JPH04311696A

JPH04311696A - メカニカル真空ポンプ

Info

Publication number: JPH04311696A
Application number: JP7518391A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kobayashi; 英樹小林; Minoru Kondo; 実近藤
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1991-04-08
Filing date: 1991-04-08
Publication date: 1992-11-04
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JP3112490B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メカニカル真空ポンプ
に関し、特に、ルーツブロアポンプ室を多段階にて構成
することにより、排気される系へオイル成分が逆流する
のを大幅に減少させたメカニカル真空ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】大気圧状態から数Ｐａ（パスカル）程度
の中真空状態まで排気できる真空ポンプとして最も一般
的なものは、油回転真空ポンプである。この油回転真空
ポンプについては、例えば、麻蒔立男著「薄膜作成の基
礎」（日刊工業新聞社刊、第１版）１５〜１６頁で説明
されている。図６（Ａ），（Ｂ）は、油回転真空ポンプ
、すなわちロータリーポンプの一例である回転翼形ロー
タリーポンプの概略側断面図を示す。本図に示すように
、ロータリーポンプでは、筒型の容器６１、回転子６２
、回転子６２の中に収容された２枚の摺動翼６３とスプ
リング６４が主な構成要素である。摺動翼６３はスプリ
ング６４により容器６１の内周面に押しつけられ、容器
６１の内周面に形成された油膜６５により潤滑と気密が
保たれる。前記油膜６５は、油回転ポンプの全体が油づ
けされ、容器６１の内部に少しずつ油が入ることにより
形成される。回転子６２の回転に伴う摺動翼６３の回転
作用に基づいて、排気される系の中に存在する気体を、
吸気口６６から吸い込み、容器６１内で移動・圧縮し、
排気口６７を通して外部に排出する排気サイクルが実行
される。上記のロータリーポンプは、大気圧状態から動
作可能な代表的あら引きポンプであるが、排気される系
の中へオイル成分がある程度逆流するという問題を有し
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の代表的なあら引
きポンプであるロータリーポンプは、排気される系と通
じるポンプ容器部分に油面が露出しているので、排気さ
れる系内へのオイルバック、すなわち真空ポンプで用い
たオイル分子が逆流して飛び込むことが生じる。ロータ
リーポンプでは通常オイルバックをなるべく少なくする
ための機構を装備しているが、オイルバックは或る確率
で必ず発生し、オイル分子は、排気される系内へ必ず飛
び込むという不具合を有している。また、半導体製造や
高エネルギー粒子加速器等に関連する真空プロセスにお
いては、排気される系からオイル分子を極限まで取り除
くという、いわゆるオイルフリー化が要請される傾向に
ある。さらに、半導体製造装置では反応性ガスや有害ガ
スを用いるプロセスが増加する傾向にあり、排気経路や
排気ガス侵入部に相当のオイルが存在すると、真空ポン
プのオイルが有害ガス等で汚染され、そのため、オイル
の定期交換などの煩わしい管理作業が必要になるという
問題も提起される。

【０００４】本発明の目的は、上記の各種問題を解決す
るため、各ポンプ室、特に排気される系に直接つながる
ポンプの室内に、オイル成分が可能な限り発生あるいは
飛来しないようにしたオイルフリーの構造を有するあら
引き用の多段階式のメカニカル真空ポンプを提供するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るメカニカル
真空ポンプは、吸気口と排気口を備え、かつ一対のロー
ターを同期回転させて機械的に排気を行う複数のルーツ
ブロアポンプ室からなり、複数のルーツブロアポンプ室
は、各ポンプ室の排気口と次段のポンプ室の吸気口を通
気路で連結し、最終段階ポンプ室の排気口から最終的に
排気する多段階で構成され、ポンプ室のそれぞれの一対
のローターを一対の回転駆動軸に取り付け、初段ポンプ
室から離れた場所に回転駆動軸を支承する軸受部を配設
したことを特徴とする。本発明に係るメカニカル真空ポ
ンプは、前記の構成において、初段ポンプ室以外の特定
なポンプ室に中間小室を隣接して設け、中間小室を隔て
て設けられたオイル室に回転駆動軸を支承する軸受部を
設け、中間小室側に洩れた潤滑用オイルをオイル室に回
収する通油路を備えるようにしたことを特徴とする。本
発明に係るメカニカル真空ポンプは、前記の構成におい
て、中間小室とそれに隣接する特定なポンプ室との隔壁
部に形成される回転駆動軸挿通用孔部へパージ用不活性
ガスを供給する通気路を備えるようにしたことを特徴と
する。

