JP3569044B2

JP3569044B2 - 流体機械

Info

Publication number: JP3569044B2
Application number: JP20942095A
Authority: JP
Inventors: 正夫舘野; 浩二富田
Original assignee: 栃木富士産業株式会社
Priority date: 1995-08-17
Filing date: 1995-08-17
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2015-08-17
Also published as: JPH0953580A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、車両のスーパーチャージャに用いられる流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公開実用昭和６３−１９８４０１号公報に図５のようなロータ２０１が記載され、特開平４−３１１６９４号広報に図６のようなスクリュー式コンプレッサ２０３が記載されている。
【０００３】
図５のロータ２０１はスクリュー式コンプレッサ用の雄型スクリューロータであり、ロータ本体２０５にロータ軸２０７を固定して構成されている。又、図６のスクリュー式コンプレッサ２０３は、互いに噛み合った雄型と雌型のスクリューロータ２０９、２１１を備えており、各ロータ２０９、２１１はそれぞれロータ本体２１３、２１５にロータ軸２１７、２１９を固定して構成されている。
【０００４】
従来用いられていたスクリュー式コンプレッサの雄型スクリューロータは歯厚が厚いから、中実であると慣性モーメントが大きい。ロータの慣性モーメントが大きいスクリュー式コンプレッサをスーパーチャージャに用いると、エンジンの駆動エネルギー損失が大きく、加速時のレスポンスが悪くなると共に、エンジンとの断続をするクラッチを大型にする必要がある。
【０００５】
そこで、各ロータ２０１、２０９はそれぞれロータ本体２０５、２１３の歯すじ２２１、２２３に中空部２２５、２２７を設けて軽量化し、慣性モーメントを小さくしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
歯すじ部に中空部を持たない中実構造のロータにおいて、ロータ本体が鋳造加工される場合、ロータ軸はロータ本体の鋳造時に鋳ぐるみで固定する。又、ロータ本体を切削加工する場合は、完成品のロータより大径の丸棒に軸孔を設け、この軸孔にロータ軸を固定した後、丸棒の外周にロータの歯すじを加工する。これらの中実ロータは、いずれもロータ本体の回転中心とロータ軸との芯ずれが少ない。
【０００７】
一方、ロータ２０１、２０９のような中空ロータの場合は、ロータ本体に軸孔を加工し、この軸孔にロータ軸を固定する。
【０００８】
軸孔を加工するに当たっては、ロータ本体にチャックするための適当な箇所が必要であるが、中空ロータでは各歯すじの中空部、又はロータ本体の外周をチャックする他にチャックできる箇所がない。しかし、ロータ２０１の中空部２２５にはチャックすべき箇所がなく、ロータ２０９の場合、中空部２２７の内周部２２９は曲面状であってチャックするための正確な面が用意されている訳ではなく、このような曲面状の内周部２２９をチャックして軸孔を加工すると、ロータ本体とロータ軸との芯ずれが生じやすい。
【０００９】
又、中空ロータの外周をチャックすると、中空の歯すじがチャック時のクランプ力によって変形し、この変形による軸孔の芯ずれが生じる。更に、チャック時の中空ロータが歯すじの成形加工前であれば、変形による芯ずれの他に、この歯すじの成形加工による軸孔の芯ずれが付加されて、大きな芯ずれが生じる。
【００１０】
又、ロータ本体を鋳造加工し、中空部を中子で形成する場合、この中子と軸孔との芯ずれは、回転バランスを大きく崩し、従って、バランス修正に大きなコストが掛かる。
【００１１】
そこで、この発明は、ロータ本体を中空構造にし慣性モーメントを小さくしながら、ロータ本体とロータ軸との芯合わせを精密に行える流体機械の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の流体機械は、開口を有する中空部が歯すじ部に設けられたロータ本体の軸孔にロータ軸を固定してなる中空ロータを備え、前記開口の内周側に機械加工時にチャックするための直線部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
