JPH01141277A - 真空ポンプの軸封装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真空ポンプの軸封装置に係り、特に。

クリーンな排気を実現するのに好適なオイルフリー式の
真空ポンプの軸封装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の低速回転の粗引き真空ポンプには、一般にオイル
シールや接触式メカニカルシールが多用されていた。し
かし、これらの軸封装置を高速回転の新形粗引き真空ポ
ンプには周速や冷却法の制約を受は流用は困難である。

また高速回転向きとしては特開昭４８−７７２４９号に
記載のようなものがある。この発明の軸封構造は回転軸
及びネジシールともに円筒状である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は温度上昇に対するシール部材の熱膨張の
点について配慮がされておらず、高速回転下でシール面
が接触することにより生ずる軸振動の増大、シール面の
異常摩耗などの問題があった。

本発明の目的は温度変化によりシール部材が熱膨張して
も、シール面が常に一定のすきまを維持できるようにす
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、回転軸外周を円錐状にし、これと対向する
軸封装置の浮動環内周を円錐状穴部とし、それらの双方
または一方に動圧を発生させるような溝を設け、さらに
浮動環端面にバネもしくは磁石を設けることにより達成
される。

〔作用〕

本発明の真空ポンプ用軸封装置は、軸を回転させると、
回転軸外周及び浮動環内周の動圧発生溝によりシール面
間に動圧が発生する。その動圧により浮動環にスラスト
力が発生し、あらかじめ配備したバネもしくは磁石によ
るスラスト力に対向し、シール面が一定のすきまになる
と両スラスト力がバランスする。シール面が円錐状のテ
ーバになっているので、回転軸が熱により伸縮しても。

浮動環はバネ力と流体力とがバランスする位置まで移動
し、シール面すきまは一定となる。よってシール面同志
の接触による損傷及び、シール面すきまの増大による異
常漏れなどを生じることはなし１゜ また、ネジシールなどのような非接触シールでは回転時
の粘性ポンプ作用により漏れ量を減少させるものであり
、停止時のシール機能はすきまに大きく左右さ′れる６
本発明の軸封装置は、停止時にはネジシールと同様、動
圧効果はない、その結果、バネ力により浮動環はシール
面のすきまが最小となる位置まで移動する。よって停止
時のシール能力もかなり向上する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示すもので、この図にお
いて、真空作動室を形成する雄又は雌ロータの回転軸１
は油潤滑軸受２により支持され、高速で回転する。一方
、固定側軸封要素である浮動環３は、ケーシング４内に
Ｏリング５，６を介し、スプリング７により一方向に押
しつけられる。ラビリンスシール８は軸受潤滑油の油切
りシールとして、軸封部の最も油潤滑軸受２寄りに設け
られ。

スナップリング９により軸方向に位置決めされる。

このように構成された軸封装置において、回転軸１の外
周面及び浮動環３の内周面を円錐状とし。

さらに回転軸１の外周部に動圧発生溝１ａを設けた。こ
れにより、回転軸１が回転すると一定のシール面すきま
ｈが形成され、少量のシールガス１０をパージすること
により油潤滑軸受２からのオイルミストが真空ポンプの
内部に侵入するのを完全に防止できる。

次に本発明の動作及び効果を第５［及び第６図により説
明する。

第５図は回転中の浮動環３のスラスト方向の力のつりあ
い状態を示したものである。回転軸１が回転すると、シ
ール面間に動圧が発生する。浮動環３に作用するバネ力
ＦＳは動圧により発生するスラスト力Ｆｏと対向する関
係にあり、一定のシール面すきまｈになると多方のスラ
スト力がバランスし、浮動環３は静止状態となる。この
状況をグラフにしたのが第６図である。つまり、バネ力
Ｆｓはすきまｈが変化してもほぼ一定値を示すのに対し
、動圧により発生するスラスト力Ｆｏはシール面すきま
ｈが大きくなるにつれ小さくなる。

したがってシール面すきまｈが小さい場合は動圧により
発生するスラスト力Ｆｏがバネ力ＦＳよりも大きいので
、浮動環３はシール面すきまｈが大きくなる方向に移動
する。逆にシール面すきまｈが大きい場合はバネ力ＦＢ
が動圧により発生するスラスト力よりも大きいので、浮
動環３はシール面すきまｈが小さくなる方向に移動する
。以上述べたように本実施例によれば常に一定のシール
面すきまを維持できるので、シール面同志の接触による
異常摩耗及びシール面すきまの増大による異常漏れなど
を生じさせない効果がある。

