JPH07111195B2 - 複合真空ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば半導体製造過程において被処理物に金
属化合物を被覆させるいわゆるCVD法等に用いるのに好
適な複合真空ポンプの改良に関する。

（従来の技術） 従来、このような複合真空ポンプとして、例えば特開昭
60−252197号公報に開示されているように、真空室側に
開放される吸込口と大気側に開放される吐出口とが設け
られたケーシング内に、上記吸込口側から吐出口側に向
かって横形式ねじ溝形圧縮ポンプ、遠心形圧縮ポンプお
よび渦流形圧縮ポンプを順次に配置したものが知られて
いる。

そして、上記複合真空ポンプに用いた横形式ねじ溝形圧
縮ポンプは、駆動用モータの回転軸に回転一体に水平に
支持された円板状ロータを、ケーシング内周面に水平に
支持された上下２枚のステータでもって挟み、上記駆動
用モータを始動させてロータを回転させることにより、
まず、真空室内の気体を吸込口を介して上記上側のステ
ータに形成されたねじ溝内に導入して半径方向内側から
外側に向かって移送しつつ圧縮し、次いで、この圧縮し
た気体を上記下側のステータに形成されたねじ溝内に導
入して今度は半径方向外側から内側に向かって移送しつ
つさらに圧縮して次段の遠心形圧縮ポンプ側に吐出する
ようになされている。

一方、上記複合真空ポンプに用いた横形式ねじ溝形圧縮
ポンプと同じ種類のポンプとして、立形式ねじ溝形圧縮
ポンプが知られている。この立形式ねじ溝形圧縮ポンプ
は、駆動用モータの回転軸に回転一体に支持された円筒
状ロータを、上記駆動用モータを始動させてロータを回
転させることにより、ロータ外周面に形成されたねじ溝
とケーシング内周面との間に構成された空間に真空室内
の気体を吸込口を介して導入し、この導入した気体を吸
込口側から吐出口側に向かって回転軸の軸心方向に旋回
移送しつつ圧縮して吐出するようになされている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記立形式ねじ溝形圧縮ポンプを渦流形圧縮
ポンプと併用する複合真空ポンプとして用いる場合にお
いて、該複合真空ポンプの高排気速度化を図る一手段を
提供するものである。

すなわち、吸込口と吐出口とが設けられたケーシング内
の上記吸込口側にねじ溝形圧縮ポンプを、上記吐出口側
に渦流形圧縮ポンプをそれぞれ配置した複合真空ポンプ
において、上記ねじ溝形圧縮ポンプの構成を改良するこ
とにより、吸込口から吸い込まれた真空室内等の気体の
吸込抵抗を低く抑えた状態でその吸込量を大幅に増大せ
しめ得るとともに、ねじ講形圧縮ポンプの配置スペース
を可及的に少なくし得、これにより短時間に効率良く所
定の圧力まで昇圧せしめて気体の高排気速度化と装置の
小形化との両立を図らんとすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明は、第１図に示すよ
うに、吸込口（２）と吐出口（３）とが設けられたケー
シング（１）内の上記吸込口（２）側にねじ溝形圧縮ポ
ンプ（９）を、上記吐出口（３）側に渦流形圧縮ポンプ
（15）をそれぞれ配置した複合真空ポンプを対象とし、
次のような解決手段を講じた。

すなわち、本発明の解決手段は、上記ねじ溝形圧縮ポン
プ（９）を、複数の内外円筒部（7a），（7b）を有する
ロータ（７）と、該ロータ（７）の上記内外円筒部（7
a），（7b）と相対的に嵌合する複数の内外ステータ部
（8a），（8b）を有するステータ（８）とで構成する。
さらに、上記ロータ（７）の内外円筒部（7a），（7b）
および内外ステータ部（8a），（8b）のいずれか一方
に、他方の内外周面に近接したねじ溝（17a）〜（17c）
を形成する。また、上記ロータ（７）のディスク部（7
c）に、上記ステータ（８）の内側ステータ部（8b）先
端に対応するよう開口部（18）を形成する一方、ステー
タ（８）に、ロータ（７）の外側円筒部（7a）先端に対
応するよう開口部（19）が形成する。加えて、上記渦流
形圧縮ポンプ（15）のハウジング（11）の内部に円環状
主流路（12）を設け、該主流路（12）に羽根車（10）の
多数の羽根（10a），（10a），…を臨ませ、この各羽根
（10a）の回転動作により上記ねじ溝形圧縮ポンプ
（９）から主流路（12）に導入された圧縮気体を循環さ
せる。さらに、上記冷却流体を循環せしめる円環状中空
部（13）を上記主流路（12）を取り囲むように設け、該
主流路（12）と中空部（13）とを円環状薄肉壁部（11
d）によって区画したことを特徴とする。

