JP5763358B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、メカニカルブースタポンプあるいはルーツ型真空ポンプと称される真空ポンプに関する。

メカニカルブースタポンプは、ケーシング内に配置された二つのマユ型ロータを互いに反対方向に同期回転させることで吸気口から排気口へ気体を移送する、容積移送型の真空ポンプである。メカニカルブースタポンプは、両ロータ間および各ロータとケーシングとの間での接触がないため、機械的損失が非常に少なく、例えば油回転真空ポンプのような摩擦仕事の大きい真空ポンプに比べて、駆動に要するエネルギーを少なくできるという利点を有する。

メカニカルブースタポンプは、両ロータを収容するポンプ室内において潤滑油を必要としないため油による真空の汚染が少ない。一方、ポンプの運転上、両ロータの回転位相や各ロータの軸の中心を常に正確に維持する必要があるため、各ロータを同期回転させるためのギヤ、各ロータの回転軸を支持するベアリングなどに対して潤滑が必要となる。このため、上記ギヤを収容するギヤ室に潤滑油を溜めておき、運転時に各部の潤滑を行うようにしている（例えば下記特許文献１参照）。

また、メカニカルブースタポンプにおいては、ポンプ室に隣接して、上記ギヤを収容するギヤ室と、一方のロータを回転させる駆動軸を収容する駆動室とが配置される。ポンプ室内のシール性を高めるため、ギヤ室および駆動室はポンプ室とそれぞれ連通しており、これによりポンプの作動中、各室内の圧力は均一化される。

例えば下記特許文献２には、一対のロータを収容するポンプ室と、各ロータを同期回転させる歯車を収容する第１潤滑室と、ロータ軸を回転自在に支持する第２潤滑室とを備えた回転型真空ポンプの潤滑室排気装置が記載されている。この真空ポンプは、第１潤滑室と第２潤滑室との間に設けられた脱気用の第１通路と、第２潤滑室とポンプ室との間に設けられた脱気用の第２通路とを有する。これにより第１潤滑室内の油が直接ポンプ室へ流出しないようにして、ポンプ室の油による汚染を防止するようにしている。

特開平６−１８５４８３号公報 特開平５−１８７３７５号公報

しかしながら上記特許文献２に記載の真空ポンプにおいては、特にポンプの起動時において脱気通路に到達した潤滑油が当該脱気通路から第１潤滑室側へ戻ることができず、第１潤滑室内の潤滑油が不足気味になるという問題があった。その結果、ギヤ機構の安定した潤滑を確保することができないおそれがあった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ギヤ機構の安定した潤滑を確保できる真空ポンプを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空ポンプは、ポンプ部と、駆動部と、回転伝達部と、規制部材とを具備する。
上記ポンプ部は、第１の方向に回転可能な第１のロータと、上記第１のロータに近接配置され上記第１の方向とは反対側の第２の方向に回転可能な第２のロータと、上記第１のロータと上記第２のロータとを収容する第１の室とを有する。
上記駆動部は、上記第１のロータを回転させる駆動機構と、上記駆動機構を収容する第２の室と、上記第１の室と上記第２の室とを連通させる第１の脱気通路とを有する。
上記回転伝達部は、上記第１のロータと上記第２のロータとを同期回転させるギヤ機構と、上記ギヤ機構を収容し上記ギヤ機構を潤滑する潤滑油を貯留可能な第３の室と、上記第３の室を上記第２の室又は上記第１の室へ連通させる第２の脱気通路とを有する。
上記規制部材は、上記第２の脱気通路に設けられ、上記第３の室から上記第２の室への上記潤滑油の流れを規制する規制部を有する。

本発明の一実施形態に係る真空ポンプの概略断面図である。 上記真空ポンプのポンプ部の構成を示す断面図である。 上記真空ポンプの脱気通路の構成を説明する要部断面図である。

本発明の一実施形態に係る真空ポンプは、ポンプ部と、駆動部と、回転伝達部と、規制部材とを具備する。
上記ポンプ部は、第１の方向に回転可能な第１のロータと、上記第１のロータに近接配置され上記第１の方向とは反対側の第２の方向に回転可能な第２のロータと、上記第１のロータと上記第２のロータとを収容する第１の室とを有する。
上記駆動部は、上記第１のロータを回転させる駆動機構と、上記駆動機構を収容する第２の室と、上記第１の室と上記第２の室とを連通させる第１の脱気通路とを有する。
上記回転伝達部は、上記第１のロータと上記第２のロータとを同期回転させるギヤ機構と、上記ギヤ機構を収容し上記ギヤ機構を潤滑する潤滑油を貯留可能な第３の室と、上記第３の室を上記第２の室又は上記第１の室へ連通させる第２の脱気通路とを有する。
上記規制部材は、上記第２の脱気通路に設けられ、上記第３の室から上記第２の室への上記潤滑油の流れを規制する規制部を有する。

