JP6673103B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプに関する。

従来から、ロータ翼を有するロータと、ステータ翼を有するステータと、ステータを軸方向に位置決めするスペーサとを有するターボ排気部を備えた真空ポンプが知られている。ステータは、外周に設けられた外縁部（リブ）の内側に複数のステータ翼（羽根）を有する。ステータは複数段のロータの間に外周方向から挿入して組み立てるため、複数枚に分割されている。そのため、分割した個々のステータ（以下、分割ステータ）を各段において半径方向と円周方向に位置ずれしないことが要請されている。
このような位置ずれ防止を目的とした従来技術として特許文献１が知られている。この特許文献１には、位置決め用の安全装置が開示されている。この安全装置は、リブの外側に設けられ、軸方向に折り曲げた構造を有する。または、リブの内側に設けられ、軸方向に折り曲げた構造を有する（特許文献１参照）。
また、板金加工で製作された分割ステータの周方向端部同士の重なりを防止するようにしたターボ分子ポンプも知られている（特許文献２参照）。

特開２０１５−１３２２５９号公報 特開２０１５−１４５６３７号公報

特許文献１のようにリブ外側に折り曲げ構造を有する場合、リブ外周とスペーサ内面との間に無駄な領域が形成される。一方、リブ内側に折り曲げ構造を有する場合、リブ内側の羽根の径方向の長さが短くなる。いずれの場合でも、ケーシングあるいはスペーサの内径に対して、羽根の有効利用が十分でなく、先行文献のステータ位置決め用安全装置は、ポンプ性能に悪影響を与える。
周方向端部同士の重なりを防止する特許文献２の分割ステータは、径方向を拘束できないので、径方向の位置ずれが生じるとポンプ性能に悪影響を与える。

（１）本発明の好ましい実施の形態の真空ポンプは、複数に分割されたステータ要素を有するステータと、ステータの積層方向の位置決めを行うスペーサと、を備え、ステータ要素の各々は、円弧形状を呈し、スペーサと協働して周方向と径方向の位置決めを行う凹状または突状の位置決め部を有する外周リブ部と、円弧形状を呈し、外周リブ部の内側に設けられた内周リブ部と、外周リブ部と内周リブ部との間に設けられた複数枚のステータ翼とを備え、位置決め部は、外周リブ部の外周側面と内周側面との間であって、かつ、ステータ要素それぞれの周方向の両端面の間において、スペーサの係合部に係合され、ステータ要素の径方向および周方向の移動が規制される。
（２）本発明の好ましい実施の形態の真空ポンプの位置決め部を、外周リブ部がスペーサで挟持される平面から突設された突部とすることができる。
（３）本発明の好ましい実施の形態の真空ポンプの位置決め部を、外周リブ部の表面のうち、スペーサに載置される面から突設する突部とすることができる。
（４）本発明の好ましい実施の形態である上記（３）記載の真空ポンプの突部は、その中央部に外周リブ部の表面から裏面まで貫通する貫通孔を有する筒状体とすることができる。
（５）本発明の好ましい実施の形態である上記（３）記載の真空ポンプの突部を、外周リブ部の表面から裏面まで所定深さを有する窪みを有し、窪みの底部が外周リブ部の裏面から所定高さで突設して形成することができる。
（６）本発明の好ましい実施の形態の真空ポンプは、上記（１）〜（５）までのいずれかに記載の真空ポンプにおいて、位置決め部は、外周リブ部の周方向の両端面の間に、各端面から露出しないように設けられている。

本発明によれば、外周リブ部の外周側面と内周側面との間に設けた位置決め部により径方向と周方向の位置ずれが防止される。したがって、従来技術のようにステータ翼の長さが短くなったり、ステータとケーシングの間に不要な空隙が生じることがなく、分割したステータ要素の端部同士の乗り上げも生じないので、ポンプ性能に悪影響を与えない。

真空ポンプの一例としてのターボ分子ポンプの概略構成を示す断面図である。 任意の１段のステータの平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 変形例を示す図である。

