KR101823703B1

KR101823703B1 - 진공 펌프

Info

Publication number: KR101823703B1
Application number: KR1020127017197A
Authority: KR
Inventors: 다카시 가바사와
Original assignee: 에드워즈 가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2018-03-14
Also published as: JPWO2011162070A1; EP2587069B1; EP2587069A4; EP2587069A1; US9759221B2; WO2011162070A1; JP5735963B2; CN102725535A; CN102725535B; KR20130093463A; US20130115094A1

Abstract

섬유 강화 플라스틱재를 원통형으로 성형하여 원통 로터를 사용한 경우에도, 원통 로터의 성형 후에 마무리 가공을 행하지 않아도 되는 진공 펌프를 제공한다. 터보 분자 펌프부(14)와 나사 홈 펌프부(15)를 가지며, 터보 분자 펌프부(14)의 로터(17)의 하단부에 나사 홈 펌프부(15)의 섬유 강화 플라스틱재를 원통형으로 성형하여 이루어지는 원통 로터(21)의 상단부를 접합한 진공 펌프에 있어서, 터보 분자 펌프부(14)의 로터(17)와 나사 홈 펌프부(15)의 원통 로터(21)의 접합 부분을 배기 경로(24)의 상류측에 설치한다. 이로 인해, 원통 로터(21)의 성형 후에 마무리 가공을 행하지 않아도 된다. 또한, 원통 로터(21)의 성형 후에 마무리 가공을 행하는 경우는, 원통 로터(21)의 요철 부분에 수지를 코팅하거나, 권부각을 45도 이하로 하여 헬리컬 형상으로 섬유를 감아도 된다.

Description

진공 펌프{VACUUM PUMP}

본 발명은 진공 펌프에 관한 것이며, 특히, 반도체 제조나 고에너지 물리학 등에 제공되는 공업용 진공 장치에 있어서, 중진공으로부터 고진공 및 초고진공에 걸치는 압력 범위에서 이용 가능한 진공 펌프에 관한 것이다.

종래, 이런 종류의 진공 펌프는, 흡기구와 배기구를 갖는 하우징 내에, 상기 흡기구측으로부터 터보 분자 펌프부와 원통형 나사 홈 펌프부를 순차적으로 설치한 구조로 되어 있다.

또, 상기 원통형 나사 홈 펌프부의 로터 혹은 스테이터는 알루미늄 합금제이며, 진공 펌프의 회전수의 고속화는, 원통형 나사 홈 펌프부의 로터의 강도로 제한된다.

그래서, 상기 진공 펌프의 나사 홈 펌프부의 로터에, 섬유 강화 플라스틱재(Fiber　Reinforced　Plastics, 통칭 「FRP재」라고 한다.)를 원통형으로 성형하여 이루어지는 원통 로터를 사용하고, 상기 원통 로터의 강도 업을 도모하도록 한 구조의 것도 알려져 있다. 원통 로터에는, 회전시켰을 때의 원심력이나 열팽창율의 차이에 의해, 원주 방향의 부하가 걸린다. 그 때문에, FRP에서는 통상, 섬유를 원주 방향으로 배향한 층을 가장 외측으로 하여 형성한다. 섬유 강화 플라스틱재로서는, 아라미드 섬유, 붕소 섬유, 탄소 섬유, 유리 섬유, 폴리에틸렌 섬유 등을 이용한 것이 있다.

그러나, 섬유 강화 플라스틱재(이하, FRP재라고 한다)를 원통형으로 성형하여 원통 로터로 한 경우는, FRP재를 원통형으로 성형한 후의 표면이 크게 왜곡되어 있기 때문에, 성형 후에 마무리 가공을 행할 필요가 있다. 그런데, 이 마무리 가공에서는, 원통 로터의 표층 부근을 사행하고 있는 섬유가 촌단되어 버리기 때문에, 높은 부하(하중)를 걸었을 때에, 상기 FRP재의 섬유가 부분적으로 벗겨져 갈라짐이나 왜곡을 발생시켜 파손될 우려가 있다.

그래서, 종래부터, 그 대책으로서, 예를 들면 특허 문헌 1, 특허 문헌 2에서 알려지는 바와 같은, 여러가지 수단이 제안되어 있다.

즉, 특허 문헌 1의 진공 펌프에서는, 터보 분자 펌프부와 나사 홈 펌프부의 열팽창의 차나 원심력에 의한 변형량의 차를 완화시키기 위해서, FRP재의 지지판을 개재하여 상기 터보 분자 펌프부의 로터와 상기 나사 홈 펌프부의 원통 로터를 접합시키고 있다.

