JPH0874765A - 無段圧縮形スクリュー式真空ポンプ - Google Patents

無段圧縮形スクリュー式真空ポンプ

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JPH0874765A
JPH0874765A JP7210373A JP21037395A JPH0874765A JP H0874765 A JPH0874765 A JP H0874765A JP 7210373 A JP7210373 A JP 7210373A JP 21037395 A JP21037395 A JP 21037395A JP H0874765 A JPH0874765 A JP H0874765A
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JP
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screw
vacuum pump
value
lead
stage
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JP7210373A
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Kisu Im
基 守 林
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Kowel Precision Co Ltd
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Kowel Precision Co Ltd
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • 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
    • F04C18/082—Details specially related to intermeshing engagement type pumps
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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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
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    • 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

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は効率が高く、消費電力を少な
くし、低真空から高真空領域まで使用可能であり、構造
単純化で設置面積が小さく要するコンパクト化した真空
ポンプを提供するにある。 【解決手段】 無段圧縮形スクリュー式真空ポンプであ
って、スクリューロータ部の螺子リード長さが吸入口
（２）から吐出口（３）側に連続的に漸次小さくなるよ
うにして、特に吐出口（３）側リードに対する吸入口
（２）側リード値は所要動力が一定なる条件下で求めた
断熱圧縮時の内部圧力比（πｉ）値を気体定数（Ｋ）で
除した値より大きく設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はポンプ、特に噛合っ
て回転する一組の原動軸及び従動軸のスクリューロータ
の構造改善を通じて高真空領域で動力消耗を減少させる
ことが出来る無段圧縮形スクリュー式真空ポンプに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】最近真空技術の発達により真空溶融分野
は、半導体工業、電子工業、金属、化学、医薬品、原子
力工業等、広範囲に利用されている。真空をつくる真空
ポンプの種類は多様であって水棒式、油回転式ルート
（Ｒｏｏｔｓ）式、エゼクター（Ｅｊｅｃｔｏｒ）式、
油拡散式、物理吸着式等、甚だ多種が利用されている。
【０００３】しかるに水棒式や、油回転式の湿式（ポン
プ内に水や油等を注入）は、不純物等の混入を招来して
半導体や食品、化学、医薬品工業等の産業分野では除害
されて使用されていない。
【０００４】したがって乾式（真空ポンプ内に水や油等
を注入しない）の真空ポンプが使用されるようになっ
た。容積式の乾式真空ポンプの場合、４００Ｔｏｒｒ
（−０．５ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇ）以下の真空度に到達する
のには１段でこれを達成するのは困難であって、通常的
にロータの焼着を防止するために真空ポンプの段数を増
加させ、１段毎の圧力比を低下させて可能なる限り真空
ポンプの発熱を抑制させるのが現実である。
【０００５】しかし、真空ポンプの段数が増加するには
当然、これによる部品数やモートル等の付属品が増加す
るので原価上昇及びポンプ設置空間を広大にしなければ
ならないという短点があるようになる。
【０００６】それで最近には図６に示した如く多段の真
空ポンプを小型化したルート（Ｒｏｏｔｓ）式真空ポン
プが提案されているが、これは一対の軸２０上に第１段
ロータ２１、第２段ロータ２２、第３段ロータ２３等を
多段式に配列してコレラのロータ２１、２２、２３間を
密閉する隔壁を設けるように構成されている。吸入した
気体は第１段吸入口２４、第１段吐出口２５、第２段吸
入口２６、第２段吐出口２７、第３段吸入口２８を経て
第３段吐出口２９で排出される。
【０００７】従ってケーシング内に設けられる主動及び
従動の２個の軸２０上に圧力比に従って等比的に分割さ
れた幅のロータを設けてロータの一体化するのを可能な
るようになって、部品の減少及び設置面積の減少効果を
