(57)【要約】【課題】  真空排気に用いられるターボ分子ポンプの固定翼の製造方法に関する。【解決手段】  金属板材である翼部材をエッチングして、円弧状の内周端部２３１に支持されたタービン翼Ｔ２を形成する。このタービン翼Ｔ２のエッチングの際に、タービン翼Ｔ２の吸気口向面Ｓ１のポンプ吸気口側翼端から寸法Ｌ２の所定幅領域と、排気対向面Ｓ２のポンプ排気口側翼端から寸法Ｌ２の所定幅領域をそれぞれエッチングする。その結果、各所定幅領域の翼厚さｔ３は他の領域の翼厚さｔよりも薄くなる。その後、タービン翼Ｔ２を内周端部２３１に対して折り曲げることにより、翼角度θ２が形成される。【選択図】        図６
2005307786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板材をエッチングして、円弧状の支持部および前記支持部に支持されたタービン翼を形成するエッチング工程と、
前記エッチング工程で形成された前記タービン翼を前記支持部に対して折り曲げる曲げ加工を施して、前記タービン翼に翼角度を形成する曲げ加工工程とを有するターボ分子ポンプの固定翼の製造方法であって、
前記エッチング工程における前記タービン翼のエッチングの際に、前記タービン翼の吸気対向面のポンプ吸気口側翼端および排気対向面のポンプ排気口側翼端を薄くするようにそれぞれエッチングすることを特徴とするターボ分子ポンプの固定翼の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造法により形成された固定翼を備えたターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空排気に用いられるターボ分子ポンプの固定翼の製造方法、およびその固定翼を備えた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、複数段の回転翼と複数段の固定翼とを備えている。各回転翼は、ロータ外周を一周にわたって周面から突出するように形成された複数のタービン翼から成る。一方、各固定翼はロータを囲むように配設された複数のタービン翼から成り、各タービン翼の外周端および／または内周端は円弧状の帯状部材に連結されている。一般的に、各段の固定翼は一対の半円状タービン翼構造体により構成される。各固定翼はロータ軸方向に形成された回転翼と回転翼との間に配設され、ロータ回転により回転翼が固定翼に対して高速回転することにより排気作用が発生する。
【０００３】
従来、固定翼の加工方法としては、半円状の厚板材を切削加工して角度の付いた複数のタービン翼を形成する方法と（例えば、特許文献１参照）、半円状の薄板材をエッチング法により切り抜いて複数のタービン翼を形成し、曲げ加工により各タービン翼に角度を付ける方法とがある（例えば、特許文献２参照）。特に、曲げ加工による方法は、切削加工による方法に比べて製造コストが低いという利点を有している。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−９０８６号公報
【特許文献２】特開平５−１５７０９０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、曲げ加工による固定翼の場合には、矩形断面の翼を斜めに曲げ加工しているため、翼の上下端部形状はロータ軸方向に突出した山形状となる。この山形状の上下端部は排気性能に寄与することがなく、軸方向上下端面が平面である切削加工の固定翼に比べて山形状の部分だけ翼の軸方向高さが大きくなり、ポンプ全体が大型化してしまうという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、金属板材をエッチングして、円弧状の支持部および支持部に支持されたタービン翼を形成するエッチング工程と、エッチング工程で形成されたタービン翼を支持部に対して折り曲げる曲げ加工を施して、タービン翼に翼角度を形成する曲げ加工工程とを有するターボ分子ポンプの固定翼の製造方法であって、エッチング工程におけるタービン翼のエッチングの際に、タービン翼の吸気対向面のポンプ吸気口側翼端および排気対向面のポンプ排気口側翼端を薄くするようにそれぞれエッチングすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、エッチング加工を用いて形成される固定翼において、タービン翼の吸気対向面のポンプ吸気口側翼端および排気対向面のポンプ排気口側翼端をエッチングにより薄くしたので、翼高さのより小さな固定翼を製作することができる。
