JP7141332B2 - 真空ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプ装置に関するものである。

半導体製造および／または有機ＥＬ・液晶などのフラットパネル製造に用いられる真空ポンプ（例えば、プロセスガスの排気用の真空ポンプ、大排気速度真空ポンプなど）が知られている。

実開平６－５３７９３号公報

近年、半導体製造および／またはフラットパネル製造においては、半導体の高性能化および／またはパネルの大型化に伴い、プロセスチャンバ内に導入するプロセスガスの流量が増加しているが、このような現状においても、プロセスチャンバ内の圧力をある一定の圧力に保持する必要がある。

上記必要性から、プロセスガスを排気する真空ポンプとして、排気速度の大きい真空ポンプが求められ、真空ポンプのサイズも大型化している。しかしながら、真空ポンプの大型化により、半導体製造工場および／またはフラットパネル製造工場における真空ポンプ装置の設置スペースが増加し、設置スペースの確保が問題となっている。

設置スペースを小さくするために、縦置きの真空ポンプ装置を採用することが考えられる。しかしながら、特許文献１のように、固定側軸受をポンプロータに対し下側に配置した場合には、排気するガスの凝縮により生成された固形物が、ポンプロータとポンプケーシングの隙間に付着・堆積し、更に、ポンプ停止時には、真空ポンプ装置温度が下がることで、ポンプロータがこの固形物を過度に圧縮し、その結果、ポンプロータの回転が阻害され、真空ポンプ装置が再起動することができないおそれがある。

そこで、真空ポンプ装置の設置スペースを小さくすることができ、かつ確実に再起動することができる真空ポンプ装置を提供する。

一態様では、互いに対向して配置され、かつルーツロータまたはクローロータである、一対のポンプロータと、前記一対のポンプロータが固定された、鉛直方向に延びる一対の軸と、前記一対のポンプロータを回転させるモータと、前記一対の軸に固定され、かつ互いに噛み合う一対のタイミングギヤと、前記一対のポンプロータの上方に配置された固定側軸受と、前記固定側軸受とともに、前記軸を支持する自由側軸受と、を備えている、真空ポンプ装置が提供される。

一態様では、前記モータは、前記一対のポンプロータの上方に配置されている。
一態様では、前記真空ポンプ装置は、前記モータに電気的に接続された運転制御装置を備えており、前記運転制御装置は、前記モータの起動および停止を繰り返すことによって、前記真空ポンプ装置の運転を完全に停止する前に、前記ポンプロータの回転および停止動作を実行する。

一態様では、前記運転制御装置は、所定の時間間隔で、前記モータの起動および停止を繰り返す。
一態様では、前記真空ポンプ装置は、前記一対のポンプロータが収容されるポンプケーシングと、前記ポンプケーシングの外面に取り付けられた温度センサと、を備えており、前記運転制御装置は、前記温度センサによって測定された前記ポンプケーシングの温度変化に基づいて、前記モータの起動および停止を繰り返す。

縦置きで配置された真空ポンプ装置の運転を停止した場合、軸は、その温度低下により、ポンプロータの上方に配置された固定側軸受を基準に、上方向に収縮する。したがって、ポンプロータの下面とポンプケーシングとの間の横方向隙間が大きくなり、ポンプロータは、固形物を押しつぶさない。結果として、真空ポンプ装置の再起動は阻害されない。

真空ポンプ装置の一実施形態を示す断面図である。 軸受装置の一実施形態を示す断面図である。 軸受装置の内部で循環する潤滑油を示す図である。 回転円筒を示す斜視図である。 回転円筒の拡大図である。 受け皿の拡大図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、接触シールを示す図である。 真空ポンプ装置の他の実施形態を示す図である。 図９（ａ）および図９（ｂ）は、縦置きの真空ポンプ装置に生じうる問題を説明するための図である。 図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、図８に示す実施形態における真空ポンプ装置の効果を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、真空ポンプ装置１の一実施形態を示す断面図である。図１に示すように、真空ポンプ装置１は、直立姿勢に配置された立型真空ポンプ装置である。図１に示す実施形態では、真空ポンプ装置１は、フロアＦＬ上に載置されている。真空ポンプ装置１は、高速で回転するポンプ装置である。真空ポンプ装置１は、その設置スペースを小さくするために、縦置きで配置されている。

真空ポンプ装置１は、互いに対向して配置された一対のポンプロータ（本実施形態では、ルーツロータ）６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと、これらポンプロータ６ａ～６ｄが固定される一対の軸（駆動軸）８と、ポンプロータ６ａ～６ｄが収容されるポンプケーシング５と、軸８を介してポンプロータ６ａ～６ｄを回転させるモータ１０とを備えている。

図１に示す実施形態では、ポンプロータ６ａ～６ｄの構造は、ルーツロータには限定されない。ポンプロータ６ａ～６ｄは、クローロータであってもよく、またはスクリューロータであってもよい。

真空ポンプ装置１は、気体を吸気するための吸気ポート２と、気体を排出するための排気ポート４とを備えている。真空ポンプ装置１の運転により、気体は、吸気ポート２を通って真空ポンプ装置１の内部に吸い込まれ、排気ポート４から排出される（図１の矢印参照）。吸気ポート２および排気ポート４は、ポンプケーシング５に設けられている。

ポンプケーシング５は、その内部に形成された気体流路３５を有している。ポンプロータ６ａ～６ｄによって圧縮された気体は、気体流路３５を通って排気ポート４から排出される。

