JP2001520353A - 複数のロータを備えたねじ型真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、複数のロータ（５）を備えたねじ型真空ポンプ（１）に関する。該ねじ型真空ポンプ（１）を廉価に製造できるようにするために、ねじ型真空ポンプ（１）の各ロータ（５）が、別々に製造された、形状嵌合式または摩擦接続式に組合わされたロータ区分（１７，１８）から成っていることが提案される。これによって、個々のロータ区分を、圧縮室領域における位置にとって充分であるような材料から、かつ／またはそのような公差で製造することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、複数のロータを備えたねじ型真空ポンプに関する。

【０００２】 ねじ型真空ポンプの製造費は第１に、ロータならびにケーシングの形状が特殊
なために比較的高くなる。第２にケーシングとロータとは、ロータ相互間の間隔
およびロータとケーシングとの間の間隔が不都合に大きくなるのを避けるために
、比較的正確に製造されなければならない。過度に大きなギャップは、該ギャッ
プ内に発生する逆流のためにポンプ特性を劣化させる。

【０００３】 明細書冒頭で述べた形式の、既に提案されたねじ型真空ポンプの場合には、各
ロータが一体的に形成されていて、ロータプロフィルの相異した２つのロータ区
分を有している。この形式のねじ型ロータを通常のように切削加工によって製造
する場合には、相異したロータプロフィルを有するロータ区分間にそれぞれ１つ
の比較的大容積の工具出口を設けることが必要である。このような無効空間は、
ポンプ特性を損なうだけでなく、ポンプをできるだけコンパクトに構成しようと
する目的にも反することになる。所定の適用例の場合、ねじ山プロフィルを変換
する高さレベルに、放圧のための周方向溝を設けることが確かに有利である。し
かしながら、このような周方向溝が大容積の工具出口ほどの大きさを有する必要
は全くない。

【０００４】 本発明の課題は、明細書冒頭で述べた形式のねじ型真空ポンプを、従来よりも
廉価に製造できるようにすることである。この課題を解決するために本発明の構
成では、ねじ型真空ポンプの各ロータが、別々に製造された、形状嵌合式または
摩擦接続式に組合わされたロータ区分から成っていることが提案される。本発明
に伴う顕著な利点は、ロータ区分を異なった材料から、かつ／または異なった精
度で製造することによって、当該の圧縮室領域における物理的必要性（熱伝導、
熱膨張、耐食性、重量、質量分布など）にロータ区分を適合することができると
いうことにある。例えば、低い熱負荷を受ける吸込み側のロータ区分をアルミニ
ウムから、また高い熱負荷を受ける吐出側のロータ区分を鋼から製造することが
できる。特に両ロータ区分のねじプロフィルに課される精度要求を、所要のシー
ル作用に適合することができる。吸込み側の領域における逆流は、ポンプの有効
吸込み能に対して僅かしか影響を及ぼさない。従って、この吸込み側の領域内に
位置するねじプロフィルは、著しく大きな公差で、つまり一層廉価に製造するこ
とができる。吐出側の領域においてのみ、一層高い精度要求が必要である。相互
に異なったプロフィルを有するロータ区分は、異なったねじプロフィル同士を直
接に移行させるように組合わせることができる。有害な無効空間はもはや存在し
ない。一層僅かな構造長もしくは構造高さを実現することが可能になる。

【０００５】 ポンプの構成部部分のために廉価な材料を選択することは、ねじ型真空ポンプ
が、温度均等化を同時に生ぜしめる冷却手段を装備している場合にも可能である
。これによって、熱膨張問題は一層簡単に克服することができる。更に、本発明
では、特殊な適用例に適合できるようにするために、ねじ型真空ポンプにおいて
モジュール構成原理を使用することができる。吸込み側におけるプロフィルの体
積、リードおよび／または長さによって、吸込み能もしくは終端圧に影響を及ぼ
すことが可能である。小さな段付けによって、より高い流体適合性が得られ、ま
たより大きな段付けによって、より僅かな入力を、もしくは比較的僅かな入力で
のより高い吸込み能が得られる。

【０００６】 本発明のその他の利点と詳細とは、図示の実施例の説明から明らかである。本
発明のねじ型真空ポンプ１の両回転システムは駆動モータ２を装備している。両
回転システムの同期化は歯車３を介して行われる。

