JP2017044185A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】固定翼とスペーサとの間の熱移動をより効果的行わせることができるターボ分子ポンプの提供。【解決手段】ターボ分子ポンプは、複数の固定翼部６２３を円弧状のリブ部６２２で支持して成る固定翼ステータ６２ａと、固定翼ステータ６２ａのリブ部６２２を挟持して保持するスペーサリング６３と、複数の固定翼部６２３に対して回転する複数の回転翼部４ａを有するポンプロータ４と、を備え、固定翼ステータ６２ａは、リブ部６２２の水平部分から延設され、スペーサリング６３の積層方向に突出するように設けられてスペーサリング６３に接触する突起部６２２ａを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ターボ分子ポンプに関する。

ターボ分子ポンプのタービン翼部は、高速回転する回転翼の上下に固定翼を配置した構成となっている。固定翼は、固定翼の外径側に形成されたリブ部を上下からスペーサで挟むことによって、位置決めおよび固定されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−９０８８号公報

ところで、タービン翼部の下流側は、ターボ分子ポンプの排気経路の内でも発熱の大きい部位である。また、発熱によりタービン翼部の温度が上昇すると、ターボ分子ポンプの排気性能が低下することが知られている。回転翼の熱は、輻射や気体を介した熱伝達により固定翼側へ伝達される。さらに、固定翼の熱は、スペーサで挟持された部分からポンプベース部材へと伝達される。そのため、固定翼からポンプベース部材へ熱を効率良く逃がし、固定翼の温度を如何に下げるかが課題であった。

本発明の好ましい実施形態によるターボ分子ポンプは、複数の固定翼を円弧状のリブ部で支持して成るステータと、前記ステータの前記リブ部を挟持して保持するスペーサと、前記複数の固定翼に対して回転する複数の回転翼を有するロータと、を備え、前記ステータは、前記リブ部の水平部分から延設され、前記スペーサの積層方向に突出するように設けられ、前記スペーサに接触する突起部を有する。
さらに好ましい実施形態では、前記スペーサは、内周側の挟持部と外周側の係合部とを含み、前記突起部は、前記リブ部の水平部分から排気上流側に折り曲げられて形成されており、前記リブ部の水平部分は、その排気上流側および排気下流側に配置された前記スペーサの前記挟持部によって挟持され、前記突起部は、排気上流側に配置された前記スペーサの前記挟持部と排気下流側に配置された前記スペーサの前記係合部との径方向隙間に配置され、少なくとも前記挟持部と前記係合部との一方に接触している。
さらに好ましい実施形態では、前記スペーサは、内周側の挟持部と外周側の係合部とを含み、前記突起部は、前記リブ部の水平部分から排気下流側に折り曲げられて形成されており、前記リブ部の水平部分は、その排気上流側および排気下流側に配置された前記スペーサの前記挟持部によって挟持され、前記突起部は、排気下流側に配置された前記スペーサの前記挟持部と排気上流側に配置された前記スペーサの前記係合部との径方向隙間に配置され、少なくとも前記挟持部と前記係合部との一方に接触している。
さらに好ましい実施形態では、前記突起部は前記リブ部よりも熱伝導率の大きな部材で形成されている。

本発明によれば、固定翼とスペーサとの間の熱移動をより効果的行わせることができる。

図１は、本実施の形態のターボ分子ポンプの概略構成を示す断面図である。 図２は、ターボポンプ段の下流側の拡大図である。 図３は、固定翼段を構成する一対の固定翼の一方を示す図である。 図４は、固定翼の変形例を示す図である。 図５は、図４（ｃ）に示す固定翼を用いた場合のターボポンプ段の構成を示す断面図である。 図６は、曲げ加工または切削加工により形成される固定翼ステータの一例を示す図である。

