(57)【要約】【課題】ステータの積層方向の伝熱特性および周方向の引張り強さが向上し、ロータの低温化およびポンプ小型化を図ることができる、ターボ分子ポンプの提供。【解決手段】ターボ分子ポンプ１は、複数段の固定翼２２に対して交互に積層される複数のスペーサ２３を備えている。そして、複数のスペーサ２３の内、少なくとも一つは炭素繊維強化プラスチックで形成されたスペーサ２３で構成し、そのスペーサ２３は、積層方向の熱伝導率がリング部２３ａの方が大きく、かつ、周方向の引張り強さがリング部２３ｂの方が大きくなるように、リング部２３ａとリング部２３ｂとで炭素繊維方向が異ならせるようにした。そのため、スペーサ２３の積層方向の伝熱特性の向上、および、スペーサ２３の周方向の引張り強さの向上を図ることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段の回転翼が形成されたロータと、
前記複数段の回転翼に対して交互に配置される複数段の固定翼と、
前記複数段の固定翼に対して交互に積層される複数のスペーサと、を備えたターボ分子ポンプにおいて、
前記複数のスペーサの内、少なくとも一つは、炭素繊維強化プラスチックで形成された第１のＣＦＲＰスペーサで構成され、
前記第１のＣＦＲＰスペーサは、前記固定翼の積層方向の位置決めを行う第１リングおよび前記固定翼の径方向の位置決めを行う第２リングを有し、
前記第１リングおよび第２リングは、スペーサ積層方向の熱伝導率が前記第１リングの方が大きく、かつ、周方向の引張り強さが前記第２リングの方が大きくなるように、前記第１リングの炭素繊維方向と前記第２リングの炭素繊維方向とが異なっている、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リングの炭素繊維方向は、スペーサ積層方向に対する角度が該第１リングの周方向に対する角度よりも小さく、
前記第２リングの炭素繊維は、該第２リングの周方向に少なくとも一周するように延在している、ターボ分子ポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記第１リングと前記第２リングとが一体に前記第１のＣＦＲＰスペーサを形成している、ターボ分子ポンプ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記複数のスペーサの内、ポンプ吸気口側から順に少なくとも１つのスペーサを炭素繊維強化プラスチックで形成された第２のＣＦＲＰスペーサで構成するとともに、他のスペーサを前記第１のＣＦＲＰスペーサで構成し、
前記第２のＣＦＲＰスペーサは、前記固定翼の積層方向の位置決めを行う第３リングおよび前記固定翼の径方向の位置決めを行う第４リングを有し、
前記第３リングおよび第４リングの炭素繊維は、前記第３リングおよび第４リングの周方向に少なくとも一周するように延在している、ターボ分子ポンプ。
【請求項５】
複数段の回転翼が形成されたロータと、前記複数段の回転翼に対して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用いられ、前記固定翼の積層方向の位置決めを行う第１リングおよび前記固定翼の径方向の位置決めを行う第２リングを有して、前記複数段の固定翼に対して交互に積層されるスペーサであって、
前記第１リングおよび第２リングは炭素繊維強化プラスチックで形成され、積層方向の熱伝導率が前記第１リングの方が大きく、かつ、周方向の引張り強さが前記第２リングの方が大きくなるように、前記第１リングの炭素繊維方向と前記第２リングの炭素繊維方向とが異なっている、スペーサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ分子ポンプ、およびターボ分子ポンプに用いられるスペーサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ分子ポンプでは、複数段の回転翼と複数段の固定翼とが交互に配置され、その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真空排気を行う。従来のターボ分子ポンプでは、複数段の固定翼の各々をスペーサで挟持するようにして固定翼を所定位置に保持している（例えば、特許文献１参照）。一般的に、ロータ、固定翼およびスペーサが収納されるケーシングはアルミニウム合金またはステンレス合金で形成され、スペーサはアルミニウム合金で形成されている。
