涡轮分子泵
阅读：691发布：2020-05-11
专利汇可以提供涡轮分子泵专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种能防止气体从背压侧经由紧固 泵 转子 的螺钉与泵转子的间隙向泵吸气口侧 泄漏 的 涡轮 分子泵。本发明的 涡轮分子泵 具备： 主轴 (4b)，由 电机 旋转驱动；泵转子(4a)；多个螺钉(50)，从泵吸气口侧贯穿泵转子(4a)，将泵转子(4a)紧固于主轴(4b)的泵吸气口侧端部；以及O环 密封件 (52)，将泵转子(4a)与主轴(4b)的紧固面的间隙密封。，下面是涡轮分子泵专利的具体信息内容。
1.一种涡轮分子泵，其特征在于，包括：
主轴，由电机旋转驱动；
泵转子；
多个螺钉，从泵吸气口侧贯穿所述泵转子，将所述泵转子紧固于所述主轴的泵吸气口侧端部；以及
密封构件，将所述泵转子与所述主轴的紧固面的间隙或所述螺钉与所述泵转子的间隙密封。
2.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于：
所述密封构件为O环密封件，所述O环密封件配置在由所述泵转子的螺钉孔的形成于泵吸气口侧缘的锥面、所述螺钉的外周面、及所述螺钉的螺钉头所形成的密封槽中，且所述O环密封件与所述锥面、所述外周面及所述螺钉头分别接触而将所述螺钉与所述泵转子的间隙密封。
3.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于，还包括：
转子平衡修正用构件，固定于所述泵转子的泵吸气口侧，
所述螺钉从泵吸气口侧贯穿所述转子平衡修正用构件及所述泵转子，将所述转子平衡修正用构件及所述泵转子紧固于所述主轴的泵吸气口侧端部，
所述密封构件为O环密封件，所述O环密封件是配置在由所述转子平衡修正用构件及所述泵转子中任意的其中一个的紧固面、形成于所述转子平衡修正用构件及所述泵转子其中另一个的紧固面的螺钉孔缘的锥面、及所述螺钉的外周面所形成的密封槽中，且所述O环密封件与所述其中一个的紧固面、所述锥面及所述外周面分别接触而将所述螺钉与所述泵转子的间隙密封。
4.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于：
所述密封构件为安装在所述泵转子的螺钉孔的内周或所述螺钉的螺钉轴外周的O环密封件。
5.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于：
所述密封构件是以将所述多个螺钉一起包围的方式配置，将所述泵转子与所述主轴的紧固面的间隙密封。
6.根据权利要求1所述的涡轮分子泵，其特征在于：
所述密封构件是对所述多个螺钉的每一个以包围该螺钉的方式设置，将所述泵转子与所述主轴的紧固面的间隙密封。
7.根据权利要求5或6所述的涡轮分子泵，其特征在于:
所述密封构件为板状的金属垫片。
涡轮分子泵
技术领域
背景技术
[0002] 涡轮分子泵中，利用电机将紧固有泵转子(pump rotor)的转子轴高速旋转而进行真空排气。若泵转子高速旋转，则较泵转子更靠上游的吸气口侧成为高真空。较泵转子更靠下游的背压侧是由后泵(back pump)排气，因此成为依赖于后泵的性能的低真空压力。
[0003] 此外，由于转子轴是设于背压侧，因此若泵转子与转子轴的紧固部的一部分在吸气口侧及背压侧露出，则气体会从背压侧经由所述紧固部的间隙向吸气口侧泄漏。若存在此种泄漏，则可能涡轮分子泵的压缩比降低而导致真空排气性能劣化。
[0004] 专利文献1所记载的涡轮分子泵中，转子轴与泵转子成为锥(tape)状嵌合。而且，为了防止从所述嵌合部分泄漏而采用以下构造：将覆盖转子轴端部的盖状构件安装在泵转子上，并利用垫片(gasket)将所述盖状构件与泵转子的间隙密封。
[0005] 另一方面，专利文献2所记载的涡轮分子泵中，使用多个螺钉将泵转子紧固于转子轴。而且，为了使组装性更容易而采用如下构成：使螺钉从高真空侧贯穿泵转子的紧固部，以能从吸气口侧拧紧螺钉。
[0006] [现有技术文献]
[0007] [专利文献]
[0008] [专利文献1]日本专利特开平5-311878号公报
