JP2010531955A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明による真空ポンプ（５０）は、ケーシングと、ケーシング内に配置されたロータとを有する。ロータは、ケーシングに対して回転可能に軸受装置（６４，６６）によって支持されたシャフト（５２）を有する。軸受装置（６４，６６）の転がり軸受（６４）を潤滑するための潤滑剤を貯蔵する潤滑剤リザーバ（８２）が設けられる。潤滑剤リザーバ（８２）によって保持され且つ１組の剛毛（８６）を有するブラシ（８４）により、潤滑剤を潤滑剤リザーバ（８２）からロータに移送する。

Description

本発明は、真空ポンプに関し、特に、真空ポンプのインペラー（羽根車）を支持するために用いられる転がり軸受の潤滑に関する。

真空ポンプは、典型的には、ロータの形態をなすインペラーを有し、インペラーは、それを包囲するステータに対して回転可能にシャフトに取付けられている。シャフトは、２つの軸受を有する軸受装置によって支持され、２つの軸受は、シャフトの両端部に又はその中間に配置される。２つの軸受の一方又は両方は、転がり軸受の形態をなすのがよい。普通、上側の軸受は、磁気軸受の形態をなし、下側の軸受は、転がり軸受の形態をなしている。

典型的な転がり軸受は、シャフトに固定された内レースと、外レースと、内レースと外レースとの間に配置された複数の転がり要素とを有し、複数の転がり要素により、内レースと外レースの相対回転を可能にする。転がり要素同士の相互接触を防止するために、転がり要素は、しばしば、ケージによって案内され、等間隔を隔てられている。適切な潤滑は、転がり軸受の正確で信頼できる作動を確保するのに絶対必要である。潤滑剤の主目的は、転がり及び摺動接触の際の軸受構成要素を分離する荷重支持膜を形成して、摩擦又は摩耗を最小にすることにある。他の目的は、軸受構成要素の酸化又は腐食を防止すること、汚染物質に対するバリヤを形成すること、及び軸受構成要素から熱を移送することを含む。潤滑剤は、一般的には、油又はグリース（油と増粘剤の混合物）のいずれかの形態をなしている。

油潤滑軸受を用いた真空ポンプは、油を軸受の接触領域の間に供給する油供給システムを必要とし、油供給システムにより、油が冷却及び潤滑を行うことを可能にし、それにより、軸受が速い速度で動作することを可能にする。ターボ分子ポンプは、伝統的に、油を転がり軸受に供給するための灯芯(wicking)システムを用いている。かかるシステムでは、油リザーバ内に部分的に浸されたフェルトの芯が、油を、シャフトに取付けられた円錐形「油供給」ナットに供給する。ポンプを回転させると、油は、ナットの円錐面に沿って軸受まで移動する。油は、軸受の中を通り、油リザーバに戻される。

フェルトは、多数の個別のフィラメントをマット状にすることによって形成され、フェルトの芯は、通常、ゴム安定剤で処理されている。この理由は、未処理のフェルトの芯が屑を油の中に放出する傾向があるからであり、屑は、普通、個別のフィラメントの形態、フィラメントの端切れの形態、又はマット状にする間にフィラメント内に取り込まれた汚れの形態をなしている。この屑は、次に、油によって軸受内に運び込まれる。その結果生じる軸受の汚染により、時期尚早な軸受の破損を促進させる損傷が生じる場合がある。芯の洗浄により、汚れに関連した軸受の汚染の量を減少させることができるが、洗浄プロセスは、フェルトの一体性を損なう傾向があり、それにより、使用中のフィラメント及びその破片の放出を増大させることになる。

また、処理済みの繊維の芯の使用と関連した問題が存在する。芯を処理するのに用いられる安定剤は、温度に敏感である。ターボ分子真空ポンプ内で生じる高い（典型的には、２５ｍ／ｓを超える）相対速度により、相当な量の摩擦熱が生じる。長期間にわたって使用すると、処理済みの芯の先端部が炭化して固くなるので、変形して硬化する。この硬化により、油がリザーバから軸受に移送される速度又は流量が著しく減少することがあり、その理由は、フェルトの圧密化及び先端部の変形により、芯がナットの表面と良好な接触を維持する能力を減少させるからである。油の移送速度又は流量の減少により、フェルトの芯は、更なる炭化及び劣化を生じさせる。その結果、潤滑不良によって引起される摩耗による損傷及び過熱によって、時期尚早な軸受の破損が起こることがある。