【０００３】
スペーサは、上述のように、固定翼を位置決めする部材として機能するとともに、固定翼の熱を冷却系へ伝熱する機能、および、ロータ破壊時のエネルギを吸収する機能を担っている。ロータ破壊時には、破壊したロータの回転エネルギがスペーサに伝達され、スペーサが膨張もしくは破断することによって回転エネルギの一部が消費される。残りの回転エネルギ（残留回転エネルギ）は、ケーシングに伝えられることになる。
【０００４】
また、真空排気における発熱によりロータ温度が上昇するが、ロータの熱は熱輻射によって固定翼に伝えられ、固定翼からスペーサを介してポンプベースの冷却系へ伝熱されるような構成となっている。そのため、スペーサには回転エネルギを吸収する部材、および、固定翼の熱をベースへ伝える部材としての機能が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１３２６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、スペーサがアルミニウム合金で形成されている場合、アルミニウム合金は比較的熱伝導特性に優れた金属であるが、引張り強さがステンレス合金等に比べて小さいので、十分な回転エネルギ吸収作用を得るのが難しい。一方、スペーサにステンレス合金を用いた場合、熱伝導率がアルミニウム合金と比べて小さいので、十分な熱伝導特性が得られないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、複数段の回転翼が形成されたロータと、複数段の回転翼に対して交互に配置される複数段の固定翼と、複数段の固定翼に対して交互に積層される複数のスペーサと、を備えたターボ分子ポンプにおいて、複数のスペーサの内、少なくとも一つは、炭素繊維強化プラスチックで形成された第１のＣＦＲＰスペーサで構成され、第１のＣＦＲＰスペーサは、固定翼の積層方向の位置決めを行う第１リングおよび固定翼の径方向の位置決めを行う第２リングを有し、第１リングおよび第２リングは、スペーサ積層方向の熱伝導率が第１リングの方が大きく、かつ、周方向の引張り強さが第２リングの方が大きくなるように、第１リングの炭素繊維方向と第２リングの炭素繊維方向とが異なっている。
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リングの炭素繊維方向は、スペーサ積層方向に対する角度が該第１リングの周方向に対する角度よりも小さく、第２リングの炭素繊維が、該第２リングの周方向に少なくとも一周するように延在している。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、第１リングと第２リングとが一体に第１のＣＦＲＰスペーサを形成しているものである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、複数のスペーサの内、ポンプ吸気口側から順に少なくとも１つのスペーサを炭素繊維強化プラスチックで形成された第２のＣＦＲＰスペーサで構成するとともに、他のスペーサを第１のＣＦＲＰスペーサで構成し、第２のＣＦＲＰスペーサは、固定翼の積層方向の位置決めを行う第３リングおよび固定翼の径方向の位置決めを行う第４リングを有し、第３リングおよび第４リングの炭素繊維は、第３リングおよび第４リングの周方向に少なくとも一周するように延在している。
請求項５の発明は、複数段の回転翼が形成されたロータと、複数段の回転翼に対して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用いられ、固定翼の積層方向の位置決めを行う第１リングおよび固定翼の径方向の位置決めを行う第２リングを有して、複数段の固定翼に対して交互に積層されるスペーサであって、第１リングおよび第２リングは炭素繊維強化プラスチックで形成され、積層方向の熱伝導率が第１リングの方が大きく、かつ、周方向の引張り強さが第２リングの方が大きくなるように、第１リングの炭素繊維方向と第２リングの炭素繊維方向とが異なっている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ステータの積層方向の伝熱特性および周方向の引張り強さが向上し、ロータの低温化およびポンプの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、ターボ分子ポンプ１の構成を示す断面である。
