JP2001153089A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 到達真空度が高く、タービンポンプ室内の極
端な高温化を防ぐことができ、潤滑油の吸引による潤滑
油の拡散および被処理物の汚染などを生じないようにし
た真空ポンプを提供する。 【解決手段】 中空シャフト６に回転体７を設け、この
回転体７上にブレード８を設け、該ブレード８に対応す
るブレード９を備えた回転体１０を上記回転体７に対向
して設け、両回転体７，１０を駆動手段３，４によって
互に逆回転させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空ポンプに関す
る。本発明は、特に、真空を得るための水や油を媒介と
せず完全なドライ式真空ポンプとしたタービン・リバー
サル・バキューム・ポンプ（略号T.R.V.）(TURBINE REV
ERSAL VACUUM PUMP)に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、低真空（１００ｐａ以下）または
中真空（１００ｐａ〜０．１ｐａ）を得るために、真空
発生源として真空ポンプが用いられている。近年環境問
題や製品の歩留まりなどの理由により、ドライ式真空ポ
ンプに変わりつつある。これらドライポンプは、主とし
て、容積式、すなわち、気体を圧縮して排気する機構が
一般的である。例えば、ルーツ式（ピーナッツ型）、ス
クリュー式、ベーン式、レシプロ式（往復ピストン式、
シリンダー型）などの真空ポンプが知られている。

【０００３】上記ルーツ式、スクリュー式は２軸式であ
り、ベーン式、レシプロ式は１軸式である。いずれの方
式も作動する部分は、厳密な精度が必要である。加え
て、適当なクリアランス（間隙）も必要とする。あまり
クリアランスを少なくすると、熱膨張によるスチック
（かじり）を生じるので、ある適度のクリアランスが必
要不可欠である。このクリアランスが難題であり、必要
以上のクリアランスとすれば、気体がポンプ室内で呼吸
現象（リサイクル）をするので当然高温となり、動力が
上昇する。また、高温となれば吸引された混雑物が溶解
しポンプを停止した時、冷却され、溶解物が凝固しスチ
ック（固着）の原因となる。加えて、真空ポンプの致命
傷とも言うべき到達真空度に悪影響をおよぼす。

【０００４】さらに、現状の真空ドライポンプは、各軸
受部が負圧構造であり、この軸受部における軸シール部
分が問題であった。すなわち、軸シール部分より外部気
体やベアリングの潤滑油が吸入漏洩し、真空ポンプ内で
拡散し、到達真空度が落ちる現象を生じる。それのみな
らず、被処理物である対象物に漏洩した潤滑油やその他
の物体が介雑するので、汚染され欠陥をおよぼし、かつ
到達真空度に影響を及ぼしている。したがって、現在で
は、完全な真空ドライポンプがないのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
対して、高効率で真空を得られ、タービンポンプ室内の
温度も比較的低く抑えられ、潤滑油の吸引や、他の気体
や物体が介雑し、被処理物に汚染などを生じないように
した真空ポンプを提供することを目的とする。

【０００６】

【発明を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る真空ポンプは、中空シャフトに回転体
を設け、この回転体上にブレードを設け、該ブレードに
対向するブレードを備えた回転体を上記回転体に対向し
て設け、両回転体を駆動手段によって互に逆回転させる
ようにしたことを特徴とする。本発明に係る真空ポンプ
において、上記ブレードは、各回転体に一段または複数
段、円周に沿って傾斜して設けることが好適である。そ
して、該ブレードの内側（回転方向の裏側）に窪みを形
成させ、上記回転体が回転するとき、上記窪みにエアー
ポケットが生じるようすることが好適である。

