JPH0588393B2

JPH0588393B2 -

Info

Publication number: JPH0588393B2
Application number: JP9783985A
Authority: JP
Inventors: Masato Ikegawa; Shigeru Machida; Makoto Uenishi
Original assignee: Hitachi Ltd; Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1993-12-22
Also published as: JPS61258989A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はスクロール流体機械（真空ポンプ、圧
縮機、膨脹機等）のうち主に真空ポンプに係り、
特に高真空のガスを扱うためのスクロール流体機
械。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention mainly relates to vacuum pumps among scroll fluid machines (vacuum pumps, compressors, expanders, etc.).
Scroll fluid machines especially for handling gases in high vacuum.

[Background of the invention]

従来のスクロール式圧縮機は、ラツプ（渦巻要
素）の外周に吸入口、中心に吐出口を有し、密閉
空間を外周から中心へ移動させながら容積を減少
させて、ガスを圧縮させていた。特開昭48−5011
に見られるような真空ポンプにおいても圧縮機と
同様なガスの移動方式を採用している。この方式
の真空ポンプの場合、真空圧力である吸入圧力と
外気をシールするため、旋回スクロール外周また
は、ハウジングと主軸との間にシール部が必要と
なる欠点がある。 A conventional scroll compressor has a suction port on the outer periphery of a wrap (swirl element) and a discharge port in the center, and compresses gas by moving a sealed space from the outer periphery to the center while reducing the volume. Japanese Patent Publication No. 1973-5011
Vacuum pumps, such as those seen in , also use the same gas movement method as compressors. This type of vacuum pump has the disadvantage that a sealing portion is required between the outer periphery of the orbiting scroll or between the housing and the main shaft in order to seal the suction pressure, which is the vacuum pressure, from the outside air.

旋回スクロールの運動方向を圧縮機とは逆にし
て、中心からガスを吸入して外周から吐出する方
式を真空ポンプに採用した場合、旋回スクロール
外周は大気圧でよく、旋回スクロール外周または
ハウジングと外気とのシールは不要である。この
方式の真空ポンプは特開昭59−34495に見られる
ように、ラツプの巻き角を1.5巻程度とし、作動
室内部でのガスの膨脹を無くすようにしている。
しかし、我々の試作機の実験検討の結果、10^-3
Torr以下の到達圧力を得るためには、少なくと
もラツプの巻き数を３巻以上とし、密閉空間の数
を４個以上として、作動室内のシール部を多くす
る必要があることがわかつた。ところが、このよ
うに巻き数が多いラツプでは、中心部での密閉空
間の容積即ち吸入容積が大きくとれず、ラツプの
外径の割に、設計排気速度が大きくとれない問題
があつた。 If the direction of movement of the orbiting scroll is reversed from that of the compressor, and a vacuum pump adopts a method in which gas is sucked in from the center and discharged from the outer circumference, the outer circumference of the orbiting scroll may be at atmospheric pressure, and the pressure between the outer circumference of the orbiting scroll or the housing and the outside air is sufficient. A seal with is not required. This type of vacuum pump, as seen in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-34495, has a wrap angle of about 1.5 turns to eliminate gas expansion inside the working chamber.
However, as a result of the experimental study of our prototype, 10 ^-3
It has been found that in order to obtain an ultimate pressure of less than Torr, it is necessary to increase the number of wrap turns to at least 3, the number of sealed spaces to 4 or more, and the number of seals in the working chamber. However, with such a wrap having a large number of windings, the volume of the sealed space at the center, that is, the suction volume, cannot be large, and there is a problem that the designed pumping speed cannot be achieved in proportion to the outer diameter of the wrap.

[Purpose of the invention]

本発明は、吸入圧力が大気圧に近い範囲で排気
速度が大きく、到達圧力が低いスクロール真空ポ
ンプを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a scroll vacuum pump that has a high pumping speed and a low ultimate pressure in a range where the suction pressure is close to atmospheric pressure.

[Summary of the invention]

本発明は、中心吸入・外周吐出方式のスクロー
ル真空ポンプにおいて、ラツプ巻き数を1.5巻以
上とし、吸入圧力が大気圧に近い範囲で、ラツプ
の中心と外周との間からもガスを吸入することに
より設計排気速度を大きくしたことを特徴とす
る。 The present invention is a scroll vacuum pump with a center suction/periphery discharge method, in which the number of wrap turns is 1.5 or more, and gas is sucked from between the center and the outer circumference of the wrap within a range where the suction pressure is close to atmospheric pressure. It is characterized by increasing the design pumping speed.