図１から図３を参照して、真空ポンプの一実施の形態を説明する。図１は、真空ポンプの一例としてのターボ分子ポンプ１００の概略構成を示す断面図である。ターボ分子ポンプ１００のポンプケーシング５２内にはロータ組立体１０が回転自在に設けられている。ロータ組立体１０は、ロータ４と、シャフト５と、ロータディスク６から構成されている。ターボ分子ポンプ１００は磁気軸受式のポンプであり、ロータ組立体１０は、上部ラジアル電磁石６２、下部ラジアル電磁石６４、スラスト電磁石６６によって非接触支持される。
なお、本発明は、磁気軸受式の真空ポンプに限定されることなく、たとえば、永久磁石式の真空ポンプにも適用できる。

ロータ４には、複数段のロータ翼２０とロータ円筒部８とが設けられている。複数段のロータ翼２０の間には、軸方向に対して複数段のステータ４４が設けられている。ロータ円筒部８の外周側にはネジステータ１１が設けられ、ネジステータ１１はボルト３０でベース５０に取り付けられている。

ステータ４４には、後述する図２によく示すように、外周リブ部４５、内周リブ部４６、および、それらを接続するステータ翼４７がたとえばプレス加工により設けられている。ステータ４４のそれぞれは、環状のスペーサ５８を介してベース５０上に配設されている。ポンプケーシング５２をベース５０に固定すると、積層されたスペーサ５８がベース５０とポンプケーシング５２との間に挟持され、それに伴って、ステータ４４の外周リブ部４５がスペーサ５８に挟持される。

ベース５０には排気口５６が設けられ、この排気口５６にバックポンプが接続される。ロータ組立体１０は、上部ラジアル電磁石６２、下部ラジアル電磁石６４、スラスト電磁石６６によって磁気浮上されつつ、モータ４０により高速回転駆動される。これによって、ロータ翼２０およびステータ翼４７が協働し、また、ロータ円筒部８およびネジステータ１１が協働して、吸気口３１側の気体分子が排気口５６側へと排気される。

図２は、任意の１段のステータ４４の平面図である。各段のステータ４４は、半割のリングを一対組み合わせて形成されたリング形状である。各段のステータ４４を構成する一対のリングの各々を、ステータ要素、または、ステータリング４４Ａと呼ぶ。ステータリング４４Ａは、外周リブ部４５の２箇所に設けられた突部７０、７０を有する。
なお、図２において、ステータ翼４７は、外周リブ部４５とは接続部４７ａで接続され、内周リブ部４６とは接続部４７ｂで接続されている。プレス加工で製作されるステータ翼４７は、これら接続部４７ａ、４７ｂが外周リブ部４５、内周リブ部４６の平面に対して捻られている。
なお、本発明のステータはプレス加工で製作されたものに限定されず、切削加工で製作されるステータにも適用できる。また、本発明の真空ポンプは、プレス加工で製作されたステータと、切削加工で製作されるステータの双方を備えるものも含む。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図であり、突部７０の断面を示している。突部７０は、無底の円筒形状の突部であり、外周リブ部４５の下面から下方に突出している。突部７０は、たとえばバーリング加工によって形成されている。突部７０は、外周リブ部４５の内周と外周との間に形成されている。すなわち、突部７０は、上下のスペーサ５８、５８によって挟持される範囲内に、より詳しくは、外周リブ部４５の内周側面４５ａと外周側面４５ｂのそれぞれから離れた位置に形成されている。また、突部７０は、外周リブ部４５の外周面とステータ翼４７の外周側接続部４７ａとの間に設けられていると云うこともできる。

突部７０は、外周リブ部４５の下方のスペーサ５８に設けられた凹部５９と嵌合する。すなわち、スペーサ５８の上面には、外周リブ部４５の突部７０と対向する位置に凹部５９が４箇所設けられている。凹部５９は、たとえばスペーサ５８を上下方向に貫通する円形断面の貫通孔である。凹部５９の上部は、たとえば、外周リブ部４５の下面からの突部７０の立ち下がり部分のＲ形状に合わせて面取り等が施されている。

