JPH0422798A - 真空ポンプ - Google Patents

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） 本発明は、渦流型、ジグバーン型、ターボ型等、ロータ
とステータとを積層状に備える真空ポンプに関する。

（従来の技術） 従来、特開昭６１−２４７８９３号公報に開示され且つ
第３図に示すように、平面的なら旋形排気流路（Ｋ）（
Ｊ）を設けたジグバーンロータ（Ａ）とジグバーンステ
ータ（Ｂ）とを積層配置したジグバーン型ポンプ要素（
Ｇ）並びに、外周に羽根（Ｆ）をもつ羽根形ロータ（Ｒ
）と前記羽根（Ｆ）を配設する環杖排気流路（Ｅ）を設
けたマウント形ステータ（Ｓ）とを積層配置した渦流型
ポンプ要素（Ｐ）を備え、ロータボス部（Ｗ）を駆動軸
（Ｄ）を介してモータ（Ｍ）に連結し、前記ロータ（Ａ
）（Ｒ）を毎分敵方回転程度の高速度で回転し、吸気口
（Ｎ）から排気口（Ｈ）に向けて気体の排気を行うよう
にしている。

そして、回転動力を伝える前記駆動軸（Ｄ）は、玉軸受
等で構成する上部ラジアル軸受（Ｘ）と、同じく玉軸受
等で構成する下部スラスト兼ラジアル軸受（Ｙ）を介し
てハウジング（Ｃ）に支持され、これら各軸受には、モ
ータ室（Ｕ）の下部に設ける油溜（０）から油ピックア
ップ（Ｔ）を介して駆動軸（Ｄ）内に汲上げる油を供給
するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、以上のようにロータとステータとを積層状に
備えるポンプでは、ジグバーンロータ（Ａ）とジグバー
ンステータ（Ｂ）との間の軸方向隙間（Δ１．Δ２）並
びに羽根形ロータ（Ｒ）とマウント形ステータ（Ｓ）と
の間の軸方向隙間（δ１．δ２）は、各排気流路（Ｅ、
Ｊ、Ｋ）内にモータ室（Ｕ）等からの気体等が漏れるの
を防止してポンプ性能を維持するため、数十μｍ〜数百
μｍ程度の極めて小さな間隔に設定する必要がある。

しかし、以上のものでは、駆動軸（Ｄ）の下部を、玉軸
受で構成するスラスト兼ラジアル軸受（Ｙ）で支持し、
該駆動軸（Ｄ）の軸方向変位を拘束しているため、運転
中、気体の排気に伴う発熱やモータ（Ｍ）からの発熱に
より、前記駆動軸（Ｄ）は、拘束端となる前記軸受（Ｙ
）を支点として熱膨張により上方に伸び、間隔の広がる
下部の隙間（Δ２）（δ２）を介して漏れ量が多くなり
、性能の低下は免れない問題がある。又、間隔の狭くな
る上部の隙間（Δ１）（δ１）では接触事故を招き易く
、これを回避するには、予め隙間を大きくする必要があ
り、やはり性能低下につながる問題がある。

又、このようにロータとステータとの間の隙間管理に不
備があること＼相俟って、以上のものは下部の軸受（Ｙ
）のみならずポンプ要素（Ｐ）に近い上部の軸受（Ｘ）
をも玉軸受等による接触形軸受を用い、油ピックアップ
（Ｔ）を介した積極的な給油を行っているため、上部の
軸受（Ｘ）を給油した後の油やモータ室（Ｕ）に浮遊す
る油ミストが排気流路（Ｅ）内に侵入し易（、真空に引
こうとするチャンバー内を油で汚染しかねない問題もあ
る。

本発明の主たる目的は、光熱による駆動軸ひいてはロー
タの軸方向変位に追従させて、駆動軸のスラスト支持位
置を変更することにより、ロータとステータとの間の軸
方向隙間を適正に保ち、ポンプ性能を改善できる真空ポ
ンプを提供することにある。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明では、上記目的を達成するため、ロータ
（１）とステータ（２）とを積層状に備え、前記ロータ
（１）を駆動軸（３）を介してモータ（４）に連結した
真空ポンプにおいて、前記駆動軸（３）のスラスト荷重
を受けるスラスト軸受（５）を１、前記駆動軸（３）の
軸方向に進退自由なピストン機構（６）に支持させると
共に、前記ロータ（１）の軸方向変位を検出する位置検
出器（７）と、該検出器（７）の検出値に基づいて前記
ピストン機構（６）を進退させ、前記ロータ（１）とス
テータ（２）との軸方向隙間を所定値に保つピストン制
御手段（８）とを設けることにした。

