JP7401664B2 - 共回転スクロール圧縮機における安定性 - Google Patents

Description

本開示は、共回転スクロール圧縮機の技術分野に関する。

スクロール圧縮機は、可変冷媒流通（ＶＲＦ）システムを含む冷媒圧縮用途に広く使用されている。共回転スクロール圧縮機は、ドライバスクロールとアイドラスクロールとを備え、ドライバスクロールとアイドラスクロールの両方は、それらの片側にインボリュート部分を有し、それぞれの他方側にシャフト部分を有する。各インボリュートの中心は、そのそれぞれのシャフト部分の中心にある。ドライバスクロールは、長いシャフトを有することができ、アイドラスクロールは、より短いシャフトまたはシャフト用の軸受ハブを有することができる。いくつかの実装形態では、ドライバスクロールは、圧縮機の中心にあり、すなわち、圧縮機の中心軸または中心線と位置合わせされ、その回転は、ロータおよびステータを含むモータ構成要素によって駆動される。アイドラスクロールは、一列に配置されてもよいが、旋回半径はドライバスクロールからオフセットされている。オルダム継手は、ドライバスクロールとアイドラスクロールとの間に直接配置される。一般に、ドライバスクロールはオルダム継手を回転させ、継手はその後アイドラスクロールを回転させる。両方のスクロールが回転する間、それぞれの間の相対運動は旋回運動であり得る。したがって、一方のインボリュートは、他方のインボリュートに対して旋回する。

いくつかの実装形態は圧縮機用の構成および技術を含み、これは、円筒形のハウジングと、円筒形のハウジングと係合する下部キャップハウジングと、主軸に沿って配置された主シャフトと、主軸と位置合わせされた軸を有し、渦巻状のインボリュートを有するドライバスクロールと、主軸からオフセットされた軸を有し、ドライバスクロールの渦巻状のインボリュートと噛み合うアイドラスクロールプレートに配置された渦巻状のインボリュートを有するアイドラスクロールと、ドライバスクロールとアイドラスクロールとの間に配置されたオルダム継手と、アイドラスクロールの軸と位置合わせされた軸を有する、下部キャップハウジングに固定されたアイドラスクロールシャフトハブであって、アイドラスクロールのハブは、下部キャップハウジングに固定されたアイドラスクロールシャフトハブ上に配置されている、アイドラスクロールシャフトハブと、アイドラスクロールプレート上に互いに対向して配置された２つの円弧構造とを備え得る。

さらに、いくつかの実装形態は、各々が内部油路を有する、アイドラスクロールプレート上に互いに対向して配置された２つの円弧構造用の構成および技術を含む。

詳細な説明は、添付の図面を参照して説明される。異なる図における同じ参照番号の使用は、類似または同一の項目または特徴を示す。

いくつかの実装形態によるスクロール圧縮機の断面図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態によるスクロール圧縮機の下部の断面図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態によるスクロール圧縮機の下部の断面の等角図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態による圧縮機の下部の断面の上面図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態によるアイドラスクロールの上面図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態によるアイドラスクロールの斜視図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態による圧縮機の比較例の構成要素の特定の力およびモーメントを示す自由体図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態による圧縮機の構成要素の力およびモーメントを示す自由体図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態による圧縮機の下部の断面の上面図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態によるスクロール圧縮機の下部の断面図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態による圧縮機の下部の断面の上面図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態による圧縮機の例の構成要素の特定の力およびモーメントを示す自由体図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態によるスクロール圧縮機の下部の断面図の一例を示す図である。 いくつかの実装形態によるスクロール圧縮機の下部の断面の等角図の一例を示す図である。

ドライバスクロールおよびアイドラスクロールのそれぞれのインボリュートは、動作中に冷媒ガスの三日月形状のポケットを形成する渦巻状のインボリュートの噛み合い対として互いに嵌合する。一般に、動作中、吸引ガスは圧縮機に入り、次いでスクロール対の外側領域に入る。ポケットは、旋回運動が起こるにつれて容量が減少し、これはガスをより高い圧力に圧縮する。いくつかの実装形態では、中央部分の近くで、圧縮ポケットは、ドライバスクロール内の吐出ポートに到達し、高圧ガスは、このポートを通って出る。いくつかの実装形態では、圧縮機は「高圧側」設計であり、吸引ガスが圧縮チャンバに直接入り、圧縮機ハウジング内部の容積の大部分が吐出圧力にある。

挑戦的なスラスト力スクロール圧縮機は、アイドラスクロールとドライバスクロールとの間の接触に直面する。ドライバスクロールおよびアイドラスクロールのスクロールインボリュート先端は、互いのインボリュート床に接触することができる。例えば、ドライバスクロールとアイドラスクロールとを一緒に押すために加えられる力は、所与の面積と吐出圧力（Ｐｄ）との積と、異なる所与の面積と圧縮された吸引または中間圧力（Ｐｉ）との積との組み合わせである。これは軸方向コンプライアンスと呼ばれることがあり、スクロール圧縮機の本質的に動作エンベロープ全体に最適なスラスト力を生み出す。

いくつかの実装形態では、スクロールインボリュートは、（プレートの外径よりも）小さい閉鎖直径であり、したがって、接線方向（Ｆｔｇ）または水平方向成分であり得る発生したガス力のために、スクロールセットの安定性が大きな課題となり得る。動作中、水平方向の力Ｆｔｇは、アイドラスクロールおよびドライバスクロールの両方においてオーバーターニングモーメントになる。いくつかの例では、アイドラスクロールの一部であり得るこの接線方向のガス力Ｆｔｇに対処するために、２つの円弧構造を、アイドラスクロールのインボリュートの高さと全く同じ高さに機械加工されてもよく、したがって、インボリュートよりも大きな半径でドライバスクロールプレート床との同じ接触にされてもよい。さらに、いくつかの実装形態では、円弧構造は、ドライバスクロールの一部であってもよく、ドライバスクロールのインボリュートの高さと全く同じ高さに機械加工されてもよく、したがって、インボリュートよりも大きな半径でアイドラスクロールプレート床との同じ接触にされてもよい。したがって、以下に説明するように、アイドラスクロールの２つの円弧構造は、動作中の安定性を提供する。

スクロール圧縮機技術のいくつかの実装形態では、接線方向のガス力Ｆｔｇは、３６０°の圧縮クランク角では回転しない。接線方向のガス力Ｆｔｇは、旋回スクロールと噛み合う固定スクロールを有する圧縮機のように大きさを変化させることができるが、接線方向のガス力Ｆｔｇは、本質的にハウジングに対して固定位置にあってもよい。Ｆｔｇ力は高いピーク値を有するため、安定化円弧構造支持部分は、アイドラスクロールなどの２つのスクロールの一方に位置し、円弧部分構造支持部分の頂面は、他方のスクロール（例えば、ドライバスクロール）のインボリュート先端および／または床面と同じ平面内にあり得る。

図１は、いくつかの実装形態によるスクロール圧縮機の断面図の一例を示す図である。圧縮機１の本体またはハウジングは、上部キャップ２、中央シェル（円筒形のハウジング）４、および下部キャップ（下部キャップハウジング）または基部６を含むことができる。これらの構成要素は、部分１２および１４に示すように、互いに圧入されてもよい。上部キャップ２、中央シェル４、および下部キャップ６は、ほぼ円形の輪郭を有することができる。下部キャップ６は、基本的に、ドライバスクロール５０の主軸または中心線であるドライバスクロール軸９６に基本的に平行な垂直延在縁部またはリムを有するボウル形状であってもよい。下部キャップ６は、例えば、ドライバスクロール５０およびアイドラスクロール８０および関連する構成要素などの圧縮機構または圧縮ユニットの構成要素を含むことができる圧縮機の構成要素が組み立てられるかまたは配置される開口端部または開口面を有することができる。中央シェル４は、基本的に、ドライバスクロール軸９６に平行な軸を有する円筒形であってもよく、主軸受２４などの、主シャフトすなわちドライバスクロールシャフト２０上の１つ以上の軸受のボアと同心であってもよい。中央シェル４は、開口上端部および下端部を有する本質的に中空の開口部を有する本質的に円筒形状を有することができ、「ケース」と呼ばれることがあり、シート金属または鋼管などから構成され得る。さらに、上部キャップ２は、本質的に、ドライバスクロール軸９６に本質的に平行な垂直縁部またはリムを有するボウル形状であってもよい。下部キャップ６は、組み立て中に適所に押し込まれた圧縮機の構成要素を収容する開口端部または開口面を有する。さらに、いくつかの例では、上部キャップ２、中央シェル４、および下部キャップ６は低炭素鋼で作られてもよく、スクロール圧縮機１は周囲環境から気密にシールされてもよいが、本明細書に記載の技術は、性能を損なうことなく、半気密スクロール設計に適用することもできる。図示のように、ハーメチック端子４０は、中央シェル４内に、または代替的に上部キャップ２内に配置されてもよい。

