CN110159556A - 真空泵及平衡调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种真空泵及平衡调整方法，能够减少用于调整失衡的削减量或安装失衡调整用的螺钉时的附加质量。涡轮分子泵是利用多个螺栓将泵转子(4a)固定在旋转轴即轴(4b)上的结构，在多个螺栓中，使用沿轴芯形成有贯通孔(510)的空心的螺栓(51)以及沿轴芯未形成孔的实心的螺栓(50)。因此，通过将固定有旋转体(4)的多个螺栓(50)的一部分更换成空心的螺栓(51)，可以进行失衡调整。

Description

真空泵及平衡调整方法

技术领域

本发明涉及一种真空泵及平衡调整方法。

背景技术

在涡轮分子泵等真空泵中，是使包括泵转子(pump rotor)的旋转体以每分钟转数(Revolution Per Minute，r.p.m.)为数万的高速旋转而进行排气。如果旋转体存在失衡，就会产生振动而无法进行安静的运转，所以通常是一边使组装后的旋转体高速旋转，一边测定不均衡，以对失衡进行修正。作为失衡修正方法，已经知道如专利文献1所述那样削去旋转体的一部分的方法、或如专利文献2所述那样将平衡修正用螺钉附加于旋转体上的方法。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2003-021092号公报

[专利文献2]日本专利特开2003-148389号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

但是，当失衡量大时，会产生所去除的体积(即削减量)增大的问题，并且，当将平衡修正用螺钉附加于旋转体上时，会产生螺丝攻(tap)周边的应力的载荷增大的问题。

[解决问题的技术手段]

本发明的优选形态的真空泵包括利用多个螺栓将泵转子固定在旋转轴上的结构的旋转体、或利用多个螺栓将转子零件固定在泵转子上的结构的旋转体，在所述多个螺栓中，使用沿轴芯形成有第一孔的第一空心螺栓、沿轴芯形成有孔径或孔深与所述第一孔不同的第二孔的第二空心螺栓、及未形成沿轴芯的孔的实心螺栓中的至少两种螺栓。

在更优选的形态中，所述转子零件是平衡调整用构件。

在更优选的形态中，所述多个螺栓是通过贯通所述平衡调整用构件及所述泵转子，将所述平衡调整用构件及所述泵转子与固定所述泵转子的旋转轴共同紧固而固定。

在更优选的形态中，所述转子零件是通过所述第一空心螺栓、所述第二空心螺栓及所述实心螺栓中的至少两种螺栓而固定在所述泵转子上，所述泵转子通过多个泵转子固定用螺栓而固定在所述旋转轴上，所述多个泵转子固定用螺栓与将所述转子零件固定在所述泵转子上的所述多个螺栓不同，在所述多个泵转子固定用螺栓中，使用沿轴芯形成有第三孔的第三空心螺栓、沿轴芯形成有孔径或孔深与所述第三孔不同的第四孔的第四空心螺栓、及未形成沿轴芯的孔的实心螺栓中的至少两种螺栓。

在更优选的形态中，在所述第一孔及第二孔中的至少一者中，形成有安装平衡调整用螺钉的内螺纹。

在本发明的优选形态的平衡调整方法中，利用多个所述实心螺栓或所述第一空心螺栓将所述泵转子固定在所述旋转轴上，或将所述转子零件固定在所述泵转子上，测量所述旋转体的失衡量，基于所测量的所述失衡量，将多个所述实心螺栓或所述第一空心螺栓的一部分更换成所述第二空心螺栓。

在本发明的优选形态的平衡调整方法中，利用多个所述实心螺栓或所述第一空心螺栓将所述平衡调整用构件固定在所述泵转子上，测量所述旋转体的第一失衡量，基于所测量的所述第一失衡量，将多个所述实心螺栓或所述第一空心螺栓的一部分更换成所述第二空心螺栓，测量螺栓更换后的所述旋转体的第二失衡量，基于所测量的所述第二失衡量削除所述平衡调整用构件的一部分。