上記真空ポンプにおいて、第１のロータは、駆動機構により駆動力を受けて第１の方向に回転する。第１のロータの回転がギヤ機構を介して第２のロータに伝達されることで、第２のロータは第２の方向に回転する。これにより第１の室は排気され、駆動機構を収容する第２の室およびギヤ機構を収容する第３の室もまた、第１の脱気通路および第２の脱気通路を介してそれぞれ排気される。

上記真空ポンプにおいては、第２の脱気通路に、第３の室から第２の室への潤滑油の流れを規制する規制部を有する規制部材を備える。このため、第３の室内の潤滑油の量の減少を抑制し、ギヤ機構の安定した潤滑を確保することが可能となる。

上記回転伝達部は、上記第３の室を区画するケーシングをさらに有してもよい。この場合、上記第２の脱気通路は、上記ケーシングの内部に形成された通路部を含み、上記規制部材は、上記規制部で上記通路部の流路の一部を遮蔽するように上記ケーシングに取り付けられる。
これにより、第２の脱気通路に侵入した潤滑油が第３の室へ戻されるため、第３の室内の潤滑油の量を安定に維持することができる。

上記通路部は、第１の流路と、第２の流路とを有してもよい。上記第１の流路は、重力方向に平行な軸方向を有し、上記第３の室に臨む。上記第２の流路は、上記第１の軸方向と交差する第２の軸方向を有する。この場合、上記規制部材は、上記第２の流路に装着された筒体で形成され、当該筒体は、上記規制部として上記第１の流路内に位置する第１の端部を有する。
これにより、第２の流路へ潤滑油を入りにくくなるため、第２の室側への潤滑油の流出が効果的に阻害される。また、規制部に衝突した潤滑油を重力作用によって効率よく第３の室へ戻すことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る真空ポンプを示す概略断面図である。図２は、ポンプ部の内部構成を示す断面図である。各図においてＸ軸方向およびＹ軸方向は相互に直交する水平方向をそれぞれ示しており、Ｚ軸方向はこれらに直交する鉛直方向（重力方向）を示している。

本実施形態の真空ポンプ１は、単段のメカニカルブースタポンプで構成されている。真空ポンプ１は、ポンプ部２と、駆動部３と、回転伝達部４とを有する。

ポンプ部２は、ポンプ室２３を形成する第１のケーシング２０を有する。第１のケーシング２０は、図示しない真空チャンバに連絡する吸気口２０１と、後段のポンプ装置（例えばロータリポンプ）に連絡する排気口２０２とを有する。吸気口２０１および排気口２０２はそれぞれポンプ室２３と連通している。ポンプ室２３は、第１のケーシング２０と、第１のケーシング２０の両側に気密に取り付けられた隔壁２４，２５とによって画定される。

ポンプ部２は、一対のロータ２１，２２を有する。ロータ２１，２２は、Ｙ軸方向に平行に延びる回転軸２１０，２２０をそれぞれ有する。ロータ２１，２２はマユ（繭）型の断面を有し、図２に示すように相互に近接配置されてポンプ室２３に収容されている。これらロータ２１，２２の間、ロータ２１，２２と第１のケーシング２０との間、およびロータ２１，２２と隔壁２４，２５との間には、それぞれ僅かな隙間（例えば0.02〜0.04ｍｍ程度）が保たれている。

回転軸２１０，２２０は隔壁２４，２５をそれぞれ貫通しており、回転軸２１０，２２０の一方の端部は、駆動部３内のモータ室３３に位置している。そして、回転軸２１０，２２０の他方の端部は、回転伝達部４内のギヤ室４３に位置している。

駆動部３は、隔壁２４に気密に取り付けられた第２のケーシング３０を有し、モータ室３３は第２のケーシング３０の内部に形成される。隔壁２４のモータ室３３側には回転軸２１０，２２０を回転自在に支持するベアリング３１および軸シール３２がそれぞれ設置されている。

