以下、図を参照して本発明を実施するた� ��の最良の形態について説明する。図1は本発 明に係るターボ分子ンプの一実施の形態を示 す図であり、ターボ分子ポンプ本体の断面図 である。ターボ分子ポンプは、図1に示すポ� �プ本体1と、ポンプ本体1に電源を供給し回転 駆動を制御するコントローラ(不図示)とから� ��る。

 ポンプ本体1のケーシング3の内部には、� �数段の回転翼21および回転円筒部22が形成さ� ��たロータ20が設けられている。図2は回転翼2 1の一部を示したものであり、ロータ外周の� �周にわたって形成された複数のブレード210� �よって、一段分の回転翼21が形成される。ロ ータ20はシャフト7にボルト締結されている。 ロータ20が固定されたシャフト7は、上下一対 のラジアル磁気軸受31,32およびスラスト磁気� ��受33によって非接触式に支持され、モータ6� ��より回転駆動される。なお、ロータ20は、� �速回転に耐えられるようにアルミ合金など� �金属材料で製作される。

 一方、ポンプ本体1のベース10側には、複� ��段の固定翼11および固定円筒部12が設けられ ている。図3は固定翼11を示す斜視図である。 固定翼11は、半リング状の外枠110および内枠1 12と、その間に形成された複数のブレード111� ��備えている。この固定翼11をロータ20を囲む ように一対配置することで、一段分の固定翼 11が形成される。そして、軸方向に交互に配� ��された複数段の回転翼21と複数段の固定翼11 とによりタービンブレード翼部が構成される 。複数段の固定翼11は、外枠110をスペーサ13� �挟持されるようにしてケーシング3内の所定� ��置に保持されている。

 また、タービンブレード翼部の下流側に� ��置された回転円筒部22と固定円筒部12とによ りモレキュラードラッグポンプ部が構成され ている。回転円筒部22は固定円筒部12の内周� �に近接して設けられており、固定円筒部12の 内周面には螺旋溝が形成されている。モレキ ュラードラッグポンプ部では、固定円筒部12� ��螺旋溝と高速回転する回転円筒部22とによ� �、粘性流による排気機能が行われる。

 図1に示すタービンブレード翼部とモレキ ュラードラッグポンプ部とを結合させたター ボ分子ポンプは、広域型ターボ分子ポンプと 称されている。吸気口14から流入したガス分� ��はタービンブレード翼部によって図示下方� ��と叩き飛ばされ、下流側に向かって圧縮排� ��される。その圧縮されたガス分子は、さら� ��モレキュラードラッグポンプ部によって圧� ��され、排気ポート15から排出される。

 図1に示したターボ分子ポンプでは、吸気 口側から数えて4段目までに関して、固定翼11 および回転翼21の軸方向の高さ寸法である翼� ��さが、外周部と内周部とで異なっている。� ��なわち、回転翼21の場合には内周部の方が� �周部よりも翼高さが大きくなっている。逆� �、固定翼11の場合には、回転翼21の翼高さの� ��化に合わせて、外周部の方が内周部よりも� ��高さが大きくなっている。さらに、回転翼2 1の1段目から4段目までには「ねじり翼」を採 用した。図2に示すように、回転翼21の翼角度 は、ブレード210の先端に近づくほど小さくな っている。すなわち、先端部210bの翼角度θ2� �、根元部210aの翼角度θ1に比べて小さくなっ� ��いる。

 図4は、比較のために、「平板翼」による 従来の回転翼を示したものである。図4(a)は� �ータ20に形成された回転翼41を示す斜視図で� ��り、軸方向に複数段形成されたものの一段� ��を示したものである。この場合、回転翼41� �ブレード410の翼角度は、根元部から先端部� �で同一となっている。

 図4(b)は、図4(a)に示した回転翼41の一部を 吸気口側から見た平面図である。平面図にお ける回転翼41のブレード410の形状は長方形を� ��しており、根元部から先端部まで同一の幅� ��法になっている。そのため、隣接するブレ� ��ド410との隙間、すなわち、上方から見たと� ��に見通せる隙間の間隔は、外周側である先� ��部ほど大きくなっている。図示は省略する� ��、固定翼の場合も、ブレードの翼形状は回� ��翼41と同様の「平板翼」が用いられている� �

 図5は、図1の1段目から4段目の回転翼21に� ��成されたブレード210の翼形状を説明する図� ��ある。図5(a)は、翼高さ(軸方向の高さ)が等� ��い平板翼ブレード410とねじり翼ブレード420� ��を示したものである。二点差線で示す平板� ��ブレード410も実線で示すねじり翼420も、根� ��部においては同一の翼角度θ1を有している� ��そして、平板翼ブレード410は根元部から先� ��部まで翼角度が同一角度θ1である。一方、� ��じり翼ブレード420の場合には、根元部から� ��端部に近づくにつれて翼角度が徐々に小さ� ��なり、先端部では角度θ2(<θ1)となってい� ��。

 ブレード410,420の翼高さをhとすれば、ブ� �ード410,420の先端における周方向の幅L1、L2は 、それぞれ、L1=h/tanθ1、L2=h/tanθ2と表され、L2 >L1となっている。すなわち、吸気口側から 見た翼間隙間を小さくすることができ、排気 性能の向上をはかることができる。一方で、 翼先端部分の重量が増加するため、翼の根元 部分の応力(引張応力)が大きくなるという欠� ��も有している。

