JP2008144694A - Turbo molecular pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボ分子ポンプに関する。 The present invention relates to a turbo molecular pump.
ターボ分子ポンプは、固定翼に対して回転翼を高速回転させて真空排気を行うものである。固定翼材料にはステンレスやアルミ等の薄板が用いられ、その薄板をプレス加工することにより固定翼の各ブレードの曲げ加工を行っている(例えば、特許文献1参照)。 The turbo molecular pump performs evacuation by rotating a rotating blade at a high speed with respect to a fixed blade. A thin plate made of stainless steel or aluminum is used as the fixed blade material, and each blade of the fixed blade is bent by pressing the thin plate (see, for example, Patent Document 1).
固定翼は円環形状のものを半割れにすることで形成され、一対の固定翼により固定翼一段が構成される。固定翼の外周部には円弧状のリブが形成され、各ブレードは細くなった支持部を介してリブに支持されている。固定翼に設けられたリブをスペーサで上下から挟むことにより、固定翼を各回転翼間に保持している。このように、固定翼は外周部分を支持する片持ち構造であるため、固定翼に過大な負荷が加わったときに大きな撓みが生じ易い。そのため、上述した従来のターボ分子ポンプでは、回転翼に形成された内周側のリブに曲げ加工を施したり、半割形状の固定翼に結合部を設けたりして全体的な撓みを抑制するようにしている。 The fixed wing is formed by making a ring-shaped member into half cracks, and a pair of fixed wings constitutes one stage of the fixed wing. An arc-shaped rib is formed on the outer peripheral portion of the fixed wing, and each blade is supported by the rib through a thinned support portion. By sandwiching ribs provided on the fixed blades from above and below with spacers, the fixed blades are held between the rotary blades. As described above, since the fixed wing has a cantilever structure that supports the outer peripheral portion, large deflection is likely to occur when an excessive load is applied to the fixed wing. Therefore, in the above-described conventional turbo molecular pump, bending is performed on the inner peripheral rib formed on the rotor blade, or a coupling portion is provided on the half-shaped stationary blade to suppress the overall bending. I am doing so.
しかしながら、大気圧突入などによって高速回転中に固定翼に過大な負荷がかかった場合、スペーサによって挟持されているリブとブレードとの間の支持部が大きく変形するという問題があった。さらに、支持部への応力集中により支持部が折れてしまうとい問題もあった。 However, when an excessive load is applied to the fixed blade during high-speed rotation due to the entry of atmospheric pressure or the like, there is a problem that the support portion between the rib sandwiched by the spacer and the blade is greatly deformed. Further, there is a problem that the support portion is broken due to stress concentration on the support portion.
請求項1の発明は、回転翼と、半割れ式リブに支持部を介して支持された複数のブレードを有する固定翼と、リブを挟持して固定翼を回転翼に対して所定位置に保持する一対の保持部材とを備えるターボ分子ポンプに適用され、ブレードの排気上流側に設けられて、ブレードの排気上流側への変位を制限する制限部を保持部材に形成したことを特徴とする。
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、ブレードの排気下流側に設けられて、ブレードの排気下流側への変位を制限する第2の制限部を保持部材に形成したものである。
請求項3の発明は、請求項2に記載のターボ分子ポンプにおいて、リブを挟持した一対の保持部はそれらの間に隙間を形成し、その隙間にブレードの一部が収納されるようにしたものである。
請求項4の発明は、請求項2または3に記載のターボ分子ポンプにおいて、排気上流側および排気下流側に設けられた制限部によりブレードを挟持して、ブレードに回転軸方向の予圧を与えるようにしたものである。
According to a first aspect of the present invention, a rotating blade, a stationary blade having a plurality of blades supported by a half-cracked rib via a support portion, and holding the stationary blade in a predetermined position with respect to the rotating blade by sandwiching the rib It is applied to a turbo molecular pump including a pair of holding members, and is provided with a limiting portion provided on the exhaust upstream side of the blade to limit the displacement of the blade to the exhaust upstream side.
