JP2014173433A - Vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空ポンプに関する。 The present invention relates to a vacuum 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)により支持されるロータ軸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係合用穴にロータ軸側の係合軸を挿入するか、逆に、ロータ軸側に設けられた係合用穴にロータ側に設けられた係合軸を挿入する嵌め合い構造が採用される。ロータおよびロータ軸が高速回転し、厳しいバランスが要求されるターボ分子ポンプの嵌め合い構造として、一般的には、「焼きばめ」が用いられている(特許文献1、第40段落参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a turbo molecular pump, a rotating body structure in which a rotor having rotor blades formed on a rotor shaft supported by a bearing (magnetic bearing or mechanical bearing) is bolted and integrated is generally used. In the fastening structure, the rotor shaft side engagement shaft is inserted into the engagement hole provided on the rotor side, or conversely, the engagement hole provided on the rotor shaft side is engaged on the rotor side. A fitting structure for inserting the shaft is adopted. As a fitting structure of a turbo molecular pump in which the rotor and the rotor shaft rotate at a high speed and a strict balance is required, “shrink fit” is generally used (see Patent Document 1, paragraph 40).
「焼きばめ」は、運転中の嵌め合い部の緩みは少ないものの、締結する際に係合用穴側を加熱するとともに係合軸側を冷却する必要がある。このため、組み付けに時間が掛る。
また、ターボ分子ポンプでは、回転翼やロータ本体のめっき剥離や劣化が生じるため、所定の頻度でロータの修復または交換をする必要がある。しかし、「焼きばめ」では、いったん締結したものを分解するには、嵌め合い部をプレスにより打ち抜かないと係合用穴から係合軸を抜くことが困難であり、修復・交換時の作業に多大な時間を要していた。
In “shrink fitting”, although the looseness of the fitting portion during operation is small, it is necessary to heat the engagement hole side and cool the engagement shaft side when fastening. For this reason, assembly takes time.
Further, in the turbo molecular pump, the rotor blades and the rotor main body are peeled off and deteriorated, and therefore it is necessary to repair or replace the rotor at a predetermined frequency. However, in “shrink fitting”, once disassembled, it is difficult to remove the engagement shaft from the engagement hole unless the fitting part is punched out by pressing. It took a lot of time.
(1) 請求項1の発明による真空ポンプは、シャフト側軸状嵌合部と、シャフト側孔状嵌合部とを有するシャフトと、シャフト側軸状嵌合部と嵌合するロータ側孔状嵌合部、および、シャフト側孔状嵌合部と嵌合するロータ側軸状嵌合部を有し、シャフトとは線膨張係数が異なり、シャフトに固定されたロータとを備え、シャフト側軸状嵌合部とロータ側孔状嵌合部との間に形成した第1の隙間と、シャフト側孔状嵌合部とロータ側軸状嵌合部との間に形成した第2の隙間とを設定するにあたり、常温時には、第1および第2の隙間のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との隙間である一方の隙間の大きさは、他方の隙間の大きさよりも小さくなり、運転時に所定の温度を超えると、他方の隙間の大きさは、一方の隙間の大きさよりも小さくなるように構成した。
(2) 請求項7の発明による真空ポンプは、シャフト側軸状嵌合部を有するシャフトと、ロータ側軸状嵌合部、および、シャフト側軸状嵌合部と嵌合するロータ側孔状嵌合部を有し、シャフトとは線膨張係数が異なり、シャフトに固定されたロータと、ロータ側軸状嵌合部と嵌合する固定部材側孔状嵌合部を有し、シャフトと線膨張係数が同じであり、ロータをシャフトに固定する固定部材とを備え、シャフト側軸状嵌合部とロータ側孔状嵌合部との間に形成した第1の隙間と、ロータ側軸状嵌合部と固定部材側孔状嵌合部との間に形成した第2の隙間とを設定するにあたり、常温時には、第1および第2の隙間のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との隙間である一方の隙間の大きさは、他方の隙間の大きさよりも小さくなり、運転時に所定の温度を超えると、他方の隙間の大きさは、一方の隙間の大きさよりも小さくなるように構成した。
(1) A vacuum pump according to a first aspect of the present invention includes a shaft having a shaft-side shaft-like fitting portion and a shaft-side hole-like fitting portion, and a rotor-side hole-like shape fitting with the shaft-side shaft-like fitting portion. A rotor-side shaft-like fitting portion that fits with the fitting portion and the shaft-side hole-like fitting portion, and has a linear expansion coefficient different from that of the shaft, and a rotor fixed to the shaft. A first gap formed between the shaft-like fitting portion and the rotor-side hole-like fitting portion, and a second gap formed between the shaft-side hole-like fitting portion and the rotor-side shaft-like fitting portion In normal temperature setting, one of the first and second gaps, which is the gap between the shaft-like fitting part having the smaller linear expansion coefficient and the hole-like fitting part having the larger linear expansion coefficient, is one of the first and second gaps. The size of the gap becomes smaller than the size of the other gap. The size was configured to be smaller than the size of one gap.
