(57)【要約】【課題】排気性能、特に大流量領域での排気性能を向上させることができるターボ分子ポンプの提供。【解決手段】ターボ分子ポンプにおいて、回転翼４Bの動翼ブレードおよび固定翼２Ｂの静翼ブレードの翼間距離Ｓとコード長Ｃとの比である無次元数Ｘに関して、第１の翼段の外周部および内周部における無次元数をＸo(R)およびＸi(R)とし、第２の翼段の外周部および内周部における無次元数をＸo(S)およびＸi(S)としたときに、回転軸方向に隣接する翼段に関して、第１の関係式「Ｘo(R)＞Ｘo(S)」および第２の関係式「Ｘi(R)＜Ｘi(S)」を満たす翼段を、少なくとも一段設ける。その結果、２次元的な翼断面モデルによる翼設計が行われた従来のターボ分子ポンプに比べて、排気性能、特に大流量領域における排気性能を向上させることができる。【選択図】図１
2010084748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体から放射状に形成された複数の動翼ブレードからなる第１の翼段と、前記回転体の回転軸に対して放射状に配置された複数の静翼ブレードから成る第２の翼段とを交互に複数段備え、
前記動翼および静翼ブレードの翼間距離Ｓとコード長Ｃとの比である無次元数Ｘに関して、前記第１の翼段の外周部および内周部における無次元数をＸo(R)およびＸi(R)とし、前記第２の翼段の外周部および内周部における無次元数をＸo(S)およびＸi(S)としたときに、
回転軸方向に隣接する前記翼段に関して、第１の関係式「Ｘo(R)＞Ｘo(S)」および第２の関係式「Ｘi(R)＜Ｘi(S)」を満たす翼段を、少なくとも一段有することを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記第１および第２の関係式を満たす翼段は、さらに第３の関係式「Ｘi(S)＜Ｘo(S)＜Ｘi(S)×１．５」を満足することを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記第１および第２の関係式を満たす翼段は、隣接する翼段に関して、さらに第４の関係式「Ｘo(S)＜Ｘo(R)＜Ｘo(S) ×１．５」、および第５の関係式「Ｘi(S)＞Ｘi(R)＞Ｘi(S) ×０．５」を満足することを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項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、
前記関係式を満たす翼段を、中間流領域を担う複数の翼段の少なくとも一段に適用したことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項５】
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、
前記関係式を満たす翼段を、前記複数の翼段の内、排気側に配置された半数の翼段の少なくとも一段に適用したことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項６】
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、
前記関係式を満たす翼段を、軸方向の最も吸気側に設けられた翼段を除く全ての翼段に適用したことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項７】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記複数の第２の翼段の内、少なくとも前記関係式を満たす翼段はダイカスト法により形成された翼段であることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大流量性能に優れたターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボ分子ポンプの回転翼および固定翼の設計においては、図２に示すような２次元的な翼断面形状をモデルに検討が行われている。翼の設計を行う際の指針の一つに、翼間距離Ｓと翼のコード長Ｃとの比である無次元数Ｘがあり、排気性能はこの無次元数Ｘに依存している。
