(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳鉄で構成されたポンプハウジングと、
外周面と内周面とを有し、ステンレス鋼で構成され、前記ポンプハウジングを貫通し、前記ポンプハウジングに密接する前記外周面が前記内周面よりも優先的に鋭敏化層で構成され、前記鋭敏化層と前記ポンプハウジングとの固溶が進行し、液状媒体を流通させる冷却管と
を具備し、
前記冷却管の厚みは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、
前記ポンプハウジングの容積を前記冷却管の厚みに前記冷却管が前記ポンプハウジングに接する面積を乗算した値で除算した値は、３０以上３００以下である
真空ポンプ。
【請求項２】
鋳鉄で構成されたポンプハウジングと、
外周面と内周面とを有し、ステンレス鋼で構成され、前記ポンプハウジングを貫通し、前記ポンプハウジングに密接する前記外周面が前記内周面よりも優先的に前記ステンレス鋼及び前記鋳鉄のそれぞれの合金組成が変動した層によって構成され、前記層が少なくとも０．３ｍｍの厚みを有し、前記層と前記ポンプハウジングとの固溶が進行し、液状媒体を流通させる冷却管と
を具備し、
前記冷却管の厚みは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、
前記ポンプハウジングの容積を前記冷却管の厚みに前記冷却管が前記ポンプハウジングに接する面積を乗算した値で除算した値は、３０以上３００以下である
真空ポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の真空ポンプであって、
前記ポンプハウジング内に収容され、螺旋状の第１歯を有する第１スクリューロータと、前記第１歯と噛み合う螺旋状の第２歯を有する第２スクリューロータとをさらに具備する
真空ポンプ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の真空ポンプであって、
前記冷却管は、第１冷却管部と、前記第１冷却管部に並列する第２冷却管部とを有し、
前記第１スクリューロータ及び前記第２スクリューロータは、前記第１冷却管部と前記第２冷却管部とによって挟まれている
真空ポンプ。
【請求項５】
請求項４に記載の真空ポンプであって、
前記冷却管は、前記第１冷却管部と前記第２冷却管部とを連結し前記ポンプハウジング外に設けられた接続管部をさらに有し、
前記第１冷却管部、前記接続管部及び前記第２冷却管部は、この順に直列状に連結され、一体となって構成されている
真空ポンプ。
【請求項６】
請求項４または５に記載の真空ポンプであって、
前記第１冷却管部及び前記第２冷却管部のそれぞれの前記外周面に少なくとも１つの切り欠きが設けられている
真空ポンプ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の真空ポンプであって、
前記鋭敏化層の厚みは、０．３ｍｍである
真空ポンプ。
【請求項８】
外周面と内周面とを有し、ステンレス鋼で構成され、液状媒体を流通させる冷却管を型に仕込み、
前記型に溶融した鋳鉄を流し込み、
前記溶融した鋳鉄に前記冷却管を接触させながら、前記溶融した鋳鉄を固化することによって、鋳鉄で構成され、前記冷却管が貫通した一体のポンプハウジングを製造するに当たり、
前記冷却管の厚みを１ｍｍ以上５ｍｍ以下とし、前記ポンプハウジングの容積を前記冷却管の厚みに前記冷却管が前記ポンプハウジングに接する面積を乗算した値で除算した値を３０以上３００以下に設定して、前記冷却管の外周面に前記内周面よりも優先的に前記ポンプハウジングとの固溶を進行させた鋭敏化層を形成する
真空ポンプの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の真空ポンプの製造方法であって、
５００℃以上８５０℃以下で前記鋭敏化層を形成する
真空ポンプの製造方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の真空ポンプの製造方法であって、
前記冷却管は、第１冷却管部及び第２冷却管部と、前記第１冷却管部と前記第２冷却管部とを連結し前記ポンプハウジング外に設けられた接続管部とを有し、
前記第１冷却管部、前記接続管部及び前記第２冷却管部が、この順に直列状に連結され、一体となって構成されている前記冷却管を用いる
真空ポンプの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の真空ポンプの製造方法であって、
前記第１冷却管部及び前記第２冷却管部のそれぞれの前記外周面に少なくとも１つの切り欠きを設ける
