JPH08247084A - Turbo-molecular pump - Google Patents

Turbo-molecular pump

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JPH08247084A
JPH08247084A JP7454595A JP7454595A JPH08247084A JP H08247084 A JPH08247084 A JP H08247084A JP 7454595 A JP7454595 A JP 7454595A JP 7454595 A JP7454595 A JP 7454595A JP H08247084 A JPH08247084 A JP H08247084A
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molecular pump
spacing
turbo
blade
blade row
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Masashi Iguchi
昌司 井口
Tatsuji Ikegami
達治 池上
Junichi Nakamura
順一 中村
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OSAKA SHINKU KIKI SEISAKUSHO
OSAKA SHINKU KIKI SEISAKUSHO KK
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OSAKA SHINKU KIKI SEISAKUSHO
OSAKA SHINKU KIKI SEISAKUSHO KK
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Abstract

PURPOSE: To design a blade cascade of a turbo-molecular pump excellent in exhaust performance in an extensive area capable of providing exhaust speed in the same degree as in a free molecule flow region even in an intermediate flow region (0.1 to 1Pa) as well as in the free molecular flow region where suction port side pressure is high vacuum. CONSTITUTION: A spacing (s) of cascades 5a, 6a is made 20% or less than 20% of an average free path h of gas molecule, a spacing code ratio s0 of the cascades 5a, 6a is found by theoretical computation, and the cascades 5a, 6a are formed so as to provide a high compression ratio (k) in the region that the spacing code ratio s0 is s0 =0.5 to 1.5 in a turbo-molecular pump consisting of the multiple stage axial flow cascades 5a, 6a.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超高真空装置及びICや
半導体等の製造に必要な真空発生装置に使用するターボ
分子ポンプに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbo molecular pump used in an ultra-high vacuum device and a vacuum generator required for manufacturing ICs, semiconductors and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】ターボ分子ポンプは軸流圧縮機に似た形
状の多段の翼列を持つロータと、該翼列と交互に配置さ
れた多段の翼列を持つステータとからなるポンプ機能部
を持っている。
2. Description of the Related Art A turbo-molecular pump has a pump function section consisting of a rotor having a multi-stage blade row similar in shape to an axial compressor and a stator having multi-stage blade rows alternately arranged with the blade row. have.

【0003】従来の多段の軸流翼からなるターボ分子ポ
ンプとして、できるだけ少ない翼列段数で目標とする排
気速度と圧縮比を実現し、製造コストを下げることを目
的として、動翼及び静翼の各段の翼角を吸気口側から排
気口側にかけて後段に行く程順次小さくすると共に、動
翼及び静翼の各段のスペーシングコード比so も後段に
行く程順次小さくする方式が知られている。(例えば特
公昭50−27204号公報)。
As a conventional turbo-molecular pump consisting of multi-stage axial flow blades, in order to achieve a target exhaust velocity and compression ratio with a minimum number of blade rows and to reduce the manufacturing cost, the rotor blades and the stationary blades are the blade angle of each stage while successively smaller extent going downstream toward the exhaust port side from the intake port side, blades and spacing code ratio s o of each stage of the stationary blade also known is a method of sequentially smaller extent go downstream ing. (For example, Japanese Examined Patent Publication No. 50-27204).

【0004】ここでスペーシングコード比so =s/
b、sは翼列開口部のスペーシング(mm)、bは翼の
コード長(mm)を示す。
[0004] Here spacing code ratio s o = s /
b and s are the spacing (mm) of the blade row opening, and b is the blade cord length (mm).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来のターボ分子ポン
プでは、有効に作動する吸気口圧力の範囲は高真空の自
由分子流領域(クヌッセン数Knの値が10以上)に限
られ、クヌッセン数Knの値が0.1乃至10の中間流
領域では従来のターボ分子ポンプは排気速度が著しく低
下するので、ICや半導体の製造装置のように吸入する
圧力の範囲が0.1乃至1Paの中間流に相当する領域
において大流量の排気を行う必要がある用途に対して
は、従来のターボ分子ポンプは対応できないという問題
点があった。
In the conventional turbo-molecular pump, the range of the inlet pressure that operates effectively is limited to the high-vacuum free molecular flow region (the Knudsen number Kn is 10 or more), and the Knudsen number Kn Since the exhaust speed of the conventional turbo-molecular pump is remarkably reduced in the intermediate flow region where the value of 0.1 to 10, the suction pressure range of the intermediate flow is 0.1 to 1 Pa as in the IC or semiconductor manufacturing apparatus. There is a problem that the conventional turbo-molecular pump cannot cope with the application in which a large flow rate needs to be exhausted in a region corresponding to.

