(57)【要約】【課題】ルーツブロワのローターを構成する方法を提供する。【解決手段】ブロワのハウジングは円筒形状のチャンバを定めて、出口ポート（19）を定める。ブロワは、チャンバ内にかみ合う、ローブを有するローター（37、39）を配置する。各ローターは複数Nのローブ（47、49）を有し、各ローブは、軸方向に面する第１（47s1、49s1）と第２（47s2、49s2）の端面を有する。各ローブは、ねじり角度（TA）を定めるように軸方向に面する表面を有し、各ローブは、螺旋角度（HA）を定める。この方法では、ローター上の複数Ｎのローブの関数として、ローブ用に最大の理想的なねじり角度（TAM）を決定し、次に、最大の理想的なねじり角度（TAM）とローブ（47、49）の端面の間の軸方向の長さ（L）の関数として、各ローブ用に螺旋角度（HA）を決定する。【選択図】図１
2006329191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルーツタイプのブロワ（11）用のローターを構成するための方法であって、第１（27）と第２（29）の横方向に重なり合う円筒形状のチャンバを定めるハウジング（13）を構成し、このハウジングは入口ポート（17）を定める第１の端部壁（31）と、第２の端部壁（33）を有し、前記ハウジングは前記第２の端部壁（33）の近くで、前記第１（27）と第２（29）のチャンバの干渉部に出口ポート（19）を定め、前記ブロワ（11）は、前記第１と第２のチャンバ（27、29）内に、夫々、第１（37）と第２（39）のかみ合う、ローブを有するローターを配置させ、各ローターは複数Ｎのローブ（47、49）を有し、各ローブは、前記第１（31）と第２（33）の端部壁と夫々密着するように、軸方向に面する第１（47s1、49s1）と第２（47s2、49s2）の端面と、前記円筒形状のチャンバ（27、29）と密着するように頂部の平坦部（47t、49t）とを有し、前記各ローブ（47、49）は、ねじり角度（TA）を定めるように前記軸方向に面する第１（47s1、49s1）と第２（47s2、49s2）の端面を有し、かつ前記各ローブは、螺旋角度（HA）を定めて、前記ローターを構成する方法は、さらに、
（ａ）前記ローター（37、39）上の前記複数Ｎのローブの、部分的に、関数として、前記ローブ用に最大の理想的なねじり角度（TAM）を決定し、
（ｂ）前記ねじり角度（TA）と前記ローブ（47、49）の前記軸方向に面する第１（47s1、49s1）と第２（47s2、49s2）の端面の間の軸方向の長さ（L）の関数として、前記各ローブ用に螺旋角度（HA）を決定する、各ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記複数Nのローブは、少なくとも３つであり、しかし、５つを超えないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記出口ポート（19）は、前記第２の端部壁（33）の近くに、略平行に端面（21）を定めて、第１（23）と第２（25）の側面を、夫々、前記第１（37）と第２（39）のローターの前記各ローブ（47、49）の前記頂部の平坦部（47t、49t）によって横切るように配置され、前記第１（23）と第２（25）の側面は夫々、前記端面（21）とともに、前記螺旋角度（HA）と実質的に等しい角度を定めることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ａ）では、前記第１（37）と第２（39）のローターによって定められる中心間の距離（CD）の関数として、かつ、前記ローブの前記頂部の平坦部（47t、49t）によって定められる外側の直径（OD）の関数として、前記最大の、理想的なねじり角度（TAM）を定めることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ステップ（ｂ）では、前記最大の理想的なねじり角度（TAM）と前記軸方向の長さ（L）の関数として、リードを決定し、前記螺旋角度（HA）を、前記ローブのピッチの直径をPDとして表した次の式
螺旋角度（ＨＡ）＝（１８０/π*tan-1（ＰＤ／リード））
に従って決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルーツタイプのブロワに関し、より具体的には、ローブがまっすぐ（つまり、ローターの軸に対して平行）ではなく、むしろ螺旋角度を定めるように「ねじられた」ブロワに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ルーツタイプのブロワは、自動車のエンジンをブーストしたり、スーパーチャージさせるように、エアの流量を移動させる際に用いられている。当該技術分野において通常の知識を有する者には公知なように、ルーツタイプのブロワのスーパーチャージャーの目的は、エアの容量を、エンジンの燃焼チャンバ内に移送して、エンジンの変位よりも大きくして、この結果、燃焼チャンバ内のエアの圧力を上昇させて（ブーストさせて）、より大きなエンジンの出力のホースパワーを得られるようにすることである。本発明は、エンジンのスーパーチャージに用いられるルーツタイプのブロワに限定されないものの、本発明は、この分野に用いられると特に利点を有するので、以下の明細書においては、この分野について説明する。
【０００３】
