CN102667163A - 多级真空泵 - Google Patents

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Abstract

目的在于提供一种能够维持高压缩效率，且能够抑制脉动和动力变动的多级真空泵。一种多级真空泵，在被多级连结的各泵室配置有安装于轴的一对转子，一对转子彼此啮合并旋转，从而对吸入的气体进行压缩并排气，其中，对于从泵室的吸气到排气的1冲程的转子的旋转角度C和转子的级数S而言，相邻的泵室的转子的相位角Δθ满足Δθ≤C/S，并且在从基准位置到排气侧凹部的敞开开始点的转子角度为ψ，从气体流动方向上游侧开始，第1级的转子角度为ψ1，第m级的转子角度为ψm，第n级的转子角度为ψn时，以满足ψ1≤ψm≤ψn且ψ1＜ψn的关系的方式调整转子相对于轴的角度，其中，n、m为自然数，且n＞m。

Description

多级真空泵
技术领域
本发明涉及将多个泵室串联连结，通过在各泵室配置的一对转子的旋转而使压缩空间发生容积变化，并对吸引的气体从上级侧朝向下级侧依次压缩的多级真空泵。
背景技术
一直以来，将多个泵室串联连结的多级真空泵被广泛使用。
作为一例，图10示出多级真空泵的内部结构。该真空泵中，轴71与轴72平行地配置在未图示的壳体内，安装在轴71上的转子51～54与安装在轴72上的转子61～64分别成为一对，在由未图示的隔板分隔的泵室内彼此非接触地旋转。
在该图中，沿着气体流动方向，从上游侧开始，第2级的转子52、62、第3级的转子53、63、第四级的转子54、64成为爪型转子。在爪型转子中，阳转子与阴转子相互反向旋转，通过关入在两转子与壳体之间的空间的容积变化，对从吸入口吸入的气体进行压缩。并且，将与吸入口连接的真空对象空间形成为真空状态。使用了爪型转子的真空泵例如在专利文献1(日本特开2008-88879号公报)中有公开。
图11是说明以往的多级真空泵的吸气·压缩·排气过程的图。如图11(A)所示，在吸气及排气结束时刻，在阳转子52与阴转子62的作用下，吸气口73与排气口74成为闭锁的状态，进而通过两转子52、62的旋转，而如图11(B)所示，吸气口73打开，吸入气体，并对压缩凹槽75进行压缩。压缩后的气体在排气口74打开之后排出，向后级的泵室移送。在排气结束而两转子52、62进一步旋转时，如图11(C)所示，再次开始吸气并进入压缩过程。
在这种多级真空泵中，由前级内的压缩凹槽压缩后的气体通过随着转子的旋转而打开的气体通路，向后级送入。该压缩过程和开动作的时间主要以前级内的任意的压缩容积比为基础设计。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】：日本特开2008-88879号公报
通常，在多级真空泵中，转子通过形成于轴的键槽等固定。这种情况下，由于优先考虑制造的容易度，因此以消除各级的相位差的方式将全级以相同角度配置在同轴上，或以相同角度将阳转子和阴转子交替配置。
然而，各级之间的气体的压力输送在全级成为相同时间，因此脉动和动力变动增大。由此，噪音或振动变大等，需要能够吸收动力变动峰值的大型的动力源，从而存在成本增大这样的问题。
发明内容
因此，本发明鉴于上述现有技术的问题，其目的在于提供一种能够维持高压缩效率，且能够抑制脉动和动力变动的多级真空泵。
