(57)【要約】本発明は、一種のスクロール型流体変位装置の「懸垂式スクロール」構造である。ダブル作動スクロールにおける螺旋形の側壁装置は、エンドプレートの正反対の両側にある。懸垂式スクロールは、ダブル作動のスクロールが軸方向と径方向に良好な動力学のバランス状態にある。スクロール部材は、軸方向と径方向両方共に完全コンプライアンスまたは半分コンプライアンス運動をし、部品間の最低接触張力を保ち、良好な密封性を確保し、高い回転速度に適用し、高効率、低摩損と低出力消耗を実現する。一つのクランクシャフト（スライド・ナックル及び周辺）クランクシャフトであり、スライド・ナックル構造は、ダブル作動のスクロールに径方向のコンプライアンス運動能力を提供する。一つの同期装置は、三つの周辺クランクシャフトの方位角を同期させ、機構の運転中または立ち上げ時につっかえを防止する働きがある。
2005522620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容積式流体変位装置（10）であって、
・  作動スクロール（60）、エンドプレート（85と85’）を有し、エンドプレートの互いに逆の端面にそれぞれ一つの螺旋形側壁（62と62’）が固定され、エンドプレートの周辺に三つの一様に分布される周辺延長部（160a、160’a）があり、
・  相対に配置され、静止する第一と第二の静止スクロール（50と70）にそれぞれエンドプレート（51と71）があり、各エンドプレートの内表面にそれぞれ一つのの螺旋形側壁（52と72）が固定され、上記作動スクロールの相応螺旋形側壁にかみ合い、上記作動スクロールが上記静止スクロールに対し軌道運動を行う場合、上記かみ合わされた側壁は、上記作動スクロールのエンドプレート及び静止スクロールのエンドプレートの内表面と共に移動可能、容積も改変可能のガス室及びワーキング流体の高圧及び低圧区域を形成し、
・  上記第一と第二の静止スクロールをサポートするシェル（20と21）があり、
・  一つの回転ドライブシャフト（40）は、上記シェルの内部にあり、上記作動スクロールを駆動でき、上記静止スクロールに対して軌道運動をさせ、
・  三つの一様に分布する周辺クランクシャフト（162a、162bと162c）は、それぞれ上記シェルに回転可能に支えられ、
・  径方向コンプライアンスの連接機構（64、64’、65、65’、167a、167’a、167b、167’b、167c、167’c、168a、168’a、168b、168’b、168c、168’cと170）は、上記回転ドライブシャフトと上記作動スクロールを連接し、上記周辺クランクシャフトと上記作動スクロール周辺延長部をも連接し、予め設定した上記各作動、静止スクロール間の角位相関係を保持すると共に、上記作動スクロールを径方向に移動させ、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の接線方向の密封性を実現し、上記作動スクロールが駆動された場合、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の移動の線接触をもたらすことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項1の容積式流体変位装置において、上記作動スクロールのエンドプレートは、背中合わせ配置の前エンドプレート（62）と後エンドプレート（62’）からなり、上記作動スクロールの上記螺旋形側壁は、それぞれ上記前・後エンドプレートの正反対の両サイドに固定、延長し、上記作動スクロールは、前作動スクロールと後作動スクロールからなり、上記前作動スクロールは、上記前エンドプレート及びそれに固定されるスクロール部材からなり、上記後作動スクロールは、上記後エンドプレート及びそれに固定されるスクロール部材からなることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項2の容積式流体変位装置において、上記前作動スクロールと後作動スクロールは、軌道運動を行うと共に、互いに径方向に滑動できることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項3の容積式流体変位装置であって、
・  上記回転ドライブシャフトの端に一つのドライブ・クランクシャフト・ピン（42）を有し、
・  一つの前軸受台と後軸受台（63と63’）は、それぞれ上記前・後作動スクロールの前・後エンドプレートの中部に固定され、
・  上記径方向コンプライアンス連接機構は、それぞれ上記作動スクロールの前後軸受台に回転可能に設置される一つの前ドライブ・ナックル（64）と一つの後ドライブ・ナックル（64’）を有し、これらのドライブ・ナックルは、上記ドライブ・クランクシャフト・ピンによって駆動され、共に回転し、それぞれ上記対応の軸受台と共に径方向に沿い移動し、上記作動スクロールが駆動される時に、上記螺旋形側壁間の移動線接触を実現し、接線方向の密封を達成することを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項4の容積式流体変位装置であって、
・  上記全ての周辺クランクシャフトは、一つの周辺クランクシャフト・ピン（165a、165bと165c）を有し、当該ピンは、クランクシャフトの一端に繋げ、当該端から延長し、
・  上記径方向コンプライアンス機構は、三ペアの周辺クランクシャフト・ナックル（168a、168’a、168b、168’bと168c、168’c）を有し、上記ナックルは、それぞれ上記作動スクロールの上記三つの周辺延長部内にあり、回転でき、上記作動スクロールは、軌道運動を行う時に、上記周辺クランクシャフト・ナックルを連動すると共に、上記周辺クランクシャフト・ナックルは、それぞれ上記周辺クランクシャフト・ピンを回転させ、それぞれ上記周辺延長部と共に径方向に移動させ、上記作動スクロールが駆動される場合、上記螺旋形側壁の間に移動の線接触を実現し、有効な接線方向の密封を達成すると同時に、上記スクロール間に予定された角度位相関係を保つことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項4の容積式流体変位装置において、上記前・後ドライブ・ナックルに、それぞれ少なくとも一つのつりあい重り（90、91、90’と91’）が固定され、上記前・後作動スクロールに作用する一部の遠心力を直接にバランスし、バランスされていない残留する遠心力は、ちょうど圧縮される流体によって発生する径方向の分離力を克服し、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の軽微密封の接触を維持することを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項5の容積式流体変位装置において、それぞれ上記前・後作動スクロールにある周辺延長部内の上記三つの周辺クランクシャフトに、それぞれ少なくとも一つのつりあい重りが固定され、上記前・後作動スクロールに作用する一部の遠心力を直接にバランスし、バランスされていない残留する遠心力は、ちょうど圧縮される流体によって発生する径方向の分離力を克服し、上記作動スクロールを径方向に移動させ、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の軽微密封の接触を維持することを特徴とする装置。
