JPH1162879A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

ターボ分子ポンプ

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JPH1162879A
JPH1162879A JP9223606A JP22360697A JPH1162879A JP H1162879 A JPH1162879 A JP H1162879A JP 9223606 A JP9223606 A JP 9223606A JP 22360697 A JP22360697 A JP 22360697A JP H1162879 A JPH1162879 A JP H1162879A
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seal ring
molecular pump
turbo
rotor
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Tomoaki Okamura
知明 岡村
Takahiro Matsumoto
隆博 松本
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターボ分子ポンプを構成し高速回転中の回転
体が万一破損しても、ケーシングに伝達される破損回転
体の回転エネルギを効果的に減少させうるように構成し
たターボ分子ポンプを提供する。 【解決手段】 ターボ分子ポンプの上部ケーシング1を
二重ケーシング構造とし、その内部ケーシング21に静
翼4を固定してある。ロータ6には動翼5が設けられて
いる。また、ロータ6にはねじ溝ポンプ段8が設けら
れ、その外側に配置されたシールリング22はボルト2
2によって下部ケーシング16に固定され、その固定部
位には環状突起部25が形成されている。内部ケーシン
グ21と外側のケーシングの間、及びシールリング22
とその外側の下部ケーシング16の間には、それぞれ隙
間27及び27′が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内側に静翼(固定
翼)を備えた上部ケーシングと、この上部ケーシング内
に配設されて動翼(回転翼)を備えたロータとで構成さ
れた動静翼段を具え、吸気口からのガスを排気口へ真空
排気するターボ分子ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来のターボ分子ポンプの縦断
面図を示すもので、上部ケーシング1及び下部ケーシン
グ16には、ガスの吸気口2及び排気口3が設けられ、
その間の上部ケーシング1の内側には、静翼(固定翼)
4がスペーサ13によって所定位置に保たれて固定され
ている。
【0003】6はロータで、このロータ6には動翼(回
転翼)5とねじ溝ポンプ段8が取りつけられ、回転軸7
によって回転される。そして、動翼5と静翼4とが軸方
向に交互に配設されている。
【0004】また、回転軸7とその周りに配置されたス
テータ17との間には、ロータ6を高速回転させるため
の上部ラジアル軸受9と下部ラジアル軸受10とスラス
ト軸受11とモータ12とが設けられ、さらに、回転軸
7の上下部には、上部保護軸受19と下部保護軸受20
が設けられている。
【0005】ねじ溝ポンプ段8の外周側には、圧縮効果
を上げるためのシールリング14が微小な隙間をおいて
対向配置され、剪断され難い大径のボルト18によって
下部ケーシング16に固定されている。また、下部ケー
シング16と上部ケーシング1の間には“O”リング1
5が配置され真空シールされている。
【0006】上記のように構成されたターボ分子ポンプ
では、動翼5とねじ溝ポンプ段8と回転軸7とを持つロ
ータ6がモータ12によって、例えば、10,000〜
100,000rpm で高速回転されると、真空排気され
るガスが吸気口2から動翼5、静翼4及びねじ溝ポンプ
段8のガス通路を経て排気口3方向へ流れて、吸気口2
側が高真空に真空排気される。
【0007】しかしながら、このようなターボ分子ポン
プは、大容量・大型化するにつれて回転体の質量が比例
