JP2009092041A - Cantilever rotary pump - Google Patents
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Abstract
【課題】回転に伴う熱膨張による伸縮に対応可能であって、しかも構造簡単で分解、組立が容易な回転軸への回転ロータの支承構造を得る。
【解決手段】ハウジング内に設けられる排気室に、ロータを一方の軸端のみに設けられた軸受を介して回転自在に配置し、ハウジング内壁と前記ロータで気体の移送室を形成するとともに、移送室に連通する吸気口と排気口をハウジングに形成し、吸気口から移送室に気体を吸引し排気口から気体を排出する片持ち式回転ポンプにおいて、前記ロータはロータ部材の中空内と回転軸部材の軸端部とを固定する構造であって、前記回転軸部材と前記ロータ部材とは筒部材を介して一体的に固着した。
【選択図】図1A structure for supporting a rotating rotor on a rotating shaft that can cope with expansion and contraction due to thermal expansion accompanying rotation and that is simple in structure and easy to disassemble and assemble is obtained.
A rotor is rotatably disposed in an exhaust chamber provided in a housing via a bearing provided only at one shaft end, and a gas transfer chamber is formed by the inner wall of the housing and the rotor. In a cantilever rotary pump in which an intake port and an exhaust port communicating with a chamber are formed in a housing, and gas is sucked into the transfer chamber from the intake port and gas is discharged from the exhaust port, the rotor has a hollow shaft and a rotary shaft. In this structure, the shaft end of the member is fixed, and the rotating shaft member and the rotor member are integrally fixed via a cylindrical member.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、回転ポンプに用いる片持ちロータのロータ部材を回転軸部材に支持する際の軸出しを容易にし、回転に伴う熱膨張によるロータ部材と回転軸部材との伸縮に対応可能であり、しかも製造、分解及び組立が容易で高速回転可能な片持ちロータ式回転ポンプの構造に関するものである。特に、ターボ分子ポンプ、ねじ溝式ポンプ、一対もしくは三つのロータを持つスクリュー式ポンプ等のロータを片持ちとしかつ回転軸を垂直に保持する構造に適している。 The present invention facilitates alignment when the rotor member of the cantilever rotor used for the rotary pump is supported on the rotary shaft member, and can cope with expansion and contraction of the rotor member and the rotary shaft member due to thermal expansion accompanying rotation, In addition, the present invention relates to the structure of a cantilever rotor type rotary pump that is easy to manufacture, disassemble and assemble and can rotate at high speed. Particularly, it is suitable for a structure in which the rotor is cantilevered and the rotation axis is held vertically, such as a turbo molecular pump, a thread groove type pump, or a screw type pump having one or three rotors.
従来、回転軸部材10及び11に別部材のロータ部材を固定・一体化して片持ちロータを構成する方法として、図3に示すように、回転軸部材10及び11の先端部に近づくに従って直径が細くなるテーパ部15及び17を形成し、かつロータ部材13及び14の回転軸挿入用中空部の回転軸部材10及び11と圧密着する部分に回転軸部材10及び11と同じテーパ角を持つテーパ部15及び17とを形成し、両テーパ部を密接させ回転軸部材頂部に取り付けられたねじ16及び18でロータ部材を締め付けることにより回転軸部材とロータ部材とを圧接固定している。
このように、回転軸部材10及び11とロータ部材13及び14のテーパ部分が圧密着することにより回転軸部材10及び11とロータ部材13及び14との回転軸を一致させ軸出しをしている。
As described above, the tapered portions of the
しかしながら、このような従来のロータ部材を直接回転軸部材に支持する方法では、ロータ部材と回転軸部材として熱膨張率の小さな剛性強度の強い材質を使用した場合、剛性強度の強い材質は一般的に比重が大きいためロータも重量の重いものになっていた。ロータ部材の回転軸挿入用中空部にテーパ部を精度よく加工することができず、ロータの軸出しの難しさから、ロータの重心が回転軸と一致しない場合は、回転運動時にロータが回転軸からずれる方向に遠心力を受けるため、ロータが重いので歳差運動をしてしまい、ロータがハウジングと接触することや一対のロータを用いた場合はロータ同士が接触して破壊してしまうという問題が発生する可能性があった。 However, in such a conventional method of directly supporting the rotor member on the rotating shaft member, when a material having a high rigidity and a small coefficient of thermal expansion is used as the rotor member and the rotating shaft member, a material having a high rigidity and strength is generally used. Because of the large specific gravity, the rotor was also heavy. If the taper part cannot be machined with high precision in the hollow part for inserting the rotary shaft of the rotor member, and the center of gravity of the rotor does not coincide with the rotary axis due to the difficulty of centering the rotor, Because the rotor is heavy because it receives centrifugal force in the direction of displacement, the rotor precesses, and when the rotor contacts the housing or when a pair of rotors are used, the rotors contact each other and break down. Could occur.
また、ロータの重心をほぼ回転軸と一致させることができたとしても、重量のあるロータを用いた場合は、ロータが固有に持っている共振回転数がポンプとしての性能を出すためのロータの回転数より低くなってしまうという問題があった。
従って、共振振動数よりも回転数を上げる際に共振現象によりロータの回転軸が回転軸線上から大きくずれてしまい、ハウジングに接触して前記回転ロータや前記ハウジングを傷付けポンプとしての性能を劣化させてしまうという問題が発生する可能性があった。また、一対の回転ロータを持ったスクリュー式真空ポンプやルーツ式真空ポンプの場合は、さらに回転ロータ同士が接触して損傷してしまうという問題も起きた。
Even if the center of gravity of the rotor can be made substantially coincident with the rotation axis, when a heavy rotor is used, the resonance rotational speed inherent to the rotor provides the performance of the rotor as a pump. There was a problem that it would be lower than the rotational speed.
Therefore, when the rotational frequency is increased above the resonance frequency, the rotational axis of the rotor is greatly displaced from the rotational axis due to the resonance phenomenon, and the rotary rotor and the housing are damaged by contact with the housing and the performance as a pump is deteriorated. There was a possibility that this would occur. Further, in the case of a screw-type vacuum pump or a roots-type vacuum pump having a pair of rotary rotors, there is also a problem that the rotary rotors come into contact with each other and are damaged.
前記回転共振点は同じ形状のロータの場合、ロータが軽量になればなるほど高い回転数までシフトするので、軽量な材質で回転部材を形成することが考えられる。しかし軽量な材質は一般的に剛性が弱くハウジングや回転部材同士が衝突すると変形しやすいという欠点がある。また、回転軸部材10及び11とロータ部材13及び14を圧密着した際に軽量な材質でできたロータ部材は一般的にやわらかいため、密着部分にかかる大きな力により回転部材が変形してしまうという問題が発生する可能性がある。
In the case of a rotor having the same shape, the rotational resonance point shifts to a higher rotational speed as the rotor becomes lighter. Therefore, it is conceivable that the rotating member is formed of a lightweight material. However, lightweight materials generally have a drawback that they are weak in rigidity and easily deform when the housing and the rotating member collide with each other. Further, since the rotor member made of a lightweight material is generally soft when the
さらに、回転軸部材よりもロータ部材のほうが高温になり、ロータ部材が回転軸部材よりも熱膨脹した場合には、ロータ部材と回転軸部材間のテーパ密着部に隙間ができ、ロータ部材が下方に落ち、ハウジングや他方のロータ部材との相対位置が変化したり、ロータ部材と回転軸部材間にガタが生じることにより、ロータ部同士やロータ部とハウジングが接触し、ロータやハウジングに傷が付いたり、破壊してしまうという問題が生じた。
また、回転軸部材とロータ部材とを熱膨張率の異なる材質で構成した場合、両部材が同じ温度上昇をしたとしても、両部材を構成する材質の熱膨張率の違いにより、接合部であるテーパ部分に隙間ができてしまうため、上記と同様の問題が生じる。
Further, when the rotor member becomes hotter than the rotating shaft member and the rotor member is thermally expanded more than the rotating shaft member, a gap is formed in the taper contact portion between the rotor member and the rotating shaft member, and the rotor member moves downward. The rotor part and the other rotor member may change, or the backlash between the rotor member and the rotating shaft member may cause contact between the rotor parts or the rotor part and the housing, resulting in damage to the rotor or housing. Or the problem of destruction.
In addition, when the rotating shaft member and the rotor member are made of materials having different thermal expansion coefficients, even if both members have the same temperature rise, due to the difference in the thermal expansion coefficients of the materials constituting the two members, they are joint portions. Since a gap is formed in the tapered portion, the same problem as described above occurs.
