特許 7463150 真空ポンプ及び真空ポンプ用部品

(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】2024-03-29

(45)【発行日】2024-04-08

(54)【発明の名称】真空ポンプ及び真空ポンプ用部品

(51)【国際特許分類】

   F04D 19/04 20060101AFI20240401BHJP

【ＦＩ】

F04D19/04 E

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020049766

(22)【出願日】2020-03-19

(65)【公開番号】P2021148088

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2022-08-01

(73)【特許権者】

【識別番号】508275939

【氏名又は名称】エドワーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107238

【弁理士】

【氏名又は名称】米山 尚志

(74)【代理人】

【識別番号】100102761

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 元也

(72)【発明者】

【氏名】長瀬 賢哉

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 春樹

(72)【発明者】

【氏名】時 永偉

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１８４７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１９８１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－００９９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１９３９８７（ＪＰ，Ａ）

(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】

吸気口と排気口を有するケーシングと、前記ケーシング内で回転するロータとを備え、前記ロータの回転により前記吸気口から前記排気口へのガスの排気を行う真空ポンプであって、
前記ロータの形状を略円筒形状とし、前記ロータの内周面と前記ロータの前記内周面の少なくとも一部に対向する固定部の外周面との間に略円筒形状のガス流通空間が区画され、前記ガス流通空間に不活性ガスを流すとともに、
前記ガス流通空間に前記不活性ガスの流れを乱す複数の流乱部を設け、
前記不活性ガスは、前記ロータの軸方向に対して傾斜するとともに前記ガス流通空間の周方向に対して傾斜する方向に沿って、前記ガス流通空間の軸方向の一側から他側へ流れ、
前記複数の流乱部は、前記ロータの前記軸方向に沿って互いに離間して並ぶとともに、前記ガス流通空間の前記周方向に沿って互いに離間して並ぶように、前記ガス流通空間の前記一側から前記他側までの領域に配置されている
ことを特徴とする真空ポンプ。

【請求項2】

前記複数の流乱部の各々は、前記固定部の前記外周面もしくは前記ロータの前記内周面に形成された突起部からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項3】

前記突起部は、板体形状である
ことを特徴とする請求項２に記載の真空ポンプ。

【請求項4】

前記突起部は、前記不活性ガスの流れ方向に対して湾曲した部分を有する
ことを特徴とする請求項２または３に記載の真空ポンプ。

【請求項5】

前記突起部は、前記固定部の前記外周面または前記ロータの前記内周面に前記軸方向から所定角度傾斜し形成される
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。

【請求項6】

前記突起部は、前記固定部の前記外周面または前記ロータの前記内周面に前記軸方向から所定角度傾斜した方向に対して互いに間隙を設けて複数配列されている
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の真空ポンプ。

【請求項7】

前記複数の流乱部の各々は、前記固定部の前記外周面または前記ロータの前記内周面に形成された凹部からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項8】

前記凹部は、前記固定部の前記外周面または前記ロータの前記内周面に前記軸方向から所定角度傾斜した方向に対して互いに間隙を設けて複数配列されている
ことを特徴とする請求項７に記載の真空ポンプ。

【請求項9】

吸気口と排気口を有するケーシングと、前記ケーシング内で回転するロータとを備え、前記ロータの回転により前記吸気口から前記排気口へのガスの排気を行う真空ポンプであって、前記ロータの形状を略円筒形状とし、前記ロータの内周面と前記ロータの前記内周面の少なくとも一部に対向する固定部の外周面との間に略円筒形状のガス流通空間が区画され、前記ガス流通空間に不活性ガスを流すとともに、前記ガス流通空間に前記不活性ガスの流れを乱す複数の流乱部を設けた真空ポンプで用いられる前記固定部に対応する真空ポンプ用部品において、
前記ロータの前記内周面に対向する前記外周面上に前記不活性ガスの流れを乱す前記複数の流乱部を設け、
前記不活性ガスは、前記ロータの軸方向に対して傾斜するとともに前記ガス流通空間の周方向に対して傾斜する方向に沿って、前記ガス流通空間の軸方向の一側から他側へ流れ、
前記複数の流乱部は、前記ロータの前記軸方向に沿って互いに離間して並ぶとともに、前記ガス流通空間の前記周方向に沿って互いに離間して並ぶように、前記ガス流通空間の前記一側から前記他側までの領域に配置されている
ことを特徴とする真空ポンプ用部品。

