CN101634307A - 涡轮分子泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种动叶层和静叶层交互配置而成的涡轮分子泵，该涡轮分子泵可以防止因真空破坏而发生空气冲入运转中的装置的情况时动叶层与静叶层的叶发生接触的事故，而且转子中心部也不会受到过大的离心力，并且泵的排气性能也比现有的提高了。动叶层(1)的动叶(2)中，圆周方向的叶剖面(2a)的形状以如下方式形成：该叶剖面(2a)的前半部分以凸状向旋转方向后方弯曲，并该叶剖面(2a)的后半部以凸状向旋转方向前方弯曲，从而使该叶剖面(2a)的剖面形状形成为S字形或反S字形。

Description

涡轮分子泵
技术领域
本发明涉及一种用于制造超高真空装置及IC和半导体等中所需的真空发生装置上的涡轮分子泵。
背景技术
涡轮分子泵具有由转子和定子组成的泵功能部。其中，该转子具有类似于轴流压缩机形状的多层动叶栅，该定子具有与该动叶栅相交替排列的多层静叶栅。
公知如下例子：通过在该涡轮分子泵的叶栅设计中应用新的理论，使得不仅在自由分子流区域，而且在中间流区域中也具有有效的压缩性能和排气速度(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本专利第3532653号公报
发明内容
发明所要解决的问题
图9表示现有涡轮分子泵的一例纵向剖视图。在此，转子a在中心部b通过将由多个轴流叶c构成的轴流叶栅以多层向外侧突出而形成。
上述轴流叶栅的叶c由平板状的叶(平板叶)构成，图10表示该轴流叶栅的圆周方向剖面上的展开图的一例。
上述专利文献1的专利公报中所公开的涡轮分子泵的叶栅也是如该公报的第2图中显示的那样，由平板叶构成。
这样的平板叶，由于弯曲刚性小，在上游侧的真空部发生突发性的真空损坏，空气冲入转子部时，叶的变形大。因此，导致动叶和静叶相接触，有发生大事故的危险性。
另外，为了避免上述空气冲入时，动叶和静叶相接触，有必要加厚动叶的厚度，但是，这样存在会增大转子中心内周的应力的问题。
本发明目的是，消除这些问题，提供一种如下涡轮分子泵：弯曲刚性强，而在转子的中心部也不会产生过大的内部应力，并且，具备其排气性能比平板叶更优异的动叶。
解决课题的方法
本发明为了达成上述目的，采用由多层轴流叶栅构成的涡轮分子泵，其特征在于，形成转子的至少一个动叶层的动叶在所述转子的圆周方向上的叶剖面形状以如下方式形成：该叶剖面的上游侧部分以凸状向旋转方向的后方弯曲，并且该叶剖面的下游侧部分以凸状向旋转方向的前方弯曲，从而该叶剖面的剖面形状形成为S字形或者反S字形。
发明效果
通过本发明，在不增大转子的中心内周应力的情况下增强了叶的弯曲刚性，从而能够防止空气冲入时动叶与静叶的接触。
另外，可以增加粘性流区域中的排气速度。
附图说明
图1是本发明实施例1中涡轮分子泵动叶层的圆周方向剖面的展开图。
图2是图1中沿I-I线的剖面图。
图3是用于说明实施例1的性能的说明图。
图4是用于说明上述性能的表格。
图5是实施例2的涡轮分子泵动叶层的圆周方向的展开图。
图6是图5中沿II-II线的剖面图。
图7是实施例3的涡轮分子泵动叶层的圆周方向的展开图。
图8是图7中沿III-III线的剖面图。
图9是现有涡轮分子泵的一例的纵向剖面图。
图10是现有涡轮分子泵的轴流叶栅的圆周方向剖面的展开图。
符号说明
1、11、21 动叶层
2a        叶剖面
12a、22b  叶的前端部
12b、22b  叶的根部
22e、22h  叶的背面侧
22f、22g  叶的内面侧
Z         旋转方向
具体实施方式
用于实施本发明的最佳实施例如下。