【請求項８】
容積式流体変位装置であって、
・  作動スクロール、エンドプレートを有し、エンドプレートの互いに逆の端面にそれぞれ一つの螺旋形側壁が固定され、エンドプレートの周辺に三つの一様に分布される周辺延長部があり、
・  相対に配置され、静止する第一と第二の静止スクロールにそれぞれエンドプレートがあり、各エンドプレートの内表面にそれぞれ一つのの螺旋形側壁が固定され、上記作動スクロールの対応螺旋形側壁にかみ合い、上記作動スクロールが上記静止スクロールに対し軌道運動を行う場合、上記かみ合わされた側壁は、上記作動スクロールのエンドプレート及び静止スクロールのエンドプレートの内表面と共に移動可能、容積も改変可能のガス室及びワーキング流体の高圧及び低圧区域を形成し、
・  上記第一と第二の静止スクロールをサポートするシェルがあり、
・  一つの回転ドライブシャフトは、上記シェルの内部にあり、上記作動スクロールを駆動でき、上記静止スクロールに対して軌道運動をさせ、
・  三つの一様に分布する周辺クランクシャフトは、それぞれ上記シェルに回転可能に支えられ、
・  径方向コンプライアンスの連接機構は、上記回転ドライブシャフトと上記作動スクロールを連接し、上記周辺クランクシャフトと上記作動スクロール周辺延長部をも連接し、予め設定した上記各作動、静止スクロール間の角位相関係を保持すると共に、上記作動スクロールを径方向に移動させ、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の接線方向の密封性を実現し、上記作動スクロールが駆動された場合、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の移動の線接触をもたらし、
・  一つの同期装置（170）は、上記周辺クランクシャフトの同期を維持することによって、上記回転ドライブシャフトの平面に垂直させ、それぞれ上記周辺クランクシャフトの中心を通し、上記作動スクロールの軌道運動方向に垂直する直線（S1a-S2a、S1b-S2b、S1c-S2c）と終止互いに平行することを保持することを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項8の容積式流体変位装置において、上記同期装置は、一つのリングを有し、リングは、三つの一様に分布する周辺延長部を有し、当該延長部は、上記周辺クランクシャフトの間に機械的な連接を有し、上記同期装置は、上記作動スクロールと共に軌道運動をすることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項9の容積式流体変位装置において、上記作動スクロールのエンドプレートは、背中合わせ配置の前エンドプレートと後エンドプレートからなり、上記作動スクロールの上記螺旋形側壁は、それぞれ上記前・後エンドプレートの正反対の両サイドに固定、延長し、上記作動スクロールは、前作動スクロールと後作動スクロールからなり、上記前作動スクロールは、上記前エンドプレート及びそれに固定されるスクロール部材からなり、上記後作動スクロールは、上記後エンドプレート及びそれに固定されるスクロール部材からなることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項10の容積式流体変位装置において、上記前作動スクロールと後作動スクロールは、軌道運動を行うと共に、互いに径方向に滑動できることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項11の容積式流体変位装置であって、
・  一つの前軸受台と後軸受台は、それぞれ上記前・後作動スクロールの前・後エンドプレートの中部に固定され、
・  上記径方向コンプライアンス連接機構は、それぞれ上記作動スクロールの前後軸受台に回転可能に設置される一つの前ドライブ・ナックルと一つの後ドライブ・ナックルを有し、これらのドライブ・ナックルは、上記ドライブ・クランクシャフト・ピンによって駆動され、共に回転し、それぞれ上記対応の軸受台と共に径方向に沿い移動し、上記作動スクロールが駆動される時に、上記螺旋形側壁間の移動線接触を実現し、接線方向の密封を達成することを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項12の容積式流体変位装置であって、
・  上記全ての周辺クランクシャフトは、一つの周辺クランクシャフト・ピンを有し、当該ピンは、クランクシャフトの一端に繋げ、当該端から延長し、
・  上記径方向コンプライアンス機構は、三ペアの周辺クランクシャフト・ナックルを有し、上記ナックルは、それぞれ上記作動スクロールの上記三つの周辺延長部内にあり、回転でき、上記周辺クランクシャフト・ナックルは、それぞれ上記周辺クランクシャフト・ピンに駆動され、それの一つと共に回転し、それぞれ上記周辺延長部と共に径方向に移動させ、上記作動スクロールが駆動される場合、上記螺旋形側壁の間に移動の線接触を実現し、有効な接線方向の密封を達成すると同時に、上記スクロール間に予定された角度位相関係を保つことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項12の容積式流体変位装置において、上記前・後ドライブ・ナックルに、それぞれ少なくとも一つのつりあい重りが固定され、上記前・後作動スクロールに作用する一部の遠心力を直接にバランスし、バランスされていない残留する遠心力は、ちょうど圧縮される流体によって発生する径方向の分離力を克服し、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の軽微密封の接触を維持することを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項13の容積式流体変位装置において、それぞれ上記前・後作動スクロールにある周辺延長部内の上記三つの周辺クランクシャフトに、それぞれ少なくとも一つのつりあい重りが固定され、上記前・後作動スクロールに作用する一部の遠心力を直接にバランスし、バランスされていない残留する遠心力は、ちょうど圧縮される流体によって発生する径方向の分離力を克服し、上記作動スクロールを径方向に移動させ、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の軽微密封の接触を維持することを特徴とする装置。
