(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空ポンプであって、
チャネル部材の表面上に形成され前記ポンプの入口から出口に向けて気体分子を案内するように構成されたチャネルと交差するように構成された交差要素を含む機構を有し、
前記交差要素及び前記チャネル部材は、使用時に気体分子が前記チャネルに沿って前記出口の方向に付勢されるように相対的に動き回転するように構成され、前記交差要素は、該交差要素又はその周囲を気体分子が通過するように構成されるとともに、気体分子と相互作用するように構成された上流側表面及び下流側表面を有し、前記上流側表面及び下流側表面は、前記交差要素の平面内に存在して突出部を含まず、
前記チャネル部材はスロットを備え、該スロットは前記チャネルの壁に配置され前記交差要素が前記チャネルと交差する地点において前記交差要素を収容するように構成され、
前記交差要素は、上流側表面および下流側表面を有する有孔ディスクを備え、前記有孔ディスクのこれら表面は突出部を含まず前記有孔ディスクの平面にあり、
前記有孔ディスクが前記チャネルと交差するところで前記有孔ディスクが前記チャネルを分割するように、前記スロットが少なくとも前記チャネルの深さにわたって延び、
前記チャネル部材は円筒状であり、前記チャネルは内面上に形成され前記チャネル部材の両端に配置された前記入口と前記出口の間に螺旋状の気体流路を形成し、
前記ポンプは、前記チャネル部材の軸に沿って直列に距離ｌだけ離間した少なくとも２つの交差要素を備え、各要素は厚みｔを有し、ｌ：ｔの比率は５：１以上であり、
前記交差要素は、該交差要素の直径の０．０２倍以下の厚みを有し、
前記有孔ディスクの孔は、前記有孔ディスクの周縁部材によって、囲まれている、
ことを特徴とする機構を有する真空ポンプ。
【請求項２】
前記ｌ：ｔの比率が１０：１以上である、
請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記ｌ：ｔの比率が２０：１以上である、
請求項２に記載の真空ポンプ。
【請求項４】
前記交差要素の厚みが、該交差要素の直径の０．０１倍以下である、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【請求項５】
前記ポンプは、前記チャネル部材から延びて螺旋チャネルを定める複数の翼を備え、該翼は段状に配置されて、隣接する段の間に交差要素が配置され、同じ段内の節弦比は４又はそれ以上である、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【請求項６】
前記翼の出力部における節弦比は、５以上、或いは６以上のいずれかである、
請求項５に記載の真空ポンプ。
【請求項７】
前記交差要素の上流側表面及び下流側表面は、前記気体分子に運動量を伝達する手段を提供する、
請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項８】
前記交差要素又は有孔ディスクは周縁部を有し、前記交差要素の前記周縁部の間には、前記交差要素を気体が通過できるように間隙が設けられ、又は前記周縁部において穿孔の少なくとも一部が開口される、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【請求項９】
前記間隙は、前記内側周縁部又は前記外側周縁部の大部分の周囲に延びるように構成され、或いは前記開口された穿孔が内側周縁部に向かって半径方向に延び、これにより前記上流側表面及び前記下流側表面の、隣接する開口された穿孔間に配置された部分が、前記内側周縁部又は前記外側周縁部に向かって延びて平坦な半径方向翼を形成する、
請求項８に記載の真空ポンプ。
【請求項１０】
前記交差要素は、２ｍｍ未満、１．５ｍｍ未満、１ｍｍ未満又は０．５ｍｍ未満のいずれかの厚みを有する、
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【請求項１１】
前記穿孔は、前記交差要素を貫いて該交差要素の表面と垂直な方向に延びる、
請求項８または９に記載の真空ポンプ。
【請求項１２】
前記有孔ディスクは、複数の穿孔が配置された部分を有し、該環状部分の透過率は、半径方向又は長手方向のいずれかに変化する、
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【請求項１３】
前記透過率は、前記ディスクの中心からの半径方向距離が増加することに関連して増加する、
請求項１２に記載の真空ポンプ。
【請求項１４】
前記透過率は、穿孔のサイズが変化すること、穿孔の角度間隔が変化すること、穿孔の円周方向間隔が変化すること、又はこれらのあらゆる組み合わせのいずれかに応じて変化する、
請求項１２または１３に記載の真空ポンプ。
【請求項１５】
前記交差要素に結合されて、該交差要素と同軸上に配置されたスピンドルをさらに備える、
請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項１６】
前記交差要素又は有孔ディスクの上流で使用されるように配置されたターボ分子羽根区画をさらに備える、
請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【請求項１７】
前記有孔ディスクの下流で使用されるように配置されて、再生ポンプ区画、遠心ポンプ区画、Ｈｏｌｗｅｃｋドラッグポンプ機構、Ｓｉｅｇｂａｈｎドラッグポンプ機構又はＧａｅｄｅドラッグポンプ機構、或いはこれらのあらゆる組み合わせのいずれかを含む第２のポンプ区画をさらに備える、
請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【請求項１８】
前記交差要素は、前記チャネルを横切って延びて該チャネルの大部分と交差するように構成され、これにより前記交差要素と前記チャネルの一部との間に、使用時に気体分子が通過できるような間隙が設けられている、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【請求項１９】
前記交差要素はポンプローターであり、前記チャネル部材はポンプステーターである、
請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項２０】
前記交差要素はポンプステーターであり、前記チャネル部材はポンプローターである、
請求項１に記載の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体輸送式の真空ポンプに関する。具体的には、限定するわけではないが、本発明は、新型のドラッグ真空ポンプ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、真空ポンプは、そのポンピング機構によって様々なカテゴリに分けられる。従って、大まかに見れば、真空ポンプは、気体輸送式ポンプ又は溜め込み式ポンプのいずれかに分類することができる。気体輸送式ポンプは、さらに運動量輸送式ポンプ又は（往復動ポンプ、及びルーツ機構又は回転翼機構などの回転式移送ポンプを含む）容積移送式ポンプに分類することができる。運動量輸送式ポンプは、さらに（分子ドラッグポンプ又はターボ分子ポンプなどの）ドラッグポンプ又は（油蒸気拡散ポンプなどの）流体同伴ポンプに分類することもできる。
【０００３】
一定レベルの真空圧を達成するには、低圧の気体を大気圧又はそれをわずかに上回る圧力に圧縮するために、異なる種類のポンプを直列で動作するように構成することができる。このようなポンプ構成で使用されるポンプの様々な分類は、例えば、必要な真空圧のレベル、真空環境を必要とする用途、一定期間内にポンピングすべき材料の体積、及び真空ポンプを通じてポンピングされる材料などを含む多くの因子に依存する。
【０００４】
現在では、多くの異なる工業及び科学用途において気体輸送式真空ポンプが使用されている。例えば、気体輸送式ポンプは、以下に限定されるわけではないが、集積回路、マイクロプロセッサ、発光ダイオード、フラットパネルディスプレイ及び太陽光パネルの製造を含む半導体デバイスの製造のための真空を提供する。これらの用途では、基板上に材料を堆積して処理できるように、比較的無菌の又は無害な環境が必要とされる。また、気体輸送式ポンプは、ガラス被覆、製鋼、発電、真空蒸留、及びリチウムイオン電池の生産などを含む、真空を必要とするその他の工業過程でも使用される。質量分析計又は電子ビーム顕微鏡などの科学計器にも真空環境を必要とするものがあり、好適な真空環境を達成するために気体輸送式ポンプが使用されることが多い。
【０００５】
長期にわたり、様々な種類の気体輸送式ポンプ機構が開発されてきた。用途の要件に応じて、また異なる真空圧における気体分子の異なる流動作用の結果、異なるポンプ機構が開発されている。例えば、気体分子は、高真空圧（１０−３ｍｂａｒ及びそれ以下）では分子流形態にあると言われる。この場合、分子は互いに邪魔することなく自由に移動し、衝突は主に容器壁との間で生じる。分子は、容器壁にぶつかり、比較的短期間にわたって付着し、その後壁面を離れて新たな予測できない方向に向かう。気体流は不規則であり、平均自由行程は比較的長い。分子流形態では、分子が自発的に真空ポンプ内に移動した時にポンピングが行われる。約１ｍｂａｒまでの大気圧辺りの真空圧では、気体分子は異なる形で挙動する。これらの高圧では、この流れを粘性流と呼ぶ。この場合、気体分子は高頻度で互いに衝突し、分子の平均自由行程は比較的短い。この圧力形態では、乱流及び層流状態が存在する。分子状態と粘性状態の間の圧力形態は、遷移流形態（約１ｍｂａｒ〜１０−３ｍｂａｒ）と呼ばれる。
【０００６】
しかしながら、全ての真空圧形態にわたって求められる高い効率性で動作できる単一種類のポンプ機構は知られていない。従って、真空ポンプシステムは、チャンバを高真空圧レベル（例えば１０−６ｍｂａｒ）まで排気するために、用途要件に応じて、（遷移流形態で効率的に動作する）分子ドラッグポンプ機構に補助され、（大気圧における粘性流形態及び排気ガス中で効率的に動作する）スクロールポンプ、ルーツポンプ又はスクリューポンプによってさらに補助される（１０−９ｍｂａｒ〜１０−２ｍｂａｒの圧力で効率的に動作するように設計された）ターボ分子ポンプを含むことができる。
【０００７】
２０世紀の前半に、いくつかの分子ドラッグ機構が開発され、その後最適化された。しかしながら、様々なドラッグ機構構成の基本配置は、開発設計の微調整を除いて変化していない。基本的に、ドラッグポンプの作用は、比較的高速で動くローターの表面から、ステーターにより定められるチャネル内に収容された気体分子に運動量を直接伝達することによって生み出される。これらの機構には、これらの原理の開発者名が付けられている。
【０００８】
例えば、図１に示す（Ｗｏｌｆｇａｎｇ  Ｇａｅｄｅ（１８７８〜１９４５年）の名前が付いた）Ｇａｅｄｅポンプ機構では、入口３と出口４が固定ストリッパ部材５によって分離された固定気体チャネル２のすぐ近くで各々が回転している回転インペラディスク１の組を横切るように気体分子が強制され、この固定ストリッパ部材５が、出口において分子を回転ディスクから離して次の段の入口内に付勢する（米国特許第８５２９４７号及び英国特許第１９０９２７４５７号も参照されたい）。
【０００９】
図２に示すＨｏｌｗｅｃｋポンプ機構は、一般に螺旋状の溝付き外壁７のすぐ近くで回転する平滑側面シリンダ６を備え、Ｆｅｒｎａｎｄ  Ｈｏｌｗｅｃｋ（１８９０〜１９４１年）の名前が付けられている。シリンダの接線速度が気体分子に運動量を与え、これらの分子は、溝付きチャネル内を螺旋経路に沿って出口４の方向に進む。複数の溝付き表面は一般的なものである（さらなる詳細については米国特許第１４９２８４６号を参照のこと）。別のＨｏｌｗｅｃｋ構成では、平滑側面シリンダがステーターを形成し、ローターを螺旋状の溝付き部品として構成することができる。
【００１０】
図３に示すＳｉｅｇｂａｈｎポンプ機構では、一般に気体分子に運動量を与える回転ディスク８でローターが構成される。ステーターは、回転ディスク近くに保持された表面上に渦巻き状チャネルを含む。従って、気体分子は、内向きに渦を巻く半径方向チャネルに沿って進むように強制される。この機構は、Ｍａｎｅ  Ｓｉｅｇｂａｈｎ（１８８６〜１９７８年）によって開発されたものであり、英国特許第３３２８７９号にさらに記載されている。
【００１１】
