(57)【要約】【課題】スクロールポンプ（１）の主要な熱の発生源を、騒音、特にファン（４００）が発生する騒音を低く維持することができるように、単一の冷却ファン（４００）で効率的に冷却する。【解決手段】スクロールポンプ（１）はポンプヘッドアセンブリ（２００）と、ポンプモータ（３００）と、ポンプ（１）に冷却空気流を生じさせる冷却ファン（４００）と、ポンプヘッドアセンブリ（２００）、ポンプモータ（３００）および冷却ファン（４００）を収容するとともにポンプ（１）の軸方向に互いに並置しているカウリング（１００）と、カウリング（１００）の内部に配設されて、モータ（３００）とともにトンネルを画成し、冷却ファン（４００）の空気流を方向づけるようにポンプモータ（３００）の周りに延びているシュラウド（１２０）とを含む。【選択図】図１
2014199053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定プレートおよび前記固定プレートから軸方向に突出している固定スクロールブレード（２２１）を含む固定プレートスクロール（２２０）と、旋回プレートおよび前記旋回プレートから軸方向に突出している旋回スクロールブレード（２３１）を有する旋回プレートスクロール（２３０）とを有するスクロールポンプ（１）の熱管理の方法であって、前記方法は、
（Ａ）前記スクロールポンプ（１）の少なくとも１つの負荷を監視するステップと、
（Ｂ）監視される前記少なくとも１つの負荷を分析するステップであって、
前記分析するステップは、前記ポンプ（１）の前記少なくとも１つの負荷から、前記プレートスクロールのうちの一方の前記スクロールブレードの軸方向先端と前記プレートスクロールの他方のプレートとの間にシールを施している新品の先端シール（２６０）が設置されたばかりかどうかを判定するステップを含む、前記分析するステップと、
（Ｃ）前記少なくとも１つの負荷の分析に基づいて、前記スクロールポンプ（１）の冷却ファン（４００）の速度を調節するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記ポンプ（１）の前記少なくとも１つの負荷は前記旋回プレートスクロール（２３０）を駆動する前記ポンプ（１）のモータ（３００）の温度、前記ポンプ（１）の電子制御システムのコンポーネントの温度、前記旋回プレートスクロールおよび固定プレートスクロールを含む前記ポンプ（１）のポンプヘッドアセンブリ（２００）の温度、前記ポンプ（１）の前記モータ（３００）によって消費される電力、前記モータ（３００）または前記ポンプ（１）によって消費される電流、および前記ポンプ（１）の雰囲気温度のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記調節するステップは、前記分析で前記ポンプ（１）の前記少なくとも１つの負荷が前記ポンプ（１）に新品の先端シール（２６０）が設置された直後の前記新品の先端シール（２６０）によって生じる摩擦の結果ではないことが示される限り、前記冷却ファン（４００）を所定の範囲内の第１の速度または複数の速度で運転するステップと、前記分析で新品の先端シール（２６０）が前記ポンプ（１）に設置された直後であることが明らかになるとき、前記冷却ファン（４００）を前記第１の速度を下回る速度または最低速度で運転するステップとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ポンプ（１）の前記少なくとも１つの負荷は、前記旋回プレートスクロール（２３０）を駆動する前記ポンプ（１）のモータ（３００）の温度、前記ポンプ（１）の電子制御システムのコンポーネントの温度、前記旋回プレートスクロールおよび固定プレートスクロールを含む前記ポンプ（１）のポンプヘッドアセンブリ（２００）の温度、前記ポンプ（１）の前記モータ（３００）によって消費される電力、前記モータ（３００）または前記ポンプ（１）によって消費される電流、および前記ポンプ（１）の雰囲気温度のうちの少なくとも１つであることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ポンプモータ（３００）と、
スクロールポンプ（１）に固定されており、固定プレートおよび前記固定プレートから軸方向に突出している固定スクロールブレード（２２１）を含む固定プレートスクロール（２２０）と、旋回プレートおよび前記旋回プレートから軸方向に突出している旋回スクロールブレード（２３１）を含み、前記固定スクロールブレード（２２１）と入れ子式に重ね合わされている旋回プレートスクロール（２３０）と、前記プレートスクロールの一方の前記スクロールブレードの軸方向先端部と他方の前記プレートスクロールの前記プレートとの間に挿置されて、それらと接触状態で配設されている先端シール（２６０）と、前記ポンプモータ（３００）を前記旋回プレートスクロール（２３０）に連結している駆動シャフト（２４１）とを備えるポンプヘッドアセンブリ（２００）と、
熱管理システムとを備えるスクロールポンプ（１）であって、
前記熱管理システムは、
（ａ）ファン（４００）が生じる空気流の方向に対して、前記ポンプ（１）の前記ポンプヘッドアセンブリ（２００）の上流に配設されて、前記ポンプ（１）のうちの少なくとも前記ポンプヘッドアセンブリ（２００）を冷却するようになされており、ファン（４００）ブレードと、前記ファン（４００）ブレードに接続されて、いくつかの異なる速度のいずれかで前記ファン（４００）ブレードを回転するように作動可能であるファンモータ（４００Ｄ）とを有するマルチスピード冷却ファン（４００）と、
（ｂ）前記ポンプ（１）のそれぞれの負荷を監視する少なくとも１つのセンサと、
（ｃ）前記少なくとも１つのセンサおよび前記ファンモータ（４００Ｄ）に作動的に接続されている電子コントローラ（１０００）とを備えており、
前記コントローラ（１０００）は、
前記少なくとも１つのセンサによって監視される前記ポンプ（１）の前記それぞれの負荷または複数の負荷を分析し、
