JPH05209589A - 流体回転装置 - Google Patents

流体回転装置

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JPH05209589A
JPH05209589A JP4016046A JP1604692A JPH05209589A JP H05209589 A JPH05209589 A JP H05209589A JP 4016046 A JP4016046 A JP 4016046A JP 1604692 A JP1604692 A JP 1604692A JP H05209589 A JPH05209589 A JP H05209589A
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fluid
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rotation
rotors
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JP4016046A
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Ryoichi Abe
良一 阿部
Teruo Maruyama
照雄 丸山
Akira Takara
晃 宝
Norio Okuya
憲男 奥谷
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • F04C2240/40Electric motor
    • F04C2240/402Plurality of electronically synchronised motors

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大気圧から高真空度に達するまでを一つで排
気できる広帯域用真空ポンプに適し、組立分解が容易で
取り扱い流体回転装置を提供する。 【構成】 ハウジング1内に、複数個のロータ60,6
2、駆動軸20,22、軸受24〜27、流体の吸入口
11および吐出口12、モータ30,32、および、エ
ンコーダ40,42などの回転検出手段を備え、前記ロ
ータ60、62および前記ハウジング1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・排気を行う容
積式のポンプ部分Aが形成されており、かつ前記ハウジ
ング1は、前記駆動軸20、22の軸方向に沿って複数
段101〜114に分割形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、流体回転装置に関
し、詳しくは、半導体製造設備の真空チャンバーの排気
などに用いられる広帯域用真空ポンプに適した流体回転
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体製造プロセスにおけるCVD装
置、ドライエッチング装置、スパッタリング装置、蒸着
装置などには、真空環境を作りだすための真空ポンプが
必要である。真空ポンプは、磁気ディスク、液晶などの
製造プロセスでも用いられている。
【0003】この真空ポンプに対する要求水準は、近
時、ますます高度になってきている。たとえば、半導体
製造プロセスにおいては、今後ますます高集積化、大口
径化、立体化、多品種少量生産化が進むが、高集積化の
ためには設備のクリーン化が要求され、大口径化のため
には設備スペースの小面積化が要求され、立体化のため
には複合プロセス化(マルチチャンバー化)が要求さ
れ、多品種少量生産化のためにはネットワーク化が要求
されているのが、近時の半導体製造プロセスの状況であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような要望に応え
るために、真空ポンプでは、具体的には、油などによる
汚染のないこと、広い真空帯域に対応できること、耐食
性に優れること、スペース効率の良いことなどが求めら
れている。これらの要求のうち、特に、広い真空帯域に
対応できることが強く求められている。これは、近頃で
は10-8〜10-10 torr程度の高真空度の必要性が高ま
っているが、現時点では、このような高真空度をただ1
台の真空ポンプを用いて達成することは出来ないからで
ある。すなわち、粗引用ロータリポンプと呼ばれている
容積式の真空ポンプは、たとえば、外周面にスクリュー
を備えた二つのロータの前記両スクリューを互いに噛み
合わせるようにして同期回転させることにより、両スク
リュー間の密閉された空間に容積変化を生じさせ、この
変化を利用して気体の吸入圧縮を繰り返すことにより排
気すると言うものである。この種のポンプは、大気圧に