【０００６】

【作用】本発明によるメカニカル真空ポンプでは、複数
のルーツブロアポンプ室を用意し、これらの複数のポン
プ室を、各ポンプ室に設けられた吸気口と排気口を用い
て直列的に多段階の状態で連結し、初段ポンプ室の吸気
口で取り込んだ、排気される系からの気体を各段のポン
プ室を通して移動させ、最終段のポンプ室の排気口から
最終的に外部に排気する用に構成される。各ポンプ室に
設けられた一対のローターは、それぞれ、共通の回転駆
動軸で回転駆動するものとし、一対の回転駆動軸は同期
回転するように構成される。一対の回転駆動軸はころが
り軸受の軸受部で支承されるが、当該軸受部は、初段ポ
ンプ室から離れた位置にある、すなわち排気される系よ
り離れた位置にある場所に配設するようにする。これに
より排気される系に対してオイルバックが発生するのを
抑制することができる。回転駆動軸を支承する軸受部を
、初段ポンプ室以外の特定なポンプ室にて、このポンプ
室に対し隣接する中間小室を隔てたオイル室に設けると
共に、この中間小室側に漏れた潤滑用オイルをオイル室
側に回収する通油路や、中間小室とそれに隣接するポン
プ室との間の隔壁部に形成された回転駆動軸挿通用孔部
へ窒素などのパージ用不活性ガスを供給する通気路を備
えるようにして、オイルのポンプ室側への侵入をさらに
防ぐ。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面を参照し
て詳しく説明する。図１は、本発明の第１実施例である
メカニカル真空ポンプの構成を模式的に示す。このメカ
ニカル真空ポンプは、一例として初段、第２段、第３段
、第４段、最終段の５段で構成するルーツブロアポンプ
室１，２，３，４，５から構成される。ルーツブロアポ
ンプ室１〜５のそれぞれは通気路６で直列的に接続され
ている。

【０００８】ここで、ルーツブロアポンプ室１〜５の各
々の内部構造について説明する。図２は、ルーツブロア
ポンプ室の内部構造を側面から示す断面図であり、ルー
ツブロアポンプ室１〜５の各々のポンプ構造は基本的に
同じである。図２で、ポンプ室７には一対のまゆ形ロー
ター８，９が互いに反対方向に回転するように設けられ
、このローター８，９の回転作用で気体を吸気口１０か
ら取り込み、かつ移送し、排気口１１から外部へ排出す
る。１２，１３は、ローター１０，１１のそれぞれを回
転せしめる一対の回転駆動軸である。回転駆動軸１２，
１３は平行状態で配設される。図１では、そのうち手前
側に位置する１本の回転駆動軸１２のみを示している。図１の構造で明らかなように、ルーツブロアポンプ室１
〜５の各々のローター８，９は共通の回転駆動軸１２，
１３によって回転される。なお、ルーツブロアポンプ室
１〜５の各ポンプ室構造については、各ポンプ室ごとに
、寸法、形状、その他の形態要素を変更することも可能
である。そのように構成する方が全体として排気能力を
向上させる場合がある。