前記それぞれの負荷または複数の負荷の分析に基づいて、新品の先端シール（２６０）が前記旋回プレートスクロール（２３０）のスクロールブレードの軸方向端部と前記固定プレートスクロール（２２０）との間に設置された直後かどうかを判定し、
前記ポンプ（１）の前記それぞれの負荷または複数の負荷の分析に基づいて、前記ファン（４００）ブレードの速度を調節するように前記ファンモータ（４００Ｄ）を制御するように構成されていることを特徴とする、スクロールポンプ（１）。
【請求項６】
前記少なくとも１つのセンサは、その温度を感知するように前記ポンプモータ（３００）の巻線に連動している温度センサ、その温度を感知するように前記制御システムの電子コンポーネントに連動している温度センサ、その温度を感知するように前記ポンプヘッドアセンブリ（２００）に連動している温度センサ、前記ポンプモータ（３００）によって消費される電力を感知するように前記ポンプモータ（３００）に連動しているセンサ、前記ポンプモータ（３００）によって消費される電流を感知するように前記ポンプモータ（３００）に連動しているセンサ、および前記ポンプ（１）の雰囲気温度を感知する温度センサのうちの少なくとも１つであることを特徴とする、請求項５に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項７】
前記コントローラ（１０００）は、前記ポンプ（１）の前記少なくとも１つの負荷の分析で、前記少なくとも１つの負荷が新品の先端シール（２６０）が前記ポンプ（１）に設置された直後に前記新品の先端シール（２６０）によって生じる摩擦によるものではないことが示される限り、前記冷却ファン（４００）を所定範囲内の第１の速度または複数の速度で運転するように前記ファンモータ（４００Ｄ）を制御し、前記ポンプ（１）の前記少なくとも１つの負荷の分析で新品の先端シール（２６０）が前記ポンプ（１）に設置された直後であることが明らかになる場合には、前記冷却ファン（４００）を前記第１の速度を下回る速度または最低速度で運転するように前記ファンモータ（４００Ｄ）を制御するように構成されている、請求項５に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのセンサは、その温度を感知するように前記ポンプモータ（３００）の巻線に連動している温度センサ、その温度を感知するように前記制御システムの電子コンポーネントに連動している温度センサ、その温度を感知するように前記ポンプヘッドアセンブリ（２００）に連動している温度センサ、前記ポンプモータ（３００）によって消費される電力を感知するように前記ポンプモータ（３００）に連動しているセンサ、前記ポンプモータ（３００）によって消費される電流を感知するように前記ポンプモータ（３００）に連動しているセンサ、および前記ポンプ（１）の雰囲気温度を感知する温度センサのうちの少なくとも１つであることを特徴とする、請求項７に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項９】
対向する両端部を有するカウリング（１００）をさらに備えており、前記マルチスピード冷却ファン（４００）は前記カウリング（１００）にその前記両端部の一方に配設されており、前記ポンプモータ（３００）は前記カウリング（１００）にその前記両端部の他方に配設されており、前記ポンプヘッドアセンブリ（２００）は前記マルチスピード冷却ファン（４００）と前記ポンプモータ（３００）との間に挿置されている状態で前記カウリング（１００）に配設されていることを特徴とする、請求項５に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１０】
スクロールポンプ（１）に固定されている固定プレートスクロール（２２０）と、プレートスクロール（２３０）と、ポンプモータ（３００）を前記旋回プレートスクロール（２３０）に連結している駆動シャフト（２４１）とを備えるポンプヘッドアセンブリ（２００）と、
前記旋回プレートスクロール（２３０）を駆動するように前記旋回プレートスクロール（２３０）に連結されているポンプモータ（３００）と、
前記ポンプ（１）で冷却空気流を生じさせる冷却ファン（４００）と、
前記ポンプヘッドアセンブリ（２００）、ポンプモータ（３００）および冷却ファン（４００）を前記ポンプ（１）の軸方向に互いに並置されている状態で収容しており、前記軸方向に空気入口（１００Ａ）および空気出口（１００Ｂ）をそれぞれ画成する対向する両端部を有するカウリング（１００）と、
前記カウリング（１００）の内部に配設されており、前記カウリング（１００）内の前記ポンプモータ（３００）と前記シュラウド（１２０）との間に、前記ポンプ（１）の前記軸方向に長手方向に延びているトンネルをシュラウド（１２０）によって画成するように、前記ポンプモータ（３００）の周りにそれから半径方向に隔たっている状態で延びている前記シュラウド（１２０）とを備えるスクロールポンプ（１）において、
前記トンネルは前記空気入口（１００Ａ）および前記空気出口（１００Ｂ）に開放されるとともに、これらを接続しており、前記冷却ファン（４００）は、前記冷却ファン（４００）によって生じさせる前記冷却空気流が前記空気入口（１００Ａ）から前記トンネルを経由して前記空気出口（１００Ｂ）まで流れて前記ポンプモータ（３００）を冷却するように、前記ポンプ（１）に配設されていることを特徴とする、スクロールポンプ（１）。
【請求項１１】
前記ファン（４００）によって出力される前記冷却空気流は、前記軸方向に垂直で、前記トンネルの面積と実質的に同じ断面積を有することを特徴とする、請求項１０に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１２】
前記冷却ファン（４００）はハブ（４００Ａ）と、前記ハブ（４００Ａ）から放射状に広がっているファンブレード（４００Ｂ）と、前記ファンブレード（４００Ｂ）の先端を取り囲んでいる内面を有するハウジング（４００Ｃ）とを有しており、前記冷却空気流の前記断面積は、前記ファン（４００）の前記ハブ（４００Ａ）と前記ハウジング（４００Ｃ）の前記内面とによって、その間に画定される空間の面積と実質的に同じであることを特徴とする、請求項１１に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１３】
