JP7428101B2 - turbo molecular pump - Google Patents

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本発明は、ターボ分子ポンプに関する。 The present invention relates to turbomolecular pumps.

ターボ分子ポンプでは、ロータがアルミ材で製作される。アルミ材の強度や耐久性に関する許容温度は、他の金属に比べて比較的低い。一般に、ターボ分子ポンプが排気作用を発揮する高速回転状態には、ロータは高い遠心力の作用により高い引張応力状態にある。引張応力状態においてロータ温度が許容温度以上となると永久歪みが急激に増加し、クリープ変形によるロータの寿命の低下が問題となる。特許文献1に記載の発明では、ロータの表面に熱輻射率の高い黒色ニッケルメッキ層を形成し、ロータからステータ翼やスペーサなどの周辺部材へ効率よく放熱させることでロータ温度の上昇を抑制している。 In turbomolecular pumps, the rotor is made of aluminum. The permissible temperature for the strength and durability of aluminum is relatively low compared to other metals. Generally, when a turbomolecular pump is in a high-speed rotation state in which it performs an evacuation action, the rotor is in a state of high tensile stress due to the action of high centrifugal force. When the rotor temperature exceeds the permissible temperature in a tensile stress state, permanent strain increases rapidly, causing a problem of reduced rotor life due to creep deformation. In the invention described in Patent Document 1, a black nickel plating layer with high thermal emissivity is formed on the surface of the rotor, and heat is efficiently radiated from the rotor to surrounding members such as stator blades and spacers, thereby suppressing a rise in rotor temperature. ing.

特開2010-112202号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-112202

しかしながら、ロータからの熱輻射を受けるステータ翼やスペーサの温度が高いとロータ温度上昇の抑制が効果的に行われないという問題があった。すなわち、ステータ翼やスペーサの熱がベースへ十分に伝達されないと、熱輻射によるロータからステータ翼やスペーサへの熱移動効果が十分に得られないという問題があった。 However, there is a problem in that if the temperature of the stator blades and spacers that receive heat radiation from the rotor is high, the increase in rotor temperature cannot be effectively suppressed. That is, if the heat of the stator blades and spacers is not sufficiently transferred to the base, there is a problem in that a sufficient effect of heat transfer from the rotor to the stator blades and spacers by thermal radiation cannot be obtained.

本発明の態様によるターボ分子ポンプは、複数段のロータ翼と、前記複数段のロータ翼に対して、ポンプ軸方向に交互に設けられる複数段のステータ翼と、ポンプ軸方向に前記複数段のステータ翼と交互に積層され、前記複数段のステータ翼とともに積層体を構成する複数のスペーサリングと、前記複数段のロータ翼および前記積層体が収容されるポンプケーシングと、を備え、前記ポンプケーシングの内周面には、該ポンプケーシングの基材の放射率よりも高い放射率を有する第1の高放射率層が形成され、および/または、前記積層体の内の前記内周面に対向する領域には、前記積層体の基材の放射率よりも高い放射率を有する第2の高放射率層が形成されている。 A turbo-molecular pump according to an aspect of the present invention includes a plurality of stages of rotor blades, a plurality of stator blades provided alternately in the pump axial direction with respect to the plurality of stages of rotor blades, and a plurality of stages of the stator blades in the pump axial direction. a plurality of spacer rings that are alternately stacked with stator blades and constitute a stacked body together with the plurality of stages of stator blades, and a pump casing in which the plurality of stages of rotor blades and the stacked body are accommodated, the pump casing A first high emissivity layer having an emissivity higher than the emissivity of the base material of the pump casing is formed on the inner circumferential surface of the pump casing, and/or a first high emissivity layer is formed on the inner circumferential surface of the laminated body. A second high emissivity layer having an emissivity higher than the emissivity of the base material of the laminate is formed in the region.

本発明によれば、ロータ温度の上昇をより効果的に低減することができる。 According to the present invention, an increase in rotor temperature can be more effectively reduced.

図1は、ターボ分子ポンプの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a turbomolecular pump. 図2は、ポンプロータの冷却方法を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a method for cooling a pump rotor. 図3は、黒色ニッケルメッキ層の構造を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of the black nickel plating layer. 図4は、比較例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a comparative example. 図5は、変形例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a modification.

