JP2014169663A - Vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気体を中真空から大気圧まで圧縮する取付姿勢の自由な真空ポンプに係り、特に軽量で簡易な構造の真空ポンプに関するものである。 The present invention relates to a vacuum pump having a free mounting posture for compressing gas from medium vacuum to atmospheric pressure, and more particularly to a vacuum pump having a light weight and a simple structure.
スパッタリング装置、ヘリウムリークディテクター、ＳＥＭ等の分析装置等の用途に、気体を中真空から大気圧まで圧縮できる排気能力を持つ真空ポンプが用いられている。また、ターボ分子ポンプ等の高真空ポンプの粗引き用の真空ポンプとして、さらに、真空乾燥・真空張り合わせ装置等のように水蒸気等のガスを吸引する真空ポンプとしても、上記排気能力を持つ真空ポンプが用いられている。 A vacuum pump having an exhaust capability capable of compressing a gas from a medium vacuum to an atmospheric pressure is used for applications such as a sputtering apparatus, a helium leak detector, and an analysis apparatus such as an SEM. Moreover, as a vacuum pump for roughing a high vacuum pump such as a turbo molecular pump, and also as a vacuum pump for sucking a gas such as water vapor such as a vacuum drying / vacuum laminating apparatus, a vacuum pump having the above-mentioned exhaust capability Is used.
小容量で小型軽量の真空ポンプとしては、油回転ポンプが主流である。しかしながら、真空チャンバーへの油蒸気の逆拡散（真空チャンバーやワークの油汚染）、排気ラインの油汚染（火災の危険）、環境汚染、油飛散による油の減少、水分混入等による油の劣化、定期的に必要な油補充・油交換等の種々の問題がある。特に、真空ポンプ用のフッ素系の油は高価であり、交換作業も面倒である。 Oil rotary pumps are the mainstream as small-capacity, light-weight vacuum pumps. However, the reverse diffusion of oil vapor into the vacuum chamber (contamination of oil in the vacuum chamber and workpiece), oil contamination in the exhaust line (fire hazard), environmental contamination, oil reduction due to oil splashing, oil deterioration due to moisture mixing, There are various problems such as oil replenishment and oil change required regularly. In particular, fluorinated oil for vacuum pumps is expensive and troublesome to replace.
そのため、近年、油回転ポンプに代替する真空ポンプとして、スクロール型ドライ真空ポンプが登場してきた。スクロール型ドライ真空ポンプは、オイルフリーであり、スクロールの揺動運動により真空から大気圧まで連続的に圧縮するので、真空運転時の動力が小さく、比較的真空到達性能がよい等の特徴を有する。しかしながら、スクロールの端部にチップシール（接触シール）を使用するので、チップシールが摩耗してパーティクルが発生し、真空チャンバー内部を汚染するという問題がある。また、チップシールが摩耗するので、経年的に真空性能が低下し、１年程度の連続運転でチップシールを交換しなくてはならない。さらに、チップシールの交換作業の際は真空ポンプを分解しなくてはならず、交換費用が高価になる。また、同容量の油回転ポンプと比較して、大型でコストが高い等の問題がある。 Therefore, in recent years, scroll-type dry vacuum pumps have appeared as vacuum pumps that replace oil rotary pumps. The scroll-type dry vacuum pump is oil-free and compresses continuously from the vacuum to the atmospheric pressure by the rocking motion of the scroll. Therefore, it has features such as low power during vacuum operation and relatively good vacuum performance. . However, since a tip seal (contact seal) is used at the end of the scroll, there is a problem that the tip seal is worn and particles are generated, and the inside of the vacuum chamber is contaminated. In addition, since the tip seal is worn, the vacuum performance deteriorates over time, and the tip seal must be replaced in a continuous operation for about one year. Furthermore, when exchanging the tip seal, the vacuum pump must be disassembled, resulting in high replacement costs. In addition, there are problems such as large size and high cost compared to an oil rotary pump of the same capacity.
