JP2004042141A - タービンポンプ用ステータ段の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自由端を含まず、非常に狭いチャンネルで分離された、部分的にオーバーラップするラジアルブレードを有するステータ段の製造方法を提供する。
【解決手段】放電機械加工により、両端がディスク（８）に結合され非常に狭いチャンネル（１３）で分離されたラジアルブレード（１２）をタービンポンプのステータ（１１）のディスクに形成する。ブレード形成のために、ワークピース（２）がブレードの外形に対応する径の環状エッジ（４）を備えた工具（１）にさらされる。工具には、一端が工具プレート（３）に結合され、傾斜面内をエッジ（４）に沿って延びる少なくとも１つの舌状部材（７）が備えられている。工具とワークピースの相対的な回転および平行移動の組み合わせ運動により、舌状部材（７）に対応する形状、寸法、傾斜を有する少なくとも１つのチャンネル（１３）がワークピース内に形成される。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンポンプに関し、特に、ターボ分子ポンプのようなポンプのためのステータ段を製造する方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
上記のようなポンプの従来のステータ段は、たとえそれらがラジアルブレードを備えていても、一般的に成形技術やフライス技術により製造される。
２００２年５月３１日に本願の出願人名義で提出された「スペーサリングと一体化されたステータ段を備えたタービンポンプ」という発明の名称の出願書類には、スペーサリングと一体化された少なくとも１つのステータ段を備えたターボ分子ポンプが開示されている。このスペーサリングは、中間圧力で遷移チャンバに対応して配置されている。上記のような段は、内側の端部が中央ディスク領域に結合され、外側の端部がスペーサリングに結合された複数のラジアルブレードを有するディスクを備えている。ブレードは、ディスク表面に対して非常に狭い角度（約１０°）で形成されていて、それらの間に非常に狭いチャンネル（約１ｍｍ）を挟んで互いにオーバーラップしている。これらの値により、ポンプのインレットからアウトレットへ向かう分子ガス流を、上部段の圧縮容量を減らすことなく、約１００ｍｔｏｒｒ以下、すなわち１３．
３３Ｐａ以下に維持できる（ポンプが遷移チャンバ内でこの圧力を許容できることを意味する）。
【０００３】
ブレードが両端で結合されたそのようなステータ段は、従来のステータ段を製造するのに通常用いられるフライス技術や成形技術では製造できない。なぜならば、フライス加工では、削減された隙間のインターブレード分離チャンネルを製造するのに用いることができず、これに対して、成形加工では、オーバーラップするブレードを製造することができないからである。
したがって、本発明の目的は、自由端を含まず、非常に狭いチャンネルで分離された、部分的にオーバーラップするラジアルブレードを有するステータ段の製造方法を提供することである。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、放電機械加工に基づく方法を提供する。類似の技術が、１９９３年２月２３日に「放電機械加工によるインペラの製造方法およびその製造方法により得られたインペラ」という名称で公表された米国特許５，１８８，５１４号に開示されているように、既に、インペラやロータを製造するためにタービンポンプの分野で用いられている。この特許によれば、インペラを得るためのワークピースは、放電機械加工のための装置内において、中央の孔部分に終端を有する放射状のスリットが形成された少なくとも１つのプレートを含む工具の動作に付される。当該装置の２つの電極を形成するワークピースと工具との相対的な回転および平行移動の組み合わせに運動より、インペラのラジアルブレードが各スリットにおいて形成される。そのラジアルブレードは、自由端を有している。
【０００５】
本発明の目的は、予備的なステップを含む方法により達成される。このステップでは、得られるべきステータ段に対応するワークピースが、ワークピースが電極を形成する放電機械加工のための装置内に、他方の電極を形成する放電機械加工具に対向して配置され、工具とワークピースとの相対的な回転および平行移動の組み合わせ運動が発生する。この方法は、径方向内側の端部および径方向外側の端部の両方でディスクに結合され、非常に狭いチャンネルで分離された複数のラジアルブレードを有するディスクを備えたステータ段を製造するために、上記工具は、一端が工具プレートに結合されると共に、プレート自体に対して傾斜した平面内で上記プレートの環状エッジに沿って延びる少なくとも１つの舌形状に延びる部材が備えられた少なくとも１つのプレートを含むことを特徴とする。舌状部材は、上記回転および平行移動の組み合わせ運動の軸からの距離が、当該舌状部材が常に上記ディスク内にあるような距離となるように配置されている。したがって、工具およびワークピースの上記のような相対的な回転および平行移動の組み合わせ運動のおかげで、両端が径方向に限定され、上記舌状部材に対応する形状、寸法および傾斜を有する少なくとも１つのチャンネルがワークピース内に形成される。
【０００６】
