JP2008163865A - 磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】外部に漏れると問題を起こす可能性のある流体を扱うため、密閉型とした圧縮機やポンプ装置などの磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械における磁気カップリングの冷却を、効果的に行えるようにした構造を提供する。
【解決手段】駆動源の駆動軸が直結されたアウターロータ３２と、内周部に配されたアウターロータ側磁石３３と、アウターロータ内に配されて流体機械側回転軸に取り付けられたインナーロータ２３と、インナーロータ周囲に設けられて駆動力を流体機械に伝えるインナーロータ側磁石２１と、インナーロータ２３とアウターロータ３２間に配されて、インナーロータ２３とインナーロータ側磁石２１とを含む流体機械側回転軸を囲繞して密閉する包囲体２０とで磁気カップリングを構成し、アウターロータ３２に、アウターロータ３２内に外気を導入する導風構造を設け、包囲体２０とアウターロータ側磁石３３とを冷却するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械に関し、特に、有毒ガスや原子力関係の気体や液体など、外部に漏れると問題を起こす可能性のある流体を扱うため、空気軸受などの非接触型軸受を用いて無給油とすると共に、駆動力伝達を非接触型駆動力伝達機構である磁気カップリングを用いて行い、流体の吸い込み口と吐き出し口以外を密閉型とした、圧縮機やポンプ装置などを含む、磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械に関するものである。

原子力関係で用いられる圧縮機や真空容器用の真空ポンプなどの流体機械は、運転時における放射線による構成部材の劣化と環境汚染の防止などを考慮に入れ、耐放射能性、耐磨耗性などを含め、高い耐久性と信頼性を有することが要求されている。また運転中は、関連原子力機器による放射性環境汚染雰囲気の形成を皆無とするとともに、相手側機器に対し、外部雰囲気よりの影響を与えることのない、外部環境と隔絶する境界領域を形成することが必要とされる。そのため、こういった事項を考慮に入れた外部遮断隔絶構造と冷却手段の選定が必要とされ、さらに、高真空度の確保のためには、油による種々の障害に対する防止策、長時間の連続運転のための密封構造、軸受け構造等が要求される。

これは、有毒ガスなど、外部に漏れると問題を起こす可能性のある流体を扱う圧縮機やポンプ装置などの流体機械でも同様であり、それら流体が外部に漏れるのを防止するため、例えば本願出願人の出願になる特許文献１に示されているように、軸受に空気軸受などの非接触型軸受を用いて無給油とすると共に、駆動力伝達を磁気（マグネット）カップリングなどの非接触型駆動力伝達機構を用いて行い、流体の導入路と排出路以外を密閉型とすることが行われている。

この特許文献１に示された流体機械は、平板の軸方向の両側に渦巻き状スクロールラップを有する旋回スクロールを設け、その旋回スクロールの渦巻き状スクロールラップに同じく渦巻き状スクロールラップを有する固定スクロールラップをそれぞれ嵌合させた、ダブルラップドライタイプのスクロール真空ポンプである。

この特許文献１に示された流体機械の構成を、図４、図５を用いて説明すると、まず図５は、渦巻き状スクロールラップを用いた真空ポンプの原理を説明するための図で、平板上に渦巻き状の羽根（ラップ）を持つ固定スクロール１１と、これと基本的に同一形状で偏心クランクにより駆動される旋回スクロール１３とを１８０度位相をずらして嵌合させ、固定スクロール１１の渦巻き状スクロールラップ内周部１１ｂと、旋回スクロール１３の渦巻き状スクロールラップ外周部１３ｂとの間に形成される三日月状の密閉空間（圧縮室）６０が、前記固定及び旋回スクロール１３、１１の相対運動により容積変化を起こすことを利用して、吸い込み側を真空状態となすようにしたものである。

すなわち図５（ａ）で、旋回スクロールラップ外周部１３ｂと固定スクロール１１のラップ内周部１１ｂとの間が閉じて吸込み過程が終了すると、吸込口１４から取り込まれたガスは点状図示のように圧縮室６０に閉じ込めらる。ついで、図示していない偏心クランクの位相が９０度進んだ図５（ｂ）では、旋回スクロール１３におけるラップの外周部１３ｂと、固定スクロール１１における、捲き始めのラップ内周部１１ｂの端部内側との間にできた間隙６１でガスの吸込み過程に入り、また中間部の圧縮室６２では圧縮過程に、さらに平板中央の圧縮室６３では吐出口６４で吐出過程に入る。