实施例1
根据图1至图4对本发明的实施例1进行说明。
图1表示，本实施例中涡轮分子泵的动叶层1的任意半径的圆周方向剖面的展开图，图2表示构成该动叶层1的动叶2的纵向剖面图(图1中沿I-I线的剖面图)。
另外，箭头Z表示动叶层1的旋转方向，A表示上述动叶2的上游侧，B表示上述动叶2的下游侧。
如图1和图2所示，各动叶2以如下方式固定在转子的中心部3：使其叶剖面2a的上方侧即泵的吸气口侧的上游侧部分成为旋转方向的斜前方，并使该叶剖面2a的下方侧即泵的排气口侧的下游侧部分成为旋转方向的斜后方。并且，各动叶2的上述转子的圆周方向的叶剖面2a以如下方式形成：上述上游侧部分以凸状向旋转方向后方弯曲，并且上述下游侧部分以凸状向旋转方向前方弯曲，从而使叶剖面2a的中心线成为反S字形。进一步，各动叶2以如下方式形成：该叶剖面2a的形状从中心部至两端部，其厚度逐渐减少，从而两端部的叶厚变得最薄。
此外，在本实施例中，虽然将叶剖面2a变成反S字形，但这是动叶层1的旋转方向如箭头Z那样左旋转时的情况，若动叶层的旋转方向与图1相反的作为Z’方向的右旋转时，叶剖面2a’的形状如双点划线图所示那样成为S字形。
另外，上述动叶2从前端部(叶顶部)到根部具有与上述叶剖面2a所示的剖面形状相同的剖面形状。
其次，对具有本实施例动叶层1的涡轮分子泵的作用及效果进行说明。
由于动叶2的叶剖面2a的中心线成反S字形的波形叶，因此动叶2的弯曲刚性与现有平板叶相比远远增大了，从而可防止空气冲入时动叶与静叶的接触。
另外，使叶剖面2a的形状向两端部逐渐减小厚度，因此与现有平板叶相比动叶的重量反而变轻，能够在不增加中心部3的内周应力的情况下提高叶的弯曲刚性。
另外，由于倾斜了叶剖面2a的上游侧端部和下游侧端部的叶角度，因此能够通过增加粘性流区域的排气速度，增加涡轮分子泵的排气性能。
对于该排气性能增加的理由，根据图3和图4进行说明。
在涡轮分子泵中，叶间流动的是分子流或者粘性流，与一般的轴流涡轮机械不同，气体的惯性力与压力差和粘性力相比可以忽略不计。
下面，以节弦比(pitch chord ratio)为1、平板叶时基准叶角度α为35度的情况作为例子说明其作用。
如图4表中所示，波形叶(本发明中的叶)、平板叶、反波形叶、向旋转方向的前方凸出的叶、向旋转方向后方凸出的叶，对这5种叶用计算机进行流动模拟分析，比较了无量纲的排气流量和无量纲的反向速度。
此外，这里的“反波形叶”是指，与本发明的波形叶相反，向旋转方向前方以凸状弯曲叶剖面的上游侧，且向旋转方向后方以凸状弯曲下游侧，从而使叶剖面形状形成为S字形或反S字形的波形叶。
其结果，流动的流量以“反波形叶＜向旋转方向前方凸出的叶＜向旋转方向后方凸出的叶＜平板叶＜波形叶”的顺序增大，其比例是0.75∶0.93∶0.94∶1∶1.17。
即，由于图4表中的无量纲的排气流量是平均流入流出速度的v成分与叶速度之比，因此，波形叶的平均流入流出角度是以旋转方向为基准约为16度。从而，叶的吸入侧的叶角度(αI)和排气侧的叶角度(αo)与平均的流入流出角度一样约为16度时，气体能够无障碍地流动。也就是，与基准叶角α为33.1度相比，吸入侧和排气侧的叶角度约小17度为最为适用。
如此，通过将叶剖面的上游侧部分以凸状向旋转方向后方弯曲使叶端部的叶角度(αI)倾斜，并通过将叶剖面的下游侧部分以凸状向旋转方向前方弯曲使叶端部B的叶角度(αo)倾斜，由此，比直线状的平板叶更能增加排气性能。
实施例2
根据图5及图6对本发明的实施例2进行说明。
图5表示本实施例的涡轮分子泵的动叶层11的圆周方向的展开图，12表示形成该动叶层11的动叶。
另外，图6是图5中沿II-II线的剖面图(动叶12的纵向剖面图)。
