Oil-free scroll vacuum pump

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定スクロールと旋回スクロールとにより流体を圧縮して外部に吐出するオイルフリースクロール真空ポンプ、更に詳しくは、前記固定スクロールにガスブラスト用の導入孔を設け、前記各スクロールに設けられたラップとお互いに嵌合して形成される密閉空間に前記導入孔から気体を導入し、前記密閉空間内の圧縮流体を前記気体とともに外部に吐出するオイルフリースクロール真空ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば図７に示すようスクロール真空ポンプが知られている。 それには、主軸５６の中央クランク部５５ａに支承され軸方向両面に各々旋回ラップを形成した一の旋回スクロール５１と、前記各ラップに嵌合する固定ラップを形成した一対の固定スクロール５２Ａ，５２Ｂと、前記スクロールの外周側に、各々１２０゜ずつ周方向に位置をずらして設けた自転規制用の３個の偏芯回転軸５３とから構成されている。

【０００３】固定スクロール５２Ａ，５２Ｂは円蓋状をなし，ケーシングとして機能するその周壁をシール部材を介して当接させてその内部に密閉空間を形成するとともに、その中心孔５１ａに軸受けを介して主軸５６を貫装させ、該主軸５６が２点支持にて回転可能に軸支する。 そして、前記軸受けの周囲には螺旋状の固定ラップ５０が互いに対面させて対称位置に配置されるとともに、一の固定スクロール５２Ａの中心域側と外周縁に各々吐出口５７と吸い込み口５８を形成する。

【０００４】一方、旋回スクロール５１は前記したように軸方向両面に各々旋回ラップ５４を形成したように軸方向両面に各々旋回ラップ５４を形成し、前記固定ラップ５１と互いに嵌合可能に構成するとともに、その周縁側に偏芯回転軸５３を軸支する。 そして、該偏芯回転軸５３の両側支軸を固定スクロール５２Ａ，５２Ｂに軸支し、二点支持にて前記旋回スクロール５１の自転規制を行う。 尚、５９Ａ，５９Ｂはラップの先端に嵌合されたチップシールである。

【０００５】このように構成しているので、主軸５６を駆動回転させると、偏芯軸部５５ａは偏芯した回転運動を行い、これにより、旋回スクロール５１が自転を阻止されながら一定の半径で固定スクロール５２Ａ，５２Ｂ
のラップ中心の周りを公転運動する。 この結果、吸入口５８から吸入した気体は前記固定スクロール及び旋回スクロールのラップが形成する密閉空間に取り込まれ、順次中央側に圧縮移動して圧縮気体は吐出口５７から吐出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述する従来技術によると、真空にしようとする密閉容器内の気体は、スクロール真空ポンプにより、吸い出されているので、前記容器内は圧力が低下するにつれて、容易に水分が気化する。 したがって、スクロール真空ポンプ内には蒸気を含むガスが吸引される。 その場合は、蒸気を含むガスはポンプ内部で圧縮され、飽和蒸気圧以上となり、蒸気が凝縮し液化することとなり、圧縮気体のみが吐出ポートから排出され、残った水分が旋回スクロールと固定スクロールとで形成する最終空間内の吐出ポート内の下方に蓄積される。

【０００７】そして、圧縮気体が前段の密閉空間から送り込まれるごとに、その蓄積された水分に圧縮気体が衝突し、異常音を発生したり、ポンプ内部に使用されている部材を劣化させるとともに、性能の低下及び耐久性の低下をもたらす。 上述の事情に鑑み、本発明の目的は、
ポンプ内に凝縮した液体を外部に排出するオイルフリースクロール真空ポンプを提供する事を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、固定スクロールと旋回スクロールとにより流体を圧縮して外部に吐出するオイルフリースクロール真空ポンプにおいて、前記固定スクロールにガスバラスト用導入孔を設け、前記各スクロールに設けられたラップとお互いに嵌合して形成される密閉空間に前記導入孔から気体を導入し、前記密閉空間内の圧縮流体を前記気体とともに圧縮して外部に吐出するように構成した。

【０００９】このように構成したので、真空にしようとする容器内の圧力が外部気圧に近いときは、前記導入孔から気体が導入される密閉空間の内圧はすでに外部大気より高く、また、導入される気体の圧力が前記内圧より低いと前記導入孔を通って気体は導入されない。 よって、その時点ですでに容器内の気体が水蒸気を含んでいると最終密閉空間において飽和蒸気圧以上となり、蒸気が凝縮して液化し、最終密閉空間を形成するラップの内壁に付着して水分が蓄積される。

【００１０】真空にしようとする容器内の圧力が低下するにつれて、容器内の水分は気化が進むが、前記導入孔から気体が導入される密閉空間の内圧は、該密閉空間に到るまでに取り込んだ流体が圧縮されたとしても、前記導入孔から導入される気体の圧力より低くなり、前記導入孔から気体が導入される。

【００１１】この時点で導入された気体中の水蒸気の比率が低下する。 そして、前記最終密閉空間が圧縮され、
吐出孔と導通するときの水蒸気分圧を低下させ、スクロールポンプの飽和蒸気圧以下とし、液化させずに、かつ、前記凝縮して液化してラップ壁に付着した水分を気化させるとともに、吐出孔から排出する。

【００１２】また、流体が前記密閉空間によって圧縮され、前記気体が導入される気体導入空間に到る前段階において、３個以上の密閉空間が形成されるように構成すると好ましい。 このように構成することにより、十分な圧縮比を得ることができる。

【００１３】また、前記導入孔の開口部を前記旋回スクロールのラップ摺動面に設けるとともに、前記開口部の開口孔径を前記ラップ幅より小に形成し、前記旋回スクロールのラップ駆動により前記導入孔の開口を開閉可能に構成し、前記固定スクロール及び旋回スクロールが形成する最終密閉空間が外部への吐出通路と導通する時期に同期して前記導入孔の開口部を閉鎖するように構成すると好ましい。

【００１４】このように構成することにより、最終密閉空間が吐出通路と導通しているときに前記導入孔とは遮断され、前記導入孔へ圧縮流体が逆流することが防止され、圧縮流体は吐出通路から外部に排出される。 したがって、導入孔開口部をラップ幅より小さい径に設定するという簡単な構成で前記圧縮流体の逆流が防止でき、前記導入孔の部分に特別な逆止め弁を設ける必要がない。

【００１５】また、前記旋回スクロールのプレートの表裏面にそれぞれラップを形成し、これらのラップとお互いに嵌合するラップを有する第１固定スクロール及び第２固定スクロールとにより前記旋回スクロールを旋回駆動可能に設け、前記第１固定スクロール及び第２固定スクロールのうちの一方の固定スクロールにガスバラスト用導入孔を設けるとともに、前記旋回スクロールのプレートには他方の固定スクロールとで形成する密閉空間に前記気体を送る連通孔を開設し、 前記一方の固定スクロールに吐出孔を設け、前記密閉空間内の圧縮流体を前記気体とともに圧縮して外部に吐出するように構成すると好ましい。

【００１６】このように構成すると、一方の固定スクロールに前記導入孔を設けるとともに、圧縮流体の吐出孔を設けているので、前記導入孔及び吐出孔が片方の固定スクロール側のラップの反対側の部分に集中配置され、
それらを一方及び他方の固定スクロールに分散させて配置するより、構成が簡単になり製造が容易になる。

【００１７】また、前記導入孔から旋回スクロールの一方のラップと一方の固定スクロールのラップとで形成される密閉空間に導入された気体は旋回スクロールのプレートに設けられた前記連通孔を介して旋回スクロールの他方のラップと他方の固定スクロールのラップとで形成されるもう一方の密閉空間に導入される。 したがって、
両方の固定スクロールにガスバラスト用の気体を導入する導入孔を設けなくても、一方の固定スクロールに導入孔を設ければよいために、構成が簡単で製造が容易になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。 但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００１９】図１は、本発明の実施例に係るツイン式オイルフリースクロール真空ポンプの一部断面図、図２
は、図１の部分拡大図、図３〜図６は回転軸がそれぞれ９０゜ずつ回転変位した状態におけるスクロールの作用を示す図であって、図３は、ガスバラスト用の気体の導入を開始したスクロールの状態を示す概略図、図４は、
ガスバラスト用の気体の導入をしているスクロールの状態を示す概略図、図５はガスバラスト用の気体の導入終了直前のスクロールの状態を示す概略図、図６はガスバラスト用の気体の導入孔を閉鎖したスクロールの状態を示す概略図、図７は、従来例図である。

【００２０】図１において、ポンプ本体１の回転軸１１
は右端をモータ２の駆動軸に連結され、モータ２の回転力により回転可能に設けられている。 この回転軸１１の中央部分は、その外周が回転中心軸線よりは幾分膨らんだ偏芯部１１ａを有し、その偏芯部１１ａの両端部はハウジング４及び５の軸受け及びパッキング部に支持され、回転可能に設けられている。

【００２１】固定スクロールを構成するハウジング４及び５は、それぞれ円蓋状をなし、ケーシングとして機能するその周壁をシール部材を介して当接させてその内部に密閉空間を形成している。 ハウジング４には、ラップ摺動面４ｂが軸方向垂直に設けられ、その摺動面４ｂには、その中央部分に、前述の回転軸１１の偏芯部１１ａ
を外れた、偏芯しない部分が回転可能に嵌合する開口部４ｉ（図２）が設けられ、その開口部近傍を先端７ａ
（図３）として矢印３０方向から見て時計方向回転に渦巻状のラップ７が植設され、該ラップ７の上縁には溝が設けられ、該溝には相手側摺動面と接触して密閉状態を完全にするフッソ系樹脂等の自己潤滑性のあるチップシール１４が嵌入（図２）されている。

【００２２】前記ラップ７の先端７ａの近傍の摺動面４
ｂに開口部を有する吐出孔４ｃ（図２、図３）が開設され、該吐出孔４ｃから吐出通路４ｄを通ってハウジング４の外周面４ａに設けた吐出口部９から外部に圧縮気体が排出されるように構成されている。 また、ハウジング４のラップと反対側面にある基部４ｆにはガスバラスト用の気体を導入する導入管１０が設けられ、気体はこの導入管１０から通路４ｇを通って導入孔４ｅから密閉空間Ｒに導入される。

【００２３】また、ハウジング４の周壁部分には、１２
０゜ずつ円周方向３箇所に３対の公転機構１７が設けられている。 この公転機構１７は、後述する旋回スクロールと連結している。 また、ハウジング４の外周部４ａには、吸入口部８が設けられ、該吸入口部８は図示しない、真空にしようとする容器と連結され、その容器から開口部８ａを介して、前記容器内の気体が吸引される。

【００２４】一方、ハウジング５には、ラップ摺動面５
ｂが軸方向垂直に設けられ、その摺動面５ｂには、その中央部分に、前述の回転軸１１の偏芯部１１ａを外れた、偏芯しない部分が回転可能に嵌合する開口部が設けられ、その開口部近傍を周端として矢印３１方向から見て反時計方向回転に渦巻状のラップ６が植設され、該ラップ６の上縁には溝が設けられ、該溝には相手側摺動面と接触して密閉状態を完全にするチップシール１４が嵌入（図２）されている。

【００２５】ハウジング４及び５が形成する内部空間には、旋回スクロール３が公転可能に嵌挿される。 旋回スクロール３は、円盤状に形成されたプレートの摺動面３
ｄ及び３ｅに前記固定スクロールに設けられたラップと嵌合可能なラップ２６及び２７が植設されている。

【００２６】前記ラップ２６は矢印３０方向から見て、
時計方向回転に設けられ、前記ラップ２７は矢印３１方向から見て、反時計方向回転に設けられている。 旋回スクロール３の中央部分には、前述した回転軸１１の偏芯部分１１ａが回転可能に嵌合する開口部３ａが開設され、該開口部３ａの周囲は、前記回転軸１１の偏芯部分１１ａの全長に亙ってラップ２６ａ及び２７ａによって囲繞するように構成されている。

【００２７】ガスバラスト用の気体を導入する前述した固定スクロールのラップ７と旋回スクロール３のラップ２７とで形成される密閉空間Ｒに対応する、固定スクロールのラップ６と旋回スクロール３のラップ２６とで形成される密閉空間Ｌとの間には連通孔３ｅが開設され、
導入管１０から侵入する気体は、密閉空間Ｒから該連通孔３ｅを通って密閉空間Ｌに充満されるように構成されている。

【００２８】また、ハウジング５の外側と、ハウジング４の外側の回転軸１１には、この真空ポンプを冷却するファン１２、１３が設けられ、これらのファンを保護するカバー１８、１９が複数の空気流通孔を有してハウジング５及び４に取付られている。 また、旋回スクロールの外周部には、前述したようにハウジング４に一端が支持され、１２０゜ずつ円周方向３箇所に３対の公転機構１７の他端が支持され、該公転機構１７を介して前記固定スクロールとは偏心した回転中心を有して公転するように配置される。

【００２９】次に、上述のごとく構成された本実施例の動作を、図３〜図６を用いて説明する。 図３〜図６中（ａ）は図２におけるＡ−Ａ方向から見た図であり、
（ｂ）はＢ−Ｂ方向から見た図である。 図１において、
回転軸１１が回転すると、旋回スクロール３が公転し、
図示しない容器から気体を吸入し、固定スクロールのラップ６、７の外周から気体を旋回スクロールのラップ２
６及び２７によって、それらの固定スクロール及び旋回スクロールのラップによって形成する密閉空間に取り込み、この密閉空間によって圧縮され、３個以上の密閉空間により圧縮された後に、図６（ａ）に示すＲ０密閉空間から図３（ａ）に示す空間Ｒ１に到ると、導入管１０
からの導入通路が開成する。

【００３０】このとき、真空にしようとする容器内の圧力が外部気圧に近いときは、前記導入孔から気体が導入される密閉空間Ｒ１の内圧はすでに外部大気より高く、
また、ガスバラスト用の導入管１０から導入される気体の圧力が前記内圧より低いと導入孔を通って気体は導入されない。 旋回スクロールの公転駆動により、密閉空間Ｒ及びＬはＲ１、Ｌ１（図３）、Ｒ２，Ｌ２（図４），
Ｒ３，Ｌ３（図５）、Ｒ４，Ｌ４（図６）と変化して圧縮気体は吐出孔４ｃから排出される。

【００３１】よって、前記空間Ｒ１，Ｌ１の時点で、すでに容器内の気体が水蒸気を含んでいると最終密閉空間Ｒ４、Ｌ４においては飽和蒸気圧以上となり、蒸気が凝縮して液化し、最終密閉空間を形成するラップの内壁に付着して水分が蓄積される。

【００３２】もし、すでに空間Ｒ１、Ｌ１に到るまでに水蒸気が液化した場合は、若干の水分が固定スクロールの導入孔４ｅから導入管１０に逆流するが、導入孔４ｅ
は狭く、且つ、ガスバラスト用気体が存在するので、導入管１０に侵入する水分は極めて少ない。

【００３３】真空にしようとする容器内の圧力が低下すると、容器内の水分は気化が進むがガスバラスト用の前記導入孔から気体が導入される密閉空間Ｒ１，Ｌ１の内圧は、該密閉空間に到るまでに取り込んだ流体が圧縮されたとしても、前記導入孔から導入される気体の圧力より低くなり、前記導入孔から気体が導入される。

【００３４】この時点で導入された気体中の水蒸気の比率が低下する。 そして、Ｒ２，Ｌ２（図４）、Ｒ３，Ｌ
３（図５）まで前記水蒸気を含んだ流体が圧縮される。
この時、この空間の圧縮流体の圧力はガスバラスト用の気体の圧力より大きくなるが、導入孔４ｅが小径であり、旋回スクロールの駆動速度が早くかつ、ガスバラスト用の気体が存在するので、導入孔４ｅから逆流する圧縮流体は少なく、また、Ｒ４，Ｌ４（図６）において密閉空間が吐出孔４ｃと導通する直前に固定スクロールの導入孔４ｅは旋回スクロールのラップ２６ａ及び２７ａ
によって閉鎖される。

【００３５】そして、前記空間が圧縮され、吐出孔と導通するとき（図６）の水蒸気分圧を低下させ、スクロールポンプの飽和蒸気圧以下とし、液化させずに、かつ、
前記凝縮して液化してラップ壁に付着した水分を気化させるとともに、吐出孔から排出する。

【００３６】一方、図６に示す空間Ｓ０（ａ）、Ｔ０
（ｂ）は、回転軸１１が９０゜回転すると、図３に示すようにＳ１（ａ），Ｔ１（ｂ）と圧縮されるが、この圧縮空間にはガスバラスト用の導入孔は存在しない。 そして、図４のＳ２，Ｔ２を経て図５のＳ３，Ｔ３空間が吐出孔４ｃと連通して圧縮流体は外部に吐出される。 よって、この行程においては、飽和蒸気圧以上となり、蒸気が凝縮して液化し、最終密閉空間を形成するラップの内壁に付着して水分が蓄積される場合がある。

【００３７】この場合においても、ガスバラスト用の導入管と連通する空間Ｒ４、Ｌ４（図６）が、空間Ｓ３，
Ｔ３の圧縮流体を吐出孔４ｃから吐出後に続いて吐出孔４ｃ導通するので、水蒸気分圧が低い、スクロールポンプの飽和蒸気圧以下の圧縮気体が、前記空間Ｓ３，Ｔ３
において凝縮して液化した水分を気化させつつ、吐出孔から排出する。

【００３８】上述したように、本実施例は、ガスバラスト用の前記導入孔の開口部を前記旋回スクロールのラップ摺動面に設けるとともに、前記開口部の開口孔径を前記ラップ幅より小に形成し、前記旋回スクロールのラップ駆動により前記導入孔の開口を開閉可能に構成し、前記固定スクロール及び旋回スクロールが形成する最終密閉空間が外部への吐出通路と導通する時期に同期して前記導入孔の開口部を閉鎖するように構成しているので、
最終密閉空間が吐出通路と導通しているときにガスバラスト用の前記導入孔とは遮断され、前記導入孔へ圧縮流体が逆流することが防止され、圧縮流体は吐出通路から外部に排出される。 したがって、導入孔開口部をラップ幅より小さい径に設定するという簡単な構成で前記圧縮流体の逆流が防止でき、前記気体導入孔の部分に特別な逆止め弁を設ける必要がない。

【００３９】また、前記旋回スクロールのプレートの表裏面にそれぞれラップを形成し、これらのラップとお互いに嵌合するラップを有する第１固定スクロール及び第２固定スクロールとにより前記旋回スクロールを旋回駆動可能に設け、前記第１固定スクロール及び第２固定スクロールのうちの一方の固定スクロールにガスバラスト用導入孔を設けるとともに、前記旋回スクロールのプレートには他方の固定スクロールとで形成する密閉空間に前記気体を送る連通孔を開設し、前記一方の固定スクロールに吐出孔を設け、前記密閉空間内の圧縮流体を前記気体とともに圧縮して外部に吐出するように構成しているので、一方の固定スクロールに前記導入孔を設けるとともに、圧縮流体の吐出孔を設けているので、前記導入孔及び吐出孔が片方の固定スクロール側のラップの反対側の部分に集中配置され、それらを一方及び他方の固定スクロールに分散させて配置するより、構成が簡単になり製造が容易になる。

【００４０】また、ガスバラスト用の前記導入孔から旋回スクロールの一方のラップと一方の固定スクロールのラップとで形成される密閉空間に導入された気体は旋回スクロールのプレートに設けられた前記連通孔を介して旋回スクロールの他方のラップと他方の固定スクロールのラップとで形成されるもう一方の密閉空間に導入しているので、両方の固定スクロールにガスバラスト用の気体を導入する導入孔を設けなくても、一方の固定スクロールに導入孔を設ければよいために、構成が簡単で製造が容易になる。

【００４１】尚、本実施例は種々変形することができる。 上述したように、Ｒ空間、Ｌ空間にガスバラスト用の導入孔からの気体を導入しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、Ｓ空間，Ｔ空間にガスバラスト用の気体を導入するように構成してもよい。 また、ガスバラスト用の導入管１０及び吐出通路４ｃ，４ｄはハウジング４側に取付られているが、これはハウジング５
側に設けてもよい。 また、ガスバラスト用の気体はハウジング４及び５の両方に導入管を設け、旋回及び固定スクロールのラップで形成される空間Ｒ及びＬに両方から導入してもよい。 その場合は、前記空間ＲとＬを連通する導入孔３ｅは不用となるとともに、両方から迅速にガスバラスト用の気体が導入されるので効率がアップする。 また、吐出通路はハウジング４側の４ｃ，４ｄとともに、ハウジング５側にも設けてもよいことは勿論のことである。

【００４２】また、ガスバラスト用の気体は導入管１０
から外部大気を導入してもよいが、空気またＮ2 等乾燥ガスに熱を加えて導入するのが望ましい。 この場合は、
スクロールラップ内の蒸気または液体の乾燥が早められ、劣化防止が促進される。 また、本実施例は、容器から有害なガスなどを吸引した場合は、導入管からＮ2 等の希釈用ガスを導入して有害ガスを安全基準まで希釈することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、固定スクロールにガスバラスト用導入孔を設け、固定スクロールと旋回スクロールに設けられたラップとお互いに嵌合して形成される密閉空間に前記導入孔から気体を導入し、前記密閉空間内の圧縮流体を前記気体とともに圧縮して外部に吐出するように構成しているので、ポンプ内に凝縮した液体を外部に排出するオイルフリースクロール真空ポンプを提供する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るツイン式オイルフリースクロール真空ポンプの一部断面図である。

【図２】図１の部分拡大図である。

【図３】ガスバラスト用の気体の導入を開始したスクロールの状態を示す概略図である。

【図４】ガスバラスト用の気体の導入をしているスクロールの状態を示す概略図である。

【図５】ガスバラスト用の気体の導入終了直前のスクロールの状態を示す概略図である。

【図６】ガスバラスト用の気体の導入孔を閉鎖したスクロールの状態を示す概略図である。

【図７】従来例図である。

【符号の説明】

１ ポンプ本体 ２ モータ ３ 旋回スクロール ４、５ ハウジング ６、７、２６、２７ ラップ ８ 吸入口部 ９ 吐出口部 １０ 導入管 １１ 回転軸 １２、１３ ファン １４ チップシール １５、１６ パッキング １７ 公転機構 １８、１９ カバー