JP2017020401A - Vacuum pump, rotor and rotor shaft of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体製造装置、フラット・パネル・ディスプレイ製造装置、ソーラー・パネル製造装置におけるプロセスチャンバ、その他のチャンバのガス排気手段等として利用される真空ポンプとそのロータ及びロータ軸に関する。 The present invention relates to a vacuum pump used as a gas exhaust means for a process chamber in a semiconductor manufacturing apparatus, a flat panel display manufacturing apparatus, a solar panel manufacturing apparatus, and other chambers, and a rotor and a rotor shaft thereof.
図9は、従来の真空ポンプの断面図である。同図の従来の真空ポンプP2は、ロータ軸5に対して締結したロータ6(回転部材)がそのロータ軸5の軸心周りに回転することで、吸気口2からガスを吸気し、吸気したガスを排気口3から排気するように構成されている(例えば、特許文献1の図9を参照)。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional vacuum pump. The conventional vacuum pump P2 in FIG. 1 sucks and sucks in gas from the
また、この図9の従来の真空ポンプP2では、ロータ6を比強度の高いアルミニウム合金で形成する一方、ロータ軸5は磁気軸受で支持するため鉄系材料で作製している。そして、ロータ軸5とロータ6は、焼きばめで締結するとともに、ロータ軸5を中心として放射状に位置する複数のボルトBTで締結している(例えば、特許文献1の図1と図2を参照)。
In the conventional vacuum pump P2 shown in FIG. 9, the
図10(a)から(c)は、図9の従来の真空ポンプP2において、ロータ軸5とロータ6を締結する工程の説明図である。
10 (a) to 10 (c) are explanatory views of a process for fastening the
図10(a)を参照すると、図9の従来の真空ポンプP2では、ロータ6の上端側に端部材61を一体に設け、この端部材61に嵌合孔62を形成する一方、焼きばめによる締結の際に嵌合孔62に対して嵌め入れる嵌入部51をロータ軸5の先端部に設けている。
Referring to FIG. 10A, in the conventional vacuum pump P2 of FIG. 9, an
図10(a)の焼きばめ準備工程では、先に説明した嵌合孔62周囲の加熱によって、嵌合孔62周囲と嵌入部51とに所定の寸法差を設定している。
In the shrink-fitting preparation step of FIG. 10A, a predetermined dimensional difference is set between the periphery of the
その後に行われる図10(b)の焼きばめ工程では、嵌入部51の外周面とこれに接触する嵌合孔62の内周面、および、嵌合孔62の下側縁部とこれに接触する嵌入部51の下側縁部とを図10(a)に示す締結面SF、SFとして設定し、前記のような寸法差を設定した状態で、嵌合孔62に対して嵌入部51を挿入している。
In the subsequent shrink fitting process of FIG. 10B, the outer peripheral surface of the
また、更にその後に行われる図10(c)のボルト締め工程では、ロータ軸5とロータ6とを複数のボルトBTで締め付けることにより、ロータ軸5とロータ6がしっかり締結するようにしている。
Further, in the bolt tightening step shown in FIG. 10C that is performed thereafter, the
ところで、図9の従来の真空ポンプP2では、図10(b)の焼きばめ工程において、ロータ6が常温に戻るまで締結状態を維持する為に、ロータ軸5に対してロータ6をその軸方向に治具Tで押し付けている。
By the way, in the conventional vacuum pump P2 of FIG. 9, in order to maintain a fastening state until the
しかしながら、図9の従来の真空ポンプP2において、アルミニウム合金材料からなるロータ6は常温に戻るまでに収縮する。このため、同図の従来の真空ポンプP2では、治具Tを押し付ける力が不十分である場合、図11に示したように、締結面SFとして設定した嵌合孔62の下側縁部とこれに接触する嵌入部51の下側縁部との間に、隙間Qが発生してしまい、そのような隙間Qのない安定な締結が得られないという問題点がある。
However, in the conventional vacuum pump P2 of FIG. 9, the
また、前記のような隙間が発生した場合は、図10(c)のボルト締め工程において、ロータ軸5とロータ6を複数のボルトBTで締め付けたとき、ボルトBTの締め付け方によりロータ軸5に対してロータ6の軸心が傾いてしまい、ロータ6を含む回転体全体の回転バランスが悪くなったり、ロータ6の回転による振動やロータ6の衝突による破損が生じやすくなったりするなどの虞があった。
Further, when such a gap is generated, when the
本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ロータ軸とロータとの間に隙間のない安定な締結を得るのに好適な真空ポンプとそのロータ及びロータ軸を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vacuum pump suitable for obtaining a stable fastening without a gap between the rotor shaft and the rotor, and the rotor and the rotor shaft. Is to provide.
前記目的を達成するために、本発明は、ロータ軸に締結されたロータが回転することでガスを吸気し排気する真空ポンプであって、前記ロータ軸と前記ロータとの締結部を構成する締結面は、前記ロータ軸または前記ロータの温度が変化した時に、半径方向の寸法変化が軸方向の寸法変化を補償するように若しくは軸方向の寸法変化が半径方向の寸法変化を補償するように傾斜したテーパ形状または曲線形状、もしくは該テーパ形状または該曲線形状を含む面になっていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a vacuum pump that sucks and exhausts gas by rotation of a rotor fastened to a rotor shaft, and is a fastening that constitutes a fastening portion between the rotor shaft and the rotor The surface is inclined so that when the temperature of the rotor shaft or the rotor changes, a radial dimensional change compensates for the axial dimensional change, or an axial dimensional change compensates for the radial dimensional change. The taper shape or the curved shape, or the surface including the taper shape or the curved shape is characterized.
前記本発明において、前記ロータ軸と前記ロータとが異種材料で形成されていて、前記テーパ形状または前記曲線形状の角度は、前記ロータ軸または前記ロータの線膨張係数に基づいて設定されていることを特徴としてもよい。 In the present invention, the rotor shaft and the rotor are made of different materials, and the angle of the tapered shape or the curved shape is set based on the linear expansion coefficient of the rotor shaft or the rotor. May be a feature.
前記本発明において、前記ロータ軸と前記ロータとが異種材料で形成されていて、前記テーパ形状または前記曲線形状の角度は、前記ロータ軸と前記ロータの接触面における接触位置寸法に基づいて設定されていることを特徴としてもよい。 In the present invention, the rotor shaft and the rotor are formed of different materials, and the angle of the tapered shape or the curved shape is set based on a contact position dimension on a contact surface of the rotor shaft and the rotor. It is good also as a feature.
前記本発明において、前記ロータ軸と前記ロータを締結する手段として、前記ロータ軸と前記ロータのいずれか一方にネジ孔を複数形成し、他方にそのネジ孔に対応するボルト挿通孔を複数形成し、かつ、それぞれの前記ボルト挿通孔に挿入したボルトを対応する前記ネジ孔に対して締め付けることで、前記ロータと前記ロータ軸とをその軸方向で固定したことを特徴としてもよい。 In the present invention, as means for fastening the rotor shaft and the rotor, a plurality of screw holes are formed in one of the rotor shaft and the rotor, and a plurality of bolt insertion holes corresponding to the screw holes are formed in the other. In addition, the rotor and the rotor shaft may be fixed in the axial direction by tightening bolts inserted into the respective bolt insertion holes with respect to the corresponding screw holes.
