(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ころがり軸受を介して回転軸を支承しているターボ分子ポンプにおいて、該ターボ分子ポンプのハウジングの静止部材に径方向の揺動可能に嵌入された円筒状のブッシュと、該ブッシュの内周部に僅少の間隙を有して回動自在に該内周部を挿通したジャーナル軸部とからなり、該ジャーナル軸部の外周部にヘリングボーン形の溝を回転方向に向かってへの字状に開いた形状に凹設すると共に、前記ブッシュと前記ジャーナル軸部との間隙にパージガスを導入し、前記ブッシュは外周部に少許の間隙を存して前記静止部材に緩嵌されると共に該外周部に嵌着した少なくとも２本のＯリングを介して前記静止部材に係止した構造とし、これらＯリングの弾性により前記ブッシュの径方向の揺動を吸収すると共にこれらＯリングの介入により前記ブッシュと前記ハウジングの静止部材とを熱的に絶縁したことを特徴とするターボ分子ポンプのシール構造。
【請求項２】
前記ブッシュ内を挿通するジャーナル軸部の外周部に前記ヘリングボーン形の溝に隣接してシール用ねじ溝を凹設したことを特徴とする請求項１に記載のターボ分子ポンプのシール構造。
【請求項３】
前記シール用ねじ溝は互いに逆ねじの２組のねじ溝からなり、これら２組のねじ溝間にパージガスを導入する構造としたことを特徴とする請求項２に記載のターボ分子ポンプのシール構造。
【請求項４】
前記ブッシュの両端面部に各々Ｏリングを設置して、これらＯリングを介して前記静止部材に挟着される構造としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のターボ分子ポンプのシール構造。
【請求項５】
前記ジャーナル軸部の外周部と前記ブッシュの内周部との間隙は多くとも１０ミクロン以下となるように形成すると共に、前記ブッシュの外周部と前記静止部材との間隙は少なくとも１００ミクロン以上となるように形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載のターボ分子ポンプのシール構造。
【請求項６】
前記ブッシュの外周部に円周方向の環状溝を凹設すると共に該環状溝を貫通する貫通孔を設けて、該貫通孔を前記パージガスが通過する構造に形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１に記載のターボ分子ポンプのシール構造。
【請求項７】
パージガスを供給する通気孔の開口部を前記ブッシュの近傍のころがり軸受と前記ブッシュとの中間に設けたことを特徴とする請求項１に記載のターボ分子ポンプのシール構造。
【請求項８】
前記ジャーナル軸部の外周部の前記シール用ねじ溝を有する部分に、少なくとも１条の円周方向の環状溝を凹設したことを特徴とする請求項２に記載のターボ分子ポンプのシール構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、腐食性を有するガスや凝縮し易いガス等を含んだプロセスガスの排気に最適なターボ分子ポンプのシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置等に用いられている従来のターボ分子ポンプの構造の一例を図８に示した。
【０００３】
図８において、ａは吸気口でありｂが排気口である。プロセスガスは動翼ｃと静翼ｄの作用によって吸気口ａから吸入され、排気口ｂから排出される。
【０００４】
多数の動翼ｃを取付けて高速回転するロータｅの中心には回転軸ｆがあって、ころがり軸受ｇ、ｈを介してハウジングｉに支承されている。
【０００５】
前記ころがり軸受ｇ、ｈの潤滑は、潤滑油槽ｊに溜めた潤滑油が回転軸ｆに設けられた油穴ｋの内周を、回転によって生ずる遠心力で上昇することによって行なわれる。
【０００６】
ｍはラビリンスリングで、静止しており、回転軸ｆとの間で排気ガスのシールを行なう。
【０００７】
尚、ラビリンスリングｍと回転軸ｆとの接触を避けるため、両者間の間隙ｐを従来は数百ミクロン程度としていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のようにラビリンスリングｍと回転軸ｆとの間隙が広いと、排気ガスの一部がラビリンスリングｍを越えて内部へ浸入するのを防止するのはむずかしく、前記間隙に窒素ガス等のパージガスを導入しても、僅かではあるが排気ガスの一部が軸受部へ浸入して、軸受やモータ等を腐食させて、ターボ分子ポンプに故障を誘発するという問題があった。
【０００９】