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、本実施の形態のターボ分子ポンプ１の概略構成を示す断面図である。図１に示すターボ分子ポンプ１は磁気浮上式のターボ分子ポンプである。ターボ分子ポンプ１は、ターボポンプ段とドラッグポンプ（ネジ溝ポンプ）段とを有している。ターボポンプ段には、複数の回転翼部４ａを有する回転翼段と複数の固定翼部が形成された固定翼ステータ６２ａとが、軸方向に交互に配置されている。ドラッグポンプ段は、円筒部４ｂとネジステータ６４とで構成される。ここではネジステータ６４側にネジ溝が形成されているが、円筒部４ｂにネジ溝を形成しても構わない。

回転翼部４ａおよび円筒部４ｂはポンプロータ４に形成されている。ポンプロータ４はロータシャフト５に締結されている。ポンプロータ４とロータシャフト５とによって回転体ユニットＲが構成される。各固定翼ステータ６２ａは、スペーサリング６３を介してベース６０上に載置される。ポンプケーシング６１の固定フランジ６１ｃをボルトによりベース６０に固定すると、積層されたスペーサリング６３がベース６０とポンプケーシング６１の係止部６１ｂとの間に挟持され、固定翼ステータ６２ａが位置決めされる。

ロータシャフト５は、ベース６０に設けられた磁気軸受６７，６８，６９によって非接触支持される。各磁気軸受６７，６８，６９は電磁石と変位センサとを備えている。変位センサによりロータシャフト５の浮上位置が検出される。なお、軸方向の磁気軸受６９を構成する電磁石は、ロータシャフト５の下端に設けられたロータディスク５５を軸方向に挟むように配置されている。ロータシャフト５はモータ４２により回転駆動される。

モータ４２は同期モータであり、本実施の形態では、ＤＣブラシレスモータが用いられている。モータ４２は、ベース６０に配置されるモータステータ４２ａと、ロータシャフト５に設けられるモータロータ４２ｂとを有している。モータロータ４２ｂには、永久磁石が設けられている。磁気軸受が作動していない時には、ロータシャフト５は非常用のメカニカルベアリング６６ａ，６６ｂによって支持される。

ベース６０の排気口６０ａには排気ポート６５が設けられ、この排気ポート６５にバックポンプが接続される。回転体ユニットＲを磁気浮上させつつモータ４２により高速回転駆動することにより、吸気口６１ａ側の気体分子は排気ポート６５側へと排気される。

図２は、図１のターボポンプ段の下流側の拡大図である。固定翼ステータ６２ａの外周部は、上側のスペーサリング６３と下側のスペーサリング６３とによって挟持されている。固定翼ステータ６２ａは、図３に示すように半円形の部材である。一対の固定翼ステータ６２ａを円形状に配置し、それらを上下のスペーサリング６３で挟持する。すなわち、一対の固定翼ステータ６２ａによって一段分の固定翼ステータが形成される。スペーサリング６３は、内側の挟持部６３１と外側の係合部６３２とを有している。

図３は固定翼ステータ６２ａの平面図であり、図４（ａ）は図３のＡ矢視図である。固定翼ステータ６２ａは、金属の板材（例えば、アルミ板材）を絞り加工することによって、内周および外周のリブ部６２１，６２２の間に複数の固定翼部６２３が形成される。リブ部６２２の外周縁には、リブ部６２２の水平部分から延設されており、上方（すなわち排気上流側）に略直角に折り曲げられて形成された突起部６２２ａが設けられている。すなわち、突起部６２２ａは、リブ部６２２の水平部分からスペーサリング６３の積層方向に向けて折り曲げられている。図２に示すように、リブ部６２２の水平部分は、排気上流側及び排気下流側に配置された各スペーサリング６３の挟持部６３１によって軸方向に挟持され、突起部６２２ａは上側（排気上流側）のスペーサリング６３の挟持部６３１と下側（排気下流側）のスペーサリング６３の係合部６３２との径方向隙間に配置され、少なくとも挟持部６３１および係合部６３２の一方と接触している。

なお、最下段（１段目）の固定翼ステータ６２ａはベース６０上に載置されるので、固定翼ステータ６２ａのリブ部６２２と突起部６２２ａは、スペーサリング６３とベース６０とによって挟持されることになる。

