JP2021017830A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を向上可能にした真空ポンプを提供する。【解決手段】ガスを移送するためのポンプロータ部１２を収容したポンプ部１０と、電動機の回転をポンプロータ部１２に伝達する伝達ロータ部３３と、伝達ロータ部３３を支持する軸受部材３８と、軸受部材３８を収容する収容部と、潤滑油３７を貯留する油貯留部と、油貯留部から掻き上げられた潤滑油３７を収容部へ流す第一流路と、を備え、軸受部材３８を収容する収容部は、バッフルプレート３６から流れ込む潤滑油３７が滴下される滴下部３９Ａと、滴下部３９Ａから軸受部材３８へ潤滑油３７を流す第二流路３９Ｂと、を備え、滴下部３９Ａ、バッフルプレート３６、および、第二流路３９Ｂの少なくとも一つが、潤滑油３７に含まれる磁性粉末を磁力によって吸着する吸着体を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、潤滑油を用いる真空ポンプに関する。

ロータリーポンプやメカニカルブースターポンプなどに代表される真空ポンプは、真空ポンプの運転時に潤滑油を掻き上げることによって、軸受部材に潤滑油を供給する。例えば特許文献１では、伝達ロータ部に取り付けられた掻上げプレートによって潤滑油が掻き上げられて、掻き上げられた潤滑油がハウジングの内壁上部に当たる。内壁上部に当たった潤滑油は、内壁上部に設けられた凹部によって供給口まで導かれて、供給口から軸受部材に供給される。

特許第６４７３２８０号公報

ところで、真空ポンプの構成部品に付着していた鉄粉や、真空ポンプの運転時の摩耗によって生じた鉄粉などの磁性粉末は、上述した潤滑油のなかに混入し得る。潤滑油のなかに混入した小さい磁性粉末は、ハウジングが備える油貯留部において油中に沈むことなく、油貯留部の液中に浮遊する。液中に浮遊する小さい磁性粉末は、潤滑油とともに掻き上げられて、真空ポンプの内部を潤滑油と共に移動する。この際、磁性粉末が混入した潤滑油が軸受部材のなかに入り込むと、磁性粉末と軸受部材との擦れを招いて、軸受部材の劣化を加速してしまう。
本発明の目的は、耐久性を向上可能にした真空ポンプを提供することである。

上記課題を解決するための真空ポンプは、ガスを移送するためのポンプロータ部を収容したポンプ部と、電動機の回転を前記ポンプロータ部に伝達する伝達ロータ部と、前記伝達ロータ部を支持する軸受部材と、前記軸受部材を収容する収容部と、潤滑油を貯留する油貯留部と、前記油貯留部から掻き上げられた潤滑油を前記収容部へ流す第一流路と、を備える。前記収容部は、前記第一流路から流れ込む潤滑油が滴下される滴下部と、前記滴下部から前記軸受部材へ潤滑油を流す第二流路と、を備える。前記滴下部、前記第一流路、および、前記第二流路の少なくとも一つが、潤滑油に含まれる磁性粉末を磁力によって吸着する吸着体を備える。

上記構成によれば、滴下部、第一流路、および、第二流路の少なくとも一つに位置する吸着体は、潤滑油に混入した鉄粉などの磁性粉末を吸着する。そして、吸着体による磁性粉末の吸着は、潤滑油に混入した磁性粉末が潤滑油と共に循環すること、すなわち、軸受部材のなかに磁性粉末が入り込むことを抑制する。これにより、軸受部材の劣化を抑制すること、ひいては、真空ポンプの劣化を抑制することが可能となる。

上記真空ポンプにおいて、前記吸着体が、磁石とヨークとを備えてもよい。この構成によれば、磁石が出力する磁束をヨークによって所望の位置に集中させたり分散させたりすることが可能となる。それゆえに、磁性粉末を効率的に吸着させることが可能ともなる。