いくつかの実装形態では、高チャンバ２８などの主フレーム２６の上方の圧縮機チャンバ全体は、高圧吐出ガス、モータ構成要素（例えば、モータステータ１６およびモータロータ１８）、および上部軸受または外側軸受２２のアセンブリを含む。このチャンバはまた、本質的に主フレーム２６とモータ構成要素（例えば、モータステータ１６およびモータロータ１８）との間にあってもよい油溜めまたはリザーバ４２を収容してもよい。主フレーム２６の下方のチャンバは、低圧吸引ガス、圧縮機構（例えば、ドライバスクロール５０およびアイドラスクロール８０）、１つ以上の径方向コンプライアンス機構（例えば、アイドラスクロール座標軸に対して角度θの駆動平面を有するシャフトピン、対応するスライダブロック２６４、ならびにアイドラスクロール軸受９４およびアイドラシャフトハブ（アイドラスクロールシャフトハブ）２６０（後述））を含むことができ、軸受を通る自然漏れに起因して圧縮機内に油の一部を含むことができる。いくつかの実装形態では、シャフトシール４４が、ドライバスクロールシャフト（主シャフト）２０の周りに配置されて、主フレーム２６をシールする。

また、上部軸受プレート３２は、上部軸受２２の周囲の部分が上方に広がりながら上部キャップ２に向かって配置されてもよい。上部軸受プレート３２は、第１のセットの開口部３８および第２のセットの開口部３６などの開口部を含むことができる。油分離ドーム３４はまた、本質的に上部キャップ２内かつ上部軸受プレート３２の上方に配置されてもよい。いくつかの実装形態では、油分離ドーム３４は、上部軸受プレート３２に接触または接続されてもよい。例えば、ドライバスクロール５０を出る吐出ガスは、ガスおよび閉じ込められた油の両方を含んでもよい。油分離ドーム３４は、吐出流を逆転させることができ、混合物は、第１のセットの開口部３８を通って下方向に出ることができる。吐出取付具１０は圧縮機からの圧縮ガスの出口であるため、流体の下向きの流れ方向は逆転し、第２のセットの開口部３６を通って流れ排出取付具に到達する。第１のセットの開口部３８と第２のセットの開口部３６との間の逆流方向のために、流体中の閉じ込められた油の大部分はガスから分離され得る。

下部キャップ６には、冷媒ガスまたは液体とガスとの混合物を吸引するための吸引入口８が配置されてもよく、吐出取付具１０が上部キャップ２内に配置されてもよい。図１に示す例では、冷媒は圧縮チャンバに直接吸引され、ドライバスクロール５０とアイドラスクロール８０とのインボリュートの噛み合いによって２つのポケットが同時に形成されてもよく、下部ハウジングの内部の大部分は、共回転スクロール圧縮機の「低圧側」として知られ得る吸引圧力にある。

ドライバスクロールシャフト２０は、ドライバスクロール軸９６と位置合わせされ、上述したように、ドライバスクロール軸９６がステータ１６の内側で動作するロータ１８によって非常に高速まで回転され得るように、少なくとも主軸受２４および上部軸受２２によって担持されてもよい。下部軸受すなわちアイドラスクロール軸受９４は、アイドラシャフトハブ２６０の周りに配置されてもよい。また、主フレーム２６は、中央シェル４の内部に圧入されていてもよい。主軸受２４は主フレーム押圧直径と同心であるため、ドライバスクロールシャフト２０はステータ１６と同心に位置合わせされる。動作時に、ステータ１６は磁場を与え、その結果、ロータ１８はスピンし、圧縮ユニット、例えば、動作時にドライバスクロール５０の渦巻状のインボリュートとアイドラスクロール８０の渦巻状のインボリュートとの噛み合いによって形成されるガスの圧縮ポケット、におけるガスを圧縮するための高出力を生成する。いくつかの実装形態では、モータ（例えば、ロータ１８およびステータ１６）は、ステータ１６、ならびに永久磁石を有するロータ１８の特別な巻線設計を含んでもよい。

図１に示され、以下でさらに詳細に説明されるように、いくつかの実装形態では、シールプレート６０がドライバスクロールプレート５２の上部に配置されてもよい。いくつかの実装形態では、ドライバスクロール５０とアイドラスクロール８０との間にオルダム継手７０を配置することができ、アイドラスクロール８０の下方にスラストプレート６６を配置することができる。さらに、いくつかの例では、シールプレート６０は、４つの等間隔のショルダボルトなどのボルト６２によってスラストプレート６６に取り付けられる。また、圧縮機１は、主フレーム２６の上方の高圧側から吐出圧油を供給する給油管９２を備えてもよい。

さらに、いくつかの実装形態では、アイドラスクロールプレート８２のそれぞれの円弧部分の周りに２つ以上の円弧構造８６を配置することができる。他の実装形態では、ドライバスクロールプレート５２のそれぞれの円弧部分の周りに円弧構造８６を配置することができる。円弧構造８６については、以下でより詳細に説明する。

図２は、いくつかの実装形態によるスクロール圧縮機の下部の断面図の一例を示す図である。図２に示すように、少なくともドライバスクロール５０およびアイドラスクロール８０を含んでもよい圧縮機構は、主フレーム２６の下方に配置される。ドライバスクロール５０は、ドライバスクロールプレート５２の底面または下面であるドライバスクロールインボリュート床５３から下方に延在する渦巻状のインボリュート５４を含む。アイドラスクロール８０の渦巻状のインボリュート８４は、アイドラスクロールプレート８２の頂面または上面であるアイドラスクロールインボリュート床８１から上方に延在する。渦巻状のインボリュート８４は、ドライバスクロール５０の渦巻状のインボリュート５４と噛み合っている。上述したように、ドライバスクロール５０の軸は、圧縮機のドライバスクロール軸９６上にあり、いくつかの実装形態では、少なくとも上部軸受２２、ステータ１６、ロータ１８、および主軸受２４に位置合わせされる。いくつかの例によれば、アイドラスクロール軸９８は、（図１に示すように）ドライバスクロール軸９６からオフセットされ、アイドラスクロールの渦巻状のインボリュート８４およびドライバスクロール５０の渦巻状のインボリュート５４の旋回半径に等しい距離に配置されてもよい。

さらに、いくつかの実装形態では、２つ以上の円弧構造８６は、アイドラスクロール８０の本質的に円形のアイドラスクロールプレート８２のそれぞれの円弧部分の周りに配置されてもよく、ドライバスクロールプレート５２に向かって上方に延在してもよい。さらに、いくつかの実装形態では、２つ以上の円弧構造８６は、ドライバスクロール５０の基本的に円形のドライバスクロールプレート５２のそれぞれの円弧部分の周りに配置されてもよく、アイドラスクロールプレート８２に向かって下方に延在してもよい。円弧構造８６については、以下でより詳細に説明する。

圧縮機１はまた、圧縮ガスを排出するためにドライバスクロール５０に配置された吐出ポート２０２または孔を含むことができる。いくつかの実装形態では、主軸受２４は、シャフトシール４４の下方かつスラストワッシャ２１２の上方に配置され、ドライバスクロール５０の負荷は、主軸受２４によって主に支持されてもよい。スラストワッシャ２１２は、ドライバスクロールプレート５２と主フレーム２６との間に配置されてもよい。

いくつかの実装形態では、図２に示すように、オルダム継手７０は、各スクロール部材（例えば、ドライバスクロール５０およびアイドラスクロール８０）の間に直接配置されてもよく、アイドラスクロールプレート８２上に載置されてもよい。オルダム継手７０の軸キーは、ドライバスクロール５０とアイドラスクロール８０との間に係合されてもよく、一般に、ドライバスクロールシャフト２０が回転すると、ドライバスクロール５０がオルダム継手７０を回転させ、次いで、オルダム継手７０がアイドラスクロール８０を回転させる。オルダム７０継手は、ドライバスクロール５０からアイドラスクロール８０に運動を伝達する。したがって、動作中、ドライバスクロール５０およびアイドラスクロール８０が回転する間、各々の間の相対運動は、円軌道運動である。したがって、動作中、一方のインボリュートは、他方のインボリュートに対して旋回する。

いくつかの実装形態では、アイドラスクロール８０は、本質的に円筒形であり、開口底部を有し、アイドラスクロールプレート８２の底面（または下面）８３から下方に延延在するアイドラスクロールハブ２５６を含む。アイドラスクロールハブ５は、アイドラスクロール軸受９４の周りに配置されてもよい。さらに、アイドラスクロールハブ２５６およびアイドラスクロール軸受９４は、オフセットされたアイドラスクロール軸９８と位置合わせされてもよい。いくつかの実装形態では、アイドラスクロール８０の負荷は、主にアイドラスクロール軸受９４によって担持され、アイドラスクロール軸受は、アイドラスクロールハブ２５６に押し込まれ、本質的に固定されたスライダブロック２６４の周りを回転してもよい。スライダブロック２６４は、コンプライアントシャフトジャーナルとして機能し、アイドラ軸座標に対して駆動角度θで配置された駆動平面（後述）を有し、これはＦｔｇ（接線方向ガス）ベクトルからの適切なフランク接触力を効果的に加えて漏れを最小限に抑える。

