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JP2723933B2 - スクロール形流体機械 - Google Patents

スクロール形流体機械

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JP2723933B2
JP2723933B2 JP63279241A JP27924188A JP2723933B2 JP 2723933 B2 JP2723933 B2 JP 2723933B2 JP 63279241 A JP63279241 A JP 63279241A JP 27924188 A JP27924188 A JP 27924188A JP 2723933 B2 JP2723933 B2 JP 2723933B2
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orbiting scroll
orbiting
piezoelectric
fluid machine
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茂 町田
健司 東條
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、気体あるいは液体の移送、昇圧に利用され
るスクロール形流体機械に係り、特に小型で微小流量の
流体を扱うに好適なスクロール形流体機械に関する。
〔従来の技術〕
スクロール形流体機械は、周知のように、端板に渦巻
き状ラツプを直立させてなる旋回スクロールと、同様な
構成の固定スクロールとを、ラツプを内側にして互に噛
み合わせ、旋回スクロールを固定スクロールに対して自
転させずに旋回運動させるようになつている。
従来のスクロール形流体機械では、USP4,522,575号,U
SP4,552,518号等に記載のように、旋回スクロールと静
止部材との間にオルダムリング等の自転防止部材を配置
し、クランクシヤフトの偏心部と旋回スクロールを係合
し、該クランクシヤフトを回転モータで回転させること
により、旋回スクロールを自転させることなく旋回運動
させて、流体の移送、圧縮などを行う構造となつてい
た。
〔発明が解決しようとする課題〕
このような従来のスクロール形流体機械では、オルダ
ムリング等の自転防止部材が必要であり、また、モータ
の回転運動を旋回運動に交換するためにクランクシヤフ
トが必要であり、回転力を得るために容積が大きく重い
電動機を用いなければならないなと、小型，軽量化に困
難がある。またクランクシヤフトを回転支持するために
は、軸受に油を用いて潤滑しなければならないなと、オ
イルフリー化に対する困難があつた。また電動機から発
する電磁音が振動，騒音の大きな要因となつていた。
さらには、旋回スクロールを駆動する上で、従来技術
では、旋回スクロールの安定支持について種々検討．改
良等がされているが、旋回スクロールは、たいていの場
合、その中央に嵌合するクランク軸によつて旋回駆動さ
れるので、このときに生じる遠心力やガス圧縮力によつ
てもモーメント力を受けるので、旋回運動を行うと「み
そすり運動」も誘発される。そして、旋回スクロールの
外周部はフレームと固定スクロールとによりサンドウイ
ツチ状に支持されているが、その微小すきま内でばたつ
きがあるため振動，騒音源となるなどの問題があつた。
本発明の目的は、旋回スクロールを圧電モータ等で直
接駆動し旋回運動を行なわせ、オルダムリングなどの特
別な自動防止機構を用いず小形・軽量なスクロール形流
体機械を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、端板と端板に直立した渦巻状のラップを
有する固定スクロール及び旋回スクロールとを備え、こ
れらスクロールのラップを組み合わせ前記旋回スクロー
ルを旋回運動させることにより、両スクロールラップに
よって形成される密閉空間の容積を変化させて流体の移
送を行うスクロール形流体機械において、前記旋回スク
ロールの背面側に設けられた静止部材と、この静止部材
に固定され、前記旋回スクロールの背面に設けられたス
ライダに接触して回転運動を行う複数のリング状圧電モ
ータとを備え、前記旋回スクロールの反ラップ方向に生
じる全てのスラスト荷重を前記圧電モータで支持するよ
うにすることにより達成される。また、上記目的は、端
板と端板に直立した渦巻状のラップを有する固定スクロ
ール及び旋回スクロールとを備え、これらスクロールの
ラップを組み合わせ前記旋回スクロールを旋回運動させ
ることにより、両スクロールラップによって形成される
密閉空間の容積を変化させて流体の移送を行うスクロー
ル形流体機械において、前記旋回スクロールの背面側に
設けられた静止部材と、２つの伸縮する圧電素子を斜向
体形状に形成して一つの組を構成する複数のアクチュエ
ータと、この複数のアクチュエータを前記静止部材と前
記旋回スクロールの反ラップ側との間に設け、この旋回
