JPH0227194A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主に半導体製造部門等での使用に好適なネジ
溝を有した真空ポンプに関する。

（従来の技術） 従来、ネジ溝を有した真空ポンプは、特公昭４７−３３
４４８号公報等により古くから知られ、かつ、第６図に
示すように、ポンプハウジング（’Ｈ）に、円筒外面を
もつ回転内筒（Ｒ）と、内周面にら旋状のネジ溝（Ｍ）
を形成した静止外筒（Ｆ）とを内装し、回転内筒（Ｒ）
の高速回転により、ネジ溝（Ｍ）に沿って吸気口（Ｊ）
から排気口（Ｋ）に向けて真空引きを行うようにしてい
る。

尚、図示のものは、ネジ溝（Ｍ）の前段に、円周上に複
数の羽根（Ｘ）をもつ動翼（Ｘ）と、同じく円周上に複
数の羽根（ｙ）をもっ静翼（Ｙ）とを交互に積層した軸
流形ポンプ要素（Ｔ）を併用し、該ポンプ要素（Ｔ）で
主として排気速度をかせぐようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、この種真空ポンプにおけるネジ溝（Ｍ）の深
さは、目標真空度つまり吸気側と排気側との間で確保し
得る差圧と、その真空度を達成するまでの時間つまり排
気速度との二面がら最適化する必要がある。

しかし、上記のものでは、ネジ溝（Ｍ）は静市外筒（Ｆ
）の上下に沿って一定深さに形成されているため、上記
差圧と排気速度との二つの特性を共に良好ならしめるこ
とは困難である。

すなわち、第５図に示すモデルで、７ミユレーシヨンを
行った結果、差圧を確保するにはネジ溝（Ｍ）の深さ（
Ｂ）は浅い方が好ましいが、排気速度を確保するには逆
に溝深さ（Ｂ）は深い方がよく、差圧又は排気速度の一
方を確保すると他方は犠牲にされることになる。尚、こ
のシミュレーションでは、回転内筒（Ｒ）側にネジ溝（
Ｍ）を設けたが静止外筒（Ｆ）側に設ける場合と基本的
な差異はない。

本発明の目的は、ネジ溝深さを工夫し、圧縮比及び排気
速度を共に良好ならしめ、主として半導体製造部門等で
要求される中真空域（０，１〜Ｑ、３Ｔｏｒｒ付近）か
ら高真空域（１０−″Ｔｏｒｒ以下）にわたる広い範囲
での使用に好適な真空ポンプを提供するにある。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明では、吸気口（２）と排気口（３）との
間に、回転内筒（５）と静止外筒（６）とを備え、一方
にネジ溝（４）を形成したネジ溝形ポンプ要素（７）を
配設した真空ポンプにおいて、前記ネジ溝（４）の深さ
を、吸気側で深く、又、排気側で浅い、指数Ｎ＝１．５
〜２゜５の範囲のＮ次曲線近似で形成することとした。

（作用） 吸気側の深いネジ溝（４）では主として排気速度をかせ
ぐことができ、又、排気側の浅いネジ溝（４）では主と
して圧縮比を確保でき、全体として、中真空域（０，１
〜０．３Ｔｏｒｒ付近）から高真空域（１０−’　Ｔｏ
ｒｒ以下）にわたる広い範囲の真空度に早く到達させる
ことができるのである。

（実施例） 第１図において、（１）は概略円筒を呈するポンプハウ
ジングであり、上部に設ける吸気口（２）と下部に設け
る排気口（３）との間に、外周部にら旋状のネジ溝（４
）を形成した回転内筒（５）と、該内筒（５）の外周面
に近接する内周面をもつ静止外筒（６）とを備えるネジ
溝形ポンプ要素（７）を配設し、前記回転内筒（５）を
モータ（８）の駆動軸（９）に結合し、かつ、前記排気
口（３）にロータリー式等の粗引ポンプ（１０）を接続
して、前記モータ（７）と粗引ポンプ（１０）との併用
運転で、吸気口フランジ（１１）に取付ける半導体ウエ
ノ１等のチャンノ（−（１２）内の真空引きを行うよう
にしたものである。

尚、第１図中、（１３）は上下軸受（１４）（１５）に
供給する潤滑油の油溜め、（１６）はオイルピックアッ
プである。

以上の構成において、前記ネジ溝（４）の深さを、下記
シミュレーション結果に基づ％）で、上部の吸気側で深
く、又、下部の排気側で浅〜）、指数Ｎ＝１．５〜２．
５の範囲のＮ次曲線、すなわち、二次曲線若しくはこれ
に近い曲線に沿わせるようにする。以下ンユミレーショ
ン結果ゐこ基づ℃）て説明する。

第２図は、ネジ溝（４）の深さ（Ｂ）を、回転内筒（５
）のボトムからの距離をＸとおいて、次式■で表示する
Ｘの指数関数で近似し、指数Ｎを変えたときのネジ溝（
４）の幾何学的形状から計算される最大排気速度（Ｌ　
／　ｓ　）と最大差圧（Ｐ　ａ）との関係をシミュレー
ションしたものである。

Ｂ　　（Ｘ）＝　　（Ｂ　Ｉｎ−Ｂｏｕｔ　　）　　（
Ｘ／　Ｌ）＋　Ｂｏｕｔ・・・・■ ここで、ＢＩｎ　；入口側の溝深さ Ｂｏｕｔ：出口側の溝深さ Ｌ　　；回転内筒の全長 これによれば、Ｎ＝１．５〜２．５で変曲点があり、差
圧及び排気速度を共に高い値にするには、この範囲で溝
深さを形成するのが好ましいことがわかる。

実際の排気では、排気口（３）に粗引ボンプ（１０）が
接続され、このポンプ（１０）の能力（Ｓｃ）によって
排気流量が規制されることになるため、該ポンプ能力（
Ｓｃ）を考慮して検討を加えてみることとする。第３図
は、粗引ポンプ（１０）の能力（Ｓ　ｃ）をＥｉ　ＯＬ
／ｍ＝　１　免／　ｓとした場合の圧力（Ｐ）対排気流
量（Ｑ）及び排気速度（Ｓ）の関係を表したシミュレー
ション結果である。

ここに、粗引ポンプ（１０）の能力（Ｓ　ｃ）と圧力（
Ｐ）との積（Ｐ＠Ｓｃ）が、ネジ溝（４）の出口側に確
保し得る流量（−点鎖線ａ）となり、この直線（ａ）上
の任意の流量（ＱＯ）に対する圧力値（ＰＯ）から、ネ
ジ溝（４）の形状に基づいて出入口間に確保し得る差圧
（ΔＰ）分を減じた圧力値（Ｐｉ）が、ネジ溝（４）の
入口側圧力となるわけである。従って、この入口側圧力
（Ｐｉ）での上記流量（ＱＯ）が実際の排気流量（Ｑ）
となるのであり、又、排気流量（Ｑ）を圧力（Ｐ）で除
した値が排気速度（Ｓ）となるわけである。

この例では、ネジ溝（４）を決める指数（Ｎ）を２とし
た場合であるが、該指数（Ｎ）を０．５，１　　　１．
５　　　２．５　　　３と変化させて同様のシミュレー
ションを行った結果、該指数（Ｎ）の変化に対する圧力
（Ｐ）と排気速度（Ｓ）との関係が下の第１表に示すよ
うに得られた。

第　　　　１　　　　表 第１表により、指数（Ｎ）の増加に伴い、低真空域（０
，３〜ＩＴｏ　ｒ　ｒ付近）での排気速度（Ｓ）は増加
するが、高真空域（１０−Ｔｏｒｒ以下）では逆に排気
速度が低下することとなる。又、０．ＩＴｏｒｒ付近の
中真空域では指数（Ｎ）が１．５〜２．５で排気速度（
Ｓ）は極大となる。排気速度（Ｓ）が大きい程、目標と
する真空域への到達時間が短縮できるため、使用する真
空域に合わせて指数（Ｎ）を選定するのが理想的である
ということができるが、コスト面及び汎用性の面より得
策でない。従って、半導体製造部門でのエツチングやＣ
ＶＤ等での使用域すなわち中真空域（０，１〜０．３Ｔ
ｏ　ｒ　ｒ付近）をカバーし、更に、高真空域（１０−
’Ｔｏｒｒ以下）でも比較的高い排気速度の得られる、
指数Ｎ１．５〜２．５程度を選択するのが好ましく、第
２図に示した結論と同じくネジ溝（４）は二次曲線を中
心とした曲線近似とするのが好ましいということになる
のである。

以上の実施例は、ネジ溝形ポンプ要素（７）を単独に備
えるものに適用したが、第４図に示すように、複合形の
ものにも同様に適用できる。このものは、吸気口（２）
側に、動翼（２１）及び静翼（２２）を交互に多段積層
した軸流形ポンプ要素（２０）を配設し、動翼（２１）
を支持するロータ（２３）の下方側スカート部（５ｏ）
を回転内筒（５）として利用し、該内筒（５）にネジ溝
（４）を設けたものである。この場合にも、ネジ溝（４
）を、上部吸気側で深く、下部排気側で浅くなるよう二
次曲線若しくはこれに近い曲線で近似するのであり、こ
れにより、吸気側で主として排気速度をかせぐことがで
き、排気側で主として差圧を確保することができて、全
体として排気性能を向上することができるのである。

（発明の効果） 以上本発明では、吸気口（２）と排気口（３）との間に
、回転内筒（５）と静止外筒（６）とを備え、一方にネ
ジ溝（４）を形成したネジ溝形ポンプ要素（７）を配設
した真空ポンプにおいて、前記ネジ溝（４）の深さを、
吸気側で深く、又、排気側で浅い、指数Ｎ＝１．５〜２
゜５の範囲のＮ次曲線近似で形成することとしたから、
吸気側の深いネジ溝（４）では主として排気速度をかせ
ぐことができ、又、排気側の浅いネジ溝（４）では主と
して圧縮比を確保でき、全体として中真空域（０，１〜
０．３Ｔｏｒｒ付近）から高真空域（１０−’　Ｔｏｒ
ｒ以下）にわたる広い範囲の真空度に早く到達させるこ
とができ、特に半導体製造部門でのエツチングやＣＶＤ
等の使用に好適なものとなし得るに至ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明真空ポンプの縦断面図、第２図はネジ溝
形状を変えた場合の最大排気速度と最大差圧との関係を
示す図、第３図は粗引ポンプ能力を考慮した場合の圧力
対排気速度及び排気流量の関係を示す図、第４図は他の
実施例を示す縦断面図、第５図はネジ溝深さを均一とし
た場合であって該ネジ溝深さを変えた場合の最大排気速
度と最大差圧との関係を示す図、第６図は従来ポンプの
縦断面図である。 （２）・・・・吸気口 （３）・・・・排気口 （４）・・・・ネジ溝 （５）・・・・回転内筒 （６）・・・・静止外筒 （７）・・・・ネジ溝形ポンプ要素

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）吸気口（２）と排気口（３）との間に、回転内筒（
   ５）と静止外筒（６）とを備え、一方にネジ溝（４）を
   形成したネジ溝形ポンプ要素（７）を配設した真空ポン
   プにおいて、前記ネジ溝（４）の深さを、吸気側で深く
   、又、排気側で浅い指数Ｎ＝１．５〜２．５の範囲のＮ
   次曲線近似で形成していることを特徴とする真空ポンプ
   。