ルーツ式ブロワのノイズを低減させるための方法及び装置
【課題】ルーツ式ブロワのノイズを低減させる。
【解決手段】ルーツ式ブロワは入口及び出口を有するロータチャンバを形成するハウジングと、チャンバに回転可能に取り付けられた第１及び第２のロータであって各々複数のローブを形成するとともに隣り合うローブがハウジングと協働してガス移送チャンバを１回以上形成し、ガスを入口からガス移送チャンバを介して出口へ移動させるよう構成されているロータと、ロータの回転方向と逆の方向に出口からハウジングの内面に沿って伸びている出口ガスフローチャネルであってロータのローブが出口に向かって回転する際にガスを出口からガス移送チャンバへと流すよう構成されている出口ガスフローチャネルとを備える。出口ガスフローチャネルはガス移送チャンバへのガス流速をほぼ一定にするか、出口に向かって非直線的に増大するフロー面積を形成するよう構成されている。
【解決手段】ルーツ式ブロワは入口及び出口を有するロータチャンバを形成するハウジングと、チャンバに回転可能に取り付けられた第１及び第２のロータであって各々複数のローブを形成するとともに隣り合うローブがハウジングと協働してガス移送チャンバを１回以上形成し、ガスを入口からガス移送チャンバを介して出口へ移動させるよう構成されているロータと、ロータの回転方向と逆の方向に出口からハウジングの内面に沿って伸びている出口ガスフローチャネルであってロータのローブが出口に向かって回転する際にガスを出口からガス移送チャンバへと流すよう構成されている出口ガスフローチャネルとを備える。出口ガスフローチャネルはガス移送チャンバへのガス流速をほぼ一定にするか、出口に向かって非直線的に増大するフロー面積を形成するよう構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はルーツ式ブロワに関する。より詳細には、本発明はかかるブロワにより生成されるノイズを低減させるための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ルーツ式ブロワは多種多様な環境に適用可能である。ルーツ式ブロワは比較的効率が良く、広範囲の吐出圧力及び体積をもたらすことができる。しかし、ルーツ式ブロワは相当大きなノイズを引き起こす。ルーツブロワの引き起こすノイズが相当大きいせいで、そのようなノイズの大きさを容認できない環境でのルーツブロワの使用は制限されていた。そのような環境の１つは、人工呼吸器によって患者の呼吸を補助する環境である。
【０００３】
様々な理由によって、急性呼吸窮迫症や慢性呼吸窮迫症の人々（患者）が自分で換気（即ち呼吸）できない場合がある。このような状況では、そういった患者たちが生存し続けるには、呼吸を補助してもらう必要がある。解決策の１つは、その患者たちに、人工呼吸器と呼ばれる、呼吸を補助する医療機器を提供することである。
【０００４】
人工呼吸器の目的は、身体の通常の呼吸機構を再現することである。たいていの人工呼吸器は、肺内圧を陽圧にして呼吸を補助する。肺内圧は、患者の肺にガスを送り込むことにより陽圧になり、その結果、肺胞（即ち、肺の主要なガス交換ユニットとしての役割を果たす呼吸器系の最後の分岐）に陽圧が生じる。従って、本質的には、人工呼吸器は吸息相において患者の気道へのガス（例えば、空気又は酸素）の制御された流れを生成し、呼息相においてガスを肺から流出させる装置である。
【０００５】
人工呼吸器では、患者へのガスの精密な送出を容易にするべく、種々の方法が用いられる。一部の呼吸器には、外部の加圧ガス源を用いるものもある。他の呼吸器には、ガス圧縮機を用いて内部の加圧ガス源を生成するものもある。
【０００６】
内部のガス源を有する呼吸システムは、たいてい定速圧縮機又は可変速圧縮機のどちらかを用いる。定速圧縮機は通例連続的に動作するロータリー式の機械であり、最終的に患者に送出されるガス流速をほとんど一定にする。この定速システムは概して下流フローバルブを使用して患者へのガスの流れを制御し、患者に必要とされていないとき（例えば呼息中）の過剰な流れを迂回させるバイパス又はリリーフの機構を備える。
【０００７】
可変速圧縮機の動作は、静止状態から、吸息相の冒頭において必要な流速を生むのに必要な回転速度へと急速に加速した後、患者が息を吐けるように吸息相の終わりで静止状態又はほぼ静止状態へと減速する。
【０００８】
人工呼吸器の分野では一般的に２つのタイプの可変速圧縮機システムが使われている。ピストン式のシステムとロータリー式のシステムとである。ド・フリース（ＤｅＶｒｉｅｓ）らによる特許文献１には、人工呼吸器用の先行技術の可変速圧縮機システムの一例が記載されている。このシステムでは、所望の吸気ガスフローを患者に供給する為に抗力コンプレッサ（ｄｒａｇ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）が用いられる。
【０００９】
ロータリー式の圧縮システムは、各吸気相の初めに圧縮機ロータ（１つ又は複数）を所望の速度まで加速し、各吸気相の終わりに圧縮機ロータ（１つ又は複数）を静止時の速度又はほぼ静止時の速度まで減速することにより、吸息中に必要なガスフローを送り出す。従って、ロータリー式の圧縮機は、各吸気換気相の開始に先立って、停止するか又は公称
基底回転速度で回転する。吸気相の開始時に、ロータリー式の圧縮機は、所望の吸気ガスフローを患者に送り出す為に更に高い回転速度へと加速される。吸気相の終わりに、圧縮機の回転速度は、次の吸気換気相の開始まで、基底速度まで減速されるか停止される。先行技術のシステムでは、一般にプログラマブルコントローラを用いて圧縮機のタイミング及び回転速度が制御される。
【００１０】
人工呼吸器のサイズの低減については大きな進歩が遂げられている。今日では、携帯の呼吸器が利用可能であり、ユーザには限られた程度の自律的な運動が可能となった。人工呼吸器のサイズ及び所要電力を更に低減させると、患者の運動をさらに自由なものとする可能性が生まれ、患者の生活の質が向上する。
【００１１】
ルーツブロワはその相対的な効率性のおかげで、人工呼吸器のサイズ及び消費電力の低減に寄与する可能性を有する。しかし、これまでは、ルーツブロワの出すノイズを人工呼吸器において許容できるレベルまで低減させられていない。
【００１２】
ルーツブロワは、相互に作用する一対のロータを用いる。各ロータには２つ以上のローブがある。ロータは、入口及び出口を有するハウジングの内側で回転する。ロータが回転すると、一方のロータのローブは他方のロータのローブ間の空間に出入りする。ガスは、ロータの隣り合うローブと、隣り合うロータハウジング壁とにより形成されるチャンバによって、ブロワを通じて移動する。このチャンバを、本明細書では“ガス移送チャンバ（ｇａｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｃｈａｍｂｅｒ）”と呼ぶ。
【００１３】
ルーツブロワにより様々な形でノイズが生成される。ノイズの１つのタイプは脈流により引き起こされる。ロータが回転すると、各ロータのローブ間のガス移送チャンバが順番に出口に曝される。各チャンバが出口に曝されると、組み合わさっているロータのローブがチャンバへと回転し、チャンバ内のガスを出口へ排気し、流れ／圧力の脈動をもたらす。それぞれ２つのローブを有する１対のロータの場合、ブロワの各サイクルにおいて、ガス移送チャンバのガスの排気により生成される脈動は４つである。この脈動が相当量のノイズを生成する。
【００１４】
第２のタイプのノイズは、“還流（ｆｌｏｗ ｂａｃｋ）”として知られている現象により生成される。各ロータが回転する際に、ロータは入口の低圧のガスを誘導する。このガスは、ロータが出口に近づく際に概してガス移送チャンバに閉じこめられる。このガスのポケットは最初に出口に達したとき、出口の高圧のガスに曝される。この時、出口の高圧のガスが、入口から送り出される低圧のガスを含む後方のガス移送チャンバへと押し寄せる。
【００１５】
このガスの逆流はひどく急である。その持続時間及び大きさは、ロータの回転速度やガス移送チャンバ内のガスの圧力（一般的に入口の圧力に近い）と出口での圧力との差などを含む、幾つかの要素に依存する。この急なガスの逆流の結果、相当大きな振幅の圧力スパイクが生成される。この圧力スパイクは、ブロワのサイクル中、ガス移送チャンバが出口に曝される毎に生成される。結果として生じた一連の圧力スパイクが、人工呼吸器を含む多くの用途で容認できないレベルの連続的なノイズを生み出す。
【００１６】
図１及び図２は、それぞれ、先行技術に係るルーツブロワのガス移送チャンバが出口の領域に曝された直後の、還流ガス流速の変化及び関連するガス圧力の変化を示す図である。示すように、ガス流速はガス圧力と同じように、時間と共に非常に急激に変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第５，８６８，１３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ルーツブロワのノイズのレベルを低減させる為の幾つかの試みがなされている。“脈動する（ｐｕｌｓｉｎｇ）”タイプのノイズを低減させるべく、ロータのローブは、真っ直ぐではなく、らせん形状になるよう再構成された。ロータのローブが真っ直ぐだと、ガス移送チャンバに出入りするガスフローは非常に急激に発生する。ローブがらせん形状だと、各ローブはより大きな回転角を通じてガスを排気する。これによってガスの排気は回転角を通じて拡散され、ガスの排気により引き起こされる圧力の脈動の大きさが減少し、ブロワが出すノイズも低減する。しかし、このローブの設計では、出口のガスと入口から送り出されるガスとの間の相対圧力は依然として同一なので、還流の問題は対処されていない。
【００１９】
還流のノイズを低減させる為の試みもなされている。チャンバが出口に達する時間に先立ちある程度のガスを出口からガス移送チャンバへと流す種々の種類のチャネル、即ち、通路を設けることによって、チャンバ内のガス圧力を増大させ、チャンバ内のガスが高い出口圧力に曝された際に生ずる圧力スパイクを低減させる。しかし、これまでは、ルーツブロワのノイズを人工呼吸器などのノイズに敏感な用途で使用する際に必要な程度にまで低減させることは可能となっていない。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、ルーツ式ブロワにより生成されるノイズを低減させるための方法及び装置に関する。本発明は特に人工呼吸器において用いられるが、本発明の利点はノイズに敏感なブロワに関する多くのいろいろな用途で実現されてよい。
【００２１】
本発明のブロワは、ロータチャンバと、ロータチャンバへの入口及び出口とを形成するハウジングを備える。第１のロータ及び第２のロータはロータチャンバに取り付けられており、各ロータは間隔をおいて位置する複数のローブを形成している。ロータの隣り合うローブはハウジングと協働して、ロータが回転する際に入口から出口へと移動する一連の概して閉鎖されているチャンバを形成する。本明細書では、このチャンバを“ガス移送チャンバ”と呼ぶ。１つ以上の実施形態では、脈流により引き起こされるノイズを低減するように、ブロワは当該分野で既知のらせん状のロータによって構成されている。
【００２２】
加えて、このブロワは、チャンバが出口に接近する際、ガス移送チャンバ内部の圧力が入口圧力から出口圧力に概して直線的又はほぼ直線的に増大するよう、特別に構成されている。
【００２３】
一実施形態では、出口からガス移送チャンバへのガスの正味の流速を規制して、チャンバ内部の圧力変化を制御する。一実施形態では、出口からガス移送チャンバへの流路及びガス移送チャンバから入口への流路のうちの１つ以上が備えられる。流路は、ガス移送チャンバが出口に接近する時間中、出口からガス移送チャンバへのガスの正味の流速が概して一定又はほぼ一定となり、得られるチャンバの圧力変化が概して直線的又はほぼ直線的となるように構成される。
【００２４】
１つ以上の実施形態では、流路は、ハウジングの内面に形成される少なくとも１つの出口フローチャネルを含む。出口フローチャネルは、出口の手前の箇所（ロータの回転方向を考慮して）から出口まで伸びている。フローチャネルは、ガス移送チャンバが出口に向かって進んでいるときにガスを出口からガス移送チャンバへと流すように構成される。一実施形態では、出口フローチャネルの断面積は、ガス移送チャンバへのガスの流速をほぼ
一定に保持するように、若しくはチャンバ内の圧力の変化の比率をほぼ直線的に保持するように、又はその両方のように、非直線的に増大し、第１の端部から出口に向かって連続的に移動する。一実施形態では、各ロータに対応して出口フローチャネルが設けられる。
【００２５】
一実施形態では、流路は、ハウジングの内面に形成され、入口（ロータの回転方向を考慮して）の後ろの箇所から入口へ伸びている少なくとも１つの入口フローチャネルを含む。入口フローチャネルは、出口フローチャネルを介して出口からガス移送チャンバに入るガスによってガス移送チャンバ内のガス圧力が上昇する際、ガスをガス移送チャンバから入口へ流れさせるように構成されている。一実施形態では、各ロータに対応して入口フローチャネルが設けられる。
【００２６】
一実施形態では、出口フローチャネル及び入口フローチャネルの両方が設けられる。入口及び出口のフローチャネルは協働して作用し、ガス移送チャンバへの正味のガスの流れを制御することによって、ガス移送チャンバ内の圧力の変化の比率を制御する。
【００２７】
本発明の１つ以上の実施形態は、ガス移送チャンバにおいて所望の圧力変化の比率を得るように流路の構成を決定するための方法を含む。一実施形態では、最初のフローチャネル構成が選択され、次いでモデル化プロセスを用いて、圧縮性ガスフローを支配する既知の式を用い、所望の動作パラメータ（例えば、回転速度、温度、入口圧力及び出口圧力）におけるガス移送チャンバ内部の経時的な圧力変化が決定される。得られる経時的な圧力変化が所望の結果とマッチしない場合、フローチャネル構成が調整され、修正したフローチャネル構成についてガス移送チャンバ内部の圧力変化が再び決定される。満足な結果が得られるまで、複数回の反復が行なわれてよい。一実施形態では、所望の結果は、ガス移送チャンバの経時的な圧力変化がほぼ直線的又は概して直線的なことである。
【００２８】
これに代えて、別の実施形態では、仮定したフローチャネル構成から開始し、満足な圧力プロファイルが得られるまでそのフローチャネル構成の調整を反復するのではなく、所望の圧力プロファイルを用いて、所望圧力のプロファイルの得られるフローチャネルのプロファイルを解析的若しくは数値的又はその両方によって、直接的に計算される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】先行技術に従うルーツ式ブロワのガス移送チャンバに関して還流ガス流速の変化を経時的に示す図。
【図２】図１に示す先行技術のブロワについて還流中の圧力の変化を経時的に示す図。
【図３】本発明の一実施形態によるルーツ式ブロワの分解斜視図。
【図４】図３に示すブロワのハウジングの端面斜視図。
【図５】図４に示すブロワハウジングの出口をハウジングの内部から見た拡大図。
【図６】図３に示すハウジングについてブロワハウジングの出口を示す第１の側面図。
【図７】図６に示すハウジングの７−７線に沿った断面図。
【図８】図７に示すブロワハウジングの出口のフローチャネルの部分の拡大図。
【図９】図７に示すハウジングの９−９線の方向の部分の拡大図。
【図１０】入口フローチャネル及び出口フローチャネルが設けられた本発明の一実施形態によるブロワのハウジングの断面図。
【図１０Ａ】入口フローチャネル及び出口フローチャネルが設けられた本発明の一実施形態によるブロワのハウジングの断面図。
【図１１Ａ】図１０に示すブロワの入口フローチャネルの拡大図。
【図１１Ｂ】図１０に示すブロワの入口フローチャネルの拡大図。
【図１２】本発明の一実施形態による流路の構成を決定する第１の方法の工程を示すフロー図。
【図１３】本発明の一実施形態による流路の構成を決定する第２の方法の工程を示すフロー図。