以下でさらに詳細に説明するように、アイドラスクロール軸受９４およびスライダブロック２６４駆動平面上のクラウンは、油で潤滑される。スライダブロック２６４は、いくつかの実装形態では、アイドラスクロール軸受９４のためのジャーナルを形成する焼結され、硬化され、研削された構成要素であってもよい。図２は、いくつかの例では、アイドラシャフトハブ２６０の下部または基部は、抵抗溶接によって、例えば下部キャップ６に溶接されてもよく、溶接されるように下方に延在する１つ以上の突起部２５８を有してもよいことをさらに示す。いくつかの実装形態では、アイドラスクロールハブ２５６、スライダブロック２６４、およびアイドラスクロール軸受９４はそれぞれ、アイドラシャフトハブ２６０と本質的に位置合わせされている。さらに、スライダブロックシール２６２は、スライダブロック２６４の下部に配置されてもよく、アイドラシャフトハブ２６０の基部の上面にシールを形成してもよい。スライダブロックシール２６２は、圧縮機の低圧側に入る油の量を制御するとともに、アイドラシャフトハブ２６０に対するスライダブロック２６４の安定化負荷を画定してもよい。

また、いくつかの実装形態では、油などの潤滑剤は、シール２１０で主フレーム２６内にシールされ得る給油管９２によって圧縮機１の下部に供給されてもよい。したがって、給油管９２は、吐出ガスによって加圧された油を、シール２７１によって給油管入口２７０においてシールされ得る給油管入口２７０に供給することができる。アイドラシャフトハブ２６０内に穿孔され、あるいは形成された油路２７２は、アイドラシャフトハブ２６０の基部２９０内で互いに交差する径方向に延在する油路２８２および軸方向に延在する油路２８４を含んでもよい。図示するように、径方向に延在する油路２８２の一端は、給油管９２に連通する。軸方向に延在する油路２８４は、アイドラシャフトハブ２６０の頂面２８６を通って上方に延在してもよく、アイドラシャフトハブ２６０とスライダブロック２６４との間の隙間またはギャップ２９２に開口してもよい。

いくつかの例では、軸方向に延在する油計量通路２７４は、スライダブロック２６４の上部を通して穿孔、あるいは形成されてもよい。油計量通路２７４の下端部は、隙間またはギャップ２９２と交差するように開口してもよい。油計量通路２７４の上端部は、スライダブロック２６４の頂面１３０４とアイドラスクロールハブ２５６内のアイドラスクロールプレート８２の底面８３の一部１３０３との間の隙間またはギャップ１３０５と交差するように開口してもよい。油計量通路２７４は、油が通過する通路であってもよい。

さらに、いくつかの実装形態では、バンプまたは丸みを帯びた突起部１３３４が、スライダブロック２６４の頂面１３０４に配置されるか、またはそこから延在する。また、いくつかの例では、丸みを帯びた突起部１３３４は、アイドラシャフトハブ２６０の軸と位置合わせされる。丸みを帯びた突起部１３３４は、底面８３の一部１３０３に接触してもよい。

したがって、いくつかの実装形態では、油は、給油管９２を通過して、アイドラシャフトハブ２６０の径方向に延在する油路２８２に入ってもよい。油は、アイドラシャフトハブ２６０内の軸方向に延在する油路２８４を通って、アイドラシャフトハブ２６０とスライダブロック２６４との間の隙間またはギャップ２９２に入ってもよい。その後、一部の油は、油計量通路２７４を通って、スライダブロック２６４の頂面１３０４とアイドラスクロールプレート８２の底面８３の一部１３０３との間の隙間またはギャップ１３０５に続くことができる。

いくつかの実装形態によれば、吐出圧油は、アイドラスクロールハブ２５６が回転ピストンに類似するように、アイドラスクロールハブ２５６の下に供給されてもよい。これは、いくつかの例では、アイドラシャフトハブ２６０およびスライダブロック２６４が本質的に非回転ピストンであり、アイドラスクロール軸受９４およびアイドラスクロールハブ２５６が本質的に固定ピストン用の回転シリンダであるためである。いくつかの実装形態では、ドライバスクロール５０およびアイドラスクロール８０の両方は、加えられる吐出圧力によって加圧された油を有するが、ドライバスクロール５０の力は、吐出圧油を有するアイドラスクロール８０に対して吐出圧ガスを有し得る。したがって、この実装形態は、スクロール圧縮を抑制するために最適な軸方向ガス力を加えることができ、ドライバスクロールの下向きの力を効果的に相殺することができる。給油管９２は、加圧油を搬送するための一例である。

軸方向コンプライアンスに関して、ドライバスクロールシャフト２０は、本質的に圧縮機の高圧側に配置されているため、ドライバスクロールシャフト２０の直径の面積と吐出圧力（Ｐｄ）の積の下向き力が生成される。したがって、ドライバスクロールシャフト２０の直径は、軸方向コンプライアント力、ならびに強度および撓みの考慮事項にとって重要である。軸方向コンプライアンスのための吐出圧力構成要素は、ドライバスクロールシャフト２０の直径を指定することによって達成することができる。ドライバスクロールシャフト２０の直径は、最適な負荷担持能力ならびに関連するジャーナル軸受、および適切な流体力学的油膜のために選択することができる。したがって、吐出圧力のピストン直径効果は、本質的にシャフト軸受の選択の結果である。例えば、１０ｈｐの圧縮機能力のために、直径２８ｍｍのドライバスクロールシャフト２０である。さらに、軸方向コンプライアンスを維持するために、いくつかの実装形態は、低圧側チャンバ内のドライバスクロールプレート５２の頂面（または上面）５１の上方に配置された、圧縮された吸引中間ガス圧力を含むことができるシールプレート６０を含むことができる。シールプレート６０は、シールプレート６０の底面６３に配置された環状の溝またはチャネル２５３、２５５を有することができ、対応する内側シール２５２と外側シール２５４とは、動作中にシールチャンバを形成するために係合することができる。さらに、いくつかの例では、内側シール２５２および／または外側シール２５４は、ドライバスクロールプレート５２の頂面５１と接触してもよい。例えば、環状の溝またはチャネル２５３、２５５の内側の圧力は、内側シール２５２および外側シール２５４を外側および下方に押すことができる。次いで、下向きの力は、各シール２５２、２５４をドライバスクロールプレート５２の頂面５１と接触させることができる。シールプレート６０は、ドライバからオフセットされてもよく、アイドラスクロール８０によって回転されてもよい。したがって、シールプレート６０とドライバスクロール５０との間の相対運動は、旋回運動である。さらに、内側シール２５２および外側シール２５４は、ドライバスクロールプレート５２に対して、この同一の円軌道運動を有してもよい。いくつかの例では、シールプレート６０は、１つ以上のショルダボルト６２（以下「ボルト」）によってスラストプレート６６に取り付けることができ、いくつかの例では、４つの等間隔のボルト６２が配置される。ボルト６２の本体は、正確に研削された直径および長さであってもよい。さらに、ボルト６２は、正確な位置に等間隔に配置されてもよく、これらは、ドライバスクロールプレート５２を通って下方に運ばれ、スラストプレート６６にしっかりと入る。いくつかの例では、ボルト６２は、シールプレート６０ならびにドライバスクロールプレート５２を貫通する精密な滑り嵌めを有する。

いくつかの例では、シールプレート６０の底面６３とドライバスクロールプレート５２の頂面５１との間には特定の隙間またはギャップ２８０があり、これはボルト６２の全長において考慮され得、これはボルト６２の長さに依存し得る。この隙間は、シール２５２、２５４が下方に延在してドライバスクロールプレート５２とシールプレート６０との間で接触できるようにするために必要であり、各シール２５２、２５４の間の差圧がこれを引き起こすことがある。さらに、ドライバスクロールプレート５２の頂面５１とシールプレート６０の底面６３との間に隙間またはギャップがあってもよい。シールの種類に応じて、隙間は１２０～２００ミクロンとすることができる。いくつかの例では、ドライバスクロールプレート５２とシールプレート６０との間にスピンまたは旋回運動がない可能性があるため、シール適用は静的である。いくつかの実装形態では、内側シール２５２と外側シール２５４との間の圧力は、吐出圧力よりも低く、吸引圧力よりも高い。さらに、いくつかの実装形態では、内側シール２５２および外側シール２５４は、ばね荷重面型であってもよい。さらに、動作中、シールプレート６０の内側シール２５２と外側シール２５４との間にバックチャンバ力が発生する可能性があり、バックチャンバ内部のガス圧は、内側シール２５２と外側シール２５４との間の領域の外側よりも高くなる可能性があり、これは吸引圧力Ｐｓであり得る。

いくつかの実装形態では、スラストプレート６６は、ドライバスクロール軸９６と同心に配置されてもよい。スラストプレート６６は、アイドラスクロールプレート８２の底面８３の下に配置されてもよい。さらに、ボルト６２のための対応する孔がスラストプレート６６に配置されてもよい。いくつかの例では、スラストプレート６６は、ドライバスクロール軸９６を中心に、それ自体の軸上で、アイドラスクロール８０に対してオフセットして、回転してもよい。また、以下でより詳細に説明するように、ドライバスクロールプレート５２は、例えば、圧縮された吸引ガスのための、１つ以上の径方向に整列した、軸方向に整列した（例えば、通路２２０、２２２、２２４）通路をさらに含んでもよい。これらの通路は、以下により詳細に説明される。さらに、アイドラスクロール８０は、スラストプレート６６の頂部とドライバスクロール５０のドライバスクロールインボリュート床５３との間に装填されて直接旋回することができる。

