JPS6118001B2 - - Google Patents

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JPS6118001B2
JPS6118001B2 JP54126507A JP12650779A JPS6118001B2 JP S6118001 B2 JPS6118001 B2 JP S6118001B2 JP 54126507 A JP54126507 A JP 54126507A JP 12650779 A JP12650779 A JP 12650779A JP S6118001 B2 JPS6118001 B2 JP S6118001B2
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spiral
sealing
groove
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Ii Matsukaro Jon
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Arthur D Little Inc
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Publication of JPS6118001B2 publication Critical patent/JPS6118001B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/0207Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F01C1/0215Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C19/00Sealing arrangements in rotary-piston machines or engines
    • F01C19/08Axially-movable sealings for working fluids

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は渦巻型装置に関するもので、さらに詳
細には軸方向と半径方向に追従する。
(compliance)シーリング手段を有する渦巻型装
置で、それは、渦巻型装置の組み立て上の問題を
実質的に減らし、その効用を高めるものである。
一般的には渦巻ポンプ、圧縮機、膨張機と関連し
たある種の装置が技術上、知られており、ピツチ
状のものが付いた、相互に接続する2つのやや渦
巻状又はインポリユート曲線状の部品が、分離し
た端の板の上に位置する。これらの渦巻部部材は
角をなし、渦巻曲面の間のような少くとも1対の
線接触に沿つて相互に接触するために、半径方向
にずれている。1対の線接触は、ほぼ渦の中心部
から引かれた1つの半径上にある。故に、そのよ
うな形をとる流体は、渦の中心部の周囲全体に広
がる。ある特殊な場合はポケツト又は流体は360
゜全体には広がらない。しかし特殊な出入口配置
によつて、渦の中心部に関する小さい方の角に対
することができる。ポケツトは流体の体積と、渦
の中心の相対的な回転に伴い変化する角の位置を
決定する。そしてすべてのポケツトは同じ相対的
な角の位置を維持する。接触線は渦巻の表面に沿
つて移動するので、このように形成されるポケツ
トは体積を変化させる。結果として生ずる最低圧
又は最高圧の部分は流体の出、入口に接続されて
いる。
Craux(米国特許第801182号)に関する初期の
特許は、この装置の一般的な型に関するものであ
る。それに伴ない渦巻型の圧縮機とポンプに関し
て発表された特許は、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。
渦巻型装置の概念は以前より知られ、明らかな
利点を有することが認められていたにもかかわら
ず、上記と同様の渦巻型装置は厳格な効率、寿
命、圧力比などの限界によるシーリングと摩耗の
問題により初期においては商業的に成功していな
い。シーリングと摩耗の問題はラジアリ型とタン
ジエンシヤル型の両方に見られる。したがつて、
半径方向の漏れを防ぎ効果的な半径方向のシーリ
ングを果すために接触しているインポリユート曲
線状部品の端部と渦状部品の端の板との間で効果
的な軸方向の接触を実現しなければならない。そ
して渦型装置のある型において、接線方向の漏れ
を防止するため、渦型装置は、インポリユート曲
線状部品の間に作られる動的線接触に沿つて、摩
耗を最小にする効果的な接触を果さなければなら
ない。
初期の装置における半径方向の十分なシーリン
グを果すためのアプローチは、密接するための正
確な形状を得るために部品(外被と端の板)を機
械加工することと、表面を接触させるための機械
的な軸方向の1つ以上の強制手段、例えばボルト
などを使用することを含む。先の技術におけるさ
らに最近のものによると追従する固定された渦巻
状部品(米国特許第3874827号)の使用、又は渦
巻状部品を軸方向に接触させるために、加圧され
た流体(軸方向の力を増すためにバネを用いるも
のと用いないものがある)を使用すること(米国
特許第3600114号、第381766号、第3884599号、第
