(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音を低減したルーツ式ブロワであって、
回転軸を含む平面内の平行な軸に関して相互に反対方向に回転するように形成された１対のロータと、
前記ロータ対を囲むチャンバを決定する壁を備えたブロワハウジングと、
前記チャンバの壁を貫通し、前記ロータ軸間で略等距離にある界面に関して外壁が対称を成した吸気ポートと、
前記チャンバの壁を貫通し、前記吸気ポートの位置と略対向する位置にあり外壁が前記界面に対称を成した排気ポートと、及び
前記チャンバの壁に、前記界面に関して互いに略対称に位置付けられて形成された１対のレリーフ凹部と、
を含んで構成され、
前記各ロータは、夫々、半径方向の最外位置に頂部を有し、相互に軸方向に反対巻きの螺旋として形成される複数のサイクロイド形ローブを含んで構成され、前記各ロータローブの頂部の回転により、前記ロータの軸方向の範囲で切除されて１対の円筒部分の一部が重なった形状の空洞を規定しており、
前記空洞が前記チャンバの物理的な範囲を確定し、さらに、前記チャンバの壁が略一定の空間距離だけ前記空洞から離れて位置しており、
前記レリーフ凹部は、前記チャンバの壁の連続的に円筒状に湾曲した部分で各周囲が境界され、前記ロータと前記壁との間に漏洩還流の変化をロータの角度位置特性で補う補助的な漏洩還流経路を導入するルーツ式ブロワ。
【請求項２】
前記各ロータが固定される１対のシャフトと、
角速度、加速度及び圧負荷の選択された範囲の全体に亘ってブロワ動作中に前記各シャフトの長手位置及び半径位置を略一定に維持するように構成された１組のベアリングと、
をさらに含んで構成された請求項１に記載のルーツ式ブロワ。
【請求項３】
角速度、加速度及び圧負荷の選択された範囲の全体に亘って略一定の相対速度で前記ロータ対の反対方向の回転を規制するように構成され、各ロータシャフトの隣接した端部の近位に取付けられた噛合ギア対と、
前記２つのロータシャフトのうち、一方のロータシャフトに連結され、且つ該一方のロータシャフトに取付けられたギアより遠位に位置し、電源の供給に応じて前記一方のロータシャフトに回転力を与えるように構成されたモータと、
をさらに含んで構成された請求項２に記載のルーツ式ブロワ。
【請求項４】
前記チャンバの壁に侵入し、前記排気ポートに向かって連続的に延びる一対のレリーフ溝をさらに含んで構成され、
前記各レリーフ溝は、前記各ロータローブからローブ頂部が半径方向に投影された一連の角度位置で前記レリーフ溝の幅及び深さの寸法が特定されることを特徴とする請求項１に記載のルーツ式ブロワ。
【請求項５】
前記レリーフ溝の領域は、最初の選択位置よりも前記排気ポートから離れたロータローブの角度位置には無く、前記チャンバの壁に形成された前記レリーフ溝の幅、深さ及び位置は、選択された配置に応じて変化し、前記レリーフ溝の横断面積は、前記吸気ポートから排気ポートへの流れを引き起こす方向に前記各ロータが回転するとき、前記排気ポートに向かってロータローブの角度位置が前進しても減少しないことを特徴とする請求項４に記載のルーツ式ブロワ。
【請求項６】
前記排気ポートから吸気ポートへの自然漏洩還流量は、前記ロータの角度位置に応じて周期的に変化し、前記レリーフ凹部は、前記ロータ間の自然漏洩還流量が最大となるロータ角度位置でレリーフ凹部の開口を最小にし、及び前記ロータ間の自然漏洩還流量が最小となるロータ角度位置でレリーフ凹部の開口を最大にするように配置されている請求項１に記載のルーツ式ブロワ。
【請求項７】
略等しい熱膨張係数を有するロータ及びハウジング材をさらに含んで構成された請求項１に記載のルーツ式ブロワ。
【請求項８】
前記ロータは、螺旋状に６０度進む３ローブロータであり、
前記１対のレリーフ凹部のうち、第１のレリーフ凹部は、ゼロ度のロータ基準角度で最大のバイパス領域を有し、
前記第１のレリーフ凹部は、略連続した凹面であり、
前記１対のロータのうち、第１のロータの第１のローブは、そのギア側末端部で前記第１のローブのモータ側末端部と半径方向に向き合って、前記ロータ軸面と前記チャンバとの前記交差部から前記吸気ポートに向かって螺旋状に延び、前記第１のレリーフ凹部の最大のバイパス深さ面と交差しており、
前記第１のロータの角度位置は、第１のローブ頂部のギア側端部が前記ロータ軸面内にてローブ間の第１の谷間のギア側端部近くに在って、前記１対のロータのうちの第２のロータ上に位置している状態であり、及び
前記第２のロータの角度位置は、第２のローブ頂部のモータ側端部が前記ロータ軸面内にてローブ間の第２の谷間のモータ側端部近くに在って、前記第１のロータ上に位置している状態である請求項１又は２に記載のルーツ式ブロワ。
【請求項９】
前記第１のレリーフ凹部は、３０度の角度で最小のバイパス領域を有し、
前記第１のロータの角度位置は、前記ゼロ度の角度から３０度回転された位置で、前記第１のローブ頂部のギア側端部が前記ロータ軸面からシャフト角度で３０度回転された位置であり、
