CN102933853B - 真空泵 - Google Patents
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Abstract
提供一种具有能够承受高负荷的强度并且能够低成本化的、使用将纤维强化塑料材成形成的圆筒转子的复合型真空泵。一种具有涡轮分子泵部（14）和螺纹槽泵部（15）、在螺纹槽泵部（15）的由纤维强化塑料材成形的圆筒转子（21）的上端部中压入嵌合涡轮分子泵部（14）的转子（17）的接合部（20a）的复合型真空泵，转子（17）的接合部（20a）在转子（17）的下端侧形成为与转子（17）一体、并且呈截面L字状的圆筒状，并且设有具有能够压入嵌合到圆筒转子（21）的内周面上的外径的接触部（28）、和位于该接触部（28）的上方、并且能够以比上述圆筒转子（21）的内径小的外径与圆筒转子（21）的内周面离开而配置到圆筒转子（21）内的小径部（29）。
Description
技术领域
本发明涉及真空泵，特别涉及在半导体制造及高能物理学等的工业真空装置中、能够在遍及从低真空到高真空及超高真空的压力范围中使用的真空泵。
背景技术
在本说明书中，举具备涡轮分子泵部和螺纹槽泵部的复合型真空泵为例进行说明。以往，这种复合型真空泵如图12所示的以往的一实施例的复合型真空泵的纵剖视图那样，为在具有吸气口101和排气口102的壳体103内从该吸气口101侧起依次配设有涡轮分子泵部104和圆筒形螺纹槽泵部105的构造。另外，图13是图12的B部放大图。
另外，在图12中，附图标记106是上述涡轮分子泵部104及圆筒形螺纹槽泵部105的转子107的旋转轴，108是使该旋转轴106旋转的马达。
此外，在以往的复合型真空泵100中，上述圆筒形螺纹槽泵部105的转子107是铝合金制，复合型真空泵的转速的高速化受圆筒形螺纹槽泵部105的转子107的强度限制。
所以，还已知有在上述复合型真空泵的螺纹槽泵部的转子中使用将纤维强化塑料材（FiberReinforcedPlastics，通称作“FRP材”）成形为圆筒形的圆筒转子109、实现强度提高的构造。
作为纤维强化塑料材，有使用芳香族聚酰胺纤维、硼纤维、碳纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维等的结构。
但是，在复合型真空泵的涡轮分子泵部104的转子107的下端部设置纤维强化塑料材（以下，称作“FRP材”）的圆筒转子109的情况下，由于成为将不同种的材料组合，所以在热膨胀量及因离心力带来的变形量中发生差异。因此，有接合部松动的不良状况、或相反作用较高的负荷而FRP材制的圆筒转子109有可能损坏。特别是，在圆筒的端面上，纤维被中途切断，所以端面附近的强度比其他部分低，如果在该部分上作用负荷，则有可能容易地损坏。
此外，一般而言，接合部的形状从防止圆筒转子109的倾斜而确保同轴度的观点、以及实现轻量化的观点看，转子107的接合部110为由圆板部分110a和接合部分110b构成的截面L字状。在该构造的情况下，有接合部分110b的下部侧挠曲而缓和负荷的作用，但在FRP的构造上，强度最弱的端面附近几乎不挠曲，所以几乎没有缓和负荷的作用。
所以，以往，作为其对策，提出了例如由专利文献1及专利文献2知道那样的各种手段。
即，在专利文献1的复合型真空泵中，为了缓和涡轮分子泵部与螺纹槽泵部的热膨胀的差及因离心力带来的变形量的差，经由FRP材的支承板将上述涡轮分子泵部的转子与上述螺纹槽泵部的圆筒转子接合。
