JPH06501758A - ベーンの二軸方向の動きを非摩擦状態に制御する回転式ベーン機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 簡単で摩擦防止可能な二軸ベーンの能動的動作制御機能を備える回転ベーン機械 発明の分野 本発明は、機械の両端に取り付けられた協働可能な円形の半径方向ガイドに係合 する対向したベーン伸長部が協働する結果、ベーンの先端と内部のステータケー シングの側壁との間に非接触型の密封を実現し得るようにベーンの半径方向の動 作を制御する案内型の回転摺動式ベーン機械に関する。

発明の背景 従来の基本的な摺動回転ベーン機械は、著しく簡略化されている点で、実質的に 、その他の全ての流体容積形機械と異なる。一方、かかる機械は、作動効率が相 対的に劣る。このエネルギ効率が劣ることは、機械的及び運動ガスによる機械内 の摩擦に直接、起因する。周知であるように、従来の生産用の非案内型ベーン回 転機械における機械的摩擦の主たる発生源は、摺動するベーンの先端とステータ の壁の内側外形とが摩擦作用可能に相互接触する面に生ずる。更に、ステータ壁 の外形によりベーンの動きを制御することは、当然に、気体が機械に入り又は機 械から出るための面積を著しく制限する。その結果、かかる型式の機械の入口及 び出口ポート領域における流体流の圧力低下が大きくなる。

過去、内側ケーシング、又はステータの壁を摩擦するベーン先端の直接的な動作 により、ベーンの半径方向への動きの案内を不要にする多（の手段が提案されて いる。この機械的問題に対処するための従来の試みの多くにおいて、ベーンの側 部にピンで固定された輪、又はころを使用し、これらころが適当な形状の円形、 又は非円形の軌跡内を従動するようにすることに力点が置かれていた。ころの案 内軌道内でころが協働する結果、ころ従動子にピン止めされたベーンの半径方向 位１を設定し、従って、ベーン先端の位置を設定する手段が提供される。

この解決方法は、最初は魅力的に見えるが、ころ輪には、重大な欠点がある。

即ち、これらころ輪は、その回転方向を逆にしない限り、二軸半径方向への押し のけ動作を行うことが出来ない。即ち、ころにより拘束されるベーンは、いずれ の時点でも外方、又は内方の一方への幾何学的押しのけ体積にしか対応すること が出来ない。

一例として、ころを軌道の一側部に接触させるならば、これを理由として、該こ ろは、時計方向に回転する一方、ころをガイドの反対側に作用可能に接触させる と、該ころは、間違った方向と考えられる方向に回転する。その結果、各ころは 、停止するまで、その軌道の内部で滑り動作する。そのため、各ベーンころの回 転方向を逆にし且つ加速し、ころガイドの反対側で要求される動作に適合した速 度にする。実際には、ベーン機械は、一般に能動的な押しのけ動作では、内方及 び外方へのベーン動作を必要とするため、その双方の動作が必要とされることが 多い実際の機械では、ころは実用的ではなく、又は作用し得ない。

ベーンのころに代えて、摺動する円弧状固定具を使用することを教示する発明も ある。かかる従来技術の場合、円弧状部分の固定具は、回転可能にし、又は可能 不能でもよい円形の環状溝内に拘束される。円弧状部分のベーン固定具は、ベー ンに対して内方及び外方への半径方向への動作を同時に付与し得るという顕著で 且つ基本的に重要な利点を備えている。しかし、従来技術の場合、ベーン動作の 制御技術は、円弧状部分のベーン固定具を使用するものであり、その結果、ガイ ド自体が回転可能であるかどうかを問わず、円弧状固定具の面が円形の環状ガイ ドに接触して摺動することにより、顕著な機械的摩擦が生じるという欠点がある 。　更に、基本的に重要なことは、従来の研究者は、ベーン先端がこのケーシン グの輪郭の外形に非接触状態に近接し且つ密封する関係に適合するために内側ケ ーシングの外形に要求される特別な外形を形成する方法を教示し得なかったこと である。初期の発明者は、適正なケーシングの外形は「円形」であると間違って 考え、又確信し、或は、「略円形」というような用語で内側ケーシングの外形の 形状を特徴づけることで基本的な問題を回避し、この形状をいかに設定するかを 実施可能に教示するものはない。

相当詳細に記載した以下の説明から理解されるように、本発明は、従来の技術の 欠点である機械的な摺動摩擦の大部分を解消するのみならず、これを従来技術で 必要とされるよりも少なく且つ簡単な構成要素により実現するものである。これ と同時に、本発明は、かかる機械を実際に作動させるのに必要とされる、基本的 に重要な二輪半径方向のベーンの能動的な押しのけ動作を制御するものである。

最後に、本発明は、係合し、又は共役的ケーシング壁の内側形状を適正に形成す る結果、極めて近接するが、接触はしない型式のベーン先端の密封を実現するこ とにより、円形の形状に固定したベーン先端の自然の動きに対応することが出来 る。

発明の概要 本発明は、その他の多くの形態及び関係で実施することが出来るが、本明細書に 示し且つ記載した実施例は、自動車の空気調整コンプレッサに具体化するのに特 に適したものである。本発明の主たる特徴は、２つの主たる実施例から成ってお り、その双方の実施例は、半径方向の動きを円形の半径方向ベーンガイドからベ ーンに正確に伝達する、簡単で摩擦防止可能、容易に製造可能で経済的、且つ能 動的な動作手段を中心とするものである。これら摩擦防止ベーンの動作を正確に 制御する手段の何れかと、本発明者が共役的なケーシング形状と称することを望 む、特別なケーシングの内側形状とが協働することにより、優れた密封効果を維 持し、しかも非接触型であることを可能にし、ベーン先端と共役的な内側形状と の摩擦状態を最小にする効果が得られる。かかる状態により、容積的及びエネル ギ効率に優れた、簡単なベーン型式の流体取り扱い装置が実現される。

