JP5330896B2

JP5330896B2 - ドライ真空ポンプ

Info

Publication number: JP5330896B2
Application number: JP2009122500A
Authority: JP
Inventors: 栄一郎大坪; 祥史丸山; 英晃井上; 亮介喜多; 浩一水島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Ulvac Inc
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Ulvac Inc
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: JP2010270657A

Description

本発明は、真空処理室を排気するドライ真空ポンプに関する。

ドライ真空ポンプは、その内部において排気対象気体にオイル等の液体が接触しない構造を有し、半導体製造分野等の高い系内清浄度が要求される場合等に多く用いられる。ドライ真空ポンプには多くの形態が存在するが、電磁モータ等の動力源で発生した回転動力により排気対象気体を吸引及び排出するロータを回転させ、系内を排気するものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

一方、近年においてはシリコン系薄膜太陽電池の開発、製造が盛んに行われている。この種の薄膜製造用には、シラン（ＳｉＨ₄）と水素ガス（Ｈ_２）を主な原料ガスに用いたプラズマＣＶＤ技術を用いることで、基板上にアモルファスシリコンや結晶質シリコン薄膜を成膜する手法が一般的である（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−１７１７６６号公報特開２００６−２１６９２１号公報

上述のような薄膜製造用のプラズマＣＶＤ装置においては、アモルファスシリコン膜や結晶質シリコン薄膜の成膜時に、原料ガスに主としてシランガスと水素ガスの混合ガスを用いる。また、プラズマＣＶＤ装置の真空処理室（製膜室など）内では、シランの分解反応によっても水素ガスが生成される。したがって、真空処理室から排気される排気対象気体（排気ガス）は多量の水素ガスを含む状況にある。
一方、真空処理室から水素ガスを含む排気対象気体を吸引及び排出するために用いられるドライ真空ポンプは、その駆動源として電磁モータを備えており、この電磁モータは構成材料として永久磁石材料を含む。永久磁石材料は鉄―ネオジム系材料が代表的であり、永久磁石材料は水分による錆が発生しやすいため、ニッケルメッキなどにより耐食性改善が行われている。また、永久磁石材料は水素を吸蔵するので水素化合物を形成し、発熱他で脆化して磁力の低下や崩壊に至ることがあり、いわゆる水素による浸食を受け易いことが知られており、電磁モータの励磁力低下が懸念される。
さらに、水素ガスは分子サイズが小さく拡散しやすいため、水素ガスは、ドライ真空ポンプの排気室からロータの回転シャフトのシール部分を通過して電磁モータ内部へと拡散し、さらには永久磁石の表面に施した薄いニッケルメッキやメッキ層のピンホールを透過して、水素による浸食を生じさせる危惧があることが判明した。

したがって、薄膜製造用のプラズマＣＶＤ装置の真空処理室（製膜室など）の排気手段としてドライ真空ポンプを用いる場合、排気対象気体（排気ガス）中に含まれる大量の水素ガスによる電磁モータの永久磁石材料機能不全を回避することが重要な課題であり、このため、永久磁石材料と水素ガスが直接接触しない対策が望まれている。
特に、結晶質シリコン系薄膜製造に見られるような、シランガスを多量の水素ガスで希釈する高希釈率製膜条件にて、１ｍ^２を超える大面積基板へ製膜処理をする場合は、真空排気ポンプの内容量に対する排気対象気体中の水素ガスの割合が増加するため、一層に水素ガスによる電磁モータの永久磁石材料機能不全を発生することが懸念される。

以上のような事情に鑑み、本発明は、真空処理室から導かれる排気対象気体（排気ガス）に含まれる水素ガスによる駆動源（電磁モータ）の機能不全を防止することができるドライ真空ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のドライ真空ポンプは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるドライ真空ポンプは、電磁モータ室内に収容された電磁モータと、該電磁モータによって回転駆動されるシャフトと、該シャフトに取り付けられるとともに排気室内に設けられ、真空処理室内の水素ガスを含む排気対象気体を該排気室内に吸引しかつ排出するロータとを備えた真空処理室を排気するドライ真空ポンプにおいて、前記電磁モータ室内に不活性ガスを導入するとともに、該電磁モータ室内のガスを排気するパージ手段が設けられていることを特徴とする。

水素ガスは、電磁モータの永久磁石材を浸食して磁気性能を低下させる。排気対象気体に水素ガスが含まれていると、シャフトを介して排気室と電磁モータ室とが接続されているため、排気室から電磁モータ室内に水素が侵入するおそれがある。
そこで、本発明では、電磁モータ室内に不活性ガスを導入するとともに、電磁モータ室内のガスを排気するパージ手段を設けることとした。これにより、電磁モータ室内に水素ガスが侵入したとしても排気することができ、また、不活性ガスの導入によって水素ガス分圧が低下するため、多量の水素が電磁モータの永久磁石材を浸食することがない。したがって、電磁モータの永久磁石が水素ガスによって浸食されることを回避することができる。

さらに、本発明のドライ真空ポンプによれば、前記排気室と前記電磁モータ室との間には、潤滑オイルが貯留される潤滑室が設けられ、前記パージ手段によって前記電磁モータ室内に導入された不活性ガスは、前記潤滑室内を通過して排気されることを特徴とする。