軸受ケージを製造するために用いられる従来材料、例えばフェノール樹脂は、いくらかの油を吸収する傾向があった。この油の保持により、ケージ材料が更なる潤滑剤供給源としての機能するので、軸受は、非潤滑環境に対してかなり耐性があった。最近、軸受のケージは、単一材料片から製造されており、かかる単一材料片は、正確且つ良好にバランスがとられているが、摩耗に対して敏感である。特に、用いられている新しい材料、例えば、Torlon（登録商標）は、従来の材料と同じ仕方で油を吸収せず、従って、新しい材料で作られたケージを有する軸受は、潤滑が不十分な環境に対して非常に低い耐性しか有しない。

本発明は、真空ポンプであって、ハウジングと、ハウジングに対して回転可能に軸受装置によって支持されたロータと、軸受装置の転がり軸受を潤滑するための潤滑剤を貯蔵する液体潤滑剤リザーバと、潤滑剤リザーバから潤滑剤をロータに移送するブラシとを有し、ブラシは、液体潤滑剤リザーバによって保持された１組の剛毛を有することを特徴とする真空ポンプを提供する。

在来のフェルトのパッドを用いないで、潤滑剤をロータに移送するブラシを設けることによって、耐摩耗特性を向上させた潤滑装置が提供される。使用の際、ブラシの剛毛（この用語は、ブリッスル(bristle)、繊維及びフィラメントを含む）は、その形態を保持し、その結果、長い期間、潤滑剤の送出が維持される。これにより、軸受の一貫した潤滑を可能にすると共に、潤滑が不十分な環境に対して敏感な材料を軸受のケージの製造に用いることができる。

剛毛は、ロータの回転軸線と実質的に直交するように配置されてもよいし、転がり軸受に向かって傾斜していてもよい。ブラシは、剛毛の長さ方向と垂直な平面に対して傾斜し且つロータに接触する端部を有するのがよい。剛毛は、潤滑剤リザーバに形成された孔内に保持されるのがよい。

潤滑剤リザーバは、ロータの周りに配置されるのがよい。潤滑剤を潤滑剤リザーバからロータに移送する第２のブラシが設けられるのがよく、第２のブラシは、潤滑剤リザーバによって保持された１組の剛毛を有する。ブラシは、ロータの周りで角度方向に間隔をおいて配置されるのがよい。ブラシは、実質的に直径方向反対側に配置されるのがよい。ブラシは、ロータに沿ってジグザグ状に又は交互に位置する箇所でロータに接触するのがよい。

潤滑剤リザーバは、２成分材料で作られるのがよく、２成分材料は、例えば、ポリプロピレン及びポリエチレンを含む。剛毛は、天然であってもよいし、合成であってもよい。

次に、添付の図面を参照して本発明の好ましい特徴を説明するが、これは例示に過ぎない。

ターボ分子真空ポンプの断面図である。 図１のターボ分子真空ポンプの転がり軸受に潤滑剤を供給するシステムの第１の実施形態を示す図である。 図２の潤滑剤供給システムの方向αにおける端面図である。 図１のターボ分子真空ポンプの転がり軸受に潤滑剤を供給するシステムの第２の実施形態を示す図である。 図１のターボ分子真空ポンプの転がり軸受に潤滑剤を供給するシステムの第３の実施形態を示す図である。 任意の上述した潤滑剤供給システムの組立て方法を示す図である。

図１は、真空ポンプ５０の断面図であり、真空ポンプ５０は、シャフト５２によって駆動されるポンプ装置を有している。図示の真空ポンプは、ターボ分子真空ポンプであり、ターボ分子ポンプ機構５４及び分子ドラグポンプ機構５６を有している。ターボ分子ポンプ機構は、シャフト５２に取付けられた又はこれと一体の複数のロータ羽根５８を有している。分子ドラグポンプ機構５６は、ホルベック（Holweck）ポンプ機構の形態をなし、シャフト５２に取付けられた１つ又は２つ以上のシリンダ６０を有している。シャフト５２は、ポンプ装置を駆動するために、モータ６２によって長手方向軸線回りに回転させられる。

シャフト５２は、２つの軸受を有する軸受装置によって支持され、２つの軸受は、図示のようにシャフト５２の両端部に位置していてもよいし、変形例として両端部の中間に位置していてもよい。図１では、転がり軸受６４が、シャフト５２の第１の部分を支持し、磁気軸受６６が、シャフト５２の第２の部分を支持している。第２の転がり軸受が、磁気軸受６６の代替例として使用されてもよい。磁気軸受を用いる場合、バックアップ軸受を組込むことが望ましい。

転がり軸受６４は、シャフト５２の第２の端部と真空ポンプ５０のハウジング部分６８との間に設けられている。図２も参照すると、転がり軸受６４は、シャフト５２に固定された内レース７０と、外レース７２と、内レース７０と外レース７２の相対回転を可能にする複数の転がり要素７４とを有しており、転がり要素７４は、ケージ７６によって支持されている。