して大きくなり、高速回転中のロータ6、動翼5、ねじ
溝ポンプ段8等の回転体が、非常に大きな回転エネルギ
を持って回転する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した構造をも
ち、高速回転中のターボ分子ポンプに、外部からの許容
値を超える異常振動が発生した場合や、内部での異常事
態が発生した場合には、大きな回転エネルギを持った回
転体が破壊して飛散し、ターボ分子ポンプのケーシング
に大きな衝撃力を与え、ケーシングが変形を起こし、さ
らに、ターボ分子ポンプ本体固定ボルトが破断して了う
という問題があった。
【0009】本発明は、上記の大容量・大型のターボ分
子ポンプにおいても、高速回転中の回転体が万一破損し
ても、ケーシングに伝達される回転エネルギが小さくな
るように、ケーシングの内側に回転エネルギを吸収する
構造手段を設けることによって、ケーシングの強度信頼
性向上を図り、外部への衝撃波及を少なくすることので
きるターボ分子ポンプを提供することを課題としてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、内側に静翼を備えた上部ケーシングと、同
上部ケーシング内に配設され動翼を備えたロータとで構
成された動静翼段を具えたターボ分子ポンプにおいて、
前記上部ケーシングを二重ケーシング構造とし、その内
部ケーシングに前記動翼を固定した構成のターボ分子ポ
ンプを提供する。
【0011】なお、前記した二重ケーシングを構成する
外側ケーシングと内部ケーシングの間には、回転体破壊
時の衝撃エネルギが前記外側ケーシングへ伝達されるの
を抑制する間隙を設けるのが好ましい。
【0012】本発明のこのターボ分子ポンプによれば、
高速回転中に大きな回転エネルギをもつ回転体が破損し
てターボ分子ポンプ内部に飛散しても、それらは内部ケ
ーシングに当り、その塑性変形により破片の運動エネル
ギを吸収する。
【0013】そして内部ケーシングと外側のケーシング
は二重ケーシング構造となっていてそれらの間には隙間
が形成されているので、外側のケーシングに対し破片は
直接衝突することがない。
【0014】また、本発明は、前記課題を解決するた
め、動静翼段に加え、ロータに設けられたねじ溝とその
外周側に配設されたシールリングとで構成されたねじ溝
ポンプ段を備えたターボ分子ポンプにおいて、前記上部
ケーシングを二重ケーシング構造とし、その内部ケーシ
ングに前記動翼を固定すると共に、前記シールリングが
外側のケーシングに固定される部位に、その固定手段の
破損時に前記シールリングを回転保持するガイド部を設
けた構成をもつターボ分子ポンプを提供する。
【0015】このように構成した本発明のターボ分子ポ
ンプにおいては、上部ケーシングを二重ケーシング構造
としたことにより、前述の効果を奏しうると共に、ねじ
溝ポンプ段が破損すると、その破片はシールリングによ
って受け止められ、このシールリングをケーシングに固
定しているボルトなどが破壊するとシールリングはガイ
ド部によって案内されて回転しながら慣性と摩擦で破片
のもつ運動エネルギを吸収する。
【0016】このようにして、ターボ分子ポンプの回転
部破損に伴って飛散する破片のエネルギは内部ケーシン
グの変形、シールリングの固定部の破損と回転運動など
によって吸収されターボ分子ポンプ本体外へ与えられる
衝撃力を小さくすることができる。
【0017】前記した本発明のターボ分子ポンプにおい
て、前記内部ケーシングと前記シールリングとを別体で
構成し、前記二重ケーシング構造を構成する外側のケー
シングに前記内部ケーシングを支持部材を介して固定
し、前記シールリングは前記内部ケーシングとは別にケ
ーシングに固定した構造とすることができる。
【0018】このように構成することによりシールリン
グと内部ケーシングの製造が容易となりターボ分子ポン
プの製造と組立が容易となる。
【0019】また、本発明によるターボ分子ポンプで
は、前記シールリングと、同シールリングの外側のケー
シングとの間にベアリングを介装した構成とするのが好
ましい。このように構成することによりターボ分子ポン
プの回転部分が破損しその破片の持つ運動エネルギがシ