そして、前記偏心クランク軸の右回転によって更に９０度位相が進んだ図５（ｃ）では、旋回する旋回スクロール１３の公転運動につれ、前記点状図示の圧縮室６０がスクロールの中心部位に移動して順次圧縮室の容積が減少し、ガスが圧縮されて図５（ｄ）及び図５（ａ）を経て、固定中心部に設けられた吐出口６４から排出される。

図４はこのような構造の、渦巻き状スクロールラップを有する旋回スクロール１３を平板の軸方向の両側に設け、それぞれの旋回スクロール１３に固定スクロール１１、１２を嵌合させた、ダブルラップドライタイプのスクロール真空ポンプの概略の構造を示す断面構成図である。図４において真空ポンプは、スクロール圧縮体１０ａと隔壁部２０と隔壁部２５とを含むポンプ本体１０と、駆動部３０とで構成されている。ポンプ本体１０は、旋回スクロール１３を駆動する駆動軸１６の両端部位のそれぞれが、互いに固定スクロール１１、１２に気密状態で取付られる一対の隔壁部２０、２５と、この隔壁部２０、２５にラップ圧縮気体より正圧の圧縮気体を供給する圧縮気体導入口１７、１８と、駆動軸１６へ駆動部３０からの回転力を非接触で伝達する磁気カップリング５０とを備えている。そのため真空ポンプは、駆動力伝達手段たる磁気カップリング５０により、駆動部３０とは隔絶されて気密状態に構成され、吸込み側からの汚染物質が外部に漏洩することがない。

磁気カップリング５０は、駆動部３０側が、駆動軸３０ａに結合された底部を有する円筒形状のカップリング部材（アウターロータ）５１と、その内部に配された駆動用磁石５２、このカップリング部材５１を冷却するため、カップリング部材５１の外周に設けられて換気孔３４から外気を導入する回転翼５３とで構成されている。また真空ポンプ側は、ポンプ本体の駆動軸１６に取り付けられたポンプ側カップリング部材（インナーロータ）５８と、その外周に取り付けられた磁石２１、及びこのポンプ側カップリング部材５８を囲繞して密閉空間２２を形成するための隔壁部２０とで構成されている。

このうち隔壁部２０は、円筒状としたカップリング部材５１の内部にこれも円筒形状として駆動用磁石５２に近接するよう設けられ、ポンプ側カップリング部材５８は、外周に取り付けられた磁石２１がこの隔壁部２０に近接し、カップリング部材５１の内部に設けられた駆動用磁石５２の吸引力、または反発力を有効に受けるように配されていて、それによってアウターロータ５１が回転することでインナーロータ５８も回転するようになっている。

スクロール圧縮体１０ａの固定スクロール１１は、円形蓋状のハウジングを兼ねた軸方向に垂直設定された摺動面と、該摺動面に軸方向に植設された渦巻き状の固定スクロールラップ１１ａとよりなり、固定スクロール１２は、円形蓋状のハウジングを兼ねた軸方向に垂直設定された摺動面と、該摺動面に軸方向に植設された渦巻き状の固定スクロールラップ１２ａとよりなっている。また旋回スクロール１３は、駆動軸１６により軸受けを介して偏心状に支持された軸方向に垂直設定された摺動面と、該摺動面にそれぞれ植設した渦巻き状スクロールラップ１３ａとよりなっている。

旋回スクロール１３の軸方向の左右に植設された渦巻き状スクロールラップ１３ａは、固定スクロール１１の渦巻き状スクロールラップ１１ａと固定スクロール１２の渦巻き状スクロールラップ１２ａにそれぞれ嵌合するとともに、ラップ先端部を摺動面に当接摺動させている。固定スクロール１１、１２の渦巻き状スクロールラップ１１ａ、１２ａの先端部は、旋回スクロール１３の摺動面に当接摺動され、駆動軸１６による偏心状支持のもとに自転防止機構５７により自転することなく公転し、旋回スクロール１３と固定スクロール１１、１２との間に複数の三日月状圧縮室を形成して外周部位の吸込口１４よりガスを吸込み、前記したように吸入、圧縮、吐出の過程を同時に連続的に行わせ、吐出通路１５ａから吐出口１５への吸引を可能にして、真空ポンプとして機能するようにしてある。

