JPH0778399B2 - ねじ溝式真空ポンプ - Google Patents
ねじ溝式真空ポンプInfo
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- JPH0778399B2 JPH0778399B2 JP60179040A JP17904085A JPH0778399B2 JP H0778399 B2 JPH0778399 B2 JP H0778399B2 JP 60179040 A JP60179040 A JP 60179040A JP 17904085 A JP17904085 A JP 17904085A JP H0778399 B2 JPH0778399 B2 JP H0778399B2
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- Japan
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- groove
- vacuum pump
- rotor
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- pump
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Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D19/00—Axial-flow pumps
- F04D19/02—Multi-stage pumps
- F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
- F04D19/044—Holweck-type pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （１）産業上の利用分野 本発明はIC及び半導体の製造等における薄膜形成の使用
に好適なねじ溝式真空ポンプに関する。
に好適なねじ溝式真空ポンプに関する。
（２）従来の技術 従来のねじ溝式ポンプは、元来モレキュラードラッグポ
ンプと呼ばれ、主として自由分子流領域において使用す
ることを目的として開発されたもので、第６図示の如く
固定子（１）内に微小な間隙（３）を存して回転するよ
うに設けた回転子（２）の外周面に形成したねじ溝
（４）間の山部（５）の幅を大にして前記間隙（３）を
通る漏れ流量を減らすことにより高い圧縮比を得るよう
にしていた。
ンプと呼ばれ、主として自由分子流領域において使用す
ることを目的として開発されたもので、第６図示の如く
固定子（１）内に微小な間隙（３）を存して回転するよ
うに設けた回転子（２）の外周面に形成したねじ溝
（４）間の山部（５）の幅を大にして前記間隙（３）を
通る漏れ流量を減らすことにより高い圧縮比を得るよう
にしていた。
（３）発明が解決しようとする問題点 近年IC及び半導体の製造をはじめとする薄膜応用工業の
発展にともない、１〜1000Pa程度の圧力範囲で使用可能
な、清浄で排気速度の大きい真空ポンプの開発が望まれ
るようになった。
発展にともない、１〜1000Pa程度の圧力範囲で使用可能
な、清浄で排気速度の大きい真空ポンプの開発が望まれ
るようになった。
ところが従来のねじ溝式ポンプによれば前記山部（５）
の幅が大であるため前記ねじ溝（４）の幅が小となり、
かくて排気速度は非常に小さく、前記広範囲の圧力（１
〜1000Pa）において多量のガスを排気する真空ポンプと
しては使用できない問題点があった。
の幅が大であるため前記ねじ溝（４）の幅が小となり、
かくて排気速度は非常に小さく、前記広範囲の圧力（１
〜1000Pa）において多量のガスを排気する真空ポンプと
しては使用できない問題点があった。
本発明はねじ溝内の流れと山部分の流れを連立させて取
り扱うことにより、すきまを通る漏れ流量をも考慮に入
れた回転子と固定子間の流路におけるガスの流れを正確
に把握した結果、従来よりねじ溝の幅を大きく山部の幅
を小さくしてねじ溝の断面積を大きくすることにより、
軸方向流量すなわち排気速度を飛躍的に増大させること
が可能になることが判明し、このことを利用して前記問
題点を解消したねじ溝式真空ポンプを提供することを目
的とする。
り扱うことにより、すきまを通る漏れ流量をも考慮に入
れた回転子と固定子間の流路におけるガスの流れを正確
に把握した結果、従来よりねじ溝の幅を大きく山部の幅
を小さくしてねじ溝の断面積を大きくすることにより、
軸方向流量すなわち排気速度を飛躍的に増大させること
が可能になることが判明し、このことを利用して前記問
題点を解消したねじ溝式真空ポンプを提供することを目
的とする。
（４）問題点を解消するための手段 この目的は達成すべく本発明は、円筒状の固定子の内周
面又は該固定子内にこれと間隙を存して設けた円柱状の
回転子の外周面に形成した吸入側のねじ状溝の幅を該溝
