JPH07101039B2

JPH07101039B2 - 複合真空ポンプ

Info

Publication number: JPH07101039B2
Application number: JP62099683A
Authority: JP
Inventors: 達治池上; 哲郎大林; 昌司井口
Original assignee: Osaka Vacuum Ltd
Current assignee: Osaka Vacuum Ltd
Priority date: 1987-04-24
Filing date: 1987-04-24
Publication date: 1995-11-01
Anticipated expiration: 2010-11-01
Also published as: JPS63266188A

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）従来の技術従来この種の複合合金ポンプとして、第４図の如く吸入
口（ａ）と排気口（ｂ）とを有するポンプハウジング
（ｃ）内に、該吸入口（ａ）側からターボ分子ポンプ部
（ｄ）及びねじ溝ポンプ部（ｅ）を順次配設したものが
知られている。なお、（ｆ）はこれらターボ分子ポンプ
部（ｄ）及びねじ溝ポンプ部（ｅ）のロータ（ｇ）の回
転軸、（ｈ）は該軸（ｆ）を回転させるモータを示す。

（３）発明が解決しようとする問題点半導体製造装置その他の真空プロセス工業において、真
空ポンプ油の逆拡散で汚染されない清浄な高真空が必要
とされる。この必要性に鑑みて開発された多数使用され
ている前記複合真空ポンプは、背圧が300Pa（2.3トル）
以上でも圧縮性能が低下せず排気速度も吸入圧10Pa（0.
075トル）以上でも余り低下しない性能を有するが、大
気圧まで多量の気体を圧縮できない。かくて大気圧まで
大量の気体を圧縮するために前記複合真空ポンプに補助
真空ポンプを接続する必要があり、該補助真空ポンプと
しては油回転真空ポンプが主として用いられるが、該ポ
ンプは油封式であって、吸気口が略13Pa（0.1トル）以
下になるまで排気を続けると、ポンプ油の蒸気が吸気管
の上流に逆拡散して汚染を生じ、またポンプ油と反応し
て油を劣化させ、更に腐食性物質を生じてポンプ材質を
腐食させるようなプロセスガスを吸入する場合にポンプ
の寿命が著しく短くなり保守に非常な工数と費用がかか
る問題点がある。そこでポンプ油を油回転ポンプ外に取
り出して浄化再生し、自動的にポンプに戻す方式が実用
されているが、この場合もポンプ油の寿命が幾らかのび
るだけで装置の設備費及び保守費用がかなりかかる問題
点がある。

そして補助真空ポンプを接続することは真空ポンプ系に
２台以上の真空ポンプが含まれ、これに応じて中間のバ
ルブや配管や配置スペースを必要とし、更には始動及び
停止動作、吸入気体量の変動に対応する操作等の制御が
複雑になる問題点もある。

本発明はこれらの問題点を解消し１台のポンプにより多
量の気体を大気圧から超高真空まで排出時間を短縮して
排気可能にした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目的を達成すべく本発明は吸気口と排気口とを有す
るポンプハウジング内に、該吸気口側からターボ分子ポ
ンプ部、ねじ溝ポンプ部及び渦流ポンプを順次配設した
ものにおいて、該ターボ分子ポンプ部と該渦流ポンプ部
との間にバイパス路を設け、該バイパス路内に、スプリ
ングの弾発力により前記ターボ分子ポンプ部に連通する
開口を閉じる弁体を設けたことを特徴とする。

（５）作用運転初期状態において初期吸入気体は渦流ポンプ部のみ
で排気されて大きな流量を持ちねじ溝ポンプ部に大きな
圧力差が生じこの大きな圧力差によりバルブは開状態と
なりバイパス路を経由して多量の気体を排出して排出時
間を短縮し、その後前記圧力差が減少するとバルブが閉
状態となり、吸入気体は層流状態になって第１段階とし
てねじ溝ポンプ部において排気圧縮されて吸入気体が減
圧され、吸入気体が分子状態になってくると第２段階と
してターボ分子ポンプ部において排気圧縮されて超高真
空となり、これらの排気が多量に効率的に行われる。

（６）実施例本発明の複合真空ポンプの１実施例を第１図に従って説
明する。

（１）はポンプハウジングを示し、該ハウジング（１）
内にはその上部にターボ分子ポンプ部（２）とその下方
にねじ溝ポンプ部（３）と更にその下方に渦流ポンプ部
（４）が設けられており、前記ターボ分子ポンプ部
（２）はロータ（５）の外周面に突設した多数の動翼
（2a）と前記ハウジング（１）の内周面に突設した多数
の静翼（2b）とからなり、又前記ねじ溝ポンプ部（３）
は前記ロータ（５）の外周面に形成され下流になるに従
って深さが浅くなるねじ溝（3a）と該ねじ溝（3a）の山
部に微小な間隙で対向する内周面を有する円筒状のステ
ータ（3b）とからなり、又前記渦流ポンプ部（４）は前
記ロータ（４）の外周面に突設し放射状の凹部（4d）を
有する多数のラジアルブレード（4a）とこれらにそれぞ
れ対向する吸込流路（4b）を有するステータ（4c）とか
らなり、これらポンプ部（２）（３）（４）のロータ
（５）の軸（5a）は、前記ポンプハウジング（１）の下
方部のモータハウジング（1a）から上方に突出する内筒
（1c）の上方部に設けた上部軸受（6a）及び該モータハ
ウジング（1a）の底板（1d）に設けた下部軸受（6b）に
よって支持し、又前記軸（5a）の下方部には前記モータ
ハウジング（1a）内に設けたインダクションモータ、ヒ
ステリシスモータ等からなる高周波モータ（７）のロー
タ（7a）が固定されていると共に該軸（5a）の下端部が
前記底板（1d）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（７）の駆動に
よる前記軸（5a）の高速回転によれば潤滑油が遠心力に
よって該軸（5a）の中心孔（９）及びその枝孔（9a）
（9b）を経て前記軸受（6a）（6b）に供給されるように
した。ここで前記ポンプ部（２）〜（４）のロータは一
体化されたロータ（５）により構成しているので高速回
転によっても振動が小さく騒音が殆ど発生しない。

（10）はバイパス路を示し、該バイパス路（10）は前記
ターボ分子ポンプ部（２）と前記渦流ポンプ部（４）と
の間を連通するように前記ステータ（3b）中に形成され
ており、該バイパス路（10）中にはスプリング（11a）
の上方への弾発力により上方の開口（11c）を閉塞する
弁体（11b）とからなるバルブ（11）が設けられてい
る。

（12）は前記モータハウジング（1a）の内周に形成され
た油流下溝を示し、該油流下溝（12）は前記上部軸受
（6a）から流出した潤滑油が前記モータハウジング（1
a）の内面を流下した後前記ステータ（7b）を冷却しな
がら前記潤滑油槽（８）に戻す作用をする。

尚、（13）は吸気口、（14）は排気口、（15a）（15b）
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（７）の駆動によりロータ（５）が高速で回
転すると、その初期状態において吸気口（13）に流入し
た大気圧の気体は乱流となって1KPaまで主として渦流ポ
ンプ部（４）で圧縮排気される。このとき吸入気体はタ
ーボ分子ポンプ部（２）及びねじ溝ポンプ部（３）を通
るが、ねじ溝（3a）の深さは下流端で非常に浅くなって
いると共に山部（3c）とステータ（3b）の内面との間隙
は極めて小さく、この間を通る初期の吸入気体の風速50
m/s以上に達し、その結果ねじ溝ポンプ部（３）に大き
な圧力差を生ずると共に実効排気速度が低下するが、こ
の圧力差によってスプリング（11a）の弾発に抗して弁
体（11b）を降下してバルブ（11）を開状態にし、バイ
パス流路（10）を経由して多量の気体を排出し、排出時
間を短縮する。

その後前記圧力差が減少するとスプリング（11a）の弾
発により弁体（11b）が開口（11c）を閉じてバルブ（1
1）を閉状態にし、吸入気体は層流状態になって主とし
てねじ溝ポンプ部（３）において排気されて吸入気体が
減圧され、その結果該吸入気体が分子状態になってくる
と今度は主としてターボ分子ポンプ部（２）において排
気されて超高真空となる。

尚、排気口（14）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手段（16）を設けることにより運
転中の騒音を防止することも可能である。ここで、発明
者の実験によれば、前述した従来の複合真空ポンプにお
いて窒素ガス（N₂）に対する排気速度−吸気圧力曲線は
第５図のグラフの如くなると共に窒素ガス（N₂）、ヘリ
ウムガス（He）及び水素ガス（H₂）に対する圧縮比−排
気口圧力曲線は第６図のグラフの如くなる。従って窒素
ガスについてみると第６図のグラフより排気口圧力が70
0Pa（5.2トル）以下であれば十分な圧縮比をもち、かく
て排気速度が低下しないことがわかる。そしてこの排気
速度の最大状態は第５図のグラフより吸気口圧力が10^-6
Pa（10^-8トール）の超高真空にまで延びている。そこで
従来の複合真空ポンプによれば吸気口圧力を超高真空に
するためには排気口圧力が700Pa（5.2トル）以下でなけ
ればならない。ところが前述した実施例の複合真空ポン
プは従来の複合真空ポンプのねじ溝ポンプ部の下段に渦
流ポンプ部（４）を設けて構成しており、該渦流ポンプ
部（４）の１段のラジアルブレード（4a）により得られ
る圧縮比は1.45〜2.0であり、該ラジアルブレード（4
a）を10前後の多数段重ねることにより約170の圧縮比が
得られ、かくてこの圧縮比により大気圧から700Pa（5.2
トル）以下に減圧でき、従って実施例の複合真空ポンプ
によれば大気圧から超高真空にまで高い排気速度で排気
可能となる。

次に実施例の複合真空ポンプにおいて、例えばターボ分
子ポンプ部（２）の動翼回転体の外径を200mmとした場
合に、ねじ溝ポンプ部（３）のロータの外径を150mm及
び渦流ポンプ部（４）のロータ外径を130mmとしたもの
を用意して、吸気口圧力−排気速度曲線を求めたところ
第３図のグラフが得られ、このグラフの曲線は従来の複
合真空ポンプに補助真空ポンプを接続した場合と略同一
曲線であり、このことにより実施例のポンプは補助真空
ポンプが不必要で１台の真空ポンプにより大気圧から超
高真空まで排気できることがわかる。

尚、前記実施例ではねじ溝（3a）をロータ（５）の外周
面に形成した場合を示したが、該ねじ溝をステータの内
周面に形成した場合又は該ねじ溝をロータの外周面とス
テータの内周面のいずれに形成した場合にも本発明が適
用可能となる。

（７）発明の効果このように本発明によると吸気口と排気口とを有するポ
ンプハウジング内に、吸気口からターボ分子ポンプ部と
ねじ溝ポンプ部を順次配設したものにおいて更に該ねじ
溝ポンプ部の次に渦流ポンプ部を配設し、運転初期状態
において初期吸入気体は渦流ポンプ部のみで排気されて
大きな流量を持ちねじ溝ポンプ部に大きな圧力差が生じ
この大きな圧力差によりバルブは開状態となりバイパス
路を経由して多量の気体を排出して排出時間を短縮し、
その後前記圧力差が減少するとバルブが閉状態となり、
吸入気体は層流状態になって第１段階としてねじ溝ポン
プ部において排気圧縮されて吸入気体が減圧され、吸入
気体が分子状態になってくると第２段階としてターボ分
子ポンプ部において排気圧縮されるようにしたので、１
台のポンプによって多量の気体を大気圧から超高真空ま
で短時間に排気でき、かくて従来の如く補助の油回転ポ
ンプが不必要となり、ポンプ油の逆拡散による汚染等が
防止できると共に設備が簡単となって設備費や保守費用
低減ができ、更に運転操作が簡単になる等の効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合真空ポンプの１実施例の断面図、
第２図はその渦流ポンプ部のラジアルブレードの平面
図、第３図は吸気口圧力−排気速度曲線のグラフ、第４
図の従来の複合真空ポンプの断面図、第５図はその吸気
口圧力−排気速度曲線のグラフ、第６図は排気口圧力−
圧縮比曲線のグラフを示す。（１）……ポンプハウジング（２）……ターボ分子ポンプ部（３）……ねじ溝ポンプ部（４）……渦流ポンプ部（13）……吸気口、（14）……排気口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気口と排気口とを有するポンプハウジン
グ内に、該吸気口側からターボ分子ポンプ部、ねじ溝ポ
ンプ部及び渦流ポンプ部を順次配設したものにおいて、
該ターボ分子ポンプ部と該渦流ポンプ部との間にバイパ
ス路を設け、該バイパス路内に、スプリングの弾発力に
より前記ターボ分子ポンプ部に連通する開口を閉じる弁
体を設けたことを特徴とする複合真空ポンプ。