JP4447684B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造装置等に装備され、上部ケーシング内に設けられた静翼とロータに設けられた動翼とで構成された動静翼段を備え、吸気口からのガスを排気口へ真空排気するターボ分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は従来のターボ分子ポンプの１例を示し、図１２において、１及び１６は、ボルト２１によりＯリング１５を介して一体的に組付けられている上部ケーシング及び下部ケーシングである。
該上部ケーシング１の上部開口はガス吸気口２となすとともに、その内側には複数のスペーサ１３が軸方向に連設されている。
該スペーサ１３は上端を前記上部ケーシング１の内端面に当接され、下端を前記下部ケーシング１６の上端部にインロー嵌合されており、各スペーサ１３の間には静翼４がその外周部を挟持固定されて、多段状に設けられている。
【０００３】
６はロータで、該ロータ６には動翼５が多段状に設けられ、各動翼５と静翼４とが交互に設けられての翼段を構成している。
前記ロータ６の下部にはねじ溝ポンプ段８が設けられている。
１４はせん断され難い複数のボルト１８により前記下部ケーシング１６の上面に固定されたテーパ状のシールリングで、前記ねじ溝ポンプ段８の外周と微小間隙を介して対向配置され、圧縮効果を上げている。
【０００４】
前記下部ケーシング１６の下方側部には排気口３が開口され、前記ねじ溝ポンプ段８を通ってきた流体が該排気口３から外部に送出されるようになっている。
１７は前記下部ケーシング１６の支持筒であり、該支持筒１７の内周には上部から順に、玉軸受からなる上部保護軸受１９、ラジアル軸受である上部磁気軸受９、モータ１２のステータ部１２ａ、ラジアル軸受である下部磁気軸受１０、玉軸受からなる下部保護軸受２０、並びに後述する回転軸７の下端のスラストディスク７ａを挟んで設けられたスラスト磁気軸受１１が配設されている。
【０００５】
７は回転軸で、上部から順に、上部磁気軸受９及び下部磁気軸受１０に、半径方向荷重をそれぞれ支承され、下端に設けられた円盤状の磁性板からなるスラストディスク７ａが前記スラスト磁気軸受１１に挟まれて、スラスト方向（軸心方向）の位置制御を行なっている。
【０００６】
前記ロータ６及び回転軸７は、前記上部磁気軸受９と下部磁気軸受１０との間に設けられた前記モータ１２のステータ１２ａに対向して回転子１２ｂが固着されている。
【０００７】
また、該回転軸７の前記上部磁気軸受９の上側は、前記上部保護軸受１９が設けられて該回転軸７と上部保護軸受１９とのラジアル方向の間隔を所要値に設定している。
さらに、該回転軸７の前記下部磁気軸受１０の下側は、前記下部保護軸受２０が設けられて、該回転軸７と下部保護軸受２０とのラジアル方向及びスラスト方向の間隔を所要値に設定している。
【０００８】
次に上部磁気軸受９及び下部磁気軸受１０は、回転軸７の軸心（Ｚ軸）と直交する面内において、左右（Ｘ軸）及び前後（Ｙ軸）方向に夫々一対づつ配設され、前記回転軸７が倒れを生じることなく中心軸線上に維持可能に構成されている。
従って、該回転軸７は、該上部磁気軸受９及び下部磁気軸受１０により左右（Ｘ軸）及び前後（Ｙ軸）方向を、前記スラスト磁気軸受１１により軸心（Ｚ軸）方向を、つまり５軸方向を支持、かつ制御されて回転することとなる。
【０００９】
そして、前記上・下部磁気軸受９、１０及びスラスト磁気軸受１１の磁気制御に異常をきたし、前記回転軸７が片側に偏心した際には、前記上部保護軸受１９もしくは下部保護軸受２０に該回転軸７の外周が当接することにより、該回転軸７及びロータ６を保護する。
【００１０】
上記のように構成されたターボ分子ポンプの運転時において、
前記各磁気軸受９、１０、１１に通電し回転軸７、動翼５を有するロータ６等のポンプ回転部を浮上した状態で、モータ１２を駆動し、前記ポンプ回転部を例えば10,000〜100,000r.p.m.で高速回転させる。該ポンプ回転部の高速回転により動翼５が静翼４の間を回転し、かつねじ溝ポンプ段８がテーパ状のシールリング１４の内周面と対面しながら回転することによって、真空排気されるガスが上方のガス吸気口２から動翼５と静翼４との間で第１段の圧縮がなされた後、ねじ溝ポンプ段８の螺旋状溝通路で第２段階圧縮がなされ、ポンプ内ガス通路を経て排気口３の方向に流れることによって、ガス吸気口２側が高真空に保持される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
かかるターボ分子ポンプにあっては、大容量、大型化するにつれて、ロータ６、回転軸７、ねじ溝ポンプ段８等の回転体の質量がこれに比例して大きくなり、前記のように10,000〜100,000 r.p.m.という高速回転中には前記回転体が極めて大きな回転エネルギで以って回転する。
【００１２】
かかる高速回転をするターボ分子ポンプにおいては、ポンプの外部からの許容値を超える異常振動が発生した場合や、ポンプ内部で異常事態が発生した場合には、前記のように大きな回転エネルギを持った回転体が破壊して飛散し、この飛散片が上部ケーシングに大きな衝撃力を与えてこれを変形あるいは破壊させ、またターボ分子ポンプ取付用のボルトが破断するという事故の発生をみる。
