KR940011713B1 - 회전방지 기구를 갖춘 궤도선회부재 유체변위장치 - Google Patents

회전방지 기구를 갖춘 궤도선회부재 유체변위장치 Download PDF

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노리오 기타노
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산덴 가부시기가이샤
우시쿠보 마사요시
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Abstract

내용 없음.

Description

회전방지 기구를 갖춘 궤도선회부재 유체변위장치
제1도는 회전방지/드러스트 베어링 장치의 구조를 보여주는 종래의 스크롤 압축기의 일부의 단면도.
제2도는 제1도에 도시한 회전방지의 분해사시도.
제3도는 회전을 방지하는 방식을 예시한 제1도의 회전방지/드러스트 베어링 장치의 개략적 평면도.
제4도는 특히 궤도선회스크롤부재의 궤도선회 운동(orbital motion)중 회전방지/드러스트 베어링 장치의 볼들이 구르는 원(circle)을 예시한, 제1도의 회전방지/드러스트 베어링 장치의 개략적 부분 평면도.
제5도는 궤도선회스크롤 부재의 원판과 그 원판의 측방향 단면(axial end surface)상에 배치된 제2레이스를 예시하는, 또다른 종래기술의 스크롤 압축기 장치의 회전방지/드러스트 베어링 장치의 개략적 평면도.
제6도는 특히 궤도선회스크롤 부재의 궤도선회 운동중 회전방지/드러스트 베어링 장치의 볼이 구르는 영역을 도시한, 제5도의 회전방지/드러스트 베어링 장치의 개략적 평면도.
제7도는 특히 볼들의 구름 작용에 의해 야기되는 제1, 제2레이스의 휨현상(warp)을 보여주는, 제5도의 회전방지/드러스트 베어링 장치의 개략적 단면도.
제8도는 본 발명의 일실시예에 따른 압축기 장치의 단면도.
제9도는 고정스크롤 부재와 궤도선회스크롤 부재들의 나선형 요소들을 도시한 개략적 단면도.
제10도는 제8도의 실시예의 구동 기구의 분해사시도.
제11도는 본 발명의 일실시예에 따른 압축기 일부분의 단면도.
제12도는 궤도선회스크롤 부재의 원판과 그 원판의 축방향 단면에 배치된 제2레이스를 예시하는, 제8도의 스크롤 압축기 장치의 회전방지/드러스트 베어링 장치의 개략적 평면도.
제13도는 특히 궤도선회스크롤 부재의 선회 운동중 회전방지/드러스트 베어링 장치의 볼들이 구르는 영역을 도시한, 제8도의 회전방지/드러스트 베어링 장치의 개략적 평면도.
제14도는 제8도에 도시한 제2레이스의 원주방향 이동범위와 반경방향 이동범위를 한정하는 영역의 그래프.
제15도는 궤도선회스크롤 부재의 원판과 그 원판의 축방향 단면에 배치된 제2레이스를 예시하는, 또다른 종래기술의 일실시예에 따른 스크롤 압축기 장치의 회전방지/드러스트 베어링 장치의 개략적 평면도.
제16도는 특히 궤도선회스크롤 부재의 궤도 선회 운동중 회전방지/드러스트 베어링 장치의 볼들이 구르는 영역을 보여주는, 제15도의 회전방지/드러스트 베어링 장치의 개략적 부분 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 스크롤 타입 냉매 압축기 장치 10 : 압축기 하우징
11 : 전방 단부판 13 : 구동샤프트
14 : O-링 15 : 환형 슬리브
17,19 : 베어링 장치 18 : 디스크
20 : 샤프트 밀봉 조립체 21 : 풀리
22 : 베어링 조립체 23 : 전자석 코일
24 : 지지판 25 : 아머츄어(armature)판
26 : 고정스크롤 27 : 궤도선회스크롤
28 : 볼트 29 : 흡입챔버
30 : 배출챔버 31 : 밀봉 링
33 : 크랭크핀(또는 구동핀) 34 : 부싱
35 : 니들 베어링 36 : 베어링
111 : 개구부 112 : 환형 돌출부
113 : 제1환형홈 274 : 제2환형홈
371 : 제1환형레이스 372 : 제1링
373 : 핀 374 : 제2환형레이스
375 : 제2링 376 : 핀
본 발명은 회전식 유체변위(fluid displacement) 장치에 관한 것으로, 특히 궤도선회부재 유체변위장치의 회전방지/드러스트 베어링 장치의 개선에 관한 것이다.
궤도선회 피스톤(orbiting piston) 또는 유체변위부재를 이용하는 유체장치로서는, 미합중국 특허 제801,182호(Creus)에 개시된 스크롤형 유체변위장치와 같은 여러가지 형태의 것들이 있다.
상기 특허에서 개시된 스크롤형 유체변위장치는 각각 원형 단부판(endplate)과 유사나선(spiroidal) 또는 인볼류트 나선형 요소를 갖는 2개의 스크롤(scroll)을 포함한다. 이들 스크롤은 상호 각을 이루어 반경방향으로 편의(offset)되어 유지되므로, 이들 스크롤의 2개의 나선형 요소가 상호 맞물려서 그들의 나선형 곡면들 사이에서 다수의 선접촉부를 이루며, 이로인해 적어도 한쌍의 유체포켓(fluid pocket)을 밀봉 형성하게 된다. 2개의 스크롤이 상대적인 궤도선회 운동을 함에 따라 나선형 곡면들을 따라 선접촉부들이 이동하며, 그 결과 유체 포켓들의 체적이 변화한다. 유체 포켓들의 체적이 궤도 운동방향에 따라 증감하므로, 스크롤 타입 유체변위장치는 유체를 압축, 팽창, 혹은 펌핑하는데 적용될 수 있다.
