(57)【要約】【課題】回転体２が破壊したとき、その衝撃力を減少できるターボ分子ポンプを提供する。【解決手段】ターボ機構Ｔによって分子を排気するターボポンプ機構と、この回転体２と固定円筒１ＤＮにて構成されるねじ溝ポンプ機構からなるハイブリッド形ターボ分子ポンプにおいて、固定円筒１ＤＮにおけるねじ溝１Ｎの深さ部分の直径を固定円筒１ＤＮの軸芯方向全域において同一にしたものである。したがって、回転円筒部２ＤＮが破壊したときその破片などがターボ分子ポンプ側に飛散しポンプ機構を変形、破壊することはない。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内周に設置された固定翼と回転翼との組み合わせからなるターボ機構を複数段有するとともに、前記回転翼が付設された回転体と一体の回転軸が前記ケーシングと一体の固定部に対し軸受を介して回転自在に支持され、前記回転軸がモータによって回転駆動されることにより、ケーシングの吸気口からの分子を軸流方向に沿って排気口より排気するポンプであって、前記ターボ機構の吸気口側または排気口側に固定円筒を配設し、この固定円筒の内周面と前記回転体の外周面との間にねじ溝ポンプ機構を併設したポンプにおいて、前記固定円筒における前記ねじ溝ポンプのねじの深さの部分の直径を固定円筒の軸芯方向全域にて等しくしたことを特徴とする軸流ポンプ。
【請求項２】
ケーシングの内周に設置された固定翼と回転翼との組み合わせからなるターボ機構を複数段有するとともに、前記回転翼が付設された回転体と一体の回転軸が前記ケーシングと一体の固定部に対し軸受を介して回転自在に支持され、前記回転軸がモータによって回転駆動されることにより、ケーシングの吸気口からの分子を軸流方向に沿って排気口より排気するポンプであって、前記ターボ機構の吸気口側または排気口側に固定円筒を配設し、この固定円筒の内周面と前記回転体の外周面との間にねじ溝ポンプ機構を併設したポンプにおいて、前記固定円筒におけるねじ溝ポンプのねじの深さ部分の直径を吸気口側より排気口側を大きくしたことを特徴とする軸流ポンプ。
【請求項３】
固定円筒を２重の円筒部材からなる分割体として構成したことを特徴とする請求項１記載の軸流ポンプ。
【請求項４】
固定円筒を２重の円筒部材として構成するとともに、固定円筒に外接する内側の円筒部材を衝撃にて破壊する軟らかい材料で構成したことを特徴とする請求項３記載の軸流ポンプ。
【請求項５】
ケーシングの吸気口からの分子を軸流方向に沿って排気口より排気するポンプであって、前記ケーシングとこのケーシングの内周に挿設された固定円筒に対し軸受けを介して回転自在に支持されモータによって回転駆動される回転筒体とからなり、前記固定円筒の内周面と前記回転筒体の外周面との間にねじ溝ポンプを設けたポンプにおいて、前記固定円筒におけるねじ溝ポンプのねじの深さ部分の直径を前記固定円筒の軸芯方向全域にて等しくしたことを特徴とする軸流ポンプ。
【請求項６】
ケーシングの吸気口からの分子を軸流方向に沿って排気口より排気するポンプであって、前記ケーシングとこのケーシングの内周に挿設された固定円筒に対し軸受けを介して回転自在に支持されモータによって回転駆動される回転筒体とからなり、前記固定円筒の内周面と前記回転筒体の外周面との間にねじ溝ポンプを設けたポンプにおいて、固定円筒におけるねじ溝ポンプのねじの深さ部分の直径を前記吸気口側より排気口側を大きくしたことを特徴とする軸流ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータにて回転軸と一体の回転体に付設され回転駆動される回転翼と、この回転翼に対向してケーシングに固定設置された固定翼との組み合わせからなるターボ機構を複数段備え、このターボ機構の作動によって軸流方向に沿い前記ケーシングの吸気口側より排気口側へ分子の排気を行うターボ分子ポンプあるいは内周面または外周面にねじ溝が設けられた円筒体とこのねじ溝付きの円筒体の周面に近接した円筒体とからなり、両円筒体の相対的回転によってねじ溝に生起する粘性流にて分子を軸流方向に排気するねじ溝ポンプ等の軸流型ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ分子ポンプは、回転翼と固定翼との組み合わせからなるターボ機構の作動により排気を行うもので、その構成は図８に示すとおりである。このターボ分子ポンプは、たとえばアルミニウム合金製の固定部１Ｆとケーシング１を主体として構成される固定側と、この固定部１Ｆの中央上方の保持枠１Ｍに軸受ＳＢを介して回転自在に支持され、モータＭにて回転駆動される回転軸５とこの回転軸５に一体的に結合された回転体２を主体として構成される回転側よりなっている。