JP2005307859A

JP2005307859A - ターボ真空ポンプ

Info

Publication number: JP2005307859A
Application number: JP2004126048A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sekiguchi; 信一関口; Hiroyasu Kawashima; 浩康河嶌
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】オーバーハング部に複数の回転翼を積層してなるターボ真空ポンプにおいて、振動の増大を招くことなく高速で運転することができ、性能の低下を招くことなく小型化、軽量化できるターボ真空ポンプを提供する。
【解決手段】２個の軸受３１、３３によって回転自在に支持された回転軸２１と、一方の軸受３１から張り出した回転軸２１のオーバーハング部に、軸方向に積層して取り付けられた複数の回転翼２４とを備え、回転軸２１のオーバーハング部の一部または全部が中空軸構造であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体を排気する運動量移送式のターボ真空ポンプに関し、特に腐食性プロセスガスや反応生成物を含むガスを大量に排気する用途に適したターボ真空ポンプに関する。

図１０に、各回転翼２０１を一つずつ形成し、積層し多段化して構成したロータ２０３を有する従来のターボ真空ポンプを示す。この真空ポンプにおいて、回転翼２０１を多段化するため、各回転翼２０１の中央に孔２０４を設け、回転軸２０５をこの孔２０４に嵌挿し各回転翼２０１同士を互いに接合する構造としている。

しかし、回転軸２０５を各回転翼２０１の孔２０４に嵌挿する構造とし、回転軸２０５にモータ２０７を取り付け、回転翼２０１側のセクションとモータ２０７側のセクションとを分離した構造とすると、軸受２０６はモータ２０７側のセクションに配置される。このため、モータ２０７は軸受２０６の間に配置され、回転翼２０１は回転翼２０１側の軸受２０６の外側に配置されるので、回転軸２０５と、各回転翼２０１とを備えるロータ２０３は、回転翼２０１部がオーバーハングとなる、いわゆる片持ちロータとなる。このため、ロータ２０３の固有振動数が低下しやすく、高速回転化が困難となる場合があった。また、回転翼２０１が取り付けられた側に配置された軸受２０６の支持荷重が大きくなるため、この軸受２０６の大型化によるポンプの大型化や振動の増大を招くことがあった。さらに、排気容量の増大により回転翼２０１を大きくしたり、翼枚数を増やしたりすると、オーバーハングの割合が大きくなるため、上記問題はより顕著となり、しばしばロータ２０３の質量や剛性の分布を適正化するために回転軸２０５を太く長くしたり、バランスウエイトを設けたりして、ポンプの大型化や重量増を招いたりしていた。

そこで本発明は、オーバーハング部に複数の回転翼を積層してなるターボ真空ポンプにおいて、振動の増大を招くことなく高速で運転することができ、性能の低下を招くことなく小型化、軽量化できるターボ真空ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明によるターボ真空ポンプ１は、例えば図１に示すように、２個の軸受３１、３３によって回転自在に支持された回転軸２１と；一方の軸受３１から張り出した回転軸２１のオーバーハング部に、軸方向に積層して取り付けられた複数の回転翼２４とを備え；回転軸２１のオーバーハング部の一部または全部が中空軸構造であることを特徴とする。

このように構成すると回転軸のオーバーハング部の一部または全部が中空軸構造であるので、回転軸および回転翼を含んで構成される回転体の固有振動数をほとんど低下させることなく、回転体の軽量化を図ることができる。すなわち、回転体の曲げ剛性に対して、回転軸の径方向の中心部は曲げ剛性の寄与度が低いため、回転軸のオーバーハング部の一部または全部を中空軸構造とすることにより固有振動数にほとんど影響を与えることなく、オーバーハング部の軽量化を達成することができる。このため、高速回転化することができ運転可能な回転数範囲を広げることができる。またオーバーハング部側の軸受の軸受荷重を小さくすることができるため、当該軸受を小型化することができ、ひいてはターボ真空ポンプの小型化が可能となる。また当該軸受の軸受荷重を小さくすることができるため、回転アンバランスによるオーバーハング部の振動も相対的に小さくすることができる。また、オーバーハング部を除いた回転軸の部分を太く長くしたりバランスウエイトを設けたりする必要がなく、ターボ真空ポンプの小型化、軽量化が達成できる。

請求項２に係る発明によるターボ真空ポンプ１は、請求項１に記載のターボ真空ポンプにおいて、例えば図１に示すように、２個の軸受３１、３３の間の回転軸２１に取り付けられ、回転軸２１を回転駆動するモータ３２を備える。

