JP3792318B2

JP3792318B2 - Vacuum pump

Info

Publication number: JP3792318B2
Application number: JP27605596A
Authority: JP
Inventors: 昌司井口; 正智岡本
Original assignee: Osaka Vacuum Ltd
Current assignee: Osaka Vacuum Ltd
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2016-10-18
Also published as: JPH10122179A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空ポンプに係り、特にそのロータの熱放射による熱伝達効率を向上させて極高真空排気ができるようにした真空ポンプ並びにその放熱構造及びエア抜き構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超高真空排気用に使用される真空ポンプとして、複合分子ポンプが公知である。かかる複合分子ポンプは、吸気口及び排気口とを有するケーシング内に、多段状の複数の動翼を有するロータが駆動装置のシャフトに回転自在に支持され、該動翼と、該動翼間に嵌入される静翼とからターボ分子ポンプ段が構成され、しかも、前記ロータの動翼よりも排気口側には筒状ロータ部が形成され、該筒状ロータ部と筒状ロータ部に対面するように設けられたステータとの少なくとも一方の周面にはねじ溝が形成され、筒状ロータ部とステータとからねじ溝ポンプ段が構成されたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記複合分子ポンプは、ポンプ稼働中、モータにおける渦電流損失に伴う発熱現象が起こる他、ロータを回転させるシャフトを軸支する軸受等が発熱する。特に、軸受がロータを非接触で支持する磁気軸受である場合には、渦電流による回転抵抗に伴う発熱現象が、シャフト側に生じ、かかる発熱現象はモータ部における発熱現象よりも顕著である。
【０００４】
このように発生した熱がロータに伝わるためロータが高温となる。ロータの温度上昇は、ロータからガス放出が起こり易くなり極高真空への到達能力が低下するおそれがあり、望ましいものではない。
【０００５】
しかしながら、通常、ロータ及びステータは、熱放射率の小さなアルミニウム合金製であるため、ロータとステータ間における放射による熱伝達は期待できず、特に、ロータが磁気軸受により支持される場合には、ロータは真空中に完全に浮上した状態で回転するため、ケーシングと非接触状態となり、熱伝達も悪くなり、ロータの冷却は困難である。
【０００６】
また、例えば、前記シャフトの上端を被覆すべくローターカバーをロータにボルトで固定する場合、ロータ側に設けられたねじ穴にボルトを螺合することにより行っているが、ねじ穴にはエアが閉じ込められ溜まることとなる。従って、ポンプ稼働中にかかるエアが少しずつ吸気口側を介して排気路に漏れ出て、到達圧力に悪影響を及ぼす。また、ケーシングとステータとの関係においても、両者間に閉じ込められたエアにより同様の問題を有している。
【０００７】
本発明は、上記の如き従来の問題点に鑑みてなされたもので、真空ポンプにおける放熱効率の向上を図ったり、ポンプを構成する部材間に閉じ込められたエアを迅速に排気できるようにして到達圧力の低下を防止し、所定の高真空排気を達成することができるようにすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明が上記課題を解決するために講じた技術的手段は以下の通りである。
【０００９】
即ち、吸気口２及び排気口３とを有するケーシング１内に、多段状の複数の動翼11を有するロータ９が駆動装置12のシャフト12ａに回転自在に支持され、該動翼11と、動翼11間に嵌入される静翼13とからターボ分子ポンプ段６が構成され、しかも、前記ロータ９の動翼11よりも排気口３側には筒状ロータ部15が形成され、該筒状ロータ部15と筒状ロータ部15に対面するように設けられたステータ24との少なくとも一方の周面にはねじ溝23が形成され、筒状ロータ部15とステータ24とからねじ溝ポンプ段７が構成されている真空ポンプにおいて、前記動翼11及び静翼13における排気口３側の一部の対向面と、前記筒状ロータ部15及びステータ24の対向面と、前記シャフト12ａの表面には、熱放射率の高い物質からなる被膜30，34がそれぞれ設けられていることことにある。
【００１０】
ここで、熱放射率の高い物質からなる被膜とは、カーボン、ニッケルクロム鋼あるいはセラミックス等の放射率の高い物質をコーティングにより設けたり、黒ぞめメッキや黒体塗料等の黒体処理してなる被膜等をいい、該被膜が設けられるロータ９及びステータ24等の部材の材料よりも放射率の高い物質からなるものをいう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。
図１において、１はケーシングで、その上部には真空用チャンバー４に取付けられるフランジ1aを有するアルミニウム合金製等の本体ケーシング5aと該本体ケーシング5aの下方にシール25を介して嵌合され下部ハウジング5bとからなり、本体ケーシング5aのフランジ1aには吸気口２が、下部ハウジング5bには排気口３がそれぞれ形成されている。
【００１６】
また、本体ケーシング5aの下端と下部ハウジング5bとの間には、間隙８が形成されており、本体ケーシング5aのベーキング時に、本体ケーシング5aの熱が下部ハウジング5b側に伝わり難くなっている。
【００１７】
