JP3092063B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents
ターボ分子ポンプInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D19/00—Axial-flow pumps
- F04D19/02—Multi-stage pumps
- F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
- F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/321—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow compressors
- F04D29/324—Blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/542—Bladed diffusers
- F04D29/544—Blade shapes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/70—Shape
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造装置など
の真空装置として使用されるターボ分子ポンプに係わ
り、特に信頼性を維持しつつ排気性能を向上させたター
ボ分子ポンプに関する。
の真空装置として使用されるターボ分子ポンプに係わ
り、特に信頼性を維持しつつ排気性能を向上させたター
ボ分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１９にターボ分子ポンプの全体構成図
を示す。図１９において、ロータ１は軸方向電磁石３に
より軸浮上され、半径方向電磁石５Ａ，５Ｂにより半径
方向位置制御が行われる。そして、ロータ１はモータ７
により回転される。ロータ１には、回転ブレード９が軸
方向に複数段形成されている。回転ブレード９と空隙を
もって複数段の固定ブレード１１が配設されている。固
定ブレード１１端は、段積みされた複数の固定翼スペー
サ１３間に支持されている。
を示す。図１９において、ロータ１は軸方向電磁石３に
より軸浮上され、半径方向電磁石５Ａ，５Ｂにより半径
方向位置制御が行われる。そして、ロータ１はモータ７
により回転される。ロータ１には、回転ブレード９が軸
方向に複数段形成されている。回転ブレード９と空隙を
もって複数段の固定ブレード１１が配設されている。固
定ブレード１１端は、段積みされた複数の固定翼スペー
サ１３間に支持されている。
【０００３】固定ブレード１１の外観を図２０に示す。
このような構成からなるターボ分子ポンプでは、回転す
る回転ブレード９で気体分子を叩き、軸方向に移動させ
ることで排気を行っている。この種のターボ分子ポンプ
は、例えば半導体製造装置のチャンバー内の排気に使用
され、そのチャンバー内には、半導体の加工処理のため
に常に気体が供給され、この供給された気体を排気する
ものである。
このような構成からなるターボ分子ポンプでは、回転す
る回転ブレード９で気体分子を叩き、軸方向に移動させ
ることで排気を行っている。この種のターボ分子ポンプ
は、例えば半導体製造装置のチャンバー内の排気に使用
され、そのチャンバー内には、半導体の加工処理のため
に常に気体が供給され、この供給された気体を排気する
ものである。
【０００４】図２１に、図１９中の点線枠で囲った部分
の拡大図を示す。従来、回転ブレード９と固定ブレード
１１間の間隔δは回転ブレード９の全長に対して一定間
隔であった。この間隔δを定めるに際しては、保護用ボ
ールベアリング１５とロータ１間の間隔や各部品の加工
精度、組立精度等のバラツキを考慮する必要がある。ま
た、ポンプ稼働中における大気の突入や外部からの衝
撃、停電等によるタッチダウンなどで発生する回転ブレ
ード９や固定ブレード１１の撓み量も考慮する必要があ
る。
の拡大図を示す。従来、回転ブレード９と固定ブレード
１１間の間隔δは回転ブレード９の全長に対して一定間
隔であった。この間隔δを定めるに際しては、保護用ボ
ールベアリング１５とロータ１間の間隔や各部品の加工
精度、組立精度等のバラツキを考慮する必要がある。ま
た、ポンプ稼働中における大気の突入や外部からの衝
撃、停電等によるタッチダウンなどで発生する回転ブレ
ード９や固定ブレード１１の撓み量も考慮する必要があ
る。
【０００５】これらによって、回転ブレード９と固定ブ
レード１１の間隔δは互いが接触しない寸法に決定され
る。この中で、回転ブレード９の撓み量は、間隔δのう
ちおよそ３０％前後を占めている。また、この間隔δ
は、ターボ分子ポンプの排気性能と密接な関係を有して
いる。近年、チャンバーへ供給される気体の量が増加す
る傾向にあり、これに伴ってターボ分子ポンプが定常運
転時に廃棄すべき気体の量も増加の傾向にある。図２２
は流量特性の試験の結果である。
レード１１の間隔δは互いが接触しない寸法に決定され
る。この中で、回転ブレード９の撓み量は、間隔δのう
ちおよそ３０％前後を占めている。また、この間隔δ
は、ターボ分子ポンプの排気性能と密接な関係を有して
いる。近年、チャンバーへ供給される気体の量が増加す
る傾向にあり、これに伴ってターボ分子ポンプが定常運
転時に廃棄すべき気体の量も増加の傾向にある。図２２
は流量特性の試験の結果である。
【０００６】図２２において、気体が分子流領域から中
間流領域に変わる圧力をＰｓ とする。図中斜線部は、
性能劣化の程度を示している。この試験結果から、排気
すべき気体の流量が少ない分子流領域では十分な排気性
能が得られるが、排気すべき気体の流量が多くなり中間
流領域となる場合には、十分な排気性能が得られないと