スクロールが旋回運動を行うようにこれらアクチュエー
タの変位を制御するようにすることによって達成され
る。さらに、上記目的は、端板と端板に直立した渦巻状
のラップを有する固定スクロール及び旋回スクロールと
を備え、これらスクロールのラップを組み合わせ前記旋
回スクロールを旋回運動させることにより、両スクロー
ルラップによって形成される密閉空間の容積を変化させ
て流体の移送を行うスクロール形流体機械において、前
記旋回スクロールの背面側に設けられた静止部材と、こ
の静止部材に設けられた第１の座部と、前記旋回スクロ
ールと前記静止部材とを組み合わせた際に、前記第１の
座部よりも半径方向外側であって前記旋回スクロールの
背面に突出して設けられた複数の第２の座部と、前記第
１の座部と第２の座部間に設けられ、伸縮駆動する複数
個のリニアアクチュエータと、前記旋回スクロールが旋
回運動を行うようにこれらアクチュエータを制御する手
段とを備えることにより達成される。
〔作用〕
第１に、伸縮可能な複数のアクチユエータをフレーム
に対して支承して配置し、駆動回路により適切な位相差
を有する交流電圧で該アクチユエータの伸縮運動により
旋回スクロールとの接触点を移動させて旋回スクロール
を直接駆動して旋回スクロールを自転させることなく、
固定スクロールに対して旋回運動させる構成としたの
で、自転防止機構が不要となり、偏平な設計が可能とな
る。
第２に、アクチユエータと旋回スクロールとの接触点
を移動させて旋回スクロールを駆動させているので、摺
動部分は極端に少なくなり、無潤滑で動作可能である。
第３にアクチユエータ自身により旋回スクロールの軸
方向を拘束して、旋回スクロールの離脱を防止している
ので、スラスト力を受け、かつ隙間なしに運動の案内も
することができるので、ラツプ間のすきまの変動もなく
なり、旋回スクロールの駆動中にガスによつて生ずるモ
ーメント荷重が作用しても旋回スクロールのみそすり運
動等の不安定な運動状況の発生は防止され、旋回スクロ
ールのばたつきも押さえる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図〜第６図により説明
する。固定スクロール２は、端板2aと、これに直立して
インボリユート曲線と円弧の組み合わせで形成されるス
クロールラツプ2bとで構成されている。さらに、該固定
スクロール２は、その外周部に気体の吸入口８を、また
中央部には気体の吐出口14を有している。固定スクロー
ル２は外周部のフランジ部でフレーム４（静止部材）に
固定されている。また、旋回スクロール３は、ラツプ形
状がほぼ固定スクロール２のラップ2bと同じラツプ3bを
有し、このラツプ3bは端板3aに直立している。旋回スク
ロール３は、固定スクロール２と噛み合わされ、フレー
ム４に固定された複数個の電圧モータのアクチユエータ
20と固定スクロール２に設けられたスラスト受24とによ
って挟まれて位置決めされている。アクチユエータ20は
旋回スクロール３に固定されたスライダ21に接触してお
り、アクチユエータ20とスライダ21とで圧電モータが構
成される。スクロールラツプ2b,3bは、噛み合つた状態
において、互いの最大水平間隔が、旋回スクロールの旋
回半径をεとするとき、ちょうと２εにほぼ等しくなる
ように形成されている。圧電モータのアクチユエータ20
は、導線により駆動回路22に接続されている。圧電モー
タのアクチユエータ20と旋回スクロール３に固定された
スライダ21は、耐摺動材料で形成されたスラスト受け24
によつて、旋回スクロール３の端板を介して、互いに強
く接触している。
圧電モータのアクチユエータ20は、本実施例では、第
２図に示すように、中心半径が旋回スクロール３の旋回
半径εにほぼ等しい半径を有するリング状のものとなつ
ており、旋回スクロール３の端板裏面に対向するフレー
ム４の面に同形状のものが複数個配置されている。すな
わち、第３図に示すように、該アクチユエータ20の配置
は、フレーム４の中央部に１個、そして外周部に同一円
周上で複数個並べられている。
アクチユエータ20は、第２図に示したように、圧電素
子20aと溝付き振動子20bとから構成される。第４図に示
したように、圧電素子20aは、溝付振動子20bの裏面に分
割して接着された板状圧電素子1a,1b等からなり、板状
圧電素子1a,1b,1e,1f等は反転増幅器5a,6a,5b,6b等を介
して駆動電圧を供給されるようになつている。図中A,B
で示した導線には駆動回路22により第５図に示したよう
に90°の位相差を有する交流電圧を印加すると前記圧電
素子1a,1b等がそれぞれ90°ずつ位相差を有する伸縮運
動を行い、前記溝付振動子20bに矢印7aで示した方向の
屈曲進行波を生じさせる。よつて、圧電素子20aに超音
波領域の90°位相差を有する高周波電圧を印加すると、
振動子20bに微小振動の進行波が発生し、旋回スクロー
ル３に固定されたスライダ21との接触点を順次移動して
接触駆動し、専科鵜スクロール３を第４図，第６図に示
した如く、進行波の進む方向と同方向に駆動する。各ア
