JPH02108895A - ターボ真空ポンプ - 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〕 本発明は、大気圧から高真空まで１台で排気可能なター
ボ真空ポンプに係り、特にコンパクトで高性能なターボ
真空ポンプに関する。

〔従来の技術〕

従来のターボ真空ポンプは、特開昭６２−２５８１８６
号に記載のようにロータには吸気側から排気側に向かう
に従って遠心翼、渦流翼が順次軸方向に並びで設けられ
、また、ロータの軸方向排気側にモータと軸受が配置さ
れていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ポンプを軸方向にコンパクト化する点
について配慮がされておらず、高速回転よるポンプの高
性能化に限界を与えるという問題点があった。

本発明の目的は、よりコンパクトで高性能なターボ真空
ポンプを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、多段の翼車を備えた釣り鐘形のロータと前
記ロータの内部に設けられたステータからなり、前記ロ
ータの外周側に軸流翼、遠心翼もしくはねじ溝分子ポン
プ、またはこれらを組み合わせた翼車を多段に設け、か
つ、前記ロータの内周に翼を、前記ステータの外周に通
風路をそれぞれ配置して構成した渦流翼車を前記ロータ
の内周側に多段に設けた構成とすることにより達成され
る。

〔作用〕

本発明のターボ真空ポンプは、ロータの外周側および内
周側に翼車を設けているので、翼車を順次軸方向に並べ
た場合よりもロータを軸方向にコンパクトにすることが
できる。また、ロータの形状が釣り鐘形であることから
、モータ軸受をロータ内部に配置することができるので
、ポンプ全体として考えると、さらに軸方向にコンパク
トにすることができる。以上により、ポンプ全体が軸方
向にコンパクト化されると、ポンプロータの高速回転が
容易となるので、高速化によるポンプの性能向上が実現
できる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図において、釣り鐘形のロータ１の外周には、吸気側よ
り軸流翼２．ねじ溝分子ポンプ３が順次多段に設けられ
ている。軸流翼２に対向してスペーサリング４に支承さ
れた軸流固定翼５が備えられ、ねじ溝分子ポンプ３に対
向してスペーサ６が備えられている。ロータ１の内周に
は、第１のタイプの渦流翼７と第２のタイプの渦流翼８
が多段に設けられ、これら渦流翼７，８の内径は吸気側
から排気側に向かうに従って階段状に小さくなっている
。一方、ロータ１の内部に配置されたステータ９の外周
には多段の渦流翼７，８に対向してそれぞれ通風路１０
が設けられている。通風路１０の周方向１箇所には、第
２図に示すように仕切部１１が設けられており、仕切部
１１の回転方向前方には吸入口１２が、回転方向後方に
は吐出口１３が設けられている。また、通風路断面の中
央には渦の形成を促進するためのコア１４が設けられて
いる。第１のタイプの渦流翼７は、第３図（ａ）、（ｂ
）、（ｃ）に示すように、翼の入口であるＡｔ−Ａｌ’
断面でみて、翼の入口角が回転方向前方にβ！である。

また、翼の出口であるＢ１−Ｂ１’断面でみて、翼の出
口角は回転方向前方向にβ２である。また、第２のタイ
プの渦流翼８は、第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ
）に示すように、翼の入口であるＡ　ｚ　−Ａ　ｚ　’
断面でみて、入口角が回転方向前方にβＬである。コア
１４に対向するＡ　ａ　−Ａδ′断面では、翼はラジア
ル方向に向いており、βＣ＝Ｏである。また、翼の出口
であるＡ　４−　Ａ　４　’断面でみて、出口角が回転
方向後方にβ２である。以上に説明したように、第１の
タイプの渦流翼７も第２のタイプの渦流翼８も二次元的
にひねられた翼である。気体は、これらの翼の作用によ
り多少のスリップはあるが、翼に沿って流れるので、気
体の旋回速度成分が増加する。

この旋回速度成分の増加は、翼が気体に与えた運動エネ
ルギであり、この運動エネルギが駆動力となって、第３
図（ａ）、第４図（ａ）に示すように渦が形成される。

この渦が形成されると、気体は、通風路内で翼によって
与えられた運動エネルギを静圧エネルギに変換しながら
第２図に示すように回転方向前方に進む６したがって、
気体は、吸入口１２から吐出口１３にかけて数回翼を出
入りし圧縮過程を繰り返すことになるので、渦流翼は数
Ｔｏｒｒ〜大気圧の圧力範囲で大きな圧縮をとることが
できる。以上では、第１のタイプと第２のタイプの渦流
翼で説明してきたが、第５図（ａ）。