本願発明の片持ち式回転ポンプによれば、ハウジング内に設けられる排気室に、ロータを一方のロータ軸端のみに設けられた軸受を介して回転自在に配置し、ハウジング内壁と前記ロータで気体の移送室を形成するとともに、移送室に連通する吸気口と排気口をハウジングに形成し、吸気口から移送室に気体を吸引し排気口から気体を排出する片持ち式回転ポンプにおいて、前記ロータはロータ部材の回転軸に沿った中空内と回転軸部材の軸端部とを固定する構造であって、前記回転軸部材と前記ロータ部材とは筒部材を介して一体的に固着されている。このような構成にすることにより、筒部材の材質を、ロータ部材の材質と異なる材質を選択することが可能となる。従って、回転中心から離れたロータ部を軽量な材質とし、回転中心に近い筒部材は、重量は重いが、強度的にも強い材質とすることができ、同じ形状精度ならば、アンバランスが小さいロータとすることができる。さらに、内径テーパに対するロータ外周部の歯の精度を出すため、筒部材のテーパ部の加工は、ロータに圧入後行う。 According to the cantilever rotary pump of the present invention, a rotor is rotatably disposed in an exhaust chamber provided in a housing via a bearing provided only at one rotor shaft end, and gas is generated between the housing inner wall and the rotor. In the cantilever rotary pump that forms a transfer chamber and an intake port and an exhaust port communicating with the transfer chamber in the housing, sucks gas from the intake port to the transfer chamber, and discharges gas from the exhaust port, the rotor Is a structure for fixing the inside of the hollow along the rotation axis of the rotor member and the shaft end portion of the rotation shaft member, and the rotation shaft member and the rotor member are integrally fixed via a cylindrical member. . With such a configuration, it is possible to select a material different from that of the rotor member as the material of the cylindrical member. Therefore, the rotor part away from the rotation center is made of a lightweight material, and the cylindrical member close to the rotation center can be made of a material that is heavy but strong in strength. It can be a rotor. Further, in order to increase the accuracy of the teeth on the outer periphery of the rotor with respect to the inner diameter taper, the taper portion of the cylindrical member is processed after press-fitting into the rotor.
本願発明の片持ち式回転ポンプによれば、前記筒部材は前記ロータ部材の中空内に圧入され、前記筒部材と前記ロータ部材との圧入面は回転軸に対して平行であり、前記筒部材と前記回転軸部材との接合面はテーパ形状である。このような構成にすることにより、ロータ部材に筒部材の回転軸に平行な圧入面を焼きバメもしくは冷やしバメ等して圧入固定した筒部材と回転軸のテーパ部を密着固定できるので、ロータ部材の回転軸と筒部材の回転軸及び筒部材の回転軸と回転軸部材の回転軸を精度良く合わせることができる。
さらに、筒部材をロータ部材に焼きバメもしくは冷やしバメすることにより、筒部材よりもロータ部材の熱膨張率の方が大きいとしてもある程度緩衝して、隙間ができない。
また、筒部材もしくはロータ部材の軸方向一端に、筒部材とロータ部材が回転軸方向へ相対的に移動しないようにストッパー部を設けるとよい。
According to the cantilever rotary pump of the present invention, the cylindrical member is press-fitted into the hollow of the rotor member, and the press-fitting surfaces of the cylindrical member and the rotor member are parallel to the rotation axis, and the cylindrical member The joint surface between the rotary shaft member and the rotary shaft member is tapered. By adopting such a configuration, it is possible to closely fix the cylindrical member press-fitted to the rotor member by press-fitting and fixing the press-fitting surface parallel to the rotational axis of the cylindrical member and the tapered portion of the rotational shaft. The rotating shaft of the cylindrical member and the rotating shaft of the cylindrical member, and the rotating shaft of the cylindrical member and the rotating shaft of the rotating shaft member can be accurately aligned.
Further, by shrinking or cooling the cylindrical member to the rotor member, even if the coefficient of thermal expansion of the rotor member is larger than that of the cylindrical member, the cylinder member is buffered to some extent and no gap is formed.
Moreover, it is good to provide a stopper part in the axial direction end of a cylinder member or a rotor member so that a cylinder member and a rotor member may not move relatively to a rotating shaft direction.
本願発明の片持ち式回転ポンプによれば、前記筒部材は2つの部材からなり、第一の筒部材は前記ロータ部材の中空内に圧入され、前記第一の筒部材と前記ロータ部材との圧入面は回転軸に対して平行であり、前記第一の筒部材と第二の筒部材との接合面はテーパ形状であり、軸方向に数箇所スリットを入れて径方向に伸縮可能とした、前記第二の筒部材の中空内に前記回転軸部材が挿入され、前記第一の筒部材と前記第二の筒部材とが接合することにより、前記第二の筒部材と前記回転軸部材との接合面が回転軸に対してほぼ平行に圧密着させることもできる。
従って、回転軸部材の端部をテーパ加工する必要がなくなる。また、ロータ部材の回転軸と筒部材の回転軸及び筒部材の回転軸と回転軸部材の回転軸をより精度良く合わせることができる。
また、回転軸部材に、筒部材とロータ部材が回転軸方向へ相対的に移動しないようにストッパー部を設けるとよい。
According to the cantilever rotary pump of the present invention, the cylindrical member is composed of two members, the first cylindrical member is press-fitted into the hollow of the rotor member, and the first cylindrical member and the rotor member The press-fitting surface is parallel to the rotation axis, the joint surface between the first cylindrical member and the second cylindrical member is tapered, and several slits are inserted in the axial direction so that it can expand and contract in the radial direction. The second cylindrical member and the rotary shaft member are inserted by inserting the rotary shaft member into the hollow of the second cylindrical member and joining the first cylindrical member and the second cylindrical member. Can be press-contacted substantially parallel to the rotation axis.
Therefore, it is not necessary to taper the end of the rotating shaft member. Further, the rotation axis of the rotor member and the rotation axis of the cylinder member, and the rotation axis of the cylinder member and the rotation axis of the rotation shaft member can be matched more accurately.
Moreover, it is good to provide a stopper part in a rotating shaft member so that a cylinder member and a rotor member may not move relatively to a rotating shaft direction.
このような構成にすることにより片持ち式回転ロータを回転軸に容易に軸出し固定することができる。例えば半導体製造装置内で用いる回転駆動する真空ポンプに用いた場合、前記真空ポンプで反応性ガスを排気することもあり、前記真空ポンプ内に生成物が蓄積してしまう。そのため前記生成物を除去するため頻繁にハウジング内を分解清掃等のメンテナンスを行う必要が生じてくる。その時に片持ち式回転ロータを取り外す必要があり再度組み立てる際に短時間で容易に再現性良く組み立てることができなかった。そこで請求項1に説明するような構成にすることにより容易に精度よく再現性のある軸出しが可能となり、片持ち式回転ロータの取り付け時間を短縮することができるようになった。
With this configuration, the cantilevered rotor can be easily pivoted and fixed to the rotating shaft. For example, when used in a vacuum pump that is driven to rotate and used in a semiconductor manufacturing apparatus, the reactive gas may be exhausted by the vacuum pump, and products accumulate in the vacuum pump. Therefore, it becomes necessary to frequently perform maintenance such as disassembly and cleaning in the housing in order to remove the product. At that time, it was necessary to remove the cantilever rotary rotor, and when reassembling, it could not be assembled easily and with good reproducibility in a short time. Therefore, by adopting the configuration as described in
本願発明の片持ち式回転ポンプによれば、前記筒部材の材質として、前記回転軸部材と同じ材質または、前記ロータ部材の材質の熱膨張率と前記回転軸部材の材質の熱膨張率の間の熱膨張率を持つ材質を用いた。このような構成にすることにより、ロータが熱膨張してもロータ部材と筒部材間及び筒部材と回転軸部材間に隙間ができにくくすることができる。このように、筒部材を介してロータ部材と回転軸部材を固着することにより、回転軸部材とロータ部材を物理的な特性が異なる材質で構成した場合、筒部材として物理的な特性が中間の材質を用いることにより物理的な特性の違いによる弊害を抑えることができる。また、筒部材と回転軸を同じ材質で構成すれば、温度が変化してもロータ部材と回転軸は同じ割合で膨脹・縮小するので、テーパ部に隙間ができることがなく、筒部材と回転軸との間でガタが生じない。 According to the cantilever rotary pump of the present invention, the material of the cylindrical member is the same material as the rotating shaft member, or between the coefficient of thermal expansion of the material of the rotor member and the material of the rotating shaft member. A material having a thermal expansion coefficient of With such a configuration, it is possible to make it difficult to form a gap between the rotor member and the cylindrical member and between the cylindrical member and the rotating shaft member even if the rotor is thermally expanded. As described above, when the rotor member and the rotor shaft member are fixed to each other through the cylindrical member, and the rotary shaft member and the rotor member are made of materials having different physical characteristics, the physical characteristics of the cylindrical member are intermediate. By using the material, it is possible to suppress adverse effects caused by differences in physical characteristics. If the cylindrical member and the rotating shaft are made of the same material, the rotor member and the rotating shaft expand and contract at the same rate even if the temperature changes. There is no play between the two.
