(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、該ハウジング内に形成される複数のポンプ室と、該ポンプ室内に内設するロータと、該ロータと一体に固設された回転軸と、を備える多段式真空ポンプにおいて前記回転軸の一方は、前記ロータと前記ハウジングの相対位置が軸方向に移動しないように軸支され、前記回転軸の他方は前記ロータと前記ハウジングの軸方向に延伸可能に軸支され、前記ハウジングと前記ロータの間の軸方向の隙間は、前記ロータと前記ハウジングの相対位置が軸方向に移動しないように軸支されている側の前記ポンプ室ほど少ないこと、を特徴とする多段式真空ポンプ。
【請求項２】
前記ロータと前記ハウジングの相対位置が軸方向に移動しないように軸支されるのは、ガスが最終排気される排気口側であること、を特徴とする請求項１に記載の多段式真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハウジング内に形成される複数のポンプ室と、ポンプ室内のロータと、ロータと一体に固設された回転軸を備えたドライ式の多段式真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係る多段式真空ポンプとして、特開平５−１１８２９０号公報に開示されたものがある。
【０００３】
図５の従来の多段式真空ポンプ１００は、ハウジング１０１と、このハウジング１０１内のポンプ室１０２を備え、ポンプ室１０２には一対の回転体が配設される。回転体は、回転軸１０３とこの回転軸の軸方向に沿って配置された一対のロータ１０４、１０４から成る。
【０００４】
ロータ１０４はその一端において軸受１０５によって回転支承されるとともに、その他端において軸受１０６によって回転支承されており、一方のロータ１０４はモータ１０７により回転する。
【０００５】
そして、一方のロータ１０４から他方のロータ１０４へは、回転軸１０３の軸端に固定された歯車１０８（図５においては、一方の歯車のみ示す）によって動力が伝達され、一対のロータ１０４、１０４は互いに逆方向に回転し、ロータ１０４とポンプ室１０２内壁面及びロータ１０４、１０４同士の間は、僅かな隙間を持って吸入排気を行なう。
【０００６】
軸受１０５は軸受ケース１１０内に収容され、軸受１０６は軸受ケース１１１内に収容される。ハウジング１０１の下部には、下部壁体１１５が設けられている。下部壁体１１５には、冷却器１１６が取付けられ、冷却器１１６内は冷却水１１７が通水される。
【０００７】
各段から排出された排気ガスは、一旦下部壁体１１５に接触した後上昇し、次段のポンプ室１０２に導かれる。そして、排気ガスは下部壁体１１５に接触した際に、冷却器１１６内を通水している冷却水１１７によって壁体を通して冷却される。したがって冷却器１１６は、ハウジング１０１の圧縮熱による温度上昇を抑えることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の多段式真空ポンプ１００は、各ポンプ室１０２においてガスを圧縮する際に圧縮熱が発生すると、この圧縮熱はロータ１０４から回転軸１０３に伝えられる。また圧縮熱はハウジング１０１にも伝達され、ハウジング１０１の温度を上昇させる。ハウジング１０１には冷却器１１６が設けられており、また外表面が大気に開放されているため、温度の上昇が抑えられる。
【０００９】
これに対して各ポンプ室１０２の内部は真空に近い状態であり、ロータ１０４および回転軸１０３からガスへの放熱は少なく、ハウジング１０１に比べて温度上昇の割合が大きい。したがって、圧縮熱による温度上昇が大きいほど、ロータ１０４、回転軸１０３と、ハウジング１０１の温度差は大きくなる。ロータ１０４、回転軸１０３、ハウジング１０１は温度に比例して熱膨張するため、ロータ１０４、回転軸１０３と、ハウジング１０１の温度差が大きいと、ロータ１０４とハウジング１０１の相対位置にズレが発生する。
【００１０】