前記第２のロータの角度位置は、前記ゼロ度の角度から３０度回転された位置で、前記第２のローブ頂部のモータ側端部が前記ロータ軸面からシャフト角度で３０度回転された位置である請求項８に記載のルーツ式ブロワ。
【請求項１０】
補助的な漏洩還流を周期的に導入する前記レリーフ凹部は、他の略均一な壁面内に離れて、前記壁面を円筒状の基準形態から外に向かって膨らます２つの変形部を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のルーツ式ブロワ。
【請求項１１】
前記漏洩還流を最小にする前記ロータの複数の第１の角度位置を決定する手段と、
前記漏洩還流を最大にする前記ロータの複数の第２の角度位置を決定する手段と、
前記漏洩還流を最小にする第１の角度位置での噛み合いに対して遠位にある基準ローブを認識する手段と、
をさらに含んで構成され、
前記レリーフ凹部は、前記基準ローブ、同じ前記ロータ上の他のローブ及び前記チャンバの円筒状に湾曲した各部分を含んで構成された筐体の容積のまわりに流体を送り、
前記レリーフ凹部の範囲は、前記漏洩還流を最大にするロータ角度位置で流体が送り込まれるのを阻止するべく制限されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のルーツ式ブロワ。
【請求項１２】
一対のロータと、前記ロータ対を取り囲んで２つの円筒状の空洞が一部で重なった形態の壁を含んで構成されたチャンバを備えるブロワハウジングとを含んで構成されたルーツ式ブロワの騒音低減方法であって、
前記チャンバの壁の連続的に円筒状に湾曲した部分で各周囲が境界された１対のレリーフ凹部を前記チャンバの壁に備え、前記ロータと前記壁との間に漏洩還流の変化をロータの角度位置特性で補うのに十分な補助的な漏洩還流経路を導入することを含んで構成されたルーツ式ブロワの騒音低減方法。
【請求項１３】
前記ブロワの吸気ポートと排気ポートとの間に主たる流路を決定し、
前記各ロータの角度転移の同期を確定し、
前記二つのロータのうち一つのロータに回転力の発生源を接続して成り、
前方流のための最初の広がり部と漏洩還流のための最初の広がり部とで噛み合うように交互に配置されたローブを有する前記ロータ対が前記チャンバ内を回転自由にされていることを特徴とする請求項１２に記載のルーツ式ブロワの騒音低減方法。
【請求項１４】
漏洩還流を最小にする前記ロータの複数の第１の角度位置を決定し、
漏洩還流を最大にする前記ロータの複数の第２の角度位置を決定し、及び
前記漏洩還流を最小にする第１の角度位置での噛み合いに対して遠位にある基準ローブを認識することを含んで構成され、
前記補助的な漏洩還流経路は、前記基準ローブと位置合わせされ、前記基準ローブ、同じ前記ロータ上の他のローブ及び前記チャンバの二つの円筒状空胴のうち、一方の円筒状空洞を含んで構成された筐体の容積のまわりに流体を送る凹部をチャンバ内に備え、及び
前記凹部の範囲を制限して、前記漏洩還流を最大にするロータ角度位置で流体が送り込まれるのを阻止する構成であることを特徴とする請求項１３に記載のルーツ式ブロワの騒音低減方法。
【請求項１５】
前記補助的な漏洩還流経路は、前記排気ポートと、隣接する２つのローブ及び前記壁に囲まれており、前記チャンバの壁に切り込まれ、前記排気ポートに向かって開いた凹部を含んで構成された容積との間の流体の流路を提供することを含むことを特徴とする請求項１３記載のルーツ式ブロワの騒音低減方法。
【請求項１６】
前記補助的な漏洩還流経路は、
前記排気ポートから吸気ポートへの自然漏洩還流量が前記ロータの角度位置に応じて周期的に変わり、
さらに、
前記ロータ間の自然漏洩還流量が最大となるロータ角度位置で開口するレリーフ凹部の広がりを最小にし、
前記ロータ間の自然漏洩還流量が最小となるロータ角度位置で開口するレリーフ凹部の広がりを最大にするように配置された前記複数のレリーフ凹部を提供する、
ことを含むことを特徴とする請求項１３に記載のルーツ式ブロワの騒音低減方法。
【請求項１７】
前記１対のレリーフ凹部は、他の略均一な壁面内に離れて、前記壁面を円筒状の基準形態から外に向かって膨らます２つの変形部であり、
前記漏洩還流を最小にする前記ロータの複数の第１の角度位置を決定する手段と、
前記漏洩還流を最大にする前記ロータの複数の第２の角度位置を決定する手段と、
前記漏洩還流を最小にする第１の角度位置での噛み合いに対して遠位にある基準ローブを認識する手段と、
前記基準ローブと位置合わせされ、前記基準ローブ、同じ前記ロータ上の他のローブ及び前記チャンバの一方の円筒状空胴を含んで構成された筐体の容積のまわりに流体を送る、前記１対のレリーフ凹部のうちの第１のレリーフ凹部をチャンバ内に提供する手段と、
前記第１のレリーフ凹部の範囲を制限し、前記漏洩還流を最大にするロータ角度位置で流体が送り込まれるのを阻止する手段と、
をさらに含んで構成された請求項１に記載のルーツ式ブロワ。
【請求項１８】
