JP2022074413A

JP2022074413A - 真空ポンプ

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Publication number: JP2022074413A
Application number: JP2020184422A
Authority: JP
Inventors: 春樹鈴木; Haruki Suzuki
Original assignee: Edwards Japan Ltd
Current assignee: Edwards Japan Ltd
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2022-05-18
Also published as: CN116420028A; KR20230096983A; WO2022097577A1; IL302237A; US20230417250A1; EP4242464A1

Abstract

【課題】排気性能に優れた真空ポンプを提供する。【解決手段】回転円板２２０ａ～２２０ｃと固定円板２１９ａ、２１９ｂの少なくともどちらか一方に、シグバーン渦巻き状溝部２６２が設けられたシグバーン型排気機構部２０１と、回転体１０３における円筒部１０２ｄとネジ付スペーサ１３１の少なくともどちらか一方に、ネジ溝１３１ａが設けられたホルベック型排気機構部３０１と、を備え、ホルベック型排気機構部３０１は、シグバーン型排気機構部２０１の下流側に配置される真空ポンプにおいて、ホルベック型排気機構部３０１の流路深さは、所定深さＨ２で連続的に一定となっており、かつ、シグバーン型排気機構部２０１は、所定の位置から所定深さＨ２で連続的に一定となる領域を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、例えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプに関する。

一般に、真空ポンプの一種としてターボ分子ポンプが知られている。このターボ分子ポンプにおいては、ポンプ本体内のモータへの通電により回転翼を回転させ、ポンプ本体に吸い込んだガス（プロセスガス）の気体分子を弾き飛ばすことによりガスを排気するようになっている。

また、このようなターボ分子ポンプには、シグバーン（「シーグバーン」ともいう）型のもの（特許文献１～３）がある。このシグバーン型分子ポンプにおいては、回転円板と固定円板の間の隙間に、山部により仕切られた渦巻き状溝流路が複数形成されている。そして、シグバーン型分子ポンプは、渦巻き状溝流路内に拡散した気体分子に対し、回転円板により接線方向の運動量を与え、渦巻き状溝流路により排気方向へ向けて優位な方向性を与えて排気を行うようになっている。

さらに、ターボ分子ポンプには、ねじ溝式のもの（特許文献４）などもある。このねじ溝式のターボ分子ポンプにおいては、ねじ溝スペーサ（７０）とロータ円筒部（１０）が所定のクリアランスを隔てて対向し、ねじ溝が、ガスを輸送する流路となっている。

特許第６２２８８３９号公報特許第６３５３１９５号公報特許第６６１６５６０号公報特開２０１３－２１７２２６号公報

ところで、上述の各種のターボ分子ポンプのような真空ポンプにおいては、さまざまな工夫により、排気性能の向上が図られている。そして、この排気性能に係る指標としては、主に、「排気速度」、「圧縮性能」、及び、「背圧特性」がある。これらのうち「排気速度」は、純粋な単位時間当たりの排出可能なガス流量を表す指標である。また、「圧縮性能」は、ガスをどれだけ圧縮できるかの指標であり、排気されるガスが圧縮性流体の場合に関係するものである。

また、「背圧特性」は、真空排気系においてターボ分子ポンプよりも下流側に配置される補助ポンプ（バックポンプ）の影響度合いを表す指標である。この「背圧特性」により、排気性能を維持できる限界背圧が定まることになる。

さらに、発明者の知見では、「背圧特性」に関し、排気性能を維持できる限界背圧は、ガス流路体積（ガス流路容積）にも関係するが、主には、流路長の影響を大きく受ける。このため、発明者は、「背圧特性」を向上させたい場合には、排気されるガスの流路長を長くすることが有用であるとの結論に至った。

本発明の目的とするところは、排気性能に優れた真空ポンプを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために本発明は、回転円板と固定円板の少なくともどちらか一方に、渦巻き状溝が設けられたシグバーン排気機構と、
回転円筒と固定円筒の少なくともどちらか一方に、らせん状溝が設けられたホルベック排気機構と、
を備え、
前記ホルベック排気機構は、前記シグバーン排気機構の下流側に配置される真空ポンプにおいて、
前記ホルベック排気機構の流路深さは、所定深さで連続的に一定となっており、かつ、前記シグバーン排気機構は、所定の位置から前記所定深さで連続的に一定となる領域を有することを特徴とする真空ポンプにある。
（２）また、上記目的を達成するために他の本発明は、前記シグバーン排気機構を複数段備え、
複数の前記シグバーン排気機構のうち、少なくとも前記ホルベック排気機構と接続された最下段の前記シグバーン排気機構の流路深さは、前記所定深さで連続的に一定となっていることを特徴とする（１）に記載の真空ポンプにある。
（３）また、上記目的を達成するために他の本発明は、前記シグバーン排気機構の上流側に、
翼列を有する回転翼と、前記回転翼と軸方向に所定の間隔を持って配置される固定翼と
を備えたことを特徴とする（１）又は（２）に記載の真空ポンプにある。

上記発明によれば、排気性能に優れた真空ポンプを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るターボ分子ポンプの構成を模式的に示す説明図である。アンプ回路の回路図である。電流指令値が検出値より大きい場合の制御を示すタイムチャートである。電流指令値が検出値より小さい場合の制御を示すタイムチャートである。図１のターボ分子ポンプを、要部の具体構成と概略的なガスの流れとを示す説明図である。（ａ）は図５中に二点鎖線の枠Ｌで囲った部分を拡大して示す縦断面図、（ｂ）は下流側の固定円板における上流側の板面を概略的に示す説明図である。図５中に二点鎖線の枠Ｌで囲った部分におけるガスの流れを模式的に示す説明図である。（ａ）は本発明の一実施形態に係るターボ分子ポンプに在るガス種であるガスＡを流した場合の背圧特性を示すグラフ、（ｂ）は他のガス種であるガスＢを流した場合の背圧特性を示すグラフである。ホルベック排気流路の実験モデルに係る入口深さとガスの圧力との関係を示すグラフである。溝排気機構部をモデル化して示す説明図である。（ａ）は図１０のモデルにおける流路位置と流路深さとの関係を概略的に示すグラフ、（ｂ）は同じく図１０のモデルにおける流路位置と圧力との関係を示すグラフである。（ａ）は平行平板間のクエット－ポアズイユの流れに係る一般的なモデルを示す説明図、（ｂ）は逆流域が発生することを示すグラフである。（ａ）は従来構造における或るガス種に係る背圧特性を示すグラフ、（ｂ）は同じく従来構造における他のガス種に係る背圧特性を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る真空ポンプについて、図面に基づき説明する。図１は、本発明の実施形態に係る真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ１００を示している。このターボ分子ポンプ１００は、例えば、半導体製造装置等のような対象機器の真空チャンバ（図示略）に接続されるようになっている。

このターボ分子ポンプ１００の縦断面図を図１に示す。なお、図１では、図面が煩雑になるのを防ぐため、ターボ分子ポンプ１００の内部構造を模式的に示している。特に、本実施形態のターボ分子ポンプ１００は、排気機構部における溝排気機構部に、主だった特徴的な構成が多く備えられている。このため、図１では、溝排気機構部の図示を簡略化し、ターボ分子ポンプ１００における吸気から排気までの基本的な構成を示している。そして、溝排気機構部の具体的な構造や働きについては図５以降に示し、溝排気機構部の詳細な説明は、ターボ分子ポンプ１００に係る全体説明の後に行っている。

図１において、ターボ分子ポンプ１００は、円筒状の外筒１２７の上端に吸気口１０１が形成されている。そして、外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードである複数の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）を周部に放射状かつ多段に形成した回転体１０３が備えられている。この回転体１０３の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、例えば５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。

上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石がＸ軸とＹ軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石１０４の近接に、かつ上側径方向電磁石１０４のそれぞれに対応されて４個の上側径方向センサ１０７が備えられている。上側径方向センサ１０７は、例えば伝導巻線を有するインダクタンスセンサや渦電流センサなどが用いられ、ロータ軸１１３の位置に応じて変化するこの伝導巻線のインダクタンスの変化に基づいてロータ軸１１３の位置を検出する。この上側径方向センサ１０７はロータ軸１１３、すなわちそれに固定された回転体１０３の径方向変位を検出し、制御装置２００に送るように構成されている。

この制御装置２００においては、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、上側径方向センサ１０７によって検出された位置信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４の励磁制御指令信号を生成し、図２に示すアンプ回路１５０（後述する）が、この励磁制御指令信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４を励磁制御することで、ロータ軸１１３の上側の径方向位置が調整される。

そして、このロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄、ステンレスなど）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。また、下側径方向電磁石１０５及び下側径方向センサ１０８が、上側径方向電磁石１０４及び上側径方向センサ１０７と同様に配置され、ロータ軸１１３の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。

さらに、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディスク１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ１０９が備えられ、その軸方向位置信号が制御装置２００に送られるように構成されている。

そして、制御装置２００において、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、軸方向センサ１０９によって検出された軸方向位置信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂのそれぞれの励磁制御指令信号を生成し、アンプ回路１５０が、これらの励磁制御指令信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂをそれぞれ励磁制御することで、軸方向電磁石１０６Ａが磁力により金属ディスク１１１を上方に吸引し、軸方向電磁石１０６Ｂが金属ディスク１１１を下方に吸引し、ロータ軸１１３の軸方向位置が調整される。

このように、制御装置２００は、この軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。なお、これら上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０については、後述する。

一方、モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、制御装置２００によって制御されている。また、モータ１２１には図示しない例えばホール素子、レゾルバ、エンコーダなどの回転速度センサが組み込まれており、この回転速度センサの検出信号によりロータ軸１１３の回転速度が検出されるようになっている。

さらに、例えば下側径方向センサ１０８近傍に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸１１３の回転の位相を検出するようになっている。制御装置２００では、この位相センサと回転速度センサの検出信号を共に用いて磁極の位置を検出するようになっている。