このように、請求項１の流体機械は、中空部の開口内周側にチャック用の直線部を形成したから、これらの直線部をチャックしてロータ軸用の孔を加工すれば、ロータ本体とロータ軸との芯合わせを精密に行える。又、歯すじ部（歯型）の成形加工は、軸孔の加工と同時に行うか、あるいは、こうして加工された軸孔にロータ軸を固定したあと、このロータ軸を基準にして行えば、芯ずれのない、回転バランスの整った中空ロータが得られる。
【００１４】
こうして、ロータを中空構造にし、軽量化し慣性モーメントを小さくしながら、ロータ本体とロータ軸との芯ずれのない、回転バランスのよい中空ロータが得られる。従って、ロータのバランス修正は不要であるか、あるいは、必要であっても極めて僅かな修正量と修正コストですむ。
【００１５】
請求項２の流体機械は、請求項１の流体機械において、中空ロータをスクリュー状の歯すじ部を有するスクリューロータにしたものであり、請求項１の流体機械と同様に、ロータ本体とロータ軸との芯ずれがなく、回転バランスのよい中空ロータが得られる。
【００１６】
これに加えて、一般に、繭型断面のロータを用いるルーツ式の流体機械より高速回転で用いられ、回転バランスの崩れによる振動などの悪影響が大きく出易いスクリュー式の流体機械において、回転バランスの整った中空ロータが得られる本発明の効果は大きい。
【００１７】
請求項３の流体機械は、請求項１又は２の流体機械において、中空ロータを鋳造加工し、内周側に直線部を有する中子を使って中空部と開口と直線部とを形成したものである。回転方向等間隔に設けられた歯すじ部に配置される中子（中空部）はロータ本体上で回転バランスの取れた位置にあり、これらの中空部に形成された直線部を加工時のチャック箇所にするから請求項１又は２の流体機械と同様に、ロータ本体とロータ軸との芯ずれのない、回転バランスのよい中空ロータが得られる。
【００１８】
これに加えて、鋳造加工によれば形状の複雑な中空ロータでも加工が容易であり、他の加工方法に較べて中空ロータを低コストで製造できる。又、中子（中空部）の位置とロータ軸との芯ずれが回転バランスを大きく悪化させる鋳造の中空ロータにおいて、回転バランスのよい中空ロータが得られ、バランス修正コストが大幅に低減する本発明の効果は特に大きい。
【００１９】
又、チャック用の直線部は中子の直線部によって中空部の軸方向全体に形成されるから、必要に応じてロータ本体の端部を切断しても、直線部とロータ軸との芯が狂うことはない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１乃至４により、本発明の一実施形態を説明する。この実施形態は請求項１、２、３の特徴を備えており、図１はこの実施形態を用いたスーパーチャージャ１を示している。左右の方向は図１、２での左右の方向であり、符号を与えていない部材等は図示されていない。
【００２１】
図１のように、スーパーチャージャ１は、入力プーリ３、増速ギヤ組５、タイミングギヤ組７、スクリュー式コンプレッサ９（実施形態の流体機械）などから構成されている。
【００２２】
入力プーリ３はベアリング１１によりコンプレッサケーシング１３に支承されていると共に、入力軸１５にスプライン連結され、ボルト１７とワッシャ１９とで固定されている。入力プーリ３はベルトを介してクランクシャフト側のプーリに連結されている。このクランクシャフト側プーリには電磁クラッチが配置されており、エンジンとスーパーチャージャ１との断続を行う。入力プーリ３はエンジンの駆動力によりこの電磁クラッチを介して回転駆動される。
【００２３】
入力軸１５はボールベアリング２１によりケーシング１３の内部に支承されており、入力軸１５に装着されたカラー２３とケーシング１３との間にはシール２５が配置され、オイル洩れを防止している。
【００２４】
増速ギヤ組５は互いに噛み合った大径と小径の増速ギヤ２７、２９から構成され、タイミングギヤ組７は互いに噛み合った大径と小径のタイミングギヤ３１、３３から構成されている。又、エアコンプレッサ９は雄型と雌型のスクリューロータ３５、３７を備えている。
【００２５】
大径の増速ギヤ２７は入力軸１５の右端部に一体形成されており、小径の増速ギヤ２９は、大径のタイミングギヤ３１と共に、雌型スクリューロータ３７のロータ軸３９にキー４１で連結され、ナット４３で脱落が防止されている。又、小径のタイミングギヤ３３は、テーパリング固定機構４５を介して雄型スクリューロータ３５（中空ロータ）のロータ軸４７に連結されている。