前述したように、ターボポンプ段（回転翼部４ａおよび固定翼ステータ６２ａ）の下流側は発熱の高い部位であるので、回転翼部４ａおよび固定翼ステータ６２ａの温度を低く保つためには、熱を固定翼ステータ６２ａからベース６０へ効率良く逃がすのが好ましい。本実施の形態では、外周側のリブ部６２２の縁に上方に突出する突起部６２２ａを形成し、その突起部６２２ａをスペーサリング６３に接触させるようにした。そのため、リブ部６２２とスペーサリング６３との接触面積を増加させることができ、スペーサリング６３を介した固定翼ステータ６２ａからベース６０への熱伝達効率の向上を図ることができる。

さらに、突起部６２２ａを軸方向に突出させてスペーサリング６３との接触面積の増大を図っているので、ポンプケーシング６１の径方向寸法が増加するのを防止することができる。

また、ポンプ内に堆積物が生じやすいプロセスにターボ分子ポンプ１を使用する場合、下流側の固定翼ステータ６２ａへの堆積物生成を抑制するために、ヒータでベースを加熱して固定翼温度を堆積物が生成し難い高温に維持する場合がある。そのような場合においても、本実施の形態ではスペーサリング６３と固定翼ステータ６２ａとの間の接触面積が大きいので、ベース６０から固定翼ステータ６２ａまでの熱抵抗が小さくなり、固定翼ステータ６２ａをより高温に保持することが可能となる。

さらに、リブ部６２２に突起部６２２ａを形成することで、固定翼ステータ６２ａの曲げ変形に対する剛性が向上する。ターボ分子ポンプ１に対して大気突入等が行われると、固定翼ステータ６２ａがポンプ軸方向（図１の上下方向）に変位するが、固定翼ステータ６２ａに突起部６２２ａを形成することで、軸方向の変位を抑制する効果がある。また、突起部６２２ａがスペーサリング６３に係止されることにより、組立時に固定翼ステータ６２ａが内周側に位置ズレするのを防止することができる。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）図２に示すように、ターボ分子ポンプ１において、複数の固定翼部６２３を円弧状のリブ部６２２で支持して成る固定翼ステータ６２ａは、一対のスペーサリング６３により保持されるリブ部６２２の水平部分から延設されスペーサリング６３の積層方向に突出するように設けられ、スペーサリング６３に接触する突起部６２２ａを有している。このように、固定翼ステータ６２ａのリブ部６２２だけでなく突起部６２２ａもスペーサリング６３に接触しているので、リブ部６２２とスペーサリング６３との接触面積の増大を図ることができる。その結果、スペーサリング６３を介した固定翼ステータ６２ａからベース６０への熱伝達効率の向上を図ることができる。

（変形例）
図４（ｂ）、図４（ｃ）は、固定翼ステータ６２ａの変形例を示す図である。図４（ａ）に示す固定翼ステータ６２ａでは、リブ部６２２の外周側を上方に折り曲げて突起部６２２ａを形成するようにした。一方、図４（ｂ）に示す変形例１では、固定翼ステータ６２ｂのリブ部６２２と突起部６２２ｂとは別部材で形成されている。突起部６２２ｂは円弧状の部材であって、リブ部６２２の上面に突起部６２２ｂを溶接等により固定されている。

（２）固定翼ステータ６２ｂの場合、突起部６２２ｂはリブ部６２２よりも熱伝導率の大きな部材で形成されている。例えば、固定翼本体部分（リブ部６２１，６２２および固定翼部６２３）をステンレスで形成した場合、突起部６２２ｂをステンレスよりも熱伝導率の高い銅等で形成する。このように、突起部６２２ｂをリブ部６２２よりも熱伝導率の大きな部材で形成することにより、固定翼ステータ６２ｂとスペーサリング６３やベース６０との間の熱移動をより速やかに行わせることができる。