ールリングに伝えられたとき、前記ベアリングがシール
リングの回転を容易にし、シールリングの回転により破
片のもつエネルギを効果的に吸収できる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるターボ分子ポ
ンプについて図1〜図4に示した実施の形態に基づいて
具体的に説明する。なお、以下の実施の形態において、
図5に示した従来の装置と同じ構成の部分には説明を簡
単にするため同じ符号を付してある。
【0021】(第1実施形態)まず図1により第1実施
形態のターボ分子ポンプについて説明する。図1におい
て、21は上部ケーシング1の内側に隙間27を設けて
配置された内部ケーシングで、同内部ケーシング21と
内側のスペーサ13とが、微小隙間を有して上下で固定
されている。
【0022】22はねじ溝ポンプ段8に対向して配置さ
れたシールリングで、下部ケーシング16の内側に隙間
27を設け、シールリング22と内部ケーシング21は
一体構造で、ボルト24によって下部ケーシング16の
上面に固定されている。
【0023】23は内部ケーシング21の上部を固定す
るボルト、24はシールリング22と内部ケーシング2
1下部を下部ケーシング16へ固定するボルトで、同ボ
ルト24は剪断に必要なエネルギの小さい小径のボルト
サイズのものが適用されている。25はシールリング2
2の外周部に設けられた軟剛性の環状突起部で、下部ケ
ーシング16の上面に穿設された凹部に係合されてお
り、これはボルト24の破損時にシールリング22を回
転保持するガイド部として働く。
【0024】26は上部ケーシング1上部内側に穿設さ
れた切り欠き凹部で、内部ケーシング21の上端支持部
が被衝撃時に強く拘束されないようにこの切り欠き部を
設けている。27は内部ケーシング21と外側のケーシ
ング1との間に形成された隙間で、内部ケーシング21
が衝撃力を受けて塑性変形しても外側ケーシング1に衝
撃力を伝達しないよう、変形量に見合った隙間(空間)
27が設けられている。
【0025】また、シールリング22と下部ケーシング
16との間にも同様の隙間27′が設けられている。そ
の他の構成は、前記従来技術の図5に示したターボ分子
ポンプの構成と略同一である。
【0026】上記のように構成された本実施形態のター
ボ分子ポンプによれば、動翼5とねじ溝ポンプ段8と回
転軸7とを持つロータ6がモータ12によって、例え
ば、10,000〜100,000rpm で高速回転する
と、排気されるガスが吸気口2から動翼5、静翼4及び
ねじ溝ポンプ段8のガス通路を経て排気口3方向へ流れ
て真空排気され、吸気口2側が高真空に真空排気運転が
行われる。
【0027】このターボ分子ポンプが高速回転中に、許
容値を超える異常振動や、内部での異常事態によって、
大きな回転エネルギを持った動翼5、ねじ溝ポンプ段8
などの回転体が破壊すればターボ分子ポンプ内部に飛散
する。例えば、ねじ溝ポンプ段8近傍から破損し飛散し
た破片は、まずシールリング22にて受け止められ、シ
ールリング22の変形と回転が生じる。
【0028】さらに、シールリング22を固定している
ボルト24を剪断破壊し、これにより、破片の持つ運動
エネルギを吸収する。そして、ボルト24の剪断後は、
環状突起部25をガイドとしてシールリング22が回転
しながら、慣性と摩擦で破片の持つ運動エネルギを吸収
する。
【0029】一方、動翼5近傍から飛散した破片は、静
翼4及びスペーサ13を破壊しスペーサ13を介して内
部ケーシング21に衝突し、塑性変形と回転により運動
エネルギを吸収する。従って、内部ケーシング21を破
片が貫通することはなく、また、変形量を考慮し内部ケ
ーシング21と外側のケーシングの間に数mm程度の隙間
27が形成されているために、外側の上部ケーシング1
には直接的な破片の衝突は起こらない。
【0030】そして、上部ケーシング1の上部内側に切
り欠き凹部26が設けられていることにより、内部ケー
シング21の塑性変形と回転移動を強固に拘束すること
がなく、ケーシング1上部が変形し易いようになってい
る。
【0031】以上のように図1のターボ分子ポンプで
は、高速回転中の回転体が万一破損した場合には、その
回転エネルギを吸収させるために、ケーシングを二重ケ
