(57)【要約】本発明は、固定スクロールユニット（100）と、公転スクロールユニット（200）と、公転スクロールユニット（200）の軸受け（221a，221c，221c）に対応して設けられた3つの軸受け（312,322,332）が公転スクロールユニット（200）の基板の外側面と対向するように係合されるメインフレーム（300）と、公転スクロールユニット（200）の軸受け（221a）とメインフレーム（300）に回転自在に係合される1つの動力伝達軸（310）と、一対の対向する自転防止軸（320,330）とを備え、多数の収容孔（430）が分散して形成された板状のリテーナーケージ（410）と、板状のリテーナーケージ（410）の収容孔（430）内に回転自在に収容された多数の剛性ボールとを有し、公転スクロールユニット（200）とメインフレーム（300）との間に配置される公転スクロールの転がり支持具（400）および公転スクロールの転がり支持具の案内手段とをさらに包含することにより、公転スクロールユニットの外側面とメインフレームの先側面の磨耗を減らし、作動流体の圧力による公転スクロールユニットの変形を低減して寿命を延ばすことにより経済性を高めることができ、別の加工により幾何公差の増大を招く耐食処理を必要とせず、熱伝達係数の低いステンレス鋼で製造して熱効率を高めることができる、スクロール流体機械を提供する。【選択図】図６
2018532933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体の流入口（111）と流出口（112）とを備え、その基板の一方の面に固定スクロールラップ（120）が形成された固定スクロールユニット（100）と、
前記固定スクロールラップ（120）と対向して前記固定スクロールラップ（120）と180°の位相差をもって食いあって係合される公転スクロールラップ（210）がその基板の内側面の中央に形成され、一対の対向する軸受け（221b，221c）の設けられた一対の対向する軸受けハウジングと１つの中間軸受け（221a）が設けられ、前記一対の対向する軸受けハウジングとの間に位置する中間軸受けハウジングとからなる３つの突出翼部（220a，220b，220c）とを有する公転スクロールユニット（200）と、
前記公転スクロールユニット（200）の３つの軸受け（221a，221b，221c）に対応して設けられた１つの中間軸受け（312）と一対の対向する軸受け（322，332）とが設けられ、その先側面が前記公転スクロールユニット（200）の基板の外側面と対向して係合されるメインフレーム（300）と、
前記公転スクロールユニット（200）の軸受けハウジングの軸受け（221a）に回転可能に結合される偏心軸（311）が先端に形成され、そのボディー（313）が前記メインフレーム（300）の前記 軸受け（312）に回転可能に結合される動力伝達軸（310）と、
前記公転スクロールユニット（200）の軸受けハウジングの前記一対の対向する軸受け（221b，221c）に結合される一対の対向する偏心軸（321，331）が先端に形成され、そのボディー（323，333）が前記メインフレーム（300）の前記一対の対向する軸受け（322，332）に回転可能に結合される２つの自転防止軸（320，330）を包含して構成され、
多数の収容孔（430）が中央部を除外あるいは包含して分散されるように設けられた板状のリテーナーケージ（410）と、前記板状のリテーナーケージ（410）の収容孔（430）内にローリング自在に収容された多数の剛性ボール（420）とを備え、前記公転スクロールユニット（200）と前記メインフレーム（300）との間に配置される公転スクロールの転がり支持具（400）と、
前記公転スクロールユニット（200）と前記メインフレーム（300）との間に結合される前記公転スクロールの転がり支持具（400）のローリング案内手段とをさらに包含して構成される、公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項２】
前記公転スクロールの転がり支持具（400）の板状のリテーナーケージ（410）は、多数の収容孔（430）を有する２枚の板体を、その収容孔（430）を整列させ(align)、一体成形で付着、固着させてなり、互いに離隔して対向する多数の円弧状の折曲部（431）を形成するように各板体をプレス加工または射出成形して、対応する一対の折曲部（431）が収容孔（430）を形成するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項３】
前記公転スクロールの転がり支持具（400）の板状のリテーナーケージ（410）は、多数の収容孔（430）を有する２枚の板体を、その収容孔（430）を整列させ(align)、一体成形で付着、固着させてなり、各板体を切削してその切削された部位に互いに離隔して対向する多数の円弧状の溝部（432）を形成して、その２枚の板体の対応する一対の溝部（432）が収容孔（430）を形成するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項４】
前記公転スクロールの転がり支持具（400）の板状のリテーナーケージ（410）は、１枚の板体に、上下に離隔して交差するように多数の対の切開片（433）を折曲、形成して、対向する一対の切開片（433）が収容孔（430）を形成することを特徴とする、請求項１に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項５】
前記公転スクロールの転がり支持具（400）の板状のリテーナーケージ（410）は、１枚の板体に、対向する円弧状の壁が設けられた多数の開口部（434）を作って、前記開口部（434）の壁にそれぞれ固定キャップ（435）を固定して収容孔（430）を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項６】
前記公転スクロールの転がり支持具（400）の板状のリテーナーケージ（410）は、その中央部が、穿孔部が形成されるか、収容孔が設けられていない非接触部（440）を有することを特徴とする、請求項１に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項７】
前記公転スクロールの転がり支持具（400）のローリング案内手段は、前記板状のリテーナーケージ（410）の外郭に径方向に形成されたガイド溝（411a）を有する４つのガイド（411）と、前記ガイド溝（411a）に対応する位置の、前記公転スクロールユニット（200）の外郭の突出部に前記ガイド溝（411a）と直角方向の貫通孔（251a）をもつように形成され、４つのガイド（411）のガイド溝（411a）に挿入され、前記板状のリテーナーケージ（410）の中心から外郭に向かう方向に往復動するガイド突起（251）と、前記ガイド突起（251）の貫通孔（251a）に挿入されるロッド（252）と、前記メインフレーム（300）の先側面に設けられ前記ロッド（252）の両端を支持する支持台（253）とを包含して構成されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項８】
