(57)【要約】  本開示は、改善された音響特性を有する簡易化されたルーツ型ブロワに関する。このルーツ型ブロワは、成型されたポリマー製のワンピース構造を有するロータボアハウジングを含む。このロータボアハウジングは、第１ロータボア及び第２ロータボアを形成する。また、このロータボアハウジングは、第１ロータボアに対応する第１ベアリングポケット及び第２ロータボアに対応する第２ベアリングポケットを形成する。このロータボアハウジングは、更に、タイミングギヤ室を形成する。【選択図】図１２【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ロータボア及び第２ロータボアを形成し、また、前記第１ロータボアに対応する第１ベアリングポケット及び前記第２ロータボアに対応する第２ベアリングポケットを形成し、更に、ギヤ室を形成する成型されたワンピースのポリマー構造を有するロータボアハウジングと、
前記第１ベアリングポケット内に取付けられる第１ベアリング及び前記第２ベアリングポケット内に取付けられる第２ベアリングと、
第１ロータシャフト軸に沿って位置決めされる第１ロータシャフトを有する第１ルーツ型ロータ及び第２ロータシャフト軸に沿って位置決めされる第２ロータシャフトを有する第２ルーツ型ロータとを備え、
前記第１及び第２ルーツ型ロータは、それぞれ前記第１ロータボア及び前記第２ロータボア内配置され、前記ロータボアハウジングに対して、それぞれ前記第１及び第２ロータシャフト軸回りに回転可能であり、前記第１及び第２ロータシャフト軸は、前記第１及び第２ルーツ型ロータがそれぞれ前記第１及び第２ロータシャフト軸回りに回転するとき、前記第１及び第２ルーツ型ロータが互いに噛み合うように相対的に配置され、前記第１ロータシャフトは、前記第１ベアリングによって支持され、前記第２ロータシャフトは、前記第２ベアリングによって支持され、
更に、前記ギヤ室内に配置された第１及び第２ギヤを備え、
前記第１ギヤは、前記第１ロータシャフトに連結され、前記第２ギヤは、前記第２ロータシャフトに連結され、前記第１及び第２ギヤは、互いに噛み合って前記第１及び第２ロータシャフト間でトルクを伝達するように構成されていることを特徴とするルーツ型ブロワ。
【請求項２】
前記第１及び第２ロータボアは、それぞれ２度未満の抜き勾配を有していることを特徴とする請求項１に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項３】
前記第１及び第２ロータボアは、それぞれゼロに等しい抜き勾配を有していることを特徴とする請求項１に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項４】
前記成型されたポリマー構造は、ポリマー基材及び該基材に埋め込まれた強化用繊維を含むことを特徴とする請求項１に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項５】
前記ロータボアハウジングは、前記第１及び第２ベアリングポケットをそれぞれ形成する第１及び第２円筒状ポケット形成壁を含み、前記第１及び第２円筒状ポケット形成壁にそれぞれ強化用繊維が円周方向に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項６】
前記ロータボアハウジングは、前記第１及び第２ロータボアをそれぞれ形成する第１及び第２ロータボア形成壁を含み、前記第１及び第２ロータボア形成壁内の強化用繊維は、前記第１及び第２ロータシャフト軸に対して平行に向けられていることを特徴とする請求項５に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項７】
前記第１及び第２ロータボアは、２５０立方センチメートル未満の合計容積を有することを特徴とする請求項１に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項８】
前記ロータボアハウジングは、前記第１及び第２ロータボアに流体接続する出口を形成し、前記出口並びに前記第１及び第２ベアリングは、前記第１及び第２ロータシャフト軸に垂直な基準平面が前記出口並びに前記第１及び第２ベアリングを横切るように相対的に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項９】
前記第１及び第２ベアリングは、それぞれ前記第１及び第２ベアリングポケットにインサートモールドされていることを特徴とする請求項１に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項１０】
更に、前記第１ベアリングを囲む第１ベアリングシールド及び前記第２ベアリングを囲む第２ベアリングシールドを備え、前記第１及び第２ベアリングシールドは、前記第１及び第２ベアリングが前記ロータボアハウジング内にモールドされるとき、前記プラスチックが前記第１及び第２ベアリングに侵入するのを防止するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項１１】
前記第１及び第２ルーツ型ロータは、初期慣らし運転期間中にロータボアハウジングを切削する切刃を有していることを特徴とする請求項１に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項１２】
前記ロータボアハウジングは、前記第１及び第２ロータシャフト軸に沿って互いに間隔をもって両端に配置された第１及び第２端部を有し、前記ギヤ室は、前記第１端部に隣接して配置され、前記第１ベアリングは、前記第１ロータボアと前記第１ギヤとの間に配置され、前記第２ベアリングは、前記第２ロータボアと前記第２ギヤとの間に配置され、前記ロータボアハウジングは、前記第１及び第２端部間に出口を形成し、
