JPH0255897A - 複合真空ポンプ - 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】 （１）産業上の利用分野 本発明は半導体製造用真空装置その他核融合実験炉等の
真空装置において、有害なガスを排気し清浄な超高真空
を得るのに好適な複合真空ポンプに関する。

（２）従来の技術 従来の真空ポンプにおいては、真空ポンプ油が汚染され
変質したり、同位体を含有することがあり、このため吸
入室内に油を用いないドライ真空ポンプや、更にオイル
レス真空ポンプの要望が急速に増加してきた。そしてド
ライ真空ポンプとしてはピストン式、ルーツ式。

スクリュー式、遠心式１円周流式等の真空ポンプが知ら
れている。

（３）発明が解決しようとする問題点 現在半導体製造用真空装置に用いるドライ真空ポンプと
しては１００ｍ″／ｈ程度の排気速度をもち、到達圧力
はｌＰａ以下であることが通常必要とされている。

しかし前記各方式において、例えばピストン式真空ポン
プでは回転数が遅いので全体に大型となり到達圧力は３
００Ｐａと低く所要圧力のｌＰａ以下にするには４段以
上直列にする必要がある。又ルーツ式真空ポンプでは所
要圧力に対しては３〜５段を直列に構成し、且つ２台を
直列に接続せねばならず、騒音の発生やタイミングギヤ
の油や軸受油等の侵入を防止することが困難である。更
にスクリュー式真空ポンプではｌＰａ以下の到達圧力と
するためにはロータ間の間隙を微小にする必要があり、
そのために装置が高価となり油の侵入防止も前記ルーツ
式真空ポンプと同様の問題を有している。遠心式及び円
周流式真空ポンプは１段で得られる圧力比は前者で最大
１．９５．後者で１．５〜３．０であるが、吐出側圧力
が高い領域に限られ１０ＱＰａ以下の領域では圧縮性能
が低下する。又遠心式真空ポンプは多段結合する場合求
心方向の通路を要し多段構成が難しく１円周流式真空ポ
ンプでは８段直列にしても一体型で到達圧力がＩＰａに
到着するのは困難である。

本発明は、Ｌ記の種々の欠点を解消し、所要の排気速度
と到達圧力を比較的小型軽量にして達成できる複合真空
ポンプを提供することを目的とする。

（４）問題点を解決するための手段 この問題を達成するため本発明は、吸気【」と排気［１
とを有するポンプ筐体内に、該吸気［１側から円周溝真
空ポンプと渦流真空ポンプ部を順次配設したことを特徴
とする。

（５）作用 運転の初期状態において吸気口に流入した気体は主とし
て渦流真空ポンプ部で乱流状態となって圧縮排気され、
その後流入気体は主として円周溝真空ポンプ部において
、高速回転する回転円板の特に高速回転する周辺部によ
り気体分子摩擦によるモレキュラードラッグ効果による
輸送効果を生じ、大きな排気速度で吸入され４）Ｆ気「
２に向って分子流から粘性流にＪＩＥ縮排気され、短時
間に超高真空が得られる。

（６）実　流側 本発明の複合分子ポンプの第１実施例を第１図乃至第８
図に従って説明する。

（１）は飾体を示し、該飾体（１）内にはその］一部に
円周溝真空ポンプ部（２）とその下方に渦流真空ポンプ
部（３）が設けられており、これらポンプ部（２）（３
）ｃ７）ロータ（１３）は共通で一体に形成されており
、そして該円周溝真空ポンプ部（２）は次のように構成
されている。

即ち前記ロータ（１３）の外周面に３枚の回転円板（２
ａ）が突設されており、これら回転円板（２ａ）はその
上方から下方になるに従って板厚を順次大から小にする
と共に両面の周辺部を切欠いて切込段部（２ｂ）　　（
２ｂ）に形成し、これら各回転円板（２ａ）の切込段部
（２ｂ）　　（２ｂ）の切込み深さをに方から下方にな
るに従って前述と同様に大から小にした。

