JP3445794B2 - 高い固有容積比を有するスクロール型流体排出装置およびセミ・コンプライアント・バイアス機構 - Google Patents
高い固有容積比を有するスクロール型流体排出装置およびセミ・コンプライアント・バイアス機構Info
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C28/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids
- F04C28/28—Safety arrangements; Monitoring
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
- F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
- F04C18/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
-
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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- F04C27/005—Axial sealings for working fluid
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
技術分野
本発明は、一般に、流体排出装置に関するものであ
る。より詳細には、本発明は、他の最適な設計パラメー
タを無理に変えることなく、高い固有の容積比を達成す
ることのできるスクロール型流体排出装置に関するもの
である。本発明はまた、スクロール型流体排出装置のス
クロール部材間に、所望の動作関係を維持するための
「セミ・コンプライアント」機構に関するものである。
る。より詳細には、本発明は、他の最適な設計パラメー
タを無理に変えることなく、高い固有の容積比を達成す
ることのできるスクロール型流体排出装置に関するもの
である。本発明はまた、スクロール型流体排出装置のス
クロール部材間に、所望の動作関係を維持するための
「セミ・コンプライアント」機構に関するものである。
背景技術の説明
スクロール型流体排出装置は知られている。たとえ
ば、クロイクスに付与された米国特許第801,182号明細
書は、それぞれが、円形端板と渦巻き状ないし螺旋状の
スクロール要素を有する２つのスクロール部材を備えた
スクロール型流体排出装置を開示している。これらのス
クロール要素は、同じ螺旋形状を有しており、角度をも
って、半径方向にオフセットするように、相互嵌合さ
れ、螺旋状に曲がった表面の間に、複数の線接触部を形
成している。したがって、相互嵌合されたスクロール要
素は、少なくとも１つの流体ポケット対をシールし、画
定している。一方のスクロール要素を他方のスクロール
要素に対して、旋回させることにより、線接触部は、螺
旋状に曲がった表面に沿って、移動させられ、その結
果、流体ポケットの容積が変化する。この容積は、スク
ロール要素の相対的旋回運動の方向によって、増大し、
あるいは、減少するので、装置を、流体を圧縮し、ある
いは、膨張させるのに、使用することができる。
ば、クロイクスに付与された米国特許第801,182号明細
書は、それぞれが、円形端板と渦巻き状ないし螺旋状の
スクロール要素を有する２つのスクロール部材を備えた
スクロール型流体排出装置を開示している。これらのス
クロール要素は、同じ螺旋形状を有しており、角度をも
って、半径方向にオフセットするように、相互嵌合さ
れ、螺旋状に曲がった表面の間に、複数の線接触部を形
成している。したがって、相互嵌合されたスクロール要
素は、少なくとも１つの流体ポケット対をシールし、画
定している。一方のスクロール要素を他方のスクロール
要素に対して、旋回させることにより、線接触部は、螺
旋状に曲がった表面に沿って、移動させられ、その結
果、流体ポケットの容積が変化する。この容積は、スク
ロール要素の相対的旋回運動の方向によって、増大し、
あるいは、減少するので、装置を、流体を圧縮し、ある
いは、膨張させるのに、使用することができる。
第1a図ないし第1d図を参照すると、従来のスクロール
コンプレッサの一般的な動作が示されている。第1a図な
いし第1d図は、流体を圧縮するため、相互嵌合された螺
旋状スクロール要素１、２の相対動作を示している。螺
旋状スクロール要素１、２は、角度をもって、半径方向
にオフセットされ、互いに相互嵌合している。第1a図
は、各スクロール要素の外端部が、他のスクロール要素
に接触している状態、すなわち、吸引がまさに完了し、
対象的な流体ポケットA1、A2が形成されたばかりの状態
を示している。
コンプレッサの一般的な動作が示されている。第1a図な
いし第1d図は、流体を圧縮するため、相互嵌合された螺
旋状スクロール要素１、２の相対動作を示している。螺
旋状スクロール要素１、２は、角度をもって、半径方向
にオフセットされ、互いに相互嵌合している。第1a図
は、各スクロール要素の外端部が、他のスクロール要素
に接触している状態、すなわち、吸引がまさに完了し、
対象的な流体ポケットA1、A2が形成されたばかりの状態
を示している。
第1b図ないし第1d図は、それぞれ、前の図に示された
角度から進角する特定の駆動軸クランク角度におけるス
クロール要素の位置を示している。クランク角度が進角
するにつれて、流体ポケットA1、A2は、相互嵌合してい
るスクロール要素の中心に向かって、角度を変えなが
ら、半径方向に移動され、同時に、各流体ポケットA1、
A2の容積が次第に減少する。クランク角度が、第1c図に
示される状態から第1d図に示される状態に移行するにつ
れて、流体ポケットA1、A2は、中心部Ａで合流する。連
通されて１つになったポケットの容積は、さらに駆動軸
が回転することにより、さらに減少する。スクロール要
素の相対的旋回運動の間、第1b図および第1d図におい
て、開放されているように示されている外側の空間は変
化して、次に圧縮されるべき流体の容積が囲まれるシー
ルされた新たな流体ポケットを形成する。
角度から進角する特定の駆動軸クランク角度におけるス
クロール要素の位置を示している。クランク角度が進角
するにつれて、流体ポケットA1、A2は、相互嵌合してい
るスクロール要素の中心に向かって、角度を変えなが
ら、半径方向に移動され、同時に、各流体ポケットA1、
A2の容積が次第に減少する。クランク角度が、第1c図に
示される状態から第1d図に示される状態に移行するにつ
れて、流体ポケットA1、A2は、中心部Ａで合流する。連
通されて１つになったポケットの容積は、さらに駆動軸
が回転することにより、さらに減少する。スクロール要
素の相対的旋回運動の間、第1b図および第1d図におい
て、開放されているように示されている外側の空間は変
化して、次に圧縮されるべき流体の容積が囲まれるシー
ルされた新たな流体ポケットを形成する。
第２図は、流体ポケットA1、A2が中心部Ａに近づくに
つれて、一方の流体ポケットA1、A2内で生ずる圧縮サイ
クルを模式的に示したものである。第２図はまた、流体
ポケット内の流体圧力と容積との関係を示している。
つれて、一方の流体ポケットA1、A2内で生ずる圧縮サイ
クルを模式的に示したものである。第２図はまた、流体
ポケット内の流体圧力と容積との関係を示している。
圧縮サイクルは、流体ポケットがシールされると、開
始される（第1a図）。第1a図においては、吸引段階は完
了したばかりである。吸引段階においては、一方の流体
ポケット内の流体圧力は、第２図において、点Ｈで示さ
れている。
始される（第1a図）。第1a図においては、吸引段階は完
了したばかりである。吸引段階においては、一方の流体
ポケット内の流体圧力は、第２図において、点Ｈで示さ
れている。
点Ｈにおけるポケットの容積は、排出量VHである。ス
クロール要素があるクランク角度に回転するにしたがっ
て、ポケットの容積は連続的に減少し、流体は連続的に
圧縮される。この状態は、第２図において、点Ｌで示さ
れている。状態Ｌにおけるポケットの容積VLは、最終的
な圧縮ポケット容積として、定義される。点Ｌを過ぎる
とすぐに、流体ポケットA1、A2は互いに連通し、同時
に、排出されない高圧流体で満たされた中央容積Ａと連
通する。
クロール要素があるクランク角度に回転するにしたがっ
て、ポケットの容積は連続的に減少し、流体は連続的に
圧縮される。この状態は、第２図において、点Ｌで示さ
れている。状態Ｌにおけるポケットの容積VLは、最終的
な圧縮ポケット容積として、定義される。点Ｌを過ぎる
とすぐに、流体ポケットA1、A2は互いに連通し、同時
に、排出されない高圧流体で満たされた中央容積Ａと連
通する。
吸引ポケット容積VHの最終的な圧縮ポケット容積VLに
対する比は、固有の容積比RVとして、定義される。状態
Ｌにおける圧力PLの状態Ｈにおける圧力PHの比は、圧力
比として、定義される。
対する比は、固有の容積比RVとして、定義される。状態
Ｌにおける圧力PLの状態Ｈにおける圧力PHの比は、圧力
比として、定義される。
再び、第２図を参照すると、クランク角度が状態Ｌを
過ぎるにつれて、連通した流体ポケット、すなわち、中
央容積Ａ内の流体は、以下の３つのプロセスのうちの１
つを受ける。
過ぎるにつれて、連通した流体ポケット、すなわち、中
央容積Ａ内の流体は、以下の３つのプロセスのうちの１
つを受ける。
１）理想的圧縮
理想的圧縮プロセスは、中央容積Ａ内の流体圧力Pd1
が最終的な圧縮圧力PLに等しくなったときに起こる。第
２図において、線Ｌ−Ｌで示される圧力変化が生ずるこ
となく、流体は排出する。このプロセスにおいては、ス
クロール部材の固有容積比は、動作条件に完全にマッチ
するので、圧縮プロセスにおいて、高いエネルギ効率が
達成される。
が最終的な圧縮圧力PLに等しくなったときに起こる。第
２図において、線Ｌ−Ｌで示される圧力変化が生ずるこ
となく、流体は排出する。このプロセスにおいては、ス
クロール部材の固有容積比は、動作条件に完全にマッチ
するので、圧縮プロセスにおいて、高いエネルギ効率が
達成される。
２）過圧縮
この場合は、最終的な圧縮ポケット内の点Ｌにおける
流体圧力PLは、中央容積Ａ内の圧力Pd2よりも高い。ク
ランク角度が点Ｌを過ぎると、最終的な圧縮ポケット内
の流体は、急激に、中央容積内に膨張し、第２図におい
て、点Ｍで示されるPd2に等しくなるまで、圧力が低下
する。斜線を付けた三角形LMOは、過圧縮によるエネル
ギ損失を示している。
流体圧力PLは、中央容積Ａ内の圧力Pd2よりも高い。ク
ランク角度が点Ｌを過ぎると、最終的な圧縮ポケット内
の流体は、急激に、中央容積内に膨張し、第２図におい
て、点Ｍで示されるPd2に等しくなるまで、圧力が低下
する。斜線を付けた三角形LMOは、過圧縮によるエネル
ギ損失を示している。
３）過小圧縮
この場合は、PLは、排出圧力Pd3よりも低い。クラン
ク角度が点Ｌを過ぎると、中央容積内の流体は、急激
に、最終的な圧縮ポケット内に膨張し、最終的な圧縮ポ
ケット内の流体圧力は、第２図において、点Ｎで示され
たPd3に、すぐに上昇する。最終的な圧縮ポケット内の
流体は、次いで、線Ｌ−Ｌで排出する。斜線を付けた三
角形LNTは、過小圧縮によるエネルギ損失を示してい
る。
ク角度が点Ｌを過ぎると、中央容積内の流体は、急激
に、最終的な圧縮ポケット内に膨張し、最終的な圧縮ポ
ケット内の流体圧力は、第２図において、点Ｎで示され
たPd3に、すぐに上昇する。最終的な圧縮ポケット内の
流体は、次いで、線Ｌ−Ｌで排出する。斜線を付けた三
角形LNTは、過小圧縮によるエネルギ損失を示してい
る。
高いエネルギ効率を実現するためには、固有の容積比
を、可能なかぎり、理想的圧縮プロセスに近くなるよう
に設計することが非常に重要である。場合によって、理
想的圧縮プロセスを実現するため、異なった固有の容積
比が要求される。たとえば、加熱ポンプでは約４の比
が、エアコンプレッサでは約５の比が要求され、低温冷