为了解决上述课题，本发明的多级真空泵通过壳体和隔板来形成有多个泵室，经由形成于所述隔板的气体通路将所述多个泵室连结，在各所述泵室配置有安装于轴的一对转子，所述一对转子彼此啮合并旋转，对吸入的气体进行压缩，利用与所述气体通路连通的排气侧凹部进行排气，所述多级真空泵的特征在于，对于从所述泵室的吸气到排气的1冲程的所述转子的旋转角度C和所述转子的级数S而言，相邻的所述泵室的转子的相位角Δθ满足Δθ≤C/S，并且在从基准位置到所述排气侧凹部的敞开开始点的转子角度为ψ，从气体流动方向上游侧开始，第1级的转子角度为ψ1，第m级的转子角度为ψm，第n级的转子角度为ψn时，以满足ψ1≤ψm≤ψn且ψ1＜ψn的关系的方式调整所述转子相对于所述轴的角度，其中，n、m为自然数，且n＞m。此时，所述转子角度ψm更优选满足ψm≤ψm+1。
如此，通过将转子的相位角Δθ形成为Δθ≤C/S而在各级中能够使排气时间错开。即，在多个泵室中，排气时间相同，脉动和动力变动峰值增大，但通过像本发明那样错开排气时间而能够抑制从真空泵产生的噪音和振动。而且，通过使从基准位置到排气侧凹部的敞开开始点为止的转子角度ψ为ψ1≤ψm≤ψn且ψ1＜ψn，与前级侧相比，能够延迟后级侧的泵室的排气时间，由此，后级侧的泵室的压缩比变高，能够较高地维持真空泵的压缩效率。
另外，优选的是，所述轴与所述转子通过固定机构被固定，所述固定机构具有：形成在所述转子的轴贯通部上的圆环状的切口部；***到所述切口部，内周面与所述轴接触，外周面形成为朝向所述切口部的深侧扩径的锥形的内侧环；***到所述切口部，外周面与所述转子接触，内周面形成为朝向所述切口部的深侧扩径的锥形，且与所述内侧环抵接的外侧环；对所述外侧环从所述切口部的敞开侧朝向深侧加压的加压构件。
如此，通过形成为利用锥形状的内侧环和外侧环来使转子与轴压接的结构，不用对轴进行切削加工就能够将转子与轴固定。而且，在转子与轴的组装时，能够自如地调整转子的轴向及周向位置。
此外，优选的是，所述轴与所述转子通过固定机构被固定，所述固定机构具有：形成于所述轴的键槽；形成于所述转子且与所述键槽卡合的凸部，所述键槽对应于所述转子的相位角而沿着所述轴的圆周方向在不同的位置形成多个。
如此，利用键槽使转子与轴卡合，由此能够高精度地设定转子的角度，且能够可靠地防止转子的角度偏离。
另外，优选的是，所述轴与所述转子通过固定机构被固定，所述固定机构具有：形成于所述轴的花键槽；形成于所述转子且与所述花键槽卡合的凸部。
如此，通过使轴与转子花键卡合，而转子的角度调整变得容易，且能够可靠地防止转子的角度偏离。
另外，上述的多级真空泵优选为爪型真空泵，由此，即便在容易产生脉动或动力变动的爪型真空泵中，也能够大幅地抑制噪音和振动。
【发明效果】
根据以上记载的本发明，通过使转子的相位角Δθ为Δθ≤C/S，而在各级中能够使排气时间错开。即，在多个泵室中，排气时间相同，脉动和动力变动峰值增大，但通过像本发明那样错开排气时间而能够抑制从真空泵产生的噪音和振动。
另外，通过使从基准位置到所述排气侧凹部的敞开开始点为止的转子角度ψ为ψ1≤ψm≤ψn且ψ1＜ψn，与前级侧相比，能够延迟后级侧的泵室的排气时间，由此，后级侧的泵室的压缩比变高，能够较高地维持真空泵的压缩效率。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的多级真空泵的整体结构的图，(A)是分解立体图，(B)是内部结构图。
图2是表示本发明的实施方式的多级真空泵的外观的图，(A)是侧视图，(B)是立体图。
图3是表示安装于轴的转子的图，(A)是立体图，(B)是侧视图。
图4是表示排气侧的隔板的图，(A)是俯视图，(B)是侧视图，(C)是立体图。
图5是表示吸气侧的隔板的图，(A)是俯视图，(B)是立体图。
图6是说明泵室的吸气·压缩·排气过程的图。
图7是表示包含锥状环的固定机构的侧视图。
图8是表示包含键槽的固定机构的图，(A)是转子的主视图，(B)是轴的剖视图，(C)是轴的立体图。
图9是包含花键槽的固定机构的剖视图
图10是表示以往的多级真空泵的内部结构的立体图。
图11是说明以往的多级真空泵的吸气·压缩·排气过程的图。
具体实施方式
