JPH06630Y2 - タ−ボ分子ポンプ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、不活性ガスパージ機構と大気リーク機構とを
備え、オイルフリーで超高真空を実現するターボ分子ポ
ンプに関するものである。

［従来の技術］ ターボ分子ポンプは、そのポンプ室内で交互に配置した
ロータ翼とステータ翼との機械的な排気作用で超高真空
を達成するものであるが、ポンプ室内でその延出端にロ
ータを固着支持する駆動軸（ロータシャフト）の支持構
造として、回転駆動力を与える機械室内で該駆動軸を上
下一対のオイル軸受により軸承させるようにするのが一
般的である。そして、この種のターボ分子ポンプでは、
その駆動軸が機械室側からポンプ室側に貫通する軸貫通
部にはシールを設けるとはいえ、駆動軸を非接触で挿通
させるための隙間があることから、ポンプ室と機械室と
に完全な気密性を保持することができず、この構造的欠
陥を補うため従来より種々の工夫が講じられてきてい
る。

例えば、ターボ分子ポンプをドライエッチング装置のよ
うな腐食性ガスを含む被排気ガスの排気系に使用する場
合では、そのポンプ室内から軸貫通部の隙間を通して被
排気ガスの一部が侵入し、機械室内のモータ、軸受さら
にオイルなどを腐食劣化させるおそれがある。そこで、
かかる場合は、例えば、特開昭５８−７４８９８号公報
に示されるもののように、その機械室内にガスパージ用
の不活性ガスを連続的に供給して機械室内の要素と被排
気ガスとの接触を断つガスパージ機構が採用される。

また、ターボ分子ポンプはその排気後段側に油回転ポン
プ等の粗引き用ポンプを連設しているのが普通である
が、このようなシステムにおいてターボ分子ポンプの運
転を停止すると、高真空のままのポンプ室内に後段ポン
プ側から排気が逆流してポンプ室内が油蒸気により汚染
されてしまうおそれがある。そこで、ターボ分子ポンプ
には運転停止時にそのポンプ室内に大気を導入し、逆流
を防止する大気リーク機構を設けることも一般的に採用
されている。そして、これら二つの機構を同時に採用す
る場合では、それらを互いに別々に構成すると、ポンプ
内にガスパージ用不活性ガスの供給系路と大気リーク用
の導入系路とを個別に設置し、しかも各系路に所定のタ
イミングで切換わる切換弁を設けなければならないた
め、構造、制御両面での複雑化を来すことがある。そこ
で、本考案者は、先の出願（実願昭５９−４７２２０
号）で、機械室にガスパージ用の不活性ガスを供給する
ガス供給系路と、ポンプ室を大気リークさせる大気導入
系路とを、切換可能な二つの流入ポートを有する単一の
切換弁の流出ポートにその始端を接続したガス流入系路
で共用するようにしたターボ分子ポンプを提案してい
る。つまり、このように構成することにより、ポンプ内
に単一のガス流入系路を設けるだけで、必要な機械室に
対するガスパージとポンプ室に対する大気リークとが選
択的に行なえ、しかもその切換えが単一の切換弁の操作
で至便に行なえるなどの有利性が得られるからである。

［考案が解決しようとする課題］ ところが、この既提案に係るものでは、ターボ分子ポン
プのオイルフリー化を推進する上で、次のような不都合
を生じている。すなわち、この先行例によると、第３図
に示されるように、ポンプ内に不活性ガスまたは大気を
供給又は導入する共用のガス流入系路２４をポンプベー
ス４内に穿設し、ガスの流入口に当るその終端２４Ｂを
オイルタンク２内に開口させているため、流入ガスが図
示矢線のようにオイルタンク２からそのオイル戻り孔１
９を通って機械室Ｍ内に流入し、さらに軸貫通部１３の
隙間を通ってポンプ室Ｐ内に流入するガス流通系路をた
どるものとなる。しかるに、かかるガスの流れを生じる
ときには、特にポンプ室Ｐに対する大気リークを行なう
際、リークガスがオイルタンク２や機械室Ｍ（例えばそ
のモータ１１や特に上部オイル軸受９）にある油を連行
してポンプ室Ｐならびにターボ分子ポンプで排気される
被排気容器を油で汚染し、クリーンな超高真空を得るこ
とができなくなってしまう。

