JPS631772A - 真空ポンプとその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、スクリュロータを用いた真空ポンプに関する
ものである。

（従来の技術） 従来、例えば真空包装、真空蒸着、イオンプレーディン
グの分野で真空ポンプが用いられている。

そして、−種類の真空ポンプで大気圧から高真空の領域
まで、広範囲の真空引きを行うことができないため、２
種類の真空ポンプ、例えばロータリーポンプとターボ分
子ポンプあるいはロータリーポンプとクライオポンプと
を使って高真空状態を達成している、このうち、ロータ
リーポンプは大気圧から約ＩＴｏｒｒまで、ターボ分子
ポンプとクライオポンプはＩＴｏｒｒ以下の真空引きを
行うものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように高真空を得るには、２種類の真空ポンプを
必要とするため、真空引きする箇所およびポンプ間の配
管が多くなり、各装置の据付時に芯出しを正確に行うこ
とが要求されるので、据付が容易でなく、装置の構造ら
複雑になる。

また、配管が多くなれば、この配管内での吸引ガスの圧
損も多くなり、それだけ余分な動力を必要とすることに
なる。

さらに、従来の高真空用真空ポンプでは、吸込側に水あ
るいは油のにおいが漏れ出したり、停電時等の場合のよ
うに装置が急に停止した場合には、水や油が吸込側に逆
流する事態も起こり得る構造になっている。このため、
不純物の混入が許されない半導体の製造部門や、これに
加えて、特ににおいの発生を嫌う食品産業関係の真空包
装では使用することはできない等の問題がある。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、第１発明は、吸込口に開
口した第１ポンプ室、吐出口に開口した第２ポンプ室、
上記開口部とは反対側にて第１ポンプ室と第２ポンプ室
とを連通させる内部流路。

および第２ポンプ室と隔壁を介して隣接させた密閉空間
であるモータ室を備えた一体形ケーシングと、適宜シー
ル手段を介して第２ポンプ室側へ出力軸が上記隔壁を貫
通するようにモータ室内に設けたモータと、いずれか一
方の軸を上記モータの出力軸に連結して、このモータに
より回転させるように第２ポンプ室内に設けて、上記内
部流路から吸込んだガスを吐出口に吐出させる、互いに
噛み合う雌雄一対のスクリュロータと、このスクリュロ
ータのいずれか一方と同軸上に設けて、上記吐出口から
吸込んだガスを内部流路に吐出させる速度形ポンプ本体
と、上記吸込口に通じる吸込流路を開閉する開閉弁と、
上記内部流路および吐出口に連通ずることがない第２ポ
ンプ室内の空間と上記吸込流路とを適宜開閉弁を介して
連通させるバイパス流路とから形成した。

また、第２発明は、−体形ケーシング内に、互いに噛み
合う雌雄一対のスクリュロータおよびこれと同軸回転可
能に速度形ポンプ本体を互いに内部流路で連通させるよ
うにして設けて、ケーシングの一方の開口部である吸込
口から吸込んだガスを速度形ポンプ本体、スクリュロー
タを経てケーシングの他方の開口部である吐出口に吐出
させるように形成するとともに、吸込口に通じる吸込流
路を開閉する第】開閉弁と、上記内部流路および吐出口
に連通ずることがないスクリュロータ収納空間内の部分
を上記吸込流路に適宜開閉弁を介して連通させるバイパ
ス流路とを設けた真空ポンプの第１開閉弁および第２開
閉弁を閉にするとともにスクリュロータおよび速度形ポ
ンプ本体の回転速度を低速域として起動後遅転を続け、
速度形ボンブ本体室内の圧力が約１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏ
ｒｒにまで低下すると第２開閉弁を開として、吸込流路
内の圧力が約１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒにまで低下する
と第２開閉弁を閉、第１開閉弁を開にするとともに上記
回転速度を定常運転速度にするようにした。

