(57)【要約】【課題】腐食性ガスによって腐食することなく、しかも円滑な動作を保証する軸シールを備えた真空ポンプを提供する。【解決手段】複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第１のスクリューロータと複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第２のスクリューロータとからなり、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転する一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納するケーシングと、前記一対のスクリューロータを支持する一対のシャフト４に設けられた一対の軸受けとを備える真空ポンプにおいて、前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に前記一対のシャフト４に対して非接触である一対の軸シール５が設けられ、一対の軸シール５の各々は、静圧軸シールであって、かつ軸シール部分からシールガスを導入することを特徴とする真空ポンプ。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第１のスクリューロータと複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第２のスクリューロータとからなり、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転する一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納するケーシングと、前記一対のスクリューロータを支持する一対のシャフトに設けられた一対の軸受けとを備える真空ポンプにおいて、
前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に前記一対のシャフトに対して定常動作時非接触である一対の軸シールが設けられ、前記一対の軸シールの各々は静圧軸シールであり、該軸シール部分から該軸シールとシャフトとの間にシールガスを導入することを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの各々は、多孔質部材を有することを特徴とする真空ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
前記多孔質部材の気孔率が１％〜２０％であり、前記多孔質部材の曲げ強度が２０ＭＰａ〜１００ＭＰａであることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールは、前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に設けられ前記一対のシャフトに対して定常動作時非接触である一対の軸シール部材を有し、前記一対の軸シール部材の各々の内面には、前記一対のスクリューロータの各々から離れるにしたがって先細りするテーパ面が形成され、前記一対の軸シール部材の各々よりも軸受け側には軸受けのハウジングが形成されていることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項５】
複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第１のスクリューロータと複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第２のスクリューロータとからなり、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転する一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納するケーシングと、前記一対のスクリューロータを支持する一対のシャフトに設けられた一対の軸受けとを備える真空ポンプにおいて、
前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に前記一対のシャフトに対して前記スクリューロータの定常動作時非接触である一対の軸シールが設けられ、前記一対の軸シールの各々は静圧軸シールであり、前記一対の軸シールの各々と前記一対のシャフトの各々との間にシールガスを導入し、導入したガスによって、前記一対の軸シールの各々自身が前記一対のシャフトの各々に対してセンターリングすることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項６】
請求項５に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの軸シール部材の各々の内面には、前記一対のスクリューロータの各々から離れるにしたがって先細りするテーパ面が形成され、前記一対の軸シール部材の各々よりも軸受け側には軸受けのハウジングが形成されていることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの各々は軸シール部材として多孔質部を有することを特徴とする真空ポンプ。
【請求項８】
請求項７に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの各々と前記一対のシャフトの各々との間に、前記一対の軸シールの各々の軸シール部材の多孔質部を透過して流入したガスによって、前記一対の軸シールの各々の前記軸シール部材自身が前記一対のシャフトの各々に対してセンターリングすることを特徴とする真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空ポンプに関し、特に半導体製造用として適した真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの製造分野において、従来から真空ポンプが用いられている。この真空ポンプとしては、例えばスクリューポンプが用いられている。（スクリューポンプは、例えば非特許文献１にスクリュー型ポンプとして開示されている。）
【０００３】
【非特許文献１】
物理学辞典編集委員会編「物理学辞典」培風館、１９９２年５月２０日改訂版発行、ｐ．１０１９
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
スクリューポンプは、一般的に、複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第１のスクリューロータ（凸状のねじ山を有する雄ロータ）と複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第２のスクリューロータ（凹状のねじ溝を有する雌ロータ）とからなり、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転する一対のスクリューロータを具備し、これら一対のスクリューロータを収納するケーシングに吸入ポートと吐出ポートとを備えている。なお、一対のスクリューロータを支持する一対のシャフトには、一対の軸受け、一対の軸シール材が設けられている。
