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JP2808470B2 - 真空ポンプ - Google Patents
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JP2808470B2 - 真空ポンプ - Google Patents

真空ポンプ

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JP2808470B2
JP2808470B2 JP2025122A JP2512290A JP2808470B2 JP 2808470 B2 JP2808470 B2 JP 2808470B2 JP 2025122 A JP2025122 A JP 2025122A JP 2512290 A JP2512290 A JP 2512290A JP 2808470 B2 JP2808470 B2 JP 2808470B2
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哲也 阿部
聰 秦
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、真空ポンプに関するものである。
(従来の技術) 従来の真空ポンプを第3図により説明すると,(1)
がロータ,(2)がハウジング,(A)が同ハウジング
(2)の上部に設けた吸気口,(E)が同ハウジング
(2)の上下中間部に設けた排気口,(7)(7)が上
記ロータ(1)を回転可能に支持するボールベアリン
グ,(10)が上記ロータ(1)と上記ハウジング(2)
とに設けたモータロータ,(11a)(12a)が上記ロータ
(1)の上部に上下多段に設けた各ポンプ圧縮段の回転
翼,(11b)(12b)が同各ポンプ圧縮段の回転翼(11
a)(12a)の周りの上記ハウジング(2)内に上下多段
に設けたステータ,(D)が上記ハウジング(2)の上
下中間部に設けた気体導入口,(18)が上記吸気口
(A)から吸入する気体とは種類の異なる気体を上記気
体導入口(D)からハウジング(2)内のポンプ圧縮段
へ導入する気体導入路で,モータロータ(10)により,
各ポンプ圧縮後の回転翼(11a)(12a)を有するロータ
(1)を回転させて,気体を吸入口(A)からハウジン
グ(2)内側へ吸入する一方,同気体とは種類の異なる
気体を気体導入口(D)→気体導入路(18)を経てハウ
ジング(2)内のポンプ圧縮段へ吸入し,またこれらの
吸入した気体を排気口(F)からハウジング(2)外の
大気へ直接排気するようにしている。
(発明が解決しようとする課題) 前記第3図に示す従来の真空ポンプでは,吸入口
(A)からハウジング(2)内へ吸入する気体の分子量
が小さい場合に,分子量の大きい気体を1つの気体導入
系である気体導入口(D)→気体導入路(18)を経てハ
ウジング(2)内のポンプ圧縮段へ導入しているが,第
2図の真空ポンプの各種気体に対する排気性能解析結果
から明らかなように排気性能は,気体の分子量に加え,
粘性係数,各圧縮段の圧力,気体温度(気体の熱伝導係
数,熱伝達係数)及びポンプ形式(遠心段,渦流段等)
に大きく影響される。気体分子量のみに着目し,しかも
気体導入路が1系統のみでは,定常時は勿論,圧力が変
化する過渡時にも,各ポンプ圧縮段で最適なポンス作用
を行うことができない。
また気体中には,腐食性,放射線性等のように一般金
属材料及び油類を劣化させる特性をもつものや,200〜30
0℃以下では凝固してしまうものであるが,第3図に示
すように金属材製ロータ(1)と金属材製ステータ(11
b)(12b)が金属材製ボールベアリング(7)を有する
真空ポンプは,材料強度が早期に低下して,真空ポンプ
が破壊する。また軸受特性低下により回転性能が低下し
て,この点からも真空ポンプとして動作しなくなるとい
う問題があった。
本発明は前記の問題点に鑑み提案するものであり,そ
の目的とする処は,気体中に腐食性や放射線性のよう
に一般金属材料及び油類を劣化させる特性をもつものが
含まれていても,真空ポンプの耐久性を維持でき,圧
