JP6706566B2 - 真空ポンプ、および真空ポンプに備わるらせん状板、回転円筒体、ならびにらせん状板の製造方法 - Google Patents
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Description
詳しくは、スリットを有するらせん状板を備える真空ポンプ、および真空ポンプに備わるらせん状板、回転円筒体、ならびにらせん状板の製造方法に関する。
この気体移送機構のうち、回転部に配設されるらせん状板と、固定部に配設される固定円板との相互作用によってガスを圧縮する構成のものがある。
図6に示したように、上述したようなアレイ状の穴部が設けられた固定円板10は、従来のらせん状板9000に設けられたスリット9001内に、当該スリット9001と所定のクリアランス(隙間/間隙)を介して配設される。
この構造であれば、吸気口(上流)側から排気口(下流)側までらせん形状が連続するようにらせん状板9000を配設させることができるので、製造過程における加工が容易であった。
図7(a)に示したように、従来のらせん状板9000では、らせん状板9000の角度θ1が小さい場合には、上流側と下流側のらせん状板9000とで隙間ができ、スリット9001(隙間C)において、らせん状板9000同士(上流側と下流側)は重なり部分を共有しない。つまり、らせん状板9000同士が所定のクリアランスを介して対向することはない構成になる。
この構成だと、肉部11と穴部12を有する固定円板10をらせん状板9000のスリット9001内に配設させた場合に、図7(b)に示したように、らせん状板9000(穴部12)を逆流するガスが増加してしまい、排気効率が低下する虞があった。
請求項2記載の本願発明では、前記スリットの少なくとも1つにおいて、上流側の前記らせん状板と下流側の前記らせん状板が所定の隙間を介して重なり、当該スリットが前記回転軸方向に不可視となることを特徴とする請求項1に記載の真空ポンプを提供する。
請求項3記載の本願発明では、前記スリットの少なくとも1つにおいて、上流側の前記らせん状板と下流側の前記らせん状板の位相差は、前記スリットの幅と同値であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の真空ポンプを提供する。
請求項4記載の本願発明では、前記らせん状板が前記スリットにより分割されて形成された鋭角部の少なくとも1つに、面取り加工が施されたことを特徴とする請求項1、請求項2、または請求項3に記載の真空ポンプを提供する。
請求項5記載の本願発明では、前記面取り加工は、前記らせん状板が前記スリットにより分割されて形成された水平面の幅内にて施され、かつ、前記面取りが鋭角であることを特徴とする請求項4に記載の真空ポンプを提供する。
請求項6記載の本願発明では、前記らせん状板の前記スリットの幅、あるいは、上流側の前記らせん状板と下流側の前記らせん状板の前記位相差、のうち少なくともいずれか1つよりも小さい半径を有する切削加工用工具によって切削成形された前記らせん状板を備えることを特徴とする請求項1から請求項5のうち少なくともいずれか1項に記載の真空ポンプを提供する。
請求項7記載の本願発明では、前記請求項1から請求項6の少なくともいずれか1項に記載の真空ポンプに備わるらせん状板を提供する。
請求項8記載の本願発明では、前記請求項7に記載のらせん状板を備えることを特徴とする回転円筒体を提供する。
請求項9記載の本願発明では、前記請求項7に記載のらせん状板の製造方法であって、下流側の前記らせん状板の傾斜面を切削する第1工程と、前記下流側のらせん状板の前記面取りを形成する第2工程と、上流側の前記らせん状板の傾斜面を切削する第3工程と、を連続して加工することを特徴とする、前記らせん状板の製造方法を提供する。
また、らせん状板を一体加工できるようにすることで、生産性を向上させることができる。
以上のことから、排気性能に優れた真空ポンプを低コストで実現することができる。
本発明の実施形態に係る真空ポンプでは、スリットよりも下流側のらせん状板を、スリットよりも上流側のらせん状板の延長線上には配設せず、かつ、スリットにより形成される隙間を小さくする下流側の方向へ移動した位置に配設されるように構成する。
さらに、下流側のらせん状板の上述した移動量は、上流側と下流側とでらせん状板同士を軸方向に投影すると隙間がなくなって重なり部分が形成される量とする。
