JPH0275796A

JPH0275796A - 複合真空ポンプ

Info

Publication number: JPH0275796A
Application number: JP22653388A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Ikegami; 池上　達治; Tetsuo Obayashi; 哲郎大林; Keiichi Yoshida; 恵一吉田; Masashi Iguchi; 昌司井口
Original assignee: OSAKA SHINKU KIKI SEISAKUSHO KK
Current assignee: OSAKA SHINKU KIKI SEISAKUSHO KK
Priority date: 1988-09-12
Filing date: 1988-09-12
Publication date: 1990-03-15
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: JP2627437B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（１）産業上の利用分野本発明は粒子加速器、核融合実験、同位体分離等の実験
研究装置、電子顕微鏡、表面分析計等の分析計測装置、
及び半導体製造真空装置等の工業用真空装置において、
大気圧から高真空及び超高真空にわたる吸入圧範囲で清
浄な真空を確実に生成できる有用な複合分子ポンプに関
する。

（２）従来の技術従来この種の複合分子ポンプとして、第２０図の如く吸
気口（ａ）と排気口（ｂ）とを有する筐体（Ｃ）内に、
該吸気口（ａ）側からターボ分子ポンプ部（ｄ）、ねじ
溝ポンプ部（ｅ）及び渦流ポンプ部（ｆ）を順次配設し
たものが知られている。尚（ｈ）はこれらターボ分子ポ
ンプ部（ｄ）、ねじ溝ポンプ部（ｅ）及び渦流ポンプ部
（ｆ）のロータ（ｇ）の回転軸、（ｉ）は該回転軸（ｈ
）を回転ｙせるモータを示す。

（３）発明が解決しようとする問題点この従来の複合分子ポンプによれば、十分に安定した圧
縮性能をもたせ、且つ排気速度を伸長させるために、渦
流ポンプ部（ｆ）を８段以上に形成し更に該渦流ポンプ
部（ｆ）の前段のねじ溝ポンプ部（ｅ）のロータ外径を
渦流ポンプ部（ｆ）の外径と同等以上とする構成になっ
ている。

又ターボ分子ポンプ部（ｄ）の排気性能を特に分子量の
小さい水素（Ｈ３）等に対して十分もたせるためにはね
じ溝ポンプ部（ｅ）の排気速度を十分大きくしなければ
ならないため、ねじ溝ポンプ部（ｅ）のねじ溝の幅を広
くシ、更に圧縮比を十分高くするためねじ溝の全長を長
くすることが必要となり、その結果ねじ溝ポンプ部（ｅ
）のロータは軸方向に対して伸長した構成となり、総合
したロータ（ｇ）はその全長が比較的長く、且つ外径も
大きくなる。

かくて従来の複合分子ポンプにおいては、ロータが一体
形状で軸端装荷方式をとっているため、ロータ（ｇ）の
高速回転に伴い回転軸（ｈ）に曲げモーメントが働き振
動を誘発する。しかもねじ溝ポンプ部（ｅ）は肉厚の外
筒部分が大となると共に１重くて、総合したロータ（ｇ
）の全長が長くなるから１回転軸廻りの慣性モーメン）
Ｉｚが大になると共に、軸中心線に直交する、Ｘ軸及び
ｙ軸の廻りの慣性モーメントｒｘ及びｒｙが非常に大き
くなる。高速回転する回転体が振動が少なく安定した高
速運転をできるためには、Ｉｘ、ＩｙがＩｚと同等か又
はより小であることが必要である。第２０図の従来の複
合分子ポンプではＩｘ、ＩｙがＩｚよりも大になり、振
動が少なく安定した高速運転をできるように動釣合をと
ることが困難となる問題点があった。

本発明は、これらの問題点を解消し、大気圧から超高真
空にわたる圧力範囲で大きな排気速度を有する複合分子
ポンプを安価に提供することを目的とする。

（４）問題点を解決するための手段この問題を達成°すべく本発明は、吸気口と排気口を有
する筐体内に、該吸気口側からターボ分子ポンプ部、円
周溝真空ポンプ部及び渦流ポンプ部を順次配設したこと
を特徴とする。

（５）作用運転の初期状態において、吸気口に流入した気体は主と
して渦流ポンプ部で乱流状態となって圧縮排気され、そ
の後詰流入気体は分子流状態でターボ分子ポンプ部に流
入し該ターボ分子ポンプ部の高速回転する動翼と静翼と
によりこの部分を移送圧縮される。そして連設されだ円
周溝ポンプ部において、この圧縮移動された気体は高速
回転する回転円板、特にその周辺部の気体摩擦によるモ
レキュラードラッグ効果による輸送効果を生じて大きな
排気速度と十分な圧縮作用を受けて分子流から粘性流と
なり１次の渦流ポンプ部の吸入口に流入し、更に該渦流
ポンプ部において圧縮されはＣ大気圧まで圧縮されて排
気口から大気に放出される。