力が変化する過渡期にも,各ポンプ圧縮段で最適なポン
プ作用を行うことができる真空ポンプを提供しようとす
る点にある。
(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,本発明は,吸気口と排
気口とを有するハウジングと,同ハウジング内にその軸
線に沿い配設したセラミックス製ロータと、同ロータの
周りの上記ハウジング内に上下多段に配設した複数のス
テータと,上記ロータを回転可能に支持する気体軸受
と,上記ロータを駆動する気体タービンとを有し,上記
吸入口から上記ハウジング内へ吸入した気体を上記排気
口から大気へ直接排気する真空ポンプにおいて,前記吸
入口から吸入する気体とは分子量,粘性係数,比熱比,
熱伝達係数の異なる複数種類の気体を前記ハウジング内
のポンプ圧縮段へ導入する複数個の気体導入口を前記吸
入口よりも下流側の前記ハウジングに各ポンプ圧縮段に
対応して設け、各種気体よりなる混合気体の混合比、質
量流量を各ポンプ圧縮段の圧力条件に合わせてコントロ
ールするコントローラを有している。
(作用) ロータをセラミツクス製とし,ロータの軸受に非接触
の気体軸受を使用して,オイルフリーにしており,気体
中に腐食性や放射線性のように一般金属材料及び油類を
劣化させる特性をもつものが含まれていても,真空ポン
プの耐久性が維持される。また各種気体よりなる混合気
体の混合比,質量流量を各ポンプ圧縮段の圧力条件に合
わせてコントロールし,各ポンプ圧縮段の圧力比を大き
くして,吸気口の圧力を十分に低くするようにしてお
り,圧力が変化する過渡時にも,各ポンプ圧縮段で最適
なポンプ作用が行われる。
(実施例) 次に本発明の真空ポンプを第1図に示す一実施例によ
り説明すると,(1)がセラミクス製ロータ,(2)が
ハウジングで,同ハウジング(2)が中間部(2a)と上
部(2b)と下部(2c)とに構成されている。
(A)が同ハウジング(2)の上部(2b)に設けた吸
気口,(E)が同ハウジング(2)の中間部(2a)に設
けた排気口,(7a)(7b)(7c)が上記ロータ(1)を
回転可能に支持する気体軸受,(10)が上記ロータに設
けた気体タービン,(12)がセラミツクス製ステータ
で,同セラミツクス製ステータ(12)は,上記ロータ
(1)の上部(2b)に上下多段に設けた各ポンプ圧縮段
回転翼の周りのハウジング(2)(上部(2b))内に上
下多段に設けられている。
(B)(C)(D)が上記吸気口から吸入する気体と
は種類の異なる複数種類の気体を上記ハウジング(2)
内の中間ポンプ段へ導入する複数個の気体導入口で,同
各気体導入口(B)(C)(D)は,ハウジング(2)
の中間部(2a)及び上部(2b)に穿設されている。
なお(3a)(3b)は冷却水流路である。
次に前記第1図に示す真空ポンプの作用を具体的に説
明する。
気体タービン(10)により,遠心段回転翼を有するロ
ータ(1)を回転させて,気体を吸入口(A)からハウ
ジング(2)内へ吸入する一方,同気体とは種類の異な
る気体を気体導入口(B)(C)(D)を経てハウジン
グ(2)内の各ポンプ圧縮段へ吸入し,またこれらの吸
入した気体を排気口(E)からハウジング(2)外の大
気へ直接排気する。
このとき,各ポンプ圧縮段の内部では,吸入口(A)
から吸入される気体と,圧力差により排気口(E)から
逆流する気体とが混合して,排気口(E)に近い程,気
体の質量流量が小さく,また吸気口(A)に近い気体に
比べると圧縮されているので,体積流量が小さく,各ポ
ンプ圧縮段での気体の流れ状態が異なる。
そのため,各ポンプ圧縮段毎に気体導入口(B)
(C)(D)を設けて,気体の流れ状態に対して独立に
導入する気体の特性,質量流量を変えて,排気特性を最
適にコントロールする。
また吸気口(A)の近くは,気体の流れ状態が分子
流,中間流で,この分子流,中間流の領域には,分子量
の大きい混合気体を導入して,排気特性を向上させる。
一方,排気口(E)の近くは,気体の流れ状態がスリ
ツプ流,粘性流で,このスリツ流,粘性流の領域には,
粘性係数の大きい気体を導入して,排気特性を向上させ
る。
