(57)【要約】  本発明は、２つのスクロール（２０，２２）を有するスクロール型ポンプ（１０）に関し、２つのスクロールは、スクロールの相対周回運動時に流体を入口から出口に圧送するよう同時に作動可能である。各スクロール（２０，２２）は、スクロールベース（３０，３６）を有し、スクロール壁（２８，３４）がスクロールベースから、対向したスクロールのベースに向かって全体として軸方向に延びている。スクロール壁の一方又は各々の少なくとも第１の部分の軸方向端面（２９，３５）には複数個のポケット（３８）が形成され、ポケットは、スクロール壁の高圧側からスクロール壁の低圧側への流体の漏れを分断するために第１の部分に沿って分布して設けられている。
2013501888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのスクロールを有するスクロール型ポンプであって、前記２つのスクロールは、前記スクロールの相対周回運動時に流体を入口から出口に圧送するよう同時に作動可能であり、各スクロールは、スクロールベースを有し、スクロール壁が前記スクロールベースから、対向したスクロールのベースに向かって全体として軸方向に延び、前記スクロール壁の一方又は各々の少なくとも第１の部分の軸方向端面には複数個のポケットが形成され、前記ポケットは、前記スクロール壁の高圧側から前記スクロール壁の低圧側への流体の漏れを分断するために前記第１の部分に沿って分布して設けられている、スクロール型ポンプ。
【請求項２】
前記スクロール壁の一方又は各々の前記第１の部分は、分子流領域内に配置されている、請求項１記載のスクロール型ポンプ。
【請求項３】
前記スクロール壁の一方又は各々の前記第１の部分は、前記入口寄りに配置され、前記スクロール壁の一方又は各々の第２の部分は、先端部シールが収納されたチャネルを有する、請求項１又は２記載のスクロール型ポンプ。
【請求項４】
前記第１の部分は、前記入口から前記出口まで延びている、請求項２又は３記載のスクロール型ポンプ。
【請求項５】
前記スクロール壁の各々の軸方向端面には、前記第１の部分に沿って分布して配置された複数個のポケットが形成されている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載のスクロール型ポンプ。
【請求項６】
前記第１の部分は、前記スクロール壁の前記軸方向端面に沿って設けられた複数個の領域を有し、一領域における前記ポケットの寸法、形状及び配置状態は、前記領域のうちの他の領域の前記ポケットの寸法、形状及び配置状態とは異なるよう選択されていて、前記領域の前記ポケットは、それぞれの前記領域に特有の条件により生じる漏れを分断することができるようになっている、請求項１〜５のうちいずれか一に記載のスクロール型ポンプ。
【請求項７】
前記ポケットは、一方又は両方の前記スクロール壁の入口側から出口側までの流体の正味の流れを生じさせるよう構成されている、請求項１〜６のうちいずれか一に記載のスクロール型ポンプ。
【請求項８】
前記ポケットは、漏れを前記第１の部分の広がり全体に沿って分断することができるよう前記第１の部分の前記軸方向端面又は前記第１の部分のそれぞれの領域にわたって一様に分布して配置されている、請求項１〜７のうちいずれか一に記載のスクロール型ポンプ。
【請求項９】
前記ポケットは、１つ又は２つ以上の列をなして形成され、各列は、一方又は両方の前記スクロール壁の一部分又は全長に沿って延びている、請求項１〜８のうちいずれか一に記載のスクロール型ポンプ。
【請求項１０】
２つ以上の列をなしたポケットが前記第１の部分の前記軸方向端面に形成され、各列の前記ポケットは、互いに位置が合っておらず、それにより、流体が前記軸方向端面を横切る半径方向に流れてポケットと相互作用する可能性が高くなる、請求項９記載のスクロール型ポンプ。
【請求項１１】
前記第１の部分の一方又は両方の前記スクロール壁の前記軸方向端面は、前記対向したスクロールの前記スクロールベースから非接触型封止装置を形成する軸方向距離だけ間隔を置いて配置されている、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載のスクロール型ポンプ。
【請求項１２】
