(57)【要約】  周辺クランクピン・スイング・リンク（ＣＳＰＳ）機構と組み合わせられ、半径方向および軸方向のコンプライアンス作用を有する軌道周回スクロールを提供する、中央駆動シャフト・スライド式ナックル。前記ＣＳＰＳ機構は、特に、無含油運転におけるスクロール装置の性能を改善するために、双浮動スクロール構造および単浮動スクロール構造の双方に適用されうる。また、例えば、ＣＳＰＳ機構を有する浮動スクロールコンプレッサにおいて、スラスト荷重を支えるために、軌道周回双スラスト玉軸受機構を備える。【選択図】図２
2009524771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）第１の端板を備えた少なくとも１つの軌道周回スクロール部材であって、前記第１の端板の底面に付着された第１のスパイラルラップ（wrap）と前記第１の端板に略等間隔で配置された３つの周辺部とを有する軌道周回スクロール部材と、
ｂ）第２の端板を備えた少なくとも１つの静止スクロール部材であって、前記静止スクロール部材の前記第２の端板の底面に付着され、前記軌道周回スクロール部材の前記第１のスパイラルラップと係合した第２のスパイラルラップ（wrap）を有し、前記軌道周回スクロール部材が前記静止スクロール部材に対して軌道周回する際、前記軌道周回スクロール部材の前記第１の端板の前記底面および前記静止スクロール部材の前記第２の端板の前記底面ととともに前記係合しているラップの側面によって、体積と、高流体圧および低流体圧の範囲とが変化しうる移動ポケットが定まる静止スクロール部材と、
ｃ）前記静止スクロール部材に対して軌道周回運動を行うために、前記軌道周回スクロール部材を駆動するよう配置された回転可能なシャフトと、
ｄ）前記静止スクロール部材を支持し、その中央部に前記シャフトを支持するハウジングであって、前記軌道周回スクロール端板の前記周辺部に対応する間隔で配置された３つの周辺部を有するハウジングと、
ｅ）それぞれが、前記ハウジングの前記周辺部のうちの対応する１つによって回転可能に支持されている３つのクランクハンドルと、
ｆ）前記スクロール部材間の所定の角度関係を維持するため、および、前記軌道周回スクロール部材が駆動されるにつれ、前記スパイラルラップ間の接線密封を移動線接触とするよう、前記軌道周回スクロール部材の半径方向の揺動を可能にするために、スライド式ナックルを介して前記シャフトを前記軌道周回スクロール部材に連絡し、スイング・リンク機構を介して前記クランクハンドルを前記軌道周回スクロール部材の前記周辺部に連絡する半径方向コンプライアンス型リンクとを備えたことを特徴とする容積式流体変位装置。
【請求項２】
少なくとも１つのプレナムチャンバが、前記軌道周回スクロール部材の前記第１の端板の裏面に形成され、加圧された流体を導入する際に、前記軌道周回スクロール部材が、前記静止スクロール部材に向かって付勢される請求項１に記載の容積式流体変位装置。
【請求項３】
前記ハウジングが、前記静止スクロール部材を支持するメインハウジングと、前記シャフトを支持し、前記軌道周回スクロール端板の前記周辺部に対応する間隔で配置された３つの周辺部を有するベースハウジングとを含む請求項１に記載の容積式流体変位装置。
【請求項４】
ａ）前記シャフトは、その一端から延在したクランクピンを有し、前記クランクピンは、前記シャフトが回転する際、前記クランクピンの遠心力をバランスさせるために軸穴を有し、
ｂ）軸受ハブが、前記軌道周回スクロール部材の前記第１の端板の中央部に取り付けられており、
ｃ）前記スライド式ナックルが、前記軌道周回スクロール部材の前記軸受ハブ内に、軸方向に２つの軸受によって回転可能に支持され、かつ、前記クランクピンによって駆動され、前記クランクピンと共に回転し、前記スライド式ナックルは、前記軌道周回スクロール部材が駆動されるにつれ、前記スパイラルラップ間の接線密封が移動線接触になるよう、前記クランクピンに対して前記軸受ハブおよび軸受と共に半径方向にスライド可能である請求項１に記載の容積式流体変位装置。
【請求項５】
ａ）前記クランクハンドルのそれぞれが、前記クランクハンドルの一端に付着され、前記クランクハンドルの一端から延在したクランクハンドルピンを有し、
ｂ）前記半径方向コンプライアンス型リンクが、前記軌道周回スクロール部材の前記第１の端板の前記３つの周辺部内でそれぞれ回転可能であり、前記クランクハンドルピンによって駆動され、前記クランクピンと共に回転する３つのクランクナックルをさらに有し、前記軌道周回スクロール部材が駆動されるにつれ、前記スパイラルラップ間の接線密封が移動線接触になるよう、また、前記スクロール部材間の所定の角度関係を維持するよう、前記クランクナックルが、それぞれ、前記クランクハンドルピンを中心として、前記軌道周回スクロール部材の前記周辺部と共に半径方向に揺動可能である請求項１に記載の容積式流体変位装置。
【請求項６】
前記スライド式ナックルおよび前記クランクナックルが、それぞれ、前記シャフトおよびクランクハンドルピンに対して、前記軌道周回スクロール部材と共に軸方向にスライド可能である請求項５に記載の容積式流体変位装置。
【請求項７】
前記回転可能なシャフトに垂直な面において、前記クランクハンドルの中心を通り、かつ、前記軌道周回スクロール部材の前記軌道周回運動の方向に対して垂直に引かれた線が、運転中互いに平行を保つように、前記クランクハンドルを同期化するシンクロナイザをさらに含む請求項１に記載の容積式流体変位装置。
【請求項８】
圧力の異なる領域から前記プレナムチャンバを密封する、前記軌道周回スクロール部材の前記第１端板に取り付けられたシールをさらに含む請求項２に記載の容積式流体変位装置。
【請求項９】
前記シールがリップシールを含む請求項８に記載の容積式流体変位装置。
【請求項１０】
前記シールが、軸方向に移動するピストンと、圧力の異なる領域から前記プレナムチャンバを密封する密封要素とを含む請求項８に記載の容積式流体変位装置。
【請求項１１】
圧力の異なる領域から前記プレナムを密封するように、前記軌道周回スクロールの密封面が、前記ハウジングの密封面に対してスライドする請求項２に記載の容積式流体変位装置。
【請求項１２】
圧力の異なる領域から前記プレナムを密封するように、前記軌道周回スクロールの密封面が、前記ハウジングに移動可能に取り付けられたシールの密封面に対してスライドする請求項２に記載の容積式流体変位装置。
【請求項１３】
前記シールが、移動可能なピストンと、圧力の異なる領域から前記プレナムを密封する密封要素とを含み、前記移動可能なピストンの前記密封面が、前記軌道周回スクロールの前記密封面に対してスライドする請求項１２に記載の容積式流体変位装置。
【請求項１４】
ａ）第１の静止座金、および、自身の軸を中心に回転可能な第１の回転座金と、前記第１の静止座金と前記第１の回転座金との間に位置する第１のケージ（cage）を備えた第１の玉とを有する固定スラスト玉軸受と、
ｂ）第２の静止座金、および、自身の軸を中心に回転可能な第２の回転座金と、前記第２の座金間に位置する第２のケージ（cage）を備えた第２の玉とを有する軌道周回スラスト玉軸受と
を含む２つのスラスト玉軸受を備えた軌道周回双スラスト玉軸受機構であって、
ｃ）前記第２の静止座金は、前記第１の静止座金に対して軌道周回運動を行うことが可能であり、
ｄ）前記第１の回転座金および前記第２の回転座金は、背面同士で接触し、かつ、互いに対してスライド運動を行うことが可能であり、かつ、
ｅ）前記固定スラスト玉軸受および前記軌道周回スラスト玉軸受は、前記第２の静止座金から前記第２の玉まで、その後前記第２の回転座金まで、その後前記第１の回転座金まで、その後前記第１の玉まで、最終的には前記第１の静止座金まで伝えられる、もしくは、その逆に伝えられるスラスト荷重を支持可能であることを特徴とする軌道周回双スラスト玉軸受機構。
【請求項１５】
前記固定スラスト玉軸受にグリースを保持する固定グリース保持器と、前記軌道周回スラスト玉軸受にグリースを保持する軌道周回グリース保持器とをさらに含む請求項１４に記載の軌道周回双スラスト玉軸受機構。
【請求項１６】
前記固定保持器は、前記第１の静止座金の内径内に固定されたブッシュであり、かつ、前記第１の回転座金の内径内に緩やかに嵌合することにより、前記固定スラスト玉軸受内にグリースを保持し、前記軌道周回保持器は、前記第２の静止座金の内径内に固定されたブッシュであり、かつ、前記第２の回転座金の内径内に緩やかに嵌合することにより、前記軌道周回スラスト玉軸受内にグリースを保持する請求項１５に記載の軌道周回双スラスト玉軸受機構。
【請求項１７】
前記第１の回転座金が前記第２の回転座金に対してスライドするにつれて摩擦を低減するため、および、前記軌道周回双スラスト玉軸受機構全体の軸方向寸法を調整するために、前記第１の回転座金と前記第２の回転座金との間に配置されたシムをさらに含む請求項１４に記載の軌道周回双スラスト玉軸受機構。