前記４つのガイド（411）は、前記板状のリテーナーケージ（410）の中心に向かって90°の角度差をもつように外郭に対向して、十字型で配置されることを特徴とする、請求項７に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項９】
前記公転スクロールの転がり支持具（400）のローリング案内手段は、前記板状のリテーナーケージ（410）の外郭から突出して形成され、軸受けを有する2つの対向するガイド（411）と、前記自転防止軸（320,330）の偏心軸（321,331）とボディー（323,333）との間に形成され、前記ガイド（411）の軸受けに軸設されるガイド軸部（321a，321b）を包含して構成されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項１０】
前記公転スクロールユニット（200）の軸受け（221b，221c）は、前記軸受け（221a）と公転中心と90°の角度差をもって配置されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項１１】
前記公転スクロールユニット（200）の軸受け（221b，221c）は、前記軸受け（221a）と公転中心と90°の角度差をもって配置されることを特徴とする、請求項７に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項１２】
前記公転スクロールユニット（200）の軸受け（221b，221c）は、前記軸受け（221a）と公転中心と90°の角度差をもって配置されることを特徴とする、請求項９に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項１３】
前記固定スクロールユニット（100）と、前記公転スクロールユニット（200）と、およびメインフレーム（300）とがSUS 303F、SUS 430Fおよびそれらに準ずる鋳造用ステンレススチール鋼材を含むステンレス鋼で製造される、膨張型のスクロール流体機械であることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項１４】
前記固定スクロールユニット（100）と、前記公転スクロールユニット（200）と、メインフレーム（300）とがSUS 303F、SUS 430Fおよびそれらに準ずる鋳造用ステンレススチール鋼材を含むステンレス鋼で製造される、膨張型のスクロール流体機械であることを特徴とする、請求項７に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項１５】
前記固定スクロールユニット（100）と、前記公転スクロールユニット（200）と、メインフレーム（300）とがSUS 303F、SUS 430Fおよびそれらに準ずる鋳造用ステンレススチール鋼材を含むステンレス鋼で製造される、膨張型のスクロール流体機械であることを特徴とする、請求項９に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項１６】
前記公転スクロールの転がり支持具（400）と公転スクロールユニット（200）との間と、前記公転スクロールの転がり支持具（400）とメインフレーム（300）との間にそれぞれ円形鏡面レーシングプレート（270，370）がさらに配置されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項１７】
前記公転スクロールの転がり支持具（400）と公転スクロールユニット（200）との間と、前記公転スクロールの転がり支持具（400）とメインフレーム（300）との間にそれぞれ円形鏡面レーシングプレート（270，370）がさらに配置されることを特徴とする、請求項７に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項１８】
前記公転スクロールの転がり支持具（400）と公転スクロールユニット（200）との間と、 前記公転スクロールの転がり支持具（400）とメインフレーム（300）との間にそれぞれ円形鏡面レーシングプレート（270，370）がさらに配置されることを特徴とする、請求項９に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項１９】
前記公転スクロールユニット（200）の基板の他面と前記メインフレーム（300）とにその両端が固定され、前記公転スクロールユニット（200）とメインフレーム（300）とを固定するための複数の引張りばね（500）をさらに備えていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項２０】
前記公転スクロールユニット（200）の基板の他面と前記メインフレーム（300）とにその両端が固定され、前記公転スクロールユニット（200）とメインフレーム（300）とを固定するための複数の引張りばね（500）をさらに備えていることを特徴とする、請求項７に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項２１】
前記公転スクロールユニット（200）の基板の他面と前記メインフレーム（300）とにその両端が固定され、前記公転スクロールユニット（200）とメインフレーム（300）とを固定するための複数の引張りばね（500）をさらに備えていることを特徴とする、請求項９に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項２２】
前記引張りばね（500）は、その両端が、前記公転スクロールユニット（200）の基板の他面に形成されたスプリングフックブラケット（250）と前記公転スクロールの転がり支持具（400）と対向するメインフレーム（300）のボルト孔とに締結されるスプリングフックボルト（350）とに固定されることを特徴とする、請求項１９に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項２３】
前記引張りばね（500）は、その両端が、前記公転スクロールユニット（200）の基板の他面に形成されたスプリングフックブラケット（250）と前記公転スクロールの転がり支持具（400）と対向するメインフレーム（300）のボルト孔とに締結されるスプリングフックボルト（350）とに固定されることを特徴とする、請求項２０に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項２４】