図１では、一対のポンプロータ６ａ～６ｄのうちの一方のみが描かれており、反対側のポンプロータの図示は省略されている。一対の軸８のうちの一方のみが描かれており、反対側の軸の図示は省略されている。図１では、ポンプロータの段数は４段であるが、ポンプロータの段数は、本実施形態には限定されない。ポンプロータの段数は、求められる真空度や排気ガス流量などに応じて適宜選定することができる。一実施形態では、１段のポンプロータが設けられてもよい。

真空ポンプ装置１は、真空ポンプ装置１の運転を制御する運転制御装置１２を備えている。運転制御装置１２は、モータ１０に電気的に接続されている。運転制御装置１２は、モータ１０の駆動および停止によってポンプロータ６ａ～６ｄの回転および停止動作を制御するように構成されている。

軸８は、鉛直方向に延びており、軸受１３および軸受装置１５（より具体的には、軸受装置１５に設けられた軸受２０，２１）によって回転自在に支持されている。軸受１３は、軸８の一端部分（すなわち、下端部分）に配置されており、軸受装置１５（より具体的には、軸受２０，２１）は、軸８の他端部分（すなわち、上端部分）に配置されている。

軸８の一端部分には、互いに噛み合うタイミングギヤ２５が設けられており、これらタイミングギヤ２５は、軸受１３とともにギヤカバー２６内に収容されている。なお、図１では、一対のタイミングギヤ２５のうちの一方のみが描かれている。図１に示す実施形態では、タイミングギヤ２５は、ポンプロータ６ａ～６ｄの下方に配置されている。一実施形態では、ポンプロータ６ａ～６ｄの上方に配置されてもよい。

モータ１０は、２つの軸８のうちの少なくとも一方に固定されたモータロータ３０と、コイルが巻かれたステータコアを有するモータステータ３１と、これらモータロータ３０およびモータステータ３１を収容するモータフレーム３２とを備えている。モータステータ３１は、モータロータ３０を囲むように配置されており、モータフレーム３２の内周面に固定されている。

モータ１０が駆動すると、タイミングギヤ２５を介して一対のポンプロータ６ａ～６ｄが互いに反対方向に回転し、気体が吸気ポート２を通じてポンプケーシング５の内部に吸い込まれる。吸い込まれた気体は、ポンプロータ６ａ～６ｄによって下流側に移送され、排気ポート４から排出される。

真空ポンプ装置１は、高速で回転するポンプ装置であり、縦置きで配置されている。したがって、真空ポンプ装置１に設けられる軸受装置も縦置きで配置する必要がある。しかしながら、一般的な構造を有する軸受装置を高速運転が可能な真空ポンプ装置１にそのまま採用すると、軸受２０，２１のそれぞれを潤滑および冷却するための潤滑油が軸受２０，２１に十分に供給されないおそれがある。この場合、各軸受２０，２１は、その機能を十分に発揮することができない。そこで、本実施形態では、真空ポンプ装置１は、軸受２０，２１の機能を十分に発揮することができる構造を有する軸受装置１５を備えている。以下、軸受装置１５の構造について、図面を参照して説明する。

図２は、軸受装置１５の一実施形態を示す断面図である。軸受装置１５は、潤滑油が軸受装置１５の内部で循環する油循環型の軸受装置である。図３は、軸受装置１５の内部で循環する潤滑油を示す図である。図３では、図面を見やすくするために、符号の図示は省略されている。図３において、潤滑油の流れは、矢印で表されている。

図２に示すように、軸受装置１５は、鉛直方向に延びる軸８を支持する軸受２０，２１と、軸受２０，２１を収容する軸受ハウジング４０と、軸８に固定可能な回転円筒４５と、軸受２０，２１、軸受ハウジング４０、および回転円筒４５を収容する軸受ケーシング４６と、を備えている。

軸受２０，２１は、鉛直方向において、直列に配置されている。軸受２０，２１は、軸８のスラスト荷重およびラジアル荷重を受ける軸受である。軸受ハウジング４０は、軸受２０，２１を収容しており、軸８および軸受２０，２１と同心状に配置されている。本実施形態では、２つの軸受２０，２１が設けられているが、軸受の数は本実施形態には限定されない。一実施形態では、単一の軸受が設けられてもよい。

軸受２０の上方には、軸８に装着されたスペーサ４１と、スペーサ４１を介して軸８に固定された固定具（例えば、軸ナット）４２が配置されている。これらスペーサ４１および固定具４２は、軸受２０，２１に作用するスラスト荷重（軸８の軸線方向ＣＬにおける荷重）を受け止める。より具体的には、スペーサ４１は軸受２０の内輪に密着しており、固定具４２は、スペーサ４１を介して、軸受２０の軸線方向ＣＬへの移動を制限している。

回転円筒４５は、軸受２１（言い換えれば、軸受ハウジング４０）の下方に配置されている。回転円筒４５は、軸受２１の内輪に密着しており、軸受２１の軸線方向ＣＬへの移動を制限している。

固定具４２の上方には、軸８に固定されたシール部材４３が配置されている。シール部材４３は、軸受ケーシング４６内に配置された潤滑油の外部への漏洩を防止する部材である。潤滑油は、軸受２０，２１を潤滑および冷却するための液体である。

軸受ケーシング４６は、ポンプケーシング５に接続され、かつ潤滑油を貯留するサイドカバー５０と、サイドカバー５０の上方に配置され、軸受装置１５の上端部を構成するケース部材５１と、サイドカバー５０とケース部材５１との間に配置された軸受サポート部材５２とを備えている。軸受サポート部材５２は、サイドカバー５０とケース部材５１との間に挟まれている。

