JPS6114359B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスクロール形液体ポンプに関するもの
であり、そのような液体ポンプの、汲み上げられ
る液体の中に浸けることのできる実施例を含んで
いる。

同じピツチを有する２個の相互にはまり合つた
スピロイド曲線またはインボリユート曲線状らせ
ん要素がそれぞれ別の端板上に取り付けられてい
る形式の、一般に“スクロール形”と呼ばれるポ
ンプ、圧縮機およびエンジンがあることは当業者
には知られている。これらのらせん要素は角度的
にも半径方向にもずれていて、たとえば両者のら
せん曲面の間に少なくとも一対の接触線だけに沿
つて互いに線接触している。一対の線接触はスク
ロールの中央領域から外向きに引いた一本の半径
上にほぼ位置するように生じて、少なくとも１つ
の流体領域またはポケツトを形成する。これらの
ポケツトの位置はらせん中心の相対的旋回に伴つ
て変化し、すべてのポケツトは同じ相対的角度位
置を維持する。接触線がスクロール面に沿つて移
動すると、このようにして形成されたポケツトの
体積は変化する。圧縮機および膨張エンジンで
は、このようにして流体ポートに接続された最低
圧力領域と最高圧力領域が生じる。液体ポンプで
は体積比は全体を通じて１のままである。最外部
ポケツトと最内部ポケツトは液体ポートに接続さ
れており、液体の流れは最内部ポケツトから外側
向きに向うことも、最外部ポケツトから内側向き
に向うこともある。

膨張機および圧縮機と比較すると、スクロール
形液体ポンプは漏れの問題があまりないことおよ
び動作温度が低いことなど多くの長所を有する。
しかしこれらの長所も、スクロール形液体ポンプ
が相当大きい速度（たとえば少なくとも
1800rpm）で、しかも実質的に脈動のない状態で
運転されるようにならなければ、市場で受け容れ
られる装置という形で実現させることができな
い。本発明のスクロール形液体ポンプは、圧力の
脈動を除去するか、または脈動がポンプの性能と
効率に悪影響を与えるようなレベルより低い状態
まで圧力の脈動を減少させるための手段を内蔵し
ている。第６２−８４図に示すスクロール形ポン
プの実施例に関連して後述する説明からわかるよ
うに、スクロール形液体ポンプは、汲み上げられ
る液体、特に自己推進形車輛たとえば自動車の燃
料タンクの中に浸けることのできるような構造に
できる。

したがつて本発明の第１の目的は、スクロール
形液体ポンプの中に組み込まれたときに、ポンプ
の脈動のない液体流を静かに、相当の高速度で、
しかも最大の効率でもつて吐出するように動作す
ることを可能にさせる独特の静止および旋回スク
ロール部材を提供することである。これに伴うも
う一つの目的は、構造が簡単で経済的であり、一
部分がプラスチツクの例えば成形によつて作られ
るようになつているスクロール形液体ポンプを提
供することである。

本発明のもう一つの主目的は、その一つの実施
例として汲み上げられる液体の中に浸けるのに適
しているという上述の特性を有するスクロール形
液体ポンプを提供することである。本発明のもう
一つの目的は、軽質の燃料油を使用する自己推進
形車輛のための燃料ポンプとして使用できて、燃
料タンクの中に置くことができ、このために排気
制御装置を有する車輛の場合に生じる過度の高温
から隔離できるようになつているスクロール形液
体ポンプを提供することである。

本発明のさらにもう一つの目的は、高い燃料吐
出圧力を発生でき、自己起動形であり、騒音、振
動および出力流の振動を実質的に生じない運転が
可能で、長期間にわたる空運転に耐えることがで
き、弁を必要とせず、塵が入つても永久的損傷を
受けないという特徴を有する液浸形液体ポンプを
提供することである。さらにもう一つの目的は、
自動的スクロール密封を生じ、摩擦損失が最小で
あり、長期間にわたつて信頼のおける動作をし、
コストの低い、上述の特徴を有するスクロール形
液体ポンプを提供することである。本発明のその
他の目的は、一部は明らかであり、また一部は後
に明らかになるであろう。

本発明の一つの特徴に従えば、スクロール形液
体ポンプに組み込むのに適した、対になつたスク
ロール部材にして、中央部液体ポートを有する静
止スクロール部材であつて静止端板と、該静止端
板の一側面に固定され、１巻き半のインボリユー
ト曲線の形をしている静止インボリユートラツプ
と、該静止端板の該一側面に設けられた静止凹状
液体移送通路とから構成されているところの静止
スクロール部材と、駆動手段によつて該静止スク
ロール部材に対して旋回せしめられるように配置
されている旋回スクロール部材であつて、旋回端
板と該旋回端板の一側面に固定され、１巻き半の
インボリユート曲線の形をしている旋回インボリ
ユートラツプと、該旋回端板の該一側面に設けら
れた旋回凹状液体移送通路とから構成されている
ところの旋回スクロール部材との組み合わせを備
え、該静止および旋回凹状液体移送通路の位置と
形状が、該旋回インボリユートラツプがその旋回
サイクルの、本質的に遮断された３個の液体ポケ
ツトを形成する時点に達した実質的に直後に該両
通路が開いて液体が流れるような位置と形状にな
つていることを特徴とする対になつたスクロール
部材が提供される。

本発明のもう一つの特徴に従えば、容積形液体
ポンプにして、前述した本発明の対になつたスク
ロール部材と、該スクロール部材に軸方向接触が
生じるように該スクロール部材を強制する軸力付
与手段と、該スクロール部材の角度関係を固定さ
れた状態に維持する継手と、液体吸入口および液
体吐出口と、該旋回スクロール部材を旋回させ
て、これによつて該インボリユートラツプの側面
フランクと該端板とが体積の変化する移動液体ポ
ケツトと、該ポケツトの周囲の周辺部領域と吐出
領域とを形成するようにするための駆動手段との
組み合せを備えているこを特徴とする容積形液体
ポンプが提供される。

本発明のさらにもう一つの特徴に従えば汲み上
げられる液体の中に液浸させるのに適しており、
そして該スクロール部材を含む室をその内部に形
成するとともに、その一端に該液体吸入口を有
し、その他端に該液体吐出口を有しているハウジ
ングを含んでおり、そしてさらに、該駆動手段が
該室の内部で該スクロール部材と該ハウジングの
該液体吐出口側端部との間に配置されたモータを
含んでいて、このために該スクロール部材によつ
て汲み上げられて該ポンプの中を半径方向外側向
きに流れる液体が該駆動手段の周囲を流れて、該
軸力付与手段を与える所定の液体圧力を該室の内
部に維持する前述の容積形液体ポンプが提供され
る。

したがつて、本発明は、後述する構成の中で明
らかになる構成、要素の組み合わせおよび部品の
配列における特徴から成る。

本発明の本質と目的をさらに完全に理解するた
めには、添付図面に関連した以下の説明を参照さ
れたい。

スクロール装置内部の流体の密封されたポケツ
トは、端板によつて形成された２つの平行な平面
と、円のインボリユート曲線または他の適切な曲
線形状の形に形成された２つの柱面とによつて囲
まれる。スクロール部材の軸線は互いに平行にな
つている。このようにすることによつてのみ、ス
クロール部材の平担面の間の連続的密封接触が維
持されるからである。柱面間の２ケ所の線接触部
が移動するにつれて、密封されたポケツトはこれ
らの平行な平面の間で移動する。線接触部は一方
の柱状要素、たとえばスクロール部材が他方の柱
状要素内で施回することによつて移動する。これ
はたとえば一方のスクロール部材を静止状態に維
持して、他方のスクロール部材を旋回させること
によつて達成される。本発明のポンプではこのよ
うな機構によつてポンプ作用が実現されるので、
このポンプはスクロール形液体ポンプと呼ばれ
る。

以下の説明では、“スクロール要素”という用
語は、本発明の独得のポート機構を有する端板か
ら成る基本構成要素と移動線接触を生じる接触面
を形成するインボリユート曲線状構成要素とを指
すのに使用されている。“ラツプ”という用語は
移動線接触を生じるインボリユート状構成要素を
指すのに使用される。これらのラツプはたとえば
円の伸開線（インボリユート渦）、円弧などの形
状をしていて、高さと厚みとを有する。“スクロ
ール部材”という用語は、静止または旋回スクロ
ール要素がその一部を構成する静止または旋回構
成要素全体を指すのに使用される。

圧縮機および膨張機として使用されたスクロー
ル装置の場合は、スクロール部材のラツプは何巻
きでも希望通りの巻数のインボリユートにするこ
とができる。しかしスクロール形液体ポンプで
は、各スクロール部材のラツプは１巻き半のイン
ボリユートになるようにしなければならない。こ
の制約は、液体ポンプとして設計されるスクロー
ル装置の圧縮比が正確に１でなければならぬとい
う制約から生じたものである。スクロール装置の
圧縮比が１より大きいと、スクロール装置は閉じ
込められた液体を圧縮しようとする。液体は本質
的には非圧縮性であるから、１より大きい圧縮比
で動作するスクロール形ポンプは故障を起こした
り、機能が低下する。このようなわけでスクロー
ル形ポンプの圧縮比を１にするためにスクロール
部材のラツプは１巻き半だけのインボリユートに
しなければならない。ラツプの長さをこのように
すれば、スクロール部材間に形成された内部領域
とその周辺領域との間に希望通りの連続した密封
が達成されるとともに、閉じ込められた液体が圧
縮されることはない。

しかしラツプの長さを１巻き半のインボリユー
トに限定することによつて、効率の良い、実用的
なスクロール形液体ポンプを作る際の問題がすべ
て解決されたわけではない。なぜならポンプから
液体を吐出する際に生じる圧力の脈動という重要
な問題がこれではまだ解決されていないからであ
る。これらの圧力脈動の生じる原因は、吐出ポー
トに通じているスクロールポケツト（その位置が
中央であれ、周辺部であれ）の体積の変化速度が
このポケツトのために開いている吐出面積の変化
速度より大きいことにある。したがつて旋回スク
ロール部材を旋回させることによつて吐出ポケツ
ト内の液体が圧縮され、狭い吐出間隙の間を強制
的に通され、このために間けつ的な高圧パルスが
発生する。この圧力はスクロール部材を形成して
いるハードウエアを損傷するほど大きいことがあ
る。

小形の比較的効率の悪いポンプが比較的低速度
で作動している場合は、ある程度の圧力脈動は許
容できる。しかし液体ポンプを使用するほとんど
すべての場合に、脈動の比較的ない吐出流が得ら
れることと、相当の速度、たとえば1800rpmまた
はそれ以上の速度で作動できることとが必要にな
る。

本発明のスクロール形ポンプは、新しいポート
機構を採用することによつて、流量の比較的大き
い、脈動のないポンプ作用を実現する。この新し
いポート機構は、吐出ポートを開けることだけに
旋回スクロール部材ラツプの移動を利用している
場合に比べてずつと大きい速度で吐出ポートを開
くようにすることによつて、吐出ポケツト内の脈
動を生じる圧力を逃す。

スクロール形ポンプの中を流れる液体は周辺領
域から中央ポケツトの中へ流れ込む方式と、また
中央ポケツトから周辺領域へ流れ出る方式とがあ
るので、この新しいポート機構は中央ポケツト、
周辺領域または両者に組み合わされている。

第１〜４図は、流体が周辺領域から中央ポケツ
トの中へ流れ込む方式のスクロール形ポンプを形
成するスクロール部材に使用するのに適した静止
および旋回スクロール要素を示す。第１図の静止
スクロール要素１０は、端板１１と、端板１１の
内面１３と一体になつた、あるいは内面１３上の
別の部材に取付けられたインボリユート曲線状ラ
ツプ１２とから成る（たとえば米国特許第
3994635号参照）。インボリユートラツプ１２の始
点はインボリユート生成半径に対する接線（ａ
tangent to the involute generating radius）と
して引いた、静止および旋回スクロール部材の両
インボリユートの接触点を通る接触点１４の位置
にあり、終点はやはりインボリユート生成半径に
対する接線として引いた接触点１５の位置にあ
る。このようにしてこのラツプは１巻き半のイン
ボリユート曲線の形になつており、外側フランク
面１６と、内側フランク面１７と、端面１８とを
有している。

