TWI510715B

TWI510715B - 真空乾式泵浦

Info

Publication number: TWI510715B
Application number: TW099132209A
Authority: TW
Inventors: Tomonari Tanaka
Original assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2015-12-01
Also published as: KR20120048022A; CN102483063A; CN102483063B; JPWO2011037178A1; KR101366769B1; JP5280545B2; TW201128072A; WO2011037178A1

Description

真空乾式泵浦

本發明係關於一種於真空室內未使用油或液體之機械式真空乾式泵浦，更詳細而言，係關於一種防止油自油室洩漏至泵浦室之能力優異的真空乾式泵浦。

先前，於例如真空裝置等中，係使用具備有排出氣體之泵浦室的真空泵浦，而作為真空泵浦，乾式泵浦(DRP)或機械增壓泵浦(MBP)等等業已為人所知。

於此類乾式泵浦(DRP)與機械增壓泵浦(MBP)中，有必要避免讓使用於軸承或齒輪的潤滑的油進入泵浦室。其有如下之理由：第一，為防止在乾式泵浦中油自油室逆流至排出氣體的真空容器；第二，為防止反應性氣體溶於油而促進乾式泵浦的母材腐蝕等等。

油自油室朝泵浦室進入之現象係由於在真空泵浦內的壓力達到特定壓力之時，因油的蒸氣壓而擴散的油分子、與吸入壓力變動而因泵浦室與油室的壓力差產生氣體流動以致油分子或油微粒子進入泵浦室而產生。

先前，為防止油自油室流入至泵浦室，而使用例如接觸型油封或迷宮式密封等。

若將油室及泵浦室的氣導減小，則氣體的移動量會減小，而可防止油自油室流入至泵浦室，故此種構造係為有效者。因此，在先前的真空乾式泵浦中，係使用接觸型油封或接觸型密封環(迷宮式密封)。

但，因該構造係為接觸型，故有因摩擦而產生機械磨損之顧慮。近年來，開始重視節能，一種能防止該機械磨損發生之構造是為人所企求者。

另一方面，藉由附於轉軸上之環狀軸封環體而防止油洩漏之構造自先前即為人所知。該構造可藉由軸封環體的形狀或間隙防止油洩漏，基本上係為迷宮式密封構造的一種。此種構造被揭示於例如日本特開2002-332963號公報中。

又，如日本特開2008-51116號公報中所揭示般，構成迷宮式密封之要素經複雜化之構造已為人所知。雖可考慮的是，使構成迷宮式密封之要素複雜化之構造作為防止油洩漏之構造係為有效者，但會有軸封環體與支撐該軸封環體之泵體構造變得複雑，以致真空乾式泵浦的製造成本增加此一問題。特別是於泵體的一部分削出寬度狹窄的複數個環狀凹槽並非容易。

又，如日本特開2002-257070號公報中所揭示般，雖還提案有一種藉由具有泵浦作用之軸封環體防止油洩漏之構造，但因在該情形下構造亦複雑，故難以降低真空乾式泵浦的製造成本。

本發明係為解決上述之先前問題而完成者，其目的在於提供一種可具有簡單構造，且防止油洩漏之真空乾式泵浦。

本發明一態様之真空乾式泵浦包含：氣體通過的泵浦室；與前述泵浦室鄰接設置，存有油的油室；貫通前述泵浦室而突出於前述油室的內部之轉軸；在前述泵浦室內設置於前述轉軸的周圍，且連動於前述轉軸的旋轉而進行旋轉之旋轉體；及於前述泵浦室與前述油室的邊界部分設置於前述轉軸的周圍，連動於前述轉軸的旋轉而旋轉，具有局部地配置於其面上且在厚度方向上貫通之複數個孔，而防止油自前述油室洩漏至前述泵浦室之圓板狀的油密封構件。

於本發明一態様之真空乾式泵浦中，前述複數個孔係以包圍前述轉軸之方式設置為佳。

於本發明一態様之真空乾式泵浦中，前述複數個孔係以形成為圓形，而在前述油密封構件的厚度方向之剖面中形成為曲軸形狀為佳。

於本發明一態様之真空乾式泵浦中，前述複數個孔係以形成為圓形，且以相對於前述油密封構件的厚度方向斜向延伸之方式設置為佳。

於本發明一態様之真空乾式泵浦中，較佳的是，前述複數個孔包含：設置於接近前述油密封構件的外周之位置且形成為圓形的複數個外側孔、與設置於接近前述油密封構件的中心之位置且形成為圓形的複數個內側孔，前述複數個外側孔各自的大小大於前述複數個內側孔各自的大小，前述複數個外側孔及前述複數個內側孔排列為同心圓狀。