前記排気ポートと、隣接する２つのローブ及び前記壁に囲まれた容積との間の流体の流れを増加させる手段をさらに含んで構成された請求項１７に記載のルーツ式ブロワ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ルーツ式ブロワの音響学的特性を低減する方法及び装置の名称で２００７年１２月３日に出願された米国仮特許出願番号第６０／９９１，９７７の優先権を主張し、米国仮特許出願の全体が参照文献として本開示に含まれるものである。
【０００２】
本発明は、大略、ルーツ式ブロワに関し、特に、ルーツ式ブロワにおけるヘリカルロータ固有のパルスノイズの低減に関する。
【背景技術】
【０００３】
ルーツ式ブロワの特徴は、ハウジング内に大きさが等しく、互いに逆方向に回転する二つのローブ（葉片）ロータを平行に備えていることである。ハウジング内部には、一般的に、内側でロータが回転する大きさの等しい二つの円筒状チャンバを一部が重なった状態で平行に備えている。各ロータは、他のローブと交互配置する複数のローブを有しており、複数のベアリングに支持されたシャフトに取り付けられている。この場合、シャフトとベアリングの双方は、少なくともその一部がロータ及びハウジングのうち少なくとも一方の内部に配置されている。最近の慣例では、ルーツ式ブロワのロータローブは、ヘリカル（螺旋）、インボリュート、又はサイクロイド形（円形）であり、一般には、一連の円弧として近似されるサイクロイドの形を有している。なお、本実施形態の図においては、サイクロイド形で示している。そして、ロータチャンバから分離された小部屋内に収容され、１：１比で噛合うギアによって駆動される。ロータシャフトの一つは、通常、外部の電動モータのような動力源によって駆動され、これにより他方が駆動される。吸気口及び排気口は、円筒状チャンバの２つの穴がオーバーラップする領域に沿ってハウジング材の一部を除去することによって形成される。純気体流は、ロータシャフトの面に直交する。即ち、吸引された気体は、交互に配置されたローブが空胴の中心から吸気ポートに向かって動いて隙間を開くのにつれてブロワの中に引き込まれ、吸気ポートから排気ポートまでロータの周囲を移動する。この場合、吸引された気体は、シリンダ内のロータの２つのローブ間の容積に相当する交互に並んだ気体を飲み込む部分（以下、「ガルプ（gulp）」という）内にあってチャンバの周りを運ばれ、夫々、次のガルプ（gulp）の前ローブが持ち上がることによって円筒状の壁から排気ポートに引き渡される。そして、その後、各ローブが排気ポート近くの反対側のロータの次のローブ間の谷間に入るにつれて排気ポートから押し出される。
【０００４】
１つのロータ当たりのローブの数は任意である。例えば２、３、及び４ローブロータが知られている。いわゆる歯車ポンプは、インボリュート形ローブを使用するルーツ式ブロワの変形であり、これにより周期的に界面接触するギアとしてローブを機能させるようになっている。また、そのような設計は、異なる歯数の選択を可能している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
１９００年代の初めまでは、ルーツ式ブロワのローブは、表面を決定するラインが各回転軸に平行な直線形であり、ヘリカルではなかった。そのようなローブを備えたブロワは、回転中に出力の著しい変動を生じ、排出量が一定に増加しない。しかしながら、適切に形成された直線形のローブ間の漏洩還流（leakback）、即ち排気ポート側から吸気ポート側に戻る流れは、全てのギャップが一定で変わらない範囲では略一定である。１９３０年代までの製造技術における進展には、合理的なコストで、回転シャフトに沿って次のヘリカルのパスに進む歯車の歯とコンプレッサのローブを作る能力が含まれている。これは、ハレットによって米国特許第２，０１４，９３２に開示されているように、離散的なパルスではなく事実上一定の排出量を備えたルーツ式ブロワをもたらした。しかしながら、そのようなブロワは、脈動性の漏洩還流を示しており、したがって、正味排出流は不安定なままである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のいくつかの実施形態は、過去のヘリカルロータ設計におけるよりもロータ角度位置に対して漏洩還流をより一層一定にして、ルーツ式ブロワのパルスエネルギー及び付随した騒音を低減するものである。この均一化の主なメカニズムは、レリーフ凹部（relief recess）を適当な位置に設けて、回転中の角度位置の関数として漏洩還流における変化の特定の発生源をバランスさせることである。 
【０００７】
一態様によれば、ルーツ式ブロワは、２つの歯車で同期された２つのロータを囲むハウジングを有している。各ロータが左右反対のピッチの長いスクリューとしてロータの長さに沿って延びるヘリカルローブを有している以外は、ロータは略同一である。２つのロータは、各ロータを互いに反対方向に回転させる同期歯車を取付けたシャフトに設けられている。この場合、複数のローブは、ブロワ機能を支持するために、しっかりと、干渉しないだけの間隔をあけて交互に配置されている。１つのシャフトは、モータに取付けるために延びている。
