JPH04224295A - ターボ分子ポンプ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はターボ分子ポンプに関し
、特に、より高圧まで動作範囲を拡張できるよう圧縮比
を高めたターボ分子ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のターボ分子ポンプは一般に１０−
７〜１０−１（又は１）Ｐａ　の動作範囲を有し、すな
わちこれらのポンプは大気に直接排気をすることができ
ない。したがって従来のターボ分子ポンプは、必要とな
る補助真空を生成しかつ圧送された気体を大気圧で排出
する補助ポンプを連結する必要がある。しかしながら、
補助ポンプの潤滑油によってターボ分子ポンプの汚れが
生じ、これが低動作範囲における圧送作用を妨げる。こ
れは短期間におけるメンテナンスにより回避することが
できるが、このために真空装置の高価な初期費用に加え
てさらに運転コストが上昇する。しかも、ターボ分子ポ
ンプと補助ポンプとの連結は手間がかかり、ほとんどの
適用において不都合となる。

【０００３】上記の補助ポンプの必要性を減じるために
、いわゆる複合型ターボ分子ポンプが開発されている。 米国特許公報第　４７３２５２９号、第　４８２６３９
３号及び第　４７９７０６８号は、圧縮比上昇部を備え
たターボ分子ポンプを開示する。この圧縮比上昇部は、
気体を高真空部から簡単な排気装置（例えば薄板ポンプ
）へ案内する螺旋溝付きロータ（又はねじロータ）から
なる。この種の複合型ターボ分子ポンプは複数の補助真
空ポンプからなる複雑な排気装置を必要としないものの
、気体を大気圧で排出することができないためにやはり
補助ポンプを必要とする。

【０００４】低い到達圧力（３×１０−２Ｐａ）に達し
うる新型のラフポンプが開発されている。「真空科学技
術（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．）」第６巻
第４号２５１８〜２５２１（１９８８年７／８月号）に
記載されているように、このポンプは、半径流ポンプ段
及び排気側の周流ポンプ段を備えたターボ真空ラフポン
プであり、半径流ポンプ段は圧送気流を半径方向に案内
する溝付き通路内で回転する羽根車からなり、周流ポン
プ段はポンプが大気圧で排気可能であるように圧力を上
昇させる。しかしながら、このポンプはターボ分子ポン
プを代替し得ない単なるラフポンプである。ターボ分子
ポンプの到達圧力（１０−７Ｐａ）は、このラフポンプ
の到達圧力（１０−２Ｐａ）よりも数段低い値である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的は
、高圧縮比を備えたターボ分子ポンプを提供することに
ある。本発明の第２の目的は、補助ポンプを連結するこ
となく大気圧での排気が可能なターボ分子ポンプを提供
することにある。本発明の第３の目的は、同様の動作範
囲を有する従来の真空システムに比べて比較的扱いが容
易なターボ分子ポンプを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るターボ分子ポンプは、互いに逆方向
に傾斜した羽根群をそれぞれに備えたロータ及びステー
タを交互に配置してなる、気体を軸流方向に圧送する複
数の軸流ポンプ段を吸気側に具備したターボ分子ポンプ
において、それぞれの周辺の一部に沿って相互間に環状
の自由通路を形成するロータ及び共面のステータからな
るポンプ段であって、前記環状の自由通路が吸気口及び
排気口に連通して、該吸気口から該排気口まで気体を前
記ロータに対し接線流方向に圧送する少なくとも１つの
接線流ポンプ段を、排気側で前記軸流ポンプ段に結合し
たことを特徴とする。本発明の他の特徴によれば、粘性
流れ範囲におけるポンプ効果を高めるために、ロータが
複数の羽根を備えたディスクからなる接線流ポンプ段を
付加することができる。

【０００７】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。図１に示したように、本発明に係るターボ分
子ポンプは、従来公知のように、円筒形のポンプ胴３に
収容されたそれぞれロータ１ないし１ａ及びステータ２
ないし２ａからなる所定数の軸流ポンプ段を具備する。 ロータ１ａ及びステータ２ａからなるポンプ段をさらに
図２に示す。各ロータは回転軸６（以下、軸６という）
に取着されたディスク５からなり、ディスク５はその周
縁に半径方向へ突出する傾斜羽根７，７ａ，７ｂを担持
する。各ステータはロータの軸６を受ける中心穴を備え
た同様のディスクからなる。各ステータはポンプ胴３に
固定され、羽根９，９ａ，９ｂを備えたディスク８から
なる。この羽根９，９ａ，９ｂは、ロータの羽根７，７
ａ，７ｂの傾斜方向と反対方向に傾斜する。

【０００８】吸気側から入る気体は（矢印Ａで示す）、
上記の軸流ポンプ段によって円筒形のポンプ胴３の軸線
に平行な方向へ圧送される。すなわち交互に配置したロ
ータ及びステータを通って、図１の矢印Ｂで示したよう
に気体の軸流が生じる。本発明によれば、異なる概念に
よる１つ又は複数のポンプ段が、軸流ポンプ段の下流に
付設される。図１にこのような２つのポンプ段を包括的
に参照符号１０及び３０を付して示す。各ポンプ段１０
及び３０はやはり、軸６に取着したロータとポンプ胴３
に固定したステータとを備える。これらのポンプ段の構
造細部を図２〜図４に示す。

【０００９】図１〜図３に示したように、ポンプ段１０
は軸６に固定した平板ディスクからなるロータ１２を備
える。ロータ１２は、実質的同一面にありロータ１２か
ら離間した環形状のステータ１３によって包囲され、こ
れによりロータとステータとの間に環状の自由通路１４
が形成される。バッフル１５は上方の閉鎖板２１及び下
方の閉鎖板２３にそれぞれ設けた吸気口１７及び排気口
１８の間で通路１４を遮断する。閉鎖板２１及び２３は
、例えば閉鎖板２１の下向き縁部２２を接続する等適当
な手段によって相互に連結され、ポンプ段を収容する閉
鎖ケーシングを形成する。軸６を通すために、閉鎖板２
１及び２３の双方に中心穴を設ける。 バッフル１５は、図２及び図３に示したようにステータ
１３の半径方向突起でもよいし、又はステータ１３に堅
固に固定した別体の部材でもよい。

【００１０】上記のポンプ段の動作を以下に説明する。 軸流ポンプ段によって圧送された気体は、吸気口１７に
入り（図１及び図２に矢印Ｄで示す）、そして通路１４
に進入する。ここで気体分子はロータ１２の回転ディス
クに衝突し、ロータ１２の接線方向成分速度を保持する
（矢印Ｅで示す）。この過程により、気体分子は自由通
路１４内で接線流に従って吸気口１７から排気口１８ま
で移送され、排気口１８を通って通路１４から流出する
（矢印Ｆで示す）。 自由通路１４内で生じる気体の流れは、ロータの接線速
度方向に平行であるため「接線流」として説明する。

【００１１】上記の接線流ポンプ段１０は分子流すなわ
ち過渡流の圧力範囲において効果的であり、出口圧力を
従来のターボ分子ポンプの一般的出口圧力である約１Ｐ
ａ　から１０３　Ｐａ　もしくはそれ以上まで高めるこ
とができる。より高い圧力範囲、すなわち粘性流れの範
囲においては、平板ディスクロータを備えたこの接線流
ポンプ段はもはや効果がない。そこで、図４に詳細に示
したような異なる形式のロータが、出口圧力をさらに大
気圧まで高めることができる。

【００１２】再び図１を参照すれば、粘性流れ範囲にお
いて効果的な第２の接線流ポンプ段が参照符号３０で示
される。ポンプ段３０はポンプ段１０の下流に連続して
配置される。ポンプ段３０はポンプ段１０と同様に、下
板３３に連結した下向き縁部３２を備えた上板３１から
なる閉鎖ケーシングを備える。軸６はこのケーシング内
を軸方向に延び、周縁に羽根３７，３７ａ，３７ｂを備
えたディスクロータ３５を担持する。羽根３７，３７ａ
，３７ｂはロータ３５の面に直交する面上に位置する。 ロータと同一面にある環状ステータ３６がロータ３５か
ら離間してロータ３５を包囲し、これによりロータの羽
根の周縁とステータとの間に環状の自由通路３８が形成
される。バッフル３９は、上板３１に設けた吸気口４０
と下板３３に設けた排気口４１との間で、自由通路３８
を遮断する。

【００１３】図１に示したように、ポンプ段１０の排気
口１８から排出された気体は、ポンプ段３０の吸気口４
０に入り（矢印Ｇで示す）、ロータとステータとの間の
自由通路３８に進入する。ここで、気体分子はロータに
衝突することにより運動エネルギーを獲得し、接線速度
成分を有した回流が自由通路３８内に生じ、気体は吸気
口４０から排気口４１へと圧送される。この最終段にお
いて、圧力は約１０５　Ｐａ　まで上昇するため、ポン
プはポンプ胴３の排気口４３から直接大気に排気するこ
とができる。

【００１４】軸流ポンプ段及び接線流ポンプ段の両方を
備えた上記のターボ分子ポンプにおけるロータの周速度
は、通常　２５０ｍ／ｓ以上であり、好ましくは　３５
０〜　４００ｍ／ｓである。例えば直径　１００ｍｍ（
０．１ｍ）のロータを備えた小型ポンプにおいて、ロー
タの角速度（Ｖａ）は毎分　５００００回転であり、周
速度（Ｖｐ）　２６０ｍ／ｓを得る（Ｖｐ　＝２πｒ　
・Ｖａ）。より大径のロータに対しては、周速度を　２
５０ｍ／ｓ以下に下げない条件で角速度を小さくするこ
とができる。

【００１５】上記の説明から明らかなように、平板ロー
タ型式又は羽根付きロータ型式からなる軸流ポンプ段及
び接線流ポンプ段のいずれの個数も、本発明の範囲から
逸脱することなく特定の適用に従って変更することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるターボ分子ポンプの部分軸方向断
面図である。

【図２】図１のポンプの一部を示す斜視図で、第１実施
例による接線流ポンプ段を部分的に切欠いて示す。

【図３】図２のポンプ段の部分切欠平面図である。

【図４】第２実施例による接線流ポンプ段の部分切欠斜
視図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１２，３５…ロータ ２，２ａ，１３，３６…ステータ ６…回転軸 ７，９，３７…羽根 １０，３０…接線流ポンプ段 １４，３８…自由通路 １５，３９…バッフル １７，４０…吸気口 １８，４１…排気口

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　互いに逆方向に傾斜した羽根群をそれ
   ぞれに備えたロータ及びステータを交互に配置してなる
   、気体を軸流方向に圧送する複数の軸流ポンプ段を吸気
   側に具備したターボ分子ポンプにおいて、それぞれの周
   辺の一部に沿って相互間に環状の自由通路を形成するロ
   ータ及び共面のステータからなるポンプ段であって、前
   記環状の自由通路が吸気口及び排気口に連通して、該吸
   気口から該排気口まで気体を前記ロータに対し接線流方
   向に圧送する少なくとも１つの接線流ポンプ段を、排気
   側で前記軸流ポンプ段に結合したことを特徴とするター
   ボ分子ポンプ。
2. 【請求項２】　　前記排気口の下流に配置して排気側に
   さらに付加ポンプ段を具備し、該付加ポンプ段は、複数
   の羽根を備えたロータ及び共面のステータからなり、該
   ロータ及びステータの周辺の一部に沿って前記羽根の周
   縁と前記ステータとの間に環状の自由通路を形成し、該
   環状の自由通路が吸気口及び排気口に連通して該吸気口
   から該排気口まで気体を前記ロータに対し接線流方向に
   圧送する第２の接線流ポンプ段である、請求項１記載の
   ターボ分子ポンプ。
3. 【請求項３】　　前記羽根は前記ロータの面に直交して
   設けられる請求項２記載のターボ分子ポンプ。
4. 【請求項４】　　前記環状の自由通路は前記吸気口と前
   記排気口との間に配置したバッフルにより両端部を定め
   られる請求項１〜３のいずれか１つに記載のターボ分子
   ポンプ。
5. 【請求項５】　　気体を軸流方向に圧送する前記軸流ポ
   ンプ段の前記ロータと、気体を接線流方向に圧送する前
   記接線流ポンプ段の前記ロータとを共通の回転軸に取着
   した請求項１記載のターボ分子ポンプ。
6. 【請求項６】　　接線流式の前記付加ポンプ段の前記ロ
   ータをさらに前記回転軸に取着した請求項１，２又は５
   記載のターボ分子ポンプ。
7. 【請求項７】　　前記軸流ポンプ段及び前記接線流ポン
   プ段の各々の前記ロータは、作動時に各々少なくとも　
   ２５０ｍ／ｓの周速度で回転する請求項５又は６記載の
   ターボ分子ホンプ。
8. 【請求項８】　　前記接線流ポンプ段の各々を、吸気口
   及び排気口を備えた上板及び下板からなるケーシングに
   収容した請求項１又は２記載のターボ分子ポンプ。