端板１１は外面２１から伸びる中央ボス２０を
有する。このボス２０は、第６１図に示すように
液体ポンプ中の静止スクロール部材の中に静止ス
クロール要素が組み込まれるときにシールリング
を保持するように配置された環状溝２２を有す
る。液体ポート２３が端板１１とボス２０を貫通
して伸びており、内面１３にはポート２３と導通
する、凹状の移送通路２４が形成されている。ポ
ート２３と凹状移送通路２４とが一緒になつてマ
ニホルド手段すなわち吐出領域を形成している。
第１図の上面図に示すように、移送通路２４の一
つの主境界線２５は端板１１の中心２６を通つて
接触点１４および１５に平行に引いた直線と一致
しており、もう一つの曲線状主境界線２７は、第
５図のラツプ配向に示すように２個のスクロール
要素がそのラツプのフランク面の間に最大の４ケ
所での接触を生じるように配向されたときに、旋
回スクロール要素３０（第３および４図）のイン
ボリユートラツプ３２の外側フランク面３４に形
状が一致するようになつている。したがつてこの
曲線状主境界線２７は組み合わされるスクロール
要素のインボリユートラツプの縁の部分的軌跡と
定義してもよい。これらの主境界線は融合半径部
２８を介して接続されている。移送通路２４はイ
ンボリユート状境界線２７をもつものではなしに
半円形にすることもできるが、正確なポート機能
をもたせるためには図示したようなインボリユー
ト形状の方が好ましい。凹状移送通路２４はイン
ボリユートラツプの内部に位置しているのである
から、便宜上、“内側通路”と呼んでもよい。

第１および２図ではポート２３は移送通路２４
の境界線２５と交差する位置に図示されている
が、ポート２３が移送通路２４と導通していてラ
ツプ１２の一体構造を妨げないものである限り
は、ポート２３をスクロール要素のラツプによつ
て形成された内側ポケツト内のどの位置に設ける
ことも本発明の範囲に属する。

第３および４図からわかるように、旋回スクロ
ール要素３０は静止スクロール要素１０と同じ形
状を有している。旋回スクロール要素３０は端板
３１と、端板３１の内面３３に固定された、ある
いは内面３３と一体のインボリユート曲線状ラツ
プ３２とによつて形成されている。ラツプ３２は
外側接触フランク面３４と、内側フランク面３５
と、接触端面３６とを有する。インボリユートラ
ツプ３２の始点は、インボリユート生成半径に対
する接線として引いた、静止および旋回スクロー
ル要素の両インボリユートの接触点を通る接触線
３７の位置にあり、終点はやはりインボリユート
生成線に対する接線として引いた接触線３８の位
置にある。旋回スクロール要素の端板の内面３８
には凹状移送通路３９が形成されており、静止ス
クロール要素に対するその位置および形状は旋回
スクロール要素に対する静止スクロール要素の移
送通路２４の位置および形状と同じ関係になつて
いる。すなわち移送通路３９を規定する一つの直
線状主境界線４０は端板の中心４１を通つて接触
線３７および３８に平行に引いた直線と一致して
おり、もう一つの曲線状主境界線４２は、２個の
スクロール要素が第５図に示すように最大の４ケ
所での接触を生じるように配向されたときに、静
止スクロール要素のラツプ１２の外側フランク面
１６を形成している縁の部分的軌跡と一致するよ
うになつている。これらの主境界線はやはり融合
半径部４３を介して接続されている。スクロール
要素の端板にこれらの凹状移送通路２４および３
９を組み合わせて使用することは本発明の装置の
独特のポート機構の一実施例を構成する。

スクロール要素がステンレス鋼のような金属で
作られる場合は、凹状移送通路は要素を機械加工
することによつて作ることができ、スクロール要
素がポリイミドのような合成樹脂で作られる場合
は、凹状移送通路は要素の成形の際に作ることが
できる。一般にこれらの凹状移送通路の深さはイ
ンボリユートラツプの幅にほぼ等しくすることが
好ましい。

第１〜４図に示すスクロール要素のポート機構
が実質的に脈動のない液体ポンプ作用を実現する
様子は第５〜２０図に詳細に示されている。第５
〜第２０図はこれらのスクロール部材を用いて半
径方向内側向きに流れるように液体を汲み上げる
スクロール形ポンプの動作を示すものであり、ポ
ンプ作用の１サイクルを８段階に分けて、各段階
におけるスクロール要素の位置を示している。奇
数番号の図は装置の中心線に垂直な面で切つたラ
ツプの断面図であり、これらの図に続く偶数番号
の図はラツプの対応する長さ方向断面図である。
第５−２０図では第１−４図の構成要素と同じ構
成要素には第１−４図の場合と同じ参照番号が付
けられている。中心線に垂直な面で切つた断面図
（たとえば第５図、第７図等）では施回スクロー
ル要素の凹状移送通路３９の輪郭を見ることは普
通はできないわけであるが、それぞれ組み合わさ
れた長さ方向断面図（たとえば第６図、第８図
等）における移送通路の位置をはつきりさせるた
めに、これらの通路３９の輪郭を点線で記入して
ある。静止スクロール要素のボス２０は図を簡単
にするために第６図、第８図等の長さ方向断面図
では省略されている。

スクロール形ポンプの動作の際には、旋回スク
ロール部材に取り付けられた旋回スクロール要素
３０が静止スクロール部材に取り付けられた静止
スクロール要素１０を旋回するように（第６１図
を参照しながら後に詳述する手段によつて）駆動
され、このとき静止および旋回スクロール要素の
フランク面１６および１７と３４および３５とが
移動線接触を形成する。第６１図について説明す
るときに述べるように、実際にはインボリユート
ラツプのフランク面の間にはたとえば約0.001〜
0.005インチ（0.0025〜0.127mm）の非常に小さい
間隙がある。旋回および静止スクロール要素の内
面３３および１３にそれぞれ接触している静止お
よび旋回スクロール要素の端面１８および３６が
移動ポケツト５０，５１および５２を形成してお
り、これらのポケツトの体積およびこれらのポケ
ツト間の液体の導通状態が変化することによつて
ポンプの中で液体が移動する。液体は気体より粘
性がはるかに高く、また液体ポンプ内の体積比は
１以上というよりむしろ１に等しいので、ラツプ
の接触端面１８および３６の部分におけるポケツ
ト間の効果的な半径方向密封は圧縮機または膨張
機の場合ほど厳しくする必要はない。したがつて
米国特許第3994686号に記載されているような半
径方向密封手段を設ける必要はない。

第６図に示すある程度簡単化された長さ方向断
面図では、静止スクロール要素１０が取り付けら
れているスクロール部材は環状突起５４を有する
ハウジング５３を含んでおり、この環状突起５４
の端面５５は、旋回スクロール端板３１がその一
部になつている旋回スクロール部材５７の内面５
６と移動接触する接触面として機能しており、こ
の移動接触によつて、汲み上げられる液体が周辺
ポート５９を通つて入るための周辺領域５８が形
成されている。第６１図は両スクロール部材がス
クロール形ポンプの中に組み込まれた様子を一層
精密かつ詳細に示している。その他の偶数番号の
図すなち第８，１０，……，２０図ではスクロー
ル要素のラツプとポート機構を含む部分だけが図
示されているが、どの場合も周辺領域を有してい
ることを理解されたい。

これから説明するサイクルは中央ポケツト５２
が密封状態になつている時点から始まるものとす
る。この時点ではポケツト５０および５１も密封
状態になつている。液体はポート２３と移送通路
２４とから成る吐出マニホルド手段を通つて吐出
される。この動作モードでは中央ポケツト５２は
吐出領域として機能する第５図および第６図に示
すように、ポケツト５０および５１は体積最大の
状態になつており、ラツプフランク間およびラツ
プ端面と端板との間の僅かの間隙を無視すればポ
ケツト５０および５１と中央ポケツト５２との間
は完全に密封されている。端板に凹状移送通路２
４と３９のどちらも設けられていないと仮定して
みよう。この場合の影響は第７および８図からわ
かる。第７および８図は旋回スクロール部材が全
旋回量の1/8だけ施回し終つた時点におけるラツ
プ位置を示すものであり、旋回方向は破線の矢印
で示されている。ポケツト５０，５１，および５
２の体積は減少し始める。ポンプの中の液体は実
質的に非圧縮性であるから、この液体はポケツト
５０および５１からポケツト５２へ、ラツプの移
動によつて生じた比較的狭い通路６０および６１
を通つて、圧力のかかつた状態で押し流される。
さらに中央ポケツト５２と吐出ポート２３の相対
的寸法はこの影響を強調するような大きさになつ
ている。のために装置内の圧力が上昇し、これは
スクロール装置のハードウエアに非常に悪い影響
を与えるとともに、強い衝撃圧力を生じ、効率が
悪くて騒音の多い運転状態になる。

静止および旋回スクロール部材の内面にそれぞ
れ凹状移送通路２４および３９が設けられている
場合は、このような望ましくない状況は実質的に
避けられる。第８図からわかるように、これらの
移送通路はポケツト５２が閉じた実質的に直後に
開くような輪郭と配置になつている。したがつて
ラツプの位置によつてそれまで遮断されていたこ
れらの移送通路２４および３９は旋回ラツプの連
続的移動に伴つて開く。移送通路２４および３９
の大きさと深さは、ポケツト内部での圧力上昇を
抑え、ポート２３を通る液体に脈動を生じさせな
いようにするだけの十分な流量容量が得られるよ
うに通路６０と６１を増加させるだけの大きさと
深さになつている。（図では液体の流れは実線の
矢印で示されている。） 第９−１４図からわかるように、移送通路２４
と３９はポケツト５０および５１からポケツト５
２の中に向かう、実質的に脈動のない液体流を生
じさせるために、開いたままになつている。そし
てポケツト５０，５１および５２の体積が減少し
て、これらのポケツトが実質的に１個の中央ポケ
ツトになつてしまうまで、これらの通路のために
吐出ポート２３を通る滑らかな吐出が得られる。
ポケツト５０，５１および５２の合計体積が減少
すると、液体が周辺領域５８からスクロールラツ
プ間に形成されている、“開いた”ポケツトと呼
ばれるポケツト６５と６６の中へ入り始める。こ
れらのポケツト６５と６６は周辺領域５８と直接
に導通しているという意味で開いている。第９図
および第１０図からわかるように、施回がその最
初の1/4だけ進んだ時点では、ラツプの移動によ
つて形成される通路６０と６１が一層大きくな
り、移送通路２４と３９は完全に開いて、液体は
自由に中央ポケツト５２の中に入り、さらに吐出
マニホルド手段を通る。通路６０と６１は第１１
−１４図に示すように施回が半分終るまでは拡大
し続ける。移送通路２４と３９はポケツト５０，
５１，５２間に相変らず導通状態を生じさせ続け
るが、相当量の液体を通す必要はもはやなく、旋
回スクロール部材の移動によつて徐々に閉じて
く。第１５−２０図からわかるように、旋回が進
行すると、旋回が約3/4だけ終つた時点で中央ポ
ケツト５２は独立したポケツトと考えられる状態
になり、“開いた”ポケツト６５と６６は周辺領
域５８から十分に遮断された状態になつて、減少
しつつある通路６７と６８から周辺領域５８に向
つて開いてはいるが、新しい外側ポケツト５０と
５１を形成したと考えてよい状態になる。

通路６７と６８が閉じると、中央ポケツト５２
を含めてすべての閉じたポケツトは液体体積最大
の状態になつて、第５図および第６図に示した状
態が再現されて、新しいサイクルが始まる。通路
６７と６８が周辺領域に対して開いている限り、
移送通路２４と３９は閉じている。しかし上述し
たようにこれらのポケツトが閉じるのと実質的に
同時に、本発明のポート機構は作動状態になる。

第２１−２４図は本発明のポート機構を組み込
んでいて、液体が中央ポケツトから半径方向外向
きに周辺領域まで流れる形式のスクロール形ポン
プに使用するのに適している静止および旋回スク
ロール要素を示す。第２１図の静止スクロール要
素７０は端板７１と内面７３に一体の、または内
面７３に固定されたインボリユート曲線状ラツプ
７２とから成る。ラツプ７２は、第１および２図
のラツプ１２と同様に、接触線７４から始まつて
接触線７５で終わり、１巻き半のインボリユート
曲線を形成している。ラツプ７２は外側フランク
面７６と内側フランク面７７と端面７８とを有す
る。端板７１の外面８０には中央ボス７９が設け
られている。液体ポート８１が端板７１とボス７
９を貫通して伸びている。

