JP2012041857A - Turbo-molecular pump - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、ターボ分子ポンプに関する。 The present invention relates to a turbo molecular pump, for example.
高真空あるいは超高真空を得るターボ分子ポンプは、ケース部材内において、ロータとロータ軸を高速に回転し、ロータ翼とステータ翼とにより気体分子を吸気口側から排気ポート側に移送する。ロータとロータ軸とは、例えば、2万〜4万r.p.mの高速で回転されるため、強固な固定構造が採用される。
一般的には、ロータとロータ軸とを、軸心を一致させた状態で、軸方向に重合し、複数のボルトにより締結する。
ロータの中央部に軸方向に貫通する開口部を設け、ロータ軸の軸方向における上部に、ロータの開口部を貫通する貫通軸部を設け、ロータと貫通軸部とを焼き嵌めにより固定する構造も知られている(例えば、特許文献1、段落[0040]参照)。この構造においても、ロータおよびロータ軸に、軸方向において重合する部分を設け、この重合部分においてボルトにより締結している。
A turbo molecular pump that obtains a high vacuum or an ultra-high vacuum rotates a rotor and a rotor shaft at high speed in a case member, and transfers gas molecules from an intake port side to an exhaust port side by a rotor blade and a stator blade. The rotor and the rotor shaft are, for example, 20,000 to 40,000 r. p. Since it is rotated at a high speed of m, a strong fixing structure is adopted.
In general, the rotor and the rotor shaft are superposed in the axial direction in a state where the shaft centers coincide with each other, and are fastened by a plurality of bolts.
A structure in which an opening that penetrates in the axial direction is provided at the center of the rotor, a penetration shaft that penetrates the opening of the rotor is provided in the upper part in the axial direction of the rotor shaft, and the rotor and the penetration shaft are fixed by shrink fitting Is also known (see, for example, Patent Document 1, paragraph [0040]). Also in this structure, a portion that overlaps in the axial direction is provided on the rotor and the rotor shaft, and these portions are fastened with bolts.
上記先行文献に記載されたターボ分子ポンプでは、ロータは、ロータ軸にボルトにより締結するための重合部分を有し、この分、質量が大きくなっている。ターボ分子ポンプは、万が一、運転中にロータが破壊した場合でも、ケース部材の外部に対して、安全を確保するようにしておく必要がある。
ロータの破壊トルクは、ロータの質量に比例するので、ボルトを締結する重合部分を有する構造では、その分、質量が増大する。また、ボルト締めによる構造においては、ボルト締結の際、ボルト外径とキリ穴の公差により、取り付け位置にズレが生じるため、ロータ回転時におけるアンバランスが発生する。
In the turbo molecular pump described in the above-mentioned prior document, the rotor has a superposed portion for fastening to the rotor shaft with a bolt, and the mass is increased accordingly. The turbo molecular pump needs to ensure safety to the outside of the case member even if the rotor breaks down during operation.
Since the breaking torque of the rotor is proportional to the mass of the rotor, in the structure having the overlapping portion for fastening the bolt, the mass increases accordingly. Further, in the structure by bolt tightening, when the bolt is tightened, the mounting position is displaced due to the tolerance of the bolt outer diameter and the drill hole, so that an unbalance occurs when the rotor rotates.
この発明のターボ分子ポンプは、ケース部材内にロータ軸と、ロータ軸に固定されたロータとを高速に回転し、吸入口側から排気ポート側へ気体分子を移送するターボ分子ポンプにおいて、ロータ軸は、軸方向の上端部に、軸方向に所定の厚さを有する嵌め合い軸部を有し、ロータはロータ軸の嵌め合い軸部に嵌合する嵌合用開口部を有し、ロータとロータ軸の嵌め合い軸部とは、それぞれ、軸方向において重合する部分を有しておらず、ロータの嵌合用開口部にロータ軸の嵌め合い軸部が嵌合され、前記ロータと前記ロータ軸とが、冷やし嵌めまたは焼き・冷やし嵌めにより固定されていることを特徴とする。 A turbo molecular pump according to the present invention is a turbo molecular pump that rotates a rotor shaft in a case member and a rotor fixed to the rotor shaft at a high speed to transfer gas molecules from the suction port side to the exhaust port side. Has a fitting shaft portion having a predetermined thickness in the axial direction at the upper end portion in the axial direction, and the rotor has a fitting opening for fitting into the fitting shaft portion of the rotor shaft. The shaft fitting shaft portion does not have a portion that overlaps in the axial direction, and the rotor shaft fitting shaft portion is fitted into the fitting opening of the rotor, and the rotor and the rotor shaft Is fixed by cold fitting or baking / cold fitting.