3924977号)がある。光の技術のうち最近のもの
は、また高圧で作動する渦巻型の圧縮機又は膨張
機に特に適する改良された半径方向のシーリング
手段を含む。そこでは、軸方向に負荷を伝達する
ために必要なすべての力は、装置のハウジングの
全体又は選択された一部を加圧することにより得
られた空気の力である。したがつて回転する渦巻
状部品の表面を用いて、ハウジングは加圧用の空
気を有する。その気室内の流体圧力は回転する渦
巻状部品を固定された渦巻状部品に連続的に軸方
向に接触させる。
表面を接触させるためにボルトを使用する代り
に軸方向の力により固定された渦巻部品を使用す
るか、又は回転する渦巻に作用する空気力を使用
することは渦巻型装置の半径方向のシーリングの
問題を解くための途上にある。しかし、これらの
技術は接触面の両者、すなわち端の板とインポリ
ユート曲線の外被部分の表面をひじように正確に
機械加工する必要がある。この正確な機械加工の
渦巻状装置の製作にコストが加わることになる。
さらに、操作中に装置の軸方向の配列上の誤差は
一般に不均一な摩耗となり正確な機械加工を無意
味にする。最後に装置の半径方向の温度こう配
は、インポリユート型外被の高さの寸法の不均一
な変化を生ずる。
米国特許第3994636号においては、十分な軸方
向の接触を有し、有効な半径方向のシーリングを
達成するために接触面を通常の精度に機械加工す
れば良いシーリング手段が明らかにされてある。
このシーリング手段においては各外被の尖端に3
辺を有するミゾが切られそれが外被の形状に追従
するように形成されている。各ミゾには軸方向の
接触を有効にする。追従するシーリング手段が装
えられている。各追従するシーリング手段は、ミ
ゾの中に位置しミゾと同じインポリユート形状を
有するシーリング部品と、軸方向の接触を有効に
するための、シーリング部品を作動させるための
力を加える手段の組み合せから成る。シーリング
部品の巾は、ミゾの中でシーリング部品が軸方向
と半径方向に小さい運動をすることを可能にする
ためにミゾの巾より小さくなつている。そしてシ
ーリング部品は外被の巾より小さい接触面の巾を
有する。
米国特許第3994636号の追従するシーリング手
段を使用することは半径方向の満足すべきシーリ
ングを得るために有効であることが明らかになつ
た。しかし米国特許第3994636号で請求された軸
方向の追従するシーリング手段の構造にある改良
を加えることにより、ミゾの表面により良好な機
械仕上げを得るのと同時に、半径方向のシーリン
グと結びついた製造コストを下げることが可能と
なる。又、シーリング部品に軸方向と同時に半径
方向にも予圧を負荷することが可能となる。
渦巻型装置の半径のシーリングを達成するため
に、改良された軸方向に追従するシーリング手段
を提供するのが本発明の第1の目的である。簡単
な製造技術によりシーリング手段の動かす部品を
形成することを可能にすることを可能にし、渦巻
型部品の製造コストを減少させる上記特性を有す
るシーリング手段を提供することはもう一つの目
的である。さらにもう一つの目的は渦巻型部品が
相対的な運動をしている間でも半径方向に負荷が
かけられるように構成された軸方向のシーリング
手段を提供することである。
半径方向のシーリングが実現されている接触面
が通常の精度でのみ機械加工されることを必要と
する改良された渦巻型装置を提供することは本発
明のもう一つの主要な目的である。装置内の半径
方向に温度こう配が生じ半径方向のシーリングが
達成されている接触面上に不均一な摩耗を生ずる
にもかかわらず、延長された寿命の間に、有効な
半径方向のシーリングに影響を与える軸方向の追
従するシーリング手段と結合した上記特性を有す
る渦巻型装置を提供することは本発明のさらにも
う一つの目的である。本発明のさらにもう1つの
目的は、潤滑材と共に用いられるか、潤滑材なし
に作動しなければならない装置に適用される上記
特性を有した軸方向の追従するシーリング手段を
提供することである。
これまでに可能だつたより少いコストで製作さ
れる圧縮機、膨張エンジン、ポンプを含む渦巻型
装置を提供することは本発明の主目的に加うるべ
き目的である。
本発明のその他の目的は部分的に明らかになる
だろうし、部分的には以下において明らかとな
る。
本発明は従つて、今後説明される組立てにおい
て例証される組立ての外観と、要素の結合と、部
品の配置から成り、本発明の範囲は特許請求の範
囲に示されるだろう。
本発明の1つの観点に従つて、端の板とシーリ
ング用部品とシーリング用バネ手段との結合から
成る渦巻型装置の組立てに適した渦巻型部品が提
供される。端の板にはインポリユート曲線状の外
被がとり付けられ、外被の表面の長さ方向に沿つ
て切られた2つの側面を有するミゾを有してい
る。ミゾは渦巻型部品の中心線の方に開いてお
り、後の面と固定用の座面とを有している。シー
リング用部品はミゾの中に位置しミゾの後の面に
向かつて圧縮力を負荷され、後の面からの長さの
全体に及んでいる。シーリング用部品は、渦巻型
装置の一部を形成する補充の渦巻型部品の端の板
の表面とシーリングの接触するのに適している。
シーリング用パネ手段はミゾの後の面とかみ合う
連続的なしまとして形成されており、シーリング
用部品に、軸方向の力を、補充の渦巻型部品の端
の板の方向に加える複数のバネ部品を有してい