【図２】図２は、スペーサ２３の詳細構造を説明する図である。
【図３】図３は、リング部２３ａ，２３ｂの機能を説明する図である。
【図４】図４は、分割固定翼２２ａの平面図である。
【図５】図５は、スペーサ２３Ｄを説明する図である。
【図６】図６は、スペーサ２３Ｄの機能を説明する図である。
【図７】図７は、第３の実施の形態を説明する図である。
【図８】図８は、固定翼２２の組立手順を説明する図である。
【図９】図９は、固定翼２２の組立手順を説明する図である。
【図１０】図１０は、ＣＦＲＰにおける炭素繊維の傾きを示す図である。
【図１１】図１１は、巻き角度θと軸方向（スペーサ積層方向）の熱伝導率との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、巻き角度θと周方向の引張り強さ（ＭＰａ）との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、リング部２３ｂにおける炭素繊維２３１の配置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明を実施するための実施の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、本発明によるターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。なお、以下では能動型磁気軸受式ターボ分子ポンプを例に説明するが、本発明は、永久磁石を使った受動型磁気軸受によるターボ分子ポンプや、メカニカルベアリングを用いたターボ分子ポンプにも適用することができる。ターボ分子ポンプ１には不図示の電源装置が接続される。その電源装置には、後述するモータ３６を駆動するモータ制御装置と、ターボ分子ポンプ１に設けられた磁気軸受を制御する軸受制御装置が設けられている。
【００１１】
回転側排気作用部である回転翼３０ａおよび円筒部３０ｂが形成されたロータ３０は、回転軸であるシャフト３１に締結されている。ロータ３０とシャフト３１とによってポンプ回転体が構成される。シャフト３１は、ベース２０に設けられた磁気軸受３７，３８，３９によって非接触支持される。各磁気軸受３７，３８，３９は電磁石と変位センサとを備えている。変位センサによりシャフト３１の磁気浮上位置が検出される。なお、軸方向の磁気軸受３９を構成する電磁石は、シャフト３１の下端に設けられたロータディスク３５を軸方向に挟むように配置されている。
【００１２】
磁気軸受３７〜３９によって回転自在に磁気浮上されたポンプ回転体（ロータ３０およびシャフト３１）は、モータ３６により高速回転駆動される。モータ３６には、例えば３相ブラシレスモータが用いられる。モータ３６のモータステータ３６ａはベース２０に設けられ、永久磁石を備えるモータロータ３６ｂはシャフト３１側に設けられている。２６ａ，２６ｂは非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはこれらのメカニカルベアリング２６ａ，２６ｂによってシャフト３１は支持される。
【００１３】
図１に示すターボ分子ポンプ１は、回転翼３０ａと固定翼２２とで構成されるターボポンプ段と、円筒部３０ｂとネジステータ２４とで構成されるドラッグポンプ段（ネジ溝ポンプ）とを有している。上述したように回転翼３０ａおよび円筒部３０ｂを回転側排気作用部とした場合、固定翼２２およびネジステータ２４は固定側排気作用部を構成している。なお、ここではネジステータ２４側にネジ溝が形成されているが、円筒部３０ｂ側にネジ溝を形成しても構わない。
【００１４】
アルミ合金製のロータ３０には複数段の回転翼３０ａが形成されている。複数段の固定翼２２は、軸方向に対して回転翼３０ａと交互に配置されている。各固定翼２２は、スペーサ２３を介してベース２０上に載置される。ケーシング２１の固定フランジ２１ｃをボルトによりベース２０に固定すると、積層されたスペーサ２３がベース２０とケーシング２１との間に挟持され、固定翼２２が位置決めされる。
【００１５】
ベース２０の排気口２０ａには排気ポート２５が設けられ、この排気ポート２５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側の気体分子は排気ポート２５側へと排気される。
【００１６】
図２は、スペーサ２３の詳細構造を説明する図である。スペーサ２３は、内側のリング部２３ａと、リング部２３ａに対して軸方向下側にずれて形成された外側のリング部２３ｂとを含む。本実施の形態では、リング部２３ａ，２３ｂは炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により形成されている。リング部２３ａ，２３ｂは、個別にリング状に形成された後に、接合部２３ｃにおいて互いに接着することにより一体化されている。なお、ここでは、接着によりリング部２３ａ，２３ｂを接続しているが、圧入により一体化しても良い。
【００１７】
リング部２３ａ，２３ｂに用いられるＣＦＲＰは、炭素繊維の束にプラスチック（エポキシ樹脂等）を含浸させた複合材料である。図２に示す例では、リング部２３ａにおける炭素繊維２３１の延在方向は、軸方向（積層方向）と一致している。一方、リング部２３ｂの炭素繊維２３１の延在方向は円周方向であって、炭素繊維２３１はリング状に巻かれている。
【００１８】
詳細は後述するが、リング部２３ａとリング部２３ｂとで炭素繊維方向を異ならせることで、リング部２３ａとリング部２３ｂとで積層方向の伝熱特性および周方向の引張り強さが異なるように構成している。図３は、リング部２３ａ，２３ｂの機能を説明する図である。図３に示すように、固定翼２２は、一対のスペーサ２３により軸方向上下から挟持されている。図１に示した１段分の固定翼２２は、組立上の制約から、図４に示すような半割りの分割固定翼２２ａを２つ円形状に配置することで構成されている。
【００１９】
分割固定翼２２ａは、例えば、アルミダイカストで形成、アルミ材を機械加工して形成、または、アルミ板材を曲げ加工して形成される。一般的には、図４に示すように、円弧状の内周リブ２２０と外周リブ２２１との間に複数のタービン翼２２２が形成されている。二点鎖線はスペーサ２３を示している。図３に示すように、固定翼２２を構成する分割固定翼２２ａは、外周リブ２２１がスペーサ２３の内周側のリング部２３ａによって挟持されている。なお、図４に示す分割固定翼２２ａでは、内外周の両方にリブ２２０，２２１が形成されているが、内外周の一方にのみリブを備える場合もある。内周のみにリブが形成されている場合には、タービン翼２２２の外周部分がリング部２３ａによって挟持されることになる。
【００２０】
図２、３に示すように、内側のリング部２３ａの炭素繊維２３１は軸方向（積層方向）に沿って延在しており、外側のリング部２３ｂの炭素繊維２３１は周方向に延在している。図３において、矢印Ｈは、固定翼２２およびスペーサ２３における熱伝達経路を示している。ロータ３０で発生した熱は、熱輻射によって固定翼２２に伝えられ、固定翼２２の熱は矢印Ｈのようにスペーサ２３に伝えられる。ベース２０には、冷却水等の冷媒が流れる冷却配管２００が設けられており、この冷却配管２００内を流れる冷媒によってベース２０は冷却されている。そのため、スペーサ２３の熱は、固定翼２２を挟持するように積層されたスペーサ２３のリング部２３ａを介してベース方向に伝達され、ベース２０を通って冷却配管２００の冷媒へと放熱される。このように、固定翼２２の熱は、スペーサ２３のリング部２３ａを軸方向に伝達される。そのため、リング部２３ａにおいては、軸方向の熱伝導率が大きくなるように炭素繊維２３１の延在方向が軸方向とされている。
【００２１】
上述のように、固定翼２２を挟持しているリング部２３ａは放熱部材としての機能を主に担っている。一方、外側のリング部２３ｂは、ロータ破壊時のエネルギを消費する機能を主に担っている。そのため、リング部２３ｂを構成するＣＦＲＰの炭素繊維２３１の延在方向を周方向とすることで、リング部２３ｂの円周方向の引張り強さを大きくしている。スペーサ２３のリング部２３ｂをこのような構成とすることで、スペーサ２３が膨張もしくは破断したときの回転エネルギの吸収量を増大させることができる。その結果、ケーシング２１に伝えられる残留回転エネルギが低減され、ターボ分子ポンプの安全性向上を図ることができる。
【００２２】
上述のように、スペーサ２３はＣＦＲＰで形成されている。ＣＦＲＰは炭素繊維の方向の引張りに強く、引張り強さは数千ＭＰａに達する。これは、スペーサの材料として一般的に用いられるアルミニウム合金に比べてはるかに大きく、さらには、ケーシング２１に用いられるステンレス合金と比べても大きい。例えば、ＳＵＳ３０４の場合には、引張り強さは５２０ＭＰａである。そこで、本実施の形態では、炭素繊維２３１の引張り強さが効果的となるように、リング部２３ｂの炭素繊維２３１の延在方向を周方向としている。
