JPH074383A - 複合分子ポンプ - Google Patents
複合分子ポンプInfo
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- JPH074383A JPH074383A JP17102693A JP17102693A JPH074383A JP H074383 A JPH074383 A JP H074383A JP 17102693 A JP17102693 A JP 17102693A JP 17102693 A JP17102693 A JP 17102693A JP H074383 A JPH074383 A JP H074383A
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Abstract
すると共に、小型軽量化を実現する。 【構成】 ターボ分子ポンプ部2のロータ4aを金属製
とすると共にネジ溝ポンプ部3の円筒ロータ6及び該円
筒ロータ6と前記ターボ分子ポンプ部2のロータ4aと
を接合する支板5を繊維強化複合材料により形成する。
Description
等の実験研究装置、電子顕微鏡、表面分析計等の分析計
測装置及び半導体製造真空装置等の工業真空装置におい
て、中真空から高真空及び超高真空にわたる圧力範囲で
有用な複合分子ポンプに関する。
10の如く吸気口aと排気口bとを有する筐体c内に、
該吸気口a側からターボ分子ポンプ部d及び円筒形ネジ
溝ポンプ部eを順次配設したものが知られている。尚、
fはこれらターボ分子ポンプ部d及びネジ溝ポンプ部e
のロータgの回転軸、hは該軸fを回転させるモータを
示す。
ンプによれば、該円筒形ネジ溝ポンプ部eのロータ或い
はステータはアルミ合金製であり、複合分子ポンプの回
転数の高速化は、円筒形ネジ溝ポンプ部eのロータの強
度で制限され、この部分の直径は小型機の場合はターボ
分子ポンプ部dのロータの先端径と同一にできるが、中
型機あるいは大型機では、該ターボ分子ポンプ部dのロ
ータの先端径より小さくせざるを得ない欠点を有してい
た。
eのロータに繊維強化複合材料製の円筒を使用したもの
があるが、この場合には該円筒をターボ分子ポンプ部d
の回転軸に固着されたアルミ合金製の支持円板の外周に
直接嵌入固着されている。
強化複合材料製の円筒を支持しているアルミ合金製の支
持円板の許容応力により限定され、密度に比して高い強
靭性を有する繊維強化複合材料を使用した効果を十分に
発揮することができない問題点を有していた。
複合材料製の円筒との熱膨張係数の差及び遠心力による
伸びの差により、該支持円板と円筒との接合個所が剥離
する恐れがあり、信頼性に劣る問題点を有していた。
回転数を高くし、周速を上昇させてポンプの排気速度及
び圧縮比を向上すると共に、小型軽量化を実現した複合
分子ポンプを提供することを目的とする。
め、本発明は、ターボ分子ポンプ部とネジ溝ポンプ部と
からなる複合分子ポンプにおいて、該ターボ分子ポンプ
部のロータを金属製とすると共に、該ネジ溝ポンプ部の
円筒ロータ及び該円筒ロータと前記ターボ分子ポンプ部
のロータとを接合する支板を繊維強化複合材料により形
成したことを特徴とする。
分子ポンプ部の高速回転する多数の動翼及び静翼により
移送圧縮され続いてネジ溝ポンプ部で粘性流状態まで圧
縮され排気口より排気される。
が大きく、且つ支持部が強靭になったネジ溝ポンプ部の
円筒ロータとすることにより、該ロータの周速が高くで
き排気速度及び圧縮比を向上して到達圧力及び高流量性
能を高め小型軽量化を実現することができる。
明する。
ーボ分子ポンプ部2と、その下方に円筒形のネジ溝ポン
プ部3が設けられており、該ターボ分子ポンプ部2は、
回転軸4に固設されたアルミ合金製のロータ4aに多数
の動翼2aと、前記筐体1の内周面に突設された多数の
静翼2bとの組合せからなる。
ポンプ部2のロータ4aの下端部に圧入接着された炭素
繊維強化プラスチック材(以下CFRPとする)からな
