JPH0778395B2 - スクリユウ真空ポンプの軸封方法および装置 - Google Patents

スクリユウ真空ポンプの軸封方法および装置

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JPH0778395B2
JPH0778395B2 JP61175333A JP17533386A JPH0778395B2 JP H0778395 B2 JPH0778395 B2 JP H0778395B2 JP 61175333 A JP61175333 A JP 61175333A JP 17533386 A JP17533386 A JP 17533386A JP H0778395 B2 JPH0778395 B2 JP H0778395B2
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和明 椎木
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はスクリュウ真空ポンプの軸封方法および装置に
係り、特にオイルフリー型スクリュウ真空ポンプの軸封
機能を有効に発揮させることのできる軸封方法おび装置
に関する。
〔従来の技術〕
一般に、半導体の製造は真空状態にした容器内にウェハ
ーを収容して行うようになっている。容器を真空にする
ために真空ポンプが用いられており、容器内にN2ガス等
の不活性ガスを供給しつつポンプで吸引し、容器内の不
純物(O2,H2O,C,CO2等)を除去し、数Torrから10-4Torr
レベルの真空状態にしている。
この種の半導体製造工程において使用される真空ポンプ
としては、従来から、油回転ポンプやルーツ式メカニカ
ルブースタポンプ等が採用されている。
ところが、油回転ポンプでは使用している潤滑油が、半
導体製造工程で用いる各種ガス(例えば、ヒ素、ガリウ
ム、塩等)と接触して、潤滑油としての寿命が非常に短
くなる欠点があり、また、油分子が半導体製造容器内に
逆拡散して半導体製造工程上好ましくない状態が生じる
問題があった。更に、上記いずれのポンプでも、適正排
気速度を得るための作動圧力範囲が狭いため、大気圧か
ら10-4Torrレベルの所定圧力に到達するまで数種のポン
プを切換えて使用しなければならず、従来より無潤滑式
で上記圧力範囲を一台でカバーできる真空ポンプの開発
が希求されていたところである。
斯かる観点から、オイルフリー型のスクリュウ真空ポン
プの採用が検討されている。
まず、一般的なスクリュウ真空ポンプの構造は、第4〜
6図に示すように、ポンプケーシング1内に互いに噛み
合う一対の雌雄ロータ2,3が装着され、ロータ両端を作
動室区画をなす端板4,5にてラジアル軸受6(6A,6B)や
スラスト軸受7で支承している。一方の端板5から突出
させた軸端には互いに噛み合う同期歯車8,9が取付けら
れ、両ロータ2,3が同期回転し得るようになっている。
そして、雄ロータ2側の同期歯車8には、第6図に示す
ように、駆動用モータ10により回転される増速ギヤ11が
噛み合わされ、ロータ2,3に回転動力を伝達させてい
る。回転する一対の雌雄ロータ2,3を収容するケーシン
グ1の一端側上部には吸込ポート12が形成され、また、
他端側下部には吐出ポート13が形成されており、ロータ
2,3の回転により吸込ポート12から導入される気体を圧
縮して吐出ポート13から吐き出すことにより、吸出ポー
ト12と連通されている真空容器(図示せず)内を真空状
態となるようにしている。
また、両ロータ2,3の軸受部を潤滑するため、吸入側端
板4を囲むようにフロントカバー14が取付けられ、この
カバー14内に封入した油を雌ロータ3の軸端に取付けた
スリンガ15によりはねかけ給油するようにしている。ま
た、ケーシング1の吐出側端板5を囲み同期歯車8,9や
増速ギヤ11を内蔵するギヤ室を形成するリヤカバー16を
取付けており、封入した油をオイルポンプ17、オイルク
ーラ18により軸封部および歯車噛合部に給油している。
ところで、ロータ2,3の軸封部は、第7図に詳細を示し
たように、まずロータ収納側である作動室とはカーボン
リング19、シールリング20、およびスペーサ21を1組と
