JP5786639B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents
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Description
翼枚数を多くして圧縮性能を高める結果、排気用翼は内周側において隣り合う翼同士が重なり合う、換言すれば、平面視で隣り合う翼同士の間に開口が無い構造となる(例えば、特許文献1の図6参照)。
以下、図を参照して本発明に係るターボ分子ポンプ1の一実施の形態について説明する。
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、ケース部材11の内部は外部から密封された構造とされている。
ロータ軸5は、ラジアル方向の磁気軸受31(2箇所)およびスラスト方向の磁気軸受32(上下一対)によって非接触で支持される。ロータ軸5の浮上位置は、ラジアル変位センサ33a、33bおよびアキシャル変位センサ33cによって検出される。磁気軸受31、32によって回転自在に磁気浮上されたロータ軸5は、モータ35により高速回転駆動される。
動翼固定部60aの外周には、動翼部61〜67と静翼部71〜77が設けられている。上下一対の動翼部の間には、静翼部71〜77がリング状のスペーサ21を間に挟んで設けられ、これにより動翼部61〜67および静翼部71〜77がポンプの軸方向に多段に積層されている。各段の静翼部71〜77は、後述する如く、平面視で半円形に分割されている。
ネジ溝排気部3はロータ円筒部60bとネジステータ8とで構成されている。
ロータ60は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム系合金により形成されている。ロータ60の上部側の動翼固定部60aには、複数の動翼部61〜67が固定されている。各動翼部61〜67はアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成されており、例えば焼嵌めにより開口部91が動翼固定部60aの外周に固定される。上述した如く、被排気側の4段の動翼部61〜64は前段側翼排気部2aを構成し、排気口側の3段の動翼部65〜67は後段側翼排気部2bを構成している。また、被排気側の4段の静翼部71〜74は前段側翼排気部2aを構成し、排気口側の3段の静翼部75〜77は後段側翼排気部2bを構成している。
これにより、気体分子が下段側から上段側に逆行し難くなっている。
前段側の動翼部61〜64には、それぞれ、放射状に形成された複数のロータ翼61a〜64a(図1参照)が、半径方向において単列に形成されている。
後段側の動翼部65〜67は、図3に図示されるように、内周側および外周側の翼配列部65A、65Bを有する。後段側の動翼部65〜67は、いずれも同様な構造を有しているが、以下は代表して、後部側の動翼部65〜67の中、最上段の動翼部65を例として説明する。
動翼部65は、放射状に形成された複数のロータ翼65aを有する内周側の翼配列部65Aと、放射状に形成された複数のロータ翼65bを有する外周側の翼配列部65Bとを有する。つまり、ポンプ回転軸に対して同軸に設けられ、半径方向に連続して配列された内周側の翼配列部65Aと外周側の翼配列部65Bの2つの翼配列部を有している。ロータ翼65aは、内周リング部92と中間リング部93の間に配列され、ロータ翼65bは、中間リング部93と外周リング部94の間に配列され、全体が一体的に形成されている。
図3に図示された一実施の形態では、外周側の翼配列部65Aに形成されたロータ翼65aの翼枚数は40枚であるに比し、内周側の翼配列部65Aに形成されたロータ翼65aの翼枚数は半数の20枚として示されている。
そして、内周側の翼配列部65Aには、隣り合うロータ翼65aの間に、ロータ翼65aが重ならない領域、換言すれば、平面視で、隣り合うロータ翼65aの間に開口81が形成されている。つまり、翼配列部65Aの隣り合うロータ翼65a間には、軸方向に貫通する開口81が形成されている。また、外周側の翼配列部65Bにも、隣り合うロータ翼65bの間に、ロータ翼65bが重ならない領域である開口82が形成されている。
