JPH04362294A - Screw type vacuum pump - Google Patents
Screw type vacuum pumpInfo
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- JPH04362294A JPH04362294A JP13656591A JP13656591A JPH04362294A JP H04362294 A JPH04362294 A JP H04362294A JP 13656591 A JP13656591 A JP 13656591A JP 13656591 A JP13656591 A JP 13656591A JP H04362294 A JPH04362294 A JP H04362294A
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- diameter
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置などに
使用されるネジ形真空ポンプに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a screw-type vacuum pump used in semiconductor manufacturing equipment and the like.
【0002】0002
【従来技術】従来、ネジ形真空ポンプは、例えば実開昭
63ー118392号公報に示されているように既に知
られている。この従来のネジ形真空ポンプは、図6に示
すように、上部に半導体製造室などに接続される吸気口
Aを備え、また、中間部に排気口Bを備えたケーシング
C内上方に、円筒状のステータSと、該ステータSの内
周面に対向する外周面にネジ溝eを設けた円筒状のロー
タEとから成るポンプ要素Mを内装し、前記ロータEを
、前記ケーシングC内下方に配置するモータGの駆動軸
Iに結合して、前記ロータEを高速回転させることによ
り、前記吸気口AからロータE外周面とステータS内周
面との間の気体流路Jに流入された気体を前記排気口B
へと排出させて真空引きを行い、前記半導体製造室など
を真空に保持するように構成されている。BACKGROUND OF THE INVENTION Conventionally, screw-type vacuum pumps are already known, as shown in, for example, Japanese Utility Model Application Publication No. 118392/1983. As shown in FIG. 6, this conventional screw-type vacuum pump has an intake port A connected to a semiconductor manufacturing room, etc. at the top, and a cylindrical cylinder at the upper part of the casing C, which has an exhaust port B in the middle part. A pump element M consisting of a shaped stator S and a cylindrical rotor E having a thread groove e on the outer circumferential surface opposite to the inner circumferential surface of the stator S is installed inside the casing C. By connecting the rotor E to the drive shaft I of the motor G disposed in the rotor E and rotating the rotor E at high speed, air flows from the air intake port A into the gas flow path J between the outer circumferential surface of the rotor E and the inner circumferential surface of the stator S. The gas from the exhaust port B
The semiconductor manufacturing chamber and the like are maintained in a vacuum by evacuation.
【0003】0003
【発明が解決しようとする課題】所で、以上のような真
空ポンプにおいて、前記ロータEは、前記吸気口A側の
気体を排気口Bに排出させて目標の真空度に到達させる
仕事と、目標の真空度に到達後、定常運転で前記排気口
B側の気体が前記気体流路J側に逆流するのを阻止して
前記真空度を保持する仕事とを行なうことになる。即ち
、目標の真空度に到達した後では、前記気体流路Jの流
量は殆どなくなるため、真空にするための仕事量はなく
なるのであるが、前記排気口Bでは大気圧になっている
ため、この排気口B側の大気が前記気体流路Jに逆流す
るのを阻止して、目標の真空度に保持するための仕事が
必要になる。[Problems to be Solved by the Invention] In the vacuum pump as described above, the rotor E has the task of discharging the gas from the intake port A side to the exhaust port B to reach a target degree of vacuum; After reaching the target degree of vacuum, the job of maintaining the degree of vacuum is to prevent the gas on the side of the exhaust port B from flowing back to the side of the gas flow path J during steady operation. That is, after the target degree of vacuum is reached, the flow rate in the gas flow path J is almost gone, so there is no work required to create a vacuum, but since the pressure is at atmospheric pressure at the exhaust port B, Work is required to prevent the atmosphere on the side of the exhaust port B from flowing back into the gas flow path J and to maintain the target degree of vacuum.
【0004】所が、前記した従来のネジ形真空ポンプに
おけるロータEは、図6に示されているように同一径の
直円筒状に形成して、その外周面にネジ溝eを設けてい
るため、前記ロータEの軸方向両端部における周方向長
さが同じになっており、前記気体流路Jの吸気口Aへの
開口面積と排気口Bへの開口面積との面積差が殆どない
のである。従って、排気口Bから前記気体流路Jに逆流
する大気の逆流量が多くなるので、所定の真空度に到達
した後、前記大気の逆流を阻止して目標の真空度に保持
するのに大きな仕事量が必要であり、それだけロータE
を高速回転させる必要が生ずることになるから、定常運
転時の所要動力が増大することになる。また、同一径の
直円筒状に形成された前記ロータEは、吸気口A側端面
と排気口B側端面との受圧面積の差が殆どないので、前
記ロータEに大きな軸方向の力F、即ち、F=A0 (
P2 −P1 )が作用することになる。尚、A0 は
ロータEの横断面積、P1 は吸気口A側の圧力、P2
は排気口B側の圧力である。従って、前記ロータEに
結合した駆動軸Hを支持する軸受Kに過大の負荷が作用
することになるので、磁気軸受を用いた場合は、電磁石
が大形になると共に、磁気制御が行い難くなる問題があ
り、また、玉軸受を用いた場合は、この軸受の耐久性が
悪くなる問題がある。However, as shown in FIG. 6, the rotor E in the conventional screw-type vacuum pump described above is formed into a right cylindrical shape with the same diameter, and a thread groove e is provided on the outer peripheral surface of the rotor E. Therefore, the circumferential length of the rotor E at both ends in the axial direction is the same, and there is almost no difference in area between the opening area of the gas flow path J to the intake port A and the opening area of the gas flow path J to the exhaust port B. It is. Therefore, the amount of backflow of the atmosphere flowing back from the exhaust port B to the gas flow path J increases, so that after reaching a predetermined degree of vacuum, it takes a large amount of air to prevent the backflow of the atmosphere and maintain the target degree of vacuum. The amount of work required is the same, and the rotor E
Since it will be necessary to rotate the motor at high speed, the required power during steady operation will increase. In addition, since the rotor E, which is formed into a right cylindrical shape with the same diameter, has almost no difference in pressure receiving area between the end surface on the intake port A side and the end surface on the exhaust port B side, the rotor E is subjected to a large axial force F, That is, F=A0 (
P2 - P1) will act. In addition, A0 is the cross-sectional area of rotor E, P1 is the pressure on the intake port A side, and P2
is the pressure on the exhaust port B side. Therefore, an excessive load will be applied to the bearing K that supports the drive shaft H connected to the rotor E, so if a magnetic bearing is used, the electromagnet will be large and it will be difficult to perform magnetic control. However, when ball bearings are used, there is a problem that the durability of the bearings is deteriorated.
