WO2014181575A1

WO2014181575A1 - 固定円板および真空ポンプ

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Publication number: WO2014181575A1
Application number: PCT/JP2014/056052
Authority: WO
Inventors: 野中　学; 樺澤　剛志
Original assignee: Edwards Japan Ltd
Current assignee: Edwards Japan Ltd
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-11-13
Anticipated expiration: 2015-11-09
Also published as: EP2995819A1; CN105121859B; US20160069350A1; KR102123137B1; CN105121859A; EP2995819A4; EP2995819B1; JP2014218941A; KR20160005679A; US10267321B2; JP6353195B2

Abstract

【課題】シーグバーン型分子ポンプ部を備える真空ポンプにおいて、排気効率を向上させる連通孔を備える固定円板、および当該固定円板を備える真空ポンプを提供する。【解決手段】本発明の実施形態に係る真空ポンプは、シーグバーン型分子ポンプ部を有し、配設される固定円板に、当該固定円板の軸線方向における上の空間（吸気口側領域、上流側領域）と下の空間（排気口側領域、下流側領域）とを連通させる連通孔を備える。

Description

固定円板および真空ポンプ

本発明は、固定円板および真空ポンプに関する。詳しくは排気効率を向上させる連通孔を備える固定円板、および当該固定円板を備える真空ポンプに関する。

真空ポンプは、吸気口および排気口を備えた外装体を形成するケーシングを備え、このケーシングの内部に、当該真空ポンプに排気機能を発揮させる構造物が収納されている。この排気機能を発揮させる構造物は、大きく分けて、回転自在に軸支された回転部（ロータ部）とケーシングに対して固定された固定部（ステータ部）から構成されている。　また、回転軸を高速回転させるためのモータが設けられており、このモータの働きにより回転軸が高速回転すると、ロータ翼（回転円板）とステータ翼（固定円板）との相互作用により気体が吸気口から吸引され、排気口から排出されるようになっている。　真空ポンプのうち、シーグバーン型の構成を有するシーグバーン型分子ポンプは、回転円板（回転円盤）と、当該回転円板と軸方向に隙間（クリアランス）をもって設置された固定円板と、を備え、当該回転円板もしくは固定円板の少なくともいずれか一方の隙間対向表面にスパイラル状溝（らせん溝または渦巻状溝ともいう）流路が刻設されている。そして、らせん溝流路内に拡散して入ってきた気体分子に、回転円板によって回転円板接線方向（即ち、回転円板の回転方向の接線方向）の運動量を与えることで、スパイラル状溝により吸気口から排気口に向けて優位な方向性を与えて排気を行う真空ポンプである。　このようなシーグバーン型分子ポンプあるいはシーグバーン型分子ポンプ部を有する真空ポンプを工業的に利用するためには、回転円板と固定円板の段が単段では圧縮比が不足するため、多段化がなされている。　ここで、シーグバーン型分子ポンプは半径流ポンプ要素であるので、多段化するためには、例えば、外周部から内周部へ排気した後、内周部から外周部へ排気し、また外周部から内周部へ排気する、というように、吸気口から排気口（即ち、真空ポンプの軸線方向）に向かって、回転円板および固定円板の外周端部および内周端部で流路を折り返して排気する構成が必要である。

特開昭６０－２０４９９７号実用新案登録公報第２５０１２７５号

特許文献１には、真空ポンプにおいて、ポンプ筐体内に、ターボ分子ポンプ部と、らせん溝ポンプ部と、遠心式ポンプ部とを備える技術が記載されている。　特許文献２には、シーグバーン型分子ポンプにおいて、各回転円板および静止円板の対向面に方向の異なるスパイラル状溝を設ける技術が記載されている。　上述した従来技術の構成における気体分子（ガス）の流れは以下のようになる。　上流シーグバーン型分子ポンプ部で内径部に移送された気体分子は、回転円筒と固定円板との間に形成された空間に排出される。次に、当該空間に開口された下流シーグバーン型分子ポンプ部の内径部によって吸引され、そして、当該下流シーグバーン型分子ポンプ部の外径部に移送される。多段化されている場合は、この流れが段毎に繰り返される。　しかしながら、上述した空間（即ち、回転円筒と固定円板の間に形成された空間）には排気作用はないため、上流シーグバーン型分子ポンプ部で気体分子に与えた排気方向への運動量は、当該空間に到達した際に失われてしまっていた。

図１２は、従来のシーグバーン型分子ポンプ１０００を説明するための図であり、従来のシーグバーン型分子ポンプ１０００の概略構成例を示した図である。矢印は、気体分子の流れを示している。　図１３は、従来のシーグバーン型分子ポンプ１０００に配設される固定円板５０００を説明するための図であり、吸気口４側から見た場合の固定円板５０００の断面図である。固定円板５０００内の矢印は気体分子の流れを示し、固定円板５０００外の矢印は、図示していない回転円板の回転方向を示している。　なお、以下、１つ（１段）の固定円板５０００の、吸気口４側をシーグバーン型分子ポンプ上流領域、排気口６側をシーグバーン型分子ポンプ下流領域と称して説明する。　上述したように、シーグバーン型分子ポンプ１０００において、気体分子に排気口６に向けて優位な運動量を付与しても、当該気体分子の流路である内側折り返し流路ａ（即ち、回転円筒１０と固定円板５０００の間に形成された空間）は排気作用のない「つなぎ」の空間であるため、付与した運動量が失われてしまう。そのため、当該内側折り返し流路ａで排気作用が途切れるため、圧縮した気体分子は当該内側折り返し流路ａを通るたびに開放されてしまい、その結果、従来のシーグバーン型分子ポンプ１０００では良好な排気効率が得られないという課題があった。　

寸法を縮めるなどして、内側折り返し流路ａの流路断面積を小さくする（即ち、回転円筒１０の外径と固定円板５０００の内径とで形成される隙間が狭くなる）と、内側折り返し流路ａに気体分子が滞留し、シーグバーン型分子ポンプ上流領域の出口（上流領域から下流領域への折り返し地点）である内側折り返し流路ａの流路圧力が上昇する。その結果、圧力損失が発生して真空ポンプ（シーグバーン型分子ポンプ１０００）全体の排気効率が低下する。　こうした排気効率の低下を防ぐために、従来、内側折り返し流路ａの流路断面積および管路幅は、図１２に示すように、シーグバーン型分子ポンプ部における管路（回転円筒１０と固定円板５０００との各対向面で形成される隙間であり、気体分子が通る管状の流路）の断面積および管路幅よりも、充分大きくとる必要があった。　しかし、内側折り返し流路ａの流路の寸法を大きく設定しようとすると、内径側が回転部を支持する径方向磁気軸受装置３０などの寸法に制約され、一方、外径側となる固定円板５０００の直径を大きくすると、シーグバーン型分子ポンプ部の半径方向寸法が減少して流路が狭くなってしまい、１段あたりの圧縮性能が充分に得られなくなるという課題があった。　こうした従来技術を用いて所定の圧縮比を得るためには、シーグバーン型分子ポンプ部の段数を増やす必要がある。しかし、段数を増やすと、回転円板９や固定円板５０００の材料費用・加工費用が増大してしまい、更に、高速回転する回転円板９の質量・慣性モーメントが増大するために、それを支持する磁気軸受装置の容量がその分余計に必要となるなど、真空ポンプを構成する構成品のコストが増大してしまうという課題があった。　

そこで、本発明は、排気効率を向上させる連通孔を備える固定円板、および当該固定円板を備える真空ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本願発明では、吸気口側から排気口側へ気体を移送する第１気体移送機構に用いられ、回転円板との相互作用によりスパイラル状溝排気部を形成する固定円板であって、前記固定円板と前記回転円板の対向面の少なくとも一部に谷部と山部を有するスパイラル状溝が形成されており、前記固定円板の内周側の部分に、前記吸気口側と前記排気口側とを貫通する連通孔を有することを特徴とする固定円板を提供する。　請求項２記載の本願発明では、前記連通孔は、前記谷部のうち、前記固定円板の前記吸気口側の面に形成される前記谷部と、前記排気口側の面に形成される前記谷部とを連通する連通孔であることを特徴とする請求項１に記載の固定円板を提供する。　請求項３記載の本願発明では、前記連通孔の開口部は、前記谷部のうち、前記固定円板の前記吸気口側の面または前記排気口側の面のいずれか一方の前記谷部に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固定円板を提供する。　請求項４記載の本願発明では、前記連通孔の開口部は、前記谷部のうち、前記固定円板の前記吸気口側の面における前記排気口側端の複数の前記谷部に跨って形成される、もしくは、前記固定円板の前記排気口側の面における前記吸気口側端の複数の前記谷部に跨って形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固定円板を提供する。　請求項５記載の本願発明では、前記連通孔は、前記第１気体移送機構に用いられる回転体円筒部と前記固定円板の内周部とで形成される隙間に開口するように形成された連通孔であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固定円板を提供する。　請求項６記載の本願発明では、前記連通孔は、前記固定円板の前記吸気口側の面における前記排気口側端の前記谷部において前記回転円板の回転方向側の領域と、前記固定円板の前記排気口側の面における前記吸気口側端の前記谷部において前記回転円板の回転方向側と反対側の領域と、を貫通する連通孔であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固定円板を提供する。　請求項７記載の本願発明では、前記スパイラル状溝は、接線角度が外径側に比べ内径側の方が大きいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固定円板を提供する。　請求項８記載の本願発明では、前記スパイラル状溝は、前記山部の幅が外径側に比べ内径側の方が小さいことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の固定円板を提供する。　請求項９記載の本願発明では、吸気口と排気口が形成された外装体と、前記外装体に内包され、回転自在に支持された回転軸と、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の固定円板と、前記回転軸に配設される多段の前記回転円板と、前記回転円板と前記固定円板との相互作用により前記吸気口側から吸気した気体を前記排気口側へ移送するシーグバーン型分子ポンプ部である前記第１気体移送機構と、を備えることを特徴とする真空ポンプを提供する。　請求項１０記載の本願発明では、前記真空ポンプは、更に、前記回転軸に配設される回転体円筒部を有し、前記連通孔を除く、前記回転体円筒部と前記固定円板とで形成される隙間の幅は、前記吸気口側における前記固定円板と前記回転円板とで形成される排気溝流路の深さよりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の真空ポンプを提供する。　請求項１１記載の本願発明では、前記真空ポンプは、更に、前記回転軸に配設される回転体円筒部を有し、前記連通孔を除く、前記回転体円筒部と前記固定円板とで形成される隙間の断面積は、前記吸気口側における前記固定円板と前記回転円板とで形成される排気溝流路の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の真空ポンプを提供する。　請求項１２記載の本願発明では、前記真空ポンプは、更に、回転翼と、固定翼と、前記回転翼と前記固定翼との相互作用により前記吸気口側から吸気した気体を前記排気口側へ移送するターボ分子ポンプ部である第２気体移送機構と、を備える複合型ターボ分子ポンプであることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の真空ポンプを提供する。　請求項１３記載の本願発明では、前記真空ポンプは、回転する部品と固定された部品の対向面の少なくとも一部にねじ溝を有し、前記吸気口側から吸気した気体を前記排気口側へ移送するねじ溝式ポンプ部である第３気体移送機構と、を備える複合型ターボ分子ポンプであることを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の真空ポンプを提供する。

本発明によれば、排気効率を向上させる連通孔を備える固定円板、および当該固定円板を備える真空ポンプを提供することができる。

本発明の実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプの概略構成例を示した図である。本発明の実施形態に係る固定円板の連通孔を説明するための図である。本発明の実施形態に係る固定円板の連通孔を説明するための図である。本発明の実施形態に係る固定円板の連通孔を説明するための図である。本発明の実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプの概略構成例を示した図である。本発明の実施形態に係る固定円板の連通孔を説明するための図である。本発明の実施形態に係る固定円板の連通孔を説明するための図である。本発明の実施形態に係る固定円板の連通孔を説明するための図である。本発明の実施形態に係る固定円板の連通孔を説明するための図である。本発明の実施形態に係る連通孔を説明するための図であり、吸気口側から見た場合の固定円板の断面図である。本発明の実施形態に係る連通孔を説明するための図であり、吸気口側から見た場合の固定円板の断面図である。従来技術を説明するための図であり、シーグバーン型分子ポンプの概略構成例を示した図である。従来技術を説明するための図であり、吸気口側から見た場合の固定円板の断面図である。

（ｉ）実施形態の概要　本発明の実施形態の真空ポンプは、シーグバーン型分子ポンプ部を有し、配設される固定円板に、当該固定円板の軸線方向における上の空間（吸気口側領域、上流側領域）と下の空間（排気口側領域、下流側領域）とを連通させる連通孔を備える。　

（ｉｉ）実施形態の詳細　以下、本発明の好適な実施形態について、図１から図１１を参照して詳細に説明する。　本実施形態では、真空ポンプの一例として、シーグバーン型分子ポンプを用いて説明する。　なお、本実施形態では、回転円板の直径方向と垂直な方向を軸線方向とする。　また、以下、１つ（１段）の固定円板の、吸気口側をシーグバーン型分子ポンプ上流領域、排気口側をシーグバーン型分子ポンプ下流領域と称して説明する。　まず、シーグバーン型分子ポンプ上流領域の気体を外径側から内径側へ排気し、そして、シーグバーン型分子ポンプ下流領域の気体を内径側から外径側へ排気する、という折り返して排気するシーグバーン型の構成について説明する。　

（ｉｉ－１）構成　図１は、本発明の実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１の概略構成例を示した図である。　なお、図１は、シーグバーン型分子ポンプ１の軸線方向の断面図を示している。　シーグバーン型分子ポンプ１の外装体を形成するケーシング２は、略円筒状の形状をしており、ケーシング２の下部（排気口６側）に設けられたベース３と共にシーグバーン型分子ポンプ１の筐体を構成している。そして、この筐体の内部には、シーグバーン型分子ポンプ１に排気機能を発揮させる構造物である気体移送機構が収納されている。　この気体移送機構は、大きく分けて、回転自在に軸支された回転部と筐体に対して固定された固定部から構成されている。　

ケーシング２の端部には、当該シーグバーン型分子ポンプ１へ気体を導入するための吸気口４が形成されている。また、ケーシング２の吸気口４側の端面には、外周側へ張り出したフランジ部５が形成されている。　また、ベース３には、当該シーグバーン型分子ポンプ１から気体を排気するための排気口６が形成されている。　

回転部（ロータ部）は、回転軸であるシャフト７、このシャフト７に配設されたロータ８、ロータ８に設けられた複数枚の回転円板９、並びに回転円筒１０などから構成されている。なお、シャフト７およびロータ８によってロータ部が構成されている。　各回転円板９は、シャフト７の軸線に対し垂直に放射状に伸びた円板形状をした円板部材からなる。　また、回転円筒１０は、ロータ８の回転軸線と同心の円筒形状をした円筒部材からなる。　

シャフト７の軸線方向中程には、シャフト７を高速回転させるためのモータ部２０が設けられている。　更に、シャフト７のモータ部２０に対して吸気口４側、および排気口６側には、シャフト７をラジアル方向（径方向）に非接触で支持（軸支）するための径方向磁気軸受装置３０、３１、シャフト７の下端には、シャフト７を軸線方向（アキシャル方向）に非接触で支持（軸支）するための軸方向磁気軸受装置４０が設けられている。　

筐体の内周側には、固定部（ステータ部）が形成されている。この固定部は、吸気口４側に設けられた複数枚の固定円板５０などから構成され、当該固定円板５０には固定円板谷部５１および固定円板山部５２で構成されるスパイラル状溝が刻設されている。　なお、本実施形態では、固定円板５０にスパイラル状溝を刻設する構成としたが、これに限られることはなく、上述した回転円板９もしくは当該固定円板５０の少なくともいずれか一方の隙間対向表面にスパイラル状溝流路が刻設されていればよい。　各固定円板５０は、シャフト７の軸線に対し垂直に放射状に伸びた円板形状をした円板部材から構成されている。　各段の固定円板５０は、円筒形状をしたスペーサ６０（ステータ部）により互いに隔てられて固定されている。スペーサ６０の軸方向の高さは、シーグバーン型分子ポンプ１の軸方向に沿って低くなるように形成され、それにより、流路の容積がシーグバーン型分子ポンプ１の排気口６へ向けて徐々に減少して、気体移送機構内を通過する気体（ガス）を圧縮するようになる。図１の矢印は、気体の流れを示している。　シーグバーン型分子ポンプ１では、回転円板９と固定円板５０とが互い違いに配置され、軸線方向に複数段形成されているが、真空ポンプに要求される排出性能を満たすために、必要に応じて任意の数のロータ部品およびステータ部品を設けることができる。　このように構成されたシーグバーン型分子ポンプ１により、シーグバーン型分子ポンプ１に配設される真空室（図示しない）内の真空排気処理を行うようになっている。　

図１に示したように、上述した本発明の実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１は、配設される固定円板５０に、連通孔５００を有する。　以下、本発明の実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１に配設される固定円板５０に設けられる連通孔について、各実施形態に分けてそのバリエーションを説明する。　

図１は、本発明の第１実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１の概略構成例を示した図である。（ｉｉ－２）第１実施形態　図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る固定円板５０は、スパイラル状溝が形成された固定円板５０の内周部（即ち、回転円筒１０に対向する側）に、シーグバーン型分子ポンプ上流領域とシーグバーン型分子ポンプ下流領域とを貫通する連通孔５００を設け、これを折り返し連通流路とする。　つまり、本発明の第１実施形態では、気体移送機構領域を流れる気体分子（ガス）は、排気作用・圧縮作用を有さない空間である内側折り返し流路ａ（図１２・図１３）を通るのではなく、スパイラル状溝（固定円板谷部５１および固定円板山部５２により形成されるスパイラル状の溝）が刻設された固定円板５０と、当該固定円板５０と間隙を介して対向配設される回転円板９との相互作用によりもたらされる圧縮作用を有する空間同士を繋ぐ、固定円板５０に貫通状に設けられた連通孔５００を、折り返す際の連通路として通過する。　

上述した構成により、本発明の第１実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１では、固定円板５０の内側（即ち、回転円筒１０側）のスパイラル状溝がある部分に設けられた連通孔５００が、排気作用のあるスパイラル状溝流路同士（シーグバーン型分子ポンプ上流領域からシーグバーン型分子ポンプ下流領域へ）を繋ぎ、流れる気体分子は当該連通孔５００を折り返し流路として通過するので、気体分子を排気作用のない空間に放出することなく、排気の連続性をより保つことができる。　

（ｉｉ－３）第２実施形態　図２は、本発明の第２実施形態に係る固定円板５０の連通孔５０１を説明するための図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ’方向を吸気口４側から見た固定円板５０の断面図であり、同図には、排気口６側から見た場合のスパイラル状溝が破線で示されている。　なお、図２における固定円板５０外の矢印は、図示していない回転円板９の回転方向を示し、また、固定円板５０内の矢印は、スパイラル状溝の固定円板谷部５１を通過する気体分子の流れの一部を示している。　図２に示すように、本発明の第２実施形態に係る固定円板５０は、シーグバーン型分子ポンプ上流領域もしくはシーグバーン型分子ポンプ下流領域のどちらか一方の固定円板谷部５１に連通孔５０１が設けられている。　

上述した構成により、本発明の第２実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１では、固定円板５０における上流側（シーグバーン型分子ポンプ上流領域）もしくは下流側（シーグバーン型分子ポンプ下流領域）のどちらか一方の固定円板谷部５１に設けられた連通孔５０１が、排気作用のあるスパイラル状溝流路同士（シーグバーン型分子ポンプ上流領域からシーグバーン型分子ポンプ下流領域へ）を繋ぎ、流れる気体分子は当該連通孔５０１を折り返し流路として通過する。そのため、気体分子を排気作用のない空間に放出することなく、排気の連続性をより保つことができる。　また、本第２実施形態では、固定円板５０を介した流路において、当該固定円板５０のスパイラル状溝のうち、上流側か下流側かのどちらか一方の固定円板谷部５１で流路を連通させているので、仮に、固定円板山部５２同士を連通させた場合よりも、流路同士の接続寸法を小さく構成することができる。その結果、本発明の第２実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１は、排気抵抗をより小さくした折り返しが可能になる。　

（ｉｉ－４）第３実施形態　図３は、本発明の第３実施形態に係る固定円板５０の連通孔５０２を説明するための図である。図３は、図１におけるＡ－Ａ’方向を吸気口４側から見た固定円板５０の断面図であり、同図には、排気口６側から見た場合のスパイラル状溝が破線で示されている。　なお、図３における固定円板５０外の矢印は、図示していない回転円板９の回転方向を示し、また、固定円板５０内の矢印は、スパイラル状溝の固定円板谷部５１を通過する気体分子の流れの一部を示している。　図３に示すように、本発明の第３実施形態に係る固定円板５０は、シーグバーン型分子ポンプ上流領域の固定円板谷部５１とシーグバーン型分子ポンプ下流領域の固定円板谷部５１を連通した連通孔５０２が設けられている。　つまり、本第３実施形態では、固定円板５０に形成される連通孔５０２は、当該固定円板５０の上流側および下流側の両面に設けられたスパイラル状溝の谷部（固定円板谷部５１）同士を連通させた貫通孔である。　

上述した構成により、本発明の第３実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１では、固定円板５０に形成される連通孔５０２は、固定円板５０における上流側（シーグバーン型分子ポンプ上流領域）に刻設された固定円板谷部５１と、下流側（シーグバーン型分子ポンプ下流領域）に刻設された固定円板谷部５１とを貫く貫通孔であり、当該連通孔５０２が排気作用のあるスパイラル状溝流路同士（シーグバーン型分子ポンプ上流領域からシーグバーン型分子ポンプ下流領域へ）を繋ぐことで、流れる気体分子が当該連通孔５０２を折り返し流路として通過する。そのため、気体分子を排気作用のない空間に放出することなく、排気の連続性をより保つことができる。更に、流路の谷部同士で連通させているので、流路同士の接続寸法が最小となり、排気抵抗をより小さくした折り返しが可能になる。　

（ｉｉ－５）第４実施形態　図４は、本発明の第４実施形態に係る固定円板５０の連通孔５０３を説明するための図である。図４は、図１におけるＡ－Ａ’方向を吸気口４側から見た固定円板５０の断面図であり、同図には、排気口６側から見た場合のスパイラル状溝が破線で示されている。　なお、図４における固定円板５０外の矢印は、図示していない回転円板９の回転方向を示し、また、固定円板５０内の矢印は、スパイラル状溝の固定円板谷部５１を通過する気体分子の流れの一部を示している。　図４に示すように、本発明の第４実施形態に係る固定円板５０は、シーグバーン型分子ポンプ上流領域における排気口６端の複数の谷部か、もしくはシーグバーン型分子ポンプ下流領域における吸気口４端の複数の谷部に形成された連通孔５０３が設けられている。　つまり、
本第４実施形態では、固定円板５０に形成される連通孔５０３は、１つの谷部に対して１つの連通孔が対応している必要はなく、複数ピッチの谷部に跨って設けられている。　なお、連通孔５０３の１個あたりにつながるスパイラル状溝の数は、スパイラル状溝内の圧力により変わるので、設計的に任意に選択する構成にすることが好ましい。　

上述した構成により、本発明の第４実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１では、固定円板５０に形成される連通孔５０３は、固定円板５０における上流側（シーグバーン型分子ポンプ上流領域）に刻設された固定円板谷部５１と、下流側（シーグバーン型分子ポンプ下流領域）に刻設された固定円板谷部５１とを貫く貫通孔であり、当該連通孔５０３が排気作用のあるスパイラル状溝流路同士（シーグバーン型分子ポンプ上流領域からシーグバーン型分子ポンプ下流領域へ）を複数ピッチの谷部に跨って繋ぐことで、流れる気体分子が当該連通孔５０３を折り返し流路として通過する。そのため、気体分子を排気作用のない空間に放出することなく、排気の連続性をより保つことができる。更に、流路の谷部同士で連通させているので、流路同士の接続寸法が最小となり、排気抵抗をより小さくした折り返しが可能になる。　

（ｉｉ－６－１）第５実施形態　図５は、本発明の第５実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１の概略構成例を示した図である。なお、図１と同じ構成については、説明を省略する。　図６は、図５におけるＡ－Ａ’方向を吸気口４側から見た固定円板５０の断面図であり、同図には、排気口６側から見た場合のスパイラル状溝が破線で示されている。　なお、図６における固定円板５０外の矢印は、図示していない回転円板９の回転方向を示し、また、固定円板５０内の矢印は、スパイラル状溝の固定円板谷部５１を通過する気体分子の流れの一部を示している。　図５および図６に示したように、本発明の第５実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１は、配設される固定円板５０に、連通孔５０４（５０５）を有する。　より詳しくは、本発明の第５実施形態に係る固定円板５０には、図６（ａ）に示したように、スパイラル状溝が形成された固定円板５０の内周部（即ち、回転円筒１０に対向する側）に、シーグバーン型分子ポンプ上流領域とシーグバーン型分子ポンプ下流領域とを繋ぐ連通孔５０４が、回転円筒１０の外径面と固定円板５０の内径面（即ち、スペーサ６０で固定されない側）とで形成される隙間に開口する状態で配設され、気体分子は、上流から下流に折り返される際に、当該連通孔５０４を折り返し連通流路として通過する。　つまり、本発明の第５実施形態では、気体移送機構を通る気体分子は、スパイラル状溝（固定円板谷部５１および固定円板山部５２により形成されるスパイラル状の溝）が刻設された固定円板５０と、当該固定円板５０と間隙を介して対向配設される回転円板９との相互作用によりもたらされる圧縮作用を有する空間同士を繋ぎ、且つ、回転円筒１０に開口状に設けられた連通孔５０４を、折り返す際の連通路として通過する。　

（ｉｉ－６－２）第５実施形態の変形例　また、上述した第５実施形態の構成は、先述した第１実施形態から第４実施形態で説明した各連通孔（５００、５０１、５０２、５０３）の構成と組み合わせて第１実施形態から第４実施形態の各変形例とすることができる。　図６（ｂ）は、一例として、第３実施形態と第５実施形態を組み合わせた変形例を説明するための図である。図６（ｂ）に示したように、例えば、上述した本発明の第３実施形態に係る連通孔５０２（図３）を第５実施形態に係る連通孔５０４と組み合わせると、気体分子が上流から下流に折り返される場合の流路面積を大きくとることができる連通孔５０５を形成することができ、効率よく排気処理を行うことができる。　

上述した構成により、本発明の第５実施形態、および、当該第５実施形態と第１実施形態から第４実施形態のいずれかを組み合わせた場合の各変形例に係るシーグバーン型分子ポンプ１では、連通孔５０４（５０５）の空間領域と、回転円筒１０の外径面と固定円板５０の内径面とで形成される隙間領域の、両方の領域を１度に折り返し流路として利用できるので、シーグバーン型分子ポンプ１の半径方向の寸法を最大にすることができる。その結果、装置の大型化を防止し、且つ、排気効率の高いシーグバーン型分子ポンプ１を提供することができる。　

ここで、シーグバーン型分子ポンプ１内で移送される気体分子（ガス）は、常に、回転円板９の接線方向進行側に運動量が与えられる。すると、上流側では、常に、回転円板９の接線方向進行側（前衛側）の壁の圧力が高くなる。　上述したように、シーグバーン型分子ポンプ１では、回転円板９が気体分子に接線方向の運動量を与えるので、当該シーグバーン型分子ポンプ１に配設される１つの固定円板５０の上流（吸気口４）側と下流（排気口６）側の圧力分布図によると、スパイラル状溝管路のうち、回転円板９の回転方向に位置する回転円板山部５２（固定円板５０）近傍の圧力が高くなる傾向にあり、排気口６側端で最も圧力が高くなる傾向にある。一方、回転円板９の回転方向と逆側の回転円板山部５２（固定円板５０）近傍の圧力は低くなる傾向にあり、吸気口４側端で最も圧力が低くなる。　そこで、本発明の第６実施形態では、固定円板５０の上流面にて圧力が高い領域と、固定円板５０の下流面にて圧力が低い領域とを連通する。つまり、圧力差があるところを繋ぐ連通孔５０６を、固定円板５０に形成する構成にする。　

（ｉｉ－７）第６実施形態　図７は、本発明の第６実施形態に係る固定円板５０の連通孔５０６を説明するための図である。なお、図１と同じ構成については、説明を省略する。　図７（ａ）は、本発明の第６実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１の概略構成例を示している。図７（ａ）に示したように、本第６実施形態では、固定円板５０の上下両面に形成されるスパイラル状溝の位相は、上面と下面とで一致しないようにずらして構成される。　図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＡ－Ａ’方向を吸気口４側から見た固定円板５０の断面図であって、同図には排気口６側から見た場合のスパイラル状溝が破線で示されている。　なお、図７（ｂ）における固定円板５０外の矢印は、図示していない回転円板９の回転方向を示し、また、固定円板５０内の矢印は、スパイラル状溝の固定円板谷部５１を通過する気体分子の流れの一部を示している。　図７（ａ）および（ｂ）に示したように、本発明の第６実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１は、配設される固定円板５０に、連通孔５０６を有する。　より詳しくは、本発明の第６実施形態に係る固定円板５０には、図７（ａ）および（ｂ）に示したように、スパイラル状溝が形成された固定円板５０は、内周部（即ち、回転円筒１０に対向する側）の上流領域（シーグバーン型分子ポンプ上流領域）側では、スパイラル状溝の固定円板谷部５１の全ての領域ではなく、固定円板谷部５１における、回転円板９の回転進行方向側の一部の箇所に連通孔５０６が形成される。　一方、前述した上流領域側の連通孔５０６の開口部に対応する、当該固定円板５０の下流領域（シーグバーン型分子ポンプ下流領域）側における当該連通孔５０６の開口先は、シーグバーン型分子ポンプ下流領域のスパイラル状溝の固定円板谷部５１の全ての領域ではなく、回転円板９の回転進行方向側と反対側の一部の箇所に連通するように形成される。　つまり、本発明の第６実施形態では、気体移送機構を通る気体分子は、スパイラル状溝（固定円板谷部５１および固定円板山部５２により形成されるスパイラル状の溝）が刻設された固定円板５０の上流面（シーグバーン型分子ポンプ上流領域）にて圧力が高い領域と、当該固定円板５０の下流面（シーグバーン型分子ポンプ下流領域）にて圧力が低い領域とを連通する。即ち、圧力差がある領域同士を繋ぐ連通孔５０６を、折り返す際の連通路として通過する。　

上述した構成により、本発明の第６実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１では、固定円板５０の上流面（シーグバーン型分子ポンプ上流領域）に刻設されたスパイラル状溝における回転方向下流の固定円板山部５２近傍の固定円板谷部５１と、下流面（シーグバーン型分子ポンプ下流領域）に刻設されたスパイラル状溝における回転方向上流で回転方向反対側の固定円板山部５２近傍の固定円板谷部５１と、を連通する連通孔５０６を、気体分子の折り返し流路として利用するので、固定円板５０の上流面と下流面とを接続（連通）する接続部の圧力差が最大となり、折り返す気体分子の流れが受ける抵抗が最小になる。　その結果、シーグバーン型分子ポンプ１に発生する圧力分布から最も効率よく気体分子を折り返して移送することができるので、排気効率の高いシーグバーン型分子ポンプ１を提供することができる。　

（ｉｉ－８－１）第７実施形態　図８および図９は、本発明の第７実施形態に係る固定円板５０の連通孔５０７を説明するための図である。　図８（ａ）は、本発明の第７実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１の概略構成例を示し、図１と同じ構成については、説明を省略する。　図８（ａ）に示したように、本発明の第７実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１は、配設される固定円板５０に、連通孔５０７を有する。　本発明の第７実施形態では、図８（ａ）に示したように、連通孔５０７を除く回転円筒１０と固定円板５０との隙間ｄ２は、シーグバーン型分子ポンプ上流領域の排気溝の深さｄ１よりも小さくなるように構成される。　つまり、気体分子が折り返す際に通過する隙間（ｄ２）は、回転円板９と固定円板５０の吸気口４側の固定円板谷部５１とで形成される幅（流路の幅）ｄ１よりも狭くする。　なお、本第７実施形態では、固定円板５０の吸気口４側の表面から固定円板谷部５１の底面までの長さを、「排気溝の深さ」と称している。　

上述した構成により、本発明の第７実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１では、連通孔５０７を介した気体分子の移送が、回転円筒１０の外径面と固定円板５０の内径面とで形成される隙間（ｄ２）の移送よりも優位になるので、効率よく気体分子を折り返して移送することができる。よって、排気効率の高いシーグバーン型分子ポンプ１を提供することができる。　

（ｉｉ－８－２）第７実施形態の変形例　また、上述した第７実施形態の構成は、先述した第１実施形態から第６実施形態で説明した各連通孔（５００、５０１、５０２、５０３、および５０４、５０５、５０６）の構成と組み合わせて第１実施形態から第６実施形態の各変形例とすることができる。　以下に、組み合せの例を２つ挙げて説明する。　（１）第３実施形態と第７実施形態…解決手段７－１（５０７）　図８（ｂ）は、一例として、第３実施形態と第７実施形態を組み合せた変形例（連通孔５０７）を説明するための図である。　図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＡ－Ａ’方向を吸気口４側から見た固定円板５０の断面図であって、同図には排気口６側から見た場合のスパイラル状溝が破線で示されている。　なお、図８（ｂ）における固定円板５０外の矢印は、図示していない回転円板９の回転方向を示し、また、固定円板５０内の矢印は、スパイラル状溝の固定円板谷部５１を通過する気体分子の流れの一部を示している。　図８（ｂ）に示したように、例えば、先述した本発明の第３実施形態に係る、スパイラル状溝の谷部（固定円板谷部５１）同士を連通させる連通孔５０２（図３）を、上述した第７実施形態に係る連通孔（５０７）と組み合わせると、気体分子を排気作用のない空間に放出せずに排気の連続性を保つことができ、更に、流路の谷部同士で連通させているので、流路同士の接続寸法が最小となり、排気抵抗をより小さくした折り返しが可能になる連通孔５０７を形成することができる。そのため、シーグバーン型分子ポンプ１は効率よく排気処理を行うことができる。　（２）第５実施形態と第７実施形態…解決手段７－２（５０８）　また、図９は、一例として、第５実施形態と第７実施形態を
組み合わせた変形例（連通孔５０８）を説明するための図である。　図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＡ－Ａ’方向を吸気口４側から見た固定円板５０の断面図であって、同図には排気口６側から見た場合のスパイラル状溝が破線で示されている。　なお、図９（ｂ）における固定円板５０外の矢印は、図示していない回転円板９の回転方向を示し、また、固定円板５０内の矢印は、スパイラル状溝の固定円板谷部５１を通過する気体分子の流れの一部を示している。　図９に示したように、例えば、先述した本発明の第５実施形態に係る、回転円筒１０の外径面と固定円板５０の内径面とで形成される隙間に開口する状態で配設される連通孔５０４（図６（ａ））を、上述した第７実施形態に係る連通孔（５０７）と組み合わせると、図９（ｂ）に示した連通孔５０８が形成される。　この構成により、本変形例では、連通孔の空間領域と、回転円筒１０の外径面と固定円板５０の内径面とで形成される隙間領域の、両方の領域を１度に折り返し流路として利用できるので、シーグバーン型分子ポンプ１の半径方向の寸法を、装置を大型化させることなく最大にすることができることに加え、更に、気体分子が上流から下流に折り返される場合の流路面積を大きくとることができる連通孔５０８を形成することができ、効率よく排気処理を行うことができる。　

（ｉｉ－９）第８実施形態　本発明の第８実施形態は、先述した第１実施形態から第７実施形態で説明した各連通孔（５００～５０８）の構成と組み合わせることで、本発明の第１実施形態から第７実施形態の各変形例となる。　本発明の第８実施形態に係る連通孔は、第１実施形態から第７実施形態で説明したいずれかの構成において、当該連通孔を除く回転円筒１０と固定円板５０との隙間（図８や図９のｄ２）は、その断面積が、上流側（シーグバーン型分子ポンプ上流領域）の排気溝流路の断面積よりも小さくなるように形成される。　ここで、本第８実施形態における「排気溝流路の断面積」とは、固定円板５０のある半径での円周断面積を示す。　この構成により、気体分子が固定円板５０を挟んで上流から下流へ折り返す際、その通過する量は、回転円板９と固定円板５０とで形成される隙間を通過する量より、連通孔を通過する量の方を多くすることができるため、折り返し流路として連通孔が主体となる。　

上述した構成により、本発明の第８実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１では、連通孔を介した気体分子の移送が、回転円筒１０の外径面と固定円板５０の内径面とで形成される隙間（図８や図９のｄ２）の移送よりも優位になる。そのため、効率よく気体分子を折り返して移送することができ、高い排気効率を実現することができる。　

（ｉｉ－１０）第９実施形態　図１０は、本発明に係る連通孔５０９を説明するための図であり、吸気口４側から見た場合の固定円板５０の断面図である。　第９実施形態に係る固定円板５０は、図１０でａ１およびａ２で示す円周溝の接線角度は、固定円板外側の接線角度ａ１よりも固定円板内側の接線角度ａ２の方が大きくなるように構成される。（ａ１＜ａ２）　つまり、本第９実施形態に係る固定円板５０は、連通孔５０９を配設する側である内側（即ち、回転円筒１０と対向する側）の円周溝の接線角度が大きくなるよう構成されるので、溝の数が同数だった場合に、内側の方が幅が広くなる構成となる。　

上述した構成により、本発明の第９実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１では、固定円板５０に形成される連通孔５０９の大きさを可能な限り拡大することができるので、排気コンダクタンスを大きくとることができる。その結果、より排気効率の優れたシーグバーン型分子ポンプ１を提供することができる。　

また、上述した第９実施形態の構成は、固定円板５０だけではなく、スパイラル状溝が形成された固定円板を用いる場合であってもよく、更に、先述した第１実施形態から第８実施形態で説明した各連通孔（５００～５０８）の構成と組み合わせて第１実施形態から第８実施形態の各変形例としてもよい。　

（ｉｉ－１１）第１０実施形態　図１１は、本発明に係る連通孔５１０を説明するための図であり、吸気口４側から見た場合の固定円板５０の断面図である。　第１０実施形態に係る固定円板５０は、図１１でｔ１およびｔ２で示す円周溝の山幅（即ち、固定円板山部５２の山頂の幅）は、固定円板外側の山幅ｔ１よりも固定円板内側の山幅ｔ２の方が小さく（細く）なるように構成される。（ｔ１＞ｔ２）　つまり、本第１０実施形態に係る固定円板５０は、連通孔５１０を配設する側である内側（即ち、回転円筒１０と対向する側）の円周溝の固定円板山部５２の山幅が小さくなるよう構成されるので、溝の数が同数だった場合に、内側の方の固定円板谷部５１のスペースを広く確保できる構成となる。　

上述した構成により、本発明の第１０実施形態に係るシーグバーン型分子ポンプ１では、固定円板５０に形成される連通孔５１０の大きさを可能な限り拡大することができるので、排気コンダクタンスを大きくとることができる。その結果、より排気効率の優れたシーグバーン型分子ポンプ１を提供することができる。　

また、上述した第１０実施形態の構成は、固定円板５０だけではなく、スパイラル状溝が形成された固定円板を用いる場合であってもよく、更に、先述した第１実施形態から第９実施形態で説明した各連通孔（５００～５０９）の構成と組み合わせて第１実施形態から第９実施形態の各変形例としてもよい。　

なお、それぞれの実施形態および変形例は、各々組み合わせても良い。　また、それぞれの実施形態および変形例での連通孔は、軸方向だけに限定されず、軸方向に対し斜めにしても良い。例えば、連通口を回転方向斜めにあけることで、排気される気体の流れがスムーズになり、より排気性能を向上させることが可能となる。　また、上述した本発明の各実施形態は、シーグバーン型分子ポンプに限られることはない。シーグバーン型分子ポンプ部とターボ分子ポンプ部を備える複合型ターボ分子ポンプや、シーグバーン型分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部を備えた複合型ターボ分子ポンプ、或いは、シーグバーン型分子ポンプ部とターボ分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部とを備えた複合型ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）にも適用することもできる。　ターボ分子ポンプ部を備える複合型真空ポンプの場合は、図示しないが、回転軸およびこの回転軸に固定されている回転体からなる回転部が更に備えられ、回転体には、放射状に設けられたロータ翼（動翼）が多段に配設されている。また、ロータ翼に対して互い違いにステータ翼（静翼）が多段に配設されている固定部を備えている。　ねじ溝式ポンプ部を備える複合型真空ポンプの場合は、図示しないが、回転円筒（回転する部品）との対向面にらせん溝が形成され、所定のクリアランスを隔てて回転円筒の外周面に対面するねじ溝スペーサ（固定された部品）が更に備えられ、回転円筒が高速回転すると、ガスが回転円筒の回転に伴ってねじ溝（らせん溝）にガイドされながら排気口側へ送出される気体移送機構を備えている。なお、ガスが吸気口側へ逆流する力を低減させるために、このクリアランスは小さければ小さいほど良い。　ターボ分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部とを備えた複合型ターボ分子ポンプの場合は、図示しないが、上述したターボ分子ポンプ部と上述したねじ溝式ポンプ部とが更に備えられ、ターボ分子ポンプ部（第２気体移送機構）で圧縮された後、ねじ溝式ポンプ部（第３気体移送機構）で更に圧縮される気体移送機構を備える構成となる。　

この構成により、本発明の各実施形態および各変形例に係るシーグバーン型分子ポンプ１は、設けられる連通孔により、以下の効果を奏することができる。　（１）回転円筒側の折り返し領域での損失を最小限にすることができるので、効率のよいシーグバーン型分子ポンプを構築することができる。　（２）従来は排気作用のない流路（領域）であった回転円筒側の折り返し領域の空間を、排気作用のある固定円板を延長して排気スペースとして利用できるので、スペース効率が高く、回転体およびポンプの小型化、回転体を支持する軸受の小型化、および、効率が向上することによる省エネルギー化、を実現することができる。　（３）排気作用のある管路（流路・領域）同士を接続（連通）するので、排気作用が途切れることを防止し、排気効率を改善させることができる。

１　シーグバーン型分子ポンプ　　　２　ケーシング　　　３　ベース　　　４　吸気口　　　５　フランジ部　　　６　排気口　　　７　シャフト　　　８　ロータ　　　９　回転円板　　１０　回転円筒　　２０　モータ部　　３０　径方向磁気軸受装置　　３１　径方向磁気軸受装置　　４０　軸方向磁気軸受装置　　５０　固定円板　　５１　固定円板谷部　　５２　固定円板山部　　６０　スペーサ　５００　連通孔　５０１　連通孔　５０２　連通孔　５０３　連通孔　５０４　連通孔　５０５　連通孔　５０６　連通孔　５０７　連通孔　５０８　連通孔　５０９　連通孔　５１０　連通孔１０００　シーグバーン型分子ポンプ（従来）５０００　固定円板（従来）

Claims

吸気口側から排気口側へ気体を移送する第１気体移送機構に用いられ、回転円板との相互作用によりスパイラル状溝排気部を形成する固定円板であって、　前記固定円板と前記回転円板の対向面の少なくとも一部に谷部と山部を有するスパイラル状溝が形成されており、　前記固定円板の内周側の部分に、前記吸気口側と前記排気口側とを貫通する連通孔を有することを特徴とする固定円板。
前記連通孔は、前記谷部のうち、前記固定円板の前記吸気口側の面に形成される前記谷部と、前記排気口側の面に形成される前記谷部とを連通する連通孔であることを特徴とする請求項１に記載の固定円板。
前記連通孔の開口部は、前記谷部のうち、前記固定円板の前記吸気口側の面または前記排気口側の面のいずれか一方の前記谷部に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固定円板。
前記連通孔の開口部は、前記谷部のうち、前記固定円板の前記吸気口側の面における前記排気口側端の複数の前記谷部に跨って形成される、もしくは、前記固定円板の前記排気口側の面における前記吸気口側端の複数の前記谷部に跨って形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固定円板。
前記連通孔は、前記第１気体移送機構に用いられる回転体円筒部と前記固定円板の内周部とで形成される隙間に開口するように形成された連通孔であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固定円板。
前記連通孔は、前記固定円板の前記吸気口側の面における前記排気口側端の前記谷部において前記回転円板の回転方向側の領域と、前記固定円板の前記排気口側の面における前記吸気口側端の前記谷部において前記回転円板の回転方向側と反対側の領域と、を貫通する連通孔であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固定円板。
前記スパイラル状溝は、接線角度が外径側に比べ内径側の方が大きいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固定円板。
前記スパイラル状溝は、前記山部の幅が外径側に比べ内径側の方が小さいことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の固定円板。
吸気口と排気口が形成された外装体と、　前記外装体に内包され、回転自在に支持された回転軸と、　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の固定円板と、　前記回転軸に配設される多段の前記回転円板と、　前記回転円板と前記固定円板との相互作用により前記吸気口側から吸気した気体を前記排気口側へ移送するシーグバーン型分子ポンプ部である前記第１気体移送機構と、を備えることを特徴とする真空ポンプ。
前記真空ポンプは、更に、前記回転軸に配設される回転体円筒部を有し、　前記連通孔を除く、前記回転体円筒部と前記固定円板とで形成される隙間の幅は、前記吸気口側における前記固定円板と前記回転円板とで形成される排気溝流路の深さよりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の真空ポンプ。
前記真空ポンプは、更に、前記回転軸に配設される回転体円筒部を有し、　前記連通孔を除く、前記回転体円筒部と前記固定円板とで形成される隙間の断面積は、前記吸気口側における前記固定円板と前記回転円板とで形成される排気溝流路の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の真空ポンプ。
前記真空ポンプは、更に、　回転翼と、　固定翼と、　前記回転翼と前記固定翼との相互作用により前記吸気口側から吸気した気体を前記排気口側へ移送するターボ分子ポンプ部である第２気体移送機構と、を備える複合型ターボ分子ポンプであることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
前記真空ポンプは、　回転する部品と固定された部品の対向面の少なくとも一部にねじ溝を有し、前記吸気口側から吸気した気体を前記排気口側へ移送するねじ溝式ポンプ部である第３気体移送機構と、を備える複合型ターボ分子ポンプであることを特徴とする請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の真空ポンプ。