６は吸気口２側のターボ分子ポンプ段で、７は該ターボ分子ポンプ段６よりも下方（下流側）に配置されたねじ溝ポンプ段をそれぞれ示し、回転自在なロータ９は、吸気口２側の動翼11と排気口３側の筒状ロータ部15とを一体に形成した複合型のものであり、筒状ロータ部15は、内側の筒状ロータ部15ａ及び外側の筒状ロータ部15ｂの内外２重筒状に形成されている。ロータ９は、外側の筒状ロータ部15ｂが炭素繊維強化プラスチック材料から構成され、動翼11を含むその他の部分はアルミニウム合金材料からなっている。
【００１８】
外側の筒状ロータ部15ｂを炭素繊維強化プラスチック材料から構成した理由は次の通りである。即ち、ロータ９には、高速回転により周速に応じた応力が発生するので、仮にロータ９全体をアルミニウム合金から構成した場合、かかる合金の材料強度に応じて筒状ロータ部15の周速の上限が決定する。
【００１９】
アルミ合金製複合分子ポンプの場合、上記の応力の制限から前記動翼11の外径に比し、筒状ロータ部15の外径は、20〜30％程度小さく設計されるのが現状である。筒状ロータ部15を多重円筒にする場合、筒状ロータ部15の外径には限界があるため、その内側に複数の円筒を配置することとなる。
もともと狭い空間しかない筒状ロータ部15の内側に更に円筒を配置しなければならず、設計上困難となることが多い。また、強度面から周速を速くできず、周速の低下により圧縮性能の十分な向上が図れない。
【００２０】
炭素繊維強化プラスチックはアルミニウム合金に比べ、比強度（強度／比重）が大きいため、高速回転に耐え得ることができ、空間に余裕のあるアルミニウム合金製の筒状ロータ部15ａの外側に、炭素繊維強化プラスチックからなる筒状ロータ部15ｂを配置することが可能となると共に、より速い周速とすることができるのである。
【００２１】
また、前記ロータ９は、前記下部ハウジング5b側に支持された駆動装置12により回転自在に設けられている。駆動装置12は、下部ハウジング5bに固定された装置ハウジング36内に、モータ35により回転するシャフト12ａを非接触状態で軸受支持する磁気軸受形のもので、ロータ９は駆動装置12を構成する回転自在なシャフト12ａの上端にボルト16を介して取付けられている。37は図２に示す如く上部ラジアル軸受で、シャフト12ａの半径方向の偏位を検出する上部ラジアルセンサ37ａと、該センサ37ａの信号により応答する上部ラジアル電磁石37ｂとからなる。
【００２２】
38は前記ハウジング36側に固定された下部ラジアル電磁石39を有する下部ラジアル軸受で、更に下方には、上下一対のスラスト電磁石40と該電磁石40介在されるようにシャフト12ａの下部に設けられた円板41からスラスト軸受43が設けられている。尚、44はホルダー、45はシャフト12ａの円板41よりも下方に突出する部分が挿入される下部タッチダウン軸受である。
【００２３】
前記シャフト12ａ略全長の表面には、カーボン、ニッケルクロム鋼等のセラミックス等の放射率の高い物質をコーティングにより設けたり、黒ぞめメッキや黒体塗料等の黒化処理してなる被膜34が設けられている。
尚、この被膜34はシャフト12ａのロータ９の嵌合される上部テーパ部12ｂと、上記ラジアルセンサ37ａの対向面12ｃと、下部タッチダウン軸受45を除く部分の表面（図２にＤで示す範囲）に設けるのが好ましい。
【００２４】
前記ロータ９の上面には凹部9aが形成され、該凹部9aの底面9bには、前記シャフト12ａの上端及びボルト16を気密状に覆うシャフト12ａ用のロータカバー18が、複数のボルト19により固定されている。
【００２５】
即ち、図３に示す如くロータカバー18のフランジ部18ａの周方向には、等間隔を有してボルト挿通孔19ａが上下方向に形成され、一方、ロータ９の凹部9aの底面9bにはねじ穴27が上下方向に形成されている。そして、前記ボルト19がロータカバー18のフランジ部18ａのボルト挿通孔19ａに挿通され、且つ、ロータ９の凹部9aの底面9bのねじ穴27に螺合されている。
【００２６】
各ボルト19の軸心には、ボルト19の全長（ヘッド部からねじ部19ｂの先端）にわたってエア抜き孔31が形成されている。従って、ねじ部19ｂの先端とねじ穴27とで形成される空間32と排気路となる吸気口２側とは、前記エア抜き孔31を介して連通することとなる。
【００２７】
前記本体ケーシング5a内周には、前記多段の動翼11間に嵌入される静翼13、各静翼13間に介在されたディスタンスピース13a が設けられ、前記動翼11及び静翼13により前記ターボ分子ポンプ段６が構成されている。
【００２８】
21は図４に示す如く、本体ケーシング5aとディスタンスピース13a との間のエアを抜くためのエア抜き孔で、本体ケーシング5aの内面と排気路となる静翼13間の空間13ｂとを連通するように、略中段に位置するディスタンスピース13a に貫通状に形成されている。尚、エア抜き孔21は一個のディスタンスピース13a に形成するだけでなく、適宜複数のディスタンスピース13a に形成することも可能である。
【００２９】
前記筒状のロータ部15のそれぞれの内外面に対向するように、アルミニウム合金製のねじ溝ステータ（ステータ）24が配置されている。即ち、ねじ溝ステータ24は、外側の筒状ロータ部15ｂの外面と対向するように本体ケーシング5aの内面に設けられた円筒状の外ステータ24ａと、外側の筒状ロータ部15ｂ及び内側の円筒ロータ部15ａの間に位置するように、下部ハウジング5bに固定された円筒状の中ステータ24ｂと、更に、内側の円筒ロータ部15ａの内側に位置する内ステータ24ｃとからなる。
【００３０】
外ステータ24ａの内周面、中ステータ24ｂの内外周面及び内ステータ24ｃの外周面には、螺旋状のねじ溝23がそれぞれ形成され、筒状のロータ部15及びねじ溝ステータ24により前記ねじ溝ポンプ段７が構成されている。従って、通常の高流量対応型複合分子ポンプでは、ねじ溝ロータは単体の円筒で、その外面のみをねじ溝ポンプとして用いるが、本実施の形態では約４倍のねじ溝流路長を持つこととなる。
【００３１】
28は図５に示す如く、本体ケーシング１と外ステータ24ａとの間に閉じ込められたエアを抜くためのエア抜き孔で、本体ケーシング１の内面と排気路となる外ステータ24ａの内側とを連通するように、外ステータ24ａの下部に形成されている。このエア抜き孔28は１個であっても複数であっても良い。