【請求項１８】
ａ）第１の端板を備えた少なくとも１つの軌道周回スクロール部材であって、前記第１の端板の底面に付着された第１のスパイラルラップ（wrap）と前記第１の端板に略等間隔で配置された３つの周辺部とを有する軌道周回スクロール部材と、
ｂ）第２の端板を備えた少なくとも１つの静止スクロール部材であって、前記静止スクロール部材の前記第２の端板の底面に付着され、前記軌道周回スクロール部材の前記第１のスパイラルラップと係合した第２のスパイラルラップ（wrap）を有し、前記軌道周回スクロール部材が前記静止スクロール部材に対して軌道周回する際、前記軌道周回スクロール部材の前記第１の端板の前記底面および前記静止スクロール部材の前記第２の端板の前記底面とともに前記係合しているラップの側面によって、体積と、高流体圧および低流体圧の範囲とが変化しうる移動ポケットが定まる静止スクロール部材と、
ｃ）前記静止スクロール部材に対して軌道周回運動を行うために、前記軌道周回スクロール部材を駆動するよう配置された回転可能なシャフトと、
ｄ）前記静止スクロール部材を支持し、その中央部に前記シャフトを支持するハウジングであって、前記軌道周回スクロール端板の前記周辺部に対応する間隔で配置された３つの周辺部を有するハウジングと、
ｅ）固定スラスト玉軸受と軌道周回スラスト玉軸受とを含む少なくとも１つの軌道周回双スラスト玉軸受機構とを含む容積式流体変位装置であって、
ｆ）前記固定スラスト玉軸受は、前記装置の静止部に固定された第１の静止座金と、自身の軸を中心に回転可能な第１の回転座金と、前記第１の静止座金および前記第１の軌道周回座金の間に位置する第１のケージ（cage）を備えた第１の玉とを有し、
ｇ）前記軌道周回スラスト玉軸受は、前記軌道周回スクロール部材に固定された第２の静止座金と、自身の軸を中心に回転可能な第２の回転座金と、前記第２の静止座金および前記第２の軌道周回座金の間に位置する第２のケージ（cage）を備えた第２の玉とを有し、
ｈ）前記第１の回転座金および前記第２の回転座金は、背面同士で接触し、かつ、互いに対してスライド運動を行うことが可能であり、
ｉ）前記固定スラスト玉軸受および前記軌道周回スラスト玉軸受は、前記第２の静止座金から前記第２の玉まで、その後前記第２の回転座金まで、その後前記第１の回転座金まで、その後前記第１の玉まで、最終的には前記第１の静止座金まで伝えられる、もしくは、その逆に伝えられるスラスト荷重を支持可能であることを特徴とする容積式流体変位装置。
【請求項１９】
それぞれが、前記ハウジングの前記周辺部のうちの対応する１つによって回転可能に支持されている３つのクランクハンドルと、
前記スクロール部材間の所定の角度関係を維持するため、および、前記軌道周回スクロール部材が駆動されるにつれ、前記スパイラルラップ間の接線密封を移動線接触とするよう、前記軌道周回スクロール部材の半径方向の揺動を可能にするために、スライド式ナックルを介して前記シャフトを前記軌道周回スクロール部材に連絡し、スイング・リンク機構を介して前記クランクハンドルを前記軌道周回スクロール部材の前記周辺部に連絡する半径方向コンプライアンス型リンクとをさらに含む請求項１８に記載の容積式流体変位装置。
【請求項２０】
共に軸方向のスラスト荷重を支え、かつ、前記軌道周回スクロール部材の傾きモーメントをバランスさせる複数セットの前記軌道周回双スラスト玉軸受機構を備えた請求項１８に記載の容積式流体変位装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、スクロールラボラトリーズ，インク．名義のＰＣＴ国際出願として提出されており、かつ、２００６年１月２６日提出の「完全コンプライアンス型浮動スクロールを有する改良スクロール型流体変位装置」という名称の米国特許出願Ｎｏ．１１／３３９，９４６の優先権を主張している。
【０００２】
本発明は、スクロール型容積式流体変位装置、特に、改良された軸方向および半径方向コンプライアンス型浮動スクロール機構を有するスクロール型装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
当該技術において、一般に「スクロール」ポンプ、コンプレッサ、および、エキスパンダと呼ばれる装置の類が既知である。これらの装置において、嵌合する２つの渦巻き形またはインボリュート形のスパイラル要素は、互いに対をなし、かつ、固定スクロールおよび軌道周回スクロールと称されるものを形成する別々の端板上に実装される。これらの要素は、嵌合し、スパイラル要素間に線接触を形成する。
【０００４】
一対の隣り合う線接触と端板の表面とが、少なくとも１つの密封ポケットを形成する。一方のスクロール、つまり、軌道周回スクロールが、他方に対して相対的な軌道周回運動、つまり、円形の並進運動を行うと、スパイラル壁上の線接触が壁に沿って動くため、密封ポケットの容積が変化する。ポケットの容積の変化により、軌道周回運動の方向に従って、ポケット中の流体が膨張または収縮する。
【０００５】
米国特許第６，７５８，６５９号明細書を参照すると、双スクロール構造を有する、完全コンプライアンス型の、つまり、軸方向および半径方向において「浮動する」スクロール機構が開示されている。図１を参照すると、双軌道周回スクロールは、端板の反対側にスパイラル羽根を有する。浮動スクロールにおいて、軌道周回スクロールは、軸方向および半径方向において動的によくバランスされている。スクロールは、部品間の最小接触力を維持するために、完全コンプライアンス型、つまり、軸方向および半径方向コンプライアンス型であるので、高速、高効率、かつ、摩擦摩耗および電力損失の少ない、優れた密封を実現する。中央クランクシャフト・スライド式ナックル、および／または、周辺のカンチレバー・クランクピン・スライド式ナックル機構は、半径方向のコンプライアンス性を有する双軌道周回スクロールを提供する。シンクロナイザは、運転中および始動時の機構の故障を防ぐ目的で、クランクハンドルの向きを合わせるために用いられる。
【０００６】
しかしながら、微小な相対スライド運動、または往復運動が、周辺のクランクピンとスライド式ナックルとの間で行われる。この往復運動は、無含油環境下では部品の磨耗を早める可能性がある。その上、エネルギー効率および耐久性を改善するために、特に、吐出ガスと吸引ガスとの圧力差が大きい時には、浮動スクロール装置内の軸方向スラスト力の結果生じる摩擦磨耗および摩擦力損失をさらに低減する必要がある。
【０００７】
米国特許第４，１６０，６２９号明細書（Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｐ．Ｈｉｄｄｅｎら）は、スラスト力を支えるために玉の回転作用を利用する非伝統的なスラスト玉軸受を開示している。非伝統的なスラスト玉軸受において、玉は軌道周回半径で局所的に回転するため、軸受の寿命が短くなる。また、非伝統的なスラスト軸受は、技術的に複雑であり、製作にコストを要する。
【特許文献１】米国特許第６７５８６５９号明細書
【特許文献２】米国特許第４１６０６２９号明細書
【発明の概要】
【０００８】
中央駆動シャフト・スライド式ナックルが、周辺のクランクピン・スイング・リンク（ＣＳＰＳ）機構と組み合わせられ、半径方向および軸方向のコンプライアンス性を有する軌道周回スクロールを提供する改良スクロール型流体変位装置。
【０００９】
一実施形態において、クランクシャフトのクランクピンは、偏心をバランスさせ、グリースを貯蔵するための軸穴を有する。
【００１０】
別の実施形態においては、軸受の寿命を延長するために、各軸受が確実に半径方向の荷重のみを支えるよう、軌道周回スクロールが、双ラジアル玉軸受構造を介して駆動シャフトによって駆動される。
【００１１】
ＣＳＰＳ機構は、双浮動スクロール構造だけでなく、単浮動スクロール構造にも適用できる。
【００１２】
別の実施形態において、浮動スクロール装置における軌道周回双スラスト玉軸受機構は、軸方向スラスト力によって生じる摩擦磨耗および損失をさらに減少させる。
【００１３】
本発明の他の側面は、以下において、一部が自明となり、一部が明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明のさらなる理解のために、添付の図面と関連して以下の詳細な説明に言及する。
【００１５】
図１は、参照された先行技術の双スクロール構造の先行技術の完全コンプライアンス型浮動スクロールコンプレッサの断面図である。
【００１６】
図２は、本発明にかかるＣＳＰＳ機構を有する双スクロール構造の完全コンプライアンス型浮動スクロールコンプレッサの一実施形態の断面図である。
【００１７】