일반적으로, 종래의 스크롤 타입 유체변위장치에 있어서는, 하나의 스크롤은 하우징에 고정되고, 궤도선회스크롤인 다른 하나의 스크롤은 회전샤프트의 크랭크핀상에 편심으로 지지되어 그 회전샤프트의 회전에 따라 궤도선회 운동을 하게 된다. 또한 스크롤형 유체변위장치는 회전방지장치를 포함하는데, 이 회전방지장치는 궤도선회스크롤의 회전을 방지하여, 전체 장치의 작동중에 2개의 스크롤이 소정의 각도 관계를 유지하도록 한다. 유체 포켓들이 2개의 나선형 요소들 사이의 선접촉부들에 의해 형성되기 때문에, 상기의 종래 스크롤형 장치의 선접촉부들을 따라 반드시 밀봉상태(sealing)가 유지되어야 하는데, 이 경우, 선접촉부들이 나선형 요소들의 표면을 따라 이동하므로 궤도선회스크롤이 궤도선회 운동을 함에 따라 유체 포켓들의 체적이 변화한다.
그러한 종래의 스크롤형 장치에 있어서, 궤도선회스크롤은 외팔보(cantilever)방식으로 지지되므로 궤도선회스크롤이 축방향으로 경사지게 된다. 또한, 궤도선회스크롤이 궤도선회스크롤의 중심 둘레로 회전운동하는 것이 아니라 구동샤프트의 회전에 의해 구동되는 크랭크핀의 편심운동에 의해 야기되는 궤도선회 운동을 하기 때문에, 궤도선회스크롤의 축방향 경사가 발생한다. 그 축방향 경사로 인해 선접촉부의 밀봉상태의 손실, 작동중의 장치의 진동 및 나선형 요소들의 물리적 충돌에 의해 야기되는 소음등과 같은 여러가지 문제점들이 생겨난다.
이 문제를 해결하기 위한 간단하고도 직접적인 방법은 축방향 하중을 지지하는 드러스트 베어링 장치를 사용하는 것이다. 때문에, 스크롤 타입 유체변위장치에는 하우징 내부에 회전방지 장치 및 드러스트 베어링 장치가 구비되어 있었다.
스크롤형 유체변위장치에 대한 회전방지장치 및 드러스트 베어링 장치들을 개선시키기 위한 최근의 한가지 시도가 미합중국 특허 제4,160,629호(Hidden등)와 제4,259,043(Hidden 등)에 발표된 바 있다. 이들 특허에서, 회전방지장치와 드러스트 베어링 장치들은 서로 합체되어진다.
이들 미합중국 특허에 기술된 회전방지/드러스트 베어링 장치는(가령 Hidden 등의 미합중국 특허 제4,259,043호의 제7도 참조) 궤도신회스크롤의 원판의 단부면에 형성된 한 세트의 요홈부(indentation)와 하우징에 부착된 고정판의 단부면에 형성된 제2세트의 요홈부들을 포함한다. 상호 마주하는 요홈부 사이에 다수의 볼들이 위치한다. 그러나, 요홈부들은 궤도선회스크롤의 단부면 또는 고정판에 직접 형성된다. 따라서, 이러한 형태의 기구를 생산하기란 매우 복잡하다.
미합중국 특허 제4,492,543호(limori 등)에 도시된 바 있는 제1,2 및 제3도를 참고로 하여 상기 단점에 대한 하나의 해결책을 설명하고자 한다.
제1도는 압축기의 일부의 단면도이고, 제2도는 회전방지/드러스트 베어링 장치(500)의 분해사시도이다. 회전방지/드러스트 베어링 장치(500)은 궤도선회스크롤(527)의 보스(527a)를 둘러싸며, 궤도선회부재, 고정부재 및 다수의 볼과 같은 베어링등을 포함한다. 고정부재는 (가) 전방 단부판(511)의 환형 돌출부(512)의 축방향 단부면에 대해 고정된 하나의 단부면을 갖는 제1환형레이스(race)(537)와, (나) 그 제1레이스(537)의 다른 축방향 단부면에 대해 고정되고 그로부터 외측으로 뻗어 제1레이스(537)의 다른 축방향 단부면을 덮는 제1링(538)을 포함한다. 제1레이스(537)과 제1링(538)은 핀들(539)에 의해 환형 돌출부(512)의 축방향 단부면에 부착된다. 또한, 궤도선회부재는 (가) 원형단부판(527b)의 축방향 단부면에 대해 고정된 하나의 단부면을 갖는 제2환형레이스(547)와, (나) 제2레이스(547)의 다른 축방향 단부면에 대해 고정되어 그로부터 외측으로 뻗어 제2레이스(547)의 다른 축방향 단부면을 덮는 제2환형링(548)을 포함한다. 제1링(538)의 단부면과 제2링(548)의 단부면 사이에는 작은 틈새가 유지된다. 제2레이스(547)와 링(548)은 핀(549)에 의해 원판(527b)와 단부면에 부착된다.
제1링(538)와 제2링(548)은 각각 다수의 축방향 구멍들 또는 포켓들(538a,548a)을 가지며, 각 링(538,548)에서의 구멍들 또는 포켓들의 수는 동일하다. 볼 또는 구와 같은 베어링 요소들이 제1, 제2링(538,548)의 대체로 마주하여 배열된 포켓들(538a,548a)쌍 사이에 위치하며, 링들(538,548)은 소정 틈새를 두고 서로 마주한다.
제3도를 참고하여, 회전방지/드러스트 베어링 장치(500)의 작용을 설명하고자 한다. 제3도에서, 제2링(548)의 중심은 우측에 위치하며 구동샤프트의 회전방향은 화살표 "A"로 표시한 바와 같이 시계방향이다.
구동샤프트가 회전함에 따라 궤도선회스크롤(527)이 구동되면, 제2링(548)의 중심은 반경 "Ro"의 원주를 궤도로 하여 선회한다(궤도선회스크롤(527)과 함께). 그러나 회전력, 즉, 반작용 압축력의 작용점과 구동력의 작용점의 편의(offset)에 의해 야기되는 모멘트가 궤도선회스크롤(527)에 작용한다. 이 반작용력은 궤도선회스크롤(527)을 제2링(548)의 중심에 대해 시계방향으로 회전시키려하는 경향이 있다. 그러나, 제3도에 도시한 바와 같이, 18개의 볼들(550)은 링들(538,548)의 해당 포켓들(538a,548a) 사이에 위치한다.