尚、ねじ溝ポンプ段７において、ねじ溝は筒状のロータ部15側にも形成しても、あるいは、筒状のロータ部15側にのみ形成することも可能である。
【００３２】
30はカーボン、ニッケルクロム鋼等のセラミックス等の熱放射率の高い物質をコーティングしてなる被膜で、該被膜30は、前記ねじ溝ポンプ段７の内外側の筒状ロータ部15ａ、15ｂ及び外，中，内ステータ24ａ，24ｂ，24ｃの対向面全体と、ターボ分子ポンプ段における前記ねじ溝ポンプ段に近い側の複数段の動翼11及び静翼13の対向面に設けられている（図１にＡで示す範囲）。尚、動翼11及び静翼13に設ける被膜30は、動翼11及び静翼13の全段数の40〜60％であるのが好ましい。
【００３３】
かかる被膜30は、放射率の高い物質をコーティングしてあれば良く、例えば、静翼13にはカーボン又はニッケルクロム鋼をコーティングし、ねじ溝ポンプ段７及びターボ分子ポンプ段６の動翼11にはその他のセラミックスをコーティングするようにしても良い。
【００３４】
31は真空中での放出ガスが少ない被膜（緻密な酸化被膜又は緻密な金属膜）で、前記ターボ分子ポンプ段における被膜の設けられていない動翼11及び静翼13の対向面に設けられている（図１にＢで示す範囲）。かかる酸化被膜31は、アルコール等を切削材として使用する清浄加工により動翼11及び静翼13を加工するときにそれぞれの表面に形成されるものである。
また、金属膜31とは、ピンポールのない緻密な金属又は金属の化合物の薄い被膜を形成してなるもので、例えば、チタン、チタンの窒化物またはクロム窒化物等が挙げられる。被覆する方法としては、物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）あるいは化学的気相蒸着法（ＣＤＶ法）の何れでもよいが、後者の方が均一に被覆できるので望ましい。
【００３５】
また、酸化被膜31は上記動翼11及び静翼13以外に、例えば、本体ケーシング5aにおける吸気口２のフランジ1aから最上段の動翼11の上面（図１にＣで示す範囲）までの内面、及び好ましくはロータカバー18の表面にも設けられている。
【００３６】
次に、以上の構成における真空ポンプにおいては、以下のような作用効果が得られる。
即ち、先ず、真空ポンプの使用に先立って、ロータ９等の表面に付着したガスを放出させるためのベーキング処理を行う。かかる処理は、本体ケーシング5aの外周にヒータを巻き、本体ケーシング5aを加熱して行うのであるが、ディスタンスピース13a 及び外ステータ24ａは本体ケーシング5aに接触しており、ディスタンスピース13a は放射率の高い物質をコーティングしている静翼13と接触している。また、外ステータ24ａは放射率の高い物質をコーティングしているので、熱放射及び熱伝導により、本体ケーシング5aの熱は放射率の高い物質がコーティングされたロータ９に伝わり、本体ケーシング5a内のロータ９等の部品が効率良く加熱され、ベーキング処理が行われる。
【００３７】
また、本体ケーシング5aの下端と下部ハウジング5bとに間隙８が設けられているので、ベーキング作業の際に、本体ケーシング5aが加熱されるにもかかわらず、その熱が下部ハウジング5bに伝わり難くなり、下部ハウジング5bが不用意に加熱されるのを防止することができる。従って、下部ハウジング5b内に収められ支持された駆動装置12のモータ35及び軸受等を過熱から保護することができ、これら部品が熱により故障するのを防止することができ、運転に支障をきたすおそれもない。
【００３８】
次に、真空ポンプを稼働させた際に、仮に、上記ロータ９のねじ穴27の空間32にエアが閉じ込められていた場合には、このエアはポンプ作用によりエア抜き孔31を介して迅速に排気路となっているロータカバー18の外側の吸気口２側に排気される。
【００３９】
また、本体ケーシング１とディスタンスピース13a との間に、エアが閉じ込められていた場合であっても、同様の作用によりこのエアはディスタンスピース13a のエア抜き孔21を介して排気路となっている静翼13間に排気される。
【００４０】
更に、本体ケーシング１と外ステータ24ａとの間に閉じ込められたエアは、エア抜き孔28を介して排気路となっている外ステータ24ａの内側に排気される。
【００４１】
次に、モータ35や軸受が発熱すると、その熱がシャフト12ａに伝わるが、シャフト12ａの表面には、放射率の高い物質が設けられていることから、仮にシャフト12ａが加熱された場合でも、その熱が放射及び伝導により、装置ハウジンク36に伝達され放熱される。この結果、シャフト12ａの温度は、シャフト12ａの表面に放射率の高い物質を設けていない場合に比し低下する。
【００４２】
放熱されなかったシャフト12ａの熱はロータ９に伝わり、ロータ９を加熱することとなるが、ロータ９の動翼11の一部及び内外側の筒状ロータ部15ａ、15ｂと、これらに対面する静翼13及び外，中，内ステータ24ａ，24ｂ，24ｃに放射率の高い物質をそれぞれ設けているので、この物質の設けられた部分から熱放射によりロータ９側から静翼13及び外，中，内ステータ24ａ，24ｂ，24ｃへ熱移動が効率良く行われる。
【００４３】
しかも、静翼13とディスタンスピース13a は接触しているので、熱移動が効果的におこなわれるのである。また、ねじ溝ポンプ段７を筒状のロータ部15及びねじ溝ステータ24を内外複数重構造としているので、ねじ溝ポンプ段７での放熱できる表面積が大きくなり、ロータ９の放熱効果も向上する。
更に、吸気口２側の動翼11及び静翼13の表面及び本体ケーシング１の吸気口２側は、ガス放出を抑える緻密な酸化被膜31等が形成され、ガス放出を起こしやすいセラミックス等の表面にはなっていないので、極高真空が容易に得られる。
【００４４】