そして、この回転体２の外周には回転翼２Ｂが突出した形で付設されている。他方、ケーシング１の内周には、積層形にリング状のスペーサ１Ｓが設置され、この各スペーサ１Ｓ間に基端が保持され、かつ内方に突設された固定翼１Ｂが設けられている。この回転翼２Ｂと固定翼１Ｂとの組み合わせにより、ターボ機構Ｔが構成される。そして、このターボ機構Ｔの作動、すなわち回転翼２Ｂ側の高速回転によって、吸気口３から吸入したガス分子をこのターボ機構Ｔによって叩き飛ばし、排気口４に向かって圧縮排気するのである。
【０００３】
さらに、この回転体２の排気口４側の端部には、回転円筒部２Ｄが延設されていて、この回転円筒部２Ｄがケーシング１に固設された固定円筒１Ｄの内周面に近接対応している。そして、この固定円筒１Ｄには、２点鎖線で示すように、内周面にねじ溝１Ｎが刻設されている。このねじ溝１Ｎと回転円筒部２Ｄとの協働により、粘性流による排気機能が行われるモレキュラードラッグポンプすなわちねじ溝ポンプが構成されている。このように、ターボ機構によるポンプとモレキュラードラッグポンプとを結合させたターボ分子ポンプをハイブリッド形ターボ分子ポンプと称している。Ｂは排気口４を排気管（図示していない）に接続するためのベントである。
【０００４】
なお、回転体２も高速回転に耐えるために、アルミニウム合金などの金属材料で製作されている。また、図示例の場合、回転体２と一体の回転軸５は、上下一対配設されたラジアル用およびスラスト用の軸受ＳＢによって、保持枠１Ｍに対して支持される。
【０００５】
ところで、モータＭは回転軸５と保持枠１Ｍとの間で構成された高周波形のモータで、具体的には図８に示すように、回転軸５に回転子巻線が付設され、他方保持枠１Ｍの側の内周面には電機子巻線が設置され、この両者の組み合わせによって構成されている。この高周波形のモータＭによって、回転体２は毎分２００００〜１０００００回転で回転駆動される。なお、ねじ溝ポンプのみからなる軸流ポンプの場合は、ターボ機構によるポンプ機構が省略されたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようなターボ分子ポンプにおいては、回転体２を構成する材料に欠陥があったり、あるいは腐蝕性ガスの排気等で回転体２の材料が徐々に腐蝕を受け使用を重ねるうちに強度が低下して高速回転による遠心力にて回転体２が破壊する場合がある。高速回転する回転体２が遠心破壊を起したときは、回転体２は分裂し半径方向に飛散し、固定円筒１Ｄなどの固定側に衝突し衝撃力となる。このとき固定円筒１Ｄのねじ溝ポンプにおけるねじの深さ部分の直径が、吸気口３側より排気口４側が小さくなっていて、いわゆるすり鉢状をなし、衝突における分力によって破断片がターボ機構Ｔの方に飛散することになる。結果としてポンプ外部に衝撃を与えることになる。一方、固定円筒１Ｄが厚くて回転体２が破壊しても変形しない場合には、衝撃が吸収されずポンプ外部に衝撃力を直接的に伝達してしまうことになる。この衝撃力は複合ポンプから外部の装置へと伝達される。この外部への伝達は各種装置、機器の損傷を招き耐久性を低下させることになる。
このような問題は、上記したようなハイブリッド形の軸流ポンプのみならず、ねじ溝ポンプのみの軸流ポンプにおいても同様である。
本発明はこのような課題を解決する軸流ポンプを提供せんとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供する軸流ポンプは、上記課題を解決するために、複数段のターボ機構を有するターボ分子ポンプとねじ溝ポンプとの結合形ポンプにおいて、回転体を包囲する固定側の固定円筒におけるねじ溝ポンプのねじの深さ部分の直径を、この固定円筒の軸芯方向全域にて等しく構成したものである。このことによって回転体の破損がターボ機構側に移ることはない。さらに本発明は固定円筒におけるねじ溝ポンプのねじの深さ部分の直径を吸気側より排気口側を大きくしたものである。したがって、回転体の破損はターボ機構側に移ることはなくなる。そして、本発明はさらに固定円筒を２重の円筒部材からなる分割体として構成したものである。したがって、回転体が破断して飛散しても、この破片がケーシングやポンプ側に移動することは避けられる。
