JP2002115683A - 真空ポンプにおける回転軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】真空ポンプにおける回転軸に摺接する軸シール
用の接触型シール手段の寿命を延ばす。 【解決手段】回転軸１９，２０の突出端部１９２，２０
２にはゴム製のリップシール４４，４５が配置されてい
る。リップシール４４，４５は、回転軸１９，２０の突
出端部１９２，２０２の周面に摺接してシール作用をも
たらす。リップシール４４，４５と摺接する回転軸１
９，２０の周面の部位にはニッケルメッキ層４６，４７
が形成されている。リップシール４４はニッケルメッキ
層４６に摺接し、リップシール４５はニッケルメッキ層
４７に摺接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸の回転に基
づいてポンプ室内のガス移送体を動かし、前記ガス移送
体の動作によってガスを移送して吸引作用をもたらす真
空ポンプにおける回転軸に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平２−１５７４９０号広報、特開平
６−１０１６７４号公報に開示される真空ポンプでは、
隣合って２個で組をなすロータが噛合した状態で回転さ
れる。噛合しながら回転する２個のロータの回転動作
は、ガスを移送する。ロータの回転軸のうちの一方は、
モータから駆動力を得ており、他方の回転軸は歯車機構
を介して前記一方の回転軸から駆動力を得ている。

【０００３】歯車機構を収容するハウジング内には潤滑
油が貯留されており、この貯留油が歯車機構を潤滑す
る。この潤滑油がポンプ室へ洩れ出ないようにするた
め、歯車機構の収容室とポンプ室とを隔てるハウジング
壁を貫通する回転軸の貫通部位とハウジング壁との間に
リップシールが設けられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】回転軸としては硬度向
上のために球状黒鉛鋳鉄が用いられる。球状黒鉛鋳鉄
は、平均粒子径が３０〜１００μｍ程度の黒鉛を含む鋳
鉄である。鋳鉄製の回転軸の周面を研削加工すると、黒
鉛粒子が回転軸の周面から剥落することがあり、黒鉛の
剥落の跡には穴が残る。この穴の存在は、回転軸の周面
に摺接するリップシールの摺接部位を傷付ける原因とな
る。回転軸の周面に摺接するリップシールの摺接部位に
傷が付くと、油洩れ防止用のシール機能が低下する。即
ち、リップシールの寿命が短くなる。

【０００５】本発明は、真空ポンプにおける回転軸に摺
接する軸シール用の接触型シール手段の寿命を延ばすこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、回
転軸の回転に基づいてポンプ室内のガス移送体を動か
し、前記ガス移送体の動作によってガスを移送して吸引
作用をもたらし、前記ポンプ室内のガスが前記回転軸の
周面に沿って洩れることを防止するための軸シール用の
接触型シール手段を前記回転軸の周面に摺接するように
配置した真空ポンプを対象とし、請求項１に発明では、
前記回転軸を鋳鉄製とし、前記回転軸の周面における前
記接触型シール手段の配置部位の全周に表面粗度を低減
するための粗度低減層を設け、前記粗度低減層に前記接
触型シール手段を接触させた。

【０００７】粗度低減層は、摺接相手である接触型シー
ル手段に傷を付けないようにする。請求項２の発明で
は、請求項１において、前記粗度低減層は、メッキ層と
した。

【０００８】メッキは、回転軸の周面の粗度を低減する
上で簡便である。請求項３の発明では、請求項２におい
て、前記メッキ層は、ニッケルメッキ層とした。

【０００９】ポンプ室内のガスの一部が回転軸の周面を
伝って粗度低減層に到達することがあり、前記ガスの種
類には腐食性のガスが含まれていることがある。耐腐食
性に優れたニッケルメッキは、腐食性ガスとの接触によ
る腐食を回避する上で好適である。

【００１０】請求項４の発明では、請求項１乃至請求項
３のいずれか１項において、前記回転軸は、球状黒鉛鋳
鉄製とした。接触型シール手段と摺接する回転軸の周面
から黒鉛粒子が剥落していても、粗度低減層が黒鉛粒子
の剥落の跡の穴を埋める。

【００１１】請求項５の発明では、請求項１乃至請求項
４のいずれか１項において、前記真空ポンプは、複数の
前記回転軸を平行に配置すると共に、前記各回転軸上に
ロータを配置し、隣合う回転軸上のロータを互いに噛み
合わせ、互いに噛み合った状態の複数のロータを１組と
してポンプ室に収容し、隔壁によって前記ポンプ室から
隔てられた油存在領域に前記隔壁を介して前記回転軸を
突出させた真空ポンプであり、前記接触型シール手段
は、前記隔壁と前記回転軸との間に介在されており、前
記ロータは前記回転軸に一体形成されているものとし
た。