【0005】本発明は以上の問題点に鑑み発明したもの
で、その目的は、目標の真空度に達した後の定常運転時
における所要動力を減少できると共に、ロータに作用す
る軸方向の力を小さくすることができて、しかも、高真
空を可能とする点にある。The present invention was invented in view of the above problems, and its purpose is to reduce the power required during steady operation after reaching the target degree of vacuum, and to reduce the axial force acting on the rotor. The advantage is that it can be made small and also allows for high vacuum.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明では、吸気口4と排気口5とをもったケーシン
グ1内にステータ21と、該ステータ21に対し回転可
能なロータ22とから成るポンプ要素2を内装して成る
ネジ形真空ポンプにおいて、前記ロータ22を、前記吸
気口4側が大径となる大径ロータ部22aと、前記排気
口5側が小径となる少なくとも一つの小径ロータ部22
bとにより多段に形成すると共に、前記ステータ21の
内周に、前記ロータ22の各ロータ部22a、22b外
周面に対向する大径内周面21aと小径内周面21bと
を設けて、前記各ロータ部22a、22bの外周面と、
前記各内周面21a、21bとの一方にネジ溝24を設
けたのである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention includes a stator 21 in a casing 1 having an intake port 4 and an exhaust port 5, and a rotor 22 rotatable with respect to the stator 21. In the screw type vacuum pump, the rotor 22 has a large diameter rotor part 22a having a large diameter on the side of the intake port 4, and at least one small diameter rotor part 22a having a small diameter on the side of the exhaust port 5. Part 22
b, and the stator 21 is provided with a large-diameter inner circumferential surface 21a and a small-diameter inner circumferential surface 21b facing the outer circumferential surfaces of the respective rotor parts 22a and 22b of the rotor 22 on the inner periphery of the stator 21. The outer peripheral surface of each rotor portion 22a, 22b,
A thread groove 24 is provided on one of the inner peripheral surfaces 21a and 21b.
【0007】前記ロータ22の大径ロータ部22aと小
径ロータ部22bとは一体に形成することもできるし、
また、前記大径ロータ部22aと小径ロータ部22bと
を別個に形成して、これら各ロータ部22a、22bの
外周面にネジ溝24を設けることもできる。The large diameter rotor portion 22a and the small diameter rotor portion 22b of the rotor 22 may be formed integrally,
Alternatively, the large-diameter rotor portion 22a and the small-diameter rotor portion 22b may be formed separately, and the thread grooves 24 may be provided on the outer peripheral surfaces of each of the rotor portions 22a, 22b.
【0008】また、前記ステータ21の大径内周面21
a部と小径内周面21b部とを一体に形成することもで
きるし、又、前記大径内周面21a部と小径内周面21
b部とは別個に形成して、各内周面21a、21bにネ
ジ溝24を設けることもできる。[0008] Furthermore, the large diameter inner circumferential surface 21 of the stator 21
The a section and the small diameter inner circumferential surface 21b section can be formed integrally, or the large diameter inner circumferential surface 21a section and the small diameter inner circumferential surface 21
It is also possible to form the screw groove 24 separately from the b portion and provide the thread groove 24 on each inner circumferential surface 21a, 21b.
【0009】また、前記ネジ溝24は、溝深さH1 と
、溝ピッチH2 と、螺旋角H3 とを、大径側で大き
くし、小径側で小さくするのが好ましい。Further, it is preferable that the thread groove 24 has a groove depth H1, a groove pitch H2, and a helical angle H3 that are large on the large diameter side and small on the small diameter side.
【0010】0010
【作用】ロータ22を高速回転させて真空引きを行なう
場合、吸気口4に連通する半導体製造室などの室の気体
を、大径ロータ部22aと大径内周面21aとの間の気
体流路を経て、小径ロータ部22bと小径内周面21b
との間の気体流路から排気口5に排出することができる
のであって、前記ロータ22は、大径ロータ部22aと
小径ロータ部22bとの多段に形成して、このロータ2
2の軸方向両端部における周方向長さを異ならせ、前記
気体流路の排気口5側への開口面積を、吸気口4側への
開口面積よりも小さくしているから、目標の真空度に到
達した後、排気口5から前記気体流路に逆流する大気の
逆流量を少なくできるのである。従って、目標の真空度
に到達した後、前記大気の逆流を阻止して目標の真空度
に保持するのに必要な仕事量を減少でき、それだけ定常
運転時の所要動力を減少できるのである。[Operation] When vacuuming is performed by rotating the rotor 22 at high speed, the gas in a chamber such as a semiconductor manufacturing chamber that communicates with the intake port 4 is transferred to the gas flow between the large-diameter rotor portion 22a and the large-diameter inner peripheral surface 21a. Through the path, the small diameter rotor portion 22b and the small diameter inner peripheral surface 21b
The rotor 22 is formed in multiple stages including a large diameter rotor part 22a and a small diameter rotor part 22b.
