JPH0458098A - 排気エレメント - 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） この発明は、真空ポンプを構成する排気エレメントに関
する。

（従来の技術） 従来、真空ポンプには種々の構造のものが知られており
、真空排気系として必要な特性に従って、最適のものが
選択され、使用されている。

半導体デバイスの製造等の分野では真空排気系のクリー
ン化或いはオイルフリー化が求められており、このよう
な要求に対して、ドライ荒引き真空ポンプが使用される
ようになって来ている。

前記ドライ荒引き真空ポンプとしては、ルーツ形または
スクリュー形と呼ばれる容積形のドライ荒引き真空ポン
プと、軸流ターボ分子ポンプや遠心圧縮ポンプ等を組合
せた非容積形（気体移送形）のドライ荒引き真空ポンプ
が考えられている（例えば特開昭５１−３８１１３号、
同６０−１１６８９５号、同６０−２４７０７５号、同
６０−２５２１９７号）。

（発明が解決しようとする課題） 真空容器を大気圧の状態から高真空の状態まで排気しよ
うとする場合、排気される気体は大気圧から数Ｔｏｒｒ
の圧力領域までは、粘性流の性質を示し、数Ｔｏｒｒ以
下の圧力領域では、中間流から分子流の性質を示すので
、夫々の気体の性質に好適な形式のドライ真空ポンプを
選択する必要かあるが、前記容積形のドライ荒引き真空
ポンプでは、第８図に示したように、通常の荒引きポン
プとして使用されるロータリーポンプに比べて、荒引き
に時間を用する問題点がある。

一方、大流量排気を目的としたオールターボ形のドライ
真空ポンプも提案されているか、粘性流領域の排気速度
が制限される構造の為、大容量の真空容器に使用できな
いものであった。

ドライ真空ポンプとして通常知られている軸流ターボ分
子ポンプは、大容量の排気が可能であるが、バックアッ
プポンプとしてロータリーポンプ等を使用する為、完全
なオイルフリーとはできなかった。

この発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので
、非容積形のドライ真空ポンプであって、大気圧から高
真空の領域まで大きな排気速度が得られるポンプを構成
できる排気エレメントを提供することを目的としている
。

（課題を解決する為の手段） 前記の目的を達成するこの発明の排気エレメントは、回
転軸に取付けられた円盤状のロータと、該ロータの盤面
と対向して設置されるステータとからなる排気エレメン
トにおいて、前記ロータは放射方向に沿って少くとも１
つの流路が設けられて、該流路の上流側がロータの回転
軸側で開口してあると共に、下流側がロータの周縁部で
開口してあり、かつ前記ロータの上流側開口と下流側開
口の間の外壁がステータの対向部と共同してシール構造
を形成していることを特徴としている。

前記シール構造は、ラビリンスシール、その他のシール
構造とするものであるが、上流側から下流側に向って順
次高い圧力が形成される構造とするのが望ましい。

ロータの下流側開口より下流側には、この排気エレメン
トで排気された気体の通路が確保されれば良いものであ
るが、下流側開口より下流側外壁にステータを対向して
該対向部で下流側に向けて順次高い圧力が形成される構
造を付加しても良い。

（作　　用） この発明の排気エレメントによれば、円盤状のロータを
高速で（例えば３０．ＯＯＯｒｐｍ）回転することによ
って、粘性流から分子流の領域に亘って排気作用を得る
ことができる。

即ち、粘性流領域においては、ロータの上流側開口から
下流側開口に向って、遠心力による気体の流れを形成し
く遠心ブロアと同一原理）、排気作用が得られる。又、
中間流から分子流領域においては、前記と同様の遠心力
による気体の流れと、高速で移動する流路側壁から気体
分子へ与えられる下流側へ向う移動エネルギーによる気
体の流れ（軸流ターボ分子ポンプと同一原理）が形成さ
れて、排気作用が得られる。

粘性流領域では、遠心ブロアと同一の原理による排気作
用が得られるので、大きな排気速度を得ることが可能で
、容積形のドライポンプの欠点である、荒引き時間の長
期化を解決することができる。

中間流から分子流の領域では、軸流ターボ分子ポンプと
同一の原理によって排気作用が得られるので、大容量の
排気が可能である。

従ってこの発明の排気エレメントを複数段に構成するこ
とによって、大気圧から高真空領域まで、大容量、高速
排気が可能で、かつ完全にオイルフリーの真空ポンプを
得ることができる。

