JPH04314991A - スクリュー真空ポンプの潤滑油冷却構造 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空槽の排気装置に係
り、特に、簡単な構造で装置各部で発生する熱を効率的
に取り去りスクリュー真空ポンプ部品の寿命や性能の信
頼性を向上させる真空ポンプの潤滑油の冷却構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、大気圧から排気できるスクリュー
真空ポンプの歯形形状としてスクリュー式圧縮機に多用
されているものと同様の多条ねじで干渉の無い歯形と実
開昭６３−１４８８４　号公報にある一条あるいは二条
の角ねじによる歯形（矩形歯形と呼ぶことにする）が知
られている。これら二種類の歯形はそれぞれ一長一短あ
り、真空ポンプの用途に応じて使い分けられている。

【０００３】真空ポンプの気体を排出する原理を述べる
。スクリューロータの表面に刻まれた歯溝はスクリュー
ロータを収納しているケーシングのボア面に囲まれて、
螺旋状の空間を形成する。この空間は他方のスクリュー
ロータの歯によって複数の作動室と呼ぶ空間に分割され
る。二つのスクリューロータを同期をとって回転させる
と作動室は軸方向に移動する。作動室が端面まで移動す
るとボア端面があるので、ボア端面が作動室の一端を塞
ぎ、作動室容積を縮小させる。作動室容積がある値まで
縮小した時に作動室と吐出口が連通し、作動室内の気体
を吐出する。

【０００４】二つのスクリューロータの回転同期を維持
するために同期歯車が、またスクリューロータを回転支
持するために軸受が用いられる。これらの機械要素に供
給する潤滑油は真空ポンプ本体の最下部に位置するギア
ケーシングに溜めておき、スクリューロータの回転軸に
内蔵する遠心ポンプにより配給するのが簡単で確実な方
法である。遠心ポンプは回転軸の下端中心部の孔から吸
い込んだ潤滑油を遠心力を利用して持ち上げ回転軸の側
面から吐き出す構造をしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】真空ポンプは排出する
気体の圧縮作用や逆流してくる大気の再圧縮作用がある
ため圧縮熱が発生する。また、軸受や歯車などの部材で
は摩擦や摺動を伴うので動力の損失分が熱になってしま
う。従って、これらの熱をなんらかの冷却手段によって
取り去る必要がある。さもないと、異常な熱膨張による
スクリューロータとケーシングの接触，潤滑油の劣化，
軸受寿命の短期化など多く問題を誘起する。

【０００６】冷却手段として空却または水冷が一般的で
あるが、スクリュー真空ポンプは発熱量が多いので水冷
が適している。水冷を実施する場合、水冷ジャケットを
設ける方法もあるが、ケーシングが大きく複雑な構造に
なってしまう。そこで冷却水の流れるパイプをギアケー
シング内部に通し、そこに溜めてある潤滑油を冷却する
ことによって、潤滑油を介した冷却を行うものとする。

【０００７】しかし、この方法には熱交換が不足する問
題がある。なぜなら、冷却水パイプと潤滑油の接触面積
はそれほど大きくとれないためである。

【０００８】本発明の目的は簡単で安価な手段によりス
クリュー真空ポンプの潤滑油を効率良く冷却し、機械全
体の温度を下げるとともに機械要素を高寿命化すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】潤滑油が遠心ポンプに吸
い込まれるポンプ入口は回転軸の下端にある。この付近
に回転軸を取り囲むように熱交換器を設けてある。ある
いは回転軸下端を取り囲む部材に開けられた孔に熱交換
器を設ける。いずれにしても熱交換器が潤滑油の流れを
阻害せぬような配置にする。また、熱交換器の近くを通
らずに遠心ポンプに吸い込まれる潤滑油が極力ないよう
にする。熱交換器には外部から供給される冷却水を通す
。冷却水に代えてクーラントや冷媒などの運転中の潤滑
油よりも低温で、熱媒体となる流体を通してもよい。

