JPS6238899A - ねじ溝式真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）産業上の利用分野 本発明はＩＣ及び半導体の製造等における薄膜形成の使
用に好適なねじ溝式真空ポンプに関する。

（２）従来の技術 従来のねじ渦式ポンプは、元来モレキュラードラッグポ
ンプと呼ばれ、主として自由分子流領域において使用す
ることを目的として開発されたもので、第４図示の如く
固定子（１）内に間隙を存して回転するように設けた回
転子（２）の外周面に形成したねじ溝（４）の傾斜角α
を小さくすることにより周速Ｕの溝に沿う成分■をでき
るだけ大きくし、同時に回転子（２）の山部（５）と固
定子（１）との前記間隙δをできる限り小さくし、さら
に山部（５）の幅を広くして該間隙を通る漏れ流量を滅
らす事により高い圧縮比を得ようという考え方に基づい
て設計がなされており、前記間隙δについては例えばホ
ルベツクのねじ溝型の高真空分子ポンプに関する特開昭
４９−１２８３０６号公報によればδが０．０４ｍｍ、
又沢田のねじ溝付軸流分子ポンプに関する特公昭４７−
３３４４６号公報によればδが０．１ｍｍと小さい。

これは上述の理由により、従来の考え方ではδが０．１
ｍｍ以下というような極めて小さなものでないと実用的
な性能を有する真空ポンプの製作が不可能であった為で
あった。

（３）発明が解決しようとする問題点 近年ＩＣ及び半導体の製造をはじめとする薄膜応用工業
の発展にともない、１　”　１０００　ＰｃＬ程度の圧
力範囲で使用可能な、清浄で排気速度の大きい真空ポン
プの開発が望まれるようになった。

ところが従来のねじ構成ポンプによれば前記山部（５）
の幅が大であるため前記ねじ溝（４）の幅が小となり、
かくて排気速度は非常に小さく、前記広範囲の圧力（１
〜１０００Ｐａ）において多量のガスを排気する真空ポ
ンプとしては使用できない問題点があった。

又間隙δが前述のように小さいと、製造峙、加工寸法に
非常なる精密さが要求されるばかりでなく、固型物の吸
引や高速回転時に生じる遠心力による回転子（２）の伸
び、あるいは高温の気体や多量の気体を圧縮排気する際
に生じる回転子（２）その他者構成部品の熱膨張による
接触の危険があった。

たとえば第４図に示すねじ溝穴真空ポンプにて外径２０
０ｍｍのアルミニウム合金製円筒回転子を２４００Ｏｒ
ｐｍで回転させた詩の遠心力による外径の伸びは直径で
０．４ｍｍに及び、又回転子（２）の温度が８０＠Ｃ上
昇すると、その外径の熱膨張による伸びは直径で０゜４
ｍｍである。

この様に寸法変化の大きな部品を用いながら運転中のδ
を０．１ｍｍ以下のある値に保つ事は非常に困難であり
、これによって回転子の材質や寸法、形状及び回転数が
大きな制限を受けていた。

又ねじ溝穴真空ポンプの軸受に磁気軸受を用いようとし
ても、タッチダウン軸受のクリアランスを数７１００ｍ
ｍと小さなねじ溝穴真空ポンプの間隙δより小さくしな
ければならず、磁気軸受の採用が不可能である等の種々
の問題点があった。

そこでねじ溝内の流れと山部分の流れを連立させて取り
扱うことにより、すきまを通る漏れ流量をも考慮に入れ
た回転子と固定子間の流路におけるガスの流れを１硫に
把握した結果、従来よりねじ溝傾斜角を大きく、山中を
小さくして吸込側のねじ溝の断面積を大きくすることに
より、軸方向流量すなわち排気速度を飛躍的に増大する
ことができ、これにより間隙をかなり大きくしても充分
な圧縮性能が得られる実用的な形状、寸法のねじ溝穴真
空ポンプの設計が可能なことが確められた。

本発明はこのようなねじ溝穴真空ポンプを提供すること
を目的とする。

（４）問題点を解決するための手段 この目的を達成すべく本発明は、回転子の静止時固定子
と回転子との間隙が該回転子の直径の０．００２５〜０
．００５５倍であることを特徴とする。