真空ポンプの製造方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１つに記載の真空ポンプの製造方法であって、
厚みが０．３ｍｍである前記鋭敏化層を形成する
真空ポンプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
容積移送型のドライ真空ポンプとして、例えば、２軸型のスクリューポンプが知られている。この種のスクリューポンプは、一対のスクリューロータと、一対のスクリューロータを収容するハウジングと、一対のスクリューロータを回転させる駆動機構とを備える。これら一対のスクリューロータが回転することで、ハウジングの吸気口から排気口へ気体が移送されて、真空容器内のガスが排気される（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
ハウジングは、一対のスクリューロータが長時間に渡り作動すると高温に加熱される場合がある。このため、ハウジングは、一般的には空冷式または水冷式により冷却される。そして、真空ポンプのコンパクト化が望まれる状況のなか、その一部であるハウジングにおいては、簡便且つ高効率の冷却構造になるかが重要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８５７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の冷却構造については、簡便な冷却構造を要することから循環型の冷却構造が要求される。また、冷媒体として、一般的にはオイルやクーラント液に比べて冷却効率が高く、取り扱いが容易な水が用いられる。また、冷媒体が水であれば、水に対して耐性の高いステンレス製の冷却管と適合する。但し、ステンレス製の冷却管を用いた場合には、ステンレス製の冷却管をいかにしてハウジングと均一に密接させ、且つ、ステンレス製の冷却管の内周面まで鋭敏化させないことが重要になる。【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、簡便で、冷却効率が良く、製作性が良い冷却構造を有するハウジングを具備した真空ポンプ及び真空ポンプの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、ポンプハウジングと、冷却管とを具備する。上記ポンプハウジングは、鋳鉄で構成される。上記冷却管は、外周面と内周面とを有し、ステンレス鋼で構成される。上記冷却管は、上記ポンプハウジングを貫通し、上記ポンプハウジングに密接する上記外周面が鋭敏化層で構成される。
この真空ポンプは、鋳鉄で構成されたポンプハウジングがステンレス鋼で構成された冷却管の周りに鋳造されて形成されたものである。これにより、ポンプハウジングを貫通する冷却管を備えた真空ポンプが簡便に形成される。さらに、冷却管の外周面には鋭敏化層が設けられ、鋭敏化層がポンプハウジングに密接し、ポンプハウジングが効率よく冷却される。【０００８】
上記の真空ポンプにおいては、上記ポンプハウジング内に収容され、螺旋状の第１歯部を有する第１スクリューロータと、上記第１歯部と噛み合う螺旋状の第２歯を有する第２スクリューロータとをさらに具備してもよい。
このような真空ポンプであれば、一対のスクリューロータを長時間に渡り作動させても、ポンプハウジングは、ポンプハウジングに設けられた冷却管によって効率よく冷却される。【０００９】
上記の真空ポンプにおいては、上記冷却管は、第１冷却管部と、上記第１冷却管部に並列する第２冷却管部とを有する。上記第１スクリューロータ及び上記第２スクリューロータは、上記第１冷却管部と上記第２冷却管部とによって挟まれている。
このような真空ポンプであれば、ポンプハウジングに、一対のスクリューロータを挟むように第１冷却管部と第２冷却管部とが設けられる。これにより、ポンプハウジングが均等に冷却される。【００１０】
上記の真空ポンプにおいては、上記冷却管は、上記第１冷却管部と上記第２冷却管部とを連結し上記ポンプハウジング外に設けられた接続管部をさらに有する。上記第１冷却管部、上記接続管部及び上記第２冷却管部は、この順に直列状に連結され、一体となって構成されている。
このような真空ポンプであれば、冷却管が第１冷却管部、接続管部及び第２冷却管部によって直列状に連結され、一体となって構成されているために、冷却管が簡便な構成になる。【００１１】
上記の真空ポンプにおいては、上記冷却管の厚みは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。