る円環状の支板5と、該支板5の外側に例えば接着剤等
を用いて圧入固着されたCFRP材からなる円筒ロータ
6と、該円筒ロータ6の外周及び内周と小間隙を有して
対向し、ネジ溝7a、7aが刻設されたステータ7とか
らなり、該ステータ7は前記筐体1の内面に固定される
と共に、透孔7bが形成され、該透孔7bの下端は排気
口8に連通されている。
a内に設けたインダクションモータ等の高周波モータ9
のロータ9aが固定されると共に、該軸4は磁気軸受で
支承され上部及び下部に保護軸受10、10が設けられ
ている。
用いる方が高速化に対して有利であるが、球軸受により
軸4を支承してもかまわない。
ら流入する気体は分子流あるいはそれに近い中間流状態
にあり、その気体分子はターボ分子ポンプ部2の回転す
る動翼2aと筐体1から突設した静翼2bとの作用によ
り、下方向に運動量が与えられ、該動翼2aの高速回転
と共に圧縮移動する。
おいて、回転する円筒ロータ6と、小間隙を有して形成
されたステータ7に沿って流れるに従って深さが浅くな
るネジ溝7a、7aとに導かれて圧縮され、透孔7bを
経て排気口8から排出される。
Pからなる支板5により強靭に支持され、且つ該ロータ
6の径が大きく、且つCFRPにより形成されているた
め、回転数を高くして高周速を実現し、排気速度及び圧
縮比を向上することができ複合分子ポンプを小型軽量に
形成できる。
支板5との剥離等も抑止される。
配向の一例を示し、繊維を一方向に配列したシート或い
は織布を用いてこれを構成する繊維が内周方向を等分割
するようにして積層し擬似等方に形成したものであり、
半径方向に対して強い靭性を発揮する特徴を有する。
径方向とに交叉状に形成したものであり、半径方向及び
円周方向に対して強い靭性を発揮する特徴を有する。
筒ロータとの変形追従性を目的とした円錐状、或いは固
着面積を大きくすることを目的とした支板の内外側に立
上り側壁を設けた形状等も有効である。
例においては前記ネジ溝ポンプ部3に第1円筒ロータ1
2aと、第2円筒ロータ12bとをCFRPにより形成
すると共に、それら円筒ロータ12a、12bをそれぞ
れCFRPからなる支板13a、13bにより前記ター
ボ分子ポンプ部2のロータ4aに嵌入固着したものであ
り、該第1及び第2円筒ロータ12a、12bによりネ
ジ溝の有効長が増大され、同一外形寸法の複合分子ポン
プにおける圧縮性能が大巾に向上できる特徴を有する。
し、該実施例においては前記ネジ溝ポンプ部3の円筒ロ
ータ14の下端部の外周或いは内周に炭素繊維を円周方
向に巻いたCFRPの補強円筒15を圧入接着したもの
であり、該補強円筒15が円周方向に巻かれた炭素繊維
により、周方向を強化したものとなり、該補強円筒15
の嵌入により前記円筒ロータ14の真円度が向上し、高
速回転化及び対向するステータとの隙間の極小化を実現
することができる特徴を有する。
ンプ部の円筒ロータと支板とをそれぞれ別個に形成した
が、該円筒ロータと支板とを一体化することもできる。
は、後述するように比強度、比弾性にすぐれた特性を有
するため好適な材料である。以下CFRPを例にその効
果を詳述する。
を示す材料で、例えば強度、弾性率(ポアソン比)は図
7、図8に示す如く、繊維方向と繊維直角方向で大きな
開きがあるのが特徴である。
度を密度で除した値]及び比弾性率:γE [材料弾性率
を密度で除した値]が高ければ高い程有利で、高速回転
も可能となる。CFRP材の密度は約1.6g/cm3 であ
り、繊維方向を円周方向とすれば比弾性率は鉄、アルミ
合金と比べ約4.4倍である。
維方向を円周方向に配列することが有利となる。
如く異方性を示し、円周方向のCFRPの熱膨張係数α
は≒0となる。
アルミ合金を選定した場合、アルミ合金の熱膨張係数は
23.8×10-6/℃程度であり、アルミ合金ロータと
CFRP支板を嵌合する際には回転時の遠心力による各
部位の変位及び使用温度条件を考慮する必要がある。
とが知られており、両者の隙間が最も小さくなるのは、
