(57)【要約】  本発明のターボモルキュラーポンプ用回転翼は、ハブとハブに取り付けられる複数のブレードとを有する。前記ブレードは、繊維あるいは粒子により強化されたポリマー材料のストリップから形成される。
2007516372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボモルキュラーポンプ用回転翼において、前記回転翼は、
ハブと、
強化ポリマー材料製の複数のブレードと、
前記ブレードをハブに取り付ける手段と、
を有することを特徴とするターボポンプ用回転翼。
【請求項２】
前記ポリマー材料は、繊維あるいは粒子の一方により強化されている請求項１記載の回転翼。
【請求項３】
前記繊維あるいは粒子は、方向が整合しており、回転翼の使用中にブレードにかかる最高負荷の領域および／または方向に最大強度を与える請求項２記載の回転翼。
【請求項４】
前記繊維あるいは粒子の大部分は、ブレードの根本から先端方向に整合している請求項３記載の回転翼。
【請求項５】
前記繊維あるいは粒子の大部分は、ブレード内で繊維あるいは粒子の７５％−８５％の範囲内に存在する請求項４記載の回転翼。
【請求項６】
前記ポリマー材料は、カーボンファイバにより強化されている請求項２−５のいずれかに記載の回転翼。
【請求項７】
前記ポリマー材料は、ガラス又はセラミック材料から形成される繊維あるいは粒子により強化されている請求項２−５のいずれかに記載の回転翼。
【請求項８】
前記ポリマー材料は、合成繊維で強化されている請求項２−５のいずれかに記載の回転翼。
【請求項９】
前記合成繊維は、パラ−アミド繊維（para-amid fibres）を含む請求項８記載の回転翼。
【請求項１０】
前記ポリマー材料は、エポキシである請求項１−９のいずれかに記載の回転翼。
【請求項１１】
前記ポリマー材料は、ポリエーテルエーテルケトン（polyetheretherketone）である請求項１０記載の回転翼。
【請求項１２】
前記取り付け手段は、各ブレードの端部にあるいは端部方向に配置されている請求項１−１１のいずれかに記載の回転翼。
【請求項１３】
各ブレードは、強化ポリマー材料のストリップを含む請求項１−１２のいずれかに記載の回転翼。
【請求項１４】
隣接する一対のブレードは、強化ポリマー材料の１本のストリップから形成される請求項１３記載の回転翼。
【請求項１５】
前記ストリップは、隣接するブレードを形成するよう曲げられている請求項１４記載の回転翼。
【請求項１６】
前記曲げる前のストリップは、２つの等しい大きさで且つ平行に整合した端部部分を有し、この端部部分が中央部分で繋がり、
前記中央部分は、前記２つの端部部分に対し傾斜して、ストリップに対しドッグ−レッグの曲げ部を提供し、
前記ストリップは、中央部分に沿って曲げられる請求項１５記載の回転翼。
【請求項１７】
前記取り付け手段は、ストリップをハブに取り付けるピンを有する請求項１３−１６のいずれかに記載の回転翼。
【請求項１８】
請求項１５または１６を引用したときには、ストリップの曲げは、ピン近傍にある請求項１７記載の回転翼。
【請求項１９】
前記ピンは、ストリップの一端に形成された孔を貫通する請求項１７記載の回転翼。
【請求項２０】
前記ストリップの一端は、局部的に厚くなっているか、あるいは強化されている請求項１９記載の回転翼。
【請求項２１】
各ブレードは、前記ストリップの一端を挟み込む一対の強化プレートを有し、前記ピンは、前記強化プレートに形成された貫通孔を貫通する請求項２０記載の回転翼。
【請求項２２】
前記ピンの長手方向軸は、ブレード表面の法線に対し鋭角をなす請求項１９−２１のいずれかに記載の回転翼。
【請求項２３】
平行に整列した複数のブレード列を有し、前記ピンは、異なる列の複数のブレードをハブに取り付ける請求項１７−２２のいずれかに１記載の回転翼。
【請求項２４】
前記取り付け手段は、ハブに形成された複数のスロットを有し、前記各スロットは、ブレードのそれぞれの端部を収納する請求項１２記載の回転翼。
【請求項２５】
前記各ブレードは、鳩の尾形状をしており、前記スロットは、ブレードの前記鳩の尾形状の端部を収納するよう構成される請求項２４記載の回転翼。
【請求項２６】
前記鳩の尾形状は、各ブレードの端部に取り付けられた部材から形成される請求項２５記載の回転翼。
【請求項２７】
前記鳩の尾形状は、ブレードに取り付けられた金属プレートにより形成される請求項２６記載の回転翼。
【請求項２８】
前記プレートは、アルミまたはアルミ合金製である請求項２７記載の回転翼。
【請求項２９】
前記ブレードの端部は、スロット内に固着あるいは結合される請求項２４−２８のいずれかに記載の回転翼。
【請求項３０】
前記ハブは、スロットに隣接する場所で切り取られる請求項２４−２９のいずれかに記載の回転翼。
【請求項３１】
