JPH11270482A

JPH11270482A - 真空ポンプ

Info

Publication number: JPH11270482A
Application number: JP9244498A
Authority: JP
Inventors: Isao Akutsu; 功阿久津; Takeo Ozawa; 健男小沢; Shoichi Miyashita; 承一宮下
Original assignee: Diavac Ltd
Current assignee: Diavac Ltd
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】真空ポンプとして用いた場合に大気圧（７６
０Torr）から１０^- ⁴ Torrの作動範囲において、安定し
た動作及び排気速度を得ることができると共に、製作が
容易な真空ポンプを提供とする。【解決手段】互に噛み合う雄ロ−タ１及び雌ロ−タ２
と、前記雄雌ロ−タに一定の距離をおいて形成された複
数の噛合部１１、１２と、両ロ−タを収納するケ−シン
グ３と、前記噛合部１１、１２において雄雌ロータ１、
２とケーシング３とにより形成される作動室と、前記一
の噛合部１１の作動室の端部に連通しうるようケーシン
グ４に設けられた気体の吸入口１３と、前記他の噛合部
の作動室の端部に連通しうるようケーシング５に設けら
れた気体の吐出口１４と、前記噛合部間に設けられた連
通穴２１を有する中間板２０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空ポンプに関し、
特に大気圧から１０^-4Ｔｏｒｒレベルの低・中真空領域
に好適な真空ポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、低・中真空領域では油回転ポ
ンプ、ル−ツポンプ、拡散ポンプなど種々形式の真空ポ
ンプが用いられてきた。例えば、半導体の製造分野で
は、真空状態にした容器内にウエハを収納して所定の処
理が行われるが、この処理では、容器内にＮ₂ ガス等の
不活性ガスを供給しつつ真空ポンプで吸引し、容器内の
不純物（Ｏ₂ 、ＣＯ₂ 等）を除去し、数Ｔｏｒｒから１
０^ー4Ｔｏｒｒレベルの真空状態としている。このような
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、油回転ポンプ、ルーツ式のメカニカルブースタポン
プ等が用いられている。

【０００３】しかし、油回転ポンプでは、使用している
潤滑用油が半導体製造過程で用いる各種ガス（例えば、
ヒ素、ガリウム、塩素、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、フッ素等）と
接触して、潤滑油としての寿命を短くするという問題が
あり、また油分子が半導体製造容器内を汚染して半導体
製造工程上好ましくないという問題があった。また、上
記ポンプでは、正常動作する圧力範囲が狭いため、所定
圧力に到達するまでに数種のポンプを切換えて使用しな
ければならず、大気圧から１０^-4Ｔｏｒｒレベルまで一
台の真空ポンプで排気することができないという問題が
あった。

【０００４】前記問題を解決するものとして、特開昭６
２−１６８９８７号公報に示されるようなポンプ本体を
２つ形成したものが提案されている。これを図４に基づ
いて説明すると、提案された真空ポンプは、一方に吸込
口５０を他方に吐出口５１を有するケ−シング５２内
に、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュ−ロ−タ５３
を、その両側に適宜軸封止手段５４を配して回転可能に
収納してなるポンプ本体５５、５６を２段に設け、両本
体５５、５６のケ−シング５２を一体化して、２段の雌
雄ロ−タを同軸上、一体回転可能に設けると共に、１段
目のポンプ本体５５の吐出口５５ａと２段目のポンプ本
体５６の吸込口５６ａとを管５７により、連通させた構
成を備えている。このように構成されているため、提案
された真空ポンプは、第１段目の吸込口５０を真空引き
する箇所、例えば真空タンクに接続して、ここから吸い
込んだガスを第１段目の吐出口５５ａから第２段目の吸
込口５６ａを経て第２段目の吐出口５１へ送り出すこと
によりタンク内を真空にすることができる。

