KR20200083239A - 진공 펌프 장치 - Google Patents

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마사미 나가야마
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

진공 펌프의 설치 스페이스를 작게 할 수 있고, 또한 확실하게 재기동할 수 있는 진공 펌프 장치가 제공된다.
진공 펌프 장치(1)는, 서로 대향하여 배치되고, 또한 루트 로터 또는 클로 로터인, 한 쌍의 펌프 로터와, 한 쌍의 펌프 로터가 고정된, 연직 방향으로 연장되는 한 쌍의 축(8)과, 한 쌍의 펌프 로터를 회전시키는 모터(10)와, 한 쌍의 축(8)에 고정되고, 또한 서로 맞물리는 한 쌍의 타이밍 기어(25)와, 한 쌍의 펌프 로터의 상방에 배치된 고정측 베어링과, 고정측 베어링과 함께, 축(8)을 지지하는 자유측 베어링을 구비하고 있다.

Description

진공 펌프 장치{VACUUM PUMP APPARATUS}
본 발명은, 진공 펌프 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 및/또는 유기 EL·액정 등의 플랫 패널 제조에 사용되는 진공 펌프(예를 들어, 프로세스 가스의 배기용의 진공 펌프, 대 배기 속도 진공 펌프 등)가 알려져 있다.
일본 실용신안 출원 공개 평6-53793호 공보
근년, 반도체 제조 및/또는 플랫 패널 제조에 있어서는, 반도체의 고성능화 및/또는 패널의 대형화에 수반하여, 프로세스 챔버 내에 도입하는 프로세스 가스의 유량이 증가하고 있지만, 이러한 현 상황에 있어서도, 프로세스 챔버 내의 압력을 어느 일정한 압력으로 유지할 필요가 있다.
상기 필요성으로부터, 프로세스 가스를 배기하는 진공 펌프로서, 배기 속도가 큰 진공 펌프가 요구되고, 진공 펌프의 사이즈도 대형화되고 있다. 그러나, 진공 펌프의 대형화에 의해, 반도체 제조 공장 및/또는 플랫 패널 제조 공장에 있어서의 진공 펌프 장치의 설치 스페이스가 증가하고, 설치 스페이스의 확보가 문제로 되고 있다.
설치 스페이스를 작게 하기 위해서, 종배치의 진공 펌프 장치를 채용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 특허문헌 1과 같이, 고정측 베어링을 펌프 로터에 대하여 하측에 배치한 경우에는, 배기하는 가스의 응축에 의해 생성된 고형물이, 펌프 로터와 펌프 케이싱의 간극에 부착·퇴적하고, 또한, 펌프 정지 시에는, 진공 펌프 장치 온도가 내려감으로써, 펌프 로터가 이 고형물을 과도하게 압축하고, 그 결과, 펌프 로터의 회전이 저해되어, 진공 펌프 장치가 재기동할 수 없을 우려가 있다.
그래서, 진공 펌프 장치의 설치 스페이스를 작게 할 수 있고, 또한 확실하게 재기동할 수 있는 진공 펌프 장치를 제공한다.
일 양태에서는, 서로 대향하여 배치되고, 또한 루트 로터 또는 클로 로터인, 한 쌍 펌프 로터와, 상기 한 쌍의 펌프 로터가 고정된, 연직 방향으로 연장되는 한 쌍의 축과, 상기 한 쌍의 펌프 로터를 회전시키는 모터와, 상기 한 쌍의 축에 고정되고, 또한 서로 맞물리는 한 쌍의 타이밍 기어와, 상기 한 쌍의 펌프 로터의 상방에 배치된 고정측 베어링과, 상기 고정측 베어링과 함께, 상기 축을 지지하는 자유측 베어링을 구비하고 있는, 진공 펌프 장치가 제공된다.
일 양태에서는, 상기 모터는, 상기 한 쌍의 펌프 로터의 상방에 배치되어 있다.
일 양태에서는, 상기 진공 펌프 장치는, 상기 모터에 전기적으로 접속된 운전 제어 장치를 구비하고 있고, 상기 운전 제어 장치는, 상기 모터의 기동 및 정지를 반복함으로써, 상기 진공 펌프 장치의 운전을 완전히 정지하기 전에, 상기 펌프 로터의 회전 및 정지 동작을 실행한다.
일 양태에서는, 상기 운전 제어 장치는, 소정의 시간 간격으로, 상기 모터의 기동 및 정지를 반복한다.
일 양태에서는, 상기 진공 펌프 장치는, 상기 한 쌍의 펌프 로터가 수용되는 펌프 케이싱과, 상기 펌프 케이싱의 외면에 설치된 온도 센서를 구비하고 있고, 상기 운전 제어 장치는, 상기 온도 센서에 의해 측정된 상기 펌프 케이싱의 온도 변화에 기초하여, 상기 모터의 기동 및 정지를 반복한다.
종배치로 배치된 진공 펌프 장치 운전을 정지한 경우, 축은, 그 온도 저하에 의해, 펌프 로터의 상방에 배치된 고정측 베어링을 기준으로, 상 방향으로 수축한다. 따라서, 펌프 로터 하면과 펌프 케이싱 사이의 횡방향 간극이 커지고, 펌프 로터는, 고형물을 눌러 찌부러뜨리지 않는다. 결과로서, 진공 펌프 장치 재기동은 저해되지 않는다.
도 1은, 진공 펌프 장치 일 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 2는, 베어링 장치 일 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 3은, 베어링 장치의 내부에서 순환하는 윤활유를 도시하는 도면이다.
도 4는, 회전 원통을 도시하는 사시도이다.
도 5는, 회전 원통의 확대도이다.
도 6은, 받침 접시의 확대도이다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는, 접촉 시일을 도시하는 도면이다.
도 8은, 진공 펌프 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는, 종배치의 진공 펌프 장치에 발생할 수 있는 문제를 설명하기 위한 도면이다.
도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는, 도 8에 나타내는 실시 형태에 있어서의 진공 펌프 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에서 설명하는 도면에 있어서, 동일하거나 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 붙여서 중복된 설명을 생략한다.
도 1은, 진공 펌프 장치(1)의 일 실시 형태를 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 진공 펌프 장치(1)는, 직립 자세로 배치된 입형 진공 펌프 장치이다. 도 1에 나타내는 실시 형태에서는, 진공 펌프 장치(1)는, 플로어(FL) 상에 적재되어 있다. 진공 펌프 장치(1)는, 고속으로 회전하는 펌프 장치이다. 진공 펌프 장치(1)는, 그 설치 스페이스를 작게 하기 위해서, 종배치로 배치되어 있다.
진공 펌프 장치(1)는, 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 펌프 로터(본 실시 형태에서는, 루트 로터)(6a, 6b, 6c, 6d)와, 이들 펌프 로터(6a 내지 6d)가 고정되는 한 쌍의 축(구동축)(8)과, 펌프 로터(6a 내지 6d)가 수용되는 펌프 케이싱(5)과, 축(8)을 통해 펌프 로터(6a 내지 6d)를 회전시키는 모터(10)를 구비하고 있다.