【００１２】ロータと一体形成した回転軸の形成には鋳
型成形が最適である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明をルーツポンプに具
体化した第１の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明
する。

【００１４】図１に示すように、多段ルーツポンプ１１
のロータハウジング１２の前端にはフロントハウジング
１３が接合されており、フロントハウジング１３には封
鎖体３６が接合されている。ロータハウジング１２の後
端にはリヤハウジング１４が接合されている。ロータハ
ウジング１２は、シリンダブロック１５と複数の室形成
壁１６とからなる。図２（ｂ）に示すように、シリンダ
ブロック１５は、一対のブロック片１７，１８からな
り、室形成壁１６は一対の壁片１６１，１６２からな
る。図１に示すように、フロントハウジング１３と室形
成壁１６との間の空間、隣合う室形成壁１６の間の空
間、及びリヤハウジング１４と室形成壁１６との間の空
間は、それぞれポンプ室３９，４０，４１，４２，４３
となっている。

【００１５】フロントハウジング１３とリヤハウジング
１４とには一対の回転軸１９，２０が軸受けであるラジ
アルベアリング２１，３７，２２，３８を介して回転可
能に支持されている。両回転軸１９，２０は互いに平行
に配置されている。回転軸１９，２０は室形成壁１６に
通されている。

【００１６】回転軸１９には複数のロータ２３，２４，
２５，２６，２７が一体形成されており、回転軸２０に
は同数のロータ２８，２９，３０，３１，３２が一体形
成されている。回転軸１９，２０及びロータ２３〜３２
は、球状黒鉛鋳鉄製である。ロータ２３〜３２は、回転
軸１９，２０の軸線１９１，２０１の方向に見て同形同
大の形状をしている。ロータ２３，２４，２５，２６，
２７の厚みはこの順に小さくなってゆくようにしてあ
り、ロータ２８，２９，３０，３１，３２の厚みはこの
順に小さくなってゆくようにしてある。ロータ２３，２
８は互いに噛合した状態でポンプ室３９に収容されてお
り、ロータ２４，２９は互いに噛合した状態でポンプ室
４０に収容されている。ロータ２５，３０は互いに噛合
した状態でポンプ室４１に収容されており、ロータ２
６，３１は互いに噛合した状態でポンプ室４２に収容さ
れている。ロータ２７，３２は互いに噛合した状態でポ
ンプ室４３に収容されている。

【００１７】リヤハウジング１４にはギヤハウジング３
３が接合されている。回転軸１９，２０は、リヤハウジ
ング１４を貫通してギヤハウジング３３内に突出してお
り、各回転軸１９，２０の突出端部１９２，２０２には
歯車３４，３５が互いに噛合した状態で止着されてい
る。ギヤハウジング３３には電動モータＭが組み付けら
れている。電動モータＭの駆動力は、軸継ぎ手１０を介
して回転軸１９に伝えられ、回転軸１９は、電動モータ
Ｍによって図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の矢印Ｒ１の方
向に回転される。回転軸２０は、歯車３４，３５を介し
て電動モータＭから駆動力を得ており、回転軸２０は図
２（ａ），（ｂ），（ｃ）の矢印Ｒ２で示すように回転
軸１９とは逆方向に回転する。

【００１８】図３に示すように、歯車３４，３５からな
る歯車機構を収容するギヤ収容室３３１の底部には潤滑
油（図示略）が貯留されている。潤滑油は、歯車３４，
３５の回転動作によってかき上げられる。歯車３４，３
５からなる歯車機構は、貯留油をかき上げるための油か
き上げ手段となる。潤滑油は、歯車３４，３５、ラジア
ルベアリング３７，３８を潤滑する。リヤハウジング１
４は、油存在領域となるギヤ収容室３３１と、ポンプ室
４３とを隣合わせに隔てる隔壁となる。潤滑油は、回転
軸１９，２０の突出端部１９２，２０２を冷却する。

【００１９】図２（ｂ）に示すように、室形成壁１６内
には通路１６３が形成されている。室形成壁１６には通
路１６３の入口１６４及び出口１６５が形成されてい
る。隣合うポンプ室３９，４０，４１，４２，４３は、
通路１６３を介して連通している。