【０００７】 ケーシング４内に収容されている両回転システムはそれぞれロータ５と軸６と
を有している。各ロータ５は片持ち式、つまり片側で支承されている。軸６は、
軸受７，８ならびに軸受支持体１１，１２を介してケーシング４内に支持されて
いる。両端面にはケーシングカバー１３，１４が設けられており、両ケーシング
カバーのうちのロータ側のケーシングカバー１３は入口接続管片１５を装備して
いる。歯車伝動装置側のケーシングカバー１４は、その構成部分として軸受支持
体１２を有している。

【０００８】 ロータ５は、異なったプロフィル１９，２０を備えた、互いに形状嵌合式（ｆ
ｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）に結合された２つのロータ区分１７，１８から成
っている。吸込み側のロータ区分１７は、螺旋形の圧縮室（Ｓｃｈｏｅｐｆｒａ
ｕｍ）内に高い体積流を得るために大体積のプロフィル１９を有している。ロー
タ５の吐出側のロータ区分１８は、減少されたプロフィル体積を有すると共に、
より小さな直径を有している。これによって、螺旋形の圧縮室の横断面積は減少
する。圧縮作業を減少させる内部圧縮が得られる。

【０００９】 ケーシング４の内壁はロータ段部に適合されている（段部２１）。一点鎖線２
２で示したように、ケーシングを段部２１の高さレベルで分割可能に構成するこ
とができる。これによって、吸込み側のロータ区分１７とケーシング４の吸込み
側部分４′とを、異なったプロフィル、異なった長さおよび／または異なった直
径ならびにこれらの寸法に適合されたケーシング区分４′と取り替えて、ポンプ
を種々異なった適用例に適合させることが可能である。

【００１０】 ねじ型真空ポンプ１の、螺条部の吐出側の端部に続く出口は符号２４で示され
ている。該出口２４は側方に導出されている。更に、該出口２４にはケーシング
孔２５が開口しており、該ケーシング孔２５は、（ロータ段付けによってであれ
、かつ／またはねじ山プロフィルの変換によってであれ）その横断面積の減少す
る高さレベルで圧縮室を出口２４と接続している。ケーシング孔２５内には逆止
弁２６が設けられており、該逆止弁は、前記圧縮室内に過圧が生じた場合に開き
、ロータ区分１７の吸込み側の螺条部を出口２４と短絡させる。螺旋形の圧縮室
を軸受に対してシールするために波形シール部材２７が設けられており、該波形
シール部材は、軸受７とロータ区分１８との間に位置している。

【００１１】 図示の構成の冷却システムは、ロータ内部冷却手段とケーシング周壁冷却手段
とから成っている。

【００１２】 ロータ内部冷却を実現するためにロータ５は、その軸受側の方向に開いた中空
室３１を装備しており、該中空室は、ほぼロータ５全体を通って延在することが
できる。ロータ５が２つのロータ区分１７，１８から成っている場合には、吐出
側のロータ区分１８は中空に形成されていると有利である。吸込み側のロータ区
分１７は、中空室３１の吸込み側の端部を閉鎖している。軸６が、ロータ５もし
くは該ロータ５の吐出側ロータ区分１８と一体的に形成されていると有利である
が、軸６もやはり中空である（中空室３２）。前記中空室３１，３２内には中央
冷却管３３が位置しており、該中央冷却管は軸受側で前記軸６から導出されてい
て、ロータ側では中空室３１の吸込み側の端部の直前で開口している。中央冷却
管３３と、該中央冷却管３３および中空の軸６によって形成された環状室とは、
冷却媒体の供給・排出のために活用される。