モータ室３３は、第１の脱気通路Ｐ１を介してポンプ室２３と連通している。これによりモータ室３３は、第１の脱気通路Ｐ１を介して脱気可能とされ、真空ポンプ１の作動時、ポンプ室２３の圧力と均一化される。本実施形態において第１の脱気通路Ｐ１は、隔壁２４をＹ軸方向に貫通する通路で形成されている。

駆動部３は、ロータ２１の回転軸２１０を回転させるモータ３５を有する。モータ３５は、第２のケーシング３０に固定されているとともに、マグネットカップリング機構５０を介して回転軸２１０と連結される駆動軸３５０を有する。マグネットカップリング機構５０は、回転軸２１０の周囲に固定された環状の内周側磁石５１と、駆動軸３５０の周囲に固定された環状の外周側磁石５２とを有し、これら磁石５１，５２の間の磁気結合によって、回転軸２１０と駆動軸３５０とを相互に連結する。

内周側磁石５１は、回転軸２１０の先端に固定された支持部材５３の外周部に配置され、外周側磁石５２は、駆動軸３５０に固定された支持部材５４の内周部に配置されている。内周側磁石５１と外周側磁石５２は、仕切り部材５５を介して相互に対向している。仕切り部材５５の周縁部は、第２のケーシング３０の内周面に形成された環状凸部３０ａに気密に固定されている。内周側磁石５１が配置されるモータ室３３と、外周側磁石５２が配置される大気室３４とが、仕切り部材５５によって隔離される。

回転伝達部４は、隔壁２５に気密に取り付けられた第３のケーシング４０を有し、ギヤ室４３は第３のケーシング４０の内部に形成される。隔壁２５のギヤ室４３側には回転軸２１０，２２０を回転自在に支持するベアリング４５および軸シール４６がそれぞれ設置されている。

第３のケーシング４０は、ロータ２１，２２を相互に逆方向へ同期回転させるギヤ機構を収容するギヤ室４３を形成する。上記ギヤ機構は、回転軸２１０の端部に固定された同期ギヤ４１と、回転軸２２０の端部に固定された同期ギヤ４２とを有する。これにより、モータ３５の駆動により一方の回転軸２１０がその軸まわりに回転すると、同期ギヤ４１，４２を介して他方の回転軸２２０に回転力が伝達される。このとき回転軸２２０は、回転軸２１０とは逆の方向に回転される。

ギヤ室４３には、ギヤ機構を潤滑するための潤滑油Ｇが貯留される。同期ギヤ４１，４２の先端には、潤滑油Ｇをかき上げるプレート４７が固定されており、同期ギヤ４１，４２とともに回転することで潤滑油Ｇを同期ギヤ４１，４２、ベアリング４５等へ供給する。これによりロータ２１，２２をその相対位置を維持しつつ適正に回転させることができる。第３のケーシング４０には、ギヤ室４３における潤滑油Ｇの貯留量を確認するための窓４４が設けられている。そしてギヤ室４３には、同期ギヤ４１，４２の回転による潤滑油Ｇの飛散を抑えるために、シールド４８が設けられている。シールド４８は、同期ギヤ４１，４２の上部を覆うように隔壁２５に取り付けられた略平板形状を有する。

ギヤ室４３は、第２の脱気通路Ｐ２を介してモータ室３３と連通している。これによりギヤ室４３は、第２の脱気通路Ｐ２を介して脱気可能とされ、真空ポンプ１の作動時、モータ室３３およびポンプ室２３の圧力と均一化される。

本実施形態において第２の脱気通路Ｐ２は、第３のケーシング４０、隔壁２５、第１のケーシング２０および隔壁２４を介してギヤ室４３をモータ室３３へ連通させる。第２の脱気通路Ｐ２は主として、第１のケーシング２０、隔壁２４，２５をＹ軸方向に貫通する主通路部Ｐ２１と、第３のケーシング４０に形成された連絡通路部Ｐ２２とにより形成される。なお第２のケーシング３０にも同様な連絡通路部を形成することで、主通路部Ｐ２１とモータ室３３とを相互に接続してもよい。