さらに、ドライバスクロール５０の頂面５１から上方に延在するのは、本質的に円筒形であってもよく、主シャフト２０の一部を取り囲んでもよいドライバスクロールフランジ構造２３０であってもよい。いくつかの例では、ドライバスクロールフランジ構造２３０の下部は、頂面５１の凹部内に、ドライバスクロールプレート５２の頂面５１の下方に配置されてもよい。さらに、圧力差（例えば、吸引圧力）に起因して、ドライバスクロールフランジ構造２３０の下部とドライバスクロールプレート５２との間に環状シール２３１が配置されてもよい。いくつかの実装形態では、ドライバスクロールシャフト２０は、ドライバスクロールフランジ構造２３０に接続されてもよく、ドライバスクロールプレート５２とは別個の部品または構成要素として生成あるいは製造されてもよい。組み立て時に、ドライバスクロールシャフト２０は、ドライバスクロール５０のインボリュート軸と同心である。ドライバスクロールフランジ構造２３０は、ドライバスクロール５０の頂面５１に埋め込まれ、これらの２つの直径は、ドライバスクロールシャフト２０のほぼ完全な位置合わせを実際に形成する。

バイパス弁空洞２３２は、ドライバスクロールフランジ構造２３０内に配置され、ドライバスクロールフランジ構造２３０によって部分的に囲まれてもよく、ドライバスクロールシャフト２０によって部分的に囲まれてもよい。吐出ポート２０２は、ドライバスクロールフランジ構造２３０のバイパス弁空洞２３２と連通することができる。さらに、いくつかの実装形態では、ボルトまたは締結具２３５およびバルブバッカー２３６を有する１つ以上のリード弁２３４をバイパス弁空洞２３２内に配置することができ、リード部分は、閉じたときに通路または孔であり得るバイパスポート２３８を覆う。バイパスポート２３８は、ドライバスクロールプレート５２に穿孔、あるいは形成されてもよく、バイパス弁空洞２３２、ならびに噛み合ったドライバスクロール５０の渦巻状のインボリュート５４およびアイドラスクロール８０の渦巻状のインボリュート８４内の圧縮チャンバおよび／または圧縮ポケットと連通してもよい。

いくつかの実装形態では、リード弁２３４は、ドライバスクロール５０の渦巻状のインボリュート５４の上に部分的に配置される。さらに、図示のように、ドライバスクロールフランジ構造２３０は、ドライバスクロール５０およびドライバスクロール軸９６に対して同心であってもよい。さらに、ドライバスクロールフランジ構造２３０には、１つ以上の取付ボルト（この図には図示せず）が配置されてもよい。さらに、ダボまたは他の技術を使用して、ドライバスクロールフランジ構造２３０とドライバスクロールシャフト２０との間の位置合わせを確実にし、適切な回転トルク強度を確実にすることができる。

図３は、いくつかの実装形態によるスクロール圧縮機の下部の断面の等角図の一例を示す図である。例えば、図３には、ドライバスクロールプレート５２およびシールプレート６０が示されている。上述したように、圧縮された吸引ガス通路のための１つ以上の通路（例えば、通路２２０、２２２、２２４）が、ドライバスクロールプレート５２内に配置されてもよく、これらの通路は、ドライバスクロールプレート５２内に穿孔または作製された孔または他の空洞であってもよい。通路は、互いに開いていてもよく、あるいは交差して、ドライバスクロールプレート５２を通る圧力下のガスの流れを生成してもよい。第１の軸方向通路２２０は、内側シール２５２および外側シール２５４と、シールプレート６０の底面の対応する溝またはチャネル２５３、２５５との間に開口してもよい。

例えば、ドライバスクロールプレート５２内の通路は、第１の径方向通路２２２、第１の軸方向通路２２０、および第２の軸方向通路２２４を含んでもよい。第１の径方向通路２２２は、ドライバスクロールプレート５２内の軸方向通路２２０、２２４のそれぞれの直径よりも大きい直径を有してもよい。また、第１の径方向通路２２２の外側径方向範囲は、プラグで塞がれてもよい。第１の軸方向通路２２０は、１つの開口部で第１の径方向通路２２２と交差してもよく、別の開口部は内側シール２５２と外側シール２５４との間に配置されて開口してもよい。

また、第１の径方向通路２２２と交差する第２の軸方向通路２２４は、第１の軸方向通路２２０の径方向に内側に配置されてもよい。すなわち、第２の軸方向通路２２４の１つの開口部は、開口して第１の径方向通路２２２と交差することができ、第２の軸方向通路２２４の他の開口部は、ドライバスクロール５０の渦巻状のインボリュート５４の壁の間でドライバスクロールインボリュート床５３内に開口することができる。動作中、例えば、この開口部は、圧縮された吸引ガス源が供給されることを可能にし、この開口部の位置は、必要な圧力を得るためにインボリュート形状内で正確である。動作中、アイドラスクロール５０の対応するインボリュートは、この孔または開口部を前後に通過し、各ポケット内の異なる圧力に開口する。このため、この孔の直径は、第１の軸方向通路２２０の他の開口部に比べて小さい。いくつかの実装形態では、第１の径方向通路２２２は３ｍｍであってもよく、第２の軸方向通路２２４は０．７ｍｍであってもよく、シールチャンバへの第１の軸方向通路２２０は２ｍｍであってもよい。内側シール２５２と外側シール２５４との間にある第１の軸方向通路２２０の孔または開口部は、過渡的な逆流を最小限に抑えるために、第２の軸方向通路２２４の圧縮ポケットへの開口部よりも小さくてもよい。

例えば、圧縮された吸引ガスの供給源は、第２の軸方向通路２２４に入る。圧縮インボリュートポケットが実際に旋回するとき、このガスは低圧から高圧まで循環する。第２の軸方向通路２２４は、ポケット内の最も低い圧力で始まり、その後、ドライバスクロール５０の渦巻状のインボリュート５４の隣接する壁が第２の軸方向通路２２４を通過する前に、最も高い圧力まで増加する。その後、新たな低圧が第２の軸方向通路２２４に入る。第１の軸方向通路２２０の直径は本質的に非常に小さく、これは圧縮された吸引ガスチャンバ内の正弦波圧力変動を大きく制限する。これは、高圧および低圧の変動を本質的に平均化する。

図３は、本質的に円筒形であってもよく、主シャフト２０の一部を取り囲んでもよいドライバスクロールフランジ構造２３０をさらに示す。ドライバスクロールフランジ構造２３０の下部は、ドライバスクロールプレート５２の頂面５１の下方、例えば凹部３５１内に配置されてもよい。さらに、圧力差（例えば、吸引圧力）に起因して、ドライバスクロールフランジ構造２３０の下部とドライバスクロールプレート５２との間に環状シール２３１が配置されてもよい。

上述したように、図３は、バイパス弁空洞２３２、ドライバスクロールフランジ構造２３０、ボルトまたは締結具２３５およびバルブバッカー２３６を有する１つ以上のリード弁２３４が、バイパス弁空洞２３２内に配置されることがあり、リード部分は、閉じたときに通路または孔であり得るバイパスポート２３８を覆うことをさらに示す。

いくつかの実装形態では、ドライバスクロールプレート５２は、ドライバスクロールプレート５２の周りに等間隔に離間され、ドライバスクロールプレート５２のドライバスクロールインボリュート床５３から下方に延在する２つのオルダムキー支持延長部３０２を含む。オルダムキー支持延長部３０２は、オルダム継手７０がスクロール間に嵌合することを可能にし、各スクロールプレート５２、８２に直接係合して本質的に完全に整列して回転することを可能にする。オルダムキー支持延長部３０２は、渦巻状のインボリュート５４が下方に延在するほどには、ドライバスクロールプレート５２のドライバスクロールインボリュート床５３から下方に延在しなくてもよい。さらに、オルダムキー支持延長部３０２の外面は、ドライバスクロールプレート５２の外面と同一平面であってもよい。各キー支持延長部３０２内には、スロット３１０に対応する形状を有するオルダム継手７０のドライバスクロールキー（後述）と係合するためのスロット３１０が配置されている。さらに、キー支持延長部３０２の内面と渦巻状のインボリュート５４の外壁との間には十分な隙間がある。ドライバスクロールフランジ構造２３０の外径は、（隙間があるように）シールプレート６０の内径よりも小さくてもよい。

いくつかの実装形態では、スラストプレート６６は、ドライバスクロールシャフト２０および主フレーム２６の軸方向部分に対して同心の内径のボアを有する本質的にディスク形状であってもよい。シールプレート６０の頂面６１と底面６３とは、平坦かつ平行であってもよい。さらに、図示のように、ボルト６２を収容するために、１つ以上の孔３１０がシールプレートを貫通して配置され得る。孔３１２（およびボルト６２）は、等間隔に離間されてもよい。

