(57)【要約】      （修正有）【課題】スクロール式真空ポンプにおいて、旋回スクロールの円滑な公転運動を可能にする。【解決手段】旋回スクロール６における端板６１の密閉室７を形成する面と反対側の面に、当該反対側の面側に形成される内部空間を、旋回スクロール６の端板６１を介して吸込室７ｂに対向する外周側空間２２と、中心寄りの密閉室に対向する内周側空間２３とに仕切る環状シール１７を設け、旋回スクロール６の公転運動時、外周側空間２２の圧力が、吸込室７ｂの圧力環境と同じ大気圧よりも低い低圧環境となるように、吸込室７ｂと外周側空間２２とを連通させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに固定され、端板に固定ラップを形成した固定スクロールと、
前記ハウジング内に収容され、モータに連結された主軸と一体をなす偏心軸部に枢支されると共に、端板に前記固定スクロールと噛合することにより密閉室を形成する旋回ラップを形成した旋回スクロールと、
前記主軸が回転した際、前記旋回スクロールの自転運動を阻止しつつ公転運動させる自転防止機構とを備え、
前記主軸の回転に伴って前記旋回スクロールが公転することで、吸入口から吸入した気体を前記密閉室に導入して中心方向へ移動させて圧縮し、当該圧縮された気体を前記固定スクロールの中心部に設けた吐出口から吐出するようにしたスクロール式真空ポンプにおいて、
旋回スクロールにおける端板の密閉室を形成する面と反対側の面に、当該反対側の面側に形成される内部空間を、前記旋回スクロールの端板を介して吸込室に対向する外周側空間と、中心寄りの密閉室に対向する内周側空間とに仕切る環状シールを設け、
前記旋回スクロールの公転運動時、前記外周側空間の圧力が、前記吸込室の圧力環境と同じ大気圧よりも低い低圧環境となるように、前記吸込室と外周側空間とを連通させたことを特徴とするスクロール式真空ポンプ。
【請求項２】
前記環状シールを、前記自転防止機構よりも内周側で、かつ主軸よりも外周側に設けたことを特徴とする請求項１記載のスクロール式真空ポンプ。
【請求項３】
前記旋回スクロールに、スラスト軸受を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のスクロール式真空ポンプ。
【請求項４】
前記旋回スクロールの裏面に、前記環状シールを埋設可能な環状溝を設け、
前記環状溝に、前記環状シールを前記ハウジングの前記面に向けて付勢可能な環状弾性体を埋設したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスクロール式真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール式真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスクロール式真空ポンプは、例えば、図６に示すように、ハウジングａと、当該ハウジングａに固定される固定スクロールｂと、ハウジングａ内に回転自在に支持され、図示略のモータにより回転可能な主軸ｃと、当該主軸ｃに一体的に形成された偏心軸部ｄに回転可能に枢支され、主軸ｃの回転によって公転可能な旋回スクロールｅと、旋回スクロールｅの自転運動を阻止しつつ公転運動させるピンクランク式の自転防止機構ｆと、旋回スクロールｅの後面（図６において右面）とハウジングａとの間を密閉するための環状シールｇとを備え、主軸ｃの回転による旋回スクロールｅの公転運動によって、固定スクロールｂの固定ラップｂ１と旋回スクロールｅの端板ｅ２の前面（図６において左面）に形成された旋回ラップｅ１とを互いに噛み合わせることにより、旋回ラップｅ１と固定ラップｂ１の間に密閉室ｈを形成し、吸入口ｉから吸入した気体を密閉室ｈに導入して中心方向へ移動させて圧縮し、当該圧縮された気体を吐出口ｊから吐出させるものである。
なお、図６に示すスクロール式真空ポンプは、特許文献１に記載されている構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３２２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載のスクロール式真空ポンプは、図６に示すように、環状シールｇが旋回ラップｅ１よりも外周側の端板ｅ２の後面に接触して、旋回スクロールｅの後面とハウジングａとの間を密閉する構造でため、環状シールｇよりも内周側、すなわち旋回スクロールｅの端板ｅ２を介して密閉室ｈの最外周に対向する密閉環境にない内部空間ｋは大気圧環境となる。
【０００５】