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、ターボ分子ポンプ1の概略構成を模式的に示した断面図である。ターボ分子ポンプ1は、複数段のステータ翼30と複数段のロータ翼40とで構成されるターボポンプ段と、ステータ31とロータ円筒部41とで構成されるネジ溝ポンプ段とを有している。なお、本実施の形態では磁気軸受式のターボ分子ポンプを例に説明するが、ボールベアリングのような他の軸受形式のターボ分子ポンプにも適用可能である。また、ネジ溝ポンプ段を有しないターボポンプ段のみのターボ分子ポンプにも、本発明は適用可能である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a turbo-molecular pump 1. As shown in FIG. The turbo molecular pump 1 has a turbo pump stage composed of a plurality of stages of stator blades 30 and a plurality of stages of rotor vanes 40, and a thread groove pump stage composed of a stator 31 and a rotor cylindrical part 41. There is. In this embodiment, a magnetic bearing type turbo-molecular pump will be described as an example, but the present invention is also applicable to other bearing type turbo-molecular pumps such as ball bearings. Further, the present invention is also applicable to a turbomolecular pump having only a turbo pump stage without a thread groove pump stage.

ロータ翼40およびロータ円筒部41はポンプロータ4aに形成されている。ポンプロータ4aは、不図示のボルトによりロータ軸であるシャフト4bに締結されている。シャフト4bは、ベース3に設けられた磁気軸受34,35,36によって磁気浮上支持される。詳細な図示は省略したが、各磁気軸受34~36は電磁石と変位センサとを備えている。変位センサによりシャフト4bの浮上位置が検出される。 The rotor blades 40 and the rotor cylindrical portion 41 are formed on the pump rotor 4a. The pump rotor 4a is fastened to a shaft 4b, which is a rotor shaft, by bolts (not shown). The shaft 4b is supported by magnetic levitation by magnetic bearings 34, 35, and 36 provided on the base 3. Although detailed illustrations are omitted, each of the magnetic bearings 34 to 36 includes an electromagnet and a displacement sensor. The floating position of the shaft 4b is detected by the displacement sensor.

複数段のステータ翼30は、ポンプロータ4aの軸方向に設けられた複数段のロータ翼40に対して交互に配置されている。各ステータ翼30は、スペーサリング33を介してポンプ軸方向に積層され、位置決めされている。ケーシング20の固定フランジ20bをボルトによりベース3に固定すると、ステータ翼30とスペーサリング33との積層体がベース3とケーシング20との間に挟持される。ステータ31は、図示上端付近に形成されたフランジ状の固定部311をボルト21でベース3に固定することにより、ベース3に取り付けられている。本実施の形態では、ステータ31の内周面にネジ溝が形成されているが、一般には、ステータ31またはロータ円筒部41のいずれかにネジ溝が形成されている。ベース3には、冷却水パイプ39(以下、冷却水管路とも呼ぶ)が設けられている。 The stator blades 30 in multiple stages are arranged alternately with respect to the rotor blades 40 in multiple stages provided in the axial direction of the pump rotor 4a. Each stator blade 30 is stacked and positioned in the pump axial direction via a spacer ring 33. When the fixing flange 20b of the casing 20 is fixed to the base 3 with bolts, the stacked body of the stator blades 30 and the spacer ring 33 is sandwiched between the base 3 and the casing 20. The stator 31 is attached to the base 3 by fixing a flange-shaped fixing portion 311 formed near the upper end of the figure to the base 3 with bolts 21 . In this embodiment, a thread groove is formed on the inner peripheral surface of the stator 31, but generally, a thread groove is formed on either the stator 31 or the rotor cylindrical portion 41. The base 3 is provided with a cooling water pipe 39 (hereinafter also referred to as a cooling water pipe).

ポンプロータ4aが締結されたシャフト4bは、モータ10により回転駆動される。磁気軸受が作動していない時には、シャフト4bは非常用のメカニカルベアリング37a,37bによって支持される。ポンプロータ4aが締結されたシャフト4bをモータ10により高速回転すると、ケーシング20の吸気口20a側の気体は、ターボポンプ段(ロータ翼40、ステータ翼30)により排気された後、後段に設けられたネジ溝ポンプ段(ロータ円筒部41、ステータ31)によりさらに排気され、排気ポート38から排出される。排気ポート38には補助ポンプが接続される。 The shaft 4b to which the pump rotor 4a is connected is rotationally driven by the motor 10. When the magnetic bearing is not operating, the shaft 4b is supported by emergency mechanical bearings 37a, 37b. When the shaft 4b to which the pump rotor 4a is fastened is rotated at high speed by the motor 10, the gas on the intake port 20a side of the casing 20 is exhausted by the turbo pump stage (rotor blades 40, stator blades 30), and then the gas is exhausted by the turbo pump stage (rotor blades 40, stator blades 30). The gas is further exhausted by a threaded groove pump stage (rotor cylindrical portion 41, stator 31), and then exhausted from the exhaust port 38. An auxiliary pump is connected to the exhaust port 38.