【図１４】本発明により構成されるブロワによってガス流速の変化を経時的に示す図。
【図１５】本発明により構成されるブロワによって変化するガス圧力を経時的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
一般に、本発明はルーツ式ブロワを含む。ブロワは、ハウジング内部で回転する互いに噛み合う２つのロータを備える。ロータはガスを入口から引き込みハウジングを通じて出口へ送り出す。ロータは各々、２つ以上のローブを有する。各ロータの隣り合うローブは、ハウジングと組み合わさり、ガスを入口から出口へと移送するガス移送チャンバを形成する。
【００３１】
一実施形態では、ブロワは、ガスを出口からガス移送チャンバへ流す流路を形成する１つ以上のフローチャネルを備える。一実施形態では、ロータの各々に対応して、そのような出口フローチャネルが１つ以上設けられる。
【００３２】
一実施形態では、ブロワは、更に、ガスをガス移送チャンバから入口へ流す流路を形成する１つ以上のフローチャネルを備える。一実施形態では、ロータの各々に対応して、そのような入口フローチャネルが１つ以上設けられる。一実施形態では、入口及び出口の両方にフローチャネルが設けられる。
【００３３】
１つ以上の実施形態では、ガス移送チャンバへと“還流”するガスの正味の流速を規制して、ガス流速が概して一定又はほぼ一定になるように、若しくはチャンバ内のガス圧力の変化が概して直線的又はほぼ直線的になるように、又はその両方になるように、１つ以上のフローチャネルが構成される。従って、本発明の構成によって還流ガスに関連する圧力スパイクが低減されるため、ブロワにより生成されるノイズが実質的に低減される。
【００３４】
図３には、本発明の一実施形態によるルーツ式ブロワ２０を示す。示すように、ブロワ２０は、ハウジング２２、第１のロータ２４及び第２のロータ２６を備える。
以下に更に詳細に記載するように、ハウジング２２の構成は様々である。示すように、ハウジング２２はロータチャンバ２８を形成するケーシングを備える。示すように、チャンバ２８は２つの交差するシリンダの構成を有する。
【００３５】
一実施形態では、ケーシングの構成は壁で囲われた構造である。ケーシングの外部形状は様々である。一実施形態では、ケーシングの外部形状は概して立方体形状である。この構成では、ハウジング２２は、第１の側面３０と、概ね対向している第２の側面３２とを有する。ハウジング２２は、第１の端面３４と、概ね対向している第２の端面３６と、上面３８と、底面４０とを有する。
【００３６】
一実施形態では、チャンバ２８の長手方向の軸は、ハウジング２２の第１の端面３４と第２の端面３６とを通じて伸びている。一実施形態では、ハウジングの第１の端面３４が開放されており、ハウジング２２の第２の端面３６は閉鎖されている。これによって、ロータ２４，２６を第１の端面３４を介してハウジング２２へ挿入することや、ハウジング２２から取り除くことが可能となる。
【００３７】
この実施形態では、ハウジング２２の第１の端面３４を閉鎖するのに第１のエンドプレート４２が用いられる。ハウジング２２の第２の端面３６にカバープレート４４が設置さ
れている。示すように、第１のエンドプレート４２には、それぞれベアリング５５，５７を受ける、くぼみ部５１，５３がある。カバープレート４４は、それぞれシャフト５０，５２の第２の端部６０，６２に取り付けられている歯車６４，６６を受ける、はめ込み部又はくぼみ部４６を有する。第２の端部６０，６２は、ロータ２４，２６がシャフト５０，５２に取り付けられ、チャンバ２８に挿入される際、ハウジング２２の第２の端面３６のボアを通して突き出る。図３の実施形態では、ハウジング２２の第１のエンドプレート４２のはめ込み部又ははめ直し部５１，５３と同様の、第２の端面３６の適切なはめ込み部又ははめ直し部（図示せず）に取り付けられているベアリング６３，６５によって、歯車６４，６６は駆動する関係に支持される。動作中、歯車６４，６６はカバープレート４４に保護され覆われており、カバープレート４４のくぼみ部又ははめ込み４６内に配置されている。歯車６４，６６は互いに噛み合っており、動作中、ロータ２４，２６のそれぞれのローブ７０が噛み合うが実際に接触はしないように、ロータ２４，２６が互いに適正な関係で回転することを確実にする。
【００３８】
第１のエンドプレート４２及びカバープレート４４は、好適には、脱着可能にハウジング２２と接続可能である。第１のエンドプレート４２及びカバープレート４４は、１つ以上の留め具を用いてハウジング２２に接続されてもよい。一実施形態では、第１のエンドプレート４２の組み合わさっているアパーチャへの挿入の為に、１つ以上のピン４８がハウジング２２の第１の端面３４から伸びている。このピン４８は、第１のエンドプレート４２がハウジング２２と整合して接続されている状態を保持することを補助する。第１のエンドプレート４２を通じて１つ以上のねじ付きの留め具５０が伸び、ハウジング２２と係合していることによって、第１のエンドプレート４２はハウジング２２へ接続又は締結される。好適には、カバープレート４４は同様にハウジング２２へ接続される。
【００３９】
示した実施形態では、第１のロータ２４が第１のシャフト５２に取り付けられ、第２のロータ２６が第２のシャフト５４に取り付けられている。これに代えて、ロータ２４，２６は、それぞれシャフト５２，５４と一体化して形成されてもよい。示した実施形態では、第１のシャフト５２の第１の端部５６が第１のエンドプレート４２を通じて伸びている。第１のシャフト５２を駆動するための手段が設けられている。この手段には、例えば、ブラシレス直流電動機がある。このような電動機の一実施形態は、本明細書と同じ譲受人所有の２００４年５月１８日提出の米国特許出願第１０／８４７，６９３号明細書に記載されている。当然のことながら、第１のシャフト５２を駆動するための手段は多様な要素からなってもよい。更に、第１のシャフト５２の駆動される手段は、直接駆動や間接駆動など、様々である。
【００４０】
一実施形態では、第２のシャフト５４の第１の端部５８は、第１のエンドプレート４２によって回転に関して支持される。これは、ベアリング５７又は同様な手段によって行なわれてよい。
【００４１】
当然のことながら、上述において詳細に示したもの以外の多様な駆動構成によって、ロータ２４，２６が駆動されてもよい。例えば、別々であるが同期されている電動機によってロータ２４，２６の各々が独立して駆動されてもよく、他のやり方によって各ロータが互いに駆動する関係になるように構成されてもよい。
【００４２】
１つ以上の実施形態では、入口及び出口のみを通ってガスが出入りするように、ハウジング２２は入口及び出口を除いて概して密閉されている。示した実施形態では、ハウジング２２の第１の端面３４及び第２の端面３６は密閉されている。従って、示した実施形態では、第１のエンドプレート４２はハウジング２２に密着している。当該分野で既知のように、シャフトの境界やハウジング２２と第１のエンドプレート４２との境界においてなど、第１のエンドプレート４２のハウジング２２に対する接続及び種々の他の構成要素の
接続を密閉するために、任意の多様なシールやブッシングなどが用いられてよい。
【００４３】
当然のことながら、ハウジング２２は他の様々な構成を有してもよく、ハウジングを密閉するための他のアプローチ及び構成要素のうちの１つ以上が用いられ得る。例えば、ハウジング２２の第２の端面３６も開放されていてよく、次いで閉鎖され又は覆われてもよいし、エンドプレート又はハウジング２２の第１の端面３４が閉鎖され、第２の端面３６が開放されていてもよい。
【００４４】
第１のロータ２４及び第２のロータ２６は、好適には、２つ以上のローブ７０を備える。好適な一実施形態では、各ロータ２４，２６は３つのローブ７０を有する。しかし、ロータ２４，２６のローブは２つであってもよく、４つ以上であってもよい。ローブ７０は、好適には、シャフト５２又は５４のそれぞれの軸を中心にらせん状の経路をたどる。一実施形態では、各ローブ７０の第１の端部及び第２の端部はロータ／シャフトの回りに半径方向に互いに約６０度だけ離間されている。
【００４５】
ローブ７０は、各ロータ２４，２６の中心から外側に伸びている。隣り合うローブ７０間には、空間が形成されている。既知のように、ロータ２４，２６のうちの一方のロータのローブ７０は、他方のロータの隣り合うローブ間に形成されている空間に入ることによって、そのロータと噛み合う又は係合するよう構成されている。ロータ２４，２６がハウジング２２内に取り付けられているときは、各ロータ２４，２６の隣り合うローブ７０は、ハウジング２２の内部と協働して、図１０に示すように、ガスを入口から出口へと移送するように構成されるガス移送チャンバ１０３を形成する。
【００４６】
図３に示すように、第１のロータ２４及び第２のロータ２６は、ロータチャンバ２８内に取り付けられている。ロータ２４，２６は、それらのロータのシャフト５２，５４が互いに平行に、かつ、ハウジング２２の第１の端面３４及び第２の端面３６に対し垂直に伸びるように取り付けられている。
【００４７】
ブロワ２０は、ガスが引き込まれる入口と、ガスが放出される出口とを有する。図４に示すように、入口８０はハウジング２２の第１の側面３０に位置する。ガスはハウジング２２の入口８０へ送り出される。一実施形態では、入口８０は大気に直接開放されている。別の実施形態では、ガス送出管などのガス送出経路が、入口８０へのガス流路を形成する。
【００４８】
出口８２はハウジング２２の第２の側面３２に形成されている。以下に更に詳細に説明するように、ガスはロータ２４，２６によって、入口８０から出口８２へと送り出される。ガス移送チャンバによって出口８２へ送り出されたガスは、出口８２を通ってハウジング２２から放出される。
【００４９】
１つ以上の実施形態では、入口８０及び出口８２の形は概して三角形である。この構成は特に、ロータ２４，２６がらせん状のローブを有する場合に適している。中でも特に、ロータ２４，２６のローブがらせん状の場合、好適には、入口８０及び出口８２のそれぞれの上面は上のロータ２４のローブと同じ角度で下向きに傾斜し、好適には、入口８０及び出口８２のそれぞれの底面は下のロータ２６のローブと同じ角度で上向きに傾斜している。
【００５０】
当然のことながら、入口８０及び出口８２の構成は様々であり、特にロータ２４，２６の構成が変化するときには様々である。例えば、ロータ２４，２６が真っ直ぐなローブを有する場合、入口８０及び出口８２は長方形形状となる。
【００５１】
この点について記載したように、ロータ２４，２６は、ブラシレス直流モータなどの駆動素子によってハウジング２２内で回転される。ロータ２４，２６が回転する際、それらのロータはガスを入口８０から出口８２へと送り出す。図１０に示すように、ガスは“先行（ｆｒｏｎｔ）”のローブと“後続（ｒｅａｒ）”のローブとの間に位置するガス移送チャンバ１０３内に送り出される。チャンバの“先行”ローブが入口を通過すると、ガス移送チャンバは入口に曝され、入口圧力のガスで満たされる。ロータが回転し続けると、“後続”ローブが入口を通過する。この時、ガス移送チャンバは先行ローブ及び後続ローブ並びにハウジングの内面によって概して囲まれ、かつ、入口及び出口に直接的には曝されていない。
【００５２】
ロータが回転し続けると、先導するローブ即ち先行ローブは出口に達する。ガス移送チャンバが出口に曝されると、ガスは最初に（高圧の）出口からガス移送チャンバへと押し寄せる。この“還流”が望ましくない圧力スパイクを生み出す。ロータが回転し続けると、第２のロータの対応するローブがガス移送チャンバの中へと回転し、その中のガスを出口へと排気することによって、ガスは入口から出口へと送り出される。そしてロータは更に回転し、ガス移送チャンバは最終的には回転して入口へと戻る。
【００５３】
本発明では、ガス移送チャンバへの還流ガスの流速が概して一定又はほぼ一定であるように、若しくは、ガス移送チャンバが出口に接近する際にガス移送チャンバ内のガス圧力の変化の比率が概して直線的であるように、又はその両方であるように、ブロワ２０が構成される。１つ以上の実施形態では、このことは、ロータハウジングに組み込まれている１つ以上のガスフローチャネルによって行なわれる。本発明の一実施形態では、還流は、出口からハウジングの内部に伸びている１つ以上のガスフローチャネルを用いて制御され、好適な一実施形態では、ハウジングの内部から入口へと通じている１つ以上のガスフローチャネルを用いて制御される。
【００５４】
図４，５に最も良く示すように、一実施形態では、各ロータ２４，２６に対応して、出口８２からハウジング２２のロータチャンバ２８へと伸びているガスフローチャネルが提供される（このようなフローチャネルを、本明細書では“出口（ｏｕｔｌｅｔ）”フローチャネルと呼ぶ）。一実施形態では、第１のロータ２４と協働する第１の出口フローチャネル９０ａは、出口８２から第１の円周方向へ伸びており、第２のロータ２６と協働する第２の出口フローチャネル９０ｂは、出口８２から第２の円周方向へ伸びている。出口フローチャネルのうちの一方９０ａをこれから更に詳しく記載するが、好適な一実施形態において、他方のロータに対応するチャネル９０ｂが同様であることは理解される。
【００５５】
上述において詳細に記載したように、ロータ２４，２６は、ハウジング２２により形成されるロータチャンバ２８内部で回転するよう構成されている。図４，５に示した実施形態では、一方のロータ２４は他方のロータ２６の上方に取り付けられている。この実施形態では、上のロータ２４は、図４，５に示したハウジング２２の図において時計回りの方向に回転する。換言すると、ロータ２４がハウジング２２内に取り付けられているとき、そのロータのローブ７０は各々、出口８２に向けて掃くように下方へと移動する。
【００５６】
引き続き図４，５を参照すると、ロータ２４のローブ７０の回転方向を考慮した場合、出口フローチャネル９０ａはハウジング２２の内部に沿って出口８２より手前の箇所から始まる。図５に示すように、出口フローチャネル９０ａは、第１の端部９２、第２の端部９４及び一対の側面９６，９８を有する。出口フローチャネル９０ａの第２の端部９４は、好適には、出口８２で終わる。第１の端部９２は、説明したように、ローブ７０の回転方向を考慮した場合、ハウジング２２に沿って出口８２より手前の箇所に位置する。
【００５７】
本発明の１つ以上の実施形態では、ブロワ２０のロータ２４，２６の外部の寸法は最大
現になっている。最も外側の寸法は、ローブ７０のチップ即ち“ランド（ｌａｎｄ）”で形成されている。ロータチャンバ２８は概して、ロータ２４，２６がチャンバ２８内部に精密公差内で適合するよう構成されている。一実施形態では、この公差によって生じるハウジング２２の内面とロータ２４，２６のローブ７０との間の間隙は約０．００７６２ｃｍ（０．００３インチ）である。実際の間隔は様々である。以下でより明らかになるように、フローチャネルのサイズ及び構成は、この間隙に依存して様々である。
【００５８】
１つ以上の実施形態では、出口フローチャネル９０ａの深さは、第１の端部９２から第２の端部９４に向けて円周方向に移動するにつれ増大する。チャネル９０ａの側面即ち側壁９６，９８は、出口フローチャネル９０ａの長さ方向に沿ってその第１の端部９２からその第２の端部９４へと伸びている。出口フローチャネル９０ａの幅は、側壁９６，９８の間の距離により規定される。１つ以上の実施形態では、出口フローチャネル９０ａの深さは概して連続的かつ非直線的に増大するが、幅は不変である。
【００５９】
出口フローチャネル９０ａの深さは、自身の長さ方向に沿った特定の場所における側壁９６，９８の高さに対応している。示すように、側壁９６，９８は各々、下面１００から上方に伸びている。側壁９６，９８は各々、ハウジング２２の内面で終わっている。図５の実施形態では、出口８２がほぼ三角形の形状である為、側壁９８の長さは壁９６の長さより短い。
【００６０】