これらベーン動作を制御する主たる実施例の第１は、ベーンに枢動可能にピン止 めされ、円形、非回転の半径方向ベーンの端板ガイドの内面内を転勤する回転自 在に保持されたころ軸受に乗り上げる簡単な円弧状部分のベーン固定具を使用す る。これら主たる技術の第２の方法は、同様に、装置の端板内に設けられた非回 転型、円形のベーンガイドに乗り上げるベーンに枢動可能にピン止めされた、ロ ーラスケートに類似したベーン固定具を使用する。

以下の説明が進むにつれて明らかになるように、本明細書に開示した摩擦防止ベ ーン動作を制御する２つの主たる実施例は、組み合わせて、所期の目的に応じて 極めて効果的に使用することの出来る更なる実施例を提供することが出来る。

故に、本発明の主たる目的は、特に簡単で且つエネルギ効率的な方法で非接触型 のベーン先端の密封を実現し、製造及び保守が比較的容易であるベーン式の流体 容積形機械を提供することである。

本発明の別の重要な目的は、極めて信頼性が高く、地球の大気圏のオゾン層に有 害でないものを含む各種の冷媒と共に作動可能である非接触型の回転ベーン式機 械を提供することである。

本発明の更に別の目的は、広範囲の運転速度に亙り作動可能であり、優れた作動 効率を維持し得る非接触型のベーン式コンプレッサを提供することである。

本発明の更に別の目的は、円形の半径方向ベーンガイドを利用することにより位 置決めされるベーン先端を有し、従来技術で広く利用されている高価な非円形の ベーンガイドの使用を不要にする非接触型のベーン式コンプレッサを提供するこ とである。

上記及びその他の目的、特徴及び利点は、以下の説明から明らかになるであろ第 １図は、固定した摺動ベーン及び付随する環状のベーンガイドを備えるロータを 示すために１つの端板を除去した本発明の平面図、第１図ａは、上記固定具／ベ ーン組立体の１つの分解図、第２図は、その固定具が対向する端板内の環状体内 にあるベーンの断面図を示す、本発明の第１の実施例の側面図、 第２図ａは、典型的なベーン／固定具組立体の分解側面図、第３図は、そのそれ ぞれのロータスロットから分解した状態にある、固定したベーン組立体の対応す る組と共にロータを示す端面図であり、又ベーン固定具を案内する働きをする、 端板内に形成した環状面を破線で示す図、第４図ａは、半径外方向への能動的な 動作の簡単な制御機構と共に、回転自在のケージ付き軸受摩擦軽減手段を利用す る、本発明の一つの実施例の構造の拡大詳細図、 第４図すは、固定具がトラニオン付きころ及び半径方向外方向への能動的な動作 の簡単な制御機構を特徴とする、固定具の別の実施例の構造の詳細図、第４図Ｃ は、簡単な円弧状ベーン固定具の内周及び外周の双方で機能する、回転自在に保 持された軸受を利用する実施例の図、第４図ｄは、半径方向ベーンガイドの環状 面の内周に配置された、回転自在に保持したころ軸受に相互接触する外側円弧状 領域内にトラニオン付きころを備える円弧状部分のベーン固定具の図、 第４図ｅは、ベーン固定具がその内周にトラニオン付きころを備える状態を示す 、円弧状部分のベーン固定具の外周に回転自在に保持された、ケージ付きころ軸 受の組み合わせ体を示す図、 第４図ｆは、その内周及び外周の双方にトラニオン付きころを備えるベーン固定 具の図、 第５図は、本発明がガスコンプレッサ等として機能するために必要なステータ外 形の幾何学的形状を示す詳細図である。

詳細な説明 本発明の第１の実施例による非接触型のベーン式流体容積形機械の機能及びその 作用を更に理解するため、最初に、・本発明の多くの主要な構成要素を示す第１ 図を参照する。これら構成要素は、ロータ内に支持されたベーン先端の実際に制 御された動作に対して密封可能ではあるが、接触しない関係、特に正接状態に係 合する輪郭とした内側外形を有するケーシングを備えている。この協働は、その 間の密封可能ではあるが、接触しない関係を維持する。本発明者は、この適合す る内側外形を、共役的、又は適合可能な外形と称し、この共役的な外形を設定す るための正確な技術については以下に詳細に説明する。

更に第１図を参照すると、ロータ１４は、ケーシング１ｏの適合する内側外形１ ２に対し偏心状に配置されているのが分かり、中心点１６はロータ１４がその周 りを回転する中心軸線を示す。本出願人は、ロータ１４により支持されるベーン の数は特別に限定しないが、説明の便宜上、第１図では、ベーン２０，２２．２ ４．２６は、全ての意図及び目的のため、相互に同一であるとみなす。更に、こ れらベーンには、それぞれ符号２０ａ、２２ａ、２４ａ１２６ａで示され、本出 願人がベーン固定手段と称することを望む、手段が設けられているのも分かる。

又、これらベーン固定具自体は、全ての意図及び目的のため、相互に同一であり 、ビン３０．３２．３４．３６のような手段を介してベーンと協働するものと考 える。これらベーン２０．２２．２４．２６は、第３図により明確に且つより詳 細に示しである。

当業者には理解されるように、圧縮すべき流体は、第１図に入口として示したポ ートを通じて導入され、その圧縮した流体は、出口として示したポートから排出 される。

第１図ａには、典型的なベーン及びその対応する固定具の詳細が図示されている 。理解されるように、このベーンは、ベーン２２として示し、その固定具２２ａ は、更にこの図で符号Ｔとして示した慎重に配置した円形の円弧状ベーン先端が 設けられる。本発明によれば、該ベーン先端Ｔは、該ステータ１０の接線方向に 対応する内壁１２の内側に極めて接近はするが、実質的に摩擦無しの非接触状態 で移動するようにしである。