凹状移送通路８５が端板７１の内面７３に設け
られている。第２１図の上面図に示すように、移
送通路８５の主内側境界線８６は、静止スクロー
ル要素７０と旋回スクロール要素９０（第２３お
よび２４図）とがそのラツプのフランク面の間に
最大の４ケ所での接触を生じるように配向された
ときに、旋回スクロール要素９０のインボリユー
トラツプ９２の内側フランク面９５に形状が一致
するようになつている。したがつてこの主境界線
８６は、第１図の内側通路２４の境界線２７と同
様に、組み合されるスクロール要素のインボリユ
ートラツプの縁の部分的軌跡になつている。移送
通路８５のもう１つの主境界線すなわち外側主境
界線８７は内側境界線８６から半径方向外向きに
隔てられて境界線８６の輪郭に沿うような形状に
なつている。境界線８６と８７は融合半径８８を
介して接続されている。境界線８６と８７の間隔
はスクロール要素のインボリユートラツプの厚さ
の約２倍であることが好ましい。このように移送
通路８５は弧状のくぼみであつて、ラツプ７２の
終端に隣接するか、または少し離れていて、約45
〜90度の角度範囲の弧に沿つて伸びている。移送
通路８５はインボリユートラツプの外側に位置し
ているので、便宜上これを“外側”通路と呼ぶ。

第２３図と第２４図にそれぞれ上面図と断面図
を示す旋回スクロール要素９０は端板９１、内面
９３に一体の、または内面９３に固定されたイン
ボリユート曲線状ラツプ９２とから成る。ラツプ
９２は接触線７４から始まつて接触線７５で終わ
り、１巻き半のインボリユート曲線を形成してい
る。ラツプ９２は外側接触フランク面９４と、内
側フランク面９５と、接触端面９６とを有する。
静止スクロール要素の移送通路８５に対応する凹
状移送通路９７が端板９１の内面９３に設けられ
ている。第２３図の上面図に示すように、移送通
路９７の主内側境界線９８は、両スクロール要素
がそのラツプのフランク面の間に最大の４ケ所で
の接触を生じるように配向されたときに、静止ス
クロール要素７０のインボリユートラツプ７２の
内側フランク面７７の縁の部分的軌跡に形状が一
致するようになつている。移送通路９７の主外側
境界線９９は主内側境界線９８と同じ輪郭をして
おり、これらの境界線は融合半径１００によつて
接続されている。移送通路９７の形状と大きさは
静止スクロール部材の弧状凹状移送通路８５のそ
れらに一致している。

第２１−２４図に示すスクロール要素のポート
機構が実質的に脈動のないポンプ作用を実現する
様子を第２５−４０図を参照しながら詳細に説明
する。この場合はスクロール要素は液体を半径方
向外向きに移動させる。第５−２０図の場合と同
様に、第２５−４０図はポンプ作用の１サイクル
中におけるスクロール要素の種々の位置を示すも
のであつて、奇数番号の図は装置の中心線に垂直
な面で切つたラツプの断面図であり、それぞれに
続く偶数番号の図はラツプの対応する長さ方向断
面図である。第２５−４０図では、凹状移送通路
８５と９７の開閉状態を明示するために、スクロ
ール部材を切る長さ方向平面は凹状移送通路８５
および９７と交差するように図毎に中心線のまわ
りに回転させてある。

第２６図ではスクロール要素７０と９０が第６
図に示したものと同様にしてスクロール形ポンプ
に内蔵される様子が示されている。静止スクロー
ル要素７０は環状突起部材１０６を有するハウジ
ング板１０５に取り付けられている。環状突起部
材１０６は旋回スクロール部材の突起１０８の内
面９３に対する接触面１０７を形成している。こ
のようにして作られた、囲まれた領域の内部に周
辺液体領域１１０が形成されており、周辺領域１
１０と液体貯槽（図示されていない）との間に液
体導通路を形成するようにハウジング板１０５を
貫通するポート１０９（１つ以上のポートでもよ
い）が設けられている。以下に説明する動作で
は、液体は半径方向外向きに流れて、ポート１０
９はこのようにして作られた周辺吐出領域のため
の液体吐出ポートとして機能する。したがつて静
止スクロール部材のポート８１は入口マニホルド
である。第２５および２６図に示す位置にラツプ
があるときは、２つの閉じた外側ポケツト１１１
および１１２と中央ポケツト１１３とが存在す
る。

本発明のポート機構の動作は第２５−４０図に
詳細に示されている。サイクルの開始点を、各ポ
ケツト１１１，１１２および１１３が互いに遮断
された状態で、体積が増大し始める直前の最小体
積状態にある時点にとろう。第１−２０図を参照
しながら説明したポート機構の場合と同様に、フ
ランク摩耗を避けるためにラツプフランク面の間
にはたとえば約0.001〜0.005インチ（0.025〜
0.127mm）の僅かな間隙がつねにある。ここでも
弧状凹状移送通路が端板７１と９１に設けられて
いないものとまず仮定すると、旋回スクロールが
第２５および２６図に破線の矢印で示す向きに駆
動されたときに、ポケツト１１１と１１２の中の
液体が次第に増加していく圧力を受けることにな
ることがわかるであろう。この原因は、旋回スク
ロールラツプ９２が静止スクロールラツプ７２に
対して相対的に移動することによつて生じる開口
１１５および１１６（第２７図）が十分に大きく
ないために、ポケツト１１１と１１２から周辺領
域１１０に流れる液体の流量が十分には大きくな
れず、このためにポケツト１１１と１１２の中の
液体に過度の圧力が生じるということにある。こ
の結果、圧力の脈動が発生し、スクロールハード
ウエアが損傷を受けることがある。

しかし凹状移送通路８５と９７が存在する場合
は、ポケツト１１１，１１２および１１３が閉じ
たほぼ直後に、さらに別の液体流通路が生じる。
すなわち旋回スクロールラツプが静止スクロール
ラツプに対して相対的に移動することによつて生
じる通路１１５と１１６を移送通路８５と９７が
増大させ、これによつて、圧力の脈動の原因とな
る液体の不当な加圧が避けられる。

第２７−３２図からわかるように、旋回スクロ
ール部材がその旋回行程の3/8だけ完了するまで
に移送通路８５と９７は閉じてしまう。なぜなら
この時点までに液体通路１１５と１１６がほぼ最
大の状態になつているので、移送通路８５と９７
が通路１１５と１１６を増強する必要がもはやな
いからである。もちろん中央ポケツト１１３はポ
ケツト１１１と１１２の一部であつた部分を次第
に含むようになり、このために、中央ポケツト１
１３の中にさらに液体が取り入れられたときにポ
ケツト１１３の内部の液体圧力が十分に制御され
ることになる。図からわかるように、旋回行程が
進むにつれて、第２５および２６図に番号を付け
て示したポケツトの輪郭が次第にはつきりしなく
なり、ポケツト１１１および１１２の一部分が中
央ポケツト１１３と区別できないものになる。し
かし簡明化を目的として、第２５および２６図の
参照番号が第２７−４０図でも、またこれらの図
に関する説明でも使用されている。

ラツプ７２と９２の間の通路１１５と１１６
は、第３５および３６図に示すようにポンプ作用
がその１サイクルの4/3だけ終了した時点で実施
的に最大になる。このために移送通路８５と９７
は実質的に閉じた状態、すなわち作動しない状態
にあつてよい。１サイクルの最後の1/4の行程
（第３７−４０図）の間にポケツト１１１と１１
２の中に残つている少量の液体が周辺領域１１０
に移送され、そして１サイクルが完了した時点で
は通路１１５と１１６は閉じる。第３３−４０図
から明らかなように、施回ラツプが静止ラツプに
対して相対的に移動することによつて達成された
ポートの状態が脈動のない液体の流れと吐出を得
るのに十分な状態になつているために、移送通路
８５と９７は閉じたままの状態を続ける。１サイ
クルが完了すると、ポケツト１１１，１１２およ
び１１３は第２５図に示すように互いに遮断され
た状態になり、次のサイクルの始まる位置にあ
る。

本発明の液体ポート機構の動作に関する以上の
説明からわかるように、凹状液体移送通路の位置
と形状は、実質的に完全に遮断された３個の液体
ポケツトを形成するような位置に旋回インボリユ
ートラツプがその旋回サイクルの途中で達したほ
ぼ直後に凹状液体移送通路が開き、そして少なく
とも、旋回ラツプの移動によつて形成された、液
体吐出領域（中央部であれ周辺部であれ）の中に
液体を導通させるための液体通路がスクロール形
ポンプ内で相当大きい圧力脈動の発生を防止する
のに十分な大きさになるまでは凹状液体移送通路
が開いたままでいるような位置と形状になつてい
る。

スクロール形液体ポンプの多くの用途では、半
径方向外向きに液体が流れるように設計されたポ
ンプの方が半径方向内向きに液体が流れるように
設計されたポンプより好ましい。外向き流式ポン
プではポンプ内の液圧がスクロール部材を組み合
わされた状態に保持しようとするので、効率のよ
い動作が一般に得られる。さらに、もし希望する
ならば周辺領域のまわりに互いに隔てられた多重
ポートを設けることによつて、より大きい吐出ポ
ート手段を得ることができる。これらの要因は本
発明のポート機構を使用することによつて脈流の
一層効果的な減少または除去に寄与する。

第４１−４４図に示すようにスクロール要素の
端板に中央（内側）および周辺（外側）凹状移送
通路の両方を設けることも本発明の範囲に属す
る。第４１および４２図の静止スクロール要素１
２０は、第１および２図または第２１および２２
図のスクロール要素の場合と同様に、端板１２１
と１巻き半のインボリユート曲線の形をしたラツ
プ１２２とを有する。スクロール要素１２０は中
央ポート１２３と、第１図の通路２４と同じ形状
の中央部に位置する凹状移送通路１２４と、第２
１図の通路８５と同じ形状の周辺部に位置する凹
状移送通路１２５とを有する。同様に第４３およ
び４４図の旋回スクロール要素１３０は、第３お
よび４図または第２３および２４図のスクロール
要素の場合と同様に、端板１３１と１巻き半のイ
ンボリユート曲線の形をしたラツプ１３２とを有
する。スクロール要素１３０は第３図と第２３図
にそれぞれ示すものと大きさおよび形状が同じで
ある、中央部に位置する凹状移送通路１３３と周
辺部に位置する凹状移送通路１３４とを有する。

第４５〜６０図は、第２５〜４０図と同じ形式
の断面図であり、第４６図、第４８図等の偶数番
号のついた断面図を作るための長さ方向切断面は
移送通路の開く具合を明示するために回転させて
とつてある。第４１−４４図のスクロール要素を
内蔵するスクロール形液体ポンプは、液体を周辺
領域から半径方向内側向きに中央吐出領域の方に
流すのにも、あるいは中央部ポケツトから半径方
向外側向きに周辺吐出領域の方に流すのにも使用
できる。第４５−６０図に示した順序はこれらの
動作モードのうちの前者、すなわち半径方向内側
向きの動作モードを示している。しかし第４５−
６０を別の順序で眺めれば、後述するようにこれ
らの図は後者の動作モードすなわち半径方向外側
向きの動作モードにおけるポート機構の動作と見
ることもできる。したがつて第４５−６０図を両
方の動作モードを示すものとして使用するため
に、第１内側向きモードにおける液体の流れを示
す矢印は数字１の後にａ，ｂ，……，ｈの文字を
つけたものを円で囲むことによつて区別してあ
る。各文字はポンプ作用の１サイクル中の各段階
を順番に示すものであり、ａ，ｂ，ｃ，……の順
に施回行程がいままでの図の場合と同様に1/3ず
つ進行している。第２外側向きモードにおける流
れを示す矢印は数字２の後にａ，ｂ，……，ｈの
文字をつけたものを円で囲むことによつて区別し
てある。この場合も文字ａ，ｂ，ｃ……の順にポ
ンプ作用が進行しているが、後述するようにこの
場合はこれらの文字の順に図を探さなければなら
ない。

第４６図は第４１−４４図のスクロール部材を
第２６図の場合と同様に液体ポンプ中に組み込ん
だ状態を示しており、同じ要素には同じ参照番号
が使用されている。第４５図からわかるように、
外側ポケツト１３５および１３６と中央ポケツト
１３７とがちようど閉じた時点からサイクルが始
まるとしよう。