前記軸方向距離は、封止表面相互間を流れる流体が少なくとも１つのポケットと相互作用するようなものである、請求項１１記載のスクロール型ポンプ。
【請求項１３】
前記軸方向距離は、５０μｍ未満である、請求項１２記載のスクロール型ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール型圧縮機とも呼ばれることが多いスクロール型ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術のスクロール型圧縮機又はポンプ１００が図１３に示されている。ポンプ１００は、ポンプハウジング１０２及び偏心シャフト部分１０６を備えた駆動シャフト１０４を有する。シャフト１０４は、モータ１０８によって駆動され、偏心シャフト部分は、周回スクロール１１０に連結されていて、使用中、シャフトの回転により、固定スクロール１１２に対し相対的に周回又は軌道運動が周回スクロールに与えられて流体が圧縮機のポンプ入口１１４とポンプ出口１１６との間の流体流路に沿って圧送されるようになっている。
【０００３】
固定スクロール１１２は、全体として円形のベースプレート１２０に垂直に延びるスクロール壁１１８を有する。周回スクロール１１０は、全体として円形のベースプレート１２６に垂直に延びるスクロール壁１２４を有している。周回スクロール壁１２４は、周回スクロールの周回運動中、固定スクロール壁１１８と協働し又は噛み合う。これらスクロールの相対周回運動により、所与の量のガスがスクロール相互間に取り込まれて入口から出口に圧送される。
【０００４】
スクロール型ポンプは、ドライポンプであるのが良く、潤滑されない。この場合、バックリーケージ（背漏れ）を阻止するため、一方のスクロールのスクロール壁の軸方向端部と他方のスクロールのベースプレートとの間の空間は、先端部シール１２８により封止されている。先端部シール１２８を詳細に示す固定スクロール１１２の一部分の拡大断面図が図１４に示されている。
【０００５】
図１４に示されているように、典型的にはプラスチック材料（例えばＰＴＦＥ）又は他のポリマー配合物で作られた先端部シール１２８は、固定スクロール壁１１８の軸方向端部１３４のところに設けられたチャネル１３２内に配置されている。先端部シール１２８の軸方向端部とチャネル１３２の底との間には僅かな軸方向隙間が存在し、その結果、使用中、隙間を満たした流体が先端部シールを周回スクロールのベースプレート１２６に向かって軸方向に押しやるようになっている。したがって、先端部シールは、シールを対向したスクロールに押し付けるのに役立つ流体のクッションで支持される。
【０００６】
先端部シール１２８は、寝かせ時又は使用中、対向したスクロールベースプレート１２０，１２６との接触によって摩耗し、先端部シールダストが生じる。ポンプがクリーンな環境、例えばシリコンウェーハ処理装置の真空チャンバに関してポンプ輸送又は吸入圧送を行なうために用いられる場合、先端部シールダストは、特にポンプダウン時間中、真空チャンバ中に上流側に移動しないことが望ましい。さらに、先端部シールの定期的な保守又は交換により、ポンプの所有費が増大する。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、２つのスクロールを有するスクロール型ポンプであって、２つのスクロールは、スクロールの相対周回運動時に流体を入口から出口に圧送するよう同時に作動可能であり、各スクロールは、スクロールベースを有し、スクロール壁がスクロールベースから、対向したスクロールのベースに向かって全体として軸方向に延び、スクロール壁の一方又は各々の少なくとも第１の部分の軸方向端面には複数個のポケットが形成され、ポケットは、スクロール壁の高圧側からスクロール壁の低圧側への流体の漏れを分断するために第１の部分に沿って分布して設けられていることを特徴とするスクロール型ポンプを提供する。
【０００８】
本発明の他の好ましい且つ／或いはオプションとしての観点は、従属形式の請求項に記載されている。
【０００９】
本発明を良好に理解することができるようにするため、以下において、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、これは例示に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】スクロール型ポンプを概略的に示す図である。
【図２】図１に示されたスクロール型ポンプの周回スクロール壁の平面図である。
【図３】図２に示された周回スクロール壁の拡大図である。
【図４】図３のＩＶ‐ＩＶ線に沿って取ったスクロール壁の断面図である。
【図５】スクロール壁の中心線に沿う断面図であり、図１に示されたポンプのスクロール壁の別の例を示す図である。
【図６】図１に示されたポンプのスクロール壁の更に別の例のうちの１つを示す図である。
【図７】図１に示されたポンプのスクロール壁の更に別の例のうちの１つを示す図である。
【図８】図１に示されたポンプのスクロール壁の更に別の例のうちの１つを示す図である。
【図９】図１に示されたポンプのスクロール壁の更に別の例のうちの１つを示す図である。
【図１０】図１に示されたポンプのスクロール壁の更に３つの例のうちの１つを示す図である。
【図１１】図１に示されたポンプのスクロール壁の更に３つの例のうちの１つを示す図である。
【図１２】図１に示されたポンプのスクロール壁の更に３つの例のうちの１つを示す図である。
【図１３】先行技術のスクロール型ポンプを概略的に示す図である。
【図１４】先行技術のポンプのスクロールの一部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
スクロール型圧縮機又はポンプ１０が図１に示されている。ポンプ１０は、ポンプハウジング１２及び偏心シャフト部分１６を備えた駆動シャフト１４を有している。シャフト１４は、モータ１８によって駆動され、偏心シャフト部分は、周回スクロール２０に連結されていて、使用中、シャフトの回転により、固定スクロール２２に対し相対的に周回又は軌道運動が周回スクロールに与えられて流体が圧縮機のポンプ入口２４とポンプ出口２６との間の流体流路に沿って圧送されるようになっている。
【００１２】
固定スクロール２２は、全体として円形のベースプレート３０に垂直に延びるスクロール壁２８を有し、スクロール壁２８は、軸方向端面又は表面２９を有している。周回スクロール２０は、全体として円形のベースプレート３６に垂直に延びるスクロール壁３４を有し、スクロール壁３４は、軸方向端面又は表面３５を有している。周回スクロール壁３４は、周回スクロールの周回運動中、固定スクロール壁２８と協働し又は噛み合う。これらスクロールの相対周回運動により、所与の量のガスがスクロール相互間に取り込まれて入口から出口に圧送される。
【００１３】
先行技術を参照して上述したように、スクロール型ポンプは、ドライポンプであるのが良く、潤滑されない。したがって、バックリーケージを阻止するため、一方のスクロールのスクロール壁の軸方向端部２９，３５と他方のスクロールのベースプレート３０，３６との間の空間は、封止装置によって封止され、この封止装置は、一般に、先端部シールから成る。先端部シールは、製造及び作動公差により生じるスクロール相互間の隙間を閉じ、漏れを許容可能なレベルまで減少させる。しかしながら、先端部シールは、先端部シールダストの発生という欠点を有しており、作動要件を達成する前に寝かせ期間を必要とする。さらに、通常のスクロール型ポンプでは、先端部シールは、これらが摩耗状態になった後、一定の間隔で交換を必要とする。
【００１４】
図２は、軸方向端面３５に封止装置を有する周回スクロール壁３４の平面図である。以下の残りの説明は、特に周回スクロールに関するが、固定スクロール壁２８は、代表的には、その軸方向端面２９のところに同様な封止装置を有するのが良いことは理解されよう。周回スクロール壁３４の軸方向端面３５に沿って複数個のポケット３８が分布して設けられており、これらポケットは、スクロール壁の高圧側からスクロール壁の低圧側への流体の漏れを分断するようになっている。
【００１５】
流体をスクロール型圧送機構体によって圧送機構体の入口４０と出口４２との間で圧送する際、スクロール壁２８，３４前後に圧力差が生じる。圧力は、圧送機構体の半径方向外側部分又は側部の入口４０寄りで低く、圧送機構体の半径方向内側部分又は側部のところの出口４２寄りで高い。したがって、スクロール壁封止装置は、半径方向外側方向に流れる流体の傾向に抵抗するようになっている。ポケット３８は、圧送されている流体と相互作用し、スクロール壁の軸方向端面を横切る半径方向外側方向の流体の流れを分断する。