[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図、第
３図で説明する。１は固定スクロールで、その端
板１ａに直立したラツプ１ｂが旋回スクロール２
の端板２ａに直立したラツプ２ｂとかみ合つて配
置されている。両スクロール部材１，２のラツプ
１ｂ，２ｂはインボソユートあるいはこれに近似
する曲線に形成されており、ほぼ一様な厚さと一
様な高さを持つ。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1, 2, and 3. 1 is a fixed scroll, and a lap 1b standing upright on the end plate 1a is an orbiting scroll 2.
It is disposed in engagement with a lap 2b that stands upright on an end plate 2a. The laps 1b, 2b of both scroll members 1, 2 are formed into an inbosoute or a curved line approximating it, and have a substantially uniform thickness and a uniform height.

固定スクロール部材１の端板１ａの中心部に
は、ポート６が設けられ、外周側には別のポート
７が設けられている。ポート６は、吸入ポートと
なり、ポート７は、吐出ポートとなる。 A port 6 is provided at the center of the end plate 1a of the fixed scroll member 1, and another port 7 is provided at the outer circumferential side. Port 6 serves as a suction port, and port 7 serves as a discharge port.

フレーム８は、固定スクロール部材１の端板外
周部に数本のボルト（図示せず）によつて固定さ
れている。 The frame 8 is fixed to the outer periphery of the end plate of the fixed scroll member 1 with several bolts (not shown).

クランク軸３は、フレーム８に取付けた軸受１
０，１１によつてフレーム８に支持されている。
このクランク軸３には、バランスウエイト１２及
びカウンタウエイト１３が締結されている。クラ
ンク軸３の頭部には、クランクピン３ａが一体で
偏心して形成されている。一方、旋回スクロール
端板２ａのラツプと反対の面には、円筒突起部２
ｃが設けられ、この円筒突起部２ｃの内面に旋回
軸受４が圧入されている。この旋回軸受４に前記
のクランクピン３ａが挿入され、クランク軸３の
回転によつて、旋回スクロール２が駆動される。
この旋回軸受４とクランクピン３ａとは、軸方向
に剛に結合されておらず、移動可能に結合されて
いる。 The crankshaft 3 has a bearing 1 attached to the frame 8.
0 and 11 on the frame 8.
A balance weight 12 and a counterweight 13 are fastened to the crankshaft 3. A crank pin 3a is formed integrally and eccentrically at the head of the crankshaft 3. On the other hand, on the surface opposite to the lap of the orbiting scroll end plate 2a, there is a cylindrical protrusion 2.
c is provided, and a swing bearing 4 is press-fitted into the inner surface of this cylindrical projection 2c. The above-mentioned crank pin 3a is inserted into the orbiting bearing 4, and the orbiting scroll 2 is driven by the rotation of the crankshaft 3.
The swing bearing 4 and the crank pin 3a are not rigidly coupled in the axial direction but are movably coupled.

自転防止部材１５は、旋回スクロール端板２ａ
とフレーム８の間に設けられ、クランク軸３と同
じ偏心量を持つクランク軸で、軸受１３，１４に
よつて結合されている。それぞれ軸受押さえ５，
７で外輪が固定されている。 The rotation prevention member 15 includes the orbiting scroll end plate 2a.
The crankshaft is provided between the crankshaft 3 and the frame 8, has the same eccentricity as the crankshaft 3, and is connected by bearings 13 and 14. Bearing holder 5, respectively
The outer ring is fixed at 7.

旋回スクロール２とフレーム８との間には、ス
ラスト軸受２０ａ，２０ｂが、旋回スクロール２
と固定スクロール１との間にはスラスト軸受２１
ａ，２１ｂが設けられ、旋回スクロール２に働く
軸方向ガス力Fp_aと、モーメントＭを受けて旋回
スクロール２を支持している。 Thrust bearings 20a and 20b are provided between the orbiting scroll 2 and the frame 8.
A thrust bearing 21 is installed between the fixed scroll 1 and the fixed scroll 1.
a and 21b are provided, and support the orbiting scroll 2 by receiving the axial gas force Fp _a and the moment M acting on the orbiting scroll 2.