図４（ｃ）に示す変形例２では、突起部６２２ｃをリブ部６２２の排気下流側に突出させるようにした。このような形状の固定翼ステータ６２ｃの場合、スペーサリング６３との関係は図５に示すような構造となる。図５は、図４（ｃ）に示す固定翼ステータ６２ｃを用いた場合のターボポンプ段の下流側構成を示す断面図である。突起部６２２ｃは、下側（排気下流側）のスペーサリング６３の挟持部６３１と上側（排気上流側）のスペーサリング６３の係合部６３２との径方向隙間に挟まれている。この場合も、図２および図４（ａ）に示した構造の場合と同様の効果を奏することができる。

上述した実施形態では、図３に示すように固定翼部６２３を絞り加工で形成したが、図６（ａ）に示すように曲げ加工で固定翼部６２３ｄを形成する固定翼ステータ６２ｄにも本発明は適用できる。固定翼部６２３ｄの内周側は支持梁６２４ａによって内周側のリブ部６２１に連結され、固定翼部６２３ｄの外周側は支持梁６２４ｂによって外周側のリブ部６２２に連結されている。固定翼部６２３ｄは、リブ部６２１，６２２と平行な状態から矢印Ｒ１のように傾けられる。このとき、支持梁６２４ａ，６２４ｂは塑性変形される。突起部６２２ｄは、リブ部６２２の外周部を上側に折り曲げることによって形成される。

図６（ｂ）は切削加工による固定翼ステータ６２ｅの一例を示す図である。板部材を切削加工することにより、リブ部６２１，６２２により支持された固定翼部６２３ｅが形成される。リブ部６２２の上面には突起部６２２ｅが切削加工により形成される。

なお、上述した実施の形態および変形例では、突起部をリブ部６２２の外周全域に亘って形成したが、一部分に形成しても構わない。また、突起部をリブ部６２２の表裏面の少なくとも一方に設ける構成について説明したが、リブ部６２２の表裏両面に形成するようにしても構わない。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１…ターボ分子ポンプ、４…ポンプロータ、４ａ…回転翼部、４ｂ…円筒部、６０…ベース、６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ…固定翼ステータ、６３…スペーサリング、６２１，６２２…リブ部、６２２ａ，６２２ｂ，６２２ｃ，６２２ｄ，６２２ｅ…突起部、６２３，６２３ｄ，６２３ｅ…固定翼部、６３１…挟持部、６３２…係合部

Claims (4)

1. 複数の固定翼を円弧状のリブ部で支持して成るステータと、
   前記ステータの前記リブ部を挟持して保持するスペーサと、
   前記複数の固定翼に対して回転する複数の回転翼を有するロータと、を備え、
   前記ステータは、前記リブ部の水平部分から延設され、前記スペーサの積層方向に突出するように設けられ、前記スペーサに接触する突起部を有する、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、
   前記スペーサは、内周側の挟持部と外周側の係合部とを含み、
   前記突起部は、前記リブ部の水平部分から排気上流側に折り曲げられて形成されており、前記リブ部の水平部分は、その排気上流側および排気下流側に配置された前記スペーサの前記挟持部によって挟持され、前記突起部は、排気上流側に配置された前記スペーサの前記挟持部と排気下流側に配置された前記スペーサの前記係合部との径方向隙間に配置され、少なくとも前記挟持部と前記係合部との一方に接触している、ターボ分子ポンプ。
3. 請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記スペーサは、内周側の挟持部と外周側の係合部とを含み、
   前記突起部は、前記リブ部の水平部分から排気下流側に折り曲げられて形成されており、前記リブ部の水平部分は、その排気上流側および排気下流側に配置された前記スペーサの前記挟持部によって挟持され、前記突起部は、排気下流側に配置された前記スペーサの前記挟持部と排気上流側に配置された前記スペーサの前記係合部との径方向隙間に配置され、少なくとも前記挟持部と前記係合部との一方に接触している、ターボ分子ポンプ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記突起部は前記リブ部よりも熱伝導率の大きな部材で形成されている、ターボ分子ポンプ。

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