在专利文献2的复合型真空泵中，为了缓和涡轮分子泵部与螺纹槽泵部的热膨胀的差及因离心力带来的变形量的差，精心设计了FRP材的纤维的卷绕角及树脂含有量等的成形条件及形状。
专利文献1：特许第3098139号公报。
专利文献2：特开2004－278512号公报。
发明内容
但是，在将上述涡轮分子泵部的转子与上述螺纹槽泵部的前圆筒转子经由FRP材的支承板接合的专利文献1所记载的构造中，因为零件件数及组装工时数增加而有成本上升的问题。此外，难以精度良好地组装，为了避免与固定部的接触而需要将间隙比以往扩大，结果，有排气性能下降的问题。
此外，在上述专利文献2所记载的构造、即精心设计了FRP材的纤维的卷绕角及树脂含有量等的成形条件及形状的构造中，由于FRP材的形状较复杂，所以有生产率较差、成本上升的问题。
所以，为了提供具有能够承受高负荷的强度并且能够低成本化的、使用将纤维强化塑料材成形成的圆筒转子的复合型真空泵，发生了应解决的技术课题，本发明的目的是解决该课题。
本发明是为了达到上述目的而提出的，在技术方案1所述的发明中，提供一种真空泵，是具备至少构成螺纹槽泵部或哥德泵部等的圆筒转子、和将上述圆筒转子与旋转轴连接的第2转子、在上述第2转子上形成有凸缘状圆环部，对附设在上述凸缘状圆环部上的接合部将上述圆筒转子的侧面的一部分进行接合而构成的真空泵，所述真空泵的特征在于，上述圆筒转子的上端面比上述圆筒转子与上述第2转子的接触部还要向上侧突出。
在技术方案2所述的发明中，提供一种真空泵，是具备至少构成螺纹槽泵部或哥德泵部等的圆筒转子、和将上述圆筒转子与旋转轴连接的第2转子、在上述第2转子上形成有凸缘状圆环部，对附设在上述凸缘状圆环部上的接合部将上述圆筒转子的侧面的一部分进行接合而构成的真空泵，所述真空泵的特征在于，上述接合部形成为比上述凸缘状圆环部还要向下方突出的L字状，并且上述圆筒转子的上端面向上述凸缘状圆环部的下侧退避。
在技术方案3所述的发明中，提供一种真空泵，是具备至少构成螺纹槽泵部或哥德泵部等的圆筒转子、和将上述圆筒转子与旋转轴连接的第2转子、在上述第2转子上形成有凸缘状圆环部，对附设在上述凸缘状圆环部上的接合部将上述圆筒转子的侧面的一部分进行接合而构成的真空泵，所述真空泵的特征在于，上述接合部形成为比上述凸缘状圆环部还要向上方突出的L字状，并且上述圆筒转子的上端面向上述凸缘状圆环部的上侧设置。
在技术方案4所述的发明中，提供一种真空泵，是具备至少构成螺纹槽泵部或哥德泵部等的圆筒转子、和将上述圆筒转子与旋转轴连接的第2转子、在上述第2转子上形成有凸缘状圆环部，对附设在上述凸缘状圆环部上的接合部将上述圆筒转子的侧面的一部分进行接合而构成的真空泵，所述真空泵的特征在于，上述接合部形成为比上述凸缘状圆环部还要向下方突出的L字状，并且在上述接合部的上部设有小径部；上述圆筒转子与上述第2转子的接触部向上述凸缘状圆环部的下侧退避，并且上述圆筒转子的上端面比上述接触部还要向上侧突出。
在技术方案5所述的发明中，提供技术方案1或4所述的真空泵，其特征在于，上述圆筒转子的突出部分的长度是该圆筒转子的壁厚的2倍以上。
在技术方案6所述的发明中，提供技术方案1～5中任一项所述的真空泵，其特征在于，上述第2转子至少构成涡轮分子泵部或涡流泵部等泵机构。