外周リブ部４５の突部７０がスペーサ５８の凹部５９と嵌合すると、ステータリング４４Ａは、スペーサ５８に対して径方向および周方向への移動が規制されて位置決めされる。これにより、ステータリング４４Ａがスペーサ５８に対して位置決めされるだけでなく、一対のステータリング４４Ａ、４４Ａ同士の相対位置も決められる。したがって、一対のステータリング４４Ａ、４４Ａ同士が重なり合ったり、離れ過ぎたりすることがなくなるので、ターボ分子ポンプ１００毎の性能のばらつきを抑制できる。さらに、ステータリング４４Ａをスペーサ５８に対して容易に位置決めできるので、ターボ分子ポンプ１００の組立が容易になり、製造コストを低減できるとともに、分解後の再組立時にステータリング４４Ａとスペーサ５８との位置関係を精度よく再現できるので、分解前後でのターボ分子ポンプ１００の性能のばらつきを抑制できる。
このように、本実施の形態では、上述したように、ターボ分子ポンプ１００毎の性能のばらつき、および、分解前後でのターボ分子ポンプ１００の性能のばらつきを抑制できるので、ターボ分子ポンプ１００の性能を安定化できる。

本実施の形態では、突部７０をバーリング加工、すなわちプレス加工によって形成できるので、突部７０を折り曲げ加工によって形成した場合と比べて突部７０の強度が高く、形成位置の精度も高い。したがって、ステータリング４４Ａの位置決め精度を向上できる。
本実施の形態では、外周リブ部４５の内周面と外周面との間の領域に突部７０を形成している。したがって、外周リブ部４５の内周側の端部や外周側の端部を折り曲げ加工することで突部７０を形成する場合のように、外周リブ部４５の内周側の端部や外周側の端部に位置決め突部形成用の折り曲げ代を設ける必要がない。これにより、ステータ翼４７の半径方向の翼長を確保でき、ステータ翼４７の形状に対する制約を緩和でき、ターボ分子ポンプ１００の性能を向上できる。また、ステータ翼の外周に位置決め突部を形成するための折り曲げ代を設ける場合、ステータ翼外周面とケーシング内周面との間に不所望な空間が形成されてポンプ性能に悪影響を与える。しかし、本発明にように、外周リブ部４５の外周面と内周面との間のステータ表面（平面）に突設する位置決め用突部を形成すれば、ポンプ性能に悪影響を与える空間が生じない。
本実施の形態では、凹部５９が円形の断面形状、すなわち丸穴であるので、凹部５９の加工が容易で、製造コストの増加を抑制できる。

上述した実施の形態のターボ分子ポンプ１００では、次の作用効果を奏する。
（１）複数に分割されたステータリング４４Ａで構成され、ポンプケーシング５２内でスペーサ５８に上下面を挟持されて固定されるステータ４４において、ステータリング４４Ａの各々は、円弧形状を呈し、スペーサ５８と協働して周方向と径方向の位置決めを行う突状の突部７０を有する外周リブ部４５と、円弧形状を呈し、外周リブ部４５の内側に設けられた内周リブ部４６と、外周リブ部４５と内周リブ部４６との間に設けられた複数枚のステータ翼４７とを備える。突部７０は、外周リブ部４５の外周側面と内周側面との間に設けられている。したがって、外周リブ部４５の内周側の端部や外周側の端部を折り曲げ加工することで突部７０を形成する場合（特許文献１）のように、外周リブ部４５の内周側の端部や外周側の端部に位置決め突部形成用の折り曲げ代を設ける必要がない。これにより、ステータ翼４７の半径方向の翼長を確保でき、ステータ翼４７の形状に対する制約を緩和でき、ターボ分子ポンプ１００の性能を向上できる。
また、従来技術である特許文献１の真空ポンプでは折り曲げ部を有しているので、たとえば、ステータ外周面と、ケーシング内周面との間にステータ肉厚分の無駄な空所が形成されて、真空性能が低下する。しかし、本発明では外周リブ部４５の径方向の中間位置に位置決め部を形成しているの、真空性能に悪影響を与えない。
（２）突部７０は、外周リブ部４５がスペーサ５８で挟持される平面から突設された突部である。これにより、スペーサ５８に設けられた凹部５９に突部７０を容易に嵌合させることができるので、ターボ分子ポンプ１００の組み立て性が向上する。
（３）突部７０は、外周リブ部４５の表面のうち、スペーサ５８に載置される面から突設する突部である。これにより、スペーサ５８に設けられた凹部５９に突部７０を容易に嵌合させることができるので、ターボ分子ポンプ１００の組み立て性が向上する。
（４）突部７０は、その中央部に外周リブ部４５の表面から裏面まで貫通する貫通孔を有する筒状体である。これにより、たとえばバーリング加工によって板状の外周リブ部４５に突部７０を容易に形成できるので、製造コストの増加を抑制できる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（変形例１）上述の説明では、突部７０は、たとえばバーリング加工によって形成された無底の突部であった。しかし、突部７０は、図４に示すように、有底であってもよい。
図４に示した突部７０Ａは、外周リブ部４５の表面から裏面まで所定深さを有する窪みを有し、窪みの底部が外周リブ部４５の裏面から所定高さで突設している。図４に示した突部７０Ａは、たとえば、エンボス加工によって形成できる。有底の突部７０Ａを設けたスペーサ４４を有するターボ分子ポンプ１００は、上述した実施の形態の作用効果と同様の作用効果を奏する。

