(57)【要約】【課題】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を角度同期させる一次手段と、前記旋回スクロールブレードに過度な駆動荷重がかかる場合に前記角度同期を維持するバックアップシステムとを有するスクロールポンプを提供する。【解決手段】ポンプの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）を角度同期させる一次手段である金属製ベローズ（２５０）と、該ベローズ（２５０）のバックアップシステムとを有する。バックアップシステムは、スクロールポンプ（１）の固定部および旋回部のうちの一方に一体化されて、それに対して固定されているピン（Ｐ）と、固定部および旋回部の他方に一体化されて、それに対して固定されているガイド部（４００）とからなり、ポンプの正常な動作中にピン（Ｐ）とガイド部（４００）との間が接触しない。【選択図】図１
2014177934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプに固定されているフレーム（２１０）と、
前記フレーム（２１０）に固定されて、前記ポンプの長手軸を中心とする固定スクロールブレード（２２１）を有する固定プレートスクロール（２２０）と、
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るように、前記ポンプの半径方向に、前記固定スクロールブレード（２２１）に並置された前記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、
前記旋回スクロールブレード（２３１）を前記長手軸に対して旋回させるように前記フレーム（２１０）によって支持されて、前記旋回スクロールブレード（２３１）に作動的に連結され、前記長手軸に平行な第２軸に対して回転可能になるように前記旋回スクロールブレード（２３１）を支持しており、前記旋回プレートスクロール（２３０）は前記ポンプの旋回部である、偏心駆動機構（２４０）と、
第１の端部および第２の端部を有し、前記旋回スクロールブレードおよび前記固定スクロールブレードを角度同期させるように、前記第２の端部（２５２）で前記フレーム（２１０）に固定されており、前記第１の端部で前記旋回スクロールブレード（２３１）に固定されている、金属製ベローズと、
前記ポンプの前記固定部および旋回部のうちの一方から、前記ポンプの前記長手軸に平行な方向に延びている複数のピンと、前記ポンプの前記固定部および前記旋回部の他方に対して固定されており、前記ポンプの前記長手軸に平行な方向に延びている複数の開口（４１０）が画成されているガイド部（４００）とを備える非接触バックアップシステムと、を備えるスクロールポンプ（１）であって、
前記ピンはそれぞれ前記開口（４１０）の中まで前記長手軸に平行な方向に延びており、
前記ピンのそれぞれは、前記ポンプの前記固定部および前記旋回部の前記他方から隔たっており、それぞれの前記ピンと該ピンが延びている前記開口（４１０）を画定している前記ガイド部（４００）の表面との間に半径方向隙間が存在する、スクロールポンプ（１）。
【請求項２】
前記ピンのそれぞれの幾何学的軸中心が、前記ピンが延びている前記開口（４１０）の幾何学的軸中心から偏位されて、前記旋回スクロールブレード（２３１）が前記偏心駆動機構（２４０）で駆動されると、前記ピンの前記幾何学的軸中心が前記開口（４１０）の前記幾何学的軸中心を中心とする軌道を通る、請求項１に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項３】
前記開口（４１０）の幅が、前記ピンの幅と、前記ピンの幾何学的中心の前記軌道の幅と、ＢＣＤ＊tａｎ（ＭＲＣ／（ピッチ／３６０））未満の所定値（２）の合計であり、
ＢＣＤは、前記ピンのボルト円径であり、
ＭＲＣは、前記固定スクロールブレードおよび前記旋回スクロールブレード間の最小半径方向隙間であり、
ピッチは、前記スクロールブレードの連続ラップ間の半径方向の距離である、請求項２に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項４】
前記旋回スクロールブレード（２３１）は前記旋回プレートスクロール（２３０）の前面に配設されており、前記ピンは前記旋回プレートスクロール（２３０）に一体であり、その後面から軸方向に前記旋回スクロールブレード（２３１）から遠ざかる方向に延びており、前記ガイド部（４００）は前記フレーム（２１０）に一体である、請求項１に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項５】
前記金属製ベローズは、前記ポンプが正常に動作しているとき、前記ポンプで前記旋回スクロールブレードおよび固定スクロールブレードを角度同期させる唯一の手段であり、前記ポンプの異常な動作が発生するとき、前記ピンが前記ガイド部（４００）の前記表面に係合する、請求項１に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項６】