固定スクロール端板１ａには、中心ポート６と
ラツプ外周との中間にポート１６，１７が設けら
れている。ポート１６と１７の出口は配管１８で
連通されている。中心ポート６は、吸入配管１９
で上流の真空装置２２と接続されている。吸入配
管１８と配管１９とは、調圧弁２３を介して接続
されている。ポート１７は、密閉空間２５が吐出
室に通じる直前で密閉空間２５に対して閉じる位
置、即ち固定スクロールラツプ１ｂ内側曲線に接
し、固定スクロールの巻き終り１ｄから2π内周
の位置に設けられている。ポート１６は、密閉空
間２４が吐出室に通じる直前で密閉空間２４に対
して閉じる位置、即ち固定スクロールラツプ１ｂ
の外側曲線に接し、固定スクロールの巻き終り１
ｄから3π内周の位置に設けられている。しかも
ポート１６は、密閉空間２５に通じないような大
きさを有している。 Ports 16 and 17 are provided in the fixed scroll end plate 1a between the center port 6 and the outer periphery of the wrap. The outlets of ports 16 and 17 are communicated with each other via piping 18. The center port 6 is connected to the suction pipe 19
and is connected to the upstream vacuum device 22. The suction pipe 18 and the pipe 19 are connected via a pressure regulating valve 23. The port 17 is provided at a position close to the closed space 25 immediately before the closed space 25 communicates with the discharge chamber, that is, at a position in contact with the inner curve of the fixed scroll wrap 1b and at a position 2π inner circumference from the winding end 1d of the fixed scroll. There is. The port 16 is located at a position where the closed space 24 is closed to the closed space 24 immediately before the closed space 24 communicates with the discharge chamber, that is, at a fixed scroll wrap 1b.
The end of winding 1 of the fixed scroll is tangent to the outer curve of
It is provided at a position 3π inner circumference from d. Moreover, the port 16 is sized so that it does not communicate with the sealed space 25.

旋回スクロール２を第２図で、反時計回りに旋
回運動させると、ガスは中心のポート６や、中間
のポート１６，１７から吸入され、ラツプ外周へ
排出され、ポート７からポンプの外へ吐き出され
る。 When the orbiting scroll 2 is rotated counterclockwise in FIG. 2, gas is sucked in through the central port 6 and intermediate ports 16 and 17, discharged to the outer circumference of the wrap, and discharged from port 7 to the outside of the pump. It can be done.

第３図は、この発明の、排気速度と吸入圧力の
特性を説明するための図である。ポート１６と１
７がない場合、排気速度曲線は曲線C1＋C2とな
る。これは、ラツプ巻き数が1.5以上のとき、中
心ポート６から吸入されたガスを取り囲む密閉空
間の容積がラツプ外周における容積よりも小さい
ので、吸入圧力が大気圧付近での排気速度はSd₂
となり、旋回スクロールを逆方向に旋回運動させ
た場合よりも小さい排気速度となるためである。
逆に、中心のポート６を使用せず、ポート１６と
１７を吸入口として使用した場合の排気速度曲線
は、曲線C3＋C4となる。なぜなら、ポート１６，
１７から吸入されて取り囲まれた密閉空間の容積
は、ラツプ中心部での密閉空間の容積よりも大き
く、吸入圧力が大気圧付近で、排気速度がSd₂よ
りも大きいSd₁となるからである。しかし、吐出
室２６とポート１６，１７との間の隔壁（シー
ル）の数が、吐出室２６と中心のポート６との間
の隔壁の数よりも少ないため、中心のポートから
吸入した方が、吸入圧力の低い範囲で排気速度が
高く、また到達圧力も低くなる。 FIG. 3 is a diagram for explaining the characteristics of pumping speed and suction pressure according to the present invention. ports 16 and 1
If 7 is not present, the pumping speed curve becomes curve C1+C2. This is because when the wrap number of turns is 1.5 or more, the volume of the sealed space surrounding the gas sucked from the center port 6 is smaller than the volume at the wrap outer periphery, so when the suction pressure is near atmospheric pressure, the exhaust speed is Sd ₂
This is because the exhaust speed is smaller than that when the orbiting scroll is orbited in the opposite direction.
Conversely, the exhaust velocity curve when the central port 6 is not used and the ports 16 and 17 are used as suction ports is the curve C3+C4. Because port 16,
This is because the volume of the enclosed space surrounded by suction from 17 is larger than the volume of the enclosed space at the center of the wrap, the suction pressure is near atmospheric pressure, and the exhaust speed is Sd ₁ , which is greater than Sd ₂ . . However, since the number of partition walls (seals) between the discharge chamber 26 and the ports 16 and 17 is smaller than the number of partition walls between the discharge chamber 26 and the center port 6, it is better to inhale from the center port. , the exhaust speed is high in the low suction pressure range, and the ultimate pressure is also low.

