JP2008051116A

JP2008051116A - 真空ポンプにおける軸封構造

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Publication number: JP2008051116A
Application number: JP2007287331A
Authority: JP
Inventors: Shinya Yamamoto; 真也山本; Masahiro Kawaguchi; 真広川口; Satoshi Egashira; 諭江頭
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: JP4670854B2

Abstract

【課題】真空ポンプにおけるポンプ室への油洩れを防止するためのラビリンスシールのシール機能を向上する。
【解決手段】リヤハウジング１４に形成された嵌入孔４７，４８内における回転軸１９，２０には環状の軸封環体４９，５０が嵌合して固定されている。軸封環体４９，５０の端面（４９２，５０２）と嵌入孔４７，４８の底形成面（４７２，４８２）との間にはラビリンスシール５７，５８が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸の回転に基づいてポンプ室内のガス移送体を動かし、前記ガス移送体の動作によってガスを移送して吸引作用をもたらす真空ポンプにおける軸封構造に関するものである。

特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示される真空ポンプでは、隣合って２個で組をなすロータが噛合した状態で回転される。噛合しながら回転する２個のロータの回転動作は、ガスを移送する。ロータの回転軸のうちの一方は、モータから駆動力を得ており、他方の回転軸は歯車機構を介して前記一方の回転軸から駆動力を得ている。

歯車機構を収容するハウジング内には潤滑油が貯留されており、この貯留油が歯車機構を潤滑する。この潤滑油がポンプ室へ洩れ出ないようにするため、特許文献１の装置では、歯車機構を収容する伝動室と作業室（本願でいうポンプ室）とを隔てる仕切り壁を貫通する回転軸とその貫通孔との間にラビリンスシールが設けられている。特許文献２の装置では、軸受室と真空排気室との間に中間室を介在し、軸受室と中間室とを隔てる隔壁を貫通する回転軸とその貫通孔との間に非接触シール（ラビリンスシール）が設けられている。特許文献３の装置では、タイミングギヤの収容室とポンプ室とを隔てるハウジング壁を貫通する回転軸とその貫通孔との間にリップシール及びラビリンスシールが設けられている。
特開昭６０−１４５４７５号公報特開平３−８９０８０号公報特開平６−１０１６７４号公報

複数の環状溝を並べて構成されるラビリンスシールによる軸封構造では、ラビリンスシールにおけるシール機能が経時的に低下することはない。ラビリンスシールにおけるシール機能の向上は、前記環状溝の容積を増やすことによって対処できる。しかし、回転軸の周面と貫通孔との間のラビリンスシールにおける前記環状溝の容積増加は、場所的に難しい。

本発明は、真空ポンプにおけるポンプ室への油洩れを防止するためのラビリンスシールのシール機能を向上することを目的とする。

そのために請求項１の発明では、複数の回転軸の回転に基づいてポンプ室内のガス移送体を動かし、前記ガス移送体の動作によってガスを移送して吸引作用をもたらす真空ポンプにおいて、前記ポンプ室と隣接するように油存在領域を形成するオイルハウジングと、前記オイルハウジングを貫通して前記油存在領域に突出する前記複数の回転軸の突出部位それぞれに対し、前記回転軸と一体的に回転可能に設けられた環状の軸封環体と、前記軸封環体を嵌入するように前記オイルハウジングに凹設されるとともに前記回転軸が貫通する嵌入孔と、前記軸封環体と前記嵌入孔との対向面に対し、前記軸封環体の半径方向の方向成分を有するように設けられた一対のシール用対向面とを備え、前記一対のシール用対向面は、前記嵌入孔の底形成面と該嵌入孔に嵌入された前記軸封環体の端面とで構成され、前記一対のシール用対向面の間には、ラビリンスシールが設けられている真空ポンプにおける軸封構造を構成した。

請求項２の発明では、回転軸の回転に基づいてポンプ室内のガス移送体を動かし、前記ガス移送体の動作によってガスを移送して吸引作用をもたらす真空ポンプにおいて、前記ポンプ室と隣接するように油存在領域を形成するオイルハウジングと、前記オイルハウジングを貫通して前記油存在領域に突出する前記回転軸の突出部位に対し、前記回転軸と一体的に回転可能に設けられた環状の軸封環体と、前記軸封環体を嵌入するように前記オイルハウジングに凹設されるとともに前記回転軸が貫通する嵌入孔と、前記軸封環体と前記嵌入孔との対向面に対し、前記軸封環体の半径方向の方向成分を有するように設けられた一対のシール用対向面とを備え、前記一対のシール用対向面は、前記嵌入孔の底形成面と該嵌入孔に嵌入された前記軸封環体の端面とで構成され、前記一対のシール用対向面の間には、ラビリンスシールが設けられており、前記嵌入孔の円周面と前記軸封環体の外周面とが間隙を介して対向することで前記嵌入孔の円周面がシール面となっているとともに前記軸封環体の外周面が前記シール面に対する対向面となっている真空ポンプにおける軸封構造を構成した。

