JP2004076685A - Scroll type fluid machine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はスクロール形流体機械に関し、特に、固定スクロールと旋回スクロールとを備え、固定スクロールに対して旋回スクロールが偏心回転することによって、固定スクロール及び旋回スクロールにおいて画成される流体室の体積が変化して、真空又は高圧の状態を作り出すスクロール形流体機械に関する。
【0002】
【従来の技術】
真空の状態又は高圧の状態を作り出す装置としては、互いに噛合うように配置された固定スクロールと旋回スクロールとを備えるスクロール形流体機械が知られている。スクロール形流体機械には、サクションアダプタとエキゾーストアダプタとが設けられており、所望の容器内を真空にしたい場合には、サクションアダプタに当該容器が接続され、所望の容器内を高圧にしたい場合には、エキゾーストアダプタに当該容器が接続される。真空にする用途で用いられることがあるため、スクロール形流体機械は、スクロール形真空ポンプと呼ばれることがある。このタイプの流体機械は、理化学分析機器、電子顕微鏡、半導体製造装置等の分野で利用されている。
【0003】
具体的には、スクロール形流体機械の固定スクロールは、スクロール形流体機械の外枠等を構成する機械本体に対して移動不能に設けられており、渦巻状の固定スクロール板を有している。また、旋回スクロールは、固定スクロール板の略全面に沿って対向する渦巻状の旋回スクロール板を有しており、旋回スクロール板は固定スクロール板に対して偏心回転するように機械本体に支持されている。固定スクロールの一部と旋回スクロールの一部とは互いに当接し合い、この当接により、固定スクロール及び旋回スクロールにおいて密閉された流体室が画成されている。互いに当接する部分は、旋回スクロールが偏心回転しているときに互いに摺動する摺動面をなすとともに流体室を画成する面をなす。旋回スクロールが偏心回転することにより、一時的に密閉の状態が解除された流体室へサクションアダプタを介して流体が流入し、再び流体室が密閉の状態となり、流体室内の体積が小さくなり流体室内の流体を圧縮し、エキゾーストアダプタを介して流体機械外部へ流体が排出されるように構成されている。
【0004】
固定スクロール及び旋回スクロールは、旋回スクロールの高速回転化及び流体機械の軽量化を図るために、アルミニウム合金製鋳物とされている。流体室を画成する固定スクロール及び旋回スクロールの摺動面には、アルマイト処理を施すことによりアルマイト皮膜を設けて摺動面の硬度を高めている。このアルマイト皮膜においては、微細なポーラスが無数に形成された状態となっている。
【0005】
旋回スクロールが偏心回転しているときには、旋回スクロール、固定スクロールのそれぞれの摺動面上に設けられたアルマイト皮膜どうしが互いに摺動し合うが、このときに、焼付き、かじり、摩耗等の問題が生じ易い。これらの問題点を改善するために、アルマイト皮膜のポーラス中に金属又は樹脂を含浸させてアルマイト皮膜の潤滑性を高め、耐摩耗性を向上させる処理方法が一般に行われている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の固定スクロール、旋回スクロールでは、上述のように、摺動面がアルマイト処理によって硬化され、且つアルマイト皮膜に金属又は樹脂を含浸させて潤滑性が高められ、耐摩耗性が向上されており、耐久性の点では問題はない。
【0007】
しかし、アルマイト皮膜は、上述のように多孔質になっているため、表面積が広大になっている。アルマイト皮膜中やアルミニウム合金中にはガスが存在しているが、アルマイト皮膜の表面積が大きいため、アルマイト皮膜から流体室内へのガス放出面積が大きくなり、この結果として放出されるガスの量が多くなってしまう。ガス放出量は、スクロール形流体機械の性能因子の一つであり、この量が多いことはスクロール形流体機械の性能が低いことを意味し、アルマイト処理の施されていないアルミニウム合金や、ステンレス等の材質からなる固定スクロール、旋回スクロールを有するスクロール形流体機械の場合と比較すると、性能が大きく劣っていた。このため、アルマイト処理は、真空性能の要求される固定スクロール、旋回スクロールには適していないと考えられていた。
【0008】
そこで本発明は、アルマイト皮膜から流体室へと放出されるガスの量を低滅することにより、真空性能を良好とするスクロール形流体機械を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、機械本体と、該機械本体に対して移動不能に設けられ、渦巻状の固定スクロール板を有する固定スクロールと、該固定スクロール板の略全面に沿って対向する渦巻状の旋回スクロール板を有し、該旋回スクロール板は該固定スクロール板に対して偏心回転するように該機械本体に支持された旋回スクロールとを備え、該固定スクロール及び該旋回スクロールにおいて、該固定スクロール板と該旋回スクロール板との間で密閉された流体室が画成され、該固定スクロール及び該旋回スクロールはアルミニウム合金製鋳物であり、該流体室を画成する該固定スクロール及び該旋回スクロールの面には、アルマイト処理によって微細なポーラスの形成されたアルマイト皮膜が設けられ、該ポーラス中には金属、又は該金属及び樹脂が含浸されたスクロール形流体機械において、該アルマイト皮膜上に、膜厚0.01〜1μmの潤滑油又はグリースからなる層が設けられているスクロール形流体機械を提供している。
【0010】
ここで、該潤滑油は、パラフィン系、シリコン系、フッ素系、フェニルエーテル系であることが好ましい。
