JPH0216396A - ターボ分子ポンプ - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、低真空から高真空に至るまでの排気を効率良
くまかなうことの可能な広域形のターボ分子ポンプに関
するものである。

［従来の技術］ ターボ分子ポンプ（以下、ＴＭＰと略称する）は、ロー
タに取着した動翼とステータに取着した静翼とを交互配
置してタービンを構成し、吸気したガスをこれらの翼で
叩き飛ばして、強制排気するものである。このＴＭＰが
開発された当初は、ロータが左右に対をなして配置され
た所謂ダブルフロー構造をなしていたが、製作コストが
高くつく上に、排気特性の改善も頭打ちとなる状態が続
いていた。これに対し、ロータを単体にしたシングルロ
ータタイプは、コストが易くて済み、しかも排気効果に
略同程度のものが得られることが次第に明らかになって
、最近では専らこのタイプのものがＴＭＰの主流となっ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、具体的にＴＭＰが排気上の不具合を来たすの
は、粘性流領域においてである。すなわち、タービンに
よる排気作用は、分子の平均自由行程が長く、気体分子
が動翼と静翼以外には衝突し得ないような分子流領域（
高真空域）においてのみ、最もその機能を有効に発揮し
得るものであることが解析的に明らかにされている。換
言すれば、気体分子同士が衝突する粘性流領域（低真空
域）では、主に粘性抵抗によって排気作用が妨げられ、
排気を実効ならしめることができない。このことは、シ
ングルロータ方式であろうとダブルフロ一方式であろう
と同様である。このような理由もあって、従来のＴＭＰ
がコスト的に有利なシングルロータへと技術的に推移し
ていったその間の事情が伺える。

いずれにしても、これらのＴＭＰが油回転ポンプ等のバ
ックポンプを付設して初期排気をまかなわなければなら
ない点においてかわりはなく、排気系路やバルブ等を余
分に必要とし、システムの複雑化、コスト高、スペース
ファクタの低下等、種々の不具合を招いているのが実状
である。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであっ
て、ＴＭＰの粘性流領域での排気能力を向上させること
により、広域特性を改善し、結果として補助ポンプ装置
等の簡略化に資することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、かかる目的を達成するために、次のような構
成を採用したものである。

すなわち、本発明のＴＭＰは、一対のロータを軸心を一
致させて一体回転可能に設け、両ロータと対向する各ス
テータとの間にタービンを構成するとともに、さらにこ
れらロータとステータの互いの対向面の一方に、各々の
タービンに連通ずるねじ溝を形成したことを特徴として
いる。

［作用］ ねじ溝により得られる排気作用の特徴は、気体の粘性抵
抗が積極的に利用される点にある。したがって、このね
じ溝をタービンに連通して設けておけば、気体が粘性流
領域にある場合はねじ溝が有効に機能して排気を効果的
に行なうので、低真空域でのＴＭＰの排気能力が確実に
補償されるものとなる。

ここで、ダブルフロー構造を再度検討してみると、従来
では粘性流領域の排気特性が悪いために、タービンを一
対に設けたかかる構造に格別な効果を期し難かったが、
排気作用が実効的となることによって、この構造が改め
て大きな意味をもつことになる。第２図は実測から得ら
れた特性であって、その有用性を傍証し得るものである
。図に明らかなように、シングルロータタイプで広域特
性改善を施していない従来のものは、図中（ａ）に示す
ように、１Ｏ−３Ｔｏｒｒに至るまでの低真空域で排気
効率が極めて悪いが、ねじ溝を付加すると同図中（ｂ）
に示すように排気特性が改善され、さらにそれをダブル
フロー構造にした場合は、同図中（Ｃ）に示す如く排気
速度が尚−層内上して、粘性流領域から分子流領域に至
る広域に亘って排気が効果的に行なわれるようになるこ
とがわかる。

このように、このＴＭＰによれば、タービンとねじ溝と
による相補的な排気作用と、その排気作用を粘性流領域
において倍増するダブルフロー構造とが有機的に協働し
て、優れた広域特性を示すものとなる。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

この実施例のＴＭＰは、第１図に示すように、ハウジン
グ１内に形成した左右のポンプ室１１．１１に対をなす
ロータ２．２を軸心を一致させて一体回転可能に配して
いる。