以下の説明は第１動作モード、すなわち液体が
半径方向内側向きに流れるモードに関するもので
ある。第４５−５６図を眺め、これらの図を第５
−１６図と比較することによつてわかるように、
中央部および周辺部凹状移送通路（１２４，１３
３，１２５および１３４）の両方を有する本発明
のポート機構は中央部移送通路だけを有するポー
ト機構と同様に動作する。すなわち第４１−４４
図の静止および旋回スクロールを有していて、液
体を半径方向内側向きに移動させるように動作す
る液体ポンプでは、中央部移送通路１２４と１３
３がラツプの移動によつて生じる中央部通路１４
０と１４１を増大させるように機能して、吐出ポ
ート１２３を通る流量を大きくし、脈流の生じな
い状態にする。ポンプ作用の最初の5/8サイクル
の間は、ラツプの移動によつて生じる周辺部通路
１４２と１４３が液体をスクロールの中に入れる
のに十分な大きさになつているので、周辺部移送
通路は不要であり、動作しないままでいる。しか
し旋回スクロール部材がその旋回動作の5/8サイ
クルから3/4サイクルの間を移動する間（第５５
−５８図参照）に、旋回スクロールラツプは周辺
部移送通路１２５と１３４を開くように移動し、
このために周辺部通路を通つて開いたポケツト１
４４と１４５の中に入る液体の流量が増加する。
開いたポケツト１４４と１４５はやがてはポケツ
ト１３５と１３６になる、その前段階のポケツト
である。このようにポケツト１４４と１４５の中
に入る液体の流量が増加することによつてスクロ
ールの中に液体が滑らかに流入し、したがつてス
クロールの中を通る流体の流量は一層一様にな
る。第５７図−６０図からわかるように、これら
の周辺部移送通路１２４と１８３はサイクルの完
了するまで開いたままの状態で動作し続ける。サ
イクルが完了した時点ではポケツト１３５と１３
６が第４５および４６図に示すように閉じてい
る。

本発明のポート機構が第２モード、すなわち液
体を半径方向外側向きに移動させるモードで機能
する場合のポート機構の動作順序を追つていくた
めには、第４５および４６図から始めて、次に第
５９および６０図から第４７および４８図まで逆
に図をたどつていかなければならない。周辺部移
送通路１２５と１３４は、第５９および６０図と
第５７および５８図とに示す吐出期間中は、第２
７−３０図に示した場合と同様に周辺部ラツプ通
路１４２と１４３を増大させる。この期間中は中
央部ポケツト１３７はポケツト１３５および１３
６と本質的に一つになつており、これらのポケツ
ト間の導通には何の問題も生じない。中央部ポケ
ツトの中へ流体が流れ込むにしたがつてポケツト
１３５，１３６および１３７が次第に区別を生
じ、中央部移送通路１２４と１３３とが存在する
ためにこれらの生成しつつあるポケツトの中に液
体が滑らかに流れ込み、そしてラツプのフランク
面の間に良好な線接触状態を維持するようにラツ
プに作用する液体圧力が増加する。このポケツト
１３５，１３６及び１３７に区別を生じた状態は
第５５および５６図から第４７および４８図まで
続き、そして中央部ラツプ通路１４０と１４１が
減少し続けると、開いた状態の中央部移送通路１
２４と１３３の役割は、滑らかで脈流のない液体
を入口ポート１２３および中央部ポケツト１３７
を介してポケツト１３５と１３６の中に導くため
に一層重要になつてくる。第４５および４６図に
示すようにこれらのポケツトが閉じると、スクロ
ールラツプは次のサイクルを開始する状態になつ
ていて、周辺移送通路１２５と１３４を再び開け
て液体を周辺領域１３８に吐出する状態になつて
いる。

第１−４図または第２１−２４図のスクロール
部材を半径方向内側向きまたは半径方向外側向き
のモードで作動させることは可能であるが、ほと
んどの用途、特に大形のスクロール形装置を比較
的高速度で運転する場合は、第４１−４４図に示
すような、中央部すなわち内側凹状移送通路と周
辺部すなわち外側凹状移送通路の両方を有するス
クロール部材を使用することが好ましい。

第６１図は本発明のスクロール要素とポート機
構とを内蔵するスクロール形液体ポンプの長さ方
向断面図である。図示したスクロール部材は第４
２−４４図に示したスクロール要素を内蔵するも
のであつて、ポンプ作用のサイクル中の第５１お
よび５２図に示す時点におけるものが第６１図に
は示されている。第６１図では、静止および旋回
スクロールの構成要素とこれらによつて形成され
るポケツトを指す参照番号は第４１−４４図と第
５１および５２図で使用したものと同じ番号が使
用されている。

第６１図のポンプは、静止スクロール要素１２
０が固定されている静止板１５１から成る静止ス
クロール部材１５０と、旋回スクロール要素１３
０が固定されている旋回板１５３から成る旋回ス
クロール部材１５２と、継手部材１５４と、全体
を参照番号１５５で示す駆動機構と、全体を番号
１５６で示すクランク軸アセンブリ手段と、油溜
め１５８、冷却フアン１５９およびカバー１６０
を含むハウジング１５７とから成る。

静止スクロール部材の静止板１５１の端部は周
辺部環状突起１６５と外向きに伸びたフランジ１
６６とになつていて、板１５１のこれらの部分は
装置のハウジングの一部を形成している。また静
止板１５１は液体通路１６８を形成する中央部柱
状突起１６７も有する。液体通路１６８は静止ス
クロールの中央ポート１２３に直結されていて、
この両者が、選択された動作モードにしたがつて
液体吸入口または液体吐出口として機能する液体
導管手段を構成している。静止スクロール要素１
２０のボス７９は突起１６７の中に伸びていて、
Ｏリング１６９によつて密封されている。中央部
柱状突起１６７の内側には液体導管（図示されて
いない）と係合するためのねじ１７０が形成され
ている。また静止板１５１の周辺部には少なくと
も１個の柱状突起１７５が設けられており、各周
辺部柱状突起１５７は周辺領域１３８と導通する
液体吸入口または液体吐出口１７６を形成してい
て、液体導管（図示されていない）と係合するた
めのねじ１７７が設けられている。

旋回スクロール部材の旋回板１５３の直径は、
旋回板１５３がつねにフランジ１６６の内縁より
先まで伸びているように十分に大きくなつてい
て、このために、もし希望するならば板１５３と
フランジ１６６との間にオイルシールリング１８
０を置いてスクロールポケツトを装置の他の部分
から遮断することができる。このようにすること
によつて作動流体を実質的に他の液体と混ざらな
い状態に維持したまま駆動機構および軸受を油潤
滑することができる。ポンプ作用を受ける液体自
体が潤滑剤として機能できるような用途では、オ
イルシールリング１８０はなくてもよい。

全体を番号１５７で示すハウジングは静止スク
ロール部材の環状突起１６５と、フランジ１６６
と、主ハウジング部分１８１とから成る。主ハウ
ジング部分１８１はフランジ１８２を有し、下部
の油溜めハウジング１８３と一体になつている。
ハウジング１５７は、複数個のボルト１８４と１
個のＯリングシール１８５とを用いて、フランジ
１６６および１８２を介してスクロール部材に固
定され、密封されている。

ポンプの動作の際には、２個のスクロール部材
の角度関係は一定に維持されなければならず、こ
れは継手部材１５４を用いて実現される。第６１
図の装置の実施例に示した継手部材は米国特許第
3994638号に記載されている継手部材と実質的に
は同じ（該特許の第１４図とその詳細な説明を参
照）である。第６１図からわかるように、継手部
材はリング１９０から成る。リング１９０の一方
の側面には向い合わせのキー１９１が設けられて
いて、これらのキー１９１はハウジングのフラン
ジ１８２の内面に設けられたキー溝１９２に摺動
係合している。継手リング１９０の他方の側面に
は第２対のキー（図示されていない）が向い合わ
せに設けられていて、旋回スクロール部材の板１
５３に設けられたキー溝（図示されていない）に
摺動係合している。適切な継手部材の別の実施例
はJohn E.McCulloughの名前で出願され、本出
願人に譲渡された1976年９月13日付米国特許出願
第722713号に記載され、特許請求されている。

旋回スクロール部材１５２は旋回板１５３に固
定された、あるいは旋回板１５３と一体の柱状軸
１９５を有する。旋回スクロール部材は、ハウジ
ングの外部にあつて圧縮機軸１９６を係合するモ
ータ（図示されていない）によつて駆動される。
軸１９６はオイルシール１９７を貫通してハウジ
ングの中まで伸びており、その端部はクランク板
１９８まで達している。クランク板１９８は軸１
９６に固定されるか、または軸１９６と一体にな
つている。軸１９６は軸ベアリング１９９とクラ
ンクベアリング２００によつてハウジングの中に
取り付けられている。

スクロール装置の駆動手段はJohn E.
McCulloughの名前で出願された上記米国特許出
願第761889号に記載されているものと同じであ
り、固定半径式クランク機構である。旋回スクロ
ール部材はベアリング取付台２０１を介して駆動
軸１９６に固定されている。取付台２０１は旋回
スクロール部材の遠心力を平衡させることを目的
としてつりあいおもり２０２を有している。ベア
リング取付台２０１はスナツプリング（図示され
ていない）によつて所定の位置に保持されたニー
ドルベアリング２０３を介して柱状軸１９５と係
合している。ベアリング取付台２０１と旋回スク
ロール部材の旋回スクロール板１５３の外面との
間にはスラスト軸受２０５がはさまれていて、こ
のベアリング２０５は両スクロール部材の端板と
ラツプ端面とを互に密着するように押し付け、所
望の軸方向密封を実現するための軸方向力付与手
段として作用する。スラストフエースベアリング
２０５は旋回スクロール部材１５２からの負荷を
クランクベアリング２００を介して実質的にハウ
ジングまで伝える。

主軸１９６とクランク板１９８と、ベアリング
取付台２０１と、つりあいおもり２０２とが本発
明のスクロール形ポンプの調節可能な固定半径式
駆動機構を構成する。前述したように、液体ポン
プで使用される液体の粘性は圧縮機または膨張機
で使用される気体の粘性より大きく、また液体ポ
ンプでは体積比は１に維持されるので、このため
にスクロールラツプのフランク面の間に僅かな間
隙がある状態で運転することが可能である。この
ために旋回スクロール部材を駆動するのに固定半
径式クランクを使用し、フランク面の間に所定の
間隙を設けておくことが可能である。したがつて
旋回スクロール部材をクランク板１９８に固定す
るときに、静止スクロール部材のラツプに対する
旋回スクロール部材のラツプの位置の調節が行な
われる。これはクランク板１９８に対するベアリ
ング取付台２０１／つりあいおもり２０２アセン
ブリの位置を、ピボツトピン２０６と、ベアリン
グ取付台２０１／つりあいおもり２０２アセンブ
リのスロツト２０８を通つてクランク板１９８の
ねじ部まで伸びている固定ねじ（好ましくは４
本）とを用いて調節することによつて行なわれ
る。この機構は出願特許第761889号の第７図に詳
細に示されている。その第７図に図示、説明され
ている実施例では、スロツト２０８の形状は、ベ
アリング取付台２０１／つりあいおもり２０２ア
センブリをねじ２０７を用いてクランク板１９８
に固定する前にこのアセンブリを小さい円弧に沿
つて移動させ得るような形状になつている。

第６１図は調節可能な固定半径式クランクを示
しているが、しかし調節可能ではない固定半径式
クランク、すなわち施回および静止スクロール部
材のラツプ間に望ましい間隙が形成されるように
ベアリング取付台２０１／つりあいおもり２０２
アセンブリがクランク板１９８に最初から永久的
に固定されるように設計および構成された固定半
径式クランクを使用することも可能である。その
ような構造の場合は、ベアリング取付台２０１／
つりあいおもり２０２アセンブリをクランク板１
９８に固定するのに米国出願特許第761889号の第
８図に示すようなねじを少なくとも２本用いれば
よい。

スクロール部材のラツプ間に間隙を残すことに
よつて、ラツプの摩耗は大幅に減少するか、また
は全然生じなくなり、ラツプの特別な機構が不要
になることがわかつた。運転の際にはスクロール
部材のフランク間の間隙は約0.001〜0.005インチ
（0.025〜0.127mm）に保たれることが好ましい。
ラツプ間に間隙を作る方法はいくつかある。その
１つの方法では、装置を組み立てる際に間隙に等
しい厚さの薄い金属製シムをラツプ間にはさんで
おき、固定ねじ２０７を締めた後でこのシムを除
く。また別の方法では、試行組立ての際にスクロ
ール部材の旋回半径を測定しておいて、駆動クラ
ンクアセンブリの施回半径を、この測定値から所
望のフランク間隙を差し引いた値に設定する。液
体ポンプの設計および寸法がいかなるもであれ、
どのような旋回半径（機械の軸線２１０と旋回ス
クロール部材の軸線２１１の間の距離に等しい）
が望ましいのかを決定するために装置を運転し、
次にラツプ間に線接触が生じる場合の旋回半径よ
り僅かに小さい旋回半径になるようにベアリング
取付台２０１を設定することが一般に好都合であ
る。