前記強化ポリマー材料は、ブレードの先端部の回転速度が音速レベルの時に受ける応力に耐える機械的特性を有するよう選択される請求項１−３０のいずれかに記載の回転翼。
【請求項３２】
前記ブレードは、使用中のポンプを通過する化学物質と反応しないよう選択されたコーティング層を具備する請求項１−３１のいずれかに記載の回転翼。
【請求項３３】
前記コーティング層は、金属製である請求項３２記載の回転翼。
【請求項３４】
ターボモルキュラーポンプ用の回転翼において、前記回転翼は、
ハブと、
前記ハブに取り付けられる、強化ポリマー材料製のストリップから形成される複数のブレードと、
を有することを特徴とするターボモルキュラーポンプ用回転翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボモルキュラーポンプ用回転翼に関し、半導体製造における真空環境を作り出すのに通常用いられるポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
標準のターボモルキュラーポンプは回転翼を有し、この回転翼は高速、例えば１分間に６万回転するような通常角度のついたブレードを、ステイターの固定ブレードの列の間に交互に配置している。一般的にステイターのブレードは、ロータのブレードと対向する向きに傾斜している。
【０００３】
ターボモルキュラーポンプにおいては、ガスは、高真空チェンバから通常取り出され、圧縮されてバッキング・ポンプ（backing pump）、例えば多段回転ポンプに渡される。このバッキング・ポンプは、ターボモルキュラーポンプが約１０-1ｍｂａｒまでの排気圧力で動作する際に必要とされ、バッキング・ポンプを使用することにより、この領域の排気圧力を高め、ポンプで駆動されたガスを大気に放出している。
【０００４】
ターボモルキュラーポンプのポンプ能力は、ブレードの回転速度に大きく依存する。この速度は、回転翼のブレード材料内で許容可能な応力により制限される。通常ターボモルキュラーポンプの用回転翼のハブとブレードは、軽量金属、例えばアルミあるいはその合金の一つの一体ピースから機械加工で形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ターボモルキュラーポンプ用回転翼の材料と製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ターボモルキュラーポンプ用回転翼が、ハブと、強化ポリマー材料製の複数のブレードと、前記ブレードをハブに取り付ける手段とを有するターボモルキュラーポンプ用回転翼を提供する。
【０００７】
回転翼のブレード用に従来用いられている金属材料の代わりに、強化ポリマー材料を使用することによりいくつかの利点が得られる。第１の利点は、ブレードの軽量化と金属から形成されたブレードに比較して重さに対する強度の比率が優れていることである。この観点から、高速回転が達成され、かくしてポンプ性能が向上する。第２の利点は、強化ポリマー材料製回転翼は金属製ブレードを有する回転翼に比較して、回転慣性が減ることである。これにより、回転翼が有する少ないエネルギーがポンプのステイターに掛かる場合に、使用中にポンプ周囲の環境の安全性を高める。
【０００８】
好ましい実施例においては、ポリマー材料は、繊維あるいは粒子の一方により強化されている。好ましくは、これらの繊維あるいは粒子は、方向が整合しており、回転翼の使用中にブレードにかかる最高負荷の領域および／または方向に最大強度を与える。例えば、繊維あるいは粒子の大部分、例えば繊維あるいは粒子の７５％−８５％は、ブレードの根本から先端方向に整合している。
【０００９】
前記ポリマー材料は、カーボンファイバ、ガラス又はセラミック材料から形成される繊維あるいは粒子、合成繊維、例えば、パラ−アミド繊維（para-amid fibres）、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）繊維で強化されている。ポリマー材料は、マトリックス、エポキシ、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（polyetheretherketone）でもよい。
【００１０】
ブレードは、回転翼のハブに例えばピンにより取り付けられる強化ポリマー材料のストリップの形態を採る。これらのストリップはさまざまな技術を用いてハブに取り付けることができる。
【００１１】
ある一つの技術では、ストリップは曲げられて一対の回転翼を提供し、ストリップの曲げ部がハブに取り付けられる保持ピンの周囲に配置される。選択的事項として、（曲げる前の）ストリップは、２つの等しい大きさで且つ平行に整合した端部部分を有し、この端部部分が中央部分で繋がり、前記中央部分は、前記２つの端部部分に対し傾斜して、ストリップに対しドッグ−レッグの曲げ部を提供する。この構成においては、ストリップは、中央部分に沿って曲げられ、一対の回転翼ブレードを提供する。