前記本発明のうち前記ボルトを用いる構成において、前記ロータ軸と前記ロータとが異種材料で形成されていて、前記テーパ形状または前記曲線形状の角度は、前記ロータ軸、前記ロータ、または前記ボルトの線膨張係数に基づいて設定されていることを特徴としてもよい。 In the configuration using the bolt in the present invention, the rotor shaft and the rotor are formed of different materials, and the angle of the tapered shape or the curved shape is determined by the rotor shaft, the rotor, or the bolt. It may be set based on a linear expansion coefficient.
前記本発明のうち前記ボルトを用いる構成において、前記ロータ軸と前記ロータとが異種材料で形成されていて、前記テーパ形状または前記曲線形状の角度は、前記ロータ軸と前記ロータの接触面における接触位置寸法に基づいて設定されていることを特徴としてもよい。 In the configuration using the bolt in the present invention, the rotor shaft and the rotor are formed of different materials, and the angle of the taper shape or the curved shape is a contact at the contact surface of the rotor shaft and the rotor. It may be set based on the position dimension.
前記本発明のうち前記ボルトを用いる構成において、前記テーパ形状または前記曲線形状は、少なくとも複数の前記ボルトまたは前記ネジ孔により囲まれた内側の範囲で設定されていることを特徴としてもよい。 In the configuration using the bolt in the present invention, the tapered shape or the curved shape may be set in an inner range surrounded by at least the plurality of bolts or the screw holes.
前記本発明において、前記ロータ軸と前記ロータとの前記締結部におけるロータ半径方向の膨張を拘束する手段として、前記ロータ軸と前記ロータのいずれか一方に凸部、他方に凹部を設け、その凸部と凹部が係合する構成を採用したことを特徴としてもよい。 In the present invention, as means for constraining expansion in the rotor radial direction at the fastening portion between the rotor shaft and the rotor, a convex portion is provided on one of the rotor shaft and the rotor, and a concave portion is provided on the other. A configuration in which the portion and the concave portion are engaged may be employed.
また、本発明は、前記真空ポンプに用いられるロータとして前記テーパ形状または前記曲線形状の前記締結面を備えたことを特徴とする真空ポンプのロータ、または、前記真空ポンプに用いられるロータ軸として前記テーパ形状または前記曲線形状の前記締結面を備えたことを特徴とする真空ポンプのロータ軸、若しくは、前記真空ポンプに用いられるロータとしてその外周面に回転翼を備えるとともに前記テーパ形状または前記曲線形状の前記締結面を備えたことを特徴とする真空ポンプのロータである。 Further, the present invention provides the rotor of a vacuum pump, wherein the rotor used in the vacuum pump includes the tapered or curved fastening surface, or the rotor shaft used in the vacuum pump as the rotor shaft. A rotor shaft of a vacuum pump characterized by comprising the fastening surface having a tapered shape or the curved shape, or a rotor blade used on the outer peripheral surface of the rotor used in the vacuum pump, and the tapered shape or the curved shape. A vacuum pump rotor comprising the fastening surface.
本発明によると、前記の通り、ロータ軸とロータとの締結部を構成する締結面が、前記ロータ軸または前記ロータの温度が変化した時に、半径方向の寸法変化が軸方向の寸法変化を補償するように若しくは軸方向の寸法変化が半径方向の寸法変化を補償するように傾斜したテーパ形状または曲線形状、もしくは該テーパ形状または該曲線形状を含む面になっている。このため、ロータ軸に対してロータを締結した後に、そのロータ軸またはロータの寸法変化による締結面の離隔を効果的に防止でき、隙間のない締結が得られる点で、ロータ軸とロータとの締結が安定し、安定な締結を得るのに好適な真空ポンプとそのロータ及びロータ軸を提供し得る。 According to the present invention, as described above, the fastening surface constituting the fastening portion between the rotor shaft and the rotor has a radial dimensional change that compensates for the axial dimensional change when the temperature of the rotor shaft or the rotor changes. Thus, a taper shape or a curved shape inclined so that a dimensional change in the axial direction compensates for a dimensional change in the radial direction, or a surface including the tapered shape or the curved shape. For this reason, after the rotor is fastened to the rotor shaft, separation of the fastening surface due to a change in the dimensions of the rotor shaft or the rotor can be effectively prevented, and the fastening between the rotor shaft and the rotor can be obtained. It is possible to provide a vacuum pump, a rotor thereof, and a rotor shaft that are suitable for obtaining stable fastening.
本発明では、前述のように、ロータ軸とロータとの締結において、隙間のない安定な締結が得られるから、そのような締結において隙間が発生することによる従来の不具合、例えば、ロータ軸に対してロータを複数のボルトで締め付けたときに、ロータ軸に対してロータの軸心が傾いてしまうことで、ロータを含む回転体全体の回転バランスが悪くなったり、ロータの回転による振動やロータの衝突による破損が生じやすくなったりするなどの不具合を効果的に防止することができる。 In the present invention, as described above, in the fastening between the rotor shaft and the rotor, a stable fastening without a gap is obtained. Therefore, conventional problems caused by the occurrence of a gap in such a fastening, for example, against the rotor shaft When the rotor is tightened with multiple bolts, the axis of the rotor tilts with respect to the rotor shaft, resulting in poor rotation balance of the entire rotating body including the rotor, vibration due to rotor rotation, It is possible to effectively prevent problems such as damage easily caused by a collision.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施形態である真空ポンプの断面図、図2は、図1の真空ポンプにおけるロータ軸とロータの締結部付近の拡大図である。なお、本発明の要部を見やすくするためにロータの断面のハッチングは省略してある。 1 is a cross-sectional view of a vacuum pump according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of a rotor shaft and a fastening portion of the rotor in the vacuum pump of FIG. Note that hatching of the cross section of the rotor is omitted in order to make the main part of the present invention easy to see.
