JP3518343B2 - ターボ形真空排気装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ドライ真空ポンプ
やターボ分子ポンプ等に代表され、少なくとも一部にね
じ形ポンプ部を具備するターボ形の真空排気装置に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】ターボ形の真空排気装置としては、真空
吸気口から流入したガスを、円筒形あるいは円柱形をな
す回転体を回転させることによりその外周に沿って圧縮
しつつ排気する構造のものがある。この種のものにおい
ては、回転体の真空吸気口に近い部分に、分子流領域で
ポンプ作用可能な遠心圧縮ポンプ段を設けるとともに、
この遠心圧縮ポンプ段で粘性流領域にまで圧縮されたガ
スをさらに圧縮し真空排気口に排気する円周流圧縮ポン
プ段を遠心圧縮ポンプ段に連続して設けている。 【０００３】しかして従来、前記遠心圧縮ポンプ段に、
ねじ形ポンプを採用したものが知られている。このねじ
形ポンプとは、回転体の外周面またはこの回転体を収容
するハウジングの内周面のいずれか一方にねじ溝を設
け、回転体の回転によってガスをこのねじ溝に沿って吸
入圧縮していくものである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ねじ形ポンプでより大きい排気速度を得ようとするに
は、回転体の径を大きくする必要があった。しかしなが
ら、このようにすると、装置自体が大型化するだけでな
く、大型化に伴う遠心応力の増大で、回転体の強度やこ
れを支持する軸受強度等も向上させなければならなくな
る。これには限度があり、その限度以上に排気速度を増
大させることは難しかった。 【０００５】本発明は、このような点を考慮し、装置の
大型化や部材強度の増大を招くことなく排気速度を大幅
に向上させることが可能なターボ形真空排気装置を提供
することを課題としている。 【０００６】 【課題を解決するための手段】すなわち本発明に係るタ
ーボ形真空排気装置は、少なくとも一部にねじ形ポンプ
部を具備するターボ形真空排気装置において、このねじ
形ポンプ部が、円筒形状の回転体と、この回転体を収容
するとともに回転可能に支持するハウジングと、前記回
転体の内周に挿入された状態でこのハウジングに配設さ
れる円柱形状の挿入体と、前記回転体の外周面及び内周
面、またはハウジングの内周面及び挿入体の外周面、ま
たは回転体の外周面及び挿入体の外周面、またはハウジ
ングの内周面及び回転体の内周面のうちのいずれかに形
成したねじ溝と、回転体の外周面及び内周面に沿って流
れ圧縮されたガスを合流させるための連通路とを具備す
るとともに、前記回転体の中間には間を仕切る円盤状の
支持板が一体に形成され、この支持板に支持軸が取付け
られ、ハウジングに形成された軸受保持室に配設された
動圧ガス軸受を介して該支持軸を軸支するとともに、前
記支持板より下側の回転体の外周面とハウジングとの間
には、前記連通路を通過したガスが送られてくる、円周
ポンプ部が形成され、前記動圧ガス軸受と前記支持軸を
回転駆動するモータとを、真空吸入口から真空排気口へ
至る方向に沿って前記ねじ溝より変位した位置に配置し
て、これら軸受及びモータが圧縮されたガスに曝されな
いようにしたことを特徴とする。 【０００７】このような構成によれば、回転体の外周面
と内周面の両方でガス排気作用が営まれるので、装置を
大型化したり、回転体等の強度を増大させることなく、
従来のものと同一回転数において、ねじ形ポンプ部での
ガス排気速度をおおよそ倍に増大させることが可能にな
る。しかして、前記ねじ形ポンプ部でのガス流れを円滑
にし、排気効率を向上させるためには、回転体における
ねじ形ポンプ部の終端近傍に、その内周面と外周面とに
開口する連通路であるガス流出孔を、全周に亘り複数設
けておくことが好ましい。 【０００８】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。本実施例に係るターボ形真空排気装置であるド