近い粘性流の領域で排気するには適しているが、得られ
る作動範囲が大気圧〜10-3torr程度の低い真空度に止
まる。他方、ターボポンプと呼ばれている運動量移送式
の真空ポンプは、1個のロータの回転力によって気体分
子に運動量を与え、この運動量で気体分子を移送するこ
とにより排気すると言うものであり、作動範囲が10-2
〜10-10 torrの高い真空度が得られるが、原理上10
-1〜10-3以下の分子流領域でしか排気能力を持たな
い。そこで、10-8〜10-10 torr程度の高真空度を得
るためには、まずロータリポンプで10-2〜10-3torr
程度まで粗引きしたのちターボポンプで所定の高真空度
に達するようにする必要があるのである。
【0005】しかし、これでは、真空ポンプが少なくと
も2種類必要になって設備が大型化する問題があった。
たとえば、前述した複合プロセス化(マルチチャンバー
化)に対応するためにはチャンバーひとつひとつに真空
設備を必要とするが、このように2種類以上の真空ポン
プをすべてのチャンバーに用いるのでは、真空排気系装
置全体の小型化ができないため、前述したスペース効率
を上げると言う点で問題になる。2種類以上の真空ポン
プを用いることは設備費用の増大をももたらすと言う点
でも問題である。
【0006】そこで、この発明の課題は、大気圧から高
真空に達するまでを一つで排気できる広帯域用真空ポン
プに適した流体回転装置を提供するとともに、このよう
な流体回転装置として、組立分解が容易で取り扱い易い
構造のものを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、こ
の発明のうち、請求項1の流体回転装置は、ハウジング
内に収容された複数個のロータ及びこれらのロータと一
体化した複数個の駆動軸と、これらの駆動軸の回転を支
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、前記複数個の駆動軸をそれぞれ独立
して回転駆動するモータと、このモータの回転角および
/または回転数を検知する回転検出手段と、この回転検
出手段からの信号によって前記複数個のモータを同期制
御することにより前記ロータおよび前記ハウジングで形
成される密閉空間の容積変化を利用して流体の吸入・排
気を行う容積式のポンプ部分が形成されており、かつ前
記ハウジングは、前記駆動軸の軸方向に沿って複数段に
分割形成されている。
【0008】請求項2の流体回転装置は、請求項1の発
明において、前記複数個の駆動軸の少なくとも一つの同
軸上に、運動量移送式のポンプ部分が形成されている。
【0009】
【作用】この発明では、ロータおよび駆動軸やモータ、
軸受などを収容するハウジングが、駆動軸の軸方向に沿
って複数段に分割形成されていることにより、流体回転
装置の組立分解が非常に簡単に行える。これは、次の理
由による。すなわち、容積式のポンプ部分では、その構
造上、複数の平行な駆動軸に対して、必要な構成部品、
例えば、回転検出エンコーダ、スラスト軸受、接触防止
ギア、および、ロータなどが、駆動軸の軸方向に沿って
順番に設けられる。したがって、ハウジングが、駆動軸
の軸方向に沿って複数段に分割形成されていれば、駆動
軸に、各構成部品を順番に取り付けながら、各段のハウ
ジング部分を順番に被せて取り付けることができる。分
解する際にも、上段のハジング部分から順番に取り外し
ていけば、各構成部品を損傷することなく、簡単に分解
することができるのである。
【0010】特に、容積式のポンプ部分では、その構造
上、複数の平行な駆動軸を、その平行度および間隔を正
確に維持した状態で組み立てなければ、所期の性能を発
揮できない。そこで、複数の駆動軸を正確に配置した状
態で、複数段のハウジング部分および各構成部品を順番
に位置調整しながら積み重ねていけば、駆動軸同士の位
置ずれを起こすことなく、簡単かつ正確に組み立てるこ
とができる。
【0011】つぎに、一つのハウジング内に、容積式の
ポンプ部分と運動量移送式のポンプ部分を備え、しか
も、容積式ポンプ部に設けた複数の駆動軸のうち、ひと
つの駆動軸で運動量移送式ポンプ部をも駆動するように
しておけば、ひとつの流体回転装置で、粗引き段階から
一気に高真空度に達することができると同時に、全体構
造が簡略化され、装置が小型化できる。また、運動量移
送式ポンプ部も、上記駆動軸の先に設けられ、同様に、
ロータなどの構成部品が駆動軸の軸方向に沿って順番に
設けられているので、前記した容積式ポンプ部の場合と
同じように、ハウジングが複数段に分割されていること
による作用が有効に働く。
【0012】
【実施例】図1および図2はこの発明にかかる流体回転
装置の実施例となる広帯域真空ポンプの構造を表す。こ
の真空ポンプは、ハウジング1の内部に、容積式ポンプ
部Aと運動量移送式ポンプ部Bの2種類のポンプ構造部