いうことがわかる。
間流領域に変わる圧力をＰｓ とする。図中斜線部は、
性能劣化の程度を示している。この試験結果から、排気
すべき気体の流量が少ない分子流領域では十分な排気性
能が得られるが、排気すべき気体の流量が多くなり中間
流領域となる場合には、十分な排気性能が得られないと
いうことがわかる。
【０００７】気体流量の増加に伴う排気性能の低下は、
回転ブレード９と固定ブレード１１の空隙の間隔δに相
関がある。回転ブレード９と固定ブレード１１の空隙に
おいて、気体が分子流領域で扱えるかどうかは、気体の
平均自由行程により決まり、この平均自由行程は概略数
２で表される。
回転ブレード９と固定ブレード１１の空隙の間隔δに相
関がある。回転ブレード９と固定ブレード１１の空隙に
おいて、気体が分子流領域で扱えるかどうかは、気体の
平均自由行程により決まり、この平均自由行程は概略数
２で表される。
【０００８】
【数２】
【０００９】即ち、中間流領域の開始圧力Ｐｓ は、間
隔δが小さくなるほど大きくなる。この場合、流量Ｑが
大きくなってもＰｓ が大きくなった分性能劣化を防ぐ
ことができる。
隔δが小さくなるほど大きくなる。この場合、流量Ｑが
大きくなってもＰｓ が大きくなった分性能劣化を防ぐ
ことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転ブ
レード９や固定ブレード１１は、ポンプ稼働中における
大気の突入や外部からの衝撃、停電等によるタッチダウ
ンなどが発生した場合、所定の撓みを生ずる。このた
め、単に間隔δを狭めることは、回転ブレード９と固定
ブレード１１が接触し易くなることに繋がる。本発明は
このような従来の課題に鑑みてなされたもので、信頼性
を維持しつつ排気性能を向上させたターボ分子ポンプを
提供することを目的とする。
レード９や固定ブレード１１は、ポンプ稼働中における
大気の突入や外部からの衝撃、停電等によるタッチダウ
ンなどが発生した場合、所定の撓みを生ずる。このた
め、単に間隔δを狭めることは、回転ブレード９と固定
ブレード１１が接触し易くなることに繋がる。本発明は
このような従来の課題に鑑みてなされたもので、信頼性
を維持しつつ排気性能を向上させたターボ分子ポンプを
提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、複数
段の回転ブレードを有するロータと、該複数段の回転ブ
レードと空隙をもって軸方向に交互に配置された複数段
の固定ブレードとを備えるターボ分子ポンプにおいて、
前記回転ブレードの上面及び下面の少なくとも一方及び
／又は前記固定ブレードの上面及び下面の少なくとも一
方には、材料のヤング率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ ２ ）、はり
の曲面２次モーメントＩ（ｍｍ ４ ）、はり全長Ｌ（ｍ
ｍ）、はりにかかる分布荷重ｗ（ｋｇｆ／ｍｍ）、はり
の開放端からの距離ｘ（ｍｍ）、ｘにおける撓み量Δ
（ｍｍ）としたときの数１又は数１の近似値に基づく撓
み曲線に沿って加工を施し、前記回転ブレードの軸方向
における厚みは回転ブレードの先端に行くほど薄くし、
前記固定ブレードの軸方向における厚みは固定ブレード
の根元に行くほど薄くしたことを特徴とする。
段の回転ブレードを有するロータと、該複数段の回転ブ
レードと空隙をもって軸方向に交互に配置された複数段
の固定ブレードとを備えるターボ分子ポンプにおいて、
前記回転ブレードの上面及び下面の少なくとも一方及び
／又は前記固定ブレードの上面及び下面の少なくとも一
方には、材料のヤング率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ ２ ）、はり
の曲面２次モーメントＩ（ｍｍ ４ ）、はり全長Ｌ（ｍ
ｍ）、はりにかかる分布荷重ｗ（ｋｇｆ／ｍｍ）、はり
の開放端からの距離ｘ（ｍｍ）、ｘにおける撓み量Δ
（ｍｍ）としたときの数１又は数１の近似値に基づく撓
み曲線に沿って加工を施し、前記回転ブレードの軸方向
における厚みは回転ブレードの先端に行くほど薄くし、
前記固定ブレードの軸方向における厚みは固定ブレード
の根元に行くほど薄くしたことを特徴とする。
【００１２】回転ブレードの根元と、回転ブレードに隣
接する固定ブレードの先端間の空隙の間隔は、回転ブレ
ードの先端と固定ブレードの根元間の空隙の間隔より狭
くした。ここで、回転ブレードの根元とは回転ブレード
のロータへの固着側すなわち内周側を意味する。また、
固定ブレードの根元とは、段積みされた複数の固定翼ス
ペーサ間に支持された固定ブレードの外周側を意味す
る。
接する固定ブレードの先端間の空隙の間隔は、回転ブレ
ードの先端と固定ブレードの根元間の空隙の間隔より狭
くした。ここで、回転ブレードの根元とは回転ブレード
のロータへの固着側すなわち内周側を意味する。また、
固定ブレードの根元とは、段積みされた複数の固定翼ス
ペーサ間に支持された固定ブレードの外周側を意味す
る。
【００１３】ターボ分子ポンプの排気性能を向上させる
ためには、回転ブレードと固定ブレード間の間隔を小さ
くすることが有効である。一方、この間隔を小さくする
ことは、回転ブレードと固定ブレードが接触し易くな
る。このため、撓み量の少ない回転ブレードの根元側の
空隙の間隔を、撓み量の多い回転ブレードの先端側の空
隙の間隔に比べて小さくする。このことにより、流量が
大きくなっても性能劣化を防ぐことが出来る。
ためには、回転ブレードと固定ブレード間の間隔を小さ
くすることが有効である。一方、この間隔を小さくする
ことは、回転ブレードと固定ブレードが接触し易くな
る。このため、撓み量の少ない回転ブレードの根元側の
空隙の間隔を、撓み量の多い回転ブレードの先端側の空
隙の間隔に比べて小さくする。このことにより、流量が