回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）とわずかの空隙（所定の間隔）を隔てて複数枚の固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）が配設されている。回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。

また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の段と互い違いに配設されている。そして、固定翼１２３の外周端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５（１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・）の間に嵌挿された状態で支持されている。

固定翼スペーサ１２５はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。固定翼スペーサ１２５の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒１２７が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設されている。ベース部１２９には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。チャンバ（真空チャンバ）側から吸気口１０１に入ってベース部１２９に移送されてきた排気ガスは、排気口１３３へと送られる。

さらに、ターボ分子ポンプ１００の用途によって、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間には、ネジ付スペーサ１３１が配設される。ネジ付スペーサ１３１は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。ネジ溝１３１ａの螺旋の方向は、回転体１０３の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口１３３の方へ移送される方向である。回転体１０３の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）に続く（より具体的には、後述するシグバーン型排気機構部２０１の回転円板２２０ａ～２２０ｃに続く）最下部には円筒部１０２ｄが垂下されている。この円筒部１０２ｄの外周面は、円筒状で、かつネジ付スペーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ付スペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。回転翼１０２および固定翼１２３によってネジ溝１３１ａに移送されてきた排気ガスは、ネジ溝１３１ａに案内されつつベース部１２９へと送られる。

ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ１００の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。ベース部１２９はターボ分子ポンプ１００を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。

かかる構成において、回転翼１０２がロータ軸１１３と共にモータ１２１により回転駆動されると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気口１０１を通じてチャンバから排気ガスが吸気される。吸気口１０１から吸気された排気ガスは、回転翼１０２と固定翼１２３の間を通り、ベース部１２９へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼１０２に接触する際に生ずる摩擦熱や、モータ１２１で発生した熱の伝導などにより、回転翼１０２の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子などによる伝導により固定翼１２３側に伝達される。

固定翼スペーサ１２５は、外周部で互いに接合しており、固定翼１２３が回転翼１０２から受け取った熱や排気ガスが固定翼１２３に接触する際に生ずる摩擦熱などを外部へと伝達する。

なお、上記では、ネジ付スペーサ１３１は回転体１０３の円筒部１０２ｄの外周に配設し、ネジ付スペーサ１３１の内周面にネジ溝１３１ａが刻設されているとして説明した。しかしながら、これとは逆に円筒部１０２ｄの外周面にネジ溝が刻設され、その周囲に円筒状の内周面を有するスペーサが配置される場合もある。

また、ターボ分子ポンプ１００の用途によっては、吸気口１０１から吸引されたガスが上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７、モータ１２１、下側径方向電磁石１０５、下側径方向センサ１０８、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂ、軸方向センサ１０９などで構成される電装部に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム１２２で覆われ、このステータコラム１２２内はパージガスにて所定圧に保たれる場合もある。

この場合には、ベース部１２９には図示しない配管が配設され、この配管を通じてパージガスが導入される。導入されたパージガスは、保護ベアリング１２０とロータ軸１１３間、モータ１２１のロータとステータ間、ステータコラム１２２と回転翼１０２の内周側円筒部の間の隙間を通じて排気口１３３へ送出される。

ここに、ターボ分子ポンプ１００は、機種の特定と、個々に調整された固有のパラメータ（例えば、機種に対応する諸特性）に基づいた制御を要する。この制御パラメータを格納するために、上記ターボ分子ポンプ１００は、その本体内に電子回路部１４１を備えている。電子回路部１４１は、ＥＥＰ－ＲＯＭ等の半導体メモリ及びそのアクセスのための半導体素子等の電子部品、それらの実装用の基板１４３等から構成される。この電子回路部１４１は、ターボ分子ポンプ１００の下部を構成するベース部１２９の例えば中央付近の図示しない回転速度センサの下部に収容され、気密性の底蓋１４５によって閉じられている。

ところで、半導体の製造工程では、チャンバに導入されるプロセスガスの中には、その圧力が所定値よりも高くなり、或いは、その温度が所定値よりも低くなると、固体となる性質を有するものがある。ターボ分子ポンプ１００内部では、排気ガスの圧力は、吸気口１０１で最も低く排気口１３３で最も高い。プロセスガスが吸気口１０１から排気口１３３へ移送される途中で、その圧力が所定値よりも高くなったり、その温度が所定値よりも低くなったりすると、プロセスガスは、固体状となり、ターボ分子ポンプ１００内部に付着して堆積する。

例えば、Ａｌエッチング装置にプロセスガスとしてＳｉＣｌ₄が使用された場合、低真空（７６０［ｔｏｒｒ］～１０^-2［ｔｏｒｒ］）かつ、低温（約２０［℃］）のとき、固体生成物（例えばＡｌＣｌ₃）が析出し、ターボ分子ポンプ１００内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。これにより、ターボ分子ポンプ１００内部にプロセスガスの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭め、ターボ分子ポンプ１００の性能を低下させる原因となる。そして、前述した生成物は、排気口１３３付近やネジ付スペーサ１３１付近の圧力が高い部分で凝固、付着し易い状況にあった。

そのため、この問題を解決するために、従来はベース部１２９等の外周に図示しないヒータや環状の水冷管１４９を巻着させ、かつ例えばベース部１２９に図示しない温度センサ（例えばサーミスタ）を埋め込み、この温度センサの信号に基づいてベース部１２９の温度を一定の高い温度（設定温度）に保つようにヒータの加熱や水冷管１４９による冷却の制御（以下ＴＭＳという。ＴＭＳ；ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）が行われている。

次に、このように構成されるターボ分子ポンプ１００に関して、その上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０について説明する。このアンプ回路１５０の回路図を図２に示す。

図２において、上側径方向電磁石１０４等を構成する電磁石巻線１５１は、その一端がトランジスタ１６１を介して電源１７１の正極１７１ａに接続されており、また、その他端が電流検出回路１８１及びトランジスタ１６２を介して電源１７１の負極１７１ｂに接続されている。そして、トランジスタ１６１、１６２は、いわゆるパワーＭＯＳＦＥＴとなっており、そのソース－ドレイン間にダイオードが接続された構造を有している。

このとき、トランジスタ１６１は、そのダイオードのカソード端子１６１ａが正極１７１ａに接続されるとともに、アノード端子１６１ｂが電磁石巻線１５１の一端と接続されるようになっている。また、トランジスタ１６２は、そのダイオードのカソード端子１６２ａが電流検出回路１８１に接続されるとともに、アノード端子１６２ｂが負極１７１ｂと接続されるようになっている。

一方、電流回生用のダイオード１６５は、そのカソード端子１６５ａが電磁石巻線１５１の一端に接続されるとともに、そのアノード端子１６５ｂが負極１７１ｂに接続されるようになっている。また、これと同様に、電流回生用のダイオード１６６は、そのカソード端子１６６ａが正極１７１ａに接続されるとともに、そのアノード端子１６６ｂが電流検出回路１８１を介して電磁石巻線１５１の他端に接続されるようになっている。そして、電流検出回路１８１は、例えばホールセンサ式電流センサや電気抵抗素子で構成されている。

以上のように構成されるアンプ回路１５０は、一つの電磁石に対応されるものである。そのため、磁気軸受が５軸制御で、電磁石１０４、１０５、１０６Ａ、１０６Ｂが合計１０個ある場合には、電磁石のそれぞれについて同様のアンプ回路１５０が構成され、電源１７１に対して１０個のアンプ回路１５０が並列に接続されるようになっている。

さらに、アンプ制御回路１９１は、例えば、制御装置２００の図示しないディジタル・シグナル・プロセッサ部（以下、ＤＳＰ部という）によって構成され、このアンプ制御回路１９１は、トランジスタ１６１、１６２のｏｎ／ｏｆｆを切り替えるようになっている。

アンプ制御回路１９１は、電流検出回路１８１が検出した電流値（この電流値を反映した信号を電流検出信号１９１ｃという）と所定の電流指令値とを比較するようになっている。そして、この比較結果に基づき、ＰＷＭ制御による１周期である制御サイクルＴｓ内に発生させるパルス幅の大きさ（パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２）を決めるようになっている。その結果、このパルス幅を有するゲート駆動信号１９１ａ、１９１ｂを、アンプ制御回路１９１からトランジスタ１６１、１６２のゲート端子に出力するようになっている。

なお、回転体１０３の回転速度の加速運転中に共振点を通過する際や定速運転中に外乱が発生した際等に、高速かつ強い力での回転体１０３の位置制御をする必要がある。そのため、電磁石巻線１５１に流れる電流の急激な増加（あるいは減少）ができるように、電源１７１としては、例えば５０Ｖ程度の高電圧が使用されるようになっている。また、電源１７１の正極１７１ａと負極１７１ｂとの間には、電源１７１の安定化のために、通常コンデンサが接続されている（図示略）。

かかる構成において、トランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにすると、電磁石巻線１５１に流れる電流（以下、電磁石電流ｉＬという）が増加し、両方をｏｆｆにすると、電磁石電流ｉＬが減少する。

また、トランジスタ１６１、１６２の一方をｏｎにし他方をｏｆｆにすると、いわゆるフライホイール電流が保持される。そして、このようにアンプ回路１５０にフライホイール電流を流すことで、アンプ回路１５０におけるヒステリシス損を減少させ、回路全体としての消費電力を低く抑えることができる。また、このようにトランジスタ１６１、１６２を制御することにより、ターボ分子ポンプ１００に生じる高調波等の高周波ノイズを低減することができる。さらに、このフライホイール電流を電流検出回路１８１で測定することで電磁石巻線１５１を流れる電磁石電流ｉＬが検出可能となる。

すなわち、検出した電流値が電流指令値より小さい場合には、図３に示すように制御サイクルＴｓ（例えば１００μｓ）中で１回だけ、パルス幅時間Ｔｐ１に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、正極１７１ａから負極１７１ｂへ、トランジスタ１６１、１６２を介して流し得る電流値ｉＬｍａｘ（図示せず）に向かって増加する。