【0011】
該グリースは、シリコン系、フッ素系、フェニルエーテル系であることが好ましい。
【0012】
該アルミニウム合金製鋳物は、Siを4.0〜10%、Cuを4.0%以下で含むことが好ましい。
【0013】
該金属は、銀又は金又は二硫化モリブデンからなることが好ましい。
【0014】
該樹脂は、四フッ化エチレン樹脂であることが好ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態によるスクロール形流体機械1について図1乃至図4に基づき説明する。スクロール形流体機械1は、外枠を構成する機械本体10を有しており、機械本体10には、サクションアダプタ11とエキゾーストアダプタ12とがそれぞれ設けられている。サクションアダプタ11、エキゾーストアダプタ12は、それぞれ貫通孔11a、12aが形成されており、後述の固定スクロールケース21内部に連通している。所望の図示せぬ容器内を真空状態としたい場合には、当該容器をサクションアダプタ11に接続してスクロール形流体機械1を動作させることにより、当該容器内を真空状態にすることができるように構成されている。スクロール形流体機械1の動作中には、当該容器内の流体たるエアはスクロール形流体機械1を介して抜取られ、エキゾーストアダプタ12から排出される。逆に、所望の容器内を高圧状態としたい場合には、当該容器をエキゾーストアダプタ12に接続してスクロール形流体機械1を動作させることにより、当該容器内を高圧状態にすることができるように構成されている。また、機械本体10内部には、固定スクロール20と、旋回スクロール30とが設けられている。機械本体10外部には、内部に図示せぬモータを備えたモータケース40が接続されている。
【0016】
固定スクロール20は固定スクロールケース21を有しており、固定スクロールケース21は、2つの略同一円形状をした端面21A、21Bと、これらを接続する周面21Cとによって構成されている。端面21A、21Bは平行の位置関係にあり、固定スクロールケース21は、機械本体10に対して移動不能に固定されている。
【0017】
固定スクロールケース21内部には、旋回スクロール30を構成する旋回スクロール円盤31が設けられている。旋回スクロール円盤31は、端面21A、21Bよりも半径の若干小さい円形状をなし、端面21A、21Bからそれぞれ等しい距離で離間して、端面21A、21Bに平行の位置関係で配置されている。旋回スクロール円盤31の一方の面31Aは一方の端面21Aに対向し、旋回スクロール円盤31の他方の面31Bは他方の端面21Bに対向する。
【0018】
旋回スクロール円盤31の中心から偏心した位置には貫通孔30aが形成されており、貫通孔30aには、クランクシャフト50が貫通している。旋回スクロール円盤31は、ベアリング51を介してクランクシャフト50に支持されており、クランクシャフト50に対して回転可能である。クランクシャフト50は、ベアリング52を介して機械本体10に支持されており、機械本体10に対して回転可能である。従って、旋回スクロール30は機械本体10に間接的に支持された状態となっている。クランクシャフト50はモータケース40内の図示せぬモータに駆動連結されており、モータが駆動するとクランクシャフト50が回転するように構成されている。貫通孔30a内に位置するクランクシャフト50の部分においては、クランクシャフト50の回転軸は当該部分の半径方向の中心に位置しておらず偏心した位置にある。また、上述のように、貫通孔30aは旋回スクロール円盤31の中心から偏心した位置に形成されている。このため、クランクシャフト50が回転することにより旋回スクロール円盤31は、固定スクロールケース21に対して偏心回転するように構成されている。
【0019】
旋回スクロール円盤31上には、板状をした旋回スクロール板32が設けられている。より具体的には、旋回スクロール円盤31の一方の面31A上に、一方の旋回スクロール板32Aが設けられており、旋回スクロール円盤31の他方の面31B上に、他方の旋回スクロール板32Bが設けられている。旋回スクロール板32A、32Bは、図2に示されるように、帯状の板が渦巻状に丸められた形状をなし、それぞれの一方の側縁が一方の面31A、他方の面31Bにそれぞれ固着された状態になっている。図1に示される断面図で見た場合には、旋回スクロール板32Aは、旋回スクロール円盤31の一方の面31Aから固定スクロールケース21の一方の端面21Aに至るまで突出したひれ状をなしており、同様に旋回スクロール板32Bは、旋回スクロール円盤31の他方の面31Bから固定スクロールケース21の他方の端面21Bに至るまで突出したひれ状をなしている。旋回スクロール板32は、旋回スクロール円盤31とともに旋回スクロール30を構成する。
【0020】
固定スクロールケース21内周面であって端面21A、21Bの部分には、板状をした固定スクロール板22が設けられている。より具体的には、端面21A上に固定スクロール板22Aが設けられており、端面21B上に固定スクロール板22Bが設けられている。図2に示されるように、固定スクロール板22A、22Bは、旋回スクロール板32A、32Bと同様に帯状の板が渦巻状に丸められた形状をなし、それぞれの一方の側縁が端面21A、21Bに固着された状態になっている。図1に示される断面図で見た場合には、固定スクロール板22Aは、固定スクロールケース21の一方の端面21Aから旋回スクロール円盤31の一方の面31Aに至るまで突出したひれ状をなしており、同様に固定スクロール板22Bは、固定スクロールケース21の他方の端面21Bから旋回スクロール円盤31の他方の面31Bに至まで突出したひれ状をなしている。図2に示されるように、固定スクロール板22と旋回スクロール板32とは互いに噛合ったような状態となっており、固定スクロール板22の全面は、旋回スクロール板32の略全面に沿って対向して配置された状態となっている。固定スクロール板22は、固定スクロールケース21とともに固定スクロール20を構成する。