サイドカバー５０は、その中央に軸８が貫通する貫通穴５０ａを有しており、軸８の外周面と貫通穴５０ａとの間には、２つのピストンリング５５が配置されている。ピストンリング５５のそれぞれは、軸８に装着されており、鉛直方向において、直列に配置され、潤滑油の外部への漏洩を防止する。

サイドカバー５０は、軸８に隣接して配置された環状の内周壁５６と、内周壁５６の半径方向外側に配置された環状の外周壁５７と、内周壁５６と外周壁５７との間に配置された底壁５８とを備えている。潤滑油は、内周壁５６、外周壁５７、および底壁５８によって保持されている。

軸受ケーシング４６の外周面、より具体的には、サイドカバー５０の外周壁５７には、水冷ジャケット９０が取り付けられている（図１および図２参照）。水冷ジャケット９０は、冷却水が循環する構造を有しており、サイドカバー５０に保持された潤滑油を、サイドカバー５０を通じて冷却する。

底壁５８は、上側のピストンリング５５と下側のピストンリング５５との間の空間に連通する連通穴５９を有している。連通穴５９は、上側のピストンリング５５と下側のピストンリング５５との間の空間に軸シール用ガス（例えば、Ｎ_２ガスなどの不活性ガス）を供給するための穴である。

内周壁５６は、貫通穴５０ａに接続されており、内周壁５６の上端は、サイドカバー５０によって保持された潤滑油の液面よりも高い位置に配置されている。このような配置により、内周壁５６の越流によって潤滑油の外部への漏洩が抑制される。

軸８が回転すると、軸８に固定された回転円筒４５も軸８とともに回転し、サイドカバー５０に保持された潤滑油は、回転する回転円筒４５によってサイドカバー５０の上方にかき上げられる（図３参照）。以下、回転円筒４５の構造について、図面を参照して説明する。

図４は、回転円筒４５を示す斜視図である。図５は、回転円筒４５の拡大図である。なお、図５では、水冷ジャケット９０の図示は省略されている。図４および図５に示すように、回転円筒４５は、その外周面４５ａに形成された２つのスロープ７０を備えている。図４では、一方のスロープ７０のみが描かれている。

２つのスロープ７０は、回転円筒４５の円周方向に沿って等間隔に配置されている。スロープ７０は、回転円筒４５の外周面４５ａと外周壁５７の内面との間の隙間に配置されている。本実施形態では、２つのスロープ７０が設けられているが、スロープ７０の数は本実施形態には限定されない。一実施形態では、３つ以上のスロープ７０が設けられてもよい。この場合であっても、複数のスロープ７０は、回転円筒４５の円周方向に沿って、等間隔に配置されている。

回転円筒４５は、軸８に固定可能な内側円筒部７１と、内側円筒部７１の外側に配置された外側円筒部７２と、内側円筒部７１および外側円筒部７２を連結する環状リング部７３とを備えている。内側円筒部７１および外側円筒部７２は、軸８と同心状に配置されている。

内側円筒部７１は、軸受２１の下方に配置されており、外側円筒部７２は、軸受２１の半径方向外側に配置されている。外側円筒部７２の高さは、内側円筒部７１の高さよりも高い。本実施形態では、内側円筒部７１、外側円筒部７２、および環状リング部７３は、一体成形部材である。

回転円筒４５の外周面４５ａは、外側円筒部７２の外周面に相当する。したがって、スロープ７０は、外側円筒部７２の外周面に設けられている、と表現されてもよい。

本実施形態では、スロープ７０の上端部７０ａは、回転円筒４５の上端４５ｂに接続されており、スロープ７０の下端部７０ｂは、回転円筒４５の下端４５ｃに接続されている。スロープ７０の上端部７０ａと下端部７０ｂとの間には、すくい上げ面７０ｃが形成されている。スロープ７０は、回転円筒４５の回転方向において、上端部７０ａ（すなわち、上端４５ｂ）から下端部７０ｂ（すなわち、下端４５ｃ）に向かって斜め下方に延びる湾曲形状を有している。言い換えれば、スロープ７０は、軸線方向ＣＬに対して傾斜している。

回転円筒４５が軸８とともに回転すると、スロープ７０は、軸８の中心周りに回転する。スロープ７０が回転すると、すくい上げ面７０ｃは、回転円筒４５の回転方向に進行し、サイドカバー５０に貯留された潤滑油をすくい上げる。すくい上げられた潤滑油は、回転円筒４５の外周面４５ａと外周壁５７との間の環状の隙間を斜め上方向に移動する。

図２に示すように、サイドカバー５０の外周壁５７の上端は、軸８に固定された回転円筒４５よりも高い位置に配置されている。軸受サポート部材５２は、水平方向に延びており、外周壁５７の上端に接続されている。軸受サポート部材５２は、軸受ハウジング４０を支持しており、軸受ハウジング４０を介して、軸受２０，２１に作用するラジアル荷重（軸８の軸線方向ＣＬに垂直な方向における荷重）およびスラスト荷重（軸８の軸線方向ＣＬに水平な方向における荷重）を受け止める。

軸受サポート部材５２は、スロープ７０によってすくい上げられた潤滑油が通過可能な２つの流通穴５２ａを有している。２つの流通穴５２ａは、軸受サポート部材５２の円周方向において、等間隔に配置されている。本実施形態では、２つの流通穴５２ａが設けられているが、流通穴５２ａの数は本実施形態には限定されない。

ケース部材５１は、軸受サポート部材５２に接続されている。回転円筒４５によってかき上げられた潤滑油は、軸受サポート部材５２の流通穴５２ａを通ってケース部材５１まで到達する。ケース部材５１に到達した潤滑油は、ケース部材５１の上端壁５１ａに衝突し、潤滑油の方向が転換されて、軸受２０，２１に導かれる。

