JPH0143514Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は渦巻型装置、より詳細には、渦巻型装
置構成の問題を実質的に減少せしめ且つ装置の長
期運転を高める半径方向に密封可能な軸方向追従
密封手段を有する渦巻型装置に関する。

同一ピツチの２個の相互に適合するスピロイダ
ルあるいはインボリユートらせん要素が別々の端
板上に設置されている。一般に渦巻ポンプ、圧縮
機及びエンジンと呼ばれる種類の装置が知られて
いる。前記らせん要素は、らせん表面間の如き少
なくとも１対の線接触部に沿つて互いに接触する
ように線接方向及び半径方向に偏つている。１対
の線接触部は、渦巻の中心領域から外側に引かれ
た１つの半径上にほぼ存在している。従つて、そ
のように形成された流体容積は、渦巻の中心領域
の周囲全体に延びている。或る特別の場合には、
領域（ポケツト）あるいは流体容量が全360゜に渡
つて延びず、特別の開口のため配置は渦巻の中心
領域まわりに360゜より小さい角度に対応する。領
域（ポケツト）は流体容量を規定し、その角度位
置は渦巻の中心の相対的な軌道によつて変化し、
そして全領域（ポケツト）は同一の相対的な角度
位置を保持する。接触線が渦巻表面に沿つて移動
する時、それにより形成される領域（ポケツト）
は体積変化を受ける。その結果得られる最低圧及
び最高圧の領域は、流体開口に連結されている。

クロー（Creux）への特許（米国特許第801182
号）は、前記の一般型の装置を記載している。渦
巻圧縮機及び渦巻ポンプを記載した、前記特許に
続く特許は、米国特許第1376291号、第2475247
号、第2494100号、第2809779号、第2841089号、
第3560119号、第3600114号、第3802809号、第
3817664号、及び英国特許第486192号である。

渦巻型装置の概念がいくつか知られており、い
くつかの明瞭な利点を有すると考えられてきた
が、先行技術の渦巻型装置は、主に効率、運転寿
命及び達成可能な圧力比の厳しい制限の原因とな
る密封及び摩耗の問題のため商業的に成功してい
ない。このような密封及び摩耗の問題は、半径方
向及び接続方向の種類である。従つて、効果的な
軸方向接触がインボリユートらせん要素の端部と
渦巻部材の端板表面との間に実現されねばなら
ず、そこでこれらは半径方向漏れに対して密封す
るように接触する。更に、接線方向漏れに対して
密封するためには、インボリユートらせん要素間
に形成される移動線接触部に沿つて最小の摩耗で
効果的な半径方向接触が達成されねばならない。

先行技術の装置においては満足できる半径方向
の密封を達成するための１つのアプローチは、有
用な圧力比を得るに充分小さい半径方向の密封間
隙を保持するように非常に小さな公差で締るため
の正確な形状に部品（側板及び端板）を機械加工
することであつた。これは実行困難であり、密封
リングを使用しないで往復ピストンを備えた装置
を構成する問題に以ている。その他の先行技術の
装置において、半径方向密封は表面を接触せしめ
るために１個あるいは複数の機械的な軸方向拘束
部、例えばボルトの使用により達成されるが（米
国特許第3011694号）、過度の摩耗なしに効果的な
半径方向密封を得るためには精密な調整を必要と
する。前記装置の長期運転中に１個の部品がしだ
いに摩耗すること、あるいはその他の機構によ
り、前記調整が狂うならば、その他の部品の摩耗
問題が進行的に悪化し、その結果もはや満足でき
る半径方向密封が得られなくなる。

締り公差で加工された表面の使用、あるいは軸
方向接触せしめるボルトのような機械的拘束の使
用が、商業的に製造される渦巻装置における半径
方向密封達成のために適切な技術ではないので、
効果的な半径方向密封の達成のための最近の技術
は、渦巻部材を軸方向に接触せしめるために追従
固定渦巻部材（compliant fixed scroll
member）の使用あるいは（軸方向力を増加する
バネを伴つた、もしくはバネなしの）圧力流体の
使用を具備している。

追従固定渦巻部材の使用の場合には、半径方向
の密封は、軸方向にわずかな距離だけ移動でき、
流体及び／又はそれに組み合された機械的なバネ
力供給手段を有する固定渦巻部材の使用により達
成される（このような渦巻型装置は、ニールス．
O.ヤングの米国特許出願第4087287号に記載され
ている）。

（一般に何らかの形の機械的バネと組み合され
て）半径方向密封を達成するための圧力流体の使
用においては、圧力流体は旋回渦巻部材を固定渦
巻部材に軸方向に接触せしめるために使用され
る。この流体は、装置内に形成された移動流体領
域（ポケツト）の１つから導入されるか（米国特
許第3600114号、第3817664号及び本出願人と同じ
譲受人に譲渡されたニールス．O.ヤングとジヨ
ン．E.マクラフの1973年６月11日付け米国特許出
願第368908号）、あるいは外部供給源から導入さ
れる（本出願人と同じ譲受人に譲渡されたジヨ
ン．E.マクラフの1973年10月23日付米国特許出願
第498912号）。

最後に、本出願人に対応する米国特許出願第
561479号と同時に出願された米国特許出願には、
特に高圧で運転される渦巻型圧縮機あるいは膨張
機に適した改良された半径方向密封手段が記載さ
れている。この改良された半径方向密封手段を使
用する渦巻型装置においては、効果的な軸方向力
の供給に必要な力の全ては、装置ハウジングの全
体あるいは選択された部分を加圧することによつ
て与えられる空気圧である。従つてハウジングは
旋回渦巻部材の表面と共に加圧室を形成し、この
加圧室内の流体圧は、旋回渦巻部材を固定渦巻部
材との連続的軸方向接触関係に強制する。両渦巻
部材内に形成される流体領域（ポケツト）から隔
離されたこの加圧室は、本質的にハウジングの内
部容量の全体から構成されるか、あるいは全ハウ
ジング容量以下から構成されてもよい。