（実施例） 以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図が実施例の排気エレメントであって、回転軸１に
固着した円盤状のロータ２と、該ロータ２の側面と対向
させたステータ３で構成されている。前記ロータ２は第
２図および第３図に示したように円盤４で構成されてい
るもので、−側面４ａ（上面）の中心側に環状の開口部
５が形成されていると共に、周面４ｂ内に複数の開口部
６．６が形成され、かつ前記開口部５と開口部６を連通
ずる流路７．７が放射状に設けられている。ステータ３
は前記ロータ２の一側面４ａと対向する円環状の上部ス
テータ３ａと、他側面４ｃと対向する円環状の下部ステ
ータ３ｂからなるもので、上、下部ステータ３　ａ　ｓ
　３　ｂは円筒体８で一体となっている。上、下部ステ
ータ３ａ、３ｂの内径は、前記開口部５を覆わない径と
してある。

前記ロータ２の一側面４ａには、複数の環状突条９ａ、
９ｂ・・・が同心円状に形成してあり（第４図）、該環
状突条９ａ、９ｂ・・・を上部ステータ３ａの対向面と
微少のクリアランスを介して対向させることによって、
該部にラビリンスシール９か構成しである。下部ステー
タ３ｂとロータ２は、比較的大きな間隙１０を介して対
向させである。

上記実施例の排気エレメントにおいて回転軸１を介して
ロータ２を高速回転（例えば３０．ＯＯＯｒｐｍ）させ
ると、ロータ２の開口部５から開口部６に向う矢示１１
のような気体の流れを形成することか可能である。

粘性流領域においては、流路７内の気体分子には、ロー
タ２と共に回転することによって遠心力が作用し、矢示
１１の方向に流れる。通常遠心ポンプでは周速４００ｍ
／ｓｅｅ　　（ロータの径２５ｃｍφ、３０．０００ｒ
ｐｍ）の場合、圧縮比３程度か得られている。

又、中間流領域および分子流領域においては、前記と同
様の遠心力（特に中間流領域において）が気体分子に作
用すると共に、高速で移動する流路７の内壁と流路７内
の気体分子が衝突した際には、気体分子に開口部７側へ
向う移動エネルギーが与えられるので、この場合も気体
分子は矢示１１の方向に流れる。

従ってロータ２を高速回転することによって、排気エレ
メントにおいては、開口部５（上流側）から開口部６（
下流側）へ排気作用を得ることができる。開口部６から
排出された気体分子は、上流側へはラビリンスシール９
が構成されているので、逆流することは無く、間隙１０
を通して矢示１２のように排気される。

以上のようにこの発明の排気エレメントは、粘性流領域
から分子流領域に亘って排気作用が得られるものであり
、排気される気体の流通路は、比較的大きな断面が確保
されてコンダクタンスが制限されない構造であるので、
このような排気エレメントを１乃至複数段にして、吸込
口と排出口を備えたケーシング内に組込んで、大気圧か
ら所要の到達圧力まで連続排気が可能で、しかも大容量
、高速排気が可能なオイルフリー真空ポンプとすること
ができる。

例えば、この発明の排気エレメントの圧縮比を３とする
と、８段の場合で０．１２Ｔｏｒｒ、　１０段の場合で
１．ｔ　ｘ　１Ｏ−２Ｔｏｒｒの到達圧力を得ることが
可能である。

尚、排気エレメントを複数段に構成する場合には、各段
の上部ステータ３ａおよび／または下部ステータ３ｂは
隣接する排気エレメントの下部ステータ３ｂおよび／ま
たは上部ステータ３ａに共用される。

又、前記ケーシング内に組込む排気エレメントは、この
発明の排気エレメントたけに制限されるものではなく、
分子流領域で大容量、高速排気性能が得られる従来の軸
流ターボ分子ポンプの排気エレメントと組合せて組込ん
だり、本件出願人等が提案している遠心ブロアとガスジ
ェットを組合せた排気エレメント（特開昭６３−７５３
９９号）を組合せて組込むようにしても良い。

前記ロータ２に設けた流路７は全長に亘って同一径の円
孔としたが、第５図（ａ）〜（ｄ）に示したように、開
口部６側に拡がる形状として、開口部５側の吸入口１３
において気体が有する大きな動圧を、減速によって減少
させ、この減少分を静圧の上昇に変化させるようにして
も良い。流路７の内壁はマクロ的に見て一様として、流
路７内を移動する気体の流れを一様となるようにし、圧
力損失が無いように考慮するのが望ましい。流路７の内
壁は平滑面で良いが、気体の流れに直角の方向に、環状
溝又は環状突条を形成して、粘性流領域では気体分子の
混合を促進する一方、中間流、分子流領域では、気体分
子と衝突した際に与えられる移動エネルギーの方向を確
実に開口部６側となるようにして、逆流を少くするよう
にしても良い。

このような流路７は、ここまで直線に沿って設ける場合
について説明したが、曲線に沿わせて湾曲して設けるよ
うにしても良い。

尚、流路７はロータ２に対して少（とも１つ形成してあ
れば、前記の通りの排気作用か得られるが、実施例のよ
うに複数とすることによって１段当りの排気速度を大き
くすることができる。

又、ロータ２は一体の円盤に流路７．７を設けたものに
ついて説明したが、流路７の形状等によっては、複数の
部材を結合して構成した方が工作上有利であるので、複
数の部材を組立てて一体構造とするようにしても良い。

次に、ラビリンスシール９は、実施例ではロータ２を構
成した円盤４の一側面４ａに設けた環状突条９ａ、９ｂ
・・と上部ステータ３ａの平滑面を微小間隙を保って対
向させて構成したが、上部ステータ３ａ側に環状突条を
設け、ロータ２側は平滑面とするようにもできる。

ロータ２を高速で回転する為、回転時のバランスを考慮
すれば、上部ステータ３ａ側に環状突条を設けた場合の
方が、振動や騒音を少くできるであろう。

前記環状突条９ａ、９ｂ・・・は、第６図に示したよう
に、渦流突条１４ａ、１４ｂ・・・とすることもできる
。この場合、上流側（開口部５側）から下流側（開口部
６側）に向って順次高い圧力となるシール構造とでき、
シール効果を増大することができる。

前記のような渦流突条１４ａ、１４ｂは、下部ステータ
３ｂと、ロータ２の円盤４の他側面４Ｃの対向部に第７
図のように配置することも可能である。

この構造の場合、対向部の上流側から下流側に向けて順
次高い圧力を形成させて、気体の流れを促進し、ロータ
２により排気された気体を積極的に排出することができ
る。

尚、流路７の開口部５側や、開口部６と対向したステー
タ３の内壁部分を鎖線１５、］−６のように形成して、
気体分子が衝突した時にはね返される方向が流れの下流
側になるようにする処置を各実施例で採用することも可
能である。

（発明の効果） 以上に説明したように、この発明の排気エレメントによ
れば、粘性流領域から分子流領域に亘る広い範囲で大流
量の排気作用を得ることができるので、大気圧から高真
空領域まで排気が可能で、完全にオイルフリーの真空ポ
ンプを構成できる効果がある。又、大流量の排気作用が
得られるので、大容量の真空容器を高速排気できる真空
ポンプを構成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の一部を破切した拡大断面図
、第２図は同じ〈実施例のロータの平面図、第３図は第
２図中■−■線における断面図、第４図は同じ〈実施例
のロータの一部拡大断面図、第５図（ａ）乃至同はこの
発明の実施例におけるロータ内の流路の変形例を示す説
明図、第６図はこの発明の他の実施例のロータの平面図
、第７図はこの発明の更に他の実施例の一部を破切した
拡大断面図、第８図は従来のロータリーポンプと容積形
のドライ荒引き真空ポンプの排気特性を表わしたグラフ
である。 １・・・回転軸　　　２・・・ロータ ３・・・ステータ　　５．６・・・開口部７・・・流路
　　　　９・・・ラビリンスシール９ａ、、９ｂ・・・
環状突条 １４ａ、１４ｂ・・・渦流突条

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　回転軸に取付けられた円盤状のロータと、該ロータ
   の盤面と対向して設置されるステータとからなる排気エ
   レメントにおいて、前記ロータは放射方向に沿って少く
   とも１つの流路が設けられて、該流路の上流側がロータ
   の回転軸側で開口してあると共に、下流側がロータの周
   縁部で開口してあり、かつ前記ロータの上流側開口と下
   流側開口の間の外壁がステータの対向部と共同してシー
   ル構造を形成していることを特徴とした排気エレメント
   ２　シール構造は、上流側から下流側に向って順次高い
   圧力が形成される構造とした請求項１記載の排気エレメ
   ント ３　ロータの下流側開口より下流側外壁にステータが対
   向してあり、該対向部で下流側に向けて順次高い圧力が
   形成される構造としてある請求項１又は２に記載の排気
   エレメント