(57)【要約】【課題】パージガスを常時供給することなく中間室からポンプ室への潤滑油の侵入を防ぐことができ、シール部における摺動損失が少なく、信頼性の高い容積型真空ポンプ装置を提供すること。【解決手段】ロータ１と、ロータ１を回転する回転軸２と、ロータ２を内装してポンプ室３を形成するハウジング４と、ハウジング４に連設して中間室５を備える中間ケーシング６と、中間ケーシング６と連設してギア７と潤滑油８を備えるギア室９を形成するギアカバー１０で、ポンプ室３と中間室６の間の回転軸２に対向する部分に、接触型シール１１とラビリンスシール１２（非接触型シール機構）を備える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、前記ロータを回転する回転軸と、前記ロータを内装してポンプ室を形成するハウジングと、前記ハウジングに連設して中間室を備える中間ケーシングと、前記中間ケーシングと連設してギアと潤滑油を備えるギア室を形成するギアカバーと、からなる容積型真空ポンプ装置において、
前記ポンプ室と前記中間室の間の前記回転軸と対向する部分に、接触型シール機構と非接触型シール機構を備えること、を特徴とする容積型真空ポンプ装置。
【請求項２】
前記接触型シール機構は、中間室からポンプ室への一方向に対して潤滑油の侵入を防ぐこと、を特徴とする請求項１に記載の容積型真空ポンプ装置。
【請求項３】
前記非接触型シール機構は、ラビリンスシールであること、を特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の容積型真空ポンプ装置。
【請求項４】
前記中間室はリングデフレクタを備えること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の容積型真空ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容積型真空ポンプ装置で、特に中間室とポンプ室の間の回転軸に複数のシール機構を備えるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の容積型真空ポンプ装置として、図３のルーツ型ドライポンプを例に説明する。ルーツ型のドライポンプはハウジング２４中にポンプ室２３が構成され、ポンプ室２３内では２つの同形のまゆ型断面のロータ２１が２本の回転軸２２にそれぞれとりつけられ、ロータ２１同志、およびハウジング２４内壁面とわずかな隙間を保ちながら、接触することなく、ギア室２９に設けられたギア２７により同期回転し、排気対象空間より吸入口を通って取り入れたガスをポンプ室２３内のロータ２１が圧縮して排気口から大気に排出する。
【０００３】
この際、吸入口がロータ２１の回転によりポンプ室２３に対して開口すると、低圧の気体がはいりこむため、ポンプ室２３の圧力は低くなる。次にこの気体をロータ２１の回転により排出口から排出する際には圧縮しながら大気に排出するため、ポンプ室２３内の圧力は高くなる。さらにロータ２１が回転すると元に戻って吸入口から低圧の気体が入り込む、ということを繰り返す。このようにロータ２１の回転により１排気ごとにポンプ室２３内の圧力は低くなったり高くなったりし、いわゆる圧力の変動を繰返す。
【０００４】
ポンプ室２３はギア室２９とは回転軸２２とハウジング２４のわずかな隙間を通じて隣接しているため、圧力の変動が生じるとギア室２９内のガスが吸引される。ギア室２９内にはギア２７およびベアリング３４を潤滑する目的で潤滑油２８が封入されており、オイルリング３３の回転により潤滑油２８が攪拌されてミスト状になる。それが回転軸２２とハウジング２４の隙間からポンプ室２３に侵入する。ポンプ室２３に潤滑油が流入すると、それが清浄度を必要とする排気対象空間に拡散して清浄度を下げるという不具合が起こる。
【０００５】
この問題に対して、従来技術は、ポンプ室２３とギア室２７の間に中間室２５を設けて圧力の変動を緩和させ、中間室２５とポンプ室２３の間の回転軸２２に２ヶ所の絞り部３１、３２を設けてその絞り部間にパージガスを注入して圧力の大きなエリアを設けることにより圧力の変動をさえぎり、さらには中間室２５とギア室２９の間に非接触シール３６を設けて潤滑油の侵入を防止している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−８９０８０号公報　（第１−３頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では常時パージガスを供給する必要がある。パージガスは一般に乾燥窒素が用いられるが、常に窒素ガスを消費するのでランニングコストがかさむ問題がある。