또한, 특허 문헌 2의 진공 펌프에서는, 터보 분자 펌프부와 나사 홈 펌프부의 열팽창의 차나 원심력에 의한 변형량의 차를 완화시키기 위해서, FRP재에 있어서의 섬유의 권부각, 및, 수지 함유량 등의 성형 조건이나 형상이 고안되어 있다.

일본국 특허 제3098139호 공보 일본국 특허 공개 2004-278512호 공보

상술한 바와 같이, 종래의 FRP재를 원통형으로 형성하여 이루어지는 원통 로터에 있어서의 섬유의 갈라짐이나 왜곡을 발생시켜 파손되는 경우의 대책으로서, 상기 터보 분자 펌프부의 로터와 상기 나사 홈 펌프부의 상기 원통 로터를 FRP재의 지지판을 개재하여 접합하도록 한 특허 문헌 1에 기재되는 구조에서는, 부품 점수 및 조립 공정수가 증가하기 때문에 코스트 업이 된다는 문제가 있다. 또, 정밀도 좋게 조립하는 것이 어렵고, 고정부와의 접촉 방지를 위해서, 고정부와의 클리어런스를 넓히는 것이 필요로 되는 경우도 있다. 그 결과, 배기 성능이 저하하는 문제도 있다.

또한, 상술한 특허 문헌 2에 기재되는 구조, 즉 FRP재에 있어서의 섬유의 권부각, 및, 수지 함유량 등의 성형 조건이나 형상이 고안되어 있는 구조에서는, FRP재의 형상이 복잡해지기 때문에, 생산성이 나쁘고, 코스트 업이 된다는 문제가 있다.

그래서, 섬유 강화 플라스틱재를 원통형으로 성형한 원통 로터를 사용한 경우에도, 원통 로터의 표면이 부분적으로 벗겨져 파손되는 것을 막기 위해서 해결해야 할 기술적 과제가 발생하는 것이며, 본 발명은 이 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서 제안된 것이며, 청구항 1에 기재된 발명은, 섬유 강화 복합 재료에 의해 원통형으로 형성된 원통 로터가, 타재료성 로터에 접합된 로터를 갖는 진공 펌프에 있어서, 상기 원통 로터는, 원주 방향에 대해서 45도 미만으로 섬유를 배향한 후프층을 포함하는 다층 구조로 형성되고, 적어도 상기 원통 로터의 접합 부분에서는, 상기 후프층 중 최외층이 되는 층의 섬유가 촌단(寸斷)되지 않도록, 상기 최외층의 외주에 보호 대책이 이루어지며, 상기 보호 대책은, 상기 원통 로터에 있어서의, 적어도 상기 접합 부분에 있어서, 상기 원통 로터의 표면의 요철을 저감시키도록, 상기 후프층의 외측에 설치된 수지층, 또는, 상기 원통 로터에 있어서의, 적어도 상기 접합 부분에 있어서, 원주 방향에 대해서 45도 이상으로 섬유를 배향하여, 상기 후프층의 외측에 설치된 헬리컬층, 또는, 상기 후프층이 최외층이 되도록 형성된 상기 원통 로터에 있어서, 상기 원통 로터의 외주의 상기 접합 부분을 제외한 부분의 적어도 일부를 제거 가공하는 것임,을 특징으로 하는 진공 펌프를 제공한다.

이 구성에 의하면, 섬유 강화 복합 재료에 의해 대략 원통형으로 형성된 원통 로터가, 타재료성 로터에 접합된 로터를 가지며, 또한, 나사 홈 펌프를 형성하여 이루어지는 진공 펌프에 있어서, 상기 원통 로터는, 원주 방향에 대해서 45도 미만으로 섬유를 배향한 후프층을 포함하는 다층 구조로 형성되어 있다. 즉, 섬유는, 원통 로터의 원주 방향에 대해서 45도 미만의 각도로 감겨 링형상의 층을 형성하고 있다. 또한, 원통 로터의 접합 부분에 있어서는, 후프층 중 최외층이 되는 층의 섬유가 촌단되지 않도록, 최외층의 외주에 보호 대책이 되어 있다.

청구항 2에 기재된 발명은, 상기 원통 로터에 있어서의, 적어도 상기 접합 부분에 있어서, 상기 원통 로터의 표면의 요철을 저감시키도록, 상기 후프층의 외측에 수지층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 진공 펌프를 제공한다.

이 구성에 의하면, 원통 로터의 접합 부분에 있어서, 후프층의 외측에 수지층이 설치되어 있다. 이로 인해, 원통 로터의 표면의 요철을 저감시킬 수 있다. 또한, 수지층을 평활면의 형상으로 형성하는 방법으로서는, 원통 로터의 표면의 오목부에 수지재를 뿌려 상기 오목부 내를 묻는 방법, 수지재를 솔로 원통 로터의 표면에 도포하여 상기 오목부 내를 수지로 묻는 방법, 또는, 주형이나 금형을 사용하여 형상이나 치수 정밀도를 확보하는 방법 등을 행할 수 있다.

