CN101099043A - 涡轮分子泵的密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡轮分子泵的密封结构，对于该结构，排出气体或粉尘等不会侵入涡轮分子泵的轴承部和电机部，并且密封部的长度也变短。该密封结构包括摇动自如地嵌入涡轮分子泵1壳体的静止构件10的衬套12、和转动自如地插通该衬套12的内周部的轴颈轴部8a，在该轴颈轴部8a的外周部凹设有人字形槽8b，同时相接于该人字形槽8b具有由上述轴颈轴部8a和上述衬套12形成的间隙密封部8c。

Description

涡轮分子泵的密封结构

技术领域

本发明涉及最适于真空排放工艺气体的涡轮分子泵的密封结构，所述工艺气体中含有腐蚀性气体及易凝结的气体等。

背景技术

作为涡轮分子泵的密封结构，申请人先前提出了如下的涡轮分子泵的密封结构(参照专利文献1)：如图7所示，通过滚动轴承支承旋转轴的涡轮分子泵a，包括径向可摇动地嵌入该涡轮分子泵a壳体的静止构件b的圆筒状的衬套c、和具有极小间隙且转动自如地插通该衬套c的内周部的轴颈轴部(journal shaft)d，在该轴颈轴部d的外周部凹设有人字形槽e和螺纹槽f，并且在上述衬套c和轴颈轴部d之间导入净化气体。

这是通过上述人字形槽的作用而在上述轴颈轴部和上述衬套之间得到调心作用，进而通过上述螺纹槽起到螺纹密封作用。

专利文献1：日本特开2002-147385号公报

上述专利文献1中的涡轮分子泵的密封结构采用了具有螺纹槽的螺纹密封。

然而，当因辅助泵停止而使得该涡轮分子泵的转子侧变为大气压状态时，或因排出气体量过大而使得上述辅助泵的压力升高时，所述密封结构有时会存在具有腐蚀性的排出气体或粉尘等从该涡轮分子泵的转子侧侵入电机壳体内这样的问题。

这是由于，上述排出气体或粉尘等通过上述螺纹密封部的螺纹槽进入到电机壳体侧。

再有，上述辅助泵是指作为主排气泵(例如涡轮分子泵)的辅助泵同时进行运转的真空泵，起到的作用是将真空容器从大气压粗抽到1Pa左右的压力。

另外，上述具有螺纹密封部的密封结构还存在轴颈轴部沿轴向所需长度变长，涡轮分子泵的旋转轴的长度变长的缺陷。这造成了涡轮分子泵大型化的问题。

发明内容

为了解决这些问题，本发明的目的是提供一种涡轮分子泵的密封结构，其即使在上述辅助泵停止、或辅助泵侧的压力升高时，排出气体或粉尘等也不会侵入涡轮分子泵的电机壳体内，并且可缩短其轴向长度。

为了实现上述目的，本发明的通过滚动轴承支承旋转轴的涡轮分子泵，包括可径向摇动地嵌入该涡轮分子泵壳体的静止构件的圆筒状衬套、和与该衬套的内周部具有极小的间隙且转动自如地插通该内周部的轴颈轴部，在该轴颈轴部的外周部以朝向旋转方向展开成ヘ字形状凹设人字形槽，同时相邻于该人字形槽而设置有由所述衬套和所述轴颈轴部形成的间隙密封部。

