JPS6385289A - 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、排気口を大気圧とする真空ポンプに係り、特
に半導体製造装置等において、清浄な真空を作り出すの
に好適な真空ポンプに関する。

〔従来の技術〕

従来の真空ポンプとしては、特開昭５１−３８１１３号
公報に記載されたものが知られている。この真空ポンプ
ハウジング内に、軸流ターボ分子ポンプ段、付加分子ポ
ンプ段、遠心圧縮ポンプ段および渦流圧縮ポンプ段を吸
気口側から排気口側に亘って順次配設している。

前記軸流ターボ分子ポンプ段は、ハウジングの内壁に取
付けたステータと、回転軸に取付けた羽根車とを交互に
組合せて構成されている。付加分子ポンプ段は、ハウジ
ング内壁に取付けたステータと１回転軸に取付けた円板
状羽根車とを交互に組合わせて構成されている。遠心圧
縮ポンプ段は。

ハウジング内壁に取付けたディフューザステータと１回
転軸に取付けた羽根車とを交互に組合せて構成されてい
る。前記渦流圧縮ポンプ段は、ハウジング内壁に取付け
たステータと、回転軸に取付けた羽根車とを交互に組合
せて構成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の如き構成の真空ポンプにおいて、定常状態に達し
たときには各ポンプ段が十分な圧縮作用をし、吸気口の
圧力、すなわち到達圧力は十分低い圧力に達することが
できる。しかし、ポンプ運転の初期のいわゆる過渡状態
においては、大きな排気速度を得ることができない、そ
れは、このような過渡状態においては、ポンプ内の圧力
が高いため、本来気体の流れが分子流、中間流で有効な
軸流ターボ分子ポンプ段、付加分子ポンプ段はほとんど
圧縮作用をせず、特に付加分子ポンプ段は流路断面積が
狭いため、逆に流体抵抗が大きく、大流量に対しては圧
力損失を発生することになるからである。

本発明の目的は、排気口圧力を大気圧付近に保ち、かつ
清浄な真空を得ることができると共に。

ポンプ運転の初期の過渡状態においで大きな排気速度が
得られる真空ポンプを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記の目的は、排気口から直接大気に排気する
ことができる回転形、非容積式の真空ポンプにおいて、
低圧側の全部あるいは一部に遠心圧縮ポンプ段を配置し
、この遠心圧縮ポンプ段におけるロータを、複数個の後
退羽根を有する開放形羽根車で構成し、そのステータを
外径部における羽根の向きが回転方向に対して内向きで
ある羽根を前記羽根車の裏面に対向するよう複数個取り
つけた固定円板で構成することによって達成される。

〔作用〕

、遠心圧縮ポンプ段は、起動時で吸入口圧力が高い場合
は通常の遠心圧縮機として迅速な排気作用を行い、排気
が進んで吸入圧が数Ｔｏｒｒ以下になった遠心圧縮ポン
プ段はドラッグ分子ポンプの一種であるジーグバーン分
子ポンプとして作用し、高い圧縮比を発生する。このよ
うに遠心圧縮ポンプ段は、大気圧から真空の分子流状態
まで広い圧力範囲で有効に働くので、本発明の真空ポン
プは起動時から定常運転状態まで十分な排気作用を保つ
ことができる。

〔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図は本発明の真空ポンプの一実施例を示すもので、
この第１図において、この真空ポンプは、吸気口１１Ａ
および排気口１１Ｂを有するハウジング１１と、このハ
ウジング１１内に軸受２１を介して回転自在に支持され
た回転＃１２と、吸気口１１Ａ側から排気口１１Ｂ側に
至る間のハウジング１１内に配設された多段の遠心圧縮
ポンプ段１３とを備えている１回転軸１２は、これに連
結したモータ１５により駆動される。

前記遠心圧縮ポンプ段１３は、第１図および第２図に示
すように複数段のロータ１３Ａとステータ１３１３とで
構成されている。ロータ１３Ａは第２図および第３図に
示すように、表面に回転方向に対して内向きの羽根１６
を複数個有する開放形羽根車で構成されており１回転軸
１２に取付けられている。ステータ１３Ｂは第２図およ
び第４図に示すように、ハウジング内壁に取付けられ、
かつ前記ロータ１３Ａの裏面（羽根１６を設けない面）
と対応する面に回転方向に対して内向きの羽根１７を複
数個備えている。

