JPS61226596A - タ−ボ分子ポンプ - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はターボ分子ポンプに係り、特に高圧縮比、高排
気速度を得るのに好適なターボ分子ポンプに関するもの
である。

〔発明の背景〕

従来、核融合装置、半導体製造装置、電子顕微鏡装置等
においては高真空度に形成された真空チャンバが必要で
あるが、これには一般に分子流領域で排気性能の優れて
いるターボ分子ポンプが採用されている。

これまでの一般のターボ分子ポンプの形式には軸流分子
ポンプ、ねじ溝分子ポンプ及びらせん溝分子ポンプがあ
る。

軸流分子ポンプはその構成を第７図に例示するように、
動ｇａとこれにほぼ鏡面対称の形状をなす静翼すを軸方
向に交互に配列した軸流翼車群からなり、動翼ａを図中
矢印Ｎの方向に高速回転し、分子流域に於いて、気体分
子に特定の方向性を付与し排気作用をなすものである。

気体分子に方向性を付与する面は翼ａ／　、　８８面に
あり、動翼根元のロータ壁面及び動翼先端に対向するケ
ーシン゛　グ壁面は排気作用にはほとんど関与しない、
この形式の分子ポンプは大きな排気速度が得られるが、
段当りの圧縮比が小さく、高圧縮比を得るには翼列を多
段に配列する必要があるという問題があった。

一方、ねじ溝分子ポンプは第８図に例示するように回転
内筒Ｃとこれに対向するねじ溝ｄを有する外筒ｅをケー
シングｆに備えて構成される。回転内筒Ｃを高速回転す
ることにより内筒表面Ｃ′でもって気体分子に方向性を
付与し、この気体分子をねじ溝に沿って案内流動させる
ものである。

また、らせん溝分子ポンプは第９図に例示するように回
転円板ｇとこれに対向するらせん溝りを有する静止円板
ｉからなり、回転円板ｇを高速回転することにより、回
転円板ｇの表面ｇ′でもって気体分子に方向性を付与し
、気体分子をらせん溝りに沿って案内流動させるもので
ある０以上のねじ溝分子ポンプおよびらせん溝分子ポン
プは回転内筒Ｃおよび回転円板ｇの表面で排気作用をな
す点は翼表面で排気作用をなす軸流翼とは相違する６す
なわち、軸流形式の分子ポンプは翼表面で排気作用をな
すのに対し、ねじ溝形式あるいはらせん溝形式の分子ポ
ンプはねじ溝あるいはらせん溝に対向はる内筒表面ある
いは円板表面で排気作用をなすものである。

また、ねじ溝分子ポンプ及びらせん溝分子ポンプは湾流
路を深くすると指数関数的に圧縮比が低減するため、排
気速度の小さいものしか適用できない難点がある。また
、回転軸と溝を有する対向面との間隙が大きくなると性
能が急激に低下する問題がある。このため、ねじ溝及び
らせん溝分子ポンプは特殊な場合を除いて使用されてお
らず、通常は軸流の分子ポンプが用いられている。

以上述べた軸流分子ポンプとねじ溝及びらせん溝分子ポ
ンプの問題を解消したターボ分子ポンプとして特公昭４
７−３３４４６号及び特公昭４７−３３４４７号のよう
な開示のものもあるが、ねじ溝分子ポンプを用いた前者
のものは圧縮比を大きくとるためには軸方向にロータが
長くなり高速回転に適さないものである。また、らせん
溝分子ポンプを用いた後者のものは、高圧縮比を達成す
るためには回転円板と固定円板の間隙の寸法管理がかな
り困難である。

〔発明の目的〕

本発明は小形で高圧縮比を得る新規な形式のターボ分子
ポンプを提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明はケーシング内に配置された回転体の軸線方向に
回転円板と静止円板とを交互に配置し。

回転円板の面にこの回転円板の径方向に対し特定の角度
を有した動翼溝を周方向に間隔を隔てて配列し、回転円
板に対向する静止円板の面に動翼溝に対し逆方向角度を
なす静翼溝を配列し、動翼溝と静翼溝の一部が径方向に
重なり合うように構成し、このターボ分子ポンプの吸気
側を核融合装置等の真空チャンバに接続し、回転円板を
高速回転して動翼溝と静翼溝との間で排気作用を行って
真空チャンバを高真空化する。このターボ分子ポンプは
軸流分子ポンプの持つ翼表面による排気機能とねじ溝及
びらせん溝分子ポンプの持つ溝底面による排気機能の両
者が備えられ、これによって小形で高圧縮比が達成し得
るようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面について詳細に説明する。

第１図は本発明の第１★施例のターボ分子ポンプの縦断
面図であり、第２図は第１図の回転円板を説明する図、
第３図は第１図の静止円板を説明する図、第４図は第１
図の回転、静止円板における気体分子の流動状態図、第
５図は第４図の■−■矢視における気体分子の流動状態
図である。