表面接触せしめるボルトの使用を、軸方向力を
有する追従固定渦巻部材あるいは旋回渦巻上に作
用する空気力に代用することにより、渦巻型装置
の密封問題を解決することはできた。しかし、こ
の技術は、まだ両接触表面つまり端板の表面及び
インボリユートらせん側板部材の表面を非常に正
確に機械加工することを必要としてる。この正確
な加工の必要性は、渦巻型装置製造のコストに付
加される。更に、運転期間の装置内の軸方向位置
のずれにより全体として不均一な摩耗を起こし、
正確な加工の達成を不可能にする。最後に、装置
内の半径方向温度勾配がインボリユート側板の高
さの不均一な変化を生ぜしめる。

従つて、満足できる効果的な軸方向接触とそれ
による効果的な半径方向密封を得るためには、接
触面を従来の精度で機械加工するだけでよい構造
をもつ渦巻型装置を提供することが望ましい。本
考案の渦巻型機械において、これは軸方向追従密
封手段と呼ばれるものの使用によつて達成され
る。

かくして、本発明の主な目的は、半径方向密封
を実現する接触表面が従来の精度で加工されるだ
けでよい改良された渦巻型装置を提供することで
ある。本考案の別の目的は、装置内に半径方向の
温度勾配が発生したり、半径方向密封を達成する
接触面の不均一な摩耗が生じたとしても、長期運
転中効果的な半径方向密封が得られる軸方向追従
密封手段を具備することを特徴とする渦巻型装置
を提供することである。また、本考案の更に別の
目的は、渦巻型装置内の接線方向密封の達成を減
らさない軸方向追従密封手段を提供することであ
る。更に本考案の目的は、潤滑剤を使用すること
ができる装置あるいは潤滑剤なしに操作されねば
ならない装置にも適用できることを特徴とする軸
方向追従密封手段を提供することである。

また本考案のもう１つの主な目的は、従来可能
な原価以下の原価で構成できる、圧縮機、膨張エ
ンジン及びポンプを具備する渦巻型装置を提供す
ることである。

本考案の他の目的は部分的に明確であり、また
他の部分は以下で明らかになるであろう。

以上の目的に対応して、本考案は構造の特徴、
要素の組合せ及び以下の構造に例示される部品の
配置から構成され、本考案の範囲は特許請求の範
囲に示されている。

本考案によれば、インボリユート側板部材表面
と端板表面の連続的な半径方向密封を保持するめ
に、軸方向追従密封手段が提供される。この軸方
向追従密封手段は、前記表面を接触せしめる軸方
向力を与える手段と組み合されて使用されるのが
好ましい。従つて、この手段は前記米国特許出願
第368908号、第408912号、第408287号に記載され
ている半径方向密封手段と共に使用されるのが特
に適切である。

本考案の軸方向追従密封手段は、側板部材と共
に使用されそれと同一の外形形状を有する密封要
素と、該密封要素を予め決定された予荷重で向い
合う渦巻部材の端板と接触せしめるように密封要
素を駆動する手段とから構成されている。軸方向
密封接触を形成するために密封要素を駆動する手
段は空気的、機械的あるいは空気的且つ機械的な
組み合せであり、それは旋回及び静止渦巻部材の
インボリユート側板の移動線接触間の所要の接線
方向密封を保持するように設計されている。

本考案の特徴及び目的が完全に理解されるよう
に、次に添付図面を参照して詳細に説明する。

渦巻型装置内の半径方向密封は渦巻型装置の本
質的特徴であり、任意の軸方向接触手段は半径方
向密封を達成し、且つ完全な接線方向密封機構を
保持することが可能でなければならないので、本
考案の軸方向追従密封手段について説明する前
に、本考案の軸方向追従密封手段が装置内のポケ
ツトを効果的に密封する際に果たすべき役割を理
解するため半径方向及び接線方向密封の問題を簡
単に復習することが有用であろう。

渦巻型装置の設計及び構成において、接線方向
密封は半径方向密封と同様に重要である。接線方
向及び半径方向の密封は常にとは限らないが、通
常は別々の機構によつて達成されるので、本考案
の軸方向追従密封手段は異なる接線方向密封技術
を使用して渦巻型装置内で使用される。しかし、
前記米国特許出願第368907号及び第408912号に記
載され、半径方向追従リンク手段と呼ばれている
独特の接線方向密封手段が、渦巻型装置内で重要
な利点を示すと考えられるので、本考案の軸方向
追従密封手段は、上記第408912号に開示されてい
る接線方向密封手段を具備する渦巻圧縮機内に例
示されるであろう。この出願において、たとえ摩
耗が生じたとしても、あるいは非圧縮性が同時に
存在する時でも、接線方向密封が連続的且つ効果
的に達成されるように半径方向接触力を制御する
手段を具備する渦巻装置が開示されている。半径
方向の接触を制御する前記手段は、旋回渦巻手段
上に作用する遠心力の少なくも一部を相殺するた
めの手段と、旋回渦巻とその駆動手段との間の機
械的半径方向追従リンク手段とから構成されてい
る。

