JP4920975B2 - ターボ型真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、比較的大流量のガスを排気する用途に適するターボ型真空ポンプに関し、特にポンプ吸気口圧力が１〜１０００Ｐａの領域にて大きな排気速度を有するターボ型真空ポンプに関する。

図１６に従来のターボ型真空ポンプ１Ｃの一例を示す。現在、半導体製造装置などの半導体プロセス用として汎用的に使用されている真空ポンプとしてターボ分子ポンプがある。

このターボ型真空ポンプ１Ｃは、垂直方向上下に配置された筒状のポンプケーシング１０１の内部に、ロータ（回転部）Ｒとステータ（固定部）Ｓにより翼排気部Ｌ１及び溝排気部Ｌ２からなる排気部Ｌが構成されている。ポンプケーシング１０１の下部は、ポンプ基部１０２によって覆われ、このポンプ基部１０２には、溝排気部Ｌ２の排気側に連通する排気口１２０が構成されている。吸気口１０１ａを有するポンプケーシング１０１の上部には気体を排気すべき装置や配管に接続するためのフランジ(図１６に不図示)が設けられている。ステータＳは、ポンプ基部１０２の中央に立設された固定筒状部１０３と、翼排気部Ｌ１及び溝排気部Ｌ２の固定側部分とから主に構成されている。

ロータＲは、固定筒状部１０３の内部に挿入された回転軸１０４と、それに取り付けられた回転筒状部１０５とから構成されている。固定筒状部１０３は回転筒状部１０５の中空部１０５ａに収納されている。回転軸１０４と固定筒状部１０３の間には駆動用モータ１０６と、その上下に上部ラジアル軸受１０７及び下部ラジアル軸受１０８が設けられている。そして回転軸１０４の下部には、回転軸１０４の下端のターゲットディスク１０９と、ステータＳ側の上下の電磁石１１０ａ、１１０ｂを有するアキシャル軸受１１１が配置されている。このような構成によって、ロータＲが５軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。

回転筒状部１０５の上下外周には、回転翼１１２が一体に設けられて羽根車を構成し、ポンプケーシングの内面には、回転翼１１２と交互に配置される固定翼１１３が設けられ、これらが高速回転すると回転翼１１２と静止している固定翼１１３との相互作用によって排気を行う翼排気部Ｌ１を構成している。固定翼１１３は、周縁部を固定翼スペーサ１１４により上下から押さえられて固定されている。

さらに、翼排気部Ｌ１の下方には溝排気部Ｌ２が設けられている。すなわち、ステータＳには、ロータＲの外周を囲むねじ溝部スペーサ１１９が配置され、ねじ溝部スペーサ１１９にはねじ溝１１９ａが形成されている。溝排気部Ｌ２は、高速回転するロータＲに対向するねじ溝１１９ａのドラッグ作用により排気を行う(例えば、特許文献１)。

このように翼排気部Ｌ１の下流側にはねじ溝排気部Ｌ２を有することで、広い流量範囲に対応可能な広域型ターボ型真空ポンプ１Ｃが構成されている。この例では、ねじ溝排気部Ｌ２のねじ溝をステータＳ側に形成した例を示しているが、ねじ溝をロータＲ側に形成することも行われている。

上述したように、回転翼を分子流流域にて効率よく気体を排気するタービン翼とし、中間流領域にて気体を効率よく排気するねじ溝を形成したロータを組み合わせた複合型のターボ型真空ポンプが主流になってきており、この複合型は比較的多量のガスが流れる用途に適している。

特開昭６０−１２５７９５号公報

しかし、従来のターボ型真空ポンプでは、１Ｐａ以上の高圧側にて、ポンプ吸気圧力の上昇と共に排気速度が落ち込む特性を有しいていた。このため、大流量・低圧化に対応するためには、大型化のポンプが必要であった。

ターボ型真空ポンプの排気性能は、回転筒状部をできるだけ高速で回転させた方がよいことは言うまでもない。しかし、一般的なターボ分子ポンプ構造は、羽根車を構成する回転筒状部が、ステータを構成する固定筒状部の外側を覆って囲むような形状に形成されている。よって、ターボ型真空ポンプの回転数は、回転筒状部の最大内径部に発生する応力により制限される。従来のターボ型真空ポンプにおいて、回転数に制限があるため、流量を比較的多くし、かつ低圧にすることが求められる場合、排気速度の大きいポンプ、すなわちタービン翼径の大きいポンプが必要であり、ポンプが大型化してしまう。

また、回転筒状部が前述のように形成されているため、回転筒状部は一体構造とする必要があり、回転筒状部の一部が破損、変形、腐食等した場合、回転筒状部全体を交換しなければならない可能性が高く、長期的使用に対して不利であった。

そこで、本発明は、上記の点に鑑み、１〜１０００Ｐａの圧力領域にて排気効率の高い回転翼をさらに高速で回転させ、ポンプ翼径を大型化させることなく、大流量・低圧化、すなわち排気速度を大きくでき、かつ長期的使用に対し有利なターボ型真空ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の態様に係る発明によるターボ型真空ポンプ１は、例えば図１に示すように、軸方向に気体を吸い込む吸気部２３Ａと、回転翼７０、２４と固定翼７１、２８とを交互に配置する排気部５０と、回転翼７０、２４を回転させる回転軸２１とを備え；回転翼７０、２４が、前記吸い込んだ気体を前記軸方向に排気する１段以上のタービン翼７０と、タービン翼７０の後流側に位置し、前記排気された気体をさらに遠心ドラッグ作用により排気する１段以上の遠心翼２４を含んで構成され；遠心翼２４が、該遠心翼２４を貫通する回転軸２１に固定され；遠心翼２４と回転軸２１の間に配置され、回転軸２１に締り嵌めされた円管リング４１をさらに備える。

このように構成するので、吸気部から気体を軸方向に吸い込み、高速回転すると回転翼と静止している固定翼との相互作用によって排気を行う。また、吸い込んだ気体はタービン翼にて軸方向に排気され、さらに遠心翼にて遠心ドラッグ作用により排気される。

上記翼構成により、比較的低圧側で高い排気効率を有するタービン翼と、比較的高圧側で高い排気効率を有する遠心翼とを組み合わせてターボ型真空ポンプを構成するため、ポンプ全体にて排気効率を高くできる。また遠心翼は径方向にガスを排気するため、軸方向長さを長くすることなく、流路長さを長くできる。よって、タービン翼および遠心翼が取り付けられる回転軸部の長さを短くできるので、ロータ全体の固有振動数が高くなり、高速回転化が容易となる。

前記遠心翼が、該遠心翼を貫通する前記回転軸に固定されるので、遠心翼のボス部の径を小さくすることができる。また半径方向の流れを生じさせることができ、流路長さを長くすることができるので、圧縮性能が向上する。また、遠心翼と回転軸の間に配置され、回転軸に締り嵌めされた円管リングをさらに備えるので、円管リングが締り嵌めされた回転軸の曲げ剛性を高めることができ、高速回転化が可能となる。その結果、大流量ガスを吸い込む場合でも、タービン翼の排気作用により吸気圧を低圧にすることができ、遠心翼の排気作用により高い圧力まで圧縮することが可能である。

第２の態様に係る発明によるターボ型真空ポンプ１は、第１の態様のターボ型真空ポンプにおいて、例えば図１に示すように、回転軸２１の吸気部側端面１１Ｂに固定され、さらにボス部７４を有するタービン翼部７３を備え；タービン翼７０が、ボス部７４に取り付けられる。