本願発明の片持ち式回転ポンプによれば、前記第二の筒部材の前記回転軸部材端部側とは反対側の前記第二の筒部材外周部にも前記筒部材端部で径が小さくなるような第二のテーパ部を設け、前記筒部材の第二のテーパ部に対向する内径中空面と前記回転軸部材との密着面は回転軸に対して平行であり、前記回転軸部材には前記第二のテーパ部と前記回転軸部材とを密着固定するための第三のテーパ部材が固着されていても良い。このような構成にすることにより、さらに回転軸合わせを容易におこなうことができる。筒部材としては、軸方向に数箇所スリットを入れて径方向に伸縮可能としたコレット等を使用することができる。コレット等を用いることによりより簡単な構成で精度よく正確に軸出しを行うことができる。 According to the cantilever rotary pump of the present invention, the diameter of the second cylindrical member outer peripheral portion on the side opposite to the rotating shaft member end side of the second cylindrical member is also small at the cylindrical member end portion. The inner surface of the cylindrical member facing the second taper portion of the cylindrical member is in close contact with the rotary shaft member, and the rotary shaft member is parallel to the rotary shaft member. A third taper member for tightly fixing the second taper portion and the rotary shaft member may be fixed. With such a configuration, the rotation axis can be further easily aligned. As the cylindrical member, a collet or the like that can be expanded and contracted in the radial direction by inserting several slits in the axial direction can be used. By using a collet or the like, it is possible to accurately and accurately center the shaft with a simpler configuration.
本願発明の片持ち式回転ポンプによれば、前記ロータ部材の材質が前記回転軸部材の材質よりも軽量な材質からなる。このように軽量な材質によりロータを構成することにより共振回転数を回転ポンプの性能を十分に引出すための回転数よりも高い回転数まで上げることができる。また仮に重心が回転軸上からずれた場合でも軽量なロータを用いることにより、ロータの回転軸と設計上の回転軸とがずれても、大きな遠心力が働かないので、遠心力によるロータ間やロータとハウジングとの接触を防ぐことができる。 According to the cantilever type rotary pump of the present invention, the material of the rotor member is lighter than the material of the rotating shaft member. By configuring the rotor with such a lightweight material, the resonance rotational speed can be increased to a rotational speed higher than the rotational speed for sufficiently drawing out the performance of the rotary pump. In addition, even if the center of gravity deviates from the rotational axis, if a lightweight rotor is used, even if the rotational axis of the rotor deviates from the designed rotational axis, a large centrifugal force does not work. Contact between the rotor and the housing can be prevented.
前記ロータ部材の材質としてはアルミニウム系またはマグネシウム系の軽量な材質を用いることができる。アルミニウム系やマグネシウム系の材質は安価で柔軟な金属であるため鋳物加工、切削加工、旋削加工等が容易にできるというメリットがある。さらに、ハウジングもロータ部材と同様の材質を用いて、ハウジングとロータとを同程度の熱膨張をさせることにより、ハウジングとロータとの接触を防止することもできる。また、筒部材と回転軸を同じ材質で構成することにより、温度が変化してもロータ部材と回転軸は同じ割合で膨脹・縮小するので、接合部に隙間ができることがなく、筒部材と回転軸との間でガタが生じない。 As the material of the rotor member, a light material such as aluminum or magnesium can be used. Aluminum-based and magnesium-based materials are inexpensive and flexible metals, so that there is an advantage that casting, cutting, turning, etc. can be easily performed. Further, the housing can be prevented from contacting the housing and the rotor by using the same material as that of the rotor member and causing the housing and the rotor to thermally expand to the same extent. In addition, since the cylindrical member and the rotating shaft are made of the same material, the rotor member and the rotating shaft expand and contract at the same rate even if the temperature changes. There is no play between the shaft.
本願発明の片持ち式回転ポンプによれば、前記ロータ部材と前記回転軸部材及び前記筒部材の固定時に、前記回転軸に装着されている筒部材のテーパ部に前記ロータ部材もしくは前記回転軸のテーパ部が所定の押圧力で圧接するように弾性部材を配置した。通常回転ポンプを駆動した場合、ロータは温度上昇していく。この時、回転軸部材とロータ部材に熱膨張率の異なる材質を用いた場合、特にロータ部材側の熱膨張率が大きい場合は、ロータが膨張する際に筒部材のテーパ密着部にわずかな隙間ができてしまい、ロータ部材にガタが生じたまま回転し、ハウジングとロータもしくはロータ間が接触し、破損してしまうという問題が発生する可能性があった。しかし、上記構成にすることにより、弾性部材の押し付ける力によりテーパ部分が常に密着させ、常温から上昇する温度のすべての範囲内において、筒部材テーパ部と回転軸テーパ部の間が滑らないようにするのに必要な摩擦力を維持するようにできる。 According to the cantilever rotary pump of the present invention, when the rotor member, the rotary shaft member, and the cylindrical member are fixed, the rotor member or the rotary shaft is attached to the tapered portion of the cylindrical member attached to the rotary shaft. The elastic member was arranged so that the taper portion was pressed with a predetermined pressing force. When a normal rotary pump is driven, the temperature of the rotor increases. At this time, when materials having different coefficients of thermal expansion are used for the rotating shaft member and the rotor member, particularly when the coefficient of thermal expansion on the rotor member side is large, a slight gap is formed in the tapered contact portion of the cylindrical member when the rotor expands. As a result, there is a possibility that the rotor member rotates with the backlash generated, and the housing and the rotor or the rotor are brought into contact with each other and damaged. However, by adopting the above configuration, the taper portion is always brought into close contact with the pressing force of the elastic member so that the cylindrical member taper portion and the rotating shaft taper portion do not slip within the entire temperature range rising from room temperature. It is possible to maintain the frictional force necessary to do.
前記弾性手段としては、皿ばね等をもちいることができる。皿バネを用いることにより回転軸への弾性部材の着脱が容易になり、メンテナンス等の時間を短縮することができる。 As the elastic means, a disc spring or the like can be used. By using a disc spring, the elastic member can be easily attached to and detached from the rotating shaft, and the time for maintenance or the like can be shortened.
本願発明の片持ち式回転ポンプによれば、前記片持ち式回転ポンプのロータを互いに噛合う一対のスクリューロータとし、片持ち式回転ポンプを真空ポンプとして用いた。この一対の回転ロータを持つスクリュー式真空ポンプの場合は、ハウジング間、回転ロータ間の隙間が狭いことが性能向上に必要不可欠の条件であるが、特に反応生成ガスを流すプロセスの排気を行う真空ポンプの場合、メンテナンス等で頻繁に分解をしなければならない。本発明の回転式ポンプを縦置きにして片持ちロータとすれば、ロータ部は軽量であるアルミニウム系やマグネシウム系とし、軸とのテーパ締結部は強度的に丈夫な鉄系の材料とすることができ、容易に繰り返し、高い組立再現精度を得ることができる。 According to the cantilever rotary pump of the present invention, the rotor of the cantilever rotary pump is a pair of screw rotors that mesh with each other, and the cantilever rotary pump is used as a vacuum pump. In the case of a screw-type vacuum pump having a pair of rotating rotors, a narrow gap between the housings and the rotating rotor is an essential condition for improving the performance. In the case of a pump, it must be frequently disassembled for maintenance. If the rotary pump of the present invention is installed vertically to form a cantilever rotor, the rotor part is made of lightweight aluminum or magnesium, and the taper fastening part with the shaft is made of a strong iron-based material. Can be easily repeated and high assembly reproduction accuracy can be obtained.
本願請求項1の発明によれば、アンバランスの小さいロータとすることができる。 According to the first aspect of the present invention, a rotor with a small unbalance can be obtained.
本願請求項2の発明によれば、ロータ部材、筒部材及び回転軸部材の回転軸を精度良く合わせることができる。 According to the second aspect of the present invention, the rotation shafts of the rotor member, the cylindrical member, and the rotation shaft member can be aligned with high accuracy.
本願請求項3の発明によれば、回転軸部材の端部をテーパ加工する必要がなくなる。 According to the invention of claim 3 of the present application, it is not necessary to taper the end of the rotating shaft member.
本願請求項4の発明によれば、温度が変化してもロータ部材、筒部材及び回転軸部材間の隙間が変化しないようにできる。 According to the invention of claim 4 of the present application, it is possible to prevent the gap between the rotor member, the cylindrical member and the rotating shaft member from changing even if the temperature changes.
本願請求項5の発明によれば、さらに回転軸合わせを精度よく容易におこなうことができる。 According to the invention of claim 5 of the present application, it is possible to further easily and accurately align the rotation axis.
本願請求項6の発明によれば、共振回転数を回転ポンプの性能を十分に引出すための回転数よりも高い回転数まで上げることができる。 According to the invention of claim 6 of the present application, the resonance rotational speed can be increased to a rotational speed higher than the rotational speed for sufficiently drawing out the performance of the rotary pump.
本願請求項7の発明によれば、テーパ部を所定の押圧力で圧接するように弾性部材を配置することにより、ロータが熱膨張しても常温から上昇する温度のすべての範囲内において、筒部材テーパ部と回転軸テーパ部の間が滑らないようにするのに必要な摩擦力を維持することができる。 According to the invention of claim 7 of the present application, the elastic member is arranged so as to press the taper portion with a predetermined pressing force. The frictional force necessary to prevent slippage between the member taper portion and the rotating shaft taper portion can be maintained.
本願請求項8の発明によれば、効率的に真空ポンプのメンテナンス作業を行うことができる。 According to the invention of claim 8 of the present application, the maintenance work of the vacuum pump can be performed efficiently.
以下、本発明に係る真空ポンプの実施の形態について図面に基づき説明する。図5は本願発明に係る二段スクリュー式真空ポンプの実施の形態を模式的に示す断面図である。
ここで、図5の第一のスクリュー式真空ポンプ(第一の真空ポンプ、回転ロータ式ポンプ、片持ち式回転ポンプ、前段真空ポンプもしくはブースタポンプ)1Aについて、図1及び図2を用いて説明する。
図1は第一のスクリュー式真空ポンプ(第一の真空ポンプ、回転ロータ式ポンプ、片持ち式回転ポンプ、前段真空ポンプもしくはブースタポンプ)1Aの実施の形態を模式的に示す断面図である。また、図2は図1のA−A断面図である。
図示するように、この第一のスクリュー式真空ポンプ1Aは、縦置に配置された一対のスクリューロータ102,103を備え、この一対のスクリューロータ102、103は排気室ハウジング171の内部に収納されている。排気室を形成するハウジング(排気室ハウジング)171はロータハウジング104、上端ハウジング172及び軸受ハウジング173により構成されている。
Embodiments of a vacuum pump according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 5 is a sectional view schematically showing an embodiment of a two-stage screw type vacuum pump according to the present invention.
Here, the first screw-type vacuum pump (first vacuum pump, rotary rotor pump, cantilever rotary pump, pre-stage vacuum pump or booster pump) 1A of FIG. 5 will be described with reference to FIGS. To do.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a first screw vacuum pump (first vacuum pump, rotary rotor pump, cantilever rotary pump, pre-stage vacuum pump or booster pump) 1A. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
As shown in the figure, the first screw-type vacuum pump 1A includes a pair of
前記一対のスクリューロータ102、103と排気室ハウジング171により複数の作動室107が形成される。この作動室107はロータハウジング104及び上端ハウジング172に形成された吸気口153からプロセスガス(反応生成ガス)を吸入し、前記一対のスクリューロータ102、103の回転に伴いプロセスガス(反応生成ガス)を圧縮してロータハウジング104の側面に形成された排出口(排気口)154から排気する。
A plurality of working chambers 107 are formed by the pair of
スクリューロータ102、103と排気室ハウジング171とで吸気口153と排出口(排気口)154とが常に連通しないように仕切られ、 吸気側のスクリューロータ102、103と排気室ハウジング171で排気室168の吸気側が閉じるまでの位置において、ロータハウジング104に形成されている吸気口153の下端部には、反応生成物を収容するための窪み173が設けられている。また、スクリューロータ102,103の上部の吸気口153には反応生成物の塊がダイレクトに排気室168に落下しないように邪魔板174が配置されている。
The
スクリューロータ102、103と排気室ハウジング171間はスクリューロータ102、103の端面も含めて微小隙間とされるが、大気側に配置され、大気のシール機能も必要となる第二のスクリュー式真空ポンプと比較して隙間は大きくてもよい。
Between the
また、第一のスクリュー式真空ポンプ(前段真空ポンプもしくはブースタポンプ)1Aで容積圧縮して排気することにより、大気へ排気するための動力が大きな第二のスクリュー式真空ポンプ(後段真空ポンプもしくはメインタポンプ)1Bを小型化することができ、省エネとなる。 Further, the second screw vacuum pump (the latter stage vacuum pump or the main stage pump) has a large power for exhausting to the atmosphere by being volume-compressed and exhausted by the first screw type vacuum pump (first stage vacuum pump or booster pump) 1A. Tap pump) 1B can be reduced in size and energy is saved.
スクリューロータ102は、ロータ部材156と回転軸部材105により構成されている。ロータ部材156はアルミニウム系の素材、回転軸部材105は鉄系の素材でできている。ロータ部材156は中空ロータであり、中空部分には鉄系の素材でできた筒部材157が焼嵌めもしくは冷嵌めされている。このように、アルミニウム系の素材でできたロータ部材156に鉄系の素材でできた筒部材157を焼嵌めもしくは冷嵌めすることにより、温度上昇した際にアルミ系の素材のほうが鉄系の素材よりも熱膨張しても、焼嵌めもしくは冷嵌めによる鉄系素材の圧縮とアルミ系素材の膨張が緩衝し、ロータ部材156と筒部材157との間に隙間を生じにくくすることができた。また、ロータ部材156と筒部材157間の接合面を円筒形状とし、両部材の回転軸合わせを容易にできるようにしている。筒部材157の下端にはロータ部材156と軸方向の相対位置が変わらないように段部166が設けられている。がさらに、筒部材157の内周に上部に行くにしたがって狭くなるテーパを設け、さらに回転軸部材105の上端にも端部に行くにしたがって細くなる筒部材157のテーパと同形状のテーパを設けてある。そして筒部材157と回転軸部材105のテーパ部を圧密着させることによりロータ部材156と筒部材157の回転軸を一致させ、さらには回転軸部材105との回転軸とも一致させる。筒部材157と回転軸部材105は同じ鉄系の素材であり、温度変化による熱膨張量の違いはほとんどない。筒部材157と回転軸部材105とは、円筒部材157の上面と回転軸部材105の上端に締結されたボルト159との間に皿バネ158を配置することにより圧密着される。スクリューロータ102の上端部にはロータ部材156の中空部に反応性生物が堆積しないように蓋160が締結されている。
The
同様に、スクリューロータ103は、ロータ部材161と回転軸部材108により構成されている。ロータ部材161はアルミニウム系の素材、回転軸部材108は鉄系の素材でできている。ロータ部材161は中空ロータであり、中空部分には鉄系の素材でできた筒部材162が焼嵌めもしくは冷嵌めされている。このように、アルミニウム系の素材でできたロータ部材161に鉄系の素材でできた筒部材162を焼嵌めもしくは冷嵌めすることにより、温度上昇した際にアルミ系の素材のほうが鉄系の素材よりも熱膨張しても、焼嵌めもしくは冷嵌めによる鉄系素材の圧縮とアルミ系素材の膨張が緩衝し、ロータ部材161と筒部材162との間に隙間を生じにくくすることができた。また、ロータ部材161と筒部材162間の接合面を円筒形状とし、両部材の回転軸合わせを容易にできるようにしている。筒部材162の下端にはロータ部材161と軸方向の相対位置が変わらないように段部167が設けられている。さらに、筒部材162の内周に上部に行くにしたがって狭くなるテーパを設け、さらに回転軸部材108の上端にも端部に行くにしたがって細くなる筒部材162のテーパと同形状のテーパを設けてある。そして筒部材162と回転軸部材108のテーパ部を圧密着させることによりロータ部材161と筒部材162の回転軸を一致させ、さらには回転軸部材108との回転軸とも一致させる。筒部材162と回転軸部材108は同じ鉄系の素材であり、温度変化による熱膨張量の違いはほとんどない。筒部材162と回転軸部材108とは、筒部材162の上面と回転軸部材108の上端に締結されたボルト164との間に皿バネ163を配置することにより圧密着される。スクリューロータ103の上端部にはロータ部材161の中空部に反応性生物が堆積しないように蓋165が締結されている。
Similarly, the screw rotor 103 includes a
スクリューロータ102、103のように軽量なアルミニウム系素材や中空部を設けてスクリューロータ102、103をできるだけ軽量にすることにより、共振周波数を高くしてスクリューロータ102、103を高速回転できるようにした。これにより、第一の真空ポンプ(前段真空ポンプもしくはブースタポンプ)が小型になり、シール性を向上できるので排気効率のよい第一の真空ポンプ(前段真空ポンプもしくはブースタポンプ)を構成することができる。
The
スクリューロータ102は、ロータの回転軸部105が、回転軸部105の下方で上部に設けられた軸受106、101及び下部に設けられた軸受123によりロータハウジング104内で回転自在に支持されている。軸受106と排気室168との間には排気室内のプロセスガス(反応生成ガス)が軸受側に漏れて軸受に堆積したり潤滑油を汚染しないように、さらには軸受側106の潤滑油が排気室168側に漏れないように軸シール169が設けられている。また、軸受106、101、123は皿ばね(図示なし。)等で与圧をかけられている。
In the
また、スクリューロータ103も同様に、ロータの回転軸部108が、回転軸部108の下方で上部に設けられた軸受109、110及び下部に設けられた軸受124によりロータハウジング104内で回転自在に支持されている。軸受109と排気室168との間には排気室内のプロセスガス(反応生成ガス)が軸受側に漏れて軸受に堆積したり潤滑油を汚染しないように、さらには軸受側109の潤滑油が排気室168側に漏れないように軸シール170が設けられている。軸受109、110、124は皿ばね(図示なし。)等で与圧をかけられている。
Similarly, in the screw rotor 103, the
軸受106,101の外輪は、鉄系の素材でできた円柱形状の軸受支持部材175の内周に圧接固定され、軸受支持部材175の外周部分はアルミ系の素材でできた軸受ハウジング175に圧接固定している。軸受支持部材175の下端には軸受の外輪と軸受ハウジング175に対して軸方向で位置決めし易いように回転軸の放射方向に突出部180が形成されている。同様に、軸受109,110の外輪は、鉄系の素材でできた軸受支持部材177に圧接固定され、軸受支持部材177はアルミ系の素材でできた軸受ハウジング176に圧接固定している。軸受支持部材177の下端には軸受の外輪と軸受ハウジング176に対して軸方向で位置決めし易いように回転軸の放射方向に突出部181が形成されている。このように軸受106,101、109、110の外輪とほぼ同じ熱膨張率を持つ軸受支持部材175、177を介して熱膨張率の異なる(大きな)アルミ系の素材でできた軸受ハウジング176に固定することにより、軸受106,101、109,110の外輪と軸受支持部材175,177との間に隙間の変化ができないようにできる。
The outer rings of the
さらに、軸受ハウジング176には軸受106,101、109,110と排気室168とを熱的に断熱するための中空部182が形成されている。このように排気室168で発生した排気ガスの圧縮熱等の熱が、軸受106,101、109,110へ伝達しないように、排気室168と軸受106,101、109,110との間の熱伝導経路に空間を設けることにより、軸受106,101、109,110へ熱が伝達しにくくなり、軸受106,101、109,110が高温になることによる破壊を防止することができる。この中空部182は軸受106,101、109,110の周辺に設けることにより、軸受ハウジング176を介して軸受106,101、109,110へ熱が伝わる熱伝導経路を長くできるので、より断熱効果が向上する。さらに、低温で固体となる反応生成ガスが流れる場合、反応生成物が堆積しないように、反応生成ガスが流れる経路(吸気口153→排気室168→排気口154)を高温にして真空ポンプを運転する必要があるが、中空部182により高温に維持されている排気室168周辺の熱が、軸受106,101、109,110へ伝達するのを防止するという効果もある。
Further, the bearing housing 176 is formed with a hollow portion 182 for thermally insulating the
排気室ハウジング171を構成するロータハウジング104、上端ハウジング172及び軸受ハウジング173は、アルミ系の素材でできたロータ部材161と同じアルミ系の素材で構成されており、熱膨張率を同等とすることによりスクリューロータ102,103と排気室ハウジング171との隙間が温度により変化しないようにしている。さらに排気室ハウジング171がアルミ系の素材でできているので熱伝導率が良く排気口153付近で発生した熱を吸気口154側へ移送し易くなり、排気室168の温度を均一にし易い。
The
ロータハウジング104の周辺には排気室168内の温度を制御するためのアルミ系の素材でできた伝熱プレート183が密着されている。該伝熱プレートには冷却媒体(水等)もしくは加熱媒体(高温高圧蒸気等)を流すための経路184が形成されており、加熱・冷却はこれらの媒体で行う。例えば、タングステン系等の高温で固化する反応生成ガスを排気する場合は、排気室を低温に維持する必要があり、経路184に冷却水を流す。
A
軸受ハウジング176の下端であり、軸受ハウジング176を介して軸受106,101、109,110へ熱が伝わる熱伝導経路と接する位置にはアルミ系の素材でできた冷却プレート185が配置されている。中空部182だけでは十分に軸受106,101、109,110を低温に維持できない場合、前記冷却プレート185が配置されていることにより、軸受106,101、109,110へ伝導する熱量を減らすことができるので、軸受106,101、109,110の温度上昇を抑えることができる。
該冷却プレート185には冷却水等の媒体を流すための冷却経路186が形成されており、冷却効率をより向上させている。
A
The
さらに、前記冷却プレート185はモータハウジング187とも接しており、モータ113も冷却することができる。さらにモータハウジング187の外周には第二の冷却プレート188が密着しており、該第二の冷却プレート188によってもモータ113は冷却される。また、第二の冷却プレート188には冷却水等の媒体を流すための冷却経路189が形成されており、冷却効率をより向上させている。
Further, the
回転軸部105の下端部にはタイミングギア111が設けられ、回転軸部108の下端部にはタイミングギア112が設けられており、タイミングギア111及び112が互いに噛み合うことにより、スクリューロータ102及び103が同期して非接触で回転するように構成されている。
A timing gear 111 is provided at the lower end portion of the rotating shaft portion 105, and a
回転軸部108の軸受110とタイミングギア112間にはモータ113の永久磁石方式の回転子150が固定され、キャン151によりキャンド化されている。真空ポンプ駆動して排気室168内が真空になるとモータ113側も真空に引かれるので、キャン151で回転子150側を大気と分離することにより排気室168への大気の漏洩を防止している。また、運転開始時等に排気口153の圧力が大気圧よりも高くなると、排気室168内のプロセスガスがモータ113側に漏れることもある。この場合、モータがキャンド化されていることによりプロセスガスが大気へ漏れることを防止できる。キャン151の外側にはモータ113の電磁石方式の固定子152が固定されており、インバータによりスクリューロータ103の回転数を制御している。さらに、該回転運動をタイミングギア111及び112を介してスクリューロータ102を伝達することによりスクリューロータ102及び103は同期して非接触で回転するように構成されている。