排気するガスの流量が増加すると、排気に伴って発生する熱によりポンプロータ4aの温度が上昇する。特に、磁気軸受方式のターボ分子ポンプの場合、ポンプロータ4aおよびシャフト4bは磁気浮上しているため、熱が逃げ難く温度も上昇しやすい。図1に示すターボ分子ポンプ1の場合、後述するように、熱輻射や気体分子によりロータ翼40からステータ翼30に伝えられた熱エネルギーを、スペーサリング33を介した伝熱によりベース3へ放熱すると共に、熱輻射を利用してスペーサリング33からケーシング20へ放熱することで、ポンプロータ4aの温度上昇を抑制するようにしている。 When the flow rate of the gas to be exhausted increases, the temperature of the pump rotor 4a increases due to the heat generated by the exhaust. In particular, in the case of a magnetic bearing type turbomolecular pump, the pump rotor 4a and shaft 4b are magnetically levitated, making it difficult for heat to escape and increasing the temperature. In the case of the turbomolecular pump 1 shown in FIG. 1, as described later, thermal energy transmitted from the rotor blades 40 to the stator blades 30 by thermal radiation or gas molecules is radiated to the base 3 by heat transfer via the spacer ring 33. At the same time, heat is radiated from the spacer ring 33 to the casing 20 using thermal radiation, thereby suppressing the temperature rise of the pump rotor 4a.

図2は、ポンプロータ4aの冷却方法を説明する図であり、図1に示したターボ分子ポンプ1の一部を示す図である。ケーシング20の内部には、複数段のロータ翼40が形成されたポンプロータ4aと、複数段のステータ翼30と、複数のスペーサリング33とが収容されている。複数段のステータ翼30は、各ステータ翼30が上下一対のスペーサリング33により挟持されるように積層されている。複数段のステータ翼30と複数段のスペーサリング33との積層体は、ベース3上に載置されている。 FIG. 2 is a diagram illustrating a method of cooling the pump rotor 4a, and is a diagram showing a part of the turbo-molecular pump 1 shown in FIG. 1. Inside the casing 20, a pump rotor 4a in which multiple stages of rotor blades 40 are formed, multiple stages of stator blades 30, and a plurality of spacer rings 33 are housed. The stator blades 30 in multiple stages are stacked such that each stator blade 30 is sandwiched between a pair of upper and lower spacer rings 33 . A stack of stator blades 30 in multiple stages and spacer rings 33 in multiple stages is placed on the base 3.

図2の破線矢印51で示すように、気体分子による伝熱や熱輻射を利用してロータ翼40から対向するステータ翼30へとポンプロータ側の熱エネルギーをステータ側へ移動させ、ポンプロータ4aを冷却する。ロータ翼40からステータ翼30へ移動した熱エネルギーは、破線矢印52で示すようにステータ翼30とスペーサリング33との積層部分と移動し、さらに、破線矢印52で示すように積層部分を下流側(図示下側)へと移動する。そして、積層部分の下流側に移動した熱エネルギーは、ベース3を通って冷却水パイプ39内を流れる冷却水へと排熱される。
なお、ネジ溝ポンプ段(ロータ円筒部41、ステータ31)への堆積物の堆積を防止するため、ベース3にヒータを配置し、冷却水管路39を流れる冷却水とともにネジ溝ポンプ段を温調してもよい。
As shown by the broken line arrow 51 in FIG. 2, thermal energy on the pump rotor side is transferred from the rotor blades 40 to the opposing stator blades 30 to the stator side using heat transfer and thermal radiation by gas molecules, and the pump rotor 4a to cool down. Thermal energy transferred from the rotor blades 40 to the stator blades 30 is transferred to the laminated portion of the stator blades 30 and the spacer ring 33 as shown by the broken line arrow 52, and further transferred to the laminated portion downstream as shown by the broken line arrow 52. (lower side in the illustration). Then, the thermal energy that has moved to the downstream side of the laminated portion is exhausted to the cooling water flowing through the base 3 and inside the cooling water pipe 39.
In addition, in order to prevent deposits from accumulating on the thread groove pump stage (rotor cylindrical portion 41, stator 31), a heater is placed on the base 3 to control the temperature of the thread groove pump stage together with the cooling water flowing through the cooling water pipe 39. You may.

本実施の形態では、ロータ翼40からステータ翼30への熱輻射による熱移動をより効果的とするために、ロータ翼40およびステータ翼30に放射率を高めるための表面処理を、例えば、図2のハッチングで示す領域に施している。なお、図2では、積層されたスペーサリング33の全段の外周面330、および、ケーシング20の内周面200における全段の外周面330が対向する面に、高放射率層を形成したが、一部の段の外周面330およびそれらに対向する内周面200に高放射率層を形成しても良い。 In this embodiment, in order to make the heat transfer from the rotor blades 40 to the stator blades 30 by thermal radiation more effective, the rotor blades 40 and the stator blades 30 are subjected to surface treatment to increase the emissivity, for example, as shown in FIG. This is done in the area shown by the hatching in 2. In addition, in FIG. 2, high emissivity layers are formed on the outer circumferential surfaces 330 of all stages of the stacked spacer rings 33 and on the surface of the inner circumferential surface 200 of the casing 20 that faces the outer circumferential surfaces 330 of all stages. , a high emissivity layer may be formed on the outer circumferential surface 330 of some steps and the inner circumferential surface 200 opposing them.