［課題を解決するための手段］ 本考案は、ターボ分子ポンプのオイルフリー化を推進す
る見地から上記先行技術における課題を解決できるよう
にしたものであって、機械室とポンプ室とを区画する押
え板に、機械室からポンプ室に延出する駆動軸を、微小
な隙間を介して貫通させるとともに、その押え板の機械
室側の端面とオイル軸受との間に駆動軸に固着されたシ
ール環を配設し、このシール環と、前記オイル軸受を保
持する軸受ホルダおよび前記押え板とによって、狭い迷
路状のラビリンス隙間を有するラビリンスシール部を形
成し、前記ガス流入系路の終端を、前記押え板の機械室
側端面であって、前記ラビリンス隙間を介して前記シー
ル環に対面する位置に開設したことを特徴としている。

［作用］ 本考案によれば、機械室に対し不活性ガスでガスパージ
を行う際には、そのラビリンスシール部に開口する共用
ガス流入系路の終端より供給される不活性ガスにより被
排気ガス（腐食性ガス）が機械室内に侵入するのを防止
でき、同時に機械室内から油蒸気がポンプ室内に拡散漏
出することも防止できるものとなる。

すなわち、本考案の構成によれば、ポンプ室と機械室の
オイル軸受との間には、押え板と駆動軸との間に形成さ
れる隙間のみならず、ラビリンス隙間を有するラビリン
スシール部が介在することになる。しかも、ガス流入系
路の終端を前述したような位置に開設しておけば、不活
性ガスは、シール環の外周を迂回するようにして迷路状
に連続するラビリンス隙間におけるポンプ室寄りの部位
に供給されることになる。そのため、オイル軸受からの
油蒸気は、そのラビリンス隙間を通過して前記押え板と
駆動軸との隙間に到達することが難しくなり、不活性ガ
スにより押し戻されて機械室から漏洩し難くなる。一
方、ラビリンス隙間のポンプ室寄りの位置に供給される
不活性ガスの一部は、前記隙間に到達してポンプ室に流
出する。そのため、ポンプ室から腐食性ガスが機械室に
侵入するのを有効に抑制することが可能となる。同じ
く、共用ガス流入系路の終端より大気が導入される場合
も、その大気が油蒸気の隙間への侵入を抑えつつ優先的
にその隙間からポンプ室に流出することになる。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本考案に係る大気リーク兼用の不活性ガスパー
ジ機構を具備したターボ分子ポンプの構成全体を図示
し、第２図はその要部の構造を示す。ターボ分子ポンプ
は、空冷式で、ポンプ本体１の底部に図示省略の空冷フ
ァンを備えるオイルタンク２を付設し、さらに外部に不
活性ガス供給手段３を配備して構成される。

しかして、ポンプ本体１は、ポンプベース４の中央にモ
ータハウジング５を立設してその内部に機械室Ｍを形成
しているとともに、外周を外枠ケース６で包囲して上方
に吸気口７を、下方に排気口８を有するポンプ室Ｐを形
成している。そして、機械室Ｍの中心に駆動軸Ｓを挿通
し、これを上下一対のオイル軸受９、１０で回転自在に
軸支するとともに、内設モータ１１により該駆動軸Ｓを
超高速回転させるようにしている。一方、ポンプ室Ｐに
は、モータハウジング５に蓋着した押え板１２に設けら
れる軸貫通部（軸貫通孔）１３に微小な隙間１４を形成
して駆動軸Ｓの一端が延出されており、この一端部分に
吊鐘形ロータＲが固着支持されている。そして、このロ
ータＲの外周から多段に突設したロータ翼１５を、前記
ケース６の内周からスペーサ１７に固定して突設した逆
向きのステータ翼１６と交互に配設して、ポンプ室Ｐ内
に機械的排気作用を営むタービン翼列を構成している。

また、ポンプ本体１に付設されるオイルタンク２は、機
械室Ｍ内の前記オイル軸受９、１０に注入する潤滑兼冷
却用の油Ｏを内部に貯留している。そして、このオイル
タンク２内に前記駆動軸Ｓの他端ノズル部Ｓｎを浸漬し
ており、ポンプの運転中は該ノズル部Ｓｎから駆動軸Ｓ
内のオイル通路１８を通して前記オイル軸受９、１０に
連続的に油を給油し、軸受９、１０から流出した油を機
械室Ｍの冷却に利用した後、ベース４に開口した戻り孔
１９、２０よりオイルタンク２に戻すように構成してい
る。

なお、第２図に示されるように、この場合駆動軸Ｓの内
部に形成されたオイル通路１８からオイル軸受９、１０
に給油する給油口２１、２１は、下部オイル軸受１０に
対するものを従来通りその上方位置で開口させている一
方、上部オイル軸受９に対するものは該軸受９の上端側
に侵出する油量を出来るだけ減少させるためその下方直
下位置に開口させている。その他、図中２２は軸受ホル
ダ、２３はオイル反射枠を示す。

このような構成を具備するターボ分子ポンプにおいて、
外部の前記不活性ガス供給手段３からポンプ本体１内に
穿設してあるガス流入系路２４を通して、機械室Ｍとポ
ンプ室との隣接境界部に当る前記軸貫通部１３にＮ₂等
のガスパージ用不活性ガス又は大気が供給又は導入され
る。この不活性ガス供給手段３は、不活性ガスを貯留す
るタンク２５と、その流量を調整する調整弁２６と、切
換弁２７とから構成される。そして、切換弁２７にはそ
の流出ポートIIIに対する流入ポートＩ又はIIの選択的
接続が可能な３ポート切換弁が使用され、流入ポートＩ
を貯留タンク２５側に接続している一方で、流入ポート
IIをフィルターを介して大気に解放している。そして、
その流出ポートIIIには前記ガス流入系路２４の始端
（流入口）２４Ａを接続している。したがって、この切
換弁２７の流入ポートをＩ位置に切換えるとタンク２５
から調整弁２６で減圧された不活性ガスがガス流入系路
２４に供給され、反対にII位置に切換えるとガス流入系
路２４にリーク用の大気が導入されることになる。ま
た、前記ガス流入系路２４は、ポンプベース４内に穿設
したガス通路２８と、前記モータハウジング５内に穿設
したガス通路２９と、前記押え板１２内に穿設したガス
通路３０とを会合連通して構成され、その始端２４Ａを
前述の通り前記切換弁２７の流出ポートIIIに接続する
一方で、その終端（流出口）２４Ｂを上部オイル軸受９
の近傍に開口させている。詳述すれば、このターボ分子
ポンプにおいては、その軸貫通部１３で、駆動軸Ｓに軸
受ホルダ２２および押え板１２との間に狭隘な迷路状の
ラビリンス隙間３２を作りだすシール環３３を固着し
て、オイル軸受９の上方にラビリンスリール部３４を設
けるようにしている。そして、ガス流入系路２４の終端
２４Ｂは、そのラビリンス隙間３２の途中から該軸受９
に向けて開口されている。すなわち、ガス流入系路２４
の終端２４Ｂは、第２図に示されているように、前記押
え板１２の機械室Ｍ側の端面であって、前記ラビリンス
隙間３２を介して前記シール環３３に対面する位置に開
設してある。

次いで、このターボ分子ポンプにおける作動について説
明する。不活性ガス供給手段３に組み込まれた切換弁２
７の流入ポートをＩ位置に切換えてポンプ運転中に機械
室Ｍに対しガスパージを行うときには、外部に貯留タン
ク２５から微量の不活性ガスがガス流入系路２４を通り
ラビリンス隙間３２に臨む終端２４Ｂから連続的に供給
される。この際、不活性ガスの一部は上部オイル軸受９
を通り機械室Ｍ内に供給され残りは一旦シール環３３に
当ってから隙間１４を通りポンプ室Ｐ側に流出してい
く。したがって、この不活性ガスパージによりポンプ室
Ｐ側から機械室Ｍ内への被排気ガスの侵入が完全に防止
できる。同時にまた、機械室Ｍ側から油蒸気がポンプ室
Ｐ側に拡散漏洩し、ポンプ室Ｐを油汚染する現象も有効
に防止できる。すなわち、前述した構成によれば、ポン
プ室Ｐと機械室Ｍのオイル軸受９との間には、押え板１
２と駆動軸Ｓとの間に形成される隙間１４のみならず、
ラビリンス隙間３２を有するラビリンスシー部３４が介
在することになる。しかも、ガス流入系路２４の終端２
４Ｂを前述したような位置に開設しておけば、不活性ガ
スは、シール環３３の外周を迂回するようにして迷路状
に連続するラビリンス隙間３２におけるポンプ室Ｐ寄り
の部位に供給されることになる。そのため、オイル軸受
９からの油蒸気は、そのラビリンス隙間３２を通過して
前記押え板１２と駆動軸Ｓとの隙間１４に到達すること
が難しくなり、不活性ガスにより押し戻されて機械室Ｍ
から漏洩し難くなる。一方、ラビリンス隙間３２のポン
プ室Ｐ寄りの位置に供給される不活性ガスの一部は、前
記隙間１４に到達してポンプ室Ｐに流出する。そのた
め、ポンプ室Ｐから腐食性ガスが機械室Ｍに侵入するの
を有効に抑制することが可能となる。

特に、このものはガス流入系路２４の終端２４Ｂを、前
記隙間１４ではなく、ラビリンス隙間３２の途中に開口
させてシール環３３に対面させているため、格別な効果
を奏する。すなわち、仮に、ガス流入系路２４の終端２
４Ｂを押え板１２と駆動軸Ｓとの隙間１４に開口させた
場合には、このガス流入系路２４からの不活性ガスの噴
出流量をある程度確保するために、この隙間１４を比較
的大きくしておかなければならない。しかるに、この隙
間１４を大きくしておくと、機械室Ｍ側の油蒸気やポン
プ室Ｐ側の腐食性ガス等が流通し易くなり、これを防止
するには、高い圧力の不活性ガスを比較的多量に供給し
なければならないというジレンマが発生する。これに対
して、本ターボ分子ポンプのように、ガス流入系路２４
の終端２４Ｂを、ラビリンス隙間３２の途中に開口させ
てシール環３３に対面させておけば、ガス流入系路２４
の終端２４Ｂを実質的に閉塞してしまうような不具合な
しに前記隙間１４を可及的に小さなものに設計すること
も可能となる。その結果、ガス流入系路２４から噴出す
る不活性ガスの多くは、機械室Ｍ側に流れて油蒸気がポ
ンプ室Ｐ側に移動しようとするのを阻止することにな
る。この場合、ガス流入系路２４から噴射された不活性
ガスは、高速で回転するシール環３３に接触して回転力
を付与され、遠心力によってシール環３３の外周方向に
付勢されるため、油蒸気を押し返す力はさらに強力なも
のとなる。なお、ガス流入系路２４から噴射された不活
性ガスの一部は、勿論、前記隙間１４を通過してポンプ
室Ｐ側に流出するが、前述のようにこの隙間１４を不具
合なく小さくすることができるので、少量の不活性ガス
が隙間１４から漏洩するだけでも、ポンプ室Ｐ内の腐食
性ガスが該隙間１４を通過して機械室Ｍ内に侵入するの
を防止することが可能となる。したがって、最小限の不
活性ガスで、機械室Ｍ内の油蒸気がポンプ室Ｐ側に漏洩
するという不都合と、ポンプ室Ｐ内の腐食性ガスが機械
室Ｍ内に侵入するという不具合を共に効果的に抑制又は
防止することができるものである。

一方、切換弁２７の流入ポートをII位置に切換えてポン
プ停止時にポンプ室Ｐに対し大気リークを行うときに
は、流入ポートIIから導入された大気がガス流入系路２
４を通りその終端２４Ｂからラビリンス隙間３２に一気
に導入される。この際ポンプ室Ｐに流入される大気は、
機械室Ｍを通らず、図示矢線のように、軸貫通部１３の
隙間１４を通って直接ポンプ室Ｐ内に流れ込むことにな
る。このため、今までのように大気リーク時に機械室Ｍ
から油蒸気が吹き出してポンプ室Ｐを汚染してしまう現
象を防止できるものとなる。

以上のように、この考案に係るターボ分子ポンプでは、
運転中に不活性ガスパージを行うときも、停止時に大気
リークを行うときも、いずれの場合にも機械室Ｍからポ
ンプ室Ｐに油蒸気が漏出し連行される現象を効果的に抑
止することができ、ターボ分子ポンプのオイルフリー化
に奏効できるものとなる。そして、必要な不活性ガスの
ガスパージ機構と大気リーク機構を単一のガス流入系路
２４と単一の切換弁２７の設置、切換操作でまかなえる
有利性については、これをそのまま保有するものであ
る。

［考案の効果］ 以上のように、本考案のターボ分子ポンプは、必要な不
活性ガスパージ機構と大気リーク機構を構造簡単で切換
操作簡便に装備しているとともに、特にそのポンプ室に
対する大気リーク時における油汚染の問題を有効に解決
でき、クリーンな高真空を実現できるものである。すな
わち、本考案のように、軸貫通部の隙間とオイル軸受と
の間にラビリンスシール部を形成するとともに、前述し
たような位置にガス流入系路の始端を開口させておけ
ば、機械室内の油蒸気が押え板と駆動軸との隙間に近づ
くのを有効に防止することができる。そして、その終端
から供給される不活性ガスの一部が優先的に前記隙間を
通過してポンプ室に流出することになる。そのため、機
械室内の油蒸気をポンプ室に漏洩させることなく、ポン
プ室から腐食性ガスが機械室に侵入するのを有効に抑制
することが可能となる。特に、本発明では、ガス流入系
路の終端を、ラビリンス隙間の途中に開口させてシール
環に対面させているため、油蒸気の排除に遠心力を利用
することができる上に、押え板と駆動軸との隙間を無理
なく狭小化することが可能となり、最小限の不活性ガス
を用いて、機械室Ｍ内の油蒸気がポンプ室Ｐ側に漏洩す
るという不都合と、ポンプ室Ｐ内の腐食性ガスが機械室
Ｍ内に侵入するという不具合とをそれぞれ効果的に抑制
又は防止することができることになる。同じく、前記ガ
ス流入系路の終端より大気が導入される場合も、その大
気が油蒸気の隙間への侵入を抑えつつ優先的にその隙間
からポンプ室に流出することになる。したがって、本考
案によれば、機械室の油蒸気がポンプ室に漏洩するのを
有効に抑制しつつ、ガスパージおよび大気リークを行う
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す一部破断したターボ分
子ポンプの断面図であり、第２図はその要部の拡大断面
図である。第３図は従来例を示すターボ分子ポンプの要
部拡大断面図である。 Ｓ…駆動軸 Ｐ…ポンプ室 Ｍ…機械室 １…ポンプ本体 ２…オイルタンク ３…不活性ガス供給手段 ４…ポンプベース ５…モータハウジング ９…オイル １２…押え板 １３…軸貫通部 １４…隙間 ２２…軸受ホルダ ２４…ガス流入系路 ２４Ａ…始端 ２４Ｂ…終端 ２７…切換弁 ３２…ラビリンス隙間 ３３…シール環 ３４…ラビリンスシール部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】機械室にガスパージ用の不活性ガスを供給
   するガス供給系路と、ポンプ室を大気リークさせる大気
   導入経路とを、切換可能な二つの流入ポートを有する単
   一の切換弁の流出ポートにその始端を接続したガス流入
   系路で共用するようにしたターボ分子ポンプであって、
   機械室とポンプ室とを区画する押え板に、機械室からポ
   ンプ室に延出する駆動軸を、微小な隙間を介して貫通さ
   せるとともに、その押え板の機械室側の端面とオイル軸
   受との間に駆動軸に固着されたシール環を配設し、この
   シール環と、前記オイル軸受を保持する軸受ホルダおよ
   び前記押え板とによって、狭い迷路状のラビリンス隙間
   を有するラビリンスシール部を形成し、前記ガス流入系
   路の終端を、前記押え板の機械室側端面であって、前記
   ラビリンス隙間を介して前記シール環に対面する位置に
   開設したことを特徴とするターボ分子ポンプ。