JP5892569B2 - スクリュー真空ポンプ - Google Patents
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Description
本発明のもう一つの目的は、高速運転に於いて振動が発生しても許容範囲内の振動に留めることが可能で静粛安定運転に優れたスクリュー真空ポンプを提供することにある。
前記雄ロータ及び雌ロータのスクリュー歯部は、回転軸線方向の上端側に形成された不等リード不等傾斜角スクリュー部と、回転軸線方向の下端側に形成された前記不等リード不等傾斜角スクリュー部に連続する等リードスクリュー部とを有し、
前記雄ロータおよび雌ロータの少なくとも一方のロータは、回転軸線方向の上端面および下端面で開口する中空部を有し、
前記少なくとも一方のロータに連結されるとともに前記中空部に少なくとも一部が収容された回転シャフトを有し、
前記中空部内に収容され、前記回転シャフトを回転自在に支持する軸受を有し、
前記少なくとも一方のロータと前記回転シャフトとの連結部は、回転軸線方向において、前記少なくとも一方のロータの重心の位置付近に配置されている、ことを特徴とする。
前記雄ロータおよび雌ロータの少なくとも一方のロータは、回転軸線方向の上端面および下端面で開口する中空部を有し、
前記少なくとも一方のロータに連結されるとともに前記中空部に少なくとも一部が収容された回転シャフトを有し、
前記中空部内に収容され、前記回転シャフトを回転自在に支持する軸受を有し、
前記少なくとも一方のロータと前記回転シャフトとの連結部は、前記少なくとも一方のロータの上端部および下端部から離れた前記中空部内に配置されている、ことを特徴とする。
前記雄ロータ及び雌ロータのスクリュー歯部は、不等リード不等傾斜角スクリュー部と、前記不等リード不等傾斜角スクリュー部に連続する等リードスクリュー部とを有し、
気体の吸気口及び吐出口を備えるとともに前記雄ロータおよび雌ロータを収容するステータを有し、
前記雄ロータおよび雌ロータの少なくとも一方のロータは、回転軸線方向の下端面で開口する中空部を有し、
前記少なくとも一方のロータに連結されるとともに前記中空部に少なくとも一部が収容された回転シャフトを有し、
前記中空部内に収容され、前記回転シャフトを回転自在に支持する軸受を有し、
前記少なくとも一方のロータは、前記少なくとも一方のロータ回転バランスを調整するための質量を取り付けるための複数のマス取付け部を有し、
前記ステータは、当該ステータの外部から前記複数のマス取付け部にアクセス可能に形成されている、ことを特徴とする。
図1〜図11を参照して、本発明の第1の実施形態に係るスクリュー真空ポンプについて説明する。先ず、スクリュー真空ポンプの基本構成について説明する。スクリュー真空ポンプ100は、図1に示すように、噛み合い隙間を保ちつつ相互に噛み合った状態で配置されて逆方向に同期して回転する一対の雄ロータ110及び雌ロータ120と、雄ロータ110及び雌ロータ120を収納するステータ130と、雌雄のロータ110,120にそれぞれ連結された回転シャフト150A,150Bと、回転シャフト150Aに一体的に設けられた駆動モータ140と、回転シャフト150Aを回転自在に支持する軸受ベアリング160,161,162と、回転シャフト150A、150Bの下端部に取り付けられた一対の同期ギア170A,170Bと、ステータ130の下方に設けられてオイルOLを収容するオイルリザーバ300と、回転シャフト150A、150Bの下端部に設けられて回転シャフト150A、150Bの回転を利用して遠心力によりオイルリザーバ300内のオイルOLを押し上げるための押上げヘッド180と、オイルリザーバ300に収容されたオイルOLを水冷式で冷却する冷却装置190と、軸受160の上方に配置された軸封装置230と、軸封装置230を支持するサポート部材200と、を備える。
ここで、雌雄のロータの高速回転時に発生する振動の抑制のための構造について説明する。図3は、従来の雄ロータと回転シャフトの関係を示す模式図である。図3に示すロータ510は、外周側のスクリュー歯については雄ロータ110と同じであるが、上端部510tに回転シャフト550との連結部512が形成され、回転軸線方向の下端面で開口する中空部511を有し、回転シャフト550の一部および回転シャフト550を回転自在に支持する軸受560が中空部511に収容されている。
次に、本実施形態に係るスクリュー真空ポンプのバランス調整機構について説明する。図5Aに示すように、雄ロータ110の上端側にある、不等リードスクリュー部111aの終端に形成された複数の端面部114には、雄ロータ110の回転バランスを調整するための質量としてのねじMを取り付けるための複数のマス取付け部114hが配置されている。マス取付け部114hは、例えば、ねじ穴で構成される。端面部114は、回転軸線AXを中心とする円周方向に等間隔に配置され、回転軸線AXに対して直交している。複数のマス取付け部114hは、周方向に沿って配列されているとともに、半径方向にも等間隔に配列されている。雄ロータ110の下端には、図5Bに示すように、円盤状プレート115が雄ロータ110に一体的に形成されている。円盤状プレート115の中心は、回転軸線AXに一致しており、円盤状プレート115の外周面115fは、回転軸線AXに平行である。この外周面115fに、複数のマス取付け部115hが周方向に沿って等間隔に形成されている。マス取付け部115hは、例えば、円盤状プレート115の中心に向けて形成されたねじ穴で構成される。マス取付け部115hには、雄ロータ110の回転バランスを調整するための質量としてのねじMが取り付け可能である。
次に、オイル循環システムについて説明する。なお、雄ロータ110側のオイル循環システムについてのみ説明するが、雌ロータ120側についても同様の構造が採用可能である。図1に示したように、回転シャフト150Aは、その中心部を長手方向に延在する貫通孔により形成されたオイル供給路152を有する。回転シャフト150Aに形成された貫通孔の下端面の開口が、オイルOLが流入する流入口153となっており、貫通孔の上端面の開口は、雄ロータ110の連結部112に固定された栓部材156で密閉されている。ここで、図7に拡大して示すように、オイル供給路152は、軸受160の上方に形成された回転シャフト150Aの半径方向に延びるオイル供給路152aと連通しており、回転シャフト150Aの外周面で開口するオイル供給路152aの終端が、オイルOLが流出する流出口154となっている。オイル供給路152aは、回転軸線AXに関して対称な位置の2箇所に形成され、各オイル供給路152aには、オイルOLの流量を所定量に調整するように規定された流路面積の流路155hが形成された流量調整部材155がねじ込まれている。
図7に戻ると、回転シャフト150Aの軸受160と流出口154との間に、環状のオイル量調整リング220が設けられている。オイル量調整リング220は、回転シャフト150Aに固定されている。オイル量調整リング220は、図8に示すように、環状の下板部221、下板部221に対向する環状の上板部222、下板部221と上板部222とを内周側で連結する連結壁部223とを有する。連結壁部223には、回転シャフト150Aの半径方向に延びるオイル供給路152aの流出口154と対応する位置に形成された流通孔225が形成されている。下板部221には、軸受160に潤滑するためのオイルOLを供給する複数のオイル供給孔226が周方向に沿って等間隔に配列されている。下板部221の外周の上部には、鍔部24が形成されている。鍔部24は、下板部221の外周面228に嵌め込まれる後述する受止め板210と下板部221との間からオイルOLが下方へ落下するのを防ぐ役割を果たす。
その様なフッ素化樹脂の例としては、(1)完全フッ素化樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン (PTFE)等、(2)部分フッ素化樹脂、例えば、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE,CTFE)、 ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニル(PVF)等、(3)フッ素化樹脂共重合体、例えば、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(PFA)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、エチレン・四フッ化エチレン共重合体(ETFE),エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)等、等々のフッ素化樹脂が挙げられる。これらの中で、PFA,PTFEが特に好ましい。
これらの樹脂は、ニッケル(Ni)、フッ化ニッケル(NiF2)等の金属上に設けることで耐熱性を飛躍的に向上させることが出来るので、本発明に於いてはこのような態様は特に好ましいものである。
ここで、本実施形態のオイル循環システムにより循環するオイルが空気中にあると、オイルに気泡が発生し、オイルの冷却効率が低下してしまう。また、リップシールのPTFEは、温度が上昇した状態で酸素ガスに触れると、酸化分解されて劣化し易い。これを防ぐためには、循環するオイル中の溶存酸素を除去することが極めて重要である。このため、本実施形態では、オイルが循環する空間を密閉空間とするとともに、この密閉空間を減圧することが好ましい。オイルが循環する空間を減圧するには、例えば、スクリュー真空ポンプ100により形成される真空を利用することができる。別のポンプを設けて減圧することも可能である。減圧は、例えば、空気の飽和溶解度が大気圧における飽和溶解度の半分程度になる圧力まですればよい。
次に、さらに冷却効率の高いオイル循環システムを図12および図13を参照して説明する。なお、第1実施形態と同様の構成部分には、同一の符号を使用している。図12に示すオイルリザーバ300Aは、断熱材で形成されたタンク301と、タンク301の内部に設けられタンク301とともに閉空間CSを形成するための底板304と、閉空間CSに同心状に配置されてオイルOLの流路を形成するための複数の第1の仕切り部材305と、オイルOLの流路を形成するためにタンク301の半径方向に配置された第2の仕切り部材306とを有している。タンク301の上部には、押し上げヘッド180が挿入されるとともに回転シャフト150Aのオイル供給路と連通するオイル流出口302と、回収されたオイルが流入する流入口303とを有する。流入口303は、タンク301の最外周領域R1に配置され、オイル流出口302は、タンク301の中心領域R2に配置されている。タンク301内の底部には、冷却液320が流れるようになっており、冷却器の冷却液320は底板304に全面的に接触している。
110 雄ロータ
111 スクリュー歯
111a 不等リード不等傾斜角スクリュー部
111b 等リードスクリュー部
111c 接続部
113a 中空部
113b 中空部
114 平板部
114h 取付け穴
115 円盤部
115h 取付け穴
120 雌ロータ
121 スクリュー歯
121a 不等リード不等傾斜角スクリュー部
121b 等リードスクリュー部
130 ステータ
135 吸気口
136 排気口
140 駆動モータ
141 モータロータ
142 モータステータ
142a 外周面
142b 流路用溝
143 ギャップ
150 回転シャフト
152,152a オイル供給路
156 閉塞部材
160,161,162 軸受
180 押上げヘッド
190 冷却装置
200 サポート部材
201 第1流路
201a 流入口
202 第2流路
202a 流入口
210 受止め板
220 オイル量調整リング
230 軸封装置
231 保持部材
232 第1シールアセンブリ
233a 第1リップシール
233b 第2リップシール
234 第2シールアセンブリ
234a リップシール
235 ラビリンスシール
OL オイル
M ネジ
Claims (1)
- 互いに噛み合うスクリュー歯を有する雄ロータおよび雌ロータを有し、
前記雄ロータ及び雌ロータのスクリュー歯部は、回転軸線方向の上端側に形成された不等リード不等傾斜角スクリュー部と、回転軸線方向の下端側に形成された前記不等リード不等傾斜角スクリュー部に連続する等リードスクリュー部とを有し、
前記雄ロータおよび雌ロータの少なくとも一方のロータは、回転軸線方向の上端面および下端面で開口する中空部を有し、
前記回転シャフトは、前記少なくとも一方のロータに連結されるとともに前記中空部に少なくとも一部が収容され、
前記回転シャフトを回転自在に支持するとともに前記少なくとも一方のロータおよび回転シャフトの荷重の大部分を回転中においても支持する主軸受を有し、
回転数を上昇させていくと発生する拘束部である前記主軸受を基点とする回転軸の曲げ変形モード振動の一次共振周波数を高めるべく、前記上端面および下端面で開口する中空部により前記少なくとも一方のロータの回転シャフトへの連結部が当該ロータ内に当該ロータの上端部および下端部から離れて画定されるとともに回転軸線方向において当該ロータの重心の位置付近に配置され、加えて、前記主軸受が前記下端面で開口する中空部内に収容されるとともに、当該中空部内の回転軸線方向において前記連結部側寄りに配置されている、
ことを特徴とするスクリュー真空ポンプ。
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