更に又、ターボ分子ポンプの構造を簡単にするために、グリース潤滑式のころがり軸受の採用が望まれているが、潤滑油を用いたころがり軸受の場合には期待できる潤滑油による排気ガスの稀釈効果もグリース潤滑式では期待できないという問題があった。
【００１０】
本発明はこれらの問題点を解消し、グリース潤滑式のころがり軸受の場合にも腐食性や凝縮性を有するプロセスガスを安全に排気することができるようなターボ分子ポンプのシール構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成すべくターボ分子ポンプのハウジングの静止部材に径方向の揺動可能に嵌入された円筒状のブッシュと、該ブッシュの内周部に僅少の間隙を有して回動自在に該内周部を挿通したジャーナル軸部とからなり、該ジャーナル軸部の外周部にヘリングボーン形の溝を回転方向に向かってへの字状に開いた形状に凹設すると共に、前記ブッシュと前記ジャーナル軸部との間隙にパージガスを導入し、前記ブッシュは外周部に少許の間隙を存して前記静止部材に緩嵌されると共に該外周部に嵌着した少なくとも２本のＯリングを介して前記静止部材に係止した構造とし、これらＯリングの弾性により前記ブッシュの径方向の揺動を吸収すると共にこれらＯリングの介入により前記ブッシュと前記ハウジングの静止部材とを熱的に絶縁したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１及び図２により説明する。
【００１３】
図１は本発明のシール構造を有するターボ分子ポンプ１の縦断面図であり、２は後述するシール構造部分、３は吸気口、４が排気口である。
【００１４】
５はロータで、外周に多数の動翼６を放射状に取付けて有している。
【００１５】
７は静翼である。
【００１６】
前記ロータ５の中心には回転軸８があって、ロータ５と回転軸８は一体となって高速回転をする。
【００１７】
前記回転軸８は、グリース潤滑式のころがり軸受９ａ及び９ｂを介してケーシングの静止部材１０、１１に回動自在に支承されている。
【００１８】
前記シール構造部分２の詳細を図２に示した。
【００１９】
即ち、シール構造部分２は、前記静止部材１０に設けた軸孔１０ａに径方向の揺動可能に緩嵌されたブッシュ１２と、該ブッシュ１２に回動自在に挿通するジャーナル軸部８ａとからなる。
【００２０】
ジャーナル軸部８ａは前記回転軸８の一部で、該ジャーナル軸部８ａの外周部にはシール用のねじ溝８ｃとヘリングボーン形の溝８ｂとが凹設されており、該ジャーナル軸部８ａの外周部と前記ブッシュ１２の内周部との間は５乃至１０ミクロンの僅少の間隙となるように形成されている。
【００２１】
ブッシュ１２は円筒状で、該ブッシュ１２の外周部と前記軸孔１０ａとの間は少なくとも１００ミクロン以上の間隙となるように形成されている。
【００２２】
１３ａ及び１３ｂはＯリングで、低弾性率の弾性材料からなり、前記軸孔１０ａの内周面に形成の溝内に介入されているこれらのＯリング１３ａ、１３ｂによって前記ブッシュ１２が前記静止部材１０の軸孔１０ａに径方向の揺動可能に係止されている。
【００２３】
前記ブッシュ１２の外周部には円周方向の環状溝１２ｂが凹設されており、更に該環状溝１２ｂの底部を貫通して貫通孔１２ａが設けられていて、前記静止部材１０に形成されている通気孔１０ｂから送られてきたパージガスが該貫通孔１２ａを通って前記ブッシュ１２とジャーナル軸部８ａとの間の僅少な間隙に送り込まれる。
【００２４】
前記貫通孔１２ａは、前記ジャーナル軸部８ａに凹設されているねじ溝８ｃとヘリングボーン形の溝８ｂとの中間に開口するように形成されている。
【００２５】
ねじ溝８ｃは、前記パージガスがターボ分子ポンプの排気口４の方に洩れるのを防ぐように斜平行に形成されている。
【００２６】
矢印Ｆは回転軸８の回転方向を示し、前記ヘリングボーン形の溝８ｂは、回転方向Ｆに向かってへの字状に開いた形状に形成されている。
【００２７】
尚、１４は回転軸８を回転駆動するモータ部分である。
【００２８】
次に本実施の形態のターボ分子ポンプ１の作動及び効果について説明する。
【００２９】
ターボ分子ポンプ１は、ロータ５が回転軸８と一体となってモータ部分１４により回転駆動される。
【００３０】
回転軸８を軸支する上下２組の軸受９ａ、９ｂは共にグリース封入式のころがり軸受であり、潤滑油タンクや潤滑油ポンプが不要な簡便な構造となっている。
【００３１】
ロータ５の高速回転によってプロセスガスの排気が行なわれる。
【００３２】
プロセスガスの一部が、矢印Ｚの経路を通って前記軸受９ａ、９ｂ及びモータ部分１４へ浸入してくるのを防止しているのがシール構造部分２である。
【００３３】
