JPH0783189A

JPH0783189A - ターボ真空ポンプ

Info

Publication number: JPH0783189A
Application number: JP5231260A
Authority: JP
Inventors: Akira Nishiuchi; 章西内; Masahiro Mase; 正弘真瀬; Noboru Muramatsu; 登村松; Katsuaki Kikuchi; 勝昭菊地; Takashi Nagaoka; 隆司長岡; Seiji Sakagami; 誠二坂上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1995-03-28
Also published as: US5536148A; KR950008989A; KR970010510B1

Abstract

(57)【要約】【構成】ターボ真空ポンプにおいて、ロータ１に設けた
吸気口側から排気口側に向けて順次小径となる段付階段
状渦流翼段と、このロータに対向して隙間をおいて設け
られたステータ２とにより多段の渦流ポンプ段を形成
し、渦流ポンプ段の吸気口側にねじ溝ポンプ段を設け、
大気へ排気する。【効果】ロータ、ステータとも一体型に形成されている
ので、大幅なコストダウンが図られる。また、軸方向に
抜き差しして分解組立を行なうことができるので、組立
に要する時間を半減できるとともに、組立て精度が向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気口の圧力が大気圧
であるターボ真空ポンプに係り、特に半導体や食品、薬
品などの製造装置に用いられ清浄な真空を作り出すのに
好適な真空ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のターボ真空ポンプにおいては、分
子流流域での排気性能が優れている軸流翼を多く用いて
いた。一方、近年粘性流領域で大きな圧縮比が得られる
渦流翼車を多段に形成したターボ真空ポンプが出現して
いる。この例としては特開平２−２６４１９６号公報に
記載のものがある。◆また、排気口の圧力レベルが大気
圧であるターボ真空ポンプも提案されており、その例が
特公平３−７０３９号公報に記載されている。◆この、
特公平３−７０３９号公報に記載されたターボ真空ポン
プは、通風路を形成するステータがロータ翼の先端径よ
りも内側に入り込んでおり、しかも軸方向に交互に配置
されているので、ステータは二つ割差し込み構造となっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来技術の中で
特開平２−２６４１９６号公報に記載のものは、大気圧
に排気できるものの、ポンプロータとポンプステータが
互いに入り組んでおり、ポンプロータの取外しが容易で
ないという不具合があった。

【０００４】また、ステータを二つ割差し込み構造とし
ているものは、部品点数が多くなり組立性が良好でなか
った。すなわち、個別部品を組合せる結果、各部品の寸
法公差が累積され、ロータ翼とステータ間の細隙の寸法
の管理および確保が難しく、ポンプ性能を確保するのが
困難であった。

【０００５】本発明の目的は、部品点数を少なくし、コ
ンパクトで製作および各部の寸法管理が容易なターボ真
空ポンプを提供することにある。◆また、製作上の諸要
因による性能のばらつきを小さくすることを可能とした
ターボ真空ポンプを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、ポンプロータとモータロータを取付け軸受により回
転自在に支持された回転軸と、吸気口が形成されたポン
プケーシングと、このケーシングに取り付けられ排気口
が形成されかつ内部に空洞部を有するポンプステータ
と、このポンプステータに取り付けられモータステータ
を保持するモータケーシングとを備え、前記吸気口から
吸い込んだ低圧の気体を圧縮し前記排気口から大気へ排
気するターボ真空ポンプにおいて、前記ポンプステータ
と前記モータケーシングの各々に冷却用の冷却通路を全
周に亘り形成したものである。

【０００７】また、吸気口が形成されたケーシングと、
このケーシングに取り付けられ排気口が形成され且つ内
部に空洞部を有するポンプステータと、このポンプステ
ータの内周面にその外周面が対向して配設されたポンプ
ロータと、このポンプロータをその一端側に取付け軸受
により回転自在に支持されたシャフトとを備えており、
前記吸気口から吸い込んだ低圧の気体を圧縮し前記排気
口から大気へ排気するターボ真空ポンプにおいて、前記
ポンプロータは一体に形成されており、かつ、前記吸気
口側に円筒ねじ溝ポンプ段を、該ねじ溝ポンプ段の下流
側に、下流に向かうに従い階段的に径が小さくなる円周
流ポンプ段を形成しており、前記ポンプステータは前記
ポンプロータの円周流ポンプ段に対向する部分の内径が
前記ポンプロータの外径に応じて所定の隙間を形成する
ように内径が順次階段状に変化しており、かつ、前記ポ
ンプステータの外周側に冷媒の流通する冷却ジャケット
が形成され、前記ケーシングは前記ポンプロータのねじ
溝ポンプ段と所定の隙間を形成するように前記ポンプロ
ータに対向して配設され、前記回転軸の前記ポンプロー
タ取付け端と反対端側に前記ポンプロータを駆動するモ
ータロータを取付け、該モータロータに対向してモータ
ステータを配設し、該モータステータを保持しその外周
側に冷媒の流通する冷媒流路が設けられたモータケーシ
ングを前記ポンプステータに取付け、該モータケーシン
グにオイルクーラを備えたオイルタンクを設けたもので
ある、さらに、円周流羽根車と、ねじ溝羽根車とを備え
たターボ真空ポンプにおいて、ポンプの定常時の運転回
転数を毎分４万回転以上としたものである。