タービン翼部が、回転軸の吸気部側端面に固定されるので、タービン翼部のボス部の径を小さくすることができ、タービン翼部のボス部に作用する遠心力を低減でき、高速回転化が可能となる。その結果、大流量ガスを吸い込む場合でも、タービン翼の排気作用により吸気圧を低圧にすることができ、遠心翼の排気作用により高い圧力まで圧縮することが可能である。さらに、この構造によりタービン翼と遠心翼とが、別体構造となったので、回転翼の一部の破損、変形、腐食等が生じた場合に、その回転翼を交換すればよく、回転翼全体を交換する必要がないので長期的使用に対し有利なターボ型真空ポンプとすることができる。

上記目的を達成するため、第３の態様に係る発明によるターボ型真空ポンプ１は、例えば図１、図３に示すように、軸方向に気体を吸い込む吸気部２３Ａと、回転翼７０、２４と固定翼７１、２８とを交互に配置する排気部５０と、回転翼７０、２４を回転させる回転軸２１とを備え；回転翼７０、２４が、前記吸い込んだ気体を前記軸方向に排気する１段以上のタービン翼７０と、タービン翼７０の後流側に位置し、前記排気された気体をさらに遠心ドラッグ作用により排気する１段以上の遠心翼２４を含んで構成され；遠心翼２４の一段目とタービン翼７０の最終段との間の軸方向距離ＬＸが、タービン翼７０の最終段の外径Ｄｔ(図８)の１２％以上である。

このように構成するので、吸気部から気体を軸方向に吸い込み、高速回転すると回転翼と静止している固定翼との相互作用によって排気を行う。また、吸い込んだ気体はタービン翼にて軸方向に排気され、さらに遠心翼にて遠心ドラッグ作用により排気される。

上記翼構成により、比較的低圧側で高い排気効率を有するタービン翼と、比較的高圧側で高い排気効率を有する遠心翼とを組み合わせてターボ型真空ポンプを構成するため、ポンプ全体にて排気効率を高くできる。また遠心翼は径方向にガスを排気するため、軸方向長さを長くすることなく、流路長さを長くできる。よって、タービン翼および遠心翼が取り付けられる回転軸部の長さを短くできるので、ロータ全体の固有振動数が高くなり、高速回転化が容易となる。

遠心翼の一段目とタービン翼の最終段との間の軸方向距離が、タービン翼７０の最終段の外径の１２％以上であるので、タービン翼の最終段を出た、軸方向に流れる気体の流れ方向が、遠心翼の一段目とタービン翼の最終段との間の空間(軸方向距離)で、遠心翼の一段目の吸気部へと滑らかに変化し、気体が遠心翼の一段目にスムーズに吸い込まれる。流れの変化が滑らかであるので、この空間での圧力損失は少なく、ターボ型真空ポンプの性能を向上させることができる。

上記目的を達成するため、第４の態様に係る発明によるターボ型真空ポンプ１は、例えば図１、図３に示すように、軸方向に気体を吸い込む吸気部２３Ａと、回転翼７０、２４と固定翼７１、２８とを交互に配置する排気部５０と、回転翼７０、２４を回転させる回転軸２１とを備え；回転翼７０、２４が、前記吸い込んだ気体を前記軸方向に排気する１段以上のタービン翼７０と、タービン翼７０の後流側に位置し、前記排気された気体をさらに遠心ドラッグ作用により排気する１段以上の遠心翼２４を含んで構成され；遠心翼２４の一段目の直上流側に開口部４３Ａを有する隔壁４３をさらに備え；遠心翼２４の一段目が開口部４３Ａから前記気体を吸い込むように配置され；隔壁４３とタービン翼７０の最終段との間の軸方向距離Ｌｙが、タービン翼７０の最終段の外径の約１２％以上である。

隔壁とタービン翼の最終段との間の軸方向距離が、タービン翼の最終段の外径の約１２％以上であるので、タービン翼の最終段を出た、軸方向に流れる気体の流れ方向が、隔壁とタービン翼の最終段との間の空間(軸方向距離)で、隔壁の開口部および遠心翼の一段目の吸気部へと滑らかに変化し、遠心翼の一段目に気体がスムーズに吸い込まれる。流れの変化が滑らかであるので、この空間での圧力損失は少なく、ターボ型真空ポンプの性能を向上させることができる

第５の態様に係る発明によるターボ型真空ポンプ１は、第３の態様または第４の態様のターボ型真空ポンプにおいて、例えば図１に示すように、回転軸２１の吸気部側端面１１Ｂに固定され、さらにボス部７４を有するタービン翼部７３を備え；遠心翼２４が、該遠心翼２４を貫通する回転軸２１に固定され；タービン翼７０が、ボス部７４に取り付けられる。

前記遠心翼が、該遠心翼を貫通する前記回転軸に固定されるので、遠心翼のボス部の径を小さくすることができる。また半径方向の流れを生じさせることができ、流路長さを長くすることができるので、圧縮性能が向上する。
タービン翼部が、回転軸の吸気部側端面に固定されるので、タービン翼部のボス部の径を小さくすることができ、タービン翼部のボス部に作用する遠心力を低減でき、高速回転化が可能となる。その結果、大流量ガスを吸い込む場合でも、タービン翼の排気作用により吸気圧を低圧にすることができ、遠心翼の排気作用により高い圧力まで圧縮することが可能である。さらに、この構造によりタービン翼と遠心翼とが、別体構造となったので、回転翼の一部の破損、変形、腐食等が生じた場合に、その回転翼を交換すればよく、回転翼全体を交換する必要がないので長期的使用に対し有利なターボ型真空ポンプとすることができる。

第６の態様に係る発明によるターボ型真空ポンプ１は、第５の態様のターボ型真空ポンプにおいて、例えば図１に示すように、遠心翼２４と回転軸２１の間に配置され、回転軸２１に締り嵌めされた円管リング４１をさらに備える。

遠心翼と回転軸の間に配置され、回転軸に締り嵌めされた円管リングをさらに備えるので、円管リングが締り嵌めされた回転軸の曲げ剛性を高めることができ、高速回転化が可能となる。その結果、大流量ガスを吸い込む場合でも、タービン翼の排気作用により吸気圧を低圧にすることができ、遠心翼の排気作用により高い圧力まで圧縮することが可能である。

第７の態様に係る発明によるターボ型真空ポンプ１は、第１の態様、第２の態様または第６の態様のいずれか１の態様のターボ型真空ポンプにおいて、例えば図１に示すように、円管リング４１の外径に対する回転軸２１の外径の割合が７５％以上である。

