CN103629146A - 真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可实现润滑滚珠轴承的高寿命化的真空泵。本发明的真空泵包括：泵转子(3)，具有旋转翼(30)、圆筒部(31a)、(31b)及轴部(10a)、(10b)；固定翼(20)及定子(21a)、(21b)，作为固定侧排气功能部；润滑脂润滑滚珠轴承(8)，支撑轴部(10a)；及迷宫式密封件(18)，设置于配置着电动机定子(4b)的电动机配置空间(R2)与配置着润滑脂润滑滚珠轴承(8)的轴承配置空间(R1)之间。

Description

真空泵

技术领域

本发明涉及一种通过润滑滚珠轴承(ball bearing)来支撑转子的构成的真空泵(vacuum pump)。

背景技术

于在支撑转子的轴承中使用滚珠轴承的真空泵中，滚珠轴承的润滑会成为问题。在专利文献1所记载的干式真空泵(dry vacuum pump)中，在配置着电动机(motor)及滚珠轴承的空间与泵排气口侧之间设置着迷宫式密封件(labyrinth seal)。通过设为此种构成，而防止油蒸气向吸气口侧逆流。

另外，专利文献2所记载的发明是一种利用球面螺旋槽轴承(sphericalspiral groove bearing)支撑旋转体的下部的构成的真空泵，对旋转轴设置唇形密封板(lip seal plate)，以防止油及油蒸气漏出至油收纳容器的外部。

背景技术文献

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2002-317790号公报

[专利文献2]日本专利特开昭62-288386号公报

然而，在专利文献1所记载的构成的情况下，油蒸气会扩散至电动机及轴承的配置空间整体。因此，如果有泵排气口侧的压力变动，那么会产生气体经由迷宫式密封件向所述配置空间流入或者气体自配置空间流出，配置空间的油蒸气也会随着该气体的流出而流出。其结果，用于轴承的润滑剂的油(在润滑脂(grease)润滑的情况下为基础油(base oil))减少，而导致润滑剂寿命的恶化。

另外，在专利文献2所记载的使用唇形密封板的情况下，为了使唇形密封板也能承受住高速旋转，必须在唇形密封板与旋转轴接触的部分形成润滑油的油膜。因此，该构造并不适用于润滑脂润滑的滚珠轴承。

发明内容

本发明的优选实施方式的真空泵包括：旋转体，具有旋转侧排气功能部及旋转轴；固定侧排气功能部；润滑滚珠轴承，支撑所述旋转轴；电动机，旋转驱动所述旋转体；及第一迷宫式密封件，设置于配置着所述电动机的电动机定子(motor stator)的空间与配置着所述润滑滚珠轴承的空间之间。

优选在配置着所述电动机定子的空间与配置着所述润滑滚珠轴承的空间之间，除第一迷宫式密封件以外无其他供气体流动的通路。

优选所述真空泵还包括：轴承座(bearing holder)，保持所述润滑滚珠轴承；及平衡(balance)调整用构件，安装于所述旋转轴的与所述轴承座相对向的位置，且用于所述旋转体的平衡调整；且构成所述第一迷宫式密封件的其中一凹凸形成于所述平衡调整用构件的与所述轴承座相对向的面，与所述其中一凹凸嵌合的另一凹凸形成于所述轴承座的与所述平衡调整用构件相对向的面。

优选所述真空泵还包括：净化气体(purge gas)流路，用以对配置着所述电动机定子的空间导入净化气体。

优选所述真空泵还包括：第二迷宫式密封件，设置于配置着所述电动机定子的空间与泵排气口之间。

优选所述真空泵还包括：储油件，密接配置于所述电动机定子，且设置着用于所述润滑滚珠轴承的润滑脂或者该润滑脂的基础油。

优选所述真空泵还包括：净化气体流路，用以对所述第二迷宫式密封件的密封件间隙导入净化气体。

[发明的效果]

根据本发明，可实现润滑滚珠轴承的高寿命化。

附图说明

图1是表示本发明的真空泵的第一实施方式的图。

图2是说明迷宫式密封件18的构造的图。

图3是表示本发明的真空泵的第二实施方式的图。

图4是表示本发明的真空泵的第三实施方式的图。

图5是表示轴向式(axial type)迷宫式密封件18的图。

[符号的说明]