【請求項１６】
容積式流体変位装置であって、
・  作動スクロール、エンドプレートを有し、当該エンドプレートは、背中合わせ配置の前エンドプレートと後エンドプレートからなり、二つの螺旋形側壁は、それぞれ上記前・後エンドプレートの正反対の両サイドに固定、延長し、上記作動スクロールは、上記前エンドプレート及びそれに固定される螺旋形側壁からなる前作動スクロールと後エンドプレート及びそれに固定される螺旋形側壁からなる後作動スクロールを有し、上記前・後エンドプレートは、それぞれ三つの一様に分布する周辺延長部を有し、
・  相対に配置され、静止する第一と第二の静止スクロールにそれぞれエンドプレートがあり、各エンドプレートにそれぞれ一つのの螺旋形側壁が固定され、上記作動スクロールの相応螺旋形側壁にかみ合い、上記作動スクロールが上記静止スクロールに対し軌道運動を行う場合、上記かみ合わされた側壁は、上記作動スクロールのエンドプレート及び静止スクロールのエンドプレートの内表面と共に移動可能、容積も改変可能のガス室及びワーキング流体の高圧及び低圧区域を形成し、
・  上記第一と第二の静止スクロールをサポートするシェルがあり、
・  一つの回転ドライブシャフトは、上記シェルの内部にあり、上記作動スクロールを駆動でき、上記静止スクロールに対して軌道運動をさせ、
・  三つの一様に分布する周辺クランクシャフトは、それぞれ上記シェルに回転可能に支えられ、
・  径方向コンプライアンスの連接機構は、上記回転ドライブシャフトと上記作動スクロールを連接し、上記周辺クランクシャフトと上記作動スクロール周辺延長部をも連接し、予め設定した上記各作動、静止スクロール間の角位相関係を保持すると共に、上記作動スクロールを径方向に移動させ、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の接線方向の密封性を実現し、上記作動スクロールが駆動された場合、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の移動の線接触をもたらし、
・  一つの同期装置は、上記周辺クランクシャフトの同期を維持することによって、上記回転ドライブシャフトの平面に垂直させ、それぞれ上記周辺クランクシャフトの中心を通し、上記作動スクロールの軌道運動方向に垂直する直線と終止互いに平行することを保持し、
・  一つの圧力室（67）であって、当該圧力室は、前作動スクロールの前エンドプレートと後作動スクロールの後エンドプレートの間に形成し、圧力流体は、上記圧力室に引き入れ、それぞれ前・後作動スクロールを対応のかみ合わされている静止スクロールへ押すことを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項16の容積式流体変位装置において、上記同期装置は、一つのリングを有し、リングは、三つの一様に分布する周辺延長部を有し、当該延長部は、上記周辺クランクシャフトの間に機械的な連接を有し、上記同期装置は、上記作動スクロールと共に軌道運動をすることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項17の容積式流体変位装置において、上記前作動スクロールと後作動スクロールは、軌道運動をすると同時に、互いに径方向に滑動できることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項18の容積式流体変位装置において、上記前・後作動スクロールの前・後エンドプレートの間に一つの摩滅に強い弾性材料で製造した密封部材（68）を有し、上記密封部材は、上記圧力室の密封を保持し、上記圧力室に引き入れた圧力液体が上記シェルにおける異なる圧力を有する流体の隣接区域に対し密封を保持する。
【請求項２０】
請求項19の容積式流体変位装置であって、
・  上記回転ドライブシャフトの端に一つのドライブ・クランクシャフト・ピンを有し、
・  一つの前軸受台と後軸受台は、それぞれ上記前・後作動スクロールの前・後エンドプレートの中部に固定され、
・  上記径方向コンプライアンス連接機構は、それぞれ上記作動スクロールの前後軸受台に回転可能に設置される一つの前ドライブ・ナックルと一つの後ドライブ・ナックルを有し、これらのドライブ・ナックルは、上記ドライブ・クランクシャフト・ピンによって駆動され、共に回転し、それぞれ上記対応の軸受台と共に径方向に沿い移動し、上記作動スクロールが駆動される時に、上記螺旋形側壁間の移動線接触を実現し、接線方向の密封を達成することを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項20の容積式流体変位装置であって、
・  上記全ての周辺クランクシャフトは、一つの周辺クランクシャフト・ピンを有し、当該ピンは、クランクシャフトの一端に繋げ、当該端から延長し、