(2) A vacuum pump according to a seventh aspect of the present invention is a shaft having a shaft-side shaft-like fitting portion, a rotor-side shaft-like fitting portion, and a rotor-side hole shape fitting with the shaft-side shaft-like fitting portion. It has a fitting part, has a linear expansion coefficient different from that of the shaft, has a rotor fixed to the shaft, and a fixing member side hole fitting part that fits the rotor side shaft-like fitting part. A first clearance formed between the shaft-side shaft-like fitting portion and the rotor-side hole-like fitting portion; and a rotor-side shaft-like shape, each having a same expansion coefficient and a fixing member that fixes the rotor to the shaft. In setting the second gap formed between the fitting portion and the fixed member side hole-like fitting portion, at the normal temperature, the shaft shape having the smaller linear expansion coefficient among the first and second gaps. The size of one gap, which is the gap between the fitting portion and the hole-like fitting portion with the larger linear expansion coefficient, The size of the gap is smaller than the size of one of the gaps if the size of the other gap is smaller than the size of the gap and exceeds a predetermined temperature during operation.
本発明によれば、ロータとシャフトとの締結作業および分解作業を容易化でき、高温時ロータとシャフトの径方向の位置ズレを小さくできる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fastening operation | work and disassembly operation | work with a rotor and a shaft can be facilitated, and the position shift of the radial direction of a rotor and a shaft can be made small at the time of high temperature.
−−−第1の実施の形態−−−
図1〜3を参照して、本発明による真空ポンプの第1の実施の形態を説明する。図1は、第1の実施の形態の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。
--- First embodiment ---
A first embodiment of a vacuum pump according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram illustrating the vacuum pump according to the first embodiment, 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が締結されたロータ軸(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。
The turbo molecular pump shown in FIG. 1 is a magnetic levitation turbo molecular pump, and a rotor shaft (shaft) 33 to which a
シャフト33の下面には、メカニカルベアリング29を介してロータディスク35が取り付けられている。また、シャフト33の上部側にはメカニカルベアリング26が設けられている。メカニカルベアリング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が支持される。
A
ロータ30とシャフト33とはボルト34により締結されている。符号IIで示す部分はロータ30とシャフト33との嵌め合い部分であり、このような嵌め合い構造とすることにより、高速回転時の遠心力によりロータ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、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、固定側には、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。本実施の形態の真空ポンプ(ターボ分子ポンプ)においては、回転翼32およびネジロータ31が回転側の真空排気機能部を構成し、固定翼22およびネジステータ24が固定側の真空排気機能部を構成している。
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、図1の部分IIの拡大断面図であり、以下、ロータ30とシャフト33の嵌め合い構造の詳細を説明する。上述したように、ロータ30は、ボルト34によってシャフト33の上端に締結されている。ロータ30の中心には、シャフト33の軸線方向に沿って延在する円形断面のロータ側嵌合孔301が設けられている。また、シャフト33の上面に接するロータ30の下面には、図示下方に突出する厚肉短円筒状のロータ側嵌合突部302が設けられている。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the portion II of FIG. 1, and the details of the fitting structure of the
シャフト33の上部には、図示上方に突出する円柱状のシャフト側嵌合軸331が設けられている。嵌合軸331の基端部の周囲には、環状のシャフト側嵌合溝332が設けられている。ロータ30がシャフト33の上端に取り付けられると、ロータ側嵌合孔301にシャフト側嵌合軸331が挿入されて嵌合する。また、ロータ30がシャフト33の上端に取り付けられると、ロータ側嵌合突部302がシャフト側嵌合溝332に挿入されて嵌合する。
A cylindrical shaft-
ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との径方向の嵌め合い、および、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との径方向の嵌め合いは、それぞれ、隙間ができるような嵌め合い(すきまばめ)に設定されている。ここで、シャフト側嵌合軸331の直径をAとし、ロータ側嵌合孔301の直径をBとし、ロータ側嵌合突部302の直径をCとし、シャフト側嵌合溝332の直径をDとする。ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との径方向の隙間は、B−Aで表され、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との径方向の隙間は、D−Cで表される。以下の説明では、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との間に形成した径方向の隙間を隙間Crとも呼び、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との間に形成した径方向の隙間を隙間Csとも呼ぶこととする。
The radial fitting between the rotor-
本実施の形態では、ロータ30の材質は、アルミニウム合金であり、シャフト33の材質は、ステンレスや鋼である。ロータ30の材質であるアルミニウム合金の線膨張係数は、シャフト33の材質であるステンレスや鋼の線膨張係数よりも大きい。この線膨張係数の差異により、ロータ30およびシャフト33の温度が上昇すると、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crは大きくなり、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csは小さくなる。また、ロータ30およびシャフト33の温度が下降すると、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crは小さくなり、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csは大きくなる。
In the present embodiment, the material of the
そこで、本実施の形態では、後述するように、下記条件(a)および(b)をともに満たすように各部の直径A〜Dを設定している。
(a) 常温時(冷間時)、すなわち、ロータ30およびシャフト33の温度が常温である場合には、次の(1)式を満たす。
隙間Cr < 隙間Cs
B−A < D−C ・・・(1)
(b) 高温時、すなわち、ターボ分子ポンプの運転によってロータ30およびシャフト33の温度が所定の温度Tsを超えた場合には、次の(2)式を満たす。
隙間Cs ≦ 隙間Cr
D−C ≦ B−A ・・・(2)
Therefore, in the present embodiment, as will be described later, the diameters A to D of the respective parts are set so as to satisfy both the following conditions (a) and (b).
