JPH0477160B2 - - Google Patents

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JPH0477160B2
JPH0477160B2 JP58224157A JP22415783A JPH0477160B2 JP H0477160 B2 JPH0477160 B2 JP H0477160B2 JP 58224157 A JP58224157 A JP 58224157A JP 22415783 A JP22415783 A JP 22415783A JP H0477160 B2 JPH0477160 B2 JP H0477160B2
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JP
Japan
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pump stage
stage
impeller
molecular
compression pump
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JP58224157A
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Masahiro Mase
Yoshitsugu Tsutsumi
Minoru Tanyama
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Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08Centrifugal pumps
    • F04D17/16Centrifugal pumps for displacing without appreciable compression
    • F04D17/168Pumps specially adapted to produce a vacuum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D23/00Other rotary non-positive-displacement pumps
    • F04D23/008Regenerative pumps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は排気口を大気圧とする真空ポンプ、例
えば半導体製造装置における清浄な真空を作り出
すに好適な真空ポンプに関するものである。
〔従来の技術〕
従来の真空ポンプ(特開昭51−38113号)は第
1図に示すように、−線を中心として左右対
称に設けられており、その右半部の構造は次のと
おりである。すなわち吸気口2Aと排気口2Bを有
するハウジング2の内壁に取付けられた固定板
3B〜6Bと、そのハウジング2内に軸受7を介し
て回転自在に支持された回転軸1に取付けられた
回転円板3Aおよび羽根車4A〜6Aのそれぞれと
からなる軸流ターボ分子ポンプ段3、付加分子ポ
ンプ段4、遠心圧縮ポンプ段5および過流圧縮ポ
ンプ段6を、前記吸気口2A側から排気口2B側に
至る間のハウジング2内の順次に連設して構成さ
れている。
上気軸流ターボ分子ポンプ段3は、前記回転円
板3Aと固定板3Bを交互に組合せて構成され、ま
た付加分子ポンプ段4は前記円板状羽根車4Aと
固定板4Bを交互に組合せて構成され、また遠心
圧縮ポンプ段5は前記羽根車5Aとデイフユーザ
固定板5Bを交互に組合せて構成され、さらに渦
流圧縮ポンプ段6は前記回転板6Aと固定板6Bと
を交互に組合せて構成されている。
一方、回転軸1は駆動タービン8を介して駆動
され、この駆動タービン8はハウジング2の側壁
に設けられた空気入口9Aと空気出口9Bに連結
されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のような構成からなる従来例では、ポンプ
の摩擦損失の大部分は、大気圧に近い排気口2B
側、すなわち渦流圧縮ポンプ段6で発生する。こ
のポンプ段6の羽根車6Aは遠心圧縮ポンプ段5
の羽根車5Aと類似形状に構成されているため、
渦流圧縮ポンプ段6の圧縮比は周速に比例する。
この周速を増大するには、前記羽根車6Aの半径
を増大させるか、またはその回転数を増加させる
