特許 7212926 スクロール型真空ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-18

(45)【発行日】2023-01-26

(54)【発明の名称】スクロール型真空ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/02 20060101AFI20230119BHJP

   F04C 25/02 20060101ALI20230119BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20230119BHJP

   F04C 29/04 20060101ALI20230119BHJP

【ＦＩ】

F04C18/02 311M

F04C18/02 311G

F04C18/02 311Q

F04C25/02 N

F04C29/00 D

F04C29/04 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018210443

(22)【出願日】2018-11-08

(65)【公開番号】P2020076370

(43)【公開日】2020-05-21

【審査請求日】2020-11-24

【審判番号】

【審判請求日】2022-03-17

(73)【特許権者】

【識別番号】506423165

【氏名又は名称】有限会社スクロール技研

(74)【代理人】

【識別番号】100069073

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 和保

(72)【発明者】

【氏名】川添 新二

【合議体】

【審判長】佐々木 芳枝

【審判官】窪田 治彦

【審判官】長馬 望

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－９９３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６９６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－３４４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－１３７２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－８５１５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F04C25/02

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吐出口と連通する作動空間をその内部に画成するハウジングと、該ハウジングに回転自在に保持される一対の回転軸と、前記作動空間内に配され、それぞれの回転軸に固定される第１および第２の駆動スクロール部材と、該第１および第２の駆動スクロール部材の間に配される従動スクロール部材と、従動スクロール部材を前記ハウジングに回転自在に保持する第１および第２の従動スクロール受けとによって構成され、従動スクロール部材の両側に立設する第１および第２の従動スクロールラップと前記第１および第２の従動スクロールラップと噛合する第１及び第２の駆動スクロール部材の第１および第２の駆動スクロールラップとによって第１および第２の移動空間が画成されるスクロール型真空ポンプにおいて、
前記第１および第２の移動空間が、前記回転軸の中心側において一方の回転軸に形成された吸引口と連通し、最外周端において前記作動空間と連通すると共に、中心側から径方向外方に向けてその容積を拡大させて流体を吸引し、最外周ラップの所定範囲においてその容積を減少させて流体を圧縮し吐出するように、第１および第２の駆動スクロールラップ並びに第１および第２の従動スクロールラップが形成されていることを特徴とするスクロール型真空ポンプ。

【請求項2】

最外周ラップの第１および第２の移動空間の容積を減少させて圧縮を行う範囲は、前記第１および第２の駆動スクロールラップが一体に形成されること、および、圧縮を行う範囲の最外周ラップの径方向の幅が、中心側から外周近傍までの膨張を司る駆動スクロールラップの径方向の幅よりも広く形成されることを特徴とする請求項１記載のスクロール型真空ポンプ。

【請求項3】

前記移動空間の最外周端に位置する従動スクロール部材には、排出孔が形成され、その排出孔には逆止弁としてリード弁が設けられることを特徴とする請求項２記載のスクロール型真空ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、駆動スクロール部材及び従動スクロール部材とを具備し、前記駆動スクロール部材及び従動スクロール部材とによって画成される画成空間を変化させて吸入口から気体を吸引するスクロール型真空ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（特表２００２－５２７６７０号公報）は、スクロールタイプ真空ポンプを開示する。このスクロールタイプ真空ポンプは、直列に２ステージとして同じハウジング内に配置され、同じ軸によって駆動するエキスパンダ（膨張機）及びコンプレッサ（圧縮機）を具備するもので、これによって、再膨張・圧縮プロセスに通常伴う過熱を許容するものである。この特許文献１では、スクロールタイプ真空ポンプにおいて、第１ステージが、スクロールタイプのエキスパンダであり、第２ステージがスクロールタイプのコンプレッサであることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２００２－５２７６７０号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されているように、エキスパンダを真空ポンプとして使用する場合、放出ポケット内の空気圧力が周囲空気圧力よりかなり低いため、周囲空気が放出ポケットに向かって再膨張することなる。こうした周囲空気の再膨張によって、エネルギーが消費され、過熱が生じる。またコンプレッサを真空ポンプとして使用し、始動時あるいは大気への漏洩によりコンプレッサの入口空気が大気圧である場合、通常、潤滑が行われず、あるいは、内部冷却が行えないので、再膨張・圧縮プロセスに伴う熱が、コンプレッサに損傷を与え、さらに再膨張・圧縮熱によって、スクロール要素に過度の熱増大が生じ、その結果、スクロール要素の先端、ベース間のゴーリングが生じるという不具合がある。また、特許文献１に開示されるスクロールタイプ真空ポンプでは、エキスバンダとコンプレッサの２段階構造であることから、装置自体が大型化するという不具合が生じる。

【0005】

このため、本発明は、圧縮熱が発生しない膨張式を採用すると共に、効率的な吸引・吐出を可能にする構造を有するスクロール型真空ポンプを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、吐出口と連通する作動空間をその内部に画成するハウジングと、該ハウジングに回転自在に保持される一対の回転軸と、前記作動空間内に配され、それぞれの回転軸に固定される一対の駆動スクロール部材と、該一対の駆動スクロール部材の間に配される従動スクロール部材と、従動スクロール部材を前記ハウジングに回転自在に保持する一対の従動スクロール受けとによって構成され、従動スクロール部材の両側に立設する従動スクロールラップとそれぞれの従動スクロールラップと噛合するそれぞれの駆動スクロール部材の駆動スクロールラップとによって移動空間が画成されるスクロール型真空ポンプにおいて、前記移動空間は、前記回転軸の中心側において一方の回転軸に形成された吸引口と連通し、最外周端において前記作動空間と連通すると共に、中心側から外周方向に向けてその容積を拡大させ、最外周ラップの所定範囲においてその容積を減少させることにある。

【0007】

これによって、上述したスクロール型真空ポンプにおいては、電動モータ等の外部動力によって回転軸が回転すると、駆動スクロール部材及び従動スクロール部材が高速で回転すると同時に、従動スクロール部材が駆動スクロール部材に対して相対的に旋回運動を行うことから、回転軸に形成された吸引口から吸引された流体は、中心側から外周方向に向けて容積が拡大して減圧される移動空間に吸引され、外周方向に移動し、最外周ラップにおいてはその容積を減少させて圧縮されて、作動空間を介して吐出口から吐出することができる。

【0008】

また、前記駆動スクロールラップのそれぞれは、最外周ラップの圧縮行程を行う範囲において幅が広く形成されることが望ましい。このように、本発明に係る駆動スクロールラップ及び従動スクロールラップは、駆動スクロールラップ及び従動スクロールラップの最外周ラップ（具体的には、最外周端部から２７０°の範囲若しくは３π／２［ｒａｄ］の範囲）においてスクロールラップの幅を増大させたことによって、最外周ラップにかかる遠心力に耐えることができると共に、流体の圧縮時の圧力に耐えうることが可能となるものである。

【0009】

前記移動空間の最外周端に位置する従動スクロール部材には、排出孔が形成され、その排出孔には逆止弁が設けられることが望ましい。これによって、流体の吐出時の逆流を防止できるため、吸引された流体を確実に吐出できるものである。尚、逆止弁としては、排出孔を覆うように形成されたリード弁であることが望ましい。さらに、前記リード弁は、遠心力の影響を小さくするために、従動スクロール部材の中心線上に設置することが望ましい。

【0010】

それぞれの駆動スクロール部材は、圧力相殺機構として、その外周部分において連結されることが望ましい。具体的には、一方の駆動スクロール部材の駆動スクロールラップの外周部分が他方の駆動スクロール部材に対応する部分に形成された溝部に嵌め込まれて形成されることが望ましい。これによって、真空圧を駆動スクロールラップの強度で支持できるため、駆動スクロール部材の強度アップを図れるものである。また、この構造によって、真空圧がベアリングに作用しないため、ベアリングの寿命を延ばすことができる。

【0011】

また、吸入口が形成された回転軸の端部には、達成真空度に応じて軸シールや磁性流体シールを設けることが望ましい。上述した構造では、吸引口が形成された回転軸の端部のみを、例えば磁性流体シールを行えば良いので、構造が簡単となるため、コストダウンを達成できるものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、吸込口より気体を膨張させながら吸引するため、圧縮熱が発生しないため、冷却機構が不要となるという効果がある。また、吸引口を有する回転軸周縁のみシールを行えば良いので、構造が簡単でコストを低減できる。さらに、シール部が１ヶ所なので、高真空を得られるという効果もある。さらに、流体が水蒸気などの凝縮性気体でも遠心力で分離可能なため、ガスバラストなどの機構が不要となるという効果もある。さらに圧力相殺機構のため、真空圧がベアリングに作用しないという効果もある。さらにまた、真空部分は中央側の移動空間のみのため、早く到達真空度が得られるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施例に係るスクロール型真空ポンプの構成を示した断面説明図である。

【図2】本発明の実施例に係る膨張、圧縮の状態を示した説明図である。

【図3】本発明の実施例に係る逆止弁構造を示した説明図である。

【図4】本発明に実施例に係る圧力相殺機構を示した説明図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0014】

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

【実施例】

【0015】

本発明の実施例に係るスクロール型真空ポンプ１は、図１に示すように、吐出口２が設けられ、この吐出口２と連通する作動空間３をその内部に画成するハウジング５を具備する。前記作動空間３内には、真空ポンプ機構４が配される。また、前記ハウジング５は、吐出口２が設けられる円筒側面部５ａと、吸入口６が形成された第１の回転軸７を、ベアリング９を介して回転自在に保持するハウジング蓋部５ｂと、例えば電動モータ６０などの外部動力と連結される第２の回転軸８を、ベアリング１０を介して回転自在に支持するハウジング底部５ｃとによって構成される。尚、第１の回転軸７の端部には、達成真空度に応じて軸シールや磁性流体シール４０が設けられる。また、第２の回転軸８と前記電動モータ６０は、カップリング５０を介して連結されるものである。

【0016】

前記第１の回転軸７には、第１の鏡板１１が一体に成形され、この第１の鏡板１１の第１の回転軸７の反対側面には、中心方向から径方向外方に向かって螺旋状に拡がる第１の駆動スクロールラップ１２が設けられる。前記第１の回転軸７、第１の鏡板１１及び第１の駆動スクロールラップ１２によって第１の駆動スクロール部材１３が構成される。また、前記第２の回転軸８には、第２の鏡板１４が一体に成形され、この第２の鏡板１４の第２の回転軸８の反対側面には、中心方向から径方向外方に向かって螺旋状に拡がる第２の駆動スクロールラップ１５が設けられる。前記第２の回転軸８、第２の鏡板１４及び第２の駆動スクロールラップ１５によって第２の駆動スクロール部材１６が構成される。

【0017】

前記第１の駆動スクロール部材１３と前記第２の駆動スクロール部材１６との間には、従動スクロール部材１７が配される。この従動スクロール部材１７は、鏡板１８と、この鏡板１８の両側に中心方向から径方向外方に向かって螺旋状に拡がる第１及び第２の従動スクロールラップ１９，２０が形成される。また、前記従動スクロール部材１７は、その外周部分において第１及び第２の従動スクロール受け２４，２５が連結され、前記第１の従動スクロール受け２４はベアリング２６を介して前記ハウジング蓋部５ｂに回転自在に支持され、前記第２の従動スクロール受け２５は、ベアリング２７を介して前記ハウジング底部５ｃに回転自在に支持される。前記従動スクロール受け２５と前記第２の駆動スクロール部材１６の第２の鏡板１４との間には、従動スクロール部材１７の自転を防止するためのオルダムリング２８が設けられる。

【0018】

この構成によって、第１の駆動スクロール部材１３の第１の駆動スクロールラップ１２及び前記従動スクロール部材１７の第１の従動スクロールラップ１９によって第１の移動空間２１が画成され、第２の駆動スクロール部材１６の第２の駆動スクロールラップ１５の前記従動スクロール部材１７の第２の従動スクロールラップ２０とによって第２の移動空間２２が画成される。また、第１の移動空間２１と第２の移動空間２２とは、従動スクロール部材１６の鏡板１８の中央側に形成された貫通口２３によって連通する。

【0019】

また、本発明によれば、前記第１及び第２の駆動スクロールラップ１２，１５及び従動スクロールラップ１９，２０は、そのインボリュート曲線を調整して、それらによって画成される第１及び第２の移動空間２１，２２が、中心側から外周近傍まで移動しながら、その容積を拡大させると共に、最外周ラップの所定範囲（外周端から２７０°（３π／２））においてその容積を減少させることにある。また、第１の駆動スクロールラップ１２の最外周ラップ１２ａは、図４（ａ），（ｅ）に示されるように、膨張行程を司る駆動スクロールラップ１２ｂ、１５ｂに比べて幅広く形成される。また前記最外周ラップ１２ａは、第１及び第２の駆動スクロールラップ１２，１５が一体に形成されたもので、第２の駆動スクロール部材１６には前記最外周ラップ１２ａが嵌合する嵌合溝１５ａが形成され、第１の駆動スクロール部材１３及び第２の駆動スクロール部材１６は、その外周部で連結されるものである。