(A) At normal temperature (when cold), that is, when the temperature of the
Clearance Cr <Clearance Cs
B−A <D−C (1)
(B) When the temperature is high, that is, when the temperature of the
Clearance Cs ≦ Clearance Cr
DC ≦ B−A (2)
すなわち、常温時には、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crの方が、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csよりも小さくなるように各部の直径A〜Dを設定している。そのため、常温時には、隙間がより小さい、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との嵌合部分によってロータ30とシャフト33との径方向の位置がずれることを防止する。
That is, at room temperature, the clearance Cr between the rotor-side
しかし上述したように、ターボ分子ポンプの運転によってロータ30およびシャフト33の温度が高くなるにつれて、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crが大きくなる。そのため、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との嵌合部分だけでロータ30とシャフト33との径方向の位置ずれ防止する構成であった場合に、ロータ30とシャフト33との径方向の位置のずれが大きくなるおそれがある。
However, as described above, the clearance Cr between the rotor-side
一方、上述したように、ターボ分子ポンプの運転によってロータ30およびシャフト33の温度が高くなるにつれて、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csは小さくなる。そして、ロータ30およびシャフト33の温度が所定の温度Tsを超えると、上記条件(b)に記載したように、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crと、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csとの大小関係が逆転する。
On the other hand, as described above, the gap Cs between the rotor-side
すなわち、本実施の形態では、ロータ30およびシャフト33の温度が所定の温度Tsを超えると、隙間がより小さい、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との嵌合部分によってロータ30とシャフト33との径方向の位置がずれることを防止するように構成した。
That is, in this embodiment, when the temperature of the
図3は、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Cr、および、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csと、温度との関係を示すグラフである。図3に示すように、温度が上昇するにつれて、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crは大きくなり、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csは小さくなる。また、上述した所定の温度Tsでは、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crの大きさと、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csの大きさとが一致する。
FIG. 3 shows the relationship between the temperature and the clearance Cr between the rotor-side
すなわち、本実施の形態では、ロータ30およびシャフト33の温度が所定の温度Ts以下の場合には、ロータ30とシャフト33との径方向の位置ずれは、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crによって規制される。また、ロータ30およびシャフト33の温度が所定の温度Ts以上の場合には、ロータ30とシャフト33との径方向の位置ずれは、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csによって規制される。
That is, in the present embodiment, when the temperatures of the
換言すると、ロータ30およびシャフト33の温度が所定の温度Ts以下の場合には、ロータ30とシャフト33との径方向の位置ずれの最大値は、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crの値(B−A)である。ロータ30およびシャフト33の温度が所定の温度Ts以上の場合には、ロータ30とシャフト33との径方向の位置ずれの最大値は、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csの値(D−C)である。
In other words, when the temperatures of the
なお、本実施の形態では、設計上許容されるロータ30およびシャフト33の最高温度Tmaxにおいて、上述した2つの嵌合部分がいずれもすきまばめとなるように各部の直径A〜Dを設定している。すなわち、最高温度Tmaxにおける隙間Crおよび隙間Csの値は、いずれも正の値である。
In this embodiment, at the maximum temperature Tmax of the
任意の温度tにおける隙間Crの値Cr(t)、および、隙間Csの値Cs(t)は、次の(3)式および(4)式で与えられる。
Cr(t)={B0+(t−t1)・α1・B0}
−{A0+(t−t1)・α2・A0} ・・・(3)
Cs(t)={D0+(t−t1)・α2・D0}
−{C0+(t−t1)・α1・C0} ・・・(4)
ここで、t1は、常温時の温度(たとえば20℃)である。A0,B0,C0,D0は、それぞれ常温時のA,B,C,Dの値である。α1は、ロータ30を構成する材質(たとえばアルミニウム合金)についての線膨張係数であり、α2は、シャフト33を構成する材質(たとえばステンレスや鋼材やロータとは線膨張係数が異なるアルミニウム合金)についての線膨張係数である。
The value Cr (t) of the gap Cr at an arbitrary temperature t and the value Cs (t) of the gap Cs are given by the following equations (3) and (4).