当該ルーツ型ブロワは、更に、前記ロータボアハウジングの前記第２端部に取付けられる入口ハウジングを含み、該入口ハウジングは、前記第１及び第２ロータボアに流体接続する入口を形成することを特徴とする請求項１又は８に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項１３】
前記入口ハウジングは、前記第１ロータシャフト軸に同心に配置された第３ベアリングポケットを形成し、前記入口ハウジングは、前記第２ロータシャフト軸に同心に配置されたベアリング取付突出部を形成し、
当該ルーツ型ブロワは、第３及び第４ベアリングを含み、前記第３ベアリングは、前記第１ロータシャフトを支持し、前記第３ベアリングポケット内に取付けられ、前記第４ベアリングは、前記第２ロータシャフトを支持し、前記ベアリング取付突出部に取付けられ、
当該ルーツ型ブロワは、更に、前記第４ベアリングに取付けられてスプライン結合によって前記第２ロータシャフトに連結されたプーリを含むことを特徴とする請求項１２に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項１４】
前記入口ハウジングは、金属であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項１５】
前記ロータボアハウジングと前記入口ハウジングとは、位置決め接合部で互いに結合し、前記位置決め接合部は、前記第１及び第２ロータボアのそれぞれの前記第１及び第２ロータシャフト軸回り同心度を向上させるように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項１６】
前記位置決め接合部は、前記入口ハウジングによって形成された位置決め受部内に受入れられる前記ロータボアハウジングの前記第２端部の軸方向突出部を含むことを特徴とする請求項１５に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項１７】
前記軸方法突出部及び前記位置決め受部は、前記第１ロータシャフト軸回りに延びる第１湾曲部及び前記第２ロータシャフト軸回りに延びる第２湾曲部を含むことを特徴とする請求項１６に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項１８】
更に、前記軸方向突出部の外側に設けられた複数のリブを備えていることを特徴とする請求項１７に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項１９】
ポリマー製のロータハウジングによって形成されたロータボア内に取付けられてロータシャフト軸回りに回転するロータを有するルーツ型ブロワの製造方法であって、
ポリマー製の前記ロータハウジングを射出成型し、
前記ロータを前記ロータボア内に取付け、
前記ロータがそれぞれのロータシャフト軸回りに回転されることにより、前記ロータでポリマー製の前記ロータハウジングの一部を切削することにより、前記ロータボアの内側の仕上げ形状を形成することを特徴とするルーツ型ブロワの製造方法。
【請求項２０】
繊維強化ポリマー構造を有し、第１及び第２ロータボアを形成し、また、前記第１ロータボアに対応する第１ベアリングポケット及び前記第２ロータボアに対応する第２ベアリングポケットを形成し、更に、ギヤ室、及び、前記第１及び第２ロータボアに流体接続するブロワ出口を形成するロータハウジングと、
前記第１ベアリングポケット内に取付けられる第１ベアリング及び前記第２ベアリングポケット内に取付けられる第２ベアリングと、
第１ロータシャフト軸に沿って位置決めされる第１ロータシャフトを有する第１ルーツ型ロータ及び第２ロータシャフト軸に沿って位置決めされる第２ロータシャフトを有する第２ルーツ型ロータと、を備え、
前記第１及び第２ルーツ型ロータは、それぞれ前記第１及び第２ロータボア内に配置され、前記ロータボアハウジングに対してそれぞれの第１及び第２ロータシャフト軸回りに回転可能であり、前記第１及び第２ロータシャフト軸は、前記第１及び第２ルーツ型ロータがそれぞれの第１及び第２ロータシャフト軸回りに回転されるとき、前記第１及び第２ルーツ型ロータが互いに噛合うように相対的に配置され、
更に、前記ギヤ室内に配置された第１ギヤ及び第２ギヤを備え、
前記第１ギヤは、前記第１ロータシャフトに連結され、前記第２ギヤは、前記第２ロータシャフトに連結され、前記第１及び第２ギヤは、互いに噛み合って前記第１及び第２ロータシャフト間でトルクを伝達するように構成されていることを特徴とするルーツ型ブロワ。
【請求項２１】
更に、前記ロータボアハウジングに取付けられ、金属構造を有する入口ハウジングを備え、
前記入口ハウジングは、前記第１及び第２ロータボアに流体接続する当該ルーツ型ブロワの入口を形成することを特徴とする請求項２０に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項２２】
更に、前記第２ロータシャフトに連結されて前記入口ハウジングに回転可能に取付けられるプーリを備え、
前記入口ハウジングは、前記ロータボアハウジングの第１端部に結合され、前記ギヤ室は、前記ロータボアハウジングの反対側の第２端部に配置されていることを特徴とする請求項２１に記載のルーツ型ブロワ。
【請求項２３】