【請求項10】

吸気口と排気口を有するケーシングと、前記ケーシング内で回転するロータとを備え、前記ロータの回転により前記吸気口から前記排気口へのガスの排気を行う真空ポンプであって、前記ロータの形状を略円筒形状とし、前記ロータの内周面と前記ロータの前記内周面の少なくとも一部に対向する固定部の外周面との間に略円筒形状のガス流通空間が区画され、前記ガス流通空間に不活性ガスを流すとともに、前記ガス流通空間に前記不活性ガスの流れを乱す複数の流乱部を設けた真空ポンプで用いられる前記ロータに対応する真空ポンプ用部品において、
前記固定部の前記外周面に対向する前記内周面上に前記不活性ガスの流れを乱す前記複数の流乱部を設け、
前記不活性ガスは、前記ロータの軸方向に対して傾斜するとともに前記ガス流通空間の周方向に対して傾斜する方向に沿って、前記ガス流通空間の軸方向の一側から他側へ流れ、
前記複数の流乱部は、前記ロータの前記軸方向に沿って互いに離間して並ぶとともに、前記ガス流通空間の前記周方向に沿って互いに離間して並ぶように、前記ガス流通空間の前記一側から前記他側までの領域に配置されている
ことを特徴とする真空ポンプ用部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製造装置、フラット・パネル・ディスプレイ製造装置、ソーラー・パネル製造装置等におけるプロセスチャンバやその他の密閉チャンバのガス排気手段として利用される真空ポンプ及び真空ポンプ用部品に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、気体分子に運動エネルギーを与えることにより気体の圧縮を行い、吸気したガスを排気口へ放出する真空ポンプとしては、ハウジング内壁にとりつけられた複数のステータ翼と、前記ステータ翼に対向する複数の回転翼ブレードを有するロータと、前記ロータの内周面に所定の間隙を設けて対向する固定部（ステータコラム）と、を有し、複数の回転翼ブレードを高速回転することによりガスの吸引、排気を行う真空ポンプが知られている。

【0003】

また、上記真空ポンプにおいては、上記構成の真空ポンプの後段にネジ溝ポンプを組み合わせたものも提案されている。

【0004】

ところで、この種の真空ポンプを半導体製造で用いる場合、最近は半導体製造技術が発展にともない、固体化し易いプロセスガスが使用されるようになっており、この場合、特に生成物の堆積を防ぐためネジ溝ポンプの高温化が必要になる。

【0005】

一方、ロータの複数の回転翼ブレードは、気体分子の衝突熱などにより高温になるので、このロータ部で発生した熱を適切に放熱する必要がある。

【0006】

ロータ部で発生した熱を放熱する技術としては、回転翼ブレード表面からの輻射熱を固定翼で受け、その熱を固定翼スペーサやケーシングを通して外部に放熱する方法が一般的であり、その１つとして、従来、特許文献１に記載された「分子ポンプ」が知られている。

【0007】

この特許文献１に記載された「分子ポンプ」は、最上段に設けられたロータ翼より下流に、ロータ部と対向し、かつ、ガスの流路と面する領域のステータブレード３２の表面に、ガスの流路に向けて張り出した板状のフィン５１を形成し、このフィン５１の形成によりステータブレード３２の表面積を広げ、回転翼ブレード表面からの輻射熱を受けやすくするのと同時に、これにより更にステータ翼２２を通過してしまう気体分子の数を低減し、ステータブレード３２に衝突し、低温となった気体分子の数を増加させることによりロータ翼２１の冷却効率を向上させるように構成されている。

