JPH0329996B2

JPH0329996B2 -

Info

Publication number: JPH0329996B2
Application number: JP61106925A
Authority: JP
Priority date: 1985-10-12
Filing date: 1986-05-09
Publication date: 1991-04-25
Also published as: JPS62174592A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリユ
ロータを備えたスクリユ式ポンプ本体を用いた、
特にオイルフリー式のものに好適なスクリユ式真
空ポンプに関するものである。

（従来技術）従来、真空ポンプとして、たとえば水封式真空
ポンプ（特公昭54−37693号公報）、高真空ポンプ
（特公昭57−59920号公報）、２軸式真空ポンプ
（特開昭59−185889号公報）が公知である。

このうち、水封式真空ポンプおよび高真空ポン
プでは、真空引きする際、ポンプ内で圧縮されて
生じる熱によるガスの温度上昇を防ぐために、ガ
スを水あるいは油に直接接触させた状態で吸込口
から吐出口に至らせ、このようにしてガスととも
に装置も冷却している。

しかしながら、この種の真空ポンプによれば、
吸込口側に水あるいは油のにおいが漏れ出した
り、停電時等の場合のように装置が急に停止した
場合には水や油が吸込口側に逆流する事態も起こ
り得る。このため、不純物の混入が許されない半
導体の製造部門や、これに加えて、特ににおいの
発生を嫌う食品産業関係（例えば真空パツク）で
はこれらの真空ポンプを使用することはできな
い。

これに対して、上記２軸式真空ポンプには複葉
式のメカニカルブースター等のオイルフリー式
（本明細書では、水および油を真空引きするガス
に接触させた状態では用いない形式のものをい
う。）のものがある。

しかしながら、この形式の真空ポンプではロー
タ同志を無接触に保つ必要性から構造上ロータ間
の隙間が大きくならざるを得ない。このため、こ
の真空ポンプは中真空領域（10^-3゜〜1Torr）で使
えても、低真空領域（１〜760Torr）ではロータ
間からのガス漏れが増大し、ガス温度の上昇が著
しくなるので、この領域での使用には適していな
い。

このため、これまで単段で低真空域から高真空
域までの使用に適したオイルフリー式の真空ポン
プの開発が望まれていた。

そこで、本発明者は、従来大気圧以上の領域
で、主として高圧ガス発生のために使用している
オイルフリー式のスクリユ圧縮機本体が、ガスを
吸込み、圧縮状態で吐出するという点で真空ポン
プと機能的に共通していること、およびロータ間
からのガス漏れを小さくできることに着目し、真
空ポンプとして使用する種々の試みを行つた。

その結果、スクリユ圧縮機本体のスクリユロー
タの軸受部および軸封部が大気圧あるいは大気圧
に近い状態にあるため、これをそのまま真空ポン
プとして使用した場合には、吸込口側および吐出
口側において、スクリユロータ軸の軸封部からロ
ータ室の吸込口部分へ空気が漏れて、到達真空度
が悪くなるという問題点が明らかになつた。

なお、到達真空度とは吸込口のフランジ部を完
全に塞いで真空ポンプを運転した場合に到達し得
る最高の真空度を言い、真空ポンプの最も重要な
性能ポイントである。

（発明の目的）本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされた
もので、その目的は到達真空度が良好なスクリユ
式真空ポンプを提供することにある。

（発明の構成）上記目的を達成するために、本発明は、一方が
吸込口に、他方が吐出口に開口したロータ室を有
するケーシングと、強制潤滑式軸受によつてロー
タ軸を支持して、ロータ室内に回転可能に収納し
た互いに噛み合う雌雄一対のスクリユロータとを
備えるとともに、少なくとも吸込口側の各ロータ
軸の軸受とロータ室との間に、上記吸込口には連
通しない大気圧以下の空間に連通させた第１軸封
手段と、大気に連通させた第２軸封手段とを、ロ
ータ室の側からこの順序で備えたものに形成し
た。