（ｂ）、（Ｃ）に示すような遠心力を利用する渦流翼も
考えられる。この形式の場合、コア１４は翼７に対して
スラスト方向に対向している。また、翼の製作の容易性
を考えて、第１のタイプの渦流翼において翼の入口角が
β工で出口角β２＝０とした、翼が二次元形状である渦
流翼を用いてもよし１゜ モータケーシングを兼ねたステータ９には、排気流路１
５．排気口１６．パージガス流路１７゜パージガス流入
口１８．水冷ジャケット１９．ねじシール２０が設けら
れている。ロータ１は、シャフト２１にナツト２２でＪ
Ｆ［さ九ている。シャフト２１は、ステータ９に軸受押
さえ２３で固定された軸受２４とベース２５に軸受押さ
え２６で固定された軸受２７により支承される。軸受２
４と軸受２７の潤滑は、オイルタンク２８に貯蔵されて
いる油２９をシャフト２１の中心にあけた油供給路３０
の作用により吸い上げてそれぞれの軸受に小孔３１，３
２を通して供給することにより行なわれる。ロータの駆
動は、シャフト中央部に配置されたモータロータ３３と
ステータ９に支承されたモータステータ３４によって行
なわれる。

以上の構成でロータ１をモータにより高速駆動すると、
ケーシング３５に備えられた吸気口３６より気体分子を
軸流翼２．ねじ溝分子ポンプ３．渦流翼７，８の作用に
より大気圧の排気口１６まで排気することができ、吸気
口３６に接続されている真空容器内を高真空にすること
ができる。

本実施例では、釣り鐘形のロータ１の外周側に軸流翼２
．ねじ溝分子ポンプ３を多段に設け、かつ、ロータ１の
内周に翼７，８を、ステータ９の外周に通風路１０を配
置して構成した渦流翼車を前記ロータの内周側に多段に
設けているので、翼車を吸気側から排気側に向かうに従
って順次軸方向に並べた場合よりもロータを軸方向にコ
ンパクトにすることができる。また、ロータ１の形状が
釣り鐘形であることから、モータ、軸受をロータ内部に
配置することができるので、ポンプ全体として考えると
、さらに軸方向にコンパクトにすることができる。この
コンパクト化によりポンプロータの高速化ができるので
、ポンプ性能を向上することができる。さらに１本実施
例では、渦流翼７．８の内径が吸気側から排気側に向か
うに従って階段状に小さくなっているので、圧力の高い
排気側で生じるロータの円板摩擦損失を小さくでき、こ
れに応じてモータ容量を小さくすることができる。また
、排気側の渦流翼の発熱量も小さくおさえることができ
るので、ロータ内周に設けられる渦流翼の熱変形量が小
さくなり、渦流翼のロータとステータの間の実働時のギ
ャップを小さくおさえることができる。この結果として
、渦流翼の性能が上向するという効果もある。さらに、
ロータの軸流翼が備えられている部分の内周に渦流翼の
内径が小さいので、軸流翼２の内径を小さくとることが
でき、ポンプの排気速度を大きくすることができるとい
う効果もある。

また１本実施例では、渦流翼車の通風路を形成するステ
ータ９が一体構造であるため、製作時の寸法管理が容易
であり、組立性もよく、ステータ９の熱変形がほぼ軸対
称とするので、ロータとステータの間のギャップ管理も
容易となる。さらに、本実施例では、軸受、モータ等が
あるステータ９の内部と排気流路との間にねじシール２
０があるとともに、ステータ９内には窒素のパージガス
が流せる構造となっているので、半導体製造装置等で発
生する腐食性ガスを排気するのに適している。

また、排気流路内には軸受潤滑油がないので、ポンプの
吸気側を油で汚染するという心配もない。

したがって、分析機器や半導体製造装置の排気に適して
いる。

第６図は、本発明の第２の実施例を示す。この実施例は
、第３図に示す実施例の軸受を電磁軸受におきかえたも
のである。第６図において、シャフト４１は制御形のラ
ジアル軸受４２．４３と制御形のスラスト軸受４４で支
承されている。制御回路異常時または大気ブレーク等の
場合にロータ１を保護するタッチダウン軸受４５．４６
は、シャフト４１に対向して上下２箇所に設けられてい
る。これらのタッチダウン軸受とシャフトの間のギャッ
プは、渦流翼８と通風路１０の間の静止時のギャップよ
りわずかに小さく設定されている。

ロータ１の位置検出は、ラジアルセンサ４７゜４８とス
ラストセンサ４９により行なわれる。また、ロータ１の
駆動はラジアル軸受４２と４３の間に位置するモータロ
ータ３３．モータステータ３４によって行なわれる。本
実施例では、第１図の実施例と同様の効果があるととも
に、制御形のラジアル軸受４２．４３およびスラスト軸
受４４の冷却に渦流翼冷却用の水冷ジャケット１９が使
用できるという効果もある。また、本実施例では。