分が上下に配置されており、上段側の運動量移送式ポン
プ部Bでハウジング1に設けられた吸入口10から流体
すなわち気体を吸入して、運動量移送式ポンプ部Bから
容積式ポンプ部Aへと気体を通過せて、下段側の容積式
ポンプ部Aでハウジング1に設けられた吐出口12から
気体を排出するようになっている。
【0013】容積式ポンプ部Aの構造を説明する。2本
の駆動軸20、22が垂直方向に平行に配置されてい
る。駆動軸20、22の下部には、それぞれ駆動モータ
30、32が取り付けられている。駆動モータ30、3
2よりも下方で、駆動軸20、22の下端には回転検出
エンコーダ40、42が取り付けられている。回転検出
エンコーダ40、42は、ハウジング1のエンコーダ収
容室14に収容されている。駆動モータ30、32の上
部で、駆動軸20、22は、軸受24、25によりハウ
ジング1に回転可能に支持されている。軸受24、25
の上部で、駆動軸20、22には接触防止ギア50、5
2が取り付けられている。接触防止ギア50、52の上
方でも、駆動軸20、22は軸受26、27によりハウ
ジング1に支持されている。軸受26、27の上部で、
駆動軸20、22には、ロータ60、62が取り付けら
れている。
【0014】ロータ60、62は、ハウジング1のポン
プ室16に収容されている。ポンプ室16の下部は、前
記した吐出口12につながっている。ロータ60、62
の外周に形成されたねじ溝64、66が互いに噛み合う
ようにして、ロータ60、62が互いに逆方向に回転す
ることにより、ポンプ室16の内壁とロータ60、62
の間に形成された密閉空間が周期的に容積変化を起こ
し、この容積変化により、ポンプ室16の上方から気体
を吸い込み下方へと送り出す、いわゆるポンプ作用を果
たす。このような容積式ポンプ部Aにおけるロータ6
0、62の具体的構造は、通常の各種流体回転装置にお
ける容積式ポンプの構造を採用することができる。
【0015】接触防止ギア50、52は、ロータ60、
62同士が接触衝突するのを防止するために設けられて
いる。すなわち、接触防止ギア50、52は、互いの歯
面同士の間に一定の隙間をあけた状態で配置されてお
り、駆動軸20、22が良好な同期回転を行っていると
きには、接触防止ギア50、52同士が接触することは
ない。そして、駆動軸20、22の同期がずれると、ロ
ータ60、62同士が接触衝突するよりも先に、接触防
止ギア50、52同士が接触することより、ロータ6
0、62同士の接触衝突や損傷を防止するのである。し
たがって、駆動軸20、22の回転は、接触防止ギア5
0、52の歯形同士の隙間(バックラッシュ)以上に同
期がずれることはない。なお、上記したような作用を達
成するには、ロータ60、62のねじ溝64、66同士
のバックラッシュよりも、接触防止ギア50、52の歯
形同士のバックラッシュのほうを小さく設定しておく。
接触防止ギア50、52の歯面に固体潤滑膜を形成して
おけば、歯面の摩擦を少なくできる。
【0016】回転検出エンコーダ40、42は、各駆動
軸20、22の回転速度、あるいは、回転位置もしくは
回転角を検出する。検出された各駆動軸20、22の回
転速度や回転位置の情報をもとにして、互いの同期をと
るように、駆動モータ30、32を制御する。エンコー
ダ40、42の構造や、エンコーダ40、42の検出情
報から駆動モータ30、32を制御する方法は、通常の
各種回転駆動装置における複数軸の同期回転方法が適用
できる。エンコーダ40、42から制御装置への情報伝
達を、光ケーブルを利用して行えば、電気的な雑音によ
る検出情報の誤りあるいは同期制御の不安定化が防止で
きる。
【0017】エンコーダ40、42の作動信頼性を高め
るには、エンコーダ収容室14に、外界からゴミやホコ
リ等の異物が侵入しないようにしておく必要がある。そ
のため、エンコーダ収容室14と、その上方の空間との
境界で、駆動軸20、22が貫通する個所に、磁性流体
シールを設けておくことが有効である。また、エンコー
ダ収容室14を、N2 ガスなどで一定圧力に加圧してお
くガスパージ手段を設けておいてもよい。磁性流体シー
ルやガスパージ手段は、ポンプ室16とその下方の軸受
26、27や駆動モータ30、32の間に設けて、腐食
性の気体などを取り扱う際に、この腐食性の気体が装置
の内部構造に浸入するのを防止するにも有効である。
【0018】つぎに、容積式ポンプ部Aの上方に配置さ
れた運動量移送式ポンプ部Bについて説明する。前記駆
動軸20、22のうち、一方の駆動軸20は、容積式ポ
ンプ部Aのポンプ室16から、さらに上方に延びてい
る。そして、駆動軸20の上端に円筒状のロータ70が
取り付けられている。ロータ70は、ハウジング1の内
壁、および、ハウジング1と一体になった円筒状の内部
隔壁118の間に収容されている。ハウジング1の内壁
