中古 島津製作所 Shimadzu ターボ分子ポンプ（TMP） TMP-203LM

ターボ分子ポンプの仕組み

ターボ分子ポンプは、気体分子に運動量を与えることで排気を行うメカニカル型の高真空用ポンプです。内部には、多段の回転翼（ローター）と固定翼（ステーター）が交互に配置されています。回転翼は毎分数十万回転という超高速で回転しており、吸気口から入ってきた気体分子に回転翼が衝突することで、下流方向への運動量を直接与えます。

気体分子は翼に弾き飛ばされるようにして次段へと送り込まれ、圧縮されながら排出口へと導かれます。この排気原理は「分子流領域」と呼ばれる、気体分子同士の衝突よりも壁面との衝突が支配的になる極めて圧力の低い環境で高い効果を発揮します。

ただし、ターボ分子ポンプ単体では大気圧から直接排気することはできません。構造上、排気側の圧力が高いと高速回転する翼に負荷がかかりすぎたり、逆流が発生したりするためです。そのため、大気圧から中真空領域までは油回転ポンプやドライポンプなどの前段ポンプ（バックポンプ）を併用し、ある程度減圧された状態から作動させる必要があります。

ターボ分子ポンプの主な特徴

ターボ分子ポンプの最大の特徴は、オイルフリーで清潔な高真空環境を作出できる点にあります。ポンピング機構の内部に油を使用しないため、真空容器内への油の逆流（バックストリーミング）の心配がありません。これにより、クリーンな環境が不可欠な精密分野で非常に高い信頼性を獲得しています。

また、排気速度が大きく、10のマイナス2乗パスカルから10のマイナス8乗パスカル以上の高真空領域まで安定して素早く減圧できる点も強みです。窒素や酸素などの一般的な気体だけでなく、水蒸気や水素などの軽ガスに対しても優れた排気能力を示します。

一方で、回転体が超高速で動作するため、振動や騒音に対する配慮が必要です。近年では、軸受に磁気浮上方式を採用したモデルが主流となっており、これにより非接触による完全な無潤滑化、低振動化、長寿命化が実現されています。ただし、作動中に急激な大気流入（リーク）が起きると回転翼が破損するリスクがあるため、適切な安全対策が不可欠です。

ターボ分子ポンプの主な用途

ターボ分子ポンプはその高い排気性能とクリーンさから、先進的な産業や研究開発の現場で幅広く活用されています。

代表的な用途の一つが半導体や液晶ディスプレイの製造プロセスです。スパッタリング、蒸着、エッチング、CVD（化学気相成長）といった薄膜形成や微細加工の装置において、反応雰囲気を正確にコントロールし不純物を排除するために欠かせない存在となっています。

分析機器分野でも重要な役割を果たしています。走査型電子顕微鏡（SEM）や透過型電子顕微鏡（TEM）、質量分析装置（GC-MSやLC-MSなど）では、電子線やイオンの軌道を気体分子が邪魔しないよう、装置内部を高真空状態に保つ必要があります。ここでもターボ分子ポンプが標準的に使用されています。

さらに、高エネルギー加速器施設、核融合研究装置、宇宙環境を模倣したシミュレータなど、極限の真空状態を要求される最先端の科学技術実験においても、主要な排気装置として幅広く導入されています。