【0006】本発明はターボ分子ポンプの翼列の設計に
新しい理論を適用して、自由分子流領域だけでなく、中
間流領域においても有効な圧縮性能と排気速度を持つと
共に、軸方向の寸法の小さいコンパクトな外形寸法の中
・大型ターボ分子ポンプを実現し、更に水素等の低分子
量気体に対しても、窒素ガス等の高分子量気体に対する
のと同等の排気速度が得られるような高圧縮比、広領
域、高流量の中・大型ターボ分子ポンプを実現すること
を目的とする。
The present invention applies a new theory to the design of a cascade of turbo molecular pumps, and has effective compression performance and pumping speed not only in the free molecular flow region but also in the intermediate flow region, and the axial dimension. Realizes medium and large size turbo molecular pumps with small external dimensions, and high compression that can obtain exhaust speed equivalent to high molecular weight gas such as nitrogen gas even for low molecular weight gas such as hydrogen. The objective is to realize medium to large size turbo molecular pumps with high ratio, wide range and high flow rate.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目標を達
成するべく、多段の軸流翼列からなるターボ分子ポンプ
において、翼列のスぺーシングsを気体分子の平均自由
行程λの20%以下とすると共に、該翼列のスペーシン
グコード比so の値が=0.5乃至1.5の範囲の値と
なるように該翼列を形成したことを特徴とする。ここで
λは気体分子の平均自由行程(mm)、sは翼列開口部
のスペーシング(mm)、so は翼列のスペーシングコ
ード比で、so =s/b、bは翼のコード長(mm)を
示す。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a turbo molecular pump comprising a multi-stage axial flow blade row with a spacing s of the blade row equal to 20 of the mean free path λ of gas molecules. % with the following, characterized in that the formation of the wings string to a value in the range of wings row spacing code ratio s o value = 0.5 to 1.5. Mean free path here λ is the gas molecules (mm), s the blade row opening spacing (mm), s o is a spacing code ratio of blade rows, s o = s / b, b is the wing The code length (mm) is shown.

【0008】[0008]

【作用】請求項1のターボ分子ポンプにおいて、翼列の
スペーシング及びスペーシングコード比を新理論により
設計したので、中間流領域において、従来設計法による
ターボ分子ポンプよりも大きな圧縮性能と排気速度を得
ることができる。
In the turbo molecular pump of claim 1, the blade row spacing and the spacing code ratio are designed by a new theory. Therefore, in the intermediate flow region, the compression performance and the pumping speed are higher than those of the turbo molecular pump according to the conventional design method. Can be obtained.

【0009】請求項2のターボ分子ポンプにおいて、前
記翼列のスペーシングコード比soを後段に行く程大と
なるようにしたので、後段の翼列の軸方向寸法を小さく
できるから、従来設計法によるターボ分子ポンプよりも
軸方向寸法の短いターボ分子ポンプとすることができ
る。
[0009] In the turbo molecular pump according to claim 2, since the spacing code ratio s o of the cascade was set to be Hododai go downstream, because it reduces the axial dimension of the subsequent blade row, the conventional design A turbo molecular pump having an axial dimension shorter than that of the turbo molecular pump manufactured by the method can be used.

【0010】請求項3のターボ分子ポンプにおいて、自
由分子流領域における該ターボ分子ポンプの排気速度を
高めることができる。
In the turbo molecular pump according to the third aspect, the exhaust speed of the turbo molecular pump in the free molecular flow region can be increased.

【0011】請求項4の複合分子ポンプにおいて、水素
ガスに対しても窒素ガスに対するのと同等の排気速度を
得ることができる。
In the composite molecular pump according to the fourth aspect, it is possible to obtain the same exhaust speed for hydrogen gas as for nitrogen gas.

【0012】[0012]

【実施例】本発明の第1実施例を図1乃至図11により
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0013】図1はターボ分子ポンプの一部断面図を示
し、1は該ターボ分子ポンプのケーシング、2はその吸
気口側、3は排気口側である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a turbo molecular pump, in which 1 is a casing of the turbo molecular pump, 2 is an intake port side thereof, and 3 is an exhaust port side thereof.

【0014】4は該ケーシング1内に回転自在に軸着し
たロータで、該ロータ4は平板状翼よりなる動翼5を多
数放射状に突出させた翼列5aを多段に設置しており、
又ケーシング1内には同じく平板翼よりなる静翼6を多
数内方に突出させた翼列6aを多段に設置したステータ
を有し、該翼列5aと翼列6aは相互に狭い間隔を存し
て配置されている。
Reference numeral 4 denotes a rotor rotatably attached to the casing 1, and the rotor 4 has a plurality of blade blades 5a formed by radially projecting a plurality of blades 5 made of flat blades arranged in multiple stages.
Further, in the casing 1, there is provided a stator in which a large number of blades 6a, each of which is also a flat blade, protrudes inwardly and are installed in multiple stages, and the blade rows 5a and 6a have a narrow interval therebetween. Are arranged.

【0015】図2は図1におけるX−X円周断面を展開
して翼列5a、6aを示したもので、動翼5及び静翼6
の翼角αは相互に逆向きをなしている。
FIG. 2 shows the blade rows 5a and 6a by expanding the XX circumferential cross section in FIG. 1. The moving blade 5 and the stationary blade 6 are shown in FIG.
The wing angles α of are opposite to each other.