そこで、調圧弁２３の圧力設定を、吸入圧力が
中間圧力P_nより高いとき弁が開くようにし、吸
入圧力が中間圧力P_nより低いとき弁が閉じるよ
うに設定する。このように調圧弁を設定すること
により、排気速度曲線は、曲線C3＋C2となる。 Therefore, the pressure of the pressure regulating valve 23 is set so that the valve opens when the suction pressure is higher than the intermediate pressure P _n and closes when the suction pressure is lower than the intermediate pressure P _n . By setting the pressure regulating valve in this way, the exhaust speed curve becomes curve C3+C2.

このように構成することにより、低い到達圧力
が得られ、また吸入圧力が大気圧から到達圧力ま
での広い範囲で、高い排気速度が得られる効果が
ある。 With this configuration, a low ultimate pressure can be obtained, and a high exhaust speed can be obtained over a wide range of suction pressure from atmospheric pressure to the ultimate pressure.

〔Effect of the invention〕

以上のように本発明によれば、吸入圧力が大気
圧に近い範囲で排気速度が大きく、しかも到達圧
力が低いスクロール真空ポンプを得ることができ
る。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a scroll vacuum pump that has a high pumping speed in a range where the suction pressure is close to atmospheric pressure and has a low ultimate pressure.

[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の一実施例の説明用図、第２図
は第１図の−線断面図、第３図は本発明の実
施例の性能を示す排気特性図である。１ａ……固定スクロール端板、１ｂ……固定ス
クロールラツプ、２ａ……旋回スクロール端板、
２ｂ……旋回スクロールラツプ、３……クランク
軸、４……旋回軸受、５……軸受押え、６……ポ
ート、７……ポート、８……フレーム、１０，１
１……軸受、１２……バランサ、１３……カウン
タウエイト、１４……軸受、１５……自転防止機
構、１６，１７……ポート、１８……配管、１９
……吸入配管、２０，２１……スラスト軸受、２
２……装置、２３……調圧弁、２４，２５……密
閉空間、２６……吐出室。 FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line -- in FIG. 1, and FIG. 3 is an exhaust characteristic diagram showing the performance of the embodiment of the present invention. 1a... Fixed scroll end plate, 1b... Fixed scroll wrap, 2a... Orbiting scroll end plate,
2b...Swivel scroll wrap, 3...Crankshaft, 4...Swivel bearing, 5...Bearing holder, 6...Port, 7...Port, 8...Frame, 10,1
1...Bearing, 12...Balancer, 13...Counterweight, 14...Bearing, 15...Rotation prevention mechanism, 16, 17...Port, 18...Piping, 19
... Suction piping, 20, 21 ... Thrust bearing, 2
2... Device, 23... Pressure regulating valve, 24, 25... Closed space, 26... Discharge chamber.

Claims

[Claims] 1. A pair of scroll members each having an end plate and a lap are engaged with each other with the laps facing each other, and the orbiting scroll member is caused to rotate relative to the stationary scroll member so as not to apparently rotate on its axis. ,
A scroll fluid machine in which gas is sucked in from a port near the center of the wrap and discharged from the outer periphery, characterized in that a plurality of intake ports for different gases are provided midway between the center and the outer periphery of the wrap. 2 Gas intake from the other gas intake port,
The scroll fluid machine according to claim 1, wherein the scroll fluid machine is configured to stop depending on suction pressure. 3. Claims 1 and 2, characterized in that a passage connecting the intake port for the other gas and a port near the center of the wrap, and a valve for shutting off gas in and out in the middle of this passage are provided. scroll fluid machine. 4. The scroll fluid machine according to claim 3, wherein the valve is an automatic pressure regulating valve that closes when the suction pressure becomes less than a predetermined pressure and opens when the suction pressure becomes more than a predetermined pressure.