すること、
前記計測された移動限界間の中央の変位値に第１基準補償値を加えることにより第１ポジション値を形成すること、
前記レバーアームを前記第１ポジション値で固定すること、及び、
ギア側駆動ロータシャフトに駆動ギアを取り付けること、
を含んで構成されるルーツ式ブロワのロータ位置調整の方法。
【請求項２】
前記ブロワの吐出ポートへのガス流量を設定すること、
所定速度で流れ順方向に前記駆動シャフトを回転させること、
前記流路内のある位置における流れ圧力を計測すること、
前記計測された流れ圧力におけるパルスの過渡的な振幅及び繰り返し数を、振幅についての第１合否基準及び繰り返し数についての第２合否基準と比較すること、及び
両方の前記合否基準を満たすブロワに合格評価を与えること、
をさらに含んで構成される請求項１に記載のロータ位置調整の方法。
【請求項３】
前記圧力計測プロセスは、連続的なアナログ分解能又は所定のサンプルレートでのデジタルサンプリングをさらに含んで構成される請求項２に記載のロータ位置調整の方法。
【請求項４】
両方の前記合否基準を満たさないブロワに一時的な不合格評価を与えること、
前記駆動ギアを開放することと、
前記ハウジングに対して前記従動ギアを固定すること、
前記レバーアームを前記モータ側駆動ロータシャフトに取り付けること、
前記ハウジング内で前記従動ロータに前記駆動ロータを接触させることによって規定される第１及び第２の移動限界まで前記レバーアームを移動させるために、交互方向に、前記レバーアームを回動させること、
前記２つの移動限界間の前記レバーアームの前記変位を計測すること、
前記計測された移動限界間の中央の変位値と代替基準補償値との和から成る代替のポジション値を形成すること、
前記レバーアームを前記代替のポジション値で固定すること、
前記ギア側駆動ロータシャフトに前記駆動ギアを取り付けること、
前記ブロワの前記吐出ポートへの前記ガス流量を再設定すること、
前回の速度で流れ順方向に前記駆動シャフトを回転させること、
前回の方法で流れ圧力を計測すること、
前記計測された流れ圧力におけるパルスの過渡的な振幅及び繰り返し数を、振幅についての第１合否基準及び繰り返し数についての第２合否基準と比較すること、及び、
両方の前記合否基準を満たすブロワに合格評価を与えること、
をさらに含んで構成される請求項２に記載のロータ位置調整の方法。
【請求項５】
前記代替基準補償値は、先のいずれの基準補償値とも異なる請求項４に記載のロータ位置調整の方法。
【請求項６】
所定の一連の代替基準補償値で請求項３に記載の手順ステップを反復すること、及び、
合格評価の獲得又は所定の一連の代替基準補償値の消尽から成る終了基準に到達した時点で、その手順の反復動作を停止させること、
をさらに含んで構成され
前記手順の反復動作により、少なくとも１つの基準補償値での合格評価が獲得される請求項４に記載のロータ位置調整の方法。
【請求項７】
代替基準補償値で請求項３に記載の手順ステップを反復することをさらに含んで構成され、
前回の値での前記手順の実行により、代替基準補償値に所定の大きさと極性を割り当てることと一致する特有の性質を有する不合格評価が与えられる請求項４に記載のロータ位置調整の方法。
【請求項８】
代替基準補償値で請求項３に記載の手順を反復すること、及び、
所定量だけ前記従動ロータに対して前記駆動ロータを進める代替基準補償値を与えること、
をさらに含んで構成され、
前回の補償値での前記手順の実行により、より高い測定圧力が生じるほど駆動ロータのローブが係合し、他方、より低い測定圧力が生じるほど従動ロータのローブが係合しているような不合格評価を与えられる請求項４に記載のロータ位置調整の方法。
【請求項９】
流れ圧力の測定に使用される各変換器の選択された１秒当りのサンプルレートが、ブロワの一秒当りの回転速度と、前記一対のロータのローブ合計数との積の２倍より小さくない請求項２に記載のロータ位置調整の方法。
【請求項１０】
前記レバーアームの取り付けが、前記レバーアームのクランプ部を前記モータ側の駆動ロータシャフトの周りに締め付けることにより、前記レバーアームを前記駆動ロータシャフトに固定することをさらに含んで構成されること、及び、
前記レバーアームの固定は、前記駆動ロータシャフトに固定される際に、結合された前記駆動ロータシャフト及び前記レバーアームの角度位置の変化に逆らって、前記レバーアームを可逆的に固定することをさらに含んで構成される、
請求項１に記載のロータ位置調整の方法。
【請求項１１】
前記レバーアームの固定は、少なくとも重力と、前記方法が実施される治具の構成部品として構成された任意のバネとにより、前記レバーアームの動きに十分に逆らえる力で、前記レバーアームの小面に接触するように、少なくとも１つの細かなピッチのネジを位置決めすることをさらに含んで構成される請求項１０に記載のロータ位置調整の方法。
【請求項１２】
前記ブロワハウジングは、２つの重なり合うチャンバ領域がロータローブに略対応する内部容積の壁面を含み、前記チャンバを規定する各回転軸は、各ロータ軸と略一致し、前記組立てられたロータハウジングは、各ロータ端面に略共形の内部容積端面をさらに含み、各ロータ端面から突き出るロータシャフトは、前記各ハウジング内部容積壁面を貫通し、そしてアセンブリは、ロータに適用できるように選択される、分割されたベアリング、ベアリング保持具及びスペーサを使用してロータを浮かせる請求項１に記載のロータ位置調整の方法。
【請求項１３】
角度設定ツールのベースと、
該設定ツールのベースに連接取り付けされ、解除可能にブロワを前記設定ツールのベースに係合するように構成されたブロワクランプと、
従動ギア係合アセンブリと、
従動ギア係合アセンブリ回転固定具と、
前記駆動シャフトに固定し、前記駆動シャフトに固定された場合には前記駆動シャフトの回転軸に対して略垂直に伸びるように構成されるブロワのモータ側駆動シャフト用角度検知レバーと、
該角度検知レバーの変位範囲にわたって前記レバーの変位を検出して表示するように構成される角度検知レバー変位ゲージと、そして、
該変位ゲージの検出範囲内の位置に、前記レバーを固定するように構成される角度検知レバー用固定具と、
を含んで構成され、
前記従動ギア係合アセンブリは、ブロワ従動ギアとの噛み合せのために構成され偏芯支持された従動ギア係合歯型を有し、前記ブロワ従動ギアと前記従動ギア係合アセンブリの構成部品との間の噛み合わせが十分可能な範囲にわたって回転するように構成され、前記従動ギア係合歯型は、前記アセンブリに対して回転可能に取り付けられることと、前記従動ギア係合アセンブリ回転固定具は、少なくとも前記従動ギア係合歯型が、前記従動ギアと噛み合わされる角度で前記従動ギア係合アセンブリの回動を固定するように構成される、ブロワの位置調整装置
【請求項１４】
前記ベースに取り付けられる駆動ギア係合アセンブリと、
前記駆動ギア係合アセンブリに対する駆動ギア係合歯型の回動を制限するように構成される止め具と、
前記駆動ギア係合歯型に回転前負荷をかけ、これにより、前記ブロワ駆動ギアが、前記ブロワ従動ギアに対して、双方の間の遊びを、少なくとも一部は、十分な力で解消させるように構成されるトルクバネと、
駆動ギア係合アセンブリ回転固定具と、
をさらに含んで構成され、
前記駆動ギア係合アセンブリは、前記ブロワ駆動ギアとの噛み合せのために構成され偏芯支持された駆動ギア係合歯型を有し、前記ブロワ駆動ギアと前記駆動ギア係合アセンブリの構成部品との間の噛み合わせが十分可能な範囲にわたって回動するように構成され、前記駆動ギア係合歯型は、ある範囲で前記ブロワ駆動ギアと噛み合って自由に回動でき、前記駆動ギア係合アセンブリ回転固定具は、前記駆動ギア係合歯型が、少なくとも前記駆動ギアと噛み合わされ、前記止め具で係止される角度で、前記駆動ギア係合アセンブリの回動を固定するように構成される、請求項１３に記載のブロワの位置調整装置。
【請求項１５】
