JPH0599174A - 流体回転装置 - Google Patents
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- JPH0599174A JPH0599174A JP3260005A JP26000591A JPH0599174A JP H0599174 A JPH0599174 A JP H0599174A JP 3260005 A JP3260005 A JP 3260005A JP 26000591 A JP26000591 A JP 26000591A JP H0599174 A JPH0599174 A JP H0599174A
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C23/005—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of dissimilar working principle
-
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- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
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- F04C29/0085—Prime movers
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C2240/00—Components
- F04C2240/40—Electric motor
- F04C2240/402—Plurality of electronically synchronised motors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 真空ポンプやコンプレッサなどの流体回転装
置において、広い吸入圧力範囲で排気能力を損うことな
く、低い真空到達圧が得られる真空ポンプを提供するも
のである。 【構成】 ロータリエンコーダ６，８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、複数個のモータの回転を同期制御するようになって
おり、かつロータ４，５の少なくとも一つの同軸上に遠
心要素型の真空ポンプＢを設けることにより、小型で真
空圧作動領域が広いポンプを得ることができる。
置において、広い吸入圧力範囲で排気能力を損うことな
く、低い真空到達圧が得られる真空ポンプを提供するも
のである。 【構成】 ロータリエンコーダ６，８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、複数個のモータの回転を同期制御するようになって
おり、かつロータ４，５の少なくとも一つの同軸上に遠
心要素型の真空ポンプＢを設けることにより、小型で真
空圧作動領域が広いポンプを得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、真空ポンプやコンプ
レッサなどの流体回転装置に関する。
レッサなどの流体回転装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１３はロータを１個備えた従来のスラ
イディングベーン式真空ポンプの一例を示している。こ
の１ロー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１
０２，１０２が筒状の固定壁面（シリンダ）１０３内を
従動回転するが、そのとき、これらの翼板は、スプリン
グ１０４の作用でロータの半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、翼板で仕切られた固定壁面内の空間１
０５，１０５の容積が変化し、気体に吸入・圧縮作用が
生じて、固定壁面に設けられた吸入口１０６から流入し
た気体が、排出弁を備えた排出口１０７から流出する。
この種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１０３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
されている必要がある。しかし、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，
ドライエッ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。そのため、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ねばならず、その間、プロセスが
停止し稼働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
上流側に拡散して真空チャンバー内を汚染し、プロセス
性能を劣化させるという問題点もあった。
イディングベーン式真空ポンプの一例を示している。こ
の１ロー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１
０２，１０２が筒状の固定壁面（シリンダ）１０３内を
従動回転するが、そのとき、これらの翼板は、スプリン
グ１０４の作用でロータの半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、翼板で仕切られた固定壁面内の空間１
０５，１０５の容積が変化し、気体に吸入・圧縮作用が
生じて、固定壁面に設けられた吸入口１０６から流入し
た気体が、排出弁を備えた排出口１０７から流出する。
この種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１０３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
されている必要がある。しかし、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，
ドライエッ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。そのため、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ねばならず、その間、プロセスが
停止し稼働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
上流側に拡散して真空チャンバー内を汚染し、プロセス
性能を劣化させるという問題点もあった。
【０００３】そこで、シール油を用いる必要のないドラ
イポンプとして、たとえば容積型のスクリュータイプの
真空ポンプが開発され、すでに実用されている。図１４
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、これら２個のロータ１１
２，１１２は、それぞれの外周面にスクリューが形成さ
れていて、互いの凹部（溝）１１３ａを相手側の凸部１
１３ｂと噛み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。
イポンプとして、たとえば容積型のスクリュータイプの
真空ポンプが開発され、すでに実用されている。図１４
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、これら２個のロータ１１
２，１１２は、それぞれの外周面にスクリューが形成さ
れていて、互いの凹部（溝）１１３ａを相手側の凸部１