前記カウリング（１００）はその前記空気入口（１００Ａ）から前記空気出口（１００Ｂ）に向かう方向に前記冷却空気流を送る少なくとも１つのチャネル（１００Ｃ）を内部に画成しており、前記トンネルの一方の軸方向端部は前記チャネル（１００Ｃ）に開放されて接しており、前記トンネルの他方の軸方向端部は前記一方の軸方向端部よりも前記空気出口（１００Ｂ）の近くに配設されており、前記シュラウド（１２０）は中実の環状体で、前記チャネル（１００Ｃ）が前記トンネルの前記一方の軸方向端部のみを経由して前記トンネルに通じるように前記カウリング（１００）と一体にされていることを特徴とする、請求項１０に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１４】
前記カウリング（１００）はその前記空気入口（１００Ａ）から前記空気出口（１００Ｂ）に向かう方向に前記冷却空気流を送る少なくとも１つのチャネル（１００Ｃ）を内部に画成しており、前記シュラウド（１２０）はそれを貫通して半径方向に延びている穿孔（１２１）を有する環状体であり、前記穿孔（１２１）は、前記ファン（４００）によって生じる前記冷却空気流が前記穿孔（１２１）を通って流れ、前記空気出口（１００Ｂ）まで流れる前に前記ポンプモータ（３００）に当たるように、前記チャネル（１００Ｃ）に開放されていることを特徴とする、請求項１０に請求されるスクロールポンプ（１）。
【請求項１５】
前記シュラウド（１２０）は、前記ファン（４００）によって生じさせる前記冷却空気流が前記シュラウド（１２０）の前記穿孔（１２１）のみを通って前記トンネルに流れ込むことができるように、前記チャネル（１００Ｃ）に対して密封されている軸方向端部を有することを特徴とする、請求項１４に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１６】
前記ポンプ（１）の動作を制御する回路系統を有する回路基板（６００）をさらに備えており、前記回路基板（６００）は前記空気流によって冷却されるように前記冷却空気流の経路に配設されていることを特徴とする、請求項１０に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１７】
前記回路基板（６００）のうちの少なくとも一部は、前記ファン（４００）によって生じさせる前記冷却空気流が前記空気出口（１００Ｂ）を通って前記ポンプ（１）から排出する前に前記回路基板（６００）を通り越すように、前記トンネル内に露出されていることを特徴とする、請求項１６に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１８】
前記回路基板（６００）は、あるＡＣ周波数を別のＡＣ周波数に変換するインバータ回路を備えることを特徴とする、請求項１７に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１９】
前記カウリング（１００）は、その前記空気入口（１００Ａ）から前記空気出口（１００Ｂ）に向かう方向に前記冷却空気流を送る少なくとも１つのチャネル（１００Ｃ）を内部に画成しており、前記回路基板（６００）は、前記ファン（４００）によって生じる前記冷却空気流が前記回路基板（６００）を通り越すように、前記チャネル（１００Ｃ）に配設されていることを特徴とする、請求項１６に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項２０】
前記カウリング（１００）は、前記空気出口（１００Ｂ）から隔たっており、前記冷却空気流に対して前記回路基板（６００）の下流の位置で前記回路基板（６００）が配設されている前記チャネル（１００Ｃ）に開放されている補助開口（１３０）を有して、前記ファン（４００）によって生じさせる前記冷却空気流の一部が前記回路基板（６００）を通り越して、さらに前記補助出口を抜けるようになされていることを特徴とする、請求項１９に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項２１】
前記冷却ファン（４００）は前記カウリング（１００）の内部に前記カウリング（１００）の前記空気入口（１００Ａ）に隣接して収容されており、前記ポンプモータ（３００）は前記カウリング（１００）の内部に前記カウリング（１００）の前記空気出口（１００Ｂ）に隣接して配設されており、前記ポンプヘッドアセンブリ（２００）は前記冷却ファン（４００）と前記ポンプモータ（３００）との間に前記軸方向に挿置されており、前記シュラウド（１２０）は前記ポンプヘッドアセンブリ（２００）に隣接して配設されている第１軸方向端部と、前記シュラウド（１２０）が前記カウリング（１００）に一体となっている第２軸方向端部とを有することを特徴とする、請求項１０に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項２２】
前記カウリング（１００）は、前記空気入口（１００Ａ）から前記トンネルまで延びていて、その前記空気入口（１００Ａ）から前記空気出口（１００Ｂ）に向かう方向に前記冷却空気流を送る少なくとも１つのチャネル（１００Ｃ）を内部に画成しており、前記ポンプヘッドアセンブリ（２００）の外面は、前記冷却空気流が前記トンネル内に入る前に前記ポンプヘッドアセンブリ（２００）を冷却するように、前記チャネル（１００Ｃ）に露出していることを特徴とする、請求項２１に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項２３】
