JPH11107951A - Postive displacement type pump - Google Patents
Postive displacement type pumpInfo
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- JPH11107951A JPH11107951A JP26760897A JP26760897A JPH11107951A JP H11107951 A JPH11107951 A JP H11107951A JP 26760897 A JP26760897 A JP 26760897A JP 26760897 A JP26760897 A JP 26760897A JP H11107951 A JPH11107951 A JP H11107951A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、容積形ポンプ、例
えば空気やこれと他の気体が交じった圧縮性流体を排気
する真空ポンプに好適な容積形ポンプに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positive displacement pump suitable for a positive displacement pump, for example, a vacuum pump for evacuating a compressive fluid in which air or another gas is mixed.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、低圧作業空間を得るための真空排
気等に使用される真空ポンプとして、ルーツ型、クロー
型、スクリュー型といった容積形ポンプが多用されてい
る。この種の容積形ポンプの排気運転に際しては、排出
口までの移送中に所定の圧縮率で容積を減少した気体移
送室が次々と連続的に排出口に連通し、大気中への排気
がなされる。この排気のための断熱圧縮によって生じる
熱や、漏れにより大気側(排出口側)からポンプ内(後
続の気体移送室側)に逆流する気体が再度大気側に戻さ
れる損失サイクル等により、ポンプの排出口側は高温と
なる。このとき、排出口近傍のロータ軸およびその軸受
内輪が相当高温となって大きく熱膨張するのに対し、そ
の軸受の外輪を保持するポンプハウジングの方は大気に
さらされていることによる放熱や強制水冷による冷却に
よって温度上昇を抑えられ、さほど熱膨張しないことか
ら、つまり、このような熱膨張差により、軸受の転動体
と内外輪の接触面に過大な荷重(接触圧)が作用する。2. Description of the Related Art Conventionally, positive displacement pumps such as a roots type, a claw type, and a screw type have been widely used as vacuum pumps used for evacuation for obtaining a low-pressure working space. During the evacuation operation of this type of positive displacement pump, the gas transfer chamber whose volume has been reduced at a predetermined compression rate during the transfer to the outlet is continuously connected to the outlet one after another, and the air is exhausted to the atmosphere. You. The heat generated by the adiabatic compression for the exhaust and the loss cycle in which the gas flowing backward from the atmosphere side (discharge port side) into the pump (the subsequent gas transfer chamber side) due to the leakage is returned to the atmosphere side again, etc. The outlet side becomes hot. At this time, the rotor shaft near the discharge port and its bearing inner ring become considerably hot and undergo a large thermal expansion, whereas the pump housing holding the bearing's outer ring is exposed to the atmosphere to release heat and force. Since the temperature rise is suppressed by cooling by water cooling and thermal expansion is not so large, that is, due to such a thermal expansion difference, an excessive load (contact pressure) acts on the contact surface between the rolling element of the bearing and the inner and outer rings.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】したがって、上述のよ
うな従来の容積形ポンプは、排出口側の温度が高くなる
と、上記熱膨張差が大きくなって軸受の焼付を生じるた
め、排出口側の温度が所定値を超えないような運転条件
(例えばポンプ回転数等の条件)で使用せざるを得ない
ものであった。その結果、例えば半導体製造装置の真空
排気に従来のポンプを使用する場合、特に比較的低温
(例えば100度以下)となる吸入口側のロータ外周等
に、低圧作業空間内から排気される特定のガス(例えば
CVD法による薄膜成形工程における反応ガス)に起因
する固形生成物が付着し、その固形生成物除去のためメ
ンテナンスを頻繁に行わなければならないという問題が
あった。Therefore, in the conventional positive displacement pump as described above, when the temperature on the discharge port side increases, the difference in thermal expansion increases and seizure of the bearing occurs. It has to be used under operating conditions (for example, conditions such as pump speed) where the temperature does not exceed a predetermined value. As a result, for example, when a conventional pump is used for evacuation of a semiconductor manufacturing apparatus, a specific pump exhausted from the low-pressure working space is particularly provided on the outer periphery of the rotor on the suction port side where the temperature is relatively low (for example, 100 degrees or less). There is a problem that a solid product resulting from a gas (for example, a reaction gas in a thin film forming process by a CVD method) adheres, and frequent maintenance is required to remove the solid product.
【0004】本発明は、上述のような解決すべき課題に
鑑みてなされたもので、排出側の温度を高くしても連続
運転することができる容積形ポンプを提供することを目
的とする。The present invention has been made in view of the above problems to be solved, and an object of the present invention is to provide a positive displacement pump which can be operated continuously even when the temperature on the discharge side is increased.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、吸入口および排出口を有し内部にロータ
室が形成されたハウジングと、回転中心軸を有し吸入口
からロータ室に圧縮性流体を吸入するとともに該流体を
排出口から排出するようロータ室内に回転可能に設けら
れたロータと、ハウジングとロータの回転中心軸との間
に介在し、ロータをハウジングに回転自在に支持する排
出口側の軸受装置と、を備えた容積形ポンプにおいて、
前記軸受装置が、前記ロータの回転中心軸の周囲で転動
可能な転動体と、該転動体とハウジングの間に介在する
外輪と、を有し、該軸受装置の外輪が、温度上昇により
前記ロータと前記ハウジングとの間に大きな温度差が有
る場合でも、ハウジング内周との間に隙間を有すると共
に、弾性部材を介して前記ハウジングに支持されたこと
を特徴とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a housing having a suction port and a discharge port and having a rotor chamber formed therein; A rotor is rotatably provided in the rotor chamber so as to suck the compressible fluid into the chamber and discharge the fluid from the outlet, and is interposed between the housing and the rotation center axis of the rotor, and the rotor is rotatable in the housing. And a bearing device on the discharge port side supporting the positive displacement pump,
The bearing device has a rolling element that can roll around a rotation center axis of the rotor, and an outer ring interposed between the rolling element and a housing, and the outer ring of the bearing device is configured to be heated due to a temperature rise. Even when there is a large temperature difference between the rotor and the housing, a gap is provided between the rotor and the housing inner periphery, and the rotor is supported by the housing via an elastic member.