1：涡轮分子泵          2：基座

2a：电动机外壳部       3：泵转子

4：电动机

4a：电动机转子         4b：电动机定子

4c：配线

6：永久磁铁磁轴承

6a、6b：永久磁铁

8、9：轴承             10a、10b：轴部

11：磁铁座            14：轴承座

14a、17a：凹部        14b、16a、17b：凸部

15：螺母              16：下盖

17：平衡调整用构件    18、19：迷宫式密封件

20：固定翼            21a、21b：定子

22、24：净化气体流路  23：电动机盖

25：储油件            26：连接器

30：旋转翼            31a、31b：圆筒部

R1：轴承配置空间      R2：电动机配置空间

R3：间隙              R4：泵排气口侧空间

s：半径方向间隙

具体实施方式

以下，参照图对用以实施本发明的实施方式进行说明。

第一实施方式

图1是表示本发明的真空泵的第一实施方式的图，且是涡轮分子泵(turbo-molecular pump)1的剖视图。此外，涡轮分子泵1连接于供给电力的电源单元(unit)，但在图1中省略图示。

图1所示的涡轮分子泵1包括具有涡轮(turbine)翼的涡轮泵(turbopump)部及具有螺旋型槽的Holweck泵部作为排气功能部。当然，本发明并不限于在排气功能部包含涡轮泵部及Holweck泵部的真空泵，也可适用于仅包含涡轮翼的真空泵、仅包含西格班泵(Siegbahnpump)或Holweck泵等牵引泵(Drag Pump)的真空泵、或者将上述那些组合而成的真空泵。

涡轮泵部包含：多段的旋转翼30，形成于泵转子(pump rotor)3；及多段的固定翼20，相对于旋转翼30而交替地配置。另一方面，设置于涡轮泵部的下游侧的Holweck泵部包含：一对圆筒部31a、31b，形成于泵转子3；及一对定子21a、21b，配置于基座(base)2侧。

泵转子3通过电动机4而旋转驱动。电动机4的电动机转子4a设置于泵转子3的下侧的轴(shaft)部10a。电动机定子4b固定于基座2的电动机外壳(motor hous ing)部2a。用以对电动机定子4b供给电力的配线4c连接于安装于基座2的连接器(connector)26。泵转子3通过由多个永久磁铁6a、6b所构成的永久磁铁磁轴承6与机械轴承(mechanical bearing)8而旋转自如地支撑。

永久磁铁6a、6b是在轴向上被磁化的环(ring)状的永久磁铁。设置于旋转的泵转子3侧的多个永久磁铁6a以使同极彼此相对向的方式沿轴向配置着多个。另一方面，固定侧的多个永久磁铁6b安装于固定于泵壳(pumpcasing)的磁铁座(holder)11。这些永久磁铁6b也以使同极彼此相对向的方式沿轴向配置着多个。

设置于泵转子3的永久磁铁6a的轴向位置是以成为较配置于其内周侧的永久磁铁6b的位置略微上侧的方式而设定。即，旋转侧的永久磁铁的磁极相对于固定侧的永久磁铁的磁极，朝轴向吸气口侧偏移预定量。根据该预定量的大小，永久磁铁磁轴承6的支撑力会有所不同。在图1所示的例中，永久磁铁6a配置于图示上侧，所以通过永久磁铁6a与永久磁铁6b的斥力，而使径向(radial)的支撑力与朝轴向(axial)上的(泵吸气口方向)力作用于泵转子3。

在磁铁座11的内周侧保持着轴承9。轴承9作为限制轴上部的径向的振动的接触轴承(touch down bearing)而发挥作用。在泵转子3稳定旋转的状态下，泵转子3的上侧的轴部10b不会与轴承9接触，在施加大的干扰的情况下、或者在旋转加速时或减速时泵转子3的摆振变大的情况下，轴部10b会与轴承9的内轮接触。轴承8、9例如使用深槽球轴承(deepslotted ball bearing)。在下侧的轴承8中填充着润滑脂。

轴承8通过轴承座14而保持，该轴承座14螺栓(bolt)固定于基座2。轴承8介隔阻尼器(damper)等而保持于轴承座14，通过使螺合于轴承座14的螺母(nut)15紧固，而将轴承8的外轮保持于轴承座14。轴承8的内轮固定于轴部10a侧。

