JP2010025122A

JP2010025122A - 分子ポンプの断熱構造

Info

Publication number: JP2010025122A
Application number: JP2009250265A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nakamura; 順一中村; Mitsuru Sakurai; 充桜井
Original assignee: Osaka Vacuum Ltd
Current assignee: Osaka Vacuum Ltd
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】分子ポンプのねじ溝真空ポンプ部から排出された排気ガスが、該分子ポンプの冷却されているベアリングハウジング部に触れて凝縮し、該ベアリングハウジング部の外周部に凝着することがあるので、このような不具合を防止する構造の分子ポンプを提供する。
【解決手段】円筒状のロータ１４の円筒部１４ａの外側及び内側にそれぞれステータ１３ａｓ及び１３ｂｓを配置してねじ溝ポンプ部１３を形成し、該ねじ溝真空ポンプ部１３の内方にベアリングハウジング部５を設けた複合分子ポンプ１１において、該ベアリングハウジング部５の外周部に少許の間隙６ｃを存して設けた熱遮蔽板６で該ベアリングハウジング部５を覆い、該熱遮蔽板６と前記内側ステータ１３ｂｓとの間を排気ガス通路７に形成すると共に、前記外側ステータ１３ａｓを加熱する電熱ヒータ１０ａを設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、特に凝縮し易いプロセスガスの真空排気に最適なねじ溝真空ポンプや複合分子ポンプの断熱構造に関する。

ねじ溝真空ポンプは高速回転をする円筒状のロータと、該ロータの円周面に近接して設けたステータとからなり、これらロータ又はステータの円周面にねじ溝を有して、分子流領域から中間流領域および粘性流領域において気体の排気を行なう真空ポンプである。

又、複合分子ポンプは、前記ねじ溝真空ポンプ部とターボ分子ポンプ部とを併せ持つ構造の真空ポンプである。

図９は従来の複合分子ポンプの一例の縦断面図であり、ターボ分子ポンプ部ａと、該ターボ分子ポンプ部ａに連設されたねじ溝真空ポンプ部ｂとからなる。

更に前記ねじ溝真空ポンプ部ｂは、円筒状のロータｃの外側に外側ステータｄを有して形成された１次側ねじ溝真空ポンプ部ｂ１と、前記円筒状のロータｃの内側に内側ステータｅを有して形成された２次側ねじ溝真空ポンプ部ｂ２とよりなる。ここでねじ溝は１次側ではロータｃに、２次側では内側ステータｅに設けられている。

排気は排気入口ｆより吸入され、ターボ分子ポンプ部ａ、１次側ねじ溝真空ポンプ部ｂ１、次いで２次側ねじ溝真空ポンプ部ｂ２を通り、排気出口ｇより排出される。

ｈは前記ロータｃに嵌着された回転軸であり、ｉは該回転軸ｈを介して前記ロータｃを軸支するベアリングハウジング部である。

ｊはシース熱電対であり、前記内側ステータｅの先端部に設けた感熱部ｊ１における温度を測定して、該測定温度が所定値より低い場合は複数の電熱ヒータｋ、ｍ等により外側ステータｄや排気管を加熱し、排気ガスが凝着するのを防止するようにしている。

出願人は先に、ケーシングと、該ケーシングに固定されたステータと、該ステータ内で高速回転可能に支持されたロータとを備え、これらステータとロータとによりねじ溝ポンプ部を構成する分子ポンプにおいて、前記ねじ溝ポンプ部のロータを有蓋円筒状に形成し、該ロータの外周面に対向した内周面を有する外側ステータと該ロータの内周面に対向した外周面を有する円筒状の内側ステータを形成して、前記外側ステータの内周面又は前記ロータの外周面にねじ溝を凹設した第１ねじ溝ポンプと前記内側ステータの外周面又は前記ロータの内周面にねじ溝を凹設した第２ねじ溝ポンプとを形成し、前記外側ステータと前記内側ステータとをねじ止め等により直接に接合させると共にこれら外側ステータ及び内側ステータを前記ケーシングに固定する部分に断熱材を介在させてこれら外側ステータ及び内側ステータと前記ケーシングとの間の熱の伝達を阻む構造に形成し、更に前記内側ステータの外周面又は前記ロータの内周面にねじシール溝を凹設した分子ポンプのシール構造の出願を行なった（特許文献１参照。）。