図1の真空ポンプP1は、ロータ6がそのロータ軸5の軸心周りに回転することでガスを吸気し排気する真空ポンプであり、その具体的な構成は、外装ケース1の内側に、回転翼7と固定翼8によりガスを吸気し排気する翼排気部Ptと、ネジ溝91を利用してガスを吸気し排気するネジ溝排気部Psと、これらの駆動系などを内包した構成になっている。
The vacuum pump P1 in FIG. 1 is a vacuum pump that sucks and exhausts gas when the
外装ケース1は、筒状のポンプケース1Aと有底筒状のポンプベース1Bとをその筒軸方向に締結ボルトで一体に連結した有底円筒形になっており、ポンプケース1Aの上端部側はガスを吸気するための吸気口2として開口し、また、ポンプベース1Bの下端部側面には、ネジ溝排気部Psで圧縮したガスを外装ケース1の外へ排気する手段として、排気ポート3を設けてある。
The
吸気口2は、ポンプケース1A上縁のフランジ1Cに設けた図示しない締結ボルトにより、例えば半導体製造装置のプロセスチャンバ等、高真空となる図示しない密閉チャンバに接続される。排気ポート3は、図示しない補助ポンプに連通接続される。
The
ポンプケース1A内の中央部には各種電装品を内蔵する円筒状のステータコラム4が設けられている。図1の真空ポンプP1では、ポンプベース1Bとは別部品としてステータコラム4を形成してポンプベース1Bの内底にネジ止め固定することで、ステータコラム4をポンプベース1B上に立設しているが、これとは別の実施形態として、このステータコラム4をポンプベース1Bの内底に一体に立設してもよい。
A cylindrical stator column 4 containing various electrical components is provided in the center of the
ステータコラム4の内側にはロータ軸5が設けられており、ロータ軸5は、その上端部が吸気口2の方向を向き、その下端部がポンプベース1Bの方向を向くように配置してある。また、ロータ軸5の上端部はステータコラム4の円筒上端面から上方に突出するように設けている。
A
ロータ軸5は、支持手段としての2組のラジアル磁気軸受MB1と1組のアキシャル磁気軸受MB2により半径方向と軸方向が回転可能に支持されており、この支持状態で、駆動手段としての駆動モータMOにより回転駆動される構成になっている。なお、ラジアル磁気軸受MB1、アキシャル磁気軸受MB2及び駆動モータMOは公知であるため、その詳細説明は省略する。
The
ステータコラム4の外側には回転体としてロータ6が設けられている。ロータ6は、ポンプケース1A及びポンプベース1Bに内包され、ステータコラム4の外周を囲む円筒形状になっている。
A
ロータ6とロータ軸5は異種材料で形成されていて、ロータ6はその上端側においてロータ軸5に対して例えば焼きばめで締結してある。
The
前記焼きばめによる締結の具体的な構成として、図1の真空ポンプP1では、(1)ロータ6の上端側に端部材61を一体に設け、端部材61に嵌合孔62(図2を参照)を形成する一方、焼きばめによる締結の際に嵌合孔62に対して嵌め入れる嵌入部51をロータ軸5の先端部に設ける構成、(2)前記嵌合孔62の内周面とこれに対応する前記嵌入部51の外周面が、ロータ軸5とロータ6との締結部を構成する締結面SF(図2を参照)として、所定の角度θ(図2を参照)で傾斜したテーパ形状になっている構成、および(3)前記嵌合孔62周囲の加熱によって嵌合孔62周囲と嵌入部51とに所定の隙間を設定し、この状態において、嵌合孔62に対して嵌入部51を挿入した後、常温に戻ることにより、設定した締め代で前記締結面SFが強く固着する構成を採用している。また、前記嵌入部51を冷却する冷やしばめによって所定の隙間を設定したり、前記嵌合孔62周囲を加熱し前記嵌入部51を冷却して所定の隙間を設定したりしても良い。
In the vacuum pump P1 shown in FIG. 1, (1) an
前記『所定の角度θ』、すなわち、ロータ6とロータ軸5のテーパ形状の締結面SFにおける傾斜の角度θ(以下「接触面(締結面SF)の角度」という)は、ロータ軸5またはロータ6の線膨張係数を考慮して決められた角度であり、その具体的な接触面(締結面SF)の角度θについては、後記段落0069と0070で言及している通り、ロータ軸5またはロータ6の線膨張係数から設定することができ、図1の真空ポンプP1では前記接触面(締結面SF)の角度θについてそのような設定を採用している。
The “predetermined angle θ”, that is, the inclination angle θ of the tapered fastening surface SF of the
また、図1の真空ポンプP1では、ロータ軸5とロータ6との締結部におけるロータ6半径方向の膨張を拘束する手段として、ロータ軸5とロータ6とをボルトBTで締結している。
Further, in the vacuum pump P1 of FIG. 1, the
前記ボルトBTによる締結の具体的な構成として、図1の真空ポンプP1では、図2に示したように、ロータ軸5の締結面SFにネジ孔NEを複数形成する一方、そのネジ孔NEに対応するボルト挿通孔H(図示せず)をロータ6の端部材61に複数形成し、かつ、それぞれのボルト挿通孔Hに挿入したボルトBTを対応するネジ孔NEに対して締め付けることで、ロータ6とロータ軸5とをその軸方向で固定している。
As a specific configuration of fastening by the bolt BT, in the vacuum pump P1 of FIG. 1, a plurality of screw holes NE are formed in the fastening surface SF of the
ロータ6とロータ軸5とが前記のように締結されることにより、当該ロータ6は、ロータ軸5を介して、ラジアル磁気軸受MB1及びアキシャル磁気軸受MB2で、そのロータ軸心周りに回転可能に支持される。
When the
《翼排気部Ptの詳細》
図1の真空ポンプP1は、ロータ6の略中間より上流が翼排気部Ptとして機能するように構成してある。以下、この翼排気部Ptを詳細に説明する。
<< Details of wing exhaust part Pt >>
The vacuum pump P1 of FIG. 1 is configured such that the upstream side from the substantially middle of the
ロータ6の略中間より上流側のロータ6外周面には、複数の回転翼7が一体に設けられている。これら複数の回転翼7は、当該ロータ6の回転中心軸(ロータ軸5の軸心)若しくは外装ケース1の軸心(以下「真空ポンプ軸心」という)を中心として放射状に並んで配置されている。
A plurality of
一方、ポンプケース1Aの内周側には複数の固定翼8が設けられており、これら複数の固定翼8もまた、真空ポンプ軸心を中心として放射状に並んで配置されている。
On the other hand, a plurality of fixed
そして、図1の真空ポンプP1では、前記のように放射状に配置された回転翼7と固定翼8とが真空ポンプ軸心に沿って交互に多段で配置されることによって、真空ポンプP1の翼排気部Ptを構成している。
In the vacuum pump P1 of FIG. 1, the blades of the vacuum pump P1 are arranged by arranging the
いずれの回転翼7も、ロータ6の外径加工部と一体的に切削加工で切り出し形成したブレード状の切削加工品であって、ガス分子の排気に最適な角度で傾斜している。いずれの固定翼8もまた、ガス分子の排気に最適な角度で傾斜している。
Each of the
《翼排気部Ptによる排気動作説明》
以上の構成からなる翼排気部Ptでは、駆動モータMOの起動により、ロータ軸5、ロータ6および複数の回転翼7が一体に高速で回転し、最上段の回転翼7が吸気口2から入射したガス分子に下向き方向(吸気口2から排気ポート3へ向かう方向)の運動量を付与する。この下向き方向の運動量を有するガス分子が固定翼8によって次段の回転翼7側へ送り込まれる。以上のようなガス分子への運動量の付与と送り込み動作とが繰り返し多段に行われることにより、吸気口2側のガス分子はロータ6の下流に向かって順次移行するように排気される。
<< Exhaust operation explanation by blade exhaust part Pt >>
In the blade exhaust part Pt having the above configuration, the
《ネジ溝排気部Psの詳細》
図1の真空ポンプP1では、ロータ6の略中間より下流がネジ溝排気部Psとして機能するように構成してある。以下、このネジ溝排気部Psを詳細に説明する。
<< Details of thread groove exhaust part Ps >>
The vacuum pump P1 in FIG. 1 is configured so that the downstream side from the substantially middle of the
ロータ6の略中間より下流のロータ6部分は、ネジ溝排気部Psの回転部材として回転する部分であって、ネジ溝排気部ステータ9の内側に、所定のギャップを介して挿入・収容されている。
The portion of the
ネジ溝排気部ステータ9は、その内周面がロータ6の外周面に対向するように配置された円筒形の固定部材であって、ロータ6の略中間より下流のロータ6部分を囲むように配置してある。
The thread groove
ネジ溝排気部ステータ9の内周部には、ロータ6の外周側にネジ溝排気通路Rを形成する手段として、深さが下方に向けて小径化したテーパコーン形状に変化するネジ溝91を形成してある。このネジ溝91はネジ溝排気部ステータ9の上端から下端にかけて螺旋状に刻設してあり、このようなネジ溝91を備えたネジ溝排気部ステータ9により、ロータの外周側には、ガス排気のためのネジ溝排気流Rが形成される。図示は省略するが、先に説明したネジ溝91をロータ6の外周面に形成することで、前記のようなネジ溝排気流路Rが設けられるように構成してもよい。
As a means for forming the screw groove exhaust passage R on the outer peripheral side of the
ネジ溝排気部Psでは、ネジ溝91とロータ6の外周面でのドラック効果により、気体を圧縮しながら移送するため、ネジ溝91の深さは、ネジ溝排気流路Rの上流入口側(吸気口2に近い方の流路開口端)で最も深く、その下流出口側(排気ポート3に近い方の流路開口端)で最も浅くなるように設定してある。
