JPS63105294A - スクロ−ル形真空ポンプ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スクロール形流体機械に係り、特に真空排気
系に好適な無潤滑式真空ポンプに関する。

〔従来の技術〕

従来のスクロール形真空ポンプは、特願昭５９−１８９
５９９号に記載のように、固定スクロール１と旋回スク
ロール２で形成される作動室に対し、真空排気されるガ
スは外周部に設けられた吸入口３から流入し、圧縮され
て中央部の吐出口４から吐出されるようになっている。

このため、運転が長期にわたって行われると旋回スクロ
ールの反ラツプ側空間７も吸入圧力と等しくなるととも
に、作動ガスで充満される（第３図参照）ことになる。

又、他の公知技術として特開昭５３−１１９４１２が挙
げられる。これによると、旋回スクロールの鏡板部２ａ
に連通手段を設け、旋回スクロール背部空間の圧力を１
作動室の中間圧力と等しくし、ガス力によって旋回スク
ロールの挙動を抑え、安定運動を保つ技術が述べられて
いる。

上記いずれの場合も旋回スクロールの背部に駆動機構要
素が配設されており、しかも各駆動要素例えば軸受には
潤滑手段が施こされており、グリースあるいは潤滑油が
設けられている。そし゛Ｃ１機械の運転中は常に、旋回
スクロール背部の空間７が真空排気ガス、つまり作動気
体で充満している状態になっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、無潤滑式真空ポンプに適用する点につ
いて十分な配慮がなされておらず、半導体製造装置など
に使用される各種ガスの耐食性については、なおさら十
分な配慮がなされていなかった。それでも、従来技術の
ままでも構成要素部品については耐食処理を施こすなど
、設計的変更を行うことにより対応可能である。しかし
、軸受潤滑剤等（グリース等）の耐食処理は高価であり
。

従来技術では、軸受や潤滑油の保護はほとんど不可能で
ある。

かかる問題に対して、本発明の目的は、駆動機構要素の
潤滑状態を運転中室に良好に維持するため、真空排気ガ
スが旋回スクロール背部空間７に流入するのを防止する
とともに、真空排気ガスとは異なった不活性ガス、例え
ばＮ２ガスにより旋回スクロール背部空間を満たし、運
転中の潤滑剤の劣化を防止することにある。

他の問題点は、駆動機構要素部の雰囲気圧力が吸入圧力
と等しい真空の圧力となるため潤滑油やグリースの蒸発
現象が誘起され、長期間ポンプを使用すると、軸受潤滑
に供されるグリースの総量が減じて軸受の信頼性が著し
く損なりれることになっていた。この問題に対しては、
できるだけ雰囲気圧力を高くして、油分の蒸発量を少な
くするようにした。この方策は、旋回スクロール千Ｉ部
の圧力を、作動室の中間の圧力とほぼ同等か、それより
わずかに高い圧力に維持するようにしたことである。

さらに、他の問題は、旋回スクロールの背面や周囲が真
空となるため、旋回スクロールに設けた軸受や、旋回ス
クロールの冷却が疎かになることにある。これによる障
害は２つあり、１つは、軸受温度が上昇し、軸受寿命が
低下すること、他の１つは、旋回スクロール自体の温度
上昇によって、旋回スクロールの径方向にも熱膨張が発
生し、こり伸びが１．旋回スクロールの自転を阻止する
ためのピンクランク５を倒すが如きに作用し、旋回スク
ロールの円滑な旋回動作が阻害されるとともにポンプ自
体に異常な振動が誘発され、ひいては軸受に対しても過
大な荷重が作用し、軸受寿命の低下をもたらしていた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、スクロールラップ同志で形成される作動室
で、運転中いかなる主軸回転角においても吸入室に連通
ずることのない作動室１７と、旋回スクロール背部空間
７とを連絡する連通手段１０を旋回スクロール鏡板部２
ａに設けるとともに、さらに、旋回スクロール背部空間
７と外部とを連通させる連通手段１１をケーシング６ａ
に設けである。そして、ポンプ運転中で特にハロゲン系
ガスや活性ガスを真空排気するとき、外部のガス供給源
（図示せず）からＮＺガス等の不活性ガスを供給可能な
ようにしである。これにより、旋回スクロール背部にあ
る駆動機構要部の雰囲気ガスが不活性ガスに置換される
とともに、圧力も作動室の中間の圧力となるため、総合
的にグリース等の潤滑要素が腐食、劣化、減少等機能上
の悪影響を完全に防止できる。そして、さらには、旋回
軸受の周囲にガスの流路を設けるとともに、該軸受の設
置部と作動室とを連通させる手段を設けである。