そして円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール１２は、固定スクロール１１、１２と嵌合状態にある旋回スクロール１３を気密裡に内蔵すべく、円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール１１とシール部材５５、５６を介して当接させ、内部に密閉空間を形成し、且つ、ケーシングとして機能させるべく密封気密構造にしてある。

尚、前記外気導入口１７、１８からは、不活性の窒素ガスの圧縮気体が導入され、該圧縮気体は、旋回スクロール１３及び固定スクロール１１、１２とが形成する密閉空間により圧縮され、吐出口１５へ吐出される最終密閉空間のラップ圧縮気体の圧力よりも正圧であるために、前記ラップ圧縮気体が外気導入口１７、１８に逆流することはない。

一方、図示はされていないがポンプ本体の駆動軸１６は、潤滑部材で構成したオイルレスメタルよりなる無給油方式の軸受や、圧縮気体導入口１７、１８から導入される圧縮気体により動作する気体軸受けとしてあり、潤滑油使用による周囲の油漏れ、排出ガス中への油の混入、軸受け部の耐久性、管理上の無駄を省くことにより、長期間にわたるノンストップ運転を可能としている。

また、固定スクロール１２には、円形蓋状フレーム部分に冷却用フィン５９を設け、雰囲気空気による自然冷却を可能とし、また、円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール１１、１２には、冷却水循環用ジャケット５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄが設けられて、別途設けたラジエータ及び、水循環用ポンプ等を有した不図示の冷却水循環冷却手段により、固定スクロール１１、１２の背面より強制冷却するようにしてある。

このように、圧縮気体導入口１７、１８からラップ圧縮気体よりも正圧の圧縮気体が駆動軸１６の端部に供給され、その圧縮気体を吐出口１５から排出するようにしているので、ラップが形成する密閉空間によるラップ圧縮気体が圧縮気体導入口１７、１８へ逆流することがない。また、吸込口１４、吐出口１５、及び圧縮気体導入口１７、１８を除き気密状態に構成し、駆動部３０からの駆動力伝達を、磁気カップリング５０を用いた非接触型駆動力伝達機構としたため、吸込み側に接続する原子力側などよりの放射線環境汚染をより完全に遮断ができる。

このように、この特許文献１に示された流体機械としての真空ポンプは、駆動力伝達手段たる磁気カップリング５０が非接触型駆動力伝達機構であるため、真空ポンプ側を気密状態に構成することができ、吸込み側からの汚染物質が外部に漏洩することがない。また、無給油方式の軸受や気体軸受けを用いることで長期間にわたるノンストップ運転が可能であると共に、強制冷却のために円形蓋状フレーム部分に冷却用フィン５９や、冷却水循環用ジャケット５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄなどが設けられ、固定スクロール１１、１２と旋回スクロール１３とにより圧縮された気体から発する熱に対する対策も施されている。

特開平１１−４４２９７号公報

しかしながら、固定スクロール１１、１２と嵌合状態にある旋回スクロール１３とにより、吸込口１４から吸入されて圧縮された気体からはかなりの熱が生じて磁気カップリング５０に伝わり、また、或る程度の時間運転すると、駆動部３０からの熱も磁気カップリング５０に伝わってくる。しかしながら、この磁気カップリング５０に対する熱対策は、カップリング部材（アウターロータ）５１の外周に設けられた回転翼５３だけであり、カップリング部材５１内部に設けられた駆動用磁石５２、隔離壁２０等に対する熱対策がなされていない。

ところが、カップリング部材５１内周に設けられた駆動用磁石５２と隔離壁２０とのクリアランスと、カップリング部材５８の外周に設けられた磁石２１と隔離壁２０とのクリアランスとは、駆動部３０からの駆動力をカップリング部材５８に伝達する上で常にある一定範囲にすることが重要であるのに対し、隔離壁２０や駆動用磁石５２の温度が上昇すると、隔離壁２０と駆動用磁石５２との間隔が変化し、甚だしい場合、駆動用磁石５２と隔離壁２０とが接触して磁気カップリング５０が破損したり、逆に駆動用磁石５２と隔離壁２０との間隔が広がって、カップリング部材（インナーロータ）５８の周囲に設けられた磁石２１に対する磁力が弱くなり、駆動力の伝達が正常にできなくなるという事態が生じることもある。

また、カップリング部材（アウターロータ）５１の外周に設けられた回転翼５３は、それが回転できるようにスペースを設ける必要があり、それだけ磁気カップリングが大きくなって、ひいては、流体機械そのものを大きくしてしまう。

