WO2019030965A1 - 真空ポンプ - Google Patents

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WO2019030965A1
WO2019030965A1 PCT/JP2018/012332 JP2018012332W WO2019030965A1 WO 2019030965 A1 WO2019030965 A1 WO 2019030965A1 JP 2018012332 W JP2018012332 W JP 2018012332W WO 2019030965 A1 WO2019030965 A1 WO 2019030965A1
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WO
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cooling pipe
housing
peripheral surface
vacuum pump
pump
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PCT/JP2018/012332
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French (fr)
Inventor
建治 橋本
英晃 井上
浩司 柴山
敏生 鈴木
Original Assignee
株式会社アルバック
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Publication date
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Priority to CN201880031903.2A priority patent/CN110651124B/zh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0096—Heating; Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
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    • F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation
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    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/30—Casings or housings

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum pump.
  • a twin screw type screw pump is known as a positive displacement type dry vacuum pump.
  • This type of screw pump includes a pair of screw rotors, a housing that accommodates the pair of screw rotors, and a drive mechanism that rotates the pair of screw rotors. By rotating the pair of screw rotors, gas is transferred from the intake port of the housing to the exhaust port, and the gas in the vacuum vessel is exhausted (see, for example, Patent Document 1).
  • the housing may be heated to a high temperature when the pair of screw rotors operate for a long time. For this reason, the housing is generally cooled by air or water cooling. And, in a situation where it is desired to make the vacuum pump compact, it is important for the housing which is a part of it to be a simple and highly efficient cooling structure.
  • the above cooling structure requires a circulating cooling structure because a simple cooling structure is required.
  • the coolant generally, water having high cooling efficiency and easy handling is used as compared with oil and coolant liquid.
  • the refrigerant is water, it is compatible with a stainless steel cooling pipe that is highly resistant to water.
  • it is important to make the stainless steel cooling pipe in intimate contact with the housing uniformly and not to sensitize the inner peripheral surface of the stainless steel cooling pipe. .
  • an object of the present invention is to provide a vacuum pump having a housing having a cooling structure which is simple, has a good cooling efficiency, and has a good manufacturability.
  • a vacuum pump comprises a pump housing and a cooling pipe.
  • the pump housing is made of cast iron.
  • the cooling pipe has an outer peripheral surface and an inner peripheral surface, and is made of stainless steel.
  • the cooling pipe penetrates the pump housing, and the outer peripheral surface closely contacting the pump housing is formed of a sensitization layer.
  • This vacuum pump is formed by casting a pump housing made of cast iron around a cooling pipe made of stainless steel. Thereby, the vacuum pump provided with the cooling pipe which penetrates a pump housing is formed simply. Furthermore, a sensitization layer is provided on the outer peripheral surface of the cooling pipe, the sensitization layer is in close contact with the pump housing, and the pump housing is efficiently cooled.
  • a first screw rotor housed in the pump housing and having a helical first tooth portion, and a second screw rotor having a helical second tooth meshing with the first tooth portion May be further included.
  • the cooling pipe has a first cooling pipe and a second cooling pipe parallel to the first cooling pipe.
  • the first screw rotor and the second screw rotor are sandwiched between the first cooling pipe and the second cooling pipe.
  • the pump housing is provided with a first cooling pipe portion and a second cooling pipe portion so as to sandwich the pair of screw rotors. This evenly cools the pump housing.
  • the cooling pipe further includes a connecting pipe portion connected to the outside of the pump housing by connecting the first cooling pipe portion and the second cooling pipe portion.
  • the first cooling pipe portion, the connection pipe portion, and the second cooling pipe portion are connected in series in this order and configured integrally.
  • the cooling pipe is connected in series by the first cooling pipe, the connecting pipe and the second cooling pipe, and is integrally configured, so the cooling pipe is simple. It becomes composition.
  • the thickness of the cooling pipe may be 1 mm or more and 5 mm or less.
  • the cooling pipe made of stainless steel does not melt to the inner peripheral surface at the time of casting, and the outer peripheral surface But it melts appropriately, and the outer peripheral surface of the cooling pipe closely contacts the pump housing.
  • the thickness of the sensitization layer may be 0.3 mm.
  • a value obtained by dividing the volume of the pump housing by the thickness of the cooling pipe multiplied by the area where the cooling pipe contacts the pump housing may be 30 or more and 300 or less.
  • a vacuum pump having a housing having a cooling structure which is simple, has a good cooling efficiency, and has a good manufacturability.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the main part of the vacuum pump according to the present embodiment.
  • the pump housing 10 which is a cylinder part of the vacuum pump 1 is shown by FIG. In the pump housing 10, a part of the cooling pipe 20A is embedded.
  • the pump housing 10 is applied to a twin screw pump as an example.
  • the vacuum pump according to the present embodiment is not limited to a twin-screw type screw pump, and may be a roots type dry pump, a rotary pump or the like.
  • the pump housing 10 p is provided inside the pump housing 10.
  • the pump chamber 10 p extends in the X-axis direction.
  • a pair of screw rotors 31 and 32 can be disposed in the pump chamber 10p.
  • a pair of screw rotors 31 and 32 are shown by a two-dot broken line in order to explain the configuration of the pump housing 10.
  • the pair of screw rotors 31, 32 are arranged in the Y axis direction in the pump chamber 10p.
  • the pump housing 10 has a first housing portion 11, a second housing portion 12 and a third housing portion 13.
  • the first housing portion 11 is provided between the second housing portion 12 and the third housing portion.
  • the first housing portion 11, the second housing portion 12, and the third housing portion are integrally formed by casting.
  • the first housing portion 11 and the second housing portion 12 function as, for example, a container that accommodates the teeth of the pair of screw rotors 31 and 32. Furthermore, for example, the second housing portion 12 functions as a flange that is connected to the drive mechanism side that drives the pair of screw rotors 31 and 32 through the pair of screw rotors 31 and 32.
  • the third housing portion 13 closes the pump chamber 10 p from the opposite side of the second housing portion 12.
  • the material of the pump housing 10 is, for example, cast iron such as FC250.
  • the vacuum pump 1 in which such a pump housing 10 is made of cast iron has a high melting point, and the metal structure is unlikely to change even if the vacuum pump 1 is heated to a high temperature. Further, the linear expansion coefficient of cast iron is low, and even if the vacuum pump 1 is operated at high temperature, the influence of dimensional change due to thermal expansion is small. In addition, the hardness of cast iron is high and it is easy to grind even when foreign matter is inhaled. In addition, cast iron is highly resistant to corrosive gases such as ammonia.
  • a portion of the cooling pipe 20A penetrates the second housing portion 12. That is, a part of the cooling pipe 20A is provided in the second housing part 12.
  • the cooling pipe 20A has a first cooling pipe portion 21, a second cooling pipe portion 22, and a connecting pipe portion 23. Each of the first cooling pipe portion 21 and the second cooling pipe portion 22 linearly extends in the Y axis direction, and is arranged in parallel in the Z axis direction.
  • the connection pipe portion 23 connects the first cooling pipe portion 21 and the second cooling pipe portion 22.
  • the first cooling pipe portion 21, the connecting pipe portion 23, and the second cooling pipe portion 22 are connected in series in this order. Each of the end 21 t of the first cooling pipe portion 21 and the end 22 t of the second cooling pipe portion 22 protrudes from the second housing portion 12.
  • the connection pipe portion 23 is provided outside the second housing portion 12, and one end of the connection pipe portion 23 is connected to the other end of the first cooling pipe portion 21, and the other end of the connection pipe portion 23 Is connected to the other end of the second cooling pipe portion 22.