【０００８】
さらにまた、ハウジングは、吸気ポートと排気ポートを備える対の円筒状の穴を含んでいる。排気ポートは、排気ポートからの空気を各ロータに沿って、ある程度まで後ろに結合させるレリーフ溝（relief groove）を含んでいる。２つのロータ間に挟まれた領域に対向する円筒領域内には、一般に、複数の凹部がさらに存在する。各ポートの形や配置と共に、レリーフ溝及び凹部の大きさとその位置は、この点を除けは同様な他のブロワと比較した場合、少なくともいくつかの目的に対してのブロワの機能を落とすことなく騒音を低減する役目をする。
【０００９】
一態様においては、騒音を低減したルーツ式ブロワが開示されている。このブロワは、回転軸を含む平面内の平行な軸に関して相互に反対方向に回転するように形成された１対のロータと、このロータ対を囲むチャンバを決定する壁を備えたブロワハウジングと、含んでおり、上記各ロータは、夫々、半径方向の最外位置（先端）に頂部を有し、相互に軸方向に反対巻きの螺旋として形成される複数のサイクロイド形ローブを含んで構成され、各ロータローブの頂部の回転により、ロータの軸方向の範囲で切除されて１対の円筒部分の一部が重なった形状の空洞を規定しており、この空洞がチャンバの物理的な範囲を確定し、さらに、上記チャンバの壁が略一定の空間距離だけ上記空洞から離れて位置している。
【００１０】
さらに、ブロワは、チャンバの壁を貫通し、吸気ポートの外壁がロータ軸間で略等距離の界面に関して対称を成した吸気ポートと、チャンバの壁を貫通し、吸気ポートの位置と略対向する位置にあり排気ポートの外壁が上記界面に関して対称を成した排気ポートと、チャンバの壁に上記界面に関して互いに略対称に位置付けられて形成された１対のレリーフ凹部と、を含んでいる。
【００１１】
別の態様においては、騒音を低減したルーツ式ブロワが開示されている。このブロワは、１対の円筒式チャンバと１対の補償レリーフ凹部を含むものである。このチャンバには、しっかりと噛み合って連動して動くサイクロイド形のヘリカルロータローブを装備した１対のロータがシャフトに支えられて取り付けられており、これにより上記１対のロータの一方に動力を供給するモータは、平均圧力の増加に伴って、ブロワの吸気ポートから排気ポートまで流体を流すように強いる。また、上記補償レリーフ凹部は、チャンバの内側に吸気ポートと排気ポートから離隔されて位置し、増加し周期的に変化する排気ポートから吸気ポートへの漏洩還流の提供にも適合する寸法を有しており、これによりロータ形状により生じる漏洩還流の特性変化をバランスする。
【００１２】
さらに、別の態様においては、ルーツ式ブロワの騒音低減方法が開示されている。この方法は、漏洩還流の変化をロータの角度位置特性で相殺するのに十分なルーツ式ブロワのロータと壁との間の補助的な漏洩還流経路を導入することを含んでいる。
【００１３】
このように、以下の詳細な説明がよりよく理解され、また、その技術に対する現在の貢献が一層よく評価されるように、本発明のより重要な特徴がやや広範に概説された。もちろん、以下に記述され、ここに添えられた各請求項の主題を形成するような本発明の更なる特徴がある。
【００１４】
この点において、本発明の少なくとも一実施形態について詳しく説明する前に、本発明がその用途において構造の詳細、及び以下の説明で示され図面に描かれた要素の配置に限定されないことは理解されたい。本発明は、他の実施形態でも実施することができ、また様々な方法で実施し実行することができる。さらに、本明細書及び概要において使用された表現及び専門用語は説明を目的としたもので、それに限定されるものではないということは理解されよう。
【００１５】
それ故、当業者は、この開示が基づく概念が本発明のそれぞれの目的を実行するために他の構造、方法及び装置の設計の根拠として容易に利用し得ることを認識するであろう。したがって、本発明の思想及び範囲から逸脱しない限り、特許請求の範囲がそのような等価な構造を含んでいると見なされるということは重要である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】完成したルーツ式ブロワの斜視図である。
【図２】図１のブロワの分解斜視図である。
【図３】ゼロ角度位置における一対のロータを示す斜視図であり、明瞭にするために各ロータを配置位置から回転して示し、各ロータ上にゼロ角度位置に対する各ロータ間の漏洩還流のギャップ経路の位置を示す線を含んでいる。
【図４】３０角度位置における一対のロータを示す斜視図であり、明瞭にするために各ロータを配置位置から回転して示し、各ロータ上に３０角度位置に対する各ロータ間の漏洩還流のギャップ経路の位置を示す線を含んでいる。
【図５】６０角度位置における一対のロータを示す斜視図であり、明瞭にするために各ロータを配置位置から回転して示し、各ロータ上に６０角度位置に対する各ロータ間の漏洩還流のギャップ経路の位置を示す線を含んでいる。