前記従動ギア噛み合わせアセンブリの前記角度設定ツールのベースへの取り付けのために構成される従動ギア係合アセンブリ架台と、
ブロワロータ軸と平行で、前記従動ギア係合アセンブリ架台の支持孔内で回動するように構成されるシャフトと、
該シャフトの、ギアに近い端部で該シャフトに偏芯して取り付けられ、ブロワの前記駆動ギアと略同一のらせん状ギアと、
前記シャフトの、前記ギアから離れた端部で該シャフトに取り付けられるノブと、
をさらに含んで構成される請求項１３に記載のブロワの位置調整装置。
【請求項１６】
前記従動ギア係合アセンブリ回転固定具は、
少なくとも１点で初めの直径が縮小可能となるように構成されて、支持孔に設けられる逃げと、
固定ネジ回転により逃げの少なくとも一部を開閉することによって、前記従動ギア固定シャフトを結合及び開放するように構成される固定ネジと、
をさらに含んで構成される、請求項１３に記載のブロワの位置調整装置。
【請求項１７】
前記モータ側駆動シャフト用角度検知レバーは、
前記モータ側駆動シャフトの略半径方向に、前記モータ側駆動シャフトに取り付けられるように構成されるアームと、
選択された回動方向で、前記モータ側駆動シャフト用角度検知レバーを前記モータ側駆動シャフトに解除可能に結合させるように構成されるクランプと、
前記モータ側駆動シャフト用角度検知レバーの外側にあって、前記レバーの前記ブロワに対する回転固定位置を定めるように構成された保持部品に接触が可能なレバー固定部と、そして、
前記駆動ロータシャフトの略半径方向での、前記駆動ロータシャフト軸からの選択距離に前記アームに対して固定される基準面と、
をさらに含んで構成され、前記基準面は、前記駆動シャフトに固定された前記角度検知レバーがそれとともに回動すると、回動経路をたどる、請求項１３に記載のブロワの位置調整装置。
ことを特徴とする。
【請求項１８】
前記レバーの外側にあり、基準面の位置のある範囲に渡って、前記基準面の検出が可能となるように構成される変位ゲージをさらに含んで構成される請求項１７に記載のブロワの位置調整装置。
【請求項１９】
前記変位ゲージは、
測定の所定の形式、分解能、再現性、及び線形性により位置変化を示すように構成される測定ゲージと、
前記ベースに取り付けられ、前記基準面の回動経路と略接して前記ゲージの配向を維持するゲージホルダーと、
をさらに含んで構成される請求項１８に記載のブロワの位置調整装置。
【請求項２０】
ブロワの位置調整装置であって、
動力付きブロワシャフト駆動部と、
前記ブロワシャフト駆動部と前記ブロワ間の連結器と、
前記ブロワ吐出ポートに連結される第１圧力のテストガス源と、
ブロワ吸入ポートに連結される、前記第１圧力より低い第２圧力のテストガス接続先と、
ガス圧形式の入力に比例する電気形式の出力を含んで構成されるガス圧力変換器と、
圧力変換器出力を時間関数の圧力表示に変換するように構成されるデータ取得システムと、そして、
所定の流量におけるテストガスフローと所定の速度における回転に従うブロワの合否基準と、
をさらに含んで構成され、前記ガス圧力変換器へのガス圧入力は、前記テストガス源から前記ブロワを通じ前記テストガス接続先までの流路におけるブロワリークバックに比例するガス圧力を示すポイントからガス圧力変換器へ接続される、請求項１９に記載のブロワの位置調整装置。
【請求項２１】
確認テスト装置取り付けベースと、
前記動力付きブロワシャフト駆動部と前記テストベースとの間の取り付け具と、そして、
前記テストベースに取り付けられ、解除可能にブロワを前記テストベースに係合するように構成されたブロワクランプと、
をさらに含んで構成される請求項２０に記載のブロワの位置調整装置。
【請求項２２】
モータ駆動速度コントローラと、そして、
モータ駆動速度検出器と、
をさらに含んで構成される請求項２０に記載のブロワの位置調整装置。
【請求項２３】
駆動ロータと従動ロータは双方を連結する結合ギアを有し、前記従動ギアは略動かせない構成で前記従動ロータに取り付けられる、駆動ロータと従動ロータを前記ハウジング内で構成する手段と、
前記ハウジングに対して前記従動ギアを固定する手段と、
第１圧接方向に回転力を加えた結果生じる前記ロータ間の接触によって規定される第１回転端における前記駆動ロータの角度位置を測定し、そして、第２反対圧接方向に回転力を加えた結果生じるロータ間の接触によって規定される第２回転端における前記駆動ロータの角度位置を測定する手段と、
前記駆動ロータが自由に回動可能な角度位置の範囲を決定する手段と、
前記ハウジングに対して前記駆動ロータを、前記角度範囲の中央点に予め決められた補償オフセットを加えた点である角度位置において固定する手段と、そして、
前記駆動ロータに対して前記駆動ギアを固定する手段と、
を含んで構成されるルーツ式ブロワ用位置調整装置。
【請求項２４】
ブロワの吸入ポートと異なるガス圧をブロワの吐出ポートに加える手段と、
ブロワの吸入ポートから吐出ポートまでガスを進める方向にブロワの駆動シャフトを回転させる手段と、
前記ブロワの前記吐出ポートから前記吸入ポートまでのガス流路内のある位置においてガス圧の変動を検出する手段と、そして、
ガス圧力の前記変動におけるパターンから、ブロワが正確に位置調整されているか否かを決定する手段と、
をさらに含んで構成される請求項２３に記載のブロワの位置調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的にはルーツ式ブロワに関する。より詳しくは、本発明は、ロータの限界位置調整によるルーツ式ブロワの騒音の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的なルーツ式ブロワは、２つの平行かつ同じサイズで、相互に反対方向に回転し、葉形ロータをハウジング内に有する。ハウジング内部には、通常、２つの平行で、部分的に重なり合い、同じサイズの、ロータが内部で回転する円筒チャンバがある。各ロータは、他方のロータの対応するローブを挟む２つ以上のローブを有する。シャフト及びベアリングの双方の配置は、ロータ及びハウジングの少なくとも一方と部分的に一体化しているが、各ロータは、ベアリングに支持されるシャフト上にある。最近の実施においては、ルーツ式ブロワのロータローブは、略円弧の連なりとして近似される、らせん、インボリュート又はサイクロイド状のプロフィール（本願の図面に示されるプロフィールは、サイクロイドである）を有し、そして、ロータチャンバと分離された隔室内に収容されるギア比１：１のギアによって駆動される。ロータシャフトの一方は、通常、例えば電気モータのような、外部動力源によって駆動されるのに対して、他方のロータシャフトは、前者によって駆動される。吸入ポートと吐出ポートは、円筒チャンバボア間の重複部に沿った一部の素材の除去によって形成される。正味流れは、ロータシャフト平面を横切る。吸い上げられる物質は、挟まれたローブが、隙間を広げながらくぼみの中心から吸入ポートに向かって移動する際に、ブロワ内に吸い込まれ、吸入口から吐出口までロータの周囲を回って移動する。吸い上げられる物質は、シリンダ内の１つのロータの２つのローブ間の容量の交互“吸い込み（gulps）”によりチャンバを回って運ばれ、連続する各吸い込み(gulp)の先導ローブがシリンダ壁から上昇することによって、吐出ポートに放出され、その後各ローブが吐出ポート近くで反対側のロータの次のローブ間溝に入るにしたがって、吐出ポート外に押し出される。
【０００３】