図３は、連絡通路部Ｐ２２の詳細を示す要部の拡大図である。連絡通路部Ｐ２２は、第１の流路Ｐ２２１と、第２の流路Ｐ２２２とを有する。第１の流路Ｐ２２１は、Ｚ軸方向に軸方向を有し、その一端部がギヤ室４３に臨んでいる。第２の流路Ｐ２２２は、Ｙ軸方向に軸方向を有し、第１の流路Ｐ２２１と主通路部Ｐ２１との間を連絡する。

本実施形態の真空ポンプ１は、規制部材６０を有する。本実施形態において規制部材６０は、円筒形状を有しており、その一端部は第２の流路Ｐ２２２に嵌合し、他端部は、第１の流路Ｐ２２１の一部を遮蔽するように第１の流路Ｐ２２１内に位置している。この規制部材６０の他端部は、ギヤ室４３からモータ室３３への潤滑油Ｇの流れを規制する規制部６１として機能する。

規制部材６０の材質は特に限定されず、樹脂材料でもよいし、金属材料でもよい。本実施形態では、ステンレス鋼やアルミニウム合金等で規制部材６０が形成される。

次に、以上のように構成される真空ポンプ１の動作について説明する。

図１を参照して、モータ３５の作動により、マグネットカップリング機構５０を介して駆動軸３５０と共に回転軸２１０が回転することで、ポンプ室２３内においてロータ２１が回転する。また回転軸２１０の回転力は、回転伝達部４においてロータ２２の回転軸２２０に伝達され、これによりロータ２２は、ロータ２１と同期して、ロータ２１とは逆方向に回転する。これらロータ２１，２２の回転により、ポンプ部２は、吸気口２０１より吸入されたガスを排気口２０２へ向けて排出する所定のポンプ作用を行う。

モータ室３３およびギヤ室４３は、ポンプ室２３の圧力の低下に伴って、第１および第２の脱気通路Ｐ１，Ｐ２を介して減圧される。これによりポンプ室２３と、ポンプ室２３に隣接するモータ室３３およびギヤ室４３との間の差圧が小さくなるため、ポンプ室２３のリークによるポンプ性能の低下が防止される。

ロータ２１，２２の回転時、同期ギヤ４１，４２は、ギヤ室４３内に貯留された潤滑油Ｇによって潤滑される。上述のようにギヤ室４３は、ポンプ室２３と共に排気される。このとき潤滑油Ｇも脱気され、その脱ガスが第２の脱気通路Ｐ２を介してモータ室３３側へ排気される。このとき潤滑油Ｇは、脱気により激しく泡立ち、さらにプレート４７の回転による撹拌作用も伴って、潤滑油の飛沫がギヤ室４３の内部で飛散する。シールド４８は、潤滑油Ｇの飛散を抑制するが、例えばポンプ起動時のように潤滑油の泡立ちが激しい場合は、シールド４８を通り超えて脱気通路Ｐ２へ至ることがある。ギヤ室４３に飛散した潤滑油が脱気通路Ｐ２へ到達すると、ギヤ室４３の残留ガスとともにモータ室３３側へ流出する。この状態を放置すると、潤滑油Ｇの貯流量が減少し、同期ギヤ４１，４２やベアリング４５の潤滑作用が安定に維持できないおそれが生じる。

そこで本実施形態では、脱気通路Ｐ２に規制部材６０が設けられている。規制部材６０の規制部６１は、図３に示すように第１の流路Ｐ２２１の一部を遮蔽するように第２の流路Ｐ２２２に取り付けられている。これにより、第１の流路Ｐ２２１に侵入した潤滑油Ｇの飛沫を規制部６１で受け、第２の流路Ｐ２２２への潤滑油Ｇの侵入を規制する。これにより、ギヤ室４３からモータ室３３への潤滑油Ｇの流出を阻止し、同期ギヤ４１，４２やベアリング４５等の安定した潤滑作用を確保することが可能となる。

また規制部材６０は筒体で構成されているため、規制部材６０の内部を介してギヤ室４３内の残留ガスを効率よく第２の流路Ｐ２２２へ導くことができる。

さらに本実施形態によれば、脱気通路Ｐ２の連絡通路部Ｐ２２が第１の流路Ｐ２２１と第２の流路Ｐ２２２とで構成されているため、規制部６１で受け止めた潤滑油Ｇを重力作用によって効率よくギヤ室４３へ戻すことができる。これにより、連絡通路部Ｐ２２内の潤滑油Ｇの停滞を防止することができる。