上記問題に対応可能な真空ポンプとして、特許文献１等に記載された真空ポンプがある。特許文献１には、鋼材からなる軸の外周にアルミニウム又はアルミニウム合金製のスクリュー部を嵌合固定することにより構成したロータが開示されている。この特許文献１の構成は、スクリューねじ部を加工のし易いアルミニウム又はアルミニウム合金製にし、軸は剛性の高い材質を用い、ロータ全体の固有振動数を高くし、回転速度の範囲を広くして高速回転できるようにしたものである。
As a vacuum pump that can cope with the above problem, there is a vacuum pump described in
特許文献１に開示されているように、鋼材からなる軸の外周にアルミニウム又はアルミニウム合金製のスクリュー部を嵌合固定する場合には、鋼材の軸にアルミニウム又はアルミニウム合金製のスクリュー部を焼嵌めする工程が必要である。この場合、高温運転を考えると、線膨張係数の大きいアルミニウム又はアルミニウム合金を軸の外周に焼嵌めするため、熱変形による焼嵌め強度の低下を見込み、初期嵌合条件を決定しなければならない。熱変形によりスクリュー部と軸部に隙間が発生することは、高速回転するロータの機能上許されない。
As disclosed in
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、ロータ全体を一つの材料から一体成形することにより、製造工程の簡略化を図ることができ、高温運転時の熱変形によるスクリュー部と軸部との間の隙間発生のリスクを無くしたロータを備えた真空ポンプを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances. By integrally molding the entire rotor from one material, the manufacturing process can be simplified, and the screw portion and the shaft portion due to thermal deformation during high-temperature operation. An object of the present invention is to provide a vacuum pump provided with a rotor that eliminates the risk of occurrence of a gap between them.
上述の目的を達成するため、本発明の真空ポンプは、対向して配置された一対のロータと、吸排気口を有し前記一対のロータの軸間距離を規定する第一の軸受を有するケーシングと、前記ロータを回転駆動するモータ部を備えた真空ポンプであって、前記ロータは、一つの材料から一体成形されていることを特徴とする。
本発明によれば、真空ポンプにおける一対のロータの各々について、ロータ全体を一つの材料から一体成形することにより、軸とスクリュー部との焼嵌め工程が不要となり製造工程の簡略化を図ることができる。
In order to achieve the above-described object, a vacuum pump according to the present invention includes a pair of rotors arranged opposite to each other, and a casing having a first bearing that has an intake / exhaust opening and defines an interaxial distance between the pair of rotors. And a vacuum pump provided with a motor unit for rotationally driving the rotor, wherein the rotor is integrally formed from one material.
According to the present invention, for each of the pair of rotors in the vacuum pump, the entire rotor is integrally formed from one material, thereby eliminating the need for a shrink-fitting process between the shaft and the screw portion, thereby simplifying the manufacturing process. it can.
本発明の好ましい態様によれば、前記ロータは、アルミニウム合金又はＰＰＳ樹脂又はＰＥＥＫ樹脂からなることを特徴とする。
本発明によれば、ロータの材料をアルミニウム合金、またはＰＰＳ樹脂やＰＥＥＫ樹脂等の樹脂材とすることにより、ロータの軽量化を図ることができる。
According to a preferred aspect of the present invention, the rotor is made of an aluminum alloy, PPS resin, or PEEK resin.
According to the present invention, the weight of the rotor can be reduced by using an aluminum alloy or a resin material such as PPS resin or PEEK resin as the material of the rotor.
本発明の好ましい態様によれば、前記ロータの軸部において軸受との支持部分にビッカース硬度２００から３０００の表面処理が施されていることを特徴とする。
本発明においては、ロータの材料の候補としては、アルミニウム合金が考えられる。アルミニウム合金の場合にはロータの軽量化を図ることができる。ロータの材質をアルミニウム合金とする場合、従来、鋼材であった軸部の設計が重要である。軸部における軸受内輪との接触・支持部分は、無垢のアルミニウム合金の場合、軸受内輪との擦れや摺動などにより、摩耗が懸念される。この解決方法としては、アルミニウム合金のロータの軸部に高硬度の表面処理を施すことが好適である。表面処理の候補とそのビッカース硬度を以下にあげる。
・硬質アルマイト：Ｈｖ２００から４００
・Ｎｉメッキ：Ｈｖ５００から１０００
・セラミックスメッキ：Ｈｖ１０００から１５００
・ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）：Ｈｖ１０００〜３０００
ロータの軸部における軸受内輪との接触・支持部分である軸受支持部分に高硬度の表面処理を施すことにより、軸受内輪との擦れや摺動などによる摩耗を防止することができる。
According to a preferred aspect of the present invention, a surface treatment having a Vickers hardness of 200 to 3000 is performed on a support portion of the shaft portion of the rotor with a bearing.
In the present invention, a candidate for the material of the rotor may be an aluminum alloy. In the case of an aluminum alloy, the weight of the rotor can be reduced. When the material of the rotor is an aluminum alloy, it is important to design a shaft portion that has conventionally been a steel material. In the case of a solid aluminum alloy, the contact / support portion of the shaft portion with the bearing inner ring may be worn due to rubbing or sliding with the bearing inner ring. As a solution to this problem, it is preferable to subject the shaft portion of the aluminum alloy rotor to a surface treatment with high hardness. The surface treatment candidates and their Vickers hardness are listed below.
Hard anodized: Hv200 to 400
・ Ni plating: Hv500 to 1000
・ Ceramics plating: Hv1000 to 1500
DLC (Diamond Like Carbon): Hv1000-3000
By subjecting the bearing support portion, which is a contact / support portion with the bearing inner ring in the shaft portion of the rotor, to a surface treatment with high hardness, it is possible to prevent wear due to rubbing or sliding with the bearing inner ring.
本発明の好ましい態様によれば、前記ロータの軸部において軸受との支持部分に施されている表面処理と、前記ロータのスクリューネジ部に施されている表面処理が同一であることを特徴とする。
本発明のロータを表面処理する場合、ロータの軸部において軸受との支持部分とスクリューネジ部とを個別に表面処理してもよいが、軸部の支持部分とスクリューネジ部の表面処理を同一にすれば、選択的な施工が不要となり、表面処理の施工は非常に容易になる。
According to a preferred aspect of the present invention, the surface treatment applied to the support portion with the bearing in the shaft portion of the rotor is the same as the surface treatment applied to the screw screw portion of the rotor. To do.
When the surface treatment of the rotor of the present invention is performed, the bearing portion and the screw screw portion may be individually surface-treated in the shaft portion of the rotor, but the surface treatment of the shaft portion support portion and the screw screw portion is the same. If it makes it, selective construction becomes unnecessary and construction of surface treatment becomes very easy.
本発明の好ましい態様によれば、前記ロータのスクリューネジ部には、摩擦係数０．０５〜０．２の表面処理が施されていることを特徴とする。ここで摩擦係数とは動摩擦係数を云う。
本発明によれば、ロータの軸部の軸受支持部分とスクリューネジ部とに異なった表面処理を施すことにより、軸部の軸受支持部分に耐摩耗性を付与することができ、スクリューネジ部の表面に低摩擦係数の特性を付与することができる。スクリューネジ部には、摩擦係数０．５以下の表面処理を施すことが好ましく、特に摩擦係数０．０５〜０．２の表面処理を施すことが好ましい。表面処理の候補としては、硬質アルマイト（摩擦係数：０．１〜０．５、ビッカース硬度：Ｈｖ２００〜４００）、テフロン（登録商標）の粒子を分散させたＮｉメッキ（摩擦係数：０．０５〜０．１、ビッカース硬度：ＨＶ５００程度）や、ＤＬＣ（摩擦係数：０．１〜０．２、ビッカース硬度：Ｈｖ１０００〜３０００）が考えられる。
According to a preferred aspect of the present invention, the screw thread portion of the rotor is subjected to a surface treatment with a friction coefficient of 0.05 to 0.2. Here, the friction coefficient refers to a dynamic friction coefficient.
According to the present invention, by applying different surface treatments to the bearing support portion of the shaft portion of the rotor and the screw screw portion, it is possible to impart wear resistance to the bearing support portion of the shaft portion. The surface can be imparted with a low coefficient of friction property. The screw thread portion is preferably subjected to a surface treatment with a friction coefficient of 0.5 or less, and particularly preferably a surface treatment with a friction coefficient of 0.05 to 0.2. Candidates for surface treatment include hard anodized (friction coefficient: 0.1 to 0.5, Vickers hardness: Hv 200 to 400), Ni plating in which Teflon (registered trademark) particles are dispersed (friction coefficient: 0.05 to 0.1, Vickers hardness: about HV500) and DLC (friction coefficient: 0.1-0.2, Vickers hardness: Hv1000-3000) are conceivable.
本発明の好ましい態様によれば、前記一対のロータの軸間距離を規定する第二の軸受を有する軸受プレート部を備え、前記ロータの外径と、前記第一の軸受および前記第二の軸受の少なくとも一方の内径とは、焼嵌めもしくは圧入にて嵌合されていることを特徴とする。
本発明によれば、ロータの軸部における軸受支持部分と軸受内輪の接触部は、焼嵌めもしくは圧入により一体化されている。摩耗が発生するのは、軸部の軸受支持部分の外径と軸受内輪の内径間に隙間があるからである。上記の焼嵌めもしくは圧入により、そもそもその隙間を無くしてしまえば、摩耗は発生しない。軸受内輪の材質は、軸受鋼やステンレス鋼が用いられる。ロータをアルミニウム合金で一体成形した場合、アルミニウム合金製のロータの線膨張係数は軸受内輪の線膨張係数より大きいため、軸部の軸受支持部分と軸受内輪とは必ずより締まる方向に熱変形するので、運転中に運転温度の上昇に伴い軸部の軸受支持部分と軸受内輪の嵌合が緩くなることはない。
According to a preferred aspect of the present invention, the apparatus includes a bearing plate portion having a second bearing that defines an interaxial distance between the pair of rotors, the outer diameter of the rotor, the first bearing, and the second bearing. At least one of the inner diameters is fitted by shrink fitting or press fitting.