【0021】
固定スクロール板22の面と旋回スクロール板32の面とは、同時に2箇所以上で当接可能に構成されている。また、旋回スクロール円盤31の一方の面31A、他方の面31Bは、それぞれ鏡板面になっており、固定スクロール板22A、22Bの突出方向における先端部とそれぞれ常時互いに当接している。同様に、固定スクロールケース21の内周面であって端面21A、21Bの部分は鏡板面になっており、旋回スクロール板32A、32Bの突出方向における先端部とそれぞれ常時互いに当接している。より詳細には、図3に示されるように、一方の端面21Aに対向する渦巻状の旋回スクロール板32Aの先端部に沿って、自己潤滑性樹脂からなるチップシール33が設けられている。同様に、旋回スクロール円盤31Aに対向する渦巻状の固定スクロール板22Aの先端部に沿って、自己潤滑性樹脂からなるチップシール23が設けられている。チップシール23、33を介して、旋回スクロール板32は固定スクロールケース21に当接し、固定スクロール板22は旋回スクロール円盤31に当接している。チップシール23、33によって、固定スクロールケース21の一方の端面21Aと旋回スクロール板32Aとの間のシール性が高められ、また、旋回スクロール円盤31の一方の面31Aと固定スクロール板22Aとのシール性が高められている。なお、説明の都合上、図3には一方の固定スクロール板22A、旋回スクロール板32A等について示したが、他方の固定スクロール板22B、旋回スクロール板32B等についても同様である。
【0022】
これら固定スクロール20、旋回スクロール30を構成する各部の当接により、固定スクロール20と旋回スクロール30との間において、旋回スクロール板32と固定スクロール板22と旋回スクロール円盤31と固定スクロールケース21とにより囲まれる密閉された流体室20aが画成される。流体室20aを画成している面は、旋回スクロール30が偏心回転しているときに互いに摺動する摺動面をなす。旋回スクロール板32が偏心回転すると、固定スクロール板22と旋回スクロール板32とが互いに摺動し、固定スクロール板22と旋回スクロール板32との当接位置が変化する。この当接位置の変化により流体室20aの体積が減少するように構成されている。
【0023】
固定スクロール20及び旋回スクロール30は、アルミニウム合金製鋳物である。このアルミニウム合金製鋳物は、Siを4.0〜10%含み、Cuを4.0%以下の量で含む。Siを4.0〜10%、Cuを4.0%以下としたのは、合金元素、特に、鋳造時に共晶となって網目状に生じるSi、Cuを少なくするためである。このことによって、後述のアルマイト処理を行うときに、共晶物が脱落して生じる表面の凹凸の低滅を図ることができ、また、後述のアルマイト皮膜32Cの厚さのバラツキを抑えることができる。
【0024】
流体室20aを画成する固定スクロール20、旋回スクロール30の面、即ち、固定スクロール板22、旋回スクロール円盤31の一方の面31A及び他方の面31B、固定スクロールケース21の一方の端面21A及び他方の端面21B、旋回スクロール円盤31の面にはアルマイト処理が施されており、図4に示されるように、このアルマイト処理によるアルマイト皮膜32Cが設けられている。なお、説明の都合上、図4では、旋回スクロール板32の表面についてのみを示しているが、固定スクロールケース21の一方の端面21A及び他方の端面21B、固定スクロール板22、旋回スクロール円盤31の一方の面31A及び他方の面31Bの、それぞれの表面についても同様である。アルマイト皮膜32Cが設けられていることにより、流体室20aを画成する固定スクロール20、旋回スクロール30の面が硬化されている。
【0025】
アルマイト皮膜32Cには、無数の微細なポーラス32aが形成されているが、ポーラス32a中には、図4に示されるように、金属及び樹脂からなる含浸物32Dが含浸される。含浸物32Dは、金属が含浸された後に樹脂が含浸されてなる。含浸される金属としては、金、銀、二硫化モリブデン等が用いられており、また、樹脂としては、四フッ化エチレン等が用いられている。金属をポーラス32a中に含浸させることにより、ポーラス32aを塞ぐことができる。金属として銀、金、二硫化モリブデン等を用いたのは、これらの金属は摩擦係数が低いためである。摩擦係数が低いため、互いに接触する旋回スクロール板32と固定スクロール板22との間の摺動特性を向上させることができ、耐久性を向上させることができる。また、これらの金属はポーラス32aを塞ぐのに適しており、アルマイト皮膜32Cからのガスの放出を低減することができる。更に、金属に四フッ化エチレン樹脂を加えると、耐摩耗性をより高めることができ、且つガス放出を効果的に低減させることができる。
【0026】