ポンプロータ4aおよびステータ翼30の材料としては、一般的にアルミ材が用いられる。そのため、ポンプロータ4aおよびステータ翼30の表面の放射率を高くする表面処理としては、例えば、黒色ニッケルメッキ処理(放射率0.7程度)、黒色アルマイト処理(放射率0.9程度)、黒色塗装処理(放射率0.9程度)などがあるが、これらに限定されない。なお、アルミニウム材を表面処理なしで使用した場合には放射率は酸化面で放射率0.1~0.2程度であり、アルミ材の耐腐食処理として使用されるニッケルメッキ処理の場合の放射率は放射率0.2程度である。 Aluminum is generally used as the material for the pump rotor 4a and the stator blades 30. Therefore, surface treatments for increasing the emissivity of the surfaces of the pump rotor 4a and stator blades 30 include, for example, black nickel plating (emissivity of about 0.7), black alumite treatment (emissivity of about 0.9), black Examples include, but are not limited to, painting treatment (emissivity of approximately 0.9). In addition, when aluminum material is used without surface treatment, the emissivity is about 0.1 to 0.2 on the oxidized surface, and the emissivity is about 0.1 to 0.2 on the oxidized surface. The emissivity is about 0.2.

図3は黒色ニッケルメッキ層の構造を示す模式図である。基材であるアルミ母材Mの表面に無電解メッキ法でNi-P(ニッケル-リン)層401を形成する。次に、Ni-P層401を下地として、Ni-P層402を無電解メッキ法により形成する。最後に、Ni-P層402の表面をエッチング処理して黒色酸化被膜403の層を形成する。なお、図3のNi-P層402を省略して、Ni-P層401に黒色酸化被膜403を形成しても良い。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of the black nickel plating layer. A Ni-P (nickel-phosphorous) layer 401 is formed on the surface of an aluminum base material M by electroless plating. Next, using the Ni--P layer 401 as a base, a Ni--P layer 402 is formed by electroless plating. Finally, the surface of the Ni--P layer 402 is etched to form a layer of black oxide film 403. Note that the Ni--P layer 402 in FIG. 3 may be omitted and the black oxide film 403 may be formed on the Ni--P layer 401.

さらに、本実施の形態では、図2の矢印54で示すように、熱輻射によりスペーサリング33からケーシング20へと放熱するようにした。それにより、ポンプロータ4aに対する冷却効果の向上が図れ、ロータ温度上昇の抑制効果をさらに高めることができる。具体的には、ポンプロータ4aおよびステータ翼30の場合と同様に、ケーシング20の内周面200、および、その内周面200に対向するスペーサリング33の外周面330に放射率を高くする表面処理を施した。一般に、スペーサリング33はアルミ材で形成され、ケーシング20にはステンレス材等の鋼材が用いられる。そして、アルミ材やステンレス材で形成される各基材のハッチングで示す領域に、黒色ニッケルメッキ層、黒色アルマイト層、黒色塗装層を形成することで、ケーシング20の内周面200およびスペーサリング33の外周面330を放射率がより高い高放射率層とするようにした。 Furthermore, in this embodiment, as shown by arrow 54 in FIG. 2, heat is radiated from spacer ring 33 to casing 20 by thermal radiation. Thereby, the cooling effect on the pump rotor 4a can be improved, and the effect of suppressing the rise in rotor temperature can be further enhanced. Specifically, as in the case of the pump rotor 4a and the stator blades 30, a surface that increases the emissivity is provided on the inner circumferential surface 200 of the casing 20 and the outer circumferential surface 330 of the spacer ring 33 opposite to the inner circumferential surface 200. Processed. Generally, the spacer ring 33 is made of aluminum, and the casing 20 is made of steel such as stainless steel. Then, by forming a black nickel plating layer, a black alumite layer, and a black paint layer in the hatched areas of each base material made of aluminum or stainless steel, the inner peripheral surface 200 of the casing 20 and the spacer ring 33 are formed. The outer circumferential surface 330 of is made of a high emissivity layer having a higher emissivity.