According to a second aspect of the present invention, in the turbomolecular pump according to the first aspect, the holding member is provided with a second restriction portion that is provided on the exhaust downstream side of the blade and restricts the displacement of the blade toward the exhaust downstream side. Is.
According to a third aspect of the present invention, in the turbomolecular pump according to the second aspect, the pair of holding portions sandwiching the ribs forms a gap therebetween, and a part of the blade is accommodated in the gap. Is.
According to a fourth aspect of the present invention, in the turbo molecular pump according to the second or third aspect, the blade is sandwiched by the restriction portions provided on the exhaust upstream side and the exhaust downstream side so as to apply a preload in the rotation axis direction to the blade. It is a thing.
本発明によれば、保持部材に設けられた制限部によりブレードの排気上流側への変位が制限されるので、大気突入時等におけるブレードの変位を低減することができる。 According to the present invention, since the displacement of the blade to the exhaust upstream side is restricted by the restricting portion provided in the holding member, the displacement of the blade at the time of entry into the atmosphere can be reduced.
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明に係るターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図であり、ポンプ本体1の断面図である。ターボ分子ポンプは、図1に示すポンプ本体1と、ポンプ本体1に電源を供給し回転駆動を制御するコントローラ(不図示)とから成る。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing an embodiment of a turbo molecular pump according to the present invention, and is a cross-sectional view of a
ポンプ本体1のケーシング30の内部には、複数段の回転翼21および回転円筒部22が形成された回転体20が設けられている。一方、ポンプ本体1のベース10側には、複数段の固定翼11および固定円筒部12が設けられている。そして、軸方向に交互に配置された複数段の回転翼21と複数段の固定翼11とによりタービン翼部が構成される。
Inside the
また、タービン翼部の下流側に配置された回転円筒部22と固定円筒部12とによりモレキュラードラッグポンプ部が構成されている。回転円筒部22は固定円筒部12の内周面に近接して設けられており、固定円筒部12の内周面には螺旋溝が形成されている。モレキュラードラッグポンプ部では、固定円筒部12の螺旋溝と高速回転する回転円筒部22とにより、粘性流による排気能が行われる。
In addition, a molecular drag pump unit is configured by the rotating
図1に示すタービン翼部とモレキュラードラッグポンプ部とを結合させたターボ分子ポンプは、ハイブリッド型ターボ分子ポンプと称される。吸気口31から流入したガス分子Gはタービン翼部によって図示下方へと叩き飛ばされ、下流側に向かって圧縮排気される。その圧縮されたガス分子Gは、さらにモレキュラードラッグポンプ部によって圧縮され、排気ポート14から排出される。
The turbo molecular pump in which the turbine blade part and the molecular drag pump part shown in FIG. 1 are combined is referred to as a hybrid turbo molecular pump. The gas molecules G flowing in from the intake port 31 are blown down in the figure by the turbine blade and compressed and exhausted toward the downstream side. The compressed gas molecules G are further compressed by the molecular drag pump unit and discharged from the
回転体20は、上下一対のラジアル磁気軸受51,52およびスラスト磁気軸受53によって非接触式に支持され、モータ6により回転駆動される。これらの磁気軸受には、ラジアル変位センサ71,72およびスラスト変位センサ73が設けられている。27,28は非常用のメカニカルベアリングであり、25はコントローラとの接続ケーブルが接続されるレセプタクルである。
The rotating