第２に、ロータ（１）とステータ（２）との間の軸方向
隙間を適正に保つ他、油汚染も確実に防止するため、上
記構成で、スラスト軸受（５）を、駆動軸（３）の下端
に設ける球面（３１）を受ける球面軸受（５１）で構成
し、また、駆動軸（３）の倒れを規制するラジアル軸受
（９）を、磁気浮上型の非接触軸受（９１）で構成する
ことにした。

第３に上記各構成で、軸方向隙間を制御する好適例とし
て、前記ピストン機構（６）を、液体（Ｌ）を封入した
シリンダ（６１）と、背面を前記液体（Ｌ）に臨ませる
ピストン（６２）とを備えるものとし、前記ピストン制
御手段（８）を、前記液体（Ｌ）を加熱する加熱手段（
８１）と、前記液体（Ｌ）を冷却する冷却手段（８２）
とを備えるものとした。

（作用） 駆動軸（３）が熱膨張して軸方向に変位し、ロータ（１
）とステータ（２）との間の軸方向隙間が変化した場合
、位置検出器（７）によりその変化が検出され、ピスト
ン制御手段（８）を介してピストン機構（６）が進退さ
れて、スラスト軸受（５）の高さ位置が変更され、ロー
タ（１）とステータ（２）間の軸方向隙間は所定値に修
正される。このため、ロータ（１）とステータ（２）と
の間の接触事故を回避できると共に、これらの間の軸方
向隙間を介した排気流路内への漏れを低減できる。

第２の手段によれば、球面軸受（５１）は潤滑面積が小
さく、又、ラジアル軸受（９）は潤滑不要な非接触軸受
（９１）であるため、油分を低減でき、ロータ（１）と
ステータ（２）との間の軸方向隙間が適正に保持される
ことと相俟って、油汚染も防止できる。

第３の手段によれば、液体（Ｌ）の温度制御により、数
十μｍ〜数百μｍ程度とされるロータ（１）とステータ
（２）との間の軸方向隙間の微調節を、前記液体（Ｌ）
の熱膨張を利用して良好に行うことができる。

（実施例） 第１図に示すものは、吸気口（１１）と排気口（１２）
をもつポンプハウジング（１０）の内部に、ジグバーン
型ポンプ要素（１００）と渦流型ポンプ要素（２００）
とを配設した複合形の真空ポンプである。

ジグバーン型ポンプ要素（１００）は、従来のものと同
様、径方向に放射状に延びる平面的なら旋形排気流路（
１１０）（１２０）をそれぞれ設けたジグバーンロータ
（１，０１）とジグバーンステータ（１０２）とを２段
積層状に備える。

渦流型ポンプ要素（２００）は、外周に多数のスプーン
形の羽根（２１０）をもつ羽根形ロータ（２０１）と、
前記羽根（２１０）及び気体分子の排気を案内する円環
コア（２２０）を配設する環状排気流路（２３０）を設
けたマウント形ステータ（２０２）とを３段積層状に備
える。

そして、前記ジグバーンロータ（１，０１）及び羽根形
ロータ（２０１）から成るロータ（１）を、ロータボス
部（１３）の下方に延設する駆動軸（３）を介して、モ
ータ室（４０）に配設する固定子（４１）及び回転子（
４２）をもつモータ（４）に連動し、毎分敵方回転程度
の高速回転により、吸気口（１１）に取付ける半導体ウ
ェハチャンバー等の内部を図中矢印で示すように排気口
（１２）に向けて排気するようにしている。

以上の構成で、前記駆動軸（３）のスラスト荷重を受け
る下部のスラスト軸受（５）を、前記駆動軸（３）の軸
方向に進退自由なピストン機構（６）に支持させる。ま
た、前記ロータ（１）を構成する最下段の羽根形ロータ
（２０１）の下部に、該ロータ（２０１）の軸方向変位
を検出する位置検出器（７）を付設する。更に、前記位
置検出器（７）の検出値に基づいて前記ピストン機構（
６）を進退させ、前記ロータ（１）とこれに積層配置さ
れる前記ジグバーンステータ（ｉ０２）及びマウント形
ステータ（２０２）とから成るステータ（２）との間の
軸方向隙間を所定値に保つピストン制御手段（８）とを
設ける。

これにより、前記駆動軸（３）が気体の排気に伴う発熱
やモータ（４）の発熱により熱膨張して軸方向に変位し
、前記各ロータ（１）とステータ（２）との間の軸方向
隙間が変化した場合、前記位置検出器（７）によりその
変位が検出され、前記ピストン制御手段（８）を介して
ピストン機構（６）が進退駆動されて、スラスト軸受（
５）の高さ位置が変更されるため、その軸方向隙間は上
下共、組込時の設定クリアランス若しくはこれに近い所
定値に修正される。従って、前記各ロータ（１）とステ
ータ（２）との接触事故を回避できると共に、前記各排
気流路（２３０，１１０゜１２０）への漏れを防止でき
て、高い圧縮性能が得られ、しかも、隙間漏れによる動
力損失も低減できて、高い性能が得られるのである。