特許第４１４１１９９号公報

これは、ヒータにより前記外側ステータ及び内側ステータを加熱する際に、ヒータの熱が前記ケーシング側に伝達されるのを阻む目的で断熱材を介在させたものである。

図９に示す前記複合分子ポンプのベアリングハウジング部ｉは、内蔵する軸受部やモータ部からの発熱を吸収するために、冷却水配管ｎに冷却水を循環させて冷却されている。このため、前記２次側ねじ溝真空ポンプ部ｂ２を出た排気ガスが前記ベアリングハウジング部ｉの表面に触れて冷却され、凝縮し易い気体がベアリングハウジング部ｉの外周部に凝着し堆積して排気通路を塞ぎ、排気性能の劣化を起こすことがあるという問題があった。

又、この凝着物を除去するためにオーバーホール時の作業工数が多くなり、コスト高になるという問題があった。

本発明は前記の問題点を解消し、排気ガスがベアリングハウジング部や排気ガス通路部に凝着しないような構造の分子ポンプを提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成すべく、少なくとも１個の円筒状のロータと、該ロータの外側及び内側に外側ステータと内側ステータを配置し、これら対向するロータとステータの対向面のいずれか一方にねじ溝を設けた構造のねじ溝真空ポンプ部を有する分子ポンプにおいて、該ねじ溝真空ポンプ部の内方に前記ロータの回転軸を支承するベアリングハウジング部を形成すると共に該ベアリングハウジング部の外表面を覆うように該外表面と少許の間隙を存して熱遮蔽板を設け、前記内側ステータと一体に円筒状の該熱遮蔽板を形成すると共に、該熱遮蔽板とは別体にフランジ状の熱遮蔽板を形成し、該熱遮蔽板と前記ねじ溝真空ポンプ部との間を前記ねじ溝真空ポンプ部からの排気ガスの通路に形成した。

本発明によれば、簡単な構成により排気ガスが前記ベアリングハウジング部等の表面に凝着することを防止することができる効果を有する。

本発明の分子ポンプの断熱構造の実施例１の縦断面図である。同上実施例１の一部、熱遮蔽板の斜視図である。本発明の分子ポンプの断熱構造の実施例２の縦断面図である。本発明の分子ポンプの断熱構造の実施例３の縦断面図である。本発明の分子ポンプの断熱構造の実施例４の縦断面図である。本発明の分子ポンプの断熱構造の実施例５の縦断面図である。同上実施例５の一部、内側ステータの一部をカットした斜視図である。同上実施例５の一部、熱遮蔽板の斜視図である。従来の複合分子ポンプの一例の縦断面図である。

本発明の最良の実施の形態である実施例を以下に説明する。

本発明の実施例１を図１及び図２により説明する。

図１は本発明の断熱構造を取り入れた複合分子ポンプの実施例１の縦断面図である。

複合分子ポンプ１は、ターボ分子ポンプ部２と、該ターボ分子ポンプ部２に連設されたねじ溝真空ポンプ部３とからなり、これらポンプ部２、３のロータ４は略有蓋円筒状に形成され、前記ターボ分子ポンプ部２は該ロータ４の円筒部の上半部外周の動翼とその外方のステータ内周の静翼とにより形成され、又前記ねじ溝真空ポンプ部３は、ロータ４の下半部の円筒部４ａと該円筒部４ａの外側にある外側ステータ３ａとにより形成されていて、ねじ溝３ａｇは該外側ステータ３ａの内周部に刻設されている。