【図６】従来技術によるブロワのハウジング部材の断面図である。
【図７】本発明によるブロワのハウジング部材の断面図である。
【図８】本発明による図７のハウジングの反対側を示す断面図である。
【図９】略同一のブロワに対する１回転中の漏洩還流の変化をプロットしたグラフであり、従来技術によるブロワの漏洩還流変化と、従来技術と略同一であるが本発明の特徴を組み入れたブロワの漏洩還流変化を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここでは、添付図面を参照して本発明を説明する。この場合、同一の要素は同一の参照符合を付して説明する。本発明によるいくつかの実施形態においては、改善されたルーツ式ブロワが提供される。 このルーツ式ブロワは、ロータの角度位置による漏洩還流の変化に関係した不自然な騒音の発生が従来のルーツ式ブロワと比較して低減されている。
【００１８】
以下に説明するロータは、ヘリカルかストレートカットのいずれであろうとも、断面がインボリュート形ではなくサイクロイド形である。これにより、流体を瞬時に閉じ込めて流体の体積を圧縮する傾向がなくなり、更なる周知の雑音源が除去される。
【００１９】
ここに開示された本発明におけるような送風機として使用されるストレートロータと比較すると、ヘリカルロータは２つの別個の現象、即ち、出力流量や漏洩還流量によって特徴づけられる。特に、ストレートロータの脈動する出力流量特性と比較すると、ヘリカルロータは、回転の１周期にわたって略一定の出力流量を提供するよう形状を決めることができる。しかしながら、漏洩還流に関して言えば、この点を除けば望ましいと言えるヘリカルロータの方が特定の寸法によっては、ストレートロータよりも変わりやすいかもしれない。
【００２０】
図１は、ルーツ式ブロワ１０の一構成例を示す斜視図であり、ハウジング１２がモータカバー１４に一方端を接し、ギアカバー１６に他方端を接している。吸気口１８ は、ハウジング１２形態及び吸気ポートカバー２０によって形成されているが、同図においては、吸気ポート２２は、吸気ポートカバー２０で隠れている。排気口２４は、同様に、ハウジング１２形態及び排気ポートカバー２６によって形成されているが、排気ポート２８は隠れている。
【００２１】
図２は図１のブロワの分解斜視図であり、吸気ポートカバー及び排気ポートカバーを外した状態を示す。ハウジング１２は、２つのチャンバ３０を含んでいる。同図において、モータ３４に接続された駆動ロータ３２と従動（アイドラー）ロータ３６とは、鏡像螺旋の形態を成し、以下に詳述するように、実線に沿った隣接面間に一定のギャップを有して反対方向に回転するように構成されている。駆動ギア３８及び従動（アイドラー）ギア４０は、夫々、各ロータ３２，３６に調整可能に取り付けられている。同図には、吸気ポート２２及び排気ポート２８が示されている。締結具やベアリングの詳細は、本発明に影響されず、ここでは更なる説明を省略する。断面Ａ−Ａ−Ａ−Ａは、ロータ軸４６，４８を含んでおり、対を成すチャンバ３０の穴の軸線と一致している。
【００２２】
以下、漏洩還流を考慮して、ロータとチャンバとの間の界面及び各ロータ間の界面について説明する。漏洩還流の誘導騒音を減ずるブロワ設計の幾つかの態様が本文中に説明されている。
【００２３】
ヘリカルロータ３２，３６とそれらが内部で動作するチャンバ３０との間の界面は、漏洩還流の流れ抵抗が略一定の略平らなモータ側の一方端４２及びギア側の他方端４４の境界、及び本発明実施以前にも漏洩還流の流れ抵抗が同様に略一定であった周囲の壁の境界を有している。適切に形成され適切な間隔で配置されており、略鏡像関係にある２つのヘリカルロータ３２，３６間の界面は、角度位置に応じて周期的に変わるロータの全長に及ぶ境界を有している。この場合、図に示す２つの３ローブロータを仮定すると、回転中に６つの位置で繰り返し起こる漏洩還流を最小にする特定の角度が存在する。
【００２４】
図３は、互いに離れて傾けられた各ロータ３２，３６を示す斜視図５０であり、漏洩還流が最小となる複数の角度位置のうち、最初の位置（ここでは「ゼロ角度位置」いう）に位置した状態を示している。この位置で、第１のヘリカルロータ３２の第１のローブ５２は、第２のヘリカルロータ３６の第１のローブ間の谷間５４と完全に噛み合っている。また、第１のローブ５２及び谷間５４は、ロータ３２，３６の図３において手前側の近位端（シャフトは省略されているが、これは例えばギア側端部）でロータ軸４６，４８（図２参照）の面Ａ−Ａと一致している。さらに、このゼロ角度位置では、第２のロータ３６の一部である第２のローブ５８は、ロータ３２，３６の遠位端（近位端がギア側端部であれば、モータ側端部）で、第１のロータ３２の一部である第２の谷間５６と面Ａ−Ａにおいて完全に一致している。ロータ界面に連続的に沿って、略均一な厚さの波状のギャップ経路（gap path）６０が存在する。図２に示すように、ロータが並設されている場合、この波状のギャップ経路６０を通り抜ける漏洩還流は、同様に、略一定となり、前述したように最小となる。ギャップ経路６０は、両ロータ３２，３６上に太い実線で、ローブの陰に隠れた部分は破線で示されている。
