(57)【要約】【課題】可搬型に向く小型軽量構造でありながら、十分な真空到達度があり、搬送時の振動でも損傷しない高い信頼性を備えた可搬型スクロール真空ポンプを実現すること。【解決手段】可搬型スクロール真空ポンプは、互いに噛み合う渦巻状のラップ３、４を有する旋回スクロール及び固定スクロールと、旋回スクロールの旋回運動を規定する自転防止機構と、旋回スクロールをクランク軸を介して駆動する電動機と、真空ポンプの運転停止時に旋回スクロールの停止位置を特定すると共にその停止位置を維持する停止位置特定手段とを備える。そして、特定された停止位置における固定スクロールと旋回スクロールとの接近した両ラップ３、４間に形成される隙間３２を他の位置における両ラップ間の隙間より大きくしたものである。【選択図】  図３
2005054581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに噛み合う渦巻状のラップを有する旋回スクロール及び固定スクロールと、前記旋回スクロールの旋回運動を規定する自転防止機構と、前記旋回スクロールをクランク軸を介して駆動する電動機を備えた可搬型スクロール真空ポンプにおいて、
真空ポンプの運転停止時に前記旋回スクロールの停止位置を特定すると共にその停止位置を維持する停止位置特定手段を備え、
前記特定された停止位置における固定スクロールと旋回スクロールとの接近した両ラップ間に形成される隙間を他の位置における両ラップ間の隙間より大きくした
ことを特徴とする可搬型スクロール真空ポンプ。
【請求項２】
前記特定された停止位置における固定スクロールと旋回スクロールとの接近した両ラップ間に形成される隙間を前記旋回スクロールの外周面に形成した平面部により構成したことを特徴とする請求項１に記載の可搬型スクロール真空ポンプ。
【請求項３】
停止位置特定手段は、前記電動機の回転角度を検出するロータリエンコーダと、運転停止時に前記クランク軸の停止位置を維持する電磁ブレーキと、前記ロータリエンコーダの検出信号に基づいて前記旋回スクロールを特定位置に停止するように制御すると共に前記電磁ブレーキに指示を出す制御回路とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の可搬型スクロール真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可搬型スクロール真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空ポンプは、真空槽内部の空気を排出する目的で使われる。特に、大気圧状態から稼動し、排気側が常に大気圧である粗引き真空ポンプの性能は、真空到達度と排気速度で代表される。スクロール式を含め容積形真空ポンプは作動室と呼ぶ内部空間を真空槽側から大気側に移動させ、作動室に閉じ込めた空気を排出する。運転時の作動室は最初真空槽側に開口し、移動後に大気側に開口する。いずれにも開口しない移動中は閉じた空間になる。ただし、厳密に閉じた空間を形成することは難しく、作動室につながるわずかな内部漏洩流路が存在する。従来の真空ポンプに関連するものとしては、特開平１−２３７３７７号公報（特許文献１）に記載されたものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１−２３７３７７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
性能指標の１つである真空到達度は、真空ポンプ内部で発生する逆流に大きく依存し、この逆流を少なくすることが真空到達度を高める上で重要である。逆流の発生場所は複数の作動室をつなげるように形成される内部漏洩流路である。スクロール式ではラップの先端や側面で、相手ラップに接触間近まで接近する部分に形成される。これらの内部漏洩流路を形成する隙間は小さいほど内部漏洩が減少するので、隙間の無い接触が内部漏洩低減には理想である。しかし、ラップ相互が接触すると、ラップを損傷したり磨耗したり、そこまで至らずとも摩擦による機械損失や発熱を発生するため、微小でも隙間が必用である。更には熱変形や振動があってもラップ間接触を避けるため、ある程度の隙間を確保せねばならない。