【0008】

しかしながら、上記特許文献１に記載された「分子ポンプ」においては、ステータブレードの表面に、板状のフィンを形成する等の構造の変更が必要になる。

【0009】

さて、ロータの内周面とこのロータの内周面に対向するステータコラムとの間に不活性ガスを流す「真空ポンプ」が特許文献２に開示されている。

【0010】

この特許文献２の「真空ポンプ」によれば、ステータブレード等の構造の変更は必要なく、また、回転翼の材料や構造を変更する等の必要もないが、ロータの内周面とステータコラムとの間を流れる不活性ガスが層流となるので、この不活性ガスの対流熱伝達を利用した効率の良いロータの放熱ができないという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特開２００４－２７８５００号公報

【文献】特開２００３－１８４７８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、固定翼、回転翼の材料や構造を変更することなくロータの効率の良い放熱ができるようにした真空ポンプ及び真空ポンプ用部品を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、吸気口と排気口を有するケーシングと、前記ケーシング内で回転するロータとを備え、前記ロータの回転により前記吸気口から前記排気口へのガスの排気を行う真空ポンプであって、前記ロータの形状を略円筒形状とし、前記ロータの内周面と前記ロータの前記内周面の少なくとも一部に対向する固定部の外周面との間に略円筒形状のガス流通空間が区画され、前記ガス流通空間に不活性ガスを流すとともに、前記ガス流通空間に前記不活性ガスの流れを乱す流乱部を設け、前記不活性ガスは、前記ロータの軸方向に対して傾斜するとともに前記ガス流通空間の周方向に対して傾斜する方向に沿って、前記ガス流通空間の軸方向の一側から他側へ流れ、前記複数の流乱部は、前記ロータの前記軸方向に沿って互いに離間して並ぶとともに、前記ガス流通空間の前記周方向に沿って互いに離間して並ぶように、前記ガス流通空間の前記一側から前記他側までの領域に配置されていることを特徴とする。

【0014】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記複数の流乱部の各々は、前記固定部の前記外周面もしくは前記ロータの前記内周面に形成された突起部からなることを特徴とする。

【0015】

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記突起部は、板体形状であることを特徴とする。

【0016】

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記突起部は、前記不活性ガスの流れ方向に対して湾曲した部分を有することを特徴とする。

【0017】

請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の発明において、前記突起部は、前記固定部の前記外周面または前記ロータの前記内周面に前記軸方向から所定角度傾斜し形成されることを特徴とする。

【0018】

請求項６に記載の発明は、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の発明において、前記突起部は、前記固定部の前記外周面または前記ロータの前記内周面に前記軸方向から所定角度傾斜した方向に対して互いに間隙を設けて複数配列されていることを特徴とする。

【0019】

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記複数の流乱部の各々は、前記固定部の前記外周面または前記ロータの前記内周面に形成された凹部からなることを特徴とする。

【0022】

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記凹部は、前記固定部の前記外周面または前記ロータの前記内周面に前記軸方向から所定角度傾斜した方向に対して互いに間隙を設けて複数配列されていることを特徴とする。

【0023】

請求項９に記載の発明は、吸気口と排気口を有するケーシングと、前記ケーシング内で回転するロータとを備え、前記ロータの回転により前記吸気口から前記排気口へのガスの排気を行う真空ポンプであって、前記ロータの形状を略円筒形状とし、前記ロータの内周面と前記ロータの前記内周面の少なくとも一部に対向する固定部の外周面との間に略円筒形状のガス流通空間が区画され、前記ガス流通空間に不活性ガスを流すとともに、前記ガス流通空間に前記不活性ガスの流れを乱す複数の流乱部を設けた真空ポンプで用いられる前記固定部に対応する真空ポンプ用部品において、前記ロータの前記内周面に対向する前記外周面上に前記不活性ガスの流れを乱す前記複数の流乱部を設け、前記不活性ガスは、前記ロータの軸方向に対して傾斜するとともに前記ガス流通空間の周方向に対して傾斜する方向に沿って、前記ガス流通空間の軸方向の一側から他側へ流れ、前記複数の流乱部は、前記ロータの前記軸方向に沿って互いに離間して並ぶとともに、前記ガス流通空間の前記周方向に沿って互いに離間して並ぶように、前記ガス流通空間の前記一側から前記他側までの領域に配置されていることを特徴とする。