一具体例においては、機械的な半径方向追従リ
ンク手段は遠心力の一部を相殺する求心力を与
え、それによつて制御された接線方向密封を達成
するのに役立つ遠心力の一部を残すことができ
る。この具体例では、機械的な追従リンク手段は
遠心力の一部を中和するための機械的バネを具備
している。上記出願第408912号に記載されている
装置の駆動機構のもう１つの具体例において、機
械的な半径方向追従リンク手段から分離した手
段、例えばつり合いおもりが旋回渦巻部材上に作
用する遠心力の全てあるいはほとんど全てと平衡
するために具備され、そして半径方向追従リンク
手段即ち機械的バネが所望の半径方向接触力を与
えるために備えられている。渦巻部材は滑動摩擦
型あるいはころがり要素型の結合により角度に対
して位置決めされ、半径方向追従リンク手段は滑
動リンクあるいは揺動リンクであり、渦巻部材の
一方あるいは両方は冷却され、そして所望ならば
接触表面が潤滑される。揺動リンクを具体化する
後者の型の半径方向密封は、ここに記載される装
置において接線方向密封手段の例として使用され
るであろう。

渦巻装置の動作原理は、係属中の米国特許出願
第368907号だけでなくその前に公表された特許明
細書に記載されている。従つて、前記装置の動作
の詳細な説明を繰返す必要はない。ただ、相異な
る圧力の領域から他の領域に取り去られる流体の
密封された領域（ポケツト）を移動することによ
り、渦巻型装置が動作することを指摘する必要が
ある。もし流体が低圧領域から高圧領域に移動さ
れながら圧縮されるならば、装置は圧縮機として
働き、流体が高圧領域から低圧領域に移動されな
がら膨張されるならば、装置は膨張機として働
き、そして流体容量が圧力によらず充分一定なら
ば装置はポンプとして働く。

流体の密封された領域（ポケツト）は、端板に
より形成される２つの平行な平面及び円その他の
適切な曲線状態のインボリユートにより形成され
る２つの円筒表面を境界とする。この方法によつ
てのみ渦巻部材の平面間に連続的な密封接触が保
持できるので、渦巻部材は平行な軸を有してい
る。円筒表面間の２本の接触線が移動する時に、
これらの平行平面間を密封された領域（ポケツ
ト）が移動する。１個の円筒部材例えば渦巻部材
が他の部材上を動くと、接触線は移動する。例え
ば、これは１個の渦巻を固定し、他の渦巻を旋回
せしめることにより達成される。便宜のため、本
考案の軸方向追従密封手段は、一方の渦巻部材が
固定され、他方の渦巻部材が円軌道内を旋回する
容量式流体（positive fluid displacement）圧縮
機内に使用されるものとする。しかし、本考案は
膨張エンジン及びポンプにも同様に応用できるこ
とは明らかであろう。

以下の説明において「渦巻部材」という語は、
移動線接触を形成する接触面を規定する要素と端
板とから構成される部品を示すために使用され
る。「側板（wrap）」という語は、移動線接触を
形成する要素を示すために使用される。側板は或
る形状、例えば円のインボリユート（インボリユ
ートらせん）、円弧等を有し、そして高さ及び厚
さを有している。

本明細書において、容積式流体装置の「軸方
向」、「半径方向」及び「接線方向」は次の通りの
方向を意味するものとして用いる。

中心領域（ポケツト）２０の中心軸線の方向、
例えば、第２図の上下方向を「軸方向」とする。

中心領域（ポケツト）２０の中心軸線を中心と
する円の半径方向、例えば、第２図の左右方向を
「半径方向」とする。

中心領域（ポケツト）２０の中心軸線を中心と
する円の接線方向、例えば、第１図の接触部２７
〜３２から上下への方向を「接線方向」とする。

第１図及び第２図は、接触面の極めて正確な加
工を必要とせずに、充分な接線方向密封を保持し
ながら、追従して半径方向密封を与える問題を例
示するために示されている。

第１図と第２図の断面図は端板、側板部材及び
流体領域（ポケツト）だけを示す。本考案の追従
密封手段を具体化する完全な渦巻型装置は第１８
−２０図に示されている。以下、詳細に説明す
る。

第１図及び第２図において、静止渦巻部材１０
は端板１１及び側板１２から構成されている。端
板１１は中心に配置された流体口１３を有する。
本考案の追従密封手段とこれを備える渦巻型装置
とを論ずる際、以下では便宜的に装置は圧縮機で
あるとする。しかし、この技術において追従密封
手段が膨張エンジンあるいはポンプとして使用さ
れる渦巻型装置にも同様に適用できることは明ら
かであろう。

第１図及び第２図において、旋回渦巻部材１４
は同様に端板１５及びインボリユート型側板１６
から形成されている。第２図の簡略化された図面
において、旋回渦巻部材は駆動軸１７に取付けら
れていることが示される。操作の際には、旋回渦
巻部材１４は或る軌道を描くように駆動され、一
方２個の渦巻部材は、図示していない適当な結合
手段の使用により固定した角度関係に保持され
る。その旋回作動中、旋回渦巻部材は１個あるい
は複数の移動流体領域（ポケツト）即ち領域（ポ
ケツト）２０〜２６を形成する。これらの領域
（ポケツト）は、装置の中心から引かれた線上に
大体存在する滑動あるいは移動線接触部即ち接触
部２７〜３２により半径方向に境界を引かれる。
流体が側板の周囲の周辺領域３５から導入される
と、流体は領域（ポケツト）内に導入され、中心
領域（ポケツト）２０に接近するにつれて領域
（ポケツト）の体積が小さくなるので流体は圧縮
される。かくして流体領域（ポケツト）を形成す
る移動接触線に沿つて効果的な接線方向密封が達
成され、そして静止渦巻部材１０の端板１１の表
面３６と旋回側板１６の端面３７との間、及び旋
回渦巻部材１４の端板１５の表面３８と静止側板
１２の端面３９との間で効果的な半径方向密封が
達成され、外側から内側へ向う領域（ポケツト）
は流体の圧力を増大させる領域を形成し、そして
各線接触部に渡つて圧力差△Ｐが存在する。それ
故、旋回渦巻部材が旋回する時は滑動接触をしな
がら側板の側面間に半径方向接触が達成されて接
線方向の漏れを防止し、接線方向密封が得られる
ことは明らかである。同様に、側板の端面と向い
合う渦巻部材の端板間に軸方向接触が達成され、
半径方向の漏れを防止し、そして半径方向密封が
得られる。もし装置が膨張エンジンであるなら
ば、圧縮された流体が流体口１３から導入され、
膨張した流体が周辺から排出されるので、流体の
圧力増加領域は同一の方向即ち中心から外側の方
向であることが理解されよう。

