JP4542800B2 - スクロール真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、スクロール真空ポンプに関する。

まず、スクロール真空ポンプの一般的な構成を、図５および図６を参照して説明する。

ハウジング(１)における筐体(２)と蓋体(３)の中心に、偏心軸部(４)と一体をなす駆動軸(５)を貫設してある。

駆動軸(５)の偏心軸部(４)にニードルベアリング(６)を介して枢支した旋回端板(７)の両面に旋回ラップ(８)を立設して、旋回スクロール(９)を形成してある。

ハウジング(１)における筐体(２)と蓋体(３)の対向面には、それぞれ前記旋回ラップ(８)と噛合しうる固定ラップ(10)を立設して、固定スクロール(11)を形成してある。

前記旋回ラップ(８)と固定ラップ(10)を噛み合わせることにより、両ラップ(８)(10)と、旋回端板(７)と、筐体(２)または蓋体(３)の内面との間に、旋回に応じて、容積が漸次小となる密閉された圧縮室(12)を形成してある。

旋回端板(７)と不動部であるハウジング(１)の筐体(２)の外周部にまたがって、旋回スクロール(９)の自転運動を防止するための、公知のクランクピン式の自転防止機構(13)を設けてある。

駆動軸(５)をもって旋回スクロール(９)を偏心的に旋回運動させると、ハウジング(１)の筐体(２)の外周部に設けた吸気孔(14)より、被減圧部内の気体を吸引し、この気体を、ハウジング(１)の中心方向へ行くに従い、容積を縮小させて圧縮し、蓋体(３)側の圧縮室(12)の中心付近に設けた通気室(15)と、旋回端板(７)の中心付近に設けた通気孔(16)を経て、筐体(２)側の圧縮室(12)の中心付近に設けた排気孔(17)より吐出させる。

この場合、吸気孔(14)は図示しない被減圧部に接続されているため、運転の初期においては、気体を圧縮するために必要な空力的動力が、駆動軸を運転するために軸受部などで費消される機械的動力よりも大きいが、運転の継続に伴って、この傾向は逆転し、密閉容器内が到達圧力となった際には、気体の吸込みはないため、機械的動力が運転に必要な動力の大部分を占めることとなる。

これについて、図５におけるＶI−ＶI線で示す旋回ラップ(８)と固定ラップ(10)の中心部の軸線方向の拡大縦断面図である図６を参照して、詳細に説明する。

筐体(２)および蓋体(３)の内面中央部には、偏心軸部(４)より両側方に延出する駆動軸(５)を、ニードルベアリング(６)を介して枢支する環状ボス(20)が設けられている。

旋回ラップ(８)と噛合しうる固定ラップ(10)の最も内側の端部(10a)には、固定ラップ(10)と同一の渦巻き曲線を描く固定ラップ(10)の内方への延長部(10b)が連設されており、その内側の端部は、環状ボス(20)の外周面と結合部(10c)において結合している。

また、固定ラップ(10)の最も内側の端部(10a)には、旋回ラップ(８)の内側の端部(8a)に近接して、環状ボス(20)の中心に向かって延出し、環状ボス(20)の外周面に結合する隔壁(18)が設けられている。

環状ボス(20)の外周部の一部によって形成される内側壁(27)と、固定ラップ(10)の内方への延長部(10b)によって形成される外側壁(28)と、隔壁(18)とにより、吐出連通室(19)が形成されている。

この吐出連通室(19)は、排気孔(17)に連通するとともに、隔壁(18)における環状ボス(20)寄りに設けた吐出連通孔(21)を介して、最内側の圧縮室(12)に連通している。

運転中に、排出側の大気より、圧縮室(12)側へ逆流する気体の流量をできるだけ小とするために、前記吐出連通孔(21)の開口面積は、極力小さくされ、かつ隔壁(18)の環状ボス(20)寄りに設けられている。

すなわち、起動時一定時間を経過した際に、吐出連通室(19)より最内側の圧縮室(12)へ向かう逆流を少くするためには、旋回ラップ(８)の内側の端部(8a)が、できるだけ長く隔壁(18)の円弧状内側面に摺接し、かつ固定ラップ(10)の内側の端部(10a)が、前記環状ボス(20)の外周面にできるだけ近接し、両者間の間隔ができるだけ小となるようにする必要がある。

吸入空気や外気の温度が正常範囲内にあり、かつ旋回ラップ(８)と固定ラップ(10)の間隙や、回転に伴う摺接範囲や摩擦等が、設計時に想定した条件内にある限り、また固定ラップ(10)の内側の端部(10a)が設計範囲内に位置している限り、上記した吸排気は異常なく行われる。

しかし、外気温度の変化や、旋回ラップ(８)または固定ラップ(10)の異常な変形や伸び、あるいは両ラップ(８)(10)の相互間接触圧力の異常等があると、最内側の圧縮室(12)における気体の圧力は過大となって、気体は小径の吐出連通孔(21)を円滑に連続して通過することができずにブロック状態となり、過大な抵抗を発生させ、場合によっては閉塞状態を起こすことがある。