【００１３】
しかしながら図１２に示される従来技術に係るターボ分子ポンプにあっては、かかる回転体の破壊に対する上記ケーシング類や取付ボルトの変形あるい破損防止策が充分になされていないのが実態である。
【００１４】
そこで本発明の発明者らは、特願平９−２２３６０６号にて、前記回転体の破壊時における外部ケーシングや取付ボルトの変形あるいは破損を防止する手段を提案した。
【００１５】
かかる発明は、内側に静翼を備えた上部ケーシングを二重ケーシング構造とし、動翼が固定されているロータが破壊してその破片が内部に飛散しても、これらの破片を内部ケーシングに当てて破片の運動エネルギを吸収し、外部ケーシングを保護するように構成されている。
【００１６】
しかしながら、かかる発明の場合は、ケーシングを二重構造としているために動翼を含むロータの温度が高くなり、該ロータの強度が低下し、また二重ケーシングであるので、ケーシングの外径が大きくなり装置が大型化してコスト高となる、等の問題点がある。
【００１７】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、大容量、大型のターボ分子ポンプであっても、高速回転中の回転体が万一破壊しても、ケーシング側に伝達される回転エネルギ、つまり破壊の運動エネルギを減衰あるいは吸収させ、ケーシング類や取付ボルト類の二次的破壊、あるいは変形の発生を未然に防止したターボ分子ポンプを提供することを目的とする。
【００１８】
本発明の他の目的はロータ温度の上昇が抑制されてロータの耐久性が保持され、ケーシング外径が小さくなって低コストなるターボ分子ポンプを提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、本発明は、モータにより回転駆動される回転軸と、該回転軸に連結され外周の軸方向に沿って動翼及びねじ溝ポンプ段が設けられたロータと、
ケーシングの内側に固定されて前記動翼とともに翼段を構成する静翼と、前記ねじ溝ポンプ段の外周に微小間隙を介して設けられたシールリングとを備えたターボ分子ポンプであって、
前記ターボ分子ポンプにおいて前記ロータを軸支する支持筒の外周に固定されて前記ねじ溝ポンプ段の下部内周に微小間隙を介して対向する環状のストッパリングを備え、そしてより好ましくは該ストッパリングと、前記回転軸の上端部に設けられて前記ロータの中心上部を前記回転軸に固定するストッパ部材とを併設してなることを特徴とするターボ分子ポンプを提案する。
なお、前記支持筒と前記ストッパリングとは一体化されているが、別体に構成しても良い。
【００２０】
かかる発明によれば、ターボ分子ポンプの運転中、許容値を超える振動等の異常事態によってロータが破壊すると、ロータの破片は上方に飛び出そうとするが、ロータの上部中央部がストッパ部材によって堅固に回転軸に固定されてロータを押さえているので、上方への飛散が低減され、ロータは半径方向に飛散あるいは変形して該ロータのねじ溝ポンプ段の外周がこれと微小間隙のシールリングに衝突する。
【００２１】
これにより、ロータの運動エネルギは、シールリングとねじ溝ポンプ段との接触によって該シールリングに吸収され、シールリングに回転を生じ、シールリングの取付用ボルトにせん断力を付与し、該ボルトの破断によって前記運動エネルギを吸収する。従って、前記ロータ破片の上部ケーシング側への飛散及びエネルギ伝達が低減される。
【００２２】
従ってかかる発明によれば、ロータの中央上部をストッパ部材によって回転軸に堅固に固定してロータを押さえているので、ロータ破壊時の破片が上方に飛散するのが低減されるとともに、ロータ端部のねじ溝ポンプ段がこれと微小間隙で以って設けられたシールリングに接触して、破壊による運動エネルギをシールリングに伝達し、最終的にシールリングの変形、シールリング取付用ボルトの切断及びシールリングが下部ケーシングに摩擦しながら回転することによって吸収させることができる。
【００２３】
また、かかる発明によれば、ロータの一部であるねじ溝ポンプ段の下端内周が、支持筒に固定されたストッパリングの外周に微小間隙を介して対向しているので、ロータの破壊時に、ねじ溝ポンプ段の内周面がストッパリングの外周面と衝突することによって、ロータ破片が傾斜するのが阻止されるとともに、前記衝突によってロータの運動エネルギが吸収される。
【００２４】
これにより、ロータ破片の上部ケーシング側への飛散が低減するとともに、シールリング部でエネルギ吸収されるので、上部ケーシングへのエネルギ伝達が軽減され、安全性が確保される。
又シールリング部より上の破片は上部ケーシングに飛散するが、飛散するには破片が動翼とねじ溝ポンプ段の境界で破断する必要があり、直接的に飛散することを防止し、エネルギを少しでも消費させる事が出来、やはり安全性が確保される。
【００２５】
又前記ストッパ部材は、その下面に環状の突起部が設けられ、該突起部を前記ロータに設けられた溝内に嵌入して構成するのがよい。
【００２６】
かかる発明によれば、ストッパ部材の下面に設けた環状の突起物をロータに設けた溝内に嵌入させているので、該突起部が、ロータの破壊時において、その破片が外周側に飛散するときの抵抗となって、ロータの破壊による半径方向への運動エネルギーを吸収し、ロータの半径方向への飛散を低減できるとともに、エネルギ吸収され、安全性が確保される。
