(57)【要約】  回転ベーン式圧縮機は、シリンダー縦回転軸を有するシリンダーと、シリンダーの内部に取り付けられ且つロータ縦回転軸を有するロータと、シリンダー及びロータを一緒に回転させるためにスロットに動作可能に係合されるベーンとを備え、ロータ縦軸及びシリンダー縦軸はロータとシリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置され、ロータ及びシリンダーが互いに回転することを可能にするためにベーンはスロットに対して２自由度で運動するようにスロット内に取り付けられる。
2011512481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダー縦回転軸を有するシリンダーと、
前記シリンダーの内部に取り付けられ且つロータ縦回転軸を有するロータと、
前記シリンダー及び前記ロータを一緒に回転させるためにスロットに動作可能に係合されるベーンと
を備え、
前記ロータ縦軸及び前記シリンダー縦軸は、前記ロータと前記シリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置され、
前記ロータと前記シリンダーとが互いに回転することを可能にするために、前記ベーンは前記スロットに対して２自由度で運動するように前記スロット内に取り付けられる、回転ベーン式圧縮機。
【請求項２】
スロットに対して相対的に運動するように前記スロットに動作可能に係合されるベーンを備え、
前記スロットは前記運動が同時のスライド運動及び回転運動であることを可能にするように成形される、回転ベーン式圧縮機。
【請求項３】
シリンダーと、
前記シリンダーの内部に取り付けられるロータと、
前記シリンダーと前記ロータとが一緒に回転することを可能にするべくスロットに対して相対的に運動するように前記スロットに動作可能に係合されるベーンと
を備え、
前記ベーンは、前記ロータ及び前記シリンダーの一方の一部を含み、且つ、前記ロータ及び前記シリンダーの前記一方に堅固に取り付けられるか又は前記ロータ及び前記シリンダーの前記一方と一体であるかの一方であり、
前記スロットは前記ロータ及び前記シリンダーの他方にある、回転ベーン式圧縮機。
【請求項４】
スロットに対して相対的に運動するように前記スロットに動作可能に係合されるベーンを備え、
前記スロットは、内側部分と、細いネックを形成する中間部分と、拡大された外側端部とを含み、
前記細いネックは前記ベーンとの隙間嵌めを有し、
前記細いネックは、前記スロットに対する前記ベーンのスライド運動及び非スライド運動のためのピボットを含む、回転ベーン式圧縮機。
【請求項５】
シリンダー縦回転軸を有するシリンダーと、
前記シリンダーの内部に取り付けられ且つロータ縦回転軸を有するロータと、
前記シリンダー及び前記ロータを一緒に回転させるためにスロットに動作可能に係合されるベーンと
を更に備え、
前記ロータ縦軸及び前記シリンダー縦軸は前記ロータと前記シリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置され、
前記運動は前記ロータ及び前記シリンダーを互いに回転させるために２自由度の運動を含む、請求項２に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項６】
前記シリンダーはシリンダー縦回転軸を有し、前記ロータはロータ縦回転軸を有し、
前記ロータ縦軸及び前記シリンダー縦軸は、前記ロータと前記シリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置され、
前記ベーン及び前記スロットは互いに対して運動することができ、前記運動は２自由度の運動を含む、請求項３に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項７】
シリンダー縦回転軸を有するシリンダーと、
前記シリンダーの内部に取り付けられ且つロータ縦回転軸を有するロータと
を更に備え、
前記ロータ縦軸及び前記シリンダー縦軸は、前記ロータと前記シリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置され、
前記ベーンは、前記シリンダー及び前記ロータを互いに回転させるためにスロットに動作可能に係合し、前記スライド運動及び非スライド運動は２自由度の運動を含む、請求項４に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項８】
前記スロットは前記シリンダーにあり、前記ベーンは前記ロータの一部を含む、請求項１、５、６又は７のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項９】
前記スロットは前記ロータにあり、前記ベーンは前記シリンダーの一部を含む、請求項１、５、６又は７のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１０】
前記ベーンは、前記ロータに堅固に取り付けられることと前記ロータと一体であることの一方である、請求項８に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１１】
前記ベーンは、前記シリンダーに堅固に取り付けられることと前記シリンダーと一体であることの一方である、請求項９に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１２】
前記２自由度の運動はスライド運動及び回転運動を含む、請求項１又は請求項１、３又は４のいずれか１項に従属する請求項６〜１１のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１３】
前記スロットは、内側部分と、細いネックを形成する中間部分と、拡大された外側端部とを含み、前記ベーンは前記細いネックとの隙間嵌めを有し、
前記細いネックは、前記スロットに対する前記ベーンの非スライド運動のためのピボットを含む、請求項１〜３のいずれか１項又は請求項１〜３のいずれか１項に従属する請求項５〜１２のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１４】
前記細いネックは前記ベーンとの隙間嵌めを有する、請求項４、７又は１３のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１５】
前記内側部分は面取りされている、請求項４、７、１３又は１４のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１６】
