JP4344507B2 - 回転機械及びポンプ用の改良された潤滑装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速で回転可能な鉛直方向シャフトを有し、このシャフトが、その両端の又は両端に近接したベアリングによって支持されている機械及びポンプに関し、特に、上側ベアリングを潤滑する潤滑装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
再生型の真空ポンプでは、ローターが、それを包囲するステーター内での回転のために、鉛直方向シャフトに取付けられている。このシャフトは、潤滑を必要とする上側ベアリング及び下側ベアリングによって支持されている。上側ベアリングの潤滑を容易にするために、鉛直方向シャフトは、軸線方向中心ボアと、上側ベアリングへの潤滑流体の供給のために上側ベアリングと整列し且つ軸線方向中心ボアと連通する半径方向孔と、を有する。
【０００３】
上側ベアリングを潤滑することと関連した問題は、上側ベアリングからの潤滑流体が真空機構の中に、従って、排気されるチャンバーの中に移動することを防止し又は阻止することがしばしば必要になることである。この問題を解決するために、「清浄な」エアの形態のバリヤを形成することが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
既知の装置では、エア又はオイルの形態の潤滑流体の何れかが軸線方向中心ボアから上方に供給されることはあったが、両方が供給されることはなかった。その結果、エア又はオイルの何れかが、シャフトの外部の手段によって上側ベアリングに供給されていた。もしもオイルがシャフトの軸線方向中心ボアを経て上側ベアリングに供給されれば、オイルを軸線方向中心ボアから上方に押しやるのに、シャフトのスピン(回転)によって発生する遠心力を利用することができるので、シャフトに対する外部の手段、例えばポンプを使用する場合よりも著しく少ない動力しか消費しなくなる。
【０００５】
エアを上側ベアリングに供給する目的は、効率的な潤滑のためのオイルミストを形成するために、エアとオイルとを混合することにあるが、前述のように、真空機構内への上側ベアリングからのいかなるオイルの移動も防止し又は阻止する清浄なバリアを形成することにもある。かくして、上側ベアリングのところのエアは、オイルで汚染されていてはならないし、エアは再循環されるので、エアが上側ベアリングに到達する前に、エアは、ミスト除去されていなければならない。回転しているシャフトによって発生する遠心力を、エアのミスト除去効果を提供するのに利用できれば有利である。
【０００６】
本発明の目的は、エアと潤滑流体の両方が回転シャフトの遠心効果を利用することを可能にする、機械又はポンプの一部分を構成する回転シャフトを支持する上側ベアリングの潤滑装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、機械又はポンプの回転可能な鉛直方向シャフトを支持する上側ベアリングの潤滑装置であって、シャフトの長さにわたって実質的延びる軸線方向ボアを有し、この軸線方向ボアの開口している下端が、潤滑流体を収容するリザーバと連通し、更に、軸線方向ボアと上側ベアリングとの間に延びる、上側ベアリングに潤滑流体を供給するための少なくとも１つの半径方向オイル孔を有し、潤滑装置は、上側ベアリングへの潤滑流体の供給のために、シャフトの回転中に発生した遠心力により、潤滑流体をリザーバから軸線方向ボアに沿って半径方向オイル孔に向って薄いフィルムの形態をなして上方に引き上げるようになっており、更に、軸線方向ボアの開口している下端と上側ベアリングとの間に配置され且つ軸線方向ボアの中に延びる遠位端を有する少なくとも１つの半径方向ポートを経て軸線方向ボアと連通するエア／潤滑流体ミスト用チャンバーを含むエア供給及びミスト除去回路と、上側ベアリングよりも上の箇所で軸線ボアと鉛直方向シャフトの円筒形外面との間に延びる少なくとも１つのエア孔と、エア／潤滑流体ミストを半径方向ポートから軸線方向ボアに沿ってポンピングするためのインペラと、を有し、この潤滑流体は、シャフトの回転中、軸線方向ボア内で遠心力によって完全に分離され、軸線方向ボアの面に沿って延びる潤滑流体フィルムと合流し、上側ベアリングよりも上のエア孔を経て軸線ボアから出るエアを浄化することを特徴とする潤滑装置が提供される。