この発明によれば、ロータは、ボルト締結用の重合部分を有していないので、その分、ロータの質量を小さくすることができ、ロータの破壊強度を低減することができる。
また、冷やし嵌めまたは焼き・冷やし嵌めにより固定し、ボルト締結ではないので、ボルト締結時のズレにより発生するロータのアンバランスをなくすことができる。
According to this invention, since the rotor does not have the overlapping portion for fastening the bolt, the rotor mass can be reduced correspondingly, and the breaking strength of the rotor can be reduced.
Moreover, since it is fixed by cold fitting or baking / cold fitting and not bolt fastening, it is possible to eliminate rotor imbalance caused by deviation at the time of bolt fastening.
(実施形態1)
以下、図を参照して本発明の実施形態1について説明する。図1には、磁気軸受式のターボ分子ポンプの断面図が示されている。ターボ分子ポンプ1は、上ケース12とベース13からなるケース部材11を備えている。上ケース12とベース13はシール部材42を介して密着して固定され、外部から密封された構造とされている。
(Embodiment 1)
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic bearing type turbo molecular pump. The turbo molecular pump 1 includes a
ケース部材11の中心軸上には、ロータ軸5が配置されている。ロータ軸5上にはロータ軸5と同軸上に取り付けられたロータ4が配置されている。ロータ軸5とロータ4とは、詳細は後述するが、高速回転時の遠心力により軸心にずれが生じないように締まり嵌めにより強固に固定されている。ロータ軸5は、ラジアル方向の磁気軸受31(2箇所)およびスラスト方向の磁気軸受32(上下一対)によって非接触で支持される。ロータ軸5の浮上位置は、ラジアル変位センサ33a、33bおよびアキシャル変位センサ33cによって検出される。磁気軸受31、32によって回転自在に磁気浮上されたロータ軸5は、モータ35により高速回転駆動される。
A
ロータ軸5の下面には、メカニカルベアリング34を介してロータディスク38が取り付けられている。また、ロータ軸5の上部側にはメカニカルベアリング36が設けられている。メカニカルベアリング34、36は非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはメカニカルベアリング34、36によりロータ軸5が支持される。
A
ロータ4は、上部側と下部側の二段構造を有し、上部側には複数段のロータ翼7が設けられている。最下段のロータ翼7から下方は、ロータ円筒部9とされた下部側となっている。
ロータ4の上部側においては、ロータ翼7とステータ翼6とがリング状のスペーサ21を間に挟んで、ポンプの軸方向に交互に積層されている。上ケース12の内面において、ベース13の上面上にスペーサ21とステータ翼6を、交互に積層し、上ケース12をベース13に固定すると、積層されたスペーサ21とステータ翼6がベース13と上ケース12との間に挟持され、ステータ翼6が位置決めされる。
The
On the upper side of the
ロータ4のロータ円筒部9の外周側には、リング状のネジステータ8がボルト41によりベース13に固定されている。ネジステータ8は螺旋条突部8aを有し、螺旋状突部8a間にはネジ溝部8bが形成されている。ロータ4のロータ円筒部9の外周面とネジステータ8の内周面とは、ロータ4が高速に回転したときに、気体分子を上方から下方に移送することができるような間隙が設けられている。
On the outer peripheral side of the rotor cylindrical portion 9 of the
ベース13には排気ポート45が設けられ、この排気ポート45にバックポンプが接続される。ロータ4を磁気浮上させ、この状態でモータ35により高速回転駆動することにより、吸気口15側の気体分子が排気ポート45側へと排気される。
The
このターボ分子ポンプ1は、上ケース12の内部空間に翼排気部2を有し、ベース13の内部空間にネジ溝排気部3を有する複合タイプのターボ分子ポンプである。翼排気部2は複数段のロータ翼7と複数段のステータ翼6とで構成され、ネジ溝排気部3はロータ円筒部9とネジステータ8とで構成されている。
The turbo molecular pump 1 is a composite type turbo molecular pump having a
フランジ17は、締結部材(図示せず)により、図示しない真空チャンバの排気系のフランジに取りつけられる。モータ35によりロータ4を回転駆動すると真空チャンバ内の気体分子が吸気口15から流入する。吸気口15から流入した気体分子は翼排気部2において、下流側へと叩き飛ばされる。図示はしないが、ロータ翼7とステータ翼6とは翼の傾斜の向きが逆であり、且つ、傾斜角度は、高真空側である前段側から下流側である後段側に向けて、気体分子が逆行しにくい角度に変化して形成されている。気体分子は、翼排気部2において圧縮されて図示下方のネジ溝排気部3へ移送される。
The