【００２３】
また、炭素繊維は熱伝導率にも優れており、ＣＦＲＰの炭素繊維方向の熱伝導率は１００Ｗ／(ｍ・Ｋ)〜１０００Ｗ／(ｍ・Ｋ)程度となる。例えば、ＪＩＳ５０００系アルミニウム合金の場合には約１５０Ｗ／(ｍ・Ｋ)であるので、ＣＦＲＰを用いることで、アルミニウム合金で形成するよりも熱伝導率に優れたスペーサを形成することができる。そこで、図３に示すように固定翼２２の熱を冷却配管２００の冷媒へ放熱する際の熱経路となるリング部２３ａにおいては、軸方向の熱伝導率が大きくなるように、炭素繊維２３１の延在方向を軸方向としている。
【００２４】
−第２の実施の形態−
従来、ターボ分子ポンプを真空装置に設置する際に、吸気口側にバルブ（例えば、流量調整用のバルブ）が設けられる場合がある。一般的に、バルブには加熱用のヒータが設けられていて、真空排気の際にバルブが加熱される。そのような装置構成では、図６の矢印Ｈ２で示すように、加熱されたバルブＶからケーシング２１に熱が伝達され、さらにスペーサ２３を介して固定翼２２に熱が移動して固定翼温度が上昇してしまうという問題が生じ、ロータ３０の放熱に悪影響を及ぼす。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、図６に示すように、複数のスペーサ２３の内、ポンプ吸気口側から順に少なくとも１つのスペーサには図５に示す構造のスペーサ２３Ｄを使用し、残りの他のスペーサには図２に示すスペーサ２３を使用するようにした。なお、図６では、ポンプ吸気口側から１番目のスペーサのみにスペーサ２３Ｄが用いられている。
【００２６】
上述した図１に示すターボ分子ポンプ１では、９段のスペーサ２３の全てが、図２に示すような構成となっている。しかしながら、真空排気時の発熱による固定翼２２の温度上昇は、吸気口２１ａに近い吸気側の固定翼２２よりも、排気側の固定翼２２の方が大きいので、図６の構成のように吸気口側のスペーサに図２の構成のスペーサ２３を使用しなくても、固定翼２２からベース２０への熱伝達特性の向上を十分図ることができる。
【００２７】
図５に示すように、スペーサ２３Ｄでは、リング部２３ａ，２３ｂのいずれもが、炭素繊維２３１の延在方向が周方向となっている。スペーサ２３Ｄの場合も、リング部２３ａ，２３ｂを個別に形成した後、接合部２３ｃにおいて接着等により接合して一体化する。このような構成とすることにより、スペーサ２３Ｄは、図２に示すスペーサ２３と比べて周方向の引張り強さがより大きくなる。さらに、スペーサ２３Ｄのリング部２３ａは、炭素繊維の延在方向が周方向であって、積層方向に関しては炭素繊維間に熱伝導率の小さな樹脂が介在する。そのため、リング部２３ａの積層方向の熱伝導率は、図２のスペーサ２３のリング部２３ａに比べて小さくなる。
【００２８】
本実施形態では、図６に示すように、吸気口側のスペーサにスペーサ２３Ｄを用いることで、バルブ側から固定翼２２へ伝達される熱を低減することができる。すなわち、スペーサ２３Ｄのリング部２３ａは積層方向の熱伝導率が小さいので、バルブＶからスペーサ２３を介して固定翼２２へ伝達される熱に対して、リング部２３ａが断熱部として機能することになる。その結果、バルブＶから熱侵入による固定翼２２の温度上昇を抑制することができる。
【００２９】
また、上述したように、スペーサ２３Ｄにおいてはリング部２３ａ，２３ｂの炭素繊維方向がいずれも周方向を向いているので、周方向の引張り強さが図２のスペーサ２３よりも大きくなっている。その結果、図６に示す構成においては、ロータ破壊時にスペーサ全体で吸収できる回転エネルギが第１の実施の形態の場合に比べて大きくなり、ケーシング２１に対する残留回転エネルギをより小さくすることができる。
【００３０】
なお、図６に示す例では、吸気口側から数えて１番目のスペーサにスペーサ２３Ｄを用いているが、２番目以降にもスペーサ２３Ｄを用いても構わない。スペーサ２３Ｄの段数は、吸気口側からの熱侵入の影響の度合いに応じて決定すれば良い。
【００３１】
−第３の実施の形態−
図７〜９は、本発明による第３の実施の形態を説明する図である。図２に示したスペーサ２３ではリング部２３ａとリング部２３ｂとは接着等により一体とされていたが、第３の実施の形態では、スペーサ２３のリング部２３ａとリング部２３ｂとを別体とした。
【００３２】