このような真空ポンプであれば、冷却管の厚みが１ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されているので、ステンレス鋼で構成された冷却管が鋳造の際に内周面まで溶融せずに、かつ外周面が適度に溶融し、冷却管の外周面がポンプハウジングに密接する。【００１２】
上記の真空ポンプにおいては、上記鋭敏化層の厚みは、０．３ｍｍであってもよい。
このような真空ポンプであれば、ポンプハウジングが鋳造される際に、冷却管と、溶解した鋳鉄とが接触することにより、冷却管の表面が加熱されても、冷却管の外周面は鋭敏化され、内周面は鋭敏化されない。これにより、冷却管の外周面に鋭敏化層が形成される。【００１３】
上記の真空ポンプにおいては、上記ポンプハウジングの容積を上記冷却管の厚みに上記冷却管が上記ポンプハウジングに接する面積を乗算した値で除算した値は、３０以上３００以下であってもよい。
このような真空ポンプであれば、上記除算値が３０以上３００以下に設定されているので、ステンレス鋼で構成された冷却管が鋳造の際に内周面まで溶融せず、冷却管の外周面がポンプハウジングに密接する。
【発明の効果】
【００１４】
以上述べたように、本発明によれば、簡便で、冷却効率が良く、製作性が良い冷却構造を有するハウジングを具備した真空ポンプ及び真空ポンプの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る真空ポンプの要部を示す模式的斜視図である。
【図２】本実施形態に係る真空ポンプの内部要部を示す模式的断面図である。
【図３】冷却管の外周面近傍における電子線マイクロアナライザ結果である。
【図４】本実施形態の冷却管の変形例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る真空ポンプの要部を示す模式的斜視図である。
【００１８】
図１には、真空ポンプ１のシリンダ部であるポンプハウジング１０が示されている。また、ポンプハウジング１０には、冷却管２０Ａの一部が埋め込まれている。ポンプハウジング１０は、一例として２軸型のスクリューポンプに適用される。本実施形態に係る真空ポンプは、２軸型のスクリューポンプに限らず、ルーツ型ドライポンプ、ロータリーポンプ等であってもよい。
【００１９】
ポンプハウジング１０には、その内部にポンプ室１０ｐが設けられている。ポンプ室１０ｐは、Ｘ軸方向に延在する。ポンプ室１０ｐには、一対のスクリューロータ３１、３２を配置することができる。図１では、ポンプハウジング１０の構成を説明するため、一対のスクリューロータ３１、３２が２点破線で示されている。一対のスクリューロータ３１、３２は、ポンプ室１０ｐ内でＹ軸方向に並ぶ。
【００２０】
ポンプハウジング１０は、第１ハウジング部１１と、第２ハウジング部１２と、第３ハウジング部１３とを有する。第１ハウジング部１１は、第２ハウジング部１２と第３ハウジング部との間に設けられる。第１ハウジング部１１と、第２ハウジング部１２と、第３ハウジング部は、鋳込みによって一体に構成される。
【００２１】
第１ハウジング部１１及び第２ハウジング部１２は、例えば、一対のスクリューロータ３１、３２の歯部を収容する容器として機能する。さらに、第２ハウジング部１２は、例えば、一対のスクリューロータ３１、３２を貫通させ、一対のスクリューロータ３１、３２を駆動させる駆動機構側に接続されるフランジとして機能する。また、第３ハウジング部１３は、第２ハウジング部１２の反対側からポンプ室１０ｐを塞ぐ。
【００２２】
ポンプハウジング１０の材料は、例えば、ＦＣ２５０等の鋳鉄である。このようなポンプハウジング１０が鋳鉄で構成された真空ポンプ１は、融点が高く、真空ポンプ１が高温になっても、金属組織が変化しにくい。また、鋳鉄の線膨張係数は、低く、真空ポンプ１を高温で運転しても、熱膨張による寸法変化の影響が少ない。また、鋳鉄の硬度は高く、異物を吸入した際にも粉砕しやすい。また、鋳鉄は、アンモニアなどの腐食性ガスに対する耐性が高い。
【００２３】
冷却管２０Ａの一部は、第２ハウジング部１２を貫通する。すなわち、冷却管２０Ａの一部は、第２ハウジング部１２に内設されている。冷却管２０Ａは、第１冷却管部２１と、第２冷却管部２２と、接続管部２３とを有する。第１冷却管部２１及び第２冷却管部２２のそれぞれは、Ｙ軸方向に直線状に伸び、Ｚ軸方向に並列する。接続管部２３は、第１冷却管部２１と第２冷却管部２２とを連結している。
【００２４】
第１冷却管部２１、接続管部２３及び第２冷却管部２２は、この順に直列状に連結されている。第１冷却管部２１の端部２１ｔ及び第２冷却管部２２の端部２２ｔのそれぞれは、第２ハウジング部１２から突出する。接続管部２３は、第２ハウジング部１２外に設けられ、接続管部２３の一方の端部が第１冷却管部２１の他方の端部に接続され、接続管部２３の他方の端部が第２冷却管部２２の他方の端部に接続されている。