このように構成すると、モータが２個の軸受の間の回転軸に取り付けられ、回転翼と同軸上に設置されるので、装置全体を小型化することができる。

請求項３に係る発明によるターボ真空ポンプ１は、請求項１または請求項２に記載のターボ真空ポンプにおいて、例えば図１に示すように、回転翼２４にそれぞれ挟まれて配置された複数の固定翼２８と；回転軸２１と、モータ３２と、複数の回転翼２４とを収納するケーシング２３、３７とを備え；ケーシング２３、３７が、流体をケーシング２３、３７内に吸い込む吸気開口部５５Ａと、前記流体を前記ケーシング２３、３７外に排気する排気開口部５５Ｂとを有し；吸気開口部５５Ａにより吸い込まれ最終段の回転翼２４を出た前記流体が、前記最終段の回転翼２４を出た後排気開口部５５Ｂを出るまで、回転軸２１の中心軸線に直角な一つの面内を流れるように構成される。

このように構成すると、吸気開口部により吸い込まれた流体が、回転翼と固定翼の相互作用により圧縮され、最終段の回転翼を出た後排気開口部を出るまで、回転軸の中心軸線に直角な一つの面内を流れるので、流体を排気するためにオーバーハング部の回転軸の長さを長くする必要のない構成とすることができる。一つの面内を流れるとは、一つ面から最終段の回転翼の出口幅の長さにほぼ等しい長さの軸方向の広がりを持って流れる場合を含むものとする。

本発明は、２個の軸受によって回転自在に支持された回転軸と、一方の軸受から張り出した回転軸のオーバーハング部に、軸方向に積層して取り付けられた複数の回転翼とを備え、回転軸のオーバーハング部の一部または全部が中空軸構造であるので、振動の増大を招くことなく高速で運転することができ、性能の低下を招くことなく小型化、軽量化できるターボ真空ポンプを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るターボ真空ポンプ１の構成を示す正面断面図であり、図２はターボ真空ポンプ１の右側面図である。以下、図１、図２を参照して説明する。ターボ真空ポンプ１(以下、適宜ポンプ１という)は、縦型であり、排気部５０と、運動制御部５１と、回転軸２１と、排気部５０と運動制御部５１と回転軸２１とを収納するケーシング５３とを備える。回転軸２１は鉛直方向上下に配置され、排気部５０側の排気部側部２１Ａと、運動制御部５１側の運動制御部側部２１Ｂと、排気部側部２１Ａと運動制御部側部２１Ｂの間の円板形状の大径部５４とを有する。

ケーシング５３は、上ハウジング(ポンプステータ)２３と、上ハウジング２３の鉛直方向（ポンプ１の軸方向）下方側に配置され、下ハウジング３７と、上ハウジング２３と下ハウジング３７との間に配置されたサブケーシング４０を備える。上ハウジング２３は、最上部に形成された吸気ノズル２３Ａと、最下部側面に形成された排気ノズル２３Ｂとを有し、排気部５０と、回転軸２１の排気部５０側の排気部側部２１Ａとを収納する。上ハウジング２３の、吸気ノズル２３Ａと排気ノズル２３Ｂとを除いた形状は、略円柱形状である。上ハウジング２３には、吸気開口部５５Ａと排気開口部５５Ｂとが形成され、吸気ノズル２３Ａは吸気開口部５５Ａに、排気ノズル２３Ｂは排気開口部５５Ｂにそれぞれ接続されている。吸気ノズル２３Ａは、流体としてのガス(例えば、腐食性プロセスガス、または反応生成物を含むガス)を鉛直方向下方に吸気し、排気ノズル２３Ｂは吸気されたガスを水平方向に排気する。