即ち、シール構造部分２を構成するブッシュ１２の外周部と静止部材１０との間はＯリング１３ａ、１３ｂによって密封されているので、この間からの前記プロセスガスの浸入は防止されている。
【００３４】
又、シール構造部分２を構成するブッシュ１２の内周部とジャーナル軸部８ａの外周部との間は、間隙を５乃至１０ミクロンの僅少値とすると共に、この間隙に窒素ガス等のパージガスを供給して、プロセスガスの浸入を防止している。
【００３５】
尚、高速回転をしているロータ５及び回転軸８は、残存するアンバランス重量のために、回転軸中心の周りを微小な振幅で振れ回り運動をする。
【００３６】
この振幅は１０ミクロン以上あることが予想され、もし、この振れによってジャーナル軸部８ａの外周部とブッシュ１２の内周部とが接触すれば、摩擦熱を発して焼き付きを起こす怖れがある。
【００３７】
しかし、これはジャーナル軸部８ａの外周部に凹設したヘリングボーン形の溝８ｂとブッシュ１２との間が気体軸受の如く作用して、ブッシュ１２を径方向に押圧する力が働き、前記Ｏリング１３ａ、１３ｂの弾性変形によってブッシュ１２の径方向への揺動が吸収されるので、ジャーナル軸部８ａとブッシュ１２とが接触することはない。
【００３８】
尚、前記Ｏリング１３ａ、１３ｂは、ブッシュ１２と前記静止部材１０とが直接に接触しないように、両者間を熱的に絶縁する作用をする。
【００３９】
これは、前記回転軸８が、モータ部分１４の発熱や軸受９ａ、９ｂでの発熱及びシール構造部分２における気体の撹拌による発熱などによって昇温しているので、前記ブッシュ１２を回転軸８と同程度の高温に保って、ブッシュ１２と回転軸８（ジャーナル軸部８ａ）との間に凝縮生成物が生成しないようにすると共に、熱膨張によるジャーナル軸部８ａとブッシュ１２との間隙の大きさの減少を防止している。
【００４０】
本発明の第２の実施の形態のターボ分子ポンプのシール構造を図３により説明する。
【００４１】
本実施の形態のシール構造２ａは、シール部のねじ溝等の構造が前記第１の実施の形態とは異なる。
【００４２】
即ち、本実施の形態では、シール部のねじ溝は第１ねじ溝８ｄと第２ねじ溝８ｅの２組のねじ溝からなり、これらのねじ溝８ｄ、８ｅは互いに逆ねじで、これら２組のねじ溝８ｄ、８ｅの中間に貫通孔１２ａが開口して、パージガスを供給するようにしている。
【００４３】
これらのねじ溝８ｄ、８ｅは、回転軸８の回転方向Ｆの反対方向に向かってハの字状に開いた形状に形成されている。
【００４４】
本実施の形態は前記第１の実施の形態におけるよりもシステムガスの浸入に対する防止作用が強力であり、又、ヘリングボーン形の溝８ｂへのパージガスの供給が助長されて、気体軸受の作用が増大する利点を有する。
【００４５】
本発明の第３の実施の形態のターボ分子ポンプのシール構造を図４により説明する。
【００４６】
本実施の形態のシール構造２ｂは、ねじ溝を廃止してヘリングボーン形の溝８ｂだけを凹設した点が前記第１及び第２の実施の形態とは異なる。
【００４７】
尚、本実施の形態では、パージガスを供給する通気孔１０ｂが、静止部材１０内のころがり軸受９ａとブッシュ１２との中間部へ開口するようにした。
【００４８】
従ってパージガスは、該ころがり軸受９ａ側より前記ジャーナル軸部８ａとブッシュ１２との間隙に拡散される。
【００４９】
本実施の形態は前記第１及び第２の実施の形態よりも構造が簡単であり、又、ヘリングボーン形の溝８ｂを大きく形成して、気体軸受の作用を増大させることができる利点を有する。
【００５０】
本発明の第４の実施の形態のターボ分子ポンプのシール構造を図５により説明する。
【００５１】
本実施の形態のシール構造２ｃは、前記第１の実施の形態におけるブッシュ１２の代りに、内周部に３条の円周方向の環状溝１５を有するブッシュ１２´を用いた点が前記第１の実施の形態と異なる。
【００５２】
これらの環状溝１５は、ブッシュ１２´の前記シール用ねじ溝８ｃと相対する部位に、前記シール用ねじ溝８ｃの深さの少なくとも倍の深さで凹設されている。
【００５３】
これら環状溝１５は、パージガスを封入してブッシュ１２´の作動が安定し易くなる効果を有する。
【００５４】
尚、本実施の形態では、環状溝１５をブッシュ１２´側に設けたが、これは図６に示す如く、ジャーナル軸部８ａ側に設けるようにしてもよい。
【００５５】
即ち、ジャーナル軸部８ａ側の外周部のシール用ねじ溝８ｃを有する部分に、該シール用ねじ溝８ｃの深さの少なくとも倍の深さで３条の環状溝１６を凹設して、ブッシュ１２の作動の安定を図っている。
【００５６】
又、本実施の形態では、環状溝１５又は環状溝１６の溝数をいずれも３条としたが、これらは３条以外の数であってもよい。
【００５７】