凍システムでは、約10あるいはずっと高い比が要求され
る。しかしながら、多くの従来のスクロール装置におい
ては、このような比を実現することはできない。たとえ
ば、米国特許第3,884,599号明細書においては、スクロ
ール部材の螺旋状要素は、２ターン以上であるが、３タ
ーン未満しか伸びない。したがって、この種の設計で
は、固有容積比は約2.5にすぎない。
を、可能なかぎり、理想的圧縮プロセスに近くなるよう
に設計することが非常に重要である。場合によって、理
想的圧縮プロセスを実現するため、異なった固有の容積
比が要求される。たとえば、加熱ポンプでは約４の比
が、エアコンプレッサでは約５の比が要求され、低温冷
凍システムでは、約10あるいはずっと高い比が要求され
る。しかしながら、多くの従来のスクロール装置におい
ては、このような比を実現することはできない。たとえ
ば、米国特許第3,884,599号明細書においては、スクロ
ール部材の螺旋状要素は、２ターン以上であるが、３タ
ーン未満しか伸びない。したがって、この種の設計で
は、固有容積比は約2.5にすぎない。
米国特許第4,477,238号明細書は、スクロール型流体
排出装置において、固有容積比はそのままで、排出ポー
トに、排出バルブ、たとえば、リードバルブを設けるこ
とにより、高い圧力比を実現する一つの方法を開示して
いる。このアプローチは、エネルギ損失を減少させるこ
とはできるが、バルブが損傷し、壊れやすく、したがっ
て、故障率が実質的に増大することになる。それはま
た、バルブの振動や衝撃動作に起因するノイズレベルを
大きくしてしまう。
排出装置において、固有容積比はそのままで、排出ポー
トに、排出バルブ、たとえば、リードバルブを設けるこ
とにより、高い圧力比を実現する一つの方法を開示して
いる。このアプローチは、エネルギ損失を減少させるこ
とはできるが、バルブが損傷し、壊れやすく、したがっ
て、故障率が実質的に増大することになる。それはま
た、バルブの振動や衝撃動作に起因するノイズレベルを
大きくしてしまう。
この問題に対する別のアプローチは、螺旋状のスクロ
ール要素のターン数を増大させることである。米国特許
第801,182号の第15図および第16図は、このアプローチ
の１つの例を開示している。スクロール要素約４ターン
伸び、固有容積比を３よりも高くすることができる。し
かしながら、ターン数をさらに増大させることは、機械
的仕上げのためのコストを増大させ、より高い機械的精
度が要求させることになる。また、ターン数を増大させ
ることは、排出要求あるいはスペースの制限から、全く
現実的でない。
ール要素のターン数を増大させることである。米国特許
第801,182号の第15図および第16図は、このアプローチ
の１つの例を開示している。スクロール要素約４ターン
伸び、固有容積比を３よりも高くすることができる。し
かしながら、ターン数をさらに増大させることは、機械
的仕上げのためのコストを増大させ、より高い機械的精
度が要求させることになる。また、ターン数を増大させ
ることは、排出要求あるいはスペースの制限から、全く
現実的でない。
スクロール要素の最適なターン数は、２以上、３未満
である。最適なターン数の場合には、吸引領域と排出領
域とは、少なくとも１つのシールされたポケットによっ
て、必ず分離される。このことは、２つの領域の間で、
マスおよび熱の流望ましくない漏れ流を減少させる上で
重要である。
である。最適なターン数の場合には、吸引領域と排出領
域とは、少なくとも１つのシールされたポケットによっ
て、必ず分離される。このことは、２つの領域の間で、
マスおよび熱の流望ましくない漏れ流を減少させる上で
重要である。
米国特許第3,989,422号明細書は、高い固有の容積比
と最適なターン数を有する螺旋状のスクロール要素を作
る方法を開示している。この方法によれば、スクロール
要素の第１のターンは、通常の方法により設計される。
最終的な圧縮ポケットの容積を減少させ、それにより、
固有の容積比を高くするために、スクロール要素は、そ
れが生成する円の中心が一方の側に動かされて、急激
に、かつ、劇的に、曲率半径が減少される。この方法は
深刻な欠点を有している。スクロール要素の中心部が、
その端板の一方の側に動かされにつれて、圧縮力が加わ
る場所と端板の中心との間の距離が、旋回運動中に増大
することに起因して、大きな力とモーメントが生成され
る。これらの力とモーメントをバランスさせるため、'4
22号特許は、多数対のスクロール要素を備え、その中
で、力とモーメントが互いにキャンセルされるような構
造を提案している。しかしながら、この構造は、複雑
で、多数のスクロール要素が必要であるため、機械的仕
上げのための時間がかかり、高い機械的精度が要求さ
れ、材料コストを増大させることになる。さらに、複雑
な多くのスクロールを有する構造は、大きなスペースが
必要で、場所的に、現実的でない。
と最適なターン数を有する螺旋状のスクロール要素を作
る方法を開示している。この方法によれば、スクロール
要素の第１のターンは、通常の方法により設計される。
最終的な圧縮ポケットの容積を減少させ、それにより、
固有の容積比を高くするために、スクロール要素は、そ
れが生成する円の中心が一方の側に動かされて、急激
に、かつ、劇的に、曲率半径が減少される。この方法は
深刻な欠点を有している。スクロール要素の中心部が、
その端板の一方の側に動かされにつれて、圧縮力が加わ
る場所と端板の中心との間の距離が、旋回運動中に増大
することに起因して、大きな力とモーメントが生成され
る。これらの力とモーメントをバランスさせるため、'4
22号特許は、多数対のスクロール要素を備え、その中
で、力とモーメントが互いにキャンセルされるような構
造を提案している。しかしながら、この構造は、複雑
で、多数のスクロール要素が必要であるため、機械的仕
上げのための時間がかかり、高い機械的精度が要求さ
れ、材料コストを増大させることになる。さらに、複雑
な多くのスクロールを有する構造は、大きなスペースが
必要で、場所的に、現実的でない。
現在、（スクロール要素の中心軸線に沿って、線形に
測った）「軸」方向のスクロール部材の動作関係を維持
するアプローチは３つある。これらのアプローチは、
「コンスタント・ギャップ」、「軸方向コンプライアン
ト」、「セミ・コンプライアント」と呼ぶことたでき
る。
測った）「軸」方向のスクロール部材の動作関係を維持
するアプローチは３つある。これらのアプローチは、
「コンスタント・ギャップ」、「軸方向コンプライアン
ト」、「セミ・コンプライアント」と呼ぶことたでき
る。
コンスタント・ギャップ・アプローチは、クロイクス
に付与された米国特許第801,182号明細書に示されるよ
うに、かつての装置において用いられていた。このアプ
ローチにおいては、装置の組立後に、軸方向のスクロー
ル部材の関係は変化しない。通常の動作中においては、
いずれかのスクロール部材のチップは、対向するスクロ
ール部材のベースに接触しない。スクロール部材間に、
適当なギャップを維持し、同時に、高い効率を達成する
ためには、精度のよい機械仕上げが必要になる。このア
プローチの他のより深刻な欠点は、異常な状況では操作
できないことである。スクロール部材間に、汚染物質あ
るいは圧縮できない流体があったり、過剰な熱のため、
スクロール部材間が互いに接触したりすると、スクロー
ル部材は、焼付きにより、損傷されるおそれがある。
に付与された米国特許第801,182号明細書に示されるよ
うに、かつての装置において用いられていた。このアプ
ローチにおいては、装置の組立後に、軸方向のスクロー
ル部材の関係は変化しない。通常の動作中においては、
いずれかのスクロール部材のチップは、対向するスクロ
ール部材のベースに接触しない。スクロール部材間に、
適当なギャップを維持し、同時に、高い効率を達成する
ためには、精度のよい機械仕上げが必要になる。このア
プローチの他のより深刻な欠点は、異常な状況では操作
できないことである。スクロール部材間に、汚染物質あ
るいは圧縮できない流体があったり、過剰な熱のため、
スクロール部材間が互いに接触したりすると、スクロー
ル部材は、焼付きにより、損傷されるおそれがある。
コンスタント・ギャップ・アプローチのこれらの欠点
を解消するため、種々の軸方向コンプライアント法が開
発された。これらの方法は、「チップ・シール」と「完
全軸方向コンプライアント」との２つのカテゴリーに分
類することができる。
を解消するため、種々の軸方向コンプライアント法が開
発された。これらの方法は、「チップ・シール」と「完
全軸方向コンプライアント」との２つのカテゴリーに分
類することができる。
チップ・シール法は、第10図に示され、さらに、マッ
クロー法に付与された米国特許第3,994,636号明細書
に、その例が開示されている。第10図に示されているよ
うに、溝501が、２つのスクロール部材502、503のチッ
プの中央に作られる。シール要素504が溝501内に緩く嵌
合され、機械的な力および／または油圧力によって、他
のスクロール部材のベース505に接触させられて、流体
が、螺旋状スクロール部材502、503を横切って、半径方
向に漏れることが防止される。しかしながら、第10図の
線Ａ−Ａおよび線Ｂ−Ｂにより示されるように、チップ
・シール法は、本来的に、接線方向の漏れ通路を備えて
おり、そのため、圧縮効率が低くなる。チップ・シール
法の他の欠点は、摩擦動力損失があることと、シール要
素の摩耗により、シールの有効性が徐々に劣化するとい
うことである。
クロー法に付与された米国特許第3,994,636号明細書
に、その例が開示されている。第10図に示されているよ
うに、溝501が、２つのスクロール部材502、503のチッ
プの中央に作られる。シール要素504が溝501内に緩く嵌
合され、機械的な力および／または油圧力によって、他
のスクロール部材のベース505に接触させられて、流体
が、螺旋状スクロール部材502、503を横切って、半径方
向に漏れることが防止される。しかしながら、第10図の
線Ａ−Ａおよび線Ｂ−Ｂにより示されるように、チップ
・シール法は、本来的に、接線方向の漏れ通路を備えて
おり、そのため、圧縮効率が低くなる。チップ・シール
法の他の欠点は、摩擦動力損失があることと、シール要
素の摩耗により、シールの有効性が徐々に劣化するとい
うことである。
完全軸方向コンプライアント法においては、スクロー
ル部材は、機械的な力または油圧力によって、チップと
ベースの接触を維持し、それにより、スクロール装置中
の圧力のいかんにかかわらず、流体ポケットがシールさ
れる。デボラック他に付与された米国特許第3,600,114
号明細書は、スクロール部材の少なくとも一方が軸方向
の機械的な力または油圧力を受け、スクロール部材をシ
ール接触状態に保持するスクロール装置を開示してい
る。この'114特許においては、排出圧力にある流体が導
入されて、スクロール部材の端板の背部にバイアス力が
作用される。ヤング法に付与された米国特許第3,884,59
9号明細書は、旋回するスクロールが、排出圧力にある
油圧強制力を、軸方向に受ける完全軸方向コンプライア
ント法を開示している。コウソカベに付与された米国特
許第4,357,132号明細書は、中間圧力にある流体を用い
て、旋回するスクロール部材を、固定されたスクロール
部材に押しつけるスクロール装置を開示している。トウ
ジョウに付与された米国特許第4,216,661号明細書は、
装置外の流体が旋回するスクロール部材の背部に作用
し、軸方向のバイアスを与える完全軸方向コンプライア
ント法を開示している。ブレインに付与された米国特許
第4,611,975号明細書は、スクロール部材の界面に形成
された環状チャンバが、相対的に低い圧力源に接続さ
れ、２つのスクロール部材を共に「吸引」する完全軸方
向コンプライアント法を開示している。アライに付与さ
れた米国特許第4,496,296号明細書は、旋回するスクロ
ール部材の背部に、２つの圧力チャンバが形成された完
全軸方向コンプライアント法を開示している。これらの