【0016】Ao は該ターボ分子ポンプの上流側の翼列
段、Bo は同中流側の翼列段、Coは同下流側の翼列段
を示す。
A o is a blade row stage on the upstream side of the turbo molecular pump, B o is a blade row stage on the middle flow side, and C o is a blade row stage on the downstream side.

【0017】本発明による翼列の設計法では、スペーシ
ングコード比so =s/bの値は、下記に示す理論式に
よってso =0.5乃至1.5の範囲に求められる。
[0017] In the design method of the blade row according to the invention, the value of the spacing cord ratio s o = s / b is determined in the range of s o = 0.5 to 1.5 by the theoretical formula shown below.

【0018】以下、図3乃至図4bにより該理論式を説
明する。
The theoretical formula will be described below with reference to FIGS. 3 to 4b.

【0019】即ち図3は動翼5の拡大断面図であり、該
動翼5はコード長をb、翼角をαとし、スペーシングs
で翼列5aを形成している。
That is, FIG. 3 is an enlarged sectional view of the moving blade 5. The moving blade 5 has a cord length b, a blade angle α, and a spacing s.
To form the blade row 5a.

【0020】又、Dは該翼列5aの入口側、Eは同出口
側を示し、該翼列5aは周速VでV矢の方向に回転す
る。
Further, D indicates the inlet side of the blade row 5a and E indicates the outlet side thereof, and the blade row 5a rotates at a peripheral speed V in the direction of arrow V.

【0021】又、該翼列5aの排気流量(容積排気速度
Sと入口側圧力Pとの積)をQとし、該翼列5aによる
圧縮比をKとする。
The exhaust flow rate of the blade row 5a (product of volumetric exhaust velocity S and inlet side pressure P) is Q, and the compression ratio by the blade row 5a is K.

【0022】図3に示すように翼の壁面の中心位置をo
とし翼壁面に沿って位置x及びyを定めるものとする
と、気体分子の動きを確率的に扱うことにより次の
(1)式が成立つ。
As shown in FIG. 3, the center position of the wall surface of the blade is
Assuming that the positions x and y are determined along the blade wall surface, the following equation (1) is established by stochastically treating the movement of gas molecules.

【0023】[0023]

【数1】 [Equation 1]

【0024】ここでM12は領域Dからスペーシングs
(翼列開口部)に入射した気体分子が(分子間衝突、壁
との衝突も含めて)最終的に領域Eへ通り抜ける確率で
ある。
Where M 12 is the spacing s from region D
It is the probability that the gas molecules incident on the (blade row opening) finally pass through to the region E (including intermolecular collision and collision with the wall).

【0025】m12は領域Dからスペーシングs(翼列開
口部)に入射した気体分子が、分子間衝突や壁との衝突
をせずに直接、領域Eへ通り抜ける確率である。
M 12 is the probability that gas molecules that have entered the spacing s (blade row opening) from the region D will pass directly to the region E without causing intermolecular collision or collision with the wall.

【0026】mx2、は翼壁面のdx部分で反射した気体
分子が、分子間衝突をせずに壁との衝突を含めて最終的
に領域Eへ抜ける確率。
M x2 is the probability that the gas molecules reflected at the dx portion of the blade wall will eventually escape to the region E including collisions with the walls without causing intermolecular collisions.

【0027】my2も同様、他の翼壁面dy部分で反射し
た気体分子が、分子間衝突をせずに最終的に領域Eへ抜
ける確率である。
Similarly, m y2 is the probability that the gas molecules reflected on the other dying wall surface dy will finally escape to the region E without causing intermolecular collision.

【0028】ux・dx は領域Dからスペーシングs(翼
列開口部)に入射する全気体分子の中で、分子間衝突及
び壁との衝突を経験せずに壁面dxに達する分子の割
合。
U x · d x is the number of molecules that reach the wall surface dx without experiencing intermolecular collision and collision with the wall among all gas molecules incident on the spacing s (blade row opening) from the region D. Percentage.

【0029】uy・dy も同様、分子間衝突及び壁との衝
突を経験せずに壁面dyに達する分子の割合である。
Similarly, u y · d y is also the ratio of molecules that reach the wall surface dy without experiencing intermolecular collision and collision with the wall.

【0030】dτはx及びyに対応してdx及びdyを
置きかえたものである。
Dτ is a replacement of dx and dy corresponding to x and y.

【0031】尚、翼間通路内で分子間衝突をした気体分
子は、領域Dと領域Eへ等分されるものとする。
The gas molecules colliding with each other in the passage between the blades are equally divided into a region D and a region E.

【0032】前記のm12,mx2,my2,ux・dx ,uy
y は、気体分子の速度v、該分子の平均自由行程λ
v 、該分子の最大確率速度a、翼列の周速V、翼角α、
翼間の通路の断面形状で決まる角度θ及びrxy, rxs',
ys' 、該翼列のスペーシングsの関数として、次のよ
うに求めることができる。
The above-mentioned m 12 , m x2 , m y2 , u x · d x , u y ·
d y, the speed of the gas molecules v, the mean free path of the molecule λ
v , the maximum probability velocity a of the molecule, the peripheral velocity V of the blade row, the blade angle α,
The angles θ and r xy , r xs' , determined by the cross-sectional shape of the passage between the blades
As a function of r ys ′ and the spacing s of the blade row, it can be obtained as follows.

