JP2003262198A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータ破壊時の装置への衝撃伝達を低減する
ことができるターボ分子ポンプの提供。 【解決手段】 外側ケーシング９およびスペーサリング
７との間に、それぞれ隙間を設けて内側ケーシング１０
を配設する。内側ケーシング１０は外側ケーシング９の
フランジ１１とベース１との間に挟持され、内側ケーシ
ング１０とベース１との間には弾性部材２０が配設され
る。そのため、衝撃吸収用の内側ケーシング１０は一端
が弾性的に支持されているため、内側ケーシング１０に
ロータ破片の衝撃が加わった際に、ベース１や外側ケー
シング９に衝撃をほとんど与えること無く回転すること
ができる。その結果、装置側に伝達される衝撃を大幅に
低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ分子ポンプ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ターボ分子ポンプでは、複数段の回転翼
が形成されたロータと複数段の固定翼とがポンプケーシ
ング内に設けられている。これらの回転翼および固定翼
は交互に配設されており、ロータを高速回転することに
より気体をポンプ吸気口からポンプ排気口側に排気する
ことができる。各固定翼の軸方向間隔は、スペーサリン
グによって所定値に保たれている。

【０００３】従来のターボ分子ポンプでは、数万ｒｐｍ
で高速回転するロータが破壊した場合のことを考慮し
て、ポンプケーシングを頑丈に設計し、たとえロータが
破壊してもポンプケーシング自体は破壊されないように
構成されている。しかしながら、ポンプケーシングを頑
丈にすると衝撃力がポンプケーシングで吸収されず、ポ
ンプが取り付けられた装置に伝達されることになる。そ
の結果、衝撃により装置がダメージを受けてしまうとい
う問題があった。

【０００４】そのため、特開平１１−６２８７９号公報
に開示されているターボ分子ポンプでは、装置への衝撃
を低減するためにポンプケーシングを内外の２重構造と
している。そして、ロータ破片の回転エネルギーを、内
部ケーシングの変形、内部ケーシング固定部の破損およ
び内部ケーシングの回転により吸収するようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−６２８７９号公報に記載されているターボ分子ポ
ンプでは、内部ケーシングがポンプベース部にボルト固
定されており、ロータ破片の衝撃によって生じる内部ケ
ーシングの回転力によりボルトが剪断破壊されるような
構造となっている。そのため、ボルトが剪断破壊される
際の衝撃が、ポンプベース部および外側のケーシングを
介して装置に伝達されてしまうという欠点があった。

【０００６】本発明の目的は、ロータ破壊時の装置への
衝撃伝達を低減することができるターボ分子ポンプを提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図２に対応付けて説明する。 （１）請求項１の発明は、回転翼４を有するロータ３
と、固定翼６と、固定翼６を位置決めするスペーサリン
グ７と、スペーサリング７の径方向周囲を囲むとともに
フランジ１１を有する外側ケーシング９と、外側ケーシ
ング９が固定されるベース部１と、外側ケーシング９お
よびベース部１により回転軸方向に沿って挟持されると
ともに、外側ケーシング９およびスペーサリング７の各
々と間に径方向に隙間を設けて配設される筒状内側ケー
シング１０と、外側ケーシング９および／またはベース
部１と内側ケーシング１０との間に配設される弾性部材
２０とを備えて上述の目的を達成する。 （２）請求項２の発明は、請求項１に記載のターボ分子
ポンプにおいて、弾性部材２０は、内側ケーシング１０
を回転軸方向に弾性的に支持するものである。 （３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載のタ
ーボ分子ポンプにおいて、弾性部材２０を、外側ケーシ
ング９とベース部１との接続における真空シールとして
機能するように内側ケーシング１０とベース部１との間
に設けたものである。

【０００８】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態
の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態
に限定されるものではない。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。 −第１の実施の形態− 図１は本発明によるターボ分子ポンプの断面図であり、
ターボ分子ポンプの要部を示したものである。図１に示
すターボ分子ポンプは、ターボ分子ポンプ部ＴＰとドラ
ッグポンプ部ＤＰとを備える複合型ターボ分子ポンプで
ある。ベース１には軸受およびモータを有する軸受・モ
ータ部２が設けられている。ロータ３は、軸受・モータ
部２によって支持および回転駆動される。ロータ３を支
持する軸受には、メカニカルベアリングや磁気軸受け等
が用いられる。これらのモータや磁気軸受は、コネクタ
１４を介して不図示のコントローラと接続される。