る。
本発明のもう1つの観点に従つて、固定された
渦巻型部品と、回転する渦巻状部品と回転用駆動
手段と軸方向の力を発生させる手段と、追従する
シーリング手段とシーリング用バネ手段との結合
から成る強制的排水装置が提供されている。固定
された渦巻状部品は固定された端の板を有し、固
定されたインボリユート曲線状外被は接触してい
る端の面の長さ方向に沿つて切られた。2つの側
面をもつミゾを有する。ミゾは装置の中心線の方
に開いており、後の面と固定用の座面とを有して
いる。回転する渦巻状部分は固定された端の板
と、接触する端の面の長さ方向に沿つて切られた
2つの側面をもつミゾを有するインボリユート曲
線状の外被とを有している。ミゾは装置の中心線
の方に開いており、後の面と固定用の座面とを有
している。固定された渦巻状部品と回転する渦巻
状部品は、互いに補充する。回転用駆動手段は渦
巻状部品が予定された角度を維持しながら、回転
する渦巻状部品を固定された渦巻状部品に関連し
て回転される。それにより固定された渦巻状部品
と回転する渦巻状部品は変動する体積と異なる流
体の圧力分布を有する動的流体ポケツトを形成す
る。軸方向の力を発生する手段は固定されたイン
ボリユート曲線状の外被を回転する端の板に接触
させ、回転するインボリユート曲線状の外被を固
定された端の板に接触させそれらによりポケツト
の半径方向のシーリングを果す。インボリユート
曲線状の外被と結合した追従するシーリング手段
は、ミゾの中に位置し、ミゾの後の面に向かつて
圧縮力を負荷され、それからの長さの全体に及ぶ
シーリング用部品と装置の一部を形成する相手側
の渦巻状部品の面と漏れのない接触をするのに適
したシーリング用部品の結合から成る。シーリン
グ用バネ手段はミゾの後の面とかみ合う連続的な
しまとして形成されており、相手側の渦巻状部品
の端の板の方向に、シーリング用部品上で軸方向
の力を発生させるように配置された複数のパネ部
品を有している。
渦巻型装置の半径方向のシーリングはそのよう
な装置における本質的な形状であり、どんな軸方
向の接触手段も半径方向のシーリングを果すこと
ができなければならないので、本発明の軸方向の
追従するシーリング手段について述べる前に、そ
の役割を理解するために、半径方向のシーリング
の問題点について簡単にふりかえることは有効で
ある。その役割は、本発明の軸方向の追従するシ
ーリング手段が、延長された期間にわたつてほと
んどメインテナンスの必要なしに効果的に作動さ
せるために装置の内部でポケツトを離れて効果的
なシーリングを行うことにより果される。渦巻型
の作動については以前に提出された多数の特許に
おいて述べられているので、効果的な半径方向の
シーリングを達成するという問題を議論する際
に、そのような装置の作動について詳細にくり返
す必要はない。渦巻型装置は、ある領域から、圧
力の異るかも知れない他の領域へとシーリングさ
れた流体のポケツトを動かすことにより作動する
ことを指摘しさえすればよい。シーリングされた
流体のポケツトは端の板によつて決まる2つの平
行な平面とインボリユート曲線又は適当な曲線に
より決められる2つの円筒状曲線、つまり外被に
より囲まれている。渦巻状部品は平行な軸を有す
る、というのは渦巻状部品の平面の間の連続的な
漏れのない接触が、この方向においてのみ維持さ
れるからである。1つの円筒状曲面(回転する渦
巻状部品の外被の側面)が他の円筒状曲面(固定
された渦巻状部品の外被の側面)に対して回転さ
せられるので端の板の平行な面の間に形成される
ポケツトの運動が行なわれる。圧縮機及び膨張機
の場合、1つポケツトから半径方向に隣接したポ
ケツトにかけて圧力の差異が存在するという事実
は、外被の接触面と相手側のあるいは相対する渦
巻状部品の端の板の表面との間において、高圧の
ポケツトから低圧のポケツトへの漏れを防止する
ために、漏れのない接触を提供することを必要と
する。したがつて、半径方向のシーリングを達成
するように、外被の端の面と端の板との間の接触
を確実にするために、軸方向に力を加える形状を
必要とするこてが明らかになるだろう。
渦巻型装置の設計と構造において接線方向のシ
ーリングも重要なこともある。接線方向のシーリ
ングは回転する渦巻状部品が動かされている時、
外被の側面の間の線接触が保たれることを通じて
達成される。接線方向と半径方向のシーリング
は、通常、必ずしも常にとは言えないが、異る機
構を通じて維持されるので本発明の軸方向に追従
するシーリング手段は異る接線方向のシーリング
技術を用いた渦巻型装置で用いられる。しかしな
がら軸方向追従するシーリング手段は摩耗を最小
にするために外被の側面の間に小さいすき間が維
持される渦巻型装置と、例えば、圧縮機における
よりも接線方向のシーリングが重要性を有してい
ない液体ポンプにおいて用いられる。したがつて
本発明の軸方向の追従するシーリング手段は米国
特許第3884599号、第3924977号、第3994633号、
第3994635号、第4065279号、第4082484号と、出
願番号807413番、807414番の渦巻型液体ポンプと
同様に出願番号896161番の外周駆動と結びついた
渦巻型装置にも適用できる。
第1図と第2図は接触面の極度の機械加工の必
要なしに追従する半径方向のシーリングの問題を
示している。第1図と第2図の断面図は端の板、