かの二つの方法がある。
ところが後者の方法では、回転数は危険速度に
より制限があるため、前者の方法すなわち半径を
増大する方法を採用しなければならない。一方、
摩擦損失は半径の5乗に比例して増加するので、
大径の羽根車では多量の熱を発生する。しかる
に、渦流圧縮ポンプ段6を流通する気体は、その
前段(遠心圧縮ポンプ段)までに可なり圧縮され
ているため、体積は縮小されているから気体によ
る熱の伝達も小さいので、冷却が困難である。
本発明は排気口圧力を大気圧付近に保ち、かつ
一台で高真空をうることができると共に、ポンプ
の下流段の摩擦損失を減少させて、所要動力を低
減させることのできる真空ポンプを得ることを目
的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するための本発明の特徴は、吸
気口、大気圧付近の圧力領域に連通する排気口、
及びポンプ作用をするポンプ段を有し、定常状態
においては分子流圧力領域の希薄気体を前記吸気
口から吸込み圧縮して前記排気口から排出するよ
うにした真空ポンプにおいて、前記ポンプ段は分
子ポンプ段とこの分子ポンプ段の下流側に設けら
れた渦流圧縮ポンプ段とを有し、前記渦流圧縮ポ
ンプ段は、外周側に多数の羽根を放射状に設けた
羽根車と、この羽根車を包囲するように設けた固
定部材と、前記羽根車に設けられた多数の羽根に
対向する位置の前記固定部材に円周方向に形成さ
れ、前記多数の羽根を連通する通風路とを備えて
いることにある。
〔作用〕
上記特徴を有する真空ポンプとすることによ
り、真空ポンプを始動し、吸込側が高真空となる
定常状態になつていくと、真空ポンプの吸込側は
分子流となり、分子ポンプ段で圧縮されて下流側
に設けられた渦流圧縮ポンプ段に流れる。渦流圧
縮ポンプ段は、定常状態においては分子ポンプ段
からの体積流量が非常に少なくなり、締切状態に
近い状態で運転されるが、渦流圧縮ポンプ段は締
切状態において極めて高い圧縮比が得られ、この
結果、分子ポンプ段と渦流圧縮ポンプ段を組合せ
た本発明の真空ポンプによつて、排気口圧力を大
気圧付近に保つた状態で吸込口側を分子流域の非
常に低い圧力に到達させることができる。
このように本発明によれば、分子ポンプ段とそ
の下流側に設けた渦流圧縮ポンプ段との組合せに
より、大気圧領域から高真空の領域まで一台のポ
ンプで排気可能となる。
また、渦流圧縮ポンプ段は高い圧縮比を得るこ
とができるため、その羽根車の直径を小さくする
ことができ、その摩擦損失を低減することができ
る。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面について説明す
る。
第2図は第一実施例を示すもので、−線を
中心として左右対称に設けられており、その右半
部の構造は下記のとおりである。
第2図において、1は吸気口2Aと排気口2B
を有するハウジング2を貫通し、軸受7を介して
回転自在に支持された回転軸で、その一端は駆動
源(図示せず)に連結されている。10〜12は
前記吸気口2A側から排気口2B側に至る間のハ
ウジング2内に順次に連設されたジーグバーン分
子ポンプ段、遠心圧縮ポンプ段および渦流圧縮ポ
ンプ段である。
上記ジーグバーン分子ポンプ段10は、回転軸
1に取付けられた回転円板10Aとハウジング2
の内壁に取付けられた固定円板10Bとを交互に
配置して構成されている。しかも、その固定円板
10Bは第3図a,bに示すように、回転円板
(図示せず)に対向する面(第3図aの右面)に
ら旋状溝10B1が設けられている。
また、前記遠心圧縮ポンプ段11は、第4図
a、bに示すように表面に放射状に配置した複数
個の羽根14を有し、かつ回転軸1に取付けられ
た羽根車11Aと、第4図aに示すようにハウジ
ング2に取付けられ、かつ前記羽根車11Aの表
面(羽根14を設けない面)に対向する面に、複
数個のリターンチヤンネル15を設けた固定円板
11Bとを交互に配置して構成されている。
さらに、渦流圧縮ポンプ段12は、第5図a,
bに示すように回転軸1に取付けられ、外周面に
多数の羽根16を放射状に設けた羽根車12A
と、ハウジング(図示せず)に取付けられ、かつ
前記羽根車12Aを包囲する一対の固定円板12
Bとを組合せ、第5図aに示すように通風路17
を形成した構造のものを並置して構成されてい
る。
上記の第1実施例によれば、ジーグバーン分子
ポンプ段10は高圧縮比となるため、低圧の分子