前記入口は、当該ルーツ型ブロワの上部側に配置され、前記ブロワ出口は、当該ルーツ型ブロワの下部側に配置され、前記ブロワ出口の一部は、前記第１及び第２ベアリングポケットの真下に配置されていることを特徴とする請求項２２に記載のルーツ型ブロワ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、米国を除く全ての指定国に対する出願人である米国企業のイートン  コーポレーション、並びに、米国のみの指定国に対する出願人であるカナダ国民のウイリアム  ニコラス  アイバーゲン及び米国民のケリー  アン  ウイリアムズの名義でＰＣＴ国際特許出願として、２０１１年６月２日に提出された米国特許出願第６１／４９２５２０号の優先権を主張して、２０１２年６月４日に提出され、この米国特許出願における全ての開示内容は、参考として本説明に含まれる。
【０００２】
本開示は、一般的にはブロワに関する。より具体的には、本開示は、ルーツ型エアブロワ等のブロワに関する。
【背景技術】
【０００３】
ルーツ型エアブロワは、互いに噛み合ったロータの利用によりエアを移動させる容積型ポンプである。これらのロータは、ロータボアハウジングによって形成されたロータボア内に取付けられている。ロータは、一般的に、ロータボアハウジングに取付けたベアリングプレートアセンブリ内に取付けられたベアリングで支持される。ベアリングは、ロータをベアリングプレートに位置決めして、ベアリングプレートに機械加工されたポケットに圧入される。ロータ間又はロータとロータボアハウジングとの間には、確実に接触させないため、比較的高い精度が要求される。このため、ベアリングプレートアセンブリ及びロータボアハウジングは、しっかり管理された組立及び機械加工操作を使用した金属から製造される。上述の観点において、効率的な作動が可能でありながら、コスト効果的な方法で製造することができる簡易化されたルーツ型ブロワの設計が要求されている。
【０００４】
現行のルーツ型ブロワの設計に対するもう一つの課題は、騒音の発生に関する。例えば、現行のルーツ型ブロワの設計は、一般的に、ロータによって送られた高圧のエアが出口で
大気中に噴出したとき、騒音が発生する。この出口でのエアの脈動は、可聴騒音となり、現行のルーツ型ブロワを製造するのに使用される一般的なハウジング及びベアリングプレートの材料によって増幅される。更に、エンジントルクによるタイミングギヤのラトル音も既存のルーツ型ブロワを製造するのに使用される現行の材料によって増幅される。このため、騒音減衰領域の改良が要求されている。
【発明の概要】
【課題を解決しようとする手段】
【０００５】
本開示の一つの特徴は、ベアリングポケットと一体成型された成型ポリマー製のボアハウジングを有する簡易化されたルーツ型ブロワに関する。このタイプの設計は、機械加工の必要性を解消する。
【０００６】
本開示のもう一つの特徴は、成型されたポリマー製のボアハウジング、及び、起動時の慣らし運転期間中にそのハウジングを正確な寸法に切削する切刃(sharp edges)を設けるように設計されたロータを有するルーツ型ブロワに関し、これにより、容積効率及び熱効率を改善する。初期の慣らし運転期間中にロータが回転されることにより、ロータの外周縁部がロータボアを形成するハウジングの一部を切削して、ロータボアの内側形状がロータがそれぞれの軸回りに回転されたときにロータの外周縁部によって形成される外側形状に合致するようにする。特定の実施形態では、ロータボアの少なくとも一部が意図的に僅かに小さめに成型されて、起動時の初期の慣らし運転期間中に、ロータボアの小さめな部分がロータによって切削されるようにしている。
【０００７】
本開示の更なる特徴は、タイミングギヤのラトル音の低減及び騒音に関係するエア脈動の増幅の制限に役立つ減衰特性有するポリマー（例えばプラスチック）で成型又は他の方法で製造されたルーツ型ブロワに関する。一つの実施形態では、同じハウジング部分に一体化されたベアリングポケット及びロータボアを有する設計と組み合わせて減衰プラスチック材料を使用することにより、一般的な従来のルーツ型ブロワの脈動騒音及びギヤラトル音を減少させることができる。特定の実施形態では、プラスチックタイミングギヤ又は金属（例えばスチール）とプラスチックの組合せのタイミングギヤの使用により、ギヤラトル音の減少に多大な効果を奏することができる。
【０００８】
本開示の更なる特徴は、一体化されたロータボア及びベアリングポケットを含む射出形成されたワンピースのハウジングを有するルーツ型ブロワに関する。特定の実施形態では、ベアリングは、インサートモールド技術を使用してベアリングポケット内にモールドされる。特定の実施形態では、ハウジングのポリマー材料は、グラスファイバー等の補強部材で補強される。特定の実施形態では、グラスファイバーは、部品の精度の向上及び構造的完全性を特に考慮している。特定の実施形態では、ロータボア及びベアリングポケットを形成する成型ポリマーハウジングは、金属構造を有する入口ハウジングに結合する。特定の実施形態では、この金属製の入口ハウジングと成型プラスチックロータボアハウジングとの間に位置決め／案内接合部が設けられる。この位置決め接合部分は、ロータボアの同心度を改善又は維持するのに役立つように構成することができる。
【０００９】
本開示の更にもう一つの特徴は、ルーツ型ブロワの出口に直接取付けられたロータベアリングを有する小型ルーツ型ブロワに関する。一つの実施形態では、このルーツ型ブロワは、ロータボア、ロータボア内に回転可能に取付けられたロータ、ルーツ型ブロワの一端部に取付けられたロータタイミングギヤ、及び、ルーツ型ブロワの他端部に取付けられたロータ駆動プーリを含む。そのような実施形態では、ロータボアは、駆動プーリとロータタイミングギヤとの間に配置される。特定の実施形態では、ルーツ型ブロワの入口は、ルーツ型ブロワの第２端部にほぼ隣接して配置され、ルーツ型ブロワの出口は、ルーツブロワの第１端部にほぼ隣接して配置される。
【００１０】