【0033】但しa=(2RT/M)1/2 、Rは気体常
数、Tは絶対温度、Mは入射する気体の分子量、又cは
該翼列の速度比c=V/aである。
Here, a = (2RT / M) 1/2 , R is the gas constant, T is the absolute temperature, M is the molecular weight of the incident gas, and c is the speed ratio of the blade row c = V / a.

【0034】mx2、my2は次の連立方程式を数値的に解
いて得られる。
M x2 and m y2 are obtained by numerically solving the following simultaneous equations.

【0035】[0035]

【数2】 [Equation 2]

【0036】[0036]

【数3】 (Equation 3)

【0037】ここで、Dx2は壁面のdx部分で反射した
気体分子が、分子間衝突及び壁との衝突をせずに領域E
へ達する確率。
Here, D x2 is a region E in which gas molecules reflected at the dx portion of the wall surface do not collide with each other and collide with the wall.
Probability of reaching.

【0038】Dy2も同様、他の壁面のdy部分で反射し
た気体分子が、分子間衝突及び壁との衝突をせずに領域
Eへ達する確率である。
Similarly, D y2 is the probability that the gas molecules reflected at the dy portion of the other wall surface reach the region E without causing intermolecular collision and collision with the wall.

【0038】F(x,y)dyは壁面のdx部分で反射
した気体分子の中で、分子間衝突及び壁との衝突を経験
せずに壁面dyに達する分子の割合。
F (x, y) dy is the proportion of the gas molecules reflected on the dx portion of the wall surface that reach the wall surface dy without experiencing intermolecular collision and collision with the wall.

【0040】F(y,x)dxも同様、壁面のdy部分
で反射した気体分子の中で、分子間衝突及び壁との衝突
を経験せずに壁面dxに達する分子の割合であり、これ
等は次式の様に表される。
Similarly, F (y, x) dx is the ratio of the molecules reaching the wall surface dx without experiencing intermolecular collision and collision with the wall among the gas molecules reflected at the dy portion of the wall surface. Etc. are expressed as the following equations.

【0041】[0041]

【数4】 [Equation 4]

【0042】[0042]

【数5】 (Equation 5)

【0043】[0043]

【数6】 (Equation 6)

【0044】ここで、rxy, rxs',rys' は図4a及び
図4bに示すもので、それぞれ(x,y)、(x,
θ)、(y,θ)の関数である。
Here, r xy , r xs ' , and r ys' are those shown in FIGS. 4a and 4b, and are (x, y), (x,
θ), (y, θ).

【0045】θox,θoyも又、同図4a及び図4bに示
す角度であり、それぞれxとyの関数である。
Θ ox and θ oy are also the angles shown in FIGS. 4a and 4b, which are functions of x and y, respectively.

【0046】尚、対称性よりF(x,y)=F(y,
x)である。
From the symmetry, F (x, y) = F (y,
x).

【0047】又、λv は先述の通り、速度vの気体分子
の平均自由行程であるが、これは平均自由行程λで置き
かえることができる。
Further, as described above, λ v is the mean free path of the gas molecule having the velocity v, which can be replaced by the mean free path λ.

【0048】ここで、クヌッセン数Knを導入する。Here, the Knudsen number Kn is introduced.

【0049】クヌッセン数Knは、平均自由行程λと通
路の代表寸法であるスペーシングsにより、次式の如く
表される。
The Knudsen number Kn is expressed by the following equation by the mean free path λ and the spacing s which is the representative dimension of the passage.

【0050】[0050]

【数7】 (Equation 7)

【0051】前記の式(4)、(5)、(6)おいて、
翼列5a、6aの形状即ちx、y、θ、αを与えれば気
体分子の速度vと平均自由行程λv の関数式となるが、
このvとλv をクヌッセン数Knで表すことにより、前
記式(4)、(5)、(6)をKnの関数式とすること
ができ、結局連立方程式(2)、(3)はクヌッセン数
Knをパラメータとしてmx2、my2の値を各x、y毎に
与えることができる。かくして(1)式のM12が求ま
る。
In the above equations (4), (5) and (6),
If the shapes of the blade rows 5a and 6a, that is, x, y, θ, and α are given, a functional expression of the velocity v of the gas molecule and the mean free path λ v is obtained.
By expressing v and λ v by the Knudsen number Kn, the above equations (4), (5), and (6) can be made into the functional equation of Kn, and the simultaneous equations (2) and (3) can be expressed by the Knudsen equation. With the number Kn as a parameter, the values of m x2 and m y2 can be given for each x and y. Thus, M 12 of the equation (1) is obtained.