【0006】かかる構成においては、軸受装置の外輪が
弾性部材を介してハウジングに弾性支持されることで、
ロータの回転中心軸および軸受の熱膨張がその熱膨張に
伴って弾性変形する弾性部材によって吸収されるから、
軸受に過大な荷重が作用するのを防止することができ
る。その結果、ポンプの排出口側が相当高温となるよう
な状態での運転ができる真空ポンプとなる。In such a configuration, the outer ring of the bearing device is elastically supported by the housing via the elastic member,
Since the thermal expansion of the rotation center shaft of the rotor and the bearing is absorbed by the elastic member elastically deformed with the thermal expansion,
It is possible to prevent an excessive load from acting on the bearing. As a result, the vacuum pump can be operated in a state where the outlet side of the pump is at a considerably high temperature.
【0007】また、請求項2に記載のように、前記外輪
が前記ロータの回転中心軸に対し互いに逆方向に傾斜し
た接触面を有する第1外輪および第2外輪からなるとと
もに、前記転動体が両外輪の接触面にそれぞれ接触する
よう2組設けられ、前記第1外輪および第2外輪を軸方
向に付勢する付勢手段が設けられると、ロータ回転中心
軸、内輪および転動体の熱膨張が第1外輪および第2外
輪の内輪に対する軸方向変位によって吸収され、転動体
に作用する接触圧の変化がより有効に抑制されるから、
より大きな熱膨張にも対応可能となる。Further, the outer ring comprises a first outer ring and a second outer ring having contact surfaces inclined in opposite directions with respect to the rotation center axis of the rotor. When two sets are provided so as to be in contact with the contact surfaces of the two outer rings, respectively, and when biasing means for biasing the first outer ring and the second outer ring in the axial direction are provided, the thermal expansion of the rotor rotation center shaft, the inner ring and the rolling elements Is absorbed by the axial displacement of the first outer ring and the second outer ring with respect to the inner ring, and the change in the contact pressure acting on the rolling elements is more effectively suppressed.
It is possible to cope with a larger thermal expansion.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について添付図面を参照しつつ説明する。図1〜図3
は本発明に係る容積形ポンプの一実施形態を示す図であ
り、本発明をスクリュー型の真空ポンプに適用した例を
示している。まず、その構成を説明すると、図1および
図2において、11は、内部にロータ室12が形成され
たポンプハウジングで、このポンプハウジング11は吸
入口11aおよび排出口11bを有している(図2参
照)。21,22はこのポンプハウジング11のロータ
室12内にそれぞれ微小隙間(例えば50μm程度)を
もって回転可能に収納された雌雄のスクリューロータで
ある。スクリューロータ21,22のうち雄スクリュー
ロータ21は雄ねじ状に、雌スクリューロータ22はロ
ータ21とは逆ねじ方向の雌ねじ状に形成されており、
ポンプハウジング11の内部でこれらスクリューロータ
21,22が微小隙間(例えば50μm程度)をもって
平行に隣接配置され、後述する駆動手段によって相互に
逆方向に駆動されるようになっている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 to 3
FIG. 1 is a view showing one embodiment of a positive displacement pump according to the present invention, and shows an example in which the present invention is applied to a screw type vacuum pump. First, the structure will be described. In FIGS. 1 and 2, reference numeral 11 denotes a pump housing in which a rotor chamber 12 is formed. The pump housing 11 has a suction port 11a and a discharge port 11b (FIG. 1). 2). Reference numerals 21 and 22 denote male and female screw rotors rotatably housed in the rotor chamber 12 of the pump housing 11 with a small gap (for example, about 50 μm). Of the screw rotors 21 and 22, the male screw rotor 21 is formed in a male screw shape, and the female screw rotor 22 is formed in a female screw shape in a reverse screw direction to the rotor 21,
The screw rotors 21 and 22 are arranged in parallel inside the pump housing 11 with a small gap (for example, about 50 μm), and are driven in mutually opposite directions by driving means described later.
【0009】ポンプハウジング11およびスクリューロ
ータ21,22の材料は、SUS316L(ステンレス
銅)を用いている。しかし、それらの材料としては、例
えばSCM435(クロムモリブデン銅)やアルミ合金
等でもよく、またそれらの材料の組み合せでもよい。ポ
ンプハウジング11とロータ室12内のロータ21,2
2との間には、ロータ21,22の近接部分で仕切られ
た複数の螺旋状の作動室25,26(気体移送室)が形
成されており、これら作動室25,26はスクリューロ
ータ21,22の各移送区間におけるリード長に応じた
所定の容積を有している。そして、ロータ21,22が
回転するとき、作動室25,26は、吸入口11aに連
通している吸入側の移送区間では容積を所定値まで増加
させて吸気作用をなし、吸入口11aにも排出口11b
にも連通しない中間の移送区間では所定容積で移送さ
れ、排出口11bに連通する排出側の移送区間では容積
を最小に減少させて大気圧程度以上の吐出圧を生じ、こ
れによって排出作用をなすようになっている。なお、ス
クリューロータ21,22のリード長やねじ溝の断面積
を変化させることにより、作動室25,26の容積が前
記中間の移送区間で徐々に(多段階に)減少するように
してもよい。The pump housing 11 and the screw rotors 21 and 22 are made of SUS316L (stainless copper). However, such a material may be, for example, SCM435 (chromium molybdenum copper) or an aluminum alloy, or a combination of these materials. Pump housing 11 and rotors 21 and 22 in rotor chamber 12
2, a plurality of spiral working chambers 25, 26 (gas transfer chambers) partitioned by portions close to the rotors 21, 22 are formed. 22 has a predetermined volume according to the lead length in each transfer section. When the rotors 21 and 22 rotate, the working chambers 25 and 26 increase the volume to a predetermined value in the transfer section on the suction side communicating with the suction port 11a to perform a suction action, and the suction chamber 11 Outlet 11b
In the intermediate transfer section not communicating with the discharge port 11b, the transfer is performed with a predetermined volume, and in the transfer section on the discharge side communicating with the discharge port 11b, the volume is reduced to a minimum to generate a discharge pressure of about atmospheric pressure or more, thereby performing the discharge action. It has become. By changing the lead lengths of the screw rotors 21 and 22 and the cross-sectional areas of the screw grooves, the volumes of the working chambers 25 and 26 may be gradually reduced (in multiple stages) in the intermediate transfer section. .
