(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】  略筒状を呈するスクリューロータ１３Ｍ、１３ＦＭの筒内部に位置する軸受体１６Ｍ、１６ＦＭの外周面に、軸シール構造１７が設けられている。軸シール構造１７は、静圧シールを構成するものである。軸受体１６Ｍ、１６ＦＭから、軸受体１６Ｍ、１６ＦＭの外周面とスクリューロータ１３Ｍ、１３ＦＭのロータ筒内周面７との間に、シールガスが導入される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が閉塞した、略筒状をそれぞれ呈し、複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とをそれぞれ備え、かつ、互いに噛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の筒内部の閉塞端から延びるようにそれぞれ設けられ、該一対のスクリューロータをそれぞれ支持する一対のシャフトと、略筒状をそれぞれ呈し、該一対のスクリューロータのロータ筒内周面と該一対のシャフトの外周面との間にそれぞれ配置された一対の軸受体とを有し、前記一対の軸受体はそれぞれ、内周面に軸受を備えている真空ポンプにおいて、
前記スクリューロータの前記筒内部に位置する前記軸受体の外周面に、軸シール構造が設けられ、
前記軸シール構造は、静圧シールを構成するものであり、前記軸受体から該軸受体の前記外周面と前記スクリューロータの前記ロータ筒内周面との間にシールガスが導入されることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
前記スクリューロータは、前記導入されたシールガスによって前記軸受体に対してセンターリングされる請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記軸シール構造は、前記軸受体の前記外周面上に周状に形成された凹部に取り付けられた略筒状を呈する軸シール部材を有し、該軸シール部材は、前記ロータ筒内周面に対して定常動作時非接触である請求項１または２に記載の真空ポンプ。
【請求項４】
前記軸シール構造は、多孔質部材を含む前記軸シール部材を有し、該軸シール部材を経て、前記軸受体から該軸受体の前記外周面と前記スクリューロータの前記ロータ筒内周面との間にシールガスが導入される請求項１乃至３のいずれか１つに記載の真空ポンプ。
【請求項５】
前記多孔質部材は、気孔率が１％〜２０％であり、該多孔質部材へのガス導入圧力は２ＭＰａ〜１００ＭＰａである請求項４に記載の真空ポンプ。
【請求項６】
前記軸シール部材は、ラジアル方向に開口したシールガス通過口を備えており、該軸シール部材を経て、前記軸受体から該軸受体の前記外周面と前記スクリューロータの前記ロータ筒内周面との間にシールガスが導入される請求項３に記載の真空ポンプ。
【請求項７】
前記シールガス通過口は、前記スクリューロータ側ならびに前記軸受側とにシールガスの逆拡散が起きないような前記軸受体の筒軸方向における位置に設けられている請求項６に記載の真空ポンプ。
【請求項８】
前記軸シール部材は、前記軸受体の筒軸方向に一部オーバーラップした状態で前記凹部内に並列する複数の略筒状を呈する軸シール部材片から成り、該軸シール部材片間には、該軸シール部材片を該凹部内において該筒軸方向に付勢するための付勢手段が配置されている請求項３乃至７のいずれか１つに記載の真空ポンプ。
【請求項９】
前記軸シール部材は、略筒状を呈する単一部品から成り、該軸シール部材の端面には、該軸シール部材を前記凹部内において前記筒軸方向に付勢するためのＯリングが配置されている請求項３乃至７のいずれか１つに記載の真空ポンプ。
【請求項１０】
前記軸シール部材は、前記軸受体と一体に構成されている請求項３、６、および７のいずれか１つに記載の真空ポンプ。
【請求項１１】
前記軸受体の前記外周面と前記スクリューロータの前記ロータ筒内周面との隙間は、前記真空ポンプの排気ガスの排気側に近づくにつれて広がるテーパ状に形成されている請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の真空ポンプ。
【請求項１２】
シールガスは、前記真空ポンプの排気側からの排気ガスの逆拡散が起きず、かつ、軸受側からポンプ側にオイルが流入することを防止するような流速に設定される請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプに関し、特に、半導体装置やフラットパネル表示装置等の製造分野等において用いられる真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造分野やフラットパネル表示装置等の製造分野のほか、減圧を必要とする多くの産業分野において、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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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）とから成り、互いに噛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。尚、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、一対の軸シール材が設けられている。