【0020】

これによって、電動モータ６０を駆動すると、第２の回転軸８を介して、第１及び第２の駆動スクロール部材１３，１６が回転すると同時に、オルダムリング２８を介して従動スクロール部材１７が、前記第１及び第２の駆動スクロール部材１３，１６と共に回転しながら、前記第１及び第２の駆動スクロール部材１３，１６に対して相対的に旋回運動を行い、前記第１及び第２の移動空間２１，２２が中心側から径方向外方に向かって移動し、その容積を拡大していく。これによって、第１及び第２の移動空間２１，２２の中心側の移動空間２１ａは、図２の（ｄ）→（ｃ）→（ａ）→（ｂ）に示すようにその容積が拡大するので、吸入口６から流体を吸引することができ、さらに移動空間２１ａは、径方向外方に移動して移動空間２１ｂから２１ｃとその容積を拡大し、中心側の移動空間２１ａを減圧する。

【0021】

前記第１及び第２の駆動スクロールラップ１２，１５の最外周ラップ１２ａの所定の範囲（例えば、最終端から２７０°（３π／２））では、前記第１及び第２の移動空間２１，２２の最外周ラップに位置する移動空間２１ｄの容積を減少させるように形成され、吸入されて膨張した流体を圧縮して吐出する構造となっている。

【0022】

このように、中央側から所定の範囲で第１及び第２の移動空間２１，２２を拡大させて流体の吸引を行うと共に、外周側の所定の範囲で第１及び第２の移動空間２１，２２を縮小させて流体を圧縮し吐出する構造であることから、図３に示すように、従動スクロール部材１７の外周部分に形成された排出孔２９に、逆止弁機構としてのリード弁３０を設けるものである。これによって、排出された流体の逆流を防止できるものである。尚、前記排出孔２９は、従動スクロール部材１７の従動スクロールラップ１９，２０の最外周端部３１（図２および図３に示す）の最内周側近傍に位置するもので、これによって駆動スクロールラップ１２ａの最外周端部３２（図２に示す）によって圧縮された流体を確実に排出することができるものである。また、前記従動スクロールラップ１９，２０の最外周端部３１は、半径Ｒを有する円弧状に形成されるもので、この半径Ｒは、例えば２Ｒ＝ｔ＋２Ｒｏｒ＋αによって規定される。ここで、ｔは、図２（ａ）において示される幅広に形成された駆動スクロールラップ１２ａのラップ幅であり、Ｒｏｒは駆動スクロールラップ１２ａの最外周端部３２の旋回半径であり、αは微小隙間の寸法である。さらに図２（ｂ）で示す符号ｃは、従来の従動スクロールラップの最外周シール点を示すもので、本発明においては、前記最外周端部３２を前記ｃ点からπ分延長することによって圧縮行程を可能にしたものである。

【0023】

また、上述したように、第１のスクロール部材１３及び第２のスクロール部材１６は、第１のスクロール部材１３の最外周ラップ１２ａが，従動スクロール部材１７に形成された貫通部１８ａを介して第２のスクロール部材１６の嵌合溝１５ａに嵌合することによって連結されるので、圧力相殺機構が形成され、真空圧を幅広に形成された最外周ラップ１２ａの強度で支持でき、強度アップが可能になるものである。

【符号の説明】

【0024】

１ スクロール型真空ポンプ
２ 吐出口
３ 作動空間
４ 真空ポンプ機構
５ ハウジング
６ 吸入口
７ 第１の回転軸
８ 第２の回転軸
９，１０，２６，２７ ベアリング
１１ 第１の鏡板
１２ 第１の駆動スクロールラップ
１３ 第１の駆動スクロール部材
１４ 第２の鏡板
１５ 第２の駆動スクロールラップ
１５ａ 最外周ラップ
１６ 第２のスクロール部材
１７ 従動スクロール部材
１８ 鏡板
１９ 第１の従動スクロールラップ
２０ 第２の従動スクロールラップ
２１ 第１の移動空間
２２ 第２の移動空間
２３ 貫通口
２４ 第１の従動スクロール受け
２５ 第２の従動スクロール受け
２９ 排出孔
３０ リード弁
４０ 磁性流体シール
５０ カップリング
６０ 電動モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】