도 1에 나타내는 실시 형태에서는, 펌프 로터(6a 내지 6d)의 구조는, 루트 로터에 한정되지는 않는다. 펌프 로터(6a 내지 6d)는, 클로 로터여도 되고, 또는 스크루 로터여도 된다.
진공 펌프 장치(1)은, 기체를 흡기하기 위한 흡기 포트(2)와, 기체를 배출하기 위한 배기 포트(4)를 구비하고 있다. 진공 펌프 장치(1)의 운전에 의해, 기체는, 흡기 포트(2)를 통하여 진공 펌프 장치(1)의 내부에 흡입되고, 배기 포트(4)로부터 배출된다(도 1의 화살표 참조). 흡기 포트(2) 및 배기 포트(4)는, 펌프 케이싱(5)에 마련되어 있다.
펌프 케이싱(5)은, 그 내부에 형성된 기체 유로(35)를 갖고 있다. 펌프 로터(6a 내지 6d)에 의해 압축된 기체는, 기체 유로(35)를 통하여 배기 포트(4)로부터 배출된다.
도 1에서는, 한 쌍의 펌프 로터(6a 내지 6d) 중 한쪽만이 그려져 있고, 반대측의 펌프 로터의 도시는 생략되어 있다. 한 쌍의 축(8) 중 한쪽만이 그려져 있고, 반대측의 축의 도시는 생략되어 있다. 도 1에서는, 펌프 로터의 단수는 4단이지만, 펌프 로터의 단수는, 본 실시 형태에 한정되지는 않는다. 펌프 로터의 단수는, 요구되는 진공도나 배기 가스 유량 등에 따라 적절히 선정할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 1단의 펌프 로터가 마련되어도 된다.
진공 펌프 장치(1)는, 진공 펌프 장치(1)의 운전을 제어하는 운전 제어 장치(12)를 구비하고 있다. 운전 제어 장치(12)는, 모터(10)에 전기적으로 접속되어 있다. 운전 제어 장치(12)는, 모터(10)의 구동 및 정지에 의해 펌프 로터(6a 내지 6d)의 회전 및 정지 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
축(8)은, 연직 방향으로 연장되어 있고, 베어링(13) 및 베어링 장치(15)(보다 구체적으로는, 베어링 장치(15)에 마련된 베어링(20, 21))에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 베어링(13)은, 축(8)의 일단 부분(즉, 하단 부분)에 배치되어 있고, 베어링 장치(15)(보다 구체적으로는, 베어링(20, 21))는, 축(8)의 타단 부분(즉, 상단 부분)에 배치되어 있다.
축(8)의 일단 부분에는, 서로 맞물리는 타이밍 기어(25)가 마련되어 있고, 이들 타이밍 기어(25)는, 베어링(13)과 함께 기어 커버(26) 내에 수용되어 있다. 또한, 도 1에서는, 한 쌍의 타이밍 기어(25) 중 한쪽만이 그려져 있다. 도 1에 나타내는 실시 형태에서는, 타이밍 기어(25)는, 펌프 로터(6a 내지 6d)의 하방에 배치되어 있다. 일 실시 형태에서는, 펌프 로터(6a 내지 6d)의 상방에 배치되어도 된다.
모터(10)는, 2개의 축(8) 중 적어도 한쪽에 고정된 모터 로터(30)와, 코일이 감긴 스테이터 코어를 갖는 모터 스테이터(31)와, 이들 모터 로터(30) 및 모터 스테이터(31)를 수용하는 모터 프레임(32)을 구비하고 있다. 모터 스테이터(31)는, 모터 로터(30)를 둘러싸도록 배치되어 있고, 모터 프레임(32)의 내주면에 고정되어 있다.
모터(10)가 구동되면, 타이밍 기어(25)를 통해 한 쌍의 펌프 로터(6a 내지 6d)가 서로 반대 방향으로 회전하고, 기체가 흡기 포트(2)를 통하여 펌프 케이싱(5)의 내부에 흡입된다. 흡입된 기체는, 펌프 로터(6a 내지 6d)에 의해 하류측으로 이송되어, 배기 포트(4)로부터 배출된다.
진공 펌프 장치(1)는, 고속으로 회전하는 펌프 장치이고, 종배치로 배치되어 있다. 따라서, 진공 펌프 장치(1)에 마련되는 베어링 장치도 종배치로 배치할 필요가 있다. 그러나, 일반적인 구조를 갖는 베어링 장치를 고속 운전이 가능한 진공 펌프 장치(1)에 그대로 채용하면, 베어링(20, 21)의 각각을 윤활 및 냉각하기 위한 윤활유가 베어링(20, 21)에 충분히 공급되지 않을 우려가 있다. 이 경우, 각 베어링(20, 21)은, 그 기능을 충분히 발휘할 수 없다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 진공 펌프 장치(1)는, 베어링(20, 21)의 기능을 충분히 발휘할 수 있는 구조를 갖는 베어링 장치(15)를 구비하고 있다. 이하, 베어링 장치(15)의 구조에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는, 베어링 장치(15)의 일 실시 형태를 도시하는 단면도이다. 베어링 장치(15)는, 윤활유가 베어링 장치(15)의 내부에서 순환하는 오일 순환형의 베어링 장치이다. 도 3은, 베어링 장치(15)의 내부에서 순환하는 윤활유를 도시하는 도면이다. 도 3에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 부호의 도시는 생략되어 있다. 도 3에 있어서, 윤활유의 흐름은, 화살표로 표시되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 베어링 장치(15)는, 연직 방향으로 연장되는 축(8)을 지지하는 베어링(20, 21)과, 베어링(20, 21)을 수용하는 베어링 하우징(40)과, 축(8)에 고정 가능한 회전 원통(45)과, 베어링(20, 21), 베어링 하우징(40) 및 회전 원통(45)을 수용하는 베어링 케이싱(46)을 구비하고 있다.
베어링(20, 21)은, 연직 방향에 있어서, 직렬로 배치되어 있다. 베어링(20, 21)은, 축(8)의 스러스트 하중 및 레이디얼 하중을 받는 베어링이다. 베어링 하우징(40)은, 베어링(20, 21)을 수용하고 있고, 축(8) 및 베어링(20, 21)과 동심 형상으로 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 2개의 베어링(20, 21)이 마련되어 있지만, 베어링의 수는 본 실시 형태에 한정되지는 않는다. 일 실시 형태에서는, 단일인 베어링이 마련되어도 된다. 또한, 일 실시 형태에서는, 레이디얼 하중만을 받는 자유측 베어링이 마련되어도 된다.
베어링(20)의 상방에는, 축(8)에 장착된 스페이서(41)와, 스페이서(41)를 통해 축(8)에 고정된 고정구(예를 들어, 축 너트)(42)가 배치되어 있다. 이들 스페이서(41) 및 고정구(42)는, 베어링(20, 21)에 작용하는 스러스트 하중(축(8)의 축선 방향(CL)에 있어서의 하중)을 받아낸다. 보다 구체적으로는, 스페이서(41)는 베어링(20)의 내륜에 밀착하고 있고, 고정구(42)는, 스페이서(41)를 통해, 베어링(20)의 축선 방향(CL)으로의 이동을 제한하고 있다.
