(57)【要約】  ポリマー静翼（２）の配列を含む、ターボ分子ポンプの静翼ユニット（１）、このような静翼ユニットを含むターボ分子ポンプ、及びターボ分子ポンプの静翼ユニットの組み立て方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ分子ポンプの静翼ユニットであって、
隣接する内縁及び外縁を含むポリマー製及び／又は成形された静翼の配列を備え、
前記外縁は、前記静翼と隣接するロータとが衝突するのを防ぐための一体形成スペーサを有し、ステータスタック内の軸方向に隣接するステータアレイに係合するように構成され、
前記静翼ユニットは、１つの部分の静翼が少なくとも１つの他の部分の静翼と交互配置されるように配置された、単一の単体構造の形の少なくとも２つの部分を含む、
ことを特徴とする静翼ユニット。
【請求項２】
前記静翼は、軸方向に重なり合う、
請求項１に記載の静翼ユニット。
【請求項３】
前記内縁は、別の静翼ユニットの内縁と結合するように構成される、
請求項１又は２に記載の静翼ユニット。
【請求項４】
前記静翼ユニットは、射出成形又は付加製造され、好ましく射出成形されたポリマー及び／又は金属製の静翼ユニットである、
請求項１から３のいずれか１項に記載の静翼ユニット。
【請求項５】
前記ステータユニットは、それぞれが１又は２以上の内側ポリマー層と最外ポリマー層とを有するポリマー静翼を備え、前記最外ポリマー層は、前記１又は２以上の内側層を形成するポリマーよりも硬くないポリマーを有している、
請求項１から４のいずれか１項に記載の静翼ユニット。
【請求項６】
前記ユニットは、実質的に半環状である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の静翼ユニット。
【請求項７】
前記静翼ユニットは、第２の実質的に半環状の静翼配列と嵌合して環状静翼配列を形成するように構成される、
請求項６に記載の静翼ユニット。
【請求項８】
各静翼は、入口側表面及び出口側表面を含み、前記入口側表面は、前記出口側表面とは異なる粗度を有し、好ましくは前記入口側表面は、前記出口側表面よりも粗度が低い、
請求項１から７のいずれか１項に記載の静翼ユニット。
【請求項９】
ターボ分子ポンプの静翼ユニットの製造方法であって、静翼の配列を含む単一の単体構造を射出成形するステップを含み、前記静翼には、内縁及び／又は外縁が共成形され、前記外縁は、前記静翼と隣接するロータとが衝突するのを防ぐための一体形成スペーサを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
配列静翼を含む第１の単体構造を射出成形するステップと、配列静翼を含む第２の単体構造を射出成形するステップと、前記第１及び第２の構造を組み合わせて静翼ユニットを形成するステップとを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の構造の前記静翼は、組み立てた時に前記第２の構造の静翼と交互配置される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記静翼は重なり合う、
請求項９から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項９から１２のいずれか１項に記載の方法に従って製造される、又は請求項９から１２のいずれか１項に記載の方法によって取得できる、
ことを特徴とする静翼ユニット。
【請求項１４】
ターボ分子ポンプの静翼ユニットであって、前記ステータユニットは、それぞれが１又は２以上の内側層と最外ポリマー層とを含む静翼の配列を含み、前記最外ポリマー層は、前記内側層のうちの１つ又は２つ以上を形成する材料よりも硬くないポリマーを含む、
ことを特徴とする静翼ユニット。
【請求項１５】
ターボ分子ポンプの静翼ユニットであって、静翼の配列及び外縁を含む流体基板成形又は付加製造された単体構造を含み、前記外縁は、前記静翼と隣接するロータとが衝突するのを防ぐための一体形成スペーサを含み、前記翼ユニットは、１つの部分の静翼が少なくとも１つの他の部分の静翼と交互配置されるように配置された静翼の配列をそれぞれが含む少なくとも２つの部分を含む、
ことを特徴とする静翼ユニット。
【請求項１６】
前記部分は単一の単体構造である、
請求項１５に記載の静翼ユニット。
【請求項１７】
隣接する静翼は重なり合う、
請求項１５または１６に記載の静翼ユニット。
【請求項１８】
静翼の配列を含む、ターボ分子ポンプの静翼ユニットであって、静翼が、ポリマー被覆された縁部を有する、
ことを特徴とする静翼ユニット。
【請求項１９】
請求項１から８又は１３から１８のいずれか１項に記載の少なくとも１つの静翼ユニットを含む、
ことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２０】
ターボ分子ポンプの組み立て方法であって、前記ポンプは、機械加工又はプレス加工された金属静翼の配列を含む少なくとも１つの環状ステータアレイを含むステータスタックを含み、前記方法は、前記ステータスタックから前記１又は２以上の環状ステータアレイを取り外すステップと、前記１又は２以上の取り外された環状ステータアレイを、請求項１から９又は１４から１９のいずれか１項に記載のステータユニットを含む１又は２以上の環状ステータアレイに置き換えるステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。