もたらすようになった。しかし、ルート式は通常効率が
低下するので、幅広く利用されない限界点があってルー
ト式より効率が優れるスクリュー式真空ポンプが提案さ
れて現在広範囲に利用されているが、気体の圧縮移送を
担当するスクリューロータ（以下単にスクリューと称す
る）のリード（ピッチ）が吸入口から吐出口まで等間隔
に形成されているので、内部圧縮比の変化による容積変
化が無いので、高真空を要するところに使用するには、
これも又スクリューロータを多段に設けねばならないの
で、構造は甚だ複雑となり製作費用の増加を招来するよ
うになる。
【０００８】高真空を得るにはスクリューロータを多段
に設けた例とし、日本国特開昭６３−３６０８５号（１
９８８，２，１６公開）があり、これを図７に示した。
これは２段になったスクリュー式真空ポンプであって主
動軸３０と従動軸３１に第１段スクリュー３２、３３
と、第２段スクリュー３４、３５を隣接して設け、第１
段スクリューのリードＰ１が第２段スクリューリードＰ
２より大なるようにして、モートル３６の駆動によって
主動軸３０と従動軸３１が回転して、第１段吸入口３７
から吸入された気体は第１段スクリュー３２、３３によ
って軸方向に移送された後、第１段吐出口３８に移送さ
れケーシング外に排出されて冷却機を経て第２段吸入口
３９に入り、再び第２段スクリュー３４、３５によって
第２段吐出口４０に移送された後、真空ポンプ外に吸入
気体を排出するようになる。又、前記の方式は高真空を
達成させる為にスクリュー歯形の断面形状が図３の如く
円弧５０とアルキメデス曲線５１とエピトロコイド曲線
５２になっている。
【０００９】しかし、前記の如くこのような多段式スク
リューロータを採用したのは高真空を達成するのにおい
ては甚だ効率的ではあるが、真空ポンプの構造が複雑に
なり、又大きさが大きくなって設置面積を広く要するば
かりでなく製作原価が上昇する問題点を避ける事が出来
なくなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記のよう
な問題点に鑑み、その目的としては効率が高くて、消費
動力を少なくし、低真空領域から高真空領域まで使用可
能なるようにし、又、構造を単純化して設置面積を少な
くするコンパクト化した真空ポンプを提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は前記の目的を達
成する為に、一対の主動軸及び従動軸のスクリューロー
タのリード長さ（ピッチ）を、吸入口より吐出口まで連
続的に減少するように製作させて、吸入された気体が連
続的に圧縮されて圧力変化による容積変化が徐々に行わ
れるように構成した。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。
【００１３】図１は本発明によるスクリュー式真空ポン
プの断面図であり、図２は本発明のスクリューロータの
形状を示し、図中符号１はポンプ作動に必要な各構成要
素等を収容しているケーシングである。
【００１４】ケーシング１の一側には真空を必要とする
設備に接続されて気体をケーシング１内部に吸入するよ
うになる通路であるポンプ吸入口２があり、ケーシング
１の他側には吸入した気体を外部に排出する通路である
ポンプ吐出口３が形成されている。又ケーシング１内に
は吸入口２を通じて気体を吸入した後、軸方向に沿って
気体を移送させて、吐出口３より排出するように作動す
る一対の主動スクリューロータ４と従動スクリューロー
タ５が緊密に収容されている。
【００１５】図示しないモートルが駆動されて主動スク
リューロータ４が回転するようになれば主動スクリュー
ロータ４の一端に固定されたタイミングギヤー６を介し
て同数の歯数の従動側タイミングギヤー７も回転するよ
うになり、これによって噛合っている一対の主・従動ス
クリューロータ４、５は共に回転するようになる。
【００１６】スクリューロータ４、５が回転するように
なれば真空設備に接続された吸入口２を介して気体が吸
入され、吸入された気体はスクリューロータ４、５の歯
山の間に挟まれて軸方向に移送された後吐出口３を介し
て排出される。
【００１７】ここで本発明によるスクリューロータ４、
５は図２に示した如く、螺子山間の距離即ちリード（又
はピッチ）が吸入口２より吐出口３側に行く程連続的に
縮まるように加工されている点に大なる特徴があるので
ある。
【００１８】このように吸入口２側より測ったリードＬ
1 が、吐出口３側で測ったリードＬ2 より常に大きいの
で、吸入された気体は吐出口３側に進行（移送）すれば
する程容積の減少によって漸次圧縮された後、吐出口３
から排出されるので、スクリューロータを多段に配置し
なくても希望する圧縮比を得る事が可能である。
【００１９】前記スクリューロータ４、５の歯形は図３
に示したようにエピトロコイド曲線とアルキメデス曲線
になるように形成する場合、特に真空能力を高める事が
出来るが、本発明が適用されるためには特定形状の歯形
を必要とするものではない。
【００２０】ここで詳述されていない符号８、９はスク
リューロータを支持する為のフリーエンドプレートとギ
ヤエンドプレートであり、符号１１は潤滑のためのオイ
ルスプレッサー、符号１０はオイルを貯蔵するフリーエ
ンドカバーである。
【００２１】以上の如くスクリュー真空ポンプは、スク
リューロータの歯形内て容積変化が行われて、この容積
変化の比を内部容積比と称して動力特性を決定する重要
な因子となる。
【００２２】内部容積比はスクリュー真空ポンプのロー
タ一側の吸入口から吸入された気体の容積がケーシング
内である程度まで圧縮されて吐出されるかを表わすので
ある。
【００２３】即ち、 内部容積比（Ｖｉ）＝吸入口に吸入された気体の容積
（Ｖｉ）／吐出直前の気体の容積（Ｖ２） ［Ｖｉ＝内部容積比（ｂｕｉｌｔ ｉｎ Ｖｏｌｕｍｅ
ｒａｔｉｏ）］ で表すことが出来、容積変化により当然圧力も変化する
