JP4732833B2 - スクリューロータおよび真空ポンプ - Google Patents
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Description
このようなスクリュー型ドライ真空ポンプとして、例えば、下記の従来技術(J01)が従来公知である。
(J01)特許文献1(特開2000−45976号公報)記載の技術
特許文献1には、リード(ネジが1回転した時に進む距離、1条ネジの場合はピッチ(ネジ山どうしの間隔)と一致)が等しい角ネジが外周面に形成された一対のスクリューロータを有するスクリュー型ドライ真空ポンプが記載されている。
前記従来技術(J01)のスクリュー型の真空ポンプでは、スクリューロータのネジが等リード(等ピッチ)であるため、上流側から排気側に気体を排気する際に気体が圧縮されずに移送される。
前記スクリューロータで移送中に気体を圧縮するための技術として、スクリューロータのネジのピッチを吸気側で最大、排気側で最小となるように連続的に滑らかに変化させたスクリューロータが考えられている。しかし、ピッチを連続的に変化させる場合には、加工が複雑でコストが高くなるという問題がある。
また、スクリュー型の真空ポンプでは、一対のスクリューロータのネジ山は僅かな隙間をあけて噛合うように配置されているが、ネジ山が矩形歯状の場合、回転時にネジ山の噛合面で干渉(接触)が発生する。このため、従来のスクリュー型真空ポンプでは、ネジ山の干渉を防止するために、ネジ山の先端側が狭く(細く)なるようにネジ山の側面形状(干渉防止部)を加工している。しかし、前記噛合の干渉は、リードが大きくなるのに伴って大きくなるため、連続的にピッチを変化させると側面形状も連続的に変化させる必要がある。このため、連続的にピッチを変化させる場合、1種類のエンドミルで側面形状を加工することができず、加工が複雑で、コストが上昇するという問題もある。
また、スクリューロータの排気効率を高めつつ、ロータ長を短くすることを第2の技術的課題とする。
次に、前記課題を解決した本発明を説明するが、本発明の要素には、後述の実施の形態の具体例(実施例)の要素との対応を容易にするため、実施例の要素の符号をカッコで囲んだものを付記する。また、本発明を後述の実施例の符号と対応させて説明する理由は、本発明の理解を容易にするためであり、本発明の範囲を実施例に限定するためではない。
前記技術的課題を解決するために、第1発明のスクリューロータ(26,27,26′,27′)は、
外周面にネジ(43)が形成され、回転軸(21,22)中心に回転して気体を移送するスクリューロータ(26,27,26′,27′)において、
気体移送方向上流側に形成され、上流側ネジ山(41a)の間隔が等間隔に形成された上流側ネジ部(43a,43a′)と、
前記上流側ネジ部(43a,43a′)の気体移送方向下流側に連続して形成された下流側ネジ部(43b,43b′)であって、下流側ネジ山(41b)の間隔が前記上流側ネジ山(41a)の間隔よりも狭く且つ等間隔に形成されると共に、前記下流側ネジ山(41b)の気体移送方向上流端と前記上流側ネジ山(41a)の気体移送方向下流端とが変曲点(43c)により連続的に連結された前記下流側ネジ部(43b,43b′)と、
単一の前記スクリューロータ(26,27,26′,27′)の外表面に形成された前記上流側ネジ部(43a,43a′)および前記下流側ネジ部(43b,43b′)と、
を備えたことを特徴とする。
前記構成要件を備えた第1発明のスクリューロータ(26,27,26′,27′)では、外周面にネジ(43)が形成され、回転軸(21,22)中心に回転して気体を移送する。スクリューロータ(26,27,26′,27′)の気体移送方向上流側には、上流側ネジ山(41a)の間隔が等間隔に形成された上流側ネジ部(43a,43a′)が形成されている。前記上流側ネジ部(43a,43a′)の気体移送方向下流側に連続して形成された下流側ネジ部(43b,43b′)は、下流側ネジ山(41b)の間隔が前記上流側ネジ山(41a)の間隔よりも狭く且つ等間隔に形成されている。また、前記下流側ネジ部(43b,43b′)は、前記下流側ネジ山(41b)の気体移送方向上流端と前記上流側ネジ山(41a)の気体移送方向下流端とが変曲点(43c)により連続的に連結されている。また、前記上流側ネジ部(43a,43a′)および前記下流側ネジ部(43b,43b′)は、単一の前記スクリューロータ(26,27,26′,27′)の外表面に形成されている。