当業者は、これらの既知の機構及びそのさらなる具体化に精通しているので、本明細書ではこれらについてのさらなる説明は不要である。これらの様々な機構は、真空ポンプ技術の当業者の一般常識の一部を形成するものであり、さらなる説明は、この主題に関する様々な書籍で見出される。例えば、２００７年にＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ社により出版された、Ｎｉｇｅｌ  Ｈａｒｒｉｓ著、「最新真空事情（Ｍｏｄｅｒｎ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ）」（ＩＳＢＮ−１０：０−９５５１５０１−１−６）、１９９４年にＡＩＰ  Ｐｒｅｓｓ社により米国真空学会のために出版された、Ｐａｕｌ  Ａ  Ｒｅｄｈｅａｄ編、「真空科学と真空技術（Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」（ＩＳＢＮ  １−５６３９６−２４８−９）、及び１９９０年にＭａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ社により出版された、Ｍａｒｓ  Ｈａｂｌａｎｉａｎ著、「高真空技術−実践ガイド（Ｈｉｇｈ−Ｖａｃｕｕｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ−Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｇｕｉｄｅ）」（ＩＳＢＮ  ０−８２４７−８１９７−Ｘ）などの教科書を参照することができる。
【００１２】
Ｈｏｌｗｅｃｋの機構及びＳｉｅｇｂａｈｎの機構は、いずれもターボ分子ポンプ機構のためのバッキングポンピング機構として一般的である。Ｈｏｌｗｅｃｋ又はＳｉｅｇｂａｈｎのローターは、ターボ分子ポンプのローターと一体に結合することより単一のローター＋駆動モータ設計が可能になるという利点を有する。このようなポンプ機構は複合ターボ分子ポンプと呼ばれ、この種のポンプの例は、例えば米国特許第８０７０４１９号、米国特許第６４２２８２９号、及び欧州特許第１８０７６２７号に開示されている。
【００１３】
しかしながら、既知の分子ドラッグ機構には様々な欠点がある。例えば、ポンプの圧縮比を最適化するためにローターをステーターの比較的近くで回転させる必要があり、ステーターチャネルの深さを比較的浅くする必要があるので、ポンプ機構の容量が制限される。既知のドラッグポンプ機構では、一定の限界を超えてステーターチャネルの深さを増すことにより容量を増やすことはできない。排気中のシステムの気体圧はポンプの排気よりも低く、気体がポンプを通じて排気済みのシステム内に自然に逆流してあらゆる圧力勾配を均一にしようとする。ステーターチャネルが深過ぎる場合、ローターから最も遠いチャネル部分内の気体分子がローターの影響を受けないことがある。従って、チャネルが深過ぎる場合には、気体分子が意図する流れ方向に反してチャネルに沿ってドラッグポンプ段の入口に向かって逆流する経路が生じ、ポンプ効率及び圧縮比が著しく損なわれることがある。
【００１４】
ドラッグ機構の真空ポンプの容量を増やしたいという要望がある。この要望は、米国特許第５８９３７０２号に開示されているシステムのように、並列構成で配置された複数のドラッグ機構を設けることにより実現することができる。この場合、同心状のＨｏｌｗｅｃｋポンプ段が、互いに並列に作動するように配置される。しかしながら、この種の構成に必要とされる追加のローターの重量、慣性、複雑性及び全体的なポンプサイズにより、構成が望ましくないものになることもある。
【００１５】
ターボ分子ポンプは、ローターの軸又はハブから概ね半径方向に延びる一連のローター羽根を備える。一連のローター羽根の組が、回転軸に沿って互いに上下に積み重ねられる。これらの羽根には、回転によってぶつかる気体分子を出口の方へ導くように角度が付いている。従来、各ローター羽根の組の間にはステーター羽根を配置してポンプ効率を改善するとともに、気体分子がポンプ入口に向かって逆流するのを抑える。ステーター羽根は、一般にローター羽根と同じ原理で設計されるが、ステーター羽根には逆方向の角度が付けられる。ローター羽根及びステーター羽根は、金属ブロックから機械加工することも、或いは金属シートから羽根を打ち抜くことで形成することもできる。当業者はこの種の真空ポンプを熟知しており、本明細書ではこれらの機構をさらに説明する必要はない。米国特許出願公開第２００７０８１８８９号、米国特許第６５０８６３１号及びドイツ特許第１０００４２７１号に示されているような半径方向流ターボ分子ポンプとして説明できる別のターボ分子ポンプ設計も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】米国特許第８５２９４７号明細書
【特許文献２】英国特許第１９０９２７４５７号明細書
【特許文献３】米国特許第１４９２８４６号明細書
【特許文献４】英国特許第３３２８７９号明細書
【特許文献５】米国特許第８０７０４１９号明細書
【特許文献６】米国特許第６４２２８２９号明細書
【特許文献７】欧州特許第１８０７６２７号明細書
【特許文献８】米国特許第５８９３７０２号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００７０８１８８９号明細書
【特許文献１０】米国特許第６５０８６３１号明細書
【特許文献１１】ドイツ特許第１０００４２７１号明細書
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ社出版、Ｎｉｇｅｌ  Ｈａｒｒｉｓ著、「最新真空事情（Ｍｏｄｅｒｎ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｐｒａｃｔｉｃｅ）」（ＩＳＢＮ−１０：０−９５５１５０１−１−６）
【非特許文献２】ＡＩＰ  Ｐｒｅｓｓ社出版、Ｐａｕｌ  Ａ  Ｒｅｄｈｅａｄ編、「真空科学と真空技術（Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」（ＩＳＢＮ  １−５６３９６−２４８−９）
【非特許文献３】Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ社出版、Ｍａｒｓ  Ｈａｂｌａｎｉａｎ著、「高真空技術−実践ガイド（Ｈｉｇｈ−Ｖａｃｕｕｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ−Ａ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｇｕｉｄｅ）」（ＩＳＢＮ  ０−８２４７−８１９７−Ｘ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ポンプは、高速のローターが気体分子に運動量を与えて分子を出口方向に導くことに依拠するので、軸方向流ターボ分子真空ポンプ、及び半径方向流ターボ分子真空ポンプは、いずれも分子流動形態の圧力においてしか効率的でない。高圧、すなわち気体分子がポンプの一部とだけでなく互いに作用し合う遷移流形態及び粘性流形態では、ターボ分子ポンプの効率はかなり低くなる。この効率の低下は、ターボ分子ポンプが比較的低い真空圧において気体の効果的な圧縮比をもたらすことができないという形で現れる。実際、低真空圧（すなわち遷移流圧力形態及び粘性流圧力形態）では、気体分子が、分子を出口方向に導くように設計されたポンプの部品ではなく近くの気体分子と相互作用する結果、気体分子がローター又はステーターの羽根の間に「捕捉」される場合がある。従って、これらの高圧では、気体分子がポンプの軸方向長さに沿って効果的に出口方向に輸送されず、近接するローター羽根間の空間に留まって概ね円周方向の経路内を移動する傾向にある、いわゆる「キャリーオーバ」がポンプに生じる恐れがある。
【００１９】
本発明は、上述した問題点を改善する真空ポンプ機構を提供することを目的とするものである。また、本発明は、ポンピング容量が比較的高く、低消費レベルで動作し、及び／又は同一又は同様の仕様の既知のポンプ機構に比べて必要な空間が比較的小さな真空ポンプ機構を提供することも目的とする。換言すれば、本発明は、気体処理能力、所有コスト及び／又は全体的なポンプサイズという面で効率性を高めた真空ポンプを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的を達成しようとするために、本発明は、大まかに、２つの要素が互いに対して相対的に動くように配置され、第１の要素が、入口と出口の間の気体流路を定めるチャネルを提供し、第２の要素が角度を成してチャネルに交わり、第２の要素は、気体を通過させるように穿孔され、又は中実であって周囲を気体が流れるように構成され、使用時にこれらの相対的な動きによって気体分子がチャネル内を出口方向に付勢されるポンプ機構に関する。第２の要素は比較的薄く（例えば、穿孔される第２の要素の厚みは１ｍｍ未満）、平滑及び／又は平坦な表面を有するべきである。中実な第２の要素を利用する場合、要素の厚みはそれほど重要でなく、２ｍｍ又はそれ以下の程度であればよい。気体分子の「キャリーオーバ」を最小限に抑えようとするために、（気体流チャネルを定める）第１の要素は、第２の要素の表面に比較的近い又はできるだけ近い位置まで延びるべきである。この構成を利用して、気体流チャネル内の第２の要素がチャネルと交差する地点に気体分子の大部分が留まり、これらがチャネルから排出される時に第２の要素によってキャリーオーバされないようにすることができる。第２の要素は、チャネルの長さに沿った位置、又はチャネルの出口又は入口でチャネルと交差することができる。「穿孔される／有孔な（ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ）」という用語は、有孔要素が、この要素を気体が通過できるように構成された気体透過性の開口部を含むことを意味する。
【００２１】
従って、第１の要素と第２の要素の組み合わせによって分子ドラッグポンプ構成が提供される。しかしながら、一般に既知のシステムは、平行に配置されたステーター及びローターの平面、又は同心状に配置された構成要素と共に動作するという点で、本発明は（上述したような）既知の分子ドラッグポンプとは異なることが分かる。大まかに言えば、本発明のポンピング機構の一方の要素は、他方の要素の平面と異なる平面内で動作する。換言すれば、一方の要素は、他方の要素により定められる気体流路を通過し、気体は、気体分子が要素の一方を又はその周囲を通過できるように設けられた穿孔又は間隙を通じて、この流路に沿って進むことができる。
【００２２】
より正確に言えば、本発明の第１の態様では、交差部材（中実要素又は有孔要素）を備えた真空ポンプ又はポンプローターが提供され、この交差部材は、使用時にこの交差部材と相互作用する気体分子の運動量に影響を与えるように構成されるとともに、間隙又は複数の穿孔を通じて気体分子が交差部材を通過できるようにするように構成される。交差部材は、（ゼロの透過率値を有する）中実デバイス、又は気体分子を通過させる複数の穿孔を有する有孔要素とすることができる。これらの穿孔は、有孔要素の縁部によって囲い込まれたものであっても、又は有孔要素の縁部で開口するものであってもよい。換言すれば、開口した穿孔は、有孔要素の縁部よって囲い込まれない。
【００２３】
有孔要素又は交差部材は、ポンプ内の気体流路の一部と交差するように構成することができる。有孔要素又は交差部材は、ポンプ入口に面する上流側表面と、ポンプ出口に面する下流側表面とを有することができ、これらの表面は、突出部を含まなくて済むように構成される。換言すれば、これらの表面は、表面から延びる要素を含まない平滑又は概ね平坦なものである。有孔要素は、有孔ディスク又は有孔シリンダのいずれかとすることができる。ディスク又はシリンダの表面は、表面に突出部を含まないという点で平坦である。「平坦な（ｆｌａｔ）」という用語は、たとえテーパ状の有孔要素を利用する場合、及び／又はテーパ状のディスク又はシリンダの湾曲した表面上に穿孔が配置された場合でも、これらの表面が有孔要素の平坦面又は湾曲面から延び出る突出部を含まない場合には、これらの表面が平坦であると言うことを意味するために使用するものである。
【００２４】
有孔要素又は交差部材の上流側表面及び下流側表面は、気体分子に運動量を伝達する手段を提供することができる。従って、このようなローターを備えたポンプを通過する分子は、ローターの上流側表面及び下流側表面と相互作用して出口方向に付勢される。
【００２５】
有孔要素を貫いて配置された穿孔は、円形、細長形、卵形、六角形、長方形、台形又は多角形形状の孔を含むことができる。さらに、有孔要素は周縁部を有することができ、穿孔の少なくとも一部は周縁部において開口される。すなわち、これらの穿孔は周縁部によって囲い込まれない。また、開口した穿孔は、内側周縁部に向かって半径方向に延びることができ、これにより隣接する開口した穿孔間に配置された上流側表面及び下流側表面の一部が、周縁部に向かって延びて平坦な半径方向翼を形成するようになる。
【００２６】
有孔要素又は交差部材は、１．５ｍｍ未満の、好ましくは１ｍｍ未満の、より好ましくは０．５ｍｍ未満の厚みを有することができると有利である。この厚みは、上流側表面と下流側表面の間の距離として測定される。
【００２７】
また、有孔要素は、有孔要素を貫いて上流側表面と下流側表面を相互接続する穿孔の環状アレイを有する。穿孔は、有孔要素を貫いてディスクの表面と垂直な方向に延びることができる。従って、穿孔は、気体が通過できるように有孔要素を貫いて延び、穿孔の場所では有孔要素の厚みと同等の相互作用長を有する。