在本发明的优选形态的平衡调整方法中，利用多个所述实心螺栓或所述第一空心螺栓将所述转子零件固定在所述泵转子上，测量所述旋转体的第一失衡量，基于所测量的所述第一失衡量，将多个所述实心螺栓或所述第一空心螺栓的一部分更换成所述第二空心螺栓，测量螺栓更换后的所述旋转体的第二失衡量，基于所测量的所述第二失衡量，将所述平衡调整用螺钉安装于所述第二空心螺栓的任一个所述内螺纹。

[发明的效果]

根据本发明，能够减少用于调整失衡的削减量或附加失衡调整用的螺钉时的附加质量。

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是泵转子与轴的紧固部的放大图。

图3是图2的A向视图。

图4是表示失衡调整操作的顺序的一例的流程图。

图5(a)及图5(b)是表示失衡微调方法的具体例的图。

图6是表示第二实施方式的图。

图7是表示第三实施方式的图。

图8是表示第三实施方式的变形例的图。

[符号的说明]

1：涡轮分子泵

4：旋转体

4a：泵转子

4b：轴

50～55：螺栓

60：平衡圈

400、550：螺孔

510、530：贯通孔

512：内螺纹

具体实施方式

以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。

-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，是涡轮分子泵1的截面图。涡轮分子泵1包括涡轮泵段以及螺纹槽泵段，涡轮泵段包含旋转叶片40及固定叶片30，螺纹槽泵段包含圆筒部41及定子31。在螺纹槽泵段中，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形成于泵转子4a上。泵转子4a通过多个螺栓50、螺栓51而紧固在旋转轴即轴4b上。如后所述，螺栓50与螺栓51的结构不同。通过利用螺栓50、螺栓51将泵转子4a与轴4b紧固为一体，而形成旋转体4。

相对于配置在泵轴方向上的多段旋转叶片40，交替地配置有多段固定叶片30。各固定叶片30是经由隔圈(spacer ring)33在泵轴方向上层叠着。轴4b由设置于底座3上的磁轴承34、磁轴承35、磁轴承36非接触支撑。虽然省略了详细的图示，但是各磁轴承34～磁轴承36包括电磁铁及位移传感器。通过位移传感器来检测轴4b的悬浮位置。再者，在本实施方式中是以磁轴承式的涡轮分子泵为例进行说明，但是本发明可以不限于磁轴承式而应用。

使泵转子4a与轴4b螺固的旋转体4是通过马达10而旋转驱动。当磁轴承未运行时，轴4b由不常用的机械轴承(mechanical bearing)37a、机械轴承37b支撑。当通过马达10而使旋转体4高速旋转时，泵吸气口侧的气体通过涡轮泵段(旋转叶片40、固定叶片30)及螺纹槽泵段(圆筒部41、定子31)而依次排气，并从排气埠38排出。

图2是表示泵转子4a与轴4b的紧固部的结构的图。并且，图3是图2的A向视图。在轴4b的紧固面上，形成有定位用的凸部43。凸部43与形成于泵转子4a的紧固面上的定位用的凹部44嵌合。螺栓50、螺栓51通过贯通形成于泵转子4a上的贯通孔42并与形成于轴4b的紧固面上的螺孔45螺合，而将泵转子4a固定在轴4b上。

螺栓50是一般的实心的螺栓，但是在螺栓51上沿轴芯形成有贯通孔510。螺栓51的质量比螺栓50轻相当于形成贯通孔510的程度。另一方面，螺栓50、螺栓51的外形尺寸(螺栓的长度、螺栓的直径、螺栓的螺纹直径等)为共同。因此，在各个螺孔45中，无论螺栓50、螺栓51都能够螺合。再者，以符号511表示的部分是形成于螺栓头(bolt head)上的六角孔。如图3所示，用于将泵转子4a紧固于轴4b上的螺栓50、螺栓51共使用了八根。在图3中，螺栓50使用了四根，螺栓51使用了四根。在本实施方式中，还使用将泵转子4a固定在轴4b上的螺栓50、螺栓51作为旋转体4的失衡修正用的零件。为了所述目的，使用质量不同的螺栓50、螺栓51。

