JPS6185599A - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、ターボ分子ポンプに関する。

（従来の技術） ターボ分子ポンプは、ＪＩＳ　Ｚｇ／２７−／　９ｇ／
に説明され、また石井博著「真空ポンプ」　（真空技術
講座第２巻、昭和ｔＯ年λ月２５日初版、日刊工業新聞
社発行）およびジョンＦ、オハロン乞、野田保他−名訳
［真空技術マニュアル］　（昭和５ｇ年７月３Ｑ日初版
、産業図書株式会社発行）に開示されているように、タ
ービン形の羽根を持つロータおよびステータからなる分
子ポンプであって、分子流領域での気体輸送に特に有効
な、運動量輸送式真空ポンプの／柚である。

その１例の一般的構造について、第２１図をら照しなが
ら説明すると、円筒状内面ｌＯを有するステータｌｌの
中に、円筒状外面／コを有するロータ１３が、ステータ
と同一の垂直＠１鳥）Ａを有するように収容される。ス
テータｌ／の内面ｌＯとロータ１３の外面１２との間の
環状断面のポンプ空間／ダの中には、ロータ外面／２か
ら半径方向外向きに多くのロータ羽根／Ｓが突出し、ス
テータ内面ＩＯから半径方向内向きに多くのステータ羽
根１６が突出する６特に第一一図に拡大して部分的に示
すように、ロータ羽根１５の先９−＃ｓ　／　’７は、
比較的せまい間隙／ｇを置いてステータ内面ｌθに対向
し、ステータ羽根／６の先端１９は、同じくせまい間ｌ
！Ｉ；ｊ２θを置いてロータ外面１２に対向する。ロー
タ羽根１５は、軸線方向に順次相離れたいくつかの段（
第２７図に図示の例では／、２段）として配列され、ロ
ータ羽根ｉｓの各段は、周方向に等間隔に順次相離れた
多くのロータ羽根１５からなる。ステータ羽根１６は、
＠１糺！方向にロータ羽根／Ｓの段と１つ置き配置で順
次相離れたいくつかの段（第二０図に図示の例では７２
段）として配列され、ステータ羽根の各段も、周方向に
等間隔に順次相離れた多くのステータ羽根／４からなる
。ステータｌ／には、ポンプ空間／弘の上方に連通ずる
吸気口Ｊ／と、ポンプ空間／弘の下方に連通ずる排気０
．２＝とが取付けらｎる。ロータ１３は、モータコ３に
連結され、モータ２３の駆動によって軸ｍ＝　Ａを中心
として高速回転する。

第２３図には、ボ／プ空間ｌ弘におけるロータ羽根／Ｓ
およびステータ羽根１６の配置の１部分が展開図示され
る。第２３図において、矢印Ｂは、吸気口２１から排気
口２−へ向う気体輸送方向を示し、矢印Ｃは、ロータ／
３が回転するときにロータ羽根１５が進行する方向を示
す。この図には、いくつかのロータ羽根段のうちの二段
と、いくつかのステータ羽根段のうちの二段とが図示さ
れ、また各羽根段に含まれる多くの羽根のうちの各５個
が図示される。各羽根ｉｓ、ｉｂは、気体輸送方向Ｂお
よびロータ羽根進行方向Ｃに対してＯｉ＋するように指
向される。詳しく言えば、ロータ羽根１５は、その気体
輸送方向Ｂと反対方向の縁すなわち吸気０．２／の側の
縁２ｔが、ロータ羽根進行方向Ｃに２いて、気体輸送方
向Ｂの緑すなわち排気口ココの側の縁コＳよりも先行す
るように指向され、また、ステータ羽根／６は、気体輸
送方向ＢＯ１ｆｔ、すなわち排気０．２二の側の縁２乙
が、ロータ羽根進行方向Ｃについて、気体輸送方向Ｂと
反対方向の縁すなわち吸気口２１の側の縁２７よりも先
行するように指向される。

このような羽根１５ｔ　／　Ａの配置によれば、ロータ
１３を例えば毎分２０，００θ〜６０，０θ０回転させ
たときに、特に分子流領域において、ロータ羽根１５お
よびステータ羽根／６の表面に衝突する気体分子が、衝
突の際に、主として吸気０．２／の側から排気口ココの
側へ向うような運動量を受け、これによって、全体とし
てＢで示したような方向に、気体が圧縮されながら輸送
される。

これによって、吸気０．２／の側は、排気口２．２の側
よりも低圧すなわち高真空に維持される。

上述したターボ分子ポンプは、ロータ羽根１５およびス
テータ羽根１６の共同作用によって、Ｂ方向に気体を圧
縮しながら輸送するという効果を有するけれども、その
従来のものでは、これら羽根の共同作用を受けない間隙
ｉｇおよびコ０において、その排気口＝コの側が吸気口
＝ｌの側より高圧であるため、気体が、第、２．２図に
矢印りおよびＥで示されるように、排気０．２コの側か
ら吸気口Ｕ／の側へすなわちＢ方向と逆の方向へ移動す
る。このような間隙ｉｇおよび２０における気体の逆流
り、Ｅ）ｊ、これら間隙がかなシせまくても、ターボ分
子ポンプにおけるＢ方向の気体圧縮作用を著しく阻害す
る。例えば、ロータの直径が０．７ｍで羽根がｉｇ段（
ロータ羽根９段、ステータ小板ワ段）のターボ分子ポン
プについて、モンテカルロシミュレーションによって求
めたところによれば、水素分子の場会に、間隙ｉｇおよ
び、２０が０．７３ｗｘのときの圧縮比は、間隙かゼロ
とした理想的ターボ分子ポンプについて求めた圧縮比の
約６０チにしかならない。

（発明が解決しようとする問題点） よって、この発明は、ロータ羽根の先端とステータ内面
の間およびステータ羽根の先端とロータ外面の間または
そのいずれかの間隙において、ターボ分子ポンプによっ
て達成しようとする気体輸送方向と逆の方向の気体の８
動が生じ、これによってターボ分子ポンプの気体圧縮作
用が阻害される、という従来のターボ分子ポンプの欠点
を除去することを課題とする。

（問題点を解決するための手段） この課題の解決のため、この発明によるターボ分子ポン
プは、ロータの回転ｑ線を辿る平面への投影において、
いずれかのロータ羽４７．！段にへするすべてのロータ
羽根またはいずれかのステータ羽根段に属するすべての
ステータ羽根の先端が、この先端に対向するステータま
たはロータの面に向って突出する突出部分と、この突出
部分より後送する後退部分とを有し、かつｍＪ記面が、
前記先端の前記後退怜・分に向って突出する突出部分と
、この突出す分より後退する後退部分とを有すること、
を特徴とする。

（作用） この発明によるターボ分子ポンプの上述のような構成に
よれば、ロータ羽根またはステータ羽根の先端と、この
先端に対向するステータまたはロータの面（ステータ内
面またはロータ外面）との間に、ロータの回転を芒また
けない程度に大きな間隙が存するとしても、分子流の領
域において、この間隙へ向って吸気口の側または排気口
の側から進行する気体分子は、主として、前記先端の突
出部分または前記面の突出部分に衝突して跳ね返され、
従って、前記間隙においては、吸気口の側と排気口の側
との間の気体分子の移動が完全に阻止され、または著し
く低減できる。よって、この発明によれば、前述したよ
うな従来のターボ分子ポンプの欠点が解消またはｇｆ、
減できる。

（実施例） この発明によるターボ分子ポンプは、ロータ羽根および
ステータ羽根の先端と、この先端にズ・ｊ向するステー
タおよびロータの面との構造を除いて、笛コ１図から第
２３図に図示しかつこれら図面を参照して前述したよう
な一般的Ｍ造を有する。

諒コー図に対応する第１図、およびこれの−福を拡大し
て示す第２図と第３図ＶＣ図示されるように、ロータ１
３０回転軸線Ａ（１２１図に図示）を通る平面への投影
において、ロータ羽枦１５の先端ｌりは、コつの突出部
分、２ｇおよび２９と、これら突出部分の曲の後退部分
３ｏとを有し、先端１７に間隙１ｇをはさんで対向する
ステータ内面ＩＯは、突出部分３／と、これの両仙の後
５に部分３コおよび３３とを有する。突出部１公二ｇお
よびコタは、後退部分３０からステータ内面１０に向っ
て角形に突出し、後退部分３０は、両突出部タコｇ、＝
７から角形に後退する。ステータ内面ｌθの突出部分３
ノは、先端／りの後退部分３０に向って、両後退部分、
３２　、、？３から角形に突出し、従って両後退部分、
７．２、．７．７は突出部分３１から後退する。かくし
て、先端１７とステータ内面ＩＯとの間には、屈曲した
間隙ｉｇが形成されるが、この間隙ｉｇの、第２図にＦ
、Ｇ、Ｈで示されるような幅は、ロータ１３が回転駆動
するときに先端／りとステータ内面ＩＯとが接触するお
それのないようにかなシ大きく、例えば０．７３　ｒｔ
ｒｍに決定される。さらに、先端１７の突出部分２ｇ。

ユタとステータ内面１０の突出部く分３１とは、巣−図
にＪで示されるように、回転■４Ａの方向Ｘに見てこれ
らが若干重なシ合うように定められる。

上述したような形成によれば、間隙ｉｇＯ幅Ｆ、Ｇ、Ｈ
は、ロータ１３の高速回転を何ら妨害しないような大き
な値に維持されるけれども、吸気ロコ／の側または排気
０．２２の側から間隙ｉｇへ向って進行する気体分子は
、突出部タコｇ。

、２９　、Ｊ／のいずれかに衝突して跳ね返されるから
、実質上、間隙ｉｇを通過できない。

全く同様に、ロータ／、３の回転軸紛Ａ（少５．２１図
に図示）を通る平面への投影において、ステータ羽根１
６の先端１９は、２つの突出部分３ダおよび３Ｓと、こ
れら突出部分の間の恢ｉ’ｉ　ｇｔｓ分３乙とを有し、
先端ｌ？に間隙＝０をはざんで対向するロータ外面ｌコ
は、突出部分３りと、これのｐ・１側の後退部分３ｇお
よび３９とを有する。突出部分３ダおよび３５は、後退
部分３６からロータンを面１２に向って角形に突出し、
後退部分３６は、両突出部分３’ｌ、３Ｂから角形に後
退する。ロータ外面１２の突出部分３７は、先端ｉｑの
後退部分３６に向って両後退部分３ｇ　、Ｊ９からシ１
ノヒに突出し、従って両稜退部分３ｇ　、　３ｑは突出
部分３７から後退する。かくして形成される屈曲した間
隙−〇の幅に関する条件は、間１７／ざの場合と同様で
あり、突出部分３ダ、、３Ｓ、、３りのルなり合い状態
は、突出部タコｇ、コヲ、３／に就いて前述したのと同
様である。

この構成によれば、間隙ｉｇについてＡｉｌ述したと全
く１ｂ１様に、気体分子は、実質上、間隙、２０を通過
できない。

上述したような、間隙ｉｇにおけるロータ羽根先端１７
とこれに対向するステータ内面ｉｏとの構成、および間
隙、２０におけるステータ羽根先端ｌ？とこれに対向す
るロータ外面／２との構成は、種根に′に型できるが、
間隙１ｇにおける構成は、明らかに、そのま１で間隙二
〇における構成に適用できるので、以下においては、間
Ｈｉｔにおける構成の変型についてだけ説明する。

第を図に図示される変型は、ロータの回転軸線の方向Ｋ
に見て、突出部分−ｇ、コブと突出部分３１が重なり合
うことなく、これらの間にギャップＬが存する、という
点を除けば、第２図に示したものと全く同様である。こ
の変型では、間隙ｉｇへ向って進行する気体分子の大半
は、突出部分λｇ、、２９．Ｊ／に衝突して跳ね返され
るけれども、若干の気体分子はギャップＬを通過する。

しかしながら、Ｌの値を小さくすれば、間隙７ｇにおけ
る気体分子の通過が十分に低減できる。

躯５図の変型では、ロータ羽根／Ｓの売文ｔ／りが、１
つの突出部分弘Ｏと１つの後退２４４ｔダとを有し、ス
テータ内面ＩＯは、前記後退部１分ｑ／に向って突出す
る突出部分ｌＩコを俯える。

第６図に図示の変型においては、ロータ羽根ｉｓの先部
１１りが山形の突出り分を有し、この山形の頂点の区域
が突出部分１１．？を構成し、山形の裾の区域が後退部
分弘ｑを構成する。ステータ内面ｉｏは、ロータ羽根１
５の突出色分ダ３に対向する箇所で角溝形に後退して後
退部分ｑ５を枯成し、後退部分ダ５の両側には、前記先
端／りの後退部分４ｔダに向って突出する突出部分ｌＩ
６が形成される。

第７図の変型では、ロータ羽根１５の先端１７が逆山形
の後退部分を有して、その中央区域が後退部分ダ７、こ
れの両側の区域が突出引分ダｇとなる。ステータ内面ｉ
ｏは山形の突出部分を鳴し、その頂点の区域が突出部分
グデになシ、これの両側の区域が後退部分５０になる。