の幅と該溝間の山部の幅の和の0.8〜0.95倍にすると共
に、前記間隙と前記溝の深さの和が該間隙の５〜20倍に
したことを特徴とする。
面又は該固定子内にこれと間隙を存して設けた円柱状の
回転子の外周面に形成した吸入側のねじ状溝の幅を該溝
の幅と該溝間の山部の幅の和の0.8〜0.95倍にすると共
に、前記間隙と前記溝の深さの和が該間隙の５〜20倍に
したことを特徴とする。
（５）作 用 多量のガスを排気でき、しかも広範囲（１〜1000Pa）の
真空が得られる。
真空が得られる。
（６）実 施 例 本発明の実施例を第１図に従って説明する。
（１）はねじ溝式真空ポンプの円筒状の固定子、（２）
は該固定子（１）内に間隙（３）を存して設けた回転子
を示し、該回転子（２）の外周面にねじ状溝（４）が形
成されている。
は該固定子（１）内に間隙（３）を存して設けた回転子
を示し、該回転子（２）の外周面にねじ状溝（４）が形
成されている。
そこで、前記回転子（２）を回転させた場合の溝（４）
内の流れと該溝（４）間の山部（５）の漏れ流れとを連
立させて解析すると、回転子（２）の軸方向（第１図の
ｌ座標）の無次元圧力勾配（以下、単に圧力勾配と記
述）と該軸方向流量の関係は、 で与えられる。
内の流れと該溝（４）間の山部（５）の漏れ流れとを連
立させて解析すると、回転子（２）の軸方向（第１図の
ｌ座標）の無次元圧力勾配（以下、単に圧力勾配と記
述）と該軸方向流量の関係は、 で与えられる。
ここで、 Kv:気体の平均自由行程λと間隙δとから算出される値K
v＝δ／λで圧力に比例する量であり、以下では無次元
圧力と呼ぶ。
v＝δ／λで圧力に比例する量であり、以下では無次元
圧力と呼ぶ。
：無次元軸方向長さ。＝l/b。尚ｌは軸方向長さ。
：無次元回転子周速。
尚、Ｕは回転子の周速、Ｒは一般ガス定数、Ｔは絶対温
度、Ｍは分子量。
度、Ｍは分子量。
：無次元流量。
尚、Ｑは流量、μは気体の粘度。
α：ねじ溝傾斜角。
β：すきま係数。β＝（δ＋ｈ）／δ＝b/δ。
ε：溝幅係数。ε＝a/（ａ＋ｄ）。尚、ａは溝幅、ｄは
山部幅。
山部幅。
ξ：溝断面係数。ξ＝a/（δ＋ｈ）＝a/b。
gv,gv,rv,gP,gP,rPは幾何学パラメータと圧力の関数で
ある。即ち、 であり、又gP,gP,gv,gvについては理化学研究所発行の
科学論文「SCIEN−TIFIC PAPERS OF THE INSUTITUTE OF
PHYSICAL AND CHEMICAL RESEARCH,December,1976.Vol.
70.No.4」の論文「Rarefied Gas Flow in a Rectangula
r Groove Facing a Moving Wall」に示されている。
ある。即ち、 であり、又gP,gP,gv,gvについては理化学研究所発行の
科学論文「SCIEN−TIFIC PAPERS OF THE INSUTITUTE OF
PHYSICAL AND CHEMICAL RESEARCH,December,1976.Vol.
70.No.4」の論文「Rarefied Gas Flow in a Rectangula
r Groove Facing a Moving Wall」に示されている。
次に、式（ｉ）をねじ溝の傾斜角αで微分し、 により圧力勾配dKv/dを最大にするねじ溝傾斜角αop
を求めると、 となる。
を求めると、 となる。
ある無次元圧力Kvの時、種々の幾何学パラメータξ，
ε，βの値に対して式（ii）より圧力勾配最大の最適な
αopを求め、そのαopに対する圧力勾配を式（ｉ）によ
り求めることができる。
ε，βの値に対して式（ii）より圧力勾配最大の最適な
αopを求め、そのαopに対する圧力勾配を式（ｉ）によ
り求めることができる。
第２図では２つの幾何学パラメータξ，β及び無次元圧
力Kvを固定し、残りの１つの幾何学パラメータεを変化
させた場合の圧力勾配の変化を種々の流量について示し
ている。
力Kvを固定し、残りの１つの幾何学パラメータεを変化
させた場合の圧力勾配の変化を種々の流量について示し
ている。
第２図によれば流量に応じて、圧力勾配が最大となるε
の存在することがわかる。
の存在することがわかる。
同図において、各流量に対して最大の圧力勾配の得られ
るεをεopと称しこの値を求め、流量とεopの関係を第
３図のＡに示した。
るεをεopと称しこの値を求め、流量とεopの関係を第
３図のＡに示した。
同図では他の幾何学パラメータξ，β及び無次元圧力Kv
を種々に変えてεを求めた結果も共に示してあるが、こ
の図より、流量とεの関係は他の幾何学パラメータξ，
β及び圧力Kvによらず設計上は一意的に第４図で与えら
れると考えて良いことがわかる。
を種々に変えてεを求めた結果も共に示してあるが、こ
の図より、流量とεの関係は他の幾何学パラメータξ，
β及び圧力Kvによらず設計上は一意的に第４図で与えら
れると考えて良いことがわかる。
ここで、前述の薄膜応用工業分野にて要求されるねじ溝
式真空ポンプの排気性能は、回転子直径200mm、回転数2
4000rpmの場合、排気速度50l/s以上である。この場合、
吸入口の／は0.2以上となり、吸入口のεopとして
は第４図より0.8以上に設定することが好ましい。又、
第２図より／が大になると圧力勾配 が小になり、この圧力勾配 が1.4×10-2以下になると所望の真空度が得られなくな
る。そこで圧力勾配 が1.4×10-2以上であるためには第２図より流量／
が1.3以下でなければならず、それより流量／が大
の曲線では圧力勾配 が1.4×10-2に到達する個所がない。そこでこの条件を
満足するεopは第４図より0.95以下であることが好まし
い。従ってεopとして0.8〜0.95が好ましい。
式真空ポンプの排気性能は、回転子直径200mm、回転数2
4000rpmの場合、排気速度50l/s以上である。この場合、
吸入口の／は0.2以上となり、吸入口のεopとして
は第４図より0.8以上に設定することが好ましい。又、
第２図より／が大になると圧力勾配 が小になり、この圧力勾配 が1.4×10-2以下になると所望の真空度が得られなくな
る。そこで圧力勾配 が1.4×10-2以上であるためには第２図より流量／
が1.3以下でなければならず、それより流量／が大
の曲線では圧力勾配 が1.4×10-2に到達する個所がない。そこでこの条件を
満足するεopは第４図より0.95以下であることが好まし
い。従ってεopとして0.8〜0.95が好ましい。
又前述の如く、流量とεの関係が一意的に与えられるす
きま係数βの範囲は第３図より５〜20である。
きま係数βの範囲は第３図より５〜20である。
次に例えば回転子直径200mm、回転数24、000r.p.m、排
気速度100l/sec、吸気口圧力0.5トールとして空気或い
は窒素ガスを排出する場合に第５図のグラフの結果が得
られ、同図からβが20〜５に相当するすきまδの0.35〜
1.7（mm）において、圧力勾配dp/dlはεが0.61の従来の
ポンプの場合と比べてεが0.80〜0.95の本発明の設計に
よるポンプの場合に大となり、かくて本発明の設計によ
るポンプは従来のポンプと比べてδが大となっても圧縮
比の大の状態を保持でき、ポンプ性能が向上したことが
明らかになる。
気速度100l/sec、吸気口圧力0.5トールとして空気或い
は窒素ガスを排出する場合に第５図のグラフの結果が得
られ、同図からβが20〜５に相当するすきまδの0.35〜
1.7（mm）において、圧力勾配dp/dlはεが0.61の従来の
ポンプの場合と比べてεが0.80〜0.95の本発明の設計に
よるポンプの場合に大となり、かくて本発明の設計によ
るポンプは従来のポンプと比べてδが大となっても圧縮
比の大の状態を保持でき、ポンプ性能が向上したことが
明らかになる。
ここでＰは回転子の周囲のすきまの圧力、ｌは該回転子
の軸方向の長さ、圧力勾配dp/dlは該軸方向に沿った圧
力勾配である。
の軸方向の長さ、圧力勾配dp/dlは該軸方向に沿った圧
力勾配である。
尚、真空ポンプにおいては、吸入側から吐出側に向うに
従って該ポンプ内でガスが圧縮されていくため、吸入側
でεを0.8〜0.95を確保し、下流側即ち吐出側に向うに
従ってεを小さくしていくように設計すればよい。
従って該ポンプ内でガスが圧縮されていくため、吸入側
でεを0.8〜0.95を確保し、下流側即ち吐出側に向うに
従ってεを小さくしていくように設計すればよい。
尚、本発明は、前述したねじ溝分子ポンプ部のみからな
るねじ溝式真空ポンプばかりでなく、ターボ分子ポンプ
部とねじ溝分子ポンプ部とを一体化した複合分子ポンプ
の該ねじ溝分子ポンプ部にも適用可能である。又前記実
施例ではねじ状溝（４）を回転子（２）の外周面に形成
した場合を示したが、該ねじ状溝を固定子の内周面に形
成した場合にも本発明が適用可能である。
るねじ溝式真空ポンプばかりでなく、ターボ分子ポンプ
部とねじ溝分子ポンプ部とを一体化した複合分子ポンプ
の該ねじ溝分子ポンプ部にも適用可能である。又前記実
施例ではねじ状溝（４）を回転子（２）の外周面に形成
した場合を示したが、該ねじ状溝を固定子の内周面に形
成した場合にも本発明が適用可能である。
（７）発明の効果 このように本発明によると吸入側のねじ状溝の幅が該溝
の幅と該溝間の山部の幅の和の0.8〜0.95倍にし、更に
間隙と前記溝の深さの和が該間隙の５〜20倍にしたこと
により、高範囲の圧力（１〜1000Pa）において多量のガ
スの排気ができ、薄膜応用工業分野における好適な真空
ポンプとなる効果を有する。
の幅と該溝間の山部の幅の和の0.8〜0.95倍にし、更に
間隙と前記溝の深さの和が該間隙の５〜20倍にしたこと
により、高範囲の圧力（１〜1000Pa）において多量のガ
スの排気ができ、薄膜応用工業分野における好適な真空
ポンプとなる効果を有する。
第１図は本発明のポンプの要部の断面図、第２図は種々
の流量における幾何学パラメータεと圧力勾配との関係
のグラフ、第３図は種々の幾何学パラメータにおける流
量と最適εopとの関係のグラフ、第４図は流量と最適ε
opとの関係のグラフ、第５図は本発明のポンプと従来の
ポンプの排気性能を示すグラフ、第６図は従来のポンプ
の要部の断面図である。 （１）……固定子、（２）……回転子 （３）……間隙、（４）……ねじ状溝 （５）……山部
の流量における幾何学パラメータεと圧力勾配との関係
のグラフ、第３図は種々の幾何学パラメータにおける流
量と最適εopとの関係のグラフ、第４図は流量と最適ε
opとの関係のグラフ、第５図は本発明のポンプと従来の
ポンプの排気性能を示すグラフ、第６図は従来のポンプ
の要部の断面図である。 （１）……固定子、（２）……回転子 （３）……間隙、（４）……ねじ状溝 （５）……山部
フロントページの続き (72)発明者 井口 昌司 東京都八王子市下恩方町1207―５ (56)参考文献 特開 昭58−155297（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−58810（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−33446（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】円筒状の固定子と該固定子内にこれと間隙
を存して設けた円柱状の回転子とからなり、該固定子の
内周面又は回転子の外周面にねじ状溝が形成されてお
り、該回転子を回転させることにより排気を行うねじ溝
式真空ポンプにおいて、吸入側前記ねじ状溝の幅を該溝
の幅と該溝間の山部の幅の和の0.8〜0.95倍にすると共
に、前記間隙と前記溝の深さの和が該間隙の５〜20倍に
したことを特徴とするねじ溝式真空ポンプ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60179040A JPH0778399B2 (ja) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | ねじ溝式真空ポンプ |
| US06/896,470 US4708586A (en) | 1985-08-14 | 1986-08-14 | Thread groove type vacuum pump |
| DE3627642A DE3627642C3 (de) | 1985-08-14 | 1986-08-14 | Vakuumpumpe mit Gewindekanal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60179040A JPH0778399B2 (ja) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | ねじ溝式真空ポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6238898A JPS6238898A (ja) | 1987-02-19 |
| JPH0778399B2 true JPH0778399B2 (ja) | 1995-08-23 |
Family
ID=16059062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60179040A Expired - Lifetime JPH0778399B2 (ja) | 1985-08-14 | 1985-08-14 | ねじ溝式真空ポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0778399B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0414792U (ja) * | 1990-05-25 | 1992-02-06 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5358810A (en) * | 1976-11-08 | 1978-05-27 | Aisin Seiki Co Ltd | High vacuum pump |
| NL8105614A (nl) * | 1981-12-14 | 1983-07-01 | Ultra Centrifuge Nederland Nv | Hoog-vacuum moleculair pomp. |
-
1985
- 1985-08-14 JP JP60179040A patent/JPH0778399B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6238898A (ja) | 1987-02-19 |
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