JP2004536248A5

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Publication number: JP2004536248A5
Application number: JP2002561198A
Authority: JP
Filing date: 2001-12-31
Publication date: 2005-12-22

Description

性能の改善されたスクロール型真空ポンプ

本発明は、グリス、ゲルあるいはエポキシを使用して性能を改善する、スクロール型圧縮器、エキスパンダ、真空ポンプに関する。

スクロール型装置は多くの用途で圧縮機や真空ポンプとして用いられてきている。オイルを使用しない、即ち、オイルレス式のスクロール型圧縮機や真空ポンプは、スクロールの要求精度が高いことから製作が難しく且つ費用が掛かる。オイル潤滑式のスクロール型圧縮器及び真空ポンプではしばしば揺動リンクを使用して各スクロールをスクロール表面に接触させるようにして各スクロールにおける漏れギャップを最小化している。揺動リンクは潤滑されないと摩擦を生じて損耗するので、オイルフリー、あるいはオイルレス式のスクロール型圧縮器で揺動リンクを使用することは出来ない。オイルレス式のスクロール型圧縮器では各スクロールが内部で正確に配置されないと漏出が生じて性能が低下する。

米国特許第４，８０２，８３７号には、射出成型によりスクロールをプラスチック材料でコーティングしたスクロール型圧縮器が記載される。この方法によればスクロールの製造コストを低減させることができるが、射出成型が尚必要であり、また、ユニットがオイルレスのものである場合はプラスチックを機械加工して良好な性能を実現する必要がある。

米国特許第５，８０３，７２３号には、スクロールをコーティング処理した別のスクロール型圧縮器が示される。コーティングは、固定ストッパを備える揺動リンクが使用されることで摩損する。先に言及したように、揺動リンクの使用は費用が掛かる。この米国特許にはコーティングの塗布方法は教示されないが、コーティングはある程度摩損しても良いように厚くしておく必要がある。

米国特許第４，８０２，８３７号明細書米国特許第５，８０３，７２３号明細書米国特許第５，４６６，１３４号明細書米国特許第６，０５０，７９２号明細書

グリス、ゲルあるいはエポキシを使用して性能を改善する、スクロール型圧縮器、スクロール型エキスパンダ、スクロール型真空ポンプを提供することである。

螺旋インボリュート（以下、単にインボリュートとも称する）を有する固定プレートと、螺旋インボリュートを有する軌道プレートとを有する効率の改善されたスクロール型圧縮器が提供される。固定プレート及び軌道プレートは、各螺旋インボリュートが相互に歯合してチャンバを画定するようにハウジング内で位置決めされる。インボリュートの先端部にはシール材が塗布される。このシール材はインボリュートの先端と、インボリュートと対向するプレート部分との間の任意の間隙を実質的に閉鎖する。シール材は、グリス、ゲル、及びエポキシから本来なる群から選択される。

スクロール型圧縮器を組み立てる間、インボリュートの先端部分にシール材が塗布される。スクロール型圧縮器を組み立てた後運転することで余剰のシール材がパージされ、シール材は２つのスクロール間の間隙部分にのみ残される。

グリス、ゲルあるいはエポキシを使用して性能を改善する、スクロール型圧縮器、スクロール型エキスパンダ、スクロール型真空ポンプが提供される。

以下に詳細を説明する実施例は本発明を例示するものであり、本発明を何ら限定しようとするものではない。当説明が当業者をして明らかに本発明を作製及び使用可能ならしめる事、また当説明により、本件出願人が現在本発明を実施する最良モードであると信ずるものを含む幾つかの実施例、適用例、変形例、別態様、並びに使用例が開示されることが明らかである。

図１には本発明の２ステージ式のスクロール型真空ポンプ１が示される。スクロール型真空ポンプ１は、第１ステージ固定インボリュート５を有する第１ステージ固定スクロールあるいは第１ステージ固定プレート３を含む。入口ポート６、即ち第１ステージ入口６がこの第１ステージ固定プレート３の中心に位置付けられる。第１ステージ軌道プレート７が、下方インボリュート、即ち第１ステージインボリュート１３を有する下面９と、上方インボリュート、即ち第２ステージインボリュート１５を有する上面１１とを有する。第１ステージインボリュート１３は下面９から下方に伸延し、第２ステージインボリュート１５は上面１１から上方に伸延する。