機械的摩擦が最小状態で精密なベーン動作を実現し得る本発明による手段は、第 １図、第１図ａ、第２図及び第２図ａを参照することにより理解することが出来 る。ベーン固定具２０ａ、２２ａ、２４ａ、２６ａは、対応する固定具ビンの動 作を通じてそれぞれのベーンの各々に対応する側部に利用される同一の構成要素 を備えているのが理解され、従って、各ベーンと関係する一組の固定具について のみ説明すれば十分である。先端Ｔを備えるベーン２４の固定具２４ａ、２４ａ ａが第２図ａに示しである。以下に更に詳細に説明する、ある端板の環状体、及 び摩擦防止手段と共に作用するこれら及びその他の組のベーン固定具は、ケーシ ング１０の共役的な内側外形１２に対して望ましい程に極めて接近するが、実質 的に摩擦無しの関係で上述のように移動する、各ベーンの先端Ｔに作用する。

次に、特に、第２図を参照すると、ケーシング１０は、その左及び右側部が端板 ４０．４２に接しており、これら端板は、本明細書の説明の便宜上、ロータ軸４ ４が右側端板を通って突出する点を除いて実質的に同一である。これら端板は、 貫通ボルトのような任意の従来の手段を利用して、ケーシング１０に固着されて おり、その詳細は、本発明には関係がない。

当業者には明らかであるように、その対応する組のベーン２０乃至２６を有する ロータ１４の軸線、支持する対向端板、及びケーシングの対応する内側外形１２ 間が偏心関係にあるため、ロータの回転に伴ない、容積が変化する可能性がある ことが明らかである。これは、勿論、上述のように入口から入る流体の送出、又 は圧縮を行ない、出口から排出させ得るような方法で実施される。しかし、圧縮 及び／又は送出を効率的に行うためには、ロータ１４の外周１５は、領域１３内 でケーシングの内側外形に密封可能に係合することを要する。

更に、第２図から、軸４４を使用して端板４０．４２内に回転可能に支持された ロータ１２は、軸と同一であるか、又は、相対的回転が零の状態で軸にきつく軸 方向に滑り嵌めするとみなすことが出来る。適当な軸受を端板に使用し、ロータ 軸４４及びロータ１４が回転自在であるようにし、又、ロータ１４の左側及び右 側面は、端板の内壁と連続的な密封状態に作用可能に配置されているのが理解さ れる。周知の技術に従い、この相互接触面及び機械内のその他の箇所に適当な潤 滑剤を付与する。

第２図において、図示した端板内に上述の円形の環状体が存在することを示すた めに図面を切欠き、環状体５０が端板４０に配置され、環状体５２が端板４２に 配置されるようにしであるのが分かる。又、これら環状体の中心は、適合するケ ーシング１２の内側外形の幾何学的中心に一致するのが理解される。又、これら 環状体は、非円形ではなく、円形であり、該技術のかかる特徴により、製造コス トが最小で済むことを理解することが極めて重要である。環状体を端板自体とは 別に製造し、第１図に図示するような組み立て中に端板と組み合わせることによ り、製造コストを更に削減し且つ機械の性能の向上を図ることが可能となる。

環状体内に一つの摩擦軽減手段を利用し易くするため、上述のように、環状体５ ０内に焼入れした鋼リング６０を配置し、環状体５２内には、略同−の焼入れし た鋼リング６２を配！することが望ましい。第１図に図示するように、固定具２ ０ａ、２２ａ、２４ａ、２６ａは、環状リング６ｏ内を走行する一方、その対応 するベーン固定具は、ロータ１４がケーシング１ｏ内を回転するとき、第２図に 示した環状リング６２内を走行する。

本発明は、共役的ケーシングの内側外形１２に対して利用される摩擦軽減手段を 使用せずに作用可能であるが、本出願人は、焼入れした各鋼リングの内側に回転 自在のケージ付きころ軸受を利用することが極めて望ましいことが分かった。

第２図は、環状体５０内に配置したリング６０に軸受５４が利用される一方、軸 受５６は、環状体内５２に利用されることを示す。

更に、第２図を参照すると、この中央の断面図から、ころ軸受５４．５６は、固 定具２０ａ、２２ａ、２４ａ、２６ａに対する最小摩擦案内手段を提供するため 、それぞれ焼入れした鋼リング６０．６２内に位置するように配置されるのが理 解出来る。上述のベーン２０．２２．２４．２６は、機械の反対側で同様の状態 にある。

本出願人が利用する有利な技術により、固定具は、それぞれの環状体の内側に配 置されたケージ付きころ軸受内を移動するとき直接、受ける摩擦が最小であるの みならず、ベーン先端Ｔを共役的な内側側壁１２に対し最小の摩擦状態で案内す る。このように、本発明のこの実施例は、ベーンの先端Ｔと容易に製造可能であ る適合するケーシング１０の共役的な内面１２との間に実質的に摩擦無しで、し かも極めて効果的な密封関係を提供するという重要な目的を達成する。本発明の 教示により内面１２を形成する特別な手段については、以下に詳細に説明する。

しかし、この点に関し、上述の説明は、リング６０．６２が従来のころ軸受の外 側レースとして同様に機能するが、実際に、内側レースは、ベーンにビン止めさ れ、従って、ベーンの固定具として機能する複数の独立的な円形部分から成ると 、上記の説明を解釈することが有利である。故に、ケージ付きころ軸受５４．５ ６は、従来のケージ付き軸受組立体と全く同様の状態で機能する。本発明による 固定具の更なる実施例のころ又はころ軸受の一部は、完全に対応可能であり且つ 保持され、又はケージ付きころ軸受の双方におけるころと全（同様に摺動及び転 勤の双方が可能であることが理解される。

上述のように、本発明の重要で且つ基本的な目的は、半径方向内方へのベーンの 能動的な動作の制御及び外方へのベーンの能動的な動作の制御を可能にすること である。この基本的に重要な機械の機能は、第２図に図示するように、簡単な外 径面７０．７２により提供され、これら面の各々は、それ自体が端板４０．４２ である環状体５０．５２の内周面である。円形外周面７０．７２は、ベーン固定 具の内周と協働し、ベーンが半径方向内方に能動的な動作して移動するのを制限 する。このように、それぞれの焼入れした鋼リング６０．６２、及び内側環状面 ７０．７２の内周と共に作用する、外方への動作が制限された回転自在の軸受５ ４．５６の動作を組み合わせることにより、その間で移動するベーン固定具の半 径方向への能動的な動作を制限することが出来る。このようにこの構成は、ベー ン先端の移動経路をユニークに設定するものであり、ベーン２２のベーン先端Ｔ は、例えば、第１図ａに示しである。

