JPH0237197A - 複合分子ポンプ - 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】 （１）産業上の利用分野 本発明は粒子加速器、核融合実験、同位体分離等の実験
研究装置、電子顕微鏡１表面分析計等の分析計測装置、
及び半導体製造真空装置等の工業用真空装置において、
中真空から高真空及び超高真空にわたる圧力範囲で有用
な複合分子ポンプに関する。

（２）従来の技術 従来この種の複合分子ポンプとして、第２２図の如く吸
気口（ａ）と排気口（ｂ）とを有する筐体（Ｃ）内に、
該吸気口ＣＩＬ’）側からターボ分子ポンプ部（ｄ）及
びねじ溝ポンプ部（ｅ）を順次配設したものが知られて
いる。

尚、（ｆ）はこれらターボ分子ポンプ部（ｄ）及びねじ
溝ポンプ部（ｅ）のロータ（ｇ）の回転軸、（ｈ）は該
軸（ｆ）を回転させるモータを示す。

（３）発明が解決しようとする問題点 この従来の複合分子ポンプによれば、吸入圧がｌＯ’Ｐ
ａ以上の領域における排気速度の伸長が不十分で、且つ
低い吸入圧を維持できる背圧の最大許容圧力を十分高い
値とすることが困難であり、特に大型の複合分子ポンプ
において問題を有している。

この問題を解決するためには、ねじ溝ポンプの入口での
排気速度が、ポンプの吸気口での排気速度に相応した割
合、即ち１０分の１程度以上の大きさをもち、且つ最大
許容背圧が十分高くなければならない、そのためには、
ねじ溝ポンプ部（ｅ）のねじ溝入口の断面積、その周速
及びねじ溝の長さと関連してロータの軸方向長さを大き
くする必要がある。つまりロータ（ｇ）の径を十分大き
くし、外周部の肉厚を厚くしてねじ溝の断面積を大きく
し、軸方向寸法を長くし、且つロータ（ｇ）外周とステ
ータとの間の隙間を十分小さくすることが必要である。

しかしねじ溝ポンプ部（ｅ）は肉厚の外筒部分が外周部
にあるため、遠心力による応力と伸びが大となると共に
重く、大型の複合分子ポンプではロータ（ｇ）の径をタ
ーボ分子ポンプ部（ｄ）のロータ外径より小さくせざる
を得ない、その結果ターボ分子ポンプ部（ｄ）の段数の
増加につながり大型化し、加工組立が煩雑でさらに肉厚
の円筒形ロータ（ｇ）は重くて回転軸廻りの慣性モーメ
ントが大きく、その結果始動時の加速トルク及び停止時
の電気ブレーキトルクが大きくなり、モータ（ｈ）が大
形になって、駆動電源の容量も大きくなり、全体的に高
価となる等の欠点を有し、しかも十分な高流量性能の達
成も困難な問題を有している。

本発明は、これらの問題点を解消し中真空から高真空及
び超高真空にわたる圧力範囲で大きな排気速度を有し大
型機としても好適な複合分子ポンプを安価に提供するこ
とを目的とする。

（４）問題点を解決するための手段 この問題を達成すべく本発明は、吸気口と排気口を有す
る筐体内に、該吸気口側からターボ分子ポンプ部及び円
周溝真空ポンプ部を順次配設したことを特徴とする。

（５）作用 分子流状態で吸気口に流入した気体は、ターボ分子ポン
プ部の高速回転する多数の動翼及び静翼によりこの部分
を移送圧縮される。そして次の円周溝真空ポンプ部にお
いて、この圧縮移動された気体は高速回転する回転円板
の特に高速回転する周辺部により気体分子摩擦によるモ
レキュラードラッグ効果による輸送効果を生じて分子流
から粘性流となり大きな排気速度で排気口に向って圧縮
排気される。

（６）実施例 本発明の複合分子ポンプの第１実施例を第１図乃至第１
０図に従って説明する。

（１）は筐体を示し、該筐体（１）内にはその上部にタ
ーボ分子ポンプ部（２）とその下方に円周溝真空ポンプ
部（３）が設けられており、前記ターボ−分子ポンプ部
（２）はロータ（４）の外周面に突設した多数の動ｆｆ
（２ａ）と前記筐体（１）の内周面に突設した多数の静
！（２ｂ）とからなり、又前記円周溝真空ポンプ部（３
）は次のように構成されている。

