JPH0263120B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 この発明は、タ−ボ分子ポンプに関する。

〔従来の技術〕

タ−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−ビン形の羽根を持つロ−タおよびステ
−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９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−タ１１の中に、円筒状外面１２を有するロ−
タ１３が、ステ−タと同一の垂直軸線Ａを有する
ように収容される。ステ−タ１１の円筒状内面１
０（以下、ステ−タ内面と言う。）とロ−タ１３
の円筒状外面１２（以下、ロ−タ外面と言う。）
との間の環状断面のポンプ空間１４の中には、ロ
−タ外面１２から半径方向外向きに多くのロ−タ
羽根１５が突出してロ−タ羽根１５′が形成され、
ステ−タ内面１０から半径方向内向きに多くのス
テ−タ羽根１６が突出してステ−タ羽根列１６′
が形成されている。特に第１０図に拡大して部分
的に示すように、各ロ−タ羽根１５の先端１７
は、比較的せまい間〓１８を置いてステ−タ内面
１０に対向し、各ステ−タ羽根１６の先端１９
は、同じく比較的せまい間〓２０を置いてロ−タ
外面１２に対向している。また、ロ−タ羽根列１
５′とステ−タ羽根列１６′とが軸線方向に交互に
多数段（第９図に図示の例ではロ−タ羽根列１
５′、ステ−タ羽根列１６′とも12段）配列されて
いる。ステ−タ１１には、ポンプ空間１４の上方
に連通する吸気口２１と、ポンプ空間１４の下方
に連通する排気口２２とが取付けられる。ロ−タ
１３は、モ−タ２３に連結され、モ−タ２３の駆
動によつて軸線Ａを中心として高速回転する。

第１１図には、ポンプ空間１４におけるロ−タ
羽根列１５′およびステ−タ羽根列１６′の配置の
１部分が展開図示される。第１１図において、矢
印Ｂは、吸気口２１から排気口２２へ向う気体輸
送方向を示し、矢印Ｃは、ロ−タ１３が回転する
ときにロ−タ羽根１５が進行する方向を示す。こ
の図には、多数のロ−タ羽根列のうちの２段と、
多数のステ−タ羽根列のうちの２段とが図示さ
れ、また各羽根列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、気体
輸送方向Ｂおよびロ−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−
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２１の側の縁２４が、ロ−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２２の側の縁２５よりも先行するよう
に指向され、また、ステ−タ羽根１６は、気体輸
送方向Ｂの縁すなわち排気口２２の側の縁２６
が、ロ−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２１の側の縁
２７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
−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−タ羽根１５
およびステ−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２１の側から
排気口２２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。これによつ
て、吸気口２１の側は、排気口２２の側よりも低
圧すなわち高真空に維持される。

上述したタ−ボ分子ポンプは、ロ−タ羽根１５
およびステ−タ羽根１６の共同作用によつて、Ｂ
方向に気体を圧縮しながら輸送するという効果を
有するけれども、その従来のものでは、これら羽
根の共同作用を受けない間〓１８および２０にお
いて、その排気口２２の側が吸気口２１の側より
高圧であるため、気体が、第１０図に矢印Ｄおよ
びＥで示されるように、排気口２２の側から吸気
口２１の側へすなわちＢ方向と逆の方向へ移動す
る。このような間〓１８および２０における気体
の逆流Ｄ，Ｅは、タ−ボ分子ポンプにおけるＢ方
向の気体圧縮作用を著しく阻害する。例えば、ロ
−タの直径が0.1mで羽根が18段（ロ−タ羽根９
段、ステ−タ羽根９段）のタ−ボ分子ポンプにつ
いて、モンテカルロシミユレ−シヨンによつて求
めたところによれば、水素分子の場合に、間〓１
８および２０が0.75mmのときの圧縮比は、間〓が
ゼロとした理想的タ−ボ分子ポンプについて求め
た圧縮比の約60％にしかならない。

（発明が解決しようとする課題） よつて、この発明は、ロ−タ羽根の先端とステ
−タ内面の間およびステ−タ羽根の先端とロ−タ
外面の間またはそのいずれかの間〓において、こ
れら間〓が比較的せまいとはいえ、ロ−タ１３の
高速回転をさまたげないようにするため、極端に
せまくできないのでタ−ボ分子ポンプによつて達
成しようとする気体輸送方向と逆の方向の気体の
移動が生じ、これによつてタ−ボ分子ポンプの気
体圧縮作用が阻害される、という従来のタ−ボ分
子ポンプの欠点を除去することを課題とする。

（課題を解決するための手段） この課題の解決のため、この発明によるタ−ボ
分子ポンプは、円筒状内面を有するステ−タの中
に、円筒状外面を有するロ−タがステ−タと同一
の軸線を有するように収容され、前記ロ−タの円
筒状外面から半径方向外向きに、多くのロ−タ羽
根からなるロ−タ羽根列が突出し、ロ−タ羽根列
の各ロ−タ羽根の先端が前記ステ−タの円筒状内
面に比較的せまい間〓を置いて対向し、前記ステ
−タの円筒状内面から半径方向内向きに、多くの
ステ−タ羽根からなるステ−タ羽根列が突出し、
ステ−タ羽根列の各ステ−タ羽根の先端が前記ロ
−タの円筒状外面に比較的せまい間〓を置いて対
向し、前記ステ−タ羽根列と前記ステ−タ羽根列
とが軸線方向に交互に多数段配列され、前記ロ−
タが前記軸線を中心として高速回転するタ−ボ分
子ポンプにおいて、前記ロ−タ羽根列の各ロ−タ
羽根および前記ステ−タ羽根列の各ステ−タ羽根
の少なくとも一方の羽根の先先端が切欠部または
突出部を有し、前記ステ−タの円筒状内面もしく
は前記ロ−タの円筒状外面が、前記切欠部または
突出部に対応する位置に、環状突起または環状溝
を有しており、前記切欠部または突出部と前記環
状突起または環状溝とを、それらの間に前記軸線
に直角な方向から見て前記ロ−タの回転をさまた
げない程度にせまい間〓と、前記軸線方向から見
て若干のギヤツプが存するように配設したことを
特徴とする。

（作用） この発明によるタ−ボ分子ポンプの上述のよう
な構成によれば、ロ−タ羽根またはステ−タ羽根
の先端の切欠部または突出部と、この先端に対向
するステ−タまたはロ−タの面（ステ−タ内面ま
たはロ−タ外面）の環状突起または環状溝との間
の間〓が、軸線に直角な方向から見るとロ−タの
回転をさまたげない程度であるが、軸線方向から
見るとほとんどすき間がないので、分子流の領域
において、この間〓へ向つて吸気口の側または排
気口の側から進行する気体分子は、主として、前
記先端の突出部または前記面の環状突起に衝突し
て跳ね返され、従つて、前記間〓においては、吸
気口の側と排気口の側との間の気体分子の移動が
完全に阻止され、または著しく低減できる。よつ
て、この発明によれば、前述したような従来のタ
−ボ分子ポンプの欠点が解消または軽減できる。

（実施例） この発明によるタ−ボ分子ポンプは、ロ−タ羽
根およびステ−タ羽根の先端と、この先端に対向
するステ−タおよびロ−タの面との構造を除い
て、第９図から第１１図に図示しかつこれら図面
を参照して前述したような一般的構造を有する。

第１０図に対応する第１図、およびこれの一部
を拡大して示す第２図と第３図は、この発明の一
実施例を示すもので、これら図面によれば、ロ−
タ１３のロ−タ羽根１５の先端１７は、矩形の切
欠部２８を有し、先端１７に間〓１８をはさんで
対向するステ−タ内面１０は、断面が角形の環状
突起２９を有しており、ステ−タ内面１０の環状
突起２９は、先端１７の切欠部２８に対応する位
置に設けられている。かくして、先端１７とステ
−タ内面１０との間には、屈曲した間〓１８が形
成されるが、この間〓１８の、第２図にＦ，Ｇ，
Ｈで示されるような幅は、ロ−タ１３が回転駆動
するときにロ−タ羽根１５の先端１７とステ−タ
内面１０とが接触するおそれのないようにかなり
大きく、例えば0.75mmに決定される。さらに、先
端１７とステ−タ内面１０の環状突起２９との間
には、第２図に示されるように、軸線Ａの方向Ｋ
から見てギヤツプＬが存する。ギヤツプＬは、例
えば0.1mmに決定される。

上述したような形成によれば、間〓１８の幅
Ｆ，Ｇ，Ｈは、ロ−タ１３の高速回転を何ら妨害
しないような大きな値に維持されるけれども、吸
気口２１の側または排気口２２の側から間〓１８
へ向つて進行する気体分子の大半は、環状突起２
９に衝突して跳ね返され、若干の気体分子がギヤ
ツプＬを通過する。しかしながら、Ｌの値を小さ
くすれば、間〓１８における気体分子の通過が十
分に低減できるから、実質上、気体分子は間〓１
８を通過できない。

全く同様に、ステ−タ羽根１６の先端１９は、
矩形の切欠部３０を有し、先端１９に間〓２０を
はさんで対向するロ−タ外面１２は、断面が角形
の環状突起３１を有しており、ロ−タ外面１２の
環状突起３１は、先端１９の切欠部３０に対応す
る位置に設けられている。

この構成によれば、間〓１８について前述した
と全く同様に、気体分子は、実質上、間〓２０を
通過できない。

上記のように、第１図、第２図および第３図に
示されるこの発明の構成は、すぐれた特性を有す
るばかりでなく、ロ−タ羽根１５またはステ−タ
羽根１６の先端１７，１９と、ステ−タ内面１０
またはロ−タ外面１２の環状突起２９，３１との
間に、軸線Ａの方向Ｋから見てギヤツプＬが存在
しているので、タ−ボ分子ポンプの製作および組
立てが従来のものと同様に行うことができる。

以下において、この発明の変型について、第４
図から第８図を参照して説明する。なお、この発
明において、間〓１８における構成は、そのまま
で間〓２０における構成に適用できるので、以下
においては、間〓１８における構成だけについて
説明する。これら変型も第２図および第３図に示
したようなギヤツプＬが存するという条件を満す
ように構成されるべきであるが、この点は、第４
図から第８図には、明示されていない。

第４図の変型では、ロ−タ羽根１５の先端１７
が、その上端に角形の切欠部３２を有し、ステ−
タ内面１０は、前記切欠部３２に向つて突出する
断面角形の環状突起３３を備える。

第５図に図示の変型においては、ロ−タ羽根１
５の先端１７が山形の突出部３４を有し、ステ−
タ内面１０には、ロ−タ羽根１５の突出部３４に
対向する箇所で角形環状溝３５が形成されてい
る。

第６図の変型では、ロ−タ羽根１５の先端１７
が山形の切欠部３６を有し、ステ−タ内面１０は
断面が山形の環状突起３７を有している。

第７図に図示された変型は、第５図の変型の山
形および角形溝を、曲線状で突出させた形状およ
び曲線状に凹下させた形状に変えたものに相当す
る。ロ−タ羽根１５の先端１７は、突出部３８を
有し、ステ−タ内面１０は、環状溝３９を有す
る。

第８図はさらに別の変型を示す。ロ−タ羽根１
５の先端１７の切欠部は４０で示され、ステ−タ
内面１０の環状突起は、４１で示される。

（発明の効果） この発明によるタ−ボ分子ポンプによると、ロ
−タ羽根１５の先端１７が切欠部または突出部を
有し、かつこれに対向するステ−タ内面１０が環
状突起または環状溝を有し、或いは、ステ−タ羽
根１６の先端１９とこれに対向するロ−タ外面１
２が同様に構成されているので、ロ−タ羽根１５
の先端１７とステ−タ内面１０との間の間〓１８
の幅Ｅ，Ｇ，Ｈ、或いはステ−タ羽根１６の先端
１９とロ−タ外面１２との間の間〓２０の幅Ｆ，
Ｇ，Ｈが、ロ−タの回転を妨害しない程度に大き
くても、特に分子流領域において、間〓１８また
は２０へ向つて進行する気体分子は、いずれかの
突出部分に衝突して跳ね返され、よつてこの間〓
を通るような気体分子の移動が実質上阻止され
る。よつてこの発明によれば、上記間〓における
気体輸送方向と逆の方向の気体の移動が実際上押
さえられ、このような気体の移動が存していた従
来のタ−ボ分子ポンプと比べて、気体圧縮作用が
十分に改善されたタ−ボ分子ポンプが提供され
る。

しかも、第４図にＬで示したようなギヤツプが
存在するので、タ−ボ分子ポンプの製作および組
立ては、従来からのものと全く同様にして達成で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例のタ−ボ分子ポ
ンプの、ロ−タ羽根およびこれに対向するステ−
タ内面と、ステ−タ羽根およびこれに対向するロ
−タ外面とを表わす部分断面図であり、第２図
は、ロ−タ羽根の先端とこれに対向するステ−タ
内面とを表わす、第１図の一部を拡大した断面図
であり、第３図は、ステ−タ羽根の先端とこれに
対向するロ−タ外面とを表わす、第１図の一部拡
大した断面図である。第４図、第５図、第６図、
第７図および第８図は、第１図から第３図、特に
第２図に図示した実施例の各種変型例をそれぞれ
表わす、第２図と同様の断面図である。第９図
は、タ−ボ分子ポンプの一般的構成の例を図解的
に示す垂直断面図である。第１０図は、従来のタ
−ボ分子ポンプの構成を示す、第１図に対応する
図である。第１１図は、タ−ボ分子ポンプのロ−
タ羽根列およびステ−タ羽根列の配列を略示する
図である。 図面において、１０はステ−タの円筒状内面、
１１はステ−タ、１２はロ−タの円筒状外面、１
３はロ−タ、１５はロ−タ羽根、１５′はロ−タ
羽根列、１６はステ−タ羽根、１６′はステ−タ
羽根列、１７はロ−タ羽根の先端、１８は間〓、
１９はステ−タ羽根の先端、２０は間〓、２８，
３２，３６および４０はロ−タ羽根の先端の切欠
部、３４および３８はロ−タ羽根の先端の突出
部、２９，３３，３７および４１はステ−タの円
筒状内面の環状突起、３５および３９はステ−タ
の円筒状内面の環状溝、３０はステ−タ羽根の先
端の切欠部、３１はロ−タの円筒状外面の環状突
起、Ａはロ−タの回転軸線を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円筒状内面を有するステ−タの中に、円筒状
   外面を有するロ−タがステ−タと同一の軸線を有
   するように収容され、前記ロ−タの円筒状外面か
   ら半径方向外向きに、多くのロ−タ羽根からなる
   ロ−タ羽根列が突出し、ロ−タ羽根列の各ロ−タ
   羽根の先端が前記ステ−タの円筒状内面に比較的
   せまい間〓を置いて対向し、前記ステ−タの円筒
   状内面から半径方向内向きに、多くのステ−タ羽
   根からなるステ−タ羽根列が突出し、ステ−タ羽
   根列の各ステ−タ羽根の先端が前記ロ−タの円筒
   状外面に比較的せまい間〓を置いて対向し、前記
   ロ−タ羽根列と前記ステ−タ羽根列とが軸線方向
   に交互に多数段配列され、前記ロ−タが前記軸線
   を中心として高速回転するタ−ボ分子ポンプにお
   いて、前記ロ−タ羽根列の各ロ−タ羽根および前
   記ステ−タ羽根列の各ステ−タ羽根の少なくとも
   一方の羽根の先端が切欠部または突出部を有し、
   前記ステ−タの円筒状内面もしくは前記ロ−タの
   円筒状外面が、前記切欠部または突出部に対応す
   る位置に、環状突起または環状溝を有しており、
   前記切欠部または突出部と前記環状突起または環
   状溝とを、それらの間に前記軸線に直角な方向か
   ら見て前記ロ−タの回転をさまたげない程度にせ
   まい間隙と、前記軸線方向から見て若干のギヤツ
   プが存するように配設したことを特徴とするタ−
   ボ分子ポンプ。