JP2013507575A - モータ内蔵型スクリューロータ型真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は一対のスクリューロータのうちいずれか一つのスクリューロータの内部に駆動のためのモータが内蔵されたスクリューロータ型真空ポンプに関し、前記一対のスクリューロータの回転時における回転バランスの変形を減少させることができる技術に関する。
本発明によれば、互いに噛み合って回転する一対のスクリューロータ；前記一対のスクリューロータを収納し、一側には吸入口が備えられ他側には吐出口が備えられたハウジング；及び前記一対のスクリューロータのうちいずれか一つのスクリューロータの内部に、回転軸の駆動のために内蔵されたモータ；を含むことを特徴とするスクリューロータ型真空ポンプが提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は一対のスクリューロータのうちいずれかのスクリューロータの内部に駆動のためのモータが内蔵されたスクリューロータ型真空ポンプに関し、前記一対のスクリューロータの回転時における回転バランスの変形を減少させることができる技術に関する。

真空とは、物質が全く存在しない空間のことであるが、実際そのように作ることは難しいため１／１０００mmＨｇ程度以下の低圧のことを指す。真空にした容器内に残っている気体の圧力をその時の真空度というが、真空度は低圧状態の空気の圧力をそのまま利用して表現する。

真空状態によって他の気体の影響による腐食酸化などを防止し、物質の沸点を下げ、他の機構では運搬が難しい物体の運搬を可能にし、量子などのような荷電粒子周囲の空気分子の衝突が減少するので作業時のコントロールが容易になる。

現在、人工的に到達できる最高真空度は１０^−１２mmＨｇ程度であるが、この時にも１cm³あたり約３５０００個にのぼる気体分子が残っている。しかし、半導体製造工程やディスプレイパネル製造工程は高真空が求められるので現在效率的に真空を維持できる様々な技術が開発されている。

しかし、従来の真空ポンプには克服すべき問題が多い。特にスクリューロータ型真空ポンプのうちモータ外付け型の場合、モータとスクリューロータがカップリング又は類似部品で結合されて回転するようになる。この時、カップリングによる隙間公差又はモータと回転体の中心が一直線上に位置しないことによって回転体のバランスが合わないことがあり、振動の原因になることもある。

回転バランスが合わない問題によってモータの過負荷による熱が発生する可能性があり、回転体とハウジングとの間の摩擦で真空ポンプが破損する恐れがある。また回転力の損失でポンピング容量の低下の原因になることもあり、軸受の耐久性に問題が生じて頻繁な故障の原因になり、運転時に騷音が過度に発生して作業環境に問題を起こすこともある。

このような従来の問題点を解決するための本発明は、一対のスクリューロータのうちいずれか一つのスクリューロータの内部に駆動のためのモータを内蔵して一対のスクリューロータの回転時における回転バランスの変形を減少させることができるスクリューロータ型真空ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明によれば、互いに噛み合って回転する一対のスクリューロータ；前記一対のスクリューロータを収納し、一側には吸入口が備えられ他側には吐出口が備えられたハウジング；及び前記一対のスクリューロータのうちいずれか一つのスクリューロータの内部に、回転軸の駆動のために内蔵されたモータ；を含むことを特徴とするスクリューロータ型真空ポンプが提供される。

前記一対のスクリューロータの回転軸に備えられた遠心ポンプであり、前記遠心ポンプは、回転軸中心を貫通して回転軸の外周面の両側に形成された穴まで続くオイル供給通路を含むことが好ましい。

前記一対のスクリューロータの内部には、回転軸とモータ固定部材の間で非接触シールをするための非接触シールが介在しており、前記非接触シールの内径は回転軸の外径より大きいことが好ましい。

前記モータ固定部材の内部にはシールガス供給通路が備えられてモータ固定部材と非接触シールを貫通するようにつながり、前記非接触シールの内周面と前記回転軸の外周面の間の隙間にシールガスが供給されてシールが行われることが好ましい。

前記モータ固定部材の内部には、前記非接触シールの内周面と前記回転軸の外周面の間の隙間に供給されたシールガスが排出されることができるようにシールガス排出通路が備えられていることが好ましい。

前記モータ固定部材の内周面と前記非接触シールの外周面の間には、シールガスの漏れが起きないように、シールガス供給通路の上下の位置に密封リングが備えられていることが好ましい。

