(57)【要約】【課題】  油拡散ポンプのケーシング内の納められたノズルから噴出される油蒸気が吸気口側へ侵入することを効果的に抑え、質の高い高真空を得ることができる回転バッフルを提供する。【解決手段】  前記ケーシングの軸心に位置付けられる第１の駆動軸と、この第１の駆動軸の軸心から外周方向に向かって延びる複数枚の羽根を所定の角度間隔で位置付けた回転羽根と、前記ケーシングの側方から該ケーシング内に貫通して前駆駆動軸を駆動する第２の駆動軸と、上記ケーシングの側方に位置付けられて前記第２の駆動軸を駆動する電動機とを具備し、前記回転羽根は、前記第１の駆動軸および第２の駆動軸を介して前記電動機により駆動されるとき、前記ケーシング内の前記ノズルの上方に飛散する前記油蒸気を上記ケーシングの下方に押し戻す。【選択図】  図１
2006266222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のケーシングに納められて、該ケーシングの下方に油蒸気を噴出する複数のノズルを備えた油拡散ポンプに適用される回転バッフルであって、
前記回転バッフルは、上記ノズルの上方の前記ケーシングの軸心に位置付けられる第１の駆動軸と、
この第１の駆動軸の軸心から外周方向に向かって延びる複数枚の羽根を所定の角度間隔で位置付けた回転羽根と、
前記ケーシングの外壁面から該ケーシングを貫通して前記第１の駆動軸を回転駆動させる第２の駆動軸と、
上記ケーシングの外側に位置付けられて前記第２の駆動軸を回転駆動する電動機と
を具備し、
前記回転羽根は、前記第１の駆動軸および第２の駆動軸を介して前記電動機により回転駆動されるとき、前記ケーシング内の前記ノズルの上方に飛散する前記油蒸気を上記ケーシングの下方に押し戻すことを特徴とする回転バッフル。
【請求項２】
前記回転バッフルは、前記電動機により前記ケーシング内のガス圧における油分子の平均自由行程を超える速度で回転駆動されることを特徴とする請求項１に記載の回転バッフル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高真空を得る油拡散ポンプに適用される回転バッフルに係り、特にケーシング内から噴出する油蒸気が吸気口側に侵入することを効果的に抑える簡易な構造の回転バッフルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高真空を得るための各種ポンプが製造され、例えば真空蒸着装置やスパッタリング装置、半導体製造装置などのプロセスに適用されている。この種の用途に適用される真空ポンプには、クライオポンプ、ターボ分子ポンプ、イオンポンプや油拡散ポンプ等がある。これらの真空ポンプのうち、油拡散ポンプは、筒状のケーシングに納められた複数のノズルから下方に向けて超高速の油（シリコン油、鉱物油等）の蒸気を噴出させた際、この油蒸気と気体分子とが衝突することによってケーシング上方の吸気口から入った気体分子を下方に押し出し、ケーシングの下方に位置付けられた排気口からこの気体分子を排出して高真空を得る装置である。
【０００３】
このような構造の油拡散ポンプは、他の真空ポンプに比べて構造が簡単であり、廉価であることから多く使用されている。しかし油拡散ポンプは、構造上、ノズルから噴出された油蒸気が、このノズルの上方の吸気口側へ侵入（逆流）することがある。このため油拡散ポンプの上方の吸気口側には、吸入口側へ油蒸気が逆流しないように極低温に冷却したバッフル（トラップ）が設けられている（例えば、特許文献１を参照）。このバッフルは、油拡散ポンプの運転中は極低温に冷却され、吸入口側へ侵入しようとする油を極低温に冷却されたバッフルによって液体（油）にしてケーシングの下方に戻す役割を担うものである。
【０００４】
しかしながらこのような構造を取る油拡散ポンプは、バッフル（トラップ）を設けて油蒸気が吸入口側へ逆流しないようにはしているものの、一部の油蒸気がバッフルを通過して吸入口側へ逆流することが否めない。
そこで発明者は、吸入口側へ侵入する油蒸気を効果的に抑える油拡散ポンプを発明した（例えば、特許文献２を参照）。この発明は、油拡散ポンプのケーシング内に納められたノズルの上方に回転羽根を設け、この回転羽根の軸に取り付けた電動機を回転羽根と共にケーシング内に納めたものである。この油拡散ポンプは、回転羽根を電動機で駆動することによって吸気口側へ逆流しようとしている油蒸気をケーシングの下方へ押し戻している。
【特許文献１】特開平５−２９６２００号公報