以下，参照附图，例示性地详细说明本发明的优选的实施例。但是，该实施例所记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等只要未特别记载，就未将本发明的范围限定于此，只不过是说明例。需要说明的是，在以下所示的本实施方式中，列举适合于应用本发明的爪型真空泵为例进行说明。
首先，参照图1及图2，说明多级真空泵的整体结构。
图1是表示本发明的实施方式的多级真空泵的整体结构的图，(A)是分解立体图，(B)是内部结构图。图2是表示本发明的实施方式的多级真空泵的外观的图，(A)是侧视图，(B)是立体图。
本实施方式的多级真空泵1主要具备：壳体11～14；配设在壳体11的吸气侧的侧罩2；配设壳体14的排气侧的侧罩4；电动机6；通过电动机6驱动而旋转的轴7、8；隔板15～17；分别安装于轴7、8的转子31～34、转子41～42。
壳体11～14收容轴7、8及转子31～34、转子41～42。壳体11、12、13、14从气体流动方向上游侧依次沿着轴向配置。在壳体11～14的吸气侧配设侧罩2，在排气侧配设侧罩4，并且在壳体11～14之间夹装隔板15～17。
隔板15～17相对于轴7、8垂直配置，且各隔板15～17沿着轴向并列配设。需要说明的是，虽然示出了壳体11～14与隔板15～17分别形成为分体的例子，但也可以按照各级将壳体11～14与隔板15～17一体化而形成。
并且，从上级侧依次通过侧罩2、壳体11及隔板15形成第1级泵室21，通过隔板15、壳体12及隔板16形成第2级泵室22，通过隔板16、壳体13及隔板17形成第3级泵室23，通过隔板17、壳体14及侧罩4形成第四级泵室24。
在吸气侧的侧罩2设有气体吸入口3，在排气侧的侧罩4设有排气口5。在隔板15～17设有将相邻的泵室21～24连通的气体通路28(参照图4、图5)。
从气体吸入口3吸入的气体在各级的泵室21～24内，通过后面详细叙述的转子的旋转动作而被压缩之后，由排气口5排出。
在各级的泵室21～24内收容有借助轴7进行旋转的转子31～34和借助轴8进行旋转的转子41～44。
两根轴7、8平行地配置。轴7、8分别与电动机6连结，通过该电动机6驱动而旋转。此时，轴7和轴8通过分别设置在端部的齿轮9a、9b而旋转时间变得同步。
参照图3至图5，说明多级真空泵的内部结构。
图3是表示安装于轴的转子的图，(A)是立体图，(B)是侧视图。图4是表示排气侧的隔板的图，(A)是俯视图，(B)是侧视图，(C)是立体图。图5是表示吸气侧的隔板的图，(A)是俯视图，(B)是立体图。
如图3(A)、(B)所示，安装于轴7的转子31～34与安装于轴8的转子41～44分别对应，形成由一对阴转子和阳转子构成的转子组。例如阴转子31与阳转子41保持微小的间隙而彼此啮合并沿着相反方向旋转。在图3中，例示了沿着轴7、8的轴向分别将阴转子和阳转子交替配置的结构，但也可以形成为在同一轴上仅配置阳转子或阴转子的任一方的结构。
需要说明的是，转子31～34及转子41～44的厚度既可以全部相同，也可以如图示那样从上级侧朝向下级侧使厚度减小。
另外，在图3中，形成为在1冲程内进行两次压缩过程那样的转子形状，但转子形状并未限定于此。此外，也可以使用在1冲程内进行一次压缩过程、或在1冲程内进行三次压缩过程的转子等。
图4(A)是图1的D方向向视图，即从D方向观察到的表示隔板15的排气侧面的俯视图，图4(B)是以隔板15的排气侧面为上的侧视图，图4(C)是立体图。
如这些图所示，在隔板15的排气侧面上具有：供安装有阴转子31的的轴7贯通的轴贯通部25；供安装有阳转子41的轴8贯通的轴贯通部26；沿着阴转子31侧的轴贯通部25的外周弯曲形成的排气侧凹部27；贯通隔板15而与排气侧凹部27连通的气体通路28。排气侧凹部27的缘27a和缘27b的位置及形状根据前级转子的外径和相位角来决定。而且，图中的箭头表示转子31、41(未图示)的旋转方向，排气侧凹部27从敞开开始点P开始敞开。
