JPS63302193A

JPS63302193A - ２軸真空ポンプ

Info

Publication number: JPS63302193A
Application number: JP63115016A
Authority: JP
Inventors: ラルフ・シユテツフエンス; ハンス−ペーテル・カーリベリツツ; ハンス−ペーテル・ベルゲス; ヴオルフガング・ライエル; ハルトムート・クリーン
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1987-05-15
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1988-12-09
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: US4983107A; JP2650041B2; EP0290663A1; EP0290663B1; DE3786917D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、吸込み室と、吸込み室内にある回転ピストン
対と、吸込み室を側方で区画する軸受蓋と、吸込み室を
周辺で区画するハウジング環とを持つ２軸真空ポンプに
関する。

〔従来の技術〕

２紬ポンプは例えば、回転ピストンが断面を繭形に形成
されているルーツ型ポンプ、′爪型回転子を持つノーセ
イ（Ｎｏｒｔｈｅｙ）ポンプ、ねじポンプなどである。

回転ピストン対は相互にかつ吸込み室壁に対して接触な
しに回転して、ポンプの入口から出口へのポンプ供給媒
体の吐出を行なう。真空ポンプとして使用するために、
これらの２軸ポンプは特に適している。なぜならば吸込
み室内の密封及び冷却剤を省くことができ、従って密封
剤による汚染の危険がないからである。

ハウジング内のピストンの接触のない配置のため、吐出
される媒体の逆流は避けられない。

従ってこの種の２軸ポンプの体積効率は、実際に吐出さ
れるガス量と理論的に吐出可浦なガス量との比によって
規定される。ピストンの相互遊隙及び吸込み室に対する
遊隙が小さければ小さいほど逆流が小さくなり、すなわ
ちそれだけ体積効率が良くなる。しかし任意に小さい遊
隙の選択は熱的理由から不可能である。作動中にポンプ
が加熱される。存在する遊隙の縮小が起こるので、ピス
トンがハウジングに当たる危険がある。全容積の縮小の
ために望まれる回転数の上昇の際に、これらの困難は出
力密度の上昇のため増大する。

ハウジングに関して、熱を水又は空気冷却装置により導
出できる可能性がある。しかし回転するピストンからの
熱の導出は大体において、吐出される媒体自体によって
しか行なわれず、この媒体はピストンの熱をハウジング
へ伝達し又はそれ自体で一緒に導出する。真空中の２軸
ポンプの作動の際には、熱の導出のための分子が比較的
少ししか得られないから、この使用分野における熱的間
曙は特に重要である。

〔発明が解決しようとする課題」本発明の基礎になっている課題は、冒頭に挙げた種類の
２軸真空ポンプにおいて、生ずする熱膨張の不利な作用
を減少させることである。

帽１を解決するための手段〕本発明によればこの諜屑は、ハウジング環及び回転ピス
トンが異なる材料から成り、ピストン材料の唾張係数が
ハウジング材料の膨張係数よりかさいことによって解決
される。例えばピストンがねずみ鋳鉄又はセラミックか
ら成りかつ付属のハウジング環がアルミニウムから成る
場合は、温度上昇の小さい方のハウジングが温度上昇の
大きい方の回転子の膨張に追従することができる。なぜ
ならばアルミニウムはねずみ鋳鉄又はセラミックよりは
るかに大きい膨張係数を持っているからである。セラミ
ック環のピストンの場合には、セラミックの非常に小さ
い膨張係数のために、ピストンの大きい温度上昇及びハ
ウジングの小さい温度上昇の際に回転子とハウジングと
の間の遊隙が増大しないように、ハウジングを冷却する
必要がある。

ポンプが爪型回転子を備えている場合は、半径方向遊隙
のなくなるのを遅らせるか又は引き起こさないようにす
るために、これらの回転子の爪がセラミックからできて
いれば十分である。

この種の回転子は、完全にセラミックから成る回転子よ
りコスト的に有利に製造可能である。

ポンプの熱特性を良くするためには、回転子の位置決め
のために軸上に、回転子材料の膨張係数より小さい膨張
係数を持つ材料から成るブシュが配置されていれば好ま
しい。特に多段ポンプでは、この手段が有利である。

別の有利な手段は、外側の軸受を冷却し、しかしハウジ
ング環及び多段ポンプの場合に存在する中間軸受蓋を冷
却しないことに存する。それにより、軸受湯度は低く抑
えられかつ回転子温度は少し低下せしめられ、他方、ハ
ウジング温度は一曙高い値を取る。ハウジングはそれに
より、一層大きく温度上昇する回転子の膨張運動に加わ
ることができる。これは特に、ポンプのハウジングが容
器に入れられ、それにより放熱がさらに減少される場合
に、適用される。