多段式真空ポンプの始動時には、ロータ１０４とポンプ室１０２は軸方向に適切な隙間を維持しながら回転するが、圧縮熱により回転軸１０３とハウジング１０１との温度差が大きくなると、回転軸１０３とハウジング１０１の熱膨張差からロータ１０４とポンプ室１０２軸方向の隙間が少なくなり、ポンプ室１０２と高速回転するロータ１０４とが接触して破損する恐れがある。またポンプ室１０２とロータ１０４の軸方向の隙間を大きくするとその隙間からのガスの逆流の量が多くなり、ポンプの容積効率の低下を招いてしまう。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決することを発明の課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、ハウジングと、該ハウジング内に形成されるポンプ室と、該ポンプ室内に内設するロータと、該ロータと一体に固設された回転軸と、を備える多段式真空ポンプにおいて、前記回転軸の一方は、前記ロータと前記ハウジングの相対位置が軸方向に移動しないように軸支され、前記回転軸の他方は前記ロータと前記ハウジングの軸方向に延伸可能に軸支されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項１では、回転軸の一方を、ロータとハウジングの相対位置が軸方向に移動しないように軸支し、回転軸の他方はロータとハウジングの軸方向に延伸可能に軸支することにより、回転軸とハウジングの熱膨張の違いにより起こる軸方向の隙間の変化を一方向にすることができる。したがってポンプ室内のロータとハウジングの間の隙間を、ロータとハウジングの相対位置が軸方向に移動しないように軸支した側を少なくし、ロータとハウジングの軸方向に延伸可能に軸支した側を大きくすることにより、熱膨張差によるハウジングと高速回転するロータとの接触を防ぐことができる。また、回転軸の一方が延伸可能であるため、熱膨張の違いにより起こる回転軸及び軸受に発生する応力を防ぐことができる。
【００１４】
本発明の請求項１は、更に、前記ハウジングと前記ロータの間の軸方向の隙間は、前記ロータと前記ハウジングの相対位置が軸方向に移動しないように軸支されている側の前記ポンプ室ほど少ないこと、を特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項１では、更に、ロータとハウジングの相対位置が軸方向に移動しないように軸支されている側のポンプ室とロータの間の軸方向の隙間を小さくできるので、隙間が大きくなることにより起こるポンプの容積効率の低下を最小限に抑えることができる。また軸方向に移動しないように軸支されている側から離れている側のポンプ室とロータの間の軸方向の隙間を大きくすることにより、熱膨張の違いから起こる高速回転するロータとの接触を防ぐことができる。
【００１６】
本発明の請求項３は、前記ロータと前記ハウジングの相対位置が軸方向に移動しないように軸支されるのは、ガスが最終排気される排気口側であること、を特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項３では、ロータとハウジングの相対位置が軸方向に移動しないように軸支されるのが大気圧に近いガスが最終排気される排気口側である。したがってポンプの容積効率に大きく寄与する排気口側の前記ポンプ室の軸方向の隙間を少なくすることにより、多段式真空ポンプの全体でのポンプの容積効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に関する多段式真空ポンプを図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１は本発明の４段の多段式真空ポンプ１の構成を示す断面図で、上部ハウジング２と、下部ハウジング２’と、半導体製造装置等のチャンバー内部からガス吸引するための吸入口３と、吸引したガスを排気する排気口４と、吸入口３からのガスが最初に流入する第１段目ポンプ室５と、第１段目ポンプ室５からのガスが流入する第２段目ポンプ室６と、第２段目ポンプ室６からのガスが流入する第３段目ポンプ室７と、第３段目ポンプ室７からのガスが流入する第４段目ポンプ室８と、第１段目ポンプ室５と第２段目ポンプ室６と連通する気体移送通路１４と、第２段目ポンプ室６と第３段目ポンプ室７とを連通する気体移送通路１５と、第３段目ポンプ室７と第４段目ポンプ室８とを連通する気体移送通路１６と、駆動源であるモータ１７と、上部ハウジング２と下部ハウジング２’のサイドをカバーする吸気口側サイドカバー１９及び排気口側サイドカバー２０と、潤滑油２４を内在するギアカバー２３とから構成される。