청구항 3 기재된 발명은, 상기 수지층이 설치된 후, 상기 수지층은 그 두께의 범위 내에서 제거 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 2에 기재된 진공 펌프를 제공한다.

이 구성에 의하면, 원통 로터의 표면에 수지층이 설치된 후에, 수지층은 그 두께의 범위 내에서 제거 가공되어 있으므로, 원통 로터의 표면의 요철이 저감됨과 더불어 표면의 마무리 정밀도를 향상시킬 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명은, 상기 수지층이, 수지를 주형함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 청구항 2 또는 3에 기재된 진공 펌프를 제공한다.

이 구성에 의하면, 원통 로터의 접합 부분에 있어서 후프층의 외측에 설치된 수지층은, 수지를 주형에 주입함으로써 형성되어 있으므로, 제거 가공을 행하지 않아도 치수 정밀도를 확보할 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명은, 상기 원통 로터에 있어서의, 적어도 상기 접합 부분에 있어서, 상기 후프층의 외측에, 원주 방향에 대해서 45도 이상으로 섬유를 배향한 헬리컬층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 진공 펌프를 제공한다.

이 구성에 의하면, 원통 로터에 있어서의 접합 부분에 있어서, 후프층의 외측에는, 또한, 원주 방향에 대해서 45도 이상으로 섬유를 배향한 헬리컬층이 설치되어 있다.

청구항 6에 기재된 발명은, 상기 헬리컬층이 설치된 후, 상기 헬리컬층의 두께의 범위 내에서, 그 헬리컬층에 감긴 섬유 및 상기 섬유의 주위의 수지가 제거 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 5에 기재된 진공 펌프를 제공한다.

이 구성에 의하면, 원통 로터의 접합 부분에 있어서의 후프층의 외측에 헬리컬층이 설치된 후, 그 헬리컬층의 두께의 범위 내에서, 그 헬리컬층에 감긴 섬유 및 상기 섬유의 주위의 수지가 제거 가공되어 있다. 헬리컬층에 감긴 섬유는, 원주 방향에 대해서 45도 이상으로 배향되어 있기 때문에, 원주 방향으로 부하가 걸린 경우에도, 헬리컬층의 섬유에는 큰 부하가 발생하지 않는다. 따라서, 원통 로터의 표면이 부분적으로 벗겨지는 것을 방지할 수 있다.

청구항 7에 기재된 발명은, 상기 후프층이 최외층이 되도록 형성된 상기 원통 로터에 있어서, 상기 원통 로터의 외주의 제거 가공의 범위는, 상기 접합 부분을 제외한 부분의 적어도 일부인 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 진공 펌프를 제공한다.

이 구성에 의하면, 후프층이 최외층이 되도록 형성된 원통 로터에 있어서, 그 원통 로터의 외주 부분은, 접합 부분을 제외한 부분의 일부분만이 제거 가공되어 있다. 따라서, 진공 펌프의 상품성을 해칠 우려는 없다.

청구항 8에 기재된 발명은, 상기 접합 부분이, 상기 나사 홈 펌프의 배기 경로의 상류측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7에 기재된 진공 펌프를 제공한다.

이 구성에 의하면, 원통 로터의 접합 부분은 나사 홈 펌프의 배기 경로의 상류측에 설치되어 있다. 즉, 섬유 강화 플라스틱재를 원통형으로 성형하여 원통 로터를 형성한 경우, 그 표면 부분이 요철 형상이 되기 때문에, 원통 표면에 대해서 마무리 가공을 실시하지 않는 경우는, 대향하는 부품과의 사이의 간극을 늘릴 필요가 있다. 그러나, 본 발명의 진공 펌프에서는, 압력이 낮기 때문에 간극을 넓혔을 때의 영향이 작은 배기 경로의 상류측에, 터보 분자 펌프부의 로터와 나사 홈 펌프부의 원통 로터의 접합 부분을 설치하고 있다. 따라서, 원통 로터와 대향하는 부품의 사이에 큰 간극이 생겨 있어도, 배기 속도 및 압축비를 현저하게 저하시키지 않고 배기구로부터 배기된다. 따라서, 섬유 강화 플라스틱재를 원통형으로 성형하여 이루어지는 원통 로터의 적어도 하중이 걸리는 접합 부분에 대해서, 원통 로터의 성형 후에 마무리 가공을 행하지 않아도 된다.

