JP3085539U - 真空ポンプの軸シール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空ポンプのベアリングへの液状体等の浸入
を防ぎ、ベアリング寿命を延ばす。 【解決手段】 逆ねじの一対のスクリューロータ２，３
を有し、吸入口５側において軸部６，７を支持するベア
リング９への液状体や腐食性ガスの浸入を防ぐ真空ポン
プの軸シール構造で、ベアリングと吸入口側との間で軸
部にスリンガ１０，１１を設け、スリンガとベアリング
との間の空間１６と、軸部先端側の空間１７ａとを連通
させる均圧用の連通部１８を軸部に設けた。各スリンガ
の外周に各スクリューロータの回転方向と同一方向の螺
旋溝１２，１３を形成した。軸部先端側の空間１７ａに
ドライエアや窒素ガスといったパージガスを供給し、パ
ージガスを連通部１８からスリンガとベアリングとの間
の空間１６を経てスリンガ１０，１１の外周隙間に送
る。ベアリング９は片密封式又は両密封式である。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は、一対のスクリューロータをベアリングで回動自在に支持してプロセ スガス等を吸引圧縮させるオイルフリー式の真空ポンプにおけるベアリングへの プロセスガスのミスト等の浸入を防止した真空ポンプの軸シール構造に関するも のである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、金属製の左右逆ねじの一対のスクリューロータを用いたオイルフリー式 の真空ポンプにおいては、各スクリューロータの軸部のシール構造としてオイル シール方式を採用していた。

【０００３】 しかし、オイルシールは材質がゴムでできているため、耐熱性の一番高いバイ トンゴムを用いても、１５０゜Ｃ前後でリップ部の摩擦熱で焼けてしまい、軸封 の役目を果たさなくなってしまう。また、リップ部の潤滑剤としてグリスを採用 すると、グリス補充が頻繁に必要となり、作業者の負担が大きくなってしまう。

【０００４】 そこで、ゴム材の代わりに例えばカーボン添加のテフロン（登録商標）のリッ プシールを用いた真空ポンプが採用されている。テフロン（登録商標）は正式に は四フッ化エチレン樹脂のことである。

【０００５】 図３はその真空ポンプ６１のシール構造の一例を示すものであり、金属製のケ ーシング６６内に一対の左右逆ねじのスクリューロータ６７，６８が噛み合った 状態で回動自在に軸支され、ケーシング６６の吸入口６９側において各スクリュ ーロータ６７，６８の各軸部７０がサイドケース６３内でランタンリング７１と シール部材であるテフロン（登録商標）のリップシール６２とで封止されている 。ランタンリング７１は金属等で形成され、リップシール６２を固定し、且つ軸 部７０とランタンリング７１で形成される空間に、炭素繊維でできたリング状の グランドパッキン７７を挿入して、軸封の補助をしている。

【０００６】 各軸部７０の先端側は、サイドケース６３に固定されたベアリングホルダ６４ 内のベアリング（コロ軸受）７２で回動自在に支持されている。図３で符号７３ は、ベアリング抜け止め用のＥクリップ、７４〜７６はシール用のＯリングであ る。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来の真空ポンプのシール構造にあっては、リップシール ６２の材料が樹脂であるため、耐熱性は上がっても、リップ部のシール性は満足 できるものではなかった。

【０００８】 特に、吸入側の圧力が真空〜大気を繰り返す場合や、真空ポンプ６１が発動停 止を繰り返す場合には、例えば吸入側のプロセスガス中のミストがベアリング７ ２まで浸入し、ベアリング７２の損傷というトラブルを起こすことがあった。ま た、リップシール６２やランタンリング７１や複数のＯリング７４〜７６、ベア リングホルダ６４、ベアリングカバー６５といった多くの部品を必要とし、部品 コストや組付コストが高くつき、且つ構造が大型化することもあった。