する複数組のシール機構によってシールして作動ガスの
漏出を防止し、また、上記シール機構に連接して配置さ
れるねじシール22、ラビリンス23によって軸受6,7に供
給される潤滑油が作動室に混入することを防止してい
る。
斯かる軸封機構では、作動室側のA部とフロントカバー
14あるいはギヤ室内のC部(第7図参照)の差圧が小さ
ければ潤滑油が作動室内に混入することを防止できると
考えられる。
吸入側においては、第5〜6図に示すように、吸入ポー
ト12とフロントカバー14の内部とをオイルトラップ24を
介在させた連通管25により連絡して、吸入負圧をフロン
トカバー14内に導入することにより、軸封部前後(第4
図A−C間)の圧力を略同程度の圧力することができ、
はねかけ給油されている潤滑油が作動室内に混入するこ
とを防止できる。この測定結果を第8〜9図に示す。こ
れはポンプ起動時(第8図)およびポンプ停止時(第9
図)におけるフロントカバー14内の圧力変化(破線C1)
と吸入ポート12内の圧力変化(実線A1)とを求めたもの
である。図から明らかなように、両圧力変化は同等の変
化をなすため、差圧が僅少となってシール機構が有効に
作用し、油が作動室内に混入することがない。
しかしながら、吐出側の軸封部における作動室側、軸封
部内、ギヤ室側(第7図A,B,C)の各箇所の圧力変化を
測定してみると、第10〜11図に示す如く、ポンプ起動時
(第10図)では作動室側の圧力が最も早く降下し(実線
A2)、その吸引作用で順次軸封部内の圧力(鎖線B2)、
ギヤ室側の圧力(破線C2)が低下する。したがって、斯
かる場合には作動ガスが油のキャリアガスとして機能
し、結局、油が作動室に混入してしまうのである。他
方、ポンプ停止時においては(第11図)、逆に作動室
側、軸封部内、ギヤ室内の順に圧力が低く、したがって
作動ガスがギヤ室方向に流出するので、油が作動室内に
混入することを防止するように作用する。
このようなことから、スクリュウ真空ポンプでは、起動
時の吐出側軸封部を通じての油混入の問題を生じてしま
う欠点があった。
本発明は、上述の問題点に着目し、大気圧から10-4Torr
レベルの中真空を1段で達成できるスクリュウ真空ポン
プを採用するに際し、ロータ支軸部、特に吐出側支軸部
での軸封を有効に行わせて作動室内への油の混入が生じ
ないようにした軸封方法および装置を提供することを目
的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
発明者等はスクリュウ真空ポンプの起動時において吐出
側軸封部が油混入に最も不利な事態を生じるとの結果か
ら、ギヤ室内の圧力を起動時から一定時間低下させるこ
により油が作動室内に混入することを防止できるとの知
見を得たものである。
斯かる観点から、本発明に係るスクリュウ真空ポンプの
軸封方法は、スクリュウ真空ポンプの吐出側ロータ軸封
部から延在するロータ軸端を囲繞しロータ回転駆動用歯
車列等を内蔵する室に対し、ポンプ起動初期時に吸入負
圧を導入するように構成した。また、この方法を実施す
るために、スクリュウ真空ポンプの軸封装置は、スクリ
ュウ真空ポンプの吐出側ロータ軸封部から延在するロー
タ軸端を囲繞しこれに取付けられているロータ回転駆動
用歯車列等を内蔵する室と、スクリュウ真空ポンプの吸
入通路とを連絡する連通路を設けるとともに、当該連通
路にはポンプ起動初期時にのみ開状態となる開閉弁を介
装させた構成とした。
上記構成によれば、起動時において吐出側軸封部より外
方の室内圧が低下することになり、作動室側、軸封部
内、(ギヤ)室内の順に圧力が低くなるように圧力勾配
が付される。この圧力勾配により、潤滑油は作動室に向
けて流れることがなく、油が作動室に混入することを有
効に防止できるのである。このような作用を確認するた
めに、第6図に示したギヤ室内の圧力を下げた実験を行
った。この結果を第3図に示す。この実験では、軸封部
内圧力とギヤ室内圧力とは略同等であるため、作動室側
圧力A3とギヤ室内圧力C3を求め、これを吸引時間tの経
過にしたがって表わしたものである。第3図から明らか
なように、作動室側圧力A3は時間tの経過にしたがって
減少し、ポンプ定格運転に移行する時間Tを経過した後
