JPS6332187A - スクリユウ真空ポンプの軸封方法および装置 - 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〕 本考案はスクリュウ真空ポンプの軸封方法および装置に
係り、特にオイルフリー型スクリュウ真空ポンプの軸封
機能を有効に発揮させることのできる軸封方法および装
置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、半導体の製造は真空状態にした容器内にウニへ
−を収納して行うようになっている。容器を真空にする
ために真空ポンプが用いられており、容器内にＮ２ガス
等の不活性ガスを供給しつつポンプで吸引し、容器内の
不純物（０２−ｕｓ　ｏ　。

Ｃ，ＣＯ，等）を除去し、数Ｔｏｒｒから１Ｏ−４Ｔｏ
ｒｒレベルの真空状態にしている。

この種の半導体製造工程において使用される真空ポンプ
としては、従来から、油回転ポンプやルーツ式メカニカ
ルブースタポンプ等が採用されている。

ところが、油回転ポンプでは使用している潤滑油が、半
導体製造工程で用いる各種ガス（例えば、ヒ素、ガリウ
ム、塩等）と接触して、潤滑油としての寿命が非常に短
くなる欠点があり、また、油分子が半導体製造容器内に
逆拡散して半導体製造工程上好ましくない状態が生じる
問題があった。

更に、上記いずれのポンプでも、適正排気速度を得るた
めの作動圧力範囲が狭いため、大気圧から１０−″’Ｔ
ｏｒｒレベルの所定圧力に到達するまで数種のポンプを
切換えて使用しなければならず、従来より無潤滑式で上
記圧力範囲を一台でカバーできる真空ポンプの開発が希
求されていたところである。

斯かる観点から、オイルフリー型のスクリュウ真空ポン
プの採用が検討されている。

まず、一般的なスクリュウ真空ポンプの構造は、第４〜
６図に示すように、ポンプケーシング１内に互いに噛み
合う一対の雌雄ロータ２，３が装着され、ロータ両端を
作動室区画をなす端板４，５にてラジアル軸受６　（６
Ａ、６Ｂ）やスラスト軸受７で支承している。一方の端
板５から突出させた軸端には互いに噛み合う同期歯車８
，９が取付けられ、両ロータ２，３が同期回転し得るよ
うになっている。そして、雄ロータ２側の同期歯車８に
は、第６図に示すように、駆動用モータ１０により回転
される増速ギヤ１１が噛み合わされ、ロータ２，３に回
転動力を伝達させている。回転する一対の雌雄ロータ２
，３を収容するケーシング１の一端側上部には吸込ポー
ト１２が形成され、また、他端側下部には吐出ボート１
３が形成されており、ロータ２，３の回転により吸込ポ
ート１２から導入される気体を圧縮して吐出ポート１３
から吐き出すことにより、吸出ポート１２と連通されて
いる真空容器（図示せず）内を真空状態となるようにし
ている。

また、両ロータ２，３の軸受部を潤滑するため、吸入側
端板４を囲むようにフロントカバー１４が取付けられ、
このカバー１４内に封入した油を雌ロータ３の軸端に取
付けたスリンガ１５によりはねかけ給油するようにして
いる。また、ケーシング１の吐出側端板５を囲み同期歯
車８．９や増速ギヤ１１を内蔵するギヤ室を形成するり
ャカバー１６を取付けており、封入した油をオイルポン
プ１７、オイルクーラ１８により軸封部および歯車噛合
部に給油している。

ところで、ロータ２，３の軸封部は、第７図に詳細を示
したように、まずロータ収納側である作動室とはカーボ
ンリング１９、シールリング２０、およびスペーサ２１
を１組とする複数組のシール機構によってシールして作
動ガスの漏出を防止し、また、上記シール機構に連接し
て配置されるねじシール２２、ラビリンス２３によって
軸受６，７に供給される潤滑油が作動室に混入すること
を防止している。

斯かる軸封機構では、作動室側のＡ部とフロントカバー
１４あるいはギヤ室内の０部（第７図参照）の差圧が小
さければ潤滑油が作動室内に混入することを防止できる
と考えられる。