本発明は上記複合分子ポンプに限らず、例えば、前記熱放射率の高い物質30はねじ溝ポンプ段７にのみ設けても良い。即ち、図６に示す如くねじ溝ポンプ段７の筒状のロータ部15とねじ溝ステータ24の螺旋状のねじ溝23の対向面に熱放射率の高い物質30（特に、セラミックスが望ましい）を設け（図６にＡ１で示す範囲）、且つ、ターボ分子ポンプ段６のガス放出を抑える緻密な酸化被膜31等が形成されていない一部には、金属メッキ（図６にＢ１で示す範囲）を設けることも可能である。
【００４５】
また、前記熱放射率の高い物質30はねじ溝ポンプ段７にのみ設け、且つ、放出ガスが少ない被膜31を、前記ターボ分子ポンプ段の全段（図６にＢ２に示す範囲）に設けることもできる。
【００４６】
更に、本発明は、ターボ分子ポンプ段６のみからなるターボ分子ポンプ、またはねじ溝ポンプ段７のみからなるねじ溝真空ポンプにおいても採用可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ロータの表面及び前記駆動装置のシャフトの表面には、熱放射率の高い物質からなる被膜がそれぞれ設けられているので、ポンプ稼働中にシャフトが発熱しても、その熱を効果的に放熱させることができると共に、放熱されなかった熱がロータを加熱するようなことがあっても、放射率の高い物質の被膜から良好に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す縦断面図。
【図２】駆動装置の断面図。
【図３】ロータカバーの取付け部分におけるエア抜き構造を示す要部断面図。
【図４】ディスタンスピースにおけるエア抜き構造を示す要部断面図。
【図５】ステータにおけるエア抜き構造を示す要部断面図。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す要部断面図。
【符号の説明】
１…ケーシング、２…吸気口、３…排気口、5a…本体ケーシング、5b…ハウジング、６…ターボ分子ポンプ段、７…ねじ溝ポンプ段、９…ロータ、11…動翼、12ａ…シャフト、13…静翼、13ａ…ディスタンスピース、15…筒状ロータ部、23…ねじ溝、24…ステータ、21，28，31…エア抜き孔、27…ねじ穴、30，34…被膜、31…酸化被膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vacuum pump, and more particularly, to a vacuum pump that improves heat transfer efficiency by heat radiation of a rotor thereof and enables ultra-high vacuum exhaust, and a heat dissipation structure and an air vent structure thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a complex molecular pump is known as a vacuum pump used for ultra-high vacuum exhaust. In such a complex molecular pump, a rotor having a plurality of staged moving blades is rotatably supported by a shaft of a driving device in a casing having an intake port and an exhaust port. A turbo molecular pump stage is configured from the inserted stationary blade, and a cylindrical rotor portion is formed on the exhaust port side of the rotor blade of the rotor, and faces the cylindrical rotor portion and the cylindrical rotor portion. A thread groove is formed on at least one peripheral surface of the stator provided in this manner, and a thread groove pump stage is constituted by the cylindrical rotor portion and the stator.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the complex molecular pump, during the operation of the pump, a heat generation phenomenon caused by eddy current loss in the motor occurs, and a bearing that supports a shaft that rotates the rotor generates heat. In particular, when the bearing is a magnetic bearing that supports the rotor in a non-contact manner, a heat generation phenomenon caused by rotational resistance due to eddy current occurs on the shaft side, and the heat generation phenomenon is more remarkable than the heat generation phenomenon in the motor unit.