（変形例２）上述の説明では、外周リブ部４５に突部７０を設け、スペーサ５８に凹部５９を設けて、突部７０と凹部５９とを嵌合させた。しかし、外周リブ部４５に凹部または貫通孔を設け、この凹部または貫通孔に嵌合する突部をスペーサ５８に設けてもよい。

（変形例３）上述の説明では、凹部５９は、スペーサ５８を上下方向に貫通する貫通孔であった。しかし、凹部５９は、図４に示した凹部５９Ａのように、有底の非貫通孔であってもよい。

（変形例４）上述の説明では、凹部５９は、スペーサ５８を上下方向に貫通する円形断面の貫通孔であった。しかし、凹部５９は、スペーサ５８の円周方向に延在する長穴断面の孔であってもよい。この場合、ステータリング４４Ａは、スペーサ５８に対して少なくとも径方向への移動が規制されて位置決めされる。

（変形例５）上述の説明では、凹部５９は、スペーサ５８を上下方向に貫通する円形断面の貫通孔であった。しかし、凹部５９は、スペーサ５８の円周方向に延在する溝であってもよい。この場合、ステータリング４４Ａは、スペーサ５８に対して少なくとも径方向への移動が規制されて位置決めされる。

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。

４；ロータ、４４；ステータ、４４Ａ；ステータリング（ステータ要素）、５；外周リブ部、４７；ステータ翼、５２；ポンプケーシング、７０、７０Ａ；突部、１００；ターボ分子ポンプ

Claims (6)

1. 複数に分割されたステータ要素を有するステータと、
   前記ステータの積層方向の位置決めを行うスペーサと、を備え、
   前記ステータ要素の各々は、
   円弧形状を呈し、前記スペーサと協働して周方向と径方向の位置決めを行う凹状または突状の位置決め部を有する外周リブ部と、
   円弧形状を呈し、前記外周リブ部の内側に設けられた内周リブ部と、
   前記外周リブ部と前記内周リブ部との間に設けられた複数枚のステータ翼とを備え、
   前記位置決め部は、前記外周リブ部の外周側面と内周側面との間であって、かつ、前記ステータ要素それぞれの周方向の両端面の間において、前記スペーサの係合部に係合され、前記ステータ要素の径方向および周方向の移動が規制される真空ポンプ。
2. 請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
   前記位置決め部は、前記外周リブ部が前記スペーサで挟持される平面から突設された突
   部である真空ポンプ。
3. 請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
   前記位置決め部は、前記外周リブ部の表面のうち、前記スペーサに載置される面から突
   設する突部である真空ポンプ。
4. 請求項３に記載の真空ポンプにおいて、
   前記突部は、その中央部に前記外周リブ部の前記表面から裏面まで貫通する貫通孔を有
   する筒状体である真空ポンプ。
5. 請求項３に記載の真空ポンプにおいて、
   前記突部は、前記外周リブ部の前記表面から裏面まで所定深さを有する窪みを有し、前
   記窪みの底部が前記外周リブ部の裏面から所定高さで突設している真空ポンプ。
6. 請求項１から５までのいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
   前記位置決め部は、前記外周リブ部の周方向の両端面の間に、各端面から露出しないように設けられている真空ポンプ。

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