上述のように、摩耗及び漏れの問題を最小にし
て必要な接線方向密封を得るために好ましい装置
は、米国特許出願368907号及び第408912号に記載
され、一方軸方向荷重を果たす１つの好ましい具
体例は本出願に対応する米国特許出願第561479号
と同日付の米国特許出願に詳細に記載されてい
る。本考案の追従密封手段は、上記出願第804912
号に記載されている型の軸方向及び半径方向の接
触力を発生するための適切な手段、あるいはその
他の適切な型の手段と組み合されて使用されるよ
うに設計されている。第２図から、どんな軸方向
力（矢印４０で示されている）が旋回渦巻部材１
４上に加えられたとしても、側板表面３７及び３
９と端板表面３６及び３８とが非常に正確に加工
されていなければ非常に効果的な半径方向密封が
得られないことは直ちに明らかになろう。更に、
側板は全長に渡つて同一高さを有するように成形
されねばならない。勿論、そのような機械加工は
かなり高価であり、各側板を必要な公差内の寸法
で達成することも高価である。しかも、操作中は
前記精度の達成の利点が実質的に減少せしめられ
る。

このような減少をもたらす因子の１つは、装置
を通して存在する半径方向の温度勾配である。圧
縮機において、流体領域（ポケツト）内の流体温
度は半径方向内側に向つて増加し、そしてたとえ
冷却手段が（第１８図に示されるように）具備さ
れたとしても、側板１２及び１６は温度差を受
け、そのため側板が成形される材料の熱膨張率に
従つて側板の高さが変化する。非常に精密な機械
加工達成の利点を減少せしめるもう１つの因子
は、操作中の装置内の不均一な摩耗の可能性であ
る。装置の部品に不つり合いが生ずると、それは
表面の不均一な摩耗を起こし、そしてそのために
製造中に表面がいかに精密に加工されたとしても
不必要な漏れを導くことは明らかであろう。

本考案の追従密封手段を使用すれば、従来の機
械加工を使用して温度勾配を補償し、操作中の摩
耗を許容することができる。この追従密封手段
は、側板の形状に対応した外形の密封要素と、密
封要素を所定の予荷重で向い合う渦巻部材の端板
に押し付けることによつて密封要素を作動せしめ
る手段とから構成されている。密封要素を向い合
う端板に押し付けるための手段は、使用される密
封の具体例に応じて、側板の端面内に形成される
流体容量内かあるいは密封要素内に配置されてい
る。

勿論、追従密封手段は旋回及び静止渦巻部材の
インボリユート側板と組み合される。第３図〜第
７図には静止側板のみ図示されてる。しかし、第
８図には両側板が示されている。

第３図〜第８図、第１０図及び第１１図の密封
要素の具体例において、この要素は、それと共に
使用されるインボリユート側板部材例えば図中の
静止側板１２の外形に対応するインボリユート外
形を有する全体として矩形断面の（しかしこれに
限られない）要素の形をしている。このインボリ
ユート密封要素は、金属あるいは非金属材料から
形成される。金属材料の典型例は鋳鉄、鋼、青銅
その他の同種物であり、非金属材料の典型例は炭
素あるいは（充填されたもしくは充填されていな
い）ポリテトラフルオロエチレンの如きプラスチ
ツク、ポリアミドその他の同種物である。かかる
材料は潤滑剤を必要とする性質を有するが、潤滑
剤なしで運転することも可能であり、その場合に
は充填されたポリテトラフルオロエチレンの如き
自己潤滑性材料が好ましい。

第３図及び第４図において、密封要素４５は長
方形断面であり、静止側板１２の接触面３９（第
１図及び第２図）は切り込まれて溝４６を形成し
ており、溝の幅は密封要素４５の幅よりわずかに
大きい。第３図及び第４図に見られるように、イ
ンボリユート形状の溝４６は、端面４９及び５０
と側壁５１及び５２を各々有する２つの平行なイ
ンボリユート延長部４７及び４８から形成されて
いる。表面５３は溝の壁を終結せしめている。

密封要素４５及び溝４６は共に追従密封手段５
５の境界を規定する。密封要素４５は４つの側面
５６，５７，５８及び５９を有している。密封要
素のこの基本構造及び溝形状は、第３図〜第８
図、第１０図及び第１１図に示された密封具体例
に渡つて維持されている。

第３図は、本考案の追従密封手段の最も簡単な
構造の１つを図示している。この具体例におい
て、密封要素４５の密封表面５６を旋回渦巻部材
の端板１５の表面３８に接触せしめ、密封要素の
表面５７を溝壁５２に接触せしめることによつて
半径方向密封を維持するために空気力だけが使用
されている。（第３図に部分的に詳細に示された）
装置が第１図及び第２図に示される基本的な渦巻
部材構造を有する圧縮機であると仮定すれば、中
心流体ポケツト２０内に得られる流体圧P₂₀は隣
接する流体領域（ポケツト）２２内の流体圧P₂₂
より大きいことは直ちに明確になろう。従つて、
渦巻操作中は、インボリユート側板１２及び１６
を渡つて、それらが滑動線接触する即ち接線方向
密封が達成される点３１において圧力差△Ｐ＝
P₂₀−P₂₂が存在する。このように、移動線接触の
両側に相異なる流体圧の領域が存在すると言え
る。圧縮機が始動されたとき、△Ｐがある値をと
る以前には、密封要素は溝４６内の流れに対し自
由である。しかし、△Ｐが増加すると、壁５１と
密封要素表面５９の間に形成された通路６０を通
つて溝４６内に漏れる流体の圧力により、密封要
素が半径方向外側に押されて表面５７を介して溝
の側壁５２に接触するだけでなく、端板１５に向
つて軸方向に押されて表面５６を介して端板表面
３８に接触する。このように、溝４６内で移動自
由な密封要素４５の使用により、機械内に温度勾
配が存在し、且つ操作の間不均一な摩耗を受けた
としても、接線方向密封の性質如何によらずその
密封を完全に維持しながら、半径方向密封が達成
される。