前記ポンプ（１）の動作を制御する回路系統を有する回路基板（６００）をさらに備えており、前記回路基板（６００）は、前記ファン（４００）によって生じさせる前記冷却空気流が前記空気出口（１００Ｂ）を通って前記ポンプ（１）から排出する前に前記回路基板（６００）を通り越すように、前記トンネルに露出していることを特徴とする、請求項２２に記載のスクロールポンプ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定プレートスクロールおよび旋回プレートスクロールを含むポンプヘッドアセンブリと、旋回プレートスクロールを駆動するように旋回プレートスクロールに連結されているポンプモータと、ポンプの１以上のコンポーネントを冷却する手段とを有するスクロールポンプに関するものである。特に、本発明は、スクロールポンプのコンポーネントの温度を調節する方法および手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スクロールポンプとは、固定プレートおよびそれから軸方向に突出している渦巻き形固定スクロールブレードを有する固定プレートスクロールと、旋回プレートおよびそれから軸方向に突出している渦巻き形旋回スクロールブレードとを含む種類のポンプである。
【０００３】
固定スクロールブレードおよび旋回スクロールブレードは隙間を設けて所定の相対角度位置を決めて入れ子式に重ね合わされており、プレートスクロールの一方（または両方）のスクロールブレードの先端（自由端）と他方のプレートスクロールのプレート（または複数のプレート）との間に、固定スクロールブレードおよび旋回スクロールブレードによって、その間にポケット（または複数のポケット）が画定されるようにシールが設けられている。
【０００４】
固定プレートスクロールはポンプに固定されている。旋回プレートスクロール、またそのため旋回スクロールブレードは偏心駆動機構に連結されている。固定プレートスクロール、旋回プレートスクロールおよび偏心駆動機構は、ポンプヘッドまたはポンプヘッドアセンブリと呼ばれるものを構成してもよい。
【０００５】
偏心駆動機構は、さらに、旋回スクロールプレートが固定スクロールブレードの軸方向中心部分を通過しているポンプの長手軸を中心に旋回するように、ポンプのモータに連結されており、それによって駆動される。ポンプのスクロールブレードが画定する（複数の）ポケットの容積は、旋回スクロールブレードが固定スクロールブレードに対して移動するのに従って変化する。旋回スクロールブレードの旋回運動は、（複数の）ポケットもポンプヘッドアセンブリ内で移動させるので、（複数の）ポケットは選択的にスクロールポンプの入口および出口に開放連通した状態に置かれる。
【０００６】
このようなスクロールポンプの動作例では、旋回スクロールブレードの固定スクロールブレードに対する動きは、ポンプの出口から密封されて、ポンプの入口に開放連通しているポケットを膨張させる。したがって、流体が入口を通してポケットに引き込まれる。次に、ポケットはポンプの入口から密封される位置に移動して、ポンプの出口に開放連通すると同時に、ポケットが圧縮される。こうして、ポケット内の流体が圧縮され、それによってポンプの出口から排出される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
真空型のスクロールポンプの場合、ポンプの入口は排気されるチャンバに接続されている。逆に、圧縮機型のスクロールポンプの場合、ポンプの出口は、ポンプによって圧縮流体が供給されるチャンバに接続されている。いずれの場合も、ポンプのさまざまなコンポーネントは大量の熱を発してコンポーネントの耐用年数を短縮するか、またはさらに悪いことにポンプの動作不良を引き起こすおそれがある。
【０００８】
そのため、スクロールポンプにはポンプを冷却するために１以上の冷却ファンが設けられている。しかしながら、（複数の）ファンは作業場に有害な著しい騒音源となるおそれがある。
【０００９】
本発明の一般的な目的は、ポンプの主要な熱の発生源を効率的に冷却することのできるスクロールポンプを提供することである。
【００１０】
本発明のより具体的な目的は、ポンプの主要な熱の発生源がポンプの対向する両端部にある場合を含め、単一の比較的小型の冷却ファンがポンプ全体を効率的に冷却することができるスクロールポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のある側面によると、ポンプヘッドアセンブリと、ポンプモータと、ポンプに冷却空気流を生じさせる冷却ファンと、ポンプヘッドアセンブリ、ポンプモータおよび冷却ファンをポンプの軸方向に互いに並置して収容しているカウリングと、カウリングの内部に配設されてポンプモータの周りに延びているシュラウドとを含むスクロールポンプが提供される。ポンプヘッドアセンブリはポンプに固定されている固定プレートスクロールと、旋回プレートスクロールと、ポンプモータを旋回プレートスクロールに連結している駆動シャフトとを有する。ポンプモータは旋回プレートスクロールを駆動するように旋回プレートスクロールに連結されている。
【００１２】
カウリングはポンプの軸方向に対向する両端部を有する。カウリングの両端部は、それぞれ空気入口および空気出口を画成する。カウリング内部のポンプとシュラウドとの間にポンプの軸方向に長手方向に延びているトンネルがシュラウドによって画成されるように、シュラウドがポンプモータの周りにそれから半径方向に隔たった状態で延びている。トンネルは空気入口および空気出口に開放されて、これらを接続しており、冷却ファンは、冷却ファンが生じさせる冷却空気流が空気入口からトンネルを経由して空気出口に流れてポンプモータを冷却するようにポンプに配設されている。
【００１３】
本発明の以上および他の目的、特徴ならびに利点は、添付の図面を参照して以下記載するその好適な実施形態の詳細な説明からよりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るスクロールポンプの簡略バージョンを示す模式的な縦断面図である。
【図２】スクロールポンプの固定スクロールブレードおよび旋回スクロールブレードの一部を示す模式的な拡大横断面図である。
【図３】図１の線III−III’の方向に切断したスクロールポンプの冷却ファンを示す模式的な横断面図である。
【図４】図１の線IV−IV’の方向に切断したスクロールポンプのポンプモータおよびシュラウドを示す模式的な横断面図である。
