JP6330243B2 - スクロールポンプ - Google Patents

Description

本発明は、しばしばスクロールコンプレッサと呼ばれるスクロールポンプに関する。

既知のスクロールコンプレッサすなわちスクロールポンプが図３に示されておりかつ本件出願人に係る以前の下記特許文献１により詳細に説明されている。図３に示すポンプは、倒立スクロール構造を有している。ポンプ１０は、ポンプハウジング１２と、偏心シャフト部分１６を備えた駆動シャフト１４を有している。駆動シャフト１４はモータ１８により駆動されかつ偏心シャフト部分１６は軌道スクロール２０に連結されている。このため、使用中にシャフト１４が回転すると、固定スクロール２２に対する軌道運動が軌道スクロール２０に伝達され、流体がコンプレッサのポンプ入口２４とポンプ出口２６との間の流体流路に沿ってポンピングされる。固定スクロール２２は全体として左側に示され、軌道スクロール２０は全体として右側に示されている。固定スクロール２２は開口２８を有し、該開口２８を通ってシャフト１４が延びておりかつ固定スクロール２２に対向する軌道スクロール２０およびモータ１８に連結されている。高真空領域３０が入口２４に配置され、低真空領域すなわち大気圧領域３２が出口２６に配置されている。

カウンタウェイト４４が、軌道スクロール２０、第２ベアリング３６および駆動シャフト１４の偏心部分１６を含むポンプの軌道コンポーネンツの重量と釣合いを保っている。軌道スクロール２０は軌道コンポーネンツの重量の大部分を構成し、その質量中心は軌道スクロール２０のスクロールプレートの比較的近くに位置している。軌道スクロール２０の持上げ座４８にはキャップ４６が固定されており、該キャップ４６はカウンタウェイト４４およびベアリング３４、３６を含む低真空領域３２を高真空領域３０からシールしている。

ポンプ１０の高真空領域３０には回転防止装置５０が配置されており、該回転防止装置５０は、軌道スクロール２０およびハウジング１２に連結されている。回転防止装置５０は、軌道スクロール２０の回転は妨げるが、軌道運動は許容する。回転防止装置５０は潤滑不要で、この例ではプラスチック材料で作られ、特許文献１により詳細に開示されているようなワンピースポリマーコンポーネントで作られている。

第１ベアリング３４は、駆動シャフト１４の同心部分を回転可能に支持している。このベアリング３４は、ハウジング１２に固定されるか、図示のように固定スクロール２２に固定される。第２ベアリング３６は、偏心部分１６に対する軌道スクロール２０の角運動を許容するように、駆動シャフト１４の偏心部分１６を軌道スクロール２０に連結している。固定スクロール２２とシャフトの同心部分１４との間には第１シャフトシール３８が配置され、第１ベアリング３４からの潤滑剤およびポンプの大気圧側からのガスがポンプの低圧側に向かうことまたは入口２４と出口２６との間の流路内に入ることを防止している。軌道スクロール２０とシャフトの偏心部分１６との間には第２シャフトシール４２が配置され、第２ベアリング３６からの潤滑剤が入口と出口との間の流路内に入ることを防止している。

ＷＯ２０１１／１３５３２４号明細書

一般に、より小型のポンプを作ることが望まれている。倒立スクロールポンプは、非倒立スクロールポンプと比較して、よりコンパクトな解決策を提供する。倒立ポンプの解決策では、シャフトと軌道スクロールとの間およびシャフトと固定スクロールとの間をシールするのに上記シャフトシールが使用されている。スクロールポンプは一般に約１５００ｒｐｍで回転されるが、ポンプが小型化されるにつれて、同じポンピング性能を維持するためには、より高速の例えば１８００ｒｐｍで駆動シャフトを回転させる必要がある。一般にシャフトシールは非常に急速に摩耗するため定期的交換を必要とし、この問題は高速であるほど悪化する。より硬いシールを使用することもでき、寿命も長くなるであろうが、シール効率は低下してしまう。