  • the cooling pipe 20A When the cooling pipe 20A is viewed from the X-axis direction, its outer shape is U-shaped.
  • the first screw rotor 31 and the second screw rotor 32 are sandwiched by the first cooling pipe portion 21 and the second cooling pipe portion 22 in the Z-axis direction.
  • the connecting pipe portion 23 is aligned with the first screw rotor 31 and the second screw rotor 32 in the Y-axis direction.
  • the first cooling pipe portion 21, the connection pipe portion 23 and the second cooling pipe portion 22 are an integral body made of the same material.
  • the cooling pipe 20A is formed by bending a long metal pipe by a manual tool such as a pipe bending machine or a pipe bender.
  • the cooling pipe 20A is made of stainless steel such as SUS304 and SUS316.
  • a part of the cooling pipe 20A is pre-charged to a mold forming the pump housing 10, and molten cast iron is poured into this mold. Thereby, the molten cast iron contacts the outer peripheral surface of the cooling pipe 20A, and the pump housing 10 in which the cooling pipe 20A is installed in the second housing portion 12 is formed.
  • the cooling pipe 20A has an outer peripheral surface 201 and an inner peripheral surface 202 (FIG. 1 (b)).
  • the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A is in contact with the second housing portion 12, and the inner peripheral surface 202 is in contact with the medium flowing in the cooling pipe 20A.
  • the medium is, for example, water, oil, coolant or the like.
  • the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A is heated (500 ° C. or more and 850 ° C. or less), and the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A is sensitized.
  • sensitization is, for example, a phenomenon in which chromium and carbon contained in stainless steel are bonded, and chromium carbide is precipitated along the grain boundaries of stainless steel.
  • the pump housing 10 when the pump housing 10 is cast by molten cast iron, the molten cast iron and the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A are in close contact, and the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A is heated by the molten cast iron.
  • the outer circumferential surface 201 of the cooling pipe 20A is sensitized. Further, that the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A is heated to such an extent that it is sensitized by molten cast iron, a certain degree of solid solution occurs between the cooling pipe 20A and the second housing portion 12.
  • the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A is in close contact with the pump housing 10.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an internal main part of the vacuum pump according to the present embodiment.
  • FIG. 2 shows a cross section in the XY plane at a position along line A1-A2 in FIG. Further, FIG. 2 shows the drive mechanism 40, the intermediate housing 50, etc., which are not shown in FIG.
  • Each of the screw rotors 31 and 32 has an axis parallel to the X-axis direction.
  • the screw rotors 31 and 32 are disposed in the first housing portion 11 adjacent to each other in the Y-axis direction.
  • the first screw rotor 31 has a helical first tooth 31s
  • the second screw rotor 32 has a helical second tooth 32s that meshes with the first tooth 31s.
  • the number of turns of each of the first teeth 31s and the second teeth 32s is not limited to the illustrated number.
  • Each of the first teeth 31s and the second teeth 32s has substantially the same shape except that the twisting directions are opposite to each other.
  • the first teeth 31s are wound around the shaft portion 310 of the first screw rotor 31 with the same diameter.
  • the second teeth 32s are wound around the shaft portion 320 of the second screw rotor 32 with the same diameter.
  • the first teeth 31s and the second teeth 32s mesh with each other.
  • the first teeth 31s are located in the grooves between the teeth of the second teeth 32s.
  • a gap is provided between the groove and the first teeth 31s.
  • the second teeth 32s are located in the grooves between the teeth of the first teeth 31s.
  • a gap is provided between the groove and the second teeth 32s.
  • the outer peripheral surface of the first teeth 31s is opposed to the inner wall surface of the pump housing 10 and the outer peripheral surface of the shaft portion 320 of the second screw rotor 32 with a slight gap.
  • the outer circumferential surface of the second tooth 32s faces the inner wall surface of the pump housing 10 and the outer circumferential surface of the shaft portion 310 of the first screw rotor 31 with a slight gap.
  • the first housing portion 11 is a cylindrical container, and each of the second housing portion 12 and the third housing portion 13 is a flange connected to both sides of the first housing portion 11.
  • the pump chamber 10 p penetrates through the second housing portion 12.
  • the shaft end portion 311 of the first screw rotor 31 and the shaft end portion 321 of the second screw rotor 32 pass through the third housing portion 13. Further, a bearing 14 a is provided between the shaft end 311 and the third housing portion 13, and a bearing 14 b is provided between the shaft end 321 and the third housing portion 13.
  • the shaft end 311 is rotatably supported by the third housing portion 13 via the bearing 14 a
  • the shaft end 321 is rotatably supported by the third housing portion 13 via the bearing 14 b.
  • a cover 15 covering the bearings 14a and 14b is airtightly fixed to the third housing portion 13 by bolting via a seal member such as an O-ring. Thereby, the airtightness of pump room 10p is secured.
  • a cooling pipe 20A is provided in the second housing portion 12. Furthermore, the first screw rotor 31 and the second screw rotor 32 are inserted into the second housing portion 12.
  • the intermediate housing 50 is provided between the pump housing 10 and the drive mechanism 40.
  • the intermediate housing 50 is airtightly fixed to the second housing portion 12 by bolting, for example, through a sealing member such as an O-ring by bolting. Thereby, the airtightness of pump room 10p is secured.
  • the shaft end 312 of the first screw rotor 31 and the shaft end 322 of the second screw rotor 32 pass through the intermediate housing 50.
  • a bearing 15 a is provided between the shaft end 312 and the intermediate housing 50, and a bearing 15 b is provided between the shaft end 322 and the intermediate housing 50.
  • the shaft end 312 is rotatably supported by the intermediate housing 50 via the bearing 15a, and the shaft end 322 is rotatably supported by the intermediate housing 50 via the bearing 15b.
  • the drive mechanism 40 has a motor case 41, a motor 42, a first timing gear 43a, and a second timing gear 43b.
  • the motor 42, the first timing gear 43 a, and the second timing gear 43 b are accommodated in the motor case 41.
  • the motor case 41 is airtightly fixed to the intermediate housing 50 by bolting, for example, via a seal member such as an O-ring.
  • the motor 42 is configured of, for example, a DC motor or the like.
  • the drive shaft 420 of the motor 42 is connected to the shaft end 312 of the first screw rotor 31.
  • the motor 42 rotates the first screw rotor 31 around its axis at a predetermined rotational speed.
  • the first timing gear 43 a is attached to the shaft end 312 of the first screw rotor 31.
  • the second timing gear 43 b is attached to the shaft end 322 of the second screw rotor 32.
  • the timing gears 43a and 43b are arranged in parallel in the Y-axis direction so as to mesh with each other.
  • a space defined by the third housing portion 13, the first housing portion 11, the first teeth 31 s, and the second teeth 32 s is taken as an intake chamber 111, and the second housing portion 12, the intermediate housing 50, the first teeth 31 s.
  • the space defined by the second teeth 32s is an exhaust chamber 121
  • the intake chamber 111 is in communication with the intake port 110
  • the exhaust chamber 121 is in communication with the exhaust port 120.
  • the intake port 110 is connected to an internal space of a vacuum chamber (not shown).
  • the exhaust port 120 is connected to the atmosphere or an auxiliary pump (not shown) or a device for processing a discharge gas.
  • the screw rotors 31 and 32 rotate in opposite directions to each other by the drive of the motor 42.