（５）作用 間隙を従来のポンプの間隙よりも拡げても、多量のガス
を排気でき、しかも広範囲 （ｌ〜１００ＯＰ＾）の真空が得られる。

（６）実施例 本発明の実施例を第１図に従って説明する。

（１）はねじ溝穴真空ポンプの円筒状の固定子、（２）
は該固定子（１）内に間隙（３）を存して設けた回転子
を示し、該回転子（２）の外周面にねじ状溝（４）が形
成されている。

そこで、前記回転子（２）を回転させた場合の溝（４）
内の流れと数構（４）間の山部（５）の漏れ流れとを連
立させて解析すると、回転子（２）の軸方向（第１図の
更座標）の圧力勾配（以下、単に圧力勾配と記述）と該
軸方向流量の関係は。

で与えられる。

ここで、 Ｋ１：気体の平均自由行程λと、溝深さｈと間隙δとの
和であるρとから算出される値に□＝ｂ／入で圧力に比
例する量であり、以下では無次元圧力と呼ぶ。

鈴無次元軸方向長さ、Ｂ＝Ｕ／ｂ、尚Ωは軸方向長さ。

６：無次元回転子周速、Ｕ＝ｖ／Ｌ［ｊ−Ｆシ／臂−０
尚、Ｕは回転子の周速、Ｒは一般ガス定数、Ｔは給体温
度、Ｍは分子量。

Ｗ：無次元流量、Ｗ＝Ｑ乙Ｆ鉢に１．尚、Ｑは流量、川
は気体の粘度。

α：ねじ溝傾斜角。

β：すきま係数。β：（δ＋ｈ）／δ＝ｂ／δ。

ε：溝幅係数。ε＝ａ／（ａ＋ｄ）、尚、ａは溝幅、ｄ
は山部幅。

ξ：溝断面係数、ξ＝ａ／（δ＋ｈ）＝ａ／ｂ。

Ｆ　＝（１−ε）　　（’ｊ′Ｐ（Ｑｖ　＋　’ｉ’ｖ
　　ｒ＋−）Ｈ−（１−ε）（ｑ′Ｆ（も＋ｑ；、）十
ｒ、（弄（、−２９７十ｒρ） し＋　ｑ、’、　＋　ｒｐ　＊　％　＊　’ｌ’ｐ　ｒ
　”ｆ　　は幾何学ノ々ラメータついては理化学研究所
発行の科学論文ｒＳＣＩＥＮ−ＴＩＦＩＣＰＡＰＥＲ９
ＯＦ　ＴＨＥ　ｌＮ５Ｕ↑ＩＴＵＴＥ　ＯＦ　ＰＨＹＳ
ＩＣＡＬＡＮＤ　　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　　ＲＩＪＥＡＲ
ＣＨ，ロｅｃｅｓｂｅｒ、　　１８７Ｂ、Ｖｏｌ。

７０、　Ｎｏ、４　Ｊの論文ｒＲａｒｅｆｉｅｄ　Ｇａ
ｓ　Ｆｌｏｗ　ｉｎ　ａＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒ　Ｇｒ
ｏｏｖｅ　Ｆａｃｉｎｇ　ａ　Ｍｏｖｉｎｇ　ｗａｌｌ
　Ｊに示されている。

次に、式（ｉ）をねじ溝の傾斜角αで微分となる。

ある無次元圧力ＫＸの時、種々の幾何学パラメータξ、
ε、βの値に対して式（ｉ　ｉ）より圧力勾配最大の最
適なα叩を求め、そのα’Ｐに対する圧力勾配を式（ｉ
）により求めることができる。

第２図では２つの幾何学パラメータξ、ε及び圧力に！
を固定し、残りの１つの幾何学パラメータβを変化させ
た場合の圧力勾配の変化を種々の流量゛について示して
いる。第２図より圧力勾配はβが大きい程大きくなって
いる。この傾向はξ＝４．ε＝０．９．に１＝４０なる
組合せ以外の場合でも同様である。

基準長すを１０ｍｍとして第２図の横軸をβからすきま
δに変えて書きなおしたものを第３図に示す。

第３図よりδの減少に応じて圧力勾配は増加するが、少
しでも流量がある場合はδがある程度以下になると圧力
勾配の増加は顕著ではなくなる。

一方、前述の薄膜応用工業分野にて要求されるねじ溝式
真空ポンプの排気性能は、回転子直径２００ｍｍ、回転
数２４００Ｏｒｐｍの場合、排気速度５０〜３ｏｏ１／
ｓである。この場合、吸入口のＷ／Ｕは０．３２〜０．
１８とと所望の真空度が得られない。従って第３図にか
０．２となる交点のδの値０．９ｍｍが上限となる。

