(57)【要約】  多段真空ポンプ用のロータ組立体を提供する。ロータ組立体は、駆動軸と、ロータ構成部分と、駆動構成部分を有する。ロータ構成部分は、駆動軸上に配置され、駆動軸を回転させたときにポンプを中を通る流体を移動させるロータ要素を有する。駆動構成部分は、駆動軸に固定され、駆動軸からのトルクをロータ構成部分に伝達して、ロータ構成部分を回転させる。スリーブ要素が駆動構成部分又はロータ構成部分に一体に形成され、駆動構成部分とロータ要素との間隔をおくのに使用される。スリーブ要素は、駆動構成部分及びロータ構成部分の他の界面と相互作用して、ロータ要素と駆動軸との間の直交方向の位置合せを維持するための界面を有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段ポンプ用のロータ組立体であって、
駆動軸と、
前記駆動軸の上に位置決めされ、多段ポンプの中を通る流体を前記駆動軸の回転により移動させるためのロータ要素を有するロータ構成部分と、
トルクを前記駆動軸から前記ロータ構成部分に伝達して前記ロータ構成部分を回転させるように、前記駆動軸に固定された駆動構成部分と、
前記駆動構成部分及び前記ロータ構成部分の一方と一体であり、前記ロータ要素を前記駆動構成部分から隔てるためのスリーブ要素と、
前記駆動構成部分及び前記ロータ構成部分の他方と相互作用して前記ロータ要素と前記駆動軸との間の直交方向の位置合せを維持するように、前記スリーブ要素に位置決めされる界面と、
トルクを前記駆動構成部分と前記ロータ構成部分との間で伝達するための駆動手段と、を有するロータ組立体。
【請求項２】
前記駆動構成部分は、ロータ要素を有する、請求項１に記載のロータ組立体。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記ロータ構成部分のロータ要素と前記駆動構成部分のロータ要素との間における予め決められた角度方向及び半径方向の位置合せをなすように構成される、請求項２に記載のロータ組立体。
【請求項４】
前記駆動構成部分は、前記駆動軸と一体に形成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータ組立体。
【請求項５】
前記駆動構成部分は、前記駆動軸の上に焼き嵌めされる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータ組立体。
【請求項６】
前記駆動構成部分は、前記駆動軸及び前記駆動構成部分の各々に形成されたキー溝内に位置決めされるキーによって前記駆動軸に固定される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータ組立体。
【請求項７】
前記ロータ構成部分は、前記駆動軸の上に摺動可能に取付けられる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のロータ組立体。
【請求項８】
更に、前記ロータ構成部分と前記駆動構成部分との間の独自の噛合い関係を構成する位置決め手段を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のロータ組立体。
【請求項９】
前記位置決め手段は、前記駆動手段の一部をなす、請求項８に記載のロータ組立体。
【請求項１０】
前記位置決め手段は、前記駆動手段から周方向に間隔をおく、請求項８に記載のロータ組立体。
【請求項１１】
前記位置決め手段は、前記駆動手段に対して実質的に直径方向反対側に位置する、請求項１０に記載のロータ組立体。
【請求項１２】
前記位置決め手段は、前記駆動構成部分及び前記ロータ構成部分の一方に位置決めされたタブと、前記駆動構成部分及び前記ロータ構成部分の他方に位置決めされたスロットとを有する、請求項８〜１１のいずれか１項に記載のロータ組立体。
【請求項１３】
前記駆動手段は、前記駆動構成部分及びロータ構成部分の一方に位置決めされたタブと、駆動構成部分及びロータ構成部分の他方に位置決めされたスロットとを有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のロータ組立体。
【請求項１４】
１つ又は２つ以上のタブ及び／又は１つ又は２つ以上のスロットが前記スリーブ要素に形成される、請求項１２又は１３に記載のロータ組立体。
【請求項１５】
１つ又は２つ以上のタブ及び／又は１つ又は２つ以上のスロットが前記ロータ要素に形成される、１２〜１４のいずれか１項に記載のロータ組立体。
【請求項１６】
更に、前記ロータ構成部分に隣接して前記駆動軸の上に位置決めされた第２ロータ構成部分と、
前記ロータ構成部分及び前記第２ロータ構成部分の一方と一体であり、前記ロータ構成部分及び前記第２ロータ構成部分の間隔を互いにおくための第２スリーブ要素と、
前記ロータ構成部分及び前記第２ロータ構成部分の他方と相互作用して前記第２ロータ構成部分のロータ要素と前記駆動軸との間の直交方向の位置合せを維持するように、第２スリーブ要素に位置決めされた第２界面と、
トルクを前記ロータ構成部分と前記第２ロータ構成部分との間で伝達するための駆動手段と、を有する請求項１〜１５のいずれか１項に記載のロータ組立体。
【請求項１７】
前記駆動手段は、前記ロータ構成部分のロータ要素と前記第２ロータ構成部分のロータ要素との間における予め決められた角度方向及び半径方向の位置合せをなすように構成される、請求項１６記載のロータ組立体。
【請求項１８】
前記駆動手段は、前記ロータ構成部分と前記第２ロータ構成部分との間の独自の噛合い関係をなすように構成される、請求項１６又は１７に記載のロータ組立体。
【請求項１９】
多段ポンプ用のロータ組立体であって、
駆動軸と、