１３ｂと噛み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。
【０００４】容積型以外の真空ポンプとしては、図１５
に示す様なターボ型の真空ポンプが開発されている。
に示す様なターボ型の真空ポンプが開発されている。
【０００５】１５０は回転軸、１５１はモータ、１５２
ａ、１５２ｂは玉軸受、１５３はハウジングである。回
転軸上に複数の回転円盤１５４を多段に設け、この回転
円盤１５４の面上にスパイラル溝を形成している。また
回転円盤と狭いギャップを介した対向面１５５を固定側
に設けており、高速回転によるスパイラル溝の分子ドラ
ッグ作用により気体の吸気・排気を行うものである。
ａ、１５２ｂは玉軸受、１５３はハウジングである。回
転軸上に複数の回転円盤１５４を多段に設け、この回転
円盤１５４の面上にスパイラル溝を形成している。また
回転円盤と狭いギャップを介した対向面１５５を固定側
に設けており、高速回転によるスパイラル溝の分子ドラ
ッグ作用により気体の吸気・排気を行うものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし容積型，ターボ
型共以下述べる様な問題点があった。
型共以下述べる様な問題点があった。
【０００７】図１４の容積型のスクリュー真空ポンプで
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る。すなわち、モータ１１５の
回転は、駆動ギヤ１１６ａから中間ギヤ１１６ｂに伝達
され、両ロータ１１２，１１２の軸に設けられて互いに
噛み合っているタイミングギヤ１１６ｃ，１１６ｃ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１１６ｃ，１１６ｃ
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。
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る。すなわち、モータ１１５の
回転は、駆動ギヤ１１６ａから中間ギヤ１１６ｂに伝達
され、両ロータ１１２，１１２の軸に設けられて互いに
噛み合っているタイミングギヤ１１６ｃ，１１６ｃ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１１６ｃ，１１６ｃ
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。
【０００８】このような構成からなる２ロータ型のスク
リュー真空ポンプには、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、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り、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、等の
問題があった。
リュー真空ポンプには、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、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り、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、等の
問題があった。
【０００９】前述したターボ型真空ポンプの場合、回転
軸が一軸の構成であるため、スクリューの様な２軸のロ
ータの同期回転のための摺動メカニズムがなく、高速回
転で駆動することができる。そのため軸受部だけに潤滑
のためのオイルを供給し、このオイルのポンプ部への進
入を防止するシール部を設ければ、クリーンなドライポ
ンプを構成できる。
軸が一軸の構成であるため、スクリューの様な２軸のロ
ータの同期回転のための摺動メカニズムがなく、高速回
転で駆動することができる。そのため軸受部だけに潤滑
のためのオイルを供給し、このオイルのポンプ部への進
入を防止するシール部を設ければ、クリーンなドライポ
ンプを構成できる。
【００１０】またスパイラル溝のドラッグ作用により、
排気能力が粘性流領域から分子流領域まで及ぶために、
直接大気圧から１０-5torr台まで引くことができる。
排気能力が粘性流領域から分子流領域まで及ぶために、
直接大気圧から１０-5torr台まで引くことができる。
【００１１】しかし分子ドラッグ作用を利用したこの種
のポンプは、図４の排気速度と吸入圧の関係を示す特性
データ（従来例）からもわかる様に、吸入圧が大気圧
から中真空の領域（１０3〜１０0torr）で排気速度が極
度に低下してしまう欠点がある。
のポンプは、図４の排気速度と吸入圧の関係を示す特性
データ（従来例）からもわかる様に、吸入圧が大気圧
から中真空の領域（１０3〜１０0torr）で排気速度が極
度に低下してしまう欠点がある。
【００１２】またこの領域でポンプ部分の発熱によって
連続運転が困難となる。そのため、排気時間が長くな
り、半導体の製造現場への適用の際には生産タクトに大
きな影響を与えてしまう等の問題点があった。
連続運転が困難となる。そのため、排気時間が長くな
り、半導体の製造現場への適用の際には生産タクトに大
きな影響を与えてしまう等の問題点があった。
【００１３】このような課題を解決するために、本発明
者らは、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、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ことを特徴とす
る容積型の真空ポンプを既に提案している。
者らは、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、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ことを特徴とす
る容積型の真空ポンプを既に提案している。
【００１４】この提案により、ロータの高速回転が可能
であり、メンテナンスの必要性がなく、クリーン化およ
び小型化が容易な真空ポンプを提供することができる。
であり、メンテナンスの必要性がなく、クリーン化およ
び小型化が容易な真空ポンプを提供することができる。
【００１５】本発明は前記提案をさらに改良するもの
で、前述した特徴に加えて、広い吸入圧力範囲で排気能
力を損うことなく、低い真空到達圧が得られる真空ポン
プを提供するものである。
で、前述した特徴に加えて、広い吸入圧力範囲で排気能
力を損うことなく、低い真空到達圧が得られる真空ポン
プを提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】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
気作用を生じ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おり、かつ
前記ロータの少なくとも一つの同軸上に、遠心要素型の
真空ポンプを設けたことを特徴とする。
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
気作用を生じ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おり、かつ
前記ロータの少なくとも一つの同軸上に、遠心要素型の
真空ポンプを設けたことを特徴とする。
【００１７】
【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