第３図の具体例は本考案の軸方向追従密封手段
の最も簡単な外形であるが、密封要素の表面５７
及び溝壁５２を非常に正確な形状にする必要があ
る。軸方向及び半径方向の接触圧は密封要素の２
表面に作用する流体圧に従属し、そして上述のよ
うにこの流体圧は△Ｐの関数である。第３図の追
従密封手段において密封要素を構成する材料の選
択は、操作環境の種類、所望の運転寿命、運転温
度、使用潤滑剤の種類、及び使用加工技術の便宜
及びコスト等の因子によつて決定される。

同一の参照番号が同一の要素を示すために使用
されている第５図及び第６図の追従密封手段にお
いては、相互に間隔を置いて配置された複数個の
圧縮バネが密封要素を向い合つた渦巻の端板に係
合させるための主要な手段として使用され、そし
て第３図の装置の如き空気圧手段がバネの軸方向
力を増すためだけでなく半径方向密封を維持する
ために使用されている。このため、複数個の周期
的に離れたバネ受６１が溝表面５３内に穴あけさ
れ、そしてバネ６２がそれらの各々の中に配置さ
れている。バネ６２の数及び間隔は、密封要素の
周辺の単位長さ当りに実質上均一なバネ力が加え
られるようなものである。

バネ６２が密封要素４５を向い合う端板の表面
に接触せしめるためにそれに正の力を連続的に加
えるので、所望の軸方向力の充分全てが始動時及
び終動時にも供給され、そのことにより、第３図
の装置の使用で得られるよりも大きな運転信頼性
が前記期間に得られる。しかし、第３図の装置の
場合同様、密封要素の接触面５７及び溝の表面５
２は精密にはめられねばならない。第５図及び第
６図の密封要素の材料の選択は、第３図の具体例
であげた上記因子と実質上同一の因子による。

第５図の具体例と同様に第７図の具体例も密封
要素４５を向い合う渦巻部材の端板表面に接触せ
しめるための機械的手段、即ち弾性部材６５を使
用している。この弾性部材６５は、通常は（天然
あるいは合成）の硬質ゴムその他の類似の材料か
ら形成されている。第３図及び第５図の装置のよ
うに、密封要素４５を半径方向外側に押して半径
方向密封を維持するために、側板部材を横切つて
存在する圧力差を使用しているが、これは必ずし
も必要とは限らない。弾性部材６５は、バネ６２
と実質上同一の目的のために働く。しかし、軸の
両方向に正の力が存在するので、弾性部材は密封
要素の表面５８と溝の表面５３を連続的に接触せ
しめ、そのため密封要素４５の下の気体漏れを防
止することにより付加的な半径方向密封を与える
ことになる。第７図の追従密封手段は保全が普通
に実行できる装置に使用されるのが好ましい。と
いうのは、弾性部材を形成する材料は劣化する傾
向があり、そのため前記密封を交換する必要があ
るからである。前記弾性部材６５は、勿論、処理
される流体が腐食性であるか弾性材料と反応する
ような機械においては使用できない。

第８図〜第１１図は、密封要素４５を端板に接
触せしめ、密封要素４５の下の気密密封を同時に
与えながら半径方向密封を得て、装置内の半径方
向密封を完全に維持するための機械的手段として
バネ密封の使用を示している。第８図、第９図及
び第１１図において、このバネ密封はＵ字形バネ
７０である。側板のインボリユート形状に対応す
る形状のＵ字形バネ７０は、それが第８図に示す
ように設置される時には圧縮されるように形成さ
れている。それは、その開き端７１がより高圧の
流体を含む領域（ポケツト）２０に面するように
配置されている。溝４６内で圧縮された状態にお
いて、端７２（第９図）は溝４６の表面５３と密
封接触し、端７３は密封要素４５の表面５８と密
封接触する。このようにして、溝４６を通して気
体が領域（ポケツト）２０から領域（ポケツト）
２２に漏れることはない。

バネ密封のもう１つの具体例は、第１０図に示
されている。このバネ密封は、インボリユート型
階段密封ストリツプ７４と２個の向い合つたイン
ボリユート型波状バネ７７及び７８とから構成さ
れ、ストリツプ７４の２個の端７５及び７６の表
面は夫々表面５８及び５３と密封接触し、そして
波状バネは表面５８及び５３に対して端７５及び
７６を押し付ける。このように、バネ密封はＵ字
形バネ７０のように単一部材として、あるいは第
１０図のように多数の相互作用する部材として形
成される。

第９図及び第１０図に示された型のバネ密封は
気体の漏れを防止するので、バネ密封を使用する
これら具体例の追従密封手段に具備される全表面
は従来の公差で機械加工され、同時にすぐれた結
果が得られる。これらのすぐれた結果は、密封要
素とバネ密封の圧縮力によつて決定され相対的に
△Ｐと独立の向い合う渦巻端板との移動接触によ
つて半径方向密封が得られるという理由に基づ
く。それ故、第８図〜第１１図の具体例は、平衡
した圧力密封要素と密封要素を駆動するための好
ましい手段を示している。