上記真空ポンプにおいて、前記吸着体は、潤滑油が流れる経路をラビリンス状に区画してもよい。この構成によれば、ラビリンス状の経路が区画される分だけ、潤滑油が流れる経路のなかで、磁力の作用する経路が長くなる。そして、磁性粉末が吸着体に吸着される機会が多くなる分だけ、上述した劣化の抑制効果が高められる。

上記真空ポンプにおいて、前記第二流路は、前記伝達ロータ部の周方向に沿う環状を有し、かつ、前記伝達ロータ部の軸方向において前記軸受部材と対向する出口部を備え、前記吸着体は、前記伝達ロータ部の周方向に沿って前記出口部のなかで並んでいてもよい。

上記真空ポンプによれば、軸受部材を通る潤滑油は、軸受部材に入る直前に、伝達ロータ部の周方向の全体にわたり並ぶ吸着体のいずれかと接触しやすい。そのため、軸受部材のなかに入り込み得る磁性粉末を、それが軸受部材のなかに入り込む前に、より高い確率で吸着することができる。

上記真空ポンプにおいて、前記油貯留部は、磁性ドレンプラグを備えてもよい。潤滑油の中に存在する磁性粉末は、油貯留部において、液中に浮遊したり液中に沈んだりする。上記真空ポンプによれば、油貯留部に備えられた磁性ドレンプラグが、潤滑油の中に沈んでいる磁性粉末を吸着し、その吸着分だけ、潤滑油と共に循環する磁性粉末の量を少なくする。結果として、吸着体が吸着し得る磁性粉末の量を少なくすること、ひいては、吸着体に吸着された磁性粉末を吸着体から取り除くためのメンテナンスに要する負荷を軽減することもできる。なお、ドレンプラグは重力方向において液中の最下点に位置することがオイルの全量を重力を利用しての排出する観点から望ましく、また、非運転時において磁性粉末が沈降し集結する位置ともなり、脱着可能で清掃も容易であり、吸着する位置として非常に有効である。

上記真空ポンプにおいて、前記第一流路が、バッフルプレートであってもよい。この真空ポンプによれば、油貯留部から掻き上げられた潤滑油が油貯留部へ戻ることを抑制することが可能となる。

上記真空ポンプにおいて、前記伝達ロータ部は、潤滑油を掻き上げるための掻き上げプレートをさらに備えてもよい。この真空ポンプによれば、伝達ロータ部の回転が潤滑油を掻き上げ可能にするため、潤滑油を掻き上げる他の動力源を必要とすることがない。そして、真空ポンプの構成の簡素化を図ることが可能ともなる。

真空ポンプの一実施形態における内部構造を示す断面図。 潤滑油の流れる経路を示す断面斜視図。

以下、真空ポンプの一実施形態を図１および図２を参照して説明する。
図１が示すように、真空ポンプは、ポンプ部１０、電動機の一例であるモーター２０、および、伝達部３０を備える。モーター２０が出力する回転力は、伝達部３０を通じてポンプ部１０に伝わる。

ポンプ部１０は、ハウジング１１、ポンプロータ部１２、吸気ポート１３、および、排気ポート１４を備える。ハウジング１１は、ポンプロータ部１２を収容する。ポンプロータ部１２は、２体のスクリュウ軸である。２体のスクリュウ軸は、互いに噛み合うように、紙面奥行き方向に並んでいる。ポンプロータ部１２は、伝達部３０から伝わる回転力によって回転する。

ハウジング１１の内部は、排気ポート１４に接続されている。ポンプロータ部１２の回転は、ハウジング１１のなかの空気を排気ポート１４に向けて移送する。ハウジング１１の内部は、吸気ポート１３に接続されている。ハウジング１１は、排気ポート１４への空気の移送を受けて、吸気ポート１３から空気を吸い込む。

