(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定内径で所定谷形状の雌ネジ溝とした雌ネジ筒体と、該雌ネジ筒体雌ネジ溝の谷形状に略一致する山形状で、同一のピッチと捩れ方向とした雄ネジ山を有し、当該雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法よりも小さい呼び径としてなる雄ネジ軸体とが、雌ネジ筒体が複数条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して、（雌ネジ筒体条数−１）／（雌ネジ筒体条数）の比率となる呼び径に設定され、（雌ネジ筒体条数−１）条ネジに形成し、雌ネジ筒体が（雌ネジ筒体条数−１）回転したときに雄ネジ軸体が（雌ネジ筒体条数）回転するよう駆動される如く規制したものとなされ、該雄ネジ軸体が、その外側面何れかのがわの雄ネジ山部分を、当該雌ネジ筒体の内側面何れかのがわの雌ネジ溝部分に完全に噛合状となるよう、互いの回転軸心位置を偏心させた配置に組み合わせ、その結果生じる雌ネジ筒体内径とする内側面部分と雄ネジ軸体外径とする外側面部分との間の空間部分に内張りケーシングを装填し、密封ハウジングを設けて密閉状にすると共に、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体のリード方向がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む位置に吐出口を、その逆がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む位置に吸入口を夫々形成した上、駆動機構により、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体とも、互いに軸方向に進退移動しない状態で、共に同一回転方向であって、雄ネジ軸体の方を高い回転数に設定して夫々所定回転数で回転させ得るようにしたことを特徴とするスクリュー真空ポンプ。
【請求項２】
所定内径で所定谷形状の雌ネジ溝とした雌ネジ筒体と、該雌ネジ筒体雌ネジ溝の谷形状に略一致する山形状で、同一のピッチと捩れ方向とした雄ネジ山を有し、当該雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法よりも小さい呼び径としてなる雄ネジ軸体とが、雌ネジ筒体が複数条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して、（雌ネジ筒体条数−１）／（雌ネジ筒体条数）の比率となる呼び径に設定され、（雌ネジ筒体条数−１）条ネジに形成し、雌ネジ筒体が（雌ネジ筒体条数−１）回転したときに雄ネジ軸体が（雌ネジ筒体条数）回転するよう駆動される如く規制したものとなされ、該雄ネジ軸体が、その外側面何れかのがわの雄ネジ山部分を、当該雌ネジ筒体の内側面何れかのがわの雌ネジ溝部分に完全に噛合状となるよう、互いの回転軸心位置を偏心させた配置に組み合わせ、その結果生じる雌ネジ筒体内径とする内側面部分と雄ネジ軸体外径とする外側面部分との間の空間部分に内張りケーシングを装填したものとして密封ハウジング内に収容されるようにすると共に、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体のリード方向がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む密封ハウジングには吐出口を、その逆がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む密封ハウジングには吸入口を夫々形成した上、駆動機構により、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体とも、互いに軸方向に進退移動しない状態で、共に同一回転方向であって、雄ネジ軸体の方を高い回転数に設定して夫々所定回転数で回転させ得るようにしたことを特徴とするスクリュー真空ポンプ。
【請求項３】
所定内径で四角型谷形状の雌ネジ溝とした雌ネジ筒体と、該雌ネジ筒体雌ネジ溝の谷形状に略一致する四角型山形状で、同一のピッチと捩れ方向とした雄ネジ山を有し、当該雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法よりも小さい呼び径としてなる雄ネジ軸体とが、雌ネジ筒体が複数条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して、（雌ネジ筒体条数−１）／（雌ネジ筒体条数）の比率となる呼び径に設定され、（雌ネジ筒体条数−１）条ネジに形成し、雌ネジ筒体が（雌ネジ筒体条数−１）回転したときに雄ネジ軸体が（雌ネジ筒体条数）回転するよう駆動される如く規制したものとなされ、該雄ネジ軸体が、その外側面何れかのがわの雄ネジ山部分を、当該雌ネジ筒体の内側面何れかのがわの雌ネジ溝部分に完全に噛合状となるよう、互いの回転軸心位置を偏心させた配置に組み合わせ、その結果生じる雌ネジ筒体内径とする内側面部分と雄ネジ軸体外径とする外側面部分との間の空間部分に内張りケーシングを装填したものとして密封ハウジング内に収容されるようにすると共に、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体のリード方向がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む密封ハウジングには吐出口を、その逆がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む密封ハウジングには吸入口を夫々形成した上、駆動機構により、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体とも、互いに軸方向に進退移動しない状態で、共に同一回転方向であって、雄ネジ軸体の方を高い回転数に設定して夫々所定回転数で回転させ得るようにしたことを特徴とするスクリュー真空ポンプ。