【００２７】
更に、前記回転軸と前記ロータとの夫々の接触面上に、回転軸線と同心上にリング円状の嵌合溝と嵌合凸部を設け、該嵌合溝と嵌合凸部を嵌着して前記回転軸と前記ロータとの連結を図ることによっても、ロータの破壊時において、前記嵌合部が抵抗となって、ロータの破壊による半径方向への運動エネルギーを吸収し、ロータの半径方向への飛散を低減できるとともに、エネルギ吸収され、安全性が確保される。
【００２８】
更に、前記シールリングを厚肉に形成するとともに、その外周に環状突起部を設け、該環状突起部を下部ケーシングにインロー嵌合し、さらに前記シールリングをせん断強度の小さいボルトにより前記下部ケーシングに取付けてなる。
【００２９】
かかる発明によれば、シールリングが厚肉、大形であるので、シールリングはロータとの接触によってそれ自体の変形が少なくなって、破壊による運動エネルギを少ない変形で吸収し、環状突起部をガイドとして回転し、かかる回転によって、小径のボルトが切断される。従って、かかる発明によれば、シールリングの変形を少なくして、ロータの破壊の運動エネルギの殆どをシールリングの変形、ボルトの切断及びシールリングが下部ケーシングに摩擦しながら回転することによって吸収できる。
なお、当然のことながら、シールリングが外周側に変形してもすぐさま拘束されないように、下部ケーシングとの隙間を十分確保している。
【００３０】
本発明の第２発明は、モータにより回転駆動される回転軸と、該回転軸に連結され外周の軸方向に沿って動翼及びねじ溝ポンプ段が設けられたロータと、ケーシングの内側に固定されて前記動翼とともに翼段を構成する静翼と、前記ねじ溝ポンプ段の外周に微小間隙を介して設けられたシールリングとを備えたターボ分子ポンプであって、前記シールリングは、その内周の内径が、上端部あるいはその近傍で最も小さく、下部になるに従がい大きくなるような下部側が拡開したテーパ状に形成されるとともに、前記ロータのねじ溝ポンプ段は、前記シールリングの内周に対向する外周の外径が上部近傍で最も小さく下部になるに従がい大きくなるように構成されてなることを特徴とする。この場合、前記シールリングは、その円周方向において２つ割りにされた半円環状体を押え板及びボルトによって締着してなるのがよい。
【００３１】
かかる発明によれば、ターボ分子ポンプの運転中、許容値を超える振動等の異常事態によってロータが破壊すると、ロータの破片は上方に跳び出そうとするが、該ロータの破片はねじ溝ポンプ段部において最も間隙の小さいシールリングの内周面に接触する。
然るにシールリングの内周面とこれに対向するねじ溝ポンプ段の外周面とは、上部が小径の逆テーパに形成されているので、ロータはシールリングとの上記接触部において上方への飛散が低減されるとともに、ロータ破片の運動エネルギはシールリングとの衝突及びシールリングの変形によって吸収される。
これにより、ロータ破片の上部ケーシングへの飛散は低減されるとともに安全性が確保される。
【００３２】
そして前記発明は、好ましくは前記シールリングに加えて、前記ロータを軸支する支持筒の外周に固定されて前記ねじ溝ポンプ段の下部内周に微小間隙を介して対向する環状のストッパリングを備えてなるのがよい。
【００３３】
かかる発明によれば、ロータの一部であるポンプ段の下端内周が、支持筒に固定されたストッパリングの外周に微小間隙を介して対向しているので、ロータの破壊時にねじ溝ポンプ段の内周面がストッパリングの外周面と衝突することによって、ロータ破片が傾斜するのが阻止されるとともに、前記衝突によってロータの運動エネルギが吸収される。
【００３４】
又本発明は前記ターボ分子ポンプにおいて、前記ロータを軸支する支持筒の外周に、前記ねじ溝ポンプ段の下部内周と微小間隙を介してストッパ部を設けるとともに、前記ねじ溝ポンプ段の下端部には、前記ロータが上方へ移動したとき前記ストッパ部に当接可能にされた凸部が設けられてなるように構成する事も出来る。そして、前記ストッパ部が、前記支持筒の外周に固定されたリング部材からなるのがよい。
【００３５】
更に、前記シールリングを厚肉に形成するとともに、その外周に環状突起部を設け、該環状突起部を下部ケーシングにインロー嵌合し、さらに前記シールリングをせん断強度の小さいボルトにより前記下部ケーシングに取付けてなるのがよい。
【００３６】
かかる発明によれば、ロータの破壊時に、該ロータが上方に飛び出そうとした際、ねじ溝ポンプ段下部の凸部がストッパ部に衝突してロータの上方への飛散が低減されるとともに、ロータ破片の運動エネルギは前記衝突により支持筒側に吸収され、安全性が確保される。
【００３７】
また、前記ロータの破壊時に該ロータが半径方向に飛び出すと、微小間隙のねじ溝ポンプ段の外周とシールリングの内周とが衝突し、これにより、ロータの運動エネルギはシールリングとねじ溝ポンプ段との衝突によって該シールリングに吸収され、シールリングに吸収され、シールリングに回転を生じ、シールリングの取付用ボルトにせん断力を付与し、該ボルトの破断とシールリングが摩擦しながら回転することによって前記運動エネルギを吸収する。
【００３８】
