JP2005315142A

JP2005315142A - オイルフリースクロール形真空ポンプ

Info

Publication number: JP2005315142A
Application number: JP2004132985A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Muroi; 克美室井; Takashi Kawamata; 隆川又; Mitsuo Ogura; 光雄小倉
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】
オイルフリースクロール形真空ポンプにおいては、吸引気体中の水分が作動中に水滴となってスクロール表面に付着し、真空度の効率低減、チップシールの摩耗、ポンプ本体の腐食等の現象が生じ問題となっていた。
【解決手段】
アルミニウム合金からなるオイルフリースクロール形真空ポンプの固定スクロール及び旋回スクロール表面にアルミニウム水和酸化物層を形成し、その上にフッ素化合物層をシロキサン結合を介して形成して超はっ水性皮膜を作成することにより、真空ポンプ内に吸引された気体体中の水分が付着することを防止すると共に、真空度の向上、ポンプ本体の防食を図ることができる。
つまり、水分の付着を防止することにより、真空度の向上、チップシールの摩耗の低減、ポンプ本体の腐食防止更にはポンプ構造の簡素化によるコスト低減をはかることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、オイルフリースクロール形真空ポンプに関するものである。

従来のオイルフリースクロール形真空ポンプは、乾燥気体以外の気体を吸引した場合に圧縮過程において飽和蒸気圧となるため真空ポンプ内部に水滴が発生していた。一般に固定スクロール及び旋回スクロールをアルミニウム合金製で形成した場合は、表面は陽極酸化処理を施した後、ＰＴＦＥ樹脂を陽極酸化層内に形成される細孔内に含浸させて耐摩耗性を向上させている。この陽極酸化被膜は表面に水酸基を有する構造となっているため水との親和力が高く、発生した水滴がスクロール内部に残留してしまうため到達真空圧が低下してしまうという問題が起きた。その対策として吸気口からポンプ内部に導入された気体を飽和蒸気圧にさせないためのガスバラスト機構を有するオイルフリースクロール真空形ポンプが提供されている。このような真空ポンプは、特開平９―３２７６７号、特開２００２―１１５６７６号に開示されている。

図４は従来例におけるオイルフリーシクロール形真空ポンプを示す縦断側面図、図５は図４の要部縦断側面図である。図４及び図５において旋回スクロール１の鏡板の片面から渦巻状スクロールラップ１ａが立設している。また、固定スクロール２はハウジング４と一体成形され、固定スクロール２の鏡板の片面から渦巻状スクロールラップ２ａが旋回スクロール１の渦巻状スクロールラップ１ａに嵌合するように立設し、圧縮空間１４を構成している。固定スクロール２の渦巻状スクロールラップ２ａの半径方向外側のハウジング４、５間にＯリング６を設け、旋回スクロール１はハウジング４、５内に納められており、旋回スクロール１の渦巻状スクロールラップ１ａの端面にチップシール８、９を介装する。

旋回スクロール１はハウジング５及びチップシール８、９により左右方向の位置が制御され、軸受１１を介して主クランクシャフト１０に稼動自在に係合している。更に、渦巻状スクロールラップ１ａ，２ａの半径方向外側に、旋回スクロール１が自転せず公転のみをするようにクランクピン７を配設する。主クランクシャフト１０は、軸受１２を介してハウジング５に軸支され、一端は電動機（図示せず）に連結される。

電動機を動作させると主クランクシャフト１０の回転にともない、旋回スクロール１が偏心運動を開始し、吸入口１３から吸引された気体は、スクロール外周部から圧縮空間１４で順次圧縮され中心部に設けられた排気通路１５を介して、排気口１６から排気される。なお、固定スクロール２はハウジング４に固定されてもよい。

このように構成されたオイルフリースクロール形真空ポンプにおいて、固定スクロール２のスクロールラップ２ａの外周側から略３巻き以内の位置にガスバラスト導入孔１７を配設し、ガスバラスト導入孔１７に空気や乾燥窒素などの気体を導入することにより、吸気口１３から吸入された気体が飽和蒸気圧に達することを
防いでいる。またガスバラスト機構に流量調節弁や開平弁を設けたりして対策を講じている。

なお旋回スクロール表面及び固定スクロール表面には、摩耗対策として陽極酸化被膜を形成した後、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂を前記陽極酸化被膜に形成された細孔に含浸させた皮膜が形成されている。

特開平９―３２７６７号

特開２００２―１１５６７６号

上記ガスバラスト機構は、密閉空間にて圧縮された空気が排出される最終段近傍に設けられているため、仮に最終段近傍に至るまでの密閉空間にて吸入気体が高湿状態になると、このガスバラスト機構の前段の時点で飽和蒸気圧になってしまう可能性があり、結果的に水滴が発生してしまい到達真空圧が低下してしまうと共にチップシールが著しく摩耗してしまい、更には真空ポンプ本体の腐食を誘発するという問題があった。