また真空ポンプでは,風損による発熱が大きいので,
熱伝導係数,熱伝達係数の大きい混合気体を導入して,
冷却効果を高め,熱変形を小さくして,これにより,組
立公差を大きく取れるようにする。
また材料及び油の特性を低下させたりする気体を混合
気体として利用できるようにロータ(1)及びステータ
(12)をセラミツクス材より構成し,気体軸受(7a)
(7b)(7c)によりロータ(1)を回転可能に支持し
て,オイルフリー化を達成している。
各種気体よりなる混合気体の混合比、質量流量を各ポ
ンプ圧縮段の圧力条件に合わせてコントロールするに
は、以下のような手段を採用すればよい。吸入口(A)
から吸入する気体の種類と流量、吸入口から吸入する気
体とは種類の異なる、各ポンプ圧縮段に混合して導入さ
れる各気体の種類を制御装置の入力値とする。制御装置
では、予め入力されているテーブルおよび演算式を用い
て、吸入する気体の種類と流量条件、すなわち、かかる
吸入気体の条件から定まる各ポンプ圧縮段の圧力条件に
適した、各ポンプ圧力段に導入する気体の種類と流量を
演算する。演算した結果をアナログ信号である電圧に変
換し、気体導入口(B)、(C)、(D)毎に設けられ
た流量調整を行う弁にその電圧を印加することで、各ポ
ンプ圧縮段に導入する気体の混合比、質量流量を制御す
る。
(発明の効果) 本発明の真空ポンプは前記のようにロータをセラミツ
クス製とし,ロータの軸受に非接触の気体軸受を使用し
て,オイルフリーにしたので,気体中に,腐食性や放射
線性のように一般金属材料及び油類を劣化させる特性を
もつものが含まれていても,真空ポンプの耐久性を維持
できる。
また各種気体よりなる混合気体の混合比,質量流量を
各ポンプ圧縮段の圧力条件に合わせてコントロールし,
各ポンプ圧縮段の圧力比を大きくして,吸気口の圧力を
十分に低くするので,圧力が変化する過渡期にも,各ポ
ンプ圧縮段で最適なポンプ作用を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる真空ポンプの一実施例を示す縦
断側面図,第2図は真空ポンプの各種気体に対する排気
性能解析結果を示す説明図,第3図は従来の真空ポンプ
を示す縦断側面図である。 (1)……セラミツクス製ロータ,(2)……ハウジン
グ,(2a)……ハウジング(2)の中間部,(2b)……
ハウジング(2)の上部,(2c)……ハウジング(2)
の下部,(7a)(7b)(7c)……気体軸受,(10)……
気体タービン,(12)……セラミツクス製ステータ,
(A)……吸気口,(B)(C)(D)……気体導入
口,(E)……排気口。
フロントページの続き 審査官 熊倉 強 (56)参考文献 特開 昭63−75387(JP,A) 実開 昭58−67999(JP,U) 実開 昭59−85397(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F04D 19/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】吸気口と排気口とを有するハウジングと、
    同ハウジング内にその軸線に沿い配設したセラミックス
    製ロータと、同ロータの周りの上記ハウジング内に上下
    多段に配設した複数のステータと、上記ロータを回転可
    能に支持する気体軸受けと、上記ロータを駆動する気体
    タービンとを有し、上記吸入口から上記ハウジング内へ
    吸入した気体を上記排気口から大気へ直接排気する真空
    ポンプにおいて、前記吸入口から吸入する気体とは分子
    量、粘性係数、比熱比、熱伝達係数の異なる複数種類の
    気体を前記ハウジング内のポンプ圧縮段へ導入する複数
    個の気体導入口を前記吸入口よりも下流側の前記ハウジ
    ングに各ポンプ圧縮段に対応して設け、各種気体よりな
    る混合気体の混合比、質量流量を各ポンプ圧縮後の圧力
    条件に合わせてコントロールするコントローラを有する
    ことを特徴とする真空ポンプ。
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