従って、かかる発明によれば、ロータの破壊時において、ねじ溝ポンプ段の凸部とストッパ部との衝突によりロータ破片の上方への飛散が低減され、前記厚肉大形のシールリングとねじ溝ポンプ段との衝突及び該シールリングの回転に伴なうボルトの切断によりロータ破片の上部ケーシングへの直接的な飛散が阻止される。
これにより、外部にあるケーシングや取付ボルト類への上記破片による運動エネルギの伝達が低減され、ターボ分子ポンプの固定、支持部材（装置）をコンパクトにできる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００４０】
図１は本発明の第１実施形態に係るターボ分子ポンプの縦断面図、図２は図１のＺ部拡大図である。
図１において、１及び１６は、複数のボルト２１によりＯリング１５を介して一体的に組付けられている上部ケーシングおよび下部ケーシングである。これにより上部・下部ケーシング１、１６内は完全な密閉空間に保持されている。
該上部ケーシング１の上部開口はガス吸気口２となすとともに、その内側には複数のスペーサ１３が軸方向に連設されている。
該スペーサ１３は上端を、前記上部ケーシング１の内端面に当接され、下端を前記下部ケーシング１６の上端部にインロー嵌合されており、各スペーサ１３の間には静翼４が外周部を挟持固定されて、多段状に設けられている。
【００４１】
６はロータで、該ロータ６の上部には動翼５が多段状に設けられ、各動翼５と静翼４とが交互に設けられて複数の翼段を構成している。
前記ロータ６の下部にはねじ溝ポンプ段８が設けられている。
１４０は複数のボルト３４により前記下部ケーシング１６に固定されたテーパ状のシールリングで、前記ねじ溝ポンプ段８の外周と微小間隙を介して対向配置され、圧縮効果を上げている。該シールリング１４０の詳細については後述する。
【００４２】
前記下部ケーシング１６の下方側部には排気口３が開口され、前記ねじ溝ポンプ段８を通ってきた流体が該排気口３から外部に送出されるようになっている。
【００４３】
１７は前記下部ケーシング１６の支持筒であり、該支持筒１７の内周には、上部から順に、玉軸受からなる上部保護軸受１９、ラジアル軸受である上部磁気軸受９、モータ１２のステータ部１２ａ、ラジアル軸受である下部磁気軸受１０、玉軸受からなる下部保護軸受２０、並びに後述する回転軸７の下端のスラストディスク７ａを挟んで設けられたスラスト磁気軸受１１が配設されている。
【００４４】
７は前記ロータ６の上部中心に後述する手段にて固定された回転軸で、上部から順に、上部磁気軸受９及び下部磁気軸受１０に、半径方向荷重をそれぞれ支承され、下端に設けられた円盤状の磁性板からなるスラストディスク７ａがスラスト磁気軸受１１に挟まれて、スラスト方向（軸心方向）の位置制御を行なっている。
【００４５】
前記ロータ６及び回転軸７は、前記上部磁気軸受９と下部磁気軸受１０との間に設けられた前記モータ１２のステータ１２ａに対向して回転子１２ｂが固着されている。
【００４６】
前記上部磁気軸受９及び下部磁気軸受１０は、回転軸７の軸心（Ｚ軸）と直交する面内において、左右（Ｘ軸）及び前後（Ｙ軸）方向に夫々一対づつ配設され、前記回転軸７が倒れを生じることなく中心軸線上に維持可能に構成されている。
従って、該回転軸７は、該上部磁気軸受９及び下部磁気軸受１０により左右（Ｘ軸）及び前後（Ｙ軸）方向を、前記スラスト磁気軸受１１により軸心（Ｚ軸）方向を、つまり５軸方向を支持かつ制御されて回転することとなる。
【００４７】
また、該回転軸７の前記上部磁気軸受９の上側は、前記上部保護軸受１９が設けられて該回転軸７と上部保護軸受１９とのラジアル方向の間隔を所要値に設定している。
さらに該回転軸７の前記下部磁気軸受１０の下側は、前記下部保護軸受２０が設けられて該回転軸７と下部保護軸受２０とのラジアル方向及びスラスト方向の間隔を所要値に設定している。
【００４８】
そして、前記上・下部磁気軸受９、１０及びスラスト磁気軸受１１の磁気制御に異常をきたし、前記回転軸７が片側に偏心した際には、前記上部保護軸受１９もしくは下部保護軸受２０に該回転軸７の外周が当接することにより、該回転軸７及びロータ６を保護する。
以上に示すターボ分子ポンプの基本構成はシールリング１４０を除いて図１２に示す従来技術と同様である。
【００４９】
７ｂは前記回転軸７の上端部の前記上部保護軸受１９の取付部から上方に延設された嵌合部で、該嵌合部７ｂが前記ロータ６の嵌合穴６ａに嵌合されている。
【００５０】
３１は上部ストッパで、前記回転軸７の嵌合部７ｂからさらに上方に延設された軸部７ｃに嵌合された環状体からなり、３２のナットで締め付けている。
２２は前記ロータ６と回転軸７との締結用ボルトである。
【００５１】
３３は環状のストッパリングで、図２に示すように、前記支持筒１７の外周の、前記ねじ溝ポンプ段８の下端部に対向する位置に圧入されている。１７ａは前記支持筒１７に設けられた該ストッパリング３３の係止部である。
また前記ねじ溝ポンプ段８の内周面８ａと前記ストッパリング３３の外周面３３ａとの間には微小間隙ｔ（０．５ｍｍ〜１．０ｍｍが好適）が形成され、前記ロータ６の破壊時において、該ロータ６が傾こうとした際にねじ溝ポンプ段８の下端部円周面８ａがストッパリング３３の外周面３３ａに衝突するようになっている。
