JP5397138B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ターボ分子ポンプに関する。

ターボ分子ポンプは、固定翼に対して回転翼が形成されたロータを高速回転させることにより、気体の排気を行っている。固定翼は、回転翼に対して軸方向に交互に配置されるように複数段設けられている。各段の固定翼は、リング状のスペーサリングにより挟持され、軸方向および径方向に関して位置決めされている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１４４６９４号公報

ところで、各固定翼は上下の回転翼段の間に挿入されるように配置されるため、回転翼の側方から組み付け可能なように半円形状に分割されている。分割された半円形状の固定翼は、外周部分をスペーサリングで挟持することにより位置決めされている。そのため、スペーサリングを組み付ける際に固定翼がずれることがあり、作業性が悪かった。

請求項１の発明は、軸方向に複数段の回転翼が形成された回転体と、複数段の回転翼に対して軸方向に交互に配置される複数段の固定翼とを備えるターボ分子ポンプに適用され、複数段の固定翼の少なくとも一段は、周方向に接するように配置された複数の分割固定翼で構成され、分割固定翼は、周方向に並設された複数の翼ブレードと、該複数の翼ブレードの外周部が連結されて、該複数の翼ブレードを所定位置に位置決めする円弧状のスペーサ部とを備え、結合された複数の分割固定翼の各スペーサ部は、円弧状を成すスペーサ部の端面同士が当接し、その当接する端面同士は径方向に関するラビリンス構造を形成することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、複数の分割固定翼を互いに結合させる結合部材を設けたものである。
請求項３の発明は、請求項２に記載のターボ分子ポンプにおいて、結合部材を、周方向に配置された複数の分割固定翼のスペーサ部の外周に装着された弾性体リングとしたものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、当接する端面同士は、径方向に関するラビリンス構造に加えて、軸方向に関するラビリンス構造も形成することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、分割固定翼を、鋳造により一体成型したものである。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、複数の分割固定翼で構成される固定翼が、積層されるように複数段設けられ、スペーサ部の端面同士が当接する部分の周方向位置が、隣接して積層された固定翼同士で異なっていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、径方向のネジ溝を備えたジーグバーンポンプ段を有し、ジーグバーンポンプ段は、周方向に接するように配置された複数の分割部が弾性体リングで互いに結合されたものであり、複数の分割部は、ネジ溝が形成されたポンプ部と、該ポンプ部の外周に形成されて、該ポンプ部を所定位置に位置決めする円弧状のスペーサ部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、組み付け作業の効率化を図ることができる。

本発明によるターボ分子ポンプ１の概略構成を示す断面図である。 本実施の形態における固定翼３３を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 固定翼３３の積層構造を示す断面図である。 分割線の変形例を示す図であり、（ａ）は第１の変形例を示し、（ｂ）は第２の変形例を示す。 本実施の形態におけるジーグバーンポンプ段５０を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は半断面図である。

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は本発明によるターボ分子ポンプ１の概略構成を示す断面図である。図１に示したターボ分子ポンプ１は磁気軸受式のポンプであり、ロータ３０は、５軸磁気軸受を構成する電磁石３７，３８によって非接触支持される。磁気軸受によって回転自在に磁気浮上されたロータ３０は、モータ３６により高速回転駆動される。

ロータ３０には、複数段の回転翼３２と円筒状のネジロータ３１とが形成されている。一方、固定側には、軸方向に対して回転翼３２と交互に配置された複数段の固定翼３３と、ネジロータ３１の外周側に設けられたネジステータ３９とが設けられている。各固定翼３３の外周部分には、スペーサとして機能する肉厚のスペーサ部３３２が形成されている。スペーサ部３３２が重なるように各固定翼３３をベース２０上に積層することにより、各固定翼３３は、回転翼３２間の所定位置に位置決めされる。吸気口フランジ２１が形成されたポンプケーシング３４をベース２０に固定すると、積層された回転翼３３がベース２０とポンプケーシング３４との間に挟持される。

ベース２０には排気ポート２２が設けられ、この排気ポート２２にバックポンプが接続される。ロータ３０を磁気浮上させつつモータ３６により高速回転駆動することにより、吸気口２１ａ側の気体は排気ポート２２側へと排気される。

図２は、本実施の形態における固定翼３３を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図２では、翼高さが比較的低い下段部分の固定翼３３の一段分を示した。前述したように、組み付け時には、固定翼３３をロータ３０の側方から回転翼３２間に挿入するので、円形状の回転翼３３を少なくとも２つに分割する必要がある。図２に示す例では、回転翼３３は半円形の一対の分割固定翼３３ａ，３３ｂによって構成されている。符号Ｌ１は分割線を表している。