【０００９】 本考案は、上記した点に鑑み、一対のスクリューロータでプロセスガス等を吸 引圧縮させる真空ポンプにおける軸受（ベアリング）へのプロセスガスのミスト 等の浸入を確実に防止して、ベアリングの寿命を延ばすと共に、部品コストの低 減を可能とする真空ポンプの軸シール構造を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案の請求項１に係る真空ポンプの軸シール構 造は、左右逆ねじの一対のスクリューロータを有し、吸入口側において該一対の スクリューロータの軸部を支持するベアリングへの液状体や腐食性ガスの浸入を 防止するためのオイルフリー式の真空ポンプの軸シール構造であって、該ベアリ ングと該吸入口側との間で該軸部にスリンガを設け、該スリンガと該ベアリング との間の空間と、軸部先端側の空間とを連通させる均圧用の連通部を該軸部に設 けたことを特徴とする。

【００１１】 上記構成により、真空ポンプの吸入口側からベアリング側に浸入しようとする 液状体や腐食性ガスは、軸部と一体に回転するスリンガの遠心力で外周側へ飛ば され、ベアリング側への浸入が防止される。また、連通部によってスリンガとベ アリングとの間の空間が軸部先端側の空間とほぼ同じ圧力になるから、吸入側の ガスがスリンガとベアリングとの間の空間に浸入することがない。また、スリン ガを用いたことで、少なくとも従来の高価なシール部材が不要となる。

【００１２】 請求項２に係る真空ポンプの軸シール構造は、請求項１記載の真空ポンプの軸 シール構造において、前記各スリンガの外周に前記各スクリューロータの回転方 向と同一方向の螺旋溝を形成したことを特徴とする。

【００１３】 上記構成により、液状体や腐食性ガスがスリンガの外周に付着した際に、スリ ンガの回転に伴って液状体や腐食性ガスが回転方向と同一方向の螺旋溝に沿って ポンピング作用で浸入反対方向に押し戻される。螺旋溝を有するスリンガを用い たことで、少なくとも従来の高価なシール部材が確実に不要となる。

【００１４】 請求項３に係る真空ポンプの軸シール構造は、請求項１又は２記載の真空ポン プの軸シール構造において、前記軸部先端側の空間にドライエアや窒素ガスとい ったパージガスを供給し、該パージガスを前記連通部から前記スリンガとベアリ ングとの間の空間を経て該スリンガの外周隙間に送ることを特徴とする。

【００１５】 上記構成により、スリンガの外周からベアリング側へ浸入しようとする液状体 や腐食性ガスをパージガスが吸入側へ押し返す。この作用は吸入側の圧力が多少 変動した場合でも有効に奏される。また、軸部に連通部がない場合は、パージガ ス圧がベアリング内のグリス（潤滑剤）に作用して、グリスをスリンガ側に押し 出し、スリンガの螺旋溝に沿って吸入口側にグリスが吸い出されてしまうが、軸 部に均圧用の連通部を設けたことで、ベアリングの前後が均圧となり、グリスの 吸い出しが防止される。また、パージガスの押圧作用で、少なくとも従来の高価 なシール部材が確実に不要となる。

【００１６】 請求項４に係る真空ポンプの軸シール構造は、請求項１〜３の何れか１項に記 載の真空ポンプの軸シール構造において、前記ベアリングが片密封式又は両密封 式のものであることを特徴とする。 上記構成により、ベアリング内への特に腐食性ガスの浸入が一層確実に防止さ れる。