【０００５】また、前記問題を解決するものとして、特
開昭６０−２１６０８９７号公報に示されるものが提案
されている。これを図５に基づいて説明する。図５は雌
雄ロ−タみの示し、他の部分は省略している。図５で雄
ロ−タ６０と雌ロ−タ６１は吸入、移送作用をなす部分
６２、６３と圧縮作用をなす部分６４、６５によって形
成されている。吸入、移送部６２、６３は圧縮部６４、
６５と比べてねじれ角θが小さく、Ｌ／Ｄ（長さ／直
径）が大きく形成されている。その結果、所定圧を得る
ことができると共に、従来の一般的な真空ポンプと比
べ、同じ大きさで大きな排気速度を得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開昭６２
−１６８９８７号公報に示されるような真空ポンプの場
合、１段目のポンプ本体５５の吐出口５５ａと２段目の
ポンプ本体５６の吸込口５６ａとを管５７により、連通
させることが必要であり、ポンプ構造の複雑化を招いて
いた。また、管５７により連通させているため、コンダ
クタンスが小さくなり、排気速度が遅く、所定圧力に到
達するまで時間がかかるという技術的課題があった。更
に、真空ポンプを半導体製造工程において使用した場合
等において、前記管５７に反応生成物が蓄積し、やがて
ポンプなどの正常な動作を阻害させるといった技術的課
題があった。

【０００７】また、特開昭６０−２１６０８９７号公報
に示されるような真空ポンプの場合、吸入、移送作用を
なす部分６２、６３と圧縮作用をなす部分６４、６５の
境界部分６６、即ちねじれ角が急変する部分の加工が困
難であるという技術的課題があった。また移送作用をな
す部分６２、６３と圧縮作用をなす部分６４、６５とが
連続的に形成されているため、切削加工する際、既に切
削形成したねじ歯車に切削刃が当たりねじ歯車の歯面を
切削してしまうという技術的課題があった。

【０００８】本発明の目的は上記課題を解決するために
なされたものであり、例えば真空ポンプとして用いた場
合に大気圧（７６０Torr）から１０^- ⁴ Torrの作動範囲
において、安定した動作及び排気速度を得ることができ
ると共に、製作が容易な真空ポンプを提供せんとするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明は、互に噛み合う雄ロ−タ及び雌ロ−
タと、前記雄雌ロ−タに一定の距離をおいて形成された
複数の噛合部と、両ロ−タを収納するケ−シングと、前
記噛合部において雄雌ロータとケーシングとにより形成
される作動室と、前記一の噛合部の作動室の端部に連通
しうるようケーシングに設けられた気体の吸入口と、前
記他の噛合部の作動室の端部に連通しうるようケーシン
グに設けられた気体の吐出口と、前記噛合部間に設けら
れた連通穴を有する中間板とを備えることを特徴とす
る。このように、雄雌ロ−タに複数の噛合部が一定の距
離をおいて形成されているため、前記噛合部を構成する
ねじ歯車部分を製作する際、既に切削したねじ歯車部分
と切削刃とが干渉することはなく、切削したねじ歯車部
分を壊してしまうことはない。しかも中間板を設けたこ
とにより、実質的に１リ−ド分のねじ歯車を形成したの
と同等となるため、真空ポンプの圧縮比を上げることが
できる。

【００１０】ここで、前記雄雌ロ−タに形成された複数
の噛合部と、前記噛合部の間に設けられた連通穴を有す
る中間板とを備え、中間板は前段の噛合部端面と微小な
間隙をもって配置されると共に、次段の噛合部端面との
間には前段の噛合部から吐出された気体が貯留される隙
間が形成されるように配置されていることが好ましい。
このように、中間板は前段の噛合部端面と微小な間隙を
もって配置されると共に、次段の噛合部端面との間には
前段の噛合部から吐出された気体が貯留される隙間が形
成されるように配置されているため、次段の噛合部によ
って、圧縮作用をなすことができる。特に、気体が貯留
される隙間が形成されているため、作動範囲の全域にわ
たって安定した排気速度を得ることができる。

【００１１】また、前記雄雌ロ−タに形成された第１の
噛合部と、前記第１の噛合部の後段に配された第２の噛
合部の間に、連通穴を有する中間板とを備え、前記中間
板は第１の噛合部端面と微小な間隙をもって配置される
と共に、第２の噛合部端面との間には第１の噛合部から
吐出された気体が貯留される隙間が形成されるように配
置されていることが好ましい。このように、雄雌ロ−タ
に第１の噛合部と第２の噛合部を形成することによっ
て、真空ポンプとして用いた場合に大気圧（７６０Tor
r）から１０^- ⁴ Torrの作動範囲において、安定した排
気速度を得ることができる。