前記内側部分及び前記中間部分は滑らかな曲線を形成する、請求項４、７又は１３〜１５のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１７】
前記拡大された外側端部は球状である、請求項４、７又は１３〜１６のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１８】
前記ベーンと前記ネックとの間のピボット接触部はシールを形成する、請求項４又は１３〜１７のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１９】
前記ロータ及び前記シリンダーの一方は駆動軸に動作可能に接続され、
前記動作可能な接続は、前記駆動軸に堅固に接続されることと前記駆動軸と一体であることの一方である、請求項１、３又は５〜１８のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項２０】
前記スロット及び前記ベーンは、前記２自由度の運動の間、前記ベーンが前記スロットの前記ネックのどちらかの側面と接触しているように構成される、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項２１】
前方軸受対及び後方軸受対を単一片の原料から形成することを含み、
前記前方軸受対及び前記後方軸受対の正確な位置合わせのために必要とされる前記前方軸受対及び前記後方軸受対のすべての特徴が同時に形成される、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機を製造する方法。
【請求項２２】
前記前方軸受対及び前記後方軸受対の前記特徴は各々シリンダー軸受及びロータ軸受を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
シリンダー及びシリンダーエンドプレートを単一片の原料から形成することを含み、前記シリンダー及び前記シリンダーエンドプレートの正確な位置合わせのために必要とされる前記シリンダー及び前記シリンダーエンドプレートのすべての特徴が同時に形成される、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の回転ベーン式圧縮機を製造する方法。
【請求項２４】
前記シリンダー及び前記シリンダーエンドプレートの前記特徴が端面及び円筒ジャーナルを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記原料は、前記原料の重心を前記原料の回転軸と位置合わせし、それによって振動を低減するべくダイナミックバランスを達成するように機械加工される、請求項２１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転ベーン式圧縮機及びその製造方法に関し、限定的ではないが、ベーンがロータとシリンダーの一方に対して固定されるような回転ベーン式圧縮機及び方法に特に言及する。
【０００２】
（関連出願の参照）
「回転ベーン式圧縮機」という名称の発明としてＰＣＴ／ＳＧ２００７／０００１８７号で２００７年６月２８日に出願された我々の国際特許出願（「我々の先の出願」）を参照し、その内容は、あたかもその全部が本明細書に開示されるかのように、参照により本明細書に含まれるものとする。
【背景技術】
【０００３】
（定義）
本明細書全体にわたって、圧縮機への言及は、ポンプへの言及を含むものとして解釈されるべきである。
【０００４】
（背景）
圧縮機の性能に影響を及ぼす重要な要因の１つは、その機械効率である。例えば、往復動ピストンシリンダー圧縮機は良好な機械効率を示すが、その往復動作は深刻な振動及びノイズの問題を引き起こす。このような問題をなくすために、回転圧縮機は、そのデザインのコンパクトさと低振動性とによって高い人気を得てきた。しかし、それらの部品は滑り接触し、一般に相対速度が高いので、摩擦損失が大きい。これにより、圧縮機の効率及び信頼性は制限されてきた。
【０００５】
回転ベーン式圧縮機では、ロータとベーン先端部とが高速でシリンダー内部にこすれ、大きい摩擦損失をもたらす。同様に、ローリングピストン形圧縮機では、ローリングピストンが偏心部及びシリンダー内部にこすれ、それにより著しい摩擦損失をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
回転圧縮機において接触する部品の相対速度を効果的に低減することができれば、回転圧縮機の全体的な性能及び信頼性を向上させることができるかもしれない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（要約）
例示的な態様によれば、シリンダー縦回転軸を有するシリンダーと、シリンダーの内部に取り付けられ且つロータ縦回転軸を有するロータと、シリンダー及びロータを一緒に回転させるためにスロットに動作可能に係合されるベーンとを備え、ロータ縦軸及びシリンダー縦軸はロータとシリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置され、ロータとシリンダーとが互いに回転することを可能にするために、ベーンはスロットに対して２自由度で運動するようにスロット内に取り付けられる回転ベーン式圧縮機が提供される。
【０００８】
他の例示的な態様によれば、スロットに対して相対的に運動するようにスロットに動作可能に係合されるベーンを備え、スロットは運動が同時のスライド運動及び回転運動であることを可能にするように成形される回転ベーン式圧縮機が提供される。
【０００９】
更なる例示的な態様は、シリンダーと、シリンダーの内部に取り付けられるロータと、シリンダーとロータとが一緒に回転することを可能にするべくスロットに対して相対的に運動するようにスロットに動作可能に係合されるベーンとを備える回転ベーン式圧縮機を提供する。ベーンはロータ又はシリンダーの一部を含む。ベーンは、ロータ又はシリンダーに堅固に取り付けられるか、或いはロータ又はシリンダーと一体である。スロットは、ロータとシリンダーのうちの他方にある。
【００１０】
更なる他の例示的な態様は、スロットに対して相対的に運動するようにスロットに動作可能に係合されるベーンを備え、スロットは、内側部分と、細いネックを形成する中間部分と、拡大された外側端部とを含み、細いネックはベーンとの隙間嵌めを有し、細いネックはスロットに対するベーンのスライド運動及び非スライド運動のためのピボットを含む回転ベーン式圧縮機を提供する。
【００１１】
他の例示的な態様の回転ベーン式圧縮機は、シリンダー縦回転軸を有するシリンダーと、シリンダーの内部に取り付けられ且つロータ縦回転軸を有するロータと、シリンダー及びロータを一緒に回転させるためにスロットに動作可能に係合されるベーンとを更に備え、ロータ縦軸及びシリンダー縦軸はロータとシリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置され、運動はロータ及びシリンダーを互いに回転させるために２自由度の運動を含んでもよい。
【００１２】
更なる例示的な態様の回転ベーン式圧縮機に関して、シリンダーはシリンダー縦回転軸を有してもよく、ロータはロータ縦回転軸を有してもよい。ロータ縦軸及びシリンダー縦軸は、ロータとシリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置されてもよい。ベーン及びスロットは互いに対して運動することができてもよい。運動は２自由度の運動を含んでもよい。
【００１３】
更なる例示的な態様の回転ベーン式圧縮機は、シリンダー縦回転軸を有するシリンダーと、シリンダーの内部に取り付けられ且つロータ縦回転軸を有するロータとを更に備えてもよい。ロータ縦軸及びシリンダー縦軸は、ロータとシリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置されてもよい。ベーンは、シリンダー及びロータを一緒に回転させるためにスロットに動作可能に係合してもよい。スライド運動及び非スライド運動は２自由度の運動を含んでもよい。
【００１４】
スロットはシリンダー内にあってもよく、ベーンはロータの一部を含んでもよい。代わりに、スロットはロータ内にあってもよく、ベーンはシリンダーの一部を含んでもよい。
【００１５】
ベーンは、ロータ又はシリンダーに堅固に取り付けられることと、ロータ又はシリンダーと一体であることの一方でもよい。
【００１６】
２自由度の運動はスライド運動及び回転運動を含んでもよい。
【００１７】
スロットは、内側部分と、細いネックを形成する中間部分と、拡大された外側端部とを含んでもよい。細いネックはベーンとの隙間嵌めを有してもよい。細いネックは、スロットに対するベーンの非スライド運動のためのピボットを含んでもよい。内側部分は面取りされてもよい。内側部分及び中間部分は滑らかな曲線を形成してもよい。拡大された外側端部は球状でもよい。ベーンとネックとの間のピボット接触部はシールを形成してもよい。ロータとシリンダーの一方は駆動軸に動作可能に接続されてもよい。動作可能な接続は、駆動軸に堅固に接続されることと駆動軸と一体であることの一方でもよい。
【００１８】
最後から２番目の例示的な態様によれば、上記の回転ベーン式圧縮機を製造する方法が提供され、この方法は、単一片の原料から前方軸受対と後方軸受対とを形成することを含み、前方軸受対と後方軸受対との正確な位置合わせのために必要とされる前方軸受対及び後方軸受対のすべての特徴が同時に形成される。前方軸受対及び後方軸受対の特徴は各々、シリンダー軸受及びロータ軸受を含んでもよい。
【００１９】
最後の例示的な態様によれば、上記の回転ベーン式圧縮機を製造する方法が提供され、この方法は、単一片の原料からシリンダー及びシリンダーエンドプレートを形成することを含み、シリンダー及びシリンダーエンドプレートの正確な位置合わせのために必要とされるシリンダー及びシリンダーエンドプレートのすべての特徴が同時に形成される。シリンダー及びシリンダーエンドプレートの特徴は、端面及び円筒ジャーナルを含んでもよい。
【００２０】
最後から２番目及び最後の例示的な態様に関して、原料は、原料の重心を原料の回転軸と位置合わし、それによって振動を低減するべくダイナミックバランスを得るように機械加工されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
本発明が完全に理解され、直ちに実際に実施され得るように、例示的な実施形態を非制限的な実施例のみによって添付の説明図に関して説明する。
【図１】例示的な実施形態の前方断面図である。
【図２】図１の例示的な実施形態の側断面図である。
【図３】図１及び２の例示的な実施形態の動作サイクルを示す一連の図である。
【図４】図１〜３の例示的な実施形態のスロットとベーンとの接続の拡大図である。
【図５】他の例示的な実施形態の図１に相当する図である。
【図６】図５の他の例示的な実施形態の図２に相当する図である。
【図７】図５及び６の他の例示的な実施形態の動作サイクルを示す一連の図である。
【図８】更なる例示的な実施形態の図４に相当する図である。
【図９】製造行程後の例示的実施形態の図１に相当する概略図である。
【図１０】製造行程の第１段階の概略図である。
【図１１】製造行程の第２段階の概略図である。
【図１２】製造行程の第３段階の概略図である。
【図１３】製造行程の第４段階の概略図である。
【図１４】製造行程の第５段階の概略図である。
【図１５】製造行程の第６段階の概略図である。
【図１６】製造行程の第７段階の概略図である。
【図１７】製造行程の第８段階の概略図である。
【図１８】製造行程の第９段階の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（例示的な実施形態の詳細な説明）
図１〜４を参照すると、ベーン１２と、ロータ１４と、シリンダー１６とを有する回転ベーン式圧縮機１０が示される。ベーン１２は、ロータ１４に堅固に固定されるか又はロータ１４と一体である。これにより部品数を低減するという１つの利点がある。必要に応じて、ベーン１２は、ロータ１４と共に製造され得る。ベーン１２は、シリンダー１６にある盲スロット１８に係合する。ベーン１２がスロット１８内に滑り嵌め及び回転嵌めされ且つ同時にスライド及び回転するように動くことができるように、ベーン１２はスロット１８内に配置される。ベーン１２及びロータ１４は両方共シリンダー１６内に入れられる。ベーン１２のヘッド２０は、ロータ１４の外面２２に堅固に連結されるか又はロータ１４の外面２２と一体である。スロット１８はシリンダー１６の側壁２４の内面２３に配置され、側壁２４は円筒状で且つロータ１４よりも大きい直径を有する。これによりシリンダー１６に対するベーン１２の確実な取り付けがもたらされる。
【００２３】
ロータ１４は第１の縦軸２６を中心に回転するように取り付けられ、シリンダー１６は第２の縦軸２８を中心に回転するように取り付けられる（図２）。ロータ１４とシリンダー１６とが偏心した状態で組み立てられるように、２つの軸２６、２８は平行であり且つ離間される。その結果、ロータ１４及びシリンダー１６の回転の間、ロータ１４の外面２２と側壁２４の内面２３との間に常に線接触３０が存在する。ロータ１４及びシリンダー１６は両方共ジャーナル軸受対３２によって個別に且つ同軸に支持される。ロータ１４及びシリンダー１６は両方共それらのそれぞれの縦軸２６、２８を中心にそれぞれ回転することができ、２つの軸２６、２８は回転軸でもある。
【００２４】
駆動軸３４はロータ１４に動作可能に接続されるか又はロータ１４と一体化され、好ましくはロータ１４と同軸である。駆動軸３４は、ロータ１４に、及びしたがってベーン１２を介してシリンダー１６に回転力を提供するために原動機（図示せず）に連結されることができる。
【００２５】
動作の間、ロータ１４の回転によってベーン１２が回転し、同様にスロット１８内へのベーン１２の配置によってシリンダー１６が回転させられる。この運動によりベーン１２、シリンダー１６及びロータ１４の中に閉じ込められた容積３６が変化し、作動流体の吸入、圧縮及び排出をもたらす。
【００２６】
シリンダー１６はまたフランジ付きエンドプレート３８を有し、エンドプレート３８は側壁２４と一体でもよく、或いは側壁２４にしっかりと取り付けられた別個の部品でもよい。このように、エンドプレート３８もまた、側壁２４及びエンドプレート３８を含むシリンダー１６全体がベーン１２によって回転させられると回転し、したがってロータ１４と共に回転する。こうすることによって、ベーン１２と側壁２４の内面２２との間の摩擦は実質的に除去される。しかしながら、回転するシリンダ１６を支持するためにジャーナル軸受対３２において円筒ジャーナル軸受の追加が生じ、結果として更なる摩擦損失となる。ジャーナル軸受対３２に潤滑をもたらすことは比較的容易であるため、それらの損失は規模が小さい。また、後述するように、ロータ１４とシリンダーエンドプレート３８との間の摩擦損失は無視できるレベルまで低減される。
【００２７】
エンドプレート３８を有するシリンダー１６全体が回転することができる。これによりシリンダー１６の端面３８とロータ１４との間の滑り接触における摩擦が低減される。これは、エンドプレート３８とロータ１４との間の相対的な滑り速度が著しく低減されるからである。
【００２８】
固定されたエンドプレートを使用する既知のデザインは排出ポート及び吸気ポートの位置決めを単純化するが、それらは著しい摩擦損失をもたらす。それらは動かないハウジングを有し、ロータがハウジングに接して回転し、したがって大きい摩擦損失をもたらす。これにより機械の機械効率が低下し、更に大きな損耗により信頼性が低下する。また、摩擦によって生成される熱は、吸入加熱効果によって全体的な圧縮機の性能を低下させる。
【００２９】
圧縮機１０の主要な部品のすべてが回転しているとき、吸入ポート及び吐出ポートもまた動いている。我々の先の出願に記載したように、圧縮機１０は、シリンダー１６とロータ１４とを取り囲む高圧シェル４０を有してもよい。高圧シェル４０は動かず、シリンダー１６とロータ１４とがシェル４０の中でシェル４０に対して回転してもよい。
【００３０】
吸入口４４は、ロータシャフト３４と平行し、ロータ１４の回転軸２６と同軸であり、吸入管（図示せず）に動作可能に接続される。吸入口４４は、シャフト３４にあって軸方向に延伸する第１の部分４６と、ロータ１４にあって１つ又は複数の吸入ポート５２を提供するためにロータ１４の外面２２まで半径方向に延伸する１つ又は複数の第２の部分４８とを有する。第２の部分４８及び吸入ポート５２の数は、圧縮機１０の用途とロータ１４の軸方向範囲とで決まり得る。
【００３１】
１つ又は複数の排出ポート５４が、シリンダー１６の側壁２４内に且つ側壁２４を貫通して、好ましくはスロット１８の近くに配置される。「近くに」は「隣に」、「すぐ近くに」又は「隣接して」を意味する。これは、スロット１８と、ベーン１２と、排出ポート５４との間の「死」容積を最小限に縮小するためである。したがって排出ガス又は排出流体は、既知の吐出し装置を用いて圧縮機１０から出るまで、シェル４０の中空内部５６に含まれる。排出ポート５４は、各々、排出ポートを覆って配置された排出弁組立体（図示せず）を有する。排出弁組立体は、留め具によってシリンダー１６の側壁２４にしっかりと取り付けられたバルブストップと、排出ポートを覆う吐出弁リード部とを有してもよい。
【００３２】
圧縮サイクルは図３に示される。（ａ）において、圧縮機１０は、吸入チャンバー６６に作動流体を引き込むための吸入段階及び圧縮チャンバー６８での作動流体の圧縮の初めにある。ベーン１２は、作動チャンバー３６を吸入チャンバー６６と圧縮チャンバー６８とに分ける。圧縮機１０が（ｂ）の状態に到達したとき、吸入チャンバー６６への流体の吸入及び圧縮チャンバー６８での圧縮は継続している。（ｃ）において、吸入プロセスは継続し、圧縮チャンバー６８の内部の圧力がシェル４０の中空内部５６の圧力越えると、排出ポート５４を通して流体の排出が起こる。（ｄ）において流体の吸入及び排出はほぼ完了している。図に示すように、ベーン１２は、シリンダー１６に対するロータ１４の運動の間、そのスロット１８に対してスライド運動をする。外部の固定フレームから、線接触３０は動かないように見える。しかし、シリンダー１６の内部からは、線接触３０は、シリンダー１６及びロータ１４の完全な回転毎に１回、側壁２４の内面２３の周りを移動するように見える。
【００３３】
図１〜６のベーン１２は、ロータ１４の回転中心へ半径方向に向きを定められる。しかしながら、非半径方向のまっすぐなベーン又は湾曲するベーンが使用されてもよい。これは図示のように半径方向スロット１８と一緒でもよいし、又は非半径方向のスロットと一緒でもよい。
【００３４】
図４にスロット１８の詳細が示される。スロット１８は、３つの部分、内面２３にすぐ隣接し且つ周囲が面取りされた内側部分１８（ａ）と、ベーン１２までのクリアランスδが小さい中間部分１８（ｂ）と、拡大された又は球状の外側部分１８と（ｃ）を有する。好ましくは、内側部分１８（ａ）と中間部分１８（ｂ）とは、図示のように滑らかな曲線を形成する。クリアランスδは、ベーン１２とスロット１８の壁との間の相対運動による摩擦損失を最小限にする。それはまた、細いネック１９を提供する。細いネック１９におけるスロット１８の両側面は、ベーン１２とスロット１８との間の真っ直ぐなスライド運動以外の相対運動、例えば回転運動を可能にするベーン１２のためのピボットである。このことは、図３を検討することによって分かる。図３（ａ）において、ベーン１２の尾部４２は、スロット１８の左側（排出ポート５４に近い側）の方へ向けられる。ロータ１４とシリンダー１６とが回転するにつれて、図３（ｂ）においてベーンが小さい角度でだが依然としてスロット１８の左側の方へ向けられるように、ベーン１２はスロット１８に対してスライド及び回転するように運動する。図３（ｃ）までに、ベーン１２の尾部４２は、図３（ｂ）の角度を鏡映してスロット１８の右側の方へ向けられる。図３（ｄ）において、ベーン１２の尾部４２は、図３（ａ）の角度を鏡映して依然としてスロット１８の右側の方へ向けられている。このように、ベーン１２とスロット１８との接続は、最小クリアランスδを用いることにより２自由度の運動を可能にする。２自由度はスライド及び回転であり、同時に起こる。２自由度の運動の間、シリンダー１６の回転慣性とスロット１８内のガス圧力との相互作用に応じて、ベーン１２はスロット１８のネック１９のどちらかの側面と接触している。