【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静翼ユニット、このような静翼ユニットを含むターボ分子ポンプ、及びターボ分子ポンプの静翼ユニットの組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ターボ分子ポンプは、複数の軸方向に離間した、傾斜した動翼の環状配列を有するロータを含む。翼は、各配列内で規則的に間隔を空け、中心シャフトから半径方向外向きに延びる。ポンプのステータはロータを取り囲み、動翼の配列と軸方向に交互する、傾斜した静翼の環状配列を含む。各隣接する動翼配列と静翼配列の対は、ターボ分子ポンプの段を形成する。ロータが回転すると、流入する気体分子に動翼が影響を与え、翼の機械的エネルギーを、ポンプ入口から段を通じてポンプ出口に向かう気体分子の運動量に移行させる。
【０００３】
一般に、ターボ分子ポンプのロータは、翼がシャフトと一体化した単一片として組み立てられる。この場合、ポンプの組み立て中には、静翼配列が動翼配列間に漸進的に組み立てられる。１つの既知の組み立て技術では、各静翼配列が、内側部分及び外側部分によって翼を半径方向に支持する半環状部をそれぞれが含む２つの半環状部に分割される。ロータの基部に向かって開始し、第１の静翼配列をもたらす２つの半環状部を同じ２つの動翼配列間に半径方向に挿入して、２つの半環状部が連続する環状静翼配列を形成するようにする。次に、組み立てられた環状静翼配列の外縁部分に、この配列を次の組み立て予定の静翼配列から軸方向に分離して動翼と静翼とが衝突するのを防ぐ環状スペーサを配置する。その後、次の組み立て予定の静翼配列を形成する２つの半環状部の外縁部分の一方側がスペーサ上に載るように、これらの半環状部を動翼配列間に挿入する。
【０００４】
次に、この組み立てられた静翼配列の外縁部分の他方側に別の環状スペーサを配置する。全ての静翼配列が組み立てられてロータを取り囲むステータスタックを形成するまでこの工程を継続する。その後、ステータスタックの周囲にケーシングを組み立て、ケーシングの内壁によってステータスタックの半径方向中心を定める。
【０００５】
ポンプの圧縮比は、とりわけ動翼配列及び静翼配列の数、各配列内の翼の数、翼の傾斜角、及びシャフトの回転速度に依存する。ターボ分子ポンプの入口容量を高めるために、一般にポンプの入口段、すなわちポンプ入口に最も近い段の翼のサイズは比較的大きく、段の翼のサイズは、ポンプ入口からポンプ出口に向かって徐々に減少する。換言すれば、動翼配列及び静翼配列の軸方向長さは、ポンプ入口からポンプ出口に向かって徐々に減少する。同様に、翼の角度も、ポンプ入口からポンプ出口に向かって減少する傾向にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
翼の軸方向長さが比較的短いポンプ出口の方では、一般にステータスタックの半環状部が、ステンレス鋼又はアルミニウムシート材料の薄片から形成される。静翼の一部は、シート材料を切断することによって定められ、翼は、切断とプレス加工とを単一ステップで行うことによって、或いはプレス加工によって外形の切断と生成とを一連のステップで行うことによって、シート材料から所定の傾斜に折り曲げられる。このようにステータをプレス加工すると、工具面でかなりの投資が必要ではあるが、断片部品（ｐｉｅｃｅ  ｐａｒｔｓ）の製造は比較的低コストである。しかしながら、工程の性質によってプレス加工部品の柔軟性が増し、プレス加工部品にかなりの残留応力が残る可能性がある。この結果、この変動に対応するために内部ポンプ間隙を拡大させなければならない。さらに、このような静翼部の形成は、２つの翼が単一の半環状部内で軸方向に重なり合わない恐れがあることを意味する。
【０００７】
このことは、必要な軸方向翼の長さが比較的短い時には問題ないが、必要な軸方向翼の長さが比較的長いポンプ入口の方では、隣接する翼が重なり合うように半環状翼部を製造するために別の方法を使用する必要がある。これにより、ポンプ段全体を通じて配列内の静翼の数を維持できるようになる。
【０００８】
少なくともポンプの入口段のステータ部分を製造するために広く使用されている１つの方法は、傾斜した静翼とステータ部分の縁部とを１片の合金から機械加工するフライス加工である。フライス加工工程は、プレス加工技術に比べて比較的高価であり、通常、フライス加工されたステータ部分には、機械プレスしたステータ部分の少なくとも１０倍程度のコストが掛かる。
【０００９】
従って、今もなお、改善されたステータアレイが必要とされている。具体的には、プレス加工及び／又は機械加工した合金翼に比べて製造が簡単であり、複雑な幾何学的形状を実現でき、信頼性が高く、公差を小さくして生産できる低コストのステータアレイが必要とされている。
【００１０】
本発明は、既知の静翼ユニットに関するこれらの及びその他の問題点に対処するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従って、本発明は、第１の態様において、ターボ分子ポンプの静翼ユニットであって、隣接する内縁及び外縁を含むポリマー製の及び／又は成形された静翼の配列を含み、外縁が、静翼と隣接するロータとが衝突するのを防ぐための一体形成スペーサを含むとともに、ステータスタック内の軸方向に隣接するステータアレイに係合するように構成され、静翼ユニットが、１つの部分の静翼が少なくとも１つの他の部分の静翼と交互配置されるように配置された、単一の単体構造の形の少なくとも２つの部分を含む、静翼ユニットを提供する。通常、このユニットは実質的に半環状であり、等距離にある実質的に同一平面上の静翼の円周配列を有する。さらに、静翼ユニットは、第２の実質的に半環状の静翼ユニットと結合して環状静翼配列を形成するように構成される。さらに、この環状静翼配列は、複数の環状配列が共に結合されてターボ分子ポンプ内に静翼スタックを形成できるように構成することができる。