ロータ毎の葉数（the number of lobes）は幾つであってもよく、例えば、２葉、３葉、４葉ロータが知られている。いわゆるギアポンプは、ローブが回転界面接触するギアとして機能するように、インボリュート状のローブ形状を用いる、ルーツ式ブロワの変形物である。このような構造により、差動歯車の歯数選択も可能にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１９００年代初期以前において、ルーツ式ブロワのローブは、らせん状というよりは真線状（表面を決める輪郭線がそれぞれの回転軸に平行であった）であった。このようなローブを有するブロワは、増加する移送容量が一定でないため、各回転中に著しい吐出量変動を引き起こす。正確に形成された真線状ローブ間のリークバック（差圧Δｐに起因して、吐出側から吸込側に戻る流れ）は略一定であり得るが、それも、全てのギャップが均一かつ変化なく設けられ得る限りにおいてである。１９３０年代までの製造技術の発展は、合理的なコストで、ギアの歯及び、らせん状の経路に従って回転軸沿いに進むコンプレッサのローブを製作する能力を含んだ。これにより、例えば、Hallet,U.S.Patent No. 2,014,932に開示されている、不連続パルスというよりは効率的で一定の移送容量を有するルーツ式ブロワがもたらされた。しかしながらこの種のブロワは、脈動するリークバックを示しているため、正味移送の流れは、依然として一定でない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の幾つかの実施形態は、従来のらせん状ロータ構造の場合よりもローブの同一性に関してリークバックにおける脈動を、より均一にすることによって、パルスエネルギー及びルーツ式ブロワが伴う騒音を低減する。この均一性の主なメカニズムは、精密測定及び回転中の相対角度位置の調整により容易になったロータ間位置調整の改良である。
【０００６】
一実施形態によるルーツ式ブロワのロータ位置調整方法は、ブロワハウジング内に一対の駆動ロータ及び従動ロータを組み込むこと、従動ギアをギア側の従動ロータシャフトに取り付けること、ブロワハウジングに対して従動ギアを固定すること、及び延伸レバーアームをモータ側の駆動ロータシャフトに取り付けることを含む。
【０００７】
さらに、本方法は、ブロワハウジング内で従動ロータに駆動ロータを接触させることによって規定される第１及び第２の移動限界までレバーアームを移動させるために、交互方向に、延伸レバーアームを回動させること、２つの移動限界間のレバーアームの変位を計測すること、計測された両移動限界間の中央の変位値に第１基準補償値を加えることにより第１ポジション値を算出すること、そしてギア側の駆動ロータシャフトに駆動ギアを取り付けることを含む。
【０００８】
さらに、本方法は、ブロワの吐出ポート内へのガス流量を設定すること、所定速度で流れ順方向に駆動シャフトを回転させることと、流路内のある位置における流れ圧力を計測すること、計測された流れ圧力における過渡パルスの振幅及び繰り返し数を、振幅の第１合否基準及び繰り返し数の第２合否基準と比較すること、そして両基準を満たすブロワに対して合格評価を与えることを含む。
【０００９】
他の実施形態では、ルーツ式ブロワの位置調整装置が示される。本装置は、角度設定ツールのベースに連接取り付けされ、解除可能にブロワを前記設定ツールのベースに係合するように構成されたブロワクランプと、従動ギア係合アセンブリと、従動ギア係合アセンブリ回転固定具と、を含み、該従動ギア係合アセンブリは、前記ブロワ従動ギアとの噛み合せのために構成され偏芯支持された従動ギア係合歯型を有し、前記ブロワ従動ギアと従動ギア係合アセンブリの構成部品との間の噛み合わせが十分可能な範囲にわたって回動するように構成されている。また、該従動ギア係合歯型は、従動ギア係合アセンブリに対して回動可能に取り付けられるように構成されている。また、該従動ギア係合アセンブリ回転固定具は、少なくとも従動ギア係合歯型が、従動ギアと噛み合わされる角度で従動ギア係合アセンブリの回動を固定するように構成されている。
【００１０】
さらに、本装置は、前記駆動シャフトに固定し、該駆動シャフトに固定されると駆動シャフトの回転軸に対して略垂直に伸びるように構成されるブロワのモータ側駆動シャフト用角度検知レバーと、該レバーの移動範囲で前記レバーの変位を検出して表示するように構成される角度検知レバー変位ゲージと、該ゲージの検出範囲内の位置に、前記レバーを固定するように構成される角度検知レバー用固定具と、を含む。
【００１１】
さらに、本装置は、動力付きブロワシャフト駆動部と、ブロワシャフト駆動部とブロワ間の連結器と、ブロワ吐出ポートに連結される第１圧力のテストガス源と、ブロワ吸入ポートに連結され、第１圧力より低い第２圧力のテストガス接続先と、ガス圧形式の入力に比例する電気形式の出力を供給するガス圧力変換器と、を含み、該ガス圧力変換器へのガス圧入力はテストガス源からブロワを通じテストガス接続先までの流路におけるブロワリークバックに比例するガス圧力を示すポイントからガス圧力変換器へ接続される。さらに、本装置は、圧力変換器出力を時間関数の圧力表示に変換するように構成されるデータ取得システムと、所定の流量におけるテストガスフローと所定の速度における回転に従うブロワの合否基準とを含む。
【００１２】
さらに、別の実施形態で、ルーツ式ブロワの位置調整装置が示される。本装置は、ロータが必要に応じてベアリングによって支持されてロータハウジング内に嵌め込まれる位置に、両端が閉じたチャンバと、噛み合わされ、それぞれのシャフトに取付けられた駆動ロータ及び従動ロータギア及び、所定の位置に締め付けられる従動ロータギアとによって、ブロワを組立てる手段と、を含む。
【００１３】
さらに、本装置は、ハウジングに対して従動ギアを固定できるクランプと、駆動ロータの２つの回動限界における角度位置の差を、固定した従動ロータと可動の駆動ロータ間の、各移動端での接触により定められ、角度センサによって定量化される限界により計測する角度センサと、を含む。さらに、本装置は、角度センサと共有できる駆動ロータクランプと、駆動ギアを駆動ロータに締め付ける手段と、を含む。
【００１４】
さらに、本装置は、吸入−吐出圧力差を設けるために、ブロワ吐出ポートに取り付けるように構成されたガス源と、吸入口から吐出口までガスを移送するために順方向に駆動ロータを回転させるモータ及び連結器と、吐出ポートから吸入ポートまでのガス流路内のある位置における圧力変動を感知するように設置された圧力変換器と、シャフト角度及び時間の少なくとも一方の関数として圧力変換出力を示すように構成された表示装置と、該表示装置が適切な運転のための少なくとも１つの基準と比較され、それによって検査中のブロワの位置調整精度を判断するための規則と、を含む。
【００１５】
このように、本発明のより重要な特徴は、後述されるその詳細な説明がよりよく理解され、そして本技術貢献がよりよく評価され得るように、かなり広義に概説されている。当然、以下に記載され、本明細書に添付される特許請求の範囲の内容を構成する本発明の補足的な特徴がある。
【００１６】
この点において、少なくとも本発明の一実施形態を詳細に説明する前に、本発明が、構造の細部や、以下の説明に記載又は図面に示された構成部分の配列への適用において、制限されるものではないことを理解するべきである。本発明は、他の実施例が可能であり、また、様々な方法での実施及び実行が可能である。本明細書及び要約書において用いられる表現及び専門用語は説明のためのものであり、限定するものとみなされるべきではない。
【００１７】
このように、当業者は、本開示が基礎とする概念は、他の構成の設計基盤、方法、そして本発明の幾つかの目的を実行するためのシステムとして容易に利用可能なことを理解するであろう。したがって、特許請求の範囲が、本発明の精神と範囲から逸脱しない範囲でこのような均等の構成を含むと見なされることは重要である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ルーツ式ブロワの全体の斜視図である。
【図２】図１のブロワを示す分解斜視図である。
【図３】０°の角度位置において、明確にするために配列をずらして回転させ、その位置でのロータ間のフローギャップ（flow gap）の軌跡を表す線を各ロータ上に含む一対のロータを示す斜視図である。