Cr (t) = {B0 + (t−t1) · α1 · B0}
-{A0 + (t-t1) · α2 · A0} (3)
Cs (t) = {D0 + (t−t1) · α2 · D0}
− {C0 + (t−t1) · α1 · C0} (4)
Here, t1 is a temperature at room temperature (for example, 20 ° C.). A0, B0, C0, and D0 are values of A, B, C, and D, respectively, at room temperature. α1 is a linear expansion coefficient for a material (for example, an aluminum alloy) constituting the
なお、上述したように、ロータ30を構成する材質(たとえばアルミニウム合金)についての線膨張係数α1は、シャフト33を構成する材質(たとえばステンレスや鋼材やロータとは線膨張係数が異なるアルミニウム合金)についての線膨張係数α2よりも大きい。 As described above, the linear expansion coefficient α1 for the material constituting the rotor 30 (for example, an aluminum alloy) is the same as the material constituting the shaft 33 (for example, an aluminum alloy having a linear expansion coefficient different from that of stainless steel, steel, or the rotor). Is larger than the linear expansion coefficient α2.
上述した第1の実施の形態では、次の作用効果を奏する。
(1) ロータ30とシャフト33との嵌合部分として、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との嵌合部分と、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との嵌合部分を設けるように構成した。そして、常温時には、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crの方が、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csよりも小さくなるように各部の直径A〜Dを設定した。また、ロータ30およびシャフト33の温度が所定の温度Tsを超えると、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csの方が、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crよりも小さくなるように各部の直径A〜Dを設定した。
The first embodiment described above has the following operational effects.
(1) As a fitting portion between the
これにより、ロータ30およびシャフト33の温度に応じて大きさが変化する2つの嵌合部分のうち、隙間の大きさがより小さくなる方の嵌合部分によってロータ30とシャフト33との径方向の位置がずれることを防止できる。そのため、ロータ30およびシャフト33とを焼きばめによって締結しなくても、ロータ30とシャフト33との径方向の位置ずれを抑制できるので、ロータ30とシャフト33との締結作業および分解作業を容易化できる。また、締結作業および分解作業に要する作業時間を短縮化できる。したがって、真空ポンプの製造コストや、ロータ30やシャフト33のメンテナンスコストを低減できる。
As a result, of the two fitting portions whose sizes change according to the temperatures of the
(2) ロータ30とシャフト33との材質の違い、すなわち線膨張係数の差異によって、ロータ30およびシャフト33の温度が上昇すると、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crが大きくなり、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csが小さくなるように構成した。これにより、ロータ30およびシャフト33の温度が変化しても、ロータ30とシャフト33との径方向の位置ずれの最大値が大きく変動することを防止できる。したがって、ロータ30およびシャフト33の温度が上昇しても、ロータ30とシャフト33との径方向の位置のずれを抑制でき、バランスの狂いによる異常振動等の発生を防止できる。また、このことによって、真空ポンプの各部の耐久性を向上できる。
(2) When the temperature of the
(3) 設計上許容されるロータ30およびシャフト33の最高温度Tmaxにおいて、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との嵌合部分、および、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との嵌合部分のいずれもが、すきまばめとなるように各部の直径A〜Dを設定した。これにより、これらの嵌合部分における、熱応力が繰り返し作用することを抑制でき、ロータ30およびシャフト33の耐久性を向上できる。
(3) At the maximum temperature Tmax of the
−−−第2の実施の形態−−−
図4を参照して、本発明による真空ポンプの第2の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、ロータ30およびシャフト33とは異なる部材と、ロータ30との嵌合部分を有する点で、第1の実施の形態と異なる。
--- Second Embodiment ---
A second embodiment of the vacuum pump according to the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different points will be mainly described. Points that are not particularly described are the same as those in the first embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment mainly in that a member different from the
図4は、第2の実施の形態におけるロータ30とシャフト33の嵌め合い構造を説明する断面図である。本実施の形態では、ロータ30およびシャフト33の回転バランスをとるためのバランス取りプレート40がさらに設けられている。バランス取りプレート40には、後述するロータ側嵌合突部303と嵌合するプレート側嵌合溝41と、ボルト34が貫通するボルト貫通孔42とが設けられている。バランス取りプレート40は、ボルト34によってシャフト33に固定されると、シャフト33の上面とバランス取りプレート40の下面との間でロータ30を挟持する。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a fitting structure of the
ロータ30の上面には、上方に突出してプレート側嵌合溝41と嵌合するロータ側嵌合突部303が設けられている。なお、本実施の形態では、第1の実施の形態で設けられていたロータ側嵌合突部302およびシャフト側嵌合溝332は設けられていない。
On the upper surface of the
ここで、ロータ側嵌合突部303の直径をCとし、プレート側嵌合溝41の直径をDとすると、ロータ側嵌合突部303とプレート側嵌合溝41との隙間は、D−Cで表される。以下の説明では、ロータ側嵌合突部303とプレート側嵌合溝41との隙間を隙間Cpとも呼ぶこととする。
Here, when the diameter of the rotor-side
ロータ30およびシャフト33の温度が上昇すると、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crは大きくなり、ロータ側嵌合突部303とプレート側嵌合溝41との隙間Cpは小さくなる。また、ロータ30およびシャフト33の温度が下降すると、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crは小さくなり、ロータ側嵌合突部303とプレート側嵌合溝41との隙間Cpは大きくなる。
When the temperatures of the
そこで、本実施の形態では、上述した第1の実施の形態における条件(a)および(b)をともに満たすように、本実施の形態における各部の直径A〜Dを設定している。このように各部の直径A〜Dを設定することによって、上述した第1の実施の形態の作用効果と同様の作用効果を奏する。 Therefore, in the present embodiment, the diameters A to D of each part in the present embodiment are set so as to satisfy both the conditions (a) and (b) in the first embodiment described above. By setting the diameters A to D of the respective parts in this way, the same operational effects as the operational effects of the first embodiment described above can be obtained.