【0052】又、M12とは逆に、翼列5aの出口側Eか
ら入射した気体分子が、(分子間衝突、壁との衝突も含
めて)最終的に領域Dへ通り抜ける確率をM21とする
と、M21は図3において翼列の周速Vを−Vとして求め
たM12の値になる。
Contrary to M 12 , the probability that gas molecules incident from the outlet side E of the blade row 5a will finally pass through the region D (including intermolecular collisions and wall collisions) M 21 Then, M 21 becomes the value of M 12 obtained by setting the peripheral velocity V of the blade row in FIG. 3 to −V.

【0053】即ち、That is,

【0054】[0054]

【数8】 (Equation 8)

【0055】である。It is

【0056】一方、前記翼列5aの排気流量Q及び圧縮
比Kの関係は、圧縮比Kが最大値Kmaxとなるのは排
気の流れがゼロ(Q=0)の時であり、又排気の流量が
最大値Qmaxとなるのは圧縮の無い時(K=1)の時
であるから、前記の式(1)、(8)と、これらKma
x及びQmaxとの関係は次式で表すことができる。
On the other hand, regarding the relationship between the exhaust flow rate Q of the blade row 5a and the compression ratio K, the compression ratio K reaches the maximum value Kmax when the exhaust flow is zero (Q = 0), and Since the maximum value Qmax of the flow rate is when there is no compression (K = 1), the above equations (1) and (8) and these Kma
The relationship between x and Qmax can be expressed by the following equation.

【0057】[0057]

【数9】 [Equation 9]

【0058】[0058]

【数10】 [Equation 10]

【0059】M12及びM21は前記のとおりクヌッセン数
Knをパラメータとして求まるものであり、又x、yの
値はスペーシングコード比so をも定めるので、これら
の関係グラフを図5乃至図10に示した。
[0059] M 12 and M 21 are those determined a Knudsen number Kn as the as the parameter, and x, the value of y also defines the spacing code ratio s o, FIGS. 5 to these relationship graph Shown in 10.

【0060】図5乃至図7は、クヌッセン数Knの逆数
(1/Kn)をパラメータとして、種々のスペーシング
コード比so における最大圧縮比Kmaxを(9)式に
より求めた結果のグラフを示す。
FIGS. 5 to 7 are graphs showing results obtained by calculating the maximum compression ratio Kmax at various spacing code ratios o using the equation (9) with the reciprocal number (1 / Kn) of the Knudsen number Kn as a parameter. .

【0061】又、図8乃至図10はスペーシングコード
比so =s/bをパラメータとし、クヌッセン数Knの
逆数(1/Kn)に対する最大排気優良Qmaxを(1
0)式により求めた結果のグラフを示す。
Further, FIGS. 8 to 10 use the spacing code ratio s o = s / b as a parameter, and express the maximum exhaust quality Qmax with respect to the reciprocal (1 / Kn) of the Knudsen number Kn by (1
The graph of the result calculated | required by 0) formula is shown.

【0062】これ等図5乃至図10を用いて、次のよう
にして中間流領域において優れた排気速度Sの得られる
スペーシングコード比so を選択することができる。
[0062] Using this like Figure 5 to Figure 10, it is possible to select the spacing code ratio s o obtained the pumping speed S excellent in the intermediate flow region in the following manner.

【0063】図8乃至図10から明らかなように、クヌ
ッセン数Knの逆数(1/Kn)の値が0.2以下の領
域では、最大排気流量Qmaxは一様であり、該1/K
nの値が0.2を越えると急激に最大排気流量Qmax
が低下する。
As is apparent from FIGS. 8 to 10, in the region where the value of the reciprocal (1 / Kn) of the Knudsen number Kn is 0.2 or less, the maximum exhaust flow rate Qmax is uniform and the 1 / K
When the value of n exceeds 0.2, the maximum exhaust flow rate Qmax suddenly increases.
Is reduced.

【0064】従って、先ずクヌッセン数Knの逆数(1
/Kn)の値が0.2以下となるよう、1/Kn=s/
λ<0.2となるようにする。即ち、翼列開口部のスペ
ーシングsは気体分子の平均自由行程λの20%以下と
する。
Therefore, first, the reciprocal of the Knudsen number Kn (1
/ Kn) is set to 0.2 or less, 1 / Kn = s /
Make λ <0.2. That is, the spacing s of the blade row opening is 20% or less of the mean free path λ of gas molecules.

【0065】ここで、気体分子の平均自由行程λは、該
気体の種類及び温度・圧力により決まる値であり、吸気
口2が中間流領域であればこれに相当するλとする。
Here, the mean free path λ of the gas molecule is a value determined by the kind of the gas and the temperature / pressure, and if the intake port 2 is in the intermediate flow region, it is λ corresponding to this.

【0066】次に図5乃至図7において、最大圧縮比K
maxの極大値が得られるスペーシングコード比so
点線ao で示しており、該図5乃至図7により、高い最
大圧縮比Kの得られるスペーシングコード比so =s/
bを求めることができる。
Next, referring to FIGS. 5 to 7, the maximum compression ratio K
spacing code ratio s o that maximum value is obtained in the max is indicated by a dotted line a o, the figure 5 to 7, the spacing code obtained a high maximum compression ratio K ratio s o = s /
b can be obtained.

【0067】尚、この条件に適合するスペーシングコー
ド比so は、略0.5乃至1.5の間の範囲にあること
が、該図5乃至図7からも判る。
[0067] Incidentally, compatible spacing code ratio s o in this condition, in a range of between about 0.5 to 1.5, can be seen from figure 5 to 7.

【0068】又、図5乃至図7によれば、最大圧縮費K
maxの極大値を与える点線a0 は、クヌッセン数Kn
の逆数(1/Kn)が増加する程スペーシングコード比
0の大きな値を取ることを示しているが、多段のター
ボ分子ポンプの内部圧力は後段に行く程上昇しているの
で、後段程内部気体のクヌッセン数Knが減少し、従っ
て後段の翼列程クヌッセン数Knの逆数(1/Kn)が
増大するので、後段のスペーシングコード比s0 を大と
することが望ましい。
According to FIGS. 5 to 7, the maximum compression cost K
The dotted line a 0 that gives the maximum value of max is the Knudsen number Kn.
It is shown that the spacing code ratio s 0 becomes larger as the reciprocal of (1 / Kn) increases. However, since the internal pressure of the multi-stage turbo molecular pump increases toward the latter stage, Since the Knudsen number Kn of the internal gas decreases and the reciprocal number (1 / Kn) of the Knudsen number Kn increases in the subsequent blade row, it is desirable to increase the spacing code ratio s 0 in the latter stage.

【0069】従来のターボ分子ポンプの翼列設計法によ
れば、吸気口側2に近い前段程翼角α及びスペーシング
コード比s0 を大とし、排気口側3に向けて後段に行く
程翼角α及びスペーシングコード比s0 は小さくなるよ
うにしており(例えば特公昭50−27204号公
報)、この点でも本発明による翼列の設計法は従来とは
異なった新しい概念によるものであることを示してい
る。
According to the conventional blade cascade design method for a turbo molecular pump, the blade angle α and the spacing code ratio s 0 are increased toward the front stage closer to the intake port side 2 and toward the rear stage toward the exhaust port side 3. The blade angle α and the spacing code ratio s 0 are made small (for example, Japanese Patent Publication No. 50-27204), and in this respect also, the blade row designing method according to the present invention is based on a new concept different from the conventional one. It indicates that there is.

【0070】次に、本発明の設計法による翼列を用いた
ターボ分子ポンプの性能の1例を図11のS−Psグラ
フにより示す。
Next, an example of the performance of the turbo molecular pump using the cascade of blades according to the design method of the present invention is shown by the S-Ps graph in FIG.

【0071】ここでSは該ターボ分子ポンプの排気口3
における排気速度(m3 /s)であり、又Psは該ター
ボ分子ポンプの吸気口2における吸気圧力(Pa)であ
る。
Here, S is the exhaust port 3 of the turbo molecular pump.
Is the exhaust speed (m 3 / s), and Ps is the intake pressure (Pa) at the intake port 2 of the turbo molecular pump.

【0072】該図11において、曲線CDは本発明の第
1実施例のターボ分子ポンプの性能の1例を示し、曲線
ABは該第1実施例と略等しいロータ直径を持った、従
来設計法によるターボ分子ポンプの性能の1例を示す。
In FIG. 11, a curve CD shows an example of the performance of the turbo molecular pump according to the first embodiment of the present invention, and a curve AB has a rotor diameter substantially equal to that of the first embodiment. 1 shows an example of the performance of a turbo molecular pump according to US Pat.

【0073】該図11において、従来設計法による中型
機の性能曲線ABは、高真空の自由分子流領域で排気速
度Sは、0.6m3 /s程度と高いが、吸気口圧力Ps
が0.1Paあたりより高圧側の中間流領域では排気速
度Sは急激に低下して使用できなくなる。
In FIG. 11, the performance curve AB of the medium-sized machine according to the conventional design method shows that the exhaust speed S is as high as about 0.6 m 3 / s in the high vacuum free molecular flow region, but the intake port pressure Ps
In the intermediate flow region on the higher pressure side around 0.1 Pa, the exhaust speed S rapidly decreases and becomes unusable.

【0074】これに対し、該従来設計法による例と同じ
ロータ直径を持った本発明の第1実施例の性能曲線CD
によると、自由分子流領域では排気速度Sは0.3m3
/s程度と前記従来設計法によるものの半分の性能であ
るが、中間流領域になっても排気速度Sの急激な低下が
なく、吸気口圧力Psが1Paあたりまで低下せずに伸
びている。
On the other hand, the performance curve CD of the first embodiment of the present invention having the same rotor diameter as the example by the conventional design method.
According to the equation, the exhaust velocity S is 0.3 m 3 in the free molecular flow region.
/ S, which is half the performance of the conventional design method, but the exhaust velocity S does not decrease sharply even in the intermediate flow region, and the inlet pressure Ps does not decrease to around 1 Pa and extends.

【0075】又、両ターボ分子ポンプの最大流量を比較
すると、従来設計法における最大流量は図11のGで示
すように0.08Pa・m3 /sであるのに対し、本第
1実施例の最大流量は図11のFで示すように0.25
Pa・m3 /sとなり、従来設計法の約3倍の能力を示
している。
Further, comparing the maximum flow rates of the two turbo molecular pumps, the maximum flow rate in the conventional design method is 0.08 Pa · m 3 / s as shown by G in FIG. The maximum flow rate of 0.25 is 0.25 as shown in F of FIG.
It is Pa · m 3 / s, which is about three times as high as that of the conventional design method.

【0076】本発明の第2実施例を同じく図1乃至図1
1により説明する。
A second embodiment of the present invention is also shown in FIGS.
1 will be described.

【0077】本第2実施例は、前記第1実施例のターボ
分子ポンプの上流側A0 に、吸気口側2の圧力に相当す
る気体分子の平均自由行程λに対応して、スペーシング
s及びコード長bの大きい翼列のディスク段5a、6a
を加えたものである。
In the second embodiment, the spacing s is set on the upstream side A 0 of the turbo molecular pump of the first embodiment, corresponding to the mean free path λ of gas molecules corresponding to the pressure on the inlet side 2. And disk stages 5a, 6a of a blade row having a large cord length b
Is added.

【0078】本第2実施例のターボ分子ポンプの性能の
1例を図11に曲線AEDで示す。
An example of the performance of the turbo molecular pump of the second embodiment is shown by the curve AED in FIG.

【0079】本性能曲線AEDによれば、高真空の自由
分子流領域での排気速度sは従来設計法による例と同等
の0.6m3 /sが得られると共に、最大流量も該図1
1上のFで示すように0.25Pa・m3 /sを得てい
る。
According to this performance curve AED, the exhaust velocity s in the high-vacuum free molecular flow region is 0.6 m 3 / s, which is the same as in the conventional design method, and the maximum flow rate is also shown in FIG.
As shown by F above 1, 0.25 Pa · m 3 / s is obtained.

【0080】本発明の第3実施例を図12により説明す
る。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0081】本第3実施例は、実施例1又は実施例2の
ターボ分子ポンプの後方にねじ溝ポンプ部を加えて複合
分子ポンプとしたもので、7が前記ターボ分子ポンプ
部、8がねじ溝ポンプ部である。
The third embodiment is a composite molecular pump in which a thread groove pump section is added to the rear of the turbo molecular pump of the first or second embodiment, 7 is the turbo molecular pump section, and 8 is a screw. It is a groove pump section.

【0082】従来設計の複合分子ポンプでは、水素等の
分子量の小さい気体に対する排気速度SH は、窒素等の
分子量の重い気体に対する排気速度SN の60%程度に
なっているが、本第3実施例では、その全長を従来設計
の複合分子ポンプと同等程度におさめながら、水素等の
分子量の小さい気体に対する排気速度SH を窒素等の分
子量の大きい気体並みとすることができる。
In the conventionally designed composite molecular pump, the exhaust speed S H for a gas having a small molecular weight such as hydrogen is about 60% of the exhaust speed S N for a gas having a large molecular weight such as nitrogen. In the embodiment, the exhaust rate S H for a gas having a small molecular weight such as hydrogen can be made comparable to that of a gas having a large molecular weight such as nitrogen, while keeping the entire length to the same level as that of a conventionally designed composite molecular pump.

【0083】[0083]

【発明の効果】このように本発明によれば、ターボ分子
ポンプの吸気口圧力が高真空の自由分子流領域だけでな
く、同吸気圧力が0.1乃至1Paの中間流領域におい
ても、自由分子流領域におけるのと同等の排気速度が得
られるターボ分子ポンプの翼列を設計することができ、
又、後段程スペーシングコード比s0 =s/bを大とし
ているので、後段の翼列程軸方向寸法を小にするするこ
とができ、該ターボ分子ポンプのロータの全長が短くな
り、かくてロータの釣合い及び振動防止の点で非常に有
利であると共に、ロータに磁気軸受を用いる場合にも、
該磁気軸受の寸法をコンパクトにする上で有利でり、更
に翼ディスクの厚さを小にできるから、ディスクの素材
の厚さも小となり、材料費及び加工費の点からも効果が
ある。
As described above, according to the present invention, not only in the free molecular flow region where the intake pressure of the turbo molecular pump is high vacuum, but also in the intermediate flow region where the intake pressure is 0.1 to 1 Pa, It is possible to design a cascade of turbo-molecular pumps that can achieve an exhaust velocity equivalent to that in the molecular flow region,
Further, since the spacing code ratio s 0 = s / b in the latter stage is made large, the axial dimension in the latter stage blade row can be made small, and the total length of the rotor of the turbo molecular pump is shortened. It is extremely advantageous in terms of rotor balance and vibration prevention, and when using a magnetic bearing for the rotor,
This is advantageous in making the size of the magnetic bearing compact, and further, since the thickness of the blade disk can be made small, the thickness of the material of the disk becomes small, which is also effective in terms of material cost and processing cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】ターボ分子ポンプの一部縦断面図である。FIG. 1 is a partial vertical cross-sectional view of a turbo molecular pump.