【００１６】
図３は、図２に示された区分ＩＩＩの拡大図である。図３に示されているように、周回スクロール壁３４は、複数個のポケット３８が形成された軸方向端面３５を有している。この例では、ポケット３８は、平面図で見て全体として円形であり、スクロール壁の螺旋長さに沿って３つの列をなして延びている。本発明は、以下に詳細に説明する他のポケット形状及び配置状態を含む。図示の配置状態では、ポケットが軸方向端面３５にわたり比較的一様に分布して配置されており、端面を横切る漏れが生じたときに流体が１つ又は２つ以上のポケット３８と相互作用する可能性が高い。半径方向外方に移動している流体がポケットと相互作用すると、その流れが遮られ、流量が減少する。ポケットの一様な分布により、ポケットが集中して設けられる度合いが低い軸方向端面３５の１つ又は２つ以上の領域を通って流体が半径方向外方に移動する恐れが減少する。
【００１７】
図４は、図３のＩＶ‐ＩＶ線矢視断面図である。図示のように、周回スクロール３４の半径方向幅を横切って軸方向端面３５に３つのポケット３８が形成されている。各ポケットは、約０．５〜２ｍｍであるのが良い深さＤ及び約０．５〜３ｍｍであるのが良い半径方向幅Ｒを有している。ポケットの寸法は、圧力条件、ガスの種類（分子質量及び粘度）、エンドクリアランス（end clearance）及びスクロール周回速度で決められる。ポケットは、スクロール壁の軸方向端面を機械加工することにより形成されるのが良い。
【００１８】
図２〜図４に示されているように、ポケットは、軸方向端面３５全体にわたり全体として一様に分布して設けられている。変形構成例では、各軸方向端面２９，３５は、複数個の領域に分割され、一領域におけるポケットの寸法、形状及び配置状態は、他の領域のポケットの寸法、形状及び配置状態とは異なるよう選択されている。この構成により、各領域のポケットは、それぞれの領域に特有の条件によって生じる漏れを分断又は途絶するよう選択可能である。例えば、入口のところに位置する第１の領域は、比較的低い圧力（例えば、０．１ミリバール）で軸方向端面を横切る流体の分子流を分断することが必要とされる。さらに出口寄りに位置する第２の領域は、これよりも高い圧力（例えば、１０ミリバール）で軸方向端面を横切る流体の連続流を分断することが必要とされる。第１及び第２の領域のポケットの寸法、形状及び配置状態は、互いに異なっており、それぞれ、０．１ミリバール及び１０ミリバールでの流体の流れの分断に従って選択される。ポケットの寸法、形状及び配置状態は、分子流について一方又は両方のスクロール壁の入口側から出口側への流体の正味の流れを生じさせると共に連続流について一方又は両方のスクロール壁を横切る漏れを最小限に抑えるよう設定される。例えば、図２〜図４に示されている構成は、出口寄りの領域で採用されるのが良く、図１０〜図１２を参照して後で説明する構成は、入口寄りで採用されるのが良く、後者の構成は、特に分子流条件に合わせて構成される。
【００１９】
図５は、変形例としての周回スクロール壁３４の中心線を通る断面図であり、この中心線は、入口４０から出口４２までスクロール壁の螺旋長さに沿って延びている。図５では、全体として図２〜図４を参照して説明した封止装置は、スクロール壁３４の第１の部分の軸方向端面３５に沿って入口４０から延びている。出口４２寄りのスクロール壁の第２の部分は、非分子流又は連続流が生じる半径方向外側の方向においてスクロール壁を横切る流体流に抵抗する先端部シール４６（図１４に詳細に示されている）が収納されたチャネル４４を有している。図５は、スクロール壁３４の軸方向端面３５に設けられたポケット３８及び軸方向端面３５の螺旋長さに沿って延びるポケット４８を含む別の封止装置を平面図で示している。図５に示されているように、第１の部分と第２の部分は、広がりがほぼ等しい。しかしながら、第１の部分と第２の部分は、広がりが異なっていても良く、スクロールの螺旋広がりに沿うポンプの封止要件に従って選択可能である。
【００２０】
図６〜図９は、軸方向端面３５に設けられたポケットの配置状態を示す別の封止装置を示している。ポケットの形状、寸法及び配置状態は、例えば圧力状態や圧送中の流体の分子量及び粘度のような要件に従って選択される。