【０００５】
ところで、従来のポンプにあっては、軸受として玉軸受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との間にオイルシール、メカニカルシール等のシール機構を付加し、さらに、シール部に大量のガスを導入しているが、玉軸受のオイルがスクリュー（ポンプ）側への漏れを完全に防止することができないため、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と接触し、軸受を腐食させたり、軸受部の油がポンプ内部に流入して、処理工程において重大な支障を起こす原因となる。また、反応生成物が玉軸受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大きな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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による真空ポンプは、以下のとおりである。
【０００９】
（１）一端が閉塞した略筒状をそれぞれ呈し、複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部とをそれぞれ備え、かつ、互いに噛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の筒内部の閉塞端から延びるようにそれぞれ設けられ、該一対のスクリューロータをそれぞれ支持する一対のシャフトと、略筒状をそれぞれ呈し、該一対のスクリューロータのロータ筒内周面と該一対のシャフトの外周面との間にそれぞれ配置された一対の軸受体とを有し、前記一対の軸受体はそれぞれ、内周面に軸受を備えている真空ポンプにおいて、前記スクリューロータの前記筒内部に位置する前記軸受体の外周面に、軸シール構造が設けられ、前記軸シール構造は、静圧シールを構成するものであり、前記軸受体から該軸受体の前記外周面と前記スクリューロータの前記ロータ筒内周面との間にシールガスが導入されることを特徴とする真空ポンプ。
【００１０】
（２）前記スクリューロータは、前記導入されたシールガスによって前記軸受体に対してセンターリングされる上記（１）項に記載の真空ポンプ。
【００１１】
（３）前記軸シール構造は、前記軸受体の前記外周面上に周状に形成された凹部に取り付けられた略筒状を呈する軸シール部材を有し、該軸シール部材は、前記ロータ筒内周面に対して定常動作時非接触である上記（１）または（２）項に記載の真空ポンプ。
【００１２】
（４）前記軸シール部材は、多孔質部材を含んでおり、該軸シール部材を経て、前記軸受体から該軸受体の前記外周面と前記スクリューロータの前記ロータ筒内周面との間にシールガスが導入される上記（３）項に記載の真空ポンプ。
【００１３】
（５）前記多孔質部材は、気孔率が１％〜２０％であり、該多孔質部材へのガス導入圧力は２ＭＰａ〜１００ＭＰａである上記（４）項に記載の真空ポンプ。
【００１４】
（６）前記軸シール部材は、ラジアル方向に開口したシールガス通過口を備えており、該軸シール部材を経て、前記軸受体から該軸受体の前記外周面と前記スクリューロータの前記ロータ筒内周面との間にシールガスが導入される上記（３）項に記載の真空ポンプ。
【００１５】
（７）前記シールガス通過口は、前記スクリューロータ側ならびに前記軸受側とにシールガスの逆拡散が起きないような前記軸受体の筒軸方向における位置に設けられている上記（６）項に記載の真空ポンプ。
【００１６】
（８）前記軸シール部材は、ラジアル方向に開口したシールガス通過口を備えており、該軸シール部材を経て、前記軸受体から該軸受体の前記外周面と前記スクリューロータの前記ロータ筒内周面との間にシールガスが導入される上記（３）乃至（７）のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【００１７】
（９）前記軸シール部材は、略筒状を呈する単一部品から成り、該軸シール部材の端面には、該軸シール部材を前記凹部内において前記筒軸方向に付勢するためのＯリングが配置されている上記（３）乃至（７）のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【００１８】
（１０）前記軸シール部材は、前記軸受体と一体に構成されている上記（３）、（６）および（７）のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【００１９】
（１１）前記軸受体の前記外周面と前記スクリューロータの前記ロータ筒内周面との隙間は、前記真空ポンプの排気ガスの排気側に近づくにつれて広がるテーパ状に形成されている上記（１）乃至（１０）のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【００２０】
（１２）シールガスは、前記真空ポンプの排気側からの排気ガスの逆拡散が起きないような流速に設定される上記（１）乃至（１１）のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【００２１】