청구항 1의 발명에 의하면, 최외층의 외주에 보호 대책이 이루어짐으로써, 큰 부하가 걸리는 후프층의 섬유가 촌단되지 않게 되기 때문에, 강도의 향상을 기대할 수 있다.

청구항 2의 발명에 의하면, 최외층의 후프층을 제거 가공하여 평활화하는 대신에, 수지를 코팅하여 평활화하고 있기 때문에, 큰 부하가 걸리는 후프층의 섬유가 촌단되지 않게 되기 때문에, 강도의 향상을 기대할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 원통 로터의 표면에 형성된 수지층은 그 두께의 범위 내에서 제거 가공되어 있으므로, 청구항 2에 기재된 발명의 효과에 더하여, 원통 로터의 표면의 요철이 저감됨과 더불어 표면의 마무리 정밀도를 향상시킬 수 있다. 바꾸어 말하면, 원통 로터의 접합 부분과 대응하는 상단부 최외층에 가공 여유를 설치하고, 원통 로터의 성형 후에, 상기 가공 여유의 부분만 마무리 가공하여 소정의 정밀도에 대응할 수 있으므로, 가공 정밀도의 향상을 기대할 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 후프층의 외측에 설치된 수지층은 수지를 주형에 주입함으로써 형성되어 있으므로, 청구항 2의 발명의 효과에 더하여, 가공 공정수를 증가시키지 않고 가공 정밀도가 좋은 원통 로터를 형성할 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 원통 로터에 있어서의 접합 부분에 있어서, 후프층의 외측에, 원주 방향에 대해서 45도 이상으로 섬유를 배향한 헬리컬층을 설치하고 있으므로, 큰 부하가 걸리는 후프층의 섬유가 촌단되지 않게 되기 때문에, 강도의 향상을 기대할 수 있다.

청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 후프층의 외측에 설치한 헬리컬층의 두께의 범위 내에서, 그 헬리컬층에 감긴 섬유 및 상기 섬유의 주위의 수지가 제거 가공되어 있으므로, 청구항 5에 기재된 발명의 효과에 더하여, 원통 로터의 표면의 요철이 저감됨과 더불어, 표면의 마무리 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또 원주 방향에 대해서, 45도 이상으로 섬유를 배향하고 있기 때문에, 원주 방향으로 부하가 걸려도, 섬유에는 큰 부하는 발생하지 않는다. 그 때문에, 부분적으로 벗겨지는 일은 없다.

청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 원통 로터의 외주 부분은, 접합 부분을 제외한 부분의 일부분만으로 제거 가공의 범위가 한정되어 있고, 큰 부하가 걸리는 접합부의 후프층의 섬유가 절단되지 않기 때문에, 강도의 향상을 기대할 수 있다.

청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 압력이 낮고 고정부와의 클리어런스를 넓힌 경우에도 배기 성능에 주는 영향이 작은, 배기 경로의 상류측에 접합 부분을 설치함으로써, 접합 부분의 외주면의 마무리 정밀도가 좋지 않아도 높은 상품성을 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예로서 나타내는 진공 펌프의 종단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 본 발명의 복합 진공 펌프에 있어서의 원통 로터의 마무리 가공의 일 실시예를 나타내는 설명도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 본 발명의 복합 진공 펌프에 있어서의 원통 로터의 마무리 가공의 다른 실시예를 나타내는 설명도이다.

본 발명은, 섬유 강화 플라스틱재를 원통형으로 성형하여 원통 로터를 사용한 경우에도, 원통 로터가 저부하에서 파손되는 것을 방지한다는 목적을 달성하기 위해서, 섬유 강화 복합 재료에 의해 대략 원통형으로 형성된 원통 로터가, 타재료성 로터에 접합된 로터를 가짐과 더불어, 나사 홈 펌프를 형성하여 이루어지는 진공 펌프에 있어서, 상기 원통 로터는, 원주 방향에 대해서 45도 미만으로 섬유를 배향한 후프층을 포함하는 다층 구조로 형성되고, 적어도 상기 원통 로터의 접합 부분에서는, 상기 후프층 중 최외층이 되는 층의 섬유가 촌단되지 않도록, 상기 최외층의 외주에 보호 대책이 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프를 제공함으로써 실현했다.

(실시예)

이하, 본 발명의 진공 펌프에 대해서, 도 1 내지 도 3을 참조하면서 적합한 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명에 관련된 진공 펌프의 종단면도이다.