大気圧から高真空まで１台のポンプで排気でき。

しかも、電磁軸受を用いて振動が非常に小さいポンプと
しているので、電子顕微鏡等の排気系として用いられて
いる電磁軸受を使用したターボ分子ポンプとロータリポ
ンプの組み合せの排気系よりも低周波のロータリポンプ
の振動がない分だけ振動が小さくなる。したがって、本
実施例のポンプは、電子顕微鏡や振動が少ないことを必
要とする分析装置の排気に適している。

第７図は、本発明の第３の実施例を示す、第７図におい
て、ロータ５１の外周には吸気側から排気側に向かうに
従って、遠心翼５２．ねじ溝分子ポンプ５３．渦流ｇ５
４が順次多段に設けられている。遠心翼５２のリターン
流路には遠心固定翼５５が設けられている。また、ねじ
溝分子ポンプ３の外側にはスペーサ５６が設けられてい
る０通風路５７は、渦流翼５４に対向してモータケーシ
ングを兼ねたステータ５８に備えられている。−方、ロ
ータ５１の内周には渦流翼５９が多段に備えられている
。多段の渦流翼５９に対向して通風路６０がステータ５
８の外周に多段に設けられている。ロータ５１の内周に
備えられる渦流翼５９の内径は吸気側から排気側に向か
うに従ってテーバ状に小さくなっている。ロータ５１は
、シャフト６１にナツト６２で締結されている。シャフ
ト６１は、ステータ５８に軸受押さえ６３で固定された
軸受６４とベース６５に軸受押さえ６６で固定された軸
受６７により支承されている。軸受の潤滑は、オイルタ
ンク６８に貯蔵されている油６９をシャフト６１の中心
にあけた油供給路７０の作用により吸いあげてそれぞれ
の軸受に小孔７１．７２を通して供給することにより行
なわれる。ロータ５１の駆動は、シャフト６１の中央部
に配置されたモータロータ７３とモータステータ７４に
よって行なわれる１以上の構成でモータによりロータ５
１を高速駆動すると、遠心翼５２゜ねじ溝分子ポンプ５
３．渦流翼５４，５９の作用で気体分子を吸気ロア５よ
り大気圧である排気ロアロまで排気することができ、吸
気ロア５が接続されている真空容器内の圧力を高真空に
することができる０本実施例でも、第１図に示す実施例
と同様の効果が得られるが、軸流翼の代りに遠心翼を用
いているので、１０−８〜Ｉ　Ｔｏｒｒ付近の圧力領域
で大きな排気速度を得ることができる。

以上の実施例の説明ではロータの材質を指定しなかった
が、一般的には高力アルミニウム合金やステンレス合金
が用いられる。渦流翼の性能を向上するためには１回転
変形と熱変形によるロータとステータの間のギャップの
増加を少なくすることが必要である１回転変形を少なく
するためには。

縦弾性係数と比重の比が大きい材料をロータに用いれば
よい、また、熱変形を小さくするためには、線膨張係数
の小さい低膨張材をロータに用いればよい、したがって
、ロータの材料として、アルミニウムやステンレス合金
よりも縦弾性係数と比重の比が大きく、かつ線膨張係数
の小さいものを用いれば、回転変形および熱変形を小さ
くでき、渦流翼の性能を大幅に向上することができる１
例えば、窒化珪素（ＳｉａＮａ）は、比重が３．１５ヤ
ング率が３．Ｉ　Ｘ　１０’ｋｇ／ｍ”で、その比はア
ルミニウム、ステンレス合金の約３．６倍であり。

回転変形の少ない材料である。また、窒素珪素は、線膨
張係数が３　Ｘ　１０−６／’Ｃで、アルミニウムの約
０．１３倍、ステンレス合金の約０．２６倍であり、熱
変形の小さい材料である。窒素珪素は、強度が少なくと
も２０〜３０　）ｃｇ／　ｍ”以上であるので、高力ア
ルミニウムに劣らない強度がある。また、耐熱性もよい
ので、渦流翼を備えるロータの材料として適している。

したがって、ロータの材料として、窒化珪素を用いれば
、渦流翼の性能が大幅に向上するし、強度上も問題がな
い。

また、以上の実施例の説明では、渦流翼ロータとステー
タの製作法については述べなかったが、渦流翼ロータと
ステータを精密鋳造でつくると、渦流翼ロータとステー
タの間のギャップを容易に精度よく管理できるようにな
る。したがって、その分だけロータとステータの間のギ
ャップを小さく設定することができ、渦流翼の性能を向
上することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ポンプのロータおよび全体を軸方向に
コンパクト化できるので、ポンプロータの高速回転が容
易となり、高速化によるポンプの性能向上が実現できる
。

