JP2011001825A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張による固定翼の座屈変形、およびその変形による固定翼と回転翼との接触を防止することができるターボ分子ポンプの提供。
【解決手段】固定翼３３を軸方向上下から挟持する一対のスペーサリング３５は、挟持状態において固定翼３３の外周縁部が挿入されるリング状の溝３５０を形成し、外周縁部の外周端と該外周端に対向する溝３５０の底面との間の隙間寸法が、固定翼３３の熱膨張による外周端の底面方向への移動量Δよりも大きく設定されているので、固定翼３３が熱膨張したときの座屈を防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、真空排気に用いられるターボ分子ポンプに関する。

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ることにより、気体の排気を行っている。固定翼および回転翼は、ポンプ軸方向に沿って、交互に複数段配置されている。複数段の固定翼は、リング状のスペーサリングにより把持され、軸方向および径方向に関して位置決めされている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１４８３８８号公報

ところで、ターボ分子ポンプの使用状況によっては、回転翼および固定翼の温度が１００℃を超える場合がある。そのような温度条件下においては、固定翼が膨張する。従来は、スペーサリングで固定翼を挟持する際に、固定翼の外周端をスペーサリングの内周面に当接させるようにして、径方向の位置決めを行うようにしているので、固定翼の外周方向への膨張変形が制限され、固定翼の内周側が軸方向に座屈するように変形する場合がある。その結果、変形した固定翼が回転翼と接触するおそれがあった。

本発明によるターボ分子ポンプは、軸方向に複数段の回転翼が形成された回転体と、複数段の各回転翼に対して、軸方向に交互に配置される固定翼と、軸方向上下から固定翼の外周縁部を挟持して位置決めする複数のスペーサリングとを備え、固定翼を軸方向上下から挟持する一対のスペーサリングは、挟持状態において固定翼の外周縁部が挿入されるリング状の溝を形成し、外周縁部の外周端と該外周端に対向する溝の底面との間の隙間寸法が、固定翼の熱膨張による外周端の底面方向への移動量よりも大きく設定されていることを特徴とする。
さらに、スペーサリングの固定翼対向部に形成された第１の係合部と、固定翼のスペーサリング対向部に形成され、第１の係合部の外周側と係合する第２の係合部とを備えるようにしても良い。
また、固定翼をアルミ合金で形成し、スペーサリングをステンレスで形成するようにしても良い。

本発明によれば、熱膨張による固定翼の座屈変形、およびその変形による固定翼と回転翼との接触を防止することができる。

本発明によるターボ分子ポンプの概略構成を示す断面図である。 固定翼３３とスペーサリング３５とを回転軸方向に沿って見た平面図である。 一対のスペーサリング３５によって挟持された固定翼３３を示す断面図である。 固定翼３３が熱膨張した状況を示す図であり、（ａ）は本実施の形態の場合を示し、（ｂ）は従来の場合を示す。 本実施の形態の変形例を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は本発明によるターボ分子ポンプ１の概略構成を示す断面図である。ポンプケーシング３４内にはロータ３０が回転自在に設けられている。図１に示したターボ分子ポンプ１は磁気軸受式のポンプであり、ロータ３０は、５軸磁気軸受を構成する電磁石３７，３８によって非接触支持される。磁気軸受によって磁気浮上されたロータ３０は、モータ３６により高速回転駆動される。

ロータ３０には、複数段の回転翼３２と円筒状のネジロータ３１とが形成されている。一方、固定側には、軸方向に対して回転翼３２と交互に配置された複数段の固定翼３３と、ネジロータ３１の外周側に設けられたネジステータ３９が設けられている。各固定翼３３は、それぞれ一対のスペーサリング３５によって軸方向上下から挟持されるように積層され、ベース４０上に載置されている。吸気口フランジ２１が形成されたポンプケーシング３４をベース４０に固定すると、積層されたスペーサリング３５がベース４０とポンプケーシング３４との間に挟持され、各固定翼３３が位置決めされる。

ベース４０には排気ポート４１が設けられ、この排気ポート４１にバックポンプが接続される。ロータ３０を磁気浮上させつつモータ３６により高速回転駆動することにより、吸気口２１ａ側の気体分子は排気ポート４１側へと排気される。

図２，３は固定翼とスペーサリングとの関係を説明する図である。図２は、固定翼３３とスペーサリング３５とを回転軸方向に沿って見た平面図である。リング状のスペーサリング３５は、内周寸法が回転翼３２の外周寸法よりも大きく設定されており、組み立て時にはロータ上方から軸方向に装着する。一方、固定翼３３は、上下の回転翼３２の間に外周方向から挿入するように配置するため、半リング状の分割固定翼３３ａ，３３ｂで構成されている。

各分割固定翼３３ａ，３３ｂは、内周側リブ部３３１と外周側リブ部３３２との間に複数のブレード３３０が形成されている。本実施の形態では、内周側および外周側の両方にリブ部を設けているが、内周側のみ、または、外周側のみにリブ部を形成するような構成であっても構わない。また、本実施の形態では、ダイキャスト法により固定翼３３を形成しているが、切削加工のものや、板材をプレスまたはエッチング加工した後に、曲げ加工により翼角度を形成して製作された固定翼にも、本発明は同様に適用することができる。