また、第1発明のスクリューロータ(26,27,26′,27′)では、上流側ネジ部(43a,43a′)のピッチよりも下流側ネジ部(43b,43b′)のピッチが狭いので、気体が上流側ネジ部(43a,43a′)から下流側ネジ部(43b,43b′)に移行する際に気体が圧縮される。このとき、上流側ネジ部(43a,43a′)の下流端と下流側ネジ部(43b,43b′)の上流端とが変曲点(43c)により連続的に連結されているので、変曲点(43c)の近傍において排気容積が連続的に変化する。したがって、ピッチの異なるロータが間隔を空けて配置され、排気容積が不連続の場合に比べ、排気効率を高めることができると共に、ロータ長を短くすることができる。また、ロータ長が短くなるので、軸受を回転軸(21,22)の一方側に配置する片持支持構造を採用しやすくすることができる。
第1発明の形態1のスクリューロータ(26,27,26′,27′)は、前記第1発明において、
前記上流側ネジ山(41a)の側面にネジ山の先端側が狭くなるように形成された上流側干渉防止部(44a)を有する前記上流側ネジ部(43a,43a′)と、
前記下流側ネジ山(41b)の側面に形成され且つ前記上流側干渉防止部(44a)とは異なる形状の下流側干渉防止部(44b)を有する前記下流側ネジ部(43b,43b′)と、
を備えたことを特徴とする。
前記構成要件を備えた第1発明の形態1のスクリューロータ(26,27,26′,27′)では、前記上流側ネジ部(43a,43a′)の上流側ネジ山(41a)の側面には、ネジ山の先端側が狭くなる上流側干渉防止部(44a)が形成されている。前記下流側ネジ部(43b,43b′)の下流側ネジ山(41b)の側面には、前記上流側干渉防止部(44a)とは異なる形状の下流側干渉防止部(44b)が形成されている。したがって、スクリューロータ(26,27,26′,27′)どうしの噛合い部分での干渉に応じた干渉防止部が形成されており、干渉を防止することができる。
前記技術的課題を解決するために第2発明の真空ポンプ(1)は、
前記第1発明または第1発明の形態1のスクリューロータ(26,27,26′,27′)を備えたことを特徴とする。
(第2発明の作用)
前記構成を備えた第2発明の真空ポンプ(1)は、第1発明または第1発明の形態1のスクリューロータ(26,27,26′,27′)を備えているので、第1発明または第1発明の形態1と同様の作用を有する。
また、スクリューロータの排気効率を高めつつ、ロータ長を短くすることができる。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、前後方向をX軸方向、左右方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とし、矢印X,−X,Y,−Y,Z,−Zで示す方向または示す側をそれぞれ、前方、後方、右方、左方、上方、下方、または、前側、後側、右側、左側、上側、下側とする。
また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
図1において、本発明の真空ポンプとしての実施例1のスクリュー型ドライ真空ポンプ1は、ベース2を有する。前記ベース2は、上側ベース3と下側ベース4とを有し、上側ベース3および下側ベース4の内部には、ギア室6が設けられている。前記ベース2の右部には、ポンプ駆動用モータMを支持するモータ支持部3aが形成されており。モータ支持部3aには、駆動軸M1が貫通するモータ軸貫通孔3bが形成されている。前記上側ベース3の左側上端部には、一対の上側ベアリング支持部3cが形成されている。前記上側ベース3の左側面には排気ダクト7が固定支持されており、排気ダクト7には上側ベース3内部に形成された排気路3dの下流端が接続されている。排気路3dの上流端には排気口3eが形成されている。
前記下側ベース4の左側上部には、下側ベアリング支持部4aが設けられており、下側ベース4の底部にはベアリング潤滑用の潤滑剤が貯留されている。
上側ベアリング23の上部にはシール取付け用ハウジング28が支持されている。前記シール機構収容部26aには、シール取付け用ハウジング28に支持されたオイルシール29aやロータ軸21,22と共に回転するフリンガ29b、29cを有し、気体や潤滑剤の漏れ、逆流等を防止するためのシール機構29が配置されている。
前記ポンプ駆動用モータMの駆動軸M1には駆動ギア36が固定支持されており、駆動ギア36および前記回転伝達ギア部32aに噛み合う中間ギア37を介して、タイミングギア31,32に回転が伝達される。なお、中間ギア37を回転可能に支持するベアリング38やその他のベアリング23,24には図示しない潤滑剤供給装置によって下側ベース4に貯留された潤滑剤が供給される。
図2は実施例1のスクリューロータの説明図であり、図2Aは断面図、図2Bは側面図、図2Cは図2Bの矢印IIC方向から見た図、図2Dは図2Bの矢印IID方向から見た図である。