【図４】３０°の角度位置において、明確にするために配列をずらして回転させ、その位置でのロータ間のフローギャップ（flow gap）の軌跡を表す線を各ロータ上に含む一対のロータを示す斜視図である。
【図５】６０°の角度位置において、明確にするために配列をずらして回転させ、その位置でのロータ間のフローギャップ（flow gap）の軌跡を表す線を各ロータ上に含む一対のロータを示す斜視図である。
【図６】本発明で使用可能なブロワのハウジングの構成要素の、吐出ポートから見た第１断面図である。
【図７】図６のハウジングの、吸入ポートから見る第２断面図である。
【図８】本発明による誤った位置調整と正しい位置調整を対比する１回転中のリークバック変動のプロットである。
【図９】シャフトを別々に傾けないで、調整不良のロータ対を説明する図３及び図４の図に対応する側面図である。
【図１０】シャフトを別々に傾けないで、調整不良のロータ対を説明する図３及び図４の図に対応する側面図である。
【図１１】本発明に係るブロワ機械式位置調整治具の第１斜視図である。
【図１２】本発明に係るブロワ機械式位置調整治具の第２斜視図である。
【図１３】本発明に係るブロワ機械式位置調整治具の分解図である。
【図１４】本発明に係る圧力テスト治具の構成図である。
【図１５】本発明に係る位置調整方法を要約するフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。尚、同類の参照番号は、同類の部分を示す。本発明にかかる実施形態は、改良されたルーツ式ブロワ位置調整方法及び、それをサポートする装置も提供するが、ここでは、ルーツ式ブロワを従来の量産環境に適応せることにより、従来の量産方法や装置と比較すると、ロータ回転の位置調整に関連する騒音アーチファクトの低減が実現されている。本発明によって可能になった定量化、検証及び、反復性により、従来技術に内在する製造制約が克服される。
【００２０】
以下の詳解に述べられるロータは、らせん状カットであろうとストレートカットであろうと、断面においてはインボリュート状というよりむしろサイクロイド状である。これにより、一時的トラップ、圧縮と、その後に続くガス容量の放出という傾向を除去し、こうして、既知の付加的騒音源が取り除かれるが、これは本発明部分ではない。
【００２１】
本明細書に開示される発明におけるような空気用ブロワとして用いられる直線状のロータと比較した場合、２つの異なった現象、すなわち、吐出量とリークバック量により、らせん状ロータは特徴付けられる。特に直線状のロータの有する脈動吐出量特性と比較すると、らせん状ロータは、回転サイクルにわたって略一定の吐出量をもたらすように構成され得る。しかしながら、らせん状ロータの寸法が特異であるため、直線状のロータの場合より、それ以外の場合においては望ましいらせん状ロータの方が、リークバックは変動しやすくなる。
【００２２】
図１は、ルーツ式ブロワ１０の一例の斜視図であり、ここではハウジング１２は、モータカバー１４によって第１端面を画成され、ギアカバー１６によって第２端面を画成される。吸入口１８は、ハウジング１２の外形と、吸入ポートカバー２０とによって構成され、後者は、本図では隠れている吸入ポート２２を有する。吐出口２４は、同様に、ハウジング１２の外形と、吐出ポートカバー２６とによって構成され、隠れている吐出ポート２８を有する。
【００２３】
図２は、図１のブロワの分解斜視図であるがここでは、吸入及び吐出ポートカバーは省かれている。ハウジング１２は、対になったチャンバ３０を含む。本図において、駆動ロータ３２（モータ３４に連結された）と従動（アイドル）ロータ３６は、以下に詳細に言及されるように、連続線に沿い隣接面との間に一定の隙間を保ちつつ相互に反対方向に回転するように構成され、鏡像らせんを形成することが分かる。駆動及び従動（アイドル）ギア３８，４０は、それぞれ、調整可能にそれぞれのロータ３２，３６に連結される。吸入ポート２２と吐出ポート２８が本図に見られる。断面Ａ−Ａ−Ａ−Ａは、対になったチャンバ３０の内径軸と一致するロータ軸４６，４８を含む。回転部品用ベアリングの詳細は、滑り、スリーブ、ボール、ニードル、エアー、組合せ、又は同類のいずれであれ、留め具や保持具と同様に、一実施形態のスラスト、ラジアル荷重、そして位置安定性の必要に応じて実現され得る。
【００２４】
以下の詳解は、リークバックに関して、ロータ、チャンバ間の界面と各ロータ間の界面に言及するものである。本明細書においては、リークバックに起因する騒音（leakback-induced noise）を低減するブロワ構造の実施形態は、言及されていない。
【００２５】
らせん状ロータ３２，３６とそれらが中で作動するチャンバ３０との間の界面は、大部分は安定したリークバック流れ抵抗となっている、実質上平坦な第１（モータ）端面４２及び第２（ギア）端面４４の境界、並びに、本発明以前より存在した、リークバック流れ抵抗について同様に大部分は安定した境界の外壁とを有する。正確に形成され、配置され、実質的に左右対称である２つのらせん状ロータ３２，３６間の界面は、角度位置で周期的に変化し、ロータ全長に渡る境界を有する。図の２つの３葉ロータを前提とした場合、各回転中に６箇所で繰り返される最小リークバックを示す特定の角度がある。
【００２６】
図３は、互いが離れて傾けられた状態にある各ロータ３２，３６を示す斜視図５０であり、各ロータが、本願明細書においてゼロ角度位置と称されるこれらの最小リークバック角度位置の最初の位置で配向している。この位置において、ロータ３２，３６の近位端（読者に最も近く、シャフトが省略されてはいるがギア端である。）で、第１らせん状ロータ３２の第１ローブ５２は、第２らせん状ロータ３６の第１ローブ間溝５４に完全に嵌め込まれ、第１ローブ５２と該溝５４は、ロータ軸４６，４８（図２に示される）の平面Ａ−Ａにそろえられる。このゼロ角度で、第２ロータ３６の一部である第２ローブ５８もまた、ロータ３２，３６の遠位末端（仮に近位端がギア端の場合、モータ端）で、平面Ａ−Ａで、第１ロータ３２の一部である第２溝５６に完全に嵌め込まれる。ロータ界面に連続して沿い、実質上一様な厚みを有する湾曲した隙間経路６０が存在する。この湾曲した隙間経路６０を通るリークバック（ロータが図２に示されるように平行の時）は、同様に実質上一様であり、そして、前述のように、最小である。前記経路６０は、両方のロータ３２，３６上に太線で示され、間に入り込んだローブによって、視界がさえぎられるところは破線で示される。
【００２７】
近位端、中間、そして遠位末端で、ロータ３２，３６間の前記経路６０は、ロータ軸の平面Ａ−Ａ及び、界面Ｂ−Ｂ（同様に図２に示されロータ軸平面Ａ−Ａに垂直な平面であり、ロータ軸４６，４８から等距離にある）の両面内に略位置する連続した線に、効果的に沿うことが認められる。その結果、略吐出ポート２８の中心(centroid)から吸入ポート２２の中心（centroid）への方向、そしてロータ軸の平面Ａ−Ａに垂直で、界面Ｂ−Ｂに位置する方向以外に、リークバック流れの優勢な方向はない。この流れの広がりと流れ方向を、本明細書においては、ナチュラルリークバック（ＮＬＢ）と呼ぶ。ＮＬＢは、隙間幅６２（ほぼロータ全長）と隙間厚さ６４（ロータ間のすきま、本図に記載の離れて傾けられた状態のロータでは容易に示されない）の積として定量化される。
【００２８】
隙間長さ６６、つまり、高圧から低圧に通過する分子の移動距離は、機械装置、従ってこの場合は、ロータ３２，３６間の流れ抵抗にとっては、当然のことながら、さほど重要な要素ではない。隙間横断面積が、流れ抵抗において、例えばルーツ式ブロワの場合にはリークバックにおいて、非常に重要である。
【００２９】