排気部５０は、複数(五段)からなる固定翼１７、２８と、複数(五段)からなる回転翼としての遠心ドラッグ翼２４とを含んで構成される。一段目の固定翼は固定翼１７であり、下流側に遠心ドラッグ翼２４が配置されている。固定翼１７は、中空円盤状に形成され、一段目の遠心ドラッグ翼２４に対向する対向面１７Ｂを有する。対向面１７Ｂは平坦で滑らかに形成されている。固定翼１７は、その外周部１７Ａが、上ハウジング２３の内周部２３Ｃに接して、上ハウジング２３内に収納されている。二段目から五段目の固定翼は固定翼２８であり、遠心ドラッグ翼２４に挟まれて配置されている。固定翼２８も、同様にその外周部２８Ａが、上ハウジング２３の内周部２３Ｃに接して、上ハウジング２３内に収納されている。遠心ドラッグ翼２４の中心部には嵌合穴２５が形成され、嵌合穴２５を回転軸２１の排気部側部２１Ａが貫通することにより、遠心ドラッグ翼２４は回転軸２１に取り付けられる。固定翼１７、２８と、遠心ドラッグ翼２４とは、鉛直方向上方から下方に交互に配置され、固定翼１７で始まり、その後に遠心ドラッグ翼２４と固定翼２８とが交互に配置され、遠心ドラッグ翼２４で終わって配置されている。最終段（五段目）の遠心ドラッグ翼２４から排出されたガスは排気ノズル２３Ｂの中を水平方向に進み、排気ノズル２３Ｂから水平方向に排出される。

下ハウジング３７は、運動制御部５１と、回転軸２１の運動制御部５１側の運動制御部側部２１Ｂとを収納する。運動制御部５１は、上保護ベアリング３５と、上ラジアル磁気軸受３１と、回転軸２１を回転駆動するモータ３２と、下ラジアル磁気軸受３３と、下保護ベアリング３６と、アキシャル磁気軸受３４とを、鉛直方向上方から下方にこの順序で含んで構成される。回転軸２１の上ラジアル磁気軸受３１から上方に張り出している部分、すなわち回転軸２１の上ラジアル磁気軸受３１と下ラジアル磁気軸受３３の間の部分に隣接する、上方の部分が本発明のオーバーハング部である。上ラジアル磁気軸受３１と、下ラジアル磁気軸受３３とは、回転軸２１を回転自在に支持する。アキシャル磁気軸受３４は、回転体(回転軸２１、遠心ドラッグ翼２４、モータ３２の回転子３２Ａ、上ラジアル磁気軸受ターゲット３１Ａ、下ラジアル磁気軸受ターゲット３３Ａ、アキシャル磁気軸受ターゲット３４Ａを含んで構成される)の自重から回転軸にかかるスラスト力を引いた、図中下方向にかかる力を支持する。

各磁気軸受３１、３３、３４は、いずれも能動磁気軸受である。磁気軸受３１、３３、３４のいずれかに異常が発生したときには、上保護ベアリング３５は、上ラジアル磁気軸受３１の代わりに回転軸２１を回転軸２１の径方向に支持し、下保護ベアリング３６は、下ラジアル磁気軸受３３およびアキシャル磁気軸受３４の代わりに、回転軸２１を回転軸２１の径方向および軸方向に支持する。

回転軸２１の排気部側部２１Ａに、遠心ドラッグ翼２４が嵌挿され、順々に積層される。一段目の遠心ドラッグ翼２４は、回転軸２１の排気部側部２１Ａの自由端２１Ｃ近傍に配置される。最終段の遠心ドラッグ翼２４は、大径部５４に接触して配置され、大径部５４は、遠心ドラッグ翼２４の回転軸２１への組み立てに際し、位置決め機構の役割を果たしている。回転軸２１の排気部側部２１Ａと、大径部５４の一部には、切り穴２２（中空部）(図中一部破線で、一部断面で表示)が形成され、回転軸２１は、中空軸構造になっている。切り穴２２は、略円柱形状であり、切り穴２２の中心軸線は、回転軸２１の中心軸線に一致している。切り穴２２は、排気部側部２１Ａの軸方向全体と大径部５４の軸方向一部に亘っているが、排気部側部２１Ａの軸方向一部に形成されたものであってもよい(この場合の切り穴は、図示せず)。切り穴２２は、排気部側部２１Ａの軸方向全体と、大径部５４の軸方向全体とに亘っているものであってもよい(この場合の切り穴は、図示せず)。

下ハウジング３７は、冷却機構としての冷却ジャケット３８を備える。冷却ジャケット３８に冷却水(不図示)が供給されることによって、下ハウジング３７は、例えば、２０〜８０℃の温度に維持される。また遠心ドラッグ翼２４、固定翼１７、２８は、例えば、後述のヒータ４１の加熱等により１００〜３００℃の温度に、回転軸２１は、例えば、１００〜１５０℃の温度に維持される。