ルーツタイプのブロワを製造し、利用する初期の段階では、通常、夫々、２つのまっすぐなローブを有する２つのローターを提供していた。しかしながら、このようなブロワはさらに改良されて、こようなブロワを必要とする分野からの要求が高った結果、通常、３つのねじられたローブを有するようにローターが提供されはじめた。当該技術分野において通常の知識を有する者には公知なように、ルーツタイプのブロワの際立った特徴の１つは、２つの同一のローターを用いて、軸方向の端部の１つから眺めて、一方のローターのローブが時計方向にねじられ、これとかみ合うローターのローブが反時計方向にねじられるように、これらローターが配置されることにある。当該技術分野において通常の知識を有する者には公知なように、本発明が関連するタイプの、ブロワのローターにこのようなねじられたローブを用いる結果、ブロワはより良好なエアを処理する性能を有し、エアの脈動と乱流の発生をより減少させるようになる。
【０００４】
特許文献１に開示されたルーツタイプのブロワの例は、本発明の譲受人に譲り渡されており、この内容は本明細書に参考として包含される。自動車のエンジンのスーパーチャージャーに現在用いられているルーツタイプのブロワの多くは「後方に入口を設ける」タイプであり、つまり、スーパーチャージャーは、エンジンの構成部品の正面側に向って配置されているプーリによって機械的に駆動されており、ブロワのエアの入口は反対側の端部に設けられ、つまり、エンジンの構成部品の後方側に向って配置されている。ほとんどのルーツタイプのブロワでは、エアの出口はハウジングの壁部に形成されており、このため、出口を通るエアの流れの方向は、ローターの軸に対して径方向になっている。従って、このようなブロワは、「軸方向に入口があり、径方向に出口がある」タイプとして参照されることがある。尚、本発明は、このような軸方向に入口があり、径方向に出口があるタイプに厳密に限定される必要はなく、これは、本発明の好適な実施形態の解りやすい例であって、このため、これに合わせて本発明が説明されていることを理解されたい。
【０００５】
より新しいルーツタイプのブロワの例として、特許文献２に開示されたものがあり、これもまた、本発明の譲受人に譲り渡されており、この内容は本明細書に参考として包含される。「ローブをねじった」ルーツタイプのブロワでは、特徴の１つは、通常、出口ポートは略三角形状であって、この三角形の頂点は、重なり合うローターチャンバによって定められる出口カスプを含む平面上にある。通常、三角形状の出口ポートの角度付けられた側部は、ローターの螺旋角度（ヘリックス角度）と実質的に等しい角度を定め（つまり、ローブＯ．Ｄ．での螺旋角度）、このため、各ローブは、次に、「ライン対ライン」様式に、出口ポートの角度付けられた側部を通る。上記特許文献２に開示された技術では、出口ポートのいずれの側にも環流用のスロット（バックフロースロット）を設けて、出口ポートの角度付けられた側部を丁度横切る前に、ローターの近接するかみ合わないローブによってトラップされたエアの制御容量を移送する必要がある。本発明は、ローターの螺旋角度に相当するように角度付けられた側部によって定められる角度で、三角形状の出口ポートを有するブロワのハウジングを用いるものに限定されないが、このような構成には利点があるため、本発明は、これに合わせて説明される。
【０００６】
当該技術分野において通常の知識を有する者には公知であって、後述する図と説明から理解されるように、ルーツタイプのブロワは重なり合うローターチャンバを有し、重なり合う場所には、通常、一対の「カスプ（cusps）」として参照されるものを定めており、また、以下において、用語「入口のカスプ」は、入口ポートに近接するカスプを参照し、また、用語「出口のカスプ」は、出口ポートと干渉するカスプを参照するものとする。また、以下の説明において、ローターローブの「螺旋角度」は、ローブのピッチサークルの螺旋角度を意味するものとする。
【０００７】
本発明の重要な特徴の１つは、「シール時間」として公知なルーツブロワのパラメータに関するが、これは、「時間」について参照するのは誤解であり、正しくは、この用語は角度の測定について参照される（つまり、回転角度に関する）。従って、「シール時間」は、以下において詳述される、操作の特定の「段階（フェース）」を通って移動する、ローターローブ（又は制御流量、コントロールボリューム）の移動の角度の数について参照される。「シール時間」を説明する上で重要なのは、「ローブの区別（ローブセパレーション）」としても参照される、近接するローブの間の度合いの数として定められる量についてである。従って、通常の、従来技術のルーツタイプのブロワは、３つのローブを有し、「ローブの区別（Ｌ．Ｓ．）」は、Ｌ．Ｓ．＝３６０/Ｎと、Ｎ＝３として表現され、このたローブの区別Ｌ．Ｓ．は１２０度に等しい。ルーツタイプのブロワの操作には４つの段階があり、各段階には、関連するシール時間が関係し、これらは、（１）「入口のシール時間」：制御容量が入口ポートにさらされる際の回転の度合いの数と、（２）「移送のシール時間」：移送容量が、入口の「イベント」と環流の「イベント」の双方からシールされる際の回転の度合いの数と、（３）「環流のシール時間」：出口ポートに解放される前に、「環流」ポート（この用語については後述される）に対して移送容量が開口される際の度合いの数と、（４）「出口のシール時間」：出口ポートに移送容量がさらされる際の度合いの数とがある。
【０００８】