【０００８】
好ましい実施形態では、周方向に等間隔におかれた複数の半径方向ポートが、軸線方向ボアの開口している下端に隣接して配置され、且つ、軸線ボアの中に配置されたオイルフィルターの上流に配置される。
【０００９】
好ましくは、ポートが軸線ボアに入る箇所における軸線方向ボアの横断面は、正方形、三角形又は四つ葉のクローバー状形態のような、少なくとも２つの異なる半径方向寸法で構成される形態を有する。これらの形態は、長径(最大直径)及び短径(最小直径)、即ち回転中心に対する複数の半径方向距離を有していると考えることができる。
【００１０】
半径方向エア循環ポートは、好ましくは、シャフトに対して外部からシールされ、軸線方向ボア内の潤滑流体フィルムよりも小さい直径部を構成する。
【００１１】
好ましくは、インペラは、上側ベアリングのすぐ下に配置され、シャフトの円筒形外面上のねじ山として形成され、上側ベアリングから延びるカウンター面を有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を例示として説明する。
【００１３】
再生セクション１及び分子吸収(Holweck)セクション２を有する従来技術の複合真空ポンプを示す図１を最初に参照する。真空ポンプは、ケーシング３を含み、このケーシング３は、ボルト止めされ又はその他の方法で互いに固定された多数の異なる本体部品で作られ、本体部品の間にそれらに関連したシールを有している。
【００１４】
ケーシング３の中に、鉛直方向シャフト６が設けられ、鉛直方向シャフト６は、上側ベアリング４及び下側ベアリング５によって支持されている。シャフト６は、長手方向軸線を中心に回転可能であり、シャフト６を包囲する電気モーター７によって駆動される。ローター９が、シャフト６に固定取付けされ、シャフト６と共に回転する。軸線方向ボア８が、シャフト６のほぼ全長にわたって延び、軸線方向ボア８は、サンプからの潤滑流体を上側ベアリング４に供給するための半径方向オイル孔８'と連通している。
【００１５】
次に、図２及び図３を参照すれば、ケーシング１０が、ベースプレート１２と、カバープレート１４と、潤滑流体をオイルの形態で収容するチャンバー即ちサンプ１６とで構成されている。サンプ１６の中に、シャフト用オイルリザーバ１８があり、このリザーバ１８は、ベースプレート１２によって支持されている。サンプ１６内に収容されている潤滑オイルは、リザーバ１８の壁の流入口２０を経て、(それ自体既知の)制御された仕方でリザーバ１８に入る。
【００１６】
真空ポンプの一部分を構成する回転可能な鉛直方向シャフト２２が、上側ベアリング２４及び下側ベアリング２６に取付けられている。シャフト２２は、ほぼ円筒形であり、そのシャフト２２内に軸線方向ボア２８を有し、この軸線方向ボア２８は、その下端２９がリザーバ１８内で開口している。軸線方向ボア２８の断面は、その長さのほとんどについてほぼ円筒形であり、オイルフィルター３０を収容する大直径部分と、それよりも僅かに小さい直径の主中央部分と、この主中央部分よりも小さい直径の上側部分とを有し、上側部分と主中央部分は、下方に面するショルダー部３４を構成する。しかしながら、開口している下端２９とフィルター３０との間の軸線方向ボア２８の部分は、「四つ葉のクローバー」状の形態をなす断面を有する(図３参照)。
【００１７】
フィルター３０よりも下即ち上流のシャフト２２の壁に、(図示のように)複数の半径方向ポート３６が形成され、これらのポート３６は、軸線方向ボア２８の四つ葉のクローバー状部分と連通している。図示のように、各ポート３６の遠位端は、軸線方向ボア２８の中に延び、軸線方向ボア２８と通じている箇所において、軸線方向ボア２８の長径よりも小さい直径部を構成する。
【００１８】
また、軸線方向ボア２８の主中央部分と連通をなす複数の半径方向オイルポート即ちオイル孔４０が、上側ベアリング２４と整列をなしてシャフト２２の壁に形成されている。
【００１９】
更に、軸線方向ボア２８の上側部分と連通をなす複数の半径方向エアポート即ちエア孔４２が、上側ベアリング２４よりも上の箇所のシャフト２２の壁に形成されている。