【００３５】
ベーン１２はネック１９と接触すると、ネック１９と共に液密なシールを形成し、したがって流体が圧縮チャンバー６８から吸入チャンバー６６へ、又は、吸入チャンバー６６から圧縮チャンバー６８へ移動するためにスロット１８を使用するのを防止する。
【００３６】
ベーン１２とロータ１４との間で生じる摩擦損失もまた防止されるように、ベーン１２のロータ１４への固定により、ロータ１４に対するベーン１２の摩擦を引き起こすような運動が防止される。滑り接触はスロット１８においてシリンダー１６とベーン１２との間にある。シリンダー１６とベーン１２との間の接触点において、接触力は、作動流体の圧縮による圧力ではなく、シリンダー１６の回転慣性によって生じる。接触力の大きさは圧力よりもはるかに小さいので、接触力は軽減される。これにより摩擦損失は効果的に低減される。更に、シリンダー１６の回転慣性を低下させること、例えば厚肉のシリンダーに必要とされる材料を削減するためにシリンダ壁２４に穴を設けることによって、摩擦力を最小限にすることができる。摩擦の主な原因は複数の軸受３２にある。これらは最小化されることができる。シリンダーの慣性は圧縮機１０のトルク変動を平滑化し得る。
【００３７】
ベーン１２とスロット１８の壁との接触点での摩擦を最小限にするために、この例示的な実施形態では、ロータ１４は、好ましくは駆動軸３４に堅固に接続され又は駆動軸３４と一体である。これにより、スロット１８での接触力は、ベーン１２を横切る流体の圧力からほぼ完全に独立し、したがって大きさがより小さくなる。
【００３８】
しかしながら、図１〜４の例示的な実施態様の構造は、シリンダー１６の側壁２４の内面２３を通してベーン１２を突出させる。これによりシリンダー１６の有効径が増大される。これは特にロータ１４及びシリンダー１６の軸２６、２８の間の離隔距離が大きいとき、スロット１８に対するベーン１２のスライド運動が増大されるのでそのようになる。これはシリンダー１６の側壁２４により多くの材料が必要とされるので、好ましくない可能性がある。
【００３９】
図５〜７に、軸２６、２８の間の離隔距離が大きいときに好ましい可能性がある他の例示的な実施形態を示す。ここで、類似の符号を類似の部品に使用する。図示のように、ベーン１２はロータ１４の代わりにシリンダー１６に堅固に固定され又はシリンダー１６と一体であり、スロット１８はこの場合はロータ１４の一部分である。また、シリンダー１６は、駆動軸３４に動作可能に接続され又は駆動軸３４と一体である。
【００４０】
したがって、ベーン１２の側面における接触力は、ロータ１４の回転慣性によって決まる。ロータ１４の回転慣性はより小さい半径によってシリンダー１６の回転慣性よりも小さいので（回転慣性は半径の２乗に比例する）、これにより摩擦力が更に低下する。しかしながら、軸受３２は、シリンダー１６の駆動軸３４への直接接続に適応するために変更される。図６に示すように、ロータ１４は両端で単純支持される代わりに、この場合は肩持ち式に支持される。
【００４１】
ベーン１２とスロット１８の壁との接触点での摩擦を最小限にするために、この例示的な実施形態では、シリンダー１６は、好ましくは駆動軸３４に堅固に接続され又は駆動軸３４と一体である。これにより、スロット１８における接触力は、ベーン１２を横切る流体の圧力からほぼ完全に独立し、したがって大きさがより小さくなる。
【００４２】
他の全ての点において、圧縮機の構造及び作動は、図１〜４の例示的な実施形態と同じである。スロット１８は同じままであり、そのベーン１２との関係もまた同じである。
【００４３】
更に、図４に示される「クリアランス」ジョイントは、図８に示すようにベーン１２及びスロット１８のために従来のヒンジジョイント及びスライダージョイントの対に置き換えてもよい。ピン８０４を用いてスライダージョイント８０２に連結されたヒンジジョイント８００が使用されるだろう。連結されたヒンジ及びスライダージョイント８００、８０２は、「クリアランス」接合部として的確な機能を果たすことができるが、より多くの部品を有する。また、製作及び組立がより困難な可能性がある。
【００４４】
図１〜８の実施形態は、圧縮機及びポンプの用途のあらゆる方面、例えば冷凍及び空気圧縮などに使用され得る。
【００４５】
圧縮機において、良好な効率及び信頼性の他に、材料の削減及び製造の容易さは、圧縮機のデザインにおける成功要因である。圧縮機１０の最適性能を達成するために、精密製造は重要である。特に、２つのジャーナル軸受対３２があるので、これらのジャーナル軸受３２の位置合わせは圧縮機１０の性能に影響を及ぼす。したがって、ジャーナル軸受対３２の位置合わせが極めて小さな公差なしで得られ得るような製造方法があることが有利である。
【００４６】
図９は、圧縮機１０の中央部分を示す。ジャーナル軸受対３２は、前方ジャーナル軸受対３２（ａ）と後方ジャーナル軸受対３２（ｂ）とを有する。前方ジャーナル軸受対３２（ａ）及び後方ジャーナル軸受対３２（ｂ）の各々は、２つのジャーナル軸受、ロータ軸受７０とシリンダー軸受７２とを有する。軸受７０、７２における摩擦損失を最小限にするために、各軸受７０、７２は大きすぎてはならないが、軸受７０、７２と軸受面との間に摩耗を防止することができる最小油膜厚さを維持することができなければならない。したがって、前方軸受３２（ａ）と後方軸受３２（ｂ）との間の位置合わせを含む各軸受対３２（ａ）及び３２（ｂ）の精度を達成することは重要である。更に、圧縮機１０における流体の内部漏れは、軸受中心であるロータ及びシリンダー回転軸２６、２８の間の離隔距離に影響されやすいので、個々のベアリング位置合わせの精度を合わせて圧縮機１０の全体的な組立体の結合した位置合わせを形成し、それを達成しなければならない。
【００４７】
図１０に示すように、軸受３２（ａ）及び３２（ｂ）の製造のために、原料７６は、ジョークランプ７４によってクランプされ、心出しチャック８０によって保持される。次いで、原料は機械加工され、原料７６の重心８６を回転軸８７と位置合わせするように円筒面８４全体が切削工具８２を用いて機械加工され、それによって振動を低減するようにダイナミックバランスを達成する。前方軸受３２（ａ）、後方軸受３２（ｂ）、及び２つの軸受脚７８の仮の位置は薄い線で示される。
【００４８】
