JP4017365B2

JP4017365B2 - ドライ真空ポンプ

Info

Publication number: JP4017365B2
Application number: JP2001220249A
Authority: JP
Inventors: 善徳小島; 清司柳澤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2021-07-19
Also published as: JP2003035290A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライ真空ポンプに係り、特に半導体製造工程等におけるガスの排気に好適に使用することができるドライ真空ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程等においては、真空チャンバ内のプロセスガスを排気するために真空ポンプが使用されている。この真空チャンバ内は清浄雰囲気であることが要求されるために、真空チャンバ内のガス排気に使用される真空ポンプは、ポンプ内部のガス流路に油を使用しないドライポンプであることが必要とされる。このようなドライ真空ポンプとして、例えばルーツ型２軸容積式ドライ真空ポンプなどが知られている。
【０００３】
このルーツ型２軸容積式ドライ真空ポンプは、対向する一対のルーツ型のロータをケーシング内に備え、これらのロータ間およびロータとケーシングとの隙間が微少になるようにクリアランスを設けて構成されている。そして、この一対のロータが同期反転することにより、ロータとケーシングとの間に形成された空間にガスが閉じ込められて吐出側に移送され、このガスの移送が連続して行われることによりガスの排気が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成された容積式ドライ真空ポンプにおいては、ガスを移送する過程でガスの圧縮熱が発生し、この圧縮熱によりロータおよびケーシングの温度が上昇する。しかしながら、排気対象となるガス中に昇華温度の高い反応副生成物が含まれている場合に、上昇したポンプの温度が所定の温度にまで達しないと、この反応副生成物が固体化し、ポンプ内部に生成物として析出してしまうといった問題がある。そして、このような生成物がロータ間やロータとケーシングとの間に堆積すると、ロータの回転に摩擦が生じてモータの負荷を増加させ、極端な場合にはポンプの回転が停止して、再起動できなくなる場合がある。
【０００５】
また、この生成物の析出を防ぐ方法として、ラバーヒータ等によってポンプを加温する方法があるが、ヒータ用の別電源が必要となるだけでなく、ヒータそのものが別装置として必要となるため構造が複雑化し、コストが上がるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、複雑な装置を用いることなく、ポンプ内部での生成物の析出を防止して、円滑なポンプ運転を行うことを可能としたドライ真空ポンプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明は、対向する一対のロータがクリアランスを介してケーシング内に配置され、モータにより軸を介して前記ロータを反転駆動して気体の排気を行うドライ真空ポンプにおいて、前記ロータに、対をなす永久磁石を、磁極の向きが前記ロータの径方向に沿うように、かつ磁極が互いに反転するように埋め込み、前記永久磁石の発生する磁界が前記ロータの径方向を向き、かつ前記磁界が前記ケーシングに到達するように前記永久磁石を配置したことを特徴とする。ここで、前記ケーシングに磁性体からなる部材を取り付けることが好ましい。
【０００８】
このように構成された本発明によれば、ロータおよびケーシングに渦電流によるジュール熱を発生させることができ、これにより、ポンプ内部の温度を従来よりも上昇させることが可能となり、しかも、短時間で昇温させることが可能となる。そして、ポンプ内部のロータとケーシング間又はロータ間のクリアランス部の温度を直接的に上昇させることができるので、ポンプが排気するガスに含まれる反応副生成物の固体化を防ぎ、生成物の析出を効果的に防止することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプの断面図である。図１に示すように、本実施形態におけるドライ真空ポンプは、ケーシング１と、軸３に固着されたロータ２を備えており、ロータ２はケーシング１との間に微少な隙間を形成してケーシング１内に配置されている。軸３は軸受４によって回転自在に支持されており、軸３の端部に取り付けられたモータＭによって回転駆動するように構成されている。また、ケーシング１にはガスの吸込口５および吐出口６が設けられている。
【００１０】
