專利名稱:渦輪分子泵的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于能在低真空度階段內(nèi)獲得高抽氣效率的渦輪分子泵。在第七屆國際真空會議和第三屆固體表面國際會議(維也納.1977)的會議第25頁至第32頁題為“渦輪分子泵發(fā)展現(xiàn)況”的論文中指出，這種渦輪分子泵設計成機械地吹走氣體分子的排氣，因而達到超高的真空度。為了這個目的，泵體包括了由可高速轉(zhuǎn)動的傾斜葉片組成的轉(zhuǎn)子和由與轉(zhuǎn)子葉片反向傾斜的葉片組成的定子。這些轉(zhuǎn)子和定子通常按互相交替方法多級排列。
然而，用這種類型的泵，因多級葉片的壓縮比低，低真空度階段的抽氣性能嚴重下降。為了消除這種缺點，可以有軸向配置的許多轉(zhuǎn)子葉片和定子葉片以限定泵體。但是，這種結(jié)構(gòu)導致笨重、受高速轉(zhuǎn)動干擾和價格高的缺點。尤其是用常規(guī)的渦輪分子泵，在真空度為10-3～10-2乇時抽氣速度突然下降，在真空度約為0.1乇時，抽氣速度實際下降到零。因此，渦輪分子泵在低真空度階段運行時，一般是把輔助真空泵如機械增壓泵和旋轉(zhuǎn)泵與渦輪分子泵適當連接，使得抽氣能力得到補償。
所謂混合式渦輪分子泵也一直在研制，以減小對這些前置泵的需要。這種類型的泵有一組在吸氣口側(cè)分級的轉(zhuǎn)子和定子葉片，以及為使氣體從上述葉片組引送到大氣中在排氣口側(cè)有螺旋形的螺紋槽的定子。螺紋槽的深度是逐漸變淺(朝排氣口)以提高壓縮比。用這種混合型泵，泵體本身仍然不能給出提高壓縮比的功能，并且要求具有復雜螺紋槽的定子，因此制造它需要復雜的機械加工。
雖然混合型渦輪分子泵能在低真空度階段內(nèi)獲得高的抽氣效率，但存在新的問題。按其特性，這種混合型泵要設計成使氣體分子沿著由上述螺旋形螺紋槽限定的長通道定向排放，其切向動量施于轉(zhuǎn)子表面的氣體分子。這種螺旋槽內(nèi)的通道沿程不具有節(jié)點，所以允許氣體分子在任何方向流動，其結(jié)果是容易導致回流的分子破壞了已達到的極限真空。
本發(fā)明是根據(jù)上述技術(shù)背景作出的。本發(fā)明的主要目的是提供一種渦輪分子泵，其葉片結(jié)構(gòu)經(jīng)過改進具有增大壓縮比的功能，使之可能在較低真空階段抽氣運行。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種取混合型渦輪分子泵之優(yōu)點棄混合型渦輪分子泵之缺點的渦輪分子泵，使之具有低真空階段內(nèi)高抽速效率，消除可能破壞已達到的極限真空度的氣體分子的回流。
為了這個目的，根據(jù)本發(fā)明的渦輪分子泵是由互相交替方式排列的轉(zhuǎn)子和定子葉片所組成。上述的轉(zhuǎn)子葉片抽氣時高速轉(zhuǎn)動，在葉片組的中間或朝排氣口側(cè)有使壓縮比增大的部位，在該部位的轉(zhuǎn)子葉片的厚度大于接近吸氣口側(cè)的轉(zhuǎn)子葉片。
作為本發(fā)明更為顯著的實施例，把壓縮比增大部位的轉(zhuǎn)子葉片做成使其朝排氣口側(cè)逐漸變短。
作為本發(fā)明的另一個顯著的實施例，混合型渦輪分子泵的柱形壓縮比增大部位是由多個帶螺紋槽的轉(zhuǎn)子組成。換句話說，這種渦輪分子泵在吸氣口側(cè)和壓縮比增大部位上有互相交替方式排列的轉(zhuǎn)子和定子葉片以及定子環(huán)，在壓縮比增大部位的一些轉(zhuǎn)子是由環(huán)槽間隔開的柱體組成，且在其圓周表面有螺旋形槽。