【０００３】
従来は、２次元的な翼断面モデルを適用する際に、回転翼と固定翼とは等価であるとみなして、同じ設計方針で翼設計が行われている。そのような設計方針としては、例えば、無次元数Ｘが全段で同じになるように設計する方法や、各翼段の無次元数Ｘがポンプ吸気口側から排気口側にかけて線形に変化するように設計する方法（特許文献１参照）などが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、２次元的な翼断面モデルを用いる従来の理論および設計方法は、断面内（２次元内）における分子の動きのみを考慮して解析するものであるため、実際との間にずれが生じる。そのため、ターボ分子ポンプに対する大流量排気や高背圧化の要求が増しているが、従来の２次元的な翼断面モデルによる設計では、それらに十分対応できないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明によるターボ分子ポンプは、回転体から放射状に形成された複数の動翼ブレードからなる第１の翼段と、回転体の回転軸に対して放射状に配置された複数の静翼ブレードから成る第２の翼段とを交互に複数段備え、動翼および静翼ブレードの翼間距離Ｓとコード長Ｃとの比である無次元数Ｘに関して、第１の翼段の外周部および内周部における無次元数をＸo(R)およびＸi(R)とし、第２の翼段の外周部および内周部における無次元数をＸo(S)およびＸi(S)としたときに、回転軸方向に隣接する翼段に関して、第１の関係式「Ｘo(R)＞Ｘo(S)」および第２の関係式「Ｘi(R)＜Ｘi(S)」を満たす翼段を、少なくとも一段有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、第１および第２の関係式を満たす翼段は、さらに第３の関係式「Ｘi(S)＜Ｘo(S)＜Ｘi(S)×１．５」を満足することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、第１および第２の関係式を満たす翼段は、隣接する翼段に関して、さらに第４の関係式「Ｘo(S)＜Ｘo(R)＜Ｘo(S) ×１．５」、および第５の関係式「Ｘi(S)＞Ｘi(R)＞Ｘi(S) ×０．５」を満足することを特徴とする。
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、関係式を満たす翼段を、中間流領域を担う複数の翼段の少なくとも一段に適用したものである。
請求項５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、関係式を満たす翼段を、複数の翼段の内、排気側に配置された半数の翼段の少なくとも一段に適用したものである。
請求項６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、関係式を満たす翼段を、軸方向の最も吸気側に設けられた翼段を除く全ての翼段に適用したものである。
請求項７の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、複数の第２の翼段の内、少なくとも関係式を満たす翼段はダイカスト法により形成された翼段であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、排気性能、特に大流量領域での排気性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明に係るターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図であり、ポンプ本体１の断面図である。ターボ分子ポンプは、図１に示すポンプ本体１と、ポンプ本体１に電源を供給し回転駆動を制御するコントローラ（不図示）とから成る。
【０００９】
ポンプ本体１のケーシング２の内部には回転体が設けられ、回転体４にはシャフト３がボルト締結されている。シャフト３は、ベース９のステータコラムに設けられた上下一対のラジアル磁気軸受７およびスラスト磁気軸受８によって非接触式に支持され、モータＭにより回転駆動される。