前記一対のスクリューロータの外周面に形成されたねじ山は、リード角が連続的に変化することが好ましい。

前記一対のスクリューロータの外周面に形成されたねじ山は、等リード区間（ａ）、不等リード区間（ｂ）、等リード区間（ｃ）に沿って連続的に連結されることが好ましい。

前記一対のスクリューロータのうちいずれか一つのスクリューロータの外径が他のスクリューロータの外径より大きいことが好ましい。

前記外径が大きいスクリューロータの内部にモータが設置されることが好ましい。

上述のような本発明によれば、一対のスクリューロータのうちいずれか一つのスクリューロータの内部に駆動のためのモータを内蔵して一対のスクリューロータの回転時における回転バランスの変形を最小化できるスクリューロータ型真空ポンプが提供されることができる。

したがって、本発明によれば、回転バランスの不均衡の問題が減少して高い回転力で效率的に真空のためのポンピングを行うことができる。

本発明によるモータ内蔵型スクリューロータ型真空ポンプの断面図である。 本発明による遠心ポンプの作動原理を説明するための概念図である。 本発明による非接触シールを説明するための概念図である。 本発明の一実施形態によるスクリューロータ型真空ポンプに含まれたスクリューロータの断面図である。 本発明の他の実施形態によるスクリューロータ型真空ポンプに含まれたスクリューロータの断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態によるモータ内蔵型の構造を有するスクリューロータ型真空ポンプを図面を参照して詳しく説明する。

図１には本発明によるモータ内蔵型スクリューロータ型真空ポンプの断面図が示されており、図２には本発明による遠心ポンプの作動原理を説明するための概念図が示されており、図３には本発明による非接触シールを説明するための概念図が示されている。図４には本発明の一実施形態によるスクリューロータ型真空ポンプに含まれたスクリューロータの断面図が示されており、図５には本発明の他の実施形態によるスクリューロータ型真空ポンプに含まれたスクリューロータの断面図が示されている。

図１に示すように、本発明の一実施形態による真空ポンプは気体を圧縮移送できる雄スクリューロータ２６及び雌スクリューロータ２５と、これらを外部から囲むハウジング２７を含む。前記一対のスクリューロータのうちいずれか一つのスクリューロータの内部にロータ２５、２６を回転させるためにモータ４が備えられている。各ロータ２５、２６の回転軸１１にはこれを支持するための軸受３がある。ロータ２５、２６の下側にはタイミングギヤ２があり、前記タイミングギヤ２は雄スクリューロータ２６の回転軸と雌スクリューロータ２５の回転軸を共に同期させて回転させることができるようにする。

前記モータ４はロータ４ａと固定子４ｂからなる。ロータ４ａはスクリューロータと連結された回転軸１１を囲みながら回転軸１１を回転させ、固定子４ｂはハウジング２７内に設置されたモータ固定部材１２によって囲まれて支持される。

本発明の一実施形態によってロータ４ａがスクリューロータと一体に回転することによって、回転バランスの変形を減少させることができる。また前記モータ４はスクリューロータの内部に存在するようになるのでポンプが小型化され得る。好ましくは前記モータ４は雄スクリューロータ２６の内部に装着され得る。これは一般に雄スクリューロータ２６の外径が雌スクリューロータ２５の外径より大きいのでより大きい駆動力を得ることができるからである。

図１乃至図３に示すように、前記一対のスクリューロータ軸に備えられた遠心ポンプ１は下方の末端部に毛細管のような細い管がオイルと接触して形成されている。遠心ポンプは回転軸中心を貫通して回転軸の外周面の両側に形成された穴まで続くオイル供給通路を含む。この時、オイル供給通路１６を介して矢印方向のようにオイルが真空ポンプの内部に上昇するようになり、遠心力によって軸受３に潤滑剤の役割を行うオイルが供給されて円滑な作動が行われるようになる。この時、オイル供給通路１６を介して軸の内部にオイルが移動できるので、オイルが軸を直接冷却させることもできる。

図３に示すように、回転軸１１とモータ固定部材１２の間には非接触シール１３が介在している。非接触方式のシールをするために非接触シール１３の内径は回転軸１１の外径より大きいことが好ましい。モータ固定部材１２の内部にはシールガスが移動できるシールガス供給通路１４とシールガス排出通路１５を含む。

非接触シール１３の内径と回転軸１１の外径の間に形成された隙間にはシールガスがシールガス供給通路１４を介して矢印方向のように上下に供給されるのでシールが行われることができる。この時、前記モータ固定部材１２の内周面と前記非接触シールの外周面の間にはシールガスの漏れが起きないようにシールガス供給通路１４の上下の位置に密封リング１７が備えられることができる。

上記のような非接触シール方式によって、オイルが矢印方向のようにオイル供給通路１６を介して軸受に供給された時、オイルがガス化されて流出されることを防止できる。また非接触シール１３が回転軸１１と非接触で回転するので物理的摩擦による摩耗及び騷音、粉塵などが発生しなくなり軸シール用ガスの使用を最小化できる。