第３図は、ロータ１４、ロータスロット２００．２０２．２０４．２０６、及び ロータのスロット内のその実際の位置から半径方向に分離した状態で示したその 対応するベーン２０．２２．２４．２６間に生ずる関係を更に図示するためのも のである。半径方向外方に配置された制御面２０８及び環状ベーン固定具ガイド の半径方向内方の制御面２１０は、ロータの中心１６に対する適正な関係で第３ 図に破線で示しである。点１７は、円形の環状体とステータケーシングの内側外 形１２の双方に一致する中心点である。これら面がベーン固定具及びその間に介 在させた摩擦防止軸受手段を包み込み、これにより、これら面は、ベーン固定具 の円形の摩擦防止経路を形成する。

次に、上記に開示した摩擦防止半径方向ベーンガイドの実施例の更に詳細を示す 第４図ａを参照する。特に、該図は、半径方向外側ベーンガイドレース６０、回 転自在のケージ付き軸受５４、及び、例えば固定具２０ａ１環状内周面７０の構 造及びそれらの間の協働関係を図示することが注目される。ベーン固定具２０ａ をベーン２０に枢動可能に接続するベーン固定具のビン９０の表面端が示しであ る。

第４図ａにおいて、ここに開示した実施例に従い、円弧状ベーン固定具の下側外 周面と環状体５０．５２の円形の外周面７０．７２との間には、僅かな隙間が存 在することが理解される。この隙間は、２つの理由のため、重要である。

その一つの理由は、機械の作動中のベーン組立体に作用する半径方向の能動的な 動作の心力は通常、半径方向外方へのベーンの能動的な動作を維持するのに十分 であるため、これら環状内面との接触は、通常、不要であり、又は望ましくない からである。より潜在的である別の理由は、本発明を空気調整装置内のベーパコ ンプレッサとして具体化する場合に生ずる。始動のとき、又は設計以外の作動状 態中、ある量の液体冷媒が機械の入口（第１図ａに図示）に入ることは珍しいこ とではない。この現象は液体の「スラッギンユ（ｓｌｕｇｇｉｓｈ）　Ｊと称さ れる。

ベーンに内方への緩みが全く無い場合、装置の圧縮領域内に極端な圧力が生じる 場合があり、装置を著しく損傷させる虞れがある。このため、環状内面７０．７ ２とベーンの固定具の下側外周との間の境界隙間は、この実施例の場合、内蔵さ せた「安全弁」を提供する。液体のスラップに起因する損傷を防止するのに必要 な隙間程度は比較的僅かであり、僅か０．２即ち０．２關程度であり、故に、本 明細書に記載した実施例と調和して機能する。

次に、第２の及び好適な基本的ベーン固定具の組立体を図示する第４図すを参照 する。ここに示したベーン固定具の場合、固定ビン９０を介してベーン１００に 取り付けられたベーン固定具フレーム８０には、トラニオン付きころ１１０が取 り付けられる。該トラニオン付きころ１１０のトラニオン１１２は、ベーン固定 具のフレーム８０の円形の底部軸受スロット１２０内に位置する。この構成にて 、上述の回転自在に保持したニードル軸受組立体は、省略されており、それに代 えて、ベーン固定具フレーム８０内に着座するトラニオン付きころが使用されて いる。

第４図Ｃには、二軸半径方向へのベーン動作を制御する別の実施例の組み合わせ が図示されている。この場合、ベーン固定具１７０の外周は、内面及び外面共に 平坦である。これら固定具の外周面は、外側にあり且つ回転自在に保持された大 きいころ軸受組立体１７２と内側にあり且つ回転自在のより小さい軸受組立体１ ７４との間に乗り上げる。このように、ケージ付きの回転自在の外側軸受１７２ は、内側軸受レース１７６に乗り上げる一方、ケージ付きの回転自在の内側軸受 １７４は、内側軸受レース１７８に乗り上げる。該図に図示するような構成によ り、ベーン／ベーン固定具組立体の半径方向内方及び外方双方への能動的な動作 を摩擦防止可能に制御することが出来る。

第４図ｄには、二輪半径方向へのベーンの能動的な動作を摩擦防止可能に制御す る更に別の構成例が図示されている。この構成要素の組み合わせにおいて、円弧 状ベーン固定具のフレーム１６０の外周には、同様に、そのトラニオン１１２が トラニオンスロット１２０に係合するこる１１０が設置Ｊられている。同様に、 これらトラニオン付きころ１１０は、外側軸受レース１６２内に転勤可能に乗り 上げる。次に、この固定具部分１６０の内周は、回転自在に保持された内側ころ 軸受１６４に係合し、該軸受１６４は、環状の内側軸受レース１６６に乗り上げ る。

第４図ｅには、二輪半径方向へのベーン固定具の能動的な動作を制御する装置の 更に別の組み合わせが図示されている。この実施例において、ベーン固定具フレ ーム１８０の内周には、トラニオン付きころ１１０が設けられている。これら内 側トラニオン付き、−ろは、環状の外周面１８２上を転勤する。しかし、その前 の実施例に示すように、固定具フレーム１８０の外周面は、回転自在に保持され たころ軸受組立体１８４に乗り上げ、該軸受組立体１８４は、同様に、環状の外 側レース１８６に乗り上げる。再度、二軸半径方向へのベーンの能動的な動作を 摩擦防止可能に制御する実施例が図示されている。

第４図ｆには、複動、即ち二輪の摩擦防止ベーン固定具フレームの更に別の実施 例が図示されている。この場合、フレーム１４０には、そのトラニオン１１２が 外周トラニオンスロット１２０及び内側トラニオンスロット１３０に係合するト ラニオン付きころ１１０が設けられている。又、かかる構成は、摩擦防止手段を 使用する二軸の能動的な動作が望ましい場合に使用することが出来る。図示する ような場合、内側トラニオン付きころ１１０は、軸受リングのレース１４２の内 周面に乗り上げる。かかる特別な手段は、特に、大きい半径方向内方への荷重を 十分に取り扱い得るようにしである。