このように構成すると、円管リングが締り嵌めされた回転軸の曲げ剛性をより効果的に高めることができ、高速回転化が可能となる。

本発明は、上記翼構成により、比較的低圧側で高い排気効率を有するタービン翼と、比較的高圧側で高い排気効率を有する遠心翼とを組み合わせてターボ型真空ポンプを構成するため、ポンプ全体にて排気効率を高くできる。また遠心翼は径方向にガスを排気するため、軸方向長さを長くすることなく、流路長さを長くできる。よって、タービン翼および遠心翼が取り付けられる回転軸部の長さを短くできるので、ロータ全体の固有振動数が高くなり、高速回転化が容易となり、１〜１０００Ｐａの圧力領域にて排気効率の高い回転翼をさらに高速で回転させ、ポンプ翼径を大型化させることなく、大流量・低圧化、すなわち排気速度を大きくでき、かつ長期的使用に対し有利なターボ型真空ポンプを提供することができる。
また、遠心翼が、該遠心翼を貫通する前記回転軸に固定すると、遠心翼のボス部の径を小さくすることができる。また半径方向の流れを生じさせることができ、流路長さを長くすることができるので、圧縮性能が向上する。また、タービン翼部を、回転軸の吸気部側端面に固定すると、タービン翼部のボス部の径を小さくすることができ、タービン翼部のボス部に作用する遠心力を低減でき、高速回転化が可能となる。その結果、大流量ガスをタービン翼の排気作用により低圧にすることができ、遠心翼の排気作用により高い圧力まで圧縮することが可能となった。さらに、この構造によりタービン翼と遠心翼とが、別体構造となるので、回転翼の一部の破損、変形、腐食等が生じた場合に、その回転翼を交換すればよく、回転翼全体を交換する必要がないので長期的使用に対し有利なターボ型真空ポンプとすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るターボ型真空ポンプ１の構成を示す正面断面図である。以下、図を参照して説明する。ターボ型真空ポンプ１(以下、適宜ポンプ１という)は、縦型であり、排気部５０と、運動制御部５１と、回転軸２１と、排気部５０と運動制御部５１と回転軸２１とを収納するケーシング５３とを備える。回転軸２１は鉛直方向上下に配置され、排気部５０側の排気部側部２１Ａと、運動制御部５１側の運動制御部側部２１Ｂと、排気部側部２１Ａと運動制御部側部２１Ｂの間の円板形状の大径部５４とを有する。

ケーシング５３は、上ハウジング(ポンプステータ)２３と、上ハウジング２３の鉛直方向（ポンプ１の軸方向）下方側に配置された下ハウジング３７と、上ハウジング２３と下ハウジング３７との間に配置されたサブケーシング４０を備える。上ハウジング２３は、最上部に形成された吸気部としての吸気ノズル２３Ａを有し、サブケーシング４０は、側面に形成された排気部としての排気ノズル２３Ｂを有する。上ハウジング２３は、排気部５０と回転軸２１の排気部５０側の排気部側部２１Ａとを収納する。吸気ノズル２３Ａには吸気開口部５５Ａが形成され、排気ノズル２３Ｂには排気開口部５５Ｂが形成されている。吸気ノズル２３Ａは、流体としてのガス(例えば、腐食性プロセスガス、または反応生成物を含むガス)を吸気開口部５５Ａから鉛直方向下方に吸気し、排気ノズル２３Ｂは排気開口部５５Ｂから吸気されたガスを水平方向に排気する。

排気部５０は、複数段(五段)からなる固定翼７１、２８と、複数段(三段)からなる回転翼としてのタービン翼７０を有するタービン翼部７３と、複数段(三段)からなる回転翼としての遠心翼(遠心ドラッグ翼)２４とを含んで構成される。固定翼７１は、三段からなりタービン翼７０の直後流側に配置され、固定翼２８は、二段からなり一段目及び二段目の遠心翼２４の直後流側に配置されている。一段目の遠心翼２４の上流側には、隔壁としての遠心隔壁４３が配置され、タービン翼７０を出た気体は遠心隔壁４３の開口部４３Ａを通り開口部４３Ａから一段目の遠心翼２４に吸い込まれる。

タービン翼７０の最終段の直後流側に配置された固定翼７１は、平面に形成された排気側面７９(図３)を排気側に有し、遠心隔壁４３は平面に形成された排気側面９７(図３)を吸気側に有し、排気側面７９と排気側面９７との間には、略中空円筒状の空間が形成されている。この空間の外径は、タービン翼７０の最終段の外径にほぼ等しく形成されている。

遠心翼２４は、タービン翼７０から軸方向距離Ｌｘだけ離れて配置されている。すなわち、タービン翼７０の最終段の直後流側に配置された固定翼７１の排気側面７９と、遠心翼２４の一段目の後述の吸気側の前端面２６Ａ(図６(b))との間の軸方向距離はＬｘである。また、タービン翼７０の最終段の固定翼７１の排気側面７９と、遠心隔壁４３の排気側面９７との間の軸方向距離は、Ｌｙである。

排気部５０は、三段のタービン翼７０を有するタービン翼部７３を備える。タービン翼部７３のボス部７４には中空部１２が形成され、中空部１２の底部１２Ｂには貫通孔５８が形成されている。中空部１２の内径は、貫通孔５８の内径より大きく形成されている。貫通孔５８の内径は、回転軸２１の外径より小さく形成されている。タービン翼部７３の下部の端面(反吸気側部端面)１１Ｂは、端面１１Ｂから突出する段付部１４が形成されている。貫通孔５８は、段付部１４をも貫通している。

回転軸２１の上部の吸気部側端面１５には、凹部１３が形成され、凹部１３の底部にはネジ穴１８が形成されている。吸気部側端面１５には、タービン翼部７３がネジ部材としての六角ボルト７８により固定して取り付けられ、回転軸２１の凹部１３にはタービン翼部７３の段付部１４が係合している。この段付部１４が凹部１３へ係合する構造により、タービン翼部７３の回転軸２１に対する同心出しが容易となり、タービン翼部７３を中心軸を一致させ傾きを生じることなく取り付けることができるので、高速回転中にアンバランスが増大することを防ぎ、高速回転時の安定性を得ることができる。六角ボルト７８は、貫通孔５８を貫通し、ねじ穴１８に挿入されている。中空部１２の内径は、六角ボルト７８の頭部の外径よりわずかに大きく形成し、六角ボルト７８の挿入、ねじ込みに適した値とする。

一段目の遠心翼２４は、回転軸２１の吸気部側端面１５から離れた位置に配置されている。図中、六角ボルト７８の本数は一本であるが、軸心から等距離に等配された複数本であってもよい。

円管状の円管リング４１が、回転軸２１の排気部５０側の排気部側部２１Ａに、焼き嵌め(締り嵌め)にて取り付けられている。遠心翼２４の中心部には、嵌合孔２５が形成されている。円管リング４１が焼き嵌めにて取り付けられた回転軸２１が嵌合孔２５を貫通し、遠心翼２４は、回転軸２１に嵌合により固定して取り付けられ、順々に積層されている。円管リング４１は、回転軸２１の径方向、遠心翼２４と回転軸２１との間に位置する。円管リング４１は、回転軸２１の軸方向に、三段の遠心翼２４が取り付けられている箇所をカバーし、さらに遠心翼２４が取り付けられていない箇所から吸気部側端面１５に至る箇所をカバーする。円管リング４１の遠心翼２４から飛び出ている部分には円管リング４１の径方向外側に軸スリーブ４２が取り付けられている。

図２（ａ）は、円管リング４１の斜視図、図２（ｂ）は、回転軸２１(排気部５０側の排気部側部２１Ａを図示)の部分斜視図、図２（ｃ）は、円管リング４１が焼き嵌めされた図２（ｂ）の回転軸２１の部分斜視図である。図２（ｄ）は、円管リングが焼き嵌めされていない回転軸２２１の部分斜視図であり、図２（ｂ）の回転軸２１に対応する部分を図示する。円管リング４１は、外径がＤ１、内径がＤ２である。回転軸２１の外径はＤ３、回転軸２２１の外径はＤ１である。Ｄ３＞Ｄ２であるので、円管リング４１は回転軸２１に締り嵌めされている。回転軸２１に焼き嵌めされた状態の円管リング４１の外径はＤ１である。回転軸２１と、円管リング４１と、回転軸２２１とは、図示部分の長さが同じである。なお、図示していないが、回転軸２１と、回転軸２２１との相違部分は、円管リングの有無のみであり、同じタービン翼、遠心翼が取り付けられる。