【0024】

請求項１０に記載の発明は、吸気口と排気口を有するケーシングと、前記ケーシング内で回転するロータとを備え、前記ロータの回転により前記吸気口から前記排気口へのガスの排気を行う真空ポンプであって、前記ロータの形状を略円筒形状とし、前記ロータの内周面と前記ロータの前記内周面の少なくとも一部に対向する固定部の外周面との間に略円筒形状のガス流通空間が区画され、前記ガス流通空間に不活性ガスを流すとともに、前記ガス流通空間に前記不活性ガスの流れを乱す複数の流乱部を設けた真空ポンプで用いられる前記ロータに対応する真空ポンプ用部品において、前記固定部の前記外周面に対向する前記内周面上に前記不活性ガスの流れを乱す前記複数の流乱部を設け、前記不活性ガスは、前記ロータの軸方向に対して傾斜するとともに前記ガス流通空間の周方向に対して傾斜する方向に沿って、前記ガス流通空間の軸方向の一側から他側へ流れ、前記複数の流乱部は、前記ロータの前記軸方向に沿って互いに離間して並ぶとともに、前記ガス流通空間の前記周方向に沿って互いに離間して並ぶように、前記ガス流通空間の前記一側から前記他側までの領域に配置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、吸気口と排気口を有するケーシングと、前記ケーシング内で回転するロータと、前記ロータの回転により前記吸気口から前記排気口へのガスの排気を行う真空ポンプであって、前記ロータの形状を略円筒形状とし、前記ロータの内周面と前記ロータの前記内周面の少なくとも一部に対向する固定部との間に、電装品を内蔵する前記固定部の内部に排気ガスが流れ込むのを防止する為に不活性ガスを流場合であっても、前記不活性ガスの流路に前記不活性ガスの流れを乱す流乱部を設けて構成したので、回転翼の材料や構造を変更することなく効率の良いロータの放熱ができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本発明が適用される真空ポンプの断面図である。

【図2】図２は、図１に示した真空ポンプの不活性ガスの流れを説明する図である。

【図3】図３は、本願発明に係る真空ポンプの実施例１を示す図である。

【図4】図４に示すは、図３に示した真空ポンプの要部拡大図である。

【図5】図５は、図３に示した真空ポンプで採用する不活性ガスの流れを乱す流乱部の他の例を示す図である。

【図6】図６は、本願発明に係る真空ポンプの実施例２の要部拡大図である。

【図7】図７は、本願発明に係る真空ポンプの実施例３を示す図である。

【図8】図８は、図７に示した真空ポンプで採用する溝の一例を示す図である。

【図9】図９は、図７に示した真空ポンプで採用する不活性ガスの流れを乱す流乱部の他の例を示す図である。

【図10】図１０は、本願発明に係る真空ポンプの実施例４の要部拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明を実施するための実施例について、願書に添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

【0028】

図１は、本発明が適用される真空ポンプの断面図である。同図の真空ポンプＰは、半導体製造装置、フラット・パネル・ディスプレイ製造装置、ソーラー・パネル製造装置におけるプロセスチャンバやその他の密閉チャンバのガス排気手段等として利用される。

【0029】

同真空ポンプＰは、外装ケース１内に、回転翼ブレード１３と固定翼ブレード１４により気体を排気する翼排気部Ｐｔと、ネジ溝１６を利用して気体を排気するネジ溝排気部Ｐｓと、これらの駆動系とを有している。

【0030】

外装ケース（ケーシング）１は、筒状のポンプケース１Ａと有底筒状のポンプベース１Ｂとをその筒軸方向にボルトで一体に連結した有底円筒形になっている。ポンプケース１Ａの上端部側はガス吸気口２として開口しており、ポンプベース１Ｂの下端部側面にはガス排気口３を設けてある。

【0031】

ガス吸気口２は、ポンプケース１Ａ上縁のフランジ１Ｃに設けた図示しないボルトにより、例えば半導体製造装置のプロセスチャンバ等、高真空となる図示しない密閉チャンバに接続される。ガス排気口３は、図示しない補助ポンプに連通するように接続される。

【0032】

ポンプケース１Ａ内の中央部には各種電装品を内蔵する円筒状のステータコラム４が設けられており、ステータコラム４はその下端側がポンプベース１Ｂ上にネジ止め固定される形態で立設してある。

