JP4175834B2 - ターボ分子ポンプのシール構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、腐食性を有するガスや凝縮し易いガス等を含んだプロセスガスの排気に好適なターボ分子ポンプのシール構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の従来のターボ分子ポンプのシール構造として、出願人は先に図4の如くころがり軸受aを介して回転軸bを支承しているターボ分子ポンプcにおいて、該ターボ分子ポンプcのハウジングの静止部材dに径方向の揺動可能に嵌入された円筒状のブッシュeと、該ブッシュeの内周部に僅少の間隙を有して回動自在に該内周部を挿通した前記回転軸bの一部のジャーナル軸部fとからなり、該ジャーナル軸部fの外周部にヘリングボーン形溝gを回転方向に向かってへの字状に開いた形状に多数等間隔に凹設し、更に前記ジャーナル軸部fの外周部に前記へリングボーン形溝gに隣接してヘリカル溝hを多数等間隔に凹設したシール構造を提案した。(特願2000−340086)
【0003】
これは、ころがり軸受aのある大気圧側とポンプロータkのある真空側との間を前記シール構造によって軸封しようとするものである。
【0004】
先ず、へリングボーン形溝gの作用について説明する。
【0005】
回転軸bが高速回転すると、前記へリングボーン形溝gが、あたかもコンプレッサーの羽根の如く作用し、ジャーナル軸部fの外周面近傍の気体を駆動して動圧を発生する。この圧力は、大気圧の2乃至3倍に相当する値となる。
【0006】
然して、へリングボーン形溝gのあるジャーナル軸部fとブッシュeとの隙間に偏心があると、この動圧は狭い隙間の方に強く作用して該隙間を広げるように働き、前記ブッシュeの内周部と前記ジャーナル軸部fの外周部との間隙を所定の範囲に保つように作用する。
【0007】
次にヘリカル溝hの作用について説明する。
【0008】
ヘリカル溝hは前記へリングボーン形溝gの低圧側(ポンプロータk側)に隣接して配置されている。
【0009】
そして、前記ブッシュeと前記ジャーナル軸部fとの隙間の気体がポンプロータk側へ漏洩するのを防止するねじシール部として作用する。
【0010】
このため、前記ヘリカル溝hは、回転軸bが回転したとき、真空側(ポンプロータk側)から気体を吸入するようなヘリカル溝hの傾斜に形成されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
前記のシール構造において、ブッシュeの内周部とジャーナル軸部fの外周部との隙間が少許偏心した場合、ヘリカル溝hのあるねじシール部の該拡大した隙間部にパージガス又は大気が多流に逆流し、この圧力が前記隙間を押し広げるように作用する。
【0012】
この作用は前記へリングボーン形溝gの軸受作用とは逆の作用であり、へリングボーン形溝gによるブッシュeの動圧浮上効果を阻害する。そして、このためブッシュeとジャーナル軸部fとが固体接触の危険を生ずるという問題点があった。
【0013】
本発明は前記の問題点を解消し、ブッシュeとジャーナル軸部fとが固体接触を起こすことのないようなターボ分子ポンプのシール構造を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成すべく、ころがり軸受を介して回転軸を支承しているターボ分子ポンプにおいて、該ターボ分子ポンプのハウジングの静止部材に径方向の揺動可能に嵌入された円筒状のブッシュと、該ブッシュの内周部に僅少の間隙を有して回動自在に該内周部を挿通したジャーナル軸部とからなり、該ジャーナル軸部の外周部にヘリングボーン形溝を回転方向に向かってへの字状に開いた形状に凹設して動圧発生部を形成すると共に、該へリングボーン形溝に隣設した前記ジャーナル軸部の外周部にヘリカル溝を凹設してねじシール部を形成し、更に該ヘリカル溝の溝幅比、即ち溝幅と山幅との合計長さに対する溝幅の割合を前記へリングボーン形溝の溝幅比よりも大となるように形成したことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図1乃至図3により説明する。