また、その対策として流量調節機構や作動・非作動を制御するための切替機構が設けたガスバラスト機構を有するオイルフリースクロール形真空ポンプが提案されているが、コスト的に高くなったりガスバラスト気体流量が多くなると消費電力が大きくなるという問題があった。

本発明の目的は、ガスバラスト機構を有せずに、低コストで上記問題を解消することができるオイルフリースクロール形真空ポンプを提供することである。

上記目的を達成させるための本発明の第１の特徴は、ポリテトラフルオロエチレンを含浸させた陽極酸化皮膜を有するアルミニウム合金からなる固定スクロール及び旋回スクロールを適用し、前記旋回スクロールの鏡板から立設する第１の渦巻状スクロールラップと。前記固定スクロールの鏡板から立設する第２の渦巻状スクロールラップと、第１及び第２の渦巻状スクロールラップの先端に設けたチップシール溝と、チップシール溝に配されるチップシールを有し、更に前記旋回スクロールを前記固定スクロールに対して公転運動させることで、前記旋回スクロールと前記固定スクロール間の気体を外周側から内周側に順次圧縮させるオイルフリースクロール形真空ポンプにおいて、水との接触角が１６５度以上を有する超はっ水性皮膜を形成させることにより水分の付着を防止を図ることにある。

また、本発明の第２の特徴は、ポリテトラフルオロエチレンを含浸させた陽極酸化皮膜を有するアルミニウム合金からなる固定スクロール及び旋回スクロールの表面に超はっ水性皮膜を形成する手段として、前記陽極酸化皮膜表面を脱脂後、アルミニウム水和酸化物層を形成し、更にフルオロアルキルシラン化合物を反応させてフッ素化合物を形成させることにある。

なお前記陽極酸化皮膜上にアルミニウム水和酸化物を形成するには炭酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、酢酸アンモニウム等を濃度として０．０１質量％から０．１質量％の沸騰水中に所定時間浸せきさせることにより形成することができる
なお０．０１質量％未満の水溶液中、また０．１質量％を超えた水溶液中ではアルミニウム水和酸化物の形成が難しくなり、ＦＡＳのフッ素化合物との反応が生ぜず、超はっ水性は膜が形成できなくなる。

また、超はっ水性皮膜の水に対する接触角は１６８度以上としたが、この値未満の皮膜の場合、直径が５０μｍ以上の水滴の付着が時々観察され、水滴の低減には有効でないことが実験から判明した。

本発明によれば、固定スクロール及び旋回スクロールの表面に超はっ水皮膜を施すことにより、吸引された気体に含まれる水分が水滴となったとしても皮膜表面には付着せずに系外に排出され、真空度の向上、チップシールの摩耗、ポンプ本体の腐食を抑制することができる。

また、従来のガスバラスト機構を省略することができ、真空ポンプの構造が簡略化ができ、コスト低減化も図ることができる。

実施例１
本実施例を図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施例におけるオイルフリーシクロール形真空ポンプを示す縦断側面図、図２は図１の要部縦断側面図である。図１及び図２において旋回スクロール１の鏡板の片面から渦巻状スクロールラップ１ａが立設している。また、固定スクロール２はハウジング４と一体成形され、固定スクロール２の鏡板の片面から渦巻状スクロールラップ２ａが旋回スクロール１の渦巻状スクロールラップ１ａに嵌合するように立設し、圧縮空間１４を構成している。

固定スクロール２の渦巻状スクロールラップ２ａの半径方向外側のハウジング４、５間にＯリング６を設け、旋回スクロール１はハウジング４、５内に納められており、旋回スクロール１の渦巻状スクロールラップ１ａの端面にチップシール８、９を介装する。

旋回スクロール１はハウジング５及びチップシール８、９により左右方向の位置が制御され、軸受１１を介して主クランクシャフト１０に稼動自在に係合している。更に、渦巻状スクロールラップ１ａ，２ａの半径方向外側に、旋回スクロール１が自転せず公転のみをするようにクランクピン７を配設する。

主クランクシャフト１０は、軸受１２を介してハウジング５に軸支され、一端は電動機（図示せず）に連結される。電動機を動作させると主クランクシャフト１０の回転にともない、旋回スクロール１が偏心運動を開始し、吸入口１３から吸引された気体は、スクロール外周部から圧縮空間１４で順次圧縮され中心部に設けられた排気通路１５を介して、排気口１６から排気される。なお、固定スクロール２はハウジング４に固定されてもよい。

このように構成されたオイルフリースクロール形真空ポンプにおいて、アルミニウム鋳物（ＡＣ４Ｃ―Ｔ７）材料からなる固定スクロールおよび旋回スクロール表面に陽極酸化処理を施し、更にポリテトラフルオロエチレンをコーティングする。その後、０．０５質量％炭酸ナトリウム水溶液の沸騰水を用いて１０分間浸せきし前記両スクロール表面にアルミニウム水和酸化物を形成する。その後、ＦＡＳ（フルオロアルキルシラン）化合物、例えばＣＦ_３（ＣＦ_２）_７（ＣＨ_２）_２Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３を１８０℃に加熱して気化させている容器内に前記スクロールを５分間曝露し、コーティング処理を行なう。