【０００５】
特に可搬型の場合には搬送中の振動での損傷を防止するため、定置型より大きなラップ間の隙間を必要とする。また、可搬型では、搬送を容易にするため軽量化が肝心であるが、振動防止のため剛性を強化すると、重量増が避けられない。
【０００６】
以上述べたように、従来の真空ポンプでは、次のような併立の難しい３つの要求があった。第１は、高い真空到達度を得るため、スクロールラップ間の隙間を極力小さくしたい要求がある。第２は、可搬型で小型軽量化するため、薄肉で簡素な構造としたい要求がある。第３は、搬送時の振動によるラップ間接触を避ける上から、強固で厚肉の構造にしたい要求がある。
【０００７】
本発明の目的は、可搬型に向く小型軽量構造でありながら、十分な真空到達度があり、搬送時の振動でも損傷しない高い信頼性を備えた可搬型スクロール真空ポンプの実現にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、互いに噛み合う渦巻状のラップを有する旋回スクロール及び固定スクロールと、前記旋回スクロールの旋回運動を規定する自転防止機構と、前記旋回スクロールをクランク軸を介して駆動する電動機を備えた可搬型スクロール真空ポンプにおいて、真空ポンプの運転停止時に前記旋回スクロールの停止位置を特定すると共にその停止位置を維持する停止位置特定手段を備え、前記特定された停止位置における固定スクロールと旋回スクロールとの接近した両ラップ間に形成される隙間を他の位置における両ラップ間の隙間より大きくしたことにある。
【０００９】
上述した本発明の構成において、好ましくは、前記特定された停止位置における固定スクロールと旋回スクロールとの接近した両ラップ間に形成される隙間を前記旋回スクロールの外周面に形成した平面部により構成することである。
【００１０】
また、上述した本発明の構成において、好ましくは、停止位置特定手段は、前記電動機の回転角度を検出するロータリエンコーダと、運転停止時に前記クランク軸の停止位置を維持する電磁ブレーキと、前記ロータリエンコーダの検出信号に基づいて前記旋回スクロールを特定位置に停止するように制御すると共に前記電磁ブレーキに指示を出す制御回路とを備える構成にしたことである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例の可搬型スクロール真空ポンプについて図を用いて説明する。
【００１２】
まず、可搬型スクロール真空ポンプの全体構成に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例の可搬型スクロール真空ポンプの縦断面図である。
【００１３】
可搬型スクロール真空ポンプ５０は、例えば真空槽（図示せず）から気体（例えば空気）を吸引して大気に排出するスクロール流体機構部５１と、スクロール流体機構部５１を駆動する電動機部５２と、スクロール流体機構部５１及び電動機部５２を特定の位置に停止して維持する停止位置特定手段５３と、を備えて構成されている。
【００１４】
スクロール流体機構部５１は、固定スクロール１、旋回スクロール２、クランク軸１１、中間ケース１３及び補助クランク２１を備えて構成されている。
【００１５】
固定スクロール１は、渦巻状に形成された固定スクロールラップ３と、外周部に形成された吸入口６と、中央部に形成された吐出口７とを備えて構成されている。固定スクロールラップ３は後述する旋回スクロールラップ４を噛み合わされて作動室５を形成する。吸入口６は、真空槽から空気を作動室５に図１の矢印に示すように吸入するためのものである。吐出口７は、作動室５から空気を図１の矢印に示すように大気中へ吐出するためのものである。そして、固定スクロール１は、その外周端面が中間ケース１３の端面に密着した状態で、中間ケース１３に固定されている。
【００１６】