（作用） 上記の構成により、本発明では、駆動用モータ（４）の
始動によりねじ溝形圧縮ポンプ（９）および渦流形圧縮
ポンプ（15）が起動すると、気体が吸込口（２）を介し
て上記ねじ溝形圧縮ポンプ（９）内に吸い込まれて圧縮
され、この圧縮された気体が上記次段の渦流形圧縮ポン
プ（15）に移送されてさらに圧縮される。そして、渦流
形圧縮ポンプ（15）でほぼ大気圧に圧縮された気体は吐
出口（３）を介して大気中に吐出される。

この場合、上記ねじ溝形圧縮ポンプ（９）内に吸い込ま
れた気体は、まず、ステータ（８）の外側ステータ部
（8a）のねじ溝（17a）内に導入され、該ねじ溝（17a）
に沿って下方に向かって旋回移送されつつ圧縮されて、
内側ステータ部（8b）の開口部（19）を介して次段圧縮
ポンプ側に吐出される。また、これと同時につまり上記
ねじ溝（17a）内への気体導入と同時に、上記気体は、
上記ロータ（７）のディスク部（7c）の開口部（18）を
介して上記内側ステータ部（8b）の外側および内側ねじ
溝（17b），（17c）内に導入され、該両ねじ溝（17
b），（17c）に沿って下方に向かって旋回移送されつつ
圧縮されて、上記外側ステータ部（8a）のねじ溝（17
a）内に導入された気体と共に同時に次段圧縮ポンプ側
に吐出される。

このように、上記吸込口（２）から吸い込まれた気体
は、気体流れ方向と直交する横方向に並列に配置された
複数のねじ溝（17a）〜（17c）つまり並列ポンプ段に同
時に導入されて圧縮されることから、その配置スペース
を可及的に少なくし得、これにより装置の小形化が図ら
れることとなる。さらには、上述の如くすることによ
り、吸込口（２）から吸い込まれた気体は、その吸込抵
抗が低く抑えられた状態で上記複数の並列ポンプ段から
一度に多量に吸い込まれ、これにより短時間に効率良く
所定の圧力まで減圧せしめかつ一定の吸込圧力において
気体の高排気速度化が達成されることとなる。

さらに、上記渦流形圧縮ポンプ（15）の主流路（12）内
に導入されて圧縮により発熱した気体は、該主流路（1
2）を循環して吐出される間に円環状薄肉壁部（11d）を
介して主流路（12）を取り囲むように設けられた円環状
中空部（13）内の冷却流体に上記薄肉壁部（11d）を経
て効率良く放熱される。

つまり、上記中空部（13）は主流路（12）の全周を薄肉
壁部（15c）を隔てて取り囲んでいることから、伝熱面
積が可能な限り拡大されて主流路（12）全体が一気に冷
却され、しかも伝熱面積部分の壁厚が薄いことにより熱
伝達抵抗の低減と相俟って圧縮により発熱した気体が速
やかに冷却される。