又（２Ｃ）は前記使体（１）の内面に固定したステータ
を示し、該ステータ（２Ｃ）は前記回転円板（２ａ）に
相当する位置において該回転円板（２ａ）が介入される
環状の四部（２ｄ）が形成されており、該凹部（２ｄ）
と前記切込段部（２ｂ）　　（２ｂ）により前記各回転
円板（２ａ）の周辺部の両面に通風路（２ｅ）（２ｅ）
を形成した。

ここで各回転円板（２ａ）の通風路（２ｅ）（２ｅ）に
おける回転円板（２ａ）側とステータ（２Ｃ）側の対向
面間の距＊ｂは前述の如く切込段部（２ｂ）（２ｂ）の
切込み深さに応じて上方から下方になるに従って大から
小になる。そして前記各凹部（２ｄ）に、前記回転円板
（２ａ）の周辺部が通過する部分を截除した隔壁（２ｆ
）を前記ステータ（２Ｃ）より突設して該隔壁（２ｆ）
により通風路（２ｅ）（２ｅ）を区切り、隣り合う回転
円板（２ａ）（２ａ）の通風路（２ｅ）　　（２ｅ）及
び（２ｅ）　　（２ｅ）において上流側の回転円板（２
ａ）の通風路（２ｅ）（２ｅ）の隔壁（２ｆ）の他側の
終端部と下！ｉ側の回転円板（２ａ）の通風路（２ｅ）
　　（２ｅ）の隔壁（２ｆ）の１側の始端部との間を連
通路（２ｇ）により連通し、更にこれら隔壁（２ｆ）及
び連通路（２ｇ）を第２図乃至第７図の如く上流側から
下流側に至るに従ってその位置を順次ずらせて形成し、
かくて吸気口からの気体分子は連通路（２ｇ）を介して
送られながら各回転円板（２ａ）の通風路（２ｅ）（２
ｅ）において順次圧縮され、相当に高い圧縮比が得られ
る。そして最も上流側の回転円板（２ａ）の通風路（２
ｅ）　　（２ｅ）の隔壁（２ｆ）の１側の始端部を第１
図及び第２図の如く吸気口（９）に、又最も下流側の回
転円板（２ａ）の通風路（２ｅ）　　（２ｅ）の隔壁（
２ｆ）の他側の終端部を第２図及び第８図の如く前記渦
流真空ポンプ部（３）への中間排出孔（１４）へ連通し
た。

又該渦流真空ポンプ部（３）は周辺に放射状の四部を設
けて大部（３ｂ）を形成した同転円板（３ａ）と１円周
状に通風路（３ｄ）を有するステータ（３ｃ）とからな
る、そして前記ポンプ部（２）（３）のロータ（１３）
の軸（４）は前記筐体（１）の下方部のモータ筆体（６
）から上方に突出する内筒（６ａ）の上方部に設けたＪ
一部軸受（７ａ）及び該モータ筐体（６）の底板（６ｂ
）に設けた下部軸受（７ｂ）によって支承し、又前記軸
（４）の中間部には前記モータ筐体（６）内に設けたイ
ンダクションモー夕、ヒステリシスモータ等からなる高
周波モータ（５）のロータ（５ａ）が固定されていると
共に、該軸（４）の下端部が前記底板（６ｂ）の下方に
設けた潤滑油槽（８）内の潤滑油中に没入しており、前
記高周波モータ（５）の駆動による前記軸（４）の高速
回転によって潤滑油が該軸（４）の中心孔（４ａ）及び
その枝孔（４ｂ）を経て上部軸受（７ａ）に供給される
。尚、（９）は筐体上端に開［」シた吸気口であり、（
１０）は前記モータハウジング（６）に削孔され、前記
渦流ポンプ部（３）の通風路（３ｄ）と連通した排気１
１であり、該排気＋１（１０）の中間路に消音器（１１
）が設けられている。（１２）は水冷ジャケットを示す
。

次に上記実施例の複合真空ポンプの作動を説明する。

高周波モータ（５）の駆動によりロータ（１３）が高速
で回転すると、その初期状態において吸気口（９）に流
入した気体は乱流となってＩＫＰａまでは主として渦流
ポンプ部（３）で圧縮排気される。このとき吸入気体は
円周溝ポンプ部（２）の通風路（２ｅ）（２ｅ）を主と
して通過するのみである。