本発明は改善されたスクロールポンプを提供する。

本発明は、軌道スクロールおよび固定スクロールを備えたスクロール機構と、同心シャフト部分および軌道スクロールに連結された偏心シャフト部分を備えた駆動シャフトとを有し、該駆動シャフトはモータにより駆動され、駆動シャフトの回転により、固定スクロールに対する軌道運動が軌道スクロールに伝達され、流体がスクロール機構の入口から出口への流路に沿ってポンピングされるように構成されたスクロールポンプであって、軌道スクロールと固定スクロールとの間に、スクロール機構の外部から流路内への流体の漏洩を防止するアキシャルリップシールが配置されている構成のスクロールポンプを提供する。

本発明の他の好ましい態様および／またはオプショナルな態様は、特許請求の範囲に記載されている。

本発明を良く理解できるようにするため、単なる例示として示す本発明の一実施形態を添付図面を参照して説明する。

本発明によるスクロールポンプを示す図面である。 図１のスクロールポンプのシール構造を示す拡大図である。 従来技術のスクロールポンプを示す図面である。

図１にはスクロールポンプ６０が示されており、該スクロールポンプ６０の構造は、図３に関連して説明した既知の倒立スクロールポンプと同様である。既知のスクロールポンプとは異なるスクロールポンプ６０の特徴のみを詳細に説明する。

既知のスクロールポンプと同様に、スクロールポンプ６０は、軌道スクロール６４および固定スクロール６６を備えたスクロール機構６２を有している。駆動シャフトは、同心シャフト部分６８と、軌道スクロール６４に連結された偏心シャフト部分７０とを有している。シャフトはモータ７２により駆動されるように構成されており、シャフトの回転により、固定スクロール６６に対する軌道運動が軌道スクロール６４に伝達される。

両スクロールの相対軌道運動により、流体が、スクロール機構６２の入口７４から出口７６へと流路に沿ってポンピングされる。入口７４は機構６２半径方向外方部分に配置され、出口７６は機構６２の半径方向内方部分に配置されている。

固定スクロール６６とシャフトの同心部分６８との間には第１ベアリング７８が配置され、該第１ベアリング７８は、シャフトがモータ７２により回転されるように支持している。第１ベアリング７８は、潤滑転がりベアリングで構成できる。軌道スクロール６４とシャフトの偏心部分７０との間には第２ベアリング８０が配置され、該第２ベアリング８０は、軌道スクロール６４が軌道回転できるように支持している。回転防止装置８２が、軌道スクロール６４の回転を防止するが、２次元平面（two orthogonal dimensions）内の横方向直線運動を許容し、シャフトの回転により、所要軌道運動が引き起こされるようにする。

両スクロールの相対軌道運動中、流体は、ほぼインボリュート通路を形成する両スクロール壁間に延びる流路に沿って、スクロール機構の入口７４から出口７６へとポンピングされる。スクロールポンプの分野において、流路に沿う各一周とはラップと呼ばれるものであり、流路は、入口に隣接する外側ラップから出口に隣接する内側ラップまで延びている。流体はインボリュート通路に沿うポケット内で移動するときに圧縮されるので、隣接ラップ間をシールして、より高圧のポケットからより低圧のポケットへの漏洩を防止する必要がある。シーリングは、一般にチップシールで達成される。チップシールは当業界で知られかつ軌道スクロールおよび固定スクロールの両方のスクロール壁の軸線方向端部で座合しており、図１に参照番号８４で示されている。チップシール８４はダイナミックシールであり、ポンプが作動しているときのスクロールの相対軌道運動中に、隣接ラップ間をシールするように設計されている。漏洩は、隣接ラップ間のスクロール壁を横切る漏洩に加え、図１に矢印８６で示すように、周囲大気から流路内への漏洩も生じる。ポンプが作動しているとき、スクロール機構の内側ラップ内の圧力は高く、例えば約８００ミリバールに達する。したがって、１０００ミリバールのガス流８６から内側ラップ内の８００ミリバールへの圧力差は比較的小さく、既知の構造のチップシールが耐えることができる。しかしながら、ポンプが停止すると、約５０ミリバールへの瞬間的圧力低下により、１０００ミリバールから５０ミリバールの圧力差が引き起こされる。この圧力低下は、スクロールポンプ内に捕捉されたガスが高真空領域内に膨張することによって生じる。大気圧のガスがポンプ内に逆流して圧力を上昇させることを防止する排出弁が存在する。チップシールは、このような圧力差があると漏洩し易い。既知の機構では、矢印８６で示したようなガスの漏洩は、ベアリング７８の内側に配置されるシャフトシール３８により防止できる。このようなラジアルシャフトシールは従来技術において良く知られており、前述のように、これらのラジアルシールは、シャフトの高回転速度のために迅速に摩耗し、定期的交換を必要とする。