そのため、吸入口ｉから真空状態にするべく気体を吸入している真空駆動状態においては、密閉室ｈの最外周は大気圧よりも低い低圧環境となり、また、旋回スクロールｅの後面とハウジングａとの間に形成される内部空間ｋは大気圧環境となる。この結果、特に、旋回スクロールｅの最外周部分の後面には、密閉室ｈの圧力よりも大きい内部空間ｋの大気圧が作用することとなり、旋回ラップｅ１及び固定ラップｂ１のそれぞれの先端に設けたシールが対向する面に強く押し付けられ、旋回スクロールｅの円滑な公転運動に影響を及ぼすこととなる。このため、旋回スクロールｅの円滑な公転運動を得るには、自転防止機構ｆをピンクランク式のものにする必要があるが、これであると、部品点数が増加しコストアップに繋がる問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、簡単な構成で、旋回スクロールが円滑に公転運動できるようにしたスクロール式真空ポンプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、第１の発明は、ハウジングと、前記ハウジングに固定され、端板に固定ラップを形成した固定スクロールと、前記ハウジング内に収容され、モータに連結された主軸と一体をなす偏心軸部に枢支されると共に、端板に前記固定スクロールと噛合することにより密閉室を形成する旋回ラップを形成した旋回スクロールと、前記主軸が回転した際、前記旋回スクロールの自転運動を阻止しつつ公転運動させる自転防止機構とを備え、前記主軸の回転に伴って前記旋回スクロールが公転することで、吸入口から吸入した気体を前記密閉室に導入して中心方向へ移動させて圧縮し、当該圧縮された気体を前記固定スクロールの中心部に設けた吐出口から吐出するようにしたスクロール式真空ポンプにおいて、旋回スクロールにおける端板の密閉室を形成する面と反対側の面に、当該反対側の面側に形成される内部空間を、前記旋回スクロールの端板を介して吸込室に対向する外周側空間と、中心寄りの密閉室に対向する内周側空間とに仕切る環状シールを設け、前記旋回スクロールの公転運動時、前記外周側空間の圧力が、前記吸込室の圧力環境と同じ大気圧よりも低い低圧環境となるように、前記吸込室と外周側空間とを連通させるようにしたことを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記環状シールを、前記自転防止機構よりも内周側で、かつ主軸よりも外周側に設けたことを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記旋回スクロールに、スラスト軸受を設けたことを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明において、前記旋回スクロールの裏面に、前記環状シールを埋設可能な環状溝を設け、前記環状溝に、前記環状シールを前記ハウジングの前記面に向けて付勢可能な環状弾性体を埋設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、旋回スクロールの端板を介して最外周の密閉室に対向する外周側空間を大気圧よりも低い低圧環境とすることができるため、旋回スクロールが固定スクロール側に強く押し付けられることを抑止して、旋回スクロールの円滑な公転運動を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明におけるスクロール式真空ポンプの縦断側面図である。
【図２】図１におけるII−II線縦断面図である。
【図３】要部の拡大縦断側面図である。
【図４】斜め前方から見たスクロール式真空ポンプの分解斜視図である。
【図５】斜め後方から見た要部の分解斜視図である。
【図６】従来技術を説明するための縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るスクロール式真空ポンプ１を示した縦断側面図である。なお、以下の説明においては、図１における左方を「前方」とし、右方を「後方」と定義する。
【００１４】
図１、図４に示すように、本実施形態のスクロール式真空ポンプ１は、例えばアルミ合金等で成形される円環状のハウジング２と、ハウジング２の後側に円板状の軸受プレート２Ａを介して取り付けられるモータ３と、ハウジング２の前側に固定される固定スクロール４と、モータ３の回転軸３１と共に回転する前後方向の主軸５と、主軸５の回転に伴って公転する旋回スクロール６と、旋回スクロール６の自転を阻止して公転運動を可能にするオルダムリング１０とを備え、旋回スクロール６が主軸５の回転によって公転することにより、ハウジング２の外周に形成された吸入口８から真空状態にする図示略の容器から吸入した気体を、固定スクロール４と旋回スクロール６との間に形成される密閉室７へ導入して、その中心方向に行くにしたがって圧縮した後、固定スクロール４の中心に形成した吐出口９から吐出させるものである。
【００１５】
モータ３の回転軸３１は、前部が軸受プレート２Ａの中心部に設置されるラジアル軸受２０により回転自在に支持され、後端部が、ラジアル軸受２１によりモータケーシング３２の中心部に回転自在に支持されている。
【００１６】
主軸５は、前端部に偏心軸部５１を一体形成し、後端部がモータ３の回転軸３１の前端部外周に嵌合固定されることで、回転軸３１の回転に伴って回転する。主軸５の偏心軸部５１には、ラジアル軸受１２を介して旋回スクロール６が回転自在に支持され、主軸５の軸方向の略中央部には、旋回スクロール６の公転運動による動的アンバランスを平衡させるためのバランスウェイト１３が固定される。
【００１７】
固定スクロール４は、ハウジング２の前部に後方を向くボルト１１により固定されると共に、円板状の端板４１の後面には渦巻き状で所定の高さを有する固定ラップ４２が一体形成され、端板４１の中心部には密閉室７で圧縮された気体を吐出するための吐出口９が形成されている。また、端板４１の前面には、多数の冷却フィン４３が一体形成されている。
【００１８】
旋回スクロール６は、円板状の端板６１を有し、当該端板６１の前面には、固定スクロール４の固定ラップ４２に対向して噛み合う渦巻き状の所定の高さを有する旋回ラップ６２が一体形成されている。端板６１の中心部には、偏心軸部５１がラジアル軸受１２を介して回転自在に挿入される軸孔６３を有するボス部６４が一体形成されている。
【００１９】
旋回スクロール６は、後述のようにオルダムリング１０を介してハウジング２内に支持されているため、主軸５の回転に伴って固定スクロール４に対して自転することなく公転運動する。
【００２０】
固定ラップ４２と旋回ラップ６２は、互いに対向して噛み合うことにより、固定スクロール４と旋回スクロール６との間に密閉室７を形成する。固定ラップ４２及び旋回ラップ６２の先端には、帯状のシール１４ａ及び１４ｂがそれぞれ埋設される。シール１４ａ、１４ｂは、それぞれ対向する面に接触することで密閉室７を密閉状態に保っている。
【００２１】
吸入口８から吸入された気体は、主軸５の偏心軸部５１の公転に伴って、旋回スクロール６が固定スクロール４に対して公転運動することにより、密閉室７の外周側から中心側に順次送られて圧縮される。密閉室７で圧縮された気体は、最終的に後述の逃がし空間７１を通って固定スクロール４の吐出孔９から吐出される。
【００２２】
旋回スクロール６のボス部６４は、図３に示すように、軸方向（前方）への高さｈ２が旋回ラップ６２の高さｈ１よりも低くなるように形成されると共に、固定スクロール４の吐出口９に対向する位置にあって、軸孔６３の前面を閉塞する薄肉の閉塞壁６５を形成している。閉塞壁６５は、その前面が固定スクロール４の吐出口９に若干離間して対向しているため、吐出口９との間に密閉室７のうち中心部寄りに形成される密閉室７ａ（図２参照）に連通する小さい空間である逃がし空間７１を形成する。
【００２３】
また、図３に示すように、偏心軸部５１が旋回スクロール６の軸孔６３に挿入された状態において、偏心軸部５１は、端板６１を貫通し旋回ラップ６２の高さｈの１／２に相当する寸法以上、軸孔６３に挿入される。換言すると、軸孔６３の軸方向への深さｄは、旋回ラップ６２の高さｈよりも浅く、かつ高さｈの１／２よりも深くなるように形成される。これにより、密閉室７の圧縮気体による旋回スクロール６に作用するラジアル荷重点と、偏心軸部５１の支持点を略一致させることにより、旋回スクロール６に転覆モーメントが発生しないようにすることができる。
【００２４】
さらに、吐出口９に対向するボス部６４の前面は、閉塞壁６５により閉塞されているため、吐出口９から浸入した塵、水等の軸孔６３への浸入を防止して、旋回スクロール６の円滑な公転運動を長期に亘って保つことができる。
【００２５】
さらに、密閉室７で圧縮され中心部寄りの密閉室７ａに移動された気体は、逃がし空間７１でさらに圧縮されて吐出口９から吐出されるため、従来技術よりも圧縮比を高めることができる。
【００２６】
さらには、逃がし空間７１は、旋回スクロール７の中心部に形成されるため、吐出流路の抵抗を小さくして、高い効率が得られることができると共に、吐出口９を小さくして、スクロール式真空ポンプ１の小型化を図ることができる。
【００２７】
特に図４、図５に示すように、旋回スクロール６の端板６１の外周に形成された耳部６８（本実施形態においては、３個）の前面には、固定スクロール４の後側を向く面に接触可能な耐摩耗性に優れたプレート状のスラスト軸受１５が固定され、また同じく端板６１の後面には、ハウジング２内の前側を向く面に接触可能な耐摩耗性に優れた円環状のスラスト軸受１６が固定される。スラスト軸受１５、１６は、旋回スクロール６に作用するスラスト荷重を受けることにより、旋回スクロール６の公転運動を円滑なものとする。
【００２８】