【０００８】

【作用】渦流翼を有するロータの外径および通風路を有
するステータの内径を順次異径の段付階段状で多段にし
たことにより、ステータがロータ翼の先端径よりも外側
になり、各段のロータ翼にステータが挟まれることがな
い。そして、ステータを周方向に分割されていない一体
型とすることができ、ステータに手を加えること無くロ
ータを軸方向に抜きさしして真空ポンプの組立てが可能
となる。

【０００９】さらに、ポンプ部を段付階段状渦流要素と
ねじ溝要素とから構成することにより、ロータを一体で
加工・製作することができるとともに、高真空から大気
圧へ排気でき１台の真空ポンプで高真空を容易に達成で
きる。

【００１０】また、ステータ、ロータとも一体で加工で
きるので、加工精度を向上することができ、ロータとス
テータとの細隙寸法の管理が容易となり、性能のばらつ
きの小さいポンプを提供できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は本発明の第１の実施例を示した図で、上下方
向に軸配置されたシャフト３の中間部及び下端部を転が
り軸受６ａ、及び６ｂで支承し、その軸受間に高周波モ
ータロータ７ａが圧入されている。このシャフト３の上
部側に真空ポンプのポンプロータ（以下単にロータと称
す）１を圧入し、その後ボルトによって締結する。そし
て、このロータ１に対向してロータ１と同軸に隙間をも
ってポンプステータ（以下単にステータと称す）２が配
置され、ステータ２の上部にはフィルタを備えたポンプ
の吸気口５が設けられた吸込みケーシング４が機密性を
もって取り付けられている。そして、このロータ１とス
テータ２と吸込みケーシング４により真空ポンプのポン
プ部が形成されている。

【００１２】ステータ４の外周部には、真空ポンプの流
路部に対応する部分を冷却するための冷却ジャケットが
形成されている。つまり、冷却ジャケットは、ステータ
２の外径形状をじょうご型にし、その外周部に側板４０
をＯリング４１を介して取り付けたものである。なお、
ロータ１の軸心側はロータの慣性質量を低下させて応答
性を良くするために、中ぐりされている。

【００１３】一方、モータロータ７ａの外径側でモータ
ロータに対向して、モータステータ７ｂが下ケーシング
１１に保持されている。そして、下ケーシング１１とス
テータ２とはボルトにより締結されている。この下ケー
シングにはモータステータに対応した部分にモータを冷
却するための冷却流路、すなわち冷却ジャケットが形成
されている。

【００１４】さらに、下側の転がり軸受６ｂより下部に
あるシャフト３部分は、下ケーシング１１の下部に取付
けられたオイルタンク１５に突き出ている。そして、シ
ャフトの下端部に形成された円錐状をした管体であるリ
フトコーン１７によりオイルタンク内の潤滑油１６が汲
み上げられる。本実施例では、汲み上げられた潤滑油が
シャフト内部の軸方向穴を通って軸受部に設けられた半
径方向穴から各軸受６ａ，６ｂに供給される自給式構造
を採用している。

【００１５】ここで、ポンプ部について、図１、図２を
用いて詳述する。吸込みケーシング４に対向するロータ
１部分、すなわちロータの先端部分の外周面にはネジ状
溝が施されて、ねじ溝ポンプ段が構成されている。ステ
ータ２に対向するロータ１部分、つまりねじ溝ポンプ段
の下流側の外径は吸気口５側から排気口８側、すなわち
上側から下側に向かって順次小径に形成され階段状をな
している。そして、その各々の段階ごとに先端部に渦流
翼９が設けられ、多段の渦流ポンプ段を形成している。
ステータ２は、ロータ１の外径が軸方向に順次小径にな
っているのに応じてその内径が順次階段状に小さくなっ
ている。ロータ１の各渦流翼９と対向するステータ２の
内径面には通風路１０が形成されている。そして、ステ
ータ２の各段毎に周方向１ヶ所だけ、図２に示す仕切部
１４が吸入口１２と吐出口１３の間に設けられている。
また、ポンプロータの外周部及びポンプステータの内周
部に耐食性メッキを施すことにより、ロータとステータ
の接触があってもそれらの損傷を防止することが可能と
なる。