Since the circumferential lengths at both axial ends of the gas flow path are different, and the opening area of the gas flow path toward the exhaust port 5 side is made smaller than the opening area toward the intake port 4 side, the target degree of vacuum can be achieved. After reaching , the amount of atmospheric air flowing back from the exhaust port 5 into the gas flow path can be reduced. Therefore, after the target degree of vacuum is reached, the amount of work required to prevent the atmospheric backflow and maintain the target degree of vacuum can be reduced, and the power required during steady operation can be reduced accordingly.
【0011】つまり、図5に示したように、形状が相似
している大きさの異なるロータを用いたポンプにおいて
、大径ロータを回転させるのに必要な動力をL1 とし
、小径ロータを回転させるのに必要な動力をL2 とし
た場合、L2 /L1 は、数1に示すように、相似則
の原理から気体圧力P1 とP2 との比と、ロータ外
径D1とD2 との比の5乗と、ロータ回転数N1 と
N2との比の3乗とに比例することが知られており、又
、大径ロータの気体入口圧と出口圧との差圧を△P1
とし、小径ロータの気体入口圧と出口圧との差圧を△P
2 とした場合、△P2 /△P1 は、数2に示すよ
うに、ロータ外径D1 とD2 との比の2乗と、ロー
タ回転数N1 とN2 との比の2乗とに比例すること
が知られている。尚、数1において、大径ロータの気体
出口圧をP1 、小径ロータの気体出口圧をP2 とし
ている。In other words, as shown in FIG. 5, in a pump using rotors of different sizes but similar in shape, the power required to rotate the large diameter rotor is L1, and the power required to rotate the small diameter rotor is L1. If the power required for is known to be proportional to the cube of the ratio of the rotor rotational speed N1 and N2, and the differential pressure between the gas inlet pressure and outlet pressure of the large-diameter rotor is expressed as △P1
The differential pressure between the gas inlet pressure and outlet pressure of the small diameter rotor is △P.
2, △P2 /△P1 is proportional to the square of the ratio of rotor outer diameters D1 and D2 and the square of the ratio of rotor rotational speeds N1 and N2, as shown in Equation 2. It has been known. In Equation 1, the gas outlet pressure of the large-diameter rotor is P1, and the gas outlet pressure of the small-diameter rotor is P2.
【0012】0012
【数1】[Math 1]
【0013】[0013]
【数2】[Math 2]
【0014】しかして、ロータを回転させるのに必要な
動力Lは、気体圧力Pと、ロータ外径Dの5乗と、ロー
タ回転数Nの3乗とに比例するのであるから、動力Lを
減少するには、2乗の値で変動するロータ回転数Nを小
さくするよりは、5乗の値で変動するロータ外径Dを小
さくした方が大きく減少させることができるのであり、
しかも、ロータ22を多段とし、その小径ロータ部22
bを排気口5側に設けることにより、目標の真空度に到
達した後における大気の逆流量も少ないのであるから、
前記動力を減少させても真空能力のダウンもないのであ
る。Since the power L required to rotate the rotor is proportional to the gas pressure P, the fifth power of the rotor outer diameter D, and the third power of the rotor rotational speed N, the power L is In order to reduce the rotor speed, it is better to reduce the rotor outer diameter D, which varies by a value to the fifth power, than by reducing the rotor rotational speed N, which varies by a square value.
Moreover, the rotor 22 is made multi-stage, and the small diameter rotor portion 22
By providing b on the exhaust port 5 side, the amount of backflow of the atmosphere after reaching the target degree of vacuum is also small.
Even if the power is reduced, there is no reduction in vacuum capacity.
【0015】また、多段に形成したロータ22の小径ロ
ータ部22bを排気口5側に設けているから、この排気
口5側端面の受圧面積を、吸気口4側受圧面積よりも小
さくできるのであり、このため、ロータ22に作用する
軸方向の力を小さくでき、それだけ前記ロータ22に結
合した駆動軸を支持する軸受の負荷を軽減できるのであ
る。Furthermore, since the small diameter rotor portion 22b of the rotor 22 formed in multiple stages is provided on the exhaust port 5 side, the pressure receiving area of the end face on the exhaust port 5 side can be made smaller than the pressure receiving area on the intake port 4 side. Therefore, the axial force acting on the rotor 22 can be reduced, and the load on the bearing supporting the drive shaft connected to the rotor 22 can be reduced accordingly.
【0016】又、多段に形成したロータ22は、その小
径ロータ部22bを排気口5側に設けているから、前記
大径ロータ部22aの気体入口圧と出口圧との差圧を△
P1とし、小径ロータ部22bの気体入口圧と出口圧と
の差圧を△P2 とした場合、上記数2で明らかなよう
に、前記小径ロータ部22bの外径D2 を小さくする
ことにより△P2 /△P1 を小さくでき、高真空に
できるのである。Furthermore, since the rotor 22 formed in multiple stages has its small-diameter rotor portion 22b provided on the exhaust port 5 side, the differential pressure between the gas inlet pressure and outlet pressure of the large-diameter rotor portion 22a can be reduced by △.
P1 and the pressure difference between the gas inlet pressure and the outlet pressure of the small diameter rotor portion 22b is ΔP2.As is clear from Equation 2 above, by reducing the outer diameter D2 of the small diameter rotor portion 22b, ΔP2 is /ΔP1 can be made small and a high vacuum can be achieved.
【0017】又、前記ロータ22の大径ロータ部22a
と小径ロータ部22bとを一体に形成することにより、
各ロータ部22a、22bにおける芯振れを容易に少な
くできるのである。同様に、前記ステータ21の大径内
周面21a部と小径内周面21b部とを一体に形成する
ことにより、各内周面21a、21b部における芯出し
を容易にできるのである。[0017] Also, the large diameter rotor portion 22a of the rotor 22
By integrally forming the small diameter rotor portion 22b,
The center runout in each rotor portion 22a, 22b can be easily reduced. Similarly, by integrally forming the large-diameter inner circumferential surface 21a and the small-diameter inner circumferential surface 21b of the stator 21, it is possible to easily center the inner circumferential surfaces 21a and 21b.