および内部隔壁118の外壁には、ねじ溝が形成されて
おり、ロータ70の内外面との間にポンプ空間18を構
成している。ロータ70が回転することによって、流体
の吸入口10から吸い込まれた流体が、内部隔壁118
のねじ溝とロータ70の隙間を通って上方に送られ、つ
ぎに、ロータ70とハウジング1内壁のねじ溝の隙間を
通って、今度は下方に送られることになる。すなわち、
この構造では、ロータ70の回転により、このロータ7
0と接触している気体分子に運動量を与えて、気体の吐
出作用あるいはポンプ作用を果している。気体を、ロー
タ70の内面側および外面側で折り返し移動させること
により、気体に長い時間にわたって大きな運動量を与え
ることができ、ポンプ作用を高めることができる。ポン
プ空間18は、前記した容積式ポンプAのポンプ室16
につながっており、運動量移送式ポンプ部Bから吐出さ
れた気体が容積式ポンプ部Aに送り込まれる。
【0019】運動量移送式ポンプ部Bの具体的構造は、
上記した以外にも、通常の各種流体回転装置における運
動量移送式ポンプの構造が採用できる。以上に説明した
流体回転装置において、容積式ポンプ部Aおよび運動量
移送式ポンプ部Aを収容するハウジング1の構造を説明
する。ハウジング1は、その下部から上部へと、複数段
の分割体101、102、104、106、108、1
10、112、114を積み重ねた構造になっている。
最下部の分割体101は、エンコーダ収容室14を構成
するとともに、下端に装置全体を移動するためのキャス
タ116を備えている。つぎの分割体102は、駆動モ
ータ30、32を収容している。つぎの分割体104
は、軸受24、25を収容している。つぎの分割体10
6は、接触防止ギア50、52を収容している。つぎの
分割体108は、ロータ60、62を収容し、ポンプ室
16を構成している。つぎの分割体110は、ポンプ室
16の上端を塞ぐとともに、運動量移送式ポンプ部Aか
ら容積式ポンプ部Aへの流体通路を構成している。駆動
軸20は、上記分割体110を貫通して上方に延びてい
る。つぎの分割体112は、運動量移送式ポンプ部Aの
ロータ70を収容しており、分割体112の内面にはね
じ溝が形成されている。最上部の分割体114は、内部
隔壁118を挟んで、分割体112の上に取り付けら
れ、流体の吸入口10を構成している。各分割体101
…同士の分割面は、何れも水平面になっており、互いに
ボルト等で連結一体化される。
【0020】ハウジング1を組み立てるには、最下部の
分割体101の上に、順次上方の分割体102…を積み
重ねていくとともに、その中心に駆動軸20、22を配
置したり、回転検出エンコーダ40、42や駆動モータ
30、32などの構成部品を組み込んだりすることにな
る。分解する際には、上記と逆に、上方の分割体114
から順番に取り外しながら、内部の構成部品も取り外し
ていくことになる。但し、分割体101…の組み立て
を、途中の分割体から始めて、その上下に分割体を接続
して、ハウジング1全体を組み立てることも可能であ
る。
【0021】上記実施例では、ハウジング1を構成する
複数の分割体101…を順番に合体させながら、その内
部に各種構成部品を簡単かつ正確に組み込んでいくこと
ができるので、流体回転装置の組み立てが極めて簡単に
なる。特に、エンコーダ40、42や駆動モータ30、
32などの各構成部品毎に、分割体101、102が分
割されているので、各構成部品および分割体101…の
細かな位置調整が可能であり、組み立て作業性の向上お
よび組み立て精度の向上が図れる。
【0022】但し、ハウジング1の分割構造は、上記実
施例以外にも、任意の分割位置および分割個数でよい。
つぎに、この実施例のハウジング1構造では、流体回転
装置を、容積式ポンプ部Aと運動量移送式ポンプ部Bと
が一体化された状態で使用する場合だけでなく、容積式
ポンプ部Aだけを単独で使用することも可能になってい
る。
【0023】図3に示すように、駆動軸20の上端か
ら、運動量移送式ポンプ部Bのロータ70を取り外し、
容積式ポンプ部Aのポンプ室16を構成する分割体10
8の上から、分割体110も取り外す。この分割体11
0の代わりに、中央に吸入口11が貫通形成された分割
体111を、分割体108の上端に取り付ける。この状
態では、吸入口11から吸い込んだ流体を、容積式ポン
プ部Bのみを機能させて、吐出口12から吐出すること
になる。この方法は、それほど高真空度を要求されない
粗引き作業などを能率的に行うのに有効である。
【0024】つぎに、容積式ポンプ部Aにおける接触防
止ギア50、52のバックラッシュ調整を行う方法につ
いて説明する。図4に示すように、一対の接触防止ギア
50、52は、互いの歯形が接触しないように、ひとつ
の歯形の左右に均等なバックラッシュ54、54が設定