金属等がポーラス32a中に含浸された状態のアルマイト皮膜32C上には、図4に示されるように、膜厚0.01〜1μmの潤滑油からなる層32Eが設けられている。潤滑油としては、パラフィン系、シリコン系、フッ素系、フェニルエーテル系のものが用いられている。潤滑油からなる層32Eが設けられているため、多孔質層であるアルマイト皮膜32Cの最表面に潤滑油の膜が生成された状態となり、アルマイト皮膜32Cの表面積を少なくさせることができる。このため、ガス放出量を、前述の金属等による効果に加えて更に効果的に低減させることができる。また、チップシール22、33によるシール性を向上させることができ、真空性能を更に高めることができる。層32Eの材料として潤滑油を用いたのは、アルマイト皮膜32C上に薄膜を生成し易いためである。潤滑油としてパラフィン系等のものを用いたのは、これらの潤滑油の蒸気圧が低く、固定スクロール20及び旋回スクロール30により構成される真空系内の最低圧力より低いため、油分が真空系内において蒸気となりにくく、真空系内の汚染を防ぐことができるためである。また、潤滑油の皮膜の厚さを1μm以下としたのは、それよりも厚い場合には真空系内の汚染が問題となるためである。また、潤滑油の皮膜の厚さを0.01μm以上としたのは、これよりも薄くなると真空性能を高める効果が得られにくいためである。
【0027】
以上の構成のスクロール形流体機械1のサクションアダプタ11に図示せぬ容器が接続され、図示せぬモータが駆動されると、固定スクロール板22と旋回スクロール板32との当接位置が、旋回スクロール板32の偏心回転により変化して、流体室20aの体積が減少する。体積が減少しながら流体室20aの位置は、渦巻状の旋回スクロール板32及び固定スクロール板22の周面方向に移動してゆき、且つ、固定スクロール板22、旋回スクロール位置32からなる渦巻の外周の位置から渦巻の内方へ向かって移動する。より詳細には、渦巻の最外周位置にある流体室20aは、旋回スクロール板32が偏心回転しているときに、一時的に固定スクロール板22と旋回スクロール板32との当接が解除され、サクションアダプタ11の貫通孔に連通する。このとき、貫通孔に連通する図示せぬ容器内の流体たるエアが流体室20a内に流入する。そして、すぐに固定スクロール板22と旋回スクロール板32とが当接して流体室20aは密閉の状態となる。その後、流体室20aの体積が減少し続け、流体室20aは渦巻きの周面に沿って渦巻の内方へ移動するとともに流体室20a内のエアを圧縮し続ける。渦巻の中心は、エキゾーストアダプタ12の貫通孔12aに連通しており、流体室20aが渦巻の中心位置に至ると、流体室20a内のエアは、エキゾーストアダプタ12の貫通孔12aからスクロール形流体機械1の外部へと排出される。
【0028】
次に、本実施の形態によるスクロール形流体機械1の流体室20aを画成する本発明に基づく材料(本発明品)の、ガス放出量を試す実験を行った。本発明品とは、本実施の形態によるスクロール形流体機械の固定スクロール20、旋回スクロール30を構成しSiを7.0%、Cuを0.08%含むアルミニウム合金の金属片に、アルマイト処理を施してその表面全体にアルマイト皮膜を生成した後に、アルマイト皮膜のポーラス中に、四フッ化エチレン樹脂を含浸させ、その後に銀を析出させ、更にそのアルマイト皮膜全面の上に層32Eと同一の潤滑油からなる膜厚0.1μmの層を生成したものである。本発明品は直方体形状をしており、縦、横それぞれ10mm、高さが1mmである。
【0029】
比較の対象としては、従来のスクロール形流体機械の流体室を画成する面の部分からなる従来品を用いた。従来品は、アルマイト皮膜全面の上に、層32Eと同一の潤滑油からなる膜厚0.1μmの層が生成されていない点のみが本発明品とは異なる。試験は、昇温脱離ガス分析法(TDS)による実験装置のチャンバー内に本発明品、従来品をそれぞれ別々に入れ、60℃/minで昇温してゆき、チャンバー内の圧力変化を測定することにより行った。
【0030】
図5に示されるように実験結果においては、ガス放出量は、何れの温度においても本発明品の方が従来品よりも少ない。例えば、約150℃の時点では、本発明品ではチャンバー内の圧力は約5×10−4Paと真空度が高くなっており、ガス放出量が低いことが分かる。これに対して、従来品では、5×10−3Paと真空度が低くなっており、ガス放出量が多いことか分かる。
【0031】
次に、本実施の形態によるスクロール形流体機械1の実機である本発明品の真空性能の実験を行った。比較の対象としては、従来のスクロール形流体機械の実機である従来品を用いた。従来品は、流体室を画成する固定スクロール、旋回スクロールの面に設けられたアルマイト皮膜上に潤滑油の層が設けられていない点のみが本発明品とは異なる。実験では、スクロール形流体機械1のサクションアダプタ11に蓋をして図示せぬモータを駆動させ、蓋の内側の気圧の変化を測定して評価を行った。なお、この実機による試験では、アルマイト皮膜32C及びアルミニウム合金からのガス放出量と、潤滑油の層32Eが生成されることによるチップシール23、33のシール性との2つ要因に基づく真空性能の総合的な評価を行うことができる。
【0032】
図6に示されるように実験結果においては、何れの時点においても本発明品の方が従来品よりも真空性能が高い。例えば、本発明品では、気圧が2Paになるまでにかかる時間は約18分である。これに対して従来品では、気圧が2Paになるまでにかかる時間は約40分である。この時間の差から、本発明品の方がアルマイト皮膜32Cからのガス放出量が少なく、チップシール23、33によるシールド性が向上し、真空性能が大幅に向上していることが分かる。このため、早く所望の真空状態にすることができることが理解できる。
【0033】
本発明によるスクロール形流体機械1は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば本実施の形態では、金属等がポーラス中に含浸された状態のアルマイト皮膜32C上には、潤滑油からなる層32Eが設けられていたが、潤滑油の層32Eに代えてグリースからなる層を設けてもよい。この場合のグリースとしては、シリコン系、フッ素系、フェニルエーテル系ものものが好適に用いられる。層の材料としてグリースを用いたのは、アルマイト皮膜上に薄膜を生成し易いためである。また、グリースとしてシリコン系等のものを用いたのは、これらのグリースの蒸気圧は低いため油分が蒸気となりにくく、固定スクロール及び旋回スクロールにより構成される真空系内の汚染を防止することができる。