前記駆動軸の上に位置決めされ且つ固定され、その固定部分から軸線方向に延びるスリーブ要素を有する駆動構成部分と、
前記駆動構成部分に隣接して前記駆動軸の上に位置決めされた第１ロータ構成部分と、を有し、前記第１ロータ構成部分は、駆動可能に前記駆動構成部分と係合され、ロータ要素と、前記ロータ要素と一体であり且つ前記ロータ要素から軸線方向に延びるスリーブ要素とを有し、
更に、前記第１ロータ構成部分に隣接して前記駆動軸の上に位置決めされた第２ロータ構成部分を有し、前記第２ロータ構成部分は、駆動可能に前記第１ロータ構成部分と係合され、
前記各スリーブ要素は、それと隣接したロータ構成部分の上流側の面と相互作用して前記各ロータ要素と前記駆動軸との間の直交方向の位置合せを維持するための界面を有する、ロータ組立体。
【請求項２０】
前記駆動構成部分は、トルクを前記駆動構成部分と前記第１ロータ構成部分との間で伝達するための第１駆動手段によって、駆動可能に前記第１ロータ構成部分と係合される、請求項１９に記載のロータ組立体。
【請求項２１】
前記第１駆動手段は、前記駆動構成部分のスリーブ要素に位置決めされたタブと、前記ロータ要素の上流側の面に位置決めされたスロットとを有する、請求項２０に記載のロータ組立体。
【請求項２２】
前記第１ロータ構成部分は、トルクを第１ロータ構成部分と第２ロータ構成部分との間で伝達するための第２駆動手段によって、駆動可能に前記第２ロータ構成部分と係合される、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載のロータ組立体。
【請求項２３】
前記第２駆動手段は、前記第１ロータ構成部分のスリーブ要素の上に位置決めされたタブと、前記第２ロータ構成部分の上流側の面に位置決めされたスロットとを有する、請求項２２に記載のロータ組立体。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれか１項に記載のロータ組立体に使用するロータ構成部分であって、
ロータ要素と、
前記ロータ要素と一体のスリーブ要素と、
前記スリーブ要素に位置決めされた界面と、を有し、前記界面は、それと隣接した駆動構成部分又はロータ構成部分と相互作用して、駆動軸とロータ要素との間又は駆動軸と隣接したロータ構成部分のロータ要素との間の直交方向の位置合せを維持し、
更に、隣接した駆動構成部分又はロータ構成部分からトルクを受取るための及び／又は隣接したロータ構成部分にトルクを伝達するための駆動手段を有する、ロータ構成部分。
【請求項２５】
前記スリーブ要素は、前記ロータ要素の一方の側面まで軸線方向に延びる、請求項２４に記載のロータ構成部分。
【請求項２６】
前記スリーブ要素は、前記ロータ要素の両側の側面まで軸線方向に延びる、請求項２４に記載のロータ構成部分。
【請求項２７】
１つ又は２つ以上のタブ及び／又は１つ又は２つ以上のスロットが、前記スリーブ要素の軸線方向両端の各々に形成される、請求項２６に記載のロータ構成部分。
【請求項２８】
ステータと、
請求項１〜２３のいずれか１項に記載のロータ組立体と、を有する多段ポンプ。
【請求項２９】
１対のロータ組立体を有し、第１ロータ組立体のロータ要素の各々は、第２ロータ組立体のロータ要素及びステータと協働して流体を多段ポンプの中を通して移動させるように構成される、請求項２８に記載の多段ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段真空ポンプ用のロータ組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の多段真空ポンプでは、ロータ組立体は、２組のロータ構成部分を有し、各ロータ構成部分は、２つの駆動軸のうちの異なる一方に取付けられている。駆動軸は回転し、それにより、ロータ構成部分の各々を、それに対応して他方の駆動軸に取付けられたロータ構成部分と相互作用させる。駆動軸とロータ構成部分との間の結合は、それらの間にトルクを伝達するキーである。
【０００３】
ロータ構成部分を駆動軸に結合させるための１つの取付け方法は、各ロータ構成部分を駆動軸上に焼き嵌め（shrink fitting）することを含む。この方法は、ロータ構成部分を駆動軸に固定する確実な仕方を提供し、その結果、駆動軸の回転は、ロータ構成部分へのトルクの非常に効率的な伝達を生じさせる。しかしながら、ロータ構成部分が経時的に劣化して、ロータ構成部分の交換が必要になった場合、焼き嵌めされたロータ構成部分の分離は困難であり、時間を消費する。
【０００４】
変形例の取付け方法は、ロータ構成部分及び駆動軸の両方において一致する位置にスロット又はキー溝を設け、ロータ構成部分を駆動軸上に配置し、ロータ構成部分のキー溝及び駆動軸のキー溝を整列させ、これらのキー溝内にキーを挿入することを含む。この方法は、上述した焼き嵌め取付け方法によってできたロータ組立体よりも、分解が容易なロータ組立体ができるけれども、キー溝の機械加工が複雑であり、ロータ構成部分及び駆動軸の両方に応力集中を生じさせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したロータ取付け方法の各々において、ロータ構成部分の角度方向の位置合せ及び直交方向の位置合せは重要であり、特に単純ではない。従って、複雑さを減少させ且つ必要が生じた場合に容易に分解できるロータ構成部分及びロータ組立体の形態を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によれば、多段ポンプ用のロータ組立体であって、駆動軸と、駆動軸の上に位置決めされ、多段ポンプの中を通る流体を駆動軸の回転により移動させるためのロータ要素を有するロータ構成部分と、トルクを駆動軸からロータ構成部分に伝達してロータ構成部分を回転させるように、駆動軸に固定された駆動構成部分と、駆動構成部分及びロータ構成部分の一方と一体であり、ロータ要素を駆動構成部分から隔てるためのスリーブ要素と、駆動構成部分及びロータ構成部分の他方と相互作用してロータ要素と駆動軸との間の直交方向の位置合せを維持するように、スリーブ要素に位置決めされる界面と、トルクを駆動構成部分とロータ構成部分との間で伝達するための駆動手段と、を有するロータ組立体が提供される。
