JP2014062488A

JP2014062488A - 真空ポンプ

Info

Publication number: JP2014062488A
Application number: JP2012207741A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Sugiura; 哲郎杉浦
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: JP6083988B2

Abstract

【課題】パージ用窒素を使用せずに、軸シールを好適に行える技術を提供する。
【解決手段】真空ポンプは、２つの軸受に支承される回転軸とともに回転するロータが収容されるロータ室と、２つの軸受のうちの一方で使用する潤滑油を収容する潤滑油室と、ロータ室と潤滑油室との間に配置された軸シール部であって、回転軸の周囲に設けられたシールリングを有する、軸シール部と、真空ポンプの排気ガスを外部に排出する排気流路から分岐して、排気ガスの少なくとも一部を軸シール部に供給する還流流路と、排気流路のうちの分岐の箇所よりも上流側、または、還流流路に設けられ、排気ガスに含まれる水分を低減する水分低減部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空ポンプに関する。

ドライ真空ポンプにおいては、ロータ室と潤滑油室との間に、軸シール部が設けられる。軸シール部によって、ポンプを運転してガスを排気する場合に、ロータ室から潤滑油室へのガスの進入を抑制できる。その結果、潤滑油や軸受けの劣化を抑制できる。かかる軸シール部は、真空ポンプをロードロック室で使用する場合など、空気しか排気しない場合には、空気によって潤滑油や軸受が劣化することはないため、省略できることもある。

特開平１１−５０９８９号公報特開昭６１−１１２７９６号公報

しかしながら、空気に水分が多く含まれる場合には、空気中の水分が潤滑油に混入して潤滑油の劣化が生じたり、軸受に錆が生じたりするおそれがある。このようなケースでは、空気しか排気しない場合であっても、軸シール部が必要になる。軸シール部をシールするために、パージ用窒素を軸シール部に供給することも考えられるが、パージ用窒素を供給する設備を設ける必要があることや、パージ用窒素を用意する必要があることから、コスト的な負担は大きい。このようなことから、パージ用窒素を使用せずに、軸シールを好適に行える技術が求められる。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

本発明の第１の形態は、真空ポンプとして提供される。この真空ポンプは、２つの軸受に支承される回転軸とともに回転するロータが収容されるロータ室と、２つの軸受のうちの一方で使用する潤滑油を収容する潤滑油室と、ロータ室と潤滑油室との間に配置された軸シール部であって、回転軸の周囲に設けられたシールリングを有する、軸シール部と、真空ポンプの排気ガスを外部に排出する排気流路から分岐して、排気ガスの少なくとも一部を軸シール部に供給する還流流路と、排気流路のうちの分岐の箇所よりも上流側、または、還流流路に設けられ、排気ガスに含まれる水分を低減する水分低減部とを備える。

かかる真空ポンプによれば、真空ポンプの排気が軸シール部に供給されるので、パージ用窒素が不要となる。しかも、排気ガスは、水分が低減されてから、軸シール部に供給されるため、水分が多く含まれた排気ガスが、潤滑油室の潤滑油を劣化させたり、軸受に錆を生じさせたりすることを抑制できる。

本発明の第２の形態として、第１の形態において、シールリングは、複数であってもよい。還流流路は、複数のシールリングの間の空間に排気ガスの少なくとも一部を供給してもよい。かかる形態によれば、排気ガスを供給することによるシール性能を高めることができる。

本発明の第３の形態として、第１または第２の形態において、水分低減部は、凝縮器であってもよい。かかる形態によれば、簡単な構成で、排気ガスの水分を低減できる。

本発明の第４の形態として、第１ないし第３のいずれかの形態の真空ポンプは、排気流路に、排気の方向と反対の方向への逆流を防止する逆止弁を備えていてもよい。かかる形態によれば、真空ポンプによって真空引きを行っていない際に、大気圧である排気流路から、負圧であるロータ室に気体が逆流し、その結果、水分を多く含むロータ室の気体が軸シール部に流入するといった事象が生じることがない。