このため、気体の圧縮変化がポリトロープ圧縮になるこ
となく等温圧縮になされて圧縮に要する仕事量の低減化
が図られることとなる。

また、上述の如くハウジング（11）を構成したことか
ら、圧縮気体冷却用の装置を別途に付設する必要がな
く、よって渦流形圧縮ポンプの大形化が回避されること
となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る複合真空ポンプを示し、
（１）は、例えば図示しない半導体製造装置の真空室側
に開放される吸込口（２）が上面に、大気側に開放され
る吐出口（３）が下部側面にそれぞれ設けられた円筒状
のケーシング、（４）は該ケーシング（１）の底面側に
配置された，ロータ（4a）とステータ（4b）とからなる
駆動用モータ、（５）は上記ケーシング（１）内の中心
部上下方向に配置され、上記駆動用モータ（４）の駆動
により回転せしめられる回転軸であって、該回転軸
（５）はこれと回転一体に外嵌合された円筒状のボス部
材（６）を備えてなる。

上記回転軸（５）の上端には、本発明の特徴の１つとし
て、立形式ねじ溝形圧縮ポンプ（９）が配置されてい
る。該ねじ溝形圧縮ポンプ（９）は、上記回転軸（５）
上端に回転一体に取り付けられ、かつディスク部（7c）
下面外周部に所定間隔をあけて一体形成された外側円筒
部（7a）と内側円筒部（7b）とを有する円筒状ロータ
（７）を備えてなる。一方、上記ロータ（７）に対応す
るケーシング（１）内周面には、上記ロータ（７）の外
側および内側円筒部（7a），（7b）と相対的に嵌合す
る，外側ステータ部（8a）と内側ステータ部（8b）とを
有するステータ（８）が配置されている。そして、上記
外側ステータ部（8a）は、ロータ（７）の外側円筒部
（7a）外周面に近接したねじ溝（17a）を有しており、
上記駆動用モータ（４）を始動させて上記ロータ（７）
を回転させることにより、上記吸込口（２）を介して吸
い込まれた真空室内の気体を上記外側ステータ部（8a）
のねじ溝（17a）に導入して該ねじ溝（17a）に沿って下
方に旋回移送させつつ圧縮し、上記内側ステータ部（8
b）の後述する開口部（19），（19），…より次段圧縮
ポンプである渦流形圧縮ポンプ（15）側に吐出するよう
になされている。

また、上記内側ステータ部（8b）は上記外側円筒部（7
a）と内側円筒部（7b）との間に嵌合せしめられて、外
側円筒部（7a）内周面と内側円筒部（7b）外周面とにそ
れぞれ近接して配置された外側および内側ねじ溝（17
b），（17c）を有し、かつ内側ステータ部（8b）の下端
部には、上記ロータ（７）の外側円筒部（7a）先端（下
端）に対応するよう円周方向に延びる複数の長孔状開口
部（19），（19），…が形成されている。一方、上記ロ
ータ（７）のディスク部（7c）の外周部には、上記ステ
ータ（８）の内側ステータ部（8b）先端（上端）に対応
するよう円周方向に延びる複数の長孔状開口部（18），
（18），…が形成されている。そして、上述の如く吸込
口（２）を介して吸い込まれた真空室内の気体を上記デ
ィスク部（7c）の各開口部（18）を介して上記内側ステ
ータ部（8b）の外側および内側ねじ溝（17b），（17c）
に同時に分岐導入してそれぞれ該両ねじ溝（17b），（1
7c）に沿って下方に旋回移送させつつ圧縮し、上記外側
ねじ溝（17b）側の気体を内側ステータ部（8b）の上記
各開口部（19）より、かつ上記内側ねじ溝（17c）側の
気体を内側ステータ部（8b）内側下端よりそれぞれ渦流
形圧縮ポンプ（15）側に同時に吐出するようになされて
いる。

このように、上記駆動用モータ（４）の始動により、上
記ロータ（７）を回転させ、この回転によって上記真空
室内の気体を吸込口（２）を介してケーシング（１）内
に吸い込んで上記ステータ（８）の各ねじ溝（11a）〜
（11c）内に同時に導入し、次段の渦流形圧縮ポンプ（1
5）側に吐出する，気体流れ方向と直交する横方向に並
列する配置された３段の並列ポンプ段からなる立形式ね
じ溝形圧縮ポンプ（９）が構成されている。