【特許文献２】特願２００４−２６８５８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献２に記載の油拡散ポンプにあっては、吸気口側へ逆流しようとしている油蒸気をケーシングの下方に効果的に押し戻すことができるものの、電動機のトルクを増加すべく駆動電圧を上げたとき、電動機の巻線に放電（グロー放電）が生じ、過電流が流れるという問題があった。このため、油真空ポンプの容量が大きく、それ故、油拡散ポンプ内に収容した回転羽根が大きくなる場合等にあっては、この回転羽根を駆動する電動機のトルクを増加させるべく電動機の印加電圧をあげることが困難になることが否めない。つまり一般の電動機は、真空に近い状態での運転が考慮されておらず、真空に近い状態では、上記巻線に放電が生じるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の事情を考慮してなされたもので、その目的は、油拡散ポンプのケーシング内の納められたノズルから噴出される油蒸気が吸気口側へ侵入することを効果的に抑え、質の高い高真空を得ることができる回転バッフルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成すべく本発明に係る回転バッフルは、筒状のケーシングに納められて、該ケーシングの下方に油蒸気を噴出する複数のノズルを備えた油拡散ポンプに適用される回転バッフルであって、
前記回転バッフルは、上記ノズルの上方の前記ケーシングの軸心に位置付けられる第１の駆動軸と、この第１の駆動軸の軸心から外周方向に向かって延びる複数枚の羽根を所定の角度間隔で位置付けた回転羽根と、前記ケーシングの外壁面から該ケーシングを貫通して前記第１の駆動軸を回転駆動させる第２の駆動軸と、上記ケーシングの外側に位置付けられて前記第２の駆動軸を回転駆動する電動機とを具備し、
前記回転羽根は、前記第１の駆動軸および第２の駆動軸を介して前記電動機により回転駆動されるとき、前記ケーシング内の前記ノズルの上方に飛散する前記油蒸気を上記ケーシングの下方に押し戻すことを特徴としている。
【０００８】
上述の回転バッフルは、油拡散ポンプを構成するケーシングの吸気口側に設けられたバルブ室や蒸着室に侵入しようとする油蒸気（油粒子）が回転バッフルを構成する羽根によって叩かれてケーシングの下方に押し戻される。また、回転羽根に付着した油粒子は、高速回転する羽根に生じる遠心力を受けてケーシングの内壁に弾き飛ばされる。そして、冷却されたケーシングの壁面に到達すると、油蒸気は液体になりケーシングの下方の貯油槽に戻される。一方、バルブ室や蒸着室の残留気体は、回転駆動される回転羽根によって油拡散ポンプ側へと送り込まれる。
【０００９】
好ましくは前記回転バッフルは、電動機により前記ケーシング内のガス圧における油分子の平均自由行程を超える回転速度で駆動されるものとして構成することが望ましい。
上述の回転バッフルは、回転羽根が高速回転することによりマッハ１乃至２の流速をケーシング内に得ることができ、ケーシング内の圧力における気体の平均自由行程を超えることが可能である。それ故、バルブ室や蒸着室に侵入しようとする油は、ケーシングの下方に押し戻される。
【発明の効果】
【００１０】
以上、説明したように本発明の回転バッフルは、高速で回転する複数枚の羽根を備えた回転羽根が構成され、油拡散ポンプのケーシング内に納められたノズルの上方に位置付けられる。このため、ケーシングの上方、即ち吸気口側に設けられたバルブ室や蒸着室等に逆流しようとする油蒸気（油粒子）を高速回転する回転バッフルの回転羽根によって叩き落とし、ケーシングの下方に押し戻すことができる。また本発明の回転バッフルは、バルブ室や蒸着室の残留気体も高速回転する回転羽根によって油拡散ポンプ側へと送り込むことができる。このため、質の高い真空を得ることができると共に、ケーシングの内壁面に付着した油を激減させることができ、更には定期的にケーシングの内壁面に付着した油を拭い落とす作業を大幅に削減することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の回転バッフルは、回転羽根に付着した油粒子を高速回転する回転羽根に生じた遠心力によってケーシングの内壁に弾き飛ばして冷却し、液体に変化させてケーシング下方の貯油槽に戻している。このため、ケーシングの吸気口側に設けられたバルブ室や蒸着室に逆流しようとする油蒸気（油粒子）を防ぐと共に、この油を効果的に回収して循環再利用することができる。
【００１２】