【０００７】また、本発明に係る真空ポンプは、上記一
段または複数段のブレードによって上記二つの回転体上
に形成される凹部と凸部とが互いに挿入した状態で回転
する。なお、本明細書中において、ブレードを「対向し
て」設けるとは、一般的には、このように二つの回転体
上に形成される凹部と凸部とが互いに挿入した状態で回
転することができることを意味する。さらに、一方の回
転体の凹部の底辺と他の回転体の凸部の先端が非接触の
状態で回転するとき、この凸部を上記凹部のある回転体
本体の盤面よりさらに深く挿入可能とすることが好適で
あり、これによってエアーカーテン機能を発揮させるこ
とができる。ここで、上記凹部の底辺に回転体の外周に
対し放射方向（略放射方向を含む）または円周方向に小
さな溝を切り込むことにより、ラビリンス機構を設ける
ことが好適である。

【０００８】さらに、本発明に係る真空ポンプでは、上
記中空シャフトのシャフトの中空部を、真空ポンプ内に
気体を導入するための通路とし、該シャフトと気体導入
管の固定部とを真空式ロータリージョイントで接合す
る。これにより、回転するシャフトと上記固定部の導入
パイプを連結することができる。中空部は、真空吸引導
入管の役割をはたす。またさらに、本発明に係る真空ポ
ンプでは、ポンプ室本体に向けて、上記回転体の軸受部
分から潤滑油を吸引したり、その他の気体や物体を吸引
しないように、軸受部を全て加圧構造とすることができ
る。

【０００９】本発明において、「回転体」は、その実施
の形態において、好適にはタービンである。タービン
は、羽根（インペラーブレード）車を備え、この羽根車
を対向して設置し、互いに逆転させることで外周方向に
放射させた気体を、中心部に逆流させることを防ぎ、負
圧を生じて真空を得ることができる。本発明に用いるこ
とができる駆動手段としては、電動機が一般的である
が、その他空圧、油圧モータを用いることもできる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら、
本発明に係る真空ポンプを説明する。図１は、本発明に
係る真空ポンプの一実施の形態を示す。この真空ポンプ
１は、タービンポンプ室２、左右の電動機３，４を含
み、基台５上に設置されている。タービンポンプ室２
は、ロータリージョイント３５を介して、真空を得よう
とするベルジャーなどから給気できるように構成されて
いる。電動機３，４は、電気、空気、油圧モーターなど
いずれのモータであっても良く、使用の目的に応じて適
宜選定することができる。また、排気速度（capacity）
や到達真空度に応じ必要な馬力と回転数を備える。

【００１１】図１の向かって右側の電動機３は、中空シ
ャフト６を備える。図２に示すように該中空シャフト６
にタービン（回転体）７を装着している。このタービン
７上には、インペラーブレード（羽根車ともいい、以下
単にブレードともいう）８を設けている。さらに、該ブ
レード８に対向するブレード９を備えたタービン１０を
前記タービン７に対向して設けている。タービン１０
は、図１の向かって左側の電動機４のシャフト１１（図
２）に装着されている。そして、タービン中心部１２
は、タービン７，１０の端面（盤面）が対向して空間を
形成している。左右の電動機３，４は、各々に装着した
タービン７，１０を互いに逆回転させることができる。
上記タービン７，１０上に複数設けたブレード８，９
は、図３のように鏡面対称の形状となっている。ブレー
ド８，９は、円盤状の各タービン７，１０にその円周に
沿って各々二段ずつ設けられている。すなわち、タービ
ン７には、６枚のブレード８を備えた内段１３と、１２
枚のブレード８を備えた外段１５が設けられ、タービン
１０には、８枚のブレード９を備えた内段１４と、１６
枚のブレード９を備えた外段１６が設けられている。

【００１２】そして、図２に示すように、タービン７に
は、内段１３と外段１５とによって形成される凸部と、
ブレード８の存在しない凹部とが形成される。他方、こ
のタービン７に対向するタービン１０には、内段１４と
外段１６とによって形成される凸部と、ブレード９の存
在しない凹部とが形成される。図２〜図４は、このよう
な凹部に凸部を挿入した状態を示しており、図示の状態
では、各ブレード８，９が互いに隣接することとなる。
このように挿入した状態において、隣接する各ブレード
８，９には、微少のクリアランス（間隙）１７を持たせ
ている（図４）。

