JP2004263627A - 真空ポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第1のスクリューロータと複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第2のスクリューロータとからなり、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転する一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納するケーシングと、前記一対のスクリューロータを支持する一対のシャフト4に設けられた一対の軸受けとを備える真空ポンプにおいて、前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に前記一対のシャフト4に対して非接触である一対の軸シール5が設けられ、一対の軸シール5の各々は、静圧軸シールであって、かつ軸シール部分からシールガスを導入することを特徴とする真空ポンプ。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空ポンプに関し、特に半導体製造用として適した真空ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウエハの製造分野において、従来から真空ポンプが用いられている。この真空ポンプとしては、例えばスクリューポンプが用いられている。(スクリューポンプは、例えば非特許文献1にスクリュー型ポンプとして開示されている。)
【0003】
【非特許文献1】
物理学辞典編集委員会編「物理学辞典」培風館、1992年5月20日改訂版発行、p.1019
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
スクリューポンプは、一般的に、複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第1のスクリューロータ(凸状のねじ山を有する雄ロータ)と複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第2のスクリューロータ(凹状のねじ溝を有する雌ロータ)とからなり、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転する一対のスクリューロータを具備し、これら一対のスクリューロータを収納するケーシングに吸入ポートと吐出ポートとを備えている。なお、一対のスクリューロータを支持する一対のシャフトには、一対の軸受け、一対の軸シール材が設けられている。
【0005】
ところで、従来のスクリューポンプにあっては、軸受けとして玉軸受けが一般的に用いられている。このためスクリューと玉軸受けの間にオイルシール、メカニカルシール等のシール機構が付加されているが玉軸受けのオイルのスクリュー側への漏れを完全に防止することができないため、さらにシール部に多量のガスを導入しているために、例えば半導体素子を製造する際に、減圧中で有毒ガスまたは腐食性ガス等を放出する処理工程(プラズマエッチング、減圧気相成長)などに真空ポンプとして利用された場合、これらのガスが玉軸受けと接触し、軸受けを腐食させたり、また反応生成物が玉軸受けに蓄積して円滑な動作を阻害させるといった技術的課題を有していた。
【0006】
また導入ガス量が多いため処理工程で使われるKr,Xe等の高価なガスを分離回収するために多額の費用を必要とする技術的課題を有していた。
【0007】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、腐食性ガスによって腐食することなく、しかも円滑な動作を保証する軸シールを備えた真空ポンプを提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による真空ポンプは、以下のとおりである。
【0009】
(1) 複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第1のスクリューロータと複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第2のスクリューロータとからなり、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転する一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納するケーシングと、前記一対のスクリューロータを支持する一対のシャフトに設けられた一対の軸受けとを備える真空ポンプにおいて、
前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に前記一対のシャフトに対して定常動作時非接触である一対の軸シールが設けられ、前記一対の軸シールの各々は静圧軸シールであり、該軸シール部分から該軸シールとシャフトとの間にシールガスを導入することを特徴とする真空ポンプ。
【0010】
(2) 上記(1)項に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの各々は、多孔質部材を有することを特徴とする真空ポンプ。
【0011】
(3) 上記(2)項に記載の真空ポンプにおいて、
前記多孔質部材の気孔率が1%〜20%であり、前記多孔質部材の曲げ強度が20MPa〜100MPaであることを特徴とする真空ポンプ。
【0012】
(4) 上記(1)〜(3)項のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールは、前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に設けられ前記一対のシャフトに対して定常動作時非接触である一対の軸シール部材を有し、前記一対の軸シール部材の各々の内面には、前記一対のスクリューロータの各々から離れるにしたがって先細りするテーパ面が形成され、前記一対の軸シール部材の各々よりも軸受け側には軸受けのハウジングが形成されていることを特徴とする真空ポンプ。
【0013】
(5) 複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第1のスクリューロータと複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第2のスクリューロータとからなり、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転する一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納するケーシングと、前記一対のスクリューロータを支持する一対のシャフトに設けられた一対の軸受けとを備える真空ポンプにおいて、