大きくなっても性能劣化を防ぐことが出来る。
【００１４】
【００１５】回転ブレード、固定ブレードの加工の形状
は、曲線でも直線つまりテーパ状でもどちらでもよい。
テーパ状加工の場合は、平面加工のみなので、曲線的に
加工するより容易となる。数１は、単純片持ち梁の任意
点における撓みを表す式である。回転ブレードの上面及
び下面の少なくとも一方及び／又は固定ブレードの上面
及び下面の少なくとも一方には、数１又は数１の近似値
に基づく撓み曲線に沿って加工を施す。このことによ
り、撓み曲線に沿い連続量として最適な回転ブレードと
固定ブレード間の間隔を設計出来る。従って、中間流領
域の始まる圧力を最大限に大きくすることが出来る。
は、曲線でも直線つまりテーパ状でもどちらでもよい。
テーパ状加工の場合は、平面加工のみなので、曲線的に
加工するより容易となる。数１は、単純片持ち梁の任意
点における撓みを表す式である。回転ブレードの上面及
び下面の少なくとも一方及び／又は固定ブレードの上面
及び下面の少なくとも一方には、数１又は数１の近似値
に基づく撓み曲線に沿って加工を施す。このことによ
り、撓み曲線に沿い連続量として最適な回転ブレードと
固定ブレード間の間隔を設計出来る。従って、中間流領
域の始まる圧力を最大限に大きくすることが出来る。
【００１６】また、本発明は、複数段の回転ブレードを
有するロータと、該複数段の回転ブレードと空隙をもっ
て軸方向に交互に配置された複数段の固定ブレードとを
備えるターボ分子ポンプにおいて、前記回転ブレードの
上面及び下面の少なくとも一方及び／又は前記固定ブレ
ードの上面及び下面の少なくとも一方には、材料のヤン
グ率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ ２ ）、はりの曲面２次モーメン
トＩ（ｍｍ ４ ）、はり全長Ｌ（ｍｍ）、はりにかかる
分布荷重ｗ（ｋｇｆ／ｍｍ）、はりの開放端からの距離
ｘ（ｍｍ）、ｘにおける撓み量Δ（ｍｍ）としたときの
数１又は数１の近似値に基づく撓み曲線に沿ってステッ
プ状に少なくとも一つの段差を配設し、前記回転ブレー
ドの軸方向における厚みは回転ブレードの先端に行くほ
どステップ状に薄くし、前記固定ブレードの軸方向にお
ける厚みは固定ブレードの根元に行くほどステップ状に
薄くしたことを特徴とする。
有するロータと、該複数段の回転ブレードと空隙をもっ
て軸方向に交互に配置された複数段の固定ブレードとを
備えるターボ分子ポンプにおいて、前記回転ブレードの
上面及び下面の少なくとも一方及び／又は前記固定ブレ
ードの上面及び下面の少なくとも一方には、材料のヤン
グ率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ ２ ）、はりの曲面２次モーメン
トＩ（ｍｍ ４ ）、はり全長Ｌ（ｍｍ）、はりにかかる
分布荷重ｗ（ｋｇｆ／ｍｍ）、はりの開放端からの距離
ｘ（ｍｍ）、ｘにおける撓み量Δ（ｍｍ）としたときの
数１又は数１の近似値に基づく撓み曲線に沿ってステッ
プ状に少なくとも一つの段差を配設し、前記回転ブレー
ドの軸方向における厚みは回転ブレードの先端に行くほ
どステップ状に薄くし、前記固定ブレードの軸方向にお
ける厚みは固定ブレードの根元に行くほどステップ状に
薄くしたことを特徴とする。
【００１７】数１又は数１の近似値に基づく撓み曲線に
沿ってステップ状に少なくとも一つの段差を配設する。
ステップ状の段差を配設することで、回転ブレードと固
定ブレード間の間隔を段階的に設定し接触をし難くす
る。また、平面加工のみなので、曲線的に加工するより
も容易である。
沿ってステップ状に少なくとも一つの段差を配設する。
ステップ状の段差を配設することで、回転ブレードと固
定ブレード間の間隔を段階的に設定し接触をし難くす
る。また、平面加工のみなので、曲線的に加工するより
も容易である。
【００１８】更に、本発明は、前記段差は、前記回転ブ
レードの根元又は固定ブレードの先端より６０〜８５％
の位置に一つ配設したことを特徴とする。
レードの根元又は固定ブレードの先端より６０〜８５％
の位置に一つ配設したことを特徴とする。
【００１９】段差は一つ配設することにする。ブレード
上のどの位置に段差を配設したら効果的かを判断するた
め、ターボ分子ポンプの排気に関する仕事量を評価す
る。このとき、数１又は数１の近似値に基づく撓み曲線
から得た回転ブレードと固定ブレード間の間隔に基づき
この仕事量に相関のある値を評価する。
上のどの位置に段差を配設したら効果的かを判断するた
め、ターボ分子ポンプの排気に関する仕事量を評価す
る。このとき、数１又は数１の近似値に基づく撓み曲線
から得た回転ブレードと固定ブレード間の間隔に基づき
この仕事量に相関のある値を評価する。
【００２０】ターボ分子ポンプの排気性能の低下の始ま
る圧力は、回転ブレードと固定ブレード間の間隔に依存
し、間隔が小さくなる程反比例的に大きくなる。この結
果、回転ブレードの根元又は固定ブレードの先端より６
０〜８５％の位置に段差を配設すると排気性能が高くな
ることが分かる。また、段差を一つとしたため、加工が
容易となる。
る圧力は、回転ブレードと固定ブレード間の間隔に依存
し、間隔が小さくなる程反比例的に大きくなる。この結
果、回転ブレードの根元又は固定ブレードの先端より６
０〜８５％の位置に段差を配設すると排気性能が高くな
ることが分かる。また、段差を一つとしたため、加工が
容易となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態につい
て説明する。まず、本発明の第１実施形態の構成図を図
１に、また第２実施形態の構成図を図２に示す。図１に
おいて、回転ブレード９の上面及び下面は回転ブレード
９の根元から先端に向けて数１又は数１の近似値に基づ