According to the present invention, the contact portion between the bearing support portion and the bearing inner ring in the shaft portion of the rotor is integrated by shrink fitting or press fitting. Wear occurs because there is a gap between the outer diameter of the bearing support portion of the shaft and the inner diameter of the bearing inner ring. If the gap is eliminated by the above-described shrink fitting or press fitting, wear does not occur. Bearing steel or stainless steel is used as the material of the bearing inner ring. When the rotor is integrally formed of aluminum alloy, the linear expansion coefficient of the rotor made of aluminum alloy is larger than the linear expansion coefficient of the bearing inner ring, so the shaft bearing support part and the bearing inner ring are always thermally deformed in a tightening direction. During operation, the fitting between the bearing support portion of the shaft portion and the bearing inner ring does not become loose as the operating temperature rises.
本発明の好ましい態様によれば、前記ロータにバランス修正用のリングを設け、前記リングの材質は前記ロータの材質に比べて比重の大きい材料であることを特徴とする。
本発明によれば、ロータバランスを修正するためのリングが１つのロータに対し少なくとも１個設けられている。そして、バランス修正用のリングの比重をロータ本体の材質の比重よりも大きなものにしておくことで、バランス修正用のリングの外径もしくは厚みを大きくしなくても所望のアンバランス修正を行うことができる。例えば、ロータ本体がアルミニウム合金（比重：２．８）に対し、バランス修正用のリングの材質をステンレス合金（比重：７．８〜８）などにする。
According to a preferred aspect of the present invention, a balance correcting ring is provided on the rotor, and the material of the ring is a material having a larger specific gravity than the material of the rotor.
According to the present invention, at least one ring for correcting the rotor balance is provided for one rotor. And, by making the specific gravity of the balance correction ring larger than the specific gravity of the material of the rotor body, the desired unbalance correction can be performed without increasing the outer diameter or thickness of the balance correction ring. Can do. For example, the rotor body is made of an aluminum alloy (specific gravity: 2.8), and the balance correction ring is made of a stainless alloy (specific gravity: 7.8 to 8).
本発明の好ましい態様によれば、前記モータ部は、前記一対のロータをタイミングギヤを用いず互いに同期させて逆方向に回転させるマグネットカップリング型ＤＣブラシレスモータであることを特徴とする。
本発明によれば、一対のポンプロータを同期させて逆方向に回転させるためのタイミングギヤ及び該タイミングギヤを潤滑するための潤滑油や潤滑系を省略できるから、ドライ真空ポンプ全体を更に軽量化することが可能となる。また、真空ポンプとして回転運転を行っている最中に発生する駆動力ロスをポンプロータの回転軸を支えるベアリングの回転摩擦ロスに限定し、モータ部の消費電力ロスを最小限にすることが可能となる。
According to a preferred aspect of the present invention, the motor section is a magnet coupling type DC brushless motor that rotates the pair of rotors in a reverse direction in synchronization with each other without using a timing gear.
According to the present invention, the timing gear for synchronizing and rotating the pair of pump rotors in the opposite direction and the lubricating oil and the lubrication system for lubricating the timing gear can be omitted. It becomes possible to do. In addition, it is possible to limit the loss of power consumption of the motor unit by limiting the driving force loss that occurs during rotary operation as a vacuum pump to the rotational friction loss of the bearing that supports the rotary shaft of the pump rotor. It becomes.
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）真空ポンプにおける一対のロータの各々について、ロータ全体を一つの材料から一体成形することにより、軸とスクリュー部との焼嵌め工程が不要となり製造工程の簡略化を図ることができる。
（２）従来のように、鋼材からなる軸の外周にアルミニウム又はアルミニウム合金製のスクリュー部を嵌合固定する場合には、熱変形によりスクリュー部と軸部に隙間が発生することがあるが、本発明によれば、ロータ全体を一つの材料から一体成形することにより、高温運転時の熱変形によるスクリュー部と軸部との間の隙間発生のリスクを無くすことができる。
（３）ロータの材料をアルミニウム合金、またはＰＰＳ樹脂やＰＥＥＫ樹脂等の樹脂材とすることにより、ロータの軽量化を図ることができる。
The present invention has the following effects.
(1) For each of the pair of rotors in the vacuum pump, the entire rotor is integrally formed from a single material, so that the shrink-fitting process between the shaft and the screw portion is unnecessary, and the manufacturing process can be simplified.
(2) When a screw part made of aluminum or an aluminum alloy is fitted and fixed to the outer periphery of a shaft made of steel as in the prior art, a gap may occur between the screw part and the shaft part due to thermal deformation. According to the present invention, by integrally molding the entire rotor from one material, it is possible to eliminate the risk of generating a gap between the screw portion and the shaft portion due to thermal deformation during high temperature operation.
(3) The weight of the rotor can be reduced by using an aluminum alloy or a resin material such as PPS resin or PEEK resin as the material of the rotor.
以下、本発明に係る真空ポンプの実施形態を図１乃至図７を参照して説明する。図１乃至図７において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明に係る真空ポンプの第１の実施形態を示す縦断面図である。図１に示すように、真空ポンプは、ポンプケーシング１と、ポンプケーシング１内に対向して配置された一対のロータ２，２と、一対のロータ２，２を回転駆動するモータ部１０とを備えている。前記一対のロータ２，２は、ポンプケーシング１に固定された第一の軸受３，３と、ポンプケーシング１の開口端に設けられた軸受プレート４に支持された第二の軸受５，５とにより回転自在に支承されている。一対のロータ２，２の軸間距離Ｌは、第一の軸受３，３の位置と第二の軸受５，５の位置を規定することにより所定の寸法に設定されている。第一の軸受３，３の位置は、ポンプケーシング１に形成された円形孔からなる軸受支持部１ａ，１ａにより規定され、第二の軸受５，５の位置は、軸受プレート４に形成された円形孔からなる軸受支持部４ａ，４ａにより規定される。第二の軸受５，５は軸受プレート４に固定された軸受押さえ６により押さえられている。
Embodiments of a vacuum pump according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 7, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a vacuum pump according to the present invention. As shown in FIG. 1, the vacuum pump includes a
図１に示すように、一対のロータ２，２は、軸部２Ａ，２Ａとスクリューネジ部２Ｓ，２Ｓとを一つの材料から一体成形したスクリューロータから構成されている。以下の説明においては、ロータ２をスクリューロータ２とも適宜称する。スクリューロータ２，２とポンプケーシング１の内面との間には流体流路１ｆｐが形成され、この流体流路１ｆｐの上流側端部に吸気口１ｓｐが設けられ、流体流路１ｆｐの下流側端部に排気口１ｄｐが設けられている。スクリューロータ２，２は、僅かなクリアランスを保って非接触で相互に反転し、吸気口１ｓｐから吸込まれた気体を排気口１ｄｐに移送するようになっている。
As shown in FIG. 1, the pair of
モータ部１０はマグネットカップリング型ＤＣブラシレスモータから構成されている。一対のロータ２，２の軸部２Ａ，２Ａの吸気側の軸端には、それぞれ同一の構成を有する一対のマグネットロータ１１，１１が配置されており、ＤＣブラシレスモータとしてスクリューロータ２，２を反転駆動すると共に、マグネットカップリングによりスクリューロータ２，２を互いに同期させて逆方向に回転させるようになっている。各マグネットロータ１１は、磁性材のヨークの外周にリング形状のマグネットを周設している。本実施形態では、マグネットロータ１１の外周上には着磁したマグネットが周設され、互いのマグネットロータ１１，１１の異磁極が引き合うように対向し、且つクリアランスを保って配置されている。なお、マグネットロータ１１の極数は４，６，８・・・などの偶数である。
The
各マグネットロータ１１の外周面の一部に近接して、鉄心１２ａと巻線１２ｂからなる三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のモータステータ１２が配置されている。対をなす三相のモータステータ１２，１２は一対のマグネットロータ１１，１１同士がマグネットカップリングする側とは回転軸に関して反対側に配置されている。これにより、マグネットロータ１１，１１が互いに吸引するマグネットカップリング力をマグネットロータ１１とモータステータ鉄心１２ａに作用する吸引力でキャンセルすることができる。また、三相のモータステータ磁極は、マグネットロータ１１の磁極数に対応し、マグネットロータ１１の各極に磁界をかけるようにしている。三相の巻線１２ｂに所要の直流電流を供給することで、任意の回転数で一対のロータ２，２を同期反転駆動することができる。