【0018】また、前記ロータ22の大径ロータ部22
aと小径ロータ部22bとを別個に形成してこれら各ロ
ータ部22a、22bの外周面にネジ溝24を設けるこ
とにより、各ロータ部22a、22bのネジ溝24の加
工が行ない易いのであり、それだけコストを低減できる
のである。同様に、前記ステータ21の大径内周面21
a部と小径内周面21b部とは別個に形成して、各内周
面21a、21bにネジ溝24を設けることにより、各
内周面21a、21bのネジ溝24の加工が行ない易い
のであり、それだけコストを低減できるのである。Furthermore, the large diameter rotor portion 22 of the rotor 22
By forming the small diameter rotor portion 22b separately and providing the thread groove 24 on the outer peripheral surface of each rotor portion 22a, 22b, it is easy to process the thread groove 24 of each rotor portion 22a, 22b. That is how much the cost can be reduced. Similarly, the large diameter inner peripheral surface 21 of the stator 21
By forming the part a and the small diameter inner circumferential surface 21b separately and providing the thread grooves 24 on each inner circumferential surface 21a, 21b, it is easy to process the thread grooves 24 on each inner circumferential surface 21a, 21b. Yes, and the cost can be reduced accordingly.
【0019】また、前記ネジ溝24は、溝深さH1 と
、溝ピッチH2 と、螺旋角H3 とを、大径側で大き
くし、小径側で小さくすることにより、単位長さ当たり
の差圧を大きくできるので、より一層高真空にできるの
である。Furthermore, the thread groove 24 has a groove depth H1, a groove pitch H2, and a helical angle H3 that are large on the large diameter side and small on the small diameter side, thereby reducing the differential pressure per unit length. can be made larger, making it possible to create an even higher vacuum.
【0020】[0020]
【実施例】図1及び図2に示した真空ポンプは、隔壁1
aを介して上下に区画したケーシング1の上部内側に円
筒状のステータ21と、該ステータ21に対し回転可能
なロータ22とから成るポンプ要素2を内装すると共に
、前記ケーシング1の下部内側にモータ3を配置し、こ
のモータ3の駆動軸31を、前記隔壁1aを貫通して前
記ロータ22に結合している。又、前記ケーシング1の
上端部に、半導体製造室などに接続される吸気口4を設
けると共に、前記隔壁1aに、外部に開放される排気口
5を設けて、前記ロータ22を高速回転させることによ
り、前記吸気口4からロータ22とステータ21との間
の気体流路23に流入された気体を昇圧しながら前記排
気口5へと排出させて真空引きを行い、前記半導体製造
室などを高真空に保持するようにしている。[Example] The vacuum pump shown in FIGS. 1 and 2 has a partition wall 1
A pump element 2 consisting of a cylindrical stator 21 and a rotor 22 that is rotatable with respect to the stator 21 is housed inside the upper part of the casing 1 which is divided into upper and lower parts via a, and a motor is installed inside the lower part of the casing 1. 3 is arranged, and the drive shaft 31 of this motor 3 is coupled to the rotor 22 through the partition wall 1a. Further, an intake port 4 connected to a semiconductor manufacturing room or the like is provided at the upper end of the casing 1, and an exhaust port 5 opened to the outside is provided in the partition wall 1a to rotate the rotor 22 at high speed. The gas flowing into the gas flow path 23 between the rotor 22 and the stator 21 from the intake port 4 is discharged to the exhaust port 5 while increasing the pressure, thereby evacuating the semiconductor manufacturing room etc. I try to keep it in a vacuum.
【0021】しかして、前記ロータ22を、図1に示す
ごとく前記吸気口4側が大径となる大径ロータ部22a
と、前記排気口5側が段階的に小径となる三つの小径ロ
ータ部22b、22b、22bとにより多段に形成する
と共に、前記ステータ21の内周に、前記ロータ22の
大径ロータ部22a外周面に僅少間隔を置いて対向する
大径内周面21aと、前記各小径ロータ部22b、22
b、22bの外周面と僅少間隔を置いて対向する三つの
小径内周面21b、21b、21bとを段階的に設けて
、前記各ロータ部22a、22bの外周面にネジ溝24
を設けたのである。[0021] As shown in FIG. 1, the rotor 22 has a large-diameter rotor portion 22a whose diameter is larger on the side of the intake port 4.
and three small-diameter rotor parts 22b, 22b, 22b whose diameters are gradually reduced on the exhaust port 5 side. a large-diameter inner circumferential surface 21a facing each other with a slight interval therebetween, and each of the small-diameter rotor portions 22b, 22.
Three small-diameter inner circumferential surfaces 21b, 21b, 21b facing the outer circumferential surfaces of the rotor parts 22a, 22b with a slight interval are provided in stages, and a threaded groove 24 is formed on the outer circumferential surface of each of the rotor parts 22a, 22b.
was established.
【0022】このネジ溝24は、図2に示すようにその
溝深さH1 と、溝ピッチH2 と、螺旋角H3 とを
、前記各ロータ部22a、22bの間で異ならせるのが
好ましい。即ち、大径ロータ部22aでは、溝深さH1
と、溝ピッチH2 と、螺旋角H3 とを大きくして
、排出流量を多くできるようにし、また、最小径ロータ
部22bでは、溝深さH1 と、溝ピッチH2 と、螺
旋角H3 とを他の小径ロータ部22bより小さくして
単位長さ当たりの差圧を大きくできるようにするのが好
ましい。尚、前記ネジ溝24は、前記溝深さH1 と、
溝ピッチH2 と、螺旋角H3 との何れか一つ或は二
つを各ロータ部22a、22bの間で前記したように異
ならせてもよいのである。As shown in FIG. 2, the thread groove 24 preferably has a groove depth H1, a groove pitch H2, and a helical angle H3 that are different between the rotor parts 22a and 22b. That is, in the large diameter rotor portion 22a, the groove depth H1
, groove pitch H2, and helical angle H3 are increased to increase the discharge flow rate, and in the minimum diameter rotor portion 22b, the groove depth H1, groove pitch H2, and helical angle H3 are increased. It is preferable to make the diameter smaller than that of the small diameter rotor portion 22b so that the differential pressure per unit length can be increased. Note that the thread groove 24 has the groove depth H1,
Either one or both of the groove pitch H2 and the helical angle H3 may be made different between the rotor parts 22a and 22b as described above.