処理後のスクロール表面の超はっ水性皮膜の概念図を図３に示す。スクロールのアルミニウム部材２０に陽極酸化層２１が形成され、更に該陽極酸化層２１上に微細な凹凸を有するアルミニウム水和酸化物層２２が形成されている構造となっている。前記アルミニウム水和酸化物層２２の表面にはフッ素化合物層２４が形成されている。この時フッ素化合物とアルミニウム水和酸化物はシロキサン結合をしており、フッ素化合物の付着力は非常に強く、皮膜の耐久性が極めて高い。この皮膜上に水滴を落下させてその接触角を測定したところ、１７３度で超はっ水性を示した。このように微細凹凸構造とｓフッ素化合物層により超はっ水性皮膜が形成される。

なお、旋回スクロール及び固定スクロールはフッ素化合物のコーティング時において１８０℃に昇温させられるが、２３０℃の温度で焼き戻し処理を施されているため（Ｔ７処理）熱変形は発生しない。

以上のようにして超はっ水性表面処理を施した固定スクロールおよび旋回スクロールを適用した真空ポンプにおいて、水分の付着の防止を図ることができ真空度は向上する。

実施例２
実施例１に用いたＦＡＳとして、オプツールＤＳＸ（ダイキン工業（株）商品名）を用いて同様な処理を行なった。溶剤パーフルオロヘキサンＰＦ５０６０（３Ｍ商品名）に濃度０.１質量％となるようにオプツールＤＳＸを添加した溶液中にアルミニウム水和酸化物を表面に形成した固定スクロールおよび旋回スクロールを約１時間浸せきし、大気放置した後、１３０℃で１５分間乾燥させた。なお固定スクロール及び旋回スクロールの材質はＡＣ４Ｃで、焼き戻し温度１６０℃（Ｔ−６）である。皮膜のはっ水性は、水との接触角で評価したところ１７４度を示した。

このようにして超はっ水性表面処理を施した固定スクロールおよび旋回スクロールを適用した真空ポンプにおいて、水分の付着の防止を図ることができ真空度は向上する。

本発明のオイルフリースクロール形真空ポンプを示す縦断側面図である。本発明のオイルフリースクロール形真空ポンプを示す要部縦断側面図である。本発明の超はっ水性皮膜を施したスクロールの表面概念図である。従来におけるガスバラスト機構を有するオイルフリースクロール真空ポンプを示す縦断側面図である。

符号の説明

１は旋回スクロール、１ａは旋回スクロールの渦巻状スクロールラップ、２は固定スクロール、２ａは固定スクロールの渦巻状スクロールラップ、１３は吸引口、１４は圧縮空間、１６は排気口
１７はガスバラスト導入孔、２０はスクロールのアルミニウム部材、２１は陽極酸化皮膜、２２はアルミニウム水和酸化物層、２３はＰＴＦＥ樹脂、２４はフッ素化合物層である。

Claims

ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂を含浸させた陽極酸化皮膜を表面に施したアルミニウム合金からなる旋回スクロール及び固定スクロールを適用し、前記旋回スクロールの鏡板から立設する第１の渦巻状スクロールラップと、前記固定スクロールの鏡板から立設する第２の渦巻状スクロールラップと、前記第１及び第２の渦巻状スクロールラップの先端に設けたチップシール溝と、該チップシール溝に配されるチップシールとを有し、更に前記旋回スクロールを前記固定スクロールに対して公転運動させることで、前記旋回スクロールと前記固定スクロール間の気体を外周側から内周側に順次圧縮させるオイルフリースクロール形真空ポンプにおいて、前記固定スクロールおよび旋回スクロール表面に超はっ水性皮膜を形成させたことを特徴とするスクロール真空ポンプ
接触角が１６８度以上を有する超はっ水性皮膜が形成されている旋回及び固定スクロールからなることを特徴とする請求項１のオイルフリースクロール形真空ポンプ。
旋回スクロール及び固定スクロール表面に陽極酸化処理を施しその後ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂を前記陽極酸化処理により形成された微細孔中に含浸させたアルミニウム合金鋳物からなる固定スクロールおよび旋回スクロールの表面を、脱脂、水和酸化物形成処理、さらにフルオロアルキルシラン化合物を所定時間接触させることにより両スクロール表面に超はっ水被膜を形成することを特徴とするオイルフリースクロール形真空ポンプの製法。
請求項３におけるアルミニウム水和酸化物形成において、０．０１質量％から０．１質量％濃度の炭酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、炭酸アンモニウム、酢酸アンモニウム水溶液の沸騰水を用いて処理を行なうことを特徴とするオイルフリースクロール形真空ポンプの製法。