（６）実施例本発明の複合真空ポンプの１実施例を第１図乃至第８図
に従って説明する。

（１）は筐体を示し、該筐体（１）内には上部にターボ
分子ポンプ部（２）とその下方に円周溝ポンプ部（３）
と更にその下方に渦流ポンプ部（４）が設けられており
、前記ターボ分子ポンプ部（２）はロータ（５）の外周
面に突設した多数の動１（２Ｌ）と前記筐体（１）の内
周面に突設した多数の静１　（２ｂ）とからなり、又前
記円周溝ポンプ部（３）は前記ロータ（５）の外周面に
３枚の回転円板（３ａ）が突設ｙれており、これら回転
円板（３ａ）はその上方から下方になるに従って板厚を
順次大から小にすると共に両面の周辺部を切欠いて切込
段部（３ｂ）　　（３ｂ）に形成し、これら各回転円板
（３ａ）の切込段部（３ｂ）（３ｂ）（７）切込み深さ
を上方から下方になるに従って前述と同様に大から小に
した。又（３Ｃ）は前記筐体（１）の内面に固定したス
テータを示し、該ステータ（３Ｃ）は前記回転円板（３
ａ）に相当する位置において該回転円板（３ａ）が介入
される環状の凹部（３ｄ）が形成されており、該凹部（
３ｄ）と前記切込段部（３ｂ）ｌ−ｂ）により前記各回
転円板（３ａ）の周辺部の両面に通風路（３ｅ）（３ｅ
）を形成した。

ここで各回転円板（３ａ）の通風路（３ｅ）（３ｅ）に
おける回転円板（３ａ）側とステータ（３ｃ）側の対向
面間の距離すは前述の如く切込段部（３ｂ）　　（３ｂ
）の切込み深さに応じて上方から下方になるに従って大
から小になる。そして前記各凹部（３ｄ）に、前記回転
円板（３ａ）の周辺部が通過する部分を截除した隔壁（
，３ｆ）を前記ステータ（３ｃ）より突設して該隔壁（
３ｆ）により通風路（３ｅ）（３ｅ）を区切り、隣り合
う回転円板（３ａ）（３ａ）の通風路（３ｅ）　　（３
ｅ）及び（３ｅ）　　（３ｅ）において上流側の回転円
板（３ａ）の通風路（３ｅ）　　（３ｅ）の隔壁（３ｆ
）の他側の終端部と下流側の回転円板（３ａ）の通風路
（３６）　　（３ｅ）の隔壁（３ｆ）の１側の始端部と
の間を連通路（３ｇ）により連通し、更にこれら隔壁（
３ｆ）及び連通路（３ｇ）を第２図乃至第８図の如く上
流側から下流側に至るに従ってその位２を順次ずらせて
形成し、かくて吸気口（１２）からの気体分子は連通路
（３ｇ）を介して送られながら各回転円板（３ａ）の通
風路（３ｅ）　　（３ｅ）において順次圧縮され、相当
に高い圧縮比が得られる。そして最も上流側の回転円板
（３ａ）の通風路（３Ｂ）（３ｅ）の隔壁（３ｆ）の１
側の始端部を第１図の如くターボ分子ポンプ部（２）か
らの第１中間吸気口（６）に、又最も下流側の回転円板
（３ａ）の通風路（３ｅ）（３ｅ）（７）隔壁（３ｆ）
　（７）他側の終端部を第１図の前記渦流ポンプ部（４
）の第２中間吸気口（７）に連通した。

又渦流ポンプ部（４）は前記ロータ（５）の外周面に突
設し放射状の凹部（４ｄ）を有する多数のラジアルブレ
ード（４ａ）とこれらにそれぞれ対向する吸込流路（４
ｂ）を有するステータ（４Ｃ）とからなり、該流路（４
ｂ）の終端部を第１図の如く排気口（１３）に連通した
。

又前記各ポンプ部（２）、（３）、（４）のロータ（５
）の軸（５ａ）は、前記筐体（１）の下方部のモータ筐
体（ｌａ）から上方に突出する内筒（ｌｂ）の上方部に
設けた上部軸受（８ａ）及び該モータ筐体（１ａ）の底
板（ｌｃ）に設けた下部軸受（８ｂ）によって支持され
、又前記軸（５ａ）の下方部には前記モータ筐体（ｌａ
）内に設けたインダクションモータ、ヒステリシスモ、
−夕等からなる高周波モータ（９）のロータ（９ａ）が
固定されていると共に、該軸（５ａ）の下端部は前記底
板（ＩＣ）の下方に設けた潤滑油槽（ｌＯ）内の潤滑油
中に没入しており、前記高周波モータ（９）の駆動によ
る前記軸（５ａ）の高速回転による遠心力によって潤滑
油が該軸（５ａ）の中心孔（１１）及びその枝孔（ｌｌ
ａ）（ｌｌａ）を経て前記上部軸受（８ａ）に供給され
る。又下部軸受（８ｂ）は前記モータ筐体（１ａ）の内
周に設けた溝より潤滑油が供給される。

かくて前記各ポンプ部（２）、（３）、（４）の動Ｅｌ
ｌ　（２ａ）　、回転円板（３ａ）、　　ラジアルブレ
ード（４ａ）はロータ（５）に一体に構成されているの
で高速回転によっても振動も小さく騒音が殆ど発生しな
い、尚（１２）は吸気口、（１３）は排気口を示す。

次に上記実施例の複合真空ポンプの作動を説明する。

高周波モータ（９）の駆動によりロータ（５）が回転し
始めると、その初期状態において吸気口（１２）に流入
した気体は、乱流から中間流状態となりターボ分子ポン
プ部（２）の回転する動１（２ａ）に衝突し、該動翼（
２ａ）と前記筐体（１）から突設した静翼（２ｂ）との
作用により、駆動５１　（２ａ）の移動する円周方向と
、軸に平行な下方向の運動量が与えられ、積層された前
記動翼（２ａ）及び静１　（２ｂ）の回転により下方に
圧縮移動する。尚１分子ポンプ部（２）は始動時の加速
中は、密度の高い気体がポンプ内に存在することによる
風損と、回転体の慣性モーメントに対する加速トルクが
大きくなるが、前記高周波モータ（９）の入力電流が過
大にならないように回転数を制御している。

次に前記分子ポンプ部（２）により圧縮移動された気体
は第１中間吸気口（６）を経て前記ロータ（５）に一体
に形成された円周溝ポンプ部（３）の回転円板（３ａ）
の最も高速回転移動する周辺部の切込段部（３ｂ）（３
ｂ）の両面に当ってこの時の気体分子摩擦によるモレ午
ニラードラッグ効果により輸送効果が生じ連通路（３ｇ
）を介して各回転円板（３ａ）の通風路（３ｅ）　　（
３ｅ）を第２図の矢印の如く順次輸送され、分子流から
粘性流にある圧力領域において排気作用を生じて全体と
して大きな圧縮比を実現し、第２中間吸気口（７）を経
て前記ロータ（５）に一体に形成された渦流ポンプ部（
４）のラジアルブレード（４ａ）の回転により圧縮され
る。そしてその圧縮比は１．４５〜２．０であり、該ラ
ジアルブレード（４ａ）を１０段前後の多数段重ねるこ
とにより約７０の圧縮比が得られ、かくてこの圧縮比に
より、渦流ポンプ部では７００Ｐａ　（５，２トル）以
下から大気圧の領域にわたる吸入圧から大気圧まで圧縮
できる。従って本実施例の複合真空ポンプによれば大気
圧から超高真空まで大きな排気速度で気体を排気可能と
なる。

ここで１発明者の実験によれば、ターボ分子ポンプ部（
２）の動翼（２ａ）の外径を２００ｍｍとし円周溝ポン
プ部（３）を３段とし渦流ポンプ部（４）のロータ外径
を１３０ｍｍとしたものを用意して、吸気口圧力−排気
速度曲線を求めたところ第９図のグラフが得られ、この
グラフの曲線は従来の複合真空ポンプに補助真空ポンプ
を接続した場合と略凹−曲線であり、このことにより実
施例の真空ポンプは補助真空ポンプが不必要で１台の真
空ポンプにより大気圧から超高真空まで排気できること
がわかる。　又第１０図乃至第１２図は円周溝ポンプ部
（３）の第２実施例を示し、該実施例においては前記各
回転円板（３ａ）の通風路（３ｅ）　　（３ｅ）におけ
る回転円板（３ａ）側とステータ（３Ｃ）側の対向面間
の距ｓｂが始端部から終端部に向って徐々に小となるよ
うに形成し、圧縮性能を向上したものである。

第１３図は円周溝ポンプ部の第３実施例を示し、該実施
例においては、前記各回転円板（３ａ）の周辺部の切込
段部（３ｂ）　　（３ｂ）の個所の肉厚を外方になるに
従って徐々に薄く形成すると共に、これら切込段部（３
ｂ）（３ｂ）とこれらに対向する前記凹部（３、ｄ　）
の内面との間の距離すは半径方向のいずれの位置でも等
しくなるように該凹部（３ｄ）を外方に向うのに従って
間隔が狭くなるように形成したものである。

第１４図乃至第１７図は円周溝ポンプ部（３）の第４実
施例を示し、各回転円板（３ａ）の吸気口と吐出口を中
心に対して対称の位置に２個所設け、並列に排気圧縮す
るようにして、排気速度を２倍にしたものである。