モータＭを構成するモータロータ７は、図１に示すように、軸３の端部に固着されており、軸３は、このモータロータ７が固着された軸３の部位３ａが片持ち構造となるように軸受４によって支持されている。また、モータＭの外壁部材８には水冷パイプ９が埋設されており、水冷パイプ９の内部を循環する冷却水（図示せず）によってモータＭが冷却されるようになっている。一方、軸３の他方の端部にはタイミングギヤ１０が取り付けられており、このタイミングギヤ１０を介して、対向して配置されている軸３およびロータ２が同期反転するように構成されている（図２（ｃ）参照）。
【００１１】
図２（ａ）は本実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプを構成する２葉のルーツロータの正面図であり、図２（ｂ）はロータに埋設された永久磁石が発生する磁界を示す模式図であり、図２（ｃ）は本実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプのケーシング部における概略断面図である。図１及び図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示すように、それぞれのロータ２の先端付近には対をなす永久磁石１１が埋設されており、Ｎ極とＳ極が相互に反転して配置されている。この永久磁石１１が発生する磁界１２を形成する磁力線１３の様子を図２（ｂ）に示す。これらの永久磁石１１は、永久磁石１１が発生する磁界１２の方向がロータ２の径方向を向くように配置されており、かつ、この磁界１２がケーシング１および対向して配置されたロータ２に到達する位置に埋設されている。
【００１２】
上述のように構成された本実施形態によれば、ロータ２の回転によって吸込口５から吸入されたガスは、ロータ２およびケーシング１によって形成された空間によって移送され、吐出口６から排気される。このとき、ロータ２の回転に伴い、ロータ２内に埋設された永久磁石１１によってケーシング１とロータ２には磁束の変化を妨げる向きに渦電流が流れ、渦電流によるジュール熱が発生する。そして、この熱によりケーシング１およびロータ２の温度が上昇する。このように、ポンプの温度を、吸入されたガスに含まれる反応副生成物の昇華温度以上まで上昇させることにより、反応副生成物の析出を防止することが可能となる。
【００１３】
図３（ａ）および図３（ｂ）は本実施形態における永久磁石が発生する磁界を説明するための模式図である。本実施形態では、図３（ａ）に示すように、永久磁石１１の磁極が相互に反転して配置されているが、図３（ｂ）に示すように、同じ磁極が同方向を向く配置も考えられる。即ち、図３（ａ）に示す配置では、ケーシング１の内部を通過する磁束密度を高めることができ、図３（ｂ）に示す配置では、ケーシング１の内部を通過する磁力線１３の垂直方向の成分を大きくすることができる。このように、いずれの配置でも渦電流の発生を増加させ、ジュール熱の発生を増加させることが可能である。
【００１４】
図２に示すように、本実施形態においては、ロータとして２葉のルーツ型ロータを使用したが、図４に示すように、３葉のルーツ型ロータを使用した場合や、それ以上の多葉ルーツ型のロータを使用した場合でも同様の作用効果を得ることが可能である。ここで、図４（ａ）乃至図４（ｄ）は、３葉のルーツ型ロータがガスを移送する際の作用を時系列的に表している。即ち、図４（ａ）に示す矢印の方向から吸入されたガスは、相互に同期反転するロータ２によって、ケーシング１とロータ２の間に形成された空間（図４（ｂ）および図４（ｃ）参照）に閉じ込められつつ吐出側に移送され、図４（ｄ）に示す矢印の方向に吐出される。そして、この一連の作用が連続して行われることによりガスが排気される。
【００１５】
次に、本発明の第２の実施形態について図５を参照して説明する。
図５（ａ）は本発明をスクリュー型ドライ真空ポンプに適用した場合におけるケーシング部の概略断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ矢視図である。
【００１６】
図５（ａ）に示すように、ケーシング１内には、ねじ溝を有する一対のスクリュー型ロータ２が対向して配置されており、ロータ２間およびロータ２とケーシング１との隙間が微少になるようにクリアランスを設けて構成されている。これら一対のロータ２は軸３を介してモータ（図示せず）によって回転されるようになっている。
【００１７】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、ロータ２に形成されているねじ山２ａには、一対の永久磁石１１が相互に磁極が反転して埋設されている。この永久磁石１１が発生する磁界１２の方向はロータ２の径方向であり、また、この磁界１２がケーシング１および対向して配置されているロータ２に到達するように永久磁石１１が配置されている。このように構成されている本実施形態によれば、ロータ２の回転に伴って、ロータ２およびケーシング１には、磁束の変化による渦電流が流れてジュール熱が発生し、ポンプの温度を所定の温度以上に上昇させることが可能となる。その結果として、ガス中の反応副生成物が固体化して生成物が析出してしまうことを防止することが可能となる。
【００１８】
次に、本発明の第３の実施形態について図６を参照して説明する。
図６（ａ）乃至図６（ｃ）は本実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプのケーシング部における概略横断面図である。なお、特に説明しない構成については第１の実施形態と同様に構成されているので説明を省略する。
【００１９】
図６（ａ）に示すように、ケーシング１の周囲には、ロータ２の径方向にある位置において、磁性体からなる金属ベルト２１が密着して取り付けられており、さらに、この金属ベルト２１の外周には、温度調節手段として冷却ジャケット２２が取り付けられている。冷却ジャケット２２には冷却水入口２３および冷却水出口２４とが設けられており、所定の温度に調整された冷却水（図示せず）が冷却水入口２３より流入し、冷却ジャケット２２の内部の冷却水流通路２５を流通した後、冷却水出口２４より排出されるようになっている。
【００２０】
このように構成された本実施形態によれば、ロータ２に埋設された永久磁石１１が発生する磁界１２は金属ベルト２１にまで到達し、永久磁石１１からケーシング１および金属ベルト２１を通って再び永久磁石１１を結ぶ磁気回路が形成される。このように、磁性体からなる金属ベルト２１をケーシング１の外側に取り付けたことにより、ケーシング１の表面を垂直に通過する磁力線が増加し、磁束変化による渦電流の発生も増加する。これに伴い、ジュール熱による発熱も増加して、ポンプの温度をより上昇させることが可能となる。また、金属ベルト２１においても永久磁石１１からの磁力線が通過しているので、金属ベルト２１自体にも渦電流によるジュール熱が発生して、さらにケーシング１の加熱効果を高めることが可能となる。
【００２１】
また、本実施形態は冷却ジャケット２２によりケーシング１の温度調整が可能に構成されており、冷却水の温度や冷却ジャケット２２に通水する冷却水の流量を調節することにより、ケーシング１の温度を所望する一定の温度に維持することができる。このように、ケーシング１の温度を所望の温度に保つことにより、反応副生成物の析出を防止しつつ、熱膨張によるロータ２およびケーシング１間のクリアランスの変化を防ぐことが可能となる。なお、温度調整手段として、ケーシング１の周りに保温材を巻き付け、この保温材を巻き付ける量を加減することによりケーシング１の温度を調整するようにしてもよい。この場合、保温材としては、発泡体やガラスウール等が好適である。
【００２２】
次に、本実施形態の別の構成例について図６（ｂ）を参照して説明する。図６（ｂ）に示すように、磁性体からなる部材（以下、磁性材という）３２がケーシング１の外周面上に断続的に配置されている。なお、図示はしないが、磁性材３２の外周には図６（ａ）と同様に冷却ジャケットが装着されている。この磁性材３２が配置されたケーシング１の箇所においては磁気抵抗が減るため磁束が増し、一方、磁性材３２が配置されない間隙部３３では磁束が減る。このように、ケーシング１においては永久磁石１１の磁束の変化が連続的に起こることとなるため、更に渦電流の発生を増大させることができる。
【００２３】
なお、図６（ｃ）に示すように、磁性体としての金属ベルト２１に、相互に磁極を反転させた複数対の永久磁石１１ａを埋設することが好ましい。このように構成することにより、それぞれの永久磁石１１ａにおいてはロータ２の径方向に向けた磁界１２ａが形成され、ロータ２側の磁力線（磁界１２）が、金属ベルト２１側の磁力線（磁界１２ａ）に近づく際に、金属ベルト２１側の磁束が変化するため、この磁束変化に伴う渦電流の発生を更に増大させることが可能となる。なお、金属ベルト２１に磁界を発生させる手段として、金属ベルト２１の内部に配線を埋設し、この配線に電流を流すことによって磁界を発生させるようにしてもよい。また、金属ベルト２１に埋設された永久磁石１１ａの配列を、同じ磁極が同方向を向くように配列させることも可能である。
【００２４】
次に、本発明の第４の実施形態について図７を参照して説明する。
図７は本実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプの断面図である。なお、特に説明しない構成については第１の実施形態と同様に構成されているので説明を省略する。
【００２５】
図７に示すように、ケーシング１の外周にはヒータ３０が取り付けられており、吐出口６を除くケーシング１の外周面全体がヒータ３０によって加熱されるようになっている。一方、モータＭの外壁部材８には水冷パイプ９が埋設され、この冷却パイプ９内を流通する冷却水（図示せず）によってモータＭが冷却されるようになっている。また、吐出口６の付近のケーシング１には冷却装置３１が取り付けられており、吐出口６付近のケーシング１が冷却されるように構成されている。このように構成することで、ヒータ３０によってケーシング１の温度を上昇させて生成物の析出を防止するとともに、水冷パイプ９によりモータＭを冷却してモータＭの動力性能を維持し、吐出口６側でロータ２およびケーシング１の熱膨張によるクリアランスの変化を防ぐことが可能となる。特に、吐出口６側では、大気圧と真空との圧力差が最も大きく、従って圧縮熱が最も大きくなるので、本実施形態のように冷却装置３１を用いて吐出口６付近を冷却することは極めて効果的である。