例えば、内周面200および外周面330に高放射率の表面処理を施さない場合、ステータ翼30とスペーサリング33との積層体の熱エネルギーは、ほぼ破線矢印53で示す伝熱経路のみで放熱することになる。そのような場合、積層体の熱エネルギーの放熱効果をより高める方法として、図4の符号Aで示す領域のように、破線矢印53で示す伝熱経路の断面積をより大きくする方法がある。しかし、ステータ翼30およびロータ翼40の翼長さを短くして、スペーサリング33Aの径方向の厚さを増加させる必要があるため、排気性能の低下という新たな問題が生じることになる。 For example, if high emissivity surface treatment is not applied to the inner circumferential surface 200 and the outer circumferential surface 330, the thermal energy of the stacked body of the stator blades 30 and the spacer ring 33 is radiated almost only through the heat transfer path shown by the broken line arrow 53. I will do it. In such a case, as a method to further enhance the heat dissipation effect of the thermal energy of the laminate, there is a method of increasing the cross-sectional area of the heat transfer path indicated by the broken line arrow 53, as in the region indicated by the symbol A in FIG. However, since it is necessary to shorten the blade lengths of the stator blades 30 and the rotor blades 40 and increase the radial thickness of the spacer ring 33A, a new problem of deterioration in exhaust performance arises.

一方、本実施の形態では、スペーサリング33からケーシング20への熱輻射を放熱に利用するので、破線矢印54で示す伝熱経路の断面積を増加させる必要がない。そのため、排気性の低下を招くことなく放熱性能の向上を図ることができる。例えば、スペーサ外周面に黒体塗料を塗布した場合、排気速度3000L/sクラスのポンプにおいて、水素ガス流量28mbarL/s、背圧38Paの条件で、ケーシング20の温度が36.1℃から37.1℃へ1℃上昇した。これは、ケーシング20の温度上昇分を熱量が全て黒体塗料を塗布した影響によるものと仮定した場合には、約3℃のスペーサ温度低下に相当する。 On the other hand, in this embodiment, thermal radiation from the spacer ring 33 to the casing 20 is used for heat radiation, so there is no need to increase the cross-sectional area of the heat transfer path indicated by the broken line arrow 54. Therefore, it is possible to improve heat dissipation performance without deteriorating exhaust performance. For example, when black body paint is applied to the outer circumferential surface of the spacer, the temperature of the casing 20 changes from 36.1°C to 37°C under conditions of a hydrogen gas flow rate of 28 mbarL/s and a back pressure of 38 Pa in a pump with a pumping speed of 3000 L/s. The temperature rose by 1°C to 1°C. This corresponds to a decrease in spacer temperature of about 3° C., assuming that the amount of heat for the temperature increase in the casing 20 is entirely due to the effect of applying the black body paint.

なお、図4に示す積層体は、複数段のスペーサ30の内、下流側の複数段のスペーサとステータ翼との接触面積を、上流側の複数段のスペーサとステータ翼との接触面積よりも広くしている。この構成の積層体を有する真空ポンプに本発明を適用してもよい。この場合、上述したように、排気性能が低下するがロータ翼の温度がより低減される。すなわち、ロータ翼温度の低減を重視した設計が必要な場合は図4の積層体構造を採用すればよい。
換言すると、本発明は図4の積層体構造を積極的に除外するものではない。
In addition, in the stacked body shown in FIG. 4, among the multiple stages of spacers 30, the contact area between the multiple stages of spacers on the downstream side and the stator blades is set to be larger than the contact area between the multiple stages of spacers on the upstream side and the stator blades. It's wide. The present invention may be applied to a vacuum pump having a laminate having this configuration. In this case, as described above, although the exhaust performance deteriorates, the temperature of the rotor blades is further reduced. That is, if a design that places emphasis on reducing the rotor blade temperature is required, the laminated body structure shown in FIG. 4 may be adopted.
In other words, the present invention does not positively exclude the laminate structure shown in FIG.

(変形例)
上述した実施形態では、図2に示すように、ステータ翼30とスペーサリング33との積層部分において、スペーサリング33の外周面330だけがケーシング20の内周面と対向する構造であった。そのため、スペーサリング33の外周面330に高放射率の表面処理を施した。しかし、ステータ翼30とスペーサリング33との積層部分が、図5の変形例に示すスペーサリング33Bのような構成の場合、ステータ翼30の外周面300もケーシング20の内周面と対向している。そのような構成の場合には、ステータ翼30の外周面300にも高放射率の表面処理を施すのが、熱輻射による放熱性能向上のために好ましい。
(Modified example)
In the embodiment described above, as shown in FIG. 2, in the laminated portion of the stator blades 30 and the spacer ring 33, only the outer circumferential surface 330 of the spacer ring 33 faces the inner circumferential surface of the casing 20. Therefore, the outer peripheral surface 330 of the spacer ring 33 was subjected to a high emissivity surface treatment. However, if the laminated portion of the stator blades 30 and the spacer ring 33 has a configuration like the spacer ring 33B shown in the modified example of FIG. There is. In such a configuration, it is preferable to apply high emissivity surface treatment to the outer circumferential surface 300 of the stator blades 30 in order to improve heat dissipation performance by heat radiation.