제3도에 도시한 위치에서, 회전방지/드러스트 베어링 장치의 상부에 있는 9개의 볼들(550)과 포켓(538a,548a)의 연부들간의 상호 작용에 의해 궤도선회스크롤(527)의 회전이 규제된다. 회전방지력의 크기는 제3도에서 fc1-fc =로 도시된다.
상술한 바와 같은 구성에 있어서, 회전방지/드러스트 베어링 장치(500)은 한쌍의 레이스 및 한쌍의 링으로 이루어지며, 각각의 레이스 및 링은 별도로 형성된다. 따라서, 회전방지/드러스트 베어링 장치의 부품들을 제조하기가 용이하며, 각각의 부품들에 대해 가장 바람직한 재료는 가령, 스틸(steel)을 선택할 수 있다.
그러나, 제1, 제2레이스(537,547)는 각각 환형 돌출부(512)의 축방향 단부면과 원형 단부판(527b)의 단부면에 고정부착되므로, 각각의 볼들(550)은, 제4도에 도시한 바와 같이, 궤도선회스크롤(527)의 궤도선회 운동중에 원을 따라서 레이스들의 위를 구른다.
이로인해, 볼들을 수용하는 제1레이스(537)와 제2레이스(547)의 표면은 시간의 경과에 따라 원형 궤적부분이 용이하게 박리되는 경향이 있다. 결과적으로, 그 박리는 원형 궤적으로부터 반경내측 및 반경외측으로 확장하여 압축기의 수명을 감소시킨다.
반면에, 제5도를 참조하면, 제2레이스(547')가 원형평판(527b')의 단부면 위에 반경방향으로 헐겁게 배치되고 축방향으로 미세한 틈새를 두고 제2링에 의해 덮힌 경우, 그 제2레이스(547')는 궤도선회스크롤의 궤도선회 운동중에 자유롭게 회전할 수 있다. 따라서, 볼들은 제6도에 도시한 바와 같이 환형영역 "T"를 따라서 제2레이스(547')상에서 구른다. 궤도선회스크롤의 환형판(527')과 제2레이스(547') 사이의 상기 관계는 제1레이스와 제2단부판에 적용될 수 있으므로, 볼들도 또한 환형영역을 따라서 제1레이스상에서 구른다.
따라서, 제1레이스와 제2레이스의 환형영역은 볼들을 통해 유체 포켓들내의 가스압력에 의해 발생하는 드러스트력(thrust force; 추력)을 받아서 구르게 되기 때문에, 제1, 제2레이스(537',547')는 제7도에 도시한 바와 같이 반대방향으로 휘게된다. 따라서, 레이스들은 그러한 휨을 방지할 만큼 충분히 두꺼워야 한다. 이로인해 레이스들의 무게가 증가하여, 결국 압축기의 무게가 증가하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 무게를 증가시키지 않고도 궤도선회부재 유체변위장치용의 내구성 있는 회전방지/드러스트 베어링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 궤도선회부재 유체변위장치는 하우징을 포함한다. 하우징에 부착되는 고정부재는 제1단부판을 구비하며, 그 제1단부판으로부터 하우징의 내부로 제1나선형 요소가 뻗는다. 궤도선회부재는 제2단부판을 가지며, 유체 그 제2단부판으로부터 제2나선형 요소가 뻗는다. 제1, 제2나선형 요소들은, 유체입구를 유체출구와 분리시키기 위한 선접촉을 이루도록 반경방향으로 편의되어 맞물린다. 하우징에 의해 회전가능하게 지지되는 구동샤프트를 포함하는 구동 기구가 궤도선회부재에 연결되어 궤도선회부재를 궤도선회운동시킨다.
궤도선회부재에는, 그 부재가 궤도선회 운동중에 회전하는 것을 방지하기 위한 회전방지/드러스트 베어링 장치가 연결되며, 유체 포켓들의 체적은 궤도선회부재의 궤도선회 운동중에 변화한다.
회전방지/드러스트 베어링 장치는 궤도선회부재, 고정부재 및 볼이나 구과 같은 다수의 베어링들을 포함한다. 고정부재는 제1환형레이스와 제1링 환형을 포함하며, 이들 양자는 따로따로 형성된다. 제1레이스는 하우징의 내면에 형성된 제1환형홈 내부에 위치한다. 하우징의 내면에 부착되어 제1레이스를 덮는 제1링은 제1레이스를 향해 축방향으로 형성된 다수의 제1포켓들을 갖는다. 궤도선회부재는 제2환형레이스와 제2환형링을 포함하며, 이들 각각은 따로따로 형성된다. 제2레이스는 제2나선형 요소가 연장되는 측면과 마주한 단부판의 단부면에 형성된 제2환형홈 내부에 위치된다.
단부판의 단부면에 부착되어 제2레이스를 덮는 제2링은 그 레이스를 향해 축방향으로 형성된 다수의 제2포켓들을 갖는다. 궤도선회부재의 제2링과 고정부의 제1링 사이에는 틈새가 유지된다. 베어링들은 대체로 마주하여 배열된 링들의 제1, 제2포켓들 사이에 위치한다. 따라서 궤도선회부재의 회전은 양 링들의 포켓들에 배치되는 베어링들에 의해 방지되고 궤도선회부재들로부터의 드러스트 하중은 베어링들을 통해 고정부재의 제1레이스에 의해 지지된다. 제1, 제2레이스는 제한된 범위 내에서 원주방향과 반경방향으로 이동될 수 있도록 각각 제1홈과 제2홈 내부에 배치된다.
본 발명의 또다른 목적과 특징 및 다른 형태는 첨부도면들을 참고로 하여 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 이해하게 될 것이다.