旋回スクロール２は、渦巻状に形成された旋回スクロールラップ４と、クランク軸１１の偏心部１１ａを軸受８を介して嵌合するクランク軸嵌合部２ａと、クランク軸１１の偏心部２１ａを軸受９を介して嵌合する補助クランク嵌合部２ｂとを備えて構成されている。旋回スクロール２は、旋回スクロールラップ４が固定スクロールラップ３に噛み合わされた状態で、固定スクロール１と中間ケース１３との間に旋回可能に挟持されている。
【００１７】
クランク軸１１は、主軸１２の一側に形成され、主軸１２の一部を構成している。偏心部１１ａは電動機１５による主軸１２の回転に伴って偏心回転する。これによって、旋回スクロール２は旋回力が与えられて旋回運動を行なう。
【００１８】
補助クランク２１は、旋回スクロール２の背面の外周近くに複数設けられている。これらの補助クランク２１の偏心量は、主軸１２とクランク軸１１の偏心部１１ａとのなす偏心量に等しくなっている。補助クランク２１は、旋回スクロール２に対しても、中間ケース１３に対しても回転自在に取り付けられている。組み立てられた状態で、クランク軸１１とすべての補助クランク２１は、中間ケース１３側を基準とすれば同じ方向に偏心し、偏心方向は平行を成している。旋回スクロール２の運動によっても、この各補助クランク２１の偏心方向は平行を維持し、旋回スクロール２は自転することなく旋回運動するよう規定される。したがって、これら補助クランク２１による機構は旋回スクロール２の自転防止機構として機能する。
【００１９】
ここで、クランク軸２１が取り付けられる穴の位置が旋回スクロール２の背面側と中間ケース１３側とで一致していないと、平行クランク機構が成り立たず、運動が阻害（ロック）される。なお、運転停止状態でこの条件が満足されていても、真空ポンプの運転による発熱で熱変形した時にこの条件を満足しなくなる場合がある。そこで、補助クランク２１に熱変形補償手段を設けておくことが望ましい。
【００２０】
電動機部５２は、主ケース１４、電動機１５、主軸１２及び冷却ファン１９を備えて構成されている。
【００２１】
主ケース１４は、円筒状に形成され、一側に中間ケース１３を固定している。主ケース１４の両側には、通風穴１４ａ、１４ｂが形成されている。通風穴１４ａ、１４ｂは電動機１５の両側に位置して設けられている。
【００２２】
電動機１５は、主ケース１４の内周面に固定された固定子１５ａと、固定子１５ａの内側で回転する回転子１５ｂとを備えて構成されている。
【００２３】
主軸１２は中間ケース１３ならびに主ケース１４に設けた軸受２２、２３で支持され、電動機１５の回転軸を兼ねている。主軸１２にはつりあわせ錘１６、１７が備えられ、旋回スクロール２やクランク軸１１等の旋回運動で発生するアンバランスを相殺するようになっている。主軸１２が中間ケース１３を貫通する部分には軸シール１８が備えられ、主軸１２の表面に沿って空気が漏洩するのを阻止できるようになっている。
【００２４】
冷却ファン１９は、主軸１２の反クランク軸側の端部に取り付けられている。主軸１２の回転に伴って冷却ファン１９が回転することにより、外部の空気を通風穴１４ａから主ケース１４内に吸込み、電動機１５を冷却した後、通風穴１４ｂを通して冷却ファン１９に吸込み、それから外部に吹出すようになっている。
【００２５】
停止位置特定手段５３は、角度検出手段であるロータリエンコーダ２４と、電磁ブレーキ（図示せず）と、真空ポンプに付属した制御回路（図示せず）とを備えて構成されている。ロータリエンコーダ２４は、主軸１２に取り付けられた円板と、この円板に対向して主ケース１４に設置されたセンサとを備えて構成されている。
【００２６】
主軸１２の回転角度をロータリエンコーダ２４で検出して制御回路にフィードバックし、主軸１２の停止角度を特定角度となるように制御回路で制御する。この特定角度は、後述するように、旋回スクロールラップ４の安全逃げ部３１が固定スクロールラップ３に最も接近する位置に設定されている。また、運転時以外の時は電磁ブレーキが作動しており、主軸１２の停止角度は次の運転時まで維持される。
【００２７】
