JP4691242B2 - Turbo molecular pump seal structure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、腐食性を有するガスや凝縮し易いガス等を含んだプロセスガスの排気に最適なターボ分子ポンプのシール構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造装置等に用いられている従来のターボ分子ポンプの構造の一例を図8に示した。
【0003】
図8において、aは吸気口でありbが排気口である。プロセスガスは動翼cと静翼dの作用によって吸気口aから吸入され、排気口bから排出される。
【0004】
多数の動翼cを取付けて高速回転するロータeの中心には回転軸fがあって、ころがり軸受g、hを介してハウジングiに支承されている。
【0005】
前記ころがり軸受g、hの潤滑は、潤滑油槽jに溜めた潤滑油が回転軸fに設けられた油穴kの内周を、回転によって生ずる遠心力で上昇することによって行なわれる。
【0006】
mはラビリンスリングで、静止しており、回転軸fとの間で排気ガスのシールを行なう。
【0007】
尚、ラビリンスリングmと回転軸fとの接触を避けるため、両者間の間隙pを従来は数百ミクロン程度としていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来のようにラビリンスリングmと回転軸fとの間隙が広いと、排気ガスの一部がラビリンスリングmを越えて内部へ浸入するのを防止するのはむずかしく、前記間隙に窒素ガス等のパージガスを導入しても、僅かではあるが排気ガスの一部が軸受部へ浸入して、軸受やモータ等を腐食させて、ターボ分子ポンプに故障を誘発するという問題があった。
【0009】
更に又、ターボ分子ポンプの構造を簡単にするために、グリース潤滑式のころがり軸受の採用が望まれているが、潤滑油を用いたころがり軸受の場合には期待できる潤滑油による排気ガスの稀釈効果もグリース潤滑式では期待できないという問題があった。
【0010】
本発明はこれらの問題点を解消し、グリース潤滑式のころがり軸受の場合にも腐食性や凝縮性を有するプロセスガスを安全に排気することができるようなターボ分子ポンプのシール構造を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成すべくターボ分子ポンプのハウジングの静止部材に径方向の揺動可能に嵌入された円筒状のブッシュと、該ブッシュの内周部に僅少の間隙を有して回動自在に該内周部を挿通したジャーナル軸部とからなり、該ジャーナル軸部の外周部にヘリングボーン形の溝を回転方向に向かってへの字状に開いた形状に凹設すると共に、前記ブッシュと前記ジャーナル軸部との間隙にパージガスを導入し、前記ブッシュは外周部に少許の間隙を存して前記静止部材に緩嵌されると共に該外周部に嵌着した少なくとも2本のOリングを介して前記静止部材に係止した構造とし、これらOリングの弾性により前記ブッシュの径方向の揺動を吸収すると共にこれらOリングの介入により前記ブッシュと前記ハウジングの静止部材とを熱的に絶縁したことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の実施の形態を図1及び図2により説明する。
【0013】
図1は本発明のシール構造を有するターボ分子ポンプ1の縦断面図であり、2は後述するシール構造部分、3は吸気口、4が排気口である。
【0014】
5はロータで、外周に多数の動翼6を放射状に取付けて有している。
【0015】
7は静翼である。
【0016】
前記ロータ5の中心には回転軸8があって、ロータ5と回転軸8は一体となって高速回転をする。
【0017】
前記回転軸8は、グリース潤滑式のころがり軸受9a及び9bを介してケーシングの静止部材10、11に回動自在に支承されている。
【0018】
前記シール構造部分2の詳細を図2に示した。
【0019】
即ち、シール構造部分2は、前記静止部材10に設けた軸孔10aに径方向の揺動可能に緩嵌されたブッシュ12と、該ブッシュ12に回動自在に挿通するジャーナル軸部8aとからなる。
【0020】
ジャーナル軸部8aは前記回転軸8の一部で、該ジャーナル軸部8aの外周部にはシール用のねじ溝8cとヘリングボーン形の溝8bとが凹設されており、該ジャーナル軸部8aの外周部と前記ブッシュ12の内周部との間は5乃至10ミクロンの僅少の間隙となるように形成されている。
【0021】
ブッシュ12は円筒状で、該ブッシュ12の外周部と前記軸孔10aとの間は少なくとも100ミクロン以上の間隙となるように形成されている。