一方、上記ボス部材（６）の上下方向中程には、上下一
対の羽根車（10），（10）が所定間隔をあけて水平に配
置されている一方、上記ケーシング（１）内周面には上
記両羽根車（10），（10）に対応して上下一対の円環状
ハウジング（11），（11）が水平に支持形成されてい
る。本発明の今１つの特徴として、該各ハウジング（1
1）は上記各羽根車（10）設置位置付近で上下に２分割
に構成され、内部には、羽根車（10）の多数の羽根（10
a），（10a），…が臨み、この各羽根（10a）の回転動
作により上記ねじ溝形圧縮ポンプ（９）から導入された
圧縮気体を循環せしめる円環状主流路（12）と、該主流
路（12）を取り囲むように設けられ、水等の冷却流体を
循環せしめる上下２つの冷却流体循環用の円環状中空部
（13），（13）とが円環状薄肉壁部（11d）によって区
画されている。そして、上記各ハウジング（11）には、
第２図および第３図に示すように、ハウジング（11）に
形成された吸込通路（11b）および吐出通路（11c）間の
主流路（12）を分断するようにストリッパ部（11a）が
形成されていて、上記吸込通路（11b）から吸い込まれ
た気体と吐出通路（11c）から吐出される気体とが合流
しないようになされている。

また、上記各ハウジング（11）の主流路（12）には、上
記駆動用モータ（４）の始動により回転する羽根車（1
0）の外周に近接して気体の流れをガイドする円環状ガ
イド部材（14）がその中心を上記羽根車（10）の回転軸
心に対応せしめて配置されている。そして、上記各ハウ
ジング（11）の吸込通路（11b）から主流路（12）内に
吸い込まれた気体を吐出通路（11c）より吐出する間に
上記ガイド部材（14）周りに適数回螺旋運動せしめると
ともに、その回数だけ上記羽根車（10）を横断せしめて
その都度羽根車（10）から運動エネルギを受け取るよう
にした２段のポンプ段からなる渦流形圧縮ポンプ（15）
が構成されている。

なお、上記ケーシング（１）側壁の各ハウジング（11）
に対応する部位には、該各ハウジング（11）の上記中空
部（13），（13）に各々連通する上下２本の冷却流体供
給用筒部材（16a），（16a）が半径方向外側に突設され
ている一方、該両筒部材（16a），（16a）の反対側には
冷却流体環流用筒部材（16a），（16b）が突設されてい
て、各供給用筒部材（16a）からそれぞれ導入された冷
却流体を上記各中空部（13）を循環せしめた後、各環流
用筒部材（16b）より外部に排出して上記各供給用筒部
材（16a）に環流するようになされている。

次に、このように構成された本実施例に係る複合真空ポ
ンプの作動について説明する。

まず、駆動用モータ（４）が始動すると、ねじ溝形圧縮
ポンプ（９）および渦流形圧縮ポンプ（15）が共に起動
し、真空室の気体が吸込口（２）からケーシング（１）
内に吸い込まれる。この吸い込まれた気体は、まず、上
記ねじ溝形圧縮ポンプ（９）のロータ（７）の回転動作
により、外側ステータ部（8a）のねじ溝（17a）と、上
記ロータ（７）のディスク部（7c）の各開口部（18）か
ら内側ステータ部（8b）の外側および内側ねじ溝（17
b），（17c）とにそれぞれ同時に導入され、該各ねじ溝
（17a）〜（17c）を下方に向かって螺旋運動する。そし
て、上記外側ステータ部（8a）のねじ溝（17a）および
内側ステータ部（8b）の外側ねじ溝（17b）の気体は、
共に内側ステータ部（8b）の各下端開口部（19）より、
かつ内側ステータ部（8b）の内側ねじ溝（17c）の気体
は内側ステータ部（8b）内側下端より、渦流形圧縮ポン
プ（15）の上側のハウジング（11）の吸込通路（11b）
から上部主流路（12）内にそれぞれ導入される。

