JP2003083252A - 回転機械及びポンプ用の改良された潤滑装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポンプ等の回転シャフト用上側ベアリングの
潤滑装置を提供する。 【解決手段】 本発明による、鉛直方向シャフト(22)用
上側ベアリング(24)の潤滑装置は、下端(29)が潤滑流体
リザーバ(18)と連通するシャフト(22)内の軸線方向ボア
(28)と、このボア(28)と上側ベアリング(24)との間に延
びる半径方向オイル孔(40)とを有する。シャフト(22)の
遠心力により、潤滑流体をボア(28)に沿って薄いフィル
ム形態で引き上げる。潤滑装置は、更に、ボア(28)の下
端(29)と上側ベアリング(24)との間に配置され且つボア
(28)と連通する半径方向ポート(36)と、上側ベアリング
(24)よりも上に設けられ且つボア(28)と連通する半径方
向エア孔(42)と、エア／潤滑流体ミストをポート(36)か
ら引くインペラ(44)とを有する。シャフト(22)の遠心力
を利用して、エア孔(42)から出るエアを浄化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速で回転可能な
鉛直方向シャフトを有し、このシャフトが、その両端の
又は両端に近接したベアリングによって支持されている
機械及びポンプに関し、特に、上側ベアリングを潤滑す
る潤滑装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】再生型の真空ポンプでは、ローターが、
それを包囲するステーター内での回転のために、鉛直方
向シャフトに取付けられている。このシャフトは、潤滑
を必要とする上側ベアリング及び下側ベアリングによっ
て支持されている。上側ベアリングの潤滑を容易にする
ために、鉛直方向シャフトは、軸線方向中心ボアと、上
側ベアリングへの潤滑流体の供給のために上側ベアリン
グと整列し且つ軸線方向中心ボアと連通する半径方向孔
と、を有する。

【０００３】上側ベアリングを潤滑することと関連した
問題は、上側ベアリングからの潤滑流体が真空機構の中
に、従って、排気されるチャンバーの中に移動すること
を防止し又は阻止することがしばしば必要になることで
ある。この問題を解決するために、「清浄な」エアの形態
のバリヤを形成することが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】既知の装置では、エア
又はオイルの形態の潤滑流体の何れかが軸線方向中心ボ
アから上方に供給されることはあったが、両方が供給さ
れることはなかった。その結果、エア又はオイルの何れ
かが、シャフトの外部の手段によって上側ベアリングに
供給されていた。もしもオイルがシャフトの軸線方向中
心ボアを経て上側ベアリングに供給されれば、オイルを
軸線方向中心ボアから上方に押しやるのに、シャフトの
スピン(回転)によって発生する遠心力を利用することが
できるので、シャフトに対する外部の手段、例えばポン
プを使用する場合よりも著しく少ない動力しか消費しな
くなる。

【０００５】エアを上側ベアリングに供給する目的は、
効率的な潤滑のためのオイルミストを形成するために、
エアとオイルとを混合することにあるが、前述のよう
に、真空機構内への上側ベアリングからのいかなるオイ
ルの移動も防止し又は阻止する清浄なバリアを形成する
ことにもある。かくして、上側ベアリングのところのエ
アは、オイルで汚染されていてはならないし、エアは再
循環されるので、エアが上側ベアリングに到達する前
に、エアは、ミスト除去されていなければならない。回
転しているシャフトによって発生する遠心力を、エアの
ミスト除去効果を提供するのに利用できれば有利であ
る。

【０００６】本発明の目的は、エアと潤滑流体の両方が
回転シャフトの遠心効果を利用することを可能にする、
機械又はポンプの一部分を構成する回転シャフトを支持
する上側ベアリングの潤滑装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、機械又
はポンプの回転可能な鉛直方向シャフトを支持する上側
ベアリングの潤滑装置であって、シャフトの長さにわた
って実質的延びる軸線方向ボアを有し、この軸線方向ボ
アの開口している下端が、潤滑流体を収容するリザーバ
と連通し、更に、軸線方向ボアと上側ベアリングとの間
に延びる、上側ベアリングに潤滑流体を供給するための
少なくとも１つの半径方向オイル孔を有し、潤滑装置
は、上側ベアリングへの潤滑流体の供給のために、シャ
フトの回転中に発生した遠心力により、潤滑流体をリザ
ーバから軸線方向ボアに沿って半径方向オイル孔に向っ
て薄いフィルムの形態をなして上方に引き上げるように
なっており、更に、軸線方向ボアの開口している下端と
上側ベアリングとの間に配置され且つ軸線方向ボアの中
に延びる遠位端を有する少なくとも１つの半径方向ポー
トを経て軸線方向ボアと連通するエア／潤滑流体ミスト
用チャンバーを含むエア供給及びミスト除去回路と、上
側ベアリングよりも上の箇所で軸線ボアと鉛直方向シャ
フトの円筒形外面との間に延びる少なくとも１つのエア
孔と、エア／潤滑流体ミストを半径方向ポートから軸線
方向ボアに沿ってポンピングするためのインペラと、を
有し、この潤滑流体は、シャフトの回転中、軸線方向ボ
ア内で遠心力によって完全に分離され、軸線方向ボアの
面に沿って延びる潤滑流体フィルムと合流し、上側ベア
リングよりも上のエア孔を経て軸線ボアから出るエアを
浄化することを特徴とする潤滑装置が提供される。