そのため、駆動軸を駆動するために必要な動力が急激に増大したり、その軸受部等に過大な負荷が作用したりして、高熱や騒音を発するとともに、各部の耐久性が減じることがある。

このような不都合を未然に防止するために、運転に伴い、最内側の圧縮室(12)に発生する気体の圧力を、理想的に可能な最大圧力よりも、やや低目に設定しているのが実情である。しかしこのことは、本来発揮しうる能力をやや低目に抑えていることを意味し、不利益という他はない。

また、密閉されている被減圧部を減圧する場合、起動時である運転の初期においては、被減圧部内における大気圧の状態にある気体を多量に吸込むため、吐出圧力が上昇して、負荷が増大し、モーターの駆動動力は大となる。
しかし、運転を継続すると、吸込圧力は低下し、それに伴って、吐出圧力は大気圧程度にまで低下するため、モーターの駆動動力は低減する。

真空ポンプにおいては、このような動力状態が、起動時の一定時間に亘って発生するため、この際に必要な動力を発揮させるためにのみ、駆動力の大きなモーターを設けなければならない。そのため、コスト的に不利となり、また大きな出力のモーターを必要とするため、真空ポンプ自体の重量並びに寸法が大となる。

上記したような問題を解消するために、固定スクロールの鏡板上における圧縮室と連通する位置に、吐出弁を備える補助吐出孔を設けたスクロール圧縮機も知られている（特許文献１）。

しかし、このものでは、運転中、チップシールの先端が補助吐出孔の縁に接触することとなるため、チップシールの先端は、補助吐出孔の縁によって損傷され、短期間の中に使用に堪えなくなることは明らかである。
特開昭６１−１１６０８５号公報

本発明が解決しようとする課題は、前記した構成のスクロール真空ポンプにおいて、前述したように、固定ラップと旋回ラップをもって形成される最内側の圧縮室の異常昇圧によって、上記したような運転効率の低下、その他の問題が発生するのを未然に防止するとともに、特許文献１に記載されているもののように、補助吐出孔によってチップシールが傷付けられることなく、所期の目的を果たしうるようにしたスクロール真空ポンプを提供することである。

本発明は、起動時の一定時間、大流量が流れる時に発生する前記の状態における動力オーバーを解消しうるようにしたものであって、最終圧縮室に入る前の大気圧以上に圧縮された気体の一部を大気に逃がすことにより、最終圧縮室に入り込む気体の流量を減らして圧縮を行うようにしたものである。
これにより、本発明によると、小さく絞られた吐出連通孔を流れる気体の流量が減じるので、流路抵抗が減じ、加圧気体は、ほとんど抵抗なく、大気に吐出される。そのため、最終圧縮室の圧力は低下し、真空ポンプの運転動力を低減させることができ、起動時の一定時間における動力オーバーが解消される。

本発明によると、上記課題は次のようにして解決される。
(１)ハウジングの中心部に設けた環状ボスに枢支した駆動軸と一体の偏心軸部に旋回端板を枢支し、前記旋回端板の側面と、それに対向するハウジングの内面とに、旋回スクロールにおける旋回ラップと、固定スクロールにおける固定ラップとを立設し、前記両ラップを互いに噛み合わせ、前記旋回端板を偏心的に旋回運動させることにより、両ラップ間に形成される圧縮室の容積が、中心方向へ行くに従って漸次縮小するようにし、前記ハウジングの外周部に設けた吸気口より前記圧縮室に吸引した気体を漸次圧縮して、前記ハウジングの中心部付近に設けた排気孔より排出させるようにしたスクロール真空ポンプにおいて、前記環状ボスの外周部の一部によって形成される内側壁と、環状ボスの外周面と結合するまで固定ラップの内側の端部より延出する固定ラップの内方への延長部によって形成される外側壁と、旋回ラップの内側の端部に近接して、前記固定ラップの内側の端部より前記環状ボスの中心に向かって環状ボスの外周面まで延出する隔壁とにより、吐出連通室を形成し、この吐出連通室を前記排気孔に連通させるとともに、前記隔壁における環状ボス寄りに設けた吐出連通孔を介して、最内側の圧縮室に連通させ、前記吐出連通室における外側壁に、その外側に形成される圧縮室に連通する弁孔を設け、この弁孔に、前記吐出連通室の外側の圧縮室内の圧力が、前記吐出連通室内の圧力よりも一定値以上大となったときに開いて、前記吐出連通室とその外側の圧縮室とを連通させ、前記外側の圧縮室内の圧力空気を、前記弁孔を経て、前記排気孔より排出させるようになっている弁板を設ける。

(２)上記(１)項において、弁板は、吐出連通室の外側壁に設けた弁孔の内側面に設けられ、かつその一側端が、枢軸をもって、弁孔の一側端に枢支されているものとする。

(３)上記(１)項において、弁板は、吐出連通室の外側壁に設けた弁孔の内側に設けられ、かつその一側端が、リベットをもって、弁孔の一側端に止着されているものとする。

請求項１に係る発明：−最内側の圧縮室となる前の吐出連通室の外側に位置する圧縮室内の大気圧以上に圧縮されている気体の一部は大気中へ逃がされ、最終圧縮室へ入り込む前の気体の流量は減じ、流路抵抗も減じて、加圧気体は過度の抵抗なく大気中へ吐出される。そのため、最終圧縮室内における過圧は解消され、運転初期における動力オーバーは解消される。