上述のように、出口フローチャネル９０ａは、ガス移送チャンバが出口８２に接近する際、ガスを出口８２からそのガス移送チャンバへと流すよう構成されている。サイズ及び形状を含め、出口フローチャネル９０ａの構成は、好適には、ガス移送チャンバが出口８２に接近する際のガス移送チャンバへのガス流速によってガス移送チャンバの圧力が経時的にほぼ直線的に増大するよう選択される。ガス移送チャンバ内部のガス圧力の変化の比率は概して、ガス移送チャンバへのガス流速に関係している。ガス移送チャンバへのガス流速は、概して、出口とガス移送チャンバとの間の圧力差、及び任意の時点においてそのガス移送チャンバの“先行”ローブ７０の位置する箇所の出口フローチャネル９０ａの断面積に関係している。この断面積は、ローブ７０の半径方向に外向きの端部が１辺を形成し、出口フローチャネル９０ａの３つの側面が他の３つの辺を形成する、ほぼ四辺形の形状の面積である。一実施形態では、出口フローチャネル９０ａの面積を連続的かつ非直線的に増大させると、ガス移送チャンバへのガス流速は概して一定又はほぼ一定となり、ガス移送チャンバ内部の関連する圧力の変化の比率は概して直線的又はほぼ直線的となることが分かっている。特に、出口フローチャネル９０ａの断面積は、好適には、チャネル９０ａの第１の端部９２から出口８２に向かって移動するにつれ連続的かつ非直線的に増大する。
【００６１】
動作中、ロータ２４のガス移送チャンバが入口８０を通過すると、ガス移送チャンバは入口８０の周囲圧力のガスで満たされる。入口８０の周囲圧力は概して、出口８２の出口圧力より低い。ロータ２４が回転してガス移送チャンバがチャネル９０ａの第１の端部９２に達すると、出口８２からのより高い圧力のガスがガス移送チャンバへと流れ始める。この時、出口のガスとガス移送チャンバ内のガスとの圧力差は最大の値である。ガス移送チャンバへのガス流速はこの圧力差に依存するので、経時的な圧力の増大を概して直線的とするために、端部９２でのチャネル９０ａのサイズは最小である。
【００６２】
ロータ２４が出口８２に向かって回転し続けると、チャネル９０ａを通じてガス移送チャンバへ向かうガスの流れによって、ガス移送チャンバ内のガスの圧力が上昇し始める。ガス移送チャンバと出口８２との圧力差は減少するので、チャネル９０ａのサイズは増大し、フロー断面積が広くなって、ガス移送チャンバへのガス流速がほぼ一定に保持されるため、ガス移送チャンバの圧力はほぼ直線的に増大される。
【００６３】
最終的には、先行ローブが出口８２に達し、ガス移送チャンバが出口８２に直接的に曝される。ガス移送チャンバ内のガスの圧力と出口でのガスの圧力とが既に実質的には等しくなっているので、急激な圧力変化は起きず、ノイズが有意に低減される。
【００６４】
ロータ２４が回転し続けると、他方のロータ２６の組み合わさっているローブ７０がガス移送チャンバを満たし始め、その中のガスを出口８２へと排気する。
他方のロータ２６に関するブロワ２０の動作は同様であり、ガスを出口８２から出口フローチャネル９０ｂを介し、ロータ２６のローブ７０間のガス移送チャンバへと、還流させることができる。
【００６５】
本発明の１つ以上の実施形態では、また図１０〜１１に示すように、ガス移送チャンバへのガスの正味の流速と、結果として生じた圧力変化とは、好適には、更に、１つ以上の入口フローチャネル即ち１０２ａ，ｂを設けることによって制御される。この入口フローチャネル１０２ａ，ｂによって、ロータ２４，２６のガス移送チャンバ内のガスを入口８０に向かって還流させる流路が形成される。上述のように、ガス移送チャンバが出口８２に接近する際のガス移送チャンバへのガス流速を概して一定又はほぼ一定とすることによって、ガス移送チャンバ内のガス圧力が概して直線的又はほぼ直線的な変化を生じる際には、出口フローチャネル９０ａ，ｂを適切に構成することが効果的である。しかし、ガス移送チャンバから入口への流路も設けられる場合、ガス移送チャンバへの正味の流速を制御する能力、従ってガス移送チャンバ内のガス圧力の変化を制御する能力を更に高められることが分かっている。
【００６６】
よって、本発明の好適な一実施形態では、上述の出口フローチャネル９０ａ，ｂと同様なフローチャネル又はリリーフチャネル、即ち、通路１０２ａ，ｂが、入口８０に配置される（したがって、本明細書では“入口”フローチャネルと呼ぶ）。好適には、入口フローチャネル１０２ａ，ｂは、各ロータ２４，２６に対応してハウジング２２内に設けられる。入口フローチャネル１０２ａ，ｂを用いて、ガスがガス移送チャンバから入口へ還流する又は“漏れる”比率を制御する。
【００６７】
ロータ２４，２６がハウジング２２内部で回転することを可能とするには、各ローブの“ランド”即ち最も外側の部分と、隣り合うハウジング壁との間に、ある程度の間隙が必要である。このわずかな間隙によって、出口からガス移送チャンバへの漏れ（ガス移送チャンバの“先行”ローブとハウジング壁との間の間隙領域を介して）と、ガス移送チャンバから入口に戻る漏れ（ガス移送チャンバの“背後（ｂａｃｋ）”ローブとハウジング壁との間の間隙領域を介して）とが生じる。従って、当然のことながら、特定のローブの間隙の選択は、ガス移送チャンバへの正味のガスフローに影響を与える。
【００６８】
一実施形態では、ガス移送チャンバが出口８２に接近する際、ガス移送チャンバへの正味のガス流速が概して一定又はほぼ一定であるように、若しくはガス移送チャンバのガス圧力の変化が概して直線的又はほぼ直線的であるように、又はその両方になるように、出口８０の出口フローチャネル９０ａ，ｂ及びローブの間隙から生じる固有の漏れと共に、入口フローチャネル１０２ａ，ｂの構成が選択される。入口フローチャネル１０２ａ，ｂの構成は様々である。一実施形態では、入口フローチャネル１０２ａ，ｂの構成は、出口フローチャネル９０ａ，ｂの構成と同様である。入口フローチャネル及び出口フローチャネルの構成を決定する具体的な方法を以下に更に詳細に述べる。
【００６９】
本発明には、様々な変形形態が想定される。１つ以上の出口フローチャネル若しくは入口フローチャネル又はその両方、即ち、通路は、好適には、両方のロータに設けられる。しかし、１つのロータにのみフローチャネル、即ち、通路を設けることも可能である。
【００７０】
記載のように、フローチャネル、即ち、通路は、好適には、ガス移送チャンバが出口８２に接近する際、ガス移送チャンバへのガス流速を概して一定又はほぼ一定にするように、したがって、ガス移送チャンバ内の圧力の変化を概して直線的又はほぼ直線的にするように構成される。用語“概して”又は“ほぼ”は、所望の目標を厳密に達成することから幾分ずれることを想定するものである。一実施形態では、達成した結果の所望の結果からのずれは、約３０％以下、好適には約２０％以下、最も好適には約５％〜約１０％以下である。
【００７１】
図１４，１５には、本発明によるブロワの一実施形態におけるガス移送チャンバへのガスの正味の流速と、結果として生じる圧力の変化とを経時的に示す。図１４に示すように、流速は期間ｔを通じて概して一定及びほぼ一定である。図１５に示すように、結果として生じる圧力の変化は概して直線的又はほぼ直線的である。
【００７２】
本発明の１つ以上の実施形態には、所望の流れ／圧力の特性値を概して又はほぼ達成するフローチャネルの構成を決定する方法が含まれる。本発明の一実施形態は、仮定したフローチャネルのプロファイルを含む複数の変数に基づき、ガス移送チャンバ内の圧力の変化対時間を決定するための方法である。この方法は反復的に実施されてよい。例えば、満足な圧力変化のプロファイルが得られるまで、仮定したフローチャネルのプロファイルは変更される。
【００７３】
一実施形態では、コンピュータデバイス上でブロワをモデル化することによって、ブロワの出口フローチャネル及び入口フローチャネルの構成を決定する反復的な方法が実行される。好適な一実施形態では、米国マサチューセッツ州ウェストフォード所在のＶｉｓｕａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社により市販されているＶｉｓＳｉｍソフトウェアを用いて、モデル化が行なわれる。しかし、この方法は手作業で行なわれてもよく、他の適切なソフトウェアを用いて行なわれてもよい。また、モデルを構築し、モデルを使用してデータを測定することによって、この方法が物理的に実行されてもよい。
【００７４】
以下に更に詳細に記載するように、本発明の一方法では、ブロワの構成に関する若しくはブロワの構成に関連付けられている、様々な仮定若しくは選択のパラメータ又は変数（フローチャネルのサイズ／形状や、入口圧力／出口圧力、温度、送出量、ロータ速度などの動作パラメータなど）を用いて、ガス移送チャンバ内の圧力の経時的な変化が計算される、或いは、ガス移送チャンバ内のガスの他の特性値の値、例えば、チャンバへのガスの流速などが計算される。
【００７５】
本発明の一方法では、選択したパラメータ及び変数のうちの１つ以上を利用して、当該分野で既知の圧縮性流体の流動方程式に基づき、ブロワのロータが回転する際のブロワのガス移送チャンバ内の圧力の経時的な変化が計算される又は決定される。本発明の方法の一実施形態による工程を図１２に示し、以下に更に詳細に記載する。
【００７６】
第１の工程Ｓ１では、ガス移送チャンバの所望の圧力補正が行なわれる角度（“テーパ角度（ｔａｐｅｒ ａｎｇｌｅ）”）をロータのローブが通過するのにかかる時間の長さが決定される。本明細書では、この時間を“テーパ時間（ｔａｐｅｒ ｔｉｍｅ）”と呼ぶ。テーパ時間はテーパ角度とロータの回転速度とに依存する。出口フローチャネル及び入口フローチャネルの両方を用いる実施形態では、出口フローチャネル及び入口フローチャネルのそれぞれで、テーパ角度は別々であり、従ってテーパ時間も別々である。例えば、図１０の実施形態では、出口フローチャネル９０ｂにはテーパ角度１８０が適用され、入口フローチャネル１０２ｂにはテーパ角度１９０が適用される。これに代えて、出口フローチャネル及び入口フローチャネルの両方に単一のテーパ角度が適用されてもよい。
【００７７】
従って、一実施形態では、“テーパ時間”は、ロータの仮定した動作回転速度（ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）単位で測定）と、適用可能なテーパ角度とから決定される。一実施形態では、テーパ時間は、テーパ角度とロータの回転速度とから以下のように計算される。
【００７８】
テーパ時間 ＝ （１／（ｍｉｎ−１／６０））×（テーパ角度／３６０）
ブロワが一定の範囲の回転速度に亘り用いられるよう意図されている場合、回転速度毎に適用可能なテーパ時間は異なる。動作範囲に亘り最も満足な圧力変化プロファイルをもたらすフローチャネルプロファイルを選択する為に、この方法が動作範囲内の様々な動作速度にて実行されてもよい。
【００７９】
テーパ時間の決定後、工程Ｓ２では、仮定したフローチャネルのプロファイルを用いて、入口フロー断面積及び出口フロー断面積（本明細書では、それぞれ“入口オリフィス面積”及び“出口オリフィス面積”とも呼ぶ）がロータ位置の関数として決定される。これに代えて、オリフィス面積はロータ位置の関数としてではなく、正規化したテーパ時間の関数として表現されてもよい。即ち、オリフィス面積は“ｔ”の関数として表現されてもよい。ここで“ｔ”は、ガス移送チャンバのローブがテーパ角度を通過し始めた時間からの期間をテーパ時間で除算したものに等しい。例えば、ローブがテーパ角度の始まりにあるとき“ｔ”は０に等しく、ローブがテーパ角度の端部に達したとき“ｔ”は１に等しい。
【００８０】
上述のように、ロータが回転している任意の時点における、ガスが出口からガス移送チャンバへと流れる（出口フローチャネルの場合）又はガス移送チャンバから入口へと流れる（入口フローチャネルの場合）オリフィス総面積は、適用可能なロータのローブのチップ（即ち“ランド”）がその時点で位置する箇所でのフローチャネルの断面積、及びローブとハウジングとの間の間隙ギャップの断面積（“漏れ面積（ｌｅａｋａｇｅ ａｒｅａ）”）の合計である。
【００８１】
一実施形態では、各フローチャネルの深さはそのフローチャネルの長さに沿って変動し、出口（出口フローチャネルの場合）又は入口（入口フローチャネルの場合）に近づくに従って深くなるが、その幅は固定されたままである。本発明の反復的な方法の一実施形態では、各フローチャネルの最初の面積プロファイルは仮定され、結果として得られる圧力の変化の比率が計算される。仮定したプロファイルに対して調整が行なわれ、圧力の変化の比率が再び計算される。ブロワの所望の動作範囲に亘る圧力の変化の満足な比率が得られるまで、この反復的なプロセスが続けられる。
【００８２】
１つ以上の実施形態では、出口フローチャネル及び入口フローチャネルの面積についてのプロファイルは、高次多項式の形式によって仮定される。１つ以上の実施形態では、出口フローオリフィス総面積（漏れ面積を含む）は次の形式を有すると仮定される。
【００８３】
ＡＯ（ｔ）＝Ｅｔ４＋Ｆｔ７＋Ｇｔ１２＋Ｌ
上記の式では、“ＡＯ（ｔ）”は、正規化したテーパ時間“ｔ”（０〜１で変化する）の関数としての出口オリフィス総面積の断面積（出口フローチャネルの断面積と漏れ面積との合計）である。Ｅ，Ｆ，Ｇは定数であり、Ｌは漏れ面積である。一実施形態では、定数Ｅ，Ｆ，Ｇの値として、それぞれ、約０．０４５ｃｍ２（０．００７ｉｎ．２）、約０．１２９ｃｍ２（０．０２ｉｎ．２）、約０．０４５ｃｍ２（０．００７ｉｎ．２）という値が選択される。
【００８４】
１つ以上の実施形態では、出口フローチャネルの幅は固定されていると仮定されるので、出口フローチャネルに沿った任意の場所における出口フローチャネルの深さは出口フロ
ーチャネルの断面積をその幅で除算したものと等しくなる。
【００８５】
１つ以上の実施形態では、出口フローチャネルの断面積は出口オリフィス総面積から漏れ面積を引いたものと等しい。
ＡＯＣ（ｔ）＝ＡＯ（ｔ）−Ｌ＝Ｅｔ４＋Ｆｔ７＋Ｇｔ１２
従って、正規化したテーパ時間の関数としての出口フローチャネルの深さは次の形式を有する。
【００８６】
ＤＯ（ｔ）＝ＡＯＣ（ｔ）／ＷＯ＝（Ｅｔ４＋Ｆｔ７＋Ｇｔ１２）／ＷＯ
ここで、ＤＯ（ｔ）は“ｔ”の関数としての出口フローチャネルの深さであり、“ＡＯＣ（ｔ）”は“ｔ”の関数としての出口フローチャネルの面積であり、“ＷＯ”は出口フローチャネルの幅であり、Ｅ，Ｆ，Ｇは定数である。１つ以上の実施形態では、“ＷＯ”は、出口フローチャネルを通過する際のローブのランドを通じて測定した、出口フローチャネルの幅である。
【００８７】
１つ以上の実施形態では、入口フローオリフィス総面積（入口フローチャネルの断面積に漏れ面積を加えたもの）は、次の形式を有すると仮定される。
ＡＩ（ｔ）＝Ｈ（１−ｔ）４＋Ｉ（１−ｔ）７＋Ｊ（１−ｔ）１２＋Ｌ
上記の式では、“ＡＩ（ｔ）”は、正規化したテーパ時間“ｔ”（０〜１で変化する）の関数としての入口フローオリフィス総面積であり、Ｈ，Ｉ，Ｊは定数である。一実施形態では、定数Ｈ，Ｉ，Ｊの値として、それぞれ、約０．００６４５ｃｍ２（０．００１ｉｎ．２）、０、約０．００６４５ｃｍ２（０．００１ｉｎ．２）という値が選択される。
【００８８】
１つ以上の実施形態では、入口フローチャネルの幅は固定されていると仮定されるので、入口フローチャネルに沿った任意の場所における入口フローチャネルの深さは入口フローチャネルの断面積をその幅で除算したものと等しくなる。
【００８９】
１つ以上の実施形態では、入口フローチャネルの断面積は入口オリフィス総面積から漏れ面積を引いたものと等しい。
ＡＩＣ（ｔ）＝ＡＩ（ｔ）−Ｌ＝Ｈｔ４＋Ｉｔ７＋Ｊｔ１２
従って、正規化したテーパ時間の関数としての入口フローチャネルの深さは次の形式を有する。
【００９０】
ＤＩ（ｔ）＝ＡＩＣ（ｔ）／ＷＩ＝（Ｈｔ４＋Ｉｔ７＋Ｊｔ１２）／ＷＩ
ここで、ＤＩ（ｔ）は“ｔ”の関数としての入口フローチャネルの深さであり、“ＡＩＣ（ｔ）”は“ｔ”の関数としての入口フローチャネルの面積であり、“ＷＩ”は入口フローチャネルの幅であり、Ｈ，Ｉ，Ｊは定数である。１つ以上の実施形態では、“ＷＩ”は、入口フローチャネルを通過する際のローブのランドを通じて測定した、入口フローチャネルの幅である。
【００９１】