図４は、前述同様に、説明のために離れて傾けられ、３０度回転方向に進ませた図３のロータ３２，３６を示す。これまでは中心にあった第１ローブ５２の近位端は進んでいるが、第１ローブ５２上の移行ポイント１００は、いまだ第２ロータ３６上の対応するポイント１００の十分近くにある。ロータ３２，３６の中央部においては、第１溝５４と第２ローブ５８との間及び第１ローブ５２と第２溝５６との間の対応する移行ポイント１０２は今や離れつつあり、同時に、第２の嵌入が、第２溝５６と第３ローブ１０６との間及び第２ローブ５８と第３溝１０８との間の対応する移行ポイント１０４で生じている。遠位末端においては、第２ローブ５８の第３溝１０８への移行は、第２溝５６と第３ローブ１０６との間の移行と一致するポイント１１０（重複している）で、嵌入は終わっている。
【００３０】
この角度位置で、ロータ３２，３６間の隙間経路１１２は、最大限となり、その隙間は１０２から１０４までの延伸シフトを有し、ある実施形態では幅を約４０％増加させている。一方で、隙間厚さは実質的に均一のままである。吐出及び吸入ポート間の圧力は一定でありえるため、こうして幅がより大きくなることで流れ抵抗はより小さくなる。このより小さい流れ抵抗は最大リークバックと関連している。３０°角度位置で隙間経路１１２は、略境界面Ｂ−Ｂ上に留まる一方で、図３に示される隙間経路６０よりもより広い部分において、図２に示すロータ軸４６，４８の平面Ａ−Ａからはずれて広がることが観察される。その結果、リークバック流れの方向は、少なくとも軸の成分１１４、つまり、吐出ポートから吸入ポート方向に対して垂直な成分を近位端から遠位末端方向に有する。
【００３１】
ロータが進み続けるにつれ、図５に示す６０度位置１１６は、図３のゼロ度位置を左右対称にし、湾曲した隙間経路１１８を通過するリークバックは再び最小となる。図示しない９０度位置は、図４の３０度位置を左右対称にする。９０度位置では、湾曲した隙間経路とロータ軸平面との間の角度は反転され、それゆえ、流れの軸成分は、３０度位置の軸成分流れ１１４の方向とは逆転し、遠位末端から近位端方向となる。
【００３２】
動力消費、騒音、及び磨耗を低く抑えるためには、あらゆる運転条件下で、ロータ間の絶対的な隙間や、各ロータとチャンバのシリンダ壁間の隙間の存在は望ましい。このためには、ロータとチャンバの材料は、部品間の隙間が温度に対し実質的に不変となるように少なくとも同じであるか同等の熱膨張係数（ＣＴ）を示してもよい。例えば、図１に示す、特殊アルミニウム合金がブロワ１０に選ばれた一実施形態において、ハウジング１２、エンドプレート１４，１６などを含む全ての筐体部品はこの合金から製造されることが望ましく、そして熱処理がＣＴに影響を与えるのであれば、同じ熱処理を施されることが望ましい。さらに、ロータ、シャフト、ギア及び関連部品は、同じ合金か、実質的に同等―そして等方性の―ＣＴを有する他の材料で製造されてもよい。ロータアプリケーションに適している幾つかのエンジニアリングプラスチックの１つとして挙げるポリ・エーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）には、ある種のアルミニウム合金のＣＴと厳密に一致するＣＴを有する生成物を共同で実現する材料が用いられてもよく、このように低騒音ブロワの含有物として適している。極端な温度、腐食性流体、研磨懸濁液などを必要とする実施形態においては、移送流体と接触する全ての要素に同一材料、熱処理、コーティング及び表面処理、そして応力除去プロセスを使用することを含む、材料選択のさらなる改良が望まれる。
【００３３】
前述の開示に記載されているブロワ装置は、従来技術の方法と装置を使って組み立てられ、有効性を実証されてもよく、又は、少なくとも速度を著しく高め、これにより現況製品のサンプル間の一致及び性能が達成される新しい方法及び装置を用いて組み立てられ、その有効性を実証されてもよい。従来技術の組立方法においては、図２に示すロータローブ３２，３６間の一般的なクリアランス量のみが与えられる。しかしながら、全回転サイクルに渡ってのリークバックの相対的な均一性により、騒音がかなり低減させることが明らかにされている。
【００３４】
図６は、ブロワチャンバの、吐出ポート１２２側の断面図１２０である。破線は、代表位置でのローブの先端を表す。第１破線１２４は、ローブ先端が、端から端までチャンバ壁１２６にまだ近接していることを表し、そしてチャンバ壁１２６に対してリークバックの及ぶ基準範囲を与えていることを表す。この位置で、ローブ先端は、空気容量（air volume）を吐出ポート１２２で十分に圧縮された空気とまだ直接接しない状態を保つ、吸い込み(gulp)を導くエッジとして働く。
【００３５】
第２ライン１２８は、同じローブ先端を表し、そのローブ先端が十分に進んで逃げ溝１３０が開放され始め、ローブ先端は、チャンバ壁の貫通奥行きを増しながらチャンバ内へと入り、最後には、吐出ポート１２２の側壁（図２に示されたロータ軸平面Ａ−Ａに垂直な周囲面）に干渉し、これにより、吐出ポート１２２に存在する空気圧が吸い込み(the gulp)内へと導入され始める。ローブ先端が第３ライン１３４の位置まで進むと、吸い込み(the gulp)は吐出ポート１２２に対して完全に開放される。突出ポート１２２は、逃げ溝１３０を介して、吸い込み(the gulp)に対して開放される。ロータ運動の影響は、後述される図８の圧力パターンを規定する。これは、実質的にどのような形状の逃げ溝にでも当てはまるが、図６に示すものが代表的である。
【００３６】
代わって図７は、吸入ポート１７２側のチャンバの断面図１７０である。破線１７４，１７６，１７８は、規定動作１８０中のローブ先端の位置を表す。ローブ先端位置１７４，１７６，１７８は図６の位置１２４，１２８，１３４とほぼ対応し、ロータ３２，３６間のリークバックは、角度位置によって変化する。
【００３７】
本現象は、２つの３葉らせん状ロータを有するブロワにおいては、ロータ間で交互に入れ替わる６つの回転角度で繰り返される。リークバック流れは、吐出口から吸入口に主として導かれることが分かり、こうして、最小の流れにおいては、非軸性であり、最大量のリークバック流れにおいては、図４に示される顕著な軸成分１１４を有するとことが分かる。
【００３８】
図８は、時間関数としてのポート圧力プロット２００であり、シャフト回転中のロータ角度位置関数としてのリークバック流れと対応している。プロット２００は、隙間幅の不均衡と、その結果生じるリークバックの不均衡とをもたらす前述のずれが回転速度及び吐出口圧力と直接関連する測定可能な騒音アーチファクトを発生させることを示す。ずれは、ポート圧力の第１グラフ２０２に示されるように現れる。ポート圧力２０４は、角度位置に対して一定でなく、顕著なピーク２０６をシャフト回転あたり３回示す。
【００３９】
図８はさらに、独創的な改良に基づくブロワの位置調整により実現される角度位置関数としてのポート圧力の第２グラフ２０８を示す。適切に位置調整されたブロワにおいては、公称ポート圧力波形２１０は、位置調整されていないブロワの公称ポート圧力波形２０４に略類似するが、図３，５の最小リークバックの角度位置と関連する圧力ピーク２１２の発生回数は２倍の、１回転あたり６回となり、そして、そのピーク２１２の振幅はかなり小さい。この性能改良の源は、新しい方法と装置によって可能となる位置調整の反復性によるものである。
【００４０】
例えばグラフ２０２，２０８などのブロワ性能表示は、アナログ圧力検出、つまり、入力圧力に伴って連続的に変化する電圧を出力する１つ以上の圧力変換器を用いて作成されてもよい。様々なデジタル変換器の何れも適応可能である。この種の機器は、通常離散時間間隔で入力圧力をサンプリングする。アナログ変換器は、記憶若しくは表示用に処理されたサンプルを用いてサンプリングされてもよい。サンプリングに基づく検査の場合、サンプルレートが、少なくともナイキスト速度（Nyquis rate）、すなわち、検査対象の最高周波数の２倍の速度であることは有益である。エイリアシング（aliasing）、すなわち、分数調波(sub-harmonic)による実パルスレートの隠蔽、を解消するためには、例えば、ブロワのシャフト回転速度の少なくとも１２倍の速度が望まれる。これよりかなり高い（２倍、４倍又は数倍高い）サンプルレートは、これらの非正弦波波形の高調波成分がかなりのエネルギーを含むことをさらに明らかにすることができる。