ラビリンスシールは、回転軸に対して直交する平面、あるいは回転軸上に中心軸を持つ円錐面に設定領域を持つ。このような面に設定領域を持つラビリンスシールのシール機能は、回転軸の周面に設定領域を持つラビリンスシールに比べて向上する。また、嵌入孔と軸封環体との間の間隙を小さくすれば、オイルハウジング側の油が嵌入孔と軸封環体との間の間隙へ入り難くなる上、ラビリンスシールにおけるシール機能が向上する。さらに、軸封環体の端面とオイルハウジングとの間は、ラビリンスシールの設定領域を半径方向へ拡張し易い。嵌入孔の底形成面は、ラビリンスシールの設定領域として好適である。

請求項３の発明では、請求項１又は請求項２において、前記軸封環体は前記回転軸に嵌合して固定されており、前記軸封環体と前記回転軸との間にはシールリングが介在されており、前記シールリングは、前記油存在領域側から前記ポンプ室側への前記回転軸の周面に沿った油洩れを阻止するようにした。軸封環体と回転軸とを別体とした構成は、軸封環体の端面をラビリンスシールの設定領域とする上で有利である。

請求項４の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、前記油存在領域は、前記回転軸を回転可能に支持するための軸受けを収容する領域とした。軸受けは、油存在領域の油によって潤滑される。

請求項５の発明では、請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、前記真空ポンプは、複数の回転軸を平行に配置すると共に、前記各回転軸上にロータを配置し、隣合う回転軸上のロータを互いに噛み合わせ、互いに噛み合った状態の複数のロータを１組として収容する複数のポンプ室、又は単一のポンプ室を備えたルーツポンプであり、前記複数の回転軸は、歯車機構を用いて同期して回転され、前記油存在領域は、前記歯車機構を収容する領域とした。歯車機構は、油存在領域の油によって潤滑される。

以上のように各請求項の発明では、嵌入孔の底形成面と軸封環体の端面とで構成されるシール用対向面にラビリンスシールを設けたので、真空ポンプにおけるポンプ室への油洩れを防止するためのラビリンスシールのシール機能を向上し得るという優れた効果を奏する。

以下、本発明をルーツポンプに具体化した第１の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、多段ルーツポンプ１１のロータハウジング１２の前端にはフロントハウジング１３が接合されており、フロントハウジング１３には封鎖体３６が接合されている。ロータハウジング１２の後端にはリヤハウジング１４が接合されている。ロータハウジング１２は、シリンダブロック１５と複数の室形成壁１６とからなる。図２（ｂ）に示すように、シリンダブロック１５は、一対のブロック片１７，１８からなり、室形成壁１６は一対の壁片１６１，１６２からなる。図１（ａ）に示すように、フロントハウジング１３と室形成壁１６との間の空間、隣合う室形成壁１６の間の空間、及びリヤハウジング１４と室形成壁１６との間の空間は、それぞれポンプ室３９，４０，４１，４２，４３となっている。

フロントハウジング１３とリヤハウジング１４とには一対の回転軸１９，２０がラジアルベアリング２１，３７，２２，３８を介して回転可能に支持されている。両回転軸１９，２０は互いに平行に配置されている。回転軸１９，２０は室形成壁１６に通されている。ラジアルベアリング３７，３８は、ベアリングホルダ４５，４６に支持されている。ベアリングホルダ４５，４６は、リヤハウジング１４の端面に凹設された嵌入孔４７，４８に嵌合して固定されている。

回転軸１９には複数のロータ２３，２４，２５，２６，２７が一体形成されており、回転軸２０には同数のロータ２８，２９，３０，３１，３２が一体形成されている。ロータ２３〜３２は、回転軸１９，２０の軸線１９１，２０１の方向に見て同形同大の形状をしている。ロータ２３，２４，２５，２６，２７の厚みはこの順に小さくなってゆくようにしてあり、ロータ２８，２９，３０，３１，３２の厚みはこの順に小さくなってゆくようにしてある。ロータ２３，２８は互いに噛合した状態でポンプ室３９に収容されており、ロータ２４，２９は互いに噛合した状態でポンプ室４０に収容されている。ロータ２５，３０は互いに噛合した状態でポンプ室４１に収容されており、ロータ２６，３１は互いに噛合した状態でポンプ室４２に収容されている。ロータ２７，３２は互いに噛合した状態でポンプ室４３に収容されている。ポンプ室３９〜４３内は無潤滑状態にされる。そのため、各ロータ２３〜３２は、シリンダブロック１５、室形成壁１６、フロントハウジング１３及びリヤハウジング１４との間で摺接しないようになっている。又、噛合するロータ同士の間でも摺接しないようになっている。

図２（ａ）に示すように、ロータ２３，２８は、ポンプ室３９内に吸入領域３９１と、吸入領域３９１よりも高圧となる圧力領域３９２とを区画する。同様に、ロータ２４，２９はポンプ室４０内に、ロータ２５，３０はポンプ室４１内に、ロータ２６，３１はポンプ室４２内に、それぞれ吸入領域３９１及び圧力領域３９２と同様の吸入領域及び圧力領域を区画する。図３（ａ）に示すように、ロータ２７，３２はポンプ室４３内に、吸入領域３９１及び圧力領域３９２と同様の吸入領域４３１及び圧力領域４３２を区画する。