ライ真空ポンプは、図１に示すように、ハウジング５
と、このハウジング５に収容された回転体であるロータ
１と、このロータ１に一体的に取り付けられた支持軸２
と、この支持軸２を回動自在に支承する非接触型のガス
軸受たる動圧ガス軸受３１、３２と、この支持軸２を回
転させる電動のモータ４とを具備してなり、ロータ１を
起立させて使用するものである。 【０００９】ハウジング５は、ロータ１を収容するロー
タ保持室５１と、このロータ保持室５１の下方に連続し
て設けられ、支持軸２を収容する軸受保持室５２とを備
えている。ロータ保持室５１は、ロータ１の上方に開口
する真空吸入口５３と、ロータ１の側方に開口する真空
排気口５４とを具備する。軸受保持室５２には、その下
端部に後述するモータ４を配設するためのモータ配設部
５５と、このモータ配設部５５の上方に後述するスラス
ト軸受３２を配設するためのスラスト軸受配設部５６と
を設けている。さらに、下端からは外部接続経路Ｐを延
出し、ハウジング５の外面に開口する外部ポートＰＯに
連通させている。 【００１０】ロータ１は円筒状のものであり、中間には
竹の節のように間を仕切る円盤状の支持板１２が一体に
形成されている、そして、この支持板１２に支持軸２の
上端２ａが取着されている。支持軸２は、円柱状のもの
で、その中間部を動圧ガス軸受３１、３２により回動自
在に支持されており、ロータ１と一体的に回転するよう
に構成されている。なお、符号２３はスラスト軸受３２
に支持させるために一体に設けられた円盤体である。 【００１１】動圧ガス軸受３１、３２は、ジャーナル方
向に作用する負荷に対して支持軸２を支持するジャーナ
ル軸受３１と、スラスト方向に作用する負荷に対して支
持軸２を支持するスラスト軸受３２とから構成されてい
る。ジャーナル軸受３１は、支持軸２の上方よりおよび
下方よりの２カ所に配設され、例えば、矩形状の薄板を
丸めて形成するとともにその一端を軸受保持室５２の内
壁面に支持させ、支持軸２の周囲に配置したジャーナル
支持板３３と、このジャーナル支持板３３の外方に周設
され、ジャーナル支持板３３を内方に弾性付勢して支持
軸２に押接させる複数の板ばね材３４とから構成したも
のである。スラスト軸受３２は、例えば、円盤体２３の
上下にそれぞれ配設したリング状のスラスト支持板３６
と、これらスラスト支持板３６の上下に配設されスラス
ト支持板３６を弾性付勢して円盤体２３に押接させるリ
ング状の板ばね材３７とから構成されている。そして、
支持軸２が静止もしくは一定回転数以下の場合には、ジ
ャーナル支持板３３とスラスト支持板３６とを前記板ば
ね材３４、３７の弾性付勢力により支持軸２に近接もし
くは密接させ、支持軸２を支承するとともに、一定回転
数以上になると支持軸２の回転により巻き込まれるガス
を利用して、支持軸２の周囲および円盤体２３の上下面
に動圧を発生させ、この動圧によりジャーナル支持板３
３およびスラスト支持板３６を後退させて気体膜を形成
し、この気体膜を介して支持軸２を非接触に支持する機
能を有するものである。なお、この動圧ガス軸受３１、
３２に供給する窒素等の不活性ガスは、前記外部ポート
ＰＯから供給している。 【００１２】モータ４は、支持軸２の下端部２ｂ、具体
的には円盤体２３より下方において、その外周面２ｃよ
り突出しないように内蔵させた回転子４１と、回転子４
１の周囲に設定されたモータ配設部５５に配設した固定
子４２とを有してなる例えばＤＣブラシレス式のもので
あり、直接的に支持軸２を駆動させるものである。本実
施例ではモータ４の駆動源として図示しないインバータ
を用いており、このインバータによって、モータ４を、
任意の回転数で回転させるように構成している。 【００１３】しかして、本実施例のドライ真空ポンプ
は、このロータ１の下半部１ａとこれに対応するハウジ
ング５との間に複数段の円周ポンプ６１からなる円周ポ
ンプ部６を構成するとともに、ロータ１の上半部１ｂと
ハウジング５との間にねじ形ポンプ部７を構成してい
る。各円周ポンプ６１は、ロータ１の外周に設けた円盤