【００１７】

【考案の実施の形態】

図１は、本考案に係る真空ポンプの軸シール構造の一実施形態を示す横断面図 である。

【００１８】 この真空ポンプの軸シール構造は、左右逆ねじの一対のスクリューロータ２， ３を噛み合わせた状態でケーシング４内に回動自在に軸支させ、ケーシング４の 吸入口５からプロセスガスを吸引して軸方向に沿って圧縮する真空ポンプ１にお いて、一対のスクリューロータ２，３の軸部６，７を吸入口５側において金属製 のサイドケース８内に突出させ、サイドケース８内で各ベアリング９により回動 自在に支持すると共に、各ベアリング９に近接して各スクリューロータ２，３の 端面との間においてスリンガ（回転リング）１０，１１を各軸部６，７の外周に 固定して各軸部６，７と一体に回転自在に設け、各スリンガ１０，１１の外周に 各スクリューロータ２，３の螺旋歯１４，１５と同じ捩り方向（同じ回転方向） の螺旋溝１２，１３を形成したことを第一の特徴としている。

【００１９】 また、各スリンガ１０，１１と各ベアリング９との間に環状の隙間（狭い空間 ）１６を形成すると共に、この隙間１６と、ベアリング９を収容する一方のサイ ドケース８内の空室１７とを連通させる連通孔（連通部）１８を各軸部６，７に 設けたことを第二の特徴としている。

【００２０】 ケーシング４は軸方向に延び、その終端側に吐出口（図示せず）を有している 。一対のスクリューロータ２，３を収容するケーシング４の各収容室１９は断面 略眼鏡状にラップして径方向に連通している。

【００２１】 一対のスクリューロータ２，３は右ねじの主軸（駆動軸）２と左ねじの副軸（ 従動軸）３とで構成され、各スクリューロータ２，３は山部と谷部とを有して非 接触で位置し、各軸部６，７は各スクリューロータ２，３の径方向中央の孔部を 貫通してキー等で孔部内に位置決め固定され、軸端部６ａ，７ａがスクリューロ ータ２，３の端面から突出してサイドケース８内に位置している。軸端部６ａ， ７ａは軸主体部（符号６，７で代用）から段差２０を介してやや小径に延長され ている。

【００２２】 主軸２は他方のサイドケース側のモータ（図示せず）で駆動され、同じく他方 のサイドケース側のタイミングギヤ（図示せず）で同期して副軸３が回動される 。他方のサイドケース内で各スクリューロータ２，３の軸端部は例えばコロ軸受 （図示せず）で軸方向移動自在に支持されている。

【００２３】 ケーシング４の一端側のフランジ部２１にサイドケース８がシールリング（Ｏ リング）２２を介してボルト等で固定されている。サイドケース８はダイキャス ト等で一体成形され、ベアリング９や軸端部６ａ，７ａ等を収容する左右一対の 空室１７を有している。各空室１７は底側の壁部２４で封止された断面円形の軸 方向に長い空間１７ａと、空間１７ａの入口側に同心に続く大径の断面円形の短 い空間１７ｂとで構成されている。入口側の空間１７ｂはその内周に沿う環状の 溝部１７ｃを有し、溝部１７ｃは空間１７ａと平行に位置している。小径の各空 間１７ａ内にベアリング９が固定して収容され、大径の各空間１７ｂ内にスリン ガ１０，１１が回動自在に収容されている。なお、図１で符号１７ａ，１７ｂ等 は左右同じであるので符号の記入を省略している。

【００２４】 ベアリング９は片密封ないし両密封の単列のラジアル玉軸受であり、内部に潤 滑剤としてフッ素グリスが充填されている。ベアリング９の例えば内輪が軸端部 ６ａ，７ａの外周面に固く圧入固定され、外輪が空間１７ａの内周面にやや緩く 挿入固定されている。片密封の場合はロータ収容室１９寄りのベアリング端部に 密封シールリング（鋼鈑製のシールド板）４０が設けられ、両密封の場合は軸方 向両側のベアリング端部に密封シールリングが設けられる。

【００２５】 軸端部６ａ，７ａの先端側外周には雌ねじ（図示せず）が形成され、雌ねじに ナット２５が螺合してベアリング９の内輪を軸方向に抜け出しなく固定している 。ベアリング９のナット反対側の端面は空間１７ａの入口とほぼ同一面に位置し ている。