転がり軸受６４は、潤滑剤供給システム８０によって潤滑され、潤滑剤供給システム８０は、摩擦又は摩耗を最小にするために、転がり摺動接触の際に軸受構成要素同士を分離する荷重支持膜を形成する。潤滑剤供給システム８０は、液体潤滑剤リザーバ８２を有し、液体潤滑剤リザーバ８２は、シャフト５２の回転軸線６１を包囲している。液体潤滑剤リザーバ８２は、その中央ボア８３を包囲する安定繊維環状基材によって構成され、油又は他の液体潤滑剤を貯蔵する空所を有している。液体潤滑剤リザーバ８２は、ブラシ８４を保持し、ブラシ８４は、１組のフィラメント又は剛毛８６を有している。ブラシ８４は、剛毛８６が液体潤滑剤リザーバ８２のボア８３の長手方向軸線と直交する向きに配置されており、上記長手方向軸線は、シャフト５２の回転軸線６１でもある。剛毛８６の長さの一部分は、液体潤滑剤リザーバ８２の基材内に埋め込まれており、剛毛８６の残りの部分は、液体潤滑剤リザーバ８２のボア８３内に突出している。図３に示すように、１組の剛毛９６を有する第２のブラシ９４を、ブラシ８４とほぼ直径方向反対側の箇所に設けるのがよい。

ブラシ８４，９４は、シャフト５２に取付けられると共に液体潤滑剤リザーバ８２のボア８３内に位置するテーパ付き供給ナット９０と剛毛８６，９６とが接触するように、液体潤滑剤リザーバ８２によって保持されている。軸受６４に隣接して配置されたテーパ付き供給ナット９０の端部は、軸受６４のケージ７６の内径とほぼ等しい外径を有している。この実施形態では、ブラシ８４，９４は、液体潤滑剤リザーバ８２の軸線方向長さに沿ったほぼ中間に配置されている。しかしながら、この箇所は、任意であり、ブラシ８４，９４の軸線方向配置箇所は、別の真空ポンプでは変化してもよい。ブラシ８４，９４の軸線方向配置箇所は、液体潤滑剤リザーバ８２から接近可能な油の量を最大にする利点と、テーパ付き供給ナット９０に沿って軸受６４まで移送される油の距離を最小にする利点のバランスをとるように選択されている。この例では、２つのブラシが単一の軸線方向箇所に示されているが、更なるブラシを、異なる軸線方向箇所に設けてもよい。ブラシ８４，９４の配置箇所は、液体潤滑剤リザーバ８２の長さ方向に沿ってジグザグ又は交互に位置してもよい。更に、１つ又は２つ以上の追加のブラシを、この例で示すブラシの軸線方向箇所と同じ軸線方向箇所で液体潤滑剤リザーバ８２内に保持し、それにより、３つ又は４つ以上のブラシを単一の軸線方向箇所に設けてもよい。

油又はその他の液体潤滑剤は、液体潤滑剤リザーバ８２内に埋込まれた剛毛８６，９６の一部が潤滑剤と接触するように、液体潤滑剤リザーバ８２内に保持されている。使用中、潤滑剤は、毛管作用により、剛毛８６，９６の延びる方向に沿って突出部分まで引かれ、テーパ付き供給ナット９０が回転しているときに、テーパ付き供給ナット９０の上に堆積する。この油は、テーパ付き供給ナット９０のテーパ部及びその回転により、テーパ付き供給ナット９０に沿って軸受６４のケージ７６まで軸線方向に移送される。

潤滑剤供給システムの第２の実施形態が図４に示され、この実施形態では、ブラシ１０４は、１組の剛毛１０６を有し、１組の剛毛１０６は、直径方向反対側の箇所で液体潤滑剤リザーバによって保持されるように、液体潤滑剤リザーバ８２のボア８３を横切って延びている。かかる形態により、剛毛１０６とテーパ付き供給ナット９０との間で達成することができる接触を更に促進させ、テーパ付き供給ナットへの油の配送の信頼性を向上させる。

図５は、潤滑剤供給システムの第３の実施形態を示し、この実施形態では、各ブラシ１１４，１２４の剛毛１１６，１２８は、液体潤滑剤リザーバ８２のボアの軸線６１に対して或る角度で傾斜し、その結果、剛毛１１６，１２６は、それがテーパ付き供給ナット９０に接触するとき、より小さい量の変形しか受けない。

上述した実施形態の任意のものにおいて、剛毛８６，９６を、その１つの端部のところで互いに集め、圧着又は接着剤によって保持して、ブラシ８４，９４を形成する。次いで、各ブラシを、液体潤滑剤リザーバの外面からその中に通し、液体潤滑剤リザーバ８２の外周に設けられた凹部の中に、圧着具を保持する。各ブラシ８４，９４を、液体潤滑剤リザーバ材料にあらかじめ形成されている孔内に挿入してもよいし、或いは、かかる孔を最初に形成することなしに、各ブラシ８４，９４をリザーバ材料の中に打ち込んでもよい。ブラシを適所に固定する別の方法が、図６に示されており、この方法では、Ｃ字形断面のリザーバ材料１８２を用い、ブラシ１８４をリザーバ材料１８２の両端の間に配置する。次いで、リザーバ材料１８２の外径よりも小さな内径を有するスリーブ１８６又はボアの中に、リザーバを押し込むことによって、ブラシを適所にクランプ留めする。