【００１６】ここで、ステータ２に設けた吸入口１２、
吐出口１３の形状を図３に示すように鋳物半割れ面に対
して垂直にすれば、精密鋳造方式でしか製作できなかっ
た従来形状のステータ２と異なり、普通鋳造で製作でき
るようになり、製作コストを約１/１０に低減すること
ができる。

【００１７】次に上述した本発明の一実施例の動作につ
いて説明する。◆図示しない制御装置の指令に基づいて
高周波モータコイル７ａ及び高周波モータステータ７ｂ
とからなるモータによりポンプ部を高速駆動すると、吸
気口５から吸入された気体は、ロータ１の上端部と吸込
みケーシング４とにより形成されたねじ溝ポンプ段、及
びロータ１とステータ２とにより形成される渦流ポンプ
段を経て順次圧縮され、排気口８から排気される。渦流
ポンプの各段では、各段に設けられた吸入口１２から気
体が流入し、高速で回転する渦流翼９により気体に周方
向の速度成分が付加される。そして、遠心力により渦流
翼９から半径方向に排出され、通風路１０内で減速して
圧力回復し再度渦流翼９に入る。気体は通風路１０を通
り抜ける間に上記作用を繰り返して、渦流翼９からエネ
ルギーを取得し、通風路１０内をらせんねじ状に流れて
吐出口１３から次の段へ流入する。この作用を複数段で
行なうことにより、高い圧縮比を得ることができ、その
結果、気体を大気へ直接排気することも可能となる。

【００１８】このように、円筒状の吸込みケーシングを
持つねじ溝ポンプ段と、順次小径に形成された段付階段
状渦流ポンプ段とを組合せているので、ロータ１を一方
向に引き抜くことが可能であり、ロータ１を一体で成形
することが可能である。また、ロータ径に応じてステー
タ内径も順次小径となる階段状であり一体成形が可能で
ある。さらに、ロータもステータもともに、軸方向へ抜
きさしして分解組立を行うことができ作業性が向上す
る。

【００１９】図４に本発明の他の実施例を示す。図４は
渦流ポンプ段のロータであり、その内周面にこのロータ
またはと回転軸の回転不釣合量を修正するためのバラン
スウェイト修正部を設けている点が上記実施例と異なっ
ている。ターボ真空ポンプは高周波モータにより高速で
運転されるため、回転不釣合量を減らすことが重要であ
る。特に、ロータの最大外径がφ１５０程度の小型の真
空ポンプではその周速度を音速に近付けており、その場
合回転軸の回転速度は４００００ｒｐｍ以上となり、簡
単な方法でバランスを取れる構造とする必要がある。図
４に示したバランス取り位置にすると、ポンプ性能を損
ねることが無い、大径位置でバランス修正ができ、付加
するまたは取り去る質量が少なくてすむ、等の効果があ
る。

【００２０】図５に示すのは図４の変形例で、ロータ１
の内周側にリング状の突起を設け、この部分をバランス
ウェイト修正部としたものである。このようにすること
により、グラインダ等を用いて研磨によりバランス取り
する場合の作業性が向上する。

【００２１】図６に、本発明のターボ真空ポンプのステ
ータ２の一実施例を示す。ステータ２の内周側は吸気口
側から排気口側へ向けて階段状に順次小径となってお
り、合計８段のポンプ段となっている。そして、各段を
連結する連結流路は各段毎に周方向位置を変えている。
これにより、不要な偏心力が作用するのを防止してい
る。このステータの外周側にはＯリング４１を介して円
筒状の板４１が配設されている。そして、ステータの外
周とこの板とで区画される空間には冷却液が充填されて
使用される。したがって、本図においては左右に各１個
づつ冷却水の流入、流出用のねじ穴が設けられている。

【００２２】図７に本発明の一実施例のロータと回転軸
とを２個の転がり軸受で支持した時の振動モードの計算
結果を示す。上段はこの回転系を円盤で置き換えたとき
の要素分割図で、下段は対応する位置における変位をプ
ロットしてできたモード図である。本実施例において
は、左側軸受６ａの近傍の回転軸の曲げ剛性を回転軸の
他の部分のそれよりも低くしてあるので、曲げモードが
出現する運転中においても、ロータ部における変位が小
さくなる。これにより、ロータとステータとのこすりや
かじり現象を防止できる。また、逆にロータとステータ
との間の隙間を小さくすることが出きるので、ポンプの
効率が向上する。