いくつかの実装形態では、各ボルト６２は、各ボルトの端部が底面の下方にあるようにスラストプレート６６を貫通する。さらに、ボルト６２は、シールプレート６０の孔３１２を通る精密な滑り嵌めを有することができる。いくつかの例では、ボルト６２はスラストプレート６６にねじ込まれてもよい。さらに、いくつかの例では、ボルト６２はシールプレート６０にねじ込まれてもよく、ボルト６２の頭部６４はスラストプレート６６の下方に突出してもよい。さらに、いくつかの実装形態では、シールプレート６０およびスラストプレート６６は互いに平行であり、スラストプレート６６は、油膜圧力を支持するために、アイドラスクロールプレート８２の下面または底面８３と平行を維持する。

ボルト６２が締め付けられるとき、各ボルト頭部６４からスラストプレート６６の頂面６７まで特定の長さがあってもよい。シールプレート６０とスラストプレート６６との間の平行度の一態様は、撓みに起因するアイドラスクロール８０のスラスト潤滑問題を回避することである。いくつかの例では、アイドラスクロール８０は、ガスを圧縮しながら、ドライバスクロール５０と面対面接触を維持しなければならないため、シールプレート６０の引っ張り力は、スクロールセット先端－床接触軸に平行なスラストプレート６６から上向きの力に伝達することができる。例えば、任意のタイプの軸方向コンプライアントスクロール圧縮機が動作しているとき、外部ガス圧力がスクロールの１つに加えられ、他は何らかの方法で移動しないように固定される。動作中、例えば、アイドラスクロール８０は、スラストプレート６６によってドライバスクロール５０に押し込まれる。設計目的は、それぞれのインボリュート先端（すなわち、渦巻状のインボリュート５４の先端５５および渦巻状のインボリュート８４の先端８５）およびインボリュート床（すなわち、ドライバスクロールインボリュート床５３およびアイドラスクロールインボリュート床８１）が完全に接触する平面である。先端５５は、渦巻状のインボリュート５４の頂面であってもよく、先端８５は、渦巻状のインボリュート８４の頂面であってもよい。先端および床のこのスラスト力は重要であり、すべての動作条件において適切でなければならないが、ドライバスクロールインボリュート床５３およびアイドラスクロールインボリュート床８１の表面を損傷させるほどであってはならない。アイドラスクロールインボリュート床８１は、アイドラスクロールプレート８２の頂面であってもよい。

いくつかの例では、本質的に円形のアイドラスクロールプレート８２のそれぞれの円弧部分の周りのアイドラスクロール８０上に、２つ以上の円弧構造８６を配置することができる。円弧構造８６は、アイドラスクロールプレート８２の直径に沿って互いに位置合わせされてもよく、それぞれ対称であってもよい。さらに、円弧構造８６は、アイドラスクロールプレート８２のアイドラスクロールインボリュート床８１からドライバスクロールプレート５２に向かって上方に延在してもよい。円弧構造８６の頂面８８は、アイドラスクロール８０の渦巻状のインボリュート８４の先端８５と同一平面であってもよい。円弧構造８６については、以下でより詳細に説明する。

図３は、スラストプレート６６、アイドラスクロールハブ２５６、アイドラスクロール軸受９４、スライダブロック２６４の例をさらに示し、これはアイドラシャフトハブ２６０の上にある。さらに、アイドラシャフトハブ２６０内の油路２７２に連通してもよい給油管９２が示されている。

図４は、いくつかの実装形態による圧縮機の下部の断面の上面図の一例を示す図である。図４は、図２のＡ－Ａ線に沿った断面の上面図を示し、例えば１４０°のクランク角で示されている。図４は、例えば、垂直中心のドライバスクロール軸９６と、上述のようにドライバスクロール軸９６からオフセットされたアイドラスクロール軸９８の垂直中心軸とを示す。このオフセットは、インボリュート設計の旋回半径に数学的に等しい。図４は、ドライバスクロールの渦巻状のインボリュート５４およびアイドラスクロール８０の渦巻状のインボリュート８４をさらに示す。オルダム継手７０もまた示されている。

いくつかの実装形態では、円弧構造８６は、本質的に円形のアイドラスクロールプレート８２のそれぞれの円弧部分の周りに円弧状に配置されてもよい。例えば、一方の円弧構造８６は、ある直径に沿って別の円弧構造８６からアイドラスクロールプレート８２を横切って配置されてもよい。さらに、各円弧構造８６は、各円弧構造８６を二等分する直径に関して対称であってもよい。円弧構造８６はそれぞれ、互いに同一平面であってもよく、渦巻状のインボリュート８４の先端８５と同一平面であってもよい平坦な頂面８８を有することができる。上述したように、先端８５は、圧縮機１の動作中にドライバスクロールプレート５２のドライバスクロールインボリュート床５３に接触することができる。したがって、各円弧構造８６の頂面８８は、例えば動作中の傾斜を防止するために、頂面８８がドライバスクロールインボリュート床５３に接触することができるため、動作中の安定性を提供することができる。さらに、２つの円弧構造８６およびそれぞれの頂面８８（安定化面）は、それぞれのＦｔｇ力ベクトルが円弧構造８６を二等分するように、Ｆｔｇ力ベクトルのピークと位置合わせして配置されてもよい。詳しくは後述する。さらに、Ｆｔｇ力ベクトルは、ドライバスクロール軸９６およびアイドラスクロール軸９８に対して垂直であってもよい。

図５は、いくつかの実装形態によるアイドラスクロールの上面図の一例を示す図である。図６は、いくつかの実装形態によるアイドラスクロールの斜視図の一例を示す図である。いくつかの実装形態では、切り欠きであってもよい１つ以上の凹部５２０を、アイドラスクロールプレート８２の外側縁部または直径６０２内に配置することができる。凹部５２０は、ボルト６２がアイドラスクロールプレート８２の外径または縁部６０２を越えてスラストプレート６６まで延在するための空間であってもよい。したがって、ガス圧縮の動作中、アイドラスクロールプレート８２はボルト６２に接触しない可能性がある。１つ以上の凹部５２０は、曲面として示されているが、凹部は、直線および縁部を有する異なる方法で成形されてもよい。

さらに、いくつかの実装形態によれば、アイドラスクロールプレート８２の外側縁部または直径６０２内に、１つ以上のアイドラスクロールオルダムキースロット５０６を配置することができる。オルダムキースロット５０６は、本質的に溝、切り欠き、またはくぼみであってもよく、本質的にＵ字形であってもよく、またはオルダム継手７０のアイドラスクロールキー部分に対応する別の形状を有してもよい。さらに、オルダムキースロット５０６は、底床部分５０８または構造を有し、キースロット５０６は、アイドラスクロールプレート８２を完全に貫通せず、アイドラスクロールプレート８２の底面８３は、スラストプレート６６に対する潤滑を確実にするために中断されない。底床部分５０８は、アイドラスクロールインボリュート床８１の凹部であってもよい。図６に示すように、径方向内側に延在する１つ以上のバランス孔６２０は、ボア６２０であってもよく、アイドラスクロールプレート８２に穿孔あるいは形成されてもよい。

図６に示すように、例えば、円弧構造８６は、アイドラスクロールプレート８２のアイドラスクロールインボリュート床８１の一部から延在または突出してもよく、間に渦巻状のインボリュート８４を備えるアイドラスクロールプレート８２の両端に互いに対向してもよい。図示のように、２つの円弧構造８６があってもよいが、３つ以上の円弧構造８６がアイドラスクロールプレート８２のインボリュート床８１上に含まれてもよい。すなわち、円弧構造８６は、本質的に円形のアイドラスクロールプレート８２の円周のそれぞれの円弧部分に沿って配置することができ、円弧構造８６の外側縁部または外側面などの外面５３０は、等しい円弧長さを有することができる。円弧構造８６は、アイドラスクロールプレート８２の直径に沿って互いに位置合わせされてもよく、各円弧構造８６を二等分する直径に関してそれぞれ対称であってもよい。２つ以上の円弧構造８６はまた、同じ質量を有することができ、アイドラスクロール８０の渦巻状のインボリュート８４と同じ材料で作製することができる。

さらに、各外面５３０は、アイドラスクロールプレート８２の外面６０２と連続していてもよい。すなわち、例えば、各円弧構造８６の外面５３０は、円弧として形成されてもよく、アイドラスクロールプレート８２のそれぞれの円弧部分に沿って上方に延在してもよい。各円弧構造８６の径方向の厚さは同じであってもよく、バランスのために所望の質量に依存してもよい。各円弧構造８６の径方向の厚さは、外面６０２からアイドラスクロール８０の中心に向かって径方向内側に延在する側部５３２、５３４によって画定することができる。これらの側部５３２、５３４は、湾曲していてもよく、丸みを帯びた縁部を有していてもよい。さらに、各円弧構造８６の内面５３６は、外面５３０の円弧形状に対応する円弧形状を有することができる。内面５３６および外面５３０は、滑らかであってもよく、アイドラスクロールプレート８２の外周のそれぞれの円弧部分に対応する曲率を有してもよい。