(失衡调整操作)

图4是表示失衡调整操作的顺序的一例的流程图。在步骤S10中，使用实心的螺栓(标准的螺栓)50将泵转子4a固定在轴4b上。在步骤S20中，通过平衡器(balancer)来测量旋转体4的失衡量。在步骤S30中，判定在步骤S20中所测量的失衡量是否在规定值(合格基准值)以内。当判定为规定值以内时，结束失衡调整操作。在这种情况下，将泵转子4a固定在轴4b上的螺栓全部称为实心的螺栓50。

另一方面，当在步骤S30中判定为失衡量超过规定值时进入至步骤S40，基于所测量的失衡量，将八根螺栓50中的一部分更换成空心的螺栓51。例如，图3所示的示例是在用箭头表示的B方向上存在失衡量时的调整例。当将螺栓50与螺栓51的质量差设为Δm，将经配置的螺栓50、螺栓51的从泵转子4a的中心轴算起的距离设为R时，通过更换螺栓而产生的失衡修正量C(g·m)成为下式(1)。

在步骤S50中，通过平衡器来测量螺栓更换后的旋转体4的失衡量。在步骤S60中，判定在步骤S50中所测量的失衡量是否在规定值以内。当在步骤S60中判定为规定值以内时，结束失衡调整操作。另一方面，当判定为超过规定值时，进入至步骤S70而进一步进行失衡微调。

通过步骤S40的螺栓更换，失衡量减小仅所述失衡修正量C(g·m)。但是，如果失衡修正量C小于步骤S20中所测量的失衡量C1，那么在修正后也会在箭头B方向上残留只有(C1-C)的微小失衡量，反之，在C1＜C的情况下，在与B方向相反的方向上产生只有(C-C1)的微小失衡量。

在步骤S70中，进行使微小的失衡量相抵消那样的失衡微调。关于具体的调整方法，将在后文描述。如果在步骤S70中进行了失衡微调，就在步骤S80中进行失衡量的测量，在步骤S90中判定失衡量是否在规定值以内。当判定为规定值以内时，结束失衡调整操作，当判定为超过规定值时，返回至步骤S70而再次进行失衡微调。如果以这种方式，通过失衡微调而使失衡量达到规定值以内，便结束失衡调整操作。

(失衡微调)

图5(a)及图5(b)是表示所述步骤S70中的失衡微调的具体例的图。在图5(a)所示的示例中，还设置有失衡调整用的平衡圈(balance ring)60作为转子零件，如以符号D所示那样通过削除平衡圈60的一部分来进行失衡的微调。螺栓50、螺栓51是贯通平衡圈60及泵转子4a，通过将所述平衡圈60及所述泵转子4a与轴4b共同紧固而固定。

使用平衡圈60的失衡微调是在通过更换螺栓而进行的失衡修正后还残留超过规定值的失衡量时进行。利用钻孔机(drill)等来削除平衡圈60的图示右侧的端部，以使所残留的失衡量相抵消。再者，作为平衡圈60的固定方法，也有如后所述(参照图7)那样利用与将泵转子4a固定在轴4b上的螺栓不同的螺栓固定在泵转子4a上的方法，但是通过设为如图5(a)那样的利用共同的螺栓50、螺栓51的共同紧固结构，能够实现零件个数的削减及操作性的提高。

图5(b)是表示失衡微调的其它方法的图。这种情况下，也是在通过更换螺栓而进行的失衡修正后残留超过规定值的失衡量时进行，然后通过追加螺栓52而进行失衡微调。在设置于螺栓51上的贯通孔510内形成有内螺纹512，将失衡微调用的螺栓52以螺合的方式固定于所述内螺纹512的部分。