即ち前記ロータ（４）の外周面に４枚の回転円板（３ａ
）が突設されており、これら回転円板（３ａ）はその上
方から下方になるに従って板厚を順次大から小にすると
共に両面の周辺部を切欠いて切込段部（３ｂ）　　（３
ｂ）に形成し、これら各回転円板（３ａ）の切込段部（
３ｂ）　　（３ｂ）の切込み深さを上方から下方になる
に従って前述と同様に大から小にした。

又（３ｃ）は前記筐体（１）の内面に固定したステータ
を示し、該ステータ（３Ｃ）は前記回転円板（３ａ）に
相当する位置において該回転円板（３ａ）が介入される
環状の凹部（３ｄ）が形成されており２該凹部（３ｄ）
と前記切込段部（３ｂ）　　（３ｂ）により前記各回転
円板（３ａ）の周辺部の両面に通風路（３ｅ）（３ｅ）
を形成した。

ここで各回転円板（３ａ）の通風路（３ｅ）（３ｅ）に
おける回転円板（３ａ）側とステータ（３Ｃ）側の対向
面間の距ｇＩｂは前述の如く切込段部（３ｂ）　　（３
ｂ）の切込み深さに応じて上方から下方になるに従って
大から小になる。そして前記各凹部（３ｄ）に、前記回
転円板（３ａ）の周辺部が通過する部分を截除した隔壁
（３ｆ）を前記ステータ（３Ｃ）より突設して該隔壁（
３ｆ）により通風路（３ｅ）（３ｅ）を区切、す、隣り
合う回転円板（３ａ）（３ａ）の通風路（３ｅ）　　（
３ｅ）及び（３ｅ）　　（３ｅ）において上流側の回転
円板（３ａ）の通風路（３ｅ）　　（３ｅ）の隔壁（３
ｆ）の他側の終端部と下流側の回転円板（３ａ）の通風
路（３ｅ）　　（３ｅ）の隔壁（３ｆ）の１側の始端部
との間を連通路（３ｇ）により連通し、更にこれら隔壁
（３ｆ）及び連通路（３ｇ）を第２図乃至第９図の如く
上流側から下流側に至るに従ってその位置を順次ずらせ
て形成し、かくて吸気口からの気体分子は連通路（３ｇ
）を介して送られながら各回転円板（３ａ）の通風路（
３ｅ）（３ｅ）において順次圧縮され、相当に高い圧縮
比が得られる。そして最も上流側の回転円板（３ａ）の
通風路（３ｅ）　　（３ｅ）の隔壁（３ｆ）の１側の始
端部を第１図及び第２図の如くターボ分子ポンプ部（２
）からの中間吸気口（１０）に、又最も下流側の回転円
板（３ａ）の通風路（３ｅ）　　（３ｅ）の隔壁（３ｆ
）の他側の終端部を第１図、第２図及び第１０図の如く
排気口（９）に連通した。排気口（９）のフランジには
補助真空ポンプに接続する配管を結合する。

前記ポンプ部（２）（３）のロータ（４）の軸（４ａ）
は前記筐体（１）の下方部のモータ筐体（ｌａ）から上
方に突出する内筒（ｌｂ）の上方部に設けた上部軸受（
５ａ）及び該モータ筐体（ｌａ）の底板（ｌｃ）に設け
た下部軸受（５ｂ）によって支承し、又前記軸（４ａ）
の中間部には前記モータ筐体（１ａ）内に設けたインダ
クシ璽ンモータ、ヒステリシスモータ等からなる高周波
モータ（６）のロータ（６ａ）が固定されていると共に
、該軸（４ａ）の下端部が前記底板（ｌｃ）の下方に設
けた潤滑油槽（７）内の潤滑油中に没入しており、前記
高周波モータ（６）の駆動による前記軸（４ａ）の高速
回転によって潤滑油が該軸（４ａ）の中心孔（４ｂ）及
びその枝孔（４Ｃ）を経て上部軸受（５ａ）に供給され
る。又下部軸受（５ｂ）は前記モータ筐体（ｌａ）の内
周に設けた溝より潤滑油が供給される。

かくて前記ポンプ部（２）（３）の動χ（２ａ）、回転
円板（３ａ）は一体化されたロータ（４）により構成し
ているので高速回転によっても振動も小さく騒音が殆ど
発生しない、尚（８）は吸気口を示す。

次に上記実施例の複合分子ポンプの作動を説明する。

高周波モータ（６）の駆動によりロータ（４）が高速で
回転しているとき、吸気口（８）に流入する気体は分子
流あるいはそれに近い中間流状態にあり、その気体分子
はターボ分子ポンプ部（２）の回転する勤ｆｆ１（２ａ
）に衝突し、該動翼（２ａ）と前記筐体（１）から突設
した静翼（２ｂ）との作用により、該動翼（２ａ）の移
動する円周方向と軸（４ａ）に平行に下方向に運動量が
与えられ、積層された前記動１　（２ａ）及び静！　（
２ｂ）の回転により下方に圧縮移動される０分子ポンプ
部（２）は、始動時の加速中は、密度の高い気体がポン
プ内に存在することによる風損と、ロータ（４）の慣性
モーメントに対する加速トルクが大きく、モータ（６）
の入力電流が過大になうないように自動的に制限し１回
転数を制御している。

圧縮移動された気体は中間吸気口（ｌＯ）を経て前記ロ
ータ（４）に一体に形成された円周溝真空ポンプ部（３
）の回転円板（３ａ）の最も高速回転移動する周辺部の
切込段部（３ｂ）（３ｂ）の両面に当ってこの時の気体
分子摩擦によるモレキュラードラッグ効果により輸送効
果が生じ連通路（３ｇ）を介して各回転円板（３ａ）の
通風路（３ｅ）　　（３ｅ）を第２図の矢印の如く順次
輸送され、分子流から粘性流にある圧力領域において排
気作用を生じて全体として大きな圧縮比を実現し、排気
口（９）から補助真空ポンプによって大気圧まで圧縮さ
れる。

ここで、発明者の実験によれば、円周溝真空ポンプ１段
だけで分子流から粘性流領域で１０倍の圧縮比が得られ
、この実施例の如く４段の構成により容易に１０’以上
の圧縮比とすることができる。又前述した従来の複合分
子ポンプにおいて窒素ガス（Ｎ、）に対する吸気口圧力
と排気速度との関係は第１１図の実線のグラフの如くな
り、窒素ガス（Ｎ、）及び水素ガス（Ｈ２）に対する排
気口圧力と圧縮比との関係は第１２図の実線のグラフの
如くなりこれら実線で示す従来の複合分子ポンプの性能
に対し破線で示す本発明の複合分子ポンプの性能は同等
以上°を実現できる。

又、各回転円板（３ａ）の通風路（３ｅ）（３ｅ）を連
通路（３ｇ）で直接連通する式であるので、特別の連通
のための管路を必要とせず、筐体（１）内のスペースの
有効利用が図れ、円周溝真空ポンプ部（３）の軸方向長
さは、同じ性能をもつねじ溝真空ポンプ部を想定した時
の軸方向長さに比して、約３分の１と短くて済み、ロー
タ（４）は軽量で、回転の慣性モーメントははるかに小
さくなる。

尚、前記第１実施例では、円周溝真空ポンプ部（３）を
４枚の回転円板（３ａ）により構成した場合を示したが
、要求される圧縮比により回転円板（３ａ）が１〜３枚
或いは５枚以上のいずれにより構成してもよい。

次に第１３図乃至第１６図は円周溝真空ポンプ部の第２
実施例を示し、該実施例においては前記各回転円板（３
ａ）の通風路（３ｅ）（３ｅ）における回転円板（３ａ
）側とステータ（３Ｃ）側の対向面間の距離すが始端部
から終端部に向って徐々に小となるように形成した。か
くて前記第１実施例の如く回転円板（３ａ）を高速に回
転すると、通風路（３ｅ）（３ｅ）内の気体はその始端
部から終端部に至るに従って高い圧力となって気体の平
均自由行程入が小となり、これに応じて前述の如く通風
路（３ｅ）　　（３ｅ）の対向面間の距離すが徐々に小
となるので、溝の深さｂと気体分子の平均自由行程入と
の比ｂ／λが最適値に近い値を保ち輸送効果が更に増大
すると共に排気圧縮性能が向上する。

第１７図は円周溝真空ポンプ部の第３実施例を示し、該
実施例においては、前記各回転円板（３ａ）の周辺部の
切込段部（３ｂ）（３ｂ）の個所の肉厚を外方になるに
従って徐々に薄く形成すると共に、これら切込段部（３
ｂ）（３ｂ）とこれらに対向する前記凹部（３ｄ）の内
面との間の距離すは半径方向のいずれの位置でも等しく
なるように該凹部（３ｄ）を外方に向うのに従って間隔
が狭くなるように形成しており、かくて前記回転円板（
３ａ）の周辺部の切込段部（３ｂ）　　（３ｂ）の個所
の肉厚が外方になるのに従って徐々に小となっているの
で、該回転円板（３ａ）が高速で回転してもその中心部
に作用する遠心応力の最大値が小となり、従って該回転
円板（３ａ）にかなりの強度を要求されることなく、該
回転円板（３ａ）の材質としてエンジニアリングプラス
チックやセラミックス、或いは鋳造物であってもよく、
更に大型機を容易に製作可能となる。