・  上記径方向コンプライアンス機構は、三ペアの周辺クランクシャフト・ナックルを有し、上記ナックルは、それぞれ上記作動スクロールの上記三つの周辺延長部内にあり、回転でき、上記周辺クランクシャフト・ナックルは、それぞれ上記周辺クランクシャフト・ピンに駆動され、それと共に回転し、それぞれ上記周辺延長部と共に径方向に移動させ、上記作動スクロールが駆動される場合、上記螺旋形側壁の間に移動の線接触を実現し、有効な接線方向の密封を達成すると同時に、上記スクロール間に予定された角度位相関係を保つことを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項20の容積式流体変位装置において、上記前・後ドライブ・ナックルに、それぞれ少なくとも一つのつりあい重りが固定され、上記前・後作動スクロールに作用する一部の遠心力を直接にバランスし、バランスされていない残留する遠心力は、ちょうど圧縮される流体によって発生する径方向の分離力を克服し、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の軽微密封の接触を維持することを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項21の容積式流体変位装置において、それぞれ上記前・後作動スクロールにある周辺延長部内の上記三つの周辺クランクシャフトに、それぞれ少なくとも一つのつりあい重りが固定され、上記前・後作動スクロールに作用する一部の遠心力を直接にバランスし、バランスされていない残留する遠心力は、ちょうど圧縮される流体によって発生する径方向の分離力を克服し、上記作動スクロールを径方向に移動させ、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の軽微密封の接触を維持することを特徴とする装置。
【請求項２４】
容積式流体変位装置であって、
・  作動スクロール、エンドプレートを有し、当該エンドプレートは、背中合わせ配置の前エンドプレートと後エンドプレートからなり、二つの螺旋形側壁は、それぞれ上記前・後エンドプレートの正反対の両サイドに固定、延長し、上記作動スクロールは、上記前エンドプレート及びそれに固定される螺旋形側壁からなる前作動スクロールと後エンドプレート及びそれに固定される螺旋形側壁からなる後作動スクロールを有し、上記前・後エンドプレートは、それぞれ三つの一様に分布する周辺延長部を有し、
・  相対に配置され、静止する第一と第二の静止スクロールにそれぞれエンドプレートがあり、各エンドプレートにそれぞれ一つのの螺旋形側壁が固定され、上記作動スクロールの相応螺旋形側壁にかみ合い、上記作動スクロールが上記静止スクロールに対し軌道運動を行う場合、上記かみ合わされた側壁は、上記作動スクロールのエンドプレート及び静止スクロールのエンドプレートの内表面と共に移動可能、容積も改変可能のガス室及びワーキング流体の高圧及び低圧区域を形成し、
・  上記第一と第二の静止スクロールをサポートするシェルがあり、
・  一つの回転ドライブシャフトは、上記シェルの内部にあり、上記作動スクロールを駆動でき、上記静止スクロールに対して軌道運動をさせ、
・  三つの一様に分布する周辺クランクシャフトは、それぞれ上記シェルに回転可能に支えられ、全ての周辺クランクシャフトに一つの同期プーリーが固定され、
・  径方向コンプライアンスの連接機構は、上記回転ドライブシャフトと上記作動スクロールを連接し、上記周辺クランクシャフトと上記作動スクロール周辺延長部をも連接し、予め設定した上記各作動、静止スクロール間の角位相関係を保持すると共に、上記作動スクロールを径方向に移動させ、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の接線方向の密封性を実現し、上記作動スクロールが駆動された場合、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の移動の線接触をもたらし、
・  一つの圧力室であって、当該圧力室は、前作動スクロールの前エンドプレートと後作動スクロールの後エンドプレートの間に形成し、圧力流体は、上記圧力室に引き入れ、それぞれ前・後作動スクロールを対応のかみ合わされている静止スクロールへ押し、
・  一つの同期装置は、一本の同期ベルトと若干の同期プーリーを有し、上記同期装置は、上記周辺クランクシャフトを同期させ、上記回転軸に垂直する平面にそれぞれ上記周辺クランクシャフトの中心を通し、上記作動スクロールの軌道運動方向に垂直する直線と終止互いに平行することを保持することを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項24の容積式流体変位装置において、上記前作動スクロールと後作動スクロールは、軌道運動を行うと共に、互いに径方向に滑動できることを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項25の容積式流体変位装置において、上記前・後作動スクロールの前・後エンドプレートの間に一つの摩滅に強い弾性材料で製造した密封部材を有し、上記密封部材は、上記圧力室の密封を保持し、上記圧力室に引き入れた圧力液体が上記シェルにおける異なる圧力を有する流体の隣接区域に対し密封を保持することを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項26の容積式流体変位装置であって、
・  上記回転ドライブシャフトの端に一つのドライブ・クランクシャフト・ピンを有し、
・  一つの前軸受台と後軸受台は、それぞれ上記前・後作動スクロールの前・後エンドプレートの中部に固定され、
・  上記径方向コンプライアンス連接機構は、それぞれ上記作動スクロールの前後軸受台に回転可能に設置される一つの前ドライブ・ナックルと一つの後ドライブ・ナックルを有し、これらのドライブ・ナックルは、上記ドライブ・クランクシャフト・ピンによって駆動され、共に回転し、それぞれ上記対応の軸受台と共に径方向に沿い移動し、上記作動スクロールが駆動される時に、上記螺旋形側壁間の移動線接触を実現し、接線方向の密封を達成することを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項27の容積式流体変位装置であって、
・  上記全ての周辺クランクシャフトは、一つの周辺クランクシャフト・ピンを有し、当該ピンは、クランクシャフトの一端に繋げ、当該端から延長し、