また、本発明の回転バッフルは、回転羽根を高速回転させているので、ケーシング内の圧力における気体の平均自由行程を超えることができる。このため、バルブ室や蒸着室に逆流しようとする油蒸気（油粒子）をケーシングの下方に効果的に押し戻すことが可能となる。更に本発明の回転バッフルは、回転羽根を回転駆動させる電動機を油拡散ポンプの外側に位置付けているので、電動機の巻線間で放電現象を起こすことがなく、また電動機の交換も容易である等の優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る回転バッフルについて図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る回転バッフルを油拡散ポンプに実装した一例を示す主要部分の断面図であり、図２は本発明に係る回転バッフルを油拡散ポンプに実装する形態を示すべく要部のみを描いた分解斜視図である。ちなみに、これらの図の下側が油拡散ポンプの下方を示し、図の上側が油拡散ポンプの上方を示す。尚、図１および図２は、本発明に係る回転バッフルの一実施形態を示すものであって、これらの図によって本発明が限定されるものではない。
【００１４】
これらの図において１は、筒状の形態をなした油拡散ポンプのケーシングである。このケーシング１の上端部には、開放された吸気口１ａが設けられる。この吸気口１ａには、たとえばバルブ室２が連通されている。詳細は後述するが、このバルブ室２とケーシング１との間には、回転バッフル２０が挟み込まれるように配置される。そしてバルブ室２とケーシング１との連通箇所の外周には、鉢巻き状のフランジ２ａ、１ｂが設けられて、複数のボルト３ａ、ナット３ｂによって回転バッフル２０をケーシング１とバルブ室２との間に挟みつつ、これらを気密に締結する。
【００１５】
概略的には、上述したように構成された油拡散ポンプにおいて、本発明に係る回転バッフルが特徴とするところは、ケーシング１の外側に設けた電動機３０によりケーシング１内に設けられた回転バッフル２０を高速回転させる点にある。
このような特徴がある本発明に係る回転バッフルについてより詳細に説明する。この回転バッフル２０は、ケーシング１の軸心に位置付けられる第１の駆動軸２２の軸心から外周方向に向かって延びる複数枚の同一形状の羽根を所定の角度間隔（例えば１０度）で位置付けて構成された回転羽根２１を備える。
【００１６】
また、第１の駆動軸２２の一端には、第１の歯車２３が取り付けられている。この第１の歯車２３は、第２の歯車２４と傘歯車を構成し、互いの歯スジが噛み合うように係合されている。第２の歯車２４は、第２の駆動軸２５の一端に取り付けられている。この第２の駆動軸２５は、ケーシング１の側壁面を水平に貫通して、その他端には第２の駆動軸を回転駆動させる電動機３０が取り付けられる。
【００１７】
第２の駆動軸２５がケーシング１の側壁面を貫通する部位には、ケーシング１を気密に封止すると共に電動機３０の回転駆動力を第２の歯車に伝達する磁気シール２６が設けられている。この磁気シール２６と電動機３０との間には、変速ギヤ２７が介挿されて、電動機３０の回転速度を変速して第２の歯車２４を回転駆動するようになっている。
なお、前述した第１の歯車２３および第２の歯車２４とで構成される傘歯車は、ウォームギヤ、螺子歯車やハイポイドギヤ等によって構成してもよい。
【００１８】
一方、油拡散ポンプのケーシング１の下方側面には、吸気口１ａから流入した気体分子をケーシング１外に吐き出す排気口１ｃが設けられている。この排気口１ｃには、補助バルブ１２を介してケーシング１内の気体を吐き出す真空ポンプ４が設けられている。この真空ポンプ４は、油拡散ポンプによって蒸着室４０を高真空にするに先立ち、蒸着室４０およびバルブ室２内の気体を排出して、１０Ｐａ程度の真空を作る役割も担っている。このためバルブ室２には、粗引きバルブ１３を介して真空ポンプ４が接続されている。
【００１９】
ちなみに真空ポンプ４は、例えばロータリ式の真空ポンプ４が用いられ、上述したように油拡散ポンプ起動前に粗引きバルブ１３を開放して蒸着室４０およびバルブ室２内を真空引き（粗引き）すると共に、油拡散ポンプの稼働中は、粗引きバルブ１３を閉じ、補助バルブ１２を開放してケーシング１内の残留気体を排出する補助的な役割も担っている。
またケーシング１の内側の底部は、油（シリコン油や鉱物油等）５を蓄える貯油槽６を備える。この貯油槽６の上方には同心円筒からなる複数のチムニ７が設けられている。これらチムニ７の先端には、それぞれ先細のノズル８が設けられている。この各ノズル８は、それぞれケーシング１内の下方に向けられている。またケーシング１の底面部の貯油槽６には、ケーシング１の底部から貯油槽６に蓄えられた油を加熱するヒータ９、およびこのヒータに電力を供給する電源部１０が設けられている。このヒータ９は、貯油槽６に蓄えられた油５（作動油）を加熱してチムニ７内に油蒸気５ａを送り、チムニ７の先端部に設けられた各ノズル８から、超高速の油蒸気５ａをケーシング１内に噴出させる役割を担っている。