圧力チャンバは、中間圧力にある圧縮ポケットおよび排
出圧力にある中央容積に接続されている。この方法は、
広い動作範囲にわたって、スクロール部材の半径方向の
シール保持するものである。いずれもカイラット他に付
与された米国特許第4,767,293号および同第4,877,382号
明細書は、弾性取付け手段を備えた旋回しないスクロー
ル部材を、中間圧力および／または排出圧力にあるガス
により、旋回するスクロール部材に強制的に向ける完全
軸方向コンプライアント法を開示している。
ル部材は、機械的な力または油圧力によって、チップと
ベースの接触を維持し、それにより、スクロール装置中
の圧力のいかんにかかわらず、流体ポケットがシールさ
れる。デボラック他に付与された米国特許第3,600,114
号明細書は、スクロール部材の少なくとも一方が軸方向
の機械的な力または油圧力を受け、スクロール部材をシ
ール接触状態に保持するスクロール装置を開示してい
る。この'114特許においては、排出圧力にある流体が導
入されて、スクロール部材の端板の背部にバイアス力が
作用される。ヤング法に付与された米国特許第3,884,59
9号明細書は、旋回するスクロールが、排出圧力にある
油圧強制力を、軸方向に受ける完全軸方向コンプライア
ント法を開示している。コウソカベに付与された米国特
許第4,357,132号明細書は、中間圧力にある流体を用い
て、旋回するスクロール部材を、固定されたスクロール
部材に押しつけるスクロール装置を開示している。トウ
ジョウに付与された米国特許第4,216,661号明細書は、
装置外の流体が旋回するスクロール部材の背部に作用
し、軸方向のバイアスを与える完全軸方向コンプライア
ント法を開示している。ブレインに付与された米国特許
第4,611,975号明細書は、スクロール部材の界面に形成
された環状チャンバが、相対的に低い圧力源に接続さ
れ、２つのスクロール部材を共に「吸引」する完全軸方
向コンプライアント法を開示している。アライに付与さ
れた米国特許第4,496,296号明細書は、旋回するスクロ
ール部材の背部に、２つの圧力チャンバが形成された完
全軸方向コンプライアント法を開示している。これらの
圧力チャンバは、中間圧力にある圧縮ポケットおよび排
出圧力にある中央容積に接続されている。この方法は、
広い動作範囲にわたって、スクロール部材の半径方向の
シール保持するものである。いずれもカイラット他に付
与された米国特許第4,767,293号および同第4,877,382号
明細書は、弾性取付け手段を備えた旋回しないスクロー
ル部材を、中間圧力および／または排出圧力にあるガス
により、旋回するスクロール部材に強制的に向ける完全
軸方向コンプライアント法を開示している。
完全軸方向コンプライアント法は、いくつかの欠点を
有している。たとえば、この方法では、しばしば、圧縮
ポケットおよび／または排出チャンバからのガス圧力が
使用されるため、ガス圧力が、動作条件、すなわち、吸
引圧力および排出圧力の変化にしたがって、変動してし
まう。しかしながら、これらの変化は、必ずしも、スク
ロール部材のチップおよびベースに作用する分離力に比
例してはいない。したがって、設計上の妥協として、バ
イアス力が、ある点まわりの動作条件の範囲に対して、
十分なときは、低い吸引圧力および低い排出圧力では、
安定な動作を維持するのに十分ではなくなる。他方、同
じバイアス力が、高い吸引圧力および高い排出圧力にお
ける動作条件に対しては、過大となってしまう。
有している。たとえば、この方法では、しばしば、圧縮
ポケットおよび／または排出チャンバからのガス圧力が
使用されるため、ガス圧力が、動作条件、すなわち、吸
引圧力および排出圧力の変化にしたがって、変動してし
まう。しかしながら、これらの変化は、必ずしも、スク
ロール部材のチップおよびベースに作用する分離力に比
例してはいない。したがって、設計上の妥協として、バ
イアス力が、ある点まわりの動作条件の範囲に対して、
十分なときは、低い吸引圧力および低い排出圧力では、
安定な動作を維持するのに十分ではなくなる。他方、同
じバイアス力が、高い吸引圧力および高い排出圧力にお
ける動作条件に対しては、過大となってしまう。
完全軸方向コンプライアント法の他の欠点は、接触す
る表面の間の摩擦に起因する動力損失を無視できないこ
とである。高い吸引圧力および高い排出圧力における動
作条件に対して、過大な油圧強制力が、大きな摩擦動力
損失および深刻な摩耗を招き、あるときは、チップとベ
ースの焼付きにより、損傷さえ生じさせてしまう。
る表面の間の摩擦に起因する動力損失を無視できないこ
とである。高い吸引圧力および高い排出圧力における動
作条件に対して、過大な油圧強制力が、大きな摩擦動力
損失および深刻な摩耗を招き、あるときは、チップとベ
ースの焼付きにより、損傷さえ生じさせてしまう。
完全軸方向コンプライアント法のさらに他の欠点は、
チップとベースとが接触することにより、振動とノイズ
が生ずることである。
チップとベースとが接触することにより、振動とノイズ
が生ずることである。
フジオに付与された米国特許第4,958,993号明細書
は、スクロール部材の間にギャップを保持するための第
三のアプローチを開示している。このアプローチは、ス
クロール部材の間の軸方向のギャップが、スクロール部
材の一方を他方から移動させることにより拡大されるた
め、「セミ・コンプライアント」と呼ばれている。
は、スクロール部材の間にギャップを保持するための第
三のアプローチを開示している。このアプローチは、ス
クロール部材の間の軸方向のギャップが、スクロール部
材の一方を他方から移動させることにより拡大されるた
め、「セミ・コンプライアント」と呼ばれている。
'993号特許は、旋回しないスクロール部材ではなく、
旋回するスクロール部材を軸方向に可動であるように作
るべきであることを教示している。旋回するスクロール
部材はすでに可動であり、旋回しないスクロール部材は
すでに静止しているため、これをおこなっても、可動の
パーツを最小にすることができる。可動のパーツは、望
ましくない振動およびノイズの原因となる。また、旋回
するスクロール部材は、普通、旋回しないスクロール部
材よりも軽く、したがって、慣性が小さいため、旋回す
るスクロール部材の応答時間は速くなる。
旋回するスクロール部材を軸方向に可動であるように作
るべきであることを教示している。旋回するスクロール
部材はすでに可動であり、旋回しないスクロール部材は
すでに静止しているため、これをおこなっても、可動の
パーツを最小にすることができる。可動のパーツは、望
ましくない振動およびノイズの原因となる。また、旋回
するスクロール部材は、普通、旋回しないスクロール部
材よりも軽く、したがって、慣性が小さいため、旋回す
るスクロール部材の応答時間は速くなる。
'993号特許により教示されたセミ・コンプライアント
法には、いくつかの問題がある。たとえば、旋回するス
クロール部材を、軸方向に可動に作ることにより、それ
を傾けるためのポテンシャルが著しく増大する。この出
願の第３図に示されるように、旋回するスクロール部材
は、駆動ピンボス53の中央部に作用する駆動力Fdおよび
圧縮ガスから羽根51の中央部に作用する反作用力Fgを受
ける。これら２つの力は、軸線S1−S1に垂直であり、旋
回するスクロール部材50を傾け、旋回中にぐらつかせる
モーメントを生成する。'993号特許は、これらの力とス
クロール部材に作用するモーメントをバランスさせるこ
とを著しく困難にし、スクロール部材が傾くことを防止
する旋回スクロール部材の運動（旋回および軸方向）の
範囲を教示している。'993号特許の旋回スクロール部材
が傾くと、'993号特許の設計が避けようと意図していた
のと同じ望ましくないノイズ振動および漏れが生じてし
まう。
法には、いくつかの問題がある。たとえば、旋回するス
クロール部材を、軸方向に可動に作ることにより、それ
を傾けるためのポテンシャルが著しく増大する。この出
願の第３図に示されるように、旋回するスクロール部材
は、駆動ピンボス53の中央部に作用する駆動力Fdおよび
圧縮ガスから羽根51の中央部に作用する反作用力Fgを受
ける。これら２つの力は、軸線S1−S1に垂直であり、旋
回するスクロール部材50を傾け、旋回中にぐらつかせる
モーメントを生成する。'993号特許は、これらの力とス
クロール部材に作用するモーメントをバランスさせるこ
とを著しく困難にし、スクロール部材が傾くことを防止
する旋回スクロール部材の運動（旋回および軸方向）の
範囲を教示している。'993号特許の旋回スクロール部材
が傾くと、'993号特許の設計が避けようと意図していた
のと同じ望ましくないノイズ振動および漏れが生じてし
まう。
本発明は、スクロール型流体排出装置のスクロール要
素を設計するための新規な方法を提供するものである。
本発明によれば、変位に対する設計要求、高い固有容積
比および最適なターン数のすべてが満足される。本発明
はまた、傾けるためのポテンシャルをなくして、望まし
くないノイズ、振動および漏れの量を大幅に減少させる
ことのできる改良されたセミ・コンプライアント・バイ
アス法を提供するものである。
素を設計するための新規な方法を提供するものである。
本発明によれば、変位に対する設計要求、高い固有容積
比および最適なターン数のすべてが満足される。本発明
はまた、傾けるためのポテンシャルをなくして、望まし
くないノイズ、振動および漏れの量を大幅に減少させる
ことのできる改良されたセミ・コンプライアント・バイ
アス法を提供するものである。
発明の概要
したがって、本発明の目的は、典型的には、圧縮不能
な流体、汚染物質の詰まり、あるいは、スクロール要素
の異常もしくは過大な変形に起因して生じたチップとベ
ースとの接触により生ずる異常な負荷の下で、旋回しな
い、すなわち、固定されたスクロール部材が、装置を保
護するために、撓むように構成されたスクロール型流体
排出装置を提供することを目的とするものである。さら
に、通常動作時に、スクロール部材のチップとベースと
の間に、軸方向ギャップが保持されて、流体力学的にシ
ールされる。したがって、本発明は、スクロール部材の
チップとベースとが摩擦接触することに起因する摩擦動
力損失、振動、ノイズおよび摩耗という有害な効果を除
去することができる。
な流体、汚染物質の詰まり、あるいは、スクロール要素
の異常もしくは過大な変形に起因して生じたチップとベ
ースとの接触により生ずる異常な負荷の下で、旋回しな
い、すなわち、固定されたスクロール部材が、装置を保
護するために、撓むように構成されたスクロール型流体
排出装置を提供することを目的とするものである。さら
に、通常動作時に、スクロール部材のチップとベースと
の間に、軸方向ギャップが保持されて、流体力学的にシ
ールされる。したがって、本発明は、スクロール部材の
チップとベースとが摩擦接触することに起因する摩擦動
力損失、振動、ノイズおよび摩耗という有害な効果を除
去することができる。
本発明はまた、前述した従来の設計の欠点および限界
なしに、高い固有の容積比、最適なターン数および必要
な排出量を与えるスクロール型流体排出装置を設計する
ための新規な方法を提供することを目的とするものであ
る。
なしに、高い固有の容積比、最適なターン数および必要
な排出量を与えるスクロール型流体排出装置を設計する
ための新規な方法を提供することを目的とするものであ
る。
他のより具体的な本発明の目的は、著しく不均衡な力
やモーメントを生じさせることなく、あるいは、スクロ
ール要素を劇的に複雑さなものとすることなく、所望の
固有容積比、排出量およびターン数を有するスクロール
型流体排出装置のスクロール要素についての新規な構造
を提供することにある。
やモーメントを生じさせることなく、あるいは、スクロ
ール要素を劇的に複雑さなものとすることなく、所望の
固有容積比、排出量およびターン数を有するスクロール
型流体排出装置のスクロール要素についての新規な構造
を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、スクロール要素が同じか