く撓み曲線に沿って加工されている。
て説明する。まず、本発明の第１実施形態の構成図を図
１に、また第２実施形態の構成図を図２に示す。図１に
おいて、回転ブレード９の上面及び下面は回転ブレード
９の根元から先端に向けて数１又は数１の近似値に基づ
く撓み曲線に沿って加工されている。
【数１】 ここに、材料のヤング率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ ２ ）、はり
の曲面２次モーメントＩ（ｍｍ ４ ）、はり全長Ｌ（ｍ
ｍ）、はりにかかる分布荷重ｗ（ｋｇｆ／ｍｍ）、はり
の開放端からの距離ｘ（ｍｍ）、ｘにおける撓み量Δ
（ｍｍ）とする。なお、数１は、例えば機械実用便覧
日本機械学会編改定第５版８８頁の表３・５（はりの図
表）に記載されている。一方、図２は固定ブレード１１
の上面及び下面に対し、固定ブレード１１の先端から根
元に向けて数１又は数１の近似値に基づく撓み曲線に沿
って加工されている。
の曲面２次モーメントＩ（ｍｍ ４ ）、はり全長Ｌ（ｍ
ｍ）、はりにかかる分布荷重ｗ（ｋｇｆ／ｍｍ）、はり
の開放端からの距離ｘ（ｍｍ）、ｘにおける撓み量Δ
（ｍｍ）とする。なお、数１は、例えば機械実用便覧
日本機械学会編改定第５版８８頁の表３・５（はりの図
表）に記載されている。一方、図２は固定ブレード１１
の上面及び下面に対し、固定ブレード１１の先端から根
元に向けて数１又は数１の近似値に基づく撓み曲線に沿
って加工されている。
【００２２】次に、第１実施形態及び第２実施形態の作
用について説明する。回転ブレード９と固定ブレード１
１間の間隔δを出来るだけ狭めるため、まず回転ブレー
ド９、固定ブレード１１の撓みによる影響を考慮してみ
る。いま、ブレードが図３に示すような長方形断面（高
さｈ（ｍｍ）、横ｂ（ｍｍ））を有する単純片持ち梁で
あると仮定する。
用について説明する。回転ブレード９と固定ブレード１
１間の間隔δを出来るだけ狭めるため、まず回転ブレー
ド９、固定ブレード１１の撓みによる影響を考慮してみ
る。いま、ブレードが図３に示すような長方形断面（高
さｈ（ｍｍ）、横ｂ（ｍｍ））を有する単純片持ち梁で
あると仮定する。
【００２３】材料のヤング率Ｅ（ｋｇｆ／ｍｍ２ ）、
はり全長Ｌ（ｍｍ）、ブレードにかかる力は、１気圧の
圧力差であって、ブレードに等分布荷重ｗ（ｋｇｆ／ｍ
ｍ）として働くと仮定する。以上のモデルについて、ブ
レード先端から根元にかけての任意の位置をｘ（ｍｍ）
ととると、ｘにおける撓みΔ（ｍｍ）は、数１のように
なる。ここで、はりの曲面２次モーメントＩ（ｍｍ
４ ）は数３とする。
はり全長Ｌ（ｍｍ）、ブレードにかかる力は、１気圧の
圧力差であって、ブレードに等分布荷重ｗ（ｋｇｆ／ｍ
ｍ）として働くと仮定する。以上のモデルについて、ブ
レード先端から根元にかけての任意の位置をｘ（ｍｍ）
ととると、ｘにおける撓みΔ（ｍｍ）は、数１のように
なる。ここで、はりの曲面２次モーメントＩ（ｍｍ
４ ）は数３とする。
【００２４】
【数３】
【００２５】この数１に基づく回転ブレード９の撓みの
大きさをプロットしたのが図４である。但し、ブレード
の全長を１とし、またブレード先端での撓みを１として
無次元化している。即ち、回転ブレード９と固定ブレー
ド１１間の間隔δは、数１に基づく撓み曲線に沿って回
転ブレード９の根元から先端に向けて次第に広げてい
く。このようにすることにより、回転ブレード９と固定
ブレード１１の接触を防止しつつ、回転ブレード９と固
定ブレード１１間の間隔δは出来るだけ狭めた形での設
計を行うことが出来る。
大きさをプロットしたのが図４である。但し、ブレード
の全長を１とし、またブレード先端での撓みを１として
無次元化している。即ち、回転ブレード９と固定ブレー
ド１１間の間隔δは、数１に基づく撓み曲線に沿って回
転ブレード９の根元から先端に向けて次第に広げてい
く。このようにすることにより、回転ブレード９と固定
ブレード１１の接触を防止しつつ、回転ブレード９と固
定ブレード１１間の間隔δは出来るだけ狭めた形での設
計を行うことが出来る。
【００２６】この撓み曲線に沿って間隔δを狭めるべ
く、回転ブレード９側を加工したのが第１実施形態であ
り、一方固定ブレード１１側を加工したのが第２実施形
態である。但し、回転ブレード９側を加工した方が撓み
難いため信頼性上更に有利である。この結果、ターボ分
子ポンプの信頼性を確保出来、かつ間隔δを小さく出来
る分ターボ分子ポンプの排気性能を向上させることが出
来る。
く、回転ブレード９側を加工したのが第１実施形態であ
り、一方固定ブレード１１側を加工したのが第２実施形
態である。但し、回転ブレード９側を加工した方が撓み
難いため信頼性上更に有利である。この結果、ターボ分
子ポンプの信頼性を確保出来、かつ間隔δを小さく出来
る分ターボ分子ポンプの排気性能を向上させることが出
来る。
【００２７】次に、本発明の第３実施形態及び第４実施
形態について説明する。第３実施形態の構成図を図５
に、また第４実施形態の構成図を図６に示す。図５にお
いて、回転ブレード９の上面及び下面は回転ブレード９
の根元から先端に向けて数１又は数１の近似値に基づく
撓み曲線に沿って３段階に加工されている。一方、図４
は固定ブレード１１の上面及び下面に対し、固定ブレー
ド１１の先端から根元に向けて数１又は数１の近似値に
基づく撓み曲線に沿って３段階に加工されている。
形態について説明する。第３実施形態の構成図を図５
に、また第４実施形態の構成図を図６に示す。図５にお
いて、回転ブレード９の上面及び下面は回転ブレード９
の根元から先端に向けて数１又は数１の近似値に基づく
撓み曲線に沿って３段階に加工されている。一方、図４
は固定ブレード１１の上面及び下面に対し、固定ブレー
ド１１の先端から根元に向けて数１又は数１の近似値に