外被部分、と流体のポケツトの一部のみを示して
いる。シーリング用追従手段を装えた完全に模範
的な渦巻型装置は第16図に示され以下に詳細に
述べられる。
第1図と第2図において固定された渦巻部品1
0は端の板11と外被12から成ることがわか
る。端の板11は中心に位置する流体ボード13
を有する。本発明の追従するシーリング手段と、
これらの手段が結合した渦巻型装置の議論の便宜
上、装置は今後圧縮機と仮定される。しかし、当
業者にとつて、追従するシーリング手段は膨張エ
ンジン又はポンプとして用いられる渦巻型装置に
も適用できることは明らかであろう。
第1図及び第2図において回転する渦巻型部品
14は同様に端の板15とインポリユート曲線状
外被16を有している。実際上、回転する渦巻型
部品は駆動軸(図示されてない)に取りつけられ
又は適当な外周駆動機構を使用して回転できる。
作動上、回転する渦巻状部品15は、2つの渦巻
状部品が一定の角度を保つ間に、軌道を描くよう
に駆動させられる。その回転運動において、回転
する渦巻型部品は(第2図で)P0>P1>P2である
1つ又はそれ以上の動的な流体のポケツトすなわ
ちポケツト20〜24を形成する。これらのポケ
ツトは外被12と16の間のスライドする又は移
動する線接触によ半径方向において囲まれる。又
はいくつかの応用例において側面外被(例えば、
米国特許第40482484号参照)の間に小さいすき間
が維持される。流体は入口25を通して外被をと
り囲む外周領域26に取り入れられ、流体が中心
ポケツト20に近づく時ポケツトの体積が小さく
なるので圧縮される。したがつて効果的な半径方
向のシーリングを通じてのみ、変化する動的なポ
ケツトにおける流体の所望の圧力は維持される。
本発明の装置においてこの半径方向のシーリン
グ手段は固定された端の板11の表面30と回転
する外被16の内部に位置し、表面30に対し軸
方向の力を加えられているシーリング部品35の
表面34との接触を通じて、又は、回転する端の
板15の表面33と、固定された外被12の内部
に位置し表面33に対して軸方向の力を加えられ
ているシーリング部品35の表面34との接触を
通じて達成される。半径方向のシーリング手段の
一般概念を議論するためにのみ提出された第1図
において、本発明の追従するシーリング手段の詳
細が図示されていないことが理解されよう。
第3図は全体を40で示した軸方向の追従する
シーリング手段の断面図で、シーリング手段は固
定された渦巻部品10の外被12と結合し、回転
する端の板15の表面33と漏れのない接触を行
う。このシーリング手段は外被の全長に沿つて連
結しており回転する渦巻型部品14のインボリユ
ート曲線状の外被16と結合したシーリング手段
の構造が、第3図に示されたのと同一であるので
この形状は2つの渦巻状部品の軸方向の追従する
シーリング手段を描くのに用いられる。
先に指摘されるように、シーリングの接触はシ
ーリング部品35の表面34と端の板の表面33
との間においてなされる。シーリング用の部品3
5は、外被12の端の板42の中に切られた2つ
の側面を有するミゾ41の内部に配置される。ミ
ゾは端の板15の面33に垂直な後の面43と、
表面33に平行な座面44とを有する。ミゾ41
は渦巻状部品の中心線の方向に内部に向かつて開
いている。インボリユート曲線状の外被の全長に
わたり連続的なシーリングを確実にするために、
又同時に摩耗を最小にするために、全体を45で
示されるシーリング用のバネが、シーリング用部
品35に軸方向の力を加えるために設けられる。
シーリング用部品とシーリング用バネ部材はシー
リング用部品が常に外被の表面42の上に少し出
ているように設計される。
1つの開いた側面を有するミゾ41を切ること
は、米国特許第3994636号に示されたような3つ
の側面を有するミゾを切ること以上の利点をもた
らす。例えば、本形状はミゾを切り出すための大
きい直径のカツターを使用することも可能とし、
それはより低い加工コストをもたらす。そしてミ
ゾの表面43と44のより良好な仕上げをもたら
す。
シーリング用のバネ45は単一の連続した部品
として形成される。そのように部品の単1の具体
例が第3図から第7図に、第2の具体例が第8図
から第11図に示されている。第3図から第7図
のシーリング用バネは打ちぬきと曲げ加工により
作られる。第4図と第6図でわかるように打ちぬ
かれた空間は直線の後の部品46と首部分48を
介してそれと中心部において結合する複数の弧状
のバネ部材47とから成る。シーリング用バネの
形成において、弧状のバネ部材47は折り曲げ線
49上で、後の部品46の方、90゜に曲げられ
る。弧状の部材47のアーム47aと47bは折
り曲げ線50と51に沿つて、ミゾ41の座面4
4上に位置する中央の平らなバネシート52を残
すように、上に曲げられる。必要とされる軸方向
の力はシーリング用部品35がその上に乗るバネ
のアーム47aと47bにより与えられる。第6
図と第7図からわかるように、弧状部品の曲りの
度合はシーリング用バネの長さ方向に沿つて増大
し、その長さは減少するのが好ましい。そしてイ
ンボリユート曲線状のミゾの内側又は中央の端に
おいて曲りは最大で長さは最小となる。バネ部品
47用に選ばれた曲りの度合と長さは要素の数に
依存し、要素が確定すると容易に決定される。こ