【図５】図４のものと同様であるが、ポンプモータを取り囲んでいる別の形態のシュラウドを有するスクロールポンプを示す横断面図である。
【図６】図５に図示する種類のシュラウドを備える本発明の別の実施形態に係るスクロールポンプの一部を示す模式的な縦断面図である。
【図７】スクロールポンプのブロック図である。
【図８】スクロールポンプの熱管理方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
発明概念の様々な実施形態および実施形態の実施例を、添付の図面を参照して以下詳細に説明する。図面において、明確にするために、要素のサイズおよび相対的なサイズは誇張していることがある。同様に、明確にして理解しやすくするために、要素の形状は誇張および／または簡略化していることがある。また、図面を通して同じ要素を指すために同じ数字および参照文字を使用している。
【００１６】
さらに、「前」および「後」などの空間的に相対的な用語は、図面に図示されるある要素の別の要素に対する関係を表すために使用される。したがって、空間的に相対的な用語は、図面に図示される向きとは異なる使用時の向きに適用してもよい。当該空間的に相対的な要素のすべては説明しやすくするために図面に示す向きを言及するが、本発明による装置は使用時に図面に図示されるものとは異なる向きを想定できるため、必ずしも制限するものではないことは明らかである。
【００１７】
発明概念の特定の実施例または実施形態を説明するために本明細書で使用する他の用語は、文脈で解釈されるべきである。例えば、本明細書で使用されるとき、「備える(comprises)」または「備える(comprising)」という用語は、記載される特徴またはプロセスの存在を示すが、追加の特徴またはプロセスの存在を排除しない。「ポンプ」という用語は流体の圧力等を駆動する、または上昇もしくは低下させる装置を言及してもよい。「固定されている(fixed)」という用語は、部品が互いに対して動かないように２つの部品の互いに対する直接接続、または部品が互いに対して動かないように１もしくは複数の追加部品の媒介を介した部品の接続を記述するために使用してもよい。
【００１８】
図１を参照して、本発明を適用してもよいスクロールポンプ１は、カウリング１００と、カウリング１００に収容されているポンプヘッドアセンブリ２００、ポンプモータ３００および冷却ファン４００とを含む。
【００１９】
より具体的には、ポンプヘッドアセンブリ２００、電気モータ、エアモータまたは他の適した種類のモータであってもよいポンプモータ３００、および冷却ファン４００は、ポンプ１の長手軸Ｌに沿って、つまりポンプ１の軸方向に互いに並置されている。
【００２０】
また、カウリング１００は軸方向に対向する両端部を有する。カウリング１の両端部はそれぞれ空気入口１００Ａおよび空気出口１００Ｂを画成する。空気出口Ｂはグリルの形態であってもよい。
【００２１】
ポンプヘッドアセンブリ２００はフレーム２１０と、固定プレートスクロール２２０と、旋回プレートスクロール２３０と、偏心駆動機構２４０と、環状金属製ベローズ２５０と、固定プレートスクロール２２０をフレーム２１０に固定するとともに、金属製ベローズ２５０をフレーム２１０および旋回プレートスクロール２３０の両方に固定している留め具（図示せず）とを含む。
【００２２】
また、図１および図２を参照すると、固定プレートスクロール２２０は前面２２０Ｆおよび後面２２０Ｂを有しており、その前面２２０Ｆに固定スクロールブレード２２１を備えている。旋回プレートスクロール２３０は前面２３０Ｆおよび後面２３０Ｂを有しており、その前面２３０Ｆに旋回スクロールブレード２３１を備えている。固定スクロールブレード２２１および旋回スクロールブレード２３１は、ポケットＰまたは複数のポケットが固定スクロールブレードおよび旋回スクロールブレードによって、その間に画定されるように、隙間を設けて所定の相対角度位置を決めて入れ子式に重ね合わされている。この点に関し、スクロールブレード２２１および２３１の側面が互いに接触して（複数の）ポケットをシールする必要はない。むしろ、スクロールブレード２２１および２３１の側面間の微小な隙間が、十分な（複数の）ポケットを形成するための実質的なシールとなる。
【００２３】
他方で、この実施例では、固定プレートスクロール２２０の前面２２０Ｆで、旋回スクロールブレード２３１の軸方向（先端）端部と固定プレートスクロール２２０のプレートとの間に先端シール２６０が挿置されて、それらと接触状態で配設されている。したがって、固定プレートスクロールブレード２２１と旋回プレートスクロールブレード２３１との間に（複数の）ポケットを維持する第１軸方向シールを生じる。
【００２４】
また、旋回プレートスクロール２３０の前面２３０Ｆで、固定スクロールブレード２２１の軸方向（先端）端部と旋回プレートスクロール２３０のプレートとの間に第２先端シール２６０が挿置されて、それらと接触状態で配設されているので、固定プレートスクロールブレード２２１と旋回プレートスクロールブレード２３１との間に（複数の）ポケットを維持する第２軸方向シールを生じる。
【００２５】
各先端シール２６０はスクロールブレードの先端の渦巻き形の溝、つまりその先端にスクロールブレードの長さに沿って延びている溝に納められているプラスチック部材である。
【００２６】
偏心駆動機構２４０は、駆動シャフトと軸受２４６とを含む。この実施例では、駆動シャフト２４１は、モータによってポンプ１の長手軸Ｌに対して回転するようにモータ３００に連結されている主要部２４２と、その中央長手軸が長手軸から半径方向に偏位しているクランク２４３とを有するクランクシャフトである。軸受２４６は複数の回転要素のセットを備える。
【００２７】
また、この実施例では、クランクシャフトの主要部２４２は、フレーム２１０に対して回転可能なように、軸受２４６の１以上のセットを介してフレーム２１０によって支持されている。旋回プレートスクロール２３０は軸受２４６の別のセットまたは複数のセットを介してクランク２４３に取り付けられている。このように、旋回プレートスクロール２３０は、主要部２４２がモータ３００によって回転させられるときにポンプの長手軸に対して旋回するようにクランク２４３によって担持されており、旋回プレートスクロール２３０はクランク２４３の中央長手軸に対して回転可能になるようにクランクによって支持されている。