上記の説明で強調したように、第１図に図示したステータケーシング１０の内壁 １２の幾何学的形状は、本発明が効果的に機能するために極めて重要である。

この事実は第５図を参照することにより理解することが出来る。ここで、本発明 に必要とされる特別な共役的、又は適合する内側ケーシングの外形の拡大図が示 しである。この図において、外形１２が完全な円ではないことが明らかである。

該ベーンが回転し、ロータと共に往復運動するとき、ベーンの先端Ｔは、真の円 形の輪郭の経路の内側に実質的に退却することが理解出来る。

この幾何学的効果の理由は、ベーン固定具のビンが真の円に従う場合でも、必要 なロータ対ステータの偏心度（オフセット）により、ベーンが、常に変動するが 、内側ステータの輪郭の勾配に対し周期的な角度で傾動するためである。更に、 ケーシングの共役的な内側外形１２に対するベーン先端Ｔの点、又は接線は、ベ ーンの動作に伴なって常に変動する。このように、複雑で且つ目立たないベーン 動作は、円がその赤道に沿って圧縮されたときに似た輪郭を描く。

本明細書に開示したような機械の基本的機能は、ガスを効率的に圧縮し、又は液 体を送出ことである。これは、湾曲したベーン先端Ｔの接線とケーシング１０の 内側ステータの外形１２との間の距離が極めて短く、僅か数百分の１ミリに過ぎ ないようにすることだけで実現出来る。このように、本発明は、外形１２がこの 極めて特殊で且つ非円形の形状である場合に限り極めて効率的に機能することが 出来る。ステータの外形を真に円形とした場合、第５図に図示するように、ベー ン先端とステータのハウジング壁との間には、大きい漏洩隙間が生じる。ステー タの内側を真の円形にする場合に形成されるかかる漏洩隙間の大きさは、効率的 に機能するのに許容可能なものよりも数倍大きくなる。故に、内側ステータの壁 のユニークな形状を設定するとき、細心の注意が必要とされる。

更に第５図を参照すると、ベーン先端に対する必要な幾何学的状態は、ロータ／ ベーン組立体の全ての角度位置にて、ステータの内側外形１２に対して接線状態 にあることが理解出来る。本出願人は、外形１２におけるベーン先端の正確な接 線位置は、ベーンの案内リングの幾何学的中心Ｏｓ（これは又、ケーシングの共 役的な内側外形１２の幾何学的中心でもある）からベーン先端の半径の中心、Ｐ ｖｔｃまで線を引くことにより設定し得ることが分かった。

この特別な線を伸長させ、ベーン先端の半径方向外形に交差させる場合、その交 点（第５図にＰｖｔとして図示）は、ケーシングの共役的な内側外形１２を画成 するのに必要な対応する点の位置となる。この認識を基に、本発明者は、以下に その詳細を説明する、本発明に従って採用される必要なステータの共役的な外形 を形成する。

ケーシングの共役的な内側外形１２を正確に画成するのに必要とされる精密な幾 何学的条件、数学的及び三角関数的関係番利用して、この特別なか外形を画成す る点の軌跡の全体を計算することが出来る。必要な内側ケーシングの外形を直接 、計算する計算方法は、第５図に関して以下のように要約することが出来る。

Ａ、ベーンの最初の伸長した角度位置を設定する。

Ｂ、ベーン角度及び円形の半径方向ベーンガイドの半径を基に、ベーン枢着ビン Ｐｐの座標を設定する。

Ｃ，ベーンの寸法及び三角関数を基に、ステータ中心Ｏｓからの線に対するステ ータの水平軸線からの対応する角度、及びベーン先端の半径中心Ｐｖｔｃを計算 する。

Ｄ、上記Ｃでめた角度及びベーンの直線寸法からベーン先端の半径中心の座標を 設定する。

Ｅ、最後に、ベーン先端の半径、及びステータ中心からこのベーン先端の半径中 心に対する角度に基づき、接線点Ｐｖｔの座標を設定する。

Ｆ、ベーンの角度位置を増分することにより、必要とされる計算を繰り返し、必 要とされるケーシングの共役的な内側外形の点の軌跡全体をめる。

上述の内容を符号化する特別な数学的関係について、同様に第５図に関して以下 に掲げる。

■１頭文字の定義 Ｒｇ＝環状ベーンの固定具ガイドの半径Ｒｒ＝ロータの半径 Ｒｓ＝ステータの内側外形の垂直半焼径Ｒｔ＝固定ピンの中心からベーン先端半 径の中心までの距離ｒｔ＝ベーンの半径 ｅ＝Ｒｓ−Ｒｇ；ロータの偏心度 Ａｒ＝水平から測定し、繰り返し増分してステータの共役的な内側外形の点の軌 跡を形成するロータ／ベーンの入力角度■、数学的及び三角関数的関係 １、ベーン固定ピンの中心のデカルト座標は、ステータの共役的な外形の中心Ｏ ｓと環状のベーン固定具ガイドとの一致する中心点から測定した。

ｘｇ＝Ｒｇ　［ｃｏｓ　（Ａｒ）］ ｙｇ＝Ｒｇ　［ｓ　ｉ　ｎ　（Ａｒ）　］ここで、ＣＯＳ及びｓｉｎは、各々三 角関数のコサイン及びサイン関係を意味する。

２、ロータの中心からベーン固定ピンの中心Ｐｐ及びベーン先端の半径中心Ｐｖ ｔｃを通る線の角度Ａｇは、ロータの水平軸線から測定した。

Ａｇ＝ａｔａｎ　［ｙｇ／ｘｇ］ ここで、ａｔａｎは、三角関数の逆正接関係を示す。

３、ロータの中心から固定ピンの中心までの半径ＲｐＲｐ＝ｓｑｒｔ　［ｘｇ− ２＋ｙｇ−２］ここで、５ｑｒｔは、数学における平方根及び−２は数学におけ る二乗を意味する。