ところで、前記スラスト軸受（５）は玉軸受等で構成し
てもよいが、上記のものでは、これを駆動軸（３）の下
端に設ける球面（３１）を受ける球面軸受（５１）で構
成している。又、前記駆動軸（３）の倒れを規制するラ
ジアル軸受（９）は、同じく玉軸受等で構成してもよい
が、上記のものでは、これを固定電磁石（９１ａ）と積
盾鋼鈑等から成る磁性材（９ｌ　ｂ）とから成り、ラジ
アル方向位置検出器（９Ｌｃ）で制御される磁気浮上型
の非接触軸受（９１）で構成している。

尚、前記球面軸受（５１）の周りには、筒部（５２）及
び蓋体（５３）とで、小容量の油溜め（５４）を画成し
ており、前記駆動軸（３）の球面（３１）に形成するス
パイラル溝（３２）を介して潤滑を行うようにしている
。又、前記非接触軸受（９１）の上部には、通常の運転
時は接触しないが駆動軸（３）が大きく傾いたとき接触
する保護用のタッチダウンベアリング（９２）を介装し
ている。

これによれば、前記球面軸受（５１）は潤滑面積が小さ
く、前記油溜め（５４）には小量の油を溜めるだけでよ
く、又、上部側は、前記非接触軸受（９１）で潤滑は不
要となるため、モータ室（４０）の油ミスト量及び排気
流路（２３０）の隣接部の油分を低減でき、上記したよ
うにロータ（１）とステータ（２）との間の軸方向隙間
が適正に保持されることと相俟って、真空に引こうとす
る半導体チャンバー内等の油汚染も確実に防止できるの
である。

又、以上の構成で、前記ピストン機構（６）には電動ア
クチュエータ等を用い、これを駆動回路で構成するピス
トン制御手段（８）を介して進′退させることも可能だ
が、上記のものでは、前記ピストン機構（６）を、液体
（Ｌ）を封入したシリンダ（６エ）と、背面を前記液体
（Ｌ）に臨ませるピストン（６２）とを用いて構成し、
又、前記ピストン制御手段（８）を、前記液体（Ｌ）を
加熱する電熱器から成る加熱手段（８１）と、前記液体
（Ｌ）を冷却する冷却水コイルから成る冷却手段（８２
）とを用いて構成している。

前記液体（Ｌ）には例えばエチレングリコール等、その
熱膨張率が１０−３〜１０−’（１／”Ｃ）程度で駆動
軸（３）を構成する金属材料の熱膨張率に対し１０〜１
００倍程度の大きさをもつものを選んでいる。これは、
前記加熱手段（８１）や冷却手段（８２）による数℃〜
十数°Ｃ程度の比較的小さな温度変化で前記ピストン（
６２）の位置制御を可能にするためである。

又、前記ピストン（６２）は、その外周部を０リング（
６３）を介して前記シリンダ（６１）の内面に摺動自由
に内装している。

前記加熱手段（８１）は、サイリスタ等を用いた電圧制
御回路（８１ａ）により加熱の程度を調節可能にしてお
り、又、前記冷却手段（８２）は、水配管（８２ａ）（
８２ｂ）に介装する取水弁（８２ｃ）の開閉制御で冷却
の程度を調節可能にしている。そして、前記位置検出器
（７）の検出値を変換器（７０）を介してＰＩＤコント
ローラ等のフィードバック付き制御回路（８０）に入力
し、ロータ（１）の変位に基づいて、前記電圧制御回路
（８１ａ）及び前記取水弁（８２ｃ）を選択的に又は併
用して制御することにより、前記液体（Ｌ）の温度調節
を行うようにしている。

このように、液体（Ｌ）を封入したピストン機構（６）
と、温度制御によるピストン制御手段（８）とによりス
ラスト軸受（５）の位置制御を行うこととすれば、数十
μｍ〜数百μｍ程度とされる前記ロータ（１）とステー
タ（２）との間の軸方向隙間の微調節を、前記液体（Ｌ
）の熱膨張を利用して良好に行うことができるのである
。