제8도에는 본 발명의 일실시예에 따른 유체변위장치, 특히 스크롤 타입의 냉매압축기 장치(1)가 도시되어 있다. 압축기 장치(1)는 전방 단부판(11)과, 전방 단부판(11)의 단부면에 부착되는 컵형 케이싱(12)을 갖는 압축기 하우징(10)을 포함한다. 구동샤프트(13)의 통로 또는 관통을 위해 전방 단부판(11)의 중심에 개구(111)가 형성된다. 전방 단부판(11)의 후단면에 환형 돌출부(112)가 형성되어 컵형 케이싱(12)과 마주하며, 또한 개구(111)와 동심으로 된다. 환형 돌출부(112)의 외주면은 컵형 케이싱(12)의 개구의 내벽으로 뻗는다. 컵형 케이싱(12)은 가령, 볼트와 너트들 같은 체결 기구에 의해 전방 단부판(11)에 의해 덮힌다.
전방 단부판(11)과 컵형 케이싱(12)의 접촉면들을 밀봉하기 위하여, 컵형 케이싱(12)의 개구의 내벽과 환형돌출부(112)의 외주 표면 사이에 O-링(14)이 위치한다. 전방 단부판(11)은 전방면에서부터 돌출한 환형슬리브(15)를 구비하는데, 그 슬리브는 구동샤프트(13)를 둘러싸서 샤프트 공동을 형성한다. 제8도에 도시한 실시예에서, 슬리브(15)는 전방 단부판(11)과 별체로 형성되어 있다. 따라서, 슬리브(15)는 나사들(도시하지 않음)에 의해 전방 단부판(11)의 전방면에 고정된다. 슬리브(15)와 전방 단부판(11)의 결합면을 밀봉하기 위해, 슬리브(15)의 전방 단부면과 전방 단부판(11)의 단부면 사이에 O-링(16)이 위치된다. 선택적으로 슬리브(15)는 단부판(11)과 일체로될 수도 있다.
구동샤프트(13)는 슬리브(15)의 전단부내에 위치하는 베어링 장치(17)를 매개로 슬리브(15)에 의해 회전가능하게 지지된다. 구동샤프트(13)는 또한 그 내측단부에 전방 단부판(11)의 개구(111)내에 위치하는 베어링 장치(19)를 매개로 전방 단부판(11)에 의해 회전가능하게 지지되는 디스크(18)를 갖는다. 구동샤프트(13)에는 슬리브(15)의 그 샤프트를 밀봉하는 공동내에 샤프트 밀봉조립체(20)가 결합되어 있다.
슬리브(15)의 외면상에 지지되는 베어링 조립체(22)에 의해 풀리(21)가 회전가능하게 지지된다. 슬리브(15)의 외면 둘레에는 지지판(24)에 의해 전자석 코일(23)이 고정되어 풀리(21)의 환형 공동내에 수용되어 있다. 슬리브(15)로부터 뻗는 구동샤프트(13)의 외측 단부상에서 아머츄어판(25)이 탄성적으로 지지되어 있다. 따라서, 자석클러치는 풀리(21), 전자석 코일(23) 및, 아머츄어판(25)을 포함한다. 작동에 있어서, 구동샤프트(13)는 상술한 자석클러치와 같은 회전력 전달장치를 통해 차량엔진등의 외부 동력원에 의해 구동된다.
고정 스크롤(고정부재)(26), 궤도선회스크롤(궤도선회부재)(27), 궤도선회스크롤(27)용 구동 기구 및, 궤도선회스크롤(27)용 회전방지/드러스트 베어링 장치가 컵형 케이싱(12)의 내측 챔버 내부에 위치된다. 내측 챔버는 컵형 케이싱(12)의 내벽과 전방 단부판(11) 사이에 형성된다.
고정스크롤(26)은 원형 단부판(261), 그 원형 단부판의 일측면으로부터 뻗거나 그에 부착된 랩(wrap) 또는 나선형 요소(고정 유체 부재)(262) 및, 원형 단부판(261)의 다른 단부면으로부터 축방향으로 돌출한 다수의 암나사 보스들(263)을 포함한다. 각 보스(263)의 단부면은 컵형 케이싱(12)의 단부판(121)의 내부표면상에서 밀봉되고 볼트(28)들에 의해 단부판(121)에 고정된다. 이와 같이, 고정스크롤(26)은 컵형 케이싱(12) 내부에 고정된다. 고정스크롤(26)의 원형 단부판(261)이 컵형 케이싱(12)의 내측챔버를 배출챔버(30)와 흡입챔버(29)로 분리시키며, 원형판(261)의 외주면과 컵형 케이싱(12)의 내벽 사이에 밀봉 링(31)이 위치한다. 원형 평판(261)을 통해 나선형 요소(262)의 중심 근방의 위치에 배출공(264)이 형성되는데, 그 배출공(264)은 나선형 요소(262)의 유체 포켓과 배출 챔버(30) 사이에 연결된다.
궤도선회스크롤(27)은 또한 단부판(271)과 그 단부판의 일측면으로부터 뻗거나 그에 부착된 랩(wrap) 또는 나선형 요소(궤도선회 유체변위 부재)(272)를 포함한다. 나선형 요소(272)와 고정스크롤(26)의 나선형 요소(262)는 소정거리만큼 반경방향으로 편의됨과 동시에, 각도상 180°편의되어 상호 맞물려 있다. 이로인해, 적어도 한쌍의 유체 포켓들이 양 나선형 요소(262,272) 사이에 형성된다. 구동 기구와 회전방지/드러스트 베어링 장치에 연결되는 궤도선회스크롤(27)은 구동샤프트(13)의 회전에 의해 소정의 원의 반경 "Ro"으로 궤도선회 운동을 하고, 이로인해 압축기 장치를 통과하는 유체를 압축한다.