図４に示すように、本発明の一実施形態によるモータ内蔵型スクリューロータ型真空ポンプは、雄スクリューロータ２６及び雌スクリューロータ２５とこれらのロータを収納するハウジング２７によって形成される作動室２８を含む。作動室２８は作動室の一側に連結された吸入口２１及び作動室の他側に連結された吐出口２２を含む。また、スクリューロータの外周面に形成されたねじ山はリード角が連続的に変化する不等間隔の形態であることがある。ここでリード角とはスクリューロータとねじ山がなす角で図４に示すとおりである。

前記作動室２８の内部で雄スクリューロータ２６と雌スクリューロータ２５によって、矢印方向に、気体の圧縮移送が行われる。好ましくは雄スクリューロータ２６の外径が雌スクリューロータ２５の外径より大きい。これは外径の差による回転速度の差によって、雄スクリューロータ２６と雌スクリューロータ２５が接する部分の摩擦力で工程副産物が積もる現象を抑制できるからである。

作動室２８の下方にはハウジング断面プレート２４が、吐出口２２の方向に、断面積が次第に狭くなる形態で傾斜するように形成されており、ハウジング断面プレート２４とスクリューロータ２５、２６の間には断面隙間２３が存在する。前記ハウジング断面プレート２４の傾斜した形態によってスクリューロータ２５、２６から出たガスが吐出口２２側に效率的に放出されることができるとともに、ガスが逆拡散されることを防止できる。

また、不等間隔の連続的に変化するリードを有する雄スクリューロータ２６及び雌スクリューロータ２５を利用すると、リード角が吸入口から吐出口方向へ行くほど減少するようになる。したがって、作動室２８内にあるねじ山によって形成される容積が、吐出口２２に近くなるほど小さくなるので吐出口２２での吐出圧力が増加して吐出口２２側に行くほどガスの流れが急激に増加するようになる。したがってガスの円滑な排出が行われて吐出口２２側の過熱を防止することができ、熱的にも安定した構造の真空ポンプになることができる。

しかし、図５に示すように、本発明の他の実施形態によればスクリューロータの外周面に形成されたねじ山は等リード区間（ａ）、不等リード区間（ｂ）、等リード区間（ｃ）に沿って連続的に連結され得る。以下、図４と同じ構成要素には同じ部材番号を付して詳細な説明は省略する。

前記それぞれの区間でねじ山の形態は等リード区間（ａ）は

、不等リード区間（ｂ）は

、等リード区間（ｃ）は

の関数が示すグラフの形態と同じである。

前記等リード区間（ａ）のａ_１値はスクリューロータの回転時に直径によるリード値（円周）とスクリュー歯溝の体積によって計算された適正ポンプ容量を満たすスクリューロータの高さの比によって求められる勾配であり、ｃ_１は雌・雄スクリューロータの直径差によって発生する相互歯間の重なりを解消できる範囲の値で、雄スクリューロータの場合は「０」の値を有し、雌スクリューロータは解消範囲にある計算された値を有する。

前記等リード区間（ｃ）のａ_３値は等リード区間（ａ）のａ_１値と同じ意味を有し、ｃ_３は等リード区間（ａ）、不等リード区間（ｂ）の高さによって決められる。

前記不等リード区間（ｂ）で

を微分して得られる勾配はａ_１、ａ_３と同じである。ａ_１は等リード区間（ａ）と不等リード区間（ｂ）が会う点の勾配であり、ａ_３は不等リード区間（ｂ）と等リード区間（ａ）が会う点の勾配である。これにより等リード区間（ａ）のねじ山と等リード区間（ｃ）のねじ山を連結する無理関数の曲線を持つようになる。また、容積計算によって得られた不等リード区間（ｂ）の最小高さの値を同時に満たすａ_２、ｂ_２、ｃ_２値を求めることによって曲線が完成する。

以下、上述のように構成される本発明によるモータ内蔵型スクリューロータ型真空ポンプの作動を説明する。

図１に示すように、一対のスクリューロータ２５、２６のうちいずれか一つのスクリューロータの内部に装着されたモータ４を駆動させると、モータ４に連結された回転軸が回転するようになり、タイミングギヤ２が雄スクリューロータの回転軸と雌スクリューロータの回転軸を共に同期させて前記一対のスクリューロータ２５、２６が回転するようになる。

図２に示すように、スクリューロータの回転によって遠心ポンプも回転するようになり、この時生じた遠心力によって図３の矢印方向のように遠心ポンプのオイル供給通路１６に沿って軸受３にオイルが供給される。したがって、モータの円滑な回転が行われることができる。

非接触シール１３と軸受３の外周を囲むモータ固定部材１２には、シールガス供給通路１４を介してシールガスが移動する。移動したシールガスは非接触シールの内周面と回転軸１１の外周面の間に形成された隙間に矢印方向のように供給され、一部のシールガスはシールガス排出通路１５を介して矢印方向のように下へ移動する。

