JPH05248386A - ねじ溝型真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 潤滑剤による軸受の寿命の問題を解消し、且
つ、耐放射性に優れ、全ての種類の気体を吸入して圧縮
排気可能となり、構造が簡単で且つ装置の小型化を図っ
て安価に提供できると共に、排気能力を低下させること
なく回転軸を軸支することができるようにする。 【構成】 複数段のポンプ部を有するねじ溝型真空ポン
プにおいて、前記回転軸22は一対のラジアル気体軸受2
3、24とスラスト気体軸受25を介して前記ケーシーング
１に保持され、しかも、前記一方のラジアル気体軸受23
はロータ４及びステータ10の近傍に位置し、前記スラス
ト気体軸受25は該ラジアル気体軸受23よりもロータ４及
びステータ10から離間した位置に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空排気用のねじ溝型
真空ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ねじ溝型真空ポンプとして図２に
示すものが存在する。即ち、同図の真空ポンプは、吸気
口110 及び排気口111 を有する円筒状ケーシング100 内
に、複数の内外回転円筒部101 、102 を有するロータ10
5 と、該内外回転円筒部101 、102 間に間隙を有して対
向する複数の内外ステータ106 、107 とが設けられ、こ
れら内外回転円筒部101 、102 及び内外ステータ106 、
107 との少なくとも一方の周面には、ねじ溝108 が形成
され、且つ、前記ロータ105 は回転自在な回転軸110 に
支持されており、該ロータ105 を回転させてねじ溝作用
により、ケーシーングの吸気口110 より吸入した気体を
排気口111 から排出する構造のものである。

【０００３】そして、前記回転軸110 は油潤滑により潤
滑される玉軸受114 を介してケーシング100 側に支持さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記ロータ105 を回転
させる回転軸110 は、油潤滑による玉軸受114 を介して
ケーシング100 に支持される構成であるため、潤滑剤の
寿命が問題となり、特に、半導体製造装置にこの真空ポ
ンプを採用するには不利である。

【０００５】また、核融合炉の如く、トリチウムを排気
する場合には、潤滑油等の有機物は対放射線性に問題が
あることから使用できない。そこで、トリチウムを排気
できるように金属ベローズを使用して排気部と駆動機構
部とを完全に遮蔽するようにした真空ポンプが開発され
ているが、この真空ポンプはその構造が非常に複雑で且
つ大型化を招来し、高価になる欠点がある。

【０００６】しかも、真空ポンプはロータ105 とステー
タ106 、107 とで構成されるポンプ部が高温度となり、
特にポンプ部分近傍において回転軸が軸方向に膨張する
ことから、ポンプ排気能力を維持すべく回転軸の軸支が
重要な課題となる。

【０００７】本発明は、上記の如き従来の問題点に鑑み
てなされたもので、潤滑剤による軸受の寿命の問題を解
消し、且つ、耐放射性に優れ、全ての種類の気体を吸入
して圧縮排気可能となり、構造が簡単で且つ装置の小型
化を図って安価に提供できると共に、排気能力を低下さ
せることなく回転軸を軸支することができるねじ溝型真
空ポンプを提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明が、上記課題を解
決するために講じた技術的手段は、吸気口２及び排気口
３とを有するケーシーング１内に、複数の内外回転円筒
部6、7 を有するロータ４と、該内外回転円筒部6、7 間に
間隙を有して対向する複数の内外ステータ10とが設けら
れ、これら内外回転円筒部6、7 及び内外ステータ10との
少なくとも一方の周面には、ねじ溝16、17、18、19が形
成され、且つ、前記ロータ４は回転軸22を介して回転可
能とされるねじ溝型真空ポンプにおいて、前記回転軸22
は一対のラジアル気体軸受23、24とスラスト気体軸受25
を介して前記ケーシーング１に保持され、しかも、前記
一方のラジアル気体軸受23はロータ４及びステータ10の
近傍に位置し、前記スラスト気体軸受25は該ラジアル気
体軸受23よりもロータ４及びステータ10から離間した位
置に設けられてなることにある。

