JPS61197794A

JPS61197794A - 容積形オイルフリ−式ガス圧送ポンプ

Info

Publication number: JPS61197794A
Application number: JP3438985A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Machida; 茂町田; Nobukatsu Arai; 信勝荒井; Makoto Uenishi; 真上西
Original assignee: Hitachi Ltd; Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1985-02-25
Filing date: 1985-02-25
Publication date: 1986-09-02
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: JPH0646032B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は、容積形回転機械に係り、特に無潤滑式で、し
かも腐食性ガスを取り扱う場合に好適なガス圧送ポンプ
に関するものであり、主に圧縮機や真空ポンプに利用す
るものである。

〔発明の背景〕

容積形回転機械は、これまで高速運転化の検討とともに
１作動室の無潤滑化の検討が社会的ニーズに合わせ進め
られてきた。また一方、半導体製造装置などに適用され
る真空ポンプには、排気すベきガスの特性から耐食形構
造の要求が強ｂ１゜これらに対応するための一般的な技
術としては、部材表面への保護膜形成が有力視されてい
る。しかし、無潤滑下で面圧が大きく、摺動速度が１ｍ
／Ｓ以上での高速運転が長時間でき、かつ耐食性のある
被膜形成技術については開示例がない。強いて掲げるな
ら、例えば、容積形回転機械の作動室゛における摺動面
への被膜形成については、特開昭５２−５７５０５やＵ
　Ｓ　Ｐ　３６００１１４により開示されている。これ
らは、スクロール形流体機械について示されているもの
であるが、形成部位がスクロール部品でしかも、爾スク
ロール部材同志が当接摺動する部分にのみ実施している
ものであり、また軟質層という考え方から、なじみ効果
を期待して、両人クロール部品間クリアランス管理と単
なる無潤滑下での焼付き防止を図る方策が示されている
ものである。また形成被膜もゴムのような弾性体被膜で
あることや自己潤滑性材料としてテフロンの適用が示さ
れているが、これらの材料自身では、高いｐｖ値（面圧
Ｘ摺動速度）での適用は困難である。さらに、使用に際
しては、適用樹脂に耐熱性がないことから特開昭５２−
５７５０５に示されているようにスクロールラップ部分
を冷却して被膜自身の温度上昇を防止するための手段が
必要となり機械の構造も複雑になるという問題もある。

また、前述したように取り扱い気体が接触する壁面全体
から見れば、部分的な処理であるため腐食性を有する気
体の取り扱いに関しては全く配慮されておらず１機械に
耐食性をもたせることについては困難なものとなってい
た。この他、表面に軟質層を設ける主旨の開示特許も出
願されているが、これらの方策は、実施例から判断すれ
ば無潤滑式でしかも高いｐｖ値での運転には不向であり
、特に高速運転における信頼確保の面で問題があること
や。

中には油潤滑下における信頼性向上策である場合しか考
慮されていない例もある。そして前記した開示特許の場
合では、無潤滑下での摺動速度はおよそ１　ｍ　／　ｓ
が限度で、これ以上の速度で長時間、たとえば８０００
ｈｒノーメンテナンスで運転することについては、はと
んど配慮されていない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、容積形ガス圧送ポンプの作動室を潤滑
油の存在する場合はもちろんのこと、無潤滑条件下でも
高速運転が長時間可能でしかも、腐食性ガスも取り扱う
こともできるように、作動ガスの接触する部位をはじめ
摺動面に、ポリイミド樹脂と四フッ化エチレン樹脂を主
成分とする合成樹脂被膜をコーティングしたガス圧送ポ
ンプを提供することにある。

〔発明の概要〕

無潤滑条件下での高ＰＶ値に耐えることと、耐食性を得
るためには、四フッ化エチレン樹脂とポリイミド樹脂を
主成分とする合成樹脂被膜を形成する必要がある。すな
わち、この混成樹脂を母材表面にコーティングする場合
、まずエナメル状になったものを塗布し２５０〜２８０
℃の加熱処理を施こすことにより硬質のポリイミド樹脂
が総合材となり、また軟質の四フッ化エチレン樹脂が潤
滑材となる硬質被膜が得られる。形成された硬度が鉛筆
硬度にして３Ｈ〜７Ｈ程度の硬い層となるため、高い摺
動面圧に耐えることができるようになり、前記した四フ
ッ化エチレン樹脂の潤滑効果により速い摺動速度でも小
さい摩擦係数を得ることができること、また、ポリイミ
ド樹脂が耐熱材料としても適用可能であり、約３５０’
Ｃという高温下での使用ができる１以上の能力を具体的
に一例を示すと、周囲温度が１００℃の場合、面圧Ｐは
５００ｋｇ／Ｊ、指速Ｖは５ｍ／ｓ、Ｍ大ｐｖ値は３０
ｋｇ／ａＪ・ｍ／ｓを許容することができ、同じく２０
０℃の場合は、面圧Ｐは５００ｋｇ／ａ１、指速Ｖは４
　ｍ　／　ｓ、最大ｐｖ値は２０ｋｇ／ａＩｌ−ｍ／Ｓ
となる。

また１以上の摺動性能と被膜の密着強度、および破断強
さ、そして熱放散性を考慮すると、被膜の厚さは、０．
０１ｍ＋〜０　、２．　ｒｍまで好適である。

すなわち、この合成樹脂被膜の特性からするとこの膜厚
は、摺動面に働く摩擦力により生ずる被膜内の剪断（破
断）応力よりも密着力の方が優ることから、決定できる
厚さである。また、被膜の密着力を得るためには、母材
は、粉末や紡鉄のように表面に微細などンホール状のも
のが表われるものには適さず、表面粗さは細かいものが
よい、しかしながらＣｒメッキ表面のような鏡面である
必要もない。さらには、前記樹脂を塗布する前には。

母材表面に付着している油分、水分、ガス、石けん等の
異物を除去するための加熱処理（例えば３００℃程度）
も重要である。

また、０．０５閣以上の被膜を得るには、母材に削り代
を付けて厚くコーティングしてから加工仕上を行うこと
も可能である。

また、耐摩耗性を向上させるためには、母材にセラミッ
ク膜を設けさらに前記樹脂のコーティングを行えば、合
成樹脂自身のもの鉛筆硬度３Ｈ〜７Ｈの硬度に加えセラ
送ツクスの硬さでバックアップされるので摩耗の進行を
阻止することができる。そして、この合成樹脂被膜をＡ
ｊｌやＡＱ金合金施すならば、ハードな無濁摺動条件に
耐える軽い部品を提供することができる。さらには、腐
食性に弱いＡＱやＡΩ合金を耐食性に非常に優れる四フ
ッ化エチレン樹脂が気体に触れる面を保護するので、腐
食性の強いハロゲン系ガスを無潤滑で取り扱うことの可
能な、軽量のガス圧送ポンプを提供することができる。

この他には、本発明の樹脂被膜は、熱処理前はエナメル
状の混合液となっているので、刷毛やスプレーによって
塗布することができるので、あらゆる形状のものまで被
膜を形成することが可能である。よって母材を樹脂とし
ても適用できる。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。

これは、スクロール形のガス圧送ポンプを示したもので
ある。まず、その構成について以下にのべる。固定スク
ロール１は、端板１ａとうず巻状スクロールラップ１ｂ
とから成り、スクロールラップ１ｂの外周部に気体の吸
入口３が設けられ、中心部には排出ポート４が設けられ
ている。そして、この固定スクロール１は、ケーシング
５に結合手段により、シール手段１４を介して固定され
ている。旋回スクロール２は、中央に軸受要素８を有す
る端板２ａと、それに直立するうず巻状スクロールラッ
プ２ｂからなっている。そして、旋回スクロール２は、
固定スクロール１に対して、一定の角度を保ったままか
み合せるため、端板２ａの外周部で複数個のピンクラン
ク６により自転を阻止されている。このビンクランク６
は、一方をケーシング５に係止されている。１０は、駆
動軸でありケーシングに固定された上軸受１２ａと下軸
受１２ｂにより支承されている。この駆動軸１０は、さ
らに軸封要素１３と、先端部にクランク軸９を有し、こ
のクランク軸９は、軸受要素８を介して旋回スクロール
２に係合されている。

そして、旋回スクロール２の旋回運動に伴って発生する
遠心力とのバランスを図って駆動軸１０にはさらにバラ
ンスウェイト１１が設けられている。

また、旋回スクロール２の安定運動を確保するため、そ
の端板２ａの外周部が固定スクロール１とケーシング５
により摺動可能なように挟支されている。各軸受要素７
，８，１２ａは転がり軸受を採用しており、これらの潤
滑にはパーフルフロポリエーテル系のグリースを適用し
ている。そして。

クランク軸９部にはグリース漏出防止用シール部材１６
も設けられている１次に本発明の主要部分についてのべ
る。すなねち、第１図でより太く描いた線のところ１５
は、無潤滑摺動に耐え、かつ耐食性を有するポリイミド
樹脂とテフロン樹脂の合成樹脂材料を部材表面に構成し
たことを示すものである。第２図は、この構成状況を部
分的に拡　−大して示したものである。この実施例のよ
うに吸入口から流入する気体のふれる表面の全面にわた
り表面処理を行ったので部材の合金が直接気体にふれな
いでいかなる気体をも取り扱うことが可能である。また
、実施にあたっては、本発明の樹脂を全表面に設ける必
要はなく、ガスとの接触だけが行われる部位には、耐食
のための保護膜を設け、摺動部位にのみ本発明の樹脂を
設けることが可能である。また摺動部位に設ける場合、
第３図に示すような構成を適用することもできる。これ
は。

母材にまずセラミックコーティング層を設け、さらにそ
の丘にポリイミド樹脂と四フッ化エチレン樹脂を主成分
とする合成樹脂被膜を設けたものである。

以上のような樹脂被膜を有するスクロール形ガス圧送ポ
ンプを真空ポンプとして使用する場合にも大きな効果が
ある。スクロール形では、吐出圧を大気圧としても、吸
入圧は１０−’Ｔｏｒｒ台という低い圧力になる。とこ
ろで、無潤滑摺動材の一般的なものには、真空中では耐
摩耗性の悪くなる材料もあるが、本発明で、使用する合
成樹脂は適用圧力範囲で摺動特性をはじめ物性上の問題
はない。

しかも、真空排気する場合半導体製造装置では、ハロゲ
ン系ガスが使われる場合もあるが、この時でも長期にわ
たって腐食されず、信頼性の高いポンプを得ることがで
きる。ちなみに、旋回スクロール鏡板外周面２ａのスラ
スト受面での摩耗量は、８０００ｈｒ連続運転したとし
ても、約７０μｍと非常に少ない計算予測値が得られる
。

第４図は、ロータリーベーン形に実施した時の例を示し
たものである。そして第５図は、第４図のＡＯＢ断面を
示したものである。この場合、ポリイミド樹脂と四フッ
化エチレン樹脂を主成分とする合成樹脂被膜１５を吸入
口２１の内面および、ケーシング２３の内面、及びロー
タ２４の外表面。

サイドカバー２５．２５’の内面、吐出口２１の内面に
形成したものである。この形成のガス圧送ポンプではベ
ーン２２の材質としてカーボン材などの無機材料で構成
される場合も多く、シかも自己潤滑性を有する場合は、
実施例のように被膜を設ける必要はない。また、使用条
件が腐食性ガスを使わないものとする場合には、摺動面
となるケーシング２３内面やロータ２４の外表面、サイ
ドカバー２５．２５’の内面だけでも十分である。

尚、２６は軸封手段であるのでこの位置まで前記表面被
膜を設けることができる。さらにベーン２２が金属材料
の場合には、前記表面被膜を設けることも可能である。

他の実施例として第６図と第７図によりスクリュ形ガス
圧送ポンプの場合について以下に述べる。

第７図は、第６図のＢ−Ｂ断面を示したものである。ス
クリュ形ポンプは、雄ロータ３０と、雌ロータ３１とケ
ーシング３２とによって作動室が形成される。そして、
雄ロータ３０の回転とともにタイミングギヤ３６によっ
て同期された雌ロータ３１が回転しガスが圧送される構
造となっている。

ポリイミド樹脂と四フッ化エチレン樹脂を主成分とする
合成樹脂被膜１５は、吸入口３３の内面および吸入室３
４の内面、および雄ロータ３０の表面、雌ロータ３１の
表面、およびケーシング３２の内面、そして吐出口３５
の内面に設けられている。この場合でも、腐食ガスを取
り扱わない場合には、前記樹脂を両ロータ３０，３１の
表面、ケーシング３２の内面（端面も含む）だけ設ける
こともできる。

以上の実施例の他、摺動条件によっては、いずれの場合
もロータ側か、ステータ側（ケーシング側）のいずれか
一方に設けることも可能である。

また、前記樹脂被膜の厚さは図示のような容積形オイル
フリー式ガス圧送ポンプにおいては、最終的に加工仕上
を施すことによって０．１　閣程度が好適な場合が多い
。

さらには・以上の実施例の他、特に図示はしないが往復
動式のガス圧送ポンプについても同様の手段が施こせる
ことは言うまでもなく、可能である。

その他、前記樹脂被膜は、無潤滑用すべり軸受の摺動面
にも適用することが可能である。

また、母材を樹脂とする場合には、樹脂の成形性に加え
、摺動材でないものでもその能力を具備することが可能
となり、安価で、軽い材料を提供することできる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ｆｉ潤滑摺動下でも耐摩
耗性、耐焼付性に優れ、耐食性に優れかつ熱放散性に良
好で破断強さや密着力の強いポリイミド樹脂と四フッ化
エチレン樹脂を主体とする０、０１〜０．２−の硬質合
成樹脂被膜を作動室を構成する部材表面に形成できるの
で、いかなる気体でも取り扱うことが可能で、しかも無
潤滑下で高速運転を行うことができる。このため、取扱
いガス量は単位時間当りは増加し、逆に、ガスの必要扱
い量を一定とすれば、ポンプの小形化が可能である。ま
た、作動室内の摺動面においては、耐摩耗性が良好であ
ることから長期にわたって摩滅せず初期の設計寸法に近
い寸法が維持されるため、作動室の密閉性がそこなわれ
ないため、長期にわたって高性能の確保が可能となる。

そして密閉性の他にも、耐焼付性の優れていることから
長期にわたっての信頼性が確保できる。また、真空ポン
プとして実施する場合は特に効果が大きく得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本実施例を示すスクロール形オイルフリー式
ガス圧送ポンプの縦断面図である６第２図は、第１図の
部分断面図である。第３図は、母材表面に設ける、処理
層の一実施例を示す断面図。第４図は、他の実施例を示すロータリーベーン形オイル
フリー式ガス圧送ポンプで、第５図はその断面図である
。第６図は、他の実施例を示すスクリュ形オイルフリー
式ガス圧送ポンプで第７図はその断面図である。１°°゛固定スクロール、２・・・旋回スクロール、３
・・・吸入口、４・・・排出口、５・・・ケーシング、
６・・・ピンクランク、９・・・クランク軸、１ｏ・・
・主軸、１１・・・バランスウェイト、１３・・・軸封
手段、１５・・・耐食。耐摩耗性の樹脂層、２２・・・ベーン、２３・・・ケー
シング、２４・・・ロータ、３０・・・雄ロータ、３工
・・・雌ロータ、３２・・・ケーシング、３６・・・タ
イミングギ葛（図ｏｂ篤　４　図

Claims

【特許請求の範囲】

１．　ステーターとロータとによつて形成される密閉空
間をロータの運動に従つて前記密閉空間を逐次減小せし
めて気体を吸入、圧縮、吐出する容積形ガス圧送ポンプ
において、取扱い気体が接触する部材表面に、四フツ化
エチレン樹脂とポリイミド樹脂を主成分とする合成樹脂
を付加し熱処理行程を経て、硬度を鉛筆硬度にして３Ｈ
〜７Ｈの樹脂被膜を形成したことを特徴とする容積形オ
イルフリー式ガス圧送ポンプ。
２．　特許請求の範囲第１項において部材表面に形成す
る樹脂被膜は、その膜厚さを０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ
とすることを特徴とする容積形オイルフリー式ガス圧送
ポンプ。
３．　特許請求の範囲第１項または第２項のいずれかに
おいて部材表面に形成する被膜を、少なくとも摺動面と
なる可能性のある部位に設けたことを特徴とする容積形
オイルフリー式ガス圧送ポンプ。
４．　特許請求の範囲第１項または第２項において、母
材がアルミニウムあるいは、アルミニウム合金であるこ
とを特徴とする容積形オイルフリー式ガス圧送ポンプ。
５．　特許請求の範囲第１項または第２項において、母
材が樹脂材料であることを特徴とする容積形オイルフリ
ー式ガス圧送ポンプ。