伝達部３０は、ギアハウジング３１を備える。ギアハウジング３１は、同期ギア３４、掻き上げプレート３５、および、バッフルプレート３６を収容する。

伝達部３０は、軸受ハウジング３２を備える。軸受ハウジング３２は、軸受部材３８を収容する収容部の一例である。ギアハウジング３１と軸受ハウジング３２とは、別体として構成されてもよいし、別体として構成されてもよい。伝達ロータ部３３は、ギアハウジング３１と軸受ハウジング３２に回転可能に挿通されている。

伝達ロータ部３３は、２体の伝達軸である。２体の伝達軸は、各スクリュウ軸と同一軸心上に位置する。一方の伝達軸は、モーター２０の出力を受けて回転する。他方の伝達軸の回転は、同期ギア３４を介して、一方の伝達軸と同期する。

潤滑油３７は、ギアハウジング３１の底部における内側に溜められている。真空ポンプの潤滑に余剰となる潤滑油３７は、ギアハウジング３１の底部に形成されたドレンポート３１Ｄから排出される。ギアハウジング３１の底部は、油貯留部の一例である。ドレンポート３１Ｄは重力方向において液中の最下点に位置することがオイルの全量を重力を利用しての排出する観点から望ましい。

同期ギア３４、および、掻き上げプレート３５は、伝達ロータ部３３に連結されている。伝達ロータ部３３を構成する各伝達軸の回転は、同期ギア３４の噛み合いを通じて同期する。各伝達軸の出力は、当該伝達軸と同一軸心上に位置するスクリュウ軸に伝わる。なお、伝達軸は、スクリュウ軸と別体に構成されてもよいし、スクリュウ軸と一体に構成されてもよい。

掻き上げプレート３５は、伝達ロータ部３３と一体となって回転する。掻き上げプレート３５の回転は、ギアハウジング３１の底部からギアハウジング３１の内部における上方に向けて、潤滑油３７を掻き上げる。

バッフルプレート３６は、ギアハウジング３１の上部における内側面に取り付けられている。バッフルプレート３６は、モーター２０から軸受ハウジング３２に向けて徐々に下降する傾斜面を備える。バッフルプレート３６が備える傾斜面は、潤滑油３７の流路を構成する。バッフルプレート３６は、ギアハウジング３１の内部において掻き上げられた潤滑油３７を、バッフルプレート３６の傾斜面に沿って、軸受ハウジング３２に向けて流す。バッフルプレート３６は、第一流路の一例である。

軸受部材３８は、例えば、各伝達軸に２つずつの転がり軸受けであって、伝達軸を挿通されている。軸受部材３８は、伝達ロータ部３３を構成する各伝達軸を回転可能に支持する。軸受ハウジング３２は、潤滑油３７の流路３９を備える。

図２が示すように、流路３９は、滴下部３９Ａ、第二流路３９Ｂ、および、第三流路３９Ｃを備える。滴下部３９Ａは、バッフルプレート３６の下端に対する下方に位置する。滴下部３９Ａは、バッフルプレート３６の下端から伝達ロータ部３３の上方に向けた傾斜面を備える。滴下部３９Ａは、バッフルプレート３６から重力滴下される潤滑油３７を受け入れて、第二流路３９Ｂに向けて流出させる。

第二流路３９Ｂは、伝達ロータ部３３の軸方向Ｄに延在する。第二流路３９Ｂは、軸方向Ｄにおいて、軸受部材３８に対するギアハウジング３１側から、軸受部材３８に対するポンプ部１０側の手前まで延在する。

第二流路３９Ｂは、出口部３９ＢＥを備える。出口部３９ＢＥは、伝達ロータ部３３の周方向に沿う環状を有し、かつ、軸受部材３８の軸方向Ｄに位置して軸受部材３８と対向する。出口部３９ＢＥは、軸受部材３８におけるポンプ部１０側の端部３８Ｅ１の全体を覆う。

第二流路３９Ｂは、滴下部３９Ａから流入する潤滑油３７を軸方向Ｄに沿って流し、その後、軸受部材３８の端部３８Ｅ１に向けて流し落とす。端部３８Ｅ１に到達した潤滑油３７は、軸受部材３８の転がりや伝達ロータ部３３の回転を通じて、軸受部材３８における周方向の全体を流れる。

第三流路３９Ｃは、伝達ロータ部３３の周方向に沿う環状を有し、かつ、軸受部材３８における軸方向Ｄとは反対側に位置して軸受部材３８の全体と対向する。第三流路３９Ｃは、軸受部材３８におけるギアハウジング３１側の端部３８Ｅ２を覆う形状を有する。第三流路３９Ｃは、軸受部材３８を通じて流出する潤滑油３７を、ギアハウジング３１の底部に向けて流し落とす。

滴下部３９Ａは、複数の吸着体４１Ａを備える。各吸着体４１Ａは、軸方向Ｄに延在する円柱状を有した磁石である。複数の吸着体４１Ａの位置は、滴下部３９Ａのなかで、バッフルプレート３６から潤滑油３７が滴下される部位を含む。複数の吸着体４１Ａは、滴下部３９Ａのなかで潤滑油３７が流れる方向に並ぶ。複数の吸着体４１Ａは、潤滑油３７が流れる経路をラビリンス状に区画する。ラビリンス状の経路は、例えば、潤滑油３７の流れる経路を、軸方向Ｄに沿う経路と、軸方向Ｄとは反対方向に沿う経路と、を交互に有する。これにより、滴下部３９Ａにおける潤滑油３７は、吸着体４１Ａに挟まれた経路を流れる。また、滴下部３９Ａにおける潤滑油３７は、潤滑油３７が単なる直線状の経路を流れる場合と比べて、吸着体４１Ａとの接触する機会を多くする。

第二流路３９Ｂのなかで軸方向に延在する部分は、複数の吸着体４１Ｂを備える。各吸着体４１Ｂは、上下方向に延在する円柱状を有した磁石である。複数の吸着体４１Ｂは、第二流路３９Ｂのなかで軸方向Ｄに並ぶ。複数の吸着体４１Ｂは、潤滑油３７が流れる経路をラビリンス状に区画する。ここでも、第二流路３９Ｂを流れる潤滑油３７は、吸着体４１Ｂに挟まれた経路を流れる。また、第二流路３９Ｂにおける潤滑油３７は、潤滑油３７が単なる直線状の経路を流れる場合と比べて、吸着体４１Ｂとの接触する機会を多くする。

第二流路３９Ｂを構成する出口部３９ＢＥは、複数の吸着体４１Ｃを備える。各吸着体４１Ｃは、軸方向Ｄに延在する円柱状を有した磁石である。複数の吸着体４１Ｃは、出口部３９ＢＥのなかで軸受部材３８の周方向に並ぶ。出口部３９ＢＥに流入した潤滑油３７は、軸受部材３８に流入する前に、複数の吸着体４１Ｃのいずれかに接触する。

［作用］
伝達ロータ部３３や軸受部材３８などの真空ポンプの構成部品には、構成部品の製造に際して、鉄粉などの磁性粉末が不可避的に付着する。また、伝達ロータ部３３や軸受部材３８などの可動部分には、真空ポンプの運転時の摩耗によって、鉄粉などの磁性粉末が付着する。こうした磁性粉末は、真空ポンプの内部を循環する潤滑油３７のなかに混入し得る。潤滑油３７のなかに混入した小さい磁性粉末は、ギアハウジング３１の底部に溜まる油中に沈むことなく、潤滑油３７の液中に浮遊する。液中に浮遊する小さい磁性粉末は、潤滑油３７とともに掻き上げられて、バッフルプレート３６から潤滑油３７と共に流路３９に入り込む。