請求項２に係る発明：−吐出連通室内の圧力よりも、その外側における圧縮室内の圧力が大となったとき、弁板は、枢軸まわりに内方へ回動して、弁孔を開く。

請求項３に係る発明：−吐出連通室内の圧力よりも、その外側における圧縮室内の圧力が大となったとき、弁板は、その一側を支点として径方向の内方へ回動し、弁孔を開く。

図１は、図６と同様の部分における本発明のスクロール真空ポンプの中心部の縦断側面図であり、図２は、図１におけるII−II矢視図である。

図５および図６に示したのと同様のものにおいて、吐出連通室(19)の外側壁(28)に、その外側における圧縮室(12a)と連通する方形の弁孔(22)をあけてある。

弁孔(22)の一側縁には、弁孔(22)を吐出連通室(19)の内方から閉じうる弁板(23)の一側縁が、スクロールの旋回運動の軸線方向を向く枢軸(24)をもって枢支され、圧縮室(12a)内の圧力が、吐出連通室(19)内の圧力よりも大となったとき、弁板(23)は、吐出連通室(19)の内方へ開いて、弁孔(22)を開くようにしてある。この状態を図３に示してある。

図４は、別の例を示し、弁板(25)は、前記したのと同様の弁孔(22)の一側端の内側に、リベット(26)をもって止着されている。

本発明の一実施形態の中心部付近の拡大断面図で、弁板が閉じている状態を示す。 図１におけるII−II線矢視図である。 弁板が開いている状態における図１と同様の図である。 異なる例を示す図１と同様の図である。 従来のスクロール真空ポンプの代表的な例を示す縦断側面図である。 図５におけるＶI−ＶI線拡大縦断面図で、旋回ラップの内側の端部が隔壁に密接している状態を示す図である。

(１)ハウジング
(２)筐体
(３)蓋体
(４)偏心軸部
(５)駆動軸
(６)ニードルベアリング
(７)旋回端板
(８)旋回ラップ
(8a)内側の端部
(９)旋回スクロール
(10)固定ラップ
(10a)内側の端部
(10b)内方への延長部
(10c)結合部
(11)固定スクロール
(12)(12a)圧縮室
(13)自転防止機構
(14)吸気孔
(15)通気室
(16)通気孔
(17)排気孔
(18)隔壁
(19)吐出連通室
(20)環状ボス
(21)吐出連通孔
(22)弁孔
(23)弁板
(24)枢軸
(25)弁板
(26)リベット
(27)内側壁
(28)外側壁

Claims (3)

1. ハウジングの中心部に設けた環状ボスに枢支した駆動軸と一体の偏心軸部に旋回端板を枢支し、前記旋回端板の側面と、それに対向するハウジングの内面とに、旋回スクロールにおける旋回ラップと、固定スクロールにおける固定ラップとを立設し、前記両ラップを互いに噛み合わせ、前記旋回端板を偏心的に旋回運動させることにより、両ラップ間に形成される圧縮室の容積が、中心方向へ行くに従って漸次縮小するようにし、前記ハウジングの外周部に設けた吸気口より前記圧縮室に吸引した気体を漸次圧縮して、前記ハウジングの中心部付近に設けた排気孔より排出させるようにしたスクロール真空ポンプにおいて、
   前記環状ボスの外周部の一部によって形成される内側壁と、環状ボスの外周面と結合するまで固定ラップの内側の端部より延出する固定ラップの内方への延長部によって形成される外側壁と、旋回ラップの内側の端部に近接して、前記固定ラップの内側の端部より前記環状ボスの中心に向かって環状ボスの外周面まで延出する隔壁とにより、吐出連通室を形成し、この吐出連通室を前記排気孔に連通させるとともに、前記隔壁における環状ボス寄りに設けた吐出連通孔を介して、最内側の圧縮室に連通させ、前記吐出連通室における外側壁に、その外側に形成される圧縮室に連通する弁孔を設け、この弁孔に、前記吐出連通室の外側の圧縮室内の圧力が、前記吐出連通室内の圧力よりも一定値以上大となったときに開いて、前記吐出連通室とその外側の圧縮室とを連通させ、前記外側の圧縮室内の圧力空気を、前記弁孔を経て、前記排気孔より排出させるようになっている弁板を設けたことを特徴とするスクロール真空ポンプ。
2. 弁板は、吐出連通室の外側壁に設けた弁孔の内側面に設けられ、かつその一側端が、枢軸をもって、弁孔の一側端に枢支されている請求項１記載のスクロール真空ポンプ。
3. 弁板は、吐出連通室の外側壁に設けた弁孔の内側に設けられ、かつその一側端が、リベットをもって、弁孔の一側端に止着されている請求項１記載のスクロール真空ポンプ。

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