JP2000213475A - スクロ―ル形真空ポンプ - Google Patents

スクロ―ル形真空ポンプ

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JP2000213475A
JP2000213475A JP11016116A JP1611699A JP2000213475A JP 2000213475 A JP2000213475 A JP 2000213475A JP 11016116 A JP11016116 A JP 11016116A JP 1611699 A JP1611699 A JP 1611699A JP 2000213475 A JP2000213475 A JP 2000213475A
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JP11016116A
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English (en)
Inventor
Shinichi Haruki
慎一 春木
Akio Sakazume
明郎 坂爪
Teruo Suzuki
輝夫 鈴木
Mitsuo Ogura
光雄 小倉
Yasushi Nozaki
矢須志 野崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koki Holdings Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Koki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップシールを使用したスクロール形真空ポ
ンプにおいて、長期間にわたってチップシールとチップ
シール用溝の側面間のシールを維持することが難しい。 【解決手段】 チップシール2b,3b,4bの断面が
鏡板2c,3c,4cに面する線の長さより渦巻状スク
ロールラップの先端の溝2d,3d,4dに面する線の
長さの方が長い台形であり、渦巻状スクロールラップの
先端の溝2d,3d,4dに面する線の渦巻の外側端点
と鏡板2c,3c,4cに面する線の渦巻の外側端点を
結ぶ線と渦巻状スクロールラップの先端の溝2d,3
d,4dに面する線とのなす角度が90度未満であるよ
うにチップシール2b,3b,4bを取り付ける。ま
た、渦巻状スクロールラップの先端に設けた溝2d,3
d,4dに2個以上の接着されないチップシール2b,
3b,4bを設ける。また、これらの手段を併用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスクロール形真空ポ
ンプにおける、チップシールの構造およびその形状に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のスクロール形真空ポンプにおいて
は、図1に示すように吸込み口9から吸引された空気を
旋回スクロール2の鏡板2cおよび渦巻状スクロールラ
ップ2aと固定スクロール3,4の鏡板3c,4cおよ
び渦巻状ラップ3a,4aに囲まれた圧縮空間に閉じ込
め、旋回スクロール2の固定スクロールに対する公転運
動により、その圧縮空間の容積を連続的に小さくするこ
とにより圧縮し、クランクシャフト5近傍に設けた送り
排気口10から排気することにより、吸込み口9に接続
されている真空対象部位の真空化を行う。この際、吸込
み口9から吸引された空気が旋回スクロール2の鏡板2
cおよび渦巻状スクロールラップ2aと固定スクロール
3,4の鏡板3c,4cおよび渦巻状ラップ3a,4a
に囲まれた圧縮空間から極力漏れないように閉じ込める
ために、渦巻状スクロールラップ2a,3a,4aの先
端部に溝2d,3d,4dを設けこの溝の中にチップシ
ール2b,3b,4bを設置している。
【0003】従来、このチップシール2b,3b,4b
の断面形状は、図5に示すように渦巻状スクロールラッ
プの先端の溝2d,3d,4dに面する線の長さより鏡
板2c,3c,4cに面する線の長さの方が長い台形の