【００１０】
回転体４には、複数段の回転翼４Ｂおよび回転円筒部４Ｄが形成されている。一方、ケーシング２内には、リング状のスペーサ２Ｓが複数積層され、そのスペーサ２Ｓによって上下に挟まれるように複数段の固定翼２Ｂが設けられている。さらに、複数段の固定翼２Ｂの下部には、内周面に螺旋溝が形成された固定円筒部９Ｄが設けられている。各回転翼４Ｂおよび各固定翼２Ｂのそれぞれは、放射状に形成された複数の翼ブレードで構成されている。なお、本実施の形態では、回転翼４Ｂおよび固定翼２Ｂはそれぞれ８段ずつ形成されている。
【００１１】
軸方向に交互に配置された複数段の回転翼４Ｂと複数段の固定翼２Ｂとにより、タービン翼部Ｔが構成される。一方、回転円筒部４Ｄと固定円筒部９Ｄとによりモレキュラードラッグポンプ部が構成される。回転円筒部４Ｄは固定円筒部９Ｄの内周面に近接して設けられており、固定円筒部９Ｄの内周面には螺旋溝９Ｍが形成されている。モレキュラードラッグポンプ部では、固定円筒部９Ｄの螺旋溝９Ｍと高速回転する回転円筒部４Ｄとの協働により、粘性流による排気機能が発生する。
【００１２】
このようにタービン翼部Ｔとモレキュラードラッグポンプ部とを結合させたターボ分子ポンプは、広域型ターボ分子ポンプと称されている。なお、回転体４は高速回転に耐えられるように、アルミニウム合金などの金属材料で製作されている。
【００１３】
図２は、上述した２次元翼断面モデルを示す図である。図２は回転翼４Ｂを周方向に断面したものであって、隣接する翼ブレードＴＢ間の関係を示している。２次元翼断面モデルを用いた場合、翼（回転翼４Ｂおよび固定翼２Ｂ）の性能は、２次元内における翼と分子との相対速度と、無次元数Ｘ＝Ｓ／Ｃとで決まる。Ｓは翼間距離、Ｃは翼のコード長である。
【００１４】
図３は、図２に示すモデルを用いた場合の排気性能の考え方を示す図である。図３において、上段および下段が回転翼４Ｂを示し、中段が固定翼２Ｂを示している。回転翼４Ｂは、周速度Ｖで図示左方向に回転していると仮定する。垂直下方向に速度Ｖｍを有する気体分子１００が回転翼４Ｂに入射した場合、回転翼４Ｂに対する気体分子の相対速度Ｖｍ’は、速度Ｖｍと速度（−Ｖ）とをベクトル的に和をとったものであり。そのため、回転翼４Ｂが静止しているとみなした場合、気体分子は回転による周方向の速度ベクトル（−Ｖ）を与えられ、回転翼４Ｂに対して斜めに入射することになる。
【００１５】
次に、回転翼４Ｂの翼ブレードＴＢに衝突して、回転翼４Ｂの領域から固定翼２Ｂ方向へと放出された気体分子１００について考える。気体分子１００の回転翼４Ｂに対する相対速度をＶｍ’とし、回転翼４Ｂは固定翼２Ｂに対して周速度Ｖで回転している。そのため、静止している固定翼２Ｂから見ると、相対速度Ｖｍ’に周速度Ｖをベクトル的に足し合わせた速度Ｖｍを有していることになる。このことは、固定翼２Ｂの下側空間（回転翼４Ｂの領域）からの気体分子についても同様である。
【００１６】
このように、回転翼４Ｂからの気体分子１００は、全体的に図示左方向の速度ベクトルＶが付与され、固定翼２Ｂの上下空間が周速度Ｖで移動していると見なすことができる。すなわち、固定翼２Ｂの上下に回転翼４Ｂがある場合は、回転翼４Ｂが無い状態において固定翼２Ｂが図示右方向に周速度（−Ｖ）で回転している場合と等価であると考えることができる。そのため、固定翼２Ｂの翼ブレードＴＢの傾きを、回転翼４Ｂの翼ブレードＴＢの傾きに対して逆に設定することにより、回転翼４Ｂと固定翼２Ｂとは等価と見なすことができる。このようなことから、従来は、回転翼４Ｂも固定翼２Ｂも同じ設計方針で考えられていた。
【００１７】
しかしながら、実際には、気体分子の３次元的な移動や、翼段の内周部や外周部に存在する隙間の影響や、中間流領域における分子間衝突など、ポンプ性能に寄与するパラメータが多数存在する。本実施の形態においては、これらの影響も考慮して翼形状を最適化することにより、性能向上、特に大流量ポンプとしての性能向上を図るようにした。
【００１８】