【００１２】
本発明によるポリマー製の及び／又は成形された静翼は、機械加工又はプレス加工された合金静翼とは異なり、静翼の幾何学的形状をさらに複雑にできるとともに、有利なことに製造後に著しい残留応力を含まない。
【００１３】
本発明の非金属製のポリマー静翼は、既知のプレス加工又は機械加工された合金翼よりも大幅に安価であって製造が容易である。これらの静翼は、静翼の幾何学的形状をさらに複雑にできるとともに、有利なことに製造後に著しい残留応力を含まない。さらに、これらの静翼は、故障が発生しなければ、動翼に引っ掛かって故障が壊滅的なものになる可能性が低い。
【００１４】
当業者であれば、正確な幾何学的形状に基づく好適な材料、及び特定のターボ分子ポンプ内で見られる優勢な状態を選択することができる。具体的には、静翼を約８０℃〜約１１０℃の動作温度で使用できるように材料を選択することができる。
【００１５】
材料は、ターボ分子ポンプのインペラ材料と実質的に同一の、さらに好ましくはインペラ材料の約１０ｐｐｍＫ-1内の、さらに好ましくは約１０ｐｐｍＫ-1〜約５０ｐｐｍＫ-1の、さらに好ましくは約１５ｐｐｍＫ-1〜約４５ｐｐｍＫ-1の熱膨張係数を有することが有利である。インペラをアルミニウムから形成する際には、約２３ｐｐｍＫ-1の係数が特に好ましい。潜在的に、熱膨張係数は、ＡＳＴＭ  Ｄ１０４２−１２によって測定することができる。
【００１６】
ポリマーは、静翼ユニットの動作温度を上回る、好ましくは約１１０℃を上回る、さらに好ましくは約１４０℃を上回るガラス遷移温度を有することができる。使用時には、ポンプを約９０℃〜約１００℃の温度にすることができる。通常、ステータは、性能を、とりわけ強度又は剛性を大幅に低下させることなく少なくともこのような温度で動作できなければならない。通常、これらの温度では降伏強度未満（ｂｅｌｏｗ  ｙｉｅｌｄ  ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ）が維持される。温度に応じたポリマーの特性は、潜在的にＡＳＴＭＤ１０４３−１６によって測定することができる。ポリマー静翼の場合、ポリマーは、約５０ＭＰａを上回る、さらに好ましくは７５ＭＰａを上回る、さらに好ましくは約５０ＭＰａ〜約２００ＭＰａの、さらに好ましくは約７５ＭＰａ〜約１５０ＭＰａの引張降伏強度を有することができる。プラスチックの引張試験は、潜在的にＡＳＴＭ  Ｄ６３８によって測定することができる。
【００１７】
金属静翼の場合、合金は、約５０ＭＰａを上回る、さらに好ましくは約７５ＭＰａを上回る降伏強度を有することができる。金属静翼は、これらの降伏強度を約１５０℃超の温度で達成することが有利である。金属の引張試験は、潜在的にＡＳＴＭ  Ｅ８／Ｅ８Ｍによって測定することができる。
【００１８】
特に指定しない限り、測定は２３℃で行われる。
【００１９】
通常、本発明の静翼は、約１ｍｍ未満の、好ましくは約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの、好ましくは０．５ｍｍ未満の、好ましくは約０．３ｍｍ未満の厚みを有する。
【００２０】
本発明のポリマー静翼での使用に適したポリマーは、エラストマ、熱可塑性材料又は熱硬化性樹脂から成る群から選択することができる。熱可塑性材料が好ましく、特にこれらはその機械的及び熱的特性の結果、高性能熱可塑性材料として分類される。好ましい熱可塑性物質は、芳香族ポリアミド及び芳香族ポリエステル、芳香族ポリイミド、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエチレンイミン及びポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又はこれらの誘導体又は共重合体を含む液晶ポリマーから成る群から選択される。
【００２１】
ポリマーは、帯電防止剤、酸化防止剤、離型剤、防炎剤、潤滑剤、着色剤、流動促進剤、ナノフィラーを含むフィラー、光安定剤及び紫外線吸収剤、色素、耐候剤及び可塑剤から成る群からの１つ又は２つ以上をさらに含むことができる。
【００２２】
これに加えて、又はこれとは別に、ポリマー静翼は、ポリマーマトリクス複合材料静翼とすることもできる。ポリマーマトリクスは、複合材料の少なくとも約５０ｗｔ％を、さらに好ましくは約６０ｗｔ％〜約８０ｗｔ％を占めることが好ましい。ポリマーマトリクス複合材料は、例えばガラス繊維又は炭素繊維強化ポリマー、或いはａｌｕｍｉｄｅなどのアルミニウム粒子強化ナイロンなどの金属粉末強化ポリマーとすることができる。ガラス繊維強化液晶ポリマーなどのガラス繊維強化ポリマー、又はガラス繊維強化ＰＥＥＫが特に好ましい。繊維含有率は、約１０ｗｔ％〜約５０ｗｔ％、好ましくは約２０ｗｔ％〜約４０ｗｔ％、好ましくは約２５ｗｔ％〜約３５ｗｔ％であることが好ましい。ポリマー複合材料は、成形、好ましくは射出成形、又は付加製造できることが好ましい。