４、ロータの中心からベーン先端の半径中心までの半径ＲｔｃＲｔｃ＝Ｒｐ＋Ｒ ｔ ５、ステータの外形の中心から測定したベーン先端半径の中心のデカルト座標 ｘｔｃ＝Ｒｔｃ　［ｃｏｓ　（Ａｒ）］ｙ　ｔ　ｃ＝Ｒｔ　ｃ　［ｓ　ｉ　ｎ　 （Ａｒ）コ＋ｅ６、ステータの水平軸線から測定したときのステータの中心から ベーン先端の半径中心までの角度Ａｔ Ａｔ＝ａｔａｎ　［ｙｔｃ／ｘｔｃ］ ７、ステータの外形の中心からベーン先端の半径中心までの半径ＲｔｃＲｔｃ＝ ｓｑｒｔ　［ｘｔｃ−２＋ｙｔｃ−２］８、ステータの中心からベーン先端とス テータの共役的な内側外形との間の対応する接線点Ｐｖｔまで伸長する半径方向 距離ＲｔｔＲｔｔ＝Ｒｔｃ＋ｒｔ 重要な幾何学的共役関係にある線Ｒｔｔは、第５図に仮想線で示しである。

９、ベーン先端／ステータの壁の接線点Ｐｖｔのデカルト座標’　ｘｔｔ＝Ｒｔ ｔ［ｃｏｓ（Ａｔ）］ｙｔ　ｔ＝Ｒｔ　ｔ　［ｓ　ｉｎ　（Ａｔ）］第６でめた 角度Ａｔと第８でめた伸長する接線半径Ｒｔｔとを組み合オ）せることにより、 必要なステータの共役的な外形１２の極座標がめられる一方、これと同一のステ ータの共役的な外形のデカルト座標は、上記９にて、ロータ／ベーン角度Ａｒを ３６０°の角度範囲で増分することによりめられる。

実際の機械におけるベーン先端と共役的な外形との間の極めて小さい連続的な隙 間は、ベーン先端をこの小さい相互接触空隙の所望の程度に対応して短（するこ と、又はこの一定の空隙幅を共役的な外形自体に加えることの何れかにより形成 される。即ち、第１の場合、ベーン固定具ピンとベーン先端の半径中心と間の実 際の距離は、Ｒｔから、例えば０．０２５ｍｍといった僅かな隙間の寸法を減じ た値である。即ち、Ｒｔ　ａ　＝Ｒｔ　−０，０２５ｍｍとなる。勿論、実際の 共役的な外形１２は、Ｒｔを基にして計算し且つ製造する。

第２の場合、距離Ｒｔは、実質的に同一であるが、外形１２は、Ｒｔｔに所望の 僅かな空隙の寸法を加えることにより計算し且つ製造することが出来る。両方法 とも、ベーン先端と本発明により効率的な作動に必要とされるステータの共役的 な外形との間に密封するが、接触はしない状態を満足し得る程度に形成すること が出来る。

本発明は、単に非限定的な一例として掲げた上述以外の方法で具体化することが 可能である。請求の範囲の記載によりてのみ解釈し且つ限定されるべきである本 明細書に記載した本発明の範囲及び精神から逸脱せずに、変形例及び応用例が可 能である。

ＦＩＧ　／ ＦＩＧ２ ＦＩＧ　４ａ　ＦＩＧ　４ｂ ＦＩＧ４ｃ　ＦＩＧ４ｄ 国際調査報告 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ 、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、　ＭＲ，ＳＮ、　ＴＤ、　 ＴＧ）、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＦＩ、　ＨＵ、ＪＰ、　Ｋ Ｐ、　ＫＲ。

ＬＫ、ＭＣ，ＭＧ、ＭＷ、Ｎｏ、ＰＬ、Ｒ○、　ＳＤ、　ＳＵ、　ＵＳ

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. １．非接触型ベーン式流体容積形機械にして、その内側に沿って、適合する共役 的な内側外形を有するケーシングであって、その各々が２つの対向する端板の間 に固着されたケーシングと、その内部に円形環状体を収容する各端板とを備え、 前記環状体が略適合する形状をしており、前記環状体の各々の中心が適合するケ ーシングの前記共役的な内側外形の幾何学的中心に一致し、前記端板により支持 されたロータであって、適合する前記ケーシングの共役的な内側外形に対して偏 心状に前記ケーシングの前記内部で回転可能に取り付けられたロータを備え、前 記ロータが、前記対向する端板にきつく係合する関係に作用可能に配置された端 部を有し、前記ロータには、少なくとも１つの略半径方向に配置したスロットが 設けられ、各スロット内には、適合する前記ケーシングの前記共役的な内側外形 に極めて近接するが、接触はしない状態に維持された円弧状の形状の先端を有す る略矩形のベーンが収容され、各ベーンの各端部には、前記ベーン先端から比較 的遠方の位置に枢動可能に取り付けられた固定具が設けられ、前記ベーン固定具 の各々が内周及び外周を有し、更に、各環状体とそれぞれのベーン固定具の少な くとも１つの境界面に作用可能に配置された摩擦防止手段を備え、前記機械の作 動中、前記固定具の各々の少なくとも一部が前記摩擦防止手段に係合し、これに より、前記端板の各々の環状体が前記ベーンのそれぞれの固定具に対し、故に、 前記ベーンの先端に対して効果的なガイドとして機能し、これにより前記ベーン の先端が前記ケーシングの前記共役的な内側外形に極めて近接するが、略摩擦無 しの関係に維持されるようにしたことを特徴とする非接触型ベーン式流体容積形 機械。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記ロ ータ内には、単一のベーンが利用されることを特徴とする非接触型ベーン式流体 容積形機械。
3. ３．請求の範囲第１項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記ロ ータ内には、前記ロータの回転軸線に対し対向状態に配置された一対のベーンが 利用されることを特徴とする非接触型ベーン式流体容積形機械。
4. ４．請求の範囲第１項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記ロ ータの軸線の回りに対称に配置されたスロット内に少なくとも３つのベーンが配 置されることを特徴とする非接触型ベーン式流体容積形機械。
5. ５．請求の範囲第１項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記摩 擦防止手段が前記環状体の各々の内部に取り付けられることを特徴とする非接触 型ベーン式流体容積形機械。
6. ６．請求の範囲第１項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、高圧の 流体領域を前記機械内の低圧の流体領域から分離する領域にて前記ロータの外周 がケーシングの内側外形内に密封可能に係合することを特徴とする非接触型ベー ン式流体容積形機械。
7. ７．請求の範囲第１項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記摩 擦防止手段が各固定具の外周に取り付けられることを特徴とする非接触型ベーン 式流体容積形機械。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記摩 擦防止手段がトラニオン付き軸受の形態であることを特徴とする非接触型ベーン 式流体容積形機械。
9. ９．請求の範囲第７項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記摩 擦防止手段が回転自在のケージ付きころ軸受の形態であることを特徴とする非接 触型ベーン式流体容積形機械。
10. １０．請求の範囲第１項に記載の非接触型べーン式流体容積形機械にして、前記 摩擦防止手段が各固定具の内周に取り付けられることを特徴とする非接触型ベー ン式流体容積形機械。
11. １１．請求の範囲第１０項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前 記摩擦防止手段がトラニオン付き軸受の形態であることを特徴とする非接触型ベ ーン式流体容積形機械。
12. １２．請求の範囲第１０項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前 記摩擦防止手段が回転自在のケージ付きころ軸受の形態であることを特徴とする 非接触型ベーン式流体容積形機械。
13. １３．請求の範囲第１項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記 摩擦防止手段が各固定具の内周及び外周の双方に取り付けられることを特徴とす る非接触型ベーン式流体容積形機械。
14. １４．請求の範囲第１３項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前 記摩擦防止手段が回転自在のケージ付きころ軸受の形態であり、前記外周に取り 付けられた摩擦防止手段がトラニオン付きころ軸受の形態であることを特徴とす る非接触型ベーン式流体容積形機械。
15. １５．請求の範囲第１３項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前 記摩擦防止手段が回転自在のケージ付きころ軸受の形態であることを特徴とする 非接触型ベーン式流体容積形機械。
16. １６．請求の範囲第１３項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前 記内周及び前記外周に取り付けられた前記摩擦防止手段がトラニオン付きころ軸 受の形態であることを特徴とする非接触型ベーン式流体容積形機械。
17. １７．請求の範囲第１項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記 摩擦防止手段が各固定具の内周及び外周の双方に係合し、回転自在のケージ付き ころ軸受が各固定具の外周で利用され、トラニオン付き軸受が各固定具の内周で 利用されることを特徴とする非接触型ベーン式流体容積形機械。
18. １８．請求の範囲第１項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記 端板の前記環状体の少なくとも１つの外周面には、前記ベーン固定具により付与 される軸受荷重を支承する別個の焼入れした精密レースが取り付けられることを 特徴とする非接触型ベーン式流体容積形機械。
19. １９．請求の範囲第１項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記 ベーン固定具の内周と前記端板の前記環状体の内周との間に短かい距離が維持さ れ、前記短かい距離が前記ベーンの半径方向位置を半径方向に弛緩させ、前記機 械内部に誤って高圧が発生したとき、前記ベーン先端と適合する前記ケーシング の共役的な内側外形との間に前記圧縮流体に対する所定の漏洩通路を提供し得る ようにしたことを特徴とする非接触型ベーン式流体容積形機械。
20. ２０．請求の範囲第１項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記 端板、ロータ、ケーシング、ベーン、ベーン制御手段及び前記ロータの外周とケ ーシングの内側外形との間のシール領域の組み合わせ体が、ガスコンプレッサを 備え、前記ケーシング、ロータの外周、２つの隣接するベーン及び端板内にチャ ンバが形成され、前記ロータが回転するとき、前記チャンバが著しい容積の変化 を生じ、その結果、前記ガスが入口通路を通じて前記機械に入るとき、前記ガス が圧縮され且つ高圧にて排出通路から排出されるようにしたことを特徴とする非 接触型ベーン式流体容積形機械。