なお、上述した実施の形態では、図2や図5に示すように、ケーシング20の内周面200と、その内周面に対向する部材の面すなわちステータ翼30とスペーサリング33との積層体の外周面との両方に、高放射率の表面処理を施したが、いずれか一方に施す構成であっても構わない。いずれの場合も、高放射率の表面処理を施さない場合に比べて、熱輻射によるケーシング20への放熱性能が向上する。 In the embodiment described above, as shown in FIGS. 2 and 5, the inner circumferential surface 200 of the casing 20 and the surface of the member facing the inner circumferential surface, that is, the laminated body of the stator blades 30 and the spacer ring 33. Although the high emissivity surface treatment is applied to both the outer circumferential surface and the outer peripheral surface, it may be applied to either one of them. In either case, the heat dissipation performance to the casing 20 by thermal radiation is improved compared to the case where high emissivity surface treatment is not performed.

上述した実施の形態では、図2のように、全段のロータ翼40およびステータ翼30の互いに対向する面に高放射率の表面処理を施す構成としたが、一部の段に高放射率の表面処理が施されていても良い。また、ロータ翼40およびステータ翼30の表面に高放射率の表面処理を施さずに基材の表面が露出した状態の構成の場合でも、ケーシング20の内周面200およびステータリング33の外周面330に高放射率の表面処理を施すことで、熱輻射によるステータ翼30とスペーサリング33との積層部分からの放熱を向上させることができる。例えば、図5に示す構造において、全段のロータ翼40およびステータ翼30に高放射率の表面処理を施さない構成であった場合でも、ステータ翼30の外周面300のみに高放射率の表面処理を施すことで、積層部分の熱輻射による放熱効果を、表面処理を施さなかった場合に比べて高くすることができる。 In the embodiment described above, as shown in FIG. 2, the mutually opposing surfaces of the rotor blades 40 and stator blades 30 of all stages are subjected to high emissivity surface treatment, but some stages are treated with high emissivity. The surface treatment may be performed. Moreover, even in the case of a configuration in which the surfaces of the rotor blades 40 and stator blades 30 are not subjected to high emissivity surface treatment and the surfaces of the base materials are exposed, the inner peripheral surface 200 of the casing 20 and the outer peripheral surface of the stator ring 33 By subjecting 330 to a high-emissivity surface treatment, it is possible to improve heat radiation from the laminated portion of stator blades 30 and spacer ring 33 due to thermal radiation. For example, in the structure shown in FIG. 5, even if the rotor blades 40 and stator blades 30 of all stages are not subjected to high emissivity surface treatment, only the outer circumferential surface 300 of the stator blades 30 is coated with high emissivity. By applying the treatment, the heat dissipation effect due to thermal radiation of the laminated portion can be made higher than when no surface treatment is applied.

ところで、高速回転するポンプロータ4aが破壊した場合には、破壊したポンプロータ4aがスペーサリング33とステータ翼30との積層体に衝突し、さらに、積層体がポンプロータ4aの回転エネルギーによって回転するようにケーシング20に衝突し、急停止する。そのため、ケーシング20に過大な急停止トルクが加わることになる。しかし、上述したように、ケーシング20の内周面200やスペーサリング33の外周面330に黒色ニッケルメッキ層や黒色アルマイト層を形成すると、ケーシング20やスペーサリング33の表面硬度が高められ、ロータ破壊時にスペーサリング33がケーシング20に対して滑ることで急停止時間が延び、急停止トルクを低減することができる。 By the way, when the pump rotor 4a rotating at high speed is broken, the broken pump rotor 4a collides with the stacked body of the spacer ring 33 and the stator blades 30, and further, the stacked body is rotated by the rotational energy of the pump rotor 4a. It collides with the casing 20 and comes to a sudden stop. Therefore, an excessive sudden stopping torque is applied to the casing 20. However, as described above, if a black nickel plating layer or a black alumite layer is formed on the inner circumferential surface 200 of the casing 20 and the outer circumferential surface 330 of the spacer ring 33, the surface hardness of the casing 20 and the spacer ring 33 will be increased, causing rotor damage. Occasionally, the spacer ring 33 slips with respect to the casing 20, which extends the sudden stop time and reduces the sudden stop torque.

上述した例示的な実施の形態および変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。 It will be appreciated by those skilled in the art that the exemplary embodiments and variations described above are specific examples of the following aspects.