明を容積型真空ポンプに適用し、かつ容積型ポンプの上
流側に遠心要素による真空ポンプを前記容積型ポンプの
同軸上に設けた場合、高速化による次のメリットが得ら
れる。すなわち、容積型，遠心要素型共、各ポンプの小
型化が図れる。
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
明を容積型真空ポンプに適用し、かつ容積型ポンプの上
流側に遠心要素による真空ポンプを前記容積型ポンプの
同軸上に設けた場合、高速化による次のメリットが得ら
れる。すなわち、容積型，遠心要素型共、各ポンプの小
型化が図れる。
【００１８】また、遠心要素型ポンプにたとえばスパイ
ラル溝によるドラッグポンプを用いれば、ポンプの真空
圧作動領域はさらに高真空の領域まで拡大できる。
ラル溝によるドラッグポンプを用いれば、ポンプの真空
圧作動領域はさらに高真空の領域まで拡大できる。
【００１９】前記容積型真空ポンプにスクリュータイプ
を用いた場合、流体の流れが連続流に近くなるとともに
内部リークの影響が小さくなり、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
コンパクトに構成できる。
を用いた場合、流体の流れが連続流に近くなるとともに
内部リークの影響が小さくなり、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
コンパクトに構成できる。
【００２０】
【実施例】図１，図２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の上端部で筒形ロータ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み合うように
してスクリュー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、容積型真空ポンプ
構造部分Ａとなっている。すなわち、両スクリュー４
２，５２の噛み合い部分の凹部（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こし、この容積変化に
より吸入・排気作用を発揮するようになっているのであ
る。
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の上端部で筒形ロータ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み合うように
してスクリュー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、容積型真空ポンプ
構造部分Ａとなっている。すなわち、両スクリュー４
２，５２の噛み合い部分の凹部（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こし、この容積変化に
より吸入・排気作用を発揮するようになっているのであ
る。
【００２１】第１回転軸２の上部には、ブッシュ５６を
介して２枚の回転ディスク５７，５８が嵌合されてお
り、またこの回転ディスク５７，５８の対向面である固
定側にせまい隙間を介して、固定ディスク５９，６０，
６１がハウジング１に取付けられている。
介して２枚の回転ディスク５７，５８が嵌合されてお
り、またこの回転ディスク５７，５８の対向面である固
定側にせまい隙間を介して、固定ディスク５９，６０，
６１がハウジング１に取付けられている。
【００２２】また、回転ディスク５７，５８の両面に
は、図３に示すスパイラルの溝６２が形成されている。
この固定ディスクと回転ディスクで形成される部分が遠
心要素型真空ポンプの構造部分Ｂとなっている。このス
パイラル溝６２のドラッグ作用により、吸気孔１４から
流入した気体を容積型スクリューポンプが収納されてい
る空間６３へ排気する。さらに容積型スクリューポンプ
に流入した気体は排気孔１５から排出される。
は、図３に示すスパイラルの溝６２が形成されている。
この固定ディスクと回転ディスクで形成される部分が遠
心要素型真空ポンプの構造部分Ｂとなっている。このス
パイラル溝６２のドラッグ作用により、吸気孔１４から
流入した気体を容積型スクリューポンプが収納されてい
る空間６３へ排気する。さらに容積型スクリューポンプ
に流入した気体は排気孔１５から排出される。
【００２３】ロータ４，５の各下端外周面には、図５に
も示すようなスクリュー同士の接触防止用ギヤ４４，５
４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、固体潤滑膜が形成
されている。これら両接触防止用ギヤ４４，５４の互い
の噛み合い部分の隙間（バックラッシュ）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（バックラッシュ）δ1（図示せ
ず）よりも小さくなるように設計されている。そのた
め、両接触防止用ギヤ４４，５４は、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
とはないが、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４２，５２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、実用的なレベ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間のバックラッシュδ1を少々大きく
しても十分に真空ポンプの性能（到達真空度など）を維
持できる。そのため、回転軸を高速で回転できる本発明
の真空ポンプでは、通常の加工精度で、スクリュー４
２，５２間の衝突防止に必要な寸法のバックラッシュδ
1，δ2を十分に確保できる。
も示すようなスクリュー同士の接触防止用ギヤ４４，５
４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、固体潤滑膜が形成
されている。これら両接触防止用ギヤ４４，５４の互い
の噛み合い部分の隙間（バックラッシュ）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（バックラッシュ）δ1（図示せ
ず）よりも小さくなるように設計されている。そのた
め、両接触防止用ギヤ４４，５４は、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
とはないが、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４２，５２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、実用的なレベ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間のバックラッシュδ1を少々大きく
しても十分に真空ポンプの性能（到達真空度など）を維
持できる。そのため、回転軸を高速で回転できる本発明
の真空ポンプでは、通常の加工精度で、スクリュー４
２，５２間の衝突防止に必要な寸法のバックラッシュδ
1，δ2を十分に確保できる。
【００２４】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内に設けられ
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
状部分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、ラジアル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４５，５