【図2】図1のX−X断面の展開図である。FIG. 2 is a development view of an XX section of FIG.

【図3】一部拡大断面図である。FIG. 3 is a partially enlarged sectional view.

【図4a】図3の説明図である。4a is an explanatory diagram of FIG. 3. FIG.

【図4b】図3の説明図である。4b is an explanatory diagram of FIG. 3. FIG.

【図5】最大圧縮比Kmaxとスペーシングコード比s
0 の関係を示すグラフである。
FIG. 5: Maximum compression ratio Kmax and spacing code ratio s
9 is a graph showing a relationship of 0 .

【図6】最大圧縮比Kmaxとスペーシングコード比s
0 の関係を示すグラフである。
FIG. 6 shows the maximum compression ratio Kmax and the spacing code ratio s.
9 is a graph showing a relationship of 0 .

【図7】最大圧縮比Kmaxとスペーシングコード比s
0 の関係を示すグラフである。
FIG. 7: Maximum compression ratio Kmax and spacing code ratio s
9 is a graph showing a relationship of 0 .

【図8】最大排気流量Qmaxとクヌッセン数Knの逆
数(1/Kn)の関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the maximum exhaust flow rate Qmax and the reciprocal (1 / Kn) of the Knudsen number Kn.

【図9】最大排気流量Qmaxとクヌッセン数Knの逆
数(1/Kn)の関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the maximum exhaust flow rate Qmax and the reciprocal number (1 / Kn) of the Knudsen number Kn.

【図10】最大排気流量Qmaxとクヌッセン数Knの
逆数(1/Kn)の関係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the maximum exhaust flow rate Qmax and the reciprocal number (1 / Kn) of the Knudsen number Kn.

【図11】ターボ分子ポンプの性能例を示すグラフであ
る。
FIG. 11 is a graph showing a performance example of a turbo molecular pump.

【図12】複合分子ポンプの縦断面図である。FIG. 12 is a vertical sectional view of a composite molecular pump.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 吸気口 3 排気口 4 ロータ 5 動翼 6 静翼 5a 6a 翼列 b コード長 s スペーシング α 翼角 2 Inlet port 3 Exhaust port 4 Rotor 5 Moving blade 6 Stator blade 5a 6a Blade row b Code length s Spacing α Blade angle

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多段の軸流翼列からなるターボ分子ポン
プにおいて、翼列のスぺーシングsを気体分子の平均自
由行程λの20%以下とすると共に、該翼列のスペーシ
ングコード比so の値がs0 =0.5乃至1.5の範囲
の値となるように該翼列を形成したことを特徴とするタ
ーボ分子ポンプ。ここでλは気体分子の平均自由行程
(mm)、sは翼列開口部のスペーシング(mm)、s
o は翼列のスペーシングコード比で、so =s/b、b
は翼のコード長(mm)を示す。
1. A turbo molecular pump comprising a multi-stage axial flow blade row, wherein the blade row spacing s is 20% or less of the mean free path λ of gas molecules, and the spacing code ratio s of the blade row is s. A turbo-molecular pump, wherein the blade row is formed so that the value of o is in the range of s 0 = 0.5 to 1.5. Where λ is the mean free path of the gas molecule (mm), s is the spacing of the blade row opening (mm), s
o is the spacing code ratio of the blade cascade, so = s / b, b
Indicates the cord length (mm) of the blade.
【請求項2】 前記ターボ分子ポンプにおいて、各翼列
の前記スペーシングコード比so は、吸気口側から排気
口側へと後段に行く程so が大となるように前記スペー
シングs及び該翼のコード長bを形成したことを特徴と
する請求項1に記載のターボ分子ポンプ。
Wherein in said turbo-molecular pump, the spacing code ratio s o for each blade row, the spacing s and as s o enough to go to the subsequent stage to the exhaust port side from the intake port side is large The turbo molecular pump according to claim 1, wherein a code length b of the blade is formed.
【請求項3】 前記ターボ分子ポンプのロータの上流側
に、吸入圧力に相当する気体分子の平均自由行程λに対
応して、スペーシングs及びコード長bの大きい翼列の
ディスク段を加えたことを特徴とする請求項1又は請求
項2に記載のターボ分子ポンプ。
3. A disk stage of a blade row having a large spacing s and a large chord length b is added on the upstream side of the rotor of the turbo molecular pump in correspondence with the mean free path λ of gas molecules corresponding to the suction pressure. The turbo-molecular pump according to claim 1 or 2, characterized in that.
【請求項4】 複合分子ポンプのターボ分子ポンプ部に
は請求項3に記載のターボ分子ポンプを使用し、その後
方にはねじ溝ポンプ部を設けたことを特徴とする複合分
子ポンプ。
4. The turbomolecular pump section of the hybrid molecular pump uses the turbomolecular pump according to claim 3, and a thread groove pump section is provided behind the turbomolecular pump section.
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