[0009] [专利文献2]日本专利特开2008-038844号公报
发明内容
[0010] [发明所要解决的问题]
[0011] 但是，在设为专利文献2所记载那样的紧固构造的情况下，形成于泵转子中的螺钉孔贯穿到与转子轴的紧固面，因此可能背压侧的气体经由泵转子与转子轴的紧固面的间隙及螺钉与螺钉孔的间隙而泄漏到吸气口侧。
[0012] [解决问题的技术手段]
[0013] 本发明的优选实施方式的涡轮分子泵具备：主轴，由电机旋转驱动；泵转子；多个螺钉，从泵吸气口侧贯穿所述泵转子，将所述泵转子紧固于所述主轴的泵吸气口侧端部；密封构件，将所述泵转子与所述主轴的紧固面的间隙或所述螺钉与所述泵转子的间隙密封。
[0014] 进而优选的实施方式中，所述密封构件为O环密封件，此O环密封件是配置在由所述泵转子的螺钉孔的形成于泵吸气口侧缘的锥面、所述螺钉的外周面、及所述螺钉的螺钉头所形成的密封槽中，所述O环密封件与所述锥面、所述外周面及所述螺钉头分别接触而将所述螺钉与所述泵转子的间隙密封。
[0015] 进而优选的实施方式中，还具备固定于所述泵转子的泵吸气口侧的转子平衡修正用构件，所述螺钉从泵吸气口侧贯穿所述转子平衡修正用构件及所述泵转子，将所述转子平衡修正用构件及所述泵转子紧固于所述主轴的泵吸气口侧端部，所述密封构件为O环密封件，此O环密封件是配置在由所述转子平衡修正用构件及所述泵转子中任意的其中一个的紧固面、形成于所述转子平衡修正用构件及所述泵转子其中另一个的紧固面的螺钉孔缘的锥面、及所述螺钉的外周面所形成的密封槽中，所述O环密封件与所述其中一个的紧固面、所述锥面及所述外周面分别接触而将所述螺钉与所述泵转子的间隙密封。
[0016] 进而优选的实施方式中，所述密封构件为安装在所述泵转子的螺钉孔的内周或所述螺钉的螺钉轴外周的O环密封件。
[0017] 进而优选的实施方式中，所述密封构件是以将所述多个螺钉一起包围的方式配置，将所述泵转子与所述主轴的紧固面的间隙密封。
[0018] 进而优选的实施方式中，所述密封构件是对所述多个螺钉的每一个以包围此螺钉的方式设置，将所述泵转子与所述主轴的紧固面的间隙密封。
[0019] 进而优选的实施方式中，所述密封构件为板状的金属垫片。
[0020] [发明的效果]
[0022] 图1为表示涡轮分子泵的一例的截面图。
[0023] 图2(a)及图2(b)为对旋转体的紧固部的构成进行说明的图。
[0024] 图3(a)及图3(b)为表示第一变形例的图。
[0025] 图4为表示形成于泵转子侧的密封槽的图。
[0026] 图5(a)及图5(b)为表示第二变形例的图。
[0027] 图6(a)及图6(b)为表示第二实施形态的图。
[0028] 图7(a)及图7(b)为表示使用金属垫片的情况的图。
[0029] 图8(a)及图8(b)为表示第二实施形态的变形例的图。
[0030] 【主要元件符号说明】
[0032] 4：旋转体 4a：泵转子
[0033] 4b：主轴 10：电机
[0035] 33：间隔环 34、35、36：磁轴承
[0036] 37a、37b：机械轴承 38：排气口
[0037] 40：旋转叶片 41：圆筒部
[0038] 42、62：螺钉孔 42a、62a：锥面
[0039] 42b、49a：O环槽 43、45、47：凸部
[0040] 44、46：凹部 48：平衡环安装面
[0041] 49、63：紧固面 50：螺钉
[0042] 50a：螺钉轴 50b：螺钉头
[0043] 52、53、54、57：O环密封件 55、58：金属垫片
[0044] 55a：孔 60：平衡环
[0045] 61：孔部 500：外周面
[0046] 501：下表面
具体实施方式
[0047] 以下，参照图对本发明的具体实施方式进行说明。
[0048] 第一实施形态
[0049] 图1为表示涡轮分子泵1的一例的截面图。此外，本实施形态中以磁轴承式涡轮分子泵为例进行说明，但本发明能不限于磁轴承式而应用。涡轮分子泵1具有由旋转叶片40及固定叶片30所构成的涡轮泵段、以及由圆筒部41及定子31所构成的螺纹槽泵段。螺纹槽泵段中，在定子31或圆筒部41上形成有螺纹槽。旋转叶片40及圆筒部41形成在泵转子4a上。泵转子4a通过多个螺钉50而紧固于作为转子轴的主轴4b。通过利用螺钉50将泵转子4a与主轴4b紧固成一体，而形成旋转体4。