【００２５】
同図を観察すると、ロータ３２，３６間のギャップ経路６０は、近位端、中間部及び遠位端で、ほぼ両ロータ軸の面Ａ−Ａ内に在り、且つ同様に図２に示すロータ軸の面Ａ−Ａに垂直な面でロータ軸４６，４８間の等距離の位置にある界面Ｂ−Ｂ内に在る実線を略追尾しているのが分かる。結果として、漏洩還流の主な方向は、ほぼ排気ポート２８の中心から吸気ポート２２の中心まで以外にはありえず、したがって、漏洩還流の主な方向は、ロータ軸の面Ａ−Ａに垂直で、界面Ｂ−Ｂ内にあることになる。この流れの範囲及び流れの方向は、ここでは自然漏洩還流（natural leakback ：ＮＬＢ）と呼称する。ＮＬＢは、ギャップ幅６２（ほぼロータの長さに一致）と、ギャップ厚み６４（ロータ間の隙間であるが、図におけるように離して傾けた状態で図示したロータでは示すのが困難）との積として定量化される。
【００２６】
ギャップ長６６（即ち、気体分子が高圧から低圧まで通過する移動距離）は、機械装置の流れ抵抗（この場合、ロータ３２，３６の間の流れ抵抗）において、相対的にそれほど重要な要素ではないということが理解される。一方、ギャップの断面積は、流れ抵抗において非常に重要な要素であり、したがって、ルーツ式ブロワの場合の漏洩還流においても同様である。
【００２７】
図４においては、前述したように説明のために離して傾けた状態で図示した図３のロータ３２，３６が３０度だけ前進している。第１のローブ５２上の移行点１００は、第２のロータ３６上の対応点１００とは、未だ十分近くにあるが、以前は中央にあった第１のローブ５２の近位端は前進している。ロータ３２，３６の真ん中で、第１の谷間５４と第２のローブ５８との間及び第１のローブ５２と第２の谷間５６との間に対応する移行点１０２は、まさに解放されつつあるが、その一方で、別の噛み合いが第２の谷間５６と第３のローブ１０６及び第２のローブ５８と第３の谷間１０８との間に対応する移行点１０４で生じつつある。遠位端における第２のローブ５８の第３の谷間１０８への移行は、第２の谷間５６と第３のローブ１０６との間に対応する移行点１１０（重なり部）でその噛み合いの終点となる。
【００２８】
この角度位置では、ロータ３２，３６間のギャップ経路１１２は、最大に広がっている。即ち、ギャップは、移行点１０２〜１０４まで広範に変化し、その結果、いくつかの実施形態における幅に約４０％を加えることになる。このとき、ギャップ厚みは、略一定である。排気ポートと吸気ポートとの間の圧力が一定であるので、このより大きな幅により、より低い流れ抵抗が生じる。このより低い流れ抵抗により、最大の漏洩還流が生じる。３０度の回転位置では、ギャップ経路１１２は界面Ｂ−Ｂ内に概ねとどまっているが、図３に示すギャップ経路６０に比べて大部分がロータ軸６８の面から抜け出して拡張していることが分かる。結果的に、漏洩還流の流れの方向は、少なくとも軸方向成分１１４を有している。即ち、近位端から遠位端方向であって排気ポートから吸気ポートに向かう方向に対して垂直である。
【００２９】
ロータがさらに進み、図５に示す６０度の位置１１６になると、図３のゼロ度の位置と鏡像の関係となり、波状のギャップ経路１１８を通る漏洩還流が再び最小となる。また、９０度の位置（図示省略）は、図４の３０度の位置と鏡像の関係となる。９０度の位置では、波状のギャップ経路とロータ軸面との間の角度は、逆になる。その結果、流れの軸方向成分は、３０度の位置の流れの軸方向成分１１４の方向とは逆となり、遠位端から近位端に向かう方向となる。
【００３０】
図６は、従来技術のチャンバの排気ポート１２２に向かって見た断面図１２０である。破線は、代表位置におけるローブ頂部を表わしている。第１の破線１２４は、ローブ頂部のチャンバの壁（以下「チャンバウォール」という）１２６に近接した静止端部を表わしており、このとき、漏洩還流の基準範囲が提供される。この位置では、ローブ頂部は、排気ポート１２２で十分に加圧された気体に未だ直接接触していない気体の塊を保持するガルプ（gulp）の前縁として働く。
【００３１】
第２の破線１２８は、同じローブ頂部を表わし、ローブ頂部が十分に進んでレリーフ溝１３０が開き始めた状態を示している。ここで、上記レリーフ溝１３０は、チャンバウォールへの侵入深さを徐々に増すように、即ち、ロータ軸面Ａ−Ａに垂直な周面である排気ポート１２２側側壁に切り込みを入れてチャンバに設けられている。この場合、排気ポート１２２にある高圧気体がガルプ（gulp）内に導入され始める。第３の破線１３２は、同じローブ頂部を表わしており、ローブ頂部が十分に進んで排気ポート１２２にガルプ（gulp）が直接開放された状態を示している。ローブ頂部が、第４の破線１３４の位置まで進むと、ガルプ（gulp）は排気ポート１２２に完全に開放される。排気ポート１２２の前縁１３６がローブ頂部と略同じ角度になるように設けられているため、排気ポート１２２は、レリーフ溝１３０を介してガルプ（gulp）に突然開放される。図６の構成の効果は、後述する図９の基準圧力パターンを決定する。特に、ここで説明され、図６，７に示されているように、排気ポート１２２，１４２からのレリーフ溝１３０，１５２は、漏洩還流の変動をより多い又はより少ない部分において補正するようになっているが、ロータ角度位置に対する漏洩還流に係る圧力変動によって発生する騒音を抑制する上で、レリーフ溝の配置だけが極めて有効であるということは示されていない。この観点から、レリーフ溝の如何なる形状も略適用できるが、図６，７に示されているものは、代表的なものである。