本発明の第５の形態として、第１ないし第４のいずれかの形態の真空ポンプは、還流流路の途中に設けられ、還流流路の流通を開閉する開閉弁を備えていえもよい。開閉弁は、真空ポンプに吸い込まれる気体に所定値以上の水分が含まれる場合にのみ、開けられてもよい。かかる形態によれば、真空ポンプに吸い込まれる気体に含まれる水分が少ない場合に、真空ポンプの真空性能を高めることができる。

本発明は、真空ポンプのシール方法としても提供される。この方法は、真空ポンプの排気ガスの少なくとも一部の水分を低減し、真空ポンプのロータ室と潤滑油室との間に配置され、回転軸の周囲に設けられたシールリングを有する、軸シール部に、水分が低減された排気ガスの少なくとも一部を供給して、軸シール部をシールする。かかる方法によれば、第１の形態と同様の効果を奏する。

本発明の実施例としての真空ポンプの概略構成を示す断面図である。軸シール部の周辺の概略構成を示す断面図である。変形例としての凝縮器の概略構成を示す断面図である。変形例としての軸シール部の周辺の概略構成を示す断面図である。

Ａ．第１実施例：

図１は、本発明の一実施例としての真空ポンプ１０の概略断面を示す断面図である。真空ポンプ１０は、ドライ真空ポンプ（ここでは、ルーツ型）であり、空気の吸引に使用される。図示するように、真空ポンプ１０は、ポンプケーシング２０と、一対の回転軸３０（図１では、一対の一方のみを示す）と、一対の多段ロータ（ロータ３１，３２，３３、図１では、一対の一方のみを示す）を備えている。かかるロータ３１，３２，３３は、ポンプケーシング２０に形成されたロータ室２５に収容され、回転軸３０に連結されている。回転軸３０は、その両端部の近傍で、軸受４１，４２によって支承されている。ポンプケーシング２０の上方には、吸気口２１が形成され、下方には、排気流路２２が形成される。

回転軸３０の軸受４１側の端部には、真空ポンプ１０の駆動源としてのモータ５０が連結されている。回転軸３０の軸受４２側の端部は、互いに噛み合う一対のタイミングギア７２（図１では一方のギヤのみ示す）が連結されている。

真空ポンプ１０のタイミングギア７２側は、潤滑油室ケーシング７０によって覆われ、その内部に潤滑油室７１が形成される。潤滑油室７１には、軸受４２およびタイミングギア７２が収容される。潤滑油室７１には、潤滑油が充填されており、この潤滑油によって、軸受４２およびタイミングギア７２の油潤滑がなされる。なお、軸受４１の潤滑には、グリス軸受や潤滑油が使用される。

ロータ室２５と潤滑油室７１との間には、両室間をシールする軸シール部６０が設けられる。軸シール部６０の詳細は、図２を用いて後述する。

かかる真空ポンプ１０では、モータ５０を駆動すると、一方の回転軸３０から他方の回転軸３０へタイミングギア７２を介して動力が伝達され、一対の回転軸３０が互いに逆方向に回転する。これにより、一対のロータ３１，３２，３３は、ロータ室２５の内面と、一対のロータ３１，３２，３３との間にわずかな隙間を保持して、非接触で互いに逆方向に回転する。一対のロータ３１，３２，３３の回転につれて、吸気口２１から吸い込まれたガスは、ロータ室２５の内面と、一対のロータ３１，３２，３３との間に閉じこめられて、排気流路２２に移送される。

排気流路２２には、上流側から見て、逆止弁８３が設けられ、その下流側に凝縮器８０が設けられている。逆止弁８３は、排気の方向と反対の方向への逆流を防止する。凝縮器８０には、空間８１と、冷却水流路８２が形成されている。空間８１は、排気ガスと、ケーシング内面との接触面積が増加するように、流路径が大きく形成されている。冷却水流路８２には、冷却水が供給される。排気流路２２を流れる排気ガスは、凝縮器８０によって冷却され、排気ガスに含まれる水分の少なくとも一部が凝縮される。つまり、排気ガスに含まれる水分が低減される。凝縮水は、排水路（図示省略）によって、外部に排出される。凝縮器８０によれば、簡単な構成で、排気ガス中の水分を低減できる。

排気流路２２は、凝縮器８０よりも下流側で、分岐路２６，２７に分岐し、排気流路２２を流れる排気ガスの一部は、分岐路２６を介して、外部に排出され、残りの排気ガスは、分岐路２７に流入する。分岐路２７には、パージ配管８７が接続される。パージ配管８７には、開閉弁８８が接続され、さらにその先は、軸シール部６０に接続される。つまり、凝縮器８０によって、水分を低減された排気ガスの一部は、パージ配管８７を介して、軸シール部６０に供給される。これによって、軸シール部６０がパージシールされる。

本実施例では、凝縮器８０は、排気流路２２のうちの分岐路２６，２７の分岐の箇所よりも上流側に設けられている。ただし、凝縮器８０は、分岐路２７、または、パージ配管８７に設けられていてもよい。また、逆止弁８３と凝縮器８０との配置順序は、逆であってもよい。例えば、逆止弁８３は、凝縮器８０と、排気流路２２の分岐箇所との間に配置されてもよい。

開閉弁８８は、電動弁であり、吸気口２１に接続される配管に設けられた湿度センサ（図示省略）によって、真空ポンプ１０に吸い込まれる気体に所定値以上の水分が含まれることが検出された場合にのみ、開制御される。かかる制御は、真空ポンプ１０の動作を制御する制御装置（図示省略）によって行われる。

図２は、軸シール部６０の周辺の概略構成を示す説明図である。軸シール部６０は、２つのシールリング９１，９２と、フリンガ９３とを備える。シールリング９１，９２は、回転軸３０の周囲に配置され、回転軸３０とポンプケーシング２０とに接触して、ロータ室２５と潤滑油室７１との間をシールし、ロータ室２５側から潤滑油室７１側への空気の流入を抑制する。フリンガ９３は、シールリング９１，９２と、軸受４２との間に設けられ、オイルシールを行う。

本実施例では、シールリング９１，９２は、回転軸３０と接触するように設けられているが、例えば、フリンガ９３がロータ３３側に延びて形成される場合には、フリンガ９３の回りに、すなわち、フリンガ９３を介して間接的に回転軸３０の回りに配置されていてもよい。

ポンプケーシング２０には、パージ流路２３が形成されている。パージ流路２３の一端は、パージ配管８７に接続され、他端は、シールリング９１，９２の間に形成された空間２４に連通している。これにより、水分が低減された排気ガスは、空間２４に供給される。

かかる真空ポンプ１０によれば、真空ポンプ１０の排気ガスが軸シール部６０に供給されるので、パージ用窒素が不要となる。しかも、排気ガスは、凝縮器８０によって水分が低減されてから、軸シール部６０に供給されるため、水分が多く含まれた排気ガスが、潤滑油室７１の潤滑油を劣化させたり、軸受４２に錆を生じさせたりすることを抑制できる。空間２４は負圧であるため、排気ガスは、無動力で空間２４に吸い込まれる。なお、真空ポンプ１０が吸引する気体は、空気に限らず、潤滑油室７１の潤滑油や軸受４２に影響を与えない気体とすることができる。

また、真空ポンプ１０によれば、２つのシールリング９１，９２の間の空間２４に、排気ガスが供給されるので、空間２４の気圧がロータ室２５よりも高くなる。したがって、ロータ室２５側から潤滑油室７１側への空気の流入抑制効果が高い。

また、真空ポンプ１０によれば、排気流路２２に逆止弁８３が設けられるため、真空引きを行っていない際に、大気圧である分岐路２６から、負圧であるロータ室２５に排気流路２２を介して気体が逆流し、その結果、水分を多く含むロータ室２５の気体が軸シール部６０に流入するといった事象が生じることがない。

また、真空ポンプ１０によれば、真空ポンプ１０に吸い込まれる空気に、所定値以上の水分が含まれる場合にのみ、開閉弁８８が開制御され、軸シール部６０に排気ガスが供給される。したがって、真空ポンプ１０に吸い込まれる気体に含まれる水分が少ない場合、すなわち、軸シール部６０のパージが必要ない場合に、真空ポンプ１０の真空性能を高めることができる。

Ｂ．変形例：
Ｂ−１．変形例１：
図３は、変形例としての凝縮器１８０の断面形状を示す。この例では、流路径が拡張された２つの空間１８１，１８２が、直列的に形成されている。凝縮器１８０は、空冷式の凝縮器であり、冷却水流路は形成されていない。このようにしても、排気ガスと、ケーシング内面との接触面積が増加するので、排気ガスの凝縮を好適に行える。凝縮器１８０は、サイレンサとしての機能も併せ持っている。このように、凝縮器は、一定の径に形成された流路よりも、上記の接触面積が増加する任意の形状とすることができる。

Ｂ−２．変形例２：
排気ガスの軸シール部６０への供給は、常時行われてもよい。こうすれば、開閉弁８８が不要となり、真空ポンプ１０の設備構成を簡略化できる。また、排気ガスを供給しない場合と比べて、軸シール部６０のオイルシール性能を向上できる。

Ｂ−３．変形例３：
排気ガスは、軸シール部６０に供給されればよく、シールリングの個数も１以上の任意の数とすることができる。例えば、シールリングを３つとし、それぞれのシールリング間に、排気ガスを供給してもよいし、ロータ室２５側のシールシング間のみに排気ガスを供給してもよい。あるいは、シールシングは、１つであってもよい。

図４は、シールシングが１つである場合の軸シール部２６０の実施の形態を示す。この例では、軸シール部２６０は、１つのシールシング２９１を備え、ポンプケーシング２２
０に形成されたパージ流路２２３を介して、排気ガスが、ロータ室２５とシールシング２９１との間の空間２２４に供給される。このようにしても、排気ガスがエアカーテンのように機能し、ある程度のシール効果が得られる。

Ｂ−４．変形例４：
排気ガスの水分を低減する手段は、凝縮器に限らず、任意の手法を用いることができる。例えば、排気ガスを、吸湿剤を含む吸湿層に通して、吸湿剤に水分を吸収させることで、水分を低減してもよい。この場合、吸湿層の上流側から分岐して、外部に通じるバイパスラインを設け、真空ポンプ１０に吸い込まれる気体の水分の量に応じて、吸湿層を通す経路と、バイパスラインを通る経路とを排他的に開閉する制御を行ってもよい。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の組み合わせ、または、省略が可能である。

１０…真空ポンプ
２０，２２０…ポンプケーシング
２１…吸気口
２２…排気流路
２３，２２３…パージ流路
２４，２２４…空間
２５…ロータ室
２６，２７…分岐路
３０…回転軸
３１，３２，３３…ロータ
４１，４２…軸受
５０…モータ
６０，２６０…軸シール部
７０…潤滑油室ケーシング
７１…潤滑油室
７２…タイミングギア
８０，１８０…凝縮器
８１，１８１，１８２…空間
８２…冷却水流路
８３…逆止弁
８７…パージ配管
８８…開閉弁
９１，９２，２９１…シールリング
９３…フリンガ

Claims

真空ポンプであって、
２つの軸受に支承される回転軸とともに回転するロータが収容されるロータ室と、
前記２つの軸受のうちの一方で使用する潤滑油を収容する潤滑油室と、
前記ロータ室と前記潤滑油室との間に配置された軸シール部であって、前記回転軸の周囲に設けられたシールリングを有する、軸シール部と、
前記真空ポンプの排気ガスを外部に排出する排気流路から分岐して、前記排気ガスの少なくとも一部を前記軸シール部に供給する還流流路と、
前記排気流路のうちの前記分岐の箇所よりも上流側、または、前記還流流路に設けられ、前記排気ガスに含まれる水分を低減する水分低減部と
を備えた真空ポンプ。
請求項１に記載の真空ポンプであって、
前記シールリングは、複数であり、
前記還流流路は、前記複数のシールリングの間の空間に前記排気ガスの少なくとも一部を供給する
真空ポンプ。
請求項１または請求項２に記載の真空ポンプであって、
前記水分低減部は、凝縮器である、真空ポンプ。
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の真空ポンプであって、
前記排気流路に、排気の方向と反対の方向への逆流を防止する逆止弁を備えた、真空ポンプ。
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の真空ポンプであって、
前記還流流路の途中に設けられ、前記還流流路の流通を開閉する開閉弁を備え、
前記開閉弁は、前記真空ポンプに吸い込まれる気体に所定値以上の水分が含まれる場合にのみ、開けられる
真空ポンプ。