ターボ分子ポンプの排気性能は、基本的に「（翼の排気流量）−（逆流量）」によって決まるので、排気性能向上は、排気流量を増加させると共に逆流量の抑制に帰着する。上述した無次元数Ｘは翼ブレード間のスペースに関するパラメータなので、無次元数Ｘを大きくすると気体分子の流路面積（翼の開口面積）が大きくなり、排気流量も逆流量も増加することになる。このトレードオフ関係を考慮してＸを最適値に調節することにより、排気性能が最も大きくなる無次元数Ｘを求めることができる。ただし、２次元断面モデルによる理論計算では、内外周の隙間による逆流量や気体分子の３次元的移動は考慮されていない。そこで、以下に説明する実施形態では、従来の理論計算で得られた最適な無次元数Ｘを、隙間による逆流量や気体分子の３次元的移動等を考慮して調整することにより、排気性能の最大化を図るようにする。
【００１９】
ここでは、無次元数Ｘの調整に関して以下の３点に分けて説明する。すなわち、
（１）隙間の影響の低減、
（２）回転翼と固定翼との相違点による調整、
（３）翼段による効果の相異を考慮した調整、
について順に説明する。
【００２０】
（１．隙間の影響の低減）
図４は、図１に示すターボ分子ポンプの回転翼４Ｂおよび固定翼２Ｂの部分を径方向に断面した図である。また、図５は回転翼４Ｂの平面図、図６は固定翼２Ｂの平面図である。図４に示すように、回転翼４Ｂの先端とスペーサ２Ｓとの間、すなわち回転翼４Ｂの外周側には隙間ができている。一方、固定翼２Ｂの内周側リブ２０ａと回転翼４との間にも隙間ができている。これらの隙間は、回転体４が回転可能であるためには設けざるを得ない。図６に示す固定翼２Ｂでは、内周および外周にリブ２０ａ，２０ｂが設けられている。
【００２１】
固定翼２Ｂの、この隙間部分に対向する領域の無次元数Ｘが大きいと、吸気口側へ直線的に逆流する気体分子ＢＦ２が増加する。そのため、隙間部分の逆流量が性能低下におよぼす影響は、回転翼４Ｂの翼ブレードがある他の部分よりも大きくなる。そこで、この隙間領域における逆流分子ＢＦ２を小さくするために、固定翼２Ｂの外周側の無次元数Ｘo(Sn)については、理論計算で得られた翼外周部の無次元数計算値Ｘo(0n)よりも小さくする。なお、サフィックスｎは、当該の固定翼２Ｂまたは回転翼４Ｂが吸気側から何番目かを表している。図６に示す固定翼２Ｂでは、外周領域の翼間距離Ｓを小さく設定することにより、無次元数Ｘo(Sn)を小さくするようにした。これにより、翼内周部の無次元数Ｘi(Sn)と翼外周部の無次元数Ｘo(Sn)との差が小さくなっている。
【００２２】
一方、回転翼４Ｂの外周領域を考えると、上下方向からの気体分子の入射に加えて、壁面で反射されたほぼ径方向に移動する気体分子も入射することになる。しかし、この気体分子が回転翼４Ｂ内に入射できる確率が小さいと、回転翼４Ｂ内に入射できなかった気体分子は逆流分子ＢＦ２となる。そこで、本実施形態では、回転翼４Ｂの翼外周部の無次元数Ｘo(Rn)を無次元数計算値Ｘo(0n)より大きくすることで、壁面からの気体分子が回転翼４Ｂ内に入射し易くなるようにし、逆流分子ＢＦ２を低減させるようにした。図５に示す回転翼４Ｂでは、外周領域の翼間距離Ｓを小さく設定することにより、無次元数Ｘo(Rn)を小さくするようにした。なお、理論計算では回転翼と固定翼とは等価とみなしているので、無次元数計算値は同一値となる。
【００２３】
次に、固定翼２Ｂの内周側隙間について考える。この場合も、外周側隙間に対向する固定翼外周領域の場合と同様のことが、内周側隙間に対向する回転翼内周領域に対しても適用することができる。すなわち、回転翼４Ｂの翼内周部の無次元数Ｘi(Rn)を無次元数計算値Ｘi(0n)より小さくすることで、逆流分子ＢＦ１を低減するようにした。なお、回転翼４Ｂは、翼ブレードに接触した気体分子に遠心力による外周方向への速度成分を与える点が固定翼２Ｂの場合と異なる。そのため、無次元数Ｘi(Rn)を小さくして翼ブレードを密にすると、気体分子が翼ブレードと衝突する確率が増え、内周側に向かう分子の割合が小さくなる。このことも、逆流低減の効果をより高める。
【００２４】