【００２８】
また、有孔ディスクは、複数の穿孔が配置された環状部分を有することもでき、環状部分の透過率は半径方向に変化する。透過率は、ディスクの中心からの半径方向距離が増加することに関連して増加することができる。さらに、透過率は、穿孔のサイズが変化すること、穿孔の角度間隔が変化すること、穿孔の円周方向間隔が変化すること、又はこれらのあらゆる組み合わせのいずれかに応じて変化する。透過率は、気体流チャネルと交差する有孔要素の穿孔によって占められる総面積（すなわち、有孔要素の材料によって占められる面積を除いたもの）の、所与の流路チャネルと交差する部材の総面積に対する比率として理解される。
【００２９】
また、有孔要素又は交差要素には、これらと同軸に配置されたスピンドルを結合することができる。このスピンドルは、複数の有孔要素（又は交差部材）に結合するように構成することができ、及び／又はスピンドルの軸方向長さに沿った異なる場所に複数の有孔要素又は交差部材の各々を配置することができる。また、スピンドルは、裁頭円錐形、階段状、弾丸形、円筒形、又はこれらのあらゆる組み合わせのうちのいずれか１つである軸方向形状を形成するように、回転軸に沿って変化する直径を有するように構成することができる。スピンドルの直径は、軸方向長さに沿ってポンプ出口に向かって増加することができる。この構成は、直列に配置された複数のローター要素を備えたポンプ内における気体の圧縮を支援することができる。
【００３０】
有孔要素又は交差部材は、有孔ディスク又は交差部材を含む第１の要素がポンプ入口の最も近くに配置され、有孔ディスク又は交差部材を含む第２の要素がポンプの出力部の最も近くに配置されるように、円筒形の離間要素によって離隔できると有利である。第１の有孔ディスクは、第２の有孔ディスクに比べて高い又は低い透過率を有することができる。この構成を利用して、所望の入口圧が分子流圧力形態にあり、出口圧が遷移流圧力形態又は粘性流圧力形態にある場合に、ポンプ内における気体圧縮を最大にすることができる。有孔要素を正確に離間させるために、離間要素を介して有孔要素をスピンドルに結合することができる。ポンプ全体を通じて、有孔要素と中実交差部材を組み合わせて配置することができ、例えば、第１の要素が有孔要素を含んで第２の要素が中実交差部材を含むことができ、その逆も可能である。
【００３１】
有孔ディスクは、複数の穿孔が配置された環状部分と、この環状部分とディスクの中心との間に、ディスクの内周部を形成するように配置された中実な内側部分とを有することができる。１つの構成では、第２の有孔ディスクの中実な内側部分が、第１の有孔ディスクの中実な内側部分に比べて回転軸から半径方向にさらに延びる。また、有孔ディスクは、複数の穿孔が配置された環状部分と、ディスクの外周部を形成する中実な外側部分とを有することもできる。
【００３２】
有孔要素又は交差部材の上流にターボ分子羽根区画を配置して使用できると有利である。また、有孔要素の下流に再生ポンプ機構、Ｓｉｅｇｂａｈｎドラッグ機構、Ｈｏｌｗｅｃｋドラッグ機構、又はＧａｅｄｅドラッグ機構、或いは遠心ポンプローター区画などの他のポンピング機構を配置して使用することもできる。
【００３３】
さらに、ローターは、アルミニウム、アルミニウム合金、スチール、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）又はチタンを含む材料から製作することができる。
【００３４】
これに加えて、又はこれとは別に、少なくとも側壁と床部により形成される気体流チャネルが配置された表面を有するチャネル部材又はチャネル要素を備えた真空ポンプ、又は真空ポンプローターと協働するように構成された真空ポンプステーターを提供し、側壁は、気体流路と交角を成して交差する交差部材又は有孔要素を収容するように構成された交差スロットを有し、チャネルは、その内部に気体を拘束するように構成され、交差部材又は有孔要素とチャネル要素は相対的に動くことができる。上述したように、有孔要素は、この要素を気体が通過するように構成され、交差部材は、その傍を気体が通過するように構成される。交角は、ローター要素が通過する気体流チャネル壁の部分に対して鋭角又は垂直とすることができる。
【００３５】
チャネル部材を円筒形とし、気体流チャネルをシリンダの内面に配置された螺旋体として形成できれば有利である。この構成では、チャネルの側壁が、チャネル部材の内側円筒面上に配置されてこの内面から長手軸に向かって延びることができ、及び／又は交差スロットがチャネル部材の長手軸に向かって半径方向に延びることができる。従って、この構成では、軸方向流ポンプで使用するためのステーターが提供される。或いは、チャネル部材をディスク状にして、気体流チャネルを、このチャネル部材の上面に配置された渦巻き体として形成することもできる。この構成では、気体流チャネルが、チャネル部材の外周部と、ディスク状のチャネル部材の半径方向軸に近い位置との間に延びることができ、及び／又は交差スロットが、半径方向軸から円弧に沿って一定距離だけ延びることができる。従って、この構成では、半径方向流ポンプで使用するためのステーターが提供される。
【００３６】
交差スロットは、所望のポンプ特性に応じて気体流チャネルの床部から延びることができる。或いは、このスロットは、気体流チャネルの床部の手前の位置まで延びることもできる。いずれの場合にも、スロットはローターを収容するように構成され、ローターが気体流チャネルと完全に交差しない（すなわち、ローターの周縁部とチャネル床部の間にわずかな間隙が残る）場合には、別の構成を利用することができる。
【００３７】
チャネル部材は、互いに固定された２又はそれ以上のステーター要素を含むステーターの一部を形成するように構成できると有利である。ステーター要素の各々は、互いに同一とすることができる。さらに、各ステーター要素は、隣接するステーター要素の当接面と協働するように構成された当接面を有することができる。さらに、交差スロットは、この当接面と一致する場所に配置することができる。交差スロットの平面は、当接面と垂直に配置することができる。従って、ステーターは、完成したステーターを形成するために比較的組み立てが容易なセグメントを有することができる。
【００３８】
１つのステーター要素の気体流チャネルの位置は、隣接するステーター要素の気体流チャネルの位置と重なり合うように配置できると有利である。また、この構成では、気体流チャネルのそれぞれの重なり合った部分を、気体流チャネルの側壁の交差スロットに重なり合って交差スロットを形成するように構成することもできる。
【００３９】
真空ポンプ又はポンプステーターは、入口から出口に向かって延びるように構成された２又はそれ以上の気体流チャネルを有することができると有利である。この結果、複数始点ポンプが提供され、このようにして構成されたステーターは、複数の入口を有して気体の処理能力を最大化する手段を提供する。６〜２０個の気体流チャネルを、入口から出口に向かって延びるように構成できることが好ましい。始点の数は、他の因子の中でも特にポンプ機構の直径に依存する。
【００４０】
これに加えて、又はこれとは別に、気体流チャネルを段差付き構成で構成して、これにより気体流チャネルが、互いに相互接続された半径方向区画及び長手方向区画を有するようにすることもできる。ローターを収容するためのスロットは、ローターに対して概ね垂直であるように、長手方向区画と一致するように構成することができる。
【００４１】
当然ながら、上記では本発明の様々な態様をローター及びステーターとしてそれぞれ説明した。しかしながら、本発明は、上記の第１の態様で説明したローターの特徴を有するステーターを提供することも、又は第２の態様で説明したステーターの特徴を有するローターを提供することもできる。
【００４２】
また、チャネル部材の表面上に形成され、ポンプの入口から出口に向けて気体分子を案内するように構成されたチャネルと交差するように構成された交差部材又は有孔部材を備えた機構を有する真空ポンプであって、交差部材（又は有孔部材）及びチャネル部材が、使用時に気体分子がチャネルに沿って出口方向に付勢されるように相対的に動くように構成されるとともに、気体分子がこれらの部材の周囲又はその中を通過できるように構成された真空ポンプも提供する。交差部材又は有孔部材は、鋭角又は９０度の角度でチャネルに交差することができる。
【００４３】
チャネル部材は、チャネルの壁内に配置されて有孔部材がチャネルと交差する地点において有孔部材を収容するように構成されたスロットを含むことができる。このスロットは、有孔部材がチャネルに交差する地点において有孔部材がチャネルを完全に分割できるように、少なくともチャネルの深さにわたって延びることができる。或いは、スロットがチャネルの床部まで延びずに、有孔部材が気体流チャネルの一部のみと交差することにより、この気体流チャネル内の交差地点に間隙が残るようにする。換言すれば、有孔部材をチャネルの大部分と交差するように気体流チャネルを横切って延びるように構成し、これにより有孔部材間に間隙を設けて、使用時にこの間隙を気体分子が通過できるようにすることができる。
【００４４】
或いは、スロットがチャネルの床部まで延びずに、交差部材が気体流チャネルの一部のみと交差することにより、この気体流チャネル内の交差地点に間隙が残るようにする。この間隙は、内周部又は外周部とチャネルの一部との間に配置され、交差部材の外周部又は内周部の周囲に延びる。換言すれば、交差部材をチャネルの大部分と交差するように気体流チャネルを横切って延びるように構成し、これにより交差部材間に間隙を設けて、使用時にこの間隙を気体分子が通過できるようにすることができる。この場合、交差部材を中実な（すなわち穿孔を含まない）ものとし、周囲の間隙が、この交差部材の傍を通過するように気体分子を輸送又は付勢できる手段を提供することができる。交差部材をポンプのローターとして構成し、チャネルをステーターとして構成した場合、交差部材の外周部とチャネルの間に間隙を配置することができる。或いは、交差部材をポンプのステーター要素として構成し、チャネル部材をローターとする場合、交差部材の内周部とチャネルの間に間隙を配置することができる。
【００４５】
チャネル部材を円筒形とし、内面上にチャネルを形成して、チャネル部材の両端部に配置された入口と出口の間に螺旋形の気体流路を形成できれば有利である。さらに、この構成では、有孔部材を有孔ディスクとすることができる。このディスクは、突出部を含まない平滑又は平坦な表面でテーパ状にすることができる。この結果、有孔部材の厚みとディスクが通過するスロットの幅を最小限に抑えて気体分子のキャリーオーバを低減することができる。換言すれば、穿孔内で又はスロットを通じてキャリーオーバされる可能性のある気体の量を制限又は最小化するように、スロットの幅寸法を有孔部材の厚みと同等にする。
【００４６】
また、有孔部材をローターとし、チャネル部材をステーターとする。ローターは、第１の態様で上述した構成のいずれかに基づいて構成することができる。
【００４７】
チャネル部材は、チャネルが形成された半径方向表面を有して、半径方向表面の内周部と外周部の間に渦巻き状の気体流路を形成することができる。従って、有孔部材を有孔シリンダとすることができる。この有孔シリンダは、チャネル部材と同心状に構成することができ、これにより交差スロットが円形経路に沿って延び、スロット内にローターを収容することができる。この構成により、真空ポンプを通じてポンピングされる気体分子が半径方向に流れるようになる。
【００４８】
チャネル部材の上流には、ターボ分子羽根付きローターを配置できると有利である。これにより、特に分子流圧力形態において気体分子をポンプ機構内にさらに促す手段が提供される。
【００４９】
この真空ポンプは、チャネル部材の下流に配置された第３のポンピング段をさらに備えることができる。この第３のポンピング段は、遠心ポンピング段、Ｈｏｌｗｅｃｋドラッグ機構、Ｓｉｅｇｂａｈｎドラッグ機構、Ｇａｅｄｅドラッグ機構、又は再生ポンプ機構のうちのいずれか１つを含むことができる。第３のポンピング機構は、大気圧近く又はそれ以上の圧力で排気を行うように構成することができる。
【００５０】
また、有孔部材又は交差部材は、ポンプ入口に面する上流側表面と、ポンプ出口に面する下流側表面とを有する。有孔部材又は交差部材の上流側表面及び下流側表面は、突出部を含まないものとすることができる。換言すれば、これらの表面は平坦又は平滑である。有孔部材は、有孔ディスク又は有孔シリンダのいずれかとすることができる。有孔部材は周縁部を備えることができ、穿孔の少なくとも一部は周縁部で開口される。この開口した穿孔は、内側周縁部に向かって半径方向に延びることができ、これにより隣接する開口した穿孔間に配置された上流側表面及び下流側表面の一部が、周縁部に向かって延びて半径方向翼を形成する。有孔部材又は交差部材は、２ｍｍ又は１．５ｍｍ未満の、好ましくは１ｍｍ未満の、より好ましくは０．５ｍｍ未満の厚みを有する。さらに、有孔部材の穿孔は、有孔部材を貫いてディスクの表面と垂直な方向に延びることができる。このようにして、気体分子のキャリーオーバを最小限に抑え、ポンプの効率を高めることができる。