図１１において、平坦度を達成するように端面９０が機械加工され、軸受合わせ穴８８が形成される。次いで、分割線９２において軸受脚７８の分割が実行される（図１２）。分割された材料９６はその第２の端面９４を有し、端面９４は端面９０を基準として用いて２つの面９０、９４の間の平行度を達成するように機械加工される（図１３）。
【００４９】
残りの材料９８については、端面１００が平坦度を達成するように機械加工され、端面１０２及び１０４が共に平坦であり、平行であり、且つ回転軸に対して垂直であるように形成される（図１４）。これはまた、円筒面１０６が同時に形成され、したがって正確に位置合わせされることを意味する。次いで、前方軸受３２（ａ）及び後方軸受３２（ｂ）に対して１つの動作で合わせ穴１０８が形成される。これは、２つの軸受３２（ａ）及び３２（ｂ）内に合わせ穴１０８が正確に位置合わせされることを意味する。
【００５０】
次いで、先と同様に前方軸受３２（ａ）及び後方軸受３２（ｂ）に対する１つの動作でロータ軸受７０が形成され、したがって正確な位置合わせがもたらされる。前方軸受３２（ａ）は分割線１１０で分割され、したがって別個の前方軸受３２（ａ）及び後方軸受３２（ｂ）をもたらす。次いで最終的な仕上げが行なわれることができる。
【００５１】
したがって、前方軸受対３２（ａ）及び後方軸受対３２（ｂ）は、正確な位置合わせをもたらすために一緒に且つ同時に形成される。
【００５２】
図１６〜１８に示されるように、シリンダー１６及びシリンダーのためのフランジ付きエンドプレート３８の製造は同様である。原料１２０は、ジョークランプ７４によってクランプされて、心出しチャック８０によって保持される。次いで、原料は機械加工され、材料１２０の重心８６を回転軸８７と位置合わせするように円筒面１２２全体が切削工具８２を用いて機械加工され、それによって振動を低減するようにダイナミックバランスを達成する。シリンダー１６及びエンドプレート３８の仮の位置は薄い線で示される。
【００５３】
端面１２４が、平坦度及び回転軸からの垂直度を達成するために機械加工される。次いで、正確な位置合わせを達成するために先と同様に１つの動作で、シリンダー１６及びエンドプレート３８に円筒ジャーナル１２６が形成される（図１７）。
【００５４】
端面１２８、１３０が円筒ジャーナル１２６から垂直に形成される。合わせ穴１３２が同時に且つ１つの動作でシリンダー１６及びエンドプレート３８に形成される（図１７）。次いで、シリンダーのプレート３８が分割され（図１８）、シリンダー１６の中空内部１３４がスロット１８として形成される。次いで最終的な仕上げが行われることができる。
【００５５】
前方軸受３２（ａ）及び後方軸受３２（ｂ）については、原料の１つのピースからそれらを製造することによって、及び、正確な位置合わせのために必要とされるすべての特徴が一緒に形成されるために、圧縮機１０が組み立てられるとき、２つの軸受は本質的に正しく位置合わせされる。同様に、シリンダー１６及びシリンダーエンドプレート３８については、原料の１つのピースからそれらを製造することによって、及び、正確な位置合わせのために必要とされるすべての機能が一緒に形成されるために、圧縮機１０が組み立てられるとき、２つは本質的に正しく位置合わせされる。
【００５６】
前述の記載により例示的な実施形態を説明してきたが、デザイン、構造及び／又は動作の詳細における多くのバリエーションが本発明から逸脱することなく作られ得ることが、当業者に理解されるだろう。
【符号の説明】
【００５７】
１０  圧縮機
１２  ベーン
１４  ロータ
１６  シリンダー
１８  スロット
１９  ネック
２０  １２のヘッド
２２  １４の外面
２４  １６の側壁
２６  １４の縦軸
２８  １６の縦軸
３０  線接触
３２  ジャーナル軸受対
３４  駆動軸
３６  容積
３８  フランジ付きエンドプレート
４０  高圧シェル
４２  １２の尾部
４４  吸入口
４６  ４４の軸方向の部分
４８  ４４の半径方向の部分
５０  吸入ポート
５４  排出ポート
５６  ４０、５８の中空内部
６６  吸入チャンバー
６８  圧縮チャンバー
７０  ロータ軸受
７２  シリンダー軸受
７４  ジョークランプ
７６  原料
７８  軸受脚
８０  心出しチャック
８２  切削工具
８４  円筒面
８６  重心
８７  回転軸
８８  軸受合わせ穴
９０  端面
９２  分割線
９４  第２の端面
９６  分割された材料
９８  残りの材料
１００  端面
１０２  端面
１０４  端面
１０６  円筒面
１０８  合わせ穴
１１０  分割線
１２０  原料
１２２  円筒面
１２４  端面
１２６  ジャーナル
１２８  端面
１３０  端面
１３２  合わせ穴
１３４  中空内部
８００  ヒンジジョイント
８０２  スライダージョイント
８０４  ピン
【図１】
2011512481.tif 000003
【図２】
2011512481.tif 000004
【図３】
2011512481.tif 000005
【図４】
2011512481.tif 000006
【図５】
2011512481.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011512481.tif 000009
【図８】
2011512481.tif 000010
【図９】
2011512481.tif 000011
【図１０】
2011512481.tif 000012
【図１１】
2011512481.tif 000013
【図１２】
2011512481.tif 000014
【図１３】
2011512481.tif 000015
【図１４】
2011512481.tif 000016
【図１５】
2011512481.tif 000017
【図１６】
2011512481.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年10月18日(2010.10.18)
【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】
シリンダー縦回転軸を有するシリンダーと、
前記シリンダーの内部に取り付けられ且つロータ縦回転軸を有するロータと、
前記シリンダー及び前記ロータを一緒に回転させるためにスロットに動作可能に係合されるベーンと
を備え、
前記ロータ縦軸及び前記シリンダー縦軸は、前記ロータと前記シリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置され、
前記ロータと前記シリンダーとが互いに回転することを可能にするために、前記ベーンは前記スロットに対して２自由度で運動するように前記スロット内に取り付けられ、