【0033】

ステータコラム４の内側にはロータ軸５が設けられており、ロータ軸５は、その上端部がガス吸気口２の方向を向き、その下端部がポンプベース１Ｂの方向を向くように配置してある。また、ロータ軸５の上端部はステータコラム４の円筒上端面から上方に突出するように設けてある。

【0034】

ロータ軸５は、ラジアル磁気軸受１０とアキシャル磁気軸受１１の磁力で径方向と軸方向が回転可能に浮上支持され、モータ２０により回転駆動される。また、このロータ軸５の上下端側には保護ベアリングＢ１、Ｂ２を設けている。

【0035】

ステータコラム４の外側にはロータ６が設けられている。ロータ６は、ステータコラム４の外周を囲む円筒形状であって、ロータ軸５に一体化されていて、かつ、そのロータ軸５を回転軸心としてポンプケース１Ａ内で回転するように構成してある。

【0036】

従って、図１の真空ポンプＰでは、ロータ軸５、ラジアル磁気軸受１０、１０及びアキシャル磁気軸受１１が、ロータ６をその軸心周りに回転可能に支持する支持手段として機能する。また、このロータ６はロータ軸５と一体に回転するので、ロータ軸５を回転駆動するモータ２０がロータ６を回転駆動する駆動手段として機能する。

【0037】

保護ベアリングＢ１とＢ２、ラジアル磁気軸受１０及びアキシャル磁気軸受１１の詳細構成については業界周知の内容のため、説明を省略する。

【0038】

図１の真空ポンプＰでは、ロータ６の略中間より上流（ロータ６の略中間からロータ６のガス吸気口２側端部までの範囲）が翼排気部Ｐｔとして機能する。以下、この翼排気部Ｐｔの詳細構成を説明する。

【0039】

ロータ６の略中間より上流側のロータ６外周面には回転翼ブレード１３が一体に複数設けられている。これら複数の回転翼ブレード１３は、ロータ６外周面からロータ径方向に突出した形態になっていて、かつ、ロータ６の回転軸心（ロータ軸５）若しくは外装ケース１の軸心（以下「ポンプ軸心」という）を中心として放射状に配置してある。また、回転翼ブレード１３は、ロータ６の外径加工部と一体的に切削加工で切り出し形成した切削加工品であって、気体分子の排気に最適な角度で傾斜している。

【0040】

ポンプケース１Ａの内周面側には固定翼ブレード１４が複数設けられており、これらの固定翼ブレード１４は、ポンプケース１Ａ内周面からロータ６外周面に向って突出した形態になっていて、かつ、ポンプ軸心を中心として放射状に配置してある。これらの固定翼ブレード１４もまた、回転翼ブレード１３と同じく、気体分子の排気に最適な角度で傾斜している。

【0041】

そして、図１の真空ポンプＰにおいては、前記のような複数の回転翼ブレード１３と固定翼ブレード１４とがポンプ軸心に沿って交互に多段に配置されることによって多段の翼排気部Ｐｔを形成している。

【0042】

以上の構成からなる翼排気部Ｐｔでは、モータ２０の起動により、ロータ軸５、ロータ６および複数の回転翼ブレード１３が一体に高速回転し、最上段の回転翼ブレード１３がガス吸気口２から入射した気体分子に下向き方向の運動量を付与する。この下向き方向の運動量を有する気体分子が固定翼１４によって次段の回転翼ブレード１３側へ送り込まれる。このような気体分子への運動量の付与と送り込み動作とが繰り返し多段に行われることにより、ガス吸気口２側の気体分子はロータ６の下流に向かって順次移行するように排気される。

【0043】

図１の真空ポンプＰでは、ロータ６の略中間より下流（ロータ６の略中間からロータ６のガス排気口３側端部までの範囲）がネジ溝排気部（ネジ溝ポンプ）Ｐｓとして機能する。以下、このネジ溝排気部Ｐｓの詳細構成を説明する。

