JPS6131695A - タ−ボ分子ポンプ - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明はターボ分子ポンプに係り、特に高圧縮化、高排
気速度を得るのに好適なターボ分子ポンプに関するもの
である。

〔発明の背景〕

従来、核融合装置、半導体製造装置、電子顕微鏡装置等
においては高真空度に形成され、充真空チャンバが必要
であるが、これには一般に分子流域で排気性能の優れて
いるターボ分子ポンプが採用されている。

これまで一般のターボ分子ポンプの形式には軸流分子ポ
ンプとねじ溝分子ポンプがある。

軸流分子ポンプはその構成を第８図に例示するように、
動ｇａとこれにほぼ鏡面対称の形状をなす静翼すを軸方
向に交互に配列した軸流翼車群からなり、動翼ａを図中
矢印Ｎの方向に高速回転し分子流域に於いて、気体分子
に特定の方向性を付与して排気作用をなすものである。

気体分子に方向性を付与する面は翼ａ’　、ａ“面にあ
り、動翼根元のロータ壁面及び動翼先端に対向するケー
シング壁面は排気作用にほとんど関与しない。

この形式の分子ポンプは大きな排気速度が得られるとい
う有利さがあるものの、段当りの圧縮比が小さく、高圧
縮化を得るには翼列が多段に配列する必要があり、通常
は十数段の翼車群で形成される。このため、回転体重量
が増大し高速回転が困難になる。また、多数の翼車群を
必要とし製作に多大な手数を要すること、また組立上静
翼列側を半割れ構造にする必要があることから製作費が
高くなる等の問題があった。

一方、ねじ溝分子ポンプは第９図に例示のように回転内
筒Ｃとこれと対向するねじ溝ｄを有する外筒ｅをケーシ
ングｆに備えて構成される。回転内筒Ｃを高速回転する
ことにより内筒表面Ｃ′でもって気体分子に方向性を付
与し、この気体分子をねじ溝に沿って案内流動させるこ
とによって排気作用を行うものである。なお、回転内筒
Ｃ側にねし溝を形成し、これを外筒ｅ内゛で高速回転さ
せる形式をとっても排気の原理は同一である。軸流形式
の分子ポンプは翼表面で排気作用をなすのに対し、ねじ
溝形式の分子ポンプはねし溝に対向する内筒表面で排気
作用をなす点相違がある。

ねじ溝分子ポンプは構造が簡単であり、製作も比較的容
易であるが、ねじ満流路を深くすると指数関数的に排気
作用が低減するため、排気速度の小さいものしか適用で
きない難点がある。

また、ねじ溝分子ポンプでは回転内筒とねじ溝外筒との
間隙が大きくなると性能が急激に低下する問題もある。

このため、ねじ溝分子ポンプは特殊事情を除いて使用さ
れでいないのが現状であり、通常、ターボ分子ポンプの
形式は軸流分子ポンプがそのほとんどを占めている。上
記工形式の分子ポンプの問題を解消した複合形式のター
ボ分子ポンプとして特公昭４７−３３４４６号のような
開示のものがある。しかし、−形式の分子ポンプで上記
問題を解消した例はない。

〔発明の目的〕

本発明は高圧縮比と大きな排気速度を得る新規な形式の
ターボ分子ポンプを提供することを目的とするものであ
る。

〔発明の概要〕

本発明はケーシング内にその軸線方向に延びる円筒状の
ロータとこのロータの対向面に位置するステータとに夫
々配置された翼群によって排気作用を行う形式のターボ
分子ポンプに係るもので、ロータ外周面に軸方向に対し
特定の角度を有んだ動翼溝を周方向に一定間隔に配列し
、このロータに対向するステータ面に動翼溝とロータ軸
心に対し逆方向角度をなす静翼溝を配列し、動翼溝と静
翼溝の一部が軸方向に重なり合うように構成したもので
あり、このターボ分子ポンプの吸気側を核融合装置等の
真空装置に接続し、ロータを高速回転し、動翼溝と静翼
溝との間で排気作用を行い、上記真空装置を高真空化す
る。而して、軸流分子ポンプの持つ翼表面による排気機
能とねじ溝分子ポンプの持つロータ及び溝底面による排
気機能の両者が備えられ、これによって、高い圧縮比と
大きな排気速度が達成し得るようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面について詳細に説明する。

図において、同じ部分には同じ符号を付して示す。

第１図〜第３図は本発明の第１実施例を示すものである
。

第１図は本発明の第１実施例のターボ分子ポンプの縦断
面図であり、第２図は第１図の１−１線矢視展開図、第
３図は第１図の動翼溝における気体分子の流動状態図で
ある。

第１図において、ロータ１はケーシング２内に配置され
その軸線方向に延び円筒状をなしている。

このロータ１の対向面にはステータ３が配置されケーシ
ング２に取付けられている。ロータ１には動翼溝４が掘
設され、この対向面のステータ３には静翼溝５が掘設さ
れている。また、ロータ１は回転軸６にナツト７により
一体に固定され回転体８を構成している。回転軸６は軸
受９ａ、９ｂに支持されている。この回転軸６にはモー
タロータ１０が設けられており、これと対向するモータ
ステータ１１は吐出口Ｂを備えた吐出ケーシング」２に
取イ」けられている。

また、ケーシング２の上部には吸入口Ａを備えており、
フランジ２ａによって排気すべき真空装置（図示せず）
が結合される。ケーシング２の下部はフランジ２ｂによ
り吐出ケーシング１２に結合されている。

動翼溝４は第２図にその詳細を示すように、ロータ１の
外周面にロータ軸心ｚ−ｚ’　に対し角度０傾斜して掘
設され軸方向の始端縁４ａ、後端縁４ｂは周方向に揃え
て形成される。従って、θ。

は鋭角に、０２は鈍角になる。静翼溝５は動翼溝４と逆
方向にロータ軸心ｚ−ｚ’　に対し角度θ′に形成され
ており、また、動翼溝４と一部が軸方向に重なり合うよ
うに配列される。

また、動翼溝４と静翼溝５の翼溝はその始端部４ａある
いは後端部４ｂから溝底面４ｃは滑らかな曲面Ｒで結ば
れている。

上記構成であるので、モータステータ１１に通電される
と回転体８はモータロータ１０を介してＮ方向に高速回
転され作動を開始する。

吸入口Ａ側より動翼溝４に飛来した気体分子は動翼溝４
の底面４ｃ及び側面４ｄ、４ｅに衝突して乱反射が行わ
れるが、ロータ１の移動分だけ方向性が付与される。す
なわち、第３図に示すように、ロータ１上の相対座標系
で相対速度Ｗをもって乱反射した気体分子はロータ１の
移動速度Ｕの作用を受け、静止座標系では絶対速度Ｃの
方向性をもって静翼溝５に飛び込む。静翼溝５の方向は
ロータ１の回転方向に鈍角をなすように形成されている
から、ロータ１の飛び出した気体分子の方向性はこの方
向と合致しており、気体分子は静翼溝５を容易に通過す
る。方向性を持って動翼溝４を飛び出した気体分子の運
動を図でみると、静翼溝５の底面５ｃ、そして側面５ｄ
、５ｅに衝突した後、乱反射して大部分の気体分子が次
段の動翼溝４に飛び込む。逆に静翼溝５側より動翼溝４
に飛来する気体分子も存在するが、ロータ１の移動によ
って気体分子の受ける方向性が前述の溝方向と逆になる
から気体分子は動、静翼溝４，５を逆に通過するのが困
難になる。したがって、全体的にみると、気体分子は吸
入口Ａ側より吐出口Ｂ側に排気される。平均的な気体分
子流は第１図に矢印で示すように半径方向に出入り髪繰
返しながら軸方向吐出口Ｂに向かって運動する。この運
動は、第８図、第９図に示した従来の軸流、ねじ溝形式
の分子ポンプと全く異なっている。本発明のターボ分子
ポンプにおいて、ロータが気体分子に方向性を与える面
は翼溝の側面、底面の全てにわたっているので、移送効
率が良く、また吐出口側から逆流する気体分子は動翼溝
に飛来する前に静翼溝に衝突するから、逆流する割合が
低くなり、この両者の作用により段当りの圧縮比、排気
速度を大きくできる特徴を有する。また、この分子ポン
プの構成ではステータがロータの外周面に配置されるの
で、多段構成の場合にもステータは半割れ補遺の必要が
なく、製作も容易である。

第４図、第５図は本発明の第２実施例を示すものである
。

第４図は本発明の第２実施例のターボ分子ポンプの縦断
面図であり、第５図は第４図の■−■線矢視展開図であ
る。

上記第１実施例と相違する個所は動翼溝４、静翼溝５の
形状にある。動翼溝４と静翼溝５は矩形に形成されロー
タ１の軸心ｚ−ｚ’　に対し角度θ。

θ′傾斜して掘設され形成され、その一部が軸方向に重
なり合うように配列されている。

本実施例は上記のように、動、静翼溝４，５が矩形に形
成されており、溝加工が容易にでき、製作費を低減でき
る効果がある。

第６図は本発明の第３実施例を示すもので、そのターボ
分子ポンプの縦断面図である。

本実施例は動翼溝４、静翼溝５によって構成される気体
分子流の流路断面積が軸方向の排気側に向かって次第に
減少するように構成し、また、初段の吸気側の動翼溝４
、そして終段排気側の静翼溝５を軸方向に開口するよう
に構成してなるものである。

上記構成にすることにより、気体分子が圧縮され容積流
量が減少する排気側で不必要な流路断面積を排除でき、
また動、静翼溝４，５の回転、静止部分を接近させるこ
とができることから、段当−りの排気作用が大きくなり
、圧縮比を高めることができる。また、初段吸気側、終
段排気側は軸方向に開口するように構成されているので
、気体分子が軸方向から翼端へ飛来し易く、また飛び出
しを容易にできる効果がある。

第７図は本発明の第４実施例を示すもので、そのターボ
分子ポンプの縦断面図である。

本実施例は本発明のターボ分子ポンプの翼群の吸気側に
軸流翼車群を配列して構成したものである。すなわち、
ケーシング２内にはその軸線方向に沿って多段に静翼１
３が設けられており、この静翼１３間にはロータ１の外
周に固定された動翼１４が配置され軸流翼車群を構成し
ている。

この軸流翼車群の排気側には例えば第３実施例の翼溝群
（第６図参照）が配置され構成される。

上記構成であるので、吸入口Ａに飛来した気体分子は軸
流翼車群の静翼１３、動翼１４の作用により下流に移送
され、動翼溝４、静翼溝５の作用によって更に圧縮され
吐出口Ｂより排気される。

本実施例によれば排気速度を大にできる軸流翼車群と、
この排気速度を維持しながら圧縮比を大きくとれる翼溝
群どの複合作用によって高真空が得られる。

このような構成によると、高圧縮化、高排気速度が達成
できるので、通常の単一翼群の場合に比し、翼車あるい
は′Ｒ溝の段数を低減でき、これによって全体を小形に
できる。また、小形化に伴ってロータの亮速化が容易に
なる効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ロータの外周面
にこのロータの軸心に対し特定の角度を有した動翼溝と
、この動翼溝と逆方向角度をなす静翼溝を配列し、その
一部が軸方向に重なり合うように構成したので、動翼溝
、静翼溝の側面、底面のすべてが気体分子の移送に寄与
できる。これによって、高圧縮比、高排気速度のターボ
分子ポンプを達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のターボ分子ポンプの第１実施例の縦断
面図、第２図は第１図の１−１線矢視展開図、第３図は
第１図の動翼溝における気体分子の流動状態図、第４図
は本発明のターボ分子ポンプの第２実施例の縦断面図、
第５図は第４図の■−■線矢視展開図、第６図は本発明
のターボ分子ポンプの第３実施例の縦断面図、第７図は
本発明のターボ分子ポンプの第４実施例の縦断面図、第
８図は従来の軸流分子ポンプの翼の展開平面断面図、第
９図は従来のねじ溝分子ポンプの要部断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケーシング内にその軸線方向に延びる円筒状のロー
   タと前記ロータの対向面に位置するステータとに夫々配
   置された翼群によつて排気作用を行うターボ分子ポンプ
   において、前記ロータの外周面に該ロータ軸心に対し特
   定の角度を有した動翼溝を周方向に一定間隔に配列し、
   前記ロータに対向する前記ステータ面に前記動翼溝と前
   記ロータ軸心に対し逆方向角度をなす静翼溝を配列し、
   前記動翼溝と前記静翼溝の一部が軸方向に重なり合うよ
   うに構成したことを特徴とするターボ分子ポンプ。 ２、特許請求の範囲第１項において、初段吸気側の前記
   動翼溝および終段排気側の前記静翼溝は軸方向に開口し
   ていることを特徴とするターボ分子ポンプ。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記動翼溝と前記
   静翼溝の軸方向始端縁及び後端縁は溝開始部から溝底面
   まで滑らかな曲面で形成されていることを特徴とするタ
   ーボ分子ポンプ。 ４、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかにお
   いて、前記動翼溝と静翼溝は軸方向に交互に複数列配置
   して構成したことを特徴とするターボ分子ポンプ。 ５、特許請求の範囲第４項において、前記動翼溝と前記
   静翼溝によつて構成される分子流通路の断面積は軸方向
   に排気側に向かつて次第に減少していることを特徴とす
   るターボ分子ポンプ。 ６、特許請求の範囲第１項において、前記ロータと、前
   記ロータの対向面に環状に配置される前記ステータとよ
   りなる翼群の吸気側に動翼と静翼とを交互に配列してな
   る軸流翼車群を配置してなることを特徴とするターボ分
   子ポンプ。 ７、特許請求の範囲第１項において、前記動翼溝と前記
   静翼溝の軸方向始端縁及び後端縁は前記ロータ軸心に垂
   直な平面に対して平行になつていることを特徴とするタ
   ーボ分子ポンプ。 ８、特許請求の範囲第１項において、前記動翼溝と前記
   静翼溝は円筒展開面において矩形に形成され、前記ロー
   タ軸心に対し特定の角度で傾斜し周方向に一定間隔に配
   列したことを特徴とするターボ分子ポンプ。