５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、腐食性があり堆積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。
の筒形ロータ４，５の内部空間４５，５５内に設けられ
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
状部分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、ラジアル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４５，５
５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、腐食性があり堆積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。
【００２５】軸受は、前記静圧軸受によるのみでなく、
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、窒素ガスを利用して
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
ぐことができる。
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、窒素ガスを利用して
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
ぐことができる。
【００２６】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ＡＣサーボモータ６，７に
より数万rpmの高速で回転する。
の下部に独立して設けられたＡＣサーボモータ６，７に
より数万rpmの高速で回転する。
【００２７】この実施例における２つの回転軸の同期制
御は、図７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の下端部には図１にみるようにロー
タリエンコーダ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（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サー
ボモータ６，７の回転が制御される。
御は、図７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の下端部には図１にみるようにロー
タリエンコーダ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（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サー
ボモータ６，７の回転が制御される。
【００２８】ロータ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。図６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
リット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タレンズ９５を
経て両スリット板９１，９３の各スリットを通り、受光
素子９６に受光される。
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。図６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
リット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タレンズ９５を
経て両スリット板９１，９３の各スリットを通り、受光
素子９６に受光される。
【００２９】この発明にかかる流体回転装置は、空調用
のコンプレッサ等であってもよいのであるが、その回転
部のロータ１０は、図８にみるルーツ型のもの、図１０
にみる歯車型のもの、図９（ａ）（ｂ）にみる単ローベ
型や複ローベ型のもの、図１１にみるネジ型のもの、あ
るいは図１２にみる外円周ピストン型のもの等であって
も良い。
のコンプレッサ等であってもよいのであるが、その回転
部のロータ１０は、図８にみるルーツ型のもの、図１０
にみる歯車型のもの、図９（ａ）（ｂ）にみる単ローベ
型や複ローベ型のもの、図１１にみるネジ型のもの、あ
るいは図１２にみる外円周ピストン型のもの等であって
も良い。
【００３０】
【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
来のスクリュー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
る動力伝達機能を有しない。たとえば、容積式のポンプ
やコンプレッサでは、２個以上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ことができると
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く、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、回転数が上げるとトルク
が小さくて済む。したがって、この発明では、高速化に
よるトルク低減により、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対して、
装置全体の大幅なコンパクト化・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。さらに本発明
のポンプでは容積型ポンプの上流側に、遠心要素型のポ
ンプを配置している。そのため従来の容積型あるいはタ
ーボ型と比べて、次の様な特徴が得られるのである。
子制御による非接触の回転同期制御をしているので、従
来のスクリュー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
る動力伝達機能を有しない。たとえば、容積式のポンプ
やコンプレッサでは、２個以上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ことができると
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く、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、回転数が上げるとトルク
が小さくて済む。したがって、この発明では、高速化に
よるトルク低減により、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対して、
装置全体の大幅なコンパクト化・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。さらに本発明
のポンプでは容積型ポンプの上流側に、遠心要素型のポ
ンプを配置している。そのため従来の容積型あるいはタ
ーボ型と比べて、次の様な特徴が得られるのである。
【００３１】 真空圧作動領域が広く、到達真空圧は
１０-5torr以下の高真空が得られる。
１０-5torr以下の高真空が得られる。
【００３２】 大気圧に近い低真空圧領域で、ターボ
型に見られる排気能力の低下はなく従来の容積型同様の
強力な排気能力が得られる。
型に見られる排気能力の低下はなく従来の容積型同様の