無次元数計算値Ｘi(0n)，Ｘo(0n)は回転翼４Ｂも固定翼２Ｂも同一値であることを考慮して、無次元数計算値Ｘi(0n) ，Ｘo(0n)に対する調整方針を、上下に隣接する回転翼４Ｂおよび固定翼２Ｂの無次元数Ｘ(R)，Ｘ(S)に関する関係に書き直すと、次式（１）、（２）のようになる。なお、Ｘi(R)，Ｘo(R)は回転翼４Ｂの無次元数、Ｘi(S)，Ｘo(S)は固定翼２Ｂの無次元数で、サフィックスｉ，oは翼内周部、翼外周部を示している。
Ｘo(R)＞Ｘo(S)    …（１）
Ｘi(R)＜Ｘi(S)    …（２）
【００２５】
（２．回転翼と固定翼との相違点による調整）
前述したように、排気速度は無次元数Ｘだけでなく翼の周速度にも依存しているので、無次元数Ｘは周速度に応じて最適化される。回転翼４Ｂの周速度は回転中心からの距離に比例するので、内周側よりも外周側の方が無次元数Ｘは大きくなるべきである。一方、従来の理論では、図３に示したように固定翼２Ｂは回転翼４Ｂと等価であると見なされ、無次元数も同一とされる。
【００２６】
ところで、図３から分かるように、図示上側から固定翼２Ｂに入射する気体分子は、翼ブレードＴＢの下面から放出されたものであって、一方、図示下側から入射する気体分子は翼ブレードＴＢの上面から放出されたものである。ブレード下面から放出される気体分子は斜め左下方向の速度ベクトルを有するものが多く、ブレード上面から放出される気体分子は斜め右上方向の速度ベクトルを有するものが多い。そのため、それらの速度ベクトルに周速度ベクトルを加味すると、固定翼２Ｂの翼傾きと気体分子の速度ベクトルＶｍの分布との関係は、上方（吸気側）から入射する気体分子と下方（排気側）から入射する気体分子とでは異なっている。すなわち、下側から入射する気体分子の場合には、速度ベクトルＶｍの大きさを大きくする傾向が、上側から入射する気体分子の場合に比べて小さい。
【００２７】
そのため、固定翼２Ｂに対して吸気側から入射する気体分子の分子数と、排気側から入射する気体分子の分子数とを同等と考えると、固定翼２Ｂ内に入射した気体分子の内、半分程度しか理論通りの速度ベクトルＶｍを有していないことになる。一般的なターボ分子ポンプでは、翼外周部の周速度は翼内周部の周速度の２倍程度に設定されるので、翼内周部の周速度を基準（＝１）とした場合、翼内周部に対する翼外周部の周速度の増分は１となる。しかし、上述のように半分程度しか理論通りの速度ベクトルＶｍを有していないと考えた場合、内周側から外周側にかけての速度勾配は１／２程度で、翼外周部の周速度は翼内周部の１．５倍程度と見なすのが適切と考えられる。よって、固定翼２Ｂの翼外周部無次元数Ｘo(Sn)は翼内周部無次元数Ｘi(Sn)の１．５倍程度とする。
【００２８】
また、回転翼４Ｂから固定翼２Ｂに入射する間または固定翼２Ｂ内において分子間衝突が発生すると、回転翼４Ｂによる周速度ベクトル付与の効果を低下させる要因となる。そのため、このような分子間衝突を考慮する場合には、翼外周部無次元数Ｘo(Sn)を翼内周部無次元数Ｘi(Sn)の１．５倍より小さくても良い。このような、分子間衝突の影響は、圧力がより高くなる排気側の翼段ほど顕著に現れる。なお、回転翼４Ｂの周速度は外周側ほど大きいので、回転翼４Ｂにより気体分子に付与される周速度ベクトルの大きさは、外周側ほど大きくなる。そのため、固定翼２Ｂの翼外周部および翼内周部の無次元数Ｘi(Sn)、Ｘo(Sn)は、「Ｘi(Sn)＜Ｘo(Sn)」のように設定される。結局、固定翼２Ｂにおいては、無次元数Ｘは、次式（３）のように設定するのが好ましい。
Ｘi(Sn)＜Ｘo(Sn)＜Ｘi(Sn)×１．５    …（３）
【００２９】
（式（４）、（５）の数値１．５および０．５の根拠の説明がうまくできませんでしたので、説明の追加をお願いします。）
回転翼４Ｂの無次元数Ｘi(Rn)、Ｘo(Rn)を隣接する固定翼２Ｂとの関係で表す場合、式（１）、（２）の関係に固定翼２Ｂに関する上述の式（３）を考慮すると、無次元数Ｘi(Rn)、Ｘo(Rn)は次式（４），（５）のように表される。
Ｘo(S)＜Ｘo(R)＜Ｘo(S)×１．５    …（４）
Ｘi(S)＞Ｘi(R)＞Ｘi(S) ×０．５    …（５）
【００３０】
（３．翼段による効果の相異を考慮した調整）