[0050] 相对于配置在轴方向上的多段旋转叶片40，交替配置多段固定叶片30。各固定叶片30经由间隔环33而在泵轴方向上层叠。主轴4b是由设于基座(base)3的磁轴承34、磁轴承35、磁轴承36非接触地支持。虽省略详细图示，但各磁轴承34～36具备电磁石及位移传感器。利用位移传感器来检测主轴4b的悬浮位置。
[0051] 将泵转子4a与主轴4b加以螺钉紧固而成的旋转体4是由电机10旋转驱动。当磁轴承34～36不动作时，主轴4b是由备用的机械轴承37a、机械轴承37b所支持。若利用电机10将旋转体4高速旋转，则泵吸气口侧的气体是由涡轮泵段(旋转叶片40、固定叶片30)及螺纹槽泵段(圆筒部41、定子31)依次排气，并从排气口38排出。
[0052] 图2(a)及图2(b)为对泵转子4a与主轴4b的紧固部的构成进行说明的图。图2(a)为表示泵转子4a及主轴4b的螺钉紧固部的图。由图1得知，泵转子4a与主轴4b的紧固部(紧固面)位于与排气口38连通的背压侧。将泵转子4a紧固于主轴4b的螺钉50从泵转子4a的吸气口侧穿插到泵转子4a的螺钉孔42中，贯穿螺钉孔42而与主轴4b螺合。从作为主轴4b的端面的紧固面突出的凸部43嵌合到形成于泵转子4a的紧固面的凹部44中，由此进行泵转子4a与主轴4b之间的定位。
[0053] 对于各螺钉50，分别设有将螺钉50与泵转子4a的间隙密封的O环密封件52。图2(b)为符号B所表示的部分的放大图。O环密封件52是配置在三角形截面形状的密封槽中，此密封槽是由螺钉孔42的形成于吸气口侧缘的锥面42a、螺钉50的螺钉轴50a的外周面500、及螺钉头50b的下表面501所形成。若将螺钉50拧紧则密封槽内的O环密封件52被压缩而变形，O环密封件52与锥面42a、外周面500及下表面501接触。结果，螺钉50与螺钉孔42(即泵转子4a)的间隙被O环密封件52所密封。
[0054] 如图2(a)所示那样，主轴4b位于低真空的背压侧，且螺钉50的螺钉头50b位于高真空的吸气口侧。例如在不设置O环密封件52的构成的情况下，如虚线箭头所示那样，背压侧的气体会经过螺钉50与螺钉孔42的间隙而泄漏到高真空侧，导致压缩比降低。
[0055] 另一方面，本实施形态中，对各螺钉50设置O环密封件52而将螺钉50与螺钉孔42的间隙密封，因此能防止从背压侧经过螺钉50与螺钉孔42的间隙向吸气口侧的泄漏，能解决由泄漏所致的压缩比降低等问题。
[0056] (第一变形例)
[0057] 图3(a)及图3(b)为表示所述实施形态的第一变形例的图。第一变形例中，在旋转体4中设有用于修正旋转体4的不平衡(unbalance)的平衡环(balance ring)60。在旋转体4存在不平衡的情况下，利用钻头(drill)等将平衡环60的一部分削除而进行不平衡修正。图3(a)及图3(b)所示的例子中，形成于泵转子4a的紧固部下表面的凸部45与主轴4b的凹部46嵌合而进行彼此的定位。另外，在泵转子4a的紧固部上表面形成有凸部47，此凸部47与平衡环60的孔部61嵌合，由此进行平衡环60相对于泵转子4a的定位。
[0058] 图3(b)为详细表示设于紧固部的O环密封件52的部分的放大图。O环密封件52是配置在三角形截面形状的密封槽中，此密封槽是由平衡环60的螺钉孔62的形成于紧固面侧缘的锥面62a、螺钉50的螺钉轴50a的外周面500、及泵转子4a的平衡环安装面48所形成。若利用螺钉50将泵转子4a及平衡环60一起拧紧，则密封槽内的O环密封件52被压缩而变形，O环密封件52与锥面62a、外周面500及平衡环安装面48接触。结果，螺钉50与螺钉孔42(即泵转子4a)的间隙被O环密封件52密封，能防止气体从背压侧经由螺钉50与螺钉孔42的间隙向吸气口侧泄漏。
[0059] 此外，图3(a)及图3(b)所示的例子中，将配置O环密封件52的三角形截面形状的密封槽形成于平衡环60侧，但也可如图4所示那样，将密封槽形成于泵转子4a侧。密封槽是由螺钉孔42的形成于吸气口侧缘的锥面42a、螺钉轴50a的外周面500、及平衡环60的紧固面(下表面)63所形成。