５はベアリングハウジング部であり、その上半部が前記ロータ４内に挿入する形状に形成されていると共に該ロータ４に嵌着された回転軸４ｓを回動自在に軸支している。

かくて、該ベアリングハウジング部５は、前記ねじ溝真空ポンプ部３の内側に形成される。

即ち、ベアリングハウジング部５は回転軸４ｓを支承する軸受（図示せず）や回転軸４ｓを駆動するモータ（図示せず）を内蔵した円筒状部５ａと、該円筒状部５ａを他の外殻構造部分に接続するためのフランジ部５ｂとを有しており、更に該円筒状部５ａのベース部５ｄに埋設されている冷却水配管５ｃより冷却水の供給を受けて、該ベアリングハウジング部５全体を冷却する構造となっている。

６は、前記ベアリングハウジング部５の表面を覆うように形成された熱遮蔽板である。

該熱遮蔽板６の斜視図を図２に示した。

熱遮蔽板６は薄いアルミ板からなり、該熱遮蔽板６は円筒状の胴部６ａの一端部にフランジ状に円板部６ｂを有するラッパ形に形成され、該円板部６ｂを前記外側ステータ３ａに密着固定すると共に前記胴部６ａと前記ベアリングハウジング部５との間にＯリングを介在させるなどして、両者間に少許の間隙６ｃを存して互いに係止している。

尚、図２において、６ｄは後述するシース熱電対１０ｃを挿通する孔であり、又、６ｅは排気ガスを通すための切欠きである。

こうして図１に示すように、前記ねじ溝真空ポンプ部３と前記熱遮蔽板６との間に、円板状の排気ガス通路７を形成した。

８は排気管で、Ｌ字状に形成され、その一端部を前記熱遮蔽板６の切欠き６ｅに係合させており、他端部を排気出口８ａに形成している。

尚、該排気管８が前記ベアリングハウジング部５又は他の外殻構造部分を挿通する個所には、これら外殻構造部分との間に少許の間隙８ｃを存するようにした。

９は複合分子ポンプ１の排気入口、１０ａ及び１０ｂは共に電熱ヒータを示し、一方の電熱ヒータ１０ａは前記ねじ溝真空ポンプ部３の外側ステータ３ａの外周面に設けられており、又、他方の電熱ヒータ１０ｂは前記排気管８の排気出口８ａの近くの外周面に設けられている。１０ｃはシース熱電対、１０ｄはその感熱部であり、該感熱部１０ｄは前記ステータ３ａの先端部の近傍に設けられている。又、１１ａ、１１ｂは断熱材である。

即ち、前記外側ステータ３ａと前記ベアリングハウジング部５はこれら断熱材１１ａ、１１ｂを介して接続している。

次に本実施例１の複合分子ポンプ１の作動及び効果について説明する。

複合分子ポンプ１は、凝縮し易いプロセスガスを排気入口９から吸入し、ターボ分子ポンプ部２、次いでねじ溝真空ポンプ部３で順次圧縮し、排気ガス通路７を経て排気出口８ａから排出する。

この間、外側ステータ３ａは電熱ヒータ１０ａによって加熱され、熱遮蔽板６と共に所定の高温に維持されており、又、ベアリングハウジング部５は冷却水により冷却されて低温に維持されている。

即ち、シース熱電対１０ｃの感熱部１０ｄにおいて、ねじ溝真空ポンプ部３の出口側における排気ガスの温度を常時測定しており、該測定温度が所定値より低い場合には排気ガスが凝集を起こす恐れがあるので、電熱ヒータ１０ａや１０ｂにより外側ステータ３ａや排気管８を加熱するようにしている。

前記外側ステータ３ａには熱遮蔽板６が密着固定されているので、電熱ヒータ１０ａによりこれらは共に昇温して所定の高温となる。

外側ステータ３ａにより加熱された排気ガスは排気ガス通路７に導かれるが、該排気ガス通路７の片側面を形成する熱遮蔽板６も高温に維持されているため、前記排気ガスは該熱遮蔽板６と同程度の温度となり、該熱遮蔽板６の上に排気ガスが凝着することはない。

又、該熱遮蔽板６は、前記ベアリングハウジング部５との間に少許の間隙を有しているので、両者間の熱伝達は極めて少なく、冷却されているベアリングハウジング部５への排気ガスからの熱伝達は、前記熱遮蔽板６により、実用上問題のない程度に断熱される。