【００２０】
図２は第３段目ポンプ室７のＡ−Ａ断面図で、３段目ポンプ室７には一対のロータ１１、１１’と、ロータ１１、１１’と一体に固設した回転軸１３、１３’が内設される。ロータ１１、１１’は回転軸１３、１３’により一定の隙間を維持しながら第３段目ポンプ室７内を回転する。第１段目ポンプ室５と、第２段目ポンプ室６と、第４段目ポンプ室８も同様に、一対のロータ９、９’と、ロータ１０、１０’と、ロータ１２、１２’が内設され、第１段目ポンプ室５、第２段目ポンプ室６、第４段目ポンプ室８内を一定の隙間を維持しながら回転する。
【００２１】
回転軸１３、１３’は、吸気口側軸受２１、２１’と、排気口側軸受２２、２２’により軸支されており、回転軸１３に固設したタイミングギア１８と、回転軸１３’に固設したタイミングギア１８’により、回転方向が反転する。
【００２２】
回転軸１３、１３’は、ガスが最終排気される排気口４側である排気口側軸受２２、２２’により、ロータ９、９’、１０、１０’、１１、１１’、１２、１２’と前記ハウジング２、２’とが軸方向に移動しないように軸支される。また、回転軸１３、１３’の吸入口３側は、軸方向に延伸可能な吸気口側軸受２１、２１’により軸支される。
【００２３】
図１に示すように、第１段目ポンプ室５とロータ９、９’の間には隙間はｔ１が設けられ、第２段目ポンプ室６とロータ１０、１０’の間には隙間ｔ２が設けられ、第３段目ポンプ室７とロータ１１、１１’の間には隙間ｔ３が設けられ、第４段目ポンプ室８とロータ１２、１２’の間には隙間ｔ４が設けられている。それぞれの隙間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４は、ｔ１＞ｔ２＞ｔ３＞ｔ４の関係にある。
【００２４】
第１段目乃至第４段目ポンプ室５、６、７、８における夫々の排気口サイドの隙間は、多段式真空ポンプの始動時に、第１段目ポンプ室５とロータ９、９’、第２段目ポンプ室６とロータ１０、１０’、第３段目ポンプ室７とロータ１１、１１’、第４段目ポンプ室８とロータ１２、１２’とが接触しない程度の隙間が設けられている。
【００２５】
次に本発明の多段式真空ポンプの動作について説明する。
【００２６】
半導体製造装置等のチャンバー内部からガスは、吸入口３を通り第１段目ポンプ室５に吸引され、ロータ９、９’により圧縮される。ロータ９、９’により圧縮されたガスは気体移送通路１４を流動して第２段目ポンプ室６に吸引される。第２段目ポンプ室６においても第１段目ポンプ室５と同様に、吸引されたガスはロータ１０、１０’により圧縮される。第３段目ポンプ室７、第４段目ポンプ室８でも同様にガスは圧縮され、第４段目ポンプ室８からのガスは排気口４を通り、多段式真空ポンプ１から排出される。
【００２７】
モータ１７からの動力は回転軸１３に伝達され、回転軸１３の排気口３側に固設したタイミングギア１８に伝達される。タイミングギア１８は同期するタイミングギア１８’により回転方向を反転して回転軸１３’に動力を伝達する。回転軸１３には、ロータ９、１０、１１、１２が一体に固設され、回転軸１３’にはロータ９’、１０’、１１’、１２’が一体に固設されるので、回転軸１３、１３’の回転に伴い、ロータ９、９’と、ロータ１０、１０’と、ロータ１１、１１’と、ロータ１２、１２’は一定の隙間を維持しながら回転する。
【００２８】
ロータ９、９’と、ロータ１０、１０’と、ロータ１１、１１’と、ロータ１２、１２’の回転に伴い、第１段目乃至第４段目ポンプ室５、６、７、８では、ガスの圧縮が行なわれる。このとき第１段目乃至第４段目ポンプ室５、６、７、８では、圧縮熱が発生する。その圧縮熱は、ロータ９、１０、１１、１２と一体に固設される回転軸１３、ロータ９’、１０’、１１’、１２’と一体に固設される回転軸１３’と、ハウジング２、２’に伝達される。
【００２９】
ハウジング２、２’に伝達された熱は、ハウジング２、２’の温度を上昇させるが、ハウジング２、２’は外表面が大気に開放されているため、大気に放熱することによりハウジング２、２’の温度の上昇が抑えられる。また図示しない冷却器等により冷却される。
【００３０】
これに対して回転軸１３、１３’は、第１段目乃至第４段目ポンプ室５、６、７、８の内部は真空に近い状態であり、回転軸１３、１３’からガスへの放熱は少ない。したがって、圧縮熱による温度上昇が大きいほど、回転軸１３、１３’と、ハウジング２、２’の温度差が大きくなり、熱膨張差が発生する。