しかも本発明は、ねじ溝ポンプのみからなる軸流ポンプにおいても同様にねじ溝ポンプのねじの深さの直径について上記の構成を適用できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をまずハイブリッド形ターボ分子ポンプに実施した実施例について図面に示す実施例にしたがって説明する。
本発明が第１に提供するハイブリッド形ターボ分子ポンプの構成は図１に示される。図１は本発明のターボ分子ポンプにおける要部を拡大して示す断面図で、図８と同一の符号で示される構成、部品は図８と同一の機構、部品であり、詳細な説明は省略する。
本発明においては、内側の回転円筒部２ＤＮの外周面と外側の固定円筒１ＤＮが互いに近接して対応しており、かつ固定円筒１ＤＮの内周面にねじ溝１Ｎが形成されているのである。この構成によりねじ溝ポンプが構成される。しかも、図１から明らかなように、回転円筒部２ＤＮはその外周面の径が排気口４側に近づくにつれて大きくされた円錐筒状になっており、反対に固定円筒１ＤＮはその内周面の内径が排気口４側に近づくにつれて大きくされている。
【０００９】
このようなねじ溝ポンプにおいて、ねじ溝１Ｎは固定円筒１ＤＮの側に形成され、しかもこのねじ溝１Ｎは、その溝１Ｎの深さ部分における直径（ねじ溝１Ｎの底部分の内径）が固定円筒１ＤＮの軸芯方向全域において同径（同等）に設定されている。本発明はこの点に特徴を有していて、ねじ溝１Ｎの深さ部分の直径は、従来（図８）のように吸気口３側が大径のテーパ状になっていないのである。したがって、たとえば回転円筒部２ＤＮが破損し、固定円筒１ＤＮに飛散衝突しても、破片がターボ分子ポンプ側にはねて飛散することはない。
本発明が第２に提供するハイブリッド形ターボ分子ポンプの構成は、ねじ溝ポンプにおける固定円筒１ＤＮに形成したねじ溝１Ｎの深さ部分の直径（内径）を排気口４側に近づくにつれて大きく設定したものである。この構成は図２に示されている。図２において図１と同一の符号で示される部品は図１と同一の機能を有するものであり、作動等についての詳述は省略するが、ねじ溝１Ｎの深さ部分は固定円筒１ＤＮの内周面のテーパ角度と若干異なる角度で形成されている。この場合は、回転円筒部２ＤＮが腐蝕ガスなどの影響により応力腐蝕割れを起こして破損し、その破片が外方に飛散したとき、その破片は固定円筒１ＤＮに衝突するが、ねじ溝１Ｎの深さ部分は全体として下向き拡大形のテーパになっている関係で、破片には下方すなわち排気口４側方向にはね返されることになる。すなわちターボ分子ポンプ側には飛散しない。
【００１０】
さらに、本発明が第３に提供するハイブリッド形ターボ分子ポンプは、ねじ溝ポンプを構成する固定円筒を２重の円筒部材からなる分割体として構成したものである。具体的には図１、図２に示す固定円筒１ＤＮの外周に別部材の外側固定円筒３ＤＮを嵌挿したものである。すなわち図３に示すように、この外側固定円筒３ＤＮの嵌挿によって固定円筒１ＤＮは補強され、回転円筒部２ＤＮが破損しその大きな破片が強力に飛散して衝突しても、その衝撃によって固定円筒１ＤＮが破壊されることはない。なお、図３において図１図２と同一の符号で示される部品は図１、図２の同一の部品であり、それらの作動などの詳細な説明は省略する。
【００１１】
さらに本発明が第４に提供するハイブリッド形ターボ分子ポンプは、固定円筒１ＤＮの外方に２重の外側固定円筒３ＤＮ、４ＤＮを嵌挿させたものである。この構成は図４に示すとおりであるが、この２重の外側固定円筒３ＤＮ、４ＤＮのうち外側固定円筒３ＤＮを回転円筒部２ＤＮの破損による破片の衝突で破壊する材料（軟らかい材料）で構成する。
したがって、回転円筒部２ＤＮの破片が固定円筒１ＤＮに衝突すると、その衝突エネルギーがこの外側固定円筒３ＤＮの破壊によって消費され、固定円筒１ＤＮの衝撃を小さくし、また外側固定円筒４ＤＮにて補強することでターボ分子ポンプの破壊は生起しないことになる。なお、図４において図１、図２と同一の符号で示される部品は図１、図２の同一の部品であり、それらの作動などの詳細な説明は省略する。
【００１２】
以上本発明をいわゆるハイブリッド形ターボ分子ポンプに適用した例を示したが、本発明はねじ溝ポンプのみからなる軸流ポンプにも適用可能である。これはねじ溝ポンプを構成する一方が回転体または回転ねじ体であり、かつこの回転体は高速回転を保障すべく円筒体として形成され破壊を生起し得るという事情があり、本発明が効果的に適用できるからである。
【００１３】
図５は本発明を適用したねじ溝ポンプＳＰを縦断して示す図で、ケーシング１の内方に固定側のねじ溝筒６が挿設固定されている。７は回転筒で、断面はＨ形をなし、かつその外周面は円錐筒をなしている。そして、この回転側のねじ溝筒６は内方中段の接続部が回転軸５の上端で連結されている。固定側のねじ溝筒６の内周面と回転筒７の外周面とは近接されて対応し、ねじ溝ポンプを構成している。