（１３）シールガスは、前記真空ポンプの排気側からの排気ガスの逆拡散が起きず、かつ、軸受（ベアリング）側からポンプ側にオイルが流入することを防止するような流速に設定される上記（１）乃至（１１）のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【００２２】
（１４）シールガスは、前記真空ポンプの排気側から軸受側へ排気ガスの逆拡散、ならびに、軸受側からポンプ側に油の逆拡散が起きないような流速に設定される上記（１）乃至（１１）のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【発明の効果】
【００２３】
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。
【００２４】
本発明によればさらに、スクリューポンプの円滑な動作が可能となるが、動作が円滑になると回転を早くできる。回転を早くすると、排気速度が大きくなり、到達圧力を低くすることができる。その結果、均一な排気速度を低い吸入圧力領域まで保つことができるので、複数段の真空ポンプを接続してなるシステムの場合に、例えばターボ分子ポンプ等の本真空ポンプの前段のポンプを不要とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
スクリューポンプ本体Ａには、一対のスクリューロータ１３Ｍおよび１３ＦＭが具備されている。
【００２７】
スクリューロータ１３Ｍは、複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部を有する第１のスクリューロータである。スクリューロータ１３ＦＭは、複数の螺旋状の陸部と複数の螺旋状の溝部を有する第２のスクリューロータである。これらスクリューロータ１３Ｍおよび１３ＦＭは、互いに噛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。
【００２８】
また、スクリューロータ１３Ｍおよび１３ＦＭは、ケーシング１１内に収納されると共に、スクリューロータ１３Ｍおよび１３ＦＭを支持する各シャフト２を介して、略筒状を呈する軸受体１６（軸受体１６Ｍ、１６ＦＭ）に設けられた複数の軸受（ベアリング）９によって、回転可能に支持されている。シャフト２の一端部には、タイミングギア３Ｍおよび３ＦＭがそれぞれ取り付けられ、このタイミングギア３Ｍおよび３ＦＭを介して一対のスクリューロータ１３Ｍおよび１３ＦＭが同期して回転されるように構成されている。
【００２９】
一対のスクリューロータ１３Ｍおよび１３ＦＭを収納するケーシング１１の反対側端部の吸気プレート１２には吸入ポート１４が形成されており、また、ケーシング１１の他端部側の排気プレート５には吐出ポート１５が形成されており、スクリューロータ１３Ｍおよび１３ＦＭが同期して回転することにより、気体を吸気ポート１４から吸入し、吐出ポート１５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。
【００３０】
また、図示はしていないが、特に吐出ポート１５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排気プレートに冷却機構が構成されている。
【００３１】
尚、スクリューロータ１３Ｍおよび１３ＦＭを収納するケーシング１１の一端部に取り付けられた排気プレート５には、カバー４が取り付けられている。また、スクリューロータ１３ＦＭを支持するシャフト２のタイミングギア３ＦＭは、排気プレート５に取り付けられたモータＭの回転軸に取り付けられた駆動ギア３によって直結されるように成されている。
【００３２】
さらに、軸受体１６Ｍとスクリューロータ３Ｍとの間には、軸シール構造１７が設けられている。また、軸受体１６ＦＭとスクリューロータ３ＦＭとの間にも、軸シール構造１７が設けられている。
【００３３】
次に、図１に加えて図２をも参照して、センターリング機構付軸シール構造１７の構成を詳述する。軸シール構造１７は、静圧シールを構成するものであり、シールガス導入口６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受体６内を経て軸受体６の外周面から軸シール空間部２０に導入される。軸受体１６Ｍ、１６ＦＭの外周面上には、凹部２０が周状に形成されている。この凹部２０には、カーボン等の多孔質部材からなる略筒状を呈する軸シール部材８が装着されている。軸シール部材８は、２つの略筒状を呈する軸シール部材片８ａおよび８ｂを含んでいる。２つの軸シール部材片８ａおよび８ｂは、一部オーバーラップした状態で軸受体１６Ｍ、１６ＦＭの筒軸方向に並列している。そして、２つの軸シール部材片８ａおよび８ｂを隙間なく凹部２０に装着すべく、２つの軸シール部材片８ａおよび８ｂ間には、軸シール部材片８ａおよび８ｂをシャフト２の延在方向に付勢する板バネ１８が設けられている。
【００３４】
軸シール構造に流すシールガスの流速は、シールガスが流される隙間の寸法と流量とで決まるが、排気側からの逆拡散を防止するような流速に選択することが好ましい。また、軸シール部材片８ａまたは８ｂの多孔質部材の気孔率は１％〜２０％、シールガス圧力は２ＭＰａ〜１００ＭＰａであることが好ましい。また、凹部２０におけるシールガス吐出口からロータ筒内周面７と軸シール部材片８ａまたは８ｂとの隙間部分に流れる窒素ガスのような不活性ガスの圧力は、０．０１ＭＰａ〜５ＭＰａが好ましい。
【００３５】