  • the drive mechanism 40 transfers the operation space S1 formed between the first screw rotor 31, the second screw rotor 32, and the first housing portion 11 from the intake port 110 side to the exhaust port 120 side.
  • the gas drawn from the intake port 110 is carried by the working space S1 to be transported, and is exhausted from the exhaust port 120.
  • the gas flowing into the intake chamber 111 from the intake port 110 is transferred to the exhaust port 120 by the screw rotors 31 and 32 and compressed in the exhaust chamber 121.
  • the last step has a maximum pressure difference.
  • the working space in the front stage of the final stage has a low pressure, and even if the compression ratio is equal, the temperature of the final stage close to the atmospheric pressure is more likely to be raised by the heat of compression.
  • the second housing portion 12 adjacent to the exhaust chamber 121 may be specifically heated by the heat of compression. Therefore, in the vacuum pump 1, it is important how efficiently and simply the second housing part 12 is cooled by the structure.
  • this method requires drilling to form a hole in the second housing portion 12. Also, the drilled holes are generally straight and can not pass through the U-shaped cooling tube. In order to form the cooling pipe in a U-shape, it is necessary to connect a plurality of cooling pipes in a U-shape, which complicates the structure of the cooling pipe. In addition, when the grease is disposed between the cooling pipe and the second housing part 12, the thermal conductivity between the cooling pipe and the second housing part 12 may be inferior. In addition, maintenance that regularly repaints the grease is also required.
  • a pipeline is attached to a thick plate made of aluminum, a stainless steel pipe is cast, and a cooling plate in which water is circulated there is used as the second housing portion 12. There is a method of contacting through grease.
  • this method requires an additional fan mechanism for cooling the heat medium and piping for circulating the heat medium, resulting in an increase in cost. Furthermore, in this method, since the second housing portion 12 is indirectly cooled by the heat medium, the cooling efficiency is inferior to the method of cooling the second housing portion 12 by the cooling pipe 20A.
  • the second housing portion 12 is cast while being in contact with a portion of the cooling pipe 20A without providing a hole in the second housing portion 12 by drilling, and a portion of the cooling pipe 20A is a second housing A vacuum pump 1 installed in the section 12 is formed. Thereby, the vacuum pump 1 in which the cooling pipe 20A is provided in the second housing part 12 is formed more simply.
  • the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A is formed of a thin sensitization layer 20s. Even if the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A is formed of the sensitization layer 20s, the cooling pipe 20A is not corroded from the outer peripheral surface 201 because the sensitization layer 20s is in contact with cast iron instead of water or the like. .
  • FIG. 3 shows the result of the electron beam microanalyzer near the outer peripheral surface of the cooling pipe.
  • the horizontal axis is a distance (depth) (mm) in a direction from the inside of the cooling pipe 20A toward the second housing portion 12.
  • the vertical axis is the X-ray intensity.
  • the beam diameter of the electron beam is, for example, 2 ⁇ m.
  • the Fe strength and the Cr strength are substantially constant up to a distance of 0.6 mm, the Fe strength and the Cr strength significantly vary when the distance exceeds 0.6 mm. Furthermore, when the distance is about 0.9 mm, the Fe intensity and the Cr intensity change extremely. Considering that the main component of cast iron is iron and the mixture of iron and chromium is stainless steel, it can be said that the position at a distance of 0.9 mm is the boundary position between the cooling pipe 20A and the second housing part 12.
  • the Fe strength and the Cr strength are significantly dispersed.
  • Fe strength and Cr strength are substantially constant in the range from 0 mm to 0.6 mm, and in stainless steel, chromium and carbon are combined, and chromium carbide is precipitated along grain boundaries of stainless steel. Considering the phenomenon, it can be said that the sensitization layer 20s is formed in a region from a distance of 0.6 mm to 0.9 mm.
  • the thickness of the sensitization layer 20s is 1 mm or less
  • the thickness of the cooling pipe 20A is preferably 1 mm or more and 5 mm or less.
  • the thickness of the cooling pipe 20A is smaller than 1 mm, most of the volume of the cooling pipe 20A is constituted by the sensitization layer 20s, and the cooling pipe 20A corrodes from the inner peripheral surface 202 side, or a part of the cooling pipe 20A is a pump
  • the outer peripheral surface 201 and the inner peripheral surface 202 may penetrate through melting.
  • the pump housing 10 is cast using a cooling pipe having a thickness of 1 mm, a part of the cooling pipe may be melted and the outer peripheral surface and the inner peripheral surface may penetrate.
  • the thickness of the cooling pipe 20A is larger than 5 mm, the volume of the cooling pipe 20A increases, so the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A is not sufficiently heated when the pump housing 10 is cast. Solid solution does not easily proceed with the second housing portion 12. As a result, there is a region where the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A is not in close contact with the second housing portion 12, and the heat removal capacity is degraded accordingly.
  • the thickness of the cooling pipe 20A is larger than 5 mm, the strength of the cooling pipe 20A itself is increased, and the bending of the connection pipe portion 23 becomes difficult.
  • “adhesion” means that the outer peripheral surface of the cooling pipe 20A is welded to the second housing portion 12.
  • the thickness of the sensitization layer 20s is smaller than 0.3 mm, it means that the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A is not sufficiently heated by the molten cast iron, and solidifying between the cooling pipe 20A and the second housing portion 12 It becomes difficult to melt.
  • the thickness of the sensitization layer 20s is larger than 0.3 mm, most of the volume of the cooling pipe 20A is constituted by the sensitization layer 20s, and the cooling pipe 20A may be corroded from the inner peripheral surface 202 side.
  • a value A obtained by dividing the volume of the pump housing 10 by the thickness of the cooling pipe 20A multiplied by the area in which the cooling pipe 20A contacts the pump housing 10 is 30 or more and 300 or less .
  • the cooling pipe 20A When the value A is smaller than 30, the cooling pipe 20A is not sufficiently heated when casting the pump housing 10, solid solution does not proceed between the cooling pipe 20A and the second housing portion 12, and the outer periphery of the cooling pipe 20A There is a possibility that the surface 201 will not be in intimate contact with the second housing part 12.
  • the cooling pipe 20A when the value A is larger than 300, most of the volume of the cooling pipe 20A is constituted by the sensitization layer 20s, the cooling pipe 20A corrodes from the inner peripheral surface 202 side, or a part of the cooling pipe 20A is the pump housing When casting 10, the outer peripheral surface 201 and the inner peripheral surface 202 may be melted and melted.
  • the sensitization layer is not formed on the inner peripheral surface 202 of the cooling pipe 20A, or the sensitization layer is less likely to be formed on the outer peripheral surface 201. This is because the inner circumferential surface 202 does not directly contact the molten cast iron when the pump housing 10 is cast. Further, in order to minimize the sensitization of the inner circumferential surface 202, when casting the pump housing 10, water may be flowed into the cooling pipe 20A or water may be stored in the cooling pipe 20A. In the water flow test of the cooling pipe 20A, the inner circumferential surface 202 is not corroded, or the corrosion is suppressed to a degree that causes no practical problem.
  • the pump housing 10 with the cooling pipe 20A having no problem in corrosion can be formed simply.
  • the cooling pipe 20A since the cooling pipe 20A is in direct contact with the second housing portion 12, it is not necessary to provide grease between the outer peripheral surface 201 of the cooling pipe 20A and the second housing portion 12. Thus, the pump housing 10 is efficiently cooled by the medium flowing in the cooling pipe 20A.