前記引張りばね（500）は、その両端が、前記公転スクロールユニット（200）の基板の他面に形成されたスプリングフックブラケット（250）と前記公転スクロールの転がり支持具（400）と対向するメインフレーム（300）のボルト孔とに締結されるスプリングフックボルト（350）とに固定されることを特徴とする、請求項２１に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項２５】
前記ロッド（252）には、その両端が前記ガイド突起（251）と支持台（253）とに当接する、コイルばね（254）が嵌合されていることを特徴とする、請求項７に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項２６】
前記ロッド（252）には、その両端が前記ガイド突起（251）と支持台（253）とに当接する、コイルばね（254）が嵌合されていることを特徴とする、請求項８に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【請求項２７】
前記ロッド（252）には、その両端が前記ガイド突起（251）と支持台（253）とに当接する、コイルばね（254）が嵌合されていることを特徴とする、請求項１１に記載の公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒圧縮機、空気圧縮機、タービンエキスパンダー等に用いられるスクロール流体機械に関し、特に、公転スクロールユニットを固定スクロールユニットに対して支持するメインフレームの先側面と固定スクロールユニットの基板の外側面との間に複数の剛性ボール(balls of hard material)の転動自在に保持された板状のリテーナーケージ(plate shape retainer cage)から成る公転スクロールの転がり支持具を配置し、その転がり支持具と公転スクロールユニットとの間、およびその転がり支持具とメインフレームとの間の摩擦抵抗を低減することにより、公転スクロールユニットの公転スクロールの転がり支持具との接触面、すなわち公転スクロールユニットの基板の外側面と公転スクロールの転がり支持具と接触するメインフレームの先側面の磨耗を低減し、また作動流体の圧力の作用による公転スクロールユニットの変形を低減して、機械の寿命を延長し、その経済性を高めることのできるスクロール流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の膨張により動力を得たり、動力により流体を圧縮する従来のスクロール流体機械は、図1に示すように、固定スクロールラップ(stationary scroll wrap)を有する固定スクロールユニット11と、固定スクロールユニットのスクロールラップの形状に対応する公転スクロールラップを有する公転スクロールユニットとが、互いに180°の位相差をもって係合しているものである。これにより、固定スクロールユニットと公転スクロールユニットとによって断面が三日月状の大小の密閉空間が複数形成され、公転スクロールユニットの公転による位置変化により密閉空間が拡大または縮小されて、密閉空間に収容されている流体が膨張または圧縮される。オルダムリング(Oldham ring)構造や偏心軸構造の自転防止器具と連動されるので、公転スクロールユニットが公転しても、固定スクロールユニットとの結合状態が維持されるように構成されている。
【０００３】
したがって、圧縮型のスクロール流体機械では、公転スクロールユニット12が時計回り方向に公転し、固定スクロールユニット11の基板の周辺の流入口から流入された流体の収容された断面三日月形の空間が收縮されるにつれて、その内部の流体が圧縮されて排出される。これに対して、膨張型のスクロール流体機械では、公転スクロールユニット12が反時計回り方向に公転し、中央の流入口から流入された流体の収容された三日月状の断面形状を有する空間が拡大されるにつれて、その内部の流体が膨張されて外部に排出される。
【０００４】
これは、固定スクロールユニットの固定スクロールラップと公転スクロールユニットの公転スクロールラップとの間に形成される三日月断面形状の密閉空間が公転スクロールユニットの公転方向に応じて縮小または拡大されることを利用するものであり、空気圧縮機や冷媒圧縮機、タービン膨張機などで活用されている。このようなスクロール流体機械では、流入(または、吸入)、膨張(または、圧縮)および吐出の行程が同時に、かつ、連続的に行われるので、その結果、動力伝達軸の回転時のトルクの変動が比較的少なくて、騒音と振動も小さい。そのうえ、往復動式圧縮機に比べて相対的に構造が簡単であり部品数も少なくて、経済性が高く、小型や軽量であり製作も容易である。
【０００５】
しかし、従来のスクロール流体機械は、図2から分かるように、公転スクロールユニット22を構成する固定スクロールラップ21aと公転スクロールユニット22を構成する公転スクロールラップ22aとがかみ合っている状態で、公転スクロールユニット22を固定スクロールユニット21の中心から偏心した中心点を基準として公転させて固定スクロールユニット21の固定スクロールラップ21aと公転スクロールユニット22の公転スクロールラップ22aとの間に形成される断面三日月状空間の位置と容積を変化させる構造である。スクロール流体機械が作動すると、各スクロールユニット21, 22の基板のスクロールラップ21a, 22aの中心部には作動流体の圧力が高く作用し、その周りには低く作用する。公転スクロールユニット22の基板の外側面には動力伝達軸23を支持するように内装された軸受け24の保持されるボス(boss)22bが設けられ、公転スクロールユニット22の公転運動につれてボス22bも公転運動をするので、メインフレームの先側面にはボス22bの公転運動のために必要な空間が設けられ、公転スクロールユニット22は、メインフレーム25により支持されている状態で、外部動力源により回転される動力伝達軸23によって公転され、作動流体を圧縮し、高圧の作動流体を供給するか、または高圧の作動流体の高い圧力によって公転され、動力伝達軸23を回転させて外部の回転装置を駆動させることにより、高圧の作動流体が膨張して低い圧力で排出されることになるが、これは公知である。
【０００６】
この場合、図3aに示すように、固定スクロールユニット21と公転スクロールユニット22とは共に作動流体の圧力を受けているため、図3bに示すように、公転スクロールユニット22は、特にその基板22cがボス22bの周りの空間部の方に変形して固定スクロールユニット21と公転スクロールユニット22との間、そして固定スクロールラップ21aと公転スクロールラップ22aとの間の隙間が拡がるので、作動流体の圧縮または膨張の際、作動流体の漏れ量が許容値を超えて増加して、スクロール流体機械の効率を低下させるという問題がある。
【０００７】
また、公転スクロールユニット22の公転運動につれて、公転スクロールユニット22の基板22cの周縁部は、メインフレーム25に密着している状態で、擦摩摺動することになり、公転スクロールユニット22の基板22cの外側面の周縁とメインフレーム25の先側面の擦摩摺動面に磨耗が発生するという問題がある。
【０００８】
このような問題を解決するために、公転スクロールユニット22の基板22cの外側面とメインフレーム25の先側面とを変形させたり、公転スクロールユニット22およびメインフレーム25を製造するための新しい材料を採用するなどの磨耗低減の方法が使用されている。
【０００９】
韓国特許出願公開第10-2014-0104296号公報（2014年8月28日）のスクロール膨張機 は、図4aに示すように、公転スクロール41aとハウジング42aとの間の摩擦抵抗を低減するための別の構成を備えておらず、また、韓国特許第10-1314525号公報（2013年10月4日）のバイオ燃料の熱源を用いたスクロール膨張機を備えた発電システムでは、図4bに示すように、公転スクロール41bとメインフレーム42bとの間の摩擦を抵抗低減するために潤滑剤が使用されている。
【００１０】
前記の2つの発明を含む従来の技術では、公転スクロール41a, 41bとメインフレーム(あるいは、ハウジング)42a, 42bとの間に潤滑剤供給手段を設けて、公転スクロール41a, 41bとメインフレーム42a, 42bとの間の摩擦抵抗を低減させているが、高圧の流体圧力が加えられた状態で長期間使用される場合、潤滑剤の機能が低下してスクロール流体機械の効率が低下するという問題がある。
【００１１】
その他、前記の高圧 流体から運動エネルギーを発生させる図4aおよび 図4bに示した従来の膨張機と反対に動力により気体を圧縮する スクロール圧縮機に関する図5aの韓国特許第10-0202624号公報（1999年06月15日）では、固定スクロール（図示せず） に対応する公転スクロール51が上部フレーム52の上部に安着され、公転スクロール51の圧縮機ボス部51aには上部フレーム52の貫通孔52aに嵌合されるクランク軸53が結合されていることにより、クランク軸53を貫通する油路53aを通して注入されるオイルがボス空間部Sとオイルガイド部52bとを経て流れ、上部フレーム52とそれに対して公転する公転スクロール51との間の摩擦を低減している。
【００１２】
また、他の例のスクロール圧縮機に関する韓国特許第10-0296696号公報（2001年10月24日）は、図5bに示すように、スクロール圧縮機の摺動面、すなわち、公転スクロールユニット22と固定スクロールユニット21の摺動面に、スズ化合物を含有する皮膜が形成されており、基板21aと固定スクロールラップ21bとを有する固定スクロールユニット21と、基板22aと公転スクロールラップ22bとを有する公転スクロールユニット22とがケーシング25に安着され、公転スクロールユニット22の下端部に軸受け28を介して駆動軸と連動するクランク軸29に連結され、クランク軸29の回転に伴って公転スクロールユニット22が公転することにより、吸入孔23から吸入された流体が圧縮されて排出口24から排出され、スズ化合物を含有する皮膜の剥離を低減してスクロール圧縮機の効率を高めるようにしている。
【００１３】
前記のような従来のスクロール圧縮機は、オイルまたはスズ化合物の皮膜により、図5aに示す上部フレーム52と公転スクロール51との間の摺動面と、図5bに示す固定スクロールユニット21と公転スクロールユニット22との間の摺動面の摩擦抵抗を減少させるか、作用する作動流体の圧力が非常に高いため、スクロール圧縮機の公転スクロールとメインフレームとの摺動面の磨耗や公転スクロール51、固定スクロールユニット22の変形を防止するには限界がある。
【００１４】
特に、動力発生のために気体を膨張させるスクロール膨張機は、スクロール圧縮機より長い時間作動しなければならないので、図4aのハウジング42aと公転スクロール41aとの間の摺動面および図4bのメインフレーム42bと公転スクロール41bとの間の摺動面の摩耗が増加するという問題がある。
【００１５】
さらに、スクロールユニットは、一般的に、良好な加工性を有するアルミニウムでできており、圧縮型のスクロール流体機械の場合、作動流体のポリトロピック(polytropic)圧縮過程におけるアルミニウムの高い熱拡散が作動流体の圧縮の効率の向上に寄与するが、膨張型のスクロール流体機械の場合、逆に、作動流体のポリトロピック膨張過程におけるアルミニウムの熱拡散が大きいための熱損失の増加が作動流体の膨張効率を低下させると共に、アルミニウムの耐食性付与のための二次加工に従う精度の低下の問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上述した従来のスクロール流体機械の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、作動流体により公転スクロールユニットの中心部に高圧が作用することに対して、その周縁に行けば行くほどその圧力が低くなる圧力の分布から加わる力により公転スクロールユニットが変形されることに従って固定スクロールユニットと公転スクロールユニットとの二つのスクロールラップとの間と、固定スクロールユニットの基板の底面と公転スクロールユニットのスクロールラップとの接触面との間と、公転スクロールユニットの基板の底面と固定スクロールユニットのスクロールラップとの接触面との間の極微隙間が拡がって、流体の漏れの増加することを防止して、機械の効率を向上させ、メインフレームと公転スクロールユニットとの接触面の摩擦を低減させることにより機械の寿命を延ばし、その経済性を高めることのできる、公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、スクロールユニットとメインフレームとをSUS 303F、SUS 430Fおよびそれに準ずる鋳造用ステンレススチール鋼材を含むステンレス鋼で製造することによりアルミニウムを使用する場合の耐食処理に従う幾何公差の増大される問題を避けることができ、作動流体のポリトロピック膨張過程における熱損失を防止して、機械の効率を向上させ得る膨張型のスクロール流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記のような本発明の目的は、作動流体の流入口と流出口とを備え、基板の一面に固定スクロールラップの形成される固定スクロールユニットと、固定スクロールラップに対応する形状を有し、180°の位相差をもって固定スクロールラップに嵌されるように基板の一面の中央部に形成された公転スクロールラップと、軸受けをもって対向する一対の軸受けハウジングおよび軸受けをもって上記の一対の軸受けハウジングとの間に位置する中間軸受けハウジングを備えた3つの突出翼部を有する公転スクロールユニットと、公転スクロールユニットの3つの軸受けに対応して配置され対向する一対の軸受けおよび1つの中間軸受けとを有し、その先側面が公転スクロールユニットの基板の外側面と対向して係合されるメインフレームと、公転スクロールユニットの軸受けハウジングの中間軸受けに回転可能に結合された偏心軸が先端に形成され、そのボディーがメインフレームの中間軸受けに回転可能に結合される1つの動力伝達軸と、公転スクロールユニットの軸受けハウジングの対向する一対の軸受けに結合される偏心軸が先端に形成され、そのボディーがメインフレームの対向する一対の軸受けに回転可能に結合される2つの自転防止軸とを包含して構成され、多数の収容孔が分散して形成された板状のリテーナーケージと板状のリテーナーケージの収容孔内にローリング自在に収容された多数の剛性ボールとを有し、公転スクロールユニットとメインフレームとの間に配置される公転スクロールの転がり支持具、および公転スクロールユニットとメインフレームとの間に係合される転がり支持具のローリングを案内するための手段とをさらに包含して構成される、公転スクロールの転がり支持具を有するスクロール流体機械により達成される。
【００１９】
本発明の一側面(aspect)によれば、スクロール流体機械は、膨張型のスクロール流体機械であって、固定スクロールユニット、公転スクロールユニットおよびメインフレームが、別の加工により幾何公差を増加させる耐食処理を必要とせず、熱伝達係数の低いSUS 303F、SUS 430Fおよびそれに準ずる鋳造用ステンレススチール鋼材を含むステンレス鋼で製造される。
【００２０】
本発明の他の側面によれば、公転スクロールの転がり支持具と公転スクロールユニットとの間および前記公転スクロールの転がり支持具と前記メインフレームとの間にそれぞれ配置される円板状の鏡面レーシングプレートをさらに備える。
【００２１】
本発明の他の側面によれば、公転スクロールユニットの基板の外側面とメインフレームの先側面にその両端が固定され、公転スクロールユニットとメインフレームとを緊密に固定するための複数の引張りばねをさらに備える。
【００２２】
前記の引張りばねは、その両端が、公転スクロールユニットの基板の外側面に形成されたスプリングフックブラケットと、前記公転スクロールの転がり支持具に対向するメインフレームの先側面に形成されるボルト孔に締結されるスプリングフックボルトに固定させ得る。
【００２３】
本発明のさらに他の側面によれば、公転スクロールの転がり支持具のローリング案内手段は、板状のリテーナーケージの外郭に径方向に中心に対して90度の角度差をもつように形成されたガイド溝をもつ4つのガイドと、公転スクロールユニットの外郭の突出部の、ガイド溝に対応する位置にガイド溝と直角方向に貫通孔が形成され、ガイドのガイド溝に挿入され、板状のリテーナーケージの中心から外郭を向かって往復移動される4つのガイド突起と、4つのガイド突起の貫通孔に挿入される4つのロッド(rod)と、前記メインフレームの先側面に形成されてロッドの両端を支持する8つの支持台とを含んで構成される。
【００２４】
前記の転がり案内手段はオルダム方式の転がり案内手段であり、そのガイド部が板状のリテーナーケージの外郭に中心に対して十字型に配置される一方、ロッドの外面に嵌合してその両端がガイド突起と支持台とに当接するコイルばねを有し得る。
【００２５】
本発明のさらに他の側面によれば、公転スクロールの転がり案内手段は、偏心軸方式であって、板状のリテーナーケージの外郭から突出して形成され、軸受けの設けられた軸受けハウジングを有する2つのガイドと、自転防止軸のボディーと前記偏心軸の間に形成され、前記ガイドの軸受けハウジングの軸受けに係合されるガイド軸部とを含んで構成され、自転防止軸により前記公転スクロールの転がり支持具の自転を防止しながらそれを回転させる。
【００２６】
本発明のさらに他の側面によれば、公転スクロールの転がり支持具の板状のリテーナーケージは、薄板体をプレス加工または射出成形によって互いに対向する多数の円弧状の折曲部を形成して、対応する対の折曲部が収容孔を形成するように2枚の薄板体を互いに付着、固定して作る。上記のように互いに対向する多数の円弧状の折曲部を形成した2枚の薄板体を付着、固定することとは異なり、多数の収容孔が形成されるように射出成形するか、厚い板体を切削して、対向して隔離された円弧状の溝を形成した2枚の板体を互いに付着、固定することもできる。あるいは、板状のリテーナーケージは、1枚の板体で作られて、その板体が、鋼材ボールの収容される大きさの空間を作るために上下に交差するように放射状に切開した構造とすることもできる。その他、板状のリテーナーケージは、互いに対向する円弧状の壁が設けられた多数の開口を作って、一対の固定ャップとそれらの間に挿入された鋼材ボールとの組立体をそれぞれの開口に固定して作ることができる。
【００２７】
本発明のさらに他の側面によれば、前記公転スクロールの転がり支持具の板状のリテーナーケージは、その中央部に、収容孔を有していないか、または円形または多角形の穿孔部が形成されていて、前記メインフレームおよび公転スクロールユニットに接触しない非接触部が形成される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、メインフレームと公転スクロールユニットとの間に公転スクロールの転がり支持具を挿入することにより、作動流体により公転スクロールユニットの中心部に高圧が作用することに対して、その周りに行けば行くほどその圧力が低くなる圧力の分布から加わる力により公転スクロールユニットが変形されることに従って固定スクロールユニットと公転スクロールユニットとの二つのスクロールラップとの間と、固定スクロールユニットの基板の底面と公転スクロールユニットのスクロールラップとの接触面との間と、および公転スクロールユニットの基板の底面と固定スクロールユニットのスクロールラップとの接触面との間の隙間が出来て、流体の漏れの発生することを防止してスクロール流体機械の効率を向上させる。メインフレームの先側面と公転スクロールユニットの外側面とが直接接触して磨耗が生ずる既存の摩擦構造から公転スクロールの転がり支持具の剛性ボールによるローリング摩擦構造に変換させ、公転スクロールの転がり支持具の剛性ボールとそれぞれ接触するメインフレームと公転スクロールとのそれぞれの接触面の磨耗を防止し、公転スクロールユニットの外側面とメインフレームの先側面の磨耗を減らすことによって、当該部分はもちろん機械の全体の寿命を延ばすことによりスクロール流体機械の経済性を高めることができるという効果がある。