【００５１】
また、本発明は、入口と、出口と、有孔部材又は交差部材と、チャネル部材と、モータとを備えた真空ポンプであって、チャネル部材が、入口から出口に向けて気体分子を案内するように構成されたチャネルが形成された表面を有し、有孔部材又は交差部材が、チャネルと交差するように構成され、有孔部材又は交差部材が、突出部を含まない上流側表面及び下流側表面を有し、有孔部材又は交差部材のチャネルとの交差部分が２ｍｍ未満の厚みを有し、モータが、有孔部材又は交差部材とチャネル部材との相対的な動きを引き起こして、使用時にチャネルに沿って出口に向けて気体分子を付勢するように構成され、有孔部材又は交差部材が、有孔部材又は交差部材又はその周囲を気体分子が通過できるようにした真空ポンプも提供する。
【００５２】
また、駆動モータに結合され、気体分子をポンピングできる軸を中心に回転可能なローターと、この軸と同心状に配置されたステーターとを備えた真空ポンプ機構であって、ステーター及びローターの各々が、この軸を中心に第１の端部と第２の端部の間で所定の長さにわたって長手方向に延び、ローターが、ステーターの第２の表面に面するように構成された第１の表面を有し、ステーターが、ステーター及びローターの第１の端部における入口と、ステーター及びローターの第２の端部における出口との間に螺旋状の気体流路を形成するように第２の表面上に配置されてここから第１の表面に延びる第３の表面を有し、ローターが、出口に配置されて第１の表面と第２の表面の間に延びる気体透過性のディスク状の半径方向部材を有し、この半径方向部材が、回転して気体分子に運動量を与えるように構成されるとともに、第３の表面の端部から軸方向に２ｍｍ未満変位された真空ポンプ機構も提供する。
【００５３】
さらに、本発明は、第２のポンピング要素と協働して気体分子を入口から出口に向けて付勢するように構成された第１のポンピング要素を備えた真空ポンプ機構であって、上記第１及び第２のポンピング要素が、軸を中心に相対的に動くように構成され、第１のポンピング要素が、第２のポンピング要素の第２の表面に面して上記軸の周囲に配置されて第２の表面との間に間隙を形成する第１の表面を有するとともに、この第１の表面から間隙を横切って第２の表面まで延びる気体分子透過性の環状の遮蔽部をさらに有し、第２のポンピング要素が、第２の表面上に配置され間隙を横切って第１の表面に延びて、ポンピングされる気体分子が移動できる螺旋経路を第１の表面と第２の表面の間に形成する螺旋状の壁をさらに有し、上記環状遮蔽部が螺旋状の壁の下流に配置された真空ポンプ機構も提供する。
【００５４】
また、本発明によるポンプは、チャネル部材の軸に沿って直列に距離ｌだけ離間した少なくとも２つの交差要素を備えることができ、各要素は厚みｔを有し、ｌ：ｔの比は、５：１又はそれ以上、１０：１又はそれ以上、或いは２０：１又はそれ以上のいずれかである。さらに、交差要素は、その直径の０．０２倍又はそれ以下の、より好ましくはその直径の０．０１倍又はそれ以下の厚みを有することができる。さらに、螺旋状チャネルを定めるチャネル部材からは複数の翼が延びることができ、これらの翼は段状に配置され、隣接する段の間に交差要素が配置され、同じ段内の翼の節弦比は４又はそれ以上であり、出力部における翼の節弦比は５又はそれ以上、或いは６又はそれ以上である。
【００５５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】既知の分子ドラッグポンピング機構の概略図である。
【図２】既知の分子ドラッグポンピング機構の概略図である。
【図３】既知の分子ドラッグポンピング機構の概略図である。
【図４】本発明の実施形態の概略図である。
【図５】本発明を具体化するポンプ機構の一部の概略図である。
【図６】図５の一部の拡大図である。
【図７】本発明による５つの異なる有孔部材の一部を示す概略図である。
【図８】本発明の代替の実施形態の概略図である。
【図９】本発明の別の実施形態を分解図で示す概略図である。
【図１０】図９の実施形態の概略図である。
【図１１】図１０に示すポンプ機構の断面図である。
【図１２】図１０に示すポンプ機構の別の断面図である。
【図１３】本発明の機構を組み込んだ複合ポンプを示す、本発明のさらなる実施形態の概略図である。
【図１４】図１３に示すポンプの断面図である。
【図１５】本発明の別の実施形態の概略図である。
【図１６】本発明を具体化するポンプの一部の断面領域である。
【図１７】本発明のさらなる実施形態の概略図である。
【図１８】本発明のさらなる実施形態の概略図である。
【図１９】図１７に示す本発明の代替の実施形態の概略図である。
【図２０】本発明のさらなる代替の実施形態の一部の概略図である。
【図２１】図２０に記載の実施形態の構成要素を示す概略図である。
【図２２】図２０に記載の実施形態の構成要素を示す概略図である。
【図２３】本発明を具体化するポンプの構成要素の様々なパラメータの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下、様々な実施形態によって本発明概念を説明する。しかしながら、当業者であれば、説明する各実施形態は本発明概念の異なる又は別個の表現ではなく、本発明の範囲から離れずに１つの実施形態の要素を別の実施形態の要素と組み合わせることができると理解するであろう。また、本発明概念は、ポンプに関して説明するものである。この場合も、当業者であれば、本明細書で説明する機構は別個の独立型ポンプを形成することも、或いは複合真空ポンプの１又はそれ以上の構成要素を形成することもできると容易に理解するであろう。
【００５８】
図４〜図７に本発明の第１の実施形態を概略的に示す。図４には、チャネル要素１２及び有孔交差要素１４を備えた真空ポンプ機構１０を示している。チャネル要素と有孔交差要素は、ポンプの入口１６から入り込んだ気体分子を出口１８に向けて付勢するために、相対的に動くことができる。このような相対的な動きは、これらの要素の一方を静止状態に保ち、他方を（例えば）電気モータによる回転動作で駆動することによってもたらすことができる。この実施形態では、チャネル要素がポンプの静止部品（すなわちステーター）であり、有孔要素がポンプの回転する駆動要素（すなわちローター）であるものとしてポンプ機構を説明する。当然ながら、本発明はこの構成に限定されず、当業者であれば、チャネル要素が駆動されて有孔要素が静止したままの、或いは必要な相対的動きを生じるように有孔要素も駆動される他の構成も可能であると理解するであろう。
【００５９】
第１の実施形態では、チャネル部材（ステーター）１２が概ね円筒形であり、シリンダの軸２０の一端に配置された入口１６と、反対側の他端に配置された出口１８とを有する。従って、この実施形態は、一般的に軸方向流ポンプとして説明することができる。シリンダの内面２４上には、少なくとも１つのチャネル２２を形成することができる。図示の実施形態には、いわゆる「２始点」ポンプ又は「双始点」を提供する２つのチャネルを示している。当然ながら、後述するように、必要に応じてより多くのチャネルを形成することもできる。チャネルは、床部２６と、床部から軸に向かって螺旋流路を形成するように延びる側壁２８とで形成される。床部は、シリンダの内部円筒面と一致する。チャネル側壁は、ポンプの動作要件に応じて典型的には数ミリメートル〜１００ｍｍ程度又はそれ以上とすることができる距離Ｌだけ半径方向に延びる。図示の双始点構成では、２つの流路が存在して二重螺旋を形成する。チャネルの側壁２８は、シリンダの内面２４から延びる螺旋翼３０と一体に形成される。翼の片側は第１のチャネルの側壁を形成し、翼の他方側は隣接するチャネルの側壁を形成する。
【００６０】
有孔交差要素１４（ローター）は、モータに結合されてローターを駆動できるスピンドル３２を備える。スピンドル上にはディスク３４が装着され、スペーサ要素３６を用いて位置決めされ適所に保持される。ディスクは比較的薄く、その軸方向の厚みは２ｍｍ未満であり、より好ましくは１．５ｍｍ未満であり、大抵は０．７５ｍｍ〜０．２５ｍｍ辺りの厚みである。ディスク３４上にはアレイ状の穿孔３８を設けて、気体分子が穿孔を通じてディスクの片側から他方側に通過するようにする。これらの穿孔は、ディスクを真っ直ぐに貫通するように配置され、ローター又はディスク表面に対して傾斜していない。ディスクは、気体流路と角度を成して交差するように配置され、従って、穿孔は、気体分子がディスクの半径方向平面を通過し、流路に沿って進み続けるようにする必要がある。チャネル要素には、ディスクを収容してディスクがチャネルと交差できるようにするためのスロット４０が設けられる。この結果、チャネルがディスクの両側に延び、ディスクがチャネルを入口に最も近い上流部分とディスクの下流にある下流部分とに分割するようになる。
【００６１】
ローターディスクは、気体流チャネルの側壁の始点から短い距離「ｌ」に配置される。換言すれば、側壁は、ローターの上方の気体流チャネルの入口において軸方向に距離「ｌ」だけ延びる。従って、入口の半径方向及び軸方向平面における断面は、図４及び図１８に示すような気体流チャネルの幅寸法をＬとするＬｌの寸法を有する。距離「ｌ」は、５ｍｍ〜４０ｍｍ又はそれ以上とすることができる。この結果、上述した既知のドラッグポンプ機構と比較した場合、本発明を具体化するポンプ機構の容量が大幅に改善されることが明らかである。上述したように、既知のドラッグポンプ機構は、比較的体積の大きな気体をポンピングする能力が制限されるのに対し、本発明を具体化するポンプは、１つの要素が所与の角度で気体流チャネルと交差するこの構成を利用することにより、この制限を解消することができる。本発明を使用した場合、数百ｍｍ２〜４，０００ｍｍ２程度又はそれ以上の気体流チャネルの断面積を容易に達成することができる。ポンプ内の隣接する有孔要素間の距離を測定する際にも寸法ｌを使用することができ、ローターディスク間の気体流路の断面積もＬｌとして測定される。
【００６２】
図５は、図４に示す機構の一部の円周方向断面であり、本発明を具体化するポンプの動作原理を示すものである。動作時には、図５に矢印で示すように、ディスクが軸２０を中心に比較的高速で回転する。図５の動作原理では、動作原理を容易に理解できるようにポンプの構成部品を線形的に示している。この結果、矢印で示すように、ディスクの回転動作が線形動作として示されている。さらに、図５に概略的に示す本発明を具体化する真空ポンプは、ポンプをＡ〜Ｅの５つの段に分割する４つのローターディスクを有する。段Ａは、第１のローター５０の上流に存在し、第２のローター５１は段Ｂと段Ｃを分割し、第３のローター５２は段Ｃと段Ｄを分割し、第４のローターは段Ｄと段Ｅを分割する。区画Ｅは、第４のローター５３の下流にあるポンプの出口１８で終端する。ローターディスクは、チャネル壁内に配置されたスロット４０を通過することにより流路チャネルと交差する。スロットは、ディスクが最低限の間隙でスロットを通過するように設計され、この間隙は、スロット４０に最も近いディスク表面の上下で約０．５０ｍｍである。
【００６３】
図５には、様々な考えられる気体分子経路を示している。第１の経路を矢印６０によって示す。高真空圧で動作するポンプの入口から分子が入り込む。この分子は、ステーター壁３０にぶつかってローター５０の経路内に放出される。ローターの中実部分にぶつかることで、ローターの相対的な動きにより分子に運動量が与えられる。次に、この分子は側壁２８の下面にぶつかり、再びローターの方向に導かれる。ここで分子の経路がディスクの穿孔３８と相互作用し、この分子は、交差するディスクを通過して次のポンプ区画、すなわち図示のような区画Ｂに入り込むようになる。
【００６４】
別の分子の第２の経路を矢印６２で示す。ここでは、分子の経路がローター上の穿孔を通過して分子が区画Ｂから区画Ｃに進めるようになり、その後区画Ｃ内でチャネルの側壁と相互作用し、この表面から先程通過したばかりのローターに向かって放出される。ここで、この分子はローターの下流側表面と相互作用し、結果的に区画Ｃ内に保持される。次に、この分子の経路はローター５１から第３のローター５２上に続き、そこからチャネルの反対の側壁に続き、その後第３のローターの穿孔を通って区画Ｄに入り込む。このように、ローターの上流側表面又は下流側表面のいずれか、又はこれらの両表面によって気体分子に運動量を伝達することができる。
【００６５】
異なる分子の第３の経路を矢印６４で示す。ここでは、分子が区画Ｂから第２のローター５１内の穿孔を通じて区画Ｃに通過し、ここでチャネルの側壁に定着する。次に、この分子は、この側壁から放出されるとローターの穿孔を通じて区画Ｂに戻る。この分子は、第２のローターとさらに相互作用したにも関わらず区画Ｂから離れない。本発明者らによる、本発明概念を具体化するポンプの最初の計算的モデル化では、この経路が比較的起こりにくいことが示されたが、時々発生することがある。
【００６６】