【００３１】
図３は、ロータとポンプ室の軸方向の隙間が、ポンプの容積効率(＝実排気流量/理論排気流量)に与える影響を示したものである。周知されるように容積効率は隙間が大きいほど低下する。また各ポンプ室での吸入側と排気側のガスの圧力差が大きいほど隙間が容積効率へ与える影響はさらに大きくなる。
【００３２】
図４は本発明の多段式真空ポンプ１の各段の圧力差を示したものである。第１段目ポンプ室５のガスの吸入口３側圧力は最も真空に近い状態であり、第４段目ポンプ室８の排気口４側の圧力は、排気口４側の空間の圧力（大気開放の場合には大気圧）に近くなる。第１段目乃至第４段目ポンプ室５、６、７、８の各ポンプ室における吸入側圧力と排出側圧力のポンプ差圧は、第４段目ポンプ室８が最も大きくなる。したがってポンプの容積効率を高く維持するためには、排気口３側の第４段目ポンプ室８の隙間ｔ４を最も小さくすることが有効である。
【００３３】
本発明の多段式真空ポンプ１では、回転軸１３、１３’の排気口側軸受２２、２２’により、ロータ９、９’、１０、１０’、１１、１１’、１２、１２’と前記ハウジング２、２’とが軸方向に移動しないように軸支され、回転軸１３、１３’の吸入口３側は、軸方向に延伸可能に吸気口側軸受２１、２１’により軸支されるため、回転軸１３、１３’とハウジング２、２’の熱膨張差による軸方向の隙間の変化を、回転軸１３、１３’の延伸する方向にすることができる。
【００３４】
また、第１段目乃至第４段目ポンプ室５、６、７、８の隙間は、ｔ１＞ｔ２＞ｔ３＞ｔ４である。排気口３側の熱膨張差による軸方向の隙間の変化の少ない第４段目ポンプ室８の隙間ｔ４を少なくし、最も遠く熱膨張差による軸方向の隙間の変化の大きい第１段目ポンプ室５の隙間ｔ１を大きくすることにより、隙間が大きくなることにより起こるポンプの容積効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００３５】
また、熱膨張差による軸方向の隙間の変化の大きい第１段目ポンプ室５の隙間ｔ１を大きくすることにより、熱膨張差から起こるハウジング２、２’と高速回転するロータの接触を防ぐことができる。しかも回転軸の一方が延伸可能であるため、熱膨張差による回転軸及び軸受への応力の発生を防ぐことができる。
【００３６】
本実施例では、４段の多段式真空ポンプについて述べたが、多段式真空ポンプは２段以上であればよく、４段に限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の多段式真空ポンプでは、ポンプの容積効率の低下を最小限に抑えながら、ハウジングと回転軸の熱膨張差によるハウジングと高速回転するロータとの接触を防ぐことができる。また、回転軸の一方が延伸可能であるため、熱膨張差による回転軸及び軸受への応力の発生を防ぐことができ、軸受寿命を延ばし、ポンプの長寿命化が計れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多段式真空ポンプを示す断面図である。
【図２】第３段目ポンプ室のＡ−Ａ断面図である。
【図３】ロータとポンプ室の軸方向の隙間がポンプの容積効率に与える影響を示したグラフである。
【図４】本発明の多段式真空ポンプの各段の圧力差を示したものである。
【図５】従来の多段式真空ポンプである。
【符号の説明】
１    多段式真空ポンプ
２、２’    ハウジング
３    吸入口
４    排気口
５    第１段目ポンプ室
６    第２段目ポンプ室
７    第３段目ポンプ室
８    第４段目ポンプ室
９、９’、１０、１０’、１１、１１’、１２、１２’    ロータ
１３、１３’    回転軸
１８、１８’    タイミングギア
２１、２１’    吸気口側軸受
２２、２２’    排気口側軸受
ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４    隙間
【図１】
0003941484.tif 000002
【図２】
0003941484.tif 000003
【図３】
0003941484.tif 000004
【図４】
0003941484.tif 000005
【図５】
0003941484.tif 000006