【０００９】また、前記ステータ10には、ロータ４及び
内外ステータ10間に吸入された粉粒体を捕集するための
粉粒体捕集空間40a 、40b を形成するのが好ましい。更
に、前記回転軸22がセラミック材料から構成され、且
つ、該回転軸22の外周面には最終段ポンプ用のねじ溝30
が形成されてなることにある。

【００１０】

【作用】本発明のねじ溝型真空ポンプにおいて、ラジア
ル気体軸受23、24及びスラスト気体軸受25にて回転軸22
を回転自在に支持することから、軸受に油潤滑する必要
がない。しかも、ラジアル気体軸受23はロータ４及びス
テータ10の近傍に設定する際に、スラスト気体軸受25を
該ラジアル気体軸受23よりもロータ４及びステータ10か
ら離間して設けているので、該スラスト気体軸受25が支
障となることはなく、振動を減少させるべくロータ４及
びステータ10により構成されるポンプの重心を可及的に
該ラジアル気体軸受23の近傍に位置させることができ
る。

【００１１】さらに、ポンプ作動中に発熱した回転軸22
が軸方向に膨張するが、ロータ４とステータ10との径方
向の間隙にはほとんど影響を与えることはなく、ポンプ
排気性能が低下することはない。また、前記ステータ10
に、ロータ４及び内外ステータ10間に吸引された粉粒体
を捕集するための粉粒体捕集空間40a 、40b を形成した
場合には、吸気口２を介してケーシング１内に侵入した
粉粒体を集積でき、装置の故障を未然に防止できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に従って
説明する。図１において、１はねじ溝型真空ポンプケー
シングで、その上部には真空容器等に取付けられるフラ
ンジ1aを有し、該フランジ1aには吸気口２が、ポンプケ
ーシング１の側面には排気口３がそれぞれ形成されてい
る。

【００１３】４は金属、セラミックスあるいは炭素繊維
強化合成樹脂材料材料からなるロータを示し、回転円筒
部からなる第１段ロータ６と、該第１段ロータ６内に同
芯状に設けられた円筒部からなる第２段ロータ７と、両
ロータ6、7 を固定する円板ロータ８とから構成されてい
る。尚、8aは吸気口２から吸入された気体を円板ロータ
８の外周方向に誘導するための羽根で、該円板ロータ８
上面の外周部に複数設けられている。

【００１４】９は前記ポンプケーシング１内に固定され
た固定体を示し、前記第１段及び第２段ロータ６、7 が
間隙を有して上方から挿入される内外環状溝13、14が形
成され、ここに第１段及び第２段ロータ６、7 と対向す
る複数の内外ステータ10が構成されている。該内外ステ
ータ10の外環状溝13の内外周面には、螺旋状の第１ねじ
溝16及び第２ねじ溝17がそれぞれ形成され、第１ねじ溝
16と第１段ロータ６とで第１段ねじ溝ポンプが、第２ね
じ溝17と第１段ロータ６とで第２段ねじ溝ポンプがそれ
ぞれ構成されている。

【００１５】また、内環状溝14の内外周面には、第３ね
じ溝18及び第４ねじ溝19がそれぞれ形成され、第３ねじ
溝18と第２段ロータ７とで第３段ねじ溝ポンプが、第４
ねじ溝19と第２段ロータ７とで第４段ねじ溝ポンプが構
成されている。

【００１６】22は前記円板ロータ８の中心に上端が固定
されたセラミックス材料からなる回転軸で、その上部外
周面には、第５ねじ溝30が形成され、前記ステータ部10
の内周面10ａとの間で第５段ねじ溝ポンプが構成されて
おり、第５段ねじ溝ポンプは排気路31を介して前記排気
口３に連通されている。また、回転軸22は上下一対のラ
ジアル気体軸受23、24とスラスト気体軸受25を介して回
転自在にケーシング１に軸支されている。

【００１７】即ち、上部ラジアル気体軸受23は第５段段
ねじ溝30の近傍に位置し、しかも、前記第１段及び第２
段ロータ6、7 の先端部（下端部）は上部ラジアル気体軸
受23よりも下方に延設されている。また、前記下部ラジ
アル気体軸受24は排気口３の近傍に設けられ、スラスト
気体軸受25は下部ラジアル気体軸受24よりも下方位置に
設けられている。