도 1에 있어서, 진공 펌프(10)는, 흡기구(11)와 배기구(12)를 갖는 하우징(13)을 구비하고 있다. 상기 하우징(13) 내에는, 상부에 터보 분자 펌프부(14)와, 그 하방에 원통형의 나사 홈 펌프부(15)가 설치되어 있음과 더불어, 상기 터보 분자 펌프부(14) 내와 상기 나사 홈 펌프부(15) 내를 통해 상기 흡기구(11)와 상기 배기구(12)를 연통하여 이루어지는 배기 경로(24)가 형성되어 있다.

상기 배기 통로(24)는, 보다 구체적으로는, 상기 터보 분자 펌프부(14)의 후술하는 서로 대향하고 있는 로터(17)의 외주면과 상기 하우징(13)의 내주면의 사이의 간극, 및 상기 나사 홈 펌프부(15)의 후술하는 원통 로터(21)의 외주면과 스테이터(23)의 내주면의 사이의 간극을 서로 연통시킴과 더불어, 상기 터보 분자 펌프부(14)측의 간극 상단측을 상기 흡기구(11)에 연통시키고, 또한, 상기 나사 홈 펌프부(15)측의 간극 하단측을 상기 배기구(12)에 연통하여 형성되어 있다.

상기 터보 분자 펌프부(14)는, 회전축(16)에 고정 설치된 알루미늄 합금제의 로터(17)의 외주면에 돌출 설치된 다수의 회전 날개(18, 18…)와, 상기 하우징(13)의 내주면에 돌출 설치된 다수의 고정 날개(19, 19…)의 조합으로 이루어진다.

상기 나사 홈 펌프부(15)는, 상기 터보 분자 펌프부(14)에 있어서의 로터(17)의 하단부의 외주면에 돌출 설치된 차양 형상 원환부(20)의 외주, 즉 접합부(20a)에 예를 들면 접착제 등을 이용하여 압입 고착된 원통 로터(21)와, 상기 원통 로터(21)의 외주와 소간극을 갖고 대향하고, 상기 소간극과 더불어 상기 배기 경로(24)의 일부를 형성하여 이루어지는 나사 홈(22)이 설치된 스테이터(23)로 이루어진다. 상기 나사 홈(22)은, 하방으로 감에 따라 깊이가 얕아지도록 하여 형성되어 있다. 또, 상기 스테이터(23)는, 상기 하우징(13)의 내면에 고정되어 있다. 그리고, 상기 나사 홈(22)의 하단은 상기 배기 경로(24)의 최하류측에 있어서 상기 배기구(12)에 연통되고, 상기 터보 분자 펌프부(14)의 상기 로터(17)와 상기 나사 홈 펌프부(15)의 상기 원통 로터(21)의 접합부(20a)는, 상기 배기 경로(24)의 상류 측에 설치되어 있다.

또, 상기 회전축(16)의 중간부에는, 모터 하우징(25) 내에 설치된 인덕션 모터 등의 고주파 모터(26)의 로터(26a)가 고정되어 있다. 상기 회전축(16)은, 자기 베어링으로 지승되고, 상부 및 하부에 보호 베어링(27, 27)이 설치되어 있다.

상기 원통 로터(21)는, FRP재를 원통형으로 형성하여 이루어지고, 원주 방향과 축방향의 양쪽에 힘이 분담되도록 원주 방향으로 섬유를 배향시킨 후프층, 원주 방향에 대해서 45도 이상으로 섬유를 배향한 헬리컬층 등을 조합한 복합층으로 하고 있다.

또한, 상기 터보 분자 펌프부(14)의 상기 로터(17)와 상기 나사 홈 펌프부(15)에 있어서의 상기 원통 로터(21)가 접합부(20a)와 대응하는 상단부의 개소, 즉, 상기 원통형 로터(21)의 상단부 최외층 부분은, 수지재를 뿌리고, 표면의 오목부 내를 수지재로 묻어 평활화되어 있다.

다음에, 도 1에 나타내는 진공 펌프의 동작에 대해 설명한다. 상기 고주파 모터(26)의 구동에 의해 상기 흡기구(11)로부터 유입한 기체는, 분자류 혹은 그에 가까운 중간류 상태에 있고, 그 기체 분자는 상기 터보 분자 펌프부(14)의 회전하는 상기 회전 날개(18, 18…)와 상기 하우징(13)으로부터 돌출 설치한 상기 고정 날개(19, 19…)의 작용으로 인해, 하방향으로 운동량이 부여되고, 상기 회전 날개(18, 18…)의 고속 회전에 따라 하류측으로 기체가 압축 이동한다.