図３は、軌道周回スクロールにおけるＣＳＰＳ機構を図示した、図２の線３−３に沿った本発明の横断面図である。
【００１８】
図３Ａは、図３の円Ａ内の部分の詳細図である。
【００１９】
図４は、固定スクロールにおけるＣＳＰＳ機構を図示した、図２の線４−４に沿った本発明の横断面図である。
【００２０】
図４Ａは、図４の円Ａ内の部分の詳細図である。
【００２１】
図５は、図２の線５−５に沿った中央駆動シャフト・スライド式ナックル機構の拡大横断面図である。
【００２２】
図６は、周辺のスイング・リンク機構の位置関係を図示する模式図である。
【００２３】
図７は、シンクロナイザ、バランサおよびプレナムチャンバを図示する、線７−７に沿った図２の横断面図である。
【００２４】
図８は、軌道周回リップシール機構を有する完全コンプライアンス型浮動スクロール機構のためのＣＳＰＳ機構を有する単浮動スクロール構造のスクロールコンプレッサの一実施形態の断面図である。
【００２５】
図９は、軌道周回移動ピストンシール機構を有する完全コンプライアンス型浮動スクロール機構のためのＣＳＰＳ機構を有する単浮動スクロール構造のスクロールコンプレッサの別の実施形態の断面図である。
【００２６】
図１０は、静止式移動ピストンシール機構を有する完全コンプライアンス型浮動スクロール機構のためのＣＳＰＳ機構を有する単浮動スクロール構造のスクロールコンプレッサのさらに別の実施形態の断面図である。
【００２７】
図１１は、本発明にかかる軌道周回双スラスト玉軸受機構、準半径方向コンプライアンス型および完全軸方向コンプライアンス型ＣＳＰＳ機構を有する単浮動スクロール構造のスクロールエキスパンダの一実施形態の断面図である。
【００２８】
図１２は、図１１の線１２−１２に沿った軌道周回双スラスト玉軸受構造の拡大断面図である。
【００２９】
図１２Ａは、図１２の線Ａ−Ａに沿った軌道周回双スラスト玉軸受構造の横断面図である。
【００３０】
図１３は、図１１の線１３−１３に沿った準半径方向コンプライアンス機構を図示する拡大横断面図である。
【００３１】
図１４は、本発明にかかる多軌道周回双スラスト玉軸受機構、準半径方向コンプライアンス型、および、完全または準軸方向コンプライアンス型ＣＳＰＳ機構を有する単浮動スクロール構造のスクロールエアーコンプレッサの一実施形態の断面図である。
【００３２】
図１５は、図１４の実施形態の線１５−１５に沿った多軌道周回スラスト玉軸受機構を図示する斜視図である。
【００３３】
図１６は、図１４の実施形態の線１６−１６に沿った多軌道周回スラスト玉軸受機構を図示する斜視図である。
【００３４】
図２に、ＣＳＰＳ機構を有する双スクロール構造の完全コンプライアンス型浮動スクロールエアーコンプレッサが示される。コンプレッサユニット１０には、前方ハウジング２０および後方ハウジング２１が含まれる。中央駆動シャフト４０は、中央ロッド４１とクランクピン４２とから構成される。中央ロッド４１は、軸受３３および３４によって回転可能に支持されており、モータ３５によって駆動される時、その軸Ｓ１−Ｓ１を中心に回転する。シャフトシール２２は、中央ポケット８２中の吐出ガスを周囲から密封する。クランクピン４２の中央にある縦穴４３は、シャフト４０が軸Ｓ１−Ｓ１を中心に回転する際、クランクピン４２の偏心をバランスさせるためのものである。また、穴４３は、クランクピン４２の接触面１９１と駆動ナックル６４および６４’の接触面１９２および１９２’とをそれぞれ潤滑するために穴４４ａおよび４４ｂを通じて徐々に放出されるグリースを貯蔵することもできる（１９１および１９２については図３、図４および図５を参照。１９２’は図示せず）。プラグ４５は、穴４３の内部のグリースを密封する。前方の固定スクロール部材５０（第１固定スクロールとも称する）は、端板５１を有し、ここからスクロール要素５２が延在している。シャフトシール２２を収容するために、端板５１の中心には穴５３がある。中央駆動シャフト４０は穴５３を通り、前方軌道周回スクロール６０（第１の軌道周回スクロールとも称する）および後方軌道周回スクロール６０’（第２の軌道周回スクロールとも称する）を駆動する。
【００３５】
前方軌道周回スクロール部材６０および後方軌道周回スクロール部材６０’は、円形の端板６１および６１’と、それぞれ端板６１および６１’に付着され、これらの反対側から延在するスクロール要素６２および６２’と、それぞれ端板６１および６１’に付着され、これらの中央部において延在する軌道周回軸受ハブ６３および６３’とを含む。軸受ハブ６３の内部には軸受２６０および２６１が存在し、軸受ハブ６３’の内部には軸受２６０’および２６１’が存在する。端板６１、要素６２およびハブ６３が含まれる部分は、前方軌道周回スクロール６０と呼ばれ、端板６１’、要素６２’およびハブ６３’が含まれる部分は、後方軌道周回スクロール６０’と呼ばれる。背面合わせに配置された前方および後方軌道周回スクロールは、双スクロールと称される。双スクロールの前方および後方軌道周回スクロールは、運転中、共に軌道周回し、かつ、互いに対して相対的な動きを行うことが可能である。
【００３６】
後方固定スクロール部材７０（第２の固定スクロールとも称される）は、端板７１を有し、この前側からスクロール要素７２が延在している。
【００３７】
スクロール要素５２と６２、および、スクロール要素６２’と７２はそれぞれ、運転中、１８０度の角度オフセット、および、軌道周回半径Ｒｏｒを有する半径方向のオフセットで嵌合する。それによって、少なくとも１つの密封流体ポケットが、スクロール要素５２および６２と端板５１および６１との間に定められる。スクロール要素６２’および７２と端板６１’および７１との間も同様である。
【００３８】
作業流体は、後方ハウジング２１の吸込口８０からコンプレッサ１０に入り、次いで、吸気路８１’および８１にそれぞれ入る。吸気路８１’および８１は、図２に示されるように、前方ハウジング２０、後方ハウジング２１およびスクロールの間に形成される。前方および後方の軌道周回スクロールの中央ポケット８２および８２’は、ハブ６３中の穴６５（図３、図４および図５）およびハブ６３’中の穴６５’（図示せず）と、駆動ナックル６４、６４’とクランクピン４２との間の通路と、プレナムチャンバ８３とを通じて、互いに連絡されている。吸気路８１および８１’に入る作業流体は、スクロール間に形成された圧縮ポケット内に吸引され、軌道周回スクロールの軌道周回運動中に圧縮され、最終的には、通路８２、８３、８２’、および、後方固定スクロールの端板７１の中央部の吐出口８４を通じて吐出される。
【００３９】
図２〜図７は、垂直方向の最も高い位置にある軌道周回スクロール６０および６０’を図示している。
【００４０】
図２、図３、図４および図５を参照すると、中央駆動シャフト４０のクランクピン４２が、中央駆動ナックル６４および６４’と、クランクピン軸受２６０、２６１、２６０’および２６１’とを介して、それぞれ、前方および後方の軌道周回スクロール６０および６０’を駆動する。中央駆動ナックル６４および６４’の中心線Ｓ２−Ｓ２は、中央駆動シャフト４０の中心線Ｓ１−Ｓ１から、軌道周回スクロール６０および６０’の軌道周回運動の軌道周回半径である距離Ｒｏｒだけオフセットされている。各軌道周回スクロールは、駆動ナックルの回転を軌道周回スクロールの軌道周回運動と連結するために、２つのラジアル玉軸受を使用する、つまり、軌道周回スクロール６０は玉軸受２６０および２６１を、軌道周回スクロール６１’は玉軸受２６０および２６１’を、それぞれ使用する。この二重玉軸受構造により確実に、各軸受２６０、２６１、２６０’および２６１’が半径方向の荷重のみを支えるようになり、軸受の寿命が延長される。図２および図３に示されるように、軌道周回スクロール６０および６０’の周辺に、端板６１からは等間隔に配置された周辺部１６０ａ、１６０ｂおよび１６０ｃと、端板６１’からは等間隔に配置された周辺部１６０’ａ、１６０’ｂおよび１６０’ｃとからなる３対の周辺部が存在する（図２には１６０ａおよび１６０’ａのみが、図３には１６０ａ、１６０ｂおよび１６０ｃのみが図示されている）。図２および図４を参照すると、固定スクロール５０および７０の周辺に、ハウジング２０からは等間隔に配置された周辺部１５０ａ、１５０ｂおよび１５０ｃと、ハウジング２１からは等間隔に配置された周辺部１７０ａ、１７０ｂおよび１７０ｃとからなる３対の周辺部が存在する（図２には１５０ａおよび１７０ａのみが、図４には１５０ａ、１５０ｂおよび１５０ｃのみが図示されている）。
【００４１】