サブケーシング４０は回転軸２１の大径部５４とほぼ同じ高さに配置されている。サブケーシング４０の上側の表面には、最終段の遠心ドラッグ翼２４の裏面２７Ｂ(図３(ｂ))を利用したシール機構３９が形成されている。シール機構３９は、同心円状に形成されたラビリンス構造である。サブケーシング４０と下ケーシング３７との間には、真空空間断熱部５６と、大気空間断熱部５７が形成され、サブケーシング４０と下ケーシング３７の接触部が面積が小さくなるよう構成されている。よって、サブケーシング４０から下ケーシング３７へ熱が伝達されにくいようになっている。したがって、本実施の形態に係るポンプ１は、サブケーシング４０により排気部５０と運動制御部５１が環境的（例えば、運動制御部５１のみをガス雰囲気に保持する。）および熱的に分離し得る構造を有している。

図３(ａ)、(ｂ)を参照して遠心ドラッグ翼２４の構成を説明する。図３(ａ)は、遠心ドラッグ翼２４を吸気ノズル２３Ａ(図１)側から見た平面図であり、図３(ｂ)は、正面断面図である。遠心ドラッグ翼２４は、ハブ部６１を有する略円板状の基部２７と、基部２７の一方の面である表面２７Ａ上に固定される渦巻状羽根２６とを備える。遠心ドラッグ翼２４の回転方向は、図３(ａ)中時計方向である。

渦巻状羽根２６は、図３(ａ)に示すような渦巻き形状の複数(６枚)の羽根からなる。渦巻状羽根２６は、回転方向に対して後ろ向き(回転方向とは反対向き)にガス流れ方向に延びる構造である。吸気側の前端面２６Ａを有する渦巻状羽根２６は、ハブ部６１の外周面６１Ａから基部２７の外周部２７Ｃまで達している。表面２７Ａの反対側の他方の面は裏面２７Ｂであり、表面２７Ａおよび裏面２７Ｂは、回転軸２１(図１)の中心軸線に対して垂直である。なお、前述の嵌合穴２５は、ハブ部６１に形成されている。

遠心ドラッグ翼２４を製作するには、円板形状の素材(不図示)からエンドミル加工等の機械加工により、基部２７から突出する凸形状を有する渦巻状羽根２６を形成する方法が、翼寸法精度の向上や高比強度材料(例えば、アルミ合金、チタン合金、セラミックス等)使用の観点から、高速回転(例えば、周速３００〜５００ｍ／ｓ)を行う回転翼として最も一般的な方法である。複数の遠心ドラッグ翼を一体化して各種鋳造法にて製作することも考えられるが、この場合は鋳造品内部に欠陥が生じやすく、また寸法精度、特に渦巻状羽根の寸法精度が悪いため、ポンプ１(図１)の排気性能が安定しない等の問題が起こりやすく、鋳造による製作は適さない。

図４(ａ)、(ｂ)を参照して二段目から五段目の固定翼２８の構成を説明する。図４(ａ)は、固定翼２８を吸気ノズル２３Ａ(図１)側から見た平面図である。図４(ｂ)は、正面断面図である。固定翼２８は、外周壁６２と側壁６３とを有する固定翼本体３０と、側壁６３の片方の表面６３Ａから突出し、断面が凸形状である渦巻状ガイド２９とを備える。遠心ドラッグ翼２４(図１)の回転方向は、図４(ａ)中時計方向である。

渦巻状ガイド２９は、図４(ａ)に示すような渦巻き形状の複数(６枚)のガイドからなる。渦巻状ガイド２９は、回転方向に対して前向き(回転方向と同じ向き)にガス流れ方向に延びる構造である。渦巻状ガイド２９は、固定翼２８の外周壁６２の内周部６２Ａから側壁６３の内周部６３Ｃまで達している。回転軸２１の中心軸線に直角な平面上にある、渦巻状ガイド２９の端面２９Ａは、滑らかな面である。側壁６３の、渦巻状ガイド２９とは反対側に位置する裏面６３Ｂは、平らで滑らかな面である。したがって、遠心ドラッグ翼２４（図３）の渦巻状羽根２６に直接面する固定翼２８の裏面６３Ｂは、遠心ドラッグ翼２４の渦巻状羽根２６の間に形成された流路６８（図３（ａ））を流れるガスの流れを乱すことはない。