[1]一態様に係るターボ分子ポンプは、複数段のロータ翼と、前記複数段のロータ翼に対して、ポンプ軸方向に交互に設けられる複数段のステータ翼と、ポンプ軸方向に前記複数段のステータ翼と交互に積層され、前記複数段のステータ翼とともに積層体を構成する複数のスペーサリングと、前記複数段のロータ翼および前記積層体が収容されるポンプケーシングと、を備え、前記ポンプケーシングの内周面には、該ポンプケーシングの基材の放射率よりも高い放射率を有する第1の高放射率層が形成され、および/または、前記積層体の内の前記内周面に対向する領域には、前記積層体の基材の放射率よりも高い放射率を有する第2の高放射率層が形成されている。 [1] A turbo-molecular pump according to one embodiment includes a plurality of stages of rotor blades, a plurality of stator blades provided alternately in the pump axial direction with respect to the plurality of stages of rotor blades, and a plurality of stator blades provided in the pump axial direction with respect to the plurality of stages of rotor blades. a plurality of spacer rings which are alternately stacked with the stator blades of the stages and constitute a laminate together with the stator blades of the plurality of stages; and a pump casing in which the rotor blades of the plurality of stages and the laminate are housed; A first high emissivity layer having an emissivity higher than that of the base material of the pump casing is formed on the inner circumferential surface of the pump casing, and/or a first high emissivity layer having an emissivity higher than that of the base material of the pump casing is formed, and/or A second high emissivity layer having an emissivity higher than that of the base material of the laminate is formed in a region facing the laminate.

例えば、図2に示すように、ケーシング20の内周面200やスペーサリング33の外周面330に、それらの基材(ステンレス材やアルミ材)の放射率よりも高い放射率を有する高放射率層を形成することで、熱輻射によるスペーサリング33からケーシング20への放熱を向上させるとことができる。 For example, as shown in FIG. 2, the inner circumferential surface 200 of the casing 20 and the outer circumferential surface 330 of the spacer ring 33 have a high emissivity that is higher than the emissivity of those base materials (stainless steel material or aluminum material). By forming the layer, heat radiation from the spacer ring 33 to the casing 20 by thermal radiation can be improved.

[2]上記[1]に記載のターボ分子ポンプにおいて、前記複数段のロータ翼の少なくとも一部の段のロータ翼には、該ロータ翼の基材の放射率よりも高い放射率を有する第3の高放射率層が形成され、前記高放射率層が形成されたロータ翼に対向するステータ翼には、該ステータ翼の基材の放射率よりも高い放射率を有する第4の高放射率層が形成されている。 [2] In the turbomolecular pump according to [1] above, at least some of the rotor blades of the plurality of stages have a rotor blade having an emissivity higher than the emissivity of the base material of the rotor blade. A fourth high-emissivity layer having a higher emissivity than the base material of the stator blade is provided on the stator blade facing the rotor blade on which the high-emissivity layer is formed. A layer is formed.

図2に示す例では、複数段のロータ翼40および複数段のステータ翼30の全てに高放射率層が形成されているが、一部の段のロータ翼40とそれに対向するステータ翼30とに高放射率層を形成するようにしても良い。そのような場合であっても、ケーシング20の内周面200およびスペーサリング33の外周面330に高放射率層を形成することで、スペーサリング33からケーシング20への熱輻射による放熱の向上を図ることができる。 In the example shown in FIG. 2, the high emissivity layer is formed on all of the multiple stages of rotor blades 40 and the multiple stages of stator blades 30, but some of the stages of rotor blades 40 and the opposing stator blades 30 have high emissivity layers. A high emissivity layer may be formed on the surface. Even in such a case, by forming a high emissivity layer on the inner circumferential surface 200 of the casing 20 and the outer circumferential surface 330 of the spacer ring 33, heat radiation from the spacer ring 33 to the casing 20 can be improved. can be achieved.

[3]上記[1]または[2]に記載のターボ分子ポンプにおいて、前記積層体が載置され、前記積層体を冷却する冷却水管路が配設されたベースを有する。図2に示すように、ステータ翼30とスペーサリング33との積層体の熱は、矢印54で示す熱輻射により積層体の外周面300からケーシング20の内周面200へ放熱されると共に、破線矢印53で示すように冷却水管路39が配設されたベース3へと伝熱により放熱される。 [3] The turbo-molecular pump according to [1] or [2] above includes a base on which the laminate is placed and a cooling water pipe for cooling the laminate. As shown in FIG. 2, the heat of the stacked body of the stator blades 30 and the spacer ring 33 is radiated from the outer circumferential surface 300 of the stacked body to the inner circumferential surface 200 of the casing 20 by thermal radiation indicated by the arrow 54, and As shown by an arrow 53, heat is radiated by heat transfer to the base 3 where the cooling water pipe line 39 is disposed.