【００２０】
軸線方向インペラ４４が、上側ベアリング２４のすぐ下のケーシング１０内に配置されており、インペラ４４は、シャフト２２の外面の上に形成されたインペラねじ山４６と、上側ベアリング２４の外レースから垂下している定置の対向面とからなる。
【００２１】
軸線方向インペラ４４、ポート３６、軸線方向ボア２８及びエア孔４２は、全体として、後述するエア供給及びミスト除去回路を構成する。
【００２２】
使用の際、シャフト２２を回転させると、遠心力によって、オイルがリザーバ１８から軸線方向ボア２８の開口している下端２９を通して引き上げられる。オイルは、薄いフィルムとして、軸線方向ボア２８を軸線方向上方にオイル孔４０に向って移動する。
【００２３】
オイルよりも上のチャンバー即ちサンプ１６内のエア／オイルミストは、軸線方向ボア２８の短径のところのポート３６を経て軸線方向ボア２８に入り、軸線方向ボア２８の四つ葉のクローバー状部分の中に入る。オイル分子が半径方向ポート３６と衝突し、外方に遠心力で飛ばされるとき、オイルミストからオイルを完全に分離するための第１ステージが起こる。リザーバ１８からのオイルに働く遠心力は、オイルが軸線方向ボア２８の長径のところをポート３６からの漏れを生じさせずにポート３６の周りを通過することを確保する。
【００２４】
オイルミストからオイルを完全に分離するための第２ステージが、フィルターのところで再び起こり、オイルがオイルミストの外に遠心力によって出ることを確保する。オイル孔４０に向って軸線方向ボア２８を軸線方向上方に移動しているオイルフィルムは、典型的には、薄く、それゆえ、「清浄なエア」の中央コアが存在する。フィルター３０は、軸線方向ボア２８内のオイル部分をボア壁に向って遠心濾過し、その結果、いったんオイル部分が壁の上に引きづられたら、遠心作用により、オイル部分がコアのエア内に再び引きづられることを防止／阻止する。中央コア内に残っている実質的に少量のオイルがフィルター３０から離れるとき、インペラ４４によって生じた圧力降下によるエアの流れにより、上記少量のオイルはシャフトの中を上方に移動する。更に、オイルと軸線方向ボア２８の面との接触により、オイルは、オイルミストの外に遠心力によって出され、壁の上に既にできているオイルフィルムの一部分になる。コアのエアの清浄さが、軸線方向ボア２８の中の上方への移動方向に向上する。
【００２５】
エア孔４２は、軸線方向においてオイル孔４０よりも上に配置され、説明したように、軸線方向ボア２８の直径は、(テーパ付け、或いは、図示の仕方の何れかによって)オイル孔４０とエア孔４２との間で実質的に減少する。エア孔４２に向ってオイル孔４０を通過したオイルのトレースが遠心濾過及び壁との衝突の両方から逃れる好ましくない場合、軸線方向ボア２８の縮径部分による遠心力は、オイルがエア孔４２に到達することを防止する。
【００２６】
回転シャフト２２によって引き起こされる遠心力が、オイルをリザーバ１８から引き上げて上側ベアリング２４に差し向け、且つ、上側ベアリング２４からポンプの真空機構内へのオイルの移動に対抗するバリヤを形成するために、清浄なエアを上側ベアリングよりも上に供給することが明らかである。
【００２７】
次に、図４を参照すれば、図４は、半径方向ポート３６が軸線方向ボア２８の上端の近く配置されていること以外、図２及び図３を参照して説明した潤滑装置と実質的に同じ潤滑装置を示す。更に、エアがエア孔４２からの出る前にエアのコア内の残留オイルミストを除去するためのフィルター５０が、ショルダー部３４に配置されている。最終のフィルター５０は、エア孔４２に向って移動するエアがエア孔４２に到達する前にフィルター５０に衝突し且つオイルのいかなる最終トレースも遠心力によってエア流の外に出されるように、光的に不透明なバリヤを形成する焼結インサートの形態をとっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】再生セクションを含む従来技術の複合真空ポンプの概略図である。
【図２】本発明による、回転可能なシャフトの上側ベアリングを潤滑する潤滑装置を示す、真空ポンプの断面図である。
【図３】図２のシャフトの断面図である。
【図４】潤滑装置の変形例を示す、図２と同様の断面図である。