【０００７】
スリーブ要素を駆動構成部分又はロータ構成部分のいずれかの一体部分として設け、且つ、界面を設けることによって、改善された軸線方向公差を達成でき、それにより、個々の構成部分のセッティング及び調節を行うことなしに、ロータ組立体の組立てを行うことを可能にする。駆動構成部分及びロータ構成部分を駆動軸の上に単に取付け、ロータ組立体全体の軸線方向整列を、多段ポンプを構成するステータ構成部分と関連させて軸線方向に調節して、必要とされる隙間を達成すればよい。
【０００８】
更に、ロータ構成部分を駆動軸に直接固定することなしにトルクをロータ構成部分に伝達する手段を設けることにより、ロータ組立体の組立て及び分解を容易にすることができる。
【０００９】
駆動構成部分は、ロータ要素を有し、駆動軸と一体に形成されるのがよい。変形例として、駆動構成部分は駆動軸の上に焼き嵌めされてもよいし、駆動軸及び駆動構成部分の各々に形成されたキー溝内に位置決めされるキーによって駆動軸に固定されてもよい。
【００１０】
駆動手段は、ロータ構成部分のロータ要素と駆動構成部分のロータ要素との間に、予め決められた角度方向及び半径方向の位置合せを与えるように構成されるのがよい。ロータ構成部分は、駆動軸上に摺動可能に取付けられるのがよい。
【００１１】
ロータ組立体は、ロータ構成部分と駆動構成部分との間の独自の（unique）噛合い関係をなすための位置決め手段を有するのがよい。位置決め手段は、駆動手段と一体にされてもよいし、駆動手段から周方向に間隔を置いていてもよく、例えば、位置決め手段は、駆動手段に対して実質的に直径方向反対側に位置する。
【００１２】
位置決め手段は、駆動構成部分及びロータ構成部分の一方に位置決めされたタブ（突出片）と、駆動構成部分及びロータ構成部分の他方に位置決めされたスロットとを有するのがよい。駆動手段は、駆動構成部分及びロータ構成部分の一方に位置決めされたタブと、駆動構成部分及びロータ構成部分の他方に位置決めされたスロットとを有するのがよい。１つ以上のタブ及び／又は１つ以上のスロットがスリーブ要素に形成されてもよいし、１つ以上のタブ及び／又は１つ以上のスロットがロータ要素に形成されてもよい。
【００１３】
ロータ組立体は、ロータ構成部分に隣接して駆動軸の上に位置決めされた第２ロータ構成部分と、ロータ構成部分及び第２ロータ構成部分の一方と一体であり、ロータ構成部分及び第２ロータ構成部分の間隔を互いにおくための第２スリーブ要素と、ロータ構成部分及び第２ロータ構成部分の他方と相互作用して第２ロータ構成部分のロータ要素と前記駆動軸との間の直交方向の位置合せを維持するように、第２スリーブ要素に位置決めされた第２界面と、トルクをロータ構成部分と第２ロータ構成部分との間で伝達するための駆動手段と、を有するのがよい。
【００１４】
駆動手段は、ロータ構成部分のロータ要素と第２ロータ構成部分のロータ要素との間における予め決められた角度方向及び半径方向の位置合せをなすように構成されるのがよい。ロータ組立体は、ロータ構成部分と第２ロータ構成部分との間の独自の噛合い関係をなすための位置決め手段を有するのがよい。
【００１５】
本発明の第２の側面は、多段ポンプ用のロータ組立体であって、駆動軸と、駆動軸の上に位置決めされ且つ固定され、その固定部分から軸線方向に延びるスリーブ要素を有する駆動構成部分と、駆動構成部分に隣接して駆動軸の上に位置決めされた第１ロータ構成部分と、を有し、第１ロータ構成部分は、駆動可能に駆動構成部分と係合され、ロータ要素と、ロータ要素と一体であり且つロータ要素から軸線方向に延びるスリーブ要素とを有し、更に、第１ロータ構成部分に隣接して駆動軸の上に位置決めされた第２ロータ構成部分を有し、第２ロータ構成部分は、駆動可能に第１ロータ構成部分と係合され、各スリーブ要素は、それと隣接したロータ構成部分の上流側の面と相互作用して各ロータ要素と前記駆動軸との間の直交方向の位置合せを維持するための界面を有する、ロータ組立体を提供する。
【００１６】
駆動構成部分は、トルクを駆動構成部分と第１ロータ構成部分との間で伝達するための第１駆動手段によって、駆動可能に第１ロータ構成部分と係合されるのがよい。第１駆動手段は、駆動構成部分のスリーブ要素に位置決めされたタブと、ロータ要素の上流側の面に位置決めされたスロットとを有するのがよい。
【００１７】
第１ロータ構成部分は、トルクを第１ロータ構成部分と第２ロータ構成部分との間で伝達するための第２駆動手段によって、駆動可能に第２ロータ構成部分と係合されるのがよい。第２駆動手段は、第１ロータ構成部分のスリーブ要素の上に位置決めされたタブと、第２ロータ構成部分の上流側の面に位置決めされたスロットとを有するのがよい。
【００１８】
本発明の第１の側面に関連して上述した特徴は、第２の側面にも等しく適用され、その逆も成り立つ。
【００１９】
本発明の第３の側面によれば、上記ロータ組立体に使用するロータ構成部分であって、ロータ要素と、ロータ要素と一体のスリーブ要素と、スリーブ要素に位置決めされた界面と、を有し、界面は、それと隣接した駆動構成部分又はロータ構成部分と相互作用して、駆動軸とロータ要素との間又は駆動軸と隣接したロータ構成部分のロータ要素との間の直交方向の位置合せを維持し、更に、隣接した駆動構成部分又はロータ構成部分からトルクを受取るための及び／又は隣接したロータ構成部分にトルクを伝達するための駆動手段を有する、ロータ構成部分が提供される。