【００２３】図８は、本発明のドライ真空ポンプを搭載
した装置の一実施例であり、ポンプ本体２１、ポンプ用
制御装置２２及びその他補機関係機器を架台２３に取付
け、カバー２４でおおいパッケージ化してある。パッケ
ージ化することにより、ユーザがポンプ本体２１とポン
プ用制御装置２２間の配線作業をしなくてすみ、又、電
源、給排水および軸封ガスのユーティリティを接続する
だけで、すぐにポンプを起動することできるので、ユー
ザ側でのポンプ立上げ時間を短くすることができる。ま
た、給水ラインに定流量弁２５を設けており、水圧が変
動してもポンプ本体への給水が安定して行なえる。軸封
ガス供給ラインには、レギュレータ２６を設けており、
ガス圧が変動してもポンプ本体への供給が安定して行な
える。オイルタンク１５にはサブオイルタンク２７が接
続してあり、ポンプとしての適正油量をサブオイルタン
ク２７で調節できるとともに、油面検出器２８により油
量減少を事前に検出し油切れ等を防止している。さら
に、下ケーシング１１にオイルミスト回収装置２９を設
け、下ケーシング１１から流出する軸封ガス中に含まれ
るオイルミストを捕集した後、油分とガスとに分離し、
油分はオイルタンク１５へ戻し、ガスは吸気口５から吸
入したガスと一緒に排気口８から排気している。これに
より、排気がクリーンとなると共に、潤滑油の油切れを
防止できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、段付階段状渦流要素を
適用することにより、従来二ツ割形の複雑な形状しか実
施できなかったステータを一体型形状での形成を可能に
し、しかも精密鋳造方式から普通鋳造方式での製作が可
能になったことにより、ステータの製作コストを従来の
約１/１０と大幅にコストダウンが可能となる。また、
ロータ、ステータとも一体型にすることができるので、
寸法管理が容易になり、しかも軸方向に抜きさしして分
解組立を行なうことができるので、組立にかかる時間を
従来の約半分に削減することができる。