In the thread groove exhaust portion Ps, the gas groove is transferred while being compressed by the drag effect on the outer peripheral surface of the
ネジ溝排気流路Rの入口(上流開口端)は、多段に配置されている固定翼8のうち最下段の固定翼8Eとネジ溝排気部ステータ9との間の隙間(以下「最終隙間G」という)に向って開口し、また、同ネジ溝排気流路Rの出口(下流開口端)は、ポンプ内排気口側の流路S(以下「ポンプ内排気口側流路S」という)を通じて、排気ポート3に連通している。図示は省略するが、最終隙間Gは、多段に配置されている回転翼7のうち最下段の回転翼とネジ溝排気部ステータ9との間に形成されても良い。
The inlet (upstream opening end) of the thread groove exhaust passage R is a gap (hereinafter referred to as “final gap G”) between the lowermost fixed
前記ポンプ内排気口側流路Sは、ロータ6やネジ溝排気部ステータ9の下端部とポンプベース1Bの内底部との間に所定の隙間(図1の真空ポンプPでは、ステータコラム4の下部外周を一周する形態の隙間)を設けることによって、ネジ溝排気流路Rの出口から排気ポート3に至るように形成してある。
The pump exhaust passage side flow path S has a predetermined gap between the lower end portion of the
《ネジ溝排気部Psにおける排気動作説明》
先に説明した翼排気部Ptの排気動作による移送で前述の最終隙間Gに到達したガス分子は、ネジ溝排気流路Rに移行する。移行したガス分子は、ロータ6の回転によって生じるドラッグ効果によって、遷移流から粘性流に圧縮されながらポンプ内排気口側流路Sに向かって移行する。そして、ポンプ内排気口側流路Sに到達したガス分子は、排気ポート3に流入し、図示しない補助ポンプを通じて外装ケース1の外へ排気される。
<< Exhaust operation explanation in screw groove exhaust part Ps >>
The gas molecules that have reached the final gap G by the transfer by the exhaust operation of the blade exhaust part Pt described above are transferred to the screw groove exhaust flow path R. The transferred gas molecules move toward the exhaust port side flow path S in the pump while being compressed from the transition flow to the viscous flow by the drag effect generated by the rotation of the
《材料の温度変化による変形量について》
材料の温度変化による伸縮の変形量ΔLは、下記式(1)で表される。
<Deformation due to temperature change of material>
A deformation amount ΔL of expansion and contraction due to a temperature change of the material is represented by the following formula (1).
《材料A、Bが傾斜のない面で締結する場合(従来例に相当)について》
図4は、図9に示した従来の真空ポンプP2におけるロータ6とロータ軸5との締結関係をモデル化した説明図である。
<< When materials A and B are fastened on a non-inclined surface (corresponding to the conventional example) >>
FIG. 4 is an explanatory diagram modeling the fastening relationship between the
図4において、材料Aはロータ軸5で使用される鉄系材料、材料Bはロータ6で使用されるアルミニウム合金材料を想定している。また、材料A(ロータ軸5)と材料B(ロータ6)の締結部において、締結前の材料Aの寸法はLAとし、材料Bの寸法はLBとしている。
In FIG. 4, the material A is assumed to be an iron-based material used in the
線膨張係数の異なる2つの材料A、Bを締結する場合、締結後の各材料A、Bの寸法(LA’とLB’)は、下記式(2)と式(3)で表される。 When fastening two materials A having different linear expansion coefficients, B, each material A after fastening, the size of B (L A 'and L B') is represented the following formula (2) in equation (3) The
ロータ6とロータ軸5とを締結する工程では、簡易的にAとBいずれか一方の材料の温度のみを変化させる場合もあるが、ここではAとB両方の材料の温度が変化するものとしている。また、材料Aの変形は加熱(冷却後の温度上昇)によるものとする。この一方、材料Bの変形は、冷却(加熱後の温度低下)によるものとしたので、材料Aの変形とは逆向きの変形になる。このことから、下記式(2)において、材料A(ロータ軸5)の変形量(αALAΔTA)は正(+)の値とし、下記式(3)において、材料B(ロータ6)の変形量(αBLBΔTB)は負(−)の値としている。
In the process of fastening the
締結の工程中、材料B(ロータ6)は図4に示したように治具Tによって軸方向の変形が拘束されている。そして、締結の過程における挿入初期、すなわち図10(a)に示したロータ軸5とロータ6の関係が図10(b)に示した状態になった時点では、材料A(ロータ軸5)と材料B(ロータ6)の締結面SFは、隙間なく接触している。
During the fastening process, the material B (rotor 6) is restrained from being deformed in the axial direction by the jig T as shown in FIG. Then, at the initial stage of insertion in the fastening process, that is, when the relationship between the
しかしながら、AとB両材料の温度差が無くなってくると、その両材料A、Bの線膨張係数の差により締結面SFに図11のような隙間Qが生じる。ロータ軸5の材料Aである鉄系材料の線膨張係数に比べて、ロータ6の材料Bであるアルミニウム合金材料の線膨張係数は、約2倍になっているため、材料Aの膨張量が材料Bの収縮量より小さくなるからである。
However, when the temperature difference between both materials A and B disappears, a gap Q as shown in FIG. 11 is generated on the fastening surface SF due to the difference in linear expansion coefficient between the materials A and B. Compared to the linear expansion coefficient of the iron-based material that is the material A of the
《材料A、Bが傾斜面で締結する場合(本発明の実施形態に相当)について》
図5は、図1に示した本発明の実施形態である真空ポンプP1におけるロータ6とロータ軸5との締結関係をモデル化した説明図である。
<< When the materials A and B are fastened on an inclined surface (corresponding to the embodiment of the present invention) >>
FIG. 5 is an explanatory diagram modeling the fastening relationship between the
図5において、ロータ軸5は前述の材料A(鉄系材料)で形成し、ロータ6は前述の材料B(アルミニウム合金材料)で形成した想定になっている。
In FIG. 5, it is assumed that the
図5において、温度変化によるロータ軸5(材料A)の半径方向の変形量(ΔR)は、前記式(1)と同様に、下記式(4)で表される。なお、材料組織等によっては異方性があるため、下記式(4)において線膨張係数はβとした。つまり、αは、ロータ6やロータ軸5の軸方向に関する線膨張係数であるのに対し、βは、それらの半径方向に関する線膨張係数と考えている。
In FIG. 5, the amount of deformation (ΔR) in the radial direction of the rotor shaft 5 (material A) due to temperature change is expressed by the following equation (4), similar to the equation (1). In addition, since there is anisotropy depending on the material structure and the like, the linear expansion coefficient is β in the following formula (4). That is, α is a linear expansion coefficient in the axial direction of the
図5において、ロータ軸(材料A)とロータ6(材料B)の温度変化による変形後の各寸法(RA’、RB’)は、それぞれ下記式(5)と式(6)で表される。
In FIG. 5, the dimensions (R A ′, R B ′) after deformation due to temperature changes of the rotor shaft (material A) and the rotor 6 (material B) are expressed by the following formulas (5) and (6), respectively. Is done.
