JPH0759955B2 - 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、主に半導体製造部門等での使用に好適なネジ
溝を有した真空ポンプに関する。

（従来の技術） 従来、ネジ溝を有した真空ポンプは、特公昭47−33446
号公報等により古くから知られ、かつ、第６図に示すよ
うに、ポンプハウジング（Ｈ）に、円筒外面をもつ回転
内筒（Ｒ）と、内周面にら旋状のネジ溝（Ｍ）を形成し
た静止外筒（Ｆ）を内装し、回転内筒（Ｒ）の高速回転
により、ネジ溝（Ｍ）に沿って吸気口（Ｊ）から排気口
（Ｋ）に向けて真空引きを行うようにしている。

尚、図示のものは、ネジ溝（Ｍ）の前段に、円周上に、
複数の羽根（ｘ）をもつ動翼（Ｘ）と、同じく円周上に
複数の羽根（ｙ）をもつ静翼（Ｙ）とを交互に積層した
軸流形ポンプ要素（Ｔ）を併用し、該ポンプ要素（Ｔ）
で主として排気速度をかせぐようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、この種真空ポンプにおけるネジ溝（Ｍ）の深
さは、目標真空度つまり吸気側と排気側との間で確保し
得る差圧と、その真空度を達成するまでの時間つまり排
気速度との二面から最適化する必要がある。

しかし、上記のものでは、ネジ溝（Ｍ）は静止外筒
（Ｆ）の上下に沿って一定深さに形成されているため、
上記差圧と排気速度との二つの特性を共に良好ならしめ
ることは困難である。

すなわち、第５図に示すモデルで、シミュレーションを
行った結果、差圧を確保するにはネジ溝（Ｍ）の深さ
（Ｂ）は浅い方が好ましいが、排気速度を確保するには
逆に溝深さ（Ｂ）は深い方がよく、差圧又は排気速度の
一方を確保すると他方は犠牲にされることになる。尚、
このシミュレーションでは、回転内筒（Ｒ）側にネジ溝
（Ｍ）を設けたが静止外筒（Ｆ）側に設ける場合と基本
的な差異はない。

本発明の目的は、ネジ溝深さを工夫し、圧縮比及び排気
速度を共に良好ならしめ、主として半導体製造部門等で
要求される中真空域（0.1〜0.3Torr付近）から化真空域
（10−²Torr以下）にわたる広い範囲での使用に好適な
真空ポンプを提供するにある。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明では、吸気口（２）と排気口（３）との
間に、回転内筒（５）と静止外筒（６）とを備え、一方
にネジ溝（４）を形成したネジ溝形ポンプ要素（７）を
配設した真空ポンプにおいて、前記ネジ溝（４）の深さ
を、吸気側で深く、排気側で浅く、しかも、筒高さに対
する深さ変化が吸気側で大きく、排気側で小さい、指数
Ｎ＝1.5〜2.5の範囲のＮ次曲線近似で形成することとし
た。

（作用） 吸気側の深いネジ溝（４）では主として排気速度をかせ
ぐことができ、又、排気側の浅いネジ溝（４）では主と
して圧縮比を確保でき、全体として、中真空域（0.1〜
0.3Torr付近）から高真空域（10−²Torr以下）にわたる
広い範囲の真空度に早く到達させることができるのであ
る。

（実施例） 第１図において、（１）は概略円筒を呈するポンプハウ
ジングであり、上部に設ける吸気口（２）と下部に設け
る排気口（３）との間に、外周部にら旋状のネジ溝
（４）を形成した回転内筒（５）と、該内筒（５）の外
周面に近接する内周面をもつ静止外筒（６）とを備える
ネジ溝形ポンプ要素（７）を配設し、前記回転内筒
（５）をモータ（８）の駆動軸（９）に結合し、かつ、
前記排気口（３）にロータリー式等の粗引ポンプ（10）
を接続して、前記モータ（７）と粗引ポンプ（10）との
併用運転で、吸気口フランジ（11）に取付ける半導体ウ
エハ等のチャンバー（12）内の真空引きを行うようにし
たものである。

尚、第１図中、（13）は上下軸受（14）（15）に供給す
る潤滑油の油留め、（16）はオイルピックアップであ
る。

以上の構成において、前記ネジ溝（４）の深さを、下記
シミュレーション結果に基づいて、上部の吸気側で深
く、又、下部の排気側で浅く、しかも、筒高さに対する
深さ変化が吸気側で大きく、排気側で小さい、指数Ｎ＝
1.5〜2.5の範囲のＮ次曲線、すなわち、二次曲線若しく
はこれに近い曲線に沿わせるようにする。以下シミュレ
ーション結果に基づいて説明する。

第２図は、ネジ溝（４）の深さ（Ｂ）を、回転内筒
（５）のボトムから距離をＸとおいて、次式で表示す
るＸの指数関数で近似し、指数Ｎを変えたときのネジ溝
（４）の幾何学的形状から計算される最大排気速度（l/
s）と最大差圧（Pa）との関係をシミュレーションした
ものである。

Ｂ（Ｘ）＝（Bin−Bout）（X/L）^Ｎ＋Bout …… ここで、Bin;入口側の溝深さ Bout;出口側の溝深さ L;回転内筒の全長 これによれば、Ｎ＝1.5〜2.5で変曲点があり、差圧及び
排気速度を共に高い値にするには、この範囲で溝深さを
形成するのが好ましいことがわかる。