前記金属製ベローズは、前記旋回プレートスクロール（２３０）の前記第２の軸に対する回転を前記スクロールポンプ（１）の前記旋回プレートスクロール（２３０）の定格荷重までに抑制するねじり剛性を有しており、前記ピンと前記開口（４１０）を画成している前記ガイド部（４００）の前記表面との間の前記半径方向隙間は、前記旋回スクロールブレード（２３１）にかかる荷重が前記ポンプの定格荷重より小さい限り維持される、請求項１に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項７】
前記金属製ベローズは、前記旋回スクロールブレード（２３１）にかかる荷重が前記旋回スクロールブレード（２３１）の所定の定格荷重より小さいときに、前記ポンプの前記旋回スクロールブレードおよび前記固定スクロールブレードを角度同期させる唯一の手段であり、それによって前記金属製ベローズが万が一故障した場合に、前記ピンが前記ガイド部（４００）の前記表面に係合する、請求項４に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項８】
ポンプに固定されている固定スクロールブレード（２２１）、および入れ子式に重ね合わされるように前記ポンプの半径方向に前記固定スクロールブレード（２２１）と並置されている旋回スクロールブレード（２３１）を含むスクロールブレードセットと、
前記旋回スクロールブレード（２３１）を長手軸を中心に旋回させるように、前記旋回スクロールブレードに作動的に接続されている偏心駆動機構（２４０）と、
第１の端部および第２の端部を有する金属製ベローズであって、前記旋回スクロールブレードおよび固定スクロールブレードを角度同期させるように、前記第２の端部（２５２）が前記ポンプに固定されており、前記旋回スクロールブレード（２３１）が前記第１の端部（２５１）で固定されている、金属製ベローズと、
前記旋回スクロールブレード（２３１）にかかる荷重が前記ポンプの定格荷重を超える場合に、前記旋回スクロールブレードおよび前記固定スクロールブレード間の角度同期を維持する角度同期バックアップ手段と、を備えるスクロールポンプ（１）であって、
前記角度同期バックアップ手段は、前記長手軸に平行な方向に延びている複数のピンと、前記ポンプの前記長手軸に平行な前記方向に開いている複数の開口（４１０）が画成されているガイド部（４００）とを備えており、
前記ピンは前記ポンプの前記固定スクロールブレードおよび前記旋回スクロールブレードのうちの一方に対して固定されており、前記開口（４１０）が画成されている前記ガイド部（４００）は前記ポンプの前記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他方に対して固定されており、前記ピンはそれぞれ前記開口（４１０）の中まで前記長手軸に平行な前記方向に延びている、スクロールポンプ（１）。
【請求項９】
前記金属製ベローズは、前記旋回スクロールブレード（２３１）にかかる荷重が定格荷重より小さいときに、前記ポンプの前記旋回スクロールブレードおよび固定スクロールブレードを角度同期させる唯一の手段である、請求項８に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１０】
前記旋回プレートスクロール（２３０）にかかる荷重が定格荷重より小さい限り、前記ピンの各々と前記ピンが延びている前記開口（４１０）を画定している前記ガイド部（４００）の表面との間にすべての方向に半径方向隙間が存在している、請求項９に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１１】
前記旋回プレートスクロール（２３０）にかかる荷重が定格荷重より小さい限り、前記ピンの各々と前記ピンが延びている前記開口（４１０）を画定している前記ガイド部（４００）の前記表面との間にすべての方向に半径方向隙間が存在する、請求項８に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１２】
前記ピンの各々の幾何学的軸中心は、前記ピンが延びている前記開口（４１０）の幾何学的軸中心から偏位しており、前記旋回スクロールブレード（２３１）が前記偏心駆動機構（２４０）で駆動されると、前記ピンの幾何学的軸中心が前記開口（４１０）の幾何学的軸中心を中心とする軌道を通る、請求項１１に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１３】
前記開口（４１０）の幅は、前記ピンの幅と、前記ピンの幾何学的中心の前記軌道の幅と、ＢＣＤ＊tａｎ（ＭＲＣ／（ピッチ／３６０））未満の所定値（２）の合計であり、
ＢＣＤは、前記ピンのボルト円径であり、
ＭＲＣは、前記固定スクロールブレードおよび前記旋回スクロールブレード間の最小半径方向隙間であり、
ピッチは、前記スクロールブレードの連続ラップ間の半径方向の距離である、請求項１２に記載のスクロールポンプ（１）。