일반적으로, 궤도선회 운동 반경 "R0"은 다음식으로 주어진다:
Figure kpo00001
제9도에 도시한 바와 같이, 나선형 요소들의 피치 "P"는 "2πrg"로 규정될 수 있으며, 여기서 "rg"는 인볼류트 형성원의 반경이다. 궤도선회 운동의 반경 "Ro"은 또한 궤도선회스크롤(27)의 나선형 요소(272) 상의 임의의 점 "Q"의 자취로서 제9도에 도시되어 있다. 나선형 요소(272)는 고정스크롤(26)의 나선형 요소(262)로부터 반경방향으로 거리 "Ro" 만큼 편의된다. 이와 같이, 궤도선회스크롤(27)은 구동샤프트(13)이 회전할때 반경 "Ro"의 궤도선회 운동을 한다. 궤도선회스크롤(27)이 선회하면, 나선형 요소(262,272) 사이의 선접촉부들은 나선형 요소들의 표면을 따라 나선형 요소들의 중심을 향해 이동한다. 나선형 요소들 (262,272) 사이에 형성된 유체 포켓들 또한 체적이 감소하며, 유체 포켓들내의 유체를 압축하면서 중심으로 이동한다. 입구공(31)을 통해 외부유체회로로부터 흡입챔버(29)로 도입되는 액체 또는 냉매가스는 나선형 요소들의 외단부들로부터 나선형 요소들(262,272) 사이에 형성된 유체 포켓들속에 수용된다. 궤도선회스크롤(27)이 선회하면, 유체 포켓들 내의 유체가 압축되고 그 압축된 유체는 구멍(264)을 통해 나선형 요소의 중앙 유체 포켓으로부터 배출챔버(30)로 배출된다. 이때 유체는 출구공(32)를 통해 외부유체회로로 배출된다.
추가로, 제10도를 참고하면, 궤도선회스크롤(27)의 구동기구를 보다 상세히 알 수 있을 것이다. 베어링 장치(17)를 매개로 하여 슬리브(15)에 의해 회전가능하게 지지되는 구동샤프트(13)은 디스크(18)에 연결된다. 디스크(18)는 전방 단부판(11)의 개구(111)내에 위치하는 베어링 장치(19)를 매개로 전방 단부판(11)에 의해 회전가능하게 지지된다. 그 디스크(18)의 축방향 단부면의 구동샤프트(13)의 중심에서 반경방향으로 편의된 위치로부터 크랭크핀 또는 구동핀(33)이 축방향으로 돌출한다. 궤도선회스크롤(27)의 원형 단부판(271)은 나선형 요소(272)가 뻗어나온 표면 반대쪽의 단부면으로부터 축방향으로 돌출한 관형 보스(273)를 구비한다. 그 보스(273)에는 원반형 단부부싱(34)이 삽입되어 니들 베어링(35)과 같은 베어링에 의해 그안에 회전가능하게 지지된다. 부싱(34)은 균형추(341)를 구비하는데, 그 추는 디스크 또는 링의 일부 형상으로서 부싱의 전면을 따라 반경방향으로 뻗는다.
부싱(34)에는 그 중심으로부터 반경방향으로 편의된 위치에 편심 구멍(342)이 형성된다. 그 편심 구멍(34) 내에는 베어링(36)과 함께 구동핀(33)이 삽입된다. 따라서, 부싱(34)은 구동핀(33)의 공전에 의해 궤도경로내에서 구동되어 니들 베어링(35) 내부에서 회전한다.
궤도선회스크롤(27)의 회전은 하우징(10)의 내면과 궤도선회스크롤(27)의 원판(271) 사이에 위치하는 회전방지/드러스트 베어링 장치(37)에 의해 방지된다. 이 결과, 궤도선회스크롤(27)은 고정스크롤(26)에 관한 각도 방향(argular orientation)을 유지하면서 선회한다.
제8도에 덧붙여 제11도를 참고하면, 회전방지/드러스트 베어링(37)이 궤도선회스크롤(27)의 보스(273)를 둘러싼다. 보스(273)를 둘러싸는 환형홈(274)과 환형홈(275)이 원판(271)의 단부면에 형성된다. 환형홈(274)은 원판(271)의 반경방향으로 가장 외측에 가장 깊게 형성되어 있다. 후술하는 제2레이스(374)가 홈(274)에 지지되어 환형홈(275)의 축방향 단부면과 동일평면인 축방향 단부면을 갖는다. 홈(275)의 깊이는 후술하는 제2링(375)과 제2레이스(374) 사이에 틈새 "G"를 형성한다. 유사하게 환형 돌출부(112)의 단부면에 환형홈(113)과 환형홈(115)이 형성된다. 홈(113)은 축방향으로 가장 내측에 가장 깊게 형성된다. 후술하는 제1레이스(371)가 홈(113)에 지지되고 홈(115)의 축방향 단부면과 동일평면인 축방향 단부면을 갖는다. 홈(115)의 깊이는 제1레이스(371)와 제1링(372) 사이의 틈새 "G"를 형성한다. 회전방지/드러스트 베어링(37)은 궤도선회부재, 고정부재 및 다수의 볼들과 같은 베어링들을 포함한다. 고정부재는 (가) 후술하는 방식으로 홈(113)내에 위치하는 제1환형레이스(371)와, (나) 제1레이스(371)의 단부면을 덮도록 전방 단부판(11)의 환형 돌출부(112)의 축방향 단부면에 대해 고정되는 제1링(372)을 구비한다. 제1링(372)은 핀들(373)에 의해 환형 돌출부(112)의 축방향 단부면에 부착된다. 궤도선회부재는 또한 (가) 역시 후술하는 방식으로 홈(274)내에 위치되는 환형의 제2레이스(374)와, (나) 제2레이스(374)의 축방향 단부면을 덮도록 궤도선회스크롤(27)의 원판(271)의 축방향 단부면에 대해 고정된 제2링(375)를 포함한다. 제1링(372)의 단부표면과 제2링(375)의 단부표면 사이에 작은 틈새가 유지된다. 제2링(375)은 핀들(376)에 의해 원판(271)의 단부면에 부착된다.