なお、温度変化によるロータ軸5(材料A)とロータ6(材料B)の軸方向の変形については、前記式(2)、式(3)と同じ式になる。 In addition, about the deformation | transformation of the axial direction of the rotor shaft 5 (material A) and the rotor 6 (material B) by a temperature change, it becomes the same formula as said Formula (2) and Formula (3).
ロータ軸5(材料A)とロータ6(材料B)が温度変化で変形した場合、その変形の前後において、ロータ軸5とロータ6の接触面、すなわち、ロータ軸5とロータ6の締結面SFの角度が変化しないものとする条件(以下「角度不変の条件」という)は、下記式(7)を満たすことである。
When the rotor shaft 5 (material A) and the rotor 6 (material B) are deformed due to a temperature change, the contact surface between the
ここで、上記式(7)中のΔLAとΔLBは、それぞれ、ΔLA=αALAΔTA、ΔLB=αBLBΔTBとなる。前記式(7)はロータ6とロータ軸5を締結する際に、例えば、ロータ6を加熱するとともに、ロータ軸5を冷却すること等によって、ロータ6とロータ軸5との双方に温度変化が生じる場合の例である。 Here, [Delta] L A and [Delta] L B in the formula (7), respectively, ΔL A = α A L A ΔT A, the ΔL B = α B L B ΔT B. When the rotor (6) and the rotor shaft (5) are fastened, the temperature change occurs in both the rotor (6) and the rotor shaft (5) by, for example, heating the rotor (6) and cooling the rotor shaft (5). It is an example when it occurs.
ところで、ロータ軸5を冷却せず、ロータ6を加熱して、ロータ6とロータ軸5を締結する焼きばめの場合には、ロータ軸5の温度変化ΔTAがゼロであることからΔLA=0になるので、前記式(7)は下記式(7−1)のようになる。また、ロータ6を加熱せず、とロータ軸5を冷却して、ロータ6とロータ軸5を締結する冷やしばめの場合には、ロータ6の温度変化ΔTBがゼロであることからΔLB=0になるので、前記式(7)は下記式(7−2)のようになる。
However, without cooling the
よって、先に述べたテーパ形状の傾斜角度、すなわち接触面(締結面SF)の角度は前記式(7)、式(7−1)または式(7−2)から計算すれば良い。すなわち、接触面(締結面SF)の角度θは、ロータ軸5またはロータ6の変形による軸方向と半径方向の変位量を用いて設定することができる。このように接触面(締結面SF)の角度θを設定することで、温度変化による軸方向の変位量(寸法変化)を半径方向の変位量(寸法変化)が補償する。また、前記式(7)より、角度不変の条件は、下記式(8)で表すことができる。
Therefore, the inclination angle of the tapered shape described above, that is, the angle of the contact surface (fastening surface SF) may be calculated from the above formula (7), formula (7-1), or formula (7-2). That is, the angle θ of the contact surface (fastening surface SF) can be set using the axial and radial displacement amounts due to the deformation of the
前記式(7)と前記式(8)で示した角度不変の条件式は、半径方向もしくは軸方向のどちらかの寸法変化が、もう一方の方向の寸法変化によって補償されていることも表している。例えば、運転中などでロータの温度が変化した際に、軸方向の寸法変化のみだと締結面SF間に隙間が空いてしまうが、ロータ6の半径方向の寸法変化により、テーパ角度θの締結面SFを維持するように変形し、締結面SFが隙間なく良好な締結を維持することが可能となる。
The angle-invariant conditional expressions shown in the equations (7) and (8) also indicate that the dimensional change in either the radial direction or the axial direction is compensated by the dimensional change in the other direction. Yes. For example, when the temperature of the rotor changes during operation or the like, if only the dimensional change in the axial direction causes a gap between the fastening surfaces SF, the fastening of the taper angle θ is caused by the dimensional change in the radial direction of the
ここで、前記式(8)中のΔLA、ΔLB、ΔRA、ΔRBは、それぞれ式(9)、式(10)、式(11)、式(12)のように表すことができる。
Here, ΔL A , ΔL B , ΔR A , and ΔR B in the formula (8) can be expressed as formula (9), formula (10), formula (11), and formula (12), respectively. .
前記式(8)に前記式(9)から式(12)をそれぞれ代入すると、前記式(8)は下記式(8’)のようになる。
When the formula (9) to the formula (12) are respectively substituted into the formula (8), the formula (8) becomes the following formula (8 ′).
また、前記式(8’)を整理すると、ロータ軸5(材料A)とロータ6(材料B)における軸方向の長さLA、LBと半径方向の長さRA、RBの関係は、下記式(8’’)のようになる。
Moreover, when organizing the formula (8 '), the rotor shaft 5 (material A) and the
《式(8’’)の考察》
前記式(8’’)中のαA/αBはロータ軸5(材料A)とロータ6(材料B)についての軸方向の線膨張係数の比であり、前記式(8’’)中のβB/βAはロータ軸5(材料A)とロータ6(材料B)についての半径方向の線膨張係数の比である。このことから接触面(締結面SF)の角度θは、ロータ軸5(材料A)とロータ6(材料B)の線膨張係数に基づいて設定することができ、また、そのように設定した角度θで傾斜したテーパ形状の締結面、すなわち接触面(締結面SF)は、前述の角度不変の条件を満たすから、締結の際にロータ軸5とロータ6が温度変化によって変形しても、その変形の前後で接触面(締結面SF)の角度θが変化することはない。
<< Consideration of Formula (8 '') >>
Α A / α B in the equation (8 ″) is a ratio of linear expansion coefficients in the axial direction of the rotor shaft 5 (material A) and the rotor 6 (material B), and in the equation (8 ″) Β B / β A is the ratio of the linear expansion coefficient in the radial direction for the rotor shaft 5 (material A) and the rotor 6 (material B). From this, the angle θ of the contact surface (fastening surface SF) can be set based on the linear expansion coefficients of the rotor shaft 5 (material A) and the rotor 6 (material B), and the angle set as such. Since the taper-shaped fastening surface inclined by θ, that is, the contact surface (fastening surface SF) satisfies the above-mentioned angle invariant condition, even if the
このため、図1の真空ポンプP1では、ロータ軸5とロータ6を締結した後に、そのロータ軸5とロータ6とにおける線膨張係数の相違による締結面SFの離隔を効果的に防止することができ、隙間のない締結が得られる点で、ロータ軸5とロータ6との締結は安定する。また、焼きばめの場合は、ロータ軸5の温度変化ΔTAがゼロであるとし、冷やしばめの場合は、ロータ6の温度変化ΔTBがゼロであるとして上記式を利用すれば良い。また、本実施形態では、材料組織等によっては異方性があることを考慮し、軸方向と半径方向の線膨張係数を異なる値であるとしたが、等方性の材料については、軸方向と半径方向の線膨張係数を同じ値にすれば良い。この場合、接触面(締結面SF)の角度θは、ロータ軸5とロータ6の寸法によって決定される。
For this reason, in the vacuum pump P1 of FIG. 1, after the
ところで、少なくとも、先に説明したボルトBTまたはネジ孔NEにより囲まれた内側の範囲で接触面(締結面SF)の角度θを設定すれば、ロータ軸5とロータ6との締結は安定する。したがって、かかる範囲の外側では、前記のような接触面(締結面SF)の角度θの設定は省略してもよいし、省略しなくてもよい。
By the way, when the angle θ of the contact surface (fastening surface SF) is set at least within the range surrounded by the bolt BT or the screw hole NE described above, the fastening between the
《前記式(7)の考察》
図6は、図1の真空ポンプにおけるロータ軸とロータの締結部付近(ボルトによる締結前)のXY座標付き拡大図である。
<< Consideration of Formula (7) >>
FIG. 6 is an enlarged view with XY coordinates in the vicinity of the rotor shaft and the fastening portion of the rotor (before fastening with bolts) in the vacuum pump of FIG. 1.