図２から図７において、周辺クランクピン・スイング・リンク（ＣＳＰＳ）機構を有する中央駆動シャフト・スライド式ナックルの半径方向のコンプライアンス作用について説明する。簡略のため、ハウジング２０および２１の３対の周辺部のうちの１対である周辺部１５０ａおよび１７０ａと、軌道周回スクロール６０および６０’の３対の周辺部のうちの１対である軌道周回周辺部１６０ａおよび１６０’ａと、関連部分との機能についてのみ詳細に記載する。残りの部分の機能は同様であるため、別途には記載しない。図２および図４を参照すると、ハウジング２０および２１の周辺部１５０ａおよび１７０ａは、軸受穴１５１ａおよび１７１ａを有し、この軸受穴１５１ａおよび１７１ａに、それぞれ、前方および後方の固定クランクハンドル軸受１５２ａおよび１７２ａが位置する。カバー５４および７４は、それぞれ、固定端板５１および７１上の固定ハンドル軸受穴１５１ａおよび１７１ａを密封する。前方および後方の固定クランクハンドル１５３ａおよび１７３ａは、それぞれ、固定クランクハンドル軸受１５２ａおよび１７２ａの内レース中に固定され、軸Ｓ１ａ−Ｓ１ａに沿って共に回転する。周辺のクランクハンドルピン１６４ａの前方端および後方端は、前方および後方の固定クランクハンドル１５３ａおよび１７３ａの偏心穴１５５ａおよび１７５ａの上に、それぞれ固定される。
【００４２】
図２および３を参照すると、軌道周回スクロール６０および６０’の周辺部１６０ａおよび１６０’ａは、軸受穴１６１ａおよび１６１’ａを有し、この軸受穴１６１ａおよび１６１’ａに、それぞれ、前方および後方の軌道周回クランクナックル軸受１６２ａおよび１６２’ａが位置する。前方および後方の軌道周回クランクナックル１６３ａおよび１６３’ａは、それぞれ、軌道周回クランクナックル軸受１６２ａおよび１６２’ａの内レース中に固定され、軸Ｓ２ａ−Ｓ２ａに沿って共に回転する。前方および後方の軌道周回クランクナックル１６３ａおよび１６３’ａは、それぞれ、偏心穴１６５ａおよび１６５’ａを有し、この偏心穴１６５ａおよび１６５’ａに、周辺クランクハンドルピン１６４ａがスライド可能に貫通している。周辺クランクハンドルピン１６４ａは、偏心穴１６５ａおよび１６５’ａに対して滑りばめを有する。固定クランクハンドル１５３ａと、軌道周回クランクナックル１６３ａと、それらの偏心との間の位置関係を、図６に図示する。図５において、軌道周回スクロール６０および６０’が垂直方向において最も高い位置にある時、駆動ナックル６４のスライド式被駆動表面１９２、および、クランクピン４２の駆動表面１９１が、中央駆動シャフトの中心（Ｓ１）と軌道周回スクロール６０の中心（Ｓ２）とを結ぶ垂直方向線Ｓ１−Ｓ２に対し、くさび角αだけ、例えば２０°傾いている。前方の駆動ナックル６４の中には、スロット１９０がある。カウンタバランサ９０および９１は、駆動ナックル６４の２つの端にそれぞれ固定されている（図２および図７を参照）。カウンタバランサ９０および９１は、前方の軌道周回スクロール６０と、それに取り付けられた、軸受やナックルなどの部品の軌道周回運動によって生じた遠心力をバランスさせる。図５に戻ると、クランクピン４２は、スロット１９０の内部に位置する。スロット１９０は、クランクピン４２よりも長く、幅広い。クランクピン４２が、矢印Ｂで示されるように反時計周りに回転する際、クランクピン４２の駆動表面１９１は、前方の駆動ナックル６４のスライド式被駆動表面１９２を力Ｆｎによって押す。法線力Ｆｎは、スライド式被駆動表面１９２に対して垂直である。接線力Ｆｔは、スライド式被駆動表面１９２と平行である。結果として生じる力Ｆ、法線力Ｆｎおよび接線力Ｆｔは、下記に示す関係を有する。
【００４３】
【数１】
2009524771.tif 000003
【００４４】
【数２】
2009524771.tif 000004
【００４５】
図２から図６を参照すると、駆動ナックル６４と、駆動軸受２６０および２６１と、軌道周回スクロール軸受ハブ６３とを介して、結果として生じる力Ｆが、軌道周回スクロール６０を、矢印Ｂの方向に軌道周回させ、また、接線力Ｆｔが、軌道周回スクロール６０を、固定スクロール５０に向かって矢印Ｃの方向にスライドさせる。軌道周回スクロール６０がＢ方向に軌道周回するにつれて、軌道周回スクロール６０の周辺部１６０ａ、１６０ｂおよび１６０ｃにより、対応する軌道周回クランクナックル１６３ａ、１６３ｂおよび１６３ｃが、対応する軌道周回クランクナックル軸受１６２ａ、１６２ｂおよび１６２ｃを介して、それぞれ、力Ｆａ、ＦｂおよびＦｃで押される。力Ｆａ下で軌道周回するクランクナックル１６３ａは、周辺クランクハンドルピン１６４ａを中心として時計回りに揺動する。同様の理由により、バイアススクロールである軌道周回スクロール６０のスパイラル壁が、非バイアススクロールである固定スクロール５０のスパイラル壁に接触するまで、軌道周回クランクナックル１６３ａ、１６３ｂおよび１６３ｃ全体は、軌道周回スクロール６０を、周辺クランクハンドルピン１６４ａ、１６４ｂおよび１６４ｃを中心に時計回りに揺動させる。上述の記載は、後方駆動ナックル６４’、後方軌道周回スクロール６０’および関連部分にも当てはまる。これは、周辺クランクピン・スイング・リンク機構（ＣＳＰＳ機構）と組み合わせられた中央駆動シャフト・スライド式ナックルを備えたいわゆる半径方向コンプライアンス型であるということである。ＣＳＰＳ機構により、軌道周回スクロール６０および６０’が、回転することなく軌道周回運動を行い、更に、半径方向コンプライアンス運動をも行うことが可能となる。
【００４６】
軌道周回クランクナックルの同期を維持するために、図１および図７に示されるシンクロナイザ１７０が、それぞれ、シンクロナイザ軸受１７１ａ、１７１ｂおよび１７１ｃを介して、周辺クランクハンドルピン１６４ａ、１６４ｂおよび１６４ｃに接続されている。シンクロナイザ１７０は、円形の並進運動、つまり、軌道周回スクロールと同様の軌道周回運動を行い、かつ、３つの周辺クランクハンドルピンを三角関係に、つまり、固定された周辺クランクハンドル回転中心と対応する軌道周回周辺クランクナックル回転中心とをそれぞれ結ぶ３本の線、Ｓ１ａ−Ｓ２ａ（図６参照）、Ｓ１ｂ−Ｓ２ｂおよびＳ１ｃ−Ｓ２ｃが、常に互いに平行であるよう同期化された状態に保つ。運転中、線Ｓ１ａ−Ｓ２ａ、Ｓ１ｂ−Ｓ２ｂおよびＳ１ｃ−Ｓ２ｃは同期化され、軌道周回スクロール６０および６０’は、軌道周回スクロール要素６２および６２’の側面がそれぞれ、固定スクロール要素５２および７２の側面と軽く接触するまで、周辺クランクピンに対する揺動運動を行い、その結果、圧縮ポケット間の接線密封が得られる。スクロール装置の遠心力の全体的なバランスは、従来の方法により他の釣り合い錘を用いて達成されるが、ここでは詳述しない。
【００４７】
図２および図７を参照して、双スクロール構造のためのＣＳＰＳ機構を有する軸方向コンプライアンス作用について説明する。軌道周回スクロール６０および６０’は、それぞれ、前方の端板６１および後方の端板６１’を有する。これらの２枚の端板の間に、プレナムチャンバ８３が形成されている。リップシールやクワッドリングなどのプレナムシール６８により、プレナムチャンバ８３が、通気路８１、８１’および吸引環境から密閉される。
【００４８】
運転開始時に、プレナムシール６８の弾性による予備荷重により、前方および後方の軌道周回スクロール双方がそれらとかみ合う対応の固定スクロールに向かって付勢されることにより、かみ合うスクロール同士の先端と底とが軽く接触する。プレナムチャンバ８３は、軌道周回スクロール軸受ハブ６３中の通路６５（図３および図５を参照）、および、クランクピン４２とナックル６４のスロット１９０との間の通路を通じて、吐出領域８２に連絡する。同様に、プレナム８３も吐出領域８２’に連絡する。プレナム８３の径は、吐出空気がプレナム８３中の軌道周回スクロール６０および６０’の裏面のそれぞれに対して作用する力が、圧縮空気によって軌道周回スクロール６０および６０’のそれぞれの先端および底に作用する軸方向の分離力の合計よりも、僅かに大きくなるように定められる。
【００４９】
正味の軸方向の力により、前方および後方の軌道周回スクロールが、それぞれ、かみ合う対応の固定スクロールに向かって付勢されることにより、６対の接触面が軽く接触する。これらのうち２対の接触面は、２つの軌道周回スクロールの先端面と、対応する固定スクロールの端板のかみ合う底面との間である。他の２対の接触面は、逆に、２つの固定スクロールの先端面と、対応する軌道周回スクロールの端板のかみ合う底面との間である。残りの２対の接触面は、それぞれ、前方および後方ハウジング２０および２１の反スラスト面５９および７９と、前方および後方の軌道周回スクロールのスラスト面６９および６９’とである。反スラスト面５９および７９は、それぞれ、軌道周回スクロールの面６９および６９’を支持し、軌道周回スクロールが行いうる傾き運動を回避する。
【００５０】