【０００９】再び、図１に戻って説明を継続する。排気
される系に通じている吸気口２１から取り入れられた気
体は、初段ポンプ室１で移送・排出され、その排出口２
２を経て、吸気口２３を有する第２段ポンプ室２に至る
。以下同様にして、第２段ポンプ室２の排気口２４、第
３段ポンプ室３の吸気口２５、第３段ポンプ室３の排気
口２６、第４段ポンプ室４の吸気口２７、第４段ポンプ
室４の排気口２８、最終段ポンプ室５の吸気口２９、最
終段ポンプ室５の順序で移動し、最終的には最終段ポン
プ室５の排気口３０から排出される。ポンプ室１〜５の
それぞれの一対のローターの片方を回転させる回転駆動
軸１２は、最終段ポンプ室５に隣接する図中右側領域に
延設され、ころがり軸受３１、３２で支承されている。回転駆動軸１２は、ころがり軸受３１，３２だけで支え
られており、初段ポンプ室１側には支承用軸受が設けら
れていない。ころがり軸受には潤滑用のオイルまたはグ
リースを用いるのが一般的であるが、排気される系に直
接につながる初段ポンプ室１側にはころがり軸受を設け
ていないので、ポンプ室１にはオイルやグリースを用い
る必要がなく、ほぼオイルフリーなポンプとして構成す
ることできる。ころがり軸受３１，３２は、グリース供
給式にしてもよいが、オイル潤滑とした方が信頼性を高
める上で望ましく、オイルシールまたはメカニカルシー
ル３３（以下、オイルシール等３３という）で、そのオ
イルが最終段ポンプ室５側に洩れるのを最少限度に抑え
ている。回転駆動軸１２はモータ３４の出力軸３５から
回転力伝達ベルト３６を経て回転駆動され、各ポンプ室
１〜５のローターを回転させる。また図１には示されて
いないが、他方の回転駆動軸１３は回転駆動軸１２と同
様な構成で各ポンプ室１〜５の他方のローターに連結さ
れ、これらを回転させる。回転駆動軸１２，１３は同期
運動させる必要があるので、ギヤ等を介し連動して同期
回転するように構成される。多数のローターを回転駆動
するため、回転駆動軸１２，１３は必然的に長くなる。しかし、ローターの幅を小さくしかつ直径を大きくする
と、同じ排気能力でも、回転駆動軸１２，１３のフリー
部分が比較的に短くて済み、回転駆動軸をそれほど太く
しないで構成することができる。またローターは、軽量
化のため、軽合金製とすることもできる。

【００１０】なお図１では、初段ポンプ室１から最終段
ポンプ室５までの配置位置を、その順番通りに並べてい
るが、これらの配置位置は適宜入れ替えてもよい。例え
ば、第２実施例を示す図３では、初段ポンプ室１、第２
段ポンプ室２、第４段ポンプ室４を、回転駆動軸の片側
（図３において左側）に、第３段ポンプ室３、最終段ポ
ンプ室５を回転駆動軸の他方の側（図３において右側）
に配置した例を示す。また第３実施例を示す図４では、
中央に初段ポンプ室１、それに隣接する両側に第２段ポ
ンプ室２および第３段ポンプ室３を配設し、さらにそれ
らの両外側に第４段ポンプ室４および最終段ポンプ室５
を配設し、両最外部で回転駆動軸１２，１３をころがり
軸受３１と３２で支承した例を示している。図４で、回
転駆動軸１２に取り付けたギヤ３７は、図示していない
他の回転駆動軸１３と同期回転させるためのものである
。図３および図４の構成において、図１で示した要素と
同一の要素には同一の番号を付している。ただし、追加
したオイルシール等３３′は、ころがり軸受３２の潤滑
用オイルが第４段ポンプ室４側へ洩れるのを防ぐための
ものである。なお図３および図４では、図１におけるモ
ーター３４等の駆動源関係の構成の図示は省略される。

【００１１】以上の各実施例では、回転駆動軸１２，１
３を水平に配置し、各ポンプ室１〜５を横に並べている
が、回転駆動軸の配設方向を垂直にした縦形配置の構成
にすることもできる。

【００１２】ポンプ室の段数も５段に限定されず、その
段数を任意の段数に変更することができる。しかし、実
際において１段または２段のルーツブロアポンプ室で大
気圧状態から中真空状態まで排気することは困難である
。