各分割固定翼３３ａ，３３ｂは、半リング状の内側リブ部３３１およびスペーサ部３３２と、それらの間に形成された複数の翼ブレード３３０を有している。 図２（ｂ）の側面図に示すように、２つの分割固定翼３３ａ，３３ｂは、弾性体リング４０で構成された結合部材によって一体化されている。本実施の形態では、弾性体リング４０としてＯリングを用いている。なお、Ｏリング４０は、分割固定翼３３ａ，３３ｂを結合して一体化する機能と共に、図１に示すように、ポンプケーシング３４との隙間をシールする機能を有している。このシール機能により、固定翼３３とポンプケーシング３４との隙間において、Ｏリング４０の下流側と上流側とが分離され、上流側への気体逆流を防止することができる。

図３は図２（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する断面図であり、積層構造が分かりやすいように２段分の固定翼３３を示した。スペーサ部３３２は固定翼３３を積層する際のスペーサとして機能し、その上面および下面には凹凸が形成されている。固定翼３３を積層すると、一方の固定翼３３のスペーサ部上面に形成された凸部３３５が、他方の固定翼３３の下面に形成された凹部３３６に嵌り込む。このような嵌め合い構造とすることで、互いの固定翼３３が径方向（図示横方向）にずれるのを防止している。スペーサ部３３２の外周面には、Ｏリング４０を装着するための溝３３４が形成されている。例えば、図３の下側の固定翼３３の上に上側の固定翼３３を組み付ける際には、まず、下側の固定翼３３の上に一対の分割固定翼３３ａ，３３ｂを横方向から載置し、分割線Ｌ１の面をぴったり合わせる。その後、分割固定翼３３ａ，３３ｂの溝３３４内にＯリング４０を装着して、分割固定翼３３ａ，３３ｂを結合する。

本実施の形態においては、分割固定翼３３ａ，３３ｂはダイカスト等の鋳造により製作されるが、鋳造でなくても構わない。従来のターボ分子ポンプでは、固定翼とスペーサリングとは別個に形成されるとともに、円形状の固定翼を２分割にカットするのが一般的である。そのため、分割線の部分の隙間は、固定翼カットの際の工具の幅寸法とほぼ同程度となり、組み付けの際に分割固定翼がずれやすいという問題があった。また、分割固定翼がずれないようにスペーサリングを積層する必要があるため、組み付け時に手間がかかっていた。

一方、上述した分割固定翼３３ａ，３３ｂの場合には、従来の回転翼の部分とスペーサリングに相当する部分（スペーサ部３３２）とを一体に成形しているので、加工コストの低減および部品点数の削減ができるとともに、組み付け時の作業性の向上を図ることができる。さらに、Ｏリング４０で一体に固定しているので、組み付け時に分割固定翼３３ａ，３３ｂがずれる心配もない。また、分割線Ｌ１部分の気体逆流も低減することができる。なお、このスペーサ部３３２における逆流は、下流側に粘性流に近い領域ほど顕著になる。

また、ダイカストにより一体成型した場合には高精度の成型が可能なので、分割線Ｌ１部分の隙間を組み立て精度程度まで小さくすることができ、弾性体であるＯリング４０で一体としたときに分割線Ｌ１部分で両者をぴったり合わせることが可能となる。その結果、分割線Ｌ１部分における気体の逆流を、ほぼ防止することができる。

なお、固定翼３３を上下に積層したときに分割線Ｌ１の位置がそろっていると、逆流経路が複数段に渡って形成されるため、より上流側まで逆流の影響が出てくる。そこで、固定翼３３の組み付けの際に、図３に示すように分割線Ｌ１の位置をずらすことで、逆流の影響を低減することができる。例えば、固定翼３３が２分割されている場合には、互いに９０度ずらすようにする。そのように、ずらして配置するために、上下のスペーサ部間に位置決めピンを設けるようにしても良い。

図４は分割線の変形例を示す図である。図４（ａ）は分割線の第１の変形例を示す図であり、分割線Ｌ２を含む分割固定翼３３ａ，３３ｂの一部を示したものである。分割線Ｌ２は、スペーサ部３３２において、径方向にジグザグ状に折れ曲がっている。すなわち、分割線Ｌ２の部分は、径方向に関してラビリンス構造を形成している。このようなラビリンス構造とすることで、回転翼３２よび固定翼３３が設けられている排気領域と、スペーサ部３３２とポンプケーシング３４の隙間空間とをより確実に分離することができる。

一方、図４（ｂ）に示す固定翼３３（３３ａ，３３ｂ）の側面図は、分割線に関する第２の変形例を示したものである。なお、図４（ｂ）においては、Ｏリング４０の図示を省略した。分割線Ｌ３の場合には、軸方向に関してジグザグ状に折れ曲がっている。すなわち、軸方向に延びていた分割線Ｌ３は、途中で周方向に折れ曲がり、その後、再び軸方向に折れ曲がるように形成され、分割線Ｌ３の部分はラビリンス構造を成している。分割線Ｌ３のような形状とすることにより、スペーサ部３３２における上下方向の気体の逆流を抑制することができる。