図７は、図３と同様の部分の断面を示したものである。図３に示したスペーサ２３の場合、リング部２３ｂの高さ寸法（積層方向寸法）は、上下一対のリング部２３ａの間に固定翼２２を挟持するようにスペーサ２３を積層した時に、外側のリング部２３ｂ間に隙間が形成されるような寸法に設定されている。一方、リング部２３ａとリング部２３ｂとを別体とした場合には、リング部２３ｂ同士が隙間なく積層される構成となる。そのため、本実施形態におけるリング部２３ｂの高さ寸法は、図２に示すスペーサ２３のリング部２３ｂの高さよりも隙間分だけ大きくなっている。
【００３３】
図８，９は、固定翼２２の組立手順を説明する図である。図８に示す手順（ａ）では、ベース２０上にリング部２３ｂを組み付ける。この際、ベース上に形成されたリング状の凸部２０ｂの外周面によって、リング部２３ｂの径方向位置が位置決めされる。次いで、リング部２３ｂの内周側にリング部２３ａを組み付ける。
【００３４】
図８の手順（ｂ）では、一対の分割固定翼２２ａを、リング部２３ａの外周側から回転翼３０ａ間に差し込むように配置し、リング部２３ａの上面にそれぞれ載置する。次いで、図９の手順（ｃ）では、２段目のリング部２３ｂを１段目のリング部２３ｂ上に載置して、分割固定翼２２ａの径方向の位置決めを行う。その後、図９の手順（ｄ）において、２段目のリング部２３ａを１段目のリング部２３ａ上に載置するように組み付ける。
【００３５】
このような手順を繰り返すことにより、図１に示すような複数の固定翼２２と複数のスペーサ２３との積層体が組み上がる。なお、上述した組立手順では、リング部２３ｂ→リング部２３ａ→分割固定翼２２ａの順に組み付けたが、リング部２３ａ→リング部２３ｂ→分割固定翼２２ａの順に組み付けても良い。
【００３６】
このように、本実施の形態では、スペーサ２３のリング部２３ａとリング部２３ｂとを別体としたので、リング部２３ａとリング部２３ｂとを接着等により接合する必要がなく、スペーサ２３の製造コストを低減することができる。一方、図２のようにリング部２３ａとリング部２３ｂとを一体とした場合には、別体の場合に比べて、組立作業性に優れている。
【００３７】
（炭素繊維方向の説明）
上述したように、リング部２３ａ，２３ｂの積層方向の熱伝導率および周方向の引張り強さは、リング部２３ａ，２３ｂを構成するＣＦＲＰの炭素繊維の方向に依存している。上述した実施の形態では、炭素繊維の高熱伝導率および高引張り強さが十分に生かされるように、高熱伝導率が要求されるリング部２３ａでは炭素繊維の方向を積層方向（軸方向）とし、高引張り強さが要求されるリング部２３ｂでは炭素繊維の方向を周方向としている。
【００３８】
ここでは、図１０に示すように、炭素繊維を巻きつけるようにして円筒状のＣＦＲＰを形成した場合の、熱伝導率および引張り強さの方向依存性について、図１１，１２を用いて説明する。炭素繊維の方向は、円筒の軸からの角度θで表される。ここでは、角度θを巻き角度と呼ぶことにする。
【００３９】
図１１は、巻き角度θと軸方向（スペーサ積層方向）の熱伝導率との関係を示す図である。ここでは、説明を簡単にするために、炭素繊維の繊維方向に沿った熱伝導のみを考慮した。そのため、巻き角度θ＝９０degでは熱伝導率が１Ｗ／(ｍ・Ｋ)程度となっている。図１１に示した例では、巻き角度θ＝０degのときの熱伝導率は２００Ｗ／(ｍ・Ｋ)であるが、巻き角度が大きくなるにつれて円筒の下端から上端までの炭素繊維の長さが長くなり、それに応じて熱伝導率も小さくなっている。θ＝６０degの場合、炭素繊維の長さはθ＝０degの場合の２倍になるので、熱伝導率はθ＝０degの熱伝導率はθ＝６０degの場合の１／２となっている。
【００４０】
図１２は、巻き角度θと周方向の引張り強さ（ＭＰａ）との関係を示す図である。図１２に示す例では、炭素繊維の方向が周方向である巻き角度θ＝９０degの場合の引張り強さが３０００ＭＰａである場合ついて示した。θ＝９０degでは炭素繊維の引張り強さがそのまま寄与し、炭素繊維の方向が軸方向に傾くにつれて引張り強さは小さくなる。炭素繊維の方向が軸方向と一致するθ＝０degでは、引張り強さは樹脂の寄与分だけとなり５０ＭＰａ程度となっている。
【００４１】