【００２５】
冷却管２０ＡをＸ軸方向から見た場合、その外形は、Ｕ字型となっている。ここで、第１スクリューロータ３１及び第２スクリューロータ３２は、Ｚ軸方向において第１冷却管部２１と第２冷却管部２２とによって挟まれている。接続管部２３は、Ｙ軸方向において、第１スクリューロータ３１及び第２スクリューロータ３２に並んでいる。
【００２６】
第１冷却管部２１、接続管部２３及び第２冷却管部２２は、同じ材料で構成された一体物である。例えば、冷却管２０Ａは、一本の長い金属製パイプをパイプ曲げ機またはパイプベンダー等の手動器具によって曲げられて形成される。冷却管２０Ａは、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼で構成される。
【００２７】
例えば、冷却管２０Ａの一部は、ポンプハウジング１０を形成する型に予め仕込まれ、この型に溶融した鋳鉄が流し込まれる。これにより、冷却管２０Ａの外周面に溶融した鋳鉄が接触して、冷却管２０Ａが第２ハウジング部１２に内設されたポンプハウジング１０が形成される。
【００２８】
冷却管２０Ａは、外周面２０１と内周面２０２とを有する（図１（ｂ））。冷却管２０Ａの外周面２０１は、第２ハウジング部１２に接し、内周面２０２は、冷却管２０Ａ内を流れる媒体に接する。媒体は、例えば、水、オイル、クーラント液等である。ポンプハウジング１０を形成する型に溶融した鋳鉄が流し込まれるとき、冷却管２０Ａの外周面２０１が溶融した鋳鉄に接触し、冷却管２０Ａの外周面２０１が溶融した鋳鉄から熱を受ける。
【００２９】
これにより、冷却管２０Ａの外周面２０１が加熱され（５００℃以上８５０℃以下）、冷却管２０Ａの外周面２０１が鋭敏化される。ここで、鋭敏化とは、例えば、ステンレス鋼に含まれるクロムと炭素とが結合し、クロム炭化物がステンレス鋼の結晶粒界に沿って析出する現象である。この結果、ポンプハウジング１０の鋳込みが終了した後には、冷却管２０Ａの外周面２０１は、鋭敏化層２０ｓで構成され、冷却管２０Ａの外周面２０１がポンプハウジング１０に密接する。
【００３０】
換言すれば、ポンプハウジング１０が溶融した鋳鉄によって鋳込まれるとき、溶融した鋳鉄と冷却管２０Ａの外周面２０１とが密接し、冷却管２０Ａの外周面２０１が溶融した鋳鉄により加熱されるからこそ、冷却管２０Ａの外周面２０１が鋭敏化される。また、冷却管２０Ａの外周面２０１が溶融した鋳鉄によって鋭敏化される程度に加熱されるということは、冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との間で、ある程度の固溶が起こる。こにより、冷却管２０Ａの外周面２０１がポンプハウジング１０に密に接する。
【００３１】
図２は、本実施形態に係る真空ポンプの内部要部を示す模式的断面図である。
図２には、図１のＡ１−Ａ２線に沿った位置でのＸ−Ｙ平面における断面が示されている。また、図２には、図１で図示されなかった駆動機構４０、中間ハウジング５０等が示されている。
【００３２】
スクリューロータ３１、３２のそれぞれは、Ｘ軸方向に平行な軸心を有する。スクリューロータ３１、３２のそれぞれは、Ｙ軸方向に相互に隣接して第１ハウジング部１１内に配置される。第１スクリューロータ３１は、螺旋状の第１歯３１ｓを有し、第２スクリューロータ３２は、第１歯３１ｓと噛み合う螺旋状の第２歯３２ｓを有する。第１歯３１ｓ及び第２歯３２ｓのそれぞれのターン数は、図示される数に限らない。
【００３３】
第１歯３１ｓ及び第２歯３２ｓのそれぞれは、捩れ方向が互いに逆方向であるほかは、略同一の形状を有する。第１歯３１ｓは、第１スクリューロータ３１の軸部３１０の周囲に同一の径で巻回される。第２歯３２ｓは、第２スクリューロータ３２の軸部３２０の周囲に同一の径で巻回される。
【００３４】
第１歯３１ｓ及び第２歯３２ｓは、相互に噛み合っている。例えば、第１歯３１ｓは、第２歯３２ｓの歯と歯との間の溝に位置する。この溝と第１歯３１ｓとの間には、隙間が設けられている。同様に、第２歯３２ｓは、第１歯３１ｓの歯と歯との間の溝に位置する。この溝と第２歯３２ｓとの間には、隙間が設けられている。
【００３５】
第１歯３１ｓの外周面は、ポンプハウジング１０の内壁面と、第２スクリューロータ３２の軸部３２０の外周面とに僅かな隙間をあけて対向する。第２歯３２ｓの外周面は、ポンプハウジング１０の内壁面と、第１スクリューロータ３１の軸部３１０の外周面とに僅かな隙間をあけて対向する。
【００３６】
ポンプハウジング１０においては、第１ハウジング部１１は、円筒状の容器であり、第２ハウジング部１２及び第３ハウジング部１３のそれぞれは、第１ハウジング部１１の両側に接続されたフランジである。但し、第２ハウジング部１２には、ポンプ室１０ｐが貫通している。