【請求項１４】
フレーム（２１０）をさらに備えており、前記固定スクロールブレード（２２１）は前記フレーム（２１０）に対して固定されており、前記偏心駆動機構（２４０）は前記フレーム（２１０）によって支持されており、前記ベローズはその第２端部（２５２）で前記フレーム（２１０）に固定されており、
前記ガイド部（４００）は前記フレーム（２１０）に一体であり、前記ピンは前記ガイド部（４００）のそれぞれ前記開口（４１０）の中まで前記旋回スクロールブレード（２３１）から遠ざかる方向に軸方向に延びている、請求項８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、固定スクロールブレードおよび旋回スクロールブレードをそれぞれ有する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、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を角度同期するために使用される構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スクロールポンプとは、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、渦巻き形旋回スクロールブレードを有する旋回プレートスクロールとを含む種類のポンプである。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、ポケット（または複数のポケット）がブレードによってその間に画定されるように、半径方向に隙間を設け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。
【０００３】
スクロールポンプは、固定プレートスクロールを固定するフレームおよびフレームによって支持されている偏心駆動機構も有する。これらの部品は、一般にスクロールポンプのポンプヘッドアセンブリと呼ばれるアセンブリを構成する。
【０００４】
旋回スクロールブレードは、固定スクロールブレードの軸中心を通過するポンプの長手軸を中心に旋回するように、偏心駆動機構に連結されているとともに、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。
【０００５】
このようなスクロールポンプでは、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。
【０００６】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
いずれの場合も、前述の吸込みおよび排出動作をスクロールポンプで満足に実行しようとすると、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所定の角度位置を設けて、一定の公差内に維持しなければならない。
【０００８】
より具体的には、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、その間に生じるシールが安定して（複数の）ポケットを形成し、（複数の）ポケットの容積を適切に可変させ、（複数の）ポケットをポンプの入口および出口に対して必要なタイミングでポンプヘッドアセンブリに効果的に移動させようとする場合、旋回プレートスクロールは固定プレートスクロールと一定の角度同期を維持しなければならない。
【０００９】
このためには、旋回プレートスクロールは、ポンプヘッドアセンブリの長手軸に対して旋回しているとき、それ自体の中心軸に対して一定の量を超えて回転してはならない。
【００１０】
本発明の目的は、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を角度同期させる一次手段と、前記一次手段のバックアップシステムとを有し、ポンプの正常な動作中に粒子を生じる傾向および／またはポンプの耐用年数を短縮する傾向のないスクロールポンプを提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、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を角度同期させる一次手段と、前記一次手段のバックアップシステムとを有し、実施しやすい比較的単純かつ安価な構造物で構成されているスクロールポンプを提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、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を角度同期させる一次手段と、前記旋回スクロールブレードに過度な駆動荷重がかかる場合に前記角度同期を維持するバックアップシステムとを有するスクロールポンプを提供することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、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を角度同期させる一次手段と、万が一、前記一次手段が故障した場合にポンプの損傷を防止することのできるバックアップシステムとを有す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】