前記スロットは細いネックを形成する中間部分を含み、前記ベーンの前記スロットに対する前記２自由度の運動の間、前記ベーンは、前記シリンダーの回転慣性と前記スロット内のガス圧力との相互作用に応じて、前記細いネックのどちらかの側面と液密シールを形成するように接触する、回転ベーン式圧縮機。
【請求項２】
スロットに対して相対的に運動するように前記スロットに動作可能に係合されるベーンを備え、
前記スロットは前記運動が同時のスライド運動及び回転運動であることを可能にするように成形され、
前記スロットは細いネックを形成する中間部分を含み、前記ベーンの前記スロットに対する前記スライド運動及び前記回転運動の間、前記ベーンは、前記シリンダーの回転慣性と前記スロット内のガス圧力との相互作用に応じて、前記細いネックのどちらかの側面と液密シールを形成するように接触する、回転ベーン式圧縮機。
【請求項３】
シリンダーと、
前記シリンダーの内部に取り付けられるロータと、
前記シリンダーと前記ロータとが一緒に回転することを可能にするべくスロットに対して相対的に運動するように前記スロットに動作可能に係合されるベーンと
を備え、
前記ベーンは、前記ロータ及び前記シリンダーの一方の一部を含み、且つ、前記ロータ及び前記シリンダーの前記一方に堅固に取り付けられるか又は前記ロータ及び前記シリンダーの前記一方と一体であるかの一方であり、
前記スロットは前記ロータ及び前記シリンダーの他方にあり、
前記スロットは細いネックを形成する中間部分を含み、前記ベーンの前記スロットに対する２自由度の運動の間、前記ベーンは、前記シリンダーの回転慣性と前記スロット内のガス圧力との相互作用に応じて、前記細いネックのどちらかの側面と液密シールを形成するように接触する、回転ベーン式圧縮機。
【請求項４】
スロットに対して相対的に運動するように前記スロットに動作可能に係合されるベーンを備え、
前記スロットは、内側部分と、細いネックを形成する中間部分と、拡大された外側端部とを含み、
前記細いネックは前記ベーンとの隙間嵌めを有し、
前記細いネックは、前記スロットに対する前記ベーンのスライド運動及び非スライド運動のためのピボットを含み、
前記ベーンの前記スロットに対する前記スライド運動及び前記回転運動の間、前記ベーンは、前記シリンダーの回転慣性と前記スロット内のガス圧力との相互作用に応じて、前記細いネックのどちらかの側面と液密シールを形成するように接触する、回転ベーン式圧縮機。
【請求項５】
シリンダー縦回転軸を有するシリンダーと、
前記シリンダーの内部に取り付けられ且つロータ縦回転軸を有するロータと、
前記シリンダー及び前記ロータを一緒に回転させるためにスロットに動作可能に係合されるベーンと
を更に備え、
前記ロータ縦軸及び前記シリンダー縦軸は前記ロータと前記シリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置され、
前記運動は前記ロータ及び前記シリンダーを互いに回転させるために２自由度の運動を含む、請求項２に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項６】
前記シリンダーはシリンダー縦回転軸を有し、前記ロータはロータ縦回転軸を有し、
前記ロータ縦軸及び前記シリンダー縦軸は、前記ロータと前記シリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置され、
前記ベーン及び前記スロットは互いに対して運動することができ、前記運動は２自由度の運動を含む、請求項３に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項７】
シリンダー縦回転軸を有するシリンダーと、
前記シリンダーの内部に取り付けられ且つロータ縦回転軸を有するロータと
を更に備え、
前記ロータ縦軸及び前記シリンダー縦軸は、前記ロータと前記シリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置され、
前記ベーンは、前記シリンダー及び前記ロータを互いに回転させるためにスロットに動作可能に係合し、前記スライド運動及び非スライド運動は２自由度の運動を含む、請求項４に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項８】
前記スロットは前記シリンダーにあり、前記ベーンは前記ロータの一部を含む、請求項１に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項９】
前記スロットは前記ロータにあり、前記ベーンは前記シリンダーの一部を含む、請求項１に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１０】
前記ベーンは、前記ロータに堅固に取り付けられることと前記ロータと一体であることの一方である、請求項８に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１１】
前記ベーンは、前記シリンダーに堅固に取り付けられることと前記シリンダーと一体であることの一方である、請求項９に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１２】
前記２自由度の運動はスライド運動及び回転運動を含む、請求項１に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１３】
前記スロットは、内側部分と、細いネックを形成する中間部分と、拡大された外側端部とを含み、前記ベーンは前記細いネックとの隙間嵌めを有し、
前記細いネックは、前記スロットに対する前記ベーンの非スライド運動のためのピボットを含む、請求項１に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１４】
前記細いネックは前記ベーンとの隙間嵌めを有する、請求項１に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１５】
前記内側部分は面取りされている、請求項４に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１６】
前記内側部分及び前記中間部分は滑らかな曲線を形成する、請求項４に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１７】
前記拡大された外側端部は球状である、請求項４に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１８】