【0034】
また、アルマイト皮膜32Cのポーラス中には、金属及び樹脂の含浸物32Dが含浸されていたが、金、銀、二硫化モリブデン等の金属のみが含浸されてもよい。
【0035】
また、含浸物32Dは金属が含浸された後に樹脂が含浸されてなるが、逆に、樹脂が含浸された後に金属が含浸されて構成されてもよい。
【0036】
【発明の効果】
請求項1記載のスクロール形流体機械によれば、流体室を画成する固定スクロール及び旋回スクロールの面には、アルマイト処理によって微細なポーラスの形成されたアルマイト皮膜が設けられているため、固定スクロールと旋回スクロールとが互いに当接摺動する摺動面を硬化することができ、耐久性を向上させることができる。また、ポーラス中には金属、又は金属及び樹脂が含浸されているため、アルマイト皮膜における潤滑性を高めることができると同時に、ポーラスを塞ぐことができ、アルマイト皮膜から放出されるガスの量を低減することができる。更に、アルマイト皮膜上に、膜厚0.01〜1μmの潤滑油又はグリースからなる層が設けられているため、アルマイト皮膜からのガス放出量をより高いレベルで低減することができ、また、固定スクロール板と旋回スクロールとの間のシールを行うチップシールのシール性を高めることができ、真空性能を向上させた高性能の機械とすることができる。
【0037】
また、アルマイト皮膜上に設けられる層を潤滑油又はグリースにより構成したため、アルマイト皮膜上に薄膜状の層を容易に生成することができる。また、潤滑油又はグリースの層の厚さを1μm以下としたため、固定スクロール及び旋回スクロールからなる真空系内の汚染を防止することができる。また、潤滑油又はグリースの層の厚さを0.01μm以上としたため、良好な真空性を得ることができる。
【0038】
請求項2、3記載のスクロール形流体機械によれば、潤滑油は、パラフィン系、シリコン系、フッ素系、フェニルエーテル系であるため、また、グリースは、シリコン系、フッ素系、フェニルエーテル系であるため、潤滑油、グリースの蒸気圧を低くすることができ、油分が真空系内において蒸気となりにくくすることができる。このため、真空系内の汚染を防ぐことができる。
【0039】
請求項4記載のスクロール形流体機械によれば、アルミニウム合金製鋳物が、Siを4.0〜10%、Cuを4.0%以下で含んでいるため、合金元素、特に、鋳造時に共晶となって網目状に生じるSi、Cuを少なくすることができ、アルマイト処理を行うときに、共晶物が脱落して生じる表面凹凸の低滅を図ることができる。また、アルマイト皮膜の厚さのバラツキを抑えることができる。
【0040】
請求項5、6記載のスクロール形流体機械によれば、金属は、銀又は金又は二硫化モリブデンからなり、また、樹脂は、四フッ化エチレン樹脂である。これらの材料の摩擦係数は低く、互いに接触する旋回スクロール板と固定スクロール板との間の摺動特性を向上させることができる。このため、耐久性を向上させることができる。また、これらの金属、樹脂はポーラスを塞ぐのに適しており、アルマイト皮膜からのガスの放出を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態によるスクロール形流体機械を示す断面図。
【図2】図1のII−II線に沿った断面図。
【図3】本発明の実施の形態によるスクロール形流体機械の、固定スクロール及び旋回スクロールを示す要部断面図。
【図4】本発明の実施の形態によるスクロール形流体機械の、固定スクロール及び旋回スクロールの摺動面の表面を示す拡大模式図。
【図5】本発明品と従来品とについて、昇温脱離ガス分析法(TDS)によりガス放出特性についての実験を行った結果を示すグラフ。
【図6】本実施の形態によるスクロール形流体機械と従来のスクロール形流体機械とについて、それぞれ実機を用いて真空特性についての実験を行った結果を示すグラフ。
【符号の説明】
1 スクロール形流体機械
10 機械本体
20 固定スクロール
20a 流体室
22 固定スクロール板
30 旋回スクロール
32 旋回スクロール板
32C アルマイト皮膜
32D 金属及び樹脂の含浸物
32E 層
32a ポーラス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a scroll-type fluid machine, and more particularly to a scroll type fluid machine that includes a fixed scroll and an orbiting scroll, and the volume of a fluid chamber defined in the fixed scroll and the orbiting scroll changes by the eccentric rotation of the orbiting scroll with respect to the fixed scroll. Thus, the present invention relates to a scroll type fluid machine for creating a vacuum or high pressure state.
[0002]
[Prior art]