ラツプ間に最終的に残る間隙の実際の大きさ
は、液体ポンプの大きさとポンプ作用を受ける液
体の粘性とに少なくともある程度は依存するのが
普通である。一般に装置が大きいほど、そして液
体の粘性が高いほど、間隙を大きくすることがで
きる。

第６１図に示した装置の全体的説明の際に触れ
たように、装置のハウジングの下方部分１８３に
は油溜め１５８が設けられている。油溜め１５８
の中の潤滑油２１２は継手部材１５４に固定され
た少なくとも１本のオイルフインガ２１３によつ
て継手部材１５４とハウジング１５７の内部の
種々の軸および駆動ベアリングとに供給される。
オイルフインガの長さは、オイルフインガが周期
的に油２１２の中に浸つて、次にもち上げられて
油をハウジング内部の上方に向けてとばすような
長さになつており、これによつて油はハウジング
の中を循環して再び油溜めの中に戻る。クランク
板とベアリング取付台とを囲むハウジング空胴２
１５の中に直接とばされた油の一部を軸ベアリン
グ１９９に導くための油通路２１４が設けられて
いる。ポンプ作用を受ける液体自体が潤滑剤とし
て機能できて、そのためにオイル−シーリング１
８０が設けられていない場合は、ハウジングの内
部全体に普通は液体が満たされるので、オイルフ
インガを設ける必要はない。

たとえば高温の液体を汲み上げるというような
作動条件のもとでは、ポンプハウジングを空冷
し、ハウジングを介してポンプの要素と循環潤滑
油を冷却する手段を設けることが好ましい。その
ような手段が第６１図に示されている。ダクトカ
バー２１７まで続く空気ダクト２１６が装置のハ
ウジングのまわりに取り付けられていて、複数個
のハウジングフイン部材２１８の駆動側端部上に
支持されている。冷却空気はフアン１５９によつ
て空気ダクトの中を循環させられる。フアン１５
９はプーリ２２２の外周部のベルトに接触するリ
ム２２０と内周部の軸に係合するリング２２１と
の間に取り付けられた複数個のフアン羽根２１９
から成る。プーリ２２２は軸１９６のキー溝２２
４と係合するキー２２３を介して主軸１９６に取
り付けられている。ダクトカバー２１７はハウジ
ングフイン部材２１８のスクロール部材側端部に
固定されていて、スクロール部材側端部の一部だ
けを覆つている。このために一連の空気吐出開口
２２５が覆われずに残つて、フアン１５９によつ
て導入された空気が装置ハウジングの周囲を駆動
側端部からスクロール部材側端部まで循環させら
れて、開口２２５を通つて吐出される。

第１−４図に示す静止および旋回スクロール要
素を有する液体ポンプが第６１図に示す形に構成
された。密封リング１８０と、オイルフインガ２
１３と、ハウジング冷却手段は省略された。この
ポンプは900rpmで運転され、SAE20ハイドロ−
リツクオイルを、ほぼ同じ容量をもつ歯車ポンプ
の場合とほぼ同じ効率で汲み上げることがわかつ
た。このポンプは静かに動作し、圧力の脈動は生
じなかつた。

ポンプを運転する場合に、ポンプ作用を受ける
液体の中にポンプ自体を浸しておくことが望まし
いことがある。従来はそのようなポンプに対する
需要はそれほど大きくはなかつたが、近年は自動
車または他の軽質の燃料を使用する自己推進形乗
物の燃料タンクの中に浸けておく小形ポンプに対
する要求が高まりつつある。そのようなポンプ
は、効率を上げるためには、ガソリンまたはデイ
ーゼルオイルのような汲み上げられる燃料の中に
ポンプ全体を浸せるものでなければならない。こ
のような特徴を有するポンプに対する要求が最近
高まつてきた背景には、放出制御装置の装着に対
する要求がある。この放出制御装置を使用する
と、これまで燃料ポンプが置かれていたフードの
下側の温度が上昇する。温度が上昇すると、燃料
ポンプを詰まらせる蒸気が発生するが、この問題
は、燃料ポンプを燃料タンク中に置いて過度の温
度から隔離し、燃料ポンプを高圧燃料配管を介し
てエンジンに接続することによつて容易に解決さ
れる。

自動車の燃料タンクの中にポンプを置いて使用
するということは、液体に浸すことのできるポン
プにどのような使用方法にも劣らぬ厳しい要求を
課すことになるので、本発明のポンプについての
以下の詳細な説明はそのような用途に使用される
場合を想定しているものとする。しかし本発明の
ポンプは燃料油以外の液体に対しても使用でき、
汲み上げられる液体の中以外の環境でも動作可能
であり、そしてたとえば自動車の燃料タンクの中
に置く場合にポンプに課せられる大きさの拘束に
合致するものよりずつと大きいというようなどん
な大きさにもできることは理解されるであろう。

さらに、エンジンの作動効率を高めることを目
的として電子的に制御される燃料計量システムが
開発されたことにより、燃料ポンプにはさらに新
たに要求が課せられることになつた。従来タンク
内設置方式に使用されてきた簡単な遠心ポンプで
は容易に発生できないほど高い燃料吐出圧力をこ
の計量システムは必要とする。

乗用車で使用するために燃料タンクポンプが満
たさなければならぬ諸要求の中には、長時間、た
とえば2000時間にわたつて保守をしなくても効率
良く信頼のおける動作をすること、１時間当り
185ポンドすなわち約31ガロン（84Kgすなわち約
120）の燃料を12psig（ゲージ圧0.8Kg／cm²）の
圧力で吐出できること、最大電流6.3Aの12V直流
モータで作動すること、タンクが空になつても最
低10分間は稼動することがある。さらにこのポン
プは自己始動式であり、騒音、振動、出力流の振
動が最小になるように作動し、そして自動車の燃
料タンクの開口を通り抜ける大きさでなければな
らぬ。ということはポンプの最大直径が１７／８イン チ（4.76cm）を越えてはならないということであ
る。またポンプの製作コストは低くなけばならな
い。一般に使用されている形式のポンプ−すなわ
ち遠心式または従来の容積形ポンプ−はおそらく
これらの諸要求のすべてには合致しないことはす
ぐにわかるであろう。したがつてこの日的のため
に他の形式のポンプに目を向ける必要がある。ス
クロール形液体ポンプは上に掲げたすべての要求
を満たし、さらに非常に重要な利点をもたらすこ
とがわかつた。

汲み上げられる燃料の中に浸すのに適した本発
明のスクロール形液体ポンプの１つの実施例を第
６２図に長さ方向断面図の形で示す。このポンプ
は主ハウジング２４０と、液体吸入口２４１と、
液体吐出口２４２と、スクロール形ポンプ手段２
４３と、継手手段２４４と、旋回スクロール駆動
手段２４５と、モータ手段２４６と、軸方向荷重
支持手段２４７とから成る。液浸形ポンプに関す
る以下の詳細な説明では、最初にモータと液体吐
出口について説明する方が好都合であろう。とい
うのはポンプのこれらの要素は多かれ少なかれ従
来通りの設計になつているからである。モータ手
段２４６は電気モータであつて電機子２４８と、
ベアリングハウジング５２１（後述）と吐出端ブ
ロツク２５３のスカート２５２との間で中央ハウ
ジング部分２５０の中に位置し、保持されている
固定子磁石２４９とから成る。電機子２４８は駆
動軸２５４上に取り付けられていて、また正面形
整流子２５５も駆動軸２５４上に取り付けられて
いる。整流子２５５は炭素ブラシ２５６に接触し
ており、ブラシには、ポンプハウジングから外向
きに伸びる、向い合わせに置かれたねじ端子（第
６３図も参照）２５７を介して電気的接続が形成
されている。

液体吐出口２４２は吐出端ブロツク２５３の中
の吐出導管２５８から成る。ポンプが作動してい
ないときおよび始動時にポンプの中を液体が逆流
するのを防止するために、吐出導管２５８の中に
は逆止弁２５９が設けられている。第６２図に示
す逆止弁２５９は球２６０を有し、この球２６０
は環状リング支持体２６２上に支持された弾性体
リング２６１上に載せられて、ポート付き板２６
４によつて導管２５８の中に保持されたばね２６
３によつて保持されている。もちろんばね２６３
の強さは、自動車のガソリンタンク中の燃料ポン
プに対する所定の液体圧力、たとえば約1psig
（ゲージ圧0.07Kg／cm²）を受けると弁２５９が開
くような強さになつている。圧力リリーフ弁２６
５も設けられている。リリーフ弁２６５は第６２
図で吐出弁２５９と同様な構造に図示されてい
る。すなわち球２６６と、座リング２６７と、リ
ング支持体２６８と、ばね２６９と、ポート付き
ばね保持板２７０とから成る。ばね２６９の強さ
は、ハウジング内部の圧力が所定の最大液圧、た
とえば12psig（ゲージ圧0.84Kg／cm²）に達するま
ではリリーフ弁２６５を閉じた状態に維持するよ
うに選ばれている。第６２図に示した吐出および
リリーフ弁２５９と２６５はたんなる一例であつ
て、他にも適切な形状のものであればどんな弁手
段を使用することも本発明の範囲にもちろん属す
る。

駆動軸２５４の端部は吐出端ブロツク２５３の
中央のくぼみ２７１ａの内部にあり、駆動軸２５
４は軸ベアリング２７１によつて支持されるとと
もに、位置決めされている。旋回要素の偏心のた
めにポンプの軸線に垂直な方向に生じる力を打ち
消すために、主つりあいおもり２７２が軸２５４
上に取り付けられている。主つりあいおもり２７
２によつて発生するモーメントを打ち消すことに
よつて完全な動的平衡を達成するためには、副つ
りあいおもり手段を設ける必要がある。第６２図
に示す実施例ではこの副つりあいおもりは正面形
整流子２５５の中に適切に位置するおもりを内蔵
させるか、あるいは電機子２４８の中に適切にお
もりを分散させるかすることによつて設けられ
る。

第６４図と第６５図はポンプの吐出端ブロツク
と、モータへの電気的接続を形成するための手段
との別の実施例を示すものである。吐出端ブロツ
ク２７３は階段状の形状をしていて、その端部は
ポンプの内部で密封リング２７５を介して中央ハ
ウジング部分２５０に対して密封されているスカ
ート状リング部分２７４の形になつている。リン
グ２７４は磁石２４９をポンプ内部に保持するよ
うに機能する。整流子２７７と接触する炭素ブラ
シ２７６は、端子２７９と接続されるように吐出
端ブロツク２７３を貫通して伸びる、向い合わせ
に置かれたブラシ保持具２７８によつて保持され
ている。駆動軸２５４の端部はくぼみ２８０の中
にあつて、駆動軸２５４はベアリング２８１によ
つて位置決めされ、支持されている。

第６４図の実施例では独立した副つりあいおも
り２８２が軸２５４上に取り付けられている。第
６５図に示す上面図からわかるように、第６２図
および第６３図を参照しながら説明したものと同
様な構造の、弁制御された吐出導管２８３と圧力
リリーフ弁２８４とが第６４図の実施例に対して
も設けられている。

第６２図ではポンプ内での液体の流れを矢印で
示してある。液体は吸入口２４１から入り、スク
ロール形ポンプ２４３によつてポンプ作用を受け
てスクロール形ポンプ室２８５からハウジング２
４０によつて形成されたモータ室２８６の中に入
り、モータの周囲を流れ、弁２５９を通つて外へ
出る。ポンプ作用を受けた液体はこのようにポン
プの構成要素のための潤滑剤および冷却剤として
機能する。

スクロール形ポンプと、ポート機構と、軸方向
荷重支持手段と、継手手段とスクロール形ポンプ
の駆動手段とは第６７−７７図に詳細に図示され
ており、これらの図では同じ要素には同じ参照番
号が付けられている。

第６６図からわかるように、スクロール形ポン
プ２４３は静止スクロール部材２８７と旋回スク
ロール部材２８８とから成る。静止スクロール部
材２８７は端板２８９と、端板２８９の内面すな
わち向い合う面２９１と一体になつているか、ま
たは内面２９１上の別個の部材に取り付けられて
いるインボリユート曲線状ラツプ２９０とから成
る（たとえば米国特許第3994635号参照）。端板２
８９の周囲には一様な間隔で隔てられたキー溝２
９２が設けられていて、ベアリングハウジング部
分２５１の内壁に固定されたキー２９３（第６６
図参照）と係合して、静止スクロール部材をポン
プ内に固定された状態に維持する。