【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は本発明による固定翼を用いたターボ分子ポンプの概略構成を示す断面図である。ターボ分子ポンプ１に設けられたケーシング２０の内部には、軸方向に配設された８段の回転翼２１とネジ溝部２２とが形成されたロータ４と、回転翼２１に対して交互に配設される８段の固定翼２３と、上記ネジ溝部２２と対向するように配設される筒状部材２４とが設けられている。回転翼２１および固定翼２３はタービン翼で構成されている。固定翼２３の外周端部は、スペーサリング２５によって挟持されるように保持されている。スペーサリング２５は、固定翼２３の保持機能とともに、固定翼２３間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。
【０００９】
図１に示すターボ分子ポンプ１は５軸制御型磁気軸受のターボ分子ポンプであって、ロータ４はラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１，５２とアキシャル磁気軸受を構成する電磁石５３とにより非接触支持されている。これらのラジアル電磁石５１，５２とアキシャル電磁石５３に対応して、ラジアル変位センサ７１，７２およびアキシャル変位センサ７３が設けられている。ロータ４が磁気浮上していないときには、ロータ４は非常用のメカニカルベアリング２７，２８により支持される。ベアリング２７，２８はロータ４のラジアル方向およびアキシャル方向の変位を制限する役目も担っている。
【００１０】
６はロータ４を回転駆動するモータであり、ロータ４を電磁石５１，５２，５３により非接触支持しつつモータ６により高速回転させると、吸気口フランジ２０側のガスは矢印Ｇ１のように背圧側（空間Ｓ１０）に排気される。そして、背圧側に排気されたガスは排気口フランジ２６に接続された補助ポンプ（不図示）によりポンプ外に排出される。なお、図１に示すターボ分子ポンプ１では、タービン翼の翼角度が大きな上側４段には切削加工の固定翼２３Ａが用いられ、翼角度が比較的小さな下側４段には曲げ加工の固定翼２３Ｂが用いられているが、８段全てを曲げ加工の固定翼２３Ｂで構成するようにしても良い。
【００１１】
図２は、回転翼２１および固定翼２３Ｂの一部を周方向に展開して断面した図である。回転翼２１にはタービン翼Ｔ１が周方向に複数設けられており、同様に固定翼２３Ｂにもタービン翼Ｔ２が周方向に複数設けられている。θ１，θ２はタービン翼Ｔ１，Ｔ２の翼角度を示しており、矢印Ｖは回転翼２１（すなわちロータ４）の回転方向を示している。また、図示上方が吸気口側であり、図示下方が排気口側である。
【００１２】
図２に示すように回転翼２１がＶ方向（図示左方向）に回転する場合、回転翼２１に設けられたタービン翼Ｔ１の翼角度θ１はプラスに設定され、逆に、固定翼２３Ｂに設けられたタービン翼Ｔ２の翼角度θ２はマイナスに設定される。なお、ここでは時計回転方向の角度をプラスとした。なお、回転翼２１が図２に示すＶ方向とは逆方向（図示右方向）に回転するような構成の場合には、翼角度θ１，θ２についても逆の関係になり、タービン翼Ｔ１の翼角度θ１はマイナスに、タービン翼Ｔ２の翼角度θ２はプラスにそれぞれ設定される。
【００１３】
回転翼２１がＶ方向に高速回転すると、タービン翼Ｔ１，Ｔ２の表面に衝突したガス分子に図示下向き方向の運動量が付与されて下向き方向に移動する。その結果、吸気口側のガスが排気口側に移動する排気作用が発生する。図３は固定翼一段分を構成する一対の固定翼２３Ｂを示した斜視図である。固定翼２３Ｂは円弧状の外周端部２３１および内周端部２３２を有し、外周端部２３１および内周端部２３２の間に複数のタービン翼Ｔ２が周方向（円弧方向）に配設されている。各タービン翼Ｔ１，Ｔ２の径方向両端は、それぞれ外周端部２３１および内周端部２３２に連結されて支持されている。
【００１４】
固定翼２３Ｂの材料にはステンレス鋼やアルミニウム合金等が用いられる。固定翼２３Ｂを曲げ加工で製作する場合には、円環状の板材を２つに分割し、エッチング加工により各タービン翼Ｔ２を形成する。そして、タービン翼Ｔ２の連結部（後述する図５，６を参照）をねじ曲げるようにして、タービン翼Ｔ２を翼角度θ２に曲げ加工する。
【００１５】
本実施の形態における製造方法はエッチング工程に特徴を有しており、比較のために従来のエッチング工程について最初に説明する。図４（ａ）は従来の固定翼の場合のマスクパターンを示したものであり、翼部材１００にタービン翼Ｔ３を形成する。領域１０１がエッチングにより抜き取られる部分であり、ハッチングを施した領域１０２にマスクパターンが施される。