同じでない基本幾何学的形状を有しているスクロール型
流体排出装置についての新規な構造を提供することにあ
る。
同じでない基本幾何学的形状を有しているスクロール型
流体排出装置についての新規な構造を提供することにあ
る。
これらのそして他の目的を達成するため、開示された
本発明の実施態様は、流体入口ポートおよび流体出口ポ
ートを有するハウジングを備えたスクロール型流体排出
装置を提供する。第１のスクロール部材は、端板を有
し、端板から、第１のスクロール要素が、軸方向に、ハ
ウジングの内部に延びている。第２のスクロール部材も
また、端板を有し、端板から、第２のスクロール要素
が、軸方向に延びている。第２のスクロール部材は、第
１のスクロール部材に対して非回転旋回運動をするため
に、移動可能に配置されている。
本発明の実施態様は、流体入口ポートおよび流体出口ポ
ートを有するハウジングを備えたスクロール型流体排出
装置を提供する。第１のスクロール部材は、端板を有
し、端板から、第１のスクロール要素が、軸方向に、ハ
ウジングの内部に延びている。第２のスクロール部材も
また、端板を有し、端板から、第２のスクロール要素
が、軸方向に延びている。第２のスクロール部材は、第
１のスクロール部材に対して非回転旋回運動をするため
に、移動可能に配置されている。
第１および第２のスクロール要素は、角度をもって、
半径方向にオフセットして、相互嵌合し、少なくとも一
対のシールされた流体ポケットを画定する複数の線接触
部を生成している。駆動手段は、作用的に、スクロール
部材に接続され、スクロール部材の相対的な回転を防止
しつつ、相対的に旋回運動させ、流体ポケットの容積を
変えさせる。
半径方向にオフセットして、相互嵌合し、少なくとも一
対のシールされた流体ポケットを画定する複数の線接触
部を生成している。駆動手段は、作用的に、スクロール
部材に接続され、スクロール部材の相対的な回転を防止
しつつ、相対的に旋回運動させ、流体ポケットの容積を
変えさせる。
開示された本発明の実施態様は、所望の排出量、固有
容積比およびターン数が実現されるように、両スクロー
ル部材の内表面および外表面の形状を設計する新規な方
法を提供する。この方法の原理は、以下のとおりであ
る。
容積比およびターン数が実現されるように、両スクロー
ル部材の内表面および外表面の形状を設計する新規な方
法を提供する。この方法の原理は、以下のとおりであ
る。
１）第１のスクロール要素の外側部の曲率は、所望の排
出量が満足されるように、従来の方法と同様に設計され
る。
出量が満足されるように、従来の方法と同様に設計され
る。
２）第１のスクロール要素の内側部の曲率もまた、所望
の固有容積比が満足されるように、従来の方法と同様に
設計される。
の固有容積比が満足されるように、従来の方法と同様に
設計される。
３）第１のスクロール要素の外側部および内側部は、所
望のターン数を満足させるように選ばれた曲率を有する
中間部と、滑らかにつながれている。
望のターン数を満足させるように選ばれた曲率を有する
中間部と、滑らかにつながれている。
４）第２のスクロール要素は、第１のスクロール要素の
数学的共役を微分することによって設計される。第２の
スクロール要素は、第１のスクロール要素に、角度をも
って、半径方向にオフセットされて、相互嵌合される。
数学的共役を微分することによって設計される。第２の
スクロール要素は、第１のスクロール要素に、角度をも
って、半径方向にオフセットされて、相互嵌合される。
本発明は、スクロール要素の外側部および内側部の双
方の羽根の厚さならびに螺旋母円が同じエアコンプレッ
サにより開示されている。スクロール要素の外側部およ
び内側部は、所定の排出量および固有容積比を満足する
ように、通常の方法で形成される。次いで、それらは、
中間部によって接合され、中間部は、接合部における外
側部および内側部の導関数と等しいゼロ次導関数および
１次導関数を有している。中間部の幾何学的形状は、最
適なターン数が実現できるように選ばれる。したがっ
て、螺旋状の連続した滑らかな壁が、外側部、中間部お
よび内側部によって、それぞれ、形成され、所望の排出
量、所望の固有容積比および最適なターン数を与える。
方の羽根の厚さならびに螺旋母円が同じエアコンプレッ
サにより開示されている。スクロール要素の外側部およ
び内側部は、所定の排出量および固有容積比を満足する
ように、通常の方法で形成される。次いで、それらは、
中間部によって接合され、中間部は、接合部における外
側部および内側部の導関数と等しいゼロ次導関数および
１次導関数を有している。中間部の幾何学的形状は、最
適なターン数が実現できるように選ばれる。したがっ
て、螺旋状の連続した滑らかな壁が、外側部、中間部お
よび内側部によって、それぞれ、形成され、所望の排出
量、所望の固有容積比および最適なターン数を与える。
従来のスクロールコンプレッサにおいては、スクロー
ル要素は、螺旋曲線により作られている。一対のスクロ
ール要素に対しては、螺旋曲線は、幾何学的に同一であ
り、同じ母円から展開される。しかしながら、本発明の
第１の実施態様においては、各スクロール要素は、異な
った母円から展開された螺旋曲線のいくつかの部分を含
んでいるが、それでも、２つのスクロール要素は、幾何
学的形状においては同一であり、端板の中心に実質的に
収束している。第２の実施態様においては、２つのスク
ロール要素は、幾何学的に、互いに異なっている。第１
および第２の実施態様は、「同じ」および「同じでな
い」として、以下に特定されている。
ル要素は、螺旋曲線により作られている。一対のスクロ
ール要素に対しては、螺旋曲線は、幾何学的に同一であ
り、同じ母円から展開される。しかしながら、本発明の
第１の実施態様においては、各スクロール要素は、異な
った母円から展開された螺旋曲線のいくつかの部分を含
んでいるが、それでも、２つのスクロール要素は、幾何
学的形状においては同一であり、端板の中心に実質的に
収束している。第２の実施態様においては、２つのスク
ロール要素は、幾何学的に、互いに異なっている。第１
および第２の実施態様は、「同じ」および「同じでな
い」として、以下に特定されている。
本発明の別の実施態様においては、スクロール型流体
排出装置は、２つのスクロール部材を、強制的に軸方向
の作動関係にする機械的な力を提供する手段を備えてい
る。同時に、スクロール部材を傾けるためのポテンシャ
ルがなくなり、一定のギャップが、一方のスクロール部
材の先端部すなわちチップと他方のスクロール部材のベ
ースとの間に維持される。
排出装置は、２つのスクロール部材を、強制的に軸方向
の作動関係にする機械的な力を提供する手段を備えてい
る。同時に、スクロール部材を傾けるためのポテンシャ
ルがなくなり、一定のギャップが、一方のスクロール部
材の先端部すなわちチップと他方のスクロール部材のベ
ースとの間に維持される。
本発明の他の実施態様においては、スクロール型流体
排出装置は、２つのスクロール部材を、強制的に軸方向
の作動関係にする油圧力を提供する手段を備えている。
同時に、スクロール部材を傾けるためのポテンシャルが
なくなり、一定のギャップが、一方のスクロール部材の
チップと他方のスクロール部材のベースとの間に維持さ
れる。
排出装置は、２つのスクロール部材を、強制的に軸方向
の作動関係にする油圧力を提供する手段を備えている。
同時に、スクロール部材を傾けるためのポテンシャルが
なくなり、一定のギャップが、一方のスクロール部材の
チップと他方のスクロール部材のベースとの間に維持さ
れる。
本発明の他の実施態様においては、スクロール型流体
排出装置は、軸方向に可動な比旋回スクロール部材を備
えている。第２のスクロール部材は、軸線まわりを旋回
するが、この軸線に沿って、線形に固定されている。第
１および第２のスクロール部材は、相互嵌合され、第１
のスクロール部材が、十分な力の下で、軸方向に撓むよ
うに、第２のスクロール部材に対して、可動にバイアス
されている。
排出装置は、軸方向に可動な比旋回スクロール部材を備
えている。第２のスクロール部材は、軸線まわりを旋回
するが、この軸線に沿って、線形に固定されている。第
１および第２のスクロール部材は、相互嵌合され、第１
のスクロール部材が、十分な力の下で、軸方向に撓むよ
うに、第２のスクロール部材に対して、可動にバイアス
されている。
本発明のさらに他の実施態様においては、上述のスク
ロール型流体排出装置は、第１のスクロール部材を、そ
のスクロール要素の軸線と垂直であるが、この軸線に沿
って、後方向に可動に保持する安定化機構を備えてい
る。同時に、一定のギャップが、一方のスクロール部材
の先端部すなわちチップと他方のスクロール部材のベー
スとの間に維持される。
ロール型流体排出装置は、第１のスクロール部材を、そ
のスクロール要素の軸線と垂直であるが、この軸線に沿
って、後方向に可動に保持する安定化機構を備えてい
る。同時に、一定のギャップが、一方のスクロール部材
の先端部すなわちチップと他方のスクロール部材のベー
スとの間に維持される。
図面の簡単な説明
本発明は、添付図面を参照する以下の詳細な説明を検
討するとより理解されるであろう。
討するとより理解されるであろう。
第1a図〜第1d図は、従来のスクロールコンプレッサに
おけるスクロール要素の相対的軌道運動を示す概略図で
ある。
おけるスクロール要素の相対的軌道運動を示す概略図で
ある。
第２図は、理想的な圧縮、低圧縮、及び過圧縮を含む
圧縮サイクルを示す圧縮−容量グラフである。
圧縮サイクルを示す圧縮−容量グラフである。
第３図は、軌道スクロール要素に作用する力及びモー
メントを示している。
メントを示している。
第４図は、本発明のとおりに構成されたスクロール型
エアコンプレッサの断面図を示している。
エアコンプレッサの断面図を示している。
第５図は、スクロール要素が実質的に同一である本発
明の第１実施例の頂部断面図を示している。
明の第１実施例の頂部断面図を示している。
第6a図及び第6b図は、スクロール要素が実質的に不同
一である本発明の第２実施例の頂部断面図を示してい
る。
一である本発明の第２実施例の頂部断面図を示してい
る。
第７図は、従来のスクロール要素を示しており、本発
明の第１及び第２の実施例は、このスクロール要素から
発展したものである。
明の第１及び第２の実施例は、このスクロール要素から
発展したものである。
第８図は、第１実施例の相互嵌合スクロール要素を示
している。
している。
第９図は、第２実施例の相互嵌合スクロール要素を示
している。
している。
第10図は、一般的な頂部密閉部の典型的な構造を示し
ている。
ている。
第11a図及び第11b図は、本発明の軸方向セミコンプラ
イアント機構の第１実施例の断面図及び平面図を示して
いる。
イアント機構の第１実施例の断面図及び平面図を示して
いる。
第12a図及び第12b図は、本発明の軸方向セミコンプラ
イアント機構の第２実施例の断面図及び平面図を示して
いる。
イアント機構の第２実施例の断面図及び平面図を示して
いる。
第13a図及び第13b図は、本発明の軸方向セミコンプラ
イアント機構の第３実施例の断面図及び平面図を示して
いる。
イアント機構の第３実施例の断面図及び平面図を示して
いる。
第14図は、排出圧力で、ガスが第１スクロール部材の
後部に作用して軸方向バイアス力を発生するセミコンプ
ライアント組織を備えたスクロール型エアコンプレッサ
の断面図及び正面図を示している。
後部に作用して軸方向バイアス力を発生するセミコンプ
ライアント組織を備えたスクロール型エアコンプレッサ
の断面図及び正面図を示している。
発明を実施するための最良の態様
第４図には、本発明に従って設計されたスクロール型
エアコンプレッサが示されている。コンプレッサユニッ
ト10はメインハウジング20と、前面板22を有するコンプ
レッサシェル21と、カップ形ケーシング23とを有する。
前面板22は、コンプレッサシェル21に公知の手段（たと
えば、溶接）により取り付けられる。シェル21およびケ
ーシング23は、メインハウジング20に従来の手段（たと