動翼部65の内周側の翼配列部65Aに開口81を形成するにあたっては、所望の圧縮性能を維持するように開口率を設定しつつ排気速度を向上することができるため、翼角度等を適宜に設定して圧縮性能を向上することも可能になる。
動翼部66は、動翼部65と同一の寸法、構造を有し、翼枚数、翼長さ、翼角度、翼厚さおよび翼高さが同一である。
図示はしないが、動翼部66、67の内周側の翼配列部66A、67Aと外周側の翼配列部66B、67Bにも、それぞれ、隣り合うロータ翼が重ならない領域である開口81、82が形成されている。
従って、動翼部66および67においても、動翼部65と同様の作用・効果を奏することができる。
図4を参照して、板金の成形により動翼部65を形成する方法について説明する。
打ち抜き加工により板材に内周リング部92、中間リング部93、外周リング部94および内周側のロータ翼65a、外周側のロータ翼65bを形成する。打ち抜きは、内周側のロータ翼65aが一対の支持部83により内周リング部92および中間リング部93に連結され、外周側のロータ翼65bが一対の支持部84により中間リング部93および外周リング部94に連結されるように行う。打ち抜きにより、開口81、82が形成される。
各静翼部71〜77は、中心線上で2分割された一対の半円形の静翼部材により構成されている。そして、各静翼部71〜77は、動翼部61〜67と同様に、それぞれに形成されるステータ翼の翼角度は、下段側のものほど小さくなっている。但し、ステータ翼の傾斜方向は、ロータ翼の傾斜方向と逆方向である。
一方、後段側の静翼部75〜77は、半径方向に配列された複数の翼配列部を有する。後段側の静翼部75〜77は、いずれも同様な構造を有しているが、以下は代表して、後部側の静翼部75〜77の中、最上段の静翼部75を例として説明する。
上述した如く、静翼部75は円形状部材を2分割して形成された、一対の半円形状の第1静翼部75−1と第2静翼部75−2により構成されている。第1静翼部75−1と第2静翼部75−2とは、同一の構造とされている。
すなわち、第1静翼部75−1は、内周側の翼配列部75A1と外周側の翼配列部75B1を有し、第2静翼部75−2は、内周側の翼配列部75A2と外周側の翼配列部75B2を有する。なお、第1静翼部75−1の内周側の翼配列部75A1と第2静翼部75−2の内周側の翼配列部75A2とにより内周側の翼配列部75Aが構成される。同様に、第1静翼部75−1の外周側の翼配列部75B1と第2静翼部75−2の外周側の翼配列部75B2とにより外周側の翼配列部75Bが構成される。
このように、一実施の形態においては、後段側の静翼部75〜77に、内周側の翼配列部と外周側の翼配列部との複数の翼配列部を設ける構造とした。
従って、動翼部65〜67の場合と同様に、内周側の翼配列部のロータ翼の翼枚数を、外周側の翼配列部の翼枚数とは異なる枚数とすることができ、隣り合うロータ翼が重ならない領域を自由に設定することができる。これにより、静翼部75〜77においても排気速度を向上することができる。
なお、上記一実施の形態において、後段側の動翼部65〜67と静翼部75〜77の一方のみに複数の翼配列部を設けるようにしてもよい。
図6は、本発明の実施形態2を示し、動翼部110の平面図である。実施形態2の動翼部は、静翼部75〜77に対しても同様に適用することが可能である。
図6は、動翼部110の1/4周、すなわち、90度の領域の平面図であるが、他の領域も同様な構造を有する。
図6に図示された実施形態2の動翼部110が、実施形態1の動翼部65と相違する点は、動翼部110に翼配列部が3列形成されている点である。
中間の翼配列部112に形成されたロータ翼112aの翼枚数は、外周側の翼配列部113に形成されたロータ翼113aの翼枚数よりも少ない。また、内周側の翼配列部111に形成されたロータ翼111aの翼枚数は、中間の翼配列部112に形成されたロータ翼112aの翼枚数よりも少ない。
このようにして、各翼配列部111〜113のすべてに、隣り合うロータ翼111a〜113aが重ならない領域である開口81、82、85が形成されている。
実施形態2においても、実施形態1と同様な効果を奏することができる。