【００３７】
第３ハウジング部１３には、第１スクリューロータ３１の軸端部３１１及び第２スクリューロータ３２の軸端部３２１のそれぞれが挿通する。また、軸端部３１１と第３ハウジング部１３との間には、ベアリング１４ａが設けられ、軸端部３２１と第３ハウジング部１３との間には、ベアリング１４ｂが設けられている。ベアリング１４ａを介して、軸端部３１１が第３ハウジング部１３に回転可能に支持され、ベアリング１４ｂを介して、軸端部３２１が第３ハウジング部１３に回転可能に支持されている。
【００３８】
第３ハウジング部１３には、ベアリング１４ａ、１４ｂを覆うカバー１５がＯ−リングなどのシール部材などを介してボルト締めによって気密に固定されている。これにより、ポンプ室１０ｐの気密性が確保される。
【００３９】
第２ハウジング部１２には、冷却管２０Ａが内設されている。さらに、第２ハウジング部１２には、第１スクリューロータ３１及び第２スクリューロータ３２が挿通する。
【００４０】
中間ハウジング５０は、ポンプハウジング１０と駆動機構４０との間に設けられる。中間ハウジング５０は、第２ハウジング部１２に、例えば、ボルト締めによりＯ−リングなどのシール部材などを介してボルト締めによって気密に固定される。これにより、ポンプ室１０ｐの気密性が確保される。
【００４１】
中間ハウジング５０には、第１スクリューロータ３１の軸端部３１２及び第２スクリューロータ３２の軸端部３２２が挿通する。軸端部３１２と中間ハウジング５０との間には、ベアリング１５ａが設けられ、軸端部３２２と中間ハウジング５０との間には、ベアリング１５ｂが設けられている。ベアリング１５ａを介して、軸端部３１２が中間ハウジング５０に回転可能に支持され、ベアリング１５ｂを介して、軸端部３２２が中間ハウジング５０に回転可能に支持されている。
【００４２】
駆動機構４０は、モータケース４１と、モータ４２と、第１タイミングギア４３ａと、第２タイミングギア４３ｂとを有する。モータ４２、第１タイミングギア４３ａ、及び第２タイミングギア４３ｂは、モータケース４１内に収容されている。モータケース４１は、は、中間ハウジング５０に例えば、Ｏ−リングなどのシール部材などを介してボルト締めによって気密に固定されている。
【００４３】
モータ４２は、例えば、ＤＣモータ等で構成される。モータ４２の駆動軸４２０は、第１スクリューロータ３１の軸端部３１２に連結されている。モータ４２は、第１スクリューロータ３１をその軸まわりに所定の回転数で回転させる。
【００４４】
第１タイミングギア４３ａは、第１スクリューロータ３１の軸端部３１２に取り付けられている。第２タイミングギア４３ｂは、第２スクリューロータ３２の軸端部３２２に取り付けられている。タイミングギア４３ａ、４３ｂは、相互に噛み合うようにＹ軸方向に並列されている。これにより、第１スクリューロータ３１が回転すると、第１スクリューロータ３１の回転駆動力が第２スクリューロータ３２へ伝達する。
【００４５】
ここで、第３ハウジング部１３、第１ハウジング部１１、第１歯３１ｓ、及び第２歯３２ｓで画定される空間を吸気室１１１とし、第２ハウジング部１２、中間ハウジング５０、第１歯３１ｓ、及び第２歯３２ｓで画定される空間を排気室１２１とすると、吸気室１１１は、吸気口１１０に連なり、排気室１２１は、排気口１２０に連なっている。吸気口１１０には、図示しない真空チャンバの内部空間に接続される。排気口１２０には大気または図示しない補助ポンプや吐出気体を処理する装置に接続される。
【００４６】
スクリューロータ３１、３２のそれぞれは、モータ４２の駆動により、相互に逆方向に回転する。駆動機構４０は、第１スクリューロータ３１と第２スクリューロータ３２と第１ハウジング部１１との間に形成された作動空間Ｓ１を、吸気口１１０側から排気口１２０側に向けて移送する。これにより、吸気口１１０から吸引されたガスが移送する作動空間Ｓ１によって運ばれて、排気口１２０から排気される。
【００４７】
この場合、吸気口１１０から吸気室１１１に流入したガスは、スクリューロータ３１、３２によって排気口１２０側に移送され、排気室１２１で圧縮される。ここで、多数に仕切られている作動空間Ｓ１では、その最終段部が最大圧力差を有する。最終段部の前段部の作動空間は圧力が低く、圧縮比が同等であっても、大気圧に近い最終段部のほうが圧縮熱によってより昇温しやすい。これにより、排気室１２１に隣接する第２ハウジング部１２は、圧縮熱により特異的に熱くなる場合がある。従って、真空ポンプ１においては、第２ハウジング部１２をいかに効率よく且つ簡便が構造で冷却するかが重要になる。
【００４８】