【0023】また、前記大径ロータ部22aと大径内周
面21aとの間の気体流路23と、各小径ロータ部22
bと各小径内周面21bとの間の気体流路23とは、所
定の上下隙間Nを介してそれぞれ連通している。これら
上下隙間Nは、排出流量を確保すると共に、前記駆動軸
31及びロータ22と前記ステータ21の熱膨張差によ
る前記ロータ22とステータ21との接触を回避するに
は1mm以上にするのが好ましい。Furthermore, the gas flow path 23 between the large-diameter rotor portion 22a and the large-diameter inner peripheral surface 21a, and each small-diameter rotor portion 22
b and the gas flow paths 23 between each small-diameter inner circumferential surface 21b are in communication with each other via a predetermined vertical gap N. These vertical gaps N are preferably set to 1 mm or more in order to ensure the discharge flow rate and to avoid contact between the rotor 22 and the stator 21 due to the difference in thermal expansion between the drive shaft 31 and the rotor 22 and the stator 21. .
【0024】又、前記ロータ22は、各ロータ部22a
、22bを一体に形成するか、又は別個に形成して各ロ
ータ部22a、22b同士或は前記駆動軸31と一体回
転可能に連結するのである。[0024] The rotor 22 also includes each rotor portion 22a.
, 22b are integrally formed or formed separately and connected to each rotor part 22a, 22b or to the drive shaft 31 so as to be integrally rotatable.
【0025】尚、図1において、6は上部ラジアル磁気
軸受、7は下部ラジアル磁気軸受、8はスラスト磁気軸
受、9は上部タッチダウン軸受、10は下部タッチダウ
ン軸受、11は前記ポンプ要素2を冷却する冷却用配管
、12は前記モータ3を冷却する冷却用配管である。In FIG. 1, 6 is an upper radial magnetic bearing, 7 is a lower radial magnetic bearing, 8 is a thrust magnetic bearing, 9 is an upper touchdown bearing, 10 is a lower touchdown bearing, and 11 is the pump element 2. Cooling piping 12 is a cooling piping that cools the motor 3.
【0026】以上のごとく構成したネジ形真空ポンプは
、前記モータ3の駆動により、ロータ22が、例えば毎
分数万回程度の高速度で回転し、このロータ22により
、吸気口4から気体流路23に流入された気体が前記排
気口5へと排出されて、この排気口5では大気圧(76
0T0 rr)に昇圧され、この大気圧の状態で排気口
5から外部に排出されるのである。そして、前記吸気口
4側が目標の真空度に到達した後では、前記気体流路2
3の流量は殆どなくなるため、真空にするための仕事量
は非常に少なくなるのであるが、前記排気口5では大気
圧になっているため、前記ロータ22を継続回転させて
大気が前記気体流路23に逆流するのを阻止して、目標
の真空度に保持する必要がある。In the screw-type vacuum pump constructed as described above, the rotor 22 rotates at a high speed of, for example, about tens of thousands of times per minute by the drive of the motor 3, and the rotor 22 generates a gas flow from the intake port 4. The gas flowing into the passage 23 is discharged to the exhaust port 5, where the atmospheric pressure (76
0T0 rr) and is discharged to the outside from the exhaust port 5 at this atmospheric pressure. After the intake port 4 side reaches the target degree of vacuum, the gas flow path 2
3, the amount of work required to create a vacuum becomes very small. However, since the pressure is at atmospheric pressure at the exhaust port 5, the rotor 22 is continuously rotated to remove the atmosphere from the gas flow. It is necessary to prevent backflow into channel 23 and maintain the target vacuum level.
【0027】しかして、前記ロータ22は、大径ロータ
部22aと三つの小径ロータ部22bとの多段に形成し
て、このロータ22の排気口5側外径D2を、吸気口4
側外径D1 よりも小径に形成し、前記気体流路23の
排気口5への開口面積を、吸気口4への開口面積よりも
小さくしているから、目標の真空度に到達した後、排気
口5から前記気体流路23に逆流する大気の逆流量を少
なくできるのである。このため、目標の真空度に到達し
た後、大気の逆流を阻止するのに必要な仕事量を小さく
できるから、それだけ定常運転時の所要動力を減少でき
るのである。つまり、前記数式1中のD2 が小さくな
って、(D2 /D1 )5 が小となり、前記動力L
2 /L1 を減少できるのである。このため、前記モ
ータ3の発熱量を少なくできるから、モータ3を小形化
できると共に、モータ3などの発熱を抑制するための冷
却水の使用量を少なくでき、ランニングコストを低減で
きるのである。また、以上のようにロータ22を多段に
形成して、大気の逆流量を少なくするようにしているか
ら、前記ロータ22を駆動する動力を減少させても、目
標の真空度を保持できるのであり、真空能力がダウンす
ることはないのである。The rotor 22 is formed in multiple stages including a large diameter rotor portion 22a and three small diameter rotor portions 22b, and the outer diameter D2 of the rotor 22 on the exhaust port 5 side is set to the intake port 4.