なお、実施形態1と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図7は、本発明の実施形態3を示し、動翼部120の平面図である。実施形態3の動翼部構造は、静翼部75〜77に対しても同様に適用することが可能である。
図7は、動翼部120の1/4周、すなわち、90度の領域の平面図であるが、他の領域も同様な構造を有する。
図7に図示された実施形態3の動翼部120では、内周側の翼配列部121に形成されたロータ翼121aおよび外周側の翼配列部122に形成されたロータ翼122aが、それぞれ、内周側において隣り合う翼同士が重なる領域を有し、外周側において隣り合う翼同士が重ならない領域である開口81、82が形成されるように配列されている。
なお、実施形態1と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、実施形態3の動翼部構造は、各翼配列部121および122の翼枚数が第1、第2の実施形態の場合よりも多く配列されており、圧縮比を大きくする必要があるH2等の軽ガスに対して適している。実施形態3に示す動翼部120は、機械加工により形成することができる。
図8は、本発明の実施形態4を示し、動翼部130の平面図である。図8は、動翼部130の1/4周、すなわち、90度の領域の平面図であるが、他の領域も同様な構造を有する。
実施形態3の動翼部130は、図6に示す実施形態2の動翼部110と同様に、3列の翼配列部131〜133を有する。
ロータ翼131aが形成された内周側の翼配列部131およびロータ翼132aが形成された中間の翼配列部132は、実施形態1の翼配列部111および112と同様にダイカスト法または板金の成形により形成される。
外周側の翼配列部133は、ダイカスト法または板金の成形により形成することもできるが、機械加工により形成することもできる。
機械加工により形成する場合には、内側のリング部134と放射状のロータ翼133aを機械加工により形成し、外側のリング部135を各ロータ翼133aの外周側面に焼嵌めにより嵌合する。
(1)作製される動翼部130の外径よりも大きい外径を有する円柱状の素材を、旋盤等の工作機械に取り付け、切削により、ロータ翼133aの外周側面を形成する。
(2)次に、各ロータ翼133a間を、切削により除去して、各ロータ翼133aを所定の翼角度および所定の翼厚さに形成する。このとき、内側のリング部134の外周面134aが形成される。
(3)次に、工作機械から、一旦、取り外して、各ロータ翼133aの外周側面を工作機械により保持し、円柱状の素材の軸心側を切削し、内側のリング部134の内周面134bを形成する。
なお、実施形態1と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図9は、本発明の実施形態5を示し、動翼部140の平面図である。図9は、動翼部140の1/4周、すなわち、90度の領域の平面図であるが、他の領域も同様な構造を有する。
実施形態5の動翼部140は、図7に示された実施形態3の動翼部120と同様な構造を有する。但し、実施形態5の動翼部130は機械加工により作製されるものである。
なお、実施形態1と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図10(a)、図10(b)は本発明の実施形態6を示し、図10(a)は、動翼部150の平面図であり、図10(b)は、図10(a)の矢印A方向から観た動翼部150の一部を示す側面図である。実施形態6の動翼部構造は、静翼部75〜77に対しても同様に適用することが可能である。
図10(a)は、動翼部150の1/4周、すなわち、90度の領域の平面図であるが、他の領域も同様な構造を有する。
図10(a)に示す動翼部150は、図7に図示された動翼部120と、平面視では、大略、同様であり、内周側の翼配列部151および外周側の翼配列部152は、それぞれ、隣り合うロータ翼151aまたは152aが重ならない領域である開口81、82を有する。
但し、図10(b)に図示されるように、動翼部150における内周側のロータ翼151aと外周側のロータ翼152aとは、翼角度が相違している。