クチユエータ20の駆動を合成した結果、旋回スクロール
３が旋回駆動される。
第１図に示すように、圧電モータは、全て同一の駆動
回路22から駆動されるので、全く同じ周期でリング状の
アクチユエータ20に進行数が発生し、旋回スクロール３
のスムーズな旋回運動が行われる。しかも、旋回スクロ
ール３は、スラスト受け24と圧電モータによつてしつか
りと挟支されているので、ばたつきの全くない旋回運動
を行うことができる。また、これらの圧電モータは旋回
スクロール３に旋回運動を与えると同時にその自転を阻
止している。尚、該圧電モータは、振動子20bに超音波
領域の高周波電圧を印加して駆動することから別名「超
音波モータ」とも一般的に呼ばれている。
以上のような構成もとに、電源Ｐか駆動回路22に電力
が供給されると圧電モータが駆動され、これに従つて旋
回スクロール３は、そのラツプ3bが固定スクロール２の
ラツプ2bに衝接することなしに旋回運動が行われる。こ
の運動に従つて、気体は吸入口８から取り込まれラツプ
間2b,3bの圧縮作動室内で気体が圧縮され。吐出口14か
ら排出される。また、圧電モータを逆転させることも可
能であり、この逆転動作では、吐出口14が吸入口にな
り、吸入口８が吐出口となる。これらの一連の動作は、
摺動部等に油潤滑を行わなくても実行が可能であり、全
く油気の無いクリーンなスクロール形流体機械を提供で
きる。
なお、上記実施例において、圧電モータは、フレーム
４と旋回スクロールとの間に設ける代りに、固定スクロ
ールの端板外周面と旋回スクロールの鏡板外周部との間
に設けてもよい。この場合には、スラスト受24はフレー
ム４を設ける。
他の実施例は第７図に示す。本実施例は、旋回スクロ
ール３の端板部3aの外周部の上下両面に前記と同様の圧
電モータを配設したものである。アクチユエータ（20,2
1）は、端板3aの上下両面のいずれにも同一円周上に複
数個分布配置されており、また端板3aの下面中央部に
は、圧縮作動室内部のガス圧力等による端板の変形を防
ぐことも兼ねて、フレーム４との間にさらに１つ圧電モ
ータを配置している。旋回スクロール63を駆動するため
に配置した全てのこれらの圧電モータは、そのアクチユ
エータ20がいずれも旋回スクロールの旋回半径にほぼ等
しい同じ中心半径を有するリング状圧電モータである。
端板3aの上面に配設した圧電モータは、固定スクロール
２に設けた抑え板26と締め具25により旋回スクロール３
に押し付けられている。この結果、端板3aの下面に配設
した圧電モータも旋回スクロール３を介して強く押しつ
けられている。端板3aの上下の圧電モータはそれぞれ駆
動回路22,22′によつて駆動されるが、端板3aの下面の
圧電モータと上面の圧電モータは回転方向が反対になつ
ているため、旋回スクロール３には、第１図の実施例に
比べると約２倍の回転力を作用させることができる。さ
らに、本実施例では、第１図のスラスト受24をなくした
構造となつているので、該スラスト受24で発生していた
ような摺動部がなく、しかもスラスト力自身を圧電モー
タが受けられるようになつているから、旋回スクロール
３を安定した姿勢のまま駆動することができる。他の結
果として、旋回スクロールに摺動部が無いことから機器
としての機械的損失が非常にすくなくなる。
第８図にリング状の圧電モータを使用した他の実施例
を示す。21aは、アクチユエータ20の外径より大きい寸
法でスライダの径方向の動きを規制するガイド付のスラ
イダで、旋回スクロール３の旋回半径εに等しい距離だ
けリング状の圧電モータの中心軸から偏心したピンを有
している。21bは、前記ピンと嵌合する穴を有し、旋回
スクロール３に設けた凹部内で回転可能に取り付けられ
たスライダであり、その他の構成は第１図と全く同一で
ある。アクチユエータ20に駆動回路22から高周波の交流
電圧が供給されると、アクチユエータ20が駆動され、ス
ライダ21aを回転させる。この回転にともなつて、偏心
したピンを介してスライダ21bが従動して、旋回スクロ
ール３を自転させることなく、旋回運動させる。この運
動に従つて、気体は、吸入口８から取り込まれラツプ2
b,3bの圧縮作動室内で気体が圧縮され、吐出口14から排
出される。この圧電モータは、前記と同様、スラスト受
を兼ねるように、あるいは旋回スクロール３の両側に設
置するように構成することもできる。圧電モータを本発
明の如く適用することにより、スクロール流体機械を偏
平形に設計することができ、従来の電動モータを使用し
たスクロール形流体機械に比較し、十分な小形・軽量化
を達成することができる。さらには、軸受等、摺動部分
を極端に少なくすることができるので信頼性が高くな
る。また圧電モータは、接触振動部を有しているが、無
潤滑で動作できるので潤滑油の不要な完全オイルフリー
のスクロール流体機械を提供することができる。また、
圧電モータ自身で旋回スクロールを支持し、そのスラス
ト力を受け、かつ隙間なしに運動の案内もすることがで
きるので、ラツプ間のすきまの変動もなく、旋回スクロ
ールの駆動中にガスによつて生ずるモーメント荷重が作