前記６対の接触面の間における面接触は、運転の初期段階においては、必ずしも同時には起こらない。しかしながら、磨耗した後は、同時に６対の面が軽く接触するようになる。この軸方向コンプライアンス機構により、圧縮ポケット間の半径方向の密封が良くなり、軌道周回スクロールと固定スクロールとの間の磨耗が最小限となり、かつ、自己補償される。先行技術には、多くの軸方向コンプライアンス設計が教示されており、それらのうちの幾つかが、本発明に適合されうる。
【００５１】
ＣＳＰＳ機構は、単浮動スクロール構造にも適用可能である。ＣＳＰＳ機構を有する単浮動スクロールコンプレッサの第１の実施形態を、図８に示す。単浮動スクロール構造において、ＣＳＰＳ機構は、双スクロール構造における機構の半分と考えてよい。プレナムシール６８（図２参照）が、双浮動スクロール構造においては静的であるのに対し、単浮動スクロール構造においては動的である（図８の６８）点において相違する。
【００５２】
図８を参照すると、コンプレッサユニット１０には、メインハウジング２０、ベースハウジング７０、気密封止モータ３５、中央駆動シャフト４０、固定スクロール５０、および、軌道周回スクロール６０が含まれる。中央駆動シャフト４０は、中央ロッド４１とクランクピン４２とから構成される。中央ロッド４１は、軸受３３および３４によって回転可能に支持されており、気密封止モータ３５によって駆動される時、その軸Ｓ１−Ｓ１に沿って回転する。クランクピン４２の中央にある軸穴４３は、シャフト４０が軸Ｓ１−Ｓ１に沿って回転する際、クランクピン４２の遠心力をバランスさせるためのものである。また、穴４３は、クランクピン４２および駆動ナックル６４の接触面を潤滑するために徐々に放出されるグリースを貯蔵することもできる。プラグ４５は、穴４３の内部にグリースを密封する。
【００５３】
固定スクロール部材５０は、端板５１を有し、端板５１からスクロール要素５２が延在している。
【００５４】
軌道周回スクロール部材６０には、円形端板６１、端板６１に付着され、端板６１から延在するスクロール要素６２、および、端板６１の中央部に付着され、端板６１の中央部から延在する軌道周回軸受ハブ６３が含まれる。軸受ハブ６３の内部には、クランクピン軸受２６０および２６１があり、中心線Ｓ２−Ｓ２に沿って回転する。運転中、スクロール要素５２および６２は、１８０度の角度オフセット、および、半径方向のオフセット、つまり、軌道周回半径Ｒｏｒのオフセットで嵌合する。それにより、少なくとも１つの密封流体ポケットが、スクロール要素５２および６２と端板５１および６１との間に定められる。
【００５５】
空気などの作業流体は、ハウジング２０の吸込口（図示せず）からコンプレッサ１０に入った後、吸気路８１に入る。吸気路８１は、メインハウジング２０およびスクロールの間に形成される。中央ポケット８２は、軌道周回スクロール６０の中央部と固定スクロールの中央部との間に形成されており、かつ、中央駆動ナックル６４とクランクピン４２との間の通路８４を通じて、軌道周回端板６１の裏面とベースハウジング７０との間に形成されたプレナム８３に連絡されている。吸気路８１に入る作業流体は、スクロール間に形成された圧縮ポケット内に吸引され、軌道周回スクロールが軌道周回運動を行う間に圧縮され、最終的に、中央ポケット８２に到達し、固定スクロール５０の端板５１の中央部の吐出口８５を通じて吐出される。
【００５６】
中央駆動シャフト４０のクランクピン４２は、中央駆動ナックル６４とクランクピン軸受２６０および２６１とを介して軌道周回スクロール６０を駆動する。軌道周回スクロール６０は、駆動ナックル６４の回転を軌道周回スクロールの軌道周回運動と連結するための２つのラジアル玉軸受２６０および２６１を使用している。軌道周回端板６１には、略等間隔で配置された３つの周辺部１６０ａ、１６０ｂおよび１６０ｃがある（１６０ｂおよび１６０ｃは図示せず）。図８は、垂直方向に最も高い位置にある軌道周回スクロール６０を図示している。ベースハウジング７０の周辺には、軌道周回端板６１の周辺部１６０ａ、１６０ｂおよび１６０ｃにそれぞれ対応するよう離間された３つの周辺ベース部１７０ａ、１７０ｂおよび１７０ｃがある（１７０ｂおよび１７０ｃは図示せず）。周辺ベース部１７０ａ、１７０ｂおよび１７０ｃには、それぞれ、３つの軸受穴１７１ａ、１７１ｂおよび１７１ｃがある（１７１ｂおよび１７１ｃは図示せず）。簡略のため、１６０ａおよび１７０ａとその関連部分のみについて、以下に詳細に説明する。固定クランクハンドル１７２ａは、軸受１７３ａおよび１７４ａによって回転可能に支持されており、それらの中心線Ｓ１ａ−Ｓ１ａに沿って回転する。クランクハンドルピン１７５ａは、固定クランクハンドル１７２ａの偏心穴１７６ａの中に固定される。
【００５７】
軌道周回周辺部１６０ａには、軸受穴１６１ａがあり、そこに軌道周回クランクナックル軸受１６２ａが位置する。軌道周回クランクナックル１６３ａは、軌道周回クランクナックル軸受１６２ａの内レース中に固定され、かつ、軸Ｓ２ａ−Ｓ２ａを中心に回転する。軌道周回クランクナックル１６３ａは、偏心穴１６６ａを有し、その中に、周辺クランクハンドルピン１７５ａがスライド可能に嵌め込まれている。固定クランクハンドル、軌道周回クランクナックル、およびそれらの偏心の間の位置関係は、図６を参照すれば理解できる。単浮動スクロール構造における、半径方向コンプライアンス作用を付与するためのＣＳＰＳ機構の原理は、上に詳細に説明した双浮動スクロール構造におけるそれと全く同じである。単浮動スクロール構造におけるシンクロナイザ１７７の機能も、双浮動スクロール構造における機能と同じである。
【００５８】
以下に、軌道周回リップシール機構を有する単スクロール構造のためのＣＳＰＳ機構を有する軸方向コンプライアンス作用について説明する。リップシールやクワッドリングなどの密封要素６８は、通気路８１や吸引環境からプレナムチャンバ８３を密封する。運転開始時に、密封要素６８の弾性による予備荷重により、軌道周回スクロール６０が固定スクロール５０に向かって付勢され、かみ合うスクロール同士の先端と底とが軽く接触する。運転の間、吐出圧の空気によりチャンバ８３が加圧される。密封要素６８の径は、プレナム８３において軌道周回スクロール６０の裏面に作用する吐出圧の空気による力と密封要素６８からの予備荷重との和が、圧縮空気によって軌道周回スクロール６０の先端と底とに作用する軸方向の分離力の合計をわずかに上回るよう定められる。正味の軸方向の力により、軌道周回スクロール６０が、固定スクロール５０に向かって軸方向に付勢されることにより、一方のスクロールの先端面と、これにかみ合うスクロールのかみ合う底面とが軽く接触する。この軸方向コンプライアンス機構により、圧縮ポケット間の半径方向の密封が良くなり、軌道周回スクロールと固定スクロールとの間の磨耗が最小限となり、かつ、自己補償される。
【００５９】
ＣＳＰＳ機構の単浮動スクロールの第２および第３の実施形態は、第１の実施形態と基本的に同じである。プレナム８３の密封機構が相違する。
【００６０】
図９を参照すると、第２の実施形態において、プレナム密封機構には、軌道周回移動ピストン６８、「Ｏ」リング７１およびばね７２が含まれる。ばね７２とプレナムチャンバ８３における吐出圧の空気とによって付勢された軌道周回移動ピストン６８は、軸方向に移動し、かつ、ベースハウジング７０の面７３に対して軌道周回スクロール６０と共に軌道周回することが可能である。この機構により、プレナム８３が吸引領域８１から密封される。軌道周回移動ピストン６８は自己補償され、密封機構の寿命が向上する。
【００６１】
図１０に示された静止式移動ピストン密封機構を有するＣＳＰＳ機構の単浮動スクロールの第３の実施形態において、プレナム密封要素、すなわち、移動ピストン７１および「Ｏ」リング７２は、第１および第２の実施形態のように、軌道周回スクロール６０と共に軌道周回を行わず、静止している。「Ｏ」リング７２によって付勢されたピストン７１の密封面７３は、運転中、軌道周回端板６１の密封面６５との軽い接触を保っている。この機構により、プレナム８３が吸引領域８１から密封される。ピストン７１は自己補償され、密封機構の寿命が向上する。
【００６２】
エネルギー効率と耐久性を改善するために、特に、吐出ガスと吸引ガスとの圧力差が大きい時には、浮動スクロール装置における軸方向の力に起因する摩擦磨耗および摩擦動力損失をさらに低減する必要がある。単浮動スクロール装置の第４の実施形態である図１１に図示されたエキスパンダは、準半径方向コンプライアンス型ＣＳＰＳ機構を有する軌道周回スクロールに掛かるスラスト荷重を支持するための軌道周回双スラスト玉軸受構造を提供する。
【００６３】