圖1是本發(fā)明第一個實施例的泵體(葉片)垂直截面圖;圖2(a)和(b)分別為圖1轉(zhuǎn)子實例的平面圖和側(cè)視圖;圖3(a)和(b)分別為圖1所錄的轉(zhuǎn)子實例在壓縮比增大部位的平面圖和側(cè)視圖。圖4是作為本發(fā)明的一個實施例(側(cè)視圖僅指出了轉(zhuǎn)子5)的泵的主要部分的截面圖;圖5為指示圖4中泵的一部分的放大圖;圖6是表示圖4所示定子環(huán)外形的局部剖視圖;圖7是作為本發(fā)明另一個實施例(例視圖僅示出轉(zhuǎn)子5)的泵的主要部分的截面圖;圖8是表示圖7中泵的一部分的放大圖;圖9是指出圖7中所示的定子環(huán)外形的局部剖視圖。
本發(fā)明的第一個實施例將在下面參照附圖予以解釋。
圖1表示與本發(fā)明第一個實施例相關(guān)的渦輪分子泵主要部分的結(jié)構(gòu)。如圖所示，轉(zhuǎn)子2a，2b，……，2i依次裝配并固定到由馬達(未表示)驅(qū)動的位于中心的驅(qū)動軸1上，上述的每個轉(zhuǎn)子都有如圖2所示的輪盤2Ⅰ周邊徑向伸出的并傾斜成預先規(guī)定角度的葉片2Ⅱ。定子3a，3b，……，3h依據(jù)與圍繞上述轉(zhuǎn)子2a，2b，……周圍的環(huán)形隔葉塊4夾緊的每個基部3Ⅰ定位并固定，使與上述轉(zhuǎn)子葉片具有反向傾斜的每個上述定子的葉片3Ⅱ在所述轉(zhuǎn)子葉片2Ⅱ，2Ⅱ之間定位。這樣一來，規(guī)定數(shù)目的轉(zhuǎn)子2a，2b，……和定子3a，3b，……互相交替地排列以構(gòu)成泵體。用這種渦輪分子泵，當通過驅(qū)動軸1驅(qū)動的轉(zhuǎn)子葉片2Ⅱ以高速轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子葉片同氣體分子碰撞并給出相同的軸向動量，因此產(chǎn)生強迫的分子流，與上述定子葉片3Ⅱ合作，從一端的吸氣口A流到另一端的排氣口B，使氣體排出。
一般常規(guī)的渦輪分子泵，轉(zhuǎn)子葉片厚度t和長度1在泵的軸向全長是常值，或者葉片長度在二個相鄰葉片2Ⅱ，2Ⅱ之間變化，使得在泵的軸向全長的中點形成一級。
在第一個實施例中的泵不同于常規(guī)型的，它有一個壓縮比增大的部位，在該部位，轉(zhuǎn)子的葉片長度1和厚度t是逐漸改變的。特別地，在吸氣口側(cè)A(2a-2f)排列的轉(zhuǎn)子具有如圖2所示的相同長度和厚度，而在排氣口側(cè)B(2g-2i)的轉(zhuǎn)子的長度1′和厚度t′如圖3所示與側(cè)A轉(zhuǎn)子的長度和厚度有相當?shù)牟顒e;側(cè)B上的這些轉(zhuǎn)子的葉片長度和厚度分別按朝排氣口側(cè)B的方向變得更短更大，以限定圖1所示的在部分L內(nèi)的壓縮比增大部位。這樣，壓縮比在該部分被顯著地增大。因此，第一個實施例的泵，由于在排氣口側(cè)B僅有幾個轉(zhuǎn)子與其余的長度和厚度不同，所以它能獲得如常規(guī)的裝有螺旋轉(zhuǎn)子的混合型渦輪分子泵那樣的相同性能。這是由于壓縮比在壓縮比增大部位L隨轉(zhuǎn)子的葉片厚度t而增加的緣故。此外，由于轉(zhuǎn)子2的葉片長度1在上述壓縮比增大部位L按朝排氣口側(cè)B的方向做得較短，引導氣體分子的通道深度逐漸變得更小。這樣，由轉(zhuǎn)子葉片2Ⅱ和定子葉片3Ⅱ互相交替送出的排氣所需的壓縮比通過轉(zhuǎn)子的每個級而增大，使較低真空度階段的抽氣是有效的。更確切的說，對于真空度為10～10乇來說，這種泵能接近達到相等于真空度為10乇或更小時的抽速。即使真空度約為0.1乇時，它也保持有效的抽速。