〔作用〕

ケーシングに設けた連通手段１１は、外部から強制的に
送られるガスを、旋回スクロール背部空間７に直接ある
いは間接的に導入するためのものであり、旋回スクロー
ル鏡板部２ａに設けた連通手段１０ａ、１０ｂは、旋回
スクロール背部空間７の中に充満したガスを作動室１７
へ送り出すためのものである。すなわち、旋回スクロー
ル背部の圧力Ｐｂは、主軸９のいかなる回転角における
作動室の圧力Ｐｓよりも常に高く維持されている。

このため旋回スクロール背部のガスは、運転中室に作動
室１７に流入するので、真空排気ガスが旋回スクロール
背部の空間７へ逆流することはない。

また旋回スクロール背部の圧力が高いため潤滑油あるい
はグリース等の蒸発量を少なく抑えることが可能となる
。さらには連通手段、１０に連通する作動室１７は、主
軸９のいかなる回転角度においても吸入室（ラップの最
外周部に形成される空間）に通じることのない位置とな
っているので、連通孔１０から流入したガスは、吸入口
３の方へ逆流することはなく、真空排気・系上流に対す
る汚染の問題はない、さらに、ガスの供給によってポン
プ自体の排気性能を損なう程の問題も発生しない。

また、旋回スクロール背部では圧力を高く維持できるの
で、置換ガスによる対流冷却作用が働き軸受や、旋回ス
クロールが効果的に冷却される。さらに、該鏡板に設け
た連通手段を介して作動室へ流入した置換ガスは作動室
内で作動排気ガスと混合し作動室内のガスの温度を低下
させる作用をもたらす、また、駆動軸内の偏心部に設け
た流路を通る置換ガスは、旋回軸受及びその周辺をより
効果的に冷却する作用をもっている。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は、無濁式真空ポンプとして適用されるスクロール形
流体機械を示しており、該スクロール真空ポンプは、固
定スクロール１．旋回スクロール２．クランクビン５．
および駆動軸９を主要部として楕成されている。

固定スクロール１は、固定側鎖板１ａとこれに直角方向
に突設された渦巻状の固定側スクロールラップ１ｂとか
らなり、固定側鏡板１ａがケーシング６ａに固定される
とともに、その外周部と中央部にそれぞれ流体の吸入口
３と吐出口４が設けられている。

旋回スクロール２は、旋回側基板２ａと該旋回鏡板から
直角方向に突設された渦巻状の旋回側ラップ２ｂからな
り、該旋回側ラップは前記固定側ラップ１ｂに対して相
対角度１８０度ずらして旋回可能に噛合される。旋回ス
クロール２の中央部に形成したグリース潤滑式軸受１５
には、駆！！１ＩｌｌｌＩ９の先端の偏芯部が装着され
ている。駆動軸９はケーシング６ａに固着したグリース
潤滑式軸受要素１６ａ、１６ｂにより支承されている。

さらに、駆動軸９には、旋回スクロール背部空間７と外
気とのシールを目的に軸封要１４１２、ならびにバラン
スウェイト８が装着されている。また、ケーシング６に
は、グリース潤滑式軸受要素１４を介して、駆動軸９と
同じ偏心量をもったピンクランク５が埋設されており、
該ピンクランクの偏心部が。