本開示の更にもう一つの特徴は、成型ポリマー構造を有するロータボアハウジングを含むルーツ型ブロワに関する。このロータボアハウジングは、第１ロータシャフト軸に沿って位置決めされた第１ロータボア、及び、第２ロータシャフト軸に沿って位置決めされた第２ロータボアを形成する。また、このロータボアハウジングは、第１ロータシャフト軸と同心に位置決めされた第１ベアリングポケット、及び、第２ロータシャフト軸に同心に位置決めされた第２ベアリングポケットを形成する。ロータボアハウジングは、更に、ギヤ室を形成する。また、ルーツ型ブロワは、第１ベアリングポケット内に取付けられる第１ベアリング及び第２ベアリングポケット内に取付けられる第２ベアリングを含む。ルーツ型ブロワは、更に、第１ロータシャフト軸に沿って位置決めされた第１ロータシャフトを有する第１ルーツ型ロータ及び第２ロータシャフト軸に沿って位置決めされた第２ロータシャフトを有する第１ルーツ型ロータを含む。第１ロータシャフトは、第１ベアリングによって支持されて、第１ルーツ型ロータがロータボアハウジングに対して第１ロータシャフト軸回りに回転自在になっている。第２ロータシャフトは、第２ベアリングによって支持されて、第２ルーツ型ロータがロータボアハウジングに対して第２ロータシャフト軸回りに回転自在になっている。ルーツ型ブロワは、更に、ギヤ室内に配置された第１及び第２ギヤを含む。第１ギヤは、第１ロータシャフトに連結され、第２ギヤは、第２ロータシャフトに連結される。第１及び第２ギヤは、互いに噛み合って、第１及び第２ロータシャフト間でトルクを伝達するように構成される。特定の実施形態では、ロータボアハウジングは、ルーツ型ブロワの出口を形成し、このルーツ型ブロワは、更に、ロータボアハウジングに取付ける金属製の入口ハウジングを含む。この入口ハウジングは、ルーツ型ブロワの入口を形成する。
【００１１】
本開示の更にもうひとつの特徴は、繊維強化ポリマー構造を有するロータボアハウジングを含むルーツ型ブロワに関する。このロータボアハウジングは、第１ロータボア及び第２ロータボアを形成する。また、ロータボアハウジングは、第１ロータボアに対応する第１ベアリングポケット及び第２ロータボアに対応する第２ベアリングポケットを形成する。ロータボアハウジングは、更に、ギヤ室を形成する。また、ルーツ型ブロワは、第１ベアリングポケット内に取付けられる第１ベアリング及び第２ベアリングポケット内に取付けられる第２ベアリングを含む。ルーツ型ブロワは、更に、第１ロータシャフトを有する第１ルーツ型ロータ及び第２ロータシャフトを有する第２ルーツ型ロータを含む。第１ルーツ型ロータは、第１ロータボア内に位置決めされ、第２ルーツ型ロータは、第２ロータボア内に位置決めされる。第１及び第２ロータシャフトは、第１及び第２ルーツ型ロータが回転するとき、第１及び第２ルーツ型ロータが互いに噛み合うように位置決めされたロータシャフト軸回りに回転可能になっている。第１ロータシャフトは、第１ベアリング内で支持され、第２ロータシャフトは、第２ベアリングによって支持される。ルーツ型ブロワは、更に、ギヤ室内に配置された第１及び第２ギヤを含む。第１ギヤは、第１ロータシャフトに結合され、第２ギヤは、第２ロータシャフトに結合される。第１及び第２ギヤは、互いに噛み合って第１及び第２ロータシャフト間でトルクを伝達するように構成されている。また、特定の実施形態では、ルーツ型ブロワは、ロータボアハウジングに取付けられる入口ハウジングを含むことができる。入口ハウジングは、金属構造を有することができ、また、第１及び第２ロータボアに流体接続するルーツ型ブロワの入口を形成することができる。ロータボアハウジングは、第１及び第２ロータボアに流体接続するルーツ型ブロワの出口を形成することができる。
【００１２】
以下の説明に様々な追加の特徴が示される。これらの特徴は、個々の特徴及び特徴の組合せに関係する。以上の一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は、例示的で説明のためのみのものであり、ここに開示された実施形態が基づく広範な概念を制限しないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
添付の図面は、本説明の一部に含まれ、また、本説明の一部を構成するものであり、本開示のいくつかの特徴を図示している。これらの図面の簡単な説明は、次のとおりである。
【００１４】
【図１】従来技術のルーツ型ブロワの概略図である。
【図２】本開示の原理に従ったルーツ型ブロワの正面、上面の斜視図である。
【図３】図２のルーツ型ブロワの後面、上面の斜視図である。
【図４】図２のルーツ型ブロワの後面、底面の斜視図である。
【図５】図２のルーツ型ブロワの正面、底面の斜視図である。
【図６】図２のルーツ型ブロワの上面図である。
【図７】図２のルーツ型ブロワの後面図である。
【図８】図２のルーツ型ブロワの正面図である。
【図９】図２のルーツ型ブロワの底面図である。
【図１０】図２のルーツ型ブロワの第１側面図である。
【図１１】図２のルーツ型ブロワの第２側面図である。
【図１２】図８の１２−１２線に沿った断面図である。
【図１３】図８の１３−１３線に沿った断面図である。
【図１４】図８の１４−１４線に沿った断面図である。
【図１５】図２のルーツ型ブロワの入口ハウジングを取外した上面、正面の斜視図である。
【図１６】図２のルーツ型ブロワのギヤ室カバーを取外した底面、後面の斜視図である。
【図１７】図２のルーツ型ブロワのロータボアハウジングの上面、正面の斜視図である。
【図１８】図１７のロータボアハウジングの底面、後面の斜視図である。
【図１９】図１７のロータボアハウジングの上面図である。
【図２０】図１７のロータボアハウジングの正面図である。
【図２１】図１７のロータボアハウジングの後面図である。
【図２２】図１７のロータボアハウジングの底面図である。
【図２３】図１７のロータボアハウジングの第１側面図である。
【図２４】図１７のロータボアハウジングの第２側面図である。