第３の工程Ｓ３では、入口オリフィス面積及び出口オリフィス面積を通るガスの流速は、オリフィス面積のサイズ並びにガス移送チャンバと入口及び出口との間の圧力差に基づき、時間“ｔ”の関数として決定される。中でも特に、出口から出口オリフィス面積を通りガス移送チャンバへと戻るガスの流速（“ＱＩｎ”）と、ガス移送チャンバから出て入口オリフィス面積を通り入口へと戻るガスの流速（“ＱＯｕｔ”）とが決定される。１つ以上の実施形態では、ＱＩｎ及びＱＯｕｔは、当該分野で既知の圧縮性ガスフローの流動方程式を用いて決定される。例えば、ジェイ．ディ．アンダーソン（Ｊ．Ｄ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ）の「Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＆ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ
Ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｋｒｉｅｇｅｒ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．より出版）に述べられている式が用いられる。ガス移送チャンバへの正味の流速の合計はこの２つの流速の
差である。
【００９２】
Ｑ＝ＱＩｎ−ＱＯｕｔ
工程Ｓ４では、正規化したテーパ時間の関数としてのガス移送チャンバの圧力が、チャンバへの正味のガスの流れとチャンバのデッドスペースのコンプライアンスとから決定される。このように、圧力が望ましくない変動をするか否かが決定され得る。オリフィスを通りチャンバへと向かうガスフローを支配する周知の原理及び式を用いて、解析的に又は数値的に圧力が決定されてよい。１つ以上の実施形態では、時間に対する圧力を示すグラフが生成される。
【００９３】
１つ以上の実施形態では、ガス移送チャンバ内の圧力Ｐは次の式を用いて計算される。
【００９４】
【数１】
【００９５】
ここで、Ｐはガス移送チャンバの圧力であり、Ｑはガス移送チャンバへと向かう正味の流速であり、Ｃはガス移送チャンバのデッドスペースのコンプライアンスである。一実施形態では、Ｐの単位はｃｍＨ２Ｏであり、Ｑの単位はリットル毎分であり、Ｃ＝約０．００００１７０リットル／ｋＰａ（０．０００００１６７リットル／ｃｍＨ２Ｏ）である。
【００９６】
示したように、本発明の方法の一適用では、ガス移送チャンバが出口に接近する際に、ガス移送チャンバ内のガスの圧力の変化が概して直線的又はほぼ直線的であることが望まれる。工程Ｓ５では、工程Ｓ４にて決定された圧力の変化の比率がブロワの用いられる目的において充分に直線的であるか否かについて、判定が行なわれる。工程Ｓ５にて圧力変化の比率が所望のようには直線的でないと判定される場合、工程Ｓ６にて、より直線的な圧力変化の比率をもたらす面積関数の公式化を試みて、出口の面積関数及び入口の面積関数（１つ又は複数）のうちの１つ以上が修正される（例えば、関数の係数、テーパ角度又は形式を変えてフローチャネルの深さのプロファイルを変えることによって）。次いで、修正した面積関数によってより直線的な結果が得られるか否かを判定するために、工程Ｓ２〜Ｓ５が繰り返されてよい。工程Ｓ５にて結果が満足なものであると判定されると、その結果の得られる面積関数及びフローチャネルのプロファイルのうちの一方又は両方は、工程Ｓ７にてブロワの製造に利用される。
【００９７】
１つ以上の実施形態では、ガス移送チャンバ内のガスに関して圧力以外の特性値が対象となってもよい。例えば、圧力とテーパ時間との間に所望の関係を有する代わりに、ガス移送チャンバへのガスの流速とテーパ時間との間に所望の関係が指定されてもよい。このガス移送チャンバ内のガスの特性値の値（例えば、圧力や流速）間の所望の関係を、“所望のガス移送チャンバ関数”と呼ぶ場合がある。所望のガス移送チャンバ関数が何であっても、問題となる特性値の推定値又は予測値（仮定した面積関数を用いて計算される）と所望のガスチャンバ関数との間の差異が満足なものになるまで、本発明の反復的な方法が実行されてよい。
【００９８】
記載の方法の実施形態において、１つ以上の実施形態では、所望の関係（例えば、ガス移送チャンバ内の圧力変化が概して直線的若しくはほぼ直線的であること、又はガス移送チャンバへのガスの流速が概して一定若しくはほぼ一定であること）を得るために、入口フローチャネル及び出口フローチャネルの両方が用いられる。これに代えて、入口フローチャネルのみ又は出口フローチャネルのみを用いて、この方法が実行されてもよい。
【００９９】
図１２の方法の一適用では、ロータの寸法が長さ約２．５４ｃｍ（１．０ｉｎ．）、かつ、直径が約２．２４ｃｍ（０．８８ｉｎ．）であり、入口圧力が０（ゲージ圧）、出口圧力が約３．９２ｋＰａ（４０ｃｍＨ２Ｏ）、かつ、回転速度の範囲が１０００〜１２，０００ｍｉｎ−１（ＲＰＭ）で動作し、漏れ面積が約０．０１１０ｃｍ２（０．００１７ｉｎ．２）、出口のテーパ角度が６０度、かつ、入口のテーパ角度が６０度であるルーツブロワの場合、ガス移送チャンバ内の圧力を満足できる程度にほぼ直線的に上昇させるには、次のフローチャネル面積関数（ｉｎ．２単位）が決定される。
【０１００】
ＡＯＣ（ｔ）＝０．００７ｔ４＋０．０２ｔ７＋０．００７ｔ１２
ＡＩＣ（ｔ）＝０．００１ｔ４＋０．００１ｔ１２
出口フローチャネル及び入口フローチャネルの幅に、それぞれ、約０．９５３ｃｍ（０．３７５ｉｎ．）及び約０．２５４ｃｍ（０．１０ｉｎ．）を選択すると、得られる出口フローチャネル及び入口フローチャネルの深さのプロファイルは、インチ単位では次のようになる。
【０１０１】
ＤＯ（ｔ）＝０．０１８７ｔ４＋０．０５３３ｔ７＋０．０１８７ｔ１２
ＤＩ（ｔ）＝０．０１ｔ４＋０．０１ｔ１２
本発明の別の実施形態は、ブロワの所望の構成を決定する解析的／数値的方法である。図１３を参照して、この実施形態を記載する。この実施形態では、出口フローチャネル及び入口フローチャネルのうちの一方又は両方の面積関数が仮定されるのではなく、所望の圧力関数を用いて、その所望の圧力関数の得られる面積関数が解析的若しくは数値的又はその両方によって計算される。次いで、必要な面積関数が得られるように、フローチャネルの寸法が選択される。一実施形態では、出口フローチャネルのみが利用される。一実施形態では、テーパ時間中の不連続な区間において、必要なオリフィス面積が計算され、得られる不連続なオリフィス面積の値から面積関数が導かれる。
【０１０２】
第１の工程Ｓ１では、“テーパ時間”が計算される。上述のように、“テーパ時間”とは、選択したテーパ角度をロータのローブが回転するのに必要な時間である。この時間は、先述の方法に関する上述の時間と同様に計算されてよい。また、所望の反復時間区間と所望の圧力変化のプロファイルも選択される。例えば、所望の反復時間区間はテーパ時間の分数として表現されてよく、例えば、反復時間区間をテーパ時間の１／２０００となるように選択される。
【０１０３】
工程Ｓ２では、特定の正規化された時間“ｔ”における出口オリフィス面積での所望の流速が、所望の圧力変化のプロファイルによって指定されるその時間での所望の圧力の変化の比率から計算される。１回目の反復の間、“ｔ”は選択した反復時間区間をテーパ時間で除算したものと等しくされる。続く各々の反復の間、“ｔ”は反復時間区間をテーパ時間で除算した値だけ増分される。“ｔ”が１に等しくなるまで、この反復が継続される。
【０１０４】
工程Ｓ３では、現在の時間“ｔ”の所望のフローを得るために必要な出口オリフィス面積は、当該分野において既知の圧縮性ガスフローの流動方程式を用いて決定される。
工程Ｓ４では、ｔの値は反復時間区間だけ増分され、プロセスは工程Ｓ２へ戻る。ｔの値が１になるまで工程Ｓ２〜Ｓ４が繰り返される。次いで、各時間ｔにおいて計算される出口オリフィス面積は、所望のオリフィス面積対時間のプロットを作成するために用いられてよく、このプロットは、出口フローチャネルのプロファイルを選択するために用いられ得る（出口オリフィス総面積に対する間隙漏れ面積の寄与を考慮した後）。
【０１０５】
本発明によるブロワが回転速度と、出口圧力及び入口圧力とのうちの一方又は両方のある範囲に亘り動作するよう意図されている場合、図１２又は図１３の方法は、意図される
動作範囲内の複数の点で行なわれてもよく、各動作点にて決定される面積関数／深さのプロファイルから平均の面積関数／深さのプロファイルが選択されてもよい。或いは、動作点の範囲を通じて最も満足な結果の得られる面積関数／深さのプロファイルが選択されてもよい。
【０１０６】
本発明のブロワの構成は、本発明のブロワの構成を有しないブロワに比べ有意に少ないノイズしか生成しない点で有利である。
【技術分野】
【０００１】
本発明はルーツ式ブロワに関する。より詳細には、本発明はかかるブロワにより生成されるノイズを低減させるための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ルーツ式ブロワは多種多様な環境に適用可能である。ルーツ式ブロワは比較的効率が良く、広範囲の吐出圧力及び体積をもたらすことができる。しかし、ルーツ式ブロワは相当大きなノイズを引き起こす。ルーツブロワの引き起こすノイズが相当大きいせいで、そのようなノイズの大きさを容認できない環境でのルーツブロワの使用は制限されていた。そのような環境の１つは、人工呼吸器によって患者の呼吸を補助する環境である。
【０００３】
様々な理由によって、急性呼吸窮迫症や慢性呼吸窮迫症の人々（患者）が自分で換気（即ち呼吸）できない場合がある。このような状況では、そういった患者たちが生存し続けるには、呼吸を補助してもらう必要がある。解決策の１つは、その患者たちに、人工呼吸器と呼ばれる、呼吸を補助する医療機器を提供することである。
【０００４】
人工呼吸器の目的は、身体の通常の呼吸機構を再現することである。たいていの人工呼吸器は、肺内圧を陽圧にして呼吸を補助する。肺内圧は、患者の肺にガスを送り込むことにより陽圧になり、その結果、肺胞（即ち、肺の主要なガス交換ユニットとしての役割を果たす呼吸器系の最後の分岐）に陽圧が生じる。従って、本質的には、人工呼吸器は吸息相において患者の気道へのガス（例えば、空気又は酸素）の制御された流れを生成し、呼息相においてガスを肺から流出させる装置である。
【０００５】
人工呼吸器では、患者へのガスの精密な送出を容易にするべく、種々の方法が用いられる。一部の呼吸器には、外部の加圧ガス源を用いるものもある。他の呼吸器には、ガス圧縮機を用いて内部の加圧ガス源を生成するものもある。
【０００６】
内部のガス源を有する呼吸システムは、たいてい定速圧縮機又は可変速圧縮機のどちらかを用いる。定速圧縮機は通例連続的に動作するロータリー式の機械であり、最終的に患者に送出されるガス流速をほとんど一定にする。この定速システムは概して下流フローバルブを使用して患者へのガスの流れを制御し、患者に必要とされていないとき（例えば呼息中）の過剰な流れを迂回させるバイパス又はリリーフの機構を備える。
【０００７】
可変速圧縮機の動作は、静止状態から、吸息相の冒頭において必要な流速を生むのに必要な回転速度へと急速に加速した後、患者が息を吐けるように吸息相の終わりで静止状態又はほぼ静止状態へと減速する。
【０００８】
人工呼吸器の分野では一般的に２つのタイプの可変速圧縮機システムが使われている。ピストン式のシステムとロータリー式のシステムとである。ド・フリース（ＤｅＶｒｉｅｓ）らによる特許文献１には、人工呼吸器用の先行技術の可変速圧縮機システムの一例が記載されている。このシステムでは、所望の吸気ガスフローを患者に供給する為に抗力コンプレッサ（ｄｒａｇ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）が用いられる。
【０００９】
ロータリー式の圧縮システムは、各吸気相の初めに圧縮機ロータ（１つ又は複数）を所望の速度まで加速し、各吸気相の終わりに圧縮機ロータ（１つ又は複数）を静止時の速度又はほぼ静止時の速度まで減速することにより、吸息中に必要なガスフローを送り出す。従って、ロータリー式の圧縮機は、各吸気換気相の開始に先立って、停止するか又は公称
基底回転速度で回転する。吸気相の開始時に、ロータリー式の圧縮機は、所望の吸気ガスフローを患者に送り出す為に更に高い回転速度へと加速される。吸気相の終わりに、圧縮機の回転速度は、次の吸気換気相の開始まで、基底速度まで減速されるか停止される。先行技術のシステムでは、一般にプログラマブルコントローラを用いて圧縮機のタイミング及び回転速度が制御される。
【００１０】
人工呼吸器のサイズの低減については大きな進歩が遂げられている。今日では、携帯の呼吸器が利用可能であり、ユーザには限られた程度の自律的な運動が可能となった。人工呼吸器のサイズ及び所要電力を更に低減させると、患者の運動をさらに自由なものとする可能性が生まれ、患者の生活の質が向上する。
【００１１】
ルーツブロワはその相対的な効率性のおかげで、人工呼吸器のサイズ及び消費電力の低減に寄与する可能性を有する。しかし、これまでは、ルーツブロワの出すノイズを人工呼吸器において許容できるレベルまで低減させられていない。
【００１２】
ルーツブロワは、相互に作用する一対のロータを用いる。各ロータには２つ以上のローブがある。ロータは、入口及び出口を有するハウジングの内側で回転する。ロータが回転すると、一方のロータのローブは他方のロータのローブ間の空間に出入りする。ガスは、ロータの隣り合うローブと、隣り合うロータハウジング壁とにより形成されるチャンバによって、ブロワを通じて移動する。このチャンバを、本明細書では“ガス移送チャンバ（ｇａｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｃｈａｍｂｅｒ）”と呼ぶ。
【００１３】
ルーツブロワにより様々な形でノイズが生成される。ノイズの１つのタイプは脈流により引き起こされる。ロータが回転すると、各ロータのローブ間のガス移送チャンバが順番に出口に曝される。各チャンバが出口に曝されると、組み合わさっているロータのローブがチャンバへと回転し、チャンバ内のガスを出口へ排気し、流れ／圧力の脈動をもたらす。それぞれ２つのローブを有する１対のロータの場合、ブロワの各サイクルにおいて、ガス移送チャンバのガスの排気により生成される脈動は４つである。この脈動が相当量のノイズを生成する。
【００１４】
第２のタイプのノイズは、“還流（ｆｌｏｗ ｂａｃｋ）”として知られている現象により生成される。各ロータが回転する際に、ロータは入口の低圧のガスを誘導する。このガスは、ロータが出口に近づく際に概してガス移送チャンバに閉じこめられる。このガスのポケットは最初に出口に達したとき、出口の高圧のガスに曝される。この時、出口の高圧のガスが、入口から送り出される低圧のガスを含む後方のガス移送チャンバへと押し寄せる。
【００１５】
このガスの逆流はひどく急である。その持続時間及び大きさは、ロータの回転速度やガス移送チャンバ内のガスの圧力（一般的に入口の圧力に近い）と出口での圧力との差などを含む、幾つかの要素に依存する。この急なガスの逆流の結果、相当大きな振幅の圧力スパイクが生成される。この圧力スパイクは、ブロワのサイクル中、ガス移送チャンバが出口に曝される毎に生成される。結果として生じた一連の圧力スパイクが、人工呼吸器を含む多くの用途で容認できないレベルの連続的なノイズを生み出す。
【００１６】
図１及び図２は、それぞれ、先行技術に係るルーツブロワのガス移送チャンバが出口の領域に曝された直後の、還流ガス流速の変化及び関連するガス圧力の変化を示す図である。示すように、ガス流速はガス圧力と同じように、時間と共に非常に急激に変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第５，８６８，１３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ルーツブロワのノイズのレベルを低減させる為の幾つかの試みがなされている。“脈動する（ｐｕｌｓｉｎｇ）”タイプのノイズを低減させるべく、ロータのローブは、真っ直ぐではなく、らせん形状になるよう再構成された。ロータのローブが真っ直ぐだと、ガス移送チャンバに出入りするガスフローは非常に急激に発生する。ローブがらせん形状だと、各ローブはより大きな回転角を通じてガスを排気する。これによってガスの排気は回転角を通じて拡散され、ガスの排気により引き起こされる圧力の脈動の大きさが減少し、ブロワが出すノイズも低減する。しかし、このローブの設計では、出口のガスと入口から送り出されるガスとの間の相対圧力は依然として同一なので、還流の問題は対処されていない。