れらの要素はインボリユート曲線状の外被の形状
と、シーリング用部品35の上にかかる上向きの
力と、シーリング用部品35を作つている材料の
性質と容認しうる摩耗の量である。
シーリング用バネの軸方向の力は、少くとも、
例えば高圧P1のポケツト21から低圧P2のポケツ
ト23へのようにインボリユート曲線状の外被の
端を介してのどんな漏れをも防止するようなもの
でなければならない。しかし回転する渦巻状部品
の回転により、シーリング用部品35はある運動
を生じ、バネのシーリングにおいてある運動を生
ずるので、シーリング用のバネの軸方向の力は、
シーリング用部品又はバネシート52の極度の摩
耗を生ずるようなあるいは摩擦力の極度な分散の
拡大を生ずるような大きさをもつべきでない。一
定の範囲の大きさを有し、シーリング用バネの全
長にわたり軸方向の力を増大するシーリング用バ
ネを使用することは、寿命が延長され渦巻型装置
で出合う運動状態の下で作動する延長される軸方
向の追従するシーリング手段を提供する。
シーリング用のバネは、高度の耐摩性、耐久
性、曲げ強度を有する通常平バネを作るのに用い
られる材料で作られる。そのような材料はこれに
限定されるわけではないがリン青銅、ベリリウム
銅合金、バネ鋼などである。約0.004インチ〜
0.02インチ(約0.01〜0.05cm)の厚さをもつ板が
シーリング用バネの空間を作るのに用いられる。
第8図から第11図は本発明のシーリング手段
に適したシーリング用部品の、もう1つの具体例
である。第8図からわかるように、打ち抜かれた
空間54はバネ部品として作動する複数の円垂台
形のタブ56を有する後の部品55の形状を有す
る。第9図、第10図に見られるようにシーリン
グ用バネがインボリユート曲線状の外被12の長
さ方向に沿つて配置されているので、タブ56は
折り曲げ線57に沿つて後の部分55の方向に曲
げられ、ミゾ41の曲りの中で互いの方に近づく
ように曲げられる。第3図から第7図のシーリン
グ用バネの弧状部品47の場合において、タブ5
6の形状はインボリユート曲線状の外被の内側の
端から外側の端までの曲がりの変化の度合を計量
に入れて、シーリング用バネの長さ方向に沿つて
調整される。同様に、タブの曲がりの度合、つま
りタブ56と後の部品55(第10図)との角は
シーリング用部品35に対する予定された軸方向
の力を得るように調整される。そのような軸方向
の力の大きさの範囲は第1のシーリング用バネの
具体例として、形成されたのと同じである。その
ような軸方向の力がシーリング用部品35の上に
負荷される状態が第11図に示され、参照番号は
第8図から第10図のと同じである。
第12図の平面図に示されたシーリング用部品
35本質的に、ミゾの後の面43に対して圧縮力
が負荷されるようにミゾ41の中に配置され、維
持されるバネである。したがつてシーリング用部
品は軸方向と同様に半径方向にも負荷される。第
13図のシーリング用部品の断面図からわかるよ
うに、4角の形状を有している。平らな接触面3
4は、シーリング手段が第3図と第11図のよう
に組み立てられるとき、シーリング用部品35の
露出面が外被の内部側面からはみ出さないよう
に、ミゾ41の座面44よりややせまくなつてい
る。
渦巻状部品のミゾの中に軸方向の追従するシー
リング手段を組み立てる時に、外側の端に押しつ
けることによりシーリング用部品はねじられる。
そしてこの予圧がかかつた状態においてミゾ41
(第14図)の外側の端にとりつけられた止めピ
ン60によるか、又はミゾ41の外側の端のピン
62にとりつけられた圧縮されたバネにより、保
持される。第2図に見られるように、シーリング
用バネ、すなわち後の部分46とシーリング用部
品35は、インボリユート曲線状外被の外側の端
63から少し離れたところに伸びている。しかし
ミゾ41はミゾの終端の壁64を残すのみで端6
3まで切られている。シーリング用バネとシーリ
ング用部品の熱膨張を除去する、拘束されない小
さなミゾの領域65が存在する。
ミゾの中のシーリング用部品への予圧はシーリ
ング用部品35と後の壁43との間に連続的な半
径方向の予圧を発生するのに有効でなければなら
ない。しかしそれは、シーリング用バネによりひ
き起こされる軸方向の力によつて生ずるシーリン
グ用の部品のミゾの中における軸方向の上下運動
と、相手側の渦巻状部品の端の運動とを防止する
よりは小さくなければならない。例えば約3ポン
ドの予圧がこの要求された範囲に入ることが知ら
れている。
本発明の軸方向の追従するシーリング手段にお
いて、開いた側面のあるミゾにおけるシーリング
用部品は軸方向と半径方向のバネの力の結果とし
た第1の表面(端の板)と第2の表面(ミゾの後
面)との両者において要求された予圧と、シーリ
ングを維持できる。さらに、シーリング用の部品
が外周に支持されたとき、それの固有の強度は、
渦巻型装置において生ずる摩擦力の下でそれがミ
ゾから半径方向に、内部方向に動くことを防げ
る。
シーリング用の部品35は、ポリイミドのよう
な非金属材料又は鋳鉄、硬化鋼、クロムメツキ鋼
のような金属材料により作られる。材料は外被の
ミゾの内部において予圧を生ずるためのある度合
の弾性値を有することが必要である。そして、そ
れは、相手方の渦巻状部品の端の板と接触する動
的シーリングし続けるシーリング用部品の表面と
なると同時に高い対摩耗性を示さなければならな