회전 원통(45)은, 베어링(21)(바꿔 말하면, 베어링 하우징(40))의 하방에 배치되어 있다. 회전 원통(45)은, 베어링(21)의 내륜에 밀착하고 있고, 베어링(21)의 축선 방향(CL)으로의 이동을 제한하고 있다.
고정구(42)의 상방에는, 축(8)에 고정된 시일 부재(43)가 배치되어 있다. 시일 부재(43)는, 베어링 케이싱(46) 내에 배치된 윤활유의 외부의 누설을 방지하는 부재이다. 윤활유는, 베어링(20, 21)을 윤활 및 냉각하기 위한 액체이다.
베어링 케이싱(46)은, 펌프 케이싱(5)에 접속되고, 또한 윤활유를 저류하는 사이드 커버(50)와, 사이드 커버(50)의 상방에 배치되어, 베어링 장치(15)의 상단부를 구성하는 케이스 부재(51)와, 사이드 커버(50)와 케이스 부재(51) 사이에 배치된 베어링 서포트 부재(52)를 구비하고 있다. 베어링 서포트 부재(52)는, 사이드 커버(50)와 케이스 부재(51) 사이에 끼워져 있다.
사이드 커버(50)는, 그 중앙에 축(8)이 관통하는 관통 구멍(50a)을 갖고 있고, 축(8)의 외주면과 관통 구멍(50a) 사이에는, 2개의 피스톤 링(55)이 배치되어 있다. 피스톤 링(55)의 각각은, 축(8)에 장착되어 있고, 연직 방향에 있어서, 직렬로 배치되어, 윤활유의 외부의 누설을 방지한다.
사이드 커버(50)는, 축(8)에 인접하여 배치된 환상의 내주벽(56)과, 내주벽(56)의 반경 방향 외측에 배치된 환상의 외주벽(57)과, 내주벽(56)과 외주벽(57) 사이에 배치된 저벽(58)을 구비하고 있다. 윤활유는, 내주벽(56), 외주벽(57) 및 저벽(58)에 의해 보유 지지되어 있다.
베어링 케이싱(46)의 외주면, 보다 구체적으로는, 사이드 커버(50)의 외주벽(57)에는, 수랭 재킷(90)이 설치되어 있다(도 1 및 도 2 참조). 수랭 재킷(90)은, 냉각수가 순환하는 구조를 갖고 있고, 사이드 커버(50)에 보유 지지된 윤활유를, 사이드 커버(50)를 통하여 냉각한다.
저벽(58)은, 상측의 피스톤 링(55)과 하측의 피스톤 링(55) 사이의 공간에 연통하는 연통 구멍(59)을 갖고 있다. 연통 구멍(59)은, 상측의 피스톤 링(55)과 하측의 피스톤 링(55) 사이의 공간에 축 시일용 가스(예를 들어, N2 가스 등의 불활성 가스)를 공급하기 위한 구멍이다.
내주벽(56)은, 관통 구멍(50a)에 접속되어 있고, 내주벽(56)의 상단은, 사이드 커버(50)에 의해 보유 지지된 윤활유의 액면보다도 높은 위치에 배치되어 있다. 이러한 배치에 의해, 내주벽(56)의 월류에 의해 윤활유의 외부의 누설이 억제된다.
축(8)이 회전하면, 축(8)에 고정된 회전 원통(45)도 축(8)과 함께 회전하고, 사이드 커버(50)에 보유 지지된 윤활유는, 회전하는 회전 원통(45)에 의해 사이드 커버(50)의 상방으로 끌어 올려진다(도 3 참조). 이하, 회전 원통(45)의 구조에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는, 회전 원통(45)을 도시하는 사시도이다. 도 5는, 회전 원통(45)의 확대도이다. 또한, 도 5에서는, 수랭 재킷(90)의 도시는 생략되어 있다. 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 회전 원통(45)은, 그 외주면(45a)에 형성된 2개의 슬로프(70)를 구비하고 있다. 도 4에서는, 한쪽의 슬로프(70)만이 그려져 있다.
2개의 슬로프(70)는, 회전 원통(45)의 원주 방향을 따라 등간격으로 배치되어 있다. 슬로프(70)는, 회전 원통(45)의 외주면(45a)과 외주벽(57)의 내면 사이의 간극에 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 2개의 슬로프(70)가 마련되어 있지만, 슬로프(70)의 수는 본 실시 형태에 한정되지는 않는다. 일 실시 형태에서는, 3개 이상의 슬로프(70)가 마련되어도 된다. 이 경우에도, 복수의 슬로프(70)는, 회전 원통(45)의 원주 방향을 따라, 등간격으로 배치되어 있다.
회전 원통(45)은, 축(8)에 고정 가능한 내측 원통부(71)와, 내측 원통부(71)의 외측에 배치된 외측 원통부(72)와, 내측 원통부(71) 및 외측 원통부(72)를 연결하는 환상 링부(73)를 구비하고 있다. 내측 원통부(71) 및 외측 원통부(72)는, 축(8)과 동심 형상으로 배치되어 있다.
내측 원통부(71)는, 베어링(21)의 하방에 배치되어 있고, 외측 원통부(72)는, 베어링(21)의 반경 방향 외측에 배치되어 있다. 외측 원통부(72)의 높이는, 내측 원통부(71)의 높이 보다도 높다. 본 실시 형태에서는, 내측 원통부(71), 외측 원통부(72) 및 환상 링부(73)는, 일체 성형 부재이다.
회전 원통(45)의 외주면(45a)은, 외측 원통부(72)의 외주면에 상당한다. 따라서, 슬로프(70)는, 외측 원통부(72)의 외주면에 마련되어 있다고 표현되어도 된다.
본 실시 형태에서는, 슬로프(70)의 상단부(70a)는, 회전 원통(45)의 상단(45b)에 접속되어 있고, 슬로프(70)의 하단부(70b)는, 회전 원통(45)의 하단(45c)에 접속되어 있다. 슬로프(70)의 상단부(70a)와 하단부(70b) 사이에는, 퍼올림면(70c)이 형성되어 있다. 슬로프(70)는, 회전 원통(45)의 회전 방향에 있어서, 상단부(70a)(즉, 상단(45b))로부터 하단부(70b)(즉, 하단(45c))를 향하여 비스듬하게 하방으로 연장되는 만곡 형상을 갖고 있다. 바꿔 말하면, 슬로프(70)는, 축선 방향(CL)에 대하여 경사져 있다.
회전 원통(45)이 축(8)과 함께 회전하면, 슬로프(70)는, 축(8)의 중심 주위로 회전한다. 슬로프(70)가 회전하면, 퍼올림면(70c)은, 회전 원통(45)의 회전 방향으로 진행하고, 사이드 커버(50)에 저류된 윤활유를 퍼올린다. 퍼올려진 윤활유는, 회전 원통(45)의 외주면(45a)과 외주벽(57) 사이의 환상 간극을 비스듬하게 상방향으로 이동한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 사이드 커버(50)의 외주벽(57)의 상단은, 축(8)에 고정된 회전 원통(45)보다도 높은 위치에 배치되어 있다. 베어링 서포트 부재(52)는, 수평 방향으로 연장되어 있고, 외주벽(57)의 상단에 접속되어 있다. 베어링 서포트 부재(52)는, 베어링 하우징(40)을 지지하고 있고, 베어링 하우징(40)을 통해, 베어링(20, 21)에 작용하는 레이디얼 하중(축(8)의 축선 방향(CL)에 수직인 방향에 있어서의 하중) 및 스러스트 하중(축(8)의 축선 방향(CL)에 수평한 방향에 있어서의 하중)을 받아낸다.
베어링 서포트 부재(52)는, 슬로프(70)에 의해 퍼올려진 윤활유가 통과 가능한 2개의 유통 구멍(52a)을 갖고 있다. 2개의 유통 구멍(52a)은, 베어링 서포트 부재(52)의 원주 방향에 있어서, 등간격으로 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 2개의 유통 구멍(52a)이 마련되어 있지만, 유통 구멍(52a)의 수는 본 실시 형태에 한정되지는 않는다.
케이스 부재(51)는, 베어링 서포트 부재(52)에 접속되어 있다. 회전 원통(45)에 의해 끌어 올려진 윤활유는, 베어링 서포트 부재(52)의 유통 구멍(52a)을 통하여 케이스 부재(51)까지 도달한다. 케이스 부재(51)에 도달한 윤활유는, 케이스 부재(51)의 상단벽(51a)에 충돌하고, 윤활유의 방향이 전환되어서, 베어링(20, 21)에 유도된다.
케이스 부재(51)의 상단벽(51a)은, 회전 원통(45) 및 베어링(20, 21)의 상방에 배치되어 있고, 윤활유를 원활하게 베어링(20, 21)에까지 유도하는 테이퍼 형상을 갖고 있다. 보다 구체적으로는, 상단벽(51a)은, 그 내면에 형성된 만곡부(60)와, 만곡부(60)에 접속된 테이퍼부(61)를 갖고 있다. 테이퍼부(61)는, 상단벽(51a)으로부터 베어링 하우징(40)을 향하여 연장되는 돌기이고, 시일 부재(43)에 인접하여 배치되어 있다.
테이퍼부(61)는, 만곡부(60)로부터 베어링 하우징(40)을 향함에 따라서, 서서히 테이퍼부(61)의 단면적이 작아지는 테이퍼 형상을 갖고 있고, 테이퍼부(61)의 최하단은, 베어링 하우징(40)의 상방에 배치되어 있다. 상단벽(51a)은, 상단벽(51a)에 충돌한 윤활유의 방향을 원활하게 전환하고, 윤활유를 베어링(20, 21)에 유도할 수 있다(도 3 참조).
베어링 하우징(40)은, 하우징 본체(64)와, 하우징 본체(64)의 상단에 배치된 받침 접시(65)를 구비하고 있다. 도 6은, 받침 접시(65)의 확대도이다. 받침 접시(65)는, 상단벽(51a)에 충돌하여 방향이 전환된 윤활유를 받아들이면서, 윤활유를 베어링(20, 21)에 유도한다. 받침 접시(65)는, 그 중앙에 형성된 관통 구멍(65a)과, 관통 구멍(65a)에 접속된 내측 환상 돌기(66)와, 내측 환상 돌기(66)의 외측에 배치된 외측 환상 돌기(67)와, 내측 환상 돌기(66) 및 외측 환상 돌기(67)를 접속하는 접속 부위(68)를 갖고 있다.
내측 환상 돌기(66) 및 외측 환상 돌기(67)는, 축(8)과 동심 형상으로 배치되어 있다. 내측 환상 돌기(66)는, 접속 부위(68)로부터 하방으로, 즉, 베어링(20)을 향하여 연장되어 있고, 외측 환상 돌기(67)는, 접속 부위(68)로부터 상방으로, 즉, 상단벽(51a)을 향하여 연장되어 있다.
내측 환상 돌기(66)는, 베어링(20)의 외륜에 밀착하고 있고, 베어링(20)의 축선 방향(CL)으로의 이동을 제한하고 있다. 베어링 하우징(40)의 하우징 본체(64)는, 베어링(21)의 외륜에 밀착하고 있고, 베어링(21)의 축선 방향(CL)으로의 이동을 제한하고 있다(도 2 참조).
이와 같이, 베어링(20, 21)은, 고정구(42), 베어링 하우징(40) 및 회전 원통(45)에 의해, 베어링(20, 21)의 축선 방향(CL)으로의 이동이 제한된 고정측 베어링이다. 펌프 로터(6a 내지 6d)를 끼워서 베어링(20, 21)의 반대측에 배치된 베어링(13)은, 축선 방향(CL)으로의 이동이 가능한 자유측 베어링이다. 고정측 베어링인 베어링(20, 21)은, 펌프 로터(6a 내지 6d)의 상방에 배치되어 있고, 자유측 베어링인 베어링(13)은, 펌프 로터(6a 내지 6d)의 하방에 배치되어 있다.
외측 환상 돌기(67)는, 상단벽(51a)의 테이퍼부(61)보다도 축(8)으로부터 이격한 위치에 배치되어 있다(도 2 참조). 따라서, 외측 환상 돌기(67)는, 테이퍼부(61)로부터 받침 접시(65) 상에 낙하한 윤활유가 받침 접시(65)의 외측으로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 받침 접시(65) 상에 낙하한 윤활유는, 관통 구멍(65a)과 스페이서(41) 사이의 간극을 통하여 베어링(20, 21)에 접촉하고, 결과적으로, 베어링(20, 21)을 윤활 및 냉각한다.
베어링(20, 21)에 접촉한 윤활유는, 베어링(20, 21)을 통과하여, 회전 원통(45) 상에 낙하한다(도 3 참조). 보다 구체적으로는, 윤활유는, 내측 원통부(71), 외측 원통부(72) 및 환상 링부(73)에 의해 보유 지지된다.
회전 원통(45)에 보유 지지된 윤활유에는, 회전 원통(45)의 회전에 의한 원심력이 작용한다. 윤활유는, 하우징 본체(64)와 외측 원통부(72) 사이의 간극을 통하여, 회전 원통(45)의 외주면(45a)과 외주벽(57) 사이의 환상 간극에 유입된다. 그 후, 윤활유는, 다시, 슬로프(70)에 의해 끌어 올려진다.
이와 같이, 베어링 장치(15)는, 그 내부에, 윤활유의 순환류(즉, 윤활유의 상승류 및 하강류)를 형성할 수 있다. 순환하는 윤활유는, 베어링(20, 21)에 접촉하여, 베어링(20, 21)을 윤활 및 냉각할 수 있다. 결과로서, 베어링(20, 21) 각각은, 그 기능을 충분히 발휘할 수 있다.
도 2 및 도 5에 도시한 바와 같이, 회전 원통(45)은, 베어링(21)의 일부를 둘러싸도록 배치되어 있다. 외측 원통부(72)의 상단은, 베어링(21)의 전동체(21a)의 하단보다도 높은 위치에 배치되어 있다. 바람직하게는, 외측 원통부(72)의 상단은, 전동체(21a)의 중앙과 동일 위치에 배치되어 있다. 이러한 구조에 의해, 진공 펌프 장치(1)의 운전 정지 시에 있어서, 베어링(21)의 전동체(21a)는, 항상 회전 원통(45)에 보유 지지된 윤활유에 접촉한다. 따라서, 진공 펌프 장치(1)는, 베어링(21)을 무윤활 상태로 하지 않고, 진공 펌프 장치(1)의 운전을 재개할 수 있다.
윤활유의 순환류를 형성하는 구조를 갖는 베어링 장치(15)에 의한 효과에 대해서, 설명한다. 베어링을 항상 윤활유 중에 침지시킨 상태에서 진공 펌프 장치를 운전시키는 구성을 생각할 수 있다. 그러나, 이와 같은 구성의 경우, 진공 펌프 장치의 운전 시에 있어서, 베어링은, 윤활유 중에서 회전하기 때문에, 윤활유의 교반 열에 의한 베어링의 온도 상승이 크고, 베어링이 파손될 우려가 있다. 따라서, 고속으로 회전(예를 들어, 4000min-1)하는 진공 펌프 장치(1)에 채용하는 것은 바람직하지 않다.
본 실시 형태에 따르면, 베어링 장치(15)는, 슬로프(70)에 의해 윤활유를 순환시키도록 구성되어 있다. 따라서, 베어링(20, 21)은, 윤활유의 교반 열에 의한 영향을 받는 일 없이, 윤활유에 의해 윤활 및 냉각된다. 결과로서, 베어링(20, 21) 각각은, 그 기능을 충분히 발휘할 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 진공 펌프 장치(1)는, 윤활유를 확실하게 베어링(20, 21)에 접촉시켜서, 베어링(20, 21)의 기능을 충분히 발휘할 수 있는 베어링 장치(15)를 구비하고 있다. 따라서, 종배치로 배치되는 진공 펌프 장치(1)는, 문제없이, 운전할 수 있다. 결과로서, 진공 펌프 장치(1)의 설치 스페이스를 작게 할 수 있고, 또한 진공 펌프 장치(1)의 대 배기 속도에서의 운전을 실현할 수 있다.
진공 펌프 장치(1)는, 종배치로 배치되어 있기 때문에, 베어링 장치(15) 내의 윤활유에는, 중력이 작용한다. 또한, 진공 펌프 장치(1)의 운전 시에는, 프로세스 챔버측에서 유입되는 가스 유량이 변화 또는 정지하면, 펌프 실내 압력도 변화하기 때문에, 베어링 실내 압력 사이에 압력차가 발생하고, 양자 간에 있어서, 압력이 높은 측으로부터 낮은 측으로 가스가 이동한다. 특히, 대유량의 가스를 배기하고, 펌프 실내 압력 및 베어링 실내 압력이 높아지고 있는 상태에서, 프로세스 챔버 측으로부터의 가스 유입이 단숨에 정지하면, 펌프 실내 압력은 단숨에 저하되고, 베어링실측 사이에 큰 압력차가 발생하기 때문에, 베어링실측으로부터 펌프실측으로 대유량의 가스가 흘러, 이 흐름을 타고, 윤활유(무상의 윤활유 및 액체 상태의 윤활유)가 외부(펌프실측)에 누설할 우려가 있다.
윤활유가 누설하면, 베어링 장치(15) 내의 윤활유량이 줄어들기 때문에, 베어링(20, 21)으로의 윤활유 공급량이 줄어들고, 베어링 파손에 연결될 우려가 있을 뿐만 아니라, 누설한 윤활유가 펌프실을 경유하여 프로세스 챔버측으로 역류하고, 웨이퍼 오염의 원인으로 될 우려도 있다. 그래서, 베어링 장치(15)는, 윤활유의 누설을 확실하게 방지할 수 있는 구조를 갖고 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 회전 원통(45)은, 그 하면으로부터 사이드 커버(50)의 저벽(58)(즉, 하방)으로 연장되는 복수의 하향 리브(75, 76, 77)를 구비하고 있다. 이들 하향 리브(75, 76, 77) 각각은, 원통 형상을 갖고 있고, 축(8)과 동심 형상으로 배치되어 있다. 이하, 본 명세서에 있어서, 하향 리브(75)를 내측 하향 리브(75)라고 칭하는 경우가 있고, 하향 리브(76)를 중간측 하향 리브(76)라고 칭하는 경우가 있고, 하향 리브(77)를 외측 하향 리브(77)라고 칭하는 경우가 있다.
내측 하향 리브(75) 및 중간측 하향 리브(76)는, 환상 링부(73)의 하면으로부터 하방으로 연장되어 있고, 외측 하향 리브(77)는, 외측 원통부(72)의 하면으로부터 하방으로 연장되어 있다.
사이드 커버(50)는, 그 저벽(58)으로부터 회전 원통(45)의 하면(즉, 상방)을 향하여 연장되는 복수의 상향 리브(80, 81)를 구비하고 있다. 상향 리브(80, 81) 각각은, 원통 형상을 갖고 있고, 축(8)과 동심 형상으로 배치되어 있다. 이하, 본 명세서에 있어서, 상향 리브(80)를 내측 상향 리브(80)라고 칭하는 경우가 있고, 상향 리브(81)를 외측 상향 리브(81)라고 칭하는 경우가 있다.
내측 상향 리브(80)는, 윤활유의 통과를 허용하는 통과부(즉, 오일 통과부)(80a)를 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 2개의 통과부(80a)가 마련되어 있지만, 통과부(80a)의 수는, 본 실시 형태에 한정되지는 않는다. 또한, 외측 상향 리브(81)에도, 윤활유의 통과를 허용하는 통과부(즉, 오일 통과부)(81a)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 2개의 통과부(81a)가 마련되어 있지만, 통과부(81a)의 수는, 본 실시 형태에 한정되지는 않는다. 윤활유는, 통과부(80a) 및 통과부(81a)를 통과 가능하다. 통과부(80a)는, 내주벽(56)과 내측 상향 리브(80) 사이에 존재하는 윤활유의 액면의 높이와, 내측 상향 리브(80)와 외측 상향 리브(81) 사이에 존재하는 윤활유의 액면 높이를 동일하게 하기 위한 구멍이다. 또한, 통과부(81a)는, 내측 상향 리브(80)와 외측 상향 리브(81) 사이에 존재하는 윤활유의 액면 높이와, 외측 상향 리브(81)와 회전 원통(45)의 외측 하향 리브(77) 사이에 존재하는 윤활유의 액면 높이를 동일하게 하기 위한 구멍이다.
통과부(80a)는, 내측 상향 리브(80)와 내측 하향 리브(75) 사이의 간극을 통과한 윤활유를 내측 상향 리브(80)와 외측 상향 리브(81) 사이의 공간으로 되돌리는 복귀 유로이다. 일 실시 형태에서는, 통과부(80a)는, 내측 상향 리브(80)의 하부에 형성된 구멍이어도 된다. 다른 실시 형태에서는, 통과부(80a)는, 내측 상향 리브(80)의 하단에 형성된 노치이어도 된다. 또한, 통과부(81a)는, 후술하는 압력 조정 구멍(74)을 통과한 윤활유나, 통과부(80a)로부터 되돌아 온 윤활유로 베어링(20, 21)을 윤활하기 때문에, 회전 원통(45)의 외주면(45a)과 베어링 케이싱(46)의 내면 사이의 공간으로 되돌리는 복귀 유로이다. 일 실시 형태에서는, 통과부(81a)는, 외측 상향 리브(81)의 하부에 형성된 구멍이어도 된다. 다른 실시 형태에서는, 통과부(81a)는, 외측 상향 리브(81)의 하단에 형성된 노치이어도 된다.
본 실시 형태에서는, 외측 하향 리브(77)는, 내측 하향 리브(75) 및 중간측 하향 리브(76)보다도 하방으로 연장되어 있다. 내측 하향 리브(75)의 하단(75a) 및 중간측 하향 리브(76)의 하단(76a)은, 동일한 높이에 배치되어 있다. 내측 하향 리브(75)의 하단(75a) 및 중간측 하향 리브(76)의 하단(76a)은, 사이드 커버(50)에 보유 지지된 윤활유의 상방에 배치되어 있고, 외측 하향 리브(77)의 하단(77a)은, 사이드 커버(50)에 보유 지지된 윤활유 중에 침지되어 있다. 회전 원통(45)의 하단(45c)은, 외측 하향 리브(77)의 하단(77a)에 상당한다.
회전 원통(45)은, 그 외측 원통부(72)에 형성된 연직 방향으로 연장되는 압력 조정 구멍(74)을 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 2개의 압력 조정 구멍(74)이 마련되어 있지만, 압력 조정 구멍(74)의 수는 본 실시 형태에 한정되지는 않는다. 일 실시 형태에서는, 하나의 압력 조정 구멍(74)이 마련되어도 된다.
상술한 바와 같이, 외측 하향 리브(77)의 하단(77a)은, 윤활유 중에 침지되어 있다. 따라서, 압력 조정 구멍(74)이 마련되어 있지 않은 경우에는, 회전 원통(45)의 상방의 공간(제1 공간(SP1))과 회전 원통(45)의 하방 공간, 바꿔 말하면, 외측 하향 리브(77)에 의해 둘러싸인 공간(제2 공간(SP2)) 사이에서는, 윤활유에 의해, 가스의 통행이 차단된다. 그 때문에, 예를 들어 진공 펌프 장치(1)의 정지 중에서는, 제1 공간(SP1) 및 제2 공간(SP2)은 모두 대기압으로 되어 있지만, 진공 펌프 장치(1)가 기동하면, 펌프실측의 압력이 낮아지기 때문에, 제2 공간(SP2)의 압력은 낮아지지만, 제1 공간(SP1)의 압력은 대기압인 채이기 때문에, 양자 간에 압력차가 발생한다. 그 결과, 제1 공간(SP1)의 가스가 팽창하고, 회전 원통(45)의 외주면(45a)과 베어링 케이싱(46)의 내면 사이의 윤활유 액면을 누름으로써, 제2 공간(SP2)의 윤활유의 액면이 상승하고, 윤활유가 내주벽(56)을 넘쳐 흐를 우려가 있다. 본 실시 형태에서는, 압력 조정 구멍(74)을 마련함으로써, 제1 공간(SP1)과 제2 공간(SP2)을 연통시킬 수 있기 때문에, 제1 공간(SP1)의 압력과 제2 공간(SP2)의 압력은 항상 동일하다. 따라서, 외측 하향 리브(77)의 내측 윤활유의 액면의 상승이 방지된다.
내측 하향 리브(75)는, 내주벽(56)의 반경 방향 외측에 배치되어 있다. 내측 상향 리브(80)는, 내측 하향 리브(75)의 반경 방향 외측에 배치되어 있다. 중간측 하향 리브(76)는, 내측 상향 리브(80)의 반경 방향 외측에 배치되어 있다. 외측 상향 리브(81)는, 중간측 하향 리브(76)의 반경 방향 외측에 배치되어 있다. 외측 하향 리브(77)는, 외측 상향 리브(81)의 반경 방향 외측에 배치되어 있다.
이와 같이, 하향 리브(75, 76, 77) 및 상향 리브(80, 81)는, 교대로 배치되어 있고, 래비린스 구조를 갖고 있다. 보다 구체적으로는, 내측 하향 리브(75), 내측 상향 리브(80), 중간측 하향 리브(76), 외측 상향 리브(81) 및 외측 하향 리브(77)는, 내주벽(56)으로부터 외주벽(57)을 향하여, 이 순서대로, 배열되어 있다.
진공 펌프 장치(1)가 프로세스 가스를 배출한 직후 등, 베어링 케이싱(46) 내의 공간과 펌프 케이싱(5) 내의 공간 사이에(베어링 케이싱(46) 내의 공간 압력쪽이 펌프 케이싱(5) 내의 공간 압력보다도 높은) 압력차가 발생하면, 베어링 케이싱(46) 내의 공간의 기체는, 펌프 케이싱(5)을 향하여 상기 래비린스 구조 부분을 지그재그로 진행하지만, 그 기체의 흐름을 탄 윤활유(무상의 윤활유 및 액체 상태의 윤활유)에 대해서는, 하향 리브(75, 76, 77) 및 상향 리브(80, 81) 사이에 형성된 지그재그의 진로에 의해, 그 자중을 위해서, 기체의 흐름으로부터 원심 탈수되어, 펌프 케이싱(5)으로의 진행이 차단된다. 따라서, 베어링 장치(15)는, 윤활유의 펌프 케이싱(5)으로의 누설을 확실하게 방지할 수 있다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는, 접촉 시일을 도시하는 도면이다. 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 윤활유의 누설 방지를 보다 확실하게 하기 위해서, 접촉 시일(제1 접촉 시일)(85)을 회전 원통(45)의 내측 하향 리브(75)와 사이드 커버(50)의 내주벽(56) 사이에 배치해도 된다. 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 접촉 시일(제2 접촉 시일)(86)을 축(8)과 사이드 커버(50)의 내주벽(56) 사이에 배치해도 된다. 도시하지 않지만, 베어링 장치(15)는, 접촉 시일(85, 86)의 양쪽을 구비해도 된다. 접촉 시일(85, 86)로서, 공지된 접촉 시일을 채용할 수 있다.
도 8은, 진공 펌프 장치(1)의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성은, 상술한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복하는 설명을 생략한다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 베어링(20, 21)은, 이들 베어링(20, 21)을 지지하는 베어링 지지 부재(100)에 의해 지지되어 있다. 도 8에 나타내는 실시 형태에 있어서, 베어링 지지 부재(100)는, 베어링(20, 21)의 축선 방향(CL)으로의 이동을 제한하도록, 베어링(20, 21)을 지지하고 있다. 따라서, 도 8에 나타내는 실시 형태에 있어서도, 베어링(20, 21)은, 고정측 베어링이다. 펌프 로터(6a 내지 6d)를 끼워서 베어링(20, 21)의 반대측에 배치된 베어링(13)은, 자유측 베어링이다. 또한, 도 8에 나타내는 실시 형태에 관한 진공 펌프 장치(1)는, 도 1 내지 도 7에 나타내는 구성을 갖는 베어링 장치(15)를 구비해도 된다.
도 8에 나타내는 실시 형태에서는, 고정측 베어링인 베어링(20, 21)은, 펌프 로터(6a 내지 6d)(보다 구체적으로는, 펌프 로터(6a 내지 6d) 중 가장 상방에 있는 펌프 로터(6a))의 상방에 배치되어 있다. 도 8에 나타내는 실시 형태에서는, 자유측 베어링인 베어링(13)은, 고정측 베어링인 베어링(20, 21)의 하방, 보다 구체적으로는, 펌프 로터(6a 내지 6d)의 하방에 배치되어 있다. 일 실시 형태에서는, 베어링(13)은, 펌프 로터(6a 내지 6d)의 상방에 배치되어도 된다. 베어링(13)은, 베어링 장치(15)의 내부에 배치되어도 된다. 일 실시 형태에서는, 타이밍 기어(25)는, 펌프 로터(6a 내지 6d)의 상방에 배치되어도 된다.
타이밍 기어(25), 베어링(13), 펌프 로터(6a 내지 6d), 베어링 장치(15) 및 모터(10)는, 축(8)의 축선 방향(CL)을 따라, 직렬적으로, 연직 방향으로 배치되어 있다. 도 8에 나타내는 실시 형태에서는, 펌프 로터(6a 내지 6d)는, 루트 로터 또는 클로 로터이다. 따라서, 진공 펌프 장치(1)는, 배기 방식이 루트형인 루트형 펌프 장치 또는 배기 방식이 클로형인 클로형 펌프 장치이다. 또한 일 실시 형태에서는, 펌프 로터의 적어도 1단이 루트 로터 또는 클로 로터인 복합형 펌프 장치여도 된다. 도시하지 않지만, 펌프 케이싱(5)에는, 펌프 케이싱(5)의 온도를 상승시키기 위한 히터가 설치되어도 된다.
도 8에 나타내는 실시 형태에서는, 모터(10)는, 베어링 장치(15)(보다 구체적으로는, 베어링(20, 21))의 상방에 배치되어 있다. 이러한 배치에 의해, 진공 펌프 장치(1)의 구성 요소 중 중량물인 펌프 로터(6a 내지 6d) 및 펌프 케이싱(5)의 무게 중심 위치를 낮게 할 수 있다. 따라서, 진공 펌프 장치(1)의 이동 시 및 운전 시에 있어서의 진공 펌프 장치(1)의 설치 안정성을 향상시킬 수 있고, 진공 펌프 장치(1)의 전도를 방지할 수 있다.
배기 방식으로서, 루트형 또는 클로형을 채용한 경우, 축(8)의 축선 방향(CL)에 대하여 수직인 방향에 있어서의 펌프 케이싱(5)과 각 펌프 로터(6a 내지 6d) 사이의 간극은 극히 작다. 이러한 미소한 간극을 형성함으로써, 배출되는 프로세스 가스의 역류가 억제되고, 진공 펌프 장치(1)의 배기 성능을 유지할 수 있다. 이하, 이 간극을 횡방향 간극으로 칭하는 경우가 있다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는, 종배치의 진공 펌프 장치에 발생할 수 있는 문제를 설명하기 위한 도면이다. 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에서는, 펌프 로터(6)와 펌프 케이싱(5)이 그려져 있고, 펌프 로터(6)와 펌프 케이싱(5) 사이의 횡방향 간극은 과장하여 그려져 있다. 또한, 자유측 베어링(B1)은, 펌프 로터(6)의 상방에 배치되어 있고, 고정측 베어링(B2)은, 펌프 로터(6)의 하방에 배치되어 있다. 또한, 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 있어서의 진공 펌프 장치는, 상기 문제를 설명하기 위한 장치이고, 본 실시 형태에 관한 진공 펌프 장치(1)와는 다른 구성을 갖고 있다.
이 진공 펌프 장치의 운전 중, 축(8)은, 그 온도 상승에 의해, 고정측 베어링(B2)을 기준으로, 상측 방향으로 팽창하지만, 펌프 로터(6)의 온도는 펌프 케이싱(5)의 온도보다도 높아지기 때문에, 축(8)에 고정된 펌프 로터(6)와 펌프 케이싱(5) 사이의 횡방향 간극에 대해서는, 하측의 간극이 넓어지고, 상측의 간극이 좁아진다. 이 상태에서 프로세스 가스를 배기하면, 배기하는 가스에 따라서는, 그 승화성에 의해 고형화되기 때문에, 이 고형물(도 9의 (a) 및 도 9의 (b)의 검정색 동그라미 참조)이 횡방향 간극 부분에도 부착·퇴적해 간다. 단, 고형물은, 그 자중에 의해, 펌프 로터(6)의 하면과 펌프 케이싱(5) 사이의 횡방향 간극에 보다 많이 퇴적한다.
이 고형물이 퇴적한 상태에서, 도 9의 (b)에 도시하는 바와 같이, 진공 펌프 장치의 메인터넌스나 진공 펌프 장치 하류측의 배기 가스 처리 장치의 메인터넌스 등 때문에, 진공 펌프 장치의 운전을 정지한 경우, 축(8)은, 그 온도 저하에 의해, 고정측 베어링(B2)을 기준으로, 아래 방향으로 수축한다. 결과로서, 축(8)에 고정된 펌프 로터(6)의 하면과 펌프 케이싱(5) 사이의 횡방향 간극이 작아진다. 따라서, 펌프 로터(6)는, 펌프 로터(6)의 하면과 펌프 케이싱(5) 사이의 횡방향 간극에 퇴적한 대량의 고형물을 압축해 버린다.
이와 같이 하여, 펌프 로터(6)에 의해 찌부러진 고형물은, 펌프 로터(6)의 회전을 저해하고, 모터의 부하 저항을 증가시켜, 최악의 경우, 진공 펌프 장치는 재기동할 수 없을 우려가 있다.
도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는, 도 8에 나타내는 실시 형태에 있어서의 진공 펌프 장치(1)의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 베어링(20, 21)을 펌프 로터(6a)의 상방에 배치함으로써, 진공 펌프 장치(1)의 운전을 정지한 경우, 축(8)은, 그 온도 저하에 의해, 고정측 베어링인 베어링(20, 21)을 기준으로, 상방향으로 수축한다(도 10의 (b) 참조). 결과로서, 축(8)에 고정된 각 펌프 로터(6a 내지 6d)의 하면과 펌프 케이싱(5) 사이의 횡방향 간극이 커진다. 따라서, 각 펌프 로터(6a 내지 6d)에 의한 각 펌프 로터(6a 내지 6d)의 하면과 펌프 케이싱(5) 사이의 횡방향 간극에 퇴적한 고형물의 압축이 방지된다. 결과로서, 진공 펌프 장치(1)의 재기동은 저해되지 않는다.
축(8)이 상방향으로 수축하면, 축(8)에 고정된 각 펌프 로터(6a 내지 6d)의 상면과 펌프 케이싱(5) 사이의 횡방향 간극이 작아진다. 그러나, 이 횡방향 간극에 퇴적하는 고형물의 양은 적기 때문에, 모터의 부하 저항의 증가는 극히 근소하다. 따라서, 진공 펌프 장치(1)의 재기동은 대부분 저해되지 않는다. 도 1에 나타내는 실시 형태에 있어서도, 고정측 베어링인 베어링(20, 21)은 펌프 로터(6a 내지 6d)의 상방에 배치되어 있다. 도 1에 나타내는 실시 형태에 관한 진공 펌프 장치(1)는, 상기 효과와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
모터의 부하 저항의 증가를 확실하게 방지하기 위해서, 운전 제어 장치(12)는, 진공 펌프 장치(1)의 운전을 완전히 정지하기 전에, 모터(10)의 구동 및 정지의 반복에 의해 펌프 로터(6a 내지 6d)의 회전 및 정지의 반복 동작을 실행해도 된다.