【００１０】ロータ３には軸方向に沿って回転翼４が複
数段形成され、回転翼４の図示下側にはドラッグポンプ
回転部５が形成されている。上下に隣り合った２組の回
転翼４の間には固定翼６がそれぞれ配設されている。こ
れらの固定翼６は、上下方向に積層された複数のスペー
サリング７によって位置決め及び固定されている。回転
翼４および固定翼６にはタービン翼が形成されている。
また、ベース１には、ドラッグポンプ回転部５を微小な
隙間を隔てて囲む円筒状のドラッグポンプ固定部８が配
設されている。ドラッグポンプ回転部５およびドラッグ
ポンプ固定部８の対向面の少なくとも一方には、ねじ溝
等が形成されている。上述したターボ分子ポンプ部ＴＰ
は複数段の回転翼４と複数段の固定翼６とで構成され、
ドラッグポンプ部ＤＰはドラッグポンプ回転部５とドラ
ッグポンプ固定部８とで構成されている。

【００１１】スペーサリング７の外側には、二重構造の
ケーシング９，１０が設けられている。外側ケーシング
９は従来の分子ポンプのケーシングや外筒に相当するも
のであり、真空シール装着溝１１ａを有するフランジ１
１を備えている。外側ケーシング９はボルト１２によっ
てベース１に固定されている。１６は外側ケーシング９
とベース１との接続部に設けられた真空シールであり、
Ｏリング等が用いられる。ターボ分子ポンプを真空装置
に装着する場合には、外側ケーシング９のフランジ１１
を装置側のフランジに固定する。また、スペーサリング
７と外側ケーシング９との間には内側ケーシング１０が
設けられている。内側ケーシング１０は、スペーサリン
グ７および外側ケーシング９の各々と隙間を設けて配設
されている。

【００１２】モータによりロータ３を高速回転して回転
翼４およびドラッグポンプ回転部５を固定翼６およびド
ラッグポンプ固定部８に対して回転させると、それぞれ
排気作用が生じる。その結果、真空装置側の気体が、矢
印Ｒのように吸気口からベース１に設けられた排気ポー
ト１３側へと排気される。排気ポート１３には補助ポン
プである油回転ポンプやドライポンプ等（不図示）が接
続される。

【００１３】図２はケーシング９，１０の部分の拡大図
である。積層されたスペーサリング７は、符号Ｄで示す
部分において、下端が下側のスペーサリング７の上端に
形成された溝７ａに嵌合している。そのため、積層され
たスペーサリング７は、上端および下端がそれぞれ上下
に隣り合ったスペーサリング７の下端および上端と勘合
して一体となり、径方向にずれることはない。スペーサ
リング７が積層されると隙間２３が形成され、この隙間
２３内に固定翼６の外周端部が挟み込まれる。上述した
ように外側ケーシング９をボルト１２を用いてベース１
に固定すると、積層されたスペーサリング７が外側ケー
シング９のフランジ１１とベース１との間に挟まれる。
積層されて一体となったスペーサリング７の径方向の位
置決めは、ベース１の周面１ａとフランジ１１の内周面
１１ａとの嵌合によって行われる。さらに、外側ケーシ
ング９の径方向位置決めは、ベース１の周面１ｂと外側
ケーシング９の内周面との嵌合によって行われる。

【００１４】内側ケーシング１０とベース１との間には
Ｏリング等の弾性部材２０が設けられている。外側ケー
シング９をベース１に固定すると、内側ケーシング１０
の上端面は外側ケーシング９のフランジ１１に当接し、
図示下方に付勢されて弾性部材２０を圧縮する。すなわ
ち、内側ケーシング１０の下端は弾性支持されている。
そのため、内側ケーシング１０は弾性材２０の弾性力に
よって回転軸線に沿ってフランジ１１側に付勢されてい
るので、がたつくことはない。