図２に示すように、スペーサリング３５は、固定翼３３の外周部分を挟持している。図３は、一対のスペーサリング３５によって挟持された固定翼３３を示す断面図である。スペーサリング３５の断面形状は略Ｌ字形状をしており、上下に重ねたスペーサリング３５の、上側のスペーサリング３５の下端部分と下側のスペーサリング３５の上端部分とは、嵌め合い構造になっている。一対のスペーサリング３５で固定翼３３を上下から挟むようにすると、スペーサリング３５によってリング状の溝３５０が形成され、この溝３５０内に固定翼３３の外縁部（外側リブ部３３２）を挿入するようにして挟持する。

固定翼３３の外形寸法をＤ１、溝３５０の底面の径寸法をＤ２とすると、本実施の形態では「Ｄ２＞Ｄ１＋Δ」のように設定されている。ここで、Δは、固定翼３３の熱膨張による外周方向への膨張量である。そのため、常温時には、図３に示すように溝３５０内に膨張スペースＳが形成されている。なお、膨張量Δは、実際には、スペーサリング３５の熱膨張も考慮した膨張量である。

図４は、固定翼３３が熱膨張した場合を、従来のターボ分子ポンプの場合と比較して示した図であり、（ａ）は本実施の形態の場合を示し、（ｂ）は従来の場合を示す。図４（ｂ）の従来のターボ分子ポンプでは、固定翼３３の外周端部が、スペーサリング３５の内周面に接触するような構成であった。そのため、温度上昇時における固定翼３３の外周方向への膨張が制限され、スペーサリング３５によって挟持されていない固定翼内周側が、図４（ｂ）の一点差線で示すように軸方向上下に座屈するように変形する。その結果、変形した固定翼３３が、高速回転している回転翼３２に接触するおそれがあった。

一方、本実施の形態では、図４（ａ）に示すように固定翼３３の外周側に膨張スペースＳが形成されているため、固定翼３３の外周方向への膨張が制限されることがない。そのため、従来のように、熱膨張時に固定翼３３の内周部分が軸方向に座屈変形するのを防止することができる。

図５は、本実施の形態の変形例を示す図である。図５において（ａ）は図３と同様の断面図であり、（ｂ）は符号Ｃで示す部分を拡大して示したものである。上述した、図３に示した構造の場合、固定翼３３とスペーサリング３５との間に膨張スペースＳが形成されるための、組み立て時に固定翼３３が横方向にずれないように、慎重に組み立てを行う必要がある。なお、組み立て後は、固定翼３３は上下のスペーサリング３５によって挟持されるので、横方向にずれる心配はない。

そこで、図５に示す変形例では、固定翼組み付け時のこのような横ズレを防止できるような構造とした。一例として、図５（ｂ）に示すように、スペーサリング３５の上面と固定翼３３の下面との間に、固定翼３３の横方向の移動を禁止する係合部（３３３，３５１）を形成した。固定翼３３（外周側リブ部３３２）の下面には、リング状の突起３３３が形成されている。一方、スペーサリング３５の上面にはリング状の突起３５１が形成されている。突起３３３の内周面と突起３５１の外周面とが接触することにより、固定翼３３の横ズレを防止している。なお、突起３３３の内周面と突起３５１の外周面とが接触する構造なので、固定翼３３の外周方向への熱膨張に影響を及ぼすことはない。

図５は係合構造の一例を示したものであり、固定翼３３と上側のスペーサリング３５との間に係合部が形成されていても良く、突起もリング状でなくても構わない。また、固定翼３３およびスペーサリング３５のいずれか一方にピンを設け、他方にピンの突出している部分が入る穴を形成して係合させるようにしても良い。

なお、図１に示す最上段の固定翼３３の上側のスペーサリング３５を、ポンプケーシング３４と一体で形成する構造のターボ分子ポンプもあるが、そのような場合には、ポンプケーシング側のスペーサリングに相当する部分の構造を、本実施の形態のような構造とする。

近年は、より高速排気性能が求められており、この要求に応えるために回転体の高速回転化が進んでいる。一方、回転体の高速回転化に比例して、万が一の事故により回転体が破壊したとき破壊トルクはより大きくなる。そのため、そのような破壊に備えて、スペーサリング３５をステンレスで構成する場合があるが、その場合には、ステンレスの膨張係数が固定翼３３を構成するアルミ合金よりも小さいため、上述した膨張による変形がより顕著になる。そのような場合においても、本実施の形態のように膨張スペースＳを設けることで、固定翼３３の座屈と、座屈による固定翼３３と回転翼３２との接触を確実に防止することができる。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、磁気軸受式でないターボ分子ポンプにも適用可能である。

１：ターボ分子ポンプ、３０：ロータ、３２：回転翼、３３：固定翼、３５：スペーサリング、５０：溝、３３０：ブレード、３３１：内周側リブ部、３３２：外周側リブ部、３３３、３５１：突起

Claims (3)

1. 軸方向に複数段の回転翼が形成された回転体と、
   前記複数段の各回転翼に対して、軸方向に交互に配置される固定翼と、
   軸方向上下から前記固定翼の外周縁部を挟持して位置決めする複数のスペーサリングとを備え、
   前記固定翼を軸方向上下から挟持する一対の前記スペーサリングは、挟持状態において前記固定翼の外周縁部が挿入されるリング状の溝を形成し、前記外周縁部の外周端と該外周端に対向する前記溝の底面との間の隙間寸法が、前記固定翼の熱膨張による前記外周端の前記底面方向への移動量よりも大きく設定されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記スペーサリングの固定翼対向部に形成された第１の係合部と、
   前記固定翼のスペーサリング対向部に形成され、前記第１の係合部の外周側と係合する第２の係合部とを備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
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、
   前記固定翼はアルミ合金で形成され、前記スペーサリングはステンレスで形成されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
   

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