【図２５】図１７のロータボアハウジングの縦断面図である。
【図２６】図１７のロータボアハウジングの他の縦断面図である。
【図２７】図２のルーツ型ブロワの入口ハウジングの上面、後面の斜視図である。
【図２８】図２７の入口ハウジングの底面、正面の斜視図である。
【図２９】図２７の入口ハウジングの上面図である。
【図３０】図２７の入口ハウジングの底面図である。
【図３１】図２７の入口ハウジングの後面図である。
【図３２】図２７の入口ハウジングの正面図である。
【図３３】図２７の入口ハウジングの第１側面図である。
【図３４】図２７の入口ハウジングの第２側面図である。
【図３５】図２のルーツ型ブロワのロータの斜視図である。
【図３６】保護シールドがベアリングをロータボアハウジングから分離するルーツ型ブロワの実施形態を示す図である。
【図３７】図１７のロータボアハウジングの強化繊維の方向配置を図式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示は、概して騒音特性を改善する簡易化された設計を有するルーツ型ブロワに関する。便宜上及び説明の簡単化のため、実施形態の様々な側面は、上面、底面、正面及び後面側として指定されている。当然のことながら、そのような側面の指定は、便宜的なものに過ぎず、装置がどのように使用されるのかを限定するものではない。この件については、当然のことながら、本開示の原理に従う実施形態は、どの方向でも使用することができる。
【００１６】
図１は、従来技術のルーツ型ブロワ２０を示している。ここで使用される「ルーツ型ブロワ」という用語は、ロータハウジングのロータボアを通してエアを円周方向に移動するように協働する互いに噛み合ったロータを有するブロワを意味する。図１に示されるように、ルーツ型ブロワ２０は、第１及び第２ロータボア２４ａ、２４ｂを形成するロータハウジング２２を含む。ルーツ型ブロワ２０は、ロータボア２４ａ、２４ｂに流体連通する入口２６及び出口２８を含む。第１ロータボア２４ａ内に第１ロータ３０ａが配置され、第２ロータボア２４ｂ内に第２ロータ３０ｂが配置される。これらロータ３０ａ、３０ｂは、それぞれ突出部３２及びポケット３４を含む。ルーツ型ブロワ２０の作動中、ロータ３０ａ、３０ｂは、これらの中心軸回りに回転して互いに噛み合う。ロータ３０ａ、３０ｂの回転は、回転中に第１ロータ３０ａの突出部３２が第２ロータ３０ｂのポケット３４内に受け入れられ、第２ロータ３０ｂの突出部３２が第１ロータ３０ａのポケット３４に受け入れられるように調整される。ロータ３０ａ、３０ｂが回転することにより、入口２６からのエアがポケット３４へ移動して、ロータボア２４ａ、２４ｂに沿って円周方向に出口２８へ送られる。図１に示されるように、領域３８は、エアが入口２６からロータボア２４ａに移動するエア入口に対応し、領域４０は、エアがロータ３０ｂによってロータボア２４ｂに沿って円周方向に入口２６から出口２８に向けて送られる領域に対応し、また、領域４２は、ロータボア２４ａ内のエアがロータボア２４ａから出口２８へ送られる領域を表す。
【００１７】
図２〜１４は、本開示の原理に従ったルーツ型ブロワ５０を示す。ルーツ型ブロワ５０は、前部５２、後部５４、上部５６及び下部５８を含む。ルーツ型ブロワ５０の全部５２は、ブロワ入口６２を形成する入口ハウジング６０によって形成される。入口６２は、上方に面して示されるが、同様に他の方向（例えば横方向）に面してもよい。また、ルーツ型ブロワ５０は、位置決め接合部６６（図３、１３及び１４参照）で入口ハウジング６２に結合するロータボアハウジング６４を含む。当然のことながら、入口ハウジング６６及びロータボアハウジング６４は、ファスナを使用して、又は、接着剤等（例えば、紫外線硬化型接着剤）の接合技術によって結合してもよい。ロータボアハウジング６４は、ルーツ型ブロワ５０の下部５８に配置されたブロワ出口６８を形成する。ブロワ出口６８は、下方に向けて示されているが、同様に他の実施形態では、他の方向（例えば横方向）に面せてもよい。また、ルーツ型ブロワ５０は、ルーツ型ブロワ５０の前部で入口ハウジング６０に取付けられた駆動プーリ７０及びベアリングキャップ７２を含む。ルーツ型ブロワ５０の後部で、ロータボアハウジング６４にギヤ室カバー７４（図３及び４参照）が結合されている。
【００１８】
図１２〜１５を参照して、ルーツ型ブロワ５０は、また、第１ルーツ型ロータ７６及び第２ルーツ型ロータ７６を含む。第１ルーツ型ロータ７６は、第１ロータシャフト軸８２に沿って位置決めされた第１ロータシャフト８０を含む。第２ルーツ型ロータ７８は、第２ロータシャフト軸８６に沿って位置決めされた第２ロータシャフト８４を含む。第１及び第２ロータシャフト軸８２、８６は、好ましくは互いに平行である。第１及び第２ルーツ型ロータ７６、７８は、ロータボアハウジング６４に形成された第１及び第２ロータボア８８、９０にそれぞれ配置されている。第１及び第２ロータボア８８、９０の少なくとも一部は、好ましくは円筒状である。例えば、第１ロータボア８８は、第１ロータシャフト軸８２をほぼ中心とする曲率半径を有する第１円筒状部分９２（図１４及び２０参照）を含み、第１円筒状部分９２が第１ロータシャフト軸８０回りに曲線を描くようになっている。同様に、第２ロータボア９０は、第２ロータシャフト軸８６をほぼ中心とする曲率半径を有する第２円筒状部分９４（図１３及び２０参照）を含み、第２円筒状部分９４が第２ロータシャフト軸８２回りに曲線を描くようになっている。これにより、第１及び第２円筒状部分９２、９４は、好ましくは、第１及び第２ロータシャフト軸８２、８６と同心で延びるロータシャフト軸を形成する。
【００１９】