このように、ポンプの入口内に移動した気体分子はローターディスクの表面に接触する。分子によっては、穿孔を通過して気体流路チャネル２２の表面にぶつかるものもある。しかしながら、かなりの割合の分子は、回転ディスクの１又はそれ以上の表面にぶつかり、短時間にわたってそこに定着し、その後この表面から不規則な方向に離れる。このようにして表面から離れた気体分子の運動量は、ディスクの回転運動による影響を受け、この分子には、ローターの移動方向に主成分を持つ運動量が伝達される可能性が高い。この結果、ディスクの表面にぶつかってそこから離れた分子の大部分は、チャネル壁の下側及びローターがチャネル壁を通過する地点に向かって付勢される。このようにして、分子は、ローターと気体流路の交差部の組み合わせによって最終的にポンプ機構の出口に向かって付勢される。
【００６７】
図５からは、段Ａから段Ｅに向かって気体の圧縮が高まることが分かる。ローターの間隔が段Ｅに向かって次第に縮小されること、及び／又はローターに対する側壁の傾斜角が大きくなることにより、気体分子が出口に向かって圧縮されるようになるので、ポンプ効率を維持する役に立つことができる。さらに、段Ａから段Ｅまでに遭遇する異なる圧力において、異なるローター穿孔パターン及び透過率を使用することもできる。
【００６８】
図６に、図５に示すローターと側壁が交差する区域７０の拡大図を示す。ローター５０は、この交差地点において側壁２８のスロット４０を通過する。ポンプ設計者は、効率的なポンピング、すなわちローターディスクの一方側から他方側への効率的な気体分子の輸送を行うために、分子の潜在的な戻り経路、又は分子をポンプの同じ段（すなわち上述した段Ａ〜段Ｅ）に効果的に留まらせる経路を最小限に抑えることを検討すべきである。例えば、気体が有孔要素５０を通過せずに側壁の一方側から他方側に流れるのを防ごうとするには、スロット４０の幅Ｔをできるだけ最小限に抑えるべきである。さらに、ローター５０がスロット４０を通過する際に気体分子が穿孔内に留まって輸送される可能性を抑えて、気体分子のいわゆる「直接キャリーオーバ」を防ごうとするには、ローター５０の厚み「ｔ」を最小限に抑えるべきである。本発明者らの最初の計算的モデル化の結果では、１．５ｍｍ〜１．０ｍｍ又はその前後のスロット幅Ｔと共に動作した場合、ローターの厚み「ｔ」が１．０ｍｍ〜０．３ｍｍの時に十分なポンピング効率が実現されることが分かった。ローターの厚み「ｔ」は、使用時に求心力により引き起こされるローターの破損、或いはローターの厚みを通じた振動又は圧力差により引き起こされるローターの軸方向屈曲を防ぐのに必要な剛性及び強度パラメータを満たすことなどのその他の因子によって影響を受けることもある。換言すれば、Ｔ：ｔの比率は、実行可能な限り１に近付けるべきである。
【００６９】
さらに、（ローターがスロット４０を通過することによって見られる）スロット４０の長さＭが、重複部分の長さ「ｍ」と同様にポンピング効率に影響を与えることもある。重複部分は、ローターディスク５０がチャネル壁の平面に対して傾斜する角度α、スロットの長さＭ、及びスロットの幅Ｔによって決まる。また、（図には「ｄ」で示す）穿孔のサイズ、穿孔の間隔Ｄ、及びスロットの相対的長さＭがポンピング効率に影響を与えることもある。ポンピングされる気体の圧力、及び／又はポンプの所望の処理能力によってｄ：Ｍの比率が異なることが必要となる可能性が高い。例えば、粘性流圧力形態では、本発明者らの最初の評価において、効率的なポンピングを行うには「ｄ」を比較的大きくし、場合によってはＭを超えるようにすべきであることが示された。分子圧力形態では、「ｄ」の寸法を小さくすることができる。従って、本発明を具体化するポンプの異なる段では、異なるローター寸法及び穿孔寸法を使用することができる。
【００７０】
通常、交角αは、図４に示す半径方向距離Ｌに沿った中間点で測定される。この理由は、測定する半径方向位置によって角度が変化するからである。本発明の実施形態では、ポンピングされる気体の圧力、及び分子が後続のローター表面に出くわすまでに必要な望ましい気体流路長に応じて４０°〜５°の角度αを利用する可能性が高い。一般に、本発明者らの最初のモデル化は、２０°〜５°の角度αを有するポンプ機構に関して行ったものである。当然ながら、ポンプの要件に応じて異なる角度を使用することができる。
【００７１】
さらに、効率的なポンピングを行うには、スロット幅Ｔに対するチャネル幅「ｌ」の比率を高レベルに維持すべきであり、粘性流形態では５の値を超え、低圧形態では１０又はそれ以上の値を超えることが好ましい。ここでは、ｌが、隣接する有孔要素間の距離、及び入口開口部間の距離を測定するために使用される。
【００７２】
図７では、異なるローターのセグメントを図７ａ〜図７ｅに示す。これらの図には、異なる穿孔タイプの例を示しており、当然ながら、本発明はこれらの特定の穿孔に限定されず、当業者であれば、異なる構成が可能であると理解するであろう。
【００７３】
図７ａには、上述したディスクローターの４分の１セグメント１００を示す。ローターは、軸１０２、内側周縁部１０４及び外側周縁部１０５を有する。環状領域１０６内には、穿孔１０７のアレイ１０６が設けられる。これらの穿孔は、その半径方向の長さ寸法の方が幅又は円周方向の寸法よりもかなり大きな半径方向スリットとして配置される。
【００７４】
図７ｂには、同じ番号を用いて共通の特徴部を示した代替の実施形態１１０を示す。しかしながら、この実施形態は、穿孔１０７の形状が円形及び／又は卵形である点で他の実施形態と異なる。さらに、ローターディスクの外側周縁部１０５は、ローターの全体的な重量を削減する波形縁部を有する。
【００７５】
図７ｃには、同じ番号を用いて共通の特徴部を示した別の代替の実施形態１１２を示す。しかしながら、この実施形態は、穿孔１０７が円周方向に延びる錠剤形又はスタジアム形である点で他の実施形態と異なる。また、重量の削減を支援するために、外側周縁部を（図７ｂに示すものと同様の）波形又は鋸歯形の輪郭で構成することもできる。
【００７６】
図７ｄには、同じ番号を用いて共通の特徴部を示した別の代替の実施形態１１４を示す。しかしながら、この実施形態は、穿孔１０７を六角形にして、より効率的に穿孔を離間させるとともに隣接する穿孔間のバルク材料を削減した点で他の実施形態と異なる。また、重量の削減を支援するために、外側周縁部を（図７ｂに示すものと同様の）波形又は鋸歯形の輪郭で構成することもできる。
【００７７】
図７ｅには、同じ番号を用いて共通の特徴部を示した別の代替の実施形態１１６を示す。しかしながら、この実施形態は、穿孔１０７が外側周縁部で開口する点で他の実施形態と異なる。換言すれば、これらの穿孔は、内側周縁部１０４に近い位置から外側周縁部１０５まで延びる、ディスクを貫いて形成されたスリットである。別の言い方をすれば、この実施形態のディスクは、一定の断面輪郭（すなわち一定の幅及び厚み）を有してハブ部１１８から半径方向外向きに延びる一連の翼又は指状部分１１７を有する。特筆すべき点として、翼１１７は、平坦なディスクの平面から離れて傾斜した羽根を形成する（このような構成は、ターボ分子ポンピング機構で使用されるものと同様である）のではなく、ディスクがチャネル壁を通過する際に気体分子のキャリーオーバを低減するようにディスクの最低限の厚みを維持するために平坦な状態を保つ。本明細書では、この翼間の空間を穿孔と呼ぶ。翼の頂面及び底面は、ポンプを通過する気体分子に運動量を伝達する手段をもたらす。この機構は、ターボ分子ポンプの羽根で使用される、ターボローターの半径方向平面に対して傾斜したローター羽根の角度付き表面と気体分子が相互作用した結果、運動量の全てが気体分子に伝達されるような機構と同じものではない。
【００７８】
図７に示す全ての実施形態では、穿孔が配置される外側半径方向環状領域１０６に近接して内側半径方向環状領域が存在する。内側領域は中実材料を含むが、ディスクの重量を減少させるために穿孔又はその他の手段を有することもできる。穿孔は全て、気体流路と交差するディスク部分に配置すべきである。気体流路と交差するディスク部分に中実の内側環状領域の一部を含めることが有利な場合もある。
【００７９】
また、ローターディスクを気体流路の一部にわたってしか延びないように構成し、これによりチャネルの床部に最も近い流路内の小さな外側半径方向領域がローターによって占められないようにすることにも利点があると考えられる。換言すれば、この追加の実施形態では、ローターが気体流を分割したり、或いはチャネルの、従って気体流路の半径方向の幅全体にわたって延びたりしていない。このようなローターの外側周縁部とチャネルの床部との間の外周間隙は５ｍｍ〜１０ｍｍ程度であると予測される。このような構成は、ローターの外縁部周囲の気体分子が気体流路に沿って通過することを促す。また、ローターの外側周縁部とチャネルの床部との間隔を１０ｍｍ未満に保つと、ローターの動きが気体分子に影響を与え続けて分子を気体流路に沿って望ましい方向に付勢されるように導き、又はそのように分子の運動量に影響を与えることができる。この構成では、有孔要素を収容する気体流チャネルの側壁内のスロットが気体流チャネルの床部まで延びる必要はない。このスロットは、ローターの外側周縁部が配置されている地点で終端することができる。
【００８０】
さらに、この構成では、ローターが穿孔を含まなくてもよく、この場合、有孔交差要素を中実の交差部材に置き換えることができる。
【００８１】
中実交差部材を備えた本発明の実施形態を図１７〜図１９に示す。図１７及び図１８には、本明細書で説明した他の実施形態と共通する特徴を有するポンプ機構４００を示している。このような共通の特徴には同じ参照番号を割り当てている。このポンプは、軸２０を中心に回転するように構成されたローターシャフト３２を備える。ステーター１２は、図４を参照しながら上述したような螺旋気体流チャネルを有する。シャフト上に配置された交差要素１４を収容するためにスロット４０が設けられる。交差要素は、ステーターのチャネル部品とスペーサ要素の表面３６により形成される流れチャネルと交差するように構成される。この実施形態では、交差要素４１０が中実であり（透過率値がゼロであり）、螺旋流チャネルの幅にわたって測定される幅Ｗを有する。流れチャネルは、Ｗよりも大きな幅寸法Ｌを有する。従って、中実のローターディスク４１０の外周と流れチャネルとの間には、幅寸法Ｇを有する間隙４１２が設けられ、次式が成り立つ。
Ｌ＝Ｗ＋Ｇ
この間隙を設けることで、気体分子がローターの周囲を通過し、流れチャネルに沿ってポンプの出口１８方向に進み続けるようになる。図１８には、この代替の実施形態の異なる視点を示している。間隙Ｇの寸法は、１０ｍｍ程度又はその前後とすることができる。通常、交差要素の幅寸法Ｗは、流れチャネルの幅寸法Ｌの８０％〜９５％である。
【００８２】
円周方向の間隙４１２は、ポンピングされた気体分子が出口に向かう通路上の交差部材を通過できるようにする手段を提供する。このような構成では、気体がローターを通過するための穿孔又は手段が存在しないので、交差部材が気体を通すことはない。その代わり、このローターの外周部（又は周縁部）とチャネルの床部との間の間隙が気体分子を通す。間隙４１２は、ローターの円周部の大部分の周囲に（すなわち、ローターの円周部の周囲の１８０°を超えて３６０°まで）延びることができる。別の構成では、間隙が、ローターの円周部とチャネル床部の間に明確な開口部又は開口領域を形成する一連の制限部分又は閉塞部分を備えることが有利となり得る。換言すれば、間隙の幅を円周方向に変化するように構成することができる。
【００８３】
有孔部材の透過率は、気体流チャネルと交差する部材の穿孔によって占められる総面積（すなわち、有孔部材の材料によって占められる面積を除いたもの）の、所与の流路チャネルと交差する部材の総面積に対する比率として測定される。従って、図７に示す実施形態を例に取ると、２５％の透過率とは、気体流チャネル内に配置されたローターディスク（すなわち有孔部材）の面積の４分の１が開口空間又は穿孔で構成されることを意味する。一方、８０％の透過率とは、気体流チャネル内に配置された有孔部材（ローターディスク）の面積の５分の４が開口空間又は穿孔で構成されることを意味する。
【００８４】
上述したように、運動量は、気体分子がディスク平面内のディスクの上流側表面又は下流側表面と相互作用することによりローターから気体分子に伝達される。ディスクは薄いので、穿孔の垂直壁には、上流側表面と下流側表面の間の穿孔を通過する気体分子の最低限の割合しか相互作用しない。分子形態の圧力レベルでは、厚みが約０．５ｍｍのディスクの場合、気体分子の大部分（少なくとも７５％）が、穿孔の壁にぶつからずに穿孔を通過する可能性が高い。換言すれば、穿孔の先端部及び後端部は、特に分子流圧力形態では、穿孔を通過する気体分子の運動量にわずかな影響しか及ぼさない。
【００８５】
ローターのサイズ、穿孔間の間隔距離及び透過率は、ポンプ又は個々のポンプ段が動作するように設計された圧力を含むいくつかの因子に応じて変更することができる。例えば、分子流では、これらの低い圧力において穿孔を通じた気体分子の通過が空力効果によって妨げられることはないので、穿孔の間隔及び透過率は、ポンプの動特性を決定するためにそれほど重要ではない。換言すれば、分子流圧力形態では、粘性流圧力形態での流動特性に関連する境界層、衝撃波及びその他の効果が存在せず、又は最小限に抑えられる。