第８図は、旋回及び静止渦巻部材のインボリユ
ート側板への本考案の追従密封手段の適用を示し
ている。同一の配置が使用されていることがわか
る。密封要素８０は、旋回渦巻部材の一部である
側板１６の端面内の溝によつて形成されたチヤネ
ル８２内のＵ字形バネ８１の力により、静止渦巻
部材の端板１１の表面３６と密封接触する。同様
に、第３図〜第７図の追従密封手段が旋回及び静
止渦巻部材のインボリユート側板と共に使用され
ている。

第１１図において、密封要素４５は、接触面３
８及び５６間に適切な潤滑剤を分配するための潤
滑溝８５を有している。この潤滑溝は、勿論第３
図〜第８図の追従密封手段にも使用することがで
きる。

第１２図は、本考案の半径方向追従密封手段を
組入れた典型的な渦巻圧縮機の縦方向断面図であ
る。半径方向密封は、前記典型的装置において、
本出願に対応する米国特許出願第561479号と同じ
日付の出願に記載されている手段によつて達成さ
れる。この典型的な渦巻圧縮機において、接線方
向密封は、ジヨン・マクラフの特許出願第408912
号に記載されている装置により得られる。

第１２図の圧縮機において、静止渦巻部材１１
０はフランジ１１３に終結する周辺円筒壁１１２
を有する端板１１１から形成され、端板１１１、
壁１１２及びフランジ１１３はハウジング１１５
の一セクシヨン１１４を形成している。静止渦巻
部材１１０は、それと組み合された本考案の追従
密封手段を有するインボリユート側板１１６を有
している。前記追従密封手段は、簡単のため密封
要素１１８のみ示されている。完全な追従密封手
段は、第３図〜第１１図に示されている具体例の
ずれかである。端板１１１の外面１１９には、ら
せん形状溝を有するハウジング板部材１２０が取
付けられている。組立てられる時、前記溝及び端
板１１１の外面１１９は、流体冷却剤が循環する
溝１２２を形成する。溝１２２は、静止渦巻部材
の側板のインボリユートらせん形状をとる。

旋回渦巻部材１３０は、端板１３１及びそれに
取付けられたインボリユート側板１３２を有して
いる。また旋回渦巻部材のインボリユート側板１
３２も、それと組み合された本考案の追従密封手
段を有している。追従密封手段１１７と同様にこ
の手段も密封要素１１８のみ示され、そしてそれ
は第３図〜第１１図に示されている具体例のいず
れかである。側板１３２が取付けられている端板
１３１の表面１３３は、フランジ１１３の表面１
３４と滑動接触する。同様に、前記表面１３３
は、追従密封手段１１７を介して静止渦巻のイン
ボリユート側板１１６の表面１２１と半径方向密
封を形成する。同様に、インボリユート側板１３
２の表面１３５も、追従密封手段１１８を介して
静止渦巻部材１１０の端板１１１の表面１３６と
半径方向密封を形成する。このようにして、端板
１１１及び１３１間に規定される容量内に１個あ
るいは複数個の流体領域（ポケツト）例えば１３
７，１３８，１３９及び１４０が形成される。図
示された圧縮機において、圧縮される流体は図示
していない向い合つて配置された入口を通つて周
辺の流体領域（ポケツト）１４０内に導入され、
圧縮された流体は中心流体領域（ポケツト）１３
７から排出口１４３及びハウジング板１２０の口
１４４を通つて、圧縮流体使用手段例えば（図示
していない）溜め、あるいはその他の適切な機構
例えば膨張エンジンに導入される。前記口１４４
は、適切な流体搬送ライン（図示していない）に
係合するようにせしめられている。

ハウジング１１５の残りあるは第２のセクシヨ
ン１４６は、駆動軸ハウジング１４７及び肩１４
９を介して結合された揺動リンクハウジング１４
８から構成されている。揺動リンクハウジング１
４８は周辺リング１５１を有するフランジ１５０
に終結し、リング１５１とハウジングセクシヨン
１１４のフランジ１１３は多数のボルト１５３の
如き適切な手段により密封Ｏ−リング１５２を介
して結合され密封されている。フランジ１５０の
内面１５４は２個の向い合つて配置された半径方
向溝１５５及び１５６を有し、これらの溝は結合
リング１５９の一側面上に向い合つて配置された
キー１５７及び１５８のキー溝として働く。旋回
渦巻の端板１３０の外面１６０は、ハウジング内
で溝１５５及び１５６から90゜離れ同様の向い合
つて配置された半径方向溝（図示していない）を
有する。この溝は、結合リング１５９の他の側面
上に向い合つて配置されたキーのキー溝として働
く。この結合リングの目的は、静止及び旋回渦巻
部材を所定の固定角度関係に保持することであ
る。即ち、この具体例においては、両渦巻部材を
固定角度関係に保持するための結合手段が、結合
リング１５９と、固定部材（フランジ１５０）に
設けられた半径方向溝１５５及び１５６と、旋回
渦巻部材の端板１３０の外面に設けられ、上記溝
１５５及び１５６と直角に配置された半径方向溝
とによつて構成されており、結合リング１５９
は、半径方向溝１５５及び１５６内を移動できる
ように配置されたキー１５７及び１５８と、旋回
渦巻部材の端板１３０に設けられた半径方向溝内
を移動できるように配置されたキーとを備えてい
る。これによつて、旋回渦巻部材の旋回中、旋回
渦巻部材は静止渦巻部材に対して所定の固定角度
関係に保持される。