As a device for creating a vacuum state or a high-pressure state, a scroll-type fluid machine including a fixed scroll and an orbiting scroll arranged to mesh with each other is known. The scroll-type fluid machine is provided with a suction adapter and an exhaust adapter.When a desired container is to be evacuated, the container is connected to the suction adapter, and when the desired container is to be set to a high pressure. Is connected to the exhaust adapter. The scroll type fluid machine is sometimes referred to as a scroll type vacuum pump because it is sometimes used in a vacuum application. This type of fluid machine is used in the fields of physicochemical analyzers, electron microscopes, semiconductor manufacturing equipment, and the like.
[0003]
Specifically, the fixed scroll of the scroll type fluid machine is provided immovably with respect to a machine main body constituting an outer frame or the like of the scroll type fluid machine, and has a spiral fixed scroll plate. Further, the orbiting scroll has a spiral orbiting scroll plate which is opposed along substantially the entire surface of the fixed scroll plate, and the orbiting scroll plate is supported by the machine body so as to rotate eccentrically with respect to the fixed scroll plate. I have. A part of the fixed scroll and a part of the orbiting scroll abut each other, and by this abutment, a fluid chamber sealed in the fixed scroll and the orbiting scroll is defined. The portions that come into contact with each other form sliding surfaces that slide with each other when the orbiting scroll is eccentrically rotating and also define surfaces that define a fluid chamber. By the eccentric rotation of the orbiting scroll, the fluid flows into the fluid chamber in which the sealed state is temporarily released via the suction adapter, and the fluid chamber is again in the sealed state, and the volume in the fluid chamber is reduced and the fluid chamber is reduced. Is compressed, and the fluid is discharged to the outside of the fluid machine via the exhaust adapter.
[0004]
The fixed scroll and the orbiting scroll are made of an aluminum alloy casting in order to increase the rotation speed of the orbiting scroll and reduce the weight of the fluid machine. The sliding surfaces of the fixed scroll and the orbiting scroll that define the fluid chamber are provided with an alumite coating by performing an alumite treatment to increase the hardness of the sliding surfaces. In this alumite film, a number of fine porous layers are formed.
