JP3085561B2 - スクリュー真空ポンプ - Google Patents

スクリュー真空ポンプ

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    • F04C27/00Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C27/008Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids for other than working fluid, i.e. the sealing arrangements are not between working chambers of the machine
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    • F04C18/08Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置や理化
学機器などのクリ−ンな真空を必要とするところに好適
なスクリュー真空ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のスクリュー真空ポンプは、特開昭
63−285279号記載のように、ケ−シング内に一
対のスクリューロ−タを収容させ、このロ−タを軸端に
設けたタイミングギヤで非接触回転させることでクリ−
ンな真空を得ていた。ロ−タ同志のすきま、ロ−タ外径
すきま及びロ−タ吐出端面すきまは、すきまからの漏れ
が真空ポンプの到達圧力に影響するため、できるだけ小
さなすきまとなっている。吐出口は作動室の気体が一定
容積まで圧縮されてから大気に開放されるように開けら
れている。それ故、吐出口形状の一部はロータの歯形と
同一形状となっている。ロータ軸心に最も近い吐出口形
状はそれぞれのロータ歯底径と等しい。
【0003】このように形成された吐出口においては、
吐出側軸封装置の作動室側圧力は吐出側ロータ端面まで
延びる各歯溝の圧力の平均値に近い圧力となる。この圧
力は500Torr前後の圧力で吐出側軸封装置の油室
圧力(大気圧)に比べて大分低い。従来の軸封装置では
フローティングシールとねじシールを組合せた軸封装置
に軸封ガス封入することで、油室から作動室側への油漏
れを解決していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の軸封装置では、
パージガスは軸封するためには必要不可欠なもので、こ
のガスを少量にて軸封効果を上げることを目的としてい
た。しかしながら従来の軸封装置では、軸封装置の低圧
側、すなわち作動室側での圧力についての対策がないの
で、パージガスをより少なくするにはフローティングシ
ールとねじシールのすきまを小さくする必要がある。こ
の場合はいずれのシールも非接触シールであるので、シ
ールすきまを小さくするには限界があった。
【0005】本発明の目的は、軸封装置の作動室側の圧
力を大気圧力に近付け、軸封前後の圧力差を小さくする
ことでパージガスなしでも軸封効果を高めることにあ
る。また軸封装置を多重構造にすることで、潤滑油がポ
ンプ機内への侵入するのを防いだ真空ポンプを提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、吸入口と吐出口を有するケーシング内に、
回転軸と一体となって互いに非接触で噛み合う一対のス
クリューロータを収容し、タイミングギヤで前記ロータ
を回転させ、その作動室と作動室外との連通を封止する
軸封装置を設けたスクリュー真空ポンプにおいて、前記
ロータの吐出端面に歯底径より小さい径のくぼみを設
け、吐出口を前記くぼみの一部を被うように開口させ
た。 また、前記ケーシングに大気と作動室を連通する大
気連通穴を設けた。 また、前記軸封装置が、スクリュー
ロータの回転軸と、この回転軸を支持する軸受を支える
ハウジングの間をシールする第1の軸封装置と、前記ス
クリューロータのオイルシール後面室の内周面と前記ハ
ウジングの外周面との間をシールする第2の軸封装置か
らなり、第2の軸封装置にねじシールを使用した。さら
に、前記ケーシングに大気と作動室を連通する大気連通
穴を設け、前記軸封装置が、スクリューロータの回転軸
と、この回転軸を支持する軸受を支えるハウジングの間
をシールする第1の軸封装置と、前記スクリューロータ
のオイルシール後面室の内周面と前記ハウジングの外周
面との間をシールする第2の軸封装置からなり、第2の
軸封装置にねじシールを使用した。
【0007】
【作用】圧縮作動室を形成するロ−タ吐出端面と上ギヤ
ケ−スとの間は微小すきま(ε2)であるので、すきまか
らの漏れは少ない。一方、圧縮作動室を形成しないロ−
タ吐出端面と上ギヤケ−スとの圧力は、十分離れたすき
ま(くぼみ)であり、かつ吐出口が前記くぼみの一部を
被うよう形成されているので、吐出圧力となる。それ
故、第1の軸封装置の前後の圧力差はほとんどなくな
る。メインケ−スに設けた大気連通穴は外気を取り込
み、吸入側から吐出側へのガスの流れを作る。第2の軸