[0060] 若将平衡环60固定于泵转子4a，则密封槽内的O环密封件52被压缩而变形，O环密封件52与锥面42a、外周面500及平衡环60的紧固面63接触。结果，螺钉50与螺钉孔42(即泵转子4a)的间隙被O环密封件52密封，能防止气体从背压侧经由螺钉50与螺钉孔42的间隙向吸气口侧泄漏。
[0061] (第二变形例)
[0062] 图5(a)及图5(b)为表示第二变形例的图。图2(a)、图2(b)～图4所示的构成中，利用配置在三角形截面形状的密封槽中的O环密封件52将螺钉50与螺钉孔42的间隙密封，但也可如图5(a)及图5(b)所示那样将O环密封件53用作轴密封件。图5(a)为表示泵转子4a与主轴4b的紧固部分的图，图5(b)为配置有O环密封件53的部分的放大图。
[0063] 在供螺钉50穿插的螺钉孔42的内周面，形成有配置O环密封件53的O环槽42b。O环密封件53与螺钉50的外周面500及O环槽42b的槽底面接触，将螺钉50与螺钉孔42的间隙密封。因此，即使设有主轴4b的背压侧的气体如图5(b)的虚线箭头所示那样渗入到螺钉50与螺钉孔42的间隙内，也可利用O环密封件53来防止向吸气口侧的泄漏。
[0064] 此外，图5(a)及图5(b)所示的例子中，将O环密封件53配置在形成于螺钉孔42的O环槽42b中，但也可为将O环槽42b形成于螺钉50的螺钉轴50a侧的构成。此外，图5(a)及图5(b)所示的例子中未设置平衡环60，但也可设置平衡环60。
[0065] 第二实施形态
[0066] 图6(a)及图6(b)为表示第二实施形态的图。与图2(a)的情况同样地，图6(a)为表示泵转子4a与主轴4b的紧固部分的图。所述第一实施形态中，利用密封构件(O环密封件52、O环密封件53)来密封将泵转子4a紧固于主轴4b的螺钉50与螺钉孔42(即泵转子4a)的间隙，由此防止气体从背压侧向吸气口侧泄漏。
[0067] 另一方面，第二实施形态中，如图6(a)及图6(b)所示那样，通过在泵转子4a与主轴4b的紧固面设置O环密封件54，而防止气体从背压侧向螺钉孔42渗入，由此防止气体从背压侧经由螺钉50与螺钉孔42的间隙向吸气口侧泄漏。
[0068] 图6(b)为从主轴4b侧观看泵转子4a的紧固面49的图。利用6根螺钉50将泵转子4a紧固主轴4b，因此泵转子4a的紧固面49中形成有6个螺钉孔42。O环密封件54是以将这些所有螺钉孔42(即螺钉50)一起包围的方式配置成圆环状。因此，泵转子4a及主轴4b的紧固面的间隙被O环密封件54密封，能防止气体从背压侧向螺钉孔42与螺钉50的间隙渗入，从而能防止气体从背压侧向吸气口侧泄漏。另外，能无关螺钉根数而利用一个O环密封件54防止气体从背压侧向吸气口侧泄漏。
[0069] 此外，图6(a)所示的例子中，将配置O环密封件54的O环槽49a形成于泵转子4a的紧固面49，但也可在主轴4b侧形成O环槽。任一情况下，O环密封件54将泵转子4a及主轴4b的紧固面的间隙密封。
[0070] 图7(a)及图7(b)表示代替O环密封件54而将金属垫片55用作将泵转子4a及主轴4b的紧固面的间隙密封的密封构件的情况。图7(a)为表示泵转子4a与主轴4b的紧固部分的图，图7(b)为C-C截面图。金属垫片55例如可使用将易塑性变形的金属(例如铜或铝)制成薄板状而成的垫片。在环形状的金属垫片55中，形成有6个供螺钉50贯穿的孔55a。
[0071] 若将金属垫片55配置在主轴4b的紧固面(图示上端面)，并利用螺钉50将泵转子4a紧固于主轴4b，则泵转子4a与主轴4b的间隙被金属垫片55密封。图7(a)及图7(b)所示的紧固构造的情况下，主轴4b的外周面与螺钉50之间的空间小，不存在配置图6(a)及图6(b)所示那样的O环密封件54的富余空间。此种情况下，优选使用金属垫片作为密封构件。此外，也能代替金属垫片55而使用非金属的垫片，但若考虑到从材料的气体释放或耐热性等则优选金属。
[0072] 此外，图6(a)及图6(b)、图7(a)及图7(b)所示的例子中未设置平衡环60，但也可设置平衡环60。