図6中の座標軸XYは、ロータ軸5(材料A)の回転中心軸線とロータ6(材料B)の端面とが交差する点を原点Oとしている。また、同図中の『lA』はロータ軸5とロータ6の接触面(締結面SF)におけるロータ軸5の軸方向の接触位置寸法、『rA』は同接触面におけるロータ軸5の径方向の接触位置寸法、『lB』は同接触面におけるロータ6の軸方向の接触位置寸法、そして『rB』は同接触面におけるロータ6の半径方向の接触位置寸法である。
The coordinate axis XY in FIG. 6 has an origin O at the point where the rotation center axis of the rotor shaft 5 (material A) and the end face of the rotor 6 (material B) intersect. Further, “l A ” in the figure is the contact position dimension in the axial direction of the
図6において、前記“接触位置寸法”とは、前述の接触面(締結面SF)から座標軸XYに降ろした垂線の長さであり、特に“軸方向の接触位置寸法”というときは、ロータ軸5とロータ6の接触面(締結面SF)から座標軸Xに降ろした垂線の長さのことを意味し、“径方向の接触位置寸法”というときは、同接触面(締結面SF)から座標軸Yに降ろした垂線の長さのことを意味する。
In FIG. 6, the “contact position dimension” is the length of a perpendicular drawn from the contact surface (fastening surface SF) to the coordinate axis XY, and in particular, when “the contact position dimension in the axial direction” is referred to, the
図6中のΔlAとΔrAの比であるΔlA/ΔrAは図5中のΔLAとΔRAの比であるΔLA/ΔRAに対応し、図6中のΔlBとΔrBの比であるΔlB/ΔrBは図5中のΔLBとΔRBの比であるΔLB/ΔRBに対応する。したがって、前記式(7)で示された角度不変の条件式は、下記式(7’)のように表すことができる。
Δl A / Δr A is the ratio of .DELTA.l A and [Delta] r A in FIG. 6 corresponds to [Delta] L A / [Delta] R A is the ratio of [Delta] L A and [Delta] R A in FIG. 5, .DELTA.l B and [Delta] r B in FIG. 6 is the ratio of Δl B / Δr B corresponding to [Delta] L B / [Delta] R B is the ratio of [Delta] L B and [Delta] R B in FIG. Therefore, the angle invariant conditional expression shown in the expression (7) can be expressed as the following expression (7 ′).
また、前記式(7’)は、前記式(7)と同様の理由により、下記式(7−1’)または下記式(7−2’)のようになる。
Moreover, the said Formula (7 ') becomes like the following formula (7-1') or the following formula (7-2 ') for the same reason as the said Formula (7).
ここで、前記『lA』、『lB』、『rA』、『rB』は、それぞれ下記式(9’)、式(10’)、式(11’)、式(12’)のように表すことができる。
Here, the “l A ”, “l B ”, “r A ”, and “r B ” are the following formulas (9 ′), (10 ′), (11 ′), and (12 ′), respectively. It can be expressed as
前記式(7−1’)に前記式(10’)と式(12’)を代入すると、前記式(7−1’)は下記式(7−1’’)のようになる。
When the formula (10 ′) and the formula (12 ′) are substituted into the formula (7-1 ′), the formula (7-1 ′) becomes the following formula (7-1 ″).
前記式(7−2’)に前記式(9’)と前記式(11’)を代入すると、前記式(7−2’)は下記式(7−2’’)のようになる。
When the formula (9 ′) and the formula (11 ′) are substituted into the formula (7-2 ′), the formula (7-2 ′) becomes the following formula (7-2 ″).
前記式(7−1’’)、式(7−2’’)より、締結の工程における接触面(締結面SF)の角度θは、ロータ軸5(材料A)またはロータ6(材料B)の線膨張係数(αA、βAまたはαB、βB)に基づいて設定されることや、ロータ軸5(材料A)およびロータ6(材料B)の接触位置寸法(lA、rA、lB、rB)に基づいて設定されることが分かる。 From the above formulas (7-1 ″) and (7-2 ″), the angle θ of the contact surface (fastening surface SF) in the fastening process is determined by the rotor shaft 5 (material A) or the rotor 6 (material B). Is set based on the linear expansion coefficient (α A , β A or α B , β B ) of the rotor, and the contact position dimensions (l A , r A of the rotor shaft 5 (material A) and the rotor 6 (material B)). , L B , r B ).
《真空ポンプP1運転中における回転体の熱膨張を考慮した例》
真空ポンプP1の運転により、ロータ6やロータ軸5等からなる回転体(ボルトBTも含む)は、その温度が上昇し、熱膨張する。このような真空ポンプP1運転中の熱膨張によって、ロータ6とロータ軸5の接触面(締結面SF)での接触状態が初期設定状態、すなわち前記締結の工程で設定した状態から変化し、ロータ6とロータ軸5の接触面(締結面SF)間に隙間が空いてしまうと、ロータ軸5とロータ6との締結が不安定になる等の不具合が想定される。
<< Example in consideration of thermal expansion of rotating body during operation of vacuum pump P1 >>
Due to the operation of the vacuum pump P1, the temperature of the rotating body (including the bolt BT) composed of the
したがって、真空ポンプP1運転中においても、当該接触面(締結面SF)での接触状態を初期設定状態(締結の工程で設定した状態)から変化しないように維持する必要がある。 Therefore, it is necessary to maintain the contact state on the contact surface (fastening surface SF) so as not to change from the initial setting state (the state set in the fastening process) even during the operation of the vacuum pump P1.
図7は、図1の真空ポンプ運転中におけるロータ軸とロータの締結部付近のXY座標付き拡大図である。 FIG. 7 is an enlarged view with XY coordinates near the fastening portion of the rotor shaft and the rotor during operation of the vacuum pump of FIG.
図7中の座標軸XYは、ロータ軸5(材料A)の回転中心軸線とロータ6(材料B)の端面とが交差する点を原点Oとしている。また、同図中『l』は、ロータ軸5とロータ6の接触面(締結面SF)における軸方向の接触位置寸法、『r』はロータ軸5ロータ6の接触面(締結面SF)における径方向の接触位置寸法である。
A coordinate axis XY in FIG. 7 has an origin O at a point where the rotation center axis of the rotor shaft 5 (material A) and the end face of the rotor 6 (material B) intersect. In the same figure, “l” is the axial contact position dimension on the contact surface (fastening surface SF) between the
図7において、前記“接触位置寸法”とは、前述の接触面(締結面SF)から座標軸XYに降ろした垂線の長さであり、特に“接触面(締結面SF)における軸方向の接触位置寸法”というときは、接触面(締結面SF)から座標軸Xに降ろした垂線の長さを意味し、また“接触面(締結面SF)における径方向の接触位置寸法”というときは、同接触面(締結面SF)から座標軸Yに降ろした垂線の長さを意味する。 In FIG. 7, the “contact position dimension” is a length of a perpendicular drawn from the contact surface (fastening surface SF) to the coordinate axis XY, and in particular, “a contact position in the axial direction on the contact surface (fastening surface SF)”. The term “dimension” means the length of the perpendicular drawn from the contact surface (fastening surface SF) to the coordinate axis X, and the term “diameter contact position dimension in the contact surface (fastening surface SF)” means the same contact. It means the length of a perpendicular line drawn from the surface (fastening surface SF) to the coordinate axis Y.
