JP2005194989A

JP2005194989A - 高活性液用回転ポンプ

Info

Publication number: JP2005194989A
Application number: JP2004004856A
Authority: JP
Inventors: Jun Taga; 潤多賀
Original assignee: TAGA JOJI
Current assignee: TAGA JOJI
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】高活性液体用回転ポンプにおいて回転摺動で発生する磨耗不純物のポンプ送液への流入を防止する一方、摺動部、シール部への機能純水等によるケミカルアタックを有効に防止して金属イオンの溶出あるいはシール疎面化を抑制し、摺動摩擦抵抗の増大、シール効果の劣化によるポンプ機能の低下、破壊を回避する。
【解決手段】ベアリング部、シ−ル部等の回転摺動部から発生する摩耗微粒子の高活性主送液への混入を防止するための遮断流機構と、抗腐蝕処理のなされていない前記回転摺動部への高活性主送液によるケミカルアタックを抑制するための摺動部保護流機構とを有する高活性液用回転ポンプを実現して上記課題の解決を図る。
【選択図】図１

Description

本願発明は、高活性液用のポンプに関し、なお詳しくは半導体、液晶等の製造工程に用いられる超純水移送用の回転ポンプに関するものである。

半導体、液晶等における高集積化、高性能化を実現するため、製造時に使用する各種純液体の高純度が必須となり、特に液中に残存する不純物の量、質が大きな問題となる。
中でも、各工程中における洗浄に使用する超純水の中の微粒子、また、有機物の残存濃度（ＴＯＣ）が製品の比率に大きな影響を与える。
特に、超純水移送用の回転ポンプではベアリング部、シール部等の回転摺動部で発生する磨耗微粒子の除去は長い間未解決であったが、本願発明者による研究により解決されている。

しかしながら、半導体の高集積度、高性能化が更に進むにつれ、超純水中の残存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溶出が起こるとされている。このため、特に超純水移送用に用いられるステンレススチール製の回転ポンプでは、この現象が大きなマイナス要因となっている。

このため、ポンプ構造における超純水との接液箇所を超純水に対して化学的に極めて抵抗性の優れた４フッ化樹脂によるライニング又はコーティングを施す等の対策がなされている。
しかし、ポンプ構造のメカニカルシール部等の回転摺動部には４フッ化樹脂によるライニング等の表面処理は不可能である。
また、回転ポンプ摺動部、シール部にＳｉｃ（炭化けい素）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。そして、現在の超純水に替えてオゾン（Ｏ₃
）、フッ化水素（ＨＦ）を微量含む機能超純水が使用されるようになりつつあり、金属、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、前記のようなポンプ回転摺動部、シール部における金属等の溶出よる不都合がさらに懸念されるところである。

前記問題点を解決するために有効な技術は未だ実現されていないが、関連特許文献としては、以下に示すものがある。
日本国特許第１８０７１６９号米国特許第５１３１８０６号

本願発明が解決しようとする課題は、回転ポンプにおいて回転摺動で発生する磨耗不純物のポンプ送液への流入を防止する一方、摺動部、シール部への機能純水等によるケミカルアタックを有効に防止して金属イオンの溶出あるいはシール疎面化を抑制し、摺動摩擦抵抗の増大、シール効果の劣化によるポンプ機能の低下、破壊を回避するにある。

本願発明は、ポンプ空間と、このポンプ空間で回転する羽根車と、回転駆動源と羽根車を結ぶ回転軸と、ベアリング部およびシール部を有する回転軸ケーシングとを有して超純水等の高活性主送液に接する箇所に抗腐蝕処理をなした回転型ポンプにおいて、ベアリング部、シ−ル部等の回転摺動部から発生する摩耗微粒子の高活性主送液への混入を防止するための遮断流機構と、抗腐蝕処理のなされていない前記回転摺動部への高活性主送液によるケミカルアタックを抑制するための摺動部保護流機構とを有し、
前記遮断流機構は、回転軸と回転軸ケーシング内周面により構成される遮断流流路と、ポンプ空間から回転軸ケーシング内に一部流入させた主送液による遮断流を前記遮断流流路から排出するために、回転軸ケーシングにおいて羽根車寄りに設けた排出部と、これに接続する排出路とからなり、
前記摺動部保護流機構は、保護流としての不活性液体の供給源と、供給ポンプと、回転軸ケーシングにおいて保護流がシール部と高活性主送液である前記遮断流との接触を防止するか少なくとも高活性を有する遮断流を希釈してそのケミカルアタック性を低減出来る位置に設けた保護流供給口と、保護流を遮断流機構の前記排出部に導く保護流流路とからなる高活性液用回転ポンプを実現して上記従来の課題を解決しようとするものである。