一方、検出した電流値が電流指令値より大きい場合には、図４に示すように制御サイクルＴｓ中で１回だけパルス幅時間Ｔｐ２に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｆｆにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、負極１７１ｂから正極１７１ａへ、ダイオード１６５、１６６を介して回生し得る電流値ｉＬｍｉｎ（図示せず）に向かって減少する。

そして、いずれの場合にも、パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２の経過後は、トランジスタ１６１、１６２のどちらか１個をｏｎにする。そのため、この期間中は、アンプ回路１５０にフライホイール電流が保持される。

このような基本構成を有するターボ分子ポンプ１００は、図１中の上側（吸気口１０１の側）が対象機器の側に繋がる吸気部となっており、下側（排気口１３３が図中の左側に突出するようベース部１２９に設けられた側）側が、図示を省略する補助ポンプ（粗引きするバックポンプ）等に繋がる排気部となっている。そして、ターボ分子ポンプ１００は、図１に示すような鉛直方向の垂直姿勢のほか、倒立姿勢や水平姿勢、傾斜姿勢でも用いることが可能となっている。

また、ターボ分子ポンプ１００においては、前述の外筒１２７とベース部１２９とが組み合わさって１つのケース（以下では両方を合わせて「本体ケーシング」などと称する場合がある）を構成している。また、ターボ分子ポンプ１００は、箱状の電装ケース（図示略）と電気的（及び構造的）に接続されており、電装ケースには前述の制御装置２００が組み込まれている。

ターボ分子ポンプ１００の本体ケーシング（外筒１２７とベース部１２９の組み合わせ）の内部の構成は、モータ１２１によりロータ軸１１３等を回転させる回転機構部と、回転機構部より回転駆動される排気機構部に分けることができる。また、排気機構部は、回転翼１０２や固定翼１２３等により構成されるターボ分子ポンプ機構部と、円筒部１０２ｄやネジ付スペーサ１３１等により構成される溝排気機構部（後述する）に分けて考えることができる。

また、前述のパージガス（保護ガス）は、軸受部分や回転翼１０２等の保護のために使用され、排気ガス（プロセスガス）に因る腐食の防止や、回転翼１０２の冷却等を行う。このパージガスの供給は、一般的な手法により行うことが可能である。

例えば、図示は省略するが、ベース部１２９の所定の部位（排気口１３３に対してほぼ１８０度離れた位置など）に、径方向に直線状に延びるパージガス流路を設ける。そして、このパージガス流路（より具体的にはガスの入り口となるパージポート）に対し、ベース部１２９の外側からパージガスボンベ（Ｎ２ガスボンベなど）や、流量調節器（弁装置）などを介してパージガスを供給する。

前述の保護ベアリング１２０は、「タッチダウン（Ｔ／Ｄ）軸受」、「バックアップ軸受」などとも呼ばれる。これらの保護ベアリング１２０により、例えば万が一電気系統のトラブルや大気突入等のトラブルが生じた場合であっても、ロータ軸１１３の位置や姿勢を大きく変化させず、回転翼１０２やその周辺部が損傷しないようになっている。

なお、ターボ分子ポンプ１００の構造を示す各図（図１、図５など）では、部品の断面を示すハッチングの記載は、図面が煩雑になるのを避けるため省略している。

次に、前述した溝排気機構部について、図５以降の図面に基づき説明する。なお、図５は、図１に模式的に示すターボ分子ポンプ１００と同じものを示しているが、前述したように、溝排気機構部の具体的な構造や働きの説明のため、図１とは異なり、溝排気機構部（シグバーン型排気機構部２０１及びホルベック型排気機構部３０１により構成される）や、その周辺部を具体的に示している。

本実施形態における溝排気機構部は、図５及び図６（ａ）に示すように、シグバーン型排気機構部２０１と、ホルベック型排気機構部３０１とを備えている。これらのうち、シグバーン型排気機構部２０１は、前述した回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・、各々が翼列を有する）や固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）等により構成されるターボ分子ポンプ機構部の次段（直後の下流側）に、空間的に連続するよう形成されている。一方、ホルベック型排気機構部３０１は、シグバーン型排気機構部２０１の次段（直後の下流側）に、空間的に連続するよう形成されている。

また、シグバーン型排気機構部２０１は、ロータ軸１１３の軸線を基準として径方向にガスが移送されるよう形成されている。これに対し、ホルベック型排気機構部３０１は、主には、ロータ軸１１３の軸線方向にガスが移送されるよう形成されている。

ここで、本実施形態におけるホルベック型排気機構部３０１は、ロータ軸１１３の軸線を基準として径方向へのガスの移送と、ロータ軸１１３の軸線方向へのガスの移送を行うようになっている。しかし、径方向へのガスの移送を行う部分をシグバーン型排気機構部２０１に含まれるよう分類し、ロータ軸１１３の軸線方向へのガスの移送を行う部分のみをホルベック型排気機構部３０１に分類することも可能である。本実施形態に係るホルベック型排気機構部３０１の詳細については後述する。

前述のシグバーン型排気機構部２０１は、シグバーン型の排気機構であり、固定円板２１９ａ、２１９ｂと、回転円板２２０ａ～２２０ｃとを有している。回転円板２２０ａ～２２０ｃや固定円板２１９ａ、２１９ｂは、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。

固定円板２１９ａ、２１９ｂは、本体ケーシング（外筒１２７とベース部１２９の組み合わせ）に一体的に組付けられている。そして、ロータ軸１１３の軸方向に並ぶ上下の２段の回転円板（２２０ａ～２２０ｃ）の間に、１段の固定円板（２１９ａ、２１９ｂ）が入り込んでいる。

回転円板２２０ａ～２２０ｃは、筒状の回転体１０３に一体に形成されており、回転体１０３の回転に伴い、ロータ軸１１３及び回転体１０３と同じ方向に回転する。つまり、回転円板２２０ａ～２２０ｃは、回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）とも一体的に回転する。

本実施形態では、シグバーン型排気機構部２０１における固定円板２１９ａ、２１９ｂの数は２枚であり、回転円板２２０ａ～２２０ｃの数は３枚である。さらに、固定円板２１９ａ、２１９ｂと回転円板２２０ａ～２２０ｃは、ロータ軸１１３の軸方向に沿って吸気部の側（吸気口１０１の側）から、回転円板２２０ａ、固定円板２１９ａ、回転円板２２０ｂ、固定円板２１９ｂ、回転円板２２０ｃの順で交互に配置されている。

また、固定円板２１９ａ、２１９ｂと回転円板２２０ａ～２２０ｃとの間には、図６（ａ）に拡大して示すように、断面形状が矩形状な多数の山部２６１が突出するよう形成されている。さらに、隣り合った山部２６１の間には、渦巻き状溝流路であるシグバーン渦巻き状溝部２６２が形成されている。

なお、以下では、図５や図６（ａ）等において、図中の上側に示す吸気部の側（吸気口１０１の側）を「上流側」と称し、図中の下側に示す排気部の側（排気口１３３の側）を「下流側」と称する場合がある。

また、図６（ａ）は、図５中におけるロータ軸１１３の右側の部位（二点鎖線の枠Ｌ内）における溝排気機構部を拡大して示している。なお、溝排気機構部は、本体ケーシング（外筒１２７とベース部１２９の組み合わせ）やロータ軸１１３等の軸心を中心として線対称（図５中では左右対称）の構造を有していることから、ここでは図５中の右側の部位のみを拡大して図示し、左側の部位については図示を省略する。

図６（ａ）に示すように、各々の固定円板２１９ａ、２１９ｂにおいて、前述の山部２６１は、両方の板面２６６、２６７に、一体に形成されている。以下では、各固定円板２１９ａ、２１９ｂについて、板面２６６、２６７の符号は共通とし、異なる固定円板２１９ａ、２１９ｂに対して、共通の符号（ここでは符号２６６、２６７）を付して説明を行う。

また、山部２６１に関しては、各固定円板２１９ａ、２１９ｂの違いに関わらず、更には板面２６６、２６７の違いにも関わらず、すべての山部に共通の符号２６１を付して説明を行う。さらに、図６（ａ）では、図面が煩雑になるのを防ぐため、固定円板２１９ａ、２１９ｂのうち、主に上流側の固定円板２１９ａについて符号を記載し、下流側の固定円板２１９ｂについては同様の符号の記載を省略する。

固定円板２１９ａ、２１９ｂは、中央に貫通穴２７０（図６（ｂ）にも示す）が形成された円板状の本体部２６８を有している。図６（ａ）中の上方に示す上流側の固定円板２１９ａにおいて、上流側の板面２６６は、本体部２６８の中央側（貫通穴２７０の側）から基端側である外周側へ行くほど、下流側の板面２６７に近づくよう傾斜している。

これに対し、下流側の板面２６７は、図中においてほぼ水平となるよう形成されている。別な言い方をすれば、上流側の固定円板２１９ａにおける下流側の板面２６７は、ロータ軸１１３の軸心に対してほぼ垂直となるよう形成されている。そして、上流側の固定円板２１９ａにおける本体部２６８の厚さは一定ではなく、中央側である内周側から、基端側である外周側に向かって、徐々に薄く変化している。

一方、下流側の固定円板２１９ｂにおいては、本体部２６８は、中央側から基端側である外周側にかけて、ほぼ均一の厚みで形成されている。

ここで、「外周側」は、固定円板２１９ａ、２１９ｂにおける本体部２６８の法線方向（径方向）に係る外側を意味しており、「内周側」は、同じく各本体部２６８の法線方向（径方向）に係る内側を意味している。

固定円板２１９ａ、２１９ｂにおける本体部２６８の外周縁部は、ほぼ均一で互いに同等な肉厚で加工されており、複数の段積みされた固定円板スペーサ２６９の間に嵌挿された状態で支持されている。