제1링(372)과 제2링(375)은 각각 둘레방향으로 다수의 구멍들 또는 포켓들(372a,375a)을 가지며, 각 링(372,375)에서 구멍들 또는 포켓들의 수는 동일하다. 제1링(372)의 구멍들 또는 포켓(372a)은 제2링(375a)의 구멍들 또는 포켓들(375a)에 대응하거나 혹은 대칭상(mirror immage)인바, 즉, 마주한 각각의 포켓쌍들은 크기와 피치가 동일하고, 각 링들(372,375)의 중심으로부터 포켓들의 반경방향 거리는 동일한데, 회전방지/드러스트 베어링 장치(37)이 실제적으로 작동하지 않는 상태에서 즉 포켓들의 중심과 링들(372,375)의 중심들이 정렬된다면 구멍들 또는 포켓들(372a,375a)은 일치하거나 동일하게 된다. 볼들(377)과 같은 베어링 요소들은 제1링(372)의 포켓(372a)의 연부와 제2링(375)의 마주하여 정렬된 포켓(375a)의 연부와의 사이에 위치한다. 따라서, 궤도선회스크롤(27)은 그 회전을 방지하도록 포켓들(372a,375a)의 연부들과 상호작용하는 볼들(377)에 의해 회전이 방지된다. 또한, 이 볼들(377)은 궤도선회스크롤(27)로부터 가해지는 축방향 드러스트 하중을 지탱한다.
제12도를 참조하면, 제2환형레이스(374)와 환형홈(274) 사이의 관계는 다음과 같다. 직경 "Lc"가 제2레이스(374)의 내부직경 "Lb" 보다 충분히 작은 환형홈(274)이 선회스크롤(27)의 원판(271)의 축방향 단부면에 형성된다. 따라서, 제2레이스(374)는 반경방향으로 홈(274) 내부에 헐겁게 배치된다. 홈(374)의 측벽으로부터 반경방향의 한쌍의 부채꼴 절제부(274a)가 형성되어 있다. 한쌍의 절제부(274a)는 직경방향으로 서로 반대측에 있다. 제2레이스(374)의 내주면으로부터 반경 내측으로 한쌍의 부채꼴 돌출부(3747a)가 돌출된다. 한쌍의 돌출부(374a)는 한쌍의 절제부(274a)와 맞물리도록 직경방향으로 서로 반대방향으로 향한다. 돌기부(374a)의 길이는 절제부(274a)의 깊이보다 작거나 같으며, 돌기부(374a)의 폭은 절제부(274a)들의 폭보다 충분히 작다. 이로인해 제2레이스(374)는 궤도선회스크롤의 궤도운동중에 제한된 범위내에서 원주방향과 반경방향으로 이동할 수 있다. 제2레이스(374)의 원주방향 이동범위와 반경방향 이동범위는 아래와 같이 규정된다.
제2레이스(374)의 원주방향 이동범위 "Mc"는 다음식과 같다.
Mc=La(θ) (1)
식(1)에서, "La"는 제2레이스(374)의 외주와 내주의 직경 사이의 평균값이다. "θ"는 절제부(274a)의 내부각(θ1)과 돌출부(374a)의 내부각(θ2) 사이의 차이(레이디얼 유니트)이다.
제2레이스(374)의 반경방향 이동범위 "Mr"은 다음식과 같다.
Mr=Lb-Lc (2)
식(2)에서, "Lb"는 제2레이스(374)의 내주의 직경이고, "Lc"는 상술한 바와 같이 환형홈(274)의 직경이다. 더우기, 제2레이스(374)의 원주방향 이동범위 "Mc"는 포켓들(375a)의 피치보다 작도록 설계된다. 따라서, 각각의 볼(377)은 일정간격으로 서로 격리된 각각의 해당 아치형 타원영역 "s"를 따라서 제2레이스(374) 위를 구른다. 즉, 아치형 타원의 주축 "Ld"의 반은 포켓들(375a)의 피치보다 작다.
따라서, 각각의 볼이 일정간격을 두고 서로 격리된 각 영역 "s"를 따라서 구르기 때문에, 그 볼들을 수용하는 제2환형레이스(374)의 휨 현상없이도 그 레이스 표면의 박리 현상이 효율적으로 방지된다. 따라서, 무게를 증가시키지 않고도, 궤도선회부재 유체변위장치용의 내구성 있는 회전방지/드러스트 베어링 장치를 확보할 수 있다.
제14도와 제15도를 참조하면, 본 발명에 있어서는, 제2레이스(374)의 원주방향 최소 이동범위 "Mc-min"는 제2레이스(374)를 제15도에 도시한 바와 같이 삽입함으로써 홈(274)에 설치한 경우 원판(271)의 부채꼴 절제부(274a')와 제2레이스(374)의 부채꼴 돌출부(374a) 사이에 생기는 허용가능한 간극 범위보다 더크도록 설계된다. 제2레이스(374)의 반경 최소 이동범위 "Mr-min"는 제2레이스(374)를 제15도에 도시한 바와 같이 삽입함으로써 홈(274)에 설치되는 경우 홈(274)의 측벽과 제2레이스(374)의 내주면 사이에 생기는 허용가능한 최대 간극 범위보다 더 크도록 설계된다.
더우기, 제2레이스(374)의 원주방향 최대 이동범위 "Mr-max"는 보다 작은 원주방향 이동값, 즉, 제14도에서 좌측으로부터 포켓(375a)의 피치에 대하여 무한 점근값으로 접근하도록 설계된다. 제2레이스(374)의 반경방향 최대이동범위 "Mr-max"는 작은 원주방향 이동값, 즉, 제14도에서 하부로부터 제2레이스(374)가 볼(377)과 접촉되지 않게되는 최소 간극 범위에 대하여 무한 점근값으로 접근하도록 설계된다.
따라서, 제2레이스의 원주방향 이동범위 "Mc"와 반경방향 이동범위 "Mr"은 제14도에 도시한 영역 "U"로 한정된다. 제14도의 영역 "V"는 홈(274)의 측벽과 제2레이스(374)의 내주면 사이, 그리고 절제부(274a')와 돌출부(374a')와 돌출부(374a) 사이의 허용가능한 간극 범위를 규정한다.
