JP2001503120A - 小型スクロール流体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 小型スクロール流体装置（２）は、一対のラップサポート要素（３２，６１）を含み、一方のラップサポート要素（６１）には、軸方向内面（６５）にインボリュートスパイラル溝（７９）が形成されており、他方のラップサポート要素（３２）には軸方向内面（３６）にインボリュートスパイラルラップ部材（４４）が形成されている。スパイラルラップ部材（４４）は、公転軌道で相対的運動が可能なようにスパイラルラップ溝に受容される。同期装置（５１）は軸方向ではラップサポート要素（３２，６１）の間に、半径方向ではスクロール流体装置に関連した吸入域と吐出域（８１，８３）両者の内側に、そして公転軌道中心（１２５）の半径方向の外側に配置される。スクロール流体装置の全体は、好ましくは樹脂材料で製造される。この構成によって、極めて小型で安価な装置が提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】 小型スクロール流体装置 １．技術分野 本発明はスクロール流体装置に関し、特に低流量環境で使用でき、低コストで 製造可能なので１度限りの使用に適する小型流体装置に関する。 ２．背景技術 スクロール流体装置とはインボリュートスパイラルラップの噛み合わせ機構を さし、その少なくとも１つのラップが他のラップと相対的な回転軌道を描く。 この回転運動が１または２のラップ間にある流体移動室を吸入口域、吐出口域 の間で半径方向に移動させる。 スクロールラップを同期装置に結合することが代表的構成であり、同期装置は ラップ間の相対的軌道運動を許容しつつ、ラップ間の相対回転を防止している。 このようなスクロール流体装置は、使用される装置の構成、使用される駆動シ ステム、スクロールラップと装置中を通る流体との間で伝達されるエネルギーの 性質に応じて、ポンプ、圧縮機、モーター、膨張機として機能できる。 このスクロール流体装置の重要かつ有利な点は、所望の流体の流量に対応して 、全体の寸法を最小化できることである。小型化が可能であれば、明らかに製造 コストも低減できる。 これまで、スクロール流体装置の小型化のために、多くの重要な改良がなされ てきた。これらの改良は主に同期装置の再構成に焦点 をあて、軸方向、半径方向のサイズダウンを目的としてきた。総論的にいえば、 これらの改良の方向は、半径方向の長さを犠牲にして、スクロール装置の軸方向 長さを短縮するか、あるいはその逆の方法であった。 付随する問題は、同期装置そのものがスクロール装置から流体が出入りするこ とに関する問題を生じさせる。例えば、同期装置がスクロールラップ間に存在し て入口領域か出口領域の間に位置しているなら、装置中の流体は明らかに同期装 置を通過して流れることになり、システムの損失を生じる。 ある環境下では、ポンプ装置にはかなり低い流量にも対応できることがを求め られるが、使用後、完全に清浄化しなければ再使用できないものがある。例えば 、外科等の医療行為中には、その間に種々の体液が患者に送られたり戻されたり する。このような用途で使用されるポンプは、明らかにこの液体に晒される。医 療行為によっては、ポンプと他の晒されたシステム部品は次の使用前に廃棄され るか、清潔にされなければならない。これらの医療システムに関連するポンプ率 は低いので、ポンプはかなり小型に作られるが、そのようなポンプの製造コスト はまだ高く、それゆえ１回の使用で廃棄するのではまったく高価なものについて しまう。勿論、そのような装置の後日の使用のための清浄化や殺菌は、時間の浪 費ばかりでなくコストもかかる。 従って、特に低い流量の流体に使用され、１回限りの使用に供される場合に、 本技術分野では、スクロール流体装置には本質的に小型で、効率的に作動し、経 済的に製造できることが求められる。 発明の要約 この発明は、特に低流量の流れを必要とする場合に適した小型の スクロール流体装置を提供するもので。スクロール流体装置は軸方向、半径方向 に最小限の寸法を有し、スクロール装置を通過する流体に不利な作用をしないよ うに配置された同期装置が設けられている。スクロール装置は１回の使用で廃棄 されてもよいように安価に製造される。 この目的を達成するために、このスクロール装置の発明は、好ましくは全体が 樹脂材料で製造され、板状のアウターラップサポートに連結される１対の噛み合 うインボリュートスパイラルラップから構成される。 １方のラップは１方のサポートプレートのそれぞれの内側表面から軸方向に突 出したスパイラルラップ部材である。他方のラップは他方のサポートプレートの 内側表面に形成されたスパイラル状の溝を有する壁である。 好ましい発明の実施例では、スクロール流体装置は吸引効果によりかなり低い 吐出流量を生じる。一般に、その範囲は１ml/minから60ml/minで、最大で550mmH g程度の負圧を伴う。この容量域では、軸方向に突き出したラップは360°にわた るスパイラル部を形成すれば充分であり、吸入口域と吐出口域で収容するために は、ラップを形成するスパイラル溝は360°より大きくなる。より詳細には、ス クロール流体装置の吸入域、吐出域はスパイラル溝の中に形成され、軸方向に突 出したラップの内側及び外側の端部から所定の間隔をおいて配置され、溝が設け られている板を貫通する付随するポートを有する。 スクロール流体装置の同期装置はラップサポートプレートの間で軸方向に設け られ、半径方向にはスパイラルラップ及び吸入，吐出域の内側に配置される。好 ましい実施例としては、同期装置はサポートプレート上で円周上に配置され、他 のサポートプレートに設け た溝に受容される複数の歯によって形成される。この配置においては、同期装置 は流路の内側に半径方向に離れた位置に位置するので、流れに抗する悪影響はな い。 それぞれのスパイラル溝と同期装置の溝は、軸方向に突出したラップと同期装 置の歯を完全に受容できる深さを有する。従って、スクロール流体装置の軸方向 の寸法はサポーティングプレートを組み合わせた厚さとなる。ラップの半径方向 の寸法を一定の限度内に抑えれば、同期装置は内側に収納され、スクロール装置 の半径方向の寸法も小さくできる。 このような寸法上の制限を与えると、全体的には小型の装置が提供でき、樹脂 材料で作れば安価で１回の使用で廃棄可能なポンプまたはモータを提供できる。 この発明の更なる特徴と利点は、いくつかの図面に示した対応する部品に関連 した参照番号のある図面を見て、好適な実施例の詳細な説明をみれば、さらに明 らかになる。 図面の簡単な説明 図１はスクロール装置の透視図。図２は図１の流体装置の分解図、図３は図１ の分解図であるが、図２とは逆の方向から見た図である。図４は図１のスクロー ル流体装置の部分断面図である。 好適な実施例の詳細な説明 図１を参照すると、本発明のスクロール装置は、その全体を２に示すように、 好ましくは樹脂材料で製造される。スクロール流体装置２は第１のスクロール要 素５と第２のスクロール要素７を含む。好ましい実施例では、第１のスクロール 要素５は、中央のハブ１２によって形成されるボア１１内に延びている図示しな い偏心したド ライブシャフトによって駆動されるが、ハブ１２はスクロール要素５の中央部に 立てられ、スクロール要素７が好ましい位置に固定される。スクロール流体装置 においては、噛み合わされたスクロール要素の間で相対的に回転運動をする方式 については広く知られているので、その動きの説明をここでは繰り返すことはし ない。しかし、好ましい実施例では、第２のスクロール要素７が回転運動に抗し て固定されて取り付けられているが、スクロール流体装置２が回転しても発明の 本質から離れるわけではない。 以下に詳細に議論する理由から、０リング１４がボア１１内に装着される。 第１，第２のスクロール要素５，７の好適な実施例を説明するために特に図２ ,図３を参照する。 第１のスクロール要素５は板状であって、軸方向外側部分３４、内側部分３６ からなる第１ラップサポート要素３２を含む。軸方向外側部３４には半径方向外 側に環状フランジ３８と半径方向内側に環状フランジ４０がある。使用時にスク ロール流体装置２が組立てられた時に、フランジ４０と３２との間に溝４２があ り、表示しないシールリングを受容するようにされている、 第１ラップサポート要素３２の軸方向内側部分３６を図３に示す。インボリュ ートスパイラルラップ部材４４は軸方向内側部分３６から軸方向に突出している 。ラップ部材４４は第１の端部４６と第２の端部４８を有する。スパイラルラッ プ部材４４の半径方向内側には間隔を置いて複数の歯５０が配置され、スクロー ル流体装置２の同期装置５１の一部を構成する。図３，図４に示すように，歯５ １のそれぞれは、幅の広い半径方向外側端部５２と幅の狭い半径方向内側端部５ ３を有し，半径方向内側に向かってテーパーが付与される。軸方向内側部分３６ 内で、歯５０の半径方向内側には環状凹 部５６と中央凸部５８が形成され、これらが、中央に***するハブ部分１２を構 成する。 第２のスクロール要素７は第２のラップサポート要素６１を含み、板状の形状 で、軸方向外側面６３と軸方向内側面６５を有する。図２、図４から最も良く判 るように、第２のラップサポート要素６１は、外側壁部７２と内側壁部７４、端 部壁部７６，７７から構成される第２のスパイラルラップ要素６９を含む。壁部 ７２と７４は端部壁部７６，７７と同様にスパイラル溝部７９を形成する。 端部壁部７６から離れて，第１のポート８１を有するスパイラル溝部７９が設 けられ、端部壁部７７の近傍に第２のポート８３を有するスパイラル溝部７９が 形成される。以下で議論されるが、ポート８１、８３はスクロール装置の使用方 法によって吸入口となったり吐出口となったりする。 第２のラップ部材６９のスパイラルによって第２のラップサポート要素６１の 第２の軸方向面６５には半径方向の外側の厚肉壁部８６と半径方向の内側厚肉壁 部８８が構成される。スクロール流体装置２の製造素材の量を最小化しコストを 下げるために、円弧状の溝９０，９１が好ましくは内側及び外側厚み部８８，８ ６に設けられる。さらに以下で議論するように、第２の軸方向面６５には中央の 凹部９４があり、複数の溝のついた半径方向の突部９６が同期装置５１の他の部 分を構成する。 第２のラップサポート要素６１の第１の軸方向側面６３に、１対の相互に離れ た接続ポート１０３，１０４が形成される。それぞれの接続ポート１０３，１０ ４は、それぞれ円筒管状部分１０７とその周囲に環状空間１０９を有する。それ ぞれの円筒管状部分１０７は、第２のラップサポートプレート６１を貫通するそ れぞれのポートである８１，８３を介して流体的に連通している。この構造をと るので、表示していない管路もしくは流路（図示しない）はスクロール流体装置 ２の管状円筒部分１０７に流体的に結合できる。これらの図で明らかなように第 ２のラップサポート要素６１は、中央部に切欠１１８のある突起１１６を備えた 周辺部１１３を有する。この構造は本発明の好ましい実施例に基づいて、スクロ ール流体装置２の第２のラップサポートプレート６１を適切に位置決め，装着で きるように構成されている。 組立て時には、第１のスクロール要素５の軸方向に突き出たスパイラルラップ 要素４４は、第２のスクロール要素７の第２のスパイラルラップ要素６９に噛み 合う。より詳細には、図４で明らかなように、スパイラルラップ要素４４はスパ イラル溝７９に受容される。スパイラル溝７９の中のスパイラルラップ要素の正 しい位置決めのために、第１のスクロール要素５にはハブ部分１２に突起１２０ が設けられ、切欠１１８と一直線状に配置されるようにされる。スパイラル溝７ ９が完全にスパイラルラップ要素４４と噛み合えば、スクロール流体装置の軸方 向長は基本的には第１，第２のラップサポート要素３２と６１の組み合わせた厚 みとなり、たとえ壁部７２，７４が軸方向内側面６５から少々高くなっても図２ に示す小型の実施例では１cm以下になる。また、この小型スクロール流体装置２ は外形が約７．５cm以下である。 好ましい実施例においては、第２のスクロール要素７は固定され、第１のスク ロール要素５は第２のスクロール要素７と相対的に、幾何学的中心１２５の周り を旋回する。この実施例では、第１のスクロール要素５の動きは、図示しない偏 心駆動シャフトをボア１１の内部に、中央のハブ部分１２と駆動シャフトの間に 装着した０リング１４を介して装着することによって駆動される。この構成によ って、０リングはハブ部分に駆動シャフトを組み付ける手段となる が、スクロール流体装置２の半径方向に幾分かのコンプライアンスを与えている 。この旋回運動は、第１と第２のラップ要素４４，６９間で生じる流体室を少な くとも半径方向で、多くは接線方向に移動させることになる。 第１の方向で旋回すると流体は第１のポート８１に吸入され，８３から吐出さ れる。もし、旋回が逆方向であれば、流体はポート８３に吸入され、ポート８１ に吐出される。 上述したように、上記のスクロール流体装置２は、かなり低い流量で作動する ように特に設計されており、好ましくは流量は１ml/minから60ml/minの範囲で、 最大の吸入負圧は約550mmHgとなるようにされている。また、安定した作動を得 るために、ラップ要素４４と６９のスパイラル度を限定して、同期装置５１をポ ート８１と８３の内側におさめ、一方、ラップ要素４４に対する幾何学中心１２ ５よりも外側に配置している。同期装置５１の作動の詳細は、スクロール流体装 置２に対する他の種々の作動モードとともに広く知られているので、これらの装 置の観点はこれ以上詳細には述べない。 上記に説明したスクロール流体装置２は、少なくともその好適な実施例によれ ば、樹脂材料で非常に小型に製造することでできるため、最小のコストで製造で き、それ故、種々の分野で使用可能な、経済価値があり、使い捨てできるユニッ トとなる。加えて外部ポート結合部１０３と１０４を備えているため、スクロー ル流体装置２は全体の流体調整システムに容易に接続、分離が可能となっている 。 好ましい実施例について述べてきたが、本発明の本質から逸脱することなく、 種々の変更，修正が可能であることを理解すべきである。例えば、極端に小さい スクロール流体装置について示し、記述してきたが、この発明の種々の特徴は大 型容量のスクロール装置に とっても有利であることは明確で、その場合でも、より小型化かつ経済的にも魅 力あるものとすることを可能とする。一般的には、発明は以下のクレームの範囲 によってのみ限定されるべきものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１と第２のインボリュートスパイラルラッブ部材であって、該第１と第 ２のラップ部材はそれぞれ第１と第２の端部を備え、該第１と第２のラップ部材 が互いに噛み合わされてラップ部材間に少なくとも１つの流体室を形成し、該流 体室は第１及び第２ラップ部材の一方が他方に対して円軌道に沿って公転すると 、入口領域から出口領域に向けて半径方向に移動するようにされた、第１と第２ のインボリュートスパイラルラップ部材と 第１と第２のラップサポート要素であって、それぞれ前記第１と第２のラップ 部材の一方を支持し、少なくとも該第１と第２のラップサポート要素は前記第１ と第２のラップ部材間の、相対的な公転運動を生じさせるように駆動される第１ と第２のラップサポート要素と、 前記ラップサポート要素相互を連結し、前記公転運動を許容しながら前記ラッ プ部材間の相対的な回転を防止する同期装置であって、軸線方向には前記第１と 第２のラップサポート部材間に配置され半径方向にはスクロール流体装置の中央 部と前記入口領域と出口領域との間に、中央部から半径方向に離れて配置された 同期装置とを備えた小型スクロール流体装置。 ２．前記第１と第２のラップ部材の１つが前記第１と第２ラップサポート要素 の１つに設けられたスパイラル溝を有する、請求項１の小型スクロール流体装置 。 ３．前記入口域と出口域が前記スパイラル溝の半径方向の内側端部と外側端部 とに設けられた請求項２の小型スクロール流体装置。 ４．前記第１と第２のラップサポート要素の１つを介して延び、対応するポー トを有する入口域と出口域とを有する請求項３の小型 スクロール流体装置。 ５．前記第１と第２のラップサポート要素の軸方向外側部分に形成され、対応 する前記ポートに流体流通する接続ポートを更に備えた、請求項４の小型スクロ ール流体装置。 ６．前記の対応する第１と第２のラップサポート要素の一つに、少なくとも一 つの弧状の溝を有する請求項２の小型スクロール流体装置。 ７．前記同期装置は、前記第１と第２のラップサポート要素の軸方向内側面に 設け、円周上で互いに距離を隔てて配置された複数の歯と他の第１と第２のラッ プサポート要素の一つに形成された複数の互いに距離を隔てた前記歯を受け入れ る溝とを備え、前記複数の溝の中で相対的な軌道運動をする同期装置を有する請 求項２の小型スクロール流体装置。 ８．第２のラップサポート要素の定位置へ組込む際の位置決めを容易にする、 位置表示器を有する請求項１の小型スクロール流体装置。 ９．少なくとも一つのラップ部材が４５０度以下のスパイラルである請求項１ の小型スクロール流体装置。 １０．前記スクロール流体装置が樹脂材料である請求項１の小型スクロール流 体装置。 １１．内表面、外表面を含む、前記第１と第２のラップサポート要素と、前記 第１のラップサポート要素の内表面から軸方向に突出したインボリュートスパイ ラルラップと、前記第２のラップサポート要素の内表面に形成され、前記スパイ ラルラップ部材を受け入れるインボリュートスパイラル溝と、該スパイラル溝に 流体的に結合され、半径方向に離れて配置される入口ポートと出口ポートと、 前記第１と第２のラップサポート部材に結合され、流体室が前記 スパイラル溝の中で、前記入口ポートと流体的結合をする最初の位置から、前記 出口ポートと流体的結合をする第２の位置まで、半径方向に移動するときに生ず る第１と第２のラップサポート部材間の相対的公転運動を許容しつつ、前記第１ と第２のラップサポート部材間の相対的回転を防止し、前記第１と第２のラップ サポート要素の１方に軸方向内側表面に複数の相互に離れた歯を含み、前記その 他の第１と第２のラップサポート要素に形成された複数の相互に離れた溝に、そ れぞれの前記歯が受け入れられて、複数個中の１個の溝の範囲内で、相対的軌道 運動をする前記同期装置と、前記複数の歯と前記複数の溝との相対関係を正しく 位置決めする、第１と第２のラップサポート要素に設けた第１と第２の位置表示 器とを有する小型スクロール流体装置。 １２．前記スパイラル溝の半径方向の内側及び外側端部に位置している前記入 口ポートと出口ポートとを有する請求項１１の小型スクロール流体装置。 １３．前記第２のラップサポート要素の内側表面に設けた少なくとも１つの弧 状の溝を有する請求項１１の小型スクロール流体装置。 １４．前記第２のラップサポート要素を固定した位置に組み込む助けとなる前 記第２の位置表示器を有する請求項１１の小型スクロール流体装置。 １５．前記第１と第２のラップサポート要素の軸方向の間に位置し、前記入口 と出口ポートよりも半径方向に内側に位置する前記同期装置を有する請求項１１ の小型スクロール流体装置。 １６．前記スクロール流体装置が樹脂材料で造られた請求項１１の小型スクロ ール流体装置。 １７．第１と第２の噛み合うインボリュートラップ部材であって 、該第２のラップ部材に対して相対的に円軌道に沿って公転するように組み込ま れた該第１のラップ部材と、該第１と第２のラップ部材で形成される少なくとも １つの流体室が入口域から出口域まで半径方向に移動されるように形成され、第 １と第２のラッププレートに支持され、樹脂材料で造られる第１と第２の噛み合 うインボリュートラップ部材と、 相対的公転運動を許容しながら、前記ラップ部材間の相対的回転を防止する樹 脂材料製同期装置からなり、ポンプ容量が約１ml/min，から60ml/minを有する小 型スクロール流体装置。 １８．作動時の最大吸引負圧が約５５０mmHgである請求項１７の小型スクロー ル流体装置。 １９．外形直径が7.5cm以下である請求項１７の小型スクロール流体装置。 ２０．軸方向長が1.0cm程度の請求項１７の小型スクロール流体装置。