【００１２】
本発明の他の実施例においては、各ブレードはストリップから形成され、取り付け手段がこのストリップの一端にあるいは一端方向に配置される。さまざまな取り付け手段が当業者には明らかである。ある一般的な例を以下説明する。
【００１３】
本発明の一実施例においては、ピンはストリップの一端に形成された孔を貫通する。ストリップのこの端部は、厚くなっているかあるいは孔の周囲の領域で強化されている。例えば、各ブレードはストリップの一端を挟み込む一対の強化プレートを有し、ピンがこのプレートに形成された孔を貫通する。これらの孔は、ブレードの表面の法線に対し、例えば、鋭角で機械加工される。この角度は、ブレードが、回転翼の回転面に対し傾斜するのが好ましい角度に対応している。かくしてピンがハブの回転面と直交する方向に挿入されると、ブレードはその面に対しある角度でもって配置される。
【００１４】
複数のブレードを同一のブレード列に１本の係止ピンで配置することにより、よりコンパクトなローター設計が可能となる。別法としてあるいはそれに追加して、このピンは、異なる列にある複数のブレードをハブに固定してもよい。
【００１５】
別の実施例においては、各ブレードの端部は鳩の尾形状（dovetail）あるいはそれに類似する形状を有するよう構成してもよい。この鳩の尾形状は、ハブ内の類似形状のスロット内にぴったりと適合するよう構成するのが好ましい。この鳩の尾形状は、ブレード材料製の層を積み重ねて形成してもよい。別法として、異なる材料の鳩の尾形状をブレードに結合してもよい。鳩の尾形状部分が別の材料から形成されている場合には、この別の材料をブレードの端部に結合あるいは固定してもよい。
【００１６】
別法として、一般的に平坦なブレードをハブ内に予め機械加工して形成したスロット内に結合あるいは固定してもよい。
【００１７】
前述したブレードのどれも、使用中のポンプを通過する化学物質と反応しないよう選択されたコーティング層（例えば金属）をさらに含んでもよい。
【００１８】
本発明の実施例を以下図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１９】
図１−７は、回転翼のハブに取り付けられた、繊維あるいは粒子で強化されたポリマー材料から形成されたブレードを有する回転翼を提供するさまざまな技術を示す。ここに示された実施例においては、各ブレードはハブに取り付けられた強化ポリマー材料製のストリップから形成される。
【００２０】
このストリップにおいては、ブレードの粒子あるいは連続する繊維の大部分は、２つのブレードのそれぞれの根本部から先端部までのラインに沿うようにその方向が整合している。これにより、繊維の整合方向に引っ張り負荷を引き起こす。その結果、繊維はターボモルキュラーポンプの必要とされる動作速度において、この引っ張り負荷を安全に保持する。
【００２１】
図１は、ターボモルキュラーポンプの回転翼の隣接するブレード１２、１４を形成するために用いられる繊維あるいは粒子による強化ポリマー材料材料のストリップ１０を示す。この実施例において、矩形のストリップ１０は点線１６に沿って折り曲げられ（図１ａ）、これによりＵ字型をしたブレード対構成１８を形成する（図１ｂ）。
【００２２】
図２は、図１と類似の実施例を示す。この実施例において、ストリップ２０は、矩形ではなく、中央部分でドックレグ曲げ部２２を有する。第１実施例と同様に、ストリップ２０は、点線２４に沿ってドックレグ曲げ部２２を横切り曲げられ、ほぼＵ字型のブレード対構成を提供する。この構成は、図１ｂのそれに対し次の点で利点がある。ストリップ２０から形成されたブレード対構成は、矩形のストリップ１０から形成された図１ｂの構成に比較して、高さが低くなっている点である。
【００２３】
図３は、前述したブレード対構成がハブ２６に如何に取り付けられるかを示す断面図である。ハブ２６は円周方向に凹部２８を具備する。凹部２８を囲む壁３０を開口３２が貫通して結合ピン３４を収納する。この結合ピン３４の周囲にブレード対構成１８の曲げ部３６が延びる。開口３２と結合ピン３４は、凹部２８とブレード対構成１８に対し、ブレード対構成１８がハブ２６の内側円周表面３８に当たってピンで固定されるよう配置される。
【００２４】
図４−６は、ブレード４０、５０、６０、７０が１本のストリップから形成される実施例を示す。
【００２５】
図４の実施例においては、一対の強化プレート４２がブレード４０の一端に固定あるいは取り付けられる。２個の貫通孔４４がブレード４０の最も幅の広い表面の面に対し、若干傾斜してブレード４０の強化部分にドリルで貫通される。この傾斜角は、回転翼の回転面に対しブレード４０の望ましい傾斜角に対応する。貫通孔４４は固定ピン４６を収納するよう形成され、この固定ピン４６は使用中はハブの貫通孔を通過する。これは図３の結合ピン３４に類似する。
【００２６】