【００１５】スペーサリング７と内側ケーシング１０と
の間、および、内側ケーシング１０と外側ケーシング９
との間には、それぞれ隙間２１，２２が形成されてい
る。隙間２１とポンプ内部空間とは、スペーサリング７
の一つに形成された貫通穴７ａを介して連通している。
同様に、隙間２１と隙間２２とは、内側ケーシング１０
に形成された貫通穴１０ａを介して連通している。ター
ボ分子ポンプが作動するとポンプ内部は大気圧よりも低
い真空状態となるが、ポンプ内部圧力は複数ある回転翼
４および固定翼６の下段になるほど高くなる。そのた
め、貫通穴７ａ，１０ａを介してポンプ内空間と連通し
ている隙間２１，２２の圧力は、穴付きスペーサリング
７が設けられている部分の圧力とほぼ等しくなる。外側
ケーシング９とベース１との接続部分には、隙間２２に
大気が侵入しないように真空シール１６が設けられてい
る。

【００１６】本実施の形態では、外側ケーシング９はポ
ンプ内を真空に保つためのケーシングであり、従来のタ
ーボ分子ポンプのケーシングや外筒と同様の機能を有し
ている。一方、内側ケーシング１０は、高速回転中にロ
ータ３が破壊したときの衝撃吸収のために設けられてい
る。高速回転中にロータ３が破壊すると、回転翼４の部
分のロータ破片は遠心力によりスペーサリング７を膨張
させながら内側ケーシング１０に衝突する。なお、ロー
タ破壊時の衝撃の大部分はロータ４のターボ分子ポンプ
部ＴＰがケーシング９，１０に与えるものであり、本実
施の形態では固定翼部分のケーシング構造に特徴があ
る。

【００１７】ロータ破片は径方向に関する運動エネルギ
ーと回転方向に関する運動エネルギーを有しているの
で、内側ケーシング１０には遠心力方向だけでなく回転
方向にも衝撃が加わる。上述したように、内側ケーシン
グ１０の下部は弾性部材２０により弾性的に支持されて
いるので、破片衝突による回転方向の衝撃が加わると回
転を始める。すなわち、内側ケーシング１０は回転しな
がら径方向に塑性変形する。その結果、破片のエネルギ
ーは内側ケーシング１０の塑性変形と、内側ケーシング
１０の回転による摩擦力により吸収され、ターボ分子ポ
ンプが装着されている装置への衝撃力を大幅に緩和する
ことができる。

【００１８】隙間２２のギャップ寸法Ｇ２は、塑性変形
した内側ケーシング１０が外側ケーシング９に接触しな
いように、衝撃力による内側ケーシング１０の塑性変形
量よりも大きく設定されている。一方、隙間２１のギャ
ップ寸法Ｇ１については、スペーサリング７の外側に内
側ケーシング１０を配設する際の組み付け易さを考慮し
て設定すれば良く、内側ケーシング１０の内面加工につ
いては精度が要求されない。そのため、内側ケーシング
１０の内周面をスペーサリング７の外周面に密着させる
構造に比べて、薄肉部材である内側ケーシング１０の加
工コストを低減することできる。

【００１９】［第１変形例］図３は上述したターボ分子
ポンプの第１変形例を示す図である。図３は内側ケーシ
ング１０の変形例であり、（ａ）は内側ケーシング１０
０をフランジ１１側から見た図であり、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ断面図である。なお、その他の構成については
上述したターボ分子ポンプと同様である。内側ケーシン
グ１００の場合には、上端部分を櫛歯状に切り欠いた凹
凸形状としている。上端面には凹部１００ａと凸部１０
０ｂとが交互に形成されており、平面状の端面の場合に
比べてフランジ１１との接触面積を低減することができ
る。そのため、内側ケーシング１０が衝撃力により回転
する際の摩擦力を小さくすることができ、フランジ１１
に伝わる回転方向の衝撃力をより低減することができ
る。

