JP2004068812A

JP2004068812A - 超純水ポンプ

Info

Publication number: JP2004068812A
Application number: JP2003177305A
Authority: JP
Inventors: Jun Taga; 多賀　潤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】ポンプの摺動部で発生した摩粍微粒子を排出するとともに、極めて化学的活性が高く腐食性ある主送液の摺動部への進入を効果的に阻止し、超純水等の主送液のボンプの摺動部への接触による金属等のイオン発生等の不都合を防止する。
【解決手段】主送液に接する箇所は抗腐蝕処理がなされ、摺動部で発生する摩耗物の混入を防止する第１遮断流機構と、抗腐蝕処理がなし得ない箇所への化学的反応性の高い主送液の侵入を阻止する第２遮断流機構とを具え、前記第１遮断流機構は、回転軸と回転軸ケーシング内周面による第１遮断流流路と、ポンプ空間からの主送液による第１遮断流を前記第１遮断流流路から排出するための排出部とを具え、前記第２遮断流機構は、第２遮断流としての不活性液体の供給源と、前記第２遮断流を回転軸ケーシング内に送るとともに回転軸と回転軸ケーシング内周面による第２遮断流流路を介して前記第１遮断流に合流させるため回転軸ケーシングに形成される第２遮断流供給口と、を具える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、半導体、液晶等の製造工程等に用いられる極めて高純度の活性液体を移送するための回転型ポンプに関し、詳しくは超純水等の活性液体とポンプ機構の金属部との絶縁により金属イオンをはじめ、その他の微粒子の発生を防止できるようにしたポンプに関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
半導体の高集積度を実現するには、製造時に使用する各種液体の高純度、特に不純物の含有量を極度に低くする必要がある。半導体製造の洗浄工程で用いられる超純水では、０．１ミクロン単位の微粒子量が問題とされ製品の収率に大きく影響を与える。特に超純水の移送用ポンプにあっては、回転摺動部から発生する摩耗微粒子の発生防止が大きな課題であったが、この課題は本願発明者により、日本国特許第１８０７１６９号、米国特許第５１３１８０６あるいは特開平３−２６８９７号により解決されている。
【０００３】
しかしながら、半導体の高集積度、液晶の高性能化が更に進むにつれ、超純水中の残存金属イオン濃度が大きな問題となって浮上し、今や金属イオンの含有量は１ＰＰＴ（１兆分の１）以下まで要求されるようになっている。この金属イオンは、ウエット行程中のポンプ、パイプ、バルブ等全ての機器類の接液箇所において超純水の金属に対する溶解挙動により発現するものであり、特に１８．２０ＭΩ以上の抵抗値を有する最高度の超純水においては、極めて活発な金属等のイオン溶出が起こるとされている。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】
上記の不都合を解決するために、ポンプ等の機器において、超純水と接する筒所を４フッ化樹脂によりライニング、またコーティング等を施すこと等も行われているが、ポンプ回転摺動部、シール部は４フッ化樹脂によるライニング等の表面処理は施工不可能である。また、ポンプ回転摺動部、シール部に極めて化学的に安定な高硬度ＳｉＣ（炭化けい素）を使用しても超純水による溶解挙動を抑止することができない。そして、現在の超純水に更にオゾン（Ｏ_３）、フッ化水素（ＨＦ）等を微量含む機能超純水が使用されるようになりつつあり、金属、セラミックスはより大きなケミカルアタックに晒されることになり、前記のポンプ回転摺動部、即ちベアリング部、シール部における接液部の金属セラミックス等の溶出による腐食等の不都合がさらに問題視されるところである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、超純水の移送等に使用するポンプにおいて、ポンプ空間と、このポンプ空間で回転する羽根車と、回転駆動源と羽根車を結ぶ回転軸と、ベアリング部およびシール部を有する回転軸ケーシングとを有して主送液に接する箇所に４フッ化樹脂のライニング等による抗腐蝕処理をなして構成するとともに、第２遮断流に接するベアリング部、シール部等の回転摺動部から発生する摩耗微粒子の送液への混入を防止するための第１遮断流機構と、回転軸摺動部における抗腐蝕処理不能箇所へのポンプ空間からの主送液の侵入を阻止するための第２遮断流機構とを具え、