これらのロータ２．２は、同図に明らかなように縦断面
がコ字形をなす有底筒状のもので、その内側軸心位置に
固定軸支部３を配設している。そして、この固定軸支部
３とロータ２との間に能動形のラジアル磁気軸受４１と
スラスト磁気軸受４２とを構成し、計５軸において、両
ロータ２を非接触でかつ位置制御可能に支持することが
できるようにしている。この際、これらの磁気軸受４１
．４２には、フィードバック制御を可能にするだめの隙
間検出用のラジアル制御センサ５１およびスラスト制御
センサ５２を各々の近傍に付帯して設けである。

そして、このように一体回転可能に軸受支持されてなる
両ロータ２．２に、それぞれステータ１２との間で、タ
ービン６．６およびねじ溝７．７を設けている。具体的
に説明すると、両ロータ２．２の外周に複数段の動翼６
１をラジアル方向に向けて突設するとともに、これと対
向位置にあるステータ１２側に略同数段の静翼６２を内
方に向けて延出し、これら動翼６１と静翼６２を軸方向
に交互配置することによって、タービン６を構成したも
のである。タービン６の排気作用は、前述したように、
ロータ２が高速回転することによってこれらの翼６１．
６２間で気体分子を排気方向に強制的に叩き飛ばすもの
である。この際、このタービン６の横断面積は、排気方
向に向かって漸次小さくなるように設定してあり、排気
と同時に圧縮が行なわれるようにしている。

そして、このタービン６の最終段のさらに排気側におけ
る、ステータ１２と近接したロータ対向面２１に、該タ
ービン６に連通ずるらせん状のねじ溝７を周回形成して
いる。このねじ溝７は、ステータ対向面１２ａによって
閉止されたねし溝７の凹部空間内に、気体をその粘性抵
抗を利用して引き込み、さらに引き込んだその気体をロ
ータ２の回転に伴なわせて強制的に排気口まで連行し得
る能力を有している。なお、このねじ溝７は排気方向に
向かって漸次浅くなるように設けてあり、タービン６と
同様、排気と同時に圧縮が行なわれるようにしている。

しかして、以上のような構成によれば、粘性流領域では
ねじ溝７が、また、分子流領域ではタビン２がそれぞれ
有効に機能して吸気したガスの圧縮排気を効果的に行な
うとともに、粘性流領域においてはさらに、このような
ダブルフロー構造によって排気効率が倍増されるので、
第２図に示したように低真空から高真空に亘る優れた広
域特性が得られるものとなる。これにより、特に初期排
気でのバックポンプによる補助の必要性を低減すること
ができ、補助装置を簡略化して、コストダウン、スペー
スの有効利用、バルブ操作の簡略化等といった、従来タ
イプのＴＭＰでは期し難かった諸種の効果を得ることが
できる。また、仮にバックポンプを付設するにしても、
このものは低真空から有効に稼動できるので、早期に定
常運転状態に入ることが可能である。

以」二、本発明の一実施例について説明したが、ねじ溝
はステータ対向面１２ａ側に設けてもよく、また、その
種類は多条ねじ状や間欠的なものてあっても勿論構わな
い。その他、本発明は図示実施例のものに限定されず、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である
。

［発明の効果］ 本発明に係るＴＭＰは、以上のようにダブルフロー構造
において両タービンにそれぞれ連通ずるねじ溝を設けた
構成により、粘性流領域での排気効率を格段に向上させ
てより優れた広域特性を実現することができるので、初
期排気での補助の必要性が低減される。この結果、排気
系の簡素化、コストダウン、スペースの有効利用等とい
った在来の問題点を、好適に解決できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は縦断面図、第
２図は排気特性を示す説明図である。 ２・・・ロータ　　　　　　６・・・タービン７・・・
ねじ溝　　　　　１２・・・ステータ１２ａ・・・ステ
ータ対向面 ２１・・・ロータ対向面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一対のロータを軸心を一致させて一体回転可能に設け、
   両ロータと対向する各ステータとの間にそれぞれタービ
   ンを構成するとともに、さらにこれらロータとステータ
   の互いの対向面の一方に、各々のタービンに連通するね
   じ溝を形成したことを特徴とするターボ分子ポンプ。