このように前記ベアリングハウジング部５は前記熱遮蔽板６に覆われているため、該ベアリングハウジング部５の外部は排気ガスに曝されず、排気ガスが凝着することはない。

尚、前記排気ガスは排気ガス通路７を経て排気管８を通り、排気出口８ａより排出されるが、この間、排気管８においても電熱ヒータ１０ｂにより加熱されるので、凝集し易い排気ガスであっても当該複合分子ポンプ１内において凝着を起こすことはない。

本発明の実施例２を図３により説明する。

図３は本発明の断熱構造を取り入れた複合分子ポンプ１１の実施例２の縦断面図である。

複合分子ポンプ１１はターボ分子ポンプ部２と、該ターボ分子ポンプ部２に連設されたねじ溝真空ポンプ部１３とからなり、該ねじ溝真空ポンプ部１３は、略有蓋円筒状のロータ１４の下半部の円筒部１４ａの外側に形成された１次側ねじ溝真空ポンプ部１３ａと、該円筒部１４ａの内側に形成された２次側ねじ溝真空ポンプ部１３ｂとからなる。

前記１次側ねじ溝真空ポンプ部１３ａは、前記円筒部１４ａの外周部と外側ステータ１３ａｓとにより形成されており、ねじ溝１３ａｇは前記円筒部１４ａの外周部に刻設されている。

又、前記２次側ねじ溝真空ポンプ１３ｂは、前記円筒部１４ａの内周部と内側ステータ１３ｂｓとにより形成されており、ねじ溝１３ｂｇは該内側ステータ１３ｂｓの外周部に刻設されている。

該内側ステータ１３ｂｓは前記外側ステータ１３ａｓに下部において密着して固定されており、これら外側ステータ１３ａｓと内側ステータ１３ｂｓとは、熱伝導により等温になっている。

回転軸４ｓを軸支するベアリングハウジング部５は前記ねじ溝真空ポンプ部１３の内側に形成されており、該ベアリングハウジング部５の表面を覆うように形成された熱遮蔽板６、及び排気ガス通路７等の構造は、前記実施例１の複合分子ポンプ１における構造と同様である。

１０ａ及び１０ｂは共に電熱ヒータであり、又、１１ａ及び１１ｂは断熱材で、これらは前記複合分子ポンプ１と同様の配置となっているが、実施例２ではシース熱電対１０ｃの先端の感熱部１０ｄを前記内側ステータ１３ｂｓの出口の先端部に配置した点が、前記実施例１とは異なっている。

次に本実施例の複合分子ポンプ１１の作動等について説明する。

本実施例の複合分子ポンプ１１は、ねじ溝真空ポンプ部１３が１次側ねじ溝真空ポンプ１３ａと２次側ねじ溝真空ポンプ１３ｂの２段からなり、吸気口９から吸入した排気ガスはターボ分子ポンプ部２、１次側ねじ溝真空ポンプ１３ａ、次いで２次側ねじ溝真空ポンプ１３ｂで順次圧縮され、排気ガス通路７を経て排気口８ａから排出される。

このとき、前記２次側ねじ溝真空ポンプ１３ｂを出た排気ガスは、前記熱遮蔽板６上に形成された円筒状のスペース７ａを流れるが、前記熱遮蔽板６と前記ベアリングハウジング部５との間に少許の間隔６ｃを存すると共に、該熱遮蔽板６が前記外側ステータ１３ａｓに密着固定されていて高温なので、前記実施例１におけるのと同様に、熱遮蔽板６の表面に排気ガスが凝着することがなく、又、ベアリングハウジング部５の外部が排気ガスに曝されることがない。

このように本発明の断熱構造は、特に本実施例２の如く、内側ステータ１３ｂｓと熱遮蔽板６との間に長い排気ガス流路を有する場合の排気ガスの凝着防止に対して有効である。

本発明の実施例３を図４により説明する。

図４は本発明の断熱構造を取り入れた複合分子ポンプ２１の実施例３の縦断面図である。

前記実施例１及び実施例２では、排気管８をベアリングハウジング部５に設けると共に該排気管８を電熱ヒータ１０ｂで加熱する構造としたが、本実施例３では図４に示す如く、外側ステータ１３ａｓ´に排気管８´を設ける構造としたので、排気管加熱のための電熱ヒータ１０ｂが不要となって、加熱装置は外側ステータ１３ａｓ´に設けた電熱ヒータ１０ａだけで済むと共に、断熱材も、１１ａ及び１１ｂの代りに図４に示す断熱材１１ｃだけで済むことになり、製造コストの低減につながった。

尚、６´が熱遮蔽板である。

本発明の実施例４を図５により説明する。

図５は本発明の断熱構造を取り入れた複合分子ポンプ３１の実施例４の縦断面図である。

前記実施例１乃至実施例３では、ロータ４又は１４は、その下半部に円筒部４ａ又は１４ａを１個だけ有する構造としたが、本実施例４では、図５に示す如く、ロータ２４の下半部に直径の異なる２つの円筒部即ち第１円筒部２４ａと第２円筒部２４ｂとを同心円の２重円筒状に突出させて形成すると共に、外側の第１円筒部２４ａの外周部と外側ステータ２３ａｓとにより形成した１次側ねじ溝真空ポンプ、前記第１円筒部２４ａの内周部と内側第１ステータ２３ｂｓ１の外周部とにより形成した２次側ねじ溝真空ポンプ、内側の第２円筒部２４ｂの外周部と前記内側第１ステータ２３ｂｓ１の内周部とにより形成した３次側ねじ溝真空ポンプ、及び、前記第２円筒部２４ｂの内周部と内側第２ステータ２３ｂｓ２の外周部とにより形成した４次側ねじ溝真空ポンプの合計４個のねじ溝真空ポンプを順次連通してねじ溝真空ポンプ部２３を形成している。

又、前記内側第１ステータ２３ｂｓ１及び前記第２ステータ２３ｂｓ２は直径の異なる２つの円筒状で、その端部を互いに連結して同心円の２重円筒状の一体構造に形成され、前記外側ステータ２３ａｓに下部において密着固定されている。

尚、図５において、２３ｃｇは各ねじ溝真空ポンプのねじ溝を示し、又、６´は熱遮蔽板を示す。

このように、ねじ溝真空ポンプ部のロータ及びステータを同心円の多重円筒状に形成した場合も、一番内側のステータ２３ｂｓ２の内周面と熱遮蔽板６´との間を排気ガス流路とすることにより、複合分子ポンプ内での排気ガスの凝着防止が図られる。

本発明の実施例５を図６乃至図８により説明する。

図６は本発明の断熱構造を取り入れた複合分子ポンプ４１の実施例５の縦断面図である。

複合分子ポンプ４１はターボ分子ポンプ部２と、該ターボ分子ポンプ部２に連設されたねじ溝真空ポンプ部３３とからなり、該ねじ溝真空ポンプ部３３は、前記実施例２におけるのと略同様のロータ１４の下部の円筒部１４ａの外側に形成された１次側ねじ溝真空ポンプ１３ａと、前記円筒部１４ａの内側に形成された２次側ねじ溝真空ポンプ３３ｂとからなる。

ここで２次側ねじ溝真空ポンプ３３ｂは、前記実施例２における内側ステータ１３ｂｓの代りに円筒状の筒部３３ｂｓ４と一体に形成した内側ステータ３３ｂｓを具備して、前記実施例２における熱遮蔽板６の円筒状の部分を省略した点が、前記実施例２とは異なっている。

当該内側ステータ３３ｂｓも、下端部のフランジ３３ｂｆを外側ステータ１３ａｓに密着固定して係止されている。

該内側ステータ３３ｂｓの一部をカットした斜視図を図７に示した。

即ち、内側ステータ３３ｂｓは、外周部にねじ山３３ｂｓ２を有する胴部３３ｂｓ１と、該胴部３３ｂｓ１の内側に同心に設けた薄肉円筒状の筒部３３ｂｓ４とからなり、両者は複数個のステイ（接続板）３３ｂｓ３を介して接続して一体の二重円筒状に形成されており、これら胴部３３ｂｓ１、ステイ３３ｂｓ３及び筒部３３ｂｓ４で囲まれた複数の扇状の断面の空間が排気ガス通路３３ｂｔを形成している。

尚、前記内側ステータ３３ｂｓの筒部３３ｂｓ４は、ベアリングハウジング部５の円筒状部５ａの外周との間に少許の間隙６ｃが存するように形成されている。

図８は、前記筒部３３ｂｓ４とは別体のフランジ状の熱遮蔽板１５の斜視図を示し、該熱遮蔽板１５は、前記ベアリングハウジング部５のフランジ部５ｂの上面を覆うように外側ステータ１３ａｓに密着固定されている。

即ち、熱遮蔽板１５は、円板状の鍔部１５ａの中心部に前記内側ステータ３３ｂｓの筒部３３ｂｓ４と略同径の円孔１５ｂを有すると共に、該円孔１５ｂの縁を軸方向に突出させて、該円孔１５ｂの先端部と前記筒部３３ｂｓ４の端部とが接するようにしている。

前記熱遮蔽板１５は前記ベアリングハウジング部５のフランジ部５ｂとの間に少許の間隙１５ｅを存して配置されており、前記内側ステータ３３ｂｓのフランジ３３ｂｆと前記熱遮蔽板１５との間の円板状の空間が排気ガス通路７ｂを形成している。

次に本実施例５の複合分子ポンプ４１の作用及び効果について説明する。

排気ガスは、ターボ分子ポンプ部２、１次側ねじ溝真空ポンプ部１３ａ、次いで２次側ねじ溝真空ポンプ部３３ｂで圧縮され、内側ステータ３３ｂｓに設けた扇状断面の排気ガス通路３３ｂｔ及び排気ガス通路７ｂを経て排気管８´から複合分子ポンプ４１の外へ排出される。

これら排気ガス通路は、いずれも筒部３３ｂｓ４や熱遮蔽板１５によってベアリングハウジング部５と隔てられており、これら筒部３３ｂｓ４や熱遮蔽板１５と前記ベアリングハウジング部５との間には少許の間隙６ｃ又は１５ｅがあって断熱されているため、これら排気ガス通路内において排気ガスが凝着することはない。

又、前記胴部３３ｂｓ１、ステイ３３ｂｓ３及び筒部３３ｂｓ４からなる内側ステータ３３ｂは、一体鋳造等により製作することが容易なので、分子ポンプの製造コストを低減させる効果がある。

本発明は、半導体製造工場等における凝縮し易いプロセスガスの真空排気用等に有用である。

１、１１、２１、３１、４１分子ポンプ
３、１３、２３、３３ねじ溝真空ポンプ部
３ａ、１３ａｓ、１３ａｓ´ 外側ステータ
１３ｂｓ、２３ｂｓ２、３３ｂｓ内側ステータ
４、１４、２４、ロータ
５ベアリングハウジング部
６、６´、１５熱遮蔽板
６ｃ、８ｃ、１５ｅ間隙
７、７ａ、７ｂ、３３ｂｔ排気ガス通路

Claims

少なくとも１個の円筒状のロータと、該ロータの外側及び内側に外側ステータと内側ステータを配置し、これら対向するロータとステータの対向面のいずれか一方にねじ溝を設けた構造のねじ溝真空ポンプ部を有する分子ポンプにおいて、該ねじ溝真空ポンプ部の内方に前記ロータの回転軸を支承するベアリングハウジング部を形成すると共に該ベアリングハウジング部の外表面を覆うように該外表面と少許の間隙を存して熱遮蔽板を設け、前記内側ステータと一体に円筒状の該熱遮蔽板を形成すると共に、該熱遮蔽板とは別体にフランジ状の熱遮蔽板を形成し、該熱遮蔽板と前記ねじ溝真空ポンプ部との間を前記ねじ溝真空ポンプ部からの排気ガスの通路に形成した分子ポンプの断熱構造。