[0005]
When the orbiting scroll is eccentrically rotating, the alumite films provided on the respective sliding surfaces of the orbiting scroll and the fixed scroll slide against each other. At this time, problems such as seizure, galling, and abrasion occur. Tends to occur. In order to improve these problems, a processing method is generally used in which a porous metal of the alumite film is impregnated with a metal or a resin to enhance the lubricity of the alumite film and improve the wear resistance.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional fixed scroll, orbiting scroll, as described above, the sliding surface is hardened by alumite treatment, and the alumite film is impregnated with a metal or resin to enhance lubricity and improve wear resistance. There is no problem in terms of durability.
[0007]
However, since the alumite film is porous as described above, the surface area is large. Gas is present in the alumite film and aluminum alloy, but the large surface area of the alumite film increases the gas release area from the alumite film into the fluid chamber, resulting in a large amount of gas released. turn into. The amount of gas released is one of the performance factors of scroll-type fluid machines, and a large amount of this means that the performance of scroll-type fluid machines is low, such as aluminum alloy or stainless steel that has not been subjected to alumite treatment. The performance was greatly inferior to the scroll type fluid machine having the fixed scroll and the orbiting scroll made of the above materials. For this reason, it was thought that the alumite treatment was not suitable for fixed scrolls and orbiting scrolls that required vacuum performance.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide a scroll-type fluid machine that improves vacuum performance by reducing the amount of gas released from the alumite film into the fluid chamber.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a machine main body, a fixed scroll having a spiral fixed scroll plate provided immovably with respect to the machine main body, and substantially along the entire surface of the fixed scroll plate. An orbiting scroll plate opposed to the fixed scroll plate, the orbiting scroll plate being supported by the machine body so as to rotate eccentrically with respect to the fixed scroll plate. A sealed fluid chamber is defined between the fixed scroll plate and the orbiting scroll plate. The fixed scroll and the orbiting scroll are made of an aluminum alloy casting, and the fixed scroll and the orbiting scroll define the fluid chamber. The surface of the orbiting scroll is provided with an alumite film on which fine pores have been formed by alumite treatment. Alternatively, the present invention provides a scroll-type fluid machine in which the metal and the resin are impregnated, in which a layer of lubricating oil or grease having a thickness of 0.01 to 1 μm is provided on the alumite film. .
[0010]
Here, the lubricating oil is preferably of a paraffin type, a silicon type, a fluorine type, or a phenyl ether type.
[0011]
The grease is preferably a silicon-based, fluorine-based, or phenyl ether-based grease.
[0012]
The aluminum alloy casting preferably contains 4.0 to 10% of Si and 4.0% or less of Cu.
[0013]
Preferably, the metal comprises silver or gold or molybdenum disulfide.
[0014]
The resin is preferably an ethylene tetrafluoride resin.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A scroll type fluid machine 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The scroll-type fluid machine 1 has a
[0016]
The fixed
[0017]
An
[0018]
A through
[0019]
On the
[0020]
A fixed
[0021]
The surface of the fixed
[0022]
The contact between the fixed
[0023]
The fixed
[0024]
The surfaces of the fixed
[0025]
The
[0026]
As shown in FIG. 4, a
[0027]
When a container (not shown) is connected to the
[0028]
Next, an experiment was conducted to test the amount of gas released from the material according to the present invention (the present invention) that defines the
[0029]
For comparison, a conventional product having a surface defining a fluid chamber of a conventional scroll type fluid machine was used. The conventional product differs from the product of the present invention only in that a 0.1 μm-thick layer made of the same lubricant as the
[0030]
As shown in FIG. 5, in the experimental results, the gas emission amount of the product of the present invention is smaller than that of the conventional product at any temperature. For example, at about 150 ° C., the pressure in the chamber is about 5 × 10 -4 It can be seen that Pa and the degree of vacuum are high, and the gas release amount is low. On the other hand, in the conventional product, 5 × 10 -3 It can be seen that Pa and the degree of vacuum are low, and the amount of released gas is large.