【００１３】さらに、上記中空シャフト６は、タービン
中心部１２において、その端部が開放されている。これ
によって、吸引しようとする気体は、このシャフト６を
経由して、タービンポンプ室２内に導入されるようにな
っている。

【００１４】さらに、図２に示すように、タービンポン
プ室２は、円周壁１８を右側壁１９と左側壁２０で挟持
して密閉することによって形成される。上記タービン７
は、中空シャフト６とともに、ベアリング２１，２２を
介して回転可能とになっている。また、シール部材２
３，２４，２５を介在させ、タービンポンプ室２の密閉
状態を保持している。同様に、上記タービン１０は、シ
ャフト１１とともに、ベアリング２６，２７を介して回
転可能とになっている。また、シール部材２８，２９，
３０を介在させ、タービンポンプ室２の密閉状態を保持
している。

【００１５】上記ブレード８，９は、上記したように各
タービン７，１０に少なくとも一段設けられ、円盤状の
回転体であるタービン７，１０の円周に沿って図３に示
すように放射状に傾斜して設けられている。ブレード
８，９の内側には、同図３に示すように窪み３１を形成
している。

【００１６】一方のタービン７の凹部の底辺と他のター
ビン１０の凸部の先端とは非接触の状態で回転する。ま
た、タービン１０の凹部の底辺と他のタービン７の凸部
の先端とは非接触の状態で回転する。さらに、図４に示
すように、この凸部を上記凹部のあるタービン本体７，
１０の盤面３２，３３よりさらに深く挿入可能としてい
る。さらに、本実施の形態では、図５に示すように、上
記凹部底辺にさらに放射状に小さな溝３２ａを多数設け
ている。この溝３２ａによってラビリンス効果（これも
一種のエアカーテン効果）を発揮させるようにしてい
る。なお、この溝３２ａは、回転体であるタービン７，
１０の放射方向に設けているが、円周方向としたりする
など、所望の設計条件に応じて適宜の形態とすることが
好ましい。

【００１７】上記中空シャフト６の中空部３４（図２）
は、真空ポンプ１内に気体を導入するための通路を形成
するが、該シャフト６と気体導入固定部３５ａ（図１）
とは、真空式ロータリージョイント３５で接合されてい
る。ロータリージョイント３５については、その構造を
図示していない。しかし、当業者に公知の各種ロータリ
ージョイントを採用することができる。すなわち、ロー
タリージョイント（回転管継手）は、圧力のある流体や
大気圧以下の流体を全く漏洩することなく固定配管から
各種機械装置の装置の回転部分に供給したり、排出した
りするために使用されている一般的なものを採用でき
る。なお、気体導入固定部３５ａは、給気口を備える。
この気体導入固定部３５ａと、電動機３との間には、軸
受け３６を設け、中空シャフト６を支持している。この
軸受け３６は、ベアリングボックスをブラケットで支持
した一般的に使用されているものである。

【００１８】上記構成を備えた本実施の形態に係る真空
ポンプ１の作用を次に説明する。電動機３，４を回転さ
せ、タービン７，１０を互いに図３の矢印Ａ，Ｂに示す
ように逆回転させる。すると、中空シャフト６から気体
が導入される。ここで、中空シャフト６の端部は、図３
のタービンポンプ室２の中心部１２に開放している。し
たがって、吸引された気体は、タービンポンプ室２に導
入される。

【００１９】一方、タービン７，１０の盤面３２，３３
（図４）に設けた複数かつ四段のブレード８，９の回転
により、吸引された気体は、外周方向に遠心力で放出さ
れる。すなわち、ブレード８の内段１３で放出された気
体は、逆回転をするブレード９の内段１４の回転により
切断され、掻取られ、外周方向に内段１３とは逆の方向
に放射状に放出される。この作用を外段１５，１６にも
発揮させる。これによって、吸引力は、増幅され、吸引
しようとする気体に強烈な負圧を与える。