A permanent magnet type rotor 150 of the
タイミングギア111及び112はオイルハウジング125で仕切られた潤滑油126が貯留されているオイル室127内に収納されている。タイミングギア111及び112には図示していない潤滑油供給手段により潤滑油が供給されるように構成されている。さらに、タイミングギア111及び112の軸方向の厚みを変え、軸方向底面を合わせて配置することにより、タイミングギア111から回転の遠心力によりタイミングギア112へ飛ばされた潤滑油がタイミングギア112との段差部分で止められて、タイミングギア111及び112との噛み合い部分を潤滑するように構成されている。
The timing gears 111 and 112 are housed in an
次に、図5の第二のスクリュー式真空ポンプ(回転ロータ式ポンプ、片持ち式回転ポンプ、後段真空ポンプもしくはメインポンプ)1Bについて、図3及び図4を用いて説明する。
図3は第二のスクリュー式真空ポンプ(回転ロータ式ポンプ、片持ち式回転ポンプ、後段真空ポンプもしくはメインポンプ)1Bの実施の形態を模式的に示す断面図である。また、図4は図3のB−B断面図である。
図示するように、このスクリュー式真空ポンプ1Bは、縦置に配置された一対のスクリューロータ202,203を備え、この一対のスクリューロータ202、203は排気室ハウジング271の内部に収納されている。排気室ハウジング271はロータハウジング204、上端ハウジング272及び軸受ハウジング276により構成されている。
Next, the second screw type vacuum pump (rotary rotor type pump, cantilever type rotary pump, rear vacuum pump or main pump) 1B of FIG. 5 will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a sectional view schematically showing an embodiment of the second screw type vacuum pump (rotary rotor type pump, cantilever type rotary pump, rear vacuum pump or main pump) 1B. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
As shown in the figure, the screw
前記一対のスクリューロータ202、203と排気室ハウジング271により複数の作動室207が形成される。この複数の作動室207は上端ハウジング272に形成された吸気口253からプロセスガス(反応生成ガス)を吸入し、前記一対のスクリューロータ202、203の回転に伴いプロセスガス(反応生成ガス)を移送してロータハウジング204の下端の側面に形成された排出口(排気口)254から排気する。
A plurality of working
上端ハウジング272、つまり下記説明の構造をもつ片持ちのスクリューロータ202,203の上部には、第一のスクリュー式真空ポンプ1Aの排気口154と第二のスクリュー式真空ポンプ1Bの吸気口253との間の中間圧が脈動した際に、脈動を緩衝するための脈動防止空間290が形成されている。例えば、極端な場合として真空状態から急激に大気圧を排気すると、脈動の最高圧力は大気圧以上(場合によっては大気圧の数倍以上)となり、第一のスクリュー式真空ポンプ1Aの排気口154と第二のスクリュー式真空ポンプ1Bの吸気口253との間で脈動が生じると、圧力の低い第一のスクリュー式真空ポンプ1Aの軸受109側へプロセスガスが漏れ、故障の原因となる。また、中間圧に圧力変化の大きい脈動が生じると、第一のスクリュー式真空ポンプ1A及び第二のスクリュー式真空ポンプ1Bのような片持ちのスクリューロータの場合、スクリューロータを曲げる方向に偏った力が発生し、スクリューロータ間もしくはスクリューロータとハウジング間で接触が生じ破壊の原因となる。特に、第一のスクリュー式真空ポンプは例えば一対のスクリューロータを3条と4条、4条と6条というように並列に複数の作動室が形成され、容積圧縮して排気しているため、排気端面での各作動室の圧力が異なり、スクリューロータに対して曲げる方向への力が大きくなる。第二のスクリュー式真空ポンプでは、両スクリューロータを1条とし、容積圧縮しないで排気する構造であり、第一のスクリュー式真空ポンプのスクリューロータと比較して軸径も小さいので、第一の真空ポンプと比較してスクリューロータに対して曲げる方向への力はそれほど大きくはならない。
At the upper end of the
上端ハウジング272内に形成された脈動防止空間290には反応生成物が排気室268内に侵入しないように吸気口253と排気室268間を仕切るようにトラップ部材291が配置されている。トラップ部材291は下端から上端に行くにしたがって先細りとなる中空構造で、上端ハウジング272とトラップ部材291との間に形成される溝部292に反応生成物が堆積するような構成となっている。上端ハウジング272を上面フランジと吸気口253が形成された側面ハウジングという構成にすることにより、該上面フランジを取り外すだけで、前記溝部292に堆積した反応生成物を掃除することができる。
A
スクリューロータ202、203と少なくともロータハウジング204間は微小隙間とされる。
A small gap is formed between the
スクリューロータ202は、ロータ部材256と回転軸部材205により構成されている。ロータ部材256及び回転軸部材205は鉄系の素材でできている。ロータ部材256は中空ロータであり、ロータ部材256の内周に上部に行くにしたがって狭くなるテーパを設け、さらに回転軸部材205の上端にも端部に行くにしたがって細くなるロータ部材256のテーパと同形状のテーパを設けてある。そしてロータ部材256と回転軸部材205のテーパ部を圧密着させることによりロータ部材156と回転軸部材205との回転軸を容易に一致させることができる。ロータ部材256と回転軸部材205は同じ鉄系の素材であり、温度変化による熱膨張量の違いはほとんどない。ロータ部材256と回転軸部材205とは、ロータ部材256の中空内上面と回転軸部材205の上端に締結されたボルト259との間に皿バネ258を配置することによりテーパ部で圧密着される。スクリューロータ202の上端部にはロータ部材256の中空部に反応性生物が堆積しないように蓋260が締結されている。
The
同様に、スクリューロータ203は、ロータ部材261と回転軸部材208により構成されている。ロータ部材261及び回転軸部材208は鉄系の素材でできている。ロータ部材261は中空ロータであり、ロータ部材261の内周上部に行くにしたがって狭くなるテーパを設け、さらに回転軸部材208の上端にも端部に行くにしたがって細くなり、ロータ部材261のテーパと同形状のテーパを設けてある。そしてロータ部材261と回転軸部材208のテーパ部を圧密着させることによりロータ部材261と回転軸部材208との回転軸を容易に一致させることができる。ロータ部材261と回転軸部材208は同じ鉄系の素材であり、温度変化による熱膨張量の違いはほとんどない。ロータ部材261と回転軸部材208とは、ロータ部材261の中空内上面と回転軸部材208の上端に締結されたボルト264との間に皿バネ264を配置することによりテーパ部で圧密着される。スクリューロータ203の上端部にはロータ部材261の中空部に反応性生物が堆積しないように蓋265が締結されている。
Similarly, the
第一のスクリュー式真空ポンプは、排気容量を得るために、スクリューロータが大きくなり、回転部の重量は重くなる。しかしながら、運転中の排気室168は分子流領域付近であり、スクリューロータ間及びスクリューロータとロータケーシング間等の隙間は広くできるため、熱膨張係数の大きな材料でも使用が可能である。従って、第一のスクリュー式真空ポンプのスクリューロータは、熱膨張係数は大きいが軽量であるアルミ系の材料が最適である。
それに対し、第二のスクリュー式真空ポンプは第一のスクリュー式真空ポンプより排気容量が小さいため、スクリューロータ部は小型であるが、大気の逆流を抑えるためのシール機能が必要なため、スクリューロータ間及びスクリューロータとロータケーシング間等の隙間を狭くする必要がある。従って、第二のスクリュー式真空ポンプのスクリューロータは、密度は大きいが熱膨張係数は小さい鉄系の材料が最適である。
In the first screw-type vacuum pump, in order to obtain the exhaust capacity, the screw rotor becomes large, and the weight of the rotating part becomes heavy. However, the
On the other hand, the second screw type vacuum pump has a smaller exhaust capacity than the first screw type vacuum pump, so the screw rotor part is small, but a sealing function is required to suppress the backflow of the atmosphere. It is necessary to narrow the gap between the screw rotor and the rotor casing. Therefore, the screw rotor of the second screw-type vacuum pump is optimally an iron-based material having a high density but a low thermal expansion coefficient.