このように、軸シール部材片８ａおよび８ｂが多孔部材からなり、しかも、高圧の不活性ガスであるシールガスが軸シール部材片８ａおよび８ｂを透過して軸受（ベアリング）９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。その結果、腐食性ガス等が軸受（ベアリング）９と接触することがなく、軸受（ベアリング）９を腐食させたり、また、反応生成物が軸受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。
【００３６】
さらに、軸シール部材片８ａおよび８ｂからのシールガスの流れによって、軸受体１６Ｍ、１６ＦＭに対してスクリューロータ１３Ｍ、１３ＦＭがそれぞれセンターリングされ、スクリューロータ１３Ｍ、１３ＦＭの振動を抑えるため、軸シール部材片８ａおよび８ｂの外周面とロータ筒内周面７との隙間を狭くすることができる。よって、シールガスの消費量を削減できる。
【００３７】
次に、変形例を、図３および図４を参照して説明する。
【００３８】
図３を参照して、本例においては、図２に示した例とは異なり、軸シール部材を多孔質部材である略筒状を呈する単一の軸シール部材８としているが、Ｏリング１９によって側面からのガス漏れが防止される。そして、本例によっても、軸シール部材８を透過したシールガスによって軸シール部材８に対しスクリューロータ１３Ｍまたは１３ＦＭがセンターリングされ、スクリューロータの振動を抑えるため、スクリューロータ１３Ｍまたは１３ＦＭと軸シール部材８との隙間を狭くすることができる。よって、シールガスの消費量が削減できる。
【００３９】
図４を参照して、本例においては、略筒状を呈する軸シール部材８は、軸受体１６Ｍまたは１６ＦＭと一体構造であり、多孔質部材ではない。このように多孔質部材ではない軸シール部材８の場合には、軸シール部材８にシールガス通過口２１を設ける。シールガス通過口２１は、スクリューロータ側（ポンプ側）と軸受（ベアリング）９側とに逆拡散が起きない割合の位置に設ける。
【００４０】
尚、本発明においては、軸受体１６Ｍまたは１６ＦＭとは別体構造の、多孔質部材ではない軸シール部材を構成することも可能である。
【００４１】
また、図４には描かれていないが、軸シール部材８の外周面をも含む軸受体６の外周面とロータ筒内周面７との隙間は、吐出口側に向かって先太りする、いわゆるテーパ面状に形成されている。即ち、軸シール部材８の外周面、ロータ筒内周面７、あるいは軸シール部材８の外周面およびロータ筒内周面７の両面が、テーパ面状に形成されている。
【００４２】
このように、軸シール部材８の外周面、ロータ筒内周面７、あるいは軸シール部材８の外周面およびロータ筒内周面７の両面を、テーパ面状にすることによって軸シール空間部２０を吐出口側に向かって先太りするテーパ面状に形成することによって、仮に、シャフト２が軸受（ベアリング）９との間で振れを生じたとしても、スクリューロータ１３Ｍおよび１３ＦＭは軸シール部材８に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。
【００４３】
本発明によれば、静圧シールである付軸シール構造によってスクリューポンプの円滑な動作が可能となるが、動作が円滑になると回転を早くできる。回転を早くすると、排気速度が大きくなり、到達圧力を低くすることができる。その結果、均一な排気速度を低い吸入圧力領域まで保つことができるので、複数段の真空ポンプを接続してなるシステムの場合に、例えばターボ分子ポンプ等の本真空ポンプの前段のポンプを不要とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上の実施例では半導体デバイス製造用の真空装置について説明したが、本発明の真空装置の用途としては、半導体デバイス製造装置に限定されるものではなく、フラットパネル表示装置の製造分野等の減圧を必要とするあらゆる産業分野で用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例によるスクリューポンプを示す断面図である。
【図２】図１における軸シール構造を詳細に示す断面図である。
【図３】図２における軸シール部材の変形例を示す断面図である。
【図４】図２における軸シール部材の他の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１      オイル供給ノズル
２      シャフト
３      駆動ギア
３Ｍ    雄タイミングギア
３ＦＭ  雌タイミングギア
４      ギアボックス
５      排気プレート
６      シールガス供給口
７      ロータ筒内周面
８      軸シール部材
８ａ、８ｂ    軸シール部材片
９      軸受（ベアリング）
１０      ベアリング押さえナット
１１      ケーシング
１２      吸気プレート
１３Ｍ、１３ＦＭ  スクリューロータ
１４      吸気ポート
１５      吐出ポート
１６Ｍ、１６ＦＭ  軸受体
１７      軸シール構造
１８      板バネ
１９      Ｏリング
２０      軸シール空間部
２１      シールガス通過口
【図１】
2005248741.tif 000003
【図２】
2005248741.tif 000004
【図３】
2005248741.tif 000005
【図４】
2005248741.tif 000006