(57)【要約】【課題】  ボルトの変形により吸気口フランジの移動が効果的に抑制されるとともに、加工の容易なボルト孔を有するターボ分子ポンプの提供。【解決手段】  ボルト孔１４は、ボルトヘッド側の開口がロータ回転方向にずれるように、角度θだけ傾けて形成されている。そのため、吸気口フランジ１３ａがロータ回転方向に移動してボルト１５の軸に当接した場合、軸の領域Ｈ２の部分は非拘束状態となる。ポンプ異常状態時における衝撃力Ｆによって吸気口フランジ１３ａが左側に移動すると、ボルト１５の領域Ｈ２の部分が左側に曲がるように変形し、衝撃のエネルギーはボルト変形による歪みエネルギーとして吸収される。【選択図】        図４
2006037930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口フランジが形成されたポンプケーシングと、前記ポンプケーシング内に設けられた固定翼と、回転翼が形成され、前記ポンプケーシング内で高速回転駆動されるロータとを備え、排気対象装置に対して前記吸気口フランジを複数のボルトにより締結するターボ分子ポンプにおいて、
前記ボルトの軸線方向に対して斜めに形成されたボルト用貫通孔を前記吸気口フランジに設けた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、
前記貫通孔は、前記吸気口フランジの締結面側に形成される第１の開口と前記吸気口フランジの前記締結面と反対の面に形成される第２の開口とを有し、
前記第１の開口に対して、前記第２の開口が前記複数の貫通孔のピッチ円上において前記ロータの回転方向にずれてい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または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記貫通孔は、貫通方向に垂直な断面形状が円形であって、前記円形の直径が貫通方向に沿って一定であ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のいずれかに記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記貫通孔とそれに挿通される前記ボルトとの隙間に配設され、前記排気対象装置に対して前記吸気口フランジが移動した際に変形して衝撃を吸収し、前記吸気口フランジの移動を抑制する緩衝部材を備えた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、ターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高真空排気に用いられるターボ分子ポンプは、交互に配置された複数段の回転翼と複数段の固定翼とを備えている。各回転翼および固定翼は複数のタービンブレードから成り、回転翼はモータにより回転駆動されるロータに形成されており、固定翼はポンプのベースに固定されている。さらに、上述したタービンブレードに加えて、ドラッグポンプ段を備えたターボ分子ポンプも知られている。ドラッグポンプ段は、ロータ下部に形成された円筒部と、その円筒部と近接して配設されるネジ溝ステータとから成る。
【０００３】
ターボ分子ポンプでは、タービンブレードおよび円筒部が形成されたロータは数万ｒｐｍで高速回転しており、異常な外乱が作用するとロータとステータ側（例えば、ネジ溝ステータ）とが接触するおそれがあり、その場合にはステータ側に大きな衝撃が加わることになる。また、高速回転するロータには大きな遠心力が常に作用しており、ロータとステータ側が接触した場合や、設計時の想定を越える条件下で連続運転された場合には、ロータが破壊するおそれもある。そのような場合にはさらに大きな衝撃がステータ側に加わり、ポンプケーシングを装置本体に締結しているボルトに大きな剪断力が加わるという問題があった。
【０００４】
そのため、ボルト孔を拡開する複数の段が形成された孔とすることにより、剪断力が一カ所に集中するのを防いでボルトの破断を防止するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１４８３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、拡開する複数の段付き孔を形成するには加工工程が複数となり加工のコストアップが問題となる。さらに、上記従来の技術では、ボルトが段付き孔の側面の当接して塑性変形することにより衝撃力を吸収するような構造となっているが、段付き孔であるために塑性変形による効果が十分に得られていないという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、吸気口フランジが形成されたポンプケーシングと、ポンプケーシング内に設けられた固定翼と、回転翼が形成され、ポンプケーシング内で高速回転駆動されるロータとを備え、排気対象装置に対して吸気口フランジを複数のボルトにより締結するターボ分子ポンプに適用され、ボルトの軸線方向に対して斜めに形成されたボルト用貫通孔を吸気口フランジに設けたことを特徴とする。
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、貫通孔は、吸気口フランジの締結面側に形成される第１の開口と吸気口フランジの締結面と反対の面に形成される第２の開口とを有し、第１の開口に対して、第２の開口が複数の貫通孔のピッチ円上においてロータの回転方向にずれている。
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、貫通孔は、貫通方向に垂直な断面形状が円形であって、前記円形の直径が貫通方向に沿って一定とした。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のターボ分子ポンプにおいて、貫通孔とそれに挿通されるボルトとの隙間に配設され、排気対象装置に対して吸気口フランジが移動した際に変形して衝撃を吸収し、吸気口フランジの移動を抑制する緩衝部材を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ボルト軸線方向にに斜めに形成された貫通孔内でボルトが変形することにより、吸気口フランジの移動の抑制や排気対象装置に伝達される衝撃の低減を図ることができる。また、貫通孔であるため容易に加工することができる。
【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は本発明によるターボ分子ポンプの概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はフランジ部分を示す平面図である。なお、平面図はフランジの上半分を示したものである。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２はベース３に設けられた磁気軸受４ａ〜４ｃによって非接触支持されている。４ａ，４ｂはラジアル磁気軸受であり、４ｃはアキシャル磁気軸受である。
【０００９】
ベース３には、ロータ２を回転駆動するモータ６、タッチダウンベアリング７ａ，７ｂおよびロータ２の浮上位置を検出するためのギャップセンサ５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ設けられている。タッチダウンベアリング７ａ，７ｂにはメカニカルベアリングが用いられ、磁気軸受４ａ〜４ｃによるロータ２の磁気浮上がオフされたときにロータ２を支持する。
【００１０】
ロータ２には、回転軸方向に複数段の回転翼８が形成されている。上下に並んだ回転翼８の間には固定翼９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼８と固定翼９とにより、ターボ分子ポンプ１のタービン翼段が構成される。各固定翼９は、スペーサ１０によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１０は、固定翼９の保持機能とともに、固定翼９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。
【００１１】
さらに、固定翼９の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１１が設けられており、ネジステータ１１の内周面はロータ２の円筒部１２と所定間隔で対向している。ロータ２およびスペーサ１０によって保持された固定翼９は、吸気口フランジ１３ａが形成されたケーシング１３内に納められている。吸気口フランジ１３ａにはボルト孔１４が等間隔で８箇所形成されており、吸気口フランジ１３ａは８本のボルト１５によって装置側のフランジ１６に固定される。なお、吸気口フランジ１３ａの径の大きさによって、フランジ厚さや使用ボルト寸法およびボルト本数は規格によって定められている。
【００１２】
図２，３は、吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４部分を詳細に示したものであり、図２は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。また、図３の（ａ）は図２のＢ矢視図、（ｂ）はＣ矢視図である。図１（ａ）および図２に示すように、ボルト孔１４の貫通方向は吸気口フランジ１３ａに垂直な方向に対して角度θだけ傾いている。吸気口フランジ１３ａの装置側に対向する面（締結面）側の貫通孔開口に対して、締結面に対して反対の面の貫通孔開口（ボルトヘッド側貫通孔開口）がロータ回転方向Ｒにずれるように傾いている。そのため、角度θだけ傾いた方向から見たＣ矢視図（図３（ｂ））の場合、ボルト孔１４を貫通方向から見ているため、孔形状は円形となっている。
【００１３】
一方、吸気口フランジを１３ａを垂直方向から見たＢ矢視図（図３（ａ））の場合、ボルト孔１４の孔形状は楕円形となっている。ボルト１５は、斜めに形成されたボルト孔１４内を吸気口フランジ１３ａに対して垂直方向に貫通する。図３（ａ）の斜線で示した部分は、ボルト１５の断面である。図２において、１７は平座金であり、１８はバネ座金である。
【００１４】
図４はボルト孔１４の作用を説明する図であり、ボルト孔１４部分を周方向に沿って断面したものである。ボルト１５は、軸の先端から領域Ｈ１の部分が装置側フランジ１６の雌ネジ部に螺合しており、この領域Ｈ１は装置側フランジ１６によって拘束されている。一方、装置側フランジ１６に螺合していない領域Ｈ２は非拘束状態になっている。
【００１５】
ターボ分子ポンプに上述したような異常状態が発生すると、衝撃力Ｆによって吸気口フランジ１３ａを回転させるようなトルクが発生し、吸気口フランジ１３ａが装置側フランジ１６に対して図示左側にずれるように回転移動する。この回転移動により、符号Ｄで示すボルト１５の首の部分において吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４とボルト１５の軸とが当接する。
【００１６】
この衝撃力は非常に大きいため、ボルト孔１４とボルト１５の軸とが当接した後も吸気口フランジ１３ａが左側に移動し、衝撃力によりボルト１５の軸が左側に曲げられるように変形する。このときの変形には、単にボルト１５の軸が曲げられるような変形だけでなく、ボルト１５の軸が伸びるような変形も生じており、ボルト１５の領域Ｈ２はボルト孔１４の右側斜面に沿うように変形することになる。
【００１７】
このように、本実施の形態では、吸気口フランジ１３ａに衝撃トルクが働いた場合でも、ボルト１５に働く剪断力がボルト１５の非拘束領域Ｈ２の部分の変形により剪断力と引っ張り力の２方向に分解される。そのため、剪断エネルギーをボルト１５の歪みエネルギーとして受け止めることができ、装置側に伝達される衝撃トルクを低減することができる。また、ボルト１５が変形することで、衝撃トルクによる剪断力を締結に用いられているボルト１５の全てで受け止めることができるため、ボルト強度を有効に活用することができ、ボルト１５の破断を防止することができる。
【００１８】
