JPH03182697A - 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、半導体製造装置や食品製造装置の真空排気部
に設置する真空ポンプ（油等のシーラントを使用しない
でクリーンな真空を作る真空ポンプ）に関するものであ
る。

（従来の技術） 油回転ポンプ等では、ポンプ内のシーラントとしての油
のベーパが真空排気すべき装置１例えば半導体製造装置
や食品製造装置へ逆拡散すると。

これらの半導体製造装置や食品製造装置で作る製品に悪
影響を与えるので、これら装置の真空排気部に油等のシ
ーラントを使用しないでクリーンな真空を作る真空ポン
プを設置している。

この真空ポンプでは、真空排気すべき半導体製造装置や
食品製造装置の圧力が大気圧から１０〜１０−７まで一
台で排気できるように、狭い間隙を置いて対向する回転
円板と静止円板とを複数段に組み合わせている。しかも
広範囲の真空領域を扱う必要があり、乱流域から分子流
域までの全てにおいて、良好な排気性能を得るため、大
気圧に近い段では５回転円板と静止円板との対向面のそ
れぞれにスパイラル状溝を設けて１両面スパイラル溝の
摩擦ポンプを構成し、高真空側では１回転円板と静止円
板との対向面の何れか一方だけにスパイラル状溝を設け
て９片面スパイラル溝の摩擦ポンプを構成している。そ
して回転円板を高速回転させることにより、−台の真空
ポンプで大気圧から高真空までの排気を可能にしており
、この真空ポンプを使用すると、油のベーパが真空排気
すべき装置１例えば半導体製造装置や食品製造装置へ逆
拡散しないという利点がある。

この真空ポンプの従来例を第４．５図により説明すると
、　（０１）がロータ、　（Ｏｌａ）が同ロータ（１０
）の外周面に多段に設けた回転円板、　（０２）がケー
シング、　（０２ａ）が同ケーシング（０２）の内周面
に多段に設けた静止円板、（０２ａ、）が同各静止円板
（０２ａ）の回転円板対向面に設けたスパイラル状溝で
、同各静止円板（０２ａ）　と上記各回転円板（Ｏｌａ
）とが狭い間隙を置いて対向している。また（０３）が
上記ロータ（Ｏｌ）を支持した主軸、　（０１０）がモ
ータケーシング。

（０４）が上記主軸（０３）に取付けたモータ回転子。

（０５）が上記モータケーシング（０１０）に取付けた
モータステータ、　（０６）が上記主軸（０３）の上部
軸受。

（０７）が上記主軸（０３）の下部軸受、　（０８）が
上記ケーシング（０２）の上部に設けた吸入口、　（０
９）が上記ケーシング（０２）の下部に設けた排気口、
（０１１，）が上記モータケーシング（０１０）の周り
に設けた冷却用ジャケット、　（０１２）が同冷却用ジ
ャケット（０１１）の冷却水排出口、　（０１５）が上
記モータケーシング（０１０）の下部に取付けた油タン
ク兼下部ケーシング。

（０１６）が同下部ケーシング（０１５）の下部に取付
けた合板、　（０１４）が上記油タンク兼下部ケーシン
グ（０１５）内の潤滑油で、モータ回転子（０４）とモ
ータステータ（０５）とにより、主軸（０３）とロータ
（０１）と各回転円板（Ｏｌａ）とを回転させて、大気
圧状態の半導体製造装置や食品製造装置から吸入口（０
８）を経て吸入したガスをガスの粘性により加速させ。

また各静止円板（０２ａ）の回転円板対向面に設けたス
パイラル状溝（０２ａ１）により旋回させながら、排気
口（０９）を経て排気するようにしている。なおこの真
空ポンプ（ジーグハーン真空ポンプ）は、油回転ポンプ
のように油等の液体を使用しないので。

前述のように油のベーパを真空排気すべき装置。

例えば半導体製造装置や食品製造装置へ逆拡散させるこ
とがない。

（発明が解決しようとする課題） 前記第４，５図に示す従来の真空ポンプでは。

両面スパイラル溝の摩擦ポンプと片面スパイラル溝の摩
擦ポンプとを組み合わせている。これら摩擦ポンプのう
ち、大気圧に近い乱流域では１両面スパイラル溝の摩擦
ポンプをもつ段が大きな排気仕事をし１層流域及び分子
流域では１片面スパイラル溝の摩擦ポンプをもつ段が大
きな仕事をするが、スリップ流域では１片面スパイラル
溝の摩擦ポンプの排気速度が低下する。このため、多く
の段数を必要として、真空ポンプが大型化する。また大
気圧から高真空までの排気過度時には、　　１０〜０　
、　　Ｉ　ＴｏｒｒＯ間の排気速度が小さくなり、この
間の排気に多くの時間を必要とするという問題があった
。参考までに排気速度と真空度との関係を第６図に示し
た。