於本發明一態様之真空乾式泵浦中，前述複數個孔係以其孔的開口寬度在自前述油密封構件的中心朝向外周之徑向外側漸漸增大之方式形成為佳。

於本發明一態様之真空乾式泵浦中，係以於前述複數個孔的內部以塞住孔之方式配置有燒結金屬或網為佳。

根據本發明之真空乾式泵浦，設置連動於轉軸的旋轉而進行旋轉的圓板狀油密封構件，並於油密封構件的面上局部地配置形成在厚度方向上貫通的複數個孔，藉由油密封構件防止油自油室洩漏至泵浦室。具有此種構造之油密封構件具有氣體可通過之構造。藉由該氣體的流動，油微粒子或油蒸氣在通過旋轉中之油密封構件內之時，會吸附於油密封構件上。吸附於油密封構件上之油利用因油密封構件的旋轉所引起的離心力而朝向油密封構件的周圍飛散。

因此，根據本發明，可提供一種具有簡單構造，可防止油洩漏之真空乾式泵浦。

以下，茲就本發明之真空乾式泵浦的最佳形態，基於圖面進行説明。

又，於以下説明所使用的各圖面中，為將各構件設為可辨識的大小，係適當地變更各構件的比例尺。

(第1實施形態)

圖1係模式性顯示本實施形態第1實施形態之真空乾式泵浦的圖，圖1A及圖1B係為縱剖面圖，圖1C係為橫剖面圖。

真空乾式泵浦1具備：泵浦室10A~10E、油室20、轉軸30、30、轉子40(旋轉體)及油密封構件50。

於泵浦室10A~10E中，通過吸入於真空乾式泵浦1內並自真空乾式泵浦1排出之氣體。油室20鄰接於泵浦室10E而設置，在油室20中存在有油。轉軸30、30係以貫通於泵浦室10A~10E，並突出於油室20的內部之方式設置。轉子40於泵浦室10A~10E內，被設置於轉軸30、30的周圍，且連動於轉軸30、30的旋轉而旋轉。油密封構件50在泵浦室10E與油室20的邊界部分被設置於轉軸30、30的周圍。油密封構件50形成為圓板狀，且連動於轉軸30、30的旋轉運動而旋轉，可防止油自油室20洩漏至泵浦室10A~10E。

具有此種構成的真空乾式泵浦1係基於轉軸30、30的旋轉使轉子40旋轉，並藉由轉子40的旋轉動作而使存在於泵浦室10A~10E的內部之氣體自吸入口16朝向吐出口17移動，而將氣體排出至真空乾式泵浦1的外部。

且，於本發明第1實施形態之真空乾式泵浦1中，圓板狀的油密封構件50具有局部地配置於油密封構件50的面上，且在油密封構件50的厚度方向上貫通的複數個孔51。

於本發明第1實施形態之真空乾式泵浦1中，因於油密封構件50上設置有如上述般之複數個孔51，故油密封構件50具有可使氣體通過之構造。

利用由油密封構件50產生之氣體的流動，在油微粒子或油蒸氣通過旋轉中的油密封構件50內之時，會吸附於油密封構件50上。

此處，於吸附於油密封構件50上的油上，會有由油密封構件50的旋轉所引起的離心力作用。利用該離心力吸附於油密封構件50上的油會朝向油密封構件50的周圍(朝向油密封構件50的徑向外側)飛散。

因此，本發明第1實施形態之真空乾式泵浦1，具有簡單構造，可防止油洩漏。

於真空乾式泵浦1的殼體2內，沿其長度方向，複數個(於本實施形態中，例如5段)泵浦室10A~10E通過配管15串聯連接。

在泵浦室10A~10E中，於位於最上游之泵浦室10A上設置有吸入口16，於位於最下游之泵浦室10E上設置有吐出口17。藉由真空乾式泵浦1的泵浦作用，氣體被供給於吸入口16，並通過泵浦室10A~10E及配管15，而自吐出口17被排出。

於真空乾式泵浦1的殼體2內，配設有貫通於泵浦室10A~10E，並於鄰接於泵浦室10E而設置的油室20的內部突出之轉軸30、30。

如圖1A所示，2個轉軸30、30(第1轉軸、第2轉軸)旋轉自如地被支撐於軸承31、32上，並經由設置於2個轉軸30、30的一端之齒輪33(定時齒輪)彼此連結。又，2個轉軸30、30中之一者的轉軸係經由聯軸節34而連結於馬達35上。