【請求項４】
雌ネジ筒体が２条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して１／２の呼び径に設定され、１条ネジに形成し、雌ネジ筒体が１回転したときに雄ネジ軸体が２回転するよう駆動される如く形成してなる、請求項１ないし３何れか記載のスクリュー真空ポンプ。
【請求項５】
雌ネジ筒体が回転不能に固定され、雄ネジ軸体のみが遊星歯車状に自転しながら公転するよう回転駆動されるものとし、必要に応じて内張りケーシングも雄ネジ軸体と共に回転駆動されるようにしてなる、請求項１ないし３何れか記載のスクリュー真空ポンプ。
【請求項６】
所定内径で所定谷形状の雌ネジ溝とした雌ネジ筒体と、該雌ネジ筒体雌ネジ溝の谷形状に略一致する山形状で、同一のピッチと捩れ方向とした雄ネジ山を有し、当該雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法を呼び径としてなる雄ネジ軸体とが、雌ネジ筒体が複数条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して、（雌ネジ筒体条数−１）／（雌ネジ筒体条数）の比率となる呼び径に設定され、（雌ネジ筒体条数−１）条ネジに形成し、雌ネジ筒体が（雌ネジ筒体条数−１）回転したときに雄ネジ軸体が（雌ネジ筒体条数）回転するよう駆動される如く規制したものとなされ、該雄ネジ軸体が、その外側面何れかのがわの雄ネジ山部分を、当該雌ネジ筒体の内側面何れかのがわの雌ネジ溝部分に完全に噛合状となるよう、互いの回転軸心位置を偏心させた配置に組み合わせて密封ハウジング内に収容されるようにすると共に、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体のリード方向がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む密封ハウジングには吐出口を、その逆がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む密封ハウジングには吸入口を夫々形成した上、駆動機構により、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体とも、互いに軸方向に進退移動しない状態で、共に同一回転方向となるよう回転させ得るようにしたことを特徴とするスクリュー真空ポンプ。
【請求項７】
雌ネジ筒体が複数条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に略等しい呼び径に設定され、雌ネジ筒体と同一条数のネジに形成し、雌ネジ筒体が１回転したときに雄ネジ軸体が１回転するよう同期駆動される如く形成してなる、請求項６記載のスクリュー真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の目的】
この発明は、流体を吸引、圧送して吐出することによって真空状態を得る真空ポンプ、あるいは流体を圧縮する圧縮機に関するものであって、特に、作動中における流体のリークを最小限に抑えて、同様の用途に使用される従来製品に比較して、より高い真空状態を得ることができる新規な構造からなるスクリュー真空ポンプを提供しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空技術は、近年、電子、金属、機械、化学、光学、通信、理化学、医薬、輸送、建設、原子力、食品等広範の分野に渡って応用されており、特にＩＣやＬＳＩ、超ＬＳＩのような半導体製造に関連する電子工業分野や、バイオテクノロジー、宇宙開発、新素材開発、粒子加速器、核融合実験等に係わる研究、開発と技術進展には欠くことのできない重要な技術の一つであるという認識が既に定着しているといえる。
【０００３】
一般的な真空ポンプとして、製造ラインにおける製品の吸引や真空乾燥、食品、蛍光灯、放電管の製造、スパッタリング、エッチング、ＣＶＤ等に適する低・中真空領域に使用されるスクリュー式の真空ポンプが知られており、特開平９−４５８０号公報に開示されたスクリュー真空ポンプや、特開平５−２０９５９４号公報に示されるスクリュー真空ポンプ等のように、外周壁に雄ネジが刻設された円柱状の雄ロータに対し、雄ロータとは逆向きに捩れた雌ネジを外周壁に刻設した円柱状の雌ロータを平行状に配置させ、互いのネジ山部と谷部とを接触させずに同期逆回転させるよう駆動することにより、ケーシングとスクリューのネジ山との間に空気を吸引、圧縮して吐出するように形成されたものが、既に多数開発されている。しかしながら、こうしたスクリュー式真空ポンプは、雄ロータと雌ロータとの間に僅かな隙間を形成しなければ、正常な作動を得ることができないという性質をもち、スクリュー真空ポンプの作動中に、この僅かな隙間を通じて大気圧の影響を受けてしまい、高い真空状態を確保することが難しいという欠点をもつものであった。
【０００４】
この発明は、以上のような従前までの実態に鑑み、スクリューロータ間に隙間を形成せずに、より効率的な吸引、圧縮および吐出を可能とすることはできないものかとの判断から、逸速くその開発、研究に着手し、長期に渡る試行錯誤と幾多の試作、実験とを繰り返してきた結果、今回、遂に新規な構成からなるスクリュー真空ポンプを実現化することに成功したものであり、以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構成を詳述することとする。