なお、３３のストッパリングは支持筒１７と一体形成されていてもよい。
【００５２】
また前記シールリング１４０は図１２に示す従来技術に較べて大形かつ厚肉に形成されている。
即ち、図１において、１４０は前記ねじ溝ポンプ段８の外周と対向して配置されたシールリングで、前記下部ケーシング１６の取付面１６ａに当接されるとともに、その外周下部に設けられた軟剛性の環状突起部１４１を前記下部ケーシング１６の上部に設けられた嵌合部３６にインロー嵌合し、複数のボルト３４によって下部ケーシング１６に固定されている。
前記ボルト３４はせん断に必要なエネルギが小さくて済むように、小径に構成されている。
【００５３】
かかる構成からなるターボ分子ポンプの運転時において、前記各磁気軸受９、１０、１１に通電し、回転軸７、動翼５を有するロータ６等のポンプ回転部を浮上した状態で、モータ１２を駆動し、前記ポンプ回転部を例えば、10,000〜100,000 r.p.m.で高速回転させる。該ポンプ回転部の高速回転により動翼５が静翼４の間を回転し、かつねじ溝ポンプ段８がテーパ状のシールリング１４０の内周面と対面しながら回転することによって、真空排気されるガスが上方のガス吸気口２から動翼５と静翼４との間で第１段の圧縮がなされた後、ねじ溝ポンプ段８の螺旋状溝通路で第２段階圧縮がなされ、ポンプ内ガス通路を経て排気口３の方向に流れることによって、ガス吸気口２側が高真空に保持される。
【００５４】
かかるターボ分子ポンプの運転時において、許容値を超える過大振動や内部での異常状態によって大きな運動エネルギを持ったロータ６が破壊すると、該ロータ６の破片は上方に飛び出そうとするが、該ロータ６の中央部が上部ストッパ３１によって堅固に回転軸７に固定されてロータ６を押さえているので、上方（上部ケーシング）への直接的な飛散が阻止され、ロータ６は半径方向に飛散あるいは変形して、該ロータ６のねじ溝ポンプ段８の外周が、これと対向して微小間隙で以って配設されているシールリング１４０の内周に衝突する。
【００５５】
これにより、ロータ６の運動エネルギはシールリング１４０とねじ溝ポンプ段８との接触によってシールリング１４０に伝達される。
該シールリング１４０は、前記のように、厚肉、大形に構成されているためそれ自体は大きく変形せず、環状突起部１４１をガイドとして回転する。
【００５６】
かかる回転によって、ボルト３４にせん断力が作用し、該せん断力によって破断し易いように小径に構成されたボルト３４は切断される。
かかるシールリング１４０の変形、ボルト３４の切断及び下部ケーシング１６に適度に摩擦しながら回転することにより、前記ロータ６の破壊による運動エネルギが吸収され、外部の上部ケーシング１や下部ケーシング１６及び取付用のボルト２１等へのエネルギ伝達が低減される。
【００５７】
また、前記ねじ溝ポンプ段８の下端部内周面８ａは、支持筒１７に圧入されたストッパリング３３の外周面３３ａに微小間隙ｔを介して対向しているので、ロータ６の破壊時において該ロータ６が傾斜しようとした際に、前記ねじ溝ポンプ段８の下端の内周面８ａがストッパリング３３の外周面３３ａに衝突することによって、該ロータ６の傾斜が阻止されるとともに、前記ストッパリング３３への衝突によってロータ６の運動エネルギが吸収される。
【００５８】
図３は本発明の第２実施形態を示す要部拡大断面図である。
この実施形態においては、第１実施形態における上部ストッパを改良している。
【００５９】
即ち図３において、４１は上部ストッパで回転軸７の上端７ｂに組み付け、ロック用のナット３２により締め付けられている点は第１実施形態と同様であるが、外周部に環状の突起部４１ａを設けている。
一方ロータ６の上面には環状の溝４２が刻設され、該溝４２内に前記突起部４１ａが嵌入されている。
【００６０】
かかる実施形態において、ロータ６が破壊されると、該上部ストッパ４１によってロータ６の中央部を堅固に固定しているので、該ロータ６の破片が上方へ飛散するのを低減できる点は第１実施形態と同様であるが、この実施形態においては、上部ストッパ４１に突起部４１ａを設け、ロータ６の溝４２に嵌入しているので、該突起部４１ａがロータ６の破片が外周側に飛散するときの抵抗となり、該突起部４１ａと溝４２との嵌合部にてロータ６の破片の半径方向への運動エネルギを吸収する。
【００６１】
かかる実施形態においては、上部ストッパ４１に突起部４１ａを設け、これをロータ６の溝４２に嵌入することによって前記ロータ６の破片の半径方向への飛散を低減することが可能となる。
【００６２】
図４は本発明の第３実施形態を示す要部拡大断面図である。
この実施形態においては、第３実施形態における回転軸とロータとの結合状態を改良している。
本実施形態において、図３の実施形態との相違点のみ説明するに、
締結用ボルト２２が締め付けられる回転軸７のフランジ７ｄ上面内周側には、回転軸線と同心上にリング円状の嵌合溝７ｅを設ける。
又前記ロータ６の回転軸７と嵌合する部位の下面の、前記嵌合溝７ｅと対向する位置にリング円状の嵌合凹部６ｂを設け、該嵌合溝７ｅと嵌合凸部６ｂがきっちり嵌着可能に構成する。
【００６３】