Since it is formed to have a smaller diameter than the side outer diameter D1 and the opening area of the gas flow path 23 to the exhaust port 5 is smaller than the opening area to the intake port 4, after reaching the target degree of vacuum, This makes it possible to reduce the amount of atmospheric air flowing back from the exhaust port 5 into the gas flow path 23. Therefore, after the target degree of vacuum is reached, the amount of work required to prevent atmospheric backflow can be reduced, and the power required during steady operation can be reduced accordingly. In other words, D2 in Equation 1 becomes small, (D2 /D1)5 becomes small, and the power L
2/L1 can be reduced. Therefore, since the amount of heat generated by the motor 3 can be reduced, the motor 3 can be made smaller, and the amount of cooling water used to suppress heat generation in the motor 3 can be reduced, and running costs can be reduced. Furthermore, since the rotor 22 is formed in multiple stages as described above to reduce the backflow of the atmosphere, the target degree of vacuum can be maintained even if the power for driving the rotor 22 is reduced. , the vacuum capacity will not go down.
【0028】また、多段に形成したロータ22の小径ロ
ータ部22bを排気口5側に設けることにより、この排
気口5側端面の受圧面積を、吸気口4側端面の受圧面積
よりも小さくできるのであり、このため、ロータ22に
作用する軸方向の力を小さくでき、それだけ前記ロータ
22に結合した駆動軸31を支持する軸受6〜8の負荷
を軽減でき、この軸受6〜8の電磁石を小形化できると
共に、磁気制御を一層容易にできるのである。Furthermore, by providing the small diameter rotor portion 22b of the rotor 22 formed in multiple stages on the exhaust port 5 side, the pressure receiving area of the end surface on the side of the exhaust port 5 can be made smaller than the pressure receiving area of the end surface on the side of the intake port 4. Therefore, the axial force acting on the rotor 22 can be reduced, and the load on the bearings 6 to 8 that support the drive shaft 31 connected to the rotor 22 can be reduced accordingly, and the electromagnets of the bearings 6 to 8 can be made smaller. At the same time, magnetic control can be made easier.
【0029】又、前記小径ロータ部22bの外径D2
を小さくすることにより、上記数2中の△P2 /△P
1 を小さくできるので、高真空にできるのである。[0029] Also, the outer diameter D2 of the small diameter rotor portion 22b
By reducing △P2 /△P in the above equation 2
Since 1 can be made small, a high vacuum can be created.
【0030】尚、以上説明した実施例では、ロータ22
に、三つの小径ロータ部22bを設けたが、この小径ロ
ータ部22bは一つ或は二つであってもよいし、また、
四つ以上であってもよい。In the embodiment described above, the rotor 22
Although three small-diameter rotor parts 22b are provided in the above, the number of small-diameter rotor parts 22b may be one or two;
There may be four or more.
【0031】また、以上の実施例では、ロータ22の各
ロータ部22a、22b外周面にネジ溝24を設けたが
、その他、図3のごとく前記ステータ21の各内周面2
1a、21bに前記ネジ溝24を設けてもよいし、また
、図示していないが前記ロータ22の各ロータ部22a
、22b外周面と、前記ステータ21の各内周面21a
、21bとに前記ネジ溝24を設けて、単位長さ当たり
の差圧が増加するようにしてもよい。尚、ステータ21
の各内周面21a、21bにネジ溝24を設ける場合、
前記各内周面21a、21bを一体に形成するか、又は
別個に形成するのである。また、前記ロータ22の各ロ
ータ部22a、22b外周面に前記ネジ溝24を設けた
場合、図4のごとく前記ステータ21の各小径内周面2
1bに、複数本の円周溝25を軸方向に所定間隔を置い
て設けて、単位長さ当たりの差圧が増加するようにして
もよいのであり、また、前記ステータ21の各内周面2
1a、21bに前記ネジ溝24を設けた場合、図4と同
様、前記ロータ22における各ロータ部22a、22b
の外周面に、複数本の円周溝を軸方向に所定間隔を置い
て設けて、単位長さ当たりの差圧が増加するようにして
もよいのである。Further, in the above embodiment, the thread grooves 24 were provided on the outer peripheral surface of each of the rotor parts 22a and 22b of the rotor 22, but in addition, as shown in FIG.
1a, 21b may be provided with the thread groove 24, and each rotor portion 22a of the rotor 22 may be provided with the thread groove 24, although not shown.
, 22b outer peripheral surface, and each inner peripheral surface 21a of the stator 21.
, 21b may be provided with the thread groove 24 to increase the differential pressure per unit length. Furthermore, the stator 21
When providing the thread groove 24 on each inner circumferential surface 21a, 21b,
The inner circumferential surfaces 21a and 21b are formed integrally or separately. Furthermore, when the thread grooves 24 are provided on the outer peripheral surface of each of the rotor parts 22a and 22b of the rotor 22, each small diameter inner peripheral surface 2 of the stator 21 as shown in FIG.
1b may be provided with a plurality of circumferential grooves 25 at predetermined intervals in the axial direction to increase the differential pressure per unit length. 2
1a and 21b, each rotor portion 22a and 22b of the rotor 22 is provided with the thread groove 24, as in FIG.
A plurality of circumferential grooves may be provided at predetermined intervals in the axial direction on the outer circumferential surface of the tube to increase the differential pressure per unit length.
