(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ分子ポンプのための多段ポンプロータにおいて、
ロータ環及び少なくとも１つの円盤翼を夫々有する少なくとも２つの別個の円盤翼環と、
隣り合う前記円盤翼環の円盤翼間に配置され、前記円盤翼環の２つの隣接したロータ環を外側で隙間なしに囲む筒状の補強パイプと
を備えており、
前記ロータ環は、軸方向端部の一方又は両方に軸方向肩部を有しており、前記補強パイプは、２つの隣接したロータ環の２つの隣接した軸方向肩部に跨って軸方向の付勢力を用いて該軸方向に取り付けられていることを特徴とするターボ分子ポンプのための多段ポンプロータ。
【請求項２】
前記補強パイプの材料が、前記円盤翼環の材料とは異なることを特徴とする請求項１に記載のターボ分子ポンプのための多段ポンプロータ。
【請求項３】
前記補強パイプの材料が炭素繊維強化プラスチックであることを特徴とする請求項１に記載のターボ分子ポンプのための多段ポンプロータ。
【請求項４】
少なくとも１つの円盤翼環は、１つの円盤翼を含んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のターボ分子ポンプのための多段ポンプロータ。
【請求項５】
前記円盤翼環は、２つのロータ軸クランプ体間で前記軸方向に固定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のターボ分子ポンプのための多段ポンプロータ。
【請求項６】
前記少なくとも２つの円盤翼環の前記ロータ環は、少なくとも１つのロータ支持体に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のターボ分子ポンプのための多段ポンプロータ。
【請求項７】
前記ロータ支持体は、炭素繊維強化プラスチックから少なくとも部分的に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のターボ分子ポンプのための多段ポンプロータ。
【請求項８】
ロータ軸受を収容するための空隙部を更に備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のターボ分子ポンプのための多段ポンプロータ。
【請求項９】
ロータ軸受を更に備えており、該ロータ軸受は磁気軸受であることを特徴とする請求項８に記載のターボ分子ポンプのための多段ポンプロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ分子ポンプの多段ポンプロータに関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】特開昭５９−０９３９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
最新技術に基づいたターボ分子ポンプは、毎分数万回転の回転速度で作動される。比較的大型のターボ分子ポンプでは、このような公称回転速度で作動されるポンプロータの運動エネルギが、時速50乃至70kmで走行する小型車の運動エネルギの範囲内にある。ロータが破裂する場合には、この高い運動エネルギにより、考えられ得る大規模な破壊及び損傷が引き起こされ、このような破壊及び損傷は、ロータの機械的な遮蔽のための相当な支出によってのみ制御の維持が可能である。
【０００４】
磁気的に支持されて、特に片持タイプのターボ分子ポンプのためのポンプロータは、破裂に対する影響に関して問題がある。片持タイプの磁気的に支持されたポンプロータでは、設計者が、ポンプロータの重心領域に少なくとも１つのラジアル軸受と駆動モータとを配置することを意図している。この目的のために、磁気軸受、及び任意には駆動モータがポンプロータ内の鐘状の空隙部に収容され得るように、ポンプロータは鐘状に構成されることが必要である。ポンプロータが鐘状に構成されることにより、ロータの設計上の本質的な弱化が必然的に引き起こされる。通常一ユニットとして形成されるターボ分子ポンプのポンプロータでは、この設計上の本質的な弱化は、非常に高価であり耐性が高いアルミニウム合金を使用することによってのみ補償され得る。
【０００５】
本発明は、安定性が改良されたターボ分子ポンプのための多段ポンプロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のポンプロータは、一ユニットとして設計されておらず、少なくとも２つの別個の円盤翼環を備えており、各円盤翼環は、少なくとも１つのロータ環及び少なくとも１つの円盤翼を有している。隣り合う円盤翼環の２つのロータ環の端部が、隣り合う円盤翼環の隣り合う円盤翼間に配置された筒状の補強パイプによって、外側で隙間なしに囲まれている。前記補強パイプは、２つのロータ環を軸方向及び径方向に互いに固定する機能を必ずしも有する必要はないが、補強パイプは、ロータ環における遠心力によって生成される接線力の少なくとも一部を吸収するように２つのロータ環を密に囲んでおり、それにより、ロータ環を機械的に解放する。
【０００７】
ポンプロータは、一ユニットでなく、複数の部分から設計されている。ポンプロータは、１つの円盤翼を夫々有する複数のロータ環から形成され得る。ロータ環が大きな遠心力の影響により接線方向に破損する場合であっても、このような破損は、夫々のロータ環に対して局所的に制限され、ポンプロータ全体に容易に拡がる危険性はない。
【０００８】
ポンプロータの軸方向の分割、及びロータ環を囲み接線力を吸収する補強パイプの利用により、一方では、ポンプロータの破裂の危険性が著しく低減され、他方では、ロータ環が破裂する場合、破裂に伴う破壊力、及びその結果生じる作業者及び設備に対する危険性が著しく減少することが達成される。
【０００９】
複数のロータ環を用いて、補強パイプを設けることにより、夫々の要素が、意図された機能によく適合した方法で設計され得る。そのために、ロータ環及び補強パイプの機能、すなわち、一方では円盤翼を支持し、他方では接線力を吸収するという機能に関して、ロータ環及び補強パイプの両方を最適化することが可能になる。ロータ環は、例えば、安価であり、十分に引張耐性を有するアルミニウム合金又は他の材料から形成され得る。しかしながら、補強パイプについては、高い引張力を吸収することが可能な材料が選択されている。
【００１０】
大型のターボ分子ポンプでさえ、一ユニットとして構成されたポンプロータで行われた試験及び算出によって明示されているように、回転翼における遠心力によって引き起こされる応力が、回転速度の範囲を定める要因ではない。従って、回転翼自体により更に速い回転速度が可能になる。鐘状のポンプロータの破裂が発生した場合、割れ目は略軸方向に延びるため、ロータからより大きな破片が生成される。その後、ロータの回転エネルギ全体が非常に短時間で発射物のように放出される。
【００１１】
複数の部分から構成されるロータの個別の円盤翼環が破裂する場合には、その結果生じる発射物が非常に小さく、夫々の円盤翼環とステータとの接触によるロータの減速が、一ユニットとして構成されたポンプロータが破裂する場合よりも著しく遅らされる。
【００１２】
個々の円盤翼環からポンプロータを形成することにより、円盤翼、ひいては回転翼が、製造技術の様態下でより容易に製造可能であり、回転翼は更に複雑な形状を有することが可能である。このため、ポンプロータを含むターボ分子ポンプ内で圧力が更に高い状況では、ポンプ段における流れ構造の改良に繋がり得る。
【００１３】
補強パイプのために比較的より軽い材料を用いることにより、ポンプロータの総重量が低減され得る。
【００１４】
円盤翼環は、一ユニットとして形成され得るが、必ずしも一ユニットとして形成される必要がない。代わりに、円盤翼環は複数の部分から構成され得る。ロータ環が複数の部分に細分された場合、事実上、接線力がロータ環にこれ以上生じず、このような力は補強パイプにのみ加えられる。
【００１５】
しかしながら、円盤翼環は一ユニットとして形成されていることが好ましい。この一ユニットとして形成されて閉じた円盤翼環は更に容易に製造されて取り付けられることが可能である。
【００１６】
補強パイプの材料が円盤翼環の材料とは異なることが好ましい。補強パイプに用いられる好ましい材料は、CFK 、つまり炭素繊維強化プラスチックであり、炭素繊維強化プラスチックは、特には、高い張力を吸収する能力と低重量とのために補強パイプの材料として適している。
【００１７】
好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの円盤翼環は、回転翼から構成された単一の円盤翼を備えている。一又は複数のロータ環を単一の円盤翼に設けることにより、互いに隣り合う各対の円盤翼間に夫々の補強パイプを配置することが可能になる。ポンプロータの接線力に対する最大の安定性が、このようにして得られる。しかしながら、ポンプロータの全ての円盤翼環は夫々１つの円盤翼のみを含んでいる必要はない。従って、例えば、特に高い接線力が生じるポンプロータの領域では、１つの円盤翼のみを含む円盤翼環が設けられることが可能であり、反対に、より低い接線力が生じるか、又はロータ環が径方向の強度を増大して設計され得るポンプロータの軸方向の他の領域では、夫々の円盤翼環は更に２以上の円盤翼を含むことが可能である。
【００１８】
円盤翼環は、２つのロータ軸クランプ体間で互いに軸方向に固定されていることが好ましい。ロータ環は、例えば、対応する軸方向の環状溝及び環状棒により、互いに対して自動的に中心に配置されることが可能であり、前記２つのロータ軸クランプ体によって軸方向に互いに対応して固定され得る。代わりに又は追加して、少なくとも１つのロータ支持体が、円盤翼環のロータ環をロータ支持体に取り付けるために更に設けられ得る。このようなロータ支持体は、前記クランプ体を形成することが可能であるが、クランプ体は、ロータ環を支持するロータ支持体とは別に形成され得る。
【００１９】
ロータ支持体は、ロータ環又は補強パイプの材料とは異なる材料から形成され得る。
【００２０】