また、各固定円板２１９ａ、２１９ｂの各々の板面２６６、２６７には、図５及び図６（ａ）のほか、図６（ｂ）に模式的に示すように、前述した複数の山部２６１が設けられている。山部２６１は、本体部２６８の板面２６６、２６７において、本体部２６８の中央を中心とした渦状に形成されている。そして、山部２６１は、貫通穴２７０の周縁部（内周縁部）から外周縁部（固定円板スペーサ２６９の手前に位置する部位）に亘って、滑らかな曲線を描きながら延びている。

ここで、図６（ｂ）は、一例として、下流側の固定円板２１９ｂを、上流側の板面２６６の側から軸方向に見た状態を概略的に（模式的に）示している。そして、図６（ｂ）においては、上流側の板面２６６に形成された山部２６１が実線により示されており、下流側の板面２６７に形成された山部２６１が相対的に細い破線により示されている。また、図６（ｂ）においては、固定円板スペーサ２６９の図示が省略されている。さらに、図６（ｂ）においては、回転体１０３やロータ軸１１３が仮想線（二点鎖線）で示されている。

各固定円板２１９ａ、２１９ｂにおいて、山部２６１は、円板状の本体部２６８の各板面２６６、２６７から、それぞれ定められた所定の角度で突出している。本実施形態では、前述したように、上流側の固定円板２１９ａにおける上流側の板面２６６は、本体部２６８の中央側から基端側である外周側へ行くほど、下流側の板面２６７に近づくよう傾斜している。このため、上流側の固定円板２１９ａにおける上流側の板面２６６では、山部２６１は板面２６６に対して斜めに突出している。

また、上流側の固定円板２１９ａにおける上流側の板面２６６では、山部２６１の突出量は位置（位相）によって異なっているが、先端（図６（ａ）中では上端）は、同じ高さに達し、ロータ軸１１３の軸に対して垂直な同一平面上に位置している。

これに対し、上流側の固定円板２１９ａにおける下流側の板面２６７や、下流側の固定円板２１９ｂにおける両方の板面２６６、２６７では、山部２６１は、板面２６６、２６７に対してほぼ垂直に突出している。そして、これらの３つの板面２６７、２６６、２６７では、山部２６１の突出量は、位置（位相）によらずほぼ均一となっている。

なお、本実施形態においては、説明が煩雑にならないよう、山部の数は、各板面２６６、２６７に９個ずつとなっている。しかし、これに限定されず、山部の数は、８個以下や１０個以上であってもよい。また、固定円板２１９ａ、２１９ｂや板面２６６、２６７に関して、共通の個数とすることに限らず、互いに異なる個数とすることも可能である。

続いて、前述したシグバーン渦巻き状溝部２６２について説明する。なお、シグバーン渦巻き状溝部２６２についても、各固定円板２１９ａ、２１９ｂや板面２６６、２６７の違いに関わらず、すべての溝部に共通の符号２６２を付して説明を行う。ただし、一部のシグバーン渦巻き状溝部２６２については、後述するように、状況に応じて異なる符号（２６２ａなど）を付し、他のシグバーン渦巻き状溝部２６２と区別する場合がある。

各板面２６６、２６７において隣り合った２つの山部２６１の間には、シグバーン渦巻き状溝部２６２が渦巻き状に形成されている。このシグバーン渦巻き状溝部２６２は、山部２６１により仕切られ、区画されている。また、シグバーン渦巻き状溝部２６２は、各固定円板２１９ａ、２１９ｂの上流側の板面２６６と下流側の板面２６７とに、山部２６１とともに、それぞれの始点（開始部）を起点として、互いに同位相で形成されている。そして、シグバーン渦巻き状溝部２６２は、外周側が相対的に広幅（広い開口幅）で、内周側が相対的に狭幅（狭い開口幅）の空間となっている。

続いて、回転円板２２０ａ～２２０ｃについて説明する。本実施形態において、各々の回転円板２２０ａ～２２０ｃの厚みは、回転体１０３に近い中央側から外周側の範囲に亘り、ほぼ均一となっている。また、回転円板２２０ａ～２２０ｃの互いの厚みの関係は、ほぼ同一（共通）となっている。さらに、回転円板２２０ａ～２２０ｃの、回転体１０３からの突出量も、互いにほぼ同一（共通）となっており、回転円板２２０ａ～２２０ｃは、外周の端面が全周に亘り軸方向に揃った状態となっている。

さらに、回転円板２２０ａ～２２０ｃは、山部２６１の先端部（突出端部）に面し、例えば１ｍｍ程度のわずかな隙間を介し、シグバーン渦巻き状溝部２６２の区画も行っている。また、上流側の固定円板２１９ａにおける上流側の板面２６６は、前述したように、本体部２６８の中央側から基端側である外周側へ行くほど、下流側の板面２６７に近づくよう傾斜している。そして、最も上流側（図６（ａ）中の最上段）の回転円板２２０ａと、上流側の固定円板２１９ａにおける上流側の板面２６６との間のシグバーン渦巻き状溝部２６２は、外周側から内周側へ徐々に狭まる空間となっている。

ここで、この上流側の固定円板２１９ａにおける上流側の板面２６６上に形成されたシグバーン渦巻き状溝部２６２については、前述したように、以下では符号２６２ａを付し、他のシグバーン渦巻き状溝部２６２と区別する場合がある。

また、このシグバーン渦巻き状溝部２６２ａの上流側（外周側）における開口部２８１の深さをＨ１とし、下流側（内周側）における開口部２８２の深さをＨ２としている。ここでいう「深さ」は、図６（ａ）中の上下方向である軸方向（ロータ軸１１３の軸方向に一致する）に係る深さである。また、これらの深さＨ１、Ｈ２は、軸方向に係る、回転円板２２０ａの板面（符号省略）と、固定円板２１９ａの上流側の板面２６６との間隔である。

また、このシグバーン渦巻き状溝部２６２ａは、後述するように、溝排気機構部におけるガスの入口となる部分を構成する。このため以下では、シグバーン渦巻き状溝部２６２ａを、必要に応じ「溝排気機構部入口部」や「シグバーン排気流路入口部」などと称する場合がある。

続いて、回転円板２２０ａ～２２０ｃと、固定円板２１９ａ、２１９ｂとの間には、折り返し部２８６、２８７が形成されている。この折り返し部２８６、２８７は、ガスの流路に係る空間的な折り返し構造を持った部位である。

つまり、前述したように、山部２６１やシグバーン渦巻き状溝部２６２は、固定円板２１９ａ、２１９ｂの両板面２６６、２６７において、それぞれの起点（始点）から、互いに同位相で空間的に連続するよう形成されている。このため、固定円板２１９ａ、２１９ｂの内周側には、上流側の板面２６６のシグバーン渦巻き状溝部２６２と、下流側の板面２６７のシグバーン渦巻き状溝部２６２とを空間的に繋ぐ折り返し部２８６が形成されている。

さらに、回転円板２２０ａ～２２０ｃの外周側にも、上流側の板面（符号省略）のシグバーン渦巻き状溝部２６２と、下流側の板面（符号省略）のシグバーン渦巻き状溝部２６２とを空間的に繋ぐ折り返し部２８７が形成されている。そして、各シグバーン渦巻き状溝部２６２と、各折り返し部２８６、２８７により、空間的に連続したガス流路が形成される。以下では、この一連の流路を「シグバーン排気流路」と称し、図６（ａ）に示すように符号２９１を付す。

このシグバーン排気流路２９１について、固定円板２１９ａ、２１９ｂの内周側端面２８４と、回転体１０３の外周面２８５との間隔寸法を深さＨ３とする。そして、このＨ３は、前述のＨ２（シグバーン渦巻き状溝部２６２ａの下流側（内周側）における開口部２８２の開口寸法）よりも大きくなっている。

また、回転円板２２０ａ～２２０ｃの外周面２８５と、固定円板スペーサ２６９との間隔寸法を深さＨ４とする。そして、このＨ４は、前述のＨ２（シグバーン渦巻き状溝部２６２ａの下流側（内周側）における開口部２８２の開口寸法）よりも大きくなっている。また、このＨ４は、本実施形態においては、固定円板２１９ａ、２１９ｂと回転体１０３との間隔寸法である深さＨ３よりも幾分小さく設定されている。なお、これに限らず、このＨ４を、例えばＨ３よりも大きく設定してもよい。

さらに、上流側の固定円板２１９ａにおける下流側の板面２６７と、上流から２枚目の回転円板２２０ｂの上流側の板面（符号省略）とは互いにほぼ平行に向かい合っている。そして、上流側の固定円板２１９ａにおける下流側の板面２６７と、２枚目の回転円板２２０ｂとの間隔（ガス流路の深さ）は、内周側から外周側に亘り（シグバーン渦巻き状溝部２６２の入口から出口に亘り）、前述したＨ２と同じに設定されている。

また、同様に、下流側の固定円板２１９ｂにおける上流側の板面２６６と、上流から２枚目の回転円板２２０ｂの下流側の板面（符号省略）とは互いにほぼ平行に向かい合っている。そして、下流側の固定円板２１９ｂにおける上流側の板面２６６と、２枚目の回転円板２２０ｂとの間隔（ガス流路の深さ）は、外周側から内周側に亘り（シグバーン渦巻き状溝部２６２の入口から出口に亘り）、前述したＨ２と同じに設定されている。

また、同様に、下流側の固定円板２１９ｂにおける下流側の板面２６７と、上流から３枚目の回転円板２２０ｃの上流側の板面（符号省略）とは互いにほぼ平行に向かい合っている。そして、下流側の固定円板２１９ｂにおける下流側の板面２６７と、３枚目の回転円板２２０ｃとの間隔（ガス流路の深さ）は、内周側から外周側に亘り（シグバーン渦巻き状溝部２６２の入口から出口に亘り）、前述したＨ２と同じに設定されている。

つまり、シグバーン排気流路２９１における流路の深さは、「シグバーン排気流路入口部」となる最上流のシグバーン渦巻き状溝部２６２ａにおいて、Ｈ１からＨ２に徐々に狭まる。そして、シグバーン排気流路２９１における流路の深さは、折り返し部２８６、２８７を除いた各シグバーン渦巻き状溝部２６２では、一定の寸法であるＨ２となっている。このように、シグバーン排気流路２９１において、流路の深さが一定値（Ｈ２）となる部分を、例えば「シグバーン排気流路２９１の流路深さ一定部」などと称することが可能である。