【0032】又、図1では、モータ3の駆動軸31を磁
気軸受6〜8で支持した真空ポンプを示しているが、そ
の他、前記駆動軸31を例えば玉軸受で支持した真空ポ
ンプであってもよい。Further, although FIG. 1 shows a vacuum pump in which the drive shaft 31 of the motor 3 is supported by magnetic bearings 6 to 8, other vacuum pumps in which the drive shaft 31 is supported by ball bearings, for example, may be used. Good too.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上のごとく本発明は、ステータ21に
対し回転可能なロータ22を、吸気口4側が大径となる
大径ロータ部22aと、排気口5側が小径となる少なく
とも一つの小径ロータ部22bとにより多段に形成して
、前記ステータ21の内周に、前記ロータ22の各ロー
タ部22a、22b外周面に対向する大径内周面21a
と小径内周面21bとを設け、前記各ロータ部22a、
22bの外周面と、前記各内周面21a、21bとの一
方にネジ溝24を設けて、前記ロータ22とステータ2
1との間の気体流路の排気口5側への開口面積を、吸気
口4側への開口面積よりも小さくできるようにしたから
、目標の真空度に到達した後、排気口5から前記気体流
路に逆流する大気の逆流量を少なくできるのである。従
って、目標の真空度に到達した後、前記大気の逆流を阻
止して目標の真空度に保持するのに必要な仕事量を減少
でき、それだけ定常運転時の所要動力を減少できるので
ある。そして、この所要動力の減少により、前記ロータ
22を駆動するモータの発熱量を少なくできるから、モ
ータを小形化できできて、イニシャルコストを低減でき
るのであり、また、モータへの印加電圧を小さくできる
と共に、モータなどの発熱を抑制するための冷却水の使
用量を少なくできるから、ランニングコストを低減でき
るのである。As described above, the present invention provides a rotor 22 rotatable with respect to a stator 21, with a large diameter rotor portion 22a having a large diameter on the intake port 4 side, and at least one small diameter rotor portion 22a having a small diameter on the exhaust port 5 side. A large-diameter inner circumferential surface 21a is formed in multiple stages by a large-diameter inner circumferential surface 21a on the inner circumference of the stator 21, and faces the outer circumferential surface of each rotor section 22a, 22b of the rotor 22.
and a small diameter inner circumferential surface 21b, each of the rotor portions 22a,
A screw groove 24 is provided on one of the outer peripheral surface of the rotor 22b and the inner peripheral surfaces 21a and 21b, so that the rotor 22 and the stator 2
Since the opening area of the gas flow path between the exhaust port 5 and the exhaust port 5 can be made smaller than the opening area of the gas flow path toward the intake port 4, after reaching the target degree of vacuum, the This makes it possible to reduce the amount of air flowing back into the gas flow path. Therefore, after the target degree of vacuum is reached, the amount of work required to prevent the atmospheric backflow and maintain the target degree of vacuum can be reduced, and the power required during steady operation can be reduced accordingly. By reducing the required power, the amount of heat generated by the motor that drives the rotor 22 can be reduced, making it possible to downsize the motor, reducing initial costs, and reducing the voltage applied to the motor. At the same time, since the amount of cooling water used to suppress heat generated by the motor etc. can be reduced, running costs can be reduced.
【0034】しかも、多段に形成したロータ22の小径
ロータ部22bを排気口5側に設けているから、この排
気口5側端面の受圧面積を、吸気口4側端面の受圧面積
よりも小さくできるのであり、このため、ロータ22に
作用する軸方向の力を小さくでき、それだけ前記ロータ
22に結合した駆動軸を支持する軸受の負荷を軽減でき
るのである。従って、磁気軸受を用いた場合は、電磁石
を小形化できると共に、磁気制御を一層容易にできるの
であり、また、玉軸受を用いた場合は、この軸受の耐久
性を高めることができるのである。Moreover, since the small diameter rotor portion 22b of the rotor 22 formed in multiple stages is provided on the exhaust port 5 side, the pressure receiving area of the end surface on the side of the exhaust port 5 can be made smaller than the pressure receiving area of the end surface on the side of the intake port 4. Therefore, the axial force acting on the rotor 22 can be reduced, and the load on the bearing supporting the drive shaft connected to the rotor 22 can be reduced accordingly. Therefore, when a magnetic bearing is used, the electromagnet can be made smaller and magnetic control can be made easier, and when a ball bearing is used, the durability of the bearing can be increased.
【0035】更に、以上のごとく所要動力を減少できる
と共に、軸方向の力を小さくできながら、前記小径ロー
タ部22bの外径D2 を小さくすることにより数2中
の△P2 /△P1 を小さくできて、高真空が可能と
なるのである。Furthermore, while reducing the required power and reducing the axial force as described above, by reducing the outer diameter D2 of the small diameter rotor portion 22b, △P2/△P1 in Equation 2 can be reduced. This makes high vacuum possible.
【0036】又、前記ロータ22の各ロータ部22a、
22bを一体に形成すれば、各ロータ部22a、22b
における芯振れを容易に少なくできるのであり、また、
各ロータ部22a、22bを別個に形成して、これら各
ロータ部22a、22bの外周面にネジ溝24を設けれ
ば、各ロータ部22a、22bのネジ溝24の加工が行
ない易いのであり、それだけコストを低減できるのであ
る。Furthermore, each rotor portion 22a of the rotor 22,
22b is formed integrally, each rotor part 22a, 22b
It is possible to easily reduce the center runout in the
If each rotor part 22a, 22b is formed separately and the thread groove 24 is provided on the outer peripheral surface of each rotor part 22a, 22b, it is easy to process the thread groove 24 of each rotor part 22a, 22b. That is how much the cost can be reduced.
【0037】同様に、前記ステータ21の各内周面21
a、21b部を一体に形成すれば、各内周面21a、2
1b部における芯出しを容易にできるのであり、また、
各内周面21a、21b部を別個に形成して、これら各
内周面21a、21bにネジ溝24を設ければ、各内周
面21a、21bのネジ溝24の加工が行ない易いので
あり、それだけコストを低減できるのである。Similarly, each inner peripheral surface 21 of the stator 21
If the a and 21b parts are integrally formed, each inner peripheral surface 21a and 2
It is possible to easily center the part 1b, and
If the inner circumferential surfaces 21a and 21b are formed separately and the thread grooves 24 are provided on each of the inner circumferential surfaces 21a and 21b, it is easy to process the thread grooves 24 on the inner circumferential surfaces 21a and 21b. , the cost can be reduced accordingly.