於軸承31、32之間，配置於各泵浦室10A~10E內的複數個轉子40係沿轉軸30、30的軸向設置。複數個轉子40係配置於各自之泵浦室10A~10E中，並設置於轉軸30、30的周圍。複數個轉子40可連動於轉軸30、30的旋轉而旋轉。轉子40係為移送氣體的氣體移送體。

油室20與泵浦室10E鄰接設置，係為以使油不洩漏於真空乾式泵浦1的外部之方式而被密封的油存在區域。於油室20中儲存有油21(潤滑油)，且收容有構成轉軸30、30的旋轉機構之齒輪33。油室20內的油21可利用齒輪的旋轉動作而上揚，使齒輪33維持在潤滑狀態。

在泵浦室10E與油室20的邊界部分，於轉軸30、30的周圍設置有圓板狀的油密封構件50。該油密封構件50係連動於轉軸30、30的旋轉而旋轉，防止油自前述油室20洩漏至泵浦室10A~10E。

於本發明第1實施形態之真空乾式泵浦1中，油密封構件50具有在油密封構件50的厚度方向上貫通的複數個孔51。該孔51係局部地配置於油密封構件50的面上。

另一方面，於先前的真空乾式泵浦中，於旋轉的油密封構件50的外側設置有間隙(縫隙)，而使氣體通過該間隙。

為此，以往雖採用將縫隙的數量增多，並將縫隙的大小縮小(變細)之構造，但加工固定有油密封構件之零件有其困難，且導致製造成本增加。

於本發明之第1實施形態中，具有於油密封構件50的圓板部設置有貫通孔51，而使氣體可通過油密封構件50之構造。

圖2A及圖2B係顯示本發明第1實施形態之油密封構件50之圖，圖2A係為平面圖，圖2B係為剖面圖。

例如，於圖2A及圖2B所示之油密封構件50A(50)中，複數個孔51A(51)形成為圓形，並以包圍前述轉軸30、30之方式設置。又，油密封構件50A(50)具有第1面60、及與第1面60相反的第2面61。孔51A形成於第1面60與第2面61之間，即，以貫通油密封構件50A之方式形成。

關於通過油密封構件50之氣體的流動，較之形成於油密封構件50的周圍之間隙的氣導，以油密封構件50之氣導(由複數個孔51A而規定的合計氣導)為大，使通過形成為圓板狀的複數個孔51A之氣體的流量增加。

油微粒子或油蒸氣在通過旋轉中的油密封構件50之孔51之時，係撞及孔51的周圍而吸附。若在吸附於油密封構件50之油(油膜、油滴)上再吸附(附著)油，若油在先吸附的油上堆積，則於油密封構件50上吸附之油(油膜、油滴)的量會増加。再者，由油密封構件50之旋轉所引起之離心力會對其作用，藉由該離心力，吸附於油密封構件50上之油將朝向油密封構件50的周圍(朝向油密封構件50的徑向外側)飛散。

近年來，實現高速旋轉之真空乾式泵浦已被使用至今。於本實施形態之真空乾式泵浦1中，可考慮的是，轉軸30、30以5000周/分以上的速度旋轉，在該構成中捕捉油粒子之概率增高。

為將形成於油密封構件50的周圍之間隙的氣導設為小於形成於油密封構件50之複數個孔51A的合計氣導，有必要將使氣體通過油密封構件50的複數個孔51A之合計面積設為較大。且，有必要將形成於油密封構件50的周圍之間隙的大小設為較小。在油密封構件50的温度較泵體的温度高之情形下，起因於熱膨脹，相較於常温時的間隙高温時的間隙會更小。因而，間隙小的構造(間隙構造)會有極限。因此，會需要迷宮構造與間隙構造並用之構造。儘管如此，相較於僅使用迷宮式密封之先前的構造(設計)，於本發明第1實施形態之構造中，可獲得利用簡單構造即可防止油洩漏之效果。

又，在將藉由對軸封環體賦以泵浦作用而防止油洩漏之先前構造(例如，參照日本特開2002-257070號公報)適用於雙軸乾式真空泵浦之情形下，第1軸(一方之軸)的旋轉方向與第2軸(另一方之軸)的旋轉方向相反。因此，會需要形狀不同的2個軸封環體，即，需要具有彼此對稱的形狀之2個軸封環體。