如上所述，在本实施方式中，涡轮分子泵1是利用多个螺栓将泵转子4a固定在旋转轴即轴4b上的结构(参照图2)，在多个螺栓中，使用沿轴芯形成有贯通孔510的空心的螺栓51、以及沿轴芯未形成孔的实心的螺栓50。因此，可以通过将固定着旋转体4的多个螺栓50的一部分更换成空心的螺栓51，来进行失衡调整。其结果为，能够将失衡调整的泵转子4a的削减量或安装失衡调整用的螺钉时的附加质量抑制得较小。

并且，如图5(a)所示，在使用多个螺栓将作为转子零件的平衡圈60固定在泵转子4a上的结构中，也可以使用沿轴芯形成有贯通孔510的空心的螺栓51、以及沿轴芯未形成孔的实心的螺栓50，作为多个螺栓。通过设为这种结构，而与图2的结构的情况同样地，可以通过将多个螺栓50的一部分更换为空心的螺栓51，来减少泵转子4a的削减量或附加失衡调整用螺钉时的附加质量。

此外，当转子零件为平衡圈60时，可以通过将多个螺栓50的一部分更换为空心的螺栓51而进行失衡的粗调之后，通过削减平衡圈60的一部分来进行失衡微调，从而能够进行高精度的失衡调整。并且，同时使用通过更换螺栓而进行的失衡调整，与如以往那样只削除平衡圈60或泵转子4a的一部分来进行失衡调整的情况相比，可以将削除量抑制为少量。

此外，如图5(b)所示，在螺栓51的贯通孔510中形成内螺纹512的结构的情况下，通过在所述内螺纹512中安装平衡调整用的螺栓52或止动螺钉等，可以进行失衡微调。其结果为，能够进一步减小平衡圈60的削除量，并且还能够省略平衡圈60。

以往，在使用平衡调整用螺栓或止动螺钉等进行平衡调整时，是设为在轴4b的远离中心轴的位置上附加平衡调整用螺栓，以抑制附加质量。因此，平衡调整用螺栓在多数情况下，从中心轴观察时配置于比泵转子固定用螺栓的位置或平衡圈固定用螺栓的位置更靠外侧的区域。因此，如图5(b)所示，与固定泵转子4a的螺栓51同轴地配置螺栓52的情况，能够将离心力对螺丝攻周边所造成的压力的载荷抑制得较小。

再者，在所述实施方式中，在兼用于平衡调整的螺栓51上形成有贯通孔510，但也可以不贯通用于形成空心的孔。并且，也可以预先准备孔径或孔深不同的多个空心螺栓作为调整用的螺栓51，以便能够将失衡调整的调整量设定得更细致，并根据所测量的失衡量组合使用这些空心螺栓。并且，形成于螺栓51上的孔优选的是沿螺栓51的轴芯而形成。其理由在于，如果孔与螺栓轴芯偏离，那么根据由螺栓51紧固时的旋转位置，失衡调整量会不同。

-第二实施方式-

图6是表示第二实施方式的图，是与所述图2的情况同样地将泵转子4a与轴4b的紧固部加以放大的图。在第二实施方式中，使用形成有贯通孔510的空心的螺栓51、以及形成有孔径更小的贯通孔530的空心的螺栓53，作为将泵转子4a固定在轴4b上的螺栓。

在本实施方式的情况下，在仅用于紧固的螺栓53上也形成有贯通孔530。所述贯通孔530是在使螺栓53螺合于轴4b的螺孔400中时，用于防止将气体封入于螺孔400中的抽气用孔。因此，贯通孔530必须贯通。当在高真空下使用真空泵时，存在残留于螺孔400的部分中的气体以慢泄露(slow leak)的形态漏出至真空侧的情况，这有可能影响到真空度。因此，设为如下的结构：在泵转子固定用的螺栓上形成贯通孔，经抽真空时排出螺孔400的残留气体。