い。シーリングを無潤滑であるいは潤滑しながら
行うことは、本発明の範囲内である。そして後者
の場合において、シーリング用部品35は第13
図に示された接触面34に切られた潤滑用ミゾ6
6を有することがある。
前に指摘されたように、本発明の軸方向の追従
するシーリング手段は客種の異る型の渦巻型装置
に用いられる。それは、これに限らないが、米国
特許第387827号、第3884599号、第3924977号、第
396799号、第3994633号、第3994635号、第
4065279号、第4082484号を含む。本シーリング手
段は、1978年4月14日付けの米国出願番号896161
号による外周駆動手段を用いた渦巻型装置と同様
に1977年6月17日付出願番号第807413号、第
807414号のようなポンプ専門に設計された渦巻型
装置において用いられるかもしれない。述べられ
た3つの出願中の物件は、本発明のと同一の出願
人に帰属する。
本発明の軸方向の追従するシーリング手段の応
用を説明するときに米国特許第4082484号の渦巻
型装置が例として挙げられるかもしれない。この
後で簡単のため圧縮機として説明される、そのよ
うな装置の長さ方向の断面図は第16図に示され
る。
第16図に示された圧縮機は端の板71とイン
ボリユート曲線状の外被72とから成る固定され
た渦巻状部品70と、端の板74とインボリユー
ト曲線状の外被75とから成る回転する渦巻状部
品73と、カツプリング用部品76と、77で全
体を示される駆動機構と、78で全体を示される
クランクと、軸部分と、油溜80を含むハウジン
グ79と、冷却フアン81と、おおい82とから
成る。
固定された渦巻状部品の端の板71は外周の輪
85と外側に張り出しているフランジ86の端を
規定する。端の板71のこれらの部分は装置のハ
ウジングの一部分を形成する。端の板71は外被
72と75により形成される高圧流体ポケツト8
9と連通した高圧流体の通路88を形成する中央
部のスタブ部分87を有している。この中央スタ
ブ部分87は高圧流体用導管(図示されてない)
と係合するための内部にネジ90が切られてい
る。端の板71は低圧の外周部のポケツト93と
連通した低圧の流体の通路92を形成する外周部
に位置するスタブ部分91を有している。そして
低圧流体用導管(図示されてない)に係合するた
めのネジ94が切られている。
流体のポケツト89,93と中間の圧力のポケ
ツト95,96,97の半径方向のシーリングは
固定された渦巻状部品の外被72の端の面100
と回転する渦巻状部品の端の板74の内側の表面
101を横切つてあるいは回転する渦巻状部品の
外被75の端の面102と固定された渦巻状部品
の端の板71の内側の表面103を横切つて達成
される。これは本発明の軸方向の追従するシーリ
ング手段を用いることにより達成される。ミゾ1
06(第3図のミゾ41に相当する)とシーリン
グ用部品107(第3図のシーリング用部品に相
当する)のみが図示されている。
回転する渦巻状部品の端の板74の直径はフラ
ンジ86の内側のふちを超えて常に張り出せるよ
うな大きさで、装置の残り部分から流体ポケツト
をシーリングするために端の板74とフランジ8
6の間にオイルシールの輪を入れることを可能に
する。作動流体はどんな液体からの影響されない
ように保たれてあり、オイルシールは駆動機構と
軸受の油潤滑を可能にする。というのは回転する
渦巻状部分をとり囲む部分において潤滑油が動的
流体ポケツトに入るのを防止することがオイルシ
ールの目的であるからである。
79で全体を示されるハウジングは固定された
渦状部品の輪状張り出し部分85とフランジ86
とフランジ121を有し油溜122を不可欠とす
る主要なハウジング部分120とから成る。ハウ
ジングはオーリング124を用いて複数のボルト
123によりフランジ86と121を介して渦状
部品に取り付けられ又シーリングされている。
作動上、2つの渦巻状部品は一定の角度の関係
を保たなければならず、これはカツプリング成分
76を用いてなされる。第16図に示された装置
の具体例に描かれたカツプリング部分は、米国特
許第3994633号(その特許に関する第14図と詳
細な説明を参照)に述べられたカツプリング部分
と同じである。したがつて第16図に見られるよ
うにカツプリング部分は、ハウジングのフランジ
121の内側の面のキーミゾ130に滑動的に結
合され相対して配置されたキー129を有する輪
128から成る。第2の1対のキー(図示されて
ない)は回転する渦巻部品の端の板において、キ
ーミゾに滑動的に係合するためにカツプリング1
28の他の面に相対して配置されている。1976年
9月13日付、ジヨン・E・マツククルー名義の米
国出願番号第722713号のような、その他の適当な
カツプリング手段を使用することも本発明の範囲
内に入つている。
回転する渦巻状部品73は端の板74に固定さ
れ、又必須のスタブの軸135を有している。回
転する渦巻状部品はハウジングの外側にあり、圧
縮機の軸136に接続するモータ(図示されてな
い)により駆動される。軸136はオイルシール
137を介してハウジングの内部に伸びており、
軸136に固定され、又、一体のクランク板13
8で終わる。軸136は軸受139とクランク軸
受140を介してハウジングの内部にとり付けら
れる。
第16図の渦巻型装置の駆動手段は一定の動程