封装置のねじシ−ルは、第1の軸封装置の後面室圧力の
上昇、あるいは圧縮作動室から第1の軸封装置へのガス
の流れを作る。
【0008】
【実施例】以下本発明の第1実施例を図1、図2、図3
に示す。図1は軸封装置回りの断面図、図2は図1のA
−A断面に吐出口を投影した図,図3はスクリュー真空
ポンプの全体構造図を示す。図1、2、3において、1
は上ギヤケ−ス、2は下ギヤケ−ス、3はメインケ−ス
である。メインケ−ス3には一対のスクリューロータ4
が収容され、スクリューロータ4は回転軸5に固定され
ている。スクリューロータ4は右ねじロータ4aと左ね
じロータ4bで構成され、一対のタイミングギヤ6によ
って非接触で回転する。回転軸5は上軸受7と下軸受8
で支持されている。上軸受7には回転軸5の下部に設け
た自吸式の油ポンプ9により油孔10を通じて潤滑油1
1が送り込まれる。潤滑油11がポンプ機内12へ漏洩
するのを防止するため、スリーブ13とハウジング14
との間にはオイルシール15が装着されている。
【0009】ロ−タ4の外径はa、歯底径はb、ロ−タ
外径すきまはε1、ロ−タ端面すきまはε2、ロ−タ間す
きまはε3である。吐出側ロ−タ端面には歯底径より小
さい径のくぼみ31が設けられている。くぼみ径をcと
すると、c<bの関係にある。圧縮作動室はロ−タ4と
メインケ−ス3及び上ギヤケ−ス1とで構成される。シ
−ル面は、ロ−タ外径すきまε1、ロ−タ端面すきま
ε2、ロ−タ間すきまεである。吐出口21はくぼみ
31の一部を被うように開口している。くぼみ31のす
きまδ、δ2はロータ端面すきまε2に比べて十分に大
きい。
【0010】このように構成されたスクリュー真空ポン
プの動作について説明する。モ−タ16が回転すると、
ブルギヤ17、アイドラギヤ18、ピニオン19と回転
力が伝わり、スクリューロータ4が回転する。すると吸
気口20から吸い込まれた気体はスクリューロータ4に
より移送、圧縮され、大気圧まで昇圧された後、吐出口
21を介し、吐出通路22に排気される。くぼみ31は
吐出口21を介して吐出通路22につながっていので、
くぼみ31での圧力は吐出圧力(≒大気圧力)となる。ま
たくぼみ31はすきま32を介してオイルシ−ル後面室
23につながっているので、オイルシ−ル後面室23で
の圧力も吐出圧力(≒大気圧力)となる。すなわちオイ
ルシ−ル後面室23の圧力がほぼ大気圧になるので、オ
イルシ−ル前後の圧力差は小さくなり、オイルシ−ルか
ら潤滑油が漏れる可能性が減少する。圧縮作動室を形成
するロ−タ端面すきまε2は従来と同じであるので、ポ
ンプの到達圧力及び消費動力は変わらない。
【0011】本発明の第2の実施例を図4に示す。第2
の実施例は、第1の実施例と同様にくぼみ31を設ける
と共に、メインケ−ス3に大気連通穴33を設けたもの
である。大気連通穴33は右ねじロータ4a側、左ねじ
ロータ4b側それぞれに設けても、ロ−タが交わる交線
上に一つ設けてもよい。またポンプの到達圧力を低く保
つには、吐出側に近い方が良く、吐出口に連通する圧縮
行程中が最も良い。
【0012】ポンプは真空排気開始から到達圧力に達す
ると、流体の流れはほとんどなくなる。このためオイル
シール15から油がミストとなって漏れ出したとき、吸
入側へ拡散しやすくなり、ポンプ機内12へ侵入するこ
とになる。大気連通穴33があると、常に吸入側から吐
出側へのガスの流れがあるので、仮りにオイルシール1
5から潤滑油11が漏れたり、シール摺動部の潤滑油が
摺動熱によりオイルシール後面室23に蒸発してもポン
プ機内12へ侵入することはない。すなわち浮遊状態に
あるオイルミストは大気連通穴33から吸い込まれたガ
スによって、強制的に吐出通路21に吐き出される。
【0013】本発明の第3の実施例を図5に示す。第3
の実施例は、第1の実施例と同様にくぼみ31を設ける
と共に、軸封装置を第1の軸封装置と第2の軸封装置で
構成し、第2の軸封装置にねじシ−ル34を使用したも
のである。実施例ではねじシ−ル34をハウジング14
に相対するロ−タ4の内周面に設けた。ねじシ−ル34
は、回転によってガスが図中上向きに流れるようなねじ
れ方向となっている。ねじシ−ル34を設けることで、
オイルシ−ル15前後の圧力差はより小さく、もしくは
圧力の大きさが逆転するので、オイルシ−ル15から潤
滑油が漏れる可能性がより減少する。
【0014】また図6のように、ハウジング14にオイ
ルシール後面室23に開口するガス逃し穴35を設け、
そのガス逃し穴の出口を大気あるいは吐出通路 21に
連絡した場合は、常にオイルシール後面室23から大気
あるいは吐出通路へのガスの流れがあるので、オイルシ
−ル15から潤滑油11が漏れたり、シール摺動部の潤
滑油が摺動熱によりオイルシール後面室23に蒸発して
もポンプ機内12へ侵入することはない。
【0015】図7は、第1の軸封装置に非接触軸封装置
を使用した実施例で、第1の軸封装置はラビリンスシ−
ル36とスリンガ37からなる。潤滑油はラビリンスシ
−ル36でほとんど遮られる。ラビリンスシ−ル36を
通過した油はスリンガ37で飛ばされ、下部に落下す
る。更にこれをも通過する油は、ねじシ−ル34によっ
て押し戻されるので、ポンプ機内12へオイルミストが