また、らせん状板を加工する(削り出す)にあたり、以下(1)または(2)の少なくともいずれか1つの範囲で設計することが望ましい。
(1)加工用エンドミルの半径は、らせん状板のスリット幅よりも小さくする。
(2)加工用エンドミルの半径は、上流側のらせん状板と下流側のらせん状板との位相差よりも小さくする。なお、本願における「位相差」とは、角度差を示すのではなく、位置関係による周方向間隔(距離)を示すものとして説明する。
さらに、らせん状板のスリットで分割されて形成される鋭角部の少なくとも1つに面取り加工を施す。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図1から図5を参照して詳細に説明する。
(真空ポンプ1の構成)
図1は、本発明の実施形態に係る真空ポンプ1の概略構成例を示した図であり、真空ポンプ1の軸線方向の断面を示した図である。
なお、本発明の実施形態では、便宜上、回転翼の直径方向を「径(直径・半径)方向」、回転翼の直径方向と垂直な方向を「軸線方向(または軸方向)」として説明する。
真空ポンプ1の外装体を形成するケーシング(外筒)2は、略円筒状の形状をしており、ケーシング2の下部(排気口6側)に設けられたベース3と共に真空ポンプ1の筐体を構成している。そして、この筐体の内部には、真空ポンプ1に排気機能を発揮させる構造物である気体移送機構が収納されている。
本実施形態では、この気体移送機構は、大きく分けて、回転自在に支持された回転部(ロータ部)と、筐体に対して固定された固定部(ステータ部)から構成されている。
また、図示しないが、真空ポンプ1の外装体の外部には、真空ポンプ1の動作を制御する制御装置が専用線を介して接続されている。
また、ベース3には、当該真空ポンプ1から気体を排気するための排気口6が形成されている。
各らせん状板900は、シャフト7の軸線に対して放射状に伸び、かつ、螺旋流路を形成するように伸びたらせん状の円板部材により構成される。なお、当該円板部材には、シャフト7の軸線に対して水平方向に少なくとも1つのスリットが形成されている。
なお、らせん状板900は、ロータ8と一体に形成される構成でもよいし、別部品として配設される構成にしてもよい。
さらに、ステータコラム80内には、シャフト7のモータ部20に対して吸気口4側と排気口6側に、シャフト7をラジアル方向(径方向)に非接触で支持するための径方向磁気軸受装置30、31が設けられている。また、シャフト7の下端には、シャフト7を軸線方向(アキシャル方向)に非接触で支持するための軸方向磁気軸受装置40が設けられている。
この固定部には、円筒形状をしたスペーサ70により互いに隔てられて固定されている固定円板10が配設されている。
固定円板10は、シャフト7の軸線に対して垂直に放射状に伸びた円板形状をした板状部材である。本実施形態では、半円形状(不完全な円形状)の部材を接合することにより円形形状に形成され、ケーシング2の内周側において、らせん状板900と互い違いに、軸線方向に複数段配設されている。また、固定円板10には、貫通している孔である穴部12(図3)が設けられている。なお、固定円板10における穴部12ではない部分を肉部11(図3)と称する。
なお、段数については、真空ポンプ1に要求される排出性能(排気性能)を満たすために必要な任意の数の固定円板10および(あるいは)らせん状板900を設ける構成にすればよい。
このような構成により、真空ポンプ1は、真空ポンプ1に配設される真空室(図示しない)内の真空排気処理を行う。
図2は、本実施形態に係るらせん状板900を説明するための、真空ポンプ1のらせん状板900および固定円板10の概略図である。
図3は、本実施形態に係るらせん状板900を説明するための概略図であり、図2におけるスリット901付近の拡大図である。
図2に示したように、本実施形態では、スリット901よりも下流側のらせん状板900を、スリット901が小さくなる方向へずらしてらせん状板900を構成している。
より詳しくは、図3(a)に示したように、スリット901よりも下流側のらせん状板900を、スリット901よりも上流側のらせん状板900の延長線上(同図点線)に配設せず、同図にて左向きの矢印で示したように、隙間Cを小さくする方向、すなわち、スリット901の上流側のらせん状板900と重なる方向へずらして(移動して/オフセットして)らせん状板900を構成する。
なお、参考までに、同図において二点鎖線で示したらせん状板900の位置は、下流側のらせん状板900を、スリット901よりも上流側のらせん状板900の延長線上に配設した場合の位置(従来技術)である。
この構成であれば、図3(b)に示したように、貫通している孔である穴部12および穴部12以外の部分である肉部11を有する固定円板10を、らせん状板900のスリット901内に配設させた場合に、ガスがらせん状板900(隙間C/スリット901)および固定円板10(穴部12)を通り抜けて逆流してしまうこと低減することができる。
図4は、本実施形態に係るらせん状板900を説明するための概略拡大図である。
まず、図4(a)に示したように、本実施形態のらせん状板900は、上流側のらせん状板900と下流側のらせん状板900がスリット幅Sを隔てて軸方向に対向(対面)し、かつ、上流側のらせん状板900と下流側のらせん状板900は位相差Pを有する。
以下、この位相差Pと、らせん状板900を削り出す切削加工に使用するエンドミル(以下、加工用エンドミルと称する)との関係について説明する。
なお、本実施形態では、らせん状板900を削り出す切削加工のための工具として、側面の刃で切削し、軸に直交する方向に穴を削り広げる用途で利用される加工用エンドミルであり、一例として、半径R(5mm前後)を有する加工用エンドミルを使用する場合を例にとって説明する。
また、本実施形態では、らせん状板900のスリット901が形成される端面(端部)を平滑に仕上げる際にも、当該加工用エンドミルを用いる。
図4(b)には、上述したらせん状板900のうち、位相差Pが大きい(すなわち、重なり部分Nの投影面積が小さい)場合のらせん状板900が示されている。
本実施形態では、まず、下流側のらせん状板900の傾斜面をスリット901の位置まで加工用エンドミルで加工する。
次に、スリット901の位置で、加工用エンドミルを上流側らせん状板900側へ持ち上げる。その際に、下流側のらせん状板900の先端を加工用エンドミルの右側面で削り、面取り(エッジ)を形成する。そして、そのまま、上流側のらせん状板900の傾斜面を加工する。
ここで、下流側のらせん状板900の面取りの加工から連続して上流側のらせん状板900の傾斜面の加工へ移る際に、下流側のらせん状板900の面取りの加工終了位置と、上流側のらせん状板900の傾斜面の加工開始位置が近い方が効率がよい。
しかし、図4(b)の構成では、下流側のらせん状板900の面取りの加工終了位置と、上流側のらせん状板900の傾斜面の加工開始位置が離れているため、加工開始位置まで移動させる必要がある。
図4(c)に示したように、らせん状板900を切削加工する(削り出す)にあたり、以下(1)または(2)の少なくともいずれか1つの範囲で設計することが望ましい。
(1)加工用エンドミルの半径Rは、らせん状板900のスリット901のスリット幅Sよりも小さくする(R<S)。
(2)加工用エンドミルの半径Rは、上流側のらせん状板900と下流側のらせん状板900との位相差Pよりも小さくする(R<P)。
この構成であれば、下流側のらせん状板900の傾斜面の加工を終えて加工用エンドミルを上げた位置と、上流側のらせん状板900の傾斜面を加工し始める位置とが一致するので、加工位置まで移動させる必要がない。
なお、加工用エンドミルの半径Rが大きいほど加工作業は容易になる。
そこで、らせん状板900のスリット幅Sと位相差Pを同じまたは同程度(つまり、略同じ)とし、かつ、加工用エンドミルの半径Rは、同程度としたスリット幅Sおよび位相差Pよりもやや小さく構成するとよい(S=P<R)。
その結果、らせん状板900の製造に必要なコストや手間を低減することができるので、生産性を向上させることができる。
図5は、本実施形態の変形例に係るらせん状板930(940、950)を説明するための概略拡大図である。
まず、図5(a)に示したように、本変形例のらせん状板930では、上流側のらせん状板930と下流側のらせん状板930の各々に形成される水平部分(水平面)の幅をWとする。
また、その水平面の幅Wにおいて、上流側のらせん状板930と下流側のらせん状板930とが所定の隙間を介して対向する部分の幅をN(重なり部分N)とする。
そして、らせん状板930に施す面取りの角度を面取り角θ3とする。
まず、図5(a)には、面取り角θ3が90度である面取り加工が施されたらせん状板930が示されている。より詳しくは、らせん状板930のスリット901が形成される端部において鋭角(鋭角部)が形成される方の端部に、面取り加工が施される構成にする。