[0004]
Since the heat thus generated is transmitted to the rotor, the rotor becomes high temperature. An increase in the temperature of the rotor is not desirable because gas may easily be released from the rotor and the ability to reach an extremely high vacuum may be reduced.
[0005]
However, since the rotor and the stator are usually made of an aluminum alloy having a low thermal emissivity, heat transfer due to radiation between the rotor and the stator cannot be expected. In particular, when the rotor is supported by a magnetic bearing, the rotor Since it rotates in a state of being completely lifted in a vacuum, it is in a non-contact state with the casing, heat transfer becomes poor, and cooling of the rotor is difficult.
[0006]
For example, when the rotor cover is fixed to the rotor with a bolt so as to cover the upper end of the shaft, the bolt is screwed into a screw hole provided on the rotor side. It will be trapped and accumulated. Therefore, the air applied during the operation of the pump gradually leaks into the exhaust passage via the intake port side, and adversely affects the ultimate pressure. Also, the relationship between the casing and the stator has the same problem due to the air trapped between them.
[0007]
The present invention has been made in view of the conventional problems as described above, and has been achieved in order to improve heat dissipation efficiency in a vacuum pump and to quickly exhaust air trapped between members constituting the pump. It is an object to prevent a decrease in pressure and achieve a predetermined high vacuum exhaust.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The technical means taken by the present invention to solve the above-mentioned problems are as follows.
[0009]
That is, a rotor 9 having a plurality of multistage moving blades 11 is rotatably supported on a shaft 12a of a driving device 12 in a casing 1 having an intake port 2 and an exhaust port 3. The turbo molecular pump stage 6 is constituted by the stationary blade 13 inserted between the blades 11, and a cylindrical rotor portion 15 is formed on the exhaust port 3 side of the rotor 9 from the rotor blade 11. A screw groove 23 is formed on at least one peripheral surface of the rotor portion 15 and the stator 24 provided so as to face the cylindrical rotor portion 15, and the screw groove pump stage 7 is formed from the cylindrical rotor portion 15 and the stator 24. In the vacuum pump in which the moving blade 11 and the stationary blade 13 are partially opposed to each other on the exhaust port 3 side, the opposed surfaces of the cylindrical rotor portion 15 and the stator 24, and the surface of the shaft 12a. Are provided with coatings 30 and 34 made of materials with high thermal emissivity, respectively. In the door.
[0010]
Here, a film made of a substance having a high thermal emissivity is a coating of a substance having a high emissivity such as carbon, nickel chrome steel, or ceramics, or a black body treatment such as black plate plating or black body paint. A coating made of a substance having a higher emissivity than the material of the member such as the rotor 9 and the stator 24 on which the coating is provided.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a casing, and an upper part of the casing 5a made of an aluminum alloy or the like having a flange 1a attached to the vacuum chamber 4 is fitted into the lower housing through a seal 25 below the body casing 5a. The main body casing 5a is formed with an intake port 2 in the flange 1a and an exhaust port 3 in the lower housing 5b.
[0016]
Further, a gap 8 is formed between the lower end of the main casing 5a and the lower housing 5b, so that the heat of the main casing 5a is hardly transmitted to the lower housing 5b side when the main casing 5a is baked.
[0017]
Reference numeral 6 denotes a turbo molecular pump stage on the intake port 2 side, 7 denotes a thread groove pump stage disposed below (downstream side) from the turbo molecular pump stage 6, and a rotatable rotor 9 includes an intake port 2. The rotor blade 11 on the side and the cylindrical rotor portion 15 on the exhaust port 3 side are integrally formed, and the cylindrical rotor portion 15 includes an inner cylindrical rotor portion 15a and an outer cylindrical rotor portion. It is formed in an inner and outer double cylinder 15b. In the rotor 9, the outer cylindrical rotor portion 15b is made of a carbon fiber reinforced plastic material, and the other parts including the rotor blade 11 are made of an aluminum alloy material.
[0018]
The reason why the outer cylindrical rotor portion 15b is made of a carbon fiber reinforced plastic material is as follows. That is, since the rotor 9 generates a stress corresponding to the peripheral speed due to the high speed rotation, if the entire rotor 9 is made of an aluminum alloy, the peripheral speed of the cylindrical rotor portion 15 depends on the material strength of the alloy. The upper limit is determined.
[0019]
In the case of a composite molecular pump made of aluminum alloy, the outer diameter of the cylindrical rotor portion 15 is designed to be about 20 to 30% smaller than the outer diameter of the moving blade 11 due to the above-mentioned stress limitation. . When the cylindrical rotor portion 15 is a multiple cylinder, since the outer diameter of the cylindrical rotor portion 15 is limited, a plurality of cylinders are disposed inside the cylindrical rotor portion 15.
A cylinder must be further arranged inside the cylindrical rotor portion 15 that originally has a narrow space, which is often difficult in design. Further, the peripheral speed cannot be increased from the viewpoint of strength, and the compression performance cannot be sufficiently improved due to the decrease in the peripheral speed.
[0020]
Since the carbon fiber reinforced plastic has a higher specific strength (strength / specific gravity) than the aluminum alloy, the carbon fiber reinforced plastic can withstand high-speed rotation, and the carbon fiber reinforced plastic is placed outside the cylindrical rotor portion 15a made of an aluminum alloy with sufficient space. The cylindrical rotor portion 15b made of reinforced plastic can be disposed, and a higher peripheral speed can be achieved.
[0021]
The rotor 9 is rotatably provided by a driving device 12 supported on the lower housing 5b side. The drive device 12 is of a magnetic bearing type in which a shaft 12a rotated by a motor 35 is supported in a non-contact state in a device housing 36 fixed to the lower housing 5b, and the rotor 9 is a rotation constituting the drive device 12. It is attached to the upper end of the free shaft 12a via a bolt 16. As shown in FIG. 2, reference numeral 37 denotes an upper radial bearing, which comprises an upper radial sensor 37a for detecting the radial displacement of the shaft 12a and an upper radial electromagnet 37b which responds in response to a signal from the sensor 37a.
[0022]
Reference numeral 38 denotes a lower radial bearing having a lower radial electromagnet 39 fixed to the housing 36 side. Further below, a pair of upper and lower thrust electromagnets 40 and a circle provided at the lower portion of the shaft 12a so that the electromagnet 40 is interposed. A thrust bearing 43 is provided from the plate 41. Reference numeral 44 denotes a holder, and 45 denotes a lower touchdown bearing into which a portion of the shaft 12a protruding downward from the disc 41 is inserted.
[0023]
A coating 34 formed by coating a material having a high emissivity such as carbon, ceramics such as nickel chrome steel on the surface of the shaft 12a, or by blackening treatment such as black plate plating or black body paint. Is provided.
The coating 34 is formed on the surface of the portion excluding the upper tapered portion 12b to which the rotor 9 of the shaft 12a is fitted, the opposed surface 12c of the radial sensor 37a, and the lower touchdown bearing 45 (range indicated by D in FIG. 2). ) Is preferable.
[0024]
A concave portion 9a is formed on the upper surface of the rotor 9, and a rotor cover 18 for the shaft 12a that covers the upper end of the shaft 12a and the bolt 16 in an airtight manner is fixed to the bottom surface 9b of the concave portion 9a by a plurality of bolts 19. Has been.
[0025]
That is, as shown in FIG. 3, bolt insertion holes 19a are formed in the vertical direction at equal intervals in the circumferential direction of the flange portion 18a of the rotor cover 18, while the bottom surface 9b of the concave portion 9a of the rotor 9 is threaded. A hole 27 is formed in the vertical direction. The bolt 19 is inserted into the bolt insertion hole 19 a of the flange portion 18 a of the rotor cover 18 and screwed into the screw hole 27 of the bottom surface 9 b of the recess 9 a of the rotor 9.
[0026]
An air vent hole 31 is formed in the axial center of each bolt 19 over the entire length of the bolt 19 (from the head portion to the tip of the screw portion 19b). Therefore, the space 32 formed by the tip of the screw portion 19b and the screw hole 27 and the intake port 2 side serving as an exhaust passage communicate with each other via the air vent hole 31.
[0027]
On the inner periphery of the main body casing 5a, there are provided a stationary blade 13 fitted between the multistage moving blades 11, a distance piece 13a interposed between the stationary blades 13, and the moving blade 11 and the stationary blade 13 A turbomolecular pump stage 6 is configured.
[0028]
As shown in FIG. 4, 21 is an air vent hole for venting air between the main body casing 5a and the distance piece 13a, and communicates the inner surface of the main body casing 5a and the space 13b between the stationary blades 13 serving as an exhaust passage. In this manner, the distance piece 13a located substantially in the middle is formed in a penetrating manner. The air vent hole 21 can be formed not only in one distance piece 13a but also in a plurality of distance pieces 13a as appropriate.
[0029]
A thread groove stator (stator) 24 made of aluminum alloy is disposed so as to face the inner and outer surfaces of each of the cylindrical rotor portions 15. That is, the thread groove stator 24 includes a cylindrical outer stator 24a provided on the inner surface of the main casing 5a so as to face the outer surface of the outer cylindrical rotor portion 15b, an outer cylindrical rotor portion 15b, and an inner cylinder. A cylindrical middle stator 24b fixed to the lower housing 5b so as to be positioned between the rotor parts 15a, and an inner stator 24c located inside the inner cylindrical rotor part 15a.
[0030]
Helical thread grooves 23 are formed on the inner circumferential surface of the outer stator 24a, the inner and outer circumferential surfaces of the inner stator 24b, and the inner stator 24c, respectively. A groove pump stage 7 is configured. Therefore, in a normal high flow rate type composite molecular pump, the thread groove rotor is a single cylinder, and only the outer surface thereof is used as a thread groove pump, but in this embodiment, the thread groove length is about four times as long. It becomes.
[0031]
As shown in FIG. 5, 28 is an air vent hole for venting air trapped between the main body casing 1 and the outer stator 24a, and communicates the inner surface of the main body casing 1 with the inner side of the outer stator 24a serving as an exhaust passage. Thus, it is formed in the lower part of the outer stator 24a. The air vent hole 28 may be one or plural.
In the thread groove pump stage 7, the thread groove can be formed on the cylindrical rotor portion 15 side or can be formed only on the cylindrical rotor portion 15 side.
[0032]
30 is a coating formed by coating a material having high thermal emissivity such as carbon, nickel chrome steel and other ceramics. The coating 30 is formed by the cylindrical rotor portions 15a and 15b on the inner and outer sides of the thread groove pump stage 7 and the outer side. , Middle, and inner stators 24a, 24b, and 24c are provided on the entire opposing surfaces of the turbomolecular pump stage and the opposing surfaces of the plurality of stages of moving blades 11 and stationary blades 13 on the side close to the thread groove pump stage (see FIG. 1 is a range indicated by A). The coating 30 provided on the moving blade 11 and the stationary blade 13 is preferably 40 to 60% of the total number of stages of the moving blade 11 and the stationary blade 13.
[0033]
The coating 30 only needs to be coated with a substance having a high emissivity. For example, the stationary blade 13 is coated with carbon or nickel chrome steel, and the rotor blade 11 of the thread groove pump stage 7 and the turbo molecular pump stage 6 is coated. May be coated with other ceramics.
[0034]
31 is a film (a dense oxide film or a dense metal film) that emits less gas in vacuum, and is provided on the opposed surfaces of the moving blade 11 and the stationary blade 13 that are not provided with a film in the turbo molecular pump stage. (The range indicated by B in FIG. 1). The oxide film 31 is formed on each surface when the moving blade 11 and the stationary blade 13 are processed by a cleaning process using alcohol or the like as a cutting material.
The metal film 31 is formed by forming a thin metal or metal compound thin film without pin poles, and examples thereof include titanium, titanium nitride, and chromium nitride. As a coating method, either physical vapor deposition (PVD method) or chemical vapor deposition (CDV method) may be used, but the latter is desirable because it can be uniformly coated.
[0035]
In addition to the moving blade 11 and the stationary blade 13, the oxide film 31 is, for example, the inner surface from the flange 1a of the intake port 2 to the upper surface of the uppermost moving blade 11 (the range indicated by C in FIG. 1) in the main body casing 5a. And preferably also on the surface of the rotor cover 18.
[0036]
Next, in the vacuum pump having the above configuration, the following effects can be obtained.
That is, first, prior to the use of the vacuum pump, a baking process is performed to release the gas adhering to the surface of the rotor 9 and the like. This process is performed by winding a heater around the outer periphery of the main casing 5a and heating the main casing 5a. However, the distance piece 13a and the outer stator 24a are in contact with the main casing 5a, and the distance piece 13a has an emissivity. It is in contact with the vane 13 which is coated with a high substance. Further, since the outer stator 24a is coated with a material having a high emissivity, the heat of the main casing 5a is transferred to the rotor 9 coated with the substance having a high emissivity by heat radiation and heat conduction, and the inner casing 5a Components such as the rotor 9 are efficiently heated and a baking process is performed.
[0037]
Further, since the gap 8 is provided between the lower end of the main casing 5a and the lower housing 5b, the heat is hardly transmitted to the lower housing 5b even though the main casing 5a is heated during the baking operation. Thus, careless heating of the lower housing 5b can be prevented. Accordingly, it is possible to protect the motor 35 and the bearing of the drive device 12 housed in the lower housing 5b and supported from overheating, and prevent these components from being damaged by heat, which hinders operation. There is no fear.
[0038]
Next, when the vacuum pump is operated, if air is confined in the space 32 of the screw hole 27 of the rotor 9, this air is quickly pumped through the air vent hole 31 by the pump action. The air is exhausted to the intake port 2 side outside the rotor cover 18 serving as an exhaust path.
[0039]
Further, even when air is trapped between the main body casing 1 and the distance piece 13a, the air is exhausted through the air vent hole 21 of the distance piece 13a by the same action. The air is exhausted between the stationary blades 13.
[0040]
Further, the air trapped between the main casing 1 and the outer stator 24a is exhausted to the inside of the outer stator 24a serving as an exhaust passage through the air vent hole 28.