本考案は前記の問題点に鑑み提案するものであり、その
目的とする処は、　１０＝０．　　ＩＴｏｒｒの範囲で
も排気速度を低下させない。また定格真空条件で運転す
るときの中間段の効率を向上でき９段数を減らすことが
できて、小型化できる真空ポンプを提供しようとする点
にある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために１本発明は、狭い間隙を置
いて対向する回転円板と静止円板とを複数段に組み合わ
せ、同各回転円板と同各静止円板との少なくとも一方に
スパイラル状溝を設けて。

スパイラル溝の摩擦ポンプを構成し、同各回転円板を高
速回転させたときの気体の粘性摩擦により気体を吸気口
から排気口へ排気する真空ポンプにおいて、前記各回転
円板のうち、中間段の回転円板に断面が半円形または弓
形の凹みを複数個円周方向に沿って設けて、隣接する凹
みの間に半径方向の羽根を形威し、同中間段の静止円板
に断面が円弧状の渦巻室を複数個円周方向に沿って設け
。

同各渦巻室に吸入室と吐出室とを設けて、これら中間段
の回転円板と静止円板とにより低圧側渦巻室の吐出口と
高圧側吸入口とを共通とする渦巻摩擦ポンプを形成して
いる。

（作用） 本発明の真空ポンプは前記のよう乙こ構成されており１
層流域、スリップ流域９介子流域を分担する片面スパイ
ラル溝の摩擦ポンプは、その最適排気性能により１回転
円板と静止円板との隙間の数倍以下のスパイラル溝深さ
を選定する必要があり。

溝深さが比較的浅くなり、流れを支配するレイノズル数
Ｒ＠やクタードセン数にわが小さくなる傾向があるが、
中間段の渦巻摩擦ポンプは、渦巻室の溝深さをスパイラ
ル溝深さの数倍から十数倍にできる。しかも回転円板が
作り出す半径方向の流れ一二次流れにより、渦巻室内の
流れを乱して。

渦巻室の隙間が大きくても、旋回方向の速度を大きくす
ることができる。この結果１片面スパイラル溝の摩擦ポ
ンプで排気性能を得にくい１０〜０゜ｌ　Ｔｏｒｒの範
囲でも排気速度が低下しない。

（実施例） 次に本発明の真空ポンプを第１．２．３図に示す一実施
例により説明すると、第１図の（ＩＡ）　（ＩＢ）（Ｉ
Ｃ）が回転円板、　（４Ｂ）　（４Ｃ）が同回転円板Ｃ
ＩＡ）　（ＩＢ）（１Ｃ）に狭い間隙を置いて対向した
静止円板で９回転円板（ＩＡ）と静止円板（４Ｂ）との
対向面には１片面スパイラルをもつ摩擦ポンプが構成さ
れ、静止円板（４Ｂ）と回転円板（ＩＢ〉との対向面、
及び回転円板（１Ｂ）と静止円板（４Ｃ〉との対向面に
は９本考案の渦巻摩擦ポンプが構成され、静止円板（４
Ｃ）と回転円板（ＩＣ）との対向面には１片面スパイラ
ルをもつ摩擦ポンプが構成されている。また上記中間段
の回転円板（ＩＢ）には、第２図に示すように断面が半
円形または弓形の凹み（Ｘ）　（Ｙ）を複数個円周方向
に沿って設けて、隣接する凹み（Ｘ）　（Ｙ）の間に半
径方向の羽根（Ｚ）を形成する。また第１．３図に示す
ように中間段の静止円板（４Ｂ）には、断面が円弧状の
低圧側渦巻室（Ｒ）及び高圧側渦巻室（Ｓ）を円周方向
に沿って設け、同低圧側渦巻室（Ｒ）に吸入口（Ｕ）と
吐出口（Ｖ）とを設け、上記高圧側渦巻室（Ｓ）に吐出
口（Ｖ″）を設け、上記低圧側渦巻室（Ｒ）の吐出口（
Ｖ）を上記高圧側渦巻室（Ｓ）の吸入口に兼用しており
、静止円板（４Ｂ）と回転円板（ＩＢ）との対向面には
、半径方向に２段の渦巻摩擦ポンプが構成され１回転円
板（ＩＢ）と静止円板（４Ｃ）との対向面には、半径方
向に３段の渦巻摩擦ポンプが構成されている。なお上記
各渦巻室（Ｒ）　（Ｓ）は、吸入口から吐出口に向かい
浅くなっている。また上記吐出口（Ｖ゛）が次の段の摩
擦ポンプに開口している。

また上記渦巻摩擦ポンプでは、渦巻室（Ｒ）から渦巻室
（Ｓ）に向かい圧力が高くなって、気体の密度が大きく
なるので、渦巻室（Ｒ）の流路面積〉渦巻室（Ｓ）の流
路面積にして、気体の旋回方向の流速を略一定にするよ
うにしている。また渦巻室（Ｒ）（Ｓ）は、軸線を中心
とした対称位置に大きさ、形状の同じものを２個ずつ配
設している。また−段の渦巻摩擦ポンプの圧力比は、小
さくて、直列に複数段組み合わせる必要がある。本実施
例では。

１枚の回転円板（ＩＢ）の上下面で合計５段になってい
るが９片面で少なくとも２段にすることにより。

吸入口及び吐出口を合理的に、コンパクトに纏めること
かできる。

次に前記第１．２．３図に示す真空ポンプの作用を具体
的に説明する。層流域、スリップ流域。

分子流域を分担する片面スパイラル溝の摩擦ポンプ（回
転円板（ＩＡ）と静止円板（４Ｂ）との対向面に構成し
た摩擦ポンプと９回転円板（１Ｂ）と静止円板（４Ｃ）
との対向面に構成した摩擦ポンプ〉は、その最適排気性
能により１回転円板（ＩＡ）と静止円板（４Ｂ）との隙
間、及び回転円板（ＩＢ）と静止円板（４Ｃ）との隙間
の数倍以下のスパイラル溝深さを選定する必要があり、
比較的溝深さが浅くなり、流れを支配するレイノズル数
Ｒ３やクタードセン数に７が小さくなる傾向がある。

ｈ Ｒ，− り ここでＶ：周速度、ｈ：隙間＋スパイラル溝深さ、Ｄ：
気体の動粘性係数 に、＝ｈ／λ ここでλ：気体分子の平均自由行程 渦巻摩擦ポンプは、渦巻室（Ｒ）　（Ｓ）の溝深さをス
パイラル溝深さの数倍から十数倍にできる。しかも回転
円板（１Ｂ）が作り出す半径方向の流れ一二次流れによ
り、渦巻室（Ｒ）　（Ｓ）内の流れを乱して、渦巻室（
Ｒ）　（Ｓ）の隙間が大きくても、旋回方向の速度を大
きくすることができる。この結果１片面スパイラル溝の
摩擦ポンプで排気性能を得にくい１０〜０　、　　Ｉ　
Ｔｏｒｒの範囲でも排気速度が低下しない。

（発明の効果） 本発明の真空ポンプは前記のように各回転円板のうち、
中間段の回転円板に断面が半円形または弓形の凹みを複
数個円周方向に沿って設けて、ｌＩｊ！！接する凹みの
間に半径方向の羽根を形成し、同中間段の静止円板に断
面が円弧状の渦巻室を複数個円周方向に沿って設け、同
各渦巻室に吸入室と吐出室とを設けて、これら中間段の
回転円板と静止円板とにより低圧側渦巻室の吐出口と高
圧側吸入口とを共通とする渦巻摩擦ポンプを形成してい
るが、この中間段の渦巻摩擦ポンプは、渦巻室の溝深さ
をスパイラル溝深さの数倍から十数倍にできる。しかも
回転円板が作り出す半径方向の流れ一二次流れにより、
渦巻室内の流れを乱して、渦巻室の隙間が大きくても、
旋回方向の速度を大きくすることができる。この結果１
片面スパイラル溝の摩擦ポンプで排気性能を得にくい１
０〜０．ＩＴｏｒｒの範囲でも排気速度を低下させない
。また上記のように中間段に渦巻摩擦ポンプを構成して
おり、定格真空条件で運転するときの中間段の効率を向
上でき１段数を減らすことができて、真空ポンプを小型
化できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる真空ポンプの一実施例を示す縦
断側面図、第２図は第１図の矢視■−■線に沿う横断平
面図、第３図は第１図の矢視■−■線に沿う横断底面図
、第４．５図は従来の真空ポンプを示す縦断側面図、第
６図は同真空ポンプの排気速度と真空度との関係を示す
説明図である。 （ＬＡ）　（１Ｂ）　（ＩＣ）・・・回転円板、　（４
Ｂ）　（４Ｃ）　　・・・静止円板、　（Ｘ）　（Ｙ）
・・・半円形または弓形の凹み。 （Ｚ）・ ・羽根、　（Ｒ）　（Ｓ） ・渦巻室、（Ｕ）・ 渦巻室（Ｒ） の吸入口、（Ｖ）・ ・渦巻室（Ｒ） の吐出 口兼渦巻室（Ｓ） の吸入口、（Ｖ’） ・渦巻室（Ｓ） の吐出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 狭い間隙を置いて対向する回転円板と静止円板とを複数
   段に組み合わせ、同各回転円板と同各静止円板との少な
   くとも一方にスパイラル状溝を設けて、スパイラル溝の
   摩擦ポンプを構成し、同各回転円板を高速回転させたと
   きの気体の粘性摩擦により、気体を吸気口から排気口へ
   排気する真空ポンプにおいて、前記各回転円板のうち、
   中間段の回転円板に断面が半円形または弓形の凹みを複
   数個円周方向に沿って設けて、隣接する凹みの間に半径
   方向の羽根を形成し、同中間段の静止円板に断面が円弧
   状の渦巻室を複数個円周方向に沿って設け、同各渦巻室
   に吸入室と吐出室とを設けて、これら中間段の回転円板
   と静止円板とにより低圧側渦巻室の吐出口と高圧側吸入
   口とを共通とする渦巻摩擦ポンプを形成したことを特徴
   とする真空ポンプ。