また、本実施の形態では、バランス取りプレート40がロータ30およびシャフト33の回転バランスをとる機能と、ロータ30を固定する機能と、ロータ30のずれを防止する機能とを兼ね備えているので、部品点数を削減でき、コストダウンを図れる。
In the present embodiment, the balancing
−−−変形例−−−
(1) 上述した第1の実施の形態では、ロータ30とシャフト33との間に2箇所の嵌合部分を設ける例として、図2に示すように、図示上方に突出する円柱状のシャフト側嵌合軸331と、環状のシャフト側嵌合溝332とが設けられるように構成したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、上述した各実施の形態において図示により説明した内容は、一例であり、本発明はこれに限定されない。
---- Modified example ---
(1) In the first embodiment described above, as an example in which two fitting portions are provided between the
図5(a)は、第1の実施の形態におけるロータ30とシャフト33との嵌合部分を模式的に示した図である。図5(a)に示すように、第1の実施の形態では、シャフト33の中心側に軸状の嵌合部(すなわちシャフト側嵌合軸331)を設け、その周囲に溝状(孔状)の嵌合部(すなわちシャフト側嵌合溝332)を設けた。そして、ロータ30の中心側に孔状の嵌合部(すなわちロータ側嵌合孔301)を設け、その周囲に軸状の嵌合部(すなわちロータ側嵌合突部302)を設けた。
FIG. 5A is a diagram schematically showing a fitting portion between the
これに対して、たとえば図5(b)に示すように、第1の実施の形態とは、各嵌合部における凹凸関係を逆転させてもよい。すなわち、シャフト33の中心側に孔状の嵌合部(すなわちシャフト側嵌合孔334)を設け、その周囲に軸状の嵌合部(すなわちシャフト側嵌合軸335)を設ける。そして、ロータ30の中心側に軸状の嵌合部(すなわちロータ側嵌合突部304)を設け、その周囲に溝状(孔状)の嵌合部(すなわちロータ側嵌合溝305)を設ける。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 5B, the concave-convex relationship in each fitting portion may be reversed from the first embodiment. That is, a hole-shaped fitting portion (that is, the shaft-side fitting hole 334) is provided on the center side of the
ロータ側嵌合突部304とシャフト側嵌合孔334との間に形成した径方向の隙間を隙間Cr’とも呼び、ロータ側嵌合溝305とシャフト側嵌合軸335との間に形成した径方向の隙間を隙間Cs’とも呼ぶ。上述したようにシャフト33の線膨張係数は、ロータ30の線膨張係数よりも小さい。そのため、ロータ30およびシャフト33の温度が上昇すると、ロータ側嵌合溝305とシャフト側嵌合軸335との隙間Cs’は大きくなり、ロータ側嵌合突部304とシャフト側嵌合孔334との隙間Cr’は小さくなる。また、ロータ30およびシャフト33の温度が下降すると、ロータ側嵌合溝305とシャフト側嵌合軸335との隙間Cs’は小さくなり、ロータ側嵌合突部304とシャフト側嵌合孔334との隙間Cr’は大きくなる。
A radial gap formed between the rotor side
そこで、第1の実施の形態の条件(a)と同様に、温度が上がるにつれて隙間の大きさが大きくなる方の隙間Cs’の大きさが、常温時に、隙間Cr’の大きさよりも小さくなるように各部の寸法を設定する。すなわち、常温時には、隙間Cs’および隙間Cr’のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部(すなわちシャフト側嵌合軸335)と、線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部(すなわちロータ側嵌合溝305)との隙間である一方の隙間(すなわち隙間Cs’)の大きさが、他方の隙間(すなわち隙間Cr’)の大きさよりも小さくなるように各部の寸法を設定する。
Therefore, as in the condition (a) of the first embodiment, the size of the gap Cs ′ whose size increases as the temperature rises is smaller than the size of the gap Cr ′ at room temperature. Set the dimensions of each part as follows. That is, at room temperature, out of the gap Cs ′ and the gap Cr ′, the shaft-like fitting portion having the smaller linear expansion coefficient (that is, the shaft-side fitting shaft 335) and the hole-like fitting portion having the larger linear expansion coefficient. The dimension of each part is set so that the size of one gap (that is, the gap Cs ′) that is the gap with the rotor-side
また、さらに、第1の実施の形態の条件(b)と同様に、ロータ30およびシャフト33の温度が所定の温度Tsを超えた場合には、温度が上がるにつれて隙間の大きさが小さくなる方の隙間Cr’の大きさが隙間Cs’の大きさよりも小さくなるように各部の寸法を設定する。すなわち、所定の温度Tsを超えた場合には、線膨張係数が大きい方の軸状嵌合部(すなわちロータ側嵌合突部304)と線膨張係数が小さい方の孔状嵌合部(すなわちシャフト側嵌合孔334)との隙間(すなわち隙間Cr’)の大きさが、上記一方の隙間(すなわち隙間Cs’)の大きさよりも小さくなるように各部の寸法を設定する。
Further, as in the condition (b) of the first embodiment, when the temperature of the