ルーツタイプのブロワの他の際立った特徴は、ローターの後方端部からローターの前方端部に向かって「移送する」際に生じる、各ローブの「ねじり角度」、つまり、度合いでの角度の変位のことである。ルーツタイプのブロワ技術では、通常、後続するブロワのモデルの構成と形成においても、特定のねじり角度を選び、この角度を用いる。例示的にのみ示すと、本発明の譲受人は、何年もの間、ブロワのローターのローブにおいて、６０度のねじり角度を用いていた。この特定のねじり角度は大きめに選ばれているが、この理由は、このとき、６０度のねじり角度は、ローブをホブする（螺旋状に回転切削する）カッターを用いることができる最大のねじり角度のためである。従って、ねじり角度が予め定められると、以下において詳述するように、従来公知の幾何学的な関係を用いることによって、ローブの螺旋角度が決定されていた。また、ルーツタイプのブロワ技術では公知なように、より大きなねじり角度を提供すると（例えば、１２０度位）、この結果、より螺旋角度が高くなり、性能を向上させ、特に、熱の圧縮効率を高めて、入力のパワーを低める。
【０００９】
当該技術分野において通常の知識を有する者には公知であって、以下において詳述されるように、ルーツタイプのブロワのエアの流れの特性と、ブロワのローターが回転できる際の速度は、ローブの幾何学的な関数であって、これには、ローブの螺旋角度が含まれる。理想的には、ローブのかみ合いの線形速度（つまり、かみ合ったローターのローブがかみ合いから外れる点での線形速度）は、入口ポートを通ってローター用チャンバ内に進入するエアの線形速度に近付ける必要がある。ローブのかみ合いの線形速度（以下、Ｖ３として参照される）が流入するエアの線形速度（以下、Ｖ１として参照される）よりもかなり大きい場合には、この結果、ローブの移動は、入口側上で少なくとも部分的にバキュームを引き出すように影響する。このようなＶ１とＶ３とのずれは、脈動、乱流、そしてノイズを生じさせ、（また、このような要求の「仕事」を生じさせ）、これらは全て、大体１５，０００から約１８，０００ｒｐｍの速度で回転する、エンジンのスーパーチャージャー上での深刻な短所となっている。
【００１０】
ルーツタイプのブロワのスーパーチャージャー技術において通常の知識を有する者であれば、大抵、ブロワの「圧力比」、つまり、出口圧力（絶対）から入口圧力（絶対）までの比を向上できることが望ましいことを理解するであろう。圧力比を高めることは、ブロワの関連するエンジンをブーストするためのホースパワーをより大きくすることになる。本発明の譲受人は、構成上、出口側のエアの温度が１５０°Ｃを超えるように、圧力比を超えてルーツタイプのブロワを働かせないようにしている。
【特許文献１】米国特許第２６５４５３０号明細書
【特許文献２】米国特許第５０７８５８３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、ブロワの全体の操作効率を向上させ、特に、熱効率を向上させて、入力用のパワーを減少させるように構成された、ローターとローブとを有するルーツタイプのブロワを提供することを目的とするものである。
【００１２】
また、本発明は、上記目的を達成するとともに、ローターの回転速度をより高めて、ローブのかみ合いの線形速度−対−流入するエアの線形速度の「対応」を向上させるように、ルーツタイプのブロワ用のローターを構成するための改良された方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
また、本発明は、通常の従来技術のブロワと比べて、ブロワを幾分より高い圧力比で操作できるように、ルーツタイプのブロワ用のローターを構成するための改良された方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
さらに、本発明は、ブロワ内で動的な燃焼の圧縮を効率的にさせるように環流のシール時間の大きさを変化でき、また、与えられた構成用に、ブロワの低速度の性能を相当に低下させる内部の漏れを生じさせることなく、最大の、理想的な螺旋角度を提供できるように、ローターのねじり角度を決定できるように、ルーツタイプのブロワ用のローターを構成するための改良された方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記課題と他の課題を解決するための手段として、ルーツタイプのブロワ用のローターを構成するための改良された方法を提供するが、このブロワは、第１と第２の横方向に重なり合う円筒形状のチャンバを定めるハウジングを有し、また、このハウジングは、入口ポートを定める第１の端部壁と、第２の端部壁とを有する。ハウジングは、第１と第２のチャンバの干渉部で、第２の端部壁の近くに形成されるように、出口ポートを定める。また、ブロワは、第１と第２のチャンバ内に、夫々、第１と第２のかみ合う、ローブを有するローターを配置する。各ローターは複数Ｎのローブを有し、各ローブは、第１と第２の端部壁と、夫々、密着するように、第１と第２の軸方向に面する端面を有し、また、円筒形状のチャンバと密着するように頂部に平坦部を有する。各ローブは、この第１と第２の軸方向に面する端面にねじり角度を定め、また、各ローブは、螺旋角度を定める。
【００１６】
本発明に係る、ローターを構成するための改良された方法では、各ローターの複数Ｎのローブの関数として各ローブ用に最大の理想的なねじり角度を定め、また、ローブの第１と第２の軸方向に面する端面の間の軸方向の長さとねじり角度の関数として、各ローブ用に螺旋角度を定めるステップを有する。
【００１７】
本発明のより具体的な特徴では、ルーツタイプのブロワ用のローターを構成するための改良された方法では、最大の理想的なねじり角度を決定するステップはさらに、第１と第２のローターによって定められる中心間距離の関数として、また、ローブの頂部の平坦部によって定められる外径の関数として、最大の理想的なねじり角度を定めることを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付した図を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。但し、これら図は、本発明の範囲を限定するものではない。図１を参照すると、符合１１を用いて概略的に示しているように、ルーツタイプのブロワの外側の斜視図が描かれている。このブロワは、ブロワ用ハウジング１３を有している。背景技術で説明したように、ブロワ１１は、好ましくは後方に入口を設け、径方向に出口を設けたタイプであり、このため、ブロワのローターを駆動するための機械的な入力は、プーリ１５を用いて行われる。このプーリ１５は、エンジン構成部品の前方端部に向かって配置されていてもよい。図１から眺めて「下方」端部に向かって、ブロワ用ハウジング１３は、符合１７を用いて概略的に示しているように、入口ポートを定めている。
【００１９】
また、ブロワ用ハウジング１３は、符合１９を用いて概略的に示しているように、出口ポートを定めているが、これは、図１から理解することができるように、略三角形状であって、ブロワ１１の軸Ａ（図２参照）に対して略垂直な端面２１と、一対の側面２３と２５を含むが、これらについては、以下において詳述される。このようなブロワでは、入口のシール時間が少なくともローターローブのねじり角度の大きさと等しくなるように、入口ポートが構成されることを求めている。従って、ポートの外部がローターのボアの外径によって「制限されている」場合には、ねじり角度が大きくなると、入口ポートの「広がり（回転角度において）」はより大きくなる。入口のシール時間は、ねじり角度と少なくとも等しくなければならないが、これは、移送容量は、この容量が入口ポートに対して閉鎖される前に、完全にかみ合いをなくすことを保証するためである。
【００２０】
次に、図３を参照しながら、主に図２を参照すると、ブロワ用ハウジング１３は、一対の、横方向に重なり合う円筒形状のチャンバ２７と２９を定めており、図２では、チャンバ２７からチャンバ２９に向って眺めるように描かれている。図３では、チャンバ２９は右手側のチャンバであって、図３は、ローターチャンバの後方端部（図２の右側）から眺められており、つまり、エンジンの構成部品内で前方に眺めるように描かれている。これらブロワのチャンバ２７と２９は、入口カスプ３０ａ（入口ポート１７と並んでいる）と、出口カスプ３０ｂ（出口ポート１９と並び、実際に干渉する）で重なり合っている。
【００２１】
図２を主に参照すると、ブロワ用ハウジング１３は、第１の端部壁３１を定め、これを貫通するように入口ポート１７を有しており、このため、以下の説明と、添付した特許請求の範囲の記載では、上記第１の端部壁３１は、入口ポート１７を「定める」と記載している。チャンバ２７と２９の前方端部では、ブロワ用ハウジング１３は、第２の端部壁３３を定めており、これによって円筒形状のローターのチャンバ２７と２９をギアチャンバ３５から区別している。このギアチャンバ３５内には、当該技術分野において通常の知識を有する者には公知なように、タイミングギアが含まれており、この一部は、図に示されており、符合ＴＧを用いて参照できる。タイミングギアの構成と機能は、本発明の特徴部ではなく、当該技術分野において通常の知識を有する者には公知なものであるため、ここではさらなる説明を省略する。
【００２２】
次に、図４を参照しながら、主に図３を参照すると、ローターチャンバ２７の内部には、符合３７を用いて概略的に示されるように、ローターが配置されており、また、ローターチャンバ２９の内部には、符合３９を用いて概略的に示されるように、ローターが配置されている。ローター３７はローター軸４１に対して固定され、ローター３９はローター軸４３に対して固定される。ルーツタイプのブロワのローターの一般的な構成と、これらをローター軸上に取り付ける手段とは、当該技術分野において通常の知識を有する者には公知であり、特に本発明の特徴部ではないので、ここではさらなる説明を省略する。当該技術分野において通常の知識を有する者ならば、ブロワのローターを形成し、この後、このようなローターを対応するローター軸上に固定するためには、様々な方法が公知であって、利用可能であることを理解するであろう。例えば、中実ローターを製造して、ホブ用のカッターを用いてホブされたローブを有するようにすることは公知であり、また、中空状にローターを押し出して、この端部を閉鎖させたり、シールさせることも一般に公知である。特許請求の範囲で特に記載されない限り、本発明は、製造方法を問わず、任意のタイプのローブに合わせて用いることができ、また、ローター軸上にローターを取り付ける任意の方法に合わせて用いることができるものとする。
【００２３】
この実施形態では、例示上に限り示すが、ローター３７と３９の各々は、複数Ｎのローブを有し、ローター３７は符合４７を用いて概略的に示されるようにローブを有し、ローター３９は符合４９を用いて概略的に示されるようにローブを有する。この実施形態では、例示上に限り示すが、具体的には複数Ｎの数は４であり、ローター３７はローブ４７ａ、４７ｂ、４７ｃ及び４７ｄを有している。また、ローター３９はローブ４９ａ、４９ｂ、４９ｃ及び４９ｄを有している。また、ローブ４７は軸方向に面する端面４７ｓ１と４７ｓ２を有し、ローブ４９は軸方向に面する端面４９ｓ１と４９ｓ２を有している。尚、図４では、端面４７ｓ１と４９ｓ１は実際に見えるように描かれているが、端面４７ｓ２と４９ｓ２は、ローブの端部を「導く」ように単なる線として描かれており、これは、これら端面は図４では見えないためである。端面４７ｓ１と４９ｓ１は、第１の端部壁３１と密着し、端面４７ｓ２と４９ｓ２は、第２の端部壁３３と密着するが、これは、当該技術分野において通常の知識を有する者には公知であり、本発明とは直接に関係していない。