在技术方案1所述的发明中，通过使圆筒转子的上端面比圆筒转子与第2转子的接触部向上侧突出，能够防止在比其他部分材料强度低的圆筒的上端面上作用高负荷。
在技术方案2所述的发明中，通过将接合部形成为比凸缘状圆环部向下方突出的L字状、并且使圆筒转子的上端面向上述凸缘状圆环部的下侧退避，接合部的突出部能够挠曲而缓和负荷，所以能够防止在比其他部分材料强度低的圆筒的上端面上作用高负荷。
在技术方案3所述的发明中，通过将接合部形成为比凸缘状圆环部向上方突出的L字状、并且将圆筒转子的上端面设置在上述凸缘状圆环部的上侧，接合部的突出部能够挠曲而缓和负荷，所以能够防止在比其他部分材料强度低的圆筒的上端面上作用高负荷。
在技术方案4所述的发明中，通过将上述接合部形成为比凸缘状圆环部向下方突出的L字状、并且在接合部的上部设置小径部、使圆筒转子与第2转子的接触部向凸缘状圆环部的下侧退避，接合部的突出部能够挠曲而缓和负荷。进而，通过使圆筒转子的上端面比接触部向上侧突出，能够防止在比其他部分材料强度低的圆筒的上端面上作用高负荷。
在技术方案5所述的发明中，通过使圆筒转子的突出部分的长度为圆筒转子的壁厚的2倍以上，能够充分地防止在比其他部分材料强度低的圆筒的上端面上作用高负荷。
在技术方案6所述的发明中，通过在第2转子中构成涡轮分子泵部或涡流泵部等泵机构，能够提供能够在较大的压力范围中动作的真空泵。
附图说明
图1是作为本发明的一实施例表示的复合型真空泵的纵剖视图。
图2是表示该真空泵的涡轮分子泵部的转子与螺纹槽泵部的圆筒转子的接合构造的纵剖视图。
图3是图2的A部放大图。
图4是说明该真空泵的涡轮分子泵部的转子与螺纹槽泵部的圆筒转子的接合方法的图。
图5是表示图3所示的接合构造的一变形例的图。
图6是表示该真空泵的涡轮分子泵部的转子与螺纹槽泵部的圆筒转子的另一接合构造的纵剖视图。
图7是表示图6所示的接合构造的一变形例的图。
图8是表示该真空泵的涡轮分子泵部的转子与螺纹槽泵部的圆筒转子的再另一接合构造的纵剖视图。
图9是表示该真空泵的涡轮分子泵部的转子与螺纹槽泵部的圆筒转子的再另一接合构造的纵剖视图。
图10是表示该真空泵的涡轮分子泵部的转子与螺纹槽泵部的圆筒转子的再另一接合构造的纵剖视图。
图11是作为本发明的另一实施例表示的真空泵的纵剖视图。
图12是作为以往的一实施例表示的复合型真空泵的纵剖视图。
图13是图12的B部放大图。
具体实施方式
本发明为了达到提供具有能够承受高负荷的强度并且能够低成本化的、使用将纤维强化塑料材成形成的圆筒转子的复合型真空泵的目的，通过提供下述这样的真空泵来实现，该真空泵是具备至少具有螺纹槽泵部或哥德泵部等的圆筒转子、和具有涡轮分子泵部或涡流泵部等的转子、将上述圆筒转子的侧面的一部分对附设在凸缘状圆环部上的接合部接合而构成的真空泵，所述凸缘状圆环部形成在上述转子上，所述真空泵的特征在于，上述接合部被与上述凸缘状圆环部一体地且以L字状形成。
实施例
以下，关于本发明的复合型真空泵，参照附图说明优选的实施例。图1及图2是表示有关本发明的复合型真空泵的图，图1是其纵剖视图，图2是表示该泵的涡轮分子泵部的转子与螺纹槽泵部的圆筒转子的接合构造的纵剖视图，图3是图2的A部放大剖视图，图4是将图2所示的涡轮分子泵部的转子与螺纹槽泵部的圆筒转子的接合部分分解表示的纵剖视图。
在该图中，复合型真空泵10具备具有吸气口11和排气口12的壳体13。在该壳体13内，在上部设有涡轮分子泵部14，在其下方设有圆筒形的螺纹槽泵部15，并且形成有通过该涡轮分子泵部14内和该螺纹槽泵部15内将上述吸气口11与上述排气口12连通的排气路径24。