【０００８】
本発明は、パージガスを常時供給することなく中間室２５からポンプ室２３への潤滑油の侵入を防ぐことができ、シール部における摺動損失が少なく、信頼性の高い容積型真空ポンプ装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１の発明は、「ロータと、前記ロータを回転する回転軸と、前記ロータを内装してポンプ室を形成するハウジングと、前記ハウジングに連設して中間室を備える中間ケーシングと、前記中間ケーシングと連設してギアと潤滑油を備えるギア室を形成するギアカバーと、からなる容積型真空ポンプ装置において、前記ポンプ室と前記中間室の間の前記回転軸と対向する部分に、接触型シール機構と非接触型シール機構を備えること」を特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明では、ポンプ室と中間室の間の回転軸と対向する部分に、接触型シール機構と非接触型シール機構を備えることにより、パージガスを常時供給しなくても中間室からポンプ室への潤滑油の侵入を防ぐことができる。接触型シール機構はロータの回転が低回転から高回転（例えば５０００ｒｐｍ）まで全域に渡り、高いシール性能を有する。しかし、接触型シール機構は５０００ｒｐｍ近傍では、その摺動損失は大きく、接触型シール機構を複数個使用すると、高回転域における容積型真空ポンプ装置を駆動する動力は増大してしまい、効率の低下を招いてしまう。また、非接触型シール機構（例えばラビリンスシール）を複数使用する場合には、高回転域における摺動損失は少ないものの、ロータの回転が低回転の場合にはシール性能が低いため、中間室からポンプ室への潤滑油の侵入を招いてしまう。接触型シール機構と非接触型シール機構を組み合わせて使用することで、高いシール性を維持しながら、摺動損失の少ない容積型真空ポンプ装置とすることができる。
【００１１】
また、上記課題を解決するための請求項２の発明は、「前記接触型シール機構は、主に中間室からポンプ室への一方向に対して潤滑油の侵入を防ぐこと」を特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明では、接触型シール機構は、主に中間室からポンプ室への一方向に対して潤滑油の侵入を防ぐ一方向性のシール機構を用いることで、摺動損失を低減できる。中間室からポンプ室への潤滑油の侵入は、主に中間室の圧力がポンプ室の圧力より高い場合に起こる（図２の領域Ａ）。したがって、このときに中間室からポンプ室への潤滑油の侵入を防ぐようにシール機能を働かせることで、中間室からポンプ室への潤滑油の侵入を防ぐことができる。中間室の圧力がポンプ室の圧力より低い場合（図２の領域Ｂ）には、シール機能を働かせないことで、シール部と回転軸の間の摺動損失が抑えられ、ロータが１排気する場合の約半分の時間（工程）の摺動損失を低減できる。また、接触型シール機構と回転軸の締め代をほぼ０にすると、領域Ｂではシールの磨耗はほとんど進行しないため、長期間の運転でも、シール効果を持続することができる。
【００１３】
また、上記課題を解決するための請求項３の発明は、「前記非接触型シール機構は、ラビリンスシールであること」を特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明では、高回転においてシール性が良好なラビリンスシールを用いることで、主にロータ（又は回転軸）が高回転域のときに、摺動損失が少く、高いシール性能が得られる。ラビリンスシールは回転軸と非接触であるため、長期間使用する場合でも、接触型のシール機構と比べて高い信頼性が得られる。
【００１５】