上述した気体分子の逆流および分子間衝突の影響は、圧力が大きくなるほど顕著になる。そのため、上述した本実施の形態における無次元数Ｘの設定方法は、圧力がより高い排気側の翼段ほど、その効果を発揮する。一般的に、本実施の形態におけるようなターボ分子ポンプにおいては、分子流領域に対する性能は、固定翼２Ｂと回転翼４Ｂとを合わせた複数の翼段の内のほぼ半分、すなわち、吸気側からほぼ８段目までの翼段によって決まる。
【００３１】
一方、分子流領域と粘性流領域との間の中間流領域に対しては、８段目以降の排気側の翼段の影響が大きくなる。翼設計を行なう際にも、そのような構成を前提に設計が行なわれる。大流量状態における性能は、この中間流領域の性能に大きく依存しているので、上述した無次元数Ｘの設定方法は大流量の性能向上に効果的である。そのため、全ての翼段に上述した無次元数Ｘの調整を行なうのではなく、分子流量域の吸気側８段については従来の理論に基づいて無次元数Ｘを設定し、中間流領域の排気側８段についてのみ、上述した無次元数Ｘの調整を行なうとしても、十分に効果を発揮することができる。
【００３２】
なお、図１に示した例では、翼段が１６段で構成されているので、ほぼ８段目が分子流領域と中間流領域との分かれ目としているが、例えば、１４段構成であれば、ほぼ７段目がその分かれ目となる。
【００３３】
図５，６に示す回転翼４Ｂおよび固定翼２Ｂは、上述した設計方針に基づくものの一例を示したものである。回転翼４Ｂの無次元数Ｘは、内周領域で小さく調整されるとともに外周領域で大きく調整されているため、翼内周部と翼外周部との差が大きくなっている。一方、固定翼２Ｂの無次元数Ｘは、内周部と外周部との差が小さくなっている。
【００３４】
従来、固定翼２Ｂは、特に、翼角度の浅い排気側の翼段においては、金属板材を曲げ加工することで製作されるのが一般的であった。しかしながら、本実施の形態における固定翼２Ｂは、図６に示すように、翼外周部の無次元数Ｘo(Sn)と翼内周部の無次元数Ｘi(Sn)との差が小さい。板金曲げ加工の場合には内外周の無次元数の差を小さくするのは難しく、図６に示す外周側の翼形状を形成するのは不可能である。そのため、本実施の形態では、全段の固定翼２Ｂをダイカストにより形成することにより、上述したような無次元数を有する固定翼２Ｂを製造可能としている。もちろん、ダイカストではなく通常の鋳造法により製作しても良い。
【００３５】
なお、複数の翼段の内、最上段の回転翼４Ｂおよび最下段の固定翼２Ｂについては、いずれも隣接する翼段が片側にしか存在しないので、他の翼段と全く同様に上述した考え方をそのまま適用することはできず、別の観点での調整が必要である。
【００３６】
図７は上記の方針により、第１６段を除く第１段から第１５段までの翼段の設計例を示したものである。ここでは、何段目の翼段かに関わらず、各回転翼４Ｂ同士は全て同一の無次元数Ｘに設計され、各固定翼２Ｂ同士も全て同一の無次元数Ｘに設計されている。また、第１段の回転翼４Ｂも、２段目以降の回転翼４Ｂと同様の無次元数に設定している。図７において縦軸は、設計の狙い値を１とした場合の、翼内周部（ｉｎ）および翼外周部（ｏｕｔ）の無次元数Ｘを示した。設計の狙い値とは、従来の理論で得られる、翼中間位置における無次元数計算値Ｘである。
【００３７】
無次元数Ｘは、気体分子の平均自由行程に対応して設計されるので、特に排気したい気体分子領域によって決定すれば良い。翼の中間付近においては、気体分子の逆流等の３次元的移動の影響が少ないので、従来の設計理論により計算される無次元数計算値Ｘをそのまま用いることができる。翼中間位置における無次元数計算値Ｘを１とし、無次元数が周速度に比例すると考えると、翼内周部の無次元数計算値Ｘiは２／３（≒０．６７）、翼外周部の無次元数計算値Ｘoは４／３（≒１．３３）となる。
【００３８】
固定翼２Ｂにおいては、翼内周部無次元数Ｘi(Sn)は０．８、翼外周部無次元数Ｘo(Sn)は１．２にそれぞれ設定されており、翼外周部無次元数Ｘo(Sn)は翼内周部無次元数Ｘi(Sn)の１．５倍に設定されている。一方、回転翼４Ｂは、翼内周部無次元数Ｘi(Rn)は０．５、翼外周部無次元数Ｘo(Rn)は１．５にそれぞれ設定されている。固定翼２Ｂの無次元数Ｘi(Sn)，Ｘo(Sn)は式（３）を満足するように設定されており、そのような固定翼２Ｂに対して、回転翼４Ｂは式（４），（５）を満足するように設定されている。