第１ステージ固定インボリュート５と第１ステージインボリュート１３とは図２に示すように歯合して第１ステージチャンバ、あるいは第１ステージポケットＰ１を画定する。第１ステージ固定プレート３の第１ステージ固定インボリュート５に関して第１ステージインボリュート１３が移動すると、第１ステージポケットＰ１の、第１ステージの周囲位置の第１ステージ入口６から第１ステージ出口１６にかけての寸法が拡大する。
第１ステージ軌道プレート７の上方に第２ステージ固定スクロールあるいは第２ステージ固定プレート１７が位置決めされ、図３に示すように、第１ステージ軌道プレート７の第２ステージインボリュート１５と歯合する第２ステージ固定インボリュート１９を含んでいる。第２ステージ固定プレート１７と第２ステージ固定インボリュート１９とが第２ステージチャンバ、あるいは第２ステージポケットＰ２を画定する。第２ステージポケットＰ２は、第２ステージの周囲位置の第２ステージ入口２０から第２ステージの中心位置の第２ステージ出口２２にかけての寸法が減少している。図１に最も良く示されるように、第１ステージ固定インボリュート５と第１ステージインボリュート１３とは第２ステージインボリュート１５及び第２ステージ固定インボリュート１９よりも大きい（即ち背が高い）。

第１ステージ固定プレート３のベース部から上方に側壁２１が伸延される。第２ステージ固定プレート１７はこの側壁２１に載置され、従来態様、例えばドエルピン２３を使用する態様下に整合される。各スクロールを然るべく固定するためのネジ、ボルト、等の締着手段が番号６４で示す位置に取り付けられる。第２ステージ固定プレート１７の溝内にＯ−リング２５が座着され、第１ステージ及び第２ステージ間にガス漏れのないシールを形成する。図１に示されるように、第１ステージ固定プレート３と第２ステージ固定プレート１７とは真空ポンプ１のための下方ハウジング２７を構成する。ステージ内圧力出口あるいは真空出口２９を、側壁２１の、第１ステージ出口１６位置に形成することができる。

第２ステージ固定プレート１７の外側面３３にネジ、ボルトその他のような好適な締め具３５を使用して上方ハウジング３１が固定される。上方ハウジング３１の上部には出口ポート３６が形成され、この出口ポート３６が真空ポンプ１からの出口を画定する。第１ステージ軌道プレート７を駆動するためのモータ３７が上方ハウジング３１に取り付けられる。モータ３７は出力軸３９を有する。偏心重り４３を有するクランクシャフト４１が出力軸３９にジャーナル取り付けされる。モーター３５の、出力軸３９の反対側の端部位置にカウンタ重り４５が取り付けられる。クランクシャフト４１は第２ステージ固定プレート１７を貫いて伸延される。底部ピン４７がクランクシャフトの底部から伸延される。底部ピン４７は第１ステージ軌道プレート７に関して偏心され、また、この底部ピンの周囲にジャーナル取り付けされたベアリング４９を有している。ベアリング４９は結局、第１ステージ軌道プレート７の中心の凹所内に受けられる。第１ステージ軌道プレート７は、米国特許第５，４６６，１３４号に記載されるように、アイドラシャフト５１及び支持ベアリング５５により支持される。

矢印Ａ１及びＡ２で示すように、空気は第１ステージ入口６から入り、第１ステージ出口１６に移動して膨張する。膨張した空気は矢印Ａ１方向に移動し、第１ステージの周囲位置から第２ステージの周囲位置で第２ステージ入口２０に入る。空気は第２ステージ出口２２位置で第２ステージを出、矢印Ａ２方向に移動してクランクシャフト４１に沿って上方ハウジング３１に入る。次いで、空気は大気圧下の真空ポンプ出口３６位置で上方ハウジング３１を出る。

第１ステージでの膨張比は１以上の任意の値あるいは１とすることができる。しかしながら、第１ステージにおける排気量は第２ステージおけるそれよりも大きいので、中間ステージ圧力は第１ステージ入口圧と第２ステージ出口圧との間のある値となる。第２ステージの圧縮比は１以上あるいは１である。

図４には第２ステージ固定プレートの中心位置に取り付けた改善されたポーティング手段が示される。第２ステージ固定プレートは先端シール５４を有する螺旋状インボリュート５１を含み、先端シール５４が螺旋インボリュート５１の中心位置にできるだけ接近するように伸延される。通常、スクロールの一方が他方の周囲を時計方向にスクロールし、各スクロールが、番号５５で示す位置で接触する状態下に、図示される位置でポーティングが生じる。スクロールが時計方向に移動するに従い、螺旋インボリュート５１間の番号５７で示す位置の間隙が開き、この間隙５７に捕捉されたガスが排気領域５９のガスに露呈される。しかしながら、スクロールインボリュート６１の端部位置の半径とポーティング手段の半径６３とを正しく寸法付けすることで、ポーティングを１８０°の回転分遅らせることができる。これにより圧縮比（あるいは膨張比）が著しく増大し、かくして性能が改善される。

