JPH04203280A

JPH04203280A - 真空ポンプ

Info

Publication number: JPH04203280A
Application number: JP2332358A
Authority: JP
Inventors: Teruo Maruyama; 照雄丸山; Tatsuhisa Taguchi; 辰久田口; Ryoichi Abe; 良一阿部; Mikio Hasegawa; 幹夫長谷川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-23
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: JP2981512B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、真空ポンプやコンブレソザなどの流体回転
装置に関する。

〔従来の技術〕

第１１図はロータを１個だけ備えた従来の真空ポンプを
示している。この１０−タ型の真空ポンプでは、ロータ
１０１が回転すると、このロータに直径方向に挿入され
た２枚の翼板１０２．１０２が筒状の固定壁面（ステー
タ）１０３内を従動回転するが、そのとき、これら２枚
の翼板ば、スプリング１０４の作用でロータの直径方向
に常に付勢されているため、それぞれの先端が固定壁面
に接触しながら回転する。その結果、これら２枚の翼板
で仕切られた固定壁面内の二つの空間１０５．１０５の
容積が変化し、流体に吸入・圧縮作用が生じて、固定壁
面に設げられた吸入口１０６から流入した流体が排出弁
を備えた排出口１０７から流出する。この真空ポンプに
おいては、翼板１０２の側面および先端と固定壁面１０
３とロータ１０１の側面等には内部リークを防止するた
めの油膜によるオイルシールがなされている必要かある
。そのため、この真空ポンプを、塩素ガスなどの腐食性
の強い反応性ガスを用いるＣＶＤ、ドライエツチング等
の半導体製造プロセスに使用すると、ガスがシール油と
反応してポンプ内に反応生成物が生じる。そごで、この
反応生成物を除去するためのメンテナンス作業を頻繁に
行う必要があった。メンテナンスのたびに、反応生成物
を除去するためのポンプのクリーニングと油交換を行う
必要があるほかに、その間、プロセスを停止する必要が
あって稼動率が低下する等の問題があった。また、真空
ポンプ内にシール油を用いる限り、この油が下流側から
−１−流側に拡散して真空チャンバー内を汚染し、プロ
セス性ｆｊヒを劣化させるという問題もあった。

そこで、シール油を用いる必要のなし川・ライポンプと
して、たとえばスクリュ−タイプの真空ポンプが開発さ
れ、すでに実用されている。第１２図はこのようなスク
リュー型の真空ポンプの一例を示している。ハウジング
１１１内には回転中心軸を平行にしたロータが２個設け
られており、ごれら２（囚のロータ１１２．１１２ば、
それぞれの外周面にスクリ１−が形成されていて、互い
の凹部（溝）１１３ａを相手側の凸部１１３ｂと噛め合
わせることにより、両者゛の間に密閉空間を作り出して
いる。両ロータ１１２．１１２が回転すると、この回転
に伴い、前記密閉空間の容積が変化して、吸入・排気作
用を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のこの種の２０−タ型真空ポンプでは、２個のロー
タ１１２．１１２の同期回転はタイミングギヤの働きに
よっていた。ずなわち、モータ１】５の回転は、駆動ギ
ヤ１１６ａから中間ギヤ１］、　５　ｂに伝達され、両
ロータ１１２．１１２の軸に設けられて互いに噛め合っ
ているタイミングギヤ１１６．１．１．６の一方に伝達
される。両ロータ１１２．１１２の回転角の位相は、こ
れら２個のタイミングギヤ１１６．１１６の噛み合いに
より調節されている。この種の真空ポンプでは、このよ
うに、モータの動力伝達と同期回転にギヤを用いている
ので、前記各ギヤが納められている機械作動室１１７に
満たされた潤滑油が前記ギヤに供給される構成となって
いる。また、この潤滑油がロータを収納する流体作動室
１１８に侵入しないように、両室間にメカニカルシール
１１９が設けられている。

このような構成からなる２０−タ型真空ポンプには、■
メカニカルシールの摩耗によるシールの定期的交換がや
はり必要であって、完全なメンテナンスフリーではない
、■メカニカルシールによる摺動トルクが大きいため機
械的損失が大きい、■動力伝達と同期回転のために多数
のギヤを必要とし、部品点数が多く装置が複雑化する、
■ギヤを用いた接触型の同期回転であるため高速化がで
きず、装置が大型化する、等の問題があった。