状の翼体６２と、ハウジング内周面５ａに周回させて設
けられこの翼体６２を収容する円周溝６３とから構成さ
れる。翼体は６２は、その外周部上面に間欠的にかつ放
射状に複数の切欠き溝を設けることにより、切欠き溝と
隣接する切欠き溝との間に、複数の羽根６２ａを形成す
るようにしたものである。そして、ガスをロータ１の回
転で円周溝６３、具体的には円周溝６３に設けられた逆
Ｕ字状のＵ字溝６４に沿って螺旋状に移動させる。この
Ｕ字溝６４は、周回するものではなく、一部には設けら
れていない。円周ポンプ６１の回転方向に沿って移動し
圧縮されたガスは、この円周溝６３の回転方向側の端部
に設けられた貫通孔６５を介して次段（下段）の円周溝
６３に流入する。そして再び同様の動作で各円周ポンプ
６１において圧縮され次々下段の円周ポンプ６１へ送ら
れ、最終段の円周ポンプ６１から真空排気口５４を介し
てハウジング５の外部に排出される。しかしてこの作用
は主に粘性流領域で行われるものであり、これら複数の
円周ポンプ６１からなる円周ポンプ部６は円周流圧縮ポ
ンプとして機能する。 【００１４】しかして本実施例の特徴部分であるねじ形
ポンプ部７は、図１、図２に示すように、ロータ１の上
半部１ｂと、上端をハウジング５に支持されロータ１の
上半部内周１３に上方から嵌まり込んだ状態で配設され
る円柱状の挿入体７１と、ロータ１の外周を包囲するハ
ウジング５と、ハウジング５の内周面５ａ及び挿入体７
１の外周面７１ａにそれぞれ形成したねじ溝７２、７３
とから構成している。 【００１５】具体的には、挿入体７１の上端部は真空吸
入口５３近傍におけるハウジング内周面５ａに固設した
円盤支持体８に支持させている。しかして真空吸入口５
３からのガス流れを阻害しないように、この円盤支持体
８には複数のガス流入孔８１が貫通させてある。一方ロ
ータ１におけるねじ形ポンプ部７の終端部分、すなわち
ロータ上半部１ｂの下端部には、その内周面１ｃと外周
面１ｄとに開口する連通路であるガス流出孔１４を、全
周に亘り間欠的に複数設けている。 【００１６】ねじ溝７２、７３は、ロータ１の回転に伴
ってガスが下方に流れていくような向きに形成してい
る。したがって、ハウジング５の内周面５ａに形成した
ねじ溝７２と、挿入体７１の外周面７１ａに形成したね
じ溝７３とが同じ向きとなるのは言うまでもない。この
ようなねじ形ポンプ部７によるガス排気作用を以下に述
べる。真空吸入口５３より流入したガスは、ねじ形ポン
プ部７において、ロータ１の回転により、ねじ溝７２、
７３に沿って下方に送られる。具体的にはガス流入孔８
１から流入したガスは図の矢印Ａに示すように分岐して
ロータ１の内周面１ｃと外周面１ｄとに向かい、それぞ
れねじ溝７２、７３によって下方へ送られる。ロータ１
の外周面１ｄに沿って流れるガスはそのまま次段の円周
ポンプ部６に送られ、ロータの内周面１ｃに沿って流れ
るガスはガス流出孔１４を通り、外周面１ｄに沿って流
れてきたガスと合流し、円周ポンプ部６に送られる。上
述した作用は、分子流領域で行われるものであり、この
ねじ形ポンプ部７は遠心圧縮ポンプとして作用する。そ
の後、ガスは上述したように円周ポンプ部６でさらに圧
縮され真空排気口５４より排気される。なお、ロータ１
に取り付けられた支持軸２を軸支する軸受３１、３２、
並びに支持軸２を回転駆動するモータ４は、真空吸入口
５３から真空排気口５４へ至る方向に沿ってねじ溝７
２、７３より変位した位置に配置し、圧縮されたガスに
曝されないようにしてある。 【００１７】したがって、このように構成した本実施例
によれば、ロータ１の外周面１ｄと内周面１ｃの両方で
ポンプ作用が営まれるので、装置が大型化したり、ロー
タ１等の強度を増大させることなく、ねじ形ポンプ部７
でのガス排気速度を、従来のものと比べ同一回転でおお
よそ２倍に増大させることが可能になる。また、ガス流
出孔８１が、ロータ１の全周に亘り間欠的に複数設けて
あるので、挿入体７１に設けたねじ溝７３の下端から流
出するガスを、阻害することなく確実にロータ外周面１
ｄに導け、この部分における圧損を可及的に小さくでき