운전 제어 장치(12)는, 진공 펌프 장치(1)의 운전 정지 제어 기능을 내장하고 있고, 시간의 경과에 대하여, 진공 펌프 장치(1)의 운전 개시와 운전 정지를 반복하는 운전 정지 제어 패턴(즉, 진공 펌프 장치(1)의 운전 정지를 제어하기 위한 타이밍 패턴)을 기억하고 있다. 따라서, 상기 운전 정지 제어 기능의 조작에 의해, 진공 펌프 장치(1)의 운전 정지 동작이 개시되면, 상기 운전 정지 제어 패턴을 실행한다. 보다 구체적으로는, 소정의 시간 간격으로, 모터(10)의 기동과 정지를 반복한다.
진공 펌프 장치(1)는, 정지하면 온도가 저하되기 때문에, 축(8)에 대해서도 상방향으로 수축해 가고, 조금씩 각 펌프 로터(6a 내지 6d)의 상면과 펌프 케이싱(5) 사이의 횡방향 간극에 퇴적하고 있는 고형물을 압축해 가지만, 그 압축력이(모터(10)를 구동할 수 없게 되는 정도로) 커지기 전에 운전 정지 제어 기능에 의해, 모터(10)를 구동시켜, 각 펌프 로터(6a 내지 6d)를 회전시킴으로써, 각 펌프 로터(6a 내지 6d)에 접촉하고 있었던 고형물은, 그 회전에 의한 원심력에 의해, 외측으로 튀겨 날게 함으로써, 각 펌프 로터(6a 내지 6d)와 펌프 케이싱(5) 사이의 횡방향 간극으로부터 제거된다. 또한, 운전에 의해, 진공 펌프 장치(1)의 온도가 상승하고, 축(8)이 아래 방향으로 신장하기 전에 진공 펌프 장치(1)를 정지시켜, 축(8)이 다시 수축하고, 각 펌프 로터(6a 내지 6d)의 상면이 고형물을 압축하기 시작한 시점에서, 다시 운전을 개시한다…라고 하는 기동·정지를 반복하여 실시함으로써, 모터(10)의 부하 저항의 증가를 확실하게 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 축(8)의 수축에 수반하는 각 펌프 로터(6a 내지 6d)에 의한 고형물의 압축은, 진공 펌프 장치(1)의 온도 저하에 의존한다. 따라서, 일 실시 형태에서는, 진공 펌프 장치(1)는, 펌프 케이싱(5)의 외면에 설치된 온도 센서(도시 생략)를 구비해도 된다. 이 온도 센서는, 운전 제어 장치(12)에 전기적으로 접속되어 있다. 운전 제어 장치(12)는, 온도 센서에 의해 측정된 펌프 케이싱(5)의 온도 변화에 기초하여, 모터(10)의 기동과 정지를 반복한다. 이와 같은 구성에 의해서도, 진공 펌프 장치(1)는, 축(8)의 수축에 수반하는 모터(10)의 부하 저항의 증가를 방지할 수 있다.
상술한 실시 형태에 있어서, 다단의 펌프 로터를 구비한 다단형 진공 펌프 장치에 대하여 설명했지만, 이 예에 한정되지 않고, 단단의 펌프 로터를 구비한 단단형 진공 펌프 장치를 채용해도 된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위 및 명세서와 도면에 기재된 기술적 사상의 범위 내에 있어서 다양한 변형이 가능하다.
1: 진공 펌프 장치
2: 흡기 포트
4: 배기 포트
5: 펌프 케이싱
6a, 6b, 6c, 6d: 펌프 로터
8: 축
10: 모터
12: 운전 제어 장치
13: 베어링(자유측 베어링)
15: 베어링 장치
20, 21: 베어링(고정측 베어링)
25: 타이밍 기어
26: 기어 커버
30: 모터 로터
31: 모터 스테이터
32: 모터 프레임
35: 기체 유로
40: 베어링 하우징
41: 스페이서
42: 고정구
43: 시일 부재
45: 회전 원통
45a: 외주면
45b: 상단
45c: 하단
46: 베어링 케이싱
50: 사이드 커버
50a: 관통 구멍
51: 케이스 부재
51a: 상단벽
52: 베어링 서포트 부재
52a: 유통 구멍
55: 피스톤 링
56: 내주벽
57: 외주벽
58: 저벽
59: 관통 구멍
60: 만곡부
61: 테이퍼부
64: 하우징 본체
65: 받침 접시
65a: 관통 구멍
66: 내측 환상 돌기
67: 외측 환상 돌기
68: 접속 부위
70: 슬로프
70a: 상단부
70b: 하단부
70c: 퍼올림면
71: 내측 원통부
72: 외측 원통부
73: 환상 링부
74: 압력 조정 구멍
75: 내측 하향 리브
75a: 하단
76: 중간측 하향 리브
76a: 하단
77: 외측 하향 리브
77a: 하단
80: 내측 상향 리브
80a: 통과부
81: 외측 상향 리브
81a: 통과부
85, 86: 접촉 시일
90: 수랭 재킷
100: 베어링 지지 부재

Claims (5)

  1. 서로 대향하여 배치되고, 또한 루트 로터 또는 클로 로터인, 한 쌍의 펌프 로터와,
    상기 한 쌍의 펌프 로터가 고정된, 연직 방향으로 연장되는 한 쌍의 축과,
    상기 한 쌍의 펌프 로터를 회전시키는 모터와,
    상기 한 쌍의 축에 고정되고, 또한 서로 맞물리는 한 쌍의 타이밍 기어와,
    상기 한 쌍의 펌프 로터의 상방에 배치된 고정측 베어링과,
    상기 고정측 베어링과 함께, 상기 축을 지지하는 자유측 베어링을 구비하고 있는, 진공 펌프 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터는, 상기 한 쌍의 펌프 로터의 상방에 배치되어 있는, 진공 펌프 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진공 펌프 장치는, 상기 모터에 전기적으로 접속된 운전 제어 장치를 구비하고 있고,
    상기 운전 제어 장치는, 상기 모터의 기동 및 정지를 반복함으로써, 상기 진공 펌프 장치 운전을 완전히 정지하기 전에, 상기 펌프 로터의 회전 및 정지 동작을 실행하는, 진공 펌프 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 운전 제어 장치는, 소정의 시간 간격으로, 상기 모터의 기동 및 정지를 반복하는, 진공 펌프 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 진공 펌프 장치는,
    상기 한 쌍의 펌프 로터가 수용되는 펌프 케이싱과,
    상기 펌프 케이싱의 외면에 설치된 온도 센서를 구비하고 있고,
    상기 운전 제어 장치는, 상기 온도 센서에 의해 측정된 상기 펌프 케이싱의 온도 변화에 기초하여, 상기 모터의 기동 및 정지를 반복하는, 진공 펌프 장치.
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