【００２８】
金属製ベローズ２５０は、ベローズ２５０が旋回プレートスクロール２３０の後面２３０Ｂに固定されている第１端部と、ベローズ２５０がフレーム２１０に固定されている第２端部とを有する。この点に関し、金属製ベローズ２５０は、ベローズの第２端部がフレーム２１０に固定されたままでありながら、その第１端部が旋回プレートスクロール２３０に沿って追従できる程度に半径方向にしなやかである。他方で、金属製ベローズ２５０は、ベローズの第２端部がフレーム２１０に固定されたままでありながら、ベローズの第１端部をベローズの中央長手軸に対して著しく回転させない、つまりその円周方向に著しく回転させないねじり剛性を有する。
【００２９】
金属製ベローズ２５０は、本質的に、ポンプ１の動作中、固定スクロールブレード２２１および旋回スクロールブレード２３１の角度同期を提供する唯一の手段であってもよい。また、金属製ベローズ２５０はフレーム２１０と旋回プレートスクロール２３０の後面２３０Ｂとの間に延びているだけではなく、金属製ベローズ２５０は偏心駆動機構２４０のクランクシャフト２４３および軸受２４６の一部の周りにも延びている。このように、ベローズ２５０は、軸受２４６および軸受表面をベローズ２５０とフレーム２１０との間に半径方向に画成されている空間からシールしてもよく、その空間はポンプによって作動される流体が通過する作動チャンバ、例えばポンプの真空チャンバを構成してもよい。したがって、ベローズ２５０によって、軸受２４６が採用する潤滑油および／または軸受表面によって発生する粒子状物質がチャンバＣに進入するのを防止することができる。
【００３０】
ポンプの熱の発生源を冷却するために、熱管理システムの一部として冷却ファン４００が設けられている。熱の発生源はポンプモータ３００およびポンプヘッドアセンブリ２００を含み、後でより詳細に説明する。また、冷却ファンが騒音の主要発生源であるとすると、騒音および振動のレベルは熱管理システムに依存する。この点に関し、冷却ファンの騒音はファンブレードの先端速度が深く関係し、これはファンを駆動する速度およびファンの回転部の直径などのファンの寸法に正比例する。
【００３１】
本発明によるスクロールポンプは、ある点において、唯一の比較的小型の冷却ファンがポンプの著しい熱の発生源のすべてを冷却できることを保証することにより、騒音を最小限にするように設計されている。本発明のこの側面をこれから詳細に説明する。
【００３２】
図１を参照すると、ポンプ１はカウリング１００の内部に配設されているシュラウド(shroud)１２０も含む。シュラウド１２０は、ポンプの軸方向に長手方向に延びているトンネルＴがカウリング１００の内部でポンプモータ３００（のハウジングの外周面）とシュラウド（の内周面）との間に画成されるように、ポンプモータ３００の周りにそれから半径方向に隔たった状態で延びている。
【００３３】
トンネルＴは空気入口１００Ａおよび空気出口１００Ｂに開放されて、それらを接続している。冷却ファン４００は、矢印ＡＦで示す冷却ファンによって生じさせられる冷却空気流が空気入口１００ＡからトンネルＴを経由して空気出口１００Ｂに流れるように配設されて、ポンプの熱の発生源を冷却する。
【００３４】
冷却ファン４００は、ファンが生じさせる冷却空気流の方向に対して、ポンプのポンプヘッドアセンブリ２００の上流に配設されているマルチスピードまたは可変速度ファンであり、チャネル１００Ｃがポンプヘッドアセンブリ２００を横断している。そのため、冷却空気流ＡＦは、ポンプ１の第一の熱の発生源であるポンプヘッドアセンブリ２００を冷却する。冷却ファン４００は、また、ファンが生じさせる冷却空気流の方向に対して、ポンプのポンプモータ３００の上流に配設されており、トンネルＴがポンプモータ３００を横断している。そのため、冷却空気流ＡＦは、ポンプ１の２番目に大きい熱量源であるモータも冷却する。
【００３５】
図１の実施形態では、カウリング１００はその内部に、冷却空気流ＡＦを空気入口１００Ａから空気出口１００Ｂに向かう方向に送る少なくとも１つのチャネル１００Ｃを画成し、トンネルＴの第１軸方向端部はチャネル１００Ｃに開放されて接しており、トンネルＴの他方の軸方向端部は第１軸方向端部よりも空気出口１００Ｂの近くに配設されている。シュラウド１２０は中実の環状体で、チャネル１００ＣがトンネルＴの第１軸方向端部のみを経由してトンネルＴに通じるようにカウリング１００に一体にされている。
【００３６】
好ましくは、この実施形態では、ファン４００の空気流面積はトンネルＴの面積と実質的に同じである。空気流面積とは、流れの方向に垂直な断面における空気流の面積である。ファン４００の空気流面積は、冷却空気流がファン４００を出る位置における冷却空気流の断面積である。
【００３７】
より具体的には、図３を参照して、冷却ファン４００はハブ４００Ａと、ハブから放射状に広がっているファンブレード４００Ｂと、ファンブレード４００Ｂの先端を取り囲んでいる内面を有するハウジング４００Ｃと、ハブ４００Ａに接続されている可変速度ファンモータ（図では図示せず）とを有する。
【００３８】
ここで図３および図４を参照すると、ファンハウジング４００Ｃの下流端部で、ハウジング４００Ｃの内周面とファンハブ４００Ａの外周空間とで画成されて、その間にある空間の断面積は、トンネルＴ、つまりシュラウド１２０の内周面とポンプモータ３００の外周面によって画成されて、その間にある空間の最大断面積と実質的に同じであることが好ましい。この点に関し、シュラウド１２０およびポンプモータ３００の内周面および外周面は、トンネルＴの断面積がトンネルＴの全長にわたり実質的に均一であるように実質的に円筒形であってもよいことに留意する。
【００３９】