【０００５】
【発明の構成】
図面に示すこの発明を代表する実施例からも明確に理解されるように、この発明のスクリュー真空ポンプは、基本的に次のような構成から成り立っている。
即ち、所定内径で所定谷形状の雌ネジ溝とした雌ネジ筒体と、該雌ネジ筒体雌ネジ溝の谷形状に略一致する山形状で、同一のピッチと捩れ方向とした雄ネジ山を有し、当該雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法よりも小さい呼び径としてなる雄ネジ軸体とが、雌ネジ筒体が複数条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して、（雌ネジ筒体条数−１）／（雌ネジ筒体条数）の比率となる呼び径に設定され、（雌ネジ筒体条数−１）条ネジに形成し、雌ネジ筒体が（雌ネジ筒体条数−１）回転したときに雄ネジ軸体が（雌ネジ筒体条数）回転するよう駆動される如く規制したものとなされ、該雄ネジ軸体が、その外側面何れかのがわの雄ネジ山部分を、当該雌ネジ筒体の内側面何れかのがわの雌ネジ溝部分に完全に噛合状となるよう、互いの回転軸心位置を偏心させた配置に組み合わせ、その結果生じる雌ネジ筒体内径とする内側面部分と雄ネジ軸体外径とする外側面部分との間の空間部分に内張りケーシングを装填し、密封ハウジングを設けて密閉状とすると共に、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体のリード方向がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む位置に吐出口を、その逆がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む位置に吸入口を夫々形成した上、駆動機構により、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体とも、互いに軸方向に進退移動しない状態で、共に同一回転方向であって、雄ネジ軸体の方を高い回転数に設定して夫々所定回転数で回転させ得るようにしてなる構成を要旨とするスクリュー真空ポンプである。
【０００６】
この基本的な構成からなるスクリュー真空ポンプを、より具体的な構成のものとして示すと、所定内径で所定谷形状の雌ネジ溝とした雌ネジ筒体と、該雌ネジ筒体雌ネジ溝の谷形状に略一致する山形状で、同一のピッチと捩れ方向とした雄ネジ山を有し、当該雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法よりも小さい呼び径としてなる雄ネジ軸体とが、雌ネジ筒体が複数条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して、（雌ネジ筒体条数−１）／（雌ネジ筒体条数）の比率となる呼び径に設定され、（雌ネジ筒体条数−１）条ネジに形成し、雌ネジ筒体が（雌ネジ筒体条数−１）回転したときに雄ネジ軸体が（雌ネジ筒体条数）回転するよう駆動される如く規制したものとなされ、該雄ネジ軸体が、その外側面何れかのがわの雄ネジ山部分を、当該雌ネジ筒体の内側面何れかのがわの雌ネジ溝部分に完全に噛合状となるよう、互いの回転軸心位置を偏心させた配置に組み合わせ、その結果生じる雌ネジ筒体内径とする内側面部分と雄ネジ軸体外径とする外側面部分との間の空間部分に内張りケーシングを装填したものとして密封ハウジング内に収容されるようにすると共に、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体のリード方向がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む密封ハウジングには吐出口を、その逆がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む密封ハウジングには吸入口を夫々形成した上、駆動機構により、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体とも、互いに軸方向に進退移動しない状態で、共に同一回転方向であって、雄ネジ軸体の方を高い回転数に設定して夫々所定回転数で回転させ得るようにしてなる如く構成されたスクリュー真空ポンプであるということができる。
【０００７】
さらに具体的には、所定内径で四角型谷形状の雌ネジ溝とした雌ネジ筒体と、該雌ネジ筒体雌ネジ溝の谷形状に略一致する四角型山形状で、同一のピッチと捩れ方向とした雄ネジ山を有し、当該雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法よりも小さい呼び径としてなる雄ネジ軸体とが、雌ネジ筒体が複数条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して、（雌ネジ筒体条数−１）／（雌ネジ筒体条数）の比率となる呼び径に設定され、（雌ネジ筒体条数−１）条ネジに形成し、雌ネジ筒体が（雌ネジ筒体条数−１）回転したときに雄ネジ軸体が（雌ネジ筒体条数）回転するよう駆動される如く規制したものとなされ、該雄ネジ軸体が、その外側面何れかのがわの雄ネジ山部分を、当該雌ネジ筒体の内側面何れかのがわの雌ネジ溝部分に完全に噛合状となるよう、互いの回転軸心位置を偏心させた配置に組み合わせ、その結果生じる雌ネジ筒体内径とする内側面部分と雄ネジ軸体外径とする外側面部分との間の空間部分に内張りケーシングを装填したものとして密封ハウジング内に収容されるようにすると共に、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体のリード方向がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む密封ハウジングには吐出口を、その逆がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む密封ハウジングには吸入口を夫々形成した上、駆動機構により、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体とも、互いに軸方向に進退移動しない状態で、共に同一回転方向であって、雄ネジ軸体の方を高い回転数に設定して夫々所定回転数で回転させ得るようにしたスクリュー真空ポンプといえる。
【０００８】
また、一部表現を変えて示すならば、所定内径で所定谷形状の雌ネジ溝とした雌ネジ筒体と、該雌ネジ筒体雌ネジ溝の谷形状に略一致する山形状で、同一のピッチと捩れ方向とした雄ネジ山を有し、当該雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法を呼び径としてなる雄ネジ軸体とが、雌ネジ筒体が複数条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して、（雌ネジ筒体条数−１）／（雌ネジ筒体条数）の比率となる呼び径に設定され、（雌ネジ筒体条数−１）条ネジに形成し、雌ネジ筒体が（雌ネジ筒体条数−１）回転したときに雄ネジ軸体が（雌ネジ筒体条数）回転するよう駆動される如く規制したものとなされ、該雄ネジ軸体が、その外側面何れかのがわの雄ネジ山部分を、当該雌ネジ筒体の内側面何れかのがわの雌ネジ溝部分に完全に噛合状となるよう、互いの回転軸心位置を偏心させた配置に組み合わせて密封ハウジング内に収容されるようにすると共に、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体のリード方向がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む密封ハウジングには吐出口を、その逆がわで雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体に望む密封ハウジングには吸入口を夫々形成した上、駆動機構により、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体とも、互いに軸方向に進退移動しない状態で、共に同一回転方向となるよう回転させ得るようにしたスクリュー真空ポンプとなる。
【０００９】
雌ネジ筒体は、雄ネジ軸体を収容し、中空部分内側面に刻設した雌ネジ溝部に対し、後述の雄ネジ軸体雄ネジ山部を接点部分において完全に噛合状とし、同一方向に同期して回転駆動することにより、リード方向で始端がわから流体を強制吸引して雌ネジ溝部に沿って圧送し、リード方向先端がわから強制吐出する流体流路としての機能を果たすものであり、密閉状態を確保可能な形状および耐熱、耐磨耗性に秀れた素材を選択しなければならず、雌ネジ溝部を形成するネジ山の条数は、一条から複数条の何れかを適宜選択することが可能であり、高い密閉性を確保する上において、雌ネジ溝の断面形状を隅部角度が略９０゜となる四角状断面とするのが望ましい。
【００１０】
雄ネジ軸体は、上記雌ネジ筒体内に収容され、その外周面に刻設した雄ネジ山部を前記雌ネジ筒体雌ネジ溝部に完全に噛合させて同期回転駆動することにより、リード方向で始端がわから強制吸引した流体を前記雌ネジ溝部を流路として圧縮状に移送し、リード方向先端がわに強制吐出させるためのピストンのような機能を果たすものであり、耐摩耗性に秀れ気密状態を確保できる素材を選択し、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法よりも小さな呼び径であって、雌ネジ筒体の雌ネジ溝部との噛合部で完全に噛み合う雄ネジ山形状に形成し、同一ピッチ、同一捩れ方向に設定したものとしなければならず、雄ネジ山の条数を一条から複数条の何れかに設定することができるが、雌ネジ筒体のネジ山条数と同じか、もしくは雌ネジ筒体のネジ山条数よりも少ない条数に設定すべきであり、雄ネジ山の断面形状を角部が略９０゜の四角状断面に形成されたものとするのが望ましい。
【００１１】
雌ネジ筒体と雄ネジ軸体との互いの寸法は、その組合せ具合や製造上、駆動効率を勘案して効率的な真空度を達成し得るようにする上で、理想的には２／１の関係（したがって回転比では１／２。）となるようにすべきではあるが、この関係に限定されている訳ではなく、その下の比によるものやその上の比によるもの等、適宜割合によるものとすることが可能であることは言うまでもなく、また、双方の噛合状態も、その真空効率から０〜５０μｍ程度のクリアランスの、所謂ドライタイプの真空ポンプとするものであり、そのクリアランスも各部一様にするものとは限らず、ネジ溝、およびそれに噛合状とするネジ山形状によったり、回転駆動の速度や回転数を勘案して最適な組合せとなるようにすべきであり、また  素材を選択すればクリアランスをより少なくすることができ、例えば、耐摩耗性や耐熱性、摩擦係数等の点で今後出現するであろう超新素材を採用したり、現時点でも雌ネジ筒体の方を熱膨張係数の大きいものに設定する等といった工夫をすることにより、実質クリアランス０の達成も理論的には可能になる筈である。
【００１２】