プレート４２は金属製、例えば高品質アルミあるいはチタン製であるが、他の材料も用いることができる。このプレート材料は、回転翼がターボモルキュラーポンプに必要な動作速度で回転している時に、固定ピン４６のブレード４０に対する反力に耐えるよう、あるいはブレード４０の強化部分に集中した引っ張り負荷あるいは圧縮負荷に耐えるよう選択される。強化プレートの代わりとして、ブレード４０を貫通孔４４の領域で単に厚くしてもよい。
【００２７】
選択的事項として、複数のブレード列を、１個の固定ピン４６を用で異なる列の複数の平行なブレードを配置するよう、配列してもよい。
【００２８】
図５の実施例においては、一対の係止プレート４８がブレード５０の一端に固着あるいは取り付けられる。例えば、ブレード５０の製造時、係止プレート４８はブレード５０が固化されるモールドツール内に配置してもよい。
【００２９】
係止プレート４８は、その根本部でブレード５０を強化すること、およびブレード５０をハブ内に取り付ける係止手段を提供する二重の機能を有する。ここに示した実施例においては、係止プレート４８は、実質的に鳩の尾形状をしているが、プレート４８は如何なる他の形状も採ることができる。例えば、ブレードの端部近傍が広がった部分を有する形状である。係止プレート４８の材料とその寸法は、回転翼がターボモルキュラーポンプに必要な動作速度で回転している時にブレード５０の強化部分に集中する引っ張り力と圧縮力に耐えるよう選択される。例えば係止プレート４８は金属材料（例、高品質アルミまたはチタン）あるいは非金属材料、例えばブレード５０が形成されるのと同一材料の層から形成することもできる。かくして遠心力は係止プレート４８全体に均等に分散し、これらの係止プレート４８は互いに勝手違い（mirror image）で形成できる。
【００３０】
ブレード５０をハブに取り付けるために、ハブは機械加工したキー・ホールを具備し、これらがそれぞれのブレード５０の鳩の尾形状端部を収納できるよう構成される。ブレード５０は、これらのキー・ホールあるいはキー・ホールに摩擦接合あるいは結合してもよい。結合は、化学手段（例えば接着剤）あるいは物理的手段（例えば溶接）により行ってもよい。
【００３１】
図６に示した実施例においては、ブレード６０の端部はハブ６４に形成されたスロット６２内に単に適合している。ブレード６０の根本部とスロット６２の両側に隣接した位置でハブ６４が、番号６６で示すように切り取られて、スロット６２の膨張を減らす。これは、ハブ６４はターボモルキュラーポンプの正規動作速度で回転している間熱的に膨張する場合である。さらに回転翼の全体重量を減らしている。
【００３２】
図７は、図４の実施例の展開状態を示す。複数のブレード７０がハブ７１周囲に平行に整合した状態で配列され、隣接するブレードが垂直面でオーバーラップする。複数のピン７２がハブ７１内の孔７４を垂直方向に貫通して延び、各ピンは２つのブレードを貫通する。かくして各ブレードは２つの端部で固定され、各ピンは２つのブレードを固定し、これによりブレードの安全性を高めることができる。
【００３３】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１ａ】ターボモルキュラーポンプ用回転翼用のブレードを形成するストリップの第１実施例を表す平面図。
【図１ｂ】ブレードを形成するよう折り曲げられた図１ａのストリップを表す図。
【図２】回転翼のブレードを形成するストリップの第２実施例の平面図。
【図３】図１ｂのブレードを回転翼のハブに取り付ける技術を示す図。
【図４】回転翼用のブレードの第３実施例の斜視図。
【図５】回転翼用のブレードの第４実施例の斜視図。
【図６】回転翼のハブに第５実施例のブレードを固定する技術を表す図。
【図７】個々のピンが回転翼のハブに複数のブレードを固定する実施例を表す図。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ストリップ
１２，１４  ブレード
１８  ブレード対構成
２０  ストリップ
２２  ドックレグ曲げ部
２６  ハブ
２８  凹部
３０  壁
３２  開口
３４  結合ピン
３６  曲げ部
３８  内側円周表面
４０，５０，６０、７０  ブレード
４４  貫通孔
４６  固定ピン
４８  係止プレート
６２  スロット
６４  ハブ
７１  ハブ
７２  ピン
７４  孔
2007516372.tif 000003
【図２】
2007516372.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007516372.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007516372.tif 000008
【図７】
2007516372.tif 000009
【国際調査報告】
2007516372.tif 000010
2007516372.tif 000011