【００２０】ここで、前記したように、ブレード８，９
の内側は湾曲し（図３）、弓なりに食い込んだ窪み３１
を持っている。これによって、タービン７，１０が高速
で回転をするとき窪んだブレード８，９の（裏側）部分
にエアーポケット（真空状態）を起す。一般的に、内段
側のブレードで気体を放射状に放出するとき、タービン
ポンプ室２の中心部１２は高い負圧となり放出した気体
を引戻す逆流が起る。この逆流をこのエアーポケット
（真空）で引戻し、逆流を防止することができる。

【００２１】さらに、上記したように、タービン７，１
０の凹部の底辺と、他の対向するもう一方の凸部の先端
が非接触の状態で回転し、この凸部をタービン７，１０
の盤面３２，３３より更に深くして、この深くなった位
置まで他の一方の凸部を挿入している（図４）。したが
って、タービン７，１０が回転するとき盤面３２，３３
上の深くなった溝の部分に強い流速が発生する。さら
に、凹部の底辺には放射状に小さな縦溝３２ａがあり、
円周方向に強い流速が起こり、この溝３２ａの抵抗によ
り渦流が発生する。この渦流が盤面３２，３３に沿って
タービン７，１０の中心部に逆流しようとする気体の流
れを防止し、エアーカーテン機能を発揮させることとな
る。本実施の形態では、以上のような作用によって、気
体の逆流は極く微少でありポンプ内での気体のリサイク
ルにより必要以上の動力やポンプ内の高温化を防ぐこと
でき、高真空を得ることができる。

【００２２】ブレード８，９の内外段を経た気体は、排
気口３７（図２）を通って排出される。この気体は、ベ
アリング部２２，２７（図２）を加圧する。したがっ
て、このような軸受部分から潤滑油を吸引したり、気体
を吸引するとはない。従来のドライ、ポンプに使用され
ている軸受部は、構造的に負圧となるため潤滑油や気体
を吸引し拡散していた。このため、到達真空度や、潤滑
油の吸引により、ベアリングの油切れなど真空ポンプ自
体に損傷を与え、排出される気体を汚染するなどの問題
があった。また、潤滑油の逆拡散により、被処理物に悪
い影響を与えている。本発明は、完全なオイルフリード
ライポンプであり、このような問題を解消している。

【００２３】また、本実施の形態では、気体導入固定部
３５ａと、中空シャフト６は、真空式ロータリージョイ
ント３５を介在して接続しており、機密状態を良好に保
っている。

【００２４】以上のように、本実施の形態に係る真空ポ
ンプは、到達真空度が高く、タービンポンプ室内の極端
な高温化を防ぐことができる。しかも、構造的にはシン
プルであり、オーバホールなどのメンテナンスも特別な
技術を要するものではない。加えて、従来のポンプのよ
うに、軸受部が負圧ではなく全て加圧部分に存在するの
で、外部気体の引込や潤滑油の吸引による。真空度の下
落や潤滑油の吸引による拡散および被加工物の汚染など
の損傷も生じることがない。

【００２５】図６に、本発明に係る別の実施の形態を示
す。この実施の形態では、電動機３，４に替えて、プー
リ５１，５２を採用し、これらをＶベルトを介して、離
れた位置にある電動機によって回転させることにより、
中空シャフト６およびシャフト１１を回転させるように
している。他の構成は、図１〜５について説明したと同
様であり、同様の機能を発揮する。

【００２６】他の実施の形態 本発明に係る真空ポンプは、上記した実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲におけ
る当業者にとって自明の修飾・変更等は、全て本発明の
技術的範囲に含まれる。例えば、上記タービンの他、同
等の機能を発揮することができる回転体であれば、本発
明に採用することができる。上記実施の形態では、ター
ビン７，１０を互いに反対に回転させることとしている
が、要求される性能との関係では、いずれか一方を固定
するタイプとしても実施することができる。また、上記
の実施の形態では、ブレード８，９を四段にわたって設
けているが、要求される性能によっては、内段を各々一
段のみ設けるようにすることもできる。また、さらに高
度な性能（真空度）が要求される場合には、さらに多段
とすることもできる。ブレード８，９も、上記した実施
の形態に限るものではなく、その形状、枚数を本発明の
目的に沿うように適宜選定することができる。