又、第１８図乃至第２１図は円周溝真空ポンプ部の第４
実施例を示し、該実施例においては各回転円板（３ａ）
の通風路（３ｅ）　　（３ｅ）において前記中間吸気口
（１０）、連通路（３ｇ）又は排気口（９）をそれぞれ
１８０度の間隔をもって２個所設けると共に、これに応
じて隔壁（’３ｆ）も２個所設けており、かくて隔壁（
３ｆ）　　（３ｆ）により仕切られた２個所の略半円周
状の通風路（３ｅ）（３ｅ）において気体分子が圧縮排
気されるので、その排気速度は略２倍になる。尚この実
施例では２個の隔壁（３ｆ）により通風路（３ｅ）　　
（３ｅ）を２個所に区切った例を示したが、３個以上の
隔壁（３ｆ）により通風路（３６）（３ｅ）を３個所以
上に区切ってもよい。

尚、前述したいずれの実施例も回転円板（３ａ）の周辺
部の両面を切込んで切込段部（３ｂ）　　（３ｂ）を形
成しているが、回転円板の周辺部には切込みを設けず、
代りに該周辺部に対向するステータ（３Ｃ）の四部の内
面に環状溝を形成してもよい。

（７）発明の効果 このように本発明によると吸気口と排気口とを有する筐
体内に吸気口側からターボ分子ポンプ部及び円周溝真空
ポンプ部とを順次配設し、吸気口からの気体をターボ分
子ポンプ部において一旦圧縮移送してから円周溝真空ポ
ンプ部においてその回転円板の特に高速に回、転する周
辺部により前記気体が気体分子摩擦によるモレキュラー
ドラッグで効率的な輸送効果を生ずると共に円周溝真空
ポンプ部の排気速度を決定する第１段目の回転円板の通
風路への吸気口を半径方向に大きな寸法をとることが可
能となり、かくて大きな排気速度を得ることができ、更
に円周溝真空ポンプ部の回転円板の段数を増すことによ
り大きな圧縮比が得られて中真空から超高真空にわたる
圧力範囲に対する効率的な真空が可能になり、更に円周
溝真空ポンプ部の軸方向の長さは同性能のものに比し短
くて済み、ロータが軽量で慣性モーメントは小さくて済
むので、高い加工精度が要求されず廉価に得られると共
に性能上好ましい大型機を得ることも可能となる効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合分子ポンプの第１実施例の全体の
断面図、第２図は第１図のＩ−Ｉ線截断面図、第３図は
第２図の■−■線截断面図、第４図は第２図の■−ｍ線
截線面断面図５図は第２図のｆｆ−ｆｆ線截断面図、第
６図は第２図のｖ−ｖ線截断面図、第７図は第２図のＶ
ｌ−Ｖｌｌ線断断面図第８図は第２ｒＩＩＪの■−■線
截線面断面図９図は第２図の■−■線截線面断面図１θ
図は第２図の■−ＩＸ線截断線図断面図１図は吸気口圧
力と排気速度との関係を示すグラフ、第１２図は吸気口
圧力と圧縮比との関係を示すグラフ、第１３図は円周溝
真空ポンプ部の第２実施例の平面図、第１４図は第１３
図のＩ−Ｉ線の１部の截断面図、第１５図は第１３図の
■−■線の１部の截断面図、第１６図は第１３図の■−
■線の１部の截断面図、第１７図は円周溝真空ポンプ部
の第３実施例の部分断面図、第１８図は円周溝真空ポン
プ部の第４実施例の平面図、第１９図は第１８図のＩ−
Ｉ線の１部の截断面図、第２０図は第１８図のＩＩ−■
線の１部の截断面図、第２１図は第１８図の■−ｍ線の
１部の載断面図、第２２図は従来の複合分子ポンプの断
面図である。 ・・・筐体 ・・・ターボ分子ポンプ部 ・・・円周溝真空ポンプ部 ・・・吸気口 ・・・排気口 出 願 人 株式会社大阪真空機器製作所 第２図 第３ 図 第５ 図 第６ 図 第７ 図 手 続 ネ巾 工Ｅ 書 自 発

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気口と排気口を有する筐体内に、該吸気口側からター
   ボ分子ポンプ部及び円周溝真空ポンプ部を順次配設した
   ことを特徴とする複合分子ポンプ。