또, 압축 이동된 기체는, 상기 나사 홈 펌프부(15)에 있어서, 회전하는 상기 원통 로터(21)와, 소간극을 갖고 형성된 상기 스테이터(23)에 따라 하류로 감에 따라서 깊이가 얕아지는 상기 나사 홈(22)으로 이끌리도록 하여, 점성류 상태까지 압축되면서 상기 배기 통로(24) 내를 흐르고, 상기 배기구(12)로부터 배출된다.

이 때, 상기 원통 로터(21)가, FRP재를 원통형으로 성형하여 형성된 경우는, 소정의 마무리 가공을 실시하지 않으면 상기 원통 로터(21)의 표면이 요철 상태이기 때문에, 대향하는 상기 스테이터(23)와의 간극을 늘릴 필요가 있다. 그런데, 본 실시예의 진공 펌프(10)에서는, 상기 터보 분자 펌프부(14)의 상기 로터(17)와 상기 나사 홈 펌프부(15)의 원통 로터(21)의 접합부(20a)를, 간극을 넓혔을 때의 영향이 작은 배기구(12)측에 대해서 압력이 낮은 배기 경로(24)의 상류측에 설치하고 있다. 따라서, 원통 로터(21)와 대향하는 스테이터(23)의 사이에 큰 간극이 생겨도, 배기 속도 및 압축비를 현저하게 저하시키지 않고 배기구(12)로부터 배기되게 된다.

따라서, 본 실시예의 진공 펌프(10)에서는, FRP재를 원통형으로 성형하여 이루어지는 원통 로터(21)의 적어도 하중이 걸리는 상기 접합부(20a)의 부분은, 상기 원통 로터(21)의 성형 후에 마무리 가공을 행하지 않아도 되게 된다. 따라서, 종래, 마무리 가공을 함으로써, 원통 로터(21)의 표층 부근을 사행하고 있는 섬유가 촌단되고, 높은 부하(하중)를 걸었을 때에, FRP재의 섬유 구조가 부분적으로 벗겨져 갈라짐이나 왜곡을 발생시켜 파손될 우려가 있는 문제를 해결할 수 있다. 또, 진공 펌프의 제조 공정이 간단해지므로, 제조 코스트의 코스트 다운을 도모하는 것이 가능해진다.

또, 상기 원통 로터(21)의 적어도 상기 접합부(20a)와 대응하는 상단부 최외층에 상기 가공 여유(28)를 설치하고, 상기 원통 로터(21)의 성형 후에 상기 가공 여유(28)의 부분만, 그 가공 여유(28)의 최외층의 두께의 범위 내에서 마무리 가공을 행하여 소정의 정밀도에 대응할 수 있으므로, 배기 속도 및 압축비의 저하를 더 작게 하는 것을 기대할 수 있다.

도 2는, 도 1에 나타내는 본 발명의 복합 진공 펌프에 있어서의 원통 로터의 마무리 가공의 일 실시예를 나타내는 설명도이다. 원통 로터(21)의 성형 후에, 상기 원통 로터(21)의 전체를 마무리 가공하는 경우는, 최외층의 두께의 범위 내에 있어서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 최외층의 일부(21a)를 절삭할 수 있다.

도 3은, 도 1에 나타내는 본 발명의 진공 펌프에 있어서의 원통 로터의 마무리 가공의 다른 실시예를 나타내는 설명도이다. 원통 로터(21)의 성형 후에, 상기 원통 로터(21)의 전체를 마무리 가공하는 경우는, 최외층의 두께의 범위 내에 있어서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 최외층의 오목 부분(29)에 수지재(30)를 코팅하도록 하여 마무리 가공을 실시해도 된다.

즉, 본 발명의 진공 펌프에서는, FRP로 이루어지는 원통 로터(21)의 외주의 접합부(20a)를 마무리 가공하지 않는 경우와 마무리 가공을 하는 경우의 2가지의 방법을 실현하고 있다. 전자에 있어서의 원통 로터(21)의 외주의 접합부(20a)를 마무리 가공하지 않는 경우는, 일반적으로는, FRP의 표면이 요철 형상으로 되기 때문에, 원통 로터(21)(FRP)의 외주와 대향하는 부품(즉, 로터(17)의 차양 형상 원환부(20))의 사이의 간극(클리어런스)를 크게 할 필요가 있다. 그런데, 본 발명의 실시 형태에서는, 접합부(20a)를 배기 경로(24)의 상류측에 배치함으로써, 마무리 가공을 하지 않고 FRP의 표면의 요철이 커도 사용할 수 있도록 하고 있다. 즉, 배기 경로(24)의 상류측의 압력이 낮은 곳에서는, 대향하는 부품과의 사이의 클리어런스를 크게 취해도 영향력이 작기 때문이다.