【００２７】

【発明の効果】上記したところから明らかなように、本
発明によれば、到達真空度が高く、タービンポンプ室内
の極端な高温化を防ぐことができ、潤滑油の吸引による
潤滑油の拡散および被処理物の汚染などを生じないよう
にした真空ポンプが提供される。本発明は、真空状態で
物を処理する場合の真空発生源である真空ポンプ、例え
ば半導体製造装置、薄膜蒸着装置、減圧蒸発缶、減圧浸
透、脱気脱泡、その他減圧状態の中で物を処理、加工を
加える機器装置の真空発生源として採用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空ポンプの一実施の形態を説明
する側面図である。

【図２】図１の真空ポンプの要部を説明する断面図であ
る。

【図３】図１の実施の形態で用いるタービンのブレード
を説明するタービン部分の図２のIII−III線による断面
図である。

【図４】図１の真空ポンプの要部をさらに拡大して示す
拡大断面図である。

【図５】タービンの凹部に放射状の小さな溝を設け、ラ
ビリンス機能を発揮させるようにした実施の形態につい
て、タービンを説明する正面図である。

【図６】本発明に係る真空ポンプの他の実施の形態を説
明する側面図である。

【符号の説明】

１ 真空ポンプ ２ タービンポンプ室 ３，４ 電動機 ５ 基台 ６ 中空シャフト ７，１０ タービン ８，９ ブレード １１ シャフト １２ タービン中心部 １３，１４ 内段 １５，１６ 外段 １７ 間隙 １８ 円周壁 １９ 右側壁 ２０ 左側壁 ２１，２２，２６，２７ ベアリング ２３，２４，２５，２８，２９，３０ シール部材 ３１ 窪み ３２，３３ 盤面 ３２ａ 溝 ３４ 中空部 ３５ ロータリージョイント ３５ａ 気体導入固定部 ３６ 軸受け ３７ 排気口

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空シャフトに回転体を設け、この回転
   体上にブレードを設け、該ブレードに対向するブレード
   を備えた回転体を上記回転体に対向して設け、両回転体
   を駆動手段によって互に逆回転させるようにしたことを
   特徴とする真空ポンプ。
2. 【請求項２】 上記ブレードは、各対向する回転体に一
   段または複数段、円周に沿って傾斜して設けたことを特
   徴とする請求項１の真空ポンプ。
3. 【請求項３】 上記ブレードの内側に窪みを形成させ、
   上記回転体が回転するとき、上記窪みにエアーポケット
   が生じるようにしたことを特徴とする請求項１または２
   の真空ポンプ。
4. 【請求項４】 上記対向するブレードによって上記二つ
   の回転体上に形成される凹部と凸部とが互いに挿入した
   状態で回転することができるようにしたことを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかの真空ポンプ。
5. 【請求項５】 一方の回転体の凹部の底辺と対向する回
   転体の凸部の先端が非接触の状態で回転するとき、この
   凸部を上記凹部のある回転体本体の盤面よりさらに深く
   挿入可能とし、エアーカーテン機能を発揮させるように
   したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの真空ポ
   ンプ。
6. 【請求項６】 上記凹部の底辺に、上記回転体の放射方
   向または円周方向にラビリンス機構を設けたことを特徴
   とする請求項４または５の真空ポンプ。
7. 【請求項７】 上記中空シャフトのシャフトの中空部
   を、真空ポンプ内に気体を導入するための通路とし、該
   シャフトと気体導入固定部とを真空式ロータリージョイ
   ントで接合したことを特徴とする請求項１〜６のいずれ
   かの真空ポンプ。
8. 【請求項８】 ポンプ室本体に向けて、上記回転体の軸
   受部分から潤滑油を吸引したり、他の気体などを吸引し
   ない加圧構造とした請求項１〜７のいずれかの真空ポン
   プ。