そのため本発明においては、有毒ガスや原子力関係の気体や液体など、外部に漏れると問題を起こす可能性のある流体を扱う圧縮機やポンプ装置などを含む、密閉型とした磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械における磁気カップリングの冷却を、磁気カップリングを設けるスペースを大きくすることなく、効果的に行えるようにした磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械は、
駆動源と、
該駆動源に磁気カップリングを介して結合された圧縮機を含むポンプ装置からなる流体機械とで構成され、
前記磁気カップリングは、
円筒形状に形成された底部に前記駆動源の駆動軸が直結されたアウターロータと、
該アウターロータ内周部に配されたアウターロータ側磁石と、
前記アウターロータ内に配されて前記流体機械側駆動軸に取り付けられたインナーロータと、
該インナーロータ周囲に設けられ、前記アウターロータ側磁石との引き合いと反発とによって前記駆動源の駆動力を前記流体機械に伝えるインナーロータ側磁石と、からなり、
前記流体機械は、駆動軸の両端部位のそれぞれを覆うと共に、前記磁気カップリング側は前記インナーロータとアウターロータ間に配されて、流体吸い込み口、及び吐き出し口以外を気密状態にするよう取付られた一対の包囲体を備え、
磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械において、
前記磁気カップリングを構成するアウターロータに、回転によってアウターロータ内に外気を導入または排出する導風構造を設け、前記磁気カップリング側包囲体とアウターロータ側磁石とを冷却するようにしたことを特徴とする。

このように、アウターロータ内に外気を導入または排出する導風構造を設けて包囲体とアウターロータ側磁石とを冷却することで、気体を圧縮することにより熱が生じる流体機械や駆動源から熱が伝わってきても、磁気カップリングにおける包囲体やアウターロータ側磁石は導入された外気で冷却され、前記したような包囲体とアウターロータ側磁石との間隔が変化し、包囲体とアウターロータ側磁石とが接触して磁気カップリングを破損したり、逆に包囲体とアウターロータ側磁石との間隔が広がり、インナーロータ側磁石に作用する磁力が弱くなって、駆動力の伝達が正常にできなくなるという事態を防止することができる。

また、導風構造はアウターロータ自体に設けられるから、導風構造を設けたことによって磁気カップリングを大きくしたり無駄なスペースを必要とせず、磁気カップリングを小型に構成でき、ひいては流体機械そのものを小型に構成できる。

そして、前記導風構造は、前記アウターロータの回転方向に対して傾斜させて形成したブレードであり、該ブレードにより前記アウターロータ壁面に導風用スリットが形成されて構成されていることで、非常に簡単な構成で導風構造を形成することができる。

また、前記導風構造は、前記アウターロータにおける、前記駆動源側底部、前記アウターロータ周面、前記アウターロータ内周面に配した前記アウターロータ側磁石と磁石の間、前記アウターロータの流体機械側端面の何れか、または複数に設けることが本発明の好適な実施形態である。

さらに、前記導風構造は、前記アウターロータ側磁石を挟んで前記駆動源側と前記流体機械側に設けられ、空気流の下流側となる導風構造の風圧若しくは吸引力を、上流側より大きくすることで、導入した外気が溜まることなく流れ、効果的に包囲体やアウターロータ側磁石を冷却することができる。

以上記載のごとく本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械は、磁気カップリングを構成するアウターロータに外気を導入する導風構造を設けるという簡単な構成で、例え気体（流体）を圧縮することにより生じる熱や、駆動源から生じる熱が磁気カップリングに伝わっても、導入された外気で効果的に冷却され、包囲体とアウターロータ側磁石との間隔が変化することで、包囲体とアウターロータ側磁石との接触による磁気カップリングの破損、包囲体とアウターロータ側磁石との間隔が広がって駆動力の伝達が正常にできなくなる、等の事態を効果的に防止することができる。