图5(A)是图1的E方向向视图，即从E方向观察到的表示隔板15的吸气侧面的俯视图，图5(B)是以隔板15的吸气侧面为下的立体图。
如这些图所示，在隔板15的吸气侧面上与图4同样地具有：供轴7贯通的轴贯通部25；供轴8贯通的轴贯通部26；沿着轴贯通部25的外周弯曲，并延伸到轴贯通部26侧的吸气侧凹部29；贯通隔板15而与吸气侧凹部29连通的气体通路28。吸气侧凹部29的缘29a和缘29b的位置及形状根据后级转子的外径和相位角来决定。而且，图中的箭头表示转子32、42(未图示)的旋转方向。
需要说明的是，关于隔板16、17，由于具备与图4及图5所示的隔板15同样的结构，因此省略说明。
接下来，说明本发明的实施方式的真空泵的特征结构。在具备上述的结构的真空泵1中，对于从泵室21～24的吸气到排气的1冲程的转子的旋转角度C和轴向的转子的级数S，转子的相位角Δθ满足下式(1)，
Δθ≤C/S    …(1)
并且在从基准位置到排气侧凹部的敞开开始点的转子角度为ψ，从气体流动方向上游侧开始，第1级的转子角度为ψ1，第m级的转子角度为ψm，第n级的转子角度为ψn时，以使它们满足下式(2)及式(3)的方式分别调整转子相对于轴的角度。
ψ1≤ψm≤ψn    …(2)
ψ1＜ψn    …(3)
其中，n、m为自然数，n＞m。Δθ是相邻的泵室的转子的相位角。而且，转子角度ψ是图4所示的排气侧凹部27敞开时的转子角度ψ，具体而言是从任意的基准位置旋转到排气侧凹部27的敞开开始点P为止的转子的旋转角度。
优选的是，以进一步满足下式(4)的方式设定。
ψm≤ψm+1    …(4)
其中，n、m为自然数，n＞m+1。
如此，通过使转子的相位角为Δθ≤C/S，而能够在各级中使排气时间错开，从而能够抑制从真空泵产生的噪音和振动。
另外，通过将从基准位置到排气侧凹部的敞开开始点为止的转子角度ψ形成为ψ1≤ψm≤ψn且ψ1＜ψn，而与前级侧相比，能够延缓后级侧的泵室的排气时间，由此，后级侧的泵室的压缩比升高，从而能够维持较高的真空泵的压缩效率。
在具备上述的结构的真空泵1中，参照图6，说明吸气过程和排气过程。
图6是说明以往的多级真空泵的吸气·压缩·排气过程的图，图6(A)表示图3(B)的F方向向视图且是说明压缩·排气过程的图，图6(B)表示图3(B)的G方向向视图且是说明吸气过程的图。根据转子的旋转角度，对应地表示图6(A)的排气过程和图6(B)的吸气过程。
在图6(A)所示的排气过程中，当转子31、41的旋转角度为0°时，压缩凹槽35(图中，影线所示的区域)闭锁，由于阴转子31及阳转子41的旋转而气体成为被压缩的状态。
在转子31，41的旋转角度为60°时，排气侧凹部27向压缩凹槽35敞开，开始排气。当转子31、41的旋转角度为120°时，排气侧凹部27与压缩凹槽35仍处于连通状态，继续排气。
在图6(B)所示的吸气过程中，当转子32、42的旋转角度为0°时，吸气凹槽36(图中，影线所示的区域)处于向吸气侧凹部29敞开的状态，即便转子32、42的旋转角度为60°、120°，吸气凹槽36与吸气侧凹部29也始终相通。
在此，在具备上述的结构的真空泵中，说明轴与转子的固定机构。
图7是表示轴7与转子31的固定机构的侧视图。在转子31的轴贯通部25设置圆环状的切口部31a，在该切口部31a内***与轴7抵接的内侧环37和与内侧环37的外周面抵接的外侧环38。内侧环37其内表面与轴7的外周面抵接，具有朝向切口部31a的轴向深侧扩径的锥形状。外侧环38其内表面与内侧环37的外表面抵接，具有朝向切口部31a的轴向深侧扩径的锥形状。