ーシング構造とし、回転エネルギを内部ケーシングの塑
性変形と回転によって吸収し、外側のケーシングへ直接
衝撃力が伝達しないように隙間を設けている。
【0032】さらに、衝撃力を受けるシールリング22
の固定ボルト24を剪断破壊させてエネルギを吸収させ
るように構成したので、回転エネルギが直接ケーシング
に伝達しなくなり、ケーシングの破損や変形が防止でき
ると共に、ターボ分子ポンプ本体外(配管系等の本体固
定部)への衝撃力を小さくすることができる。
【0033】(第2実施形態)次に、図2に示す第2実
施形態によるターボ分子ポンプについて説明する。この
第2実施形態では、前記第1実施形態のターボ分子ポン
プにおいて、シールリングと内部ケーシングを別体製作
して組立てる方式とし、内部ケーシングの上部取付け構
造を異なる構成としたものである。
【0034】図2において、31はターボ分子ポンプの
外側ケーシング、32は外側ケーシング31の内側に隙
間27を設けて配置された内部ケーシング、33は内部
ケーシング32の下部と最下段スペーサ36を固定する
ボルト、34は内部ケーシング32の上部を支持する支
持材で、同支持材34の脚部が外側ケーシング31の上
部内側に固定されている。
【0035】35は内部ケーシング32の上部を支持材
34に固定するボルト、36は静翼4を固定する最下段
スペーサである。37はねじ溝ポンプ段8と対向して配
置されボルト24によって下部ケーシング16に固定さ
れたシールリングで、同シールリング37の外周側に設
けられた段差によって最下段スペーサ36と係合し支持
している。
【0036】上記のように、内部ケーシング32の上部
は支持材34に支持され、下部は最下段スペーサ36を
介してシールリング37に支持されている。その他の構
成は図1に示された前記第1実施形態のターボ分子ポン
プの構成と略同一となっている。
【0037】上記のように構成された第2実施形態のタ
ーボ分子ポンプによれば、シールリング37と内部ケー
シング32とが別体製作されており、内部ケーシング3
2の下部は最下段スペーサ36を介してシールリング3
7に取着され、同内部ケーシング32の上部は支持材3
4に支持されている。
【0038】従って、シールリング37及び内部ケーシ
ング32の製作が簡単となり、ターボ分子ポンプの組立
が容易となる効果がある。また、高速回転中の回転体が
万一破損した場合には、その回転エネルギを内部ケーシ
ング32の塑性変形と回転によって吸収し、前記第1実
施形態のターボ分子ポンプと同様の作用・効果がある。
【0039】(第3実施形態)次に、図3に示す第3実
施形態によるターボ分子ポンプについて説明する。この
第3実施形態によるターボ分子ポンプでは、ターボ分子
ポンプの容量、サイズ等から算出される回転体の回転エ
ネルギが、前記第1実施形態又は第2実施形態よりも小
さい場合を想定したもので、前記従来技術に対して、シ
ールリングの形状を大型化し、シールリングの固定ボル
トを剪断に必要なエネルギの小さいボルトサイズとし、
さらに、シールリングの外周側に環状突起部を設けて構
成したものである。
【0040】図3において、41はねじ溝ポンプ段8と
対向して配置されボルト42によって下部ケーシング1
6に固定された大形化したシールリング、42はシール
リング41を下部ケーシング16へ固定するボルトで、
同ボルト42は剪断に必要なエネルギの小さい小径のボ
ルトサイズが選択されている。
【0041】43はシールリング41の外周部に設けら
れた軟剛性の環状突起部で、下部ケーシング16の上面
に穿設された凹部に係合されている。
【0042】上記のように、大形化したシールリング4
1が、剪断に必要なエネルギの小さい小径のボルト42
によって下部ケーシング16に固定されている。その他
の構成は、図5に示す従来技術のターボ分子ポンプの構
造と略同一となっている。
【0043】上記のように構成されたターボ分子ポンプ
によれば、シールリング41が、小径のボルト42によ
って固定されているので、高速回転中の回転体が万一破
壊した時に、ねじ溝ポンプ段8近傍から破損し飛散した
破片は、まず大形のシールリング41にて受け止めら
れ、シールリング41の塑性変形と回転が生じる。