【0010】また、スクリューロータ21,22はその
回転中心軸であるロータ軸31,32(回転中心軸)と
一体に形成されており、ロータ軸31,32はロータ2
1,22の軸方向両端から突出する一端部31a,32
aおよび他端部31b,32bを有している。41,4
2は、ロータ軸31,32の一端部31a,32aとポ
ンプハウジング11の軸穴部13a,14aとの間にそ
れぞれ介在する第1の軸受であり、43,44は、ロー
タ軸31,32の他端部31b,32bとポンプハウジ
ング11の軸穴部13b,14bとの間にそれぞれ介在
する第2の軸受である。これら第1および第2の軸受4
1〜44は、ロータ21,22をポンプハウジング11
に対し回転自在に支持する機能を有する。また、第1の
軸受装置41,42は、その詳細な構成を後述するが、
ポンプハウジング11に対するロータ21,22の軸方
向変位を規制する機能を有しており、一方、第2の軸受
43,44はポンプハウジング11に対するロータ2
1,22の軸方向変位(具体的には、第1の軸受装置4
1,42によって一端部31a,32aの軸方向変位を
規制されたロータ軸31,32が熱膨張に伴って伸長
し、他端部31b,32bが変位する)を許容する機能
を有している。Further, the screw rotors 21 and 22 are formed integrally with rotor shafts 31 and 32 (rotation center axes) which are rotation center axes thereof.
One end portions 31a and 32 protruding from both axial ends of the first and second axial directions.
a and the other end portions 31b and 32b. 41, 4
Reference numeral 2 denotes a first bearing interposed between one end portions 31a and 32a of the rotor shafts 31 and 32 and shaft hole portions 13a and 14a of the pump housing 11, respectively. These are second bearings interposed between the other end portions 31b and 32b and the shaft holes 13b and 14b of the pump housing 11, respectively. These first and second bearings 4
1 to 44 connect the rotors 21 and 22 to the pump housing 11.
It has the function of supporting it rotatably. The first bearing devices 41 and 42 have a detailed configuration described later,
The second bearings 43 and 44 have a function of regulating the axial displacement of the rotors 21 and 22 with respect to the pump housing 11, while the second bearings 43 and 44 support the rotor 2 with respect to the pump housing 11.
1 and 22 (specifically, the first bearing device 4
The rotor shafts 31, 32, the axial displacement of which is restricted by the end portions 31 a, 32 a, are extended by thermal expansion and the other end portions 31 b, 32 b are displaced. .
【0011】50は、スクリューロータ21,22を駆
動する駆動手段で、雄スクリューロータ21のロータ軸
31に連結された電動機51と、ロータ軸31,32に
それぞれ固定され互いに噛合する同一歯数のタイミング
ギヤである伝動ギヤ52,53と、を含んで構成されて
いる。図1に示すように、第1の軸受装置41,42
は、ロータ軸31,32の一端部31a,32aとポン
プハウジン11の間に介在する各一対のアンギュラ玉軸
受61,62と、これらの間に縮設された皿ばね63,
64と、を有している。アンギュラ玉軸受61,62
は、例えば接触角が30゜で、皿ばね63,64を挟ん
で互いに逆向きに配置されている。また、各アンギュラ
玉軸受61,62は、ポンプハウジング11の軸穴部1
3a,14aに所定隙間13dをもって収納された外輪
61a,62aと、ロータ軸31,32の一端部31
a,32aに取り付けられた内輪61b,62bと、外
輪61a,62aおよび内輪61b,62bに接触しな
がらロータ軸31,32の周囲を転動する鋼製の転動
体、例えばボール61c,62cと、から構成されてい
る。Reference numeral 50 denotes a driving means for driving the screw rotors 21 and 22, and an electric motor 51 connected to the rotor shaft 31 of the male screw rotor 21 and the same number of teeth fixed to the rotor shafts 31 and 32 and meshing with each other. And transmission gears 52 and 53 which are timing gears. As shown in FIG. 1, first bearing devices 41, 42
Are a pair of angular contact ball bearings 61 and 62 interposed between the pump housing 11 and one end portions 31a and 32a of the rotor shafts 31 and 32, and a pair of disc springs 63 and
64. Angular contact ball bearings 61 and 62
Are arranged, for example, at a contact angle of 30 ° and opposite to each other with the disc springs 63 and 64 interposed therebetween. Further, each of the angular ball bearings 61 and 62 is provided in the shaft hole 1 of the pump housing 11.