この発明は、このような事情に鑑み、ロータの高速回転
を可能とし、メンテナンスの必要性がなく、クリーン化
および小型化が容易な流体回転装置を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

このよ・うな課題を解決するために、この発明にかかる
流体回転装置は、独立したモータによって駆動される複
数個のロータを備え、これらの相対運動により流体に吸
入・排気作用を生しさせる真空ポンプ等の流体回転装置
において、ロータリエンコーダ等の回転角および回転数
の検出手段を用いた非接触方式の同期回転により、前記
複数個のモータの回転を同期制御するようになっている
ことを特徴とする。

〔作　　　用〕

個々の回転体をそれぞれ独立したモータで駆動するとと
もに、各回転体の同期制御を非接触方式の回転同期手段
により行うようにすると、ギヤによる同期回転と動力伝
達が不要となる。その結果、ギヤ部へのオイル潤滑が不
要となり、装置の高速化が容易となる。

この発明を容積式真空ポンプに適用し、かつスクリュー
タイプを用いた場合、流体流れが連続流に近くなるとと
もに内部リークの影誓が小さくなり、またロータの内部
空間が大きくとれて、この部分を軸受部やモータ等に収
納する空間として利用することができる。その結果、装
置をコンバク１〜に構成できる。

〔実　施　例〕

第１図はこの発明にかかる流体回転装置の一実施例とし
ての容積式真空ポンプを示す。この真空ポンプは、ハウ
ジング１内に、第１回転軸２を鉛直方向に収納した第１
軸受室１１と、第２回転軸３を鉛直方向に収納した第２
軸受室１２を備えている。両回転軸２．３の」二端部で
筒形ロータ４．５が外側から嵌合されている。各ロータ
４．５の外周面には互いに噛め合うようにしてスクリ７
．−４２．５２が形成されている。これら両スクリュー
の互いに噛み合う部分は、容積式真空ポンプ構造部分へ
となっている。すなわち、両スクリュー４２．５２の’
ｆｕｌｌみ合い部分の凹部（溝）と凸部およびハウジン
グの間に形成された密閉空間が、両回転軸２．３の回転
に伴い周期的に容積変化を起ごし、ごの容積変化により
吸入・排気作用を発揮するよう乙こなっているのである
。

ロータ４．５の各下端外周面には、第２図にも示すよう
なスクリュー同士の接触防止用ギア４４．５４が設けら
れている。接触防止ギヤ４４．５４には多少の金属間接
触にも耐えられるように、体潤滑膜が形成されている。

これら両接触防止用ギア４４．５４の互いの噛み合い部
分の隙間（ハックラッシュ）δ２は、両ロータ４．５の
各外周面に形成されたスクリューの互いの噛み合い部分
の隙間（ハックラッシュ）δ１よりも小さくなるように
設計されている。そのため、両接触防止用ギア４４．５
４ば、両回転軸２．３の同期回転が円滑に行われている
ときは互いが接触することばないが、万一、この同期が
ずれたときは、スクリュー４２．５２同士の接触に先立
って互いに接触することにより、両スクリュー４２．５
２の接触衝突を防止する働きをする。このとき、バック
ラッシュδ１、δ２が微小であると、実用的なレヘルで
の部材の加工精度が得られないという点が懸念される。

しかし、ポンプの一行程中の流体の漏れ総量は、ポンプ
の一行程に要する時間に比例するので、回転軸２．３が
高速回転であれば、両スクリュー４２．５２間のハック
ラッシュδ、を少々大きくしても十分に真空ポンプの性
能（到達真空度なと）を維持できる。そのため、回転軸
を高速で回転させるようにすれば、通常の加工精度で、
スフＩＪ　−１−４，２，５２間の衝突防止に必要な寸
法のハックラッシュδ１、δ２を十分に確保できる。

ハウジング１の容積式真空ポンプ構造部分へが配置され
ている部分の上流側には吸気口１４が設けられ、下流側
には排気口１５が設けられている第１回転軸２と第２回
転軸３は、それぞれの筒形ロータ４．５の内部空間４５
．５５内に設りられた非接触の下記静圧軸受で支持され
ている。すなわち、オリフィス１６から、両軸２．３に
形成されている円盤伏部分２１．３１の上下面に圧搾気
体を供給することにより、スラスト軸受が構成され、他
方、オリフィス１７から、両軸２．３の外周面に圧搾気
体を供給することにより、ラジア小軸受が構成されてい
る。ここで、圧搾気体として半導体工場等で常備されて
いるクリーンな窒素ガスを用いれば、モータの収納され
た内部空間４５．５５内の圧力を大気圧よりも高くする
ことができる。そのため、腐食性があり堆債物等を生じ
やすい反応性ガスの内部空間４５．５５内への侵入を防
止することができる。