【００２９】
また、本発明は、固定スクロールユニットと、公転スクロールユニットおよびメインフレームをSUS 303F、SUS 430Fおよびそれらに準ずる鋳造用ステンレススチール鋼材を含むステンレス鋼で製造することによって、作動流体のポリトロピック膨張過程での熱損失を減らして膨張型のスクロール流体機械の効率を高めることのできる効果と、アルミニウムの後加工の耐食処理に従う精度の低下および後加工の管理が難しいという問題を解消する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図1は、通常のスクロール流体機械の動作原理を示す図面である。
【図２】図2は、従来のスクロール流体機械を示す断面図である。
【図３ａ】図3aは、図2のスクロール流体機械の固定スクロールユニットおよび公転スクロールユニットに流体圧力による力が加えられる状態と変形された状態とを示す図面である。
【図３ｂ】図3bは、図2のスクロール流体機械の固定スクロールユニットおよび公転スクロールユニットに流体圧力による力が加えられる状態と変形された状態とを示す図面である。
【図４ａ】図4aは、従来のスクロール膨張機を示す図面である。
【図４ｂ】図4bは、従来のスクロール膨張機を示す図面である。
【図５ａ】図5aは、従来のスクロール圧縮機を示す図面である。
【図５ｂ】図5bは、従来のスクロール圧縮機を示す図面である。
【図６】図6は、本発明の一実施の形態に係る公転スクロールの転がり支持具を備えた膨張型スクロール流体機械を示す分解斜視図である。
【図７】図7は、図6の膨張型スクロール流体機械の主要部分とその結合された状態を示す断面図である。
【図８】図8は、図6の膨張型スクロール流体機械の公転スクロールユニットおよびメインフレームを密着固定するための引張りばねの固定状態を示す部分拡大斜視図である。
【図９】図9は、図6の公転スクロールの転がり支持具のローリングを案内するオルダム型転がり案内手段の側面図である。
【図１０】図10は、図6の公転スクロールの転がり支持具のローリングを案内する偏心軸型転がり案内手段の分解斜視図である。
【図１１】図11は、図6の膨張型スクロール流体機械のオルダムリング型公転スクロールの転がり支持具の分解斜視図である。
【図１２】図12は、図6の膨張型スクロール流体機械のオルダムリング型公転スクロールの転がり支持具の分解斜視図である。
【図１３】図13は、図6の膨張型スクロール流体機械の公転スクロールの転がり支持具の変形例の断面図である。
【図１４】図14は、図6の膨張型スクロール流体機械の公転スクロールの転がり支持具の変形例の断面図である。
【図１５】図15は、図6の膨張型スクロール流体機械の公転スクロールの転がり支持具の他の例を示す断面図である。
【図１６】図16は、図6の膨張型スクロール流体機械の公転スクロールの転がり支持具の他の例を示す断面図である。
【図１７】図17は、本発明の一実施の形態に係る膨張型スクロール流体機械の動作状態を示す図面である。
【図１８】図18は、本発明の一実施の形態に係る膨張型スクロール流体機械の動作状態を示す図面である。
【図１９】図19は、本発明の一実施の形態に係る膨張型スクロール流体機械の動作状態を示す図面である。
【図２０】図20は、本発明の一実施の形態に係る膨張型スクロール流体機械の動作状態を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を、望ましい一実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
図6は、本発明の一実施の形態による公転スクロールの転がり支持具を有する膨張型スクロール流体機械の分解斜視図であり、図7は、図6の主要部分の結合された状態を示す断面図であり、図8は、図6の膨張型スクロール流体機械の公転スクロールユニットとメインフレームとを弾性支持する引張りばねの固定状態を示す部分拡大斜視図である。
【００３３】
本発明の一実施の形態による公転スクロールの転がり支持具を備える膨張型スクロール流体機械を示す図6乃至図8を参照すると、本発明の一実施の形態によるスクロール流体機械は、固定スクロールラップ120が基板の一面の内側に設けられた固定スクロールユニット100と、固定スクロールラップ120に対応する形状の公転スクロールラップ220が固定スクロールユニット100と180°の位相差で固定スクロールラップ120と対向して食いあって半月状の断面形状の空間を形成する公転スクロールユニット200と、メインフレーム300と、動力伝達軸310と、一対の自転防止軸320,330と、公転スクロールの転がり支持具400とを備え、このような構成で公転スクロールの転がり支持具400以外の部分は公知である。
【００３４】
前記固定スクロールユニット100は、高圧の作動流体を流入および流出させるための流入口111および流出口112が設けられ、その基板の一面に固定スクロールラップ120が形成されて、その固定スクロールラップ120の内部に公転スクロールラップ220が収容される空間を有する。高圧の作動流体が流入される流入口111は外部の作動流体の供給源と連通するように固定スクロールユニット100の基板110の中央部に形成され、膨張した作動流体が排出される流出口112が外部と連通するように固定スクロールユニット100の基板110の周りに形成されている。
【００３５】
公転スクロールユニット200は、固定スクロールラップ120と180°の位相差で対向するように食い合って係合される公転スクロールラップ220が基板110の一面の中央に形成され、軸受け220b，220cが設けられ、対向する一対の軸受けハウジングと軸受け221aが設けられ前記一対の対向する軸受けハウジングとの間に位置する1つの中間軸受けハウジングとを備えた3つの突出翼部が形成され、固定スクロールユニット100の流入口111に流入する高圧の作動流体の圧力により動力伝達軸310と共に公転回転運動をしながら作動流体を膨張および排出させるようになる。
【００３６】
公転スクロールラップ220の基板のスクロールラップが形成された部分の外側に設けられる突出翼部220a，220b，220cは、図示のように、中間突出翼部220aが、一対の対向する突出翼部220b，220cに対して公転中心と90度の角度差をもつように配置される。
【００３７】
メインフレーム300の先方には、公転スクロールユニット200の3つの軸受け221a, 221b, 221cに対応する位置に、1つの動力伝達軸310と、2つの自転防止軸320, 330のボディー323, 333とが軸設される3つの軸受け312, 322, 332が設けられる。動力伝達軸310は、公転スクロールユニット200の軸受け221aに回転自在に係合される先端の偏心軸321, 331と一体となっているボディー313が中間軸受け221aに回転可能に軸設される。自転防止軸320, 330は、公転スクロールユニット200の対向する一対の軸受け221b，221cに回転可能に係合され、対向する一対の偏心軸321, 331と一体となって、対向する一対のボディー323, 333が、一対の対向する軸受け322, 332に回転可能に軸設されている。