再び、図１を参照して説明する。前述のように本実施の形態のポンプ１の回転軸２１には、遠心翼２４が貫通固定される部分に円管リング４１を焼き嵌めしている。回転軸２１に円管リング４１を焼き嵌めることにより、回転軸２１および円管リング４１に内部応力が作用し、円管リング４１を含む回転軸２１の軸全体の曲げ剛性(以下、剛性)が増し、固有振動数が上昇する。本実施の形態のこの構成を採用すれば、外径がＤ１の円管リング４１が焼き嵌めされた外径Ｄ３（＜Ｄ１）の回転軸２１を含む軸全体の固有振動数は、円管リングが焼き嵌めされていない外径Ｄ１の回転軸の固有振動数より上昇するので、(1)遠
心翼２４が固定される位置の回転する軸(円管リングと回転軸)の外径はＤ１であり、円管リングのない回転軸２２１(図２)の外径Ｄ１と同じであるので、同一回転数下では遠心翼２４に発生する応力は同一である。(2)円管リング４１を含む回転する軸の全体の剛性が
上がっているので、当該回転する軸の延長が可能であり、最終段のタービン翼７０と一段目の遠心翼２４との間の軸方向寸法を十分に取ることができ、タービン翼７０の排気性能を向上させることができる。

焼き嵌める円管リング４１の外径Ｄ１に対して、回転軸２１の外径Ｄ３、円管リング４１の内径Ｄ２を小さくしすぎると、焼き嵌めによる内部応力の向上以上に、円管リング４１が回転軸２１に作用する負荷質量としての作用(質量、慣性モーメント)の方が大きくなってしまい、この結果、円管リング４１と回転軸２１を含む回転する軸全体の剛性向上を得ることはできない。
比率(Ｄ３／Ｄ１)が大きくなると、回転軸２１そのものの外径寸法Ｄ３、円管リング４１の内径Ｄ２を大きく取れるので、円管リング４１の負荷質量としての作用(質量、慣性モーメント)は小さくなるが、焼き嵌め円管リング４１の肉厚が薄くなる。当該肉厚が薄くなりすぎると、円管リング４１の回転時の内径応力が許容応力を超えてしまい、円管リング４１の破損のおそれがある。
円管リング４１と回転軸２１の各外径寸法の比(Ｄ３／Ｄ１)は、各々の材質、焼き嵌め代等により、最適値が求められる。計算結果によれば、焼き嵌める円管リング４１の外径Ｄ１と回転軸２１の外径Ｄ３の比(Ｄ３／Ｄ１)は、７５％以上に設定するのが好適である。当該比(Ｄ３／Ｄ１)の最大値は、円管リング４１と回転軸２１の各外径寸法、各々の材質、焼き嵌め代、回転数等を考慮し、円管リング４１の破損が生じないように適宜決められる。

回転する軸を円管リング４１と回転軸２１に分けたことにより、円管リング４１の材質を回転軸２１のそれとは違う高ヤング率材料にすることも可能である。回転軸２１の材料は、一般的にマルテンサイト系ステンレス鋼を用いており、ヤング率は、約２００ＧＰａである。円管リング４１の材料として、チタンホウ化物粒子を複合化した高ヤング率鋼を用いれば(ヤング率：２５０ＧＰａ以上)、さらに軸全体の剛性の向上、ロータ固有振動数の向上を図ることができる。

下ハウジング３７は、運動制御部５１と、回転軸２１の運動制御部５１側の運動制御部側部２１Ｂとを収納する。運動制御部５１は、上保護ベアリング３５と、上ラジアル磁気軸受３１と、回転軸２１を回転駆動するモータ３２と、下ラジアル磁気軸受３３と、下保護ベアリング３６と、アキシャル磁気軸受３４とを、鉛直方向上方から下方にこの順序で含んで構成される。上ラジアル磁気軸受３１と、下ラジアル磁気軸受３３とは、回転軸２１を回転自在に支持する。アキシャル磁気軸受３４は、図中下方向にかかる回転体の自重による力、図中上下にかかるスラスト力を支持する。

各磁気軸受３１、３３、３４は、いずれも能動磁気軸受である。磁気軸受３１、３３、３４のいずれかに異常が発生したときには、上保護ベアリング３５は、上ラジアル磁気軸受３１の代わりに回転軸２１を回転軸２１の径方向に支持し、下保護ベアリング３６は、下ラジアル磁気軸受３３およびアキシャル磁気軸受３４の代わりに、回転軸２１を回転軸２１の径方向および軸方向に支持する。

図３を参照して、タービン翼７０及び遠心翼２４の外径寸法について説明する。
二段目及び三段目のタービン翼７０の外径は等しく、一段目のタービン翼７０の外径より小さい。また、タービン翼７０は全て回転軸２１の吸気部側端面１５より吸気部側(吸気ノズル２３Ａ側)に位置し、タービン翼７０のうち最下段(最も排気ノズル２３Ｂ側の段)、すなわち三段目のタービン翼７０は、回転軸２１の吸気部側端面１５より吸気部側に位置している。このように構成すると、タービン翼部７３のボス部の径を小さくすることができ、タービン翼部７３のボス部に作用する遠心力を低減でき、高速回転化をより効果的に行うことができる。最下段に位置するタービン翼７０の位置が、吸気部側端面より軸方向吸気部側にあるとは、最下段のタービン翼７０の反吸気側面が吸気部側端面と軸方向同じ位置にある場合を含むもとのとする。なお、最下段に位置しているタービン翼７０は、吸気部から最も遠くに位置する。
図に示す三段目のタービン翼７０の外径Ｄtminは、軸方向位置が吸気部側端面１５より吸気部側にあるタービン翼７０の外径のうち最小外径であるといえる。一般的にタービン翼の外径は、最下段の外径が、タービン翼の外径のうち最小外径に等しい。

一段目から三段目の遠心翼２４は、外径が等しく形成されている。図に示す一段目(最上段)の遠心翼２４の外径Ｄgmaxは、遠心翼２４の外径のうち最大外径であるとする。すなわち、全ての遠心翼の外径が等しい場合は、その外径を最大外径とする。一般的に多段の遠心翼の外径は、最上段の遠心翼の外径が、最大値となるように形成されている。

図に示すように、軸方向位置が吸気部側端面１５より吸気部側にあるタービン翼７０の最小外径Ｄtminが、遠心翼２４の最大外径Ｄgmaxより大きく形成されている。このように構成すると、最小外径を有するタービン翼の排気性能を向上させることができ、高い排気性能を有するポンプ１とすることができる。

図４(ａ)、(ｂ)を参照して、タービン翼部７３(図１)の構成を説明する。図４(ａ)は、タービン翼部７３を吸気ノズル２３Ａ（図１）側から見た平面図であり、タービン翼部７３については一段目のタービン翼７０のみを図示し、六角ボルト７８（図１）を省略した図である。図４(ｂ)は、一段目のタービン翼７０を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図である。

タービン翼部７３は、ボス部７４と、タービン翼７０とを有し、タービン翼７０はボス部７４の外周部に放射状に取り付けられた板状の複数の羽根７５を備える。ボス部７４には、中空部１２及び貫通孔５８が形成されている。羽根７５は、回転軸２１の中心軸線からβ１（例えば、１０〜４０度）だけねじれた捩れ角をもって取り付けられている。二段目、三段目のタービン翼７０の構成（図４(ａ)、(ｂ)に不図示）は、一段目のタービン翼７０の構成と同じであるが、羽根７５の枚数、羽根７５の取付角度β１、ボス部７４の羽根７５を取り付けた部分の外径、羽根７５の長さは、適宜変えてもよい。

図５(ａ)、(ｂ)、(ｃ)を参照して、一段目の固定翼７１の構成を説明する。図５(ａ)は、一段目の固定翼７１を吸気ノズル２３Ａ（図１）側から見た平面図である。図５(ｂ)は、一段目の固定翼７１を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図であり、図５(ｃ)は図５(ａ)のＸ−Ｘ断面図である。

固定翼７１は、円環状の円環部７６と、円環部７６の外周部に放射状に取り付けられた板状の羽根７７とを備える。円環部７６の内周部は軸孔６０を形成し、軸孔６０を回転軸２１（図１）が貫通している。羽根７７は、回転軸２１の中心軸線からβ２（例えば、１０〜４０度）だけねじれた捩れ角をもって取り付けられている。二段目、三段目の固定翼７１の構成（図５(ａ)、(ｂ)、(ｃ)に不図示）は、一段目の固定翼７１の構成と同じであるが、羽根７７の枚数、羽根７７の取付角度β２、円環部７６の外径、羽根７７の長さは、適宜変えてもよい。

図６(ａ)、(ｂ)を参照して遠心翼２４の構成を説明する。図６(ａ)は、一段目の遠心翼２４を吸気ノズル２３Ａ(図１)側から見た平面図であり、図６(ｂ)は、正面断面図である。一段目の遠心翼２４は、ボス部６１を有する略円板状の基部２７と、基部２７の一方の面である表面２７Ａ上に固定される渦巻状羽根２６とを備える。遠心翼２４の回転方向は、図６(ａ)中時計方向である。

渦巻状羽根２６は、図６(ａ)に示すような渦巻き形状の複数(６枚)の羽根からなる。渦巻状羽根２６は、回転方向に対して後ろ向き(回転方向とは反対向き)にガス流れ方向に延びる構造である。吸気側の前端面２６Ａを有する渦巻状羽根２６は、ボス部６１の外周面６１Ａから基部２７の外周部２７Ｃまで達している。表面２７Ａの反対側の他方の面は裏面２７Ｂであり、表面２７Ａおよび裏面２７Ｂは、回転軸２１(図１)の中心軸線に対して例えば、垂直である。なお、前述の嵌合孔２５は、ボス部６１に形成されている。二段目、三段目の遠心翼２４の構成（図６(ａ)、(ｂ)に不図示）は、一段目の遠心翼２４の構成と同じであるが、渦巻状羽根２６の枚数、形状、ボス部６１の外径は、渦巻状羽根２６により形成される流路の長さは、適宜変えてもよい。

遠心翼２４を製作するには、円板形状の素材(不図示)からエンドミル加工等の機械加工により、基部２７から突出する凸形状を有する渦巻状羽根２６を形成する方法が、翼寸法精度の向上や高比強度材料(例えば、アルミ合金、チタン合金、セラミックス等)使用の観点から、高速回転(例えば、周速３００〜６００ｍ／ｓ)を行う回転翼として最も一般的な方法である。

図７(ａ)、(ｂ)を参照して一段目の固定翼２８の構成を説明する。図７(ａ)は、固定翼２８を吸気ノズル２３Ａ(図１)側から見た平面図である。図７(ｂ)は、正面断面図である。固定翼２８は、外周壁６２と側壁６３とを有する固定翼本体３０と、側壁６３の片方の表面６３Ａから突出し、断面が凸形状である渦巻状ガイド２９とを備える。遠心翼２４(
図１)の回転方向は、図７(ａ)中時計方向である。

渦巻状ガイド２９は、図７(ａ)に示すような渦巻き形状の複数(６枚)のガイドからなる。渦巻状ガイド２９は、回転方向に対して前向き(回転方向と同じ向き)にガス流れ方向に延びる構造である。渦巻状ガイド２９は、固定翼２８の外周壁６２の内周部６２Ａから側壁６３の内周部６３Ｃまで達している。回転軸２１の中心軸線に直角な平面上にある、渦巻状ガイド２９の端面２９Ａは、滑らかな面である。側壁６３の、渦巻状ガイド２９とは反対側に位置する裏面６３Ｂは、平らで滑らかな面である。したがって、遠心翼２４（図６）の渦巻状羽根２６に直接面する固定翼２８の裏面６３Ｂは、遠心翼２４の渦巻状羽根２６の間に形成された方向６５（図６（ａ））に沿う流路を流れるガスの流れを乱すことはない。二段目の固定翼２８の構成（図７(ａ)、(ｂ)に不図示）は、一段目の固定翼２８の構成と同じであるが、渦巻状ガイド２９の枚数、形状は、適宜変えてもよい。

図８は、単段のタービン翼１７０(図４のタービン翼７０と同様の構造)と単段の遠心翼１２４(図６の遠心翼２４と同様の構造)とを回転軸１２１に取り付けたターボ型真空ポンプ１０１を示す部分模式断面図である。タービン翼１７０の後流側には、タービン固定翼１７１(図５のタービン固定翼７１と同様の構造)が配置されている。タービン翼１７０は羽根１７５を有し外径がＤｔであり、遠心翼１２４は渦巻状羽根１２６を有する。タービン翼１７０と遠心翼１２４とは軸方向距離Ｌｘだけ離れて配置されている。タービン翼１７０と遠心翼１２４との間の軸方向距離Ｌｘは、タービン翼１７０の羽根１７５の基端部の後流側端面から、遠心翼２４の渦巻状羽根１２６の基端部の前端面までの軸方向距離（回転軸１２１の中心線に平行）である。図のタービン翼１７０は、図１の最終段のタービン翼７０に対応し、図の遠心翼１２４は図１の１段目の遠心翼２４に対応する。ターボ型真空ポンプ１０１は、タービン翼１７０の吸気側圧力Ｐｓと、排気側圧力Ｐｄとが、測定可能に構成されている（圧力単位はともにＴorr）。

図９は、ターボ型真空ポンプ１０１(図８)の前述のＬｘを可変にして、Ｌｘ／Ｄｔ(図８)をパラメータ（８、１０、１２、１５％）とし（タービン翼単体の場合を含む）、横軸をタービン翼１７０の排気側圧力Ｐｄ、縦軸をＰｄ／Ｐｓにして表し、タービン翼単段での実験として、タービン翼後流に遠心隔壁１４３を配置し、遠心隔壁１４３のタービン翼性能への影響を調べた性能グラフである。遠心翼１２４をタービン翼１７０に近接し、軸方向距離Ｌｘが小さくなると、タービン翼１７０から排気された気体は、１段目の遠心翼１２４の上流側にある遠心隔壁１４３に衝突し、滑らかに遠心翼１２４に吸入されない。性能グラフ上でＰｄ／Ｐｓが１以下になっているのは、気体がタービン翼１７０に逆流していることを表す。軸方向距離Ｌｘを大きく取ることにより、遠心隔壁１４３の影響が低減していき、また、タービン翼１７０の最終段を出た、軸方向に流れる気体の流れ方向が、タービン翼１７０と遠心翼１２４の間の空間(軸方向距離)を流れている間に、遠心翼１２４の吸気部へと滑らかに変化し、気体が遠心翼１２４にスムーズに吸い込まれるので、タービン翼１７０の性能が、本来のタービン翼単体の性能に近づく。

回転する軸の剛性を上げ振動固有数を上昇させることにより、タービン翼１７０と遠心翼１２４との間の軸方向寸法Ｌｘを大きくとることが可能となり、回転軸１２１の長さを延長することが可能となる。
図に示した性能グラフから、次の結果が得られた。すなわち、Ｌｘ／Ｄｔを約１５％以上を確保すれば、以下図１のターボ型真空ポンプ１で説明すると、最終段タービン翼７０と１段目の遠心翼２４との間の軸方向寸法Ｌｘを最終段タービン翼７０の外径の約１５％を確保すれば、タービン翼単段７０の性能とほぼ同等となり、遠心隔壁４３の影響はほとんどなくなるという結果が得られた。軸方向寸法Ｌｘは、できるだけ長く確保できればよいが、ポンプ寸法の制約や、磁気軸受の安定制御を確保できるポンプのロータ全体の固有振動数の制限を考慮すると、Ｌｘ／Ｄｔは１２％以上を確保することが望ましい。この場合、本実施の形態では、ＬｘはほぼＬｙに等しいので、Ｌｙ／Ｄｔは約１２％以上である。またこの場合、タービン翼７０の最終段の直後流側の固定翼７１と遠心隔壁４３との間の軸方向距離は、タービン翼７０の最終段の外径の９％以上となる。本実施の形態では、当該固定翼７１の軸方向幅と当該固定翼とタービン翼７０の最終段との間の軸方向距離との合計は、タービン翼７０の最終段の外径の３％に相当するよう構成されている。

次に、図１〜図７を適宜参照してターボ型真空ポンプ１の作用を説明する。

一段目のタービン翼７０が回転することによって、ポンプ１の吸気ノズル２３Ａから図１中、軸方向にガスが導入される。タービン翼７０を使用することにより排気速度を大きくすることができ、比較的多量の気体を排気することができる。導入されたガスは固定翼７１により減速され圧力が上昇する。同様に二段目及び三段目のタービン翼７０及び固定翼７１により軸方向に排気され、圧力が上昇する。

次に、一段目の遠心翼２４が回転することによって、軸方向にガスが導入される。一段目の遠心翼２４に導入されたガスは、一段目の遠心翼２４と一段目の固定翼２８との相互作用、すなわち当該ガスの粘性によるドラッグ作用、さらに遠心翼２４の回転による遠心作用により、一段目の遠心翼２４の基部２７の表面２７Ａに沿い、一段目の遠心翼２４の外径側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。

すなわち、一段目の遠心翼２４に導入されたガスは、当該遠心翼２４に対して図６(ｂ)中、略軸方向６４に導入され、一段目の遠心翼２４の渦巻状羽根２６の間に形成された流路６８を通り外径側に向かう方向に流れ、圧縮され、排気される。このガスの流れの方向は、図６(ａ)、(ｂ)に示す方向６５であり、この方向は、一段目の遠心翼２４に対するガスの流れ方向である。

一段目の遠心翼２４によって外径側へ向かって圧縮されたガスは、次に一段目の固定翼２８に流れ込み、外周壁６２の内周部６２Ａによって、図７(ｂ)中、略軸方向６６に方向を変え、渦巻状ガイド２９が設けられた空間へ流れ込む。一段目の遠心翼２４が回転することによって、固定翼２８の渦巻状ガイド２９の端面２９Aと、一段目の遠心翼２４の基部２７の裏面２７Ｂとのガスの粘性によるドラッグ作用によって、一段目の固定翼２８の側壁６３の表面６３Ａ(側壁６３の渦巻状ガイド２９が取り付けられている方の面)に沿い、一段目の固定翼２８の内径側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。一段目の固定翼２８の内径側に達したガスは、一段目の遠心翼２４のボス部６１の外周面６１Ａによって、図６(ｂ)中、略軸方向６４に方向が変わり、二段目の遠心翼２４に導入される。同様の圧縮、排気が行われ、三段目の遠心翼２４を経て、排気ノズル２３Ｂから排出される。吸気圧は、１〜１０００Ｐａの低圧領域であり、排気圧は、１００Ｐａ〜大気圧の高圧領域である。

回転軸２１に取り付けられる回転翼(遠心翼２４、後述の円周流翼８８)の回転軸２１の外径部への嵌合は、締まり嵌めでも、隙間嵌めでもよい。隙間嵌めの場合の優位点としては、(1)遠心翼２４の回転軸２１への組立が容易である。(2)遠心翼２４を回転軸２１に組み立てた後でも、任意の遠心翼を取り外すことが可能である。よって、例えば、オーバーホールにおいて、破損、変形、腐食等が生じた場合に、破損等の大きい翼要素のみを、交換することができる。締まり嵌めの場合の優位点としては、(1)締まり嵌め効果による回転体(ロータ)の剛性上昇により回転体全体の固有振動数が上昇し、回転数制御の余裕度が増す。

本実施の形態のポンプ１によれば、タービン翼部７３は一体材料から形成することができ、回転軸２１の吸気部側端面１５に固定する構造とした。すなわち、回転軸１０４を収納するステータＳと、中空部１０５ａを有するロータＲとを備える従来のポンプ１Ｃであって、中空部１０５ａにステータＳを収納し、すなわちステータＳの外側にロータＲを配置するポンプ１Ｃ（図１６）とは相違する構造のポンプとしている。従来のポンプ１Ｃでは、中空部１０５ａの内径部に発生する遠心応力により、回転数が制限されていた。しかし、本実施の形態のポンプ１では、タービン翼部７３の貫通孔５８の内径寸法は六角ボルト７８を貫通させるに十分大きい値とすればよく、また貫通孔５８の内径寸法は、回転軸２１の外径寸法より小さく形成される。タービン翼部７３の中空部１２の内径も、貫通孔５８の内径よりわずかに大きい値であり、回転軸２１の外径寸法より小さく形成される。よって、貫通孔５８の内径、中空部１２の内径を共に、上記の中空部１０５ａ（図１６）の内径より大幅に小さくすることができ、発生する遠心応力を大幅に低減することができるので、高速回転化が可能である。

遠心翼２４は、中心部に形成された嵌合孔２５に回転軸２１を貫通させて、回転軸２１上に積層させて取り付ける構造としたので、嵌合孔２５の内径を上記の中空部１０５ａ(図１６)の内径より大幅に小さくすることができ、タービン翼７０と同様に、嵌合孔２５の内径に発生する遠心応力を大幅に低減することができるので、高速回転化が可能となった。また、このような構造としたことにより、軸方向に導入し外径方向に方向６５に沿う流路に沿って流れる構造とすることができ、流路長さを大幅に長くすることができるので、排気性能、特に圧縮性能を向上させることができる。また、固定翼２８で内径方向に流路に流れる構造とすることができ、固定翼２８で排気する気体を長い流路６７にそって流し流速を減速させる構造とすることができるので、排気、圧縮性能を向上させることができる。

軸方向位置が吸気部側端面１５より吸気部側にあるタービン翼７０の最小外径Ｄtminが、遠心翼２４の最大外径Ｄgmaxより大きく形成されているので、最小外径を有するタービン翼７０の排気性能を向上させることができ、高い排気性能を有するポンプ１とすることができる。上記のタービン翼７０の最小外径Ｄtminと、上記の遠心翼２４の最大外径Ｄgmaxの比を、好ましくは１．２以上とするとよい。このようにすると、最小外径を有するタービン翼７０の排気性能をさらに向上させることができる。

遠心翼２４及び固定翼２８が多段構造であり、各遠心翼２４の渦巻状羽根２６、表面２７Ａ、及び各固定翼２８の渦巻状ガイド２９、表面６３Ａ、外周壁６２の内周部６２Ａに軸方向からアクセスすることができるので、遠心翼２４及び固定翼２８の加工が容易になり、製作費を低減することができる。

タービン翼部７３を回転軸２１の吸気部側端面１５に取り付ける構造としたので、回転翼であるタービン翼７０と遠心翼２４とが別体構造となり、タービン翼７０と遠心翼２４のいずれか一方に破損、変形、腐食等が生じた場合に、その破損等が生じた回転翼を交換すればよく、ロータ全体を交換する必要がないので長期的使用に対し有利なポンプとすることができる。また、遠心翼２４を多段構造とし、各遠心翼２４を別体構造としたので、いずれかの遠心翼２４に破損、腐食等が生じた場合に、その破損、腐食等が生じた遠心翼２４を交換すればよく、ロータ全体を交換する必要がないので長期的使用に対し有利なポンプとすることができる。

また、回転翼を上記のように複数の要素に分解して別体に構成したので、万一の回転翼破壊時に、回転翼全てが同時に破壊することは確率上極めて低いため、ポンプのケーシング側に作用する衝撃を小さくすることができ、ポンプのケーシングが破壊される可能性を極力抑え、またポンプに直接的、間接的に結合される周辺装置への衝撃力を小さくすることができ、安全なポンプとすることができる。

タービン翼部７３の貫通孔５８の内径寸法が、回転軸２１の外径寸法より小さく形成されているので、貫通孔５８の内径部に発生する応力を低減することができ、中空部１２に過大な応力が発生することがない構造とすることができるので、高速回転化が可能である。回転軸２１の外径は、回転体全体の固有振動数をできるだけ高くするため、遠心翼２４または後述の円周流翼８８(図１３)の内径応力が許す限り、太く設計することが望ましい。タービン翼部７３を回転軸２１の吸気部側端面１５に固定する構造としたため、この構造により回転体の固有振動数が低減しても、固有振動数が運転回転数範囲に対して十分離れているように回転軸２１の外径を決定する。このため、タービン翼部７３を六角ボルト７８により回転軸２１の吸気部側端面１５に取り付けるため形成された貫通孔５８の内径は、回転軸２１の外径より小さく形成される。

低圧側で高い排気効率を有するタービン翼７０と、高圧側で高い排気効率を有する遠心翼２４とを上述のように組み合わせてターボ型真空ポンプ１を構成するため、ポンプ全体にて排気効率を高くできる。また遠心翼２４は径方向にガスを排気するため、軸方向長さを長くすることなく、流路長さを長くできる。よって、タービン翼７０および遠心翼２４が取り付けられる回転軸部の長さを短くできるので、ロータ全体の固有振動数が高くなり、高速回転化が容易となる。

本第１の実施の形態のポンプ１によれば、遠心翼２４が、遠心翼２４を貫通する回転軸２１に固定されるので、遠心翼２４のボス部６１の径を小さくすることができる。また遠心翼２４で半径方向の流れを生じさせることができ、流路長さを長くすることができるので、圧縮性能が向上する。また、タービン翼７０を有するタービン翼部７３が、回転軸２１の吸気部側端面１５に固定されるので、タービン翼部７３のボス部７４の径を小さくすることができ、タービン翼部７３のボス部７４に作用する遠心力を低減でき、高速回転化が可能となる。その結果、大流量ガスを吸い込む場合でも、タービン翼の排気作用により吸気圧を低圧にすることができ、遠心翼の排気作用により高い圧力まで圧縮することが可能である。さらに、この構造によりタービン翼７０と遠心翼２４とが、別体構造となったので、回転翼の一部の破損、変形、腐食等が生じた場合に、その回転翼を交換すればよく、回転翼全体を交換する必要がないので長期的使用に対し有利なポンプ１とすることができる。

本実施の形態のポンプ１のように、タービン翼７０と遠心翼２４を軸方向に直列に回転軸２１に固定する構造では、最終段のタービン翼７０と一段目の遠心翼２４間の軸方向寸法Ｌｘを小さく(狭く)し過ぎると、最終段のタービン翼７０の性能が悪化する。その理由は、以下の通りである。回転する一段目の遠心翼２４の上流側に、軸方向の微少クリアランスを形成して、ディスク形状の遠心隔壁４３が配置されている。遠心隔壁４３は、開口部４３Ａを有する。最終段のタービン翼７０から排気された気体は、開口部４３Ａを通過して、一段目の遠心翼２４の内径側より吸入され、遠心力とドラッグ作用により内径側から外径側へ圧縮される。このとき、タービン翼７０と遠心翼２４との間の軸方向寸法Ｌｘが小さいと、タービン翼７０から排気された気体は、遠心隔壁４３に衝突し、滑らかに遠心翼２４の内径部に吸入されない。若しくは、衝突した気体は、タービン翼７０に逆流してしまう。

この軸方向寸法Ｌｘを大きくし、この問題を解決するためには、回転軸２１の軸方向の長さを大きく取る必要があるが、こうするとロータ固有振動数が低下してしまい、磁気軸受３１、３３、３４による安定回転が困難になる。また、回転軸２１の軸方向の長さを長くし、かつ固有振動数を上げるには、回転軸２１の外径寸法を大きくし、回転軸２１の太軸化を図る必要がある。しかし、遠心翼２４は回転軸２１に貫通固定されているので、回転軸２１の太軸化にともない、遠心翼２４の貫通部内径が大きくなり、内径部の応力増加を招いてしまい、高速回転化が図れない。

本実施の形態では、回転軸２１に円管リング４１を焼き嵌め(締り嵌め)することにより、回転軸２１の外径(遠心翼２４の貫通部内径)を増加させることなく、軸方向寸法Ｌｘを前述のように長くとることを可能にし、最終段のタービン翼７０と一段目の遠心翼２４の間の気体の流れを滑らかにし、かつロータの固有振動数を高周波数化して高速回転を実現化し、優れたポンプ排気性能を得られるターボ型真空ポンプ１を提供できる。

図１０に示すように、ポンプ１のタービン翼部７３は、タービン翼部７３の下部の端面(反吸気側部端面)１１Ｂに、回転軸２１が係合する円環状凸部８３を有するようにしてもよい。円環状凸部８３の内径は、回転軸２１の外径に等しく形成する。この円環状凸部８３により、タービン翼部７３の回転軸２１に対する同心出しが容易となり、タービン翼部７３を中心軸を一致させ傾きを生じることなく取り付けることができるので、高速回転中にアンバランスが増大することを防ぎ、高速回転時の安定性を得ることができる。

図１１に示すように、ポンプ１のタービン翼部７３は、タービン翼部７３の下部の端面(反吸気側部端面)１１Ｂにオネジが形成された凸部８５を有し、回転軸２１は、吸気部側端面１５に、凸部８５と螺合する、メネジが形成された凹部８４を有するようにしてもよい。このように構成すると、タービン翼部７３を中実構造とすることができ、タービン翼部７３を回転軸２１の吸気部側端面１５に取り付けるための貫通孔を形成する必要がなく、タービン翼部７３のボス部７４(図４)に発生する応力を低減することができ、さらに高速回転化が可能である。

図１２に示すように、ポンプ１は、遠心翼２４を半径方向軸中心側に押さえ付ける保持リング８６Ａ、Ｂ、Ｃを設けるように構成してもよい。遠心翼２４のボス部６１(図６)の吸気部側に前段付部８７Ａを形成し、排気部側に後段付部８７Ｂを形成する。一段目の遠心翼２４の前段付部８７Ａを保持リング８６Ａによって、一段目の遠心翼２４の後段付部８７Ｂと二段目の遠心翼２４の前段付部８７Ａとを保持リング８６Ｂによって、二段目の遠心翼２４の後段付部８７Ｂと三段目の遠心翼２４の前段付部８７Ａとを保持リング８６Ｂによって、三段目の遠心翼２４の後段付部８７Ｂを保持リング８６Ｃによって、軸中心側に押さえ付ける構造とし、さらに保持リング８６Ｂによって遠心翼２４の間隔を決める構造とする。このようにすると、遠心翼２４を回転軸２１に強固に固定できる構造とすることができ、高速回転中に回転体のアンバランスが急速に増大することを抑えることができ、高速回転化に対処することができる。
本実施の形態では回転軸２１に焼き嵌めされた円管リング４１Ａは、回転軸２１の上部の吸気部側端面１５まで達しなくてもよい。円管リング４１Ａは、回転軸２１の３段の遠心翼２４が取り付けられた部分(回転により回転軸２１のたわみが生じる部分)に焼き嵌めされ、回転軸２１の遠心翼２４から突き出た部分には円管リングが取り付いていない構造としてもよい。このようにすると短い円管リング４１Ａを用いて回転する軸(回転軸２１と円管リング４１Ａ)の剛性を向上させることができる。

図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る、遠心翼の替わりに二段の円周流翼８８を用いたターボ型真空ポンプ１-１の構成を示す正面断面図である。以下、上述の図１の第１の実施の形態に係るターボ型真空ポンプ１に関する説明との相違点を述べる。

排気部５０-１は、複数段(三段)からなる固定翼７１と、複数段(三段)からなる回転翼としてのタービン翼７０を有するタービン翼部７３と、複数段(二段)からなる回転翼としての円周流翼８８とを含んで構成される。固定翼７１は、タービン翼７０の直下流側にのみ設けられている。円周流翼８８の前後には隔壁８９がそれぞれ設けられている。回転翼が円周流翼８８を含んで構成されるので、高い圧縮性能を有するターボ型真空ポンプとすることができ、高背圧化されたターボ型真空ポンとすることができる。特に高圧領域において遠心翼を円周流翼にするとより効果的である。

図１４に示すように、円周流翼８８は、回転軸２１(図１３)が貫通する軸孔９３が形成されたボス部９１と、ボス部９１の外側に形成された円板部９２と、円板部９２の外周部に放射状に取り付けられた羽根９０を有する。

図１５に示すように、隔壁８９は、円周流翼８８から排気される気体を吸入する吸入口９４と、隔壁８９の内部に形成され、吸入口９４から吸入された気体を円周方向に導く流路９６と、流路９６に導かれた気体を下流側の円周流翼８８に排出する排出口９５とを有する。

本実施の形態のポンプ１-１は、円周流翼８８を備えるので、高い排気性能を有するポンプ１-１とすることができ、高背圧化されたターボ型真空ポンプとすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るターボ型真空ポンプの正面断面図である。 （ａ）は、円管リングの斜視図、（ｂ）は、回転軸の部分斜視図、（ｃ）は、円管リングが焼き嵌めされた回転軸の部分斜視図、（ｄ）は、円管リングが焼き嵌めされていない回転軸の部分斜視図である。 図１のターボ型真空ポンプのタービン翼の最小外径、遠心翼の最大外径を説明する図である。 (ａ)は、図１のターボ型真空ポンプのタービン翼部の平面図、(ｂ)は、タービン翼を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図である。 (ａ)は、図１のターボ型真空ポンプのタービン翼用の固定翼の平面図、(ｂ)は、同正面図であり、（ｃ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 (ａ)は、図１のターボ型真空ポンプの遠心翼の平面図、(ｂ)は、同正面断面図である。 (ａ)は、図１のターボ型真空ポンプの遠心翼用の固定翼の平面図、(ｂ)は、同正面断面図である。 単段のタービン翼と単段の遠心翼とを回転軸に取り付けたターボ型真空ポンプを示す部分模式断面図である。 図８のターボ型真空ポンプの性能グラフである。 図１のターボ型真空ポンプのタービン翼部の反吸気部側端面に円環状凸部を設けた場合の図である。 図１のターボ型真空ポンプのタービン翼部の反吸気部側端面にネジ状凸部を設けた場合の図である。 図１のターボ型真空ポンプに遠心翼を押さえ付ける保持リングを設けた場合の図である。 本発明の第２の実施の形態に係るターボ型真空ポンプの正面断面図である。 (ａ)は、図１３のターボ型真空ポンプの円周流翼の平面図、(ｂ)は、同正面断面図である。 図１３のターボ型真空ポンプの隔壁の部分的平面図である。 従来のターボ型真空ポンプの正面断面図である。

符号の説明

１、１-１ ターボ型真空ポンプ
１１Ｂ 端面
１５ 吸気部側端面
２１ 回転軸
２３ 吸気ノズル(吸気部)
２４ 遠心翼(回転翼)
４１ 円管リング
４３ 遠心隔壁(隔壁)
４３Ａ 開口部
５８ 貫通孔
７０ タービン翼(回転翼)
７３ タービン翼部
７８ 六角ボルト
８３ 円環状凸部
８４ 凹部
８５ 凸部
８８ 円周流翼(回転翼)
Ｌｘ、Ｌｙ 軸方向距離

Claims (5)

1. 軸方向に気体を吸い込む吸気部と、回転翼と固定翼とを交互に配置する排気部と、前記回転翼を回転させる回転軸とを備え；
   前記回転翼が、前記吸い込んだ気体を前記軸方向に排気する１段以上のタービン翼と、前記タービン翼の後流側に位置し、前記排気された気体をさらに遠心ドラッグ作用により排気する１段以上の遠心翼を含んで構成され；
   前記遠心翼が、該遠心翼を貫通する前記回転軸に固定され；
   前記遠心翼と前記回転軸の間に配置され、前記回転軸に締り嵌めされた円管リングをさらに備え；
   前記遠心翼が、前記円管リングに嵌合により固定して取り付けられ；
   前記回転軸の吸気部側端面に固定され、さらにボス部を有するタービン翼部と；
   前記タービン翼部を前記固定するネジ部材とを備え；
   前記タービン翼が、前記ボス部に取り付けられ；
   前記ボス部には、底部に前記ネジ部材が貫通する貫通孔が形成された中空部が形成され；
   前記中空部の内径が前記回転軸の外径より小さく形成された；
   ターボ型真空ポンプ。
2. 最下段に位置する前記タービン翼が、前記回転軸の吸気部側端面より吸気部側に位置する；
   請求項１に記載のターボ真空ポンプ。
3. 前記遠心翼の一段目と前記タービン翼の最終段との間の軸方向距離が、前記タービン翼の最終段の外径の１２％以上である；
   請求項１または請求項２に記載のターボ型真空ポンプ。
4. 前記遠心翼の一段目の直上流側に開口部を有する隔壁をさらに備え；
   前記遠心翼の一段目が前記開口部から前記気体を吸い込むように配置され；
   前記隔壁と前記タービン翼の最終段との間の軸方向距離が、前記タービン翼の最終段の外径の約１２％以上である；
   請求項１または請求項２に記載のターボ型真空ポンプ。
5. 前記円管リングの外径に対する前記回転軸の外径の割合が７５％以上である；
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のターボ型真空ポンプ。

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