【００１９】
還流のノイズを低減させる為の試みもなされている。チャンバが出口に達する時間に先立ちある程度のガスを出口からガス移送チャンバへと流す種々の種類のチャネル、即ち、通路を設けることによって、チャンバ内のガス圧力を増大させ、チャンバ内のガスが高い出口圧力に曝された際に生ずる圧力スパイクを低減させる。しかし、これまでは、ルーツブロワのノイズを人工呼吸器などのノイズに敏感な用途で使用する際に必要な程度にまで低減させることは可能となっていない。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、ルーツ式ブロワにより生成されるノイズを低減させるための方法及び装置に関する。本発明は特に人工呼吸器において用いられるが、本発明の利点はノイズに敏感なブロワに関する多くのいろいろな用途で実現されてよい。
【００２１】
本発明のブロワは、ロータチャンバと、ロータチャンバへの入口及び出口とを形成するハウジングを備える。第１のロータ及び第２のロータはロータチャンバに取り付けられており、各ロータは間隔をおいて位置する複数のローブを形成している。ロータの隣り合うローブはハウジングと協働して、ロータが回転する際に入口から出口へと移動する一連の概して閉鎖されているチャンバを形成する。本明細書では、このチャンバを“ガス移送チャンバ”と呼ぶ。１つ以上の実施形態では、脈流により引き起こされるノイズを低減するように、ブロワは当該分野で既知のらせん状のロータによって構成されている。
【００２２】
加えて、このブロワは、チャンバが出口に接近する際、ガス移送チャンバ内部の圧力が入口圧力から出口圧力に概して直線的又はほぼ直線的に増大するよう、特別に構成されている。
【００２３】
一実施形態では、出口からガス移送チャンバへのガスの正味の流速を規制して、チャンバ内部の圧力変化を制御する。一実施形態では、出口からガス移送チャンバへの流路及びガス移送チャンバから入口への流路のうちの１つ以上が備えられる。流路は、ガス移送チャンバが出口に接近する時間中、出口からガス移送チャンバへのガスの正味の流速が概して一定又はほぼ一定となり、得られるチャンバの圧力変化が概して直線的又はほぼ直線的となるように構成される。
【００２４】
１つ以上の実施形態では、流路は、ハウジングの内面に形成される少なくとも１つの出口フローチャネルを含む。出口フローチャネルは、出口の手前の箇所（ロータの回転方向を考慮して）から出口まで伸びている。フローチャネルは、ガス移送チャンバが出口に向かって進んでいるときにガスを出口からガス移送チャンバへと流すように構成される。一実施形態では、出口フローチャネルの断面積は、ガス移送チャンバへのガスの流速をほぼ
一定に保持するように、若しくはチャンバ内の圧力の変化の比率をほぼ直線的に保持するように、又はその両方のように、非直線的に増大し、第１の端部から出口に向かって連続的に移動する。一実施形態では、各ロータに対応して出口フローチャネルが設けられる。
【００２５】
一実施形態では、流路は、ハウジングの内面に形成され、入口（ロータの回転方向を考慮して）の後ろの箇所から入口へ伸びている少なくとも１つの入口フローチャネルを含む。入口フローチャネルは、出口フローチャネルを介して出口からガス移送チャンバに入るガスによってガス移送チャンバ内のガス圧力が上昇する際、ガスをガス移送チャンバから入口へ流れさせるように構成されている。一実施形態では、各ロータに対応して入口フローチャネルが設けられる。
【００２６】
一実施形態では、出口フローチャネル及び入口フローチャネルの両方が設けられる。入口及び出口のフローチャネルは協働して作用し、ガス移送チャンバへの正味のガスの流れを制御することによって、ガス移送チャンバ内の圧力の変化の比率を制御する。
【００２７】
本発明の１つ以上の実施形態は、ガス移送チャンバにおいて所望の圧力変化の比率を得るように流路の構成を決定するための方法を含む。一実施形態では、最初のフローチャネル構成が選択され、次いでモデル化プロセスを用いて、圧縮性ガスフローを支配する既知の式を用い、所望の動作パラメータ（例えば、回転速度、温度、入口圧力及び出口圧力）におけるガス移送チャンバ内部の経時的な圧力変化が決定される。得られる経時的な圧力変化が所望の結果とマッチしない場合、フローチャネル構成が調整され、修正したフローチャネル構成についてガス移送チャンバ内部の圧力変化が再び決定される。満足な結果が得られるまで、複数回の反復が行なわれてよい。一実施形態では、所望の結果は、ガス移送チャンバの経時的な圧力変化がほぼ直線的又は概して直線的なことである。
【００２８】
これに代えて、別の実施形態では、仮定したフローチャネル構成から開始し、満足な圧力プロファイルが得られるまでそのフローチャネル構成の調整を反復するのではなく、所望の圧力プロファイルを用いて、所望圧力のプロファイルの得られるフローチャネルのプロファイルを解析的若しくは数値的又はその両方によって、直接的に計算される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】先行技術に従うルーツ式ブロワのガス移送チャンバに関して還流ガス流速の変化を経時的に示す図。
【図２】図１に示す先行技術のブロワについて還流中の圧力の変化を経時的に示す図。
【図３】本発明の一実施形態によるルーツ式ブロワの分解斜視図。
【図４】図３に示すブロワのハウジングの端面斜視図。
【図５】図４に示すブロワハウジングの出口をハウジングの内部から見た拡大図。
【図６】図３に示すハウジングについてブロワハウジングの出口を示す第１の側面図。
【図７】図６に示すハウジングの７−７線に沿った断面図。
【図８】図７に示すブロワハウジングの出口のフローチャネルの部分の拡大図。
【図９】図７に示すハウジングの９−９線の方向の部分の拡大図。
【図１０】入口フローチャネル及び出口フローチャネルが設けられた本発明の一実施形態によるブロワのハウジングの断面図。
【図１０Ａ】入口フローチャネル及び出口フローチャネルが設けられた本発明の一実施形態によるブロワのハウジングの断面図。
【図１１Ａ】図１０に示すブロワの入口フローチャネルの拡大図。
【図１１Ｂ】図１０に示すブロワの入口フローチャネルの拡大図。
【図１２】本発明の一実施形態による流路の構成を決定する第１の方法の工程を示すフロー図。
【図１３】本発明の一実施形態による流路の構成を決定する第２の方法の工程を示すフロー図。
【図１４】本発明により構成されるブロワによってガス流速の変化を経時的に示す図。
【図１５】本発明により構成されるブロワによって変化するガス圧力を経時的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
一般に、本発明はルーツ式ブロワを含む。ブロワは、ハウジング内部で回転する互いに噛み合う２つのロータを備える。ロータはガスを入口から引き込みハウジングを通じて出口へ送り出す。ロータは各々、２つ以上のローブを有する。各ロータの隣り合うローブは、ハウジングと組み合わさり、ガスを入口から出口へと移送するガス移送チャンバを形成する。
【００３１】
一実施形態では、ブロワは、ガスを出口からガス移送チャンバへ流す流路を形成する１つ以上のフローチャネルを備える。一実施形態では、ロータの各々に対応して、そのような出口フローチャネルが１つ以上設けられる。
【００３２】
一実施形態では、ブロワは、更に、ガスをガス移送チャンバから入口へ流す流路を形成する１つ以上のフローチャネルを備える。一実施形態では、ロータの各々に対応して、そのような入口フローチャネルが１つ以上設けられる。一実施形態では、入口及び出口の両方にフローチャネルが設けられる。
【００３３】
１つ以上の実施形態では、ガス移送チャンバへと“還流”するガスの正味の流速を規制して、ガス流速が概して一定又はほぼ一定になるように、若しくはチャンバ内のガス圧力の変化が概して直線的又はほぼ直線的になるように、又はその両方になるように、１つ以上のフローチャネルが構成される。従って、本発明の構成によって還流ガスに関連する圧力スパイクが低減されるため、ブロワにより生成されるノイズが実質的に低減される。
【００３４】
図３には、本発明の一実施形態によるルーツ式ブロワ２０を示す。示すように、ブロワ２０は、ハウジング２２、第１のロータ２４及び第２のロータ２６を備える。
以下に更に詳細に記載するように、ハウジング２２の構成は様々である。示すように、ハウジング２２はロータチャンバ２８を形成するケーシングを備える。示すように、チャンバ２８は２つの交差するシリンダの構成を有する。
【００３５】
一実施形態では、ケーシングの構成は壁で囲われた構造である。ケーシングの外部形状は様々である。一実施形態では、ケーシングの外部形状は概して立方体形状である。この構成では、ハウジング２２は、第１の側面３０と、概ね対向している第２の側面３２とを有する。ハウジング２２は、第１の端面３４と、概ね対向している第２の端面３６と、上面３８と、底面４０とを有する。
【００３６】
一実施形態では、チャンバ２８の長手方向の軸は、ハウジング２２の第１の端面３４と第２の端面３６とを通じて伸びている。一実施形態では、ハウジングの第１の端面３４が開放されており、ハウジング２２の第２の端面３６は閉鎖されている。これによって、ロータ２４，２６を第１の端面３４を介してハウジング２２へ挿入することや、ハウジング２２から取り除くことが可能となる。
【００３７】
この実施形態では、ハウジング２２の第１の端面３４を閉鎖するのに第１のエンドプレート４２が用いられる。ハウジング２２の第２の端面３６にカバープレート４４が設置さ
れている。示すように、第１のエンドプレート４２には、それぞれベアリング５５，５７を受ける、くぼみ部５１，５３がある。カバープレート４４は、それぞれシャフト５０，５２の第２の端部６０，６２に取り付けられている歯車６４，６６を受ける、はめ込み部又はくぼみ部４６を有する。第２の端部６０，６２は、ロータ２４，２６がシャフト５０，５２に取り付けられ、チャンバ２８に挿入される際、ハウジング２２の第２の端面３６のボアを通して突き出る。図３の実施形態では、ハウジング２２の第１のエンドプレート４２のはめ込み部又ははめ直し部５１，５３と同様の、第２の端面３６の適切なはめ込み部又ははめ直し部（図示せず）に取り付けられているベアリング６３，６５によって、歯車６４，６６は駆動する関係に支持される。動作中、歯車６４，６６はカバープレート４４に保護され覆われており、カバープレート４４のくぼみ部又ははめ込み４６内に配置されている。歯車６４，６６は互いに噛み合っており、動作中、ロータ２４，２６のそれぞれのローブ７０が噛み合うが実際に接触はしないように、ロータ２４，２６が互いに適正な関係で回転することを確実にする。
【００３８】
第１のエンドプレート４２及びカバープレート４４は、好適には、脱着可能にハウジング２２と接続可能である。第１のエンドプレート４２及びカバープレート４４は、１つ以上の留め具を用いてハウジング２２に接続されてもよい。一実施形態では、第１のエンドプレート４２の組み合わさっているアパーチャへの挿入の為に、１つ以上のピン４８がハウジング２２の第１の端面３４から伸びている。このピン４８は、第１のエンドプレート４２がハウジング２２と整合して接続されている状態を保持することを補助する。第１のエンドプレート４２を通じて１つ以上のねじ付きの留め具５０が伸び、ハウジング２２と係合していることによって、第１のエンドプレート４２はハウジング２２へ接続又は締結される。好適には、カバープレート４４は同様にハウジング２２へ接続される。
【００３９】
示した実施形態では、第１のロータ２４が第１のシャフト５２に取り付けられ、第２のロータ２６が第２のシャフト５４に取り付けられている。これに代えて、ロータ２４，２６は、それぞれシャフト５２，５４と一体化して形成されてもよい。示した実施形態では、第１のシャフト５２の第１の端部５６が第１のエンドプレート４２を通じて伸びている。第１のシャフト５２を駆動するための手段が設けられている。この手段には、例えば、ブラシレス直流電動機がある。このような電動機の一実施形態は、本明細書と同じ譲受人所有の２００４年５月１８日提出の米国特許出願第１０／８４７，６９３号明細書に記載されている。当然のことながら、第１のシャフト５２を駆動するための手段は多様な要素からなってもよい。更に、第１のシャフト５２の駆動される手段は、直接駆動や間接駆動など、様々である。
【００４０】
一実施形態では、第２のシャフト５４の第１の端部５８は、第１のエンドプレート４２によって回転に関して支持される。これは、ベアリング５７又は同様な手段によって行なわれてよい。
【００４１】
当然のことながら、上述において詳細に示したもの以外の多様な駆動構成によって、ロータ２４，２６が駆動されてもよい。例えば、別々であるが同期されている電動機によってロータ２４，２６の各々が独立して駆動されてもよく、他のやり方によって各ロータが互いに駆動する関係になるように構成されてもよい。
【００４２】
１つ以上の実施形態では、入口及び出口のみを通ってガスが出入りするように、ハウジング２２は入口及び出口を除いて概して密閉されている。示した実施形態では、ハウジング２２の第１の端面３４及び第２の端面３６は密閉されている。従って、示した実施形態では、第１のエンドプレート４２はハウジング２２に密着している。当該分野で既知のように、シャフトの境界やハウジング２２と第１のエンドプレート４２との境界においてなど、第１のエンドプレート４２のハウジング２２に対する接続及び種々の他の構成要素の
接続を密閉するために、任意の多様なシールやブッシングなどが用いられてよい。
【００４３】
当然のことながら、ハウジング２２は他の様々な構成を有してもよく、ハウジングを密閉するための他のアプローチ及び構成要素のうちの１つ以上が用いられ得る。例えば、ハウジング２２の第２の端面３６も開放されていてよく、次いで閉鎖され又は覆われてもよいし、エンドプレート又はハウジング２２の第１の端面３４が閉鎖され、第２の端面３６が開放されていてもよい。
【００４４】
第１のロータ２４及び第２のロータ２６は、好適には、２つ以上のローブ７０を備える。好適な一実施形態では、各ロータ２４，２６は３つのローブ７０を有する。しかし、ロータ２４，２６のローブは２つであってもよく、４つ以上であってもよい。ローブ７０は、好適には、シャフト５２又は５４のそれぞれの軸を中心にらせん状の経路をたどる。一実施形態では、各ローブ７０の第１の端部及び第２の端部はロータ／シャフトの回りに半径方向に互いに約６０度だけ離間されている。
【００４５】
ローブ７０は、各ロータ２４，２６の中心から外側に伸びている。隣り合うローブ７０間には、空間が形成されている。既知のように、ロータ２４，２６のうちの一方のロータのローブ７０は、他方のロータの隣り合うローブ間に形成されている空間に入ることによって、そのロータと噛み合う又は係合するよう構成されている。ロータ２４，２６がハウジング２２内に取り付けられているときは、各ロータ２４，２６の隣り合うローブ７０は、ハウジング２２の内部と協働して、図１０に示すように、ガスを入口から出口へと移送するように構成されるガス移送チャンバ１０３を形成する。
【００４６】
図３に示すように、第１のロータ２４及び第２のロータ２６は、ロータチャンバ２８内に取り付けられている。ロータ２４，２６は、それらのロータのシャフト５２，５４が互いに平行に、かつ、ハウジング２２の第１の端面３４及び第２の端面３６に対し垂直に伸びるように取り付けられている。
【００４７】
ブロワ２０は、ガスが引き込まれる入口と、ガスが放出される出口とを有する。図４に示すように、入口８０はハウジング２２の第１の側面３０に位置する。ガスはハウジング２２の入口８０へ送り出される。一実施形態では、入口８０は大気に直接開放されている。別の実施形態では、ガス送出管などのガス送出経路が、入口８０へのガス流路を形成する。