第５図に図示された変型は、誕６図の変型の山形および
角溝形ｔ５曲線状で突出させた形状および曲線状に凹下
させた形状に変えたものに相当する。ロータ羽根ｉｓの
先端１７は、突出部分ｓｌおよび後退部分ｓ２を有し、
ステータ内面１０は、突出部分Ｓ３および後退部分Ｓａ
を有する。

第７図はきらに別の変型を示す、ロータ羽根１５の先端
／りの突出部分および後退部分は、５５およびＳ６でそ
れぞれ示され、ステータ内面ｉｏの突出部分および後退
部分は、５７および５ｇでそれぞれ示される。

ｈｉｏ図から第１６図は、ロータを製造する方法の例を
略示する。この場合には、第７０図および第１１図に図
示されるような円筒素材ｓ９が使用される。＃初に、こ
の円筒素材ｓ９が、ロータ羽根にすべき環状板部分６ｏ
を残して、ロータ外面ノーまで切削される（ｊｆｆ／−
図および第１３図）。次に、ｆＪ＝ｉｐ図および第１５
図に示されるように、各環状板部分乙０に、ロータ外面
／、２の位置まで達する半径方向の切を目６／が入れら
れて、ロータ外面／コから突出する多くの板断片６−が
形成される。最後に各板断片６．２が、第７６図に破線
で図示される位置から実線図示の位置１でノシじられて
、各ロータ羽根／Ｓに＃成される。

この発明に従って、突出部分およＯ−後退部分からなる
起伏をロータ羽根１５の先端に翁するロータを製造する
場合には、最初に円筒状素材５９の周面６３に、軸約方
向延長の起伏６４（か加工される（第７７図および第７
ｇ図）。第１７図において、第１！図に図示されるロー
タ外面１２およ０切れ目６１の予定位置は破線で示され
る。その陵に算／、２図から巣１６図に示される加工が
なされると、起伏６ダがロータ羽根１５の先端に残る。

突出部分および後退部分からなる起伏をロータ外面／コ
に設ける場合には、この起伏は１２１２図から第７６図
のうちの任意の段階で達成できる。

この発明に従ってステータ羽根１６の先端とステータ内
面ｉｏとに、突出部分および後退名：へ分からなる起伏
を備えたステータ／／（ｋ／デ図参照）は、半割シ羽根
組立体６ｓと半割シスペーサ６６とから実質上構成され
ることが望ましい。半３リシ羽根組立体６Ｓは、第２０
図に図示されるように、半円環板６７から多くのステー
タ羽根ｌＸ（第２０図には３個だけを図示）を半径方向
内向きに突出させたものからなシ、半割シスば一す６６
は半円環形状に構成される。ステータ／ｌを組立てる際
には、二個の半割り羽根組立体乙Ｓが、コつのロータ羽
根／Ｓの間でロータ外面１３を共同して環状に包囲する
ように配置され、この−個の半割シ羽根組立体６Ｓの上
に、二個の半割シスは一す６６が、ロータ羽根１５を環
状に包囲するように配置される。この二個の半割ルスば
一す６６の上には、別の二個の半割シ羽根組立体６Ｓが
前述したと同様の方式で配置され、以下このようにして
多段のステータ羽根／６を備えたステータｌｌが構成さ
れる。

（発明の効果） この発明によるターボ分子ポンプによると、例えば第２
図および第３図参照、ロータ羽根１５の先端ｌりが突出
部分２ｇ、２？と後退部分３０を有し、かつこれに対向
するステータ内面ｉｏが突出部分３１と後退部分、３２
．．７３を有し、或いは、ステータ羽根ｌ乙の先端ｌワ
とこれにヌ・Ｊ向するロータ外面／、２が同様にｈ’＋
成されているので、ロータ羽根１５の先端１７とステー
タ内面１０との［）ｊｌの間隙ｉｇの幅Ｆ　、　Ｇ　、
　Ｈ，或いはステータ羽根１６の先端／９とロータ外向
ｌ−との間のｆｕ＋隙２０の幅か、ロータの回転音妨害
しない程度に大きくても、特に分子流領域において、１
↑ｒＨｙｚｉｇｉたは２０へ向って進行する気体分子は
、いずれかの突出部分に衝突して跳ね返され、よってこ
の間隙を通るような気体分子の移動が実心上阻止される
。よってこの発明によれば、上記間隙における気体輸送
方向と逆の方向の気体の移動が実際上押さえられ、この
ような気体の移動が存していた従来のターボ分子ポンプ
と比べて、気体圧４！？、作用が十分に改善されたター
ボ分子ポンプか提供される。

例えば、ロータの直径が０．１ｍで羽根かコダ段（ロー
タ羽根７２段、ステータ羽根７２段）、間隙ｉｇおよび
λ０が０．７５　ｒａｍの従来のターボ分子ポンプで、
水素分子の場合にその圧に比か理想的ターボ分子ポンプ
の約り０％になったのと比べて見ると、ロータ羽根／Ｓ
の先端ｌり、ステータ内面１０、ステータ羽根１６の先
端ｌりおよびロータ外面／、２をこの発明に従って第２
図および第３図のように構成し、重なシ合いＪをＯ０ｌ
露にした場合に、モンテカルロシミュレーションによれ
ば、水素分子に対して圧縮比が理想的ターボ分子ポンプ
の約？９％まで向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に従って構成されたターボ分子ポン
プの実施例の、ロータ羽根およびこれに対向するステー
タ内面と、ステータ羽根およびこれに対向するロータ外
面とを表わす、ロータ牝、線を通る平面への投影図であ
る。第２図は、ロータ羽根の先端とこれに対向するステ
ータ内面とを表わす、ａＩｉ１図の一部を拡大した投影
図である。第３図は、ステータ羽根の先、端とこれに対
向するロータ外面とを表わす、ｚｉ図の一部を拡大した
投影図である。第９図、第Ｓ図、第６図、第７図、第３
図および第を図は、第１図から第３図に特に第２図に図
示した実施例の、各種変型をそれぞれ表わす、第一図と
１１ｆＪ様の投影図である。用７０図および第１／図は
、ターボ分子ポンプのロータを製造するための円筒素材
を示す、平面図および正面図である。第１２図および第
１３図は、化７０図と誹／／図に図示の円筒素材からロ
ータを製造する第１段階を示す、ＶｌＪ図のＸｎ　−Ｘ
ｌｌ糾に沿う断面図、および正面図である。ＩｇｔＱ図
および親ｌＳ図は、ロータ製造の第λ段階を示す、２！
、１３図のｘ■−ｘｙ線に沿う断面図、および正電；し
′・でちる、、瞥１６図はロータｌ！造の最゛終段階を
表わす８１）分図解図であるａ第１り図および第ｉｇ図
は、この発明によるターボ分子ポンプのロータを製造す
る際の第１段階を示す、部分平面図および留分正面図で
ある。、第７９図は、この発明によるターボ分子ポンプ
の部分断面図である。第一０図は、この発明によるター
ボ分子ポンプに包含場れる半割システータ羽根組立体の
　　９省略Ｌ　ｆｃ平而面である。第２１図は、ターボ
分子ポンプの一般的！ｊａｒ成の例を図解的に示す垂直
断面図である。？１―図は、従来のターボ分子ポンプの
構成を示す、銅１図に対応する図である。第２３図は、
ターボ分子ポンプのロータ羽根およびステータ羽根の配
列を略示する図である。 図面において、ＩＯはステータの面、ｌ／はステータ、
／、２けロータの面、１３はロータ、１５はロータ羽根
、１６はステータ羽根、１７はロータ羽根の先端、／デ
はステータ羽根の先端、２ｇ、２９，１１０，１１．３
．ダｇ　、ｓｉおよびＳコはロータ羽枦の先端の突出部
分、３０ｗダｌ。 ダ’１，１１７．５２およびＳ６はロータ羽根の先端の
後退部分１．３／　、ｌＩ４　、ｌＩワ、３３および５
７はステータの面の突出部分、３．１，３３．Ｉｔｓ。 ＳＯ，ＳダおよびＳｇはステータの面の後退部分、３ダ
および３５はステータ羽根の先端の突出部分、３６はス
テータ羽根の先端の後退部分、３７はロータの面の突出
部分、３ｇおよび３夕はロータの面の後退部分、Ａはロ
ータの回転軸線を示す。 口１ ≧１ 附＋Ｆ） 一一一一 栄 亮３図 第８図　　　　　　　第９図 亮２２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロータの回転軸線を通る平面への投影において、いずれ
   かのロータ羽根段に属するすべてのロータ羽根またはい
   ずれかのステータ羽根段に属するすべてのステータ羽根
   の先端が、この先端に対向するステータまたはロータの
   面に向って突出する突出部分と、この突出部分より後退
   する後退部分とを有し、かつ前記面が、前記先端の前記
   後退部分に向って突出する突出部分と、この突出部分よ
   り後退する後退部分とを有すること、を特徴とするター
   ボ分子ポンプ。