図５は比較例として、標準のフランジ構造を示したものであり、（ａ）は衝撃力Ｆが作用する前の締結状態を示し、（ｂ）は衝撃力Ｆが作用した場合を示す図である。この場合、吸気口フランジ１３ａには垂直に貫通するボルト孔２４が形成されており、ボルト１５の軸は、領域Ｈ１の部分は装置側フランジ１６に拘束されており、領域Ｈ２は非拘束状態となっている。
【００１９】
一方、衝撃力Ｆが作用して吸気口フランジ１３ａが図示左側に移動すると、図５（ｂ）に示すようにボルト１５の領域Ｈ２の部分がボルト孔２４の側面に当接する。その結果、領域Ｈ２の部分は吸気口フランジ１３ａによって拘束状態となり、剪断応力が領域Ｈ１と領域Ｈ２との境界部分に集中して作用することになる。吸気口フランジ１３ａは複数のボルト１５によって装置側フランジ１６に固定されているが、各ボルト孔２４の位置誤差により図５（ｂ）のような状態になるのは各ボルト１５によって異なる。そのため、最初に図５（ｂ）のような状態となったボルト１５のみに剪断応力が集中して発生し、瞬時に破断してしまうという状態が生じることになる。
【００２０】
図６は上述した従来技術におけるボルト孔３４を示したものであり、ボルト孔３４は拡開する段付き孔になっている。この場合、衝撃力Ｆにより吸気口フランジ１３ａが図示左方向に移動すると、一番下側の段がボルト１５の軸に当接する。そして、吸気口フランジ１３ａがさらに移動するとボルト１５の軸が左側に変形することになる。この場合、領域Ｈ２において一番下側の段に当接する部分は拘束状態となるため、主に領域Ｈ３の部分の歪みエネルギーによって衝撃のエネルギーが吸収されることになる。そのため、領域Ｈ２でエネルギーを吸収する本実施の形態の方がより効果的にエネルギー吸収することができ、ボルト破断防止の上で優れている。
【００２１】
さらに、図６に示すような段付きのボルト孔３４を形成する場合には、例えば、バイト等の切削工具を用いて各段毎に加工を行う必要がある。一方、本実施の形態では、ドリルを用いて斜めに孔加工するだけでボルト孔１４を形成することができ、加工しやすさおよび加工コストの点で優れている。
【００２２】
［変形例］
図７は上述した実施の形態の変形例１を示す図であり、吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４の部分の断面図である。吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４には、衝撃エネルギーを吸収するための緩衝部材２０が挿入されている。緩衝部材２０には垂直な孔２１が形成されており、この孔２１をボルト孔として利用する。緩衝部材２０には、塑性変形しやすいアルミ材や、体積変形して衝撃を吸収するウレタンやゴム等が用いられる。
【００２３】
衝撃力Ｆより吸気口フランジ１３ａが図示方向に回転移動するとボルト１５の軸が変形するとともに緩衝部材２０も変形し、両方の変形により衝撃力によるエネルギーを吸収することになり、ボルト１５への衝撃の影響を緩和することができる。例えば、アルミ材で緩衝部材２０を形成した場合には、緩衝部材２０がボルト孔１４に密に設けられると変形しにくいので、このような場合には緩衝部材２０に孔等の隙間を形成して変形しやすいようにすれば良い。
【００２４】
また、図８に示すようにボルト孔１４の角度θをより大きく設定することにより、ボルト変形による歪みエネルギーをより大きくすることができる。さらに、Ｃ方向から見た孔径が大きくなるので緩衝部材２０の体積も大きくなり、緩衝部材２０の緩衝効果を高めることができる。もちろん、緩衝部材２０を設けなくてもエネルギー吸収効果は向上する。
【００２５】
なお、上述した実施の形態では、ボルト孔１４のボルトヘッド側開口がフランジ合わせ面（締結面）側開口に対して円周方向（ロータ回転方向）にずれるように傾けたが、ボルトヘッド側開口のずれは必ずしも円周方向でなくても良い。例えば、ロータ２が２つに破断してケーシング３に衝突するという極端な場合を仮定した場合、衝撃力は吸気口フランジ１３ａを回転させるトルクを生じさせるだけでなく、吸気口フランジ１３ａを楕円形状に変形させるような力も吸気口フランジ１３ａに作用する。この場合、吸気口フランジ１３ａの場所によっては、移動方向が回転方向と外側に拡がる方向とを合成したものになる場合もある。
【００２６】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、ボルト孔１４は貫通孔を構成する。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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】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り、（ａ）は断面図、（ｂ）はフランジ部分を示す平面図である。
【図２】図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は図２のＢ矢視図、（ｂ）はＣ矢視図である。
【図４】ボルト孔１４の作用を説明する断面図である。
【図５】比較例を示す図であり、（ａ）は衝撃力Ｆが作用する前の締結状態を示し、（ｂ）は衝撃力Ｆが作用した場合を示す図である。
【図６】上述した従来技術における拡開段付きのボルト孔３４の場合を説明する図である。
【図７】変形例１を示す図である。
【図８】ボルト孔１４の角度θを大きく設定した場合を説明する図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ターボ分子ポンプ
２  ロータ
３  ベース
４ａ〜４ｃ  磁気軸受
６  モータ
８  回転翼
９  固定翼
１１  ネジステータ
１２  円筒部
１３  ケーシング
１３ａ  吸気口フランジ
１４，２４，３４  ボルト孔
１５  ボルト
１６  装置側フランジ
２０  緩衝部材
【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】
2006037930.tif 000009
【図８】
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