【0016】
図1は本発明のターボ分子ポンプのシール構造部1の一部を断面で示しており、2はターボ分子ポンプの回転軸の一部のジャーナル軸部、3は円筒状のブッシュである。
【0017】
前記ジャーナル軸部2は前述の従来例の如く回転軸の一部であって前記ブッシュ3の内周部に僅少の間隙Sを有して回動自在に挿通しており、又、該ブッシュ3は、前述の従来例の如くハウジングの静止部材に、径方向の揺動可能に嵌入されている。尚、矢印Xはジャーナル軸部2の回転方向を示す。
【0018】
又、図1において、ジャーナル軸部2の上方が前述の従来例の如くポンプロータのある真空側であり、又、ジャーナル軸部2の下方が前述の従来例の如くころがり軸受のある大気圧側である。
【0019】
ジャーナル軸部2の外周に凹設されているヘリカル溝2a即ちねじシール部及びヘリングボーン形溝2b即ち動圧発生部の展開図を図2に示した。
【0020】
図2において、2aa及び2abはそれぞれヘリカル溝2aの溝部及び山部を示し、これらヘリカル溝2aの斜め方形の溝部2aaと斜め方形の山部2abは前記ジャーナル軸部2の外周面に該外周部を1周するように交互に等間隔に多数設けられている。
【0021】
又、2ba及び2bbはそれぞれへリングボーン形溝2bの溝部及び山部を示し、これらへリングボーン形溝2bのヘの字状の溝部2baとヘの字状の山部2bbも前記ジャーナル軸部2の外周面に該外周部を一周するように交互に等間隔に多数設けられている。
【0022】
そして前記ヘリカル溝2aは、前記へリングボーン形溝2bの低圧側に隣り合って配設されている。
【0023】
βSはヘリカル溝2aの溝角度、βBはヘリングボーン形溝2bの溝角度を示す。
【0024】
本実施の形態においては、ヘリカル溝2aの溝角度βSを25°に、又、へリングボーン形溝2bの溝角度βBを15°に設定した。尚、従来のこの種のシール構造では、一般にβSもβBも同じ角度(20°程度)に設定されている。
【0025】
図3は前記ジャーナル軸部2のヘリカル溝2a又はヘリングボーン形溝2bにおける横断面図を示す。
【0026】
即ち、2ac及び2adは、それぞれヘリカル溝2aにおける円周方向の溝幅及び山幅を示し、又、2bc及び2bdは、それぞれへリングボーン形溝2bにおける円周方向の溝幅及び山幅を示す。
【0027】
ヘリカル溝2aの溝幅比〔2ac/(2ac+2ad)〕をαSとし、へリングボーン形溝2bの溝幅比〔2bc/(2bc+2bd)〕をαBとすると、本実施の形態では、ヘリカル溝2aの溝幅比αSを0.6に設定し、又、へリングボーン形溝2bの溝幅比αBを0.4に設定した。尚、従来のこの種のシール構造では、一般にαSもαBも同じ溝幅比の0.5程度に設定されていた。
【0028】
次に、本発明の作用及び効果について説明する。
【0029】
従来の溝幅比(αS=αB=0.5)に設定したシール構造において、ジャーナル軸部2とブッシュ3との間隙部で振動を生じ不安定となることがあった。
【0030】
これらの溝幅比をαS=0.6、αB=0.4となるように改造したところ、前記振動は収まり、安定となった。
【0031】
即ち、同じ溝ピッチならば、ヘリカル溝2aの溝幅をヘリングボーン形溝2bの溝幅よりも広げた方が、前記間隙部を安定に保つことができる。
【0032】
これは、ヘリカル溝2a即ちねじシール部では溝幅比αSを大きくして山部2abの占める面積割合を小さくすることによりねじシール部の逆の軸受作用を減らし、又、へリングボーン形溝2b即ち動圧発生部では溝幅比αBを小さくして山部2bbの占める面積割合を大きくすることにより動圧軸受部の軸受作用を増加させるためと考えられる。
【0033】