在轴承座14的图示下侧，用以密封轴承配置空间R1的下侧的部分的下盖16固定于基座2。在下盖16的内周面侧形成着凸部16a，该凸部16a伸入至轴承座14的内侧区域，由此将轴承配置空间R1的间隙区域尽可能地抑制为较小。

在电动机转子4a的下侧的轴部10a安装着平衡调整用构件17。平衡调整用构件17是当进行泵转子3的平衡调整时所使用的构件，例如，如符号V般将侧周面削掉，或者在设置于侧周面的螺孔(未图示)中安装止动螺丝，而减少泵转子3的不平衡(unbalance)。在该平衡调整用构件17的下表面及与该下表面相对向的轴承座14的上表面，形成着构成迷宫式密封件18的环状凹凸。

图2是说明迷宫式密封件18的构造的图，且是图1的迷宫式密封件18的部分的放大图。迷宫式密封件是非接触密封件，且通过在旋转轴与固定部之间组合数段凹凸的间隙，而减少泄漏。在平衡调整用构件17的下表面侧形成着多个同心环状的凹部17a及凸部17b。同样地，在轴承座14的上表面也形成着多个同心环状的凹部14a及凸部14b。平衡调整用构件17的凸部17b伸入至轴承座14的凹部14a，反之，轴承座14的凸部14b伸入至平衡调整用构件17的凹部17a。在凹部与凸部之间形成着微小的间隙。在将轴部10a的摆振半径设为r，将电动机转子4a与电动机定子4b的间隙设为g的情况下，半径方向间隙s是以r＜s＜g的方式而设定。

如此，由于将凹凸部的间隙设定为较小，所以迷宫式密封件18的电导(conductance)会变小。例如，在r＝0.2mm、g＝0.5mm、s＝0.35mm的情况下，由多重圆筒所构成的迷宫式密封件的电导相对于氮气成为约0.06L/s。对于油蒸气等分子量大的气体而言，电导会进一步变小。其较通常用作涡轮分子泵的辅助泵的泵的排气速度足够小，而作为密封油蒸气的密封件充分发挥作用。

轴承8的轴承配置空间R1经由轴部10a与轴承座14的间隙及迷宫式密封件18的间隙而与电动机配置空间R2连接。进而，电动机配置空间R2经由电动机外壳部2a的外周与泵转子3的圆筒部31b的间隙R3而与泵排气口侧空间R4连通。此外，电动机配置空间R2与配置着配线4c及连接器26的空间连接。

轴承8由油或润滑脂等润滑剂润滑。在本实施方式中，使用润滑脂作为轴承8的润滑剂。由于真空泵中所使用的轴承是在真空中被使用，所以油或润滑脂的基础油易于蒸发。因此，当基础油蒸发光时便达到润滑寿命。当泵运行时轴承8会变成高温，所以会促进基础油的蒸发，其蒸气扩散至配置着轴承8的轴承配置空间R1的间隙区域整体。继而，轴承配置空间R1中的基础油的分压会上升直至基础油的蒸发与再凝结均衡为止。如上所述，迷宫式密封件18对于油蒸气具有足够小的电导，所以只要空气不经由迷宫式密封件进出，因蒸发而引起的润滑剂的基础油的减少在变成平衡状态的时刻会变得极小。

然而，如果泵排气口侧空间R4的压力随着泵排气而变动，那么经由间隙R3，在泵排气口侧空间R4与电动机配置空间R2之间会产生空气的进出，进而，经由迷宫式密封件18，在电动机配置空间R2与轴承配置空间R1之间会产生空气的进出。例如，于在安装着泵的腔室(chamber)中进行了气体的流入、停止动作的情况下，泵排气口侧空间R4的压力在气体流入时会上升，在气体停止时会降低。因此，在气体流入后的气体停止时，轴承配置空间R1的油蒸气会流出至电动机配置空间R2。尤其是，在泵排气口侧空间R4的压力上升至粘性流动的情况下，充满于轴承配置空间R1的油蒸气通过与排气气体的分子碰撞而被冲击至排气口侧。

另外，在当气体停止时泵排气口侧空间R4的压力变得低于电动机配置空间R2的情况下，电动机配置空间R2的气体会流入至轴承配置空间R1的间隙区域。如果因该气体流入而使电动机配置空间R2的基础油的蒸气压降低，那么基础油会再次蒸发，直至成为平衡状态。

