JPH02264197A

JPH02264197A - 分子ポンプ

Info

Publication number: JPH02264197A
Application number: JP1109843A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ashida; 修芦田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1989-04-29
Publication date: 1990-10-26
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPH07117067B2

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、分析器や加速器、薄膜製造装置など、高真空
を必要とする各種の装置に使用される分子ポンプに関す
るものである。

［従来の技術］分子ポンプとして、第１０図に示すように、外筒１０１
内に隙間Ｓ。を隔てて回転可能に内筒１０２を配設し、
両者の近接した対向面１０１ａ。

１０２ａのうち内筒１０２側（または外筒１０１側）に
ねじ溝１０３を刻設したものが知られている。ねじ溝１
０３は、吸気口１０４側から取り込んだ気体分子を圧縮
しながらその粘性を利用して排気口１０５側まで強制連
行する能力を有しており、図示例のように単独でポンプ
を構成する他、ターボ分子ポンプの下段に直列に連設し
て使用されることもある。

［発明が解決しようとする課題］ところが、このような従来の分子ポンプでは、ねじ溝に
おける圧縮性能を更に向」ニさせることが難しいという
問題がある。具体的に説明すると、この種のポンプでは
、内筒１０２の軸受としてハウジング１０６ａにゴム等
の軟質材を用いた玉軸受１０６や図示しない磁気軸受な
どが用いられており、これらの軸受剛性は一般に小さい
。したがって、内筒１０２を致方ｒｐｍの高速で回転駆
動する場合、内筒１０２が外筒１０１と接触せぬよう、
その振れ回りの最大半径を考慮して外筒１０１との対向
面間の隙間Ｓ。をある程度以上大きく設定しておかなけ
ればならない。このような制約から、ねじ溝１０３内の
気体が隙間Ｓ。に離脱し易く、しかも−旦離脱すれば隙
間Ｓ。は軸方向に光学的に見通せる状態で存在している
ので、これが吸気口１０４側にまで直接逆流して圧縮比
を低下させている。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので
あって、簡単な構成により、小型であって高い圧縮性能
を有した分子ポンプを実現することを目的としている。

［課題を解決するための手段］本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手
段を講じたものである。

すなわち、本発明の分子ポンプは、外筒内に回転可能に
内筒を配設し、両者の近接した対向面の一方にねじ溝を
刻設することにより、ねじ溝を通じて気体の圧縮排気を
行うことができるようにしたものにおいて、一部の横断
面内における両筒の対向位置を他の横断面における対向
位置から径方向に偏位させて設けることにより、回転中
に対向面間の隙間が軸方向から見て光学的に見通せなく
なるようにしたことを特徴としている。

［作用］このような構成であれば、吸気口側から吸入した気体が
ねじ溝に連行される間に対向面間に離脱しても、隙間は
偏位した部位において屈曲しているため、気体は吸気口
側にまで直接逆流することができず、殆どが途中で屈曲
した部位に衝突する。

したがって、このときに逆流が抑制され、再びねじ溝に
連行される確率が高くなる。

このように逆流が抑制されると、圧縮比が高められるこ
とになる。すなわち、吸気口側に飛来した分子が排気口
側に達する確率をＭ１２、排気口側に飛来した分子が吸
気口側に達する確率をＭ２０、吸気口側の圧力をＰ　Ｌ
　、排気口側の圧力をＰ２とすれば、Ｐ２　／ＰＬ　＝Ｍ１□／　Ｍ　２、なる関係があるので、逆流を起こす確率Ｍ　２　、を減
少させれば、圧縮比Ｐ　２　／　Ｐ　１が増加すること
になる。したがって、この分子ポンプは、対向面間の隙
間を不当に狭めずとも、圧縮性能を有効に高め得るもの
となる。

［実施例コ以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。なお
、第１０図に示した従来のものと共通する部分には同一
符号を付している。

この実施例の分子ポンプは、第１図に示すように、外筒
１内に回転可能に内筒２を配設し、両者の近接した対向
面１ａ、２ａのうち内筒２側にねじ溝３を周回形成して
いる。

また、内筒２自体は外周４箇所において、全周に亘って
リング状の凹陥部２ｂが設けてあり、これらの凹陥部２
ｂに対応する外筒１の内周には、内筒２との対向距離を
一定に保つようにして内方に向かって全周にリング状の
突起部１ｂを設けている。これにより、これら凹陥部２
ｂと突起部１ｂとがなす対向面は、他の部位での対向面
２ａ、１ａよりも縮径方向に偏位して存在することにな
す、隙間Ｓ１は軸方向に向かって部分的に屈曲した迷路
を形成する。

具体的な設計の一例として、第２図に拡大図示するよう
に、静止状態における内筒２の外径φＣを１３０ｍｍ、
外筒１と内筒２との対向距離ｇ１を０、　５ｍｍ、外筒
１の突起部１ｂにおける内径φＢを１３０．２ｍｍ、そ
の位置における内筒２の凹陥部２ｂとの対向距離ｇ２を
前述した対向距離ｇ１と同様に０．５ｍｍとしておく。

そして、この分子ポンプを３６００Ｏｒｐｍで回転駆動
する。これによると、内筒２の外周が遠心力により０．
２ｍｍ程度径方向に膨出するので、定常運転状態に入れ
ばφＢ＝φＣとなり、対向面間の隙間Ｓ１は軸方向から
見て光学的に見通せな（なる。

しかして、このような状態では、吸気口１０４側から吸
入した気体がねじ溝３に連行されている間に対向面間の
隙間Ｓ、に離脱して逆流しようとしても、隙間Ｓ１は一
部が屈曲しているため気体は吸気口１０４側まで直進し
て到達することができず、突起部１ｂや凹陥部２ｂの端
面に衝突して、外筒１−にも内筒２にも衝突せずに吸気
口１０４側に通り抜けられるものは皆無となる。すると
、このときに逆流が抑制されて離脱した気体は再びねじ
溝３に連行されることになる。したがって、この分子ポ
ンプは、対向面間の隙間Ｓ１を狭めずとも、図示のよう
な凹陥部２ｂと突起部１ｂとを設けるだけで、優れた圧
縮性能を得ることができる。

第３図は、この分子ポンプの圧縮性能と第１０図に示し
た従来の分子ポンプの圧縮性能とを実際に測定した結果
を示すものである。この際、従来の分子ポンプは、内筒
１０２の外径、外筒１０１の内径など、基本的な部位を
本実施例と同一の条件に設定している。また、気体とし
てＮ２、Ｈｅ。

Ｎ２を測定しており、実線が本実施例の特性、破線が従
来のものの特性である。この実験結果からも、対向面の
一部を偏位させるだけで圧縮比が顕著に改善されること
が傍証される。

また、上述した寸法設定によると、静止状態ではφＣく
φＢであり、外筒１を半割にせずに一体につくっても内
筒２を支障なく挿入することができるので、これらの製
作や組立が簡便となりコストダウンにもつながる。

なお、凹陥部を外筒側に設け、突起部を内筒側に設ける
ようにしても、上記実施例と全（同様の効果を上げるこ
とができる。また、ねじ溝を外筒側に設けるようにして
もよい。さらに、同図に示すもの以外に、第４図や第５
図に示す態様で軸方向の隙間を光学的に遮断することも
可能である。

第４図では、内筒１２の径を下方に向かって段階的に縮
径させ、外筒１１は一定の隙間を保って内筒１２に沿っ
て段階的に拡径させている。これにより、対向面１．１
　ａ、１２ａ間の隙間Ｓ２は軸方向に対して光学的に遮
断される。第５図はこれと逆で、内筒２２の径を下方に
向かって段階的に拡径させ、外筒１１は内筒２２に沿っ
て段階的に縮径させている。これにより、対向面２１ａ
、２２ａ間の隙間Ｓ３は光学的に遮断される。このよう
にして、第４図では主として内筒１２の各段部１２ｂに
おいて逆流が有効に抑制され、第５図では主として外筒
２１の各段部２１ｂにおいて逆流が有効に阻止されるの
で、各々のねじ溝４．５の圧縮比は効果的に高められ得
る。

さらにまた、このようなねじ溝は単独で用いる他、第６
図や第７図に示すように、タービン翼６．８の下段に連
設してもその能力を高めることができる。第６図では第
１−図と同様の凹陥部３２ｂおよび突起部３１ｂをロー
タの下段内筒部３２とステータの下段外筒部３１とにそ
れぞれ設けて、対向面３２ａ、３１ａ間の隙間Ｓ４を軸
方向に対して光学的に遮断しており、ねじ溝７の圧縮比
を高めて広域特性を更に向上させるようにしている。

また、第７図では第４図と同様にしてロータの下段内筒
部４２を下方に向かって段階的に縮径させ、ステータの
下段外筒部４１は一定の隙間を保って前記内筒部４２に
沿って段階的に拡径させたもので、このものも対向面４
１ａ、４２ａ間の隙間Ｓ５を軸方向に対して光学的に遮
断することができる。このため、主として内筒部４２の
各段部４２ｂで逆流を有効に阻止できることになり、ね
じ溝９の圧縮比を高めて広域特性を向上させ得るものに
なっている。なお、図示例において、ねじ溝９と段部４
２ｂとの関係を明瞭にするために、内筒４２の斜視図を
第８図に示し、従来の内筒２００の斜視図を第９図に示
している。第９図のものが、矢印（想像線）のように対
向面間の隙間を気体が直進して吸気口側にまで一気に逆
流しようとするのに対し、第８図のものは矢印（想像線
）のように各段部４２ｂにおいて逆流が有効に阻止され
、再びねじ溝９に連行されるようになる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可
能である。

［発明の効果］本発明の分子ポンプは、以上のような構成によって対向
面を偏位させた部位において隙間が屈曲して形成される
ので、ねじ溝から離脱した気体分子はその屈曲する部位
に衝突して逆流を抑制される。このため、対向面間の距
離を狭めずとも圧縮比を効果的に高め得るものとなる。

また、これによって到達真空度も高められる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は部
分縦断面図、第２図は第１図の部分拡大図、第３図は作
用説明図である。また、第４図〜第８図は他の実施例を
示し、第４図および第５図はそれぞれ第１図に準じた構
造からなるものの部分縦断面図、第６図および第７図は
それぞれねじ溝をタービン翼に連設した構造からなるも
のの部分縦断面図または全体縦断面図、第８図は第７図
の内筒を示す斜視図である。また、第９図および第１０
図は従来例を示し、第９図は第８図対応の斜視図、第１
０図は第１図対応の部分縦断面図である。１．１１．２１．３１．４１・・・外筒２．１２．２２
．３２．４２・・・内筒ｌａ、ｌｌａ、２１ａ、３１ａ
、４１ａ・・・対向面（外筒側）２ａ、１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ・・・対向面（
内筒側）３．４．５．７．９・・・ねじ溝Ｓｌ、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ、・・・隙間第第手続補正書平成　元年特願平１−１０９８４３号７月１０日２発明の名称分子ポンプ３補正をする者事件との関係　特許出願人住所　　京都市中京区西ノ京桑原町１番地名称　　（１
９９）株式会社　島津製作所代表者　取締役社長　西へ
條　實４代理人住所　　京都市左京区高野東開町２０番地　谷畑高野ビ
ル６１２（電話番号　京都０７５−７９１−７９２３）
７補正の内容（１）明細書の発明の詳細な説明の欄の記載のうち、第
１０頁第８行目に、「各段部４２ｂにおいて」とある記
載を、［各段部４２ｂ及び山部端面４２ｃにおいて」と
訂正する。（２）図面の第３図、第７図および第８図を別紙の通り
訂正する。以」ニ吐出口側圧力（Ｔｏｒｒ）

Claims

【特許請求の範囲】

外筒内に回転可能に内筒を配設し、両者の近接した対向
面の一方にねじ溝を刻設することにより、ねじ溝を通じ
て気体の圧縮排気を行うことができるようにしたものに
おいて、一部の横断面内における両筒の対向位置を他の
横断面における対向位置から径方向に偏位させて設ける
ことにより、回転中に対向面間の隙間が軸方向から見て
光学的に見通せなくなるようにしたことを特徴とする分
子ポンプ。