JP2011510201A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、駆動軸(10)に設けられたロータ(12)を備えているターボ分子ポンプに関する。ロータ(12)は複数の動翼(16)を含んでいる。ロータ(12)はステータリング(26)に囲まれており、ステータリング(26)は動翼(16)毎に１つずつ設けられている。動作中における動翼の径方向の膨張を可能にするために、ステータリング(26)は環状溝(32)を有する。

Description

本発明は、ターボ分子ポンプに関する。

欧州特許出願公開第１４９８６１２号明細書

ターボ分子ポンプは、駆動軸に設けられて複数の動翼を支持するロータを備えている。個々の動翼間に、固定されたステータディスクが配置されている。多くの場合、ステータディスクは、ポンプハウジングに直接接続されずに、ステータリングに支持されている。このような配置では、１つのステータリングが動翼毎に備えられており、ステータリングを取り付けるために、ステータリングをロータに上で移動させる。動翼又は動翼の先端と、固定されたハウジング又はステータリングとの間に、間隙を設ける必要がある。この間隙は、動翼があらゆる動作状態で、固定された要素、つまりハウジング又はステータリングと接触することを防ぐために必要である。このために、間隙の幅が、動翼の熱膨張を、固定された要素との接触を引き起こすことなく全ての動作状態で可能にするために十分な大きさを有する必要がある。更に、設けられる間隙の幅に関して、ロータの動力によりロータの配置が傾き得ることも考慮する必要がある。更にまた、特に磁気的に支持された駆動軸では、安全軸受に関する公差によって引き起こされる偏位運動も考慮する必要がある。更に、遠心力が、特に径方向におけるロータの膨張を生じさせる。更に、起こり得る公差の累積も考慮する必要がある。ロータの直径が約200mm であるターボ分子ポンプでは、動翼とハウジング又はステータリングとの間隙の大きさは、２mmである。間隙があることにより、送り込まれたガスの一部が逆流する。この逆流は、ターボ分子ポンプの効率の著しい低下を引き起こす。

本発明は、逆流するガスの体積を低減させることが可能であり、ひいては効率を改善することが可能なターボ分子ポンプを提供することを目的とする。

本発明によれば、上記の目的は請求項１に示された特徴によって達成される。

本発明に係るターボ分子ポンプは、複数の動翼を含むロータを備えている。ロータは、駆動軸に設けられており、ステータ要素に囲まれている。好ましくは円筒形状を有するステータ要素は、ターボ分子ポンプのハウジング自体、又は、一若しくは好ましくは複数のステータリングによって形成され得る。本発明によれば、ステータ要素は少なくとも１つの環状溝を備えている。この囲む環状溝は、動翼に対応しており、前記ロータの対応する翼面に配置されている。従って、環状溝は、動作状態では対応する動翼の高さに配置されている。従って、動作中の動翼は、環状溝内に径方向に膨張して延びることが可能になる。動作中に、熱応力及び発生する遠心力によって引き起こされる動翼の径方向の膨張が主に生じるので、環状溝に向かう動翼の先端が環状溝に入る。そのため、一種の非接触ラビリンスシールが生成されて、動翼が径方向に膨張している動作中に、非接触ラビリンスシールにより一種の自己密閉効果がもたらされる。

環状溝の寸法は、動翼が全ての動作状態で環状溝の底部又は側壁のいずれかと接触することを防止するように選択される。ターボ分子ポンプの動作中に動翼の先端が環状溝内に延びるので、動翼の先端にある間隙が、Ｕ字状の断面を有して設けられている。従って、逆流するガスの体積が著しく低減し、その結果、ターボ分子ポンプの効率が向上する。

特に熱的影響によって引き起こされる動翼の予想される膨張が、径方向より軸方向でより少ないので、間隙の幅を径方向より軸方向でより小さく設けることが可能である。従って、密閉効果が更に改善され得る。

動翼は、径方向の突起を有することが好ましい。環状溝に向かう方向に設けられたこの突起は、特には環状である。従って、環状突起は、動作中に、好ましくは回転翼ではなく環状突起のみが環状溝内に挿入されるように動翼の夫々の回転翼を囲んでいる。

各動翼に環状溝が対応していることが好ましく、各動翼が環状突起を有することが好ましい。複数の動翼に対して、特には少なくとも２つの回転翼に対して複数の環状溝を設けることにより、密閉効果の更なる改善が達成され得る。特に好ましい実施形態によれば、環状溝は動翼毎に１つずつ設けられているので、蛇行状の間隙が、動作中に形成されて非接触ラビリンスシールとして機能し、その結果、ターボ分子ポンプの効率が著しく改善される。

少なくとも１つの環状溝は、ステータ要素として構成されたハウジングの内側に設けられ得る。しかしながら、複数のステータリングがポンプハウジング内に設けられることが好ましい。通常、ステータリングは動翼毎に１つずつ設けられており、ステータリングは、ステータリングの軸方向に、一列に配置されている。従って、ステータリングは、駆動軸の方向又はガスの主搬送方向に、一列に配置されている。本発明に係るターボ分子ポンプの構成に応じて、本発明の環状溝は一又は複数のステータリングに配置されている。好ましくは、全てのステータリングが環状溝を備えており、該環状溝は、具体的には、動作中に対応する動翼に設けられた環状突起が入るように構成されている。環状溝の高さは、（凝縮に対応して）入口側から出口側に向かって減少する動翼の高さにより決まる。従って、溝の深さは、小型ロータにおける約0.5mm から大型ロータにおける約４mmまで変わる。溝の幅は、小型ロータの平坦な翼における２mmから、大型ロータの急勾配な翼における15mmまで様々である。

