JP2001032790A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タービン翼群とモレキュラードラッグポンプ
からなるターボ分子ポンプにおいては、多量のガス排気
を行うとガスと回転翼との間で摩擦、圧縮による熱が発
生し、回転翼が高温化してターボ分子ポンプ機構が破壊
される。本発明はこのような問題を解決するターボ分子
ポンプを提供する。 【解決手段】 吸気口３側に配置された複数段からなる
タービン翼群と、吸気口３側と排気口４側の中間部位に
配置されたモレキュラードラッグポンプを有するターボ
分子ポンプにおいて、モレキュラードラッグポンプより
さらに排気口４の側に回転翼２ｂと固定翼１ｂからなる
少なくとも１段以上のタービン翼ｔを設ける。この排気
口４の側のタービン翼ｔによって、排気を補助するとと
もに、このタービン翼ｔの固定翼１ｂを介してガスの熱
がケーシング１側に伝達され、回転翼２Ｂ、２ｂの昇温
化を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転駆動源にて回
転される回転翼と、この回転翼に対向してケーシングに
固定設置された固定翼との組み合わせからなるタービン
翼を備え、前記ケーシングの吸気口側より排気口側へ排
気を行うターボ分子ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】ターボ分子ポンプは、回転翼と固定翼と
の組み合わせからなるタービン翼の作動により排気を行
うもので、従来におけるターボ分子ポンプの構成は図２
に示すとおりである。このポンプ本体ＴＭは、たとえば
アルミニウム合金製のベース１０とケーシング１を主体
として構成されている。ケーシング１の中央内方には、
電動機Ｍにて回転駆動される回転軸５と一体の回転体２
が配設されるとともに、この回転体２の外周には回転翼
２Ｂが突設されている。他方、ケーシング１の内周に
は、積層形にリング状のスペーサ１Ｓが設けられ、この
各スペーサ１Ｓ間に保持され、内方に突設された固定翼
１Ｂが設けられている。この回転翼２Ｂと固定翼１Ｂと
の組み合わせにより、タービン翼Ｔが構成される。そし
て、このタービン翼の作動、すなわち回転翼２Ｂの高速
回転によって吸気口３から吸入したガス分子をこのター
ビン翼Ｔによって叩き飛ばし、排気口４に向かって圧縮
排気するのである。さらに、この回転体２の排気口４の
側の端部には、回転筒部２Ｄが延設されていて、この回
転円筒部２Ｄがケーシング１に固設された固定円筒部１
Ｄの内周面に近接対応している。さらに、この固定円筒
部１Ｄには、２点鎖線で示すように、内周面に螺旋溝１
Ｍが刻設されている。そして、この螺旋溝１Ｍと回転円
筒部２Ｄとの協働により、粘性流による排気機能が行わ
れるモレキュラードラッグポンプが構成されている。こ
のように、タービン翼群とモレキュラードラッグポンプ
とを結合させたターボ分子ポンプをハイブリッド形ター
ボ分子ポンプと称している。なお、回転体２も高速回転
に耐えるために、アルミニウム合金などの金属材料で製
作されている。また、図示例の場合、回転体２と一体の
回転軸５は、上下一対のラジアル磁気軸受６および図示
されていないスラスト磁気軸受によって、非接触式に支
持されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】排気機能を発生する部
分は、回転翼２Ｂと固定翼１Ｂとの組み合わせによりな
るタービン翼を複数段設けたタービン翼群を有する単純
なるターボ分子ポンプであるが、このようなポンプは排
気速度が小さいために多量の排気ガスを排気する場合に
は不適である。そのために図２に示すように、吸気口側
にタービン翼群を配置し、排気口側にはモレキュラード
ラッグポンプを備えた構成とし、小量の排気はタービン
翼群（純然たるターボ分子ポンプ機構）にて行い、多量
の排気をこのモレキュラードラッグポンプにて行わせる
ようにしているのである。しかしながら、このような構
成のターボ分子ポンプにおいては、多量に排気は行い得
るものの、分子摩擦による熱の発生が大きく、その割に
この発生熱を放出しにくいという問題を有している。具
体的には、ガスと回転翼との摩擦や圧縮により熱が多量
に発生し、この摩擦熱や圧縮熱が回転翼２Ｂに蓄積さ
れ、回転翼２Ｂの温度が上昇する。この回転翼２Ｂの昇
温は、熱膨張による翼径の拡張等翼の変形を招き、ター
ビン翼の破損をきたすことになる。したがって、このよ
うな破損を生じない許容温度があり、排気できる容量の
限界を設定する必要があった。本発明はこのような課題
を解決するターボ分子ポンプを提供せんとするものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明が提供するターボ
分子ポンプは上記課題を解決するために、モレキュラー
ドラッグポンプより排気口側に少なくとも１段以上のタ
ービン翼を設けたものである。この排気口側のタービン
翼の設置によって排気機能を補強するとともに、この排
気口側タービン翼によるガス圧縮によって内方の熱がこ
のタービン翼の固定翼を介し、ケーシング等へ放熱され
るようにしたものである。したがって、回転体２全体の
温度が引き下げられることになる。さらに本発明は、モ
レキュラードラッグポンプより排気口側に設けたタービ
ン翼の固定翼を積極的に冷却する手段を設けたものであ
る。この冷却手段の設置によって、排気口側タービン翼
の熱は固定翼を介して、より降下されることになる。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施例を示す
図１にしたがって説明する。図１は図２と同様、本発明
によるターボ分子ポンプの縦断面を示す図である。図１
に示すターボ分子ポンプもハイブリッド形のターボ分子
ポンプであるが、後述するようにモレキュラードラッグ
ポンプの構成が図２と異なっている。なお、この図１に
おいて図２と同一の符号が付与された部品、機構は図１
の部品、機構と同一であり、その作動、機能等の詳細は
省略する。