また、双方のネジ条数の関係についても、雌ネジ筒体が複数条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して（雌ネジ筒体条数−１）／（雌ネジ筒体条数）の比率となる呼び径に設定され、（雌ネジ筒体条数−１）条ネジに形成し、雌ネジ筒体が（雌ネジ筒体条数−１）回転したときに雄ネジ軸体が（雌ネジ筒体条数）回転するよう駆動される如く形成してなるものとすることができる。即ち、雌ネジ筒体が二条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して１／２の呼び径に設定され、一条ネジに形成して雌ネジ筒体が１回転したときに雄ネジ軸体が２回転するよう駆動されるようにしたものに形成することが可能である。
【００１３】
同様に、雌ネジ筒体が３条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して２／３の呼び径に設定され、二条ネジに形成し、雌ネジ筒体が２回転したときに雄ネジ軸体が３回転するよう駆動される如く形成したものとしたり、あるいは、雌ネジ筒体が４条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して３／４の呼び径に設定され、三条ネジに形成して雌ネジ筒体が３回転したときに雄ネジ軸体が４回転するよう駆動されるようにしたものに形成することも可能である。
【００１４】
また、雌ネジ筒体が回転不能に固定され、雄ネジ軸体のみが遊星歯車状に自転しながら公転するよう回転駆動されるものとし、必要に応じて内張りケーシングも雄ネジ軸体と共に回転駆動されるようにしてなる構造としたり、あるいは、雄ネジ軸体が、複数本同一条件となるよう雌ネジ筒体の内側に所定間隔を隔てて噛合状に偏心配置されるようにした構造のものとすることも可能となる外、雌ネジ筒体が複数条ネジに形成され、雄ネジ軸体が、雌ネジ筒体の内径に略等しい呼び径に設定され、雌ネジ筒体と同一条数のネジに形成し、雌ネジ筒体が１回転したときに雄ネジ軸体が１回転するよう同期駆動される如く形成したものとし、内張りケーシングを必要としない構造とすることが可能である。
【００１５】
内張りケーシングは、該雄ネジ軸体が、その外側面何れかがわの雄ネジ山部分を、当該雌ネジ筒体の内側面何れかのがわの雌ネジ溝部分に完全に噛合状となるよう、互いの回転軸心位置を偏心させた配置に組み合わせ、その結果生じる雌ネジ筒体内径とする内側面部分と雄ネジ軸体外径とする外側面部分との間の空間部分の気密状態を確保する機能を果たすものであり、雌ネジ筒体内径とする内側面部分と雄ネジ軸体外径とする外側面部分との間の空間部分内に気密状に装填可能な形状および構造としなければならず、特に外周壁面が雌ネジ筒体の各雌ネジ山の頂部周面、および雄ネジ軸体の各雄ネジ山頂部周面に摺動自在に密接して、外気との連通を阻止する構造としなければならず、必要に応じて雌ネジ筒体と雄ネジ軸体とは別体の密封ハウジングやギアケースにシール材やＯリング等を介して密閉状に固着した構造とすることが可能である。
【００１６】
密封ハウジングは、雌ネジ筒体とこれに収容された雄ネジ軸体とを密閉状に包囲して、流体の吸入口と吐出口とを実質的に分離すると共に、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体を外部の駆動機構によって同期回転駆動可能とする機能を果たすものであり、雌ネジ筒体ならびに雄ネジ軸体の回転駆動に必要な各ベアリングや、夫々に密閉気密状態を確保するシール材やＯリング類を適所に設ける等して、円滑な回転駆動と、流体のリークを防止できる密閉状態とを確保したものとしなければならず、メンテナンス用の分解構造を有するものとするのが望ましい。
【００１７】
吸入口は、雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体のリード方向の一端がわに位置する双方のネジ山間に形成された溝空間作動室に、流体を吸引可能とする機能を果たすものであり、内部を真空にすることが可能な容器または気密室に接続して開口可能としたものとしなければならず、必要に応じて接続用のフランジ、およびシールやＯリング等を設けることができる構造とするのが望ましく、集塵器や遠心分離器、ろ過器等を添設することも可能である。
【００１８】
吐出口は、雌ネジ筒体および／または雄ネジ軸体のリード方向の他端がわに位置する双方のネジ山間に形成された溝空間作動室から、強制圧縮された流体を外部に吐出可能とする機能を果たすものであり、接続用のフランジ、およびシール材やＯリング等を設けて延長用の配管路を接続したり、あるいは圧縮容器に接続してコンプレッサとして利用できるものとすることも可能である。
【００１９】
駆動機構は、雌ネジ筒体および雄ネジ軸体を同一方向に同期させた状態に回転させることを可能とする機能を果たすものであり、この発明のスクリュー真空ポンプを正常に作動させるのに必要となるものであり、各種エンジンやモータ等を含む原動機および手動力を含む駆動原と、この力を雌ネジ筒体および雄ネジ軸体に伝える各種ギアやチェーン等を使用した伝達機構とを有するものである。
以下では、図面に示すこの発明を代表する実施例と共に、その構造について詳述することとする。
【００２０】
【実施例１】
図１のスクリュー真空ポンプの断面図、図２および図３の雌ネジ筒体と雄ネジ軸体との噛合状態の概略的平面図に示される事例は、雌ネジ筒体の内側に、同雌ネジ筒体よりも呼び径の小さい雄ネジ軸体を、偏心状に配置させて噛合状に装着し、該雌ネジ筒体のネジ山間に形成された複数の溝空間作動室を除いた内側空間であって、雄ネジ軸体および同雄ネジ軸体のネジ山間に形成された複数の溝空間作動室の外側に形成される空間に、隔壁状をなす内張りケーシングを装填したものに形成した基本的構成からなるこの発明に包含されるスクリュー真空ポンプにおける代表的な一実施例を示すものである。