スクリューロータ202は、ロータの回転軸部205が、回転軸部205の下方で上部に設けられた軸受206、201及び下部に設けられた軸受223によりロータハウジング204内で回転自在に支持されている。軸受206と排気室268との間には排気室内のプロセスガス(反応生成ガス)が軸受側に漏れて軸受に堆積したり、潤滑油を汚染しないように、さらには軸受側206の潤滑油が排気室268側に漏れないように軸シール269が設けられている。また、軸受206、201、223は皿ばね(図示なし。)等で与圧をかけられている。
In the
また、スクリューロータ203も同様に、ロータの回転軸部208が、回転軸部208の下方で上部に設けられた軸受209、210及び下部に設けられた軸受224によりロータハウジング204内で回転自在に支持されている。軸受209と排気室268との間には排気室内のプロセスガス(反応生成ガス)が軸受側に漏れて軸受に堆積したり、潤滑油を汚染しないように、さらには軸受側209の潤滑油が排気室268側に漏れないように軸シール270が設けられている。軸受206、201、223は皿ばね(図示なし。)等で与圧をかけられている。
Similarly, in the
軸受206,201の外輪は、鉄系の素材でできた円柱形状の軸受支持部材275の内周に圧接固定され、軸受支持部材275の外周部分は鉄系の素材でできた軸受ハウジング276に圧接固定している。軸受支持部材275の下端には軸受の外輪と軸受ハウジング276に対して軸方向で位置決めし易いように回転軸の放射方向に突出部280が形成されている。同様に、軸受209,210の外輪は、鉄系の素材でできた軸受支持部材277に圧接固定され、軸受支持部材277は鉄系の素材でできた軸受ハウジング276に圧接固定している。軸受支持部材277の下端には軸受の外輪と軸受ハウジング276に対して回転軸方向で位置決めし易いように回転軸の放射方向に突出部281が形成されている。軸受支持部材275、277は後記する空部282内で軸受を支持するように配置される。
このように軸受支持部材275、277を介して軸受206,207、209,210の外輪を軸受ハウジング276に固定することにより、中空部282と軸受206,207、209,210を軸方向で直列に配置せずに、真空ポンプの軸方向長を短くすることもできる。
The outer rings of the
Thus, by fixing the outer ring of the
さらに、軸受ハウジング276には軸受206,207、209,210と排気室268とを熱的に断熱するための中空部282が形成されている。このように排気室268で発生した排気ガスの圧縮熱等の熱が、軸受206,207、209,210へ伝達しないように、排気室268と軸受206,207、209,210との間の熱伝導経路に空間を設けることにより、軸受206,207、209,210へ熱が伝達しにくくなり、軸受206,207、209,210が高温になることによる破壊を防止することができる。この中空部282は軸受206,207、209,210の周辺に設けることにより、軸受ハウジング176を介して軸受206,207、209,210へ熱が伝わる熱伝導経路を長くできるので、より断熱効果が向上する。さらに、反応生成ガスを排気する場合、反応生成物が堆積しないように、反応生成ガスが流れる経路(吸気口253→排気室268→排気口254)を高温にして真空ポンプを運転する必要があるが、中空部282により高温に維持されている排気室268周辺の熱が、軸受206,207、209,210へ伝達するのを防止するという効果もある。
Further, the bearing
排気室ハウジング271を構成するロータハウジング204、上端ハウジング272及び軸受ハウジング276は、鉄系の素材でできたロータ部材161と同じ鉄系の素材で構成されており、熱膨張率を同等とすることによりスクリューロータ202,203と排気室ハウジング271との隙間が温度により変化しないようにしている。
The
ロータハウジング204の周辺には排気室268内の温度を制御するためのアルミ系の素材でできた伝熱プレート283が密着されている。該伝熱プレート283には冷却媒体(水等)もしくは加熱媒体(高温高圧蒸気等)を流すための経路284が形成されており、加熱・冷却はこれらの媒体で行う。例えば、タングステン系等の高温で固化する反応生成ガスを排気する場合は、排気室を低温に維持する必要があり、経路284に冷却水を流す。このように鉄系の素材よりも熱伝導率のよいアルミ系素材でできた伝熱プレート283をロータハウジング204に密着させて、ロータハウジング204の均熱化をしている。
A
軸受ハウジング276の下端であり、軸受ハウジング276を介して軸受206,207、209,210へ熱が伝わる熱伝導経路と接する位置にはアルミ系の素材でできた冷却プレート285が配置されている。中空部282だけでは十分に軸受206,207、209,210を低温に維持できない場合、前記冷却プレート285が配置されていることにより、軸受206,207、209,210へ伝導する熱量を減らすことができるので、軸受206,207、209,210の温度上昇を抑えることができる。
該冷却プレート285には冷却水等の媒体を流すための冷却経路286が形成されており、冷却効率をより向上させている。
A
The
さらに、前記冷却プレート285はモータハウジング287とも接しており、モータ213も冷却することができる。さらにモータハウジング287の外周には第二の冷却プレート288が密着しており、該第二の冷却プレート288によってもモータ213は冷却される。また、第二の冷却プレート288には冷却水等の媒体を流すための冷却経路289が形成されており、冷却効率をより向上させている。
Further, the
回転軸部205の下端部にはタイミングギア211が設けられ、回転軸部208の下端部にはタイミングギア212が設けられており、タイミングギア211及び212が互いに噛み合うことにより、スクリューロータ202及び203が同期して非接触で回転するように構成されている。
A
回転軸部208の軸受210とタイミングギア212間にはモータ213の永久磁石方式の回転子250が固定され、キャン251によりキャンド化されている。第二のスクリュー式真空ポンプの排気口254側が詰まると、排気口254付近の圧力が大気圧よりも高くなることもあり、排気室268内のプロセスガスがモータ213側に漏れる。この場合、モータ213がキャンド化されていることによりプロセスガスが大気へ漏れることを防止できる。キャン251の外側にはモータ213の電磁石方式の固定子252が固定されており、インバータによりスクリューロータ203の回転数を制御している。さらに、該回転運動をタイミングギア211及び212を介してスクリューロータ202の伝達することによりスクリューロータ202及び203は同期して非接触で回転するように構成されている。
A permanent
タイミングギア211及び212はオイルハウジング225で仕切られた潤滑油226が貯留されているオイル室227内に収納されている。タイミングギア211及び212には図示していない潤滑油供給手段により潤滑油が供給されるように構成されている。さらに、タイミングギア211及び212の軸方向の厚みを変え、軸方向底面を合わせて配置することにより、タイミングギア211から回転の遠心力によりタイミングギア212へ飛ばされた潤滑油がタイミングギア212との段差部分で止められて、タイミングギア211及び212との噛み合い部分を潤滑するように構成されている。
The timing gears 211 and 212 are accommodated in an
反応生成ガスは圧力が高くなると固化しやすい種類のものもあるため、大気側に配置されている第二のスクリュー式真空ポンプ1Bのロータハウジング204の側面には排気室内に不活性ガスを注入し、反応生成ガスを希釈して反応生成物ができにくくするための不活性ガス注入路295が設けられている。
Since some reaction product gases tend to solidify when the pressure increases, an inert gas is injected into the exhaust chamber on the side of the
最後に図5を用いて、前記第一のスクリュー式真空ポンプ1Aの排気口154と第二のスクリュー式真空ポンプ1Bの吸気口253を直列に連結して縦置き二段スクリュー式真空ポンプ300の構成について説明する。
Finally, referring to FIG. 5, the
図5に示すように、前記第一のスクリュー式真空ポンプ1Aの排気口154、第二のスクリュー式真空ポンプ1Bの吸気口253及び中間配管301で形成されている排気経路は水平になるように配置することにより、コンダクタンスをほとんど落とすことなく、前記第一のスクリュー式真空ポンプ1Aの排気口154と第二のスクリュー式真空ポンプ1Bの吸気口253を接続することができる。
また、中間配管301を用いないで第一のスクリュー式真空ポンプ1Aの排気口154と第二のスクリュー式真空ポンプ1Bの吸気口253を接続してもよい。
As shown in FIG. 5, the exhaust path formed by the
Further, the
スクリューロータ部分の修理やメンテナンス等を行う場合は、第一のスクリュー式真空ポンプ及び第二のスクリュー式真空ポンプの各々の軸受ハウジングとロータハウジングとの締結を解除しロータハウジングとともにロータハウジングよりも上部に配置されている上端ハウジング等を取り外すことにより、容易にスクリューロータ部分を作業者に対して露出することができ、作業性が向上するとともに、組立も容易となる。 When repairing or maintaining the screw rotor part, the fastening between the bearing housing and the rotor housing of each of the first screw type vacuum pump and the second screw type vacuum pump is released, and the upper part of the rotor housing together with the rotor housing. By removing the upper end housing and the like disposed on the screw rotor portion, the screw rotor portion can be easily exposed to the operator, so that workability is improved and assembly is facilitated.
以下、本発明に係る回転ポンプの第二の実施形態を、図6に基づいて説明する。図6は本件発明を片持ちのスクリュー式真空ポンプに適用した実施例である。 Hereinafter, a second embodiment of the rotary pump according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows an embodiment in which the present invention is applied to a cantilever screw type vacuum pump.