[0041]
Next, when the motor 35 and the bearing generate heat, the heat is transmitted to the shaft 12a. Since the surface of the shaft 12a is provided with a substance having a high emissivity, even if the shaft 12a is heated, The heat is transmitted to the apparatus housing 36 by radiation and conduction and dissipated. As a result, the temperature of the shaft 12a is lower than when the material having a high emissivity is not provided on the surface of the shaft 12a.
[0042]
The heat of the shaft 12a that has not been dissipated is transferred to the rotor 9 and heats the rotor 9, but a part of the rotor blade 11 of the rotor 9 and the inner and outer cylindrical rotor portions 15a and 15b face each other. Since the stator blades 13 and the outer, inner, and inner stators 24a, 24b, and 24c are each provided with a material having high emissivity, the stator blades 13 and the outer, inner, and outer members are disposed from the rotor 9 side by heat radiation from the portions where these materials are provided. , Heat transfer to the inner stators 24a, 24b, 24c is efficiently performed.
[0043]
Moreover, since the stationary blade 13 and the distance piece 13a are in contact with each other, the heat transfer is effectively performed. Further, since the thread groove pump stage 7 has a cylindrical rotor portion 15 and the thread groove stator 24 having an inner and outer multi-layer structure, the surface area capable of radiating heat in the thread groove pump stage 7 is increased, and the heat radiation effect of the rotor 9 is also improved. .
Further, the surface of the moving blade 11 and the stationary blade 13 on the intake port 2 side and the intake port 2 side of the main body casing 1 are formed with a dense oxide film 31 or the like that suppresses gas emission, and the surface of ceramics or the like that easily causes gas emission. Therefore, an extremely high vacuum can be easily obtained.
[0044]
The present invention is not limited to the above complex molecular pump. For example, the material 30 having a high thermal emissivity may be provided only in the thread groove pump stage 7. That is, as shown in FIG. 6, a material 30 (especially ceramics is desirable) having a high thermal emissivity is formed on the opposing surfaces of the cylindrical rotor portion 15 of the thread groove pump stage 7 and the helical thread groove 23 of the thread groove stator 24. Provided (range indicated by A1 in FIG. 6), and metal plating (range indicated by B1 in FIG. 6) is formed on a portion where the dense oxide film 31 or the like that suppresses the gas release of the turbo molecular pump stage 6 is not formed. It is also possible to provide.
[0045]
Further, the material 30 having a high thermal emissivity is provided only in the thread groove pump stage 7, and the coating 31 with a small amount of released gas is provided in all stages of the turbo molecular pump stage (the range indicated by B2 in FIG. 6). You can also.
[0046]
Furthermore, the present invention can also be employed in a turbo molecular pump consisting only of the turbo molecular pump stage 6 or a thread groove vacuum pump consisting only of the thread groove pump stage 7.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, the present invention is provided with a coating made of a material having a high thermal emissivity on the surface of the rotor and the surface of the shaft of the driving device, respectively. The heat can be dissipated effectively, and even if the heat that has not been dissipated heats the rotor, it can be dissipated well from the coating of a substance having a high emissivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a driving device.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part showing an air bleeding structure in a mounting portion of a rotor cover.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part showing an air bleeding structure in a distance piece.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part showing an air bleeding structure in the stator.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part showing another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Casing, 2 ... Intake port, 3 ... Exhaust port, 5a ... Main body casing, 5b ... Housing, 6 ... Turbomolecular pump stage, 7 ... Screw groove pump stage, 9 ... Rotor, 11 ... Rotor blade, 12a ... Shaft, 13 ... Stator blade, 13a ... Distance piece, 15 ... Cylindrical rotor part, 23 ... Screw groove, 24 ... Stator, 21, 28, 31 ... Air vent hole, 27 ... Screw hole, 30, 34 ... Coating, 31 ... Oxidation Coating

Claims

A rotor (9) having a plurality of rotor blades (11) in a casing (1) having an intake port (2) and an exhaust port (3) rotates to a shaft (12a) of a drive device (12). A turbo molecular pump stage (6) is composed of the rotor blade (11) and the stationary blade (13) fitted between the rotor blade (11) and the rotor blade (11). A cylindrical rotor portion (15) is formed on the exhaust port (3) side of the blade (11), and the stator is provided so as to face the cylindrical rotor portion (15) and the cylindrical rotor portion (15). In a vacuum pump in which a thread groove (23) is formed on at least one peripheral surface of (24) and a thread groove pump stage (7) is constituted by a cylindrical rotor portion (15) and a stator (24) ,
The opposed surfaces of the moving blade (11) and the stationary blade (13) on the exhaust port (3) side, the opposed surfaces of the cylindrical rotor portion (15) and the stator (24), and the shaft (12a) On the surface of, coatings (30) and (34) made of materials with high thermal emissivity are provided, respectively.
Furthermore, a coating ( 31 ) that emits less gas in vacuum is provided on the side of the intake port (2) where the coatings ( 30 ) and ( 34 ) made of a material having a high thermal emissivity are not provided. wherein the vacuum pump <br/> you are.