各円弧構造８６の頂面８８は、平坦で滑らかであってもよく、渦巻状のインボリュート８４の先端８５と同じ平面内にあってもよい。したがって、各円弧構造８６は、ドライバスクロールプレート５２に向かって上方に延在してもよく、頂面８８は、アイドラスクロール８０の渦巻状のインボリュート８４の先端８５と同じ水平面内にあるように機械加工されてもよい。水平面は、ドライバスクロール軸９６に対して垂直であってもよい。すなわち、動作中、円弧構造８６の頂面８５とドライバスクロール５２のドライバスクロールインボリュート床５３との接触は、アイドラスクロール８０の傾斜または揺動を防止することによって安定性を提供することができる。

動作中の特定の力に関して、径方向ガス力Ｆｒｇは合成された合力に寄与するが、その効果は、オーバーターニングモーメント（傾斜）ならびにシャフト軸受荷重には非常に小さい。したがって、Ｆｔｇは、本明細書において考慮すべき焦点である。オーバーターニングモーメントが、両方のスクロール部材（すなわち、ドライバスクロール５０およびアイドラスクロール８０）のそれぞれのインボリュート先端５５、８５およびインボリュート床５３、８１である圧縮シール面の不安定性をもたらすので、Ｆｔｇベクトルは、安定性に関して最も困難な力の１つであり得る。共回転スクロールでは、Ｆｔｇベクトルは、ハウジングに対して径方向位置で本質的に固定されたままである。したがって、円弧構造８６は、上述し、少なくとも図４に示すように、Ｆｔｇ力ベクトルと位置合わせされる。すなわち、例えば、図５に示すように、一方の円弧構造８６はアイドラスクロール８０のＦｔｇ力ベクトルに対して対称になるように位置合わせされ、別の円弧構造８６はドライバスクロール５０のＦｔｇ力ベクトルに対して対称になるように位置合わせされてもよい。したがって、２つの円弧構造８６は、本質的に円形のアイドラスクロールプレート８２の円周の周りに本質的に互いに１８０°離れて配置されてもよい。さらに、図３に示すように、例えば、２つの円弧構造８６は、Ｆｔｇガス力のピークの大きさに起因して、オーバーターニングモーメントを低減するための延長されたモーメントアームを提供する。

図７は、いくつかの実装形態による圧縮機の比較例の構成要素の特定の力およびモーメントを示す自由体図の一例を示す図である。図７は、有意な特定の力ベクトル、適用可能なモーメントアームおよび距離を含み、これらはすべての包絡線条件における安定性の目標にとって重要であり得る。以下の表１に、図７に含まれる力、モーメント、距離の定義を示す。

表１：

表１中、Ｐｄｉｓｃｈはガスの吐出圧力を意味し、「ドライバシャフトの面積」はドライバスクロールシャフト２０の直径の面積を意味し、「アイドラ軸の面積」はアイドラシャフトハブ２６０の直径の面積を意味する。当業者であれば、軸方向Ｆａｇ、接線方向Ｆｔｇ、および径方向Ｆｒｇのガス力が組み合わさって、スクロールセットを離し、圧縮プロセスに抵抗することを理解されよう。場合によっては、接線方向ガス力Ｆｔｇは、径方向ガス力Ｆｒｇよりも大きくてもよい。したがって、圧縮安定性を維持するために、前述の外部ガス力を戦略的に加えることができる。復元力が過剰である場合、追加の電力が消費され、信頼性の懸念と共に、圧縮機の性能が低下することが理解される。例えば、復元力は、Ｆ質量、Ｆｄｐ＋Ｆｉｐ、Ｆｄｐ２、およびＦｔｐであってもよい。Ｆｔｇガス力は、上述したように、圧縮中に主にオーバーターニングモーメントを生成するため、最も困難な力であり得る。例えば、図４は、ドライバスクロール５０およびアイドラスクロール８０の両方に反対方向に作用するＦｔｇ力を示す。

図７は、例えば、ドライバスクロールシャフト２０の外側軸受２２に関連する力Ｆｏｂと、ドライバスクロールシャフト２０の主軸受２４に関連する力Ｆｍｂとを識別する。ＦｏｂとＦｍｂとの間の距離Ｚ６がはるかに大きいため、Ｆｔｇベクトルの二次オーバーターニングモーメントとＺ４のモーメントアームとの積は、アイドラスクロール８０よりもオーバーターニング効果が小さい。当業者にとって、スクロール圧縮機における不安定性の一次オーバーターニングモーメントは、ＦｔｇベクトルとＺ１のモーメントアームとの積であることも知られている。主なオーバーターニングモーメントは、アイドラスクロール８０にあり、この図では時計回りである。しかしながら、共回転設計では、ドライバスクロール５０との二次オーバーターニングモーメントが存在するが、これはより大きなモーメントアームＺ６によってより良好に含まれる。以下に定義される方程式、および図７の自由体図を通して、最適な安定性を定義する重要なメトリックは、先端スラスト力Ｆｔｔおよび利用可能な半径Ｒｔｔであり、これについては以下でより詳細に説明する。さらに、所与の圧縮機動作条件では、生成されるガス力は、単一の旋回または３６０度のクランク角内で著しく変化する。ＦｔｇとＺ１との積のオーバーターニングモーメントは、圧縮軌道全体にわたって、各インボリュート先端５５、８５の全周にわたってＦｔｔが正の数のままでなければならないことを必要とする。これを達成できないと、すべての動作条件において、圧縮ガスを放出して吸引ガスに戻し、性能を著しく低下させる。最後に、Ｒｔｔのモーメントアームを最大化することが効果的であり得、追加の電力および信頼性のリスクが発生する、過剰な加えられるスラスト力も最小化する。Ｒｔｔは、ラップピッチおよび端部角を含むインボリュート形状の関数であってもよい。したがって、Ｒｔｔの値は旋回周期全体で変化する。

例えば、式１は、アイドラスクロール８０に対するスラストプレート６６の力Ｆｔｐが、シールプレートＦｉｐに対する中間圧力に等しいことを定義する。

式１ Ｆｔｐ＝Ｆｉｐ
式２は、主軸受２４の周りの合計Ｍ（ドライバスクロール５０）を表す。

式２ Ｆｔｔ＊Ｒｔｔ＋Ｆｔｇ＊Ｚ４＝Ｆｄｔｂ＊Ｒｄｔｂ＋Ｆｏｂ＊Ｚ６
式３は、ドライバスクロール５０の合計Ｆｚを表す。

式３ Ｆｔｔ＝Ｆｄｐ＋Ｆｉｐ＋Ｆｄｔｂ－Ｆａｇ＋Ｆ質量
式４は、アイドラスクロール軸受９４の周りの合計Ｍ（アイドラスクロール８０）を表す。

式４ Ｆｔｐ＊Ｒｔｐ＝［Ｆｔｇ＊Ｚ１－Ｆｔｔ＊Ｒｔｔ］
式５は、アイドラスクロール８０の合計Ｆｚを表す。

式５ Ｆｔｐ＝Ｆｔｔ＋Ｆａｇ－Ｆｄｐ２
上記の式（式１～式５）の要約は、次のように記述できる：
式６ Ｆｄｔｂ＝Ｆｔｔ＋Ｆａｇ－Ｆｄｐ－Ｆｉｐ
式７ Ｆｔｔ＝Ｆｉｐ－Ｆａｇ＋Ｆｄｐ２
さらに、ドライバスクロール５０からのモーメントを式８に記述することができ、アイドラスクロール８０からのモーメントを式９に記述することができる。

式８ Ｒｔｔ＝（Ｆｄｔｂ＊Ｒｄｔｂ＋Ｆｏｂ＊Ｚ６－Ｆｔｇ＊Ｚ４）／Ｆｔｔ
式９ Ｆｔｐ＊Ｒｔｐ＝［Ｆｔｇ＊Ｚ１－Ｆｔｔ＊Ｒｔｔ］
図８は、いくつかの実装形態による圧縮機の例の構成要素の力およびモーメントを示す追加の自由体図を示す図である。図８は、特定の力ベクトル、適用可能なモーメントアームおよび距離を含み、これらはすべての包絡線条件における安定性の目標にとって重要であり得る。特に、図８の自由体図は、アイドラスクロールプレート８２のアイドラスクロールインボリュート床８１から上方に延びる２つ以上の円弧構造８６を示す。２つ以上の円弧構造８６の各々は、安定化表面と呼ぶことができる、本質的に平坦な頂面８８を含むことができる。

図８に示すように、また上述したように、円弧構造８６の２つの頂面８８は、（図５に示すように、例えば）Ｆｔｇベクトルに沿って中心に位置合わせされる。例えば、中心に位置合わせされるとは、例えば図４に示すように、各円弧構造８６の中心を通る線が、ドライバスクロール軸９６とアイドラスクロール軸９８との間を対称的に通ることを意味し得る。本明細書で前述したように、共回転スクロール機構では、これらのベクトルは、圧縮機フレームに対して本質的に固定位置に留まる。しかしながら、スクロールセットが回転するにつれて、Ｆｔｇベクトルの大きさは最大から最小まで周期的である。図４および図５に示すように、最大Ｆｔｇは、各円弧構造８６が位置合わせされているところで生じる。したがって、両方の図７および図８は、最大Ｆｔｇの位置に示されている。また、スクロールが回転すると、円弧構造８６が回転する。しかしながら、上述したように、Ｆｔｇベクトルは同じ方向に留まる。

