JPH04134694U - ポンプの軸受け構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体分野で用いられる気体流路に潤滑用オ
イルが介在しないドライ真空ポンプの軸受け構造を提供
する。 【構成】 気体の吸入口３及び吐出口２が設けられたハ
ウジング１と、そのハウジング１内に配置された回転体
Ｒと、この回転体Ｒを回転可能に支持する軸受け１３，
１４ａ，１４ｂとを備え、前記回転体Ｒの回転に伴い、
気体を前記吸入口３から吸入した後に圧縮して吐出口２
から吐出させるようにしたポンプにおいて、前記軸受け
１３，１４ａ，１４ｂと回転体Ｒとの相対向する部分の
少なくとも一方をセラミックス材料で形成し、その部分
に動圧溝Ｇ1 ，Ｇ2 を設けたポンプの軸受け構造。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体分野等で用いられるドライポンプの軸受け構造に関するもの である。

【０００２】

【従来の技術】

半導体製造の分野では、近年の半導体の高集積化に伴い、微細加工を高真空下 で行う製造技術が必要とされている。このような高真空状態を得るため、従来よ り、粗引オイル真空ポンプとそれに続くターボ分子ポンプとを連結する方式が採 られている。

【０００３】 ところが、オイルを用いて回転部分の潤滑を行う粗引オイル真空ポンプでは、 オイル分子が吸入側へ逆流することによりクリーンルーム内が汚染され易く、製 品の歩留率が低下するという問題がある。また、このようなポンプにはオイルを 定期的に補給する必要があることから、メインテナンスに手間がかかるという問 題もある。このような事情を背景として、気体流路に潤滑用のオイルが介在しな いドライ真空ポンプの実用化に対する要望がある。

【０００４】 この要望を満たすものとして、気体の吸入口及び吐出口が設けられたハウジン グと、そのハウジング内に配置された回転体と、この回転体を回転可能に支持す る軸受けとを備え、前記回転体の回転に伴い、気体を前記吸入口から吸入した後 に圧縮して吐出口から吐出させるようにしたドライ真空ポンプがいくつか提案さ れている。これらのポンプにおいては、回転体を非接触状態で支持することが可 能な軸受け構造として、磁気軸受け、静圧または動圧等を利用した流体軸受け等 が採用されている。このような軸受けの使用によりポンプのオイルレス化を実現 し、清浄度の高い真空状態を得んとしている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】 しかしながら、磁気軸受けを前記ポンプに用いた場合、装置全体が高コスト化 するという問題がある。また、圧縮エアの供給を必要とする静圧軸受けを用いる 場合には、圧縮機の設置により装置全体が大型化するという問題や、圧縮エア中 のコンタミの問題がある。

【０００６】 動圧軸受けは回転体自身の回転により動圧を発生させ、その動圧で回転体を支 持する方式であるため、圧縮機を必要とする静圧軸受け体のように大型化の問題 はない。ところが、回転体を非接触状態で支持するのに必要な回転数以下で回転 させると、回転体は軸受けに対して接触摺動してしまう。特に接触部分に金属材 料が用いられていると、摩擦熱によってその部分に変形が生じ易い。この場合、 軸受けと回転体との食いつきによって破損することが避けられない。

【０００７】 本考案は上記の問題点に鑑みて成されたものでありその目的は、ドライ真空ポ ンプに使用した場合に、高コスト化、大型化及びメインテナンス性の低下等を招 くことなしに、清浄度の高い真空状態を得ることができるポンプの軸受け構造を 提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために本考案は、気体の吸入口及び吐出口が設けられたハ ウジングと、そのハウジング内に配置された回転体と、この回転体を回転可能に 支持する軸受けとを備え、前記回転体の回転に伴い、気体を前記吸入口から吸入 した後に圧縮して吐出口から吐出させるようにしたポンプにおいて、前記軸受け と回転体との相対向する部分の少なくとも一方をセラミックス材料で形成し、そ の部分に動圧溝を設けている。

【０００９】

【作用】

動圧溝を設けたことにより、回転体と軸受けとの間には回転体を支持するため の動圧を発生させることができる。回転体を非接触状態で支持するのに充分な回 転数以上に維持すると、回転体は軸受けに対して接触摺動することなしに円滑に 回転を続ける。このように比較的簡単な構造により回転体を非接触状態で支持す ることが可能なため、装置の大型化が避けられ、かつコスト低減及びメインテナ ンス性の向上も実現される。

【００１０】 また、回転体の回転数低下により回転体と軸受けとが接触摺動するような場合 であっても、軸受け及び回転体の相対向する部分の少なくとも一方が耐熱性、耐 磨耗性等に優れるセラミックス材料で形成されているため、熱変形により軸受け 部分が破損するようなことがない。