しかし、トンネルＴの空気流面積は、ポンプモータ３００の冷却を最適にするために、ファン４００の面積より大きくまたは小さくてもよい。所与のファン４００の出力の場合、トンネルＴの空気流面積が大きくなるほど、トンネルＴから押しのけられる単位時間あたりの空気量は大きくなるが、ポンプモータ３００と空気流との境界における熱伝達率は小さくなる。トンネルＴの空気流面積が小さくなるほど、逆の効果が生じる。好ましくは、トンネルＴの空気流面積は、ファン４００の空気流面積の５０％から２００％の範囲内である。
【００４０】
図５は、シュラウド１２０’の代替形態を示す。図１から図５を参照すると、シュラウド１２０’はそれから半径方向に延びている穿孔１２１を有する環状体であり、該穿孔は、ファン４００が生じさせる冷却空気流ＡＦが穿孔１２１を流れて、空気出口１００Ｂに流れる前にポンプモータ３００（のハウジング）に当たる空気噴流を形成するように、チャネル１００Ｃに開放されている。このように、つまり、物体の表面に当たる空気噴流を方向付けることにより物体を冷却することは、最高の熱伝達率Ｈの１つを提供するため、それ自体が知られている冷却法を提供する。したがって、図５の穿孔付きシュラウド１２０’は、ポンプモータ３００の冷却を促す点で非常に効果的である。
【００４１】
スクロールポンプ１’の別の実施形態を図６に示す。この実施形態は穿孔付きシュラウド１２０’を採用しており、他の点では、シュラウド１２０’の軸方向の両端部がチャネル１２０Ｃに対して密封されていることを除き図１と同様である。そのため、ファン４００が生じる冷却空気流ＡＦはシュラウド１２０の穿孔のみを通してトンネルＴに流れることができる。
【００４２】
本発明によるスクロールポンプは、別の点において、冷却ファンがポンプ（の熱の発生源）を効率的に冷却するために必要な最低速度で駆動されることを保証することにより、騒音を最小限にするように設計されている。本発明のこの側面をこれから詳細に説明する。
【００４３】
図７を参照すると、スクロールポンプ１には、ポンプの動作を制御する電子制御システムが設けられている。電子制御システムはポンプモータ３００を制御する回路基板６００を含む。ポンプモータ３００の制御は、モータ３００を始動する操作といってもよい。ポンプモータ３００がインバータ制御モータである場合、回路基板６００は、ポンプを速度範囲で操作するために、ポンプモータ３００の電源によって供給されるＡＣまたはＤＣ電圧を可変周波数に変換する回路系統を有するインバータ基板であってもよい。このようなインバータ基板はポンプ１の著しい熱の発生源でもある。回路基板６００はトンネルＴに露出されるようにシュラウド１２０の切抜き部に受容されていてもよい。
【００４４】
回路基板６００に加えて、またはその代わりに、ポンプ１の熱の発生源である電子制御システムの他の電子コンポーネントを、カウリング１００によって画成される少なくとも１つのチャネル１２０Ｃに露出させて、ファン４００が生じさせる冷却空気流が電子コンポーネントを通り越して、それによってトンネルＴ内に入る前にコンポーネントを冷却するようにしてもよい。そのため、冷却空気流ＡＦは、空気出口１３０から流出する前に、回路基板６００を通り越して、これを冷却する。
【００４５】
例えば、回路基板６００はポンプヘッドアセンブリ２００の下のポンプのベースに取り付けられていてもよく、カウリング１００は回路基板６００を通り越す冷却空気流ＡＦの一部を誘導する個別の貫通開口１３０を有していてもよい。したがって、この回路基板６００は、空気流がトンネルＴ内に入る前に、またはそうでなければ第２空気出口１３０を通ってポンプから出る前に、空気流ＡＦによって冷却される。
【００４６】
ここで図７を参照すると、本発明によるスクロールポンプは、ポンプのそれぞれの負荷を監視する少なくとも１つのセンサも有する。好ましくは、少なくとも１つのセンサは、巻線の温度を感知するようにポンプモータ３００の巻線（ポンプモータが電気モータの場合）に連動している温度センサＳ１を含む。ポンプモータ３００がインバータ制御モータである前述の場合には、少なくとも１つのセンサは、その温度を感知するように制御システムの回路基板６００（例、インバータ基板またはモータ始動基板）に連動している温度センサＳ２も含む。
【００４７】
少なくとも１つの温度センサは、その温度を感知するようにポンプヘッドアセンブリ２００に関連付けられている温度センサＳ３、ポンプモータ３００によって消費される電力を感知するようにポンプモータ３００に連動しているセンサＳ４、および／またはポンプの雰囲気温度を感知する温度センサＳ５も含んでもよい。それ自体が当業界で周知の適切な温度センサおよび消費電力センサであればどのような種類のものも使用してもよい。
【００４８】
回路基板６００の他に、電子制御システムは電子コントローラ１０００も有する。コントローラ１０００は（複数の）センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４および／またはＳ５、ならびにマルチスピード冷却ファン４００の可変速度モータ４００Ｄに作動的に接続されている。電子コントローラ１０００は（複数の）センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４および／またはＳ５からポンプの（複数の）負荷を示す信号を受信し、ポンプの熱負荷を判定するために信号を処理するプロセッサを有しており、熱負荷に基づいて、ポンプを十分に冷却するために必要な最低速度でファン４００を駆動するためにファンモータ４００Ｄにコマンドを出す。ファン速度が最小限に維持されるため、ポンプの騒音もそうなる。
【００４９】
しかし、先端シール２６０（図２に戻って参照）を最初に設置する状況、または時々必要になるように交換する状況が発生する。新品の先端シール２６０は、先端シールが一定量摩耗するまで、対向しているスクロールプレートのプレートと比較的大量の摩擦を生じる。そのため、新品の先端シールは比較的大量の熱を発する。新たに設置した先端シールをならすために、当業界で慣習的であるように、ポンプを実際に使用せずに一定期間運転する専用の先端シールバーニシング動作が一般に行われる。
【００５０】