【０００８】好ましい実施形態では、周方向に等間隔に
おかれた複数の半径方向ポートが、軸線方向ボアの開口
している下端に隣接して配置され、且つ、軸線ボアの中
に配置されたオイルフィルターの上流に配置される。

【０００９】好ましくは、ポートが軸線ボアに入る箇所
における軸線方向ボアの横断面は、正方形、三角形又は
四つ葉のクローバー状形態のような、少なくとも２つの
異なる半径方向寸法で構成される形態を有する。これら
の形態は、長径(最大直径)及び短径(最小直径)、即ち回
転中心に対する複数の半径方向距離を有していると考え
ることができる。

【００１０】半径方向エア循環ポートは、好ましくは、
シャフトに対して外部からシールされ、軸線方向ボア内
の潤滑流体フィルムよりも小さい直径部を構成する。

【００１１】好ましくは、インペラは、上側ベアリング
のすぐ下に配置され、シャフトの円筒形外面上のねじ山
として形成され、上側ベアリングから延びるカウンター
面を有する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施形態を例示として説明する。

【００１３】再生セクション１及び分子吸収(Holweck)
セクション２を有する従来技術の複合真空ポンプを示す
図１を最初に参照する。真空ポンプは、ケーシング３を
含み、このケーシング３は、ボルト止めされ又はその他
の方法で互いに固定された多数の異なる本体部品で作ら
れ、本体部品の間にそれらに関連したシールを有してい
る。

【００１４】ケーシング３の中に、鉛直方向シャフト６
が設けられ、鉛直方向シャフト６は、上側ベアリング４
及び下側ベアリング５によって支持されている。シャフ
ト６は、長手方向軸線を中心に回転可能であり、シャフ
ト６を包囲する電気モーター７によって駆動される。ロ
ーター９が、シャフト６に固定取付けされ、シャフト６
と共に回転する。軸線方向ボア８が、シャフト６のほぼ
全長にわたって延び、軸線方向ボア８は、サンプからの
潤滑流体を上側ベアリング４に供給するための半径方向
オイル孔８'と連通している。

【００１５】次に、図２及び図３を参照すれば、ケーシ
ング１０が、ベースプレート１２と、カバープレート１
４と、潤滑流体をオイルの形態で収容するチャンバー即
ちサンプ１６とで構成されている。サンプ１６の中に、
シャフト用オイルリザーバ１８があり、このリザーバ１
８は、ベースプレート１２によって支持されている。サ
ンプ１６内に収容されている潤滑オイルは、リザーバ１
８の壁の流入口２０を経て、(それ自体既知の)制御され
た仕方でリザーバ１８に入る。

【００１６】真空ポンプの一部分を構成する回転可能な
鉛直方向シャフト２２が、上側ベアリング２４及び下側
ベアリング２６に取付けられている。シャフト２２は、
ほぼ円筒形であり、そのシャフト２２内に軸線方向ボア
２８を有し、この軸線方向ボア２８は、その下端２９が
リザーバ１８内で開口している。軸線方向ボア２８の断
面は、その長さのほとんどについてほぼ円筒形であり、
オイルフィルター３０を収容する大直径部分と、それよ
りも僅かに小さい直径の主中央部分と、この主中央部分
よりも小さい直径の上側部分とを有し、上側部分と主中
央部分は、下方に面するショルダー部３４を構成する。
しかしながら、開口している下端２９とフィルター３０
との間の軸線方向ボア２８の部分は、「四つ葉のクロー
バー」状の形態をなす断面を有する(図３参照)。

【００１７】フィルター３０よりも下即ち上流のシャフ
ト２２の壁に、(図示のように)複数の半径方向ポート３
６が形成され、これらのポート３６は、軸線方向ボア２
８の四つ葉のクローバー状部分と連通している。図示の
ように、各ポート３６の遠位端は、軸線方向ボア２８の
中に延び、軸線方向ボア２８と通じている箇所におい
て、軸線方向ボア２８の長径よりも小さい直径部を構成
する。