なお、本実施形態においては、上述の流路の深さＨ２の値は、Ｈａ[ｍｍ]となっている。このＨ２をＨａ[ｍｍ]に定めた理由については後述する。また、深さＨ２について「一定」と称しているのは、寸法の単位をｍｍ（ミリメートル）とした場合に、少なくとも小数点以下１桁のレベルで、四捨五入せずに、同等であることを意味している。このため、深さＨ２（＝Ｈａ）を数[ｍｍ]とした場合、例えば、１０％（＝±０．１[ｍｍ]）未満の範囲でばらつきがあるような場合であっても、ここでいう「一定」に該当するものとする。

さらに、上述した「シグバーン排気流路２９１の流路深さ一定部」の開始位置（所定深さで連続的に一定となる領域が始まる所定位置）は、上流側の固定円板２１９ａと、２枚目の回転円板２２０ｂとの間の内周側の端部（入口）となる。そして、「シグバーン排気流路２９１の流路深さ一定部」が、所定深さで連続的に一定となる領域となる。

このような構造のシグバーン型排気機構部２０１においては、前述のモータ１２１が駆動されると、回転円板２２０ａ～２０ｃが回転する。そして、各固定円板２１９ａ、２１９ｂと、各回転円板２２０ａ～２２０ｃとの間での相対的な回転変位が行われる。さらに、図５、図６（ｂ）、及び、図７に多数の矢印Ｑ（一部のみ符号を付す）で示すように、ターボ分子ポンプ機構部（回転翼１０２や固定翼１２３等により構成される）により移送されてきたガスが、溝排気機構部のシグバーン型排気機構部２０１に到達する。

また、シグバーン型排気機構部２０１に到達したガスは、「シグバーン排気流路入口部」となる最上流のシグバーン渦巻き状溝部２６２ａに流入し、深さ方向（ロータ軸１１３の軸方向）において徐々に狭まる流路を通る。その後のガスは、折り返し部２８６、２８７や、一定の深さのシグバーン渦巻き状溝部２６２を経て、後述するホルベック型排気機構部３０１へ流入する。

ここで、固定円板２１９ａ、２１９ｂと回転円板２２０ａ～２２０ｃの相対的な回転方向は、直線的には「接線方向」、曲線的には「周方向」などとも称することが可能である。

また、シグバーン型排気機構部２０１について、更に細かく分解して説明することも可能である。例えば、最も上流側の１枚目の回転円板２２０ａと、上流側の固定円板２１９ａにおける上流側の板面２６６との間に形成される排気流路を「第１シグバーン型排気機構の流路」と称することが可能である。

さらに、２枚目の回転円板２２０ｂと、上流側の固定円板２１９ａにおける下流側の板面２６７との間に形成される排気流路を「第２シグバーン型排気機構の流路」と称することが可能である。また、２枚目の回転円板２２０ｂと、下流側の固定円板２１９ｂにおける上流側の板面２６６との間に形成される排気流路を「第３シグバーン型排気機構の流路」と称することが可能である。

さらに、３枚目の回転円板２２０ｃと、下流側の固定円板２１９ｂにおける下流側の板面２６７との間に形成される排気流路を「第４シグバーン型排気機構の流路」と称することが可能である。

そして、このようにシグバーン型排気機構を複数に分けた場合には、シグバーン型排気機構部２０１が、シグバーン型排気機構を複数段備えていると考えることが可能である。そして、この場合、「第４シグバーン型排気機構」は最下段のシグバーン排気機構となる。

次に、前述したホルベック型排気機構部３０１について説明する。ホルベック型排気機構部３０１は、図５や図６（ａ）に示すように、主には、前述したネジ付スペーサ１３１により構成されている。このネジ付スペーサ１３１は、円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。

また、ネジ付スペーサ１３１の上面３０２は、径方向（ロータ軸１１３の軸方向に対してほぼ直交する方向）に延びている。さらに、ネジ付スペーサ１３１の上面３０２は、シグバーン型排気機構部２０１における最下段の回転円板２２０ｃにおける下流側の板面（符号省略）にほぼ平行に向かい合っている。

また、ネジ付スペーサ１３１の上面３０２には、シグバーン型排気機構部２０１における固定円板２１９ａ、２１９ｂと同様に、山部３０３と渦巻き状溝部３０４が形成されている。これらのうち、山部３０３は、ネジ付スペーサ１３１の上面３０２に一体に形成されて突出している。

さらに、山部３０３は、ネジ付スペーサ１３１の上面３０２において、中央を中心とした渦状に形成されている。そして、山部３０３は、ネジ付スペーサ１３１の周縁部（内周縁部）から外周縁部に亘って、滑らかな曲線を描きながら延びている。この山部３０３は、上面３０２に対してほぼ垂直に突出しており、山部２６１の突出量は、位置（位相）によらずほぼ均一となっている。

なお、この山部３０３の数は、シグバーン型排気機構部２０１と同様に、例えば９個とすることが可能である。ただし、これに限定されず、山部３０３の数を、８個以下や１０個以上とすることが可能である。

ネジ付スペーサ１３１の上面３０２において、隣り合った２つの山部３０３の間には、前述のらせん溝部３０４が渦巻き状に形成されている。以下では、この渦巻き状溝部３０４については、シグバーン渦巻き状溝部２６２と区別するため、「ホルベック渦巻き状溝部３０４」と称する。

このホルベック渦巻き状溝部３０４は、シグバーン渦巻き状溝部２６２と同様に、山部３０３により仕切られ、区画されている。また、ホルベック渦巻き状溝部３０４は、山部３０３とともに、シグバーン型排気機構部２０１の下流側の固定円板２１９ｂにおける下流側の板面２６７との間に折り返し部２８７を形成できるよう配置されている。そして、ホルベック渦巻き状溝部３０４は、外周側が相対的に広幅（広い開口幅）で、内周側が相対的に狭幅（狭い開口幅）の空間となっている。

さらに、ホルベック渦巻き状溝部３０４は、シグバーン型排気機構部２０１における上流側から３枚目の回転円板２２０ｃによっても区画されている。そして、ネジ付スペーサ１３１の上面３０２と、３枚目の回転円板２２０ｃとの間隔は、内周側から外周側に亘り（ホルベック渦巻き状溝部３０４の入口から出口に亘り）、前述したＨ２と同じに設定されている。

また、ホルベック型排気機構部３０１において、ネジ付スペーサ１３１の内周面３０６には、前述した螺旋状のネジ溝１３１ａが形成されている。そして、この内周面３０６は、回転体１０３における円筒部１０２ｄの外周面３０７に向か合っている。そして、ネジ付スペーサ１３１の内周面３０６と、回転体１０３における円筒部１０２ｄの外周面３０７との間隔（深さ）は、内周面３０６の軸方向における全長（図中における内周面３０６の上端から下端）に亘って一定とされている。そして、その間隔（深さ）の値は、前述したＨ２に一致している。

さらに、螺旋状のネジ溝１３１ａは、ホルベック渦巻き状溝部３０４と、空間的に連続している。ホルベック渦巻き状溝部３０４と、ネジ溝１３１ａの接続部分は、「折曲部」などと称することが可能である。また、螺旋状のネジ溝１３１ａは、内周面３０６の下端部まで到達しており、内周面３０６の下端部は、上述の円筒部１０２ｄにおける外周面３０７の下端部と、ほぼ同じ程度の位置に達している。

つまり、ネジ付スペーサ１３１と回転体１０３との間には、ネジ付スペーサ１３１の上面３０２と、回転体１０３における円筒部１０２ｄの外周面３０７との間に形成され、図６（ａ）のように断面を示した場合にＬ字状（図６（ａ）では逆Ｌ字状）となるガス流路が存在している。このガス流路を、以下では、この一連の流路を「ホルベック排気流路」と称し、図６（ａ）に示すように符号３２１を付す。

このホルベック排気流路３２１は、前述したシグバーン排気流路２９１と連続しており、シグバーン排気流路２９１を通ったガスを受け入れる。そして、ホルベック排気流路３２１は、受け入れたホルベック渦巻き状溝部３０４により、外周側から内周側に導き、折曲部を経て、ネジ溝１３１ａに導入する。さらに、ネジ溝１３１ａにおいては、導入されたガスが、回転体１０３の回転に伴い、ネジ溝１３１ａに沿って下流側へ導かれる。

ホルベック排気流路３２１においては、その深さがＨ２で一定となっている。このホルベック排気流路３２１の深さＨ２は、シグバーン型排気機構部２０１におけるシグバーン排気流路２９１の流路深さ一定部（シグバーン排気流路入口部（シグバーン渦巻き状溝部２６２ａ）や、折り返し部２８６、２８７を除いた部分）の深さＨ２と一致している。

別な言い方をすれば、ターボ分子ポンプ１００には、ホルベック型排気機構部３０１の流路であるホルベック排気流路３２１の深さが、所定深さ（Ｈ２）で連続的に一定となっており、かつ、シグバーン型排気機構部２０１は、途中である所定の位置（シグバーン排気流路入口部（シグバーン渦巻き状溝部２６２ａ）の終端部分）から所定深さ（Ｈ２）で連続的に一定となる領域が形成されている、ということができる。

なお、ここでは、シグバーン排気流路２９１における折り返し部２８６、２８７を除外して、シグバーン型排気機構部２０１の流路（シグバーン排気流路２９１）の深さと、ホルベック型排気機構部３０１の流路（ホルベック排気流路３２１）の深さとが、一定（Ｈ２）と説明している。

しかし、折り返し部２８６、２８７の深さＨ３、Ｈ４を狭めてＨ２としてもよい。そして、この場合は、ターボ分子ポンプ１００には、溝排気機構部の流路が、途中である所定の位置（シグバーン排気流路入口部（シグバーン渦巻き状溝部２６２ａ）の終端部分）から全体に亘り所定深さ（Ｈ２）で連続的に一定となる領域が形成されている、ということができる。