【００１３】前記の各実施例では、各ポンプ室１〜５は
便宜上互いに分離して示されているが、隣接するポンプ
室の間は、実際には壁などでつながっており、各壁には
回転駆動軸１２，１３が挿通する孔部や、場合によって
はポンプ室相互間の排気口と吸気口を連結する通気路も
設けられる。回転駆動軸１２，１３やそれらの回転駆動
軸に設けたピストンリングは、ラビリンス部分等を除け
ば、前記孔部にきっちりと合わせてあり、隣接するポン
プ室の間における回転駆動軸等と孔部の隙間による気体
流通抵抗は充分大きくなるように設計される。

【００１４】多段に構成されたポンプ室は可能な限り一
体構造または一体構造に組立てる構造とし、各ポンプ室
間の通気路等もなるべくその一体構造中に組み込むのが
実用的である。各ポンプ室間に貫通される回転駆動軸は
、前述の通り、ポンプ室間での気体の洩れを充分に小さ
くするように、回転駆動軸に密接した孔部をポンプ室間
に設ける。隣接するポンプ室の間の差圧が大きい構成に
した場合には、回転駆動軸周りに何らかの密封手段また
は気体流通抵抗増大手段を講ずる必要が生じる場合もあ
る。また、ポンプ室の適所から窒素ガスを送り込める（
窒素パージ）ようにして、排気される系から流れて来る
有害ガスや反応性ガスを薄めることが有効なこともある
。さらに、ポンプ室の温度を制御する手段を備えれば、
ポンプ室内に凝縮生成物が堆積することをかなり抑制で
きる。その他に、排出ガス処理機構等を必要に応じ排気
口３０の後段に設けることもできる。比較的に高い圧力
差で作動させるポンプ室は、ローターの温度上昇による
熱膨張を抑えるため、排出するガスを冷却器で冷やして
その一部をポンプ室へ戻すように構成することもできる
。

【００１５】一般的に、オイルシール等だけでは、潤滑
用オイルの洩れを完全になくすことはできない。また反
応性ガスや有毒ガスをポンプで排気する際に、これらの
ガスが洩れ込んで来て、潤滑用オイルを汚染することも
あり得る。そこで、図５に示されるような構造を採用す
る。図５は、図４に示されたころがり軸受３１やオイル
シール等３３の周辺付近の一部断面図を示す。図５にお
いて、最終段ポンプ室５内の片方のまゆ形ローター８の
左右方向に延びる回転駆動軸１２は、ころがり軸受３１
で支承されている。ころがり軸受３１を収容するオイル
室４１には、下部に潤滑用オイル４２が入れてあり、オ
イル４２は羽根板４３で汲み上げられて、ころがり軸受
３１の潤滑に用いられる。オイル室４１は、回転駆動軸
１２の周囲に配設したオイルシール等３３でシールされ
ている。オイルシール等３３から僅かに洩れるオイルは
、中間小室４４の下部に落ち通油路４５を経てオイル室
４１に戻されるようになっている。オイル室４１と中間
小室４４の間を通気路４６でつなげると、両室４１，４
４に過渡的圧力差もあまり生じない。中間小室４４を形
成する隔壁４７に形成された回転駆動軸１２を挿通させ
るための丸孔４８の領域には、回転駆動軸１２にピスト
ンリング４９，５０が設けてあり、さらに、それらの中
間部に窒素などのパージ用不活性ガスを供給する通気路
５１が形成されている。通気路５１は、外部に設けられ
たガス供給源から丸孔４８まで通じている。このパージ
用ガスにより、ポンプ室５から中間小室４４やオイル室
４１への反応性ガス等の侵入はほぼ完全に阻止でき、潤
滑用オイルが汚染されるのを防止できる。さらに、ポン
プ室５側へ潤滑用オイルが侵入することも防止される。なおオイルシール４３としては、その他にメカニカルシ
ール、ラビリンス状シール等を用いることができる。ま
た本図には示していないが、回転駆動軸１２を支承する
他方のころがり軸受（図４での３２）や他の回転駆動軸
１３用のころがり軸受の周辺付近も、同様な構成にして
、オイルの劣化等を防いでいる。