【０００５】
ところで、従来のスクリューポンプにあっては、軸受けとして玉軸受けが一般的に用いられている。このためスクリューと玉軸受けの間にオイルシール、メカニカルシール等のシール機構が付加されているが玉軸受けのオイルのスクリュー側への漏れを完全に防止することができないため、さらにシール部に多量のガスを導入しているために、例えば半導体素子を製造する際に、減圧中で有毒ガスまたは腐食性ガス等を放出する処理工程（プラズマエッチング、減圧気相成長）などに真空ポンプとして利用された場合、これらのガスが玉軸受けと接触し、軸受けを腐食させたり、また反応生成物が玉軸受けに蓄積して円滑な動作を阻害させるといった技術的課題を有していた。
【０００６】
また導入ガス量が多いため処理工程で使われるＫｒ，Ｘｅ等の高価なガスを分離回収するために多額の費用を必要とする技術的課題を有していた。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、腐食性ガスによって腐食することなく、しかも円滑な動作を保証する軸シールを備えた真空ポンプを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による真空ポンプは、以下のとおりである。
【０００９】
（１）  複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第１のスクリューロータと複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第２のスクリューロータとからなり、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転する一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納するケーシングと、前記一対のスクリューロータを支持する一対のシャフトに設けられた一対の軸受けとを備える真空ポンプにおいて、
前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に前記一対のシャフトに対して定常動作時非接触である一対の軸シールが設けられ、前記一対の軸シールの各々は静圧軸シールであり、該軸シール部分から該軸シールとシャフトとの間にシールガスを導入することを特徴とする真空ポンプ。
【００１０】
（２）  上記（１）項に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの各々は、多孔質部材を有することを特徴とする真空ポンプ。
【００１１】
（３）  上記（２）項に記載の真空ポンプにおいて、
前記多孔質部材の気孔率が１％〜２０％であり、前記多孔質部材の曲げ強度が２０ＭＰａ〜１００ＭＰａであることを特徴とする真空ポンプ。
【００１２】
（４）  上記（１）〜（３）項のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールは、前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に設けられ前記一対のシャフトに対して定常動作時非接触である一対の軸シール部材を有し、前記一対の軸シール部材の各々の内面には、前記一対のスクリューロータの各々から離れるにしたがって先細りするテーパ面が形成され、前記一対の軸シール部材の各々よりも軸受け側には軸受けのハウジングが形成されていることを特徴とする真空ポンプ。
【００１３】
（５）  複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第１のスクリューロータと複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第２のスクリューロータとからなり、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転する一対のスクリューロータと、前記一対のスクリューロータを収納するケーシングと、前記一対のスクリューロータを支持する一対のシャフトに設けられた一対の軸受けとを備える真空ポンプにおいて、
前記一対のスクリューロータと前記一対の軸受けとの間に前記一対のシャフトに対して前記スクリューロータの定常動作時非接触である一対の軸シールが設けられ、前記一対の軸シールの各々は静圧軸シールであり、前記一対の軸シールの各々と前記一対のシャフトの各々との間にシールガスを導入し、導入したガスによって、前記一対の軸シールの各々自身が前記一対のシャフトの各々に対してセンターリングすることを特徴とする真空ポンプ。
【００１４】
（６）  上記（５）項に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの軸シール部材の各々の内面には、前記一対のスクリューロータの各々から離れるにしたがって先細りするテーパ面が形成され、前記一対の軸シール部材の各々よりも軸受け側には軸受けのハウジングが形成されていることを特徴とする真空ポンプ。
【００１５】
（７）  上記（５）又は（６）項に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの各々は軸シール部材として多孔質部を有することを特徴とする真空ポンプ。
【００１６】
（８）  上記（７）項に記載の真空ポンプにおいて、
前記一対の軸シールの各々と前記一対のシャフトの各々との間に、前記一対の軸シールの各々の軸シール部材の多孔質部を透過して流入したガスによって、前記一対の軸シールの各々の前記軸シール部材自身が前記一対のシャフトの各々に対してセンターリングすることを特徴とする真空ポンプ。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る真空ポンプについて、図に示した実施例に基づいて説明する。この実施例の説明にあたっては、図１のスクリューポンプを例に説明する。スクリューポンプ本体Ａには、一対のスクリューロータ１及び２が具備されている。スクリューロータ１は、複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第１のスクリューロータであり、スクリューロータ２は、複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とを有する第２のスクリューロータである。これらスクリューロータ１及び２は、互いにかみ合いながら実質的に平行な二軸の回りを回転するものである。
【００１８】