（実施例）次に、本発明の一実施例を図面にしたがつて説
明する。

第１図、第２図は本発明に係るスクリユ式真空
ポンプを示し、オイルフリー式ポンプ本体（以
下、本体という。）１のケーシング２に第１連通
部３を設けて形成してある。すなわち、本体１の
ケーシング２は水冷用ジヤケツト４を有するとと
もに、一方が上部に設けた吸込口５（２点鎖線部
分）に、他方が下部に設けた吐出口６（破線部
分）に開口したロータ室７を有し、このロータ室
７内に、互いに噛み合う雌雄一対のスクリユロー
タ８が回転可能に収納してある。そして、このス
クリユロータ８の各歯溝部９は回転して位置を変
えることにより吸込口５に開口した状態、吸込口
５および吐出口６からは遮断されたガス閉込み状
態、吐出口６に開口した状態の３つの状態を順次
繰返し、各状態に対応してガス吸込み空間、圧縮
（閉込み）空間、吐出空間となる。

また、スクリユロータ８のロータ軸１１を強制
注油された軸受１２により支持するとともに、吸
込口５側の各軸受１２とロータ室７との間に、ロ
ータ室７の側から下記するように歯溝部９に連通
させた第１軸封手段１３と、大気に連通させた第
２軸封手段１４とをこの順序で設けてある。本実
施例では、このうち第１軸封手段１３を、２つの
シールリング１３ａを並設した構造のものとする
一方、第２軸封手段１４にはスクリユロータ８の
回転とともに、軸受１２側に進むねじを形成した
ラビリンスシールを用いてある。

さらに、第１軸封手段１３のロータ室７に隣接
させて、これと同様に２つのシールリング１３ａ
を用いた形式の第３軸封手段１５を設けるととも
に、吐出口６側の各軸受１２とロータ室７との間
に、ロータ室７の側から上記第３軸封手段１５を
２段と、第２軸封手段と同様のラビリンスシール
を用いた形式の第４軸封手段１６とをこの順序で
設けてある。

そして、第２、第４軸封手段１４，１６のラビ
リンス部分により、スクリユロータ８の回転とと
もに、潤滑油を軸受１２側に押出して、ロータ室
７側へ流入しないようにしてある。

しかし、特に吸込口５側では第２軸封手段１４
のラビリンス部分だけでは、スクリユロータ８の
高速回転時以外には、潤滑油を十分排除し得ない
おそれがある。そこで、第２軸封手段１４の箇所
には、これを大気に連通させる第２連通部１７を
設けて、軸受１２の部分からロータ室７側へ進ん
で来た潤滑油を第２連通部１７から機外を排出す
るようにして、スクリユロータ８の高速回転時以
外でも、潤滑油がそれ以上ロータ室７側へ流入す
るのを防いでいる。

また、第１軸封手段１３の箇所には、第１連通
部３が形成してあり、第１軸封手段１３をロータ
室７内の吸込口５には連通しないガス閉込み空間
である歯溝部９に連通させてある。なお、この歯
溝部９は圧力が低い程よいから、閉込み直後の部
分が好ましい。

さらに、この第１連通部３は、第１軸封手段１
３のシールリングをケーシング２外に通じさせる
第１貫通孔１８とガス閉込み直後の空間をケーシ
ング２外に通じさせる第２貫通孔１９と第１、第
２貫通孔１８，１９を連通させる接続管２０とか
らなり、第１軸封手段１３の部分を吸込口５から
は遮断された空間のうちで最も低圧の閉込み直後
の空間より真空引きして出来るだけ低圧に保つよ
うにしてある。

そして、このようにすることにより、吸込口５
と第１軸封手段１３との間の圧力差を小さくし
て、第１軸封手段１３から吸込口５側へ空気が漏
れるのを防ぐようにしてある。また、上記ラビリ
ンス部分から万一潤滑油が漏れることがあつて
も、この第１連通部３により、吸込口５とは遮断
されたガス閉込み空間を経て吐出されてゆくの
で、吸込口５側に漏れることはない。