えば、溶接やボルト止め）により取り付けられる。メイ
ンハウジング20は、メインジャーナル軸受け30を保持し
ている。メインシャフト40は、軸受け30により転可能に
支持され、電気モータまたはエンジン（図示せず）によ
って駆動されると、その軸線S1S1に沿って、回転する。
シール要素41はシャフト40をシールし、シェル内の潤滑
油および空気が漏れることを防止する。駆動ピン42はメ
インシャフト40の後端から延び、駆動ピンの中心軸S2−
S2は、第２スクロール要素の旋回半径Rorに等しい距離
だけメインシャフトの軸線S1−S1からオフセットされて
いる。旋回半径は、第２スクロール部材50が第１スクロ
ール部材60に対して旋回した時に、第２スクロール部材
によって横方に移動される旋回円の半径である。
エアコンプレッサが示されている。コンプレッサユニッ
ト10はメインハウジング20と、前面板22を有するコンプ
レッサシェル21と、カップ形ケーシング23とを有する。
前面板22は、コンプレッサシェル21に公知の手段（たと
えば、溶接）により取り付けられる。シェル21およびケ
ーシング23は、メインハウジング20に従来の手段（たと
えば、溶接やボルト止め）により取り付けられる。メイ
ンハウジング20は、メインジャーナル軸受け30を保持し
ている。メインシャフト40は、軸受け30により転可能に
支持され、電気モータまたはエンジン（図示せず）によ
って駆動されると、その軸線S1S1に沿って、回転する。
シール要素41はシャフト40をシールし、シェル内の潤滑
油および空気が漏れることを防止する。駆動ピン42はメ
インシャフト40の後端から延び、駆動ピンの中心軸S2−
S2は、第２スクロール要素の旋回半径Rorに等しい距離
だけメインシャフトの軸線S1−S1からオフセットされて
いる。旋回半径は、第２スクロール部材50が第１スクロ
ール部材60に対して旋回した時に、第２スクロール部材
によって横方に移動される旋回円の半径である。
第１スクロール部材60は端板61を有し、この端板61か
らスクロール要素62が延びている。第１スクロール部材
60は、「セミ・コンプライアント」と呼ばれる方法によ
って、メインハウジング20に取り付けられる。この取付
方法を使用すると、第１スクロール部材60は、軸線S1−
S1と、メインハウジング20の表面に対する（スプリング
70による）スプリングバイアスに対して垂直になる。こ
れにより、一方のスクロール部材のスクロール要素のチ
ップと、他方のスクロール部材の端板のベースとの間に
適当なギャップ65が維持されることが保障される。
らスクロール要素62が延びている。第１スクロール部材
60は、「セミ・コンプライアント」と呼ばれる方法によ
って、メインハウジング20に取り付けられる。この取付
方法を使用すると、第１スクロール部材60は、軸線S1−
S1と、メインハウジング20の表面に対する（スプリング
70による）スプリングバイアスに対して垂直になる。こ
れにより、一方のスクロール部材のスクロール要素のチ
ップと、他方のスクロール部材の端板のベースとの間に
適当なギャップ65が維持されることが保障される。
これらのギャップは、生産公差および通常動作時のス
クロール要素の熱膨張を考慮して、スクロール部材のチ
ップおよびベースが、相互に接触するのを防止するのに
十分な幅にされるべきである。他方、これらのギャップ
は、通常動作時に潤滑膜によって流動力学的にシールさ
れるのに十分な小ささである必要がある。汚染された液
体や非圧縮液体がスクロール部材間に存在するなどの異
常状態が生じたとき、あるいは、スクロール要素が異常
な熱膨張をしたとき、第１スクロール要素は損傷を防止
するためにスプリング70のバイアス力に抗して（スクロ
ール要素の中心軸線に沿って直線状に）軸方向に移動す
る。この機構は「セミ・コンプライアント」と呼ばれ、
後でより詳細に説明される。
クロール要素の熱膨張を考慮して、スクロール部材のチ
ップおよびベースが、相互に接触するのを防止するのに
十分な幅にされるべきである。他方、これらのギャップ
は、通常動作時に潤滑膜によって流動力学的にシールさ
れるのに十分な小ささである必要がある。汚染された液
体や非圧縮液体がスクロール部材間に存在するなどの異
常状態が生じたとき、あるいは、スクロール要素が異常
な熱膨張をしたとき、第１スクロール要素は損傷を防止
するためにスプリング70のバイアス力に抗して（スクロ
ール要素の中心軸線に沿って直線状に）軸方向に移動す
る。この機構は「セミ・コンプライアント」と呼ばれ、
後でより詳細に説明される。
第１スクロール部材60は、円形端板61およびスクロー
ル要素62の他に、補強スリーブ63およびリブ64を備えて
いる。第１スクロール部材60は、軸方向に後退可能であ
る。スクロール要素62は、端板61の前端面に取り付けら
れ、その前端面から延びており、また、補強スリーブ63
およびリブ64は、端板61の後面から延びている。
ル要素62の他に、補強スリーブ63およびリブ64を備えて
いる。第１スクロール部材60は、軸方向に後退可能であ
る。スクロール要素62は、端板61の前端面に取り付けら
れ、その前端面から延びており、また、補強スリーブ63
およびリブ64は、端板61の後面から延びている。
第２スクロール部材50は、環状端板51、環状端板51の
後面に取り付けられ、そこから延びているスクロール要
素52、および、環状端板51の後面に取り付けられ、そこ
から延びている旋回軸受けボス53を備えている。
後面に取り付けられ、そこから延びているスクロール要
素52、および、環状端板51の後面に取り付けられ、そこ
から延びている旋回軸受けボス53を備えている。
スクロール要素52および62は相互に嵌合され、角度が
180度オフセットされ、旋回半径Rorだけ半径方向にオフ
セットされている。それにより、少なくとも一組のシー
ル流体ポケットが、スクロール要素52,62および端板5
1、61間に画定される。第２スクロール部材50は、（駆
動ピンベアリング43を貫通する）駆動ピン42と回転防止
オルダムリング80に連結される。第２スクロール部材50
は、駆動軸40の回転によって、旋回半径Rorの旋回運動
で駆動され、流体を圧縮する。動作流体は、吸込口91か
らコンプレッサ10に入り込み、その後、スクロール部材
によって圧縮され、排出孔92、通路93、チャンバ94およ
び排出口95を介して排出される。排出ガスは、ピン軸受
け43とピン軸受けボス53との間の軸受け面54および密閉
要素44によって、チャンバ96から密閉される。排出ガス
はボス53の底面45上に作用して、動作中の圧縮ポケット
における圧縮流体からの軸方向のスラスト力を減少させ
る。カウンターウェイト97および98は、第２スクロール
部材50の旋回運動に起因して第２スクロール部材50上に
作用する遠心力を相殺する。
180度オフセットされ、旋回半径Rorだけ半径方向にオフ
セットされている。それにより、少なくとも一組のシー
ル流体ポケットが、スクロール要素52,62および端板5
1、61間に画定される。第２スクロール部材50は、（駆
動ピンベアリング43を貫通する）駆動ピン42と回転防止
オルダムリング80に連結される。第２スクロール部材50
は、駆動軸40の回転によって、旋回半径Rorの旋回運動
で駆動され、流体を圧縮する。動作流体は、吸込口91か
らコンプレッサ10に入り込み、その後、スクロール部材
によって圧縮され、排出孔92、通路93、チャンバ94およ
び排出口95を介して排出される。排出ガスは、ピン軸受
け43とピン軸受けボス53との間の軸受け面54および密閉
要素44によって、チャンバ96から密閉される。排出ガス
はボス53の底面45上に作用して、動作中の圧縮ポケット
における圧縮流体からの軸方向のスラスト力を減少させ
る。カウンターウェイト97および98は、第２スクロール
部材50の旋回運動に起因して第２スクロール部材50上に
作用する遠心力を相殺する。
第５図、第6a図および第6b図を参照して、スクロール
要素の幾何学的形状を説明する。
要素の幾何学的形状を説明する。
本発明の第１の実施態様においては、二つのスクロー
ル部材のスクロール要素は、実質的に同一の構造を有し
ている。このようなスクロール要素の一例を第５図に示
す。第１の実施態様の設計パラメータは次の通りであ
る： 排出量 VH＝133インチ/1回転／吸込ポケット； 固有容積比 Rv＝5.6; 基本母円の半径（スクロール要素の内部と外部のイン
ボリュート表面のもととなる円） Rg＝0.14324; 螺旋状要素の高さ ｈ＝2.0インチ； 旋回半径 Ror＝0.2インチ 第１の実施態様のスクロール要素の壁面は以下のよう
に設計されている。
ル部材のスクロール要素は、実質的に同一の構造を有し
ている。このようなスクロール要素の一例を第５図に示
す。第１の実施態様の設計パラメータは次の通りであ
る： 排出量 VH＝133インチ/1回転／吸込ポケット； 固有容積比 Rv＝5.6; 基本母円の半径（スクロール要素の内部と外部のイン
ボリュート表面のもととなる円） Rg＝0.14324; 螺旋状要素の高さ ｈ＝2.0インチ； 旋回半径 Ror＝0.2インチ 第１の実施態様のスクロール要素の壁面は以下のよう
に設計されている。
１）前記した設計パラメータを用いた一般的な螺旋形ス
クロール要素の設計 この設計の結果、得られるスクロール要素は、第７図
に示すように、ほぼ完全な４ターンからなり、上記した
排出量と固有容積比の条件を充足する。スクロール要素
の外壁面の初期螺旋角度および最終螺旋角度は、それぞ
れ、224゜および1663゜である。母円の中心は０点であ
る。このスクロール要素は基礎螺旋状要素として定義さ
れ、その母円は基礎母円として定義される。
クロール要素の設計 この設計の結果、得られるスクロール要素は、第７図
に示すように、ほぼ完全な４ターンからなり、上記した
排出量と固有容積比の条件を充足する。スクロール要素
の外壁面の初期螺旋角度および最終螺旋角度は、それぞ
れ、224゜および1663゜である。母円の中心は０点であ
る。このスクロール要素は基礎螺旋状要素として定義さ
れ、その母円は基礎母円として定義される。
２）第７図に示された基礎螺旋状要素からの弧状表面EF
1E2、IG1I1、E3F2E4およびI2G2I3の選択 これらの弧は、所望の排出量と容積比を満たすために
選択される。第１の実施態様では、外側の外面EF1E
2は、540゜の螺旋角度に伸びる。内側の外面E3F2E4は、
179゜の螺旋角度に伸びる。外側の内面IG1I1と内側の内
面I2G2I3は、各々360゜及び359゜の螺旋角度に伸びる。
第７図に示した螺旋状要素の外部分の完全な１ターン
が、第１の実施態様における両方のスクロール要素に選
択されているので、第１の実施態様の排出量は、第７図
に示された設計と同一になる。しかし、スクロール要素
の内部に対して選択された外面は完全な１ターンに満た
ない。したがって、最終シール圧縮ポケットの容積、す
なわち、第１の実施態様における固有容積比は、第７図
に示した基本設計と多少異なる。これは後で解決され
る。
1E2、IG1I1、E3F2E4およびI2G2I3の選択 これらの弧は、所望の排出量と容積比を満たすために
選択される。第１の実施態様では、外側の外面EF1E
2は、540゜の螺旋角度に伸びる。内側の外面E3F2E4は、
179゜の螺旋角度に伸びる。外側の内面IG1I1と内側の内
面I2G2I3は、各々360゜及び359゜の螺旋角度に伸びる。
第７図に示した螺旋状要素の外部分の完全な１ターン
が、第１の実施態様における両方のスクロール要素に選
択されているので、第１の実施態様の排出量は、第７図
に示された設計と同一になる。しかし、スクロール要素
の内部に対して選択された外面は完全な１ターンに満た
ない。したがって、最終シール圧縮ポケットの容積、す
なわち、第１の実施態様における固有容積比は、第７図
に示した基本設計と多少異なる。これは後で解決され
る。
３）スクロール要素の内部及び外部の外面と内面との接
合 中間の螺旋弧状面は、E2からE3までの360゜のインボ