図7において、真空ポンプP1運転中に温度がΔT(℃)変化する場合、熱膨張によるボルトBTの伸び量を考慮した式は、下記式(13)と式(14)のように表される。なお、熱膨張によるボルトBT(材料C)の半径方向伸び量(αCΔT・R)はその軸方向伸び量に比べて小さいので、下記式(13)では熱膨張によるボルトBTの半径方向伸び量(αCΔT・R)を省略している。 In FIG. 7, when the temperature changes by ΔT (° C.) during the operation of the vacuum pump P1, the equations considering the elongation amount of the bolt BT due to thermal expansion are expressed as the following equations (13) and (14). . In addition, since the radial extension amount (α C ΔT · R) of the bolt BT (material C) due to thermal expansion is smaller than the axial extension amount, the following equation (13) shows that the radial extension of the bolt BT due to thermal expansion. The quantity (α C ΔT · R) is omitted.
前記式(13)から分かるように、線膨張係数のβAとβBは異なるため、真空ポンプP1運転中における回転体の熱膨張によって、接触面(締結面SF)に隙間が空く。この隙間は、通常、接触面(締結面SF)がロータ軸5やロータ6の半径方向に開くような形態で生じる。そこで、このような半径方向の隙間については、接触面(締結面SF)の軸方向変位、具体的には下記式(15)を満たす変位によって補償する。
As can be seen from the equation (13), since the linear expansion coefficients β A and β B are different, a gap is left in the contact surface (fastening surface SF) due to thermal expansion of the rotating body during operation of the vacuum pump P1. This gap usually occurs in such a form that the contact surface (fastening surface SF) opens in the radial direction of the
前記式(15)を変形すると、式(15)は下記式(16)のようになる。下記式(16)のθは、接触面(締結面SF)の軸方向変位が前述の径方向の隙間を補償する変位となるために必要な接触面(締結面SF)の角度である。 When the formula (15) is modified, the formula (15) becomes the following formula (16). Θ in the following formula (16) is an angle of the contact surface (fastening surface SF) necessary for the axial displacement of the contact surface (fastening surface SF) to be a displacement that compensates for the radial gap described above.
前記式(16)に前記式(13)と前記式(14)を代入すると、前記式(16)は下記式(17)のようになる。
When the formula (13) and the formula (14) are substituted into the formula (16), the formula (16) becomes the following formula (17).
前記式(17)から分かるように、接触面(締結面SF)の角度θは、5つの線膨張係数(αA、αB、αC、βA、βB)と、ロータ軸5とロータ6の接触面(締結面SF)における接触位置寸法(l、r)とに基づいて決めることができる。なお今回はボルトBT(材料C)の半径方向の変形を無視した為、βCは式(17)には出てこない。
As can be seen from the equation (17), the angle θ of the contact surface (fastening surface SF) is determined by five linear expansion coefficients (α A , α B , α C , β A , β B ), the
ところで、以上の説明は、真空ポンプP1運転中における回転体の熱膨張として、ボルトBTの伸び量を考慮したものであるが、ボルトBTの材料の選択等により、ボルトBTの伸び量を極力小さくすることも可能であり、その場合は、ボルトBTの伸び量を考慮しなくてもよい。 By the way, although the above description considers the elongation amount of the bolt BT as the thermal expansion of the rotating body during the operation of the vacuum pump P1, the elongation amount of the bolt BT is made as small as possible by selecting the material of the bolt BT. In this case, it is not necessary to consider the amount of elongation of the bolt BT.
材料組織が等方性の場合、線膨張係数は軸方向と半径方向で等しく(αA=βA、αB=βB)となり、更にボルトBTの軸方向の伸び量を考慮しない場合、前述したボルトBT(材料C)の軸方向の線膨張係αCは0の値になるから、前記式(17)は下記式(17’)で表される。
When the material structure is isotropic, the linear expansion coefficient is equal in the axial direction and the radial direction (α A = β A , α B = β B ), and further, when the amount of elongation of the bolt BT in the axial direction is not considered, Since the linear expansion coefficient α C in the axial direction of the bolt BT (material C) is 0, the above equation (17) is expressed by the following equation (17 ′).
したがって、以上のようにボルトBTの伸び量を考慮しなくてもよい場合は、前記式(17’)より、ロータ軸5とロータ6の接触面(締結面SF)における接触位置寸法(l、r)に基づいて、接触面(締結面SF)の角度θを決めることができる。
Therefore, when it is not necessary to consider the amount of elongation of the bolt BT as described above, the contact position dimension (1, L) on the contact surface (fastening surface SF) of the
《前記式(17)の変形》
前記式(17)は、下記式(17’’)のように変形できる。
<< Modification of Formula (17) >>
The equation (17) can be transformed into the following equation (17 ″).
前記式(17’’)は、下記《式考察1》、《式考察2》の内容を示している。
The expression (17 ″) indicates the contents of the following <<
《式考察1》
接触面(締結面SF)内における任意の点Pの座標(r、l)は、所定の傾きを持つ1次関数の直線、具体的には、線膨張係数(αA、αB、αC、βA、βB)と接線角度(tanθ)とで決まる傾き(f(αA、αB、αC、βA、βB、tanθ))を持つ直線(l=f(αA、αB、αC、βA、βB、tanθ)・r)の関係になる。したがって、接触面(締結面SF)の中には“接線がXY座標軸の原点Oを通る直線になる領域”が存在する。そのような領域を持つ面であるならば、先に説明した接触面(締結面SF)は、図1、図2等に示したテーパ形状だけでなく、例えば図8に示したような曲面形状でもよいし、また、そのようなテーパ形状または曲線形状を含む面であってもよい。
《
The coordinates (r, l) of an arbitrary point P in the contact surface (fastening surface SF) is a straight line of a linear function having a predetermined slope, specifically, linear expansion coefficients (α A , α B , α C , Β A , β B ) and a tangent angle (tan θ), a straight line (l = f (α A , α) having a slope (f (α A , α B , α C , β A , β B , tan θ)) determined by B , α C , β A , β B , tan θ) · r). Therefore, “a region where the tangent line is a straight line passing through the origin O of the XY coordinate axes” exists in the contact surface (fastening surface SF). If the surface has such a region, the contact surface (fastening surface SF) described above is not limited to the tapered shape shown in FIGS. Alternatively, it may be a surface including such a tapered shape or a curved shape.
また、本実施形態では、材料組織等によっては異方性があることを考慮し、軸方向と半径方向の線膨張係数を異なる値としたが、等方性の材料について考える場合は、軸方向と半径方向の線膨張係数を同じ値にすれば良く、より式を簡素化できる。 Further, in the present embodiment, considering that there is anisotropy depending on the material structure and the like, the linear expansion coefficient in the axial direction and the radial direction are different from each other. However, when considering an isotropic material, the axial direction And the linear expansion coefficient in the radial direction may be set to the same value, and the equation can be further simplified.
《式考察2》
接触面(締結面SF)の角度θが常に一定ならば、その接触面(締結面SF)の延長線は、必ずXY座標軸の原点Oを通る。
<
If the angle θ of the contact surface (fastening surface SF) is always constant, the extension line of the contact surface (fastening surface SF) always passes through the origin O of the XY coordinate axis.