【００２０】図２（ａ）に示すように、ブロック片１８
には導入口１８１がポンプ室３９に連通するように形成
されている。図２（ｃ）に示すように、ブロック片１７
には排出口１７１がポンプ室４３に連通するように形成
されている。導入口１８１からポンプ室３９に導入され
たガスは、ロータ２３，２８の回転によって室形成壁１
６の入口１６４から通路１６３を経由して出口１６５か
ら隣のポンプ室４０へ移送される。以下、同様にガス
は、ポンプ室の容積が小さくなる順、即ちポンプ室４
０，４１，４２，４３の順に移送される。ポンプ室４３
へ移送されたガスは、排出口１７１から外部へ排出され
る。ロータ２３〜３２は、ガスを移送するガス移送体で
ある。

【００２１】図１及び図３に示すように、回転軸１９，
２０の突出端部１９２，２０２にはゴム製のリップシー
ル４４，４５が配置されている。リップシール４４，４
５は、回転軸１９，２０の突出端部１９２，２０２の周
面に摺接してシール作用をもたらす軸シール用の接触型
シール手段である。歯車３４，３５の回転によってかき
上げられた潤滑油の一部は、ラジアルベアリング３７，
３８の内輪と外輪との間隙を経由してリップシール４
４，４５まで到達する。リップシール４４，４５は、潤
滑油によって潤滑されると共に、冷却される。

【００２２】リップシール４４，４５と摺接する回転軸
１９，２０の周面の部位にはニッケルメッキ層４６，４
７が形成されている。リップシール４４はニッケルメッ
キ層４６に摺接し、リップシール４５はニッケルメッキ
層４７に摺接する。

【００２３】第１の実施の形態では以下の効果が得られ
る。 （１-1）回転軸１９（２０）とロータ２３〜２７（２８
〜３２）とを一体にする構成では、ロータ２３〜３２の
特殊形状のために回転軸１９，２０の形成には鋳型成形
が最適である。そのため、回転軸１９，２０は鋳鉄製と
なっており、更に回転軸１９，２０及びロータ２３〜３
２の硬度を高めるために球状黒鉛鋳鉄が用いられてい
る。このような材質の回転軸１９，２０の周面を研削加
工した場合、回転軸１９，２０の周面から球状黒鉛粒子
が剥落し、その跡に穴が生じる。このような穴が存在し
ている回転軸１９，２０の周面にリップシール４４，４
５を摺接させると、リップシール４４，４５が傷付き、
ギヤ収容室３３１内の潤滑油がリップシール４４，４５
と回転軸１９，２０との接触部を越えてポンプ室４３側
へ侵入する。

【００２４】粗度低減層であるニッケルメッキ層４６，
４７は、球状黒鉛粒子の剥落の跡の穴を埋め、リップシ
ール４４，４５は粗度の低いニッケルメッキ層４６，４
７に摺接する。従って、リップシール４４，４５が摺接
相手との摺接によって傷付けられることはなく、リップ
シール４４，４５の寿命が延びる。

【００２５】（１-2）回転軸１９，２０の周面へのメッ
キは、例えばロータ２７，３２から突出端部１９２，２
０２側のメッキをしない部分をマスキングして突出端部
１９２，２０２側をメッキ液に付けてメッキを施すとい
ったように簡単に行える。しかも、メッキは球状黒鉛粒
子の剥落の跡の微小な穴を確実に塞ぐ。従って、メッキ
は、回転軸１９，２０の周面の粗度を低減する上で簡便
である。

【００２６】（１-3）真空ポンプによって移送されるガ
スの種類には腐食性ガスもある。ポンプ室４３内の腐食
性ガスは、リヤハウジング１４と回転軸１９，２０との
間を回転軸１９，２０の周面に沿ってリップシール４
４，４５の部位まで到達することがある。従って、リッ
プシール４４，４５を傷付けないための粗度低減層とし
ては腐食性ガスによって腐食しない材質によって形成す
る必要がある。ニッケルは、真空ポンプで取り扱われる
腐食性ガスによって腐食しない材質として最適である。

【００２７】（１-4）回転軸１９，２０の周面の粗度を
低減するニッケルメッキ層４６，４７は、リップシール
４４，４５に対する摺接抵抗を低減する。摺接抵抗の低
減は、回転軸１９，２０を回転するための動力の消費を
低減する。

【００２８】（１-5）ゴム製のリップシール４４，４５
は、回転軸１９，２０の周面に対する密接性に非常に優
れているが、潤滑油による潤滑がないと耐久性が極端に
低下する。ギヤ収容室３３１内の潤滑油によって潤滑を
受けるゴム製のリップシール４４，４５は、高い耐久性
及び高いシール性能の確保できる接触型シール手段であ
る。