かかる構成によれば、前記回転軸７のフランジ７ｄ上面と前記ロータ６内周側下面の夫々の接触面上に設けた、嵌合溝７ｅと嵌合凸部６ｂとを嵌着して前記回転軸７と前記ロータ６との連結を図ることによっても、ロータ６の破壊時において、前記嵌合部７ｅと６ｂが抵抗となって、ロータ６の破壊による半径方向への運動エネルギーを吸収し、ロータ６の半径方向への飛散を低減できるとともに、エネルギ吸収され、安全性が確保される。
【００６４】
図５は本発明の第４実施形態に係るターボ分子ポンプの縦断面図、図６は図５のＡ−Ａ矢視図で外郭部を省略した図、図７は図５のＹ部拡大図、図８は図５のＸ部拡大図である。
図５において、図１２に示す従来技術との差異を中心に説明する。
【００６５】
８は前記ロータ６の下部に形成されたねじ溝ポンプ段で、該ねじ溝ポンプ段８の外側には環状のシールリング１５０が設置されている。
該ねじ溝ポンプ段８は、その外周面が、図１２に示す従来技術のものとは逆に上部で小さく下部になるに従がい大きくなる、いわゆる逆テーパ状に形成されている。
【００６６】
そして、前記シールリング１５０は、その内周面と前記ねじ溝ポンプ段８との間に微小間隙を介して配設されるとともに、該内周面が前記ねじ溝ポンプ段８と同方向のテーパ、即ち、その上端部の内径が最も小さく、下部になるに従がい内径が大きくなるような逆テーパに形成されている。
尚、気体を流すねじ溝は、ねじ溝ポンプ段８のロータ外周に設けてもシールリング１５０の内周に設けてもよい。
【００６７】
前記シールリング１５０は、前記のように逆テーパに形成されていることから、ターボ分子ポンプ内への組み込みを可能とするため、図６に示すように半環状の２つのピース１５０ａ、１５０ｂを接合面１５０ｃにて接合してなる２つ割りのリングに構成されている。
４５は前記２つ割りのピース１５０ａと１５０ｂとを締着するためのボルトであり、該ボルト４５を締めることによって前記ピース１５０ａと１５０ｂとが接合面１５０ｃにて圧接され、環状のシールリング１５０を形成している。
【００６８】
図５、図６、図８において、３９は円環状の押え板で、該押え板３９は、前記２つ割りのシールリング１５０を組立後、該シールリング１５０の外周に嵌挿され、円周方向に沿って複数個（この側では４個）設けられたボルト４６を前記下部ケーシング１６にねじ込み、その下面で前記シールリング１５０の肩部１５０ｄを押さえることにより、該シールリング１５０を下部ケーシング１６に固定している。
【００６９】
３３は環状のストッパリングで、図７に示すように、前記支持筒１７の外周の、前記ねじ溝ポンプ段８の下端部に対向する位置に圧入されている。１７ａは前記支持筒１７に設けられた該ストッパリング３３の係止部である。
また前記ねじ溝ポンプ段８の内周面８ａと前記ストッパリング３３の外周面３３ａとの間には微小間隙ｔ（０．５ｍｍ〜１．０ｍｍが好適）が形成され、前記ロータ６の破壊時において、該ロータ６が傾こうとした際にねじ溝ポンプ段８の下端部内周面８ａがストッパリング３３の外周面３３ａに衝突するようになっている。
【００７０】
かかる構成からなるターボ分子ポンプの運転時において、前記各磁気軸受９、１０、１１に通電し、回転軸７、動翼５を有するロータ６等のポンプ回転部を浮上した状態で、モータ１２を駆動し、前記ポンプ回転部を例えば、10,000〜100,000 r.p.m.で高速回転させる。該ポンプ回転部の高速回転により動翼５が静翼４の間を回転し、かつねじ溝ポンプ段８がこれと微小間隙を介して設けられたシールリング１５０の内周面と対面しながら回転することによって、真空排気されるガスが上方のガス吸気口２から動翼５と静翼４との間で第１段の圧縮がなされた後、ねじ溝ポンプ段８の螺旋状溝通路で第２段階圧縮がなされ、ポンプ内ガス通路を経て排気口３の方向に流れることによって、ガス吸気口２側が高真空に保持される。
【００７１】
かかるターボ分子ポンプの運転時において、許容値を超える過大振動や内部での異常状態によって大きな運動エネルギを持ったロータ６が破壊すると、上方に飛び出そうとするロータ６の破片は、ねじ溝ポンプ段８部において、最も間隙の小さいシールリング１５０の内周面に接触する。然るに前記シールリング１５０の内周面とこれに対するねじ溝ポンプ段８の外周面とは、上部が小径で下部になるほど大径となるような逆テーパに形成されているので、ロータ６は上記シールリング１５０との上記接触部において、上方（上部ケーシング）への直接的な飛散が阻止される。
【００７２】
これにより、ロータ６破片の運動エネルギはシールリング１５０との上記衝突及びシールリング１５０の変形によって吸収され、外部にある上部ケーシング１や下部ケーシング１６及び取付用のボルト２１等へのエネルギ伝達が低減され、ターボ分子ポンプの固定、支持部材（装置）をコンパクトにできる。
【００７３】
また、前記ねじ溝ポンプ段８の下端部内周面８ａは、支持筒１７に圧入されたストッパリング３３の外周面３３ａに微小間隙ｔを介して対向しているので、ロータ６の破壊時において該ロータ６が傾斜しようとした際に、前記ねじ溝ポンプ段８の下端の内周面８ａがストッパリング３３の外周面３３ａに衝突することによって、該ロータ６の傾斜が阻止されるとともに、前記ストッパリング３３への衝突によってロータ６の運動エネルギが吸収される。
【００７４】