図５及び図６には第１ステージの別態様が示される。この別態様では単一の固定プレートと単一の軌道プレートとが設けられる。各プレートのインボリュートは図５及び図６に示されるように変化される。各図に示すように、インボリュート高さを階段状に変化させることでガスが第１段階の中心から周辺に流動する際に段階的な圧縮が生じ得る。各階段部分での膨張（あるいは圧縮）比は１あるいはそれ以上である。第１ステージのこうした構成は“マルチステージスクロール圧縮機”と題する米国特許第６，０５０，７９２号に記載される。この構成には、第１ステージで膨張ではなく圧縮が提供されるという点で、第１ステージがずっと効率化されるという追加的な利益がある。

オイルフリー、あるいはオイルレス式のスクロール型圧縮器には数多くの漏出ポイントがある。スクロールどうしは代表的には間部分にランニングクリアランスを持たせて作動されるが、このランニングクリアランスが漏出ポイントとなって性能を低下させる。先端シールの下側及び先端シールの何れかの側の欠陥部も漏出ポイントとなる。少量のグリースあるいはゲルを各スクロールに配置することで傷や漏出路が減少あるいは排除される。各スクロール間の間隙部分を残し、余分のグリースあるいはゲルは初期運転の間にパージされる。グリースあるいはゲルあるいはオイルはスクロール型圧縮器を組み立てる際に各スクロールの先端部に塗布される。この作業は簡単であり、スクロール型圧縮機製造上の追加コストは殆ど生じない。グリースは、例えばＥ．ＩｄｕＤｏｎｔｄｅＮｅｍｏｕｒｉから入手することのできるＫｒｙｔｏｘのような低蒸気圧グリースであるのが好ましく、ゲルはマサチューセッツ州フェアヘブンのＮｙｅＬｕｂｒｉｃａｎｔ社より入手することのできるＮｙｅＴｏｒｒであるのが好ましい。

ある用途（例えば食品工業あるいは薬品工業での）では、下流側が汚染される恐れがあることから各スクロールにグリースあるいはゲルを配置することができない。グリースあるいはゲルに代わるものとしてのエポキシを、グリースあるいはゲルにおけると同様にして、スクロール型圧縮機の組み立て中に各スクロール先端部に配置することができる。次いで各スクロールユニットを運転し、余剰のエポキシをスクロール型圧縮機からパージする。エポキシを後硬化させる必要がある場合は、初期運転の後に各スクロールを分解してエポキシを硬化させることができる。次いでスクロール型圧縮器を再組み立てすることができる。

グリース、ゲル、あるいはエポキシをスクロール先端部に塗布することで、そうしたグリース、ゲル、あるいはエポキシが、スクロール先端部と、この先端部が隣接するスクロールプレートとの間（即ち、回転側のスクロールのスクロール先端と、静止側のスクロールのプレートとの間）の任意の間隙形状に合致し、この間隙を実質的に排除する。かくして、費用を要する射出成型プロセスあるいは費用の掛かる揺動リンクを用いること無くスクロール型ポンプ、スクロール型圧縮器、あるいはスクロール型真空ポンプからの漏出が最小化され、性能が最適化される。

以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。２ステージ型のもののみが説明されたが、更にステージ数の多いものを用いることができる。かくして、スクロール型圧縮器は、３、４あるいは更に多くの数のステージを有するものであり得る。各ステージには、種々のステージをバイパスさせ得るようにするための中間ポートが特定機能上望ましいように連続して結合され、あるいは大気に開放される。

本発明の２ステージ式のスクロール型真空ポンプの断面図である。図１を線２−２に沿って切断した断面図である。図１を線３−３に沿って切断した、第２ステージにおけるスクロール型圧縮器の断面図である。スクロールの中心位置での改良されたポート手段を示す第２ステージの平面図である。２ステージ型のスクロール型真空ポンプの別態様の実施例の断面図である。図５を線６−６に沿って切断した断面図である。

符号の説明

１スクロール型真空ポンプ
Ｐ１第１ステージポケット
Ｐ２第２ステージポケット
３第１ステージ固定プレート
５インボリュート
６入口ポート
７軌道プレート
９下面
１１上面
１３第１ステージインボリュート
１５第２ステージインボリュート
１７第２ステージ固定プレート
１９第２ステージ固定インボリュート
２０入口
２１側壁
２２出口
２３ドエルピン
２５Ｏ−リング２５
２７下方ハウジング
２９真空出口
３１上方ハウジング
３３外側面
３５締め具
３６出口ポート
３７モータ
３９出力軸
４１クランクシャフト
４５カウンタ重り
４７底部ピン
４９ベアリング
５１アイドラシャフト
５１螺旋インボリュート
５４先端シール
５５支持ベアリング
５７間隙
５９排気領域
６１スクロールインボリュート
６３ポーティング手段の半径