基づく撓み曲線に沿って３段階に加工されている。
【００２８】次に、本発明の第３実施形態及び第４実施
形態の作用について説明する。図１及び図２のように撓
み曲線に沿って回転ブレード９や固定ブレード１１を加
工することは、加工が比較的難しく、コストを要すこと
が想定される。このため、図５又は図６に示すように、
回転ブレード９又は固定ブレード１１の上面及び下面を
複数段の階段状に構成する。なお、この階段は回転ブレ
ード９と固定ブレード１１の接触を防止する観点から、
段数の多い場合は数１又は数１の近似値に基づく撓み曲
線に沿って加工を施すことが望ましい。
形態の作用について説明する。図１及び図２のように撓
み曲線に沿って回転ブレード９や固定ブレード１１を加
工することは、加工が比較的難しく、コストを要すこと
が想定される。このため、図５又は図６に示すように、
回転ブレード９又は固定ブレード１１の上面及び下面を
複数段の階段状に構成する。なお、この階段は回転ブレ
ード９と固定ブレード１１の接触を防止する観点から、
段数の多い場合は数１又は数１の近似値に基づく撓み曲
線に沿って加工を施すことが望ましい。
【００２９】次に、本発明の第５実施形態及び第６実施
形態について説明する。第５実施形態の構成図を図７
に、また第６実施形態の構成図を図８に示す。図７にお
いて、回転ブレード９の上面及び下面には、回転ブレー
ド９の根元から先端に向けて６０％の所に段差を一段配
設している。一方、図８は固定ブレード１１の上面及び
下面に対し、固定ブレード１１の先端から根元に向けて
６０％の所に段差を一段配設している。
形態について説明する。第５実施形態の構成図を図７
に、また第６実施形態の構成図を図８に示す。図７にお
いて、回転ブレード９の上面及び下面には、回転ブレー
ド９の根元から先端に向けて６０％の所に段差を一段配
設している。一方、図８は固定ブレード１１の上面及び
下面に対し、固定ブレード１１の先端から根元に向けて
６０％の所に段差を一段配設している。
【００３０】次に、本発明の第５実施形態及び第６実施
形態の作用について説明する。本発明の第５実施形態及
び第６実施形態では、より一層加工がし易いように、回
転ブレード９又は固定ブレード１１の上面及び下面に対
し一段のみ段差を配設する。
形態の作用について説明する。本発明の第５実施形態及
び第６実施形態では、より一層加工がし易いように、回
転ブレード９又は固定ブレード１１の上面及び下面に対
し一段のみ段差を配設する。
【００３１】ターボ分子ポンプは、回転ブレード９と固
定ブレード１１間にあるガスの分子に運動量を与えて輸
送するものである。図９に、ブレード間に配設した空間
の極座標系を示す。ターボ分子ポンプの排気性能は、図
９中に斜線で囲まれた立体の体積と、その等価平均周速
の積に相関があると推定され、それは数４で表される。
定ブレード１１間にあるガスの分子に運動量を与えて輸
送するものである。図９に、ブレード間に配設した空間
の極座標系を示す。ターボ分子ポンプの排気性能は、図
９中に斜線で囲まれた立体の体積と、その等価平均周速
の積に相関があると推定され、それは数４で表される。
【００３２】
【数４】
【００３３】従って、数４の値によってターボ分子ポン
プの排気性能を比較することが出来る。ｒｉ はロータ
１の半径であり、ｒｏ は、ロータ１の中心から回転ブ
レード９の先端までの長さである。Ｈは、軸方向の高さ
である。
プの排気性能を比較することが出来る。ｒｉ はロータ
１の半径であり、ｒｏ は、ロータ１の中心から回転ブ
レード９の先端までの長さである。Ｈは、軸方向の高さ
である。
【００３４】ここで、回転ブレード９の任意の位置ｒに
おける仕事を回転ブレード９の先端におけるそれを１と
して無次元化すると、図１０に実線で示したようにな
る。図１０は、ｘ座標を任意ブレード位置（比）にと
り、ｙ座標を仕事の割合（比）にとっている。
おける仕事を回転ブレード９の先端におけるそれを１と
して無次元化すると、図１０に実線で示したようにな
る。図１０は、ｘ座標を任意ブレード位置（比）にと
り、ｙ座標を仕事の割合（比）にとっている。
【００３５】回転ブレード９の根元であるｒｉ の地点
を１とし、回転ブレード９の先端であるｒｏ の地点を
１０とし無次元化した。先端での仕事を１として無次元
化したため、仕事の曲線は〔ｘ，ｙ〕＝〔１０，１〕を
通っている。因みに、ブレード全長によるターボ分子ポ
ンプの排気性能（数４の値）は、〔１，０．１〕、〔１
０，１〕を通る曲線と地点〔１，０〕、〔１０，０〕で
囲まれた面積部分に相当する。
を１とし、回転ブレード９の先端であるｒｏ の地点を
１０とし無次元化した。先端での仕事を１として無次元
化したため、仕事の曲線は〔ｘ，ｙ〕＝〔１０，１〕を
通っている。因みに、ブレード全長によるターボ分子ポ
ンプの排気性能（数４の値）は、〔１，０．１〕、〔１
０，１〕を通る曲線と地点〔１，０〕、〔１０，０〕で
囲まれた面積部分に相当する。
【００３６】次に、回転ブレード９に一つの段差を設け
る場合に、どの位置に段差を設けるのが最適かを検討す
る。まず、この段差を設けようとする位置における最適
な間隔δを数１に基づき設定する。ここでは、数２に従
って間隔δの部分の中間流領域での性能が反比例的に向
上する。また、ｒｉ ：ｒｏ ＝１：２．５と仮定する。
る場合に、どの位置に段差を設けるのが最適かを検討す
る。まず、この段差を設けようとする位置における最適
な間隔δを数１に基づき設定する。ここでは、数２に従
って間隔δの部分の中間流領域での性能が反比例的に向
上する。また、ｒｉ ：ｒｏ ＝１：２．５と仮定する。
【００３７】回転ブレード９の根元から先端に向け、４
０、６０、８０、９０％の４地点（代表例）において、
数１に基づく撓み曲線から得た間隔δに基づきターボ分
子ポンプの排気性能を数４により計算すると、図中に示