この面取り加工が施された構成により、スリット901部分にバリが形成されることを防ぐことができる。
図5(b)に示したように、らせん状板930の水平面と、当該らせん状板930のスリット901に配設される固定円板(固定円板10:図2)との間の摩擦損失を低減するために、水平面の幅Wおよび重なり部分Nを削減するらせん状板940の構成にするとよい。
そこで、図5(c)のらせん状板950で示したように、上流側のらせん状板950と、下流側のらせん状板950との重なり部分Nがなくならない範囲で、面取り角θ3を小さくする、すなわち、鋭角の面取り角θ3を形成するとよい。本実施例では、一例として、面取り角θ3を30度で構成している。
あるいは、図示しないが、面取り面941を曲線で形成する構成にしてもよい。面取り面941を曲線で形成することにより、ガスの流れをより滑らかにすることができる。
その結果、真空ポンプ1の排気性能を向上させることができる。
2 ケーシング(外筒)
3 ベース
4 吸気口
5 フランジ部
6 排気口
7 シャフト
8 ロータ
10 固定円板
11 肉部(固定円板)
12 穴部(固定円板)
20 モータ部
30 径方向磁気軸受装置
31 径方向磁気軸受装置
40 軸方向磁気軸受装置
70 スペーサ
80 ステータコラム
900 らせん状板
901 スリット
930 らせん状板
940 らせん状板
941 面取り面(らせん状板)
950 らせん状板
9000 らせん状板(従来)
9001 スリット(従来)
Claims (9)
- 吸気口と排気口が形成された外装体と、
前記外装体に内包され、回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸または前記回転軸に配設された回転円筒体の外周面に、少なくとも1つのスリットが設けられ、らせん状に配設されたらせん状板と、
前記らせん状板の前記スリット内に、当該スリットと所定の間隔を設けて配置され、貫通した穴部を有する固定円板と、
前記固定円板を固定するスペーサと、
前記らせん状板と前記固定円板との相互作用により前記吸気口側から吸気した気体を前記排気口側へ移送する真空排気機構と、
を備える真空ポンプであって、
前記スリットの下流側の前記らせん状板の少なくとも1つは、前記スリットの上流側の前記らせん状板の延長線上より、前記スリットの上流側の前記らせん状板と重なる方向へオフセットして配設されたことを特徴とする真空ポンプ。
- 前記スリットの少なくとも1つにおいて、上流側の前記らせん状板と下流側の前記らせん状板が所定の隙間を介して重なり、当該スリットが前記回転軸方向に不可視となることを特徴とする請求項1に記載の真空ポンプ。
- 前記スリットの少なくとも1つにおいて、上流側の前記らせん状板と下流側の前記らせん状板の位相差は、前記スリットの幅と同値であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の真空ポンプ。
- 前記らせん状板が前記スリットにより分割されて形成された鋭角部の少なくとも1つに、面取り加工が施されたことを特徴とする請求項1、請求項2、または請求項3に記載の真空ポンプ。
- 前記面取り加工は、前記らせん状板が前記スリットにより分割されて形成された水平面の幅内にて施され、かつ、前記面取りが鋭角であることを特徴とする請求項4に記載の真空ポンプ。
- 前記らせん状板の前記スリットの幅、あるいは、上流側の前記らせん状板と下流側の前記らせん状板の前記位相差、のうち少なくともいずれか1つよりも小さい半径を有する切削加工用工具によって切削成形された前記らせん状板を備えることを特徴とする請求項1から請求項5のうち少なくともいずれか1項に記載の真空ポンプ。
- 前記請求項1から請求項6の少なくともいずれか1項に記載の真空ポンプに備わるらせん状板。
- 前記請求項7に記載のらせん状板を備えることを特徴とする回転円筒体。
- 前記請求項7に記載のらせん状板の製造方法であって、
下流側の前記らせん状板の傾斜面を切削する第1工程と、
前記下流側のらせん状板の前記面取りを形成する第2工程と、
上流側の前記らせん状板の傾斜面を切削する第3工程と、
を連続して加工することを特徴とする、前記らせん状板の製造方法。
Priority Applications (6)
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