【００８６】
一方、粘性流圧力形態では、穿孔サイズを、ポンピング機構を通じた気体輸送を最大にするように構成すべきである。また、粘性流動作に関する所与の機械的制約の範囲内で透過率を高めるべきである。例えば、穿孔の円周方向サイズを、ステーターの側壁のスロットの幅よりも大きくすることができる。また、十分な又は望ましい気体処理能力の提供を支援するために、上述したようにローターの内側周縁部又は外側周縁部と気体流チャネルの床部との間に２ｍｍ〜１０ｍｍの間隙を設けることができる。従って、気体分子は、ポンプ内を入口に向かって通過するにつれ圧縮されるので、複数段ポンプにおけるローターディスクの寸法及び透過率は、ポンプを通じて変化する可能性が高く、出口はより高い圧力で動作するので、入口におけるローターの穿孔サイズ及びパターンを、出口におけるローターの穿孔サイズ及びパターンと異ならせることができる。
【００８７】
本発明の代替の実施形態を図８に示す。ここでは、ポンプ１３０が、ローター１３２及びステーター１３４を備える。ローター１３２は、ステーター１３４に対して軸Ａを中心に矢印１３５で示す方向に回転するように構成される。ステーターは概ね円筒形であり、シリンダの一方の軸方向端部に配置された入口１３６と、他方の軸方向端部に配置された出口１３８とを有する。
【００８８】
ローターは、概ね円筒形で回転軸１４３上にステーターシリンダと同軸になるように配置された中心スピンドル１４２から延びる一対の双螺旋羽根１４０を備える。ローター羽根、ステーターシリンダの内面１４４、及び入口から出口に延びるスピンドルの外面１４６によって螺旋流路が定められる。図８に示す例では、互いに平行に配置された２つの流路が二重螺旋を形成する。しかしながら、流れチャネルは１つ又はそれ以上設けることができ、本発明は、本明細書で説明する実施形態に限定されるものではない。
【００８９】
ローター要素は、流路と交差する有孔ステーター要素１３４を収容するように構成された交差スロット１４８を有する。この実施形態では、ステーターを流路の幅全体にわたって延びるように示している。しかしながら、この特徴は必須ではなく、わずかな間隙を設けて出口に向かう気体流を支援することもできる。ローター内の穿孔１５０は、気体がローター要素を通過し、流路チャネルに沿って進むようにする。
【００９０】
流路の３６０°回転内に４つの有孔ディスクが配置される。このようにしてあらゆる数の有孔ディスクを配置することができるが、特定のポンプ要件に応じて１回転毎に１枚〜８枚のディスクで十分と考えられる。各有孔要素間には積層要素１５２が配置されて、ディスクを所望の距離だけ離し、動作中にディスクを適所に保持する役割を果たす。この積層要素は、流れチャネルの内側円筒面１４４も提供する。
【００９１】
様々な実施形態の動作原理は類似する。チャネルと有孔部材の相対的な動きは、気体分子をポンプ出口に向けて付勢する手段を提供する。これらの実施形態間で異なるのは、実際のエンジニアリング解においてモータにより駆動されるポンプ部分である。
【００９２】
図１９には、ローターが螺旋気体流チャネルを含み、ステーターが交差要素を含むポンプの代替構成４２５を示している。この実施形態は、交差部材又は交差要素に関する違いを除き、図８に示す実施形態と原理的に類似する。図示の実施形態と共通する特徴には同じ参照番号を割り当てている。この実施形態４２５では、交差要素４３４がステーター１３６の一部を形成し、ローター１４０が、ローターシャフト１４３、１４６上に配置された螺旋チャネルを有する。ローターは、幅寸法Ｌを有する。気体流チャネルには、Ｗ＞Ｌとする距離Ｗだけ流れチャネル内に延びる中実交差部材４３４が交差する。従って、交差部材４３４の内側周縁部とローターの間には幅寸法Ｇを有する間隙４３８が設けられ、次式が成り立つ。
Ｌ＝Ｗ＋Ｇ
この間隙を設けることで、気体分子が交差ステーター部材の周囲を通過し、流れチャネルに沿ってポンプの出口１８方向に進み続けるようになる。図１７及び図１８を参照しながら上述したように、間隙Ｇの寸法は、１０ｍｍ程度又はその前後とすることができる。通常、交差要素の幅寸法Ｗは、流れチャネルの幅寸法Ｌの８０％〜９５％である。
【００９３】
円周方向の間隙４３８は、ポンピングされた気体分子が出口に向かう通路上の交差部材を通過できるようにする手段を提供する。このような構成では、気体がローターを通過するための穿孔又は手段が存在しないので、交差部材が気体を通すことはない。その代わり、このローターの外周部（又は周縁部）とチャネルの床部との間の間隙が気体分子を通す。間隙４３４は、交差部材の内周部の大部分の周囲に（すなわち、内周部の周囲の１８０°を超えて３６０°まで）延びることができる。別の構成では、間隙が、ローターと交差部材の間に明確な開口部又は開口領域を形成する一連の制限部分又は閉塞部分を備えることが有利となり得る。換言すれば、間隙の幅を円周方向に変化するように構成することができる。この構成では、ステーターを、ローターを構成する中心コアの周囲に固定された２又はそれ以上の部品で構成することができる。
【００９４】
比較的小さなサイズを有する、又は高圧で動作する本発明の実施形態は第２の実施形態を利用できるようにし、比較的大きなポンプ又は低圧で動作するポンプは第１の実施形態を利用できるようにすることが可能である。また、同じポンプ内で両実施形態を利用し、同じ駆動軸上に低圧段及び高圧段を配置し、低圧段（分子流圧力形態）に第１の実施形態を組み込み、高圧段（遷移流圧力形態及び／又は粘性流圧力形態）に第２の実施形態を組み込んだハイブリッド構成を提供することも望ましいと考えられる。
【００９５】
代替の真空ポンプ機構１８０を示す図９、図１０、図１１及び図１２を参照しながら第３の実施形態を概略的に示す。
【００９６】
図９には、説明しやすくするためにステーター要素１８４から分離したローター要素１８２を示している。ローター１８２は、ディスク状部材１８８が装着された駆動スピンドル１８６を備える。ディスク部材１８８は、頂面１９０及び底面１９２を有する。ローターは、矢印で示すように軸１９４を中心に回転するように構成される。ディスク部材の底面には、ここから延びるように一連の同心状の有孔スカート要素１９５が配置される。スカートの外側部分と内側部分の間を気体が流れるように、各スカートを貫いて穿孔１９６のアレイが配置される。図９では、１つのスカートしか見えない。
【００９７】
ステーター要素１８４が、ローターと協働し、使用時に気体を入口１９８から出口２００に向けて付勢するように構成される。このステーター要素は、ローターのディスク部材の底面１９２に面した上面２０４を有するディスク部材２０２を備える。この上面からは、ローターのスカート部材１９５の軸方向の長さと同じ距離だけ壁２０６が上方に延びる。この壁内には、ローターのスカート要素を収容するようにスロット２０８が配置される。壁２０６の表面、ステーターディスクの上面２０４及びローターディスクの底面１９２は、入口１９８からポンプの出口２００に向けて気体分子を案内するように構成された流れチャネルを定める。この実施形態では、流れチャネルが渦巻き形状を有し、このチャネルには、入口と出口の間で１又はそれ以上のロータースカート要素１９５が交差する。
【００９８】
図１１には、図１０に示す組み立てたポンプの軸方向断面図を示す。ここでは、ステーターの中心に出口２００が見える。この構成は、図示のポンプ機構の下流に後続のポンプ機構を配置するポンプ設計に適する。このような構成では、複数のポンピング機構を単一のモータにより駆動してポンプシステムの効率を高めることができる。この図には４つのロータースカートを示しており、これらは全て互いに、及び回転軸１９４と同心状に配置される。気体流路を矢印２１０で示しており、ロータースカート１９５が流路と交差しているのが分かる。図１２には、図１０に示すポンプ機構の半径方向断面を示す。容易に理解できるように同じ参照番号を使用している。
【００９９】
動作中には、ローター要素を電気モータで駆動し、ステーター要素を好適なハウジング内に固定して保つことにより、ローター要素とステーター要素の相対的な動きが実現される。排気中のチャンバ内の気体分子は入口１９８に向かって移動し、回転するスカートの表面と相互作用するあらゆる分子の運動量がローターの動きに影響される。このようにして、分子は渦巻き流路に沿って出口方向に付勢される。気体分子は、ローター内の穿孔を通過して出口方向に進むことができる。交角（すなわち、多くの因子の中でも特に渦巻きのピッチによって決まる、ロータースカートが気体流チャネルと交差する角度）が鋭角であるという性質により、ポンプを通過する気体を圧縮するための効率的な機構が実現される。このように、第３の実施形態により半径方向流ポンプが実現される。
【０１００】
この実施形態は、上述及び後述の実施形態と同じ原理で動作する。従って、ポンプが動作しやすいパラメータを検討する際には、同様の設計検討を行うべきである。例えば、気体キャリーオーバの量を制御するために、ロータースカートの厚みを最小限に抑えるべきである。同様に、同じ理由でスロット幅も最小限に抑えるべきである。しかしながら、この実施形態では、ローターの速度が増すにつれて、ディスクから軸方向に延びるスカートの構成が問題を生じる場合があり、すなわち一端でしか支持されていないスカートに作用する求心力により、使用中にローターの直径が増大することがある。従って、設計者は、ローターを製造するための材料が、重量比に適した強度を示す材料を含む特定の材料に制限されることがある。ローターの適度な強化を支援するために、ローターに他の特徴を組み込む設計を行うこともできる。例えば、スカートがディスク部材に装着される地点においてスカートの端部が厚くなるようにスカートをテーパ状にすることができる。
【０１０１】
本発明の別の代替の実施形態を図１３及び図１４に示す。ここでは、ポンプ機構の少なくとも一部が本発明概念を含む複合ポンプを形成するように、真空ポンプ機構２５０が３つの異なる段を備える。
【０１０２】
図１３には、ポンプを切り欠いた形で示し、ステーターの一部を図から省いている。ポンプは、入口２５２及び出口２５４を備える。入口段２５６は、１又はそれ以上のターボ分子ローター羽根段２５８で構成される。中段２６０は、本明細書で説明した、本発明概念による真空ポンプ機構で構成される。出口段２６２は、１又はそれ以上の遠心ポンプ段２６４で構成される。ポンプのローター部分は、矢印で示すように軸Ｒを中心に回転するように構成される。当然ながら、入口段及び出口段２５６及び２６２は、ポンプの用途及び特定の要件に応じて、それぞれいずれかの好適なポンピング機構に構成することができる。例えば、入口段はターボ分子ポンプ機構に限定されず、出口段は遠心機構に限定されず、出口段は、例えばＧａｅｄｅ機構、Ｓｉｅｇｂａｈｎ機構又はＨｏｌｗｅｃｋ機構のいずれか１つ、或いはこれらの種類のポンピング機構のあらゆる組み合わせで構成することもできる。再生ポンプ機構又は渦流空力ポンプ機構も好適と考えられる。さらに、仕様により必要であることが示される場合には、出口に追加のバッキングポンプを設けることもできる。
【０１０３】
図１４には、回転軸Ｒに沿って切り取ったポンプの断面を示す。全てのローター要素、すなわちターボ分子羽根２５８、有孔ローターディスク２６５及び遠心ローター要素２６４は、スピンドル又は回転軸２６８に装着される。様々なローター要素間には、ローター要素を適所に保持するためにスペーサ要素２７０が配置される。ステーター２７２は、ローターの周囲に位置決めされてポンプステーターを形成する少なくとも２つのセグメントで形成される。ステーターは、上述したような気体流チャネルを形成する適当な構成部品２７４を含む。また、必要な遠心ステーター部品２７６及び追加のターボ分子ステーター部品（図示せず）などのさらなるステーター部品を組み込むこともできる。さらに、各セグメントは１つの気体流チャネルの始点を含み、従って、この構成ではセグメントの数が気体流チャネルの数に等しい。
【０１０４】
図１３に示す実施形態では、ステーターが６つのセグメントで構成されるが、この切り欠き図には３つしか示していない（当然ながら、本明細書で説明する実施形態のいずれかにこのようなセグメント化したステーター構成を適用することができる）。図１６を参照して分かるように、望ましい構成では、２つのセグメント３３０及び３３２の各々が、協働する当接面３３４及び３３５と、セグメントを位置付けるための手段とをそれぞれ有する。当接面、又は隣接するセグメント３３０と３３２の接合位置は、気体流チャネルの側壁部分３３８の終端と一致するように構成される。気体流チャネルの一部３３９を、当接面を超えて延び、接合部を横切って張り出し、隣接するセグメント３３２と協働するように構成することもできる。同様に、スロット４０の下流に配置された気体流チャネルの側壁３４０の最初の部分３４２も張り出し部分３４２を有することができる。この結果、各隣接するセグメントの側壁チャネルの張り出し部分は、ローター５０を収容するスロットの長さを形成し又は延ばすように構成される。