また、前述したように、シグバーン型排気機構部２０１を第１シグバーン型排気機構～第４シグバーン型排気機構のように複数段に分けて捉えた場合には、ターボ分子ポンプ１００は、複数のシグバーン型排気機構のうち、少なくともホルベック型排気機構部３０１と接続された最下段のシグバーン型排気機構（ここでは第４シグバーン型排気機構）の流路深さは、所定深さ（Ｈ２）で連続的に一定となっている、ということができる。

ここで、本実施形態において「シグバーン型排気機構」の用語は、固定円板２１９ａ、２１９ｂの一方の板面２６６、２６７における１つのシグバーン渦巻き状溝部２６２を単位として用いることや、シグバーン渦巻き状溝部２６２を単位として用いることができるものとなっている。

また、「シグバーン型排気機構」の用語は、１つの固定円板２１９ａ、２１９ｂにおける上流側及び下流側の両板面２６６、２６７に跨った流路により構成される排気機構について用いることも可能である。

また、本実施形態では、ホルベック型排気機構部３０１を、前述のように、ロータ軸１１３の軸線を基準として径方向へのガスの移送と、ロータ軸１１３の軸線方向へのガスの移送を行うものとして説明している。そして、ホルベック排気流路３２１を、図６（ａ）に示すような断面においてＬ字状（図６（ａ）では逆Ｌ字状）となるものとして説明を行っている。

しかし、ホルベック型排気機構部３０１を、ロータ軸１１３の軸線方向へのガスの移送を行う部分のみとし、径方向へのガスの移送を行う部分をシグバーン型排気機構部２０１に含まれるよう分類することも可能である。そして、この場合には、シグバーン型排気機構部２０１を、第１シグバーン型排気機構～第４シグバーン型排気機構だけでなく、第５シグバーン型排気機構を有するものとして考えることが可能である。そして、この場合は、この第５シグバーン型排気機構が最下段のシグバーン排気機構となる。

これまでに説明した本実施形態のターボ分子ポンプ１００においては、シグバーン型排気機構部２０１の流路深さと、ホルベック型排気機構部３０１の流路深さを共通な一定の値（Ｈ２）とした構造を採用することで、図８（ａ）、（ｂ）に示すような背圧特性を得ることができた。以下に、本実施形態のターボ分子ポンプ１００における背圧特性について説明する。

先ず、ターボ分子ポンプ１００を含む真空ポンプの性能特性に係る指標の一つとして、前述した「背圧特性」がある。さらに、この「背圧特性」に係る指標の一つとして「背圧依存性」がある。この「背圧依存性」は、真空ポンプの下流側に設置される前述の補助ポンプ（バックポンプ）との関係に基づく指標であり、背圧の影響をどの程度受け易いかを示すもの（背圧特性を別の見方で考えたもの）である。

より具体的には、例えば、ターボ分子ポンプ１００の下流側にバックポンプ（図示略）が配置されることにより、ターボ分子ポンプ１００の排気が、バックポンプによる排気の影響を受けながら行われることになる。また、ターボ分子ポンプ１００に組み合わされるバックポンプの性能は一律ではなく、ターボ分子ポンプ１００を使用するユーザーの選定によって変化し得る。また、ターボ分子ポンプ１００の排気は、ターボ分子ポンプからバックポンプまでの配管の太さやレイアウトなどによっても変化を受ける。ターボ分子ポンプの圧縮性能を示す圧縮比は、排気口圧力／吸気口圧力となるが、ターボ分子ポンプ１００の排気口１３３におけるガスの圧力（排気口圧力）の変化によって、到達できるターボ分子ポンプ１００の吸気口１０１の圧力（吸気口圧力）が変化し得る。

しかし、ターボ分子ポンプ１００の吸気口１０１の側に関しては、下流側に組み合わされるバックポンプ等によって吸気口１０１におけるガスの圧力（吸気口圧力）が変化することは、ターボ分子ポンプ１００の排気対象機器に対してもバックポンプ等の影響が及ぶことになり、好ましくない。

図８（ａ）、（ｂ）は、前述したように、本実施形態のターボ分子ポンプ１００に係る排気口圧力（Ｐｂ）と吸気口圧力（Ｐｓ）との関係の一例を示している。図８（ａ）、（ｂ）中のグラフにおいて、横軸には排気口圧力（Ｐｂ）が、縦軸には吸気口圧力（Ｐｓ）が、いずれも対数目盛によって表されている。さらに、排気口圧力（Ｐｂ）の単位は［Ｔｏｒｒ］（前述の［ｔｏｒｒ］と同じ）であり、吸気口圧力（Ｐｓ）の単位は［ｍＴｏｒｒ］である。

図８（ａ）、（ｂ）においては、背圧特性として、横軸の排気口圧力（Ｐｂ）に対する縦軸の吸気口圧力（Ｐｓ）の変化を、「吸気口圧力の背圧依存性」と称している。そして、図８（ａ）は、排気されるガスを或るガス種（ガスＡ）とした場合における吸気口圧力の背圧依存性を表しており、図８（ｂ）は、排気されるガスを他のガス種（ガスＢ）とした場合における吸気口圧力の背圧依存性を表している。以下では、「吸気口圧力の背圧依存性」を単に「背圧依存性」と称する場合がある。

図８（ａ）に符号Ｓ１～Ｓ７で示すのは、流量を異ならせた場合の背圧依存性を示す曲線である。そして、Ｓ１～Ｓ７に係る流量は、順に所定流量１ｓｃｃｍ、所定流量２ｓｃｃｍ、所定流量３ｓｃｃｍ、所定流量５ｓｃｃｍ、所定流量７ｓｃｃｍ、所定流量９ｓｃｃｍ、及び、所定流量１０ｓｃｃｍである。そして、これらの流量の大小関係は所定流量１～所定流量１０の順に大きくなっている。

また、図８（ｂ）に符号Ｔ１～Ｔ３で示すのも、流量を異ならせた場合の背圧特性（背圧依存性）であり、Ｔ１～Ｔ３に係る流量は、順に所定流量２ｓｃｃｍ、所定流量７ｓｃｃｍ、及び、所定流量１０ｓｃｃｍである。

図８（ａ）において、最下段に示す曲線Ｓ１は、排気口圧力（Ｐｂ）が、例えばグラフの原点を基準値（ここではＰｂ＝Ｐｓ＝１[Ｔｏｒｒ]）と仮に設定すれば、６［Ｔｏｒｒ］から２００［Ｔｏｒｒ］を過ぎる辺りまで、吸気口圧力（Ｐｓ）は２［Ｔｏｒｒ］と３［Ｔｏｒｒ］の線の概ね中間の値でほぼ一定である。他の曲線Ｓ２～Ｓ７についても同様に、曲線Ｓ２～Ｓ７における左端の位置から排気口圧力（Ｐｂ）が２００［Ｔｏｒｒ］を過ぎる辺りまで、それぞれほぼ一定の値を示している。

また、図８（ｂ）において、最下段に示す曲線Ｔ１は、排気口圧力（Ｐｂ）が、図８（ａ）と同様に例えばグラフの原点を基準値（ここではＰｂ＝Ｐｓ＝１[Ｔｏｒｒ]）と仮に設定すれば、２［Ｔｏｒｒ］から２００［Ｔｏｒｒ］となる辺りまで、吸気口圧力（Ｐｓ）は２［Ｔｏｒｒ］を超えた値でほぼ一定である。他の曲線Ｔ２、Ｔ３についても同様に、曲線Ｔ２、Ｔ３における左端の位置から排気口圧力（Ｐｂ）が２００［Ｔｏｒｒ］に近づく辺り（Ｔ２の場合）や、２０［Ｔｏｒｒ］の辺り（Ｔ３の場合）まで、それぞれほぼ一定の値を示している。

つまり、図８（ａ）、（ｂ）は、ガスの種類や流量が変化しても、吸気口圧力（Ｐｓ）がほとんど変化しない排気口圧力（Ｐｂ）が存在することを表している。そして、このように、吸気口圧力（Ｐｓ）が一定で、各曲線が水平な線となる排気口圧力（Ｐｂ）の範囲が広いほど、吸気口圧力が、排気口圧力（Ｐｂ）の変化の影響を受け難いということがいえる。

別な言い方をすれば、例えば、図８（ａ）のガスＡに係る各曲線Ｓ１～Ｓ７の右端部分のように、勾配が表われて吸気口圧力（Ｐｓ）が上昇し始めるまでの排気口圧力（Ｐｂ）に係る圧力範囲が広いほど、吸気口圧力が、排気口圧力（Ｐｂ）の変化の影響を受け難いということもいえる。

このような本実施形態に係る構造を採用したターボ分子ポンプ１００に対して、図１３（ａ）、（ｂ）は、従来構造のターボ分子ポンプに係る背圧特性の一例を、片対数目盛を用いて模式的に示している。そして、図１３（ａ）、（ｂ）は、背圧特性として、それぞれ異なるガス種を用いた場合における吸気口圧力（ＩｎｌｅｔＰｒｅｓｓｕｒｅ：Ｐｓ）の背圧依存性を表している。

これらのうち、図１３（ａ）に示す各曲線Ｕ１～Ｕ８は、或るガス種（ガス１）について、流量を、図中の下段から順に、所定流量１ｓｃｃｍ、所定流量３ｓｃｃｍ、所定流量５ｓｃｃｍ、所定流量６ｓｃｃｍ、所定流量７ｓｃｃｍ、所定流量８ｓｃｃｍ、所定流量１０ｓｃｃｍ、及び、所定流量１１ｓｃｃｍとした場合の背圧依存性を示している。ここで、所定流量１１は、所定流量１０よりも大きい流量である。