図９〜図１１は本発明の第５実施形態を示し、図９はターボ分子ポンプの要部縦断面図（回転軸心に対し半分の断面図）、図１０は図９のＶ部拡大図、図１１は他の例を示す上記Ｖ部拡大図である。
【００７５】
図９〜図１１において、１６０はねじ溝ポンプ段８の外周と対向して配置されたシールリングで図８に示す従来技術に較べて厚肉、大形に形成されている。
該シールリング１６０は、前記下部ケーシング１６の取付面１６ａに当接されるとともに、その外周下部に設けられた軟剛性の環状突起部１６１を前記下部ケーシング１６の上部に設けられた嵌合部３６ａにインロー嵌合し、複数のボルト３４によって下部ケーシング１６に固定されている。
前記ボルト３４はせん断に必要なエネルギが小さくて済むように、小径に構成されている。
【００７６】
５１は前記支持筒１７の外周に形成されたストッパ部で、前記ロータ６のねじ溝ポンプ段８の下端近傍内周に対向して設けられている。
また、図１０に示すように、前記ねじ溝ポンプ段８の前記ストッパ部５１の外周直下部に該ねじ溝ポンプ段８の内周面８ａから内周側に突出した凸部８ｂが設けられている。
該凸部８ｂは、前記ストッパ部５１の下側面から微小距離ｂ（１ｍｍ以下）の位置に設けられ、その内周面８ｃと前記ストッパ部５１の外周面５１ａとの間には組み立てに要する微小間隙（０．１〜０．２ｍｍ程度）ｔを設けている。
【００７７】
かかる実施形態において、ロータ６が破壊した際に、該ロータ６が上方に飛び出そうとすると、ねじ溝ポンプ８下端部に設けられた凸部８ｂが前記ストッパ部５１に衝突し、ロータ６の上方への飛散が低減され、ロータ破片の運動エネルギは前記衝突により支持筒１７側に吸収される。
【００７８】
この場合、ロータ６の組み立てのための間隙ｔが設けられているが、該ロータ６の破壊時には、ロータ破片は前記間隙ｔ（０．１〜０．２ｍｍ）以上半径方向に移動するので、前記凸部８ｂとストッパ部５１とは確実に衝突する。
【００７９】
また、前記ロータ６の破壊により破片が半径方向に飛び出すと、ねじ溝ポンプ段８の外周とシールリング１６０の内周とが衝突する。
これにより、ロータ６の運動エネルギは、前記シールリング１６０とねじ溝ポンプ段８との接触によってシールリング１６０に伝達される。
該シールリング１６０は、前記のように、厚肉、大形に構成されているため、それ自体は大きく変形せず、環状突起部１６１をガイドとして回転する。
【００８０】
かかる回転によって、ボルト３４にせん断力が作用し、該せん断力によって破断しやすいように小径に構成されたボルト３４は切断される。
かかるボルト３４の切断、及びシールリング１６０が摩擦しながら回転することで前記ロータ６の破壊による運動エネルギが吸収される。
【００８１】
従って、かかる実施形態によればロータ６の破壊時において、ねじ溝ポンプ段８の凸部８ｂとストッパ部５１との衝突によりロータ破片の上方への飛散が低減され、前記厚肉大形のシールリング１６０へのねじ溝ポンプ段８の衝突及び該シールリング１６０の回転によるボルト３４の切断、及びシールリング１６０が摩擦しながら回転することで運動エネルギが吸収され、ロータ破片の上部ケーシング１への直接的な飛散が阻止される。
【００８２】
これにより、外部にある上部ケーシング１や下部ケーシング１６及び取付用のボルト２１等への上記運動エネルギの伝達が低減され、ターボ分子ポンプの固定、支持部材（装置）をコンパクトにできる。
上記以外の構成は前記第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号にて示す。
【００８３】
図１１は前記第５実施形態におけるストッパ部５１の変形例で、該ストッパ部５１に代えて、図２と同様なストッパリング３３を支持筒１７に圧入している。その他の構成は図１０の例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号にて示す。
【００８４】
尚、上記第５実施形態におけるシールリング１６０に代えて、図１２に示される従来技術と同様なシールリング１４を用いてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、ロータの破壊時にねじ溝ポンプ段の内周面がストッパリングの外周面と衝突することによって、ロータが傾斜するのを阻止することができるとともに、前記衝突によってロータの運動エネルギを吸収することができる。
【００８６】
而も本発明によれば、ロータの中央上部をストッパ部材によって回転軸に堅固に固定してロータを押さえているので、ロータ破壊時の破片が上方（上部ケーシング）に直接的に飛散するのが阻止されるとともに、ロータ端部のねじ溝ポンプ段がこれと微小間隙で以って設けられたシールリングに接触して、破壊による運動エネルギをシールリングに伝達し、最終的にシールリングの変形、シールリング取付用ボルトの切断及びシールリングが下部ケーシングに摩擦しながら回転することによって吸収させることができ、これにより、ロータ破片の上部ケーシング側への直接的な飛散が防止され、上部ケーシングへのエネルギ伝達が軽減されて安全性が確保される。
【００８７】
また本発明によれば、ストッパ部材に設けた環状の突起部をロータの溝内に固定することにより、ロータの破壊時においてその破片が外周側に飛散するときの抵抗となり、ロータ破壊による半径方向への運動エネルギを吸収し、ロータの半径方向への飛散が低減でき、安全性が確保できる。