就本实施例的动叶12而言，叶剖面形状与上述实施例1中叶的剖面形状一样，叶剖面的中心线以成反S字形的方式形成，并从该剖面图的中央部至两端部逐渐减小厚度，使两端部的叶厚变薄，进一步，以从该动叶12的前端部(叶顶部)12a向该动叶12的根部12b使叶的中央部的厚度逐渐增大的方式形成。
如此，从动叶12的前端部12a至根部12b，使叶的剖面面积逐渐变大，因此，本实施例的动叶12，进一步增强了弯曲刚性，从而减少了意外空气冲入时动叶和静叶相接触的危险。
实施例3
根据图7和图8对本发明的实施例3进行说明。
图7表示本实施例的涡轮分子泵的动叶层21的圆周方向展开图。22表示构成该动叶层的动叶。
另外，图8表示，图7中沿III-III线的剖面图(动叶22的纵向剖面图)。
就动叶22而言，前端部(叶顶部)22a的形状如上述实施例1中叶的剖面形状那样，形成为反S字形，并以使两端部的叶厚变薄的方式形成。
而且，该动叶22的根部22b的剖面形状以如下方式形成：该根部叶剖面的上游侧部分的背面侧22e以凸状向旋转方向后方膨胀凸出，并且该上游侧部分的内面侧22f成直线状，进一步，该根部22b的叶剖面的下游侧部分的内面侧22g以凸状向旋转方向前方膨胀凸出，并使该下游侧部分的背面侧22h成直线状，从而使该根部22b的剖面变成犹如蝶形领结形状。
并且，动叶22的上述前端部22a与上述根部22b的中间部分的剖面，通过连接上述前端部22a和上述根部22b的包络线形成剖面形状。
此外，这里的包络线是由连接叶前端部22a的外形曲线和叶根部22b的外形曲线的曲线群构成，通过该曲线群形成的包络面构成动叶22的侧面形状。
另外，本实施例的动叶22也是，从前端部22a至根部22b，叶的剖面面积逐渐变大，因此，可以得到弯曲刚性增大的效果，同时，是拥有更好的排气性能的涡轮分子泵。
本发明的涡轮分子泵用于制造超高真空装置及IC和半导体装置等所必要的真空发生装置上。

Claims (4)

1.一种涡轮分子泵，由多层轴流叶栅构成，其特征在于，形成转子的至少一个动叶层的动叶在所述转子的圆周方向上的叶剖面形状以如下方式形成：该叶剖面的上游侧部分以凸状向旋转方向的后方弯曲，并且该叶剖面的下游侧部分以凸状向旋转方向的前方弯曲，从而使该叶剖面的剖面形状形成为S字形或者反S字形。
2.如权利要求1所述的涡轮分子泵，其中，上述叶剖面的形状以从该叶剖面的中央部向该叶剖面的上游侧及下游侧的两端部，使厚度逐渐减小的方式形成。
3.如权利要求1或者权利要求2所述的涡轮分子泵，其中，上述叶剖面的形状以从上述叶的前端部向该叶的根部，使该叶剖面中央部的厚度逐渐增大的方式形成。
4.如权利要求1或者权利要求2所述的涡轮分子泵，其中，
上述叶的前端部的剖面形状以如下方式形成：该前端部叶剖面的上游侧部分的背面侧以凸状向旋转方向后方膨胀凸出，并且该上游侧部分的内面侧以凹状向旋转方向后方凹陷，该前端部叶剖面下游侧部分的背面侧以凸状向旋转方向前方膨胀凸出，并该下游侧部分的内面侧以凹状向旋转方向前方凹陷，从而使该前端部叶剖面的形状形成为S字形或反S字形；
上述叶的根部剖面形状以如下方式形成：该根部的叶剖面的上游侧部分的背面侧以凸状向旋转方向后方膨胀凸出，并且该上游侧部分的内面侧形成为无凹处的直线状，该根部叶剖面的下游侧部分的内面侧以凸状向旋转方向前方膨胀凸出，并该下流侧部分的背面侧形成为无凹处的直线状；
进一步，上述叶的前端部和上述根部的中间部分的叶剖面形状构成为用包络线连接上述前端部叶剖面形状和上述根部叶剖面形状而形成的剖面形状。
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