【００２６】
次に、本発明の第５の実施形態について図８を参照して説明する。
図８は本実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプに使用されるロータを示す正面図である。なお、特に説明しない構成については第１の実施形態と同様に構成されているので説明を省略する。
【００２７】
図８に示すように、それぞれのルーツ型ロータ２の中心付近には２つの磁性材３２が埋設されている。このように構成されたロータ２においては、一方のロータ２に埋設された永久磁石１１が、他方のロータ２に埋設された磁性材３２に接近するにつれて、他方のロータ２を通過する磁力線１３の垂直成分が増加する。したがって、磁束変化による渦電流が大きくなり、ジュール熱による発熱量が増加して、ポンプの温度をさらに上昇させることが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、特段の複雑な装置を用いることなく、ポンプの温度を所定の温度以上に短時間で上昇させることが可能となる。したがって、反応副生成物が含まれるガスを排気する場合でも、ポンプ内部での生成物の析出を防止し、ロータを停止させることなく、円滑なポンプの運転を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプの断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプを構成する２葉のルーツロータの正面図であり、図２（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係るロータに埋設された永久磁石が発生する磁界を示す模式図であり、図２（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプのケーシング部における概略断面図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は本発明の第１の実施形態における永久磁石が発生する磁界を説明するための模式図である。
【図４】図４（ａ）乃至図４（ｄ）は３葉のルーツロータを用いた場合の本発明の第１の実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプの排気作用を示す概略横断面図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の第２の実施形態に係るスクリュー型ドライ真空ポンプにおけるケーシング部の概略断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ矢視図である。
【図６】図６（ａ）乃至図６（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプのケーシング部における概略横断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプの断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係るルーツ型ドライ真空ポンプに使用されるロータを示す正面図である。
【符号の説明】
１ケーシング
２ロータ
３軸
４軸受
５吸込口
６吐出口
７モータロータ
８外壁部材
９水冷パイプ
１０タイミングギヤ
１１永久磁石
１２磁界
１３磁力線
２１金属ベルト
２２冷却ジャケット
２３冷却水入口
２４冷却水出口
２５冷却水流通路
３０ヒータ
３１冷却装置
３２磁性体部材
３３間隙部

Claims

対向する一対のロータがクリアランスを介してケーシング内に配置され、モータにより軸を介して前記ロータを反転駆動して気体の排気を行うドライ真空ポンプにおいて、
前記ロータに、対をなす永久磁石を、磁極の向きが前記ロータの径方向に沿うように、かつ磁極が互いに反転するように埋め込み、前記永久磁石の発生する磁界が前記ロータの径方向を向き、かつ前記磁界が前記ケーシングに到達するように前記永久磁石を配置したことを特徴とするドライ真空ポンプ。
前記ケーシングに磁性体からなる部材を取り付けたことを特徴とする請求項１に記載のドライ真空ポンプ。
前記磁性体からなる部材は、磁性体の金属ベルトであることを特徴とする請求項２に記載のドライ真空ポンプ。
前記磁性体からなる部材を前記ケーシングの外周面に断続的に配置したことを特徴とする請求項２に記載のドライ真空ポンプ。
前記ケーシングに、前記ケーシングの温度を調整する温度調整手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のドライ真空ポンプ。
前記モータを構成するモータロータは前記軸の端部に取り付けられ、前記モータロータが取り付けられている前記軸の部位が片持ち構造となるように軸受によって前記軸を支持したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のドライ真空ポンプ。