・  上記径方向コンプライアンス機構は、三ペアの周辺クランクシャフト・ナックルを有し、上記ナックルは、それぞれ上記作動スクロールの上記三つの周辺延長部内にあり、回転でき、上記周辺クランクシャフト・ナックルは、それぞれ上記周辺クランクシャフト・ピンに駆動され、それの一つと共に回転し、それぞれ上記周辺延長部と共に径方向に移動させ、上記作動スクロールが駆動される場合、上記螺旋形側壁の間に移動の線接触を実現し、有効な接線方向の密封を達成すると同時に、上記スクロール間に予定された角度位相関係を保つことを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項27の容積式流体変位装置において、上記前・後ドライブ・ナックルに、それぞれ少なくとも一つのつりあい重りが固定され、上記前・後作動スクロールに作用する一部の遠心力を直接にバランスし、バランスされていない残留する遠心力は、ちょうど圧縮される流体によって発生する径方向の分離力を克服し、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の軽微密封の接触を維持することを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項28の容積式流体変位装置において、それぞれ上記前・後作動スクロールにある周辺延長部内の上記三つの周辺クランクシャフトに、それぞれ少なくとも一つのつりあい重りが固定され、上記前・後作動スクロールに作用する一部の遠心力を直接にバランスし、バランスされていない残留する遠心力は、ちょうど圧縮される流体によって発生する径方向の分離力を克服し、上記作動スクロールを径方向に移動させ、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の軽微密封の接触を維持することを特徴とする装置。
【請求項３１】
容積式流体変位装置であって、
・  作動スクロール、エンドプレートを有し、当該エンドプレートは、背中合わせ配置の前エンドプレートと後エンドプレートからなり、二つの螺旋形側壁は、それぞれ上記前・後エンドプレートの正反対の両サイドに固定、延長し、上記作動スクロールは、上記前エンドプレート及びそれに固定される螺旋形側壁からなる前作動スクロールと後エンドプレート及びそれに固定される螺旋形側壁からなる後作動スクロールを有し、上記前・後エンドプレートは、それぞれ三つの一様に分布する周辺延長部を有し、
・  相対に配置され、静止する第一と第二の静止スクロールにそれぞれエンドプレートがあり、各エンドプレートにそれぞれ一つのの螺旋形側壁が固定され、上記作動スクロールの相応螺旋形側壁にかみ合い、上記作動スクロールが上記静止スクロールに対し軌道運動を行う場合、上記かみ合わされた側壁は、上記作動スクロールのエンドプレート及び静止スクロールのエンドプレートの内表面と共に移動可能、容積も改変可能のガス室及びワーキング流体の高圧及び低圧区域を形成し、
・  上記第一と第二の静止スクロールをサポートするシェルがあり、
・  一つの回転ドライブシャフトは、上記シェルの内部にあり、上記作動スクロールを駆動でき、上記静止スクロールに対して軌道運動をさせ、
・  一つの圧力室であって、当該圧力室は、前作動スクロールの前エンドプレートと後作動スクロールの後エンドプレートの間に形成し、圧力流体は、上記圧力室に引き入れ、それぞれ前・後作動スクロールを対応のかみ合わされている静止スクロールへ押し、
・  一つのオルダムリング機構は、互いに垂直する二組のキーを有し、上記オルダムリングの二組のキーは、それぞれ上記作動スクロールとシェルに関連し、上記相互かみ合うスクロール間の角度位相関係を保持することを特徴とする装置。
【請求項３２】
請求項31の容積式流体変位装置であって、
・  上記回転ドライブシャフトの端に一つのドライブ・クランクシャフト・ピンを有し、
・  一つの前軸受台と後軸受台は、それぞれ上記前・後作動スクロールの前・後エンドプレートの中部に固定され、
・  上記径方向コンプライアンス連接機構は、一つの前ドライブ・ナックルと一つの後ドライブ・ナックルを有し、上記ドライブ・ナックルは、それぞれ上記作動スクロールの前後軸受台に回転可能に設置し、上記ドライブ・ナックルは、上記ドライブ・クランクシャフト・ピンによって駆動され、共に回転し、それぞれ上記対応の軸受台と共に径方向に沿い移動し、上記作動スクロールが駆動される時に、上記螺旋形側壁間の移動線接触を実現し、接線方向の密封を達成することを特徴とする装置。
【請求項３３】
請求項32の容積式流体変位装置において、上記前・後作動スクロールの前・後エンドプレートの間に一つの摩滅に強い弾性材料で製造した密封部材を有し、上記密封部材は、上記圧力室の密封を保持し、上記圧力室に引き入れた圧力液体が上記シェルにおける異なる圧力を有する流体の隣接区域に対し密封を保持することを特徴とする装置。
【請求項３４】
請求項33の容積式流体変位装置において、上記前・後ドライブ・ナックルに、それぞれ少なくとも一つのつりあい重りが固定され、上記前・後作動スクロールに作用する一部の遠心力を直接にバランスし、バランスされていない残留する遠心力は、ちょうど圧縮される流体によって発生する径方向の分離力を克服し、上記作動、静止スクロールの螺旋形側壁間の軽微密封の接触を維持することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール型の容積式流体装置に関する。更に詳しくは、一種の全方位コンプライアンス構造を有し、即ち軸方向と径方向のコンプライアンス構造を有する懸垂式スクロール型流体圧縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール型のポンプ、圧縮機と膨張機は、よく知られている機械である。このような機械において、二つ互いにかみ合う螺旋形またはインボリュート型のスクロール部材は、互いに共役し、それぞれ各自のエンドプレートに固定され、いわゆる作動スクロールと静止スクロールを形成する。この二つのスクロール部材は、互いに螺旋形スクロール部材の間にかみ合い、線接触を形成する。
一ペアの接触線と二つのエンドプレートの表面で少なくとも一つの密封ガス室を形成する。うちの一つのスクロール（即ち、作動スクロール）は、もう一つのスクロールに相対軌道運動relative orbiting motion（円形平行運動circular translation）を行う時に、螺旋部材の側壁にある接触線が当該側壁に沿って移動し、当該密封ガス室の容積を変える。当該密封ガス室の容積の変化は、軌道運動の方向によって、流体を膨張または圧縮させる。
先行するCreuxのアメリカ特許801,182は、この装置の基本モデルを開示している。その後、一連のアメリカ特許、例えば、アメリカ特許の6,123,529、6,068,459、5,961,297、5,855,473、5,788,470、5,775,893、5,755,564、5,690,480、5,632,611、5,624,247、5,616,015、5,556,269、5,322,426、5,304,047、5,247,795、5,171,140、5,098,265、4,731,000、4,677,949、4,558,997、3,989,422、3,802,809、3,600,114、3,560,119、3,011,694、2,494,100、2,475,247、1,041,721は、スクロール式の圧縮機、膨張機と真空ポンプを開示した。上記特許は、いわゆる「ダブル・スクロール」構造、即ち、二つのスクロール部材が背中合わせ方式でエンドプレートの二つ端面に延長する構造を提供した。ダブル・スクロール構造は、圧縮された流体がエンドプレートに作用する軸方向の力が実質的に相殺、または平衡にされる。そのため、作動スクロールによる軸方向の力を引き受けるスラスト軸受を必要とせず、付随する摩損と出力消耗も低減する。