[0031]
Next, an experiment on the vacuum performance of the product of the present invention, which is an actual scroll type fluid machine 1 according to the present embodiment, was performed. For comparison, a conventional scroll type fluid machine, which is an actual machine, was used. The conventional product differs from the present invention only in that no lubricating oil layer is provided on the alumite film provided on the surfaces of the fixed scroll and the orbiting scroll that define the fluid chamber. In the experiment, the
[0032]
As shown in FIG. 6, in the experimental results, the product of the present invention has higher vacuum performance than the conventional product at any time. For example, in the product of the present invention, it takes about 18 minutes for the pressure to reach 2 Pa. On the other hand, in the conventional product, it takes about 40 minutes until the atmospheric pressure becomes 2 Pa. From this difference in time, it can be seen that the product of the present invention emits less gas from the
[0033]
The scroll type fluid machine 1 according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be made within the scope described in the claims. For example, in the present embodiment, the
[0034]
Although the porous material of the
[0035]
In addition, the impregnated
[0036]
【The invention's effect】
According to the scroll-type fluid machine according to the first aspect, the fixed scroll and the orbiting scroll that define the fluid chamber are provided with the fine anodized film formed with a fine porous by alumite processing. The sliding surface on which the orbiting scroll and the orbiting scroll abut against each other can be hardened, and the durability can be improved. In addition, since the porous material is impregnated with a metal, or a metal and a resin, the lubricating property of the alumite film can be improved, and at the same time, the porous material can be closed, and the amount of gas released from the alumite film can be reduced. can do. Furthermore, since a layer of lubricating oil or grease having a film thickness of 0.01 to 1 μm is provided on the alumite film, the amount of gas released from the alumite film can be reduced to a higher level, and fixed. The sealing performance of the tip seal for sealing between the scroll plate and the orbiting scroll can be improved, and a high-performance machine with improved vacuum performance can be provided.
[0037]
Further, since the layer provided on the alumite film is made of lubricating oil or grease, a thin layer can be easily formed on the alumite film. Further, since the thickness of the lubricating oil or grease layer is set to 1 μm or less, it is possible to prevent contamination in the vacuum system including the fixed scroll and the orbiting scroll. In addition, since the thickness of the lubricating oil or grease layer is set to 0.01 μm or more, good vacuum properties can be obtained.
[0038]
According to the scroll-type fluid machine according to
[0039]
According to the scroll type fluid machine according to the fourth aspect, since the aluminum alloy casting contains 4.0 to 10% of Si and 4.0% or less of Cu, the alloy element, particularly, the eutectic at the time of casting. Thus, the amount of Si and Cu generated in a network can be reduced, and the surface irregularities caused by the eutectic material falling off during the alumite treatment can be reduced. In addition, variations in the thickness of the alumite film can be suppressed.
[0040]
According to the scroll type fluid machine according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a scroll type fluid machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is an essential part cross-sectional view showing a fixed scroll and an orbiting scroll of the scroll fluid machine according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged schematic view showing a surface of a sliding surface of a fixed scroll and an orbiting scroll of the scroll fluid machine according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the results of an experiment on gas release characteristics of a product of the present invention and a conventional product by thermal desorption spectroscopy (TDS).
FIG. 6 is a graph showing results of an experiment on vacuum characteristics of a scroll type fluid machine according to the present embodiment and a conventional scroll type fluid machine using actual machines.
[Explanation of symbols]
1. Scroll type fluid machine
10 Machine body
20 fixed scroll
20a Fluid chamber
22 Fixed scroll plate
30 orbiting scroll
32 orbiting scroll board
32C anodized film
32D Impregnated with metal and resin
32E layer
32a porous
Claims (6)
該機械本体に対して移動不能に設けられ、渦巻状の固定スクロール板を有する固定スクロールと、
該固定スクロール板の略全面に沿って対向する渦巻状の旋回スクロール板を有し、該旋回スクロール板は該固定スクロール板に対して偏心回転するように該機械本体に支持された旋回スクロールとを備え、
該固定スクロール及び該旋回スクロールにおいて、該固定スクロール板と該旋回スクロール板との間で密閉された流体室が画成され、
該固定スクロール及び該旋回スクロールはアルミニウム合金製鋳物であり、該流体室を画成する該固定スクロール及び該旋回スクロールの面には、アルマイト処理によって微細なポーラスの形成されたアルマイト皮膜が設けられ、該ポーラス中には金属、又は該金属及び樹脂が含浸されたスクロール形流体機械において、
該アルマイト皮膜上に、膜厚0.01〜1μmの潤滑油又はグリースからなる層が設けられていることを特徴とするスクロール形流体機械。Machine body,
A fixed scroll which is provided immovably with respect to the machine body and has a spiral fixed scroll plate;
A spiral scroll plate opposed to the fixed scroll plate along substantially the entire surface of the fixed scroll plate, and the orbiting scroll plate is supported by the machine main body so as to rotate eccentrically with respect to the fixed scroll plate. Prepare,
In the fixed scroll and the orbiting scroll, a sealed fluid chamber is defined between the fixed scroll plate and the orbiting scroll plate,
The fixed scroll and the orbiting scroll are castings made of an aluminum alloy, and the surfaces of the fixed scroll and the orbiting scroll that define the fluid chamber are provided with an alumite film on which fine porous material is formed by anodizing. In the scroll, a porous fluid machine in which the metal is impregnated with the metal, or the metal and the resin,
A scroll type fluid machine characterized in that a layer made of lubricating oil or grease having a thickness of 0.01 to 1 [mu] m is provided on the alumite film.
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