（実施例） 次に、本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

図において、１は第１発明に係るドライ形（ガス吸引部
分に浦および水を注入しない形式をいう。）真空ポンプ
を示し、−体形ケーシング２．モータ３、互いに噛み合
う雌雄一対のスクリュロータ（以下、ロータという。）
４，５．速度形ポンプ本体の一例であるターボ分子ポン
プの羽根車６と、第１開閉弁７とバイパス流路８と第１
．第２圧力検出器９．１０とからなっている。

このうち、−体形ケーシング２内には、吸込口ｌｌに開
口した第１ポンプ室１２と、吐出口１３に開口した第２
ポンプ室１４と、これらの開口部とは反対側にて第１ポ
ンプ室１２と第２ポンプ室１４とを連通させる内部流路
１５と、第２ポンプ室１４と隔壁１６を介して隣接させ
た密閉空間であるモータ室！７とが形成しである。

モータ３は、密閉形で、モータ室１７に収納してあり、
その出力軸１８は適宜シール部材１９を介して、第２ポ
ンプ室１４側へ隔壁１６を貫通させである。

ロータ４．５は、その両側に配設したシール部材２０．
２１を介して軸受２２，２３により支持してあり、軸受
２２．２３部分と第２ポンプ室１４とを遮断している。

そして、雄ロータ５の軸２４をモータ３の出力Ｈｔｓに
連結して雄ロータ５を駆動している。さらに、ドライ形
ゆえ両ロータ４゜５を直接接触させずに回転させるため
に、両ロータ４，５の軸端部に歯車２５．２６を取付け
て、互いに噛合わさせ、これを介してロータ５とともに
ロータ４を回転させて、内部流路１５内のガスを吸込ん
で吐出口１３へ吐出するようにしである。

また、ロータ４．５による真空引きする速度は、各ロー
タ４．５の歯溝間の空間容積が大きい程速くなるので、
第３図に示すように歯数が少ない３×４歯形（雄ロータ
の歯数：３．雌ロータの歯数：４）を使って、歯溝間の
空間容積をできるだけ大きくなるように形成しである。

さらに、ロータ４，５の外径の大きさは、モータ３の回
転速度との関係において、その周速が７０　＝　１３０
　ｍ／　ｓｅａ、好ましく約ＩＱＱｍ／ｓｅｃになるよ
うに定めである。

羽根車６は、シール部材２１および２９を介して、第１
ポンプ室１２側ヘオーバハングさせた雄ロータ５の軸端
部に片持ち状態で取付けて、シール部材２９により軸受
２３と第１ポンプ室１２とを遮断するとともに、羽根車
６の吸込口ｉｌ側の軸受を省くことにより、到達真空度
の低下、真空引き箇所のガス汚染の原因になる軸受部か
らの油漏れを防ぐ構造にしである。そして、吸込口１１
から吸込んだガスを油、水等による汚染もなく、全くク
リーンな状態で内部流路１５側へ送り出すようになって
いる。このクリーンな状態は、上述したように、ドライ
形で油、水の注入がない二と、シール部材１９，２０．
２１により油漏れが防がれていることから第２ポンプ室
１４から吐出口１３に至る迄保たれているので、真空ポ
ンプ１が停止した場合でも、吸込み側の真空部分が油等
により汚染されることはない。

また、上述のように羽根車６の片持ち支持は、ロータ５
（ロータ４も同様）の重量が大きくその軸も太く強固で
あるのに対して羽根車６は高速回転させる構造上比較的
軽量に作っであるから可能となっている。

さらに、羽根車６の外径の大きさは、モータ３の回転速
度との関係において、その周速が１５０〜３００ｍ／ｓ
ｅｅ、好ましくは約２００ｍ／ｓｅｃになるように定め
である。

第１開閉弁７は、吸込口１１に通じる吸込流路２７を適
宜開閉させて、羽根車６がガスの抵抗で壊れないように
、中真空（Ｉ　Ｔｏｒｒ　〜１０−’Ｔｏｒｒ）より真
空度の高い状態で作動させることができるように取付け
である。