用しても旋回スクロールのみそすり運動等の不安定な運
動状況の発生は防止され、旋回スクロールのばたつきも
抑えることができ、低振動化及び高効率化を達成するこ
とができる。また、圧電モータは電力を加えても磁気を
帯びないため、磁気の無いスクロール形流体機械を提供
できる。そして、電磁騒音も発生せず、軸受が不要にな
ることから機械全体を大巾に低騒音化することができ
る。また、圧電モータは旋回スクロールに旋回運動を与
えると同時に、その自転を阻止する機能も果すことがで
きる。さらに、圧電モータの材料にはセラミツク等が使
われるので、耐蝕性を有しており、本発明のスクロール
流体機械は半導体製造装置等の真空ポンプとしても有効
に利用することができる。
さらに他の参考例を第９図及び第10図により説明す
る。本参考例は、リング状圧電モータの代りにリニア形
圧電モータ（アクチユエータ20とスライダ21とから成
る）を旋回スクロール３の端板3aの裏面に４個配設した
ものである。対向する２つのリニア形圧電モータの中心
線は互いに直交するようになつており、例えばＸ軸に配
設した２つのリニア形圧電モータと、Ｙ軸に配置した他
の２つのリニア形圧電モータは、それぞれ異なる駆動回
路22a,22bにより駆動できるようになつている。リニア
形圧電モータのアクチユエータ20は圧電素子と振動子か
ら形成され、フレーム４に固定されている。他方、スラ
イダ21は、旋回スクロール３に固定されている。駆動回
路により電力が供給されると、それぞれのリニア形圧電
モータはＸ軸方向およびＹ軸方向に旋回スクロール３を
変位させるように作用するが、Ｘ軸とＹ軸に配置したリ
ニア形圧電モータは互いに位相が90度程ずれており、Ｘ
方位変位とＹ方向変位あるいは速度の合成結果として旋
回スクロール３は自転なしに一定半径で旋回運動が行わ
れるようになる。
なお、上記参考例において、リニア形圧電モータは、
フレーム４と旋回スクロールとの間に設ける代りに、固
定スクロールの端板外周部と旋回スクロールの端板外周
部との間に設けてもよい。この場合は、スラスト受24は
フレーム４に設ける。或いは、第７図に示したように、
リニア形圧電モータを旋回スクロールの端板外周部の両
側に設けてもよい。
本発明の圧電型リニアアクチユエータを適用した、他
の実施例を第11図〜第18図を用いて説明する。第11図は
本実施例によるスクロール流体機械の全体構造を示した
縦断面図、第12図は第11図のＩ−Ｉ線断面図、第13図は
第11図のII-II線断面図である。なお、アクチユエータ
を駆動するための駆動回路22は省略して示している。
円板状の端板2aはインボリユート曲線あるいはこれに
類似の曲線からなるうず巻状のスクロールラツプ2bを直
立させて形成した固定スクロール２と、同様に、端板3a
とこれに直立したうず巻状のスクロールラツプ3bからな
る旋回スクロール３とは、互いにスクロールラツプ2b,3
bを内側に向けて噛み合せて第11図に示す如く組み合わ
されている。固定スクロール２は周部にてフレーム４に
結合固定され、旋回スクロール３はその端板3aの背面外
周部がフレーム４に設けられたスラスト座27と接し、背
面方向への移動が制限されている。旋回スクロール３の
背面に位置するフレーム４には、固定スクロール２の中
心を中心として放射状に圧電素子からなるリニアアクチ
ユエータ28が複数個配置されている。この圧電型リニア
アクチユエータは、例えば、セラミツク製の薄い圧電素
子の多数の積層貼着して棒状にしたものである。これら
圧電型リニアアクチユエータは、それぞれの一端はフレ
ーム４の中心部に設けた座30に固定され、他端は旋回ス
クロール３の背面周部に設けられた座3cの内側面に受座
29を介して接している。これらの放射状に設けられた圧
電リニアアクチユエータ28の相互間の配置角α1に等し
い位相差を持つた交流電圧により該アクチユエータ28を
夫々駆動する。それぞれのリニアアクチユエータ28はス
クロールラツプを備えた端板3bに平行な面内でそれぞれ
放射状配置の中心から半径方向にε＝εosin（ωｔ＋α
1）なる関数で表わされる変位を生じる。各リニアアク
チユエータに上記の変位を与えると第14図に示したよう
に、各受座29と座29との接触点t2，t3，t5，t8が別の接
触点s1，s4，s6，s7に移動し、座3Cが3C′に移動し旋回
スクロール３が駆動される。従つて、旋回スクロール３
はこれらのアクチユエータにより駆動され、第15図〜第
18図に示すごとく、旋回スクロール３上の各点がεnを
半径とする円を描く旋回運動を行う。すなわち、旋回ス
クロール３は固定スクロール２に対して、自動せずに半
径εnの旋回運動を行う。このため、両スクロールのラ
ツプと端板により形成される密閉空間は、旋回スクロー
ル３が計時方向に旋回運動すると、両スクロール2,3の
中心に向かつて移動しながら体積を減少していく。よつ
て固定スクロール２の中心に設けられたポート14を吐出
口とし、固定スクロール２の外周部に設けられたポート
８を吸入口とすると、この装置はスクロール圧縮機とし
て動作する。この装置が作動している状態では固定スク
ロール２と旋回スクロール３とを引離そうとする力が、
密閉空間内に存在する液体圧により、両スクロール2,3
間に発生する。従つて、このままでは両スクロール2,3
は互いに離れてしまい、正常な流体の圧縮，移送動作を
行うことができない。この事を防ぐため、旋回スクロー
ル３の背面外周部を、フレーム４に設けたスラスト座27
により支持し、背面方向への移動を制限している。圧電
アクチユエータ28と旋回スクロールの端板3aの背面の座
3Cとの間に設けられた受座29は、上記座面3Cと接し、円
周方向へのそれらの相対的微小滑りを許容して旋回スク
ロール３の前記旋回運動を可能ならしめる。
第19図に受座29の他の例を示す。この受座29は周方向
に柔構造となつており、微動が可能である。すなわち、
この受座29は、旋回スクロール３の周部の座3Cの内側面
に揺動可能に係止された座板29dに一端を連結した板ば
ね29aと、リニアアクチユエータ28の端部に一端に連結
して板ばね29bとを、互いに他端29cにて結合したもので
ある。このため、この受座29と旋回スクロール３とは、
滑りを生ずることなく、この柔構造でアクチユエータ28
と旋回スクロール３との周方向の相対移動を吸収し、旋
回スクロールの旋回運動を行うことができる。この柔構
造部は圧電アクチユエータ28による力を旋回スクロール
３に伝えるが、旋回スクロール３の自転を拘束するには
十分な剛さを有し、自転防止機構をはたすことができる
ので、他に特別に自転防止部材を必要としない。
次に第20図により他の参考例を示す。圧電素子を用い
たリニアアクチユエータでは、素子自体で得られる変位
は小さいため、旋回スクロールの旋回半径を大きくする
ためには、リニアアクチユエータの変位を拡大して旋回
スクロールに伝える機構を備えることが必要である。本
参考例では、旋回スクロール３の背面に対向して直角方
向に、固定スクロール２の中心から等しい距離の円周上
に配置された圧電リニアアクチユエータ28と、中心部が
球ジヨイント31等と介して揺動自在にフレーム４の中央
座30に結合されたレバー32と、ピン35により回転自在に
静止部材34に結合され、一端をレバー32に回動自在に連
結され、他端を受座29を介して旋回スクロール３の端板
3a外周部の座3Cの内面に接するレバー33とを具えてお
り、圧電リニアアクチユエータ28の端部とレバー32とは
回動自在に結合している。
前述の参考例と同様、圧電アクチユエータ28の相互間
の配置角に等しい位相差を持つた交流電圧により圧電ア
クチユエータ28に駆動すると、てこの原理により該アク
チユエータの変位が拡大され、比較的大きな旋回半径で
旋回スクロール自転なしに旋回駆動することができる。
第21図，第22図に他の拡大機構を有する二つの参考例
を示す。第21図においては、固定スクロール中心から等
距離の円周上に直角方向に配した複数の圧電リニアアク
チユエータ28（図ではその１つを示す）は、フレーム４
の中央座30に板ばね関節38で結合されたレバー36に結合
され、レバー36の端部はフレーム４に板ばね関節39で結
合されたレバー37との一端と結合し、レバー37の他端は
旋回スクロール３の周座の内側面に嵌合している。旋回
スクロール３の周部はフレーム４に設けたスラスト座27
で受けられている。レバー37は第23図に示すように中間
に板ばね関節40を有するので、旋回スクロールの旋回運
動を妨げない。第22図は、二段階のレバーによる拡大機
構を有する第21図に代えて、一段階レバーのみによる拡
大機構を有する参考例であり、同様に、板ばね関節を具
えている。これら実施例では、ピン等によるジヨイント
を有する拡大機構に比べ、ガタの無いことが特徴であ
り、より精度の良い旋回運動を旋回スクロールに与える
ことができる。また、旋回スクロール３と係合するレバ
ー37は、第23図に示すごとく板ばね関節40で周方向への
微動が可能であるので旋回スクロール３と直接嵌合して
も旋回スクロール３の旋回運動を行わせることができ
る。また、旋回スクロール自体に対しては十分な剛さを
持ち、自転防止機構を持ち合せることができる。
以上いずれの実施例においても、圧電アクチユエータ
を駆動する交流電圧の周波数を変えることにより旋回ス
クロールの旋回運動の速度を、また、各圧電アクチユエ
ータに加わる交流電圧の位相差の正負を変えることによ
り旋回運動の方向を変えることができる。また旋回スク
ロールの駆動機構部には、大きな相対速度を有する摺動
部が無いので潤滑油を用いず、旋回スクロールを支持す
る座面27に自己潤滑材等を使用することによりオイルフ
リー化を図ることができる。このように、小形軽量で高
い効率を得、回転の方向及び速度を容易に変えることが
でき、オイルフリー化に適したスクロール流体機械を得
ることができる。
以上の実施例においては圧電素子からなりリニアアク
チユエータを用いた例について説明したが、リニアソレ
ノイド等他のリニアアクチユエータを用いても同様の作
用を得ることができる。
本発明によれば、圧電素子などからなるリニアアクチ
ユエータの直線方向の変位を旋回スクロールの旋回運動
に変換し、これを固定スクロール部材と組合せることに
より流体の圧縮・移送を行うことができるので、小形軽
量化，高い効率，高速回転を図り、回転の方向及び速度
制御が容易で、オイルフリー化に適したスクロール流体
機械を提供できる。
又、スラスト座でスラスト力を受け、かつ隙間なしに
運動の案内もすることができるので、ラツプ間のすきま
の変動もなく、旋回スクロールの駆動中にガスによつて
生ずるモーメント荷重が作用しても旋回スクロールのみ
そすり運動等の不安定な運動状況の発生は防止され、旋
回スクロールばたつきも抑えることができ、低振動化及
び高効率化を達成することができる。そして、電磁騒音
も発生せず、軸受が不要になることから機械全体を大巾
に低騒音化することができる。
さらに他の実施例を第24図に従つて説明する。本実施
例は２つの圧電素子42、43を斜向体状に形成し、その頂
部に駆動端部44を設けて成るアクチユエータを旋回スク
ロール３の端板3aの裏面に複数個配置し、コントローラ
53,54によつて圧電素子42,43にそれぞれ矢印47,48の方
向に変位を与え、駆動端部44を介して旋回スクロール３
に旋回動作を発生せしめて、固定スクロールのラツプ2b
と旋回スクロールのラツプ3bとの間で圧縮運動を行わせ
るようとするものである。
以下に第24図の構成について具体的に説明する固定ス
クロール２は、端板2aとうず巻き状に形成されたラツプ
2bとから成り、フレーム４に固定されている。端板2aに
は流路８および14が設けられている。一方、旋回スクロ
ール３も固定スクロールのラツプ2bと基本的に同形状の
うず巻き状のラツプ3bと端板3aとから成つている。そし
て固定スクロール２と旋回スクロール３は互いに噛み合
つて圧縮作動室を形成している。旋回スクロール３の端
板3aの裏面には旋回スクロール３の駆動のためのアクチ
ユエータ49〜52を配設してある。これらのアクチユエー
タ49〜52は同じ構成を有し、例えばアクチユエータ49は
上記したように斜向体状に形成した２つの圧電素子42,4
3、駆動端部44、柔機構部41からなる。圧電素子42,43は
例えばチタン酸ジルコン酸鉛｛Pb（Zr・Ti）Ｏ3｝（通
称PZT）を用い、低電圧で大変位を得る積層構造をなし
ている。駆動端部44は、耐摩耗性材料から成つていて片
面を旋回スクロール３の端板部3aに押圧接触している。
圧電素子42,43と駆動端部40の間には、柔機構部41が設
けてあり、圧電素子42,43の変位方向（矢印）47,48のみ
に力を剛に伝達することができ、矢印47,48と直角方向
には力に対し柔とするようになつている。圧電素子42,4
3の底面は45°に形成したベース45に固着されている。
ベース45と、柔機構41との間には弾性部材46を設け、圧
電素子42,43に常に圧縮力が作用するようにしている。
固定スクロール端板2aの外周部には、旋回スクロール端
板3aに対向して弾性部材27を配設し、駆動端部44に圧縮
力が作用するようにしている。弾性部材55は、さらに、
その部位で左右の空間を隔絶するシール要素の機能も有
している。旋回スクロール３に一定半径の旋回運動を与
えるために、上記のように構成した駆動装置49と同じも
の50をＸ軸方向にさらに設け、Ｙ軸方向にも同様の駆動
装置51,52の２台を配置してある。そして、それぞれに
組込まれた圧電素子42,43の駆動は、発振器、増巾器、
位相変換器、電源等からなるコントローラ53および54に
よつて行われる。Ｘ軸方向に配置した一対の駆動装置4
9,50はコントローラ53によつて、また、Ｙ軸方向に配置
した１対の駆動装置51,52はコントローラ54によつて駆
動される。コントローラ53および54は、Ｘ軸,Y軸方向を
それぞれ制御するため、常時、相互に位相補償行つてい
る。
次に、本実施例の動作について説明する。圧電素子4
2,43に適切な位相差をもつ交流電圧をかけると、第25図
に示したように、圧電素子42,43はそれぞれ変位方向47,
48で変位ａ伸縮し、柔機構部41が平行リング機構の役割
をし、それぞれの微小変位を干渉させずに先端に伝え駆
動端部44と旋回スクロール３との接触点t1をs1へ移動さ
せることにより駆動端部44は、旋回スクロール３を矢印
57で示した方向に変位させる。
そして、駆動端部44が楕円軌跡を描くことによつて、
押し付けられた旋回スクロール３を１方向に接触駆動す
るものである。旋回スクロール３に対して45度方向に配
設した圧電素子42,43に交流電圧を作用させると、電圧
の大きさに応じた楕円軌跡を生じる。そして、それぞれ
の最大振巾をａとすると、その組み合せによつて生ずる
接触方向の変位を に近くなる大きな変位とすることができる。この変位を
Ｘ軸Ｙ軸に対し共動するように制御し（90度の位相補
償）、これによつて、旋回スクロール３は自転はしに一
定半径の旋回運動をなし、固定スクロールと共に圧縮動
作を行うことができる。圧縮動作を行うに際し、弾性部
材46は、スラスト力を発生するとともに、シール機能を
有しているので、作動室内のガスを外部に漏らさず、そ
のため種々のガスに対しても有効な圧縮機を提供するこ
とができる。また動作中圧電素子には圧縮力が作用して
いるので、引張力に弱い特性をもつ圧電体の耐久性が大
巾に向上し、ひいては、機械の信頼性が大巾に向上す
る。
本発明のスクロール形流体機械は、圧電モータにより
直接旋回スクロールを駆動するように構成したので、ス
クロール流体機械を偏平形に設計することができ、従来
の電動モータを使用したスクロール形流体機械の比較
し、十分な小形，軽量化を達成することができる。ま
た、圧電モータ自身で旋回スクロールを支持し、そのス
ラスト力を受け、かつ隙間なしに運動の案内もすること
ができるので、ラツプ間のすきまの変動もなく、旋回ス
クロールの駆動中にガスによつて生ずるモーメント荷重
が作用しても旋回スクロールのみそすり運動等の不安定
な運動状況の発生は防止され、旋回スクロールのばたつ
きを抑えることができ、低振動及び高効率化を達成する
ことができる。さらには、軸受等、摺動部分を極端に少
なくすることができるので信頼性が高くなる。また圧電
モータは、接触振動部を有しているが、無潤滑で動作で
きるので潤滑油の不要な完全オイルフリーのスクロール
流体機械を提供することができる。また、電磁騒音も発
生せず、軸受が不要になることから機械全体を大巾に低
騒音化することができる。また、圧電モータは旋回スク
ロールに旋回運動を与えると同時に、その自転を阻止す
る機能を果すことができる。さらに、電圧モータの材料
にはセラミツク等が使われるので、耐蝕性を有してお
り、本発明のスクロール流体機械は半導体製造装置等の
真空ポンプとしても有効に利用することができる。
第26図は、本発明の他の実施例を示している。旋回ス
クロール３には、圧縮途中の流体を旋回スクロール３の
背面とフレーム４で形成される空間に導くための導入穴
56が設けられている。その他の構成は第１図で示された
実施例と同一なものとして示しているが、本発明に示し
た他の実施例にも適用できるものである。この構成で
は、吸入圧力と吐出圧力の中間的な圧力が前記空間に導
かれ、圧縮室との差圧により旋回スクロール３を固定ス
クロール２へ向つて押し付ける。このため、前記導入孔
56の位置を適切に選定すると、固定スクロール３の端板
3aに過大な荷重が作用することなく、圧電モータあるい
はスラスト受に作用するスラスト力を軽減できる。その
他の動作は前記したものと同様であるので省略する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、第１に圧電モータ等により直接旋回
スクロールを駆動するように構成したので、オルダムリ
ング等の自動防止機構が不要であり、従来の電動モータ
を使用したスクロール形流体機械に比較し、偏平形に設
計することができ大幅な小形・軽量化を達成できる。第
２に圧電モータ等は、接触振動部を有しているが、無潤
滑で動作できるので潤滑油の不要な完全オイルフリーの
スクロール流体機械を提供することができる。さらに
は、軸受等、摺動部分を極端に少なくすることができる
ので信頼性が高くなる。さらに、圧電モータの材料には
セラミツク等が使われるので、耐蝕性を有しており、本
発明のスクロール流体機械は半導体製造装置等の真空ポ
ンプとしても有効に利用することができる。
第３に圧電モータ自身で旋回スクロールを支持し、そ
のスラスト力を受け、かつ隙間なしに運動の案内もする
ことができるので、ラツプ間のすきまの変動もなく、旋
回スクロールの駆動中にガスによつて生ずるモーメント
荷重が作用しても旋回スクロールのみそすり運動等の不
安定な運動状況の発生は防止され、旋回スクロールのば
たつきも抑えることができ、低振動化及び高効率化を達
成することができる。さらに、圧電モータは電力を加え
ても電磁騒音も発生せず、軸受が不要になることから機
械全体を大巾に低騒音化することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のスクロール形流体機械の一実施例の側
断面図、第２図は第１図の実施例の圧電モータのステー
タの斜視図、第３図は第１図における圧電モータの平面
配置を示す図、第４図〜第６図はそれぞれ第１図で示し
た実施例の動作説明図、第７図は本発明の他の実施例の
側断面図、第８図はさらに他の実施例の側断面図、第９
図はさらに他の実施例の側断面図、第10図は第９図にお
ける圧電モータの平面配置を示す図、第11図は本発明の
他の実施例の縦断面図、第12図は第11図のＩ−Ｉ断面
図、第13図は第11図のII-II断面図、第14図は第11図で
示した実施例の動作説明図、第15図〜第18図は該実施例
の動作を示す図、第19図は受座の他の実施例を示す図、
第20図は本発明の他の実施例の縦断面図、第21図は本発
明の更に他の実施例のアクチユエータ部を示す図、第22
図は本発明の更に他の実施例のアクチユエータ部を示す
図、第23図はそのレバーの一部の斜視図、第24図は本発
明の更に他の実施例の側断面図、第25図は第24図で示し
た実施例の動作説明図、第26図は旋回スクロールに導入