【００３８】
すなわち、3つの偏心軸311, 321, 331が、1つの動力伝達軸310と一対の対向する自転防止軸320, 330のそれぞれのボディー313, 323, 333と一体形成で設けられ、流入口111を通して流入された作動流体がその圧力によるベクトル(vector)力を公転スクロールラップに加えるようになっており、このベクトルの合力(summation of vector)は公転スクロールユニットの図心(centroid of figure)を経て、偏心量のRcmである偏心中心に力Fkgfを加えるようになり、その結果、公転スクロールユニット200は、自転防止軸320, 330のボディー323, 333の中心と動力伝達軸310のボディー313の中心とを公転運動の中心として公転運動をしながら発生させた回転トルクT=Rcm×Fkgf（但し、Rcm=偏心軸の偏心量）により動力伝達軸310を回転させ、また、このように動力伝達軸310を回転させると共にそれに連結された外部回転装置（発電機等）を駆動させることになり、偏心量のRcmである2つの自転防止軸320, 330が公転スクロールユニット200の自転を防止して、公転する公転スクロールラップが固定スクロールラップと衝突しないようにする。
【００３９】
公転スクロールの転がり支持具400は、多数の隣接の収容孔430が間隔を置いて設けられたアルミニウム製の板状のリテーナーケージ410と、板状のリテーナーケージ410の収容孔430内に回転自在に収容された多数のセラミックボール420とで構成されるものであって、公転スクロールユニット200の基板の外側面とメインフレーム300の先側面との間に配置される。多数のセラミックボール420が公転スクロールユニット200の基板の他側面とメインフレーム300の先側面とに常時密着しているので、公転スクロールユニット200は、基板の外側面のすべてが、板状のリテーナーケージ410に収容されてローリングする多数のセラミックボール420により支持される状態で、公転連動をするので、セラミックボール420を包含してなり公転連動をする公転スクロールの転がり支持具400のローリング支持は、公転スクロールユニット200の基板の他側面とメインフレーム300の先側面との間の摩擦抵抗を理論的にゼロ化し、また公転スクロールユニット200が流体の圧力を受ける時に多数のセラミックボール420が板状のリテーナーケージ410での位置に従う相異なる圧力で公転スクロールユニット200の基板の他側面をメインフレーム300に対して多点支持(multipoint support)方式により支えて、公転スクロールユニット200の基板が変形されるのを防止する。
【００４０】
前記公転スクロールの転がり支持具400は、固定スクロールユニット100の基板の外側面とメインフレーム300の先側面に、固定スクロールユニット100とメインフレーム300との係合する方向に従って一直線に設けられる複数の締結孔160, 360にボルト510により締結され、固定スクロールユニット100の基板の外側面の周りにメインフレーム300の先側面の周りが当接する状態になるように結合される。
【００４１】
また、本発明においては、公転スクロールの転がり支持具400の一側面と公転スクロールユニット200の基板の外側面との間および公転スクロールの転がり支持具400の他側面とメインフレーム300の先側面との間に、セラミックボールのローリングに因る磨耗の少ない材質の鋼材あるいは超硬鋼材(例;tungsten carbide)の円形鏡面レーシングプレート270，370をさらに配置して公転スクロールラップの基板の外側面とメインフレームの先側面にそれぞれ固定することにより、公転スクロールの転がり支持具との摩擦による公転スクローユニット200の基板の外側面とメインフレーム300の先側面の磨耗を低減することができる。
【００４２】
また、本発明においては、公転スクロールユニット200の基板の外側面とメインフレーム300の先側面にその両端が固定され、公転スクロールユニット200とメインフレーム300とを密着して弾性支持するための複数の引張りばね500をさらに備えて、公転スクロールユニット200を公転させるために高圧の作動流体が固定スクロールラップ120と公転スクロールラップ210との間に加えられても公転スクロールユニット200の基板の外側面が公転スクロールの転がり支持具400と共にメインフレーム300の先側面に密着された状態が維持され、公転スクロールの転がり支持具400の振動による騒音を低減し、静粛な運転を行うことができる。
【００４３】
ここで、複数の引張りばね500はその両端が、公転スクロールユニット200の基板の外側面に設けられたスプリングフックブラケット250および公転スクロールの転がり支持具400と対向するメインフレーム300の先側面のボルト孔に締結されるスプリングフックボルト350に固定される。
【００４４】
本発明のスクロール流体機械が圧縮方式である場合、アルミニウムのような通常の材料で製作することもできるが、本発明の一実施の形態に係る膨張型スクロール 流体機械の場合、固定スクロールユニット100、公転スクロールユニット200およびメインフレーム300をSUS 303F、SUS 430Fおよびそれらに準ずる鋳造用ステンレススチール鋼材を含むステンレス鋼で製造することにより、作動流体のポリトロピック膨張過程における熱損失とアルミニウムの二次的な耐食加工のための運搬、取扱い、加工段階での色々な変形に因る表面精密度の低下などを管理する費用を低減することができる。
【００４５】
また、本発明では、公転スクロールの転がり支持具400のローリングを案内する案内手段を備えることができ、これは、図6および図9に示すように、板状のリテーナーケージ410の外郭に径方向に形成されたガイド溝411aを有する4つのガイド411と、ガイド溝に対応する位置の公転スクロールユニット200の外郭の突出部にガイド溝411aと直角方向である貫通孔251aを有するように形成され4つのガイド411のガイド溝411aに挿入され、板状のリテーナーケージ410の中心から外郭に向かう方向に往復動するガイド突起251と、ガイド突起251の貫通孔251aに挿入されるロッド(rod)252と、メインフレーム300の先側面に設けられロッド252の両端を支持する支持台253とを包含して構成され、公転スクロールユニット200およびメインフレーム300に対しての公転スクロールの転がり支持具400の安定的なローリングを誘導することができる。