のクランク駆動機構を用い、渦巻状部品の外被の
フランクの間に小さいすき間を作つて作動するよ
うに設計されている。この駆動機構は本発明の範
囲に入つてないので詳細にわたつて述べることは
必要でない。むしろ米国特許第4082484号の駆動
手段の詳細な説明との関係がとり上げられなけれ
ばならないかもしれない。図示された圧縮機の駆
動機構を詳細に第16図を参照して説明はなされ
ない。
第16図に見られるように回転する渦巻状部品
は、渦巻状部品の遠心力のバランスをとるための
バランシング・ウエイト142を有する軸受座1
41を介して駆動軸136に固定される。軸受座
141はスナツプリングにより所定の位置に保持
されるニードルベアリング143を介してスタブ
軸135に係合する。軸受座141と回転する渦
巻状部品73の端の板の外側の面との間にスラス
ト面軸受145が配置され、軸方向の追従するシ
ーリング手段を介して所望の軸方向のシーリング
を達成するために、2つの渦巻状部品の端の板と
外被の端に作用する。スラスト面軸受145は回
転する渦巻状部品73からの力をクランクの軸受
140を介してハウジングに伝えられる。主軸1
36とクランク板138と軸受座141とバラン
シングウエイト142は渦巻型機械の一定の道程
の駆動機構を作り上げる。
第16図に示した装置の一般的な説明に関して
上で指摘したように油溜80が装置ハウジングの
下の部分122に設けられている。油溜80から
の潤滑油149はカツプリング部品76に取り付
けられた1つ又は2つ以上のオイルフインガー1
50によりハウジング79の内部で、カツプリン
グ部品76、各種軸、駆動軸受に伝えられる。こ
れらのオイルフインガーは周期的に油149に浸
され、回転に伴ないハウジング内で、油をはね上
げるために上がり、油溜にもどる。油の通路15
1はクランク軸と軸受座をとり囲むハウジングの
空洞152に直接かかつた油のうちのある部分を
軸受139に導くために設けられている。
第16図の装置の具体例において、圧縮機のハ
ウジングを空冷しハウジングを介して圧縮機の部
品と循環する潤滑油の空冷のための手段が設けら
れている。ダクトカバー内に終つているエア・ダ
クト155は装置のハウジングの回りに配達され
複数のハウジングの冷却フアン157の端に支持
されている。冷却空気はダクト155を介して、
外側のベルト係合リム159とプーリー161の
内側の軸に結合する輪160の間の複数の羽15
8から成るフアン81により循環される。プーリ
ー161は軸136のキー136内のミゾ163
に係合されるキー162を介して主軸136に固
定される。ダクトカバー156はハウジングのフ
イン部157の渦巻状部品の端に取り付けられ、
フアン81により取り込まれた空気が駆動部の端
から、渦巻状部品の端までハウジングの上を循環
し出口164を介して排出されるように1連の排
出口を残すために、渦巻状部品のカバーのされな
い部分を決定する。
インボリユート曲線状の外被と、それに相対す
る端の板との間でシーリングの接触するための、
渦巻型装置における本発明の軸方向の追従するシ
ーリング手段の使用を介して、温度こう配と端の
板の表面に不均一な摩耗が存在することがあるに
もかかわらず各外被の全長にわたつて効果的な半
径方向のシーリングを達成することが可能とな
る。したがつて本発明の軸方向の追従するシーリ
ング手段にとつて効果的なシーリングと効果的な
作動が可能となる。この有利な作動は低い経費に
より達成される、というのはシーリング用ミゾの
機械加工とシーリング用バネの製作と、シーリン
グ用部品の組み立ては容易に入手できる工作機械
と簡単な工作技術により達成される。
前記した如く、本発明に従う渦巻状部品及びこ
れを含む装置は、特に製造が容易である。例え
ば、特開昭51−128705号公報、特開昭53−92915
号公報等に開示された装置においては、2つの側
面と1つの底面とを有するミゾが、外被の端部に
形成されている。そして、このミゾの内に、シー
ル部材が配置される。しかしながら、外被が特殊
なインボリユート曲線状をしているので、このよ
うなミゾを機械加工するのは、比較的困難であ
る。これに対して、本発明に従うと、ミゾが2つ
の向きにて開口していて、2つの面で形成されて
いる。このため、本発明に従うと、ミゾを形成す
る機械加工を有利に行なうことができる。例え
ば、このようなミゾであると、大きい直径のカツ
ターを使用することができ、これによつて、加工
コストを低くすることができる。また、本発明に
よるとシール部材がミゾの後面(即ち、1つの側
面)の方に圧縮負荷されており、このため、作動
中、シール部材はミゾから飛び出すことがない。
先の説明において一部明らかにされた前記目的
は有効に達成されることが理解されるだろう。そ
して、本発明の範囲から離れることなく上記構造
にある修正がなされるかもしれないので、上記説
明に含まれ、図に示されたすべての事項は1例と
して解釈さるべきで限定して解釈すべきでない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、典型的な渦巻型装置の固定された渦
巻状部品と回転する渦巻状部品の機械の軸方向に
沿つて描かれた、部分的断面図で、本発明の軸方
向の追従するシーリング手段の位置を示してい
る。第2図は、第1図の渦巻型装置の、平面2−