図９は、いくつかの実装形態による圧縮機の下部の断面の上面図の一例を示す図である。図９は、例えば、ドライバスクロール軸９６と、上述のようにドライバスクロール軸９６からオフセットされたアイドラスクロール軸９８とを示す。図９は、ドライバスクロール５０の渦巻状のインボリュート５４およびアイドラスクロール８０の渦巻状のインボリュート８４をさらに示す。オルダム継手７０もまた示されている。

図９は、アイドラスクロールプレート８２のそれぞれの円弧部分の周りに円弧状に配置されてもよい２つの円弧構造８６をさらに示す。図９はまた、利用可能な半径Ｒｔｔのプロファイル９０２を示し、これは３６０°の圧縮クランク角全体にわたって規定された大きさであってもよい。図９において特定されるように、利用可能な半径プロファイルは、各円弧構造８６および頂面８８における最大値である。スクロールセットが３６０度全体を進むにつれて、利用可能な半径プロファイル９０２は、ドライバスクロール５０の渦巻状のインボリュート５４およびアイドラスクロール８０の渦巻状のインボリュート８４の外形によってのみ提供されるため、減少する。当然ながら、これらは圧縮サイクル中に伸縮する。したがって、いくつかの実装形態では、ドライバスクロール５０およびアイドラスクロール８０が回転すると、利用可能な半径プロファイル９０２も回転する。図５に示すように、Ｆｔｇベクトルは圧縮機ハウジングに対して同じ方向のままであるが、その大きさは回転が起こるにつれて大幅に変化する。この力のプロット、ならびに他の重要なメトリックについては、以下でより詳細に説明する。

図１０は、いくつかの実装形態によるスクロール圧縮機の下部の断面図の一例を示す図である。図１０は、図２と同一の図を表し、同一または類似の構造要素を含むことができる。したがって、図２にも示され説明されている図１０に示されるいくつかの要素は、ここでは繰り返されないことがある。

上述したように、いくつかの実装形態では、油などの潤滑剤は、シール２１０で主フレーム２６内にシールされ得る給油管９２によって圧縮機１の下部に供給されてもよい。したがって、給油管９２は、吐出ガスによって加圧された油を給油管入口２７０に供給することができ、シール２７１によって給油管入口２７０でシールすることができる。アイドラシャフトハブ２６０内に穿孔され、あるいは形成された油路２７２は、アイドラシャフトハブ２６０の基部２９０内で互いに交差する径方向に延在する油路２８２および軸方向に延在する油路２８４を含んでもよい。図示するように、径方向に延在する油路２８２の一端は、給油管９２に連通する。軸方向に延在する油路２８４は、アイドラシャフトハブ２６０の頂面２８６を通って上方に延在し、アイドラシャフトハブ２６０とスライダブロック２６４との間の隙間またはギャップ２９２に開口してもよい。

上述したように、いくつかの例では、軸方向に延在する油計量通路２７４は、スライダブロック２６４の上部を通して穿孔、あるいは形成されてもよい。油計量通路２７４の下端部は、隙間またはギャップ２９２と交差するように開口してもよい。油計量通路２７４の上端部は、スライダブロック２６４の頂面１３０４とアイドラスクロールプレート８２の底面８３の一部１３０３との間の隙間またはギャップ１３０５と交差するように開口してもよい。油計量通路２７４は、油が通過する通路であってもよい。

さらに、いくつかの実装形態では、丸みを帯びた突起部１３３４が、スライダブロック２６４の頂面１３０４に配置されるか、またはそこから延在する。また、いくつかの例では、丸みを帯びた突起部１３３４は、アイドラシャフトハブ２６０の軸と位置合わせされる。丸みを帯びた突起部１３３４は、底面８３の一部１３０３に接触してもよい。

いくつかの実装形態では、各円弧構造８６内に油路または溝が配置されてもよい。ドライバスクロールシャフト２０の直径は、強度および撓みの要件にとって最も重要であるが、それは次に、軸方向コンプライアントＰｄ力を決定する。当然ながら、アイドラシャフトハブ２６０の直径はまた上向きの同様のＰｄ力を有する。一例として、吐出圧力Ｐｄと中間圧力Ｐｉとのバランスは、吐出約４０％、中間６０％である。このバランスは、動作エンベロープ内の本質的にすべての条件に対して、スクロールセット間に許容可能なスラスト力を生成することができる。例えば、吐出成分が大きすぎると、高負荷および高比率条件でのスラスト力が過剰になる。軸方向コンプライアンスのためのこの力成分は、実際には、そのような状態に対して過剰であり、故障を引き起こす可能性がある。しかしながら、ドライバスクロールシャフト２０の直径、したがって吐出圧力の力成分を小さくすると、力およびモーメントに耐えることができないシャフト設計が生じたり、ジャーナル軸受の流体力学的油膜を支持したりする可能性がある。したがって、円弧構造８６に油溝または油路を含める目的は、吐出圧力成分のみによって生成される２つのスクロール間のスラスト力を低減することであり得る。さらに、各小領域内のＰｄ油圧は、非常に小さい周囲壁によってＰｓ吸引ガスから分離される。したがって、頂面８８とドライバスクロールインボリュート床５３との間の相対的な旋回運動が生じると、この油の少量が円弧構造８６を通過して漏れ、高負荷のスラスト面を潤滑する。さらに、Ｐｓ吸引圧力に入るこの量の油は、各チャンバ内のＰｄ油圧をわずかに低下させる。しかしながら、円弧構造８６の領域は、Ｐｉ中間力に対する影響を最小限に抑えながら、全体的な先端スラスト負荷を効果的に低減することができるＰｄ力を本質的に生成する。

例えば、軸方向プレート通路１３５２を構成してもよい油路または経路、径方向通路１３５４、および軸方向円弧通路１３５６を、油を通過させるために各円弧構造８６に含めることができる。各油路１３５２、１３５４、１３５６の形状は、円形であってもよいし、長円形であってもよいし、楕円形であってもよい。すなわち、図１０に示す実装形態では、アイドラスクロールプレート８２に対向する２つの円弧構造８６が示されており、したがって２つの油路または経路が示されている。

いくつかの実装形態では、軸方向プレート通路１３５２は、ドライバスクロール軸９６に平行に配置されてもよく、下端部はスライダブロック２６４の頂面１３０４とアイドラスクロールプレート８２の底面８３の一部１３０３との間の隙間またはギャップ１３０５に開口し、これと連通する。軸方向プレート通路１３５２の上端部は、径方向通路１３５４に開口してこれと連通してもよい。

各径方向通路１３５４は、アイドラスクロールプレート８２の一部を径方向に貫通し、軸方向プレート通路１３５２および軸方向円弧通路１３５６に開口して連通する部分を有することができる。径方向通路１３５４の外側端部は、例えば、プラグ１３６８で塞がれ、またはキャップされてもよい。

各軸方向円弧通路１３５６は、各円弧構造８６内で軸方向に沿って配置されてもよく、円弧構造８６の湾曲形状または円弧形状に適合する湾曲形状または円弧形状を有してもよい。さらに、いくつかの実装形態では、軸方向円弧通路１３５６は、円弧構造８６を通る断面が円形であってもよい。さらに、軸方向円弧通路１３５６は、円弧または湾曲形状であってもよい頂面開口部１４０２に開口することができる。頂面開口部１４０２は、円弧状または湾曲形状であってもよく、円弧構造８６の中心に配置され得る軸方向円弧通路１３５６に対して対称であってもよい。軸方向円弧通路１３５６はまた、それぞれの円弧構造８６の中心と位置合わせされてもよい。

図１１は、いくつかの実装形態による圧縮機の下部の断面の上面図の一例を示す図である。図１１は、図１０のＢ－Ｂ線に沿ってとられた断面の上面図を示す。なお、図１１は、例えば、ドライバスクロール軸９６と、上述のようにドライバスクロール軸９６からオフセットされたアイドラスクロール軸９８とを示す。図１１は、ドライバスクロール５０の渦巻状のインボリュート５４およびアイドラスクロール８０の渦巻状のインボリュート８４をさらに示す。オルダム継手７０もまた示されている。

図１１は、それぞれの軸方向円弧通路１３５６と連通する頂面開口部１４０２をさらに示す。さらに、上述したように、開口部１４０２は、円弧構造８６の円弧形状に対応する円弧形状を有することができる。いくつかの例では、開口部１４０２は円形または長方形であってもよい。

したがって、いくつかの実装形態では、油は、給油管９２を通過して、アイドラシャフトハブ２６０の径方向に延在する油路２８２に入ってもよい。油は、アイドラシャフトハブ２６０内の軸方向に延在する油路２８４を通って、アイドラシャフトハブ２６０とスライダブロック２６４との間の隙間またはギャップ２９２に入ってもよい。その後、一部の油は、油計量通路２７４を通って、スライダブロック２６４の頂面１３０４とアイドラスクロールプレート８２の底面８３の一部１３０３との間の隙間またはギャップ１３０５に続くことができる。油はまた、その頂面８８の開口部１４０２を通って、円弧構造８６の軸方向プレート通路１３５２、径方向通路１３５４、および軸方向円弧通路１３５６を通過することができる。