す４地点に至るまでの４本の曲線のようになる。
０、６０、８０、９０％の４地点（代表例）において、
数１に基づく撓み曲線から得た間隔δに基づきターボ分
子ポンプの排気性能を数４により計算すると、図中に示
す４地点に至るまでの４本の曲線のようになる。
【００３８】例えば、８０％の地点に段差を設ける場合
には、段差を設けなかった場合に比べ、曲線は（８，
０．６８）から（８，０．７５）まで上昇し、排気性能
が増えていることが分かる。この排気性能の増加した分
（増分を面積評価する）を定量化して図１０中に２点鎖
線で示す。この効果の具合は、グラフ右にｙ軸方向に定
量化した数値で示す。
には、段差を設けなかった場合に比べ、曲線は（８，
０．６８）から（８，０．７５）まで上昇し、排気性能
が増えていることが分かる。この排気性能の増加した分
（増分を面積評価する）を定量化して図１０中に２点鎖
線で示す。この効果の具合は、グラフ右にｙ軸方向に定
量化した数値で示す。
【００３９】図１０より、段差を一つ設ける場合には、
６０〜８５％の位置に最適値が存在することが分かる。
この結果、信頼性を確保したまま（最も撓みにより接触
しやすい部分での間隔δは同じ）、小型高性能化が可能
となる。また、段差が一つであるため、他の方策に比べ
て加工が容易となる。
６０〜８５％の位置に最適値が存在することが分かる。
この結果、信頼性を確保したまま（最も撓みにより接触
しやすい部分での間隔δは同じ）、小型高性能化が可能
となる。また、段差が一つであるため、他の方策に比べ
て加工が容易となる。
【００４０】次に、本発明の第７実施形態〜第１４実施
形態について説明する。本発明の第７実施形態〜第１４
実施形態は、本発明の第１実施形態〜第６実施形態の変
形例である。第７実施形態の構成図を図１１に、また第
８実施形態の構成図を図１２に示す。図１１において、
回転ブレード９の上面及び下面には、回転ブレード９の
途中から曲線加工を施している。一方、図１２は固定ブ
レード１１の上面及び下面に対し、固定ブレード１１の
途中から曲線加工を施している。
形態について説明する。本発明の第７実施形態〜第１４
実施形態は、本発明の第１実施形態〜第６実施形態の変
形例である。第７実施形態の構成図を図１１に、また第
８実施形態の構成図を図１２に示す。図１１において、
回転ブレード９の上面及び下面には、回転ブレード９の
途中から曲線加工を施している。一方、図１２は固定ブ
レード１１の上面及び下面に対し、固定ブレード１１の
途中から曲線加工を施している。
【００４１】また、第９実施形態の構成図を図１３に、
また第１０実施形態の構成図を図１４に示す。図１３に
おいて、回転ブレード９の上面及び下面には、テーパ加
工を施している。一方、図１４は固定ブレード１１の上
面及び下面に対し、テーパ加工を施している。
また第１０実施形態の構成図を図１４に示す。図１３に
おいて、回転ブレード９の上面及び下面には、テーパ加
工を施している。一方、図１４は固定ブレード１１の上
面及び下面に対し、テーパ加工を施している。
【００４２】更に、第１１実施形態の構成図を図１５
に、また第１２実施形態の構成図を図１６に示す。図１
５において、回転ブレード９の上面及び下面には、回転
ブレード９の途中からテーパ加工を施している。一方、
図１６は固定ブレード１１の上面及び下面に対し、固定
ブレード１１の途中からテーパ加工を施している。
に、また第１２実施形態の構成図を図１６に示す。図１
５において、回転ブレード９の上面及び下面には、回転
ブレード９の途中からテーパ加工を施している。一方、
図１６は固定ブレード１１の上面及び下面に対し、固定
ブレード１１の途中からテーパ加工を施している。
【００４３】また、第１３実施形態の構成図を図１７に
示す。図１７は、第５実施形態と第６実施形態を組み合
わせたものである。これは一例であり、回転ブレード９
と固定ブレード１１に対し適宜各実施形態を組み合わせ
可能である。
示す。図１７は、第５実施形態と第６実施形態を組み合
わせたものである。これは一例であり、回転ブレード９
と固定ブレード１１に対し適宜各実施形態を組み合わせ
可能である。
【００４４】更に、第１４実施形態の構成図を図１８に
示す。図１８では、回転ブレード９の下面のみに３段の
段差を設けている。これは一例であり、このように上面
又は下面のみに段差を配設するようにしてもよい。以上
のように、本発明の第７実施形態〜第１４実施形態のよ
うな形状としても従来より一層の性能向上を図ることが
出来、かつ信頼性も上げることが来る。
示す。図１８では、回転ブレード９の下面のみに３段の
段差を設けている。これは一例であり、このように上面
又は下面のみに段差を配設するようにしてもよい。以上
のように、本発明の第７実施形態〜第１４実施形態のよ
うな形状としても従来より一層の性能向上を図ることが
出来、かつ信頼性も上げることが来る。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転ブレードの根元と、回転ブレードに隣接する固定ブレ
ードの先端間の空隙の間隔を、回転ブレードの先端と固
定ブレードの根元間の空隙の間隔より狭くして構成した
ので、流量が多いときの排気性能を向上させることがで
きる。
転ブレードの根元と、回転ブレードに隣接する固定ブレ
ードの先端間の空隙の間隔を、回転ブレードの先端と固
定ブレードの根元間の空隙の間隔より狭くして構成した
ので、流量が多いときの排気性能を向上させることがで
きる。
【００４６】
【図１】 本発明の第１実施形態の構成図
【図２】 本発明の第２実施形態の構成図
【図３】 単純片持ちはりでモデル化したブレードの撓
みの様子を示す図
みの様子を示す図
【図４】 数１に基づく回転ブレードの撓みの大きさを
示す図
示す図
【図５】 本発明の第３実施形態の構成図