次に上述した本発明の真空ポンプの一実施例の作用につ
いて説明する。

ポンプ運伝初期の過渡状態においては、ポンプ内部は全
体が大気圧に近い高い圧力下にあり、気体の流れは粘性
流となるので、遠心圧縮ポンプ段１３は遠心圧縮機とし
て作用する。すなわち、遠心圧縮ポンプ段のロータ１３
Ａは圧縮機羽根車として働き、ロータ１３Ａとステータ
１３Ｂとの間の羽根１７にはさまれて形成される流路は
、流れを外径側から内径側に案内するリターンチャンネ
ルとして鋤く。またロータ１３Ａが圧縮作用をするので
、大流量を吸入することができる。

定常運転状態になってポンプ吸入口１１Ａの圧力が十分
低くなった場合には、遠心圧縮ポンプ段１３の排気口１
１Ｂ側の数段は相変らず粘性流中の遠心圧縮機として働
くが、これより上流側で圧力が低く、流れが中間流から
分子流となる段は。

第５図の実験例で示すようにドラッグポンプとしての作
用が強くなって高い圧縮比が得られる。すなわち羽根１
６を有するロータ１３Ａは、ら旋溝を加工した回転円板
として作用し、ステータ１３Ｂの裏面（羽根１７を設け
ない面）との組合せで。

内径側から外径側に向けて圧縮作用をするジーグバーン
分子ポンプとして働く、また複数個の羽根１７を設けた
ステータ１３Ｂは、ら旋溝を加工したステータとして作
用し、羽根車１３Ａの裏面（羽根１６を設けない面）と
の組合せで、外径側から内径側に向けて圧縮作用をする
ジーグバーン分子ポンプとして働く、シたがって第１図
に示す真空ポンプは、高真空から低真空まで十分な排気
作用を発揮することができる。また１本実施例では全段
を粘性流から分子流まで有効に圧縮作用を行う遠心圧縮
ポンプ段１３としているので、回転数を上下して広い範
囲の圧力制御を行うことに適している。すなわち、回転
数を高くして１段あたすの圧縮比を高くすれば、排気口
の大気圧を基準として粘性流中で働く遠心圧縮ポンプ段
１３が減り、その分、中間流９分子流中で働く遠心圧縮
ポンプ段１３が増えて、吸気口の到達圧を非常に低くす
ることができる０本例ではロータ１３Ａの外径は同一に
なっているが、回転条件によっては。

ロータ１３Ａの径を段毎に変えて、負荷配分を適正化す
ることもできる。

第６図は本発明の他の実施例を示すもので、この実施例
においては第１図に示す実施例の低圧側に軸流分子ポン
プ段２２を設けたものである。遠心圧縮ポンプ段１３は
分子流中ではジーグバーン分子ポンプとして働くが、ジ
ーグバーン分子ポンプはその特性上大流量化に限界があ
る。軸流分子ポンプ段２２は軸流羽根車２２Ａと軸流ス
テータ２２Ｂとを交互に配置したもので軸方向に流れを
吸入するので吸入口の面積が大きく大流量が得やすい、
また高真空中で十分な圧縮作用がある。したがって軸流
分子ポンプ段２２を付加することによって、大流量化に
ついては高真空化と適用範囲の拡大をはかることができ
る。また、ポンプ起動時の粘性流中の性能についても１
元来、軸流圧縮機は大流量に適し、遠心圧縮機は中小流
量に適するので、軸流分子ポンプ段２２で圧縮して遠心
圧縮ポンプ段１３へ送り込むというマツチングが非常に
うまくとれる。

第７図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、この
実施例は第１図の実施例の排気口１１Ｂ側の遠心圧縮ポ
ンプ段１３の数段を、ねじポンプ段２３で置き換えたも
のである。

粘性流中で高圧縮比を得るように設計したねじポンプ段
２３は、ねじ溝が非常に小さくなってしまうので、小流
量しか流れない部分に適用する必要がある。しかし、真
空ポンプの運転時間の大部分を占める定常運転状態では
排気口１１Ｂ付近のポンプ段流量はほぼ零に近く、ねじ
ポンプ段２３は流量零付近では、同一周速の場合遠心圧
縮ポンプ段１３よりも大きな圧縮比が得られる。第７図
のような真空ポンプでは、前段の遠心圧縮ポンプ段１３
の圧縮作用で後段のねじポンプ段２３の体積流量が小さ
くなるので、これらの特性をそのまま生かすことができ
る。よって第７図に示す実施例は小容量でコンパクトな
ポンプに好適である。