【００１４】
本発明の一つの側面によると、フレームと、前記フレームに固定されて、ポンプの長手軸を中心とする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、前記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が入れ子式に重ね合わされるように、前記ポンプの半径方向に前記固定スクロールブレードに並置されている旋回スクロールブレードを有する旋回スクロールと、前記フレームに支持されて、前記旋回スクロールブレードを前記長手軸に対して旋回させるように前記旋回スクロールブレードに作動的に接続されている偏心駆動機構と、前記旋回スクロールブレードおよび固定スクロールブレードを角度同期させる金属製ベローズと、前記ベローズの非接触バックアップシステムとを含むスクロールポンプが提供される。
【００１５】
金属製ベローズが旋回スクロールブレードおよび固定スクロールブレードを角度同期させるように、金属製ベローズはその第１端部で旋回プレートスクロールに固定されており、フレームは金属製ベローズの第２端部で金属製ベローズに固定されている。偏心駆動機構は、長手軸に平行な第２軸に対して回転可能になるように、旋回スクロールブレードを支持している。このように、旋回プレートスクロールはポンプの旋回部である一方、フレームおよび固定プレートスクロールはポンプの固定部である。
【００１６】
非接触バックアップシステムは、ポンプの固定部および旋回部のうちの一方からポンプの長手軸に平行な方向に軸方向に延びている複数のピンと、ポンプの固定部および旋回部の他方に対して固定されているガイド部とを有する。ガイド部にはいくつかの開口が画成されている。開口もポンプの長手軸に平行な方向に軸方向に延びており、ピンはそれぞれ開口の中まで軸方向に延びている。また、正常な動作条件では、ピンの各々はガイド部が固定されているポンプの固定部または旋回部から全体が隔たっており、各ピンとピンが延びている開口を画定するガイド部の表面との間に半径方向の隙間が存在するようになされている。
【００１７】
本発明の別の側面によると、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が入れ子式に重ね合わされるようにポンプに固定されている固定スクロールブレードおよびポンプの半径方向に固定スクロールブレードに並置されている旋回スクロールブレードを含むスクロールブレードセットと、前記旋回スクロールブレードを長手軸に対して旋回させるように前記旋回スクロールブレードに作動的に接続されている偏心駆動機構と、前記旋回スクロールブレードおよび固定スクロールブレードを角度同期させる金属製ベローズと、前記旋回スクロールブレードにかかる荷重がスクロールポンプの定格駆動荷重を超える場合、前記旋回スクロールブレードと固定スクロールブレードとの間の角度同期を維持する角度同期バックアップ手段とを含むスクロールポンプが提供される。
【００１８】
金属製ベローズは、第１端部および第２端部を有する。ベローズの第２端部はポンプに固定されており、旋回スクロールブレードは金属製ベローズの第１端部で金属製ベローズに固定されている。角度同期バックアップシステムは、複数のピンと、ポンプの長手軸に平行な方向に複数の開口が開いているガイド部とを備える。ピンは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うちの一方に対して固定されており、開口が画成されているガイド部は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他方に対して固定されており、ピンはそれぞれ開口の中まで長手軸に平行な方向に軸方向に延びている。
【００１９】
本発明のさらに別の側面によると、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が入れ子式に重ね合わされるように、ポンプに固定されている固定スクロールブレードおよびポンプの半径方向に前記固定スクロールブレードに並置されている旋回スクロールブレードを含むスクロールブレードセットと、前記旋回スクロールブレードを長手軸に対して旋回させるように前記旋回スクロールブレードに作動的に接続されている偏心駆動機構と、前記旋回スクロールブレードおよび固定スクロールブレードを角度同期させる唯一の手段としての金属製ベローズと、前記金属製ベローズが故障した場合に、前記ポンプへの損傷を防止するバックアップ手段とを含むスクロールポンプが提供される。
【００２０】