また、導風構造はアウターロータ自体に設けられるから、導風構造を設けたことによって磁気カップリングを大きくしたり無駄なスペースを必要とせず、磁気カップリングを小型に構成でき、ひいては流体機械そのものを小型に構成できる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械としての、ダブルラップドライスクロール真空ポンプの概略の構造を示す断面構成図、図２は、図１における磁気カップリング３１の部分の拡大断面図、図３は本発明になる流体機械における磁気カップリング装置を構成するカップリング部材３２に設けた、導風構造としてのスリットを示した断面図である。以下の説明では、本発明の流体機械を前記特許文献１に示され、前記図４で説明したダブルラップドライタイプのスクロール真空ポンプを例に説明するが、本発明はこのタイプの真空ポンプだけでなく、磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械であれば、他の圧縮機やポンプ装置などに応用できることは自明である。また以下の説明では、前記図４と同一構成要素には同一番号が付してあり、また、説明中、前記図４の説明と重複する部分もあるが、本発明の理解を容易にするため、こういった重複する部分についても説明していく。

最初に本発明の概要を簡単に説明すると、本発明においては、前記図４に示したような真空ポンプで代表される流体機械において、真空ポンプ側の隔離壁（包囲体）２０と磁気カップリングを構成する駆動用磁石（アウターロータ側磁石）５２（図１では３３）とを冷却するため、図２、図３に示したように、カップリング部材（アウターロータ）５１（図１では３２）に、回転によってアウターロータ３２内に外気を導入または排出するよう、アウターロータ３２の回転方向に対して傾斜させて形成したブレードを設け、該ブレードによりカップリング部材３２の壁面に導風用スリットが構成されるようにしたものである。

この導風構造は、カップリング部材（アウターロータ）３２の回転方向に対して上記したブレードを傾斜させ、外気がカップリング部材３２の内部へ、またはカップリング部材３２内の空気をカップリング部材３２外に排出できるようにして構成したもので、円筒形状に形成されたカップリング部材３２における駆動部３０側の底部、カップリング部材３２の周面、カップリング部材３２の内周面に配した駆動用磁石３３と磁石の間、カップリング部材３２の真空ポンプ側端面等の部位のいずれか、または複数の位置に設ける。

そして好ましくは、この導風構造を駆動用磁石（アウターロータ側磁石）３３を挟んで駆動部３０と真空ポンプ（流体機械）側の両方に設け、空気流の下流側となる導風構造における風圧若しくは吸引力を上流側より大きくすると、導入した外気が溜まることなく流れ、効果的に隔離壁（包囲体）２０と駆動用磁石（アウターロータ側磁石）３３を冷却することができる。

以上が本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械の概略であるが、次に図１を用い、本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械としての、ダブルラップドライスクロール真空ポンプについて説明する。この図１に示した真空ポンプは、前記図４、図５で説明したのと同じように、渦巻き状スクロールラップを有する旋回スクロール１３を平板の軸方向の両側に設け、それぞれの旋回スクロール１３に固定スクロール１１、１２を嵌合させた真空ポンプである。

図１において、真空ポンプはスクロール圧縮体１０ａと隔壁部２０と隔壁部２５とを含むポンプ本体１０と、駆動部３０、これらポンプ本体１０と、駆動部３０とを支持する支持部材３５とで構成されている。ポンプ本体１０は、旋回スクロール１３を駆動する駆動軸１６の両端部位のそれぞれが、互いに円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール１１、１２に気密状態で取付られる一対の隔壁部（包囲体）２０、２５と、この隔壁部２０、２５にラップ圧縮気体より正圧の圧縮気体を供給する圧縮気体導入口１７、１８と、駆動軸１６へ駆動部３０からの回転力を非接触で伝達する磁気カップリング３１とを備えている。そのため真空ポンプは、駆動力伝達手段たる磁気カップリング３１によって駆動部３０とは隔絶され、気密状態に構成されて吸込み側からの汚染物質が外部に漏洩することがない。

磁気カップリング３１は、駆動部３０側が、駆動軸３０ａに結合された底部を有する円筒形状のカップリング部材（アウターロータ）３２と、その内部に配された駆動用磁石３３とで構成され、また真空ポンプ側は、ポンプ本体の駆動軸１６に取り付けられたポンプ側カップリング部材（インナーロータ）２３と、その外周に取り付けられた磁石２１、及びこのポンプ側カップリング部材２３を囲繞して密閉密閉空間２２を形成するための前記した隔壁部（包囲体）２０とで構成されている。

このうち隔壁部２０は、円筒状としたカップリング部材３２の内部にこれも円筒形状として駆動用磁石３３に近接するよう設けられ、ポンプ側カップリング部材２３は、外周に取り付けられた磁石２１がこの隔壁部２０に近接し、カップリング部材３２の内部に設けられた駆動用磁石３３の吸引力、または反発力を有効に受けるように配されて、それによってカップリング部材３２の回転でカップリング部材２３も回転するようになっている。

