JP2007182782A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】極めて高純度の活性液体を、金属イオン等が入り込まないようにして、移送できるようにする。
【解決手段】回転軸１２の端部に取付けられてポンプケーシング１０内に収容された羽根車１４と、羽根車１４の回転により昇圧された移送液がモータ側に流れることを防止する補助羽根３６と該補助羽根３６のモータ側に配置されて移送液の圧力を受けたときに作動する軸封機構４６とを有するシール部５０と、移送液に接触する箇所に施したライニング材１０ａ，１６ａ，１６ｂ，３０ａ，３６ａ，３８ａとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置や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装置に関し、更に詳しくは、運転時において、超純水等の活性液体とポンプ機構の金属部等とを互いに絶縁させることにより、金属イオンをはじめ、その他の微粒子が、移送する超純水等の活性液体に入り込まないようにした高純度液体移送用ポンプ装置に関する。

半導体装置の高集積度、液晶の高性能化が更に進むにつれ、超純水中に残存する金属イオン濃度が大きな問題となって浮上し、今や金属イオンの超純水中の含有量は、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。

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にライニング材を施すことが広く行われている。しかし、ポンプの回転摺動部やシール部にライニング材の表面処理を施工することは一般に困難である。また、ポンプの回転摺動部やシール部に極めて化学的に安定な高硬度ＳｉＣ（炭化珪素）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。

現在、超純水に、更に微量のオゾン（Ｏ_３）やフッ化水素（ＨＦ）等を含む機能超純水が使用されるようになりつつある。このような機能超純水により、金属やセラミックスは、より大きなケミカルアタックに晒されることになり、前記のポンプの回転摺動部、即ちベアリング部や、シール部における接液部の金属やセラミックス等の溶出による腐食等の不都合が更に問題視されると考えられる。

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、極めて高純度の活性液体を、金属イオン等が入り込まないようにして、移送できるようにした高純度液体移送用ポンプ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、回転軸の端部に取付けられてポンプケーシング内に収容された羽根車と、前記羽根車の回転により昇圧された移送液がモータ側に流れることを防止する補助羽根と該補助羽根のモータ側に配置されて移送液の圧力を受けたときに作動する軸封機構とを有するシール部と、移送液に接触する箇所に施したライニング材とを有することを特徴とするポンプ装置である。

これにより、ポンプ運転中、回転している羽根車の裏側に入り込もうとする移送液を補助羽根の回転力によって押し戻し、補助羽根の裏側をドライ状態に保って、非接触でシールすることができ、これによって、補助羽根の表面にライニング材を施すことが可能となる。一方、ポンプ停止時には、前記羽根車出口部の移送液が、前記補助羽根を通って補助羽根の裏側側に進入してくるが、この進入した水は、軸封機構を介して完全に封止され、これによって、この軸封機構を介して、ベアリング部を設液部から離して、ベアリング部が接液しないようにすることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、前記軸封機構は、前記回転軸に取付けたシールリングと、前記シールリングとの間に隙間が形成され、移送液の圧力を受けた時に前記シールリングに当接するように配置された固定側シール板とを有することを特徴とする請求項１記載のポンプ装置である。

請求項３に記載の発明は、前記補助羽根は、前記羽根車の主板の裏側で、該主板との間にサイドプレートを配置させた位置に前記回転軸と一体に回転するように配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のポンプ装置である。
補助羽根は、羽根車の裏側に直接設けてもよいが、羽根車の裏側に該羽根車との間にサイドプレートを位置させた位置に配置することで、補助羽根のシール効果を更に高めることができる。

請求項４に記載の発明は、前記補助羽根を収容する補助羽根ケーシングと前記ポンプケーシングとで前記サイドプレートの周縁部を挟み込んで該サイドプレートを固定したことを特徴とする請求項３記載のポンプ装置である。
これにより、前記補助羽根ケーシングと前記サイドプレートとの接合部、前記サイドプレートと前記ポンプケ−シングとの接合部にライニング材の切れ間が生じてしまうことを防止することができる。

本発明によれば、ポンプ運転中、既存のシール機構（メカニカルシール、グランドパッキン等）よりも簡単な構造のシール部で、羽根車の裏側を非接触でシールすることができる。回転中、シール部は、ドライ状態となっているが、焼きつき等の心配はない。しかも、接液部の全領域にライニング材を施すことにより、金属イオン等の溶出を防止することができる。更に、ベアリング部を接液しない位置に配置することにより、ベアリング部に対する接液対策が不要となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、本発明は、ここに説明する実施の形態に限らないことは勿論である。
図１は、本発明の実施の形態のポンプ装置の全体構造を示す断面図である。なお、モータは、省略されている。図２は、本発明の軸封機構（シール板とシールリングの組合せ機構）示す断面図である。図１に示すように、ポンプ装置は、ポンプケーシング１０と、回転軸１２の端部に取付けられてポンプケーシング１０内に収容された羽根車１４を備えている。羽根車１４は、主板１６と複数の羽根１８を有している。