【００２４】
ルーツタイプのブロワの技術分野において通常の知識を有する者には公知なように、図３に示されているように、入口側からローターを眺めるとき、左手側のローター３７は時計周りに回転し、右手側のローター３９は反時計周りに回転する。従って、入口ポート１７を通ってローターチャンバ２７と２９内に流入するエアは、例えば、ローブ４７ａと４７ｂの間、または、ローブ４９ａと４９ｂとの間に定められる制御流量（コントロールボリューム）内に流入して、これら制御流量内に含まれるエアは、対応するローブによって送られて、夫々、チャンバ２７と２９の周りで対応する方向に、これら特定の制御流量が出口ポート１９と連通するまで進む。ローブ４７の各々は、頂部側に平坦部（トップランド）４７ｔを有し、また、ローブ４９の各々は、頂部側に平坦部４９ｔを有し、これら頂部側の平坦部４７ｔと４９ｔは、夫々、円筒形状のチャンバ２７と２９と密着するが、これは、当該技術分野において通常の知識を有する者には公知なものであるため、ここではさらなる説明を省略する。
【００２５】
本明細書で利用されている用語「制御流量」は、主に、後続するローブが入口カスプを横切った後、進行するローブが出口カスプを横切る前に、２つの近接するかみ合っていないローブの間の領域または流量として使われている。しかしながら、当該技術分野において通常の知識を有する者ならば、２つの近接するローブ（例えば、ローブ４７ｄと４７ａ参照）の間の領域もまた、図３のローブ４７ｄと４７ａの間でかみ合っているように示されているローブ４９ｄのように、ローターのかみ合いを通ることを理解するであろう。各領域、つまり制御流量は、背景技術で説明した操作の４つの段階、つまり、入口段階、移送段階、環流段階、出口段階を通る。従って、図３を参照して、ローブ４７ａと４７ｂの間（また、ローブ４９ａと４９ｂの間）の制御流量は、ローブ４７ｂと４７ｃの間の制御流量と同様に、入口段階を構成する。ローブ４７ｃと４７ｄの間の制御流量は、環流段階の丁度手前で、移送段階にある。図３を参照して、ローブ４７ｄが出口カスプ３０ｂを通過するやいなや、これとローブ４７ｃの間の制御流量は、環流段階にさらされる。入口ポートの平面で（図３参照）、ローブ４７ｄが出口カスプ３０ｂを通過すると、以下において詳述されるように、制御流量は、「通風孔（ブローホール）」を通って出口圧力にさらされる。入口ポート１７に戻されないようにするため、ローブ４７ｃと４７ｄの間の制御流量は、入口ポートとの連通を完全になくし、つまり、入口段階から完全で出ることが必要になる。制御流量のうち、ローブ４７ｄが「進行する」ローブであり、ローブ４７ｃが「後続する」ローブであるとすると、図３に示すように、進行するローブ４７ｄが依然として出口カスプ３０ｂと密着されるときは、後続するローブ４７ｃは、入口カスプ３０ａの頂部でチャンバ２７と依然として密着されなくてはならない。上記要求は、入口のシール時間と移送のシール時間の、シール時間の最大量を示し、続いて、最大の、理想のねじり角度を決定するのに重要となる。
【００２６】
本発明の重要な特徴に従うと、ブロワの性能を直接的に向上させないが、ローターローブのねじり角度を実質的に向上させることにより、ルーツタイプのブロワの性能を実質的に向上することができることが認められている。しかしながら、ローターローブのねじり角度を向上することは、替わりに、各ローブの螺旋（ヘリックス）角度を実質的に増大させることになる。より具体的には、本発明の１つの特徴として、各ブロワの構成では、「最適な」螺旋角度を定めるのに利用可能なように、最大の理想的ななじり角度を決定することができることが認められている。「最大の理想的ななじり角度」の意味するところは、ローブのかみ合いを通って出口ポート１９から入口ポート１７まで戻される漏出路を開口することがない、各ローターローブ用に最大の可能なねじり角度のことである。
【００２７】
次に、主に図５を参照して、本発明の重要な特徴の１つについて説明すると、「理想的な」最大のねじり角度が認められ、一度この理想的な最大のねじり角度が計算されると、これを用いて、ローブ４７と４９用の最大の（最適な）螺旋角度を決定するのに用いることができる。図５では、ローターチャンバ（重なり合う円筒形状のチャンバ）２７と２９の幾何学的な図を示しており、これらは夫々、チャンバの軸２７Ａと２９Ａを定めている。図５を図３と比較することから理解できるように、チャンバの軸２７Ａはローター軸４１の回転軸であり、チャンバの軸２９Ａはローター軸４３の回転軸である。従って、図５では、チャンバの軸２７Ａと２９Ａの中心間の距離の２分の１を示す線として、「ＣＤ/２」が示されている。
【００２８】
上述したように、円筒形状のチャンバ２７と２９の重なり合う線に沿って、入口カスプ３０ａと出口カスプ３０ｂがある。また、図５では、ローターローブ４７又は４９によって定められる直径の２分の１に実質的に等しいように、「ＯＤ/２」が示されている。理想的な最大のねじり角度を決定する際、本発明の特徴の１つとして、入口カスプ３０ａと出口カスプ３０ｂの間の回転角度を決定する必要がある。従って、図５に示した幾何学的な図では、符合「Ｘ」で参照される角度が示されているが、これは、図５から理解できるように、入口カスプ３０ａと出口カスプ３０ｂの間の角度の２分の１を示している。この角度Ｘは、次の式から計算することができる。
cosＸ＝ＣＤ/ＯＤ、あるいは、
Ｘ＝cos−１（ＣＤ/ＯＤ）
である。
【００２９】
上記から、次の式に示すように、最大の理想的なねじり角度（ＴＡM）を計算することができる。