【００１２】更に、前記雄雌ロ−タに形成された第１及
び第２の噛合部は、ねじ歯車からなり、第１噛合部のリ
−ドは、第２噛合部のリ−ドよりも大きく形成されてい
ることが好ましい。このように第１噛合部のリ−ドが、
第２噛合部のリ−ドよりも大きく形成されているため、
第１の噛合部によって主に吸入、移送作用をなすことが
でき、第２の噛合部によって主に圧縮作用をなすことが
できる。また、互に噛み合う雄ロ−タ、雌ロ−タを回転
自在に支持する軸受けに近接して不活性ガスが供給され
る被供給部が形成されているため、軸受等の潤滑剤の油
分子が作動室内に侵入するのを防止することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明にかかる真空ポンプの実施
形態を図に基づいて説明する。なお、図１、２にはその
真空ポンプの概略構成が示されている。図に示すよう
に、雄ロータ１と雌ロータ２は主ケーシング３と吸入ケ
ーシング４内に収納され、端板５の軸受６、７、及び副
ケ−シング８の軸受９、１０により回転自在に支えられ
ている。

【００１４】前記雄ロータ１と雌ロータ２には、ポンプ
機能を有する第１、２の噛合部１１、１２が形成されて
いる。この第１、２の噛合部１１、１２は、雄ロータ１
と雌ロータ２のそれぞれに形成されたねじ歯車１ａ、２
ａ、１ｂ、２ｂによって構成されている。前記ねじ歯車
１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂは、歯すじねじれ角は常に一定
の角度であって、回転軸方向ピッチ及び軸直角面ピッチ
も一定に形成されている。

【００１５】また、前記第１、２の噛合部１１、１２
は、雄ロータ１、雌ロータ２において一定の距離をおい
て形成されている。すなわち、雄ロータ１と雌ロータ２
のねじ歯車１ａ、２ａとねじ歯車１ｂ、２ｂは、一定の
間隔をおいて形成されている。この間隔は前記ねじ歯車
１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂを切削加工等する際、切削刃と
ねじ歯車の歯面とが干渉しない距離を考慮して決定され
る。また前記間隔は後述する中間板２０の板厚及び第２
の噛合部１２側に形成される第１の噛合部１１から吐出
した気体を貯留する間隙（貯留部）Ｓの大きさによって
決定される。したがって、雄ロータ１と雌ロータ２のね
じ歯車１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂを切削加工ではなく、成
型等により形成する場合には中間板２０の板厚及び貯留
部Ｓの大きさによって決定される。

【００１６】また、図において正確に図示していない
が、真空ポンプ内に気体を吸入し、主に移送する第１の
噛合部１１のねじ歯車１ａ、２ａのねじれ角θ₁ は、気
体を主に圧縮排出する第２の噛合部１２のねじ歯車１
ｂ、２ｂのねじれ角θ₂ と比べて、その角度は小さい。
すなわち、真空ポンプ内に気体を吸入し、移送する第１
の噛合部１１のねじ歯車１ａ、２ａのリ−ドは、気体を
圧縮排出する第２の噛合部１２のねじ歯車１ｂ、２ｂの
リ−ドと比べて、大きく構成されている。このように構
成することにより、第１の噛合部１１によって、主に吸
入、移送作用をなし、第２の噛合部１２によって主に圧
縮作用をなすことができる。しかも排気速度は吸気側の
リ−ドの長さ（大きさ）で決定されるが、第２の噛合部
１２のねじ歯車１ａ、２ａのリ−ドを短くした分、第１
の噛合部１１のリ−ドを長くすることができるため、同
じ外形寸法を有する真空ホンプと比べて、大きな排気速
度を得ることができる。

【００１７】また、第２の噛合部１２のねじ歯車１ｂ、
２ｂのリ−ドが短く形成されているため、第２の噛合部
１２によって主に圧縮作用をなすことができる。また、
第２の噛合部１２のねじ歯車１ｂ、２ｂのリ−ドが短く
形成されているため、後述する吐出口１４からの逆流を
小さくすることかでき、圧縮排気による発熱を抑えるこ
とができる。