제15도에 도시한 바와 같이, 제2레이스(374)가 허용가능한 원주 및 반경방향 간극을 가지고 홈(274)에 고정되는 경우 각각의 볼(377)은 궤도선회부재의 제16도에 도시한 바와 같이 대응하여 쌍을 이루고 있는 초승달 영역 "S"를 따라서 제2레이스(374) 위를 구른다. 그러나, 그 초승달 영역 "S"의 쌍은 매우 좁으므로 볼(377)이 제4도에 설명한 방식과 데체로 유사한 방식으로 구른다. 따라서, 제2레이스(374)에서의 박리현상을 충분하게 방지할 수 없다.
이상, 단지 궤도선회스크롤(27)의 원판(271)의 축방향 단부면에 형성된 환형의 제2레이스(374)와 홈(274) 사이의 관계만을 설명했다. 그러나, 본 발명에서는 이와 대체로 동일한 관계가 전방 단부판(11)의 환형 돌출부(112)의 축방향 단부면에 형성된 제1환형레이스(371)와 환형홈(113) 사이에도 이루어진다. 즉, 한쌍의 부채꼴 절제부들이 환형홈(113)의 측벽으로부터 반경외측으로 절삭형성되고 한쌍의 부채꼴의 돌출부들이 제1레이스(371)의 외주면으로부터 반경외측으로 돌출된다. 제1레이스(371)의 원주 및 반경방향 이동범위는 제2레이스(374)의 원주 및 반경방향 운동량과 유사하게 설계된다.
본 발명을 그 바람직한 실시예들과 관련하여 상세하게 설명하였지만, 이 실시예들은 단지 예에 불과한 것이며, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다. 당업자라면, 첨부된 청구범위로서 규정된 바의 본 발명의 범위내에서 다른 변형 및 수정이 쉽게 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (16)

  1. 하우징(10)과; 그 하우징에 부착되거나 일체로 형성되고 제1단부판(261)을 가지며, 그 단부판으로부터 제1나선형 요소(262)가 상기 하우징의 내부로 뻗는 고정부재(26)와; 제2단부판(271)을 가지며, 그 단부판으로부터 제2나선형 요소(272)가 뻗는 궤도선회부재(27)와; 상기 궤도선회부재를 궤도선회 운동으로 구동시키도록 상기 궤도선회부재(27)에 연결된 회전가능한 구동샤프트(13)을 포함하는 구동기구 및; 상기 궤도선회부재(27)의 궤도선회 운동중에 그 궤도선회부재의 회전을 방지함과 아울러 궤도선회부재로부터의 축방향 드러스트 하중을 지지하도록 상기 궤도선회부재에 연결된 회전방지/드러스트 베어링 수단(37)을 구비하며; 상기 제1나선형 요소(262)와 제2나선형 요소(272)는 각도 및 반경방향으로 편의된 상태로 상호 맞물려 적어도 한쌍의 밀봉된 유체 포켓을 형성하는 복수의 선접촉부를 이루며; 상기 회전방지/드러스트 베어링 수단(37)은 상호 분리된 궤도선회부재 및 상기 고정부재와 상기 궤도선회부 사이에 연결된 베어링 요소들(377)을 포함하고 그들 요소의 중심이 일평면상에 위치하며; 상기 고정부재는 상호 별도로 형성된 제1환형레이스(371)와 제1링(372)을 포함하고, 상기 제1환형레이스(371)는 상기 하우징(10)에 형성된 제1환형홈(113) 내부에 배치되고, 상기 하우징내의 상기 제1환형홈은 중심선으로부터 이격된 축방향 단부면을 가지며, 상기 제1링(372)은 상기 하우징(10)의 내측면에 부착되어 상기 제1환형레이스(371)를 덮음과 아울러 상기 일평면으로부터 이격된 상기 하우징의 접촉면과 접촉하며, 그 일평면과 상기 접촉면 사이의 간격이 그 평면과 상기 축방향 단부면 사이의 간격보다 작고, 상기 제1링(372)에는 상기 제1환형레이스를 향해 축방향으로 뻗은 다수의 제1포켓들(372a)이 형성되어 있으며; 상기 궤도선회부재는 상호 별도로 형성된 제2환형레이스(374)와 제2링(375)을 포함하고, 상기 제2환형레이스는 상기 제2단부판(271)의 상기 제2나선형 요소(272)가 뻗는 쪽의 반대측 단부면에 형성된 제2환형홈(274) 내부에 위치하고, 상기 제2단부판내의 제2환형홈(274)은 상기 일평면으로부터 이격된 축방향 단부면을 가지며, 상기 제2링(375)은 상기 제2단부판(271)의 단부면에 부착되어 상기 제2레이스를 덮음과 아울러 상기 일평면으로부터 이격된 제2단부판(271)의 접촉면과 접촉하며, 그 일평면과 그 접촉면간의 간격은 상기 일평면과 제2단부판의 단부면간의 간격보다 작으며, 상기 제2링(375)에는 상기 제2환형레이스(374)를 향해 축방향으로 뻗은 다수의 제2포켓들(375a)이 형성되어 있으며; 상기 제1포켓(372a)과 제2포켓(375a)은 대체로 정렬된 쌍을 이루며, 상기 베어링 요소들(377)은 각기 상기 포켓쌍(372a,375a)에 하나씩 지지되어 상기 제1환형레이스(371) 및 제2환형레이스(374)와 접촉함으로써 상기 제1링(372) 및 제2링(375)과 상호 작용하여 상기 궤도선회부재(27)의 회전을 방지함과 아울러 상기 궤도선회부재(27)로부터 상기 제1환형레이스(371)상에 가해지는 축방향 드러스트 하중을 지지하는 궤도선회부재 유체변위장치에 있어서, 상기 제1환형레이스(371)와 제2환형레이스는 제한된 범위내에서 반경 및 원주방향으로 이동할 수 있도록 상기 제1환형홈(113) 및 제2환형홈(274)내에 각기 위치되며, 상기 제1환형레이스(371) 외주의 직경은 상기 제1환형레이스(371)가 반경 및 원주방향으로 이동할 수 있도록, 제1의 환형홈(113)의 외측벽의 직경보다 더 작고, 상기 제2환형레이스(374) 내주의 직경은, 상기 제2환형레이스(374)가 반경 및 원주방향으로 이동할 수 있도록, 상기 제2환형홈(274)의 내측벽이 직경보다 더 길며, 상기 제1환형레이스(371)의 반경방향 이동범위는 상기 제1환형레이스(371) 외주의 직경과 상기 제1환형홈(113) 외측벽의 직경간의 차로서 제한되고, 상기 제2환형레이스(374)의 반경방향 이동범위는 상기 제2환형레이스(374) 내주의 직경과 상기 제2환형홈(274)의 내측벽 직경간의 차로서 제한되는 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1포켓(372a)과 상기 제2포켓(375a)가 일정한 피치로서 원주방향으로 배치되어 있고 상호 동일한 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  3. 