に略一定の圧力P(以下基準圧という)となる。一方、
ギヤ室側の圧力C3は吸引時間tにより大きく変化し、吸
引時間が短いと(t1)と以後のギヤ室内圧力は吸引中は
作動室側圧力より低圧となるものの(P1)、以後は作動
室側圧力より高圧となって差圧が拡大した従前(第10
図)と同様の傾向を示す(破線C31)。また、吸引時間
を長くし(t2)、ギヤ室内圧力が前記基準圧Pより低圧
の圧力P2に達するまで吸引すると、吸引開始から略定常
運転に移行するまでの間は作動室側からギヤ室側に向っ
て低圧となる圧力勾配がつき、吸引停止後も差圧が僅少
となり油が作動室側に混入するような圧力差が発生しな
くなるのである(破線C32)。したがって、ギヤ室内圧
力が基準圧P以下に達するまでのポンプ起動初期におい
てギヤ室を吸引させることによって潤滑油が作動室に混
入する事態を防ぐことができる。この場合、ギヤ室から
の吸引作用は、最終的に作動室側とギヤ室側の圧力差が
なくなるか、あるいは油混入が生じない圧力差がつくだ
けであるので、ポンプ起動後に作動室内圧力が安定する
(基準圧力Pに達する)までの時間を最大として行わせ
ればよい。そして、ギヤ室からの吸引は他の真空ポンプ
を用いることなく当該スクリュウ真空ポンプの吸入負圧
によって行えば設備負荷を増大させることなく、簡易構
成で実現できる。
〔実施例〕
以下に、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。なお、従来例と同一構成部材には同一番号を付して
説明を省略する。
第1図は実施例に係る軸封装置を備えた真空スクリュウ
ポンプの外観側面図である。このポンプは吸入負圧をト
ップカバー14内に導入すべく、ポンプケーシング1に接
続されて吸入ポート12と連通する連通管25をオイルトラ
ップ24を介してフロントカバー14に接続開口させている
が、前記オイルトラップ24には更に別の連通管26が接続
されている。この連通管26は他端をポンプ吐出側のロー
タ軸端に取付けられた歯車等を収容してギヤ室を形成し
ているリヤカバー16に接続している。これにより、ギヤ
室には連通管26、オイルトラップ24、連通管25を介して
吸入ポート12の吸入負圧を導入し得るようにしている。
また、ギヤ室と連絡する連通管26の途中にはその連通路
を開閉する電磁弁28を介装させている。この電磁弁28を
駆動させるため、リヤカバー16には圧力スイッチ(真空
スイッチ)30が取付けられ、ギヤ室内圧力が第3図に示
す基準圧P以下に設定した圧力P2を検知したときに前記
連通管26を閉じるようにしている。32はその作動路であ
る。
また、第2図に示したように、吸入側に設けた連通管25
およびオイルトラップ24からなる吸入負圧導入手段と独
立して、直接に吸入ポート12にオイルトラップ34を介し
てリヤカバー16に接続される連通管36を設けることによ
り、ギヤ室内に吸入負圧を導入するようにしてもよい。
この場合、連通管36には電磁開閉弁28を介装し、リヤカ
バー16に取付けた圧力スイッチ30によりギヤ室内圧力が
設定圧P2以下となったときに開閉弁28を閉動作させるよ
うにしている。
上述の如き第1、第2実施例の軸封装置を用いて行う軸
封方法は次のようになる。モータ10を駆動して雌雄ロー
タを回転させることによりポンプ作用が生じ、吸入ポー
ト12から吐出ポート13に向けて気体が流れる。このとき
ポンプ起動と同時にポンプケーシング1の内部の作動室
側圧力A3は初期圧力P0から時間経過とともに降下し、ポ
ンプ定格運転に至って(時間T経過)、一定の基準Pと
なって安定する。一方、ギヤ室には連通管26または36を
介して吸入負圧を導入しているので、ギヤ室内圧力C3は
吸入ポート12の圧力と同一傾向で、かしも吐出側作動室
内圧力A3よりは常時低い圧力値で時間経過とともに降下
することになる。そして、ギヤ室内圧力が基準圧力Pよ
り低く設定した圧力P2に達すると、圧力スイッチ30が作
動して連通管26または36を閉じ、ギヤ室への吸入負圧の
導入が停止されるが、所定時間t2経過し、作動室内圧力
A3も充分低圧であって両者の差圧が小さいため、ギヤ室
内圧は若干上昇するものの破線C32に示すように定格運
転時に収束する圧力値まで徐々に移行するだけである。
このようなことから、ポンプ起動時において、ギヤ室内
に吸入負圧を導入するようにしているため、作動室側が
高圧でギヤ室側が低圧となるように圧力勾配を付けら
れ、これにより軸封への給油を行っても作動室への油混
入の問題がなくなる。しかも作動室とギヤ室間に油混入
防止に有効な圧力勾配を付けるため特にモータ等を必要
とせず、吸入負圧を利用するため、設備負荷を増さずに
高い効果が得られる。また、ポンプ起動初期のみに吸入
負圧の導入を行う構成であるため、ポンプの運転能力を
低下させることもない。
なお、上記実施例では電磁開閉弁28を圧力スイッチ30で
作動させるようにしたが、設定圧P2に達するまでの時間
t2は装置組みが一定であるならば経験的に割り出すこと
ができるので、時間t2を設定し得るタイヤにて開閉弁28
を閉じるように構成してもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、ポンプ起動時に
おける吐出側ロータ支軸部での軸封を作動室側が高圧と
なるような圧力勾配を付けるように行わせることができ
るので、作動室への油混入のおそれがない軸封方法およ
び装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1実施例の軸封装置の概略構成図、第2図は
第2実施例の同概略構成図、第3図はギヤ室内圧力と作
動室内圧力の関係図、第4図は従来の真空スクリュウポ
ンプの横断面図、第5図は同ポンプの縦断面図、第6図
はギヤ室を破断した前記ポンプの全体構成側面図、第7
図は同ポンプの軸封部断面図、第8図はポンプ起動時の
吸入側軸封部前後の圧力関係図、第9図はポンプ停止時
の吸入側軸封部前後の圧力関係図、第10図はポンプ起動
時の吐出側軸封部前後の圧力関係図、第11図はポンプ停
止時の吐出側軸封部前後の圧力関係図である。 1……ポンプケーシング、12……吸入ポート、 13……吐出ポート、14……トップカバー、 16……リヤカバー、 24,34……オイルトラップ、 25,26,36……連通管、 28……電磁開閉弁、30……圧力スイッチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 椎木 和明 神奈川県海老名市下今泉810番地 株式会 社日立製作所海老名分工場内 (72)発明者 増島 清 神奈川県海老名市下今泉810番地 株式会 社日立製作所海老名分工場内 (72)発明者 寺島 信 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭52−144808(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スクリュウ真空ポンプの吐出側ロータ軸封
    部から延在するロータ軸端を囲繞しこれに取付けられて
    いるロータ回転駆動用歯車列等を内臓する室に対し、ポ
    ンプ起動初期時に吸入負圧を導入することを特徴とする
    スクリュウポンプの軸封方法。
  2. 【請求項2】スクリュウ真空ポンプの吐出側ロータ軸封
    部から延在するロータ軸端を囲繞しこれに取付けられて
    いるロータ回転駆動用歯車列等を内臓するギヤ室と、ス
    クリュウ真空ポンプの吸入通路とを連絡する連絡路を設
    けるとともに、当該連絡路にはポンプ起動初期期間開状
    態とする開閉弁を介装させたことを特徴とするスクリュ
    ウ真空ポンプの軸封装置。
JP61175333A 1986-07-25 1986-07-25 スクリユウ真空ポンプの軸封方法および装置 Expired - Lifetime JPH0778395B2 (ja)

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JPS6332187A JPS6332187A (ja) 1988-02-10
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6332187A (ja) 1988-02-10

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