この際、滴下部３９Ａ、第二流路３９Ｂ、および、第三流路３９Ｃの各々に位置する吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは、潤滑油３７に混入した鉄粉などの磁性粉末を吸着する。そして、吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃによる磁性粉末の吸着は、潤滑油３７に混入した磁性粉末が潤滑油３７と共に循環すること、すなわち、軸受部材３８の内部に磁性粉末が入り込むことを抑制する。

以上、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）軸受部材３８の内部に磁性粉末が入り込むことを吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが抑制するため、軸受部材３８の劣化を抑制すること、ひいては、真空ポンプの劣化を抑制することが可能となる。

（２）吸着体４１Ａ，４１Ｂがラビリンス状の経路を区画する分だけ、潤滑油３７が流れる経路のなかで、磁力の作用する経路が長くなる。そして、磁性粉末が吸着体４１Ａ，４１Ｂに吸着される機会が多くなる分だけ、上記（１）に準じた劣化の抑制効果が高められる。

（３）吸着体４１Ｃが出口部３９ＢＥの周方向に並ぶため、軸受部材３８を通る潤滑油３７は、軸受部材３８を通る直前に、複数の吸着体４１Ｃのいずれかと接触しやすい。そのため、軸受部材３８の内部に入り込み得る磁性粉末を、それが軸受部材３８の内部に入り込む前に、より高い確率で吸着することができる。

（４）掻き上げプレート３５に掻き上げられた潤滑油３７は、バッフルプレート３６に受け止められて滴下部３９Ａに向けて滴下される。そのため、掻き上げられた潤滑油３７が滴下部３９Ａに至らずにギアハウジング３１の底部へ戻ることを抑制することが可能となる。

（５）伝達ロータ部３３の回転が潤滑油３７を掻き上げ可能にするため、潤滑油３７を掻き上げる他の動力源を必要とすることがない。そして、真空ポンプの構成を簡素化することが可能ともなる。

（６）バッフルプレート３６から流れ出る潤滑油３７は、吸着体４１Ａに滴下されて小さな液滴に変わる。小さな液滴に含まれる磁性粉末は、磁性粉末の周囲に位置する潤滑油３７が少ない分だけ、潤滑油３７のなかから取り出されやすい。それゆえに、潤滑油３７が吸着体４１Ａに滴下される構成であれば、潤滑油３７のなかに含まれる磁性粉末を効果的に吸着させることが可能ともなる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施できる。
・潤滑油３７を軸受ハウジング３２に流す構成は、掻き上げプレート３５による掻き上げに限らず、例えば、汲み上げポンプによる潤滑油３７の汲み上げであってもよい。この際、掻き上げプレート３５、および、バッフルプレート３６をギアハウジング３１の内部から割愛することが可能である。

・吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは、磁石と、当該磁石に磁気的に接続されるヨークとから構成されてもよい。ヨークを備える構成によれば、磁石が出力する磁束をヨークによって所望の位置に集中させたり分散させたりすることが可能となる。そして、磁性粉末を効率的に吸着させることが可能ともなる。

・吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは、潤滑油３７の流路を区画する壁面に固定されず、流路に充填された粒子体に変更することも可能である。この際、吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃと共に、上記変更例に記載のヨークを粒子体として充填することも可能である。すなわち、磁性粉末を吸着するためのラビリンス状の経路を粒子状の吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃによって構成し、液相の潤滑油３７のなかから固相の磁性粉末を分離する充填体、言わばクロマトグラフィーのカラムを、真空ポンプが備えてもよい。吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが充填された充填体は、真空ポンプの筐体と別体であってもよいし、一体であってもよい。また、潤滑油３７は、吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃのなかを、重力による陽圧を受けて通過してもよいし、重力よりも高い陽圧を受けて通過する構成であってもよい。これにより、潤滑油３７に吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃのなかを円滑に通過させること、および、磁性粉末の吸着確率を高めることが可能ともなる。また、真空ポンプのメンテナンスに際しては、粒子体を交換するのみで足りるため、真空ポンプが設置された環境での清掃工程の負荷が軽減されるため、真空ポンプの使用効率を向上させることも可能となる。