[4]上記[1]から[3]までのいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、高放射率層は黒ニッケルメッキ層または黒色アルマイト層である。ケーシング20の内周面200やスペーサリング33の外周面330に形成される高放射率層を、黒ニッケルメッキ層や黒色アルマイト層とすることで、ケーシング20やスペーサリング33の表面硬度が高められ、ロータ破壊時にスペーサリング33がケーシング20に対して滑ることで急停止時間が延び、急停止トルクを低減することができる。 [4] In the turbomolecular pump according to any one of [1] to [3] above, the high emissivity layer is a black nickel plating layer or a black alumite layer. By using a black nickel plating layer or a black alumite layer as the high emissivity layer formed on the inner peripheral surface 200 of the casing 20 and the outer peripheral surface 330 of the spacer ring 33, the surface hardness of the casing 20 and the spacer ring 33 can be increased. When the rotor breaks, the spacer ring 33 slides against the casing 20, thereby extending the sudden stop time and reducing the sudden stop torque.

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。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these. Other embodiments considered within the technical spirit of the present invention are also included within the scope of the present invention.

1…ターボ分子ポンプ、3…ベース、4a…ポンプロータ、20…ケーシング、30…ステータ翼、40…ロータ翼、33,33A,33B…スペーサリング、200…内周面、300,330…外周面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Turbo molecular pump, 3... Base, 4a... Pump rotor, 20... Casing, 30... Stator blade, 40... Rotor blade, 33, 33A, 33B... Spacer ring, 200... Inner peripheral surface, 300, 330... Outer peripheral surface

Claims (4)

複数段のロータ翼と、
前記複数段のロータ翼に対して、ポンプ軸方向に交互に設けられる複数段のステータ翼と、
ポンプ軸方向に前記複数段のステータ翼と交互に積層され、前記複数段のステータ翼とともに積層体を構成する複数のスペーサリングと、
前記複数段のロータ翼および前記積層体が収容されるポンプケーシングと、を備え、
前記ポンプケーシングの内周面と、前記積層体の内の前記内周面と対向する領域との間には隙間が形成されており、
前記ポンプケーシングの前記内周面には、該ポンプケーシングの基材の放射率よりも高い放射率を有する第1の高放射率層が形成され、および/または、前記積層体の内の前記内周面に対向する前記領域には、前記積層体の基材の放射率よりも高い放射率を有する第2の高放射率層が形成されていることで、熱輻射により前記スペーサリングから前記ポンプケーシングへ放熱させる、ターボ分子ポンプ。
multiple stages of rotor blades,
multiple stages of stator blades provided alternately in the pump axial direction with respect to the multiple stages of rotor blades;
a plurality of spacer rings that are alternately stacked with the plurality of stages of stator blades in the pump axial direction and constitute a stacked body together with the plurality of stages of stator blades;
a pump casing in which the plurality of stages of rotor blades and the laminate are housed,
A gap is formed between the inner circumferential surface of the pump casing and a region of the laminate that faces the inner circumferential surface,
A first high emissivity layer having an emissivity higher than that of the base material of the pump casing is formed on the inner circumferential surface of the pump casing, and/or a first high emissivity layer having an emissivity higher than that of the base material of the pump casing is formed, and/or A second high emissivity layer having an emissivity higher than the emissivity of the base material of the laminate is formed in the region facing the peripheral surface , so that the pump is removed from the spacer ring by thermal radiation. A turbo molecular pump that radiates heat to the casing .
請求項1に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記複数段のロータ翼の少なくとも一部の段のロータ翼には、該ロータ翼の基材の放射率よりも高い放射率を有する第3の高放射率層が形成され、
前記高放射率層が形成されたロータ翼に対向するステータ翼には、該ステータ翼の基材の放射率よりも高い放射率を有する第4の高放射率層が形成されている、ターボ分子ポンプ。
The turbomolecular pump according to claim 1,
A third high emissivity layer having an emissivity higher than the emissivity of a base material of the rotor blade is formed on at least some of the rotor blades of the plurality of stages of rotor blades,
A fourth high emissivity layer having an emissivity higher than the emissivity of a base material of the stator blade is formed on a stator blade facing the rotor blade on which the high emissivity layer is formed. pump.
請求項1または2に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記積層体が載置され、前記積層体を冷却する冷却水管路が配設されたベースを有する、ターボ分子ポンプ。
The turbomolecular pump according to claim 1 or 2,
A turbo-molecular pump comprising a base on which the laminate is placed and a cooling water pipe for cooling the laminate.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記高放射率層は黒ニッケルメッキ層または黒色アルマイト層である、ターボ分子ポンプ。
The turbomolecular pump according to any one of claims 1 to 3,
The high emissivity layer is a black nickel plating layer or a black alumite layer, the turbo molecular pump.
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