相對於此，於本發明第1實施形態之真空乾式泵浦1中，無關軸旋轉方向，可使用具有相同形狀的油密封構件50。故，可減少零件的種類，且降低管理成本。又，根據本發明第1實施形態，可避免將組裝於第1軸上的零件弄錯而組裝到第2軸上之組裝作業上的差錯。

再者，暴露於例如真空乾式泵浦之真空氛圍中的軸承之油室、MBP等及油室內在成為真空之情形下，藉由在一方向上產生的泵浦作用，油室壓力上升速度快但壓力下降速度慢此一使用條件下，會引起排出性能的下降。具體而言，例如，在重複進行將加載互鎖真空室減壓，或將加載互鎖真空室的壓力設定為較真空更高之壓力(例如，大氣壓)般之減壓‧加壓步驟之情形下，會引起排氣性能的下降。

但，根據本發明第1實施形態之構成，在氣體流動上不具方向性，而可按氣導的大小比例效率良好地捕捉油。

於上述之實施形態中，雖於油密封構件50上形成複數個圓形孔51，並以包圍前述轉軸30、30之方式說明了設置有孔51之構造，但本發明並非限定於該實施形態，亦可使用具有各種形狀之孔51。

以下，茲就本發明第2實施形態~第7實施形態進行說明。於第2實施形態~第7實施形態中，對與第1實施形態相同之構件標注以同一符號以省略或簡略化其說明。

(第2實施形態)

圖3A及圖3B係顯示本發明第2實施形態之油密封構件50的圖。圖3A係為平面圖，圖3B係為剖面圖。

首先，於圖3A及圖3B所示之構造中，孔51B(51)形成為圓形，於油密封構件50B(50)的厚度方向之剖面中，孔51B(51)形成為曲軸形狀。具體而言，孔51B藉由連接具有形成於油密封構件50B的第1面60之特定深度的第1孔62、與具有形成於油密封構件50B的第2面61之特定深度的第2孔63而形成。又，第2孔63的中心於油密封構件50B的徑向外側係自第1孔62的中心偏離。

藉由於油密封構件50B的剖面以具有曲軸形狀之方式形成孔51，可期待由離心力所引起的泵浦作用之效果。惟，由離心力所引起的泵浦作用終極而言係為提高油分子衝撞油密封構件50之概率(補充概率)而被利用。

(第3實施形態)

圖4A及圖4B係顯示本發明第3實施形態之油密封構件50的圖，圖4A係為平面圖，圖4B係為剖面圖。

又，於圖4A及圖4B之構造中，孔51C(51)形成為圓形，於油密封構件50C(50)的厚度方向之剖面中，以相對於厚度方向斜向上延伸之方式設置。又，具體而言，形成於第2面61之第2開口65的位置於油密封構件50C的徑向外側係自形成於第1面60之第1開口64的位置偏離。

藉由相對於厚度方向在斜向上形成孔51，可期待由離心力所引起的泵浦作用之效果。惟，由離心力所引起之泵浦作用終極而言係為提高油分子衝撞油密封構件50之概率(補充概率)而被利用。

(第4實施形態)

圖5A及圖5B係顯示本發明第4實施形態之油密封構件50的圖，圖5A係為平面圖，圖5B係為剖面圖。

又，於圖5A及圖5B之構造中，孔51D(51)具有形成為圓形的複數個內側孔151D(51)及外側孔251D(51)。具體而言，外側孔251D(51)被設置於接近油密封構件50D(50)的外周之位置。內側孔151D(51)於油密封構件50B的徑向內側，被設置於接近中心之位置。又，外側孔251D(51)的直徑(大小)大於內側孔151D(51)的直徑(大小)。

又，複數個外側孔251D(51)的中心位於圓周上之圓、及複數個內側孔151D(51)的中心位於圓周上之圓，係配置為同心圓狀。即，複數個外側孔251D(51)及複數個內側孔151D(51)排列成同心圓狀。

如此，將具有大開口徑之孔51設置於接近周速較快的外周之位置的構造，對於企圖增大氣導之時等係為有效。

另，於第4實施形態中，雖就具有2個直徑的孔群、即將包含複數個內側孔151D之第1群、與包含複數個外側孔251D之第2群排列於油密封構件50上之構造進行了說明，但本發明並非限定於該構造。

也可採用將具有3個以上的直徑之孔群、即除上述之第1群及第2群外再加上第3孔群排列於油密封構件上之構造。在此情形下，藉由具有較內側孔151D的直徑更大而較外側孔251D的直徑更小的直徑之複數個孔而構成第3孔群，且將第3孔群設置於第1群(內側孔151D)與第2群(外側孔251D)之間。即，採用使孔直徑於自中心朝向外周之徑向外側漸漸増加之構造。即使於此種構造中，第1群、第2群及第3群亦排列為同心圓狀。