尚、ヘリカル溝2aとへリングボーン形溝2bとの溝幅比の割合は、αS/αBを1.2乃至1.7の範囲とするのが好ましく、特にαS/αBが1.5の値において最も好ましい結果が得られた。
【0034】
又、従来の溝角度(βS=βB=20°)に設定したシール構造において、ジャーナル軸部2とブッシュ3との間隙部に生ずる固有振動数の減衰比が0.016程度であったが、これをβS=25°、βB=15°に改造したところ、前記固有振動数の減衰比は0.018に改善された。
【0035】
即ち、へリングボーン形溝2bの溝角度βBよりもヘリカル溝2aの溝角度βSを大きくすることにより、前記間隙部に生ずる振動を早く減衰させて、安定方向に移行させることができる。
【0036】
これは、ヘリカル溝2a即ちねじシール部では溝角度βSを大きくしてポンプ作用を弱めることにより該ねじシール部の逆の軸受作用を減らし、又、へリングボーン形溝2b即ち動圧発生部では溝角度βBを小さくしてポンプ作用を強めることにより該動圧発生部の軸受作用を増加させるためと考えられる。
【0037】
尚、これらの溝角度βB、βSは、βSがβBよりも5°乃至15°大きな角度とするのが好ましく、特にβSがβBよりも10°大きな値において減衰比増大の効果が最も大きかった。
【0038】
本実施の形態では、シール構造部1におけるヘリカル溝2aとへリングボーン形溝2bにおいて、各溝幅比αS及びαBをそれぞれ0.6及び0.4に設定すると共に各溝角度βS及びβBををそれぞれ25°及び15°に設定したので、ヘリカル溝2aのブッシュ3に対する逆軸受作用は減少し、ジャーナル軸部2とブッシュ3とが所定の間隙Sを保って安定に軸封を行なうように改善することができた。
【0039】
尚、ヘリカル溝部の溝幅比αSをヘリングボーン形溝部の溝幅比αBよりも大とすること、又は、ヘリカル溝部の溝角度βSをヘリングボーン形溝部の溝角度βBよりも大きくすることは、これらの内の一方のみを採用するようにしてもよい。
【0040】
【発明の効果】
このように本発明によれば、ターボ分子ポンプのシール構造において、ヘリカル溝及びヘリングボーン形溝を有するジャーナル軸部とブッシュとの間隙を安定に保つことができるので、該シール構造部において固体接触や焼き付きや磨耗を生じなくなる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のターボ分子ポンプシール構造部の一部縦断面図である。
【図2】前記シール構造部のヘリカル溝及びヘリングボーン形溝の展開図である。
【図3】前記シール構造部のジャーナル軸部の横断面図である。
【図4】従来のターボ分子ポンプのシール構造の縦断面図である。
【符号の説明】
1 ターボ分子ポンプのシール構造部
2 ジャーナル軸部
2a ヘリカル溝
2b へリングボーン形溝
3 ブッシュ
βB、βS 溝の傾斜角度(溝角度)
Claims (1)
- ころがり軸受を介して回転軸を支承しているターボ分子ポンプにおいて、該ターボ分子ポンプのハウジングの静止部材に径方向の揺動可能に嵌入された円筒状のブッシュと、該ブッシュの内周部に僅少の間隙を有して回動自在に該内周部を挿通したジャーナル軸部とからなり、該ジャーナル軸部の外周部にヘリングボーン形溝を回転方向に向かってへの字状に開いた形状に凹設して動圧発生部を形成すると共に、該へリングボーン形溝に隣接した前記ジャーナル軸部の外周部にヘリカル溝を凹設してねじシール部を形成し、更に該ヘリカル溝の溝幅比、即ち溝幅と山幅との合計長さに対する溝幅の割合を前記へリングボーン形溝の溝幅比よりも大となるように形成した分子ポンプのシール構造。
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JP2002168081A JP4175834B2 (ja) | 2002-06-10 | 2002-06-10 | ターボ分子ポンプのシール構造 |
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