JPH05164076A - スクリュー式ドライ真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スクリューロータがたがいに非接触な状態に
おいて同期回転されることによって、外部から気体を圧
縮空間に吸い込み、圧縮し、排気しているスクリュー式
ドライ真空ポンプにおいて、断熱圧縮によって発生する
排気ポートまわりの圧縮熱にもとづく、軸受およびオイ
ルシールの温度上昇を最小限にすることにある。 【構成】 圧縮機に比較して、排気口圧力が低く、排気
口における流体の流れがほとんどないため、流れのある
気体で求めている圧縮比３．２５をそのまま採用する
と、排気口における逆流気体が再圧縮熱されることに着
目して、排気ポートが圧縮比４〜４．５になるように構
成して、排気口における大気からの逆流気体を少なくし
て、再圧縮熱を小さくさせと共に、大気圧吸引時の軸動
力を小さくさせている。 【効果】 排気側における再圧縮熱が小さいため、シー
ルや軸受の温度上昇を小さくなり、大気圧連続吸気もお
こなわせることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はスクリュー式ドライ真
空ポンプの改良に関している。

【０００２】

【従来の技術】スクリュー式ドライ真空ポンプは、たと
えば、クリーンな真空を要求される半導体製造装置や、
長時間使用してもその性能が持続することが要求される
理化学装置などにおいて使用されている。

【０００３】図６はこの種の真空ポンプの一例を具備し
ている。スクリューロータＡは、左ねじをもつもので、
ロータケーシングＥの内部に配置されていると共に、ロ
ータシャフトＢにかん合かつ固定されている。ロータシ
ャフトＢはふたつの軸受Ｃ、Ｄによって保持されてい
る。軸受Ｃはラジアル軸受からなっていて、ギアケーシ
ングＦに組み込まれている。軸受Ｄはラジアル軸受およ
びスラスト軸受からなっていて、ギアケーシングＦから
ロータケーシングＥの内部にのびている部分に組み込ま
れている。軸受Ｄの潤滑は、ギアケーシングＦの底部に
ある潤滑油をロータシャフトＢにある油孔Ｇをつうじて
供給することによってなされている。軸シールＨが軸受
Ｄの外側に組み込まれ、潤滑油がロータケーングＥの内
部に侵入するのを阻止している。図示していないが、右
ねじをもつスクリューロータがスクリューロータＡと平
行に紙面の背後方向に配置され、ねじ面をスクリューロ
ータＡのそれと非接触な状態においてたがいに噛み合っ
てロータケーシングＥの内部に収容されていると共に、
もうひとつのロータシャフトに取り付けられている。こ
のロータシャフトも、スクリューロータＡのそれと同様
にふたつの軸受によってギアケーシングＦに保持され、
軸シールを具備している。

【０００４】これらのスクリューロータの回転はギアケ
ーシングＦに設置されたモータＭがギア列を介在してロ
ータシャフトＢおよびもうひとつのロータシャフトを回
転させることによってなされている。ギア列はタイミン
グギアＪ、ピニオンギアＫ、アイドルギアＬおよびブル
ギアＮからなっている。タイミングギアＪは、ロータシ
ャフトＢにかん合かつ固定されていると共に、もうひと
つのロータシャフトに取り付けられたタイミングギアに
噛み合っている。ピニオンギアＫは、タイミングギアＪ
と同軸にロータシャフトＢに取り付けられている。アイ
ドルギアＬはギアケーシングＦに軸受によって保持され
たシャフトＰに取り付けられている。そして、ブルギア
Ｎはモータシャフトにかん合かつ固定されている。

【０００５】運転はロータシャフトＢをモータＭによっ
て回転することによってなされる。ロータシャフトＢが
回転すると、ふたつのスクリューロータが同期して回転
し、ロータケーシングＥにある吸気口Ｏから、ポンプ外
部の気体をロータケーシングＥおよびスクリューロータ
にあるねじ面によって形成される圧縮室に気体を吸い込
み、圧縮し、ギアケーシングＦにある排気ポートをとお
ってポンプ外部に排気する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなスクリュー
式ドライ真空ポンプでは、ロータシャフトＢにおける排
気側にある軸受Ｄおよび軸シールＨ、それに、もうひと
つのロータシャフトにあるこれらがロータケーシングＥ
の内部にあり、各々のスクリューロータからの熱が伝わ
りやすくなっているため、運転中、排気ポートが断熱圧
縮熱によって高温になり、スクリューロータの温度が上
昇すると、この熱が軸受Ｄおよび軸シールＨおよびもう
ひとつのロータシャフトに伝わり、これらの軸受および
軸シールの寿命を低下させる。