前記ベーンと前記ネックとの間のピボット接触部はシールを形成する、請求項４に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項１９】
前記ロータ及び前記シリンダーの一方は駆動軸に動作可能に接続され、
前記動作可能な接続は、前記駆動軸に堅固に接続されることと前記駆動軸と一体であることの一方である、請求項１に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項２０】
前記スロット及び前記ベーンは、前記２自由度の運動の間、前記ベーンが前記スロットの前記ネックのどちらかの側面と接触しているように構成される、請求項１に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項２１】
スロットを画定するシリンダーと、
少なくとも部分的に前記シリンダーの内部に入れられ且つ前記シリンダーに対して偏心して取り付けられるロータと、
前記シリンダーと前記ロータとを一緒に回転させるために前記スロットに動作可能に係合されるベーンと
を備える、回転ベーン式圧縮機。
【請求項２２】
前方軸受対及び後方軸受対を単一片の原料から形成することを含み、
前記前方軸受対及び前記後方軸受対の正確な位置合わせのために必要とされる前記前方軸受対及び前記後方軸受対のすべての特徴が同時に形成される、請求項２１に記載の回転ベーン式圧縮機を製造する方法。
【請求項２３】
前記前方軸受対及び前記後方軸受対の前記特徴は各々シリンダー軸受及びロータ軸受を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
シリンダー及びシリンダーエンドプレートを単一片の原料から形成することを含み、前記シリンダー及び前記シリンダーエンドプレートの正確な位置合わせのために必要とされる前記シリンダー及び前記シリンダーエンドプレートのすべての特徴が同時に形成される、請求項２１に記載の回転ベーン式圧縮機を製造する方法。
【請求項２５】
前記シリンダー及び前記シリンダーエンドプレートの前記特徴が端面及び円筒ジャーナルを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記原料は、前記原料の重心を前記原料の回転軸と位置合わせし、それによって振動を低減するべくダイナミックバランスを達成するように機械加工される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記シリンダーがシリンダー回転軸を有し、前記シリンダーと前記ロータとが一緒に回転するとき、前記シリンダー回転軸に対する前記スロットの周方向の位置が維持される、請求項２１に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項２８】
前記ロータと前記シリンダーとが互いに回転することを可能にするために、前記ベーンは前記スロットに対して２自由度で運動するように前記スロット内に取り付けられる、請求項２１に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項２９】
前記スロットは、第１の半径方向位置にある第１の断面直径と、第２の半径方向位置にある第２の断面直径とを有し、前記第１の断面直径は前記第２の断面直径よりも小さく、前記第１の半径方向位置は前記第２の半径方向位置よりも前記シリンダー回転軸に近い、請求項２１に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項３０】
スロットに対して相対的に運動するように前記スロットに動作可能なように係合されるベーンを含み、
前記スロットは前記運動が軸に沿った同時の滑り運動及び回転移動であることを可能にするように成形され、前記スロットは前記軸に対して回転しない、回転ベーン式圧縮機。
【請求項３１】
前記軸は湾曲している、請求項３０に記載の回転ベーン式圧縮機。
【請求項３２】
シリンダーと、
少なくとも部分的に前記シリンダーの内部に入れられ且つ前記シリンダーに対して偏心して取り付けられるロータと、
前記シリンダーと前記ロータとを一緒に回転させるために半径方向に延びるスロットに動作可能に係合されるベーンと
を備え、
前記シリンダーと前記ロータとが一緒に回転するとき、前記スロットの周方向の位置は維持され、前記スロット内に係合される前記ベーンの一部は前記スロットに対して回転するように構成される、回転ベーン式圧縮機。
【請求項３３】
シリンダー縦回転軸を有するシリンダーと、
前記シリンダーの内部に取り付けられ且つロータ縦回転軸を有するロータと、
前記シリンダー及び前記ロータを一緒に回転させるためにスロットに動作可能に係合されるベーンと
を備え、
前記ロータ縦軸及び前記シリンダー縦軸は、前記ロータと前記シリンダーとの間の相対運動のために互いから間隔を置いて配置され、
前記ロータと前記シリンダーとが互いに回転することを可能にするために、前記ベーンは前記スロットに対して２自由度で運動するように前記スロット内に取り付けられ、前記スロットが回転するとき、前記スロットは２自由度の運動で自由に動くことができない、回転ベーン式圧縮機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011512481.tif 000021
【図２】
2011512481.tif 000022
【図３】
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【図４】
2011512481.tif 000024
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011512481.tif 000028
【図９】
2011512481.tif 000029
【図１０】
2011512481.tif 000030
【図１１】
2011512481.tif 000031
【図１２】
2011512481.tif 000032
【図１３】
2011512481.tif 000033
【図１４】
2011512481.tif 000034
【図１５】
2011512481.tif 000035
【図１６】
2011512481.tif 000036
【図１７】
2011512481.tif 000037
【図１８】
2011512481.tif 000038
【国際調査報告】
2011512481.tif 000039
2011512481.tif 000040
2011512481.tif 000041
2011512481.tif 000042
2011512481.tif 000043