《他の実施形態》
図1の真空ポンプP1では、ロータ軸5とロータ6との締結部におけるロータ6半径方向の膨張を拘束する手段として、ロータ軸5とロータ6とをボルトBTで締結する実施形態を採用したが、この実施形態に限定されることはない。
<< Other embodiments >>
In the vacuum pump P1 of FIG. 1, the embodiment in which the
前記拘束の手段については、例えば、図3に示したように、ロータ6側に凸部10を設ける一方、ロータ軸5側に凹部11を設けるとともに、ロータ軸5とロータ6との締結の際に、その凸部10と凹部11とが互いに係合した状態になる構成を採用してもよい。この場合、同図に示したように、ロータ6側の凸部11は、先に説明したロータ6の締結面SFからロータ軸5の締結面SFに向けて突出した形態となるように形成し、また、ロータ軸5側の凹部11は、先に説明したロータ軸5の締結面SFにおいて前記凸部10に向って開口した形態となるように形成することができる。
As for the restraining means, for example, as shown in FIG. 3, while the
また、前記拘束の手段については、図示は省略するが、先に説明した凸部10をロータ軸5側に設ける一方、先に説明した凹部11をロータ6側に設ける構成を採用することも可能である。
Although not shown in the figure, the means for restraining may be configured such that the
先に説明したボルトBTによる締結だけで前記拘束は十分である場合、先に説明した凸部10と凹部11の係合構造は省略してもよいし、また、その係合構造だけで前記拘束は十分である場合、前記ボルトBTによる締結は省略してもよい。
When the above-described restraint is sufficient only by fastening with the bolt BT described above, the above-described engagement structure between the
図1の真空ポンプP1では、ロータ軸5とロータ6との締結部におけるロータ6半径方向の膨張を拘束する手段として、複数のボルトBT(図2を参照)を採用したが、これとは別の実施形態として、例えば図3に示したように、ロータ6の端部材61から突出しているロータ軸5の先端部外周面にネジ溝を形成し、このネジ溝にナットNAを締め付けることで、ロータ6とロータ軸5をその軸方向で固定する構成を採用してもよい。また、このようなナットNAと前記複数のボルトBTとの併用も可能である。
In the vacuum pump P1 of FIG. 1, a plurality of bolts BT (see FIG. 2) are employed as means for constraining the radial expansion of the
また、図示は省略するが、ロータ軸5にボルトBT用貫通穴、ロータ6にボルトBT用ネジ孔NEを設け、図2のロータ軸6の締結面SFの下側からボルトBTを挿入し固定する構造にしてもよい。
Although not shown, the bolt BT through hole is provided in the
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により多くの変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications can be made by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention.
1 外装ケース
1A ポンプケース
1B ポンプベース
1C フランジ
2 吸気口
3 排気ポート
4 ステータコラム
5 ロータ軸
51 嵌入部
6 ロータ
61 ロータの端部材
62 嵌合孔
7 回転翼
8 固定翼
9 ネジ溝排気部ステータ
91 ネジ溝
10 凸部
11 凹部
BT ボルト
G 最終隙間
MB1 ラジアル磁気軸受
MB2 アキシャル磁気軸受
MO モータ
NE ネジ孔
NA ナット
P1 本発明の真空ポンプ
P2 従来の真空ポンプ
Pt 翼排気部
Ps ネジ溝排気部
R ネジ溝排気通路
S ポンプ内排気口側流路
SF 締結面
T 治具
θ 締結面の傾斜の角度
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記ロータ軸と前記ロータとの締結部を構成する締結面は、前記ロータ軸または前記ロータの温度が変化した時に、半径方向の寸法変化が軸方向の寸法変化を補償するように若しくは軸方向の寸法変化が半径方向の寸法変化を補償するように傾斜したテーパ形状または曲線形状、もしくは該テーパ形状または該曲線形状を含む面になっていること
を特徴とする真空ポンプ。 A vacuum pump that sucks and exhausts gas by rotating a rotor fastened to a rotor shaft,
The fastening surface that forms the fastening portion between the rotor shaft and the rotor is arranged such that when the temperature of the rotor shaft or the rotor changes, the dimensional change in the radial direction compensates for the dimensional change in the axial direction. A vacuum pump characterized in that the dimensional change is a tapered shape or a curved shape inclined so as to compensate for a dimensional change in the radial direction, or a surface including the tapered shape or the curved shape.
前記テーパ形状または前記曲線形状の角度は、前記ロータ軸または前記ロータの線膨張係数に基づいて設定されていること
を特徴とする請求項1に記載の真空ポンプ。 The rotor shaft and the rotor are formed of different materials,
2. The vacuum pump according to claim 1, wherein an angle of the tapered shape or the curved shape is set based on a linear expansion coefficient of the rotor shaft or the rotor.
前記テーパ形状または前記曲線形状の角度は、前記ロータ軸と前記ロータの接触面における接触位置寸法に基づいて設定されていること
を特徴とする請求項1に記載の真空ポンプ。 The rotor shaft and the rotor are formed of different materials,
2. The vacuum pump according to claim 1, wherein an angle of the tapered shape or the curved shape is set based on a contact position dimension on a contact surface of the rotor shaft and the rotor.
を特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の真空ポンプ。 As means for fastening the rotor shaft and the rotor, a plurality of screw holes are formed in one of the rotor shaft and the rotor, a plurality of bolt insertion holes corresponding to the screw holes are formed on the other, and 4. The rotor and the rotor shaft are fixed in the axial direction by tightening a bolt inserted into the bolt insertion hole with respect to the corresponding screw hole. 5. Vacuum pump.
前記テーパ形状または前記曲線形状の角度は、前記ロータ軸、前記ロータ、または前記ボルトの線膨張係数に基づいて設定されていること
を特徴とする請求項4に記載の真空ポンプ。 The rotor shaft and the rotor are formed of different materials,
5. The vacuum pump according to claim 4, wherein an angle of the tapered shape or the curved shape is set based on a linear expansion coefficient of the rotor shaft, the rotor, or the bolt.
前記テーパ形状または前記曲線形状の角度は、前記ロータ軸と前記ロータの接触面における接触位置寸法に基づいて設定されていること
を特徴とする請求項4または請求項5に記載の真空ポンプ。 The rotor shaft and the rotor are formed of different materials,
6. The vacuum pump according to claim 4, wherein an angle of the tapered shape or the curved shape is set based on a contact position dimension on a contact surface of the rotor shaft and the rotor.
を特徴とする請求項4から6のいずれかに記載の真空ポンプ。 7. The vacuum pump according to claim 4, wherein the tapered shape or the curved shape is set in an inner range surrounded by at least a plurality of the bolts or the screw holes.
を特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の真空ポンプ。 As means for constraining expansion in the rotor radial direction at the fastening portion between the rotor shaft and the rotor, a convex portion is provided on one of the rotor shaft and the rotor, and a concave portion is provided on the other, and the convex portion and the concave portion are engaged. A vacuum pump according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a combined configuration is employed.
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JPS59170601U (en) * | 1983-04-29 | 1984-11-15 | いすゞ自動車株式会社 | Connection structure between ceramic turbine rotor and metal shaft |
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JP2000297782A (en) * | 1999-04-14 | 2000-10-24 | Osaka Vacuum Ltd | Main shaft connecting structure of rotor for high-speed rotating element |
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- 2015-07-09 JP JP2015137860A patent/JP6606365B2/en active Active
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