ので、これを内部圧力比（πｉ＝ｂｕｉｌｔ ｉｎ Ｐ
ｒｅｓｓｕｒｅ ｒａｔｉｏ）と称する。
【００２４】圧縮過程が断熱変化の場合には、 πｉ＝ＶｉＫ の関係式が成立する。ここでＫ＝気体の比熱比である。
【００２５】スクリュー真空ポンプのＰ−Ｖ線図は図４
のようになる。ここで斜線部Ｗ１、Ｗ２は動力仕事量を
意味する。
【００２６】これを数式で表示すれば次のようになる。
【００２７】系が行った総仕事量Ｎは、 で表すことが出来るので、これより 真空ポンプの場合にはＰ2 ＝大気圧（ｃｏｎｓｔａｎ
ｔ）であるから（１）式は下記の如く整理される。
【００２８】Ｎ＝Ｃ1 Ｐ1 ＋Ｃ2 ここでＣ1 とＣ2 は定数であるから総仕事量が常に一定
なる値になる条件は、Ｃ1 ＝０である 但し２原子原子であるＡＩＲの場合 Ｋ＝１．４である
から これによってＣ1 ＞０、Ｃ1 ＝０、Ｃ1 ＜０の場合の動
力特性図を図５に示した。前記条件等は図５に示された
ように、Ｃ1 ＝０の場合は真空度に関係なく所要動力は
一定であり、Ｃ1 ＜０の場合は設備を真空化させる初期
には動力が少なくすてむのが、高真空領域に進入する為
には漸次的により多くの所要動力が必要であるから、高
真空領域では適合でない条件であるのを表しており、Ｃ
１＞０の場合には高真空領域で動力消耗が漸次的に少な
くなるので、高真空させるには適合なる条件であること
が明らかである。
【００２９】前記の式等から次の様な説明が可能であ
る。
【００３０】１． πｉを変化させることにより動力特
性を変化させる事が出来る。
【００３１】２． 大気圧力から到達圧力まで動力の変
化がない場合にはπｉ＝Ｋ(K/K1)となり、空気の場合
（Ｋ＝１．４）にはπｉ＝３．２となる。しかし実際に
は吐出口の抵抗等が微少に発生し若干の修正が必要であ
る。
【００３２】３． 高真空領域で動力を最小とさせる場
合にはπｉを大きくする。
【００３３】従って高真空領域で動力を最小化させる為
のスクリュー使用を決定する為には先ず、スクリューポ
ンプの容量を決定しなければならないが、容量算出式
は、 Ｑ＝（π／４）（Ｄ2 −ｄ2 ）・Ｌ ・・・・・・（２） で表されるから容量はリードＬの関数であることがわか
るようになって Ｌ＝πＤｔａｎα ・・・・・・（３） であってリードはスクリューロータの外径と螺旋のリー
ド角の関数で与えられる。
【００３４】ここで、 Ｑ：スクリューロータ１リード当りの容積 Ｄ：スクリューロータの外径 ｄ：スクリューロータの内径 π：円周率 Ｌ：螺旋のリード α：リード角 である。
【００３５】吸入された気体が吐出口側に進行しながら
無段圧縮されるのにはスクリューロータの螺旋角αが変
数であり漸次的に変化するようになる。
【００３６】スクリューロータ内での Ｑｓ＝（π／４）（Ｄ2 −ｄ2 ）・πＤｔａｎα1 ・・・・・・（４） Ｑｄ＝（π／４）（Ｄ2 −ｄ2 ）・πＤｔａｎα2 ・・・・・・（５） したがって式（４）と式（５）より（Ｑｓ／Ｑｄ）＝
（ｔａｎα1 ／ｔａｎα2 ）が成立する。［Ｑｄ＝Ｑｓ
（ｔａｎα2 ／ｔａｎα1 ） ここで、 Ｑｓ：吸入口においてのリード当り容積 Ｑｄ：吐出口においてのリード当り容積 α1 ：吸入口側のスクリューロータのリード角 α2 ：吐出口側のスクリューロータのリード角 である。
【００３７】本発明の場合リード角が連続的に変化する
ので、上記式でＱｄ≠ＱｓになりＱｄ＜Ｑｓとなる。
【００３８】前記式等から適切なる圧縮比を決定すれば
スクリューロータのリード長さは計算することが出来る
し、リードの連続的減少はリード角のタンゼント関数で
変化する値で表わされる。前記式等を総合すれば、リー
ドを連続的に減少するように設計する為にはリード角の
タンゼント関数値を変化させなければならないし、高真
空領域で動力消耗を少なくする為には、内部容積比Ｖｉ
をπｉ／Ｋ値より大きく設定するようにリード値を変化
させる。但し此の時にπｉ値は所要動力が一定なる条件
（Ｃ1 ＝０）下で求めた値を基準とするようにする。
【００３９】再次説明すれば高真空領域で動力を最小に
しようとする時にはπｉ値を大なるようなしなければな
らないが、πｉ値は内部容積比Ｖｉ値の関数であるか
ら、Ｖｉ値を大きく設定するのが必要であるとのことで
ある。このために従来の場合にはリード（ピッチ）が各
々異なる複数個のスクリューロータを多段に設置して内
部容積比を増大させたが、前記の如く装置が複雑となり
又大きさが大きくなって設置面積を広く要するので、半
導体製造工場等での設置時に眞空させねばならない領域
がそれだけ増加するという問題があって、本発明のよう
に単一体のスクリューロータをピッチが連続的に減少す
るようにして装置の大きさを画期的に縮小させる事が出
来るのである。
【００４０】
【発明の効果】前記詳述の本発明は一対の主動軸と従動
軸のスクリューロータ部のリード長さを吸入口から吐出
口まで連続的に漸次減少させて圧縮効率を高め、高真空
領域で消費動力を小さくするばかりでなく、構成部品数
を少なくさせて設置場所面積を小さく要するコンパクト
な真空ポンプを提供することが可能になる。
【００４１】本願発明のスクリューロータは一実施例で
示した真空ポンプに限定されることなく、圧縮機等にも
同様適用される事も明らかであるのは発明の性格上当然
の事である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無段圧縮形スクリュー式真空ポンプの
横断面図。
【図２】本発明の無段圧縮形スクリューロータの正面
図。
【図３】無段圧縮形スクリューロータの歯形曲線。
【図４】Ｐ−Ｖ線図
【図５】動力特性図
【図６】従来の多段圧縮形ルート式真空ポンプの縦断面
図。
【図７】従来の２段圧縮形スクリュー式真空ポンプの横
断面図。
【符号の説明】
１・・・ケーシング ２・・・吸入口 ３・・・吐出口 ４・・・主動スクリューロータ ５・・・従動スクリューロータ Ｌ1 ・・・吸入側リード（ピッチ） Ｌ2 ・・・吐出側リード（ピッチ）