これらの第１連通部３の機能は上述したように
常時ガス吸込み空間、閉込み空間および吐出空間
の３つの空間を別々に形成しつつ作動するという
スクリユ式固有の特徴を利用したものである。

第３図は、横軸にロータ室７の吐出口６側端面
を原点とした場合のロータ軸方向の位置ｘ（右方
向を正とする。）をとり、縦軸に真空度すなわち
圧力をとり、吸込口５側のロータ軸１１部分から
吸込口５、ロータ室７内部、吐出口６にかけての
ロータ軸方向に沿つた圧力変化を示し、l₁は第２
貫通孔１９、l₂はロータ室７の吸込口５側の端
面、l₃は第１貫通孔１８、l₄は第２連通部１７の
各位置を、またPiは第２貫通孔１９での圧力を示
す。

第３図中一点鎖線は第１連通部３を設ける代わ
りに第１貫通孔１８のみを設けて第１軸封手段１
３のシールリング１３ａ部も略大気圧に等しい状
態にして、ラビリンス側から潤滑油が漏れること
があつてもロータ室７側へ漏れるのを防ぐように
して、第２連通部１７とともに潤滑油の漏れを２
重に防止するようにした場合の圧力状態を示した
ものである。

そこで、第３図の一点鎖線部分（前者）と実線
部分（後者）とを比較してみると、ロータ室への
空気の漏れを防止するうえで問題となる第１軸封
手段１３のｘ＝l₃における圧力と吸込口５のｘ＝
l₂における圧力すなわち到達真空度P₀との差圧
は、前者ではこれをΔP₁で表わすと ΔP₁＝大気圧−到達真空度P₀ となるのに対して、後者では、同じくΔP₂で表す
と ΔP₂＝Pi−到達真空度P₀ となる。

ここで、Piは当然大気圧より小さいので（Pi＜
大気圧）、必ずΔP₂＜ΔP₁となる。

したがつて、第１軸封手段１３の部分からロー
タ室７への空気の漏れは上記差圧の減少分に対応
して、それだけ少なくなる。

なお、上記実施例では、第１連通部３はロータ
室７内のガス閉込み直後の空間に連通するように
したものであつたが、本発明はこれに限るもので
なく、第１軸封手段１３の部分を大気圧以下に真
空引きできるように形成すればよく、例えば上記
実施例以外に第１貫通孔１７を配管により別の真
空ポンプに接続して、この真空ポンプにより真空
引きするように形成してもよい。

また、第１軸封手段１３は１段に限るものでな
く、これを２段以上設けた場合は、軸受１２によ
り近い第１軸封手段１３をロータ室７内のより高
圧のガス閉込み状態にある歯溝部９に連通させる
ように第１連通部３を形成して、軸受１２側から
ロータ室７に向けて、第１軸封手段１３の真空度
を段階的に上げることにより、吸込口５へのガス
漏れを効果的に少なくできる。

さらに、上記実施例では吸込口側にのみ第１、
第２軸封手段１３，１４を設けたものを示した
が、本発明はこれに限るものでなく、この他、第
４図に示すように吐出口側にも吸込口側と同様な
第１連通部３および第２連通部１７を形成して第
１、第２軸封手段１３，１４を設けたものであつ
てもよい。ロータ室７の吐出口６側端面には、ガ
ス吐出空間の他に、このガス吐出空間から吸込み
空間に変わつた直後の歯溝部の端面が常に現われ
ている。この吸込み空間となつた歯溝部はいうま
でもなく、真空状態にあり、このため吐出口６側
のロータ室７とスクリユロータ８との間の隙間は
真空状態にある。したがつて、この吐出口６側に
おいても吸込口５側と同様に軸封手段の部分から
上記隙間および吸込み空間となつた歯溝部を介し
て吸込口５に潤滑油および空気が漏れようとす
る。上記吐出口６側の第１、第２軸封手段１３，
１４はこのような現象の発生を阻止し、到達真空
度向上に効果的に寄与するものである。