(第5實施形態)

圖6A及圖6B係顯示本發明第5實施形態之油密封構件50的圖，圖6A係為平面圖，圖6B係為剖面圖。

又，於圖6A及圖6B所示之構造中，孔51E(51)其孔51E的開口寬度於油密封構件50E(50)的徑向外側增加。孔51E的形狀亦可為非圓形。

如此，藉由設置於油密封構件50E(50)的徑向外側開口寬度增加的孔51，可實現接近周速快的外周之位置之開口面積增加之構造。該構造在企圖增大氣導之時等有效。

(第6實施形態)

圖7A及圖7B係顯示本發明第6實施形態之油密封構件50的圖，圖7A係為平面圖，圖7B係為剖面圖。

又，於圖7A及圖7B所示之構造中，於孔51F(51)的內部以塞住孔51F之方式配置有燒結金屬或網52。

於孔51的內部，藉由配置燒結金屬或網52，可提高補充油粒子之作用。

使用具有圖1所示之構造的實驗用用真空泵浦，進行比較組裝有先前的油密封構件之情形、與組裝有本發明的油密封構件之情形的實驗。於該實驗中，準備與實驗用真空泵浦不同的減壓泵浦，使用減壓泵浦將實驗用真空泵浦內減壓，並對油室供給氣體，而測定滯留於泵浦室之油的量。

於使用未形成孔之先前的油密封構件之真空泵浦中，滯留於泵浦室之油的量係為2.12g。另一方面，於使用形成有孔之本發明的油密封構件之真空泵浦中，滯留於泵浦室之油的量係為0.32g。

由該結果可確認的是，藉由使用本發明之真空泵浦，油洩漏至泵浦室之量降低為先前的洩漏量的15%。

以上，雖就本發明之真空乾式泵浦進行了說明，但本發明之技術範圍並非限定於上述實施形態，在不脫離本發明之主旨的範圍內可施予各種變更。

本發明可廣泛適用於油或液體未使用於真空室內之機械式的真空乾式泵浦中。

1．．．真空乾式泵浦

2．．．殼體

10A~10E．．．泵浦室

15．．．配管

16．．．吸入口

17．．．吐出口

20．．．油室

21．．．油

30．．．轉軸

31、32．．．軸承

33．．．齒輪

34．．．聯軸節

35．．．馬達

40．．．轉子(旋轉體)

50A~50F(50)．．．油密封構件

51A~51F(51)．．．孔

251D(51)．．．外側孔

151D(51)．．．內側孔

52．．．燒結金屬或網

60．．．第1面

61．．．第2面

62．．．第1孔

63．．．第2孔

64．．．第1開口

65．．．第2開口

圖1A係模式性顯示本發明第1實施形態之真空乾式泵浦的構成之立式縱剖面圖。

圖1B係模式性顯示本發明第1實施形態之真空乾式泵浦的構成之立式縱剖面圖。

圖1C係模式性顯示本發明第1實施形態之真空乾式泵浦的構成之立式橫剖面圖。

圖2A係模式性顯示於本發明第1實施形態之真空乾式泵浦中之油密封構件的平面圖。

圖2B係模式性顯示於本發明第1實施形態之真空乾式泵浦中之油密封構件的剖面圖。

圖3A係模式性顯示於本發明第2實施形態之真空乾式泵浦中之油密封構件的平面圖。

圖3B係模式性顯示於本發明第2實施形態之真空乾式泵浦中之油密封構件的剖面圖。

圖4A係模式性顯示於本發明第3實施形態之真空乾式泵浦中之油密封構件的平面圖。

圖4B係模式性顯示於本發明第3實施形態之真空乾式泵浦中之油密封構件的剖面圖。

圖5A係模式性顯示於本發明第4實施形態之真空乾式泵浦中之油密封構件的平面圖。

圖5B係模式性顯示於本發明第4實施形態之真空乾式泵浦中之油密封構件的剖面圖。

圖6A係模式性顯示於本發明第5實施形態之真空乾式泵浦中之油密封構件的平面圖。

圖6B係模式性顯示於本發明第5實施形態之真空乾式泵浦中之油密封構件的剖面圖。

圖7A係模式性顯示於本發明第6實施形態之真空乾式泵浦中之油密封構件的平面圖。

圖7B係模式性顯示於本發明第6實施形態之真空乾式泵浦中之油密封構件的剖面圖。