第２図は本発明の第２の実施例を示す軸封部の縦断面図
で、この図において第１図の実施例とほぼ同じ構成とな
っているが、第１図の動圧発生溝１ａが回転軸１に設け
たのに対し、第２図では動圧発生溝３ａが浮動環３の内
周部に設けた点が異なる。理論的には回転軸１または浮
動環３のどちらに動圧発生溝を設けても同様の作用を有
するので効果は同じである。

また１図は省略したが１回転軸１及び浮動環３の双方に
動圧発生溝を設けても効果は第１実施例及び第２実施例
と同じである。

第３図及び第４図はそれぞれ本発明の第３実施例及び第
４実施例を示す、第１実施例及び第２実施例の浮動環３
の一方向押し付は用スプリング７の代りに、第３図では
矢印方向に吸引するための永久磁石１１、第４図では矢
印方向へ反発させるための永久磁石１２及び１３を装着
した点がそれぞれ異なるが、作用及び効果は同じである
ので、説明は省略する。

第７図は本発明の第５実施例を示すもので、この図にお
いて、真空作動室を形成する雄又は雌ロータの回転軸１
は油潤滑軸受２により支持され、高速で回転する。一方
、固定側軸封要素である浮動環３は、ケーシング４に０
リング５，６を介し。

スプリング７により一方向に押し付けられる。ラビリン
スシール８は軸受潤滑油の油切りシールとして、軸封部
の最も油潤滑軸封２寄りに設けられ。

スナップリング９により軸方向に位置決めされる。

このように構成された軸封装置において１回転軸重の外
周面及び浮動環の内周面を円錐状のテーパーとし、さら
に回転軸１の外周部に動圧発生溝１ａを設けた。さらに
、浮動環３のスプリングフ取付面と反対側面の円周上に
突起部３Ａを設けた。

これにより回転軸１が停止している時は、突起部３Ａは
回転軸１のロータ端面１０と接触し流体をシールする。

なお、この場合、回転軸１の外周と浮動環３の内周面は
接触しないせまいシール面すきまｈｌを保っている。第
２図は回転中の軸封装置の縦断面を示したものである０
回転軸１が回転すると、一定のシール面すきまｈａが形
成されると同時に、浮動環の突起部３Ａと回転軸１のロ
ータ端面１０との間にすきまｈａが形成され非接触状態
で回転する。

次に上述した本発明の動作及び効果を第１０図及び第１
１図により説明する。第１０図は回転中の浮動環３のス
ラスト方向の力のつりあい状態を示したものである０回
転軸１が回転するとシール面間に動圧が発生する。浮動
環３に作用するスプリング力Ｆｓは、動圧により発生す
るスラスト力Ｆｏと対向する関係にあり、一定のシール
面すきまｈｌになると、双方のスラスト力がバランスし
、浮動環３はスラスト方向に静止状態となる。また、回
転による動圧の発生で浮動環３が第３図において右方向
へ移動するので、回転軸１のロータ端面１０との間にす
きまｈｓができ、両者は非接触状態となる。このような
状況をグラフにしたのが、第１１図である。

すなわち、スプリング力Ｆａはシール面すきまｈｌが変
化してもほぼ一定値を示すのに対し、動圧により発生す
るスラスト力ＦＯは、シール面すきまｈｚが大きくなる
につれ小さくなる。従って、シール面すきまｈｚが小さ
い場合は動圧により発生するスラスト力Ｆｏがスプリン
グ力Ｆｏよりも大きいので、浮動環３はシール面すきま
ｈｚが大きくなる第４図中右方向に移動する。逆にシー
ル面すきまｈａが大きい場合はスプリング力ＦＳが動圧
により発生するスラスト力よりも大きいので。

