JPH11294358A - 複軸真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好なポンプ特性を確保しつつ、省スペース
と組立容易性との両方を達成し得る、コンパクトな構造
の複軸真空ポンプを提供する。 【解決手段】 少なくとも１個のロータ（４、５）をド
ラム形に形成した。また、駆動機構を外側回転子形モー
タとして構成し、この駆動機構の回転子（１３）をドラ
ム形ロータ（４）の内周面に取り付け、この駆動機構の
固定子（１２）をドラム形ロータ（４）の中に収容して
ポンプに固設した。更に、駆動機構に電力を供給する電
気配線、冷却媒体供給機構、及び潤滑油供給機構等の、
ポンプに付随する様々な構造部分もロータの中に収容し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複軸真空ポンプに関
するものであり、より詳しくは、ポンプケーシング内に
少なくとも２個のロータが配設されており、それらロー
タが互いに無接触状態で運動することによって排気チャ
ンバが画成され、ポンプで排気すべき対象媒体が該排気
チャンバを介して輸送されるようにしてある複軸真空ポ
ンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】本明細書に記載する複軸真空ポンプは、
例えば化学工業や半導体工業等の産業分野において、乾
式ポンプシステムとして広く用いられている種類の複軸
真空ポンプである。湿式ポンプでは、潤滑、封止、それ
に死容積の低減等のために排気チャンバ内に油が入れら
れているが、乾式ポンプシステムの特徴は、排気チャン
バ内に油が存在していないことにある。そのため、乾式
ポンプシステムを用いれば、炭化水素を全く含まない真
空が得られる。また、この種のポンプでは、所望のポン
プ特性を得るために、直列に接続した複数のポンプ段を
単一のケーシング内に収容した構成とすることがある。

【０００３】従来の一般的な複軸真空ポンプとして、単
一のポンプケーシング内に、ピストン作用を発生するロ
ータを２個または３個以上収容して、それらロータを回
転させるようにしたものがある。それらロータは、夫々
の軸に取り付けられており、それら軸は、両端または一
端が軸受で支持されている。更に、連動機構を介してそ
れらロータの回転運動を同期させることによって、それ
らロータどうしが互いに接触することなく、それらロー
タどうしの間に非常に小さな間隙が維持された状態で、
定速の排気が行われるようにしている。軸受部及び連動
機構は適当なシール機構を用いて排気チャンバから隔離
しておく必要があり、これが必要であるのは、１つに
は、油等の潤滑剤が排気チャンバに入るのを防止するた
めであり、もう１つには、ポンプで排気しようとする対
象ガスが有害なガスであって、そのガスが連動機構収容
室や軸受部へ侵入すると、潤滑剤を汚染したり分解した
りするおそれがある場合に、その侵入を防止するためで
ある。このシール機能をより効果的なものにするため
に、封止ガスを用いるということも行われている。

【０００４】また従来は、ポンプを駆動するための駆動
用モータはポンプケーシングの外側に取り付けられてい
た。従って、この駆動用モータをポンプの主軸に連結す
るために、主軸をケーシングの外側へ延出させる軸貫通
孔が必要とされていた。このようなポンプ構造では、そ
の軸貫通孔にシール機構を装備する必要があり、それに
は、それなりのコストがかかることはいうまでもない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明した種類
の、従来の一般的なポンプでは、構造的に高コストにな
らざるを得ないことが大きな問題となっていた。またそ
の種のポンプでは、ポンプの寸法が大きいこと、ケーシ
ングを構成する部品の点数が多いこと、それに組立作業
が複雑であることも問題となっていた。更に、この従来
のポンプ構造では、例えば、個々のポンプ段の間のシー
ル機構や、封止ガス装置、それに潤滑油供給機構等の、
ポンプに付随する様々な重要な構造部分も、その機能が
不十分であることがしばしばあり、それらについても改
善が望まれていた。