図3は実施例1のスクリューロータの要部説明図であり、図3Aは図2BのIIIA−IIIA線断面図、図3Bは図2AのIIIB部分の拡大説明図、図3Cは図2AのIIIC部分の拡大説明図である。
図4は実施例1のスクリューロータの外側面の展開図である。
図2〜図4において、実施例1のスクリューロータ26,27の外周面には、ネジ山41およびネジ溝42からなる1条のネジ(スクリュー)43が形成されている。前記ネジ43は、気体移送方向上流側である上部の上流側ネジ部43aと、気体移送方向下流側である下部の下流側ネジ部43bとを有する。
図3C、図4において、前記下流側ネジ部43bでは、隣接する下流側ネジ山42aどうしの間隔(ピッチp2、図3C参照)が等間隔に形成されており、下流側ネジ溝42bの幅が等幅に形成されている。また、下流側ネジ部43bのピッチp2(図3C参照)は、上流側ネジ部43aのピッチp1よりも幅が狭く形成されている。
図4において、前記上流側ネジ部43aの下流端と、下流側ネジ部43bの上流端とは、変曲点(屈曲点)43c、43cにより連続的に連結されている。したがって、前記変曲点43c、43cの近傍では、排気容積が連続的に滑らかに変化して、上流側ネジ部43aの排気容積から下流側ネジ部43bの排気容積に連続的に変化している。
また、ネジ山41a、42aの基端部側面には、干渉防止部44a、44bの切除に対応して、干渉防止部44a、44bとネジ山41a、42a側面との隙間を埋める隙間充填部46a、46bが形成されている。前記ロータ26,27噛合っている状態で干渉防止部44a、44bとネジ山41a、42a側面との間に隙間があると気体が漏れ、逆流してしまい、排気効率が低下してしまう。したがって、実施例1では、噛合った状態では隙間充填部46a、46bにより僅かな隙間を空けて噛合い、噛合が外れる際には干渉防止部44a、44bにより干渉が防止される。
前記構成を備えた実施例1のスクリュー型の真空ポンプ1では、ポンプ駆動用モータM1駆動時に、ギア31,32,36,37により回転が伝達されて、ロータ軸21,22が回転し、スクリューロータ26,27が回転する。前記スクリューロータ26、27の回転に伴い、ネジ43により気体が移送され、吸気口12aから吸気された気体が排気孔3eに排気される。
実施例1のスクリューロータ26,27は、上流側に大リード(大ピッチ)の上流側ネジ部43aが配置され、下流側に小リード(小ピッチ)の下流側ネジ部43bが配置されているので、上流側ネジ部43aで移送された気体が下流側ネジ部43bに移行する際に排気容積が小さくなるので圧縮される。そして、前記上流側ネジ部43aと下流側ネジ部43bは、変曲点43cで連続的に連結され、排気容積が連続的に変化すると共に、上流側ネジ部と下流側ネジ部が隙間を空けて分割されていないので、排気容積が不連続に変化する場合に比べ、効率よく排気できる。
さらに、実施例1のスクリューロータ26,27では、前記干渉防止部44a、44bが干渉の程度に対応して形成されており、噛合い状態から外れる際の干渉を防止することができる。また、隙間充填部46a、46bにより噛合い状態では隙間が埋められているので、気体の漏れが低減され、排気効率を高めることができる。
また、実施例1のスクリューロータ26,27では、スクリューロータ26,27を作製する際に、変曲点43cより上部は、大リード用の切削工具で加工し、変曲点43cより下部は小リード用の切削工具で加工して作製できる。したがって、連続的にピッチを変化させる場合に比べ、加工が容易になり、スクリューロータ26,27の作製が容易になる。また、干渉防止部44a、44bの加工も、形状が2種類なので、連続的に形状が変化する場合に比べ、容易に加工することができる。この結果、コストを低減できる。
図6は実施例1の図2に対応する実施例2のスクリューロータの説明図であり、図6Aは断面図、図6Bは側面図、図6Cは図6Bの矢印VIC方向から見た図、図6Dは図6Bの矢印VID方向から見た図、図6Eは図6AのVIE部分の拡大説明図である。
図7は実施例2のスクリューロータの外側面の展開図であり、実施例1の図4に対応する図である。
なお、この実施例2の説明において、前記実施例1の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
この実施例2は、下記の点で前記実施例1と相違しているが、他の点では前記実施例1と同様に構成されている。
実施例2のスクリューロータ26′,27′では、上流側ネジ部43aの更に気体移送方向上流側(吸気口12a側)には、ネジのリードに相当する長さが無限大の無限リード部61が連続的に形成されている。前記無限リード部61は、小円部61aと大円部61bとを有し、前記大円部61bには円弧状切除部61cが形成されている。また、小円部61aと大円部61bとの間には、気体圧縮部61dが形成されている。前記無限リード部61は、前記特許文献1に記載されているように(特許文献1のロータ延長部7,8参照)、従来公知であり、特許文献1の第3図に記載されているような排気原理で排気されるため、詳細な説明は省略する。なお、特許文献1記載の構成では、無限ロータ部61の重心が片寄り、スクリューロータ26′,27′回転時にバランスが悪くなるので、実施例2の無限ロータ部61では、前記切除部61cによりスクリューロータ26′,27′のバランスを取っている。
なお、実施例2のスクリューロータ26′,27′では、実施例1の場合と比較して、下流側ネジ部43b′の巻き数が多く(約7巻き)設定されている。
前記構成を備えた実施例2のスクリュー型の真空ポンプ1では、スクリューロータ26′,27′回転時に、気体は、無限リード部61から上流側ネジ部43a′に移送される際に圧縮され、上流側ネジ部43a′から下流側ネジ部43b′に移送される際にも圧縮される。したがって、圧縮率を高めることができる。
また、実施例2のスクリューロータ26′,27′では、無限リード部61と上流側ネジ部43a′との間が隙間無く変曲点43c′で連続的に連結されると共に、上流側ネジ部43a′と下流側ネジ部43b′との間も隙間無く変曲点43cで連続的に連結されているので、スクリューロータ26′,27′の全長を短くすることができる。この結果、片持ち支持構造とし易くなる。さらに、連続的に連結されているので、排気容積の変化が連続的であり、排気効率を高めることができる。
その他、実施例2の真空ポンプ1は、実施例1と同様の作用効果を有する。
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例(H01)〜(H06)を下記に例示する。
(H01)前記実施例において、上流側ネジ部43a、43a′の上流側または下流側ネジ部43b、43b′の下流側に、1つあるいは複数のネジ部を更に設けることも可能である。すなわち、ネジ部は2つに限定されず、3つ以上のネジ部を有するスクリューロータとすることも可能である。
(H02)前記実施例において、ネジ43を1条のネジにより構成することが好適であるが、2条以上のネジとすることも可能である。
(H03)前記実施例において、ネジの巻き数やリードの長さp1,p2,p1′、p2′、ロータの全長等の具体的数値は、設計に応じて任意に変更可能である。
(H05)前記実施例において、ネジ山が変曲点43c、43c′で屈曲して連続的に連結させたが、これに限定されず、例えば、屈曲部分の角を取り、変曲点の近傍で曲線的に滑らかに接続させることも可能である。
(H06)前記実施例において、モータ支持部3aに支持されたポンプ駆動用モータMからロータ軸21,22に駆動ギア36や中間ギア37を介して駆動力を伝達したが、この構成に限定されず、ロータ軸21,22のいずれか一方にモータロータを支持し、その周囲にモータステータを配置する、いわゆる、ビルドインモータを採用することもできる。前記ビルドインモータを採用した場合、コストを減少させることができ、小型化することができる。
21,22…回転軸、
26,27,26′,27′…スクリューロータ、
41a…上流側ネジ山、
41b…下流側ネジ山、
43…ネジ、
43a,43a′…上流側ネジ部、
43b,43b′…下流側ネジ部、
43c…変曲点、
44a…上流側干渉防止部、
44b…下流側干渉防止部。
Claims (3)
- 外周面にネジが形成され、回転軸中心に回転して気体を移送するスクリューロータにおいて、
気体移送方向上流側に形成され、上流側ネジ山の間隔が等間隔に形成された上流側ネジ部と、
前記上流側ネジ部の気体移送方向下流側に連続して形成された下流側ネジ部であって、下流側ネジ山の間隔が前記上流側ネジ山の間隔よりも狭く且つ等間隔に形成されると共に、前記下流側ネジ山の気体移送方向上流端と前記上流側ネジ山の気体移送方向下流端とが変曲点により連続的に連結された前記下流側ネジ部と、
単一の前記スクリューロータの外表面に形成された前記上流側ネジ部および前記下流側ネジ部と、
を備えたことを特徴とする前記スクリューロータ。 - 前記上流側ネジ山の側面にネジ山の先端側が狭くなるように形成された上流側干渉防止部を有する前記上流側ネジ部と、
前記下流側ネジ山の側面に形成され且つ前記上流側干渉防止部とは異なる形状の下流側干渉防止部を有する前記下流側ネジ部と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載のスクリューロータ。 - 請求項1または2に記載のスクリューロータを備えたことを特徴とする真空ポンプ。
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