또, 후자에 있어서의 FRP로 이루어지는 원통 로터(21)의 외주의 접합부(20a)를 마무리 가공하는 경우는, 접합부(20a)의 최외층에 가공 여유를 설치하고, 마무리 가공은 최외층의 가공 여유의 범위 내에서 실시한다. 이 때, 가공 여유는, 수지재를 코팅하거나, FRP를 반원 형상의 금형 등의 사이에 끼워 수지재를 주입하거나, 또는 FRP의 권부각 45도 이하로 헬리컬 형상으로 섬유를 감는 등의 방법에 의해 마무리 가공을 실시한다.

여기서, 배기 경로(24)의 상류측에 접합부(20a)를 가지고 가지 않는 경우에는, 섬유 강화 플라스틱재(FRP)의 마무리 가공이 필요한 이유에 대해 설명한다. 원통 로터(21)로서 FRP가 사용되고 있는 나사 홈 펌프부(15)의 배기 성능은, 회전 날개(18)와 나사 홈 펌프부(15)의 하우징(13)의 클리어런스의 영향이 매우 크다. 따라서, 가능한 한 그 클리어런스를 작게 할 필요가 있다.

한편, FRP는 섬유를 감아 성형하기 때문에, 권부 불균일에 의해 표면이 요철 형상으로 되어 있다. 또, 섬유를 감을 때의 텐션이 걸리는 상태에 따라, 섬유의 권수 밀도가 바뀌기 때문에, 마무리 치수의 편차도 커진다. 그래서, 원통 로터(21)의 표면을 마무리 가공하지 않으면 클리어런스를 작게 할 수 없다. 즉, FRP의 외주를 마무리 가공하여 FRP의 표면의 요철을 가능한 한 작게 할 필요가 있다.

다음에, FRP에 큰 하중이 걸리는 이유에 대해 설명한다. 원통 로터(21)는 자기 베어링에 의한 비접촉 지지를 위해 회전 날개(18)의 방열이 좋지 않다. 그 때문에, 내측에 압입되어 있는 알루미늄 합금이 열팽창함으로써 FRP를 확대한다. 이로 인해, FRP에 큰 하중이 걸린다.

또, 해결하고자 하는 결함의 특수성으로서, FRP는 표면의 요철을 따라 물결진 상태로 감겨 있다. 그 때문에, 마무리 가공을 행하면 물결진 부분의 산의 부분에서 섬유가 분단된다. 또, 알루미늄 합금의 열팽창에 의해 FRP가 확대되었을 때도 분단된 섬유에는 하중이 걸리지 않기 때문에 원통 로터(21)에는 전단력이 발생한다. 이 때, 섬유를 잇는 수지 재료의 강도 한계를 넘으면 수지에 균열이 발생하여 갈라짐이 발생한다. 일반 용도의 경우는 갈라짐이 발생해도 문제는 없지만, 고속 회전체의 경우에는, 갈라짐 부분에 발생하는 원심력에 의해 수지에 발생하는 균열의 진전이 가속되고, 섬유 전체가 박리되는 결함이 발생한다. 그래서, 본 실시 형태에서는 하중이 걸리는 원주 방향의 섬유가 촌단되지 않도록 보호 대책을 행함으로써 이들 결함을 해소하고 있다.

여기서, FRP의 표면 처리 방법에 대해서 더 자세하게 설명한다. 상술한 바와 같이, FRP의 표면 처리에 대해서는, 마무리 가공을 행하지 않는 경우와, 스프레이나 브러싱이나 주형 등에 의해 수지층을 표면에 설치하는 경우가 있다. 후자에 있어서의 FRP의 표면에 수지층을 설치하는 경우는, 그 수지층의 두께의 범위 내에서 마무리 가공을 행한다. 또, 금형을 이용하여 표면에 수지층을 형성하는 경우는, 형상이나 치수 정밀도 등이 확보되어 있으므로, 마무리 가공을 더 행할 필요는 없다.

또한, FRP의 다른 표면 처리 방법으로서 원통 로터(21)의 축방향의 ±45도 이내로 헬리컬 형상으로 섬유를 감은 층을 FRP의 표면에 설치할 수도 있다. 이 경우, 원통 로터(21)의 축방향의 ±45도 이내로 섬유를 감으면, 열팽창 등에 의해 압입부가 확대되었을 때에 발생하는 전단력을 작게 할 수 있다. 이 경우도, 섬유를 감은 층의 두께의 범위 내에서 마무리 가공을 행한다. 또한, FRP의 압입부를 배기 경로(24)의 상류측에 설치한다. 이러한 압력이 낮은 곳에서는, 고정부와의 클리어런스를 넓혔을 때의 영향을 작게 할 수 있다.