次に、上記上部主流路（12）内に導入された気体は、上
下の中空部（13），（13）内を循環する冷却流体によっ
て冷却されつつ上部主流路（12）を循環し、吐出通路
（11c）より下側のハウジング（11）の吸込通路（11b）
に排出され、上記と同様に下部主流路（12）を循環して
吐出通路（11c）よりケーシング（１）の下部に排出さ
れた後、該ケーシング（１）の吐出口（３）より大気中
に排出される。

このときの到達真空度と排気量との関係を、円筒状ロー
タの外周面にねじ溝を形成した従来の立形式ねじ溝形圧
縮ポンプと本実施例と同様に構成された渦流形圧縮ポン
プとを併用した比較例と共に第４図に示す。このデータ
によると、実線にて示す本実施例の方が破線にて示す比
較例よりも同一排気量で真空度が高くなっていることが
判る。

このように本実施例では、吸込口（２）を介してねじ溝
形圧縮ポンプ（９）内に導入された真空室内の気体は、
外側ステータ部（8a）のねじ溝（17a）、内側ステータ
部（8b）の外側および内側ねじ溝（17b），（17c）に同
時に旋回移送されつつ圧縮されることから、その配置ス
ペースを可及的に少なくし得、これにより装置の小形化
を図ることができる。

さらには、上述の如くすることにより、吸込口（２）か
ら吸い込まれた真空室内の気体の吸込抵抗を低く抑えた
状態でその吸込量を大幅に増大せしめ得、これにより短
時間に効率良く所定の圧力まで減圧せしめかつ一定の吸
込圧力の状態において気体の高排気速度化を達成するこ
とができる。

さらに、上記渦流形圧縮ポンプ（15）の各主流路（12）
内を循環して圧縮される気体は、この間、圧縮により発
熱するが、ハウジング（11）の中空部（13），（13）を
循環する冷却流体によって熱が奪われる。

つまり、上記中空部（13），（13）が主流路（12）の全
周を薄肉壁部（11d），（11d）を隔てて取り囲んでいる
ので、伝熱面積を可能な限り拡大することができて主流
路（12）全体を一気に冷却でき、しかも伝熱面積部分の
壁厚が薄いことによる熱伝達抵抗の低減と相俟って圧縮
により発熱した気体を速やかに冷却することができる。
このため、気体の圧縮変化がポリトロープ圧縮になるこ
となく等温圧縮になされて圧縮に要する仕事量の低減化
を図ることができる。

また、上述の如く各主流路（12）周りに上下２つの圧縮
気体冷却用中空部（13），（13）を形成したことから、
従来、ケーシング（１）内におけるハウジング（11）周
りのデッドスペース化していた空間を有効に活用し得、
これにより圧縮気体冷却用の装置を別途に付設する必要
がなく、よって渦流形圧縮ポンプ（15）の大形化を回避
することができる。

また、上記実施例では、渦流形圧縮ポンプ（15）におけ
る各ハウジング（11）の主流路（12）には、ガイド部材
（14）が配置されていることから、各主流路（12）に導
入された気体は、上記各ガイド部材（14）にガイドされ
てその周りをスムーズに適数回螺旋運動し、その回数だ
け上記羽根車（10）を効率良く横断してその都度羽根車
（10）から運動エネルギを受け取り、これにより上記渦
流形圧縮ポンプ（15）内における気体の流れがスムーズ
になされてその圧縮比を一段と高めることができる。

なお、上記実施例では、ねじ溝形圧縮ポンプ（９）のロ
ータ（７）を外側および内側円筒部（7a），（7b）の２
段に、かつステータ（８）を外側および内側ステータ部
（8a），（8b）の２段にそれぞれ構成したが、これに限
らず、例えば各々３段以上であってもかまわないことは
いうまでもない。

また、上記実施例では、ステータ（８）の外側および内
側ステータ部（8a），（8b）にねじ溝（17a）〜（17c）
を形成したが、これに限らず、例えばロータ（７）の外
側および内側円筒部（7a），（7b）にねじ溝を形成する
ことも採用可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ケーシング
（１）内の吸込口（２）側に配置されたねじ溝形圧縮ポ
ンプ（６）のねじ溝（17a）〜（17c）を半径方向に並列
に配置し、しかも吸込口（２）を介して吸い込まれた真
空室内等の気体を上記各ねじ溝（17a）〜（17c）に同時
に導入するようにしたので、その配置スペースを可及的
に少なくし得、これにより装置の小形化を図ることがで
きる。