  • the first cooling pipe portion 21, the connecting pipe portion 23, and the second cooling pipe portion 21 are integrally configured, a plurality of cooling pipes are provided. There is no need to connect the tubes in a U-shape, which simplifies the configuration of the cooling tube.
  • the vacuum pump 1 since a part of the cooling pipe 20A is provided in the second housing portion 12, the vacuum pump 1 is compact, and the cost increase can be suppressed.
  • the first cooling pipe portion 21 and the second cooling pipe portion 22 are provided in the second housing portion 12 so as to sandwich the pair of screw rotors 31 and 32. Thereby, the second housing portion 12 is uniformly cooled by the first cooling pipe portion 21 and the second cooling pipe portion 22.
  • the thickness of the cooling pipe 20A is configured to be 1 mm or more and 5 mm or less, a thread can be formed on the inner peripheral surface 202 of each of the end 21t and the end 22t. Screw connection allows easy connection to piping.
  • FIGS. 4 (a) to 4 (c) are schematic views showing modifications of the cooling pipe of the present embodiment.
  • a notch 210 is provided on the outer peripheral surface 201 of each of the first cooling pipe portion 21 and the second cooling pipe portion 22.
  • the number of notches 210 is not limited to the illustrated number.
  • each of the first cooling pipe portion 21 and the second cooling pipe portion 22 has a corrugated structure 220 (for example, a sine wave structure).
  • the number of waves and the period are not limited to the numbers shown.
  • each of the first cooling pipe portion 21 and the second cooling pipe portion 22 has a curved portion 230.
  • the position of the end 21t of the first cooling pipe portion 21 or the position of the end 22t of the second cooling pipe portion 22 can be disposed at a position different from that of the cooling pipe 20A. That is, according to the cooling pipe structure concerning this embodiment, the freedom degree of arrangement
  • the pump housing 10 integrally forms the third housing portion 13, it may have a divided structure.
  • the cooling pipe 20A is U-shaped relative to the YZ plane to equalize the heat removal, but may be I-shaped to optionally control the heat removal portion, XY A U-shape, an I-shape, or the like may be arbitrarily formed on the axial plane, two or more connection pipes and a cooling pipe may be provided, and two or more sets of them may be arranged.
  • a roots pump or a rotary pump is used, the shape of the pump housing is appropriately changed, and the cooling pipe is disposed at an optimum position.
  • Cooling pipe 201 Outer peripheral surface 202: Inner peripheral surface 20s: Sensitizing layer 21: First cooling pipe portion 21t, 22t: End 22: Second cooling pipe portion 23: Connecting pipe portion 210: Notch 220: Wave structure 230: Curved portion 31: First screw rotor 31s: First tooth 310, 320: Shaft portion 311, 312, 321, 322: Shaft end portion 32: Second screw rotor 32s: Second tooth 40: Drive mechanism 41: Motor Case 42: Motor 420: Drive shaft 43a: First timing gear 43b: Second timing gear 50: Intermediate housing 110: Exhaust ports 111 ... intake chamber 120 ... exhaust port 121 ... exhaust chamber S1 ... working space

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Abstract

【課題】簡便で、冷却効率が良く、製作性が良い冷却構造を有するハウジングを具備した真空ポンプを提供する。 【解決手段】本発明の一形態に係る真空ポンプは、ポンプハウジングと、冷却管とを具備する。上記ポンプハウジングは、鋳鉄で構成される。上記冷却管は、外周面と内周面とを有し、ステンレス鋼で構成される。上記冷却管は、前記ポンプハウジングを貫通し、前記ポンプハウジングに密接する前記外周面が鋭敏化層で構成される。この真空ポンプは、鋳鉄で構成されたポンプハウジングがステンレス鋼で構成された冷却管の周りに鋳造されて形成されたものである。冷却管の外周面には鋭敏化層が設けられ、鋭敏化層がポンプハウジングに密接し、ポンプハウジングが効率よく冷却される。