因该种气体的进出而引起的油蒸气自轴承配置空间R1的流出量与轴承配置空间R1的内容积(轴承配置空间R1的间隙区域的体积)与压力变动的频度的积大致成正比。因此，在本实施方式中，设置迷宫式密封件18而将轴承配置空间R1与电动机配置空间R2实质性地分离，并且极力减小该所分离的轴承配置空间R1的间隙空间，由此，减少润滑剂的基础油的蒸发，从而实现润滑寿命的延长。

如图1所示，通过在电动机配置空间R2与轴承配置空间R1之间设置迷宫式密封件18，而实现电动机配置空间R2与轴承配置空间R1的实质性的分离。此处，所谓实质性的分离，是指只要在泵排气口侧空间R4无压力变动，那么电动机配置空间R2与轴承配置空间R1之间由迷宫式密封件18密封。其结果，轴承配置空间R1以如(轴承配置空间R1)-(迷宫式密封件18)-(电动机配置空间R2)-(间隙R3)-(泵排气口侧空间R4)般的连接构造连接于电动机配置空间R2及泵排气口侧空间R4。因此，可将充满油蒸气的区域限定为轴承配置空间R1，关于油蒸气的流出，只要考虑自间隙容积小的轴承配置空间R1朝向电动机配置空间R2的流出即可。通过减小充满油蒸气的空间的容积，可将油蒸气的流出量抑制为较小。

另外，如图1所示，由于下盖16的凸部16a伸入至轴承座14的内侧区域(即轴承配置空间)，所以会尽可能地减小轴承配置空间R1的间隙区域。此外，该凸部16a所伸入的区域是作为装卸螺母15时的作业空间所必需的空间。

如此，通过尽可能地减小轴承配置空间R1的间隙区域，而使充满油蒸气的空间变小。因此，可将在因压力变动而在轴承配置空间R1与电动机配置空间R2之间存在气体的流出·流入的情况下的气体的移动量极力地抑制为较小。其结果，可抑制轴承8的润滑剂的基础油的减少，从而可实现润滑寿命的延长。

另一方面，在所述专利文献1所记载的泵中，电动机配置空间与轴承配置空间连接，所以油蒸气蒸发至这两者的空间，进而，压力变动时的气体移动量也会变得更多。因此，更多的油蒸气会流出至排气口侧，而使润滑寿命降低。

进而，如图1所示，设为在一直以来设置的零件(轴承座14、平衡调整用构件17)形成构成迷宫式密封件18的凹凸的构成，所以可抑制零件件数的增加，并且也可抑制泵轴向尺寸的增加。

此外，在图1所示的泵中，作为电动机4及轴部10a的冷却对策、以及在对腐蚀性气体进行排气的情况下的抗腐蚀对策，在基座2形成着用以对电动机配置空间R2导入净化气体的净化气体流路22。如此，通过对由迷宫式密封件18隔开的电动机配置空间R2导入净化气体，当气体净化(gaspurge)时，可防止油蒸气流出至泵排气口侧空间R4。

第二实施方式

图3是表示本发明的真空泵的第二实施方式的图。本实施方式在图1所示的第一实施方式的构成中，还设置了电动机盖(motor cover)23及迷宫式密封件19。除电动机盖23及迷宫式密封件19以外的构成与图1所示的真空泵相同，以下，以电动机盖23及迷宫式密封件19的部分为中心进行说明。

电动机盖23是为了防止泵排气口侧空间R4的气体经由间隙R3而流入至电动机配置空间R2而设置的。在本实施方式中，在该电动机盖23的上表面形成着多个环状的凹凸，在转子3的相对向的面也形成着多个环状的凹凸，由此构成迷宫式密封件19。电动机盖23的凹凸与转子3的凹凸彼此相互凹部伸入至凸部。通过采用此种构造，而在间隙R3与电动机配置空间R2之间设置着迷宫式密封件19。

在第二实施方式的真空泵中，通过设置迷宫式密封件19，在泵排气口侧空间R4的压力变动的情况下，可将泵排气口侧空间R4与电动机配置空间R2之间的气体移动量抑制为较小。其结果，电动机配置空间R2与轴承配置空间R1之间的气体移动量也较图1所示的真空泵的情况进一步减少。因此，可进一步抑制轴承8的润滑剂的基础油减少，从而可实现润滑寿命的进一步的延长。在该构成的情况下，利用电动机盖23与转子3的下表面来形成迷宫式密封件19，所以也可抑制真空泵的轴向高度，并且可抑制因零件件数增加而引起的成本上升。

另外，通过设置迷宫式密封件19，可减少进行腐蚀性气体排气时的腐蚀性气体向电动机配置空间R2的流入量。当进行腐蚀性气体排气时，自净化气体流路22向电动机配置空间R2导入净化气体。

第三实施方式

图4是表示本发明的第三实施方式的图。在本实施方式中，对于图3所示的真空泵进而设置储油件25。另外，除追加储油件25以外，设为将净化气体导入至迷宫式密封件19的部分(密封件的间隙)的构成。此情况下，形成于基座2的净化气体流路24连接于形成于电动机盖23的净化气体流路24，且在迷宫式密封件19的部分形成着流出口。

图4所示的储油件25是剖面形状为C形状的环状构件，且固定于电动机定子4b的芯(core)上表面。在储油件25的C形状的部分的内侧保持着用于轴承8的润滑脂或者该润滑脂的基础油。如果驱动电动机4，那么因电动机发热而使电动机定子4b的温度上升，储油件25的基础油蒸发，而使电动机配置空间R2的油蒸气变成与芯温度相对应的蒸气压。此外，只要具有如上所述般的蒸发功能，那么储油件25的形状并不限定于所述形状。

因滞后损失(hysteresis loss)或者因线圈(coil)电流而引起的焦耳热(Jouleheat)，而使电动机定子4b的定子芯的温度上升至与轴承8相等或其以上。因此，电动机配置空间R2的油蒸气压变得高于轴承配置空间R1的油蒸气压。因此，即便在电动机配置空间R2与轴承配置空间R1之间存在气体的移动，由于电动机配置空间R2的油蒸气压较高，所以也可防止因气体移动而引起的轴承润滑剂(润滑脂)的基础油减少。因此，可实现轴承8的润滑剂的长寿命化。

另外，由于将净化气体导入至迷宫式密封件19的部分(密封件的间隙)，所以当气体净化时可防止电动机配置空间R2的油蒸气通过净化气体而向间隙R3流出。

此外，在所述实施方式中设置了径向式迷宫式密封件18，但也可设置如图5所示般的轴向式迷宫式密封件18。另外，在所述实施方式中，作为与润滑滚珠轴承成对地使用的轴承，采用了使用永久磁铁的被动磁轴承，但也可使用主动控制磁轴承。

所述各实施方式也可分别单独或者组合使用。其原因在于：可单独或者相辅相成地发挥各个实施方式中的效果。另外，以上的说明仅为一例，当解释发明时，并不受所述实施方式的记载事项与权利要求书的记载事项的对应关系任何限定及约束。

Claims (6)

1.一种真空泵，其特征在于，包括：

旋转体，具有旋转侧排气功能部及旋转轴；

固定侧排气功能部；

润滑滚珠轴承，支撑所述旋转轴；

电动机，旋转驱动所述旋转体；及

第一迷宫式密封件，设置于配置着所述电动机的电动机定子的空间与配置着所述润滑滚珠轴承的空间之间。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于其还包括：

轴承座，保持所述润滑滚珠轴承；及

平衡调整用构件，安装于所述旋转轴的与所述轴承座相对向的位置，且用于所述旋转体的平衡调整；且

构成所述第一迷宫式密封件的其中一凹凸形成于所述平衡调整用构件的与所述轴承座相对向的面，而与所述其中一凹凸嵌合的另一凹凸形成于所述轴承座的与所述平衡调整用构件相对向的面。

3.根据权利要求1或2所述的真空泵，其特征在于其还包括：

净化气体流路，用以对配置着所述电动机定子的空间导入净化气体。

4.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于其还包括：

第二迷宫式密封件，设置于配置着所述电动机定子的空间与泵排气口之间。

5.根据权利要求4所述的真空泵，其特征在于其还包括：

储油件，密接配置于所述电动机定子，且设置着用于所述润滑滚珠轴承的润滑脂或者所述润滑脂的基础油。

6.根据权利要求4或5所述的真空泵，其特征在于还包括：

净化气体流路，用以对所述第二迷宫式密封件的密封件间隙导入净化气体。

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