図１（ａ）に示すように、リヤハウジング１４にはギヤハウジング３３が組み付けられている。回転軸１９，２０は、リヤハウジング１４における貫通孔１４１，１４２及び嵌入孔４７，４８を通ってギヤハウジング３３内に突出している。各回転軸１９，２０の突出部位１９３，２０３には歯車３４，３５が互いに噛合した状態で止着されている。ギヤハウジング３３には電動モータＭが組み付けられている。電動モータＭの駆動力は、軸継ぎ手４４を介して回転軸１９に伝えられ、回転軸１９は、電動モータＭによって図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）の矢印Ｒ１の方向に回転される。回転軸１９の回転は歯車３４，３５を介して回転軸２０に伝えられ、回転軸２０は図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）の矢印Ｒ２で示すように回転軸１９とは逆方向に回転する。即ち、回転軸１９，２０は、歯車３４，３５を用いて同期して回転される。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、ギヤハウジング３３内のギヤ収容室３３１には潤滑油Ｙが貯留されており、この潤滑油Ｙが歯車３４，３５を潤滑する。歯車機構を構成する歯車３４，３５を収容するギヤハウジング３３のギヤ収容室３３１は、多段ルーツポンプ１１の本体の外部に連通しないように密封された油存在領域である。ギヤハウジング３３及びリヤハウジング１４は、ポンプ室４３と隣接するように油存在領域を形成するオイルハウジングを構成する。ギヤ収容室３３１内の貯留油は、歯車３４，３５の回転動作によってかき上げられる。歯車３４，３５の回転動作によってかき上げられた潤滑油Ｙは、軸受けであるラジアルベアリング３７，３８を潤滑する。ラジアルベアリング３７，３８を潤滑した潤滑油Ｙは、ラジアルベアリング３７，３８のリング間隙３７１，３８１を介して嵌入孔４７，４８へ侵入する。リング間隙３７１，３８１を介してギヤ収容室３３１に連通する嵌入孔４７，４８も油存在領域である。

図２（ｂ）に示すように、室形成壁１６内には通路１６３が形成されている。室形成壁１６には通路１６３の入口１６４及び出口１６５が形成されている。隣合うポンプ室３９，４０，４１，４２，４３は、通路１６３を介して連通している。

図２（ａ）に示すように、ブロック片１８には導入口１８１がポンプ室３９の吸入領域３９１に連通するように形成されている。図３（ａ）に示すように、ブロック片１７には排出口１７１がポンプ室４３の圧力領域４３２に連通するように形成されている。導入口１８１からポンプ室３９の吸入領域３９１に導入されたガスは、ロータ２３，２８の回転に伴って圧力領域３９２へ移行する。圧力領域３９２へ移行したガスは、吸入領域３９１での状態よりも圧縮されて増圧された状態となる。圧力領域３９２のガスは、室形成壁１６の入口１６４から通路１６３を経由して出口１６５から隣のポンプ室４０の吸入領域へ移送される。以下、同様にガスは、ポンプ室の容積が小さくなってゆく順、即ちポンプ室４０，４１，４２，４３の順に移送される。ポンプ室４３の吸入領域４３１へ移送されたガスは、ロータ２７，３２の回転によって圧力領域４３２へ移行した後、排出口１７１から外部へ排出される。ロータ２３〜３２は、ガスを移送するガス移送体である。

排出口１７１は、真空ポンプの本体のハウジングの外部へ前記ガスを吐出する吐出通路である。ポンプ室４３は、吐出通路である排出口１７１に連なる最終のポンプ室であり、最終のポンプ室４３内の圧力領域４３２は、ポンプ室３９〜４３内で最大の圧力となる最大圧力領域である。排出口１７１は、ロータ２７，３２によってポンプ室４３内に区画される最大圧力領域４３２に連通している。

図１（ａ）に示すように、嵌入孔４７，４８内における回転軸１９，２０には環状の軸封環体４９，５０が嵌合して固定されている。軸封環体４９，５０の内周面と回転軸１９，２０の周面１９２，２０２との間にはシールリング５１，５２が介在されている。軸封環体４９，５０と回転軸１９，２０との間に介在されたシールリング５１，５２は、潤滑油Ｙが回転軸１９，２０の周面１９２，２０２に沿って嵌入孔４７，４８からポンプ室４３側へ洩れるのを阻止する。

図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、軸封環体４９，５０の最大径部の外周面４９１，５０１と嵌入孔４７，４８の円周面４７１，４８１との間には間隙があり、軸封環体４９，５０の端面４９２，５０２と嵌入孔４７，４８の底形成面４７２，４８２との間には間隙がある。従って、軸封環体４９，５０は、回転軸１９，２０と一体的に回転可能である。