ところで、下流側のポンプ段にジーグバーンポンプ段を備えるターボ分子ポンプものもある。図５は、そのようなジーグバーンポンプ段において、上述した固定翼３３のように、スペーサリングの一体化および分割構成を採用した場合を示す。ジーグバーンポンプ段５０は円板状をしており、円板の少なくとも一方の面には径方向に延びる渦巻状の凸部５００と凹部５０１とが形成されている。この凹凸部５００，５０１がネジ溝を構成している。ロータ側には凹凸部５００，５０１と対向するように平面状の円板やネジ溝が形成された円板が設けられている。

本実施の形態では、ジーグバーンポンプ段５０は２つの分割部５０ａ，５０ｂから成り、凹凸部５００，５０１の外周側には、スペーサリングと同様の位置決め機能を有する円弧状のスペーサ部５０２がそれぞれ形成されている。スペーサ部５０２の側面には、Ｏリング４０が装着される溝５０４が形成されている。スペーサ部５０２の上面には凸部５０５が形成され、下面には凹部５０６が形成されている。これらの凹凸部５０５，５０６は、上述した図３の凹凸部３３５，３３６と同様の機能を有している。このジーグバーンポンプ段５０の場合も、分割部５０ａ，５０ｂをＯリング４０によって一体化することにより、分割線Ｌ１部分の密着度を向上させ、分割線部分Ｌ１における逆流を極力抑えるようにしている。

上述した実施の形態では、分割固定翼３３ａ，３３ｂや分割部５０ａ，５０ｂの一体化するための結合部材として、弾性体リングであるＯリング４０を用いているが、コイルバネの両端を連結して円形状にしたものを用いても良い。結合部材の他の例としては、例えば、針金等のワイヤがある。

上述した実施の形態では、磁気軸受式のターボ分子ポンプを例に説明したが、本発明は、磁気軸受式に限らず他のターボ分子ポンプにも適用することができる。また、図１に示す例では、全ての段の固定翼３３に関して図２に示すような構造を採用しているが、一部（例えば、下流側の固定翼段）のみ図２の構造を採用し、他の段に従来の構造を採用するようにしても構わない。さらに、固定翼３３やジーグバーンポンプ段５０の分割数は２でなくても構わない。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

１：ターボ分子ポンプ、３０：ロータ、３２：回転翼、３３：固定翼、３３ａ，３３ｂ：分割固定翼、４０：Ｏリング、５０：ジーグバーンポンプ段、５０ａ，５０ｂ：分割部、３３０：翼ブレード、３３１：内側リブ部、３３２，５０２：スペーサ部、３３４，５０４：溝、３３５，５００，５０５：凸部、３３６，５０１，５０６：凹部、Ｌ１〜Ｌ３：分割線

Claims (7)

1. 軸方向に複数段の回転翼が形成された回転体と、前記複数段の回転翼に対して軸方向に交互に配置される複数段の固定翼とを備えるターボ分子ポンプにおいて、
   前記複数段の固定翼の少なくとも一段は、周方向に接するように配置された複数の分割固定翼で構成され、
   前記分割固定翼は、周方向に並設された複数の翼ブレードと、該複数の翼ブレードの外周部が連結されて、該複数の翼ブレードを所定位置に位置決めする円弧状のスペーサ部とを備え、
   前記結合された複数の分割固定翼の各スペーサ部は、円弧状を成すスペーサ部の端面同士が当接し、その当接する端面同士は径方向に関するラビリンス構造を形成することを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記複数の分割固定翼を結合させる結合部材を設けたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
3. 請求項２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記結合部材は、前記周方向に配置された複数の分割固定翼の前記スペーサ部の外周に装着された弾性体リングであることを特徴とするターボ分子ポンプ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記当接する端面同士は、前記径方向に関するラビリンス構造に加えて、軸方向に関するラビリンス構造も形成することを特徴とするターボ分子ポンプ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記分割固定翼は、鋳造により一体成型されることを特徴とするターボ分子ポンプ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記複数の分割固定翼で構成される固定翼が、積層されるように複数段設けられ、
   前記スペーサ部の端面同士が当接する部分の周方向位置が、隣接して積層された固定翼同士で異なっていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   径方向のネジ溝を備えたジーグバーンポンプ段を有し、
   前記ジーグバーンポンプ段は、周方向に接するように配置された複数の分割部が弾性体リングで互いに結合されたものであり、
   前記複数の分割部は、ネジ溝が形成されたポンプ部と、該ポンプ部の外周に形成されて、該ポンプ部を所定位置に位置決めする円弧状のスペーサ部とを備えることを特徴とするターボ分子ポンプ。

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