【００２０】また、摩擦係数の小さなフッ素樹脂を含ん
だ弾性体を弾性部材２０に用いたり、内側ケーシング１
０，１００の上端面にフッ素樹脂層を形成したりしても
良く、それによって内側ケーシング１０，１００が回転
する際の摩擦力が小さくなる。

【００２１】［第２変形例］図４は上述したターボ分子
ポンプの第２変形例を示す図である。図４は上述した図
２に対応する図であり、第２変形例では外側ケーシング
９０とベース１０１との接続部の構造が異なるだけで、
その他の構造は図１に示したターボ分子ポンプと同様で
ある。上述した図１のターボ分子ポンプでは、真空シー
ル１６を面シールとした。しかし、図４に示す第２変形
例では、真空シール１６を軸シールとし、ベース１０１
の周面１０１ｂに装着する構造とした。そのため、ベー
ス外径を小さくすることができ、ポンプの小型軽量化を
図ることができる。なお、外側ケーシング９０の径方向
の位置決めは、外側ケーシング９０の内周面９０ａとベ
ース１０１の周面１０１ｃとの嵌合によって行われる。

【００２２】［第３変形例］図５は上述したターボ分子
ポンプの第３変形例を示す図である。図５において、
（ａ）は図４と同様の部分を示す図であり、（ｂ）は
（ａ）のＢ部拡大図である。第３変形例では、弾性部材
２０は内側ケーシング１０の弾性支持機能とともに、外
側ケーシング９１とベース１０２との接続部の真空シー
ル機能も兼ね備えている。弾性部材２０には、例えば、
Ｏリングシールが用いられる。

【００２３】外側ケーシング９１の下端部内周面側には
シール面９２ａを有するリング状凸部９２が形成されて
いる。外側ケーシング９１をベース１０２に固定すると
弾性部材２０が圧縮変形され、図５（ｂ）に示すよう
に、ベース面１０２ｄとの間にシール部Ｓ１が形成さ
れ、リング状凸部９２のシール面９２ａとの間にシール
部Ｓ２が形成され、内側ケーシング１０の下端面１０ｂ
との間にシール部Ｓ３が形成される。その結果、シール
部Ｓ１〜Ｓ３によってポンプ内とポンプ外とが遮断され
る。

【００２４】また、内側ケーシング１０の径方向の位置
決めは、内側ケーシング１０の内周面１０ｃとベース１
０２の周面１０２ｃとの嵌合によって行われる。さら
に、外側ケーシング９１の径方向の位置決めは、外側リ
ング状凸部９２のシール面９２ａが内側ケーシング１０
の外周面１０ａと嵌合することにより行われる。このよ
うに、第３変形例における弾性部材２０は、図４に示し
た弾性部材２０の機能と真空シール１６の機能とを兼ね
備えている。その結果、部品点数および組立工数の低減
を図ることができる。

【００２５】［第４変形例］図６は上述したターボ分子
ポンプの第４変形例を示す図である。図６において、
（ａ）は外側ケーシング９３とベース１０２との接続部
分を示したものであり、（ｂ）は（ａ）のＣ１部拡大
図、（ｃ）は（ａ）のＣ２部拡大図である。上述した第
３変形例では、図５（ｂ）に示すように外側ケーシング
９１の内周面９２ａと内側ケーシング１０の外周面１０
ａとの嵌合によって、外側ケーシング９１の径方向位置
決めを行っていた。

【００２６】一方、第４変形例では、図６（ｃ）に示す
ように外側ケーシング９３の下端外周部分に位置決め部
９４を形成し、位置決め部９４の内周面９４ａとベース
１０２の周面１０２ｆとの嵌合によって、外側ケーシン
グ９３の径方向位置決めを行う。そのため、外側ケーシ
ング９３のリング状凸部９５は、その内周面９５ａが弾
性部材２０とだけ接触するような形状とされている。シ
ール部Ｓ１〜Ｓ３によってポンプ内とポンプ外とが遮断
される構造などのその他の構成は、第３変形例と同様で
ある。

【００２７】上述した第４変形例では、外側ケーシング
９３の下端部分における内側ケーシング１０との嵌合を
省略しているため、外側ケーシング９３に伝達される衝
撃を第３変形例よりも低減することができる。