静止スクロール部材の端板２８９はポンプハウ
ジングの吸入口側端面として機能して、端板２８
９の中央ポート２９６を介してスクロール形ポン
プの中央部領域に液体を導通させ得る形の吸入導
管２９５を形成する中央ボス２９４（第６６図）
有している。第６７図からわかるように、静止ス
クロール要素２８７は、第４１図の凹状通路１２
４と１２５に形状および機能の点でそれぞれ対応
している。内側凹状液体移送通路２９６と外側凹
状液体移送通路２９７とを有する。この実施例で
は中央ポートと内側凹状液体移送通路とは一つの
同じものになつている。別の実施例として静止ス
クロール部材２８７の中央ポートの形状を円形に
して、内側凹状液体通路の形状は第４１図に示し
たものと同じにすることもできる。

第６７図からわかるように、旋回スクロール部
材２８８は静止スクロール部材２８７と同じ形状
をしている。旋回スクロール部材２８８は端板２
９８と、端板２９８の内面３００に固定された、
または内面３００と一体になつたインボリユート
曲線状ラツプ２９９とから成る。ラツプ２９９は
外側フランク面３０１と、内側フランク面３０２
と端面３０３とを有する。第６７図からわかるよ
うに旋回スクロール要素２８８は、第４３および
４４図に示した凹状通路１３８および１３４に形
状および機能の点で対応している内側凹状液体移
送通路３０４と外側凹状液体移送通路３０５とを
有する。

第６２図のスクロール形ポンプの動作はこれま
でに説明してきたものと同じであり、旋回スクロ
ール部材２８８を駆動することによつて移動ポケ
ツト３０６，３０７および３０８（第６６図）が
形成される。これらのポケツトの体積およびポケ
ツト間の液体の導通状態が変化することによつて
液体がポンプの中を移動する。第６６図からわか
るように、ポンプの周辺部吐出領域３０９はスク
ロールインボリユートラツプを囲んで、さらに施
回スクロール部材の端板の周囲まで伸びている。

液体の粘性は気体のそれよりずつと大きく、ま
たポンプ内の体積比は１以上というよりむしろ１
に等しいのであるから、両方のラツプのそれぞれ
の接触面３３７および３０３の部分におけるポケ
ツト間の効果的な半径方向密封は特に厳しくする
必要はない。ポンプの動作に関する以下の説明で
詳細に触れるように、ポンプを流れる液体の背圧
はラツプと端板を接触する方向に押し付けるのに
必要な軸方向力を生じるのに十分な大きさであ
る。さらにポンプの中を半径方向外向きに流れる
液体は、両スクロール部材のラツプのフランク面
が移動線接触を生じているときに、両フランクを
密封方向に互いに押し付けるような液圧をポンプ
の内部に生じる。この液侵形ポンプを脈動のない
状態で作動させるのは、第４１−６０図のスクロ
ール要素に関して説明したのと同様にして達成さ
れる。

駆動手段と、軸方向圧縮荷重支持手段と、継手
手段とは第６６−６８図に示されている。これら
の図面に示した実施例では、軸方向圧縮荷重支持
手段は全体を番号３１２で示すスラスト玉軸受か
ら成る。スラスト玉軸受３１２は、複数個の玉軸
受３１３が玉３１３を受ける形の等間隔に隔てら
れた穴３１６を有する２板の平行な玉保持リング
３１４と３１５によつて所望の間隔に隔てられて
保持されている形になつている。保持リング３１
４と３１５は玉３１３の表面と接触することによ
つて隔てられた状態に保持され、このために両者
の間には複数個の半径方向液体通路３１７が形成
されており、液体が周辺部吐出領域３０９からの
通路３１７を通つてスクロール形ポンプ室２８５
の中に流入する。スクロール部材に作用する主負
荷は液体吐出圧によつて生じる圧縮負荷であり、
この負荷は軸方向荷重支持手段としてのスラスト
玉軸受３１２によつて支持される。したがつてス
クロール部材の摩耗は最小になり、ポンプの寿命
が長くなる。軸方向荷重支持手段がスクロール部
材の摩耗を最小に抑えることができるために、本
発明のポンプは相当高い吐出圧力状態で運転する
ことができ、このためにスクロールの良好な密封
が得られて、効率が高く、消費動力が最小の運転
が可能である。

運転の際には２つのスクロール部材２８７と２
８８の角度関係は一定に維持しなければならな
い。これは第６６図に全体を番号２４４で示す継
手部材を使用することによつて達成される。第６
６図と第６８に示す継手部材２４４は実質的には
米国特許第3994633号に記載されている継手部材
（該特許の第１４図とその説明を参照）と同じで
ある。第６６図と第６８図からわかるように、継
手部材は一方の側面上に向い合わせに置かれたキ
ー３１９を有するリング３１８から成り、これら
のキー３１９はベアリングハウジング２５１の環
状部分３２１の内面に設けられたキー溝３２０と
摺動係合している。（第６６図に示す長さ方向断
面図は第６８図に示す角度の付いた面６６−６６
で切断したものであるから、２組の向い合わせに
設けられたキー３１９およびキー溝３２０のうち
の一方の組だけしか第６６図には図示されていな
い（第６２図を参照）ことを理解されたい。）キ
ー３１９から90度ずれた向きの第２対のキー３２
２が継手リング３１８の反対側の側面上に向い合
わせに設けられていて、旋回スクロール部材２８
８の端板２９８に設けられたキー溝３２３と摺動
係合している。継手部材２４４はポンプの始動時
に旋回スクロール部材に初期軸方向予荷重をかけ
るためのばねとして機能する。

第７２−７７図と関連させて後述するように、
軸方向荷重支持手段と継手手段の機能を１つの装
置構成要素の中に結合させてしまうことも可能で
ある。

旋回スクロール部材駆動手段は第６６図と第６
８図に詳細に示されている。第６６図からわかる
ように、駆動軸２５４は軸ベアリングハウジング
３２５の中に保持された主軸ベアリング３２４に
よつて支持されている。軸ベアリングハウジング
３２５は外部環状リング部分３２１と内部ベアリ
ングハウジング３２６と内部環状リング部分３２
７とを介して外部主ベアリングハウジング２５１
と一体になつている。駆動軸２５４の端部は平担
な短軸３２８になつていて、この短軸３２８が旋
回スクロール駆動ヨーク３３０のキー溝３２９
（第６８図）と係合している。このような構造に
することによつて、旋回スクロール部材は遠心力
と液圧とに押されて、そのインボリユートラツプ
が静止スクロール部材のインボリユートラツプと
接触する位置まで、外側向きに移動させられる。
この移動した位置では、ヨーク３３０の中心３３
１は旋回スクロール部材の旋回半径に等しい距離
だけ駆動軸２５４の中心３３２から離れている。
駆動ヨーク３３０は旋回スクール部材２８８の外
面３３５と一体になつたスクロール駆動ベアリン
グ支持リング３３４の中に支持されたスクロール
駆動ベアリング３３３の中に取り付けられてい
る。

ポンプが空運転の状態になつたとき、すなわち
普通ならばポンプが浸たされている液体がすべて
汲み上げられてしまつたときにスクロール駆動ベ
アリング３３３から熱を逃すための全金属製通路
（駆動ヨーク３３０と短軸３２８と駆動軸２５
４）をこのスクロール駆動手段は形成している。
この駆動機構はベアリングを設けることによつて
摩擦損失を最小にする設計になつており、また旋
回スクロール部材にかかる転覆モーメントとモー
タベアリングにかかる負荷を最小にする設計にな
つている。このような構造のために、ポンプは空
運転に耐えるとともに、効率は高く、寿命は長
い。

第６６図と第６８図からわかるように、外側環
状ベアリングハウジングリング３２１は多数の等
間隔に隔てられた液体ポート３３６を有してお
り、このために液体が周辺部吐出領域３０９から
スクロールポンプ室２８５を通つてモータ室２８
６の中に流入できる。

第６９−７１図はポンプの吸入口／スクロール
式ポンプ側端部の部分的長さ方向断面図であつ
て、独立した継手手段を内蔵するポンプの中にお
ける軸方向荷重支持手段のさらに別の３個の実施
例を示している。第６９図の実施例では、スクロ
ール部材２８７および２８８自身が軸方向荷重支
持手段として機能している。すなち静止スクロー
ル部材および旋回スクロール部材のラツプ２９０
および２９９のそれぞれの接触端面３３７および
３０３が、組み合わされた相手のスクロール部材
の端板の向い合う面、すなわち旋回端板２９８の
面３００および静止端板２８９の面２９１にそれ
ぞれ接触するときに、接触端面３３７および３０
３が荷重を支持するというものである。第６９図
の実施例は中程度の吐出圧力を必要とするポンプ
に一般に適している。

第７０図に示す軸方向荷重支持手段は複数個の
半径方向通路３３９が貫通している環状スラスト
軸受３３８から成る。スラスト軸受３３８の平担
面３４０と３４１は静止および旋回スクロール部
材の向い合つた面２９１および３００に接触して
おり、これによつてポンプの中の圧力のかかつた
液体の軸方向圧縮荷重をこのスラスト軸受に伝え
るようになつている。このスラスト軸受は有機合
成プラスチツク、たとえばポリイミドで作られて
いて、スクロール部材がやはり有機合成プラスチ
ツクで作られているポンプの中で使用されること
が好ましい。

第７１図の実施例は第７０図の実施例の修正形
であつて、環状スラスト軸受が使用されてはいる
が、このスラスト軸受は静止スクロール部材２８
７の内面２９１と一体になつた環状リング突起３
４２の形に作られている。吐出領域３０９とポン
プ室２８５との間に必要な液体の導通を生じさせ
るために多数の間隔をあけて配置された半径方向
通路３４３がリング突起３４２に設けられてい
る。軸方向荷重は旋回スクロール端板の面３００
と接触している平担面３４４によつて支持され
る。

第７２−７４図は軸方向荷重支持手段が継手手
段としても機能するという形の、本発明のポンプ
の修正形を示す。荷重支持手段は、静止および旋
回スクロール部材の端板の表面２９１および３０
０にそれぞれ設けられた円形のくぼみ３４６およ
び３４７の内部で円運動するようになつている。
複数個の等間隔に隔てられた球３４５から成る。
球３４５は貫通孔３４９を有する球保持器リング
３４８によつて半径方向および円周方向位置が維
持されている。第７３図はスクロール要素がその
旋回サイクルのある一時点にあるときのくぼみ３
４６および３４７の相対的位置を略図で示したも
のである。この図からわかるように、静止および
旋回スクロール部材のくぼみ３４６および３４７
の中心は同じ半径の円周上にあつて、両スクロー
ル部材の接線がすべて平行になるような１サイク
ル中の時点では軸方向に一致する。

球の直径Ｄ_sおよび旋回スクロール部材の旋回
半径Ｒ_pに対するくぼみ３４６および３４７の大
きさが第７４図に略示されている。球３４５は、
１旋回サイクル中に、第７４Ａ図に示す中央位置
からあらゆる方向に旋回半径の半分、すなわちＲ
_p／２に等しい距離だけ走行できなければならな
い。したがつてもしくぼみ３４６（または３４
７）の深さが球の半径Ｒ_Sに等しくなつていれ
ば、くぼみの直径Ｄ_IはＤ_S＋Ｒ_Oでなければなら
ない。しかしくぼみ３４６の深さはＲ_Sより小さ
いので、Ｄ_IもＤ_S＋Ｒ_Oより僅かに小さくしなけ
ればならないことになる。第７４Ａ図はくぼみの
一断面形状を示し、第７４Ｂ図は上面図を示す。
しかし適当な直径を有するくぼみを、縁が面取り
され、側部が直線状のくぼみの形に切ることも本
発明の範囲に属する。

第７４Ｃ図はくぼみと保持器リングの拡大断面
図であつて、旋回スクロール部材の端板２９８
（およびそれに固定されたインボリユートラツ
プ）が静止スクロール部材に対して所望の角度関
係に維持されたまま静止スクロール部材の内部で
自由に旋回する様子を示そうとするものである。
球３４５はスクロール部材にかかる軸方向圧縮荷
重を支持するという点では第６６図の多重スラス
ト玉軸受と同じ役割をしており、したがつて第７
２−７４図に示すポンプの実施例は第６６図の実
施例の場合と同じようにすぐれた動作性能を有す
る。独立した継手部材がない場合は、始動時にス
クロールに軸方向予荷重をかけておくために、駆
動ヨーク３３０と軸２５４の肩との間にばね座金
３５０が置かれる。