上述排气通路24更具体地讲，使上述涡轮分子泵部14的后述的相对的转子17的外周面与上述壳体13的内周面之间的间隙及上述螺纹槽泵部15的后述的圆筒转子21的外周面与定子23的内周面之间的间隙相互连通，并且使上述涡轮分子泵部14侧的间隙上端侧连通到上述吸气口11，并且将上述螺纹槽泵部15侧的间隙下端侧连通到上述排气口12而形成。
上述涡轮分子泵部14由在固设在旋转轴16上的铝合金制的转子17的外周面上突设的许多动叶片18、18……、与在上述壳体13的内周面上突设的许多静叶片19、19……的组合构成。
上述螺纹槽泵部15由圆筒转子21和定子23构成，所述圆筒转子21压入固接安装在以截面L字状突设在上述涡轮分子泵部14的转子17的下端部的外周面上的凸缘状圆环部20的外周、即接合部20a上，所述定子23与该圆筒转子21的外周有小间隙而对置、刻设有与该小间隙一起形成上述排气路径24的一部分的螺纹槽22。
上述定子23的上述螺纹槽22随着向下方行进深度变浅而形成。此外，该定子23固定在上述壳体13的内面上。并且，上述螺纹槽22的下端在上述排气路径24的最下游侧连通到上述排气口12，上述涡轮分子泵部14的上述转子17与上述螺纹槽泵部15的上述圆筒转子21的接合部分设置在上述排气路径24的上游侧。
此外，在上述旋转轴16的中间部，固定着设在马达壳体25内的感应马达等高频马达26的转子26a。该旋转轴16受磁轴承支承，在上部及下部设有保护轴承27、27。
上述圆筒转子21使纤维取向，以使力在圆周方向和轴向的两者上分担，作为复合层而形成为圆筒形。
上述接合部20a设有具有比上述圆筒转子21的内径稍大、能够压入嵌合到该圆筒转子21内的外径的接触部28、和位于接触部28的上方、并且具有比上述圆筒转子21的内径小的外径的小径部29。
并且，上述转子17如图4所示，使上述接合部20a对应于上述圆筒转子21的上端侧，并且如图1及图2所示那样使该接合部20a插入到该圆筒转子21内，使该接合部20a的该接触部28压接在圆筒转子21的内面上而安装到该圆筒转子21上。此外，根据需要，将该接触部28与圆筒转子21之间用粘接剂固定。
即，在本实施例的构造中，如图3中详细表示那样，接合部20a如果插入到该接合部20a的上表面与圆筒转子21的上端面大致一致的位置，则上述接触部28的外周面与上述圆筒转子21的内周面压接，此外在上述小径部29的外周面与上述圆筒转子21的内周面之间设置间隙S3。进而，在本实施例的构造中，从上述圆筒转子21的上端面到上述接触部28的距离、即上述小径部29的距离S1为上述圆筒转子21的壁厚t的2倍以上，此外，充分得到从上述涡轮分子泵部14的上述转子17的底面到上述接触部28的距离S2而形成。
接着，说明上述实施例的复合型真空泵的动作。通过上述高频马达26的驱动而从上述吸气口11流入的气体处于分子流或接近于它的中间流状态，其气体分子通过上述涡轮分子泵部14的旋转的上述动叶片18、18……和从上述壳体13突设的上述静叶片19、19……的作用，被向下方向施加动量，与该动叶片18、18……的高速旋转一起压缩移动。
此外，上述压缩移动的气体在上述螺纹槽泵部15中，随着沿着与旋转的上述圆筒转子21有小间隙而形成的上述定子23流动，被深度变浅的上述螺纹槽22引导，一边被压缩到粘性流状态一边在上述排气通路24内流动，被从上述排气口12排出。