スクロール圧縮体１０ａの固定スクロール１１は、円形蓋状のハウジングを兼ねた軸方向に垂直設定された摺動面と、該摺動面に軸方向に植設された渦巻き状の固定スクロールラップ１１ａとよりなり、固定スクロール１２は、円形蓋状のハウジングを兼ねた軸方向に垂直設定された摺動面と、該摺動面に軸方向に植設された渦巻き状の固定スクロールラップ１２ａとよりなっている。また旋回スクロール１３は、駆動軸１６により軸受けを介して偏心状に支持された軸方向に垂直設定された摺動面と、該摺動面にそれぞれ植設した渦巻き状スクロールラップ１３ａとよりなっている。

旋回スクロール１３の軸方向の左右に植設された渦巻き状スクロールラップ１３ａは、固定スクロール１１の渦巻き状スクロールラップ１１ａと固定スクロール１２の渦巻き状スクロールラップ１２ａとにそれぞれ嵌合するとともに、ラップ先端部を摺動面に当接摺動させている。固定スクロール１１、１２の渦巻き状スクロールラップ１１ａ、１２ａの先端部は、旋回スクロール１３の摺動面に当接摺動され、駆動軸１６による偏心状支持のもとに公転し、旋回スクロール１３と固定スクロール１１、１２との間に複数の三日月状圧縮室を形成して外周部位の吸込口１４よりガスを吸込み、前記したように吸入、圧縮、吐出の過程を同時に連続的に行わせ、吐出通路１５ａを介して吐出口１５への吐き出しを可能にして、真空ポンプとして機能するようにしてある。

尚、前記外気導入口１７、１８からは、不活性の窒素ガスの圧縮気体が導入され、該圧縮気体は、旋回スクロール１３及び固定スクロール１１、１２とが形成する密閉空間により圧縮されて、吐出口１５へ吐出される最終密閉空間のラップ圧縮気体の圧力よりも正圧としてあり、前記ラップ圧縮気体が外気導入口１７、１８に逆流することはない。

一方、図示はされていないがポンプ本体の駆動軸１６は、潤滑部材で構成したオイルレスメタルよりなる無給油方式の軸受や、圧縮気体導入口１７、１８から導入される圧縮気体により動作する気体軸受けとしてあり、潤滑油使用による周囲の油漏れ、排出ガス中への油の混入、軸受け部の耐久性、管理上の無駄を省くことにより、長期間にわたるノンストップ運転を可能としていると共に、前記旋回スクロール１３が偏心状に支持されていることによるウェイトのバランスを取るため、バランスウェイト４２、４３が設けられている。

また、固定スクロール１２には、図示してはいないが前記したように、円形蓋状フレーム部分に冷却用フィンを設けて雰囲気空気による自然冷却を可能とし、また、円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール１１、１２には、不図示の冷却水循環用ジャケットを設けて別途用意したラジエータ及び、水循環用ポンプ等を有した冷却水循環冷却手段により、固定スクロール１１、１２の背面より強制冷却するようにする。

このように、圧縮気体導入口１７、１８からラップ圧縮気体よりも正圧の圧縮気体が駆動軸１６の端部に供給され、その圧縮気体を吐出口１５から排出するようにしているので、ラップが形成する密閉空間によるラップ圧縮気体が圧縮気体導入口１７、１８へ逆流することがない。また、吸込口１４、吐出口１５、及び圧縮気体導入口１７、１８を除き気密状態に構成し、駆動部３０からの駆動力伝達を、磁気カップリング３１を用いた非接触型駆動力伝達機構としたため、吸込み側に接続する原子力側よりの放射線環境汚染をより完全に遮断ができる。なお、この流体機械としてのダブルラップドライスクロール真空ポンプの詳細については、前記特許文献１に詳細に述べられている。

図２は、図１における磁気カップリング３１の部分の拡大断面図であり、本発明の磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械における磁気カップリング装置は、前記したように磁気カップリング３１を構成するカップリング部材３２の、例えば円筒形状に形成されたカップリング部材３２の駆動部３０側の底部の３６で示した部位、及びカップリング部材３２の真空ポンプ側端面の３９で示した部位などに前記した導風構造が設けられ、カップリング部材３２の内側に、矢印２６、２７で示したような空気流を形成する。なお、この図２において２０は隔離壁（包囲体）、２１はインナーロータ側磁石、２３はカップリング部材（インナーロータ）、３０ａは駆動部３０の駆動軸、３３は駆動用磁石（アウターロータ側磁石）、３４は換気孔である。