それに加えて、ロータに備える渦流翼の内径を吸気側か
ら排気側に向かうに従って階段状もしくはテーパ状に小
さくすることにより、渦流翼の性能を向上し、排気速度
を大きくすることができる。

また、渦流翼を形成するロータと通風路を形成するステ
ータを精密鋳造品とすることで、ロータとステータのｌ
ｆｌのギャップを小さく設定して渦流翼の性能を向上す
ることができ、ロータの材料としてアルミニウムやステ
ンレス合金よりも縦弾性係数と比重の比が大きく、かつ
線膨張係数の小さいものを使用することで、ロータの回
転変形および熱変形を小さくし、渦流翼の性能をさらに
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図はその渦
流翼車の横断面図、第３図（ａ）は第１のタイプの渦流
翼車の縦断面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）のＡＩ　
　ＡＩ’断面図、第３図（Ｃ）は第３図（ａ）のＢＩ　
　Ｂｌ’断面図、第４図（ａ）は第２のタイプの渦流翼
車の縦断面図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）のＡ　２−
　Ａ　ｘ　’断面図、第４図（ｃ）は第４図（ａ）のＡ
ａ−Ａδ′断面図、第４図（ｄ）は第４図（ａ）のＡａ
　　Ａ４’断面図、第５図（ａ）は遠心力を利用した渦
流翼車の縦断面図、第５図（ｂ）は第５図（ａ）のＡ　
３−　Ａ　Ｉ！’断面図、第５図（Ｃ）は第５図（ａ）
のＢ１１　　Ｂ３断面図、第６図は第２の実施例の縦断
面図、第７図は第３の実施例の縦断面図である。 １・・・ロータ、２・・・軸流翼、３・・・ねじ溝分子
ポンプ。 ４・・・スペーサリング、５・・・軸流固定翼、６・・
・スペーサ、７・・・第１タイプの渦流翼、８・・・第
２タイプの渦流翼、９・・・ステータ、１０・・・通風
路、１１・・・仕切部、１２・・・吸入口、１３・・・
吐出口、１４・・・コア、１５・・・排気流路、１６・
・・排気口、１７・・・パージガス流路、１８・・・パ
ージガス流入口、１９・・・水冷ジャケット、２０・・
・ねじシール、２１・・・シャフト、２２・・・ナツト
、２３・・・軸受押さえ、２４・・・軸受、２５・・・
ベース、２６・・・軸受押さえ、２７・・・軸受、２８
・・・オイルタンク、２９・・・油、３０・・・油供給
路、３１・・・小孔、３２・・・小孔、３３・・・モー
タロータ、３４・・・モータステータ、３５・・・ケー
シング、３６・・・吸気口、４１・・・シャフト、４２
．４３・・・制御形ラジアル軸受、４４・・・制御形ス
ラスト軸受、４５．４６・・・タッチダウン軸受、４７
．４８・・・ラジアルセンサ、４９・・・スラストセン
サ、５１・・・ロータ、５２・・・遠心翼、５３・・・
ねじ溝分子ポンプ。 ５４・・・渦流翼、５５・・・遠心固定翼、５６・・・
スペーサ、５７・・・通風路、５８・・・ステータ、５
９・・・渦流翼、６０・・・通風路、６１・・・シャフ
ト、６２・・・ナツト、６３・・・軸受押さえ、６４・
・・軸受、６５・・・ベース、６６・・・軸受押さえ、
６７・・・軸受、６８・・・オイルタンク、６９・・・
油、７０・・・油供給路、７１゜７２・・・小孔、７３
・・・モータロータ、７４・・・モータステータ、７５
・・・吸気口。 不　２　回 １・−０−タ ツー禍湊鴛 ノンーーーイ」１１７審Ｆ ＩＺ−暎入口 ／３−、：＋を出口 ／４−−・］了 Ｎ−−一・ロータ回転方向 図 （良〕 （ｂ） （Ｃ） Ｂ、−Ｂ：８面 ７−Ａシ先ｊド１ ｔｏ−ＡＪＬ落 １４−−−コア 開４　図 位） （ｂン ｇ−、渦涜鴬 ｌの−・Ａ虱楚 ／４−　ユア 寥 （ｂ） （１，） Ｂｓ−Ｂμｑ面 ／４−一一一コア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、多段の翼車を備えた釣り鐘形のロータと前記ロータ
   の内部に配置されたステータからなり、前記ロータの外
   周側に軸流翼、遠心翼もしくはねじ溝分子ポンプ、また
   はこれらを組み合わせた翼車を多段に設け、かつ、前記
   ロータの内周に翼を、前記ステータの外周に通風路をそ
   れぞれ配置して構成した渦流翼車を前記ロータの内周側
   に多段に設けたことを特徴とするターボ真空ポンプ。