また、上記課題を解決するための請求項４の発明は、「前記中間室はリングデフレクタを備えること」を特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明では、中間室はリングデフレクタを備えることで、ギア室から中間室へ回転軸を伝ってくる潤滑油をリングデフレクタの遠心力で、中間室に放出することができる。ギア室から中間室への潤滑油の侵入は、主にギア室の圧力が中間室の圧力よりも高い領域Ｃ（図２）の場合に起きる。ギア室からの潤滑油は回転軸と共に回転するリングデフレクタに付着すると、リングデフレクタの遠心力により中間室内に放出され、潤滑油が回転軸を伝って中間室からポンプ室へ侵入するのを防止できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる容積型真空ポンプ装置であるルーツ型ドライポンプを図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１は本発明に係わるルーツ型ドライポンプの構成を示す断面図で、ロータ１と、ロータ１を回転する回転軸２と、ロータ１を内装してポンプ室３を形成するハウジング４と、ハウジング４に連設して中間室５を備える中間ケーシング６と、中間ケーシング６と連設してギア７と潤滑油８を備えるギア室９を形成するギアカバー１０で、ポンプ室３と中間室６の間の回転軸２と対向する部分に接触型シール１１とラビリンスシール１２（非接触型シール機構）を備える。
【００１９】
ギアカバー１０と中間ケーシング６に囲まれたギア室９には、回転軸２の一方の端部が位置し、同期するためのギア７とともにオイルリング１３が取り付けられている。オイルリング１３は下部に溜まった潤滑油８を撹拌して、ギア７に潤滑油を供給する働きをする。中間室５とギア室９の間に介在しているベアリング１４のベアリングケーシング１５の回転軸２の部分にはラビリンスシール１６が設けられている。また、中間室５には、回転軸２と一体となって回転するリングデフレクタ１７が設けられている。
【００２０】
接触型シール１１は、フッ素系の樹脂からなり、外径φ４２．４ｍｍ、内径φ３４．６ｍｍ、厚さ３ｍｍである。接触型シール１１は、締め代がほぼ０の状態で設置されるが、中間室５の圧力がポンプ室３より高い領域Ａ（図２）にあるときは、回転軸２側に広がり、シール機能が働く。中間室５の圧力がポンプ室３より低い領域Ｂ（図２）においては締め代がほぼ０であるため、回転軸２との間には、ほとんど摺動損失は生じない。
【００２１】
ラビリンスシール１２（非接触型シール機構）は、回転軸２との間に複数の溝を有する。ラビリンスシール１２と回転軸２との間には、一定の隙間が設けられており、回転軸２はラビリンスシール１２と非接触で回転する。また、ラビリンスシール１２は接触シール１１のシール面及び固定する働きを備える。
【００２２】
尚、ルーツ型ドライポンプは、ギア７を介して互いに逆方向に同期回転するロータ、回転軸、ギア、接触型シール、ラビリンスシール、オイルリング、ベアリング、ベアリングケーシング、ラビリンスシール、リングリフレクタが設けられるが、同一形状、同一構造であるため説明を省略する。
【００２３】
次にルーツ型ドライポンプの動作を説明する。ポンプ室３にはロータ１の回転による圧力変動が発生する（図２）。このポンプ室３の圧力変動は、接触型シール１１によりかなりの部分がここで抑えられる。接触型シール１１を介して中間室５に伝わる圧力変動は、中間ケーシング６に設けられた一定容量をもった比較的大きな空間である中間室５によりさらに変動幅は減少する。したがってギア室９へはわずかな圧力変動しか伝わらない。回転軸２の回転に伴い、端部に取り付けられたギア７およびオイルリング１３が回転し、ギア室９の下部に封入された潤滑油８は攪拌されミスト状でギア室９に充満する。ギア室９と中間室５のわずかな圧力変動により、ギア室９に充満しているミスト状の潤滑油は中間室５に吸引される。
【００２４】
吸引されたミスト状の潤滑油はベアリング１４を通って中間室５に侵入しようとするが、その一部はラビリンスシール１５に付着し、溝にふるい落とされ、ベアリングケーシング１５を通ってギア室９に戻される。残りの潤滑油は中間室５に侵入するが、回転軸２と一体で回転するリングデフレクタ１７の遠心力により中間室５内に放出される。
【００２５】
中間室５の下部に溜まった潤滑油は、ドレン１８より外部に排出される。大部分の潤滑油はドレン１８より外部に排出されるが、わずかに残った潤滑油は、さらに中間室５とポンプ室３の間の回転軸２の隙間を通って、ポンプ室３に侵入しようとする。しかし、ラビリンスシール１２の溝部、あるいは接触型シール１１に阻まれるためポンプ室３には到達できない。