軸受は、前記静圧軸受によるのめでなく、磁気軸受によ
っても良く、この場合も、静圧軸受同様に非接触である
ために高速回転が容易で、完全オイルフリーな構成とな
る。軸受部に玉軸受を用い、かつその潤滑のために潤滑
油を用いる場合には、窒素ガスを利用したガスパージ機
構により流体作動室への潤滑油の侵入を防くことができ
る。

第１回転軸２も第２回転軸３も、それぞれの下部に独立
して設けられたΔＣサーボモータ６．７により敵方ｒｐ
ｍの高速で回転する。

この実施例における２つの回転軸の同期制御は、第３図
のブロック図で示す方法によった。すなわち、各回転軸
２．３の下端部には第１図にみるようにロークリエンコ
ーダ８．９が設けられているが、これらのロータリエン
コーダ８．９からの出力パルスは、仮想のロータを想定
して設定された設定指令パルス（目標値）と照合される
。目標値と各軸２．３からの出力値く回転数、回転角度
）との間の偏差は、位相差カウンターにより演算処理さ
れ、この偏差を消去するように各軸のザーボモータ６．
８の回転が制御される。

ロークリエンコーダとしては、磁気式エンコーダや通常
の光学式エンコーダであってもよいが、実施例ではレー
ザ光の回折・干渉を応用した高分解能で高速応答性のレ
ーザ式エンコーダを用いた。第４図はレーザ式エンコー
ダの一例を示す。図において、９１は多数のスリットを
円状に配置した移動スリット板であって、第１回転軸２
や第２回転軸３のような軸９２により回転駆動される。

９３は移動スリット板９１に対面する固定スリンＩ・板
であってスリットが扇形に配置されている。

レーザダイオード９４からの光はコリメークレンズ９５
を経て両スリノＨｆｆ１９１．９３の各スリットを通り
、受光素子９６に受光される。

第５図は、この発明にかかる真空ポンプの別形態を示す
。この例では、２個のロータ４．５が噛み合う部分に容
積式真空ポンプ構造部公人が形成され、一方のロータ４
の、この容積式真空ポンプ構造部公人から離れた個所の
ロータ４外周面ばハウジング１の内周面との間に微小の
間隔を明けるのみであり、ロータ４の高速回転により、
この微小間隔部にある気体分子に回転運動量を与えて、
この気体分子を容積式真空ポンプ構造部分Ａの方に送る
。すなわち、この部分は運動量移送式真空ポンプ構造部
分Ｂが設けられているのである。この実施例では、ロー
タ４の外周面に、気体分子に与える回転運動量を多くす
るために、ねじ溝４３が形成されているが、この外周部
にタービン翼が形成されて、ハウジング１内周部に形成
されたタービン翼と噛み合うにようなっていてもよい。

真空ポンプの構成をこのようにすれば、真空圧の作動領
域が広がるようになる。

この発明にかかる流体回転装置は、空調用のコンブレソ
サ等であってもよいのであるが、その回転部のロータ１
０は、第６図にのるルーツ型のもの、第７図にみる歯車
型のもの、第８図（ａｌ　（ｂｌにめる単ローベ型や複
ローへ型のもの、第９図にみるネジ型のもの、あるいは
第１０図にみる外円周ピストン型のもの等であっても良
い。

〔発明の効果〕

この発明にかかる流体回転装置では、電子制御による非
接触の回転同期制御をしているので、従来のスフリプ４
−ポンプ等に用いられるタイミングギヤを有しない。ま
た、この発明では、個々のロータが独立したモータで駆
動されるようになっているので、ギヤによる動力伝達機
構を有しない。

たとえば、容積式のポンプやコンプレッサでは、２個以
」二のロータの相対運動により、容積の変化する密閉空
間を作り出す必要があるが、従来は、伝達ギヤやタイミ
ングギヤ、あるいはリンクやカム機構を用いた複雑な伝
達メカニズムによって前記２個以上のロータの同期回転
を行っていた。タイミングギヤや伝達メカニズムの部分
に潤滑油を供給することにより、ある程度の高速化は可
能であるが、装置の振動、騒音、信頼性を考慮したとき
、回転数の上限はせいぜい１万ｒｐｍであった。