并且，由于上述圆筒转子21和上述转子17在从该圆筒转子21的端面离开充分的距离S1的位置处接触，所以当在该接触部28与该圆筒转子21之间作用有高负荷时，该接触部28相对于该小径部29挠曲，能够吸收负荷而保护该圆筒转子21。由此，尽管是简单的构造，但具备能够承受高负荷的强度，能够实现旋转的高速化。此外，由于上述接触部28和上述圆筒转子21在比该涡轮分子泵部14的转子17的底面靠下侧接触，所以当在该接触部28与该圆筒转子21之间作用有高负荷时，能够进一步得到该接触部28的挠曲。
另外，在上述复合型真空泵10的构造中，如果例如如图5所示，做成在上述接触部28的下端部设置以比上述圆筒转子21的内径小的外径倾斜的导引倾斜面30的结构，则在将上述转子17的接合部20a插入到该圆筒转子21的上端部时，能够以该导引倾斜面30为导引部顺利地插入，能够使组装作业变得容易而低成本化。此外，在组装时，如果在将接合部20a冷却、预先设为使外径尺寸缩小的状态而插入、即冷缩配合而插入，则能够进一步使组装作业变得容易。
进而，在上述复合型真空泵10的构造中，例如如图6所示，为在上述涡轮分子泵部14的上述转子17侧、即上述小径部29的上端部设有限制上述圆筒转子21的插入量的止动件31的结构，当在该圆筒转子21的上端部将该转子17的接合部20a插入时，如果进行插入直到上述圆筒转子21的上部端面抵接在上述止动件31上，则能够将该转子17和圆筒转子21简单地安装到规定的位置上，能够使组装精度稳定化。
进而，在图6所示的变形例中，如果例如如图7所示，与图5所示的构造同样做成在上述接触部28的下端部上设置以比上述圆筒转子21的内径小的外径倾斜的导引倾斜面30的结构，则当将上述转子17的接合部20a插入到该圆筒转子21的上端部时，能够以该导引倾斜面30为导引部而顺利地插入，能够使组装作业变得容易而低成本化。
此外，在上述复合型真空泵10的构造中，也可以例如如图8所示那样做成使上述圆筒转子21的上端部比上述接合部20a的上端面向上方较大地突出的构造，或者也可以如图9所示那样做成使上述圆筒转子21的上端部比上述接合部20a的下表面向下方较大地退避的构造。进而，在图8及图9的构造中，如果与图5及图7所示的接合部20a的构造同样地设置导引倾斜面，则当将上述转子17的接合部20a插入到该圆筒转子21的上端部时，能够以该导引倾斜面30为导引部而顺利地插入。另外，图9的构造通过使圆筒转子的上端退避到凸缘上圆环部的下方，能够使作用在圆筒转子上端上的应力降低。此时，即使圆筒转子的上端没有处于比凸缘状圆环部靠上侧，也能够通过L字的部分挠曲而使作用在圆筒转子上端上的应力降低。这样，通过使作用在圆筒转子上端上的应力降低的方法，存在发明的单一性。
另外，在如图8所示那样将圆筒转子21的上端部比接合部20a的上端面向上方较大地突出的构造、或者如图9所示那样使圆筒转子21的上端部比接合部20a的下表面向下方较大地退避的构造中，即使没有小径部29，也能够减小作用在圆筒转子21的上端部上的应力。或者，也可以如图10所示那样将接合部做成比凸缘状圆环部向上方突出的L字状，使圆筒转子的上端面向上述凸缘状圆环部的上侧退避。
以上，说明了本发明的具体的实施例，但本发明的真空泵只要不脱离本发明的精神，就能够做出各种改变，并且，本发明当然包含上述变形例以外的改变的形态。
产业上的可利用性