図１１を参照すると、エキスパンダユニット１０には、メインハウジング２０、後方ハウジング２１、ベースハウジング７０、中央駆動シャフト４０、固定スクロール５０および軌道周回スクロール６０が含まれる。中央駆動シャフト４０は、中央ロッド４１とクランクロッド４２とから構成される。中央ロッド４１は、軸受３３および３４によって回転可能に支持されており、その軸Ｓ１−Ｓ１に沿って回転する。固定スクロール部材５０は端板５１を有し、端板５１からスクロール要素５２が延在している。軌道周回スクロール部材６０には、円形の端板６１、端板６１に付着され、端板６１から延在するスクロール要素６２、および、端板６１の中央部に付着され、端板６１の中央部から延在する軌道周回軸受ハブ６３が含まれる。軸受ハブ６３の内部には、クランクロッド軸受２６０および２６１がある。スクロール要素５２および６２は、運転中、１８０度の角度オフセット、および、軌道周回半径Ｒｏｒを有する半径方向のオフセットで嵌合する。それにより、少なくとも１つの密封流体ポケットが、スクロール要素５２および６２と端板５１および６１との間に定められる。
【００６４】
作業流体は、後方ハウジング２１の吸込口８０からエキスパンダ１０に入り、次いで、吸込路８１、リザーバ８２ならびに通気路８３および８４を通り、中央ポケット８５に流入する。中央ポケット８５は、スクロール要素５２の中央部とスクロール要素６２の中央部との間に形成される。中央ポケット８５は、駆動ナックル６４とクランクロッド４２との間の通路８６を通じて、軌道周回端板６１の裏面とベースハウジング７０との間の中央プレナム８７ａに連絡される。中央ポケット８５内の作業流体は、軌道周回スクロールの軌道周回運動中にスクロール間に形成された膨張ポケットを通じて膨張し、最終的に吐出ゾーン８８に達し、メインハウジング２０にある吐出口８９を通じて吐出される。
【００６５】
作業流体が膨張するにつれて、クランクシャフト４０のクランクロッド４２が軌道周回スクロール６０に押され、クランクロッド軸受２６０、２６１および中央駆動ナックル６４を介して回転する。中央駆動ナックル６４の中心線Ｓ２−Ｓ２は、中央駆動シャフト４０の中心線Ｓ１−Ｓ１から、軌道周回スクロール６０の軌道周回運動の軌道周回半径である距離Ｒｏｒだけオフセットされる。軌道周回スクロール端板６１には、略等間隔で配置された３つの周辺部１６０ａ、１６０ｂおよび１６０ｃがある（１６０ｂおよび１６０ｃは図示せず）。
【００６６】
図１１によると、軌道周回スクロール６０は、垂直方向において最も高い位置を軌道周回している。ベースハウジング７０の周辺には、軌道周回スクロール端板６１の周辺部に対応する、略等間隔で配置された３つの周辺部１７０ａ、１７０ｂおよび１７０ｃが存在する（１７０ｂおよび１７０ｃは図示せず）。ベースハウジング７０の周辺部１７０ａ、１７０ｂおよび１７０ｃには、それぞれ、３つの固定クランクハンドル軸受穴１７１ａ、１７１ｂおよび１７１ｃ（１７１ｂおよび１７１ｃは図示せず）が存在する。簡略のため、ここでは１６０ａおよび１７０ａとその関連部分のみについて詳細に説明する。
【００６７】
軌道周回周辺部１６０ａには、軌道周回クランクナックル軸受穴１６１ａがあり、そこに軌道周回クランクナックル軸受１６２ａが位置する。固定クランクハンドル１７３ａは、そこから延在する固定クランクハンドルピン１７５ａを有する。固定クランクハンドル軸受１７２ａおよび１７４ａは、固定クランクハンドル軸受穴１７１ａ内に位置する。固定クランクハンドル１７３は、固定クランクハンドル軸受１７２ａおよび１７４ａによって回転可能に支持されている。固定クランクハンドルピン１７５ａの中心線Ｓ２ａ−Ｓ２ａは、固定クランクハンドル１７３ａの中心線Ｓ１ａ−Ｓ１ａから軌道周回半径Ｒｏｒだけオフセットされている。
【００６８】
図１３は、図１１の線１３−１３に沿った断面の拡大図であり、これを参照すると、固定クランクハンドルピン１７５ａが、半径方向の空隙ｄを有して軌道周回クランクナックル軸受１６２ａの内レース中に緩く嵌め込まれている。空隙ｄの値は、約０．０１ｍｍ〜０．１０ｍｍである。空隙ｄと、軌道周回クランクナックル軸受１６２ａの半径方向の遊隙とがあるため、ＣＳＰＳ機構について上述したように、運転中に、スクロールのスパイラル壁が互いに接触するまで、軌道周回スクロールの遠心力および／またはクランクロッド４２のくさび角によって生じた半径方向の力によって、軌道周回スクロール６０は固定スクロール５０に向かって半径方向に移動することができる。運転中にスパイラル壁が徐々に磨耗するにつれて、本発明の半径方向準コンプライアンス機構により、軌道周回スクロール６０が半径方向外側へ移動し、スクロールのスパイラル壁の接触が維持される。軌道周回スクロール６０の半径方向の最大移動量、換言すると、軌道周回半径の最大増加量は、空隙ｄと軌道周回クランクナックル軸受１６２ａの半径方向の遊隙とによって制限される。したがって、制限付きの半径方向コンプライアンス機構は、準半径方向コンプライアンス型と呼ばれるのである。
【００６９】
図１１に戻るが、軌道周回端板６１、６８ａ、６８ｂおよび６８ｃの裏面に、軌道周回端板６１の裏面とベースハウジング７０との間に３つのプレナムチャンバ８７ａ、８７ｂおよび８７ｃをそれぞれ形成する３つのリップシールがある。プレナムチャンバ８７ａは、通路８６を介して、吸込圧で中央ポケット８５と連絡する。プレナムチャンバ８７ｂおよび８７ｃは、それぞれ、ブリーディングホール６９ａおよび６９ｂを介して、吸込圧と吐出圧との間の異なる中間圧力で膨張ポケットに連絡する。運転開始時に、密封要素６８ａ、６８ｂおよび６８ｃの弾性による予備荷重によって、軌道周回スクロール６０が、固定スクロール５０に向かって付勢され、かみ合うスクロール同士の先端と底とが軽く接触する。シール６８ａ、６８ｂおよび６８ｃの径、したがって、プレナム８７ａ、８７ｂおよび８７ｃの面積は、異なる圧力で軌道周回スクロールの裏面に作用するプレナム中の空気による全体の力Ｆｔが、膨張中の空気によって軌道周回スクロール６０の先端および底に作用する全体の軸方向の分離力Ｆｓより常に大きくなり、対応するスクロールの先端および底が軸方向において接触するよう定められる。全体の力Ｆｔと全体の軸方向の分離力Ｆｓとの差が、正味の軸方向のスラスト荷重Ｆｎｅｔである。
【００７０】
図１１、図１２および図１２Ａを参照しながら、軌道周回双スラスト玉軸受機構の動作原理を説明する。軌道周回双スラスト玉軸受機構は、軌道周回スラスト玉軸受２６２と固定スラスト玉軸受２６３とから構成されるが、これらは、通常のスラスト玉軸受であり、既知である。この機構において、固定スラスト玉軸受２６３の固定静止座金２６３ａが、固定スクロール５０の端板５１の軸受ハブ５３に固定されている。固定回転座金２６３ｂは、軸受ハブ５３の中に緩やかに嵌め込まれており、かつ、軸Ｓ１−Ｓ１を中心に自由に回転することが可能である。軌道周回スラスト玉軸受２６２の軌道周回静止座金２６２ａは、軌道周回スクロール６０の軌道周回軸受ハブ６３に固定されている。軌道周回回転座金２６２ｂは、軌道周回軸受ハブ６３の中に緩やかに嵌め込まれており、かつ、軸Ｓ２−Ｓ２に沿って自由に回転することが可能である。
【００７１】
運転中、軌道周回スクロール６０が、軌道周回静止座金２６２ａおよび軌道周回回転座金２６２ｂと共に、軸Ｓ１−Ｓ１を中心に軌道周回する間、軌道周回回転座金２６２ｂおよび固定回転座金２６３ｂは、丁度普通のスラスト玉軸受のように、それぞれ、それらの中心線Ｓ２−Ｓ２およびＳ１−Ｓ１に沿って回転する。正味の軸方向のスラスト荷重Ｆｎｅｔは、軌道周回静止座金２６２ａ、軌道周回回転座金２６２ｂおよび固定回転座金２６３ｂを通り、固定静止座金２６３ａに達する。しかしながら、運転中、軌道周回回転座金２６２ｂと固定回転座金２６３ｂとの間の相対的なスライド運動が、軌道周回スクロール６０の半径方向の偏位（excursion）に順応する。
【００７２】
必要があれば、２つの目的、即ち、回転ピース２６２ｂおよび２６３ｂの間の半径方向の滑り摩擦を低減する目的、および、軌道周回双スラスト玉軸受機構全体の軸方向寸法を調整するシムとしての目的を果たすために、回転ピース２６２ｂおよび２６３ｂの間に自滑性のスライド座金２６４を設置することが可能である。軌道周回スラスト玉軸受２６２のためのグリース保持器２６５は、軌道周回静止座金２６２ａに固定され、軌道周回回転座金２６２ｂと緩やかに嵌合しており、運転中に軸受２６２にグリースを保持することが可能である。固定スラスト玉軸受２６３のためのグリース保持器２６６は、グリース保持器２６５と同じ方法で作動する。これらのグリース保持器は、運転中にスラスト軸受内にグリースを保持する目的を果たすことが出来る限りにおいて、さまざまな形態をとることができる。
【００７３】
当初は、運転中、スラスト玉軸受２６２および２６３は、正味の軸方向のスラスト荷重Ｆｎｅｔを支持してもよいし、支持しなくてもよい。しかしながら、しばらく経ってスクロールの先端と底が磨耗するにつれて、スラスト玉軸受２６２および２６３が軌道周回スクロール６０からの軸方向の荷重を支持し、低摩擦および低磨耗を達成できるように、２つのスラスト玉軸受間のシム２６４の寸法が定められる。