これに対し、この発明では、前述のように複雑なメカニ
ズムを必要としないため、ロータの回転部を１万ｒｐｍ
以上の高速で回転させるごとができるとともに、メカニ
ズム部分の省略による装置の簡素化が実現できる。オイ
ルシールを必要としないため、機械摺動によるトルク損
失がな（、またオイルシールおよびオイルの定期的交換
も不要となる。なお、真空ポンプの動力はトルクと回転
数の積であり、回転数が上げると１−ルクが小さくて済
む。したがって、ごの発明では、高速化によるトルク低
域により、モータを小型化できるという副次的効果も生
じる。さらに、この発明では、個々のロータを互いに独
立したモータで駆動するようにしているため、個々のモ
ータに必要なトルクはさらに小さくなる。これらの効果
により、たとえば実施例にみるように各モータをロータ
内に内蔵させたビルトイン構造にして、装置全体の大幅
なコンバクＩ・化・軽量化・省スペース化を図るという
ことも可能になるのである。

この発明を容積式真空ポンプに適用する場合において、
ロータが外周部にスクリューを備えたものにすると、た
とえばルーツ型真空ポンプでは１回転で１回の吐出であ
って流入流出する作動流体が大きな脈動を伴うのに対し
、スクリュー型ではほぼ流れが連続流に近くなる。その
ため、各軸のモータにがかるＩ・ルクの変動が小さくな
る。トルク変動は各回転軸の同期制御回転を乱す原因と
なるが、Ｉ・ルク変動の小さなスクリュー式の採用によ
って、より高速・高精度の同期制御が容易となるのであ
る。スクリュー式の場合、構造上、吸入側と吐出側の間
が多段の凹凸嵌合によって密閉されるため、内部リーク
による悪影響が小さくなって、真空到達度を高くとるこ
とができる。また、スクリュー型ロータは、ギヤ型ロー
タやルーツ型ロータのような異形ロータとは異なり、回
転中心軸に垂直な断面が比較的円形に近く、外周部の付
近まで空洞にすることができ、内部空間が大きくとれて
、ここを実施例のごとく軸受部に利用する等の利用がで
きて、装置の小型化を大いに図ることができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆａ）ばこの発明にがかる容積式真空ポンプの第
１実施例を表す断面図、第１図（ｂ）は第１実施例のハ
ウジングの一部を切り開いてみた側面図、第２図は第１
実施例に用いた接触防止ギヤの平面図、第３図は同期制
御の方法を示すブロック図、第４図は第１実施例に用い
たレーザ型エンコーダを示す斜視図、第５図はこの発明
にかかる容積式真空ポンプの第２実施例を、ハウジング
の一部を切り開いてみた側面図、第６図ないし第１０図
はこの発明に用いる回転体の別形態を示す概略説明図、
第１１図は第１の従来例を示す平面断面図、第１２図は
第２の従来例を示す側面断面図である１・・・ハウジン
グ、２・・・第１回転軸、３・・・第２回転軸、４・５
・・・筒形ロータ、８・９・・・ロークリエンコーダ、
１４・・・吸気口、１５・・・排気口、１６・】７・・
・静圧軸受用オリフィス、Ａ・・・容積式真空ポンプ構
造部分、Ｂ・・・運動量移送式真空ポンプ構造部分。代理人の氏名　弁理士小鍜治　ｗＡほか１名第１（ｂ

Claims

【特許請求の範囲】１　ハウジング内に収納された複数個のロータと、これ
らのロータの回転を支持する軸受と、前記ハウジングに
形成された流体の吸入口および吐出口と、前記複数個の
ロータをそれぞれ独立して回転駆動するモータと、前記
モータの回転角および回転数を検知する検出手段と、こ
の検出手段からの信号によって前記複数個のモータの回
転を同期制御することにより前記ロータおよびハウジン
グで形成される密閉空間の容積変化を利用して流体の吸
入排気を行う流体回転装置。２　ロータが外周部にスクリューを備えたものである特
許請求の範囲第１項記載の流体回転装置。３　容積式真空ポンプである特許請求の範囲第１項また
は第２項記載の流体回転装置。