【００１８】また、軸線方向ボア２８の主中央部分と連
通をなす複数の半径方向オイルポート即ちオイル孔４０
が、上側ベアリング２４と整列をなしてシャフト２２の
壁に形成されている。

【００１９】更に、軸線方向ボア２８の上側部分と連通
をなす複数の半径方向エアポート即ちエア孔４２が、上
側ベアリング２４よりも上の箇所のシャフト２２の壁に
形成されている。

【００２０】軸線方向インペラ４４が、上側ベアリング
２４のすぐ下のケーシング１０内に配置されており、イ
ンペラ４４は、シャフト２２の外面の上に形成されたイ
ンペラねじ山４６と、上側ベアリング２４の外レースか
ら垂下している定置の対向面とからなる。

【００２１】軸線方向インペラ４４、ポート３６、軸線
方向ボア２８及びエア孔４２は、全体として、後述する
エア供給及びミスト除去回路を構成する。

【００２２】使用の際、シャフト２２を回転させると、
遠心力によって、オイルがリザーバ１８から軸線方向ボ
ア２８の開口している下端２９を通して引き上げられ
る。オイルは、薄いフィルムとして、軸線方向ボア２８
を軸線方向上方にオイル孔４０に向って移動する。

【００２３】オイルよりも上のチャンバー即ちサンプ１
６内のエア／オイルミストは、軸線方向ボア２８の短径
のところのポート３６を経て軸線方向ボア２８に入り、
軸線方向ボア２８の四つ葉のクローバー状部分の中に入
る。オイル分子が半径方向ポート３６と衝突し、外方に
遠心力で飛ばされるとき、オイルミストからオイルを完
全に分離するための第１ステージが起こる。リザーバ１
８からのオイルに働く遠心力は、オイルが軸線方向ボア
２８の長径のところをポート３６からの漏れを生じさせ
ずにポート３６の周りを通過することを確保する。

【００２４】オイルミストからオイルを完全に分離する
ための第２ステージが、フィルターのところで再び起こ
り、オイルがオイルミストの外に遠心力によって出るこ
とを確保する。オイル孔４０に向って軸線方向ボア２８
を軸線方向上方に移動しているオイルフィルムは、典型
的には、薄く、それゆえ、「清浄なエア」の中央コアが存
在する。フィルター３０は、軸線方向ボア２８内のオイ
ル部分をボア壁に向って遠心濾過し、その結果、いった
んオイル部分が壁の上に引きづられたら、遠心作用によ
り、オイル部分がコアのエア内に再び引きづられること
を防止／阻止する。中央コア内に残っている実質的に少
量のオイルがフィルター３０から離れるとき、インペラ
４４によって生じた圧力降下のため、オイルはシャフト
の中を上方に移動する。更に、オイルと軸線方向ボア２
８の面との接触により、オイルは、オイルミストの外に
遠心力によって出され、壁の上に既にできているオイル
フィルムの一部分になる。コアのエアの清浄さが、軸線
方向ボア２８の中の上方への移動方向に向上する。

【００２５】エア孔４２は、軸線方向においてオイル孔
４０よりも上に配置され、説明したように、軸線方向ボ
ア２８の直径は、(テーパ付け、或いは、図示の仕方の
何れかによって)オイル孔４０とエア孔４２との間で実
質的に減少する。エア孔４２に向ってオイル孔４０を通
過したオイルのトレースが遠心濾過及び壁との衝突の両
方から逃れる好ましくない場合、軸線方向ボア２８の縮
径部分による遠心力は、オイルがエア孔４２に到達する
ことを防止する。

【００２６】回転シャフト２２によって引き起こされる
遠心力が、オイルをリザーバ１８から引き上げて上側ベ
アリング２４に差し向け、且つ、上側ベアリング２４か
らポンプの真空機構内へのオイルの移動に対抗するバリ
ヤを形成するために、清浄なエアを上側ベアリングより
も上に供給することが明らかである。

【００２７】次に、図４を参照すれば、図４は、半径方
向ポート３６が軸線方向ボア２８の上端の近く配置され
ていること以外、図２及び図３を参照して説明した潤滑
装置と実質的に同じ潤滑装置を示す。更に、エアがエア
孔４２からの出る前にエアのコア内の残留オイルミスト
を除去するためのフィルター５０が、ショルダー部３４
に配置されている。最終のフィルター５０は、エア孔４
２に向って移動するエアがエア孔４２に到達する前にフ
ィルター５０に衝突し且つオイルのいかなる最終トレー
スも遠心力によってエア流の外に出されるように、光的
に不透明なバリヤを形成する焼結インサートの形態をと
っても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】再生セクションを含む従来技術の複合真空ポン
プの概略図である。