【００１３】 図示の実施例では中央冷却管３３の軸受側の開口３４は、管路３５を介して冷
却媒体ポンプ３６の出口に接続されている。更に、ケーシングカバー１４の領域
に冷却媒体溜め３７が位置しており、該冷却媒体溜め３７は管路システム３８を
介して冷却媒体ポンプ３６の入口に接続されている。冷却媒体溜め３７と管路シ
ステム３８とは、図示のねじ型真空ポンプ１を鉛直位置と水平位置との如何なる
位置においても運転できるように構成されている。ねじ型真空ポンプ１の水平位
置および鉛直位置で生じる冷却媒体レベルが図示されている。冷却媒体ポンプ３
６が（図示のように）ケーシング４の外部に位置しているか、それともケーシン
グ４の内部に（例えば駆動モータ２の高さレベルでねじ型真空ポンプ１の、見る
ことができない第２の軸上に）位置しているかに応じて、中央冷却管３３の開口
３４は、ケーシング４の外部にまたは内部に位置している。

【００１４】 ロータ５の内部冷却運転のために冷却媒体は、冷却媒体ポンプ３６によって冷
却媒体溜め３７から中央冷却管３３を介してロータ５内の中空室３１へ圧送され
る。該中空室３１から冷却媒体は、中央冷却管３３と軸６との間の環状室を介し
て冷却媒体溜め３７内へ還流する。中空室３１は、ねじ型真空ポンプ１の螺条部
の、吐出側の領域の高さレベルに位置しているので、この領域は効果的に冷却さ
れる。中央冷却管３３の外部を還流する冷却媒体は、殊に中空の軸６、軸受７，
８、駆動モータ２（可動子側）および歯車３を温度調節するので熱膨張問題は緩
和されている。

【００１５】 吐出側の端部領域における中央冷却管３３と軸６との間の環状室の横断面積は
、例えば中央冷却管３３がこの領域においてより大きな外径を有することによっ
て減少するのが有利である。この手段よって狭窄された通路３９が生じる。この
狭窄箇所３９は、冷却媒体を案内する空間の完全充填を保証する。

【００１６】 中央冷却管３３の材料として、熱伝導不良の材料（例えばプラスチック／特殊
鋼など）を選択すると有利である。これによって、ロータ５の効果的な冷却およ
びねじ型真空ポンプ１の軸近傍の構成部品の温度均等化が得られる。

【００１７】 図示のケーシング周壁冷却手段は、ケーシング４内の空隙もしくは通路から成
っている。ロータ５の領域に設けた冷却通路は符号４１で、また駆動モータ２の
領域に位置する冷却通路は符号４２で示されている。

【００１８】 ロータ５の領域に位置する冷却通路４１は、第１に特にロータ５の吐出側の領
域において発生する熱を導出する役目を有しており、第２にロータ全体の高さレ
ベルでケーシング４の温度をできるだけ均等化する役目を有しており、第３に吸
収熱を外部へ放熱する役目を有している。従って、冷却媒体の通流する冷却通路
４１は、ロータ５の全長にわたって延在している。ケーシングカバー１３は、冷
却通路４１の吸込み側の閉鎖体として役立つ。また出口側でもケーシング４は効
果的に冷却されている。

【００１９】 駆動モータ２の高さレベルに位置する冷却通路４２も同じく前記の役目を有し
ており、駆動モータ２（巻線側）ならびに軸受支持体１１の温度を調節する。ま
た、冷却通路４２はねじ型真空ポンプ１の外表面を介しての放熱を著しく増大さ
せる。この外表面が、少なくとも冷却通路４１，４２の高さレベルにフィン４４
を装備していると有利である。

【００２０】 冷却通路４１，４２への冷却媒体の供給は、同じく冷却媒体ポンプ３６によっ
て、しかも（両冷却通路に冷却媒体を並列に通流させようとする場合には）管路
４５，４６を介して行われる。熱的要求に応じて、前記の両冷却通路に順次相前
後して冷却媒体を供給することも可能である。その場合、一方の管路４５または
４６を省くことができる。図示を省いた孔を介して冷却媒体は、冷却通路４１，
４２から冷却媒体溜め３７へ戻る。

【００２１】 軸６を鉛直に配置した場合には、冷却媒体溜め３７内に収容されている冷却媒
体が、冷却媒体溜め３７内へ侵入している軸受支持体１２の温度調節を引受ける
。軸６が水平配置の場合には、軸受支持体１２の温度を調節すると共に外部への
放熱効果を改善するために、還流する冷却媒体をケーシングカバー１４の内面を
介して流動させるのが有利である。

