JPH0646032B2

JPH0646032B2 - 容積形オイルフリ−式ガス圧送ポンプ

Info

Publication number: JPH0646032B2
Application number: JP60034389A
Authority: JP
Inventors: 茂町田; 信勝荒井; 真上西
Original assignee: Hitachi Ltd; Shinmaywa Industries Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1985-02-25
Filing date: 1985-02-25
Publication date: 1994-06-15
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: JPS61197794A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕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。

〔従来の技術〕

容積形回転機械は、これまで高速運転化の検討ととも
に、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、排気すべきガスの特性から耐食形
構造の要求が強い。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 号公報やＵＳ
Ｐ3600114号明細書により開示されている。

又、実開昭57-191532号公報には、ポリイミド系樹脂に
補強用充填剤を配合した組成物からなる芯材の外側の摺
動面をポリイミド系樹脂を主体とする摺動性成物で被覆
した複合成型品が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

特開昭52-57505号公報，ＵＳＰ3600114号明細書は、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、両スクロール
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、両ス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、これらに材料自身では、高いＰＶ値（面圧×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
号公報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
取扱いに関しては全く配慮されておらず、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、表面に軟骨質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きであり、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１ｍ／ｓが限度
で、これ以上の速度で長期間、たとえば８０００ｈｒノ
ーメンテナンスで運転することについては、ほとんど配
慮されていない。

又、実開昭57-191532号公報に開示のものは、補強用芯
材をポリイミド系樹脂と充填材で構成させるものであ
り、容積形機械に適用する際の金属との密着性，破断強
さ，熱放散性には十分考慮が払われていないものであ
る。

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、腐食性ガスも取扱うこ
ともできるようにしたガス圧送ポンプを提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の容積形オイルフリ
ー式ガス圧送ポンプは、圧縮機構部を構成する部品によ
って形成される作動室を駆動軸の回転運動に従って逐次
減少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、前記圧縮機構部を構成する部品の母
材が金属で形成されるものであって、取扱い気体が接触
する部材表面に、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し、かつ、該樹脂
被膜は、その膜厚さを０．０１mm〜０．２mmとすること
を特徴とするものである。

〔作用〕

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２５０〜２８
０℃の加熱処理を施すことにより硬質のポリイミド樹脂
が結合材となり、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℃
という高温下での使用ができる。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５
００kg／cm²，摺速Ｖは５ｍ／ｓ、最大ＰＶ値は３０kg
／cm・ｍ／ｓを許容することができ、同じく２００℃の
場合は、面圧Ｐは５００kg／cm²，摺速Ｖは４ｍ／ｓ，
最大ＰＶ値は２０kg／cm・ｍ／ｓとなる。

また、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．
０１mm〜０．２mm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。

〔実施例〕

以下、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上にのべる。固定スク
ロール１は、端板１ａとうず巻状スクロールラツプ１ｂ
とから成り、スクロールラツプ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ツ
プ２ｂからなつている。そして、旋回スクロール２は、
固定スクロール１に対して、一定の角度を保つたままか
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。このピンクランク６
は、一方をケーシング５に係止されている。以上述べた
部品は圧縮機構部を構成する部品と呼ぶ。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
動に伴つて発生する遠心力とのバランスを図つて駆動軸
１０にはさらにバランスウエイト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。次に本発明
の主要部分についてのべる，すなわち、第１図でより太
り描いた線のところ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。この
被膜の厚さは、摺動性能と被膜の密着強度、および破断
強さ、さらに熱放散性を考慮すると０．０１mm〜０．２
mmが好適である。また、被膜の密着力を得るためには、
母材は、粉末や鋳鉄のように表面に微細なピンホール状
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、０．０５mm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。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
つたので部材の台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、実施にあたつ
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
セラミツクコーテイング層を設け、さらにその上にポリ
イミド樹脂と四フツ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。

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
成樹脂自身のもつ鉛筆硬度３Ｈ〜７Ｈの硬度に加えセラ
ミッ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
ｌやＡｌ合金に施すならば、ハードな無潤滑摺動条件に
耐える軽い部品を提供することができる。さらに、耐食
性に弱いＡｌやＡｌ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。

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^-3Torr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
にわたつて腐食されず、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ＡＯＳ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ツ
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、しかも自己潤滑性
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２
４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
で前記表面被覆を設けることができる。さらにベーン２
２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図によりスクリユ形ガス
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。スクリユ形ポン
プは、雄ロータ３０と、雌ロータ３１とケーシング３２
とによつ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によつて同期された
雌ロータ３１が回転しガスが圧送される構造となつてい
る。ポリイミド樹脂と四フツ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３４の内面、および雄ロータ３０の表面、雌ロータ３
１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３０，３
１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、摺動条件によつては、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
を施すことによつて０．１mm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。

〔発明の効果〕以上のように本発明によれば、無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ツ化エ
チレン樹脂を主体とする０．０１〜０．２mmを硬質合成
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つ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、長期にわたつ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
長期にわたつ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、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。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
を示すスクリユ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、１０……主軸、１１……
バランスウエイト、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、３１……雌ロ
ータ、３２……ケーシング、３６……タイミングギヤ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機構部を構成する部品によって形成さ
れる作動室を駆動軸の回転運動に従って逐次減少せしめ
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、前記圧縮機構部を構成する部品の母材が金属で
形成されるものであって、取扱い気体が接触する部材表
面の少なくとも一部に、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し、かつ該
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。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記容積
形オイルフリー式圧送ポンプがスクロール形のガス圧送
ポンプであることを特徴とする容積形オイルフリー式圧
送ポンプ。
【請求項３】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。
【請求項４】特許請求の範囲第１項において、前記母材
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。
【請求項５】特許請求の範囲第１項の容積形オイルフリ
ー式ガス圧送ポンプにおいて、取扱い気体が接触する部
材表面に前記合成樹脂を付加し熱処理行程を経て部材表
面に形成する樹脂皮膜の硬度を鉛筆硬度にして３Ｈから
７Ｈの範囲に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。