吸入側においては、第５〜６図に示すように、吸入ボー
ト１２とフロントカバー１４の内部とをオイルトラップ
２４を介在させた連通管２５により連絡して、吸入負圧
をフロントカバー１４内に導入することにより、軸封部
前後（第４図Ａ−Ｃ間）の圧力を略同程度の圧力とする
ことができ、はねかけ給油されている潤滑油が作動室内
に混入することを防止できる。この測定結果を第８〜９
図に示す。これはポンプ起動時（第８図）およびポンプ
停止時（第９図）におけるフロントカバー１４内の圧力
変化（破線Ｃ１）と吸入ボート１２内の圧力変化（実線
Ａ工）とを求めたものである。

図から明らかなように、再圧力変化は同等の変化をなす
ため、差圧が僅少となってシール機構が有効に作用し、
油が作動室内に混入することがない。

しかしながら、吐出側の軸封部における作動室側、軸封
部内、ギヤ室側（第４図Ａ、Ｂ、Ｃ）の各箇所の圧力変
化を測定してみると、第１０〜１１図に示す如く、ポン
プ起動時（第１０図）では作動室側の圧力が最も早く降
下しく実線Ａ・２）、その吸引作用で順次軸封部内の圧
力（鎖線Ｂ２）。

ギヤ室側の圧力（破線Ｃ２）が低下する。したがって、
斯かる場合には作動ガスが油のキャリアガスとして機能
し、結局、油が作動室に混入してしまうのである。他方
、ポンプ停止時においては（第１１図）、逆に作動室側
、軸封部内、ギヤ室内の順に圧力が低く、したがって、
作動ガスがギヤ室方向に流出するので、油が作動室内に
混入することを防止するように作用する。

このようなことから、スクリュウ真空ポンプでは、起動
時の吐出側軸封部を通じての油混入の問題を生じてしま
う欠点があった。

本発明は、上述の問題点に着目し、大気圧から１０−’
Ｔ　ｏ　ｒ　ｒレベルの中真空を１段で達成できるスク
リュウ真空ポンプを採用するに際し、ロータ支軸部、特
に吐出側支軸部での軸封を有効に行わせて作動室内への
油の混入が生じないようにしだ軸封方法および装置を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

発明者等はスクリュウ真空ポンプの起動時において吐出
側軸封部が油混入に最も不利な事態を生じるとの結果か
ら、ギヤ室内の圧力を起動時から一定時間低下させるこ
とにより油が作動室内に混入することを防止できるとの
知見を得たものである。

斯かる観点から１本発明に係るスクリュウ真空ポンプの
軸封方法は、スクリュウ真空ポンプの吐出側ロータ軸封
部から延在するロータ軸端を囲撓しロータ回転駆動用歯
車列等を内蔵する室に対し、ポンプ起動初期時に吸入負
圧を導入するように構成した。また、この方法を実施す
るために、スクュウ真空ポンプの軸封装置は、スクリュ
ウ真空ポンプの吐出側ロータ軸封部から延在するロータ
軸端を囲撓しこれに取付けられてなるロータ回転駆動用
歯車列等を内蔵する室と、スクリュウ真空ポンプの吸入
通路とを連絡する連通路を設けるとともに、当該連通路
には少なくとも開閉弁を介装させた構成とした。

上記構成によれば、起動時において吐出側軸封部より外
方の室内圧が低下することになり、作動室側、軸封部内
、（ギヤ）室内の順に圧力が低くなるように圧力勾配が
付される。この圧力勾配により、潤滑油は作動室に向け
て流れることがなく。