【００４８】
出口８２はハウジング２２の第２の側面３２に形成されている。以下に更に詳細に説明するように、ガスはロータ２４，２６によって、入口８０から出口８２へと送り出される。ガス移送チャンバによって出口８２へ送り出されたガスは、出口８２を通ってハウジング２２から放出される。
【００４９】
１つ以上の実施形態では、入口８０及び出口８２の形は概して三角形である。この構成は特に、ロータ２４，２６がらせん状のローブを有する場合に適している。中でも特に、ロータ２４，２６のローブがらせん状の場合、好適には、入口８０及び出口８２のそれぞれの上面は上のロータ２４のローブと同じ角度で下向きに傾斜し、好適には、入口８０及び出口８２のそれぞれの底面は下のロータ２６のローブと同じ角度で上向きに傾斜している。
【００５０】
当然のことながら、入口８０及び出口８２の構成は様々であり、特にロータ２４，２６の構成が変化するときには様々である。例えば、ロータ２４，２６が真っ直ぐなローブを有する場合、入口８０及び出口８２は長方形形状となる。
【００５１】
この点について記載したように、ロータ２４，２６は、ブラシレス直流モータなどの駆動素子によってハウジング２２内で回転される。ロータ２４，２６が回転する際、それらのロータはガスを入口８０から出口８２へと送り出す。図１０に示すように、ガスは“先行（ｆｒｏｎｔ）”のローブと“後続（ｒｅａｒ）”のローブとの間に位置するガス移送チャンバ１０３内に送り出される。チャンバの“先行”ローブが入口を通過すると、ガス移送チャンバは入口に曝され、入口圧力のガスで満たされる。ロータが回転し続けると、“後続”ローブが入口を通過する。この時、ガス移送チャンバは先行ローブ及び後続ローブ並びにハウジングの内面によって概して囲まれ、かつ、入口及び出口に直接的には曝されていない。
【００５２】
ロータが回転し続けると、先導するローブ即ち先行ローブは出口に達する。ガス移送チャンバが出口に曝されると、ガスは最初に（高圧の）出口からガス移送チャンバへと押し寄せる。この“還流”が望ましくない圧力スパイクを生み出す。ロータが回転し続けると、第２のロータの対応するローブがガス移送チャンバの中へと回転し、その中のガスを出口へと排気することによって、ガスは入口から出口へと送り出される。そしてロータは更に回転し、ガス移送チャンバは最終的には回転して入口へと戻る。
【００５３】
本発明では、ガス移送チャンバへの還流ガスの流速が概して一定又はほぼ一定であるように、若しくは、ガス移送チャンバが出口に接近する際にガス移送チャンバ内のガス圧力の変化の比率が概して直線的であるように、又はその両方であるように、ブロワ２０が構成される。１つ以上の実施形態では、このことは、ロータハウジングに組み込まれている１つ以上のガスフローチャネルによって行なわれる。本発明の一実施形態では、還流は、出口からハウジングの内部に伸びている１つ以上のガスフローチャネルを用いて制御され、好適な一実施形態では、ハウジングの内部から入口へと通じている１つ以上のガスフローチャネルを用いて制御される。
【００５４】
図４，５に最も良く示すように、一実施形態では、各ロータ２４，２６に対応して、出口８２からハウジング２２のロータチャンバ２８へと伸びているガスフローチャネルが提供される（このようなフローチャネルを、本明細書では“出口（ｏｕｔｌｅｔ）”フローチャネルと呼ぶ）。一実施形態では、第１のロータ２４と協働する第１の出口フローチャネル９０ａは、出口８２から第１の円周方向へ伸びており、第２のロータ２６と協働する第２の出口フローチャネル９０ｂは、出口８２から第２の円周方向へ伸びている。出口フローチャネルのうちの一方９０ａをこれから更に詳しく記載するが、好適な一実施形態において、他方のロータに対応するチャネル９０ｂが同様であることは理解される。
【００５５】
上述において詳細に記載したように、ロータ２４，２６は、ハウジング２２により形成されるロータチャンバ２８内部で回転するよう構成されている。図４，５に示した実施形態では、一方のロータ２４は他方のロータ２６の上方に取り付けられている。この実施形態では、上のロータ２４は、図４，５に示したハウジング２２の図において時計回りの方向に回転する。換言すると、ロータ２４がハウジング２２内に取り付けられているとき、そのロータのローブ７０は各々、出口８２に向けて掃くように下方へと移動する。
【００５６】
引き続き図４，５を参照すると、ロータ２４のローブ７０の回転方向を考慮した場合、出口フローチャネル９０ａはハウジング２２の内部に沿って出口８２より手前の箇所から始まる。図５に示すように、出口フローチャネル９０ａは、第１の端部９２、第２の端部９４及び一対の側面９６，９８を有する。出口フローチャネル９０ａの第２の端部９４は、好適には、出口８２で終わる。第１の端部９２は、説明したように、ローブ７０の回転方向を考慮した場合、ハウジング２２に沿って出口８２より手前の箇所に位置する。
【００５７】
本発明の１つ以上の実施形態では、ブロワ２０のロータ２４，２６の外部の寸法は最大
現になっている。最も外側の寸法は、ローブ７０のチップ即ち“ランド（ｌａｎｄ）”で形成されている。ロータチャンバ２８は概して、ロータ２４，２６がチャンバ２８内部に精密公差内で適合するよう構成されている。一実施形態では、この公差によって生じるハウジング２２の内面とロータ２４，２６のローブ７０との間の間隙は約０．００７６２ｃｍ（０．００３インチ）である。実際の間隔は様々である。以下でより明らかになるように、フローチャネルのサイズ及び構成は、この間隙に依存して様々である。
【００５８】
１つ以上の実施形態では、出口フローチャネル９０ａの深さは、第１の端部９２から第２の端部９４に向けて円周方向に移動するにつれ増大する。チャネル９０ａの側面即ち側壁９６，９８は、出口フローチャネル９０ａの長さ方向に沿ってその第１の端部９２からその第２の端部９４へと伸びている。出口フローチャネル９０ａの幅は、側壁９６，９８の間の距離により規定される。１つ以上の実施形態では、出口フローチャネル９０ａの深さは概して連続的かつ非直線的に増大するが、幅は不変である。
【００５９】
出口フローチャネル９０ａの深さは、自身の長さ方向に沿った特定の場所における側壁９６，９８の高さに対応している。示すように、側壁９６，９８は各々、下面１００から上方に伸びている。側壁９６，９８は各々、ハウジング２２の内面で終わっている。図５の実施形態では、出口８２がほぼ三角形の形状である為、側壁９８の長さは壁９６の長さより短い。
【００６０】
上述のように、出口フローチャネル９０ａは、ガス移送チャンバが出口８２に接近する際、ガスを出口８２からそのガス移送チャンバへと流すよう構成されている。サイズ及び形状を含め、出口フローチャネル９０ａの構成は、好適には、ガス移送チャンバが出口８２に接近する際のガス移送チャンバへのガス流速によってガス移送チャンバの圧力が経時的にほぼ直線的に増大するよう選択される。ガス移送チャンバ内部のガス圧力の変化の比率は概して、ガス移送チャンバへのガス流速に関係している。ガス移送チャンバへのガス流速は、概して、出口とガス移送チャンバとの間の圧力差、及び任意の時点においてそのガス移送チャンバの“先行”ローブ７０の位置する箇所の出口フローチャネル９０ａの断面積に関係している。この断面積は、ローブ７０の半径方向に外向きの端部が１辺を形成し、出口フローチャネル９０ａの３つの側面が他の３つの辺を形成する、ほぼ四辺形の形状の面積である。一実施形態では、出口フローチャネル９０ａの面積を連続的かつ非直線的に増大させると、ガス移送チャンバへのガス流速は概して一定又はほぼ一定となり、ガス移送チャンバ内部の関連する圧力の変化の比率は概して直線的又はほぼ直線的となることが分かっている。特に、出口フローチャネル９０ａの断面積は、好適には、チャネル９０ａの第１の端部９２から出口８２に向かって移動するにつれ連続的かつ非直線的に増大する。
【００６１】
動作中、ロータ２４のガス移送チャンバが入口８０を通過すると、ガス移送チャンバは入口８０の周囲圧力のガスで満たされる。入口８０の周囲圧力は概して、出口８２の出口圧力より低い。ロータ２４が回転してガス移送チャンバがチャネル９０ａの第１の端部９２に達すると、出口８２からのより高い圧力のガスがガス移送チャンバへと流れ始める。この時、出口のガスとガス移送チャンバ内のガスとの圧力差は最大の値である。ガス移送チャンバへのガス流速はこの圧力差に依存するので、経時的な圧力の増大を概して直線的とするために、端部９２でのチャネル９０ａのサイズは最小である。
【００６２】
ロータ２４が出口８２に向かって回転し続けると、チャネル９０ａを通じてガス移送チャンバへ向かうガスの流れによって、ガス移送チャンバ内のガスの圧力が上昇し始める。ガス移送チャンバと出口８２との圧力差は減少するので、チャネル９０ａのサイズは増大し、フロー断面積が広くなって、ガス移送チャンバへのガス流速がほぼ一定に保持されるため、ガス移送チャンバの圧力はほぼ直線的に増大される。
【００６３】
最終的には、先行ローブが出口８２に達し、ガス移送チャンバが出口８２に直接的に曝される。ガス移送チャンバ内のガスの圧力と出口でのガスの圧力とが既に実質的には等しくなっているので、急激な圧力変化は起きず、ノイズが有意に低減される。
【００６４】
ロータ２４が回転し続けると、他方のロータ２６の組み合わさっているローブ７０がガス移送チャンバを満たし始め、その中のガスを出口８２へと排気する。
他方のロータ２６に関するブロワ２０の動作は同様であり、ガスを出口８２から出口フローチャネル９０ｂを介し、ロータ２６のローブ７０間のガス移送チャンバへと、還流させることができる。
【００６５】
本発明の１つ以上の実施形態では、また図１０〜１１に示すように、ガス移送チャンバへのガスの正味の流速と、結果として生じた圧力変化とは、好適には、更に、１つ以上の入口フローチャネル即ち１０２ａ，ｂを設けることによって制御される。この入口フローチャネル１０２ａ，ｂによって、ロータ２４，２６のガス移送チャンバ内のガスを入口８０に向かって還流させる流路が形成される。上述のように、ガス移送チャンバが出口８２に接近する際のガス移送チャンバへのガス流速を概して一定又はほぼ一定とすることによって、ガス移送チャンバ内のガス圧力が概して直線的又はほぼ直線的な変化を生じる際には、出口フローチャネル９０ａ，ｂを適切に構成することが効果的である。しかし、ガス移送チャンバから入口への流路も設けられる場合、ガス移送チャンバへの正味の流速を制御する能力、従ってガス移送チャンバ内のガス圧力の変化を制御する能力を更に高められることが分かっている。
【００６６】
よって、本発明の好適な一実施形態では、上述の出口フローチャネル９０ａ，ｂと同様なフローチャネル又はリリーフチャネル、即ち、通路１０２ａ，ｂが、入口８０に配置される（したがって、本明細書では“入口”フローチャネルと呼ぶ）。好適には、入口フローチャネル１０２ａ，ｂは、各ロータ２４，２６に対応してハウジング２２内に設けられる。入口フローチャネル１０２ａ，ｂを用いて、ガスがガス移送チャンバから入口へ還流する又は“漏れる”比率を制御する。
【００６７】
ロータ２４，２６がハウジング２２内部で回転することを可能とするには、各ローブの“ランド”即ち最も外側の部分と、隣り合うハウジング壁との間に、ある程度の間隙が必要である。このわずかな間隙によって、出口からガス移送チャンバへの漏れ（ガス移送チャンバの“先行”ローブとハウジング壁との間の間隙領域を介して）と、ガス移送チャンバから入口に戻る漏れ（ガス移送チャンバの“背後（ｂａｃｋ）”ローブとハウジング壁との間の間隙領域を介して）とが生じる。従って、当然のことながら、特定のローブの間隙の選択は、ガス移送チャンバへの正味のガスフローに影響を与える。
【００６８】
一実施形態では、ガス移送チャンバが出口８２に接近する際、ガス移送チャンバへの正味のガス流速が概して一定又はほぼ一定であるように、若しくはガス移送チャンバのガス圧力の変化が概して直線的又はほぼ直線的であるように、又はその両方になるように、出口８０の出口フローチャネル９０ａ，ｂ及びローブの間隙から生じる固有の漏れと共に、入口フローチャネル１０２ａ，ｂの構成が選択される。入口フローチャネル１０２ａ，ｂの構成は様々である。一実施形態では、入口フローチャネル１０２ａ，ｂの構成は、出口フローチャネル９０ａ，ｂの構成と同様である。入口フローチャネル及び出口フローチャネルの構成を決定する具体的な方法を以下に更に詳細に述べる。
【００６９】
本発明には、様々な変形形態が想定される。１つ以上の出口フローチャネル若しくは入口フローチャネル又はその両方、即ち、通路は、好適には、両方のロータに設けられる。しかし、１つのロータにのみフローチャネル、即ち、通路を設けることも可能である。
【００７０】
記載のように、フローチャネル、即ち、通路は、好適には、ガス移送チャンバが出口８２に接近する際、ガス移送チャンバへのガス流速を概して一定又はほぼ一定にするように、したがって、ガス移送チャンバ内の圧力の変化を概して直線的又はほぼ直線的にするように構成される。用語“概して”又は“ほぼ”は、所望の目標を厳密に達成することから幾分ずれることを想定するものである。一実施形態では、達成した結果の所望の結果からのずれは、約３０％以下、好適には約２０％以下、最も好適には約５％〜約１０％以下である。
【００７１】
図１４，１５には、本発明によるブロワの一実施形態におけるガス移送チャンバへのガスの正味の流速と、結果として生じる圧力の変化とを経時的に示す。図１４に示すように、流速は期間ｔを通じて概して一定及びほぼ一定である。図１５に示すように、結果として生じる圧力の変化は概して直線的又はほぼ直線的である。
【００７２】
本発明の１つ以上の実施形態には、所望の流れ／圧力の特性値を概して又はほぼ達成するフローチャネルの構成を決定する方法が含まれる。本発明の一実施形態は、仮定したフローチャネルのプロファイルを含む複数の変数に基づき、ガス移送チャンバ内の圧力の変化対時間を決定するための方法である。この方法は反復的に実施されてよい。例えば、満足な圧力変化のプロファイルが得られるまで、仮定したフローチャネルのプロファイルは変更される。
【００７３】
一実施形態では、コンピュータデバイス上でブロワをモデル化することによって、ブロワの出口フローチャネル及び入口フローチャネルの構成を決定する反復的な方法が実行される。好適な一実施形態では、米国マサチューセッツ州ウェストフォード所在のＶｉｓｕａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社により市販されているＶｉｓＳｉｍソフトウェアを用いて、モデル化が行なわれる。しかし、この方法は手作業で行なわれてもよく、他の適切なソフトウェアを用いて行なわれてもよい。また、モデルを構築し、モデルを使用してデータを測定することによって、この方法が物理的に実行されてもよい。
【００７４】
以下に更に詳細に記載するように、本発明の一方法では、ブロワの構成に関する若しくはブロワの構成に関連付けられている、様々な仮定若しくは選択のパラメータ又は変数（フローチャネルのサイズ／形状や、入口圧力／出口圧力、温度、送出量、ロータ速度などの動作パラメータなど）を用いて、ガス移送チャンバ内の圧力の経時的な変化が計算される、或いは、ガス移送チャンバ内のガスの他の特性値の値、例えば、チャンバへのガスの流速などが計算される。
【００７５】
本発明の一方法では、選択したパラメータ及び変数のうちの１つ以上を利用して、当該分野で既知の圧縮性流体の流動方程式に基づき、ブロワのロータが回転する際のブロワのガス移送チャンバ内の圧力の経時的な変化が計算される又は決定される。本発明の方法の一実施形態による工程を図１２に示し、以下に更に詳細に記載する。
【００７６】
第１の工程Ｓ１では、ガス移送チャンバの所望の圧力補正が行なわれる角度（“テーパ角度（ｔａｐｅｒ ａｎｇｌｅ）”）をロータのローブが通過するのにかかる時間の長さが決定される。本明細書では、この時間を“テーパ時間（ｔａｐｅｒ ｔｉｍｅ）”と呼ぶ。テーパ時間はテーパ角度とロータの回転速度とに依存する。出口フローチャネル及び入口フローチャネルの両方を用いる実施形態では、出口フローチャネル及び入口フローチャネルのそれぞれで、テーパ角度は別々であり、従ってテーパ時間も別々である。例えば、図１０の実施形態では、出口フローチャネル９０ｂにはテーパ角度１８０が適用され、入口フローチャネル１０２ｂにはテーパ角度１９０が適用される。これに代えて、出口フローチャネル及び入口フローチャネルの両方に単一のテーパ角度が適用されてもよい。