現状の技術に係るターボ分子ポンプの一部を示す拡大概略断面図である。 本発明に係るターボ分子ポンプを示す概略断面図である。 図２の部分III を示す拡大概略断面図である。

本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して以下に更に詳細に説明する。

図１に示されているように、現状の技術に係るターボ分子ポンプの実施形態によれば、駆動軸10（図２）が、該駆動軸10に設けられたロータ12を備えている。ロータ12は、長手軸14と駆動軸10の回転軸とに関して径方向に延びる複数の動翼16を含んでいる。各動翼16は回転翼18を有しており、該回転翼18は、搬送されるガスを、前記長手軸と平行な主流れ方向、つまり図１に矢印20で示された下向き方向に導くために適切に傾斜している。ロータ12はハウジング22内に配置されており、該ハウジング22は、ロータを収容するために、円筒状であり、任意には階段状のチャンバ24を有する。

動翼16の一部がステータリング26に囲まれている。長手軸14の方向にみると、夫々のステータリング26は一列に配置されており、従って、ハウジング22の前記円筒状のチャンバ24の内側を覆う。隣り合うステータリング26間に、ステータディスク28が複数設けられており、ステータディスク28は、ロータ12の方向の内側を向いている。従って、各ステータディスク28は隣り合う２つの動翼16間に配置されている。

ターボ分子ポンプの動作中に、動翼16の径方向の外側端部、つまり動翼16の先端がステータリング26と接触することを防止するために、間隙a が、動翼16の径方向端部と、ステータリング26の内側、つまりステータリング26の動翼16の方に面する側面30との間に設けられている。動作中に搬送されるべきガスは、この間隙aを介して、搬送方向20に反して吸込室に還流し、吸込室からガスが吸い出される逆流する。

図２及び図３を参照して以下に示される本発明の好ましい実施形態の説明では、上記に説明された構成要素と同様の又は同一の構成要素は、上記と同一の参照番号で示されている。

現状の技術と同様に、本発明のターボ分子ポンプは、ロータ12を支持する駆動軸10を備えている。更にここでも、ロータ12は、回転翼18を支持する動翼16を含んでいる。図示された実施形態でも、ステータリング26はハウジング22内に配置されている。更に、図示された実施形態では、ステータディスク28は隣り合う動翼16間に配置されている。

本発明によれば、図示された実施形態におけるステータリング26は全て、ロータ12に面するステータリング26の内側に環状溝32を備えている。環状溝32は、それ自体で閉じており、個々のステータリング26の内側全体に沿って延びている。

図示された実施形態では、動翼16は夫々、ステータリング26に面する動翼16の外側端部に環状突起34を備えている。該環状突起34は、動作中に、熱膨張、遠心力等の影響により夫々の環状溝32内に変位する。

従って、各動翼では、環状溝32及び環状突起34は、図３に示された水平に延びる共通の翼面36に配置されている。明瞭化のために、図３にはこのような翼面36が１つのみ示されている。

図３に示された上部の動翼16はステータリングに囲まれていない。この動翼16に関しても改善された密閉効果を得るために、環状溝38がハウジング22に設けられている。上部の動翼16の環状突起34は、動作中にこの環状溝38内にも延びる。

ターボ分子ポンプが動作中でなく、従って動翼16の膨張又は変位が生じない状態では、動翼16の径方向の端部とステータリング26の内側との間に取付間隙b が設けられている。該取付間隙b は、ステータリング26を取り付けるためにステータリング26をロータ12上で移動させるために必要とされる。

Claims (8)

1. 駆動軸(10)に設けられ、複数の動翼(16)を含むロータ(12)と、
   該ロータ(12)を囲むステータ要素とを備えたターボ分子ポンプにおいて、
   前記ステータ要素は、前記動翼(16)の夫々に対応する少なくとも１つの囲む環状溝(32,38) を含んでおり、
   動作中における前記動翼(16)の径方向の膨張を可能にするために、前記環状溝は、前記対応する動翼(16)の翼面(36)に配置されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 少なくとも１つの前記動翼(16)は、前記環状溝(32,38) に向かう方向に径方向に延びる好ましくは環状の突起(34)を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のターボ分子ポンプ。
3. 前記複数の動翼、特には少なくとも２つの動翼(16)に、少なくとも１つの前記環状溝(32,38) が対応していることを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ分子ポンプ。
4. 前記ステータ要素は、ハウジング(22)により形成されており、前記少なくとも１つの環状溝(38)は、前記ロータ(12)の方に面する前記ハウジングの内側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のターボ分子ポンプ。
5. 前記ステータ要素は、複数のステータリング(26)を含んでおり、該複数のステータリング(26)は、該ステータリングの軸方向(14)に、一列に配置されており、
   前記少なくとも１つの環状溝(32)は、前記ステータリング(26)の内の１つに設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のターボ分子ポンプ。
6. 各ステータリング(26)は、隣り合う２つの動翼(16)間に配置されたステータディスク(28)に接続されていることを特徴とする請求項５に記載のターボ分子ポンプ。
7. 前記ステータリング(26)は、動翼(16)毎に１つずつ設けられており、
   各ステータリング(26)は、好ましくは環状溝(32)を含んでいることを特徴とする請求項５又は６に記載のターボ分子ポンプ。
8. 取り付けられた状態では、前記ステータリング(26)の内径が、前記動翼(16)の外径より取付間隙の幅分大きいことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のターボ分子ポンプ。

Images