第２の流路Ｐ２２２から第１の流路Ｐ２２１へ突出する規制部６１の突出量は特に限定されず、ギヤ室４３の容積、脱気通路Ｐ２の断面積、潤滑油Ｇの貯留量等に応じて適宜設定することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変更が可能である。

例えば以上の実施形態では、連絡通路部Ｐ２２の第２の流路Ｐ２２２を第１の流路Ｐ２２１に対して直交する方向に形成したが、これに限られず、第２の流路Ｐ２２２は、第１の流路Ｐ２２１から主通路部Ｐ２１に向かって上向き傾斜で形成されていてもよい。

また以上の実施形態では規制部６１が筒体の端部で形成されたが、これに限られず、平面的な板部であってもよい。また、当該板部に脱気用の孔が単数または複数形成された形態であってもよい。この場合、当該板部は、第１の流路の全域に配置されてもよい。

さらに以上の実施形態では、第１の脱気通路Ｐ１を隔壁２４に形成したが、当該脱気通路Ｐ１は、ポンプ室２３とモータ室３３とを連絡する別途の配管部材で構成されてもよい。また、第１の脱気通路Ｐ１は、モータ室３３をポンプ室２３に直接連通させる場合に限られず、ポンプ室２３の吸気側あるいは排気側に連通させてもよい。

第２の脱気通路Ｐ２も同様に、ギヤ室４３とモータ室３３とを連絡する別途の配管部材で構成されてもよい。さらに、第２の脱気通路Ｐ２は、モータ室３３を経由することなくギヤ室４３を直接ポンプ室２３へ連通させるように構成されてもよい。規制部材６０の設置により、ポンプ室２３への潤滑油の侵入を抑制し、ポンプ室２３をクリーンな状態に維持することができる。

さらに以上の実施形態では、単段式のメカニカルブースタポンプに本発明を適用した例を説明したが、これに限られず、例えば多段型のルーツポンプ等の他の真空ポンプにも本発明は適用可能である。

１…真空ポンプ
２…ポンプ部
３…駆動部
４…回転伝達部
２０，３０，４０…ケーシング
２１，２２…ロータ
２３…ポンプ室
３３…モータ室
４１，４２…同期ギヤ
４３…ギヤ室
６０…規制部材
６１…規制部
Ｇ…潤滑油
Ｐ１…第１の脱気通路
Ｐ２…第２の脱気通路
Ｐ２２…連絡通路部
Ｐ２２１…第１の流路
Ｐ２２２…第２の流路

Claims (1)

1. 第１の方向に回転可能な第１のロータと、前記第１のロータに近接配置され前記第１の方向とは反対側の第２の方向に回転可能な第２のロータと、前記第１のロータと前記第２のロータとを収容する第１の室と、前記第１の室を形成する第１のケーシングと、前記第１のケーシングの一端部に取り付けられた第１の隔壁と、前記第１のケーシングの他端部に取り付けられた第２の隔壁とを有するポンプ部と、
   前記第１のロータを回転させる駆動機構と、前記駆動機構を収容する第２の室と、前記第２の室を前記第１の隔壁とで区画する第２のケーシングと、前記第１の隔壁に形成され前記第１の室と前記第２の室とを連通させる第１の脱気通路とを有する駆動部と、
   前記第１のロータと前記第２のロータとを同期回転させるギヤ機構と、前記ギヤ機構を収容し前記ギヤ機構を潤滑する潤滑油を貯留可能な第３の室と、前記第３の室を前記第２の隔壁とで区画する第３のケーシングとを有する回転伝達部と、
   前記第１の隔壁と前記第１のケーシングと前記第２の隔壁と前記第２のケーシングを介して形成され前記第１の隔壁と前記第１のケーシングと前記第２の隔壁を貫通する主通路部と、前記第３のケーシングの内部に形成され重力方向に平行な第１の軸方向を有し前記第３の室に臨む第１の流路と前記第１の軸方向と交差する第２の軸方向を有し前記第１の流路と前記主通路部との間を連絡する第２の流路とを有する連絡通路部とを有し、前記第３の室を前記第２の室又は前記第１の室へ連通させる第２の脱気通路と、
   一端部が前記第２の流路に嵌合され、他端部が前記第１の流路の一部を遮蔽する筒体の規制部材であって、前記他端部を前記第３の室から前記第２の室又は前記第１の室への前記潤滑油の流出を阻止する規制部とする規制部材と
   を具備する真空ポンプ。

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