しかし、従来の技術においては、中心駆動と周辺駆動を問わずに、作動スクロールの軌道運動半径が決まっている。Allen E. Armstrongらが取得したアメリカ特許4,192,152は、スクロールと台座のフレームの間に異なる熱膨張に適応する、径方向コンプライアンスの連接機構を開示している。産業界に広く認められた典型的な「径方向コンプライアンス」機構とは、作動スクロールが径方向に作動と静止スクロールの側壁まで自由移動し、接触することによってガス・ポケットを閉鎖する機構である。圧縮不可の流体がガス・ポケットに閉鎖され、または屑がスクロールに巻き込まれた場合、作動スクロールは、静止スクロールから後ろへ径方向の後退運動ができ、上記状況に適応する。4,192,152が開示したこのいわゆる「径方向コンプライアンス」連接機構は、作動スクロール径方向運動の自由度を提供できないため、本来的な意味での径方向コンプライアンス機構とは言えない。
アメリカ特許の3,817,664は、支点を巡り回転できる軸及び連接装置を開示しており、これも一種の機械式径方向コンプライアンス機構である。この機構において、作動スクロールの径方向コンプライアンスは、支点を巡り回転できる軸で連接装置を動かすことによって実現する。この軸は、スプリングによって動かされる。この特許は、軸方向コンプライアンス機構も開示し、うち、作動スクロールは、排出された高圧ガスの圧力によって軸方向に静止スクロールへ動かされ、スクロールの頂上と底面との接触に達し、径方向の密封を実現する。この径方向コンプライアンス機構は、支点を巡り回転できる軸を採用するため、実用的でない。特に数千回転数/分(RPM)の高速回転において、実際応用に適しない。
オイルフリー圧縮機において、困難な作業環境と大きな出力の圧縮機における高い負荷は、現在のスクロール型エアコン圧縮機とオイルスプレー・スクロール型空気圧縮機に広く応用されているオルダムリング（Oldham Ring）機構より強固で、回転の防止ができる連接装置を求めている。アメリカ特許3,802,809が開示した周辺クランクシャフト式の機構は、強固かつ信頼性の高い回転防止の連接機構を提供する。但し、この機構は、作動スクロールの径方向コンプライアンス運動を制限し、作動と静止スクロールの間に形成するガス・ポケットの接線方向の密封性能を弱める。
【発明の開示】
【０００３】
上記従来特許の問題点を解決するために、本発明は、「懸垂式スクロール」機構を有するスクロール型流体変位装置を提供する。ダブル作動スクロールは、エンドプレートの両サイドに螺旋形の側壁を有する。懸垂式スクロールにおいて、作動スクロールは、軸方向と径方向に良好な動力バランス状態にある。作動スクロールは、フルまたはセミの軸方向及び径方向（fully or semi- axially and radially）においてコンプライアンス状態にあり、スクロール間の最低接触力を維持し、高速運転において高効率、低摩損と低出力消耗を保つと共に、ガス室の良好な密封状態を保持する。ダブル作動スクロールの径方向コンプライアンス能力は、クランクシャフト-スライド・ナックル及び/或いは周辺クランクシャフト-スライド・ナックル機構によって実現する。一つの同期リングは、周辺クランクシャフトの方位角を同期させ、機構の運転中または立ち上げ時につっかえ（jam）を防止する働きがある。圧縮比率、ワーキング流体とその他の応用上の要求によって、スクロール装置は、一段階または多段階の装置に設計できる。
本発明の目的の一つは、改善されたスクロール型容積式流体変位装置を提供することである。うち、複数の周辺クランクシャフトを採用し、作動スクロールが静止スクロールに対する円形平行運動（軌道運動）を確保し、作動スクロールの回転も防止する。そして、当該スクロール装置は、周辺クランクシャフトを同期させることによって、クランクシャフトのつっかえ防止を実現する。それによって、作動スクロールに対し、軌道運動半径を自由に調整し、静止スクロール部材のコンプライアンス運動を実現する。
本発明のもう一つの目的は、改善されたスクロール装置を提供することである。うち、作動スクロールの螺旋状部材は、エンドプレートの反対する両サイドからそれぞれ延長し、いわゆるダブル作動スクロールである。ダブル作動スクロール・エンドプレートの両サイドの構造は、動力学的に類似または同一であり、つまり、ダブル作動スクロール・エンドプレートの両サイドに作用する軸方向の力は、平衡または差異が極めて小さいである。ガス・ポケットに圧力ガスを入れることによって、軸方向コンプライアンス機構は、一つのスクロールを軸方向に沿い、もう一つのそれにマッチングするスクロールへ押す。この軸方向のスラストは、ちょうど反発力を克服するように制御され、スクロールの頂上-底面の軽微接触を保ち、径方向の密封を実現する。動力バランスの意味から、径方向と軸方向コンプライアンス機構を有する作動スクロールは、一種の「懸垂」状態にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
本発明の原理と目的を全体的に理解するために、添付図面を踏まえながら下記の詳細な説明を行う。
図1では、本発明に係るスクロール型空気圧縮機を示す。圧縮機10は、前シェル20と後シェル21を有する。主軸40は、外部ベアリングに支えられ、外部機構に駆動され（不図示）、軸線S1-S1の周りを回転する。ドライブ・クランクシャフト・ピン42は、主軸40の前端から突出する。そのセンター軸線S2-S2から主軸40のセンター軸線S1-S1までの距離は、作動スクロール60の回転半径Rorである。回転半径とは、作動スクロール60が第一静止スクロール50と第二静止スクロール70に対する軌道運動をする時の軌道円半径である。
第一静止スクロール50（前静止スクロールともいう）は、エンドプレート51を有する。第一静止スクロール部材52は、このエンドプレートから延長する。エンドプレート51の中部に穴53を有する。主軸40は、この穴を通し作動スクロール60を駆動する。