【００７７】
従って、一実施形態では、“テーパ時間”は、ロータの仮定した動作回転速度（ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）単位で測定）と、適用可能なテーパ角度とから決定される。一実施形態では、テーパ時間は、テーパ角度とロータの回転速度とから以下のように計算される。
【００７８】
テーパ時間 ＝ （１／（ｍｉｎ−１／６０））×（テーパ角度／３６０）
ブロワが一定の範囲の回転速度に亘り用いられるよう意図されている場合、回転速度毎に適用可能なテーパ時間は異なる。動作範囲に亘り最も満足な圧力変化プロファイルをもたらすフローチャネルプロファイルを選択する為に、この方法が動作範囲内の様々な動作速度にて実行されてもよい。
【００７９】
テーパ時間の決定後、工程Ｓ２では、仮定したフローチャネルのプロファイルを用いて、入口フロー断面積及び出口フロー断面積（本明細書では、それぞれ“入口オリフィス面積”及び“出口オリフィス面積”とも呼ぶ）がロータ位置の関数として決定される。これに代えて、オリフィス面積はロータ位置の関数としてではなく、正規化したテーパ時間の関数として表現されてもよい。即ち、オリフィス面積は“ｔ”の関数として表現されてもよい。ここで“ｔ”は、ガス移送チャンバのローブがテーパ角度を通過し始めた時間からの期間をテーパ時間で除算したものに等しい。例えば、ローブがテーパ角度の始まりにあるとき“ｔ”は０に等しく、ローブがテーパ角度の端部に達したとき“ｔ”は１に等しい。
【００８０】
上述のように、ロータが回転している任意の時点における、ガスが出口からガス移送チャンバへと流れる（出口フローチャネルの場合）又はガス移送チャンバから入口へと流れる（入口フローチャネルの場合）オリフィス総面積は、適用可能なロータのローブのチップ（即ち“ランド”）がその時点で位置する箇所でのフローチャネルの断面積、及びローブとハウジングとの間の間隙ギャップの断面積（“漏れ面積（ｌｅａｋａｇｅ ａｒｅａ）”）の合計である。
【００８１】
一実施形態では、各フローチャネルの深さはそのフローチャネルの長さに沿って変動し、出口（出口フローチャネルの場合）又は入口（入口フローチャネルの場合）に近づくに従って深くなるが、その幅は固定されたままである。本発明の反復的な方法の一実施形態では、各フローチャネルの最初の面積プロファイルは仮定され、結果として得られる圧力の変化の比率が計算される。仮定したプロファイルに対して調整が行なわれ、圧力の変化の比率が再び計算される。ブロワの所望の動作範囲に亘る圧力の変化の満足な比率が得られるまで、この反復的なプロセスが続けられる。
【００８２】
１つ以上の実施形態では、出口フローチャネル及び入口フローチャネルの面積についてのプロファイルは、高次多項式の形式によって仮定される。１つ以上の実施形態では、出口フローオリフィス総面積（漏れ面積を含む）は次の形式を有すると仮定される。
【００８３】
ＡＯ（ｔ）＝Ｅｔ４＋Ｆｔ７＋Ｇｔ１２＋Ｌ
上記の式では、“ＡＯ（ｔ）”は、正規化したテーパ時間“ｔ”（０〜１で変化する）の関数としての出口オリフィス総面積の断面積（出口フローチャネルの断面積と漏れ面積との合計）である。Ｅ，Ｆ，Ｇは定数であり、Ｌは漏れ面積である。一実施形態では、定数Ｅ，Ｆ，Ｇの値として、それぞれ、約０．０４５ｃｍ２（０．００７ｉｎ．２）、約０．１２９ｃｍ２（０．０２ｉｎ．２）、約０．０４５ｃｍ２（０．００７ｉｎ．２）という値が選択される。
【００８４】
１つ以上の実施形態では、出口フローチャネルの幅は固定されていると仮定されるので、出口フローチャネルに沿った任意の場所における出口フローチャネルの深さは出口フロ
ーチャネルの断面積をその幅で除算したものと等しくなる。
【００８５】
１つ以上の実施形態では、出口フローチャネルの断面積は出口オリフィス総面積から漏れ面積を引いたものと等しい。
ＡＯＣ（ｔ）＝ＡＯ（ｔ）−Ｌ＝Ｅｔ４＋Ｆｔ７＋Ｇｔ１２
従って、正規化したテーパ時間の関数としての出口フローチャネルの深さは次の形式を有する。
【００８６】
ＤＯ（ｔ）＝ＡＯＣ（ｔ）／ＷＯ＝（Ｅｔ４＋Ｆｔ７＋Ｇｔ１２）／ＷＯ
ここで、ＤＯ（ｔ）は“ｔ”の関数としての出口フローチャネルの深さであり、“ＡＯＣ（ｔ）”は“ｔ”の関数としての出口フローチャネルの面積であり、“ＷＯ”は出口フローチャネルの幅であり、Ｅ，Ｆ，Ｇは定数である。１つ以上の実施形態では、“ＷＯ”は、出口フローチャネルを通過する際のローブのランドを通じて測定した、出口フローチャネルの幅である。
【００８７】
１つ以上の実施形態では、入口フローオリフィス総面積（入口フローチャネルの断面積に漏れ面積を加えたもの）は、次の形式を有すると仮定される。
ＡＩ（ｔ）＝Ｈ（１−ｔ）４＋Ｉ（１−ｔ）７＋Ｊ（１−ｔ）１２＋Ｌ
上記の式では、“ＡＩ（ｔ）”は、正規化したテーパ時間“ｔ”（０〜１で変化する）の関数としての入口フローオリフィス総面積であり、Ｈ，Ｉ，Ｊは定数である。一実施形態では、定数Ｈ，Ｉ，Ｊの値として、それぞれ、約０．００６４５ｃｍ２（０．００１ｉｎ．２）、０、約０．００６４５ｃｍ２（０．００１ｉｎ．２）という値が選択される。
【００８８】
１つ以上の実施形態では、入口フローチャネルの幅は固定されていると仮定されるので、入口フローチャネルに沿った任意の場所における入口フローチャネルの深さは入口フローチャネルの断面積をその幅で除算したものと等しくなる。
【００８９】
１つ以上の実施形態では、入口フローチャネルの断面積は入口オリフィス総面積から漏れ面積を引いたものと等しい。
ＡＩＣ（ｔ）＝ＡＩ（ｔ）−Ｌ＝Ｈｔ４＋Ｉｔ７＋Ｊｔ１２
従って、正規化したテーパ時間の関数としての入口フローチャネルの深さは次の形式を有する。
【００９０】
ＤＩ（ｔ）＝ＡＩＣ（ｔ）／ＷＩ＝（Ｈｔ４＋Ｉｔ７＋Ｊｔ１２）／ＷＩ
ここで、ＤＩ（ｔ）は“ｔ”の関数としての入口フローチャネルの深さであり、“ＡＩＣ（ｔ）”は“ｔ”の関数としての入口フローチャネルの面積であり、“ＷＩ”は入口フローチャネルの幅であり、Ｈ，Ｉ，Ｊは定数である。１つ以上の実施形態では、“ＷＩ”は、入口フローチャネルを通過する際のローブのランドを通じて測定した、入口フローチャネルの幅である。
【００９１】
第３の工程Ｓ３では、入口オリフィス面積及び出口オリフィス面積を通るガスの流速は、オリフィス面積のサイズ並びにガス移送チャンバと入口及び出口との間の圧力差に基づき、時間“ｔ”の関数として決定される。中でも特に、出口から出口オリフィス面積を通りガス移送チャンバへと戻るガスの流速（“ＱＩｎ”）と、ガス移送チャンバから出て入口オリフィス面積を通り入口へと戻るガスの流速（“ＱＯｕｔ”）とが決定される。１つ以上の実施形態では、ＱＩｎ及びＱＯｕｔは、当該分野で既知の圧縮性ガスフローの流動方程式を用いて決定される。例えば、ジェイ．ディ．アンダーソン（Ｊ．Ｄ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ）の「Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＆ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ
Ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｋｒｉｅｇｅｒ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．より出版）に述べられている式が用いられる。ガス移送チャンバへの正味の流速の合計はこの２つの流速の
差である。
【００９２】
Ｑ＝ＱＩｎ−ＱＯｕｔ
工程Ｓ４では、正規化したテーパ時間の関数としてのガス移送チャンバの圧力が、チャンバへの正味のガスの流れとチャンバのデッドスペースのコンプライアンスとから決定される。このように、圧力が望ましくない変動をするか否かが決定され得る。オリフィスを通りチャンバへと向かうガスフローを支配する周知の原理及び式を用いて、解析的に又は数値的に圧力が決定されてよい。１つ以上の実施形態では、時間に対する圧力を示すグラフが生成される。
【００９３】
１つ以上の実施形態では、ガス移送チャンバ内の圧力Ｐは次の式を用いて計算される。
【００９４】
【数１】
【００９５】
ここで、Ｐはガス移送チャンバの圧力であり、Ｑはガス移送チャンバへと向かう正味の流速であり、Ｃはガス移送チャンバのデッドスペースのコンプライアンスである。一実施形態では、Ｐの単位はｃｍＨ２Ｏであり、Ｑの単位はリットル毎分であり、Ｃ＝約０．００００１７０リットル／ｋＰａ（０．０００００１６７リットル／ｃｍＨ２Ｏ）である。
【００９６】
示したように、本発明の方法の一適用では、ガス移送チャンバが出口に接近する際に、ガス移送チャンバ内のガスの圧力の変化が概して直線的又はほぼ直線的であることが望まれる。工程Ｓ５では、工程Ｓ４にて決定された圧力の変化の比率がブロワの用いられる目的において充分に直線的であるか否かについて、判定が行なわれる。工程Ｓ５にて圧力変化の比率が所望のようには直線的でないと判定される場合、工程Ｓ６にて、より直線的な圧力変化の比率をもたらす面積関数の公式化を試みて、出口の面積関数及び入口の面積関数（１つ又は複数）のうちの１つ以上が修正される（例えば、関数の係数、テーパ角度又は形式を変えてフローチャネルの深さのプロファイルを変えることによって）。次いで、修正した面積関数によってより直線的な結果が得られるか否かを判定するために、工程Ｓ２〜Ｓ５が繰り返されてよい。工程Ｓ５にて結果が満足なものであると判定されると、その結果の得られる面積関数及びフローチャネルのプロファイルのうちの一方又は両方は、工程Ｓ７にてブロワの製造に利用される。
【００９７】
１つ以上の実施形態では、ガス移送チャンバ内のガスに関して圧力以外の特性値が対象となってもよい。例えば、圧力とテーパ時間との間に所望の関係を有する代わりに、ガス移送チャンバへのガスの流速とテーパ時間との間に所望の関係が指定されてもよい。このガス移送チャンバ内のガスの特性値の値（例えば、圧力や流速）間の所望の関係を、“所望のガス移送チャンバ関数”と呼ぶ場合がある。所望のガス移送チャンバ関数が何であっても、問題となる特性値の推定値又は予測値（仮定した面積関数を用いて計算される）と所望のガスチャンバ関数との間の差異が満足なものになるまで、本発明の反復的な方法が実行されてよい。
【００９８】
記載の方法の実施形態において、１つ以上の実施形態では、所望の関係（例えば、ガス移送チャンバ内の圧力変化が概して直線的若しくはほぼ直線的であること、又はガス移送チャンバへのガスの流速が概して一定若しくはほぼ一定であること）を得るために、入口フローチャネル及び出口フローチャネルの両方が用いられる。これに代えて、入口フローチャネルのみ又は出口フローチャネルのみを用いて、この方法が実行されてもよい。
【００９９】
図１２の方法の一適用では、ロータの寸法が長さ約２．５４ｃｍ（１．０ｉｎ．）、かつ、直径が約２．２４ｃｍ（０．８８ｉｎ．）であり、入口圧力が０（ゲージ圧）、出口圧力が約３．９２ｋＰａ（４０ｃｍＨ２Ｏ）、かつ、回転速度の範囲が１０００〜１２，０００ｍｉｎ−１（ＲＰＭ）で動作し、漏れ面積が約０．０１１０ｃｍ２（０．００１７ｉｎ．２）、出口のテーパ角度が６０度、かつ、入口のテーパ角度が６０度であるルーツブロワの場合、ガス移送チャンバ内の圧力を満足できる程度にほぼ直線的に上昇させるには、次のフローチャネル面積関数（ｉｎ．２単位）が決定される。
【０１００】
ＡＯＣ（ｔ）＝０．００７ｔ４＋０．０２ｔ７＋０．００７ｔ１２
ＡＩＣ（ｔ）＝０．００１ｔ４＋０．００１ｔ１２
出口フローチャネル及び入口フローチャネルの幅に、それぞれ、約０．９５３ｃｍ（０．３７５ｉｎ．）及び約０．２５４ｃｍ（０．１０ｉｎ．）を選択すると、得られる出口フローチャネル及び入口フローチャネルの深さのプロファイルは、インチ単位では次のようになる。
【０１０１】
ＤＯ（ｔ）＝０．０１８７ｔ４＋０．０５３３ｔ７＋０．０１８７ｔ１２
ＤＩ（ｔ）＝０．０１ｔ４＋０．０１ｔ１２
本発明の別の実施形態は、ブロワの所望の構成を決定する解析的／数値的方法である。図１３を参照して、この実施形態を記載する。この実施形態では、出口フローチャネル及び入口フローチャネルのうちの一方又は両方の面積関数が仮定されるのではなく、所望の圧力関数を用いて、その所望の圧力関数の得られる面積関数が解析的若しくは数値的又はその両方によって計算される。次いで、必要な面積関数が得られるように、フローチャネルの寸法が選択される。一実施形態では、出口フローチャネルのみが利用される。一実施形態では、テーパ時間中の不連続な区間において、必要なオリフィス面積が計算され、得られる不連続なオリフィス面積の値から面積関数が導かれる。
【０１０２】
第１の工程Ｓ１では、“テーパ時間”が計算される。上述のように、“テーパ時間”とは、選択したテーパ角度をロータのローブが回転するのに必要な時間である。この時間は、先述の方法に関する上述の時間と同様に計算されてよい。また、所望の反復時間区間と所望の圧力変化のプロファイルも選択される。例えば、所望の反復時間区間はテーパ時間の分数として表現されてよく、例えば、反復時間区間をテーパ時間の１／２０００となるように選択される。
【０１０３】
工程Ｓ２では、特定の正規化された時間“ｔ”における出口オリフィス面積での所望の流速が、所望の圧力変化のプロファイルによって指定されるその時間での所望の圧力の変化の比率から計算される。１回目の反復の間、“ｔ”は選択した反復時間区間をテーパ時間で除算したものと等しくされる。続く各々の反復の間、“ｔ”は反復時間区間をテーパ時間で除算した値だけ増分される。“ｔ”が１に等しくなるまで、この反復が継続される。
【０１０４】
工程Ｓ３では、現在の時間“ｔ”の所望のフローを得るために必要な出口オリフィス面積は、当該分野において既知の圧縮性ガスフローの流動方程式を用いて決定される。
工程Ｓ４では、ｔの値は反復時間区間だけ増分され、プロセスは工程Ｓ２へ戻る。ｔの値が１になるまで工程Ｓ２〜Ｓ４が繰り返される。次いで、各時間ｔにおいて計算される出口オリフィス面積は、所望のオリフィス面積対時間のプロットを作成するために用いられてよく、このプロットは、出口フローチャネルのプロファイルを選択するために用いられ得る（出口オリフィス総面積に対する間隙漏れ面積の寄与を考慮した後）。
【０１０５】
本発明によるブロワが回転速度と、出口圧力及び入口圧力とのうちの一方又は両方のある範囲に亘り動作するよう意図されている場合、図１２又は図１３の方法は、意図される
動作範囲内の複数の点で行なわれてもよく、各動作点にて決定される面積関数／深さのプロファイルから平均の面積関数／深さのプロファイルが選択されてもよい。或いは、動作点の範囲を通じて最も満足な結果の得られる面積関数／深さのプロファイルが選択されてもよい。
【０１０６】
本発明のブロワの構成は、本発明のブロワの構成を有しないブロワに比べ有意に少ないノイズしか生成しない点で有利である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルーツ式ブロワのノイズを低減させる構成であって、
入口及び出口を有するロータチャンバを形成するハウジングと、
チャンバに回転可能に取り付けられている第１のロータ及び第２のロータと、各ロータは複数のローブを形成することと、各ロータの隣り合うローブはハウジングと協働してガス移送チャンバを１回以上形成することと、ロータはガスを入口からガス移送チャンバを介して出口へ移動させるよう構成されていることと、
ロータの回転方向と逆の方向に出口からハウジングの内面に沿って伸びている少なくとも１つの出口ガスフローチャネルと、同少なくとも１つの出口ガスフローチャネルはロータのローブが出口に向かって回転する際にガスを出口からガス移送チャンバへと流すよう構成されていることと、同少なくとも１つの出口ガスフローチャネルはガス移送チャンバへのガス流速をほぼ一定にするか、または出口の方向に向かって概して非直線的に増大するフロー面積を形成するよう構成されていることと、からなるルーツ式ブロワのノイズを低減させる構成。