【００２３】
本発明において有用な金属静翼は、射出成形及び／又は付加製造に適した、及び／又は射出成形及び／又は付加製造された合金を含むことができる。このような合金は、当業者に周知である。射出成形合金は、ステンレス鋼、チタン合金、ニッケル合金及び銅合金から成る群から選択することができる。付加製造合金は、ステンレス鋼、チタン合金、ニッケル合金及びアルミニウム合金から成る群から選択することができる。
【００２４】
付加製造は、連続する材料の層を敷き詰めて３次元物体を形成する１又は複数の工程を意味する。通常、この形状又は幾何学的形状は、デジタルモデルデータ、３Ｄモデル又は別の電子データソースから生成される。好適なさらなる製造方法としては、溶融堆積モデリング、ロボキャスティング、ステレオリソグラフィ、デジタル光処理、粉末床及びインクジェットヘッド３Ｄ印刷、電子ビーム溶解、選択的レーザ溶融、選択的加熱焼結、選択的レーザ焼結、直接金属レーザ焼結、及び直接エネルギー堆積が挙げられる。当業者であれば、ステータ材料及び／又はステータユニットの幾何学的形状及び／又はステータユニットの機能に応じて適切な方法を選択できるであろう。
【００２５】
脱ガスは問題になる恐れがあり、従ってターボ分子ポンプの性能に悪影響を与えないレベルに保たれることが好ましい。ステータ材料の総質量損失、再凝縮物質量比（ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ  ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｃｏｎｄｅｎｓａｂｌｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）及び水蒸気放出は、それぞれ約１ｗｔ％未満、さらに好ましくは約０．５ｗｔ％未満、さらに好ましくは約０．１ｗｔ％未満であることが好ましい。吸水率は、ＡＳＴＭＤ５７０によって測定することができる。
【００２６】
本発明は、ある態様において、ターボ分子ポンプの静翼ユニットであって、ステータユニットが、それぞれが１又は２以上の内側層と最外ポリマー層とを含む静翼の配列を含み、最外ポリマー層が、内側層のうちの１つ又は２つ以上を形成する材料よりも硬くないポリマーを含む、静翼ユニットを提供する。
【００２７】
本発明のポリマー静翼は、１つよりも多くのポリマー、具体的にはそれぞれが異なるポリマーを含む複数のポリマー層を含むことができる。実施形態では、静翼が、１又は２以上の内側ポリマー層と最外ポリマー層とを含むことができ、最外ポリマー層は、１又は２以上の内側層を形成するポリマーよりも硬くないポリマーを含む。最外ポリマー層は、ステータの表面上をオーバーモールド又はその他の方法で被覆することができる。最外ポリマー層は、静翼の入口側先端及び／又は出口側先端を実質的に覆うことができる。実施形態では、金属静翼が、静翼の入口側先端及び／又は出口側先端を実質的に覆う外側ポリマー層を有することができる。使用中にポンプが正常に機能しない場合には、ポンプが壊滅的に故障してしまう前に、出口ストリームにおいて外側／最外ポリマー層の摩耗を検出できることが有利である。これにより、使用不能になったはずの動翼の回復を可能にすることができる。
【００２８】
通常、外側／最外ポリマー層のポリマーは熱可塑性である。通常、ポリマーは、ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート及びポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素重合体、並びにこれらの誘導体及び共重合体から成る群から選択される。内側ポリマー層は、約８０を上回るショアＤ硬度を有することが好ましい。最外層は、約１０〜約５０のショアＤ硬度を有することが好ましい。硬度は、ＡＳＴＭ  Ｄ２２４０を用いて測定することができる。
【００２９】
静翼の表面ではなく半径方向に延びる先端又は縁部を外側／最外ポリマー材料で被覆すると、ポンプ性能を低下させる翼の厚みが著しく増加しないので有利である。従って、本発明は、さらなる態様において、静翼の配列を含む、ターボ分子ポンプの静翼ユニットであって、少なくとも１つの静翼が、ポリマー被覆された半径方向に延びる先端を有する、静翼ユニットを提供する。各静翼は、ポリマー被覆された半径方向に延びる先端を有することが好ましい。静翼面の大部分は、ポリマー被膜されていないことが好ましい。
【００３０】
実施形態では、ステータユニットが、静翼の配列に隣接する内縁及び／又は外縁を含むことができる。本発明のステータユニットは、単一の材料片から形成することができる。内縁、外縁及び静翼は、単一の単体構造を形成することが好ましい。
【００３１】
静翼ユニットの金型は、静翼端及び静翼根が内縁及び／又は外縁に隣接する点に沿って軸方向に広がるように形成されることが有利である。これにより、ポリマーが金型内に流れ込みやすくなってユニットの強度が改善される。
【００３２】
外縁は、静翼と隣接するロータとが衝突するのを防ぐための一体形成スペーサを含む。通常、スペーサは、使用中にステータスタック内の軸方向に隣接するステータユニットと係合するように構成され、さらに好ましくは本発明による第２の静翼の一体形成スペーサに係合する。通常、一体形成スペーサの入口側横断面及び／又は出口側横断面は、ステータユニットの入口側翼端及び／又は出口側翼端の平面よりもさらに軸方向入口方向及び／又は軸方向出口方向にそれぞれ存在する横断面内に存在する。翼端は、翼の縁部を意味すると理解することができる。通常、（単複の）スペーサは、ユニットの静翼と隣接するロータの翼との間に２ｍｍ以下の間隙をもたらし、この間隙は、好ましくは約０．５ｍｍ〜約２ｍｍであり、約１ｍｍの間隙が特に好ましい。