形状が多く用いられてきた。このようなチップシール
は、高圧側圧縮空間(スクロールラップの図中左側空
間)と低圧側圧縮空間(スクロールラップの図中右側空
間)との間の圧力差を利用するもので、この高圧側圧縮
空間と低圧側圧縮空間の圧力差により、高圧側の気体が
スクロールラップの溝内に入り、チップシールを鏡板側
(図中上方向)に押し付けると共に、低圧側圧縮空間側
(図中右方向)に押し付け、高圧側圧縮空間と低圧側圧
縮空間とを密閉するように作用している。
【0004】また、このように高圧側圧縮空間と低圧側
圧縮空間との圧力差によらず、チップシール2b,3
b,4bと鏡板2c,3c,4cの間の密閉を維持でき
るようにするために、図6のようにチップシール2b,
3b,4bと渦巻状スクロールラップの先端に設けられ
た溝2d,3d,4dで挟まれた空間に弾性体12を設
けその弾性体12のばね性によりチップシール2b,3
b,4bを鏡板2c,3c,4cに押し付ける方法も提
案されていた。なお、このように弾性体12を使用する
場合、渦巻状スクロールラップの先端に設けられた溝2
d,3d,4dへのチップシールの設置を容易にするた
め、チップシール2b,3b,4bと弾性体12は接着
または一体成形により製作されてきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】チップシールは、その
製造コストを下げるため、一般に板材を打ち抜くことで
形成されている。しかしながら、このような方法で形成
するとチップシールの断面形状を完全に矩形にすること
は極めて困難である。従って、板材を打ち抜いてチップ
シールを形成した場合、その断面形状は台形状に形成さ
れてしまう。
【0006】そこで、台形状に形成されたチップシール
を図5に示すように、鏡板に面する線の長さの方が長く
なるように配置すると、チップシールと鏡板間の接触面
積が大きくとれるため、チップシールと鏡板間密閉には
有効であるが、チップシールと渦巻状スクロールラップ
先端溝側面間の密閉は、チップシールの側面とスクロー
ルラップ角部との接触により密閉することになるため、
密閉性に問題がある。
【0007】これは、チップシールと渦巻状スクロール
ラップ先端溝側面間の密閉をするためのチップシールの
側面において、スクロールラップの角部と接触する部分
(所謂密閉を行う部分)が変動するためである。このよ
うな変動は、チップシールが徐々に摩耗して厚さが徐々
に薄くなっていく過程や、又は、旋回スクロールが回転
する際、スクロールラップ端と鏡板面との間の距離に微
少な変動が生じるために生じる。チップシールは前記し
たように板材を打ち抜いて形成されるものであるため、
当然、その打ち抜いて形成された面(チップシールの側
面)の精度(面粗さ)は、削り出した場合に比較して粗
くなっている。このように粗い面上を変動しながらスク
ロールラップの角部と接触するため、密閉性に難点が生
じてしまう。密閉性が悪くなると、圧縮効率が低下し、
十分な真空度が得られないことが生じる。この問題を解
決するためには、チップシールの側面の精度を高めれば
よいが、精度を高めるためには、チップシールを板材か
らの打ち抜きのみで形成することが難しくなり、例えば
チップシールの側面を削り出しにより形成することとな
り、結果として高価なチップシールとなってしまう問題
を有している。
【0008】なお、図6のようにチップシールと渦巻状
スクロールラップの先端に設けられた溝で挟まれた空間
に弾性体を設けその弾性体のばね性によりチップシール
を鏡板に押し付ける方法の場合、チップシールが摩耗し
薄くなると鏡板への押しつけ力が不足し密閉性が悪くな
り十分な真空度が得られなくなるといった問題を有して
いる。
【0009】また、スクロール形真空ポンプは、旋回ス
クロールの回転により、その閉鎖された空間の圧力を徐
々に上昇させて最終的に排出する機構であるため、スク
ロールラップの左右の空間(高圧側圧縮空間と低圧側圧
縮空間)の圧力差に変動が生じる。本来、チップシール
はこの圧力差によって、鏡板側及び低圧側圧縮空間側に
押圧されているが、この圧力差の変動により、チップシ