【0022】
13a及び13bはOリングで、低弾性率の弾性材料からなり、前記軸孔10aの内周面に形成の溝内に介入されているこれらのOリング13a、13bによって前記ブッシュ12が前記静止部材10の軸孔10aに径方向の揺動可能に係止されている。
【0023】
前記ブッシュ12の外周部には円周方向の環状溝12bが凹設されており、更に該環状溝12bの底部を貫通して貫通孔12aが設けられていて、前記静止部材10に形成されている通気孔10bから送られてきたパージガスが該貫通孔12aを通って前記ブッシュ12とジャーナル軸部8aとの間の僅少な間隙に送り込まれる。
【0024】
前記貫通孔12aは、前記ジャーナル軸部8aに凹設されているねじ溝8cとヘリングボーン形の溝8bとの中間に開口するように形成されている。
【0025】
ねじ溝8cは、前記パージガスがターボ分子ポンプの排気口4の方に洩れるのを防ぐように斜平行に形成されている。
【0026】
矢印Fは回転軸8の回転方向を示し、前記ヘリングボーン形の溝8bは、回転方向Fに向かってへの字状に開いた形状に形成されている。
【0027】
尚、14は回転軸8を回転駆動するモータ部分である。
【0028】
次に本実施の形態のターボ分子ポンプ1の作動及び効果について説明する。
【0029】
ターボ分子ポンプ1は、ロータ5が回転軸8と一体となってモータ部分14により回転駆動される。
【0030】
回転軸8を軸支する上下2組の軸受9a、9bは共にグリース封入式のころがり軸受であり、潤滑油タンクや潤滑油ポンプが不要な簡便な構造となっている。
【0031】
ロータ5の高速回転によってプロセスガスの排気が行なわれる。
【0032】
プロセスガスの一部が、矢印Zの経路を通って前記軸受9a、9b及びモータ部分14へ浸入してくるのを防止しているのがシール構造部分2である。
【0033】
即ち、シール構造部分2を構成するブッシュ12の外周部と静止部材10との間はOリング13a、13bによって密封されているので、この間からの前記プロセスガスの浸入は防止されている。
【0034】
又、シール構造部分2を構成するブッシュ12の内周部とジャーナル軸部8aの外周部との間は、間隙を5乃至10ミクロンの僅少値とすると共に、この間隙に窒素ガス等のパージガスを供給して、プロセスガスの浸入を防止している。
【0035】
尚、高速回転をしているロータ5及び回転軸8は、残存するアンバランス重量のために、回転軸中心の周りを微小な振幅で振れ回り運動をする。
【0036】
この振幅は10ミクロン以上あることが予想され、もし、この振れによってジャーナル軸部8aの外周部とブッシュ12の内周部とが接触すれば、摩擦熱を発して焼き付きを起こす怖れがある。
【0037】
しかし、これはジャーナル軸部8aの外周部に凹設したヘリングボーン形の溝8bとブッシュ12との間が気体軸受の如く作用して、ブッシュ12を径方向に押圧する力が働き、前記Oリング13a、13bの弾性変形によってブッシュ12の径方向への揺動が吸収されるので、ジャーナル軸部8aとブッシュ12とが接触することはない。
【0038】
尚、前記Oリング13a、13bは、ブッシュ12と前記静止部材10とが直接に接触しないように、両者間を熱的に絶縁する作用をする。
【0039】
これは、前記回転軸8が、モータ部分14の発熱や軸受9a、9bでの発熱及びシール構造部分2における気体の撹拌による発熱などによって昇温しているので、前記ブッシュ12を回転軸8と同程度の高温に保って、ブッシュ12と回転軸8(ジャーナル軸部8a)との間に凝縮生成物が生成しないようにすると共に、熱膨張によるジャーナル軸部8aとブッシュ12との間隙の大きさの減少を防止している。
【0040】
本発明の第2の実施の形態のターボ分子ポンプのシール構造を図3により説明する。
【0041】
本実施の形態のシール構造2aは、シール部のねじ溝等の構造が前記第1の実施の形態とは異なる。
【0042】
即ち、本実施の形態では、シール部のねじ溝は第1ねじ溝8dと第2ねじ溝8eの2組のねじ溝からなり、これらのねじ溝8d、8eは互いに逆ねじで、これら2組のねじ溝8d、8eの中間に貫通孔12aが開口して、パージガスを供給するようにしている。
【0043】
これらのねじ溝8d、8eは、回転軸8の回転方向Fの反対方向に向かってハの字状に開いた形状に形成されている。
【0044】
本実施の形態は前記第1の実施の形態におけるよりもシステムガスの浸入に対する防止作用が強力であり、又、ヘリングボーン形の溝8bへのパージガスの供給が助長されて、気体軸受の作用が増大する利点を有する。
【0045】
本発明の第3の実施の形態のターボ分子ポンプのシール構造を図4により説明する。