Outer rings 61a, 62a housed in a predetermined gap 13d in 3a, 14a, and one end 31 of rotor shafts 31, 32
a, 32a, and steel rolling elements, such as balls 61c, 62c, which roll around the rotor shafts 31, 32 while being in contact with the outer rings 61a, 62a and the inner rings 61b, 62b. It is composed of
【0012】皿ばね63,64は、アンギュラ玉軸受6
1,62の外輪61a,62aを軸方向で互いに離隔す
る方向(所定の付勢方向)に付勢する付勢手段となって
おり、これらの外輪61a,62aを介してボール61
c,62cに所定の予圧を付与するとともに、外輪61
a,62aが熱膨張によってこの付勢方向と逆の方向に
変位するのを許容するようになっている。ポンプハウジ
ング11の軸穴部13a,14aの開口付近には、皿ば
ね63,64からの付勢力に対して外輪62a同士の間
隔を所定値以下に制限する抜け止めリング15が、ボル
ト16によって取り付けられている。また、ロータ軸3
1,32には、それぞれ内輪61b,62bを外輪61
a,62aとほぼ等しい間隔に離間させるスペーサリン
グ17a,17bと、ロータ軸31,32にねじ結合す
るとともにスペーサリング17a,17bを介して内輪
61b,62bをロータ軸31,32と一体に固定する
ナット18と、が取り付けられている。The disc springs 63 and 64 are provided with angular contact ball bearings 6.
The urging means urges the outer rings 61a, 62a in directions axially separated from each other (predetermined urging direction), and the balls 61 are formed via the outer rings 61a, 62a.
A predetermined preload is applied to the outer ring 61 and the outer race 61c.
a, 62a are allowed to be displaced in a direction opposite to the biasing direction due to thermal expansion. In the vicinity of the openings of the shaft holes 13a, 14a of the pump housing 11, a retaining ring 15, which restricts the interval between the outer rings 62a to a predetermined value or less against the urging force from the disc springs 63, 64, is attached by a bolt 16. Have been. Also, the rotor shaft 3
The inner rings 61b and 62b are provided with outer rings 61b and 62b, respectively.
The spacer rings 17a and 17b are spaced from the rotor shafts 31 and 32 at substantially equal intervals to the rotor shafts 31 and 32, and the inner rings 61b and 62b are integrally fixed to the rotor shafts 31 and 32 via the spacer rings 17a and 17b. A nut 18 is attached.
【0013】さらに、アンギュラ玉軸受61,62の外
輪61a,62aとポンプハウジング11の軸穴部13
a,14aの間には、各一対の弾性リング71,72が
圧縮状態で介装されている。これら弾性リング71,7
2は、それぞれ例えば「く」の字形の断面に湾曲した公
知の板ばね材からなり、軸穴部13aに形成された複数
の環状溝13cおよびこれと同様な軸穴部14a内の環
状溝にそれぞれ嵌め付けられ、ロータ軸31,32をア
ンギュラ玉軸受61,62を介して軸穴部13a,14
aの中心軸線上に安定支持することができる。なお、弾
性リング71,72に代えて、周方向等間隔に離隔する
とともに内方に所定高さで突出する複数の内突起や切り
起こし部を設けた板ばね材、ばね用の線材又は板材から
なり周方向に所定波長の波形をなすリング状の金属ば
ね、あるいは耐熱性の樹脂を含む弾性部材、耐熱性に優
れたOリング等を用いて外輪61a,62aを弾性支持
するようにしてもよい。Further, the outer rings 61a, 62a of the angular ball bearings 61, 62 and the shaft hole 13 of the pump housing 11 are provided.
A pair of elastic rings 71 and 72 are interposed in a compressed state between a and a. These elastic rings 71, 7
Reference numeral 2 denotes a plurality of annular grooves 13c formed in a shaft hole 13a and a similar annular groove in a shaft hole 14a formed of a known leaf spring material, each of which is curved into, for example, a "<"-shaped cross section. The rotor shafts 31 and 32 are fitted with the shaft holes 13a and 14 via the angular ball bearings 61 and 62, respectively.
It can be stably supported on the central axis of a. In place of the elastic rings 71 and 72, a leaf spring material provided with a plurality of inner protrusions or cut-and-raised portions which are spaced apart at equal intervals in the circumferential direction and project inward at a predetermined height, and a wire or plate material for spring are used. The outer rings 61a and 62a may be elastically supported using a ring-shaped metal spring having a predetermined wavelength in the circumferential direction, an elastic member containing heat-resistant resin, an O-ring having excellent heat resistance, or the like. .
【0014】上述の構成においては、駆動手段50の電
動機51によって雄スクリューロータ21が駆動される
と、伝動ギヤ52,53を介して雌スクリューロータ2
2が雄スクリューロータ21と同期して逆方向に駆動さ
れ、両ロータ21,22の近接部分によって仕切られた
複数の螺旋状の作動室25,26が、吸入口11aに連
通している吸入側の移送区間では容積を所定値まで増加
させて吸気作用をなし、吸入口11aにも排出口11b
にも連通しない中間の移送区間では所定容積で又は容積
を徐々に減少させながら移送され、排出口11bに連通
する排出側の移送区間では容積を最小に減少させて排出
作用をなす。In the above configuration, when the male screw rotor 21 is driven by the electric motor 51 of the driving means 50, the female screw rotor 2 is driven via the transmission gears 52 and 53.
2 is driven in synchronization with the male screw rotor 21 in the opposite direction, and a plurality of helical working chambers 25 and 26 partitioned by adjacent portions of both rotors 21 and 22 are connected to the suction side communicating with the suction port 11a. In the transfer section, the volume is increased to a predetermined value to perform the suction action, and the suction port 11a is also connected to the discharge port 11b.
In the intermediate transfer section which does not communicate with the discharge port 11b, the transfer is performed at a predetermined volume or while gradually decreasing the volume. In the transfer section on the discharge side communicating with the discharge port 11b, the volume is reduced to a minimum to perform the discharge operation.
【0015】この運転状態において、排出口11b側で
は作動室25,26が次々と排出口11bに連通して大
気中への排気がされるが、この排気のための断熱圧縮に
よって生じる熱や、漏れにより大気側(排出口11bに
連通した作動室25,26側)からポンプハウジング1
1内(後続の作動室)に侵入する気体が再度大気側に戻
される損失サイクル等により、排出口11b側は高温と
なる。また、運転時には大半の作動室25,26が真空
状態となって断熱作用をなすことから、ポンプハウジン
グ11が外気への放熱が可能で比較的低温であるのに対
し、高温のスクリューロータ21,22側からこのポン
プハウジング11側に熱が伝達され難くなる。したがっ
て、ポンプハウジング11の排出口11b側がかなり高
温となってスクリューロータ21,22およびロータ軸
31,32が大きく熱膨張するのに対し、ポンプハウジ
ング11の熱膨張はそれほど大きな熱膨張にならない運
転状態となる。In this operating state, the working chambers 25 and 26 are successively communicated with the discharge port 11b on the discharge port 11b side to be exhausted to the atmosphere. However, heat generated by adiabatic compression for the exhaust, The pump housing 1 from the atmosphere side (the working chambers 25 and 26 side communicating with the discharge port 11b) due to leakage.
The temperature of the outlet 11b becomes high due to a loss cycle or the like in which the gas entering the inside 1 (the subsequent working chamber) is returned to the atmosphere again. Also, during operation, most of the working chambers 25 and 26 are in a vacuum state to perform a heat insulating function, so that the pump housing 11 can radiate heat to the outside air and has a relatively low temperature, whereas the pump housing 11 has a relatively high temperature. Heat is less likely to be transmitted from the side 22 to the pump housing 11 side. Therefore, the screw rotors 21 and 22 and the rotor shafts 31 and 32 undergo large thermal expansion due to the temperature of the discharge port 11b of the pump housing 11 becoming extremely high, whereas the thermal expansion of the pump housing 11 does not result in such large thermal expansion. Becomes
【0016】そして、この運転状態でロータ軸31,3
2が熱膨張によって軸方向に伸びるときには、ロータ軸
31,32の他端部31b,32bが第2の軸受43,
44に対してスライドし、排出口11b側のポンプハウ
ジング11とスクリューロータ21,22の軸方向の隙
間がほぼ一定範囲に保たれた状態で、第1の軸受装置4
1,42および第2の軸受43,44によってロータ軸
31,32がポンプハウジング11の軸穴部13a,1
4aの中心軸上に安定軸支される。In this operating state, the rotor shafts 31, 3
2 is extended in the axial direction by thermal expansion, the other end portions 31b and 32b of the rotor shafts 31 and 32 are connected to the second bearings 43 and 32, respectively.
44, the first bearing device 4 is kept in a state in which the axial clearance between the pump housing 11 on the discharge port 11b side and the screw rotors 21 and 22 is kept in a substantially constant range.
The rotor shafts 31 and 32 are formed by the shaft holes 13 a and 1 of the pump housing 11 by the first and second bearings 43 and 44.
4a is stably supported on the central axis.
【0017】また、運転に伴い排出口11b側の温度が
上昇してくると、ロータ軸31,32および軸受61,
62とハウジング11との間の温度差が大きくなり、図
3に破線で示すように(便宜的に誇張して図示してい
る)、アンギュラ玉軸受61,62の外輪61a,62
aがボール61c,62cからの押圧力により互いに接
近するよう軸方向変位するとともに皿ばね63,64を
圧縮する。したがって、アンギュラ玉軸受61,62の
ボール61c,62cには皿ばね63,64からの付勢
力に応じた所定範囲内の荷重が作用することになり、過
大な荷重が作用することはない。このとき、外輪61
a,62aがポンプハウジング11の軸穴部13a,1
4a(内壁面)に近接するが、弾性リング71,72が
その内径を拡大するよう弾性変形して外輪61a,62
aの熱膨張を吸収する。これによってポンプの排出口1
1b側が非常に高温になったとしても、外輪61a,6
2aと軸穴部13a,14aの間には所要の隙間あるい
は少なくとも従来の軸受の常温における嵌合代程度の締
め代が確保され、外輪61a,62aが軸方向に移動で
きるようになっている。When the temperature on the discharge port 11b side rises with the operation, the rotor shafts 31, 32 and the bearings 61, 32
The temperature difference between the housing 62 and the housing 11 increases, and the outer rings 61a, 62 of the angular contact ball bearings 61, 62, as shown by broken lines in FIG. 3 (shown exaggerated for convenience).
a is axially displaced toward each other by the pressing force from the balls 61c and 62c, and compresses the disc springs 63 and 64. Therefore, a load within a predetermined range according to the urging force from the disc springs 63 and 64 acts on the balls 61c and 62c of the angular ball bearings 61 and 62, and an excessive load does not act. At this time, the outer ring 61
a, 62a are shaft holes 13a, 1 of the pump housing 11;
4a (inner wall surface), the elastic rings 71 and 72 are elastically deformed so as to enlarge their inner diameters, and the outer rings 61a and 62
absorbs the thermal expansion of a. This allows the pump outlet 1
Even if the 1b side becomes extremely hot, the outer rings 61a, 6
A required gap or at least a tightening allowance at room temperature of a conventional bearing is secured between the shaft 2a and the shaft holes 13a and 14a, so that the outer races 61a and 62a can move in the axial direction.
【0018】このような作用についての理解を助けるた
め、ここで図4に示す比較例を用いて説明する。図4に
示すように、一対のアンギュラ玉軸受1、2をそれらの
外輪1a,2aの内周面(転動面)が逆方向に傾斜する
よう配置するとともに、これら外輪1a,2aの間に皿
ばね3,4を縮設し、運転時の温度上昇に伴う両内輪の
熱膨張(径の拡大)により外輪1a,2aが互いに接近
するようにすることも考えられる。このようにすると、
外輪1a,2aをポンプハウジング6の軸穴内に直接保
持させることができ、本実施形態の弾性リング71,7
2が不必要になるようにも思われる。しかしながら、ポ
ンプの排出口11b側が高温となることに伴い、ロータ
軸5とポンプハウジング6の間の温度差が相当大きくな
ったとすると、アンギュラ玉軸受1,2の外輪1a,2
aが大きく熱膨張してポンプハウジング6の軸穴にきつ
く嵌合する状態となり、外輪1a,2aの軸方向変位に
よってロータ軸5側の熱膨張を吸収するという作用が得
られなくなる。そのため、このような軸受構造にあって
は、ポンプの排気側がかなりの高温になると、軸受1,
2の転動体1b,2bに過大な荷重が作用し、軸受寿命
が急激に低下するという問題が避けられない。In order to facilitate understanding of such an operation, the operation will be described with reference to a comparative example shown in FIG. As shown in FIG. 4, a pair of angular ball bearings 1 and 2 are arranged such that the inner peripheral surfaces (rolling surfaces) of their outer rings 1a and 2a are inclined in opposite directions, and between the outer rings 1a and 2a. It is also conceivable to contract the disc springs 3 and 4 so that the outer rings 1a and 2a approach each other due to the thermal expansion (expansion of the diameter) of both inner rings due to a temperature rise during operation. This way,
The outer rings 1a and 2a can be held directly in the shaft holes of the pump housing 6, and the elastic rings 71 and 7 of the present embodiment can be held.
It also seems that 2 is unnecessary. However, if the temperature difference between the rotor shaft 5 and the pump housing 6 becomes considerably large due to the high temperature of the discharge port 11b of the pump, the outer rings 1a, 2 of the angular ball bearings 1, 2 are assumed to be large.
a is greatly expanded and becomes tightly fitted in the shaft hole of the pump housing 6, and the effect of absorbing the thermal expansion on the rotor shaft 5 side by the axial displacement of the outer rings 1a and 2a cannot be obtained. Therefore, in such a bearing structure, when the exhaust side of the pump becomes extremely hot, the bearing 1
Inevitably, an excessive load acts on the rolling elements 1b and 2b, and the bearing life is sharply reduced.
【0019】これに対し、本実施形態のポンプでは、弾
性リング71,72がその内径を拡大するよう弾性変形
して外輪61a,62aの熱膨張を確実に吸収するか
ら、スクリューロータ21,22およびロータ軸31,
32が一端部31a,32a側でかなり高温になる高速
連続運転状態であっても、従ってそれらの一端部31
a,32a側とハウジング11との間の温度差が非常に
大きくなるような高温の運転状態であっても、外輪61
a,62aの軸方向変位が妨げられることはなく、ボー
ル61c,62cには常時皿ばね63,64からの付勢
力に応じた所定レベルの予圧が付与されることになり、
アンギュラ玉軸受61,62の安定した軸受性能を維持
することができる。On the other hand, in the pump according to the present embodiment, the elastic rings 71, 72 are elastically deformed so as to enlarge their inner diameters and reliably absorb the thermal expansion of the outer rings 61a, 62a. Rotor shaft 31,
32 is in a high-speed continuous operation state in which the temperatures at the one end portions 31a and 32a become considerably high, so
a, 32a even in a high temperature operating state in which the temperature difference between the housing 11 and the housing 11 becomes very large.
The axial displacement of the a and 62a is not hindered, and the balls 61c and 62c are always given a predetermined level of preload in accordance with the urging force from the disc springs 63 and 64.
Stable bearing performance of the angular contact ball bearings 61 and 62 can be maintained.
【0020】このように、本実施形態の真空ポンプにお
いては、アンギュラ玉軸受61,62の外輪61a,6
2aとポンプハウジング11の間に設けた弾性リング7
1,72により、連続運転による大きな熱膨張時に対し
てもアンギュラ玉軸受61,62の外輪61a,62a
を確実に軸方向変位させて、ボール61c,62cに作
用する接触圧を皿ばね63,64のばね圧に応じた良好
な荷重範囲内に保つことができる。したがって、排出口
11b側の温度が高温となる状態で運転を行うことがで
き、その結果、高速回転での運転が可能になる。また、
例えば低圧作業空間内から排気する特定のガス(CVD
法による薄膜成形工程における反応ガス等)によって固
形生成物が生じ易い場合にあっても、ポンプ内全体の温
度がその固形生成物の生じる温度域(例えば150〜2
00゜C 程度の所定温度よりも低い従来の運転温度域)
から高温側に外れるような運転が可能になり、固形生成
物の除去のためのメンテナンスの回数を少なくすること
ができる。また、連続運転を長時間にわたって行うこと
ができ、結果的に真空排気系の発熱量に一部を負担して
いたといえる従来のメカニカルブースタポンプ、の併用
をしなくて済むようなことも可能となる。As described above, in the vacuum pump of the present embodiment, the outer rings 61a, 6 of the angular ball bearings 61, 62 are provided.
Elastic ring 7 provided between 2a and pump housing 11
1, 72, the outer rings 61a, 62a of the angular contact ball bearings 61, 62 even when the thermal expansion is large due to the continuous operation.
Is reliably displaced in the axial direction, and the contact pressure acting on the balls 61c, 62c can be kept within a favorable load range according to the spring pressure of the disc springs 63, 64. Therefore, the operation can be performed in a state where the temperature on the side of the discharge port 11b is high, and as a result, the operation at high speed can be performed. Also,
For example, a specific gas (CVD
Even when a solid product is likely to be generated due to a reaction gas in a thin film forming process by a vacuum method, the temperature inside the pump is in a temperature range where the solid product is generated (for example, 150 to 2).
Conventional operating temperature range lower than the predetermined temperature of about 00 ゜ C)
, It is possible to perform an operation that deviates from the temperature to the high temperature side, and it is possible to reduce the number of maintenance operations for removing solid products. In addition, continuous operation can be performed for a long time, and as a result, it is possible to eliminate the need to use a conventional mechanical booster pump, which can be said to partially bear the calorific value of the evacuation system. Become.
【0021】なお、上述の一実施形態においては、各一
対の外輪および内輪を有する玉軸受61,62を例に上
げたが、スペーサリング17aを挟んで一定間隔に固定
される内輪61b,62bは一体化することができる
し、ロータ軸31,32側になんらかの環状軸受溝を設
けてもよい。また、内外輪の接触面の傾斜方向が上述例
とは逆になる一対のアンギュラ玉軸受を設け、その外輪
をスペーサリングを介して軸方向に固定し、内輪を軸方
向で離隔する方向に付勢する皿ばねを設けることも考え
られる。In the above-described embodiment, the ball bearings 61 and 62 each having a pair of outer rings and inner rings have been described as an example. However, the inner rings 61b and 62b fixed at a fixed interval with the spacer ring 17a interposed therebetween are provided. It may be integrated, or some annular bearing groove may be provided on the rotor shaft 31, 32 side. In addition, a pair of angular contact ball bearings in which the inclination directions of the contact surfaces of the inner and outer rings are opposite to those in the above example are provided, the outer ring is fixed in the axial direction via a spacer ring, and the inner ring is attached in a direction to separate in the axial direction. It is also conceivable to provide a biasing disc spring.
【0022】図5は本発明に係る容積形ポンプの他の実
施形態を示す要部断面図である。なお、この実施形態に
おいて上述の実施形態と同一の構成については上述と同
一の符号を付して詳細な説明を省略し、上述の実施形態
と相違する点について、以下に説明する。このポンプに
おいては、一対のアンギュラ玉軸受81,82を隣接配
置するとともに、その外輪81a,82aとポンプハウ
ジング11の間に弾性リングである各一対のOリング8
3を設けており、さらに、外側の軸受82の外輪82a
と抜け止めリング15の間に皿ばね84,85(付勢手
段)を縮設している。86は、アンギュラ玉軸受81,
82の内輪81b,82bを抜け止めするための円筒状
のストッパであり、このストッパ86はナット18によ
って内輪81b,82bと共にロータ軸31に固定され
ている。FIG. 5 is a sectional view of a main part showing another embodiment of the positive displacement pump according to the present invention. In this embodiment, the same components as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals as those described above, and detailed description thereof will be omitted. Differences from the above-described embodiment will be described below. In this pump, a pair of angular contact ball bearings 81 and 82 are arranged adjacent to each other, and a pair of O-rings 8 which are elastic rings are provided between outer rings 81 a and 82 a and the pump housing 11.
3 and the outer ring 82a of the outer bearing 82.
Disc springs 84 and 85 (biasing means) are contracted between the lock ring 15 and the retaining ring 15. 86 is an angular contact ball bearing 81,
The stopper 82 is fixed to the rotor shaft 31 together with the inner rings 81b, 82b by a nut 18 to prevent the inner rings 81b, 82b from coming off.
【0023】本実施形態においても、アンギュラ玉軸受
81,82の外輪81a,82aが大きく熱膨張したと
き、それによる外輪81a,82aの拡径をOリング8
3によって確実に吸収することができる。したがって、
連続運転時にあっても、外輪81a,82aの、内輪8
1b,82bに対する、相対的な軸方向変位と皿ばね8
4,85による適度の付勢力を維持し、アンギュラ玉軸
受81,82のボール81c,82c(転動体)に過大
な荷重が作用するのを防止して、上述の実施形態と同様
の効果を得ることができる。Also in the present embodiment, when the outer rings 81a, 82a of the angular ball bearings 81, 82 expand significantly, the diameter of the outer rings 81a, 82a is increased by the O-ring 8.
3 ensures absorption. Therefore,
Even during continuous operation, the inner ring 8 of the outer rings 81a and 82a
Axial displacement and disc spring 8 relative to 1b, 82b
4 and 85 to maintain an appropriate biasing force to prevent an excessive load from acting on the balls 81c and 82c (rolling elements) of the angular ball bearings 81 and 82, and obtain the same effect as the above-described embodiment. be able to.
【0024】なお、上述の説明においては、真空ポンプ
を例に本発明の実施形態を説明したが、軸受装置に特徴
を有する本発明は真空ポンプに限らず、圧縮ポンプにも
適用することができる。In the above description, the embodiment of the present invention has been described by taking a vacuum pump as an example. However, the present invention having a characteristic of a bearing device can be applied not only to a vacuum pump but also to a compression pump. .
【0025】[0025]
【発明の効果】本発明によれば、軸受装置の外輪を弾性
部材を介してハウジングに弾性支持しているので、ロー
タの回転中心軸および軸受の熱膨張を弾性部材によって
確実に吸収し、ポンプの排出口側が相当高温となる運転
状態にあっても軸受に過大な荷重が作用するのを防止す
ることができる。その結果、高速回転での運転が可能と
なる。また、反応ガス等による固形生成物がロータ外周
等に付着し難い温度域までポンプの内部が温度上昇する
ような運転条件でポンプを使用することができ、ロータ
表面等に付着する固形生成物を除去するためのメンテナ
ンス回数を減少させることができる。According to the present invention, since the outer ring of the bearing device is elastically supported by the housing via the elastic member, the thermal expansion of the rotation center shaft of the rotor and the bearing can be reliably absorbed by the elastic member, and the pump can be used. It is possible to prevent an excessive load from acting on the bearing even when the discharge port side is in an operation state in which the temperature is considerably high. As a result, operation at high speed rotation becomes possible. Further, the pump can be used under operating conditions in which the temperature of the inside of the pump rises to a temperature range in which the solid product due to the reaction gas or the like does not easily adhere to the outer periphery of the rotor. The number of times of maintenance for removing can be reduced.