オルダムリング１０は、円環状の本体１０１と、本体１０１の前面で中心を挟んで互いに対向した位置に設けられる一対の前側爪１０２と、本体１０１の後面で前側爪１０２に対して周方向に９０°だけずれた位置に設けられる一対の後側爪１０３とを含んで構成されている。
なお、旋回スクロール６の自転を阻止して公転運動を可能にする自転防止機構は、本実施例のようなオルダムリング１０に限定されるものでなく、必要に応じてピンクランク式のものとしても良い。
【００２９】
各前側爪１０２は、旋回スクロール６の後面に形成された一対の案内溝６６にスライド自在に嵌め込まれ、各後側爪１０３は、ハウジング２の前側を向く内面に形成された一対の案内溝６６に各前側爪１０２のスライド方向に対して直交する方向にスライド自在に嵌め込まれている。
従って、主軸５の偏心軸部５１が回転することによって、旋回スクロール６は、オルダムリング１０に対して、径方向へ直線往復運動することにより自転することなく公転運動することができる。
【００３０】
旋回スクロール６の端板６１の後面にあって、スラスト軸受１６よりも外周側で、かつオルダムリング１０よりも内周側には、円環状の凹溝６７が凹設される。凹溝６７には、ハウジング２内の前方を向く内面に接触する円環状の環状シール１７及び当該シール１７をハウジング２の内面に押し付ける反発力を有する円環状の弾性体（バックアップシール）１８が埋設される。
【００３１】
環状シール１７は、旋回スクロール６の後面とハウジング２の内面と密封することで、ハウジング２内における旋回スクロール６の端板６１の後側に形成される内部空間を、環状シール１７よりも外周側に形成される外周側空間２２と、環状シール１７よりも内周側に形成される内周側空間２３とに分割する。
【００３２】
外周側空間２２は、密閉室７における大気圧よりも低い低圧環境にある吸込室７ｂに図３に矢印で示す流路を辿って連通することで、スクロール式真空ポンプ１の作動時には吸込室７ｂの圧力環境と同じ大気圧よりも低い低圧環境となる。
なお、ハウジング２の前面と当該前面に対面する固定スクロール４の後面との間は、円環状のシール２４をもって密閉状態に保たれている。これにより、外周側空間２２は、吸込室７ｂに連通した状態で密閉される。
【００３３】
次に、上述構成のスクロール式真空ポンプ１における動作について説明する。
モータ３の回転軸３１が回転すると、偏心軸部５１は、主軸５の軸心に対して公転運動する。これに伴い、旋回スクロール６は、オルダムリング１０により自転が阻止されて固定スクロール４に対して公転運動する。これにより、各スクロール４、６の各ラップ４２、６２のそれぞれの接触箇所が中心部に向って移動し、これに伴って、吸入口８から密閉室７に導入された低圧の気体は、中心部に向って渦巻状に移動しながら圧縮され、旋回スクロール６の中心部に形成される逃がし空間７１を通って吐出口９から吐出される。
【００３４】
上述の真空動作の際、密閉室７における外周部の吸込室７ｂは、大気圧よりも低い低圧環境となるため、また、外周側空間２２も前述のとおり吸込室７ｂに連通しているため、吸込室７ｂと同じ低圧環境となる。また、密閉室７における中心寄り密閉室７ａは、密閉されていないため大気圧環境となる。この結果、旋回スクロール６の外周部及び内周部に作用する後方への圧力と、外周側空間２２及び内周側空間２３の圧力とが互いに均衡するため、各シール１４ａ、１４ｂに対して過大な力が作用することが防止され、旋回スクロール６の円滑な公転運動を可能にしている。
また、旋回スクロール６の前面及び後面のそれぞれにスラスト軸受１５、１６を設けたことによって、旋回スクロール６に作用するスラスト方向への荷重を効果的に受けて、旋回スクロール６のより安定した公転運動を可能にする。
【符号の説明】
【００３５】
１  スクロール式真空ポンプ
２  ハウジング
２Ａ  軸受プレート
３  モータ
４  固定スクロール
５  主軸
６  旋回スクロール
７  密閉室
７ａ  中心寄りの密閉室
７ｂ  吸込室
８  吸入口
９  吐出口
１０  オルダムリング
１１  ボルト
１２  ラジアル軸受
１３  バランスウェイト
１４ａ、１４ｂ  シール
１５  スラスト軸受
１６  スラスト軸受
１７  環状シール
１８  弾性体
２０、２１  ラジアル軸受
２２  外周側空間
２３  内周側空間
２４  シール
３１  回転軸
３２  モータケーシング
４１  端板
４２  固定ラップ
４３  冷却フィン
５１  偏心軸部
６１  端板
６２  旋回ラップ
６３  軸孔
６４  ボス部
６５  閉塞壁
６６  案内溝
６７  凹溝
６８  耳部
７１  逃がし空間
１０１  本体
１０２  前側爪
１０３  後側爪
【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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