A three-phase (U, V, W)
上述したように、本発明の各ロータ２は、軸部２Ａとスクリューネジ部２Ｓからなるロータ全体を一つの材料で一体成形することにより、焼嵌め工程が不要となり製造工程の簡略化を図ることができ、また高温運転時の熱変形によるスクリュー部と軸部との間の隙間発生のリスクを無くしたロータとすることができる。ロータの材料の候補としては、アルミニウム合金が考えられる。アルミニウム合金の場合にはロータの軽量化を図ることができる。ロータの材質をアルミニウム合金とする場合、従来、鋼材であった軸部２Ａの設計が重要である。軸部２Ａにおける軸受内輪との接触・支持部分は、無垢のアルミニウム合金の場合、軸受内輪との擦れや摺動などにより、摩耗が懸念される。この解決方法としては、アルミニウム合金のロータの軸部に高硬度の表面処理を施すことが好適である。
As described above, each
図２は、アルミニウム合金製のロータ２の軸部２Ａにおける軸受支持部分に表面処理を施した実施形態を示す断面図である。図２において太い実線で示すように、ロータ２の軸部２Ａの軸受支持部分に高硬度の表面処理ＳＴを施している。表面処理の候補とそのビッカース硬度を以下にあげる。
・硬質アルマイト：Ｈｖ２００から４００
・Ｎｉメッキ：Ｈｖ５００から１０００
・セラミックスメッキ：Ｈｖ１０００から１５００
・ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）：Ｈｖ１０００〜３０００
図２に示すように、軸部２Ａにおける軸受内輪との接触・支持部分である軸受支持部分に高硬度の表面処理を施すことにより、軸受内輪との擦れや摺動などによる摩耗を防止することができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment in which surface treatment is performed on the bearing support portion in the
Hard anodized: Hv200 to 400
・ Ni plating: Hv500 to 1000
・ Ceramics plating: Hv1000 to 1500
DLC (Diamond Like Carbon): Hv1000-3000
As shown in FIG. 2, the bearing support portion, which is a contact / support portion with the bearing inner ring in the
図３は、アルミニウム合金製の各ロータ２の全面に表面処理を施した実施形態を示す断面図である。アルミニウム合金は柔らかく、組立時などに接触により傷を付けたりする恐れがある。そのため、図３において太い実線で示すように、ロータ２の全面に高硬度の表面処理ＳＴを施すことにより、その予防ができる。また小サイズの固形物を吸引した場合も、表面硬度が小さいとロータに傷やカエリなどが付いてしまう恐れがあるので、この場合にも表面処理は有効である。表面処理としては、上述したロータ軸部の候補と同様でよい。軸部２Ａとスクリューネジ部２Ｓとを個別に表面処理してもよいが、軸部２Ａとスクリューネジ部２Ｓの表面処理を同一にすれば、選択的な施工が不要となり、表面処理の施工は非常に容易になる。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment in which a surface treatment is performed on the entire surface of each
本実施形態のように、モータ部が一対のロータをタイミングギヤを用いず互いに同期させて逆方向に回転させるマグネットカップリング型ＤＣブラシレスモータから構成されている場合は、２軸のロータ同士が接触することがあるため、ロータ同士の齧りを防止するために、ロータには潤滑性のよい表面処理を施すことが好適である。候補としては、テフロン（登録商標）の粒子を分散させたＮｉメッキ（摩擦係数：０．１、ビッカース硬度：ＨＶ５００程度）や、ＤＬＣ（摩擦係数：０．１から０．２、ビッカース硬度：Ｈｖ１０００〜３０００）が考えられる。 When the motor unit is composed of a magnet coupling type DC brushless motor that rotates a pair of rotors in the opposite direction in synchronization with each other without using a timing gear as in this embodiment, the two-axis rotors are in contact with each other. For this reason, in order to prevent the rotors from twisting, it is preferable to subject the rotor to a surface treatment with good lubricity. Candidates include Ni plating (friction coefficient: 0.1, Vickers hardness: about HV500) in which particles of Teflon (registered trademark) are dispersed, DLC (friction coefficient: 0.1 to 0.2, Vickers hardness: Hv1000). ~ 3000).