以下に、第２ハウジング部１２を冷却するいくつかの手法を比較例として説明する。
【００４９】
例えば、第２ハウジング部１２を冷却する比較例として、第２ハウジング部１２にドリル加工で孔を設け、この孔に冷却管を通す手法がある。この手法では、冷却管と第２ハウジング部１２との間に熱媒体としてのグリースが配置される。
【００５０】
しかし、この手法では、第２ハウジング部１２に孔を形成するドリル加工を要する。また、ドリル加工で形成された孔は、一般的に直線状に形成され、Ｕ字の冷却管を通すことができない。冷却管をＵ字状に構成するには、複数の冷却管をＵ字状に繋ぎ合わせる必要があり、冷却管の構成が複雑になってしまう。また、冷却管と第２ハウジング部１２との間にグリースが配置されると、冷却管と第２ハウジング部１２との間の熱伝導性が劣る場合がある。また、グリースを定期的に塗りなおすメンテナンスも必要になる。
【００５１】
また、第２ハウジング部１２を冷却する別の比較例として、例えば、アルミニウム製の厚板に管路を取り付け、ステンレスパイプを鋳込み、そこに水を循環させた冷却板を第２ハウジング部１２にグリースを介して接触させる手法がある。
【００５２】
しかし、この手法では、真空ポンプのコンパクト化に反し、真空ポンプのコストアップを招来する。また、この手法では、第２ハウジング部１２を冷却管２０Ａによって冷却する方法に比べて、冷却効率が劣る。また、グリースについては、同様の問題が残る。
【００５３】
また、第２ハウジング部１２を冷却するさらに別の比較例として、熱媒体を循環させ、熱媒体を介した間接冷却によって第２ハウジング部１２を冷却する手法がある。
【００５４】
しかし、この手法では、熱媒体を冷却するファン機構の増設や熱媒体を循環させる配管が必要になり、コストアップを招来する。さらに、この手法では、第２ハウジング部１２を熱媒体により間接的に冷却されるので、第２ハウジング部１２を冷却管２０Ａによって冷却する方法に比べて、冷却効率が劣る。
【００５５】
本実施形態では、第２ハウジング部１２にドリル加工で孔を設けることなく、第２ハウジング部１２が冷却管２０Ａの一部に接触しつつ鋳造されて、冷却管２０Ａの一部が第２ハウジング部１２に内設された真空ポンプ１が形成される。これにより、冷却管２０Ａが第２ハウジング部１２に内設された真空ポンプ１がより簡便に形成される。
【００５６】
ここで、冷却管２０Ａの外周面２０１が第２ハウジング部１２に密に接している根拠として、冷却管２０Ａの外周面２０１が薄い鋭敏化層２０ｓで構成されていることがあげられる。冷却管２０Ａの外周面２０１が鋭敏化層２０ｓで構成されたとしても、鋭敏化層２０ｓは、水等ではなく、鋳鉄に接しているので、冷却管２０Ａが外周面２０１から腐食することはない。
【００５７】
例えば、図３は、冷却管の外周面近傍における電子線マイクロアナライザ結果である。横軸は、冷却管２０Ａの内部から第２ハウジング部１２に向かう方向における距離（深さ）（ｍｍ）である。縦軸は、Ｘ線強度である。電子線のビーム径は、例えば、２μｍである。
【００５８】
図３に示すように、距離０．６ｍｍまでは、Ｆｅ強度とＣｒ強度とは、略一定であるものの、距離０．６ｍｍを超えると、Ｆｅ強度とＣｒ強度とが著しくばらついている。さらに、距離０．９ｍｍあたりを過ぎると、Ｆｅ強度とＣｒ強度とが極端に変わっている。鋳鉄の主成分が鉄で、鉄にクロムが混在したものがステンレス鋼であることを考慮すると、距離０．９ｍｍの位置が冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との境界位置であるといえる。
【００５９】
また、距離０．６ｍｍから０．９ｍｍ（冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との境界）までの領域においては、Ｆｅ強度とＣｒ強度とが著しくばらついている。距離０ｍｍから０．６ｍｍまでの領域においてＦｅ強度とＣｒ強度とが略一定であり、ステンレス鋼において、クロムと炭素とが結合し、クロム炭化物がステンレス鋼の結晶粒界に沿って析出する鋭敏化現象を考慮すると、距離０．６ｍｍから０．９ｍｍまでの領域に鋭敏化層２０ｓが形成されているといえる。
【００６０】
さらに、冷却管２０Ａ中のＣｒとＮｉとは、距離０．９ｍｍの位置を超えても微量に検出されることから、冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との間で、ある程度の固溶が進んでいるといえる。
【００６１】
鋭敏化層２０ｓの厚みが１ｍｍ以下であることから、冷却管２０Ａの厚みは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００６２】