【００１０】

【作用】潤滑油の溜めてあるギアケーシングの中では、
潤滑油の流速は遠心ポンプに吸い込まれる直前のポンプ
入口付近で最も速い。従って、同程度の熱交換器を使う
限りは吸い込み口付近に設置するのが最も効率良い。ま
た、熱交換器を通らず遠心ポンプに吸い込まれる潤滑油
を減らすことによって、機械要素に供給する潤滑油の温
度を低くできる。これにより機械要素の温度も下げられ
るので機械要素の高寿命化が実現できる。

【００１１】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１ないし図６を用
いて説明する。図１は本発明のスクリュー真空ポンプの
正面からの断面図である。図２は同じスクリュー真空ポ
ンプの側面からの断面図である。

【００１２】一条の左ねじの矩形歯形を持ったスクリュ
ーロータ１と右ねじの矩形歯形を持ったスクリューロー
タ１′が噛み合い、ケーシング２に収納されている。ケ
ーシング２の上部には吸入口２０が、スクリューロータ
１の下端には吐出口２１が設けられている。スクリュー
ロータ１と右ねじのスクリューロータ１′はケーシング
２の内壁、すなわち、ボア３は僅かなすきまをはさんで
接触しない。各々のスクリューロータの歯溝はボア面と
他方スクリューロータの歯によって閉じられて作動室１
１と呼ばれる空間を形成している。

【００１３】二つのスクリューロータは突き通して固定
されて回転軸４を上軸受５と下軸受６によって軸支され
、また、軸シール７が上軸受５の上側に備えられて潤滑
油や空気の出入りを阻止する。回転軸４には同期歯車８
が具えられ、それが他方のスクリューロータ１′の回転
軸４′に具えられた同期歯車８′と噛み合って回転する
ことにより、回転動力を伝達するとともに二つのスクリ
ューロータの回転同期を維持する。同期歯車８にはまた
電動機１０の出力軸に締結された駆動歯車９が噛み合う
。電動機１０によって発生した回転は増速してスクリュ
ーロータへ伝えられる。

【００１４】ギアケーシング１２の内部空間には潤滑油
１３が溜められている。また、ギアケーシング１２の底
には軸受ハウジング１４が固定されていて下軸受６の外
輪を支えている。冷却水管１５は外部からケーシング１
２に入り、潤滑油１３に浸りながら回転軸４の下端近く
に設けた熱交換器１６に至り、再び、外部へ出る。冷却
水は外部に設けられた循環ポンプや水道設備によって供
給される。

【００１５】図３と図４に回転軸４の断面を示す。加え
て、位置関係を理解しやすいよう軸受も示した。回転軸
４の内部には遠心ポンプ１７が形成されている。遠心ポ
ンプ１７は回転軸４の下端中央部に開けられた孔をポン
プ入口１８とし、上軸受５よりも上部の側面に開けられ
た孔をポンプ出口１９として、それらをつなぐ管路から
なる。管路の形態は図２に示すように直線的に上昇と径
方向移動を同時にするものでも、図３に示すように径方
向に移動してからその圧力で上昇するものであってもよ
い。

【００１６】図５と図６を用いて熱交換器１６とその周
囲の詳細を説明する。図５は側面方向から見た熱交換器
１６付近の断面図、図６は正面方向から見た熱交換器１
６付近の断面図である。図５において、軸受ハウジング
１４には左右方向に通る開口部２４が開けられており、
そこを貫通して熱交換器１６が設けられる。熱交換器の
本体はアルミニウムなどの熱伝導性の良い気延材で、内
部に冷却水の流路２５の孔が二本開いており、上面には
伝熱性を向上させるフィン２６が付いている。二本の流
路２５は並列に冷却水管１５と配管接続され、冷却水が
流される。開口部２４の断面は図５に示すように熱交換
器１６でほぼ占有し、フィン２６に沿ってのみ潤滑油の
流路が確保されている。