第７５−７７図は継手手段が荷重支持手段とし
ても機能する、本発明のポンプの修正形を示す。
全体を番号３５１で示す継手手段は静止および旋
回スクロール部材の端板２８９と２９８の間に置
かれている。継手部材は環状リング３５２になつ
ていて、この環状リング３５２は、旋回端板２９
８の面３００に設けられたキー溝３５４に摺動係
合する２個の向い合わせに配置されたキー３５３
と、静止端板２８９の面２９１に設けられたキー
溝３５６に摺動係合する２個の向い合わせに配置
された、キー３５３に対して直角な方向に向いて
いるキー３５５とを有する。第７６図と第７７図
とからわかるように、継手部材は一連の等間隔に
配置された支持台３５７を有する。支持台３５７
の平担面３５８および３５９は向い合わせのスク
ロール端板の面２９１および３００と係合して、
軸方向圧縮荷重支持手段として機能する。また継
手部材には複数個の液体通路３６０が設けられて
いる。第７２図の修正形の場合と同様に始動時に
軸方向予荷重を生じさせるための座金３５０が設
けられている。

第７８−８０図に示すポンプの実施例では、軸
方向圧縮荷重支持手段および継手手段のキーとし
て球状部材が用いられている。継手部材は第７５
−７７図の継手リング３５１の場合と同様に支持
台３６２と液体通路３６３とを有する形状の環状
リング３６１から成る。しかし継手リング上には
キーがない。旋回端板２９８の面３００に向い合
う、各支持台３６２の面３６５には溝３６４が設
けられている。支持台の溝３６４に形状および軸
方向が対応する溝３６６が端板の面３００に設け
られている。向い合つた溝３６４および３６６か
ら成る各対の内部には荷重支持用の球３６７（ベ
アリング部材）が置かれて、継手運動を受ける。
対になつた溝の深さの和は球３６７の直径より僅
かに小さい。溝３６４および３６６の縁から縁ま
での長さはＤ＋Ｒ_O（Ｄは球３６７の直径）に等
しいかまたはこれより小さい。同様にして支持台
３６２の面３７０と、これに向い合う、静止スク
ロール部材の端板２８９の面２９１とに溝３６８
と３６９（第７９および８０図）が設けられてい
て、これらの対になつた溝の各々の中で球３７１
が継手運動を受けるように位置している。溝３６
８と３６９の長さ方向軸は溝３６４および３６６
の軸を90度回転させた方向になつている。したが
つて球３６７と３７１はスクロール部材に作用す
る軸方向圧縮荷重を支持するとともに、球が入れ
られている対になつた溝の軸に沿う拘束された運
動によつて、旋回および静止スクロール部材の間
の所望の角度関係を維持する。

第８１−８８図に示す軸方向荷重支持兼継手手
段は第７８−８０図に示した手段の修正形であつ
て、荷重支持兼継手手段として球の代わりにロー
ラを使用している。継手部材は第７８−８０図の
ものと全体に同じ形状であつて、周囲に等間隔に
配置された支持台と液体通路３６３とを有する環
状リング３６１になつている。互いに90度ずつ隔
てられた４個の支持台３７２には継手手段が組み
合わされている。残りの支持台３７３は軸方向荷
重支持手段としてのみ機能する。支持台３７２
の、旋回端板２９８の面３００に向い合う面３７
４には溝３７５が設けられている。面３００にも
同様に４個の対応する溝３７６が設けられてい
て、両者の２個の溝によつて形成された閉じた軌
道の中をローラ３７７が走行できるようになつて
いる。溝３７５と３７６の深さの和はローラの直
径より僅かに小さく、ローラの走行距離は旋回半
径（Ｒ_O）に等しい。支持台３７２の、静止スク
ロール部材の端板２８９の面２９１に向い合う面
３７９にも溝３７８が設けられている。同様に面
２９１にも溝３７８に対応する４個の溝３８０が
設けられている。第８１図と第８３図に示すよう
に溝３７８と３８０の向きと溝３７５と３７６の
向きとの関係は、溝３７８と３８０の中を走行す
るローラ３８１の軸線がローラ３７７の軸線と90
度の角度をなすような関係になつている。第７８
および７９図の球３６７および３７１の場合と同
様に、第８１および８２図に示す修正形のローラ
は軸方向荷重支持機能と継手機能の両方を有す
る。

本発明のポンプの使用法を第８４図に示す。ポ
ンプはたとえば自動車の燃料タンクのようなタン
ク３８３の中に入つている、汲み上げられる液体
３８２の中に浸たされている。ポンプの吐出口２
４２に固定された高圧配管３８４はタンク３８３
に設けられた適当な出口３８５から外に出て、所
望の液体受容器、たとえば自動車の気化器に接続
されるようになつている。同様にねじ端子２５７
に接続されたシールド電線３８６が出口３８５を
通つて外に出て、電源に接続されるようになつて
いる。フイルタ３８７がポンプの吸入手段２４１
に取付けられていて、液体の中に存在する、また
はタンクの底にたまつている屑をろ過するように
なつている。

本発明に従つて構成されたポンプは自己起動形
であり、比較的長時間、たとえば10分またはそれ
以上にてたる空運転状態が続いても性能が損われ
ない。このポンプは運転時の騒音、振動および出
力流の振動が最小であり、また塵が入つても駆動
装置の半径方向コンプライアンスのために永久的
損傷が生じることはない。スクロール部材の中を
流れる液体の方向によつてスクロールラツプのフ
ランク間の密封と半径方向密封とが自動的に生じ
る。したがつて本発明のポンプでは半径方向密封
手段をさらに付け加えたり、旋回スクロール部材
に作用する遠心力を打ち消すための手段を設けた
りする必要はない。

第６２図に矢印で示すポンプ内の液体の独特な
流れ模様によつてポンプのすべての構成要素は完
全に自動的に潤滑され、そして液体吐出手段に組
み合わされた簡単な一方向弁と圧力リリーフ弁以
外は弁手段を必要としない。

本発明のポンプは自動車の燃料タンクの中に置
くのに特に適している。すなわちこのポンプは自
動車の燃料タンクの入口から挿入できるほど小さ
く（ポンプの最大直径は１７／８（4.76cm）である）、 そしてポンプの吐出容量は12psig（ゲージ圧
0.844Kg／cm²）の圧力で燃料を１時間当り少なく
とも185ポンド（84Kg）吐出できる。さらにスク
ロール形ポンプの構成要素は適当な耐摩耗性の有
機台成プラスチツクによつて（たとえば成形によ
つて）作ることができ、その他のポンプ構成要素
も同様なプラスチツクまたは金属で作ることがで
きるので、このような液浸形燃料ポンプに対する
低コストという要求に合致し得る。