【0044】さらに、シールリング41を固定している
ボルト42が剪断破壊されると、これによって破片の持
つ運動エネルギが吸収される。さらに、ボルト42の剪
断後は環状突起部43をガイドとしてシールリング41
が回転しながら慣性と摩擦で破片の持つ運動エネルギを
吸収させる。
【0045】このように、エネルギが効果的に吸収され
ることにより、破片からケーシングに伝達されるエネル
ギが小さく抑えられるので、ケーシングの変形や破損を
防止することができ、ターボ分子ポンプ本体外への衝撃
力を小さくすることができる。
【0046】(第4実施形態)次に、図4に示す第4実
施形態によるターボ分子ポンプについて説明する。この
第4実施形態によるターボ分子ポンプでは、前記第3実
施形態によるターボ分子ポンプにおいて、シールリング
の外周側上部にベアリングを設けて構成したものであ
る。
【0047】図4において、51はねじ溝ポンプ段8と
対向して配置されボルト52によって下部ケーシング5
5に固定されたシールリング、52はシールリング51
を下部ケーシング55に固定するボルトで、同ボルト5
2は剪断に必要なエネルギの小さい小径のボルトサイズ
が適用されている。
【0048】53はシールリング51の外周側と突起部
54間に介装されたベアリング、54は下部ケーシング
55から上方へ突起しベアリング53を支持する突起
部、55はケーシング1の下部に取着されケーシング本
体を構成する下部ケーシングである。その他の構成は、
前記第3実施形態のターボ分子ポンプの構造と略同一と
なっている。
【0049】上記のように構成された第3実施形態のタ
ーボ分子ポンプによれば、高速回転中の回転体が万一破
壊した時に、ねじ溝ポンプ段8近傍から破損し飛散した
破片は、まず、シールリング51にて受け止められ、シ
ールリング51の塑性変形と回転が生じ、同シールリン
グ51を固定しているボルト52が剪断破壊されると、
これによって破片の持つ運動エネルギを吸収する。
【0050】シールリング51の外周側上部は、ベアリ
ング53によって回転可能に支持されているので、ボル
ト52の剪断後はベアリング53及び環状突起部43を
ガイドとしてシールリング51が回転しながら慣性と摩
擦で、破片の持つ運動エネルギを吸収する。
【0051】このように、運動エネルギがベアリング5
3で支持されたシールリング51に加わり、シールリン
グ51を回転させることによって、回転エネルギが効果
的に吸収され、ケーシングに伝達されるエネルギが小さ
く抑えられるので、ケーシングの変形や破損を防止する
ことができる。
【0052】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
内側に静翼を備えた上部ケーシングと、同上部ケーシン
グ内に配設され動翼を備えたロータとで構成された動静
翼段を具えたターボ分子ポンプにおいて、前記上部ケー
シングを二重ケーシング構造とし、その内部ケーシング
に前記動翼を固定してなるターボ分子ポンプを提供す
る。
【0053】このターボ分子ポンプにおいては、その回
転部分が破損してターボ分子ポンプ内部に飛散しても、
それらは内部ケーシングに当り、その塑性変形により破
片の運動エネルギを吸収する。そして内部ケーシングと
外側のケーシングは二重ケーシング構造となっていて、
それらの間には隙間が形成されているので、外側のケー
シングに対し破片は直接衝突することがない。
【0054】また、本発明は、動静翼段に加え、ロータ
に設けられたねじ溝とその外周側に配設されたシールリ
ングとで構成されたねじ溝ポンプ段を備えたターボ分子
ポンプにおいて、前記上部ケーシングを二重ケーシング
構造とし、その内部ケーシングに前記動翼を固定すると
共に、前記シールリングがその外側のケーシングに固定
される部位に、その固定手段の破損時に前記シールリン
グを回転保持するガイド部を設けた構成をもつターボ分
子ポンプを提供する。
【0055】このように構成した本発明のターボ分子ポ
ンプにおいては、上部ケーシングを二重ケーシング構造
としたことにより、前述の効果を奏しうると共に、ねじ
溝ポンプ段が破損すると、その破片はシールリングによ
って受け止められ、このシールリングをケーシングに固