吸気口301を形成したフランジ302および排気口103を形成したフランジ304で中空部材305を挟むことによりスクリューロータを収納するためのハウジングを形成している。このハウジング内に所定のクリアランス(微小隙間)をもって非接触噛合状態で互いに噛み合うよう平行に収納されたスクリューロータ306、307がある。前記スクリューロータ306は軸受308及び309で、前記スクリューロータ307は軸受310及び311でハウジング内に固定されている。真空に保たれる排気室312と軸受やギア等の油で潤滑されている空間の間は軸穴封止用のシール部材313、314で仕切られている。ロータ306の回転軸の一端部には、スクリューロータ306を回転するためのモータ312の回転軸が接続部材315を介して装着されており、スクリューロータ306の回転はスクリューロータ306及び307に一体的に装着された同期歯車313及び314によりスクリューロータ307を逆方向に同期回転させる。
A housing for housing the screw rotor is formed by sandwiching the
スクリューロータ306とスクリューロータ307とは、ハウジングの内壁面に対して所定のクリアランスを有しており、ハウジング303と両スクリューロータ306,307との間には、スクリューロータ306及び307の噛合部分で互いに仕切られ、かつスクリューロータ304,305の回転によって回転軸の軸方向に移送される複数の螺旋形状の作業室が形成されている。
The screw rotor 306 and the
次に前記スクリューロータ306,307の回転軸316,317への固定方法について説明する。回転軸316、317は両端が端部にいくほど外径が小さくなるテーパが付き、さらに軸方向に数箇所スリットを入れることで、径方向に伸縮が可能な筒部材である。ロータ固定用円筒部材316,317は下端部のテーパ部分318、319が同じ内径テーパ角をもつリング320、321にテーパ部分が密着して固定されている。これによりロータ固定用円筒部材316,317の軸出しが精度良くできる。リング320、321は下端部が内径より大きな直径を持つ回転軸の突出部322,323に固定されている。306、307はアルミニウム系軽金属で作成されたスクリューロータで、鉄やステンレスのような剛性の強い金属でできたロータ内円筒部材326,327と一体に形成されている。ロータ内円筒部材326,327の内径部分はロータ固定用円筒部材316,317の上端部のテーパ部328,329のテーパ角と同じテーパを形成されている。スクリューロータはロータ内円筒部材326,327のテーパ部と筒円筒部材筒部材316,317の上端部のテーパ部328,329が接合することにより回転軸314,315に挿入される。
Next, a method for fixing the
このような構成にすることにより容易に軸出しを行い短時間で回転軸と回転ロータを固定することができる。従って本実施例のスクリュー式真空ポンプを半導体製造装置内で反応生成ガスを排気するために用い、反応生成物が真空ポンプ内に蓄積して頻繁に分解メンテナンスを行う場合でも、容易に分解・組立ができ、メンテナンス時間も短縮できる。 By adopting such a configuration, the shaft can be easily aligned and the rotating shaft and the rotating rotor can be fixed in a short time. Therefore, even if the screw type vacuum pump of this embodiment is used for exhausting reaction product gas in the semiconductor manufacturing apparatus, and the reaction product accumulates in the vacuum pump and is frequently subjected to disassembly maintenance, it can be easily disassembled and assembled. And maintenance time can be shortened.
また、前記スクリューロータ306,307を中空にして、さらに材質を軽量な材質にすることにより、回転重心が回転軸線からずれた場合でも共振回転数を真空ポンプの性能を十分に引出すための回転数よりも高い回転数まで上げることができる。従って、安定的に性能を出すための回転数まで前記スクリューロータ306,307の回転数を上げても、共振が起こらずハウジングと前記スクリューロータ306,307もしくは前記スクリューロータ306と前記スクリューロータ307が接触しハウジングもしくは前記スクリューロータ306,307が破壊するのを防ぐことができる。
Further, by making the
また、前記スクリューロータ306,307を中空にして、さらに材質を軽量な材質にすることにより、回転重心が回転軸線からずれた場合でも共振回転数を真空ポンプの性能を十分に引出すための回転数よりも高い回転数まで上げることができる。従って、安定的に性能を出すための回転数まで前記スクリューロータ306,307の回転数を上げても、共振が起こらずハウジングと前記スクリューロータ306,307もしくは前記スクリューロータ306と前記スクリューロータ307が接触しハウジングもしくは前記スクリューロータ306,307が破壊するのを防ぐことができる。
Further, by making the
さらに、鉄やステンレスのような剛性の強い金属でできたロータ内円筒部材326,327を用いることにより、スクリューロータ306,307に軽量な材質を用いても剛性の高いロータ内円筒部材326,327で装着の際の力を受けることができるのでスクリューロータ306,307の変形を抑えることができる。
Further, by using the rotor inner
また、スクリューロータ306,307はスクリューロータ306,307の中空内にはめ込まれた皿バネ330,331を介して、ロックナット332,333により回転軸に固定されている。
The
このような構成にすることにより前記回転軸314,315と前記スクリューロータ304,305が温度上昇により熱膨張してもスクリューロータは円筒部材326,327のテーパ部と筒円筒部材筒部材316,317の上端部のテーパ部328,329の間に隙間ができないようにスクリューロータは円筒部材326,327のテーパ部と筒円筒部材筒部材316,317が軸線方向にスライドして、回転ロータが変形することを防止することができる。
With this configuration, even if the
図7にアルミニウム系軽金属で作成されたスクリューロータ304,305と鉄やステンレスのような剛性の強い金属でできたロータ内円筒部材326,327とを一体に形成する一つの方法を例示している。図2はロータ内円筒部材326,327を回転軸垂直方向で見た断面図である。円筒部材326,327は外周部に単数もしくは複数箇所の突出部440を有し、前記ロータ内円筒部材326,327を鋳型に固定しこれにアルミニウムを流し込むことによりアルミニウム系軽金属で作成されたスクリューロータ306,307と鉄やステンレスのような剛性の強い金属でできたロータ内円筒部材326,327が一体形成される。
FIG. 7 illustrates one method of integrally forming
回転ロータ式流体ポンプ、片持ち式回転流体ポンプ、回転ロータ式真空ポンプ、片持ち式回転真空ポンプ等に適応可能である。特に、半導体製造工程で使用されるプロセスガスを排気するための片持ちスクリュー式真空ポンプ、その中でも該片持ちスクリュー式真空ポンプを複数台を直列に連結した多段片持ちスクリュー式真空ポンプに適用できる。 It can be applied to a rotary rotor type fluid pump, a cantilever type rotary fluid pump, a rotary rotor type vacuum pump, a cantilever type rotary vacuum pump, and the like. In particular, it can be applied to a cantilever screw vacuum pump for exhausting process gas used in semiconductor manufacturing processes, and in particular, to a multi-stage cantilever screw vacuum pump in which a plurality of cantilever screw vacuum pumps are connected in series. .
1A 第一のスクリュー式真空ポンプ
102,103 スクリューロータ
104 ロータハウジング
105 回転軸部材
101、106、109、110、123、124 軸受
107 作動室が形成
113 モータ
111、112 タイミングギア
125 オイルハウジング
126 潤滑油
150 回転子
151 キャン
152 固定子
153 吸気口
154 排出口(排気口)
156 ロータ部材
157 筒部材
166 段部
158、163 皿バネ
159、164 ボルト
160、165 蓋
168 排気室
169、170 軸シール
171 排気室ハウジング
172 上端ハウジング
173 軸受ハウジング
174 邪魔板
175、177 軸受支持部材
182 中空部
183 伝熱プレート
184 経路
185 冷却プレート
186、189 冷却経路
188 第二の冷却プレート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A 1st screw type vacuum pump 102,103
156 Rotor member 157
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007265693A JP2009092041A (en) | 2007-10-11 | 2007-10-11 | Cantilever rotary pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007265693A JP2009092041A (en) | 2007-10-11 | 2007-10-11 | Cantilever rotary pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009092041A true JP2009092041A (en) | 2009-04-30 |
Family
ID=40664255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007265693A Pending JP2009092041A (en) | 2007-10-11 | 2007-10-11 | Cantilever rotary pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2009092041A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111075719A (en) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 江苏高中压阀门有限公司 | A double-screw dry screw vacuum pump |
| JP2022176649A (en) * | 2021-05-17 | 2022-11-30 | 株式会社島津製作所 | Vacuum pump system and vacuum pump |
-
2007
- 2007-10-11 JP JP2007265693A patent/JP2009092041A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111075719A (en) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 江苏高中压阀门有限公司 | A double-screw dry screw vacuum pump |
| JP2022176649A (en) * | 2021-05-17 | 2022-11-30 | 株式会社島津製作所 | Vacuum pump system and vacuum pump |
| JP7600855B2 (en) | 2021-05-17 | 2024-12-17 | 株式会社島津製作所 | Vacuum pump system and vacuum pump |
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