【００２２】 図１に示した実施例では、すでに述べたようにケーシング４とロータ５とは、
一点鎖線２２の高さレベルで分割可能に構成されている。これによって、ロータ
５の吸込み側の区分（ロータ区分１７）とケーシング４の吸込み側の区分（ケー
シング区分４′）とを別の構成部分と置き換えることも可能である。ねじ型真空
ポンプ１は、異なったプロフィル１９、異なった長さ、異なったリードおよび／
または異なった直径を有するロータ区分１７を、その都度適合したケーシング区
分４′と共に組付けることによって、種々異なった適用例に適合することができ
る。高い吸込み能を得るために種々異なった大きさの吸込み側のプロフィルを、
かつ／または低い終端圧を得るために種々異なった長さの吸込み側のプロフィル
を、かつ／またはたとえば段付けが比較的低い場合に比較的高い流体適合性を得
るためまたは段付けが比較的高い場合に高い吸込み能を得るために種々異なった
体積段階を、比較的小さな入力で選択することが可能である。また特定の適用例
の場合、ロータ５の減径部の領域で圧力軽減を得るために該減径部の高さレベル
に周方向溝を設けることも可能である。

【００２３】 ねじ型真空ポンプ１を通流する冷却媒体は、水、オイル（鉱油、ＰＴＦＥオイ
ルなど）またはその他の液体であることができる。オイルの使用よって軸受７，
８と歯車３とを潤滑できるので有利である。これによって、冷却媒体と潤滑剤と
を別々に案内することと、それに相応したシールを設けることとが省かれる。軸
受７，８に対してオイルを調量しながら供給することだけを考慮すればよい。

【００２４】 前記の解決手段によって有利な材料選択が可能になる。例えばロータ５とケー
シング４とは、比較的廉価なアルミニウム材料から成ることができる。本発明の
冷却方式、殊にねじ型真空ポンプ１の温度均等化に基づいて、運転温度が異なり
かつギャップが比較的小さい場合でさえも、遊びが局所的に消失し、ロータとロ
ータとの接触回転およびロータとケーシングとの接触回転が発生することは無く
なる。更にまた、ねじ型真空ポンプ１の、比較的高い熱負荷を受ける内部構成部
品（ロータ、軸受、軸受支持体、歯車）のために、低い熱負荷を受けるケーシン
グ４の材料よりも小さな熱膨張係数を有する材料を使用する場合には、ギャップ
の更なる減少化が可能になる。これによって、ねじ型真空ポンプ１の全構成部品
の膨張均等化が得られる。このような材料選択の１つの例として、内部構成部品
のためには鋼（例えばＣｒＮｉ−鋼）が、ケーシングのためにはアルミニウムが
挙げられる。内部構成部品のための材料としては、青銅、真鍮または洋銀を使用
することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 駆動モータを装備した両回転システムの高さレベルで断面して示した、本発明
によるねじ型真空ポンプの断面図である。

【符号の説明】

１ ねじ型真空ポンプ、 ２ 駆動モータ、 ３ 歯車、 ４ ケーシング、
４′ ケーシング区分、 ５ ロータ、 ６ 軸、 ７，８ 軸受、 １１，
１２ 軸受支持体、 １３，１４ ケーシングカバー、 １５ 入口接続管片、
１７，１８ ロータ区分、 １９，２０ プロフィル、 ２１ 段部、 ２２
一点鎖線、 ２４ 出口、 ２５ ケーシング孔、 ２６ 逆止弁、 ２７
波形シール部材、 ３１，３２ 中空室、 ３３ 中央冷却管、 ３４ 開口、
３５ 管路、 ３６ 冷却媒体ポンプ、 ３７ 冷却媒体溜め、 ３８ 管路
システム、 ３９ 狭窄箇所または狭窄された通路、 ４１，４２ 冷却通路、
４４ フィン、 ４５，４６ 管路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｂｏｎｎｅｒ ｓｔｒａＢｅ 498，Ｄ− 50968 Ｋｏｌｎ，ＢＲＤ Ｆターム(参考） 3H029 AA03 AA09 AA18 AB06 BB12 BB31 BB32 CC03 CC05 CC09 CC16 CC38 CC48