【００２１】
図６は、軸方向端面３５の螺旋長さに沿って延びる全体として円形のポケット５０の単一の列を示している。ポケットは、図２〜図４に示されているポケット３８と比較して比較的大径である。ポケットが比較的大径であることにより、ポケットが軸方向端面３５の広がり全体を横切る流れを分断する可能性が低くなる場合があるが、これとは逆に、比較的大径のポケットは、軸方向端面への機械加工が比較的容易である。
【００２２】
図７は、軸方向端面３５の螺旋長さに沿って延びる細長いポケット５２の単一の列を示している。これらポケットは、図２〜図４に示されているポケット３８，５０と比較して比較的大きい。
【００２３】
図８は、軸方向端面３５の螺旋長さに沿って延びる全体として円形のポケット５４の２つの列を示している。ポケットに遭遇させないで流体を流すことができるポケット相互間で半径方向に延びる半径方向経路が設けられている図６に示されたポケット５０とは異なり、ポケット５４は、互い違いに位置し又は位置が合っていない。このように、半径方向にスクロール壁を横切って漏れる流体は、一般に、ポケットと相互作用し、したがって、漏れの分断度が増大する。
【００２４】
図９は、軸方向端面３５の螺旋長さに沿って延びる細長いポケット５６の２つの列を示している。ポケットに遭遇させないで流体を流すことができるポケット相互間で半径方向に延びる半径方向経路が設けられている図７に示されたポケット５２とは異なり、ポケット５６は、互い違いに位置し、それにより漏れに対する分断度が増大する。
【００２５】
ポケット５４，５６は、スクロール壁の半径方向幅を横切って半径方向に位置が合っておらず、その結果、出口側から入口側までのポケット相互間の流体分子の流れにとって邪魔のない経路が形成されていない。ポケットが互いに位置合わせされていない場合、分子がポケットと相互作用し、ポケットが流れを分断する可能性が極めて高くなる。このように、ポケットは、ラビリンスを形成し、それにより、一般に、分子がラビリンス中の曲がりくねった経路に沿って流れる場合にしかバックリーケージが生じ得ない。
【００２６】
図１０〜図１２は、周回スクロール３４の軸方向端面３５に形成されたポケットから成る封止装置の３つの別の例を示している。固定スクロール２２は、これ又ベースプレート３０を有するものとして示されている。封止装置は、軸方向端面３５とベースプレート３０と間の軸方向距離である隙間Ｇを封止する。図１０〜図１２に示された構成例は、ガスが主として、流体としてではなく個々の分子として挙動する場合に低圧で分子流を分断するのに特に適している。図示のように、これら構成例は、分子の運動を半径方向外側方向に差し向けるよう構成されている。
【００２７】
特に図１０を参照すると、圧送中、スクロール壁３４前後に圧力差が生じる。この圧力は、スクロール壁の入口側４０で低く、スクロール壁の出口側４２で高い。したがって、分子が圧力勾配に沿って出口側から入口側に流れる可能性がある。かかる流れが生じると、分子は、ポケット５８と相互作用する。ポケットは、軸方向端面３５に設けられたギザギザ（セレーション）により形成されている。ポケットは、各端部のところで閉じられた溝又は各端部のところで開いたチャネルによって形成されても良い。ポケットは、浅く又は緩やかで比較的長い面６０及び急で比較的短い面６２を有する。「長い」及び「短い」という用語は、本発明との関連において、半径方向幅の方向における広がりを意味している。面６０は、面６２よりも長く、したがって、より多くの分子と相互作用する。面６０が分子を出口に向かって差し向けて流れるよう傾斜しているので、全体的作用効果として、矢印６４によって示されているように出口４２の方向における分子の正味の流れが生じる。
【００２８】
図１１は、図１０に類似した構成例を示しており、この場合、ポケット６６は、軸方向端面３５に形成されたギザギザ（セレーション）によって形成されている。ポケット６６は、長くて浅い又は緩やかな面６８及び短くて全体として垂直な面７０を有している。上述したように、軸方向端面３５に設けられる凹部の目的は、出口４２に向かう矢印７２の方向の分子の正味の流れを生じさせることにある。
【００２９】