第１ルーツ型ロータ７６は、第１ロータボア８８内で回転するように構成され、第２ルーツ型ロータ７８は、第２ロータボア９０内で回転するように構成されている。互いに噛み合ったタイミングギヤ９６、９８（図１２及び１６参照）は、第１及び第２ロータシャフト８０、８４間でトルクを伝達し、これにより、第１及び第２ルーツ型ロータ７６、７８間の回転を調整する。第１タイミングギヤ９６は、スプライン結合等のトルク伝達結合によって第１ロータシャフト８０の後端部に連結されている。同様に、第２タイミングギヤ９８は、スプライン結合等のトルク伝達結合によって第２ロータシャフト８４の後端部に連結されている。第１及び第２タイミングギヤ９６、９８は、ロータボアハウジング６４によって形成されたギヤ室１００内に配置されている。ギヤ室１００は、ロータボアハウジング６４の中間分割壁構造１０２によって第１及び第２ロータボア８８、９０から分離されている。ギヤ室１００は、タイミングギヤ９６、９８にアクセスするために取外し可能なギヤ室カバー７４によって囲われている。ギヤ室１００は、潤滑油又はグリースを収容することができる。シール１９１（図１２参照）を使用して、潤滑油がギヤ室１００からロータボア８８、９０に漏れるのを防止することができる。
【００２０】
ルーツ型ロータ７６、７８を回転させるためのトルクは、駆動プーリ７０によって供給することができる。例えば、ルーツ型ブロワ５０がスーパチャージャとして使用される場合、駆動プーリ７０は、過給されるエンジンのクランクシャフトによって駆動されるベルトによって回転させることができる。図１２に示されるように、駆動プーリ７０は、スプライン結合等のトルク伝達結合によって第２ロータシャフト８４の前端部に結合される。駆動プーリ７０は、ベアリング１０４によって入口ハウジング６０に対して回転するように取付けられる。ベアリング１０４は、入口ハウジング６０の本体から前方に突出したベアリング取付突出部１０６に取付けられる。ベアリング１０４は、駆動プーリ７０を入口ハウジング６０に対して第２ロータシャフト軸８６回りに回転できるようにする。また、ベアリング１０４は、駆動プーリ７０を介して、第２ロータシャフト８４を回転可能に支持するように機能し、これにより、第２ロータシャフト８４を入口ハウジング６０に対して第２ロータシャフト軸８６回りに回転できるようにする。
【００２１】
プーリ７０と第２ロータシャフト８４との間のスプライン結合は、駆動プーリ７０と第２ロータシャフト８４との間の相対的な摺動を可能にする。これにより、この結合は、シャフト８４とハウジング（例えば、入口ハウジング及び／又はロータボアハウジング）との間の熱成長差を補償することができる。このような補償は、ベアリング１０４及び／又はベアリング１１０への過負荷の防止に役立てることができる。図１２に示されるように、駆動プーリ７０及びタイミングギヤ９６、９８は、これらの間に配置される第１及び第２ロータボア８８、９０を有するルーツ型ブロワ５０の両端部／両側に配置される。
【００２２】
第１及び第２ルーツ型ロータ７６、７８は、比較的簡素な軸受構造によって入口ハウジング６０及びロータボアハウジング６４に対して回転可能に支持されている。例えば、第１及び第２ロータシャフト８０、８４は、その後端部に隣接してベアリング１０８、１１０（図１２参照）によって支持されている。ベアリング１０８は、ロータボアハウジング６４によって形成された第１ベアリングポケット１１２内に取付けられ、ベアリング１１０は、ロータボアハウジング６４によって形成されたベアリングポケット１１４内に取付けられている。特定の実施形態では、ベアリング１０８、１１０は、それぞれ第１及び第２ベアリングポケット１１２、１１４内（図１２参照）に圧入することができる。他の実施形態では、ベアリング１０８、１１０は、インサートモールド技術又は他の成型技術を利用して第１及び第２ベアリングポケット１１２、１１４内にモールドすることができる。ベアリング１０８、１１０は、第１及び第２ロータシャフト８０、８４の後端部を支持して、シャフト８０、８４がそれぞれの軸８２、８６回りにロータボアハウジング６４に対して回転できるようにしている。第１ロータシャフト８０の前端部は、入口ハウジング６０によって形成されたベアリングポケット１１８（図１２参照）内に取付けられたベアリング１１６（図１２参照）によって回転可能に支持されている。ベアリングポケット１１８は、ベアリングキャップ７２によって覆われている。上述のように、第１ロータシャフト８４は、駆動プーリ７０が取付けられるベアリング１０４によって第２ロータシャフト軸８６回りに回転可能に支持されている。
【００２３】
図１３、２５及び２６を参照して、ブロワ出口６８のベアリング１０８、１１０及びタイミングギヤ９６、９８に対する特別な配置が比較的コンパクトな構造を可能にしている。具体的には、ロータボアハウジング６４は、第１及び第２ロータボア８８、９０からブロワ出口６８へ下方に向けて角度がつけられた湾曲面１２０（図１３、２０、２５及び２６参照）を含む。湾曲面１２０がブロワ出口６８に向かって延びるので、湾曲面１２０は、直接、ベアリング１０８、１１０の真下に、また、直接、タイミングギヤ９６、９８の部分の真下に延びている。これにより、ブロワ出口６８は、少なくとも一部が前後方向においてベアリング１０８、１１２及びタイミングギヤ９６、９８と重なって、ルーツ型ブロワ５０の全長を比較的コンパクトにすることを可能にする。図１３に示されるように、ベアリング１０８、１１０及びブロワ出口６８は、第１及び第２ロータシャフト軸８２、８６に対して垂直な基準平面１２２を横切っている。
【００２４】
図１７〜２６は、ロータボアハウジング６４を様々な視点から図示している。好ましい実施形態では、ロータボアハウジング６４は、ポリマー構造を有し、射出形成法等の成型法を利用して製造される。特定の実施形態では、このポリマー構造は、基材としてポリマー材料を含み、また、ロータボアハウジング６４の構造的な強化に役立つ強化要素（例えば、グラスファイバー、アラミド糸、カーボンファイバー等の強化用繊維）を含む。ポリマー基材の例は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ナイロン）６６（ＰＡ６６）、ポリアミド（ナイロン）４６（ＰＡ４６）等のポリアミド／ナイロン、及び、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）を含む。図示の実施形態では、ロータボアハウジング６４の全体が一つの継目のない一体部品として成型されている。これにより、ロータボアハウジング６４は、第１及び第２ロータボア８８、９０及びこれらに対応するベアリングポケット１１２、１１４の両方を含むワンピースで継目のない一体ハウジングを提供する。
【００２５】
図１８を参照して、ブロワ出口６８の端部にフランジ１２４が設けられている。出口通路は、フランジ１２４へ延びるベル状の湾曲部１７１を形成する。
【００２６】
図１７及び２０を参照して、ロータボアハウジング６４は、ロータボアハウジング６４の前端部でロータボアハウジング６４の本体から前方に突出する軸方向突出部１２６を含む。軸方向突出部１２６は、第１ロータボア８８に対応する第１円筒状部分１２８及び第２ロータボアに対応する第２円筒状部分１３０を含む。第１及び第２円筒状部分１２８、１３０は、頂部１３２で交わる。第１及び第２円筒状部分１２８、１３０は、頂部１３２に隣接して略三角形の中間部分１３４を形成する。特定の実施形態では、ロータボアハウジング６４の構造的特性の向上及び振動及び関連する騒音の減少に役立てるために、１つ又はそれ以上の強化部材（例えば、強化ロッド、強化バー等）を三角形の中間部分内にモールドすることができる。引続き図１７を参照して、軸方向突出部１２６の本体の外側表面に複数の軸方向のリブ１３６が設けられている。軸方向のリブ１３６は、互いに平行で、第１及び第２ロータシャフト軸８２、８６に平行に延びている。
【００２７】
図２７〜３４は、入口ハウジング６０を様々な視点から図示している。好ましい一実施形成では、入口ハウジング６０は、アルミニウム等の金属材料で構成されている。特定の実施形態では、入口ハウジング６０は、アルミニウム又は他の材料から製造された鋳造部品である。他の実施形態では、入口ハウジング６０は、ポリマー構造を有することができる。例えば、特定の実施形態では、入口ハウジング６０は、必要な部位でハウジングを強化するための金属インサート等の強化インサートを有するポリマー材料で構成することができる。一実施形態では、そのようなインサートは、入口ハウジング６０の能力を増強してプーリ７０にかかるベルトの荷重を支持するために設けることができる。
【００２８】
金属で構成されたハウジング６０の一つの利点は、入口ハウジング６０が比較的精密な公差で製造することができることである。特定の実施形態では、入口ハウジング６０は、金属で構成されて、軸方向突出部１２６を受入れる寸法の精密な公差（例えば、精密に機械加工された）を有する案内受部１４０を含み、位置決め接合部６６（図１３参照）を提供する。軸方向突出部１２６と同様、案内受部１４０は、入口ハウジング６０がロータボアハウジング６４に結合されたとき、ロータシャフト軸８２、８６と同心になるように構成された第１円筒状部分１４２及び第２円筒状部分１４４を有する。また、案内受部１４０は、三角形の中間部分１４５を有する。当然のことながら、案内受部１４０は、軸方向突出部１２６を受入れて案内する寸法である。軸方向突出部１２６が案内受部１４０に結合したとき、案内受部１４０及び軸方向突出部１２６の壁部間の接触により、軸方向突出部１２６が、円筒状部分１２８、１３０が第１及び第２ロータシャフト軸８２、８６に対して同心となる位置へ向けて押付けられる。これにより、案内受部１４０は、第１及び第２ロータボア８８、９０の同心度を確保するのに役立つ案内機能を提供する。また、入口ハウジング６０は、ロータボアハウジング６４の対応する受部１４９（図１７参照）に結合する案内突出部１４７（図２７及び３１参照）を含む。案内突出部１４７は、ロータボア８８、９０の所望の曲率及び同心度に合致する湾曲部（例えば、円筒状部分１４７ａ、１４７ｂ）を有する。
【００２９】
図２７に示されるように、ブロワ入口６２は、略長方形の形状である。入口ハウジング６０がロータボアハウジング６４に取付けられたとき、入口ハウジング６０内の湾曲されて角度がつけられた表面１５０は、ブロワ入口６２からの流れを第１及び第２ロータボア８８、９０へ送る。
【００３０】
図３５は、第２ルーツ型ロータ７８を示している。図示のルーツ型ロータ７８は、対応するロータシャフト８０、８４から外方に突出する突出部２００を含む。突出部２００の間にポケット２０２が形成されている。好ましい一実施形態では、突出部２００の外周縁部２０４は、切刃として機能するように鋭利になっている。ロータ７６，７８は、好ましくは、金属構造を有している。当然のことながら、第１ルーツ型ロータ７６は、同様の突出部及びポケットの構造有している。当然のことながら、他のルーツ型ロータ構造を同様に利用することができる。
【００３１】