【００２０】
一方、ケーシング１の外壁側面には、スパイラル状の円管１１が捲き廻されるように設けられている。この円管１１の内部には、冷却水が循環し、ケーシング１の内壁側面を冷却するようになっている。そして複数のノズル８からそれぞれ噴出された油蒸気５ａが内壁側面に到達すると、この油蒸気５ａは、円環１１を循環する冷却水によって熱が奪われて冷却され、液体に変化し、ケーシング１の下方に設けられた貯油槽６に戻る。そして、再びヒータ９で加熱されて油蒸気５ａとなり、以降、循環を繰り返す。
【００２１】
このように構成された油拡散ポンプに適用される回転バッフル２０の作用について、油拡散ポンプの作動を順に追いつつ説明する。まず油拡散ポンプを稼働させるのに先立って、真空ポンプ４にて予めバルブ室２と蒸着室４０およびケーシング１内の真空度を例えば１０Ｐａ程度まで真空引きする。次いで、シリンダ２ｃを駆動してバルブ室２の弁体２ｂを上方に引き上げると共に、電動機３０を回転させて変速ギヤ２７、磁気シール２６、第２の駆動軸２５、第２の歯車２４、第１の歯車２３および第１の駆動軸２２を介して回転バッフル２０の回転羽根２１に対してその軸心廻りの回転駆動力を与える。
【００２２】
ちなみに回転羽根２１の直径が６６０ｍｍある場合、回転羽根２１の回転速度は、毎分１６０００回転とする。このとき、回転羽根２１の周速度は、毎秒５５３ｍに達し、マッハ１乃至２の流速を得ることができる。ちなみに上述した平均自由工程を超える回転羽根２１の回転速度を得るには、電動機３０の定格回転速度が１５００min-1である場合、変速ギヤ２７の変速比を［１０.７］以上とすればよい。
【００２３】
つまり回転羽根２１がもたらす流速は、上述した周速度に達するとケーシング１内の気体圧力の状態における気体分子の平均自由行程（ミーンフリーパス）を超えることになる。すると、ノズル８から噴出した油蒸気５ａは、回転羽根２１を構成する複数枚の羽根によって叩かれるようにして、ケーシング１の下方へと押し戻される。また、回転羽根２１の各羽根に付着した油は、高速で回転する回転羽根２１の遠心力によって外周方向へと飛ばされ、冷却されたケーシング１の内壁面に付着して液体になり、ケーシング１の貯油槽６へと戻される。またバルブ室２内の残留気体分子は、高速回転する回転羽根２１によってケーシング１内方向へ吸引されて排気口１ｃから排出される。
【００２４】
かくして、上述したように構成された本発明の回転バッフル２０によれば、複数のノズル８の上方に配設された回転バッフル２０をケーシング１の外部に設けた電動機３０によって高速回転させているので、ケーシング１の吸気口１ａ側に設けられたバルブ室２に侵入しようとする油蒸気（油粒子）５ａを回転羽根２１によって叩き、ケーシング１の下方に押し戻すことができる。このため、バルブ室２の内壁面に付着する油を大幅に削減することができ、それ故、この油を拭い取る定期的な清掃作業を削減または省略することが可能となる。
【００２５】
また、回転羽根２１に付着した油粒子は、高速回転する回転羽根２１に生じる遠心力を受けてケーシング１の内壁にはじき飛ばされると共に、この油粒子は、冷却されたケーシング１の内壁面に到達して液体になるので、ケーシング１下方の貯油槽６に戻すことができる。
また本発明の回転バッフルは、回転羽根２１が高速回転しているので、回転羽根２１がもたらす流速は、マッハ１乃至２に達し、ケーシング１内の圧力における気体の平均自由行程を超えることができる。このため、バルブ室２に侵入しようとする油５をケーシングの下方に効果的に押し戻すことが可能となる。更には、油拡散ポンプの排気速度に回転羽根の排気速度が加算されるので、より効果的にバルブ室２に侵入する油５を防ぐことができる。
【００２６】
一方、本発明の回転バッフルは、回転羽根を回転駆動させる電動機を油拡散ポンプの外側に位置付けているので、電動機の巻線における放電現象が起こらず、また電動機の交換も容易である等の実用上多大なる効果を奏する。
その他、本発明の回転バッフルは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転バッフルを取り付けた油拡散ポンプの主要構造を示す断面図。
【図２】図１に示す油拡散ポンプに適用される回転バッフルをケーシングに取り付ける様子を示す分解斜視図。
【符号の説明】
【００２８】
１    ケーシング
２    バルブ室
５ａ  油蒸気
８    ノズル
２０    電動機
２０ａ  駆動軸
２１    回転羽根
【図１】
2006266222.tif 000003
【図２】
2006266222.tif 000004