[0073] 图8(a)及图8(b)为表示第二实施形态的变形例的图。在图6(a)及图6(b)、图7(a)及图7(b)所示的O环密封件54或金属垫片55的情况下，以将6根螺钉50总体一起包围的方式配置有密封构件。另一方面，图8(a)及图8(b)所示的变形例中，对每个螺钉50配置以包围一根螺钉50的方式设置的密封构件。
[0074] 图8(a)表示使用O环密封件57的情况，对每个螺钉50配置有O环密封件57。图8(b)为应用于金属垫片58的情况，对每个螺钉50设有环状的金属垫片58。螺钉孔42与螺钉50的间隙经由泵转子4a及主轴4b的紧固面的间隙而与背压侧相连。但是，通过如此这样对每个螺钉50设置密封构件，而将螺钉50周围的泵转子4a及主轴4b的紧固面的间隙密封，能防止气体从背压侧向螺钉孔42与螺钉50的间隙渗入。结果，能防止气体从背压侧经由螺钉孔42与螺钉50的间隙向吸气口侧泄漏。
[0075] 根据所述实施形态，可获得以下作用效果。
[0076] (C1)如图5(a)及图5(b)或图6(a)及图6(b)等所示那样，在涡轮分子泵1中，使用多个从泵吸气口侧贯穿泵转子4a的螺钉50，将泵转子4a紧固于主轴4b的泵吸气口侧端部。而且，如图6(a)及图6(b)那样，利用作为密封构件的O环密封件54将泵转子4a与主轴4b的紧固面的间隙密封，或如图5(a)及图5(b)那样，利用O环密封件53将螺钉50与泵转子4a的螺钉孔42的间隙密封。通过设为此种构成，能利用O环密封件54、O环密封件53防止气体从配置有主轴4b的背压侧经由螺钉50与泵转子4a的间隙向泵吸气口侧泄漏。
[0077] (C2)例如，也可如图2(a)及图2(b)所示的紧固构造的情况那样，将O环密封件52配置在由泵转子4a的螺钉孔42的形成于泵吸气口侧缘的锥面42a、螺钉50的外周面500、及螺钉50的螺钉头50b所形成的三角形截面形状的密封槽中，使O环密封件52与锥面42a、外周面500及螺钉头50b分别接触，将螺钉50与泵转子4a的间隙、即螺钉50与螺钉孔42的间隙密封。
[0078] (C3)另外，也可如图3(a)及图3(b)、图4所示的紧固构造那样，在还具备固定于泵转子4a的泵吸气口侧的转子平衡修正用构件即平衡环60的情况下，将O环密封件52配置在由平衡环60及泵转子4a中任意的其中一个的紧固面(图3(a)及图3(b)的情况下为泵转子4a的紧固面，图4的情况下为平衡环60的紧固面63)、形成于其中另一个的紧固面的螺钉孔缘的锥面(图3的情况下为锥面62a，图4的情况下为锥面42a)、及螺钉50的外周面500所形成的三角形截面形状的密封槽中，使O环密封件52与所述其中一个的紧固面、所述锥面及外周面500分别接触，将螺钉50与泵转子4a的间隙、即螺钉50与螺钉孔42的间隙密封。
[0079] (C4)另外，也可如图5(a)及图5(b)所示的紧固构造的情况那样，将O环密封件53安装于泵转子4a的螺钉孔42的内周，将螺钉50与泵转子4a的间隙、即螺钉50与螺钉孔42的间隙密封。另外，也可将O环密封件53安装于螺钉轴50a的外周，发挥与安装于螺钉孔42的内周的情况相同的效果。
[0080] (C5)另外，也可如图6(a)及图6(b)所示的紧固构造的情况那样，以一起包围多个螺钉50的方式配置O环密封件54，将泵转子4a与主轴4b的紧固面的间隙密封。此构成能无关螺钉根数而利用一个O环密封件54进行间隙的密封。
[0081] (C6)另外，也可如图8(a)所示的构成那样，对多个螺钉50中的每一个以包围螺钉50的方式设置O环密封件57，将泵转子4a与主轴4b的紧固面的间隙密封，防止气体从背压侧渗入到螺钉孔42与螺钉50的间隙中。结果，能防止气体从背压侧向泵吸气口侧泄漏。
[0082] (C7)另外，也可如图7(a)及图7(b)所示那样，使用板状的金属垫片55作为密封构件。通过使用金属垫片55，与使用O环密封件的情况相比能减少自密封构件的气体释放。
[0083] 上文中对各种实施形态及变形例进行了说明，但本发明不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内能想到的其他实施方式也包括在本发明的范围内。
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