特定の実施形態では、ロータボアハウジング６４には、僅かに小さめの寸法の第１及び第２ロータボア８８、９０を有するように成型される。ルーツ型ブロワ５０の組立時に、ルーツ型ロータ７６、７８がロータボア８８、９０内に取付けられる。初期始動時に、ルーツ型ロータ７６、７８は、これらのそれぞれの軸８２、８６回りに回転される。このときロータ７６、７８の切刃がロータボアハウジング６４の一部を切取ってロータボア８８、９０を形成する。このタイプの切削法は、ルーツ型ロータ７６、７８がこれらのそれぞれの軸８２、８６回りに回転するとき、ロータボア８８、９０の内面がルーツ型ロータ７６、７８の外周縁部２０４によって形成される形状に一致する形状を有することを確実にする。換言すると、ロータ７６、７８の刃先がプラスチックのロータボアを正確な直径に切削し、これにより、漏れを減少させて効率を改善する。この比較的正確なロータボア８８、９０の寸法出しは、円筒状部分９２、９４に沿ってロータ７６、７８の外周面とロータボアハウジン部６４の壁面との間をエアが通過するのを確実に防止する。これは、この装置の容積効率及び熱効率を向上させるのに役立つ。ブロワの使用中に、エアがロータの端部から漏れて効率が低下するのを防止するため、ロータハウジングのシャフト穴は、ロータのシャフトに緊密になるように寸法出し（例えば、モールド、又は、インサートによって形成）することが望ましい。特定の実施形態では、シャフト穴は、ロータボア側でロータ７６、７８の突出部／羽根(projections/blades)の基部／根元部(bases/roots)よりも小さい寸法とされている。
【００３２】
特定の実施形態では、ルーツ型ブロワ５０は、比較的小型であり、比較的小さいエンジン用のスーパチャージャとして使用するのに適している。例えば、一実施形態では、ロータボア８８、９０は、２５０立方センチメートル以下の合計容積を形成して、ルーツ型ブロワ５０は、１リッター未満又は０．６〜１．０リッターの範囲の排気量を有するエンジンに使用するスーパチャージャとして使用するのに適している。もちろん、本開示の特徴は、同様に、より大きな容量のブロワ―にも適用することができる。
【００３３】
上述のように、この設計については、ルーツ型ロータ７６、７８とロータボアハウジング６４の円筒状部分９２、９４との間の漏れを防止するように構成することが望ましい。この点に関して、ロータボア８８、９０には、好ましくは２度未満、より好ましくは１度未満、さらに好ましくは０に等しい抜き勾配が設けられる成型法を利用するとよい。
【００３４】
特定の実施形態では、ファスナの使用を避けることが望ましい。例えば、様々な部品は、紫外線硬化型接着剤等の接着剤の使用により一体に結合することができる。一実施形成では、ロータボア６４は、紫外線硬化型接着剤等の接着剤によって入口ハウジング６０に結合される。当然のことながら、入口ハウジング６４の形の金属製部品によって形成されていると共に、ベアリング１０８、１１０、タイミングギヤ９６、９８及び各ルーツ型ロータ７６、７８の大部分は、好ましくはポリマー（例えば、プラスチック）製のロータボアハウジング６４内に設けられている。同様に、ブロワ出口６８は、ポリマー製のロータボアハウジング６４に設けられている。当然のことながら、ロータボアハウジング６４のポリマー構造は、金属と比べて、消音及び振動減衰特性を改善する。これにより、ポリマー製ロータボアの利用は、ブロワ出口を通るエアの急速な流れによって生じる騒音を減衰するのに役立てることができ、また、ギヤラトルに関する騒音の減衰あるいは抑制に役立てることができる。
【００３５】
特定の実施形態（図３６参照）では、ベアリング１０８、１１０とロータボアハウジング６４との間にプラスチック又は金属のシールド３００が設けられている。特定の実施形態では、シールド３００は、ロータシャフト８０、８４を受入れるための中心穴３０２を有するカップ状とすることができる。シールド３００は、段付構造を有するように図示されている。段付構造は、径方向の段部によって互いに間隔を有する第１、第２及び第３環状リング３０４、３０６及び３０８を含む。第１環状リングは、ベアリング１０８、１１０の外側レースに係合する。段付構造は、好ましくは、ロータボアハウジング６４の内側のボアの形状に一致する。第３環状リング３０８は、ロータボアハウジング６４とロータシャフト８０、８４との間に設けられて、ロータボア８８、９０とギヤ室１００との間の分割壁でボアシール面を設けるのに役立てることができる。
【００３６】
ロータボアハウジング６４を射出形成するのに先立って金属のシールド３００がベアリング１０８、１１０に圧入されて、射出形成工程中にプラスチックがベアリング１０８、１１０に流入、汚染するのを防止する。図３６に示されるように、環状リング３０６にシールが圧入され、環状リング３０４にベアリング１０８、１１０が圧入されている。射出形成工程中に、射出成形型は、閉じてベアリング１０８、１１０の第１の面／側をシールすると共に、ベアリング１０８、１１０の反対の面／側のシールド３００をシールして、インサートモールド工程中にプラスチックがベアリング１０８、１１０に侵入するのを防止する。特定の実施形態では、環状リング３０４、３０６間の径方向の段部は、ベアリングのレースの厚さに対応する。特定の実施形態では、環状リング３０８は、ロータシャフト回りに緊密に嵌ってブロワの運転中にエアがシャフトボアを通して漏れるのを抑制する。
【００３７】
上述のように、ロータボアハウジング６４は、好ましくはポリマー構造を有する。特定の実施形態では、強化用繊維（例えば、アラミドファイバー、グラスファイバー、カーボンファイバー等）がロータボアハウジング６４を形成するポリマー基材に埋め込まれる。図３７に示されるように、ロータボアハウジング６４は、好ましくは、強化用繊維の方向性を考慮して射出成形される。例えば、強化用繊維は、ベアリングポケット１１２、１１４に沿って略円周方向に向けられ（矢印４００参照）、また、第１及び第２ロータボア８８、９０に沿って略軸方向（例えば、矢印４０２によって示されるように、ロータシャフト軸８２、８６に略平行）に向けられる。
【００３８】
以上の詳細な説明から、本開示の技術的思想及び範囲から逸脱することなく、修正及び変更が可能であることは明らかである。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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