図１２は、ポケット７４が軸方向端面３５に設けられたキャビティにより形成されている別の封止装置を示している。キャビティは、その螺旋端部のところが開かれても良く、閉じられていても良い。キャビティ７４は、比較的幅の狭い開口部７６、傾斜した内壁７８、底面７９及び垂直内壁８０を有している。キャビティは、分子を取り込み、底面７９は、矢印８２の方向におけるキャビティからの分子の流出方向を出口４２に向ける。
【００３０】
図１０〜図１２に示されているように、封止装置は、軸方向端面３５（又は固定スクロール壁の軸方向端面２９）とベースプレート３０（又は周回スクロール壁のベースプレート３６）との間の隙間Ｇを封止し又は隙間Ｇ内の流れを分断する。これら実施形態では、スクロール型ポンプは、隙間Ｇが比較的小さいように改造されるべきである。隙間Ｇは、約５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下であることが好ましい。隙間Ｇのサイズが比較的大きくなった場合、比較的相当多量の分子がポケットと相互作用することなく隙間を通って流れる場合がある。この場合、バックリーケージが問題となる場合がある。したがって、隙間Ｇは、隙間を通過する比較的多量の分子がポケットと相互作用し、スクロール壁の出口側４２に向かって逆流するほど十分小さいことが必要である。
【００３１】
本明細書において説明した封止装置は、分子流条件において最も効率的に機能する。一般に、かかる条件は、入口４０寄りのスクロール型圧送構造体に見受けられる。スクロール型ポンプが大気への排気を行なわない場合であっても、出口寄りの圧力状態は、本明細書において説明した封止装置の高い効率を達成するほど十分低い場合がある。
【００３２】
ポケットについて多くの互いに異なる例を本明細書において説明したが、本発明は、かかる構造又は配置状態には限定されない。ポケットの目的は、高圧側から低圧側までのスクロール壁を横切る流れを分断することにある。例えば、多数のポケットを提供するハニカム構造を一方又は両方のスクロール壁の軸方向端面に形成しても良い。
【００３３】
本発明の封止装置と関連した多くの利点が存在し、これらのうちの幾つかについては既に上述してある。封止装置が両方のスクロールの螺旋広がり全体にわたって延びる場合、封止装置は、ポンプの上流側又は下流側でシステムを汚染する場合のある先端部シールダストを生じさせない。封止装置がスクロール壁の第１の部分にわたってしか延びず、第２の部分が先端部シールを有している場合、生じる先端部シールダストの量は、ダストを生じさせる先端部シールが少量なので、先行技術の場合よりも少ない。本発明の封止装置は、寝かせを必要とせず、したがって、寝かせ費用及び時間をかけないでいつでも使用できる状態にある。加うるに、本発明の封止装置は、非接触型封止装置であり、したがって、スクロールの相対運動に対する抵抗が小さく、それにより、電力要件が緩和される。
【００３４】
上述したように、ポケットは、固定スクロール壁か周回スクロール壁か或いはこれら両方のスクロール壁のいずれかの軸方向端面に形成可能である。しかしながら、分断を達成するのに周回スクロール壁に設けられる穴又はギザギザが少ないことが必要であり、それにより、この方式により製造効率が高くなる。
【図１】
2013501888.tif 000003
【図２】
2013501888.tif 000004
【図３】
2013501888.tif 000005
【図４】
2013501888.tif 000006
【図５】
2013501888.tif 000007
【図６】
2013501888.tif 000008
【図７】
2013501888.tif 000009
【図８】
2013501888.tif 000010
【図９】
2013501888.tif 000011
【図１０】
2013501888.tif 000012
【図１１】
2013501888.tif 000013
【図１２】
2013501888.tif 000014
【図１３】
2013501888.tif 000015
【図１４】
2013501888.tif 000016
【国際調査報告】
2013501888.tif 000017
2013501888.tif 000018
2013501888.tif 000019