図１の構造ではアキシャルリップシール８８が使用され、該アキシャルリップシール８８は、軌道スクロール６４の一部９０と固定スクロール６６の一部９２との間に配置されている。両部分９０、９２は互いに対面しており、これらの間には、リップシール８８によりシールされるアキシャルギャップが形成されている。この例では、リップシール８８は軌道スクロール６４に配置されていて、固定スクロール６６の対向面すなわち対向表面をシールする構成であるが、リップシールはいずれか一方のスクロールに取付けることができる。両部分９０、９２は、互いに回転するのではなく互いに軌道運動するので、シールと、他のスクロールの対向表面との間の相対運動量は比較的小さい。この点に関し、他のスクロールの対向表面に対するシールの移動量は、シャフトの偏心部分と同心部分とのオフセット量にほぼ比例する。これに対し従来技術では、シャフトに対するシールの移動量は、シャフトの半径にほぼ比例する。シャフトの半径は偏心部分のオフセット量よりも非常に大きいので、図１のリップシールは、図３の既知のシャフトシールが受ける摩耗量よりも小さい。したがって、特に小型ポンプにおいて高回転速度を受ける場合でも、アキシャルリップシールは我慢できる短い間隔で交換すればよい。

図１に示した領域IIの拡大図である図２には、アキシャルリップシール８８が示されている。前述のようにリップシールはいずれのスクロールにも取付けることができるが、図２では、リップシール８８は軌道スクロールの一部９０に取付けられている。部分９０は肩部９４を有し、リップシール８８は、例えばすきま嵌めまたは接着剤等の適当な手段を用いて肩部９４の回りに固定される。リップシール８８は、該リップシールを軌道スクロールに取付けるための取付け部分９６と、固定スクロールの部分９２に当接してシールしかつギャップＧを通って外部大気から矢印の方向に流入する漏洩を防止する。矢印の方向のガス漏洩は、軌道スクロールおよび固定スクロールの開口により形成される領域から生じ、あらゆる半径方向（すなわち、図２に示す方向だけではない）に流入するものである。この点に関し、この倒立スクロール構造では、シャフトは固定スクロールの開口９６および軌道スクロールの開口９９（この番号はリップについて既に使用されている）を通って延びており、図示のように、固定スクロールに関してモータとは反対側で軌道スクロールに固定されている。ポンプの作動中、開口９６、９９は、ポンプの高圧側およびベアリング７８の周囲からの、図１の矢印８６の方向のガスの漏洩により、大気圧にあるか、ほぼ大気圧にある。アキシャルリップシール８８は、開口９６、９９から流路内への、図２に矢印で示す方向のガスの漏洩を防止する。前述のように、ポンプが停止されると、リップシールを横切る圧力差は、約１０００ミリバールから５０ミリバールになる。リップシールの大気圧側の比較的高い圧力により、リップシールは対向スクロールに対して押圧され、これによりシーリング力が増大される。したがって、本発明の構造は、高い圧力差でも漏洩をシールできる。