【００２６】 各ベアリング９と各スリンガ１０，１１とは平行に対向して位置し、各ベアリ ング９の端面と各スリンガ１０，１１の端面との間に隙間１６が設けられ、各隙 間１６が各軸端部６ａ，７ａの連通孔１８に通じている。連通孔１８は軸中心を 通る軸方向の長い孔部１８ａと、孔部１８ａの奥端側に直交した径方向の短い孔 部１８ｂとで構成されている。連通孔１８の一方の開口１８ｃが各ベアリング９ とスリンガ１０，１１との間の隙間１６に連通し、他方の開口（符号１８で代用 ）が収容空間１７ａに連通している。

【００２７】 スリンガ１０，１１は軸部６，７よりも大径な金属製のリングであり、扁平状 の円板部２６と、円板部２６の外周において円板部２６の板厚よりも軸方向に長 く突出した環状の鍔部２７とを含み、鍔部２７を含む各スリンガ１０，１１の外 周面に雄ねじ状の螺旋溝１２，１３が形成されている。モータ側から見て右ねじ のスクリューロータ（主軸）２に固定された一方のスリンガ１０には右ねじの螺 旋溝１２が形成され、左ねじのスクリューロータ（副軸）３に固定された他方の スリンガ１１には左ねじの螺旋溝１３が形成されている。モータ側から見て主軸 ２は右回転し、副軸３は左回転する。

【００２８】 スリンガ１０，１１の各円板部２６は、ベアリング９の内輪に接する中央のボ ス部２８と、軸部６，７の段差部２０に接する凹部２９とを有し、各ボス部２８ は各連通孔１８の開口部分１８ｃで切欠されている。各円板部２６の内径側がキ ー３０で軸端部６ａ，７ａに位置決め固定されている。スリンガ１０，１１はサ イドケース８の環状の各空間１７ｂ内に収容され、スリンガ１０，１１の外周面 は空間１７ｂの内周面に若干の隙間を存して非接触で回動自在に位置している。 スリンガ１０，１１の各鍔部２７は環状の各溝部１７ｃに少し進入し、鍔部２７ と溝部１７ｃの間にも隙間１６ａが構成されている。スリンガ１０，１１のベア リングとは反対側の端面は空間１７ｂから少しロータ収容室１９側に突出してい る。

【００２９】 以下に図１の実施形態の真空ポンプの軸シール構造の作用を説明する。 モータの駆動で一対のスクリューロータ２，３が逆方向に回動されることで、 ケーシング４の吸入口５からロータ収容室１９内にプロセスガスが導入される。 スリンガ１０，１１はスクリューロータ２，３と一体に同一回転数で回転する。 プロセスガスが液状のミスト（液状体）を含んでいる場合、スリンガ１０，１１ に付着したミストは先ずスリンガ１０，１１の遠心力で外周側に振り飛ばされる 。

【００３０】 さらに、ミストがスリンガ１０，１１の外周のごく狭い隙間を通過してベアリ ング９側に浸入しようとした場合、スリンガ外周の螺旋溝１２，１３によりミス トにベアリング反対方向（ロータ収容室１９側）へ押し戻すポンピング力が作用 する。これは、右回転のスリンガ１０には右ねじの溝１２が形成され、左回転の スリンガ１１には左ねじの溝１３が形成されているためである。こうして、ミス ト状（液状）のものは殆どベアリング９側に浸入することがない。

【００３１】 また、各ベアリング９とスリンガ１０，１１との間の隙間１６と軸部先端側の 空間１７ａとが軸端部６ａ，７ａの各連通孔１８で続いて、圧力的に均圧となっ ているから、吸入側に圧力変動があっても、また、たとえプロセスガスのミスト がスリンガ１０，１１の外周を通過しても、各連通孔１８により空室１７内の圧 力が吸入口５側の圧力（真空）とほぼ同圧になるから、プロセスガスにはそれ以 上ベアリング９側に浸入する圧力が生じることがない。これは、一つにはベアリ ング９が密封式のものであり、二つには、連通孔１８が軸センタから放射状に明 けられており、ミストやガスが連通孔１８を通って浸入しようとしても、遠心力 で外部へ振り飛ばされるからであり、三つには、ミストの様なものは隙間１６内 において重力で下部に落ち、集合されてスリンガ１０，１１の螺旋溝１２，１３ で吸入側へ押し戻されるからである。従って、ベアリング９内にミストが浸入す ることがなく、ベアリング９の寿命が向上する。