使用時(回転応力が負荷され、かつ高温となった状態)
であり、両者の隙間が最も大きくなるのは、常温状態で
定格回転数時(回転応力のみが負荷された状態)又は搬
送時(温度のみが低くなった状態)である。
δmin に対し、組立時の隙間δは
如何なる状態でも嵌合面に隙間は生じないため、製品の
信頼性を考えると設計の必須条件であり、かつ、嵌合面
間を摩擦力だけではなく両者に接着剤を塗布し、これを
圧入接着することにより更に信頼性の高い製品が提供で
きる。
なることがあり、支板は圧縮力に耐えうる構造として円
周方向に均質な物性を有し、かつ、半径方向の強度も大
きい、図3に示す円周方向及び半径方向に糸を配列した
織組織(円形クロス)或いは、図2に示す直交クロスを
円周に対し一定角度で積層した擬似等方性組織が好適で
ある。
く、軸方向にも力を分担するように繊維を配向させ複合
積層とすることが、支板により円筒に生ずる曲げ応力の
対策として有効である。
ては、軸方向強度発現性から軸方向に対し45°以下と
することが望ましい。
金部の軸方向のポアソン比も更に近づけられ、ポアソン
比の差による回転時の応力低減も図れ、更に信頼性が高
められる。
ミ合金製とし、支板部5を擬似等方性CFRPとし、ネ
ジ溝ポンプ部3を90°巻(円周巻)と30°巻の組合
せ円筒とした場合について検討すると、各使用材料の基
本物性値は表1に示す通り、ポアソン比はほぼ合致し、
かつ嵌合部の圧入代は表2に示すそれぞれの変位から、
アルミ合金−支板間で約0.1mm、支板−円筒間ではほ
ぼ0mmとすることにより、いずれの場合でも締まり勝手
の信頼性が高い構造が提供可能で、本ロータを組込んだ
複合ターボ分子ポンプは、到達真空度10-11 Torrをク
リヤーし性能上問題がないことを確認した。
ポンプ部とネジ溝ポンプ部とからなる複合分子ポンプに
おいて、該ターボ分子ポンプ部のロータを金属製とする
と共に、ネジ溝ポンプ部の円筒ロータ及び両ポンプ部の
ロータ間を接合する支板をCFRPにより形成したの
で、該円筒ロータの回転数を高くし周速を上昇させてポ
ンプの排気速度及び圧縮比を向上すると共に、小型軽量
の複合分子ポンプを得ることができる効果を有する。
る。
る。
である。
関係を示すグラフである。
グラフである。
Claims (7)
- 【請求項1】 ターボ分子ポンプ部とネジ溝ポンプ部と
からなる複合分子ポンプにおいて、該ターボ分子ポンプ
部のロータを金属製とすると共に、該ネジ溝ポンプ部の
円筒ロータ及び該円筒ロータと前記ターボ分子ポンプ部
のロータとを接合する支板を繊維強化複合材料により形
成したことを特徴とする複合分子ポンプ。 - 【請求項2】 前記支板は円環状に形成され、該支板の
内側に前記ターボ分子ポンプ部のロータの下端部が圧入
接着されていると共に外側に前記ネジ溝ポンプ部の円筒
ロータの上端部が圧入接着されていることを特徴とする
請求項1に記載の複合分子ポンプ。 - 【請求項3】 前記支板の繊維の配向を擬似等方配向又
は円形クロス配向としたことを特徴とする請求項1に記
載の複合分子ポンプ。 - 【請求項4】 前記円筒ロータが、円周方向に配向した
繊維からなる層と、繊維の配向角が軸方向に対して45
°以内とした繊維からなる層との、複合積層であること
を特徴とする請求項1に記載の複合分子ポンプ。 - 【請求項5】 前記ネジ溝ポンプ部の円筒ロータを二重
の円筒に形成し、該円筒をそれぞれ別個の支板により形
成したことを特徴とする請求項1に記載の複合分子ポン
プ。 - 【請求項6】 前記ネジ溝ポンプ部の円筒ロータの下端
部の内周又は外周に繊維が円周方向に配向した繊維強化
複合材料の補強円筒を圧入接着したことを特徴とする請
求項1に記載の複合分子ポンプ。 - 【請求項7】 繊維強化複合材料が炭素繊維強化プラス
チックスであることを特徴とする請求項1〜6に記載の
複合分子ポンプ。
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