回転軸１２は、軸受胴体２０内に配置された一対の軸受２２を有するベアリング部２４を介して回転自在に支承されており、軸受胴体２０の軸受カバー２６から外部に延出する回転軸１２の端部には、モータ側との軸継手２８が取付けられている。ポンプケーシング１０と軸受胴体２０との間には、補助羽根ケーシング３０とグランドカバー３２が介装されており、軸受胴体２０とグランドカバー３２との間には、軸受胴体２０の内部に延出するグランドケース３４の端部が固定されている。

羽根車１４の主板１６の裏側に位置して、補助羽根ケーシング３０の内部には、羽根車１４の回転により昇圧された移送液がモータ側に流れることを防止する補助羽根３６が配置されている。この補助羽根３６は、そのボス部を羽根車１４とスリーブ３８で挟持されて回転軸１２に固定されており、回転軸１２と一体に回転する。更に、グランドケース３４と回転軸１２との間には、グランドケース３４にシール板押え４０で固定した固定側シール板４２と回転軸１２のスリーブ３８に取付けた回転側シールリング４４とを有する軸封機構４６が設けられ、これによって、シール部４８が構成されている。つまり、シール部４８は、補助羽根３６、軸封機構４６、及び補助羽根３６と軸封機構４６との間の空間部（回転軸１２上のスリーブ３８、グランドケース３４、グランドカバー３２、補助羽根ケーシング３０及びシール板４２で囲まれたリング状の空間）５０を有している。

補助羽根３６は、羽根車１４の主板１６の裏側から空間部５０内に入り込んで溜まっている移送液の一部を、羽根車１４の出口部近傍に掻き戻すための機構であり、回転軸１２に固着しているので、回転軸１２と同期して回転する。これにより、ポンプの回転中は、空間部５０がドライ状態になるため、補助羽根３６は、非接触でシールを行うことができ、下記のように、補助羽根３６の表面にライニング材３６ａを施すことが可能となる。

これにより、ポンプ停止中は、羽根車１４の出口から吐出された移送液が、羽根車１４の主板１６の裏側を通って空間部５０内に進入し、空間部５０は、進入した移送液で満水になる。その状態で、ポンプを起動させると、回転軸１２に固着した補助羽根３６が同期するように回転し、空間部５０に進入した移送液を進入してきた羽根車１４の出口のところに向かって掻き出すように作用する。その結果、空間部５０がドライ状態になって、補助羽根３６の先端付近では、進入した移送液とドライ状態との境界領域が形成され、その境界領域は、補助羽根３６に対し、半径方向に広がったり、狭まったりした挙動を示す。

軸封機構４６は、ポンプ起動中は、空間部５０がドライ状態にあるので、シール板４２とシールリング４４は互いに非接触となり、一方、ポンプ停止時には、空間部５０内に進入した移送液の押し込みにより、シール板４２をシールリング４４の表面に押付けるように接触させて、シールするように構成されている。すなわち、図２（ａ）に示すように、シール板４２とシールリング４４は、僅かな隙間δを持った状態で互いに非接触で略平行に配置されており、ポンプ起動中は、空間部５０がドライ状態にあるので、シール板４２とシールリング４４は互いに非接触となる。そして、空間部５０内に移送液が進入して空間部５０内が移送液で満たされると、図２（ｂ）に示すように、シール板４２が移送液の押し込みによってシールリング４４の表面に向けて押付けられ、シール板４２がシールリング４４に接触して、すなわちシール板４２とシールリング４４との隙間δがゼロ（δ＝０）となって、ここをシールするようになっている。

シール板４２の内周面と回転軸１２のスリーブ３８の外周面との間に僅かに隙間がある。そのため、回転軸１２が回転している間は、シール板４２がスリーブ３８と非接触になっている。回転軸１２の回転が減速し、停止する直前で、補助羽根３６の掻きだす力も弱くなって、空間部５０内に移送液が進入するようになると、空間部５０内に進入した移送液の内圧で、シール板４２をシールリング４４に押付けるようにして、直ちにシールすることができる。

また、シール板４２は、下記のように、ライニング材の材料で成形されており、ポンプ停止中の空間部５０に内圧のかかっている状況下では、空間部５０内の移送液に不純物は溶出しない。しかし、ポンプを始動し始める時、またはポンプを停止する直前には、回転しているシールリング４４とシール板４２との摩擦により磨耗微粉が発生することがある。そのため、グランドケース３４にパージ配管５２を設け、汚染された空間部５０内の移送液をパージ配管５２から積極的に排出するようにしてもよい。

また、この例では、ベアリング部２４をシールリング４４よりモータ側に配置することにより、ベアリング部２４を接液部より離して、回転軸１２上の羽根車１４及びシール部４８等を片持ちで支持するようにしている。このように、ベアリング部２４を接液しない位置に配置することにより、ベアリング部２４に対する接液対策が不要となる。

更に、羽根車１４の主板１６の裏面側には、該主板１６と補助羽根３６との間に位置して、平板状のサイドプレート５４が配置されている。このサイドプレート５４は、その外周部をポンプケーシング１０と補助羽根ケーシング３０で挟持して固定されている。このように、主板１６と補助羽根３６との間にサイドプレート５４を配置することで、補助羽根３６によるシール効果を高めることができる。

そして、この例では、ポンプ運転時に移送液に接触する箇所（接液部）の表面に、４フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂、またはフッ化ビニリデン樹脂等からなるライニング材による抗腐蝕処理を施している。つまり、ポンプケーシング１０の内周面にライニング材１０ａによる抗腐蝕処理を、羽根車１４の主板１６の表面及び裏面にライニング材１６ａ，１６ｂによる抗腐蝕処理を、サイドプレート５４の露出表面にライニング材５４ａによる抗腐蝕処理を、補助羽根３６の表面にライニング材３６ａによる抗腐蝕処理を、補助羽根ケーシング３０の内周面にライニング材３０ａによる抗腐蝕処理を、補助羽根ケーシング３０に対向する回転軸１２のスリーブ３８の表面にライニング材３８ａによる抗腐蝕処理を施している。なお、サイドプレート５４自体をライニング材の材料で成形してもよい。

このように、接液部にライニング材による抗腐蝕処理を施すことにより、接液部からの金属イオン等の溶出を防止することができる。しかも、シール部４８を構成する補助羽根３６の表面にライニング材３６ａによる抗腐蝕処理を施し、更には、ベアリング部２４を接液部から切り離すことで、ポンプ運転時に移送液に接触する箇所（接液部）の全表面にライニング材による抗腐蝕処理を施すことが可能となる。

更に、ポンプ停止時においても、移送液に接触する箇所（接液部）、すなわち、グランドカバー３２の内周面、グランドケース３４の内周面、グランドカバー３２及びグランドケース３４の内周面に対向する回転軸１２のスリーブ３８の表面、及びシールリング４４の表面にも、ライニング材による抗腐蝕処理を施しておくことが好ましい。また、シール板４２は、溶出防止と弾性体構造を有する為に、ライニング材の材料で成形することが好ましい。

ライニング材による抗腐蝕処理を施したサイドプレート５４を、ポンプケーシング１０と補助羽根ケーシング３０との間に挟み込み、更に、グランドカバー３２を基礎として、ポンプケーシング１０のボルトによって押付けるように配置することで、補助羽根ケーシング３０とサイドプレート５４との接合部、サイドプレート５４とポンプケ−シング１０との接合部にライニング材の切れ間が生じてしまうことを防止し、しかも構造の簡素化を図ることができる。また、回転軸１２の先端部にねじを切っておき、そのねじ部を羽根車１４にねじ込んで取付けるようにすることで、接液部を極力少なくすることができる。

本発明の実施の形態のポンプ装置の全体構成を示す断面図である。 図１に示す軸封機構を拡大して示す拡大図である。

符号の説明

１０ ポンプケーシング
１０ａ ライニング材
１２ 回転軸
１４ 羽根車
１６ 主板
１８ 羽根
２２ 軸受
２４ ベアリング部
３０ 補助羽根ケーシング
３０ ライニング材
３２ グランドカバー
３４ グランドケース
３６ 補助羽根
３６ａ ライニング材
３８ スリーブ
３８ａ ライニング材
４２ シール板
４４ シールリング
４６ 軸封機構
４８ シール部
５０ 空間部
５４ サイドプレート
５４ａ ライニング材

Claims (4)

1. 回転軸の端部に取付けられてポンプケーシング内に収容された羽根車と、
   前記羽根車の回転により昇圧された移送液がモータ側に流れることを防止する補助羽根と該補助羽根のモータ側に配置されて移送液の圧力を受けたときに作動する軸封機構とを有するシール部と、
   移送液に接触する箇所に施したライニング材とを有することを特徴とするポンプ装置。
2. 前記軸封機構は、前記回転軸に取付けたシールリングと、前記シールリングとの間に隙間が形成され、移送液の圧力を受けた時に前記シールリングに当接するように配置された固定側シール板とを有することを特徴とする請求項１記載のポンプ装置。
3. 前記補助羽根は、前記羽根車の主板の裏側で、該主板との間にサイドプレートを配置させた位置に前記回転軸と一体に回転するように配置されていることを特徴とする請求項１または２記載のポンプ装置。
4. 前記補助羽根を収容する補助羽根ケーシングと前記ポンプケーシングとで前記サイドプレートの周縁部を挟み込んで該サイドプレートを固定したことを特徴とする請求項３記載のポンプ装置。

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