なお、第４図中、第１図と共通する部分には同
一番号を付してある（以下同様）。また、第５図
は第４図に示すスクリユ式真空ポンプにおける圧
力変換の様子を示し、上記第３図に対応する図で
ある。

その他、第２軸封手段１４は１段に限らず、第
６図に示すように、例えば２段設けてもよい。こ
の場合、軸受１２側からロータ室７側へ進もうと
する潤滑油は、図中矢印Ａ，Ｂにて示す空気の流
れにより、軸受１２側の第２連通部１７から、１
段の場合より効果的に潤滑油を機外へ排出するこ
とができる。

この場合も、吸込口５側にのみ２段の第２軸封
手段１４を設けてもよく、また本発明は、雌、雄
ロータの両側対称に第１、第２軸封手段１３，１
４を設けたものに限るものではなく、雌、雄ロー
タのいずれか一方のみに第１連通部３を設けたも
のであつてもよい。

第４図、第６図の実施例において、ロータ室内
を冷却する必要がある場合には、適宜ケーシング
２を水冷ジヤケツトを有する形式のものにすれば
よい。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、一方が吸込口に、他方が吐出口に開口したロ
ータ室を有するケーシングと、強制潤滑式軸受に
よつてロータ軸を支持して、ロータ室内に回転可
能に収納した互いに噛み合う雌雄一対のスクリユ
ロータとを備えるとともに、少なくとも吸込口側
の各ロータ軸の軸受とロータ室との間に、上記吸
込口には連通しない大気圧以下の空間に連通させ
た第１軸封手段と、大気に連通させた第２軸封手
段とを、ロータ室の側からこの順序で備えたもの
に形成してある。

このため、第１軸封手段の部分と吸込口との間
の差圧が小さくなり、吸込口への空気の漏れを小
さくできるとともに、軸受に供給された潤滑油の
吸込口への漏れも阻止でき、良好な到達真空度の
達成および潤滑油によるロータ室内の汚染防止が
可能になる。この結果、オイルフリー式であつて
も、単段で広範囲の真空引きが可能になるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るスクリユ式
真空ポンプの横断面図、第２図は第１図のａ部拡
大図、第３図は第１図に示す真空ポンプにおける
ロータ軸方向の位置に対する圧力変化の様子を示
す図、第４図は本発明の第２実施例に係るスクリ
ユ式真空ポンプの横断面図、第５図は第４図に示
す真空ポンプにおける圧力変化の様子を示す図、
第６図は本発明の第３実施例に係る横断面図であ
る。１……本体（ポンプ本体）、２……ケーシング、
３……第１連通部、５……吸込口、６……吐出
口、７……ロータ室、８……スクリユロータ、１
２……軸受、１３……第１軸封手段、１４……第
２軸封手段、１６……第２連通部。

Claims

【特許請求の範囲】１一方が吸込口に、他方が吐出口に開口したロ
ータ室を有するケーシングと、強制潤滑式軸受に
よつてロータ軸を支持して、ロータ室内に回転可
能に収納した互いに噛み合う雌雄一対のスクリユ
ロータとを備えるとともに、少なくとも吸込口側
の各ロータ軸の軸受とロータ室との間に、上記吸
込口には連通しない大気圧以下の空間に連通させ
た第１軸封手段と、大気に連通させた第２軸封手
段とを、ロータ室の側からこの順序で備えたこと
を特徴とするスクリユ式真空ポンプ。２上記大気圧以下の空間がロータ室内のガス閉
込み直後の空間であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載のスクリユ式真空ポンプ。３上記第１軸封手段を複数段備え、かつ第１連
通部が軸受により近い第１軸封手段をロータ室内
のより高圧のガス閉込み空間である歯溝部に連通
させるようにしたものであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載のスクリユ式真空ポン
プ。