如以上说明，本发明在复合型真空泵以外的、使用由FRP材成形为圆筒形的圆筒转子的装置中也能够应用。例如，在如图11所示的本发明的另一实施例的真空泵的纵剖视图那样仅具备螺纹槽泵部的真空泵中也能够应用。在此情况下，在固设于旋转轴16上的凸缘状圆环部40的外周、即接合部40a上压入固接安装圆筒转子41。另外，动作与图1的螺纹槽泵部15的动作是相同的。
此外，本发明以使用FRP材的圆筒转子为例进行了说明，但即使是金属制的圆筒转子，也能够期待同样的效果。即，由于能够降低作用在圆筒转子的上部端面上的应力、防止龟裂从端面附近带有的伤痕等发展，所以即使是金属制的圆筒转子，也能够提高转子的强度。
附图标记说明
10复合型真空泵
11吸气口
12排气口
13壳体
14涡轮分子泵部
15螺纹槽泵部
16旋转轴
17转子
18动叶片
19静叶片
20、40凸缘状圆环部
20a接合部
21、41圆筒转子
22螺纹槽
23定子
24排气通路
25马达壳体
26高频马达
26a转子
27保护轴承
28接触部
29小径部
30导引倾斜面
31止动件
38接触部
39小径部
40a接合部。
Claims (7)
1.一种真空泵，是具备
构成圆筒形泵部的圆筒转子、
和将上述圆筒转子与旋转轴连接的第2转子、
在上述第2转子上形成有凸缘状圆环部，对附设在上述凸缘状圆环部上的接合部将上述圆筒转子的侧面的一部分进行接合而构成的真空泵，
所述真空泵的特征在于，
上述圆筒转子的上端面比上述圆筒转子与上述第2转子的接触部还要向上侧突出。
2.如权利要求1所述的真空泵，其特征在于，上述圆筒转子的突出部分的长度是该圆筒转子的壁厚的2倍以上。
3.一种真空泵，是具备
构成圆筒形泵部的圆筒转子、
和将上述圆筒转子与旋转轴连接的第2转子、
在上述第2转子上形成有凸缘状圆环部，对附设在上述凸缘状圆环部上的接合部将上述圆筒转子的侧面的一部分进行接合而构成的真空泵，
所述真空泵的特征在于，
上述接合部形成为比上述凸缘状圆环部还要向下方突出的L字状，并且上述圆筒转子的上端面比上述凸缘状圆环部的下表面还要向下侧退避。
4.一种真空泵，是具备
构成圆筒形泵部的圆筒转子、
和将上述圆筒转子与旋转轴连接的第2转子、
在上述第2转子上形成有凸缘状圆环部，对附设在上述凸缘状圆环部上的接合部将上述圆筒转子的侧面的一部分进行接合而构成的真空泵，
所述真空泵的特征在于，
上述接合部形成为比上述凸缘状圆环部还要向上方突出的L字状，并且上述圆筒转子的上端面向上述凸缘状圆环部的上侧设置。
5.一种真空泵，是具备
构成圆筒形泵部的圆筒转子、
和将上述圆筒转子与旋转轴连接的第2转子、
在上述第2转子上形成有凸缘状圆环部，对附设在上述凸缘状圆环部上的接合部将上述圆筒转子的侧面的一部分进行接合而构成的真空泵，
所述真空泵的特征在于，
上述接合部形成为比上述凸缘状圆环部还要向下方突出的L字状，并且在上述接合部的上部设有小径部；
上述圆筒转子与上述第2转子的接触部向上述凸缘状圆环部的下侧退避，并且上述圆筒转子的上端面比上述接触部还要向上侧突出。
6.如权利要求5所述的真空泵，其特征在于，上述圆筒转子的突出部分的长度是该圆筒转子的壁厚的2倍以上。
7.如权利要求1～6中任一项所述的真空泵，其特征在于，上述第2转子构成泵机构，上述泵机构是涡轮分子泵部或涡流泵部。
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