また、スクリューロータ１及び２は、ケーシング３内に収納され、スクリューロータ１及び２を支持する一対のシャフト４の一端部に一対の軸受け（ベアリング）１１によって回転可能に支持されている。前記シャフト４の前記一端部には、タイミングギア６が取り付けられ、タイミングギア６を介して一対のスクリューロータ１及び２が同期して回転されるように構成されている。
【００１９】
図１に加えて図２をも参照して、一対のスクリューロータ１及び２を収納するケーシング３の反対側端部には吸入ポート７が形成されており、またケーシング３の一端部側には吐出ポート８（図２）が形成されており、スクリューロータ１及び２が同期して回転することにより、気体を吸入ポート７から吸入し、吐出ポート８より排気する真空ポンプの作用がなされるように構成されている。
【００２０】
また、ケーシング３の吐出ポート８側には、空洞部が形成されて冷却用の水を循環させることができるジャケット９が形成され、特に吐出ポート８側における圧縮作用に基づく気体の発熱を冷却できるように構成されている。
【００２１】
尚、スクリューロータ１及び２を収納するケーシング３の一端部には、カバー１０が取り付けられており、また一方のスクリューロータ２を支持するシャフト４の一方は、前記カバー１０から突出され、後述するモータの回転軸に直結されるように成されている。更に、スクリューロータ１と軸受け（ベアリング）１１との間、及び、スクリューロータ２と軸受け（ベアリング）１１との間には、軸シール５がそれぞれ設けられている。
【００２２】
次に、図３に基づいて、センターリング機構付の軸シール５の構成を詳述する。なお、図３に図示の軸シール５は、図１及び図２とは左右逆に図示されている。この軸受け５は静圧軸シールであり、貫通孔５１から、例えば窒素ガスのような不活性ガスが所定の圧力をもって、軸シール内部５２に導入される。この軸シール内部５２には、カーボン等の多孔質部材からなる二つの軸シール部材５３ａ及び５３ｂが収納されている。この二つの軸シール部材５３ａ及び５３ｂは互いに組み合わされる。そして、二つの軸シール部材５３ａ及び５３ｂが隙間なく、軸シール内部５２に収納するために、二つの軸シール部材５３ａ及び５３ｂをシャフト４の延在方向に付勢する板バネ５４が設けられている。
【００２３】
軸シール部材５３ａ及び５３ｂの多孔質部材の気孔率が１％〜２０％、機械的強度（曲げ強度）が２０ＭＰａ〜１００ＭＰａであることが好ましい。また、軸シール内部５２に導入される窒素ガスのような不活性ガスの圧力は、０．０１ＭＰａ〜０．５ＭＰａが好ましい。
【００２４】
このように、軸シール部材５３ａ及び５３ｂが多孔質部材からなり、しかも、高圧の不活性ガスは、シャフト４と軸シール部材５３ａ及び５３ｂとの間を通過し、軸受け側（ベアリング側）に流れるのみならず、その一部が、減圧側であるスクリューロータ側（ポンプ側）にも流れる。
【００２５】
その結果、腐食性ガス等が軸受け（ベアリング）１１（図１）と接触することがなく、軸受け（ベアリング）１１を腐食させたり、また反応生成物が軸受けに蓄積して円滑な動作を阻害させるといった弊害が防止される。  また軸シール部材５３ａ及び５３ｂはシールガスの流れによってシャフト（軸）４に対しセンターリングされるため、シャフト（軸）４と軸シール部材５３ａ及び５３ｂとのすきまを狭くすることができる。このためにシールガスの消費量が削減できる。
【００２６】
なお、動作開始時、またはシールガス流入前には、軸シール部材がシャフト（軸）と接触することはありうるが、少くとも定常動作時においては、軸シール部材はシャフト（軸）に非接触である。
【００２７】
また変形例を図４及び図５で述べる。
【００２８】
図４は軸シール部材５３を一体の軸シール部材とし、スペーサ５５を介し、Ｏリング５６によって側面からのガス漏れを防止し、軸シール部材５３を透過したシールガスによってシャフト（軸）４に対しセンターリングされるため、シャフト（軸）４と軸シール部材５３とのすきまを狭くすることができる。
【００２９】
次に図５については、図４におけるスペーサ５５がなくても滑りの良いＯリング５６を使用することにより同じ効果を維持することが可能となる。
【００３０】
次に、図６に基づいて、軸シール部材５７の構成を詳述する。この軸シール部材５７は、多孔質部材である必要はないが、多孔質部材でない場合には、シールガス導入口５８を設ける必要がある。
【００３１】
また、軸シール部材５７の内面には、スクリューロータ（ポンプ）から離れるにしたがって先細りする、いわゆるテーパ面５７ａが形成されている。シールガス導入口５８はスクリューロータ側（ポンプ側）と軸受け側（ベアリング側）とに逆拡散が起きない割合の位置に設ける。また、図面に記載されていないが、軸シール部材５７よりも軸受け側（ベアリング側）には軸受け（ベアリング）のハウジングが設けられている。
【００３２】
このように、軸シール部材５７の内面にテーパ面５７ａが形成されているため、シャフト４が軸受け（ベアリング）による振れが生じても、シャフト４と軸シール部材５７とが接触することなく、シール機能を維持し、円滑に回転させることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シールガスの消費量を大幅に削減し、腐食性ガスによって腐食することなく、ガス回収を容易にし、しかも円滑な動作を保証する軸シールを備えた真空ポンプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるスクリューポンプの断面図である。
【図２】図１のＭ１ラインに沿って切った断面図である。
【図３】図１に示したスクリューポンプの軸シールを示す断面図である。
【図４】本発明のスクリューポンプに用い得る軸シールの変形例の断面図である。
【図５】本発明のスクリューポンプに用い得る軸シールのもう一つの変形例を示す断面図である。
【図６】本発明のスクリューポンプに用い得る軸シールの更にもう一つの変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ａ    スクリューポンプ本体
１    スクリューロータ
２    スクリューロータ
３    ケーシング
４    シャフト４
５    軸シール
６    タイミングギア
７    吸入ポート
８    吐出ポート
９    ジャケット
１０    カバー
１１    軸受け（ベアリング）
５１    貫通孔
５２    軸シール内部
５３ａ    軸シール部材
５３ｂ    軸シール部材
５３    軸シール部材
５４    板バネ
５５    スペーサ
５６    Ｏリング
５７    軸シール部材
５７ａ    テーパ面
５８    シールガス導入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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