【００１８】また、図に示すように、雄雌ロータ１、２
の端面を覆うケーシング４はその軸方向の一端が気体の
吸入口１３として大きく開口しており、反対側の端板５
には吐出口１４が設けられている。この両口以外ではケ
ーシング３は微少な隙間をもって雄雌ロータ１、２を覆
い、ロータ１、２とケーシング３によりＶ字形の作動室
が形成されている。

【００１９】また前記ロータ１、２の軸端にはタイミン
グギヤ１５、１６が取り付けられ、雄、雌ロータ１、２
が互いに接触しないよう両ロータ間の隙間が調整され
る。また軸受６、７、９、１０の潤滑は飛沫給油により
行い、副ケ−シング８内に溜った潤滑油１３をタイミン
グギヤ１５、１６によって跳ねかけるようになされてい
る。また、前記軸受６、７、１６に近接して、不活性ガ
スが供給される被供給部としてのシャフトシール部１
７、１８、１９が形成されている。このシャフトシール
部１４、１５、１６には、図示しない不活性ガス供給手
段から不活性ガスが供給され、潤滑油あるいは外気が作
動室内へ侵入するのを防いでいる。

【００２０】尚、主ケーシング３の外側には気体の圧縮
により温度が上昇するため、冷却ジャケット３ａを設
け、このジャケット３ａ内に冷却水を通しケーシング３
や圧縮気体を冷却するように成されている。

【００２１】次に、第１の噛合部１１の端面に対して微
小な間隙をもって設けられた中間板２０について、図
１、３に基づいて説明する。図３は中間板から第１の噛
合部１１側を見た側面図である（図１、図２のＡ−Ａ方
向から見た図である。）図に示すように、第１の噛合部
１１の端側には、雄ロータ１ａ端面、雌ロータ２ａ端面
と接触せず、微少の間隔を持って、中間板２０が配置さ
れている。また、この中間板２０の上部には、雄ロ−タ
１ｂと雌ロ−タ２ｂの略中間に、雄ロ−タ１ｂ側と雌ロ
−タ２ｂ側の両方に跨がって、１つの連通穴２１が形成
されている。

【００２２】更に、中間板２０は、この中間板２０と第
２の噛合部１２の端面との間に、第１の噛合部１１から
吐出された気体が貯留される隙間Ｓが形成されるように
配置されている。このように、中間板２０を雄雌ロ−タ
１、２の第１の噛合部１１と第２の噛合部１２の間に配
置することによって、真空ポンプとして用いた場合に所
定の作動範囲において、安定した排気速度を得ることが
できる。特に、第１の噛合部１１から吐出された気体が
貯留される隙間Ｓが形成されているため、作動範囲全域
にわたって安定した排気速度が得られる。

【００２３】次に本発明にかかる真空ポンプの動作につ
いて説明する。雄雌ロータ１、２が回転すると第１の噛
合部１１によって、図示しないタンク内の気体は吸入口
１３から第１の噛合部１１の作動室に吸入される。そし
て作動室の移動に伴い中間板２０へ向かって移動し、圧
縮される。このとき、第１噛合部１１のねじ歯車のリ−
ドは、第２噛合部１２と比べて大きく形成されているた
め、圧縮作用もなすが、主として吸入、移送作用をな
す。

【００２４】そして、第１噛合部１１における気密状態
の作動室がロ−タ１、２回転により、中間板２０の連通
穴２１に到達すると、前記連通穴２１から作動室内の気
体が吐出され、第２の噛合部１２と中間板２０との間隙
（貯留部）Ｓに吐出された気体は貯留される。そしてま
た、第２の噛合部１２の作動室の移動によって、前記間
隙Ｓに貯留された気体は中間板２０側から吐出口１４へ
向かって移動し、圧縮される。このとき、第２噛合部の
ねじ歯車の第１噛合部１１と比べてリ−ドは小さく形成
されているため、吸入、移送作用もなすが、主として圧
縮作用をなす。そして、最終的には第２の噛合部１２に
よって圧縮された気体は、吐出口１４から排気される。