金属製ベローズは、第１端部および第２端部を有する。ベローズの第２端部はポンプに固定されており、旋回スクロールブレードは金属製ベローズの第１端部で金属製ベローズに固定されている。バックアップ手段は、複数のピンと、ポンプの長手軸に平行な方向に開いている複数の開口が画成されているガイド部とを備える。ピンは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うちの一方に対して固定されており、開口が画成されているガイド部は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他方に対して固定されており、ピンはそれぞれ開口の中まで長手軸に平行な方向に軸方向に延びている。
【００２１】
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】
【００２２】
【図１】本発明によるスクロールポンプの簡略バージョンの模式的な縦断面を示す図である。
【図２】図１の線II−II’に沿って切断したスクロールポンプの選択された部品の横断面を示す図である。
【図３】これも簡略形の図１に図示するスクロールポンプの一部の拡大図である。
【図４】図２と同じ方向に切断した、本発明によるスクロールポンプのバックアップシステムの一部の模式的な横断面を示す図である。
【図５】本発明によるスクロールポンプのバックアップシステムの別の実施例の部分の模式的な横断面を示す図である。
【図６】本発明によるスクロールポンプのバックアップシステムのさらに別の実施例の部分の模式的な横断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
さらに、「前」および「後」などの空間的に相対的な用語は、ある要素の図面に図示される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。
【００２５】
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）」または「連結されている（coupled）」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。ポンプの「正常な」動作または旋回プレートスクロールにかかる「正常な」荷重という用語は、定格条件または定格荷重、つまりポンプの設計仕様をなし、現実世界で容易に確認でき、販売されるときにスクロールポンプに添付されるマニュアルまたは同様な他のものに記載されてもよいものをいうと当業者には理解されるであろう。
【００２６】
ここで図１を参照すると、本発明が適用されるスクロールポンプ１は、ハウジング（図示せず）と、ポンプヘッドアセンブリ２００と、ハウジングに配設されている回転出力を有するモータ３００とを含む。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、環状金属製ベローズ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（後で詳細に説明する）とを含む。
【００２７】
フレーム２１０は、図示するように単一体としてもよく、または互いに固定されている複数の一体部品を備えていてもよい。
【００２８】
固定プレートスクロール２２０はフレーム２１０に固定されている。固定プレートスクロールは前面２２０Ｆおよび後面２２０Ｂを有し、その前面２２０Ｆに固定スクロールブレード２２１を備える。
【００２９】
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、その前面に旋回スクロールブレード２３１を備える。
【００３０】
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、１つのポケット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、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の部分は互いに接触して（複数の）ポケットをシールする必要はない。むしろ、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の部分の間の微小な半径方向隙間が、十分な（複数の）ポケットを形成するのに十分なシールを生じ、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が互いに接触した場合に、さもないと生じるはずの過度な騒音を防止する。
【００３１】
偏心駆動機構２４０は、駆動シャフト２４１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。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。
【００３２】