また、磁気カップリング３１のカップリング部材３２に設ける導風構造は、上記した３６、３９の部位だけでなく、前記したようにカップリング部材３２の円筒形状周面、カップリング部材３２の内周面に配した駆動用磁石３３と磁石の間、等、種々の位置に設けることができ、前記したようにこの導風構造を、駆動用磁石３３を挟んで駆動部３０と真空ポンプ側の両方に設け、空気流の下流側となる導風構造における風圧若しくは吸引力を上流側より大きくすることが好ましい。

この導風構造の設置位置と構造を示したのが図３である。まず、図３（Ｆ）は、円筒形状をしたカップリング部材３２の導風構造を設ける位置を示した断面図であり、図中３０ａは駆動部３０の駆動軸、３３は駆動用磁石である。３６は、Ａ−Ａ’位置の断面図である図３（Ａ）に示したように、円筒形状に形成されたカップリング部材３２の駆動部３０側の底部に設けた導風構造、３７は、Ｂ−Ｂ’位置の断面図である図３（Ｂ）に示したように、カップリング部材３２の円筒形状周面に設けた導風構造、３８は、Ｃ−Ｃ’位置の断面図である図３（Ｃ）に示したように、カップリング部材３２の内周面に配した駆動用磁石３３と磁石の間に設けた導風構造、３９は、Ｄ−Ｄ’位置の断面図である図３（Ｄ）に示したように、カップリング部材３２の真空ポンプ側端面に設けた導風構造である。

各位置に設ける導風構造は、前記して図３（Ｅ）に示したように、それぞれの位置で回転方向に対して傾斜させた、例えばスリット４１を形成する４０で示したようなブレードであり、このブレード４０で形成されるスリット４１により、外気がカップリング部材３２の内部へ、またはカップリング部材３２内の空気をカップリング部材３２外に排出できるようにしてある。

そして、図３（Ａ）に示したカップリング部材３２の駆動部３０側の底部に設けた導風構造３６は、図示したように駆動部３０の駆動軸３０ａを中心として円状に設けたり、強度が心配な場合は一定角度毎にこのスリットを設けない部位を配するようにしても良い。図３（Ｂ）は、カップリング部材３２の円筒形状周面に設けた導風構造３７を示したもので、例えば駆動用磁石３３に対応した部位、あるいは駆動用磁石３３が無い部位に設けたり、全周面に設けても良い。

図３（Ｃ）に示した導風構造３８は、カップリング部材３２の内周面に配した駆動用磁石３３と磁石の間に設けたもので、この図に示した導風構造３８は、カップリング部材３２から中心方向に突出している駆動用磁石３３の中心側より外周側となっているが、駆動用磁石３３の中心側と同じ位置となるように突出させるよう設けても良い。また図３（Ｄ）に示した導風構造３９は、カップリング部材３２の真空ポンプ側端面に設けたもので、この場合、外気をカップリング部材３２内部に導入する方向にスリットを形成すると、隔離壁２０に外気が直接当たり、隔離壁２０に対する冷却効果が大きくなる。

さらに前記したように、これら導風構造３６、３７、３８、３９を、駆動用磁石３３を挟んで駆動部３０と真空ポンプ側の両方に設け、空気流の下流側となる導風構造における風圧若しくは吸引力を上流側より大きくすると、カップリング部材３２内に空気が溜まることなく、より大きな冷却効果が得られる。そのため、例えば上流側の導風構造を形成するスリットを下流側の導風構造を形成するスリットよりも狭くしたり、３６の導風構造から外気をカップリング部材３２内に導入し、３８と３９で示した導風構造でカップリング部材３２外に排出するようにしたり、逆に３９の導風構造で外気の導入を行い、３６と３７の導風構造で排気をするなど、導入側の導風構造より、排出側の導風構造の数を多くする、などで達成できる。