【０００６】図１において、回転軸５と一体の回転体２
もアルミニウム合金材料で製作されている。この回転体
２の上方、すなわち吸気口３の側には回転翼２Ｂが複数
段配置され、さらにその下方に回転円筒部２Ｄが形成さ
れているが、この回転円筒部２Ｄに螺旋溝２Ｍが刻設さ
れている。そしてこの回転円筒部２Ｄが外方の固定筒に
近接対応しモレキュラードラッグポンプを構成してい
る。この点が図２に示すモレキュラードラッグポンプの
構成と異なっているが機能は変わらない。

【０００７】ところで、この回転体２のさらに下方、す
なわち排気口４側には、回転円筒部２Ｄを小径にした小
径回転円筒部２ｄが形成されている。そして、この小径
回転円筒部２ｄにもケーシング１に向けて回転翼２ｂが
設けられている。図示例では３段の回転翼２ｂが配設さ
れ、他方ケーシング１側からは、この各回転翼２ｂ間に
挿入される形で固定翼１ｂが配設されている。この回転
翼２ｂと固定翼１ｂの組み合わせにより、タービン翼ｔ
が構成されているわけであるが、このタービン翼ｔがモ
レキュラードラッグポンプよりさらに排気口４側に配設
された点に本発明の基本的な特徴がある。図示例の場
合、このタービン翼ｔは３段配設され、タービン翼群を
形成している。なお、図１に示すとおり、このタービン
翼ｔにおける各固定翼１ｂは、ケーシング１内におい
て、各スペーサ１Ｓにて挟持される形で保持されてい
る。回転軸５の軸受方式も図２と同様、磁気軸受方式と
なっている。

【０００８】本発明は以上のような構成であるから、モ
レキュラードラッグポンプ、すなわち回転円筒部２Ｄに
刻設された螺旋溝２Ｍと、それに対向する固定筒（大形
スペーサ１Ｌ）との組み合わせによって粘性流によるガ
ス排気が行われるが、このガス排気によって排気口４側
の内域は比較的高い圧力（約１０^１〜１０^３パスカル）
のガスで充満されることになる。このとき、タービン翼
ｔの作動によって、これらガスの排気口４側への排気が
行われるとともに、このガス熱は効率的にこのタービン
翼ｔの固定翼１ｂに伝達され、さらにスペーサ１Ｓを介
してケーシング１に放出されることになる。

【０００９】このようにして本発明によるターボ分子ポ
ンプでは、排気口４側のタービン翼ｔが排気の補助とそ
のガス熱の放出を行うので、圧縮されたガスの高温化が
防止される。さらに、本発明においては図１に示すとお
り、ポンプ本体ＴＭのベース１０の下方部には冷却パイ
プＰが巻回状態で付設され、保持枠９にて保持されてい
る。したがって、上記したとおりタービン翼ｔの固定翼
１ｂを介してケーシング１に放出された熱はベース１０
に伝達されるが、その熱は冷却パイプＰを流れる冷却水
に伝えられて外部に放出されることになる。したがっ
て、ケーシング１およびベース１０の高温化が防止さ
れ、ターボ分子ポンプにおける回転翼２Ｂの高温化も阻
止され、回転翼２Ｂの高温化による熱膨張、変形等の問
題も解消される。と同時にガスは冷却され、ガスの密度
は高くガスの熱がよりよく伝達されて、ポンプ本体ＴＭ
の昇温化が阻止されるのである。

【００１０】本発明が提供するターボ分子ポンプの特徴
は、以上詳述したとおりであるが、上記ならびに図示例
に示す実施例のみに限定されるものではなく、種々の変
形例を包含するものである。本発明においては、モレキ
ュラードラッグポンプより、さらに排気口４の側にター
ビン翼ｔを設置する点に特徴があるが、このタービン翼
ｔは最少１段のみでも機能するものであり、図示例のよ
うに３段設置することを必須条件とするものではない。
１段の場合、回転翼２ｂと固定翼１ｂを大形（幅広の
翼）として表面積（熱伝達面積）を大きくすると、より
放熱が効果的となり、本発明の目的を達成することがで
きる。

【００１１】また、図示例では回転体２を含む回転軸５
を磁気軸受方式にて支持する構成が示されているが、磁
気軸受６ではない通常の接触形軸受とすることもでき、
磁気軸受方式に限定されるものではない。さらに図示例
では、モレキュラードラッグポンプとしてねじポンプの
構成が回転円筒部２Ｄの側に螺旋溝２Ｍを刻設した例を
示しているが、固定側、すなわち図示例の大形スペーサ
側の内面に螺旋溝を刻設したモレキュラードラッグポン
プとすることも可能であり、図示例のモレキュラードラ
ッグポンプに限定されない。

【００１２】本発明が第２に提供するタービン翼として
の固定翼を冷却する手段について、図示例ではベース１
０の下方に冷却水が流動する冷却パイプＰを付着させた
実施例を示したが、ベース１０自体に冷却水の循環路
（巡回路）を形成し、冷却水を流動させるようにしても
よく、図示例に限定されない。ベースに循環路を形成
（加工）するのが困難な場合は、ベース１０を上下２分
割形とし、その分割面に循環路を形成させるか、冷却パ
イプを挟んで挟持させる形とすることもできる。また、
上記においてはポンプ本体ＴＭや回転体２、さらには回
転軸５をアルミニウム合金材料で製作する例を挙げた
が、この材料に限定されるものではない。本発明は、こ
れらすべての変形実施例を包含する。

【００１３】

【発明の効果】本発明が提供するターボ分子ポンプは以
上詳述したとおりであるから、タービン翼における回転
翼を効率よく冷却でき昇温化を阻止できるので、高温化
による熱膨張、変形が生ぜず、その材料の温度限度以下
に保持することができ、ガス流量の上限を増やすことが
できる。したがって、ターボ分子ポンプの運転条件を多
様化できるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるターボ分子ポンプの構成を示す図
である。

【図２】従来のターボ分子ポンプの構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１……ケーシング １Ｂ、１ｂ……固定翼 １Ｄ……固定円筒部 ２……回転体 ２Ｂ、２ｂ……回転翼 ２Ｄ……回転円筒部 ２ｄ……小径回転円筒部 ３……吸気口 ４……排気口 ５……回転軸 ６……磁気軸受 ７……底部ケース ８……電源接続部 ９……保持枠 １０……ベース ＴＭ……ポンプ本体 Ｍ……電動機 Ｔ、ｔ……タービン翼 １Ｓ、１Ｌ……スペーサ １Ｍ、２Ｍ……螺旋溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動源にて回転される回転翼と、こ
   の回転翼に対向してケーシングに固定設置された固定翼
   との組み合わせからなるタービン翼を備え、前記ケーシ
   ングの吸気口側より排気口側へ排気を行うターボ分子ポ
   ンプにおいて、前記吸気口側に配置された複数段からな
   るタービン翼群と、吸気口側と排気口側の中間部位に配
   置されたモレキュラードラッグポンプと、このモレキュ
   ラードラッグポンプより排気口側に配置され、かつ少な
   くとも１段以上のタービン翼とを備えたことを特徴とす
   るターボ分子ポンプ。
2. 【請求項２】 回転駆動源にて回転される回転翼と、こ
   の回転翼に対向してケーシングに固定設置された固定翼
   との組み合わせからなるタービン翼を備え、前記ケーシ
   ングの吸気口側より排気口側へ排気を行うターボ分子ポ
   ンプにおいて、前記吸気口側に配置された複数段からな
   るタービン翼群と、吸気口側と排気口側の中間部位に配
   置されたモレキュラードラッグポンプと、このモレキュ
   ラードラッグポンプより排気口側に配置されたタービン
   翼と、このタービン翼における固定翼を冷却する冷却手
   段とを備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。