【００１８】27a 、27b 及び27c は気体供給路で、それ
ぞれ上記上下部ラジアル気体軸受23、24とスラスト気体
軸受25に連通し、前記ケーシング１に取付けられた接手
29を介して図外の圧縮気体供給装置に接続されている。

【００１９】33は電動モータで、回転軸22の下端に設け
られたモータ用ロータ35と、本体ケーシング１の下端に
取付けられた下部ケーシング36に固定されたモータ用ス
テータ37とからなる。尚、38は前記下部ケーシング36に
設けられた冷却ジャケット、39は電源用コネクタを示
す。

【００２０】40ａ、40b は前記内外環状溝13、14の下端
部にそれぞれ形成された環状の粉粒体捕集用空間41a ，
41b にそれぞれ連通するように、前記固定体９に形成さ
れた粉粒体捕集用路で、両粉粒体捕集用路40ａ、40b の
下端には粉粒体取り出し用空間42、43がそれぞれ設けら
れている。両粉粒体取り出し用空間42、43は仕切り壁44
にて区画され、開閉自在な蓋体45により閉塞されてい
る。

【００２１】次に、以上の構成におけるねじ溝型真空ポ
ンプの使用例について説明する。先ず、気体供給装置を
作動させ、気体供給路27a 、27b 及び27c を介して上下
部ラジアル気体軸受23、24及びスラスト気体軸受25に圧
縮気体を供給し、これら気体軸受23、24及び25を静圧気
体軸受として作動させると、供給される気体により回転
軸22が浮上し、回転軸22は回転自在に軸支される。ま
た、電動モータ33により回転軸22を回転させると、前記
第１段乃至第５段のねじ溝ポンプの作用により、真空容
器内の気体を排気する。

【００２２】即ち、真空容器から吸引された気体は、円
板ロータ８の周部に設けられた羽根8aによって外周部に
送られ、第１段ねじ溝ポンプ乃至第５段ねじ溝ポンプの
作用により、第１環状溝13内に入った気体は、順次下向
き、上向き、下向き、上向き、下向きに圧縮排気され、
排気路31を介して前記排気口３から吐出される。このよ
うに、真空容器内の気体は前記第１段乃至第５段の多段
のねじ溝ポンプ作用により排気される構成であることか
ら、全ての気体を確実に大気圧まで圧縮し排気できるの
である。

【００２３】尚、ポンプ作動中には、上下部ラジアル気
体軸受23、24及びスラスト気体軸受25への気体の供給を
停止し、回転軸22の回転により所定圧力を得る動圧形気
体軸受として使用し、回転軸22の減速、停止時に、再び
これら気体軸受に圧縮気体を供給する。

【００２４】上記の如く、回転軸22を支持する軸受とし
てラジアル気体軸受23、24とスラスト気体軸受25とを採
用していることから、軸受部分の油潤滑が不要となる。
従って、例えば核融合炉においてトリチウム系等の気体
の排気も可能であり、潤滑剤の寿命を考慮する必要はな
く、すべての種類の気体を大気圧まで圧縮可能となる。

【００２５】また、仮に真空容器内に粉粒体が混在して
いた場合には、粉粒体は排気作業中に気体と共にロータ
４及びステータ10間に侵入するが、該粉粒体は前記粉粒
体捕集用空間41a ，41b に滞留し、粉粒体捕集用路40
ａ、40b を介して粉粒体取り出し用空間42、43に落下し
集積される。集積された粉粒体は蓋体45を開放して容易
に取り出すことができ、装置の故障を未然に防止でき
る。

【００２６】しかも、最終段ポンプ部としての第５段ポ
ンプは最も精密な加工と寸法精度を必要とするのである
が、この第５段ポンプのねじ溝30を回転軸22に形成し、
また、回転軸22を熱膨張率が低く強度の高いセラミック
ス材料から構成していることから、精度の良好な第５段
ポンプ部分の製造が容易となり、Ｈ₂ 等のように粘性係
数の小さな気体であっても確実に大気圧まで圧縮し排気
できる。