【００３２】
図７は本発明の実施形態を具体化して示したチャンバの断面図１４０である。上図は排気ポート１４２に向かう外向きのものであり、破線は吸気口から吸気口へ移送する正規のロータ動作１４６中のローブ頂部の位置を例示している。第１の破線１４４は、チャンバウォール１４８に十分に近い静止したローブ頂部を表わしている。一方、第２の破線１５０は、同じローブ頂部を表わしており、ローブ頂部が十分に進んでレリーフ溝１５２が開き始めた状態を示している。これによって、排気ポート１４２の空気圧がガルプ（gulp）内に導入され始める。第３の破線１６２は、同じローブ頂部を表わしており、ローブ頂部が十分に進んで排気ポート１４２自体にガルプ（gulp）が開放され始めた状態を示している。
【００３３】
図８は代わって吸気ポート１７２に向かって見た本発明によるチャンバの断面図１７０である。破線１７４，１７６，１７８は、正規の動作１８０中のローブ頂部の位置を表わしている。レリーフ凹部１８２，１８４は、提供される補助的な漏洩還流範囲に関してロータ角度位置に依存する補助的な漏洩還流経路を提供する。ローブ頂部の位置１７４では、補助的な漏洩還流経路は提供されない。これは、図６に示すロータ角度位置が３０度の場合に相当し、ロータ３２，３６間の自然漏洩還流が流れの軸方向成分１１４を含み最大となっている。
【００３４】
一方、ローブ頂部の位置１７６は、最大となった補助的な漏洩還流経路を提供する。これは、図３に示すロータ角度位置がゼロの場合に相当し、ロータ３２，３６間の自然漏洩還流が最小となっている。また、図７に示すローブ頂部の位置１５０にも相当し、レリーフ溝１５２が閉じていることを除けば同じガルプ（gulp）にかなりの程度結合している。図７に示すようにガルプ（gulp）に結合していく状態と、図８に示すようにガルプ（gulp）との結合が解かれる状態とを組合せることにより、レリーフ凹部１８２，１８４の形状、大きさ及び位置を調整して正確に測定可能な漏洩還流を提供し、自然漏洩還流における変化をかなりの程度で正確に抑制することができる。
【００３５】
上記現象は、２つの３ローブ式ヘリカルロータを有するブロワに対して、ロータ間で交互に発生する６つの回転角度で繰り返される。中間の角度は、レリーフ凹部１８２，１８４の中間で実現し、それらを交互に露出させる。その結果、調整された漏洩還流は、角度によって変化することなく略一定となる。自然漏洩還流は、レリーフ凹部１８２，１８４が補助経路を提供するため、最小流量となる場合には排気口から吸気口まで、即ち軸方向と異なる方向に大部分が導かれると理解される。また、自然漏洩還流が最大流量範囲となる時には、図６に示される大きな軸方向成分１１４を有していると理解される。
【００３６】
レリーフ凹部１８２，１８４の詳細な設計は任意である。図８に示す本実施形態において、ヘリカルローブ頂部の線に略直角なアーチ形の経路は、一般に、自然漏洩還流が最小となるロータ角度における最大幅と最大深さで規定され、自然漏洩還流が最大となる角度では、チャンバウォールへの侵入がなくゼロになる深さ及び幅で規定される。上記実施形態において、レリーフ凹部１８２，１８４の軸方向位置は、一般に、チャンバの各壁の中央である。上記で指示された配置に全体的に適合していても、エッジの形状、表面仕上げ、空洞共振等多くの要因が特定の構造に対して騒音を発生させるおそれがある。そこで、特定の構造を検証するには、気圧の範囲及び音響の両方の測定に特に重点をおいて実験することが必要である。
【００３７】
注目すべきは、図６に示す排気口側側面を有するような代表的な従来技術のブロワに、レリーフ凹部１８２，１８４がなく、破線で示すポート１８６のように反転された吸気ポート１７２の形状を備えている以外、図８に示すような同じ吸気口配置を略適用してもよいということである。この反転された吸気ポート１８６の形状においては、吸気ポート１８６のエッジ位置を過ぎて移行するローブ頂部１７８によって吸気ポート１８６の閉鎖がより急激に引き起こされることになる。
【００３８】
図９は、従来設計及び本発明の設計に対し、ローブ角度を関数として漏洩還流をプロットしたグラフ２００ であり、ギャップ幅における上記変化、即ち流れ抵抗における上記変化により漏洩還流における測定可能な変化が生じ、その結果、回転速度及び吐出し風圧に直接関連して発生する測定可能な騒音が生じることを示している。従来設計における可変漏洩還流は、漏洩還流フロー２０２の第１のグラフで示されている。これは、角度位置全体に亘って可変な漏洩還流フロー２０４であり、シャフトの回転に対して６回の顕著なピーク２０６が存在する。