【００２６】
このテーパリング固定機構４５は、各スクリューロータ３５、３７が互いに接触しない状態で、タイミングギヤ３３をタイミングギヤ３１に噛み合わせた後、ナット４９を締め付けてロックし、各スクリューロータ３５、３７の回転方向の位置決めを行う。
【００２７】
各スクリューロータ３５、３７のロータ軸４７、３９は、左端部をボールベアリング５１によって、右端部をカラー５３とローラベアリング５５とによって、それぞれケーシング１３に支承されている。又、ロータ軸３９、４７の左端部に装着されたカラー５７とケーシング１３との間にはシール５９が配置され、右端部のカラー５３とケーシング１３との間にはシール６１が配置され、それぞれエア洩れを防止している。
【００２８】
プーリ３から入力したエンジンの駆動力は、増速ギヤ組５で増速され、タイミングギヤ組７を介してスクリューロータ３５、３７を回転駆動する。駆動されたコンプレッサ９は吸入口６３から吸入した吸気をスクリューロータ３５、３７間で軸方向左方に圧送し、吐出口６５から吐き出して、エンジンに供給する。
【００２９】
スクリューロータ３５は、ロータ本体６７の軸孔６９にロータ軸４７を固定して構成されており、スクリューロータ３７も同様にロータ本体７１の軸孔にロータ軸３９を固定して構成されている。
【００３０】
図３、４に示したように、雄型スクリューロータ３５のロータ本体６７はスクリュー状の３本の歯すじ部７３を備えている。又、雌型スクリューロータ３７のロータ本体７１はスクリュー状の４本の歯すじ部を備えている。これらのロータ本体６７、７１はアルミニューム合金製の鋳物である。
【００３１】
雄型スクリューロータ３５の各歯すじ部７３には中空部７５が形成されている。図１、２のように中空部７５の左側には壁部７７が設けられ、右側には開口７９が設けられている。各開口７９には、図３、４に示したように、直線部８１と、リブ８３と、バランサー部８５とが形成されている。このような中空部７５や開口７９などは内周側に直線部を有する中子を用いて鋳造時に形成されている。
【００３２】
左側の壁部７７は中空部７５を閉塞し、コンプレッサ９の吐出側と吸入側間の圧洩れを防止している。又、リブ８３は開口７９を補強し、遠心力による歯すじ部７３の膨らみと、この膨らみによるスクリューロータ３５、３７同志の接触やスクリューロータ３５とケーシング１３との接触を防止する。更に、バランサー部８５は回転時に左側の壁部７７とのバランスを取り、振動を防止している。
【００３３】
直線部８１は各歯すじ部７３の内周側に形成されており、切削加工機のチャック用に設けられたものである。図３のように、各歯すじ部７３は互いに１２０°の角度で等間隔に配置されており、各中空部７５はロータ本体６７上で回転バランスの取れた位置にある。従って、図４の矢印８７のように、ロータ本体６７を回転させると、１２０°の角度で配置された板状の３個のチャック工具８９によって、各歯すじ部７３の直線部８１をそれぞれ均一な当たりでチャックすることができる。
【００３４】
ロータ本体６７の軸孔６９と歯すじ部７３の加工は、このように直線部８１をチャックした状態で行われる。従って、歯すじ部７３（歯形及び中空部７５）と軸孔６９との芯合わせが精密に行われるから、ロータ軸４７を軸孔６９に固定するだけで基本的にスクリューロータ３５の回転バランスが整う。
【００３５】
こうして、スーパーチャージャ１が構成されている。
【００３６】
スーパーチャージャ１は、スクリューロータ３５のアンバランスがないことにより、振動が低減され、各ベアリング５１、５５の耐久性が大きく向上し、スクリューロータ３５、３７同志の接触及びスクリューロータ３５とケーシング１３との接触が防止され、機能と性能とが正常に保たれる。
【００３７】
又、中空構造のスクリューロータ３５は軽量で慣性モーメントが極めて小さく、上記のように回転バランスがよいから、スーパーチャージャ１を搭載した車両は、エンジンの燃費と加速時のレスポンスなどが向上すると共に、急激な加減速の際（スーパーチャージャ１の起動時と停止時）のスクリューロータ３５、３７の接触が防止される。又、エンジンとスーパーチャージャ１とを断続する電磁クラッチを小型にできる。
【００３８】
上記のように、スクリューロータ３５は切削加工時に直線部８１をチャックすることにより、基本的に回転バランスが整っているから、バランスの修正は不要であるか、あるいは、必要であっても極めて僅かな修正量と修正コストですむ。