上述のように、例示の目的のために使用される
旋回渦巻部材１３０の駆動機構は、旋回渦巻部材
が駆動される毎に静止渦巻部材に作用する遠心力
の少なくとも一部に打ち勝つ手段を組入れたもの
である。この平衡手段は、第１２図において、旋
回渦巻部材１３０の端板１３１に取付けられ、あ
るいはその延長部である中心軸１７２にローラベ
アリング１７１を介して取付けられた揺動リンク
１７０として示されている。揺動リンク１７０の
平衡おもり１７３は、静止渦巻部材１１０に作用
する遠心力の一部に打ち勝つための手段を与え
て、ころがり接触の側板表面上の摩耗を減少せし
め、効果的な接線方向密封を達成する。

旋回渦巻部材１３０は、不可欠である主駆動軸
１７５及びクランク軸１７６を介して駆動手段と
してのモータ（図示していない）により駆動さ
れ、そしてクランク軸１７６には平衡おもり１７
７が取付けられている。この平衡おもりは、旋回
渦巻及び揺動リンクの運動により発生する慣性力
と静的及び動的に平衡する。クランク軸１７６
は、ボールベアリング１７８及び１８７により駆
動ハウジングセクシヨン１４７内に支持され、ベ
アリング１７８は適切に固定されたベアリング保
持リング１７９によりその位置に保持され、そし
てベアリング１８７はハウジングリツプ１８８に
より保持されている。揺動リンク１７０（及び旋
回渦巻部材１３０）の接続部１８０は、第１３図
及び第１４図に示されているように、クランク軸
１７６を介して駆動軸１７５に接続されている。
前記接続部１８０は、第１４図に示されているよ
うに、揺動リンク１７０内を延びている、クラン
ク軸１７６に取付けられテーパ軸１８１から構成
されている。テーパ軸には、ネジ保持器１８４に
より揺動リンク１７０内に保持されたベアリング
１８３内に設置されたボールジヨイント１８２が
取付けられている。揺動リンクの軸線１８５は主
駆動軸１７５の軸線１８６に平行で、旋回渦巻部
材１３０の旋回半径に等しい距離だけ主駆動軸１
７５の軸線１８６から離れているので、主駆動軸
１７５の回転は渦巻部材１３０の所望の旋回を与
える。

全体として参照番号１９０で示されている機械
的表面密封は、ハウジングセクシヨン１４６内に
形成された流体容量１９１を外気から密封する。
公知の実例に従えば、前記機械的表面密封は要素
１９３、対のリング１９４及び１９５、Ｏ−リン
グ１９６，１９７及び１９８、密封アダプタ１９
９、ロツクナツト２００、ドエルピン２０１及び
駆動軸ハウジングへ表面密封１９０を固定する複
数個のネジ２０２から構成されている。平衡おも
り２０５は、装置内の振動を最小にするためにネ
ジ２０６によつて主駆動軸１７５に取付けられて
いる。

流体ライン２１０は室ハウジング内に形成され
た容量１９１内に導入される。このラインは、適
当な圧縮流体、例えば空気、窒素、その他の同種
物の供給源（図示していない）に接続されてい
る。閉じることができる油配給口２１１及び閉じ
ることができる油排出口２１２は、装置内への、
潤滑油を導入し及び排出するために設けられてい
る。油は、結合手段の接触面に渡つて且つ静止渦
巻部材の追従密封手段の接触面の間を通つて働
き、そして２個のフランジ１１３及び１５０の表
面間に形成された油だめとして働くハウジング容
量２１３の底に集められる。ハウジングセクシヨ
ン１１４は、その外表面の周囲に間隔を置いて配
置された熱交換器及び構造表面として働く一連の
羽根２１４を有している。

第１２図及び第１４図の圧縮機の操作の際に
は、ハウジング内の容量１９１を加圧するために
流体が使用される。一般にハウジングは完全に密
封されていないので、通常は容量１９１と圧縮流
体例えば圧縮空気の供給源との接続を維持する必
要がある。ハウジング容量１９１内の作動流体圧
力は、少なくとも圧縮機の寸法、操作圧力範囲及
び流体領域（ポケツト）密封の所要効率の如き因
子により決定される範囲にあるだろうが、それは
一般に装置内の圧力の２つの数値、例えば圧縮機
の入口圧力と出口圧力の間にあると規定すること
ができる。端板１３１に作用する空気力は、追従
密封手段１１７と端板表面１３３の間及び追従密
封手段１１８と端板表面１３６の間を密封し、そ
れにより相異なる領域（ポケツト）内の流体圧を
所望のレベル差に維持する。容量１９１は渦巻部
材の端板１１１と１３１の間に形成された流体領
域（ポケツト）から隔離されているので、軸方向
負荷力は渦巻領域（ポケツト）内の圧力結果にか
かわらず所望のレベルに維持される。

第１２図の装置は圧縮機であるとして説明して
きたが、これは駆動手段として作用する高圧流体
が中心領域（ポケツト）１３７内へ導入される時
には膨張機として機能する。

本考案の追従密封手段を介してインボリユート
側板とその向い合う端板との間に実際の密封接触
を形成することにより、半径方向温度勾配が存在
し且つ不均一の摩耗が生じたとしても、各端板の
全長に渡つて効果的な半径方向密封を得ることが
できる。同様に、最小の漏れ及び摩耗で効果的な
接線方向密封を得ることができるような手段を具
備した装置の使用により、最大の接線方向密封が
維持される。