ＴＡM＝３６０−（２掛けるＸ）―（３６０/Ｎ）
この際、
２掛けるＸ＝カスプ−対−カスプの区別であり、
Ｎ＝ローター毎のローブの数であり、
３６０/Ｎ＝ローブ−対−ローブの区別である。
上記本発明の実施形態では、最大の理想的なねじり角度（ＴＡM）は、約１７０度であると決定することができる。尚、上記関係を利用することにより、計算されたものはローブ４７と４９用の角度であり、これは、入口のシール時間と移送用のシール時間を合わせて、全体の最大のシール時間となっているが、この際、移送用のシール時間は０に等しい。このような入口と移送の間のシール時間の「割当て」（移送用のシール時間を０とする）は、比較的に高速度の性能用の「理想的な」最大のねじり角度を導く。当該技術分野において通常の知識を有する者ならば、本明細書の記載内容を理解することによって、比較的に遅い速度で最適な性能を得るためには、入口と移送用の全体を一定に保ちながら、入口のシール時間を減らして、移送用のシール時間を増やすことを理解するであろう。換言すると、ブロワのポートは、特定の自動車の形態に合わせて「調整」することは可能である。ルーツタイプのブロワ用のローターを構成するための方法を向上させる際、スタート点は、「移送用」シール時間を０として、「最適な」螺旋角度を決定することであった。特定の形態において、遅い速度の効率を向上することが求められる場合には、上述のように、移送用のシール時間を増大させて、入口のシール時間をこれに従って減少させ、そして、最大の理想的なねじり角度（ＴＡM）もまた減少させる。
【００３０】
本発明の方法の次のステップは、最大の理想的なねじり角度ＴＡMとローブの長さを利用して、ローブ４７又は４９の各々用に螺旋角度（ＨＡ）を計算することである。ローブの長さを調整することで、最適な螺旋角度を得ることができる。上述したように、螺旋角度ＨＡは通常、ローター３７と３９のピッチサークル（または、ピッチの直径）で計算されるが、これら用語は、当該技術分野において通常の知識を有する者ならば理解することができる。この実施形態では、例示的にのみ示すが、最大の理想的なねじり角度ＴＡMは約１７０度として計算され、螺旋角度ＨＡは、次のように計算される。
螺旋角度（ＨＡ）＝（１８０/π*tan-1（ＰＤ／リード））
この際、
ＰＤ＝ローターローブのピッチの直径であり、
リード＝完全に３６０度ねじりを行うためにロープに求められるローブの長さであり、このリードは、ねじり角度（ＴＡM）とローブの長さの関数である。
この実施形態では、螺旋角度ＨＡは、約２９度として計算された。
【００３１】
本発明に従って、ローターの構成するための向上された方法の１つの重要な特徴として、入口ポート１７の大きさとフロー領域を増大させることが可能である。図３を合わせて、図１から理解できるように、入口ポート１７は、入口カスプ３０ａの各側部で、大きな弓形つまり回転状に広がっており（つまり、通常の従来技術よりも大きい）、このため、近接するローブの間で制御流量内に入口ポートを通って流入するエアの時間の期間を増大させている。例えば、スーパーチャージャーに用いられるルーツタイプのブロワに用いられている、通常の、従来技術の入口ポートは、ローブ４７ａと４７ｂとの間の制御流量内にエアを流入できるようにし、ローブ４９ａと４９ｂとの間の制御流量を少なくとも部分的に満たせるようにする。しかしながら、通常の、従来技術の入口ポートは、ローブ４７ｂと４７ｃとの間の制御流量内に、連通して、エアを流入させるようにされていないのに対して、図１と３から理解できるように、図１に示した入口ポート１７は、ローブ４７ｂと４７ｃとの間の全制御流量とほとんどと重なり合う。同時に、図１の右側にある、入口ポート１７は、ローブ４９ｂと４９ｃとの間の制御流量と部分的に連通している。
【００３２】
次に、図４を主に参照すると、本発明の他の重要な特徴が示されており、これは、ローブ４７と４９の螺旋角度（ＨＡ）を大きく増大させることに関する。背景技術で記載したように、先行技術のルーツブロワのスーパーチャージャーの短所の１つは、通常、入口ポートを通ってローターチャンバに流入するエアの線形速度（リニア速度）とローブのかみ合いの線形速度の間に「ずれ」があったことにある。図４を参照すると、このような従来技術の「ずれ」を克服するため、本発明の方法によって説明される様々な流れを識別するために矢印が示されている。これらは、
Ｖ１＝入口ポート１７を通って流入するエアの線形速度であり、
Ｖ２＝径方向のローターローブの線形速度であり、
Ｖ３＝ローブのかみ合いの線形速度である。
【００３３】
図６のグラフを合わせながら、図４を参照すると、背景技術で説明したように、より小さな、従来技術の螺旋角度を有する、公知の「従来技術」のルーツタイプのブロワが示されており、これにはＶ１とＶ３との間に大きなずれがあるため、「従来技術」の装置では、ローブのかみ合いの線形速度Ｖ３は入口のエアの流れＶ１よりも数倍速く進むので、かなりの量の望ましくない乱流を生じさせ、バキュームを形成させていた。さらに、従来技術の装置では、約８，５００ｒｐｍで、１００ｄｂを超える「ノイズの発生」が観察されている。これとは対照的に、本発明では、図６から理解できるように、Ｖ１とＶ３の間の隙間はかなり小さく、このため、乱流はほとんどなく、同様にバキュームの形成もほとんどないことを示唆している。この示唆の確認のため、本発明に従って形成されたブロワをテストしたところ、ブロワの速度が１６，０００ｒｐｍよりも大きい場合であっても、１００ｄｂを超えるノイズの発生が生じないことが観察された。図６のグラフから理解できるように、任意のローターローブの構成で（つまり、螺旋角度）、Ｖ１はＶ３に「遅れる」が、本発明の重要な特徴の１つとして、螺旋角度ＨＡが増大すると、ローブのかみ合いの線形速度Ｖ３は減少し、Ｖ３とＶ１の間の隙間は減少して、より少ない乱流（脈動）、より小さなバキューム、より小さなノイズの形成を得られるような長所がある。