(2) 上述した第1の実施の形態では、ロータ30を構成する材質についての線膨張係数α1が、シャフト33を構成する材質についての線膨張係数α2よりも大きいものとして説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、ロータ30を構成する材質についての線膨張係数α1が、シャフト33を構成する材質についての線膨張係数α2よりも小さくてもよい。この場合には、上述した第1の実施の形態とは異なって、ロータ30およびシャフト33の温度が上昇すると、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crは小さくなり、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csは大きくなる。また、ロータ30およびシャフト33の温度が下降すると、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との隙間Crは大きくなり、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との隙間Csは小さくなる。
(2) In the above-described first embodiment, the linear expansion coefficient α1 for the material constituting the
そこで、ロータ30を構成する材質についての線膨張係数α1が、シャフト33を構成する材質についての線膨張係数α2よりも小さい場合には、次の条件を満たすように各部の直径A〜Dを設定すればよい。すなわち、ロータ30およびシャフト33の温度が常温である場合に、隙間Cs< 隙間Crとなるように、かつ、ロータ30およびシャフト33の温度が所定の温度Tsを超えた場合に、隙間Cr≦ 隙間Csとなるように、各部の直径A〜Dを設定すればよい。
Therefore, when the linear expansion coefficient α1 for the material constituting the
換言すると、常温時には、隙間Csおよび隙間Crのうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と、線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との隙間である一方の隙間の大きさが、他方の隙間の大きさよりも小さくなるように各部の寸法を設定する。そして、さらに、所定の温度Tsを超えた場合には、線膨張係数が大きい方の軸状嵌合部と線膨張係数が小さい方の孔状嵌合部との隙間(すなわち他方の隙間)の大きさが、一方の隙間の大きさよりも小さくなるように各部の寸法を設定すればよい。 In other words, at the normal temperature, the size of one gap that is a gap between the shaft-shaped fitting portion having the smaller linear expansion coefficient and the hole-shaped fitting portion having the larger linear expansion coefficient among the gap Cs and the gap Cr. However, the dimension of each part is set so that it may become smaller than the magnitude | size of the other clearance gap. Further, when the predetermined temperature Ts is exceeded, a gap (that is, the other gap) between the shaft-like fitting portion having the larger linear expansion coefficient and the hole-like fitting portion having the smaller linear expansion coefficient. What is necessary is just to set the dimension of each part so that a magnitude | size may become smaller than the magnitude | size of one clearance gap.
(3) 上述の説明では、最高温度Tmaxにおいて、ロータ側嵌合孔301とシャフト側嵌合軸331との嵌合部分、および、ロータ側嵌合突部302とシャフト側嵌合溝332との嵌合部分のいずれもが、すきまばめとなるように各部の直径A〜Dを設定した。すなわち、上述の説明では、最高温度Tmaxにおいて、隙間Csおよび隙間Crの値がいずれもゼロを超えるように設定したが、本発明においてこのことは必須ではない。たとえば、図6に示すように、最高温度Tmaxにおいて隙間Csの大きさがゼロ以下となるように、各部の直径A〜Dを設定してもよい。この場合には、ロータ30とシャフト33との径方向の位置ずれの許容範囲が狭まるので、バランスの狂いによる異常振動等の発生を効果的に防止できる。また、このことによって、真空ポンプの各部の耐久性をさらに向上できる。
(3) In the above description, at the maximum temperature Tmax, the fitting portion between the rotor-side
(4) 上述の説明では、真空ポンプの一例としてターボ分子ポンプを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、たとえばドラッグポンプなどの他の真空ポンプに適用してもよい。
(5) 上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。
(4) In the above description, a turbo molecular pump has been described as an example of a vacuum pump. However, the present invention is not limited to this and may be applied to other vacuum pumps such as a drag pump.
(5) You may combine each embodiment and modification which were mentioned above, respectively.