【0044】

ロータ６の略中間より下流側のロータ６は、ネジ溝排気部Ｐｓの回転部材として回転する部分であり、ネジ溝排気部ステータ１５の内側に配置されている。

【0045】

ネジ溝排気部ステータ１５は、筒形の固定部材であって、ロータ６の外周（ロータ６の略中間より下流）を囲むように配置されている。また、このネジ溝排気部ステータ１５はその下端部がポンプベース１Ｂで支持されるように設置してある。

【0046】

ネジ溝排気部ステータ１５の内周部には、深さが下方に向けて小径化したテーパコーン形状に変化するネジ溝１６を形成してある。このネジ溝１６は、ネジ溝排気部ステータ１５の上端から下端にかけて螺旋状に刻設してあり、かかるネジ溝１６により、ロータ６とネジ溝排気部ステータ１５との間には、螺旋状のネジ溝排気通路Ｓが設けられる構成になっている。なお、図示は省略するが、先に説明したネジ溝１６をロータ６の内周面に形成することで、ネジ溝排気通路Ｓが設けられる構成も採用し得る。

【0047】

ネジ溝排気部Ｐｓでは、ネジ溝１６とロータ６の外周面でのドラッグ効果により気体を圧縮しながら移送するため、ネジ溝１６の深さは、ネジ溝排気通路Ｓの上流入口側（ガス吸気口２に近い方の通路開口端）で最も深く、その下流出口側（ガス排気口３に近い方の通路開口端）で最も浅くなるように設定してある。

【0048】

ネジ溝排気通路Ｓの上流入口は、前述のように多段に配置されている回転翼ブレード１３と固定翼ブレード１４のうち、最下段の翼（図１の例では、最下段の固定翼ブレード１４）の下流に形成される隙間に連通しており、また、そのネジ溝排気通路Ｓの下流出口は、ガス排気口３側に連通するように構成してある。

【0049】

先に説明した翼排気部Ｐｔの排気動作による移送で最下段の翼（図１の例では、回転翼ブレード１３）に到達した気体分子は、ネジ溝排気通路Ｓの上流入口から同ネジ溝排気通路Ｓに移行する。移行した気体分子は、ロータ６の回転によって生じる効果、すなわちロータ６の外周面とネジ溝１６でのドラッグ効果によって、遷移流から粘性流に圧縮されながらガス排気口３に向って移行し、最終的に図示しない補助ポンプを通じて外部へ排気される。

【0050】

図２は、図１に示した真空ポンプで採用される本発明に係る不活性ガス（パージガス）の流れを説明する図である。

【0051】

前述したように、各種電装品を内蔵する円筒状のステータコラム４の外周は、円筒形状のロータ６で囲まれており、パージガスＰＧは、外部からパージガス注入路３０を通ってポンプケース１Ａ内に注入され、ロータ軸５の外壁とステータコラム４の内壁との間隙からステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙にかけて連通する通路を流れ、ガス排気口３から排気される。

【0052】

ここで、パージガスＰＧとしては熱伝導率の高い例えば窒素ガス等が用いられ、ロータ６に蓄積された圧縮熱は、ロータ６の内壁面からパージガスＰＧを介してステータコラム４の外壁面へ放熱され、ロータ６及び回転翼ブレード１３の冷却が行われる。

【0053】

ところで、ステータＰＧコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガスＰＧは従来の構成においては層流を形成しており、パージガスＰＧとして熱伝導率の高い例えば窒素ガス等を用いてもロータ６及び回転翼ブレード１３の冷却効果としては満足するものが得られなかった。

【0054】

そこで、本発明の真空ポンプにおいては、パージガスＰＧの流路にパージガスＰＧの流れを乱す流乱部を形成し、これによりパージガスＰＧの流れを層流からできるだけ乱流に変換するようにしてロータ６及び回転翼ブレード１３の冷却効果を改善しようとしている。

【0055】

以下、本発明の真空ポンプの種々の実施例について詳細に説明する。

【実施例1】

【0056】

図３は、本願発明に係る真空ポンプの一実施例を示す図であり、図４は、図３に示した真空ポンプの要部拡大図である。図３及び図４において、この実施例１の真空ポンプは、ステータコラム４の外周面（周面）に複数の突起４１を形成して構成される。その他の構成は図１及び図２で説明したものと同一である。