嵌入孔４７，４８の底形成面４７２，４８２には複数の環状突条５３，５４が同心円状に形成されている。底形成面４７２，４８２に対向する軸封環体４９，５０の端面４９２，５０２には複数の環状溝５５，５６が同心円状に形成されている。環状突条５３，５４は、環状溝５５，５６に対向するように入り込んでいる。環状溝５５，５６に入り込んでいる環状突条５３，５４の先端は、環状溝５５，５６の底面に近接している。環状溝５５は、環状突条５３によってラビリンス室５５１，５５２に区画されており、環状溝５６は、環状突条５４によってラビリンス室５６１，５６２に区画されている。環状突条５３と環状溝５５とは、回転軸１９側におけるラビリンスシール５７を構成し、環状突条５４と環状溝５６とは、回転軸２０側におけるラビリンスシール５８を構成する。軸封環体４９，５０の端面４９２，５０２は、軸封環体４９，５０側のシール用対向面となり、嵌入孔４７，４８の底形成面４７２，４８２は、リヤハウジング１４側のシール用対向面となる。本実施の形態では、端面４９２，５０２及び底形成面４７２，４８２は、回転軸１９，２０の軸線１９１，２０１と直交する平面である。即ち、シール用対向面である端面４９２，５０２及び底形成面４７２，４８２は、軸封環体４９，５０の半径方向の方向成分のみを有する。

図４（ｂ）に示すように、軸封環体４９の端面４９２には樹脂層５９が固着されている。図５（ｂ）に示すように、軸封環体５０の端面５０２には樹脂層６０が固着されている。樹脂層５９，６０と底形成面４７２，４８２との間の間隙ｇ１，ｇ２は、環状突条５３，５４の先端と環状溝５５，５６の底面との間の間隙Ｇ１，Ｇ２よりも小さくしてある。間隙Ｇ１，Ｇ２は、軸封環体４９，５０の外周面４９１，５０１と嵌入孔４７，４８の円周面４７１，４８１との間の間隙と略同じ大きさにしてある。間隙ｇ１は、回転軸１９の一部となる軸封環体４９とリヤハウジング１４との間の極小間隙となり、間隙ｇ２は、回転軸２０の一部となる軸封環体５０とリヤハウジング１４との間の極小間隙となる。本発明では、極小間隙とは、ラビリンス室の密閉性を高めるための間隙のことを言うものとする。

図１（ｂ）、図４（ｂ）及び図６に示すように、軸封環体４９の最大径部の外周面４９１には螺旋溝６１が形成されている。図１（ｃ）、図５（ｂ）及び図７に示すように、軸封環体５０の最大径部の外周面５０１には螺旋溝６２が形成されている。螺旋溝６１の螺旋の向きは、回転軸１９の回転方向Ｒ１に辿るにつれてギヤ収容室３３１側からポンプ室４３側へ移行する向きとなっている。螺旋溝６２の螺旋の向きは、回転軸２０の回転方向Ｒ２に辿るにつれてギヤ収容室３３１側からポンプ室４３側へ移行する向きとなっている。従って、螺旋溝６１，６２は、回転軸１９，２０の回転に伴って流体をポンプ室４３側からギヤ収容室３３１側へ移送するポンプ作用をもたらす。即ち、螺旋溝６１，６２は、軸封環体４９，５０の外周面４９１，５０１と嵌入孔４７，４８の円周面４７１，４８１との間における油をポンプ室４３側から油存在領域側へ付勢するポンピング手段を構成する。嵌入孔４７，４８の円周面４７１，４８１はシール面となり、円周面４７１，４８１に対向する外周面４９１，５０１は、シール面に対する対向面となる。

図３（ｂ）に示すように、最終のポンプ室４３を形成するリヤハウジング１４の室形成壁面１４３には排気圧波及溝６３，６４が形成されている。図４（ａ）に示すように、排気圧波及溝６３は、ロータ２７，３２の回転に伴って容積変化する最大圧力領域４３２に通じている。又、排気圧波及溝６３は、貫通孔１４１に通じている。図５（ａ）に示すように、排気圧波及溝６４は、最大圧力領域４３２に通じ、かつ貫通孔１４２に通じている。

図１（ａ）、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、リヤハウジング１４には環状の冷却室６５が軸封環体４９，５０を包囲するように形成されている。冷却室６５には冷却水が還流可能に供給される。冷却室６５に供給された冷却水は、嵌入孔４７，４８内の潤滑油Ｙを冷却する。

第１の実施の形態では以下の効果が得られる。
（１−１）回転軸１９，２０に嵌合された軸封環体４９，５０の端面４９２，５０２の径は、回転軸１９，２０の周面１９２，２０２の径よりも大きい。従って、軸封環体４９，５０の端面４９２，５０２と嵌入孔４７，４８の底形成面４７２，４８２との間のラビリンスシール５７，５８の径は、回転軸１９，２０の周面１９２，２０２とリヤハウジング１４との間に設けられるラビリンスシールの径よりも大きくなる。ラビリンスシール５７，５８の径が大きくなるほど圧力変動波及抑制用のラビリンス室５５１，５５２，５６１，５６２の容積が大きくなり、ラビリンスシール５７，５８におけるシール機能が向上する。即ち、軸封環体４９，５０の端面４９２，５０２と嵌入孔４７，４８の底形成面４７２，４８２との間は、ラビリンス室５５１，５５２，５６１，５６２の容積を増やしてシール機能を向上する上で、ラビリンスシール５７，５８の設定領域として好適である。