제1항에 있어서, 제1환형홈(113)은 그 홈의 상기 외측벽으로부터 반경 외측으로 절제 형성된 적어도 한나의 제1절제부를 포함하고, 상기 제1환형레이스(371)는 그것의 외주면으로부터 반경 외측으로 돌출하는 적어도 하나의 제1돌출부를 포함하며, 상기 제1돌출부는 소정의 범위내에서 상기 제1레이스의 원주방향 운동을 제한하기 위해 간격을 두고 상기 제1절제부와 결합하며; 상기 제2환형홈(274)은 그 홈의 상기 내측벽으로부터 반경 내측으로 절제 형성된 적어도 하나의 제2절제부(274a)를 포함하고, 상기 제2환형레이스(374)는 그것의 내주면으로부터 반경 내측으로 돌출한 적어도 하나의 제2돌출부(374a)를 포함하며, 상기 제2돌출부(374a)는 소정의 범위내에서 상기 제2환형레이스의 원주방향 운동을 제한하기 위해 간격을 두고 상기 제2절제부(274a)와 결합하는 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  4. 제2항에 있어서, 제1환형홈(113)은 그 홈의 상기 외측벽으로부터 반경 외측으로 절제 형성된 적어도 하나의 제1절제부를 포함하고, 상기 제1환형레이스(371)는 그것의 외주면으로부터 반경 외측으로 돌출하는 적어도 하나의 제1돌출부를 포함하며, 상기 제1돌출부는 소정의 범위내에서 상기 제1환형레이스의 원주방향 운동을 제한하기 위해 간격을 두고 상기 제1절제부와 결합하며; 상기 제2환형홈(274)은 그 홈의 상기 내측벽으로부터 반경 내측으로 절제 형성된 적어도 하나의 제2절제부(274a)를 포함하고, 상기 제2환형레이스(374)는 그것의 내주면으로부터 반경 내측으로 돌출한 적어도 하나의 제2돌출부(374a)를 포함하며, 상기 제2돌출부(374a)는 소정의 범위내에서 상기 제2레이스의 원주방향 운동을 제한하기 위해 간격을 두고 상기 제2절제부(274a)와 결합하는 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1절제부 및 제2절제부(274a), 그리고 상기 제1돌출부와 제2돌출부(374a)가 부채꼴 형상인 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1절제부 및 제2절제부(274a), 그리고 상기 제1돌출부와 제2돌출부(374a)가 부채꼴 형상인 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  7. 제3항에 있어서, 제1돌출부 및 제2돌출부(374a) 각각의 길이는 제2절제부 및 제2절제부(274a) 각각의 깊이보다 작거나 같으며, 제1돌출부 및 제2돌출부(374a) 각각의 폭은 제1절제부 및 제2절제부(274a) 각각의 폭보다 훨씬 작은 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  8. 제4항에 있어서, 제1돌출부 및 제2돌출부(374a) 각각의 길이는 제2절제부 및 제2절제부(274a) 각각의 깊이보다 작거나 같으며, 제1돌출부 및 제2돌출부(374a) 각각의 폭은 제1절제부 및 제2절제부(274a) 각각의 폭보다 훨씬 작은 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1환형레이스(371)의 원주방향의 최대 이동범위는 보다 작은 원주방향 이동값에서 상기 제1포켓(372a)의 피치값으로 무한히 접근하는 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제2환형레이스(374)의 원주방향의 최대 이동범위는 보다 작은 원주방향 이동값에서 상기 제2포켓(375a)의 피치값으로 무한히 접근하는 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1환형레이스(371)의 원주방향 최소 이동범위는 상기 제1환형레이스(371)가 상기 제1환형홈(113)에 삽입 고정된 경우 상기 제1돌출부와 상기 제1절제부 사이에 발생하는 최대 간극보다 더 큰 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제2환형레이스(374)의 원주방향 최소 이동범위는 상기 제2환형레이스가 상기 제2환형홈(374a)에 삽입 고정된 경우 상기 제2돌출부(374a)와 상기 제2절제부(274a) 사이에 발생하는 최대 간극보다 더 큰 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 제1환형레이스(371)의 반경방향 최대 이동범위는 보다 작은 값에서 제1환형레이스가 상기 베어링 요소들(377)과 접촉하지 않게 하는 최소 간극 범위에 무한히 접근하는 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 제2환형레이스(374)의 반경방향 최대 이동범위는 보다 작은 값에서 제2환형레이스가 상기 베어링 요소들과 접촉하지 않게 하는 최소 간극 범위에 무한히 접근하는 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  15. 제8항에 있어서, 상기 제1환형레이스(371)의 반경방향 최소 이동범위는 상기 제1환형레이스가 상기 제1환형홈(113)에 삽입 고정된 경우 상기 제1환형레이스(371)의 외주면과 상기 제1환형홈(113)의 외측벽 사이에서 발생하는 최대 간극 범위보다 더 큰 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
  16. 제8항에 있어서, 상기 제2환형레이스(374)의 반경방향 최소 이동범위는 상기 제2환형레이스가 상기 제2환형홈(274)에 삽입 고정된 경우 상기 제2환형레이스(374)의 외주면과 상기 제2환형홈(274)의 외측벽 사이에서 발생하는 최대 간극 범위보다 더 큰 것을 특징으로 하는 궤도선회부재 유체변위장치.
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