根据本发明，具有如下效果：可以提供一种涡轮分子泵，即使辅助泵侧的压力上升，排出气体或粉尘等也不会侵入涡轮分子泵的电机壳体内，并且其密封部的轴向长度变得更短。

附图说明

图1是具有实施例1的密封结构的涡轮分子泵的纵截面图；

图2是上述密封结构部分的具体示意图；

图3是上述密封结构的性能说明图；

图4是实施例2的密封结构部分的具体示意图；

图5是实施例2的另一实例的密封结构部分的具体示意图；

图6是实施例3的密封结构部分的具体示意图；

图7是现有技术的涡轮分子泵的纵截面图。

符号的说明

1              涡轮分子泵

2、2′、2″    密封结构部分

8a             轴颈轴部

8b             人字形槽

8c             间隙密封部

10、10′、10″ 静止构件

12、12′       衬套

13a、13b、13c  O形环

具体实施方式

下面给出的是用于实施本发明的最佳实施例。

实施例1

通过图1  图3对本发明的实施例1进行说明。

图1是具有本发明的密封结构的涡轮分子泵1的纵截面图，2是后述的密封结构部分，3是吸气口，4是排气口。

5是转子，在外周具有多个动叶片6，其呈放射状、多层。

另外，7是静叶片。

在上述转子5的中心部具有旋转轴8，转子5和旋转轴8一体地进行高速旋转。

上述旋转轴8通过润滑油润滑式的滚动轴承9a、9b被转动自如地支承在壳体的静止构件10、11上。

再有，14是用于驱动上述旋转轴8的电机，15是电机壳体。

上述密封结构部分2的具体构造如图2所示。

即，密封结构部分2包括可径向摇动地缓嵌于设置在上述静止构件10上的轴孔10a中的圆筒状的衬套12、和转动自如地插通该衬套12的轴颈轴部8a。

轴颈轴部8a是上述旋转轴8的一部分，在该轴颈轴部8a的外周部的上述滚动轴承9a附近，以朝向旋转方向展开成ヘ(日文字母)字形状的方式凹设有人字形槽8b。这里所谓“人字形槽”是指按照一端侧彼此接近且另一端侧彼此背离的方式而形成的两个一组的槽在基准线上间隔地并列配置多个组的、各组槽中背离的另一端侧比一端侧更位于基准线的一方向侧的形态的槽，例如，包括由两个一组的槽形成ヘ字的槽，或者由两个一组的槽形成ハ字的槽。因此，所谓“朝向旋转方向展开成ヘ字形”是指形成呈ヘ字或呈ハ字的两个一组的各组槽中背离的另一端侧位于轴颈轴部8a的旋转方向侧。

并且，在与上述滚动轴承9a相反的一侧上，在该轴颈轴部8a的外周部和上述衬套1 2的内周部之间形成有间隙密封部8c。

另外，间隙密封是利用微小的间隙(缝隙)来进行密封作用，在上述轴颈轴部8a的外周部和上述衬套12的内周部之间为5～10微米(μm)的极小缝隙，形成该缝隙的轴颈轴部8a在轴向的长度(宽度)被形成为轴颈轴部8a的直径d的0.3倍(0.3d)以上。

此外，在上述衬套12的外周部和上述轴孔10a之间形成有至少100微米(μm)以上的间隙。

13a和13b是由弹性材料构成的O形环，这些O形环13a和13b被嵌入并保持在上述静止构件10的轴孔10a上所形成的槽内，同时介于上述静止构件10和上述衬套12之间，通过这些O形环13a和13b，上述衬套12可径向摇动地被嵌接在上述静止构件10的轴孔10a中。

再有，10c是用于防止上述衬套12沿轴向脱离的盖体。

在上述衬套12的外周部凹设有圆周方向的环形槽12b，进而，在该衬套12中从该环形槽12b的底部向该衬套12的内周部贯通地设置有贯通孔12a，从而从形成在上述静止构件10上的通气孔10b送来的净化气体通过该贯通孔12a被送入上述衬套12和轴颈轴部8a之间的极小间隙。

上述贯通孔12a被形成为，在凹设于上述轴颈轴部8a上的人字形槽8b和上述间隙密封部8c的中间进行开口。

下面，对本实施例的涡轮分子泵1的工作和效果进行说明。

分子泵1将吸气口3连接在真空容器侧(未图示)，将排气口4连接在辅助泵(未图示)上，从真空容器进行工艺气体的排出。

密封结构部分2防止排气口4侧的工艺气体侵入到滚动轴承9a、9b和电机14的部分。

从通气孔10b送来的净化气体(使用氮气等)通过衬套12的贯通孔12a被送入该衬套12和轴颈轴部8a之间的间隙，并通过间隙密封部8c向排气口4侧逸出，从而防止了工艺气体从该间隙部8c处侵入。