また、図１３（ｂ）に示す各曲線Ｕ１１～Ｕ１７は、図１３（ａ）に関するガス種とは異なる或るガス種（ガス２）について、流量を、図中の下段から順に、所定流量１ｓｃｃｍ、所定流量２ｓｃｃｍ、所定流量４ｓｃｃｍ、所定流量５ｓｃｃｍ、所定流量６ｓｃｃｍ、所定流量７ｓｃｃｍ、及び、所定流量８ｓｃｃｍとした場合の背圧依存性を示している。

図１３（ａ）に示すガス種においては、各曲線Ｕ１～Ｕ８の左端から始まっているほぼ平坦な部分の範囲が、流量が増えるに従い、短くなっている。そして、各曲線Ｕ１～Ｕ８について、右側部分に表れているように、吸気口圧力が上昇し始める排気口圧力（ＯｕｔｌｅｔＰｒｅｓｓｕｒｅ：Ｐｂ）が、流量が増えるに従い低くなっている。

また、図１３（ｂ）に示すガス種においては、グラフ上、各曲線Ｕ１１～Ｕ１７に平坦な部分が表われず、排気口圧力が高まるにしたがって、吸気口圧力が３次曲線的に上昇している。

つまり、図１３（ａ）、（ｂ）に示す従来構造においては、吸気口圧力（Ｐｓ）の立ち上がりが、本実施形態のターボ分子ポンプ１００に採用された構造に比べて、低い排気口圧力（Ｐｂ）で現れている。また、ガス種によっては、得られる曲線に平坦な部分が現れないこともある。

このように、従来構造においては、曲線が平坦となるような背圧特性（ここでは背圧依存性）を得ることが難しかったり、ガスの流量によっては、背圧特性の曲線が平坦となる範囲を広く確保することが難しかったりする事情があった。しかし、本実施形態のターボ分子ポンプ１００によれば、図８（ａ）、（ｂ）に例示するように、ガスの種類や流量によらず、背圧特性の曲線が平坦となる範囲を広く確保することが可能である。

また、本実施形態のターボ分子ポンプ１００において、前述した流路深さに係る「所定深さ」（＝Ｈ２（一定値））は以下のような考えに基づき定められている。図９は、ネジ溝排気機構の入口深さと入口圧力（Ｐｉｎ）との関係を示している。

本実施形態のターボ分子ポンプ１００においては、ホルベック排気流路３２１の流路深さは、後述する考え方から入口から出口まで一定（Ｈ２）としているため、「入口深さ」はホルベック排気流路３２１の、入口から出口までの連続した区間における流路深さに一致することになる。このため、「入口深さ」＝「出口深さ」の関係が成立する。

また、ホルベック排気流路３２１においては、ガスが移送されながら圧縮されるが、「入口深さ」は、このホルベック排気流路３２１における圧縮効率が高まるよう定めることが望ましい。そして、発明者が行ったシミュレーション実験においては、図９における縦軸の圧力Ｐｉｎ［Ｔｏｒｒ］の値が低くなる「入口深さ」が、圧縮効率が高い「入口深さ」であるといえる。

発明者が行ったシミュレーション実験においては、図９に一般的傾向を示すように、実験モデルの「入口深さ」を増やすにしたがい、当初は徐々に圧力Ｐｉｎが低下した。しかし、実験モデルの「入口深さ」の値をＨａ[ｍｍ]としたところで圧力Ｐが最下点を示し、その後は、「入口深さ」の値を増やすにしたがい、圧力Ｐが上昇した。

そして、この実験結果に基づき、一定値であるＨａを、圧力Ｐｉｎ［Ｔｏｒｒ］が最も低下する値に決定した。そして、このＨａを、ホルベック排気流路３２１の全体と、シグバーン排気流路３１９における入口部以降の部分に共通の深さ（Ｈ２）として採用した。

なお、流路深さの最適な一定値（Ｈ２）は、ターボ分子ポンプ１００の運転時における回転数や、関連部品（固定円板２１９ａ、２１９ｂや回転円板２２０ａ～２２０ｃなど）の径寸法などの要素によっても異なる。このため、これらの要素を踏まえて、排気性能（圧縮性能も含む）のピークとなる最適な流路深さ（Ｈ２）を決定することが望ましい。
流路深さは、通常２ｍｍ以上から１０ｍｍ（より好ましくは３ｍｍから５ｍｍ）程度までの範囲で設計されている。

また、本実施形態のターボ分子ポンプ１００において、図８（ａ）、（ｂ）のように背圧特性を向上させることができる理由の解明については、未だ不十分な点もあるが、図１０に示すようなモデル化を行い、以下のように説明することが可能である。

図１０は、一般的な溝排気機構部の特性を説明するための図であるが、ここでは本実施形態の説明として、ターボ分子ポンプ１００の溝排気機構部（図６（ａ））をモデル化し説明する。本発明の溝排気機構部は、前述したように、シグバーン型排気機構部２０１とホルベック型排気機構部３０１とを備えたものである。また、溝排気機構部の入口部（シグバーン排気流路入口部）は、流路の奥へ行くほど狭まり、流路深さがＨ２となるシグバーン渦巻き状溝部２６２ａにより構成されている。

そして、図１０に示すモデルでは、溝排気機構部に該当する部分に符号３２１を付し、その一端部（図中の上端部）に、便宜上、シグバーン排気流路入口部となるシグバーン渦巻き状溝部と同じ符号である「２６２ａ」を付している。

また、図１０に示すモデル中、符号３２２は、シグバーン排気流路２９１を構成する固定円板２１９ａ、２１９ｂと、ホルベック排気流路３２１を構成するネジ付スペーサ１３１とを合体して半分にした固定モデルを示している。また、符号３２３は、シグバーン排気流路２９１の回転円板２２０ａ～２２０ｃを有する回転体１０３を半分にした回転モデルを示している。

さらに、図中の符号Ｋは回転軸を示しており、矢印Jは、回転軸Ｋを中心として回転モデル３２３が回転することを示している。また、符号Ｈ１は、前述したように、シグバーン渦巻き状溝部２６２ａの上流側（外周側）における開口部２８１の深さ（流路深さ）を示している。さらに、符号Ｈ２は、前述したシグバーン排気流路２９１の流路深さ一定部と、ホルベック排気流路３２１の流路深さである一定値を示している。

図１１（ａ）、（ｂ）は、図１０に示すモデルの流路深さによる排気性能を説明するためのグラフである。これらのうち、図１１（ａ）のグラフにおける横軸は「流路位置」を示しており、縦軸は「流路深さ」を示している。横軸の「流路位置」は、溝排気機構部３１１中の位置を表している。そして、溝排気機構部３１１の入口（図１０の上端部）から出口（図１０の下端部）へ観測点を移動させることを、ここでは「流路位置が増える」と表現することにする。

図１１（ａ）において、実線Ｖ１は、図１０に示すモデルにおける、流路位置と流路深さとの関係を示している。また、破線Ｗ１は、従来構造に係る流路位置と流路深さとの関係を示している。

ここでいう従来構造は、破線Ｗ１で示すように、流路位置が増えるにしたがって、流路深さが徐々に小さく変化し、流路深さが減少するものである。これに対し、図１０に示すモデルにおいては、実線Ｖ１で示すように、溝排気機構部３１１の入口部２６２ａ（シグバーン排気流路入口部）で、流路位置が増えるにしたがい、流路深さを従来構造に比べて急激に減少させる。

しかし、更に流路位置が増え、観測点が、溝排気機構部３１１の入口部２６２ａを過ぎてシグバーン排気流路２９１の流路深さ一定部に入ると、流路深さは一定値（Ｈ２）になる。そして、流路位置が増えても（ホルベック排気流路３２１に入っても）、流路深さは一定値（Ｈ２）を維持する。

ここで、溝排気機構部３１１の入口から出口まで徐々に流路深さを小さくする従来構造の場合、「排気速度」や「圧縮性能」などの排気性能を向上させる可能性が潜在的にあり、排気性能を向上させることは比較的容易である。しかし、ガスの逆流が起き易くなる可能もあることから、取り込んだガスを絶えず円滑に排気（移送）する必要がある。

これに対して、本実施形態のターボ分子ポンプをモデル化して得られる実線Ｖ１のように、流路の深さを一定に保つことにより、簡便な設計で容易に逆流の発生を防止できるようになる。

また、図１１（ｂ）のグラフにおける横軸は「流路位置」を示しており、縦軸は「圧力」を示している。横軸の「流路位置」は、図１１（ａ）と同様である。また、縦軸の「圧力」は、流路内のガスの圧力を示している。

図１１（ｂ）において、破線Ｗ２は、一種の理想と考える圧力変化を示している。この破線Ｗ２により示される圧力変化は、一定の変化率で、流路位置が増えるほど圧力が増える。また、破線Ｗ３は、上述したようなガスの逆流などが生じて排気性能の低下が起きた場合の圧力変化を示している。この破線Ｗ３により示される圧力変化は、上述のＷ２と比べて小さい傾きで、流路位置が増えるほど圧力が増える。

これらに対して実線Ｖ２は、図１０のモデルに係る圧力変化を示している。図１０のモデルでは、溝排気機構部の入口部（溝排気機構部入口部、シグバーン渦巻き状溝部２６２ａ）において、流路位置が増えるにしたがい、圧力が、Ｗ２やＷ３に比べて急激に上昇する。そして、この部分で、ガスの圧縮の度合いが効率よく高められる。

また、その後においては、変化率は低下するが、流路位置が増えるにしたがい徐々に圧力が上昇する。そして、観測点が、溝排気機構部３１１の入口部２６２ａを過ぎてシグバーン排気流路２９１の流路深さ一定部に入ると、流路深さは一定値（Ｈ２）になる。そして、溝排気機構部３１１の出口における圧力は、上述のＷ２とＷ３の間の値となる。

つまり、図１０のモデルのように、溝排気機構部３１１の流路の深さを途中（の流路位置）から一定（Ｈ２）とした場合には、圧縮性能は限られたものとなり、大きくは向上しない。しかし、ガスの逆流が発生し難くなり、溝排気機構部３１１における中盤から終盤の圧力を、理想の圧力であるＷ２に近づけることができる。
この流路深さＨ２の距離をさらに伸ばすことで、圧縮性能を向上させることが可能となることは明らかである。

なお、流路深さを一定値（Ｈ２）とする領域（一定領域）は、圧縮性能のピークが得られなかったとしても、その流路内でガスの逆流ができるだけ起きない（起きにくい）ように決定することが望ましい。

上述したガスの逆流については、以下のように説明することができる。図１２（ａ）は、平行平板間のクエット－ポアズイユの流れに関するモデルを示している。ここでは、先ず、二枚の平行平板間の定常な流れを考える。板の一方は静止し、他方はｕの速度で運動している。するとナビエ・ストークスの式は簡略化され、以下の数式（数１）が得られる。

ここで、数１のうち、ｕはｙのみ、ｐはｘのみの関数であるから、これはそのまま常微分方程式（数２）となる。

境界条件は、ｙ＝０：ｕ＝０、ｙ＝ｈ：ｕ＝Ｕである。

解は積分により容易に得られ、次式（数３）となる。

この解は単純せん断流れ（第一項、クエット流れ）と放物線流速分布（第二項、ポアズイユ流れ）の重ね合わせである。

数３の両辺をＵで割ると、次式（数４）で表せる。

ここで、数４の右辺の第２項の無次元圧力勾配（数５）の正負により形が変わり、図１２（ｂ）のグラフに示すように、Ｐが－１より小さくなるとｕ／Ｕが負となる逆流部が生じる。

また、この数４、５から分かるように、ｈが大きくなると、逆流成分が大きくなる。つまり、流路深さが大きくなると、逆流が生じやすくなる傾向があると言える。

以上説明したように、本実施形態のターボ分子ポンプ１００によれば、溝排気機構部において、シグバーン型排気機構部２０１の途中の部位からホルベック型排気機構部３０１の出口に亘る流路深さを連続的に一定（Ｈ２）とすることにより、図８（a）、（ｂ）に示すように優れた背圧特性が実現される。したがって、本実施形態によれば、排気性能に優れたターボ分子ポンプ１００を提供することが可能である。

また、溝排気機構部においては、図５及び図６（ａ）に示すように、シグバーン型排気機構部２０１とホルベック型排気機構部３０１とが連続して形成されており、シグバーン型排気機構部２０１とホルベック型排気機構部３０１とによって、溝排気機構部における排気流路が形成されている。このため、シグバーン型排気機構部２０１及びホルベック型排気機構部３０１のいずれか一方をのみ備えた場合に比べて、排気流路を容易に長く確保することができる。そして、このことによっても、排気性能に優れたターボ分子ポンプ１００を提供することが可能である。

さらに、シグバーン型排気機構部２０１においては、複数の流路（第１シグバーン型排気機構～第４シグバーン型排気機構の流路）が、折り返し部２８６、２８７を介して空間的に繋がり、シグバーン排気流路２９１を形成している。そして、シグバーン型排気機構部２０１は、図５及び図６（ａ）に示すように蛇行した流路となっている。このため、シグバーン排気流路２９１を容易に長く確保することができる。そして、このことによっても、排気性能に優れたターボ分子ポンプ１００を提供することが可能である。

なお、折り返し部２８６、２８７が存在することにより、ガスの逆流や滞留が起きて性能低下し易くなることも考えられないわけではないが、ガスの流路を可能な限り長く確保していることで、逆流や滞留を可能な限り防止していると考えられる。また、折り返し部２８６、２８７においても、ガスが流れる際のドラッグ（効力）効果により、圧力低下は発生しないか、或いは、発生しても過大な圧力低下には至らない。

また、ホルベック型排気機構部３０１におけるホルベック排気流路３２１は、図５及び図６（ａ）に示すように、断面上、Ｌ字型となるよう形成されている。このため、ネジ付スペーサ１３１の内周面３０６のみに排気流路を形成した場合に比べて、ホルベック渦巻き状溝部３０４の分だけ長く確保することができる。そして、このことによっても、排気性能に優れたターボ分子ポンプ１００を提供することが可能である。

さらに、本実施形態においては、図５及び図６（ａ）に示すように、溝排気機構部は、回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）や固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）等により構成されるターボ分子ポンプ機構部の次段（下流側）に、空間的に連続するよう形成されている。したがって、溝排気機構部と、ターボ分子ポンプ機構部の排気流路とにより、一層長い排気流路を容易に形成することができる。そして、このことによっても、排気性能に優れたターボ分子ポンプ１００を提供することが可能である。

また、本実施形態のターボ分子ポンプ１００については、以下のように説明することもできる。ターボ分子ポンプ１００のようにガスの流路を長く確保することにより、開口幅や深さを共通とすれば、通常は、ガスを流すのに使用される空間（単位時間ごとのガスを収容する空間）の容積が多くなる。そして、このことが、ガスの流路を長く確保することで背圧特性が向上する要因の一つとして考えられる。

つまり、図１１（ａ）に破線Ｗ１で示すように、溝排気機構部の入口から出口にかけて流路深さを変化させた場合には、前述したように、「排気速度」や「圧縮性能」に係る排気性能は向上させ得る。しかし、「背圧特性」については、流路長を大きく確保できれば、溝排気機構部の入口から出口にかけての流路深さの変化による影響が緩和される。このため、溝排気機構部の流路長を長くすることで、緩やかに排気性能を高め得ることとなり、良好な「背圧特性」が得られると考えられる。

また、図８（a）、（ｂ）に示すように優れた背圧特性を実現できる一つの要因としては、溝排気機構部入口部となるシグバーン渦巻き状溝部２６２ａ（溝排気機構部入口部）により到達圧が低く抑えられていることが考えられる。

つまり、到達圧は、圧縮比が関係する要因であり、一般的には、圧縮比が高い方が到達圧は低くなる。そして、溝排気機構部入口部としてシグバーン渦巻き状溝部２６２ａを設けることにより、入口部の開口を、深さの一定値（Ｈ２）よりも大きく確保でき、圧縮比を高めることができ、到達圧を低く抑えることが可能である。

また、図８（a）、（ｂ）に示すように優れた背圧特性を実現できる一つの要因としては、流路深さを一定（Ｈ２）としたことや、シグバーン渦巻き状溝部２６２ａにより入口部の開口を大きく確保したことに加え、シグバーン排気流路２９１に折り返し部２８６、２８７が形成されていることも考えられる。

つまり、このようにすることで、折り返し部２８６、２８７での圧力分布に起因して、シグバーン排気流路２９１内のガスが、滞留や逆流の影響を受け難くなる効果も発揮していると考えられる。

ここで、ガスの滞留や逆流は、排気性能の低下の要因となる。さらに、滞留（流路内での局所的な滞留など）の発生要因としては、流路の縮径（狭隘化）やコンダクタンスの低下を挙げることができる。また、逆流の発生要因としては、負の圧力勾配を挙げることができる。

また、本実施形態のターボ分子ポンプ１００においては、シグバーン排気流路２９１が、折り返し部２８６、２８７を介して、軸方向（ロータ軸１１３の軸方向）に折り重なるよう複数段形成されている。また、ホルベック型排気機構部３０１においては、ホルベック排気流路３２１が、断面上、Ｌ字型になるよう形成されている。

このため、シグバーン型排気機構部２０１とホルベック型排気機構部３０１とを、軸方向に並べて配置しながらも、軸方向に係る、ターボ分子ポンプ１００全体の大きさ（高さ寸法）を可能な限り小さく抑えることができる。

なお、シグバーン渦巻き状溝部２６２や、ホルベック渦巻き状溝部３０４については、流路を拡げ過ぎると逆流が起きやすいことから、適切な流路の幅や面積を決定することが望ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々に変形することが可能である。例えば、固定円板の数は２枚に限定されず、回転円板の数も３枚に限られるものではない。

また、山部２６１や溝部２６２を形成する対象は、固定円板２１９ａ、２１９ｂに限らず、回転円板２２０ａ～２２０ｃとすることも可能である。さらに、山部２６１や溝部２６２が形成された固定円板と、回転円板とを混在させることも可能である。例えば、回転円板の片方の板面と、固定円板の片方の板面に、それぞれ山部２６１や溝部２６２を形成することも可能である。さらに、回転円板を挟んだ上下（上流側及び下流側）の固定円板の、回転円板を向いた片面のみに山部２６１や溝部２６２を設けることなども可能である。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形が可能である。

１００ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
１０２回転翼
１０２ｄ円筒部（回転円筒）
１２３固定翼
１３１ネジ付スペーサ（固定円筒）
１３１ａネジ溝
２０１シグバーン型排気機構部（シグバーン排気機構）
３０１ホルベック型排気機構部（ホルベック排気機構）
２１９ａ、２１９ｂ固定円板
２２０ａ～２２０ｃ回転円板
２６２シグバーン渦巻き状溝部（渦巻き状溝部）
Ｈ２一定の流路深さ（所定深さ）

Claims

回転円板と固定円板の少なくともどちらか一方に、渦巻き状溝が設けられたシグバーン排気機構と、
回転円筒と固定円筒の少なくともどちらか一方に、らせん状溝が設けられたホルベック排気機構と、
を備え、
前記ホルベック排気機構は、前記シグバーン排気機構の下流側に配置される真空ポンプにおいて、
前記ホルベック排気機構の流路深さは、所定深さで連続的に一定となっており、かつ、前記シグバーン排気機構は、所定の位置から前記所定深さで連続的に一定となる領域を有することを特徴とする真空ポンプ。
前記シグバーン排気機構を複数段備え、
複数の前記シグバーン排気機構のうち、少なくとも前記ホルベック排気機構と接続された最下段の前記シグバーン排気機構の流路深さは、前記所定深さで連続的に一定となっていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
前記シグバーン排気機構の上流側に、
翼列を有する回転翼と、前記回転翼と軸方向に所定の間隔を持って配置される固定翼と
を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプ。