KR102214002B1 - 진공 펌프 - Google Patents

Abstract

나사 홈 배기 유로의 출구 부근으로부터 배기 포트에 이르는 유로 만을 효율적으로 가열할 수 있어, 나사 홈 배기 유로의 출구 부근이나 상기 유로에서의 프로세스 가스의 온도 저하에 의한 생성물의 퇴적을 방지하는데 적합한 진공 펌프를 제공한다.
진공 펌프 P1은, 로터(6)(회전체)의 내주측과 외주측 중 적어도 일부에 나사 홈 배기 유로 R1, R2를 구비한 나사 홈 배기부 Ps와, 나사 홈 배기부 Ps를 내포하는 외장 케이스(1)와, 나사 홈 배기부 Ps에서 압축한 가스를 외장 케이스(1) 밖으로 배기하는 배기 포트(3)와, 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구로부터 배기 포트(3)에 이르는 유로 S를 덮는 격벽(21)을 구비한다.

Description

진공 펌프{VACUUM PUMP}

본 발명은, 반도체 제조 장치, 플랫·패널·디스플레이 제조 장치, 솔라·패널 제조 장치에 있어서의 프로세스 챔버, 그 외의 챔버의 가스 배기 수단 등으로서 이용되는 진공 펌프에 관한 것이다.

종래, 이런 종류의 진공 펌프로서는, 예를 들면, 도 10에 나타낸 진공 펌프 P10이 알려져 있다. 동일 도면의 진공 펌프 P10(이하 「종래 펌프 P10」라고 한다)은, 로터(6)의 회전에 의해 가스를 압축·배기하는 기구로서, 날개 배기부 Pt와 나사 홈 배기부 Ps를 구비하고 있다.

특히, 이 종래 펌프 P10에서는, 나사 홈 배기부 Ps의 구체적인 구성으로서, 로터(6) 내주측의 나사 홈 배기 유로 R1과, 이 로터(6) 외주측의 나사 홈 배기 유로 R2에서 동일한 방향으로 가스를 압축·배기하는 방식(병행 흐름 타입)을 채용하고 있기 때문에, 배기 속도가 크다는 이점을 가지고 있다. 이런 종류의 병행 흐름 타입의 진공 펌프에 대해서는, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시되어 있다.

그런데, 종래 펌프 P10에 있어서, 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구 부근이나 거기로부터 배기 포트(3)에 이르는 유로 S는 펌프의 압축 작용에 의해 압력이 높아진 프로세스 가스가 접하는 부분이다. 프로세스 가스에 포함되는 승화성 가스는, 온도와 그 분압의 관계로 기체 또는 고체가 되며, 온도가 낮은 또는 분압이 높은 환경에서 고체화되기 쉬워진다. 이 때문에, 나사 홈 배기 유로 R1, R2 출구 부근이나 상기 유로 S의 벽면 온도를 높게 유지하지 않으면, 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구 부근이나 상기 유로 S에서 프로세스 가스가 고체화되어 생성물로서 퇴적된다.

그러나, 종래 펌프 P10에서는, 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구 부근이나 상기 유로 S가 바깥 공기에 접하는 외장 케이스(1)(구체적으로는 펌프 베이스(1B))에 설치되어 있다. 이 때문에, 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구 부근이나 상기 유로 S의 벽면 온도는 낮고, 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구 부근이나 상기 유로 S에 있어서, 프로세스 가스의 압축열이 방열되기 쉬워, 프로세스 가스의 온도 저하에 의한 생성물의 퇴적이 조기에 발생하여, 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구 부근이나 상기 유로 S가 생성물의 퇴적으로 폐색되기 쉬운 등의 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하는 수단으로서, 외장 케이스(1)의 외측에 밴드 히터 등의 가열 수단을 설치함으로써, 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구 부근이나 상기 유로 S의 온도를 높게 유지하는 방법도 있다. 그러나, 이 방법에서는, 외장 케이스(1)가 바깥 공기에 노출되고 있기 때문에, 외장 케이스(1)로부터 바깥 공기로의 열의 방산이 많아, 가열 효율이 나쁜 데다가, 외장 케이스(1)와 연결되어 있는 스테이터 칼럼(4)에 내장의 전장 부품(래디얼 자기 베어링(10, 10)이나 구동 모터(12) 등)의 온도도 상승시켜 버려, 과열에 의한 전장 부품의 트러블을 초래하기 쉽다는 문제점도 있다.

일본국 실용신안 공개 평5-38389호 공보

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 그 목적은, 나사 홈 배기 유로의 출구 부근으로부터 배기 포트에 이르는 유로 만을 효율적으로 가열할 수 있어, 나사 홈 배기 유로의 출구 부근이나 상기 유로에서의 프로세스 가스의 온도 저하에 의한 생성물의 퇴적을 방지하는데 적합한 진공 펌프를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 회전체의 내주측과 외주측 중 적어도 일부에 나사 홈 배기 유로를 구비한 나사 홈 배기부와, 상기 나사 홈 배기부를 내포하는 외장 케이스와, 상기 나사 홈 배기부에서 압축한 가스를 상기 외장 케이스 밖으로 배기하는 배기 포트와, 상기 나사 홈 배기 유로의 출구로부터 상기 배기 포트에 이르는 유로를 덮는 격벽을 구비한 것을 특징으로 한다. 본 발명은, 회전체의 내주측과 외주측에 나사 홈 배기 유로를 구비한 나사 홈 배기부와, 상기 나사 홈 배기부를 내포하는 외장 케이스와, 상기 나사 홈 배기부에서 압축한 가스를 상기 외장 케이스 밖으로 배기하는 배기 포트와, 상기 나사 홈 배기 유로의 출구로부터 상기 배기 포트에 이르는 유로를 덮는 격벽과, 상기 격벽을 가열하는 가열부를 구비하며, 상기 내주측의 상기 나사 홈 배기 유로와 상기 외주측의 상기 나사 홈 배기 유로는, 각각 상기 외장 케이스의 흡기구로부터 흡인한 가스를 상기 배기 포트 측에 배기하고, 상기 격벽은, 상기 회전체의 상기 내주측의 나사 홈 배기부 스테이터와 상기 회전체의 상기 외주측의 나사 홈 배기부 스테이터에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프를 제공한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 격벽은, 그 이외의 펌프 구성 부품에 단열재를 통하여 접합되어 있는 것을 특징으로 해도 된다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 배기 포트를 안팎의 통체로 이루어지는 다중 통 구조로 하고, 일방의 통체를 상기 외장 케이스에 부착하고, 타방의 통체를 상기 격벽에 부착한 것을 특징으로 해도 된다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 배기 포트의 구조로서, 상기 격벽에 포트 부재를 부착한 것을 특징으로 해도 된다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 격벽 또는 상기 나사 홈 배기 유로를 구성하는 나사 홈 펌프 스테이터에, 가열 수단과 측온 수단을 설치한 것을 특징으로 해도 된다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 가열 수단을 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 해도 된다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 배기 포트는, 상기 격벽 이외의 펌프 구성 부품과는 비접촉으로 설치된 것을 특징으로 해도 된다.

본 발명에 있어서는, 진공 펌프의 구체적인 구성으로서, 나사 홈 배기 유로의 출구로부터 배기 포트에 이르는 유로를 덮는 격벽을 설치함으로써, 이와 같은 격벽이 상기 유로 내를 상기 외장 케이스 및 이것과 연결되어 있는 스테이터 칼럼 외벽으로부터 덮는 구성을 채용했다. 이 때문에, 상기 유로나 나사 홈 배기 유로의 출구 부근을 통과하는 프로세스 가스의 온도 저하가 발생하기 어려운 것, 및, 상기 유로나 나사 홈 배기 유로의 출구 부근의 벽면 온도를 높게 유지하는 것이 가능해지는 점에서, 나사 홈 배기 유로의 출구 부근이나 상기 유로에서의 프로세스 가스의 온도 저하에 의한 생성물의 퇴적을 방지하는데 적합한 진공 펌프를 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 상기 유로와 외장 케이스 및 이것과 연결되어 있는 스테이터 칼럼 사이에서의 열의 출입은 격벽에 의해 저해되기 때문에, 상기 유로나 나사 홈 배기 유로 출구 부근 만을 효율적으로 가열할 수 있어, 그 가열에 의해 외장 케이스의 온도 상승이 발생하는 일도 없고, 따라서, 외장 케이스와 연결되어 있는 스테이터 칼럼이나 이 스테이터 칼럼에 내장되어 있는 전장 부품의 온도 상승을 방지할 수 있어, 전장 부품의 과열에 의한 트러블의 저감이나 전장 부품의 장기 수명화를 도모할 수 있다. 또, 스테이터 칼럼이나 스테이터 칼럼에 내장되어 있는 전장 부품을 보호하기 위해 외장 케이스에 냉각 수단을 설치하여 외장 케이스를 냉각해도, 상기 유로의 온도가 저하되는 일은 없다.

본 발명에 관련된 진공 펌프는, 상기와 같이 생성물의 퇴적을 방지하는데 적합하며, 전장 부품의 과열에 의한 트러블의 저감이나 전장 부품의 장기 수명화를 도모할 수 있기 때문에, 퇴적한 생성물을 제거하는 등의 펌프 메인터넌스의 주기가 길고, 펌프 성능도 안정되어 있어, 진공 프로세스의 생산성의 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 형태인 진공 펌프의 단면도
도 2는 본 발명의 다른 실시 형태인 진공 펌프의 단면도
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태인 진공 펌프의 단면도
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태인 진공 펌프의 단면도
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태인 진공 펌프의 단면도
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태인 진공 펌프의 단면도
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태인 진공 펌프의 단면도
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태인 진공 펌프의 단면도
도 9는 본 발명의 다른 실시 형태인 진공 펌프의 단면도
도 10은 종래의 진공 펌프의 단면도

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해서, 첨부한 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태인 진공 펌프(나사 홈 펌프 병행 흐름 타입)의 단면도이다.

도 1의 진공 펌프 P1은, 예를 들면, 반도체 제조 장치, 플랫·패널·디스플레이 제조 장치, 솔라·패널 제조 장치에 있어서의 프로세스 챔버나 그 외의 밀폐 챔버의 가스 배기 수단 등으로서 이용된다.

동일 도면의 진공 펌프 P1에 있어서, 그 외장 케이스(1)는, 복수의 펌프 구성 부품, 예를 들면 회전날개(13)와 고정날개(14)에 의해 기체를 배기하는 날개 배기부 Pt와, 나사 홈(19A, 19B)을 이용하여 기체를 배기하는 나사 홈 배기부 Ps와, 이들의 구동계 등을 내포하고 있다.

외장 케이스(1)는, 통형상의 펌프 케이스(1A)와 바닥이 있는 통형상의 펌프 베이스(1B)를 그 통축 방향으로 체결 볼트로 일체로 연결한 바닥이 있는 원통형으로 되어 있으며, 펌프 케이스(1A)의 상단부측은 가스를 흡기하기 위한 흡기구(2)로서 개구하고, 또, 펌프 베이스(1B)의 하단부 측면에는, 나사 홈 배기부 Ps에서 압축한 가스를 외장 케이스(1) 밖으로 배기하는 수단으로서, 배기 포트(3)를 설치하고 있다.

흡기구(2)는, 펌프 케이스(1A) 상측 가장자리의 플랜지(1C)에 설치한 도시하지 않은 체결 볼트에 의해, 예를 들면 반도체 제조 장치의 프로세스 챔버 등, 고진공이 되는 도시하지 않은 밀폐 챔버에 접속된다. 배기 포트(3)는, 도시하지 않은 보조 펌프에 연통 접속된다.

펌프 케이스(1A) 내의 중앙부에는 각종 전장품을 내장하는 원통형상의 스테이터 칼럼(4)이 설치되어 있다. 도 1의 진공 펌프 P1에서는, 이 스테이터 칼럼(4)을 펌프 베이스(1B) 내측 바닥에 일체로 세워 설치하고 있지만, 이것과는 다른 실시 형태로서, 예를 들면, 펌프 베이스(1B)와는 별도 부품으로서 스테이터 칼럼(4)을 형성하여 펌프 베이스(1B) 내측 바닥에 나사 고정 고정해도 된다.

스테이터 칼럼(4)의 내측에는 회전축(5)이 설치되어 있으며, 회전축(5)은, 그 상단부가 흡기구(2)의 방향을 향하고, 그 하단부가 펌프 베이스(1B)의 방향을 향하도록 배치하고 있다.

또, 회전축(5)의 상단부는 스테이터 칼럼(4)의 원통 상단면으로부터 상방으로 돌출하도록 설치하고 있다.

회전축(5)은, 지지 수단으로서의 2세트의 래디얼 자기 베어링(10, 10)과 1세트의 액시얼 자기 베어링(11)에 의해 경방향과 축방향이 회전 가능하게 지지되어 있으며, 이 지지 상태로, 구동 수단으로서의 구동 모터(12)에 의해 회전 구동되도록 구성하고 있다. 또한, 래디얼 자기 베어링(10, 10), 액시얼 자기 베어링(11) 및 구동 모터(12)는 공지이기 때문에, 그 상세 설명은 생략한다.

스테이터 칼럼(4)의 외측에는 회전체로서 로터(6)가 설치되어 있다. 로터(6)는, 펌프 케이스(1A) 및 펌프 베이스(1B)에 내포되어, 스테이터 칼럼(4)의 외주를 둘러싸는 원통형상이며, 그 대략 중간에 위치하는 환형상 판체의 연결부(60)에 의해, 직경이 상이한 2개의 통체(제1 통체(61)와 제2 통체(62))를 그 통축 방향으로 연결한 형상으로 되어 있다.

제1 통체(61)의 상단에는, 그 상단면을 구성하는 부재로서, 단부재(63)가 일체로 설치되어 있으며, 이 단부재(63)를 통하여, 상기 로터(6)는, 회전축(5)에 고정됨과 함께, 회전축(5)을 통하여, 래디얼 자기 베어링(10, 10) 및 액시얼 자기 베어링(11)으로, 그 축심(회전축(5)) 둘레로 회전 가능하게 지지되도록 구성하고 있다.

도 1의 진공 펌프 P1에 있어서의 로터(6)는, 하나의 알루미늄 합금 덩어리로부터 잘라내어 가공함으로써, 제1 통체(61), 제2 통체(62), 연결부(60) 및 단부재(63)를 일부품으로서 형성한 것이지만, 이것과는 다른 실시 형태로서, 예를 들면, 연결부(60)를 경계로 하여 제1 통체(61)와 제2 통체(62)가 별도 부품으로서 구성되는 형태를 채용해도 된다. 이 경우, 제1 통체(61)는 알루미늄 합금 등의 금속 재료로 형성하고, 제2 통체(62)는 수지로 형성하는 등, 제1 통체(61)와 제2 통체(62)의 구성 재료를 각각 상이한 것으로 해도 된다.

《날개 배기부 Pt의 상세》

도 1의 진공 펌프 P1에서는, 로터(6)의 대략 중간보다 상류(구체적으로는, 연결부(60)로부터 로터(6)의 흡기구(2)측 단부까지의 범위)가 날개 배기부 Pt로서 기능한다. 이하, 이 날개 배기부 Pt를 상세하게 설명한다.

로터(6)의 대략 중간보다 상류측의 로터(6) 외주면, 구체적으로는 제1 통체(61)의 외주면에는, 복수의 회전날개(13)가 일체로 설치되어 있다. 이들 복수의 회전날개(13)는, 상기 로터(6)의 회전 중심축(회전축(5)) 혹은 외장 케이스(1)의 축심(이하 「진공 펌프 축심」이라고 한다)을 중심으로 하여 방사상으로 늘어놓아 배치되어 있다.

한편, 펌프 케이스(1A)의 내주측에는 복수의 고정날개(14)가 설치되어 있으며, 이들 복수의 고정날개(14)도 또, 진공 펌프 축심을 중심으로 하여 방사상으로 늘어놓아 배치되어 있다.

그리고, 도 1의 진공 펌프 P1에서는, 상기와 같이 방사상으로 배치된 회전날개(13)와 고정날개(14)가 진공 펌프 축심을 따라 교호로 다단으로 배치됨으로써, 진공 펌프 P1의 날개 배기부 Pt가 구성되어 있다.

어느 회전날개(13)도, 로터(6)의 외경 가공부와 일체적으로 절삭 가공으로 잘라내어 형성한 블레이드형상의 절삭 가공품이며, 가스 분자의 배기에 최적의 각도로 경사져 있다. 어느 고정날개(14)도, 가스 분자의 배기에 최적의 각도로 경사져 있다.

《날개 배기부 Pt에 의한 배기 동작 설명》

이상의 구성으로 이루어지는 날개 배기부 Pt에서는, 구동 모터(12)의 기동에 의해, 회전축(5), 로터(6) 및 복수의 회전날개(13)가 일체로 고속 회전하고, 최상단의 회전날개(13)가 흡기구(2)로부터 입사한 가스 분자에 하향 방향(흡기구(2)로부터 배기 포트(3)를 향하는 방향)의 운동량을 부여한다. 이 하향 방향의 운동량을 가지는 가스 분자가 고정날개(14)에 의해 다음 단의 회전날개(13)측으로 보내어진다. 이상과 같은 가스 분자로의 운동량의 부여와 보냄 동작이 반복해서 다단으로 행해짐으로써, 흡기구(2)측의 가스 분자는 로터(6)의 하류를 향해 순차적으로 이행하도록 배기된다.

《나사 홈 배기부 Ps의 상세》

도 1의 진공 펌프 P1에서는, 로터(6)의 대략 중간보다 하류(구체적으로는, 연결부(60)로부터 로터(6)의 배기 포트(3)측 단부까지의 범위)가 나사 홈 배기부 Ps로서 기능한다. 이하 이 나사 홈 배기부 Ps를 상세하게 설명한다.

로터(6)의 대략 중간보다 하류측의 로터(6) 부분, 구체적으로는 로터(6)를 구성하는 제2 통체(62)는, 나사 홈 배기부 Ps의 회전 부재로서 회전하는 부분이며, 나사 홈 배기부 Ps를 구성하는 안팎 2중 원통형의 나사 홈 배기부 스테이터(18A, 18B) 사이에, 소정의 갭을 통하여 삽입·수용되어 있다.

안팎 2중 원통형의 나사 홈 배기부 스테이터(18A, 18B) 중, 내측의 나사 홈 배기부 스테이터(18A)는, 그 외주면이 제2 통체(62)의 내주면과 대향하도록 배치된 원통형의 고정 부재이며, 제2 통체(62)의 내주에 의해 둘러싸이도록 배치하고 있다. 외측의 나사 홈 배기부 스테이터(18B)는, 그 내주면이 제2 통체(62)의 외주면에 대향하도록 배치된 원통형의 고정 부재이며, 제2 통체(62)의 외주를 둘러싸도록 배치하고 있다.

내측의 나사 홈 배기부 스테이터(18A)의 외주부에는, 상기 로터(6)의 내주측(구체적으로는 제2 통체(62)의 내주측)에 나사 홈 배기 통로 R1을 형성하는 수단으로서, 깊이가 하방을 향해 소경화한 테이퍼 콘 형상으로 변화하는 나사 홈(19A)을 형성하고 있다. 이 나사 홈(19A)은 내측 나사 홈 배기부 스테이터(18A)의 상단에서 하단에 걸쳐 나선형상으로 새겨져 설치되어 있으며, 이러한 나사 홈(19A)을 구비한 내측 나사 홈 배기부 스테이터(18A)에 의해, 제2 통체(62)의 내주측에는, 가스 배기를 위한 나사 홈 배기 유로(이하 「내측 나사 홈 배기 유로 R1」라고 한다)가 형성된다.

외측의 나사 홈 배기부 스테이터(18B)의 내주부에는, 상기 로터(6)의 외주측(구체적으로는 제2 통체(62)의 외주측)에 나사 홈 배기 통로 R2를 형성하는 수단으로서, 상기 나사 홈(19A)과 동일한 나사 홈(19B)을 형성하고 있다. 이러한 나사 홈(19B)을 구비한 외측 나사 홈 배기부 스테이터(18B)에 의해, 제2 통체(62)의 외주측에는, 나사 홈 배기 유로(이하 「외측 나사 홈 배기 유로 R2」라고 한다)가 형성된다.

도시는 생략하지만, 먼저 설명한 나사 홈(19A, 19B)을 제2 통체(62)의 내주면 또는 외주면 혹은 그 양면에 형성함으로써, 상기와 같은 나사 홈 배기 유로 R1, R2가 설치되도록 구성해도 된다. 또, 이들 나사 홈 배기 유로 R1, R2는 로터(6)의 내주측과 외주측의 일부에 설치되어도 된다.

나사 홈 배기부 Ps에서는, 나사 홈(19A)과 제2 통체(62)의 내주면에서의 드래그 효과나 나사 홈(19B)과 제2 통체(62)의 외주면에서의 드래그 효과에 의해, 기체를 압축하면서 이송하기 때문에, 나사 홈(19A)의 깊이는, 내측 나사 홈 배기 유로 R1의 상류 입구측(흡기구(2)에 가까운 쪽의 유로 개구단)에서 가장 깊고, 그 하류 출구측(배기 포트(3)에 가까운 쪽의 유로 개구단)에서 가장 얕아지도록 설정해 둔다. 이것은 나사 홈(19B)도 마찬가지이다.

외측 나사 홈 배기 유로 R2의 입구(상류단측)는, 다단으로 배치되어 있는 고정날개(14) 중 최하단의 고정날개(14E)와 후술하는 연통 개구부 H의 상류단 사이의 간극(이하 「최종 간극 G1」라고 한다)에 연통하고 있다. 또, 이 유로 R2의 출구(하류단측)는, 펌프내 배기구측의 유로 S(이하 「펌프내 배기구측 유로 S」라고 한다)를 통해서, 배기 포트(3)에 연통하고 있다.

내측 나사 홈 배기 유로 R1의 입구(상류단측)는, 로터(6)의 대략 중간이며 그 로터(6)의 내주면(구체적으로는, 연결부(60)의 내면)을 향해 개구하고 있다. 또, 이 유로 R1의 출구(하류단측)는, 펌프내 배기구측 유로 S를 통해서, 배기 포트(3)에 연통하고 있다.

상기 펌프내 배기구측 유로 S는, 로터(6)나 나사 홈 배기부 스테이터(18A, 18B)의 하단부와 펌프 베이스(1B) 내저부 사이에 소정의 간극(도 1의 진공 펌프 P1에서는, 스테이터 칼럼(4)의 하부 외주를 일주하는 형태의 간극)을 설치함으로써, 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구로부터 배기 포트(3)에 이르도록 형성하고 있다.

로터(6)의 대략 중간에는 연통 개구부 H가 개설되어 있으며, 연통 개구부 H는, 로터(6)의 표리면 사이를 관통하도록 형성됨으로써, 로터(6)의 외주측에 존재하는 기체의 일부를 내측의 나사 홈 배기 유로 R1로 유도하도록 기능한다. 이와 같은 기능을 구비한 연통 개구부 H는, 예를 들면, 도 1과 같이 연결부(60)의 내외면을 관통하도록 형성해도 된다. 또, 도 1의 진공 펌프 P1에서는, 상기 연통 개구부 H를 복수 설치하고, 이들 복수의 연통 개구부 H가 진공 펌프 축심에 대해 점대칭이 되도록 배치하고 있다.

《나사 홈 배기부 Ps에 있어서의 배기 동작 설명》

먼저 설명한 날개 배기부 Pt의 배기 동작에 의한 이송으로 최종 간극 G1이나 나사 홈 배기 유로 R2의 입구(상류단)에 도달한 가스 분자는, 나사 홈 배기 유로 R2나 연통 개구부 H로부터 나사 홈 배기 유로 R1로 이행한다. 이행한 가스 분자는, 로터(6)의 회전에 의해 발생하는 효과, 즉 제2 통체(62)의 외주면과 나사 홈(19B)에서의 드래그 효과나, 제2 통체(62)의 내주면과 나사 홈(19A)에서의 드래그 효과에 의해, 천이 흐름으로부터 점성 흐름으로 압축되면서 펌프내 배기구측 유로 S를 향해 이행한다. 그리고, 펌프내 배기구측 유로 S에 도달한 가스 분자는, 배기 포트(3)에 유입되고, 도시하지 않은 보조 펌프를 통해서 외장 케이스(1) 밖으로 배기된다.

《격벽의 설명》

도 1의 진공 펌프 P1에서는, 펌프내 배기구측 유로 S의 내벽의 일부를 형성하고 있는 펌프 베이스(1B) 내측 바닥에 격벽 설치 스페이스를 설치하고, 이와 같은 스페이스에 격벽(21)을 설치함으로써, 펌프내 배기구측 유로 S를 덮는 격벽(21)이 설치되는 구성을 채용하고 있다. 특히 도 1의 진공 펌프 P1에서는, 이와 같은 격벽(21)의 구체적인 구조예로서, 내측 나사 홈 배기부 스테이터(18A)의 배기구측 단부가 연장부(18A-1)로서 연장되어 격벽(21)의 일부를 이루는 것으로 했다. 상기 연장부(18A-1)와 스테이터 칼럼(4) 외벽 사이에 간극 G4가 있어 단열이 확보되어 있다.

격벽(21)은, 열의 양도체(예를 들면, 알루미늄 합금 등)로 이루어지며, 펌프내 배기구측 유로 S의 내벽의 일부를 형성하고, 펌프내 배기구측 유로 S 내를 외장 케이스(1)로부터 덮는 수단으로서 기능한다.

격벽(21)과 펌프 베이스(1B) 내측 바닥(펌프내 배기구측 유로 S의 내벽의 일부) 사이에는 단열을 위한 공극 G2를 설치하고 있다. 또, 이 격벽(21)은, 그 이외의 펌프 구성 부품(도 1의 예에서는, 펌프 베이스(1B)의 내주단부)에, 열의 불량 도체(예를 들면, 스테인리스 합금, 세라믹 등)로 이루어지는 단열재(22)를 통하여 접합되어 있다. 시일 수단 T1은 공극 G2를 통해서 배기 포트(3)로부터 나사 홈 배기부 Ps 상류로의 가스의 역류를 방지하는 수단으로서 기능한다. 단열재(22)는, 배기 포트(3)로부터 나사 홈 배기부 Ps 상류로의 가스의 역류를 방지하는 기능을 겸해도 된다.

도 1의 진공 펌프 P1에서는, 격벽(21)으로부터 펌프 베이스(1B)로의 열의 이동은 상술한 공극 G2나 단열재(22)에 의해 저지되기 때문에, 격벽(21)을 고온으로 유지하고, 펌프내 배기구측 유로 S 내의 온도를 높일 수 있음과 동시에, 외장 케이스(1)(펌프 베이스(1B), 펌프 케이스(1A))이나 스테이터 칼럼(4)의 온도 상승을 효과적으로 방지할 수 있다.

《가열 수단의 설명》

도 1의 진공 펌프 P1에서는, 내측과 외측의 나사 홈 배기부 스테이터(18A, 18B)를 체결 볼트로 격벽(21)에 부착함으로써, 나사 홈 배기부 스테이터(18A, 18B)를 위치 결정 고정하는 구성, 및, 가열 수단으로서 봉형상의 히터 HT를 격벽(21)에 매설함으로써, 상기 히터 HT 자신의 발열로 격벽(21)을 가열함과 함께, 격벽(21)으로부터의 열전도로 나사 홈 배기부 스테이터(18A, 18B)를 가열하는 구성을 채용하고 있다.

도 1의 진공 펌프 P1에 있어서, 나사 홈 배기 유로 R1, R2로 가스를 압축했을 때에 발생하는 열(가스 압축열)은, 나사 홈 배기부 스테이터(18A, 18B)를 통해서 격벽(21)에 전해지는 것, 및, 그 전해진 열은 공극 G2나 단열재(22)에 의해 격벽(21)에서 유지되기 때문에, 가스 압축열 만으로도 격벽(21)의 온도는 상승하고, 이것에 따라 펌프내 배기구측 유로 S 내의 온도도 상승한다.

이에 더하여, 또한, 동일 도면의 진공 펌프 P1에서는, 히터 HT로 격벽(21)을 가열할 수 있으므로, 외장 케이스(1)나 스테이터 칼럼(4)의 온도 상승을 방지하면서, 펌프내 배기구측 유로 S 내의 온도를 보다 한층 높일 수 있어, 펌프내 배기구측 유로 S 내에서의 생성물의 부착·퇴적을 효과적으로 방지할 수 있다.

그런데, 도 1의 진공 펌프 P1에 있어서, 먼저 설명한 최종 간극 G1이나 스테이터 칼럼(4) 외벽부 부근은 낮은 압력으로 유지되므로, 그 온도를 저온으로 유지해도 생성물이 퇴적될 리스크는 낮다는 특징이 있다.

《배기 포트의 상세》

도 1의 진공 펌프 P1에서는, 배기 포트(3)의 구체적인 구성으로서, 펌프 베이스(1B)의 외측면으로부터 격벽(21)을 관통하여 펌프내 배기구측 유로 S에 연통하는 구성의 관통 구멍(23)을 형성하고, 이 관통 구멍(23)에 포트 부재로서, 통체(24)를 외장 케이스(1)에 부착하고 있다.

또, 도 1의 진공 펌프 P1에 있어서는, 격벽(21)의 관통부(21A)에 열의 양도체(예를 들면, 알루미늄 합금 등)로 이루어지는 통체(25)의 일단부를 접합함으로써, 상기 통체(25)를 격벽(21)에 부착함과 함께, 부착한 통체(25)의 타단부를 상기 통체(24) 내에 삽입함으로써, 배기 포트(3)를 안팎의 통체(24, 25)로 이루어지는 다중 통 구조로 하고, 배기 포트(3)의 입구(상류단)에서 출구(하류단)까지의 전체 범위에 걸친 상기 통체(25)가 배치되는 구성을 채용했다. 내측의 통체(25)는, 외측의 통체(24)나 펌프 베이스(1A)와 접하지 않고, 그러한 외장 부품으로부터 단열적으로 배치되어 있다.

상기와 같은 배기 포트(3)의 구성에 의하면, 격벽(21)의 열에 의해 내측의 통체(25)의 온도가 상승하고, 이 온도 상승을 통해서 배기 포트(3)의 출구 부근이 고온화되기 때문에, 배기 포트(3)의 출구 부근에 있어서의 생성물의 부착·퇴적도 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 배기 포트(3)의 출구에 접속되는 배관이 온도 관리되어 고온화되어 있는 경우는, 내측의 통체(25)를 생략해도 된다.

도 2 내지 도 9는, 본 발명의 다른 실시 형태인 진공 펌프의 단면도이다. 각각 도면의 진공 펌프 P2~P9의 기본적인 구성은 도 1의 진공 펌프 P1과 동일하기 때문에, 각각의 도면에 있어서 도 1과 동일 부재에는 동일 부호를 붙여, 그 상세 설명은 생략하고, 이하 상이한 부분 만을 설명한다.

《도 2의 진공 펌프 P2의 특징》

도 1의 진공 펌프 P1에서는, 외측의 나사 홈 배기부 스테이터(18B)와 격벽(21)을 별도 부품으로서 형성하고 있지만, 이것 대신에, 도 2의 진공 펌프 P2에서는, 그 나사 홈 배기부 스테이터(18B)와 격벽(21)을 일부품으로서 형성함으로써, 부품 점수나 조립 공수의 삭감을 도모하고 있다.

《도 3의 진공 펌프 P3의 특징》

도 3의 진공 펌프 P3에서는, 도 1의 펌프 내 공간 G3(외측의 나사 홈 배기부 스테이터(18B)와 펌프 베이스(1B) 사이의 간극)에 격벽(21)의 일부를 연장 설치하여 이루어지는 연장 설치부(26)를 설치하고 있다. 이 연장 설치부(26)는, 외측의 나사 홈 배기부 스테이터(18B)로부터 가스를 통하여 펌프 베이스(1B)측으로 내보내는 열량을 저감하는 수단으로서 기능한다.

즉, 도 1의 진공 펌프 P1에 있어서, 날개 배기부 Pt의 배기 동작에 의한 이송으로 최종 간극 G1이나 나사 홈 배기 유로 R2의 입구(상류단)에 도달한 가스 분자는, 펌프 내 공간 G3에도 유입된다. 이 펌프 내 공간 G3 내에 유입되는 가스량이 많으면 많을수록, 펌프 내 공간 G3 내의 가스를 통하여 외측의 나사 홈 배기부 스테이터(18B)로부터 펌프 베이스(1B)측으로 내보내는 열량이 많아진다. 이 점, 도 3의 진공 펌프 P3에서는, 그러한 펌프 내 공간 G3에 격벽(21)의 연장 설치부(26)가 존재하므로, 펌프 내 공간 G3에 유입되는 가스량이 감소하고, 이것에 수반하여, 외측의 나사 홈 배기부 스테이터(18B)로부터 펌프 베이스(1B)측으로 내보내는 열량도 줄어 든다.

또, 도 3의 진공 펌프 P3에서는, 로터(6)와 퇴적한 생성물의 접촉에 의해 로터(6)가 파손되었을 때의 파괴 토크로 격벽(21)이 돌아가지 않게 하는 수단으로서, 펌프 베이스(1B) 내저면에 회전 방지구 M을 세워 설치하는 한편, 이것에 대응하여 격벽(21)에 오목부 N을 설치하고, 그 오목부 N에 회전 방지구 M이 배치되도록 구성하고 있다. 또한, 회전 방지구 M은 오목부 N에 접촉하고 있지 않다. 이것은, 격벽(21)으로부터 회전 방지구 M을 통하여 펌프 베이스(1B)측으로 열이 내보내지는 것을 방지하기 위해서이다.

《도 4의 진공 펌프 P4의 특징》

도 1의 진공 펌프 P1에서는, 로터(6)의 하단이나 나사 홈 배기부 스테이터(18A, 18B)의 하단보다 낮은 위치에, 배기 포트(3)를 설치하고 있지만, 도 4의 진공 펌프 P4에서는, 그것보다 높은 위치의 일례로서, 배기 포트(3)의 하부와 로터(6)의 하단이나 나사 홈 배기부 스테이터(18A, 18B)의 하단이 대략 늘어서도록, 상기 배기 포트(3)를 설치함으로써, 펌프내 배기구측 유로 S의 높이를 낮게 설정하여, 진공 펌프 축심 방향에 있어서 진공 펌프 P4 전체의 단축·소형화를 도모하고 있다.

《도 5의 진공 펌프 P5의 특징》

도 1의 진공 펌프 P1에서는, 외측의 나사 홈 배기부 스테이터(18B)와 격벽(21)을 별도 부품으로서 구성했지만, 도 5의 진공 펌프 P5에서는, 그 나사 홈 배기부 스테이터(18B)와 격벽(21)을 일부품으로서 주물 등에 의해 일체로 형성함으로써, 부품 점수의 삭감을 도모하고 있다.

《도 6의 진공 펌프 P6의 특징》

도 1의 진공 펌프 P1에서는, 배기 포트(3)의 구체적인 구성으로서, 펌프 베이스(1B)의 관통 구멍(23)에 포트 부재로서 통체(24)를 끼워넣어 장착하고 있지만, 이것 대신에, 도 6의 진공 펌프 P6에서는, 이와 같은 관통 구멍(23)을 확대하여, 관통 구멍(23)과 상기 통체(24)가 비접촉 상태가 되도록 구성함과 함께, 상기 통체(24)의 입구(상류단)측을 격벽(21)의 관통부(21A)까지 연장하고 그 관통부(21A)에 끼워넣어 접합함으로써, 격벽(21)에 상기 통체(24)를 직접 부착하고 있다. 이 경우, 배기 포트(3)는, 통체(24) 만으로 이루어지며, 격벽(21) 이외의 펌프 구성 부품과는 비접촉으로 설치된 구성이 된다.

이와 같은 배기 포트(3)의 구성에 의하면, 통체(24) 자체가 격벽(21)의 열로 가열되기 때문에, 먼저 설명한 도 1의 통체(25)를 생략할 수 있어, 부품 점수나 조립 공수의 삭감을 도모할 수 있다

또한, 도 6의 진공 펌프 P6에 있어서, 시일 수단 T1, T2는, 관통 구멍(23)으로부터 펌프 내로의 대기의 유입을 방지하는 진공 시일로서 기능하고 있다.

《도 7의 진공 펌프 P7의 특징》

도 7의 진공 펌프 P7에서는, 측온 수단(27)으로서, 서미스트·열전대·백금 저항체 등으로 이루어지는 온도 측정 소자(27A)를 격벽(21)에 매설하고, 온도 측정 소자(27A)에서의 측정치를 기초로 가열 수단(히터 HT)을 제어하는 도시하지 않은 제어 수단을 설치함으로써, 격벽(21)을 온도 관리하여, 펌프 내의 과열 방지를 도모할 수 있도록 구성하고 있다.

상기 가열 수단(히터 HT)의 제어 수단에 대해서는, 예를 들면, 히터 HT에 흐르게 하는 전류치를 증감하는 전류 제어와, 펌프 베이스(1B)에 설치되어 있는 냉각관 C의 도시하지 않은 밸브를 조정함으로써 냉각관 C를 흐르는 냉각 매체의 유량을 증감하는 유량 제어를 병용해도 된다.

상기 측온 수단(27)이나 제어 수단에 대해서는, 도 1으 내지 도 6의 진공 펌프 P1~P6에도 적용 가능하다. 또, 상기 측온 수단(27)은, 나사 홈 펌프 스테이터(18a, 18b)에 설치해도 된다. 이 점은 가열 수단(히터 HT)도 마찬가지이다.

《도 8의 진공 펌프 P8의 특징》

도 7의 진공 펌프 P7에 있어서는, 측온 수단(27)의 구체적인 설치예로서, 진공 펌프 축심 방향을 대략 따르게 하여, 측온 수단(27)을 격벽(21)에 매설하고 있지만(세로두기 타입), 이것 대신에, 도 8의 진공 펌프 P8에서는, 진공 펌프 축심 방향과 대략 직교하는 방향을 따르게 하여 측온 수단(27)을 격벽(21)에 매설하고 있다(가로두기 타입).

상기와 같은 온도 측정 소자(27A)의 세로두기 타입에서는, 적어도 온도 측정 소자(27A)의 길이보다 높은 격벽(21)이 필요한 한편, 온도 측정 소자(27A)의 가로두기 타입에서는, 그처럼 높은 격벽(21)은 불필요하기 때문에, 격벽(21)의 높이를 낮게 설정할 수 있어, 진공 펌프 축심 방향에 있어서 진공 펌프 P7 전체의 단축·소형화를 도모하는 것이 가능하다.

《도 9의 진공 펌프 P9의 특징》

도 1의 진공 펌프 P1에서는, 가열 수단의 구체예로서, 히터 HT 자신의 발열로 격벽(21)을 가열하는 구성을 채용했지만, 이것 대신에, 도 9의 진공 펌프 P9에서는, 코일(30)을 이용한 전자 유도 가열 방식으로 격벽(21)을 가열하는 구성을 채용했다.

이 전자 유도 가열 방식은, 격벽(21)의 외저면에 발열용 코어(28)로서 설치한 전기 저항이 작은 강자성체와, 그 발열용 코어(28)에 대향하는 요크(29)로서 펌프 베이스(1B)에 설치한 전기 저항이 큰 강자성체와, 요크(29) 내에 수용한 코일(30)로 구성된다. 이 구성은 일례이며, 필요에 따라 적절히, 전자 유도 가열 방식의 구성을 변경해도 된다.

상기와 같은 구성의 전자 유도 가열 방식으로는, 코일(30)에 교류 전류를 흐르게 하면, 발열용 코어(28)의 내부에 와전류가 발생하여, 발열용 코어(28) 자신이 발열하여 격벽(21)을 가열한다. 또한, 요크(29)는 전기 저항이 크기 때문에, 이 전자 유도 가열 방식에 의한 요크(29) 자체의 발열은 무시할 수 있을 만큼 작다. 따라서, 요크(29)의 발열로 펌프 베이스(1B)가 고온이 되는 일도 없다.

이상 설명한 실시 형태의 진공 펌프 P1~P9에서는, 그 구체적인 구성으로서, 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구로부터 배기 포트(3)에 이르는 펌프내 배기구측 유로 S에 격벽(21)을 설치하고, 이와 같은 격벽(21)이 펌프내 배기구측 유로 S 내를 외장 케이스(1)로부터 덮는 구성을 채용했다. 이 때문에, 펌프내 배기구측 유로 S나 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구 부근을 통과하는 프로세스 가스의 온도 저하가 발생하기 어려운 것, 및, 펌프내 배기구측 유로 S나 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구 부근의 벽면 온도를 높게 유지하는 것이 가능해지는 점에서, 나사 홈 배기 유로 R1, R2의 출구 부근이나 펌프내 배기구측 유로 S에서의 프로세스 가스의 온도 저하에 의한 생성물의 퇴적을 방지할 수 있다.

또, 진공 펌프 P1~P2에 의하면, 펌프내 배기구측 유로 S와 외장 케이스(1) 사이에서의 열의 출입은 격벽(21)에 의해 저해되기 때문에, 펌프내 배기구측 유로 S나 나사 홈 배기 유로 R1, R2 출구 부근 만을 효율적으로 가열할 수 있어, 또, 그 가열에 의해 외장 케이스(1)의 온도 상승이 발생하는 일도 없다. 따라서, 외장 케이스(1)와 연결되어 있는 스테이터 칼럼(4)이나 이 스테이터 칼럼(4)에 내장되어 있는 전장 부품(래디얼 자기 베어링(10, 10)이나 구동 모터(12) 등)의 온도 상승을 방지할 수 있어, 이와 같은 전장 부품의 과열에 의한 트러블을 저감할 수 있다. 또, 스테이터 칼럼(4)이나 스테이터 칼럼(4)에 내장되어 있는 전장 부품을 보호하기 위해 외장 케이스(1)에 냉각 수단을 설치하여 외장 케이스(1)를 냉각해도, 펌프내 배기구측 유로 S의 온도가 저하되는 일은 없다.

본 발명은, 이상 설명한 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에 있어서 통상의 지식을 가지는 사람에 의해 많은 변형이 가능하다.

예를 들면, 본 발명은, 먼저 설명한 본 실시 형태의 진공 펌프에 있어서 날개 배기부 Pt를 생략한 형식의 진공 펌프에도 적용할 수 있다.

1 외장 케이스 1A 펌프 케이스
1B 펌프 베이스 2 흡기구
3 배기 포트 4 스테이터 칼럼
5 회전축 6 로터
60 연결부 61 제1 통체
62 제2 통체 63 단부재
10 래디얼 자기 베어링 11 액시얼 자기 베어링
12 구동 모터 13 회전날개
14 고정날개 14E 최하단의 고정날개
18A 내측 나사 홈 배기부 스테이터
18A-1 내측 나사 홈 배기부 스테이터의 연장부
18B 외측 나사 홈 배기부 스테이터
19A, 19B 나사 홈 21 격벽
21A 격벽의 관통부 22 단열재
23 관통 구멍 24, 25 통체
26 격벽의 연장 설치부 27 측온 수단
27A 온도 측정 소자 28 발열용 코어
29 요크 30 코일
C 냉각관
G1 최종 간극(최하단의 회전날개와 연통 개구부의 상류단 사이의 간극)
G2 공극 G3 펌프 내 공간
G4 간극 H 연통 개구부
HT 히터(가열 수단) M 회전 방지구
N 오목부 P1~P10 진공 펌프
Pt 날개 배기부 Ps 나사 홈 배기부
R1 내측의 나사 홈 배기 통로 R2 외측의 나사 홈 배기 통로
S 펌프내 배기구측 유로(나사 홈 배기 유로의 출구로부터 배기 포트에 이르는 유로)
T1, T2 시일 수단

Claims (7)

1. 회전체의 내주측과 외주측에 나사 홈 배기 유로를 구비한 나사 홈 배기부와,
   상기 나사 홈 배기부를 내포하는 외장 케이스와,
   상기 나사 홈 배기부에서 압축한 가스를 상기 외장 케이스 밖으로 배기하는 배기 포트와,
   상기 나사 홈 배기 유로의 출구로부터 상기 배기 포트에 이르는 유로를 덮는 격벽과,
   상기 격벽을 가열하는 가열부를 구비하며,
   상기 내주측의 상기 나사 홈 배기 유로와 상기 외주측의 상기 나사 홈 배기 유로는, 각각 상기 외장 케이스의 흡기구로부터 흡인한 가스를 상기 배기 포트 측에 배기하고,
   상기 격벽은, 상기 회전체의 상기 내주측의 나사 홈 배기부 스테이터와 상기 회전체의 상기 외주측의 나사 홈 배기부 스테이터에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 격벽은, 그 이외의 펌프 구성 부품에 단열재를 통하여 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 배기 포트를 안팎의 통체로 이루어지는 다중 통 구조로 하고, 일방의 통체를 상기 외장 케이스에 부착하고, 타방의 통체를 상기 격벽에 부착한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 배기 포트의 구조로서,
   상기 격벽에 포트 부재를 부착한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 격벽 또는 상기 나사 홈 배기 유로를 구성하는 나사 홈 펌프 스테이터에, 측온 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 가열부를 제어하는 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
7. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 5, 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 배기 포트는,
   상기 격벽 이외의 펌프 구성 부품과는 비접촉으로 설치된 것을 특징으로 하는 진공 펌프.

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