次に、図１、図５を参照して固定翼１７、２８と遠心ドラッグ翼２４との間隔について説明する。図５は、固定翼１７、２８と遠心ドラッグ翼２４を示すターボ真空ポンプ１の部分正面断面図である。
一段目の遠心ドラッグ翼２４の前端面２６Ａは、一段目の固定翼１７の対向面１７Ｂとポンプ１の軸方向の間隔ｄｇ１を形成して対向している。二段目から五段目の遠心ドラッグ翼２４の裏面２７Ｂは、二段目から五段目の固定翼２８の渦巻状ガイド２９の端面２９Ａと、ポンプ１の軸方向の間隔ｄｈ１、ｄｈ２、ｄｈ３，ｄｈ４をそれぞれ形成して対向している。二段目から五段目の固定翼２８の裏面６３Ｂは、二段目から四段目の遠心ドラッグ翼２４の前端面２６Ａと、ポンプ１の軸方向の間隔ｄｇ２、ｄｇ３、ｄｇ４、ｄｇ５をそれぞれ形成して対向している。以上述べた軸方向の間隔ｄｇ１〜ｄｇ５を、以下、固定翼１７、２８と遠心ドラッグ翼２４とのギャップと称することにする。このギャップの値は、例えば、一段目の固定翼１７と一段目の遠心ドラッグ翼２４の間では、数十〜数百μｍである。

ギャップの設定が小さいほどポンプ性能は上がる。ギャップのポンプ性能に対する影響は、ポンプ動作圧力が高い方が大きい。よって、排気側に向かうに従ってギャップを狭くすることが望ましい。吸気側は低圧側なので、ギャップが広くても性能低下に寄与する割合は少ない。ギャップの設定は、本実施の形態のようにアキシャル軸受に隙間δ（回転軸２１の下端部２１ｄと下ハウジング３７の内底面３７Ｂとの間の隙間）を一定に制御する制御型の磁気軸受３４を用いた場合は、回転軸２１と保護ベアリング３５、３６との間の軸方向の間隔ｄｂ、ｄｂ’と、遠心ドラッグ翼２４の回転応力により外周側が図中、下方向へ垂れ下がる変形（図６に二点鎖線にて遠心ドラッグ翼２４の変形を表示）と、回転軸２１の温度上昇による、下端部２１ｄを基点として上方に延びる熱変形とを考慮して、可及的に狭くなるように決定する。ギャップは、遠心ドラッグ翼２４の外径に対して１／１０００〜１／１００とするとよい。

回転軸２１は、下端部２１ｄを起点として熱膨張により上方に伸びるので、回転軸２１の温度、線膨張係数、ケーシング５３の温度、線膨張係数を適宜設計すれば、前述のギャップを可及的に小さくすることができる。

遠心ドラッグ翼２４の場合、内径側から外径側へ流れる流れの方、すなわち渦巻状羽根２６に沿って流れる流れの方が、遠心効果を有効に利用できるため、良好なポンプ性能に与える影響度が大きい。遠心ドラッグ翼２４は、前述のように回転応力により、外周側が下方向に垂れ下がるよう変形する。よって、内径側から外径側に流れる箇所の、固定翼２８の裏面６３Ｂと遠心ドラッグ翼２４の前端面２６Ａとの間のギャップを狭く設定し、一方、外径側から内径側に流れる箇所の、遠心ドラッグ翼２４の裏面２７Ｂと固定翼２８の端面２９Ａとの間のギャップは、前述のギャップの１〜２倍に設定する。

次に、図１、図２、図３(ａ)、(ｂ)および図４(ａ)、(ｂ)を参照してターボ真空ポンプ１の作用を説明する。
一段目の遠心ドラッグ翼２４が回転することによって、ポンプ１の吸気ノズル２３Ａから図１中、略軸方向５２にガスが導入される。一段目の遠心ドラッグ翼２４に導入されたガスは、一段目の遠心ドラッグ翼２４と一段目の固定翼１７との相互作用、すなわち当該ガスの粘性によるドラッグ作用、さらに遠心ドラッグ翼２４の回転による遠心作用により、一段目の遠心ドラッグ翼２４の基部２７の表面２７Ａに沿い、一段目の遠心ドラッグ翼２４の外径側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。

すなわち、ポンプ１に導入されたガスは、一段目の遠心ドラッグ翼２４に対して図３(ｂ)中、略軸方向６４に導入され、一段目の遠心ドラッグ翼２４の渦巻状羽根２６の間に形成された流路６８を通り外径側に向かう方向に流れ、圧縮され、排気される。このガスの流れの方向は、図３(ａ)、(ｂ)に示す方向６５であり、この方向は、一段目の遠心ドラッグ翼２４に対するガスの流れ方向である。

一段目の遠心ドラッグ翼２４によって外径側へ向かって圧縮されたガスは、次に二段目の固定翼２８に流れ込み、外周壁６２の内周部６２Ａによって、図４(ｂ)中、略軸方向６６に方向を変え、渦巻状ガイド２９が設けられた空間へ流れ込む。一段目の遠心ドラッグ翼２４が回転することによって、固定翼２８の渦巻状ガイド２９の端面２９Aと、一段目の遠心ドラッグ翼２４の基部２７の裏面２７Ｂとのガスの粘性によるドラッグ作用によって、二段目の固定翼２８の側壁６３の表面６３Ａ(側壁６３の渦巻状ガイド２９がり付けられている方の面)に沿い、二段目の固定翼２８の内径側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。裏面２７Ｂは平面に形成されているので、一段目の遠心ドラッグ翼２４の回転による、性能にマイナスに作用する遠心力は作用しない。

二段目の固定翼２８の内径側に達したガスは、一段目の遠心ドラッグ翼２４のハブ部６１の外周面６１Ａによって、図３(ｂ)中、略軸方向６４に方向が変わり、二段目の遠心ドラッグ翼２４に導入される。

二段目の遠心ドラッグ翼２４に導入されたガスは、二段目の遠心ドラッグ翼２４と二段目の固定翼２８との相互作用、すなわちガスに対する遠心作用と、当該ガスの粘性によるドラッグ作用により、二段目の遠心ドラッグ翼２４の基部２７の表面２７Ａに沿い、二段目の遠心ドラッグ翼２４の外径側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。

上記排気作用を、二段目および、二段目以降の遠心ドラッグ翼２４および固定翼２８にて順次繰返し行うことにより、多量（例えば、１〜２０ＳＬ／分）のガスを１０^−１〜１０^−５Ｔorrから１０^０〜１０^１Ｔorr程度まで圧縮、排気できるポンプ１とすることができる。なお、遠心ドラッグ翼および固定翼の例は、本実施の形態に限るものではなく、要求される排気性能や、遠心ドラッグ翼および固定翼の寸法等を鑑みて、タービン翼（ハブ部外周部に、中心軸線を通る平面からのねじれ角を与えてブレードを放射状に複数設置）（詳細は、図７参照）や渦流翼（ハブ部外周部に、中心軸線を通る平面からのねじれ角をゼロにして、比較的短いブレードを放射状に複数設置）（不図示）を含めた最適な翼形式を適宜組み合わせて用いてもよく、また適切な段数に多段化してもよいことは明らかである。翼形式の組み合わせを変えてタービン翼とドラッグ遠心翼の複合体とした第２の実施の形態を後述する。

また、本実施の形態のポンプ１は、上述のごとく、排気部５０と運動制御部５１とを軸方向に分離して備えるので、容易に、耐食性、耐熱性に優れたポンプ１とすることができる。すなわち、腐食性ガスをポンプ１によって排気する場合は、排気部５０を構成する回転軸２１、遠心ドラッグ翼２４、固定翼２８、上ハウジング２３を、耐腐食性の材料（例えば、ニッケル合金、チタン合金、アルミ合金、セラミックス（Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３等））で構成するか、またはこれらに耐腐食性を有する表面処理（例えば、ニッケルコーティング、ＰＴＦＥコーティング、セラミックスコーティング（Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ，ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３等））を施し、さらに耐食性に乏しい磁気軸受３１、３３、３４やモータ３２の構成部品を、排気部５０と運動制御部５１との境界にシール機構３９を設けることによって腐食から保護し、耐食性に優れたポンプ１とすることができる。また、運動制御部５１を収納する下ハウジング３７の軸端３７Ａ側から不活性ガス（例えば、窒素ガス）をパージするようにしてもよい。このようにすると運動制御部５１を不活性ガスにより不活性雰囲気に保ち、シール機構３９の機能を強化でき好適である。

本実施の形態に係るポンプ１は、生成物を析出するガスを排気する場合は、生成物が排気部５０で析出しないよう、排気部５０を高温化する必要がある。この場合も排気部５０を構成する回転軸２１、遠心ドラッグ翼２４、固定翼２８、上ハウジング２３およびサブケーシング４０を、上ハウジング２３およびサブケーシング４０の外周部にそれぞれ取り付けた加熱機構としてのヒータ４１（図１および図２中、一点鎖線にて断面表示）により加熱する（例えば、加熱温度１００〜３００℃）ようにしてもよい。さらにこの場合は、下ハウジング３７に前述の冷却ジャケット３８より冷却能力の高い冷却ジャケット（冷却機構）(この場合の冷却ジャケットは不図示)を設けて、耐熱性に乏しい磁気軸受３１，３３，３４やモータ３２の構成部品を冷却水(不図示)により冷却し、回転軸２１での温度を例えば、１００〜１５０℃の温度に維持し、高温劣化から保護するようにすることが望ましい。このようにすると、排気部５０を安定して高温加熱できる真空ポンプを得ることができるので、生成物の析出を防止でき、長期間安定した運転が可能なポンプ１を提供することができる。

以上述べたように、本実施の形態のポンプ１によれば、回転軸２１のオーバーハング部に切り穴２２を形成したので、回転軸２１の外径、切り穴２２の内径を適切に定め、回転軸２１のオーバーハング部の曲げ剛性をほとんど低下させることなく、回転軸２１のオーバーハング部にかかる自重による力を低減することができ、オーバーハング構造としたことにより回転軸２１にかかる曲げモーメントを小さくすることができる。したがって、ポンプ１の振動を低減することができ、また回転系の固有振動数に影響を与えずに、振動の増大を招くことなく運転範囲の最高回転数を高くし、かつ最低回転数を低くして、運転範囲の広いポンプ１とすることができる。また、軸受３１、３３間隔を短くし、軸受３１、３３間の回転軸２１の径を小さくすることができ、オーバーハング部側の軸受３１にかかる軸受荷重を小さくしオーバーハング部側の軸受を小型化することができ、性能の低下を招くことなくポンプ１の小型化、軽量化ができる。また、オーバーハング部側の軸受３１にかかる軸受荷重が小さくすることができるので、回転アンバランスによるオーバーハング部の振動も相対的に小さくすることができる。

最終段（五段目）の固定翼２８から排出されたガスは排気開口部５５Ｂを出るまで回転軸の中心軸線に直角な面内を流れ、排気ノズル２３Ｂから排出される。このため、上ハウジング２３内でガス排気のために軸方向に追加のスペースを設ける必要がなく、オーバーハング部の軸方向の長さを短くすることができる。よって、オーバーハング構造としたことにより回転軸２１にかかる曲げモーメントを小さくすることができる。

次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るターボ真空ポンプ１０１の構成を、本発明の第１の実施の形態に係るターボ真空ポンプ１（図１）の構成との相違を中心に説明する。図７は、ターボ真空ポンプ１０１の正面断面図である。図７中のターボ真空ポンプ１０１の構成要素で、図１のターボ分子ポンプ１の構成要素と同じ符号を付けて表したものは、当該構成要素と同じ構成を有する。

ターボ真空ポンプ１０１は、排気部１５０を含んで構成される。排気部１５０は、三段からなる回転翼としてのタービン翼７０と、タービン翼７０の後段側に配置された四段からなる回転翼としての遠心ドラッグ翼２４と、タービン翼７０の間に配置された二段からなる固定翼７１と、固定翼７１の下流側に配置された一段からなる固定翼１９と、固定翼１９の下流側に配置された四段からなる固定翼２８とを含んで構成される。

三段のタービン翼７０は一体に形成され、タービン翼組立体７３を構成する。タービン翼組立体７３の中心部には嵌合穴５８が形成されている。回転軸２１の排気部側部２１Ａの先端側は、嵌合穴５８に挿入され、タービン翼組立体７３は回転軸２１に取り付けられる。固定翼１９は、三段目のタービン翼７０と、四段目の遠心ドラッグ翼２４に挟まれて配置されている。固定翼１９は、中空円筒状に形成され外周壁８１と、中空円盤状に形成され水平に配置された側壁８２とを備える。側壁８２は、外周壁８１の内周面８１Ａに取り付けられている。側壁８２は、四段目の遠心ドラッグ翼２４に対向する対向面１９Ｂを有する。対向面１９Ｂは平坦で滑らかに形成されている。固定翼１９は、その外周部１９Ａ（外周壁８１の外周部）が、上ハウジング２３の内周部２３Ｃに接して、上ハウジング２３内に収納されている。

図８(ａ)、(ｂ)を参照して、タービン翼組立体７３の一段目のタービン翼７０の構成を説明する。図８(ａ)は、タービン翼７０を吸気ノズル２３Ａ側から見た平面図である。図８(ｂ)は、タービン翼７０を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図である。二段目、三段目のタービン翼７０の構成は、一段目のタービン翼７０の構成と同じであるが、翼枚数、翼取付角度β１、ハブ７４の外周径は、適宜変えてもよい。

タービン翼７０は、ハブ部７４と、ハブ部７４の外周部に放射状に取り付けられた板状の羽根７５とを備える。ハブ部には、回転軸２１（図７）が貫通する貫通孔５８が形成されている。羽根７５は、回転軸２１の中心軸線からβ１（例えば、１５〜４０度）だけねじれた捩れ角をもって取り付けられている。

図７、図９(ａ)、(ｂ)、(ｃ)を参照して、一段目と、二段目の固定翼７１の構成を説明する。図９(ａ)は、固定翼７１を吸気ノズル２３Ａ側から見た平面図である。図９(ｂ)は、固定翼７１を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図であり、図９(ｃ)は図９(ａ)のＸ−Ｘ断面図である。

固定翼７１は、円環状の円環部７６と、円環部７６の外周部に放射状に取り付けられた板状の羽根７７とを備える。円環部７６を回転軸２１（図７）が隙間をもって貫通している。羽根７７は、回転軸２１の中心軸線からβ２（例えば、１０〜３０度）だけねじれた捩れ角をもって取り付けられている。一段目および二段目の固定翼７１の羽根７７は、三段目の固定翼１９の外周壁８１の内周面８１Ａに取り付けられている。

本実施の形態でも、回転軸２１のオーバーハング部に切り穴２２を形成しているので、前述の第１の実施の形態と同様の効果を有する。さらに、回転翼の最初の三段をタービン翼７０としたことにより、吸気側の真空度を上げることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るターボ真空ポンプの正面断面図である。図１のターボ真空ポンプの側面外形図である。 (ａ)は、図１のターボ真空ポンプの遠心ドラッグ翼の平面図であり、(ｂ)は正面断面図である。 (ａ)は、図１のターボ真空ポンプの固定翼の平面図であり、(ｂ)は正面断面図である。図１のターボ真空ポンプの遠心ドラッグ翼、固定翼部の拡大部分正面断面図である。図１のターボ真空ポンプの遠心ドラッグ翼の回転応力による変形を表した図である。本発明の第２の実施の形態に係るターボ真空ポンプの正面断面図である。 (ａ)は、図７のターボ分子ポンプのタービン翼の平面図であり、(ｂ)はタービン翼を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図である。 (ａ)は、図７のターボ分子ポンプの一段目と二段目の固定翼の平面図であり、(ｂ)は固定翼を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図であり、(ｃ)は(ａ)のＸ−Ｘ断面図である。従来のターボ真空ポンプの縦断面図である。

符号の説明

１、１０１ターボ真空ポンプ
１７、１９固定翼
２１回転軸
２２切り穴
２３上ハウジング
２３Ａ吸気ノズル
２３Ｂ排気ノズル
２４遠心ドラッグ翼(回転翼)
２８固定翼
３１上ラジアル磁気軸受
３２モータ
３３下ラジアル磁気軸受
３４アキシャル磁気軸受
３７下ハウジング
５０、１５０排気部
５１運動制御部
５３ケーシング
５５Ａ吸気開口部
５５Ｂ排気開口部
７０タービン翼
７１固定翼

Claims

２個の軸受によって回転自在に支持された回転軸と；
一方の前記軸受から張り出した前記回転軸のオーバーハング部に、軸方向に積層して取り付けられた複数の回転翼とを備え；
前記回転軸のオーバーハング部の一部または全部が中空軸構造であることを特徴とする；
ターボ真空ポンプ。
前記２個の軸受の間の前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸を回転駆動するモータを備える；
請求項１に記載のターボ真空ポンプ。
前記回転翼にそれぞれ挟まれて配置された複数の固定翼と；
前記回転軸と、前記モータと、前記複数の回転翼とを収納するケーシングとを備え；
前記ケーシングが、流体を前記ケーシング内に吸い込む吸気開口部と、前記流体を前記ケーシング外に排気する排気開口部とを有し；
前記吸気開口部により吸い込まれ最終段の前記回転翼を出た前記流体が、前記最終段の回転翼を出た後前記排気開口部により排気されるまで、前記回転軸の中心軸線に直角な一つの面内を流れるように構成された；
請求項１または請求項２に記載のターボ真空ポンプ。