【０００６】本発明の目的は、以上に説明した様々な欠
点を持たない乾式複軸真空ポンプを提供することにあ
る。また、それらのうちでも特に、良好なポンプ特性を
確保しつつ、省スペースと組立容易性との両方を達成し
得る、コンパクトなポンプ構造とすることを目指したも
のである。また更に、このポンプ構造は、シール機構、
封止ガス装置、それに潤滑油供給機構等の、ポンプに付
随する様々な構造部分についても、それらを、この新規
なポンプ構造に適合したものとすることを目指したもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載した本発明の複軸真空ポンプは、ポ
ンプケーシング内に少なくとも２個のロータが配設され
ており、それらロータが互いに無接触状態で運動するこ
とによって排気チャンバが画成され、ポンプで排気すべ
き対象媒体が該排気チャンバを介して輸送されるように
してある複軸真空ポンプにおいて、少なくとも１個のロ
ータがドラム形に形成されており、駆動機構が外側回転
子形モータとして構成されており、該駆動機構の回転子
が前記ドラム形ロータの内周面に取り付けられ、この回
転子に対向する該駆動機構の固定子が前記ドラム形ロー
タの中に収容されて、ポンプに固設されていることを特
徴としている。また、請求項２ないし請求項９に記載し
た本発明の複軸真空ポンプは、本発明の特に好適な実施
の形態を示したものである。

【０００８】この種のポンプでは、そのロータが、ポン
プの全体積のうちの大きな部分を占めることになる。従
来の構造においても、ロータは大きな体積を有する部品
であったが、そのロータの内部空間が活用されていなか
った。本発明では、少なくとも１個のロータをドラム形
に形成し、そのロータの中に駆動機構の全体を収容する
ことで、従来は活用されていなかった空間を有効に利用
できるようにしたものである。これによって、ポンプを
大幅に小型化することが可能となった。また、軸受部は
排気チャンバから隔離されており、軸貫通孔も不要とな
っている。本発明は更に、本発明の様々な特徴的構造に
よって得られる、その他の多くの利点を併せ持つもので
ある。それら特徴的構造のうちには、例えば、駆動機構
へ電力を供給するための電気配線をメインロータのシャ
フトに形成した孔に挿通することや、冷却媒体供給管路
をメインロータのシャフトの孔によって構成することな
どがある。

【０００９】ロータをドラム形に形成すると、必然的に
ロータの直径は大きなものとなる。多段ポンプでは、複
数のポンプ段が軸心方向に列設されているため、個々の
ポンプ段どうしの間のシール機構をどのようなものとす
るかが問題となる。例えば、ラジアル形の軸シール機構
を採用すると、直径が大きいために、その摺接面におけ
る相対速度が高速となり、過熱及び摩耗現象が発生する
おそれがある。また、それらポンプ段の間で逆流が発生
しないようにする必要がある。本発明では、これらに対
処するために、ポンプ段どうしの間に無接触形シール機
構を装備するようにしている。このシール機構は、スク
リューシャフト形ポンプとして構成されており、そのポ
ンプ作用によって圧力差を発生させることで、逆流を防
止するようにしたものである。

【００１０】潤滑油が排気チャンバの中へ侵入するのを
確実に防止するために、並びに、これとは逆にプロセス
ガスが連動機構収容室の中へ侵入するのを確実に防止す
るために、連動機構収容室とそれに隣接する排気チャン
バとの間に、封止ガスを注入するようにしている。これ
に関連した重要な問題として、その封止ガスの流量調整
をどのようにして行うかということがある。封止ガスと
しては一般的に不活性ガスが用いられるため、封止ガス
消費量をできるだけ低く抑える必要がある。また一方で
は、封止ガスの流量を低くし過ぎると封止機能が不良と
なるおそれがあるため、そのような事態も生じないよう
にする必要がある。従来は、これら条件を満足するため
には、種々の不活性ガス調製装置（圧力レギュレータ、
流量制御器、及び流量センサ）が必要とされていた。こ
れに対して本発明においては、封止ガスによるシール機
構に用いるシール部材を、多孔質材料で製作したものと
することで、封止ガス消費量の最適調整を行えるように
した。このシール部材を使用した場合には、そのシール
部材の厚さと、そのシール部材の材料の透過性とによっ
て、封止ガス消費量が左右される。これに関して注意す
べきことは、封止ガスの供給圧力が低すぎると、封止ガ
スがそのシール部材の材料を容易に透過できなくなるた
め、封止ガスの供給圧力をそのような圧力領域よりも高
い圧力領域に維持するようにすることである。この構成
によれば、封止ガスはシール部材の中を透過する際にそ
の流れが拡散し、そしてシール部材の表面から流出し
て、シール部材とロータとの間の間隙へ流入する。これ
によってガス封止機能が得られ、連動機構収容室と排気
チャンバとの間での気体の行き来が防止される。