【００７４】
単浮動スクロール装置の第５の実施形態によると、図１４に示されたエアーコンプレッサが、準半径方向コンプライアンス型・完全軸方向コンプライアンス型または準軸方向コンプライアンス型ＣＳＰＳ機構を有する、軌道周回スクロール上のスラスト荷重を支持するための、多軌道周回双スラスト玉軸受機構を提供している。
【００７５】
図１４を参照すると、エアーコンプレッサユニット１０には、メインハウジング２０、ベースハウジング２１、後方ハウジング２２、クランクシャフト４０、固定スクロール５０および軌道周回スクロール６０が含まれる。中央駆動シャフト４０は、中央ロッド４１とクランクピン４２とから構成される。中央ロッド４１は、軸受３３および３４によって回転可能に支持されており、その軸Ｓ１−Ｓ１に沿って回転する。固定スクロール部材５０は、端板５１を有し、端板５１からスクロール要素５２が延在している。軌道周回スクロール部材６０には、円形の端板６１、端板６１に付着され、端板６１から延在するスクロール要素６２、および、端板６１の中央部に付着され、端板６１の中央部から延在する軌道周回軸受ハブ６３が含まれる。軸受ハブ６３の内部には、クランクピン軸受２６０がある。スクロール要素５２および６２は、運転中、１８０度の角度オフセット、および、軌道周回半径Ｒｏｒを有する半径方向のオフセットで嵌合する。それにより、少なくとも１つの密封流体ポケットが、スクロール要素５２および６２と端板５１および６１との間に定められる。
【００７６】
作業流体は、メインハウジング２０の吸込口（図示せず）からコンプレッサ１０の吸引領域８１に入った後、軌道周回スクロールが軌道周回運動を行う間にスクロール間に形成された圧縮ポケットを通じて圧縮され、最終的に、中央ポケット８２に達し、吐出穴８３、リードバルブ８４、吐出プレナム８５および後方ハウジング２２の吐出口８６を通じて吐出する。スライド式駆動ナックル６４、クランクピン軸受２６０、クランクピン４２および周辺スイング・リンク機構１６０ａが共に、いわゆるＣＳＰＳ機構のように動作し、上記第４の実施形態において図１１を参照して説明した、半径方向準コンプライアンス機構の機能を果たす。
【００７７】
多軌道周回双スラスト玉軸受機構に注目する。図１４、１５および１６を参照すると、多軌道周回双スラスト玉軸受は、６セットの軌道周回双スラスト玉軸受から構成される。機構の各セットは、静止座金、例えば２６３ａ、回転座金、例えば２６３ｂ、および、球状面のベース２６３ｃを含む固定スラスト玉軸受と、静止座金、例えば２６２ａ、および、回転座金、例えば２６３ｂを含む軌道周回スラスト玉軸受とから構成される。軌道周回双スラスト玉軸受機構の各セットは、設置の違いを除き、第４の実施形態において詳細に説明した方法と同様に作動する。上記第４の実施形態において、軌道周回スラスト玉軸受は、軌道周回スクロール軸受ハブ６３の先端の中央領域に設置され、固定スラスト玉軸受は、固定端板５１の中央領域に設置される（図１１参照）。しかしながら、第５の実施形態においては、軌道周回スラスト玉軸受は、軌道周回端板６１の裏面に設置され、固定スラスト玉軸受は、ベースハウジング２１の対応する領域に設置される（図１４参照）。軌道周回双スラスト玉軸受の複数のセットを用いる目的は、軌道周回運動が行われる間に軌道周回スクロールが行いうる傾き運動に対抗することである。各スラスト軸受は、運転中、グリースを保持するためのグリース保持器を有してもよい。したがって、軌道周回双スラスト玉軸受の複数のセットによると、無含油環境において、低い摩擦損失で、軌道周回スクロール上の軸方向の大きなスラスト荷重を支えることが可能である。
【００７８】
第５の実施形態において、固定スクロールは、完全軸方向コンプライアンス型または準軸方向コンプライアンス型の運動を行うためのバイアススクロールである。バイアススクロールとしては、先行技術において、固定スクロールに対して完全軸方向コンプライアンス型または準軸方向コンプライアンス型の機構が周知である。
【００７９】
本発明の上記実施形態は好ましい形態であるが、当業者であれば、本発明の真の範囲から外れない、構造、配列、組成などの改変を理解するであろう。添付された請求項と全ての装置が本発明を規定し、かつ／または、文言どおりまたは均等物による請求項の意味の範囲内の方法が、その中に包含されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は、参照された先行技術の双スクロール構造の先行技術の完全コンプライアンス型浮動スクロールコンプレッサの断面図である。
【図２】図２は、本発明にかかるＣＳＰＳ機構を有する双スクロール構造の完全コンプライアンス型浮動スクロールコンプレッサの一実施形態の断面図である。
【図３】図３は、軌道周回スクロールにおけるＣＳＰＳ機構を図示した、図２の線３−３に沿った本発明の横断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図３の円Ａ内の部分の詳細図である。
【図４】図４は、固定スクロールにおけるＣＳＰＳ機構を図示した、図２の線４−４に沿った本発明の横断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図４の円Ａ内の部分の詳細図である。
【図５】図５は、図２の線５−５に沿った中央駆動シャフト・スライド式ナックル機構の拡大横断面図である。
【図６】図６は、周辺のスイング・リンク機構の位置関係を図示する模式図である。
【図７】図７は、シンクロナイザ、バランサおよびプレナムチャンバを図示する、線７−７に沿った図２の横断面図である。
【図８】図８は、軌道周回リップシール機構を有する完全コンプライアンス型浮動スクロール機構のためのＣＳＰＳ機構を有する単浮動スクロール構造のスクロールコンプレッサの一実施形態の断面図である。
【図９】図９は、軌道周回移動ピストンシール機構を有する完全コンプライアンス型浮動スクロール機構のためのＣＳＰＳ機構を有する単浮動スクロール構造のスクロールコンプレッサの別の実施形態の断面図である。
【図１０】図１０は、静止式移動ピストンシール機構を有する完全コンプライアンス型浮動スクロール機構のためのＣＳＰＳ機構を有する単浮動スクロール構造のスクロールコンプレッサのさらに別の実施形態の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明にかかる軌道周回双スラスト玉軸受機構、準半径方向コンプライアンス型および完全軸方向コンプライアンス型ＣＳＰＳ機構を有する単浮動スクロール構造のスクロールエキスパンダの一実施形態の断面図である。
【図１２】図１２は、図１１の線１２−１２に沿った軌道周回双スラスト玉軸受構造の拡大断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１２の線Ａ−Ａに沿った軌道周回双スラスト玉軸受構造の横断面図である。
【図１３】図１３は、図１１の線１３−１３に沿った準半径方向コンプライアンス機構を図示する拡大横断面図である。
【図１４】図１４は、本発明にかかる多軌道周回双スラスト玉軸受機構、準半径方向コンプライアンス型、および、完全または準軸方向コンプライアンス型ＣＳＰＳ機構を有する単浮動スクロール構造のスクロールエアーコンプレッサの一実施形態の断面図である。
【図１５】図１５は、図１４の実施形態の線１５−１５に沿った多軌道周回スラスト玉軸受機構を図示する斜視図である。
【図１６】図１６は、図１４の実施形態の線１６−１６に沿った多軌道周回スラスト玉軸受機構を図示する斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１２Ａ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年9月30日(2008.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）第１の端板を備えた少なくとも１つの軌道周回スクロール部材であって、前記第１の端板の底面に付着された第１のスパイラルラップ（wrap）と前記第１の端板に略等間隔で配置された３つの周辺部とを有する軌道周回スクロール部材と、
ｂ）第２の端板を備えた少なくとも１つの静止スクロール部材であって、前記静止スクロール部材の前記第２の端板の底面に付着され、前記軌道周回スクロール部材の前記第１のスパイラルラップと係合した第２のスパイラルラップ（wrap）を有し、前記軌道周回スクロール部材が前記静止スクロール部材に対して軌道周回する際、前記軌道周回スクロール部材の前記第１の端板の前記底面および前記静止スクロール部材の前記第２の端板の前記底面ととともに前記係合しているラップの側面によって、体積と、高流体圧および低流体圧の範囲とが変化しうる移動ポケットが定まる静止スクロール部材と、