また、両ベアリング７８、８０は一般に潤滑されるので、アキシャルリップシール８８は、ガスに加えて潤滑剤の、ベアリングから流路内への漏洩を防止するように構成されている。

図１および図２の両図面に示すように、リップシール８８はチップシール８４から内側に配置され、チップシール８４により得られるシール力より高いシール力が得られる。図１はポンプ６０およびリップシール８８を断面で示すものであり、リップシールがシャフトの回りで環状に延びていることが理解されよう。好ましくは、リップシール８８は全体として円形の形状を有し、対向するスクロールに対するリップシールの全軌道運動中に、スクロール機構の出口７６の半径方向内側に維持され、流路内へのガスの漏洩を防止するように配置されている。

６０ スクロールポンプ
６２ スクロール機構
６４ 軌道スクロール
６６ 固定スクロール
７０ 偏心シャフト部分
７８ 第１ベアリング
８０ 第２ベアリング
８４ チップシール
８８ アキシャルリップシール
９８ リップ部分

Claims (8)

1. 軌道スクロールおよび固定スクロールを備えたスクロール機構と、同心シャフト部分および軌道スクロールに連結された偏心シャフト部分を備えた駆動シャフトとを有し、該駆動シャフトはモータにより駆動され、駆動シャフトの回転により、固定スクロールに対する軌道運動が軌道スクロールに伝達され、流体がスクロール機構の入口から出口への流路に沿ってポンピングされるように構成されたスクロールポンプにおいて、軌道スクロールと固定スクロールとの間に、スクロール機構の外部から流路内への流体の漏洩を防止するため、前記スクロールの一方に対してシール力をともなって押圧するアキシャルリップシールが配置されており、前記シール力は前記シールを横切る高い圧力差で増大され、前記アキシャルリップシールは、前記軌道スクロールのスクロール壁の軸線方向端部と、当該スクロール壁の周面との間の部分である前記軌道スクロールの肩部に固定された取付け部分と、前記取付け部分に接続され、前記固定スクロールに当接するリップ部分と、を有することを特徴とするスクロールポンプ。
2. 前記アキシャルリップシールは、軌道スクロールまたは固定スクロールの一方に対して固定されており、かつ軌道スクロールまたは固定スクロールの他方に対する軌道運動がリップシールに伝達されるように、前記他方のスクロールをシールすることを特徴とする請求項１記載のスクロールポンプ。
3. 前記アキシャルリップシールは、軌道スクロールと固定スクロールとの間のアキシャルギャップを横切って延びていることを特徴とする請求項１または２記載のスクロールポンプ。
4. 前記スクロール機構の入口がスクロール機構の半径方向外方部分に配置され、出口がスクロール機構の半径方向内方部分に配置され、アキシャルリップシールが出口から半径方向内方に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のスクロールポンプ。
5. 前記アキシャルリップシールは、シャフトの軸線の回りに延びている環状をなしていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のスクロールポンプ。
6. 前記シャフトは、固定スクロールおよび軌道スクロールの開口を通って延びており、かつ固定スクロールに関してモータとは反対側で軌道スクロールに固定されており、使用中に前記開口は大気圧またはほぼ大気圧にあり、アキシャルリップシールは開口から流路内へのガスの漏洩を防止することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のスクロールポンプ。
7. 前記固定スクロールと同心シャフト部分との間および／または軌道スクロールと偏心シャフト部分との間には潤滑ベアリング装置が配置され、アキシャルリップシールがベアリング装置から流路内への潤滑剤の漏洩を防止することを特徴とする請求項６記載のスクロールポンプ。
8. 前記アキシャルリップシールに作用する前記開口内のガス圧力が、リップシールによる大きいシール力を発生させることを特徴とする請求項６または７記載のスクロールポンプ。

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