以上の記載から明らかにされた目的のうち前記
の目的が効果的に達成されることがわかるであろ
う。そして、本考案の範囲を離れることなく上述
の構成においていくつかの変更を行うことができ
るので、以上の記載及び添付図面に示された全て
の事項は限定されるものではなく、単なる例示と
理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、典型的な渦巻装置のインボリユート
側板部材の断面図。第２図は第１図の平面２−２
で切断した第１図の典型的な渦巻装置の断面図。
第３図は、本考案の追従密封手段の密封要素の一
具体例及び密封要素を駆動して半径方向密封を維
持するための空気手段を示す、接触しているイン
ボリユートの詳細な拡大部分断面図。第４図は、
第３図の具体例の密封要素を示す、第３図の平面
３−３で切断した１個のインボリユート側板部材
の一部の断面図。第５図は、密封要素を作動する
ための機械的バネ手段と半径方向密封を維持する
ための空気力とを使用した、第３図の密封要素具
体例の詳細な断面図。第６図は、バネの配置を示
す、第５図の追従密封手段を組入れたインボリユ
ート側板部材の平面図。第７図は、密封要素を機
械的に作動し、そして半径方向密封を維持するた
めの弾性リングを使用した、第３図の密封要素具
体例の詳細な断面図。第８図は、密封要素を作動
し、そして半径方向密封を得るための機械的バネ
密封の一具体例を使用した、第３図の密封要素具
体例の詳細な断面図。第９図は、第８図の機械的
バネ密封の拡大断面図。第１０図は、密封要素作
動のためのバネ密封の他の具体例の拡大断面図。
第１１図は、密封要素内に潤滑溝を組入れたこと
を示す、第８図の追従密封手段の変更。第１２図
は、本考案の追従密封手段を組入れた渦巻型装置
の縦方向断面図。第１３図は、旋回渦巻駆動手段
内に組入れられた揺動リンク機構を示す、第１２
図の平面１３，１３で切断した断面図。第１４図
は、主駆動軸及び揺動リンク機構間の接続を詳細
にする、第１３図の平面１４，１４で切断した断
面図。 １０……静止渦巻部材、１１……端板、１２…
…側板、１４……旋回渦巻部材、１５……端板、
１６……側板、１７……駆動軸、２０〜２６……
流体領域（ポケツト）、２７〜３２……接触部、
４５……密封要素、４６……インボリユート形状
溝、５５……追従密封手段、６２……バネ、６５
……弾性部材、７０……Ｕ字形バネ、７４……階
段状ストリツプ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 端板及びインボリユート側板を有する固定渦
   巻部材と、 端板及びインボリユート側板を有する旋回渦
   巻部材と、 該旋回渦巻部材を該固定渦巻部材に対して旋
   回せしめ、これによつて、２つのインボリユー
   ト側板が移動する線接触を形成して、少なくと
   も１つの可変容量移動ポケツト及び上記移動す
   る線接触の両側の異なつた流体圧力の領域を密
   封し且つ規定する駆動手段と、 上記２つの渦巻部材を所定の角度関係に維持
   する連結手段と、 軸線方向の力を提供して、該固定渦巻部材の
   該インボリユート側板を強制して、該旋回渦巻
   部材の端板に軸線方向にて接触せしめ、且つ該
   旋回渦巻部材の該インボリユート側板を強制し
   て、該固定渦巻部材の端板に軸線方向にて接触
   せしめ、これによつて、該ポケツトの半径方向
   の密封を達成する手段と を具備する流体が入口ポートを介して導入さ
   れ、循環し、排出ポートを介して排出される容
   積式流体装置において、 該インボリユート側板の形状に従つて形成さ
   れた、該インボリユート側板の各々の接触表面
   の溝と、 該インボリユート側板の各々と協働する、こ
   れを介して該軸線方向接触が達成される追従密
   封手段とを備えており、 該追従密封手段の各々が、 該溝と同じ形状であり、該溝内に載置され、
   該溝の幅よりも狭い幅を有して、該溝内にて小
   さな半径方向及び軸線方向の遊動が可能であ
   り、該溝の幅よりも狭い幅の接触面を有する、
   略矩形断面の密封要素と、該軸線方向接触を達
   成するための、該密封要素ための力を加える手
   段と を組み合わせて具備する ことを特徴とする容積式流体装置。 ２ 該力を加える手段が、該密封要素に関して軸
   線方向に力を加えて、該溝内にて該側板状に形
   成されたエラストマ部材を具備する実用新案登
   録請求の範囲第１項記載の容積式流体装置。 ３ 該密封手段が自己潤滑人工樹脂によつて形成
   されている実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の容積式流体装置。 ４ 該力を加える手段が、少なくとも部分的に空
   気力によるものであり、より大きな流体圧力を
   有する該移動線接触の該側の該区域の一つから
   導かれる該溝内の加圧流体を含み、 該接線方向の上記安全性が、より小さな流体
   圧力を有する該区域の他方により近い該溝のそ
   の側に、該密封手段の一方の側を接触せしめる
   該加圧流体によつて加えられる半径方向の力に
   よつて、維持される実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の容積式流体装置。 ５ 該密封要素に関連して軸線方向の力を加え
   て、該軸線方向の接触を達成するように、該溝
   内に圧縮された状態に維持された複数個の離間
   して配置されたバネを含む実用新案登録請求の
   範囲第４項記載の容積式流体装置。 ６ 該力を加える手段が、該密封要素に力を加え
   る、該溝内の該側板状のバネ密封部材を具備す
   る実用新案登録請求の範囲第１項記載の容積式
   流体装置。 ７ 該バネ密封部材が、横断面がＵ字状である実
   用新案登録請求の範囲第６項記載の容積式流体
   装置。 ８ 該バネ密封部材が、該端部表面を該溝の表面
   に強制して接触せしめるように、対抗する側板
   状の波状表面と２つの接触表面を備えたステツ
   プ状密封ストリツプと該密封要素とを組み合わ
   せて具備する実用新案登録請求の範囲第６項記
   載の容積式流体装置。 ９ 該密封要素が金属によつて形成されている実
   用新案登録請求の範囲第１項記載の容積式流体
   装置。 10 該密封要素が、該軸線方向接触を達成するこ
   とによつて、表面に潤滑溝を有する実用新案登
   録請求の範囲第９項記載の容積式流体装置。