【００１６】
マスクパターン１０２おいて帯状のパターン１０２Ａは外周端部２３１に対応する領域であり、同じく帯状のパターン１０２Ｂは内周端部２３２に対応し、矩形パターン１０２Ｃは図４（ｂ）、（ｃ）のタービン翼Ｔ３に対応している。また、符号１０３で示した部分が連結部１０３ａに対応するマスクパターンである。エッチング加工は湿式のエッチングで行われるため、翼部材１００の表裏両面に全く同一のマスキングが施され、表裏両面から同時にエッチング加工される。
【００１７】
図４（ｂ）は、エッチング加工を施した後の翼部材１００の断面図であり、図４（ａ）のＩ−Ｉ断面に相当している。翼部材１００には、領域１０１に対応する切り込み１０１ａが形成される。その後、タービン翼Ｔ３の曲げ加工を行うと、図４（ｃ）に示すようにタービン翼Ｔ３は翼角度θ２を有するようになる。このとき、符号１０４で示したタービン翼Ｔ３の上端部および下端部は、山形状となっている。
【００１８】
上述したように、タービン翼Ｔ３の表裏両面に衝突したガス分子は、固定翼２３Ｂが回転翼２１に対して相対移動しているため排気口側への運動量を付与される。しかしながら、実質的に排気作用に寄与する部分は、タービン翼Ｔ３の表裏両面の太線で示した領域Ｓのみである。すなわち、隣り合うタービン翼Ｔ３の対向する面同士が排気に関係し、排気特性に寄与する領域は互いの対向面が存在する高さｈ１の部分である。これは、タービン翼Ｔ３の山形状部分１０４を除いた高さｈ１の範囲の表裏両面に対応する領域であり、高さｈ１は実際の翼高さｈ２よりも小さくなる。山形状部分１０４のロータ軸方向高さ（図４の上下方向高さ）は、翼部材１００の厚さをｔとすれば各々「ｔcosθ２」となるので、高さｈ１は次式（１）で表される。
ｈ１＝ｈ２−２ｔcosθ２      …（１）
【００１９】
次に、本実施の形態における固定翼２３Ｂの製造方法について説明する。まず、翼部材１００にエッチングのためのマスキングを施す。図５はマスクパターンを示す図であり、（ａ）は翼部材１００の表面側のマスクパターンで、（ｂ）は翼部材１００の裏面側のマスクパターンである。図５（ａ）に示す表面側のマスクパターン１１２は、外周端部２３１に対応するパターン１１２Ａと、内周端部２３２に対応するパターン１１２Ｂと、タービン翼Ｔ２に対応する矩形パターン１１２Ｃとを有している。また、符号１１３で示した部分が連結部に対応するマスクパターンであり、符号１１１で示す部分がエッチングにより抜き取られる。
【００２０】
図５（ｂ）に示す裏面側の各パターン１１２Ａ〜１１２Ｃも表面側のパターン１１２Ａ〜１１２Ｃと形状は同一であるが、タービン翼Ｔ２に対応する矩形パターン１１２Ｃの位置が表面側と異なっている。すなわち、裏面側のパターン１１２Ｃは表面側のパターン１１２Ｃに対して周方向（図示右側方向）に距離Ｌ２だけずれている。ただし、Ｌ２はマスクパターンが形成されていない領域１１１の幅寸法Ｌ３よりも小さく設定され、また、連結部１１３ａ（図６（ａ）参照）に対応するパターン１１３の位置は一致している。
【００２１】
次いで、湿式エッチングにより翼部材１００の領域１１１を表裏両面側からエッチングする。このときに処理されるエッチング量（エッチング深さ）ｔ２は、翼部材１００の厚さｔに対してｔ／２≦ｔ２＜ｔのように設定する。エッチング加工は湿式のエッチングで行われるため、表裏両面の領域１１１の部分が同じスピードでエッチングされる。そして、深さｔ２までエッチングされると、表裏両面の領域１１１が互いに重なっている領域はエッチングにより翼部材１００が除去される。
【００２２】
図６（ａ）はエッチング加工後の翼部材１００の断面を示したものであり、タービン翼Ｔ２の左右翼端にはエッチングによる段差が形成され、薄くなった翼端部１２０，１２１の厚みｔ３は「ｔ３＝ｔ−ｔ２」となっている。表裏両面のパターン１１２Ｃのズレ量はＬ２なので、厚さｔ３の部分の幅寸法もＬ２となり、タービン翼Ｔ２間には幅Ｌ３−Ｌ２の貫通溝が形成されることになる。また、パターン１１２Ｃの幅寸法をＬ０とすれば、タービン翼Ｔ２の幅寸法Ｌ１は「Ｌ１＝Ｌ０＋Ｌ２」となる。
【００２３】
図６（ａ）に示すようにエッチング加工が終了したならば、タービン翼Ｔの部分を金型に押し当てて、もしくは、金型で挟んで所定の角度θ２に折り曲げる。図６（ｂ）は折り曲げ加工後の断面を示す図である。このように、タービン翼Ｔ２の翼端に翼厚さの薄い翼端部１２０，１２１を形成したことにより、タービン翼Ｔ２は従来の矩形断面のタービン翼のように山形状部１１４が無く、翼高さｈ３を従来の翼高さｈ２よりも小さくすることができる。このとき、ｈ３は次式（２）のように表される。
