JPS6336096A - 渦流型真空ポンプ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転する翼あるいは溝の作用により、真空中
の気体分子を吸気側から吐出側に移送し、機械的に真空
排気を行うターボ型真空ポンプに係り、特に大気圧に近
い粘性流領域で高性能を得るのに好適な渦流型真空ポン
プに関する。

〔従来の技術〕

従来、大気圧へ直接排気するターボ型の真空ポンプでは
、大気圧側に多段の渦流型真空ポンプを配置するように
なっていた。そしてこの渦流真空ポンプは通常の渦流ブ
ロワと同じで、軸方向から気体を吸込み、径方向に吐出
させることで渦を形成させるいわゆる遠心タイプの翼車
が用いられていた。しかし、多段の渦流型真空ポンプを
配置する上での製作上の問題の点については配慮されて
いなかった。

その他、遠心型でなく軸流型の渦流圧縮機にっいては、
トランズアクション　オブ　ザ　アスメ７６−ＷＡ／Ｐ
ＩＤ−２２（１９７７）において論じられている。

〔発明が解決しようとする間層点〕

上記従来技術のうち、通常の遠心型渦流翼車を用いたも
のでは、　　　　　　　　　　　−船その構造上、せき
止め部において軸方向と径方向の両方向の隙間をふさぐ
ことが必要であった。

真空ポンプは圧縮比を大きくとることが必要であるので
、多段にすることが不可避であるが、上記のような渦流
翼車を用いて多段にすると、構造上、ステータを半割れ
構造にせざるをえなかった。ステータを半割れにすると
、コスト高になるのみならず、半割れ部からのリークを
防止することが難しいこと、ロータとステータ間の隙間
管理が難しいので性能が安定し難い等の問題があった。

すことで渦流を形成させるようになっているが、この場
合も、せき止め部の隙間をふさぐことに関しては、前記
のタイプと本質的に同じであるので、多段にしようとす
ると、ステータを半割れにしなければならないという問
題があった。

本発明の目的は、ステータを一体型にしたまま高性能の
多段の渦流真空ポンプを形成させることができるように
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、円筒状のロータの外周部に、その方向が回
転方向に対して凹になるような円弧形の溝状の流路を周
方向に沿って多数形成させると共に、ステータの空間及
びせき止め部をすべてロータの外径より外側になるよう
にし、かつロータ流路に対向するステータ流路内に、ロ
ータ外周に近接させて、リング状のコアを全周にわたっ
て設置することにより、達成される。

〔作用〕

本提案の渦流真空ポンプにおいては、ロータが回転する
と、ステータ空間内にある気体分子は。

吸入口側に位置する円弧形の溝の先端近くからロータ流
路に流入し、コアの内側の流路内をロータによってエネ
ルギーを受けながら通過した後、コアの軸方向外側に沿
って、ロータからステータ空間に向かって径方向に流出
する。ステータ空間に流出した気体は、周方向速度成分
によって周方向に移動しながら、ステータ流路に沿って
コアを中心に転回し、ロータの吸入側溝部に至る。そし
て、再びロータ内に流入し、上記と同じような運動を繰
り返す。

すなわち、ロータが１回転する間に気体は周方向に向か
って渦流を描きながら、何度もロータ流路とステータ流
路を出入りするので、単段当り、大きい圧力上昇を得る
ことができる。このような作用を行うにあたって、ステ
ータはコア部も含めてすべてロータの径方向外側に位置
するように構成することができるので、組立時を考えた
時、ステータを半割れにする必要がなく、一体型にした
まま製作することができる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図で１はロータ、２，１４はケーシング、３はステ
ータ、４は初段吸入口、５はロータ流路、６はステータ
流路、７はコア、８は最終段吐出口、９はロータシャフ
ト、１０は止メナット、１１は軸受、１２はモータロー
タ、１３はモータステータ、１５はオイルタンク、また
Ａはポンプ吸入口、Ｂはポンプ吐出口である。モータ１
３，１２によってロータ１が高速駆動されると、吸入口
Ａより入った気体は初段吸入口４より流入し、ロータ流
１、路５を仕事を受けながら通過し、ステータ流路６に
至る。図中、矢印でこの流路を示しているが、流れは初
段要素において、周方向に渦流を描きながらロータ流路
５とステータ流路６を出たり入ったりする。そして、ロ
ータ流路を通るたびに仕事を受けて、圧力上昇がもたら
される。コア７は周方向にリング状に形成されているが
、周方向の渦流の中心として、渦がスムーズに形成でき
るような働きをする。初段要素の吐出口（図では示さず
）は次の段の吸入口とつながっており、初段を出た気体
は次の段に入り、同じような作用を受ける６図では、３
段の要素で形成されたものを示している。最終段を出た
気体は吐出口８を通ってポンプ吐出口Ｂより外部へ排気
される。

このポンプの排気作用について第２図以下により、より
詳しく説明する。第２図はこのポンプの１つの要素を軸
方向から見た図である。ロータ１は、図中矢印Ｎで示さ
れた方向に回転している。

吸入口４ａから入った気体は、ロータ流路５（詳しい形
状は第４図で示す）に手前側から吸込まれ、流路を通過
してコア７の向こう側からステータ流路６に入り、ステ
ータ流路内で反転して周方向に渦流を描きながら再びロ
ータ流路５に入る。この流れの代表的な流線の様子を示
したのが流線１７である。流Ｂ１７のように、流れは吸
入口４ａから入った後、コア７を中心に、周方向に渦流
を描きながら、ロータ１が１回転する間に、ロータ流路
とステータ流路を何度も出入りし、大きい圧力上昇をも
たらされて、吐出口８ａから吐出される。

１６は、吸入口と吐出口を仕切るせき止め部である。第
１図のような多段の場合は、吐出口８ａが次の段の吸入
口につながっている。

第３図、第４図及び第５図により、気体がロータ及びス
テータ流路を出入りする様子を説明する。

第３図はポンプの断面図で、ロータ１の回転により、気
体は矢印のように、コア７を中心に渦流を描いてロータ
流路とステータ流路を出入りしている。渦の方向は吸入
口４ａと吐出口８ａ及び回転方向Ｎにより図のように定
まる。

また２０ａと２０ｂはそれぞれ吸入側と吐出側のシール
部で、ステータ流路を形成すると共に、隣の膜要素ある
いは外部とのシールの役割を果たしている。第４図は、
ロータを円筒展開面で示したものである。ロータ流路５
は図に示されるように円弧形で、その方向が図中矢印Ｎ
で示した回転方向に対し凹形になるように形成されてい
る。第５図は、ロータ流路５の１つを取出したものであ
る。ステータ流路からＣＩ　という速度で流入する気体
を周速＋１１で動く相対座標上でみると、ｗｌという速
度ベクトルでロータ流路５の吸入部５ａに流入する。ロ
ータ流路が図のように回転方向に凹形であるので、ｗｌ
の方向と５ａの方向が一致し、スムーズな流入が可能に
なる。流入した気体は５ｂの部分で方向が転向されるこ
とで仕事を受け、５Ｃの部分から流路に沿いなからｗｚ
という速度ベクトルを持って、紙面に対し」−向きに流
出する。この速度ベクトルｗ２を絶対座標系にもどすと
１周速ｕ２と合わせ、速度ベクトルＣ２を持つことにな
る。流路５の形状の特徴から、吐出側の流路５Ｃは前向
き羽根と同じ効果を持つことになり−Ｃ２として大きい
速度を得ることができる。

吐出した気体は第４図あるいは第２図の流線１７で示さ
れたような流路と描いてステータ流路内を転回するが、
渦流ポンプでは周方向吐出側に向がって圧力上昇がある
ので、これにバランスする形でステータ内で１つの渦流
を開く間に速度エネルギＣ２の大部分が圧力に変換され
る。そして再び吸入側にもどった気体分子の速度ベクト
ルは第５図のＣ１と同じように周方向成分をほとんど持
たない形でロータ流路５に流入し、同じ流れのパターン
が繰り返される。このようにして、第２図のような渦流
が形成される。なお第２図のせき止め部１６の断面形状
は第６図で示したような形状になっている。図から明ら
かなような、せき止め部はすべて、ロータ１の外周の外
側に位置するようになっている。

本実施例特有の効果は次の通りである。まず第１に、ロ
ータ１の外径が軸方向と径方向すべてについて一定であ
ると共に流路部、せき止め部及び隣の要素とのシール部
も含め、ロータ１がすべてステータ３の内周より内側に
位置しているので、ステータコ３を半割構造にする必要
がなく、一体型で形成することができる。このことによ
り、コスト低減、リーク防止、性能の安定性に対し大き
いメリットがもたらされる。第２に、ロータ溝形状が円
弧形で９回転方向に凹形であることにより、段当り高い
圧力上昇が得られるので、高性能のポンプを提供するこ
とができる。

第７図は他の実施例である。この例ではロータ流路５は
吸入部５ａ及び吐出部５ｃにおいて、低面が曲率Ｒにし
たがって浅くなるように形成されている。このような流
路にすることの効果は、渦流を形成させ易くなることで
ある。

第７図は他の実施例で、ステータ３の両側シール部にラ
ビリンス２１．　ａ及び２１ｂを形成させたものを示す
。このラビリンスは、ステー側の代りに、ロータ１の側
に形成されてもよい。この効果は、この渦流要素の外部
に対するシール性、あるいは、隣の段に対するシール性
を向上させることにある。

第８図は更に他の実施例で、ロータ流路の形成に関する
ものである。図でロータ流路５の中心部５ｂでは流路は
その中心が一定の曲率半径ρで曲がり、吸入側５ａ及び
吐出側５Ｃではそれぞれ軸方向に対しβ１及びβ２の角
度で直線−ヒに伸びている。また、溝幅を一定値ｔで形
成させている。

この例の効果は、流路の主な形状を簡単なパラメータβ
１．β２．ρ及びｔで定めることができるので、加工が
容易になりコストが下がることである。また他の効果と
して、吸入側５ａと中心部５ｂの部分を直線状で伸ばし
ているため、この部分が円弧などのものと比較して、同
じトータル）１ケ数に対し、溝間の部分２２の幅を広く
とることができることである。逆に言えば、溝数を多く
するような設計が可能になる。

第９図は更に他の実施例である。この例ではポンプの吐
出側に第１図などで説明した渦流型ポンプ要素を配置し
、その上流側に、時開６１−３１６９５で示されている
混流型のターボ分子ポンプ要素を配置し、さらに吸入側
しこ軸流型のターボ分子ポンプを配置している。図で２
３が渦流型ポンプ、２４が混流型の分子ポンプ、２５が
軸流型のターボ分子ポンプである。この構成のポンプに
おいて、吐出口Ｂを大気に解放したままロータ１を高速
駆動する。渦流型ポンプ要素２３は粘性流領域で効率よ
く作用するので、このポンプ要素の入口部４では数Ｔｏ
ｒｒまで圧力を下げることができる。混流型の分子ポン
プ２４は中間流から分子流において効率よく作用するの
で、このポンプ要素の入口部では１ｏ−８〜１０−’Ｔ
ｏｒｒ　レベルまで容易に排気することができる。軸流
型ターボ分子ポンプ２５は、よく知られているように分
子流領域で効率よく作用するポンプであるので、ポンプ
吸入部Ａでは１０−δＴｏｒｒ以下の超高真空領域まで
圧力を下げることができる。すなわち、本実施例によっ
て、吐出側を大気圧にしたまま、超高真空まで排気でき
るポンプを実現することができる。これは、ターボ分子
ポンプなど従来の超高真空ポンプが油回転ポンプなどの
補助ポンプなしでは動作できなかったことに比較して、
著しく有利な点であり、補助ポンプなしで超高真空を実
現できるということが、本実施例特有の効果である。

また２３及び２４の要素においては、ロータとステータ
が軸方向に重なる部分がないので、ステータを一体にし
て形成させることができる。このことの効果として、コ
スト低減、リーク防止及び性能の安定などがあげられる
。

なお、本実施例で用いた２４の混流型の分子ポンプの部
分を、よく知られたねじ溝型のポンプに置き換えること
は可能で、その場合も同じような効果を期待することが
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多段の場合も含めて渦流型真空ポンプ
のステータを一体で形成することができるので、この型
のポンプの性能向上とコスト低減の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図から第９図は本発明に係る渦流型真空ポンプの説
明図で、第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は
本実施例の軸方向からみた側面の断面図、第３図は一つ
の要素の断面図、第４図はロータの円筒展開図、第５図
は１つのロータ流路の円筒展開図、第６図はせき止め部
の断面図、第７図は他の実施例の断面図、第８図は更に
他の実施例のロータ流路の円筒展開図、第９図は更に他
の実施例の断面図である。 １・・・ロータ、２・・・ケーシング、３・・・ステー
タ、４・・・吸入口、５・・・ロータ流路、６・・・ス
テータ流路、７・・・コア、８・・・吐出口、９・・・
ロータシャフト、１０・・・止メナット、１１・・・軸
受、１２・・・モータロータ、〕−３・・・モータステ
ータ、１４・・・下ケーシング、１５・・・油タンク、
１６・・・せき止め部、２３・・・渦流ポンプ、２４・
・・混流分子ポンプ、２５・・・軸流分子ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、環状溝を有するステータと、前記環状溝の内側にこ
   れに対向するような独立の溝が外周に多数形成されたロ
   ータと、前記環状溝内に設けられ、該環状溝内に外周方
   向の環状流路を形成する環状のコアとを形成する渦流型
   真空ポンプにおいて、前記独立の溝の軸方向の幅が前記
   コアの幅よりも大きく、前記溝内に対向していることを
   特徴とする渦流型真空ポンプ。 ２、前記渦流型真空ポンプにおいて、円弧型のロータ流
   路の、深さを、流路が所定の曲率で曲がつている中心付
   近で深く、流路の両端に近づくにしたがつて浅くなるこ
   とを特徴とする渦流型真空ポンプ。 ３、前記渦流型真空ポンプにおいて、円筒展開面でみた
   場合円弧型のロータ流路の形状が中心付近では所定の曲
   率で曲がり、かつ両外側部分は軸方向に対して一定の角
   度になるように直線上に伸びていることを特徴とする渦
   流型真空ポンプ。 ４、前記第３項の渦流型真空ポンプにおいて、軸方向に
   ついて、流路の外側のロータとステータの隙間部分にラ
   ビリンスシールを設けたことを特徴とする渦流型真空ポ
   ンプ。 ５、前記第４項の渦流型真空ポンプにおいて、これを軸
   方向に複数個配置し、各段ごとの吐出口を次の段の吸気
   口に連結させることにより、多段形式になるようにした
   渦流型真空ポンプ。 ６、前記第５項の渦流型真空ポンプにおいて、ロータ外
   径とステータの内径寸法をすべて同一にすることにより
   、多段のステータを円筒形状で一体にしたまま、ロータ
   を組込むようにした渦流型真空ポンプ。 ７、前記第６項もしくは第７項の渦流型真空ポンプにお
   いて、高真空側にねじ溝型真空ポンプあるいは電流型真
   空ポンプ、及び動翼と静翼を軸方向は交互に配置してな
   る軸流ターボ分子ポンプを配置し、これらを１本の回転
   軸上で形成することを特徴とする渦流型真空ポンプ。