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸入口を通じて吸入した気体を、軸方向
    に沿って移送し、吐出口に排出するように噛合って回転
    するようになる一対のスクリューロータを備えているス
    クリュー式真空ポンプにおいて、前記スクリューロータ
    はその螺子山間のリードの長さ（ピッチ）が、吸入側か
    ら吐出側に行けば行く程連続的に次第に小さくなること
    を特徴とする無段圧縮形スクリュー式真空ポンプ。
  2. 【請求項２】 前記吐出側リードに対する吸入側リード
    値は所要動力が一定なる条件（Ｌ１＝０）下で求めた断
    熱圧縮時の内部圧力比（π１）値を気体定数（Ｋ）で序
    した値より大きい値で設定されるので、高真空領域で動
    力消耗を減少させることが出来る請求項１記載の無段圧
    縮形スクリュー式真空ポンプ。
  3. 【請求項３】 前記スクリューロータの歯形の形状はエ
    ピトロコイド曲線とアルキメデス曲線を含むことを特徴
    とする請求項１記載の無段圧縮形スクリュー式真空ポン
    プ。
JP7210373A 1994-08-22 1995-08-18 無段圧縮形スクリュー式真空ポンプ Pending JPH0874765A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1994P20662 1994-08-22
KR1019940020662A KR0133154B1 (ko) 1994-08-22 1994-08-22 무단 압축형 스크류식 진공펌프

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0874765A true JPH0874765A (ja) 1996-03-19

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ID=19390838

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7210373A Pending JPH0874765A (ja) 1994-08-22 1995-08-18 無段圧縮形スクリュー式真空ポンプ

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US (1) US5667370A (ja)
JP (1) JPH0874765A (ja)
KR (1) KR0133154B1 (ja)
DE (1) DE19530662A1 (ja)
FR (1) FR2723766B1 (ja)
GB (1) GB2292589B (ja)
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