ポンプロータは、好ましくは磁気軸受であるロータ軸受を収容するための空隙部を含んでいることが好ましい。片持タイプの磁気的に支持されたターボ分子ポンプのロータでは、既に詳述されているように、ポンプロータの重心の近くにラジアル軸受及び駆動モータを配置するための工夫がなされている。この目的のために、ポンプロータの鐘状の構成と共に、ポンプロータ内の対応する空隙部は必要不可欠である。特に、ターボ分子ポンプの磁気的に支持されたポンプロータでは、ポンプロータの構造上の空間の制限により、大きな接線応力にさらされるポンプロータの空隙部が特に設けられているので、ポンプロータの個々のロータ環への前記軸方向の分割は特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】一要素タイプのロータ支持体を備えたターボ分子ポンプの多段ポンプロータの第１実施形態を示す図である。
【図２】二要素タイプのロータ支持体を備えたターボ分子ポンプの多段ポンプロータの第２実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の二実施形態が、図面を参照して以下に更に詳細に説明される。
【００２３】
図１及び２には、ターボ分子ポンプのための多段ポンプロータ10,40 が夫々示されている。前記ポンプロータ10,40 は、毎分20,000乃至100,000 回転の公称回転速度で回転するようになしてある。２つのポンプロータ10,40 は、略同一に設計されてあり、内部構成に関してのみ互いに異なる。
【００２４】
図１に示されたポンプロータ10は、２つのクランプ体20,22 によって互いに軸方向に固定された８つの円盤翼環17から略形成されており、クランプ体20,22 自体は、締付ねじ28及び軸30によって互いに軸方向に固定されている。更に、前記円盤翼環17は、ロータ側ホルウェック（Holweck ）筒体32に繋がる。
【００２５】
ポンプロータ10は、最新技術のポンプロータの場合に一般的である一ユニットとして設計されておらず、複数の円盤翼環17から構成されている。各円盤翼環17は、閉じたロータ環12から径方向の外側に延びた回転翼16を有するロータ環12から形成されており、言い換えると、前記回転翼16は円盤翼14を形成している。
【００２６】
前記ロータ環12は、軸方向の前記２つのクランプ体20,22 により共に軸方向に保持されており、クランプ体20,22 は、締付ねじ28及び軸30によって互いに軸方向に固定されている。更に、２つのクランプ体20,22 は、外側が筒状であるロータ支持体24,26 を夫々形成しており、ロータ支持体24,26 の支持筒25,27,29,31 にロータ環12が夫々取り付けられている。前記ロータ支持体24,26 は、ロータ環12を径方向に位置決めして固定する機能を有する。出口側に配置されて一体化されたクランプ体22は、三段形状を有しており、３つの支持筒27,29,31 を含んでいる。ロータ環12は、前記ロータ支持体24,26 に、具体的には該ロータ支持体24,26 の支持筒25,27,29,31 に、隙間なしで僅かな締付力により固定されている。
【００２７】
前記締付ねじ28は、互いに軸方向に固定されたロータ軸30、圧力側のロータ支持体26及び入口側のロータ支持体24を保持するために有効である。
【００２８】
各ロータ環12は、軸方向の端部の一方又は両方に軸方向肩部15を含んでいる。隣接したロータ環12の肩部15の領域には、炭素繊維強化プラスチック(CFK) から形成された補強パイプ18が、夫々付勢力で軸方向に取り付けられている。ポンプロータ10の回転中に、補強パイプ18は、ロータ環12における遠心力によって生成される接線力を略吸収する。その結果、一ユニットとして構成された円盤翼環17の材料として、比較的に安価なアルミニウム合金を用いることが可能になる。
【００２９】
圧力側のロータ支持体26は、ロータ軸30のロータ軸受を配置するための十分な空間を提供する空隙部38を内部に備えており、前記ロータ軸受は磁気軸受であることが好ましい。
【００３０】
図１及び２に示されているように、ロータ支持体26の圧力側端部がホルウェック（Holweck ）筒体32に繋げられることが可能である。
【００３１】
図１に示された上記のポンプロータ10と比較すると、図２に示されたポンプロータ40は、ロータ支持体及びクランプ体の構成に関してのみ異なる。この実施形態では、合計３つのロータ支持体24,42,48が設けられている。入口側のロータ支持体24は中間のロータ支持体42と共に、２つのクランプ体20,43 を形成しており、クランプ体20,43 は、入口側の３つの円盤翼環17によって互いに軸方向に固定されている。他の円盤翼環17' は、軸方向に互いに固定されていないが、他の構成手段によって軸方向に互いに固定されている。
【００３２】
前記中間のロータ支持体42及び圧力側のロータ支持体48は、夫々２つの要素から設計されており、中間のロータ支持体42は円盤体44及び筒状支持筒46から構成されており、圧力側のロータ支持体48は円盤体52及び筒状支持筒50から構成されている。各円盤体44,52 はアルミニウムから形成されており、各支持筒46,50 は炭素繊維強化プラスチックから形成されている。
【００３３】
２つのロータ支持体42,48 が夫々２つの要素から設計されていることにより、ロータ40の質量の更なる低減が可能になり、従って、運動回転エネルギが低減されており、その結果、ロータが破裂した場合にはエネルギがほとんど放出されず、遠心力が低減されるため、より高い回転速度が実現され得る。
【図１】
0005674468.tif 000002
【図２】
0005674468.tif 000003