る。 【００１８】本実施例特有の効果としては、支持軸２が
ロータ１内において取着されているので、ロータ１の重
心と、支持軸２を支持する動圧ガス軸受３１、３２の位
置が近づくことになり、ロータ１の回転の安定性を無理
なく向上させることができるという点が挙げられる。ま
た、モータ４の回転子４１を支持軸２に埋め込み、モー
タ回転子４１を支持軸２の外周面２ｃより突出しないよ
うにしているので、小型化できる点が挙げられる。しか
もこのことにより、スラスト支持板３６と、板ばね材３
７の内径を支持軸２の外径と略等しいものにでき、これ
らの大きさを可及的に小さくすることができる。さら
に、この動圧ガス軸受３２を構成するスラスト支持板３
６や板ばね材３７の円盤体２３との摺動速度をも可及的
に小さくでき、摩耗や摩擦損失を減少させ寿命増大や排
気効率改善に寄与させることが可能になる。 【００１９】なお、本発明は、以上説明した実施例に限
定されるものではない。例えば、ねじ溝をロータの外周
面及び内周面に設けても同様の作用効果を得ることがで
きる。なお、この場合はガスの流れを円滑に行わせるた
めに、ガス流出孔をロータ内周面に設けた各溝の下端に
それぞれ開口させることが望ましい。また、ガス軸受
は、実施例のような動圧ガス軸受に限られず、転がり軸
受等の接触型軸受でももちろん構わない。軸受やモータ
の配置も、実施例に限定されるものではない。さらに、
ドライ真空ポンプに限らずターボ分子ポンプ等にも適用
可能である。 【００２０】その他、本発明は上述した図示例に限られ
ず本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能であ
る。 【００２１】 【発明の効果】本発明は、以上に詳述したように、回転
体の外周面と内周面の両方でポンプ作用が営まれるの
で、ガス流路断面積が大きくなり、装置を大型化した
り、回転体等の強度を増大させることなく、従来のもの
と同一回転数でも、ねじ形ポンプ部でのガス排気速度を
おおよそ倍に増大させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例におけるドライ真空ポンプの
全体概略断面図。 【図２】同実施例のねじ形ポンプ部を特に示す要部断面
図。 【符号の説明】 １…ロータ １ｃ…ロータ内周面 １ｄ…ロータ外周面 １３…内周 １４…連通路（ガス流出孔） ５…ハウジング ５ａ…ハウジング内周面 ７…ねじ形ポンプ部 ７１…挿入体 ７１ａ…挿入体外周面 ７２、７３…ねじ溝

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】少なくとも一部にねじ形ポンプ部を具備す
   るターボ形真空排気装置において、このねじ形ポンプ部
   が、円筒形状の回転体と、この回転体を収容するととも
   に回転可能に支持するハウジングと、前記回転体の内周
   に挿入された状態でこのハウジングに配設される円柱形
   状の挿入体と、前記回転体の外周面及び内周面、または
   ハウジングの内周面及び挿入体の外周面、または回転体
   の外周面及び挿入体の外周面、またはハウジングの内周
   面及び回転体の内周面のうちのいずれかに形成したねじ
   溝と、回転体の外周面及び内周面に沿って流れ圧縮され
   たガスを合流させるための連通路とを具備するととも
   に、前記回転体の中間には間を仕切る円盤状の支持板が
   一体に形成され、この支持板に支持軸が取付けられ、ハ
   ウジングに形成された軸受保持室に配設された動圧ガス
   軸受を介して該支持軸を軸支するとともに、前記支持板
   より下側の回転体の外周面ハウジングとの間には、前記
   連通路を通過したガスが送られてくる、円周ポンプ部が
   形成され、前記動圧ガス軸受と前記支持軸を回転駆動す
   るモータとを、真空吸入口から真空排気口へ至る方向に
   沿って前記ねじ溝より変位した位置に配置して、これら
   軸受及びモータが圧縮されたガスに曝されないようにし
   たことを特徴とするターボ形真空排気装置。