非接触シールの内周面と回転軸１１の外周面の間に形成された隙間に矢印方向のようにシールガスが供給される時完全なシールが行われ、軸受３に供給されたオイルがガス化されて真空ポンプの内部に流出されることを根本的に防止できる。

前記一対のスクリューロータ２５、２６の回転で吸入口２１から気体を吸入するとともに、吸入された気体を作動室２８内に閉じ込めるようになる。作動室２８に閉じ込められた吸入された気体はスクリューロータの連続した回転で圧縮、移送されて吐出口２２へ吐出され、結果的に高真空を形成するようになる。

このように、本発明のモータ内蔵型真空ポンプの構造によれば、モータをスクリューロータの内部に内蔵することによってスクリューロータの回転時における回転バランスの変形を最小化できる。さらに、モータが外部に装着される場合に占める空間が無くなるので同じ容量の従来のポンプに比べて小型化が可能で作業空間の活用度が高い。

また、本発明による真空ポンプを使用することによって、スクリューロータの軸の内部に遠心ポンプを装着するようになって軸受の潤滑を円滑にしながら軸の内部にオイルが移動するので直接的に軸を冷却させて優れた冷却効果を持つことができる。

以上のように本発明によるモータ内蔵型スクリューロータ型真空ポンプを、本発明の好ましい実施形態を参照して説明した。しかし、本発明は以上で説明された実施形態と図面によって限定されず、特許請求の範囲内で本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって様々な修正及び変形が可能であることは無論である。

１：遠心ポンプ
３：軸受
４ａ：ロータ
４ｂ：固定子
４：モータ
１１：回転軸
１２：モータ固定部材
１３：非接触シール
１４：シールガス供給通路
１５：シールガス排出通路
１６：オイル供給通路
１７：密封リング
２１：吸入口
２２：吐出口
２５：雌スクリューロータ
２６：雄スクリューロータ
２７：ハウジング
２８：作動室

Claims (10)

1. 互いに噛み合って回転する一対のスクリューロータ；
   前記一対のスクリューロータを収納し、一側には吸入口が備えられ他側には吐出口が備えられたハウジング；及び
   前記一対のスクリューロータのうちいずれか一つのスクリューロータの内部に、回転軸の駆動のために内蔵されたモータ；を含むことを特徴とするスクリューロータ型真空ポンプ。
2. 前記一対のスクリューロータの回転軸に備えられた遠心ポンプであり、
   前記遠心ポンプは、回転軸中心を貫通して回転軸外周面の両側に形成された穴まで続くオイル供給通路を含むことを特徴とする請求項１に記載のスクリューロータ型真空ポンプ。
3. 前記一対のスクリューロータの内部には、回転軸とモータ固定部材の間で非接触シールをするための非接触シールが介在しており、
   前記非接触シールの内径は回転軸の外径より大きいことを特徴とする請求項１に記載のスクリューロータ型真空ポンプ。
4. 前記モータ固定部材の内部にはシールガス供給通路が備えられてモータ固定部材と非接触シールを貫通するようにつながり、
   前記非接触シールの内周面と前記回転軸の外周面の間の隙間にシールガスが供給されてシールが行われることを特徴とする請求項３に記載のスクリューロータ型真空ポンプ。
5. 前記モータ固定部材の内部には、前記非接触シールの内周面と前記回転軸の外周面の間の隙間に供給されたシールガスが排出されることができるようにシールガス排出通路が備えられていることを特徴とする請求項４に記載のスクリューロータ型真空ポンプ。
6. 前記モータ固定部材の内周面と前記非接触シールの外周面の間には、シールガスの漏れが起きないように、シールガス供給通路の上下の位置に密封リングが備えられていることを特徴とする請求項３に記載のスクリューロータ型真空ポンプ。
7. 前記一対のスクリューロータの外周面に形成されたねじ山は、リード角が連続的に変化することを特徴とする請求項１に記載のスクリューロータ型真空ポンプ。
8. 前記一対のスクリューロータの外周面に形成されたねじ山は、等リード区間（ａ）、不等リード区間（ｂ）、等リード区間（ｃ）に沿って連続的に連結されることを特徴とする請求項１に記載のスクリューロータ型真空ポンプ。
9. 前記一対のスクリューロータのうちいずれか一つのスクリューロータの外径が他のスクリューロータの外径より大きいことを特徴とする請求項１に記載のスクリューロータ型真空ポンプ。
10. 前記外径が大きいスクリューロータの内部にモータが設置されることを特徴とする請求項９に記載のスクリューロータ型真空ポンプ。

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