回転子が冷却装置を備えている場合は、回転子。温度を
さらに低下させることができる。

〔実施例〕

本発明のそれ以外の利点及び詳細を、第１図ないし第４
図に示した実施例により説明する。

第１因に示した実施例は、２つの軸２及び３並びに３つ
の回転子対４，５又は６，７又は８，９を持つ３段真空
ポンプ１である。これらの回転子の軸線方向長さは吸入
側から吐出側へ縮小している。これらの回転ピストンは
爪型であり（第２図参ＩＩＩ）かつ吸込み室１１．１２
．１３内で回転し、これらの吸込み室は軸受１１１４な
いし１７及びハウジング環１８ないし２ｏにより形成さ
れている。

軸２，３は垂直に配置されている。これは、ポンプハウ
ジングのそばに配置された、図示してない駆動機械にも
適用される。下側軸受１１１７の下において、軸２．３
が同じ直径の歯車２３９２４を備えており、これらの歯
車は回転子対４．５又は６．７又は８，９の運動の同期
化に役立つ。駆動機械も下面に歯車を持っている。駆動
装置の接続は別の歯車２６により行なわれ、この歯車は
駆動機械の歯車及び同期化伝動装置の歯車２４とかみ合
っている。

上側軸受蓋！４及び下側軸受蓋Ｉ７に軸２，３がころが
り軸受２７を介して支持されている。上側軸受蓋１４は
、水平に配置された接続フランジ２８を備えており、こ
の接続フランジはポンプの入口２９を形成している６流
入通路３１は端面（開口３２）において第１段の吸込み
室１１へ開口している。

第１段の端面に配置された流出口は３３で示されており
、接続通路３４へ通じている。軸受ＩＩ　１５にある接
続通路３４は第２段の流入口３５と接峨している。軸受
蓋１６も相応に構成されている。（第３の）最下ポンプ
段の下に出口３６があり、この出口は、下側軸受蓋１７
にある端面の流出口３７と接続している。

ポンプハウジング及び駆動機械から成る装置の下には、
共通の軸槽４１により形成された、油を含んでいる空間
４０が設けられている。この軸槽４１の中へ、軸２と結
合された油ポンプ４２が突き出ている。この油ポンプか
ら、図示してない潤滑剤通路が、油潤滑を必要とするポ
ンプの各位置（軸受、歯車２３ないし２６のかみ合い部
、止め輪など）へ延びている。

３段２軸真空ポンプの図示した実施例は水冷される。そ
のために、側方軸受１１１４及び１７に冷却水通路４３
及び４４が設けられている。冷却水入口及び出口は４５
及び４６（上側軸受蓋１４）又は４７及び４８（下側軸
受蓋１７）で示されている。冷却水流出口４９は通路系
４４の最下位置に配置されているので、簡単な冷却水流
出が可能でありかつ完全な排出が保証されている。

回転子４ないし９は、これらの回転子の位置が軸の縦方
向遊隙に影響されないように、軸２゜３上にはめられか
つ保持されている。その際、トルク伝達は遊隙なしでで
きなければならない。

上側の軸受２７は、軸の縦方向膨張遊隙を形成するこる
又は舒軸受として構成されている。

軸２．３上の回転子４ないし９の正しい位置を保証する
ために、ブシュ対５１ないし５３が設けられており、こ
れらのブシュ対は中間軸受蓋１５゜１６の高さの所に及
び下側軸受蓋１７に存在する。

ブシュ及び回転子から成る単位体は、皿はね５４゜５５
及びナツト５６．５７によって軸上に弾性的に締め付け
られている。

ブシュの材料は銅又はセラミックであり、従って例えば
ねずみ鋳鉄製のピストンより小さい膨張係数を持ってい
る。

こうして構成された回転子の温度上昇の際に、回転子よ
り小さく膨張するブシュ５１ないし５３は、第１段の範
囲において特に強く作用する、ハウジングに対するピス
トンの相対移動が全部又は一部補償されるように、作用
する。さらにハウジング環１８ないし２０がアルミニウ
ムから製造されている場合は、ハウジングは僅かな温度
上昇にも拘らず一層大きく膨張するので、ハウジングは
ピストンの膨張運動に追従する。全体としてこの種のポ
ンプは熱的にはるかに高く荷重負担可能であり、従って
回転数の上昇及び／又は一層大きい圧力差を持つ作動を
許容する。

側方軸受蓋１４．１７が冷却され、しかしハウジング環
１８ないし２０及び中間軸受蓋１５．１６が冷却されな
い場合は、熱的作動確実性はさらに高められる。ハウジ
ング及び中間軸受蓋の効果的共同運動はそれにより達成
される。軸受温度は低く抑えることができる。さらに、
それには僅かにピストン冷却が付随する。

第１図に示した、垂直軸２．３を持つ実施例では、側方
軸受１４１１７はほぼ水平に貫流される。

２つの接続管路５８及び５９により、上側軸受蓋１４の
冷却水出口４６が下側軸受Ｍ１７の冷却水人口４７と接
続されており、または下側軸受蓋１７の出口４８が上側
軸受蓋１４の入口４５と接続されている。それにより、
閉じられた冷却回路が形成され、この回路において対流
だけによる冷却媒体の循環が起こる。この対流は、冷却
水入口４５．４７がそれぞれ冷却水出口４６．４８より
低い所にある場合に、強められる。

上側の冷却水出口４６の範囲において、弁６２を持つ外
部水供給管路６１が管路５９に接続されている。この弁
は、冷却媒体の温度が所定の値を超える場合に開く（測
定位置６３）。供給された低温の冷却媒体は先ず既存の
高温の冷却媒体と混ざるので、ポンプは低温衝撃を受け
ない。

上側の冷却水入口４５の範囲において、管路５８に容器
６４が接続されており、この容器は余剰の冷却水を収容
しかつ膨張容器として使われる。

第３図は爪型のピストン４ないし９を示している。中心
部分６５及び爪６６は、それぞれ平面を持つ別々の構成
部材である。画部分は、平面が互いに接触するように、
互いにねじ止めされている（ねじ止め６７）。中心体６
５は、例えばねずみ鋳鉄から成り、爪６６は例えばセラ
ミックから成る。この種のピストンの温度上昇の際に、
軸線方向の膨張は減少される。

第４図は、垂直に配置された１段２軸真空ポンプｌを示
している。第１図及び第４図による実施例の互いに一致
する部分は、同じ符号を付けられている。ピストン４，
５の過大な温度上昇従って膨張を減少させるために、こ
れらのピストンは冷却装置を備えている。そのために軸
２゜３は下方へ延長されかつ油空間４ｏ及び軸槽４１の
中を通されている。油槽中の軸２．３の密封のために、
半径方向軸密封環７１．７２が使われる。

軸２，３はそれぞれ盲孔７３．７４を備えており、これ
らの盲孔は下方へ開いている。軸２，３の下端は冷却媒
体容器７５の中へ突き出ており、この冷却媒体容器は油
空間の下に配置されている。

盲孔７３．７４の中へ下から冷却媒体供給管路・７６゜
７７が入り込んでおり、これらの冷却媒体供給管路の開
いた端部は回転子４，５のほぼ中心まで達している。冷
却媒体供給管路７６．７７は吐出ポンプ７８と接続して
おり、この吐出ポンプの入口側は管路７９を介して冷却
媒体容器７５と接続している。冷却媒体の十分低い温度
が保証されるように、管路７９に熱交換器８１が入れら
れているのが好ましい。

作動中、冷却媒体は盲孔７３．７４の中へ噴射されかつ
重力により冷却媒体容器７５へ戻る。そこからこの冷却
媒体は管路７９及び熱交換器を通って再び吐出ポンプ７
８へ達する。

冷却媒体として水が用いられるのが好ましい。

油又は圧縮空気も使用することができる。同時に軸受及
び／又は歯車潤滑に使われる油を使用する場合は、別々
の油及び冷却媒体容器４０及び７５を省くことができる
ので、密封装置７１及び７２も省略できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による３段２軸真空ポンプの縦断面図、
第２図は回転子対の横断面図、第３図はセラミック製の
爪を持つ爪型回転子の横断面図、第４図は回転子冷却装
置を持つ１段２軸真空ポンプの縦断面図である。４９！５ｉａｓ７薯８，９・・・回転子対、１１９１２
１１３・・・吸込み室、１４．１５．１６１１７・・・
軸受蓋、１８１１９９２０・・・ハウジング環