【００３９】
図８は、無次元数Ｘに対する上述の調整の効果を示す図である。ここでは、条件「Ｘo(S)＜Ｘo(R)、Ｘi(S)＞Ｘi(R)」の範囲内で、従来の設計理論による最適化を行なったポンプの排気性能を基準に、さらに調整を行なって設計したポンプの排気性能を示した。そのため、図８の縦軸は、基準性能に対する向上率を示しており、基準性能と同じ場合を１００％とした。
【００４０】
実線が改良品の性能向上率を示しており、比較のために、固定翼２Ｂのみを改善した場合の向上率を点線で示し、回転翼４Ｂのみを改善した場合の改善率を破線で示した。いずれの場合も、圧力が高い大流量状態において性能向上率が大きくなっており、大流量ポンプとしての性能向上を図ることができる。なお、図７に示した例では、１〜１５段の翼段に上述した無次元数Ｘの調整を施しているが、１〜１６段の全ての翼段に適用しても良いし、１〜１６段のいずれか一段に適用しても良い。
【００４１】
上述したように、本実施の形態のターボ分子ポンプでは、回転翼４Ｂの翼外周部および翼内周部における無次元数をＸo(R)およびＸi(R)とし、固定翼２Ｂの翼外周部および翼内周部における無次元数をＸo(S)およびＸi(S)としたときに、回転軸方向に隣接する翼段に関して、第１の関係式「Ｘo(R)＞Ｘo(S)」および第２の関係式「Ｘi(R)＜Ｘi(S)」を満たす翼段を、少なくとも一段有することで、サイズアップや特殊な部品を追加することなく排気性能の向上を図ることができる。
【００４２】
さらに、第１および第２の関係式を満たす翼段に対して、さらに第３の関係式「Ｘi(S)＜Ｘo(S)＜Ｘi(S)×１．５」を満足させたり、隣接する翼段に関して、さらに第４の関係式「Ｘo(S)＜Ｘo(R)＜Ｘo(S) ×１．５」、および第５の関係式「Ｘi(S)＞Ｘi(R)＞Ｘi(S) ×０．５」を満足させたりすることで、排気性能をさらに向上させることができる。
【００４３】
特に、上述した関係式を満たす翼段を、中間流領域を担う複数の翼段の少なくとも一段、または、排気側に配置された半数の翼段の少なくとも一段に適用するのが好ましい。さらに、軸方向の最も吸気側に設けられた翼段を除く全ての翼段に適用することで、さらなる性能の向上を図ることができる。また、複数の固定翼２Ｂの内、少なくとも上述した関係式を満たす翼段をダイカスト法により形成することで、固定翼２Ｂの製作を容易に行うことができる。
【００４４】
なお、以上の説明はあくまでも一例であり、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。例えば、変形例同士をどのように組み合わせることも可能であり、磁気軸受式以外のターボ分子ポンプにも適用可能である。また、図７に示す例では、１段から１５段まで同一設計方針の無次元数Ｘを適用したが、上述の関係式を満たしつつ吸気側から排気側にかけて線形に変化させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係るターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図であり、ポンプ本体１の断面を示す。
【図２】２次元翼断面モデルを示す図である。
【図３】２次元翼断面モデルにおける排気性能の考え方を示す図である。
【図４】気体分子の逆流を説明する図である。
【図５】回転翼４Ｂの平面図である。
【図６】固定翼２Ｂの平面図である。
【図７】第１段から第１５段までの翼段について、無次元数Ｘの設計例を示す図である。
【図８】無次元数Ｘの調整による性能向上を説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１：ポンプ本体、２Ｂ：回転翼、２Ｓ：スペーサリング、３：シャフト、４：回転体、４Ｂ：回転翼、４Ｄ：回転円筒部、９Ｄ：固定円筒部、Ｔ：タービン翼部、ＴＢ：翼ブレード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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