（１−２）嵌入孔４７，４８と軸封環体４９，５０との間の間隙が小さいほど、潤滑油Ｙは嵌入孔４７，４８と軸封環体４９，５０との間の間隙へ入り難くなる。円周面４７１，４８１を有する嵌入孔４７，４８の底形成面４７２，４８２と、軸封環体４９，５０の端面４９２，５０２とは、全面にわたって均等に近接させ易い。従って、極小間隙ｇ１，ｇ２を可及的に小さくし易い。極小間隙ｇ１，ｇ２が小さいほど、ラビリンスシール５７，５８におけるシール機能が向上する。即ち、嵌入孔４７，４８の底形成面４７２，４８２は、ラビリンスシール５７，５８の設定領域として好適である。

（１−３）ルーツポンプ１１を組み立てた状態では、回転軸１９，２０と一体的に回転する軸封環体４９，５０に止着された樹脂層５９，６０が嵌入孔４７，４８の底形成面４７２，４８２に接触しているとする。ルーツポンプ１１の運転に伴い、樹脂層５９，６０は、金属製のリヤハウジング１４側の底形成面４７２，４８２との摺接によって単に摩耗するのみである。即ち、樹脂層５９，６０と嵌入孔４７，４８の底形成面４７２，４８２との接触は、回転軸１９，２０の回転に支障をもたらさない。そのため、環状溝５５の深さＦ１〔図４（ｂ）に図示〕と樹脂層５９の厚みｄ１〔図４（ｂ）に図示〕との和（Ｆ１＋ｄ１）が環状突条５３の高さＨ１〔図４（ｂ）に図示〕を若干上回るようにしておき、樹脂層５９と底形成面４７２とを接触させるように回転軸１９に軸封環体４９を組み付けたとしても、回転軸１９の回転に支障は生じない。同様に、環状溝５６の深さＦ２〔図５（ｂ）に図示〕と樹脂層６０の厚みｄ２〔図５（ｂ）に図示〕との和（Ｆ２＋ｄ２）が環状突条５４の高さＨ２〔図５（ｂ）に図示〕を若干上回るようにしておき、樹脂層６０と底形成面４８２とを接触させるように回転軸２０に軸封環体５０を組み付けたとしても、回転軸２０の回転に支障は生じない。従って、回転軸１９，２０の一部である軸封環体４９，５０とリヤハウジング１４との間の極小間隙ｇ１，ｇ２は、樹脂層５９，６０の介在によって小さくできる。ラビリンス室５５１，５５２，５６１，５６２の密閉性は、ラビリンスシール５７，５８のシール機能を高めるが、ラビリンス室５５１，５５２，５６１，５６２の密閉性は、極小間隙ｇ１，ｇ２を小さくすることによって高まる。ラビリンスシール５７，５８における極小間隙ｇ１，ｇ２の短小化は、ラビリンスシール５７，５８におけるシール機能を高める。即ち、樹脂層５９，６０の存在は、ラビリンスシール５７，５８におけるシール機能の向上に寄与する。

（１−４）軸封環体４９，５０の端面４９２，５０２に設けた樹脂層５９，６０を嵌入孔４７，４８の底形成面４７２，４８２に接触させても、回転軸１９，２０の回転に支障は生じない。そのため、嵌入孔４７，４８の底形成面４７２，４８２と軸封環体４９，５０の端面４９２，５０２との間は、ラビリンスシールの極小間隙を狭める上でラビリンスシールの配設箇所として好適である。

（１−５）ラビリンスシール５７，５８は、ガスに対してもシール性を有する。多段ルーツポンプ１１の運転開始時にはポンプ室３９〜４３内は大気圧よりも高くなる。ラビリンスシール５７，５８は、ポンプ室４３からギヤ収容室３３１側への軸封環体４９，５０の表面に沿った排ガス洩れを防止する。油洩れ及び排ガス洩れを共に防止するラビリンスシール５７，５８は、非接触型シール手段として最適である。

（１−６）軸封環体４９に設けられた螺旋溝６１は、回転軸１９の回転に伴い、嵌入孔４７の円周面４７１を掃過してゆく。螺旋溝６１の掃過領域にある潤滑油Ｙは、ポンプ室４３側からギヤ収容室３３１側へ掃き移される。又、軸封環体５０に設けられた螺旋溝６２は、回転軸２０の回転に伴い、嵌入孔４８の円周面４８１を掃過してゆく。螺旋溝６２の掃過領域にある潤滑油Ｙは、ポンプ室４３側からギヤ収容室３３１側へ掃き移される。即ち、ポンピング手段である螺旋溝６１，６２を備えた軸封環体４９，５０は、潤滑油Ｙに対して高いシール性を発揮する。

（１−７）螺旋溝６１，６２を設けた外周面４９１，５０１は、軸封環体４９，５０の最大径部の外周面であり、軸封環体４９，５０における周速度が最大となる箇所である。軸封環体４９，５０の外周面４９１，５０１と嵌入孔４７，４８の円周面４７１，４８１との間にあるガスは、高速で周回する螺旋溝６１，６２によってポンプ室４３側からギヤ収容室３３１側へ効率よく付勢される。軸封環体４９，５０の外周面４９１，５０１と嵌入孔４７，４８の円周面４７１，４８１との間にある潤滑油Ｙは、ポンプ室４３側からギヤ収容室３３１側へ効率よく付勢されるガスに追随する。軸封環体４９，５０の外周面４９１，５０１は、外周面４９１，５０１と円周面４７１，４８１との間を経由した嵌入孔４７，４８側からポンプ室４３側への油洩れを阻止する性能、即ち潤滑油Ｙに対する軸封環体４９，５０のシール性を高める上で、螺旋溝６１，６２の設定箇所として好適である。

（１−８）螺旋溝６１，６２は、軸封環体４９，５０を１周りする回数を増やすほどシール性が向上する。このような螺旋溝６１，６２は、ポンピング手段として好適である。
（１−９）軸封環体４９，５０と回転軸１９，２０とを一体にする構成とした場合、軸封環体４９，５０の最大径部を貫通孔１４１，１４２の径に合わせる必要が生じる。このような制約は、軸封環体４９，５０の形状の選択自由度を減らすことになる。本実施の形態のように、軸封環体４９，５０と回転軸１９，２０とを別体とした構成は、ポンピング手段のポンピング作用を高める上で有利な軸封環体４９，５０の形状の選択自由度を高める。

（１−１０)回転軸１９の周面１９２と貫通孔１４１との間には僅かな間隙があり、ロータ２７，３２とリヤハウジング１４の室形成壁面１４３との間には僅かな間隙がある。そのため、最終のポンプ室４３の圧力が前記の僅かな間隙を介してラビリンスシール５７に波及する。同様に、回転軸２０の周面２０２と貫通孔１４２との間にも僅かな間隙があるため、最終のポンプ室４３の圧力がラビリンスシール５８に波及する。

排気圧波及溝６３，６４のない場合には、吸入領域４３１の圧力と最大圧力領域４３２の圧力とがラビリンスシール５７，５８に同程度に波及する。最終のポンプ室４３の吸入領域４３１の圧力をＰ１、最大圧力領域４３２の圧力をＰ２（＞Ｐ１）とすると、ラビリンスシール５７，５８は、ポンプ室４３側から両圧力Ｐ１，Ｐ２の中間（Ｐ２＋Ｐ１）／２程度の圧力を受ける。一方、ギヤ収容室３３１に連通する嵌入孔４７，４８内の圧力は、ロータ２３〜３２の動作によって圧力変動を来さない大気圧相当の圧力（１０００Ｔｏｒｒ程度）の領域である。螺旋溝６１，６２のポンピング作用は、螺旋溝６１，６２とラビリンスシール５７，５８との間における軸封環体４９，５０と嵌入孔４７，４８との間隙の圧力を大気圧相当よりも低い圧力Ｐ３に低減する。

本実施の形態における排気圧波及溝６３，６４は、ラビリンスシール５７，５８に対する最大圧力領域４３２の圧力の波及効果を高める。即ち、排気圧波及溝６３，６４を介した最大圧力領域４３２の圧力の波及効果が吸入領域４３１の圧力の波及効果を大きく上回る。従って、ラビリンスシール５７，５８に波及する圧力は、前記した（Ｐ２＋Ｐ１）／２を大きく上回ることになり、ラビリンスシール５７，５８の前後の圧力差は、〔Ｐ３−（Ｐ２＋Ｐ１）／２〕Ｔｏｒｒを大きく下回る。その結果、ラビリンスシール５７，５８における油洩れ防止効果が高まる。

（１−１１）排気圧波及溝６３，６４を経由したラビリンスシール５７，５８に対する最大圧力領域４３２の圧力の波及効果は、排気圧波及溝６３，６４における通過断面積の大きさに左右される。所望の断面積の排気圧波及溝６３，６４の形成は容易であり、排気圧波及溝６３，６４は、最大圧力領域４３２の圧力を波及させる排気圧波及通路として最適である。

（１−１２）排気圧波及溝６３，６４は、ポンプ室４３の形成壁面の一部を構成するリヤハウジング１４の室形成壁面１４３上に設けられる。回転軸１９，２０をリヤハウジング１４に通すための貫通孔１４１，１４２は、室形成壁面１４３を貫いており、ポンプ室４３の一部である最大圧力領域４３２は室形成壁面１４３に面している。従って、最大圧力領域４３２に通じるように、かつ貫通孔１４１，１４２に通じるように室形成壁面１４３上に排気圧波及通路を形成するのは簡単である。即ち、室形成壁面１４３は、貫通孔１４１，１４２と最大圧力領域４３２とを繋ぐ排気圧波及通路の形成箇所として最適である。

（１−１３）ドライポンプ型のルーツポンプ１１では、ポンプ室３９〜４３内での潤滑油Ｙの使用は行われない。ポンプ室３９〜４３内に潤滑油Ｙを存在させたくないルーツポンプ１１は、本発明の適用対象として好適である。

本発明では、図８〜図１４の第２〜第８の実施の形態も可能である。なお、第２〜第７の実施の形態では、いずれも回転軸１９側におけるラビリンスシールについてのみ説明するが、回転軸２０側におけるラビリンスシールも同じ構成となっている。