本発明の特徴は、限定的でない具体例により説明され、添付図面に示される、以下の好ましい実施形態の説明からより一層明らかになるであろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１〜図３には、ラジアルブレードを有し、外側の端部にスペーサリングを有するディスクを備えたタービンポンプステータの放電機械加工による製造に本発明の方法を適用した場合が図解的に示されている。１は工具を示し、２はワークピースを示す。これらの両部材は、放電機械加工のための装置内に配置される。放電機械加工のための装置は、その技術分野において公知であり、本発明の構成要素ではないので、ここでは図示しない。工具１は、その装置の一方の電極を構成し、ワークピース２は他方の電極を構成する。
【０００８】
工具１は、銅で作られていて、ほぼ２等辺三角形のプレート３からなる。プレート３のベース４は、製造されるべきステータディスクの半径にほぼ対応する半径の円弧状に形成されている（より正確には、半径は、ディスク軸からアウタブレードの端部までの距離にほぼ等しい）。プレート３は、ベース４と同軸の孔５を有していて、この孔５により、シャフト６への工具１の固定が可能になる。シャフト６は、３本のデカルト軸に沿って平行移動でき、Ｚ軸を中心に回転できる工具ヘッドに取り付けられている。
【０００９】
プレート３は、その一方の表面に、舌状部７を有している。この舌状部７は、ベース４の一部に沿って延びていて、一方の端部がプレート３に結合され、他方の端部が自由端となっている。舌状部７は、平坦面を有すると共に、一定の厚さを有していて、プレート３の表面に対して、製造されるべきステータのブレードに求められる傾斜角に応じた角度αで形成されている。
ワークピース２は、ほぼカップ状のアルミニウム部材であって、軸方向両側に突出した環状エッジ９を有するディスク８を備えている。エッジ９の軸方向の突出量は、ディスクエッジに対して両側で異なり、作業中に工具１と逆側になる方の突出量のほうが大きいことが好ましい。そのような突出量の大きい部分には、開口１０が予備成形されている。ステータは、漏れ検出器内で用いられるポンプに取り付けられた場合、ポンプの低圧インレットに接続されたガス検出器へと向流でテストガスを流すための中間圧力インレットに連通する。
【００１０】
工具１をＺ軸に沿って平行移動させると共に、Ｚ軸の回りを角度βだけ回転させることにより、回転と平行移動との螺旋状の組み合わせ運動が得られる。これにより、工具１は、エッジ９により規定される空間に係合され、ワークピース２を貫通する。ディスク８の舌状部７に対向する部分は、放電機械加工により取り除かれる。これにより、傾斜したチャンネルが、エッジ９からディスク８の中心に向けて、舌状部７の幅に実質的に対応する範囲で延びるように形成される。そのようにして舌状部７の長さが選択されるので、機械加工はディスク８の全体の厚さに影響を及ぼす。
【００１１】
一旦チャンネルが形成されると、工具１は待機位置に戻され、チャンネル間の所望の角度間隔に対応する角度だけ回転されて、再び、第２のチャンネルを掘るために、回転と平行移動との螺旋状の組み合わせ運動に服することとなる。この動作は、所望の数のチャンネルが得られるまで繰り返される。ディスク８の機械加工により、角度αだけ傾斜すると共に、径方向内側の端部だけでなく径方向外側の端部もディスクに結合されたブレードのセットがチャンネル間に残る。与えられたプレート３の径、舌状部７の位置、およびワークピースの環状エッジ９が、機械加工により影響を受けないことは確かである。
【００１２】
図４〜６には、上記方法により得られたステータ１１を示す。ブレードは、１２で示されており、分離チャンネルは１３で示されている。また、参照番号１４は、ポンプロータのシャフトを通すための予備成形された中央孔を示している。図６の断面図には、ディスク８の表面に対するブレード１２の狭い角度と、チャンネル１３の限定された隙間Ｓとが明瞭に示されている。上記角度は、角度αと一致する。また、上記隙間Ｓは、舌状部７の厚さが一定であるために、径方向に一定である。
【００１３】
角度αは約１０°、隙間Ｓは約１ｍｍであることが好ましい。このような限定された隙間、およびブレード１２が自由端を有しないという事実により、ステータの製造に放電機械加工を用いることとなった。
全てのブレード１２およびチャンネル１３が一旦形成されると、当該方法は、さらにステータ１１を１１’および１１’’の２つに切断するステップを含む。これにより、ロータシャフトに対して、ポンプ内で次の取付けを行うことができる。切断もまた、放電機械加工、特に、非常に細い（例えば直径０．１ｍｍ）ワイヤを用いたワイヤ放電機械加工により行われる。これは、ポンプ内の取付けのために必要とされる小さい寸法公差を確保するためである。最終製造物を図７に示す。
【００１４】
上記説明は、単に限定のない具体例として示したものであり、本発明の範囲から逸脱しない範囲で変形および修正が可能であることは明らかである。
特に、当該方法は、図４に示された段のようにスペーサリングと一体化されたステータ段の製造だけでなく、概して、ワークピース内において両端で径方向に制限されたチャンネル（したがって、成形された部品の本体と両端で結合されたブレード）の形成にも適用できることは明らかである。
【００１５】
さらに、たとえ１つのチャンネルを一時に成形するのに適した工具が開示されたとしても、複数の、できる限り全てのチャンネル１３を同時に製造することを可能にするために、複数の舌状部７を有するディスクからなる工具が考えられる。もちろん、一つの舌状部の場合でも、工具を完全なディスクとすることができる。