【００３３】
ステータユニットにスペーサを組み込むと、別個のスペーサの必要性が排除されることにより、ステータスタック内の部品数が有利に減少することによってターボ分子ポンプ内の公差累積が減少する。実施形態では、これによって狭い間隙の採用と小型ポンプの製造とが可能になる。従って、本発明は、静翼の配列及び外縁を含む、ターボ分子ポンプの静翼ユニットであって、外縁が、静翼と隣接するロータとが衝突するのを防ぐための一体形成スペーサを含む、静翼ユニットを提供する。
【００３４】
通常、部分的環状配列を配置して環状配列を形成する際には、配列の隣接する部品間に軸方向継手が配置される。別個のスペーサを使用すると、スペーサが継手に及んで、継手に沿った直接的な漏れを防ぐことができる。一方で、一体形成スペーサを使用すると、軸方向継手をスペーサ自体に配置することができる。従って、ステータスタック内の配列の軸方向継手は、円周方向にオフセットされることが好ましい。隣接する半環状配列間の継手は、典型的には約４５度〜約９０度だけ円周方向にオフセットされることが特に好ましい。このようにして、外縁の横断面又は一体形成スペーサを、ステータスタック内の隣接するステータアレイの（単複の）軸方向継手を架橋するように構成することができる。これにより、ステータスタックを通じた直接的な漏れ経路が制限され、ポンプ性能が改善されるので有利である。
【００３５】
部分的環状配列は、外縁の円周方向端部に、部分的環状配列同士を接合して環状配列を形成するように協働する協働接合機構を備えることが有利である。
【００３６】
環状ステータユニットが、上述したような２又は３以上の部分をそれぞれが含む２つの半環状配列を含む場合には、各部分がその外縁の両円周方向端部に協働接合機構を含むことが有利である。
【００３７】
協働接合機構は、部分的環状配列間の継手に漏れ経路が形成されるのをさらに防ぐ。
【００３８】
これに加えて、又はこれとは別に、第１の一体形成スペーサを、ステータスタック内の隣接する第２の一体形成スペーサに干渉係合するように構成することもできる。隣接するステータユニットは、機械的な、好ましくは非恒久的な結合手段を用いて共に結合することができる。これに加えて、又はこれとは別に、ユニットは、例えば接着剤、熱かしめ又は超音波溶接を用いて恒久的又は半恒久的に結合することもできる。
【００３９】
通常、一体形成スペーサ上には、ステータスタック内の軸方向に隣接するステータユニットを結合するために使用されるスナップ式アセンブリ、好ましくは片持ち型スナップ式アセンブリが位置し、スナップ式アセンブリの連動部品は、ｉ）第１のステータアレイの一体形成スペーサの軸方向継手架橋部分又はこれに隣接して、及びｉｉ）第２のステータアレイの一体形成スペーサの軸方向継手に隣接して配置されることが好ましい。この構成は、軸方向継手に沿った直接的な漏れの可能性をさらに低下させる。
【００４０】
第１のステータアレイユニットの内縁は、少なくとも第２の静翼ユニットの内縁と結合するように構成されることが好ましい。使用時には、各内縁を、軸方向に隣接する静翼ユニットに、典型的にはステータスタック内の軸方向に隣接するステータユニットの内縁に結合するように構成することができる。この結合手段は、ターボ分子ポンプ内のステータユニットの交換を可能にする機械的かつ好ましくは非恒久的なものとすることができる。結合手段は、スナップ式アセンブリであることが好ましい。これに加えて、又はこれとは別に、例えば接着剤、熱かしめ又は超音波溶接を用いて内縁を恒久的に又は半恒久的に結合することもできる。
【００４１】
これに加えて、又はこれとは別に、ステータユニットが２又は３以上の部分を含む場合には、ユニットを形成する部分の内縁を共に結合することもできる。全ての場合において、スナップ式アセンブリ、典型的には環状スナップ式アセンブリ又は片持ち型スナップ式アセンブリが特に好ましい。或いは、例えば接着剤、熱かしめ又は超音波溶接を用いて部分の内縁を恒久的に又は半恒久的に結合することもできる。
【００４２】
部分的環状ステータユニットを構成する２又は３以上の部分は、各部分の内縁の両円周方向端部の連動機構を用いて共に結合することができる。部分的環状ステータユニットの２つの軸方向部分の連動機構は、連動すると、部分的環状ステータユニット同士を接続して環状ステータユニットを形成するように協働する協働接続機構を形成することができる。
【００４３】
ステータユニットの内縁を結合すると、ステータスタックの剛性が高まり、内部ポンプ間隙の縮小が可能になり、ポンプ性能が改善されてアセンブリ全体の高さが減少するという利点が得られる。
【００４４】
これに加えて、又はこれとは別に、環状ステータユニットが、上述したような２又は３以上の部分をそれぞれが含む２つの半環状ユニットを含む場合には、１つの部分の静翼が少なくとも１つの他の部分の静翼と交互配置されるように、同じ金型内で形成された４つの同一部分を使用することによって、各半環状ユニットが、一方の部分が他方の部分の横断面上の反転位置に配向された２つの同一部分から形成されるようにすることが有利である。これにより、各ステータユニットに必要な金型又は工具の数が減少して構築エラー（ｂｕｉｌｄ  ｅｒｒｏｒ）が排除される。