【００２６】
本発明では、ポンプ室３と中間室５の間の回転軸２に対向する部分に、接触型シール１１とラビリンスシール１２を備えることにより、パージガスを常時供給しなくても中間室５からポンプ室３への潤滑油の侵入を防ぐことができる。接触シール１１は、ロータ１の回転が低回転から高回転（例えば０〜５０００ｒｐｍ）まで全域に渡り、高いシール性能を有する。しかし、接触型シール１１は高回転域（例えば５０００ｒｐｍ近傍）では、その摺動損失は大きく、接触型シール１１を複数個使用すると、高回転域におけるルーツ型ドライポンプを駆動する動力は増大してしまい、効率の低下を招いてしまう。また、ラビリンスシール１２を複数使用する場合には、高回転域における摺動損失は少ないものの、ロータ１の回転が低回転の場合にはシール性能が低いため、中間室５からポンプ室３への潤滑油の侵入を招いてしまう。接触型シール１１とラビリンスシール１２を組み合わせて使用することで、高いシール性を維持しながら、摺動損失の少ないルーツ型ドライポンプを構成することができる。
【００２７】
また、接触型シール１１は、主に中間室５からポンプ室３への一方向に対して潤滑油の侵入を防ぐ一方向性のシール機構を用いることで、摺動損失を低減できる。中間室５からポンプ室３への潤滑油の侵入は、主に中間室５の圧力がポンプ室３の圧力より高い場合に起こる（図２の領域Ａ）。したがって、このときに中間室５からポンプ室３への潤滑油の侵入を防ぐようにシール機能を働かせることで、中間室５からポンプ室３への潤滑油の侵入を防ぐことができる。中間室５の圧力がポンプ室３の圧力より低い場合（図２の領域Ｂ）には、シール機能を働かせないことで、シール部と回転軸２の間の摺動損失が抑えられ、ロータ１が１排気する場合の約半分の時間（工程）の摺動損失を低減できる。また、接触型シール１１と回転軸２の締め代をほぼ０にすると、領域Ｂではシールの磨耗はほとんど進行しないため、長期間の運転でも、シール効果を持続することができる。
【００２８】
また、高回転においてシール性が良好なラビリンスシール１２を用いることで、主にロータ１（又は回転軸２）が高回転域のときに、摺動損失が少く、高いシール性能が得られる。ラビリンスシール１２は回転軸２と非接触であるため、長期間使用する場合でも、接触型シール１１と比べて高い信頼性が得られる。
【００２９】
また、中間室はリングデフレクタ１７を備えることで、ギア室９から中間室５へ回転軸２を伝ってくる潤滑油をリングデフレクタ１７の遠心力で、中間室５に溜めることができる。ギア室９から中間室５への潤滑油の侵入は、主にギア室９の圧力が中間室５の圧力よりも高い領域Ｃ（図２）の場合に起きる。ギア室９からの潤滑油は回転軸２と共に回転するリングデフレクタ１７に付着することで、リングデフレクタ１７の遠心力により中間室内に放出され、潤滑油が回転軸を伝って中間室５からポンプ室３へ侵入するのを防止できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明では、パージガスを常時供給することなく中間室からポンプ室への潤滑油の侵入を防ぐことができ、シール部における摺動損失が少なく、信頼性の高い容積型真空ポンプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるルーツ型ドライポンプの構成を示す断面図である。
【図２】ポンプ室、中間室、ギア室におけるロータの１排気あたりの圧力変動を示す図である。
【図３】従来の容積型真空ポンプ装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　ロータ
２　　回転軸
３　　ポンプ室
４　　ハウジング
５　　中間室
６　　中間ケーシング
７　　ギア
８　　潤滑油
９　　ギア室
１０　　ギアカバー
１１　　接触型シール（接触型シール機構）
１２　　ラビリンスシール（非接触型シール機構）
１７　　リングリフレクタ
【図１】
2004116431.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004116431.tif 000005