ケース部材５１の上端壁５１ａは、回転円筒４５および軸受２０，２１の上方に配置されており、潤滑油をスムーズに軸受２０，２１にまで導くテーパー形状を有している。より具体的には、上端壁５１ａは、その内面に形成された湾曲部６０と、湾曲部６０に接続されたテーパー部６１とを有している。テーパー部６１は、上端壁５１ａから軸受ハウジング４０に向かって延びる突起であり、シール部材４３に隣接して配置されている。

テーパー部６１は、湾曲部６０から軸受ハウジング４０に向かうにつれて、徐々にテーパー部６１の断面積が小さくなるテーパー形状を有しており、テーパー部６１の最下端は、軸受ハウジング４０の上方に配置されている。上端壁５１ａは、上端壁５１ａに衝突した潤滑油の方向をスムーズに転換し、潤滑油を軸受２０，２１に導くことができる（図３参照）。

軸受ハウジング４０は、ハウジング本体６４と、ハウジング本体６４の上端に配置された受け皿６５を備えている。図６は、受け皿６５の拡大図である。受け皿６５は、上端壁５１ａに衝突して方向が転換された潤滑油を受け止めつつ、潤滑油を軸受２０，２１に導く。受け皿６５は、その中央に形成された貫通穴６５ａと、貫通穴６５ａに接続された内側環状突起６６と、内側環状突起６６の外側に配置された外側環状突起６７と、内側環状突起６６および外側環状突起６７を接続する接続部位６８とを有している。

内側環状突起６６および外側環状突起６７は、軸８と同心状に配置されている。内側環状突起６６は、接続部位６８から下方に、すなわち、軸受２０に向かって延びており、外側環状突起６７は、接続部位６８から上方に、すなわち、上端壁５１ａに向かって延びている。

内側環状突起６６は、軸受２０の外輪に密着しており、軸受２０の軸線方向ＣＬへの移動を制限している。軸受ハウジング４０のハウジング本体６４は、軸受２１の外輪に密着しており、軸受２１の軸線方向ＣＬへの移動を制限している（図２参照）。

このように、軸受２０，２１は、固定具４２、軸受ハウジング４０、および回転円筒４５によって、軸受２０，２１の軸線方向ＣＬへの移動が制限された固定側軸受である。ポンプロータ６ａ～６ｄを挟んで軸受２０，２１の反対側に配置された軸受１３は、軸線方向ＣＬへの移動が可能な自由側軸受である。固定側軸受である軸受２０，２１は、ポンプロータ６ａ～６ｄの上方に配置されており、自由側軸受である軸受１３は、ポンプロータ６ａ～６ｄの下方に配置されている。

外側環状突起６７は、上端壁５１ａのテーパー部６１よりも軸８から離間した位置に配置されている（図２参照）。したがって、外側環状突起６７は、テーパー部６１から受け皿６５上に落下した潤滑油が受け皿６５の外側に流れることを防止することができる。受け皿６５上に落下した潤滑油は、貫通穴６５ａとスペーサ４１との間の隙間を通って軸受２０，２１に接触し、結果として、軸受２０，２１を潤滑および冷却する。

軸受２０，２１に接触した潤滑油は、軸受２０，２１を通過して、回転円筒４５上に落下する（図３参照）。より具体的には、潤滑油は、内側円筒部７１、外側円筒部７２、および環状リング部７３によって保持される。

回転円筒４５に保持された潤滑油には、回転円筒４５の回転による遠心力が作用する。潤滑油は、ハウジング本体６４と外側円筒部７２との間の隙間を通って、回転円筒４５の外周面４５ａと外周壁５７との間の環状の隙間に流入する。その後、潤滑油は、再び、スロープ７０によってかき上げられる。

このように、軸受装置１５は、その内部に、潤滑油の循環流（すなわち、潤滑油の上昇流および下降流）を形成することができる。循環する潤滑油は、軸受２０，２１に接触して、軸受２０，２１を潤滑および冷却することができる。結果として、軸受２０，２１のそれぞれは、その機能を十分に発揮することができる。

図２および図５に示すように、回転円筒４５は、軸受２１の一部を取り囲むように配置されている。外側円筒部７２の上端は、軸受２１の転動体２１ａの下端よりも高い位置に配置されている。好ましくは、外側円筒部７２の上端は、転動体２１ａの中央と同じ位置に配置されている。このような構造により、真空ポンプ装置１の運転停止時において、軸受２１の転動体２１ａは、常に回転円筒４５に保持された潤滑油に接触する。したがって、真空ポンプ装置１は、軸受２１を無潤滑状態にすることなく、真空ポンプ装置１の運転を再開することができる。

潤滑油の循環流を形成する構造を有する軸受装置１５による効果について、説明する。軸受を常に潤滑油中に浸漬させた状態で真空ポンプ装置を運転させる構成が考えられる。しかしながら、このような構成の場合、真空ポンプ装置の運転時において、軸受は、潤滑油中で回転するため、潤滑油の攪拌熱による軸受の温度上昇が大きく、軸受が破損するおそれがある。したがって、高速で回転（例えば、４０００ｍｉｎ^－１）する真空ポンプ装置１に採用することは望ましくない。

本実施形態によれば、軸受装置１５は、スロープ７０によって潤滑油を循環させるように構成されている。したがって、軸受２０，２１は、潤滑油の攪拌熱による影響を受けることなく、潤滑油によって潤滑および冷却される。結果として、軸受２０，２１のそれぞれは、その機能を十分に発揮することができる。

本実施形態によれば、真空ポンプ装置１は、潤滑油を確実に軸受２０，２１に接触させて、軸受２０，２１の機能を十分に発揮することができる軸受装置１５を備えている。したがって、縦置きで配置される真空ポンプ装置１は、問題なく、運転することができる。結果として、真空ポンプ装置１の設置スペースを小さくすることができ、かつ真空ポンプ装置１の大排気速度での運転を実現することができる。

真空ポンプ装置１は、縦置きで配置されているため、軸受装置１５内の潤滑油には、重力が作用する。更に、真空ポンプ装置１の運転時には、プロセスチャンバ側から流入するガス流量が変化もしくは停止すると、ポンプ室内圧力も変化するため、軸受室内圧力との間に圧力差が生じ、両者の間において、圧力の高い側から低い側へガスが移動する。特に、大流量のガスを排気し、ポンプ室内圧力および軸受室内圧力が高くなっている状態で、プロセスチャンバ側からのガス流入が一気に停止すると、ポンプ室内圧力は一気に低下し、軸受室側との間に大きな圧力差が生じるため、軸受室側からポンプ室側へ大流量のガスが流れ、この流れに乗り、潤滑油（霧状の潤滑油および液状の潤滑油）が外部（ポンプ室側）に漏洩するおそれがある。

潤滑油が漏洩すると、軸受装置１５内の潤滑油量が減るため、軸受２０，２１への潤滑油供給量が減り、軸受破損につながるおそれがあるばかりでなく、漏洩した潤滑油がポンプ室を経由してプロセスチャンバ側へ逆流し、ウェーハ汚染の原因となるおそれもある。そこで、軸受装置１５は、潤滑油の漏洩を確実に防止することができる構造を有している。

図５に示すように、回転円筒４５は、その下面からサイドカバー５０の底壁５８（すなわち、下方）に延びる複数の下向きリブ７５，７６，７７を備えている。これら下向きリブ７５，７６，７７のそれぞれは、円筒形状を有しており、軸８と同心状に配置されている。以下、本明細書において、下向きリブ７５を内側下向きリブ７５と呼ぶことがあり、下向きリブ７６を中間側下向きリブ７６と呼ぶことがあり、下向きリブ７７を外側下向きリブ７７と呼ぶことがある。

内側下向きリブ７５および中間側下向きリブ７６は、環状リング部７３の下面から下方に延びており、外側下向きリブ７７は、外側円筒部７２の下面から下方に延びている。

サイドカバー５０は、その底壁５８から回転円筒４５の下面（すなわち、上方）に向かって延びる複数の上向きリブ８０，８１を備えている。上向きリブ８０，８１のそれぞれは、円筒形状を有しており、軸８と同心状に配置されている。以下、本明細書において、上向きリブ８０を内側上向きリブ８０と呼ぶことがあり、上向きリブ８１を外側上向きリブ８１と呼ぶことがある。

内側上向きリブ８０は、潤滑油の通過を許容する通過部（すなわち、油通過部）８０ａを有している。本実施形態では、２つの通過部８０ａが設けられているが、通過部８０ａの数は、本実施形態には限定されない。また、外側上向きリブ８１にも、潤滑油の通過を許容する通過部（すなわち、油通過部）８１ａが形成されている。本実施形態では、２つの通過部８１ａが設けられているが、通過部８１ａの数は、本実施形態には限定されない。潤滑油は、通過部８０ａおよび通過部８１ａを通過可能である。通過部８０ａは、内周壁５６と内側上向きリブ８０との間に存在する潤滑油の液面の高さと、内側上向きリブ８０と外側上向きリブ８１との間に存在する潤滑油の液面の高さとを同じにするための穴である。また、通過部８１ａは、内側上向きリブ８０と外側上向きリブ８１との間に存在する潤滑油の液面の高さと、外側上向きリブ８１と回転円筒４５の外側下向きリブ７７との間に存在する潤滑油の液面の高さとを同じにするための穴である。

通過部８０ａは、内側上向きリブ８０と内側下向きリブ７５との間の隙間を通過した潤滑油を内側上向きリブ８０と外側上向きリブ８１との間の空間に戻す戻り流路である。一実施形態では、通過部８０ａは、内側上向きリブ８０の下部に形成された穴であってもよい。他の実施形態では、通過部８０ａは、内側上向きリブ８０の下端に形成された切り欠きであってもよい。また、通過部８１ａは、後述する圧力調整穴７４を通過した潤滑油や、通過部８０ａから戻ってきた潤滑油で軸受２０，２１を潤滑するために、回転円筒４５の外周面４５ａと軸受ケーシング４６の内面との間の空間に戻す戻り流路である。一実施形態では、通過部８１ａは、外側上向きリブ８１の下部に形成された穴であってもよい。他の実施形態では、通過部８１ａは、外側上向きリブ８１の下端に形成された切り欠きであってもよい。

本実施形態では、外側下向きリブ７７は、内側下向きリブ７５および中間側下向きリブ７６よりも下方に延びている。内側下向きリブ７５の下端７５ａおよび中間側下向きリブ７６の下端７６ａは、同じ高さに配置されている。内側下向きリブ７５の下端７５ａおよび中間側下向きリブ７６の下端７６ａは、サイドカバー５０に保持された潤滑油の上方に配置されており、外側下向きリブ７７の下端７７ａは、サイドカバー５０に保持された潤滑油中に浸漬されている。回転円筒４５の下端４５ｃは、外側下向きリブ７７の下端７７ａに相当する。

回転円筒４５は、その外側円筒部７２に形成された鉛直方向に延びる圧力調整穴７４を有している。本実施形態では、２つの圧力調整穴７４が設けられているが、圧力調整穴７４の数は本実施形態には限定されない。一実施形態では、１つの圧力調整穴７４が設けられてもよい。

上述したように、外側下向きリブ７７の下端７７ａは、潤滑油中に浸漬されている。したがって、圧力調整穴７４が設けられていない場合には、回転円筒４５の上方の空間（第１空間ＳＰ１）と回転円筒４５の下方の空間、言い換えれば、外側下向きリブ７７によって囲まれた空間（第２空間ＳＰ２）との間では、潤滑油により、ガスの通行が遮断される。そのため、例えば、真空ポンプ装置１の停止中では、第１空間ＳＰ１および第２空間ＳＰ２は共に大気圧となっているが、真空ポンプ装置１が起動すると、ポンプ室側の圧力が低くなるため、第２空間ＳＰ２の圧力は低くなるが、第１空間ＳＰ１の圧力は大気圧のままであるため、両者の間に圧力差が生じる。その結果、第１空間ＳＰ１のガスが膨張し、回転円筒４５の外周面４５ａと軸受ケーシング４６の内面との間の潤滑油の液面を押すことで、第２空間ＳＰ２の潤滑油の液面が上昇し、潤滑油が内周壁５６を越流するおそれがある。本実施形態では、圧力調整穴７４を設けることで、第１空間ＳＰ１と第２空間ＳＰ２とを連通させることができるため、第１空間ＳＰ１の圧力と第２空間ＳＰ２の圧力は常に同じである。したがって、外側下向きリブ７７の内側の潤滑油の液面の上昇が防止される。

内側下向きリブ７５は、内周壁５６の半径方向外側に配置されている。内側上向きリブ８０は、内側下向きリブ７５の半径方向外側に配置されている。中間側下向きリブ７６は、内側上向きリブ８０の半径方向外側に配置されている。外側上向きリブ８１は、中間側下向きリブ７６の半径方向外側に配置されている。外側下向きリブ７７は、外側上向きリブ８１の半径方向外側に配置されている。

このように、下向きリブ７５，７６，７７および上向きリブ８０，８１は、交互に配置されており、ラビリンス構造を有している。より具体的には、内側下向きリブ７５、内側上向きリブ８０、中間側下向きリブ７６、外側上向きリブ８１、および外側下向きリブ７７は、内周壁５６から外周壁５７に向かって、この順に、配列されている。

真空ポンプ装置１がプロセスガスを排出した直後など、軸受ケーシング４６内の空間とポンプケーシング５内の空間との間に（軸受ケーシング４６内の空間圧力の方がポンプケーシング５内の空間圧力よりも高い）圧力差が発生すると、軸受ケーシング４６内の空間の気体は、ポンプケーシング５に向かって上記ラビリンス構造部分をジグザグに進行するが、その気体の流れに乗った潤滑油（霧状の潤滑油および液状の潤滑油）については、下向きリブ７５，７６，７７および上向きリブ８０，８１との間に形成されたジグザグの進路により、その自重のために、気体の流れから振り切られ、ポンプケーシング５への進行が遮断される。したがって、軸受装置１５は、潤滑油のポンプケーシング５への漏洩を確実に防止することができる。

図７（ａ）および図７（ｂ）は、接触シールを示す図である。図７（ａ）に示すように、潤滑油の漏洩防止をより確実にするために、接触シール（第１接触シール）８５を回転円筒４５の内側下向きリブ７５とサイドカバー５０の内周壁５６との間に配置してもよい。図７（ｂ）に示すように、接触シール（第２接触シール）８６を軸８とサイドカバー５０の内周壁５６との間に配置してもよい。図示しないが、軸受装置１５は、接触シール８５，８６の両方を備えてもよい。接触シール８５，８６として、公知の接触シールを採用することができる。

図８は、真空ポンプ装置１の他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

図８に示すように、軸受２０，２１は、これら軸受２０，２１を支持する軸受支持部材１００によって支持されている。図８に示す実施形態において、軸受支持部材１００は、軸受２０，２１の軸線方向ＣＬへの移動を制限するように、軸受２０，２１を支持している。したがって、図８に示す実施形態においても、軸受２０，２１は、固定側軸受である。ポンプロータ６ａ～６ｄを挟んで軸受２０，２１の反対側に配置された軸受１３は、自由側軸受である。なお、図８に示す実施形態に係る真空ポンプ装置１は、図１乃至図７に示す構成を有する軸受装置１５を備えてもよい。

図８に示す実施形態では、固定側軸受である軸受２０，２１は、ポンプロータ６ａ～６ｄ（より具体的には、ポンプロータ６ａ～６ｄのうちの最も上方にあるポンプロータ６ａ）の上方に配置されている。図８に示す実施形態では、自由側軸受である軸受１３は、固定側軸受である軸受２０，２１の下方、より具体的には、ポンプロータ６ａ～６ｄの下方に配置されている。一実施形態では、軸受１３は、ポンプロータ６ａ～６ｄの上方に配置されてもよい。軸受１３は、軸受装置１５の内部に配置されてもよい。一実施形態では、タイミングギヤ２５は、ポンプロータ６ａ～６ｄの上方に配置されてもよい。

タイミングギヤ２５、軸受１３、ポンプロータ６ａ～６ｄ、軸受装置１５、およびモータ１０は、軸８の軸線方向ＣＬに沿って、直列的に、鉛直方向に配置されている。図８に示す実施形態では、ポンプロータ６ａ～６ｄは、ルーツロータまたはクローロータである。したがって、真空ポンプ装置１は、排気方式がルーツ型であるルーツ型ポンプ装置または排気方式がクロー型であるクロー型ポンプ装置である。更に一実施形態では、ポンプロータの少なくとも１段がルーツロータもしくはクローロータである複合型ポンプ装置であってもよい。図示しないが、ポンプケーシング５には、ポンプケーシング５の温度を上昇させるためのヒータが取り付けられてもよい。

図８に示す実施形態では、モータ１０は、軸受装置１５（より具体的には、軸受２０，２１）の上方に配置されている。このような配置により、真空ポンプ装置１の構成要素のうちの重量物であるポンプロータ６ａ～６ｄおよびポンプケーシング５の重心位置を低くすることができる。したがって、真空ポンプ装置１の移動時および運転時における真空ポンプ装置１の設置安定性を向上することができ、真空ポンプ装置１の転倒を防止することができる。

排気方式として、ルーツ型またはクロー型を採用した場合、軸８の軸線方向ＣＬに対して垂直な方向におけるポンプケーシング５と各ポンプロータ６ａ～６ｄとの間の隙間は極めて小さい。このような微少な隙間を形成することにより、排出されるプロセスガスの逆流が抑制され、真空ポンプ装置１の排気性能を維持することができる。以下、この隙間を横方向隙間と呼ぶことがある。

図９（ａ）および図９（ｂ）は、縦置きの真空ポンプ装置に生じうる問題を説明するための図である。図９（ａ）および図９（ｂ）では、ポンプロータ６とポンプケーシング５が描かれており、ポンプロータ６とポンプケーシング５との間の横方向隙間は誇張して描かれている。また、自由側軸受Ｂ１は、ポンプロータ６の上方に配置されており、固定側軸受Ｂ２は、ポンプロータ６の下方に配置されている。なお、図９（ａ）および図９（ｂ）における真空ポンプ装置は、上記問題を説明するための装置であり、本実施形態に係る真空ポンプ装置１とは異なる構成を有している。

この真空ポンプ装置の運転中、軸８は、その温度上昇により、固定側軸受Ｂ２を基準に、上方向に膨張するが、ポンプロータ６の温度はポンプケーシング５の温度よりも高くなるため、軸８に固定されたポンプロータ６とポンプケーシング５との間の横方向隙間については、下側の隙間が広くなり、上側の隙間が狭くなる。この状態でプロセスガスを排気すると、排気するガスによっては、その昇華性により固形化するため、この固形物（図９（ａ）および図９（ｂ）の黒丸参照）が横方向隙間部分にも付着・堆積していく。但し、固形物は、その自重により、ポンプロータ６の下面とポンプケーシング５との間の横方向隙間により多く堆積する。

この固形物が堆積した状態で、図９（ｂ）に示すように、真空ポンプ装置のメンテナンスや真空ポンプ装置下流側の排ガス処理装置のメンテナンスなどのため、真空ポンプ装置の運転を停止した場合、軸８は、その温度低下により、固定側軸受Ｂ２を基準に、下方向に収縮する。結果として、軸８に固定されたポンプロータ６の下面とポンプケーシング５との間の横方向隙間が小さくなる。したがって、ポンプロータ６は、ポンプロータ６の下面とポンプケーシング５との間の横方向隙間に堆積した大量の固形物を圧縮してしまう。

このようにして、ポンプロータ６によって押しつぶされた固形物は、ポンプロータ６の回転を阻害し、モータの負荷抵抗を増加させ、最悪の場合、真空ポンプ装置は再起動することができないおそれがある。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、図８に示す実施形態における真空ポンプ装置１の効果を説明するための図である。軸受２０，２１をポンプロータ６ａの上方に配置することにより、真空ポンプ装置１の運転を停止した場合、軸８は、その温度低下により、固定側軸受である軸受２０，２１を基準に、上方向に収縮する（図１０（ｂ）参照）。結果として、軸８に固定された各ポンプロータ６ａ～６ｄの下面とポンプケーシング５との間の横方向隙間が大きくなる。したがって、各ポンプロータ６ａ～６ｄによる各ポンプロータ６ａ～６ｄの下面とポンプケーシング５との間の横方向隙間に堆積した固形物の圧縮が防止される。結果として、真空ポンプ装置１の再起動は阻害されない。

軸８が上方向に収縮すると、軸８に固定された各ポンプロータ６ａ～６ｄの上面とポンプケーシング５との間の横方向隙間が小さくなる。しかしながら、この横方向隙間に堆積する固形物の量は少ないため、モータの負荷抵抗の増加は極僅かである。したがって、真空ポンプ装置１の再起動はほとんど阻害されない。図１に示す実施形態においても、固定側軸受である軸受２０，２１はポンプロータ６ａ～６ｄの上方に配置されている。図１に示す実施形態に係る真空ポンプ装置１は、上記効果と同様の効果を奏することができる。

モータの負荷抵抗の増加を確実に防止するために、運転制御装置１２は、真空ポンプ装置１の運転を完全に停止する前に、モータ１０の駆動および停止の繰り返しによってポンプロータ６ａ～６ｄの回転および停止の繰り返し動作を実行してもよい。

運転制御装置１２は、真空ポンプ装置１の運転停止制御機能を内蔵しており、時間の経過に対して、真空ポンプ装置１の運転開始と運転停止とを繰り返す運転停止制御パターン（すなわち、真空ポンプ装置１の運転停止を制御するためのタイミングパターン）を記憶している。よって、上記運転停止制御機能の操作により、真空ポンプ装置１の運転停止動作が開始されると、上記運転停止制御パターンを実行する。より具体的には、所定の時間間隔で、モータ１０の起動と停止とを繰り返す。

真空ポンプ装置１は、停止すると温度が低下するため、軸８についても上方向に収縮していき、少しずつ各ポンプロータ６ａ～６ｄの上面とポンプケーシング５との間の横方向隙間に堆積している固形物を圧縮していくが、その圧縮力が（モータ１０が駆動できなくなる程に）大きくなる前に運転停止制御機能により、モータ１０を駆動させ、各ポンプロータ６ａ～６ｄを回転させることで、各ポンプロータ６ａ～６ｄに接触していた固形物は、その回転による遠心力によって、外側へ弾き飛ばされ、よって、各ポンプロータ６ａ～６ｄとポンプケーシング５との間の横方向隙間から除去される。更に、運転により、真空ポンプ装置１の温度が上昇し、軸８が下方向に伸長する前に真空ポンプ装置１を停止させ、軸８が再び収縮し、各ポンプロータ６ａ～６ｄの上面が固形物を圧縮し始めた時点で、再度運転を開始する・・・という起動・停止を繰り返し実施することにより、モータ１０の負荷抵抗の増加を確実に防止することができる。

上述したように、軸８の収縮に伴う各ポンプロータ６ａ～６ｄによる固形物の圧縮は、真空ポンプ装置１の温度低下に依存する。したがって、一実施形態では、真空ポンプ装置１は、ポンプケーシング５の外面に取り付けられた温度センサ（図示しない）を備えてもよい。この温度センサは、運転制御装置１２に電気的に接続されている。運転制御装置１２は、温度センサによって測定されたポンプケーシング５の温度変化に基づいて、モータ１０の起動と停止とを繰り返す。このような構成によっても、真空ポンプ装置１は、軸８の収縮に伴うモータ１０の負荷抵抗の増加を防止することができる。

上述した実施形態において、多段のポンプロータを備えた多段型真空ポンプ装置について説明したが、この例に限定されず、単段のポンプロータを備えた単段型真空ポンプ装置を採用してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。

１ 真空ポンプ装置
２ 吸気ポート
４ 排気ポート
５ ポンプケーシング
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ ポンプロータ
８ 軸
１０ モータ
１２ 運転制御装置
１３ 軸受（自由側軸受）
１５ 軸受装置
２０，２１ 軸受（固定側軸受）
２５ タイミングギヤ
２６ ギヤカバー
３０ モータロータ
３１ モータステータ
３２ モータフレーム
３５ 気体流路
４０ 軸受ハウジング
４１ スペーサ
４２ 固定具
４３ シール部材
４５ 回転円筒
４５ａ 外周面
４５ｂ 上端
４５ｃ 下端
４６ 軸受ケーシング
５０ サイドカバー
５０ａ 貫通穴
５１ ケース部材
５１ａ 上端壁
５２ 軸受サポート部材
５２ａ 流通穴
５５ ピストンリング
５６ 内周壁
５７ 外周壁
５８ 底壁
５９ 貫通穴
６０ 湾曲部
６１ テーパー部
６４ ハウジング本体
６５ 受け皿
６５ａ 貫通穴
６６ 内側環状突起
６７ 外側環状突起
６８ 接続部位
７０ スロープ
７０ａ 上端部
７０ｂ 下端部
７０ｃ すくい上げ面
７１ 内側円筒部
７２ 外側円筒部
７３ 環状リング部
７４ 圧力調整穴
７５ 内側下向きリブ
７５ａ 下端
７６ 中間側下向きリブ
７６ａ 下端
７７ 外側下向きリブ
７７ａ 下端
８０ 内側上向きリブ
８０ａ 通過部
８１ 外側上向きリブ
８１ａ 通過部
８５，８６ 接触シール
９０ 水冷ジャケット
１００ 軸受支持部材

Claims (4)

1. 凝縮により固形物となる可能性があるガスを排気する真空ポンプ装置であって、
   互いに対向して配置され、かつルーツロータまたはクローロータである、一対のポンプロータと、
   前記一対のポンプロータが収容されるポンプケーシングと、
   前記一対のポンプロータが固定された、鉛直方向に延びる一対の軸と、
   前記一対のポンプロータを回転させるモータと、
   前記モータに電気的に接続された運転制御装置と、
   前記一対の軸に固定され、かつ互いに噛み合う一対のタイミングギヤと、
   前記一対のポンプロータの上方に配置された、前記軸の軸線方向への移動が制限された固定側軸受と、
   前記固定側軸受とともに、前記軸を支持する、前記軸の軸線方向への移動が可能な自由側軸受と、を備え、
   前記ポンプケーシングは、前記ポンプケーシングに収容された前記一対のポンプロータとの間に、前記軸の軸線方向に対して垂直な方向における横方向隙間を形成しており、
   前記運転制御装置は、前記モータの起動および停止を繰り返すことによって、前記真空ポンプ装置の運転を完全に停止する前に、かつ前記モータが駆動できなくなる程に前記軸の上方向への圧縮力が大きくなる前に、前記ポンプロータの回転および停止動作を実行する、真空ポンプ装置。
2. 前記モータは、前記一対のポンプロータの上方に配置されている、請求項１に記載の真空ポンプ装置。
3. 前記運転制御装置は、所定の時間間隔で、前記モータの起動および停止を繰り返す、請求項１に記載の真空ポンプ装置。
4. 前記真空ポンプ装置は、前記ポンプケーシングの外面に取り付けられた温度センサを備えており、
   前記運転制御装置は、前記温度センサによって測定された前記ポンプケーシングの温度変化に基づいて、前記モータの起動および停止を繰り返す、請求項１に記載の真空ポンプ装置。

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