Description

真空ポンプ
　本発明は、真空ポンプに関する。
　容積移送型のドライ真空ポンプとして、例えば、２軸型のスクリューポンプが知られている。この種のスクリューポンプは、一対のスクリューロータと、一対のスクリューロータを収容するハウジングと、一対のスクリューロータを回転させる駆動機構とを備える。これら一対のスクリューロータが回転することで、ハウジングの吸気口から排気口へ気体が移送されて、真空容器内のガスが排気される（例えば、特許文献１参照）。
　ハウジングは、一対のスクリューロータが長時間に渡り作動すると高温に加熱される場合がある。このため、ハウジングは、一般的には空冷式または水冷式により冷却される。そして、真空ポンプのコンパクト化が望まれる状況のなか、その一部であるハウジングにおいては、簡便且つ高効率の冷却構造になるかが重要になる。
特開２００９－１８５７７８号公報
　上記の冷却構造については、簡便な冷却構造を要することから循環型の冷却構造が要求される。また、冷媒体として、一般的にはオイルやクーラント液に比べて冷却効率が高く、取り扱いが容易な水が用いられる。また、冷媒体が水であれば、水に対して耐性の高いステンレス製の冷却管と適合する。但し、ステンレス製の冷却管を用いた場合には、ステンレス製の冷却管をいかにしてハウジングと均一に密接させ、且つ、ステンレス製の冷却管の内周面まで鋭敏化させないことが重要になる。
　以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、簡便で、冷却効率が良く、製作性が良い冷却構造を有するハウジングを具備した真空ポンプを提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空ポンプは、ポンプハウジングと、冷却管とを具備する。上記ポンプハウジングは、鋳鉄で構成される。上記冷却管は、外周面と内周面とを有し、ステンレス鋼で構成される。上記冷却管は、上記ポンプハウジングを貫通し、上記ポンプハウジングに密接する上記外周面が鋭敏化層で構成される。
　この真空ポンプは、鋳鉄で構成されたポンプハウジングがステンレス鋼で構成された冷却管の周りに鋳造されて形成されたものである。これにより、ポンプハウジングを貫通する冷却管を備えた真空ポンプが簡便に形成される。さらに、冷却管の外周面には鋭敏化層が設けられ、鋭敏化層がポンプハウジングに密接し、ポンプハウジングが効率よく冷却される。
　上記の真空ポンプにおいては、上記ポンプハウジング内に収容され、螺旋状の第１歯部を有する第１スクリューロータと、上記第１歯部と噛み合う螺旋状の第２歯を有する第２スクリューロータとをさらに具備してもよい。
　このような真空ポンプであれば、一対のスクリューロータを長時間に渡り作動させても、ポンプハウジングは、ポンプハウジングに設けられた冷却管によって効率よく冷却される。
　上記の真空ポンプにおいては、上記冷却管は、第１冷却管部と、上記第１冷却管部に並列する第２冷却管部とを有する。上記第１スクリューロータ及び上記第２スクリューロータは、上記第１冷却管部と上記第２冷却管部とによって挟まれている。
　このような真空ポンプであれば、ポンプハウジングに、一対のスクリューロータを挟むように第１冷却管部と第２冷却管部とが設けられる。これにより、ポンプハウジングが均等に冷却される。
　上記の真空ポンプにおいては、上記冷却管は、上記第１冷却管部と上記第２冷却管部とを連結し上記ポンプハウジング外に設けられた接続管部をさらに有する。上記第１冷却管部、上記接続管部及び上記第２冷却管部は、この順に直列状に連結され、一体となって構成されている。
　このような真空ポンプであれば、冷却管が第１冷却管部、接続管部及び第２冷却管部によって直列状に連結され、一体となって構成されているために、冷却管が簡便な構成になる。
　上記の真空ポンプにおいては、上記冷却管の厚みは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。
　このような真空ポンプであれば、冷却管の厚みが１ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されているので、ステンレス鋼で構成された冷却管が鋳造の際に内周面まで溶融せずに、かつ外周面が適度に溶融し、冷却管の外周面がポンプハウジングに密接する。
　上記の真空ポンプにおいては、上記鋭敏化層の厚みは、０．３ｍｍであってもよい。
　このような真空ポンプであれば、ポンプハウジングが鋳造される際に、冷却管と、溶解した鋳鉄とが接触することにより、冷却管の表面が加熱されても、冷却管の外周面は鋭敏化され、内周面は鋭敏化されない。これにより、冷却管の外周面に鋭敏化層が形成される。
　上記の真空ポンプにおいては、上記ポンプハウジングの容積を上記冷却管の厚みに上記冷却管が上記ポンプハウジングに接する面積を乗算した値で除算した値は、３０以上３００以下であってもよい。
　このような真空ポンプであれば、上記除算値が３０以上３００以下に設定されているので、ステンレス鋼で構成された冷却管が鋳造の際に内周面まで溶融せず、冷却管の外周面がポンプハウジングに密接する。
　以上述べたように、本発明によれば、簡便で、冷却効率が良く、製作性が良い冷却構造を有するハウジングを具備した真空ポンプが提供される。
本実施形態に係る真空ポンプの要部を示す模式的斜視図である。 本実施形態に係る真空ポンプの内部要部を示す模式的断面図である。 冷却管の外周面近傍における電子線マイクロアナライザ結果である。 本実施形態の冷却管の変形例を示す模式図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。
　図１は、本実施形態に係る真空ポンプの要部を示す模式的斜視図である。
　図１には、真空ポンプ１のシリンダ部であるポンプハウジング１０が示されている。また、ポンプハウジング１０には、冷却管２０Ａの一部が埋め込まれている。ポンプハウジング１０は、一例として２軸型のスクリューポンプに適用される。本実施形態に係る真空ポンプは、２軸型のスクリューポンプに限らず、ルーツ型ドライポンプ、ロータリーポンプ等であってもよい。
　ポンプハウジング１０には、その内部にポンプ室１０ｐが設けられている。ポンプ室１０ｐは、Ｘ軸方向に延在する。ポンプ室１０ｐには、一対のスクリューロータ３１、３２を配置することができる。図１では、ポンプハウジング１０の構成を説明するため、一対のスクリューロータ３１、３２が２点破線で示されている。一対のスクリューロータ３１、３２は、ポンプ室１０ｐ内でＹ軸方向に並ぶ。
　ポンプハウジング１０は、第１ハウジング部１１と、第２ハウジング部１２と、第３ハウジング部１３とを有する。第１ハウジング部１１は、第２ハウジング部１２と第３ハウジング部との間に設けられる。第１ハウジング部１１と、第２ハウジング部１２と、第３ハウジング部は、鋳込みによって一体に構成される。
　第１ハウジング部１１及び第２ハウジング部１２は、例えば、一対のスクリューロータ３１、３２の歯部を収容する容器として機能する。さらに、第２ハウジング部１２は、例えば、一対のスクリューロータ３１、３２を貫通させ、一対のスクリューロータ３１、３２を駆動させる駆動機構側に接続されるフランジとして機能する。また、第３ハウジング部１３は、第２ハウジング部１２の反対側からポンプ室１０ｐを塞ぐ。
　ポンプハウジング１０の材料は、例えば、ＦＣ２５０等の鋳鉄である。このようなポンプハウジング１０が鋳鉄で構成された真空ポンプ１は、融点が高く、真空ポンプ１が高温になっても、金属組織が変化しにくい。また、鋳鉄の線膨張係数は、低く、真空ポンプ１を高温で運転しても、熱膨張による寸法変化の影響が少ない。また、鋳鉄の硬度は高く、異物を吸入した際にも粉砕しやすい。また、鋳鉄は、アンモニアなどの腐食性ガスに対する耐性が高い。
