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油拡散ポンプは図のように、ボイラ部、ジェット部、シリンダ部で構成されており、機械的な可動機構はありません。そのポンプ作用（排気原理）は、油の噴射作用によって行われます。まず、作動油がボイラ部で加熱され蒸発し、多数の油分子がノズルから斜め下方向に超音速で噴出されます。高真空側（吸気口）から進入した気体分子は、高い確率で噴出された油分子に衝突し、斜め下方向に弾かれ噴流の下部空間に運ばれ、圧縮されます。それを第二段、第三段と繰り返し、最後は排気口から補助ポンプに吸引されます。また、ノズルから噴出された油分子は冷却されているシリンダ部内壁に衝突し、凝縮、液化してボイラ部に戻り、再び加熱されてノズルから噴出します。なお、油拡散ポンプは単独で排気することはできず、補助ポンプ（主に油回転真空ポンプ）と組合せて動作させる必要があります。