【００３９】
これに加えて、スクリューロータ３５のように、中子で中空部７５を形成する鋳造の中空ロータでは、中子の位置とロータ軸４７との芯ずれが回転バランスに大きく影響するが、本発明によれば、これらの芯ずれが防止されることにより、バランス修正コストが大幅に低減される。
【００４０】
更に、鋳造加工によれば形状の複雑な中空のスクリューロータ３５でも加工が容易であり、他の加工方法に較べて安価に製造できる。
【００４１】
チャック用の直線部８１は中子の直線部によって中空部７５の軸方向全体に形成されるから、必要に応じてロータ本体６７の端部を切断しても、直線部８１とロータ軸４７との芯が狂うことはない。
【００４２】
又、一般に、繭型断面のロータを用いるルーツ式の流体機械より高速回転で用いられ、アンバランスによる振動などが大きく出やすいスクリュー式コンプレッサ９でも、本発明によれば、回転バランスのよいスクリューロータ３５が得られて有利である。
【００４３】
こうして、中空構造にしながら、芯ずれのないスクリューロータ３５が得られる。
【００４４】
なお、本発明において、中空ロータは、鋳造加工の他に引き抜きや押し出しのような塑性加工で製造してもよい。
【００４５】
又、本発明の流体機械は、繭型断面の中空ロータを用いるルーツ式の流体機械でもよい。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１の流体機械は、ロータ本体に軸孔加工や歯型成形などを行うに当たって、中空部の開口に形成した直線部をチャックするから、ロータ本体とロータ軸との芯合わせを精密に行うことができ、回転バランスのよい中空ロータが得られる。
【００４７】
このように、ロータを中空構造にし軽量化し慣性モーメントを小さくしながら、ロータ本体とロータ軸との芯ずれのない中空ロータが得られる。従って、ロータのバランス修正は不要であるか、あるいは、必要であっても極めて僅かな修正量と修正コストで行える。
【００４８】
請求項２の流体機械は、請求項１の流体機械において中空のスクリューロータを用いたものであり、請求項１の流体機械と同様な効果を得ると共に、一般に高速回転で用いられ、回転バランスの崩れによる悪影響が出易いスクリュー式の流体機械において、基本的に回転バランスのよい中空ロータが得られる本発明の効果は大きい。
【００４９】
請求項３の流体機械は、請求項１又は２の流体機械において、中空ロータを鋳造加工すると共に、中空部と開口と直線部とを中子で成形したものであり、請求項１又は２の流体機械と同様な効果を得ると共に、鋳造加工によれば形状の複雑な中空ロータでも加工が容易であり、他の加工方法に較べて中空ロータを低コストで製造できる。又、中子（中空部）の位置とロータ軸との芯ずれが回転バランスを大きく悪化させる鋳造の中空ロータにおいて、芯ずれを防止し回転バランスの整った中空ロータが得られる本発明の効果は特に大きいと共に、バランス修正コストを大幅に低減することができる。
【００５０】
又、チャック用の直線部は中子の直線部によって中空部の軸方向全体に形成されるから、必要に応じてロータ本体の端部を切断しても、直線部とロータ軸との芯が狂うことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図３のＡ−Ａ断面図であり、雄型スクリューロータ３５を示す。
【図３】図２のＢ矢視図であり、雄型スクリューロータ３５の端部を示す。
【図４】端部をチャックした雄型スクリューロータ３５を示す斜視図である。
【図５】従来例のスクリューロータを示す側面図である。
【図６】他の従来例のスクリュー式コンプレッサを示す断面図である。
【符号の説明】
９スクリュー式コンプレッサ（流体機械）
３５雄型スクリューロータ（中空ロータ）
４７ロータ軸
６７ロータ本体
６９軸孔
７３歯すじ部
７５中空部
７９開口
８１直線部

Claims

開口を有する中空部が歯すじ部に設けられたロータ本体の軸孔にロータ軸を固定してなる中空ロータを備え、前記開口の内周側に機械加工時にチャックするための直線部が形成されていることを特徴とする流体機械。
中空ロータが、スクリュー状の歯すじ部を有するスクリューロータである請求項１の流体機械。
中空ロータが鋳造加工され、内周側に直線部を有する中子によって中空部と開口と直線部とが形成された請求項１又は２の流体機械。