図８の第２の実施の形態では、軸封環体４９の端面４９２に形成された環状突条６６と嵌入孔４７の底形成面４７２に形成された環状突条５３とが対向している。環状突条６６の先端には樹脂層６７が設けられている。複数の環状突条６６と複数の環状突条５３とがラビリンスシールを構成する。

図９の第３の実施の形態では、第１の実施の形態における環状突条５３が嵌入孔４７の底形成面４７２に形成されておらず、環状溝５５がラビリンスシールを構成する。
図１０の第４の実施の形態では、第１の実施の形態における環状溝５５が軸封環体４９に形成されておらず、嵌入孔４７の底形成面４７２に形成された環状突条５３がラビリンスシールを構成する。環状突条５３の先端に樹脂層６８が設けられている。

図１１の第５の実施の形態では、第１の実施の形態における環状突条５３が嵌入孔４７の底形成面４７２に形成されておらず、環状溝５５がラビリンスシールを構成する。底形成面４７２に樹脂層６９が設けられている。

図１２の第６の実施の形態では、第１の実施の形態における環状溝５５が軸封環体４９の端面４９２に形成されておらず、環状突条５３がラビリンスシールを構成する。端面４９２に樹脂層７０が設けられている。

図１３の第７の実施の形態では、回転軸１９及びロータ２７の端面に軸封環体４９Ａが一体形成されている。軸封環体４９Ａは、ロータハウジング１２に対向する側のリヤハウジング１４の端面に凹設された嵌入孔７１に嵌入されている。軸封環体４９Ａの端面と嵌入孔７１の底形成面７１１との間にはラビリンスシール７２が設けられている。

図１４の第８の実施の形態では、軸封環体４９Ｂ，５０Ｂの外周面にはゴム製の摺接リング７３，７４が嵌合して固定されている。摺接リング７３，７４の周面には複数の洩れ阻止突条７３１，７４１が形成されている。洩れ阻止突条７３１は、回転軸１９の回転に伴って嵌入孔４７の周面４７１に摺接し、洩れ阻止突条７４１は、回転軸２０の回転に伴って嵌入孔４８の周面４８１に摺接する。複数の洩れ阻止突条７３１は、軸封環体４９Ｂの軸線、即ち回転軸１９の軸線１９１の周りを一周することなく、軸線１９１の周りに列設されている。複数の洩れ阻止突条７４１は、軸封環体５０Ｂの軸線、即ち回転軸２０の軸線２０１の周りを一周することなく、軸線２０１の周りに列設されている。洩れ阻止突条７３１は、回転軸１９の回転方向Ｒ１に辿るにつれてギヤ収容室３３１側からポンプ室４３側へ移行してゆく。洩れ阻止突条７４１は、回転軸２０の回転方向Ｒ２に辿るにつれてギヤ収容室３３１側からポンプ室４３側へ移行してゆく。

洩れ阻止突条７３１は、回転軸１９の回転に伴い、回転軸１９の周面１９２と軸封環体４９Ｂの外周面との間の潤滑油Ｙをポンプ室４３側からギヤ収容室３３１側へ付勢する。洩れ阻止突条７４１は、回転軸２０の回転に伴い、回転軸２０の周面２０２と軸封環体５０Ｂの外周面との間の潤滑油Ｙをポンプ室４３側からギヤ収容室３３１側へ付勢する。

単一の洩れ阻止突条を軸線１９１，２０１の周りで一周させようとすると、軸線１９１，２０１の方向における摺接リング７３，７４の幅を大きくする必要がある。摺接リング７３，７４の幅を大きくすると、摺接抵抗が大きくなり、好ましくない。軸線１９１，２０１の周りを一周することなく、軸線１９１，２０１の周りに洩れ阻止突条７３１，７４１を複数列設した構成は、摺接リング７３，７４の幅を大きくしなくて済む。

本発明では以下のような実施の形態も可能である。
（１）嵌入孔４７，４８の底形成面をテーパ形状のシール用対向面とすると共に、軸封環体４９，５０の端面をテーパ形状のシール用対向面とし、両シール用対向面間にラビリンスシールを設けること。

（２）第１の実施の形態において、環状突条５３，５４の先端にも樹脂層を設けること。
（３）嵌入孔４７，４８の底形成面４７２，４８２と、軸封環体４９，５０の端面４９２，５０２との間に樹脂板を介在して樹脂層とすること。

（４）ルーツポンプ以外の真空ポンプに本発明を適用すること。
前記した実施の形態から把握できる請求項記載以外の発明について以下に記載する。
〔１〕回転軸の回転に基づいてポンプ室内のガス移送体を動かし、前記ガス移送体の動作によってガスを移送して吸引作用をもたらす真空ポンプにおいて、
前記ポンプ室と隣接するように油存在領域を形成するオイルハウジングと、
前記オイルハウジングを貫通して前記油存在領域に突出する前記回転軸の突出部位に対し、一体的に回転可能に設けられた環状の軸封環体と、
前記軸封環体の端面と前記オイルハウジングとの間に設けられたラビリンスシールとを備えた真空ポンプにおける軸封構造。