最初に掲げた目的は効果的に達成された。また
上述の構造を本発明の範囲から離れることなくあ
る程度変更できるので、以上の説明および添付図
面に示された事柄はすべてたんなる一例であつ
て、本発明はこれだけに限られるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明に従つて構成さ
れた静止スクロール要素の一実施例で、液体流が
内側に向うスクロール形液体ポンプの中で使用す
るのに特に適しているものの上面図および断面図
である。第３図および第４図は、第１図および第
２図の静止スクロール要素と組み合わせて使用す
るための旋回スクロール要素の上面図および断面
図である。第５図〜第２０図は、第１図〜第４図
の実施例の静止および旋回スクロール要素の横方
向断面図と長さ方向断面図とを交互に示したもの
であり、この実施例の中央部に位置する吐出ポー
トの動作を示している。第２１図および第２２図
は、本発明に従つて構成された静止スクロール要
素の別の実施例で、液体流が外側に向うスクロー
ル形液体ポンプの中で使用するのに特に適してい
るものの上面図および断面図である。第２３図お
よび第２４図は、第２１図および第２２図の静止
スクロール要素と組み合わせて使用するための旋
回スクロール要素の上面図および断面図である。
第２５図〜第４０図は、第２１図〜第２４図の実
施例の静止および旋回スクロール要素の横方向断
面図と長さ方向断面図とを交互に示したものであ
り、この実施例の周辺部に位置する吐出ポートの
動作を示している。第４１図および第４２図は、
本発明に従つて構成された静止スクロール要素の
さらに別の実施例で、中央部および周辺部吐出ポ
ートの両方を有し、液体が内側向きにも外側向き
に流れ得るものの上面図および断面図である。第
４３図および第４４図は、４１図および第４２図
の静止スクロール要素と組み合わせて使用するた
めの旋回スクロール要素の上面図および断面図で
ある。第４５図〜６０図は、第４１図〜第４４図
の実施例の静止および旋回スクロール要素の横方
向断面図と長さ方向断面図とを交互に示したもの
であり、液体が内側向きまたは外側向きに流れる
ときこの実施例の吐出ポートの動作を示してい
る。第６１図は、本発明に従つて構成されたスク
ロール形液体ポンプの長さ方向断面図である。第
６２図は、本発明に従つて構成されたスクロール
形液体ポンプで、ポンプを燃料の中に浸けてしま
う自動車用燃料ポンプとして特に適するものの長
さ方向拡大断面図である。第６３図は第６２図の
ポンプの吐出端の平面図である。第６４図は第６
２図のポンプの修正形の部分的長さ方向断面図で
あり、モータとの電気的接続を形成するための別
の手段と、副つりあいおもりを形成するための別
の手段とを示している。第６５図は第６４図のポ
ンプの吐出端の平面図である。第６６図は、本発
明のスクロール形液体ポンプの吸入口側端部の長
さ方向拡大断面図であつて、駆動および継手手段
と、スクロール部材と、ポート機構と、軸方向荷
重支持手段とを詳細に示している。第６７図は、
第６６図のポンプを機械の軸線に垂直な、第６６
図の面６７−６７で切断した断面図である。第６
８図は、第６６図のポンプを機械の軸線に垂直
な、第６６図の面６８−６８で切断して断面図で
ある。第６９図、第７０図および第７１図は、第
６６図のポンプの軸方向荷重支持手段の（第６６
図に示した実施例以外の）３種類の実施例を示す
もので、いずれも継手部材とは別個の要素になつ
ている。第７２図は軸方向荷重支持手段と継手部
材が１つの装置構成要素の形に組み合わされてい
る１つの実施例を示す。第７３図は、第７２図の
面７３−７３で切断した第７２図の装置の断面図
であり、使用されたスラスト玉軸受のそれぞれの
位置を示している。第７４図は、第７２図および
第７８図のスラスト玉軸受を使用するときに含ま
れる要因の詳細を平面図および断面図の形で示し
たものである。第７５図は、軸方向荷重支持手段
と継手部材が１つの装置構成要素の形に組み合て
されている別の実施例を示す。第７６図および第
７７図は、第７５図の軸方向荷重支持兼継手手段
のそれぞれ平面図と断面図である。第７８図は、
軸方向荷重支持兼継手手段のさらに別の実施例で
あり、球部材が荷重支持と継手の二重の機能を果
している。第７９図および第８０図は、第７８図
の軸方向荷重支持兼継手手段のそれぞれ平面図と
断面図である。第８１図は、第７８図の軸方向荷
重支持兼継手手段の修正形であり、ローラが荷重
支持と継手の二重の機能を果している。第８２図
および第８８図は、第８１図の軸方向荷重支持兼
継手手段のそれぞれ平面図と断面図である。第８
４図は本発明のポンプを浸けるための液体が入つ
ているタンクの断面図である。 １０，７０，１２０および２８７……静止スク
ロール要素、１１，７１，１２１および２８９…
…静止端板、１２，７２，１２２および２９０…
…静止インボリユートラツプ、１３，７３および
２９１……静止端板内面、１６，１７，７６，７
７，２９０ａおよび２９０ｂ……フランク面、１
８，７８および３３７……ラツプ端面、２０，７
９および２９４……中央ボス、２３，８１および
１２３……液体ポート、２４，８５，１２４，１
２５，２９６および２９７……静止凹状移送通
路、２５，２７，８６および８７……凹状移送通
路主境界線、３０，９０，１３０および２８８…
…旋回スクロール要素、８１，９１，１３１およ
び２９８……旋回端板、３２，９２，１３２およ
び２９９……旋回インボリユートラツプ、３３，
９３および３００……旋回端板内面、３４，３
５，９４，９５，３０１および３０２……フラン
ク面、３６，９６および３０３……ラツプ端面、
３９，９７，１３３，１３４，３０４および３０
５……旋回凹状移送通路、４０，４２，９７およ
び９８……凹状移送通路主境界線、５０，５１，
１１１，１１２，１３５，１３６，３０６および
３０７……外側液体ポケツト、５２，１１３，１
３７および３０８……中央部液体ポケツト、５
８，１１０および３０９……周辺部領域、５９お
よび１０９……周辺ポート、６５，６６，１４４
および１４５……開いたポケツト、１５０……静
止スクロール部材、１５２……旋回スクロール部
材、１５４……継手部材、１５５……駆動機構、
１５６……クランク軸アセンブリ手段、１５７…
…ハウジング、１５８……油溜め、１５９……冷
却フアン、１６０……カバー、１９６……駆動
軸、１９８……クランク板、２０１……ベアリン
グ取付台、２０２……つりあいおもり、２４０…
…主ハウジング、２４１……液体吸入口、２４２
……液体吐出口、２４３……スクロール形ポンプ
手段、２４４および３５１……継手手段、２４５
……旋回スクロール駆動手段、２４６……モータ
手段、２４７……軸方向荷重支持手段、２５４…
…駆動軸、２５８および２８３……吐出導管、２
５９……逆止弁、２６５および２８４……圧力リ
リーフ弁、２７２および２８２……つりあいおも
り、２８５……スクロール形ポンプ室、２９２，
３２０，３２３，３５４および３５６……キー
溝、２９３，３１９，３２２，３５３および３５
５……キー、３１２……スラスト玉軸受、３２８
……短軸、３３０……旋回スクロール駆動ヨー
ク、３３８……環状スラスト軸受、３４２……環
状リング突起、３４５，３６７および３７１……
球、３４６，３４７……くぼみ、３５０……ばね
座金、３５２および３６１……環状リング、３５
７，３６２，３７２および３７３……支持台、３
８１……ローラ、３８３……タンク、３８４……
高圧配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スクロール形液体ポンプに組み込むのに適し
   た、対になつたスクロール部材にして、 (a) 中央部液体ポートを有する静止スクロール部
   材であつて、 (1) 静止端板と、 (2) 該静止端板の一側面に固定され、１巻き半
   のインボリユート曲線の形をしている静止イ
   ンボリユートラツプと、 (3) 該静止端板の該一側面に設けられた静止凹
   状液体移送通路とから構成されているところ
   の静止スクロール部材と、 (b) 駆動手段によつて該静止スクロール部材に対
   して旋回せしめられるように配置されている旋
   回スクロール部材であつて、 (1) 旋回端板と、 (2) 該旋回端板の一側面に固定され、１巻き半
   のインボリユート曲線の形をしている旋回イ
   ンボリユートラツプと、 (3) 該旋回端板の該一側面に設けられた旋回凹
   状液体移送通路とから構成されているところ
   の旋回スクロール部材との組み合わせを備
   え、該静止および旋回凹状液体移送通路の位
   置と形状が該旋回インボリユートラツプがそ
   の旋回サイクルの、本質的に遮断された３個
   の液体ポケツトを形成する時点に達した実質
   的に直後に該両通路が開いて液体が流れるよ
   うな位置と形状になつていることを特徴とす
   る対となつたスクロール部材。 ２ 該静止凹状液体移送通路の第１主境界線が該
   旋回インボリユートラツプ縁の部分的軌跡の形に
   なつており、該旋回凹状液体移送通路の第１主境
   界線が該静止インボリユートラツプ縁の部分的軌
   跡の形になつている特許請求の範囲第１項記載の
   対になつたスクロール部材。 ３ 該静止および旋回凹状液体移送通路が、(1)そ
   れぞれ該静止および旋回インボリユートラツプの
   内側に位置していて、そしてそれぞれ該静止およ
   び旋回端板の中心を通る直線で、それぞれ該静止
   および旋回インボリユートラツプの生成半径に対
   する接線として引いた接触線に平行になつている
   直線を第２主境界線とするか、または(2)それぞれ
   該静止および旋回インボリユートラツプの外側に
   位置していて、そして該第１主境界線と同じ形状
   で該第１主境界線から半径方向外側に隔てられて
   いる曲線を第２主境界線とするか、あるいは(3)該
   静止および旋回インボリユートラツプの内側と外
   側の両方に位置している特許請求の範囲第２項記
   載の対になつたスクロール部材。 ４ 該凹状液体移送通路の深さが該インボリユー
   トラツプの厚さにほぼ等しく、該外側凹状移送通
   路の該第２主境界線がラツプの厚さの約２倍に等
   しい距離だけ該第１主境界線から隔てられてお
   り、そして該外側凹状移送通路が約45〜90度の角
   度の弧に沿つて伸びている特許請求の範囲第３項
   記載の対になつたスクロール部材。 ５ 容積形液体ポンプにして、 (A) 対になつたスクロール部材であつて、 (a) 中央部液体ポートを有する静止スクロール
   部材であつて、 (1) 静止端板と、 (2) 該静止端板の一側面に固定され、１巻き
   半のインボリユート曲線の形をしている静
   止インボリユートラツプと、 (3) 該静止端板の該一側面に設けられた静止
   凹状液体移送通路とから構成されていると
   ころの静止スクロール部材と、 (b) 駆動手段によつて該静止スクロール部材に
   対して旋回せしめられるように配置されてい
   る旋回スクロール部材であつて、 (1) 旋回端板と、 (2) 該旋回端板の一側面に固定され、１巻き
   半のインボリユート曲線の形をしている旋
   回インボリユートラツプと、 (3) 該旋回端板の該一側面に設けられた旋回
   凹状液体移送通路とから構成されていると
   ころの旋回スクロール部材との組み合わせ
   を備え、該静止および旋回凹状液体移送通
   路の位置と形状が、該旋回インボリユート
   ラツプがその旋回サイクルの、本質的に遮
   断された３個の液体ポケツトを形成する時
   点に達した実質的に直後に該両通路が開い
   て液体が流れるような位置と形状になつて
   いる対となつたスクロール部材と、 (B) 該スクロール部材に軸方向接触が生じるよう
   該スクロール部材を強制する軸方向力付与手段
   と、 (C) 該スクロール部材の角度関係を固定された状
   態に維持する継手手段と、 (D) 液体吸入口および液体吐出口と、 (E) 該旋回スクロール部材を施回させて、これに
   よつて該インボリユートラツプの側面フランク
   と該端板とが体積の変化する移動液体ポケツト
   と、該ポケツトの周囲の周辺部領域と吐出領域
   とを形成するようにするための駆動手段との組
   み合せを備えていることを特徴とする容積形液
   体ポンプ。 ６ 該静止凹状液体移送通路の第１主境界線が該
   旋回インボリユートラツプ縁の部分的軌跡の形に
   なつており、該旋回凹状液体移送通路の第１主境
   界線が該静止インボリユートラツプ縁の部分的軌
   跡の形になつている特許請求の範囲第５項記載の
   容積形液体ポンプ。 ７ 該静止および旋回凹状液体移送通路が(1)それ
   ぞれ該静止および旋回インボリユートラツプの内
   側に位置していて、そしてそれぞれ該静止および
   旋回端板の中心を通る直線で、それぞれ該静止お
   よび旋回インボリユートラツプの生成半径に対す
   る接線として引いた接触線に平行になつている直
   線を第２主境界線とするか、または(2)それぞれ該
   静止および旋回インボリユートラツプの外側に位
   置していて、そして該第１主境界線と同じ形状で
   該第１主境界線から半径方向外側に隔てられてい
   る曲線を第２主境界線とするか、あるいは(3)該静
   止および旋回インボリユートラツプの内側と外側
   の両方に位置している特許請求の範囲第６項記載
   の容積形液体ポンプ。 ８ 該凹状液体移送通路の深さが該インボリユー
   トラツプの厚さにほぼ等しく、該外側凹状移送通
   路の該第２主境界線がラツプの厚さの約２倍に等
   しい距離だけ該第１主境界線から隔てられてお
   り、そして該外側凹状移送通路が約45〜90度の角
   度の弧に沿つて伸びている特許請求の範囲第７項
   記載の容積形液体ポンプ。 ９ 該液体吸入口が、(1)該周辺部領域と導通して
   いて、該液体吐出口が該液体ポケツトのうちの、
   該吐出領域として機能する内側ポケツトと導通し
   ているか、または(2)該液体ポケツトのうちの内側
   ポケツトと導通していて、該液体吐出口が該吐出
   領域として機能する該周辺部領域と導通している
   特許請求の範囲第５項記載の容積形液体ポンプ。 １０ 該駆動手段が該旋回スクロール部材を旋回
   させたときに該インボリユートラツプの側面フラ
   ンクの間に小さい間隙が維持され、このために該
   液体ポケツトの実質的完全性は維持したまま長期
   の運転期間にわたつて該側面フランクの摩耗が実
   質的に除去されるように該駆動手段が配設されて
   いる特許請求の範囲第５項記載の容積形液体ポン
   プ。 １１ 該駆動手段が、 (a) 端部がクランク板の中にあつて、機械の軸線
   上で回転できる駆動軸と、 (b) 該旋回スクロール部材から伸びていて、ベア
   リング取付台およびつりあいおもり手段が固定
   されていて、該旋回スクロール部材の旋回半径
   に等しい距離だけ該機械軸線から平行に隔てら
   れた軸心上で回転できる短軸と、 (c) 該ベアリング取付台およびつりあいおもり手
   段を該クランク板に、該間隔を形成するための
   所定の関係でもつて固定するための固定手段と
   の組み合せから成る特許請求の範囲第１０項記
   載の容積形液体ポンプ。 １２ 該軸方向力付与手段が該ベアリング取付台
   およびつりあいおもり手段と該旋回スクロール部
   材の該端板との間で作用するスラスト軸受から成
   る特許請求の範囲第１１項記載の容積形液体ポン
   プ。 １３ 汲み上げられる液体の中に液浸させるのに
   適しており、そして該スクロール部材を含む室を
   その内部に形成するとともに、その一端に該液体
   汲入口を有し、その他端に該液体吐出口を有して
   いるハウジングを含んでおり、そしてさらに、該
   駆動手段が該室の内部で該スクロール部材と該ハ
   ウジングの該液体吐出口側端部との間に配置され
   たモータを含んでいて、このために、該スクロー
   ル部材によつて汲み上げられた該ポンプの中を半
   径方向外側向きに流れる液体が該駆動手段の周囲
   を流れて、該軸方向力付与手段を与える所定の液
   体圧力を該室の内部に維持する特許請求の範囲第
   ５項記載の容積形液体ポンプ。 １４ 圧力リリーフ弁を含んでおり、そして該液
   体吐出口が、該ポンプ内の液体圧力が所定の大き
   さに達したときに液体を該室から吐出させるよう
   に配設された圧力制御形一方向弁と組み合わされ
   た吐出導管から成る特許請求の範囲第１３項記載
   の容積形液体ポンプ。 １５ 軸方向圧縮荷重支持手段を含んでいる特許
   請求の範囲第１３項記載の容積形液体ポンプ。 １６ 該継手手段と該軸方向圧縮荷重支持手段と
   が継手兼荷重支持手段として機能する１個の要素
   から成る特許請求の範囲第１５項記載の容積形液
   体ポンプ。 １７ 始動時に該旋回スクロール部材を該静止ス
   クロール部材に接触するように押し付けるための
   もう１つの軸方向力付与手段を含んでいる特許請
   求の範囲第１３項記載の容積形液体ポンプ。 １８ 該ポンプの軸線に直角な方向に生じた力を
   打ち消すための主つりあいおもり手段と、該主つ
   りあいおもり手段によつて生じたモーメントを打
   ち消すための副つりあいおもり手段とを含んでい
   る特許請求の範囲第１３項記載の容積形液体ポン
   プ。 １９ 該駆動手段が、端部が短軸の形になつた駆
   動軸と、該ポンプの作動中に該旋回スクロール部
   材の旋回半径に等しい距離だけ該駆動軸の軸心か
   ら平行に隔てられている旋回スクロール部材駆動
   ヨークとから成る特許請求の範囲第１３項記載の
   容積形液体ポンプ。 ２０ 該短軸および該駆動ヨークが金属で作られ
   ていて、金属−金属接触を形成しており、このた
   めに、該旋回スクロール部材駆動手段の中に、特
   に該ポンプを空運転させたときに、発生する熱を
   逃すための効果的な伝熱通路を形成している特許
   請求の範囲第１９項記載の容積形液体ポンプ。