【図６】 本発明の第４実施形態の構成図
【図７】 本発明の第５実施形態の構成図
【図８】 本発明の第６実施形態の構成図
【図９】 ブレード間に配設した空間の極座標系を示す
図
図
【図１０】 ブレードの任意の位置における仕事をする
割合を示した図
割合を示した図
【図１１】 本発明の第７実施形態の構成図
【図１２】 本発明の第８実施形態の構成図
【図１３】 本発明の第９実施形態の構成図
【図１４】 本発明の第１０実施形態の構成図
【図１５】 本発明の第１１実施形態の構成図
【図１６】 本発明の第１２実施形態の構成図
【図１７】 本発明の第１３実施形態の構成図
【図１８】 本発明の第１４実施形態の構成図
【図１９】 ターボ分子ポンプの全体構成図
【図２０】 固定ブレードの外観図
【図２１】 図１９中の点線枠で囲った部分の拡大図
【図２２】 ターボ分子ポンプの吸気口圧力と流量の関
係を示す図
係を示す図
１ ロータ ９ 回転ブレード １１ 固定ブレード １３ 固定翼スペーサ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04D 19/04
Claims (3)
- 【請求項１】 複数段の回転ブレードを有するロータ
と、該複数段の回転ブレードと空隙をもって軸方向に交
互に配置された複数段の固定ブレードとを備えるターボ
分子ポンプにおいて、前記回転ブレードの上面及び下面
の少なくとも一方及び／又は前記固定ブレードの上面及
び下面の少なくとも一方には、材料のヤング率Ｅ（ｋｇ
ｆ／ｍｍ ２ ）、はりの曲面２次モーメントＩ（ｍｍ
４ ）、はり全長Ｌ（ｍｍ）、はりにかかる分布荷重ｗ
（ｋｇｆ／ｍｍ）、はりの開放端からの距離ｘ（ｍ
ｍ）、ｘにおける撓み量Δ（ｍｍ）としたときの数１又
は数１の近似値に基づく撓み曲線に沿って加工を施し、
前記回転ブレードの軸方向における厚みは回転ブレード
の先端に行くほど薄くし、前記固定ブレードの軸方向に
おける厚みは固定ブレードの根元に行くほど薄くしたこ
とを特徴とするターボ分子ポンプ。【数１】 - 【請求項２】 複数段の回転ブレードを有するロータ
と、該複数段の回転ブレードと空隙をもって軸方向に交
互に配置された複数段の固定ブレードとを備えるターボ
分子ポンプにおいて、前記回転ブレードの上面及び下面
の少なくとも一方及び／又は前記固定ブレードの上面及
び下面の少なくとも一方には、材料のヤング率Ｅ（ｋｇ
ｆ／ｍｍ ２ ）、はりの曲面２次モーメントＩ（ｍｍ
４ ）、はり全長Ｌ（ｍｍ）、はりにかかる分布荷重ｗ
（ｋｇｆ／ｍｍ）、はりの開放端からの距離ｘ（ｍ
ｍ）、ｘにおける撓み量Δ（ｍｍ）としたときの数１又
は数１の近似値に基づく撓み曲線に沿ってステップ状に
少なくとも一つの段差を配設し、前記回転ブレードの軸
方向における厚みは回転ブレードの先端に行くほどステ
ップ状に薄くし、前記固定ブレードの軸方向における厚
みは固定ブレードの根元に行くほどステップ状に薄くし
たことを特徴とするターボ分子ポンプ。【数１】 - 【請求項３】 前記段差は、前記回転ブレードの根元又
は固定ブレードの先端より６０〜８５％の位置に一つ配
設したことを特徴とする請求項２記載のターボ分子ポン
プ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10170398A JP3092063B2 (ja) | 1998-06-17 | 1998-06-17 | ターボ分子ポンプ |
| US09/334,308 US6474940B1 (en) | 1998-06-17 | 1999-06-16 | Turbo molecular pump |
| EP99304750A EP0965761A3 (en) | 1998-06-17 | 1999-06-17 | Turbo molecular pump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10170398A JP3092063B2 (ja) | 1998-06-17 | 1998-06-17 | ターボ分子ポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000009086A JP2000009086A (ja) | 2000-01-11 |
| JP3092063B2 true JP3092063B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=15904198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10170398A Expired - Fee Related JP3092063B2 (ja) | 1998-06-17 | 1998-06-17 | ターボ分子ポンプ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6474940B1 (ja) |
| EP (1) | EP0965761A3 (ja) |
| JP (1) | JP3092063B2 (ja) |
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| JP2005042709A (ja) * | 2003-07-10 | 2005-02-17 | Ebara Corp | 真空ポンプ |
| JP2007309245A (ja) * | 2006-05-19 | 2007-11-29 | Boc Edwards Kk | 真空ポンプ |
| JP4519185B2 (ja) * | 2008-07-22 | 2010-08-04 | 株式会社大阪真空機器製作所 | ターボ分子ポンプ |