本発明の第５の実施の形態のターボ分子ポンプのシール構造を図７により説明する。
【００５８】
本実施の形態のシール構造２ｄは、前記第１の実施の形態におけるブッシュ１２の左右の両端面部にＯリングを設置した点が前記第１の実施の形態と異なる。
【００５９】
即ち、ブッシュ１２は、Ｏリング１３ａ、１３ｂを介して静止部材１０の軸孔１０ａに径方向の揺動可能に緩嵌されていると共に、該ブッシュ１２の両端面部に該ブッシュ１２と同芯にＯリング１３ｃ、１３ｄを有しており、前記静止部材１０の前記軸孔１０ａの前後に設けた蓋体１０ｃとフランジ１０ｄとでこれらＯリング１３ｃ、１３ｄを介して該ブッシュ１２を両側から挟持している。
【００６０】
前記蓋体１０ｃとフランジ１０ｄとの間隔はブッシュ１２の長さよりも少許大に形成され、該ブッシュ１２が静止部材側と直接接触することはない。
【００６１】
このように本実施の形態では、前記Ｏリング１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄを介して静止部材側と接するようにしたので、ブッシュ１２と静止部材側との間の熱的な絶縁性が向上し、ブッシュ１２と回転軸８（ジャーナル軸部８ａ）との間に凝縮生成物が生成したり、両者間の間隙が減少したりすることへの防止能力が向上する。
【００６２】
尚、本実施の形態では、ブッシュ１２の外周部と両端面部とに設けたＯリングを介して静止部材側に係止する構造としたが、これはブッシュ１２の外周部にあるＯリング１３ａ、１３ｂを廃止すると共に該ブッシュ１２の外周部と前記軸孔１０ａとの間には少許の間隙を存するようにし、該ブッシュ１２は前記Ｏリング１３ｃ、１３ｄを介して前記蓋体１０ｃとフランジ１０ｄとの間で挟持して前記静止部材１０に係止するようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
このように本発明によれば、ジャーナル軸部の外周とブッシュの内周との間隙を僅少にして、システムガスの軸受部への浸入を防止することができるので、腐食性を有するガスや凝縮性を有するガスを含んだプロセスガスの排気を行なうターボ分子ポンプに最適なシール構造を提供できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシール構造を有するターボ分子ポンプの縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のシール構造部の縦断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のシール構造部の縦断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態のシール構造部の縦断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態のシール構造部の縦断面図である。
【図６】同上第４の実施の形態のシール構造部の別の形態の縦断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態のシール構造部の縦断面図である。
【図８】従来のターボ分子ポンプの一例の縦断面図である。
【符号の説明】
１                              ターボ分子ポンプ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ      シール構造
８ａ                            ジャーナル軸部
８ｂ                            ヘリングボーン形の溝
８ｃ、８ｄ、８ｅ                ねじ溝
１０                            静止部材
１２、１２´                    ブッシュ
１２ａ                          貫通孔
１２ｂ、１４、１５、１６        環状溝
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ  Ｏリング
【図１】
0004691242.tif 000002
【図２】
0004691242.tif 000003
【図３】
0004691242.tif 000004
【図４】
0004691242.tif 000005
【図５】
0004691242.tif 000006
【図６】
0004691242.tif 000007
【図７】
0004691242.tif 000008
【図８】
0004691242.tif 000009