【０１０５】
図１５には、本発明を具体化するポンプの別の構成を示す。ここでは、理解に役立つようにポンプ機構３００を切り欠いた形で示しており、ステーター３０２の半分を示し、１つのローターディスク３０４しか示していない。この図面には、ローターの軸及びさらなるローターは示していない。
【０１０６】
ステーターは６つのセグメント３０６で構成され、図１５にはそのうちの３つを示している。各ステーターセグメントは入口３０８を有し、これにより組み立て時に６始点ポンプ機構が提供される。この実施形態では、ステーターセグメントが互いに当接し、当接面３１０に沿って接合される。組み立てたステーターは概ね円筒形であり、内側円筒面３１２は気体流チャネルの床部を提供する。内側円筒面から内向きに延びる一連の半径方向部材３１４により、複数のチャネル壁が形成される。これらの壁とチャネル床部が協働して、入口３０８と、図１５ではシリンダの基部に存在する出口３１５との間に延びる気体流チャネルを定める。気体流チャネルは概ね螺旋形であるが、壁３１４の構成に起因して階段形状に従う。従って、流れチャネルは、円周方向に従う部分と、軸方向又は長手方向に従う部分とを有する。壁の長手方向部分３１６は、既に上述したものと同様に、有孔ローターディスク３２０を収容するように構成されたスロット３１８を含む。この実施形態では、ローターディスク３２０は、流れチャネルの全体的方向と鋭角で交差するが、チャネル壁を垂直に通過する。
【０１０７】
図２０〜図２２に、本発明のさらなる追加の実施形態を示す。図２０では、ポンプ機構４５０が、図８に示す機構の原理と同じ原理に基づくローター要素４５２及びステーター要素４５４を備える。上述したように、気体分子は、チャネルの最上部において機構又はデバイスに入り込み、ポンプ動作中に、図示のようなチャネルの底部に向けて付勢される。この実施形態では、ローター要素が、ハブ４５６の周囲を螺旋経路で回る１４個のチャネルを備える。これらのチャネルは、ハブから半径方向に延びる角度付きフィン又は翼４５８によって定められ、各チャネルには、ハブの周囲をチャネルの幅にわたって延びる平坦な有孔メッシュ要素４５４が交差する。ポンプの段は直列に配置され、各段は半径方向に延びる一連の翼によって定められ、ここにステーター要素が交差する。一般に、隣接するローター要素は、有孔ディスクで構成された１又はそれ以上のステーター要素が交差する連続チャネルを形成するように位置合わせされる。点線４５９及び４６０はチャネルの経路を示し、チャネルの螺旋状の性質を示すものである。チャネルは出口に向かって狭くなり、従って翼の角度は出口に向かって平坦になる。有孔要素は、一定の半径方向及び円周方向不透過率を有し、規則的に配置された円形開口部を有する。各開口部の直径は、ステーター要素の外縁部に向かって増大する。ローターは、矢印Ａで示す回転方向に駆動される。
【０１０８】
図２１を参照すると、ポンプ効率を高めるために、翼の先端部及び後端部に面取り部Ｃが形成されている。この面取り部は、ステーターがチャネルと交差するスロットの長さＭ（図６にも示す）を短縮して、有孔ステーター要素を収容する翼内のスロットを気体分子が通過したことにより生じ得るあらゆる乱流を低減する。
【０１０９】
また、メッシュ要素の上流側の翼の後端部は、メッシュローターの下流側の翼の隣接する先端部と同じ半径方向位置に配置される。この配置により、螺旋チャネル内のメッシュ要素がチャネルと交差する地点に段差が形成される。本発明者らの実験では、この配置により、螺旋チャネルを定める隣接する要素間にメッシュ要素を収容するために配置する間隙を最小限に抑えた効率的な真空ポンピング機構が実現されることが示された。
【０１１０】
ローターは、既知のターボ分子真空ポンプで既に使用されている種類の能動的及び／又は受動的磁気浮遊ベアリングを用いて装着することができる。このような例では、ローターの加速又は減速時に、チャネル翼間にメッシュステーター要素を収容するのに十分な空間を設けることが重要である。磁気ベアリングに装着されたローターは、ポンプ動作の始動又は停止段階中に軸方向に移動することがあり、従ってこの移動に対応してポンプ部品の衝突を低減又は防止するのに十分な空間が必要とされる。当然ながら、隣接するチャネル間の気体キャリーオーバの可能性を抑えるために、スロット幅を最小限に維持することが重要である。メッシュ要素に対向する翼の表面には、ポンプの動作サイクル中に変位又は摩耗する（例えば、製造所から出荷する前のポンプ試験中に摩耗が生じることがある）直立した犠牲要素又は被覆を設けて、間隙が確実に最小限に抑えられるようにすることができる。しかしながら、結果として生じるあらゆる廃棄物はポンプから容易に除去されるべきである。
【０１１１】
本発明は、多くの意味で既知のポンプ機構と異なる。例えば、（Ｈｏｌｗｅｃｋ機構、Ｓｉｅｇｂａｈｎ機構又はＧａｅｄｅ機構などの）既知のドラッグ機構は、同じ面内に又は同心状に配置されたローター要素及びステーター要素と共に動作する。本明細書で説明した本発明では、ローター要素とステーター要素がこの一般的な原理に従わず、ローター要素とステーター要素が互いに交差するように配置されることが明らかである。例えば、気体流路が、ステーター内の螺旋チャネルにより大まかにポンプの軸に沿って定められる場合、ローターは、このチャネルと交差する概ね半径方向の構成で配置されて、気体が軸方向流路に従ってローター内を流れるようにする。さらに、本発明の実施形態は、（使用する構成に応じて）ステーター又はローターのいずれかが平坦であり、他方の補完要素よりも大幅に薄い点で既知のターボ分子ポンプと異なる。ステーター羽根とローター羽根が、これらが逆方向を向くように配置されることを除いて一般に同一のものである動作の異なるターボ羽根とは対照的に、回転するディスクローターの上面又は下面と分子が相互作用することによって気体分子に運動量を伝達することができる。
【０１１２】
図２３を参照して分かるように、本発明の螺旋チャネルを具体化する翼の節弦比は、４又はそれ以上、好ましくは５又はそれ以上とすべきである。ポンプの排気段では、この節弦比を、好ましくは５よりも大きく、好ましくは６又はそれ以上とすべきである。節弦比は、ターボ分子ポンプの設計者が使用する既知の尺度であり、（典型的には翼沿いの中間点で測定される）隣接する翼の先端部間の円周方向距離Ｓの、翼の軸方向高さＨに対する比率とされる。換言すれば、このポンプは、螺旋チャネルを定めるチャネル部材から延びる複数の翼を備え、これらの翼は、チャネル部材の軸に沿って段状に配置され、この段は交差する要素又はディスクにより分離され、すなわち隣接する段の間に交差要素が配置される。同じ段内の翼の節弦比は４又はそれ以上である。
【０１１３】
また、ディスクの有孔要素の厚みと直径のアスペクト比は、０．０２未満、好ましくは０．０１未満になるように構成すべきである。換言すれば、有孔ディスク要素の軸方向厚は、（このディスク要素がステーター又はローターのいずれの役割を果たすかに関わらず）ディスクの直径の１／５０、より好ましくは直径の１／１００未満とすべきである。さらに、隣接するディスクとの間隔に対するディスク厚の比は、０．１０未満とすべきである。換言すれば、ｔ：ｌの比率（図４及び図６もそれぞれ参照されたい）は、ポンプ特性に応じて、少なくとも１：５又はそれ以上、好ましくは１：１０又はそれ以上、最も好ましくは１：２０又はそれ以上とすべきである。この結果、ディスクは、チャネル部材の軸に沿って直列に距離ｌだけ離間され、この間隔は、ディスクの軸方向厚の少なくとも１０倍になる。通常、既知のターボ分子ポンプは、隣接するローター要素とステーター要素が同一又は同様の寸法を有するように構成される。
【０１１４】
当業者であれば、添付の特許請求の範囲に定める本発明概念の範囲から離れることなく、本発明のさらなる実施形態及び適応形態を予測するであろう。例えば、このポンプ機構は、ポンプ段同士の間に中間段部分を備えて、いわゆる分割流構成を可能にすることができる。換言すれば、このポンプは、差動排気される質量分析デバイスでしばしば必要とされるような、ポンプが異なる圧力でチャンバを排気できるように軸方向長さに沿って配置された２又はそれ以上の別個の入口を有することができる。
【０１１５】
また、有孔ローターディスクが気体流チャネルの端部で気体流チャネルに交差するようにポンプを構成することもできると理解されたい。換言すれば、ローターがチャネルの最端部に位置し、チャネル壁は、ローターを超えてローターの下流位置まで延びない。この構成では、チャネル壁のスロットは不要である。しかしながら、ローターに最も近い壁の端部は、チャネル壁に最も近いディスクの表面にできるだけ近付けて配置すべきである。この構成により、互いに上下に積み重なって複数段ポンプを形成できるポンプ要素のモジュール構造も可能になる。
【０１１６】
さらに、上記で開示した全ての実施形態は、交差するローターの両側に位置合わせされて配置された気体流チャネル壁を有するように構成される。しかしながら、チャネル壁の位置合わせは、ポンプの動作にとって必須というわけではない。例えば、特に分子流圧力形態で動作する際には、気体流チャネル壁がローターの両側で位置合わせされていなくても、ポンプの動作が妨げられることはない。この場合も、気体分子は、有孔ローターを通過して次の下流区画に入ることができる。
【０１１７】
また、有孔要素の厚みを、外縁部に向けて、或いは有孔要素が駆動シャフト又は駆動軸に結合又は接合される地点から最も遠くに配置された縁部に向けてテーパ状にすることもできる。従って、テーパ状になったローターディスクの場合、上流側表面と下流側表面は、１８０°に近づく頂角を有する非常に浅い円錐体として形成される。換言すれば、このテーパ状ディスクは、中心の厚みが最も大きくディスクの周縁部に向かってテーパ状になるディスクを形成するように背中合わせに装着された２つの浅い円錐体として構成される。本明細書では、たとえテーパ状の有孔要素を利用する場合でも、上流側表面及び下流側表面を平坦であると言う。たとえ有孔要素に断面のテーパ化を行う場合でも、テーパ状の円筒形有孔要素を利用して、上流側表面及び下流側表面がシリンダの平面内に存在すると考えられる場合には同じことが当てはまる。
【０１１８】
さらに、複数の交差要素を備えたポンプは、透過率値がゼロの交差部材又は交差要素（すなわち、交差部材の内側周縁部又は外側周縁部とチャネル床部との間に間隙が配置されるように構成された中実要素）を含め、ポンプ全体を通じた透過率値が異なる交差要素を備えるように構成することができる。交差要素の数、位置及び種類は、ポンプの設計及び用途に依存する。例えば、ポンプが腐食性気体を輸送し、これにより穿孔の周囲の材料が腐食により除去されて穿孔の開口サイズが増大する結果、有孔交差要素の透過率が変化する可能性があると予想される場合、中実交差部材を使用することができる。或いは、ポンピングされる気体中に大量の粉塵又は凝縮性材料が同伴し、これにより交差要素上の堆積物によって穿孔が詰まる可能性があると予測される場合、中実交差部材を使用することができる。
【０１１９】
さらに、ポンプの設計者が、キャリーオーバ体積を最小限に抑えた交差部材を提供する必要がある場合、中実交差部材の使用が有利となり得る。さらに、中実交差部材は、比較的作製が容易であり、製造過程中又はサービス過程中に安価に調達又は取り扱いを行うことができる。また、中実交差部材は、高圧真空ポンプ又は（大気圧又はそれ以下の）高圧段、或いはポンプ内における気体圧縮の結果、ポンプに入り込む気体の体積よりも排気段を通過する気体の体積の方が低い複数段ポンプの排気段で使用できる可能性が高い。従って、交差部材の内側周縁部又は外側周縁部の周囲で気体分子を輸送することができ、効率的なポンピングのために有孔開口部が不要となり得る。
【０１２０】
本発明者らは、上述の内容及び現在の最新技術を考慮して、本発明概念は真空ポンプ技術に著しく寄与するものであり、本発明に基づく機構に本原理の発明者の名前を付けるべきであると考える。従って、以後、本発明の実施形態をＳｃｈｏｆｉｅｌｄポンプと呼ぶことができる。
【０１２１】
条項
１．真空ポンプであって、
チャネル部材の表面上に形成され、前記ポンプの入口から出口に向けて気体分子を案内するように構成されたチャネルと交差するように構成された交差要素を含む機構を有し、
前記交差要素及び前記チャネル部材は、使用時に気体分子が前記チャネルに沿って前記出口の方向に付勢されるように相対的に動くように構成され、前記交差要素は、該交差要素又はその周囲を気体分子が通過するように構成されるとともに、気体分子と相互作用するように構成された上流側表面及び下流側表面を有し、この上流側表面及び下流側表面は、前記交差要素の平面内に存在して突出部を含まない機構を有する真空ポンプ。
２．前記チャネル部材は、前記チャネルの壁内に配置されて、前記交差要素が前記チャネルと交差する地点において前記交差要素を収容するように構成されたスロットを有する、条項１に記載の真空ポンプ。