定しているボルトなどが破壊するとシールリングはガイ
ド部によって案内されて回転しながら慣性と摩擦で破片
のもつ運動エネルギを吸収する。
【0056】また、本発明のターボ分子ポンプにおい
て、内部ケーシングとシールリングを別体で構成し、内
部ケーシングは支持部材を介して外側のケーシングに固
定し、シールリングは内部ケーシングとは別にケーシン
グに固定した構成としたものでは、製作、組立が容易と
なる。
【0057】更にまた、シールリングと、その外側のケ
ーシングとの間にベアリングを介装した構成としたもの
では、シールリングの回転を円滑にしてターボ分子ポン
プ破損時の破片の持つ運動エネルギの吸収を効果的に行
わせるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態によるターボ分子ポンプ
の構成を示す断面図。
【図2】本発明の第2実施形態によるターボ分子ポンプ
の要部の断面図。
【図3】本発明の第3実施形態によるターボ分子ポンプ
の要部の断面図。
【図4】本発明の第4実施形態によるターボ分子ポンプ
の要部の断面図。
【図5】従来のターボ分子ポンプの構成を示す断面図。
【符号の説明】
1 上部ケーシング 2 吸気口 3 排気口 4 静翼 5 動翼 6 ロータ 7 回転軸 8 ねじ溝ポンプ段 9 上部ラジアル軸受 10 下部ラジアル軸受 11 スラスト軸受 12 モータ 13 スペーサ 14 シールリング 15 Oリング 16 下部ケーシング 17 ステータ 18 ボルト 19 上部保護軸受 20 下部保護軸受 21 内部ケーシング 22 シールリング 23 ボルト 24 ボルト 25 環状突起部 26 切り欠き凹部 27 隙間 27′ 隙間 31 外側ケーシング 32 内部ケーシング 33 ボルト 34 支持材 35 ボルト 36 最下段スペーサ 37 シールリング 41 シールリング 42 ボルト 43 環状突起部 51 シールリング 52 ボルト 53 ベアリング 54 突起部 55 下部ケーシング

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内側に静翼を備えた上部ケーシングと、
    同上部ケーシング内に配設され動翼を備えたロータとで
    構成された動静翼段を具えたターボ分子ポンプにおい
    て、前記上部ケーシングを二重ケーシング構造とし、そ
    の内部ケーシングに前記動翼を固定してなることを特徴
    とするターボ分子ポンプ。
  2. 【請求項2】 内側に静翼を備えた上部ケーシングと、
    同上部ケーシング内に配設され動翼を備えたロータとで
    構成された動静翼段、及び前記ロータに設けられたねじ
    溝とその外周側に配設されたシールリングとで構成され
    たねじ溝ポンプ段を備えたターボ分子ポンプにおいて、
    前記上部ケーシングを二重ケーシング構造とし、その内
    部ケーシングに前記動翼を固定すると共に、前記シール
    リングがその外側のケーシングに固定される部位に、そ
    の固定手段の破損時に前記シールリングを回転保持する
    ガイド部を設けてなることを特徴とするターボ分子ポン
    プ。
  3. 【請求項3】 前記二重ケーシングを構成する外側ケー
    シングと内部ケーシングの間に、回転体破壊時の衝撃エ
    ネルギが前記外側ケーシングへ伝達されるのを抑制する
    間隙を設けてなる請求項1又は2記載のターボ分子ポン
    プ。
  4. 【請求項4】 前記内部ケーシングと前記シールリング
    とを別体で構成し、前記二重ケーシング構造を構成する
    外側ケーシングに前記内部ケーシングを支持部材を介し
    て固定し、前記シールリングは前記内部ケーシングとは
    別にケーシングに固定してなる請求項2または3記載の
    ターボ分子ポンプ。
  5. 【請求項5】 前記シールリングと、同シールリングの
    外側のケーシングとの間にベアリングを介装してなる請
    求項2〜4のいづれか1つに記載のターボ分子ポンプ。
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