【００８８】
さらに本発明によれば、シールリングを厚肉、大形とすることにより、それ自体の変形が少なくなる。これにより、ロータとの接触によって破壊による運動エネルギが環状突起部をガイドとして該シールリングを回転させ、小径のボルトを切断させることにより、該運動エネルギを吸収することができる。
【００８９】
更に本発明によれば、前記回転軸と前記ロータに設けた嵌合溝と嵌合凸部を嵌着して前記回転軸と前記ロータとの連結を図ることによって、ロータの破壊時において、前記嵌合部が抵抗となって、ロータの破壊による半径方向への運動エネルギーを吸収し、ロータの半径方向への飛散を低減できるとともに、エネルギ吸収され、安全性が確保される。
【００９０】
更に本発明によれば、シールリングの内周面とこれに対向するねじ溝ポンプ段の外周面とが、下部側が拡開した逆テーパ状に形成されているので、ロータの破壊時において、該ロータはシールリングとねじ溝ポンプ段との接触（衝突）によって上方（上部ケーシング）への直接的な飛散が阻止され、該接触によって破片の運動エネルギが吸収される。
【００９１】
また、動翼の外側は、従来技術と同様に静翼支持用のスペーサと外部ケーシングとよりなるので、内部ケーシングを用いた二重ケーシングのポンプのような温度上昇を伴なうことなく、またケーシングの外形を大きくすることなく、外部のケーシングやボルト類への破片による運動エネルギの伝達が低減される。
【００９２】
また、本発明によれば、ロータの破壊時に、ねじ溝ポンプ段の内周面がストッパリングの外周面と衝突することによって、ロータが傾斜するのを阻止することができるとともに、前記衝突によってロータの運動エネルギを吸収することができる。
【００９３】
また本発明によれば、ロータの破壊時に、ねじ溝ポンプ段下部に設けられた凸部と支持筒に固定されたストッパ部との衝突によってロータの上方への飛散が低減され、ロータ破片の運動エネルギは前記衝突により支持筒側に吸収される。また、厚肉大形のシールリングとねじ溝ポンプ段との衝突及びシールリングの回転に伴なうボルトの切断により、ロータ破片の半径方向への飛散の低減が図れる。これによりロータ破片の上部ケーシング（上方向及び半径方向）への直接的な飛散が防止され、ケーシング、ボルト等の外郭部材へのロータ破片による運動エネルギの伝達が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係るターボ分子ポンプの縦断面図である。
【図２】 図１のＺ部拡大図である。
【図３】 本発明の第２実施形態を示すターボ分子ポンプの要部縦断面図である。
【図４】 本発明の第３実施形態を示すターボ分子ポンプの要部縦断面図である。
【図５】 本発明の第４実施形態に係るターボ分子ポンプの縦断面図である。
【図６】 図５のＡ−Ａ矢視図で、押え板及びシールリングを示した図である。
【図７】 図５のＹ部拡大図である。
【図８】 図５のＸ部拡大図である。
【図９】 本発明の第５実施形態に係るターボ分子ポンプの要部縦断面図である。
【図１０】 図９のＶ部拡大図の第１例である。
【図１１】 図９のＶ部拡大図の第２例である。
【図１２】 従来技術に係るターボ分子ポンプの縦断面図である。
【符号の説明】
１ 上部ケーシング
２ ガス吸気口
３ 排気口
４ 静翼
５ 動翼
６ ロータ
７ 回転軸
８ ねじ溝ポンプ段
８ｂ 凸部
９ 上部磁気軸受
１０ 下部磁気軸受
１１ スラスト磁気軸受
１２ モータ
１４、１４０、１５０、１６０ シールリング
１６ 下部ケーシング
１７ 支持筒
１９ 上部保護軸受
２０ 下部保護軸受
２１、２２、３４、４５、４６ ボルト
３１、４１ 上部ストッパ
３２ ナット
３３ ストッパリング
３６ 嵌合部
３９ 押え板
４１ａ 突起部
４２ 溝
５１ ストッパ部
１６１ 環状突起部

Claims (3)

1. モータにより回転駆動される回転軸と、該回転軸に連結され外周の軸方向に沿って動翼及びねじ溝ポンプ段が設けられたロータと、ケーシングの内側に固定されて前記動翼とともに翼段を構成する静翼と、前記ねじ溝ポンプ段の外周に微小間隙を介して設けられたシールリングとを備えたターボ分子ポンプにおいて、前記ロータを軸支する支持筒の外周に、前記ねじ溝ポンプ段の下部内周と微小間隙を介してストッパ部を設けるとともに、前記ストッパ部の外周直下部に前記ねじ溝ポンプ段の内周面から内周側に突出した凸部を設け、前記ロータが破壊した際に該ロータが上方に移動すると、前記凸部が前記ストッパ部に衝突するようにしたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 前記ストッパ部が、前記支持筒の外周に固定されたリング部材からなる請求項１記載のターボ分子ポンプ。
3. 前記シールリングを厚肉に形成するとともに、その外周に環状突起部を設け、該環状突起部を外部ケーシングにインロー嵌合し、さらに前記シールリングをせん断強度の小さいボルトにより前記外部ケーシングに取付けてなる請求項１または２記載のターボ分子ポンプ。

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