【００１７】本スクリュー真空ポンプは次に示すように
働く。

【００１８】電動機１０によって発生した回転を駆動歯
車９と同期歯車８によって増速してスクリューロータ１
，１′へ伝える。二つのスクリューロータの同期回転で
作動室１１は下方向へ移動し、内部に閉じ込めた気体を
上から下へ移送する。この働きによって外部の真空槽の
中の空気は吸入口２０から吸い込まれ、移送と圧縮を受
けた後、吐出口２１から排出される。

【００１９】圧縮作用の大きい吐出口２１付近では圧縮
熱の発生が最も大きく、スクリューロータや上軸受５，
軸シール７へ伝熱してしまう。軸受はまた、それ自身の
動力損失から発熱してしまう。そのため上軸受５と歯車
類８，９の冷却と潤滑を兼ねて潤滑油１３が供給される
。

【００２０】潤滑油１３の供給を担うのが回転軸４の中
に形づくられた遠心ポンプ１７である。潤滑油１３の液
面は遠心ポンプ１７の下端よりも上にあるのでポンプ入
口１８は回転停止中も潤滑油１３で満たされている。そ
して、回転軸４が回転するとポンプ入口１８にあった潤
滑油１３は遠心力で外周方向へ引き寄せられることで上
昇する。ポンプ出口１９から出た潤滑油は回転軸４に沿
って下降しながら上軸受５や歯車類８，９を潤滑冷却し
、再び、ギアケーシング１２へ戻される。

【００２１】潤滑油１３は熱源の近くを通って循環する
ので放熱が十分でなければ、温度が上昇しすぎてしまう
。そこで冷却水管１５を流れる冷却水と熱交換すること
によって熱を取り去る。冷却水管１５は潤滑油１３に浸
漬しているので、管壁を通して外側から熱側へ熱伝導し
熱交換は行われる。しかし、管壁の表面積は比較的小さ
く、熱交換が十分でない。一方、冷却水管１５と直列に
接続されている熱交換器１６はフィン２６が付いており
表面積が大きく、しかも、フィン２６に沿って流れる潤
滑油の流速が速いので熱交換の効率が非常に良い。フィ
ン２６に沿って潤滑油が速く流れる理由は、遠心ポンプ
１７の入口１８に吸い寄せられる潤滑油は構造上すベて
フィン２６のそばを通るが、流路断面積がその付近で狭
くなっているためである。

【００２２】本実施例によれば、僅かな部品の追加のみ
によって熱交換効率を向上することができる。また熱交
換器１６の形状が単純で丈夫なので分解掃除をする際に
はフィンの間にはさまったごみ等を簡単に除去すること
ができる。

【００２３】本実施例の第二の実施例を図７と図８を用
いて説明する。図７は熱交換器とその周囲の側面からの
断面図、図８は熱交換器とその周囲の正面図である。ス
クリュー真空ポンプ全体の構成は第一の実施例と同様な
ので説明を省略し、熱交換器とその周囲の部分について
のみ述べる。

【００２４】まず、軸受ハウジング１４に開けた開口部
２４の開口方向と直角に冷却水管１５を配置する。冷却
水管１５は一つの軸受ハウジングに対して二本を軸受ハ
ウジング１４の両側に設置する。開口部２４には軸受ハ
ウジング１４の足元を突き通して複数の熱伝導性の良い
材質の板状フィン３０を間隔を開けて立ち並べる。一連
の板状フィン３０には各々両端近くに孔を開けておき、
二本の冷却水管１５をその孔に通して溶接あるいはろう
付けする。板状フィン３０には中央部の上端のポンプ入
口１８近くに切り欠き部３０を付ける。一連の板状フィ
ン３０と二本の冷却水管１５が熱交換器を形成する。

【００２５】本実施例のスクリュー真空ポンプが運転中
は遠心ポンプ１７が働いているので、潤滑油はポンプ入
口１８から吸い込まれる。そのため、潤滑油は軸受ハウ
ジング１４の両側から開口部２４をくぐり回転軸４の真
下へと向かう流れとする。この時に潤滑油は板状フィン
３０の間を通るので、熱交換して板状フィン３０に熱を
奪われる。回転軸４の真下まで来た潤滑油は切り欠き部
３０を通って遠心ポンプの入口１８に入る。