以上、種々述べてきたように本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械は、磁気カップリング３１におけるカップリング部材（アウターロータ）３２に、外気を導入する導風構造３６〜３９を設けて隔離壁（包囲体）２０と駆動用磁石（アウターロータ側磁石）３３とを冷却するから、気体（流体）を圧縮することにより熱が生じる流体機械が用いられたり、駆動部３０から熱が伝わってきても、磁気カップリング３１における隔離壁２０や駆動用磁石３３は導入された外気で冷却され、前記したような隔離壁２０と駆動用磁石３３との間隔が変化し、隔離壁２０と駆動用磁石３３とが接触して磁気カップリング３１が破損したり、逆に隔離壁２０と駆動用磁石３３との間隔が広がり、カップリング部材（インナーロータ）側磁石２１に作用する磁力が弱くなって、駆動力の伝達が正常にできなくなるという事態を防止することができる。

また、導風構造はカップリング部材（アウターロータ）３２自体に設けられるから、導風構造を設けたことによって磁気カップリング３１を大きくしたり無駄なスペースを必要とせず、磁気カップリング３１を小型に構成でき、ひいては流体機械そのものを小型に構成できる。

本発明によれば、流体機械や駆動部（モータ）から熱が伝わってきてもそれを効果的に冷却することができ、高い耐久性と信頼性を有する磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械とすることができる。

本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械としての、ダブルラップドライスクロール真空ポンプの概略の構造を示す断面構成図である。 図１における磁気カップリング部分の拡大断面図である。 本発明になる磁気カップリング装置を構成するカップリング部材に設けた、導風構造としてのスリットの構造と、設置位置を示した断面図である。 従来のダブルラップドライスクロール真空ポンプの概略の構造を示す断面構成図である。 スクロール真空ポンプにおける、圧縮体の吸入終了より圧縮過程に移行する状況と、吐出し過程に移行する状況を示す図である。

符号の説明

１０ ポンプ本体
１０ａ スクロール圧縮体
１１ 円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール
１１ａ 固定スクロールラップ
１１ｂ 固定スクロールラップ内周部
１２ 円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール
１２ａ 固定スクロールラップ
１３ 旋回スクロール
１３ａ 旋回スクロールラップ
１３ｂ 旋回スクロールラップ外周部
１４ 吸込口
１５ 吐出口
１５ａ 吐出通路
１６ ポンプ本体の駆動軸
１７ 圧縮気体導入口
１８ 圧縮気体導入口
２０ 隔離壁
２１ 磁石
２２ 密閉空間
２３ カップリング部材
２５ 隔離壁
２６、２７ 矢印
３０ 駆動部
３０ａ 駆動軸
３１ 磁気カップリング
３２ カップリング部材
３３ 駆動用磁石
３４ 換気孔
３５ 支持部材
３６、３７、３８、３９ スリット
４０ ブレード
４１ スリット
４２、４３ バランスウェイト

Claims (4)

1. 駆動源と、
   該駆動源に磁気カップリングを介して結合された圧縮機を含むポンプ装置からなる流体機械とで構成され、
   前記磁気カップリングは、
   円筒形状に形成された底部に前記駆動源の駆動軸が直結されたアウターロータと、
   該アウターロータ内周部に配されたアウターロータ側磁石と、
   前記アウターロータ内に配されて前記流体機械側駆動軸に取り付けられたインナーロータと、
   該インナーロータ周囲に設けられ、前記アウターロータ側磁石との引き合いと反発とによって前記駆動源の駆動力を前記流体機械に伝えるインナーロータ側磁石と、からなり、
   前記流体機械は、駆動軸の両端部位のそれぞれを覆うと共に、前記磁気カップリング側は前記インナーロータとアウターロータ間に配されて、流体吸い込み口、及び吐き出し口以外を気密状態にするよう取付られた一対の包囲体を備え、
   磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械において、
   前記磁気カップリングを構成するアウターロータに、回転によってアウターロータ内に外気を導入または排出する導風構造を設け、前記磁気カップリング側包囲体とアウターロータ側磁石とを冷却するようにしたことを特徴とする磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械。
2. 前記導風構造は、前記アウターロータの回転方向に対して傾斜させて形成したブレードであり、該ブレードにより前記アウターロータ壁面に導風用スリットが形成されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載した磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械。
3. 前記導風構造は、前記アウターロータにおける、前記駆動源側底部、前記アウターロータ周面、前記アウターロータ内周面に配した前記アウターロータ側磁石と磁石の間、前記アウターロータの流体機械側端面の何れか、または複数に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載した磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械。
4. 前記導風構造は、前記アウターロータ側磁石を挟んで前記駆動源側と前記流体機械側に設けられ、空気流の下流側となる導風構造の風圧若しくは吸引力を、上流側より大きくしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械。

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