第８図は本発明の他の実施例を示すもので、この実施例
は第１図に示す実施例の排気口１１Ｂ側の遠心圧縮ポン
プ段１３の数段をエゼクタ２４でおきかえたものである
。遠心圧縮ポンプ段１３を出た気体は連絡穴２４Ａを通
ってエゼクタ２４でひかれ、排気口１１Ｂから排気され
る。エゼクタ２４の駆動気体は給気口２４Ｂへ供給され
る。真空ポンプはポンプ内を通って外へ送り出す気体の
量が一般の圧縮機と比較して非常に少ないので。

ポンプ内部で発生する損失熱は気体で運び去ることがで
きず、冷却は水冷等の外部冷却に頼らなければならない
。ポンプ内の損失は圧力が高く、気体の密度が高い段は
ど大きくなるので、前記の他の実施例では排気口１１Ｂ
付近のポンプ段の発熱が損失の主体となる。ところがエ
ゼクタ２４は１段で大気圧から数十Ｔｏｒｒまでひくこ
とができ、かつポンプ損失は供給気体とともに外部へ逃
げるのでポンプ部で発熱せず、冷却の必要がない、よっ
て本実施例は、構造の簡略化や空冷化に適するものであ
る。

図面では示さないが、第６図の実施例と同様に、第７図
、第８図の実施例においても遠心圧縮ポンプ段１３の吸
入口１１Ａ側に軸流分子ポンプ段２２を設置して、高真
空化と大容量化をはかることができる。また、第８図に
示す側のエゼクタ２４を第１図、第６図、第７図の各々
の実施例の排気口１１Ｂ側に設置し、高圧側のポンプ要
素の発熱損失の除去を容易にして、ポンプの冷却を簡略
化することもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、粘性流から分子流までの広い圧力範囲
で高い圧縮比と適度な排気速度かえられる遠心圧縮ポン
プ段２４を他の粘性流中で有効なポンプ段と組合せるの
で、ポンプ起動時の圧力の高い状態から、高真空の状態
まで、迅速な排気を行うポンプを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の真空ポンプの一実施例の縦断面図、第
２図は本発明を構成する遠心圧縮ポンプ段の一部を拡大
して示す断面図、第３図は第２図に示す遠心圧縮ポンプ
段のロータの平面図、第４図はそのステータの平面図、
第５図は本発明を構成する遠心圧縮ポンプ段の特性図、
第６図、第７図、第８図はそれぞれ本発明の真空ポンプ
の他の実施例を示す縦断面図である。 １１・・・ハウジング、ＩＩＡ・・・吸入口、ＩＩＢ・
・・排気０．１２・・・回転軸、１３・・・遠心圧縮ポ
ンプ段、　】１３Ａ・・・羽根車、１３Ｂ・・・遠心ス
テータ、１４・・・円周流圧縮ポンプ段、１４Ａ・・・
円周流羽根車、１４Ｂ・・・円周流ステータ、１５・・
・モータ、１６・・・遠心羽根車の羽根、１７・・・遠
心ステータの羽根、１８・・・円周流羽根車の羽根、１
９・・・円周流ステータの流路、２１・・・玉軸受、２
２・・・軸流分子ポンプ段、２３・・・ねじポンプ段、
２４・・・エゼクタ、２４Ａ・・・連絡穴、２４Ｂ・・
・給気口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、吸気口および排気口を有するハウジングと、そのハ
   ウジング内に回転自在に支持された回転軸と、ハウジン
   グ内壁に取付けられた複数枚のステータおよび回転軸に
   取付けられた複数枚の羽根車を備え、前記のステータと
   羽根車とを交互に組合わせてポンプ段を構成し、前記吸
   気口から吸込んだ気体を排気口から直接大気に排出する
   ことができる真空ポンプにおいて、低圧側の全部あるい
   は一部に遠心圧縮ポンプ段を配置し、この遠心圧縮ポン
   プ段のロータを、複数個の後退羽根を有する開放形羽根
   車で構成し、そのステータを、外径部における羽根の向
   きが回転方向に対して内向きである羽根を前記羽根車の
   裏面に対向するよう複数個取りつけた固定円板で構成し
   たことを特徴とする真空ポンプ。