図４は、ロータ２における軸部２Ａの軸受支持部分とスクリューネジ部２Ｓとに異なった表面処理を施す実施形態を示す断面図である。図４において、太い実線で示すようにロータ２のスクリューネジ部２Ｓに低摩擦係数の表面処理ＳＴ１を施し、太い点線で示すようにロータ２の軸部２Ａの軸受支持部分に高硬度の表面処理ＳＴ２を施している。このように、軸部２Ａの軸受支持部分とスクリューネジ部２Ｓとに異なった表面処理ＳＴ１，ＳＴ２を施すことにより、軸部２Ａの軸受支持部分に耐摩耗性を付与することができ、スクリューネジ部２Ｓの表面に低摩擦係数の特性を付与することができる。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an embodiment in which different surface treatments are applied to the bearing support portion of the
図５は、アルミニウム合金製のロータ２の軸部２Ａにおける軸受支持部分と軸受内輪との間の摩耗対策の他の実施形態を示す断面図である。図５において太い実線で示すように、アルミニウム合金製のロータ２の軸部２Ａにおける軸受支持部分と軸受内輪の接触部は、焼嵌めＳＦもしくは圧入ＰＦにより一体化されている。摩耗が発生するのは、軸部２Ａの軸受支持部分の外径と軸受内輪の内径間に隙間があるからである。上記の焼嵌めＳＦもしくは圧入ＰＦにより、そもそもその隙間を無くしてしまえば、摩耗は発生しない。軸受内輪の材質は、軸受鋼やステンレス鋼が用いられる。アルミニウム合金製のロータの線膨張係数は軸受内輪の線膨張係数より大きいため、軸部２Ａの軸受支持部分と軸受内輪とは必ずより締まる方向に熱変形するので、運転中に運転温度の上昇に伴い軸部２Ａの軸受支持部分と軸受内輪の嵌合が緩くなることはない。回転機械を運転することで、必ず温度は上昇するため、軸部２Ａの軸受支持部分と軸受内輪の隙間（直径）の最大値は、その基準径の０．１%以下までに設定してもよい。例えば、直径１０ｍｍの軸部であれば、隙間の最大値は１０μmとなる。その方が組立・分解は容易である。但し、軸部２Ａの軸受支持部分と軸受内輪を焼嵌めもしくは圧入した後でも、両部品の線膨張係数の差から、例えば、ロータのみを液体窒素などで冷却することで、分解することは可能である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another embodiment of measures against wear between the bearing support portion and the bearing inner ring in the
上述したように、ロータ外径がより縮む傾向のアルミニウム合金製ロータと軸受内輪を焼嵌めもしくは圧入する方法は、ポンプの振動低減にも有効である。ロータは必ずロータと軸受の隙間分は振れ回りながら回転する。それは、回転振動（回転周波数振動）として現れる。隙間を無くしてしまうことは、その振れ回りを無くし、回転時の振動を低減させる。 As described above, the method of shrink fitting or press-fitting an aluminum alloy rotor and a bearing inner ring whose outer diameter tends to shrink is also effective in reducing pump vibration. The rotor always rotates while swinging around the gap between the rotor and the bearing. It appears as rotational vibration (rotational frequency vibration). Eliminating the gap eliminates the whirling and reduces vibration during rotation.
図１乃至図５に示す実施形態においては、ロータ２をアルミニウム合金で一体成形する場合を説明したが、ロータの材料のその他候補としては、ＰＰＳ樹脂、ＰＥＥＫ樹脂などの樹脂材が考えられる。これらの樹脂材は比重が１．３〜１．８であるので、アルミニウム合金に比べ更なる軽量化が可能となるが、アルミニウム合金に比べて表面処理の選択範囲が狭くなり、ＤＬＣしか施工できない。したがって、ロータ２が樹脂材の場合には、ＤＬＣによる表面処理を行う。
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 5, the case where the
図６（ａ）は、ロータにバランス修正用のバランスリングを設けた実施形態を示す断面図である。図６（ａ）に示すように、本発明のロータ２には、ロータバランスを修正するためのバランスリング１５が１つのロータに対し少なくとも１個設けられている。図６（ａ）に示す例においては、各ロータ２のスクリューネジ２Ｓの両端部近傍にバランスリング１５を設けている。バランス修正用のバランスリング１５の比重をロータ本体の材質の比重よりも大きなものにしておくことで、バランスリングの外径もしくは厚みを大きくしなくても所望のアンバランス修正を行うことができる。例えば、ロータ本体がアルミニウム合金（比重：２．８）に対し、バランスリングの材質をステンレス合金（比重：７．８〜８）などにする。
FIG. 6A is a cross-sectional view showing an embodiment in which a balance ring for balance correction is provided on the rotor. As shown in FIG. 6A, the
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すバランスリング１５の平面図である。図６（ｂ）に示すように、バランスリング１５を偏心形状にしておいてもよい。すなわち、バランスリング１５の内径の中心とバランスリング１５の外径の中心とをεだけ偏心させた偏心形状にしておき、ロータ本体に対し最も初期アンバランスが小さくなる位相にその偏心位置を合わせ、その後リング部での質量削除法によりアンバランス量を小さくすることができる。またロータ全体に対し、リングの比重が大きいため、少ない削除量でロータ全体へのアンバランス影響が大きいため、削除時間が短くてよいというメリットもある。また、バランスリング部でアンバランスの修正を行うので、ロータの表面処理を損なわなくて良い。
FIG. 6B is a plan view of the
図７は、ロータにバランス修正用のバランスリングを設ける場合の他の実施形態を示す断面図である。モータロータ１１の磁石部は、ロータ２の軸部２Ａに締結するためにモータロータスリーブ１１Ｓを用いている。磁石部をスリーブ部に接着などで固定することによりモータロータの構造体を形成している。スリーブ材質はアルミニウム合金やステンレス合金などを用いることができる。アルミニウム合金の場合、ロータ全体の軽量化（小慣性モーメント）、高固有振動数を得ることができる。小慣性モーメントは、回転加速度を大きくでき、起動・停止が短時間になる。高固有振動数は高速回転に有利である。また、モータロータは上述のバランスリングを兼ねることもできる。そのため、図７に示す実施形態においては、バランスリング１５は、ロータ２のスクリューネジ部２Ｓの第一の軸受側のみに設け、モータ側には設けていない。また、図６においては、バランスリングは偏心させていたが、モータロータ（磁石）接着面と軸嵌合面は偏心不可であるため、バランスリングを兼ねるモータロータは同心構造である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another embodiment in which a balance ring for balance correction is provided on the rotor. The magnet portion of the
モータロータは、２軸のスクリューの最適クリアランス状態にて、２軸のモータを同期させたいので、軸外径とモータロータスリーブ内径は、焼嵌めや圧入は好ましくなく、隙間嵌めが好ましい。これは、焼嵌めなどしてしまうと２軸の位相調整ができなくなるからである。モータロータ構造体とロータの締結はボルトにより軸方向に締結する。モータロータスリーブの材質にステンレス合金など、アルミニウム合金に比べ線膨張係数が小さい材質を用いた場合、アルミニウム合金製の軸部と軸受内輪の関係同様、回転時の熱膨張で、両部品間の隙間が減少し、安定した回転を得ることができる。 Since the motor rotor wants to synchronize the two-axis motor in the optimum clearance state of the two-axis screw, the outer diameter of the shaft and the inner diameter of the motor rotor sleeve are not preferably shrink fit or press fit, and the clearance fit is preferable. This is because biaxial phase adjustment cannot be performed if shrink fitting is performed. The motor rotor structure and the rotor are fastened in the axial direction by bolts. If the motor rotor sleeve is made of a material that has a smaller coefficient of linear expansion than aluminum alloy, such as stainless steel alloy, the thermal expansion during rotation will cause a gap between the two parts, similar to the relationship between the aluminum alloy shaft and bearing inner ring. Reduced and stable rotation can be obtained.
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。 Although the embodiment of the present invention has been described so far, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention may be implemented in various different forms within the scope of the technical idea.
１ ポンプケーシング
１ａ 軸受支持部
２ ロータ，スクリューロータ
２Ａ 軸部
２Ｓ スクリューネジ部
３ 第一の軸受
４ 軸受プレート
４ａ 軸受支持部
５ 第二の軸受
１０ モータ部
１１ モータロータ
１１Ｓ モータロータスリーブ
１５ バランスリング
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ロータは、一つの材料から一体成形されていることを特徴とする真空ポンプ。 A vacuum pump including a pair of rotors arranged opposite to each other, a casing having a first bearing that has an intake / exhaust port and defines an inter-axis distance between the pair of rotors, and a motor unit that rotationally drives the rotor Because
The said rotor is integrally molded from one material, The vacuum pump characterized by the above-mentioned.
前記ロータの外径と、前記第一の軸受および前記第二の軸受の少なくとも一方の内径とは、焼嵌めもしくは圧入にて嵌合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の真空ポンプ。 A bearing plate portion having a second bearing that defines an inter-axis distance between the pair of rotors;
6. The outer diameter of the rotor and the inner diameter of at least one of the first bearing and the second bearing are fitted by shrink fitting or press fitting. The vacuum pump according to one item.
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