21. ２１．請求の範囲第１項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前記 端板、ロータ、ケーシング、単一のベーン、ベーン制御手段及び前記ロータの外 周とケーシングの内側外形との間のシール領域の組み合わせ体が、ガスコンプレ ッサ又はポンプを備え、前記ケーシング、ロータの外周、前記単一のベーン前記 シール領域、及び前記端板内にチャンバが形成され、前記ロータが回転するとき 、前記チャンバが容積の変化を生じ、その結果、流体が入口通路を通じて前記機 械に入るとき、前記流体が送出又は圧縮され且つ高圧にて排出通路から排出され るようにしたことを特徴とする非接触型ベーン式流体容積形機械。
22. ２２．非接触型ベーン式流体容積形機械にして、その内側に沿って、適合する共 役的な内側外形を有するケーシングであって、２つの対向する端板の間に固着さ れたケーシングと、その内部に円形環状体を収容する各端板とを備え、前記環状 体が略適合する形状をしており、環状体の各々が内周及び外周を備え、前記環状 体の各々の中心が適合するケーシングの前記共役的な内側外形の幾何学的中心に 一致し、 前記端板により支持されたロータであって、適合する前記ケーシングの共役的な 内側外形に対し偏心状に前記ケーシングの前記内部で回転可能に取り付けられた ロータを備え、前記ロータが、前記対向する端板にきつく係合する関係に作用可 能に配置された端部を有し、前記ロータには、対称に配置した４つのベーンスロ ットが設けられ、各スロットは、略矩形のベーンを収容し、各ベーンは、前記ケ ーシングの適合する前記共役的な内側外形に極めて近接するが、接触はしない状 態に維持された円形の円弧状の先端を有する略矩形のベーンを備え、各ベーンの 各端部には、前記ベーン先端から比較的遠方の位置に枢動可能に取り付けられた 固定具が設けられ、前記ベーン固定具の各々が内周及び外周を有し、前記ベーン の各々の外周には、トラニオン付きころが設けられ、前記トラニオン付き軸受の トラニオンが前記ベーン固定具の外周に取り付けられ、前記ベーン固定具の前記 トラニオン付きころ軸受が前記端板内で前記環状体の外周に転動可能に係合し、 前記ベーン固定具の内周が前記端板内に収容した前記円形の環状体の内周に係合 し、これにより、前記端板の各々の環状体が前記ベーンのそれぞれの固定具に対 し、故に、前記ベーンの先端に対する効果的なガイドとして機能し、これにより 、前記ベーン先端が前記ケーシングの前記共役的な内側外形と極めて近接するが 、実質的に摩擦無しの状態に維持されるようにしたことを特徴とする非接触型ベ ーン式流体容積形機械。
23. ２３．請求の範囲第２２項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前 記端板の前記環状体の少なくとも１つの外周には、前記ベーン固定具により付与 される軸受荷重を支承する別個の焼入れした精密レースが取り付けられることを 特徴とする非接触型ベーン式流体容積形機械。
24. ２４．請求の範囲第２２項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、高 圧の流体領域を前記機械内の低圧の流体領域から分離する領域にて前記ロータの 外周がケーシングの内側外形に密封可能に係合することを特徴とする非接触型ベ ーン式流体容積形機械。
25. ２５．請求の範囲第２２項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前 記ベーン固定具の内周と前記端板の前記環状体の内周との間には、短かい距離が 維持され、前記短かい距離が前記ベーンの半径方向位置を半径方向に弛緩させ、 前記機械内部に誤って高圧が発生したとき、前記ベーン先端と前記適合する共役 的なケーシングの外形との間に前記流体に対する所定の漏洩通路を提供し得るよ うにしたことを特徴とする非接触型ベーン式流体容積形機械。
26. ２６．請求の範囲第２２項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前 記端板、ロータ、ケーシング、ベーン、ベーン制御手段及び前記ロータの外周と ケーシングの内側外形との間のシール領域の組み合わせ体が、ガスコンプレッサ を備え、前記ケーシング、ロータ塩外周、２つの隣接するベーン及び端板内にチ ャンバが形成され、前記ロータが回転するとき、前記チャンバが著しい容積の変 化を生じ、その結果、前記ガスが入口通路を通じて前記機械に入るとき、前記ガ スが圧縮され且つ高圧にて排出通路から排出されるようにしたことを特徴とする 非接触型ベーン式流体容積形機械。
27. ２７．非接触型ベーン式流体容積形機械にして、その内側に沿って、適合する共 役的な内側外形を有するケーシングであって、２つの対向する端板の間に固着さ れたケーシングと、その内部に円形環状体を収容する各端板とを備え、前記環状 体が略適合する形状をしており、環状体の各々が内周及び外周を備え、前記環状 体の各々の中心が適合するケーシングの前記共役的な内側外形の幾何学的中心に 一致し、 前記端板により支持されたロータであって、前記ケーシングの適合する共役的な 内側外形に対して偏心状に前記ケーシングの前記内部で回転可能に取り付けられ たロータを備え、前記ロータが、前記対向する端板ときつく係合する関係に作用 可能に配置された端部を有し、前記ロータには、対称に配置した４つのベーンス ロットが設けられ、各スロットは、略矩形のベーンを収容し、各ベーンは、適合 する前記ケーシングの共役的な内側外形に極めて近接するが、接触はしない状態 に維持された円形の円弧状の先端を有し、各ベーンの各端部には、前記ベーン先 端から比較的遠方の位置に枢動可能に取り付けられた固定具が設けられ、前記ベ ーン固定具の各々が内周及び外周を有し、前記端板の環状体の各々の外周に配置 された回転自在の軸受を備え、前記ベーン固定具の各々の外周が、その間に作用 可能に配置された前記回転自在のケージ付きころ軸受の作用により、前記円形の 環状体の外周に摩擦防止状態に係合し、前記ベーン固定具の内周が前記各環状体 の内周に係合し、これにより、前記端板の各々の環状体が前記ベーンのそれぞれ の固定具、及び前記回転自在のケージ付きころ軸受に対し、故に、前記ベーンの 先端に対する効果的なガイドとして機能し、これにより、前記ベーン先端が前記 ケーシングの前記共役的な内側外形に極めて近接するが、実質的に摩擦無しの状 態に維持されるようにしたことを特徴とする非接触型ベーン式流体容積形機械。
28. ２８．請求の範囲第２７項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前 記端板の前記環状体の少なくとも１つの外周面には、前記ベーン固定具により付 与される軸受荷重を支承する別個の焼入れした精密レースが取り付けられること を特徴とする非接触型ベーン式流体容積形機械。
29. ２９．請求の範囲第２７項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、高 圧の流体領域を前記機械内の低圧の流体領域から分離する領域にて前記ロータの 外周が前記ステータケーシングに密封可能に係合することを特徴とする非接触型 ベーン式流体容積形機械。
30. ３０．請求の範囲第２７項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前 記ベーン固定具の内周と前記端板の前記環状体の内周との間には、短かい距離が 維持され、前記短かい距離が前記ベーンの半径方向位置を半径方向に弛緩させ、 前記機械内部に誤って高圧が発生したとき、前記ベーン先端と前記適合するケー シングの共役的な内側外形との間に前記圧縮流体に対する所定の漏洩通路を提供 し得るようにしたことを特徴とする非接触型ベーン式流体容積形機械。
31. ３１．請求の範囲第２７項に記載の非接触型ベーン式流体容積形機械にして、前 記端板、ロータ、ケーシング、ベーン、ベーン制御手段及び前記ロータの外周と ケーシングの内側外形との間のシール領域との組み合わせ体が、ガスコンプレッ サを備え、前記ケーシング、ロータの外周、２つの隣接するベーン及び端板内に チャンバが形成され、前記チャンバが著しい容積の変化を生じ、その結果、前記 ガスが入口通路を通じて前記機械に入るとき、前記ガスが圧縮され且つ高圧にて 排出通路から排出されるようにしたことを特徴とする非接触型ベーン式流体容積 形機械。