次に、固定スクロール１及び旋回スクロール２の構成に関して図２から図４を参照しながら具体的に説明する。図２は図１のスクロール部分の断面図、図３は図２の特定停止位置におけるＡ部拡大図、図４は図２の特定停止位置以外におけるＡ部拡大図である。
【００２８】
真空ポンプ５０は、図２に示すように、固定スクロール１と旋回スクロール２とを有するスクロール流体機構部５１を備えている。そして、互いの固定スクロールラップ３と旋回スクロールラップ４とを噛み合わせ、両ラップ３、４に挟まれた作動室５を形成する。
【００２９】
各スクロールラップ３、４の表面の基本座標は、図２に丸印で示す各点で接触する。実際にはここに微小な隙間を有し、運転中も接触しない寸法形状となっているが、以下では接触点と称して説明する。この接触点は、固定スクロールラップ３の表面と旋回スクロールラップ４とが最も接近する部分である。図示例では、この接触点は上下にそれぞれ３箇所ずつ、合計６箇所に形成される。旋回スクロール２の旋回運動によって旋回スクロールラップ４が動いた時には、この接触点は順次ラップ表面に沿って移動する。
【００３０】
特定角度で真空ポンプが停止した状態の接触点では、図３に示すように、固定スクロールラップ３の表面と旋回スクロールラップ４との間に１００μｍ程度の隙間３２を与える安全逃げ部３１が設けられている。この安全逃げ部３１は旋回スクロールラップ４の外周面に平面部を設けることにより形成されている。この平面部は、幅がＬ寸法であり、旋回スクロールラップ４の根本から先端まで全高さにわたって形成された平坦部で構成されている。このような平坦部は固定スクロールラップ３を製作する際に極めて容易に形成することができる。そして、安全逃げ部３１は図２に丸印で示す６ヶ所すべてに同様に設けられている。なお、係る平面部は旋回スクロールラップ４の円弧面より大きな曲率半径の面で形成するようにしてもよい。
【００３１】
これに対し、特定停止位置以外の接触点は、図４に示すように、固定スクロールラップ３及び旋回スクロールラップ４が理論曲線上にあり、微小な隙間を介して固定スクロールラップ３の表面と旋回スクロールラップ４とが接近している。その微小隙間は、例えば３０〜５０μｍ程度に設定され、安全逃げ部３１における隙間の半分以下となっている。換言すれば、安全逃げ部３１における接触点の隙間は他の部分における接触点の隙間の２倍以上になっている。
【００３２】
図１に示すように、作動室５は正面方向から見ると三日月形状を成している。固定スクロール１には図４中で左方向に相当する正面からラップ溝に貫通させた穴である吸入口６と吐出口７を設ける。吸入口６は最外周の作動室に連通し、吐出口７は最内周の作動室に連通する。
【００３３】
以上述べた構造に関し、各部材間の位置決め方法やシール、あるいはボルト等付属部品については本発明の本質に係わらないので、その説明及び図示を省略する。
【００３４】
次に、かかる真空ポンプ５０の動作や機能等に関して図１から図４を参照しながら説明する。
【００３５】
電動機１５に通電することにより、電磁ブレーキが解除され、主軸１２が回転する。主軸端のクランク軸１１を介して旋回スクロール２が主軸１２の回転速度と同じ周期で旋回運動する。旋回スクロール２は補助クランク２１の平行リンク機構で旋回運動に規定されており自転しない。旋回スクロール２の旋回運動により、スクロール流体機構部５１に形成される作動室５は回転しながら外周から内周に向かって移動し、それにつれて内容積を縮小する。作動室５は、最外周にある時には吸入口６に連通するため、吸入口６から気体（主に空気）を取り込み、最内周で吐出口７に開口して吐き出す。以上の働きにより真空ポンプとして動作する。なお、この運転中に、主軸端の冷却ファン１９の作用により主ケース１４内部が換気され、電動機１５やスクロール部分の発熱を空気中に放出する。
【００３６】
スクロール流体機構部５１による真空到達度及び排気速度は、作動室５の移動に逆らって作動室間の隙間（接触点における隙間）を逆流する空気の流れに影響される。従って、接触点における隙間が大きいほど真空到達度及び排気速度が悪くなる（換言すれば、真空度が低く、圧力が高くなると共に、排気速度が遅くなる）。そこで、両スクロールラップ３、４は、高精度に加工され、両スクロールラップ間の隙間を可能な限り小さくし、到達真空度を高めるようになっている（図４参照）。