并且，人字形槽8b与衬套12之间如气体轴承那样发挥作用，进行轴颈轴部8a和衬套12的调心作用。

即，高速旋转中的转子5和旋转轴8因残存的失衡重量，会以微小的振幅在旋转轴中心的周围进行振摆回转运动。

该振幅被预想在10微米(μm)以上，如果轴颈轴部8a的外周部和衬套12的内周部由于该振动而接触，则有可能产生摩擦热并引起烧结。

但是，上述轴颈轴部8a的外周部的人字形槽8b如气体轴承那样发挥作用，沿径向挤压衬套12的力起作用，通过上述O形环13a、13b的弹性变形，该衬套12径向上的摇动被吸收，所以轴颈轴部8a和衬套12不会接触。

下面通过图3的图表对间隙密封部8c和现有技术的螺纹密封之间的性能差异进行说明。

在图3的图表中，横轴Q是从大气侧(电机室侧)向真空侧(排气口4侧)流入的气体流量(净化气体的流量)，还有Δp是大气压(电机壳体15内的压力)和排气口4侧压力的压差。

同时，L1和L2分别是表示间隙密封时的压差Δp和净化气体流量Q的关系的性能曲线。

这里，上述L1表示该间隙密封部的长度与螺纹密封所需的长度相等时的Δp和Q的关系，而上述L2表示该间隙密封部的长度比螺纹密封所需的长度短时的Δp和Q的关系。

并且，L3和L4分别是表示现有技术的螺纹密封时的Δp和Q的关系的性能曲线，其中的L3是涡轮分子泵在运转中(螺纹密封部旋转中)的Δp和Q的关系，而L4表示涡轮分子泵停止中的Δp和Q的关系。

再有，上述间隔密封和螺纹密封双方在衬套和轴颈轴部的间隙都是相同的。

从图3可以看出，对于大于等于在间隔密封性能曲线L2和螺纹密封性能曲线L3的交点C处的压差Δpc的压差，因为间隔密封的净化气体的流量比螺纹密封少，所以对排出气体(工艺气体)的轴封效果增强。

并且，短的间隙密封的性能曲线L1和螺纹密封性能曲线L3在交点D处交叉，在大于该D点处的压差Δp的Δp范围内，即使短的间隔密封也能发挥出超过螺纹密封的对排出气体的轴封效果。

即，从双方的性能曲线倾斜角的不同也可以看出，与螺纹密封相比，间隙密封的情况与净化气体增加对应的密封能力增加更大。

并且，即使辅助泵停止或因排出气体量过大而使得涡轮分子泵1的排气口4侧的压力升高时，没有螺纹槽的间隙密封因为不存在抽吸(pumping)作用，所以不会产生气体从排气口4侧向滚动轴承9a或配有电机14的电机室侧的流动。

这样，采用本发明的间隙密封的结构与现有技术的采用螺纹密封的密封结构相比，在排气口侧的背压升高时也具有优异的轴封作用，并且，与现有技术的螺纹密封相比，以短的长度能够获得和该螺纹密封同等以上的轴封效果。

再有，本实施例中，通过设置在衬套12中的贯通孔12a将净化气体供给到由衬套12和轴颈轴部8a形成的间隙部，但是也可以将净化气体供给到滚动轴承9a和衬套12之间，该供给的净化气体通过由衬套12的内周和轴颈轴部8a的外周形成的间隙部。

(实施例2)

下面，通过图4和图5对本发明的实施例2进行说明。

图4是本实施例的涡轮分子泵的密封结构部分2′的具体示意图。

在上述实施例1中，介于壳体的静止构件10和衬套12之间的O形环13a和13b嵌入形成在上述静止构件10上的槽内，弹性地保持衬套12，但在本实施例中，设置与衬套12′的内周部接触的O形环13c，并将该O形环13c嵌入设置在涡轮分子泵壳体的静止构件10′上的O形环槽13d中，上述衬套12′通过该O形环13c被弹性地保持。