【００１１】

【実施例】

以下に本考案の軸受け構造をディフューザ式ドライ真空ポンプに具体化した一 実施例について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。 図１に示されるように円筒状のハウジング１は大気側領域に連通される吐出口 ２を有する下側ハウジング１ａと、クリーンルーム側領域に連通される吸入口３ を有する上側ハウジング１ｂとによって構成されている。

【００１２】 前記下側ハウジング１ａ内にはセラミックス製（本実施例では炭化珪素製）の 回転体ケーシング４が配設されている。この回転体ケーシング４は第１の収容部 材４ａ及び第２の収容部材４ｂを上下一体に組付けることにより構成され、互い に対向する収容部材４ａ及び４ｂの間には後述する羽根車を収容するための断面 円形状空間５ａが形成されている。空間５ａの外縁部分にはその空間５ａに連通 すると共に、断面縦長楕円形をなす円環状空間５ｂが形成されている。円環状空 間５ｂの略中央には圧送気体の流れを円滑にするために円環状のガイド部材６が 配置され、このガイド部材６の外周面と回転体ケーシング４の内周面とで形成さ れる空間により気体を圧送するのための流路Ｌが形成されている。

【００１３】 図１及び図２に示されるように、前記流路Ｌは流路Ｌ内に設けられたストリッ パ７により、それぞれ吸入側領域と吐出側領域とに区画されている。そして、ク リーンルーム側領域と吸入側領域とは前記第１の収容部材４ａに形成された吸入 通路８により連通され、大気側領域と吐出側領域とは前記第２の収容部材４ｂに 形成された吐出通路９によって連通されている。このような構造により、吸入通 路８から吸入される気体と吐出通路９から吐出される気体とが前記流路Ｌ内にて 合流しないようになっている。また、図２に示すように流路Ｌ内には複数の静翼 １０が流路Ｌの周方向に沿ってそれぞれ一定間隔をもって配置され、これらの静 翼１０の時計回り方向前方側の側面が凹状に湾曲した曲面形状に形成されている 。

【００１４】 前記回転体ケーシング４内には、羽根車１１と回転軸１２とで構成される回転 体Ｒが一体回転可能に収容されている。これら１１，１２は、共にセラミックス 材料（本実施例では窒化珪素）によって形成されている。収容部材４ｂの中心部 分の貫通孔には回転軸１２の上側部が収容され、この回転軸１２の上端は空間５ ａ内に収容された羽根車１１の中心孔に嵌着されている。図１に示すように、前 記貫通孔の内周面はラジアル軸受け１３であり、これにより回転軸１２のラジア ル方向への荷重が受承されるようになっている。ラジアル軸受け１３と相対向す る回転軸１２の外周面には、複数のヘリングボーン状の動圧溝Ｇ2 が形成されて いる。尚、回転軸１２の下端は収容部材４ｂから突出すると共に、下側ハウジン グ１ａに設けられた駆動用モータ（図示略）に連結されている。

【００１５】 図１に示されるように、円板状空間５ａを形成する収容部材４ａ及び４ｂの内 側面はそれぞれスラスト軸受け１４ａ，１４ｂであり、これにより羽根車１１の スラスト方向における荷重が受承されるようになっている。上側のスラスト軸受 け１４ａと相対向する羽根車１１の上側表面には、図２に示すような複数のスパ イラル状の動圧溝Ｇ1 が形成されている。尚、図示されていないが、下側の軸受 け１４ｂと相対向する羽根車１１の下側表面にも、同様にスパイラル状の動圧溝 Ｇ1 が形成されている。

【００１６】 また、図２に示されるように羽根車１１の外周部分には、動翼としての複数の 羽根１１ａがそれぞれ一定間隔をもって形成されている。静翼に近接して配置さ れている羽根１１ａが羽根車１１と共に回転されることにより、クリーンルーム 側領域の気体は吸入口３及び吸入通路８を介して前記流路Ｌの吸入側領域へ導入 される。そして、導入された気体は羽根車１１の回転によって吐出側領域へ圧送 されつつ徐々に昇圧され、流路Ｌを略一周した後に吐出通路９及び吐出口２を介 して大気側領域に吐出される。このような過程によりクリーンルーム側領域の空 気が放出され、真空状態がつくられるようになっている。

【００１７】 以上のように構成されたドライ真空ポンプにおいて、駆動用モータにより回転 体Ｒを駆動させると、ラジアル軸受け１３面と回転軸１２との間のクリアランス Ｃ2 にはヘリングボーン状の動圧溝Ｇ2 によって強制的に気体が導入される。そ れによりその部分Ｃ2 に動圧が発生し、回転軸１２のラジアル方向への荷重が受 承される。また、スラスト軸受け１４ａ面と羽根車１１の上側表面との間のクリ アランスＣ1 には、スパイラル状の動圧溝Ｇ1 によって強制的に気体が導入され る。そして、その部分Ｃ2 に発生した動圧により羽根車１１の上側スラスト方向 への荷重が受承される。尚、スラスト軸受け１４ｂ面と羽根車１１の下側表面と の関係についても同様であり、発生した動圧により羽根車１１の下側スラスト方 向への荷重が受承される。

【００１８】 回転体Ｒが前記ラジアル軸受け１３面及びスラスト軸受け１４ａ，１４ｂに対 して非接触状態で回転を維持するためには、回転体Ｒの回転数を１００rpm 程度 にする必要がある。このような回転数以上に維持すれば、回転体Ｒは軸受け１３ ，１４ａ，１４ｂに対して接触摺動することなしに、円滑に回転を続けることが できる。このような動圧を利用した軸受け構造によると、回転接触部分に潤滑オ イルを用いないにも関わらず清浄度の高い真空状態を得ることができる。

【００１９】 気体流路Ｌにオイルが介在しないこの軸受け構造では、従来のようにオイル分 子の逆流によってクリーンルーム側領域が汚染される心配がなく、オイル汚染に 起因する歩留率の低下というような問題が発生することもない。また、従来のオ イル真空ポンプのように定期的にオイルを補給したり、ポンプ内を清掃したりす る必要がなくなり、面倒なメインテナンスが不要になるという利点を有している 。

【００２０】 動圧溝Ｇ1 ，Ｇ2 により発生する動圧を用いて回転体Ｒの荷重を受承するこの 方式では、上述した静圧軸受けのような圧縮エア供給用の圧縮機が不要になるた め、装置全体が大型化するということがない。また、このような動圧軸受けは、 磁気軸受けのように複雑かつ高価な機構によらないで構成できることから、従来 よりも装置の製造コストを低く抑えることが可能になる。

【００２１】 更に、本実施例の軸受け構造では、動圧溝Ｇ1 ，Ｇ2 が形成される部分には耐 熱性、耐磨耗性等に優れるセラミックス材料が用いられている。そのため、低回 転により回転体Ｒと軸受け１３，１４ａ，１４ｂとが接触回転して摩擦熱が発生 したとしても、軸受け１３，１４ａ，１４ｂ及び回転体Ｒ部分に変形・磨耗が生 じることはない。従って、接触部分に金属材料を用いた従来のものより信頼性、 耐久性等に優れた軸受け構造を達成することができる。

【００２２】 尚、本考案は前記実施例のみに限定されることなく、例えば、使用されるセラ ミックス材料として、実施例に示したＳｉＣやＳｉ₃ Ｎ₄ の他にＺｒＯ₂ やＡｌ ₂ Ｏ₃ 等を用いるような変更も無論可能である。また、回転体Ｒ側及び軸受け１ ３，１４ａ，１４ｂ側の何れの面に対しても動圧溝Ｇ1 ，Ｇ2 を形成してもよい 。更に、動圧溝Ｇ1 ，Ｇ2 の形状は、必ずしも上述したようなヘリングボーン状 またはスパイラル状である必要はなく、動圧を発生しうる形状であれば任意の形 状が適用可能である。

【００２３】

【考案の効果】

以上詳述したように本考案の軸受け構造によれば、ドライ真空ポンプに使用し た場合に、高コスト化、大型化及びメインテナンス性の低下等を招くことなしに 、清浄度の高い真空状態を得ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案を具体化した一実施例におけるディフ
ューザ式のドライ真空ポンプの断面図を示すものであ
る。

【図２】 図１のＡ−Ａ線における断面図を示す。

【符号の説明】

１ ハウジング、２ 吐出口、３ 吸入口、１３ （ラ
ジアル）軸受け、１４ａ，１４ｂ （スラスト）軸受
け、Ｒ 回転体、Ｇ1 （スパイラル状の）動圧溝、Ｇ
2 （ヘリングボーン状の）動圧溝。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体の吸入口（３）及び吐出口（２）が
   設けられたハウジング（１）と、そのハウジング（１）
   内に配置された回転体（Ｒ）と、この回転体（Ｒ）を回
   転可能に支持する軸受け（１３，１４ａ，１４ｂ）とを
   備え、前記回転体（Ｒ）の回転に伴い、気体を前記吸入
   口（３）から吸入した後に圧縮して吐出口（２）から吐
   出させるようにしたポンプにおいて、前記軸受け（１
   ３，１４ａ，１４ｂ）と回転体（Ｒ）との相対向する部
   分の少なくとも一方をセラミックス材料で形成し、その
   部分に動圧溝（Ｇ1 ，Ｇ2 ）を設けたことを特徴とする
   ポンプの軸受け構造。