【００４５】
静翼の断面形状は、いずれの配向でも翼性能が実質的に同じになるように、内縁と外縁との間でその中心線を中心に鏡像になることが有利である。
【００４６】
通常、ステータアレイは、スタックの長さに沿って幾何学的形状が変化し、静翼のサイズ及び角度がポンプの入口から出口に向かって１つの配列から次の配列へと徐々に減少する。ステータアレイは、各ステータ上の基準点の結果としてスタック内で識別可能かつ配置可能であることが有利である。
【００４７】
内縁及び／又は外縁上のスナップ式アセンブリは、使用時に、静翼スタックにおける静翼配列の共同配置を容易にする、具体的にはスタック内におけるステータアレイの識別及び順序付けを支援する１又は２以上の基準点として使用することができる。この目的のために、基準点は、各静翼配列上の静翼に対して異なるそれぞれの位置に配置されることが好ましい。
【００４８】
静翼ユニットは、以下に限定するわけではないが、スピン鋳造、射出成形及び３Ｄ印刷を含めて付加製造又は成形されることが好ましい。付加製造及び／又は成形された静翼は、著しい残留応力を含まず、変形を抑えて内部ポンプ間隙の減少を可能にし、ポンプ性能を改善してアセンブリの全体的な高さを縮小するという利点をもたらす。
【００４９】
本発明の実施形態では、静翼が軸方向に重なり合う。これにより、軸方向に不透明なステータアレイが圧縮性能を高めるので有利である。
【００５０】
本発明の実施形態では、静翼ユニットを少なくとも２つの部分から形成することが有利である。通常、静翼は、１つの部分の静翼が他の部分の静翼と交互配置されるように重なり合って配置される。静翼をこのように入れ子状にすると、軸方向に重なり合う静翼の、とりわけ摺動工具又は回転工具が適さないこともある射出成形ユニットの製造が簡単になる。
【００５１】
通常、各部分は、内縁と、静翼の配列と、外縁とを含む。これらの部分の外縁は、一体形成スペーサで形成することができる。誤解を避けるために言えば、本出願において既に開示した一体形成スペーサの特徴は、本発明の入れ子状の実施形態の一体形成スペーサにも等しく当てはまることができる。また、連動式内縁及び外縁を使用することもできる。各部分は、単一の材料片から形成することができる。通常、各部分は、単一の単体構造の形を取る。これらの部分は、より剛性の高いステータユニットを形成するように連動し、好ましくは少なくとも１つのスナップ部を、好ましくは環状又は片持ち式のスナップ部を採用することが好ましい。
【００５２】
部分的環状ステータユニットを構成する２又は３以上の軸方向部分は、連動機構を用いて共に結合することができる。２つの軸方向部分の連動機構は、連動すると、別の部分的環状ステータユニットと接続するように協働する接続機構を形成することができる。
【００５３】
一体形成スペーサは、同じユニットの第１及び第２の部分間で等分することができる。或いは、一体形成スペーサは、主に同じユニットの第１又は第２の部分の外縁のうちの１つに配置することもできる。
【００５４】
２又は３以上の部分を含むいくつかの実施形態では、部分の１つの外縁のみを隣接するステータユニットの（単複の）一体形成スペーサに係合するように構成できることが想定される。具体的には、第１の部分の外縁上に配置された１又は２以上のボスを、ユニットの第２の部分の外縁の１又は２以上の対応するアパーチャを通じて突出して隣接するステータユニットの一体形成スペーサに係合するように構成することができる。この構成は、ステータスタックの公差累積を低減する。
【００５５】
本発明の静翼は、ＳＥＭ上で測定した時に、あらゆる好適な表面粗度、好ましくは約０．０１μｍ〜約５．０μｍの粗度を有することができる。静翼の表面粗度は、約１．５μｍを上回ることが好ましい。
【００５６】
本発明は、ある態様において、静翼の配列を含む、ターボ分子ポンプの静翼ユニットであって、各静翼が、約１．５μｍを上回る粗度を有する表面、好ましくは入口側表面及び／又は出口側表面を有する、静翼ユニットを提供する。
【００５７】
静翼粗度が高まると、ポンプ性能が改善されることが分かっている。
【００５８】
本発明のさらなる態様は、それぞれが入口側表面及び出口側表面を有する静翼の配列を含む、ターボ分子ポンプの静翼ユニットであって、出口側表面の表面粗度が入口側表面の表面粗度とは異なり、好ましくは出口側表面の粗度の方が大きい、静翼ユニットを提供する。入口側表面は、＜１．５μｍの、好ましくは約１μｍ未満の表面粗度を有し、出口側表面は、≧１．５μｍの、好ましくは約１．５μｍ〜約５μｍの粗度を有することが好ましい。これにより、両ステータ面が同じ粗度を有する構成と比べてポンプ性能がさらに改善されることが分かっている。
【００５９】
本発明は、さらなる態様において、本発明の他の態様による少なくとも１つの静翼ユニットを含む静翼スタックと、本発明のあらゆる先行する態様による少なくとも１つの静翼ユニットを含むターボ分子ポンプとを提供する。
【００６０】
本発明は、さらなる態様において、本発明の他の態様によるターボ分子ポンプの静翼ユニットの製造方法を提供する。具体的に言えば、この方法は、静翼の配列を成形又は付加製造するステップを含むことができる。ポリマー静翼には、付加製造によって内縁及び／又は外縁を共成形又は共形成して、好ましくは単一の単体構造を形成することができる。これに加えて、又はこれとは別に、外縁は、ポリマー静翼と隣接するロータとが衝突するのを防ぐための一体形成スペーサを含むこともできる。従って、本発明は、ターボ分子ポンプの静翼ユニットの製造方法であって、ポリマー静翼又は金属静翼の配列を含む単一の単体構造を成形するステップを含む方法を提供する。