【００３４】
次に、図７を主に参照して、実質的に増大された螺旋角度ＨＡのさらなる長所について説明する。ローター３７とローター３９が回転すると、ローブ４７と４９（つまり、４７ａ等、４９ａ等）はかみ合いを行ったり、行わないように移動して、瞬間的に、出口カスプ３０ｂに沿って、ローターチャンバ２７と２９の近接する表面とともに、符合５１を用いて概略的に示されているように、「通風孔（ブローホール）」を定めるが、これは、通風ポート（ブローホールポート）としても参照されることがある。ローブのかみ合いによって、各通風孔５１が「生じる」際、先行する制御流量は近接する制御流量と連通できるようになる。これは、上記において環流段階または「イベント」として参照されており、この環流イベントの目的は、出口ポートを開口させるのに先立って、近接する制御流量を圧力において均等にさせることを意図している。
【００３５】
当該技術分野において通常の知識を有する者ならば、通風孔５１を形成することは、周期的に行われ、つまり、２つの近接する、かみ合うローブ４７と４９によって１つの通風孔５１が形成され、出口ポート１９に向う方向で、ローブのかみ合いが線形に移動するに従って、通風孔は線形に移動する。通風孔５１は、出口ポート１９に線形に達するまで生じる。環流のシール時間の広がりに基づいて、一度に、複数の通風孔５１が生じて、表れることは可能である。複数の通風孔５１を含む、「環流」イベントの利点は、複数の制御流量にわたって分配される連続したイベントがあり、長期間にわたって、出口のイベントまたは段階への移行を安定できるようにして、環流イベントの効率を向上させることにある。
【００３６】
本発明の特徴の１つである、より大きな螺旋角度ＨＡに起因する、通風孔５１の固有の形成と合わせて観察される特徴の１つとして、出口ポート１９のいずれの側（通常、各側面２３又は２５と平行に）でも環流スロットの必要性をなくすことができる。従って、図１から理解できるように、ブロワ用ハウジング１３には、出口ポート１９の近くに、このような環流スロットが備えられていない。
【００３７】
本発明に従って、より大きな螺旋角度のさらなる長所があり、ブロワ１３は、より高い「圧力比」、つまり、入口圧力（ｐｓｉａ）に対する出口圧力（同様にｐｓｉａ）で、操作することができる。これとは反対に、本発明の譲受人によって製造され、市場で販売されている従来技術のルーツブロワのスーパーチャージャーでは、約２．０の圧力比で、１５０°Ｃの操作温度（出口ポート１９のエアの温度）に達することがある。本発明に従って形成されたものを除いて、一般に、ブロワは同一なように形成されており、１５０°Ｃの出口のエアの温度の予め定められた「限界」に達する前に、約２．４の圧力比で操作できることがわかっている。この大きな圧力比は、内燃機関の技術分野において通常の知識を有する者には公知なように、エンジンのパワー出力を増大させるように、潜在的にさらに大きな可能性を示している。
【００３８】
スーパーチャージャーの技術分野において通常の知識を有する者には公知なように、スクリュー圧縮タイプのスーパーチャージャーとルーツブロワのスーパーチャージャーとの間の主要な性能の差は、通常のより小さな螺旋角度を有する、通常の従来技術のルーツタイプのブロワでは、いかなる「内部圧縮」を生じさせておらず（つまり、ブロワ内でエアを実際に圧縮させず、単にエアを移送させている）、通常のスクリュー圧縮タイプのスーパーチャージャーは、内部でエアを圧縮させていることにある。しかしながら、本発明の商業用の実施形態を構成し、発展させ、テストするに従って観察された結果、本発明に従って形成されたルーツタイプのブロワ１１は、何らかの量の内部圧縮を行っていることが解かった。比較的に遅い速度では、通常、小さなブースとが求められるとき、通風孔５１（より正確には、一連の通風孔５１）は、「漏出路（リークパス）」として機能して、内側の圧縮を何ら行わない。そして、ブロワの速度が向上するにつれて（例えば、ブロワのローターが１０、０００ｒｐｍで回転していて、次に、１２、０００ｒｐｍで回転する等）、これに対応してより大きなエアの量が移動すると、通風孔５１は依然として、生じた何らかのエアの圧力をリリーブするが、速度が増大して、通風孔５１が、内部圧縮の発生を防ぐように、エアの圧力を十分にリリーブすることができなくなると、この結果、何らかの特定の入力速度（ブロワの速度）より上で、丁度エンジンをよりブーストさせることが必要となると、内部圧縮が徐々に増大する。当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明のローターを構成する方法を用いることで、特定の自動車のエンジンに合わせるように、内部圧縮−対−ブロワ速度の関係を効率的に「合わせる」ように、所定のパラメータを変えることは可能であることを理解するであろう。
【００３９】
次に、主に図８を参照すると、ブロワの速度ＲＰＭの関数として、熱効率のグラフが示されている。図８から理解できるように、従来技術の装置を示す３つのグラフが示されており、これらグラフの２つは本発明の譲受人によって商業的に販売されている従来技術のルーツタイプのブロワを示しており、これら二つのブロワは、１４、０００ｒｐｍで終端することがグラフによって示されている。３番目の従来技術の装置はスクリュー圧縮タイプであって、グラフではこの装置は１０、０００ｒｐｍで終端ことが示されている。このスクリュー圧縮タイプはより高速で駆動することが可能だが、上記速度でテストが終了されているこを理解されたい。図８において、従来技術のグラフを参照するために用いられている用語の「終端」は、上述したように、１５０°Ｃの出口のエアの温度の所定の「限界」に装置が到達することを意味している。一度エアの温度が到達すると、ブロワの速度はさらに増大されることなく、テストは終了されている。