【００２０】
スリーブ要素は、ロータ要素の一方の側面まで軸線方向に延びていてもよいし、変形例として、スリーブ要素は、ロータ要素の両側の側面まで軸線方向に延びていてもよい。１つ又は２つ以上のタブ及び／又は１つ又は２つ以上のスロットが、前記スリーブ要素の軸線方向両端の各々に形成されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００２２】
図１には、ロータ組立体１０が示されており、ロータ組立体１０は、駆動軸２０を有し、駆動軸２０に、２つの駆動構成部分１００、５００及び１組のロータ構成部分２００、３００、４００が取付けられている。各駆動構成部分及びロータ構成部分１００、２００、３００、４００、５００は、それぞれのロータ要素１１０、２１０、３１０、４１０、５１０を有している。第１駆動構成部分１００のロータ要素１１０は、２葉ルーツ型（two-lobed Roots）ロータ要素であり、ロータ構成部分２００、３００、４００のロータ要素２１０、３１０、４１０は、Northey型、即ち、クロー型（claw）ロータ要素であり、第２駆動構成部分５００の最終ロータ要素５１０は、５葉ルーツ型（five-lobed Roots）ロータ要素である。
【００２３】
この例では、第１駆動構成部分１００のロータ要素１１０は、単一構成部分として駆動軸２０と一体に形成されている。換言すると、駆動軸２０及びロータ要素１１０は、単一の鋳造材料から機械加工されている。ロータ要素１１０は、上流側の面１５０及び下流側の面１５５を有し、下流側の面１５５は、第１ロータ構成部分２００に面している。図２に示すように、スリーブ要素１２０が、ロータ要素１１０の下流側の面１５５から延びている。
【００２４】
スリーブ要素１２０は、軸線方向遠位側の端面を有し、この遠位側の端面は、駆動軸２０の回りで周方向に延びる半径方向内方の面１７０及び半径方向外方の面１６０を有している。駆動タブ１３０が、半径方向内方の面１７０から軸線方向外方に且つ駆動軸２０の回りを部分的に延びている。半径方向外方の面１６０は、駆動軸２０の長手方向軸線に対して実質的に垂直に構成されている。換言すると、半径方向外方の面１６０は、ロータ要素１１０の平面に対して実質的に平行である。
【００２５】
図３は、第１ロータ構成部分２００の断面図である。図４ａは、第１ロータ構成部分２００の上流側の面を示す平面図であり、図４ｂは、第１ロータ構成部分２００の下流側の面を示す平面図である。第１ロータ構成部分２００は、ロータ要素２１０及びスリーブ要素２２０を有し、第１駆動構成部分１００に隣接して駆動軸２０の上に取付けられる。図示のように、スリーブ要素２２０は、ロータ要素２１０から軸線方向に延びている。ロータ要素２１０は、上流側の面２５０を有し、この上流側の面２５０は、図１の組立て済みのロータ組立体１０において第１駆動構成部分１００に隣接して配置されている。駆動スロット２３５が、上流側の面２５０の最も半径方向内方の領域２７５に形成されている。駆動スロット２３５の周方向寸法は、第１駆動構成部分１００に形成されている駆動タブ１３０の周方向寸法に等しい。
【００２６】
第１ロータ構成部分２００のスリーブ要素２２０は、第１ロータ構成部分２００の下流側の面２５５から延び、軸線方向遠位側の端面を有し、この遠位側の端面は、第１駆動構成部分１００と同様、半径方向内方の面２７０及び半径方向外方の面２６０を有している。スリーブ要素２２０の半径方向内方の面２７０からは、駆動タブ２３０及び位置決めタブ２４０が軸線方向に延びている。位置決めタブ２４０は、駆動タブ２３０から周方向に間隔をおいている。半径方向外方の面２６０は、駆動タブ２３０及び位置決めタブ２４０の外方に位置し且つロータ要素２１０の平面に対して実質的に平行に構成されている。
【００２７】
第１ロータ構成部分２００は、軸線方向に延びるボア（孔）２８０を有し、このボア２８０は、上流側の面２５０からスリーブ要素２２０の遠位端まで第１ロータ構成部分２００を貫通している。ボア２８０の直径は、組立て時、駆動軸２０を受入れて駆動軸２０とボア２８０との間に滑り嵌めが達成されるように選択される。
【００２８】
図４及び図５は、ロータ構成部分２００、３００、４００を対比して示している。各ロータ構成部分の多くの特徴は同じであり、それを詳細に説明しないが、ロータ構成部分間の相違について説明する。
【００２９】
図６及び図７は、第２ロータ構成部分３００の斜視図である。図４ｂ及び図６は、第２ロータ構成部分３００のロータ要素３１０の上流側の面３５０を示し、上流側の面３５０の最も半径方向内方の部分３７５に駆動スロット３３５及び位置決めスロット３４５が形成されていることを示している。駆動スロット３３５及び位置決めスロット３４５の周方向の相対位置及び寸法は、第１ロータ構成部分２００のスリーブ要素２２０に形成された駆動タブ２３０及び位置決めタブ２４０の周方向の相対位置及び寸法に一致する。
【００３０】
図５ｂ及び図７は、ロータ要素３１０の下流側の面３５５を示し、駆動タブ３３０及び位置決めタブ３４０の各々がスリーブ要素３２０の軸線方向遠位側の端部の半径方向内方の面３７０から延びていることを示している。駆動タブ３３０及び位置決めタブ３４０の周方向の相対位置は、上流側の面３５０の駆動スロット３３５及び位置決めスロット３４５の周方向の相対位置と整列していないことが好ましい。
【００３１】
第２ロータ構成部分３００のロータ要素３１０の軸線方向厚さは、第１ロータ構成部分２００のロータ要素２１０の軸線方向厚さよりも薄いことが好ましい。しかしながら、他の実施形態では、ロータ要素の厚さを同じにし且つロータ要素の直径を変えることにより、ロータ要素のポンプ送り性能の容積を変えてもよい。
【００３２】
第３ロータ構成部分４００は、第１ロータ構成部分２００及び第２ロータ構成部分３００と大部分同じである。ロータ要素４１０の上流側の面４５０の最も半径方向内方の部分４７５に、駆動スロット４３５及び位置決めスロット４４５が形成されている。駆動スロット４３５及び位置決めスロット４４５はそれぞれ、第２ロータ構成部分３００に形成されている駆動タブ３３０及び位置決めタブ３４０と整列するように形成されている。
【００３３】
しかしながら、第３ロータ構成部分のスリーブ要素４２０の軸線方向遠位側の端面には、タブが形成されていない。むしろ、スリーブ要素４２０の遠位端の半径方向全体に亘って、周方向に延びる単一の軸線方向面４６０が設けられている。
【００３４】
第３ロータ構成部分４００のロータ要素４１０の軸線方向厚さは、第２ロータ構成部分３００のロータ要素３１０の軸線方向厚さよりも薄いことが好ましい。
【００３５】
好ましい実施形態では、駆動軸２０の上に取付けられる第２駆動構成部分５００（図１及び図８に示す）のロータ要素５１０は、５葉ルーツ型ロータ要素である。ロータ要素５１０は、締り嵌めを用いて駆動軸２０に嵌合され、従って駆動軸２０に直接固定される。
【００３６】
組立て時、ロータ組立体１０は真空ポンプのステータ内に配置される。真空ポンプは１対のロータ組立体１０を有し、１対のロータ組立体１０は、作動時に逆方向に回転して、一方の駆動軸に取付けられた各ロータ要素を、それに対応して他方の駆動軸に取付けられたロータ要素と互いに噛合わせる。ステータは、多数のポンプ室を有している。各ポンプ室は、いったん組立てられると、互いに噛合っている１対のロータ要素を収容する。互いに噛合っているロータ要素は、それに対応するポンプ室の表面と協働して、流体を、真空ポンプの長さ方向に沿って１つのポンプ室から次のポンプ室に移動させる。
【００３７】
上述のように、本発明の実施形態では、第１駆動構成部分１００は、ルーツ型ロータ要素１１０を有し、駆動軸２０と一体に形成されている。その結果、第１駆動構成部分１００は、駆動軸２０に固定されており、このため、トルクが、駆動軸２０から第１駆動構成部分１００に効率的に伝達される。第１ロータ構成部分２００は、駆動軸２０と第１ロータ構成部分２００の軸線方向ボア２８０との間に達成される滑り嵌めにより駆動軸２０の上に取付けられている。最初、第１ロータ構成部分２００の上流側の面２５０に形成された駆動スロット２３５を、第１駆動構成部分１００のスリーブ要素１２０に形成された駆動タブ１３０と整列させる。次に、第１ロータ構成部分２００を、駆動タブ１３０が駆動スロット２３５としっかりと係合するまで、第１駆動構成部分１００に向かって軸線方向に移動させる。
【００３８】
この形態により、第１ロータ構成部分２００の半径方向、即ち、横方向の位置決めを駆動軸２０により維持することを可能にするが、駆動軸２０とロータ構成部分２００との間の固定が存在しないことにより、トルクを駆動軸２０から第１ロータ構成部分２００へ実質的に直接伝達させない。むしろ、トルクは、駆動タブ１３０と駆動スロット２３５との間の係合により、第１駆動構成部分１００を介して第１ロータ構成部分２００に伝達され、駆動タブ１３０と駆動スロット２３５とは一緒に第１駆動手段として機能する。換言すると、第１ロータ構成部分２００は、駆動軸２０によって間接的に駆動される。
【００３９】
隣接するロータ要素１１０、２１０の相対的配向は、真空ポンプの「タイミング」を確立する。第１駆動構成部分１００と第１ロータ構成部分２００との間に、互に噛合う駆動タブ１３０及び駆動スロット２３５を設けることにより、ロータ要素１１０とロータ要素２１０との間の所定の回転方向の配向（位置合せ）が達成される。
【００４０】
図９は、真空ポンプの部分的な垂直長手方向断面図である。各ロータ要素１１０、２１０、３１０、４１０、５１０が、ステータ薄板６１０、６２０、６３０、８４０、６５０及び端板６６０によって構成されたポンプ室６１５、６２５、６３５、６４５、６５５内に配置されている。
【００４１】
漏れを最小にする小さい隙間６０５を有し且つロータ要素とステータ薄板との間の衝突を避ける真空ポンプを達成するために、ステータ内のそれぞれのポンプ室内での各ロータ要素の直交性すなわち「直角度」が維持されなければならない。効率的な真空ポンプ性能を達成するために、最小の漏れが要求される。駆動軸２０に対する、従ってポンプ室６１５に対するロータ要素１１０の直交性は、駆動軸２０及び駆動構成部分１００が単一構成部分として形成されるときの機械加工工程により容易に達成される。しかしながら、それぞれのポンプ室、従って駆動軸２０に対するロータ構成部分２００の直交性を維持することも望まれる。好ましい実施形態では、この直交性は、駆動構成部分１００のスリーブ１２０の半径方向外方の面１６０によって達成され、この半径方向外方の面１６０は、それと隣接した第１ロータ構成部分２００と接合する界面を構成する。半径方向外方の面１６０は、ロータ要素１１０の平面に対して実質的に平行になるように、従って駆動軸２０に対して直交することを確保する精度で機械加工される。組立て時、半径方向外方の面１６０は、図３内の参照番号２６５で示す領域で第１ロータ構成部分２００の上流側の面２５０に当接する。上流側の面２５０は、好ましくは、ステータ薄板６２０と小さい隙間６０５を維持する精度で仕上げられ、ステータ薄板６２０は、ステータ薄板６３０と一緒にポンプ室６１５を構成する。従って、組立て時の半径方向外方の面１６０と上流側の面２５０との間の当接により、第１ロータ構成部分２００と駆動軸２０との間に達成すべき直交性が得られる。
【００４２】
第２ロータ構成部分３００は、上述した第１ロータ構成部分２００と非常に良く似た方法で駆動軸２０の上に取付けられる。駆動スロット３３５及び位置決めスロット３４５をそれぞれ、第１ロータ構成部分２００に形成された駆動タブ２３０及び位置決めタブ２４０に整列させる。次に、第２ロータ構成部分３００を軸線方向に移動させ、駆動タブ２３０及び位置決めタブ２４０と駆動スロット３３５及び位置決めスロット３４５とをしっかりと係合させる。作動時、トルクを、第１駆動構成部分１００及び第１ロータ構成部分２００を介して及びタブ及びスロットのそれぞれの組の間の係合により構成される駆動手段を介して、駆動軸２０から第２ロータ構成部分３００に伝達させる。
【００４３】
選択的には、好ましい実施形態におけるように、位置決めタブ２４０及び位置決めスロット３４５の周方向の位置決めはそれぞれ、組立て時に第２ロータ構成部分３００だけが第１ロータ構成部分２００に連結されるように、駆動タブ２３０及び駆動スロット３３５から独自の間隔をおいている。例えば、第３ロータ構成部分４００を第１ロータ構成部分２００に隣接して誤って取付けると、スロット４３５、４４５とタブ２３０、２４０とが整列せず、組立てを完成させることができない。その結果、好ましい実施形態では、ロータ組立体１０は、要求されるタイミングを、その後の調節を行う必要なしに達成できるだけでなく、ロータ組立体１０のロータ構成部分２００、３００、４００が誤った順序で組立てられない。
【００４４】
いったん組立てたら、第１ロータ構成部分２００のスリーブ要素２２０の遠位端に位置する軸線方向界面２６０が、第２ロータ構成部分３００の上流側の面３５０の領域３６５に当接して、第１ロータ構成部分２００と第２ロータ構成部分３００との間の直交性、従って、駆動軸２０とポンプ室との間の直交性を達成しかつ維持する。
【００４５】
第３ロータ構成部分４００は、上述の第１及び第２ロータ構成部分の取付けと非常に良く似た方法で駆動軸２０の上に取付けられる。
【００４６】
引き続いて、第２駆動構成部分５００を、好ましくは、駆動軸２０に形成された凹部２５（図２に示す）内に位置決めされるピンを介して、締り嵌めを用いて、駆動軸２０に連結させる。それに対応して、組立て時にピンと係合するための凹部５２５が、第２駆動構成部分５００の上流側の面５５０に設けられている。換言すると、第２駆動構成部分５００は、駆動軸２０により直接的に駆動され、トルクが第２駆動構成部分５００に効率的に伝達される。
【００４７】
好ましい実施形態では、位置決めタブ及び位置決めスロットが、駆動タブ及び駆動スロットと別の構成として設けられ、タブ及びスロットの協働する各組の駆動機能及び位置決め機能が組合せられるのがよい。例えば、協働する１つの組の駆動タブ３３０及び駆動スロット４３５は、弧の長さにおいて、協働する他の組１３０、２３５；２３０、３３５の各々の駆動タブ及び駆動スロットと異なるように構成される。換言すると、第１駆動構成部分１００の駆動タブ１３０は、第１ロータ構成部分２００の駆動スロット２３５とのみ一致し、第１ロータ構成部分２００の駆動タブ２３０は、第２ロータ構成部分３００の駆動スロット３３６とのみと一致する等である。そのようにすると、従来のロータ組立体の構造と比較して、ロータ組立体１０の全体的構造を簡単化できる。また、上述したように、隣接して噛合う対をなす構成部分１００、２００；２００、３００；３００、４００の互いに対する角度方向の配向（位置合せ）又はタイミングが予め定められる。予め定められた角度方向の配向は、対象とする協働する駆動タブ及び駆動スロットの組の独自の角度方向位置によって行われる。
【００４８】
図１０ａに示すように、駆動タブ及び位置決めタブは、好ましくは、各スリーブ要素１２０、２２０、３２０の軸線方向遠位側の端面１７０、２７０、３７０に設けられ、駆動スロット及び位置決めスロットは、隣接するロータ構成部分２００、３００、４００のロータ要素２１０、３１０、４１０の上流側の面２５０、３５０、４５０の最も半径方向内方の領域２７５、３７５、４７５に設けられる。しかしながら、図１０ｂに示す変形実施形態では、スロットが、各スリーブ要素１２０′、２２０′、３２０′に設けられ、タブが、隣接するロータ構成部分又は駆動構成部分２００′、３００′、４００′の各ロータ要素２１０′、３１０′、４１０′の上流側の面２５０′、３５０′、４５０′に設けられてもよい。更に別の実施形態では、図１０ｃに示すように、それぞれのロータ構成部分２００″、３００″、４００″の各スリーブ要素２２０″、３２０″、４２０″は、ロータ要素２１０″、３１０′、４１０″の両側に延びていてもよい。スロット及びタブの組合せが、任意の軸線方向遠位側の端面１７０、２７０、３７０又は上流側の面２５０、３５０、４５０に設けられてもよいことに注目すべきである。例えば、駆動タブ及び位置決めスロットが同じ面に設けられてもよい。
【００４９】
各駆動構成部分１００、５００は、駆動軸２０から駆動構成部分１００、５００へのトルクの効率的な伝達のために、駆動軸２０に何らかの方法で固定される。好ましい実施形態では、第１駆動構成部分１００は、駆動軸２０と一体に形成される。変形例として、第２駆動構成部分５００と同様、第１駆動構成部分１００は、駆動軸２０と別に製造され、製造後に駆動軸２０に連結されてもよい。第１駆動構成部分１００及び第２駆動構成部分５００の連結方法は、締り嵌め（interference fit）にしてもよいし、焼き嵌め（shrink fitting）にしてもよいし、又は、駆動構成部分１００、５００及び駆動軸２０の各々にキー溝又はスロットを形成し、駆動軸に駆動構成部分を取付け、それぞれのキー溝を単一キャビティを形成するように整列させ、引き続いて、このキャビティ内にキーを挿入し、第１駆動構成部分１００、第２駆動構成部分５００及び駆動軸２０を互いに固定し、回転方向の整列を達成し且つ維持してもよい。
【００５０】
好ましい実施形態では、各ロータ構成部分２００、３００、４００は、第１駆動構成部分１００を介して駆動軸２０によって間接的に駆動される。変形実施形態では、第２駆動構成部分５００は、スリーブ要素４２０の遠位端４７０に形成された駆動タブを受入れるために、上流側の面５５０の最も半径方向内方の部分に形成された駆動スロットを有していてもよい。かくして、第２駆動構成部分５００は、トルクを駆動軸２０からロータ構成部分２００、３００、４００に伝達する第２経路を有する。
【００５１】
好ましい実施形態では、第１駆動構成部分１００がロータ構成部分２００、３００、４００の上流側に配置され、第２駆動構成部分５００がロータ構成部分２００、３００、４００の下流側に配置されている。しかしながら、ロータ構成部分の上流側又は下流側に配置される単一の駆動構成部分のみが設けられてもよい。変形例として、駆動構成部分が、駆動軸２０に沿う途中に位置決めされ、幾つかのロータ構成部分が駆動構成部分の上流側に配置され且つ他のロータ構成部分が駆動構成部分の下流側に位置決めされてもよい。
【００５２】
各駆動構成部分１００、５００は、好ましい実施形態で説明したようなルーツ型ロータ要素ではなく、クロー型ロータ要素であってもよい。第１駆動構成部分１００は、ロータ要素を有している必要はなく、従って、１つ以上のロータ構成部分２００、３００、４００を回転させるようにそれらと駆動的に係合するカラーとして構成されてもよい。
【００５３】
タブとスロットとの間の嵌合いの製造公差及びばらつきにより、公称位置からの角度方向の最小変位が生じる。加えて、時間の経過につれて、摩耗により、タブとスロットとの間の嵌合いの密接度が更に低下して、公称位置からの更なる角度方向の変位が生じる可能性がある。ロータ構成部分が駆動構成部分に直接隣接して配置される場合、ロータ構成部分は、協働するタブ及びスロットの単一の組のみの影響を受ける。しかしながら、ロータ構成部分が駆動構成部分からもっと離れている場合（例えば、駆動構成部分とロータ構成部分との間に２つ又は３つのロータ構成部分が存在する場合）、協働するタブ及びスロットの幾つかの組が、駆動構成部分とロータ構成部分との間に配置される。協働するタブ及びスロットの組の各々は摩耗し、駆動構成部分からの距離が増大するにつれて、各組と関連した最小の角度方向の変位が累積効果を有し、対象とするロータ構成部分の角度方向の位置に大きい影響を与える。
【００５４】
異なる形式のロータ要素は、異なるレベルの角度方向の遊びに順応することができる。互いに噛合うルーツ型ロータ要素は、典型的には、ロータ要素同士の衝突を回避しながらロータ要素間の漏れ経路を最小に保つために、正確な角度方向の位置合せが必要とされる。一方、互いに噛合うNorthey型、即ち、クロー型ロータ要素は、典型的には、或る程度の角度方向の位置ずれに対してより寛容である。従って、ルーツ型ロータ要素をロータ組立体１０に組込む必要がある場合には、ルーツ型ロータ要素を駆動構成部分のところ又はこれに隣接して位置決めするか、おそらくは単一のロータ構成部分だけにすることによって駆動構成部分から除去されることが望ましい。しかしながら、クロー型ロータ要素は、駆動構成部分のところ又はこれに隣接して位置決めされてもよいし、必要ならば、駆動構成部分からより離れたところに位置決めされてもよい。
【００５５】
好ましい実施形態では、２つの駆動構成部分１００、５００の各々が多葉ルーツ型（multi-lobed Roots）ロータ要素１１０、５１０を有し、かつ３つのロータ構成部分２００、３００、４００の各々は、クロー型ロータ要素、即ち、Northey型ロータ要素２１０、３１０、４１０を有している。しかしながら、ロータ構成部分の数及びロータ要素の形態の選択は自由であり、任意の特定の適用例に要求されるポンプ容量に順応できる。
【００５６】
好ましい実施形態では、軸線方向界面は、各スリーブ要素の遠位端においてタブの外側にある半径方向外方の面１６０、２６０、３６０、４６０によって形成される。軸線方向界面は、タブの機械加工における軸線方向精度を緩和することを可能にし、従って、それと関連した機械加工工程のコストを減少させるように構成される。換言すると、不連続部が存在しない別の面１６０、２６０、３６０、４６０を設けることによって、半径方向内方の面１７０、２７０、３７０、４７０を構成部分間の直交性を達成できるのと同精度に機械加工するよりも、例えば研摩技術を用いて、面１６０、２６０、３６０、４６０を高精度に機械加工することが容易になる。タブ及びスロットの機械加工工程において軸線方向精度が緩和されるならば、スロットをタブの軸線方向長さよりも深く形成でき、その結果、タブの遠位端とスロットのベースとの間の干渉が生じなくなる。任意のかかる干渉は、スロット及びタブが形成された２つの隣接した構成部分間にピボット運動の傾向を潜在的に引起こす。スロットの軸線方向深さを大きくすることにより、ピボット運動の傾向が回避される。
【００５７】
好ましい実施形態では、軸線方向界面１６０、２６０、３６０、４６０は、組立てられたときに駆動軸２０を全体的に包囲するように連続的に形成される。しかしながら、軸線方向界面１６０、２６０、３６０、４６０の各々が駆動軸２０の一部の回りで周方向に延びていれば、隣接する駆動構成部分及びロータ構成部分１００、２００、３００、４００、５００の直交性が依然として達成される。
【００５８】
変形実施形態では、タブの遠位側の面、スリーブ要素の半径方向内方の面１７０、２７０、３７０、４７０、及び上流側の面２５０、３５０、４５０、５５０の最も半径方向内方の領域２７５、３７５、４７５、５７５を正確に機械加工することによって、隣接した構成部分間の直交性を確保する機能性が得られる。しかしながら、この形態により、関連した機械加工の複雑さを増大させ、その結果、費用を増大させる。
【００５９】
各ロータ構成部分２００、３００、４００は、軸線方向に延びる貫通ボア２８０、３８０、４８０を備えた単一の鋳造材料から機械加工されるのがよい。ロータ要素２１０、３１０、４１０及びスリーブ要素２２０、３２０、４２０の軸線方向の組合せ深さは、従来のロータの場合のように単独でみたときのロータ要素２１０、３１０、４１０の深さの２倍であるのが有効である。この増大した軸線方向深さにより、従来のロータ要素に使用されている平床フライス加工技術を用いるよりも、機械加工の目的で安定した仕方で、製造中、ロータ構成部分２００、３００、４００をマンドレルに取付けることを可能にする。このようにロータ構成部分２００、３００、４００を支持することにより、構成部分と機械との間の改善した係合を達成でき、従って、機械加工された面の同心性及び直交性を改善できる。その結果、殆どの機械加工工程が単一の機械で行われる。従って、単一の機械により行われる全ての機械加工工程に単一のデータム（基準面）を使用することができ、且つ、構成部分を異なる機械にセットするときに一般的に導入される誤差を無くす。従って、ロータ構成部分２００、３００、４００の各々の寸法精度を高めることができる。
【００６０】
１つの構成部分の任意の１つの面の機械加工時に達成される機械加工公差は、事実上、定められた値となる。公差の値は、対象とする機械加工具及び遂行される切削速度に依存する。機械加工された２つの構成部分すなわちロータ及びスペーサを単一のロータ構成部分２００、３００、４００に置換することにより、従って、４つの軸線方向面を２つのみの軸線方向面に置換することにより、この機械加工工程により生じる任意の軸線方向累積公差を１／２にすることができる。軸線方向公差が改善されるので、組立て工程中にロータ組立体１０のロータ構成部分２００、３００、４００を「セッティング」又は「回転」する形態の軸線方向操作の必要性を減少させ、そうでなければ無くす。
【００６１】
好ましい実施形態の組立体の前記説明は、全体としてロータ組立体１０に焦点を合わせたものである。実際に、真空ポンプ６００のステータは、ロータ組立体１０と同時に組立てられる。図９に示すように、ステータ薄板６１０、６２０、６３０、６４０、６５０が、駆動構成部分１００、５００又はロータ構成部分２００、３００、４００の間で駆動軸２０の上に配置される。図９は、各ロータ要素１１０、２１０、３１０、４１０、５１０の軸線方向面と、隣接したステータ薄板６１０、６２０、６３０、６４０、６５０及び端板６６０との間の軸線方向隙間６０５が入念に制御される必要があることを示している。
【００６２】
従来の真空ポンプでは、各段（stage）の組立てを行う毎に上記隙間を設定する必要があったため、組立て工程が非常に遅い。１つの段は、ステータ薄板及び互いに噛合う１対のロータ要素を有する。組立て工程をスピードアップする１つの試みにおいて、隙間のこの形式的なセッティングを行うことなしに、構成部分を簡単に駆動軸の上に組立てれば、公差の累積により、大きな軸線方向の位置ずれが生じ、ロータ要素とステータ薄板との間の衝突が引起こされる。ポンプのうちの大きな割合（約２０％）は、軸線方向に隣接する構成部分間に生じる干渉のため、始動時に回転すらしない。更に多数のポンプは、ポンプが始動し、作動中に昇温して熱膨張が生じると、軸線方向に隣接する構成部分の衝突を引起こす。他の例では、構成部分のかかる衝突を回避するために、構成部分が大きい隙間を有するように製造されるが、これらの隙間によって、漏れ経路が形成され、従って、ポンプのポンプ容量の性能に悪い効果をもたらす。
【００６３】
好ましい実施形態の形態は、段毎に隙間の形式的なセッティングを行なう必要なしに、より迅速な組立て工程を達成することを可能にする。軸線方向公差の上記緩和により、連続する各段を駆動軸２０上に組立て、ロータ組立体１０の位置をステータに対して軸線方向に単一ユニットとしてセッティングすることを可能にする。従って、組立て工程の複雑さが軽減されるので、組立て速度が著しく速くなる。
【００６４】
真空ポンプの分解中、第２駆動構成部分５００は、それを駆動軸２０から取外すのに大きい力を加える必要がある。滑り嵌めを用いてロータ構成部分２００、３００、４００の各々を駆動軸２０上に取付けることによって、ロータ構成部分２００、３００、４００を駆動軸２０から容易に取外すことができる。結果として、サービス及びメインテナンスを目的とするポンプの分解が大幅に簡単化され、このため、より安価で迅速になる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ロータ組立体の斜視図である。
【図２】図１のロータ組立体の駆動軸及び第１駆動構成部分を示す図である。
【図３】図１の第１ロータ構成部分の横断面図である。
【図４】図１の各ロータ構成部分の上流側の面を示す図である。
【図５】図１及び図４の各ロータ構成部分の下流側の面を示す図である。
【図６】図１の第２ロータ構成部分の上流側の面を示す斜視図である。
【図７】図６に示すロータ構成部分の下流側の面を示す斜視図である。
【図８】図１のロータ組立体の第２駆動構成部分の上流側の面及び下流側の面を示す図である。
【図９】真空ポンプの概略的且つ部分的な長手方向断面図である。
【図１０】ロータ構成部分の第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態を示す概略的且つ部分的な横断面図である。
【国際調査報告】
2009528478.tif 000002
2009528478.tif 000003