【００２９】本発明では以下のような実施の形態も可能
である。 （１）粗度低減層として固体潤滑剤の層を用いること。
固体潤滑剤としては、二硫化モリブデンとグラファイト
とポリアミドイミド系の熱硬化性樹脂との混合物が好適
である。二硫化モリブデン及びグラファイトは固体潤滑
剤として優れており、ポリアミドイミド系の熱硬化性樹
脂は接着剤として機能する。回転軸１９，２０の周面に
これらの混合物を塗布してから乾燥すれば、固体潤滑剤
からなる粗度低減層が形成される。前記混合物の塗布
は、スプレー塗装、パッド印刷等によって行える。

【００３０】その他の固体潤滑剤としては、四フッ化エ
チレン等のポリマー、二硫化モリブデン、グラファイ
ト、二硫化タングステン、酸化鉛、窒化ホウ素、あるい
は鉛、金、インジュウム、錫等の軟質金属等を単独、あ
るいは複数を組み合わせた物が使用可能である。接着剤
としてはポリイミド系、ポリイミド系の熱硬化性樹脂が
使用可能である。 （２）ニッケル等の筒状部材を回転軸１９，２０に嵌合
して粗度低減層とすること。 （３）黒鉛を含まない鋳鉄製の回転軸にニッケルメッキ
層を設けること。黒鉛を含まない鋳鉄は、黒鉛を含む鋳
鉄に比べて硬度で劣るが、ニッケルメッキ層は、黒鉛を
含まない鋳鉄製の回転軸の周面の硬度を高める。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明では、回転軸
を鋳鉄製とし、前記回転軸の周面における接触型シール
手段の配置部位の全周に表面粗度を低減するための粗度
低減層を設け、前記粗度低減層に前記接触型シール手段
を接触させたので、真空ポンプにおける回転軸に摺接す
る軸シール用の接触型シール手段の寿命を延ばし得ると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態を示す多段ルーツポンプ１１
全体の平断面図。

【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図。（ｂ）は図１
のＢ−Ｂ線断面図。（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線断面図。

【図３】要部拡大平断面図。

【符号の説明】

１１…真空ポンプである多段ルーツポンプ。１４…隔壁
となるリヤハウジング。１９，２０…回転軸。２３〜３
２…ガス移送体となるロータ。３３１…油存在領域とな
るギヤ収容室。３４，３５…歯車機構を構成する歯車。
３９〜４３…ポンプ室。４４，４５…接触型シール手段
となるリップシール。４６，４７…粗度低減層であるニ
ッケルメッキ層。

フロントページの続き (72)発明者 正路 仁 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 3H029 AA06 AA18 AB06 BB16 BB33 CC16 CC20 CC38 3J006 AE00 AE17 AE34

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸の回転に基づいてポンプ室内のガス
   移送体を動かし、前記ガス移送体の動作によってガスを
   移送して吸引作用をもたらし、前記ポンプ室内のガスが
   前記回転軸の周面に沿って洩れることを防止するための
   軸シール用の接触型シール手段を前記回転軸の周面に摺
   接するように配置した真空ポンプにおいて、 前記回転軸を鋳鉄製とし、前記回転軸の周面における前
   記接触型シール手段の配置部位の全周に表面粗度を低減
   するための粗度低減層を設け、前記粗度低減層に前記接
   触型シール手段を接触させた真空ポンプにおける回転
   軸。
2. 【請求項２】前記粗度低減層は、メッキ層である請求項
   １に記載の真空ポンプにおける回転軸。
3. 【請求項３】前記メッキ層は、ニッケルメッキ層である
   請求項２に記載の真空ポンプにおける回転軸。
4. 【請求項４】前記回転軸は、球状黒鉛鋳鉄製である請求
   項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空ポンプに
   おける回転軸。
5. 【請求項５】前記真空ポンプは、複数の前記回転軸を平
   行に配置すると共に、前記各回転軸上にロータを配置
   し、隣合う回転軸上のロータを互いに噛み合わせ、互い
   に噛み合った状態の複数のロータを１組としてポンプ室
   に収容し、隔壁によって前記ポンプ室から隔てられた油
   存在領域に前記隔壁を介して前記回転軸を突出させた真
   空ポンプであり、前記接触型シール手段は、前記隔壁と
   前記回転軸との間に介在されており、前記ロータは前記
   回転軸に一体形成されている請求項１乃至請求項４のい
   ずれか１項に記載の真空ポンプにおける回転軸。