【0026】また、第1および第2外輪を軸方向に付勢
する付勢手段を設けるとともに両外輪の内輪に対する相
対的な軸方向変位を許容するようにすれば、ロータ回転
中心軸や転動体の熱膨張を第1および第2外輪の軸方向
変位により吸収することで転動体に作用する接触圧を付
勢手段の付勢力に応じた良好な範囲内に保つことがで
き、耐久性をより向上させることができる。Further, by providing an urging means for urging the first and second outer races in the axial direction and allowing relative axial displacement of both outer races with respect to the inner race, the rotor rotation center shaft and the rolling element The contact pressure acting on the rolling elements can be kept within a good range according to the urging force of the urging means by absorbing the thermal expansion of the first and second outer races by the axial displacement of the first and second outer rings, and the durability is further improved. Can be improved.
【図1】本発明に係る容積形ポンプの一実施形態を示す
その要部断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an essential part of an embodiment of a positive displacement pump according to the present invention.
【図2】一実施形態の容積形ポンプの平面断面図であ
る。FIG. 2 is a plan sectional view of the positive displacement pump of one embodiment.
【図3】一実施形態の容積形ポンプにおける軸受装置の
作用説明図である。FIG. 3 is an operation explanatory view of a bearing device in the positive displacement pump of one embodiment.
【図4】比較例の軸受装置を示すその断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a bearing device of a comparative example.
【図5】本発明に係る容積形ポンプの他の実施形態を示
すその要部断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a main part of another embodiment of the positive displacement pump according to the present invention.
11 ポンプハウジング 11a 吸入口 11b 排出口 12 ロータ室 13a,13b,14a,14b 軸穴部 21,22 スクリューロータ(ロータ) 25,26 作動室(気体移送室) 31,32 ロータ軸(回転中心軸) 41,42 第1の軸受装置(軸受装置) 43,44 第2の軸受(吸入口側の軸受) 61,62;81,82 アンギュラ玉軸受 61a;81a 外輪(第1外輪) 62a;82a 外輪(第2外輪) 61b,62b;81b,82b 内輪 61c,62c;81c ボール(転動体) 63,64;83,84 皿ばね(付勢手段) Reference Signs List 11 pump housing 11a suction port 11b discharge port 12 rotor chamber 13a, 13b, 14a, 14b shaft hole 21, 22 screw rotor (rotor) 25, 26 working chamber (gas transfer chamber) 31, 32 rotor shaft (rotation center shaft) 41, 42 First bearing device (bearing device) 43, 44 Second bearing (bearing on suction side) 61, 62; 81, 82 Angular contact ball bearing 61a; 81a Outer ring (first outer ring) 62a; 82a Outer ring ( 2nd outer ring) 61b, 62b; 81b, 82b Inner ring 61c, 62c; 81c Ball (rolling element) 63, 64; 83, 84 Disc spring (biasing means)
Claims (2)
室が形成されたハウジングと、 回転中心軸を有し、吸入口からロータ室に圧縮性流体を
吸入するとともに該流体を排出口から排出するようロー
タ室内に回転可能に設けられたロータと、 ハウジングとロータの回転中心軸との間に介在し、ロー
タをハウジングに回転自在に支持する排出口側の軸受装
置と、を備えた容積形ポンプにおいて、 前記軸受装置が、 前記ロータ軸の周囲で転動可能な転動体と、 該転動体とハウジングの間に介在する外輪と、を有し、 該軸受装置の外輪が、温度上昇により前記ロータと前記
ハウジングとの間に大きな温度差が有る場合でも、ハウ
ジング内周との間に隙間を有すると共に、弾性部材を介
して前記ハウジングに支持されたことを特徴とする容積
形ポンプ。1. A housing having a suction port and a discharge port and having a rotor chamber formed therein, a rotation center shaft, and a suction port for sucking a compressible fluid from the suction port into the rotor chamber and discharging the fluid. A rotor rotatably provided in the rotor chamber so that the rotor is discharged from the housing, and a bearing device at a discharge port side interposed between the housing and the rotation center axis of the rotor and rotatably supporting the rotor in the housing. In the positive displacement pump, the bearing device includes: a rolling element that can roll around the rotor shaft; and an outer ring interposed between the rolling element and the housing. A gap between the rotor and the housing even when there is a large temperature difference between the rotor and the housing, and the housing is supported by the housing via an elastic member. Flop.
互いに逆方向に傾斜した接触面を有する第1外輪および
第2外輪からなるとともに、 前記転動体が両外輪の接触面にそれぞれ接触するよう2
組設けられ、 前記第1外輪および第2外輪を軸方向に付勢する付勢手
段が設けられたことを特徴とする請求項1に記載の容積
形ポンプ。2. The outer ring comprises a first outer ring and a second outer ring having contact surfaces inclined in directions opposite to each other with respect to the rotation center axis of the rotor, and the rolling elements contact the contact surfaces of the two outer rings, respectively. Yo 2
2. The positive displacement pump according to claim 1, further comprising: a biasing unit that is provided as a set and biases the first outer ring and the second outer ring in an axial direction. 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26760897A JPH11107951A (en) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | Postive displacement type pump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26760897A JPH11107951A (en) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | Postive displacement type pump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11107951A true JPH11107951A (en) | 1999-04-20 |
Family
ID=17447092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26760897A Pending JPH11107951A (en) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | Postive displacement type pump |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11107951A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013507552A (en) * | 2009-10-08 | 2013-03-04 | アトラス コプコ エアーパワー,ナームローゼ フェンノートシャップ | A method of axially positioning the bearing on the shaft journal. |
JPWO2018008054A1 (en) * | 2016-07-04 | 2019-04-04 | 株式会社日立産機システム | Screw compressor |
-
1997
- 1997-10-01 JP JP26760897A patent/JPH11107951A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013507552A (en) * | 2009-10-08 | 2013-03-04 | アトラス コプコ エアーパワー,ナームローゼ フェンノートシャップ | A method of axially positioning the bearing on the shaft journal. |
JPWO2018008054A1 (en) * | 2016-07-04 | 2019-04-04 | 株式会社日立産機システム | Screw compressor |
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