【００４１】
図９は、位置調整誤差があるロータ対２２２，２２４を示す軸端図２２０である。各ロータの最前面２２６，２２８が、完全に噛み合った状態で示される。任意の距離にあるロータ２２２，２２４の平行断面は、先導及び追随隙間の同様の関係を示す。これからわかるように、嵌め込まれたローブ２３０は、適切な調整位置の先に進められているので、リーディング側の隙間２３２は、トレイリング側の隙間２３４より少ない。
【００４２】
図１０は、図９に対応する図２４０であり、６分の１回転後の同じロータ対２２２，２２４を表している。前述した嵌め込まれたローブ２３０が６０度進んで、次に反対のロータのローブ２４２が完全に噛み合わされる。位置調整誤差のために、リーディングエッジ隙間２４４はトレイリングエッジ隙間２４６を越える。図を比較すると、これらの角度位置の極値におけるリークバック量が一致しないことが分かる。リークバック変動の及ぶ２つの範囲間の交代は各回転中に３回繰り返す。これに対して位置調整が正しければ、６つの実質的に同一のリークバック変動があるはずである、その結果、図８の２つの波形２０２，２０８で区別されるように、圧力変動の変動幅は少なくなり、それと同時に、その変動によって生じる騒音のスペクトル成分はより高周波の基本波を体現する。
【００４３】
音響フィルタリングは高周波においては容易であるので、その振幅を減少（ほぼ半分に）させることのみならず、その周期を１オクターブ高く（２倍振動数に）することによっても、信号のさらなる沈静化が容易となる。例えば、小さな邪魔板、薄い減衰材料などは、高周波エネルギーを十分に減衰させる一方、低調波は、共振を励起するのに役立つ。このように、騒音信号源の周波数の倍増は、沈静化を高める傾向がある。
【００４４】
従来技術の位置調整方法及び装置は、ロータ間配置の微調整に欠けている。結果として、それらは、図９，１０に示すように、交互に入れ替わる詰まったリークバック隙間とゆるいリークバック隙間が現れるロータ３２，３６間の角度位置において、相当の不確かさを残す。ゆえに、図８に示される特徴ある３回の脈動２０６の結果、一方のロータのローブが他方のロータのローブ間溝に嵌め込まれると、リークバックは過度になるかもしれないし、その位置に他方のローブがあると、リークバックは不足するかもしれない。これにより、従来技術の方法によって位置調整された場合、組立毎に大きな変化を生ずる。従来技術の方法によって位置調整されたブロワは、あるものには見られるが、他のものには見られない顕著なレベルの低オクターブ出力を含む、予測不可能な騒音レベルを有することがあり得る。従来技術の方法を使用して、騒音のあるブロワ、又は前回の騒音検査合格の後の再加工を含む騒音のないブロワの再加工は、同様に、予測不可能な結果を生じる。さらに、ある熟練工が別の熟練工より静かなユニットを製造する一方で、より上達した熟練工がその工程に対する真の制御能力に欠ける場合もあり得る。
【００４５】
本明細書に記載する騒音源は、モデリングと実験で確認され得る。本発明は、望ましい装置と位置調整方法を明示し、これによって、熟練工ではなく職人が、予想通りに低騒音ユニットを製造し、ほぼ全ての騒音のあるユニットに対して十分な静音化を施し、そしてそのユニットの騒音が望ましい低いレベルとそれほどかけ離れてはいないと断言できるところまで、望めばそのユニットを繰り返し作り直すことが可能となる。
【００４６】
本発明の方法と装置により、駆動ロータローブと従動ロータローブとの間のローブ間隙間６４における均一性が著しく高められる。その装置においては、分解能を高めてローブ間隙間を計測するのに適した長いレバーアームが提供され、一方その方法によって、各ユニットにおける公差積み上げの定量化と補償が可能となる。本方法には、例えばベアリングの案内溝位置、ロータ外形などの、個々の構成部品における製造公差は厳しくできるが、ゼロにはできないという公理が内在する。このように、組立時の残余誤差が、小さいが積み重なる。不適切な方法は、あるサンプルには実際上理想的な結果を出しても、別のサンプルには不十分な結果を出すかもしれない。少なくとも幾つかの信頼できる方法には、誤差修正のための繰り返しプロセスが含まれる。
【００４７】
図１１は、較正治具３００の第１斜視図を示す。その治具３００はベース３０２と、ハウジング締め付け具３０４と、従動ギア制御群３０６と、駆動ギア制御群３０８とを含む。
【００４８】
図１２は、図１１の較正治具３００の第２斜視図を示す。図１２は、モータシャフトレバーアーム３１０を、シャフト締め付け具３１２と、振れゲージ３１４と、第１レバーアーム偏向ネジ３１６と、第２レバーアーム偏向ネジ３１８と、レバーアーム偏向ネジ接触つまみ３２０と共に示す。
【００４９】
図１３は、図１１，１２の較正治具３００の分解図を示す。下記の詳解において、３つの図全てに言及し、明確にするため必要に応じて、図２についても同様に言及する。
【００５０】
操作に際し、ユーザーは、ブロワハウジング１２を、較正治具３００に固定することができる。なお、ブロワハウジング１２は、ロータ３２，３６と、ベアリング３２２，３２４と、そしてロータを完全に覆って支持するモータ側カバー３２６と、各ロータシャフトのテーパ部３２８，３３０（図２に示される）に取り付けられ、締め付けられていない状態の第１（駆動）ロータギア３８と第２（従動）ロータギア４０と共に、予め組み立てられている。ブロワハウジング１２の固定は、ブロワハウジング１２をベース３０２の上に平に設置し、さらに用意された治具の基準面と接触してブロワハウジング１２を動かし、偏芯して取り付けられ非回転の従動クランプギア３３４を従動ロータギア４０と噛み合わせ、ハウジング締め付け具３０４を作動させて、ブロワハウジング１２を固定し、従動固定レバー３３６を作動させて、従動クランプギア３３４の偏芯シャフト３３８を固定する。
【００５１】
従動回転の固定レバー３３６は、回動方向を切替えると、らせん状に前進・後退するネジ固定部を含み、これによって、支持孔の逃げを開閉することで偏芯シャフト３３８が通る支持孔の通過直径の大きさを調節して、偏芯シャフト３３８の結合・開放を行う。従動ロータギア４０は、噛み合わされ、従動クランプギア３３４によって固定される。
【００５２】
駆動ロータギア３８は、その結果、駆動ノブ３４０を使って駆動クランプギア３３２の偏芯シャフトを回動させることで駆動クランプギア３３２と噛み合うが、しかし、駆動クランプギア３３２は、制限範囲において自由に回動できる。ユーザーは、ブロワハウジング１２を較正治具３００に設置する前後のどちらかで、従動ロータギア４０をそのシャフトのテーパ部３３０に固定するため所定のトルクでネジ３４２を締め付ける。
【００５３】
駆動ロータギア３８が固定される一方で、駆動ロータ３２は、回動するのに十分にシャフトに対して開放されることにより、又、モータシャフトレバーアーム３１０は、溝３４６内の略中心に置かれるレバーアーム偏向ネジ接触つまみ３２０を有するシャフト締め付け具３１２によって駆動ロータシャフト３４４のモータ側端部に取り付けられることにより、ユーザーは、各回動端において、駆動ロータ３２のローブが、従動ロータ３６のローブに接触するまで、モータシャフトレバーアーム３１０を昇降させて、モータシャフト３４４を手動で回動させることができる（ロータ３２，３６における千分の数インチ（百分の数ミリメータ）の動き）。モータシャフトレバーアーム３１０の選択される長さは、振れゲージ３１４としての、歯みぞの振れゲージ（runout gauge）又は類似する他の機器の組込とともに、ピッチ円直径における実際の振れを拡大し、ロータ３２，３６間の適合度の、正確で高精度分解の計測を可能にする。