図１０〜１２に示す結果をそのままリング部２３ａ，２３ｂに適用し、内側のリング部２３ａの積層方向熱伝導率をアルミニウム合金（例えば１５０Ｗ／(ｍ・Ｋ)）以上、外側のリング部２３ｂの周方向引張り強さをステンレス合金（例えばＳＵＳ３０４の場合５２０ＭＰａ）以上にしようとした場合、リング部２３ａにおける炭素繊維の巻き角度θは約４０deg以下、リング部２３ｂにおける巻き角度θは約６０deg以上とすれば良いことがわかる。リング部２３ｂの巻き角度θを６０deg以上とした場合には、引張強さは２５００ＭＰａ以上となり、ＳＵＳ３０４の５倍の強さとなる。そのため、ＳＵＳ３０４と同程度の強さを保つことを条件とすれば、リング部２３ｂの径方向厚さを薄くでき、ポンプの小型化が可能となる。
【００４２】
ただし、スペーサ２３は径寸法に比べて厚さ寸法が著しく小さいので、リング部２３ｂにおける炭素繊維２３１の巻き角度θを例えば６０degとした場合、炭素繊維２３１の配置は図１３に示すようになる。一つの炭素繊維２３１に注目した場合、リング部２３ｂの１周に対して炭素繊維２３１が延在している範囲はわずかとなり、周方向の引張り強さは図１２のθ＝６０degの値よりも大きく低下することになる。周方向の引張りに対して図１２に示すような炭素繊維の効果を十分に発揮するためには、炭素繊維２３１が、リング部２３ｂを周方向に少なくとも１周していることが望ましい。
【００４３】
また、リング部２３ａの熱伝導率に関しては、炭素繊維の熱伝導率が１００〜１０００Ｗ／(ｍ・Ｋ)程度であることから、概略で、スペーサ積層方向に対する角度（すなわち巻き角度θ）がリング部２３ａの周方向に対する角度（９０−θ）degよりも小さく設定するのが好ましい。周方向の引っ張り強さよりも熱伝導率の方を重視するためである。
【００４４】
以上説明した実施の形態では、複数段の固定翼２２に対して交互に積層される複数のスペーサ２３を備えるターボ分子ポンプ１において、複数のスペーサの内、少なくとも一つは炭素繊維強化プラスチックで形成されたスペーサ２３で構成し、スペーサ２３は、積層方向の熱伝導率がリング部２３ａの方が大きく、かつ、周方向の引張り強さがリング部２３ｂの方が大きくなるように、リング部２３ａとリング部２３ｂとで炭素繊維方向が異ならせるようにした。
【００４５】
その結果、スペーサ２３を介して固定翼２２の熱をベース２０側へ伝達するための伝熱特性を、従来のアルミニウム合金製のスペーサを用いた場合と同等またはそれ以上とすることができ、ロータ３０の低温化が図れる。さらに、スペーサ２３の周方向の引張り強さを、スペーサにアルミニウム合金やステンレス合金を用いた場合よりも大きくすることができる。ロータ３０の低温化は、ターボ分子ポンプの排気ガス流量のさらなる大流量化が可能となる。また、周方向の引張り強さの向上は、ケーシング２１の薄肉化や、ケーシング２１の材料を引張り強さの小さな材料への変更が可能となり、ポンプの小型化あるいは材料選択肢の広がりによるコストダウンが可能となる。
【００４６】
なお、第１実施形態に記載したターボ分子ポンプ１では、全てのスペーサ２３を図２に示すような構成のスペーサとしたが、吸気口側の少なくとも１つスペーサを、ステンレス合金やアルミ合金等のスペーサとしても構わない。
【００４７】
また、図６に示したように、ポンプ吸気口側から順に少なくとも１つのスペーサを炭素繊維強化プラスチックで形成された第２のスペーサ２３Ｄで構成するとともに、他のスペーサをスペーサ２３で構成するようにしても良い。スペーサ２３Ｄは、固定翼２２の積層方向の位置決めを行うリング部２３ａと、固定翼２２の径方向の位置決めを行うリング部２３ｂとを有する。そして、リング部２３ａ，２３ｂの炭素繊維２３１を、リング部２３ａ，２３ｂの周方向に少なくとも一周するように延在させるようにした。このような構成とすることで、吸気口フランジ側からの熱侵入が低減され、ロータ３０の温度上昇が抑制される。さらに、スペーサ２３Ｄは、リング部２３ａ，２３ｂの両方が周方向の引張り強さが大きいので、ロータ破壊時のスペーサによるエネルギ吸収効果が向上し、より安全性が向上する。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
１：ターボ分子ポンプ、２０：ベース、２１：ケーシング、２２：固定翼、２２ａ：分割固定翼、２３，２３Ｄ：スペーサ、２３ａ，２３ｂ：リング部、２３ｃ：接合部、２４：ネジステータ、３０：ロータ、３０ａ：回転翼、３０ｂ：円筒部、２３１：炭素繊維
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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