孔を設置した実施例を示す側断面図である。 １……板状圧電素子、２……固定スクロール、３……旋
回スクロール、４……フレーム、５……反転増幅器、６
……反転増幅器、８……吸入孔、14……吐出口、20……
アクチユエータ、21……スライダ、22……駆動回路、24
……スラスト受、25……締め具、26……抑え板、27……
スラスト座、28……圧電リニアアクチユエータ、29……
受座、30……中央座、31……球ジヨイント、32……レバ
ー、33……レバー、34……静止部材、35……ピン、36…
…レバー、37……レバー、38……板ばね関節、39……板
ばね関節、40……板ばね関節、41……柔機構部、42,43
……圧電素子、45……ベース、49〜52……アクチユエー
タ、53,54……コントローラ、56……導入孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−26203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−40220（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−115196（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−77968（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−66392（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】端板と端板に直立した渦巻状のラップを有
    する固定スクロール及び旋回スクロールとを備え、これ
    らスクロールのラップを組み合わせ前記旋回スクロール
    を旋回運動させることにより、両スクロールラップによ
    って形成される密閉空間の容積を変化させて流体の移送
    を行うスクロール形流体機械において、前記旋回スクロ
    ールの背面側に設けられた静止部材と、この静止部材に
    固定され、前記旋回スクロールの背面に設けられたスラ
    イダに接触して回転運動を行う複数のリング状圧電モー
    タとを備え、前記旋回スクロールの反ラップ方向に生じ
    る全てのスラスト荷重を前記圧電モータで支持するよう
    にしたスクロール形流体機械。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記圧電モータを前記
    支持部材の中央部と外周部の同一周状に複数個配列し、
    高周波数電力で駆動するようにしたスクロール形流体機
    械。
  3. 【請求項３】請求項１において、前記スライダが前記圧
    電モータの中心軸に対して前記旋回スクロールの旋回半
    径だけ偏心したピン部を有し、この圧電モータとスライ
    ドする前記スライダと、前記ピン部と嵌合する穴を有
    し、前記旋回スクロールの凹部内で回転可能に取り付け
    られたスライダからなる旋回形流体機械。
  4. 【請求項４】端板と端板に直立した渦巻状のラップを有
    する固定スクロール及び旋回スクロールとを備え、これ
    らスクロールのラップを組み合わせ前記旋回スクロール
    を旋回運動させることにより、両スクロールラップによ
    って形成される密閉空間の容積を変化させて流体の移送
    を行うスクロール形流体機械において、前記旋回スクロ
    ールの背面側に設けられた静止部材と、２つの伸縮する
    圧電素子を斜向体形状に形成して一つの組を構成する複
    数のアクチュエータと、この複数のアクチュエータを前
    記静止部材と前記旋回スクロールの反ラップ側との間に
    設け、この旋回スクロールが旋回運動を行うようにこれ
    らアクチュエータの変位を制御するようにしたスクロー
    ル形流体機械。
  5. 【請求項５】端板と端板に直立した渦巻状のラップを有
    する固定スクロール及び旋回スクロールとを備え、これ
    らスクロールのラップを組み合わせ前記旋回スクロール
    を旋回運動させることにより、両スクロールラップによ
    って形成される密閉空間の容積を変化させて流体の移送
    を行うスクロール形流体機械において、前記旋回スクロ
    ールの背面側に設けられた静止部材と、この静止部材に
    設けられた第１の座部と、前記旋回スクロールと前記静
    止部材とを組み合わせた際に、前記第１の座部よりも半
    径方向外側であって前記旋回スクロールの背面に突出し
    て設けられた複数の第２の座部と、前記第１の座部と第
    ２の座部間に設けられ、伸縮駆動する複数個のリニアア
    クチュエータと、前記旋回スクロールが旋回運動を行う
    ようにこれらアクチュエータを制御する手段とを備えた
    スクロール形流体機械。
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