冷却管２０Ａの厚みが１ｍｍより小さくなると、冷却管２０Ａの容積の大部分が鋭敏化層２０ｓで構成されて冷却管２０Ａが内周面２０２側から腐食したり、冷却管２０Ａの一部がポンプハウジング１０を鋳込む際に溶融して外周面２０１と内周面２０２とが貫通したりするおそれがある。例えば、肉厚が１ｍｍの冷却管を用いてポンプハウジング１０を鋳込んだ場合には、冷却管の一部が溶融し外周面と内周面とが貫通する場合がある。
【００６３】
一方、冷却管２０Ａの厚みが５ｍｍより大きくなると、冷却管２０Ａの容積が大きくなることから、ポンプハウジング１０を鋳込む際に冷却管２０Ａの外周面２０１が充分に加熱されず、冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との間で固溶が進みにくくなる。これにより、冷却管２０Ａの外周面２０１が第２ハウジング部１２に密着しない領域ができ、その分、徐熱能力がわるくなる。また、冷却管２０Ａの厚みが５ｍｍより大きくなると、冷却管２０Ａ自体の強度が増して、接続管部２３の曲げ加工が難しくなる。なお、本実施形態での「密着」とは、冷却管２０Ａの外周面が第２ハウジング部１２に溶着している意味である。
【００６４】
鋭敏化層２０ｓの厚みが０．３ｍｍより小さいことは、冷却管２０Ａの外周面２０１が溶融した鋳鉄により充分に加熱されないことを意味し、冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との間で固溶が進みにくくなる。
【００６５】
一方、鋭敏化層２０ｓの厚みが０．３ｍｍより大きくなると、冷却管２０Ａの容積の大部分が鋭敏化層２０ｓで構成され、冷却管２０Ａが内周面２０２側から腐食するおそれがある。
【００６６】
また、本実施形態においては、ポンプハウジング１０の容積を冷却管２０Ａの厚みに冷却管２０Ａがポンプハウジング１０に接する面積を乗算した値で除算した値Ａは、３０以上３００以下であることが好ましい。
【００６７】
値Ａが３０より小さいと、ポンプハウジング１０を鋳込む際に冷却管２０Ａが充分に加熱されず、冷却管２０Ａと第２ハウジング部１２との間で固溶が進まず、冷却管２０Ａの外周面２０１が第２ハウジング部１２に密接しなくなる可能性がある。
【００６８】
一方、値Ａが３００より大きいと、冷却管２０Ａの容積の大部分が鋭敏化層２０ｓで構成されて冷却管２０Ａが内周面２０２側から腐食したり、冷却管２０Ａの一部がポンプハウジング１０を鋳込む際に溶融して外周面２０１と内周面２０２とが貫通したりするおそれがある。
【００６９】
なお、冷却管２０Ａの内周面２０２には鋭敏化層が形成されず、あるいは、鋭敏化層が外周面２０１ほどに形成されにくくなっている。これは、内周面２０２は、ポンプハウジング１０を鋳込む際に、溶融した鋳鉄に直接接しないためである。また、内周面２０２の鋭敏化を極力抑えるには、ポンプハウジング１０を鋳込む際に、冷却管２０Ａ内に水を流したり、冷却管２０Ａ内に水を収納させたりしてもよい。冷却管２０Ａの通水試験では、内周面２０２が腐食せず、または、実用上問題がない程度の腐食に抑えられている。
【００７０】
なお、防錆の観点から、冷却管２０Ａとして、鉄材の配管を用いて、内周面に無電解ニッケルメッキ膜を形成することにより、ステンレス鋼で発生する鋭敏化の現象自体を回避することもできる。しかし、めっき膜は、密着性が確保できず、ピンホールが発生した場合、ピンホール部からめっき膜の剥離が発生する場合がある。また、長時間に渡る熱履歴によって冷却管２０Ａの膨張収縮が繰り返されると、めっき膜はさらに剥離しやすくなる。また、冷却管２０Ａの内周面２０２に、均一にめっき膜を形成するのは、技術的、コスト面にも難しくなる。
【００７１】
従って、本実施形態のように、１ｍｍ以上５ｍ以下の厚みを有する冷却管２０Ａを鋳鉄とともに鋳込めば、実用上、腐食に問題のない冷却管２０Ａ付のポンプハウジング１０が簡便に形成される。
【００７２】
また、本実施形態によれば、冷却管２０Ａが直接的に第２ハウジング部１２に接するので、冷却管２０Ａの外周面２０１と第２ハウジング部１２との間にグリースを設ける必要がない。これにより、ポンプハウジング１０が冷却管２０Ａ内を流れる媒体によって効率よく冷却される。
【００７３】
また、本実施形態によれば、Ｕ字の冷却管２０Ａにおいて、第１冷却管部２１、接続管部２３及び第２冷却管部２１が一体となって構成されているために、複数の冷却管をＵ字状に繋ぎ合わせる必要がなく、冷却管の構成が簡便になる。
【００７４】
また、本実施形態によれば、冷却管２０Ａの一部が第２ハウジング部１２に内設されることから、真空ポンプ１はコンパクトになり、コストアップを抑えられる。
【００７５】