2に沿つて描かれた断面図である。第3図は、渦
巻状部品の外被の内部に位置する軸方向の追従す
るシーリング手段の、拡大された詳細な断面図で
ある。第4図は、シーリング用部品上に軸方向の
力を生ずるように手段を組み立てる前のシーリン
グ用バネの空間の1実施例の拡大された平面図で
ある。第5図は、シーリング用部品を支持するた
めに外被のミゾの中の位置に組み込まれた第4図
のシーリング用のバネの正面図である。第6図
は、第4図及び第5図と同じ設計のシーリング用
バネの空間の平面図である。第7図は、渦巻状部
品の外被のミゾの中のシーリング用バネの配置
(前述の第6図に示された空間であるが)を示
す。第8図は、組み込まれる前のシーリング用バ
ネの空間のもう1つの実現例の部分的に拡大され
た平面図である。第9図は、外被のミゾに組み込
まれた第8図のシーリング用バネの正面図であ
る。第10図は、シーリング用部品を組み込む前
の、10−10平面に沿つて描かれた、第9図の
シーリング用バネを組み込んだ渦巻状部品の断面
図である。第11図は、渦巻状部品の外被の断面
図で第10図のシーリング用のバネの上に位置す
るシーリング用部品を示している。第12図は、
本発明のシーリング用部品の平面図である。第1
3図は、シーリング用の部品の1実施例の断面図
で接触面における潤滑用ミゾを示している。第1
4図及び第15図はシーリング用部品を圧縮力を
負荷された状態にしておくためのシーリング用の
部品の上で接線方向の小さい連続的な力を生ずる
ための手段の2つの実現例を示している。第16
図は本発明の軸方向の追従するシーリング手段と
結合した渦巻型圧縮機の長さ方向の断面図を示し
ている。 10……固定された渦巻状部品、11……端の
板、12……外被、14……回転する渦巻状部
品、15……端の板、16……外被、20,2
1,22,23,24……ポケツト、32……シ
ーリング用部品。35……シーリング用部品、4
1……2つの面をもつミゾ、42……端の板、4
3……後の面、44……座面、45……シーリン
グ用バネ、46……直線の後の部品、47……弧
状のバネ部品、48……首、61……圧縮された
バネ、62……ピン、71……固定された渦巻状
部品の端の板、72……固定された渦巻状部品の
外被、74……回転する渦巻状部品の端の板、7
5……回転する渦巻状部品の外被、89,93,
95,96,97……ポケツト、80……油溜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 渦巻型装置を構成する渦巻状部材10,14
    にして (a) 端板11,15と、 (b) 該端板11,15に設置されたインポリユー
    ト曲線状外被12,16とを具備し、 (c) 該外被12,16の長さ方向略全長に渡つて
    形成され、本渦巻状部材10,14の中心軸線
    方向で該端板11,15から離れる向き及び半
    径方向内側の向きに開口しているミゾ41が、
    該外被12,16に設けられており、 (d) 該ミゾ41内に位置付けられ、該ミゾ41の
    後面43の方に圧縮負荷されており、該ミゾ4
    1の本質的に全長に渡つて延びており、渦巻型
    装置の一部を形成する相補的渦巻状部材の端板
    の表面と密封接触を形成するのに適したシール
    部材35′と、 (e) 該シール部材35と該ミゾ41との間に配置
    されて、該シール部材35に、上記中心軸線の
    方向で該渦巻状部材10,14から離れる向き
    に力を加えるバネ装置45と、 を具備することを特徴とする渦巻状部材10,1
    4。 2 該ミゾ41が、渦巻状部材10,14の上記
    中心軸線に平向な後面43とこれに垂直な座面4
    4とで形成されている特許請求の範囲第1項記載
    の渦巻部部材。 3 該シール部材35が、略矩形断面で弾性材料
    で構成されている特許請求の範囲第1項記載の渦
    巻部部材。 4 該シール部材35の該端板10,14から離
    れる向きに向いている面34にその全長にわたつ
    て切られた潤滑用の溝66が形成されている特許
    請求の範囲第3項記載の渦巻部部材 5 該バネ装置45が、細長いストリツプ46と
    一体の複数個のバネ部材47を備えており、該バ
    ネ部材47の曲げにより上記中心軸線方向の力が
    加えられている特許請求の範囲第1項記載の渦巻
    部部材。 6 該バネ部材47が弧状の形で、中央部の短い
    首48を介して該ストリツプ46に連結されてい
    る特許請求の範囲第5項記載の渦巻部部材。 7 該バネ部材が、該端板10,14から離れる
    に従つて径が小さくなる円すい台の形状をしてい
    る特許請求の範囲第5項記載の渦巻部部材 8 該シール部材35を該ミゾ41の該後面43
    の方に圧縮負荷する手段が、該ミゾ41の端に取
    付けられた止めピン60を含む特許請求の範囲第
    1項記載の渦巻部部材。 9 該シール部材35を該ミゾ41の該後面43
    の方に圧縮負荷する手段が、該ミゾ41の端にと
    りつけられた圧縮されたバネ61を含む特許請求
    の範囲第1項記載の渦巻部部材。
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