ネジ溝排気部3においては、ネジステータ8に対してロータ円筒部9が高速回転すると粘性流による排気機能が発生し、翼排気部2からネジ溝排気部3へと移送された気体は圧縮されながら排気ポート45へ移送され真空排気される。なお、本実施の形態では、ネジ溝構成を有するネジ溝排気部3としているが、ネジ溝構成以外の構成も含め、粘性流による排気機能を発揮する部分はドラッグポンプ部と呼ばれる場合もある。
In the thread
ロータ4とロータ軸5の固定構造の詳細を説明する。
ロータ4は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属で形成されている。ロータ4の中央部には、厚さ方向に貫通する円筒状の嵌合用開口部4aが形成されている。ロータ軸5は、円筒状に形成され、例えば、クロムモリブデン鋼(SCM)等の鉄鋼で形成されている。ロータ4とロータ軸5とは、軸心が同軸となるように固定されており、ロータ軸5の軸方向の上端部には、径大の円筒状の嵌め合い軸部5aが形成されている。この嵌め合い軸部5aは軸方向に所定の厚さを有しており、嵌め合い軸部5aの厚さは、ロータ4における嵌合用開口部4aが形成された中央部の厚さよりも厚く形成されている。
Details of the fixing structure of the
The
ロータ4とロータ軸5の嵌め合い軸部5aとは締まり嵌めのみにより固定されており、いずれの部材にも、軸方向に重合する部分は形成されていない。つまり、ロータ4の嵌合用開口部4aの内周側面は、厚さ方向の全体に亘り、ロータ軸5の嵌め合い軸部5aの外周面に圧接されており、ボルトが挿通される部分を有していない。また、ロータ軸5の嵌め合い軸部5aの外周面は、厚さ全体に亘って軸方向と平行に形成され、ボルトが挿通される部分を有していない。
The
ここで、ロータ4の材料であるアルミニウムの線膨張係数は、23.4E−06である。また、ロータ軸5の材料、例えば、SCM425の線膨張係数は12.0E―06である。
つまり、線膨張係数は、ロータ4の方がロータ軸5よりも大きい。このことは、ロータ4およびロータ軸5の温度が同じ温度に上昇した場合には、ロータ4の嵌合用開口部4aの内周側面の方が、ロータ軸5の外周面より外側に大きく変位することを意味する。
このため、ロータ4と、ロータ軸5を焼き嵌めにより固定すると、温度上昇時に、固定力が低減してしまう。従って、ボルト締結など、他の固定構造が必要となる。
Here, the linear expansion coefficient of aluminum which is the material of the
That is, the linear expansion coefficient of the
For this reason, if the
そこで、この実施形態では、ロータ4とロータ軸5の嵌め合い軸部5aとを、冷やし嵌めまたは焼き・冷やし嵌めにより固定している。
冷やし嵌めの場合、例えば、嵌め合い軸部5aを含めロータ軸5を、―100℃程度に冷却し、この状態でロータ4の嵌合用開口部4aに嵌入する。この場合、嵌め合い軸部5aの外径寸法とロータ4の嵌合用開口部4aの寸法とは、嵌め合い軸部5aが冷却された状態で、緊密に嵌合する寸法、つまり、締まり嵌め寸法に設定しておく。
焼き・冷やし嵌めの場合、例えば、ロータ4を100℃程度に加熱し、嵌め合い軸部5aを含めロータ軸5を、−100℃程度に冷却し、この状態で嵌め合い軸部5aをロータ4の嵌合用開口部4aに嵌入する。この場合、嵌め合い軸部5aの外径寸法とロータ4の嵌合用開口部4aの寸法とは、嵌め合い軸部5aが冷却され、且つ、ロータ4が加熱された状態で緊密に嵌合する寸法、つまり、締まり嵌め寸法に設定しておく。
Therefore, in this embodiment, the
In the case of cold fitting, for example, the
In the case of baking and cold fitting, for example, the
このようにすることにより、常温において、ロータ4とロータ軸5の嵌め合い軸部5aには圧接力が作用し強固に固定される。そして、ロータ4の温度が上昇しても、ロータ4とロータ軸5の嵌め合い軸部5aとの強固な固定は維持される。
By doing so, a pressure contact force acts on the
上記実施形態によれば、下記の効果を奏する。
(1)ロータ4とロータ軸5との固定にボルト締結を必要としないので、ロータ4にロータ軸5に重合する部分を設ける必要がない。このため、その分、ロータ4の質量を低減することができ、ロータ破壊トルクを小さくすることができる。
(2)ボルト締結ではないので、ロータ4またはロータ軸5の嵌め合い軸部5aの一方に設けるキリ穴とボルト外径との公差によって生じるボルト締結時のズレが発生することがない。このため、ボルト締結時のズレに起因するロータのアンバランスをなくすことができる。
(3)ボルトを使用しないので、部品点数を削減することができ、また、組付時間も短縮することができるので、コストの低減が可能となる。
According to the said embodiment, there exist the following effects.
(1) Since bolt fastening is not required for fixing the
(2) Since it is not bolt fastening, there is no occurrence of displacement at the time of bolt fastening caused by the tolerance between a drill hole provided in one of the