作動スクロール60は、丸形エンドプレート61と61’を有する。スクロール部材62と62’は、それぞれエンドプレート61と61’に固定される。便宜上、エンドプレート61、スクロール部材62と軸受台63が含まれる部品を前作動スクロールとし、エンドプレート61’、スクロール部材62’と軸受台63’が含まれる部品を後作動スクロールとする。作動スクロール60は、背中合わせの前作動スクロールと後作動スクロールを有し、ダブル作動スクロールまたはダブル・スクロールと称する
第二静止スクロール70（後静止スクロールともいう）は、エンドプレート71を有する。スクロール部材52は、このエンドプレートから延長する。スクロール部材52と62の間及び62’と72の間にそれぞれ互いにかみ合い、180°の位相角変位と回転半径に等しい径方向変位を保持する。スクロール部材52と62及びエンドプレート51と61の間に少なくとも一つの密封ガス室を形成する。スクロール部材62’と72及びエンドプレート61’と71の間にも同様である。
ワーキング流体は、吸込口80と吸込流路81によって圧縮機10に入る。図1に示されているように、吸込流路81は、前シェル20、後シェル21とスクロールの間に形成する。ワーキング流体は、スクロールの間に形成する圧縮ガス室に吸込まれ、スクロールの軌道運動によって圧縮され、最後に流路82、83と後静止スクロールのエンドプレート71中部にある排ガス口84から排出される。軸シール22は、第一エンドプレート51にある軸シール槽23に位置し、排ガスを圧縮機に密封し、外部環境に放出しない。
次に図1〜5を踏まえながら駆動、回転防止と径方向コンプライアンス機構を説明する。主軸40のドライブ・クランクシャフト・ピン42は、それぞれ作動スクロール60中部にあるドライブ・ナックル64と64’及びドライブ・クランクシャフト・ピン・ベアリング65と65’によって作動スクロール60を駆動する。作動スクロール60の周辺に三ペアの周辺延長部があり、図1と図2に示されたように、それぞれエンドプレート61から延長する160a、160bと160c及びエンドプレート61’から延長する160’a、160’bと160’cからなる。便宜上、延長部160aと160’a及び関連部品の機能のみを説明する。その他の二ペアの類似構造は、自明である。図1、図2と図3に示されているように、前シェル20に三つのベアリング穴161a、161b、161cがある。周辺クランクシャフト162aは、二つのベアリング163aと164aに支えられ、自由に回転できる。周辺ドライブ・クランクシャフト・ピン165aは、周辺クランクシャフト162aから延長する。周辺クランクシャフト162aの軸センターラインS2a間の距離は、回転半径Rorに等しい。
作動スクロール60の延長部160aと160’aは、それぞれベアリング穴166aと166’aを有し、周辺クランクシャフト・ベアリング167aと168’aが取り付けられている。周辺クランクシャフト162aは、クランクシャフト・ピン165a、周辺クランクシャフト・ナックル168aと168’aを通過し、クランクシャフト・ベアリング167aと167’aをも通過すると共に、その他の二ペアの周辺クランクシャフト162bと162c及び各自対応の部品と一緒に作動スクロール60に軌道運動をさせ、その回転を防止する。
図7に示されているように、前ドライブ・ナックル64は、槽190がある。ドライブ・クランクシャフト・ピン42は、上記槽190内にある。上記槽190は、径方向にドライブ・クランクシャフト・ピン42よりやや長い。ドライブ・クランクシャフト・ピン42は、図の矢印Bのように反時計回りに回転する場合、ドライブ・クランクシャフト・ピン42の駆動平面191は、前ドライブ・ナックル64の滑り平面192を動かす。上記説明は、後ドライブ・ナックル64’及び関連部品にも該当する。
図1、図7及び図8に示されているように、主軸40が回転する時に、作動スクロール60の前、後作動スクロールは、それぞれその軌道運動で発生する遠心力FcoとF’coを受ける。軌道運動に加え、作動スクロール60の前、後作動スクロールは、かかる遠心力の作用で、図7の矢印Cに示されているように、ドライブ・ナックル64、64’、 周辺クランクシャフト・ナックル168a、168’a、168b、168’b、168c、168’cと共に、作動スクロール部材とその対応の静止スクロール部材が側壁-側壁の接触に達成するまで径方向の移動をする。以上は、径方向コンプライアンスのメカニズムである。
周知のように、従来の技術において、スライド・ナックル（クランクシャフト機構）で径方向コンプライアンスを実現している。しかし、技術上の問題で、この機構は、[発明の背景]の分析で指摘するように、ダブル・スクロール構造の設計に応用されていない。如何に周辺クランクシャフトの方向を協調し、スクロールが軌道運動をし、径方向の自由移動を確保できることは、困難であった。本発明の実施例は、周辺クランクシャフト、スライド・ナックル及び周辺クランクシャフト同期装置の機構を提供し、作動スクロールに径方向のコンプライアンス運動をさせる。次に図1〜5を踏まえながら、同期リング170の働きを説明する。図4において、ラインS1a-S2a、S1b-S2b、S1c-S2cは、それぞれ周辺クランクシャフト162a、162bと162cの中心、S1a、S1b、S1cと対応のクランクシャフト・ピン165a、165bと165cの中心、S2a、S2b、S2cを繋げるラインを示す。本スクロール装置が運行中かあるいは停止状態であるかにかかわらず、ラインS1a-S2a、S1b-S2b、S1c-S2cは、終始互いに平行を保ち、即ち同期状態を維持しなければならない。そうではなければ、全ての周辺クランクシャフト・ナックルは径方向と接線方向の運動自由度を有するため、これらの周辺クランクシャフト162a、162b、162c、ドライブシャフト（40）、ひいては作動スクロール60も立ち上げ時または運行中につっかえてしまう可能性がある。
周辺クランクシャフトの同期を保持するために、図1〜5に示されているように、同期リング170は、それぞれ同期リング・ベアリング171a、171b、171cによって周辺クランクシャフト・ピン165a、165b、165cに連接する。同期リングは、作動スクロールと類似する円形平行運動（軌道運動）をし、三つの周辺クランクシャフト・ピンを一つの三角関係を保ち、即ち、同期を維持し、ラインS1a-S2a、S1b-S2b、S1c-S2cに如何なる時にも互いに平行関係を維持させる。