したがって、回転筒７が回転軸５を介してモータＭにて高速に回転駆動されると、ねじ溝筒６のねじ溝６Ｎと回転筒７間におけるねじ溝領域に粘性流域が形成され、分子の引き出しが行なわれて排気が行なわれる。
【００１４】
本発明はこのようなねじ溝ポンプにおいて、ねじ溝筒６におけるねじ溝６Ｎの底の部分の直径を図５に示すように軸芯方向全域において同径にした点に特徴を有するものである。この同径にすることによって回転筒７が仮に破壊しその破片が外方に飛散しても上方に飛び散ることはなく、吸気側に移動してくることは避けられる。
なお、図５において図１と同一の符号で示される部品は図１と同一の部品であって同様の機能を有するものであり、詳細な説明は省略する。
さらに本発明は、このねじ溝ポンプ主体の軸流ポンプにおいてもつぎのような変形実施例を挙げることができる。
【００１５】
すなわち、ねじ溝ポンプにおけるねじ溝６Ｎの深さ部分における内径を排気側になるにしたがって大きくなるよう構成することもできる。図６はこの変形実施例の構成を示す縦断面で、図１と同一の符号で示される部品は図１と同一の機能を有するものであり、機能ならびに作動の詳述は省略する。
【００１６】
本発明が提供する軸流ポンプは、上記のとおりの特徴を有するが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、上記特徴を備えた種々の変形例を包含するものである。
たとえばねじ溝ポンプについては、一条溝のねじ溝ポンプについて説明したが、このねじ溝ポンプは一条溝方式に限定されず、二条溝のねじ溝ポンプを採用可能である。
【００１７】
さらに、このねじ溝ポンプについては、通常内方の回転円筒部２ＤＮは１担体の円筒体として形成し、ケーシングに組み合わせる必要があり加工が困難である。このことからこの固定円筒１ＤＮを図７に示すように半円弧状の２分割とし、この両分割体１ＤＮＡ、１ＤＮＢを結合させるようにすることもできる。
さらに、回転円筒部２Ｄが回転軸５の上端より傘のように吊設された構成のハイブリッド形ターボ分子ポンプが示されているが、この回転円筒部を上方向けに架設する形とすることもできる。この場合、回転円筒部２ＤＮとしての２重の円筒部材はターボ分子ポンプの上方に設置することになる。さらには上下両方向に架設し断面がＨ形となる回転体とすることもできる。回転体２を磁気軸受にて支持する軸流ポンプにも本発明は適用可能である。本発明は、これらすべての変形実施例を包含する。
【００１８】
【発明の効果】
本発明が提供する軸流ポンプは以上詳述したとおりであるから、ポンプ全体を大形化することなく、そして回転体が破壊した場合、その衝撃力を減少することができる。したがって、ポンプ破壊時における衝撃に対して大形の対策をとる必要もなく、小型化にしてかつ経済的なポンプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による軸流ポンプをハイブリッド形ターボ分子ポンプに適用した例の構成の要部を示す縦断面図である。
【図２】本発明による軸流ポンプをハイブリッド形ターボ分子ポンプに適用した例における原理を説明するための図である。
【図３】本発明による軸流ポンプをハイブリッド形ターボ分子ポンプに適用した場合の構成の要部を示す図である。
【図４】本発明による軸流ポンプをハイブリッド形ターボ分子ポンプに適用した場合の構成の要部を示す図である。
【図５】本発明による軸流ポンプをねじ溝ポンプに適用した場合の構成を示す縦断面図である。
【図６】本発明による軸流ポンプをねじ溝ポンプに適用した場合の構成を示す縦断面図である。
【図７】本発明における変形例の構成を示す図である。
【図８】従来におけるハイブリッド形ターボ分子ポンプの構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…ケーシング
１Ｂ…固定翼
１Ｄ、１ＤＮ…固定円筒
３ＤＮ、４ＤＮ…外側固定円筒
１Ｋ…環状の凹部
１Ｓ…スペーサ
２…回転体
２Ｂ…回転翼
２Ｄ、２ＤＮ…回転円筒部
３…吸気口
４…排気口
５…回転軸
６…ねじ溝筒
７…回転筒
Ｔ…ターボ機構
【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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