因此，采用這種泵時，不必安裝像常規(guī)泵那樣多的輔助真空泵。例如，由一臺渦輪分子泵和一臺旋轉(zhuǎn)泵組成的簡單抽氣系統(tǒng)足以給出滿意的結(jié)果。因此，本發(fā)明獲得了一種結(jié)構(gòu)簡單的和造價低廉的抽氣系統(tǒng)。此外，根據(jù)本實施例，由于在壓縮比增大部位增加了壓縮比就無需像常規(guī)的混合型泵那樣具有復雜螺紋槽的定子。還有，在壓縮比增大部位的每個轉(zhuǎn)子具有逐漸改變長度的葉片，且不要求為給出螺旋形螺紋槽的復雜的機加工。因此，這種泵的整個結(jié)構(gòu)既簡單又小。
在本實施例中，壓縮比增大部位是由在排氣口側(cè)B上的轉(zhuǎn)子組形成的。如果只有至少一個壓縮比增大部位，那么壓縮比增大部位可以在沿泵軸向長度的任何部分。但是，希望吸氣口側(cè)A上的轉(zhuǎn)子葉片長度為常數(shù)，以確保規(guī)定的抽速。根據(jù)指出的這個實施例，定子葉片的厚度是常數(shù)。但在轉(zhuǎn)子葉片厚度逐漸變大的地方，定子葉片的厚度可相應地增大。
盡管上述第一個實例獲得了一種結(jié)構(gòu)簡單和低成本的抽氣系統(tǒng)，作為本發(fā)明第二個實例提供了復雜一些但更為有效的系統(tǒng)，其內(nèi)如圖1所示的渦輪分子泵壓縮比增大部位的轉(zhuǎn)子葉片是螺紋。確切地說，第一個實例中的每個轉(zhuǎn)子2g～2i可有四至八個葉片相應的是四至八個螺紋槽，而葉片2Ⅱ之間的距離可以是螺紋槽的寬度。特別有效的結(jié)構(gòu)將在下面以第二個實例加以說明，在該實施例中帶厚葉的轉(zhuǎn)子限定其外周邊上有螺紋槽的柱體，以形成壓縮比增大的部位。圖4解釋了第二個實施例。
圖4至圖6圖示作為本發(fā)明第二個實例的渦輪分子泵的結(jié)構(gòu)。這種真空泵是一種混合型渦輪分子泵，它包括位于吸氣口側(cè)A由轉(zhuǎn)子2a，2b，……，2f和定子3a，3b，……，3f組合而成的葉片組和接近上述葉片組位于排氣口側(cè)B的壓縮比增大部位L。泵上部的葉片組由相互交替排列的轉(zhuǎn)子2a，2b，……，2f和定子3a，3b，……，3f組成，每個上述轉(zhuǎn)子有從轉(zhuǎn)子周邊、以特定的傾角徑向伸出的葉片2Ⅱ，而在基部2Ⅰ，轉(zhuǎn)子配裝并固定在中心驅(qū)動軸1，每個上述的定子有葉片與轉(zhuǎn)子2a，2b，……2f的葉片2Ⅱ成反向傾斜，在基部3Ⅰ用圍繞轉(zhuǎn)子的外框件的內(nèi)周面上的環(huán)墊塊夾緊。當上述轉(zhuǎn)子葉片2Ⅱ通過驅(qū)動軸1以高速轉(zhuǎn)動時，與上述定子葉片3Ⅱ合作葉片與氣體分子碰撞并給出相同的軸向動量，因此產(chǎn)生強迫的分子流，從泵的一端的吸氣口A流到另一端排氣口B，使氣體排出。
在該泵壓縮比增大部位L的轉(zhuǎn)子5其上端接近上述葉片組底部圍繞著驅(qū)動軸1安裝。所述的轉(zhuǎn)子5固定到通過其中心的驅(qū)動軸1，使之與上述的轉(zhuǎn)子2a，2b，……2f一起高速轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子5有適當數(shù)目的螺旋槽5a。轉(zhuǎn)子葉片是由上述的螺旋槽表面組成，槽的深度盡管在該附圖中未示出，它是朝排氣口側(cè)B逐漸變淺的。上述螺旋槽的定向要使氣體分子在驅(qū)軸1轉(zhuǎn)動時從上述葉片組順著槽排到排氣口B。除了上述的螺旋槽之外，在上述轉(zhuǎn)子5的圓周表面上有環(huán)槽5b。一般來說，有多個上述環(huán)槽且彼此均勻等間距隔開。這些隔開的槽要做成下面的比上面的更淺，與所述的螺旋槽5a的可變深度成比例，每個環(huán)槽5b的深度R比螺旋槽深度S淺(R＜S)，環(huán)槽是穿過螺旋槽的。因此，螺旋槽5a和環(huán)槽5b在轉(zhuǎn)子5的圓周表面彼此交叉，產(chǎn)生許多交點c，該處的深度是與對應處的螺旋槽深度相同。圍繞所述轉(zhuǎn)子5的其間有小間隙的外壁或外框件6在其內(nèi)圓周表面上有若干個環(huán)墊塊7。定子環(huán)8從該環(huán)墊塊向上述環(huán)槽5b內(nèi)凸出。每個定子環(huán)8定位并固定，由上述環(huán)墊7夾緊在其圓周外端部時，圓周的內(nèi)端部接近環(huán)槽底部，與轉(zhuǎn)子軸承垂直等距分開。從環(huán)墊塊內(nèi)表面突出的定子環(huán)8的部分有與上述螺旋槽5a反向傾斜的徑向縫隙8b，好多的葉片8c形成如圖6所示的圓周狀。
這種渦輪分子泵的運行將在下面敘述。
驅(qū)動軸1由配置于驅(qū)動軸下面的馬達驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)子2a，2b，……，2f和轉(zhuǎn)子5以高速轉(zhuǎn)動。然后，如上述，通過吸氣口A吸入的氣體分子強迫通過葉片組并順著轉(zhuǎn)子5的螺旋槽。類似于常規(guī)的轉(zhuǎn)子，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子5與氣體分子碰撞并沿螺旋槽5a給出相同的切向動量，使氣體分子在流向排氣口B時被壓縮。同時，螺旋槽的交叉點c起節(jié)點作用，以防止分子流的回流。這種類型的常規(guī)混合型泵沒有阻止分子在長螺旋槽程中流動裝置，允許氣體分子在螺旋槽內(nèi)回流。根據(jù)本發(fā)明的渦輪分子泵，螺旋槽5a是通過在每個與上述環(huán)槽5a交叉點c處的定子環(huán)8的葉片8c關(guān)閉，并通過如圖2所示的與螺旋槽反向傾斜的縫隙8b接通，使每個交叉點c起阻止分子流的回流的節(jié)點的作用。由于每個螺旋槽5a在靠吸氣口側(cè)A的上端和靠排氣口側(cè)B的下端之間有許多交叉點(節(jié)點)c，所以即使在接近極限真空情況下抽空也不存在回流現(xiàn)象的可能性。
而且，根據(jù)該實施例，正如像由轉(zhuǎn)子葉片2Ⅱ和定子葉片3Ⅱ組成的葉片組的動作，配備有螺旋槽5a的轉(zhuǎn)子5的側(cè)壁和定子環(huán)8的配備有縫隙8b的葉片8c具有機械式下吹氣體分子的功能，從而提高了泵的抽吸特性。其次，上述的第二個實施例的渦輪分子泵的改進的技術(shù)方案將參照圖7至圖9加以說明。同一部件的標號和符號如同前例。這改進過的實施例與上述實施例的不同之處有下列幾個方面;首先，轉(zhuǎn)子5中的螺旋槽(螺紋槽)5a′的深度比轉(zhuǎn)子5也有的環(huán)槽5b′的深度更淺(R＞S)。其二，伸入環(huán)槽5b′中的定子環(huán)8′沒有縫隙，其伸出長度根據(jù)環(huán)槽5b′深度變化的定子環(huán)將螺旋槽5a′在每個其與環(huán)槽5b′交叉點c處關(guān)閉于較深的面。在螺旋槽5a′中的分子流在槽深與環(huán)槽5b′深度相同處的交叉點c強迫迂回。因此，每個交叉點c可以提供一種很有效的且正確的阻止回流的機構(gòu)。為了加速和有助于氣體分子的上述迂回運動，在該實施例中的每個定子環(huán)8′分別在頂面和底面給出螺線形槽8d和8f。頂面上的螺線形槽8d和底面上的螺線形槽8f，其方向彼此相反，使之前者把分子流從外部引向內(nèi)部，而后者對分子流的引向則反過來，這已顯示在圖8和圖9中。