３．前記交差要素は有孔交差要素であり、前記スロットは、前記有孔交差要素が前記チャネルと交差する前記地点において、前記有孔交差要素が前記チャネルを完全に分割できるように前記チャネルの少なくとも深さにわたって延びる、条項２に記載の真空ポンプ。
４．前記チャネル部材は円筒状であり、前記チャネルは内面上に形成されて、前記チャネル部材の両端に配置された前記入口と前記出口の間に螺旋気体流路を形成する、条項１に記載の真空ポンプ。
５．前記チャネル部材は、前記チャネルが形成された半径方向表面を有して、この半径方向表面の内周部と外周部の間に渦巻き状の気体流路を提供する、条項１に記載の真空ポンプ。
６．前記交差要素は、平面内に上流側表面及び下流側表面を有して突出部を含まないディスクを構成する有孔要素である、条項１又は条項４に記載の真空ポンプ。
７．前記交差要素は、平面内に上流側表面及び下流側表面を有して突出部を含まないシリンダを構成する有孔要素である、条項１又は条項５に記載の真空ポンプ。
８．前記交差要素は、上流側表面及び下流側表面を有し、前記交差要素のこれらの表面は、突出部を含まずに前記ディスク又はシリンダの上記平面内に存在する、条項１から条項７のいずれかに記載の真空ポンプ。
９．前記交差要素の上流側表面及び下流側表面は、前記気体分子に運動量を伝達する手段を提供する、条項１、６、７又は８に記載の真空ポンプ。
１０．前記交差要素又は有孔要素は周縁部を有し、前記交差要素の前記周縁部の間には、この交差要素を気体が通過できるようにする間隙が設けられ、又は前記周縁部において穿孔の少なくとも一部が開口される、条項１から条項９のいずれかに記載の真空ポンプ。
１１．前記間隙は、前記内側周縁部又は外側周縁部の大部分の周囲に延びるように構成され、或いは前記開口された穿孔は、内側周縁部に向かって半径方向に延び、これにより隣接する開口された穿孔間に配置された前記上流側表面及び下流側表面の一部が前記内側周縁部又は外側周縁部に向かって延びて平坦な半径方向翼を形成する、条項１０に記載の真空ポンプ。
１２．前記交差要素は、２ｍｍ未満、１．５ｍｍ未満、１ｍｍ未満又は０．５ｍｍ未満のいずれかの厚みを有する、条項１から条項１１のいずれかに記載の真空ポンプ。
１３．前記穿孔は、前記有孔要素を貫いてディスクの表面と垂直な方向に延びる、条項１から条項１２のいずれかに記載の真空ポンプ。
１４．前記有孔要素は、複数の穿孔が配置された部分を有し、環状部分の透過率は、半径方向又は長手方向に変化する、条項１から条項１３のいずれかに記載の真空ポンプ。
１５．前記透過率は、前記ディスクの中心からの半径方向距離が増加することに関連して増加する、条項１４に記載の真空ポンプ。
１６．前記透過率は、穿孔のサイズが変化すること、穿孔の角度間隔が変化すること、穿孔の円周方向間隔が変化すること、又はこれらのあらゆる組み合わせのいずれかに応じて変化する、条項１から条項１４のいずれかに記載の真空ポンプ。
１７．前記交差要素に結合されて、この交差要素と同軸上に配置されたスピンドルをさらに備える、条項１に記載の真空ポンプ。
１８．前記スピンドルは、複数の交差要素に結合するように構成される、条項１７に記載の真空ポンプ。
１９．前記複数の交差要素の各々は、前記スピンドルの軸方向長さに沿った異なる場所に配置される、条項１８に記載の真空ポンプ。
２０．前記複数の交差要素の各々は、前記スピンドルの半径方向要素上の異なる場所に配置される、条項１７に記載の真空ポンプ。
２１．前記スピンドルは、裁頭円錐形、階段状、弾丸形、円筒形、又はこれらのあらゆる組み合わせのうちのいずれか１つである軸方向形状を形成するように回転軸に沿って変化する直径を有する、条項１７から条項１９のいずれかに記載の真空ポンプ。
２２．前記スピンドルの前記直径は、前記軸方向長さに沿ってポンプ出口に向かって増加する、条項２１に記載の真空ポンプ。
２３．前記交差要素又は有孔要素は、第１の交差ディスク又は有孔ディスクがポンプ入口の最も近くに配置され、第２の交差ディスク又は有孔ディスクがポンプの出力部の最も近くに配置されるように円筒形離間要素によって離隔される、条項１８に記載の真空ポンプ。
２４．前記第１の有孔ディスクは、前記第２の有孔ディスクに比べて高い又は低い透過率を有する、条項２３に記載の真空ポンプ。
２５．前記交差要素又は有孔要素は、前記離間要素を介して前記スピンドルに結合される、条項２３又は条項２４に記載の真空ポンプ。
２６．前記第２の有孔ディスクの中実な内側部分は、前記第１の有孔ディスクの中実な内側部分に比べて回転軸から半径方向にさらに延びる、条項２１及び条項２４に記載の真空ポンプ。
２７．前記交差要素又は有孔要素の上流で使用されるように配置されたターボ分子羽根区画をさらに備える、条項１から条項２６のいずれかに記載の真空ポンプ。
２８．前記交差有孔要素の下流で使用されるように配置され、再生ポンプ区画、遠心ポンプ区画、Ｈｏｌｗｅｃｋドラッグポンプ機構、Ｓｉｅｇｂａｈｎドラッグポンプ機構、又はＧａｅｄｅドラッグポンプ機構、或いはこれらのあらゆる組み合わせのうちのいずれかを含む第２のポンプ区画をさらに備える、条項１から条項２７のいずれかに記載の真空ポンプ。
２９．前記交差要素又は有孔要素は、アルミニウム、アルミニウム合金、スチール、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）、又はチタンを含む材料から製作される、条項１から条項２８のいずれかに記載の真空ポンプ。
３０．前記有孔要素を貫いて配置された穿孔は、円形、細長形、卵形、六角形、長方形、台形又は多角形形状の孔を含む、条項１から条項２９のいずれかに記載の真空ポンプ。
３１．前記有孔シリンダは、前記チャネル部材と同心状に配置される、条項７に記載の真空ポンプ。
３２．円形経路に沿って交差スロットが延び、このスロット内にローターが収容される、条項３１に記載の真空ポンプ。
３３．前記チャネル部材の上流に配置されたターボ分子羽根付きローターをさらに備える、条項１から条項３２のいずれかに記載の真空ポンプ。
３４．前記チャネル部材の下流に配置され、遠心ポンピング段、Ｈｏｌｗｅｃｋドラッグ機構、Ｓｉｅｇｂａｈｎドラッグ機構、Ｇａｅｄｅドラッグ機構、又は再生ポンプ機構のうちのいずれか１つを含む第３のポンピング段をさらに備える、条項１から条項３３のいずれかに記載の真空ポンプ。
３５．前記交差要素は、前記チャネルを横切って延びてチャネルの大部分と交差するように構成され、これにより前記交差要素と前記チャネルの一部との間に、使用時に気体分子が通過できるような間隙が設けられる、条項１から条項３４のいずれかに記載の真空ポンプ。
３６．前記交差要素は、穿孔を含まない中実デバイスである、条項３５に記載の真空ポンプ。
３７．前記交差要素及び／又は有孔要素はポンプローターであり、前記チャネル部材はポンプステーターである、条項１項から条項３６のいずれかに記載の真空ポンプ。
３８．前記交差要素又は有孔要素はポンプステーターであり、前記チャネル部材はポンプローターである、条項１から条項３７のいずれかに記載の真空ポンプ。
３９．条項３７の有孔要素又は条項３８のチャネル部材による真空ポンプローター。
４０．条項３７のチャネル部材又は条項３８の有孔要素による真空ポンプステーター。
４１．真空ポンプであって、
入口と、
出口と、
交差部材と、
チャネル部材と、
モータと、
を備え、前記チャネル部材は、前記入口から前記出口に向けて気体分子を案内するように構成されたチャネルが形成された表面を有し、
前記交差部材は、前記チャネルと交差するように構成され、
前記交差部材は、突出部を含まない上流側表面及び下流側表面を有し、
前記交差部材の前記チャネルとの交差部分は２ｍｍ未満の厚みを有し、
前記モータは、前記交差部材と前記チャネル部材の相対的な動きを引き起こして、使用時に前記チャネルに沿って前記出口に向けて気体分子を付勢するように構成され、前記交差部材は、この交差部材又はその周囲を気体分子が通過できるようにする真空ポンプ。
４２．真空ポンプ機構であって、
駆動モータに結合され、気体分子をポンピングできる軸を中心に回転可能なローターと、
前記軸と同心状に配置されたステーターとを備え、
前記ステーター及びローターの各々は、前記軸を中心に第１の端部と第２の端部の間で所定の長さにわたって長手方向に延び、前記ローターは、前記ステーターの第２の表面に面するように構成された第１の表面を有し、
前記ステーターは、このステーター及びローターの第１の端部における入口と、前記ステーター及びローターの第２の端部における出口との間に螺旋状の気体流路を形成するように前記第２の表面上に配置されてここから前記第１の表面に延びる第３の表面を有し、
前記ローターは、前記出口に配置されて前記第１の表面と前記第２の表面の間に延びる気体透過性のディスク状の半径方向部材を有し、この半径方向部材が、回転して気体分子に運動量を与えるように構成されるとともに、前記第３の表面の端部から軸方向に２ｍｍ未満変位される真空ポンプ機構。
４３．真空ポンプ機構であって、
第２のポンピング要素と協働して気体分子を入口から出口に向けて付勢するように構成された第１のポンピング要素を備え、前記第１及び第２のポンピング要素は、軸を中心に相対的に動くように構成され、
前記第１のポンピング要素は、前記第２のポンピング要素の第２の表面に面して前記軸の周囲に配置されて前記第２の表面との間に間隙を形成する第１の表面を有し、
前記第１のポンピング要素は、この第１の表面から前記間隙を横切って前記第２の表面まで延びる気体分子透過性の環状の遮蔽部をさらに有し、
前記第２のポンピング要素は、前記第２の表面上に配置され前記間隙を横切って前記第１の表面に延びて、ポンピングされる気体分子が移動できる螺旋経路を前記第１の表面と前記第２の表面の間に形成する螺旋状の壁をさらに有し、
前記環状遮蔽部は螺旋状の壁の下流に配置される真空ポンプ機構。
４４．真空ポンプ機構であって、
第２のポンピング要素と協働して気体分子を入口から出口に向けて付勢するように構成された第１のポンピング要素を備え、前記第１及び第２のポンピング要素は、軸を中心に相対的に動くように構成され、
前記第１のポンピング要素は、前記第２のポンピング要素の第２の表面に面して前記軸の周囲に配置されて前記第２の表面との間に間隙を形成する第１の表面を有し、
前記第１のポンピング要素は、この第１の表面から前記間隙を横切って前記第２の表面に近接する位置まで延びる気体分子透過性の環状の遮蔽部をさらに有し、前記第１のポンピング要素と前記第２の表面の間に環状の開口部が設けられて、気体分子がこの開口部を出口に向かって通過できるようにし、
前記第２のポンピング要素は、前記第２の表面上に配置され前記間隙を横切って前記第１の表面に延びて、ポンピングされる気体分子が移動できる螺旋経路を前記第１の表面と前記第２の表面の間に形成する螺旋状の壁をさらに有し、
前記環状遮蔽部は螺旋状の壁の下流に配置される真空ポンプ機構。
４５．添付図面の図４から図１９までを参照しながら本明細書で説明した真空ポンプローター。
４６．添付図面の図４から図１９までを参照しながら本明細書で説明した真空ポンプステーター。
４７．添付図面の図４から図１９までを参照しながら本明細書で説明した真空ポンプ。
【符号の説明】
【０１２２】
１０  真空ポンプ機構
１２  チャネル要素
１４  有孔交差要素
１６  入口
１８  出口
２０  軸
２２  チャネル
２４  内面
２６  床部
２８  側壁
３０  螺旋翼
３２  スピンドル
３４  ディスク
３６  スペーサ要素
３８  穿孔
４０  スロット
【図１】
0006354105.tif 000002
【図２】
0006354105.tif 000003
【図３】
0006354105.tif 000004
【図４】
0006354105.tif 000005
【図５】
0006354105.tif 000006
【図６】
0006354105.tif 000007
【図７ａ】
0006354105.tif 000008
【図７ｂ】
0006354105.tif 000009
【図７ｃ】
0006354105.tif 000010
【図７ｄ】
0006354105.tif 000011
【図７ｅ】
0006354105.tif 000012
【図８】
0006354105.tif 000013
【図９】
0006354105.tif 000014
【図１０】
0006354105.tif 000015
【図１１】
0006354105.tif 000016
【図１２】
0006354105.tif 000017
【図１３】
0006354105.tif 000018
【図１４】
0006354105.tif 000019
【図１５】
0006354105.tif 000020
【図１６】
0006354105.tif 000021
【図１７】
0006354105.tif 000022
【図１８】
0006354105.tif 000023
【図１９】
0006354105.tif 000024
【図２０】
0006354105.tif 000025
【図２１】
0006354105.tif 000026
【図２２】
0006354105.tif 000027
【図２３】
0006354105.tif 000028