ｃ）前記静止スクロール部材に対して軌道周回運動を行うために、前記軌道周回スクロール部材を駆動するよう配置された回転可能なシャフトと、
ｄ）前記静止スクロール部材を支持し、その中央部に前記シャフトを支持するハウジングであって、前記軌道周回スクロール端板の前記周辺部に対応する間隔で配置された３つの周辺部を有するハウジングと、
ｅ）それぞれが、前記ハウジングの前記周辺部のうちの対応する１つによって回転可能に支持されている３つのクランクハンドルと、
ｆ）前記スクロール部材間の所定の角度関係を維持するため、および、前記軌道周回スクロール部材が駆動されるにつれ、前記スパイラルラップ間の接線密封を移動線接触とするよう、前記軌道周回スクロール部材の半径方向の揺動を可能にするために、スライド式ナックルを介して前記シャフトを前記軌道周回スクロール部材に連絡し、スイング・リンク機構を介して前記クランクハンドルを前記軌道周回スクロール部材の前記周辺部に連絡する半径方向コンプライアンス型リンクとを備えたことを特徴とする容積式流体変位装置。
【請求項２】
ａ）前記シャフトは、その一端から延在したクランクピンを有し、前記クランクピンは、前記シャフトが回転する際、前記クランクピンの遠心力をバランスさせるために軸穴を有し、
ｂ）軸受ハブが、前記軌道周回スクロール部材の前記第１の端板の中央部に取り付けられており、
ｃ）前記スライド式ナックルが、前記軌道周回スクロール部材の前記軸受ハブ内に、軸方向に２つの軸受によって回転可能に支持され、かつ、前記クランクピンによって駆動され、前記クランクピンと共に回転し、前記スライド式ナックルは、前記軌道周回スクロール部材が駆動されるにつれ、前記スパイラルラップ間の接線密封が移動線接触になるよう、前記クランクピンに対して前記軸受ハブおよび軸受と共に半径方向にスライド可能である請求項１に記載の容積式流体変位装置。
【請求項３】
ａ）前記クランクハンドルのそれぞれが、前記クランクハンドルの一端に付着され、前記クランクハンドルの一端から延在したクランクハンドルピンを有し、
ｂ）前記半径方向コンプライアンス型リンクが、前記軌道周回スクロール部材の前記第１の端板の前記３つの周辺部内でそれぞれ回転可能であり、前記クランクハンドルピンによって駆動され、前記クランクピンと共に回転する３つのクランクナックルをさらに有し、前記軌道周回スクロール部材が駆動されるにつれ、前記スパイラルラップ間の接線密封が移動線接触になるよう、また、前記スクロール部材間の所定の角度関係を維持するよう、前記クランクナックルが、それぞれ、前記クランクハンドルピンを中心として、前記軌道周回スクロール部材の前記周辺部と共に半径方向に揺動可能である請求項１に記載の容積式流体変位装置。
【請求項４】
前記スライド式ナックルおよび前記クランクナックルが、それぞれ、前記シャフトおよびクランクハンドルピンに対して、前記軌道周回スクロール部材と共に軸方向にスライド可能である請求項３に記載の容積式流体変位装置。
【請求項５】
ａ）第１の静止座金、および、自身の軸を中心に回転可能な第１の回転座金と、前記第１の静止座金と前記第１の回転座金との間に位置する第１のケージ（cage）を備えた第１の玉とを有する固定スラスト玉軸受と、
ｂ）第２の静止座金、および、自身の軸を中心に回転可能な第２の回転座金と、前記第２の座金間に位置する第２のケージ（cage）を備えた第２の玉とを有する軌道周回スラスト玉軸受と
を含む２つのスラスト玉軸受を備えた軌道周回双スラスト玉軸受機構であって、
ｃ）前記第２の静止座金は、前記第１の静止座金に対して軌道周回運動を行うことが可能であり、
ｄ）前記第１の回転座金および前記第２の回転座金は、背面同士で接触し、かつ、互いに対してスライド運動を行うことが可能であり、かつ、
ｅ）前記固定スラスト玉軸受および前記軌道周回スラスト玉軸受は、前記第２の静止座金から前記第２の玉まで、その後前記第２の回転座金まで、その後前記第１の回転座金まで、その後前記第１の玉まで、最終的には前記第１の静止座金まで伝えられる、もしくは、その逆に伝えられるスラスト荷重を支持可能であることを特徴とする軌道周回双スラスト玉軸受機構。
【請求項６】
前記固定スラスト玉軸受にグリースを保持する固定グリース保持器と、前記軌道周回スラスト玉軸受にグリースを保持する軌道周回グリース保持器とをさらに含む請求項５に記載の軌道周回双スラスト玉軸受機構。
【請求項７】
前記固定保持器は、前記第１の静止座金の内径内に固定されたブッシュであり、かつ、前記第１の回転座金の内径内に緩やかに嵌合することにより、前記固定スラスト玉軸受内にグリースを保持し、前記軌道周回保持器は、前記第２の静止座金の内径内に固定されたブッシュであり、かつ、前記第２の回転座金の内径内に緩やかに嵌合することにより、前記軌道周回スラスト玉軸受内にグリースを保持する請求項６に記載の軌道周回双スラスト玉軸受機構。
【請求項８】
前記第１の回転座金が前記第２の回転座金に対してスライドするにつれて摩擦を低減するため、および、前記軌道周回双スラスト玉軸受機構全体の軸方向寸法を調整するために、前記第１の回転座金と前記第２の回転座金との間に配置されたシムをさらに含む請求項５に記載の軌道周回双スラスト玉軸受機構。
【請求項９】
ａ）第１の端板を備えた少なくとも１つの軌道周回スクロール部材であって、前記第１の端板の底面に付着された第１のスパイラルラップ（wrap）と前記第１の端板に略等間隔で配置された３つの周辺部とを有する軌道周回スクロール部材と、
ｂ）第２の端板を備えた少なくとも１つの静止スクロール部材であって、前記静止スクロール部材の前記第２の端板の底面に付着され、前記軌道周回スクロール部材の前記第１のスパイラルラップと係合した第２のスパイラルラップ（wrap）を有し、前記軌道周回スクロール部材が前記静止スクロール部材に対して軌道周回する際、前記軌道周回スクロール部材の前記第１の端板の前記底面および前記静止スクロール部材の前記第２の端板の前記底面とともに前記係合しているラップの側面によって、体積と、高流体圧および低流体圧の範囲とが変化しうる移動ポケットが定まる静止スクロール部材と、
ｃ）前記静止スクロール部材に対して軌道周回運動を行うために、前記軌道周回スクロール部材を駆動するよう配置された回転可能なシャフトと、
ｄ）前記静止スクロール部材を支持し、その中央部に前記シャフトを支持するハウジングであって、前記軌道周回スクロール端板の前記周辺部に対応する間隔で配置された３つの周辺部を有するハウジングと、
ｅ）固定スラスト玉軸受と軌道周回スラスト玉軸受とを含む少なくとも１つの軌道周回双スラスト玉軸受機構とを含む容積式流体変位装置であって、
ｆ）前記固定スラスト玉軸受は、前記装置の静止部に固定された第１の静止座金と、自身の軸を中心に回転可能な第１の回転座金と、前記第１の静止座金および前記第１の軌道周回座金の間に位置する第１のケージ（cage）を備えた第１の玉とを有し、
ｇ）前記軌道周回スラスト玉軸受は、前記軌道周回スクロール部材に固定された第２の静止座金と、自身の軸を中心に回転可能な第２の回転座金と、前記第２の静止座金および前記第２の軌道周回座金の間に位置する第２のケージ（cage）を備えた第２の玉とを有し、
ｈ）前記第１の回転座金および前記第２の回転座金は、背面同士で接触し、かつ、互いに対してスライド運動を行うことが可能であり、
ｉ）前記固定スラスト玉軸受および前記軌道周回スラスト玉軸受は、前記第２の静止座金から前記第２の玉まで、その後前記第２の回転座金まで、その後前記第１の回転座金まで、その後前記第１の玉まで、最終的には前記第１の静止座金まで伝えられる、もしくは、その逆に伝えられるスラスト荷重を支持可能であることを特徴とする容積式流体変位装置。
【請求項１０】
それぞれが、前記ハウジングの前記周辺部のうちの対応する１つによって回転可能に支持されている３つのクランクハンドルと、
前記スクロール部材間の所定の角度関係を維持するため、および、前記軌道周回スクロール部材が駆動されるにつれ、前記スパイラルラップ間の接線密封を移動線接触とするよう、前記軌道周回スクロール部材の半径方向の揺動を可能にするために、スライド式ナックルを介して前記シャフトを前記軌道周回スクロール部材に連絡し、スイング・リンク機構を介して前記クランクハンドルを前記軌道周回スクロール部材の前記周辺部に連絡する半径方向コンプライアンス型リンクとをさらに含む請求項９に記載の容積式流体変位装置。
【請求項１１】
共に軸方向のスラスト荷重を支え、かつ、前記軌道周回スクロール部材の傾きモーメントをバランスさせる複数セットの前記軌道周回双スラスト玉軸受機構を備えた請求項９に記載の容積式流体変位装置。
【国際調査報告】
2009524771.tif 000024
2009524771.tif 000025