【００２８】上述したように、本実施の形態のターボ分
子ポンプでは、図２に示すように内側ケーシング１０を
外側ケーシング９のフランジ１１とベース１との間に挟
持するとともに、内側ケーシング１０とベース１との間
に弾性部材２０を配設した。すなわち、衝撃吸収用の内
側ケーシング１０は一端が弾性的に支持されているた
め、内側ケーシング１０にロータ破片の衝撃が加わった
際に、ベース１や外側ケーシング９に衝撃をほとんど与
えること無く回転することができる。

【００２９】なお、上述した実施の形態では弾性部材２
０を内側ケーシング１０とベース１との間に設けたが、
内側ケーシング１０とフランジ１１との間に設けても良
い。さらに、弾性部材２０を内側ケーシング１０の上下
両端に設けても良い。また、上述した実施の形態では複
合型のターボ分子ポンプを例に説明したが、本発明は全
翼タイプのターボ分子ポンプにも同様に適用することが
できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
弾性部材を設けたことにより内側ケーシングは外側ケー
シングとベース部との間に弾性的に支持され、内側ケー
シングにロータ破片の衝撃が加わった際に、内側ケーシ
ングは容易に回転をすることができる。その結果、ベー
ス部や外側ケーシングを介して装置側に伝達される衝撃
を大幅に低減することができる。特に、請求項３の発明
では、弾性部材が真空シール機能を兼ねているので、部
品点数の増加を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるターボ分子ポンプの断面図であ
る。

【図２】ケーシング９，１０の部分の拡大図である。

【図３】ターボ分子ポンプの第１変形例を示す図であ
り、（ａ）は内側ケーシング１００をフランジ１１側か
ら見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であ
る。

【図４】ターボ分子ポンプの第２変形例を示す図であ
る。

【図５】ターボ分子ポンプの第３変形例を示す図であ
り、（ａ）は図４と同様の部分を示す図であり、（ｂ）
は（ａ）のＢ部拡大図である。

【図６】ターボ分子ポンプの第４変形例を示す図であ
り、（ａ）は外側ケーシング９３とベース１０２との接
続部分を示したものであり、（ｂ）は（ａ）のＣ１部拡
大図、（ｃ）は（ａ）のＣ２部拡大図である。

【符号の説明】

１，１０１，１０２ ベース ３ ロータ ４ 回転翼 ５ ドラッグポンプ回転部 ６ 固定翼 ７ スペーサリング ８ ドラッグポンプ固定部 ９，９１，９３ 外側ケーシング １０，１００，１０１，１０２ 内側ケーシング １１ フランジ ２０ 弾性部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｄ 29/52 Ｆ０４Ｄ 29/52 Ｅ 29/54 29/54 Ｆ Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA01 BA07 CA28 CA56 DA11 3H031 DA01 DA02 DA07 EA07 EA09 FA31 FA32 FA39 3H034 AA01 AA02 AA12 BB01 BB08 BB11 BB16 CC03 CC07 DD01 DD28 DD30 EE06 EE13

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転翼を有するロータと、 固定翼と、 前記固定翼を位置決めするスペーサリングと、 前記スペーサリングの径方向周囲を囲むとともにフラン
   ジを有する外側ケーシングと、 前記外側ケーシングが固定されるベース部と、 前記外側ケーシングおよび前記ベース部により回転軸方
   向に沿って挟持されるとともに、前記外側ケーシングお
   よび前記スペーサリングの各々と間に径方向に隙間を設
   けて配設される筒状内側ケーシングと、 前記外側ケーシングおよび／または前記ベース部と前記
   内側ケーシングとの間に配設される弾性部材とを備えた
   ことを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のターボ分子ポンプにお
   いて、 前記弾性部材は、前記内側ケーシングを回転軸方向に弾
   性的に支持することを特徴とするターボ分子ポンプ。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のターボ分子ポ
   ンプにおいて、 前記弾性部材を、外側ケーシングとベース部との接続に
   おける真空シールとして機能するように前記内側ケーシ
   ングと前記ベース部との間に設けたことを特徴とするタ
   ーボ分子ポンプ。