【0057】

このような構成によると、ステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガスＰＧは、複数の突起４１に衝突することにより、その流れが乱れ、その結果、ステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガス流が層流から乱流若しくは乱流に近い流れに遷移する。複数の突起４１を設ける利点としては、上流側の突起４１によって乱流に近い流に遷移した流れが下流側で再び層流に遷移した場合であっても、複数の突起４１によって再び乱流に近い流れに遷移させることが出来る為、広い領域において乱流に近い流を形成することが可能であることが挙げられる。

【0058】

このようにして、ステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガスＰＧが乱流若しくは乱流に近い流れに遷移するとパージガスＰＧによる対流熱伝達は大幅に改善され、固定翼、回転翼の材料や構造を変更することなく効率の良いロータの放熱が可能になる。

【0059】

なお、図３及び図４に示す実施例においては、突起４１として直方体形状の板体からなる突起を用いたが、この突起４１としては図５（Ａ）に示すようなパージガスＰＧの流れ方向に窪んだ断面おわん型の板体からなる突起４１１、図５（Ｂ）に示すようなパージガスＰＧの流れ方向に膨らんだ断面逆おわん型の板体からなる突起４１２、図５（Ｃ）に示すようなパージガスＰＧの流れ方向に膨らんだ断面弓型の板体４１３を用いても同様に構成することができる。

【0060】

また、図３及び図４に示す実施例においては、突起４１として複数の突起を形成する構成を示したが、１つの突起４１を形成してもある程度のパージガスＰＧの流れを乱すことができ、パージガスＰＧによる対流熱伝達を改善することができる。

【実施例2】

【0061】

図６は、本願発明に係る真空ポンプの実施例２の要部拡大図で、図４に示す真空ポンプの要部拡大図に対応する。

【0062】

図６に示す実施例２においては、図４に示した突起４１の代わりに、半球状の凸部４２を採用して構成される。図６に示す実施例２の真空ポンプにおいては、ステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガスＰＧは、複数の半球状の凸部４２に衝突することにより、その流れが乱れ、その結果、ステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガス流が層流から乱流若しくは乱流に近い流れに遷移する。

【0063】

これにより、実施例２の真空ポンプにおいてもステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガスＰＧによる対流熱伝達は大幅に改善され、固定翼、回転翼の材料や構造を変更することなく効率の良いロータの放熱が可能になる。

【実施例3】

【0064】

図７は、本願発明に係る真空ポンプの実施例３を示す図である。

【0065】

図７に示す実施例３の真空ポンプにおいては、ステータコラム４の外周面（周面）に複数の溝４３を形成して構成される。その他の構成は図１及び図２で説明したものと同一である。

【0066】

図７に示す溝４３の形状をステータコラム４の断面図で示すと図８（Ａ）に示すようになる。すなわち、図８（Ａ）に示すように溝４３の形状は、ステータコラム４の軸と直交する方向の断面形状は矩形となるように形成されている。この溝４３を形成してもステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガス流は、この溝４３により乱れ、層流から乱流若しくは乱流に近い流れに遷移する。これによりステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガスＰＧによる対流熱伝達は大幅に改善され、固定翼、回転翼の材料や構造を変更することなく効率の良いロータの放熱が可能になる。

【0067】

なお、パージガスの所定角度の流れ方向は、上流側と下流側の圧力差によって生じるステータコラム４の軸方向の速度成分と、ロータ６の内周面による流体のドラック効果で生じる回転の接線方向の速度成分の関係によって生じる。

【0068】

図７に示す溝４３の形状は、図８（Ｂ）に示すようにステータコラム４の軸と直交する方向の断面形状が不活性ガスの流れ方向に沿って立ち上がる傾斜部を有する鋸形形状の溝４４を形成するようにしてもよい。この鋸形形状の溝４４を形成しても、ステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガス流は、この溝４４により乱れ、層流から乱流若しくは乱流に近い流れに遷移する。これによりステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガスＰＧによる対流熱伝達は大幅に改善され、固定翼、回転翼の材料や構造を変更することなく効率の良いロータの放熱が可能になる。