旋回スクロール２の鏡板外周部に軸受要素１３を介して
係合され１Ｍ回スクロール２の自転を阻止するようにな
っている。そして、該ピンクランク５は、同一円周上に
複数個配置されていて、それぞれが旋回スクロールの自
転を阻止する役割を果たしている。また、旋回スクロー
ル２の外周部には、該スクロールのスラス１−力を受け
るためのスラスト摺動部材２ｃが配設されておりかつ、
これに対向して、固定スクロール鏡板外周部やケーシン
グ６の端面にそれぞれスラスト受部材１ｃおよび６ｂが
配設されている。不活性ガスの供給を行うためケーシン
グ６ａの側部に連通孔１１、および旋回スクロール鏡板
部２ａに１対の連通孔１０ａ。

１０ｂが設けられている。なお、鏡板部２ａに設けられ
た連通日の出口の作動室１７ａ、および１７ｂは、いず
れの場合でも吸入口３．吐出口４に直接通ずることのな
い圧縮途中の作動室である。

次に第１図の動作について説明する。外部の駆動要素（
図示せず）により、駆動軸９が回転すると、渦巻状ラッ
プによって形成される作動室が中心に向ってその容積を
縮小しながら移動する。これにつれ、作動ガスは外周の
吸入口３から人って、作動室で圧縮されて中央の吐出口
４から排出される。一方、ケーシング６ａに設けられた
連通孔１１を介して、不活性ガス、例えばＮｚガスが所
定の圧力に保たれて、旋回スクロール背部の空間７に流
入する。該空間７の圧力は、第２図に示すように、連通
孔１・Ｏを介して通じている作動室の圧力よりも常に若
干の高い圧力に保たれている。

このため、背部７に流入したＮ２ガスはたえず連通孔１
ｏを通して作動室１７に流入する。この結果、駆動部の
各軸受要素、１３，１４．１５の雰囲気はＮｚガスとな
る。よって、このような動作゛が故に、いかなる腐食性
ガス等を作動排気ガスとして取り扱っても、旋回スクロ
ール背部の各駆動要素部品の雰囲気は、不活性ガス（Ｎ
ｚガス）に置換されるのでポンプ自体の信頼性を高く維
持することができる。

さらに、他の実施例を第３図に従って説明する。

第３図は、スクロールラップで構成されたポンプ要素部
と、電動要素部２３を駆動＠９を介して一体に形成され
、ウォータジャケット２４はケーシング６等でさらに密
閉化したスクロール式密閉型真空ポンプを示したもので
ある。以下、第１図と異なる点を重点に説明する。固定
スクロール１は、中間ケーシング６ａに固定され、渦巻
ラップ部を取り囲むようにウェータジャケット２４ｃを
配置して作動室や渦巻状ラップの発生熱を除去するよう
にしている＃駆動軸９は、その偏心部分を旋回スクロー
ルの中央部に軸受を介して装置され、主部を中間ケーシ
ング６ａに設けた軸受１６ａに係合され、さらに電動要
素２３を装着している。ｆｆｔ動要索２３のステータ側
は、モータケーシング６ｃに固着され、該ケーシング６
ｃはさらに中間ケーシング６ａに結合されている。モー
タケーシング６ｃは、外周部にウォータジャケット２４
ａをそなえているとともに、モータ室に外部からガスを
導入するための連通手段２０を設けている。

また、中間ケーシング６ａには、前記モータ室と旋回ス
クロール背部空間７とを連通させる連通孔２１が設けら
れている。ウォータジャケット２４は、各ケーシング間
で連続しており、冷却水は下部から流入し上部から排出
されるようになっており、各部の発生熱を効果的に冷却
するようになっている。旋回スクロール２の自転防止は
、その外周部で円周上複数個配置されたピンクランク５
によって行われる。