【００１６】回転駆動軸１２についての図示した一端は
、ころがり軸受３１等により駆動軸１２の温度による伸
縮を或る程度逃がせるように支承されているが、駆動軸
１２の他端側では、駆動軸１２が長さ方向に動かないよ
うに支承できるころがり軸受を選択するのが望ましい。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、多段ポンプ室構造として大気圧状態から動作で
きるあら引きポンプとして使用することができ、特に多
段ポンプにおける初段ポンプ室付近にはころがり軸受を
設けないので、排気される系へのオイルバックを極度に
少なくすることができ、高度にオイルフリーな排気系を
構成できる。またポンプ室内にてオイルを用いないので
、汚染されたオイルの定期交換等の煩わしい管理作業を
大幅に減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るメカニカル真空ポンプの第１実施
例の構成を概略的に示す模式図である。

【図２】真空ポンプ室の略式横断面図である。

【図３】本発明に係るメカニカル真空ポンプの第２実施
例の構成を概略的に示す模式図である。

【図４】本発明に係るメカニカル真空ポンプの第３実施
例の構成を概略的に示す模式図である。

【図５】図４で示されたメカニカル真空ポンプの内部構
造を具体的に示す要部断面図である。

【図６】従来のあら引きポンプの代表例であるロータリ
ーポンプの一例を示す横断面図である。

【符号の説明】

１〜５　　　　　　　　　　ルーツブロアポンプ室６　
　　　　　　　　　　　通気路７　　　　　　　　　　　　ポンプ室８，９　　　　　　　　　　まゆ形ローター１０　　　
　　　　　　　　　吸気口１１　　　　　　　　　　　　排気口１２，１３　　　　　　　　回転駆動軸３１，３２　　
　　　　　　ころがり軸受３３，３３′　　　　　　オ
イルシール等４１　　　　　　　　　　　　オイル室４
２　　　　　　　　　　　　潤滑用オイル４３　　　　
　　　　　　　　羽根板４４　　　　　　　　　　　　中間小室４５　　　　　
　　　　　　　通油路４６　　　　　　　　　　　　通気路４７　　　　　　　　　　　　隔壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　吸気口と排気口を備えかつ一対のロー
ターを同期回転させて機械的に排気を行う複数のルーツ
ブロアポンプ室からなり、複数の前記ルーツブロアポン
プ室は、各ルーツブロアポンプ室の排気口と次段のルー
ツブロアポンプ室の吸気口を通気路で連結し、最終段ル
ーツブロアポンプ室の排気口から最終的に排気する多段
階で構成され、前記ルーツブロアポンプ室のそれぞれの
前記一対のローターを一対の回転駆動軸に取り付け、初
段ルーツブロアポンプ室から離れた場所に前記回転駆動
軸を支承する軸受部を配設したことを特徴とするメカニ
カル真空ポンプ。
【請求項２】　　請求項１記載のメカニカル真空ポンプ
において、前記初段ルーツブロアポンプ室以外の特定な
前記ルーツブロアポンプ室に中間小室を隣接して設け、
前記中間小室を隔てて設けられたオイル室に前記回転駆
動軸を支承する前記軸受部を設け、前記中間小室側に洩
れた潤滑用オイルを前記オイル室に回収する通油路を備
えるようにしたことを特徴とするメカニカル真空ポンプ
。
【請求項３】　　請求項２記載のメカニカル真空ポンプ
において、前記中間小室とそれに隣接する前記特定なル
ーツブロアポンプ室との隔壁部に形成される回転駆動軸
挿通用孔部へパージ用不活性ガスを供給する通気路を備
えるようにしたことを特徴とするメカニカル真空ポンプ
。