(3) Since no bolts are used, the number of parts can be reduced, and the assembly time can be shortened, so that the cost can be reduced.
なお、上記実施形態では、ロータ軸5の嵌め合い軸部5の外径を、他の部分より径大とするものであったが。嵌め合い軸部5aの径を、他の部分と同一あるいはそれ以下としてもよい。また、ロータ4およびロータ軸5の材料は、上記した材料に限定されるものではない。ロータ軸5の嵌め合い軸部5の軸方向における厚さがロータ4の中央部の厚さよりも厚いものであったが、ロータ4の中央部の厚さと同一またはそれ以下とすることもできる。
In the above embodiment, the outer diameter of the
(実施形態2)
図2〜図4は、本発明に係るターボ分子ポンプ1の実施形態2を示し、図2はロータ4’とロータ軸5’の側面図であり、図3は、図2におけるIII−III線で切断したロータ軸5’の断面図であり、図4は、図2におけるIII−III線で切断したロータ4’の中央部付近の断面図である。
実施形態2では、ロータ軸5’は、図3に図示されるように、嵌め合い軸部5a’の外周面から軸方向と直角方向に突き出す突起部5bが形成されている。突起部5bは、軸の中心線に対して線対称に一対形成されている。
(Embodiment 2)
2 to 4 show a second embodiment of the turbo-molecular pump 1 according to the present invention, FIG. 2 is a side view of the
In the second embodiment, as shown in FIG. 3, the
一方、ロータ4’には、嵌合用開口部4a’の内周面に、嵌め合い軸部5a’の突起部5bに対応する形状を有する凹部4bが形成されている。
実施形態2においても、ロータ4’とロータ軸5’の嵌め合い軸部5a’とは、冷やし嵌め、または焼き・冷やし嵌めにより固定される。この場合、嵌め合い軸部5の突起部5bとロータ4の凹部4bも含め、締まり嵌め寸法に設定される。
On the other hand, a
Also in the second embodiment, the
従って、実施形態2の場合にも、実施形態1の場合と同様な効果を得ることができる。
また、ロータ4やロータ翼7に突発的に大きな負荷がかかった場合でも、嵌め合い軸部5の突起部5bとロータ4の凹部4bとにより、ロータ4’とロータ軸5’との緩みを防止することができる。つまり、ロータ4’とロータ軸5’の外周周りに作用する外力に対しても強固な保持力を有する。
Therefore, in the case of the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
Further, even when a large load is suddenly applied to the
なお、上記実施形態においては、ターボ分子ポンプ1はネジ溝部8bを有するものであるが、ネジ溝部8bを有していないターボ分子ポンプに適用することも可能である。
In addition, in the said embodiment, although the turbo molecular pump 1 has the
また、磁気軸受式ターボ分子ポンプを実施形態として説明したが、本発明は磁気軸受式に限らず適用することが可能である。その他、本発明は、発明の趣旨の範囲において種々変形して適用することが可能であり、要は、ケース部材内にロータ軸と、ロータ軸に固定されたロータとを高速に回転し、吸入口側から排気ポート側へ気体分子を移送するターボ分子ポンプにおいて、ロータ軸は、軸方向の上端部に、軸方向に所定の厚さを有する嵌め合い軸部を有し、ロータはロータ軸の嵌め合い軸部に嵌合する嵌合用開口部を有し、ロータとロータ軸の嵌め合い軸部とは、それぞれ、軸方向において重合する部分を有しておらず、ロータの嵌合用開口部に前記ロータ軸の嵌め合い軸部が嵌合され、ロータとロータ軸とが、冷やし嵌めまたは焼き・冷やし嵌めにより固定されているものであればよい。 Moreover, although the magnetic bearing type turbo molecular pump has been described as an embodiment, the present invention is not limited to the magnetic bearing type and can be applied. In addition, the present invention can be applied in various modifications within the scope of the invention. In short, the rotor shaft and the rotor fixed to the rotor shaft are rotated at high speed in the case member, and suction is performed. In a turbo molecular pump that transfers gas molecules from the mouth side to the exhaust port side, the rotor shaft has a fitting shaft portion having a predetermined thickness in the axial direction at the upper end portion in the axial direction, and the rotor is There is a fitting opening that fits into the fitting shaft, and each of the rotor and the fitting shaft of the rotor shaft does not have a portion that overlaps in the axial direction. Any fitting shaft portion of the rotor shaft may be fitted, and the rotor and the rotor shaft may be fixed by cold fitting or baking / cold fitting.