【００１１】軸受部へ潤滑油を供給するために、一対の
スクリューシャフト形ポンプが補助ロータの中に構成さ
れており、それらスクリューシャフト形ポンプは対称的
な配置とされている。また、補助ロータから先へ潤滑油
を導くために、本発明では、シャフトの内部に孔が形成
されている。従って、これらの構造によっても、空間の
有効利用が行われている。

【００１２】このように、本発明にかかるポンプは、良
好なポンプ特性を確保しつつ、省スペースと組立容易性
との両方を達成し得る、コンパクトなポンプ構造を有す
るものである。また更に、電気配線構造、シール機構、
冷却媒体供給機構、封止ガス装置、それに潤滑油供給機
構等の、ポンプに付随する様々な構造部分も、この新規
なポンプ構造に適合した構造となっている。

【００１３】

【発明の実施の形態】これより図１及び図２を参照しつ
つ、二軸真空ポンプとして構成された実施の形態に即し
て本発明を更に詳細に説明して行く。尚、以下の説明で
言及する２本の軸のうち、第１軸は作動軸として構成さ
れており、以下、これを「メインロータ」という。ま
た、第２軸は補助軸として構成されており、以下、これ
を「補助ロータ」という。

【００１４】図示の如く、ポンプケーシング１は、吸入
フランジ２及び排気口３を備えており、このポンプケー
シング１の中に、メインロータ４及び補助ロータ５が収
容されている。メインロータ４は軸受３１及び３３によ
って支持されており、補助ロータ５は軸受３２及び３４
によって支持されている。メインロータ４の外周形状
は、ピストン作用を発生する凸部（ピストン部）６を２
つ備えた形状であり、それら凸部６が排気チャンバ８の
中で周回運動をする。それら凸部６に対応するように、
補助ロータ５の外周形状は、凹部７を２つ備えた形状と
なっている。メインロータ４と補助ロータ５とが協働す
ることで、周知の方式でポンプ作用が発生する。メイン
ロータ４と補助ロータ５とは、いずれも、ドラム形の中
空体として形成されている。このポンプ構造によれば、
ポンプに付随する様々な構造部分をロータの中に収容す
ることができる。具体的には、メインロータ４の中には
駆動機構を収容してあり、この駆動機構は、外側回転子
形モータとして構成されている。この駆動機構の回転子
１３は、ドラム形メインロータ４の内周面に取り付けら
れている。また、この駆動機構の固定子１２は、ドラム
形メインロータ４の中に収容されており、回転子１３に
対向してポンプに固設されている。軸受３１及び３３
は、メインロータ４の中に収容されてシャフト９に取り
付けられており、また軸受３２及び３４は、補助ロータ
５の中に収容されてシャフト１０に取り付けられてい
る。シャフト９及び１０は、夫々カラー部材１７及び１
８を介してポンプケーシング１に固定されている。歯車
１４及び１５で構成した連動機構が、連動機構収容室１
９収容されており、この連動機構によって、メインロー
タ４のロータ運動が、補助ロータ５へ伝達される。駆動
機構の固定子１２に電力を供給するための電気配線３７
が、メインロータ４のシャフト９に形成された孔に挿通
されており、また、同じくメインロータ４のシャフトに
形成された別の孔によって、冷却媒体を供給するための
冷却媒体供給機構３８が構成されている。

【００１５】図２に示した、多段ポンプとした実施の形
態では、軸心方向に列設された複数のポンプ段の、その
ポンプ段どうしの間に、無接触形シール機構２２が装備
されている。このシール機構は、ポンプ段の間の逆流防
止機能を果たすスクリューシャフト形ポンプとして構成
されている。

【００１６】連動機構収容室１９と、それに隣接する排
気チャンバ８との間を封止するために、封止ガス注入口
２３から封止ガスを注入するようにしており、封止ガス
はそこから、周溝２４及び２５を介して、封止ガス用シ
ール部材２６及び２７へと流れる。封止ガス用シール部
材２６及び２７は多孔質材料で製作されており、この封
止ガス用シール部材の材料を適切に選択し、また、この
封止ガス用シール部材の寸法形状を適切に定めること
で、封止ガスの流量調整が可能である。