拡散することはない。第1の軸封装置に非接触軸封装置
を使用した場合は、すべての軸封装置が非接触になるの
で、軸封装置の寿命が著しく伸びる。
【0016】本発明の第4の実施例を図8に示す。第4
の実施例は、第4図に示す第2実施例と同様にケ−シン
グに大気連通穴33を設けると共に、第5図に示す第3
実施例と同様に第2の軸封装置にねじシ−ル34を使用
し、かつ、ガス逃し穴35を設けたもので、軸封装置が
多重構造になるので、潤滑油がポンプ機内6へ侵入する
ことは完全になくなる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、軸封装置の後面室圧力
がほぼ吐出圧力にできるので、軸封装置の前後の圧力差
が小さくなり、軸封装置からの潤滑油の漏れの危険が少
なくなる。また圧縮作動室を形成するロ−タ吐出端面で
のすきまは従来と同じであるので、ポンプの到達圧力及
び軸動力は変わらない。
【0018】またケ−シングに大気連通穴を設けた本発
明の第2実施例によれば、常に吸入側から吐出側へのガ
スの流れができるので、仮りに潤滑油が漏れてもポンプ
機内まで拡散することはない。
【0019】また軸封装置が第1の軸封装置と第2の軸
封装置からなり、第2の軸封装置にねじシ−ルを使用し
た本発明の第3実施例によれば、第1の軸封装置(オイ
ルシ−ルなどの接触式シ-ル)の前後の圧力差がより小
さくり、軸封装置からの潤滑油の漏れの危険がより少な
くなる。更に第1の軸封装置に非接触軸封装置を使用す
ることも可能で、この場合は軸封装置の寿命を伸ばすこ
とができる。
【0020】本発明の第4の実施例によれば、ケ−シン
グに大気連通穴、軸封装置が第1の軸封装置と第2の軸
封装置からなり、第2の軸封装置にねじシ−ルを使用し
たので、潤滑油に対する軸封は三重になり、ポンプ機内
まで潤滑油が拡散することは完全になくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の軸封装置回りの断面図
【図2】図1のA−A断面図に吐出口を投影した図
【図3】本発明のスクリュー真空ポンプの全体構造図
【図4】本発明の第2実施例の軸封装置回りの断面図
【図5】本発明の第3実施例の軸封装置回りの断面図
【図6】ガス逃し穴を設けた第3実施例の軸封装置回り
の断面図
【図7】第1の軸封装置に非接触シ−ルを設けた第3実
施例の軸封装置回りの断面図
【図8】本発明の第4実施例の軸封装置回りの断面図
【符号の説明】
4…スクリューロータ、15…オイルシ−ル、21…吐
出口、23…オイルシール後面室、31…くぼみ、33
…大気連通穴、34…ねじシ−ル、35…ガス逃し穴、
36…ラビリンスシ−ル、37…スリンガ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三橋 晋司 静岡県清水市村松390番地 株式会社 日立製作所 清水工場内 (56)参考文献 特開 平4−183990(JP,A) 特開 平3−18684(JP,A) 特開 昭63−285279(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04C 23/00 - 29/10 F04C 18/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸入口と吐出口を有するケーシング内
    に、回転軸と一体となって互いに非接触で噛み合う一対
    のスクリューロータを収容し、タイミングギヤで前記ロ
    ータを回転させ、その作動室と作動室外との連通を封止
    する軸封装置を設けたスクリュー真空ポンプにおいて、
    前記ロータの吐出端面に歯底径より小さい径のくぼみを
    設け、吐出口を前記くぼみの一部を被うように開口させ
    たことを特徴とするスクリュー真空ポンプ。
  2. 【請求項2】 前記ケーシングに大気と作動室を連通す
    大気連通穴を設けたことを特徴とする請求項1記載
    のスクリュー真空ポンプ。
  3. 【請求項3】 前記軸封装置が、スクリューロータの回
    転軸と、この回転軸を支持する軸受を支えるハウジング
    の間をシールする第1の軸封装置と、前記スクリューロ
    ータのオイルシール後面室の内周面と前記ハウジングの
    外周面との間をシールする第2の軸封装置からなり、第
    2の軸封装置にねじシールを使用したことを特徴とする
    請求項1記載のスクリュー真空ポンプ。
  4. 【請求項4】 前記ケーシングに大気と作動室を連通す
    大気連通穴を設け、前記軸封装置が、スクリューロー
    タの回転軸と、この回転軸を支持する軸受を支えるハウ
    ジングの間をシールする第1の軸封装置と、前記スクリ
    ューロータのオイルシール後面室の内周面と前記ハウジ
    ングの外周面との間をシールする第2の軸封装置からな
    り、第2の軸封装置にねじシールを使用したことを特徴
    とする請求項1記載のスクリュー真空ポンプ。
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