ポンプを損傷させないために、例えば、モータもしくは電子コンポーネントを過熱させないために、またはポンプの部品の耐用年数を短縮させないために、冷却ファン４００の速度をポンプを十分に冷却するために必要な最適な速度に制御する方法を、図７および図８を参照してこれから説明する。
【００５１】
最初に（図８のステップ１０）、スクロールポンプの少なくとも１つの負荷を電子制御システムの少なくとも１つのセンサ（Ｓ１，Ｓ２…および／またはＳ５）で監視する。
【００５２】
監視する（複数の）負荷はコントローラ１０００によって分析する（ステップ２０）。コントローラ１０００は、新品の先端シールが設置されたばかりのポンプの状態を含めて、異常な動作温度またはモータ消費電力を引き起こす状況が実時間で識別できるアルゴリズムを用いて構成されている。すなわち、新品の先端シールが設置されたばかりのポンプの状態は、先端シールが所与の量だけすでに摩耗しており、そのためそれほど大きな摩擦を生じないポンプの（複数の）動作状態と識別することができる。
【００５３】
実際、本実施形態では、コントローラ１０００は、ポンプの（複数の）負荷の分析に基づいて次のポンプの起こりうる３つの状態を互いに識別できるアルゴリズムを用いて構成されている。
状態１：ポンプは正常な温度および電力レベルで動作している。
状態２：ポンプは雰囲気温度が高い環境、またはポンプによって作動される流体が生じるポンプの負荷が高い環境で動作している。
状態３：先端シールバーニシング動作(burnishing operation)が起こっている。
【００５４】
状態１は騒音を最小限にするために中程度のファン速度を要する。状態２はポンプおよびコンポーネントを適切に冷却するために最大ファン速度を要する。状態３はポンプモータの消費電力を最小限にするために低から中程度のファン速度を要する。
【００５５】
図７および図８を参照して、冷却ファン４００はコントローラ１０００によって、分析（ステップ２０）でポンプの（複数の）負荷が正常な範囲内にあり、感知される（複数の）温度も正常であることが示される、つまりポンプが状態１である限り、所定の範囲内で第１の速度または複数の速度で運転するように制御される（ステップ４０）。この中程度の（第１）速度または速度範囲は、依然として十分な冷却を施しながらファンの騒音を最小限にするように選択される。
【００５６】
ポンプが正常な範囲外で動作している場合（ステップ３０で「いいえ」）、ファン速度はプログラムに従って変更され（ステップＳ５０）、ファン４００を新たな速度で駆動しながらポンプの（複数の）負荷が分析される。ファン速度の変更により（複数の）負荷が変化するやり方は、コントローラ１０００が先端シールバーニシング動作が進行しているかどうかの判定を可能にする。
【００５７】
基本的に、分析（ステップ５０）でポンプが状態２にあると判定されると、冷却ファン４００はコントローラ１０００によって、最大量の冷却空気および最大熱伝達率を提供するように最大（第２）の速度または複数の速度で運転するように制御される（ステップ７０）。他方で、ポンプが正常範囲外で動作していて、コントローラ１０００でこれが先端シールバーニシング動作が進行しているためだと判定されると、冷却ファン４００はコントローラ１０００によって、新品の先端シールをバーニシングするための最適速度で運転するように制御される（ステップ８０）。この最適速度（方法が少なくとも８０に進むと生じる）は、一般に（複数の）第１速度（方法が少なくとも４０に進むときに生じる）を下回る。
【００５８】
新品の先端シールをバーニシングするためのファン４００の最適速度は、ポンプの消費電力を正常範囲にするため、モータ３００およびポンプヘッド２００の熱の発生を大幅に減少するファン速度である。新品の先端シールをバーニシングするとき、ファンをより低速で動作することで、先端シールに熱で誘起される破壊、そのため摩擦で誘起される発熱が減少する。換言すると、新品の先端シールをバーニシングするとき、ファン速度を遅くすると実際に動作温度が低くなるが、このことは普通はファン速度を速くすると動作温度が低くなると考えられるため反直感的である。
【００５９】
この理由は次のとおりである。新品の先端シール２６０とそれが押し付けられるプレートとの間の摩擦により生じる熱の量は、ならした先端シールと同プレートとの間の摩擦により生じるものより大きくなるが、本発明者は、ファン４００は固定プレートスクロール２２０の後面２２０Ｂおよびフレーム２１０の外壁を比較的冷たく維持する一方で、熱は主に固定プレートスクロール２２０の前面２２０Ｆおよび旋回プレートスクロール２３０の前面２３０Ｆで生じることを発見した。それにより、偏心駆動機構２４０の周りに延びているフレーム２１０の内側ボスの熱膨張が生じる。熱膨張は、さらに、固定プレートスクロール２２０の前面２２０Ｆを旋回プレートスクロール２３０に近づけることになる。その結果、先端シール２６０によって提供される隙間が減少し、そのため摩擦の量が大きくなり、それにより、より多くの熱が発生する。この時点でファン４００の速度を高めると、この現象を悪化させる(exacerbate)ことにしかならない。
【００６０】
そのため、コントローラ１０００は、その構成により、この状況を認識して、容認できる空気流のレベルを依然として提供しながら、冷却ファン４００の速度をモータの電力を正常な範囲にするのに最適な速度に低下させる。
【００６１】
最後に、発明概念の実施形態およびその実施例を上記詳細に説明してきた。しかし、発明概念は複数の異なる形態で具現してもよく、上記説明した実施形態に制限されると解釈してはならない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が余すところなく完全であり、発明概念を当業者に十分に伝えるように説明した。そのため、発明概念の真の精神および範囲は上記説明した実施形態および実施例によって制限されるのではなく、以下の請求項によって制限される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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