【符号の説明】
１０ ケーシング
１６ チャンバー
１８ オイルリザーバ
２０ 流入口
２２ 鉛直方向シャフト
２４ 上側ベアリング
２６ 下側ベアリング
２８ 軸線方向ボア
２９ 下端
３０ オイルフィルター
３４ ショルダー部
３６ 半径方向ポート
４０ オイル孔
４２ エア孔
４４ インペラ
４６ インペラねじ山
５０ フィルター

Claims (10)

1. 機械又はポンプの回転可能な鉛直方向シャフトを支持する上側ベアリングの潤滑装置であって、
   前記シャフトの長さにわたって実質的に延びる軸線方向ボアを有し、この軸線方向ボアの開口している下端が、潤滑流体を収容するリザーバと連通し、
   更に、前記軸線方向ボアと前記上側ベアリングとの間に延びる、前記上側ベアリングに潤滑流体を供給するための少なくとも１つの半径方向オイル孔を有し、
   前記潤滑装置は、前記上側ベアリングへの潤滑流体の供給のために、前記シャフトの回転中に発生した遠心力により、潤滑流体を前記リザーバから前記軸線方向ボアの面に沿って前記半径方向オイル孔に向かって薄いフィルムの形態をなして上方に移動させるように構成され、
   更に、エア供給回路を有し、このエア供給回路は、
   使用中に前記上側ベアリングからのエア及び潤滑流体のミストを受入れるためのチャンバーと、
   前記チャンバーと前記軸線方向ボアとの間を連通させるために、前記軸線方向ボアの開口している下端と前記上側ベアリングとの間に配置され、且つ前記軸線方向ボアの中に延びる遠位端を有する少なくとも１つの半径方向ポートと、
   エアを前記軸線方向ボアから前記上側ベアリングに供給するために、前記上側ベアリングよりも上の箇所で前記軸線ボアと前記鉛直方向シャフトの外面との間に延びる少なくとも１つのエア孔と、
   エアを前記軸線方向ボアから前記上側ベアリングを通して前記チャンバーにポンピングするためのインペラと、を有し、
   使用中、前記エア及び潤滑流体のミストを、前記チャンバーから前記少なくとも１つの半径方向ポートを経て前記軸線方向ボアの中に移動させ、前記鉛直方向シャフトの回転中、前記ミストの潤滑流体を前記軸線方向ボア内で遠心力によって前記ミストのエアから分離し、分離した潤滑流体を、前記軸線方向ボアの面に沿って移動する薄い潤滑流体フィルムと一緒にし、前記ミストから分離したエアを軸線方向ボアに沿って前記少なくとも１つのエア孔を通して移動させ、前記上側ベアリングに供給することを特徴とする潤滑装置。
2. 周方向に等間隔でおかれた複数の半径方向ポートが、前記軸線方向ボアの開口している下端に隣接して配置され、且つ、前記軸線ボアの中に配置されたオイルフィルターの上流に配置される、請求項１に記載の潤滑装置。
3. 前記半径方向ポートが前記軸線方向ボアに入る箇所における前記軸線方向ボアの横断面は、少なくとも２つの異なる直径によって構成される、請求項２に記載の潤滑装置。
4. 前記半径方向ポートが前記軸線方向ボアに入る箇所における前記軸線方向ボアの横断面は、半径方向外側に向かって凸状に湾曲する輪郭を有する４つの部分を９０度間隔に有する、請求項３に記載の潤滑装置。
5. 前記半径方向ポートは、前記軸線方向ボアの横断面の短径のところに位置する、請求項３又は４に記載の潤滑装置。
6. 使用中、前記潤滑流体の薄いフィルムは、前記軸線方向ボアの横断面の長径のところを前記半径方向ポートからの漏れを生じさせずに移動する、請求項５に記載の潤滑装置。
7. 前記軸線方向ボアの直径は、前記半径方向オイル孔と前記半径方向エア孔との間の箇所で減少される、請求項１乃至６の何れか１項に記載の潤滑装置。
8. オイルフィルターが、前記半径方向オイル孔と前記半径方向エア孔との間に配置される、請求項７に記載の潤滑装置。
9. 前記インペラは、前記鉛直方向シャフトの円筒形外面上のねじ山として形成され且つ前記上側ベアリングから延びる対向面を含む、請求項１乃至８の何れか１項に記載の潤滑装置。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載の、回転可能な鉛直方向シャフトを支持する上側ベアリングの潤滑装置を含む真空ポンプ。

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