油が作動室に混入することを有効に防止できるのである
。このような作用を確認するために、第６図に示したギ
ヤ室内の圧力を下げた実験を行った。

この結果を第３図に示す。この実験では、軸封部内圧力
とギヤ室内圧力とは略同等であるため、作動室側圧力Ａ
、とギヤ室内圧力Ｃ１を求め、これを吸引時間ｔの経過
にしたがって表わしたものである。第３図から明らかな
ように、作動室側圧力Ａ、は時間ｔの経過にしたがって
減少し、ポンプ定格運転に移行する時間Ｔを経過した後
に略一定の圧力Ｐ（以下基準圧という）となる、一方、
ギヤ室側の圧力Ｃ１は吸引時間ｔにより大きく変化し、
吸引時間が短いと（ｔｌ）と以後のギヤ室内圧力は吸引
中は作動室側圧力より低圧となるものの（Ｐｉ）　、以
後は作動室側圧力より高圧となって差圧が拡大した従前
（第１０図）と同様の傾向を示す（破線Ｃ３□）。また
、吸引時間を長くしくｔ２）　、ギヤ室内圧力が前記基
準圧Ｐより低圧の圧力Ｐ２に達するまで吸引すると、吸
引開始から略定常運転に移行するまでの間は作動室側か
らギヤ室側に向って低圧となる圧力勾配がつき、吸引停
止後も差圧が僅少となり油が作動室側に混入するような
圧力差が発生しなくなるのである（破線Ｃ３□）。した
がって、ギヤ室内圧力が基準圧Ｐ以下に達するまでのポ
ンプ起動初期においてギヤ室を吸引させることによって
潤滑油が作動室に混入する事態を防ぐことができる。こ
の場合、ギヤ室からの吸引作用は、最終的に作動室側と
ギヤ室側の圧力差がなくなるか、あるいは油混入が生じ
ない圧力差がつくだけであるので、ポンプ起動後に作動
室内圧力が安定する（基準圧力Ｐに達する）までの時間
を最大として行わせればよい。そして。

ギヤ室からの吸引は他の真空ポンプを用いることなく当
該スクリュウ真空ポンプの吸入負圧によって行えば設備
負荷を増大させることなく、簡易構成で実現できる。

〔実施例〕

以下に１本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。なお、従来例と同一構成部材には同一番号を付して
説明を省略する。

第１図は実施例に係る軸封装置を備えた真空スクリュウ
ポンプの外観側面図である。このポンプは吸入負圧をト
ップカバー１４内に導入すべく、ポンプケーシング１に
接続されて吸入ボート１２と連通する連通管２５をオイ
ルトラップ２４を介してフロントカバー１４に接続開口
させているが、前記オイルトラップ２４には更に別の連
通管２６が接続されている。この連通管２６は他端をポ
ンプ吐出側のロータ軸端に取付けられた歯車等を収容し
てギヤ室を形成しているリヤカバー１６に接続している
。これにより、ギヤ室には連通管２６、オイルトラップ
２４、連通管２５を介して吸入ポート１２の吸入負圧を
導入し得るようにしている。

また、ギヤ室と連絡する連通管２６の途中にはその連通
路を開閉する電磁弁２８を介装させている。

この電磁弁２８を駆動させるため、リヤカバー１６には
圧力スイッチ（真空スイッチ）３０が取付けられ、ギヤ
室内圧力が第３図に示す゛基準圧Ｐ以下に設定した圧力
Ｐ２を検知したときに前記連通管２６を閉じるようにし
ている。３２はその作動路である。

また、第２図に示したように、吸入側に設けた連通管２
５およびオイルトラップ２４からなる吸入負圧導入手段
と独立して、直接に吸入ポート１２にオイルトラップ３
４を介してリヤカバー１６に接続される連通管３６を設
けることにより、ギヤ室内に吸入負圧を導入するように
してもよい。

この場合、連通管３６には電磁開閉弁２８を介装し、リ
ヤカバー１６に取付けた圧力スイッチ３０によりギヤ室
内圧力が設定圧Ｐ２以下となったときに開閉弁２８を閉
動作させるようにしている。