 そこで、本実施の形態における回転翼21� �は、図1に示したように回転翼21の翼高さを� �端部ほど小さくなるようにした。それによ� �、ブレード210の重量増加を抑制し、翼根元� �の応力を低下させるようにした。図5(b)は図5 (a)に示したねじり翼ブレード420の下側を斜め に削除して回転翼21のブレード210を形成した� ��合を示す。この場合、先端におけるブレー� ��210の周方向長さL3はねじり翼ブレード420の� �方向長さL2比べると小さいので、排気性能は 若干低下する。しかし、ブレード210の先端部 の翼角度をθ2より大きくすることで、根元部 の応力を変えずに排気性能の低下を防止する ことができる。

 図6は、従来の平板翼、従来のねじり翼お よび本発明による翼を回転翼に適用した場合 の解析結果を示したものであり、根元応力お よび固有振動数を示す。回転数などの計算条 件については全て同一条件とし、ねじれ翼の 角度はいずれの翼の場合もほぼ同程度の排気 性能が得られるように設定した。翼高さに関 しては、従来の平板翼およびねじり翼は径に よらず15mmとし、本発明による翼では外形部� �13mm、内径部を17mmとし、外形部と内径部との 中間が15mmとなるようにした。なお、本発明� �よる翼については、翼厚さの異なる2種類に� ��いて計算を行った、翼Aは従来の平板翼およ びねじり翼と同一厚さとし、翼Bは翼Aよりも� ��くした。

 根元応力を比較すると、従来と同一厚さ� ��翼Aでは、従来の平板翼の根元応力に対して 約16%低減することができた。一方、翼の固有 振動数を比較すると約12%低下している。しか し、従来のねじり翼に比べれば、固有振動数 が約3%高くなっており、若干改善されている� ��翼Bは、翼Aよりも翼厚さを厚くして、固有� �動数の改善を図ったものである。その結果� �固有振動数を従来の平板翼よりも約10%高く� �ることができ、根元応力についても、翼Aよ� ��は約2%大きくなっているが、従来の平板翼� �比べれば約14%低減することができる。

 図3に示す固定翼11では、半円状の板材を� ��削加工することで、複数のブレード111を形� ��するようにしている。固定翼11の場合、ロ� �タ20に形成されたブレード210と異なり共振と いう問題はなく、大気突入時の吸気口側への 全体的な変位が問題となる。大気突入時にブ レード111に加わる風力は、回転翼21の周速に� ��ぼ比例する。すなわち、ブレード111の各部� ��には、その位置の半径の2乗に比例する上向 きの力が作用することになる。また、この風 力は、ブレード111の翼角度が小さいほど大き くなる。

 その結果、ブレード111は、外枠110と固定� ��11とが繋がっている根元部分が折れ曲がる� �うに上方に変形し、内枠112の部分が上方に� �位して固定翼21に接触するおそれがあった。 そこで、本実施の形態では、ブレード111の外 周側の翼高さを大きくすることで固定翼11の� ��性の向上を図り、大気突入時の変形を抑え� ��ようにした。

 図7は、従来の平板翼、従来のねじり翼お よび本発明による翼のそれぞれの場合におけ る、大気突入時の浮き上がりの解析結果につ いて示したものである。浮き上がりは、内枠 112の位置において最も大きくなる。本発明に よる翼では、翼角度は、従来の平板翼と同じ ように外形部(根元部)も内径部(先端部)も同� �とした。

 図7に示すように、大気突入時の浮き上が りは、従来の平板翼の場合よりも約18%小さく なった。ねじり翼と比べると、約40%も浮き上 がりを抑制することができた。そのため、図 3に示す固定翼11では平板翼としたが、翼形状 をねじり翼とし、浮き上がり量が許容範囲内 に収まる程度まで翼先端部の翼角度を小さく することができる。それによって、排気性能 の向上を図ることができる。

 図8は変形例を示す図である。上述した実 施の形態では、回転翼21の下面および固定翼1 1の上面を傾斜させることで翼根元部分の翼� �さを大きくしたが、図8(a)に示す変形例では� ��回転翼21および固定翼11の上下の面を傾斜さ せるようにした。また、図8(b)に示す変形例� �は、固定翼11の上面を傾斜させる代わりに、 段形状とすることで根元部(外周側)の翼高さ� ��先端部(内周側)の高さに比べて高くした。

 なお、図1や図8(a)に示した回転翼21および 固定翼11の場合には、回転翼21と固定翼11との 軸方向隙間が外周部と内周部とでほぼ等しく なるような翼形状となっているので、回転翼 21と固定翼11との隙間を平板翼の場合と同様� �小さくすることができる。

 上述したように、本実施の形態によれば� ��排気性能の低下を押さえつつ、回転翼21の� �根元部の応力を低くするとともに、その固� �振動の低下を抑えることができる。また、� �定翼11に関しては、大気突入時の浮き上がり を低減することができる。さらに、浮き上が り低減によりねじり翼の採用が可能となり、 固定翼11にねじり翼を採用することで排気性� ��の向上も可能となる。

 なお、図1に示した実施の形態では、回転 翼21および固定翼11で構成されるタービンブ� �ード翼部と、回転円筒部22および固定円筒部 12で構成されるモレキュラードラッグポンプ� ��とを備えた広域型のターボ分子ポンプを例� ��説明したが、全翼タイプのターボ分子ポン� ��にも同様に適用することができる。

 また、回転翼21にねじり翼を採用したが� �平板翼であっても、翼高さを根元部分から� �端部分にかけて小さくすることによる効果� �同様に得ることができる。さらに、根元部� �翼高さを先端部よりも高くする構成は、必� �しも回転翼21および固定翼11の両方でなくて� ��よく、回転翼21のみや、固定翼11のみに採用 しても良い。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。