【００２１】
当該スクリュー真空ポンプは、ケース下蓋６１を装着したギアケース６の左側上部に、同ギアケース６内に駆動軸を突出させた電動モータ４４を設け、ギアケース６の右側部は、密閉ハウジング５の一部を形成するものとし、同右側上部に設けられた略円筒形のブラケット５１および上部カバー５２によって包囲された空間内に、雌ネジ筒体１が環状シール１３を介して、また雄ネジ軸体２が環状シール２３を介して夫々鉛直状に収容されたものとなっており、所定外径寸法の円筒状に形成された雌ネジ筒体１は、内周壁面に所定ピッチの四角型ネジ溝形状の雌ネジが刻設されて、外周壁面および外周壁面に装着された円筒スリーブ１５とブラケット５１内壁面との間に装着されたベアリング１４，１４によってギアケース６右側上部に鉛直軸心回りに回転自在に支持されたものとなっている。
【００２２】
そして、雌ネジ筒体１用の電動モータ４４側に近接するよう配置された雄ネジ軸体２は、その外周壁面に雌ネジ筒体の雌ネジ溝部形状に略一致する同一捩れ方向の四角型ネジ山形状であって、雌ネジ筒体１の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法の１／２の呼び径に設定された雄ネジ山部が、雌ネジ筒体の雌ネジ溝部と同一ピッチで形成されており、雄ネジ山部が雌ネジ筒体１の雌ネジ溝部に完全に噛合状となるよう配置され、同雄ネジ軸体２の中心部に下端から打ち込まれ、上端に螺着されたボルトによって一体化された回転軸２２のギアケース６上端面付近に対応する中途部外周部にはフランジ鍔部が形成され、その上部には、前記環状シール２３が、同フランジ鍔部下部および回転軸２２下端の夫々にベアリング２４，２４を装着したものとし、これらベアリング２４，２４間には、上下二連配置とされた同期ギア４３，４３が同心状に設けられおり、上側の同期ギア４３が、雌ネジ筒体１下端内周壁面に一体的に固着された環状のインターナルギア１２に噛合し、下側の同期ギア４３が、駆動モータ４４の駆動軸に設けられた駆動ギア４１に連動するよう設けられた中間ギア４２に噛合されたことによって駆動機構４を形成したものとなっている。
【００２３】
該雌ネジ筒体１が形成する複数の溝空間作動室１１，１１，……を除いた内側空間であって、雄ネジ軸体２および同雄ネジ軸体２が形成する複数の溝空間作動室２１，２１，……の外側に形成される空間内に、隔壁状をなす内張りケーシング３を装填してギアケース６の上面に固着したものとし、雌ネジ筒体１の上端には、ブラケット５１および上部カバー５２との隙間を埋める環状の密閉蓋５３が、Ｏリング１６を挟み込んで一体的に固着され、同密閉蓋５３の中央部には、密閉シール５４を介して上部カバー５２を貫通する円筒状の吸入口７を開口し、雌ネジ筒体１および雄ネジ軸体２上端に開口する溝空間作動室１１，１１，……，２１，２１，……に連通させたものとする一方、雌ネジ筒体１および雄ネジ軸体２の下端側に開口する溝空間作動室１１，１１，……，２１，２１，……に対応する密閉ハウジング５の一部を形成するギアケース６には、外部に連通する吐出口８を形成したものとなっている。
【００２４】
このように形成されたスクリュー真空ポンプは、図８の雌ネジ筒体と雄ネジ軸体との噛合状態の概略的平面図に示される事例のように、雌ネジ筒体１と、該雌ネジ筒体の内径に雌ネジ溝深さを加えた寸法に対して２／３の比率となる呼び径に設定された雄ネジ軸体２とを組合せたものとすることが可能であり、雌ネジ筒体１を３条ネジ、雄ネジ軸体２を２条ネジとして、雌ネジ筒体１が２回転する間に雄ネジ軸体２が３回転するよう設定したものとすることができる。
【００２５】
【実施例２】
図９の雌ネジ筒体および雄ネジ軸体の噛合状態の概略的平面図に示される事例は、この発明のスクリュー真空ポンプに包含される他の実施例を示すものであり、雌ネジ筒体１と、該雌ネジ筒体の内径に対して１：１の比率となる呼び径に設定された雄ネジ軸体２とを噛合状に組み合わせたものであって、雌ネジ筒体１が１回転したときに雄ネジ軸体２も同期して１回転されるように駆動され、各、溝空間作動室１１，１１，……，２１，２１，……内の流体は、両ネジ山部とネジ溝部との間に密閉されるものとなることから、内張りケーシングを有さない構造となっている。
【００２６】
【実施例３】
図１０のスクリュー真空ポンプの断面図に示される事例は、吸入口７の構造を変更したスクリュー真空ポンプであって吸入口７が、内張りケーシング３の上下に貫通されると共に、密閉ハウジング５の一部を形成するギアケース６に穿孔された吸入路を通じて外側に導出され、ギアケース６吸入路の端部に延伸状に接続された吸入管路７１によって外部に連通状となるよう形成されており、ギアケース６内吸入管路の中途部から内張りケーシング３を鉛直状に貫通する管路の鉛直下方には、吸入される流体中に混入した異物が自重によって落下する異物導入路７２の上方端を連結し、該異物導入路７２の下方端をギアケース６の外側に導出すると共に、その導出端には脱着自在な密閉プラグ７３を装着したものとしてあり、吐出口８は、ギアケース６の図示しない側部に開口されたものとなっている。
【００２７】
【実施例４】
図１１のスクリュー真空ポンプの断面図に示される事例は、密閉ハウジング５の一部を形成するギアケース６の上部に、回転の軸心を水平状に組み合わせた雌ネジ筒体１および雄ネジ軸体２を装着してなる構造としてなるこの発明に包含されるスクリュー真空ポンプの他の実施例を示すものであり、有底円筒状に形成された雌ネジ筒体１は、その底状壁面中央に同心状に突設された回転軸部１７を、ギアケース６左側上部に形成された軸受け型ギアボックス部６２にベアリング１４，１４を介して回転自在に貫通させたものとしている。