さらに本願発明は、ポンプ空間と、このポンプ空間で回転する羽根車と、回転駆動源と羽根車を結ぶ回転軸と、ベアリング部およびシール部を有する回転軸ケーシングとを有して超純水等の高活性主送液に接する箇所に抗腐蝕処理をなした回転型ポンプにおいて、ベアリング部、シ−ル部等の回転摺動部から発生する摩耗微粒子の高活性主送液への混入を防止するための遮断流機構と、抗腐蝕処理のなされていない前記回転摺動部への高活性主送液によるケミカルアタックを低減防止するための抑制機構とを有し、
前記遮断流機構は、回転軸と回転軸ケーシング内周面により構成される遮断流流路と、ポンプ空間から回転軸ケーシング内に一部流入させた主送液による遮断流と、これを排出するために回転軸ケーシングに設けた排出部と、これに接続する排出路とからなり、
前記抑制機構は、不活性液体の供給源と、不活性液体の供給ポンプと、前記流路の遮断流に不活性液体を注入混合して遮断流の高活性を希釈するため回転軸ケーシングにおいてベアリング部等の回転摺動部よりも羽根車よりに設けた不活性液供給部とで構成し、
抑制機構の不活性液により希釈された遮断流は前記遮断機構の排出部、排出路を介してポンプ外部に流出するようにした高活性液用回転ポンプをも提供して上記従来の課題を解決しようとするものである。

また上記いずれかの高活性液用回転ポンプにおいて、不活性液体は遮断流量より常に少量として構成することがある。

さらに上記の高活性液用回転ポンプにおいて、不活性液は水であり、不活性液流量は遮断流流量の１／２以下と構成することがある。

上記構成により本願発明は次のような効果を得ることができる。
イ．回転型ポンプの摺動部で発生した磨耗微粒子を主送液の一部を分流させることにより効率よくポンプ外に排出できる。
ロ．高活性液である主送液が高活性液に対する抗腐蝕対策を施していない回転摺動部に及ぼす悪影響を効果的に防止できる。
ハ．前記両効果を奏する構成は低コストで実現できかつ、複雑な構成を要しないため耐久性に優れる。

ポンプ空間と、このポンプ空間で回転する羽根車と、回転駆動源と羽根車を結ぶ回転軸と、ベアリング部およびシール部を有する回転軸ケーシングとを有して超純水等の高活性主送液に接する箇所に抗腐蝕処理をなすとともに羽根車方向から摺動部方向に少量の主送液を磨耗微粒子の遮断流として回転軸内に導通した地後外部に放出して摺動部由来の磨耗微粒子のポンプ空間への混入を防ぐようにした回転型ポンプにおいて、抗腐蝕処理の不可能なベアリング部、シール部に遮断流としての高活性液が直接触れないように当該回転ポンプの外部定量ポンプから供給される不活性水である通常水で前記摺動部分を被包して保護するようにする。また、前記に替えて、前記遮断流に通常水を注入混合して遮断流の高活性を希釈して、この希釈液の環境下に摺動部分を置くことにより高活性液のケミカルアタック挙動より防護するようにする。通常水の比抵抗平均値は0.0006MΩ・ｃｍと低いから少量の投入により例えば比抵抗値18.20MΩ・ｃｍの超純水主送液の分流である遮断流は希釈され非活性化された遮断流の排出液中には摺動部で発生した磨耗微粒子が含まれており、また、潤滑性を著しく欠く超純水と異なり大きな摩擦抵抗を起こすマイナス要因が軽減されるからポンプの機械寿命を延伸することができる。

前記外部定量ポンプは、正確な流量を高圧かつ所定の少量（遮断流に比して）供給するようにする。脈動のある容積型すなわちダイヤフラム、ベローズ等の構造よりも無脈動の連続方式によるものが望ましい。
外部定量ポンプによる供給する保護流等としての不活性液体に通常水を使用し、その比抵抗値平均を0.006MΩ・ｃｍとすれば、この不活性液体の遮断流（超純水）中に占める割合（％）は、以下のように変化する。

水（ml）超純水(ml) 水（％）比抵抗値(MΩ・cm)

０２０００１８．２４
２１９８１０．４１０
５１９５２．５０．１９５
１０１９０５０．１０２
２０００１０００．００６

上記のように、水１％のときの比抵抗値は、超純水１００％に比べて、18.24/0.40=44.5 すなわち、超純水の抵抗値は水１％の希釈液に対して約44.5倍の抵抗値になる。超純水のSicに対する機能低下をもたらす活性化度を比抵抗値のみで斟酌することは全く問題なしとしないが、一応の目安とはなりえる。本願発明者は、比抵抗値が1MΩ・ｃｍ以下であれば、ケミカルアタック性は、Sic等に対してほとんど影響がないことを確認している。
また、潤滑性は水５％の希釈でよいと考えられるので、実験（吐出量50l/分、吐出圧3Kg/平方センチの回転ポンプ）として、水20ml/分、超純水（遮断流）380ml/分を基準に運転した。約１ヶ月の連続運転でも摺動部のSicには全く問題がなかった。

図１は、本願請求項１に係る高活性液用回転ポンプの１実施例を示す要部断面図である。
図において、１はポンプ空間、２はこのポンプ空間１で回転する羽根車、３は回転駆動源Ｍと羽根車２を結ぶ回転軸、４は回転軸ケーシング、Ｂはベアリング部、Ｓはメカニカルシール部、Ｓ１はシール部の固定環、Ｓ２はシール部の回転環である。
これら各構成要素には、ベアリング部Ｂおよびシール部Ｓ部分を除き遮断流として軸ケーシング４内に分流されるポンプ主送液である超純水に接する箇所に４フッ化樹脂のライニング等による抗腐蝕対策がなされていて、図では太線により示してある

５は軸ケーシング４の内周面と回転軸３との間に形成される遮断流流路であり、主送液である超純水がポンプ空間１から分流され遮断流として流入する。６は回転軸ケーシング４において羽根車２寄りに形成された遮断流の排出部、６ａはこの排出部６から遮断流を外部に排流する排出路である。なお、６ｂ、６ｃは排出路６ａに設けた調整弁である。
これら遮断流流路５、遮断流の排出部６、排出路６ａにより遮断流機構が構成され、主送液の分流が前記経路を常時走流することにより、ベアリング部Ｂ、シ−ル部Ｓ等の回転摺動部から発生する摩耗微粒子がポンプ空間方向に移動して主送液中への混入するのを防止する。

上記遮断流機構の遮断流は排出路６ａから外部に排出される構成になっているとは言え、一部は回転摺動部方向に滲出して抗腐蝕処理がなされていないシール部Ｓに至りこれを腐蝕させる惧れがある。このような不都合を防止するのが次に説明する摺動部保護流機構である。すなわち、図１において、Ｔは保護流としての不活性液体の供給源、Ｐは不活性液体を定量供給する供給ポンプ、７は回転軸ケーシング４において保護流がシール部Ｓと高活性主送液である前記遮断流との接触を防止するか少なくとも高活性を有する遮断流を希釈してそのケミカルアタック性を低減出来る位置に設けた保護流供給口、８は保護流を遮断流機構の前記排出部６に導く保護流流路であり、これらにより摺動部保護流機構が構成され、保護流は順次前記各要素を経由して排出路６ａに至ることにより遮断流の回転摺動部への滲出を阻止するか、少なくとも遮断流を希釈してその比抵抗値を著しく低減してシール部Ｓの腐蝕劣化を防止する。なお、この実施例で、不活性液体は通常の水を使用している。

図２は、本願請求項２に係る高活性液用回転ポンプの１実施例を示す要部断面図であり、この図面に基づいて細部を説明する。
なお、図１の実施例と同一箇所もしくは相当箇所には同一符号を付して詳細説明は省略する。この実施例に係る高活性液用回転ポンプは、ポンプ空間１と、このポンプ空間１で回転する羽根車２と、回転駆動源Ｍと羽根車２を結ぶ回転軸３と、ベアリング部Ｂおよびシール部Ｓを有する回転軸ケーシング４とを有して超純水等の高活性主送液に接する箇所に抗腐蝕処理をなした回転型ポンプであり、ベアリング部Ｂ、シ−ル部Ｓ等の回転摺動部には抗腐蝕処理はなされていない。そして、前記回転摺動部から発生する摩耗微粒子の高活性主送液への混入を防止するための遮断流機構と、抗腐蝕処理のなされていない前記回転摺動部への高活性主送液によるケミカルアタックを低減防止するための抑制機構とを有して構成されている。

前記遮断流機構は、回転軸３と回転軸ケーシング４内周面により構成される遮断流流路５と、ポンプ空間１から回転軸ケーシング４内に一部流入させた主送液による遮断流と、これを排出するために回転軸ケーシングに設けた排出部６と、これに接続する排出路６ａとから構成されている。
また、前記抑制機構は、不活性液体の供給源Ｔと、不活性液体の供給ポンプとしての定量ポンプＰと、前記遮断流に不活性液体を注入混合して遮断流の高活性を希釈するため回転軸ケーシング４においてベアリング部Ｂ等の回転摺動部よりも羽根車２寄りに設けた不活性液供給部７とで構成されている。
抑制機構の不活性液により希釈された遮断流は前記遮断機構の排出部６、排出路６ａを介してポンプ外部に流出するようになっている。
遮断流路を流れる活性度の高い遮断流は不活性液により著しくその活性度が低下しベアリング部Ｂ、シール部Ｓ等に接触してもポンプ機能に悪影響を及ぼすような腐蝕現象はほとんど生じないことは前述したとおりである。

なお、上述において、遮断流はベアリング部Ｂ、シ−ル部Ｓ等の回転摺動部において発生する磨耗微粒子等のポンプ空間１への混入を防止するものであるから、その流れ方向は回転軸ケーシング４と回転軸３との間隙において常に羽根車２から回転摺動部方向へ維持する必要がある。したがって、前記不活性液体は遮断流量より常に少量である必要があり好ましくは、不活性液流量は遮断流流量の１／２以下が望ましい。なおまた、この実施例において不活性液体は通常の水を使用している。この水による遮断流の希釈効果は段落番号００１３の表に示したとおりである。

請求項１に係る高活性液用回転ポンプの１実施例を示す要部断面図である。請求項２に係る高活性液用回転ポンプの１実施例を示す要部断面図である。

符号の説明

Ｂベアリング部
Ｓシール部
１ポンプ空間
２羽根車
３回転軸
４回転軸ケーシング
５遮断流流路
６排出部
６ａ排出路
７不活性液体供給部（保護流供給口）
８保護流又は希釈された遮断流の流路

Claims

ポンプ空間と、このポンプ空間で回転する羽根車と、回転駆動源と羽根車を結ぶ回転軸と、ベアリング部およびシール部を有する回転軸ケーシングとを有して超純水等の高活性主送液に接する箇所に抗腐蝕処理をなした回転型ポンプにおいて、ベアリング部、シ−ル部等の回転摺動部から発生する摩耗微粒子の高活性主送液への混入を防止するための遮断流機構と、抗腐蝕処理のなされていない前記回転摺動部への高活性主送液によるケミカルアタックを抑制するための摺動部保護流機構とを有し、
前記遮断流機構は、回転軸と回転軸ケーシング内周面により構成される遮断流流路と、ポンプ空間から回転軸ケーシング内に一部流入させた主送液による遮断流を前記遮断流流路から排出するために、回転軸ケーシングにおいて羽根車寄りに設けた排出部と、これに接続する排出路とからなり、
前記摺動部保護流機構は、保護流としての不活性液体の供給源と、供給ポンプと、回転軸ケーシングにおいて保護流がシール部と高活性主送液である前記遮断流との接触を防止するか少なくとも高活性を有する遮断流を希釈してそのケミカルアタック性を低減出来る位置に設けた保護流供給口と、保護流を遮断流機構の前記排出部に導く保護流流路とから構成したことを特徴とする高活性液用回転ポンプ。
ポンプ空間と、このポンプ空間で回転する羽根車と、回転駆動源と羽根車を結ぶ回転軸と、ベアリング部およびシール部を有する回転軸ケーシングとを有して超純水等の高活性主送液に接する箇所に抗腐蝕処理をなした回転型ポンプにおいて、ベアリング部、シ−ル部等の回転摺動部から発生する摩耗微粒子の高活性主送液への混入を防止するための遮断流機構と、抗腐蝕処理のなされていない前記回転摺動部への高活性主送液によるケミカルアタックを低減防止するための抑制機構とを有し、
前記遮断流機構は、回転軸と回転軸ケーシング内周面により構成される遮断流流路と、ポンプ空間から回転軸ケーシング内に一部流入させた主送液による遮断流と、これを排出するために回転軸ケーシングに設けた排出部と、これに接続する排出路とからなり、
前記抑制機構は、不活性液体の供給源と、不活性液体の供給ポンプと、前記遮断流流路の遮断流に不活性液体を注入混合して遮断流の高活性を希釈するため回転軸ケーシングにおいてベアリング部等の回転摺動部よりも羽根車よりに設けた不活性液供給部とで構成し、
抑制機構の不活性液により希釈された遮断流は前記遮断機構の排出部、排出路を介してポンプ外部に流出するようにした高活性液用回転ポンプ。
請求項２の高活性液用回転ポンプにおいて、不活性液体は遮断流量より常に少量であることを特徴とする高活性液用回転ポンプ。
請求項３の高活性液用回転ポンプにおいて、不活性液は水であり、不活性液流量は遮断流流量の１／２以下としたことを特徴とする高活性液用回転ポンプ。