リュート角度に伸び、母円の半径は以下のように計算さ
れる。
合 中間の螺旋弧状面は、E2からE3までの360゜のインボ
リュート角度に伸び、母円の半径は以下のように計算さ
れる。
Rg1＝（E2E3）／（２π）＝２×Rg （１）
ここで、Rg及びRg1は、第５図に示されているように
各々、０及び01を中心とした母円の半径である。母円０
と01は、各々外面にある終点E2及びE3の位置で同じ接線
を有する。同様に、第１の実施態様の螺旋状要素の内部
および外部の内面を接合するために、中間の螺旋弧状面
はI1からI2までの360゜の螺旋角度に伸び、この母円の
半径は以下のように計算される。
各々、０及び01を中心とした母円の半径である。母円０
と01は、各々外面にある終点E2及びE3の位置で同じ接線
を有する。同様に、第１の実施態様の螺旋状要素の内部
および外部の内面を接合するために、中間の螺旋弧状面
はI1からI2までの360゜の螺旋角度に伸び、この母円の
半径は以下のように計算される。
Rg2＝（I1I2）／（２π）＝２×Rg （２）
ここで、Rg及びRg2は、第５図に示されているよう
に、それぞれ、０および02を中心とした母円の半径であ
る。母円０と02は、それぞれ、外面にある終点I2及びI3
の位置で同じ接線を有する。スクロール要素の中間部の
導入のために、第７図に示したスクロール要素に対する
最終シール圧縮ポケットの容積が、第５図に示したスク
ロール要素に対する最終シール圧縮ポケットの容積より
わずかに大きくなる。この差を補正するために、第１の
実施態様のスクロール要素の内部の最初の旋回角度を増
加させることができ、また、最終シール圧縮ポケットの
容積を増加させるように排出口を移動させることができ
る。しかし、容積比の差は、通常、きわめて小さく、し
たがって、改良は必要ない。
に、それぞれ、０および02を中心とした母円の半径であ
る。母円０と02は、それぞれ、外面にある終点I2及びI3
の位置で同じ接線を有する。スクロール要素の中間部の
導入のために、第７図に示したスクロール要素に対する
最終シール圧縮ポケットの容積が、第５図に示したスク
ロール要素に対する最終シール圧縮ポケットの容積より
わずかに大きくなる。この差を補正するために、第１の
実施態様のスクロール要素の内部の最初の旋回角度を増
加させることができ、また、最終シール圧縮ポケットの
容積を増加させるように排出口を移動させることができ
る。しかし、容積比の差は、通常、きわめて小さく、し
たがって、改良は必要ない。
４）第５図に示したスクロール要素につり合った共役で
あるスクロール要素の設計 湾曲面の共役を微分することは周知の操作であるの
で、ここでこの方法を詳細に列挙する必要はない。「つ
り合った共役」という用語は、どのような共役が微分さ
れても、スクロール要素が相互嵌合され、相対的に旋回
されるときに、必ず、要求された線状接触（およびシー
ルポケット）が確立され、スクロール要素が相互嵌合さ
れることを示すために使用される。第１の実施態様にお
いては、共役は、もとのスクロール要素と同一である。
二つの「同じ」のスクロール要素が第８図に示されてい
る。
あるスクロール要素の設計 湾曲面の共役を微分することは周知の操作であるの
で、ここでこの方法を詳細に列挙する必要はない。「つ
り合った共役」という用語は、どのような共役が微分さ
れても、スクロール要素が相互嵌合され、相対的に旋回
されるときに、必ず、要求された線状接触（およびシー
ルポケット）が確立され、スクロール要素が相互嵌合さ
れることを示すために使用される。第１の実施態様にお
いては、共役は、もとのスクロール要素と同一である。
二つの「同じ」のスクロール要素が第８図に示されてい
る。
本発明の第２の実施態様は、ここでは「同じでない」
として説明され、第6a図および第6b図に示される。大体
の設計仕様は第１の実施態様と同じである。しかしなが
ら、第２の実施態様では、第２スクロール要素が、第6a
図に示すように一定の厚さの壁を有している。第１の実
施態様と比較すると、その第２スクロール要素は軽量で
あり、したがって、旋回運動中の遠心力を減少させる。
として説明され、第6a図および第6b図に示される。大体
の設計仕様は第１の実施態様と同じである。しかしなが
ら、第２の実施態様では、第２スクロール要素が、第6a
図に示すように一定の厚さの壁を有している。第１の実
施態様と比較すると、その第２スクロール要素は軽量で
あり、したがって、旋回運動中の遠心力を減少させる。
第6a図に示したスクロール要素は、三つの螺旋状部分
からなっている。内側部分および外側部分は両方とも、
第７図に示した一般的なスクロール要素から直接採用し
たほぼ完全な１ターンの螺旋状壁である。より特徴的に
は、第6a図では、内側部分の外面K2L2K3は、初期の螺旋
角度224゜から最終螺旋角度583゜まで伸び、半径0.1432
4インチの母円を有する。外側部分の外面KLK1は、初期
の螺旋角度1303゜から最終螺旋角度1663゜まで伸び、同
じ半径の母円を有する。中間部の外面、すなわち、螺旋
表面K2L1K1の母円の半径は次式の通りであり、 Rg3＝（K1K2）／（２π）＝２×Rg （３） この螺旋表面K2L1K1は、螺旋状壁の外面の内側部分およ
び外側部分を滑らかに連続的に接続している。第6a図に
示されたスクロール要素の内面は、その外面と平行であ
り、壁厚（ｔ）は約0.2インチである。第6b図に示され
たスクロール要素は、第6a図に示されたスクロール要素
のつり合った共役であるが、これらは同一ではない。
からなっている。内側部分および外側部分は両方とも、
第７図に示した一般的なスクロール要素から直接採用し
たほぼ完全な１ターンの螺旋状壁である。より特徴的に
は、第6a図では、内側部分の外面K2L2K3は、初期の螺旋
角度224゜から最終螺旋角度583゜まで伸び、半径0.1432
4インチの母円を有する。外側部分の外面KLK1は、初期
の螺旋角度1303゜から最終螺旋角度1663゜まで伸び、同
じ半径の母円を有する。中間部の外面、すなわち、螺旋
表面K2L1K1の母円の半径は次式の通りであり、 Rg3＝（K1K2）／（２π）＝２×Rg （３） この螺旋表面K2L1K1は、螺旋状壁の外面の内側部分およ
び外側部分を滑らかに連続的に接続している。第6a図に
示されたスクロール要素の内面は、その外面と平行であ
り、壁厚（ｔ）は約0.2インチである。第6b図に示され
たスクロール要素は、第6a図に示されたスクロール要素
のつり合った共役であるが、これらは同一ではない。
第6b図に示された第２スクロール要素の外面は、MP
M2、M2P1M3、及びM3P2M4の三カ所の螺旋状湾曲部からな
っている。外面MPM2および内面M3P4M4は、半径Rg＝0.14
324インチの母円を有する螺旋である。これらの表面
は、内側部分に対しては、初期螺旋角度224゜から最終
螺旋角度403゜まで伸び、また、外側部分に対しては、
初期螺旋角度1123゜から最終螺旋角度1663゜まで伸び
る。中間部M2P1M3は、次式で表される母円半径の螺旋で
ある。
M2、M2P1M3、及びM3P2M4の三カ所の螺旋状湾曲部からな
っている。外面MPM2および内面M3P4M4は、半径Rg＝0.14
324インチの母円を有する螺旋である。これらの表面
は、内側部分に対しては、初期螺旋角度224゜から最終
螺旋角度403゜まで伸び、また、外側部分に対しては、
初期螺旋角度1123゜から最終螺旋角度1663゜まで伸び
る。中間部M2P1M3は、次式で表される母円半径の螺旋で
ある。
Rg4＝M2M3/（２×π）＝２×Rg （４）
第6b図に示されるスクロール要素の内面もまた、NQN1、
N1Q1N2、およびN2Q2N4の三つの部分からなっている。内
側部分および外側部分は、それぞれ、内側部分に対して
は、初期螺旋角度224゜から最終螺旋角度763゜まで伸
び、また外側部分に対しては、初期螺旋角度1483゜から
最終螺旋角度1663゜まで伸びる。内面N1Q1N2の中間部
は、内側部分および外側部分を滑らかに連続的に接続
し、また、外面の中間部と同じ母円を有する。
N1Q1N2、およびN2Q2N4の三つの部分からなっている。内
側部分および外側部分は、それぞれ、内側部分に対して
は、初期螺旋角度224゜から最終螺旋角度763゜まで伸
び、また外側部分に対しては、初期螺旋角度1483゜から
最終螺旋角度1663゜まで伸びる。内面N1Q1N2の中間部
は、内側部分および外側部分を滑らかに連続的に接続
し、また、外面の中間部と同じ母円を有する。
第９図は、作動中に相互に嵌合する二つの同じでない
スクロール要素を示してる。中間部のために、吸引ポケ
ットおよび最終シール圧縮ポケットの容積は、仕様とは
多少異なる。これは、スクロール要素の内面および外面
の外側部分および／または内側部分の螺旋角度を多少変
えることによって簡単に調節することができる。二つの
スクロール要素が同じでないため、第９図に示すよう
に、一対の圧縮ポケットA1およびA2の容積が多少異なる
が、この差は、ほとんどの用途で影響しない。最終圧縮
ポケットおよび固有容積比にも同様の事態が生じる。こ
れらの差を補正するために、スクロール要素の内側部分
の初期螺旋角度を調節することができる。通常、固有容
積比の基本仕様からのずれはきわめて小さく、調節する
必要はない。
スクロール要素を示してる。中間部のために、吸引ポケ
ットおよび最終シール圧縮ポケットの容積は、仕様とは
多少異なる。これは、スクロール要素の内面および外面
の外側部分および／または内側部分の螺旋角度を多少変
えることによって簡単に調節することができる。二つの
スクロール要素が同じでないため、第９図に示すよう
に、一対の圧縮ポケットA1およびA2の容積が多少異なる
が、この差は、ほとんどの用途で影響しない。最終圧縮
ポケットおよび固有容積比にも同様の事態が生じる。こ
れらの差を補正するために、スクロール要素の内側部分
の初期螺旋角度を調節することができる。通常、固有容
積比の基本仕様からのずれはきわめて小さく、調節する
必要はない。
第11図ないし第13図を参照して、本発明にしたがって
構成されたセミ・コンプライアント機構の三つの実施態
様について説明する。
構成されたセミ・コンプライアント機構の三つの実施態
様について説明する。
第１の実施態様の場合、第11a図および第11b図に示す
ように、第１スクロール部材60の端板61の外周面160
は、同じ間隔で離間された三つの平坦縁161を有してい
る。三つの位置決めブロック162が安定化機構を形成
し、第１スクロール部材が「傾く」のを防止する。ブロ
ック162は、メインハウジング20にボルト163によって取
り付けられている。ブロック162は、端板61の平坦縁161
にきつく接触し、それによって、スクロール部材60が軸
線S1−S1に対して垂直に維持され、かつ、ブロック162
によりガイドされ、スクロール部材60は軸方向に後退可
能になっている。
ように、第１スクロール部材60の端板61の外周面160
は、同じ間隔で離間された三つの平坦縁161を有してい
る。三つの位置決めブロック162が安定化機構を形成
し、第１スクロール部材が「傾く」のを防止する。ブロ
ック162は、メインハウジング20にボルト163によって取
り付けられている。ブロック162は、端板61の平坦縁161
にきつく接触し、それによって、スクロール部材60が軸
線S1−S1に対して垂直に維持され、かつ、ブロック162
によりガイドされ、スクロール部材60は軸方向に後退可
能になっている。
「軸方向」という用語は、ここでは、軸線に沿った直
線状の運動を表すために用いられ、軸線を中心とした回
転運動ではない。第１スクロール部材60は、それが、メ
インハウジング20の表面24によって停止されるまで、ス
プリング70によって、第２スクロール部材50に向けて付
勢されている。これにより、一方のスクロール部材のチ
ップと他方のスクロール部材のベースとの間に適当なギ
ャップ165が確保される。
線状の運動を表すために用いられ、軸線を中心とした回
