JPS647234B2

JPS647234B2 -

Info

Publication number: JPS647234B2
Application number: JP59144390A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kusumoto; Hiroyuki Yamakawa; Hisahiro Terasawa
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1984-07-13
Filing date: 1984-07-13
Publication date: 1989-02-08
Also published as: JPS6125993A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、ターボ分子ポンプに関する。ター
ボ分子ポンプにおいては、円筒状のステータ内面
を有するステータの中に、円筒状のロータ外面を
有するロータが、ステータと同一の垂直軸線を有
するように配置され、ステータ内面とロータ外面
との間の環状横断面のポンプ空間の中で、ロータ
外面から、多くのロータ羽根が半径方向外向きに
突出し、かつステータ内面から、多くのステータ
羽根が半径方向内向きに突出し、ロータ羽根が、
前記垂直軸線の方向に順次相離れたいくつかのロ
ータ羽根段として配列され、ステータ羽根が、前
記垂直軸線の方向に、ロータ羽根段と１つ置きの
配置で、順次相離れたいくつかのステータ羽根段
として配列され、各ロータ羽根段が、前記垂直軸
線のまわりの周方向で順次相離れた多くのロータ
羽根からなり、各ステータ羽根段も、前記垂直軸
線のまわりの周方向で順次相離れた多くのステー
タ羽根からなり、ポンプ作動の際に、ロータが、
定置のステータの中で、前記垂直軸線を中心とし
て回転させられ、この回転作動によつて、気体
が、前記ポンプ空間の一側の吸気口から他側の排
気口に、圧縮されながら輸送される。

（従来の技術）ターボ分子ポンプは、JIS Z8127―1981に説明
され、また石井博著「真空ポンプ」（真空技術講
座第２巻、昭和40年２月25日初版、日刊工業新聞
社発行）およびジヨンF.オハロン著、野田保他２
名訳「真空技術マニユアル」（昭和58年７月30日
初版、産業図書株式会社発行）に開示されている
ように、タービン形の羽根を持つロータおよびス
テータからなる分子ポンプであつて、分子流領域
での気体輸送に特に有効な、運動量輸送式真空ポ
ンプの１種である。

その１例の一般的構造について、第３図を参照
しながら説明すると、円筒状内面１０を有するス
テータ１１の中に、円筒状外面１２を有するロー
タ１３が、ステータと同一の垂直軸線Ａを有する
ように収容される。ステータ１１の内面１０とロ
ータ１３の外面１２との間の環状断面のポンプ空
間１４の中には、ロータ外面１２から半径方向外
向きに多くのロータ羽根１５が突出し、ステータ
内面１０から半径方向内向きに多くのステータ羽
根１６が突出する。ロータ羽根１５は、軸線方向
に順次相離れたいくつかの段（図示の例では12
段）として配列され、ロータ羽根１５の各段は、
周方向に等間隔に順次相離れた多くのロータ羽根
１５からなる。ステータ羽根１６は、軸線方向に
ロータ羽根１５の段と１つ置き配置で順次相離れ
たいくつかの段（図示の例では12段）として配列
され、ステータ羽根の各段も、周方向に等間隔に
順次相離れた多くのステータ羽根１６からなる。
ステータ１１には、ポンプ空間１４の上方に連通
する吸気口１７と、ポンプ空間１４の下方に連通
する排気口１８とが取付けられる。ロータ１３
は、モータ１９に連結され、モータ１９の駆動に
よつて軸線Ａを中心として高速回転する。

第２図には、ポンプ空間１４におけるロータ羽
根１５およびステータ羽根１６の配置の１部分が
展開図示される。第２図において、矢印Ｂは、吸
気口１７から排気口１８へ向う気体輸送方向を示
し、矢印Ｃは、ロータ１３が回転するときにロー
タ羽根１５が進行する方向を示す。この図には、
いくつかのロータ羽根段のうちの２段といくつか
のステータ羽根段のうちの２段とが図示され、ま
た各羽根段に含まれる多くの羽根のうちの各５個
が図示される。各羽根１５，１６は平坦な一枚板
であつて、気体輸送方向Ｂおよびロータ羽根進行
方向Ｃに対して傾斜するように指向される。詳し
く言えば、ロータ羽根１５は、その気体輸送方向
Ｂと反対方向の縁すなわち吸気口１７の側の縁２
０が、ロータ羽根進行方向Ｃについて、気体輸送
方向Ｂの縁すなわち排気口１８の側の縁２１より
も先行するように指向され、また、ステータ羽根
１６は、気体輸送方向Ｂの縁すなわち排気口１８
の側の縁２２が、ロータ羽根進行方向Ｃについ
て、気体輸送方向Ｂと反対方向の縁すなわち吸気
口１７の側の縁２３よりも先行するように指向さ
れる。

このような羽根１５，１６の配置によれば、ロ
ータ１３を例えば毎分20000〜60000回転させたと
きに、特に分子流領域において、ロータ羽根１５
およびステータ羽根１６の表面に衝突する気体分
子が、衝突の際に、主として吸気口１７の側から
排気口１８の側へ向うような運動量を受け、これ
によつて、全体としてＢで示したような方向に、
気体が圧縮されながら輸送される。

（発明が解決しようとする問題点）上述したターボ分子ポンプは、従来、特に水素
のような分子量の小さい軽量気体に対する圧縮比
（すなわち、排気側圧力／吸気側圧力）が著しく
小さく、従つて、輸送すべき気体が軽量気体を含
有していれば、ターボ分子ポンプの吸気側で到達
できる最低圧力が、軽量気体の小さな圧縮比に支
配されて、充分に低くはならない、という欠点を
有する。この欠点を除去するために、ロータの回
転速度を上げてロータ羽根の進行速度を大にし、
これによつて圧縮比を増大させることも考えられ
るが、前述したようなロータの回転速度はすでに
かなり大きいので、これをさらに増大させること
は、ロータの強度、軸受の強度、モータのトル
ク、モータの制御などの点で制約を受けて、実際
上、技術的に困難である。

さらに、ロータ羽根の迎え角すなわちロータ羽
根の進行方向に対するロータ羽根の面の角度を小
さくすれば、圧縮比は増大するが、この場合に
は、圧縮比が増大するに従つてターボ分子ポンプ
の排気速度すなわち気体輸送量が次第に低減する
という欠点が生じる。

（問題点を解決するための手段）この発明は、上述した従来の問題点を解決する
ため、「ロータ羽根およびステータ羽根またはそ
のいずれかが、平板状の羽根本体の吸気口また排
気口側に、これより折れ曲る同じく平板状の付属
羽根を、一体的に連結させたものからなり、さら
に、羽根本体に付属羽根を連結させたロータ羽根
において、その羽根本体の、ロータ羽根の進行方
向に対する角度および面積が、付属羽根のそれら
より大きく、さらに、羽根本体に付属羽根を連結
させたステータ羽根において、その羽根本体の、
ロータ羽根の進行方向と逆の方向に対する角度お
よび面積が、付属羽根のそれらより大きいこと、
を特徴とする、ターボ分子ポンプ」を提供するも
のである。

（作用）このような構成のロータ羽根によれば、迎え角
の小さい付属羽根が圧縮比を増大させるけれど
も、その面積が小さいので、この付属羽根によつ
て排気速度が低下するおそれは小さい。また、面
積が大きく迎え角も大きい羽根本体は排気速度を
所望の程度に維持するに役立つ。かくしてこの発
明によるロータ羽根は、ターボ分子ポンプの排気
速度を実質上低下させることなく、その圧縮比を
増大させるに役立つ。

（実施例）以下、図面を参照しながらこの発明の重施例に
ついて説明する。

この発明のターボ分子ポンプは、ロータ羽根１
５およびステータ羽根１６もまたはそのいずれか
の構成を除いて、第３図および第２図に図示した
ものと全く同一に構成できる。

ロータ羽根１５が第２図に図示のものと異なる
形状を有する場合について説明すると、第１図に
は、１つのロータ羽根段に属する相並ぶ３個のこ
の発明によるロータ羽根１５の実施例が、第２図
と同様の断面図で図示される。ロータ羽根１５
は、平板状の羽根本体２４と、これの吸気口１７
の側にこれら折れ曲つて一体的連結された平板状
の付属羽根２５とからなる。付属羽根２５の面積
は羽根本体２４の面積より小さく（すなわち、第
１図の断面において、付属羽根２５の幅ｂは羽根
本体２４の幅ａより小さく）、また、付属羽根２
５の迎え角β（ロータ羽根の進行方向Ｃに対する
角度）は羽根本体２４の迎え角αより小さくなつ
ている。

第４図に示される別の実施例では、平板状の付
属羽根２５が平板状の羽根本体２４の排気口１８
の側に一体的に連結され、第１図の場合と同様
に、ａ＞ｂ、α＞βが成立つ。ステータ羽根をロ
ータ羽根と同様の折れ曲り形状にする場合には、
相対的に言つてステータ羽根はロータ羽根に対し
てＣ方向と逆の方向に進行すると見なすことがで
きるので、ステータ羽根の実施例は、「平板状のステータ羽根本体の吸気口側または
排気口側に、前記羽根本体より「ロータ羽根の進
行方向と逆の方向に対する角度」および面積の小
さい同じく平板状の付属羽根を一体的に連結させ
たもの」からなるように構成される。

（発明の効果）この発明によるターボ分子ポンプのロータ羽根
は、ターボ分子ポンプの排気速度を実質上低減さ
せることなしに、その圧縮比を増大させるという
効果を有する。

モンテカルロシミユレーシヨンによつてさらに
詳しく検討した結果によれば、ロータ羽根の進行
方向に直交する面への幅ａの投影および幅（ａ＋
ｂ）の投影をそれぞれＳおよびＴとした場合に
（第１図、第４図）、「迎え角αが35゜の場合には、第１図の実施例
でβ＝23゜、Ｓ／Ｔ＝0.9のときに、また第４図の
実施例でβ＝22゜、Ｓ／Ｔ＝0.8のときに、排気速
度を実質上低減させることなく最大圧縮比が得ら
れる」という結果が得られる。これらの条件にお
いて、第１図の実施例の場合には、１段のロータ
羽根の圧縮比Ｋと羽根速度比Ｓの関係は、第５図
のグラフに実線Ａで示す通りになつた。第４図の
実施例の場合にもＡに極く接近した結果になつ
た。なお、破線Ｂは、迎え角35゜の従来のロータ
羽根についての、ＫとＳの関係を示す。

第５図のグラフと別に行つたシユミレーシヨン
の結果とによれば、ロータの直径が0.1ｍでロー
タの回転速度が毎分50000回の標準的なターボ分
子ポンプにおいて、この発明によれば、ロータ羽
根１段当りの圧縮比が、温度300〓のN₂に対して
15％、また温度300〓のH₂に対して10％だけ従来
のものより増大し、排気速度が、300〓のN₂につ
いて４％だけ従来のものより低減し、300〓のH₂
について従来とほとんど変化しないことが判る。

これから判断すると、吸気口側に35゜羽根（迎
え角が35゜の羽根）を６段（そのうちでロータ羽
根３段）また排気口側に20゜羽根を18段（そのう
ちでロータ羽根９段）設けた典型的な構成のター
ボ分子ポンプにおいて、35゜の羽根をこの発明に
従つて構成すれば、ポンプ全体の圧縮比が温度
300〓のN₂に対して従来の約2.3倍に、また温度
300〓のH₂に対して従来の約1.8倍に増大できる。
この際に排気速度は、300〓のN₂について従来よ
り４％しか低減せず、300〓のH₂については従来
のものとほとんど変化しないようにできる。この
値は実験的にも確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるロータ羽根の１実施例
の断面図、第２図は従来のロータ羽根およびステ
ータ羽根の断面図、第３図はターボ分子ポンプの
１例の垂直断面図、第４図はこの発明によるロー
タ羽根の別の実施例の断面図、第５図は圧縮比と
羽根速度比の関係を示すグラフである。図面において、１５はロータ羽根、１７は吸気
口、１８は排気口、２４は羽根本体、２５は付属
羽根、αとβは迎え角、ａとｂは面積に対応する
幅を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１円筒状のステータ内面を有するステータの中
に、円筒状のロータ外面を有するロータが、ステ
ータと同一の垂直軸線を有するように配置され、
ステータ内面とロータ外面との間の環状横断面の
ポンプ空間の中で、ロータ外面から、多くのロー
タ羽根が半径方向外向きに突出し、かつステータ
内面から、多くのステータ羽根が半径方向内向き
に突出し、ロータ羽根が、前記垂直軸線の方向に
順次相離れたいくつかのロータ羽根段として配列
され、ステータ羽根が、前記垂直軸線の方向に、
ロータ羽根段と１つ置きの配置で、順次相離れた
いくつかのステータ羽根段として配列され、各ロ
ータ羽根段が、前記垂直軸線のまわりの周方向で
順次相離れた多くのロータ羽根からなり、各ステ
ータ羽根段も、前記垂直軸線のまわりの周方向で
順次相離れた多くのステータ羽根からなり、ポン
プ作動の際に、ロータが、定置のステータの中
で、前記垂直軸線を中心として回転させられ、こ
の回動作動によつて、気体が、前記ポンプ空間の
一側の吸気口から他側の排気口に、圧縮されなが
ら輸送されるターボ分子ポンプにおいて、ロータ羽根およびステータ羽根またはそのいず
れかが、平板状の羽根本体の吸気口側または排気
口側に、これより折れ曲る同じく平板状の付属羽
根を一体的に連結させるものからなり、羽根本体に付属羽根を連結させたロータ羽根に
おいて、その羽根本体の、ロータ羽根の進行方向
に対する角度および面積が、付属羽根のそれらよ
り大きく、羽根本体に付属羽根を連結させたステータ羽根
において、その羽根本体の、ロータ羽根の進行方
向と逆の方向に対する角度および面積が、付属羽
根のそれらより大きいこと、を特徴とするターボ分子ポンプ。