上述の如き第１、第２実施例の軸封装置を用いて行う軸
封方法は次のようになる。モータ１０を駆動して雌雄ロ
ータを回転させることによりポンプ作用が生じ、吸入ポ
ート１２から吐出ポート１３に向けて気体が流れる。こ
のときポンプ起動と同時にポンプケーシング１の内部の
作動室側圧力Ａ、は初期圧力Ｐ０から時間経過とともに
降下し、ポンプ定格運転に至って（時間Ｔ経過）、一定
の基準Ｐとなって安定する。一方、ギヤ室には連通管２
６または３６を介して吸入負圧を導入しているので、ギ
ヤ室内圧力Ｃ１は吸入ポート１２の圧力と同一傾向で、
かじも吐出側作動室内圧力Ａ３よりは常時低い圧力値で
時間経過とともに降下することになる。そして、ギヤ室
内圧力が基準圧力Ｐより低く設定した圧力Ｐ２に達する
と、圧力スイッチ３０が作動して連通管２６または３６
を閉じ、ギヤ室への吸入負圧の導入が停止されるが、所
定時間ｔ２経過し、作動室内圧力Ａ、も充分低圧であっ
て両者の差圧が小さいため、ギヤ室内圧は若干上昇する
ものの破線Ｃ３□に示すように定格運転時に収束する圧
力値まで序々に移行するだけである。

このようなことから、ポンプ起動時において、ギヤ室内
に吸入負圧を導入するようにしているため、作動室側が
高圧でギヤ室側が低圧となるように圧力勾配を付けられ
、これにより軸封への給油を行っても作動室への油混入
の問題がなくなる。

しかも作動室とギヤ室間に油混入防止に有効な圧力勾配
を付けるため特にモータ等を必要とせず。

吸入負圧を利用するため、設備負荷を増さずに高い効果
が得られる。また、ポンプ起動初期のみに吸入負圧の導
入を行う構成であるため、ポンプの運転能力を低下させ
ることもない。

なお、上記実施例では電磁開閉弁２８を圧力スイッチ３
０で作動させるようにしたが、設定圧Ｐ２に達するまで
の時間ｔ２は装置組みが一定であるならば経験的に割り
出すことができるので、時間し２を設定し得るタイヤに
て開閉弁２８を閉じるように構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ポンプ起動時に
おける吐出側ロータ支軸部での軸封を作動室側が高圧と
なるような圧力勾配を付けるように行わせることができ
るので、作動室への油混入のおそれがない軸封方法およ
び装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の軸封装置の概略構成図、第２図は
第２実施例の同概略構成図、第３図はギヤ室内圧力と作
動室内圧力の関係図、第４図は従来の真空スクリュウポ
ンプの横断面図、第５図は同ポンプの縦断面図、第６図
はギヤ室を破断した前記ポンプの全体構成側面図、第７
図は同ポンプの軸封部断面図、第８図はポンプ起動時の
吸入側軸封部前後の圧力関係図、第９図はポンプ停止時
の吸入側軸封部前後の圧力関係図、第１０図はポンプ起
動時の吐出側軸封部前後の圧力関係図、第１１図はポン
プ停止時の吐出側軸封部前後の圧力関係図である。 １・・・ポンプケーシング、　　１２・・・吸入ポート
、１３・・・吐出ポート、　　　　１４・・・トップカ
バー、１６・・・リヤカバー、 ２４．３４・・・オイルトラップ、 ２５．２６．３６・・・連通管。 ２８・・・電磁開閉弁、　　　　３０・・・圧力スイッ
チ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スクリュウ真空ポンプの吐出側ロータ軸封部から
   延在するロータ軸端を囲撓しこれに取付けられてなるロ
   ータ回転駆動用歯車列等を内蔵する室に対し、ポンプ起
   動初期時に吸入負圧を導入することを特徴とするスクリ
   ュウポンプの軸封方法。
2. （２）スクリュウ真空ポンプの吐出側ロータ軸封部から
   延在するロータ軸端を囲撓しこれに取付けられているロ
   ータ回転駆動用歯車列等を内蔵するギヤ室と、スクリュ
   ウ真空ポンプの吸入通路とを連絡する連通路を設けると
   ともに、当該連通路には少なくとも開閉弁を介装させた
   ことを特徴とするスクュウ真空ポンプの軸封装置。