【００３７】
なお、旋回スクロールラップ４の一部には、図３に示す安全逃げ部３１が設けられているので、この部分での逆流が多くなるが、スクロールラップ４全体に占める安全逃げ部３１の範囲は部分的であり（３０分の１程度であり）、逆流が増加する時間割合も同様に小さい。したがって、安全逃げ部３１を設けたことによる真空到達度の低下は極めて小さいものである。
【００３８】
真空ポンプ５０の停止操作をすると、制御回路の働きで主軸１２の回転速度が徐々に遅くなり、ロータリエンコーダ２４で検出した回転角度に基づいて主軸１２が特定の位置（図３参照）で停止するように制御回路が機能する。旋回スクロール２が特定位置で停止すると、電磁ブレーキが作用して回転軸１２を特定位置に静止する。
【００３９】
真空ポンプ５０を可搬型とした場合には、搬送時に発生するある程度の振動を許容することが必要となる。特に微小な隙間を有して噛み合わされている固定スクロールラップ３と旋回スクロールラップ４間は搬送時に発生する振動により衝突しやすいため、この衝突を抑制することが必要である。即ち、このスクロールラップ３、４間の隙間は真空到達度に大きく影響するため、衝突による損傷があると、真空ポンプとしての性能が低下してしまう。本実施例においては、旋回スクロール２の停止位置における接触点のスクロールラップ３、４間の隙間のみを大きく設定しているので、搬送時に生ずるある程度の振動では衝突しないようにでき、衝突による損傷で性能が低下することを防止できる。
【００４０】
なお、可動部品の振動を抑制する方法として、構造的に剛性を向上したり、各部品にストッパ機構をつけたりすることも考えられるが、これらでは真空ポンプの重量増加は避けられず、可搬型としては好ましくない。
【００４１】
本実施例によれば、従来のスクロール真空ポンプの基本構成を大きく変更することなく、搬送時の振動により発生が懸念されるスクロールラップ３、４間の衝突を防止することができる。そのため、搬送に際して過度の防振手段を用いる必要がない。また、スクロール真空ポンプでは、日常的に運搬する必要性から、可搬を容易にする小型軽量であることが望まれると共に、稼動時には定置して運転する使用形態であるので、高い信頼性のもと十分に高い真空到達度を長期にわたり維持できる構造が望まれるが、本実施例ではこれらを併立して達成することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、可搬型に向く小型軽量構造でありながら、十分な真空到達度があり、搬送時の振動でも損傷しない高い信頼性を備えた可搬型スクロール真空ポンプを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の可搬型スクロール真空ポンプの縦断面図である。
【図２】図１のスクロール部分の断面図である。
【図３】図２の特定停止位置におけるＡ部拡大図である。
【図４】図２の特定停止位置以外におけるＡ部拡大図である。
【符号の説明】
１…固定スクロール、２…旋回スクロール、２ａ…クランク軸嵌合部、２ｂ補助クランク嵌合部、３…固定スクロールラップ、４…旋回スクロールラップ、５…作動室、６…吸入口、７…吐出口、１１…クランク軸、１１ａ…偏心部、１２…主軸、１３…中間ケース、１４…主ケース、１４ａ、１４ｂ…通風穴、１５…電動機、１６…つりあわせ錘、１７…つりあわせ錘、１８…軸シール、１９…冷却ファン、２１…補助クランク、２１ａ…偏心部、２２、２３…軸受、２４…ロータリエンコーダ、３１…安全逃げ部、５０…真空ポンプ、５１…スクロール流体機構部、５２…電動機部、５３…停止位置特定手段。
【図１】
2005054581.tif 000003
【図２】
2005054581.tif 000004
【図３】
2005054581.tif 000005
【図４】
2005054581.tif 000006