なお、実施形態1と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図10(b)図示されるように、内周側の翼配列部151に形成されたロータ翼151aの翼角度(水平方向に対するに対する翼の傾斜角度)θ1は、外周側の翼配列部152に形成されたロータ翼152aの翼角度θ2よりも大きい。換言すれば、内周側のロータ翼151aは、外周側のロータ翼152aよりも起立している。但し、内周側のロータ翼151aおよび外周側のロータ翼152aの翼高さ(軸方向の長さ)hは同一である。
従って、実施形態6においても実施形態1と同様な効果を奏する。また、内周側のロータ翼151aおよび外周側のロータ翼の翼角度をそれぞれ独立して変更することにより、排気速度および圧縮比を任意に調整することが可能である。
図11は本発明の実施形態7としての動翼部160を示す。図11は、図10(b)と同様に、動翼部160の側面から観た動翼部の一部を示す側面図である。実施形態7に示す構造は、静翼部75〜77に対しても同様に適用することが可能である。
図11においても、図面の明瞭化のため、内周側のロータ翼161aは点線により、外周側のロータ翼152aは実線により示されている。また、外周リング部94および中間リング部93は二点鎖線で示されている。
このことは、内周側の隣り合うロータ翼161aの間隔が外周側の隣り合うロータ翼162aの間隔よりも広いことを意味する。すなわち、内周側のロータ翼161aの翼厚さが外周側のロータ翼162aの翼厚さと同じ場合よりも、翼配列部161の排気速度は大きくなる。
従って、実施形態7においても実施形態1と同様な効果を奏する。
なお、実施形態7において、内周側のロータ翼161aと外周側のロータ翼162aの翼枚数および/または翼角度を異なるようにしてもよい。
また、各実施形態に示された構造を部分的に選択して組み合わせて翼排気部を構成するようにしてもよい。
2 翼排気部
2a 前段側翼排気部
2b 後段側翼排気部
3 ネジ溝排気部
12 上ケース
13 ベース
60 ロータ
60a 動翼固定部
60b ロータ円筒部
61〜67 動翼部
61a〜67a ロータ翼
65A〜67A 内周側の翼配列部
65B〜67B 外周側の翼配列部
71〜77 静翼部
75−1 第1静翼部
75−2 第2静翼部
75A1、75A2 内周側の翼配列部
75B1、75B2 外周側の翼配列部
81、82、85 開口
83、84 支持部
110、120、130、140、150、160 動翼部
111、121、131、141、151 内周側の翼配列部
112、132 中間の翼配列部
113、122、133、142、152 外周側の翼配列部
Claims (2)
- ロータに一体的に設けられたロータ軸の周囲に、放射状に形成された複数のロータ翼を有する動翼部と、外周側がスペーサに支持され、放射状に形成された複数のステータ翼を有する静翼部とが前記ロータ軸の軸方向に多段に配列され、モータにより前記ロータを回転して、前記動翼部と前記静翼部が多段に配列されて構成された翼排気部により、気体を吸気口から吸入し、排気口に移送するターボ分子ポンプにおいて、
前記翼排気部の所定の段における前記動翼部または前記静翼部の少なくとも一方は、内周面および外周面を有する中間リング部と、前記中間リング部よりも内周側に配された内周リング部と、前記中間リング部の前記内周面と前記内周リング部との間に複数の前記ロータ翼又は複数の前記ステータ翼が配列された内周側翼配列部と、前記中間リング部の前記外周面から外周側に向けて複数の前記ロータ翼又は複数の前記ステータ翼が配列された外周側翼配列部とを有し、前記内周側翼配列部の前記ロータ翼または前記ステータ翼は、いずれも、前記中間リング部を超えて前記外周側翼配列部側に延出されておらず、前記内周側翼配列部の前記ロータ翼または前記ステータ翼は、前記外周側翼配列部の前記ロータ翼または前記ステータ翼に比して、翼枚数が少ないか、翼角度が大きいかまたは翼厚さが薄いかのいずれかの構造を有することを特徴とするターボ分子ポンプ。 - 請求項1に記載のターボ分子ポンプにおいて、前記内周側翼配列部および前記外周側翼配列部は、前記ロータ翼または前記ステータ翼が平面視で重ならない領域を有することを特徴とするターボ分子ポンプ。
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