ールが渦巻状スクロールラップ先端溝の側面から離れ、
圧縮効率の低下により十分な真空度が得られないことも
生じる。
【0010】
【課題を解決するための手段】まず、上記した課題のう
ち、チップシールの側面がある程度の粗い面精度であっ
ても密閉性を高めるためには、常にチップシールの同一
個所がスクロールラップの側面と接触すれば良いことに
着目し、チップシールの低圧側圧縮空間側に突部を設
け、この突部がスクロールラップの側面に接触するよう
に構成すれば良い。なお、スクロールラップは通常削り
出しにより成形されているため、スクロールラップの側
面の面精度はチップシールの側面の面精度に比較して相
当高いものである。
【0011】また、上記した課題のうち、スクロールラ
ップの左右の空間の圧力差変動により、チップシールが
スクロールラップから離れて密閉性が低下する問題につ
いては、この圧力差変動により移動してしまうチップシ
ールの他に、この圧力差変動の影響を受けないチップシ
ールを配置することにより解決することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図1乃至図4を
用いて説明する。
【0013】図1は本発明を適用したスクロール形真空
ポンプの全体外観図(一部断面図)であり、図2乃至図
4は本発明の各実施例を示す渦巻状スクロールラップの
先端近傍の部分断面拡大図である。
【0014】まず、図1において、本発明となるスクロ
ール形真空ポンプ1は、旋回スクロール2、旋回スクロ
ール2の渦巻状ラップ2aと、旋回スクロール2を挟む
2つの固定スクロール3,4、固定スクロール3,4の
渦巻状ラップ3a,4aと、旋回スクロール2の渦巻状
ラップ2aおよび固定スクロール3、4の渦巻状ラップ
3a、4aの先端部に設置されたチップシール2b、3
b、4b、クランクシャフト5、クランクピン6、クラ
ンクピン6用シールド形ラジアル玉軸受7、クランクシ
ャフト5用片シールド形ラジアル玉軸受8、吸込み口
9、排気口10、モータ11から成る。
【0015】このように構成されたスクロール形真空ポ
ンプ1は、吸込み口9を真空にしたい対象物(チャンバ
等)に接続し、旋回スクロール2が固定スクロール3に
対して公転運動することでできる流体ポケット13を、
順次各スクロール2,3の外側から中心側へ圧縮しなが
ら移動させることにより、流体ポケット13で捕獲した
空気を順次排気口10へ移動させている。
【0016】このような構成を持つスクロール形真空ポ
ンプ1の渦巻状スクロールラップの先端の溝2d,3
d,4dに、図2に示す形状のチップシール2b,3
b,4bを取り付ける。図2に示すチップシール2b,
3b,4bは、板材を打ち抜いて形成したものであり、
その断面形状は概ね台形形状となっている。このチップ
シール2b,3b,4bは、鏡板2c,3c,4cに面
する線の長さより渦巻状スクロールラップの先端の溝2
d,3d,4dに面する線の長さの方が長い台形である
チップシール2b,3b,4bを渦巻状スクロールラッ
プの先端の溝2d,3d,4dに面する線の渦巻の外側
端点と鏡板2c,3c,4cに面する線の渦巻の外側端
点を結ぶ線と渦巻状スクロールラップの先端の溝2d,
3d,4dに面する線とのなす角度が90度未満である
ように取り付けられている。
【0017】チップシール2b,3b,4bを渦巻状ス
クロールラップの先端の溝2d,3d,4dに装着する
と、スクロールラップ2a,3a,4aにより形成され
る高圧側空間(スクロールラップの図中左側空間)と低
圧側空間(スクロールラップの図中右側空間)との間の
圧力差により、高圧側空間の空気が溝2d,3d,4d
内に入り込み、チップシール2b,3b,4bを、鏡板
2c,3c,4c側に押し付けると共に、低圧側空間側
にも押し付ける。
【0018】低圧側空間側に押し付けられたチップシー
ル2b,3b,4bは、その上面が鏡板2c,3c,4
cに対して面接触していることから、チップシール2
b,3b,4bの最も低圧側空間側に突出した部位であ
る図中右下角部(以下突部という)がスクロールラップ
の溝2d,3d,4d内の低圧側空間側の壁に突き当た
る。
【0019】この状態で、スクロール形真空ポンプを長
時間作動すると、チップシール2b,3b,4bと鏡板
2c,3c,4cとの間の摩擦により、チップシール2
b,3b,4bの摩耗が進行する。しかし、チップシー
ル2b,3b,4bの摩耗が進んでも、低圧側空間との
密閉は、チップシール2b,3b,4bに設けた突部と
スクロールラップの溝2d,3d,4d内の低圧側空間
側の壁との間により行われるため、チップシール2b,
3b,4bの側面の面精度に影響されず、常に所定の密
閉効果を奏することができる。なお、チップシール2
b,3b,4bの摩耗の進捗により、チップシール2
b,3b,4bに設けた突部と接触するスクロールラッ
プの溝2d,3d,4d内の低圧側空間側の壁の部位は
変化するが、一般にスクロールラップの溝2d,3d,
4dは削り出しにより製作されているため、チップシー
ル2b,3b,4bの側面の面粗さよりも精度の高い面
が形成されている。
【0020】次に、このように構成される図2に示すチ
ップシール2b,3b,4bの寿命について述べる。鏡
板2c,3c,4cと渦巻状スクロールラップ2a,3
a,4aの先端の間隔を一定にし、チップシール2b,
3b,4bの厚さを0.1mmずつ薄くしたものを複数
用意し、定時間内に所定の真空度(1Pa)に達するこ
とが可能である最小の厚さを測定したところ、従来の図
5に示すような渦巻状スクロールラップの先端の溝2
d,3d,4dに面する線の長さより鏡板2c,3c,
4cに面する線の長さの方が長い台形の形状を有するチ
ップシール2b,3b,4bの場合より小さい値が得ら
れた。これは、チップシール2b,3b,4bが摩耗し
て厚さが薄くなった場合、図2の構成の方が図5の従来
の構成より、より長期間に亘って安定した真空度が得ら
れることを示す。また、チップシール2b,3b,4b
の厚さを一定にし、鏡板2c,3c,4cと渦巻状スク
ロールラップ2a,3a,4aの先端の間隔を0.01
mmずつ広げ、所定時間内に所定の真空度(1Pa)に
達することが可能である最大間隔を測定したところ、図
5の従来の構成より大きな間隔が得られた。これは、旋
回スクロール2が圧力変動により微振動し渦巻状スクロ
ールラップ2a,3a,4aの先端と鏡板2c,3c,
4c間の距離が変動する場合、図2の構成の方が図5の
従来の構成より安定した真空度が得られることを示す。
【0021】次に、図3及び図4に示す他の実施例につ
いて述べる。
【0022】図3及び図4の実施例は、渦巻状スクロー
ルラップ2a,3a,4aの左右の空間(高圧側空間
(スクロールラップの図中左側空間)と低圧側空間(ス
クロールラップの図中右側空間))に生じる圧力差が旋
回スクロールの回転によって変動した際に、この圧力差
によってチップシール2b,3b,4bが図中左右方向
に微振動して、チップシール2b,3b,4bとスクロ
ールラップの溝2d,3d,4dの内壁との間に間隙が
生じて、密閉性が低下するのを防止するものである。
【0023】図3の構成は、スクロールラップの溝2
d,3d,4d内に、第一のチップシール2e,3e,
4eの内側(下方)に第二のチップシール2f,3f,
4fを同じ向きに配置したものである。
【0024】第一のチップシール2e,3e,4eと第
二のチップシール2f,3f,4fは接触はしているも
のの接着はされておらず、スクロールラップの方向に対
して垂直の方向(図中左右方向)に相対的に移動可能に
構成されている。したがって、渦巻状スクロールラップ
2a,3a,4aの左右の空間(高圧側空間(スクロー
ルラップの図中左側空間)と低圧側空間(スクロールラ
ップの図中右側空間))に生じる圧力差によって第一の
チップシール2e,3e,4eとスクロールラップの溝
2d,3d,4dの内壁との間に間隙が生じても、第二
のチップシール2f,3f,4fは当該圧力差による影
響はほとんど受けないため、第二のチップシール2f,
3f,4fとスクロールラップの溝2d,3d,4dの
内壁との間で密閉性が確保できる。
【0025】なお、図3では、断面が台形形状のチップ
シール(2e,3e,4e、2f,3f,4f)の例が
記載されているが、これに限るものではなく、例えば図
4に示すように第一のチップシール2e,3e,4eを
逆の台形形状としても良く、更には、矩形形状のチップ
シールとしても良い。
【0026】また図3のように、渦巻状スクロールラッ
プ先端の溝2d,3d,4dを深くし、この溝内に断面
が鏡板2c,3c,4cに面する線の長さより渦巻状ス
クロールラップの先端の溝2d,3d,4dに面する線
の長さの方が長い台形であり、渦巻状スクロールラップ
の先端の溝2d,3d,4dに面する線の渦巻の外側端
点と鏡板2c,3c,4cに面する線の渦巻の外側端点
を結ぶ線と渦巻状スクロールラップの先端の溝2d,3
d,4dに面する線とのなす角度が90度未満である2
枚のチップシール2e,3e,4e及び2f,3f,4
fを、蒸気圧の低すぎないペースト状のグリース等をチ
ップシール2eと2fまたは3eと3fまたは4eと4
f間に塗り一時的に接着し鏡板2c,3c,4cで挟
み、塗布したグリース等の蒸気圧より低い圧力で真空引
きすることにより接着しない状態で重ねて取り付け、前
記同様に、鏡板2c,3c,4cと渦巻状スクロールラ
ップ2a,3a,4aの先端の間隔を一定にして鏡板2
c,3c,4cに面するチップシールの厚さ2e,3
e,4eを0.1mmずつ薄くし定時間内に所定の真空
度(1Pa)に達することが可能である最小の厚さ、及
び2枚のチップシール2e,3e,4e及び2f,3
f,4fの厚さを一定にして鏡板2d,3d,4dと渦
巻状スクロールラップ2a,3a,4aの先端の間隔を
0.01mmずつ広げ所定時間内に所定の真空度(1P
a)に達することが可能である最大間隔を測定したとこ
ろ、図2のチップシール2b,3b,4b1枚の構成より
も小さい厚さ、及び大きい間隔が得られた。
【0027】また図4のように、鏡板2d,3d,4d
に面するチップシール2e,3e,4eを、その断面が
渦巻状スクロールラップの先端の溝2d,3d,4dに
面する線の長さより鏡板2d,3d,4dに面する線の
長さの方が長い台形にしても図3の構成の場合と同様な
効果が得られる。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、チップ
シール摩耗による厚さの変動、旋回スクロールの微振動
による渦巻状スクロールラップ先端と鏡板間の距離の変
動、渦巻状スクロールラップの内外の圧力差の変動に対
して安定した真空度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例になるスクロール形真空ポ
ンプの一部断面全体図。
【図2】 本発明の一実施例を示す部分断面図。
【図3】 本発明の他の実施例を示す部分断面図。
【図4】 本発明の更に他の実施例を示す部分断面図。
【図5】 従来の一実施例を示す部分断面図。
【図6】 従来の他の実施例を示す部分断面図。
【符号の説明】
1はスクロール形真空ポンプ、2は旋回スクロール、2
aは旋回スクロールの渦巻状ラップ、2bは旋回スクロ
ールのチップシール、2cは旋回スクロールの鏡板、2
dは旋回スクロールの渦巻状ラップの先端の溝、2eは
チップシール2枚重ね時の旋回スクロールの鏡板側のチ
ップシール、2fはチップシール2枚重ね時の旋回スク
ロールの溝側のチップシール、3、4は固定スクロー
ル、3a,4aは固定スクロールの渦巻状ラップ、3
b、4bは固定スクロールのチップシール、3c、4c
は固定スクロールの鏡板、3d,4dは固定スクロール
の渦巻状ラップの先端の溝、3e,4eはチップシール
2枚重ね時の固定スクロールの鏡板側のチップシール、
3f,4fはチップシール2枚重ね時の固定スクロール
の溝側のチップシール、5はクランクシャフト、6はク
ランクピン、7a,7b,7cはクランクピン用軸受、
8はクランクシャフト用軸受、9は吸込み口、10は排
気口、11はモータ、12は弾性体、13は流体ポケッ
トである。
フロントページの続き (72)発明者 小倉 光雄 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内 (72)発明者 野崎 矢須志 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機エンジニアリング株式会社内 Fターム(参考) 3H029 AA02 AA15 AB06 BB16 BB32 BB42 CC03 CC05 CC19 3H039 AA02 AA09 AA14 BB08 BB15 BB28 CC02 CC03 CC07 CC08 CC31

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 旋回スクロールの鏡板から立設するよう
    に第1の渦巻状スクロールラップを備え、固定スクロー
    ルの鏡板から立設するように第2の渦巻状スクロールラ
    ップを備え、前記第1の渦巻状スクロールラップと前記
    第2の渦巻状スクロールラップを噛合させるように向か
    い合わせ、前記第1の渦巻状スクロールラップと前記第
    2の渦巻状スクロールラップの先端の鏡板に面する個所
    に溝を設け、その各々の溝に渦巻状スクロールラップの
    先端と鏡板をシールする為のチップシールを設け、前記
    旋回スクロールは偏心したクランクシャフトによって電
    動機に連結され、該電動機が回転することにより前記ク
    ランクシャフトが回転し前記クランクシャフトと前記旋
    回スクロール間に設置された軸受により前記旋回スクロ
    ールに回転運動が伝達されクランクピンにより公転運動
    に変換されるスクロール形真空ポンプにおいて、チップ
    シールの断面が鏡板に面する線の長さより渦巻状スクロ
    ールラップの先端の溝に面する線の長さの方が長い台形
    であり、渦巻状スクロールラップの先端の溝に面する線
    の渦巻の外側端点と鏡板に面する線の渦巻の外側端点を
    結ぶ線と渦巻状スクロールラップの先端の溝に面する線
    とのなす角度が90度未満であるようにチップシールが
    取り付けてあることを特徴とするスクロール形真空ポン
    プ。
  2. 【請求項2】 旋回スクロールの鏡板から立設するよう
    に第1の渦巻状スクロールラップを備え、固定スクロー
    ルの鏡板から立設するように第2の渦巻状スクロールラ
    ップを備え、前記第1の渦巻状スクロールラップと前記
    第2の渦巻状スクロールラップを噛合させるように向か
    い合わせ、前記第1の渦巻状スクロールラップと前記第
    2の渦巻状スクロールラップの先端の鏡板に面する個所
    に溝を設け、その各々の溝に渦巻状スクロールラップの
    先端と鏡板をシールする為のチップシールを設け、前記
    旋回スクロールは偏心したクランクシャフトによって電
    動機に連結され、該電動機が回転することにより前記ク
    ランクシャフトが回転し前記クランクシャフトと前記旋
    回スクロール間に設置された軸受により前記旋回スクロ
    ールに回転運動が伝達されクランクピンにより公転運動
    に変換されるスクロール形真空ポンプにおいて、渦巻状
    スクロールラップの先端に設けた溝に2個以上の接着さ
    れないチップシールを設けたことを特徴とするスクロー
    ル形真空ポンプ。
  3. 【請求項3】 渦巻状スクロールラップの先端に設けた
    溝に面するチップシールの断面が鏡板に面するチップシ
    ールに面する線の長さより渦巻状スクロールラップの先
    端の溝に面する線の長さの方が長い台形であり、渦巻状
    スクロールラップの先端の溝に面する線の渦巻の外側端
    点と鏡板に面するチップシールに面する線の渦巻の外側
    端点を結ぶ線と渦巻状スクロールラップの先端の溝に面
    する線とのなす角度が90度未満であるように渦巻状ス
    クロールラップの先端の溝に面するチップシールが取り
    付けてあることを特徴とする請求項2記載のスクロール
    形真空ポンプ。
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