【００３２】 また、従来の真空ポンプ６１（図３）に較べて、テフロン（登録商標）のリッ プシール６２が不要であり、また、グランドパッキン７７による摩擦抵抗もなく なり、動力が低減され、且つ従来のサイドケース６３とベアリングホルダ６４と ベアリングカバー６５とを一体化したようなサイドケース８を用いているから、 Ｏリング２２の数が削減され、これら部品点数の削減により、コンパクト化、低 コスト化が図られている。

【００３３】 図２は、例えば腐食性の強いプロセスガスを取り扱う場合に好適な真空ポンプ の軸シール構造の第二の実施形態を示す縦断面図である。図１と同一の構成部分 には同一の符号を用いて詳細な説明を省略する。

【００３４】 この軸シール構造は、スクリューロータ２，３の軸端部６ａ，７ａやベアリン グ９を収容する空室１７に外部のドライエア又は窒素（Ｎ₂）ガスを配管３１で 接続させ、軸端部６ａ，７ａの各連通孔１８からベアリング９とスリンガ１０， １１との間の隙間１６にドライエア又は窒素ガスを供給可能としたことを特徴と するものである。その他の構成については図１と同じである。図２は図１（横断 面）と異なり縦断面を示している。

【００３５】 サイドケース８の空室１７の底部側の上壁３２に孔部３３が貫通して設けられ 、孔部３３の入口に配管３１が接続されている。配管３１の途中にはパージガス （ドライエア又は窒素ガス）の流れとは逆の順で絞り弁３４とフローメータ（流 量計）３５とレギュレータ３６とが配設され、レギュレータ３６はドライエア供 給用の配管又は窒素ガスのボンベ等に接続されている。レギュレータ３６でパー ジガスのガス圧を調節し、減圧弁３６でパージガスを通常０．５Ｋｇ／ｃｍ²Ｇ に減圧し、絞り弁３４で空室１７にパージする流量をフローメータ３５を見なが ら調節して送る。

【００３６】 真空ポンプ１の運転中に、運転する真空条件に影響しない少量のドライエア又 は窒素ガスを空室１７内にパージ（注入）する。たとえロータ収容室１９内の吸 入側圧力が多少変動しても、パージガスが空室１７から軸部６，７の各連通孔１ ８を通って各ベアリング９とスリンガ１０，１１との間の隙間１６へと流れ、さ らにスリンガ１０，１１の外周を通って吸入側へ流れる。これにより、プロセス ガスがパージガスで邪魔され（押し戻され）、ベアリング９側へ流入することが ない。

【００３７】 また、パージガス圧の作用で密封式のベアリング９内の潤滑剤であるフッ素グ リスが吸入口５側へ流出することが防止される。これは、空室１７内におけるベ アリング９の前後の空間１６，１７ａがパージガスで均圧となり、ベアリング９ 内のフッ素グリスを押し出す圧力が相殺される（押し出す圧力が作用しなくなる ）からである。これらにより、ベアリング９の寿命が格段に向上する。

【００３８】 なお、図２に示す構成は、螺旋溝１２，１３のないスリンガを用いる場合にお いても有効である。また、連通孔１８は軸部中心を通らずに偏心して位置してい てもよい。また、連通孔１８に代えて溝等の連通部を用いることも可能である。 また、上記ベアリング９をナット締め以外の手段で軸部６，７に固定することも 可能である。