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２４３がモータ３００によって回転さ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２４３によって支持されている。
【００３３】
ポンプの正常な動作中、旋回スクロールブレード２３１にかかる荷重は、旋回プレートスクロール２３０をクランク２４３の中心長手軸に対して回転させる傾向がある。しかし、環状金属製ベローズ２５０は、クランク２４３の中央長手軸に対するその回転を阻止しながら、ポンプの長手軸に対する旋回をさせるように、旋回プレートスクロール２３０を制止する。
【００３４】
より具体的には、環状金属製ベローズ２５０は、環状金属製ベローズ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２５１と、環状金属製ベローズ２５０がフレーム２１０に固定されている第２端部２５２とを有する。この点に関し、環状金属製ベローズ２５０は、ベローズの第２端部２５２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２５１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、環状金属製ベローズ２５０は、ベローズの第２端部２５２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２５１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。
【００３５】
本発明のポンプヘッドアセンブリ２００では、ベローズにねじり剛性を与える環状金属製ベローズ２５０の仕様、例えば、壁厚等は、環状金属製ベローズ２５０の第１端部２５１が、旋回プレートスクロール２３０に正常な荷重が加わる状況で、その円周方向に最小限の量を超えて回転しないように設計されている。
【００３６】
この実施形態では、環状金属製ベローズ２５０は、本質的に、スクロールポンプ１の正常な動作中、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る。
【００３７】
さらに、環状金属製ベローズ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、環状金属製ベローズ２５０は偏心駆動機構２４０の駆動シャフト２４１および軸受２４６の一部の周りにも延びている。
【００３８】
このように、環状金属製ベローズ２５０は、軸受２４６および軸受表面を環状金属製ベローズ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チャンバＣ、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、環状金属製ベローズ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。
【００３９】
ここで、環状金属製ベローズ２５０のバックアップシステムを図１〜図４を参照して説明する。前記説明から明らかなように、フレーム２１０および固定プレートスクロール２２０はポンプの固定部であり、旋回プレートスクロール２３０はポンプの旋回部である。
【００４０】
バックアップシステムは、固定部および旋回部のうちの一方に一体にされて、それに対して固定されているピンＰと、固定部および旋回部の他方に一体にされて、それに対して固定されているガイド部４００とからなる。
【００４１】
本発明のある側面によると、バックアップシステムは非接触バックアップシステムであり、つまり、スクロールポンプ１の正常な動作中にピンＰとガイド部４００との間の接触がない。そのため、さもないとスクロールポンプ１によって作動する流体を汚染し、バックアップシステムおよびそのため同様にポンプの耐用年数を短縮する可能性のある当該部品の摩耗により粒子が生じない。
【００４２】
ピンＰはポンプの長手軸Ｌに平行な方向に軸方向に延びており、ガイド部４００はポンプの長手軸Ｌに平行な方向に開いている開口４１０を画成するとともに、また軸方向に延びている。図３で最もよく分かるように、ピンＰは、開口４１０の外側の位置から、それぞれ開口４１０の中まで軸方向に延びている。また、図面に図示するように、開口４１０はポンプの長手軸Ｌに向かって半径方向内側に開いていてもよい。
【００４３】
また、図１〜図４に図示する実施例では、ピンＰはポンプの旋回部から延びており、ガイド部４００はポンプの固定部に一体にされて、それに対して固定されている。より具体的には、ピンＰは旋回プレートスクロール２３０に一体であり、その後面２３０Ｂから軸方向に旋回スクロールブレード２３１から遠ざかる方向に延びており、ガイド部４００はフレーム２１０に一体である。この点に関し、ガイド部４００はフレーム２１０と単一体でもよく、またはフレーム２１０と統合されている個別の部分でもよい。この実施例では、ガイド部４００は、フレーム２１０の面に据えられて、フレーム２１０に固定されている環状部材である。
【００４４】