【００６１】
本発明のさらなる態様は、ターボ分子ポンプのステータユニットであって、配列静翼（ａｒｒａｙ  ｓｔａｔｏｒ  ｂｌａｄｅｓ）と、静翼と隣接するロータとが衝突するのを防ぐための一体形成スペーサとを含み、静翼及び一体形成スペーサが射出成形及び／又は付加製造される、ステータユニットを提供する。
【００６２】
本発明は、さらなる態様において、静翼の、典型的には機械加工又はプレス加工された金属静翼の配列を含む少なくとも１つの環状ステータアレイと、任意に少なくとも１つの金属スペーサリングとを含むターボ分子の組み立て方法を提供する。この方法は、ステータスタックから１又は２以上の環状ステータアレイを取り外すステップと、１又は２以上の取り外された環状ステータアレイを、ポリマー静翼、或いは付加製造又は射出成形された金属静翼の配列を含む１又は２以上の環状ステータアレイに置き換えるステップとを含む。ステータスタックからは、１又は２以上の金属ステータスペーサリングも取り外され、（単複の）交換用の環状ステータアレイは、一体形成スペーサを含むことが好ましい。
【００６３】
誤解を避けるために言えば、上述した全ての態様及び実施形態は、準用して組み合わせることができる。
【００６４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい特徴を一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明による２部品半環状ステータアレイを示す図である。
【図２】本発明による環状ステータアレイを示す図である。
【図３】本発明によるステータスタックを示す図である。
【図４】本発明による原位置のステータスタックを示す図である。
【図５ａ】スナップ式外縁カップリングを示す図である。
【図５ｂ】スナップ式外縁カップリングを示す図である。
【図６】スナップ式内縁カップリングを示す図である。
【図７ａ】連動式内縁カップリングを示す図である。
【図７ｂ】連動式内縁カップリングを示す図である。
【図８ａ】外縁カップリング及び同一部分を示す図である。
【図８ｂ】外縁カップリング及び同一部分を示す図である。
【図９】本発明による対称翼及び成形法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
本発明は、ポリマー静翼２の配列を含む、分子ポンプのステータユニット１を提供する。この例では、静翼ユニット１が、ポリマー材料の少なくとも２つの湾曲部分３、４から形成される。好適なポリマーは、ガラス繊維強化液晶ポリマーを含む複合材料であるＶｅｃｔｒａ（登録商標）Ｅ１３０ｉである。湾曲部分３、４は半環状であり、従って静翼２の環状配列５を形成するには２つの静翼ユニット１が必要である。
【００６７】
図１を参照すると、２つの湾曲部分３、４には、成形又は付加製造されたポリマー静翼が設けられている。２つの湾曲部分３、４は、実質的に同じサイズ及び幅を有する。各部分３、４は、一連の規則的間隔の静翼２を定める。両湾曲部分３、４の静翼２は実質的に同じ長さであり、従って部分３、４を互いに入れ子状にした時には、その入口側翼端同士が実質的に同一平面上に存在し、その出口側翼端同士が実質的に同一平面上に存在することが好ましい。通常、出口側湾曲部分４の静翼２は、その入口方向の内縁８及び外縁９から軸方向に突出するのに対し、入口側湾曲部分３の静翼は、その出口方向の内縁６及び外縁７から軸方向に突出する。両湾曲部分３、４上の静翼の角ピッチは、実質的に同じであることが好ましい。
【００６８】
図９の例に示すように、静翼端及び静翼根は、内縁及び／又は外縁６、７、８、９の隣接点（ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  ａｄｊｏｉｎｍｅｎｔ）４１に沿って軸方向に広がるように成形することができる。これにより、ポリマーが金型内に流れ込みやすくなってユニットの強度が改善される。
【００６９】
第１及び第２の湾曲部分３、４は、第２の湾曲部分３の静翼を、第１の湾曲部分３の内縁６及び外縁７が第２の湾曲部分４の内縁８及び外縁９にそれぞれ重なり合うまで第１の湾曲部分４のアパーチャに、またこの逆に挿入することによって一体にすることができる。従って、図２に示すように、第１の湾曲部分３の静翼が第２の湾曲部分４の静翼と円周方向に交互配置された静翼配列１０が形成される。図２に示すように、隣接する翼は重なり合うことができる。ポンプ出口の方に近い圧縮段などにおいて軸方向の重なり合いが望ましい場合には、ステータアレイが軸方向に不透明（ａｘｉａｌｌｙ  ｏｐａｑｕｅ）であることが好ましい。すなわち、ユニットを上方又は下方から直接見ると、静翼間に空間が見えない。
【００７０】
図２に示すように、例示するステータユニットは、一体形成スペーサ１１を含む。この例では、一方の湾曲部分３の外縁７が、一体形成スペーサ１１の上側部分を提供するのに対し、他方の湾曲部分４が、一体形成スペーサ１１の下側部分９を提供する。図３及び図４に示すように、使用時には、第１の環状ステータアレイ５の一体形成スペーサ１１が、少なくとも１つの隣接するステータユニット１３の一体形成スペーサ１２に係合する。
【００７１】
