JP2012145043A - 高真空ポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロータ4を構成するロータ4のロータ円筒部9の最下部にリング材51が形成されている。リング材51は、炭素繊維強化プラスチック等の繊維強化複合材料により形成されている。ロータ4に、ロータ4とは別部材としてリング材51を形成することにより、ロータ4に発生した亀裂の進展が遅延し、ロータ4が分裂する際の破壊トルクを大幅に低減する。
【選択図】図2
Description
高真空ポンプは排気速度を大きくするためにロータの回転速度を大きくし、また、ロータ翼の直径を可能な限り大きくしている。ロータの回転速度は、例えば、毎分2万〜4万回転あるいはそれ以上となる。
このような高速回転をする高真空ポンプにおいては、外部からの異常振動や内部における異常事態が発生すると、ロータに、例えば、数万N・m程度の極めて大きな破壊トルクが作用する。
この対応として、ケース部材とロータ翼の外周との間に内部ケースを設けた構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。内部ケースは、分裂したロータの破片の回転エネルギを吸収するので、外側のケース部材への衝撃を小さくすることができる。
つまり、ロータに作用する破壊トルクを小さくする構造ではない。従って、大きな破壊トルクに抗し得る材料およびサイズが必要であり、装置が大型化したり、構造または組立が複雑となったりする。
以下、図を参照して本発明の実施形態1について説明する。図1は、本発明の高真空ポンプを、ターボ分子ポンプを一実施形態として示すものである。
図1には、磁気軸受式のターボ分子ポンプの断面図が示されている。ターボ分子ポンプ1は、上ケース12とベース13からなるケース部材11を備えている。上ケース12とベース13はシール部材42を介して密着して固定され外部から密封された構造とされている。
ロータ4の上部側においては、ロータ翼7とステータ翼6とがリング状のスペーサ5を間に挟んで、ポンプの軸方向に交互に積層されている。上ケース12の内面に、ベース13の上面からスペーサ5とステータ翼6を、交互に積層し、上ケース12をベース13に固定すると、積層されたスペーサ5とステータ翼6がベース13と上ケース12との間に挟持され、ステータ翼6が位置決めされる。
(1)冷やし嵌めによる方法
この方法は、先ず、予め繊維骨材と、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂とを混合したシート状のものを、圧縮成型、インジェクション成形等を行ってリング材51を形成しておく。繊維を巻いて樹脂でリング状に成形する製法でリング材を形成しても良い。一方、ロータ4を100℃程度に冷却しておく。そして、冷却されたロータ4にリング材51を嵌合する。リング材51の内径は、ロータ4が常温以上となったときに膨張して内部に圧縮応力が生じるような寸法にしておく。
この方法では、先ず、ロータ円筒部9の所要の場所に繊維骨材を捲回する。そして、上記(1)で列挙したいずれかの樹脂を繊維骨材に塗布し、熱硬化する。樹脂の塗布は、一例として、ディスペンサによる被着、印刷法等を用いることができる。
他の方法として、予め、ロータ円筒部9における形成しようとする部分より僅かに径大のリング状部材を形成しておき、ロータ円筒部9における形成しようとする部分に嵌合して、熱硬化する方法を用いることができる。リング状部材は、繊維骨材が混合されたものでもよい。
この方法により、ロータ円筒部9の外周面に密着して強化繊維が巻き付けられ、硬化された樹脂がロータ円筒部9の外周面と共に強化繊維を覆っているリング材51が形成される。
ロータ4において、ロータ円筒部9の下端部は、高速に回転駆動されるロータ4の軸心から最も遠い場所に位置し、また、薄い肉厚で軸方向に長い寸法で延出されている。このため、ロータ4の回転に伴う遠心力による応力は、この部分が他の部分より大きくなる。従って、通常、ロータ4の亀裂は、ロータ円筒部9の下端部が発生の起点となる。発生した亀裂は、ロータ4に作用する回転トルクが大きいため、瞬時に他の部分に進展し、ロータ4は大きな破壊トルクにより分裂する。
(i)ロータ4に亀裂が生じた場合、リング材51が外周部側からロータ4の半径方向の膨張を抑制しているため、亀裂の進展を防ぎ、ロータ4の破壊を防ぐことができる。
(ii)ロータが破壊してしまった場合、リング材51により亀裂の進展速度が遅延し、ポンプの急停止時間を稼ぐことができる。
また、リング材51を冷やし嵌めにより嵌合した場合には、上記効果に加え、
(iii)ロータ4にリング材51による圧縮応力が作用しているため、ロータ4が高速に回転する際に生じる膨張による応力を軽減する。
図3は、本発明の高真空ポンプの実施形態2を示し、図2の場合と同様、ターボ分子ポンプ1のロータ4の拡大断面図である。