別の実施例では、ピンＰは旋回プレートスクロール２３０からその前面２３０Ｆで軸方向に延びており、ガイド部４００は固定プレートスクロール２２０に一体にされて、それに対して固定されている。
【００４５】
図２および図４は、ピンＰおよびガイド部４００の非接触状態を示しており、これはポンプが通常に動作しているときまたは停止しているときに存在する状態である。この状態では、旋回プレートスクロール２３０は固定プレートスクロール２２０に対してその偏心（半径方向に偏位されている）位置にあることに留意する。
【００４６】
図４を参照すると、この実施例では、ポンプの旋回部に対して固定されているピンＰの各々は、ポンプの固定部から隔てられており、この点に関し、各ピンＰとガイド部４００の表面との間には、ピンＰが延びている開口４１０を画定する半径方向の隙間Ｃｒが存在する。さらに、ピンＰのそれぞれの幾何学的軸中心Ｃｐは、ピンが延びている開口４１０の幾何学的軸中心Ｃｏから偏位している。そのため、旋回スクロールブレード２３１が偏心駆動機構２４０で駆動すると、ピンＰの幾何学的軸中心Ｃｐは開口４１０の幾何学的軸中心Ｃｏを中心とする軌道（点線で示す）を通る。開口４１０を画定するピンＰとガイド部４００の表面との間の隙間Ｃｒは、以下に記載の理由のために極めて重要である。
【００４７】
ポンプの異常な動作が発生すると、ピンＰはピンＰが延びているガイド部４００の開口４１０を画定している表面と接触する。ポンプの異常状態とは、例えば環状金属製ベローズ２５０が故障する場合である。この場合、ガイド部４００は、ポンプの中央長手軸Ｌに対して旋回し続けながら、旋回プレートスクロール２３０をクランク２４３の中央軸に対して過度に回転させない。すなわち、ポンプを停止できる前に、最小限の隙間Ｃｒは、旋回スクロールブレード２３１が、スクロールブレード（複数のスクロールブレード）を損傷させるほど激しく固定スクロールブレード２２１に衝突するのを防止する。
【００４８】
しかし、異常な動作とは、旋回スクロールブレード２３１にかけられる荷重があまりに大きく（例、ポンプの定格荷重より大きい）、環状金属製ベローズ２５０がその第１端部２５１によって加えられるねじれ抵抗を圧倒するが、環状金属製ベローズ２５０は故障していない状況をいうこともある。この場合、ピンＰ、開口４１０を画定しているガイド部４００の表面、および隙間Ｃｒの輪郭は、ポンプの中心長手軸Ｌに対して旋回し続けると、ガイド部４００の表面がピンＰをそれに沿って案内し、旋回プレートスクロール２３０をクランク２４３の中心軸に対して過度に回転させないようになされている。さらに、この場合、隙間Ｃｒは、ベローズへの過負荷および固定スクロールブレード２２１と旋回スクロールブレード２３１との間の半径方向の接触を防止できるほど小さい。
【００４９】
これらの点に関し、固定スクロールブレードと旋回スクロールブレードとの間の半径方向の接触は、熱膨張差および製造誤差のために、ポンプの定格荷重より小さくても発生する可能性があることに留意するべきである。また、固定スクロールブレードと旋回スクロールブレードとの間の半径方向の接触により生じる荷重は本来周期的であり、接触は少なくとも１回転あたり１回発生する。そのため、これらの荷重は環状金属製ベローズ２５０を疲労させる可能性を有する。
【００５０】
本発明のある側面によると、隙間Ｃｒは、旋回プレートスクロールの固定プレートスクロールに対する（その中心軸に対する）回転を可能にするが、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のスクロールブレードが互いに接触しないように、さらにベローズへの疲労または他の損傷を防止するためにベローズのねじれによる応力を制限するように設計されている。
【００５１】
一般的に述べると、適正な隙間Ｃｒを設けるためには、開口Ｗｏの幅を、ピンＰの幅Ｗｐと、開口４１０の幾何学的中心Ｃｐの軌道の幅Ｗと、所定の値２＊Ｃｒとの合計（すべての幅は、この場合、ガイド部４００の円周方向である）になるように設定される。
【００５２】
本実施形態の実施例では、隙間Ｃｒは好ましくは０．００６”から０．０７０”の範囲、より好ましくは０．００６”に実質的に等しい。
【００５３】
この範囲は、以下の考察に基づいて到達した。前記説明から明らかなように、ピンＰおよびガイド部４００の開口４１０の幾何学形状は、正常な動作中に旋回プレートスクロール２３０の固定プレートスクロール２２０に対するある程度の回転を可能にすべきである。また、幾何学形状は、異常な動作中の旋回プレートスクロール２３０の過度な回転を防止しなければならない。
【００５４】
許容回転量は、固定スクロールブレード２２１と旋回スクロールブレード２３１との間の最小半径方向隙間ＭＲＣ、およびスクロールブレードのピッチＰ（３６０°通過するブレードの連続区間またはいわゆる「ラップ」間の距離）で判定してもよい。度（ｄＯ）の単位で測定する最大許容回転は、ｄＯ＜ＭＲＣ／（Ｐ／３６０）の式で求められる。
【００５５】