| JP5369591B2 (ja) | 2008-10-03 | 2013-12-18 | 株式会社島津製作所 | ターボ分子ポンプ |
| GB2498816A (en) * | 2012-01-27 | 2013-07-31 | Edwards Ltd | Vacuum pump |
| EP2757266B1 (en) * | 2013-01-22 | 2016-03-16 | Agilent Technologies, Inc. | Rotary vacuum pump |
| DE102014114326A1 (de) * | 2014-10-02 | 2016-04-07 | Pfeiffer Vacuum Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Rotor- oder Statorscheibe für eine Vakuumpumpe sowie Rotor- oder Statorscheibe für eine Vakuumpumpe |
| EP3091235B1 (de) * | 2015-05-04 | 2020-03-11 | Pfeiffer Vacuum Gmbh | Rotorscheibe |
| GB2552793A (en) | 2016-08-08 | 2018-02-14 | Edwards Ltd | Vacuum pump |
| GB2589151A (en) * | 2019-11-25 | 2021-05-26 | Edwards Ltd | Molecular drag vacuum pump |
| GB2592618A (en) * | 2020-03-03 | 2021-09-08 | Edwards Ltd | Turbine blades and methods of manufacture of turbine blades |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE433183C (de) * | 1924-05-16 | 1926-08-24 | Erste Bruenner Maschinen Fab | Schaufeln fuer achsiale Dampf- oder Gasturbinen |
| US2991929A (en) * | 1955-05-12 | 1961-07-11 | Stalker Corp | Supersonic compressors |
| BE757354A (fr) * | 1969-10-27 | 1971-03-16 | Sargent Welch Scientific Co | Pompe turbomoleculaire a stators et rotors perfectionnes |
| DE2229724B2 (de) * | 1972-06-19 | 1980-06-04 | Leybold-Heraeus Gmbh, 5000 Koeln | Turbomolekularpumpe |
| DE2923632A1 (de) | 1979-06-11 | 1980-12-18 | Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg | Verfahren zur herstellung eines schaufelkranzes fuer den rotor einer tubomolekularpumpe und mit schaufelkraenzen dieser art ausgeruesteter rotor |
| JPH0261387A (ja) * | 1988-08-24 | 1990-03-01 | Seiko Seiki Co Ltd | ターボ分子ポンプ |
| DE4216237A1 (de) | 1992-05-16 | 1993-11-18 | Leybold Ag | Gasreibungsvakuumpumpe |
| GB9318801D0 (en) * | 1993-09-10 | 1993-10-27 | Boc Group Plc | Improved vacuum pumps |
| JPH1089284A (ja) | 1996-09-12 | 1998-04-07 | Seiko Seiki Co Ltd | ターボ分子ポンプ |
| JPH10246195A (ja) | 1997-03-05 | 1998-09-14 | Ebara Corp | ターボ分子ポンプ |
| DE29715035U1 (de) | 1997-08-22 | 1997-10-30 | Leybold Vakuum GmbH, 50968 Köln | Reibungsvakuumpumpe |
-
1998
- 1998-06-17 JP JP10170398A patent/JP3092063B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-06-16 US US09/334,308 patent/US6474940B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-06-17 EP EP99304750A patent/EP0965761A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0965761A3 (en) | 2001-04-11 |
| JP2000009086A (ja) | 2000-01-11 |
| EP0965761A2 (en) | 1999-12-22 |
| US6474940B1 (en) | 2002-11-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |