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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-13
(45)【発行日】2022-06-21
(54)【発明の名称】ターボ分子ポンプ
(51)【国際特許分類】
F04D 19/04 20060101AFI20220614BHJP
【ＦＩ】
F04D19/04 D
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021053172
(22)【出願日】2021-03-26
(62)【分割の表示】P 2017183291の分割
【原出願日】2017-09-25
(65)【公開番号】P2021095915
(43)【公開日】2021-06-24
【審査請求日】2021-03-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000001993
【氏名又は名称】株式会社島津製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100102037
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 裕之
(74)【代理人】
【識別番号】100149962
【弁理士】
【氏名又は名称】阿久津 好二
(74)【代理人】
【識別番号】100170988
【弁理士】
【氏名又は名称】妹尾 明展
(74)【代理人】
【識別番号】100189566
【弁理士】
【氏名又は名称】岸本 雅之
(72)【発明者】
【氏名】久野 智司
【審査官】岸 智章
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０５９４５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００３－５０６６３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０１７４５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】独国特許出願公開第１０３５４２０４（ＤＥ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－１４１９６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００９／１５３８７４（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０４Ｄ １９／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸気口から気体を吸気し、排気口から気体を排気するターボ分子ポンプにおいて、内周側リブと外周側リブと複数のブレードとを有する固定翼と、
ロータモータで回転駆動される複数の回転翼と、
前記固定翼の外周側リブを上下から挟むことにより、前記各回転翼の間に前記固定翼を位置決めし、固定する複数の環状スペーサとを備え、
前記吸気口に隣接する気体流路に面する第１環状スペーサの内径は、前記排気口に隣接する気体流路に面する第２環状スペーサの内径より大径であり、
前記複数の回転翼は、上流側の第１回転翼と下流側の第２回転翼とを含み、前記第２回転翼の外径は前記第１回転翼の外径より小径であり、
前記第２環状スペーサの内周面の上流側には、気体流路下流に向かって内径が小径になっていくように下り勾配を有する傾斜面が設けられ、
前記傾斜面の傾斜の終点が前記第２環状スペーサの下面と一致する、ターボ分子ポンプ。
【請求項2】
吸気口から気体を吸気し、排気口から気体を排気するターボ分子ポンプにおいて、
内周側リブと外周側リブと複数のブレードとを有する固定翼と、
ロータモータで回転駆動される複数の回転翼と、
前記固定翼の外周側リブを上下から挟むことにより、前記各回転翼の間に前記固定翼を位置決めし、固定する複数の環状スペーサとを備え、
前記吸気口に隣接する気体流路に面する第１環状スペーサの内径は、前記排気口に隣接する気体流路に面する第２環状スペーサの内径より大径であり、
前記複数の回転翼は、上流側の第１回転翼と下流側の第２回転翼とを含み、前記第２回転翼の外径は前記第１回転翼の外径より小径であり、
前記第２環状スペーサの内周面の上流側には、気体流路下流に向かって内径が小径になっていくように下り勾配を有する傾斜面が設けられ、
前記傾斜面の傾斜の始点が前記第２環状スペーサの上面と一致し、前記傾斜面の傾斜の終点が前記第２環状スペーサの下面と一致する、ターボ分子ポンプ。
【請求項3】
吸気口から気体を吸気し、排気口から気体を排気するターボ分子ポンプにおいて、
内周側リブと外周側リブと複数のブレードとを有する固定翼と、
ロータモータで回転駆動される複数の回転翼と、
前記固定翼の外周側リブを上下から挟むことにより、前記各回転翼の間に前記固定翼を位置決めし、固定する複数の環状スペーサとを備え、
前記吸気口に隣接する気体流路に面する第１環状スペーサの内径は、前記排気口に隣接する気体流路に面する第２環状スペーサの内径より大径であり、
前記複数の回転翼は、上流側の第１回転翼と下流側の第２回転翼とを含み、前記第２回転翼の外径は前記第１回転翼の外径より小径であり、
前記第２環状スペーサの内周面の上流側には、気体流路下流に向かって内径が小径になっていくように下り勾配を有する傾斜面が設けられ、
前記傾斜面の直線状の傾斜の傾斜角度が多段階に変化している、ターボ分子ポンプ。
【請求項4】
吸気口から気体を吸気し、排気口から気体を排気するターボ分子ポンプにおいて、
内周側リブと外周側リブと複数のブレードとを有する固定翼と、
ロータモータで回転駆動される複数の回転翼と、
前記固定翼の外周側リブを上下から挟むことにより、前記各回転翼の間に前記固定翼を位置決めし、固定する複数の環状スペーサとを備え、
前記吸気口に隣接する気体流路に面する第１環状スペーサの内径は、前記排気口に隣接する気体流路に面する第２環状スペーサの内径より大径であり、
前記複数の回転翼は、上流側の第１回転翼と下流側の第２回転翼とを含み、前記第２回転翼の外径は前記第１回転翼の外径より小径であり、
前記第２環状スペーサの内周面の上流側には、気体流路下流に向かって内径が小径になっていくように下り勾配を有する傾斜面が設けられ、
前記傾斜面が凹曲線によって構成されている、ターボ分子ポンプ。
【請求項5】
吸気口から気体を吸気し、排気口から気体を排気するターボ分子ポンプにおいて、
内周側リブと外周側リブと複数のブレードとを有する固定翼と、
ロータモータで回転駆動される複数の回転翼と、
前記固定翼の外周側リブを上下から挟むことにより、前記各回転翼の間に前記固定翼を位置決めし、固定する複数の環状スペーサとを備え、
前記吸気口に隣接する気体流路に面する第１環状スペーサの内径は、前記排気口に隣接する気体流路に面する第２環状スペーサの内径より大径であり、
前記複数の回転翼は、上流側の第１回転翼と下流側の第２回転翼とを含み、前記第２回転翼の外径は前記第１回転翼の外径より小径であり、
前記第２環状スペーサの内周面の上流側には、気体流路下流に向かって内径が小径になっていくように下り勾配を有する傾斜面が設けられ、
前記傾斜面が多段の階段状によって構成されている、ターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【0002】
ターボポンプ部とネジ溝ポンプ部とを備えるターボ分子ポンプが知られている（特許文献１参照）。ターボ分子ポンプは、吸気口から流入した気体分子をタービン翼段から成るターボポンプ部によってネジ溝ポンプ部へ送り、より低真空側で排気機能を発揮するネジ溝ポンプ部によって気体分子を圧縮する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－９５３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般に、ネジ溝ポンプ部の吸気側開口領域は、ターボポンプ部の排気側開口領域に比べて小さく構成されている場合が多い。このような構造においては、ターボポンプ部によって排気された気体分子を、ネジ溝ポンプ部へスムーズに流入させることが要請される。気体分子の流入がスムーズに行われないと、例えば、反応生成物が堆積しやすいガスを排気する場合において、ターボポンプ部に反応生成物が堆積しやすくなるからである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の好ましい態様によるターボ分子ポンプは、複数の環状スペーサによって支持される複数の固定翼およびロータモータで回転駆動される複数の回転翼を有し、吸気口から気体を吸気し、排気口から気体を排気するターボ分子ポンプにおいて、前記吸気口に隣接する気体流路に面する第１環状スペーサの内径は、前記排気口に隣接する気体流路に面する第２環状スペーサの内径より大径であり、前記第２環状スペーサの内周面の上流側には、気体流路下流に向かって下り勾配を有する傾斜面が設けられる。
さらに好ましい態様では、前記複数の回転翼は、上流側の第１回転翼と下流側の第２回転翼とを含み、前記第２回転翼の外径は前記第１回転翼の外径より小径であり、前記傾斜面は、前記第２回転翼の先端に対向する。
さらに好ましい態様では、前記第２環状スペーサの前記傾斜面と前記第２回転翼は、気流方向において、前記第２回転翼の最上位位置が前記傾斜面に対向する相対位置関係となるように配置される。
さらに好ましい態様では、前記第２回転翼と前記第２環状スペーサとは、前記第２回転翼の気流方向における領域が前記第２環状スペーサの前記傾斜面の全ての領内に収まるように対向して配置される。
さらに好ましい態様では、前記複数の回転翼と複数の固定翼とで構成されるターボポンプ部の下流側にはネジ溝ポンプ部が設けられ、前記第２環状スペーサは、前記ターボポンプ部から前記ネジ溝ポンプ部へ気体が導入される導入流路の入口部に設けられる。
さらに好ましい態様では、前記ネジ溝ポンプ部は、前記ロータモータで駆動力が伝達されるロータシャフトの下流側に設けられるロータ円筒部と、前記ロータ円筒部と径方向に隙間を介して対向するとともに取り付け用のフランジを有するステータとを有し、前記ロータ円筒部および前記ステータのいずれか一方にネジ溝が形成され、前記導入流路に面する前記フランジの吸気口側の面には、気流下流側に下がり勾配の傾斜面が設けられる。
さらに好ましい態様では、前記複数の回転翼は、上流側の第１回転翼と下流側の第２回転翼とを含み、前記第２回転翼の外径は前記第１回転翼の外径より小径であり、前記傾斜面は、前記第２回転翼の先端に対向する。
さらに好ましい態様では、前記第２環状スペーサの前記傾斜面と前記第２回転翼は、気流方向において、前記第２回転翼の最上位位置が前記傾斜面に対向する相対位置関係となるように配置される。
さらに好ましい態様では、前記第２回転翼と前記第２環状スペーサとは、前記第２回転翼の気流方向における領域が前記第２環状スペーサの前記傾斜面の全ての領内に収まるように対向して配置される。
さらに好ましい態様では、前記複数の回転翼と複数の固定翼とで構成されるターボポンプ部の下流側にはネジ溝ポンプ部が設けられ、前記第２環状スペーサは、前記ターボポンプ部から前記ネジ溝ポンプ部へ気体が導入される導入流路の入口部に設けられる。
さらに好ましい態様では、前記ネジ溝ポンプ部は、前記ロータモータで駆動力が伝達されるロータシャフトの下流側に設けられるロータ円筒部と、前記ロータ円筒部と径方向に隙間を介して対向するとともに取り付け用のフランジを有するステータとを有し、前記ロータ円筒部および前記ステータのいずれか一方にネジ溝が形成され、前記導入流路に面する前記フランジの吸気口側の面には、気流下流側に下がり勾配の傾斜面が設けられる。
【発明の効果】
【0006】
本発明によるターボ分子ポンプでは、気体分子をスムーズに排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の一実施の形態によるターボ分子ポンプの概略構成を説明する断面図である。
【図2】固定翼段を構成する一つの固定翼を説明する斜視図である。
【図7】図７（ａ）は上流に位置するスペーサの断面を例示する図である。図７（ｂ）はスペーサの面をロータシャフトに対して垂直にしたスペーサの断面を例示する図であり、図６（ａ）に対応する。図７（ｃ）はスペーサの面を下流に向かって傾斜させたスペーサの断面を例示する図であり、図６（ｂ）に対応する。
【図8】変形例１を説明する図である。
【図9】変形例２を説明する図である。
【図10】変形例３を説明する図である。
【図11】変形例４を説明する図である。
【図12】変形例５を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態によるターボ分子ポンプの概略構成を説明する断面図である。ターボ分子ポンプは、図１に示すポンプ本体１と、ポンプ本体１を駆動する不図示の制御装置とにより構成される。
なお、図１には磁気浮上式のターボ分子ポンプを例示するが、本発明は、磁気浮上式のターボ分子ポンプに限定されない。例えば、油潤滑式の軸受装置を備えるものであってもよい。
図１は、本発明の一実施の形態によるターボ分子ポンプの概略構成を説明する断面図である。ターボ分子ポンプは、図１に示すポンプ本体１と、ポンプ本体１を駆動する不図示の制御装置とにより構成される。
なお、図１には磁気浮上式のターボ分子ポンプを例示するが、本発明は、磁気浮上式のターボ分子ポンプに限定されない。例えば、油潤滑式の軸受装置を備えるものであってもよい。
【0009】
ターボ分子ポンプは、ポンプケーシング２３内の上流側にターボポンプ部ＴＰを、下流側にネジ溝ポンプ部ＳＰを備えている。図２、図３も参照して上流側のターボポンプ部ＴＰから説明する。
（ターボポンプ部ＴＰ）
図１において、ポンプ本体１は、ロータ１０と、ロータ１０を回転駆動するロータモータ３４とを備える。ロータ１０は、ポンプケーシング２３内の上流側から下流側に延在するロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の方向（回転軸の方向）に並設される複数の回転翼１２０と、ロータシャフト１１の下流側に形成されたロータ円筒部１３とを有する。また、ロータシャフト１１の方向に並設されている複数の回転翼１２０に対応して積層されるように、複数の固定翼２１０が配置されている。複数の固定翼２１０は、それぞれスペーサ２９を介してロータシャフト１１の方向に積層されている。図２から図４を参照して後で詳細に説明するが、固定翼２１０はそれぞれ一対の半割れ環状部材で構成され、スペーサ２９は環状に形成されている。ベース２０の上に環状のスペーサ２９を１段積層し、その上面に一対の固定翼２１０を回転翼１２０の間にそれぞれ挿し込んで位置決めする。１段目の固定翼２１０の上面に２段目のスペーサ２９を積層し、その上面に固定翼２１０を積層する。このような積層工程を繰り返し行うことにより、複数の回転翼１２０の段と、複数の固定翼２１０の段との翼段構造を有するタービン翼部が構成される。これらの複数の回転翼１２０と複数の固定翼２１０よるタービン翼部によりターボポンプ部ＴＰが構成される。
（ターボポンプ部ＴＰ）
図１において、ポンプ本体１は、ロータ１０と、ロータ１０を回転駆動するロータモータ３４とを備える。ロータ１０は、ポンプケーシング２３内の上流側から下流側に延在するロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の方向（回転軸の方向）に並設される複数の回転翼１２０と、ロータシャフト１１の下流側に形成されたロータ円筒部１３とを有する。また、ロータシャフト１１の方向に並設されている複数の回転翼１２０に対応して積層されるように、複数の固定翼２１０が配置されている。複数の固定翼２１０は、それぞれスペーサ２９を介してロータシャフト１１の方向に積層されている。図２から図４を参照して後で詳細に説明するが、固定翼２１０はそれぞれ一対の半割れ環状部材で構成され、スペーサ２９は環状に形成されている。ベース２０の上に環状のスペーサ２９を１段積層し、その上面に一対の固定翼２１０を回転翼１２０の間にそれぞれ挿し込んで位置決めする。１段目の固定翼２１０の上面に２段目のスペーサ２９を積層し、その上面に固定翼２１０を積層する。このような積層工程を繰り返し行うことにより、複数の回転翼１２０の段と、複数の固定翼２１０の段との翼段構造を有するタービン翼部が構成される。これらの複数の回転翼１２０と複数の固定翼２１０よるタービン翼部によりターボポンプ部ＴＰが構成される。
【0010】
上述したように、ターボポンプ部ＴＰの下流側にはネジ溝ポンプ部ＳＰ（ドラッグポンプ部とも称される）が設けられている。以下、ネジ溝ポンプ部ＳＰを説明する。
（ネジ溝ポンプ部ＳＰ）
ロータ円筒部１３の外周側には、円筒形状のステータ２２が微少隙間を介して配置される。ステータ２２は、そのフランジ部２２０（図３）がベース２０にボルト（不図示）で固定されている。ロータ円筒部１３の外周面またはステータ２２の内周面のいずれか一方にはネジ溝が形成されている。これらのロータ円筒部１３およびステータ２２によりネジ溝ポンプ部ＳＰが構成される。図１に示す例では、ステータ２２の内周面にネジ溝２２ｇが形成されている。
ターボポンプ部ＴＰにより排気された気体分子は、ネジ溝ポンプ部ＳＰによりさらに圧縮され、ベース２０の排気管２６に接続された不図示のバックポンプにより排気される。
（ネジ溝ポンプ部ＳＰ）
ロータ円筒部１３の外周側には、円筒形状のステータ２２が微少隙間を介して配置される。ステータ２２は、そのフランジ部２２０（図３）がベース２０にボルト（不図示）で固定されている。ロータ円筒部１３の外周面またはステータ２２の内周面のいずれか一方にはネジ溝が形成されている。これらのロータ円筒部１３およびステータ２２によりネジ溝ポンプ部ＳＰが構成される。図１に示す例では、ステータ２２の内周面にネジ溝２２ｇが形成されている。
ターボポンプ部ＴＰにより排気された気体分子は、ネジ溝ポンプ部ＳＰによりさらに圧縮され、ベース２０の排気管２６に接続された不図示のバックポンプにより排気される。
【0011】
ロータ１０は、ロータシャフト１１に固定されている。ロータシャフト１１は、ラジアル磁気軸受３２およびアキシャル磁気軸受３３により支持され、ロータモータ３４によって回転駆動される。非動作時などにラジアル磁気軸受３２およびアキシャル磁気軸受３３が機能しない場合、ロータシャフト１１はメカニカルベアリング３５ａ、３５ｂによって支持される。ラジアル磁気軸受３２、アキシャル磁気軸受３３、ロータモータ３４およびメカニカルベアリング３５ｂは、ベース２０に固定されるハウジング３０に収納される。
【0012】
図２は、上述した一対の半割れ部材からなる固定翼２１０を説明する斜視図である。固定翼２１０は、例えば、複数のブレード２１３を有する円環形状の部材を半割りして形成される。すなわち、半割状の一対の固定翼２１０ａ、２１０ｂを用いて、一段の固定翼２１０が構成される。
【0013】
固定翼２１０（２１０ａ、２１０ｂ）には、内周側リブ２１１と外周側リブ２１２とが設けられている。複数のブレード２１３は、内周側リブ２１１と外周側リブ２１２との間に形成される。各ブレード２１３には、所定の翼角度が付されている。
固定翼２１０は、外周側リブ２１２を環状スペーサ２９（図１）によって上下から挟むことにより、ベース２０上において各回転翼１２０の間に位置決めされ、固定される。なお、図示を省略するが、回転翼１２０（図１）にも、それぞれ所定の翼角度でタービン翼が形成されている。
固定翼２１０は、外周側リブ２１２を環状スペーサ２９（図１）によって上下から挟むことにより、ベース２０上において各回転翼１２０の間に位置決めされ、固定される。なお、図示を省略するが、回転翼１２０（図１）にも、それぞれ所定の翼角度でタービン翼が形成されている。
【0014】
図３および図４を参照して、固定翼２１０の支持構造を説明する。図３は、図１の破線Ａで囲む領域の近傍を拡大した図である。図４は、図３の環状スペーサ２９の形状を説明する図であり、環状スペーサ２９を半割りして示す図である。図４に示すように、環状スペーサ２９の上側に凸部２９１が、環状スペーサ２９の下側に凹部２９２が、それぞれ形成されている。凸部２９１および凹部２９２は、複数の環状スペーサ２９を上下に重ねたときに上側の環状スペーサ２９の凹部２９２に下側の環状スペーサ２９ａの凸部２９１ａが嵌合するように形成されている。また、複数の環状スペーサ２９を上下に重ねた場合に上側の環状スペーサ２９と下側の環状スペーサ２９ａとの間に形成される空隙Ｇに、固定翼２１０（図２）の外周側リブ２１２が挟持されるように構成される。このような構成により、複数の固定翼２１０が、環状スペーサ２９によって上下から挟持されて積層される。
なお、図４では、下側の環状スペーサ２９ａについて、その断面形状をハッチングで示している。
なお、図４では、下側の環状スペーサ２９ａについて、その断面形状をハッチングで示している。
【0015】
図３において、矢印を付した曲線Ｒは、排気される気体の流れをイメージしたものである。ターボポンプ部ＴＰにより排気された気体分子は、ターボポンプ部ＴＰとネジ溝ポンプ部ＳＰとの間に形成された流路２００に入り、さらに、その流路２００からネジ溝部２２ｇに流入する。
【0016】
図３の例では、ネジ溝ポンプ部ＳＰの吸気側開口領域は、ターボポンプ部ＴＰの排気側開口領域に比べて小さく構成される。そこで、ターボポンプ部ＴＰにより排気された気体分子をネジ溝ポンプ部ＳＰへスムーズに流入させるため、ターボポンプ部ＴＰの上流（図１の上側）に比べてターボポンプ部ＴＰの下流（図１の下側）の排気側開口を狭く構成する。具体的には、ターボポンプ部ＴＰの下流の固定翼２１０Ｘおよび回転翼１２０Ｘにおけるタービン翼部の領域を狭くする。
なお、図３ではタービン翼部の領域を斜線で示す。
なお、図３ではタービン翼部の領域を斜線で示す。
【0017】
例えば、ターボポンプ部ＴＰの下流の固定翼２１０Ｘにおいて、図２の内周側リブ２１１の径を変えずに外周側リブ２１２の径を短くする。これによって、ターボポンプ部ＴＰの上流の固定翼２１０に比べて固定翼２１０Ｘのブレード２１３の径方向の長さが短くなるので、タービン翼部の領域を狭くすることができる。また、ターボポンプ部ＴＰの下流の回転翼１２０Ｘにおいて、ターボポンプ部ＴＰの上流の回転翼１２０に比べてタービン翼の径方向の長さ（翼部径）を短くする。これによって、タービン翼部の領域を狭くすることができる。以上のように固定翼２１０Ｘおよび回転翼１２０Ｘにおけるタービン翼部を径方向に狭くすると、図１のターボポンプ部ＴＰの下流側の開口を上流側の開口よりも狭くすることができる。これにより、ネジ溝ポンプ部ＳＰへ気体分子をスムーズに流入させ得る。
【0018】
本実施の形態ではさらに、図３に示すように、タービン翼部を径方向に狭くした固定翼２１０Ｘおよび回転翼１２０Ｘに対応する位置の環状スペーサ２９Ｘの気体分子に接する面２９Ｙを、ロータシャフト１１の方向（すなわち排気方向）に向かって下り勾配となるように構成する。図５は、図３の環状スペーサ２９Ｘの形状を説明する図であり、環状スペーサ２９Ｘを半割りして示す図である。図５に示すように、環状スペーサ２９Ｘの上側に凸部２９１が、環状スペーサ２９Ｘの下側に凹部２９２Ｘが、それぞれ形成されている。凸部２９１は、環状スペーサ２９Ｘの上に環状スペーサ２９を重ねたときにその環状スペーサ２９の凹部２９２に嵌合するように形成されている。また、凹部２９２Ｘは、ベース２０と嵌合させるために形成されている。本例の凹部２９２Ｘは、環状スペーサ２９の凹部２９２よりも大きい。
なお、図５では、上側の環状スペーサ２９について、その断面形状をハッチングで示している。
なお、図５では、上側の環状スペーサ２９について、その断面形状をハッチングで示している。
【0019】
【0020】
ところで、ターボポンプ部ＴＰから排気される気体の圧力は、排気する気体の流量にも依存するが、分子流、粘性流、それらの中間、いずれにも成り得る。分子流領域においては、気体分子同士の衝突よりも気体分子と壁面との衝突が支配的になり、壁面と衝突した気体分子の散乱方向の分布は余弦則（cosine law）に従うものと考えられている。そのため、ターボポンプ部ＴＰから下流のネジ溝ポンプ部ＳＰへ向かう気体分子は、単純に図３の曲線Ｒのように流れる訳ではない。
【0021】
図６は、下流に向かう気体分子に接する環状スペーサ２９Ｘの面２９Ｙの形状と気体分子の散乱方向との関係を説明する図である。図６（ａ）は、環状スペーサ２９Ｘの面２９Ｙをロータシャフト１１に対して垂直にした場合を説明する図である。面２９Ｙに接するように記載した直径１の円（三次元的には球）は、気体分子が散乱角θ方向に散乱される確率を示す。すなわち、面２９Ｙの点Ｐに入射した気体分子が散乱角θ方向に散乱される確率は、点Ｐから散乱角θ方向に延ばした弦の長さcosθに比例する。図６（ｂ）は、環状スペーサ２９Ｘの面２９Ｙをロータシャフト１１に対して傾斜させた場合を説明する図であり、本実施の形態に対応する。図６（ｂ）に示すように、傾斜した面２９Ｙの法線ｎに関して、図６（ａ）の場合と同様に散乱が生じる。
【0022】
本実施の形態では、図６に示すような散乱確率を考慮し、気体分子に接する環状スペーサ２９Ｘの面２９Ｙを、下流に向かって下り勾配となるように構成した。これにより、図６（ｂ）のように、環状スペーサ２９Ｘの面２９Ｙの法線（矢印ｎで示す）の向きがロータシャフト１１側に傾く。
【0023】
図７を参照して気体分子に接する環状スペーサ２９Ｘの面２９Ｙを下流に向かって下り勾配にしたことによるメリットを説明する。
図７（ａ）は、図３において環状スペーサ２９Ｘより上流に位置する環状スペーサ２９の断面を示す図である。図７（ｂ）は、面２９Ｙをロータシャフト１１に対して垂直にした場合の環状スペーサ２９Ｘの断面を例示する図であり、図６（ａ）に対応する。図７（ｃ）は、面２９Ｙを下流に向かって下り勾配にした本実施の形態による環状スペーサ２９Ｘの断面を例示する図であり、図６（ｂ）に対応する。
図７（ａ）は、図３において環状スペーサ２９Ｘより上流に位置する環状スペーサ２９の断面を示す図である。図７（ｂ）は、面２９Ｙをロータシャフト１１に対して垂直にした場合の環状スペーサ２９Ｘの断面を例示する図であり、図６（ａ）に対応する。図７（ｃ）は、面２９Ｙを下流に向かって下り勾配にした本実施の形態による環状スペーサ２９Ｘの断面を例示する図であり、図６（ｂ）に対応する。
【0024】
ターボポンプ部ＴＰの上流側に位置する、図７（ａ）の環状スペーサ２９を通り抜けた気体は、上流側よりも開口が狭い下流側へ進む。このとき、図７（ｂ）のように環状スペーサ２９Ｘの面２９Ｙがロータシャフト１１に対して垂直であると、上流から流入した気体分子の大半は下流側へ進むが、気体分子の一部は、気体分子の流れに対向する環状スペーサ２９Ｘの面２９Ｙに入射する。そして、面２９Ｙに入射した気体分子は、上述した余弦則に基づいて散乱される。例えば、図７（ｂ）に示すように、面２９Ｙで散乱された気体分子が上流へ逆流する確率が高くなる。この場合には、逆流する気体分子の多くはターボポンプ部ＴＰに滞留する時間が長くなるものと推測される。一般に、気体分子の滞留時間が長くなるほどターボポンプ部ＴＰ内の圧力が高くなるので、反応生成物が堆積し易くなる。
【0025】
一方、図７(ｃ)に示す本実施の形態では、環状スペーサ２９Ｘの面２９Ｙの法線ｎが図６（ｂ）と同様にロータシャフト１１方向に傾くように対して傾いている。すなわち、面２９Ｙを下流方向に下り勾配としたので、下流に向かって散乱される気体分子の割合が図７（ｂ）に示す場合と比べて大きくなる。そのため、面２９Ｙで散乱された気体分子が上流へ逆流する確率が低くなり、ターボポンプ部ＴＰに滞留する気体分子の滞留時間が短くなる。これにより、ターボポンプ部ＴＰ内の圧力上昇が抑制されて環状スペーサ２９Ｘ等に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0026】
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）実施形態によるターボ分子ポンプは、複数の環状スペーサ２９によって支持される複数の固定翼２１０およびロータモータ３４で回転駆動される複数の回転翼１２０を有し、吸気口から気体を吸気し、排気口から気体を排気する。このターボ分子ポンプは、吸気口に隣接する気体流路に面する箇所に設けられる環状スペーサ（第１環状スペーサと呼ぶ）２９の内径は、排気口側の気体流路に面する箇所に設けられた環状スペーサ（第２環状スペーサと呼ぶ）２９Ｘの内径より大径である。第２環状スペーサ２９Ｘの内周面の上流側には、気体流路の下流に向かって下り勾配を有する傾斜面２９Ｙが設けられている。
実施形態によるターボ分子ポンプのターボポンプ部ＴＰの気体流路の径は吸気口に比べて排気口側が小径とされ、気体分子が第２環状スペーサ２９Ｘに衝突してターボポンプＴＰに逆流するとも考えられる。しかしながら、実施形態の第２環状スペーサ２９Ｘの内周面には傾斜面２９Ｙが形成されているので、傾斜面２９Ｙに衝突して散乱された気体分子が上流へ逆流する確率が低くなり、ターボポンプ部ＴＰに滞留する気体分子の滞留時間が短くなる。これにより、環状スペーサ２９Ｘ等に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
（１）実施形態によるターボ分子ポンプは、複数の環状スペーサ２９によって支持される複数の固定翼２１０およびロータモータ３４で回転駆動される複数の回転翼１２０を有し、吸気口から気体を吸気し、排気口から気体を排気する。このターボ分子ポンプは、吸気口に隣接する気体流路に面する箇所に設けられる環状スペーサ（第１環状スペーサと呼ぶ）２９の内径は、排気口側の気体流路に面する箇所に設けられた環状スペーサ（第２環状スペーサと呼ぶ）２９Ｘの内径より大径である。第２環状スペーサ２９Ｘの内周面の上流側には、気体流路の下流に向かって下り勾配を有する傾斜面２９Ｙが設けられている。
実施形態によるターボ分子ポンプのターボポンプ部ＴＰの気体流路の径は吸気口に比べて排気口側が小径とされ、気体分子が第２環状スペーサ２９Ｘに衝突してターボポンプＴＰに逆流するとも考えられる。しかしながら、実施形態の第２環状スペーサ２９Ｘの内周面には傾斜面２９Ｙが形成されているので、傾斜面２９Ｙに衝突して散乱された気体分子が上流へ逆流する確率が低くなり、ターボポンプ部ＴＰに滞留する気体分子の滞留時間が短くなる。これにより、環状スペーサ２９Ｘ等に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0027】
（２）上記（１）のターボ分子ポンプの複数の回転翼１２０は、上流側の回転翼（第１回転翼と呼ぶ）１２０と下流側の回転翼１２０Ｘ（第２回転翼と呼ぶ）とを含み、第２回転翼１２０Ｘの外径は第１回転翼１２０の外径より小径であり、第２環状スペーサ２９Ｘの内周面である傾斜面２９Ｙは、第２回転翼１２０Ｘの先端に対向する。このように構成したことにより、吸気口に比べて小径である排気口側に気体分子をスムーズに流入させることができる。よって、環状スペーサ２９Ｘ等に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0028】
（３）上記（２）のターボ分子ポンプの第２環状スペーサ２９Ｘの傾斜面２９Ｙと第２回転翼１２０Ｘは、気流方向において、第２回転翼１２０Ｘの最上位位置が傾斜面２９Ｙに対向する相対位置関係となるように配置される。このように構成したことにより、吸気口に比べて小径である排気口側に気体分子をスムーズに流入させることができる。よって、環状スペーサ２９Ｘ等に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0029】
（４）上記（２）、（３）のターボ分子ポンプの第２回転翼１２０Ｘと第２環状スペーサ２９Ｘとは、第２回転翼１２０Ｘの気流方向における領域が第２環状スペーサ２９Ｘの傾斜面２９Ｙの全ての領内に収まるように対向して配置される。このように構成したことにより、吸気口に比べて小径である排気口側に気体分子をスムーズに流入させることができる。よって、環状スペーサ２９Ｘ等に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0030】
（５）上記ターボ分子ポンプの複数の回転翼１２０と複数の固定翼２１０とで構成されるターボポンプ部ＴＰの下流側にはネジ溝ポンプ部ＳＰが設けられ、第２環状スペーサ２９Ｘは、ターボポンプ部ＴＰからネジ溝ポンプ部ＳＰへ気体が導入される導入流路の入口部に設けられる。このように構成したことにより、ターボポンプ部ＴＰの排気側開口領域に比べて小さく構成されるネジ溝ポンプ部ＳＰの吸気側開口領域に対し、気体分子をスムーズに流入させることができる。よって、ネジ溝ポンプ部ＳＰの吸気側開口領域に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0031】
（６）上記（５）のターボ分子ポンプのネジ溝ポンプ部ＳＰは、ロータモータ３４で駆動力が伝達されるロータシャフト１１の下流側に設けられるロータ円筒部１３と、ロータ円筒部１３と径方向に隙間を介して対向するとともに取り付け用のフランジ部２２０を有するステータ２２とを有し、ステータ２２の内周面にネジ溝２２ｇが形成され、導入流路に面するフランジ部２２０の吸気口側の面には、気流下流側に下がり勾配の傾斜面２２Ｙが設けられている。このように構成したことにより、ネジ溝ポンプ部ＳＰの吸気側開口領域に対し、気体分子をスムーズに流入させることができる。よって、フランジ部２２０の吸気口側の傾斜面２２Ｙに反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0032】
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
【0033】
（変形例１）
上述した説明では、環状スペーサ２９Ｘの面２９Ｙが下流に向かって下り勾配を有する例として、環状スペーサ２９Ｘの断面における面２９Ｙの傾斜が直線で表される形状としたが、面２９Ｙの傾斜形状は、図５、図７に例示した形状に限られるものではない。
例えば、図７（ｃ）において、面２９Ｙの直線状の傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでのロータシャフト１１の方向の距離ｄ１は、環状スペーサ２９Ｘの上面２９３と下面２９４との間の距離ｄ２よりも短い。上述した実施の形態の変形例１として、ｄ２＞ｄ１の関係を保ちつつ、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑを環状スペーサ２９Ｘの上面２９３に近づけたり、面２９Ｙの傾斜の終点Ｒを環状スペーサ２９Ｘの下面２９４に近づけたりしてもよい。
上述した説明では、環状スペーサ２９Ｘの面２９Ｙが下流に向かって下り勾配を有する例として、環状スペーサ２９Ｘの断面における面２９Ｙの傾斜が直線で表される形状としたが、面２９Ｙの傾斜形状は、図５、図７に例示した形状に限られるものではない。
例えば、図７（ｃ）において、面２９Ｙの直線状の傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでのロータシャフト１１の方向の距離ｄ１は、環状スペーサ２９Ｘの上面２９３と下面２９４との間の距離ｄ２よりも短い。上述した実施の形態の変形例１として、ｄ２＞ｄ１の関係を保ちつつ、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑを環状スペーサ２９Ｘの上面２９３に近づけたり、面２９Ｙの傾斜の終点Ｒを環状スペーサ２９Ｘの下面２９４に近づけたりしてもよい。
【0034】
図８は、上述した実施の形態の環状スペーサ２９Ｘを変形例１による環状スペーサ２９Ｘ１に置換した上で、図３の破線Ｂで囲む領域の近傍を拡大した図である。図８の例では、面２９Ｙの傾斜の終点Ｒが環状スペーサ２９Ｘ１の下面２９４と一致する。
【0035】
変形例１によれば、上記実施形態と同様に、環状スペーサ２９Ｘ１等に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0036】
（変形例２）
図７（ｃ）において、面２９Ｙの直線状の傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでのロータシャフト１１の方向の距離ｄ１と、環状スペーサ２９Ｘの上面２９３と下面２９４との間の距離ｄ２とを等しくしてもよい。図９は、上述した実施の形態の環状スペーサ２９Ｘを変形例２による環状スペーサ２９Ｘ２に置換した上で、図３の破線Ｂで囲む領域の近傍を拡大した図である。図９の例では、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑが環状スペーサ２９Ｘ２の上面２９３と一致し、終点Ｒが環状スペーサ２９Ｘ２の下面２９４と一致する。
図７（ｃ）において、面２９Ｙの直線状の傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでのロータシャフト１１の方向の距離ｄ１と、環状スペーサ２９Ｘの上面２９３と下面２９４との間の距離ｄ２とを等しくしてもよい。図９は、上述した実施の形態の環状スペーサ２９Ｘを変形例２による環状スペーサ２９Ｘ２に置換した上で、図３の破線Ｂで囲む領域の近傍を拡大した図である。図９の例では、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑが環状スペーサ２９Ｘ２の上面２９３と一致し、終点Ｒが環状スペーサ２９Ｘ２の下面２９４と一致する。
【0037】
変形例２によれば、上記実施形態と同様に、環状スペーサ２９Ｘ２等に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0038】
（変形例３）
面２９Ｙの直線状の傾斜の傾斜角度を、多段階に変化させてもよい。図１０は、上述した実施の形態の環状スペーサ２９Ｘを変形例３による環状スペーサ２９Ｘ３に置換した上で、図３の破線Ｂで囲む領域の近傍を拡大した図である。図１０の例では、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでの間で、傾斜角度を２段階に変化させる。
なお、傾斜角度を変化させる場合の変化点は、始点Ｑと終点Ｒの中央でなくてもよい。また、傾斜角度を２段階に限らず、３段階や５段階に変化させてもよい。
面２９Ｙの直線状の傾斜の傾斜角度を、多段階に変化させてもよい。図１０は、上述した実施の形態の環状スペーサ２９Ｘを変形例３による環状スペーサ２９Ｘ３に置換した上で、図３の破線Ｂで囲む領域の近傍を拡大した図である。図１０の例では、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでの間で、傾斜角度を２段階に変化させる。
なお、傾斜角度を変化させる場合の変化点は、始点Ｑと終点Ｒの中央でなくてもよい。また、傾斜角度を２段階に限らず、３段階や５段階に変化させてもよい。
【0039】
変形例３によれば、上記実施形態と同様に、環状スペーサ２９Ｘ３等に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0040】
（変形例４）
面２９Ｙの傾斜を、直線状から曲線状に変更してもよい。図１１は、上述した実施の形態の環状スペーサ２９Ｘを変形例４による環状スペーサ２９Ｘ４に置換した上で、図３の破線Ｂで囲む領域の近傍を拡大した図である。図１１の例では、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでの間を、凹曲線によって構成する。
面２９Ｙの傾斜を、直線状から曲線状に変更してもよい。図１１は、上述した実施の形態の環状スペーサ２９Ｘを変形例４による環状スペーサ２９Ｘ４に置換した上で、図３の破線Ｂで囲む領域の近傍を拡大した図である。図１１の例では、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでの間を、凹曲線によって構成する。
【0041】
変形例４によれば、上記実施形態と同様に、環状スペーサ２９Ｘ４等に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0042】
（変形例５）
面２９Ｙの傾斜を、平面でなく微小な多段構造によって構成してもよい。図１２は、上述した実施の形態の環状スペーサ２９Ｘを変形例５による環状スペーサ２９Ｘ５に置換した上で、図３の破線Ｂで囲む領域の近傍を拡大した図である。図１２の例では、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでの間を、微小な階段状に構成する。
面２９Ｙの傾斜を、平面でなく微小な多段構造によって構成してもよい。図１２は、上述した実施の形態の環状スペーサ２９Ｘを変形例５による環状スペーサ２９Ｘ５に置換した上で、図３の破線Ｂで囲む領域の近傍を拡大した図である。図１２の例では、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでの間を、微小な階段状に構成する。
【0043】
変形例５によれば、上記実施形態と同様に、環状スペーサ２９Ｘ５等に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0044】
（変形例６）
上記実施の形態（図３）および各変形例において、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでのロータシャフト１１の方向の距離ｄ１は、回転翼１２０Ｘのタービン翼部のロータシャフト１１方向の厚さＴｒよりも長くした。
しかしながら、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでのロータシャフト１１の方向の距離ｄ１を、回転翼１２０Ｘのタービン翼部のロータシャフト１１方向の厚さＴｒよりも短くしてもよい。この場合には、少なくとも、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑのロータシャフト１１の方向の位置を、回転翼１２０Ｘの上面の位置Ｆ１と等しい、または上流側にする。図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、上述した実施の形態の環状スペーサ２９Ｘを変形例６による環状スペーサ２９Ｘ６に置換した上で、図３の破線Ｂで囲む領域の近傍を拡大した図である。
上記実施の形態（図３）および各変形例において、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでのロータシャフト１１の方向の距離ｄ１は、回転翼１２０Ｘのタービン翼部のロータシャフト１１方向の厚さＴｒよりも長くした。
しかしながら、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑから終点Ｒまでのロータシャフト１１の方向の距離ｄ１を、回転翼１２０Ｘのタービン翼部のロータシャフト１１方向の厚さＴｒよりも短くしてもよい。この場合には、少なくとも、面２９Ｙの傾斜の始点Ｑのロータシャフト１１の方向の位置を、回転翼１２０Ｘの上面の位置Ｆ１と等しい、または上流側にする。図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、上述した実施の形態の環状スペーサ２９Ｘを変形例６による環状スペーサ２９Ｘ６に置換した上で、図３の破線Ｂで囲む領域の近傍を拡大した図である。
【0045】
変形例６によれば、上記実施形態と同様に、環状スペーサ２９Ｘ６等に反応生成物が堆積するのを抑制することができる。
【0046】
以上の説明では、ターボ分子ポンプ部ＴＰとネジ溝ポンプ部ＳＰとを備えるターボ分子ポンプを例に説明したが、本発明は、ターボ分子ポンプ部ＴＰのみでネジ溝ポンプ部ＳＰを有していないターボ分子ポンプに適用してもよい。
【0047】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【0048】
１…ポンプ本体
１０…ロータ
１１…ロータシャフト
１３…ロータ円筒部
２０…ベース
２２…ステータ
２２ｇ…ネジ溝部
２２Ｙ…傾斜面
２９、２９Ｘ、２９Ｘ１～２９Ｘ６…環状スペーサ
２９Ｙ…傾斜面
３４…ロータモータ
１２０、１２０Ｘ…回転翼
２１０、２１０Ｘ…固定翼
２２０…フランジ部
ＳＰ…ネジ溝ポンプ部
ＴＰ…ターボポンプ部
１０…ロータ
１１…ロータシャフト
１３…ロータ円筒部
２０…ベース
２２…ステータ
２２ｇ…ネジ溝部
２２Ｙ…傾斜面
２９、２９Ｘ、２９Ｘ１～２９Ｘ６…環状スペーサ
２９Ｙ…傾斜面
３４…ロータモータ
１２０、１２０Ｘ…回転翼
２１０、２１０Ｘ…固定翼
２２０…フランジ部
ＳＰ…ネジ溝ポンプ部
ＴＰ…ターボポンプ部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