【0038】また、前記ネジ溝24は、溝深さH1 と
、溝ピッチH2 と、螺旋角H3 とを、大径側で大き
くし、小径側で小さくすることにより、単位長さ当たり
の差圧を大きくできるので、より一層高真空にできるの
である。Furthermore, the thread groove 24 has a groove depth H1, a groove pitch H2, and a helical angle H3 that are large on the large diameter side and small on the small diameter side, thereby reducing the differential pressure per unit length. can be made larger, making it possible to create an even higher vacuum.
【図1】本発明真空ポンプの縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a vacuum pump of the present invention.
【図2】同要部のみの部分断面図である。FIG. 2 is a partial sectional view of only the essential parts.
【図3】別の実施例を示す要部のみの部分断面図である
。FIG. 3 is a partial cross-sectional view of only essential parts showing another embodiment.
【図4】同別の実施例を示す要部のみの部分断面図であ
る。FIG. 4 is a partial cross-sectional view of only the main parts showing another embodiment.
【図5】数式1、2を説明するための説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining Formulas 1 and 2.
【図6】従来例の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a conventional example.
1 ケーシング 2 ポンプ要素 21 ステータ 21a 大径内周面 21b 小径内周面 22 ロータ 22a 大径ロータ部 22b 小径ロータ部 24 ネジ溝 4 吸気口 5 排気口 1 Casing 2 Pump element 21 Stator 21a Large diameter inner circumferential surface 21b Small diameter inner circumferential surface 22 Rotor 22a Large diameter rotor part 22b Small diameter rotor part 24 Thread groove 4 Intake port 5 Exhaust port
Claims (6)
1内にステータ21と、該ステータ21に対し回転可能
なロータ22とから成るポンプ要素2を内装して成るネ
ジ形真空ポンプにおいて、前記ロータ22を、前記吸気
口4側が大径となる大径ロータ部22aと、前記排気口
5側が小径となる少なくとも一つの小径ロータ部22b
とにより多段に形成すると共に、前記ステータ21の内
周に、前記ロータ22の各ロータ部22a、22b外周
面に対向する大径内周面21aと小径内周面21bとを
設けて、前記各ロータ部22a、22bの外周面と、前
記各内周面21a、21bとの一方にネジ溝24を設け
たことを特徴とするネジ形真空ポンプ。1. A screw-type vacuum pump comprising a pump element 2 consisting of a stator 21 and a rotor 22 rotatable relative to the stator 21 inside a casing 1 having an intake port 4 and an exhaust port 5. , the rotor 22 has a large diameter rotor part 22a with a large diameter on the side of the intake port 4, and at least one small diameter rotor part 22b with a small diameter on the side of the exhaust port 5.
The stator 21 is formed in multiple stages, and a large diameter inner circumferential surface 21a and a small diameter inner circumferential surface 21b are provided on the inner periphery of the stator 21, and are opposed to the outer circumferential surfaces of the respective rotor parts 22a and 22b of the rotor 22. A screw-type vacuum pump characterized in that a thread groove 24 is provided on one of the outer circumferential surface of the rotor portions 22a and 22b and the respective inner circumferential surfaces 21a and 21b.
ータ部22bとは一体に形成されている請求項1記載の
ネジ形真空ポンプ。2. The screw-type vacuum pump according to claim 1, wherein the large diameter rotor portion 22a and the small diameter rotor portion 22b of the rotor 22 are integrally formed.
ータ部22bとは別個に形成されて一体回転可能に連結
されていると共に、これら各ロータ部22a、22bの
外周面にネジ溝24が設けられている請求項1記載のネ
ジ形真空ポンプ。3. A large-diameter rotor portion 22a and a small-diameter rotor portion 22b of the rotor 22 are formed separately and connected to be rotatable together, and a threaded groove 24 is provided on the outer peripheral surface of each of these rotor portions 22a, 22b. A screw-type vacuum pump according to claim 1, further comprising: a screw type vacuum pump.
内周面21b部とは一体に形成されている請求項1記載
のネジ形真空ポンプ。4. The screw-type vacuum pump according to claim 1, wherein the large-diameter inner circumferential surface 21a and the small-diameter inner circumferential surface 21b of the stator 21 are integrally formed.
内周面21b部とは別個に形成されて、各内周面21a
、21bにネジ溝24が設けられている請求項1記載の
ネジ形真空ポンプ。5. The large-diameter inner circumferential surface 21a and the small-diameter inner circumferential surface 21b of the stator 21 are formed separately, and each inner circumferential surface 21a
, 21b are provided with a thread groove (24).
H2 と、螺旋角H3 とを、大径側で大きくし、小径
側で小さくしている請求項1記載のネジ形真空ポンプ。6. The threaded vacuum pump according to claim 1, wherein the threaded groove 24 has a groove depth H1, a groove pitch H2, and a helical angle H3 that are larger on the larger diameter side and smaller on the smaller diameter side. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13656591A JPH04362294A (en) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | Screw type vacuum pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13656591A JPH04362294A (en) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | Screw type vacuum pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04362294A true JPH04362294A (en) | 1992-12-15 |
Family
ID=15178223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13656591A Pending JPH04362294A (en) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | Screw type vacuum pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04362294A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6302641B1 (en) * | 2000-01-07 | 2001-10-16 | Kashiyama Kougyou Industry Co., Ltd. | Multiple type vacuum pump |
| US6514035B2 (en) | 2000-01-07 | 2003-02-04 | Kashiyama Kougyou Industry Co., Ltd. | Multiple-type pump |
-
1991
- 1991-06-07 JP JP13656591A patent/JPH04362294A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6302641B1 (en) * | 2000-01-07 | 2001-10-16 | Kashiyama Kougyou Industry Co., Ltd. | Multiple type vacuum pump |
| US6514035B2 (en) | 2000-01-07 | 2003-02-04 | Kashiyama Kougyou Industry Co., Ltd. | Multiple-type pump |
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