【００２６】本実施例によれば、第一の実施例に比較し
てさらに熱伝導面積を広くとれるので強い冷却が可能に
なる。また、場所の制約から開口部２４を広く取れない
時にも板状フィン３０は設置できるので、装置全体の小
形化にも対応できる。

【００２７】本発明の第三の実施例を図９と図１０を用
いて説明する。図９は熱交換器とその周囲の側面からの
断面図、図１０は熱交換器とその周囲の正面図である。 スクリュー真空ポンプ全体の構成は第一の実施例と同様
なので説明を省略し、熱交換器とその周囲の部分につい
てのみ述べる。

【００２８】まず、一つの軸受ハウジング１４に対して
二本の冷却水管１５を両側に配置する。冷却水管１５は
軸受ハウジング１４に開けられた開口部２４の面前にお
いて鉛直方向を向くように上下に曲げられる。両側の開
口部２４にはそこを突き通して複数の熱伝導性の良い材
質の板状フィン３０を間隔を開けて水平に積み重ねる。 一連の板状フィン３０には各々端近くに二つの孔を開け
ておき、冷却水管１５の鉛直方向部分をその孔に通して
溶接あるいはろう付けなどによって固定する。板状フィ
ン３０の長さは開口部２４を突き抜けるが、遠心ポンプ
の入口１８の真下までには至らず、従って両側の板状フ
ィン３０は離れている。一連の板状フィン３０とＵ形の
冷却水管１５が熱交換器を形成する。

【００２９】本実施例のスクリュー真空ポンプが運転中
は遠心ポンプ１７が働いているので、潤滑油はポンプ入
口１８から吸い込まれる。そのため、潤滑油は軸受ハウ
ジング１４の両側から開口部２４をくぐり回転軸４の真
下へと向かう流れとなる。この時に潤滑油は板状フィン
３０の間を通るので、熱交換して板状フィン３０に熱を
奪われる。

【００３０】本実施例によれば、第一の実施例に比較し
てさらに熱伝導面積を広くとれるので強い冷却が可能に
なる。また、場所の制約から開口部２４を広く取れない
時にも板状フィン３０は設置できるので、装置全体の小
形化にも対応できる。さらに板状フィン３０と冷却水管
１５との接触面積が大きいので、熱伝導性はさらに大き
い。片側の板状フィン３０と冷却水管１５との一セット
の熱交換器は組立て後に開口部２４に設置できるので組
立て作業も容易である。

【００３１】本実施例において、遠心ポンプの送油量が
それほど多くない時には開口部２４の一方を塞ぎ、一方
の熱交換器を省略して、他方の熱交換器に潤滑油の冷却
を委ねてもよい。

【００３２】本発明の第四の実施例を図１１と図１２を
用いて説明する。図１１は熱交換器とその周囲の側面図
、図１２は熱交換器とその周囲の平面図である。スクリ
ュー真空ポンプ全体の構成は第一の実施例とほぼ同様な
ので説明を省略し、第一の実施例と異なる部分や熱交換
器とその周囲の部分についてのみ述べる。

【００３３】本実施例においては下軸受６を支える軸受
ハウジング１４はギアケーシング１２の底以外にあるも
のとする。冷却水管１５は回転軸４の下端を取り囲むよ
うに螺旋形をなし、熱交換器である螺旋状冷却水管４０
を形成する。螺旋状冷却水管４０は隣りあう管同士は密
接しておらず隙間４１がある。螺旋状冷却水管４０の上
下にも大きなすきまは作らない。

【００３４】本実施例のスクリュー真空ポンプが運転中
は遠心ポンプ１７が働いているので、潤滑油はポンプ入
口１８から吸い込まれる。そのため、潤滑油は螺旋状冷
却水管４０の隙間４１を通って外側から内側へ流れる。 このとき、管壁を通して熱交換し潤滑油は冷却される。