ステータアレイスタック１４を組み立てると、一体形成スペーサ１１、１２が、ステータをインペラロータ１５、１６、１７に対して適所に保持してこれらの間の係合を防ぐ。通常、使用中には、環状配列５の静翼と分子ポンプ内の隣接するロータ１７の翼との間に約１ｍｍの公称間隙が存在し、最大間隙は約０．５ｍｍ〜約２ｍｍであることが好ましい。ポリマーは、使用中にステータアレイ５が分子ポンプのロータ１７に接触しないことを確実にするように選択される。
【００７２】
図２に示すように、半環状ステータユニット１０、１８は、結合して環状ステータアレイ５を形成する。例示する実施形態では、スペーサ１１が一体形成されているので、第１のステータユニット１８と第２のステータユニット１０との間の継手１９、２０において嵌合する軸方向嵌合面２１、２２、２３、２４が存在する。嵌合面２１、２２、２３、２４に沿った直接的な漏れを軽減するために、ステータユニットは、スナップ式アセンブリを採用して隣接するスペーサリングに緊密に係合し、継手１９、２０を実質的に密封する。
【００７３】
図５ａ及び図５ｂにさらに詳細に示すように、第１の一体形成スペーサ１１から突出する雄部分２５が、隣接するステータアレイの一体形成されたスペーサリング１２上の対応する雌部分２６に嵌合する。これに加えて、又はこれとは別に、図３に示すように、隣接するステータアレイの継手１９、２０を、この例では約９０度だけ円周方向にオフセットさせることもできる。これによっても、軸方向継手１９、２０に沿った直接的な漏れのリスクが軽減される。
【００７４】
継手１９、２０及び／又は関連するスナップ式アセンブリ２５、２６は、スタック１４内の連続する環状ステータアレイの継手１９、２０間の円周方向オフセットを変化させることによって、ステータスタック１４内にステータアレイ５を配置する基準点として有利に使用することができる。図５ｂに示す例では、雄型係合構造２５の第１の部分のみがユニット上の隣接する嵌合面２２である。同じ雄型係合構造の第２の部分は、環状配列の残り部分を形成する第２のユニット上の対応する嵌合面に隣接して配置される。
【００７５】
図８ａ及び図８ｂに示すように、環状ステータユニットは、それぞれが２又は３以上の部分３、４を含む２つの半環状ユニットから形成することができる。図示の例では、部分３、４、４、３が、全て同じ金型内で形成された同一部分であることにより、１つの部分の静翼２が少なくとも１つの他の部分の静翼２と交互配置されるように、各半環状ユニットが、一方の部分が他方の部分の横断面上の反転位置に配向された２つの同一部分３、４から形成される。
【００７６】
同一部分３、４の使用を容易にするために、図９に示すように、同一部分の静翼の断面形状は、部分３、４のいずれの配向でも翼性能が実質的に同じになるように、内縁と外縁との間でその中心線を中心に鏡像に、すなわち実質的に対称になっている。
【００７７】
各部分３、４は、外縁７、９の円周方向端部に協働接続機構３０、３１も有する。図示の例では、機構３０、３１が、ペグ（ｐｅｇ）３０と穴３１のタイプの接続形態を取っているが、蟻継ぎ（ｄｏｖｅ  ｔａｉｌｓ）などの他の接続機構も可能である。各部分３、４は、一方の円周方向端部にペグ３０を、他方の円周方向端部に穴３１を有し、従ってそれぞれが部分３、４を含む２つの半環状配列が一体になって環状配列を形成した時に、各ペグ３０が穴３０に受け取られる協働によって環状配列にさらなる強度がもたらされるようになる。また、協働接続機構３０、３１は、半環状配列間に形成される継手間で気体が軸方向に拡散するのを防ぐさらなるシールももたらす。
【００７８】
図６に、ステータユニットの内縁６、８上に位置するスナップ式アセンブリ２７ａ、２７ｂを示す。この例では、スナップ部２７ａ、２７が、同じステータユニットの２つの湾曲部分３、４を接続する。本出願の他の箇所で説明したように、内縁６、８を物理的に接続すると配列の剛性が高まり、これによって使用中の撓みが抑えられる。具体的に言えば、ステータスタックを分子ポンプ内の適所に保持するために一般的に使用されるばね（図示せず）の結果として生じる撓みが抑えられる。ステータの剛性を高めると、分子ポンプの部品の近接結合（ｃｌｏｓｅｒ  ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）が可能になってポンプ性能が改善されるので有利である。
【００７９】
図７ａ及び図７ｂに示すように、部分的環状ステータユニットの２つの関心部分３、４の内縁６、８は、各部分３、４の円周方向端部に位置する連動機構２８、２９、３３を用いて互いに結合することができる。図示の例では、部分３、４の連動機構２８、２９、３３を共に結合すると、半環状ユニットの部分３及び４上に、円周方向に延びる突出部２８と円周方向受け取り開口部３４の形の接続機構２８、３４がそれぞれ形成される。いずれも部分３及び４を含む２つの半環状ユニットを、機構２８、２９、３３を用いて互いに接合すると、一方の半環状ユニットの接続機構２８、３４が、他方の半環状ユニットの接続機構３４、２８とそれぞれ協働する。
【００８０】
図示の実施形態には、添付の特許請求の範囲によって定められる、特許法の下で解釈される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な修正を行うことができると理解されるであろう。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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