【００３９】

【考案の効果】

以上の如く、請求項１記載の考案によれば、軸部と一体に回転するスリンガの 遠心力で液状体や腐食性ガスが外周側へ飛ばされ、ベアリング側への液状体や腐 食性ガスの浸入が防止される。また、連通部によってスリンガとベアリングとの 間の空間が軸部先端側の空間とほぼ同じ圧力になるから、吸入側の真空ガスがス リンガとベアリングとの間の空間に浸入することがない。これらにより、ベアリ ング内への液状体や腐食性ガスの浸入が防止され、ベアリングの寿命が延び、真 空ポンプの品質が向上する。また、スリンガを用いたことで、少なくとも従来の 高価なテフロン（登録商標）のリップシール等のシール部材が不要となり、部品 コストが低減されると共に、シール部材の摩滅に起因するシール性の悪化が解消 される。

【００４０】 請求項２記載の考案によれば、スリンガの回転に伴って液状体や腐食性ガスが 回転方向と同一方向の螺旋溝に沿ってポンピング作用で浸入反対方向に押し戻さ れるから、ベアリング側への液状体や腐食性ガスの浸入が確実に防止される。ま た、螺旋溝を有するスリンガを用いたことで、少なくとも従来の高価なシール部 材が確実に不要となり、部品コストが確実に低減される。

【００４１】 請求項３記載の考案によれば、スリンガの外周からベアリング側へ浸入しよう とする液状体や腐食性ガスをパージガスが吸入側へ押し返すから、ベアリング側 への液状体や腐食性ガスの浸入が一層確実に阻止される。また、連通部による均 圧作用で、パージガス圧力によるベアリング内のグリスの流出が防止される。こ れらにより、ベアリングの寿命が一層向上する。また、パージガスの押圧作用で 、少なくとも従来の高価なシール部材が確実に不要となり、部品コストが確実に 低減される。

【００４２】 請求項４記載の考案によれば、密封式のベアリングにより、ベアリング内への 特に腐食性ガスの浸入が一層確実に防止され、真空ポンプの品質が一層向上する 。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る真空ポンプの軸シール構造の一実
施形態を示す横断面図である。

【図２】シール性をさらに強化した軸シール構造の他の
実施形態を示す縦断面図である。

【図３】従来の真空ポンプの軸シール構造を示す横断面
図である。

【符号の説明】

１ 真空ポンプ ２，３ スクリューロータ ５ 吸入口 ６，７ 軸部 ９ ベアリング １０，１１ スリンガ １２，１３ 螺旋溝 １６ 隙間（空間） １７ 空室 １７ａ 空間 １８ 連通孔（連通部） ４０ 密封シールリング

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 左右逆ねじの一対のスクリューロータを
   有し、吸入口側において該一対のスクリューロータの軸
   部を支持するベアリングへの液状体や腐食性ガスの浸入
   を防止するためのオイルフリー式の真空ポンプの軸シー
   ル構造であって、該ベアリングと該吸入口側との間で該
   軸部にスリンガを設け、該スリンガと該ベアリングとの
   間の空間と、軸部先端側の空間とを連通させる均圧用の
   連通部を該軸部に設けたことを特徴とする真空ポンプの
   軸シール構造。
2. 【請求項２】 前記各スリンガの外周に前記各スクリュ
   ーロータの回転方向と同一方向の螺旋溝を形成したこと
   を特徴とする請求項１記載の真空ポンプの軸シール構
   造。
3. 【請求項３】 前記軸部先端側の空間にドライエアや窒
   素ガスといったパージガスを供給し、該パージガスを前
   記連通部から前記スリンガとベアリングとの間の空間を
   経て該スリンガの外周隙間に送ることを特徴とする請求
   項１又は２記載の真空ポンプの軸シール構造。
4. 【請求項４】 前記ベアリングが片密封式又は両密封式
   のものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１
   項に記載の真空ポンプの軸シール構造。