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のロータが設けられたねじ型真空ポンプにおいて、ねじ
   型真空ポンプ（１）の各ロータ（５）が、別々に製造された、形状嵌合式または
   摩擦接続式に組合わされたロータ区分（１７，１８）から成っていることを特徴
   とする、複数のロータを備えたねじ型真空ポンプ。
2. 【請求項２】 各ロータ（５）が、異なったロータプロフィル（１９，２０
   ）が設けられた少なくとも２つのロータ区分（１７，１８）を有している、請求
   項１記載のねじ型真空ポンプ。
3. 【請求項３】 吸込み側のロータ区分（１７）が、吐出側のロータ区分（１
   ８）よりも大きな直径を有している、請求項１または２記載のねじ型真空ポンプ
   。
4. 【請求項４】 ロータ区分（１７，１８）が異なった材料から成っている、
   請求項１から３までのいずれか１項記載のねじ型真空ポンプ。
5. 【請求項５】 ロータ（５）の、吸込み側のロータ区分（１７）がアルミニ
   ウムから成っており、吐出側のロータ区分（１８）が鋼から成っている、請求項
   ４記載のねじ型真空ポンプ。
6. 【請求項６】 吸込み側のロータ区分（１７）が、吐出側のロータ区分（１
   ８）よりも大きな公差で製造されている、請求項１から５までのいずれか１項記
   載のねじ型真空ポンプ。
7. 【請求項７】 ケーシング（４）も分割可能に形成されている、請求項１か
   ら６までのいずれか１項記載のねじ型真空ポンプ。
8. 【請求項８】 両ケーシング部分間の分割平面が、両ロータ区分（１７，１
   ８）間の分割平面（２２）に合致している、請求項７記載のねじ型真空ポンプ。
9. 【請求項９】 段付けによってであれ、かつ／またはねじ山プロフィルの変
   換によってであれ、横断面積を減少させる高さレベルで螺旋形の圧縮室を出口（
   ２４）と接続するケーシング孔（２５）が設けられており、該ケーシング孔内に
   、過圧時に開く逆止弁（２６）が設けられている、請求項１から８までのいずれ
   か１項記載のねじ型真空ポンプ。
10. 【請求項１０】 ねじ型真空ポンプ（１）が、冷却／温度調節手段を装備し
    ている、請求項１から９までのいずれか１項記載のねじ型真空ポンプ。
11. 【請求項１１】 ねじ型真空ポンプ（１）が、ロータ内部冷却手段を装備し
    ている、請求項１０記載のねじ型真空ポンプ。
12. 【請求項１２】 ロータ内部冷却手段が、ロータ（５）の、軸受側で開放し
    た中空室（３１）内に位置している、請求項１１記載のねじ型真空ポンプ。
13. 【請求項１３】 中空に形成された軸（６）を貫通する定置の冷却管（３３
    ）が中空室（３１）内に開口している、請求項１２記載のねじ型真空ポンプ。
14. 【請求項１４】 軸（６）が中空室（３１）を貫通しており、軸（６）とロ
    ータ（５）もしくはロータ区分（１８）との間の環状室内に、ケーシング（４）
    に支持される冷却ブシュが突入している、請求項１２記載のねじ型真空ポンプ。
15. 【請求項１５】 ねじ型真空ポンプ（１）のケーシング（４）の周壁内で、
    しかもロータ（５）の高さレベルに、冷却媒体の通流する冷却通路（４１）が設
    けられている、請求項１１から１３までのいずれか１項記載のねじ型真空ポンプ
    。
16. 【請求項１６】 ケーシング（４）の軸受側の領域内にも、冷却媒体の通流
    する冷却通路（４２）が設けられている、請求項１５記載のねじ型真空ポンプ。
17. 【請求項１７】 ねじ型真空ポンプ（１）を通流する冷却媒体が、軸受（７
    ，８）用の潤滑剤に合致している、請求項１０から１６までのいずれか１項記載
    のねじ型真空ポンプ。
18. 【請求項１８】 請求項１から１７までのいずれか１項記載の特徴を備えた
    ねじ型真空ポンプを製造する方法において、吸込み側の配置のために規定された
    ロータ区分（１７）を、吐出側の配置のために規定されたロータ区分（１８）よ
    りも大きな公差で製造することを特徴とする、ねじ型真空ポンプを製造する方法
    。