(57)【要約】【課題】ジャーナル軸部とブッシュとを有して、該ジャーナル軸部の外周部にヘリカル溝のシール部とヘリングボーン形溝の動圧発生部とを形成したターボ分子ポンプのシール構造において、前記ジャーナル軸部と前記ブッシュとの間隙を安定に保って、両者が固体接触や焼き付きや磨耗を起こさないようにする。【解決手段】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ブッシュ３と、該ブッシュ３の内周部に僅少の間隙Ｓを有して挿通したジャーナル軸部２と、該ジャーナル軸部２の外周部にヘリカル溝２ａとへリングボーン形溝２ｂとを凹設してなるターボ分子ポンプのシール構造１において、前記ヘリカル溝２ａの溝幅比αＳを前記へリングボーン形溝２ｂの溝幅比αＢよりも大とし、又は前記ヘリカル溝２ａの溝角度βＳを前記へリングボーン形溝２ｂの溝角度βＢよりも大とした。【選択図】　　　　図１
2004011567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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ターボ分子ポンプのシール構造。
【請求項２】
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、該ヘリカル溝の傾斜角度を前記へリングボーン形溝の傾斜角度よりも大に形成したターボ分子ポンプのシール構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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、ジャーナル軸幅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）
【図１】
2004011567.tif 000003
【図２】
2004011567.tif 000004
【図３】
2004011567.tif 000005
【図４】
2004011567.tif 000006