図1に示すように固定翼11は複数段設けられており、外周部分をスペーサ13に挟持されるようにして所定位置に保持されている。固定翼11に形成されるブレードの長さは、吸気口31側から下流になるほど短くなっている。一般的に、固定翼11は切削加工で形成する場合と、板材を曲げ加工して形成する場合とがあるが、加工コストを低減するために板金化による加工工程の簡略化が進んでいる。本発明は、板金加工により製作される固定翼に関する上記問題点を解決するために成されたものである。
As shown in FIG. 1, the
図2は、一対の固定翼11を示す斜視図である。各固定翼11には内周側リブ111と外周リブ側112とが設けられており、それらの間には複数のブレード110が形成されている。図2には図示していないが、各ブレード110は幅の狭い支持部を介して外周側リブ112および内周側リブ111に支持されている。各ブレード110には、支持部を曲げ加工することにより所定の翼角度が付されている。
FIG. 2 is a perspective view showing a pair of
図3は、曲げ加工を行う前の固定翼11を示す平面図である。円環状の金属板材に、スリット114をエッチングや打ち抜き加工等により形成する。その結果、ブレード110、内周側リブ111、外周側リブ112、支持部113の形状が形成される。その後、支持部113を捻るように曲げ加工することにより、各ブレード110に所定の翼角度が付加される。最後に、破線で示す分割線に沿って2分割すると、図2に示したような一対の固定翼11が形成される。
FIG. 3 is a plan view showing the
図4は、スペーサ13による固定翼11の支持形態を示す図である。図5はスペーサ13の形状を示す図である。図5に示すように、スペーサ13の上面側には凸面130と、その内側の凹面131とが形成されている。一方、スペーサ13の底面側には、階段状に形成された2つの面132,133が設けられている。凸面130および面132は、スペーサ13を上下に重ねたときに上側スペーサ13の面132と下側スペーサ13の凸面130とが互いに対向するように形成されており、それらの面によって固定翼11の外周側リブ112が挟持される。すなわち、図5のS1で示す部分に、外周側リブ112が挟持される。
FIG. 4 is a view showing a support form of the
固定翼11の外周側リブ112を上下のスペーサ13で挟持すると、上側スペーサ13の面133と下側スペーサ13の面131との間に隙間S2が形成される。この隙間S2には、図4に示すようにブレード110の支持部113と、ブレード110の一部が収納される。隙間S2の軸方向の高さ寸法は、ブレード110の軸方向寸法(すなわち、翼高さ)とほぼ同一に設定されている。そのため、支持部113に接続されているブレード110の外周部の軸方向への変位が、面131,133によって規制されることになる。
When the outer
図6は、大気突入等によって固定翼11に軸方向の力が作用したときの変位の様子を示す模式図である。図6の(a)は本実施の形態の場合を、(b)は従来のターボ分子ポンプの場合を示す。本実施の形態では、ブレード110の外周部が上下のスペーサ13によって形成された隙間S2(図5参照)に収納され、ブレード外周部の変位がスペーサ13の面131,133によって制限されているので、固定翼11の上方への変位は、ほぼ各ブレード110の変形によって生じることになる。計算機シミュレーションによれば内周側リブ111の部分の変位が最大となり、その値Dmaxは0.468mmであった。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a state of displacement when an axial force is applied to the
一方、図6(b)に示す従来のターボ分子ポンプでは、外周側リブ112のみがスペーサ43によって挟持される片持ち構造であるため、固定翼11に軸方向の力が作用すると、比較的強度の弱い支持部113が大きく変形することになる。そのため、図6(a)の場合と同一条件でシミュレーションを行うと、内周側リブ111における最大変位Dmaxは1.090mmとなる。よって、図6(a)に示すような構成とすることにより、最大変位を50%程度まで低減できることがわかる。
On the other hand, the conventional turbo molecular pump shown in FIG. 6B has a cantilever structure in which only the outer
このように、本実施の形態では、外周側リブ112をスペーサ13により挟持するだけでなく、スペーサ13の面131,133によりブレード110の軸方向の変位を制限するようにしたので、固定翼11の最大変位Dmaxを低減することができる。さらに、支持部113への応力集中が緩和され、支持部113の破損を防止することができる。
Thus, in the present embodiment, not only the outer
なお、隙間S2の軸方向寸法に関しては、ブレード110の軸方向寸法よりも若干小さく設定した方が軸方向変位の抑制効果が向上する。固定翼11では、支持部113を曲げ加工してブレード110を所定角度に設定しているので、隙間S2内に拘束されている部分のブレード角度が負荷によって小さくなるように変形しやすい。それが原因で、内周側リブ111の部分の変位がより大きくなってしまうことになる。しかし、隙間S2の軸方向寸法をブレード110の軸方向寸法よりも若干小さく設定してブレード110に予圧を与えておくことで、過大な負荷が加わったときの軸方向変位を小さく抑えることができる。
Note that the axial displacement dimension of the gap S2 is set slightly smaller than the axial dimension of the
[変形例]
図7は本実施の形態の変形例を示す図である。ターボ分子ポンプにおいては、大気突入の際の大気は回転翼21によって方向性が与えられるため、ターボ分子ポンプの吸気口側および排気口側のいずれから大気が突入した場合でも、固定翼11は吸気口側に変位する力を受ける。そのため、上述した実施の形態のように、ブレード110の変位を制限する面をブレード110の上下両方に設けなくても良く、図7に示すスペーサ13のように上方への変位を制限する面を設けるだけでもかまわない。ただし、上下両方に設けた方が、変位を抑制する効果が高い。また、図8に示す変形例のように、スペーサ13の内側に凸部13aを複数形成し、その凸部13aの下面を上述した面133としても良い。
[Modification]
FIG. 7 is a diagram showing a modification of the present embodiment. In the turbo molecular pump, the atmosphere at the time of air rushing is given directionality by the
なお、上述した実施の形態では、ハイブリッド型ターボ分子ポンプを例に説明したが、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。 In the above-described embodiment, the hybrid turbo molecular pump has been described as an example, but the present invention can be similarly applied to an all-blade type turbo molecular pump.
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、スペーサ13は保持部材を、面131,133および凸部13aは制限部を、面131は第2の制限部をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
In the correspondence between the embodiment described above and the elements of the claims, the
1:ポンプ本体、13:スペーサ、13a:凸部、20:回転体、21:回転翼、22:回転円筒部、10:ベース、11:固定翼、12固定円筒部、110:ブレード、111:内周側リブ、112:外周側リブ、113:支持部、S1,S2:隙間、130〜133:面 1: pump body, 13: spacer, 13a: convex portion, 20: rotating body, 21: rotating blade, 22: rotating cylindrical portion, 10: base, 11: fixed blade, 12 fixed cylindrical portion, 110: blade, 111: Inner peripheral rib, 112: outer peripheral rib, 113: support, S1, S2: gap, 130-133: surface
Claims (4)
前記ブレードの排気上流側に設けられて、前記ブレードの排気上流側への変位を制限する制限部を前記保持部材に形成したことを特徴とするターボ分子ポンプ。 A rotating blade, a fixed blade having a plurality of blades supported by a half-cracked rib via a support portion, and a pair of holding members that sandwich the rib and hold the fixed blade in a predetermined position with respect to the rotating blade In a turbomolecular pump comprising a member,
A turbo-molecular pump, characterized in that a limiting portion that is provided on the exhaust upstream side of the blade and restricts the displacement of the blade to the exhaust upstream side is formed in the holding member.
前記ブレードの排気下流側に設けられて、前記ブレードの変位を制限する第2の制限部を前記保持部材に形成したことを特徴とするターボ分子ポンプ。 The turbo-molecular pump according to claim 1,
A turbo-molecular pump, characterized in that a second restricting portion that is provided on the exhaust downstream side of the blade and restricts the displacement of the blade is formed in the holding member.
前記リブを挟持した前記一対の保持部はそれらの間に隙間を形成し、その隙間に前記ブレードの外周部が収納されることを特徴とするターボ分子ポンプ。 The turbo-molecular pump according to claim 2,
The turbo-molecular pump, wherein the pair of holding portions sandwiching the ribs forms a gap between them, and the outer peripheral portion of the blade is accommodated in the gap.
排気上流側および排気下流側に設けられた制限部により前記ブレードを挟持して、前記ブレードに回転軸方向の予圧を与えることを特徴とするターボ分子ポンプ。 The turbo molecular pump according to claim 2 or 3,
A turbo molecular pump characterized in that the blade is sandwiched by restricting portions provided on an exhaust upstream side and an exhaust downstream side to apply a preload in the rotation axis direction to the blade.
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