Scroll-type apparatus

本発明は、スクロール型装置に関し、特に、真空ポンプ用スクロール型装置に関する。

圧縮機或いは真空ポンプを作動するためのスクロール型装置が知られている。 両方の場合に、装置は、二つのスクロール部材を含み、各スクロール部材は、平坦な端板を含み、端板の上には、螺旋（又はスクロール）型構造体を画成するストリップが直立し、ストリップは、スクロール部材を、相互係合し、且つ一方のスクロール部材を他方のスクロール部材に対して“旋回”させるそれぞれの螺旋型構造体と一緒に配置することによって相互作用する。 このような方法で、スクロール部材間に大量のガスを捕捉することが可能であり、それによりガスをそれぞれの螺旋の一端から他端まで付勢する。 真空ポンプでは、特にガスは、スクロール部材の周囲のポンプ入口を経て入り、スクロール部材の中心のポンプ出口を経て出る。

図１は、固定スクロール部材６からなる固定子４を含む、真空ポンプ２の形態の係るスクロール型装置の一つの既知の構成を示す。 旋回スクロール部材８は、それ自体知られた方法で固定スクロール部材６を補足し合って固定スクロール部材と互いに噛み合う。 旋回スクロール部材８は、モータ１６から延びている駆動軸１４のクランク端１２で支持される、軸受１０に取付けられる。 軸受１７は、駆動軸１４をハウジング４に対して支持するのに役立つ。 各スクロール部材６、８は、端板を含み、螺旋ラップ１８、２０が端板に取付けられ、且つ端板から外方に延びている。 各ラップ１８、２０の高さは、各ラップ１８、２０の自由縁が補足し合うスクロール部材の端板の面にシールを形成するように、向い合った端板間の距離と実質的に同じである。 密封作用を支援するために、コンプレイント先端シール（図示せず）が一般に各ラップ１８、２０の自由縁に設けられ、各ラップ１８，２０の縁と向い合うスクロール部材の端板との間の軸方向の隙間を取る。

使用中、吸み上げられたガスは、入口２２からポンプ２に吸い込まれて出口２４及び逆止め弁２５を経て出る。 ハウジング４内の真空空間を周囲大気及びポンプ駆動システムから密封するために、金属ベローズ２６が駆動軸１４と実質的に同軸に配置される。 金属ベローズは、一端がボルト２８によって旋回スクロール部材８に、そしてその反側の端がボルト３２によってポンプの静止部分３０に取付けられる。 Ｏリング２９、３１が金属ベローズ２６の取付け部を密封するのに役立つ。

金属ベローズ２６のねじり剛性により、ベローズ２６は、また、旋回スクロール部材２６の円形並進の望ましくない移動を制限し、かくして固定スクロール部材６と旋回スクロール部材８との間に正しい角度位置を維持するのに役立つ。 しかしながら、係るベローズの使用は、係るベローズを取り入れる真空ポンプの設計を、必要なねじり剛性及び必要なクランク半径が許容可能な寿命を実際に達成するのに十分な半径方向自由度を有する適切に寸法決めされたベローズの寸法形状に限定する。

更に、スクロール部材６、８の間の軸方向密封を行うコンプライアント先端シールの使用は、ポンプの使用中に先端シールの侵蝕によりダストを発生することがある。 このダストが排気ガスと一緒に出口２４を通して一般に搬送されるけれども、ポンプがオフに切り替えられた時には、このダストは、入口２２を通って真空装置の方へ移動して真空装置の好ましくない汚染をもたらす。 従って、先端シールは、定期的な交換を必要とし、それらの使用は、係るシールを取り入れる真空ポンプの設計を、適切に寸法決めされた先端シールの寸法形状に更に限定する。

本発明の少なくとも好適な実施形態の目的は、上述した問題及び他の問題を解決することにある。

本発明は、端板を有し、当該端板から第１の螺旋ラップが延びている固定スクロール部材を含む固定子と、端板を有し、該端板から第２の螺旋ラップが延びて上記第１の螺旋ラップと互いに噛み合う旋回スクロール部材と、上記旋回スクロール部材を上記固定スクロール部材に対して旋回するように駆動するための手段と、各々、上記旋回スクロール部材を上記固定子に対して支持するために一端を上記旋回スクロール部材に連結し他端を上記固定子に連結した複数の可撓性ロッドと、を含むスクロール型ポンプ装置を提供する。