遠心力FcoとF’coを受ける場合、図1と図4に示されているように、遠心力FcoとF’coの一部は、つりあい重り90、91、90’、91’にバランスされ、残りの遠心力の合成力は、ちょうど圧縮される流体によって発生する径方向の分離力を克服する。装置の運行中、ラインS1a-S2a、S1b-S2b、S1c-S2cが同期を維持しているため、作動スクロールは、作動スクロールのスクロール部材62と62’がそれぞれ静止スクロール部材52と72に非常に軽く接触するまで、遠心力の作用で径方向に、つまり、ラインS1a-S2a、S1b-S2b、S1c-S2cと平行する方向に移動し、スクロール間の圧縮ガス室間の接線方向の密封を実現する。スクロールが受ける遠心力の全体的なバランスは、その他のつりあい重りも関与する。これは、従来のやり方であり、ここでは省略する。
次に図1と図4を踏まえながら、ダブル・スクロール構造の軸方向コンプライアンス機構を詳しく説明する。作動スクロール60は、前エンドプレート61と後エンドプレート61’を有する。この二つのエンドプレート間にガス室67を形成する。密封部材68は、ガス室67、流路81と吸込ポケットを隔離する。立ち上げ時、密封部材68の弾性力は、それぞれ前、後作動スクロールを対応の前後静止スクロールに押し、スクロールの頂上と底部の軽い接触を維持する。圧力室67は、流路82と83によって排ガスと連接する。エンドプレート85と85’の表面に対し、それに作用する高圧ガスで発生する力がそれぞれ対応のエンドプレート61と61’の表面69と69’及びスクロール部材62と62’の頂上の全軸方向力の合計よりやや大きいものであるように設計する。軸方向力の合成力は、それぞれ前後作動スクロールを軸方向に対応の前後静止スクロールへ移動させ、関連六ペアの接触面に軽微な接触を達成する。この六ペアの接触面は、二ペアの作動スクロールの頂上端面と対応の静止スクロール底面の接触面、その他の二ペアの静止スクロールの頂上端面と対応の作動スクロール底面の接触面を有する。残りの二ペアの接触面は、前後シェルのスラスト支え面59、79とそれぞれ前後作動スクロールのスラスト支え面69、69’間の接触面である。支え面59と79は、それぞれ作動スクロールの表面69、69’をサポートし、作動スクロールの揺れを防止する。取り付け時に、必ずしも上記六ペアの表面間の接触は発生するとは限らない。但し、ランニング後、この六ペアの接触面は、軽微な接触を有する。上記軸方向コンプライアンス機構は、各圧縮ガス室の間に良好な径方向密封が得られ、作動と静止スクロールの摩損をほんの僅かにすると共に、自己補償もできる。従来技術の多くの軸方向コンプライアンス機構は、本発明に応用できる。
図9と図10は、径方向コンプライアンスのダブル・スクロール構造に用いる同期装置の別実施例を示す。この二つの図において、図1〜図8の部材に相応する部材は同じ数字で表示する。本実施例において、三つの周辺クランクシャフト同期プーリー173a、173b、173cは、それぞれ周辺クランクシャフト162a、162bと162cに固定される。同期ベルト174は、三つの同期プーリー173a、173b、173cを繋げ、同期させる。つまり、それぞれ周辺クランクシャフト162a、162b、162cの中心、S1a、S1b、S1c及び周辺クランクシャフト・ピン165a、165b、165cの中心、S2a、S2b、S2cを連接するラインS1a-S2a、S1b-S2b、S1c-S2cは、上記スクロール装置が運行中かあるいは停止状態であるかを問わずに、相互平行を保持する。テンション・プーリー175は、同期ベルト174を正常位置を保たせ、安定運行の適切な張力を維持する。
ギヤなど多くの機構は、上記スクロール装置が運行中かあるいは停止状態であるかを問わずに、ラインS1a-S2a、S1b-S2b、S1c-S2cの相互平行関係を維持できれば、同期装置として利用できる。
図11と図12は、オルダムリングで上記周辺クランクシャフト機構を代替する回転防止と連接の機構とし、懸垂式スクロール装置に応用するまた別の実施例を提供した。この実施例において、図1〜図10の部材に相応する部材は同じ数字で表示する。
ドライブシャフト40が回転する時、クランクシャフト・ピン42は、ドライブ・ナックル64と64’、ドライブ・ベアリング65と65’によって作動スクロール60に反時計回りに円形平行運動（軌道運動）をさせる。オルダムリングの動作原理については、周知のものであり、さらなる説明を要しない。本実施例のポイントは、遠心力の働きで、前後作動スクロールのそれぞれ独立した径方向移動を可能にすることである。このように対応のペアの作動、静止スクロール間の螺旋形側壁間の接触を実現できる。
以上は、本発明の好ましい実施の形態である。当業者は、その他の構造、配置、構成或いはその他の類似の改良を発見できる。但し、そのような改良は本発明の範囲から逸脱しない。本発明は、特許請求の範囲によって定義され、特許請求の範囲に該当する全ての装置及び／又は方法は、文言上であっても、均等論によるものであっても、本発明に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明に係る全方位コンプライアンス構造を有するスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】図1の切り線2-2に沿った径方向コンプライアンス構造を有する作動スクロールの横断面図である。
【図３】図2の切り線3-3に沿った周辺クランクシャフト、周辺クランクシャフト・ナックルと同期リングの拡大図である。
【図４】図2の切り線4-4に沿った横断面図であり、本発明に係る同期リング、つりあい重りと圧力室を示している。
【図５】同期リングと同期リングのベアリングを示している。
【図６】図2の切り線6-6に沿った駆動機構の中央部分の拡大図である。
【図７】図6の切り線7-7に沿った駆動機構の横断面図である。
【図８】図3の切り線8-8に沿った周辺クランクシャフト機構の横断面図である。
【図９】本発明の第二実施例の縦断面図であり、同期装置、タイミングベルトと周辺クランクシャフトのプーリーを示している。
【図１０】図9の切り線10-10に沿った本発明に係る同期装置を有する懸垂式スクロール型圧縮機の横断面図である。
【図１１】本発明の第三実施例の縦断面図であり、オルダムリングを回転防止連接機構とする懸垂式スクロール型圧縮機を示している。
【図１２】図11の切り線12-12に沿った横断面図であり、オルダムリングを回転防止連接機構とする懸垂式スクロール型圧縮機を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
2005522620.tif 000015