された状態で作動させる必要がある。もし、片側のバッ
クラッシュ54、54が、前記したロータ60、62の
バックラッシュよりも大きいと、駆動軸20、22の同
期回転がずれたときに、接触防止ギア50、52の歯形
が接触する前に、ロータ60、62が接触してしまい、
ロータ60、62の損傷や作動不良を起こしてしまう。
しかし、流体回転装置を作動させる際に、装置本体の内
部に組み込まれた接触防止ギア50、52のバックラッ
シュ54、54を調整するのは困難である。そこで、つ
ぎの方法が採用される。
【0025】図5(a) に示すように、一方の接触防止ギ
ア50を静止させた状態で、他方の接触防止ギア52
を、相手側の歯形と接触するまで、1方向(図では反時
計方向)に回転させる。接触した時点の回転位置を、回
転検出エンコーダ42で検出して記憶させておく。つぎ
に、図5(b) に示すように、接触防止ギア52を、逆の
方向(図では時計方向)に、相手側の歯形と接触するま
で回転させる。接触した時点の回転位置を、やはりエン
コーダ42で検出する。この図5(b) の回転位置と、図
5(a) の回転位置の丁度中間まで、接触防止ギア52を
元の方向(図では反時計方向)に戻せば、図4の状態に
なる。このようにして、接触防止ギア50、52の左右
のバックラッシュ54、54を均等になるように調整し
てから、流体回転装置を作動させれば、接触防止ギア5
0、52によるロータ60、62の接触防止を良好に果
たすことができる。
【0026】上記したような、接触防止ギア50、52
のバックラッシュ調整は、適当な制御プログラムを組み
込んでおき、流体回転装置の作動開始時に、自動的に行
われるようにしておけば、面倒な手間もかからず、確実
に接触防止ギア50、52のバックラッシュ調整が行え
る。
【0027】
【発明の効果】この発明にかかる流体回転装置は、ハウ
ジングが駆動軸の軸方向に沿って複数段に分割形成され
ていることにより、流体回転装置の組み立ておよび分解
が簡単かつ能率的に行え、流体回転装置の保守管理作業
も行い易くなる。また、一つのハウジング内に運動量移
送式ポンプ部と容積式ポンプ部を有していれば、ひとつ
の装置で、例えば、粗引き段階から一気に高真空度に達
することができる。その結果、真空系設備の小型化を達
成し、複合プロセス化(マルチチャンバー化)に容易に
対応できるほか、真空設備のシンプル化、低コスト化も
併せて達成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明にかかる流体回転装置の実施例を表
す断面図
【図2】 同上の正面図
【図3】 運動量移送式ポンプ部を取り外した状態の断
面図
【図4】 接触防止ギアのバックラッシュを説明する概
略構造図
【図5】 接触防止ギアのバックラッシュ調整方法を示
す説明図
【符号の説明】
1 ハウジング 101〜114 分割体 A 容積式ポンプ部 B 運動量移送式ポンプ部 10 吸入口 12 吐出口 20、22 駆動軸 60、62 ロータ(容積式ポンプ部) 70 ロータ(運動量移送式ポンプ部)
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F04C 29/10 A 6907−3H F04D 19/04 D 8914−3H (72)発明者 奥谷 憲男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ハウジング内に収容された複数個のロー
    タ及びこれらのロータと一体化した複数個の駆動軸と、
    これらの駆動軸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
    個の駆動軸をそれぞれ独立して回転駆動するモータと、
    このモータの回転角および/または回転数を検知する回
    転検出手段と、この回転検出手段からの信号によって前
    記複数個のモータを同期制御することにより前記ロータ
    および前記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・排気を行う容積式のポンプ部分
    が形成されており、かつ前記ハウジングは、前記駆動軸
    の軸方向に沿って複数段に分割形成されていることを特
    徴とする流体回転装置。
  2. 【請求項2】 前記複数個の駆動軸の少なくとも一つの
    同軸上に、運動量移送式のポンプ部分が形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の流体回転装置。
JP4016046A 1992-01-31 1992-01-31 流体回転装置 Pending JPH05209589A (ja)

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