転運動ではない。第１スクロール部材60は、それが、メ
インハウジング20の表面24によって停止されるまで、ス
プリング70によって、第２スクロール部材50に向けて付
勢されている。これにより、一方のスクロール部材のチ
ップと他方のスクロール部材のベースとの間に適当なギ
ャップ165が確保される。
第２スクロール部材50も、傾き防止のために安定化さ
れる。第２スクロール部材50に対する安定化機構は、端
板の一側でスラスト軸受けとして作用するハウジング20
と、スクロール部材50および60の間の空間内の高いガス
圧力とによって与えられる。
れる。第２スクロール部材50に対する安定化機構は、端
板の一側でスラスト軸受けとして作用するハウジング20
と、スクロール部材50および60の間の空間内の高いガス
圧力とによって与えられる。
ギャップ165は、通常の動作中のチップとベースとの
非接触を確保するために、十分に大きくする必要があ
る。他方、ギャップ165は、ギャップを通過する動作流
体の漏れが、排出される流体に比べてきわめて小さいも
のになるか、または、通常の動作中に、スクロール部材
のチップとベースとの間に形成される潤滑油膜によって
全体的にシールすることができるように、十分に小さい
必要がある。たとえば、軸方向の高さが２インチである
鋳鉄スクロールコンプレッサは、この開示された設計に
基づくと、冷間状態の下で0.0030インチのギャップ165
を必要とする。特に、異常な作動状態が原因で、第１ス
クロール部材60の前面に作用する分離力がスプリングの
バイアス力を越えると、第１スクロール部材60は、それ
が位置決めブロック162の制限唇状部164によって停止さ
れるまで、軸方向に後退する。
非接触を確保するために、十分に大きくする必要があ
る。他方、ギャップ165は、ギャップを通過する動作流
体の漏れが、排出される流体に比べてきわめて小さいも
のになるか、または、通常の動作中に、スクロール部材
のチップとベースとの間に形成される潤滑油膜によって
全体的にシールすることができるように、十分に小さい
必要がある。たとえば、軸方向の高さが２インチである
鋳鉄スクロールコンプレッサは、この開示された設計に
基づくと、冷間状態の下で0.0030インチのギャップ165
を必要とする。特に、異常な作動状態が原因で、第１ス
クロール部材60の前面に作用する分離力がスプリングの
バイアス力を越えると、第１スクロール部材60は、それ
が位置決めブロック162の制限唇状部164によって停止さ
れるまで、軸方向に後退する。
第12a図および第12b図は、本発明の第２の実施態様を
示している。第１スクロール部材60は、三つの安定化ピ
ン261によって安定化され、メインハウジング20に取り
付けられる。これら安定化ピン261は、第１スクロール
部材60の回転または「傾き」を防止する。第１スクロー
ル部材60は、それが、メインハウジング20の表面24によ
って停止されるまで、スプリング70により付勢されてい
る。これにより、一方のスクロール部材のチップと他方
のスクロール部材のベースとの間に適当なギャップ265
が確保される。第１スクロール部材60の前面に作用する
分離力がスプリングのバイアス力を越えると、第１スク
ロール部材60は、それが位置決めブロック262の制限唇
状部264によって停止されるまで、軸方向に後退する。
ブロック262は、ボルト263によって、メインハウジング
20に取り付けられる。
示している。第１スクロール部材60は、三つの安定化ピ
ン261によって安定化され、メインハウジング20に取り
付けられる。これら安定化ピン261は、第１スクロール
部材60の回転または「傾き」を防止する。第１スクロー
ル部材60は、それが、メインハウジング20の表面24によ
って停止されるまで、スプリング70により付勢されてい
る。これにより、一方のスクロール部材のチップと他方
のスクロール部材のベースとの間に適当なギャップ265
が確保される。第１スクロール部材60の前面に作用する
分離力がスプリングのバイアス力を越えると、第１スク
ロール部材60は、それが位置決めブロック262の制限唇
状部264によって停止されるまで、軸方向に後退する。
ブロック262は、ボルト263によって、メインハウジング
20に取り付けられる。
第13a図および第13b図は、本発明の第３の実施態様を
示している。三つの弾性位置決め板361が、ボルト363に
よって、安定化ブロック362に取り付けられる。ブロッ
ク362は、ボルト366によって、メインハウジング20に取
り付けられる。位置決め板361は、溝367を有している。
これらの溝367は、第１スクロール部材60のリブ64を堅
固に保持し、それにより、第１スクロール部材60を安定
化させ、かつ、第１スクロール部材60が回転し、また、
軸線S1−S1に対して垂直な面で傾斜するのを防止する
が、位置決め板361が弾性を有しているため、第１スク
ロール部材60が軸方向に後退することを可能にする。安
定化ブロック362は、縁部367の位置で、第１スクロール
部材60を堅固に保持し、第１スクロール部材60の「傾
き」を防止する。第１スクロール部材60は、それが、メ
インハウジング20の表面24によって停止されるまで、ス
プリング70により、第２スクロール部材50に向けて付勢
されている。これにより、一方のスクロール部材のチッ
プと他方のスクロール部材のベースとの間に適当なギャ
ップ365が確保される。第１スクロール部材60の前面に
作用する分離力がスプリングのバイアス力を越えると、
第１スクロール部材60は、それが安定ブロック362の制
限唇状部364によって停止されるまで、軸方向に後退す
る。
示している。三つの弾性位置決め板361が、ボルト363に
よって、安定化ブロック362に取り付けられる。ブロッ
ク362は、ボルト366によって、メインハウジング20に取
り付けられる。位置決め板361は、溝367を有している。
これらの溝367は、第１スクロール部材60のリブ64を堅
固に保持し、それにより、第１スクロール部材60を安定
化させ、かつ、第１スクロール部材60が回転し、また、
軸線S1−S1に対して垂直な面で傾斜するのを防止する
が、位置決め板361が弾性を有しているため、第１スク
ロール部材60が軸方向に後退することを可能にする。安
定化ブロック362は、縁部367の位置で、第１スクロール
部材60を堅固に保持し、第１スクロール部材60の「傾
き」を防止する。第１スクロール部材60は、それが、メ
インハウジング20の表面24によって停止されるまで、ス
プリング70により、第２スクロール部材50に向けて付勢
されている。これにより、一方のスクロール部材のチッ
プと他方のスクロール部材のベースとの間に適当なギャ
ップ365が確保される。第１スクロール部材60の前面に
作用する分離力がスプリングのバイアス力を越えると、
第１スクロール部材60は、それが安定ブロック362の制
限唇状部364によって停止されるまで、軸方向に後退す
る。
第14図は、本発明の第４の実施態様の断面図を示して
いる。この実施態様の基本動作原理は、第４図に示した
装置の動作原理と同じである。しかし、この実施態様で
は、排出ガスが軸方向バイアス力を生じさせるために用
いられる。したがって、第14図は第４図に示したコンプ
レッサの改良型を示しており、これらの改良部分につい
て、以下に説明する。
いる。この実施態様の基本動作原理は、第４図に示した
装置の動作原理と同じである。しかし、この実施態様で
は、排出ガスが軸方向バイアス力を生じさせるために用
いられる。したがって、第14図は第４図に示したコンプ
レッサの改良型を示しており、これらの改良部分につい
て、以下に説明する。
第14図に示すように、空気は、吸引口491を通過し
て、コンプレッサ10に入り、その後、スクロール部材50
および60により圧縮され、排出孔493および排出口495を
介して排出される。排出ガスは、Ｏリング497を使用す
ることによって、また、スリーブ63と蓋498との間の公
差を塞ぐことによって、排出チャンバ496内にシールさ
れる。スリーブ63および蓋498も、スクロール部材50お
よび60に対して、付加的な安定化機構を提供する。排出
口495は、ケーシング23にボルト止めされる蓋498に溶接
される。排出ガスは、スリーブ63の内面499にバイアス
力を与える。この内面499の一部は、バイアス力が、通
常の動作中に、第１スクロール部材60の前面に作用する
分離力をわずかに越えるように選択される。したがっ
て、第１スクロール部材60は、第２スクロール部材50に
向けて付勢され、メインハウジング20の表面24によって
停止され、二つのスクロール部材50および60のチップと
ベースとの間に適当なギャップ465を確保する。安定化
ピン466は、第１スクロール部材60が軸線Si−Siに対し
て、垂直な平面で回転するのを防止し、また、それが
「傾く」のを防止する。前述したような異常な作動状態
が発生したとき、第１スクロール部材60は、それが唇状
部464によって停止されるまで、バイアス力に抗して、
軸方向に後退する。
て、コンプレッサ10に入り、その後、スクロール部材50
および60により圧縮され、排出孔493および排出口495を
介して排出される。排出ガスは、Ｏリング497を使用す
ることによって、また、スリーブ63と蓋498との間の公
差を塞ぐことによって、排出チャンバ496内にシールさ
れる。スリーブ63および蓋498も、スクロール部材50お
よび60に対して、付加的な安定化機構を提供する。排出
口495は、ケーシング23にボルト止めされる蓋498に溶接
される。排出ガスは、スリーブ63の内面499にバイアス
力を与える。この内面499の一部は、バイアス力が、通
常の動作中に、第１スクロール部材60の前面に作用する
分離力をわずかに越えるように選択される。したがっ
て、第１スクロール部材60は、第２スクロール部材50に
向けて付勢され、メインハウジング20の表面24によって
停止され、二つのスクロール部材50および60のチップと
ベースとの間に適当なギャップ465を確保する。安定化
ピン466は、第１スクロール部材60が軸線Si−Siに対し
て、垂直な平面で回転するのを防止し、また、それが
「傾く」のを防止する。前述したような異常な作動状態
が発生したとき、第１スクロール部材60は、それが唇状
部464によって停止されるまで、バイアス力に抗して、
軸方向に後退する。
以上、説明した実施態様は、本発明の好ましい実施態
様ではあるが、この技術分野の当業者は、本発明の本来
の範囲から外れることのない構造、配置および構成など
の変更を認識できるであろう。本発明は、添付した請求
の範囲によって定義され、この請求の範囲の定義内で解
釈できる文字どおり、または、均等な全ての装置および
／または方法が、本発明に包含される。
様ではあるが、この技術分野の当業者は、本発明の本来
の範囲から外れることのない構造、配置および構成など
の変更を認識できるであろう。本発明は、添付した請求
の範囲によって定義され、この請求の範囲の定義内で解
釈できる文字どおり、または、均等な全ての装置および
／または方法が、本発明に包含される。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭51−104609（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−90789（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−121482（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−80088（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−237283（ＪＰ，Ａ)
米国特許3874827（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F01C 1/02
F04C 18/02
Claims (11)