第１８図は渦流ポンプ部（４）の第２実施例を示し、吸
込流路（４ｄ）をラジアルブレード（４ａ）の両側に並
列に設けたもので次の段の通風路断面を並列部の７０％
とした構造を示す。

第１９図は渦流ポンプ部（４）の第３実施例を示し、−
枚のラジアルグレード（４ａ）の両面に凹部（４ｂ）を
設け４段のポンプ要素を構成したものを示したものであ
る。

そして第１８図の実施例のものと第１９図の実施例のも
の１〜２個とを組合せる等、少ない段重ねによっても実
質上多数段のラジアルブレードの渦渣ポンプ部に相当す
る。

（７）発明の効果このように本発明によると吸気口と排気口とを有する筐
体内に、いづれも排気圧縮作動部に真空ポンプ油が全く
存在しないターボ分子ポンプ部、円周溝ポンプ部及び渦
流ポンプ部とを吸気口側から順次配設し、吸気口からの
気体をターボ分子ポンプ部において一旦圧縮移送してか
ら円周溝ポンプ部においてその回転円板の特に高速に回
転する周辺部により前記気体が気体分子摩擦によるモレ
キュラードラッグで効率的な輸送効果を生ずると共に１
円周溝ポンプ部の排気速度を決定する第１段目の回転円
板の通風路への吸気口を半径方向に大きな寸法をとるこ
とが可能となり、かくて大きな排気速度を得ることがで
き、更に渦流ポンプ部に設けた多数のラジアルブレード
により高い圧縮比が得られ、大気圧から超高真空にわた
る吸入範囲で各圧力分野に対応して十分な排気速度を気
体の分子量及び化学性質に関係なく得られ、且つ吸気口
側から排気口側に至る回転体は円周溝ポンプ部の大きな
排気性能の効果により、従来より軸方向の長さを著しく
短縮し得て各ポンプ部のロータが小型に一体化でき、回
転軸の端部に結合した単ロータ形に構成可能となり、振
動の発生を抑止できると共に、小型軽量なロータに高精
度の加工を要求されず、かくてコンパクトで且つ軽量で
オイルフリーの清浄な真空を生成できる真空ポンプが廉
価に得られる効果を有する。さらに本発明による複合真
空ポンプは、アル、ミニラム合金で一体化したロータ及
びステータに耐食性をコーティングすることにより有害
で腐食性のガスに対する耐食性をもち、潤滑油が汚染さ
れることがなく、また構成するポンプ部がすべて気体に
対して遠心方向の流速を与えるものであり、各段の吐出
口を半径方向の外周部に設けてあって、ポンプがプロセ
スガスと共に粉粒体を吸入したり、あるいは圧縮中に化
学反応により粉粒体を生じても、支障なく運転し、粉粒
を排気口に順次排出する効果を有するから、半導体製造
真空装置等において極めて有用で経済的効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合真空ポンプの第１実施例の全体の
断面図、第２図は第１図のＩ−Ｉ線截断面図、第３図は
第２図の■−ＩＩ線截断線図断面図図は第２図の■−■
線截線面断面図５図は第２図の１７−ＩＶ線線断断面図
第６図は第２図のｖ−Ｖ線截断面図、第７図は第２図の
ＶＴ−Ｖｌｌ線断断面図第８図は第２図の■−■線截線
面断面図９図は吸気口圧力と排気速度との関係を示すグ
ラフ、第１０図乃至第１２図は円周溝ポンプ部の第２実
施例の部分断面図、第１３図は円周溝ポンプ部の第３実
施例の部分断面図、第１４図は円周溝ポンプ部の第４実
施例を示す第２図に相当する断面図、第１５図は第１４
図のＩ−Ｉ線截断面図、第１６図は第１４図のＩＩ　−
ＩＩ線線断断面図第１７図は第１４図のｍ−■　載断面
図、第１８図は渦流ポンプ部の第２実施例を示すロータ
の個所の縦断面図、第１９図は渦流ポンプ部の第３実施
例を示すロータの個所の縦断面図、第２０図は従来の複
合分子ポンプの断面図である。（１）・・・筐体（２）・・・ターボ分子ポンプ部（３）・・・円周溝ポンプ部（４）・・・渦流ポンプ部（１２）・・・吸気口（１３）・・・排気口出　願　人　　株式会社大阪真空機器製作所第１９図第２０図臀　１口。第１図第２図第５図　　第６図　第７図Ｍ８図ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

吸気口と排気口を有する筐体内に、該吸気口側からター
ボ分子ポンプ部、円周溝ポンプ部及び渦流ポンプ部を順
次配設したことを特徴とする複合真空ポンプ。