【００１７】軸受部３１及び３３、並びに軸受部３２及
び３４への潤滑油の供給は、補助ロータ５の内部に設け
た一対のスクリューシャフト形ポンプ２０及び２１によ
って行われている。それら一対のスクリューシャフト形
ポンプ２０及び２１は、対称的に構成されており、軸心
方向で互いに向かい合う向きにポンプ作用を発生するた
め、それらの中間から潤滑油が吐出される。こうして吐
出された潤滑油が、シャフト９に形成されている孔４２
を介して、またシャフト１０に形成されている孔４３を
介して、夫々の軸受部へ供給されるようにしてある。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
良好なポンプ特性を確保しつつ、省スペースと組立容易
性との両方を達成し得る、コンパクトな構造の複軸真空
ポンプが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる複軸真空ポンプの横断面図であ
る。

【図２】本発明にかかる多段複軸真空ポンプの縦断面図
である。

【符号の説明】

１ ポンプケーシング ４ メインロータ ５ 補助ロータ ９、１０ シャフト １２ 固定子 １３ 回転子 ３１、３２、３３、３４ 軸受

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプケーシング（１）内に少なくとも
   ２個のロータ（４、５）が配設されており、それらロー
   タが互いに無接触状態で運動することによって排気チャ
   ンバ（８）が画成され、ポンプで排気すべき対象媒体が
   該排気チャンバ（８）を介して輸送されるようにしてあ
   る複軸真空ポンプにおいて、 少なくとも１個のロータ（４）がドラム形に形成されて
   おり、駆動機構が外側回転子形モータとして構成されて
   おり、該駆動機構の回転子（１３）が前記ドラム形ロー
   タ（４）の内周面に取り付けられ、この回転子（１３）
   に対向する該駆動機構の固定子（１２）が前記ドラム形
   ロータ（４）の中に収容されて、ポンプに固設されてい
   ることを特徴とする複軸真空ポンプ
2. 【請求項２】 前記ドラム形ロータ（４、５）を支持す
   る軸受（３１、３３、３２、３４）が、前記ドラム形ロ
   ータ（４、５）の中に収容されて、固定シャフト（９、
   １０）に取り付けられていることを特徴とする請求項１
   記載の複軸真空ポンプ。
3. 【請求項３】 前記駆動機構に電力を供給するための電
   気配線（３７）が、メインロータ（４）のシャフト
   （９）に形成された孔に挿通されて、前記駆動機構の前
   記固定子（１２）に接続されていることを特徴とする請
   求項１または２記載の複軸真空ポンプ。
4. 【請求項４】 前記ポンプのうちの前記駆動機構の近傍
   部分を冷却するための冷却媒体供給機構（３８）が、メ
   インロータ（４）のシャフト（９）に形成された孔を介
   して冷却媒体を供給する構造とされていることを特徴と
   する請求項１乃至３の何れか１項記載の複軸真空ポン
   プ。
5. 【請求項５】 軸心方向に列設された複数のポンプ段を
   備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１
   項記載の複軸真空ポンプ。
6. 【請求項６】 前記複数のポンプ段の個々のポンプ段の
   間に無接触形シール機構（２２）が装備されており、該
   無接触形シール機構（２２）は、ポンプ段の間の逆流を
   防止するスクリューシャフト形ポンプとして構成されて
   いることを特徴とする請求項５記載の複軸真空ポンプ。
7. 【請求項７】 連動機構収容室（１９）と、それに隣接
   する排気チャンバ（８）との間に、封止ガス注入口（２
   ３）が設けられており、該封止ガス注入口（８）は、周
   溝（２４、２５）を介して、多孔質材料製の封止ガス用
   シール部材（２６、２７）に連通していることを特徴と
   する請求項１乃至６記載の複軸真空ポンプ。
8. 【請求項８】 軸受部に潤滑油を供給するために、前記
   補助ロータ（５）の中に一対のスクリューシャフト形ポ
   ンプ（２０、２１）を装備してあり、それら一対のスク
   リューシャフト形ポンプ（２０、２１）が、軸心方向で
   互いに向かい合う向きにポンプ作用を発生してそれらの
   中間から潤滑油を吐出するように、対称形に配置されて
   いることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載
   の複軸真空ポンプ。
9. 【請求項９】 軸受部への潤滑油の供給が、前記シャフ
   ト（９、１０）に形成された孔（４２、４３）を介して
   行われるようにしたことを特徴とする請求項１乃至８の
   何れか１項記載の複軸真空ポンプ。