前記第１遮断流機構は、回転軸と回転軸ケーシング内周面により構成される第１遮断流流路と、ポンプ空問から回転軸ケーシング内に一部流入させた主送液による第１遮断流を前記第１遮断流流路から排出するために、回転軸ケーシングにおいて羽根車寄りに設けた排出部と、これに接続する排出路とからなり、
前記第２遮断流機構は、第２遮断流としての潤滑性を有する不活性液体の供給源と、前記第２遮断流をベアリング部、シール部の位置する回転軸ケーシング内に送るとともに回転軸と回転軸ケーシング内周而により構成される第２遮断流流路を介して前記第１遮断流に合流させ、第１遮断流機構の前記排出路から排出するため、回転軸の回転摺動部側端部と前記排出路との問において回転軸ケーシングに形成される第２遮断流供給口と、第２遮断流供給源と第２遮断流供給口との問に設けられる供給路とから構成することにより前記従来の課題を解決しようとするものである。
【０００６】
前記ポンプにおいて、第１遮断流機構の排出部は、ポンプの回転軸に互いに逆方向の流れの相会箇所に設けた遮断円板と、これを収納するため回転軸ケーシングに設けた円板室に開口することにより構成する。
【０００７】
前記において、流路遮断円板にはラビリンスを形成し、第１・第２遮断流が互いにそれぞれの流路に流入しないようにすることがある。
【０００８】
上記いずれかにおいて、回転軸ケーシング内の抗腐蝕処理不能箇所には第２遮断流供給口から流入する不活性液体からなる第２遮断流を常時充填して、第１遮断流流路から侵入する虞のあるケミカルアタック性の強い主送液から絶縁するようにする。
【０００９】
【発明の実施形態】
この実施形態に係るポンプにおいて、回転軸ケーシングのベアリング部、シール部等の回転摺動部を除き、主送液（超純水）に接する箇所の表面は前述のように４フッ化樹脂のライニング等による抗腐蝕処理がなされている。第１遮断流機構において、ポンプ空問から回転軸ケーシング内に一部流入される主送液（超純水）による第１遮断流は、回転軸と回転軸ケーシング内周而により構成される第１遮断流流路、これに連続して回転軸ケーシングにおいて羽根車寄りに設けた排出部、この排出部に連結形成される排出路を経て回転軸ケーシング外に流出する。したがって、ベアリング部、シール部等の回転摺動部から発生する摩耗微粒子は、第２遮断流に含まれているが、この第１遮断流に阻まれて回転軸ケーシング内においてポンプ空間方向へ進入することはない。
【００１０】
すなわち、第２遮断流機構において、第２遮断流としての超純水に対し潤滑性にとむ通常の不活性液体（水道水等の）は、その供給源から回転軸ケーシング内に送られ回転舳と回転軸ケーシング内周面により構成される第２遮断流流路を経て第１遮断流機椛における排出部へ流れるから、第１遮断流のベアリング部、シール部等の回転摺動部方向への進入は阻止される。また、回転軸ケーシング内に送られた第２遮断流としての不活性液体（水）は、回転軸ケーシング内で、第１遮断流機構とは回転軸の逆の方向すなわちベアリング部、シール部等の回転摺動部方向へ進行する。回転軸ケーシングの末端部すなわち回転摺動部方向の先端部はシール機構で閉鎖されているから、不活性液体（水）はベアリング部、シール部等の回転摺動部を含んで回転軸ケーシング内に充満し第１遮断流（超純水）と回転摺動部とを隔離する。
【００１１】
不活性第２遮断流の第２遮断流供給口における圧力及び水量は、第１遮断流より高圧であるが、水量は第１遮断流より常に少量でよく、主として潤滑油の役目と冷却効果を持つ程度とする。回転軸ケーシング内に流入後は第１遮断流量より極めて少量であるので次第に同圧になるよう圧力が低下し、第１遮断流との合流排出時にはそれと同圧となり、したがって第２遮断流が羽根側のポンプ空問に進行流入することはない。
【００１２】