【０００７】本発明の目的は、断熱圧縮によって排気側
に発生する熱にもとづく、ロータシャフトを保持する軸
受および圧縮室への潤滑油の侵入を阻止する軸シールの
温度上昇を最小限にすることができる、改良されたスク
リュー式ドライ真空ポンプを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、この種のポン
プにおいて、流れのある多くの気体の場合に、圧縮比を
３．２５にさせて、吸気圧力にかかわりなく、排気ポー
トの開口が一定となるようにしているが、排気側にある
スクリューロータを保持する軸受およびこの軸受にたい
する潤滑油の圧縮室への侵入を阻止する軸シールの損傷
原因がこの圧縮比にあることを着目して、圧縮比４〜
４．５を得るように、排気ポートを構成して、これらの
軸受および軸シールの損傷を最小限にさせるばかりか、
連続吸気運転もおこなえるようにさせている。

【０００９】

【作用】真空ポンプでは、圧縮機などに比較して、排気
口圧力が非常に低く、排気口における流体の流れがほと
んどなく、流れのある気体の場合に採用されている圧縮
比３．２５をそのまま使用すると、排気口における大気
からの逆流気体を圧縮する再圧縮熱が発生し、この熱が
スクリューロータおよびロータシャフトを経由して、排
気側にあるスクリューロータを保持する軸受およびこの
軸受にたいする潤滑油の圧縮室への侵入を阻止する軸シ
ールに伝達され、これらを損傷させる。しかし、本発明
のスクリュー式ドライ真空ポンプでは、圧縮比３．２５
よりも高いため、排気口における大気からの逆流気体が
少なくなり、そこで、再圧縮熱が小さくなり、排気側に
ある軸受および軸シールを低温度にさせておくことがで
き、そして、圧縮比が圧縮比３．２５からあまり離れて
いないため、大気圧吸引時の軸動力を小さい状態に維持
することができ、大気圧による連続吸気も確実におこな
える。

【００１０】

【実施例】本発明のスクリュー式ドライ真空ポンプの実
施例は、以下に、図１〜図５と共に説明する。

【００１１】ケーシングは、図１に示すように、ロータ
ケーシング１１およびギアケーシング１２とを具備して
いる。ロータケーシングの内部には一対のスクリューロ
ータが収納されている。スクリューロータは、図１にお
いて参照符号２０によって示されたスクリューロータ
と、このスクリューロータと平行に紙面の背後方向に配
置されている、図２に参照符号２１で示すスクリューロ
ータとからなっている。これらのスクリューロータ２
０、２１は、のちに詳しく説明するように、ギアケーシ
ング１２に保持されたシャフトに取り付けられ、シャフ
トの回転によって、外部空間の気体を吸い込み、圧縮
し、外部に排気している。

【００１２】ロータケーシング１１は一端が閉じた円筒
形の形態をもっており、ギアケーシング１２にボルト固
定されている。また、ギアケーシング１２は、全体が中
空箱形の形態をもっていて、上部ケーシング１２ａと下
部ケーシング１２ｂに分割されていると共に、複数のボ
ルト１３によって締結されている。ロータケーシング１
１の上部には外気を吸い込むための吸気口１４が設けら
れている。上部ケーシング１２ａには、図２に示すよう
に、圧縮された気体を吐き出す排気ポート１５および排
気口１６が設けられている。排気口１６には、図１に示
すように、このポンプの外部に配置されたサイレンサ１
７が接続されている。さらに、上部ケーシング１２ａに
は、図２に示すように、不活性ガスの導入孔１９が設け
られている。この導入孔１９は、排気ポート１６よりも
スクリューロータ２０、２１の回転する方向で、しか
も、両方のスクリューロータ２０、２１の外形線の交わ
るところまでの適当する位置に配置されている。

【００１３】スクリューロータ２０、２１は、図４に示
すように、所定ピッチで形成されているスクリューねじ
２２、２３を設けられている。スクリューロータ２０の
スクリューねじ２２はたとえば左ねじからなっていて、
スクリューロータ２１のそれは右ねじからなっている。
これらのスクリューロータは、ねじ面が非接触な状態に
おいて、たがいに噛み合わせて、ロータケーシング１１
の内部に収容されていると共に、平行配置されたロータ
シャフト２４、２５の各々にかん合かつ固定されてい
る。ロータシャフトにたいする固定は、図１に示すよう
に、スクリューロータ２０に接触させて押え２６をロー
タシャフト２４の端部にはめ、ボルト２７によって押え
２６をロータシャフト２４に固定することによってなさ
れている。スクリューロータ２１の固定も同様にしてな
されている。

【００１４】ロータシャフトのうち、ロータシャフト２
４はふたつの軸受３０、３１によって保持されている。
軸受３０は、スラスト力とラジアル力とを受ける転がり
軸受からなっていて、ギアケーシング１２ｂからロータ
ケーシング１２ａにむかってのびる筒形部分３３に組み
込まれている。軸受３１は、ラジアル力を受ける転がり
軸受からなっていて、ギアケーシング１２ｂの下部にあ
る受け部分に保持されている。スクリューロータ２１の
ロータシャフト２５も同様にしてギアケーシング１２に
保持されている。

【００１５】ふたつのロータシャフトの回転はギア列を
介してギアケーシング１２の外部に固定されたモータ４
１によってなされている。タイミングギア４２は軸受３
０、３１のあいだに位置してロータシャフト２４にかん
合かつ固定されている。スクリューロータ２１のロータ
シャフト２５にもタイミングギアがかん合かつ固定さ
れ、タイミングギア４２に噛み合っている。ロータシャ
フト２４にはさらにピニオンギア４３がかん合かつ固定
されている。ピニオンギア４３は、アイドルギア４４を
介して、より大径のブルギア４５に噛み合っている。ア
イドルギア４４はロータシャフトから独立したシャフト
４６にかん合かつ固定されている。シャフト４６は上部
ケーシング１２ａおよび下部ケーシング１２ｂにある軸
受に保持されている。ブルギア４５はモータ４１のシャ
フトにかん合かつ固定されている。これにおいて、ブル
ギア４５がモータ４１によって駆動されると、ピオニオ
ンギア３３が増速回転され、スクリューロータ２０、２
１がタイミングギア４２によって相反する方向に同期し
て回転する。モータ４１は低騒音とクリーン化を目的に
水冷モータが採用されている。なお、アイドルギア４４
のシャフト４６を保持する軸受は、図５に示すように、
波ばね４７が下部ケーシング１２ｂの軸受保持部分との
あいだに配置されている。この波ばね４７は、軸受に予
圧をあたえて、シャフト４６のバタツキを押えている。

【００１６】タイミングギア、アイドルギアおよびブル
ギアの潤滑、それに、ロータシャフト２４の下部側の軸
受３１およびアイドルギア４４のシャフト４６を保持す
る下部側の軸受の潤滑は、これらのギアの回転にともな
って、オイルパンを兼ねた下部ケーシング１２ｂの内部
にある潤滑油を飛散させることによっておこなわれてい
る。が、ロータシャフト２４、２５の上部側にある軸受
３０およびアイドルギア４４のシャフト４６を保持する
上部側の軸受の潤滑は、モータシャフト４９の軸受とと
もに、これらのシャフトを貫通して、オイルパンにある
潤滑油を軸受にみちびくことによってなされている。こ
のために、ロータシャフト２４、アイドルギアのシャフ
ト４６およびモータシャフト４９は潤滑油の油面の下ま
で達しており、各々のシャフトには図４に示すように二
本の油孔５１、５２が軸心から偏心して、軸心方向に設
けられている。が、ロータシャフト２４、２５およびモ
ータシャフト４９の油孔５１、５２は、図１に示すよう
に、シャフトの途中までのびていると共に、軸受に対応
する位置にポートをもっているが、シャフト４６の油孔
は上端まで貫通している。ロータシャフトの軸受にたい
する潤滑は、下部ケーシング１２ｂのオイルパンに溜め
られた潤滑油が、ロータシャフト２４、２５の回転によ
って、各々のシャフトにある油孔５１、５２をとおっ
て、ロータシャフト２４の軸受３０およびロータシャフ
トのそれにみちびかれ、これらの軸受を潤滑しかつ冷却
したあと、ロータシャフト２４を保持している筒形部分
３３にある油戻り孔５３およびロータシャフト２５の筒
形部分にあるそれを経由してオイルパンに帰還すること
によってなされる。ロータシャフト２４における筒形部
分３３の上端には軸シール５４が設けられ、ロータシャ
フト２５のそれにも軸シールが設けられ、ロータケーシ
ング１１およびスクリューロータ２０、２１によって形
成される作動室にたいする潤滑油の侵入を阻止してい
る。これらの軸シールは接触型シールからなっている。

【００１７】運転は、このスクリュー式真空ポンプがた
とえば半導体の製造プロセスに採用された場合、導入孔
１８から不活性ガスをケーシング１０の内部に導入し
て、プロセスガスを希釈して、プロセスガスが反応生成
物ガスを含んでいても、これが固化析出しないようにさ
せることによっておこなう。

【００１８】モータ４１が作動すると、動力がブルギア
４５、アイドルギア４４、ピニオンギア４３を介してタ
イミングギア４２に伝達され、スクリューロータ２０、
２１がタイミングギアによって同期してたがいに非接触
状態にて回転され、外部空間の気体が吸気口をとおって
ポンプケーシング１１の内部に吸い込まれ、スクリュー
ロータ２０、２１によって圧縮され、排気ポート１５を
経由して排気口１６からこの装置外部にあるサイレンサ
１７をとおって、大気あるいは他の装置に排気される。