バイパス流路８は、内部流路１５および吐出口ｌ３に連
通ずることがない第２ポンプ室１４内の空間と吸込流路
２７とを、第２開閉弁２８を介して連通させるように一
体形ケーシング２を貫通して設けである。ロータ４，５
の歯溝間の空間は、ロータ４，５の回転とともに位置を
変えることにより内部流路１５に開口した状態、内部流
路１５および吐出口１３からは遮断されたガス閉込み状
態、吐出口１３に開口した状態の３つの状態を順次繰返
し、各状態に対応して、ガス吸込み空間。

閉込み空間、吐出空間となる。したがって、このような
スクリュ式のロータ４，５特宵の構造上の特徴から、第
２ポンプ室１４内には、常時ガス閉込み状態にあり、内
部流路１５および吐出口１３に連通ずることがない歯溝
間の空間が存在し、バイパス流路８のロータ側はこの空
間に面した一体形ケーシング２の壁部に穿設しである。

また、このバイパス流路８は第２開閉弁２８により適宜
開閉できるように形成してあり、下記するように荒引き
（低真空すなわち約ＩＴｏｒｒ迄の真空引き）用に供さ
れる。

第１．第２圧力検出器９．ＩＯは吸込流路２７あるいは
内部流路１５内の圧力を検出できるように取付けてあり
、下記するようにこれによる検出値を基にして第１．第
２開閉弁７．２８の操作を行うために設けたしのである
。

なお、上記実施例では、モータ３と雄ロータ５と羽根車
６とを同軸上に設けたものを示したが本発明はこれに限
るものでなく、モータ３と雌ロータ４を直結してもよく
、また雌ロータ４の軸上に羽根車６を取付けてもよい。

そして、このように両ロータ４．５とモータ３との連結
１羽根車６の取付けの組合せを適宜選択することにより
、ロータ４．５および羽根車６の周速が適切な値になる
ようにすることができる。

また、上記実施例ではドライ形で一体形ケーンング２内
にロータ４．５および羽根車６を収納することによりク
リーンな状態で真空引きするようにしたものを示したが
、本発明はこれに限るものでなく、真空引き箇所が油等
の混入を問題にしない場合には、例えば第２ポンプ室１
４内を油冷式％式％ さらに、上記実施例では吸込流路２７あるいは内部流路
１５内の圧力検出のために第１．第２圧力検出器９．１
０を設けであるが、ロータ４，５を一定時間運転させる
ことにより圧力が低下したものとして取扱える場合には
第１．第２圧力検出器９、ｌＯは必ずしも必要ではない
。

その他、速度形ポンプ本体は中、高真空用のものであれ
ば上記羽根車６に限るものではなく、まｆこ、ロータ４
．５は３ｘ４歯形の組合せに限るものではない。

次に第２発明の一実施例として上記構成からなる真空ポ
ンプ１の運転方法を第４図にしたがって説明する。

第４図は上記真空ポンプ１を真空引きする真空容器３１
に接続した状態を示し、まず第１ステツプで第１．第２
開閉弁７，２８を閉じた状態で、かつ低速回転状＠（定
常運転時の約１／２の回転速度）で起動する。

このように低速回転させるのは、最初から、すなわち大
気圧に近いガス中で羽根車６を高速回転させることによ
り、壊すのを防ぐためである。

第２ステツプで、第２圧力検出器ｌＯにより内部流路１
５内の圧力が大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から約ＩＴｏｒ
ｒ迄低下したのを確認することを条件として、内部流路
１５内の圧力が上昇しないように、すなわち真空度の低
下を招かないように第２開閉弁２８を徐々に開いて、全
開にする。

第３ステツプで、第１圧力検出器９により吸込流路２７
内の圧力が約ＩＴｏｒｒ迄低下したのを確認することを
条件として第２開閉弁２８を閉じた後、第１開閉弁７を
開いて、ロータ４，５および羽根車６の回転速度を定常
運転時の速度まで上昇させ、以後、このままの状態で定
常運転を続ける。

ここで、定常運転時の回転速度としては周速がロータ４
，５の場合には７０〜１３０　ｍ／ｓｅｃ、好ましくは
約１００　ｍ／ｓｅｃ、羽根車６の場合には１５０−３
００ｎ／ｓｅｃ、好ましくは約２００ｒｎ／ｓｅｃにす
るのがよい。

なお、上記実施例では吸込流路２７あるいは内部流路１
５内の圧力を検出するために第１．第２圧力検出器９．
１０を用いたが、運転時間によ：］圧力低下を確認でき
ろ場合には必ずしも第１．第２王力検出器９．１０を用
いる必要はない。

また、速度形ポンプ本体として羽根車６を用いたが、中
、高真空用のものならばこれに限るものではない。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、吸
込口に開口した第１ポンプ室、吐出口に開口した第２ポ
ンプ室、上記開口部とは反対側にて第１ポンプ室と第２
ポンプ室とを連通させる内部流路、および第２ポンプ室
と隔壁を介して隣接させた密閉空間であるモータ室を備
えた一体形ケーシングと、適宜シール手段を介して第２
ポンプ室側へ出力軸が上記隔壁を貫通するようにモータ
室内に設けたモータと、いずれか一方の軸を上記モータ
の出力軸に連結して、このモータにより回転させるよう
に第２ポンプ室内に設けて、上記内部流路から吸込んだ
ガスを吐出口に吐出させる、互いに噛み合う雌雄一対の
スクリュロータと、このスクリュロータのいずれか一方
と同軸上に設けて、上記吐出口から吸込んだガスを内部
流路に吐出させる速度形ポンプ本体と、上記吸込口に通
じる吸込流路を開閉する開閉弁と、上記内部流路および
吐出口に連通ずることがない第２ポンプ室内の空間と上
記吸込流路とを適宜開閉弁を介して連通させるバイパス
流路とから形成しである。

このように２種類のポンプ本体を一体形ケーンング内に
収納したため、配管部分が減少し、装置の据付は時に配
管のために装置各部の芯出し作業、配管作業等に煩わさ
れることが減るとともに、配管；）１り分の６＆少によ
り吸引カスによる圧損か減り、真空引きの効率を改善す
ることができる。

また、−体形ケーシング内にポンプ本体およびモータを
収納しであるので軸受部からの油あるいは空気の漏れを
防ぎやすくなり、到達真空度を向上させることができる
だけでなく、クリーンな状態での真空引きに特に適した
ものになるとともに、装置全体をコンパクトに形成して
据付面積を小さくすることができる。

さらに、−体形にすることにより保守点検作業を軽減す
ることができる等の効果を奏する。

次に、第２発明によれば、−体形ケーシング内に、互い
に噛み合う雌雄一対のスクリュロータおよびこれと同軸
回転可能に速度形ポンプ本体を互いに内部流路で連通さ
せるようにして設けて、ケーシングの一方の開口部であ
る吸込口から吸込んだガスを速度形ポンプ本体、スクリ
ュロータを経てケーシングの他方の開口部である吐出口
に吐出させるように形成するとともに、吸込口に通じる
吸込流路を開閉する第１開閉弁と、上記内部流路および
吐出１１に連通４“るごとかないスクリ、：＋、　Ｃｌ
−タ収納空間内の部分を上記吸込流路に適宜開閉弁を介
して連通させるバイパス流路とを設けｆこ真空ポンプの
第１開閉弁および第２開閉弁を閉にするとともにスクリ
ュロータおよび速度形ポンプ本体の回転速度を低速域と
して起動後運転を続け、速度形ポンプ本体室内の圧力が
約１Ｔｏｒｒ〜１０ＴＯｒｒにまで低下すると第２開閉
弁を開として、“吸込流路内の圧力が約１Ｔｏｒｒ〜ｌ
０Ｔｏｒｒにまで低下すると第２開閉弁を閉、第１開閉
弁を開にするとともに上記回転速度を定常運転速度にす
るようにしである。

このため、コンパクトな装置で効率よく、かつ、真空引
き箇所のガス汚染を伴うことなく、クリーンな状態で良
好な到達真空度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明に係る真空ポンプの縦断面図、第２図
は第１図の真空ポンプの本体部分のみの横断面図、第３
図は第１図のロータ部分のみの側面図、第４図は第１図
の真空ポンプの適用例を示す機器構成図である。 ｌ・・・真空ポンプ、２・・・−体形ケーシング、３・
・・モータ、４．５・・ロータ（スクリュロータ）、６
・・・羽根車、７・・第１開閉弁、８・・・バイパス流
路、１１・・・吸込口、１２・・・第１ポンプ室、１３
・・・吐出口、１４・・・第２ポンプ室、１５・・・内
部流路、１６・・・隔壁、１７・・・モータ室、１８・
・・出力軸、１９・・・シール部材、２４・軸、２７・
・・吸込流路、２８・・・第２開閉弁。 特　許　出　願　人　　株式会社神戸製鋼所代　理　人
　弁理士　　前出　葆　ほか２名高１　Ｑ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸込口に開口した第１ポンプ室、吐出口に開口し
   た第２ポンプ室、上記開口部とは反対側にて第１ポンプ
   室と第２ポンプ室とを連通させる内部流路、および第２
   ポンプ室と隔壁を介して隣接させた密閉空間であるモー
   タ室を備えた一体形ケーシングと、適宜シール手段を介
   して第２ポンプ室側へ出力軸が上記隔壁を貫通するよう
   にモータ室内に設けたモータと、いずれか一方の軸を上
   記モータの出力軸に連結して、このモータにより回転さ
   せるように第２ポンプ室内に設けて、上記内部流路から
   吸込んだガスを吐出口に吐出させる、互いに噛み合う雌
   雄一対のスクリュロータと、このスクリュロータのいず
   れか一方と同軸上に設けて、上記吐出口から吸込んだガ
   スを内部流路に吐出させる速度形ポンプ本体と、上記吸
   込口に通じる吸込流路を開閉する開閉弁と、上記内部流
   路および吐出口に連通することがない第２ポンプ室内の
   空間と上記吸込流路とを適宜開閉弁を介して連通させる
   バイパス流路とからなることを特徴とする真空ポンプ。
2. （２）上記速度形ポンプ本体がターボ分子ポンプの羽根
   車であって、スクリュロータの周速が７０〜１３０ｍ／
   ｓｅｃで羽根車の周速が１５０〜３００ｍ／ｓｅｃとな
   る外径比でスクリュロータと羽根車を形成したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の真空ポンプ。
3. （３）一体形ケーシング内に、互いに噛み合う雌雄一対
   のスクリュロータおよびこれと同軸回転可能に速度形ポ
   ンプ本体を互いに内部流路で連通させるようにして設け
   て、ケーシングの一方の開口部である吸込口から吸込ん
   だガスを速度形ポンプ本体、スクリュロータを経てケー
   シングの他方の開口部である吐出口に吐出させるように
   形成するとともに、吸込口に通じる吸込流路を開閉する
   第１開閉弁と、上記内部流路および吐出口に連通するこ
   とがないスクリュロータ収納空間内の部分を上記吸込流
   路に適宜開閉弁を介して連通させるバイパス流路とを設
   けた真空ポンプの第１開閉弁および第２開閉弁を閉にす
   るとともにスクリュロータおよび速度形ポンプ本体の回
   転速度を低速域として起動後運転を続け、速度形ポンプ
   本体室内の圧力が約１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒにまで低
   下すると第２開閉弁を開として、吸込流路内の圧力が約
   １Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒにまで低下すると第２開閉弁
   を閉、第１開閉弁を開にするとともに上記回転速度を定
   常運転速度にすることを特徴とする真空ポンプの運転方
   法。