強力な排気能力が得られる。
【００３３】図３に、吸気圧に対する排気速度の特性デ
ータの一例を、本発明のポンプ（２点鎖線）と従来例
（１）（容積型スクリューポンプ），従来例（２）（タ
ーボ型）と比較して示す。本発明のポンプでは排気速度
は大気圧から１０-4torrまでほぼフラットな特性が得ら
れ、ターボ型に見られる低真空から中真空領域（１０3
〜１０0ton）での排気速度の低下はない。
ータの一例を、本発明のポンプ（２点鎖線）と従来例
（１）（容積型スクリューポンプ），従来例（２）（タ
ーボ型）と比較して示す。本発明のポンプでは排気速度
は大気圧から１０-4torrまでほぼフラットな特性が得ら
れ、ターボ型に見られる低真空から中真空領域（１０3
〜１０0ton）での排気速度の低下はない。
【００３４】なお遠心要素型のポンプは、本発明の実施
例では、フラットなディスク面にスパイラルの溝を形成
したものを用いた。その他流体が半径方向に流動するタ
ーボ型の遠心翼、たとえばオープンインペラー等も本発
明の遠心要素型としてドラッグ作用があり、同様の性能
を得ることができる。
例では、フラットなディスク面にスパイラルの溝を形成
したものを用いた。その他流体が半径方向に流動するタ
ーボ型の遠心翼、たとえばオープンインペラー等も本発
明の遠心要素型としてドラッグ作用があり、同様の性能
を得ることができる。
【００３５】ねじ溝形のポンプでもドラッグ作用がある
が、遠心要素型ポンプを用いれば、ポンプの全長Ｌ1及
びＬ2（図１ａ）を十分短かくできる。その結果ポンプ
の高速化が容易となり、真空到達圧を一層低くできるの
である。また遠心要素型ポンプは、たとえば２つのロー
タの両軸上に設けてもよく、この場合ポンプの一層の性
能向上が図れる。
が、遠心要素型ポンプを用いれば、ポンプの全長Ｌ1及
びＬ2（図１ａ）を十分短かくできる。その結果ポンプ
の高速化が容易となり、真空到達圧を一層低くできるの
である。また遠心要素型ポンプは、たとえば２つのロー
タの両軸上に設けてもよく、この場合ポンプの一層の性
能向上が図れる。
【００３６】この発明の容積式真空ポンプの構造部分
に、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、各軸のモータにかかるトルクの変動が小
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、ト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。
に、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、各軸のモータにかかるトルクの変動が小
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、ト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１】本発明にかかる容積式真空ホンプの第１実施例
を表す断面図
を表す断面図
【図２】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
た側面図
【図３】スパイラル溝による遠心要素型ポンプの平面図
【図４】排気速度と吸入排気圧の関係を示す特性データ
を示す図
を示す図
【図５】第１実施例に用いた接触防止ギヤの平面図
【図６】第１実施例に用いたレーザ型エンコーダを示す
斜視図
斜視図
【図７】同期制御方法を示すブロック図
【図８】本発明に用いる回転体の別形態を示す概略説明
図
図
【図９】本発明に用いる回転体の別形態を示す概略説明
図
図
【図１０】本発明に用いる回転体の別形態を示す概略説
明図
明図
【図１１】本発明に用いる回転体の別形態を示す概略説
明図
明図
【図１２】本発明に用いる回転体の別形態を示す概略説
明図
明図
【図１３】従来例を示す平面断面図
【図１４】従来例（１）を示す平面断面図
【図１５】従来例（２）を示す側面断面図
１ ハウジング ２ 第１回転軸 ３ 第２回転軸 ４，５ ロータ ６，８ ロータリエンコーダ １４ 吸気口 １５ 排気口 Ａ 容積式真空ポンプ構造部分 Ｂ 遠心要素型ポンプ構造部分
Claims (2)
- 【請求項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容積型のポンプにおいて、前記
複数個のロータの少なくとも一つのロータの同軸上かつ
上流側に、遠心要素型のポンプを設けたことを特徴とす
る流体回転装置。 - 【請求項２】 ロータが外周部にスクリューを備えたも
のである請求項１記載の流体回転装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03260005A JP3074845B2 (ja) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | 流体回転装置 |
| US07/957,787 US5302089A (en) | 1991-10-08 | 1992-10-08 | Fluid rotating apparatus |
| KR1019920018433A KR0130052B1 (ko) | 1991-10-08 | 1992-10-08 | 유체회전장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03260005A JP3074845B2 (ja) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | 流体回転装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0599174A true JPH0599174A (ja) | 1993-04-20 |
| JP3074845B2 JP3074845B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=17341982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03260005A Expired - Fee Related JP3074845B2 (ja) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | 流体回転装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5302089A (ja) |
| JP (1) | JP3074845B2 (ja) |
| KR (1) | KR0130052B1 (ja) |
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| JP2019526738A (ja) * | 2016-08-30 | 2019-09-19 | レイボルド ゲーエムベーハー | ドライ圧縮真空ポンプ |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH08100779A (ja) * | 1994-10-04 | 1996-04-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 真空ポンプ |
| JPH08144977A (ja) * | 1994-11-24 | 1996-06-04 | Kashiyama Kogyo Kk | 複合ドライ真空ポンプ |
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