【００１９】このときに、本発明によるスクリュー式ド
ライ真空ポンプでは、上部ケーシング１２ａに設けてあ
る排気ポート１５が圧縮比４〜４．５となるように構成
されているので、吸い込み圧力にかかわりなく、圧縮熱
および大気圧を吸引するための動力を一定にさせること
ができる。

【００２０】真空ポンプにおいて、排気ポートのサイズ
は、流れのある多くの気体にたいして、圧縮比を３．２
５とすれば、吸気圧力に関係なく一定となっている。圧
縮比を３．２５以上にすると、排気口１６の圧力が高く
なり、大気圧を吸引するときの動力が多くなるが、排気
口１６における大気からの逆流気体が少なくなり、圧縮
比を３．２５以下にすると、排気口１６の圧力が低くな
り、逆に到達圧力時における動力が低くなっても、圧縮
熱がその分小さくなり、発熱も低下する。しかし、本発
明によるスクリュー式ドライ真空ポンプでは、圧縮比が
３．２５よりも大きいため、排気口１６における大気か
らの逆流気体が少なくなり、再圧縮熱が小さくなり、し
かも、圧縮比が３．２５からあまりかけ離れていないの
で、大気圧吸引時の軸動力が小さくなり、大気圧連続吸
気をおこなうことができる。

【００２１】理学機器用として使用し、しかも、プロセ
スガスが固化するおそれのない場合には、不活性ガスの
導入孔１８をプラグなどによって閉鎖し、不活性ガスを
使用しないで運転をおこなう。が、本発明による真空ポ
ンプでは、再圧縮熱が少ないため、このときにも、スク
リューロータ２０にたいする軸受３０および軸シール５
４およびスクリューロータ２１にたいするこれらの損傷
を少なくさせることができ、そして、軸シール５４も接
触型シールからなっているため、潤滑油がロータケーシ
ング１１とスクリューロータ２０、２１とによって形成
される作動室に侵入することを確実に防止することがで
きる。

【００２２】なお、このスクリュー式ドライ真空ポンプ
では、スクリューロータ２０、２１の排気側を水冷し
て、スクリューロータ２０、２１にたいする軸受および
軸シールの損傷をさらに低減させている。この冷却水通
路は、図１および図２に示すように、スクリューロータ
２０にたいする軸受３０および軸シール５４を収容して
いる筒形部分およびスクリューロータ２１にたいするこ
れらを収容している筒形部分を囲むように上部ケーシン
グ１２ａの側面から設けられた孔１９と、この冷却水通
路における排気口１６を横断して配置された部分に配置
されたパイプとからなっている。冷却は、孔１９におけ
る上部ケーシング１２ｂの側面に開放されている端部お
よび上面に開放されている孔をつうじて冷却水を流し
て、下部ケーシング１２ｂにおける排気側壁面、排気口
１６および排気ポート１５を冷却することによってなさ
れている。

【００２３】

【発明の効果】本発明のスクリュー式ドライ真空ポンプ
では、以上説明したように、排気ポートを圧縮比４〜
４．５を得るように構成することによって、発熱を少な
くして、シールや軸受の温度上昇を小さくししてあるの
で、長時間の安定した性能を維持することができ、信頼
性をいちじるしく改善することができ、しかも、大気圧
連続吸気もおこなわせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスクリュー式真空ポンプの断面図であ
る。

【図２】ロータケーシングを除去した状態の一部分の拡
大平面図である。

【図３】アイドラギアのシャフトを保持する軸受まわり
の拡大断面図である。

【図４】スクリューロータの圧縮状態を示す説明図であ
る。

【図５】ロータシャフトの潤滑構造を示す説明図であ
る。

【図６】従来のスクリュー式真空ポンプの構成を示す断
面図である。

【符号の説明】

１０〜１２…ケーシング、１４…排気口、１５…排気ポ
ート、２０、２１…スクリューロータ、３０…軸受、５
４…軸シール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 栄一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 亀谷 裕敬 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 左ねじおよび右ねじを有する一対のスク
   リューロータがケーシングに収容されかつ軸受に保持さ
   れ、たがいに非接触な状態において同期して回転される
   ことによって、スクリューロータのねじ面およびケーシ
   ングによって形成される圧縮空間に、ポンプ外部から気
   体を吸い込み、圧縮し、外部に排気しているスクリュー
   式ドライ真空ポンプにおいて、圧縮空間と外部空間との
   あいだに位置する排気ポートが圧縮比を４〜４．５を得
   るように構成されていることを特徴とするスクリュー式
   ドライ真空ポンプ。