前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に前記一対のシャフトに対して前記スクリューロータの定常動作時非接触である一対の軸シールが設けられ、前記一対の軸シールの各々は静圧軸シールであり、前記一対の軸シールの各々と前記一対のシャフトの各々との間にシールガスを導入し、導入したガスによって、前記一対の軸シールの各々自身が前記一対のシャフトの各々に対してセンターリングすることを特徴とする真空ポンプ。
【0014】
(6) 上記(5)項に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの軸シール部材の各々の内面には、前記一対のスクリューロータの各々から離れるにしたがって先細りするテーパ面が形成され、前記一対の軸シール部材の各々よりも軸受け側には軸受けのハウジングが形成されていることを特徴とする真空ポンプ。
【0015】
(7) 上記(5)又は(6)項に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの各々は軸シール部材として多孔質部を有することを特徴とする真空ポンプ。
【0016】
(8) 上記(7)項に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの各々と前記一対のシャフトの各々との間に、前記一対の軸シールの各々の軸シール部材の多孔質部を透過して流入したガスによって、前記一対の軸シールの各々の前記軸シール部材自身が前記一対のシャフトの各々に対してセンターリングすることを特徴とする真空ポンプ。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る真空ポンプについて、図に示した実施例に基づいて説明する。この実施例の説明にあたっては、図1のスクリューポンプを例に説明する。スクリューポンプ本体Aには、一対のスクリューロータ1及び2が具備されている。スクリューロータ1は、複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第1のスクリューロータであり、スクリューロータ2は、複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第2のスクリューロータである。これらスクリューロータ1及び2は、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転するものである。
【0018】
また、スクリューロータ1及び2は、ケーシング3内に収納され、スクリューロータ1及び2を支持する一対のシャフト4の一端部に一対の軸受け(ベアリング)11によって回転可能に支持されている。前記シャフト4の前記一端部には、タイミングギア6が取り付けられ、タイミングギア6を介して一対のスクリューロータ1及び2が同期して回転されるように構成されている。
【0019】
図1に加えて図2をも参照して、一対のスクリューロータ1及び2を収納するケーシング3の反対側端部には吸入ポート7が形成されており、またケーシング3の一端部側には吐出ポート8(図2)が形成されており、スクリューロータ1及び2が同期して回転することにより、気体を吸入ポート7から吸入し、吐出ポート8より排気する真空ポンプの作用がなされるように構成されている。
【0020】
また、ケーシング3の吐出ポート8側には、空洞部が形成されて冷却用の水を循環させることができるジャケット9が形成され、特に吐出ポート8側における圧縮作用に基づく気体の発熱を冷却できるように構成されている。
【0021】
尚、スクリューロータ1及び2を収納するケーシング3の一端部には、カバー10が取り付けられており、また一方のスクリューロータ2を支持するシャフト4の一方は、前記カバー10から突出され、後述するモータの回転軸に直結されるように成されている。更に、スクリューロータ1と軸受け(ベアリング)11との間、及び、スクリューロータ2と軸受け(ベアリング)11との間には、軸シール5がそれぞれ設けられている。
【0022】
次に、図3に基づいて、センターリング機構付の軸シール5の構成を詳述する。なお、図3に図示の軸シール5は、図1及び図2とは左右逆に図示されている。この軸受け5は静圧軸シールであり、貫通孔51から、例えば窒素ガスのような不活性ガスが所定の圧力をもって、軸シール内部52に導入される。この軸シール内部52には、カーボン等の多孔質部材からなる二つの軸シール部材53a及び53bが収納されている。この二つの軸シール部材53a及び53bは互いに組み合わされる。そして、二つの軸シール部材53a及び53bが隙間なく、軸シール内部52に収納するために、二つの軸シール部材53a及び53bをシャフト4の延在方向に付勢する板バネ54が設けられている。
【0023】
軸シール部材53a及び53bの多孔質部材の気孔率が1%〜20%、機械的強度(曲げ強度)が20MPa〜100MPaであることが好ましい。また、軸シール内部52に導入される窒素ガスのような不活性ガスの圧力は、0.01MPa〜0.5MPaが好ましい。
【0024】
このように、軸シール部材53a及び53bが多孔質部材からなり、しかも、高圧の不活性ガスは、シャフト4と軸シール部材53a及び53bとの間を通過し、軸受け側(ベアリング側)に流れるのみならず、その一部が、減圧側であるスクリューロータ側(ポンプ側)にも流れる。
【0025】
その結果、腐食性ガス等が軸受け(ベアリング)11(図1)と接触することがなく、軸受け(ベアリング)11を腐食させたり、また反応生成物が軸受けに蓄積して円滑な動作を阻害させるといった弊害が防止される。 また軸シール部材53a及び53bはシールガスの流れによってシャフト(軸)4に対しセンターリングされるため、シャフト(軸)4と軸シール部材53a及び53bとのすきまを狭くすることができる。このためにシールガスの消費量が削減できる。
【0026】
なお、動作開始時、またはシールガス流入前には、軸シール部材がシャフト(軸)と接触することはありうるが、少くとも定常動作時においては、軸シール部材はシャフト(軸)に非接触である。
【0027】
また変形例を図4及び図5で述べる。
【0028】
図4は軸シール部材53を一体の軸シール部材とし、スペーサ55を介し、Oリング56によって側面からのガス漏れを防止し、軸シール部材53を透過したシールガスによってシャフト(軸)4に対しセンターリングされるため、シャフト(軸)4と軸シール部材53とのすきまを狭くすることができる。
【0029】
次に図5については、図4におけるスペーサ55がなくても滑りの良いOリング56を使用することにより同じ効果を維持することが可能となる。
【0030】
次に、図6に基づいて、軸シール部材57の構成を詳述する。この軸シール部材57は、多孔質部材である必要はないが、多孔質部材でない場合には、シールガス導入口58を設ける必要がある。
【0031】
また、軸シール部材57の内面には、スクリューロータ(ポンプ)から離れるにしたがって先細りする、いわゆるテーパ面57aが形成されている。シールガス導入口58はスクリューロータ側(ポンプ側)と軸受け側(ベアリング側)とに逆拡散が起きない割合の位置に設ける。また、図面に記載されていないが、軸シール部材57よりも軸受け側(ベアリング側)には軸受け(ベアリング)のハウジングが設けられている。
【0032】
このように、軸シール部材57の内面にテーパ面57aが形成されているため、シャフト4が軸受け(ベアリング)による振れが生じても、シャフト4と軸シール部材57とが接触することなく、シール機能を維持し、円滑に回転させることができる。
【0033】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シールガスの消費量を大幅に削減し、腐食性ガスによって腐食することなく、ガス回収を容易にし、しかも円滑な動作を保証する軸シールを備えた真空ポンプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるスクリューポンプの断面図である。
【図2】図1のM1ラインに沿って切った断面図である。
【図3】図1に示したスクリューポンプの軸シールを示す断面図である。
【図4】本発明のスクリューポンプに用い得る軸シールの変形例の断面図である。
【図5】本発明のスクリューポンプに用い得る軸シールのもう一つの変形例を示す断面図である。
【図6】本発明のスクリューポンプに用い得る軸シールの更にもう一つの変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
A スクリューポンプ本体
1 スクリューロータ
2 スクリューロータ
3 ケーシング
4 シャフト4
5 軸シール
6 タイミングギア
7 吸入ポート
8 吐出ポート
9 ジャケット
10 カバー
11 軸受け(ベアリング)
51 貫通孔
52 軸シール内部
53a 軸シール部材
53b 軸シール部材
53 軸シール部材
54 板バネ
55 スペーサ
56 Oリング
57 軸シール部材
57a テーパ面
58 シールガス導入口
Claims (8)
- 複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第1のスクリューロータと複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第2のスクリューロータとからなり、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転する一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納するケーシングと、前記一対のスクリューロータを支持する一対のシャフトに設けられた一対の軸受けとを備える真空ポンプにおいて、
前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に前記一対のシャフトに対して定常動作時非接触である一対の軸シールが設けられ、前記一対の軸シールの各々は静圧軸シールであり、該軸シール部分から該軸シールとシャフトとの間にシールガスを導入することを特徴とする真空ポンプ。 - 請求項1に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの各々は、多孔質部材を有することを特徴とする真空ポンプ。 - 請求項2に記載の真空ポンプにおいて、
前記多孔質部材の気孔率が1%〜20%であり、前記多孔質部材の曲げ強度が20MPa〜100MPaであることを特徴とする真空ポンプ。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールは、前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に設けられ前記一対のシャフトに対して定常動作時非接触である一対の軸シール部材を有し、前記一対の軸シール部材の各々の内面には、前記一対のスクリューロータの各々から離れるにしたがって先細りするテーパ面が形成され、前記一対の軸シール部材の各々よりも軸受け側には軸受けのハウジングが形成されていることを特徴とする真空ポンプ。 - 複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第1のスクリューロータと複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第2のスクリューロータとからなり、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転する一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納するケーシングと、前記一対のスクリューロータを支持する一対のシャフトに設けられた一対の軸受けとを備える真空ポンプにおいて、
前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に前記一対のシャフトに対して前記スクリューロータの定常動作時非接触である一対の軸シールが設けられ、前記一対の軸シールの各々は静圧軸シールであり、前記一対の軸シールの各々と前記一対のシャフトの各々との間にシールガスを導入し、導入したガスによって、前記一対の軸シールの各々自身が前記一対のシャフトの各々に対してセンターリングすることを特徴とする真空ポンプ。 - 請求項5に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの軸シール部材の各々の内面には、前記一対のスクリューロータの各々から離れるにしたがって先細りするテーパ面が形成され、前記一対の軸シール部材の各々よりも軸受け側には軸受けのハウジングが形成されていることを特徴とする真空ポンプ。 - 請求項5又は6に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの各々は軸シール部材として多孔質部を有することを特徴とする真空ポンプ。 - 請求項7に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの各々と前記一対のシャフトの各々との間に、前記一対の軸シールの各々の軸シール部材の多孔質部を透過して流入したガスによって、前記一対の軸シールの各々の前記軸シール部材自身が前記一対のシャフトの各々に対してセンターリングすることを特徴とする真空ポンプ。
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