ｄＯの典型的な値は、ＭＲＣ、ピッチＰ、熱膨張差、および製造公差に応じて約２度である。ＭＲＣ／（Ｐ／３６０）未満の最大許容回転ｄＯは、固定スクロールブレードと旋回スクロールブレードとの接触を防止することができる。ベローズ内の過度な応力および疲労を引き起こす環状金属製ベローズ２５０の旋回端部の固定端部２５１に対する過度な回転を防止するために、さらに小さいｄＯ値が必要なことがある。
【００５６】
最大許容回転が判定されたら、ピンＰとガイド部４００（の開口４１０を画成している表面）との間の隙間の範囲を概算することができる。
【００５７】
ピンＰとガイド部４００との間の最大隙間Ｃｒは、tａｎ（ｄＯ）にピンのボルト円径ＢＣＤの１／２を乗じた値以下にするべきである。ｄＯが１度で、ピンＰのボルト円径が８”の場合、各ピンＰと開口４１０を画成しているガイド部４００の対応する表面との間の隙間は、０．０７０”＝４”＊tａｎ（１度）以下にするべきである。つまり、ピンＰがガイド部４００に接触することになる異常な動作が発生するとき、固定スクロールブレード２２１と旋回スクロールブレード２２１との間の接触を防止するために、隙間は０．０７０”未満にする必要がある。
【００５８】
他方で、前述したように、旋回プレートスクロールの固定プレートスクロールに対する最大許容回転が発生するとき、正常な動作中にピンＰをガイド部４００に接触させない最小隙間がある。温度差、ピンの熱膨張率およびガイド部４００の素材の影響、ピンのボルト円径、ならびに製造公差が最小隙間を決定する。
【００５９】
以上のことを基に、再び図４を参照すると、開口４１０の幅Ｗｏは、ピンの幅Ｗｐと、ピンＰの幾何学的中心Ｃｐの軌道の幅Ｗと、所定値２＊Ｃｒとの合計になるように設定され、前記所定値はＢＣＤ＊tａｎ（ＭＲＣ／（ピッチ／３６０））未満である。
【００６０】
本発明によるスクロールポンプのある実施例では、前記式を用いて、許容可能な隙間Ｃｒを与える値の範囲を計算すると、約０．００６”から約０．０７０”の範囲になった。しかし、環状金属製ベローズ２５０が過度に回転するのを防止する、そのため特に疲労故障を引き起こす周期的パターンで過度な応力が加えられるのを防止するには、最小値、つまり、この実施例では約０．００６”に実質的に等しい値に近い値を選択するのが最善であることは明らかであろう。
【００６１】
図４に図示する実施例をまだ参照すると、ピンＰおよび開口４１０のそれぞれは略矩形の断面を有する（長手軸Ｌに垂直な平面で）。しかし、ピンＰおよび開口４１０は、台形など他の多角形の断面形を有するようにしてもよい。
【００６２】
図５は、本発明によるスクロールポンプのバックアップシステムの別の実施例を模式的に示す。この実施例では、ピンＰおよび開口４１０を画成しているガイド部４００の表面は、歯車の歯の対応する輪郭を有する、例えば、それぞれがインボリュート型の歯車の歯の輪郭を有する。
【００６３】
図６は、本発明によるスクロールポンプのバックアップシステムの別の実施例を模式的に示す。この実施例では、ガイド部４００はその後面２３０Ｂで旋回プレートスクロール２３０に一体にされて、それに固定されている一方で、ピンＰはフレーム２１０から開口４１０にそれぞれ延びている。あるいは、ガイド部４００はその前面２３０Ｆで旋回プレートスクロール２３０に一体にされて、それに対して固定されるようにしてもよい一方で、ピンＰは固定プレートスクロール２２０から開口４１０にそれぞれ軸方向に延びている。
【００６４】
また、図６に図示する実施例では、ピンＰおよび開口４１０は長手軸Ｌに垂直な平面で円形の断面を有する。さらに、この点に関し、図に図示するように、開口４１０の断面は、図４に図示する実施例の開口４１０とは異なり、閉じられている。
【００６５】
本発明によるスクロールポンプの他の実施例は、図４〜図６を参照して前記説明した個々の特徴の他の組み合わせを採用できることも明らかである。例えば、バックアップシステムは、図６に図示し図６を参照して説明したように円形のピンＰを図４を参照して説明したようにフレームから延ばすようにしてもよく、ガイド部４００の開口４１０は半径方向内側に開いている半円形の断面形を有するようにしてもよい。
【００６６】
つまり、発明概念の実施形態およびその実施例を前記詳細に説明してきた。しかし、発明概念は多くの異なる形態で具現してもよく、前記説明する実施形態に制限されると解釈するべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が当業者に発明概念を余すところなく完全に十分に伝えるように説明した。このように、発明概念の真の精神および範囲は前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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【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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