　冷却管２０Ａの一部は、第２ハウジング部１２を貫通する。すなわち、冷却管２０Ａの一部は、第２ハウジング部１２に内設されている。冷却管２０Ａは、第１冷却管部２１と、第２冷却管部２２と、接続管部２３とを有する。第１冷却管部２１及び第２冷却管部２２のそれぞれは、Ｙ軸方向に直線状に伸び、Ｚ軸方向に並列する。接続管部２３は、第１冷却管部２１と第２冷却管部２２とを連結している。
　第１冷却管部２１、接続管部２３及び第２冷却管部２２は、この順に直列状に連結されている。第１冷却管部２１の端部２１ｔ及び第２冷却管部２２の端部２２ｔのそれぞれは、第２ハウジング部１２から突出する。接続管部２３は、第２ハウジング部１２外に設けられ、接続管部２３の一方の端部が第１冷却管部２１の他方の端部に接続され、接続管部２３の他方の端部が第２冷却管部２２の他方の端部に接続されている。
　冷却管２０ＡをＸ軸方向から見た場合、その外形は、Ｕ字型となっている。ここで、第１スクリューロータ３１及び第２スクリューロータ３２は、Ｚ軸方向において第１冷却管部２１と第２冷却管部２２とによって挟まれている。接続管部２３は、Ｙ軸方向において、第１スクリューロータ３１及び第２スクリューロータ３２に並んでいる。
　第１冷却管部２１、接続管部２３及び第２冷却管部２２は、同じ材料で構成された一体物である。例えば、冷却管２０Ａは、一本の長い金属製パイプをパイプ曲げ機またはパイプベンダー等の手動器具によって曲げられて形成される。冷却管２０Ａは、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼で構成される。
　例えば、冷却管２０Ａの一部は、ポンプハウジング１０を形成する型に予め仕込まれ、この型に溶融した鋳鉄が流し込まれる。これにより、冷却管２０Ａの外周面に溶融した鋳鉄が接触して、冷却管２０Ａが第２ハウジング部１２に内設されたポンプハウジング１０が形成される。
　冷却管２０Ａは、外周面２０１と内周面２０２とを有する（図１（ｂ））。冷却管２０Ａの外周面２０１は、第２ハウジング部１２に接し、内周面２０２は、冷却管２０Ａ内を流れる媒体に接する。媒体は、例えば、水、オイル、クーラント液等である。ポンプハウジング１０を形成する型に溶融した鋳鉄が流し込まれるとき、冷却管２０Ａの外周面２０１が溶融した鋳鉄に接触し、冷却管２０Ａの外周面２０１が溶融した鋳鉄から熱を受ける。
　これにより、冷却管２０Ａの外周面２０１が加熱され（５００℃以上８５０℃以下）、冷却管２０Ａの外周面２０１が鋭敏化される。ここで、鋭敏化とは、例えば、ステンレス鋼に含まれるクロムと炭素とが結合し、クロム炭化物がステンレス鋼の結晶粒界に沿って析出する現象である。この結果、ポンプハウジング１０の鋳込みが終了した後には、冷却管２０Ａの外周面２０１は、鋭敏化層２０ｓで構成され、冷却管２０Ａの外周面２０１がポンプハウジング１０に密接する。
　換言すれば、ポンプハウジング１０が溶融した鋳鉄によって鋳込まれるとき、溶融した鋳鉄と冷却管２０Ａの外周面２０１とが密接し、冷却管２０Ａの外周面２０１が溶融した鋳鉄により加熱されるからこそ、冷却管２０Ａの外周面２０１が鋭敏化される。また、冷却管２０Ａの外周面２０１が溶融した鋳鉄によって鋭敏化される程度に加熱されるということは、冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との間で、ある程度の固溶が起こる。こにより、冷却管２０Ａの外周面２０１がポンプハウジング１０に密に接する。
　図２は、本実施形態に係る真空ポンプの内部要部を示す模式的断面図である。
　図２には、図１のＡ１－Ａ２線に沿った位置でのＸ－Ｙ平面における断面が示されている。また、図２には、図１で図示されなかった駆動機構４０、中間ハウジング５０等が示されている。
　スクリューロータ３１、３２のそれぞれは、Ｘ軸方向に平行な軸心を有する。スクリューロータ３１、３２のそれぞれは、Ｙ軸方向に相互に隣接して第１ハウジング部１１内に配置される。第１スクリューロータ３１は、螺旋状の第１歯３１ｓを有し、第２スクリューロータ３２は、第１歯３１ｓと噛み合う螺旋状の第２歯３２ｓを有する。第１歯３１ｓ及び第２歯３２ｓのそれぞれのターン数は、図示される数に限らない。
　第１歯３１ｓ及び第２歯３２ｓのそれぞれは、捩れ方向が互いに逆方向であるほかは、略同一の形状を有する。第１歯３１ｓは、第１スクリューロータ３１の軸部３１０の周囲に同一の径で巻回される。第２歯３２ｓは、第２スクリューロータ３２の軸部３２０の周囲に同一の径で巻回される。
　第１歯３１ｓ及び第２歯３２ｓは、相互に噛み合っている。例えば、第１歯３１ｓは、第２歯３２ｓの歯と歯との間の溝に位置する。この溝と第１歯３１ｓとの間には、隙間が設けられている。同様に、第２歯３２ｓは、第１歯３１ｓの歯と歯との間の溝に位置する。この溝と第２歯３２ｓとの間には、隙間が設けられている。
　第１歯３１ｓの外周面は、ポンプハウジング１０の内壁面と、第２スクリューロータ３２の軸部３２０の外周面とに僅かな隙間をあけて対向する。第２歯３２ｓの外周面は、ポンプハウジング１０の内壁面と、第１スクリューロータ３１の軸部３１０の外周面とに僅かな隙間をあけて対向する。
　ポンプハウジング１０においては、第１ハウジング部１１は、円筒状の容器であり、第２ハウジング部１２及び第３ハウジング部１３のそれぞれは、第１ハウジング部１１の両側に接続されたフランジである。但し、第２ハウジング部１２には、ポンプ室１０ｐが貫通している。
　第３ハウジング部１３には、第１スクリューロータ３１の軸端部３１１及び第２スクリューロータ３２の軸端部３２１のそれぞれが挿通する。また、軸端部３１１と第３ハウジング部１３との間には、ベアリング１４ａが設けられ、軸端部３２１と第３ハウジング部１３との間には、ベアリング１４ｂが設けられている。ベアリング１４ａを介して、軸端部３１１が第３ハウジング部１３に回転可能に支持され、ベアリング１４ｂを介して、軸端部３２１が第３ハウジング部１３に回転可能に支持されている。
　第３ハウジング部１３には、ベアリング１４ａ、１４ｂを覆うカバー１５がＯ－リングなどのシール部材などを介してボルト締めによって気密に固定されている。これにより、ポンプ室１０ｐの気密性が確保される。
　第２ハウジング部１２には、冷却管２０Ａが内設されている。さらに、第２ハウジング部１２には、第１スクリューロータ３１及び第２スクリューロータ３２が挿通する。
　中間ハウジング５０は、ポンプハウジング１０と駆動機構４０との間に設けられる。中間ハウジング５０は、第２ハウジング部１２に、例えば、ボルト締めによりＯ－リングなどのシール部材などを介してボルト締めによって気密に固定される。これにより、ポンプ室１０ｐの気密性が確保される。
　中間ハウジング５０には、第１スクリューロータ３１の軸端部３１２及び第２スクリューロータ３２の軸端部３２２が挿通する。軸端部３１２と中間ハウジング５０との間には、ベアリング１５ａが設けられ、軸端部３２２と中間ハウジング５０との間には、ベアリング１５ｂが設けられている。ベアリング１５ａを介して、軸端部３１２が中間ハウジング５０に回転可能に支持され、ベアリング１５ｂを介して、軸端部３２２が中間ハウジング５０に回転可能に支持されている。
　駆動機構４０は、モータケース４１と、モータ４２と、第１タイミングギア４３ａと、第２タイミングギア４３ｂとを有する。モータ４２、第１タイミングギア４３ａ、及び第２タイミングギア４３ｂは、モータケース４１内に収容されている。モータケース４１は、は、中間ハウジング５０に例えば、Ｏ－リングなどのシール部材などを介してボルト締めによって気密に固定されている。
　モータ４２は、例えば、ＤＣモータ等で構成される。モータ４２の駆動軸４２０は、第１スクリューロータ３１の軸端部３１２に連結されている。モータ４２は、第１スクリューロータ３１をその軸まわりに所定の回転数で回転させる。
　第１タイミングギア４３ａは、第１スクリューロータ３１の軸端部３１２に取り付けられている。第２タイミングギア４３ｂは、第２スクリューロータ３２の軸端部３２２に取り付けられている。タイミングギア４３ａ、４３ｂは、相互に噛み合うようにＹ軸方向に並列されている。これにより、第１スクリューロータ３１が回転すると、第１スクリューロータ３１の回転駆動力が第２スクリューロータ３２へ伝達する。
　ここで、第３ハウジング部１３、第１ハウジング部１１、第１歯３１ｓ、及び第２歯３２ｓで画定される空間を吸気室１１１とし、第２ハウジング部１２、中間ハウジング５０、第１歯３１ｓ、及び第２歯３２ｓで画定される空間を排気室１２１とすると、吸気室１１１は、吸気口１１０に連なり、排気室１２１は、排気口１２０に連なっている。吸気口１１０には、図示しない真空チャンバの内部空間に接続される。排気口１２０には大気または図示しない補助ポンプや吐出気体を処理する装置に接続される。
　スクリューロータ３１、３２のそれぞれは、モータ４２の駆動により、相互に逆方向に回転する。駆動機構４０は、第１スクリューロータ３１と第２スクリューロータ３２と第１ハウジング部１１との間に形成された作動空間Ｓ１を、吸気口１１０側から排気口１２０側に向けて移送する。これにより、吸気口１１０から吸引されたガスが移送する作動空間Ｓ１によって運ばれて、排気口１２０から排気される。
　この場合、吸気口１１０から吸気室１１１に流入したガスは、スクリューロータ３１、３２によって排気口１２０側に移送され、排気室１２１で圧縮される。ここで、多数に仕切られている作動空間Ｓ１では、その最終段部が最大圧力差を有する。最終段部の前段部の作動空間は圧力が低く、圧縮比が同等であっても、大気圧に近い最終段部のほうが圧縮熱によってより昇温しやすい。これにより、排気室１２１に隣接する第２ハウジング部１２は、圧縮熱により特異的に熱くなる場合がある。従って、真空ポンプ１においては、第２ハウジング部１２をいかに効率よく且つ簡便が構造で冷却するかが重要になる。
　以下に、第２ハウジング部１２を冷却するいくつかの手法を比較例として説明する。
　例えば、第２ハウジング部１２を冷却する比較例として、第２ハウジング部１２にドリル加工で孔を設け、この孔に冷却管を通す手法がある。この手法では、冷却管と第２ハウジング部１２との間に熱媒体としてのグリースが配置される。
　しかし、この手法では、第２ハウジング部１２に孔を形成するドリル加工を要する。また、ドリル加工で形成された孔は、一般的に直線状に形成され、Ｕ字の冷却管を通すことができない。冷却管をＵ字状に構成するには、複数の冷却管をＵ字状に繋ぎ合わせる必要があり、冷却管の構成が複雑になってしまう。また、冷却管と第２ハウジング部１２との間にグリースが配置されると、冷却管と第２ハウジング部１２との間の熱伝導性が劣る場合がある。また、グリースを定期的に塗りなおすメンテナンスも必要になる。
　また、第２ハウジング部１２を冷却する別の比較例として、例えば、アルミニウム製の厚板に管路を取り付け、ステンレスパイプを鋳込み、そこに水を循環させた冷却板を第２ハウジング部１２にグリースを介して接触させる手法がある。
　しかし、この手法では、真空ポンプのコンパクト化に反し、真空ポンプのコストアップを招来する。また、この手法では、第２ハウジング部１２を冷却管２０Ａによって冷却する方法に比べて、冷却効率が劣る。また、グリースについては、同様の問題が残る。
　また、第２ハウジング部１２を冷却するさらに別の比較例として、熱媒体を循環させ、熱媒体を介した間接冷却によって第２ハウジング部１２を冷却する手法がある。
　しかし、この手法では、熱媒体を冷却するファン機構の増設や熱媒体を循環させる配管が必要になり、コストアップを招来する。さらに、この手法では、第２ハウジング部１２を熱媒体により間接的に冷却されるので、第２ハウジング部１２を冷却管２０Ａによって冷却する方法に比べて、冷却効率が劣る。
　本実施形態では、第２ハウジング部１２にドリル加工で孔を設けることなく、第２ハウジング部１２が冷却管２０Ａの一部に接触しつつ鋳造されて、冷却管２０Ａの一部が第２ハウジング部１２に内設された真空ポンプ１が形成される。これにより、冷却管２０Ａが第２ハウジング部１２に内設された真空ポンプ１がより簡便に形成される。
　ここで、冷却管２０Ａの外周面２０１が第２ハウジング部１２に密に接している根拠として、冷却管２０Ａの外周面２０１が薄い鋭敏化層２０ｓで構成されていることがあげられる。冷却管２０Ａの外周面２０１が鋭敏化層２０ｓで構成されたとしても、鋭敏化層２０ｓは、水等ではなく、鋳鉄に接しているので、冷却管２０Ａが外周面２０１から腐食することはない。
　例えば、図３は、冷却管の外周面近傍における電子線マイクロアナライザ結果である。横軸は、冷却管２０Ａの内部から第２ハウジング部１２に向かう方向における距離（深さ）（ｍｍ）である。縦軸は、Ｘ線強度である。電子線のビーム径は、例えば、２μｍである。
　図３に示すように、距離０．６ｍｍまでは、Ｆｅ強度とＣｒ強度とは、略一定であるものの、距離０．６ｍｍを超えると、Ｆｅ強度とＣｒ強度とが著しくばらついている。さらに、距離０．９ｍｍあたりを過ぎると、Ｆｅ強度とＣｒ強度とが極端に変わっている。鋳鉄の主成分が鉄で、鉄にクロムが混在したものがステンレス鋼であることを考慮すると、距離０．９ｍｍの位置が冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との境界位置であるといえる。
　また、距離０．６ｍｍから０．９ｍｍ（冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との境界）までの領域においては、Ｆｅ強度とＣｒ強度とが著しくばらついている。距離０ｍｍから０．６ｍｍまでの領域においてＦｅ強度とＣｒ強度とが略一定であり、ステンレス鋼において、クロムと炭素とが結合し、クロム炭化物がステンレス鋼の結晶粒界に沿って析出する鋭敏化現象を考慮すると、距離０．６ｍｍから０．９ｍｍまでの領域に鋭敏化層２０ｓが形成されているといえる。
　さらに、冷却管２０Ａ中のＣｒとＮｉとは、距離０．９ｍｍの位置を超えても微量に検出されることから、冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との間で、ある程度の固溶が進んでいるといえる。
　鋭敏化層２０ｓの厚みが１ｍｍ以下であることから、冷却管２０Ａの厚みは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
　冷却管２０Ａの厚みが１ｍｍより小さくなると、冷却管２０Ａの容積の大部分が鋭敏化層２０ｓで構成されて冷却管２０Ａが内周面２０２側から腐食したり、冷却管２０Ａの一部がポンプハウジング１０を鋳込む際に溶融して外周面２０１と内周面２０２とが貫通したりするおそれがある。例えば、肉厚が１ｍｍの冷却管を用いてポンプハウジング１０を鋳込んだ場合には、冷却管の一部が溶融し外周面と内周面とが貫通する場合がある。
　一方、冷却管２０Ａの厚みが５ｍｍより大きくなると、冷却管２０Ａの容積が大きくなることから、ポンプハウジング１０を鋳込む際に冷却管２０Ａの外周面２０１が充分に加熱されず、冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との間で固溶が進みにくくなる。これにより、冷却管２０Ａの外周面２０１が第２ハウジング部１２に密着しない領域ができ、その分、徐熱能力がわるくなる。また、冷却管２０Ａの厚みが５ｍｍより大きくなると、冷却管２０Ａ自体の強度が増して、接続管部２３の曲げ加工が難しくなる。なお、本実施形態での「密着」とは、冷却管２０Ａの外周面が第２ハウジング部１２に溶着している意味である。
　鋭敏化層２０ｓの厚みが０．３ｍｍより小さいことは、冷却管２０Ａの外周面２０１が溶融した鋳鉄により充分に加熱されないことを意味し、冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との間で固溶が進みにくくなる。
　一方、鋭敏化層２０ｓの厚みが０．３ｍｍより大きくなると、冷却管２０Ａの容積の大部分が鋭敏化層２０ｓで構成され、冷却管２０Ａが内周面２０２側から腐食するおそれがある。
　また、本実施形態においては、ポンプハウジング１０の容積を冷却管２０Ａの厚みに冷却管２０Ａがポンプハウジング１０に接する面積を乗算した値で除算した値Ａは、３０以上３００以下であることが好ましい。
　値Ａが３０より小さいと、ポンプハウジング１０を鋳込む際に冷却管２０Ａが充分に加熱されず、冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との間で固溶が進まず、冷却管２０Ａの外周面２０１が第２ハウジング部１２に密接しなくなる可能性がある。
　一方、値Ａが３００より大きいと、冷却管２０Ａの容積の大部分が鋭敏化層２０ｓで構成されて冷却管２０Ａが内周面２０２側から腐食したり、冷却管２０Ａの一部がポンプハウジング１０を鋳込む際に溶融して外周面２０１と内周面２０２とが貫通したりするおそれがある。
　なお、冷却管２０Ａの内周面２０２には鋭敏化層が形成されず、あるいは、鋭敏化層が外周面２０１ほどに形成されにくくなっている。これは、内周面２０２は、ポンプハウジング１０を鋳込む際に、溶融した鋳鉄に直接接しないためである。また、内周面２０２の鋭敏化を極力抑えるには、ポンプハウジング１０を鋳込む際に、冷却管２０Ａ内に水を流したり、冷却管２０Ａ内に水を収納させたりしてもよい。冷却管２０Ａの通水試験では、内周面２０２が腐食せず、または、実用上問題がない程度の腐食に抑えられている。
　なお、防錆の観点から、冷却管２０Ａとして、鉄材の配管を用いて、内周面に無電解ニッケルメッキ膜を形成することにより、ステンレス鋼で発生する鋭敏化の現象自体を回避することもできる。しかし、めっき膜は、密着性が確保できず、ピンホールが発生した場合、ピンホール部からめっき膜の剥離が発生する場合がある。また、長時間に渡る熱履歴によって冷却管２０Ａの膨張収縮が繰り返されると、めっき膜はさらに剥離しやすくなる。また、冷却管２０Ａの内周面２０２に、均一にめっき膜を形成するのは、技術的、コスト面にも難しくなる。
　従って、本実施形態のように、１ｍｍ以上５ｍ以下の厚みを有する冷却管２０Ａを鋳鉄とともに鋳込めば、実用上、腐食に問題のない冷却管２０Ａ付のポンプハウジング１０が簡便に形成される。
　また、本実施形態によれば、冷却管２０Ａが直接的に第２ハウジング部１２に接するので、冷却管２０Ａの外周面２０１と第２ハウジング部１２との間にグリースを設ける必要がない。これにより、ポンプハウジング１０が冷却管２０Ａ内を流れる媒体によって効率よく冷却される。
　また、本実施形態によれば、Ｕ字の冷却管２０Ａにおいて、第１冷却管部２１、接続管部２３及び第２冷却管部２１が一体となって構成されているために、複数の冷却管をＵ字状に繋ぎ合わせる必要がなく、冷却管の構成が簡便になる。
　また、本実施形態によれば、冷却管２０Ａの一部が第２ハウジング部１２に内設されることから、真空ポンプ１はコンパクトになり、コストアップを抑えられる。
　また、本実施形態によれば、第２ハウジング部１２に、一対のスクリューロータ３１、３２を挟むように第１冷却管部２１と第２冷却管部２２とが設けられる。これにより、第２ハウジング部１２が第１冷却管部２１及び第２冷却管部２２によって均等に冷却される。
　また、本実施形態によれば、冷却管２０Ａの厚みは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下に構成されているので、端部２１ｔ及び端部２２ｔのそれぞれの内周面２０２にネジ山を形成することができ、ねじ込み式継手によって、容易に配管に連結できる。
　図４（ａ）～図４（ｃ）は、本実施形態の冷却管の変形例を示す模式図である。
　図４（ａ）に示す冷却管２０Ｂには、第１冷却管部２１及び第２冷却管部２２のそれぞれの外周面２０１に切り欠き２１０が設けられている。切り欠き２１０の数は、図示された数に限らない。このような冷却管２０Ｂであれば、冷却管２０Ｂの外周面２０１と第２ハウジング部１２との接触面積が増加し、第２ハウジング部１２の冷却効率がさらに増加する。
　図４（ｂ）に示す冷却管２０Ｃは、第１冷却管部２１及び第２冷却管部２２のそれぞれが波型構造２２０（例えば、サイン波形構造）を有する。波の数、周期は、図示された数に限らない。このような冷却管２０Ｃであれば、冷却管２０Ｃの外周面２０１と第２ハウジング部１２との接触面積が増加し、第２ハウジング部１２の冷却効率がさらに増加する。
　図４（ｃ）に示す冷却管２０Ｄは、第１冷却管部２１及び第２冷却管部２２のそれぞれが曲部２３０を有する。これにより、第１冷却管部２１の端部２１ｔの位置、または第２冷却管部２２の端部２２ｔの位置を冷却管２０Ａとは異なる位置に配置することができる。すなわち、本実施形態に係る冷却管構造によれば、端部２１ｔ、２２ｔの配置の自由度が増す。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ポンプハウジング１０は第３のハウジング部１３を一体に形成しているが、分割した構造でもよい。冷却管２０Ａは、徐熱を均等にするためにＹ－Ｚ軸平面に対してＵ字に構成されているが、任意に徐熱部を制御するために、Ｉ字状でもよく、Ｘ－Ｙ軸平面にＵ字やＩ字などを任意に構成してもよく、２つ以上の接続管部と冷却管を設けてもよく、それらを２セット以上配置してもよい。また、ルーツポンプやロータリーポンプを用いた場合は、ポンプハウジングの形状は適宜変更され、冷却管は最適な場所に配置される。
　１…真空ポンプ
　１０…ポンプハウジング
　１０ｐ…ポンプ室
　１１…第１ハウジング部
　１２…第２ハウジング部
　１３…第３ハウジング部
　１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ…ベアリング
　１５…カバー
　２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ…冷却管
　２０１…外周面
　２０２…内周面
　２０ｓ…鋭敏化層
　２１…第１冷却管部
　２１ｔ、２２ｔ…端部
　２２…第２冷却管部
　２３…接続管部
　２１０…切り欠き
　２２０…波型構造
　２３０…曲部
　３１…第１スクリューロータ
　３１ｓ…第１歯
　３１０、３２０…軸部
　３１１、３１２、３２１、３２２…軸端部
　３２…第２スクリューロータ
　３２ｓ…第２歯
　４０…駆動機構
　４１…モータケース
　４２…モータ
　４２０…駆動軸
　４３ａ…第１タイミングギア
　４３ｂ…第２タイミングギア
　５０…中間ハウジング
　１１０…吸気口
　１１１…吸気室
　１２０…排気口
　１２１…排気室
　Ｓ１…作動空間

Claims (7)

  1. 　鋳鉄で構成されたポンプハウジングと、
    　外周面と内周面とを有し、ステンレス鋼で構成され、前記ポンプハウジングを貫通し、前記ポンプハウジングに密接する前記外周面が鋭敏化層で構成された冷却管と
    　を具備する真空ポンプ。
  2. 　請求項１に記載の真空ポンプであって、
    　前記ポンプハウジング内に収容され、螺旋状の第１歯部を有する第１スクリューロータと、前記第１歯部と噛み合う螺旋状の第２歯を有する第２スクリューロータとをさらに具備する
    　真空ポンプ。
  3. 　請求項１または２に記載の真空ポンプであって、
    　前記冷却管は、第１冷却管部と、前記第１冷却管部に並列する第２冷却管部とを有し、
    　前記第１スクリューロータ及び前記第２スクリューロータは、前記第１冷却管部と前記第２冷却管部とによって挟まれている
    　真空ポンプ。
  4. 　請求項３に記載の真空ポンプであって、
    　前記冷却管は、前記第１冷却管部と前記第２冷却管部とを連結し前記ポンプハウジング外に設けられた接続管部をさらに有し、
    　前記第１冷却管部、前記接続管部及び前記第２冷却管部は、この順に直列状に連結され、一体となって構成されている
    　真空ポンプ。
  5. 　請求項１～４のいずれか１つに記載の真空ポンプであって、
    　前記冷却管の厚みは、１ｍｍ以上５ｍ以下である
    　真空ポンプ。
  6. 　請求項１～５のいずれか１つに記載の真空ポンプであって、
    　前記鋭敏化層の厚みは、０．３ｍｍである
    　真空ポンプ。
  7. 　請求項１～６のいずれか１つに記載の真空ポンプであって、
    　前記ポンプハウジングの容積を前記冷却管の厚みに前記冷却管が前記ポンプハウジングに接する面積を乗算した値で除算した値は、３０以上３００以下である
    　真空ポンプ。
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