【００２５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の縦断面図である。

【図２】図１の横断面図である。

【図３】本発明のステータの横断面図である。

【図４】本発明のロータの他の実施例の縦断面図であ
る。

【図５】図４の変形例の縦断面図である。

【図６】本発明のステータの縦断面図である。

【図７】振動解析結果を示す図である。

【図８】本発明の一実施例を搭載したパッケージ型の真
空排気装置の縦断面図である。

【符号の説明】

１…ポンプロータ、２…ポンプステータ、３…シャフ
ト、４…吸込みケーシング、５…吸気口、６ａ、６ｂ…
ころがり軸受、７ａ…高周波モータロータ、７ｂ…高周
波モータステータ、８…排気口、９…渦流翼、１０…通
風路、１１…下ケーシング、１２…吸入口、１３…吐出
口、１４…仕切部、１５…オイルタンク、１７…リフト
コーン、２１…ポンプ本体、２２…ポンプ用制御装置、
２３…架台、２４…カバー、２５…定流量弁、２６…レ
ギュータ、２７…サブオイルタンク、２８…油面検出
器、２９…オイルミスト回収装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菊地勝昭茨城県土浦市神立町603番地株式会社日立製作所土浦工場内 (72)発明者長岡隆司茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者坂上誠二茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポンプロータとモータロータを取付け軸受
により回転自在に支持された回転軸と、吸気口が形成さ
れたポンプケーシングと、このケーシングに取り付けら
れ排気口が形成されかつ内部に空洞部を有するポンプス
テータと、このポンプステータに取り付けられモータス
テータを保持するモータケーシングとを備え、前記吸気
口から吸い込んだ低圧の気体を圧縮し前記排気口から大
気へ排気するターボ真空ポンプにおいて、前記ポンプステータと前記モータケーシングの各々に冷
却用の冷却通路を全周に亘り形成したことを特徴とする
ターボ真空ポンプ。
【請求項２】前記ポンプロータは前記排気口側にねじ溝
ポンプ段が、該ねじ溝ポンプ段の下流側に階段状に順次
小径となる円周流ポンプ段が一体的に形成されており、
前記ポンプステータは前記ポンプロータの前記円周流ポ
ンプ段の外径に応じて吸気口側から排気口側へ向けてそ
の内径を順次小径にして前記ポンプロータとの間に所定
の隙間を形成したことを特徴とする請求項１に記載のタ
ーボ真空ポンプ。
【請求項３】吸気口が形成されたケーシングと、このケ
ーシングに取り付けられ排気口が形成され且つ内部に空
洞部を有するポンプステータと、このポンプステータの
内周面にその外周面が対向して配設されたポンプロータ
と、このポンプロータをその一端側に取付け軸受により
回転自在に支持されたシャフトとを備えており、前記吸
気口から吸い込んだ低圧の気体を圧縮し前記排気口から
大気へ排気するターボ真空ポンプにおいて、前記ポンプロータは一体に形成されており、かつ、前記
吸気口側に円筒ねじ溝ポンプ段を、該ねじ溝ポンプ段の
下流側に、下流に向かうに従い階段的に径が小さくなる
円周流ポンプ段を形成しており、前記ポンプステータは
前記ポンプロータの円周流ポンプ段に対向する部分の内
径が前記ポンプロータの外径に応じて所定の隙間を形成
するように内径が順次階段状に変化しており、かつ、前
記ポンプステータの外周側に冷媒の流通する冷却ジャケ
ットが形成され、前記ケーシングは前記ポンプロータの
ねじ溝ポンプ段と所定の隙間を形成するように前記ポン
プロータに対向して配設され、前記回転軸の前記ポンプ
ロータ取付け端と反対端側に前記ポンプロータを駆動す
るモータロータを取付け、該モータロータに対向してモ
ータステータを配設し、該モータステータを保持しその
外周側に冷媒の流通する冷媒流路が設けられたモータケ
ーシングを前記ポンプステータに取付け、該モータケー
シングにオイルクーラを備えたオイルタンクを設けたこ
とを特徴とするターボ真空ポンプ。
【請求項４】前記モータステータ及び前記モータロータ
からなるモータを駆動するインバータ電源盤を前記ター
ボ真空ポンプが備え、同一筐体内に収納したパッケージ
構造であることを特徴とする請求項１または３記載のタ
ーボ真空ポンプ。
【請求項５】前記回転軸の上部軸受近傍の曲げ剛性が該
回転軸の他の部分の曲げ剛性より低く形成されたことを
特徴とする請求項１または３に記載のターボ真空ポン
プ。
【請求項６】前記回転軸を支持する軸受は前記回転軸の
前記ポンプロータ取付け部の近傍に配設された第１の転
がり軸受と、前記回転軸の前記ポンプロータ取付け部の
反対端近傍に配設された第２の転がり軸受からなり、該
第１の転がり軸受と第２の転がり軸受間にモータロータ
を配設したことを特徴とする請求項１または３に記載の
ターボ真空ポンプ。
【請求項７】前記モータロータに隙間をもって対向して
モータステータが配設され、該モータステータは前記ス
テータが保持されたモータケーシングに取り付けられ、
該モータケーシングに前記モータステータを冷却する第
２の冷却流路を形成した子とを特徴とする請求項１又は
３に記載のターボ真空ポンプ。
【請求項８】前記回転軸が鉛直方向に配設された縦軸型
のポンプであることを特徴とする請求項１又は３に記載
のターボ真空ポンプ。
【請求項９】前記ポンプステータの空洞部にバランスウ
ェイト修正部を形成したことを特徴とする請求項１に記
載のターボ真空ポンプ。
【請求項１０】前記ポンプロータの外周部及びポンプス
テータの内周部に耐食性メッキ層を形成したことを特徴
とする請求項１に記載のターボ真空ポンプ。
【請求項１１】前記ポンプステータの円周流部とモータ
ステータとを直接結合したことを特徴とする請求項１に
記載のターボ真空ポンプ。
【請求項１２】前記羽根車は円周流羽根車部とねじ溝羽
根車部とが同一部材から一体で形成されていることを特
徴とする請求項１に記載のターボ真空ポンプ。
【請求項１３】前記ポンプステータはその内径に応じて
その外形を小さく形成したことを特徴とする請求項１に
記載のターボ真空ポンプ。
【請求項１４】前記ポンプステータに全周にわたり冷媒
が流通する流路が形成されていることを特徴とする請求
項１に記載のターボ真空ポンプ。
【請求項１５】前記吸気口を前記ポンプステータのねじ
溝部に設けたことを特徴とする請求項１に記載のターボ
真空ポンプ。
【請求項１６】前記吸気口にフィルタを備えたことを特
徴とする請求項１に記載のターボ真空ポンプ。
【請求項１７】円周流羽根車と、ねじ溝羽根車とを備え
たターボ真空ポンプにおいて、ポンプの定常時の運転回
転数を毎分４万回転以上としたことを特徴とするターボ
真空ポンプ。