なお、本発明は、上述した実施の形態のものに何ら限定されず、シャフト側軸状嵌合部と、シャフト側孔状嵌合部とを有するシャフトと、シャフト側軸状嵌合部と嵌合するロータ側孔状嵌合部、および、シャフト側孔状嵌合部と嵌合するロータ側軸状嵌合部を有し、シャフトとは線膨張係数が異なり、シャフトに固定されたロータとを備え、シャフト側軸状嵌合部とロータ側孔状嵌合部との間に形成した第1の隙間と、シャフト側孔状嵌合部とロータ側軸状嵌合部との間に形成した第2の隙間とを設定するにあたり、常温時には、第1および第2の隙間のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との隙間である一方の隙間の大きさは、他方の隙間の大きさよりも小さくなり、運転時に所定の温度を超えると、他方の隙間の大きさは、一方の隙間の大きさよりも小さくなるように構成した各種構造の真空ポンプを含むものである。
また、本発明は、上述した実施の形態のものに何ら限定されず、シャフト側軸状嵌合部を有するシャフトと、ロータ側軸状嵌合部、および、シャフト側軸状嵌合部と嵌合するロータ側孔状嵌合部を有し、シャフトとは線膨張係数が異なり、シャフトに固定されたロータと、ロータ側軸状嵌合部と嵌合する固定部材側孔状嵌合部を有し、シャフトと線膨張係数が同じであり、ロータをシャフトに固定する固定部材とを備え、シャフト側軸状嵌合部とロータ側孔状嵌合部との間に形成した第1の隙間と、ロータ側軸状嵌合部と固定部材側孔状嵌合部との間に形成した第2の隙間とを設定するにあたり、常温時には、第1および第2の隙間のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との隙間である一方の隙間の大きさは、他方の隙間の大きさよりも小さくなり、運転時に所定の温度を超えると、他方の隙間の大きさは、一方の隙間の大きさよりも小さくなるように構成した各種構造の真空ポンプを含むものである。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and includes a shaft having a shaft-side shaft-like fitting portion and a shaft-side hole-like fitting portion, and a shaft-side shaft-like fitting portion. A rotor-side hole-like fitting portion to be mated, and a rotor-side shaft-like fitting portion to be fitted to the shaft-side hole-like fitting portion, the linear expansion coefficient being different from the shaft, and a rotor fixed to the shaft A first gap formed between the shaft-side shaft-like fitting portion and the rotor-side hole-like fitting portion, and formed between the shaft-side hole-like fitting portion and the rotor-side shaft-like fitting portion. In setting the second gap, at room temperature, of the first and second gaps, the shaft-like fitting part having the smaller linear expansion coefficient and the hole-like fitting part having the larger linear expansion coefficient The size of one of the gaps is smaller than the size of the other gap and exceeds a predetermined temperature during operation. When the size of the other gaps are those comprising a vacuum pump arrangement the various structures to be smaller than the size of one of the gaps.
Further, the present invention is not limited to the embodiment described above, and the shaft having the shaft-side shaft-like fitting portion, the rotor-side shaft-like fitting portion, and the shaft-side shaft-like fitting portion and the fitting. A rotor-side hole-like fitting part that has a linear expansion coefficient different from that of the shaft, and a rotor fixed to the shaft, and a fixing member-side hole-like fitting part that fits the rotor-side shaft-like fitting part. A first clearance formed between the shaft-side shaft-like fitting portion and the rotor-side hole-like fitting portion, the shaft having the same linear expansion coefficient as the shaft, and a fixing member that fixes the rotor to the shaft. And the second gap formed between the rotor-side shaft-like fitting portion and the fixing member-side hole-like fitting portion, the linear expansion coefficient of the first and second gaps is set at normal temperature. One gap that is the gap between the shaft-shaped fitting portion with the smaller linearity and the hole-shaped fitting portion with the larger linear expansion coefficient The size of the other gap is smaller than the size of the other gap, and when the temperature exceeds a predetermined temperature during operation, the size of the other gap becomes smaller than the size of the one gap. Is included.
1 ポンプ本体、30 ロータ、33 ロータ軸(シャフト)、40 バランス取りプレート、41 プレート側嵌合溝、301 ロータ側嵌合孔、302 ロータ側嵌合突部、331 シャフト側嵌合軸、332 シャフト側嵌合溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pump main body, 30 Rotor, 33 Rotor shaft (shaft), 40 Balancing plate, 41 Plate side fitting groove, 301 Rotor side fitting hole, 302 Rotor side fitting protrusion, 331 Shaft side fitting shaft, 332 shaft Side mating groove
Claims (7)
前記シャフト側軸状嵌合部と嵌合するロータ側孔状嵌合部、および、前記シャフト側孔状嵌合部と嵌合するロータ側軸状嵌合部を有し、前記シャフトとは線膨張係数が異なり、前記シャフトに固定されたロータとを備え、
前記シャフト側軸状嵌合部と前記ロータ側孔状嵌合部との間に形成した第1の隙間と、前記シャフト側孔状嵌合部と前記ロータ側軸状嵌合部との間に形成した第2の隙間とを設定するにあたり、
常温時には、前記第1および第2の隙間のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との隙間である一方の隙間の大きさは、他方の隙間の大きさよりも小さくなり、運転時に所定の温度を超えると、前記他方の隙間の大きさは、前記一方の隙間の大きさよりも小さくなるように構成した真空ポンプ。 A shaft having a shaft-side shaft-like fitting portion and a shaft-side hole-like fitting portion;
A rotor-side hole-like fitting portion that fits with the shaft-side shaft-like fitting portion; and a rotor-side shaft-like fitting portion that fits with the shaft-side hole-like fitting portion. The expansion coefficient is different, and includes a rotor fixed to the shaft,
A first gap formed between the shaft-side shaft-like fitting portion and the rotor-side hole-like fitting portion, and between the shaft-side hole-like fitting portion and the rotor-side shaft-like fitting portion. In setting the formed second gap,
At normal temperature, the size of one of the first and second gaps, which is a gap between the shaft-like fitting part having the smaller linear expansion coefficient and the hole-like fitting part having the larger linear expansion coefficient. Is a vacuum pump configured so that the size of the other gap becomes smaller than the size of the other gap, and the size of the other gap becomes smaller than the size of the one gap when a predetermined temperature is exceeded during operation.