この実施形態では、リング材52は、ロータ4における、最下段のロータ翼7とロータ円筒部9の最上部との境界部に形成されている。リング材52は、ロータ円筒部9の外周面から突き出して形成されている。このように、ロータ円筒部9の最上部に形成する場合には、螺旋状突部8aを有するネジステータ8(図1参照)を嵌合する際に、螺旋状突部8aとの干渉を回避することができるので、ロータ円筒部9の外周面から突き出して形成することができる。
このため、ロータ円筒部9に溝部を形成する工数分を削減することができる。ロータ4の最下段のロータ翼7とロータ円筒部9の最上部との境界部から亀裂が発生する場合もあり、そのような環境で駆動される高真空ポンプに対して効果がある。
図4は、本発明の高真空ポンプの実施形態3を示し、図2および3の場合と同様、ターボ分子ポンプ1のロータ4の拡大断面図である。
この実施形態の場合、ロータ4の2箇所にリング材51、52が形成されている。
リング材51は、図2の場合と同様、ロータ円筒部9の最下端の外周に形成されている。
リング材52は、図3の場合と同様、最下段のロータ翼7とロータ円筒部9の最上部との境界部において、ロータ円筒部9の外周部に形成されている。
この実施形態の場合には、ロータ円筒部9のどの位置から亀裂が生じたとしても、亀裂の進展を遅延させる効果がある。
図5は、本発明の高真空ポンプの実施形態4を示し、図2〜4の場合と同様、ターボ分子ポンプ1のロータ4の拡大断面図である。
この実施形態の場合、ロータ4は、2つのロータ分割体から構成されている。第1の分割体4aの最上部のロータ翼7と第2の分割体4bの最下部のロータ翼7との境界部にリング材53が形成されている。
第1の分割体4aは、ロータ円筒部9と、複数の下段側のロータ翼7を有する。また、第1の分割体4aは、ロータ軸21にボルト18(図1参照)により締結される中央部61を有する。第1の分割体4aには、最上段のロータ翼7の上部にリング材53が形成されている。
第2の分割体4bは、上段側の複数のロータ翼7を有する。また、第2の分割体4bは開口部62を有し、この開口部62が第1の分割体4aの中央部61に嵌入される。第1の分割体4aに、予め、リング材53を形成しておき、第1の分割体4aの中央部61に、第2の分割体4bの開口部62を嵌合する。この状態で第2の分割体4bと第1の分割体4aを図示しないボルトや焼き嵌め等により締結するとロータ4が構成される。
図6は、本発明の高真空ポンプの実施形態5を示し、図2〜5の場合と同様、ターボ分子ポンプ1のロータ4の拡大断面図である。
図6に図示されたロータ4も、実施形態5の場合と同様に、2つの分割体から構成されているが、実施形態5の場合と異なり3箇所にリング材を有する。
実施形態5の高真空ポンプによれば、亀裂の発生場所が、ロータ円筒部9のどの位置であっても、また、ロータ翼7であっても、亀裂の進展を遅延する効果がある。
さらに、分割体の員数は2個に限らず、3個以上として、各分割体の境界部毎にリング材53を設ける構成とすることができる。
図7は、本発明の高真空ポンプの実施形態6に係り、図1に図示されたターボ分子ポンプ1とは異なる構造を有するターボ分子ポンプ1’の断面図である。
ターボ分子ポンプ1’がターボ分子ポンプ1と異なる点は下記の通りである。
ターボ分子ポンプ1においては、ネジ溝排気部3は、平坦な円筒状害周面を有するロータ円筒部9の外周に、内面側に螺旋状突部8a間にネジ溝部8bが形成されたネジステータ8を配置して構成されている。
これに対し、図7に図示されたターボ分子ポンプ1’においては、ネジ溝排気部3は、螺旋状突部9a間にネジ溝部9bが形成されたロータ円筒部9’の外周に、平坦な円筒状内周面を有するネジステータ8’を配置して構成されている。ロータ4’は、螺旋状突部9a間にネジ溝部9bが形成されたロータ円筒部9’を有するロータ4’と、ロータ軸21とにより構成されている。
また、実施形態6の場合には、実施形態1の場合と異なり、ロータ円筒部9’にネジステータ(ステータ)8’を嵌入する際に、リング材51が干渉することはない。つまり、リング材51の高さがロータ円筒部9’に設けられる螺旋状突部9aより低い限り、リング材51がネジステータ8’と当接することはない。このため、リング材51を形成する際、高さ方向の公差を緩やかにすることができ、リング材51の形成が容易である。
図8に図示されたターボ分子ポンプ1’の他の構成は、図1に図示されたターボ分子ポンプ1の構成と同様であり、対応する部材に同一の参照番号を付してその説明を省略する。
図9は、本発明の高真空ポンプの実施形態7に係り、モレキュラドラッグポンプの一実施形態を示す断面図である。
モレキュラドラッグポンプ100の中心軸上には、ロータ70と、このロータ70と同軸上に取り付けられたロータ軸21から構成されている。ロータ70には、ロータ翼は形成されておらず、外周面の軸方向全長に亘り、螺旋状突部72が形成され、螺旋状突部72間にネジ溝部73が形成されている。ロータ70の外周面は下方側から上方側、換言すれば、排気ポート45側から吸気口15側に向かって、漸次、径小となる円筒形状とされ、螺旋状突部72の外周も、このロータ70の外周に沿って径小となる形状となっている。この構成により、螺旋状突部72がロータ70の外周面から突き出す高さはほぼ同一となっている。