図１２は、いくつかの実装形態による圧縮機の例の構成要素の特定の力およびモーメントを示す自由体図の一例を示す図である。図１２は、特定の力ベクトル、適用可能なモーメントアームおよび距離を含み、これらはすべての包絡線条件における安定性の目標にとって重要であり得る。図１２の自由体図は、アイドラスクロール８０のアイドラスクロールプレート８２のアイドラスクロールインボリュート床８１から上方に延びる２つ以上の円弧構造８６を示す。

図１２は、Ｆｄｐ＿油圧力およびＲｄｐ＿油モーメントアームを示す。式１０はＦｄｐ＿油力を考慮し、式１１はＲｄｐ＿油モーメントアームを考慮する。

式１０ Ｆｔｔ＝Ｆｉｐ－Ｆａｇ＋Ｆｄｐ２－Ｆｄｐ＿ｏｉｌ
式１１ Ｒｔｐ＝（Ｆｔｇ＊Ｚ１－Ｆｔｔ＊Ｒｔｔ－Ｆｄｐ＿ｏｉｌ＊Ｒｄｐ＿ｏｉｌ）／Ｆｔｐ
これにより、Ｐｄ吐出圧軸方向力の成分を低減することができる。

上述したように、接線方向ガス力Ｆｔｇは、３６０°の圧縮クランク角では回転しない。大きさは変化するが、ハウジングに対して固定された位置にある。Ｆｔｇ力は高いピーク値を有するので、安定化円弧構造８６の支持体は、２つのスクロールの一方に位置し、表面８８は、インボリュート先端８５および床面５２と同じ平面内にある。

基本的な安定性は、アイドラスクロール５０およびドライバスクロール５０のインボリュート外周で制御することができるが、Ｆｔｇ力の大きさおよび安定性は変化している。これは、利用可能な半径と呼ぶことができる。いくつかの実装形態では、円弧構造８６は、拡張半径支持体として機能し、相対旋回運動中にピークオーバーターニング安定領域にのみ配置されてもよい。

図１３は、いくつかの実装形態によるスクロール圧縮機の下部の断面図の一例を示す図である。図１４は、いくつかの実装形態によるスクロール圧縮機の下部の断面の等角図の一例を示す図である。一般に、図１３および図１４は、アイドラスクロールプレート８２のアイドラスクロールインボリュート床８１から延在する円弧構造８６の代わりに、ドライバスクロールプレート５２のインボリュート床から延在する円弧構造１３８６を示す。図に示す実装形態では、図１３および図１４に示すように、アイドラスクロールプレート８２から延在する円弧構造８６は含まれていない。図１３および図１４に示す他の構成要素は、それぞれ図２および図３に示す要素と同一または同様であり、したがって、ここでは説明しない。

いくつかの実装形態では、円弧構造１３８６は、本質的に円形のドライバスクロールプレート５２のそれぞれの円弧部分の周りに円弧状に配置されてもよい。例えば、一方の円弧構造１３８６は、ある直径に沿って別の円弧構造１３８６からドライバスクロールプレート５２を横切って配置されてもよい。さらに、各円弧構造１３８６は、各円弧構造１３８６を二等分する直径に関して対称であってもよい。円弧構造１３８６はそれぞれ、互いに同一平面であってもよく、渦巻状のインボリュート５５のインボリュート先端５５と同一平面であってもよい平坦な頂面１３８８を有することができる。インボリュート先端５５は、圧縮機１の動作中にアイドラスクロールプレート８２のアイドラスクロールインボリュート床８１に接触することができる。したがって、各円弧構造１３８６の頂面１３８８は、例えば動作中の傾斜を防止するために、頂面１３８８がアイドラスクロールインボリュート床８１に接触することができるため、動作中の安定性を提供することができる。さらに、２つの円弧構造１３８６およびそれぞれの頂面１３８８（安定化面）は、それぞれの接線方向力ベクトルが円弧構造１３８６を二等分するように、Ｆｔｇ力ベクトルのピークと位置合わせして配置されてもよい。

本明細書に記載のプロセスは、説明の目的のための例にすぎない。本明細書の開示に照らして、多数の他の変形形態が当業者には明らかであろう。さらに、本明細書の開示は、プロセスを実行するための適切なフレームワーク、アーキテクチャ、および環境のいくつかの例を記載しているが、本明細書の実装形態は、図示および説明された特定の例に限定されない。さらに、本開示は、説明され、図面に示されるように、様々な例示的な実装形態を提供する。しかしながら、本開示は、本明細書に記載および図示された実装形態に限定されず、当業者に知られているように、または当業者に知られるように、他の実装形態に拡張することができる。

主題は、構造的特徴および／または方法論的動作に特有の言語で記載されているが、添付の特許請求の範囲で定義される主題は、記載された特定の特徴または動作に必ずしも限定されないことを理解されたい。むしろ、特定の特徴および動作は、特許請求の範囲を実施する例示的な形態として開示されている。

Claims (9)

1. 圧縮機であって、
   円筒形のハウジングと、
   前記円筒形のハウジングと係合する下部キャップハウジングと、
   主軸に沿って配置された主シャフトと、
   前記主軸と位置合わせされた軸を有し、渦巻状のインボリュートを有するドライバスクロールと、
   前記主軸からオフセットされた軸を有し、前記ドライバスクロールの前記渦巻状のインボリュートと噛み合うアイドラスクロールプレートに配置された渦巻状のインボリュートを有するアイドラスクロールと、
   前記ドライバスクロールと前記アイドラスクロールとの間に配置されたオルダム継手と、
   前記アイドラスクロールの軸と位置合わせされた軸を有する、前記下部キャップハウジングに固定されたアイドラスクロールシャフトハブであって、前記アイドラスクロールのハブは、前記下部キャップハウジングに固定された前記アイドラスクロールシャフトハブ上に配置されている、アイドラスクロールシャフトハブと、
   各々が内部油路を有する、前記アイドラスクロールプレート上に互いに対向して配置された２つの円弧構造と、
   前記ドライバスクロールの上方に開口部を有し、前記アイドラスクロールシャフトハブ内の油路に接続された別の開口部を有する給油管と、
   前記円弧構造の各内部油路とそれぞれ連通して前記アイドラスクロールプレート内に配置された２つの径方向に延在する通路と、
   各々が前記２つの径方向に延在する通路とそれぞれ連通する、前記アイドラスクロールプレート内に配置された２つの軸方向に延在する通路とをさらに備え、
   前記給油管と、前記アイドラスクロールシャフトハブ内の前記油路と、前記アイドラスクロールプレート内に配置された前記２つの軸方向に延在する通路のうちの１つの通路と、前記アイドラスクロールプレート内に配置された前記２つの径方向に延在する通路のうちの１つの通路と、前記２つの円弧構造の２つの内部油路のうちの１つの内部油路とは、油流路を構成し、
   前記アイドラスクロールシャフトハブと前記アイドラスクロールとの間には、前記アイドラスクロールシャフトハブの上部全体を覆うようにスライダブロックが設けられ、
   前記スライダブロックの上部に設けられた軸方向に延在する油計量通路と、
   前記スライダブロックの頂面に配置された突起部
   を備える、圧縮機。
2. 前記円弧構造の各々の頂面における各通路の開口部は、前記円弧構造内の前記通路の一部よりもそれぞれ広い、
   請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記径方向に延在する通路の各々はプラグで塞がれている、
   請求項１に記載の圧縮機。
4. 各円弧構造は、前記アイドラスクロールプレートから上方に延在し、前記アイドラスクロールの前記インボリュートの頂面と同じ高さにある頂面を有する、
   請求項１に記載の圧縮機。
5. 各円弧構造の頂面は、前記ドライバスクロールの前記渦巻状のインボリュートが延び始める前記ドライバスクロールのドライバスクロールプレートの底面と同じ高さにある、
   請求項１に記載の圧縮機。
6. 前記主軸を含む垂直面は、前記円弧構造の各々を二等分する、
   請求項１に記載の圧縮機。
7. 各円弧構造は、前記アイドラスクロールプレートから上方に延在し、前記アイドラスクロールの前記インボリュートの頂面と同じ高さにある頂面を有し、
   各円弧構造の前記頂面と、前記アイドラスクロールの前記インボリュートの前記頂面とは、平坦であり、同一平面内にある、
   請求項１に記載の圧縮機。
8. 各円弧構造の外側縁部は、前記アイドラスクロールプレートの外側縁部と同じ径方向距離にあり、
   各円弧構造の前記外側縁部は、前記アイドラスクロールプレートの曲率に対応して湾曲しており、
   前記アイドラスクロールの前記インボリュートに面する内側縁部は、前記外側縁部の前記湾曲に対応して湾曲している、
   請求項１に記載の圧縮機。
9. 前記アイドラスクロールシャフトハブは、前記給油管に接続される径方向に延在する通路と、前記径方向に延在する通路と連通する軸方向に延在する通路と、前記アイドラスクロールシャフトハブの頂面の開口部とを内部に含む、
   請求項１に記載の圧縮機。

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