前記シャフトの線膨張係数が前記ロータの線膨張係数よりも小さいときは、
常温時には、前記第1の隙間の大きさが、前記第2の隙間の大きさよりも小さくなり、かつ、運転時に所定の温度を超えると、前記第2の隙間の大きさが、前記第1の隙間の大きさよりも小さくなる真空ポンプ。 The vacuum pump according to claim 1, wherein
When the linear expansion coefficient of the shaft is smaller than the linear expansion coefficient of the rotor,
At normal temperature, when the first gap is smaller than the second gap and exceeds a predetermined temperature during operation, the second gap becomes smaller than the first gap. A vacuum pump that is smaller than the size of the gap.
前記第1の隙間の大きさは、温度が上がるにつれて大きくなり、
前記第2の隙間の大きさは、温度が上がるにつれて小さくなる真空ポンプ。 The vacuum pump according to claim 2,
The size of the first gap increases as the temperature increases,
The size of the second gap is a vacuum pump that decreases as the temperature increases.
前記シャフトの線膨張係数が前記ロータの線膨張係数よりも大きいときは、
常温時には、前記第2の隙間の大きさが、前記第1の隙間の大きさよりも小さくなり、かつ、運転時に所定の温度を超えると、前記第1の隙間の大きさが、前記第2の隙間の大きさよりも小さくなる真空ポンプ。 The vacuum pump according to claim 1, wherein
When the linear expansion coefficient of the shaft is larger than the linear expansion coefficient of the rotor,
When the size of the second gap is smaller than the size of the first gap at room temperature and exceeds a predetermined temperature during operation, the size of the first gap becomes the second size. A vacuum pump that is smaller than the size of the gap.
前記第2の隙間の大きさは、温度が上がるにつれて大きくなり、
前記第1の隙間の大きさは、温度が上がるにつれて小さくなる真空ポンプ。 The vacuum pump according to claim 4,
The size of the second gap increases as the temperature increases,
The size of the first gap is a vacuum pump that decreases with increasing temperature.
前記第1および第2の隙間の大きさは、運転時に前記所定の温度を超えた場合でもゼロよりも大きい真空ポンプ。 In the vacuum pump as described in any one of Claims 1-5,
The size of the first and second gaps is a vacuum pump that is larger than zero even when the predetermined temperature is exceeded during operation.
ロータ側軸状嵌合部、および、前記シャフト側軸状嵌合部と嵌合するロータ側孔状嵌合部を有し、前記シャフトとは線膨張係数が異なり、前記シャフトに固定されたロータと、
前記ロータ側軸状嵌合部と嵌合する固定部材側孔状嵌合部を有し、前記シャフトと線膨張係数が同じであり、前記ロータを前記シャフトに固定する固定部材とを備え、
前記シャフト側軸状嵌合部と前記ロータ側孔状嵌合部との間に形成した第1の隙間と、前記ロータ側軸状嵌合部と前記固定部材側孔状嵌合部との間に形成した第2の隙間とを設定するにあたり、
常温時には、前記第1および第2の隙間のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との隙間である一方の隙間の大きさは、他方の隙間の大きさよりも小さくなり、運転時に所定の温度を超えると、前記他方の隙間の大きさは、前記一方の隙間の大きさよりも小さくなるように構成した真空ポンプ。 A shaft having a shaft-side axial fitting portion;
A rotor having a rotor-side shaft-like fitting portion and a rotor-side hole-like fitting portion that fits with the shaft-side shaft-like fitting portion, having a linear expansion coefficient different from that of the shaft, and being fixed to the shaft When,
A fixing member side hole-like fitting portion that fits with the rotor-side axial fitting portion, the shaft has the same linear expansion coefficient, and a fixing member that fixes the rotor to the shaft;
A first gap formed between the shaft-side shaft-like fitting portion and the rotor-side hole-like fitting portion, and between the rotor-side shaft-like fitting portion and the fixing member-side hole-like fitting portion. In setting the second gap formed in
At normal temperature, the size of one of the first and second gaps, which is a gap between the shaft-like fitting part having the smaller linear expansion coefficient and the hole-like fitting part having the larger linear expansion coefficient. Is a vacuum pump configured so that the size of the other gap becomes smaller than the size of the other gap, and the size of the other gap becomes smaller than the size of the one gap when a predetermined temperature is exceeded during operation.
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