【００２５】雄雌ロ−タ１、２に第１の噛合部１１、第
２の噛合部１２を形成すると共に、中間板２０を上記実
施形態のように配置した真空ポンプを用いて検証を行っ
た結果、大気圧（７６０Torr）から１０^- ⁴ Torrの作動
範囲において、安定した排気速度を得ることができた。
また、反応生成物は中間板２０の連通穴２１、第２の噛
合部１２を経て、最終的に吐出口１４から排気されるた
め、ポンプ内に侵入しても蓄積することなく、正常な動
作を阻害されないことが認められた。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかる真空ポンプによれば、簡単なポンプ構造であり
ながら、広範な作動範囲を得ることができる。また、従
来のようにポンプを管により連通させていないため、コ
ンダクタンスが小さくなることはなく、反応生成物がポ
ンプ内に侵入しても蓄積することなく、ポンプの外に排
出されるため、正常な動作を安定的に得ることができ
る。また、本発明にかかる真空ポンプによれば、第１の
ポンプ及び第２のポンプの間に間隙部分が形成されてい
るため、切削加工する際、既に切削形成した噛合部分に
切削刃が当たることもなく、容易に製作することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明にかかる真空ポンプの実施形態を
示す、図２のＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図２】図２は本発明にかかる真空ポンプの実施形態を
示す、図１のＩ−Ｉ断面図である。

【図３】図３は本発明にかかる真空ポンプに用いられる
中間板を示す側面図である。

【図４】図４は従来の真空ポンプの断面図である。

【図５】図５は従来の真空ポンプに用いられているロ−
タを示す図である。

【符号の説明】

１雄ロ−タ２雌ロ−タ３主ケ−シング４吸入ケ−シング５端板８副ケ−シング１１第１の噛合部１２第２の噛合部１３吸入口１４吐出口２０中間板２１連通穴Ｓ間隙（貯留部） θ₁ θ₂ ねじれ角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互に噛み合う雄ロ−タ及び雌ロ−タと、
前記雄雌ロ−タに一定の距離をおいて形成された複数の
噛合部と、両ロ−タを収納するケ−シングと、前記噛合
部において雄雌ロータとケーシングとにより形成される
作動室と、前記一の噛合部の作動室の端部に連通しうる
ようケーシングに設けられた気体の吸入口と、前記他の
噛合部の作動室の端部に連通しうるようケーシングに設
けられた気体の吐出口と、前記噛合部間に設けられた連
通穴を有する中間板とを備えることを特徴とする真空ポ
ンプ。
【請求項２】前記雄雌ロ−タに形成された複数の噛合
部と、前記噛合部の間に設けられた連通穴を有する中間
板とを備え、中間板は前段の噛合部端面と微小な間隙を
もって配置されると共に、次段の噛合部端面との間には
前段の噛合部から吐出されたガスが貯留される隙間が形
成されるように配置されていることを特徴とする請求項
１に記載された真空ポンプ。
【請求項３】前記雄雌ロ−タに形成された第１の噛合
部と、前記第１の噛合部の後段に配された第２の噛合部
の間に、連通穴を有する中間板とを備え、前記中間板は
第１の噛合部端面と微小な間隙をもって配置されると共
に、第２の噛合部端面との間には第１の噛合部から吐出
されたガスが貯留される隙間が形成されるように配置さ
れていることを特徴とする請求項１に記載された真空ポ
ンプ。
【請求項４】前記雄雌ロ−タに形成された第１及び第
２の噛合部は、ねじ歯車からなり、第１噛合部のリ−ド
は、第２噛合部のリ−ドよりも大きく形成されているこ
とを特徴とする請求項３に記載された真空ポンプ。
【請求項５】前記第１の噛合部によって、主に吸入、
移送作用をなし、第２の噛合部によって主に圧縮作用を
なすように構成されていること特徴とする請求項３また
は請求項４に記載された真空ポンプ。
【請求項６】互に噛み合う雄ロ−タ、雌ロ−タを回転
自在に支持する軸受けに近接して不活性ガスが供給され
る被供給部が形成されていることを特徴とする請求項１
乃至請求項６のいずれかに記載された真空ポンプ。