ｈ３＝ｈ２−２ｔ２cosθ２
＝ｈ２−２（ｔ−ｔ３）cosθ２      …（２）
【００２４】
逆に、ｈ３が設定されると、エッチング深さｔ２およびズレ量Ｌ２は次式（３），（４）で決定される。
ｔ２＝（ｈ２−ｈ３）／２cosθ２      …（３）
Ｌ２＝ｔ２／tanθ２
＝（ｈ２−ｈ３）／２sinθ２      …（４）
【００２５】
式（２）からも分かるように、厚さｔ３が薄ければ薄いほど翼高さｈ３は小さくなるが、強度を考慮した場合、次式（５）のように設定するのが好ましい。
０．３５ｔ＜ｔ３＜０．５ｔ      …（５）
【００２６】
なお、タービン翼Ｔ２に翼端部１２０，１２１を形成する場合には、図６（ｂ）に示すように、吸気口側に近い翼端部１２０では吸気口側の面Ｓ１（排気対向面と呼ぶ）の翼端領域（寸法Ｌ２の領域）をエッチングし、排気口側に近い翼端部１２１では排気口側の面Ｓ２の翼端領域をエッチングする。
【００２７】
上述した本実施の形態の固定翼２３Ｂにおいては、以下のような利点を有する。
（１）エッチング加工の固定翼２３Ｂにおいて、タービン翼Ｔ２の吸気対向面のポンプ吸気口側翼端および排気対向面のポンプ排気口側翼端をエッチングにより薄くしたので、翼端部の山形状部１１４が削除され従来よりも翼高さを小さくすることができる。その結果、固定翼２３Ｂを複数段備えるターボ分子ポンプの小型化・軽量化を図ることができる。
（２）また、両翼端のエッチングは、従来のタービン翼切り抜きのためのエッチング工程において切り抜きと同時に行われるので、コストアップを招くことなく翼高さを低減することができる。
（３）さらに、ロータ４の高速回転中にポンプに大気が突入するなど翼に強い力が作用した場合、回転翼２１と固定翼２３Ｂとが接触するおそれがあるが、固定翼２３Ｂ単体の高さが低減できるため固定翼２３Ｂと回転翼２１との間隔を大きくすることができ、安全性の向上を図ることができる。
【００２８】
なお、上述した実施の形態では、排気側にタービン翼ではなくネジ溝部２２を有する大流量タイプのターボ分子ポンプを例に説明したが、本発明は全段がタービン翼から成る高真空タイプのターボ分子ポンプにも適用することができる。高真空タイプのターボ分子ポンプの場合には、曲げ加工による固定翼２３Ｂの段数がさらに増えるので、より高さ低減効果を発揮することができる。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。
【００２９】
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、翼部材１００は金属板材を、内周端部２３１および外周端部２３２は支持部をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による固定翼を用いたターボ分子ポンプの概略構成を示す断面図である。
【図２】回転翼２１および固定翼２３Ｂの一部を示す展開断面図である。
【図３】固定翼一段分を構成する一対の固定翼２３Ｂを示した斜視図である。
【図４】従来のエッチング加工を説明する図であり、（ａ）はマスクパターン１１２を、（ｂ）は（ａ）のエッチング加工後の断面を、（ｃ）は曲げ加工後の断面をそれぞれ示す。
【図５】本実施の形態におけるマスクパターンを示す図であり、（ａ）は翼部材１００の表面側のマスクパターンで、（ｂ）は翼部材１００の裏面側のマスクパターンである。
【図６】（ａ）は本実施の形態におけるエッチング加工後の翼部材１００の断面図であり、（ｂ）は曲げ加工後の断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ターボ分子ポンプ
２１  回転翼
２３，２３Ａ，２３Ｂ  固定翼
１００  翼部材
１０２，１１２  マスクパターン
１０３ａ，１１３ａ  連結部
１２０，１２１  翼端部
２３１  内周端部
２３２  外周端部
Ｓ１  吸気対向面
Ｓ２  排気対向面
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３  タービン翼
【図１】
2005307786.tif 000003
【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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