第２遮断流を形成する不活性液体（水）の供給は、空気圧、水圧、電力により駆動するダイヤフラム、エアシリンダー駆動プランジャーポンプ等によりなる定量ポンプとするが、適当な水圧を有する水道水も利用できる。また、必要に応じて供給源と回転輔ケーシングとを繋ぐ供給路に、圧力調整弁、流量調整弁、開閉弁等を設けることもある。
【００１３】
【発明の実施例】
図面に基づいて、本願発明の実施例を説明する。図１は、本発明に係る回転ポンプの要部を示す断面図である。図２はベアリングＢを省略した本発明で、メカニカルシール部の固定環と回転環の位置が逆となっているが附番は図１と同じである。
図において、１はポンプ空間、２はこのポンプ空問１で回転する羽根車、３は回転駆動源Ｍと羽根車２を結ぶ回転軸、４はベアリング部Ｂおよびメカニカルシール部Ｓで固定環、Ｓ１回転環Ｓ２、を有する回転軸ケーシングである。前記各要素には、ベアリング部Ｂおよびシール部Ｓを除き主送液としての超純水に接する箇所に４フッ化樹脂のライニング等による抗腐蝕処理がなされており、太い実線で示されている。
【００１４】
５ａは、回転軸ケーシング４内周面において羽根車２方向端部とベアリング部Ｂとの問に形成された円板室で、この円板室５ａには回転軸に設けた遮断円板５ｂが回転可能に収納されている。円板室５ａフッ素樹脂製には円板５ｂの外周部に対応する箇所に第１遮断流機構の排出部５が構成されている。５ｃは前記円板室５ａに連結形成される排出路で流量調節機構５ｅ．５ｆを設けてある。また、円板室５ａにはラビリンス５ｄが形成されていることもある。
ポンプ空問１側から前記円板室５ａまでの問の回転軸３と回転軸ケーシング４内周面との問隙により構成される第１遮断流流路６と、排出部５と、排出路５ｃとにより第１遮断流機構が構成される。ポンプ空問１から、主送液としての超純水の分流が第１遮断流として第１遮断流流路６、排出部５、排出路５ｃに流通することにより、ベアリング部Ｂおよびシール部Ｓ方向からの摩耗微粒子を含む液のポンプ空間１への進入は阻止される。
【００１５】
また、図において、Ｔは不活性液体（水）の供給源、ｐは定量ポンプ、７は回転軸ケーシング４のベアリング部Ｂ、シール部Ｓの中間箇所に・形成された第２遮断流供給口、８はベアリング部Ｂから前記円板室５ａまでの間の回転軸３と回転軸ケーシング４内周面との間隙により構成される第２遮断流流路であり、これらにより第２遮断流機構が構成されている。この第２遮断流機構の位置、具体的には回転軸ケーシング４における第２遮断流供給口の設定位置は、ポンプ空問側を先頭（回転軸ケーシング４）とすると、第１遮断流機構の末端で遮断板の後方でなければならない。かくして、供給源丁からの不活性液体（水）が第２遮断流としてベアリング部Ｂ、第２遮断流流路８、前記排出部５、そして排出路５ｃに流通することにより、第１遮断流機構の排出部５方向からの第１遮断流（超純水）のベアリング部Ｂ方向への進入が阻止される。
【００１６】
前記のように、第２遮断流は第１遮断流機構の排出部５において第１遮断流と合流して排出路５ｃから流出することになるが、排出部５を該実施例のように円板室５ａと遮断円板５ｂとにより構成し、さらに円板５ｂにラビリンスを設ければ、両遮断流が混合しづらく、５ｂの回転により発生する遠心流となり、それぞれが排出路５ｃに流出するから、第１遮断流のベアリング郁Ｂ方向への進入の阻止にさらに寄与する。
【００１７】
第２遮断流としての不活性液体は、通常の水道水でよく、第１遮断流より高圧少量で第２遮断流流路８に定量ポンプにより供給する。このように、第２遮断流は高圧かつ少量のため、排出部５において第１遮断流と同圧となり排出路５ｃに設けた流量調整弁等を介して系外に放出される。なお、合流した第１遮断流と第２遮断流との構成比は１．５：１程度から場合により５０：１，１００：１でもよく、主流の第１遮断流量で流れの方向は決定される。総括すれば系内に供給した第２遮断流より大量の排出量を確保することにより本発明は実施されるものである。
【００１８】
ポンプ停止時間が長くなると、送液の超純水には接液部の金属セラミックスより発生する摩耗微粒子より金属イオンが発生する。このため、金属イオン等のイオン量がＰＰＴまたはそれ以下の濃度を要求される超高純度の超純水質をポンプ起動直後より得るには、立ち上がり時に汚染されているボンプ系内を大量のフラッシュ超純水により洗浄することが必要となる。しかし、このフラッシングは過大な運転コスト上昇の原因となる。
そこで、本実施例では、ポンプの運転停止後、直ちに第２遮断流機構の動作を停止し、金属、セラミック等の摩耗微粒子を含んだ第２遮断流を停止する一方、主ポンプを再動作させて通常運転時の１０／１以下程度の量の第１遮断流を循環させ金属、セラミックスの溶出イオンのポンプ空問への進入防止をさらに確実にする。第２遮断流機構には第２遮断流が充満しているので第１遮断流がベアリング部Ｂ方向へ進入する虞はないが、第２遮断流機構も流量を１／２程度にして連続的にあるいは問欠的に動作させてもよい。場合により、第１，第２遮断流路にそれぞれ逆止弁としてのリップシールＬＳを設けてもよい。
【００１９】
要は、ポンプの停止時に発生した金属等のイオンがブラウン運動によりポンプ系内の全体に拡散するのを防ぐため、少量の遮断流を問欠的にまたは連続的に流通させて系内の高純度環境を維持することにある。
【００２０】
【発明の効果】
本願発明は以上述べた構成、作用により、回転型ポンプの摺動部で発生した摩耗微粒子を低コストで効卒良く排出するとともに、主送液の摺動部への進入を効果的に阻止し、超純水等の主送液のポンプの摺動部への接触による金属等のイオン発生等の不都合を防止できるという効果がある。
以上は、本発明のシール方式に就いて、メカニカルシール、における固定環がポンプ室内にあり、回転環やスプリングがポンプ室外にある外装型（アウトサイド型）メカニカルシールに就き述べたが、回転環及びスプリングがポンプ室内にある内装型（インサイド型）メカニカルシール機構にも用いられるが殆ど同じものであるので図示説明は省略する。
更に、メカニカルシール以外の回転摺動部シール方式であるグランド、パッキン型、またはリップシール型にも本発明は図面に示す実施要領で有効にそのまま使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１図は本願の断面図
【図２】第２図は第１図のベアリング部を省略した機構の断面図。

Claims

ポンプ空間と、このポンプ空問で回転する羽根車と、回転駆動源と羽根車を結ぶ回転軸と、ベアリング部およびシール部を有する回転軸ケーシングとを有して主送液に接する箇所に抗腐蝕処理をなした回転型ポンプにおいて、ベアリング部、シール部等の回転摺動部から発生する摩耗微粒子を含む第２遮断流の主送液への混入を防止するための第１遮断流機構と、第２遮断流機構への主送液の侵入を阻止するための第２遮断流路を設け、
前記第１遮断流機構は、回転軸と回転軸ケーシング内周面により構成される第１遮断流流路と、ポンプ空問から回転軸ケーシング内に一部流入させた主送液による第１遮断流を前記第１遮断流流路末端から排出するために、回転軸ケーシングにおいて羽根車寄りに設けた排出部と、これに接続する排出路とからなり、
前記第２遮断流機構は、第２遮断流としてのポンプ接液部に対する不活性液体の供給源と、前記第２遮断流を後部回転軸ケーシング内に送るとともに回転軸と回転軸ケーシング内周面により構成される第２遮断流流路を介して前記第１遮断流に合流させ、第１遮断流機構の前記排出路から排出するため、回転軸の回転摺動部側端部と前記排出路との問において回転軸ケーシングに形成される第２遮断流供給口と、第２遮断流供給源と第２遮断流供給口との問に設けられる供給路と、から構成したことを特徴とするポンプ。
回転軸上を互いに逆方向に流れる端末部の相会点に位置する第１遮断流機構において、排出部はポンプの回転軸に設けた遮断円板とこれを収納するため回転軸ケーシングに設けた円板室と、からなり、第２遮断流はこれの供給口に於いて第１遮断流より高い液圧を有することを特徴とするポンプ。
請求項２において、遮断円板にはラビリンスを形成したことを特徴とするポンプ。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、回転舳ケーシング内の回転摺動部の抗腐蝕処理不能箇所には第２遮断流供給口から流人する不活性液体からなる第２遮断流を常時充填して、第１遮断流流路から侵入する虞のある主送液から絶縁するようにしたことを特徴とするポンプ。
共用排出口より排出される第１・第２遮断流の混合液量は常に第２遮断流量より多量でその構成比は第２遮断流量１、第１遮断流量は少なくとも１．５以上であること。