さらには、上述の如くすることにより、吸込口（２）か
ら吸い込まれた真空室内等の気体の吸込抵抗を低く抑え
た状態でその吸込量を大幅に増大せしめ得、これにより
短時間に効率良く所定の圧力まで減圧せしめかつ一定の
吸込圧力の状態において気体の高排気速度化を達成する
ことができる。

また、上記ケーシング（１）内の吐出口（３）側に配置
された渦流形圧縮ポンプ（15）の主流路（12）を円環状
薄肉壁部（11d）を介して圧縮気体冷却用の円環状中空
部（13）で取り囲んだので、ハウジング（11）内で圧縮
されることにより発熱する気体の熱を、この気体がハウ
ジング（11）内を循環して吐出される間に上記中空部
（13）内の冷却流体に短時間に効率良く放熱し得、これ
により気体の圧縮変化がポリトロープ圧縮になることな
く等温圧縮になされて圧縮に要する仕事量の低減化を図
ることができる。

また、上述の如く主流路（12）周りに圧縮気体冷却用中
空部（13）を設けたので、圧縮気体冷却用の装置を別途
に付設する必要がなく、よって渦流形圧縮ポンプの大形
化を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る複合真空ポンプを示す縦断正面
図、第２図は第１図のII−II線における断面図、第３図
はハウジング部分を第１図とは別の角度から見て示す縦
断側面図、第４図は本実施例および比較例における到達
真空度と排気量との関係を示すデータである。 （１）……ケーシング、（２）……吸込口、（３）……
吐出口、（７）……ロータ、（7a）……外側円筒部、
（7b）……内側円筒部、（7c）……ディスク部、（８）
……ステータ、（8a）……外側ステータ部、（8b）……
内側ステータ部、（９）……ねじ溝形圧縮ポンプ、（1
0）……羽根車、（10a）……羽根、（11）……ハウジン
グ、（11d）……薄肉壁部、（12）……主流路、（13）
……中空部、（14）……ガイド部材、（15）……渦流形
圧縮ポンプ、（17a）〜（17c）……ねじ溝、（18），
（19）……開口部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸込口（２）と吐出口（３）とが設けられ
   たケーシング（１）内の上記吸込口（２）側にねじ溝形
   圧縮ポンプ（９）を、上記吐出口（３）側に渦流形圧縮
   ポンプ（15）をそれぞれ配置した複合真空ポンプであっ
   て、 上記ねじ溝形圧縮ポンプ（９）は、複数の内外円筒部
   （7a），（7b）を有するロータ（７）と、該ロータ
   （７）の上記内外円筒部（7a），（7b）と相対的に嵌合
   する複数の内外ステータ部（8a），（8b）を有するステ
   ータ（８）とを備えてなり、 かつ上記ロータ（７）の内外円筒部（7a），（7b）およ
   び内外ステータ部（8a），（8b）のいずれか一方には、
   他方の内外周面に近接したねじ溝（17a）〜（17c）が形
   成され、 さらに、上記ロータ（７）のディスク部（7c）には、上
   記ステータ（８）の内側ステータ部（8b）先端に対応す
   るよう開口部（18）が形成されている一方、ステータ
   （８）には、ロータ（７）の外側円筒部（7a）先端に対
   応するよう開口部（19）が形成され、 一方、上記渦流形圧縮ポンプ（15）のハウジング（11）
   の内部には、羽根車（10）の多数の羽根（10a），（10
   a），…が臨み、この各羽根（10a）の回転動作により上
   記ねじ溝形圧縮ポンプ（９）から導入された圧縮気体を
   循環せしめる円環状主流路（12）と、該主流路（12）を
   取り囲むように設けられ、冷却流体を循環せしめる円環
   状中空部（13）とが円環状薄肉壁部（11d）によって区
   画されていることを特徴とする複合真空ポンプ。