【００５４】
いくつかの実施形態において、振れゲージ３１４には、軸方向に自由に動くように構成され、モータシャフトレバーアーム３１０上の基準面３５０と接触し、実質的に基準面３５０の動きの円弧と略接し続けるように配向される測定シャフト３４８が含まれる。他の実施形態においては、図１３〜１５に示される歯みぞの振れゲージ３１４（runout gauge）の代わりに、光又は音波距離測定器などが用いられる。さらに他の実施形態においては、例えば、エンコーダー、角度変化検出器、又はチルトセンサーなどの直接回転測定機器が、測定機器によって得られる分解能の再現性が十分保証される場合に限り、モータシャフトレバーアーム３１０の代わりに、若しくはモータシャフトレバーアーム３１０上で、駆動ロータシャフト３４４に取り付けられる。なお、本明細書においては、モーターシャフトレバーアーム３１０及び振れゲージ３１４の使用が採用される。ロータシャフト３４４を選択された角度で固定することのできない実施形態の場合は、同等の機能性を備えてもよい。
【００５５】
第１及び第２トルクアーム偏向ネジ３１６，３１８をレバーアーム偏向ネジ接触つまみ３２０に接触させることにより、モータシャフトレバーアーム３１０を、振れゲージ３１４の表示の中央において、中央位置決めし、固定する。駆動ロータギア３８は、その結果、駆動ギア固定ネジ３５２（図２に示される）を締め付け、各テーパ部を引き寄せて接触させることによって、駆動ロータ３２に固定される。
【００５６】
上記の手順により、ロータ３２，３６は、均一で反復可能な第１の位置調整状態に設置されるが、これはさらなる微調整により著しい効果を示し得る。ブロワは一方向からの負荷のもと作動するため、言い換えると、吐出ポートでの圧力は吸入ポートでの圧力を超えるため、あそび（lash）を構成する各非接触歯面間の隙間を有した状態で、駆動ロータギア３８の1つの歯面は、従動ロータギア４０の対応する1つの歯面に、継続して力を加えるということが生じ得る。さらに、完全に噛み合わされたらせん状ギアのテーパ部への締め付けは、位置シフトを加えるということが生じ得る。このため、上述した振れゲージ３１４の中央位置決めは、作動中のロータ３２，３６の偏芯関係をもたらす。さらに、これは、従来技術の範囲で、常にある位置合わせの可能性をもたらす。
【００５７】
同じ装置を使用する方法でのさらなる微調整の際に、トルクアーム３１０が固定される値は、所定の基準補償値を含んでもよい。例えば、振れゲージ３１４の表示の差が０．０５０インチ（幾つかの実施形態においては、ゲージは移動の一端でのゼロ設定が可能であり、これによってこの値を直接読むことができる。）で、中央位置が０．０２５インチである場合、例えば、０．０１５インチなどの基準補償値が、駆動ロータギア３８の締め付け前に、加えられる（すなわち、０．０２５インチでなく０．０４０インチのゲージ表示用に、トルクアーム偏向ネジ３１６，３１８は調整される）。本明細書に示されたものより少なくとも一桁分細かい分解能力があるデジタル歯みぞの振れゲージ（runout gauges）は再現性を保証するのに十分な精度を提供できる可能性が見られる。２又は３以上の有効桁数を有する機器は同様に利用でき、幾つかの実施形態において用いられる。
【００５８】
同様に同じ装置を使用する方法でのさらに別の微調整として、駆動及び従動ギア３８，４０間のいかなるギアの遊びでも、適切な回転方向に予めギア３８，４０に負荷を加えることによって、ゼロに設定され得る。この様な前負荷の設定上の便宜のため、駆動クランプギア３３２は、負荷スプリング３５６と共に偏芯シャフト３５４上に取付けられてもよい。なお、この場合は、ストップピン３５８をさらに含み、駆動固定レバー３６０が噛み合わされる前に、駆動クランプギア３３２が所定負荷により固定されていない駆動ロータギア３８と係合可能となる。
【００５９】
上記の組立順序により、製品への組み込み可能なブロワ組立は実現するが、しかし、その手順により容認できるロータ位置調整がなされたという確証はない。上記順序に続いて行われる検査及び確認手順により、低騒音に調整されたことが保証される。
【００６０】
図１４は、その後に続くリークバック変動を測定する治具４００を図形式で示したものである。該リークバック変動は、例えば、モータ４０６、回転速度計４０８及びコントローラ４１０と連結する連結器４０４を用いて、駆動ロータシャフト３４４を選択された順速度で回転させている間に、テストガス４０２の選択された一定逆流を加えることにより吐出ポート４４から吸入ポート２２までに生じるものであり、リークバック変動のもとでの一定流が、圧力変換器４１２により測定されるガス流４１４中の変動圧力を示す。ガス流４１４中で測定され表示４１８される圧力過渡データ４１６が、通常運転での騒音を十分予測できる場合、検査ではテストガス流量の調整を必要としない。流量制限４２０を行い、ブロワ吸入経路４４（破線経路）内に圧力変換器４２２を取付けることにより、テストガス４０２を加えず、選択された軸速度で駆動シャフト３４４を回転させて、リークバック変動を示す差圧（吸入口−吐出口）の設定が可能となる。
【００６１】
この測定は、低騒音と対応し、荷重下での均一なローブ間隔と物理的に関連するリークバック変動の出現形態を示す。この様な低騒音設定は、図８の軸回転プロットに示されるように、軸回転中の６つのローブ間空間２８８全ての略同一の圧力過渡をさらに特徴とする。対照的に、音響騒音の調整状態は、図９及び１０に示され上述したように、シャフト回転中に交互に生じる、開放されたローブ間隔及びリークバック大流量と、近接したローブ間隔及びリークバック低流量とに物理的に関連し、一般的に、回転当たり３つの異なる過渡２８６を示す。なお、ロータが運転中どの場所においても互いにぶつからないことは、本明細書においては自明である。
【００６２】
検査中の1つのユニット内に見られた、過度なリークバック変動及び３つのパルス振動の少なくとも一方は、位置調整不良として処理されてよい。補正は、駆動ギアの開放と、記載された位置調整治具構成の再組立と、前述の０．０１５インチ前後のオフセットの加算、そして駆動ロータギア３８の再締め付けを必要とする。この後に、リークバック変動測定を繰り返す。
【００６３】
オフセットの固有値が、特定の製品形式又は製造ロットにおけるブロワの特徴づけのために決定され得る。このような初期値の決定によって、位置調整及び検証を、ある形式又はロットを有するブロワ用の手順とすることが可能となる。
【００６４】
サンプル変化を補償するオフセット値の修正に際して固有の刻み幅の割り当てを決定することは、有用である。従って、上記例の０．０１５インチオフセットが、仮に幾つかのユニットには十分でないことが分かれば、手順は、０．００５インチの刻み幅が、例えば、このようなユニットに適用される次に続く配列調整で使われるように設定することをできる。オフセット値及び刻み幅の選択は、ユーザーオプションである。
【００６５】
偏差表示又は圧力波形の特性の具体的な範囲は、ずれの特定の大きさ又は方向と関連付けられるように決定され得る。この様な詳細な情報を用いれば、一刻みで不変に増加させ第２データ位置を得るために再検査し、その後第３検査用の設定を評価するために２つのオフセット値を用いなくとも、刻み幅及び方向は、検査結果を考慮して決定され得る。例えば、回転速度計４０８として、角度エンコーダー又は各シャフト回転で少なくとも１つのゼロパルスを与えるような変換器を使用したり、エンコーダー式回転速度計４０８を参照して、駆動ロータローブのプラスの配向を連結器４０４に与えることによって、駆動ロータ３２の角度をすぐに知ることができる。これにより、駆動ロータのローブが係合した状態と従動ロータのローブが係合した状態（一方のロータローブのモータ端のポイントが、他方のロータのローブ間溝のこれに対応するポイントで噛み合わされることをこの意味において“係合した”と考えると、これは最小リークバックに相当する。）との区別が可能となる。次に、仮に圧力が、駆動ローブがこのように係合した時に高く、従動ローブがこのように係合した時に低い場合、駆動ロータはその適切な位置から遅延しており、それゆえ、必要なオフセット補正は、正つまり従動ロータに対して駆動ロータを進める傾向の補正であると推定してよい。その逆も当てはまる。