利用从切口部31a的敞开侧与外侧环38抵接的加压构件39，将外侧环38朝向轴向深侧按压，并利用紧固构件40将加压构件39的凸缘部固定于转子31。由此，加压力朝着图中箭头方向施加，而将转子31与轴7压接在一起。
如此，通过形成为利用锥形状的环37、38使转子31与轴7压接的结构，不用对轴7进行切削加工就能够将转子31和轴7固定。而且，在转子31与轴7的组装时，能够自如地调整转子31的轴向及周向位置。
另外，作为轴7与转子31的固定机构的另一例，如图8所示，也可以使用键槽46。图8(A)是转子的剖视图，(B)是轴的剖视图，(C)是轴的立体图。
如图8(A)所示，在转子31上沿着轴向形成有直线状的凸部45。另一方面，如图8(B)、(C)所示，在轴7上形成有沿着轴向被切削加工成直线状的键槽46。键槽46根据转子31的相位角，沿着轴7的周向在不同的位置上形成多个。
如此，通过键槽46使转子31与轴7卡合，由此能够高精度地设定转子31的角度，且能够可靠地防止转子31的角度偏离。
此外，作为轴7与转子31的固定机构的另一例，如图9所示，也可以使轴7与转子31花键卡合。图9是安装有转子的轴的剖视图。
如图9所示，在轴7的外周面上形成有沿着轴向平行的花键槽47，对应于此在转子31的轴贯通部25的内表面形成有一或多个直线状的凸部48。通过使轴7的花键槽47与转子31的凸部48卡合，而能够相对于轴7的周向将转子31固定，转子31的角度调整变得容易，且能够可靠地防止转子31的角度偏离。

Claims (6)

1.一种多级真空泵，通过壳体和隔板来形成有多个泵室，经由形成于所述隔板的气体通路将所述多个泵室连结，在各所述泵室配置有安装于轴的一对转子，所述一对转子彼此啮合并旋转，从而对吸入的气体进行压缩，并利用与所述气体通路连通的排气侧凹部进行排气，
所述多级真空泵的特征在于，
对于从所述泵室的吸气到排气的1冲程的所述转子的旋转角度C和所述转子的级数S而言，相邻的所述泵室的转子的相位角Δθ满足Δθ≤C/S，并且在从基准位置到所述排气侧凹部的敞开开始点的转子角度为ψ，从气体流动方向上游侧开始，第1级的转子角度为ψ1，第m级的转子角度为ψm，第n级的转子角度为ψn时，以满足ψ1≤ψm≤ψn且ψ1＜ψn的关系的方式调整所述转子相对于所述轴的角度，其中，n、m为自然数，且n＞m。
2.根据权利要求1所述的多级真空泵，其特征在于，
所述转子角度ψm满足ψm≤ψm+1。
3.根据权利要求1或2所述的多级真空泵，其特征在于，
所述轴与所述转子通过固定机构被固定，
所述固定机构具有：形成在所述转子的轴贯通部上的圆环状的切口部；***到所述切口部，内周面与所述轴接触，外周面形成为朝向所述切口部的深侧扩径的锥形的内侧环；***到所述切口部，外周面与所述转子接触，内周面形成为朝向所述切口部的深侧扩径的锥形，且与所述内侧环抵接的外侧环；对所述外侧环从所述切口部的敞开侧朝向深侧加压的加压构件。
4.根据权利要求1或2所述的多级真空泵，其特征在于，
所述轴与所述转子通过固定机构被固定，
所述固定机构具有：形成于所述轴的键槽；形成于所述转子且与所述键槽卡合的凸部，
所述键槽对应于所述转子的相位角而沿着所述轴的圆周方向在不同的位置形成多个。
5.根据权利要求1或2所述的多级真空泵，其特征在于，
所述轴与所述转子通过固定机构被固定，
所述固定机构具有：形成于所述轴的花键槽；形成于所述转子且与所述花键槽卡合的凸部。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的多级真空泵，其特征在于，
所述多级真空泵是爪型真空泵。
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