【請求項２】
各出口ガスフローチャネルの断面積は出口ガスフローチャネルの第１の端部から第２の端部への方向に移動するにつれ増大する請求項１に記載のブロワ。
【請求項３】
出口ガスフローチャネルの断面積は出口ガスフローチャネルの第２の端部の第１の端部の方向に移動するにつれ非直線的に増大する請求項１に記載のブロワ。
【請求項４】
面積の増大は少なくともチャネルの深さの増大に関連付けられている請求項１に記載のブロワ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの出口ガスフローチャネルの幅は概して一定であることと、前記少なくとも１つの出口ガスフローチャネルの深さは出口の方向に向かって非直線的に増大することと、を含む請求項１に記載のブロワ。
【請求項６】
ロータのそれぞれに対する少なくとも１つの出口ガスフローチャネルと、出口ガスフローチャネルは第１の端部及び第２の端部を有することと、第２の端部は出口に位置することと、第１の端部はロータの回転方向と逆の方向に第２の端部から間隔をおいて位置することと、を含む請求項１に記載のブロワ。
【請求項７】
ロータのうちの少なくとも１つに対応する少なくとも１つの入口フローチャネルと、同少なくとも１つの入口フローチャネルはロータの回転の方向に入口からロータチャンバの内面に沿って伸びていることと、入口フローチャネルはガスをチャンバから入口へと流すよう構成されていることと、を含む請求項１に記載のブロワ。
【請求項８】
ルーツ式ブロワのポートと同ブロワの少なくとも１つのロータのローブ間に形成されるガス移送チャンバとの間にガスの流れをもたらすガスの流路を構成するための方法であって、
流路の長さを選択する長さ選択工程と、
ガス移送チャンバ内のガスの特性値の所望の値をロータ位置の関数として規定する所望のガス移送チャンバ関数を選択するガス移送チャンバ関数選択工程と、
流路の長さに沿った流路の断面積を規定する面積関数を選択する面積関数選択工程と、
面積関数に対応してガス移送チャンバ内のガスの特性値の推定値を計算する推定値計算工程と、
推定値を所望の値と比較する推定値比較工程と、
推定値が所望の値とほぼ等しくなるまで、面積関数選択工程、推定値計算工程及び推定
値比較工程を繰り返す工程と、からなり、
所望のガス移送チャンバ関数はガス移送チャンバへのほぼ一定のガス流速を含む、方法。
【請求項９】
面積関数は不変の成分と可変の成分とを含み、不変の成分は漏れ面積を含み、可変の成分は多項式を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記多項式は、Ｅｔ４＋Ｆｔ７＋Ｇｔ１２の形式の多項式を含むことと、“Ｅ”、“Ｆ”及び“Ｇ”は定数であることと、“ｔ”は正規化したテーパ時間であることと、を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
Ｅはほぼ０．０４５ｃｍ２（０．００７ｉｎ．２）に等しく、Ｆはほぼ０．１２９ｃｍ２（０．０２ｉｎ．２）に等しく、かつ、Ｇはほぼ０．０４５ｃｍ２（０．００７ｉｎ．２）に等しい請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
Ｅはほぼ０．００６４５ｃｍ２（０．００１ｉｎ．２）に等しく、Ｆは０に等しく、かつ、Ｇはほぼ０．００６４５ｃｍ２（０．００１ｉｎ．２）に等しい請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
面積関数に対応するガスフローチャネルを構成する工程を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
ルーツ式ブロワのポートと同ブロワの少なくとも１つのロータのローブ間に形成されるガス移送チャンバとの間にガスの流れをもたらすガスの流路を構成するための方法であって、
流路の長さを選択する長さ選択工程と、
ガス移送チャンバ内のガスの特性値の所望の値をロータ位置の関数として規定する所望のガス移送チャンバ関数を選択するガス移送チャンバ関数選択工程と、
最初の増分ロータ位置を選択する初期ロータ位置選択工程と、
最初の増分ロータ位置にてガス移送チャンバ関数に対応して最初の所望のフロー断面積を計算する初期フロー断面積計算工程と、
次の増分ロータ位置を選択する次ロータ位置選択工程と、
次の増分ロータ位置にてガス移送チャンバ関数に対応して次の所望のフロー断面積を計算する次フロー断面積計算工程と、
流路の長さを通過するロータ位置それぞれについて、次ロータ位置選択工程及び次フロー断面積計算前記工程を繰り返す工程と、からなり、
所望のガス移送チャンバ関数はガス移送チャンバへのほぼ一定のガス流速を含む、方法。
【請求項１５】
流路の長さはテーパ角度を含む請求項８または１４に記載の方法。
【請求項１６】
ロータ位置はテーパ時間で表される請求項８または１４に記載の方法。
【請求項１７】
ガス移送チャンバ内のガスの特性値はガスの圧力と、ガス移送チャンバへのガスの流速とのうちの少なくとも一方を含む請求項８または１４に記載の方法。
【請求項１８】
所望のガス移送チャンバ関数はガス移送チャンバ内のガスの圧力のほぼ直線的な変化の比率を含む請求項８または１４に記載の方法。
【請求項１９】
ポートはブロワの出口ポートまたは入口ポートを含む請求項８または１４に記載の方法
。
【請求項２０】
所望のフロー断面積に対応するガスフローチャネルを構成する工程を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
ガスフローチャネルの幅は概して一定である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ガスフローチャネルの深さはガスフローチャネルの長さに沿って概して非直線的に増大する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ガスフローチャネルは出口フローチャネルを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
ガスフローチャネルは入口フローチャネルを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
ルーツ式ブロワは人工呼吸器の一部を構成する請求項８または１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ガスフローチャネルは、前記チャンバが出口に向けて移動するにつれ前記チャンバ内のガスの圧力が直線的に増大するように構成されている、請求項１に記載のブロワ。
【請求項１】
ルーツ式ブロワのノイズを低減させる構成であって、
入口及び出口を有するロータチャンバを形成するハウジングと、
チャンバに回転可能に取り付けられている第１のロータ及び第２のロータと、各ロータは複数のローブを形成することと、各ロータの隣り合うローブはハウジングと協働してガス移送チャンバを１回以上形成することと、ロータはガスを入口からガス移送チャンバを介して出口へ移動させるよう構成されていることと、
ロータの回転方向と逆の方向に出口からハウジングの内面に沿って伸びている少なくとも１つの出口ガスフローチャネルと、同少なくとも１つの出口ガスフローチャネルはロータのローブが出口に向かって回転する際にガスを出口からガス移送チャンバへと流すよう構成されていることと、同少なくとも１つの出口ガスフローチャネルはガス移送チャンバへのガス流速をほぼ一定にするか、または出口の方向に向かって概して非直線的に増大するフロー面積を形成するよう構成されていることと、からなるルーツ式ブロワのノイズを低減させる構成。
【請求項２】
各出口ガスフローチャネルの断面積は出口ガスフローチャネルの第１の端部から第２の端部への方向に移動するにつれ増大する請求項１に記載のブロワ。
【請求項３】
出口ガスフローチャネルの断面積は出口ガスフローチャネルの第２の端部の第１の端部の方向に移動するにつれ非直線的に増大する請求項１に記載のブロワ。
【請求項４】
面積の増大は少なくともチャネルの深さの増大に関連付けられている請求項１に記載のブロワ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの出口ガスフローチャネルの幅は概して一定であることと、前記少なくとも１つの出口ガスフローチャネルの深さは出口の方向に向かって非直線的に増大することと、を含む請求項１に記載のブロワ。
【請求項６】
ロータのそれぞれに対する少なくとも１つの出口ガスフローチャネルと、出口ガスフローチャネルは第１の端部及び第２の端部を有することと、第２の端部は出口に位置することと、第１の端部はロータの回転方向と逆の方向に第２の端部から間隔をおいて位置することと、を含む請求項１に記載のブロワ。
【請求項７】
ロータのうちの少なくとも１つに対応する少なくとも１つの入口フローチャネルと、同少なくとも１つの入口フローチャネルはロータの回転の方向に入口からロータチャンバの内面に沿って伸びていることと、入口フローチャネルはガスをチャンバから入口へと流すよう構成されていることと、を含む請求項１に記載のブロワ。
【請求項８】
ルーツ式ブロワのポートと同ブロワの少なくとも１つのロータのローブ間に形成されるガス移送チャンバとの間にガスの流れをもたらすガスの流路を構成するための方法であって、
流路の長さを選択する長さ選択工程と、
ガス移送チャンバ内のガスの特性値の所望の値をロータ位置の関数として規定する所望のガス移送チャンバ関数を選択するガス移送チャンバ関数選択工程と、
流路の長さに沿った流路の断面積を規定する面積関数を選択する面積関数選択工程と、
面積関数に対応してガス移送チャンバ内のガスの特性値の推定値を計算する推定値計算工程と、
推定値を所望の値と比較する推定値比較工程と、
推定値が所望の値とほぼ等しくなるまで、面積関数選択工程、推定値計算工程及び推定
値比較工程を繰り返す工程と、からなり、
所望のガス移送チャンバ関数はガス移送チャンバへのほぼ一定のガス流速を含む、方法。
【請求項９】
面積関数は不変の成分と可変の成分とを含み、不変の成分は漏れ面積を含み、可変の成分は多項式を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記多項式は、Ｅｔ４＋Ｆｔ７＋Ｇｔ１２の形式の多項式を含むことと、“Ｅ”、“Ｆ”及び“Ｇ”は定数であることと、“ｔ”は正規化したテーパ時間であることと、を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
Ｅはほぼ０．０４５ｃｍ２（０．００７ｉｎ．２）に等しく、Ｆはほぼ０．１２９ｃｍ２（０．０２ｉｎ．２）に等しく、かつ、Ｇはほぼ０．０４５ｃｍ２（０．００７ｉｎ．２）に等しい請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
Ｅはほぼ０．００６４５ｃｍ２（０．００１ｉｎ．２）に等しく、Ｆは０に等しく、かつ、Ｇはほぼ０．００６４５ｃｍ２（０．００１ｉｎ．２）に等しい請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
面積関数に対応するガスフローチャネルを構成する工程を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
ルーツ式ブロワのポートと同ブロワの少なくとも１つのロータのローブ間に形成されるガス移送チャンバとの間にガスの流れをもたらすガスの流路を構成するための方法であって、
流路の長さを選択する長さ選択工程と、
ガス移送チャンバ内のガスの特性値の所望の値をロータ位置の関数として規定する所望のガス移送チャンバ関数を選択するガス移送チャンバ関数選択工程と、
最初の増分ロータ位置を選択する初期ロータ位置選択工程と、
最初の増分ロータ位置にてガス移送チャンバ関数に対応して最初の所望のフロー断面積を計算する初期フロー断面積計算工程と、
次の増分ロータ位置を選択する次ロータ位置選択工程と、
次の増分ロータ位置にてガス移送チャンバ関数に対応して次の所望のフロー断面積を計算する次フロー断面積計算工程と、
流路の長さを通過するロータ位置それぞれについて、次ロータ位置選択工程及び次フロー断面積計算前記工程を繰り返す工程と、からなり、
所望のガス移送チャンバ関数はガス移送チャンバへのほぼ一定のガス流速を含む、方法。
【請求項１５】
流路の長さはテーパ角度を含む請求項８または１４に記載の方法。
【請求項１６】
ロータ位置はテーパ時間で表される請求項８または１４に記載の方法。
【請求項１７】
ガス移送チャンバ内のガスの特性値はガスの圧力と、ガス移送チャンバへのガスの流速とのうちの少なくとも一方を含む請求項８または１４に記載の方法。
【請求項１８】
所望のガス移送チャンバ関数はガス移送チャンバ内のガスの圧力のほぼ直線的な変化の比率を含む請求項８または１４に記載の方法。
【請求項１９】
ポートはブロワの出口ポートまたは入口ポートを含む請求項８または１４に記載の方法
。
【請求項２０】
所望のフロー断面積に対応するガスフローチャネルを構成する工程を含む請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
ガスフローチャネルの幅は概して一定である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ガスフローチャネルの深さはガスフローチャネルの長さに沿って概して非直線的に増大する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ガスフローチャネルは出口フローチャネルを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
ガスフローチャネルは入口フローチャネルを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
ルーツ式ブロワは人工呼吸器の一部を構成する請求項８または１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ガスフローチャネルは、前記チャンバが出口に向けて移動するにつれ前記チャンバ内のガスの圧力が直線的に増大するように構成されている、請求項１に記載のブロワ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１０Ａ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１０Ａ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１５９０８１（Ｐ２０１２−１５９０８１Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１１０３０（Ｐ２０１２−１１１０３０）
【出願日】平成２４年５月１４日（２０１２．５．１４）
【分割の表示】特願２００７−５２４７８３（Ｐ２００７−５２４７８３）の分割
【原出願日】平成１６年１１月１０日（２００４．１１．１０）
【出願人】（５０６０３９９５５）ケアフュージョン ２０３ インコーポレイテッド (8)
【氏名又は名称原語表記】ＣａｒｅＦｕｓｉｏｎ ２０３，Ｉｎｃ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月１４日（２０１２．５．１４）
【分割の表示】特願２００７−５２４７８３（Ｐ２００７−５２４７８３）の分割
【原出願日】平成１６年１１月１０日（２００４．１１．１０）
【出願人】（５０６０３９９５５）ケアフュージョン ２０３ インコーポレイテッド (8)
【氏名又は名称原語表記】ＣａｒｅＦｕｓｉｏｎ ２０３，Ｉｎｃ．
【Ｆターム（参考）】
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