이상을 요약하면, FRP에 의해 대략 원통형으로 형성된 원통 로터(21)가, 타재료의 차양 형상 원환부(20)의 접합부(20a)에 접합된 로터(17)를 가짐과 더불어, 원통 로터(21)가 나사 홈 펌프(15)를 형성한 진공 펌프에 있어서, 원통 로터(21)는, 원주 방향에 대해서 45도 미만으로 섬유를 배향한 후프층을 포함하는 다층 구조로 형성되어 있음과 더불어, 원통 로터(21)의 접합부(20a)에서는 후프층 중 최외층이 되는 층의 섬유가 촌단되지 않도록, 최외층의 외주에 보호 대책이 이루어져 있다.

이 때, 적어도, 원통 로터(21)가 접합부(20a)에 접합되는 부분에 있어서는, 원통 로터(21)의 표면의 요철을 저감시키도록, 후프층의 외측에 수지층이 설치되어 있다. 또한, 수지층이 설치된 후, 그 수지층은 그 두께의 범위 내에서 제거 가공되어 있다. 또한, 수지층은, 미리, 수지를 주형함으로써 형성할 수도 있다.

또, FRP의 원통 로터(21)가 접합부(20a)에 접합된 부분에 있어서는, 후프층의 외측에, 원주 방향에 대해서 45도 이상으로 섬유를 배향한 헬리컬층을 설치할 수도 있다. 또한, 헬리컬층이 설치된 후, 헬리컬층의 두께의 범위 내에 있어서 그 헬리컬층에 감긴 섬유 및 섬유의 주위의 수지가 제거 가공되어도 된다.

혹은, 후프층이 최외층이 되도록 형성된 원통 로터(21)의 외주의 제거 가공의 범위를, 접합부(20a)를 제외한 부분의 적어도 일부로 해도 된다. 또, 접합부(20a)를 나사 홈 펌프(15)의 배기 경로(24)의 상류측에 설치하면, 원통 로터(21)의 외주의 마무리 가공을 행하지 않아도 된다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명했지만, 본 발명은 이 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 한 여러 가지의 개변을 행할 수 있고, 그리고, 본 발명이 상기 개변된 것에 이르는 것은 당연하다.

(산업상의 이용 가능성)

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 진공 펌프 이외의, FRP재로 원통형으로 성형하여 이루어지는 원통 로터를 사용하는 각종의 장치에도 응용할 수 있다.

10:진공 펌프
11:흡기구
12:배기구
13:하우징
14:터보 분자 펌프부
15:나사 홈 펌프부
16:회전축
17:로터
18:회전 날개
19:고정 날개
20:차양 형상 원환부
20a:접합부
21:원통 로터
21a:최외층의 일부
22:나사 홈
23:스테이터
24:배기 통로
25:모터 하우징
26:고주파 모터
26a:로터
27:보호 베어링
28:가공 여유
29:최외부의 오목 부분
30:수지재

Claims

섬유 강화 복합 재료에 의해 원통형으로 형성된 원통 로터가, 타재료성 로터에 접합된 로터를 갖는 진공 펌프에 있어서,
상기 원통 로터는, 원주 방향에 대해서 45도 미만으로 섬유를 배향한 후프층을 포함하는 다층 구조로 형성되고,
적어도 상기 원통 로터의 접합 부분에서는, 상기 후프층 중 최외층이 되는 층의 섬유가 촌단(寸斷)되지 않도록, 상기 최외층의 외주에 보호 대책이 이루어지며,
상기 보호 대책은,
상기 원통 로터에 있어서의, 적어도 상기 접합 부분에 있어서, 상기 원통 로터의 표면의 요철을 저감시키도록, 상기 후프층의 외측에 설치된 수지층, 또는,
상기 원통 로터에 있어서의, 적어도 상기 접합 부분에 있어서, 원주 방향에 대해서 45도 이상으로 섬유를 배향하여, 상기 후프층의 외측에 설치된 헬리컬층, 또는,
상기 후프층이 최외층이 되도록 형성된 상기 원통 로터에 있어서, 상기 원통 로터의 외주의 상기 접합 부분을 제외한 부분의 적어도 일부를 제거 가공하는 것임,을 특징으로 하는 진공 펌프.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 수지층이 설치된 후, 상기 수지층은 그 두께의 범위 내에서 제거 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 3에 있어서,
상기 수지층은, 수지를 주형(注型)함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 헬리컬층이 설치된 후, 상기 헬리컬층의 두께의 범위 내에서, 그 헬리컬층에 감긴 섬유 및 상기 섬유의 주위의 수지가 제거 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
삭제
청구항 1, 3, 4, 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접합 부분은, 나사 홈 펌프의 배기 경로의 상류측에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
삭제