【００２８】
そして、同雌ネジ筒体１および雄ネジ軸体２の右側端に対応するギアケース６上には、雌ネジ筒体１の右側端との間に環状シール１３を介在して密閉状且つ回転自在に支持すると共に、雄ネジ軸体２の右側端から延伸さら回転軸２２を、図示しない環状シールで密閉状とし、ベアリング２４，２４を介して回転自在に支持する密閉ハウジング５を設けたものとなし、雌ネジ筒体１が形成する複数の溝空間作動室１１，１１，……を除いた内側空間であって、雄ネジ軸体２および同雄ネジ軸体２が形成する複数の溝空間作動室２１，２１，……の外側に形成される空間内に装填された内張りケーシング３には、水平方向に貫通する吸入路が穿孔され、密閉ハウジング５の上部に開口する吸入口７に接続したものとし、雌ネジ筒体１の右端側に開放する溝空間作動室１１，１１，……および雄ネジ軸体２の右端側に開放する溝空間作動室２１，１１，……に対応する密閉ハウジング５には外部に連通する吐出口８を穿孔したものとする。
【００２９】
一方、該雌ネジ筒体１の回転軸部１７に取着された従動ギア４５、および雄ネジ軸体２の回転軸２２に取着された従動ギア４５の夫々には、ギアケース６内に水平状且つ回転自在に支持された中間軸４６の両端に設けられた中間ギア４２，４２を噛合させ、該中間軸４６または中間ギア４２，４２の何れかにモータ等の図示しない駆動原を接続して、雌ネジ筒体１および雄ネジ軸体２を同一方向に同期させた状態に回転駆動可能とした構造によるものである。
【００３０】
【作用】
以上のとおりの構成からなるこの発明のスクリュー真空ポンプは、図１および図２に示す構造のものでは、駆動モータ４４が発生する回転力により、駆動ギア４１、中間ギア４２および同期ギア４３，４３が駆動され、同期ギア４３にインターナルギア１２が噛合する雌ネジ筒体１、および同期ギア４３と同一の回転軸２２に固着された雄ネジ軸体２が、互いに同一方向に同期して回転駆動され、吸入口７から流入した気体は、雌ネジ筒体１の雌ネジ溝部に沿って、また雄ネジ軸体２の雄ネジ溝部に沿って吸い込まれ、雌ネジ筒体１の雌ネジ溝部には、雄ネジ軸体２の雄ネジ山部が、雄ネジ軸体２の雄ネジ溝部には、雌ネジ筒体１の雌ネジ山部が夫々噛合することによって雌ネジ筒体１の溝空間作動室１１，１１，……および雄ネジ軸体２の溝空間作動室２１，２１，……が次々に形成されては、リード方向の下側に向けて圧送されることとなる。
【００３１】
雌ネジ筒体１の回転数を２０００ｒｐｍとし、雄ネジ軸体２の回転数を４０００ｒｐｍとするのが望ましいが、最大で雌ネジ筒体１の回転数を４０００ｒｐｍ、雄ネジ軸体２の回転数を８０００ｒｐｍとすることが可能であり、各雄ネジ山部と雌ネジ溝部との間のクリアランスは、ドライタイプの真空ポンプの場合に０〜５０μｍとすることが可能であり、雌ネジ筒体１を熱膨張係数の大きな素材で製作したり、あるいは各雄ネジ山部または雌ネジ溝部の接触壁面に摩擦抵抗の低いシール構造等を設ける等して、理論的には実質クリアランスを０とする構造とすることも可能である。
【００３２】
互いに同期回転される雌ネジ筒体１と雄ネジ軸体２とのスクリューは、図２中のＰ１〜Ｐ７の各点において、何れも相対的な周方向への摺動を発生せず静止状に噛合された状態のまま同方向に回転駆動されるものとなり、図４の図３中のＡ−０部の断面図に示されるように完全に噛合状態にある四角断面形の雄ネジ山部と同一断面形の雌ネジ溝部との間Ｐ８，Ｐ９には、雄ネジ山部の先端面を含む周壁が、雌ネジ溝部の底面を含む周壁との間に一切の隙間が発生せず、隣接する溝空間作動室１１，１１，……，２１，２１，……は夫々密閉状となり、図５の図３中Ｂ−０部の断面図、および図６の図３中のＣ−０部の断面図のように、次第に四角形断面の雄ネジ山部が密閉状態を維持したまま雌ネジ溝部から離脱して行くものとなり、内張りケーシング３の先端縁部に到達して、図７の図３中におけるＤ−Ｅ−Ｆ部分を展開した断面図に示されるように、雌ネジ筒体１の溝空間作動室１１と雄ネジ軸体２の溝空間作動室２１とに分岐し、実質的に隙間が形成されずリークを発生させることなく、連続的に螺旋状に降下しながら圧縮され、雌ネジ筒体１および雄ネジ軸体２の下端側に到達した溝空間作動室１１，１１，……，２１，２１，……から放出された気体が、図１中の吐出口８を通じて外部に放出されることとなる。
【００３３】
図８に示したスクリュー真空ポンプは、２条ネジの雄ネジ軸体２が、３条ネジに形成された雌ネジ筒体１に噛合して、該雌ネジ筒体１が２回転する間に雄ネジ軸体２が３回転するように駆動されることにより、図２および図３に示したスクリュー真空ポンプに比較して、より多くの気体を圧送することが可能であり、また、図９のように形成したスクリュー真空ポンプとすれば、雌ネジ筒体１の雌ネジ溝部と、雄ネジ軸体２の雄ネジ山部とが、全周に渡って互いに密閉状態を確保した状態に噛合されたものとなるので、内張りケーシングが不要となり、雌ネジ筒体１が１回転したときに雄ネジ軸体２も同期して１回転するように駆動すれば正常且つ円滑な作動が得られるものとなる。
【００３４】
図１０のスクリュー真空ポンプは、雌ネジ筒体１および雄ネジ軸体２を、同方向に同期させて回転駆動させることによって吸入管路７１から吸引され気体が、内張りケーシング３を貫通した吸入路を鉛直方向に上昇する際に、気体中に含まれた異物が自重によって鉛直下方に形成され異物導入路７２に落下してしまうので、雌ネジ筒体１および雄ネジ軸体２側に流入する気体を清浄化するものとなり、自重によって流入気体から落下、分離された異物は、密閉プラグ７３を取り外すことにより、異物導入路７２外へ排除することが可能である。また、図１１のスクリュー真空ポンプのように、有底円筒状に形成した雌ネジ筒体１自体が、密閉ハウジング５の主要部分に代わって密閉状態を確保する構造とした場合であっても、あるいは、同図のスクリュー真空ポンプのように、雌ネジ筒体１および雄ネジ軸体２の軸心を水平状に設定した場合であっても、前述までのスクリュー真空ポンプと同等の真空性能を確保することが可能である。