这种抽气用的贯通孔与用于调整失衡的空心的螺栓51的情况相比，不需要增大孔径，优选的是尽可能地小。例如，只要是深度40(mm)的孔，只要直径有3(mm)左右，就作为抽气用的贯通孔而发挥作用。当如上所述，在使用形成有抽气用的贯通孔530的螺栓53作为泵转子固定用的螺栓时，也可以通过混合使用空心的螺栓51，而将以往只用于固定用螺栓的螺栓用作失衡调整的构件。再者，当如本实施方式那样，使用孔径不同的两种螺栓51、螺栓53时，在图4的失衡修正处理中的步骤S40中，将处理内容替换成利用螺栓53更换多个螺栓51的一部分的内容。

在本实施方式的情况下，也与第一实施方式的情况同样地，也可以设为在螺栓51的贯通孔510中形成内螺纹，在所述内螺纹部分中设置失衡微调用的螺栓52。并且，也可以设为能够利用多个孔径的螺栓51来更细致地进行失衡调整。此外，也可以设置如图5(a)所示那样的平衡圈60，通过削除平衡圈60的一部分来进行失衡微调。

此外并且，与所述第一实施方式的情况同样地，也可以设为预先准备孔径或孔深不同的多个空心螺栓作为调整用的螺栓51，根据所测量的失衡量而组合使用这些空心螺栓。由此，能够更细致地设定通过更换螺栓而进行的失衡调整的调整量。

-第三实施方式-

图7是表示第三实施方式的图，是与所述图2的情况同样地将泵转子4a与轴4b的紧固部加以放大的图。在所述图5(a)所示的示例中，利用共同的螺栓50、螺栓51将平衡圈60与泵转子4a共同紧固而固定在轴4b上。

另一方面，在本实施方式中，如图7所示，设为利用螺栓50将泵转子4a固定在轴4b上，并通过另外的螺栓54、螺栓55将平衡圈60固定在泵转子4a的上表面。螺栓55的空心部成为螺孔550，可以将失衡微调用的螺栓52安装于螺孔550中。利用螺栓50将泵转子4a固定在轴4b上是从轴侧进行。最早的粗略的失衡调整(图4的步骤S40中的失衡调整)是通过将实心的螺栓54的一部分更换成空心的螺栓55来进行。

再者，在应用图4的失衡调整方法的情况下，图4的步骤S70中的失衡微调既可以通过将螺栓52安装于螺栓55的螺孔550中来进行，也可以通过削除平衡圈60的一部分来调整。

(变形例)

图8是表示第三实施方式的变形例的图。在图7所示的示例中，将泵转子4a固定在轴4b上是只通过实心的螺栓50来进行，但在图8所示的变形例中，则设为混合存在实心的螺栓50及空心的螺栓51。即，设为能够通过螺栓51来进行粗略的失衡修正的结构。

如上所述，在图8所示的变形例中，泵转子4a是通过多个泵转子固定用的螺栓50、螺栓51而固定在轴4b上，所述多个泵转子固定用的螺栓50、螺栓51与将作为转子零件的平衡圈60固定在泵转子4a上的螺栓54、螺栓55不同，在固定泵转子4a的螺栓中，使用沿轴芯形成有贯通孔510的空心的螺栓51及实心的螺栓50。其结果为，除了通过将螺栓54更换成螺栓55而进行失衡调整以外，还能够通过将螺栓50更换成螺栓51而进行失衡调整，从而可以更细致地进行更大的失衡量的粗调。

此外，如图8所示，通过在空心的螺栓55上形成微调用的螺栓52能够螺合的螺孔550，可以通过追加螺栓52而进行失衡的微调。即，通过螺栓51而进行粗略的失衡调整之后利用螺栓52进行微调，然后，削除平衡圈60的一部分，由此可以进行更细致的微调。其结果为，能够一方面将平衡圈60的削除量抑制至最小限度，一方面进行非常准确的失衡调整。

再者，关于将平衡圈60固定在泵转子4a上，也可以如图8所示那样使空心的螺栓55与实心的螺栓54混合存在，还可以将所有螺栓设为螺栓54。并且，在图8所示的结构的情况下，也与图2的情况同样地，也可以将孔径或孔深不同的多个螺栓设定为空心的螺栓51，并且能够获得同样的效果。

以上，已说明各种实施方式及变形例，但是本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内可想到的其它方式也包含在本发明的范围内。例如，并不限于涡轮分子泵，本发明还可以同样应用于其它种类的分子泵。

Claims (8)

1.一种真空泵，包括利用多个螺栓将泵转子固定在旋转轴上的结构的旋转体、或利用多个螺栓将转子零件固定在泵转子上的结构的旋转体，所述真空泵的特征在于，

在所述多个螺栓中，使用第一空心螺栓、第二空心螺栓及实心螺栓中的至少两种螺栓，所述第一空心螺栓沿轴芯形成有第一孔，所述第二空心螺栓沿轴芯形成有孔径或孔深与所述第一孔不同的第二孔，所述实心螺栓未形成沿轴芯的孔。

2.根据权利要求1所述的真空泵，其特征在于，

所述转子零件是平衡调整用构件。

3.根据权利要求2所述的真空泵，其特征在于，

所述多个螺栓是贯通所述平衡调整用构件及所述泵转子，通过将所述平衡调整用构件及所述泵转子与固定所述泵转子的旋转轴共同紧固而固定。

4.根据权利要求2所述的真空泵，其特征在于，

所述转子零件通过所述第一空心螺栓、所述第二空心螺栓及所述实心螺栓中的至少两种螺栓而固定在所述泵转子上，

所述泵转子通过多个泵转子固定用螺栓而固定在所述旋转轴上，所述多个泵转子固定用螺栓与将所述转子零件固定在所述泵转子上的所述多个螺栓不同，

在所述多个泵转子固定用螺栓中，使用第三空心螺栓、第四空心螺栓及实心螺栓之中的至少两种螺栓，所述第三空心螺栓沿轴芯形成有第三孔，所述第四空心螺栓沿轴芯形成有孔径或孔深与所述第三孔不同的第四孔，所述实心螺栓未形成沿轴芯的孔。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的真空泵，其特征在于，

在所述第一孔及第二孔中的至少一者中，形成有安装平衡调整用螺钉的内螺纹。

6.一种平衡调整方法，其是根据权利要求1所述的真空泵中的平衡调整方法，其特征在于，

利用多个所述实心螺栓或所述第一空心螺栓将所述泵转子固定在所述旋转轴上，或将所述转子零件固定在所述泵转子上，

测量所述旋转体的失衡量，

基于所测量的所述失衡量，将多个所述实心螺栓或所述第一空心螺栓的一部分更换成所述第二空心螺栓。

7.一种平衡调整方法，其是根据权利要求2所述的真空泵中的平衡调整方法，其特征在于，

利用多个所述实心螺栓或所述第一空心螺栓将所述平衡调整用构件固定在所述泵转子上，

测量所述旋转体的第一失衡量，

基于所测量的所述第一失衡量，将多个所述实心螺栓或所述第一空心螺栓的一部分更换成所述第二空心螺栓，

测量螺栓更换后的所述旋转体的第二失衡量，

基于所测量的所述第二失衡量，削除所述平衡调整用构件的一部分。

8.一种平衡调整方法，其是根据权利要求5所述的真空泵中的平衡调整方法，其特征在于，

利用多个所述实心螺栓或所述第一空心螺栓将所述转子零件固定在所述泵转子上，

测量所述旋转体的第一失衡量，

基于所测量的所述第一失衡量，将多个所述实心螺栓或所述第一空心螺栓的一部分更换成所述第二空心螺栓，

测量螺栓更换后的所述旋转体的第二失衡量，

基于所测量的所述第二失衡量，将所述平衡调整用螺钉安装于所述第二空心螺栓的任一个所述内螺纹上。