- 【請求項１】第１内側面及び第１外側面を有する第１ス
クロール要素を有する第１スクロール部材と、 第２内側面及び第２外側面を有する第２スクロール要素
を有する第２スクロール部材と、を含み、 前記第１スクロール要素および前記第２スクロール要素
は、前記第１内側面と前記第２外側面の線接触部、及び
前記第１外側面と前記第２内側面の線接触部において出
会うように互いに位置決めされており、 前記線接触部は、前記第１スクロール要素及び前記第２
スクロール要素が互いに相対的に移動されるときに、前
記第１内側面、前記第２外側面、前記第１外側面及び前
記第２内側面に沿って移動し、 前記第１スクロール要素及び前記第２スクロール要素が
互いに相対的に移動されるときに、前記線接触部によっ
て横切られる領域によって構成される前記第１スクロー
ル要素及び前記第２スクロール要素上の作用面をさらに
含み、 前記第１内側面及び前記第２外側面の前記作用面は、第
１流体ポケットの一部を形成し、 前記第２内側面及び前記第１外側面の前記作用面は、第
２流体ポケットの一部を形成し、 前記作用面の各々は、２以上の湾曲部を有し、該湾曲部
は各々、半径及び中心を有する生成円を有し、前記湾曲
部は、該湾曲部の生成円の前記中心とほぼ同じ中心点に
向って集束し、 前記作用面の各々は、前記２以上の湾曲部の１つを有す
る第１部分を有し、 前記第１部分は、中心点に向って集束し、 前記２以上の湾曲部の前記１つの生成円の半径は、前記
第１部分が前記中心点まで連続されたとすれば、前記第
１部分が初期ターン数を与えるように選択され、 前記作用面の各々は、前記２以上の湾曲部のもう１つを
さらに有する第２部分を有し、前記２以上の湾曲部の前
記もう１つの生成円の半径は、前記第１スクロール要素
が前記初期ターン数よりも少なくとも約１ターン少ない
実際のターン数を有するように選択される、 ことを特徴とするスクロール型排出装置。 - 【請求項２】軸方向に前記第１スクロール部材及び前記
第２スクロール部材の間に間隙をつくるための付勢機構
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】前記付勢機構は、第１スクロール部材が、
異常な作動状態によって発生される分離力の下で前記第
２スクロール部材から離れるように降伏することを可能
にすることを特徴とする請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】前記第１スクロール部材が傾くのを防止す
る第１安定化機構と、 前記第２スクロール部材が傾くのを防止する第２安定化
機構と、 をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項５】第１内側面及び第１外側面を有する第１ス
クロール要素を有する第１スクロール部材と、 第２内側面及び第２外側面を有する第２スクロール要素
を有する第２スクロール部材と、を含み、 前記第１スクロール要素および前記第２スクロール要素
は、前記第１内側面と前記第２外側面の線接触部、及び
前記第１外側面と前記第２内側面の線接触部において出
会うように互いに位置決めされており、 前記線接触部は、前記第１スクロール要素及び前記第２
スクロール要素が互いに相対的に移動されるときに、前
記第１内側面、前記第２外側面、前記第１外側面及び前
記第２内側面に沿って移動し、 前記第１スクロール要素及び前記第２スクロール要素が
互いに相対的に移動されるときに、前記線接触部によっ
て横切られる領域によって構成される前記第１スクロー
ル要素及び前記第２スクロール要素上の作用面をさらに
含み、 前記第１内側面及び前記第２外側面の前記作用面は、第
１流体ポケットの一部を形成し、 前記第２内側面及び前記第１外側面の前記作用面は、第
２流体ポケットの一部を形成し、 前記作用面の各々は、２以上の湾曲部を有し、該湾曲部
は各々、半径及び中心を有する生成円を有し、前記湾曲
部は、該湾曲部の生成円の前記中心とほぼ同じ中心点に
向って集束し、 前記作用面の各々上の前記湾曲部の１つは、この前記作
用面の各々上の前記湾曲部の１つが前記中心点まで連続
されたとすれば、前記第１部分が初期ターン数を与える
ように前記中心点に向って集束し、 前記作用面の各々上の前記湾曲部のもう１つは、前記第
１スクロール要素が前記初期ターン数よりも少なくとも
約１ターン少ない実際のターン数を有するように選択さ
れた半径を有する生成円を有する、 ことを特徴とするスクロール型排出装置。 - 【請求項６】2.5よりも大きい内蔵容積比を有すること
を特徴とする請求項５に記載の装置。 - 【請求項７】前記湾曲部の前記もう１つが、装置の所望
の排出量を満たすように選択された所定の曲率を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の装置。 - 【請求項８】前記作用面の前記各々が、装置の所望の排
出量を満たすように選択された所定の曲率を有する第３
の湾曲部を有することを特徴とする請求項５に記載の装
置。 - 【請求項９】所望の内蔵容積比が、2.5よりも大きいこ
とを特徴とする請求項８に記載の装置。 - 【請求項１０】前記実際の数のターンが、４よりも小さ
いことを特徴とする請求項５に記載の装置。 - 【請求項１１】前記湾曲部が、インボリュート形の螺旋
であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/US1994/001031 WO1995020719A1 (en) | 1994-01-26 | 1994-01-26 | Scroll-type fluid displacement device having high built-in volume ratio and semi-compliant biasing mechanism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09507548A JPH09507548A (ja) | 1997-07-29 |
| JP3445794B2 true JP3445794B2 (ja) | 2003-09-08 |
Family
ID=22242230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51105995A Expired - Fee Related JP3445794B2 (ja) | 1994-01-26 | 1994-01-26 | 高い固有容積比を有するスクロール型流体排出装置およびセミ・コンプライアント・バイアス機構 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0742869B1 (ja) |
| JP (1) | JP3445794B2 (ja) |
| AU (1) | AU6532094A (ja) |
| DE (1) | DE69424803T2 (ja) |
| WO (1) | WO1995020719A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| WO2006068044A1 (ja) * | 2004-12-21 | 2006-06-29 | Daikin Industries, Ltd. | スクロール型流体機械 |
| KR101454251B1 (ko) * | 2013-03-18 | 2014-10-23 | 엘지전자 주식회사 | 고정 스크롤 지지수단을 갖는 스크롤 압축기 |
| KR102178050B1 (ko) | 2014-05-02 | 2020-11-12 | 엘지전자 주식회사 | 스크롤 압축기 및 그 조립방법 |
| CN106030112A (zh) * | 2014-06-20 | 2016-10-12 | 松下知识产权经营株式会社 | 涡旋式压缩机 |
| JP6454865B2 (ja) * | 2014-07-03 | 2019-01-23 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | スクロール圧縮機 |
| JP6454863B2 (ja) * | 2014-06-20 | 2019-01-23 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | スクロール圧縮機 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3874827A (en) * | 1973-10-23 | 1975-04-01 | Niels O Young | Positive displacement scroll apparatus with axially radially compliant scroll member |
| CH586348A5 (ja) * | 1975-02-07 | 1977-03-31 | Aginfor Ag | |
| JPS5990789A (ja) * | 1982-11-16 | 1984-05-25 | Nippon Soken Inc | スクロ−ル型ポンプ |
| US4877382A (en) * | 1986-08-22 | 1989-10-31 | Copeland Corporation | Scroll-type machine with axially compliant mounting |
| JP2840359B2 (ja) * | 1990-02-09 | 1998-12-24 | 三洋電機株式会社 | スクロール圧縮機 |
| JP2880780B2 (ja) * | 1990-09-10 | 1999-04-12 | 株式会社東芝 | スクロール型圧縮機 |
| DE4215038A1 (de) * | 1992-05-07 | 1993-11-11 | Bitzer Kuehlmaschinenbau Gmbh | Spiralverdichter für kompressible Medien |
| US5318424A (en) * | 1992-12-07 | 1994-06-07 | Carrier Corporation | Minimum diameter scroll component |
-
1994
- 1994-01-26 AU AU65320/94A patent/AU6532094A/en not_active Abandoned
- 1994-01-26 EP EP94912735A patent/EP0742869B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-01-26 WO PCT/US1994/001031 patent/WO1995020719A1/en active IP Right Grant
- 1994-01-26 JP JP51105995A patent/JP3445794B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1994-01-26 DE DE69424803T patent/DE69424803T2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| WO1995020719A1 (en) | 1995-08-03 |
| AU6532094A (en) | 1995-08-15 |
| DE69424803T2 (de) | 2000-10-12 |
| EP0742869A1 (en) | 1996-11-20 |
| DE69424803D1 (de) | 2000-07-06 |
| EP0742869B1 (en) | 2000-05-31 |
| EP0742869A4 (en) | 1997-05-02 |
| JPH09507548A (ja) | 1997-07-29 |
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