【００４６】
ここで、4つのガイド411は、板状のリテーナーケージ410の外郭に十字型に配置され、公転スクロールユニット200が公転するとき、その円運動をX-Y軸方向の運動に分解するオルダムメカニズムの構成であり、公転スクロールの転がり支持具400の安定的なローリングを誘導することができる。また、2つのコイルばね254をその両端がガイド突起251と支持台253とに当接するようにロッド252の外周面に取り付けることにより公転スクロールの転がり支持具400と連動して移動するガイド突起251が元の位置に復帰することのできる復元力を提供する。
【００４７】
また、各々のガイド411は、板状のリテーナーケージ410と一体成形で作られるか、または別途の部品として作られて、嵌合または溶接によって板状のリテーナーケージ410に固定されることができる。前記のように、板状のリテーナーケージ410にガイド411を形成する方法は、板状のリテーナーケージ410の厚みや材質に応じて適宜選択すればよい。
【００４８】
一方、公転スクロールの転がり支持具400の転がり案内手段の他の例としては、図10に示すように、偏心軸型の方式のものがあり、図6および図9の4つのガイド411とは異なり、板状のリテーナーケージ410の外郭に対向するように突出して設けられ、軸受けの備えた2つのガイド411と、ガイド411の軸受けに結合されるように自転防止軸320, 330の偏心軸321, 331とボディー323, 333との間に偏心軸321, 331とボディー323, 333の中間の大きさで追加して形成されるガイド軸部321a, 331aとを有するように構成され、これも同じく公転スクロールの転がり支持具400のローリングを案内することができる。
【００４９】
本発明のスクロール型流体機械の公転スクロールの転がり支持具400は、図11および図13に示すように、2枚の薄板体を付着して板状のリテーナーケージ410を作ることであり、その薄板体をプレス加工または射出成形によって互いに対向する一対の離隔した円弧状の折曲部431を多数形成して、対応する一対の円弧状の折曲部431が収容孔を形成するように2枚の薄板体を付着、固定して製造することができる。
【００５０】
さらに、公転スクロールの転がり支持具400の他の例は、図12および図14のように2枚の厚板体を付着して板状のリテーナーケージ410を作ることであり、板体を切削して所定の部位に互いに対向する一対の離隔した円弧状の溝部432を多数形成して、互いに対向する一対の溝部432が収容孔を形成するように2枚の板体を付着、固定して製造することができる。その他の例は、図15のように、プレス加工によって上下に離隔して交差するように放射状に板体を切開した切開片433を作って、対向する一対の切開片433との間にセラミックボール420の収容される収容孔を形成して板状のリテーナーケージ410を構成する。
【００５１】
公転スクロールの転がり支持具400のその他の例は、図16のように、板状のリテーナーケージ410が1枚の板体で作られ、多数の開口434を板体に作って、セラミックボール420が一対の固定キャップ435との間に保持された組立体を開口434に挿入して固定した構造であり、開口434と一対の固定キャップ435との結合体が収容孔430となる。
【００５２】
また、公転スクロールの転がり支持具400の板状のリテーナーケージ410は、図6、図11、図12の例とは異なり、図13乃至図16に示すように、その中央部に穿孔部が形成されるか、収容孔が設けられていないように作って、メインフレームと公転スクロールユニットとに接触しない非接触部440となるようにして、板状のリテーナーケージ410の中央部のセラミックボール420の、高温高圧の作動流体によって引き起こされる、過度の熱膨張による損傷を防止することができる。
【００５３】
図17乃至図20は、本発明の一実施の形態に係る膨張型のスクロール流体機械の作動状態を示す図面である。
【００５４】
図17乃至図20に示すように、公転スクロールユニット200と、動力伝達軸および自転防止軸の3つの偏心軸311, 321, 331とが反時計方向に0°、90°、180°、270°回転することに従って、公転スクロールの転がり支持具400の位置と、公転スクロールの転がり支持具400の、ガイド411と公転スクロールユニット200との結合状態と、メインフレーム300のガイド突起251との結合状態が変更され、本発明の一実施の形態に係る公転スクロールの転がり支持具を有する膨張型のスクロール流体機械が円滑に作動し、公転スクロールの転がり支持具400がその機能を果たし、その作用効果を発揮することを確認することができる。
【００５５】
上記の説明では、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は通常の技術者が本発明の目的を達成するために本発明の技術的思想の範囲内で容易に修正、変更することができるし、本発明の範囲は上記の実施の形態と材料とにより制限されるものではなく、例えば公転スクロールの転がり支持具の板状のリテーナーケージはアルミニウムの他に、ステンレス鋼等の金属材、プラスチック、セラミックス等の材料で作ることができ、前述のセラミックボールの場合でも多樣な鋼材ボールを使用することができ、一般的な軸受けボールであっても、何れも使用することができる。
【００５６】
上記の本発明の実施の形態は膨張型のスクロール流体機械の例を挙げて図示、説明したが、上記の図示、説明は固定スクロールユニット100の流入口111および流出口112がそれぞれ流出口および流入口となり、動力伝達軸は外部の回転力による駆動軸となることを除いて、圧縮型のスクロール流体機械にもそのまま適用され、圧縮された作動流体を用いる冷凍機などに利用することができる。
【００５７】
前述のように、本発明の例示的な実施の形態としてのスクロール流体機械を図面を参照して説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、上記の説明は、本発明の属する分野で通常の知識を持つ者であればこのような記載から様々な修正、変更および変形ができ、このような修正、変更および変形はすべて本発明の範囲に属し、特に板状のリテーナーケージと鋼材ボール(その代替物、均等物を含む)とを有する公転スクロールの転がり支持具を備えるスクロール流体機械は、すべて本発明の範囲に含まれるものと意図されている。従って、本発明の範囲は添付された特許請求の範囲によってのみ把握されなければならない。
【図１】
2018532933.tif 000003
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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