０．３ｍｍ以下にしたところで圧力勾配の増加は顕著で
なく、前述の回転子の熱膨張による回転子と固定子の接
触の危険が付加される。従ってδは０．３ｍｍが下限と
なる。

ここで、これらδの値は運転中のものであり、前述の如
く外径２００ｍｍのアルミニウム合金製円筒の回転子を
２４００Ｏｒｐｍで回転させたとき、遠心力による外径
の伸びは直径で０．４ｍｍ即ち半径で０．２ｍｍに及ぶ
から、静止時のδ。は０．３＋０．２＝０．５から０゜
９＋０．２＝１．１の範囲内にあることが好ましい；従
って回転子の直径が２００ｍｍであるから、静止時の間
隙δ。は直径の０．５７２００−０，００２５倍から１
．１７２００＝０．００５５倍の範囲内にあることが好
ましい。尚、前述では直径２００ｍｍの回転子の場合に
ついて示したが、回転子の直径が２００ｍｍ以外のもの
についても該直径と間隙について相似関係にあり、静止
時の間隙δ。は前述と同様に直径の０．００２５倍から
０．００５５倍の範囲内にあることが好ましい。

（７）発明の効果 このように本発明によると回転子の静止時の間隙を該回
転子の直径の０．００２５〜０．００５５倍に拡げても
広範囲の圧力（１−１０００Ｐユ）において多量のガス
排気が１き、しかも固型物の吸引や高速回転時に生じる
遠心力による回転子の伸び、あるいは高温の気体や多量
の気体を圧縮排気する際に生じる回転子他者構成部品の
熱膨張による接触の危険がなくなり、又製造時加工寸法
に非常なる精密さが要求されることがなくなり、薄膜応
用工業分野における好適な真空ポンプとなる効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のポンプの要部の断面図、第２図は種々
の流量における幾何学パラメータβと圧力勾配との関係
のグラフ、第３図は種々の流量における間隙δと圧力勾
配との関係のグラフ、第４図は従来のポンプの要部の断
面図である− （１）・・・固定子　　　（２）・・・回転子（３）・
・・間隙　　　　（４）・・・ねじ状溝（５）・・・山
部 手続補正書　（自発） 昭和６１年　４月２４日 特許庁長官　　宇　賀　　道　部　殿 １、事件の表示 昭和６０年特許願第１７９０４１号 ２、発明の名称 ねじ溝式真空ポンプ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　大阪府大阪市東区北浜３丁目６番地名称　　株式
会社大阪真空機器製作所 代表者　笠　岡　　亥　−部 ４、代理人 〒１０３ 住所　　東京都中央区日本橋小伝馬町 １６番８号　　共同ビル 手交　　（Ｒ＋７Ｒ１ｍＴｍ半　　本　　山　　畑　　
目湘（至）歇も５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄及び図面６、補正の内容 （１）明細書第６頁の下から第１行目のｒノ」を「ｂ」
に補正する。 （２）同書第９頁第４行目の「圧力ＫｚＪ　　を「無次
元圧力ＫＩ」に補正する。 （３）同書第１Ｏ頁第１行目のｒｏ、３２〜０．１８」
をｒＯ，０３２〜０．１８Ｊに補正する。 （４）同書第１１頁第８行目と第９行目との間に下記事
項を挿入する。 記 「尚、本発明は、前述したねじ構分子ポンプ部のみから
なるねじ溝式真空ポンプばかりでなく、ターボ分子ポン
プ部とねじ構分　　　　　□子ポンプ部とを一体化した
複合分子ポンプの該ねじ構分子ポンプ部にも適用可能で
ある。 （５）図面の第３図を別紙のとおり補正する。 （６）図面の第４図を別紙のとおり補正する。 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒状の固定子と該固定子内にこれと間隙を存して設け
   た円柱状の回転子とからなり、該固定子の内周面又は回
   転子の外周面にねじ状溝が形成されており、該回転子を
   回転させることにより排気を行うねじ溝式真空ポンプに
   おいて、該回転子の静止時前記間隙が前記回転子の直径
   の０．００２５〜０．００５５倍であることを特徴とす
   るねじ溝式真空ポンプ。