【0046】
本実施の形態のシール構造2bは、ねじ溝を廃止してヘリングボーン形の溝8bだけを凹設した点が前記第1及び第2の実施の形態とは異なる。
【0047】
尚、本実施の形態では、パージガスを供給する通気孔10bが、静止部材10内のころがり軸受9aとブッシュ12との中間部へ開口するようにした。
【0048】
従ってパージガスは、該ころがり軸受9a側より前記ジャーナル軸部8aとブッシュ12との間隙に拡散される。
【0049】
本実施の形態は前記第1及び第2の実施の形態よりも構造が簡単であり、又、ヘリングボーン形の溝8bを大きく形成して、気体軸受の作用を増大させることができる利点を有する。
【0050】
本発明の第4の実施の形態のターボ分子ポンプのシール構造を図5により説明する。
【0051】
本実施の形態のシール構造2cは、前記第1の実施の形態におけるブッシュ12の代りに、内周部に3条の円周方向の環状溝15を有するブッシュ12´を用いた点が前記第1の実施の形態と異なる。
【0052】
これらの環状溝15は、ブッシュ12´の前記シール用ねじ溝8cと相対する部位に、前記シール用ねじ溝8cの深さの少なくとも倍の深さで凹設されている。
【0053】
これら環状溝15は、パージガスを封入してブッシュ12´の作動が安定し易くなる効果を有する。
【0054】
尚、本実施の形態では、環状溝15をブッシュ12´側に設けたが、これは図6に示す如く、ジャーナル軸部8a側に設けるようにしてもよい。
【0055】
即ち、ジャーナル軸部8a側の外周部のシール用ねじ溝8cを有する部分に、該シール用ねじ溝8cの深さの少なくとも倍の深さで3条の環状溝16を凹設して、ブッシュ12の作動の安定を図っている。
【0056】
又、本実施の形態では、環状溝15又は環状溝16の溝数をいずれも3条としたが、これらは3条以外の数であってもよい。
【0057】
本発明の第5の実施の形態のターボ分子ポンプのシール構造を図7により説明する。
【0058】
本実施の形態のシール構造2dは、前記第1の実施の形態におけるブッシュ12の左右の両端面部にOリングを設置した点が前記第1の実施の形態と異なる。
【0059】
即ち、ブッシュ12は、Oリング13a、13bを介して静止部材10の軸孔10aに径方向の揺動可能に緩嵌されていると共に、該ブッシュ12の両端面部に該ブッシュ12と同芯にOリング13c、13dを有しており、前記静止部材10の前記軸孔10aの前後に設けた蓋体10cとフランジ10dとでこれらOリング13c、13dを介して該ブッシュ12を両側から挟持している。
【0060】
前記蓋体10cとフランジ10dとの間隔はブッシュ12の長さよりも少許大に形成され、該ブッシュ12が静止部材側と直接接触することはない。
【0061】
このように本実施の形態では、前記Oリング13a、13b、13c及び13dを介して静止部材側と接するようにしたので、ブッシュ12と静止部材側との間の熱的な絶縁性が向上し、ブッシュ12と回転軸8(ジャーナル軸部8a)との間に凝縮生成物が生成したり、両者間の間隙が減少したりすることへの防止能力が向上する。
【0062】
尚、本実施の形態では、ブッシュ12の外周部と両端面部とに設けたOリングを介して静止部材側に係止する構造としたが、これはブッシュ12の外周部にあるOリング13a、13bを廃止すると共に該ブッシュ12の外周部と前記軸孔10aとの間には少許の間隙を存するようにし、該ブッシュ12は前記Oリング13c、13dを介して前記蓋体10cとフランジ10dとの間で挟持して前記静止部材10に係止するようにしてもよい。
【0063】
【発明の効果】
このように本発明によれば、ジャーナル軸部の外周とブッシュの内周との間隙を僅少にして、システムガスの軸受部への浸入を防止することができるので、腐食性を有するガスや凝縮性を有するガスを含んだプロセスガスの排気を行なうターボ分子ポンプに最適なシール構造を提供できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシール構造を有するターボ分子ポンプの縦断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態のシール構造部の縦断面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態のシール構造部の縦断面図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態のシール構造部の縦断面図である。
【図5】本発明の第4の実施の形態のシール構造部の縦断面図である。
【図6】同上第4の実施の形態のシール構造部の別の形態の縦断面図である。
【図7】本発明の第5の実施の形態のシール構造部の縦断面図である。
【図8】従来のターボ分子ポンプの一例の縦断面図である。
【符号の説明】
1 ターボ分子ポンプ
2、2a、2b、2c、2d シール構造
8a ジャーナル軸部
8b ヘリングボーン形の溝
8c、8d、8e ねじ溝
10 静止部材
12、12´ ブッシュ
12a 貫通孔
12b、14、15、16 環状溝
13a、13b、13c、13d Oリング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a seal structure for a turbo molecular pump that is optimal for exhausting process gas containing corrosive gas, gas that easily condenses, and the like.
[0002]
[Prior art]
An example of the structure of a conventional turbo molecular pump used in a semiconductor manufacturing apparatus or the like is shown in FIG.
[0003]
In FIG. 8, a is an intake port and b is an exhaust port. The process gas is sucked from the intake port a by the action of the moving blade c and the stationary blade d, and is discharged from the exhaust port b.
[0004]
A rotation shaft f is provided at the center of a rotor e that rotates at a high speed with a large number of blades c attached thereto, and is supported on the housing i via rolling bearings g and h.
[0005]
The rolling bearings g and h are lubricated by the lubricating oil accumulated in the lubricating oil tank j rising by the centrifugal force generated by the rotation of the inner periphery of the oil hole k provided in the rotating shaft f.
[0006]
m is a labyrinth ring that is stationary and seals exhaust gas with the rotating shaft f.
[0007]
In order to avoid contact between the labyrinth ring m and the rotating shaft f, the gap p between them has been conventionally set to about several hundred microns.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
If the gap between the labyrinth ring m and the rotary shaft f is wide as in the prior art, it is difficult to prevent a part of the exhaust gas from entering the inside beyond the labyrinth ring m, and a purge gas such as nitrogen gas is introduced into the gap. However, there is a problem that a part of the exhaust gas penetrates into the bearing portion and corrodes the bearing, the motor, etc., and induces a failure in the turbo molecular pump.
[0009]
Furthermore, in order to simplify the structure of the turbo molecular pump, it is desired to use a grease lubricated rolling bearing, but in the case of a rolling bearing using lubricating oil, the dilution of exhaust gas with lubricating oil can be expected. There was a problem that the effect could not be expected with the grease lubrication type.
[0010]
The present invention eliminates these problems and provides a turbo molecular pump seal structure capable of safely exhausting corrosive and condensable process gas even in the case of grease lubricated rolling bearings. With the goal.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has a cylindrical bush fitted into a stationary member of a turbomolecular pump housing so as to be capable of rocking in the radial direction, and a small gap in the inner periphery of the bush. It consists of a journal shaft part that is movably inserted through the inner peripheral part, and a herringbone-shaped groove is formed in the outer peripheral part of the journal shaft part so as to be recessed in a shape that is open in the direction of rotation, Purge gas is introduced into the gap between the bush and the journal shaft, and the bush is loosely fitted to the stationary member with a small gap at the outer circumference and at least two O fitted to the outer circumference. A structure in which the bushing is locked to the stationary member is absorbed by the elasticity of the O-ring to absorb the swinging of the bush in the radial direction, and the bushing and the stationary member of the housing are heated by the intervention of the O-ring. Characterized by being insulated.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0013]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a turbo
[0014]
[0015]
7 is a stationary blade.
[0016]
There is a rotating
[0017]
The
[0018]
Details of the
[0019]
That is, the
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
[0023]
An
[0024]
The through
[0025]
The
[0026]
An arrow F indicates the direction of rotation of the
[0027]
[0028]
Next, the operation and effect of the turbo
[0029]
In the turbo
[0030]
The two upper and
[0031]
The process gas is exhausted by the high-speed rotation of the
[0032]
It is the
[0033]
That is, since the space between the outer peripheral portion of the
[0034]
The gap between the inner peripheral part of the
[0035]
Note that the
[0036]
This amplitude is expected to be 10 microns or more. If the outer peripheral portion of the
[0037]
However, this acts as a gas bearing between the herringbone-shaped
[0038]
The O-
[0039]
This is because the temperature of the
[0040]
A seal structure of a turbo molecular pump according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0041]
The seal structure 2a of the present embodiment is different from the first embodiment in the structure of the thread groove and the like of the seal portion.
[0042]
That is, in the present embodiment, the screw groove of the seal portion is composed of two sets of screw grooves, that is, the
[0043]
These
[0044]
The present embodiment is more effective in preventing the invasion of system gas than in the first embodiment, and the supply of purge gas to the herringbone-shaped
[0045]
A seal structure of a turbo molecular pump according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0046]
The
[0047]
In the present embodiment, the
[0048]
Accordingly, the purge gas is diffused into the gap between the
[0049]
The present embodiment is simpler than the first and second embodiments, and has the advantage that the herringbone-shaped
[0050]
A seal structure of a turbo molecular pump according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0051]
The seal structure 2c of this embodiment is different from the
[0052]
These
[0053]
These
[0054]
In the present embodiment, the
[0055]
That is, three
[0056]
In the present embodiment, the number of the
[0057]
A turbo molecular pump seal structure according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0058]
The
[0059]
That is, the
[0060]
The gap between the
[0061]
Thus, in this embodiment, since the stationary member side is contacted via the O-
[0062]
In the present embodiment, the structure is such that it is locked to the stationary member side via O-rings provided on the outer peripheral portion and both end surface portions of the
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the gap between the outer periphery of the journal shaft portion and the inner periphery of the bush can be made small to prevent the system gas from entering the bearing portion. This has the effect of providing an optimum seal structure for a turbo molecular pump that exhausts a process gas containing a gas having a property.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a turbo molecular pump having a seal structure of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a seal structure portion according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a seal structure portion according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a seal structure portion according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a seal structure portion according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of another form of the seal structure according to the fourth embodiment;
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a seal structure portion according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of an example of a conventional turbo molecular pump.
[Explanation of symbols]
1 Turbo
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