第１の実施の形態を示し、（ａ）は多段ルーツポンプ１１全体の平断面図。（ｂ）は回転軸１９側の要部拡大平断面図。（ｃ）は回転軸２０側の要部拡大平断面図。（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図。（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図。（ａ）は図１のＣ−Ｃ線断面図。（ｂ）は図１のＤ−Ｄ線断面図。（ａ）は図３（ｂ）のＥ−Ｅ線断面図。（ｂ）は要部拡大側断面図。（ａ）は図３（ｂ）のＦ−Ｆ線断面図。（ｂ）は要部拡大側断面図。要部分解斜視図。要部分解斜視図。第２の実施の形態を示す要部拡大平断面図。第３の実施の形態を示す要部拡大平断面図。第４の実施の形態を示す要部拡大平断面図。第５の実施の形態を示す要部拡大平断面図。第６の実施の形態を示す要部拡大平断面図。第７の実施の形態を示す要部拡大平断面図。第８の実施の形態を示す要部拡大平断面図。

符号の説明

１１…真空ポンプであるルーツポンプ。１４…オイルハウジングを構成するリヤハウジング。１４３…室形成壁面。１７１…吐出通路となる排出口。１９，２０…回転軸。１９３，２０３…突出部位。２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２…ガス移送体となるロータ。３３…オイルハウジングを構成するギヤハウジング。３３１…油存在領域となるギヤ収容室。３４，３５…歯車機構を構成する歯車。３７，３８…軸受けとなるラジアルベアリング。４３…ポンプ室。４３２…最大圧力領域。４７，４８，７１…嵌入孔。４７２，４８２，７１１…シール用対向面となる底形成面。４９，５０，４９Ａ，４９Ｂ，５０Ｂ…軸封環体。４９２，５０２…シール用対向面となる端面。５７，５８，７２…ラビリンスシール。５９，６０，６７，６８，６９，７０…樹脂層。６１，６２…ポンピング手段となる螺旋溝。６３，６４…排気圧波及通路となる排気圧波及溝。

Claims

複数の回転軸の回転に基づいてポンプ室内のガス移送体を動かし、前記ガス移送体の動作によってガスを移送して吸引作用をもたらす真空ポンプにおいて、
前記ポンプ室と隣接するように油存在領域を形成するオイルハウジングと、
前記オイルハウジングを貫通して前記油存在領域に突出する前記複数の回転軸の突出部位それぞれに対し、前記回転軸と一体的に回転可能に設けられた環状の軸封環体と、
前記軸封環体を嵌入するように前記オイルハウジングに凹設されるとともに前記回転軸が貫通する嵌入孔と、
前記軸封環体と前記嵌入孔との対向面に対し、前記軸封環体の半径方向の方向成分を有するように設けられた一対のシール用対向面とを備え、
前記一対のシール用対向面は、前記嵌入孔の底形成面と該嵌入孔に嵌入された前記軸封環体の端面とで構成され、
前記一対のシール用対向面の間には、ラビリンスシールが設けられている真空ポンプにおける軸封構造。
回転軸の回転に基づいてポンプ室内のガス移送体を動かし、前記ガス移送体の動作によってガスを移送して吸引作用をもたらす真空ポンプにおいて、
前記ポンプ室と隣接するように油存在領域を形成するオイルハウジングと、
前記オイルハウジングを貫通して前記油存在領域に突出する前記回転軸の突出部位に対し、前記回転軸と一体的に回転可能に設けられた環状の軸封環体と、
前記軸封環体を嵌入するように前記オイルハウジングに凹設されるとともに前記回転軸が貫通する嵌入孔と、
前記軸封環体と前記嵌入孔との対向面に対し、前記軸封環体の半径方向の方向成分を有するように設けられた一対のシール用対向面とを備え、
前記一対のシール用対向面は、前記嵌入孔の底形成面と該嵌入孔に嵌入された前記軸封環体の端面とで構成され、
前記一対のシール用対向面の間には、ラビリンスシールが設けられており、
前記嵌入孔の円周面と前記軸封環体の外周面とが間隙を介して対向することで前記嵌入孔の円周面がシール面となっているとともに前記軸封環体の外周面が前記シール面に対する対向面となっている真空ポンプにおける軸封構造。
前記軸封環体は前記回転軸に嵌合して固定されており、前記軸封環体と前記回転軸との間にはシールリングが介在されており、前記シールリングは、前記油存在領域側から前記ポンプ室側への前記回転軸の周面に沿った油洩れを阻止する請求項１又は請求項２に記載の真空ポンプにおける軸封構造。
前記油存在領域は、前記回転軸を回転可能に支持するための軸受けを収容する領域である請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空ポンプにおける軸封構造。
前記真空ポンプは、複数の回転軸を平行に配置すると共に、前記各回転軸上にロータを配置し、隣合う回転軸上のロータを互いに噛み合わせ、互いに噛み合った状態の複数のロータを１組として収容する複数のポンプ室、又は単一のポンプ室を備えたルーツポンプであり、前記複数の回転軸は、歯車機構を用いて同期して回転され、前記油存在領域は、前記歯車機構を収容する領域である請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空ポンプにおける軸封構造。