【００４０】
比較上、図８では、本発明に従って形成されたルーツタイプのブロワ（「本発明」と記されている）が示されており、これは、約４、５００ｒｐｍで従来技術の装置のいずれよりも、より高い熱効率を達成しており、そして、本発明の熱効率は全ての後続するブロワ速度においても従来技術の装置のものよりも実質的に高いままなことが示されている。特に重要な点は、本発明のブロワでは、ブロワの速度を増大させ続けることが可能であって、ブロワが１８、０００ｒｐｍ以上に達するまで、１５０°Ｃの出口のエアの温度の「限界」が生じないことにある。
【００４１】
以上、添付した図を参照してルーツタイプのブロワについて説明したが、この際、ローター３７と３９の各々は、インボリュートの、４つのローブ（Ｎ＝４）の構成を有しているが、本発明は、この実施形態に限定されないことを理解されたい。ここで本発明に用いられたインボリュートのローターのプロファイルは例示的に示されたものであって、本発明の特徴が特定のローターのプロファイルに限定されるわけではない。但し、多くのルーツタイプのブロワの構成では、特に自動車のエンジンのスーパーチャージャーにブロワが用いられる際、ローター毎のローブの数は、３、４又は５のいずれかである。
【００４２】
しかし、本発明の範囲内で、ローター毎のローブの数（Ｎ）は、３以下又は５以上であってもよく、以下の簡単な説明で示すように、ローター毎のローブの様々な数（Ｎ）用に、最大の理想的なねじり角度（ＴＡM）を変化されてもよい。ここで、上述した式を再度参照すると、
ＴＡM＝３６０−（２掛けるＸ）―（３６０/Ｎ）
ここで、ＣＤとＯＤは、ローブの数Ｎが変化しても一定に保たれると仮定すると、上記式において、第１部分（３６０）と第２部分（２掛けるＸ）はローブの数の変化から影響を受けず、しかし、第３部分（３６０/Ｎ）だけが変化することを理解できる。
【００４３】
従って、ローブの数Ｎが３、４、５と変化すると、最大の理想的なねじり角度ＴＡM（同じＣＤとＯＤが上記のように用いられると仮定する）の変化は次のようになる。
Ｎ＝３の場合、ＴＡM＝３６０−（２掛ける５０）―（３６０/３）＝１４０°、
Ｎ＝４の場合、ＴＡM＝３６０−（２掛ける５０）―（３６０/４）＝１７０°、
Ｎ＝５の場合、ＴＡM＝３６０−（２掛ける５０）―（３６０/５）＝１８８°、
となる。
【００４４】
上述のように、最大の理想的なねじり角度ＴＡMが一度、決定、計算されると、ピッチサークルでの直径（ＰＤ）に基づいた、長さ、そしてリードを知ることによって、螺旋角度（ＨＡ）を計算することができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本明細書を理解することによって、当該技術分野において通常の知識を有する者ならば、本発明に対して様々な修正や変更を加えることは可能であると思料する。しかし、このような修正や変更は、特許請求の範囲内にある限り、本発明に含まれることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に用いることができるルーツタイプのブロワの斜視図であって、入口ポートと出口ポートの双方を示す図である。
【図２】図１に示したブロワのハウジングの軸方向の断面図であって、説明を容易にするため、ローターを外して示した図である。
【図３】ブロワの横方向の断面に相当する、幾分幾何学的に示された図であって、重なり合うローターチャンバとローターローブを示す図である。
【図４】図３に概略的に示したローターのセットを上方からほとんど平面状に示した図であって、ローブの螺旋角度を示す図である。
【図５】ローターチャンバを示す幾何学的な図であって、本発明の重要な特徴の１つである、最大の理想的なねじり角度を決定するために用いられる図でる。
【図６】ブロワのローターの回転速度（ＲＰＭ）の関数として、ローブのかみ合いと流入するエアの速度の双方を示す、線形速度（ｍ／ｓ）のグラフであり、本発明を従来技術と対比して示す図である。
【図７】要部を拡大して示す、図２と同様に軸方向の断面図であって、本発明の重要な特徴の１つを示すため、ローブのかみ合いの一部を示す図である。
【図８】ブロワのローターの回転速度（ＲＰＭ）に対する熱効率（％）を示すグラフであり、本発明を従来技術と対比して示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１            ブロワ
１３            ハウジング
１７            入口ポート
１９            出口ポート
２７、２９      チャンバ
３１、３３      端部壁
３７、３９      ローター
４７、４９      ローブ
【図１】
2006329191.tif 000003
【図２】
2006329191.tif 000004
【図３】
2006329191.tif 000005
【図４】
2006329191.tif 000006
【図５】
2006329191.tif 000007
【図６】
2006329191.tif 000008
【図７】
2006329191.tif 000009
【図８】
2006329191.tif 000010