流域まで分子ポンプ作用を行う機能を有する。一
方、粘性流領域で有効な遠心圧縮ポンプ段11
は、大気圧から数トール(Torr)の圧力範囲で
作動されるようになつているので、前記ジーグバ
ーン分子ポンプ段10に対して有利な作動環境が
えられる。さらに、最終段である渦流圧縮ポンプ
段12の締切点付近の圧力係数は、遠心圧縮ポン
プ段11に比べて5〜10倍高くとれるので、同一
圧縮比をうるために羽根車12Aの直径を小さく
することができる。したがつて、羽根車12Aの
摩擦損失を低減させると共に、軸のスラスト力を
減少させることができる。
第6図は第2実施例を示すもので、−線を
中心として左右対称に設けられており、その右半
部の構造について説明する。
第6図において、1は吸気口2Aと排気口2B
を有するハウジング2内に軸受7を介して回転自
在に支持された回転軸、20〜22は前記吸気口
2A側から排気口2B側に至る間のハウジング2
内に順次に連設された分子ポンプ段、遠心圧縮ポ
ンプ段とおよび粘性ねじ形排気段である。
上記分子ポンプ段20は、ハウジング2の内壁
に取付けられたリング20aとハウジング2の内
壁に取付けられ、ら旋状溝20eを有する固定円
板20c,20d(第7図参照)と、この両固定
円板20c,20d間に、これらと適宜間隔を保
つように回転軸1に取付けられた回転円板20b
とからなり、かつ前記固定円板20c,20dと
回転円板20bとを組合せてなるポンプと並置し
て構成されている。
また、前記遠心圧縮ポンプ段21は、固定円板
21aおよび交互に配置された羽根車21bと固
定円板21cからなり、この羽根車21bは第8
図に示すように、心板21b1の表面(第8図aで
は右側面)に羽根21b2を放射状に配置して構成
されている。また上記固定円板21cは第9図に
示すように、心板21c1の表面(第8図aでは右
側面)に羽根21c2を放射状に配置して構成され
ている。
さらに、前記粘性ねじ形排気段22は、ハウジ
ング2の内壁に取付けられ、かつ円筒部22a1
有するケーシング22aと、その同筒部22a1
に挿入され、かつ回転軸1に取付けられた回転円
筒22bとからなり、この回転円筒22bの外周
面にはねじ溝(ら旋状溝)22cが設けられてい
る。前記回転円板20b、羽根車21bおよび回
転円筒22bはナツト24を介して回転軸1に固
定されている。また、前記ケーシング22aとハ
ウジング側壁2cとの間にはスペーサ23が設け
られている。
この第2実施例(第6図)では、分子ポンプ段
20の固定円板20c,20dにら旋状溝20e
を、また粘性ねじ形排気段22の回転円筒22b
にら旋状溝22cをそれぞれ設けたが、これらに
代え前記ら旋状溝20e,20cを分子ポンプ段
20の回転円板20bおよび粘性ねじ形排気段2
2のケーシング円筒部22a1にそれぞれ設けても
よい。
次に上記のような構成からなる第2実施例の作
用について説明する。
ハウジング2の吸気口2Aより流入した排気さ
れる気体は、環状流路を形成するリング20aを
経て、分子ポンプ段20の固定円板20cのら旋
状溝20eに流入する。この流入した気体は、回
転円板20bのドラグ作用により対向側の固定円
板20dのら旋状溝20eを流通する。このよう
な動作を以降も繰返し行つた後、分子ポンプ段2
0から流出した気体は遠心圧縮ポンプ段21に流
入する。このポンプ段21に流入した気体は、固
定円板21aと羽根車21bの心板21b1とによ
り形成された流路を流通した後、羽根車21bに
設けた長、短羽根21b2,21b3間を流通する。
このような動作を以降も繰返し行つた後、遠心圧
縮ポンプ段21から流出した気体は、粘性ねじ形
排気段22に流入し、ねじ溝22cを有する回転
円筒22bの粘性作用により圧縮された後に排気
口2Bから排出される。
上述した第2実施例によれば、最終段すなわち
粘性ねじ形排気段22の回転円筒22bの直径を
著しく小さくすることができるので、摩擦損失を
大幅に低減させることが可能であるから、ポンプ
全体の動力減少をはかることができる。
前記粘性ねじ形排気段22(第6図)は、軸流
形式の単体に形成されているが、これに代り第1
0図に示すように、ハウジング2の内壁に取付け
られた固定円板22′aと、回転軸1に取付けら
れ、前記固定円板22′aに対する裏面にら旋状
溝22′dに設けると共に、表面(遠心圧縮ポン
プ段21側)に長い羽根22′c1および短い羽根
22′C2を交互に、かつ放射状に設けた羽根車2
2′b(第11図参照)とにより構成してもよい。
その他の構造は第6図に示す実施例と同一である
から説明を省略する。このように構成すれば、粘
性ねじ形排気段22′の軸方向長さを短縮できる
利点がある。
第12図に示す第4実施例は、第6図に示す実
施例とほぼ同一の構造である。すなわち第4実施
例では、粘性ねじ形排気段22のケーシング22
aにリーク用孔25を設け、このリーク用孔25
に例えばふた26aとばね26bからなる開閉機
構26を設けた点が第2実施例と異なり、その他
の構造は同一であるから説明を省略する。
上記開閉機構26のふた26aは、吸気口2A
側の圧力が排気口2B側の圧力より低い場合、す
なわち、ふた26aの内側(リーク用孔24内)
の圧力が、ふた26aの外側(排気口2B側)の
圧力より低い場合には、ばね26bの力に抗して
閉じられる。
逆にリーク用孔25内の圧力が排気口2B側の
圧力より高い場合には、バネ26bの伸長力と相
まつてふた26aは開かれる。
一般に始動時には吸込圧が高いため、ポンプ内
の圧力は吐出側圧力よりも高くなつているので、
遠心圧縮ポンプ段で圧縮された高圧流体は、開閉
機構26の開放によりリーク用孔25を経て排気
口2Bより排出される。この結果、ポンプ内の圧
力低下により、粘性ねじ形排気段22が作動する
と、開閉機構26のふた26aは閉じて定常運転
状態になる。したがつて、始動時には粘性ねじ形
排気段22を流通する流体が減少し、前記開閉機
構の閉塞を防ぐことができるため、所要の真空度
をうる所要時間を短縮することが可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、俳気口圧
力を大気圧付近に保ち、かつ一台で高真空をうる
ことができると共に、ポンプの損失、特に下流段
の摩擦損失を低減させ、所要動力を減少させるこ
とができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の真空ポンプの断面図、第2図は
本発明の真空ポンプの第1実施例を示す断面図、
第3図a,bは第1実施例のバークバーン分子ポ
ンプ段の断面図および正面図、第4図a,bは第
1実施例の遠心圧縮ポンプ段の要部断面図および
羽根車の正面図、第5図a,bは第1実施例の渦
流圧縮ポンプ段の要部断面図および羽根車正面
図、第6図は本発明に係わる第2実施例を示す断
面図、第7a,bは第2実施例の分子ポンプ段の
固定円板の断面図および正面図、第8図a,bは
第2実施例の遠心圧縮ポンプ段の回転円板の断面
図および正面図、第9図a,bは第2実施例の固
定円板の断面図および正面図、第10図は本発明
に係わる第3実施例の断面図、第11図a〜cは
第3実施例の粘性ねじ形排気段の回転円板の表面
図、断面図および裏面図、第12図は本発明に係
わる第4実施例の断面図である。 1……回転軸、2……ハウジング、2A……吸
入口、2B……吐出口、10……分子ポンプ段、
11……遠心圧縮ポンプ段、12……渦流圧縮ポ
ンプ段、12A……羽根車、12B……固定円
板、16……羽根、17……通風路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 吸気口、大気圧付近の圧力領域に連通する排
    気口、及びポンプ作用をするポンプ段を有し、定
    常状態においては分子流圧力領域の希薄気体を前
    記吸気口から吸込み圧縮して前記排気口から排出
    するようにした真空ポンプにおいて、前記ポンプ
    段は分子ポンプ段とこの分子ポンプ段の下流側に
    設けられた渦流圧縮ポンプ段とを有し、前記渦流
    圧縮ポンプ段は、外周側に多数の羽根を放射状に
    設けた羽根車と、この羽根車を包囲するように設
    けた固定部材と、前記羽根車に設けられた多数の
    羽根に対向する位置の前記固定部材に円周方向に
    形成され、前記多数の羽根を連通する通風路とを
    備えていることを特徴とする真空ポンプ。 2 特許請求の範囲第1項において、分子ポンプ
    段と渦流圧縮ポンプ段との間に遠心圧縮ポンプ段
    を備えていることを特徴とする真空ポンプ。
JP22415783A 1983-11-30 1983-11-30 真空ポンプ Granted JPS60116895A (ja)

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