また、本実施形態によれば、第２ハウジング部１２に、一対のスクリューロータ３１、３２を挟むように第１冷却管部２１と第２冷却管部２２とが設けられる。これにより、第２ハウジング部１２が第１冷却管部２１及び第２冷却管部２２によって均等に冷却される。
【００７６】
また、本実施形態によれば、冷却管２０Ａの厚みは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下に構成されているので、端部２１ｔ及び端部２２ｔのそれぞれの内周面２０２にネジ山を形成することができ、ねじ込み式継手によって、容易に配管に連結できる。
【００７７】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本実施形態の冷却管の変形例を示す模式図である。
【００７８】
図４（ａ）に示す冷却管２０Ｂには、第１冷却管部２１及び第２冷却管部２２のそれぞれの外周面２０１に切り欠き２１０が設けられている。切り欠き２１０の数は、図示された数に限らない。このような冷却管２０Ｂであれば、冷却管２０Ｂの外周面２０１と第２ハウジング部１２との接触面積が増加し、第２ハウジング部１２の冷却効率がさらに増加する。
【００７９】
図４（ｂ）に示す冷却管２０Ｃは、第１冷却管部２１及び第２冷却管部２２のそれぞれが波型構造２２０（例えば、サイン波形構造）を有する。波の数、周期は、図示された数に限らない。このような冷却管２０Ｃであれば、冷却管２０Ｃの外周面２０１と第２ハウジング部１２との接触面積が増加し、第２ハウジング部１２の冷却効率がさらに増加する。
【００８０】
図４（ｃ）に示す冷却管２０Ｄは、第１冷却管部２１及び第２冷却管部２２のそれぞれが曲部２３０を有する。これにより、第１冷却管部２１の端部２１ｔの位置、または第２冷却管部２２の端部２２ｔの位置を冷却管２０Ａとは異なる位置に配置することができる。すなわち、本実施形態に係る冷却管構造によれば、端部２１ｔ、２２ｔの配置の自由度が増す。
【００８１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ポンプハウジング１０は第３のハウジング部１３を一体に形成しているが、分割した構造でもよい。冷却管２０Ａは、徐熱を均等にするためにＹ−Ｚ軸平面に対してＵ字に構成されているが、任意に徐熱部を制御するために、Ｉ字状でもよく、Ｘ−Ｙ軸平面にＵ字やＩ字などを任意に構成してもよく、２つ以上の接続管部と冷却管を設けてもよく、それらを２セット以上配置してもよい。また、ルーツポンプやロータリーポンプを用いた場合は、ポンプハウジングの形状は適宜変更され、冷却管は最適な場所に配置される。
【符号の説明】
【００８２】
１…真空ポンプ
１０…ポンプハウジング
１０ｐ…ポンプ室
１１…第１ハウジング部
１２…第２ハウジング部
１３…第３ハウジング部
１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ…ベアリング
１５…カバー
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ…冷却管
２０１…外周面
２０２…内周面
２０ｓ…鋭敏化層
２１…第１冷却管部
２１ｔ、２２ｔ…端部
２２…第２冷却管部
２３…接続管部
２１０…切り欠き
２２０…波型構造
２３０…曲部
３１…第１スクリューロータ
３１ｓ…第１歯
３１０、３２０…軸部
３１１、３１２、３２１、３２２…軸端部
３２…第２スクリューロータ
３２ｓ…第２歯
４０…駆動機構
４１…モータケース
４２…モータ
４２０…駆動軸
４３ａ…第１タイミングギア
４３ｂ…第２タイミングギア
５０…中間ハウジング
１１０…吸気口
１１１…吸気室
１２０…排気口
１２１…排気室
Ｓ１…作動空間
【要約】
【課題】簡便で、冷却効率が良く、製作性が良い冷却構造を有するハウジングを具備した真空ポンプを提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係る真空ポンプは、ポンプハウジングと、冷却管とを具備する。上記ポンプハウジングは、鋳鉄で構成される。上記冷却管は、外周面と内周面とを有し、ステンレス鋼で構成される。上記冷却管は、前記ポンプハウジングを貫通し、前記ポンプハウジングに密接する前記外周面が鋭敏化層で構成される。この真空ポンプは、鋳鉄で構成されたポンプハウジングがステンレス鋼で構成された冷却管の周りに鋳造されて形成されたものである。冷却管の外周面には鋭敏化層が設けられ、鋭敏化層がポンプハウジングに密接し、ポンプハウジングが効率よく冷却される。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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