1 ターボ分子ポンプ
2 翼排気部
3 ネジ溝排気部
4、4’ ロータ
4a、4a’ 嵌合用開口部
4b 凹部
5、5’ ロータ軸
5a、5a’ 嵌め合い軸部
5b 突起部
6 ステータ翼
7 ロータ翼
8 ネジステータ
8a 螺旋状突部
8b ネジ溝部
9 ロータ円筒部
11 ケース部材
12 上ケース
13 ベース
15 吸気口
21 スペーサ
45 排気ポート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbo
Claims (5)
前記ロータ軸は、軸方向の上端部に、軸方向に所定の厚さを有する嵌め合い軸部を有し、前記ロータは前記ロータ軸の嵌め合い軸部に嵌合する嵌合用開口部を有し、且つ、前記ロータと前記ロータ軸の嵌め合い軸部とは、それぞれ、軸方向において重合する部分を有しておらず、前記ロータの嵌合用開口部に前記ロータ軸の嵌め合い軸部が嵌合され、前記ロータと前記ロータ軸とが、冷やし嵌めまたは焼き・冷やし嵌めにより固定されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。 In the turbo molecular pump that rotates the rotor shaft in the case member and the rotor fixed to the rotor shaft at high speed and transfers gas molecules from the suction port side to the exhaust port side,
The rotor shaft has a fitting shaft portion having a predetermined thickness in the axial direction at an upper end portion in the axial direction, and the rotor has a fitting opening for fitting into the fitting shaft portion of the rotor shaft. In addition, each of the rotor and the fitting shaft portion of the rotor shaft does not have a portion that overlaps in the axial direction, and the fitting shaft portion of the rotor shaft is provided in the fitting opening of the rotor. A turbo-molecular pump, which is fitted, and the rotor and the rotor shaft are fixed by cold fitting or baking / cooling fitting.
5. The turbo molecular pump according to claim 1, wherein the fitting shaft portion of the rotor shaft has a protruding portion protruding in a direction perpendicular to the axial direction on a circumferential side portion, and the fitting of the rotor is performed. The turbo-molecular pump, wherein the joint opening has a recess corresponding to the protrusion of the fitting shaft of the rotor shaft.
Priority Applications (1)
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Cited By (1)
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JP2014181628A (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-29 | Shimadzu Corp | Vacuum pump |
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- 2010-08-18 JP JP2010183288A patent/JP2012041857A/en active Pending
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