次に、動作について説明する。電動要素２３によって、
旋回スクロール２が駆動されると、真空排気ガスは吸入
口３から流入し、圧縮されて吐出口４から排出される。

このとき、外部から所定の圧力に保たれた不活性のＮ２
ガス等がモータケーシング６ｃに設けられた連通孔２ｏ
からモータ室内に流入し充満する。その後、さらに中間
ケーシング６ａに設けた連通孔２１を通って、旋回スク
ロール背部空間７に流入し、充満する。充満したガスＮ
２は、さらに旋回スクロール２に設けた連通孔１０を介
して、渦巻ラップで構成された中間の作動室に流入する
。

この結果、モータ室と旋回スクロール背部空間は、不活
性で、吸入圧力より高い圧力で充満されるため、真空排
気ガスによる腐食の問題などから避けられるので、第１
実施例と同様に駆動要素、それぞれが高い信頼性を得ら
れるとともに、モータ室も腐食性ガス等に侵入されるこ
とがないため、一般仕様のモータを利用することができ
る効果がある。

第１の実施例と、第２の実施例とも、共通して言えるこ
とは不活性のＮ２ガスの供給は、ポンプを半導体製造装
置などで使う場合のように活性や腐食性を有するガスを
作動ガスとして取り扱う場合に行えば良く、シかも、連
続的に供給する必要はない。すなわち、該装置では、ベ
ース圧力を低くする場合と、プロセスガスを流してウェ
ハの加工を行う場合があり、後者のプロセスガスのみが
排気されるとき不活性のＮ２ガスを流せば良い。

又、真空排気ガスが不活性のものや腐食性、危険性のな
いものであれば、ケーシングに設けた連通孔を閉じたり
、ガス供給を止めたりすることも可能である。

さらに、第２図に示す圧力の時間変化について説明をつ
け加える０作動室内圧力は、時間に対して変動する圧力
であるため、旋回スクロール背部の圧力も図示するよう
に全く一定の圧力レベルにならなくても良く１作動室内
圧力に応じて同じように変化する圧力でも同じ作用、効
果を得ることが可能である。

次に他の実施５例を第５図に従って、特に発明部分につ
いて説明する。まずその構成についてのべる。旋回スク
ロール鏡板部２ａには２つの連通孔１０ａ、１０ｂを設
けである。１つの連通孔１０ａは、旋回スクロール背部
空間７と、旋回軸受１５が設けられた空間１８を結ぶ連
通手段１０ａであり、他の１つは、旋回軸受１５を配設
した空間１８と作動室とを連通する連通孔１０ｂである
。

また、駆動軸９の偏心部９ａには、その内部にガスの流
路２５を設け１片方を、旋回スクロール背部空間７に、
他方を旋回軸受１５を配設した空間１８に連通ずる開口
部を設けである。さらに、ケーシング６ａには、外部と
旋回スクロール背部空間７とを連通させる連通手段１］
を設けである。

以上の構成のもとに、ポンプ運転中に外部から窒素ガス
等の不活性ガスを供給すると、旋回スクロール背部空間
７内は排気ガスに代って窒素ガスに置換され、かつこの
窒素ガスは旋回スクロール鏡板部に設けられた連通孔１
０ａや、ＱＭ軸９に設けられた流路２５によって、旋回
軸受部空間１８に流入し、さらに該ガスは、連通孔１０
ｂを通って作動室内に流入する。これにより、特に旋回
軸受は効果的に冷却され、軸受寿命の向上がもたらされ
る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、駆動機構要素の潤滑剤、
あるいは油を、ポンプ運転中、腐食性または、危険性、
さらには一般ガスから避け、不活性ＮＺガスで置換でき
るので、軸受の信頼性を高く維持できる。また、他の効
果として、駆動機構要素の雰囲気圧力を高く維持できる
ので、潤滑油やグリース等の蒸発量を少なくできるので
、軸受要素の信頼性を長期に渡って維持することができ
る。そして、また、蒸発量を少なくできるので、真空排
気する時の上流側への油分子の逆流（逆拡散）を抑え、
クリーンな真空排気ができる。

さらに他の効果は、吐出口４側での作動ガスの濃度を小
さくできるので、大気に放出する場合のガスの処理装置
の負荷を軽減できる。

そして、他の効果として４よ、上記の各種効果を真空排
気性能に悪影響を及ぼさずに達成することができること
にある。

さらに他の効果は１本発明によると外部から供給される
窒素ガスによって、旋回スクロール背部　・空間７内で
は、対流熱伝達により冷却が促進されて、軸受や旋回ス
クロールの冷却効果が向上する。

そして、さらに作動室に流入した窒素ガスは、排気ガス
と混合し直接熱交換することによって吐出ガス温が低下
する。これらの冷却効果によって。

軸受の寿命は延長し、旋回スクロール２は熱膨張量が減
少する。径方向の伸びの低減は、ピンクランク軸倒伏力
の低減となり、しいては円滑な旋回運動をもたらし、ポ
ンプ全体の信頼性向上を図ることができる。さらに、旋
回スクロールのスラスト方向の熱膨張量も低減できるの
で、スクロールラップ同志（ｌｂ、２ｂ）のスラストす
きまの管理が容易となり、微小すきま状態での運転が実
現でき、真空ポンプの排気性能を向上することができる
。また、スクロールラップのスラスト方向の伸びの低減
は、ラップ先端と相手ラップ底面との衝接を回避するこ
とができるので無潤滑運転でもラップ部の焼付現象を引
き起こすことがなくなり、大きな信頼性向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例を示すポンプ全体さらに他
の実施例を示すポンプ全体の縦断面図、第４図は、従来
の公知例の１つを示すポンプの縦断面図である。 １・・・固定スクロール、２・・・旋回スクロール、３
・・・吸入口、４・・・吐出口、５・・・ピンクランク
、６・・・ケーシング、８・・・バランスウェイト、９
・・・駆動軸、１０．１１，２０．２１・・・連通孔、
２３・・・電動要素、２４・・・ウォータジャケット。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．固定側鏡板と、該固定側鏡板に直角に設けた渦巻状
   の固定側ラツプとからなる固定スクロールと、旋回側鏡
   板と該旋回側鏡板に直角に設けた渦巻状の旋回側ラツプ
   とからなる旋回スクロールとをお互いに１８０度ずらし
   て噛み合わされ、旋回スクロールは、駆動軸により固定
   スクロールに対して旋回可能に設けられるとともに、外
   周部に配設したピンクランクにより自転が阻止されてな
   るスクロール形真空ポンプにおいて、運転中外部から気
   体を供給して、旋回スクロールに設けた軸受要素の周囲
   を作動排気ガスとは異なる気体で置換するとともに、該
   気体を前記旋回スクロール鏡板部に設けた連通手段によ
   つてスクロールラツプで形成される作動室中に流入させ
   ることを特徴とするスクロール形真空ポンプ。
2. ２．特許請求の範囲第１項記載のスクロール形真空ポン
   プにおいて、前記連通手段が連通する作動室は、主軸の
   いかなる回転角においても吸入室に通じることのない作
   動室であることを特徴とするスクロール形真空ポンプ。
3. ３．特許請求の範囲第１項記載のスクロール形真空ポン
   プにおいて、作動排気ガスが腐食性，危険性，反応性の
   少なくてもいずれか１つの性質を有する場合に、外部か
   らの供給ガスが、窒素ガス等の不活性ガスであることを
   特徴とするスクロール形真空ポンプ。
4. ４．特許請求の範囲第１項記載のスクロール形真空ポン
   プにおいて、駆動軸の偏心部内にも前記置換ガスの流路
   を設けたことを特徴とするスクロール形真空ポンプ。