その後は主として１懐円周溝ポンプ部（２）において、
吸入気体は回転円板（２ａ）のｈｋも高速回転移動する
周辺部の切込段部（２ｂ）（２ｂ）の両面に出ってこの
時の気体分子摩擦によるモレギュラードラッグ効果によ
り輸送効果が生じ連通路（２ｇ）を介して各回転円板（
２ａ）の通風路（２ｅ）（２ｅ）を第１図の矢印の如く
順次輸送され１分子流から粘性流にある圧力領域におい
て排気作用を生じてｌ００Ｐａ以」−まで圧縮する。そ
して気体は中間排出孔（１４）から渦流真空ポンプ部（
３）において、直列多段に構成された渦流ポンプによっ
て順次に排気圧縮作用を受け、大気圧まで圧縮されて排
気口（１０）から排出される。

かくて本発明の排気圧縮機能部には全くポンプ油、及び
潤滑油が存在せず清？？１なドライ真空を容易に得られ
更に有害ガスによる汚染を受けることがない。

尚、排気１−Ｊ（１０）の内面にスポンジその他の多孔
性の材料からなる筒状の消音器（１１）を設けることに
より運転中の騒音を防止することができる。

又発明者の実験によれば、外径３００ｍｍ高；；６５０
ｍｍで本体の重ばが約９０ｋｇの小型軽ｖｌ（の本発明
の複合真空ポンプにより第９図に示す如＜ＩＰａ以下の
到達圧力と吸入圧力が３〜６０Ｐａの領域で１ｏｏｒｎ
’／ｈ以上の排気速度を得ることが可能で半導体製造用
真空装置として極めて有用である。

又、）（通のロータ（１３）に円周溝真空ポンプ部（２
）の回転円板（２ａ）及び渦流真空ポンプ部（３）の回
転円板（３ａ）を突設する式であるので、動的釣合いが
とり易く、振動が極めて小さい。又排気＋：＋（１０）
側は渦流真空ポンプ部（３）の翼部（３ｂ）を有し高速
回転する回転円板（３ａ）であるから排気の脈動が小さ
くて騒音の発生が生じにくく、又吸気側も脈動がない、
更に、運転中に多少固形物粉末を吸入したり或いは圧縮
排気する個所で固形物が生成しても該固形物が遠心力に
よって外方に飛ばされて気体と共に吹き流されて下方に
落下排出される。

尚、前記第１実施例では、円周溝真空ポンプ部（３）を
３枚の回転円板（３ａ）により構成した場合を示したが
、要求される圧縮比により回転円板（３ａ）が１〜２枚
或いは４枚以−Ｌのいずれにより構成してもよい。

次に第１０図乃至第１３図は円周溝真空ポンプ部の第２
実施例を示し、１１に実施例においては前記各回転円板
（２ａ）の通風路（２ｅ）（２ｅ）における回転円板（
２ａ）側とステータ（２Ｃ）側の対向面間の距離すが始
端部から終端部に向って徐々に小となるように形成した
。かくて前記第１実施例の如く回転円板（２ａ）を高速
に回転すると１通風路（２ｅ）（２ｅ）内の気体はその
始端部から終端部に至るに従って高い圧力となって気体
の平均自山行程入が小となり、これに応じて前述の如く
通風路（２ｅ）　　（２ｅ）の夕、１向面間の距ｇ１ｂ
が徐々に小となるので、ｂ／入が最適値に近い値を保ち
輸送効果が更に増大すると共に排気圧縮性能が向」ニす
る。

第１４図は円周溝真空ポンプ部の第３実施例を示し、該
実施例においては、前記各回転円板（２ａ）の周辺部の
切込段部（２ｂ）　　（２ｂ）の個所の肉厚を外方にな
るに従って徐々に薄く形成すると共に、これら切込段部
（２ｂ）（２ｂ）とこれらに対向する前記凹部（２ｄ）
の内面との間の距＃ｂは半径方向のいずれの位置でも等
しくなるように該凹部（２ｄ）を外方に向うのに・従っ
て間隔が狭くなるように形成しており、かくて前記回転
円板（２ａ）の周辺部の切込段部（２ｂ）　　（２ｂ）
の個所の肉厚が外方になるのに従って徐々に小となって
いるので、該回転円板（２ａ）が高速で回転してもその
中心部に作用する遠心応力の最大値が小となり、従って
該回転円板（２ａ）にかなりの強度を要求されることな
く、該回転円板（２ａ）の材質としてエンジニアリング
プラスチックやセラミフクス、或いは鋳造物であっても
よく、更に大型機を容易に製作可能となる。

又、第１５図乃至第１８図は円周溝真空ポンプ部の第４
実施例を示し、該実施例においては各回転円板（２ａ）
の通風路（２ｅ）　　（２ｅ）において前記吸気＋＋（
９）、連通路（２ｇ）又は中間排気＋＋（１４）をそれ
ぞれ１８０度の間隔をもって２個所、没けると共に、こ
れに応じて隔１ｔｔ　（２ｆ　）も２個所設けており、
かくて隔壁（２ｆ）　　（２ｆ）により仕切られた２個
所の略半円周状の通風路（２ｅ）　　（２ｅ）において
気体分子が圧縮排気されるので、その１に気速度は略２
倍になる。尚この実施例では２個の隔壁（２ｆ）により
通風路（２ｅ）　　（２ｅ）を２個所に区切った例を示
したが、３個以上の隔壁（２ｆ）により通風路（２ｅ）
　　（２ｅ）を３個所以上に区切ってもよい。

尚、前述したいずれの実施例も回転円板（２ａ）の周辺
部の両面をｙＪ込んで切込段部（２ｂ）（２ｂ）を形成
しているが、回転円板の周辺部には切込みを設けず、代
りに該周辺部に夕４向するステータ（２Ｃ）の凹部の内
面に環状渦を形成してもよい。

（７）発明の効果 このように本発明によると吸気口と排気日とを右するポ
ンプ筐体内に、吸気口側から円周溝真空ポンプ部と渦流
真空ポンプ部とを順次配設したので、実ＪＴｊ上！！！
要な吸入圧力領域１〜１０’Ｐａにおける大きな排気速
度と、ｌＰａ以下の到達圧力を比較的小型軽量にして達
成でき、ｆＬ空ポンプ油や軸受油による汚染や振動、騒
７５．がなく長期にわたって保守費用を低減できる等の
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合分子ポンプの第１実施例の全体の
断面図、第２図は第１図のＨ−ＩＩ線線断断面図第３図
は第２図の■−■線截断面図、第４図は第２図のＩＶ−
ＩＴ線線断断面図第５図は第２図のｖ−ｖ＆Ｉａ截断面
同断面図図は第２図のＶＩ−ＶＩ線線断断面図第７図は
第２図の■−■線截線面断面図８図は第２図の■−■線
截線面断面図９図は吸入圧力と排気速度との関係を示す
グラフ、第１０図は円周溝真空ポンプ部の第２実施例の
平面図、第１１図は第１０図のＩ−Ｉ線の１部の裁断面
図、第１２図は第１０図（７）　ＩＩ　　ＩＩ　ｔＪａ
　ノｌ　Ｂ　１７）　６ｍ　断＋１’１７１ｉ４、ｐ　
１３　図は第１Ｏ図の■−■線の１部の裁断面図、第１
４１、；ｄは円周溝真空ポンプ部の第３実施例の部分断
面図、第１５図は円周溝真空ポンプ部の第４実施例の上
面図、第１６図は第１５図の工■線の１１部の裁断面図
、第１７図は第１５図のＩＴ　−ＩＩ　ｍの１部の裁断
面図、第１８図は第１５図のｌｌｌ−［線の１部の裁断
面図である。 （１）・・・筆体 （２）・・・円周ＪＭ真真空ポン陥 部３）・・・渦流真空ポンプ部 （９）・・・吸入口 （１０）・・・排気［１ 第 １図 第３図 あ１４図 第１５図 第１６図 ａ 第１７図 ａ 第１８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸気口と排気口とを有するポンプ筐体内に、該吸気口側
   から円周溝真空ポンプ部と渦流真空ポンプ部を順次配設
   したことを特徴とする複合分子ポンプ。