Claims

螺旋インボリュートを有する固定プレートと、螺旋インボリュートを有する軌道プレートと、入口と、出口と、を含み、各前記螺旋インボリュートが相互に歯合してチャンバを画定するスクロール型圧縮器であって、
各螺旋インボリュートの先端部に塗布したシール材にして、各螺旋インボリュートの先端と、螺旋インボリュートと対向するプレート部分との間の任意の間隙を実質的に閉じるシール材を含むスクロール型圧縮器。
シール材がグリース、ゲル、エポキシから本来なる群から選択される請求項１のスクロール型圧縮器。
グリースが低蒸気圧グリースである請求項２のスクロール型圧縮器。
ハウジングと、螺旋インボリュートを有する固定プレートと、螺旋インボリュートを有する軌道プレートにして、各螺旋インボリュートが相互に歯合してチャンバを画定するように前記ハウジング内で受けられる軌道プレートと、ハウジングを閉じるカバーとからなるスクロール型圧縮器の組み立て方法であって、
各螺旋インボリュートの先端にシール材を塗布すること、
スクロール型圧縮器を組み立てた後、該スクロール型圧縮器を運転すること、
を含むスクロール型圧縮器の組み立て方法。
シール材がグリース、ゲル、エポキシから本来なる群から選択される請求項４のスクロール型圧縮器の組み立て方法。
シール材がエポキシであり、スクロール型圧縮器を組み立てた後、該スクロール型圧縮器を運転した後に該スクロール型圧縮器を分解すること、エポキシを硬化させること、スクロール型圧縮器を再組み立てすること、を更に含む請求項５のスクロール型圧縮器の組み立て方法。
スクロール型真空ポンプであって、
第１ステージにして、螺旋インボリュートを有する第１ステージ固定プレートと、螺旋インボリュートを有する第１ステージ軌道プレートと、第１ステージ入口と、第１ステージ出口と、を有し、前記第１ステージ固定プレートの螺旋インボリュートと第１ステージ軌道プレートの螺旋インボリュートとが相互に歯合してチャンバを確定し、各該チャンバの寸法が前記第１ステージ入口から第１ステージ出口にかけて拡大する第１ステージと、第２ステージにして、螺旋インボリュートを有する第２ステージ固定プレートと、螺旋インボリュートを有する第２ステージ軌道プレートと、前記第１ステージ出口と通じている第２ステージ入口と、第２ステージ出口と、を有し、前記第２ステージ固定プレートの螺旋インボリュートと第２ステージ軌道プレートの螺旋インボリュートとが相互に歯合してチャンバを確定し、各該チャンバの寸法が前記第２ステージ入口から第２ステージ出口にかけて減少する第２ステージと、を含み、
前記第１ステージが膨張比を有し、前記第２ステージが圧縮比を有し、第１ステージの排気量が第２ステージの排気量よりも大きく、各螺旋インボリュートの上部にはシール手段が提供されるスクロール型真空ポンプ。
第１ステージの各螺旋インボリュートは第２ステージの各螺旋インボリュートよりも背が高い請求項７のスクロール型真空ポンプ。
螺旋インボリュートを有する第１ステージ固定プレートと、螺旋インボリュートを有する第１ステージ軌道プレートと、第１ステージ入口と、第１ステージ出口とを含み、各前記螺旋インボリュートが相互に歯合してチャンバを確定し、各該チャンバの寸法が前記第１ステージ入口から第１ステージ出口にかけて拡大する第１ステージと、第２ステージにして、螺旋インボリュートを有する第２ステージ固定プレートと、螺旋インボリュートを有する第２ステージ軌道プレートと、前記第１ステージ出口と通じている第２ステージ入口と、第２ステージ出口と、を有し、前記第２ステージ固定プレートの螺旋インボリュートと第２ステージ軌道プレートの螺旋インボリュートとが相互に歯合してチャンバを確定し、各該チャンバの寸法が前記第２ステージ入口から第２ステージ出口にかけて減少する第２ステージと、を含み、
前記第１ステージが膨張比を有し、前記第２ステージが圧縮比を有し、各螺旋インボリュートには、各前記螺旋インボリュートの先端部間の間隙を閉鎖状態に維持するシール手段を設けたスクロール型真空ポンプ。