第１図において、ロータ１はケーシング２内に配置され
ナツト３によって回転軸４に固定されている。ロータ１
の外周部には回転円板５がその軸線方向に配置されボル
ト６．７によって固定されている０回転円板５の対向面
には静止円板８がスペーサ９・・・を介しケーシング２
に取付けられている０回転軸４は軸受１０ａ、１０ｂに
支持されている。この回転軸４にはモータロータ１１が
設けられており、これと対向するモータステータ１２は
吐出口Ｂを備えた吐出ケーシング１３に取付けられてい
る。軸受１０ａは吐出ケーシング１３に設けた給油口１
４によって、また軸受１０ｂはブラケット１５に設けた
給油口１６を通しグリースによって潤滑される。吐出ケ
ーシング１３はボルト１７によってケーシング２に結合
されている。

この吐出ケーシング１３には給水口１８が設けられウォ
ータジャケット１９を冷却水が循環しモータロータ１１
及びモータステータ１２からなるモータを冷却する。モ
ータステータ１２への給電は吐出ケーシング１３に取付
けられた給電盤２０に備えられる給電コネクタ２１を介
して行なわれる。

また、ケーシング２の上部には吸入口Ａを備えており、
フランジ２ａによって排気すべき真空チャンバ（図、示
せず）が結合される。吸入口Ａより吸入された気体分子
は吐出ケーシング１３に取付けられた吐出口Ｂより排気
される。

上記回転円板５は第２図にその詳細を示すように円板５
の面に、この円板軸心に対し回転方向と逆方向に傾いた
動翼溝２２が周方向に間隔を隔てて配列され、気体分子
を外周方向に導びく。動翼８４２２は第２図（ｃ）に第
２図（ａ）のｍ−軸線に沿う断面を示すように円板５に
穿って構成される。

円板５の外周端には第２図（ｂ）にその展開図を示すよ
うに端部の一部を切削して軸流羽根２３を形成している
。第２図（ａ）の裏面、すなわち第２図（ｃ）のＩＶ−
ＩＶ矢視の円板５の面にも同様に動翼溝２２が配列され
気体分子を内周方向に導びく、この回転円板５に対向す
る静止円板８の詳細を第３図（ａ）に示す、この円板８
の面には上記動翼溝２２と一部が径方向に重なり合うよ
うに、かつ動翼溝２２と逆方向に傾いて静翼溝２４が配
列されている。静翼溝２４はその断面を第３図（ｂ）に
示すように静止円板８に穿って形成される。この静止円
板８の内周面には上記回転円板５と同様に円板８の一部
を切削して軸流羽根２５が形成されている（第３図（Ｑ
）参照）。また、第３図（ａ）の裏面にも第３図（ｄ）
のように静翼溝２４が同様に配列されている。

上記構成であるので、モータステータ１２に通電される
と、回転円板５を備えるロータ１はモータロータ１１を
介してＮ方向に高速回転され作動を開始する。吸入口Ａ
側より回転円板５の軸流羽根２３に飛来した気体分子は
第４図、第５図に示すように静止円板８の静翼溝２４に
衝突して乱反射が行なわれ、動翼溝２２に飛び込む、こ
の動翼溝２２に飛び込んだ気体分子はこの底面２２ｃ及
び側面２２ｄ、２２ｅに衝突して乱反射し、ロータ１の
移動速度の作用を受け、この移動骨だけの方向性をもっ
て静翼溝２２に飛び込む。このように、気体分子は静翼
溝２４、動翼溝２２を交互に出入し、また、軸流羽根２
３．２５を介し図中矢印のように吐出口Ｂ側に排気する
。動翼溝２２と静翼溝２４の翼溝はその始端部１２ａ、
２４ａあるいは後端部２２ｂ、２４ｂから溝底面２２Ｃ
２２４ｃに滑らかな曲面で接続されている。方向性を持
って動翼溝２２を飛び出した気体分子の運動をみてみる
と、静翼溝２４の底面２４Ｃ５そして側面５ｄ、５ｅに
衝突した後、乱反射して大部分の気体分子が次段の動翼
溝２２に飛び込む。逆に静翼溝２４側より動翼溝２２に
飛来する気体分子も存在するが、ロータ１の移動によっ
て気体分子の受ける方向性が逆になるから、気体分子は
動翼、静翼溝２２，２４間を逆に通過することが困難に
なる。したがって、全体的に″みると、気体分子は吸入
口Ａ側より吐出口Ｂ側に排気される。平均的な気体分子
流は図中矢印で示すように軸方向に出入りを繰返しなが
ら吐出口Ｂに向かって運動する。

この運動は従来の軸流、ねじ溝及びらせん溝形式の分子
ポンプと全く異なっている。すなわち、ロータが気体分
子に方向性を与える面は翼溝の側面、底面の全てにわた
っているので、移送効率が良く、また吐出口側から逆流
する気体分子は動翼溝に飛来する前に静翼溝に衝突する
から逆流する割合が低くなり、この両方の作用により段
当りの圧縮比、排気速度を大きくできる特徴を有する。

以上の説明では回転円板、静止円板に穿った動翼溝、静
翼溝をらせん状の溝で示したが、渦巻状の溝に形成して
も同様の効果が得られる。

また、動翼溝、静翼溝の幅及び数については適宜変更で
きる。第６図は本発明の第２実施例のターボ分子ポンプ
の縦断面図である。上記第１実施例と相違する個所は動
翼溝、静翼溝を備える回転円板、静止円板の前段に軸流
翼車群を配列して構成したものである。すなわち、ケー
シング２にはその内部に配置された回転体の軸線方向に
沿って多段に静翼２６が設けられ、この静翼２６の間に
はロータ１の外周に動翼２７が配置され細流翼車群を構
成している。

上記構成であるから、吸入口Ａに飛来した気体分子は軸
流翼車群の静翼２６、動翼２７の作動により下流に移、
送され、動翼溝２２、静翼溝２４の作用によって更に圧
縮され吐出口Ｂより排気される。

本実施例によれば、排気速度を大にできる軸流翼車群と
、この排気速度を維持しながら圧縮比を大きくとれる翼
溝群との複合作用によって高真空が得られる。また、こ
のように構成することによって高圧縮比、高排気速度が
達成できるので、通常の単一翼群の場合に比し、翼車の
段数を低減でき、これによって、全体を小形にできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によればケーシング内に配
置された回転体の軸線方向に回転円板と静止円板とを交
互に配置し、回転円板の面にこの円板の軸心に対し特定
の角度を有した動翼溝を周方向に一定間隔に配列し、回
転円板に対向する静止円板の面に動翼溝に対し逆方向角
度をなす静翼溝を配列し、動翼溝と静翼溝の一部が径方
向に重なり合うように構成したから、気体分子の移送は
動翼溝、静Ｒ溝の側面、底面によって行なわれ、高圧縮
比、高排気速度が得られるとともに、翼車段数を低減で
き、小形のターボ分子ポンプが達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例のターボ分子ポンプの縦断
面図、第２図（ａ）は第１図のＩ−Ｉ矢視の回転円板を
説明する図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）のｎ−ｎ矢視
展開図、第２図（Ｑ）は第２図（ａ）のｍ−ｍ線断面図
、第２図（ｄ）は第２図（ｃ）の回転円板のＩＶ−ＩＶ
矢視図、第３図（ａ）は第１図のｖ−Ｔ矢視の静止円板
を説明する図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）のＶＩ−Ｖ
Ｉ断面図、第３図（Ｑ）は第３図（ａ）の■−■矢視展
開図、第３図（（１）は第３図（ｂ）の■−■矢視図、
第４図は第１図の回転、静止円板における気体分子の流
動状態を説明する図、第５図は第４図のＩＫ−■矢視図
、第６図は本発明の第２実施例のターボ分子ポンプの縦
断面図、第７図は従来の軸流分子ポンプの翼の展開平面
断面図、第８図は従来のねじ溝分子ポンプの要部断面図
、第９図は従来のらせん溝分子ポンプの要部断面図であ
る。 １・・・ロータ、２・・・ケーシング、４・・・回転軸
、５・・・回転円板、８・・・静止円板、２３．２５・
−・軸流羽根、２２・・・動翼纏、２４・・・静翼溝、
Ａ・・・吸入口、Ｂ・・・吐出口。 ｆ　　・、。 代理人弁理士　小用勝　男（−／ ￥Ｊ１図 Ａ 冨　Ｚ　口 （み） 冨Ｚ図 （Ｃ） 鶏　　３　図 憧）（ｂ） （ｄ） 冨４図 〜 冨　５　図 ＶＪ６　　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケーシング内に配置された回転体の軸線方向に回転
   円板と静止円板とを交互に配置し、前記回転円板の面に
   該円板の径方向に対し特定の角度を有した動翼溝を周方
   向に間隔を隔てて配列し、前記回転円板に対向する前記
   静止円板の面に前記動翼溝に対し逆方向角度をなす静翼
   溝を周方向に間隔を隔てて配列し、前記動翼溝と前記静
   翼溝の一部が径方向に重なり合うように構成したことを
   特徴とするターボ分子ポンプ。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記動翼溝及び前
   記静翼溝は前記ケーシングの径方向に対はらせん状に径
   方向に間隔を隔てて配列して構成したことを特徴とする
   ターボ分子ポンプ。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記動翼溝と前機
   静翼溝の流れの流入始端縁及び後端縁は溝開始部から溝
   底面まで滑らかな曲面で形成されていることを特徴とす
   るターボ分子ポンプ。 ４、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかにお
   いて、前記動翼溝及び前記静翼溝によって構成される分
   子流通路の断面積は軸方向の排気側に向かって次第に減
   少していることを特徴とするターボ分子ポンプ。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記回転円板の外
   周端及び前記静止円板の内周端に軸流羽根を配置したこ
   とを特徴とするターボ分子ポンプ。 ６、特許請求の範囲第１項において、前記回転円板と前
   記静止円板とよりなる異溝群の吸気側に動翼と静翼とを
   交互に配列してなる軸流翼車を配置してなることを特徴
   とするターボ分子ポンプ。