【００３５】本実施例によれば、特別な部材を追加せず
に、管の形状を変えるのみで熱交換器として働かせるこ
とができる。

【００３６】本発明の第五の実施例を図１３説図１４を
用いて説明する。図１３は熱交換器とその周囲の側面方
向からの断面図、図１４は熱交換器とその周囲の平面図
である。スクリュー真空ポンプ全体の構成は第一の実施
例とほぼ同様なので説明を省略し、第一の実施例と異な
る部分や熱交換器とその周囲の部分についてのみ述べる
。

【００３７】本実施例では下軸受６を支える軸受ハウジ
ング１４はギアケーシング１２の底以外にあるものとす
る。ギアケーシング１２の底部にはウォータジャケット
５１が設けられ、冷却水が満たされている。ギアケーシ
ング１２底部の内壁にはフィン５０が多数遠心ポンプの
入口１８を中心として放射状に設けられる。

【００３８】本実施例のスクリュー真空ポンプが運転中
は遠心ポンプ１７が働いているので、潤滑油はポンプ入
口１８から吸い込まれる。そのため、潤滑油はフィン５
０に沿って流れ、その表面を介してウォータジャケット
５１内の冷却水と熱交換し、冷却される。

【００３９】本実施例によれば、ギアケーシングの底部
にはウォータジャケットが具えられている場合に、簡単
なギアケーシングの底形状の変更で潤滑油の冷却性能を
向上することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば簡単で安価な手段により
、スクリュー真空ポンプの潤滑油を冷却し、機械全体の
温度を下げるとともに機械要素を高寿命化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スクリュー真空ポンプの正面からの断面図。

【図２】スクリュー真空ポンプの側面からの断面図。

【図３】回転軸の断面図。

【図４】回転軸の断面図。

【図５】第一の実施例における熱交換器とその周囲の側
面からの断面図。

【図６】第一の実施例における熱交換器とその周囲の正
面からの断面図。

【図７】第二の実施例における熱交換器とその周囲の側
面からの断面図。

【図８】第二の実施例における熱交換器とその周囲の正
面図。

【図９】第三の実施例における熱交換器とその周囲の側
面からの断面図。

【図１０】第三の実施例における熱交換器とその周囲の
正面図。

【図１０】第四の実施例における熱交換器とその周囲の
側面図。

【図１２】第四の実施例における熱交換器とその周囲の
平面図。

【図１３】第四の実施例における熱交換器とその周囲の
側面からの断面図。

【図１４】第五の実施例における熱交換器とその周囲の
平面図。

【符号の説明】

１…スクリューロータ、２…ケーシング、３…ボア、４
…回転軸、５…上軸受、６…下軸受、７…軸シール、８
…同期歯車、９…駆動歯車、１０…電動機、１１…作動
室、１２…ギアケーシング、１３…潤滑油、１４…軸受
ハウジング、１５…冷却水管、１６…熱交換器、２０…
吸入口、２１…吐出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平行をなす二軸の周りを微少なすきまをは
   さんで非接触を保ちながら、互いにかみあって反対方向
   に同期して回転し、互いにねじれの向きが逆である歯が
   刻まれている二つのスクリューロータと、吸入口と吐出
   口とをもち、かつ互いに共有する空間を持ち、前記二つ
   のスクリューロータをそれぞれ収容する一組のボアを設
   けたケーシングを備えたスクリュー真空ポンプにおいて
   、軸受や歯車の潤滑を担う潤滑油と、スクリュー真空ポ
   ンプ各部の冷却を担う冷却水配管を備え、前記スクリュ
   ーロータの回転軸はほぼ鉛直方向を向くとともに、すく
   なとも一方の前記回転軸の内部に管路を形成し前記回転
   軸の下端は前記潤滑油の液面下に位置し、管路の入口は
   前記回転軸の下端の中央部に、出口は入口よりも高い位
   置の側面に開けて、遠心ポンプを形成しており、前記管
   路の入口付近に冷却水と前記潤滑油の間の熱交換を行う
   熱交換器を設け、熱交換を経た前記潤滑油が前記管路の
   入口から遠心ポンプに吸い込まれることを特徴とするス
   クリュー真空ポンプの潤滑油冷却構造。