肯定的是，圖7至圖9所指出的實施例在防止回流方面是最佳的，而圖4至圖9所指出的實施例在抽氣性能是最劣的。為了方便，放大表示出螺旋槽5a，5a′和環(huán)槽5b，5b′。實際上，這些槽可以具有較小的寬度且彼此更加接近。每個槽5a或5a′的傾斜角度和環(huán)槽5b或5b′之間的間隙對各種實施例是無需加以限制的。例如，環(huán)槽5b或5b′之間的間隔可以朝排氣口側(cè)B逐漸增大，使轉(zhuǎn)子5的壓縮效率得以提高。上述的第二個實施例已經(jīng)消除有關(guān)的缺點，又保持了常規(guī)混合型渦輪分子泵的有關(guān)優(yōu)點。按其特性，由于有了回流防止機構(gòu)，獲得了高效率的渦輪分子泵，這種泵即使對于低真空度階段也具有高的抽速特性，而不破壞已達到的極限真空度。
根據(jù)本發(fā)明的上述說明，葉片組中每個轉(zhuǎn)子的葉片厚度進行了改進，使葉片組軸向長度的部分提供了壓縮比增大的功能。其結(jié)果是，在無單獨的壓縮比增大裝置，泵體本身就能付使壓縮比的增大。從而能獲得甚至在低真空度階段具有高抽速的渦輪分子泵。
權(quán)利要求
1.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動進行抽氣的渦輪分子泵，其特征是，該泵有一組由互相交替排列的轉(zhuǎn)子和定子葉片組成的葉片組，在所述的葉片組中有壓縮比增大的部位位于排氣口側(cè)的一分部，所述的壓縮比增大部位至少有一個轉(zhuǎn)子，其厚度大于比其更接近于吸氣口側(cè)的至少是一個的轉(zhuǎn)子的厚度。
2.如權(quán)利要求
1所述的渦輪分子泵，其特征是，其壓縮比增大部位有多個轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子葉片的厚度大于比其更接近吸口側(cè)的轉(zhuǎn)子葉片的厚度。
3.如權(quán)利要求
1所述的渦輪分子泵，其特征是，其至少一個轉(zhuǎn)子的葉片長度比其至少一個更接近吸氣口側(cè)的轉(zhuǎn)子的長度短。
4.如權(quán)利要求
1所述的渦輪分子泵，其特征是，其壓縮比增大部位有一個轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子葉片是由其圓周表面上的螺旋槽組成，且由該圓周表面的環(huán)槽分開，其定子環(huán)從圍繞上述轉(zhuǎn)子的外壁伸引至上述環(huán)槽內(nèi)。
專利摘要
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動進行抽氣的渦輪分子泵，有一組由互相交替排列的轉(zhuǎn)子組成的葉片和定子葉片，在所述的排氣口側(cè)或中間部分的葉片組中有壓縮比增大的部位。壓縮比增大部位有一個轉(zhuǎn)子，其葉片厚度大于更接近吸氣口側(cè)的轉(zhuǎn)子。這種渦輪分子泵有低真空度階段的優(yōu)良的抽氣效率。
文檔編號F04D19/00GK85101627SQ85101627
公開日1987年3月25日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者成田清, 川口壽一 申請人:株式會社島津制作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan