JP5194450B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ターボ分子ポンプに関する。

従来、動翼と静翼とから成るターボ分子ポンプ部と、ネジロータとネジステータネジとから成るネジポンプ部とを有する高ガス負荷対応型のターボ分子ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなターボ分子ポンプでは、ポンプ内部に反応生成物が堆積するのを避けるために、ネジステータが設けられるハウジングに排気口を配設し、ハウジングと排気口とを所定温度に加熱する加熱手段を備えている。

特開２００５−２４９０６８号公報

ところで、ネジポンプ部の性能向上を図ろうとすると、ネジステータの直径を拡大または排気口方向に伸延する等の必要がある。排気口方向に伸延する場合、ネジステータの下方への延長に伴う排気口の開口面積縮小を避けるため、ポンプ本体が軸方向に大きくなってしまうという問題があった。

請求項１の発明は、ターボポンプ部と、ネジポンプ部と、ネジポンプ部のネジステータが設けられた略円筒状のハウジングと、ハウジングの側面に形成され、ネジポンプ部の下流側空間とポンプ外部とを連通する所定長さの筒状孔から成り、ネジポンプ部の下端部により上部側が覆われた開口部を有する排気口と、筒状孔の排気口の両側面において排気口の開口部よりも排気口の長手方向に食い込んだ位置で排気口に連通し、下流側空間のガスを排気口の両側周から排気口へと導くガス通路とを備え、ガス通路は、ハウジングの内周面の一周にわたって形成され、排気口の側周の一部を切り欠くリング状の溝であり、ガス通路が筒状孔の排気口に連通する両側周の開口のコンダクタンスの合計は、排気口の開口部における、ネジポンプ部の下端部により覆われた部分のコンダクタンスと同程度であることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、ネジステータを、ハウジングに一体に形成したものである。
請求項３の発明は、請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、ネジステータは、ハウジングと別体に設けられ、ボルトによりハウジングに固定されたものである。

本発明によれば、下流側空間のガスを排気口の側周から排気口へと導くガス通路とを備えたので、ポンプの大型化を抑えつつ排気口の開口面積の拡大を図ることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明によるターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図である。図１に示すターボ分子ポンプは高ガス負荷対応型のターボ分子ポンプであって、ロータ翼２０とステータ翼３０とから構成されるターボポンプ部と、ネジロータ部２１とネジステータ部３１とから構成されるネジポンプ部とを有している。

ロータ翼２０およびネジロータ部２１はロータ２に形成されており、ステータ翼３０およびネジステータ部３１はハウジング３に設けられている。ロータ２は、スピンドル４に設けられたラジアル磁気軸受４１，４２およびスラスト磁気軸受４３によって非接触支持されるとともに、モータ４４によって回転駆動される。

ハウジング３上に積層された複数のステータ翼３０間にはスペーサ３２が配設されており、ケーシング５をハウジング３にボルト締結することにより、ステータ翼３０およびスペーサ３２がケーシング上端とハウジング３との間に挟持される。各ステータ翼３０は、スペーサ３２によって所定位置に位置決めされる。

ケーシング５の吸気口から流入したガス分子はターボポンプ部によって図示下方へと叩き飛ばされ、下流側に向かって圧縮排気される。その圧縮されたガス分子は、さらにネジポンプ部によって圧縮され、ハウジング５の下部に形成された下流側空間（以下では背圧空間と呼ぶ）Ｓに達する。背圧空間Ｓのガスは排気口３３に接続された補助ポンプにより外部へと排気される。なお、図示していないが、排気口３３には補助ポンプを接続するための排気フランジ３５が取り付けられる（図２参照）。

図２は、ネジポンプ部および排気口の部分を詳細に示す図である。図２（ａ）は、図１に示した本実施の形態の場合の断面図である。図２（ｂ）は、ネジポンプ部の軸方向長さが図２（ａ）に示すものよりも短い従来の場合を示す。ネジステータ部３１はハウジング３に形成されたネジ溝から成るので、図２（ａ）に示すように、ネジステータ部３１の内周面を排気口３３が設けられる背圧空間Ｓの内周面よりも突出させて、ネジ溝から背圧空間Ｓへのガスの流れを妨げないようにしている。

図２（ｂ）の場合には、ハウジング３に形成されたネジステータ部３１の下端とスピンドルの面との軸方向距離Ｌ、すなわち、ネジポンプ部の背圧空間（下流側空間）Ｓの軸方向寸法Ｌを、排気口３３の内径Ｄよりも大きく設定することで、排気口３３の断面積と同一の開口面積を背圧空間Ｓに対して確保している。なお、ハウジング３は、反応生成物の堆積を防止するためにヒータ５０と冷却水パイプ５１とにより温度制御される。

図２（ｂ）において、ネジポンプ部の性能向上のためにネジロータ部２１およびネジステータ部３１を二点鎖線で示すように下方に拡大すると、排気口３３の開口部の符号Ｂで示す部分がネジステータ部３１によって塞がれてしまう。その結果、排気口３３の背圧空間Ｓ側の開口面積が小さくなり、コンダクタンス低下による排気性能への悪影響が生じる。例えば、拡大前の円形開口部のコンダクタンスをＣ１、拡大後の半円形状開口部のコンダクタンスをＣ２とすれば、図２（ａ）に示す状態ではＣ２はＣ１の半分程度となってしまう。

図２（ａ）に示すターボ分子ポンプでは、ネジステータ部３１の下部に、ハウジング内周面から外周面方向に凹んだリング状の溝３４を形成した。この溝３４は、排気口３３の背圧空間Ｓ側の開口から出口開口方向（図示右方向）へと食い込むように形成されている。図３（ａ）はハウジング３を底面側から見た図であり、図３（ｂ）はＣ矢視図である。図３に示すように、溝３４は内周面の一周にわたってリング状に形成されている。

図４は排気口３３の部分を拡大して示した断面図である。排気口３３の背圧空間側の開口は符号Ｂで示す部分がネジステータ部３１によって塞がれており、この部分は図２（ｂ）に示した従来のものと同様である。しかしながら、溝３４が排気口３３に食い込むように形成されているため、排気口３３の周面の一部が切り欠かれ、溝３４を介して背圧空間Ｓに連通する開口３３ａが２箇所形成されることになる。その結果、十分な開口面積を確保することができる。

例えば、開口部３３ａのコンダクタンスをＣ３とすると、開口部３３ａが形成されたことにより、全体のコンダクタンスはほぼＣ２＋Ｃ３＋Ｃ３になると考えられる。そのため、Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃ３＝Ｃ１となるように溝３４を設定すれば、図２（ｂ）の場合と同程度のコンダクタンスを確保することができる。

よって、背圧空間（下流側空間）Ｓの軸方向寸法Ｌが排気口３３の内径Ｄよりも小さい場合であっても、溝３４の形成で排気口３３の開口面積が増加し、背圧空間Ｓから溝３４を介して排気口３３への流入するガスへのコンダクタンス低下を防止することができる。この場合、溝３４は排気口３３へのガス通路として機能する。その結果、ターボ分子ポンプの軸方向寸法の増加を抑えつつ、ネジポンプ部の排気性能を向上させることができる。また、溝３４を形成しても、ハウジング底面３６の形状は変化しないので、スピンドル４の固定には支障がない。

ここでは、溝３４をリング状に形成したが、必ずしもリング状でなくてもよく、排気口３３を含む左右方向に延びる所定長さの溝であっても構わない。背圧空間Ｓのガスは溝３４に流れ込んだ後、排気口側面の開口部３３ａから排気口３３に流入する。

ところで、上述した例ではネジステータ部３１を下方に拡大した場合について説明したが、図２（ｂ）に示すような従来のポンプのようにＬ＞Ｄのような条件であっても、排気口３３に食い込むように溝３４を形成すれば、図２（ａ）の場合と同様に切り欠き開口が周面に形成されるので、コンダクタンスの向上を図ることができる。

なお、上述した実施の形態では、磁気軸受式のターボ分子ポンプを例に説明したが、本発明は磁気軸受式に限らず適用することができる。さらに、ハウジング３の内周面にネジ溝を形成してネジステータ３１をハウジング３と一体で形成したが、図５に示すようにネジステータ部３１をハウジング３と別体で設けても良い。ネジステータ３１はボルト３７によりハウジング３に固定されている。また、本発明は、磁気軸受式のターボ分子ポンプに限らず適用することができる。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、背圧空間Ｓは下流側空間を、溝３４はガス通路を、排気口３３の内径Ｄは軸方向開口寸法をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

本発明によるターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図である。 ネジポンプ部および排気口の部分を詳細に示す図であり、（ａ）は本実施の形態の場合を示し、（ｂ）は従来の場合を示す。 ハウジング３を示す図であり、（ａ）は底面側から見た図であり、（ｂ）はＣ矢視図である。 排気口３３の部分を拡大して示した断面図である。 ハウジング３と別体で設けられたネジステータ部３１を示す図である。

符号の説明

２：ロータ、３：ハウジング、４：スピンドル、２０：ロータ翼、２１：ネジステータ部、３０：ステータ翼、３１：ネジロータ部、３３：排気口、３４：溝、３６：ハウジング底面、Ｓ：背圧空間

Claims (3)

1. ターボポンプ部と、
   ネジポンプ部と、
   前記ネジポンプ部のネジステータが設けられた略円筒状のハウジングと、
   前記ハウジングの側面に形成され、前記ネジポンプ部の下流側空間とポンプ外部とを連通する所定長さの筒状孔から成り、前記ネジポンプ部の下端部により上部側が覆われた開口部を有する排気口と、
   前記筒状孔の排気口の両側面において前記排気口の開口部よりも前記排気口の長手方向に食い込んだ位置で前記排気口に連通し、前記下流側空間のガスを前記排気口の両側周から前記排気口へと導くガス通路とを備え、
   前記ガス通路は、前記ハウジングの内周面の一周にわたって形成され、前記排気口の側周の一部を切り欠くリング状の溝であり、
   前記ガス通路が前記筒状孔の排気口に連通する両側周の開口のコンダクタンスの合計は、前記排気口の開口部における、前記ネジポンプ部の下端部により覆われた部分のコンダクタンスと同程度であることを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記ネジステータは、前記ハウジングに一体に形成されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
3. 請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記ネジステータは、前記ハウジングと別体に設けられ、ボルトにより前記ハウジングに固定されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
   

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