JP2012127326A - Vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボ分子ポンプやモレキュラドラグポンプのような、高速回転する回転体を備える真空ポンプに関する。 The present invention relates to a vacuum pump including a rotating body that rotates at a high speed, such as a turbo molecular pump or a molecular drag pump.
従来、ターボ分子ポンプにおいては、軸受(磁気軸受またはメカニカルベアリング)により支持されるシャフトに回転翼が形成されたロータをボルト締結して、一体とする回転体構造が一般的である。その締結構造には、ロータ側に設けられた穴にシャフト側の軸を挿入するか、逆に、シャフト側に設けられた穴にロータ側に設けられた軸を挿入する嵌め合い構造が採用されている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a turbo molecular pump, a rotating body structure in which a rotor in which rotor blades are formed on a shaft supported by a bearing (magnetic bearing or mechanical bearing) is bolted and integrated is common. The fastening structure employs a fitting structure in which the shaft on the shaft side is inserted into the hole provided on the rotor side, or conversely, the shaft provided on the rotor side is inserted into the hole provided on the shaft side. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、回転上昇や温度上昇時の遠心力や熱膨張による変形で穴側の径が拡がったり、回転減速や温度降下時に軸側の径が小さくなったりして、締結が半径方向に緩み、ロータと軸との間に径方向のずれが生じる場合がある。そのような場合、回転体のバランスが大きく崩れ、回転駆動が不可能となるおそれがあった。 However, the diameter on the hole side increases due to the deformation due to centrifugal force or thermal expansion when the rotation rises or the temperature rises, or the diameter on the shaft side becomes smaller when the rotation decelerates or the temperature drops, and the fastening is loosened in the radial direction. There may be a radial shift between the shaft and the shaft. In such a case, the balance of the rotating body is greatly lost, and there is a possibility that the rotation drive becomes impossible.
請求項1の発明による真空ポンプは、軸芯に対して垂直な締結面を有する回転軸と、締結面に立設された第1および第2の凸部と、締結面にボルト締結され、第1の凸部が嵌挿される第1の凹部および第2の凸部が嵌挿される第2の凹部が形成されたロータと、回転軸を回転駆動するモータと、を備え、第1の凸部は、締結面の軸芯と直交する第1直線上の位置に立設され、第2の凸部は、締結面の軸芯と直交するとともに第1直線と所定角度を成す第2直線上の位置に立設されていることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載の真空ポンプにおいて、第1および第2の凸部をそれぞれ位置決めピンとしたものである。
請求項3の発明は、請求項1に記載の真空ポンプにおいて、第1の凸部は第1直線の方向に延在する凸部とし、第2の凸部は第2直線の方向に延在する凸部としたものである。
請求項4の発明は、請求項3に記載の真空ポンプにおいて、締結面の軸芯位置に立設されたスプライン軸を有し、第1および第2の凸部はスプライン軸の外周面に形成された歯であり、第1および第2の凹部はスプライン溝であることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a vacuum pump comprising: a rotary shaft having a fastening surface perpendicular to the shaft core; first and second convex portions erected on the fastening surface; and bolt fastening to the fastening surface; 1st convex part provided with the rotor in which the 1st recessed part in which 1 convex part is inserted, and the 2nd recessed part in which the 2nd convex part is inserted, and the motor which rotationally drives a rotating shaft Is erected at a position on a first straight line orthogonal to the axis of the fastening surface, and the second convex part is on a second straight line that is orthogonal to the axial center of the fastening surface and forms a predetermined angle with the first straight line. It is erected at the position.
According to a second aspect of the present invention, in the vacuum pump according to the first aspect, the first and second convex portions are positioning pins.
According to a third aspect of the present invention, in the vacuum pump according to the first aspect, the first convex portion is a convex portion extending in the direction of the first straight line, and the second convex portion is extended in the direction of the second straight line. It is a convex part.
According to a fourth aspect of the present invention, in the vacuum pump according to the third aspect, the first and second convex portions are formed on the outer peripheral surface of the spline shaft. And the first and second recesses are spline grooves.
本発明によれば、ロータ変形に起因する回転軸に対するロータの径方向ずれを抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the radial direction shift | offset | difference of the rotor with respect to the rotating shaft resulting from rotor deformation | transformation can be suppressed.
以下、図を参照して本発明の実施するための形態について説明する。図1は本発明に係る真空ポンプを説明する図であり、ターボ分子ポンプを構成するポンプ本体1の断面図である。ターボ分子ポンプは、図1に示すポンプ本体1と不図示のコントロールユニットとで構成される。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a vacuum pump according to the present invention, and is a cross-sectional view of a pump body 1 constituting a turbo molecular pump. The turbo molecular pump is composed of a pump body 1 shown in FIG. 1 and a control unit (not shown).
図1に示したターボ分子ポンプは磁気浮上式のターボ分子ポンプであって、ロータ30が締結されたシャフト33は、ラジアル方向の磁気軸受37およびスラスト方向の磁気軸受38によって非接触支持される。シャフト33の浮上位置は、ラジアル変位センサ27およびアキシャル変位センサ28によって検出される。磁気軸受によって回転自在に磁気浮上されたシャフト33は、モータ36により高速回転駆動される。26,29は非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはメカニカルベアリング26,29によりシャフト33は支持される。
The turbo molecular pump shown in FIG. 1 is a magnetic levitation turbo molecular pump, and the
ロータ30と回転軸であるシャフト33とはボルト34により締結されている。なお、ロータ30とシャフト33との間の位置決め(芯出し)はピン40a,40bによって行われている。これらの位置決めピン40a,40bによって、高速回転時の遠心力や熱膨張によりロータ30がシャフト33に対して径方向にずれるのを防止している。
The
ロータ30には、真空排気機能部としての複数段の回転翼32と円筒状のネジロータ31とが形成されている。一方、固定側の真空排気機能部として、軸方向に対して回転翼32と交互に配置された複数段の固定翼22と、ネジロータ31の外周側に設けられたネジステータ24とが設けられている。各固定翼22は、スペーサリング23を介してベース20上に載置される。ポンプケーシング21をベース20に固定すると、積層されたスペーサリング23がベース20とポンプケーシング21との間に挟持され、固定翼22が位置決めされる。
The
ベース20には排気ポート25が設けられ、この排気ポート25にバックポンプが接続される。ロータ30を磁気浮上させつつモータ36により高速回転駆動することにより、吸気口21a側の気体分子は排気ポート25側へと排気される。
The
図2はロータ30の位置決め構造を説明する図であり、(a)はピン40a,40bが設けられたロータ30の中央部分を吸気口21a側から見た図であり、(b)はA−A断面図である。ロータ30は、シャフト33の上端に形成されたフランジ部33aの上端面(すなわち、締結面)335に締結されている。フランジ部33aの締結面335には穴330が2つ形成されている。一方、ロータ30にも、穴330と対向する位置に貫通孔301がそれぞれ形成されている。図2(a)に示すように、ピン40a,40bは、シャフト33の軸中心を通る径方向の直線に関して一直線に並ぶようには配置されず、一直線の配置から角度θだけずれた位置に配置されている。なお、図2に示す例では、軸中心からピン40a,40bまでの距離を等しく設定しているが、異なっていても構わない。
2A and 2B are views for explaining the positioning structure of the
各ピン40a,40bは、穴330および貫通孔301の両方に圧入される形で嵌挿されている。この場合、貫通孔301における圧入代は穴330おける圧入代よりも小さく設定されており、ピン40a,40bと貫通孔301との圧入は軽圧入となっている。ロータ30をシャフト33に締結する際には、予めピン40a,40bを穴330に圧入しておき、その後、ロータ30を図2(b)の上方からフランジ部33aの上端面に装着することで、ロータ30の各貫通孔301にピン40a,40bが圧入される。その後、ボルト34によりロータ30をフランジ部33aに固定する。ロータ30の軸方向の拘束はボルト34によって行われる。
Each
本実施の形態は、図2に示すような構成のピン44a,44bによりロータ30の位置決め(芯出し)をしていることに特徴があり、その作用効果を、従来の構造と対比して説明する。従来のターボ分子ポンプでは、図3や図4に示すようなロータ位置決め構造が一般的に採用されている。
The present embodiment is characterized in that the
図3に示すロータ位置決め構造では、シャフト33に位置決め用の軸部331が形成されている。この軸部331をロータ30に形成された貫通孔302に嵌挿することにより、ロータ30の位置決め(芯出し)を行っている。なお、図3に示す構造では、軸部331は、焼き嵌めによって貫通孔302に圧入されている。
In the rotor positioning structure shown in FIG. 3, a
一般的なターボ分子ポンプでは、ロータ30はアルミ系の材料で形成され、シャフト33は鉄系の材料で形成されている。そのため、高速回転時の遠心力や熱膨張による変形は、シャフト33よりもロータ30の方が大きくなる。その結果、図3(b)に示すようにロータ側の貫通孔302と、シャフト側の軸部331との間に隙間が生じることになる。なお、二点差線は変形前のロータ30を示しており、具体的には、貫通孔302が形成されるロータ上端凹部の内径位置を示している。
In a general turbo molecular pump, the
一方、図4に示すロータ位置決め構造では、ロータ側に円形の凸部303が形成され、その凸部303が嵌挿される穴333はシャフト側に形成されている。この場合、凸部303と穴333とは隙間嵌めが採用されている。遠心力や熱膨張による変形はアルミ系が用いられるロータ30の方が大きいため、凸部303と穴333との間に隙間が無いと、凸部303の近傍の締結面が盛り上がるような変形が生じるおそれがある。そのため、隙間嵌めになっている。そのため、ロータ30が半径方向にずれて、回転体のバランスが崩れてしまう場合があった。
On the other hand, in the rotor positioning structure shown in FIG. 4, a circular
ロータ30はボルト34によってシャフト33に締結されているが、高速回転体であるロータ30の径方向に関する正確な位置決めはボルト34では困難である。そのため、図3(b)に示すような隙間が生じた場合、ロータ30はシャフト33に対して径方向に位置ずれを起こしやすくなる。その結果、ロータ30とシャフト33から成る回転体のバランスが崩れ、ポンプを分解して再バランス取りを行う必要があった。
The
図5(a)は、本実施の形態のピン40a,40bを用いたロータ位置決め構造において、ロータ30が遠心力や熱膨張により変形した場合を示す。なお、二点差線は変形前のロータ30(ロータ上端凹部の内径位置)を示す。ピン40aは締結面335上の軸芯(軸中心)を通る直線L1上に配置されており、ピン40bは締結面335上の軸芯を通り直線L1と角度θを成す直線L2上に配置されている。
FIG. 5A shows a case where the
ロータ30は外周方向に膨張するように変形するため、ロータ30が変形して貫通孔301が大きくなると、図5(a)に示すように、ピン40aについては直線L1方向(α1方向)外側および直線L1に直交する方向(β1方向)に隙間が生じる。一方、ピン40bについては、直線L2方向(α2方向)外側や直線L2に直交する方向(β2方向)に隙間が生じる。そのため、ピン40aに関してはロータ30がα1方向にずれる余地があり、ピン40bに関してはα2方向にずれる余地がある。しかし、α1方向とα2方向とは、方向が角度θだけずれているため、実際にはロータ30はいずれの方向にもずれることができない。
Since the
図5(b)は、ピン40aおよびピン40bを直線L1上に配置した場合を示す。この場合、どちらのピン40a,40bに関しても、ロータ30がα1方向にずれる余地がある。そのため、このような配置の場合にはロータ30がα1方向にずれることができ、回転体のバランスが崩れてしまうおそれがある。
FIG. 5B shows a case where the
このようなことから、位置決め用ピンは2本以上必要であり、全てのピンが軸中心を通る同一径方向直線上に配置されることのないように、各ピンが配置される必要がある。すなわち、少なくとも一つのピンは、図2,図5(a)に示すように、締結面335の軸芯を通る径方向直線に関して、一直線の配置から所定角度ずれた位置に配置する必要がある。この角度ずれ、すなわち、図5(a)に示す直線L2の角度θとしては、直線L2上の配置として点線Bで示すような配置も考慮すると、45deg以下に設定するのが好ましい。また、ピン4a,40bの材質としては、シャフト33と同じような機械的性質(ヤング率、熱膨張係数)を有するものが望ましく、例えば、ステンレスが耐食性の点からも好ましい。また、鋼材に耐食性のメッキを施したものを用いても良い。
For this reason, two or more positioning pins are required, and each pin needs to be arranged so that all the pins are not arranged on the same radial straight line passing through the axis center. That is, as shown in FIGS. 2 and 5A, at least one pin needs to be arranged at a position deviated from the straight line by a predetermined angle with respect to the radial line passing through the axis of the
また、ロータ30の貫通穴301に対してピン40a,40bを軽圧入したが、この嵌め合いは隙間嵌めであっても構わない。隙間嵌めの場合、厳密に考えるとロータ変形前にはピン40a,40bに対して軸芯側に隙間ができることになるが、隙間嵌め程度の隙間であれば、ロータ30がずれても駆動不能となるようなことはない。さらに、遠心力や熱膨張によりロータ30が外周側に膨張するように変形した場合、上述の軸芯側の隙間は減少することになり、ロータ変形前に比べてロータ30のずれは抑制されることになる。なお、本実施の形態では貫通穴301としたが、貫通していなくても構わない。
Further, although the
(変形例1)
図6は、本実施形態のロータ位置決め構造の変形例1を示す図である。図6において、(a)はロータ30とシャフト33の締結部分を示す断面図であり、(b)はシャフト33フランジ部33aの締結面335の平面図である。図6(a)に示すように、フランジ部33aの締結面335(ロータ対向面)には、図6(b)に示すような折れ曲がった平面形状を有する凸部332が形成され、対向するロータ30の締結面には、凸部332と同一平面形状を有して凸部332が嵌挿される溝304が形成されている。
(Modification 1)
FIG. 6 is a view showing a first modification of the rotor positioning structure of the present embodiment. 6A is a cross-sectional view showing a fastening portion between the
凸部332は、直線L1方向に延在する凸部領域332aと、直線L2方向に延在する凸部領域332bとから成る。言い換えると、凸部332は、直線L1上に配置された凸部領域332aと直線L2上に配置された凸部領域332bとから成る。そのため、変形例1の場合も、上述したピン40a,40bを用いたロータ位置決め構造の場合と同様の作用効果を奏する。
The
なお、図6に示した例では、凸部領域332a,332bは軸中心からフランジ部33aの縁まで延在していたが、図7(a)に示す凸部領域332a,332bのようにフランジ部33aの縁まで延在していなくても構わない。また、図7(b)に示すように、フランジ部33aの縁に近い領域のみに凸部領域332a,332bを配置しても良い。いずれの場合も、凸部領域332a,332bは、角度θを成す直線L1,L2に分かれて配置されているので、図5(b)に示した凸部領域332a,332bの場合と同様の作用効果を奏することができる。
In the example shown in FIG. 6, the
なお、凸部322と溝304との嵌め合いは締まり嵌め(すなわち、圧入)が好ましいが、上述したピン40a,40bの場合と同様に隙間嵌めであっても構わない。また、凸部322の形状は、図9に示すような十字形状であっても良い。このような場合、90deg間隔で4つの凸部領域322a〜322dが形成されていると考えれば、上述した凸分322と同様の作用効果を奏することが容易にわかる。
The fitting between the
(変形例2)
変形例2のロータ位置決め構造では、図8に示すような穴側スプライン50aと軸側スプライン50bとで構成されるスプライン構造50を位置決め構造に採用した。図8において、(a)はロータ30とシャフト33の締結部分を示す断面図であり、(b)ロータ30側に形成された穴側のスプライン50aを示す図である。一般的に、スプラインはトルク伝達に用いられるが、変形例2におけるスプライン構造50は、主に位置決めに用いられる。トルク伝達の機能は、主にボルト34によって行われる。
(Modification 2)
In the rotor positioning structure of the second modification, a
穴側スプライン50aには、穴内周面から中心方向に複数の溝500(500a,500b)が放射状に形成されている。一方、図示していないが、軸側スプライン50bには、締結面335の軸芯位置に立設された軸の外周面に、上記複数の溝500に嵌挿される複数の歯(凸部)が形成されている。このようなスプライン構造50においても、図8(b)に示すように、一対の溝500aは直線L1上に配置されているが、他の一対の溝500bは直線L1に対して傾いた直線L2上に配置されている。すなわち、各溝500は変形例1の溝304に対応し、軸側スプライン50bの歯(凸部)は変形例1の凸部332に対応しているので、上述した変形例1の場合と同様の作用効果を奏する。
In the hole-
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、磁気軸受式でないターボ分子ポンプにも適用できるし、例えば、特開平8−144992号公報に記載のモレキュラドラグポンプのような真空ポンプにも適用することができる。 Each of the embodiments described above may be used alone or in combination. This is because the effects of the respective embodiments can be achieved independently or synergistically. In addition, the present invention is not limited to the above embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired. For example, the present invention can be applied to a turbo molecular pump that is not a magnetic bearing type, and can also be applied to a vacuum pump such as a molecular drag pump described in JP-A-8-144992.
1:ポンプ本体、30:ロータ、33:シャフト、33a:フランジ部、34:ボルト、40a,40b:ピン、50:スプライン構造、50a:穴側スプライン、50b:軸側スプライン、301:貫通穴、304、500、500a,500b:溝、330:穴、332:凸部、322a〜322d,332a,332b:凸部領域、335:締結面、L1,L2:直線 1: pump body, 30: rotor, 33: shaft, 33a: flange, 34: bolt, 40a, 40b: pin, 50: spline structure, 50a: hole side spline, 50b: shaft side spline, 301: through hole, 304, 500, 500a, 500b: groove, 330: hole, 332: convex portion, 322a to 322d, 332a, 332b: convex region, 335: fastening surface, L1, L2: straight line
Claims (4)
前記締結面に立設された第1および第2の凸部と、
前記締結面にボルト締結され、前記第1の凸部が嵌挿される第1の凹部および前記第2の凸部が嵌挿される第2の凹部が形成されたロータと、
前記回転軸を回転駆動するモータと、を備え、
前記第1の凸部は、前記締結面の前記軸芯と直交する第1直線上の位置に立設され、
前記第2の凸部は、前記締結面の前記軸芯と直交するとともに前記第1直線と所定角度を成す第2直線上の位置に立設されていることを特徴とする真空ポンプ。 A rotating shaft having a fastening surface perpendicular to the axis;
First and second protrusions erected on the fastening surface;
A rotor that is bolted to the fastening surface and has a first recess into which the first projection is inserted and a second recess into which the second projection is inserted;
A motor that rotationally drives the rotating shaft,
The first convex portion is erected at a position on a first straight line perpendicular to the axis of the fastening surface,
The vacuum pump characterized in that the second convex portion is erected at a position on a second straight line that is orthogonal to the axial center of the fastening surface and forms a predetermined angle with the first straight line.
前記第1および第2の凸部はそれぞれ位置決めピンであることを特徴とする真空ポンプ。 The vacuum pump according to claim 1, wherein
The vacuum pump characterized in that each of the first and second convex portions is a positioning pin.
前記第1の凸部は前記第1直線の方向に延在する凸部であり、
前記第2の凸部は前記第2直線の方向に延在する凸部であることを特徴とする真空ポンプ。 The vacuum pump according to claim 1, wherein
The first convex portion is a convex portion extending in the direction of the first straight line,
The vacuum pump, wherein the second convex portion is a convex portion extending in the direction of the second straight line.
前記締結面の軸芯位置に立設されたスプライン軸を有し、
前記第1および第2の凸部はスプライン軸の外周面に形成された歯であり、
前記第1および第2の凹部はスプライン溝であることを特徴とする真空ポンプ。 The vacuum pump according to claim 3,
A spline shaft erected at the axial position of the fastening surface;
The first and second convex portions are teeth formed on the outer peripheral surface of the spline shaft,
The vacuum pump characterized in that the first and second recesses are spline grooves.
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