実際の排気では、排気口（３）に粗引ポンプ（10）が接
続され、このポンプ（10）の能力（Sc）によって排気流
量が規制されることになるため、該ポンプ能力（Sc）を
考慮して検討を加えてみることとする。第３図は、粗引
ポンプ（10）の能力（Sc）を60/m＝１/sとした場合
の圧力（Ｐ）対排気流量（Ｑ）及び排気速度（Ｓ）の関
係を表したシミュレーション結果である。

ここに、粗引ポンプ（10）の能力（Sc）と圧力（Ｐ）と
の積（Ｐ・Sc）が、ネジ溝（４）の出口側に確保し得る
流量（一点鎖線ａ）となる、この直線（ａ）上の任意の
流量（Qo）に対する圧力値（Po）から、ネジ溝（４）の
形状に基づいて出入口間に確保し得る差圧（ΔＰ）分を
減じた圧力値（Pi）が、ネジ溝（４）の入口側圧力とな
るわけである。従って、この入口側圧力（Pi）での上記
流量（Qo）が実際の排気流量（Ｑ）となるのであり、
又、排気流量（Ｑ）を圧力（Ｐ）で除した値が排気速度
（Ｓ）となるわけである。

この例では、ネジ溝（４）を決める指数（Ｎ）を２とし
た場合であるが、該指数（Ｎ）を0.5,1,1.5,2.5,3と変
化させて同様のシミュレーションを行った結果、該指数
（Ｎ）の変化に対する圧力（Ｐ）と排気速度（Ｓ）との
関係が下の第１表に示すように得られた。

第１表により、指数（Ｎ）の増加に伴い、低真空域（0.
3〜1Torr付近）での排気速度（４）は増加するが、高真
空域（10−²Torr以下）では逆に排気速度が低下するこ
ととなる。又、0.1Torr付近の中真空域では指数（Ｎ）
が1.5〜2.5で排気速度（Ｓ）は極大となる。排気速度
（Ｓ）が大きい程、目標とする真空域への到達時間が短
縮できるため、使用する真空域に合わせて指数（Ｎ）を
選定するのが理想的であるということができるが、コス
ト面及び汎用性の面より得策でない。従って、半導体製
造部門でのエッチングやCVD等での使用域すなわち中真
空域（0.1〜0.3Torr付近）をカバーし、更に、高真空域
（10−²Torr以下）でも比較的高い排気速度の得られ
る、指数Ｎ＝1.5〜2.5程度を選択するのが好ましく、第
２図に示した結論と同じくネジ溝（４）は二次曲線を中
心とした曲線近似とするのが好ましいということになる
のである。

以上の実施例は、ネジ溝形ポンプ要素（７）を単独に備
えるものに適用したが、第４図に示すように、複合形の
ものにも同様に適用できる。このものは、吸気口（２）
側に、動翼（21）及び静翼（22）を交互に多段積層した
軸流形ポンプ要素（20）を配設し、動翼（21）を支持す
るロータ（23）の下方側スカート部（50）を回転内筒
（５）として利用し、該内筒（５）にネジ溝（４）を設
けたものである。この場合にも、ネジ溝（４）を、上記
吸気側で深く、下部排気側で浅くなるよう二次曲線若し
くはこれに近い曲線で近似するのであり、これにより、
吸気側で主として排気速度をかせぐことができ、排気側
で主として差圧を確保することができて、全体として排
気性能を向上することができるのである。

（発明の効果） 以上本発明では、吸気口（２）と排気口（３）との間
に、回転内筒（５）と静止外筒（６）とを備え、一方に
ネジ溝（４）を形成したネジ溝形ポンプ要素（７）を配
設した真空ポンプにおいて、前記ネジ溝（４）の深さ
を、吸気側で深く、排気側で浅く、しかも、筒高さに対
する深さ変化が吸気側で大きく、排気側で小さい、指数
Ｎ＝1.5〜2.5の範囲のＮ次曲線近似で形成することとし
たから、吸気側の深いネジ溝（４）では主として排気速
度をかせぐことができ、又、排気側の浅いネジ溝（４）
では主として圧縮比を確保でき、全体として中真空域
（0.1〜0.3Torr付近）から高真空域（10−²Torr以下）
にわたる広い範囲の真空度に早く到達させることがで
き、特に半導体製造部門でのエッチングやCVD等の使用
に好適なものとなし得るに至ったのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明真空ポンプの縦断面図、第２図はネジ溝
形状を変えた場合の最大排気速度と最大差圧との関係を
示す図、第３図は粗引ポンプ能力を考慮した場合の圧力
対排気速度及び排気流量の関係を示す図、第４図は他の
実施例を示す縦断面図、第５図はネジ溝深さを均一とし
た場合であって該ネジ溝深さを変えた場合の最大排気速
度と最大差圧との関係を示す図、第６図は従ポンプの縦
断面図である。 （２）……吸気口 （３）……排気口 （４）……ネジ溝 （５）……回転内筒 （６）……静止外筒 （７）……ネジ溝形ポンプ要素

フロントページの続き (72)発明者 谷口 文一 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (56)参考文献 特開 昭50−48512（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−155297（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−182394（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気口（２）と排気口（３）との間に、回
   転内筒（５）と静止外筒（６）とを備え、一方にネジ溝
   （４）を形成したネジ溝形ポンプ要素（７）を配設した
   真空ポンプにおいて、前記ネジ溝（４）の深さを、吸気
   側で深く、排気側で浅く、しかも、筒高さに対する深さ
   変化が吸気側で大きく、排気側で小さい、指数Ｎ＝1.5
   〜2.5の範囲のＮ次曲線近似で形成していることを特徴
   とする真空ポンプ。