シャフト６に取り付けられた複数のプレートまたはディスク３を備えた工具を用いることにより、ステータディスクに対向してプレート３を配置できるようにするためにすでに半分に分けられた適当に成形された未加工のワークピースから、ポンプの全ての静的な段を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実行するために用いられる工具の平面図である。
【図２】図１に示す工具の正面図である。
【図３】本発明の方法を示す概略斜視図である。
【図４】本発明により製造されたステータ段の斜視図である。
【図５】図４に示すステータの概略平面図である。
【図６】図５における線ＶＩ−ＶＩを通る平面での断面図である。
【図７】ロータに取り付ける準備ができた状態のステータの概略平面図である。

Claims (13)

1. 内側および外側の端部で径方向に結合され、狭いチャンネル（１３）で分離された複数のラジアルブレード（１２）を有するディスク（８）を備えたステータ段（１１）を得るためのワークピース（２）を用意するステップと、
   その一端が上記プレート（３）に結合されると共に、上記プレート（３）に対して傾斜した平面内で環状エッジ（４）に沿って延びる少なくとも１つの舌状部材（７）が備えられた少なくとも１つのプレート（３）を有する放電機械加工具（１）を備えた放電機械加工のための装置を用意し、上記装置内において上記機械加工具が第１の電極を形成するステップと、
   上記ワークピース（２）を上記装置内で第２の電極をなすように上記放電機械加工具（１）の前に配置するステップと、
   上記工具（１）と上記ワークピース（２）との相対的な回転および平行移動の組み合わせ運動を生じさせて、この組み合わせ運動の間、上記舌状部材（７）を上記ディスク（８）内に存在させるステップと、
   両端が径方向に限定され、上記舌状部材（７）に対応する形状、寸法および傾斜を有する少なくとも１つのチャンネル（１３）を上記ワークピース（２）内に形成するステップと、
   を含むことを特徴とするタービンポンプのためのステータ段の製造方法。
2. 上記ディスク（８）内に貫通チャンネル（１３）を形成するのに十分な長さを有する上記舌状部材（７）を用いて貫通チャンネルを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. １つの舌状部材（７）を有する上記工具（１）と上記ワークピース（２）との相対的な回転および平行移動の組み合わせ運動を生じさせて複数のチャンネル（１３）を形成するステップをさらに含み、
   上記組み合わせ運動の各サイクルは、前のスタート位置に対して次のチャンネルとの角度間隔に対応する角度だけ上記工具（１）が回転されたスタート位置から始まることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 上記貫通チャンネルは、上記プレート（３）のディスクのエッジに沿って配置された複数の上記舌状部材により形成されることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 上記舌状部材の数は、形成すべき上記貫通チャンネルの数に対応することを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 上記チャンネルは、傾斜したオーバーラップするラジアルブレード（１２）の組を分離するために形成されるものであることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 上記舌状部材（７）は、それぞれ、上記プレート（３）に対して約１０°傾斜した平面内にあることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 上記チャンネルは、それぞれ、一定の厚さを有する対応する舌状部材（７）により形成されることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 上記チャンネルは、それぞれ、上記対応する舌状部材（７）により形成されて、径方向に約１ｍｍの一定の隙間を有することを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 上記工具（１）と上記ワークピース（２）との相対的な回転および平行移動の組み合わせ運動を生じさせる上記ステップは、ディスク（８）の軸方向に突出した環状エッジ（９）により規定される上記ワークピース（２）内の孔を介して上記工具を突出させることにより、上記ワークピース（２）と上記工具（１）とを係合させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
11. シャフトにより支持された複数の上記プレート（３）を上記工具（１）に設けると共に、対応する複数のディスク（８）を上記ワークピース（２）に設けて、動作中、上記プレート（３）がそれぞれ上記ディスクの１つに対向し、上記回転および平行移動の組み合わせ運動が行われることにより、１つ以上の貫通チャンネル（１３）を複数のステータ段に同時に形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. チャンネル（１３）を形成するステップの後、上記ディスク（８）は、それぞれ、上記ポンプのロータに取り付けるために直径方向に沿って２つに分けられることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 上記ディスク（８）を２つに分けるステップは、ワイヤを用いた放電機械加工により行われることを特徴とする請求項１２記載の方法。

Images