浮動環３はシール面すきまｈｌが小さくなる図中左方向
に移動する。なお、停止時に動圧の発生がなくなるので
スプリング力Ｆａに対向するスラスト力がなくなり、浮
動環３はスプリング力Ｆｓにより、第８図あるいは第１
０図において左方向に移動し、浮動環３の突起部３Ａと
回転軸１のロータ端面１０が接触し静止密封面を形成す
る。この場合１円錐状部のシール面すきまｈａと、端面
部のシールすきまｈａの関係をｈｓ＞ｈａにすることに
より、停止時はシールの接触面積の少ない方での接触と
なり、起動時の摩擦トルクの減少を図らなければならな
い、つまり停止時は第７図に示したシール面すきまｈａ
を維持しなければならない。

以上述べたように本実施例によれば１回転中はシール部
材の熱膨張があっても、常に一定のシール面すきまが保
持できるので、シール面同志の接触による損傷や、シー
ル面すきまの増大による異常漏れなどを生じることはな
い、一方、停止時は接触シール面が形成されるため、非
接触式円筒面シールの泣きどころであった停止時の漏れ
増加現象をなくすことができる。

次に第９図は本発明の第６の実施例を示す軸封部の停止
中の縦断面図である。第７図の実施例とほぼ同じ構成と
なっているが、第７図の浮動環３の突起部３Ａが、浮動
環３の端面に設けたのに対し、第９図では突起部３ｂが
浮動環３の内周面に円錐穴状のテーパーを有し、相手回
転軸１のテーパ一部１ｂに対向して接触する点、すなわ
ち第７図が接触式端面シールであるのに対し、第９図は
接触式円錐面シールである点が異なる。上記のように停
止時の密封構造が端面形か円錐面形かの違いはあるが、
同様の作用を有するので、効果は同じである。

また、図は省略したが、回転軸１及び浮動環３の双方、
もしくは浮動環３に動圧発生溝を設けても作用、効果は
第５実施例及び第６実施例と同じである。

また、浮動環３の一方向押し付は用スプリング７の代り
に、磁石同志を反発させることや、磁石で浮動環３を吸
引することによりスラスト力を得る方法もある。

また、上記同様図は省略したが、浮動環３の突起部３Ａ
及び３ｂはスタート、ストップ直後にはわずかであるが
、相手面と摺動する。この摺動を最小限にする方法とし
ては、突起部端面にオリフィス絞りを持つ流体の流路を
設け、外部からシールガスを導入する方法（静止形オリ
フィス絞りシール）あるいは軸の回転による動圧効果を
利用す非接触シール（スパイラルみぞシール、レイリー
ステップシール）方法などがある。突起部の材質も自己
潤滑性の優れた、例えばＰＴＦＥ系複合材。

カーボン、耐熱樹脂、ポリイミド樹脂などを選定すると
良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の円筒面形非接触シールに、シー
ル面すきまを自動調節するという新しい機能が付着でき
るので、熱膨張軸振動などには無関係で、かつ潤滑や冷
却も不要さらには単純構造で調整不要、長期寿命といっ
た種々の利点があり。

信頼性、経済性両面で優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の軸封装置を示す縦断面図
、第２図は本発明の第２実施例を示す縦断面図、第３図
は本発明の第３実施例を示す縦断面図、第４図は本発明
の第４実施例を示す縦断面図、第５図は本発明における
浮動環に働く力の状態図、第６図は本発明におけるシー
ル面すきまとスラスト力の関係図、第７図は本発明の第
５実施例を示す縦断面図、第８図はその動作説明図、第
９図は本発明の第６実施例を示す縦断面図、第１０図お
よび第１１図は動作説明図である。 １・・・回転軸、１ａ・・・動圧発生溝、３・・・浮動
環、７ＶＪ　１　図 不　２Ｉ１２１ ３−５手ｉｊＪ月」　　スフーーー゛シール面丁チま高
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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸と、これを支持する油潤滑軸受と、作動流体
   及びオイルミストの漏えいを防止する軸封装置とを備え
   てなる真空ポンプにおいて、前記回転軸の外周を円錐状
   部に、対向する前記軸封装置の浮動環内周を円錐状穴部
   とし、円錐状部および円錐状穴部の双方または一方に動
   圧を発生させるような溝を設け、さらに浮動環端面に動
   圧によるスラスト力とバランスするような力を印加でき
   る手段を設けたことを特徴とする真空ポンプの軸封装置
   。 ２、前記動圧によるスラスト力とバランスするような力
   を印加できる手段は、バネもしくは磁石で構成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の真空ポンプの
   軸封装置。