すなわち、モレキュラドラッグポンプ100は、翼排気部を有しておらず、全体がネジ溝排気部となっているもので、ステータ側スペーサ80の内周面は、ロータ70が高速に回転したときに、気体分子を上方から下方に移送することができるような間隙を隔てて、ロータ70の外周面に沿って配置されている。
このような、モレキュラドラッグポンプ100において、ロータ4における最下端のネジ溝部73の外周部には、軸方向に所定の幅を有するリング材51が形成されている。リング材51は、実施形態6におけるリング材51と同様に、繊維強化複合材料により形成されている。ロータ70は、下方側ほど径が大きく、リング材51の外周面は、ロータ70のネジ溝部73の外周面とほぼ面一となっている。従って、ロータ70にステータ側スペーサ80を嵌入する場合に、リング材51が干渉することはない。このため、実施形態6の場合と同様な効果を奏する。
図11は、本発明の高真空ポンプの実施形態8を示し、図10と同様、ロータ70の拡大断面図である。
この実施形態の場合、ロータ70は、2つのロータ分割体から構成されている。第1の分割体70aは、ロータ軸21にボルト18(図9参照)により締結される中央部75と、下部側の外周部に形成された下段側螺旋状突部72を有する。第2の分割体70bは、上部側の外周部に形成された上段側螺旋状突部72を有する。第2の分割体70bは中央に開口部76を有し、この開口部76が第1の分割体70aの中央部75に嵌入されて第1の分割体70aに取り付けられる。
実施形態8のモレキュラドラッグポンプ100によれば、亀裂の発生場所が、ロータ70のどの位置であっても、亀裂の進展を遅延する効果がある。
(i)ロータ4、70に亀裂が生じた場合、亀裂の進展を防ぎ、ロータ4、70の破壊を防ぐことができる、
(ii)ロータ4、70が破壊してしまった場合、リング材51〜53により亀裂の進展速度が遅延し、ポンプの急停止時間を稼ぐことができる、
という効果を奏する。
(iii)ロータ4、70にリング材51〜53による圧縮応力が作用しているため、ロータ4が高速に回転する際に生じる膨張による応力を軽減する、
という効果を奏する。
2 翼排気部
3 ネジ溝排気部
4、4’ ロータ
4a 第1の分割体
4b 第2の分割体
6 ステータ翼
7 ロータ翼
8、8’ ネジステータ(ステータ)
8a、9a 螺旋状突部
8b、9b ネジ溝部
9 ロータ円筒部
11 ケース部材
12 上ケース
13 ベース
15 吸気口
21 ロータ軸
45 排気ポート
51〜53 リング部材
70 ロータ
70a 第1の分割体
70b 第2の分割体
72 螺旋状突部
73 ネジ溝部
80 ステータ側スペーサ(ステータ)
100 モレキュラドラッグポンプ
Claims (8)
- 高速回転するロータと、前記ロータと同軸上にあって、前記ロータの外周面との間に気体分子を移送するための間隙を有して配置された内周面を有するステータとを備えた高真空ポンプにおいて、
軸方向に所定の幅を有する繊維強化複合材料で形成されたリング材が、前記ロータの外周部に形成されていることを特徴とする高真空ポンプ。 - 請求項1に記載の高真空ポンプにおいて、前記リング材は、冷やし嵌めにより前記ロータの外周部に嵌合されていることを特徴とする高真空ポンプ。
- 請求項1に記載の高真空ポンプにおいて、前記リング材は、前記ロータの外周面に巻き付けられた繊維と、前記繊維を覆って硬化された樹脂とにより構成されていることを特徴とする高真空ポンプ。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の高真空ポンプにおいて、前記リング材は、少なくとも前記ロータの下端部に形成されていることを特徴とする高真空ポンプ。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の高真空ポンプにおいて、前記ロータは、ロータ翼部とロータ円筒部を有し、前記リング材は、少なくとも前記ロータ翼部と前記ロータ円筒部との境界部に形成されていることを特徴とする高真空ポンプ。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の高真空ポンプにおいて、前記ロータは、前記ロータ翼部に固定される中央部を有する第1の分割体と、前記第1の分割体に固定される第2の分割体とを有し、前記リング材は、前記第1の分割体と前記第2の分割体との境界部に形成されていることを特徴とする高真空ポンプ。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の高真空ポンプにおいて、前記リング材は、軸方向において離間する複数の箇所に形成されていることを特徴とする高真空ポンプ。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の高真空ポンプにおいて、前記リング材は、炭素繊維強化プラスチックにより形成されていることを特徴とする高真空ポンプ。
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