係るロッドの使用は、高度の軸方向精度で固定子に対して旋回スクロール部材の支持を提供することができ、かくして先端シールの必要なしに各螺旋ラップの縁と向い合ったスクロール部材の端板との間に大変厳密な運転隙間を可能にして、先端シールの使用と関連したダストの発生を回避する。

ロッドは、また、固定スクロール部材に対する旋回スクロール部材の回転を阻止するのに役立ち、その結果、旋回スクロール部材の回転を阻止するための別の装置の必要がない。 従って、本発明は、また、固定スクロール部材に対する旋回スクロール部材の回転を阻止するために、固定スクロール部材と旋回スクロール部材とを有するスクロール型装置の複数のロッドの使用も提供する。 真空空間を周囲大気から分離するためにベローズを設けてもよいが、特定のねじり剛性を有するベローズの必要がない。 その結果、本発明の装置を取り入れる真空ポンプの設計にはより大きな自由度が有り、スクロール部材間に良好な軸方向密封を有する、比較的小さく、低コストのポンプを提供することができる。 しかしながら、固定スクロール部材に対する旋回スクロール部材の回転を防ぐためのオルダム継手のような追加の装置を旋回スクロール部材と固定子との間に設けてもよい。

スクロール部材の少なくとも一つの表面に研磨剤被覆を設けてもよい。 研磨剤被覆は、スクロール部材又は各スクロール部材の端板の表面及び螺旋ラップに広がるのがよい。

駆動手段は、駆動軸を含み、該駆動軸は、旋回スクロール部材に連結されかつ長手方向軸線を中心とする駆動軸の回転により旋回スクロール部材を長手方向軸線を中心に旋回させるように配置されたクランクを有するのが好ましい。 可撓性ロッドは、駆動軸の長手方向軸線の回りに延びるのが好ましい。

上記したように、固定子の真空空間を周囲大気から分離するためのベローズのような可撓性部材を設けてもよい。 可撓性部材は可撓性ロッドと実質的に同軸であってもよいし及び又は可撓性ロッドの回りに配列されてもよい。

ロッドは金属或いは複合材料で形成されるのがよい。

スクロール型装置を圧縮機或いは膨張機として用いてもよいので、本発明は、端板を有し、第１の螺旋ラップが端板から延びる固定スクロール部材を含む固定子と、端板を有し、該端板から延びて第２の螺旋ラップが上記第１の螺旋ラップと互いに噛み合うる旋回スクロール部材と、上記旋回スクロール部材を上記固定スクロール部材に対して旋回するように駆動するための手段と、上記旋回スクロール部材を上記固定子に対して支持ため、各々、一端が上記旋回スクロール部材に連結され、他端が上記固定子に連結された複数の可撓性ロッドと、を含むスクロール型装置を更に提供する。

本発明の好適な特徴を、添付した図面を参照していま記述する。

図２を参照すると、スクロール型装置の第１の実施形態は、真空ポンプ１０２の形態であり、真空ポンプ１０２は、固定スクロール部材１０６を有する固定子１０４を含む。 旋回スクロール部材１０８は、それ自体知られた方法で固定スクロール部材１０６に補足し合い、且つ互いに噛み合う。 旋回スクロール部材１０８は、モータ１１４から延びる駆動軸１１２の一端に設けられたクランクに取付けられる。 軸受１１６は、駆動軸１１２を固定子１０４に対して半径方向に支持するのに役立つ。 各スクロール部材１０６、１０８は、端板を含み、螺旋ラップ１１８、１２０が取付けられ、そして端板から外方に延びる。 各螺旋ラップ１１８、１２０の高さは、各ラップ１１８、１２０の自由縁がコンプリメンタリ・スクロール部材の端板の面にシールを形成するように向い合った端板間の距離と実質的に同じである。 研磨剤被覆をスクロール部材１０６，１０８の少なくとも一つの端板及びラップに設けてもよい。

旋回スクロール部材１０８は、駆動軸１１２の長手方向軸線の回りに設けられた複数の可撓性ロッド１２２によって固定スクロール部材１０６に対して軸線方向に支持される。 各可撓性ロッド１２２の一端が適当な手段、例えば、接着剤或いはボルトによって固定子１０４に固定され、各可撓性ロッド１２２の他端が旋回スクロール部材１０８の端板に同様に固定される。 任意の数の可撓性ロッド１２２を設けてもよいが、少なくとも３本のロッド１２２が一般的に必要である。 可撓性ロッド１２２は、旋回スクロール部材１０８を固定スクロール部材１０６に対して駆動軸１１２の長手方向軸線を中心に旋回させるために可撓性ロッド１２２を撓わませる剛性を有する適当な材料で形成されるのがよい。 例えば、可撓性ロッド１２２は、スチール（鋼）のような金属材料、或るは樹脂に補強粒子及び又は繊維を充填し有機マトリックス複合材料のような複合材料で形成されるのがよい。 この材料は、補強炭素繊維を充填したエポキシのような熱硬化性樹脂であるのが好ましい。 この実施形態では、可撓性ロッド１２２は、また、固定スクロール部材１０６に対する旋回スクロール部材１０８の回転を阻止するのにも役立つ。 変形例として、固定スクロール部材１０６に対する旋回スクロール部材１０８の回転を阻止するために固定子１０２と旋回スクロール部材１０８との間にオルダム継手を設けてもよい。

図２に示す実施形態では、固定スクロール部材１０６の端板は、固定子１０４と一体である。 変形例として、固定スクロール部材１０６の端板は、在来の方法で固定子に取付けられた板の形態で設けられてもよい。 例えば、図３に示す第２の実施形態では、固定スクロール部材１０６は、モータ１１４のハウジング１２４に取付けられ、或いはハウジング１２４と一体であり、駆動軸１１２は、固定スクロール部材１０６に設けられた開口を貫通し、軸受１１６によって固定スクロール部材１０６で支持される。

図４に示すように、可撓性ロッド１２２は、図１に先に示したように、ポンプの真空空間を周囲大気から密封するための可撓性部材１２６と組合せて設けられてもよい。 ここで、図４の参照番号は、図１に示したものと同じ部分を示す。 図４に示した例では、可撓性ロッド１２２は、好ましくはベローズ１２６の形態で設けられた可撓性部材に対して外側であるが、変形例として、ベローズ１２６が可撓性ロッド１２２を取り囲んでもよい。 この例では、図１に示した先行技術のベローズ２６と違って、ベローズ１２６は、旋回スクロール部材８の回転を阻止するのに必要なねじり剛性を有する必要がない、というのは、この機能がロッド１２２によって提供されるからであり、そこでベローズ１２６は、あまり硬くなく、従ってあまり高価でない材料で形成されてもよい。

設計の更なる改善では、可撓性ロッド１２２の剛性は、並進（ｘ又はｙ、或いは両方の組合せ、即ち、円形）モードでの旋回スクロール部材８、１０８の固有振動をポンプ２、１０２の動作速度に一致させるようなものである。 この場合には、駆動クランクの半径方向力は、かなり減ぜられて、より小さい軸受を用いることが可能になる。 よりフラットな応答曲線を与え、ポンプの同調をより高度にするために制動装置を用いてもよい。

既知のスクロール型真空ポンプの断面図である。

スクロール型真空ポンプの第１の実施形態の簡略断面図である。

スクロール型真空ポンプの第２の実施形態の簡略断面図である。

本発明に従って変更した図１の真空ポンプの断面図である。

符号の説明

２ 真空ポンプ４ 固定子６ 固定スクロール部材８ 旋回スクロール部材１０ 軸受１２ クランク端１４ 駆動軸１６ モータ１７ 軸受１８ 螺旋ラップ２０ 螺旋ラップ２２ 入口２４ 出口２５ 逆止め弁２８ ボルト３０ 静止部分３２ ボルト１２２ 可撓性ロッド１２６ 可撓性部材