Claims

【特許請求の範囲】１　吸込み室（１１、１２、１３）と、吸込み室内にあ
る回転ピストン対（４、５；６、７；８、９）と、吸込
み室を側方で区画する軸受蓋（１４、１５、１６、１７
）と、吸込み室を周辺で区画するハウジング環（１８、
１９、２０）とを持つ２軸真空ポンプにおいて、ハウジ
ング環（１８、１９、２０）及び回転ピストン（４ない
し９）が異なる材料から成り、ピストン材料の膨張係数
がハウジング材料の膨張係数より小さいことを特徴とす
る２軸真空ポンプ。２　ピストン（４ないし９）がねずみ鋳鉄から成ること
を特徴とする、請求項１に記載のポンプ。３　ピストン（４ないし９）がセラミックから成ること
を特徴とする、請求項１に記載のポンプ。４　ハウジング環（１８、１９、２０）がアルミニウム
から成ることを特徴とする、請求項２又は３に記載のポ
ンプ。５　吸込み室と、吸込み室（１１、１２、１３）内にあ
る爪型回転ピストン対（４、５；６、７；８、９）と、
吸込み室を側方で区画する軸受蓋（１４、１５、１６、
１７）と、吸込み室を周辺で区画するハウジング環（１
８、１９、２０）とを持つ２軸真空ポンプにおいて、回
転ピストンの爪（６６）が膨張係数の小さい材料、なる
べくセラミック、から成ることを特徴とする２軸真空ポ
ンプ。６　セラミックから成る爪（６６）がねじ（６７）によ
つて、回転ピストン（４ないし９）のねずみ鋳鉄製中心
体（６５）に取り付けられていることを特徴とする、請
求項５に記載のポンプ。７　回転子（４ないし９）の位置決めのために軸（２、
３）上にブシュ（５１ないし５３）が設けられ、これら
のブシュが、回転子材料の膨張係数より小さい膨張係数
を持つ材料から成ることを特徴とする、請求項１ないし
６のうち１つに記載の２軸真空ポンプ。８　ブシュ（５１ないし５３）が鋼から成ることを特徴
とする、請求項７に記載のポンプ。９　ブシュ（５１ないし５３）がセラミックから成るこ
とを特徴とする、請求項７に記載のポンプ。１０　軸上にはめられたブシュ（５１ないし５３）及び
回転子（４ないし９）が、ばね（５４、５５）によって
位置決めされていることを特徴とする、請求項７、８又
は９のうち１つに記載のポンプ。１１　両方の外側軸受蓋（１４、１７）が水冷装置を備
えていることを特徴とする、請求項１ないし１０のうち
１つに記載のポンプ。１２　ハウジング環（１８、１９、２０）が冷却されず
、なるべく容器に入れられていることを特徴とする、請
求項１１に記載のポンプ。１３　両方の軸受蓋（１４、１７）が回転子軸線に対し
てほぼ垂直に貫流されかつ２つの外側接続管路（５８、
５９）を介して単一の冷却装置になるように互いに接続
され、温度差により回路中に冷却媒体の対流が生ずるこ
とを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のポンプ。１４　側方軸受蓋（１４、１７）への冷却水入口（４５
、４７）がそれぞれ冷却水出口（４６、４８）より低い
所にあることを特徴とする、請求項１３に記載のポンプ
。１５　上側の冷却水出口（４６）の範囲に外部水供給管
路が接続されていることを特徴とする、請求項１３又は
１４に記載のポンプ。１６　外部水供給管路（６１）に弁（６２）が配置され
、この弁が冷却回路の温度に関係して操作可能であるこ
とを特徴とする、請求項１５に記載のポンプ。１７　上側の冷却水流入口（４３）の範囲に膨張容器（
６４）が接続され、この膨張容器が、同時に外部水供給
中の高温冷却水の収容のために使われることを特徴とす
る、請求項１３ないし１６のうち１つに記載のポンプ。１８　回転ピストン（４ないし９）が冷却装置、なるべ
く水冷装置、を備えていることを特徴とする、請求項１
ないし１７のうち１つに記載のポンプ。１９　回転ピストン（４ないし９）の軸（２、３）が盲
孔（７３、７４）を備え、この盲孔の中へそれぞれ固定
した冷却水供給管路（７６、７７）が入り込んでいるこ
とを特徴とする、請求項１８に記載のポンプ。２０　回転ピストンの軸（２、３）の、下から入り得る
盲孔（７３、７４）が冷却媒体容器（７５）へ開口して
おり、この冷却媒体容器が吐出ポンプ（７８）を介して
、盲孔の中へ入り込んでいる冷却水供給管路（７６、７
７）と接続されていることを特徴とする、請求項１９に
記載のポンプ。２１　冷却媒体容器（７５）と冷却水供給管路（７６、
７７）との間の接続管路（７９）に熱交換器が設けられ
ていることを特徴とする、請求項２０に記載のポンプ。２２　軸（２、３）が垂直に配置されていることを特徴
とする、請求項１ないし２１のうち１つに記載のポンプ
。２３　冷却媒体容器（７５）が、油を含んでいる側方空
間（４０）の下にあり、軸（２、３）が側方空間（４０
）を貫通しかつ側方空間と冷却媒体容器との間の隔壁（
４１）の中を密に通されていることを特徴とする、請求
項２１及び２２のうち１つに記載のポンプ。２４　軸受及び／又は歯車潤滑に役立つ油が冷却剤とし
て使用され、潤滑剤空間（４０）及び冷却媒体容器（７
５）が同じであることを特徴とする、請求項１８ないし
２１又は２３のうち１つに記載のポンプ。２５　多段に構成されていることを特徴とする、請求項
１ないし２４のうち１つに記載のポンプ。