・ドレンポート３１Ｄは、潤滑油３７の中の磁性粉末を吸着する磁性ドレンプラグを備えてもよい。潤滑油３７の中に存在する磁性粉末は、潤滑油３７の液中に浮遊したり液中に沈んだりする。磁性ドレンプラグは、潤滑油３７の中に沈んでいる磁性粉末を吸着し、その吸着分だけ、潤滑油３７と共に循環する磁性粉末の量を少なくする。そのため、吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが吸着し得る磁性粉末の量を少なくすること、ひいては、吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃに吸着された磁性粉末を吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃから取り除くためのメンテナンスに要する負荷を軽減することもできる。また、ドレンポート３１Ｄは、非運転時において磁性粉末が沈降し集結する位置ともなり、脱着可能で清掃も容易であり、吸着する位置として非常に有効である。

・バッフルプレート３６は、流路３９と同じく、磁性粉末を吸着する吸着体を備えてもよい。また、流路３９は、吸着体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃのいずれかを割愛された構成とすることも可能である。要は、バッフルプレート３６、滴下部３９Ａ、第二流路３９Ｂ、および、第三流路３９Ｃの少なくとも一つが、潤滑油３７に含まれる磁性粉末を磁力によって吸着する吸着体を備える構成であればよい。
・真空ポンプは、ロータリーポンプやメカニカルブースターポンプの他にドライポンプを含んでもよい。

Ｄ…軸方向、１０…ポンプ部、１１…ハウジング、１２…ポンプロータ部、１３…吸気ポート、１４…排気ポート、２０…モーター、３０…伝達部、３１…ギアハウジング、３１Ｄ…ドレンポート、３２…軸受ハウジング、３３…伝達ロータ部、３４…同期ギア、３５…掻き上げプレート、３６…バッフルプレート、３７…潤滑油、３８…軸受部材、３８Ｅ１，３８Ｅ２…端部、３９…流路、３９Ａ…滴下部、３９Ｂ…第二流路、３９ＢＥ…出口部、３９Ｃ…第三流路、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ…吸着体。

Claims (7)

1. ガスを移送するためのポンプロータ部を収容したポンプ部と、
   電動機の回転を前記ポンプロータ部に伝達する伝達ロータ部と、
   前記伝達ロータ部を支持する軸受部材と、
   前記軸受部材を収容する収容部と、
   潤滑油を貯留する油貯留部と、
   前記油貯留部から掻き上げられた潤滑油を前記収容部へ流す第一流路と、を備え、
   前記収容部は、前記第一流路から流れ込む潤滑油が滴下される滴下部と、前記滴下部から前記軸受部材へ潤滑油を流す第二流路と、を備え、
   前記滴下部、前記第一流路、および、前記第二流路の少なくとも一つが、潤滑油に含まれる磁性粉末を磁力によって吸着する吸着体を備える
   真空ポンプ。
2. 前記吸着体が、磁石とヨークとを備える
   請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記吸着体は、潤滑油が流れる経路をラビリンス状に区画する
   請求項１または２に記載の真空ポンプ。
4. 前記第二流路は、前記伝達ロータ部の周方向に沿う環状を有し、かつ、前記伝達ロータ部の軸方向において前記軸受部材と対向する出口部を備え、
   前記吸着体は、前記伝達ロータ部の周方向に沿って前記出口部に並んでいる
   請求項１から３のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
5. 前記油貯留部は、磁性ドレンプラグを備える
   請求項１から４のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
6. 前記第一流路が、バッフルプレートである
   請求項１から５のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
7. 前記伝達ロータ部は、潤滑油を掻き上げるための掻き上げプレートをさらに備える
   請求項１から６のいずれか一項に記載の真空ポンプ。