【図２】本発明による、回転可能なシャフトの上側ベア
リングを潤滑する潤滑装置を示す、真空ポンプの断面図
である。

【図３】図２のシャフトの断面図である。

【図４】潤滑装置の変形例を示す、図２と同様の断面図
である。

【符号の説明】

１０ ケーシング １６ チャンバー １８ オイルリザーバ ２０ 流入口 ２２ 鉛直方向シャフト ２４ 上側ベアリング ２６ 下側ベアリング ２８ 軸線方向ボア ２９ 下端 ３０ オイルフィルター ３４ ショルダー部 ３６ 半径方向ポート ４０ オイル孔 ４２ エア孔 ４４ インペラ ４６ インペラねじ山 ５０ フィルター

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H003 AA00 AB00 AC01 BD00 CA00 3H031 DA07 FA01 FA22

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械又はポンプの回転可能な鉛直方向シ
   ャフトを支持する上側ベアリングの潤滑装置であって、 前記シャフトの長さにわたって実質的延びる軸線方向ボ
   アを有し、この軸線方向ボアの開口している下端が、潤
   滑流体を収容するリザーバと連通し、 更に、前記軸線方向ボアと前記上側ベアリングとの間に
   延びる、前記上側ベアリングに潤滑流体を供給するため
   の少なくとも１つの半径方向オイル孔を有し、前記潤滑
   装置は、前記上側ベアリングへの潤滑流体の供給のため
   に、前記シャフトの回転中に発生した遠心力により、潤
   滑流体を前記リザーバから前記軸線方向ボアに沿って前
   記半径方向オイル孔に向って薄いフィルムの形態をなし
   て上方に引き上げるようになっており、 更に、前記軸線方向ボアの開口している下端と前記上側
   ベアリングとの間に配置され且つ前記軸線方向ボアの中
   に延びる遠位端を有する少なくとも１つの半径方向ポー
   トを経て前記軸線方向ボアと連通するエア／潤滑流体ミ
   スト用チャンバーを含むエア供給及びミスト除去回路
   と、 前記上側ベアリングよりも上の箇所で前記軸線ボアと前
   記鉛直方向シャフトの円筒形外面との間に延びる少なく
   とも１つのエア孔と、 エア／潤滑流体ミストを前記半径方向ポートから前記軸
   線方向ボアに沿ってポンピングするためのインペラと、
   を有し、この潤滑流体は、前記シャフトの回転中、前記
   軸線方向ボア内で遠心力によって完全に分離され、前記
   軸線方向ボアの面に沿って延びる潤滑流体フィルムと合
   流し、前記上側ベアリングよりも上の前記エア孔を経て
   前記軸線ボアから出るエアを浄化することを特徴とする
   潤滑装置。
2. 【請求項２】 周方向に等間隔でおかれた複数の半径方
   向ポートが、前記軸線方向ボアの開口している下端に隣
   接して配置され、且つ、前記軸線ボアの中に配置された
   オイルフィルターの上流に配置される、請求項１に記載
   の潤滑装置。
3. 【請求項３】 前記半径方向ポートが前記軸線ボアに入
   る箇所における前記軸線方向ボアの横断面は、少なくと
   も２つの異なる直径によって構成される、請求項２に記
   載の潤滑装置。
4. 【請求項４】 前記半径方向ポートが前記軸線ボアに入
   る箇所における前記軸線方向ボアの横断面は、四つ葉の
   クローバ状である、請求項２に記載の潤滑装置。
5. 【請求項５】 前記半径方向ポートは、前記シャフトに
   対して外部からシールされ、前記軸線方向ボア内の潤滑
   流体フィルムよりも小さい直径部を構成する、請求項１
   乃至４の何れか１項に記載の潤滑装置。
6. 【請求項６】 前記軸線方向ボアの直径は、前記半径方
   向オイル孔と前記半径方向エア孔との間の箇所で減少さ
   れる、請求項１乃至５の何れか１項に記載の潤滑装置。
7. 【請求項７】 オイルフィルターが、前記半径方向オイ
   ル孔と前記半径方向エア孔との間に配置される、請求項
   ６に記載の潤滑装置。
8. 【請求項８】 前記インペラは、前記鉛直方向シャフト
   の円筒形外面上のねじ山として形成され且つ前記上側ベ
   アリングから延びる対向面を含む、請求項１乃至７の何
   れか１項に記載の潤滑装置。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８の何れか１項に記載の、
   回転可能な鉛直方向シャフトを支持する上側ベアリング
   の潤滑装置を含む真空ポンプ。