尚、上記実施例では、ジグバーン型ポンプ要素（１００
）と渦流型ポンプ要素（２００）とを併用した複合ポン
プを示したが、第２図に示すように、ターボ型ポンプ要
素（３００）と上記同様のジグバーン型ポンプ要素（１
００）とを併用した複合ポンプに適用してもよい。前記
ターボ型ポンプ要素（３００）は、既存のものと同様、
円周上に多数のターボｇ　（３１０）をもつターボロー
タ（３０１）と、同じく円周上に多数のターボ翼（３２
０）をもつターボステータ（３０２）とを４段積層状に
配置して構成され、ソゲバーン型ポンプ要素（１００）
の上流側に配置している。他の構成は第１図のものと同
様である。この場合にも、前記ターボロータ（３０１）
とターボステータ（３０２）との間、並びに、ジグバー
ンロータ（１０１）とジグバーンステータ（１０２）と
の間の各軸方向隙間を適正に保つことができ、上記同様
にポンプ性能の改善が図られる。

以上の他、各ポンプ要素を単独で備えるものや、その他
の組み合わせに係るポンプにも同様に適用できることは
云うまでもない。

（発明の効果） 以上本発明では、駆動軸（３）のスラスト荷重を受ける
スラスト軸受（５）を、駆動軸（３）の軸方向に進退自
由なピストン機構（６）に支持させると共に、ロータ（
１）の軸方向変位を検出する位置検出器（７）と、該検
出器（７）の検出値に基づいてピストン機構（６）を進
退させ、ロータ（１）とステータ（２）との軸方向隙間
を所定値に保つピストン制御手段（８）とを設けたから
、ロータ（１）とステータ（２）との間の接触事故を回
避できると共に、軸方向隙間を介した排気流路への漏れ
を低減でき、扁い圧縮性能が得られ、又、隙間漏れによ
る動力損失も低減でき、高いポンプ性能が得られる。

又、」二記構成で、スラスト軸受（５）を、駆動軸（３
）の下端に設ける球面（３１）を受ける球面軸受（５１
）とし、駆動軸（３）の倒れを規制するラジアル軸受（
９）を、磁気浮上型の非接触軸受（９１）とする場合に
は、ロータ（１）とステータ（２）との間の軸方向隙間
が適正に保持できることと相俟って、油汚染も防止でき
る。

更に上記各構成で、ピストン機構（６）を、液体（Ｌ）
を封入したシリンダ（６１）と、背面を前記液体（Ｌ）
に臨ませるピストン（６２）とを備えるものとし、ピス
トン制御手段（８）を、液体（Ｌ）を加熱する加熱手段
（８１）と、液体（Ｌ）を冷却する冷却手段（８２）と
を備えるものとする場合は、液体（Ｌ）の熱膨張を利用
してロータ（１）とステータ（２）との間の軸方向隙間
の微調節を良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明真空ポンプの第１実施例を示す断面図、
第２図は同第２実施例の断面図、第３図は従来例の断面
図である。 （１）・・・・ロータ （２）・・・・ステータ （３）・・・・駆動軸 （４）・・・・モータ （５）・・・・スラスト軸受 （６）・・・・ピストン機構 （７）・・・・位置検出器 （８）・・・・ピストン制御手段 （９）・・・・ラジアル軸受 （３１）・・・・球面 （５１）・・・・球面軸受 （６１）・・・・シリンダ （６２）・・・・ピストン （８１）・・・・加熱手段 （８２）・・・・冷却手段 （９１）・・・・非接触軸受 （Ｌ）・・・・液体 月；（ｊ３１ 第１図 第２図 詩勿３１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］ロータ（１）とステータ（２）とを積層状に備え
   、前記ロータ（１）を駆動軸（３）を介してモータ（４
   ）に連結した真空ポンプにおいて、前記駆動軸（３）の
   スラスト荷重を受けるスラスト軸受（５）を、前記駆動
   軸（３）の軸方向に進退自由なピストン機構（８）に支
   持させると共に、前記ロータ（１）の軸方向変位を検出
   する位置検出器（７）と、該検出器（７）の検出値に基
   づいて前記ピストン機構（６）を進退させ、前記ロータ
   （１）とステータ（２）との軸方向隙間を所定値に保つ
   ピストン制御手段（８）とを設けたことを特徴とする真
   空ポンプ。 ［２］スラスト軸受（５）が、駆動軸（３）の下端に設
   ける球面（３１）を受ける球面軸受（５１）であり、駆
   動軸（３）の倒れを規制するラジアル軸受（９）が、磁
   気浮上型の非接触軸受（９１）である請求項１記載の真
   空ポンプ。 ［３］ピストン機構（６）が、液体（Ｌ）を封入したシ
   リンダ（６１）と、背面を前記液体（Ｌ）に臨ませるピ
   ストン（６２）とを備え、ピストン制御手段（８）が、
   前記液体（Ｌ）を加熱する加熱手段（８１）と、前記液
   体（Ｌ）を冷却する冷却手段（８２）とを備える請求項
   １又は請求項２記載の真空ポンプ。