【0069】

なお、図７に示す実施例３では溝４３をステータコラム４の軸方向に沿って形成したが、図９に示すように、ステータコラム４の周面にその軸方向から所定角度傾斜したパージガスＰＧの流れ方向を妨げる方向に沿って形成した溝４５を形成するようにしてもよい。この溝４５により、ステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガス流は乱れ、層流から乱流若しくは乱流に近い流れに遷移し、これによりステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガスＰＧによる対流熱伝達は大幅に改善され、固定翼、回転翼の材料や構造を変更することなく効率の良いロータの放熱が可能になる。

【0070】

ここで、溝４５の形状としては、図８（Ａ）に示すようにステータコラム４の軸と直交する方向の断面形状は矩形となるもの若しくは図８（Ｂ）に示すようにステータコラム４の軸と直交する方向の断面形状が不活性ガスの流れ方向に沿って立ち上がる傾斜部を有する鋸形となるものを用いることができる。

【実施例4】

【0071】

図１０は、本願発明に係る真空ポンプの実施例４の要部拡大図で、図６に示す真空ポンプの要部拡大図に対応する。

【0072】

図６に示した真空ポンプにおいては、ステータコラム４の表面に複数の半球状の凸部４２を採用して構成したが、図１０に示す実施例４においては、ステータコラム４の表面に複数の半球状の凹部４６を採用して構成される。その他の構成は図６で説明したものと同一である。

【0073】

このステータコラム４の表面に複数の半球状の凹部４６を形成する構成においても、ステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガス流は乱れ、層流から乱流若しくは乱流に近い流れに遷移し、これによりステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガスＰＧによる対流熱伝達は大幅に改善され、固定翼、回転翼の材料や構造を変更することなく効率の良いロータの放熱が可能になる。

【0074】

なお、上記実施例においては、パージガスＰＧの流れを乱す流乱部として、ステータコラム４の周面に複数の突起４１、４１１、４１２、４１３、凸部４２、溝４３、４３、４４、４５、凹部４６を形成する構成を説明したが、パージガスＰＧの流れを乱す流乱部として、上記複数の突起４１、４１１、４１２、４１３、凸部４２、溝４３、４３、４４、４５、凹部４６に対応する流乱部をロータ６の内壁に形成するように構成してもよい。

【0075】

このような構成によっても、ステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガス流は乱れ、層流から乱流若しくは乱流に近い流れに遷移し、これによりステータコラム４の外壁とロータ６の内壁との間隙を流れるパージガスＰＧによる対流熱伝達は大幅に改善され、固定翼、回転翼の材料や構造を変更することなく効率の良いロータの放熱が可能になる。

【0076】

なお、上記実施例ではパージガスＰＧの流れを乱す流乱部として、ステータコラム４の表面又はロータ６の内周面に複数の突起又は溝等を形成する構成を示したが、ステータコラム４の表面又はロータ６の内周面を表面処理等に粗面化してパージガスＰＧの流れを乱すように構成してもよい。

【0077】

また、ステータコラム４の表面又はロータ６の内周面に設けられる流乱部は、パージガスＰＧの流れを乱すものであればどのような形状のものでもよく、その個数及び形成領域も種々のものが採用できる。

【0078】

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形が可能である。

【符号の説明】

【0079】

１ ポンプ外装ケース
１Ａ ポンプケース
１Ｂ ポンプベース
１Ｃ フランジ
２ ガス吸気口
３ ガス排気口
４ ステータコラム
５ ロータ軸
６ ロータ
７ ボス孔
９ 肩部
１０ ラジアル磁気軸受
１１ アキシャル磁気軸受
１３ 回転翼ブレード
１４ 固定翼ブレード
１５ ネジ溝排気部ステータ
１６ ネジ溝
２０ モータ
３０ パージガス注入路
４１、４１１、４１２、４１３ 突起
４２ 凸部
４３、４４、４５ 溝
４６ 凹部
Ｂ１、Ｂ２ 保護ベアリング
Ｐ 真空ポンプ
Ｐｔ 翼排気部
Ｐｓ ネジ溝排気部
Ｓ ネジ溝排気通路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】