【００２７】また、作動圧の比較的高い第４段ねじ溝ポ
ンプ部は吐出圧が３ｋＰａ程度で十分機能を発揮できる
ことから、該第４段ねじ溝ポンプ部における第２段ロー
タ７とステータ10との間隙は、第５段ポンプにおける回
転軸22とステータ10との間隙に比し、格段に大きくても
良い。従って、第１段乃至第４段ポンプを構成する第１
及び第２段ロータ６、７とステータ10との半径方向の寸
法精度は、第５段ポンプ部分のように高い精度が要求さ
れることはなく、加工が容易となる。

【００２８】さらに、前記１乃至５段ポンプは、回転軸
22と同芯の円筒状を呈しているたとから、ロータ４とス
テータ10との軸方向相対位置は精度を要さず、従って、
スラスト気体軸受25をポンプ部分と離間する回転軸22の
下方に位置させても、ロータ４とステータ10の軸方向の
熱膨張による問題が生じることはほとんどなく、ポンプ
性能の低下を好適に防止でき信頼性が高い。

【００２９】さらに、ねじ溝型真空ポンプにおいては、
10Ｐａの水素を吸入し大気圧まで排気するには、例えば
ロータ径が50〜200 mmの場合、ねじ溝部分の軸方向の長
さは約500 mm必要となり、このねじ溝長さを確保すべく
回転軸22の先端に長いロータを設けることは、軸受剛性
の低い気体軸受の場合振動の点において不利となる。

【００３０】しかしながら、本実施例のねじ溝型真空ポ
ンプでは、ロータ４の径方向に第１段乃至第５段のホン
プを構成することにより、所定のねじ溝長さを得ること
ができ、且つ、回転軸22に最終段ポンプ用のねじ溝30を
設けているので、全体にコンパクトに構成され、特に高
さの点において小型化が図れ、例えば、吸入圧10Ｐａよ
り低い領域において100 l／ｓの排気速度をもつ本実施
例のポンプ本体は、外径300 mm、高さ600 mmの大きさに
製造可能である。しかも、このように高さの点において
小型化が図れ、且つ、二重の円筒形ロータ４は、上部ラ
ジアル気体軸受23を覆って上部ラジアル気体軸受23より
も下方に延設されており、ポンプ部分の重心を上部ラジ
アル気体軸受23の近傍に位置させることができるので、
軸受剛性の低いラジアル気体軸受23、24で回転軸22を軸
支しているにもかかわらず、ロータ４の回転に伴って生
じる振動の問題を解消でき、安定の良い構造となる。

【００３１】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、例えばねじ溝型真空ポンプは垂直方向以外
に、水平方向あるいは傾斜させて使用できることは無論
である。また、ねじ溝はロータ４側に設けても、あるい
はロータ４及びステータ10の両方に設けても良く、その
他、具体的な構成も決して上記実施例に限定されるもの
ではない。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明は、ロータ及びステ
ータにより複数段のポンプを構成し、且つ、ロータを回
転させる回転軸をラジアル気体軸受及びスラスト気体軸
受にて支持しているので、潤滑剤による軸受の問題を解
消でき、且つ、対放射線性に優れ、全ての種類の気体を
吸入して圧縮排気可能であり、特殊な有毒気体の排気に
も適用でき、特に、各種半導体製造装置に採用して清浄
な高真空を容易に得ることができる。しかも、構造が簡
単となり装置の小型化を図り、安価に提供できる利点が
ある。

【００３３】また、前記一方のラジアル気体軸受はロー
タ及びステータの近傍に位置し、前記スラスト気体軸受
は該ラジアル気体軸受よりもロータ及びステータから離
間した位置に設けられているので、ポンプ部の重心をラ
ジアル気体軸受の近傍に容易に位置させることができ、
ロータの回転により振動が発生するのを可及的に防止可
能となる。しかも、回転軸がポンプ作用により軸方向に
熱膨張しても、ロータ及びステータの径方向の間隙にほ
とんど影響することはないので、ポンプ性能の低下を招
来するおそれもない。

【００３４】しかも、セラミック材料から構成された回
転軸に、最終段ポンプ用のねじ溝を形成する場合には、
微細なねじ溝の形成が可能となると共に、気体軸受の構
成部材として最適となり、回転軸の軸方向の熱膨張に何
ら影響することのない精度の良好なポンプを提供でき、
特に、Ｈ₂ 等のように粘性係数の小さな気体を吸入して
確実に大気圧まで圧縮し排気できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図。

【図２】従来例を示す縦断面図。

【符号の説明】

１…ケーシング、２…吸気口、３…排気口、４…ロー
タ、６…第１段ロータ（外ロータ部）、７…第２段ロー
タ（内ロータ部）、16，17，18，19，30…ねじ溝、10…
内外ステータ、22…回転軸、23…上部ラジアル気体軸
受、24…下部ラジアル気体軸受、41a 、41b …粉粒捕集
空間

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【手続補正書】

【提出日】平成５年５月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明が、上記課題を解
決するために講じた技術的手段は、吸気口２及び排気口
３とを有するケーシーング１内に、複数の内外回転円筒
部6、7 を有するロータ４と、該内外回転円筒部6、7 間に
間隙を有して対向する複数の内外ステータ10とが設けら
れ、これら内外回転円筒部6、7 及び内外ステータ10との
少なくとも一方の周面には、ねじ溝16、17、18、19が形
成され、且つ、前記ロータ４は回転軸22を介して回転可
能とされるねじ溝型真空ポンプにおいて、前記回転軸22
は一対のラジアル気体軸受23、24とスラスト気体軸受25
を介して前記ケーシーング１に保持され、しかも、前記
一方のラジアル気体軸受23はロータ４及びステータ10の
近傍に位置し、前記スラスト気体軸受25は前記一対のラ
ジアル気体軸受23、24よりもロータ４及びステータ10か
ら離間した位置に設けられてなることにある。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【作用】本発明のねじ溝型真空ポンプにおいて、一対の
ラジアル気体軸受23、24及びスラスト気体軸受25にて回
転軸22を回転自在に支持することから、軸受に油潤滑す
る必要がない。しかも、一方のラジアル気体軸受23はロ
ータ４及びステータ10の近傍に設定する際に、スラスト
気体軸受25を該ラジアル気体軸受23よりもロータ４及び
ステータ10から離間して設けているので、該スラスト気
体軸受25が支障となることはなく、振動を減少させるべ
くロータ４及びステータ10により構成されるポンプの重
心を可及的に該ラジアル気体軸受23の近傍に位置させる
ことができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明は、ロータ及びステ
ータにより複数段のポンプを構成し、且つ、ロータを回
転させる回転軸を一対のラジアル気体軸受及びスラスト
気体軸受にて支持しているので、潤滑剤による軸受の問
題を解消でき、且つ、対放射線性に優れ、全ての種類の
気体を吸入して圧縮排気可能であり、特殊な有毒気体の
排気にも適用でき、特に、各種半導体製造装置に採用し
て清浄な高真空を容易に得ることができる。しかも、構
造が簡単となり装置の小型化を図り、安価に提供できる
利点がある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気口２及び排気口３とを有するケーシ
   ーング１内に、複数の内外回転円筒部6、7 を有するロー
   タ４と、該内外回転円筒部6、7 間に間隙を有して対向す
   る複数の内外ステータ10とが設けられ、これら内外回転
   円筒部6、7 及び内外ステータ10との少なくとも一方の周
   面には、ねじ溝16、17、18、19が形成され、且つ、前記
   ロータ４は回転軸22を介して回転可能とされるねじ溝型
   真空ポンプにおいて、前記回転軸22は一対のラジアル気
   体軸受23、24とスラスト気体軸受25を介して前記ケーシ
   ーング１に保持され、しかも、前記一方のラジアル気体
   軸受23はロータ４及びステータ10の近傍に位置し、前記
   スラスト気体軸受25は該ラジアル気体軸受23よりもロー
   タ４及びステータ10から離間した位置に設けられてなる
   ことを特徴とするねじ溝型真空ポンプ。
2. 【請求項２】 前記ステータ10には、ロータ４及び内外
   ステータ10間に吸入された粉粒体を捕集するための粉粒
   体捕集空間41a 、41b が形成されてなる請求項１に記載
   のねじ溝型真空ポンプ。
3. 【請求項３】 前記回転軸22がセラミック材料から構成
   され、且つ、該回転軸22の外周面には最終段ポンプ用の
   ねじ溝30が形成されてなる請求項１又は２に記載のねじ
   溝型真空ポンプ。