リザーバ材料は、好ましくは、ポリプロピレン及びポリエチレン等で作られた２成分材料又は多成分材料であり、例えば、“ＢＮＷシート”である。この材料が特に適している理由は、この材料は、それを成形してブラシ８４をこの材料中に正確に位置決めし且つ支持するのに十分剛性でありながら、油をリザーバ材料からブラシに容易に移送することを可能にする良好な油毛管特性を備えているからである。この材料は、使用中、繊維状物又は粒状物を落とさない。変形例として、軟質フェルト材料をリザーバ材料として用いてもよいが、ブラシを正しい箇所に保持するために、外側スリーブ又はカラーを必要とする。

ブラシ８４，９４は、天然の剛毛、例えばクロテンの毛、リスの毛、ヤギの毛、又はウシの毛で作られてもよいし、合成材料、例えばポリエステル、ナイロン、又は Kanegoat（登録商標）で作られてもよい。天然の剛毛は、非常に小さい直径（２０〜４０ミクロン）を有し、より大きい直径（１００〜２００ミクロン）を有する合成剛毛よりも良好に作用する。

ブラシ８４，９４は、個々のフィラメントが互いに融着されていないような在来のフェルトのパッドと比較したとき、改良された潤滑剤アプリケータ（塗布器）を提供する。その結果、潤滑剤アプリケータは、在来のフェルトのパッドのように、劣化しない。従って、潤滑剤アプリケータの劣化による軸受の汚染が阻止される。加えて、ブラシアプリケータを用いるとき、液体潤滑剤リザーバから軸受までの油移送速度又は流量は、長い期間にわたって一貫しており且つ信頼性がある。

ブラシアプリケータの使用と関連した更なる利点は、在来のフェルトのパッドと比較して、アプリケータの弾性又は付勢力が向上することである。従って、ポンプの使用中、供給ナットとの良好な接触が維持され、液体潤滑剤リザーバから供給ナットまでの油の移送速度又は流量が向上する。

Claims (14)

1. 真空ポンプであって、
   ハウジングと、
   前記ハウジングに対して回転可能に軸受装置によって支持されたロータと、
   前記軸受装置の転がり軸受を潤滑するための潤滑剤を貯蔵する潤滑剤リザーバと、
   潤滑剤を前記潤滑剤リザーバから前記ロータに移送するブラシと、を有し、
   前記ブラシは、前記潤滑剤リザーバによって保持された１組の剛毛を有する、真空ポンプ。
2. 前記ブラシは、前記ロータの回転軸線と実質的に直交するように配置される、請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記ブラシは、前記転がり軸受に向かって傾斜する、請求項１に記載の真空ポンプ。
4. 前記ブラシは、前記潤滑剤リザーバに形成された孔内に保持される、請求項１〜３の何れか１項に記載の真空ポンプ。
5. 前記潤滑剤リザーバは、前記ロータの周りに配置される、請求項１〜４の何れか一に記載の真空ポンプ。
6. 潤滑剤を前記潤滑剤リザーバから前記ロータに移送する複数のブラシを有し、前記複数のブラシは、前記潤滑剤リザーバによって保持された複数組の剛毛を有する、請求項５記載の真空ポンプ。
7. 前記複数のブラシは、前記ロータの周りで角度方向に間隔をおいて配置される、請求項６に記載の真空ポンプ。
8. 前記複数のブラシは、実質的に直径方向反対側に配置される、請求項６又は７に記載の真空ポンプ。
9. 前記複数のブラシは、前記ロータに沿ってジグザグに又は交互に位置する箇所で前記ロータに接触する、請求項６〜８の何れか１項に記載の真空ポンプ。
10. 前記潤滑剤リザーバは、多成分材料で形成される、請求項１〜９の何れか１項に記載の真空ポンプ。
11. 前記潤滑剤リザーバの材料は、ポリプロピレン及びポリエチレンを含む、請求項１０に記載の真空ポンプ。
12. 前記ブラシは、天然材料で形成される、請求項１〜１１の何れか１項に記載の真空ポンプ。
13. 前記ブラシは、合成材料で形成される、請求項１〜１１の何れか１項に記載の真空ポンプ。
14. ターボ分子真空ポンプの形態をなす、請求項１〜１３の何れか１項に記載の真空ポンプ。

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