即，图4中，在轴颈轴部8a′上凹设有人字形槽8b，在该槽8b的上方(与滚动轴承9a的相反侧)的该轴颈轴部8a′的外周部和衬套12′的内周部之间形成有间隙密封8c。

并且，在上述衬套12′的下方设置与该衬套12′的内周部接触的O形环13c，并将该O形环13c嵌入附设在静止构件10′上的O形环槽13d中进行卡接，该O形环13c从内部吸收上述衬套12′的径向摇动。

再有，本实施例中，O形环13c在衬套12′的下方相接触，但如图5所示，O形环13c在衬套12′的上方与该衬套12′的内周部接触并吸收该衬套12′的径向摇动，所述O形环13c嵌入静止构件10″的上端部的O形环槽13e中并卡接。

本实施例也与上述实施例1一样，通过O形环13c获得了吸收衬套12′在径向上的摇动的效果。

(实施例3)

通过图6对本发明的实施例3进行说明。

本实施例3的密封结构部分2″为对上述实施例2中所示的涡轮分子泵的密封结构部分2′添加了固定间隙密封部5a的部分。

即，所形成的固定间隙密封部5a在设置于静止构件10′的上端部的穿孔圆板体5b和插通该穿孔圆板体5b内周部的转子5的柄部5c之间具有微小的间隙。这里，固定间隙密封部5a的缝隙优选设置在50微米(μm)～100微米(μm)范围内。

另外，上述穿孔圆板体5b隔着由绝热材料构成的衬垫5d被用螺钉固定于上述静止构件10′的上端部，从而上述静止构件10′和穿孔圆板状体5b之间的热传导被阻止。

这样，固定间隙密封部5a的穿孔圆板体5b被绝热地固定于低温的静止构件10′上，所以通过来自高温转子5的辐射和与该转子5的柄部5c之间的气体摩擦热等，该穿孔圆板体5b被维持在高温状态。

因此，在上述固定间隙密封部5a的部分不会发生工艺气体凝结而固化或液化的问题，具有防止内侧的间隙密封部8c等的固着或损伤的效果。

本发明可以被利用为进行工艺气体的超高真空排气的涡轮分子泵的密封结构，所述工艺气体中含有腐蚀性气体或易凝结的气体等。

Claims (6)

1、一种涡轮分子泵的密封结构，其特征在于，对于通过滚动轴承支承旋转轴的涡轮分子泵，包括可径向摇动地嵌入该涡轮分子泵壳体的静止构件的圆筒状衬套、和与该衬套的内周部具有极小间隙且转动自如地插通该内周部的轴颈轴部，在该轴颈轴部的外周部以朝向旋转方向展开成ヘ字形状凹设人字形槽，同时相邻于该人字形槽设置有由所述衬套和所述轴颈轴部形成的间隙密封部。

2、根据权利要求1所述的涡轮分子泵的密封结构，其特征在于，在所述衬套和所述轴颈轴部的间隙导入净化气体。

3、根据权利要求1所述的涡轮分子泵的密封结构，其特征在于，在所述轴颈轴部的滚动轴承侧配置所述人字形槽，同时在所述轴颈轴部的排出气体流入侧配置所述间隙密封部。

4、根据权利要求1所述的涡轮分子泵的密封结构，其特征在于，所述衬套在外周部存在少许间隙而缓嵌于所述静止构件，同时通过嵌接在该衬套的外周部的至少1个O形环形成卡接于所述静止构件的结构，通过所述O形环的弹性来吸收所述衬套的径向摇动。

5、根据权利要求1所述的涡轮分子泵的密封结构，其特征在于，所述衬套在外周部存在少许间隙而缓嵌于所述静止构件，同时设置与该衬套的内周部接触的O形环，并将该O形环嵌入的O形环槽附设在所述静止构件上，通过该O形环的弹性来吸收所述衬套的径向摇动。

6、根据权利要求1～5中任一项所述的涡轮分子泵的密封结构，其特征在于，在所述静止构件的上端部设置穿孔圆板体，在该穿孔圆板体的内周部和插通该内周部的转子柄部的外周部之间设有具有极小间隙的固定间隙密封部。

Images