【００３９】
更に、図９は、角度位置を関数とする出力圧力の第２のグラフ２１０を示しており、改善点を除けば略同一なブロワに本発明の改善をとり入れることにより実現される。改善されたブロワにおいては、極僅かな漏洩還流フロー２１２は、基準ブロワの漏洩還流フロー２０４と略同じであるが、図３，５に示す最小漏洩還流の角度位置に関連する圧力ピーク２１４の大きさはかなり低い。図８に示すように吸気ポートを１８６から１７２に反転し、図６，７に示すようにレリーフ溝を１３０から１５２に変えることによって導入された第２の改善に加えて、図８に示す実施形態において提供されているレリーフ凹部１８２，１８４を含むことにより、この改善を実施している。
【００４０】
すべての運転条件の下で、電力消費、騒音及び損耗を低く抑えるためには、ロータ間の絶対ギャップ、及び各ロータとチャンバの円筒状の壁との間のギャップの存在は好ましい。これを確実なものにするためには、ロータ及びチャンバ材料は、少なくとも、熱膨張係数（ＣＴ）が同じか又は同程度を示すものであるとよい。その結果、各パーツ間のギャップは、温度に対して略不変となる。例えば、本実施形態において、特定のアルミニウム合金が図１に示すブロワ１０にとって好ましいために、ハウジング１２、モータカバー１４及びギアカバー１６の端部材等、筐体部品のすべてがこの合金から作り上げられ、熱処理がＣＴに影響する場合には、同じ熱処理を施すことは望ましい。さらに、ロータ、シャフト、ギア及び関連部品は、同じ合金か又は略等しく等方性のＣＴを有する別の材料から作られてもよい。ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）は、ロータ使途に適する様々なエンジニアリングプラスチックのうちの１つに挙げるために、特定のアルミニウム合金のＣＴに略一致するＣＴを有する製品を共に実現する特質を多く含んでおり、本発明による低騒音ブロワの筐体に適する。
【００４１】
図８に示す実施形態と略類似した特定の実施形態に一致しているレリーフ凹部構成が導き出されてもよい。この場合、ブロワは、螺旋状に６０度前進するサイクロイド形の３ローブロータを有している。ロータは、上記のような壁を有するチャンバ内で動作する。このブロワに適合するレリーフ凹部は、円筒状の２つの基準容積（reference volume）内に設けられている。各基準容積は、回転中心を有しており、この回転中心は、各ロータ軸に略垂直なチャンバの中央面の位置でロータローブ頂部の螺旋状の傾斜（線）で決定される基準面内にあり、近位のロータ軸とチャンバの中央面との交差部（点）の近くにある。基準容積の回転中心は、基準面とチャンバウォールとの交差部における螺旋状の傾斜に平行である。基準容積の半径は、ロータローブの半径よりも大きい。基準容積は、ロータ軸面と、界面に平行で近位のロータ軸を含む境界面とによって範囲がさらに制限された連続的な経路に沿ったチャンバウォールと交差している。レリーフ凹部は、基準容積の全体を占めるのではなくＲ面を有していてもよい。
【００４２】
レリーフ凹部が自然漏洩還流を増大させる能力は、バイパス経路を提供することにより達成される。レリーフ凹部の形状が、例えば図３に示すように、ローブ先端の範囲でローブ半径（最大ロータ半径）よりも大きい主たる半径（上記基準容積の半径）を少なくとも含む場合に、ローブは、レリーフ凹部上の動作においてレリーフ凹部の中心にある時、最大のバイパス領域を提供するかもしれない。
【００４３】
本発明の多くの特徴及び利点は、詳細な説明から明白である。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の思想及び範囲内にある本発明の特徴及び利点の全てを包含することを意図している。さらに、多数の改良及び変形は、当業者であるなら容易に想像することができる。したがって、本発明は、ここに説明され開示されている正確な構造及び動作に限定されるものではなく、それ故、適切な改良及び等価物は、全て、本発明の範囲以内にあってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１２…ハウジング
２２，１７２…吸気ポート
２８，１２２，１４２…排気ポート
３０…チャンバ
３２，３６…ロータ
３４…モータ
３８，４０…ギア
４６，４８…ロータ軸
５２，５８，１０６…ローブ
５４，５６，１０８…谷間
１３０，１５２…レリーフ溝
１７４，１７６，１７８…ローブ頂部の位置
１８２，１８４…レリーフ凹部
【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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