【００３５】
【効果】
以上のとおり、この発明のスクリュー真空ポンプによれば、雌ネジ筒体および該雌ネジ筒体内に設けられた雄ネジ軸体の捩れ方向が統一され、互いに同一方向に同期して回転駆動される構造としたことにより、雌ネジ筒体の雌ネジ溝部と雄ネジ軸体の雄ネジ山部との噛合部、および雄ネジ軸体の雄ネジ溝部と雌ネジ筒体の雌ネジ山部との噛合部の夫々に高い密閉性を確保することが可能となり、対をなす逆ネジ型の雄ネジ型ロータが僅かな隙間を有して平行する従前型のスクリュー真空ポンプに比較して、遥かに高い真空性能を発揮することができるという秀れた特徴が得られるものである。
【００３６】
特に、実施例に説明したスクリュー真空ポンプは、上記した特徴に加え、雌ネジ筒体１が形成する複数の溝空間作動室１１，１１，……を除いた内側空間であって、雄ネジ軸体２および同雄ネジ軸体２が形成する複数の溝空間作動室２１，２１，……の外側に形成される空間内に、内張りケーシング３を装填した構造としたことにより、雌ネジ筒体１と雄ネジ軸体２との回転速度比率を１：２や２：３等の不等回転角速度に設定することが可能となり、１：１の回転比率の場合に比較し、圧縮効率を格段に高めることができ、さらに、雌ネジ筒体１の雌ネジ溝部、および雄ネジ軸体２の雄ネジ山部の断面形状を、隅部ならびに角部が、夫々９０゜の角度となる四角断面形状に形成したことから、図３〜図７に示したように、各作動段階において隙間の発生が無く、流体のリークや逆流を阻止することができ、従来型のスクリュー真空ポンプに比較して一段と高い真空状態を得ることができるという効果を奏するものとなる。
【００３７】
また、図１０に示すように、吸入口７に連通する鉛直状に上昇する吸入路の下部に異物導入路７２を形成したものとしてあって、吸入される流体中に混入している異物を、その自重によって落下させて自動的に分離、除去してしまうことが可能となり、雌ネジ筒体１および／または雄ネジ軸体２側に流入する流体を清浄化させて、混入異物による作動不良や破損等のトラブルを回避して、耐久性に秀れたスクリュー真空ポンプを提供することができる。さらにまた、図示していないが、雄ネジ軸体が、複数本同一条件となるよう雌ネジ筒体の内側に所定間隔を隔てて噛合状に偏心配置された構造とすれば、流体の吸引、吐出をさらに迅速に行うことができるスクリュー真空ポンプとすることができるという利点を得ることができるものとなる。
【００３８】
叙述の如く、この発明のスクリュー真空ポンプは、その新規な構成によって所期の目的を遍く達成可能とするものであり、しかも製造も容易であって、従前からの逆ネジ構造をもつスクリュー真空ポンプに比較し、遥かに経済的なものとすることができる上、真空性能自体も大幅に高めることができることから、利用可能な分野を格段に広げることが可能となり、低価格且つ高性能な真空ポンプを長年に渡って求め続けてきた真空技術関連業界において高く評価され、広範に渡って利用、普及していくものになることが予想される。
【図面の簡単な説明】
図面は、この発明のスクリュー真空ポンプの技術的思想を具現化した代表的な幾つかの実施例を示すものである。
【図１】    スクリュー真空ポンプの構造を示す断面図である。
【図２】    スクリュー真空ポンプの要部構造を示す平面図である。
【図３】    スクリュー真空ポンプの要部構造を示す平面図である。
【図４】    図３中のＡ−０部を示す断面図である。
【図５】    図３中のＢ−０部を示す断面図である。
【図６】    図３中のＣ−０部を示す断面図である。
【図７】    図３中のＤ−Ｅ−Ｆ部を示す展開図である。
【図８】    雌ネジ筒体および雄ネジ軸体の変更例を示す平面図である。
【図９】    雌ネジ筒体および雄ネジ軸体のさらに異なる例を示す平面図である。
【図１０】    吸入口を変更したスクリュー真空ポンプを示す断面図である。
【図１１】    大幅に構造を変更したスクリュー真空ポンプを示す断面図である。
【符号の説明】
１      雌ネジ筒体
１１    同  溝空間作動室
１２    同  インターナルギア
１３    同  環状シール
１４    同  ベアリング
１５    同  円筒スリーブ
１６    同  Ｏリング
１７    同  回転軸部
２      雄ネジ軸体
２１    同  溝空間作動室
２２    同  回転軸
２３    同  環状シール
２４    同  ベアリング
３      内張りケーシング
４      駆動機構
４１    同  駆動ギア
４２    同  中間ギア
４３    同  同期ギア
４４    同  駆動モータ
４５    同  従動ギア
４６    同  中間軸
５      密閉ハウジング
５１    同  ブラケット
５２    同  上部カバー
５３    同  密閉蓋
５４    同  密閉シール
６      ギアケース
６１    同  ケース下蓋
６２    同  軸受け型ギアボックス部
７      吸入口
７１    同  吸入管路
７２    同  異物導入路
７３    同  密閉プラグ
８      吐出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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