【００６６】
図１５は、フローチャート５００形式で上記手順を示したものである。
【００６７】
すなわち、スタート５０２状態から始まり、次に、ブロワハウジングに一対の駆動ロータ及び従動ロータを組込む。この場合、各部品の大きさの測定、ベアリングの組込み及びベアリングへのプリロード、並びに他の必要な手順を含み、これらは、ブロワ主要部の組立５０４として要約される。これに続き、従動ギアをギア側従動ロータシャフトに取付け５０６、そしてブロワ主要部と従動ギアを位置調整治具ベースに搭載５０８する。次に、従動ギアを位置調整治具ベースに固定するための器具を用いて、従動ギアをハウジングに接触させて固定する５１０。
【００６８】
このグループに対して、レバーアームをモータ側（駆動ロータ）シャフトに取付け５１２、そして、レバーアームの回動方向を交互に切替えて第１及び第２移動限度まで移動させることにより、そのアームの移動範囲（すなわち、許容変位）を測定及び記録５１４する。なお、各移動限界はハウジング内で従動ロータに駆動ロータを接触させることによって決定され、また、アーム動作５１４は、例えば振れゲージなどの変換器によって検出される。次に、測定された変位限界の中央の変位値に、第１基準補償値を加えることにより、第１ポジション値を形成する。この場合、チャートからオフセット値を取得し５１６、チャートに基づくオフセット値を加えた中央位置に相当する設定値を算出する５１８ことが必要となる。この後、第１ポジション（設定）値でレバーアームを固定する（係止する）５２０、そして、ギア側駆動ロータシャフトを使って、駆動ギアをレバーアームが取り付けられるロータに取付ける５２２。これにより、較正用の組立部分は完了する。この時点で、ブロワは、例えばエアー結合金具や電気モータ等残りの構成部品を付加する準備が整えられたことになり、そして、従来のプロセスに従って組立てられたブロワよりも一層良く機能するであろう。しかしながら、妥当性確認検査を行うことで騒音発生を最小限に抑えられたというさらなる確信が得られるであろう。
【００６９】
図１５の継続プロセスを述べる。これらの用途において、仮に分離した機器が用いられる場合は、ブロワは上記の位置調整治具からフローテスターへ移動５２４される。幾つかの実施形態においては、フローテスターは、ある流量に設定することが可能であり、ある流量に設定が可能なブロワの吐出ポートへの流れを有するガス源を含み、また、例えば所定の回転数で、前方の流れ方向に駆動シャフトを回転５２６させるため設備を含み、例えば流路内のあるポイントにおける流れ圧力を測定することによって、パルス騒音の検出５２８を行う。測定は、検出のため、圧力から電圧へ又は圧力からデジタルデータへの変換器、機械式の最小表示及び最大表示計器を使用する圧力の直接表示などを用いる。検出された値は、定量化され、記憶され、又は表示５３０のために表示される騒音を表す。ブロワは、過渡的パルスの振幅又は繰り返し数についての基準に基づいた比較検査に合格するか又は不合格となる５３２。ブロワが合格評価を得る場合、この結果は記録され５４０、そして検査は終了する５４２。
【００７０】
検査基準を超えない５３２場合は、プロセスを反復することができ、初めにチャートに基づく別の値（当該チャートは物理的リスト、コンピュータに基づくデータ列、又は別の形式である。“ポインター”は、例えば鉛筆の印、アドレスオフセット、又は別の方法である。）を選択５３４する。例えば、これ以上の検査を実施できないという、チャート内の特別な値などの表示がある５３６場合には、前回の記録入力５４０及び検査終了５４２は、記録された拒否によって呼び出される。上記拒否がなければ、駆動ギアは緩められ５３８、そしてプロセスは、検査中のユニットを機械式位置調整治具に再取り付け５０８をするところから繰り返される。これは独創的な方法に従って、ロータを位置調整するための基本的な手順を要約したものであり、製造変動の補償に必要である再調整が含まれる。
【００７１】
上記手順においては、容易に検出できない累積公差又は欠陥により、合格評価の達成、又は、代わりに不合格記録の参照ができないユニットについての明確な対処は行われていない。不合格ユニットのうち、十分な評価を達成している場合には、潜在的に部品置換え又は分解・再組立により修復可能であり、また、十分な評価を達成していない場合には、回収又は廃棄される。
【００７２】
繰り返しが可能な位置調整ステップという主な特性、限界寸法の直接物理的測定、高分解能調整及び適切な運転と直接関係する位置調整確認検査を有する上記手順により、製造ユニットにおける構成部品の公差積み上げは、最終位置調整中に補償が可能となり、その結果、製造ブロワは、安定した動き及び所望の騒音低減量を示すことができる。この繰り返し性は、少なくとも調節設定に対する微調整に欠ける従来技術の方法と明らかに異なる。リークバック変動検査は、もし従来技術の組み立て手順（すなわち、調節に対する微調整に欠けるもの）に則って行われると、低騒音ブロワの予想可能な製造プロセスのための基準としては単独で機能できない。
【００７３】
前述の寸法は、小型の写真フィルム容器と個々に同程度の大きさであり、そしてほぼ常温で使用され、部屋の空気の継続的な導入のために概して制限を受ける動作が起因して温度上昇を伴うロータに適するものである。基本的な方法は適用できるが、サイズ若しくは熱暴露の範囲の著しい相違により、個別の公差値はかなり異なる。確認検査は、選択された異なる圧力で、若しくは、上記の推定される大気圧及び室温手順が正確さに欠ける特定温度範囲で実施される可能性がある。例えば、燃焼機関に適用される場合、スーパーチャージャーロータは、それぞれおおよそパン一個の大きさであり、運転確認を必要とする温度は、凝固点をはるかに下回る温度から数百度までに及ぶ。逆に、低温適用の場合、検査温度には、筐体及び試験流体の両方の過冷却が必要とされる。同様に、マイクロ又はナノサイズに適用の場合には、角度変換器及び圧力変換器の双方に、再現性を保証する為に本明細書に示された分解能よりもさらに微細な分解能が必要とされる。
【００７４】
本明細書に記載された方法及び装置は、様々なローブ数のみならず、様々なサイズ、用途、及び材料にわたるブロワに適用され得る。本発明を説明するために開示された実施例は、６０度進みの３葉で、らせん状、円筒状のロータを使用するが、様々なルーツ式ブロワ形式は、示された方法を当てはめることができる。同様に、示された方法は、ルーツ式ブロワ以外でも、精密な機械的調節が必要とされ、機械的位置決めの微調整が役に立ち、そして運転できる合否基準を十分明らかにする測定プロセスが利用可能である装置にも適用され得る。
【００７５】
本発明の多くの特徴と効果は、詳述された本明細書から明らかであり、このようにして、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲に含まれる発明の上記全ての特徴及び効果を網羅することを目的とする。さらに、当業者は、多くの変更やバリエーションを容易に思いつくことであり、従って、本発明を図示及び記載されたその構成及び動作のみに限定することは望ましくなく、適宜に、本発明の範囲に含まれる適切な全ての変更や均等物が用いられ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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