水素ガスを含んだ排気対象気体は、先ず、排気室に隣接する潤滑室内へと侵入する。潤滑室内には、電磁モータ室から導かれた不活性ガスが導入され、排気されるようになっている。このように、水素ガスは電磁モータ室に侵入する前に潤滑室で不活性ガスと出会い排気されることになる。したがって、水素ガスが電磁モータ室内に侵入することを可及的に防止することができる。

また、本発明のドライ真空ポンプは、電磁モータ室内に収容された電磁モータと、該電磁モータによって回転駆動されるシャフトと、該シャフトに取り付けられるとともに排気室内に設けられ、真空処理室内の水素ガスを含む排気対象気体を該排気室内に吸引しかつ排出するロータと、前記排気室と前記電磁モータ室との間に設けられ、潤滑オイルが貯留される潤滑室とを備えた真空処理室を排気するドライ真空ポンプにおいて、前記シャフトに形成されたガス導入通路によって前記電磁モータ室の外部から前記潤滑室内に不活性ガスを導入するとともに、該潤滑室内のガスを排気するパージ手段が設けられていることを特徴とする。

水素ガスは、電磁モータの永久磁石材を浸食して磁気性能を低下させる。排気対象気体に水素ガスが含まれていると、シャフトを介して排気室、潤滑室および電磁モータ室が接続されているため、排気室から潤滑室を介して電磁モータ室内に水素が侵入するおそれがある。
そこで、本発明では、シャフトに形成されたガス導入通路によって電磁モータ室の外部から潤滑室内に不活性ガスを導入するとともに、潤滑室内のガスを排気するパージ手段を設けることとした。これにより、排気室から潤滑室内に水素ガスが侵入したとしても電磁モータ室内に侵入する前に水素ガスを排気することができ、また、不活性ガスの導入によって水素ガス分圧が低下するため、多量の水素が電磁モータの永久磁石材を浸食することがない。したがって、電磁モータの永久磁石が水素ガスによって浸食されることを回避することができる。
また、シャフトに形成されたガス導入通路によって電磁モータ室の外部から潤滑室内に不活性ガスを導入することとしたので、電磁モータ室内に配管を引き回すことなく潤滑室内に不活性ガスを導入することができ、簡便な構成が実現される。

さらに、本発明のドライ真空ポンプによれば、前記パージ手段は、前記排気室から前記排気対象気体を排気する排気ラインへ接続されたガス排出通路を備え、該ガス排出通路には、前記排気ラインへ向かうガスの流れを許容するとともに逆方向の流れを禁止する逆止弁が設けられていることを特徴とする。

逆止弁を設けることより、排気室から排気ラインへ排出された排気対象気体が、ガス排出通路を介して潤滑室あるいは電磁モータ室へ侵入することを防止できる。

さらに、本発明のドライ真空ポンプによれば、前記パージ手段は、前記排気室から前記排気対象気体を排気する排気ラインへ接続されたガス排出通路を備え、該ガス排出通路には、前記排気ラインへ向かう前記潤滑オイルを捕捉するオイルトラップが設けられていることを特徴とする。

オイルとラップを設けることより、パージガスと共に潤滑オイルが排気ラインに漏出することを防止し、クリーンな排気システムを維持することができる。

本発明のドライ真空ポンプによれば、電磁モータ室内に不活性ガスを導入するとともに、電磁モータ室内のガスを排気するパージ手段を設けることとしたので、電磁モータの永久磁石が水素ガスによって浸食されることを回避することができ、電磁モータの機能不全を防止することができる。

本発明の第１実施形態に係るドライ真空ポンプが用いられる真空処理系統を示した概略構成図である。図１のドライ真空ポンプの内部構造を示した平面断面図である。図１のドライ真空ポンプの内部構造を示した側断面図である。図１のドライ真空ポンプの排気室の構成を示した断面図である。図１のドライ真空ポンプのカップシールの詳細を示す拡大断面図である。図５のカップシールを構成するシール部材の構成を示し、（Ａ）は断面斜視図、（Ｂ）はシール部材の要部の作用を示した断面図である。図５のカップシールの詳細を示した拡大断面図である。本発明の第２実施形態に係るドライ真空ポンプの内部構造を示した側断面図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係るドライ真空ポンプ１を用いた真空処理系統の概略が示されている。
プラズマＣＶＤ装置（真空処理装置）１０１は、製膜室１０３を備えており、この製膜室１０３内を真空排気する系統にドライ真空ポンプ１が設けられている。製膜室１０３は、１ｍ^２を超える大面積ガラス基板（不図示）に対して製膜を行なう。製膜室１０３には、主な原料ガスであるシランガス（ＳｉＨ_４）および水素ガス（Ｈ_２）、ならびにクリーニングガス（ＮＦ_３）をそれぞれ製膜室１０３内に供給するガス供給流路１０４，１０５，１０６が接続されている。また、製膜室１０３には、ガスを排気する排気系統６１とが設けられている。
排気系統６１は、高真空用のターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１０９が設けられた排気流路１１０と、流量調整弁（ＣＶ)１１１が設けられた流路１１２とを備えている。排気流路１１０と流路１１２との合流点Ｓよりも下流の流路１１３には、ドライ真空ポンプ(ＤＰ)１が介装されている。さらに、ドライ真空ポンプ１の下流側には、排気ライン６２が設けられている。この排気ライン６２は、シランガスおよび水素ガス等の可燃ガスを排気する可燃系排気ライン１１７と、三フッ化窒素ガス（ＮＦ_３）等の支燃系ガスを排気する支燃系排気ライン１１８とに分岐される。可燃系排気ライン１１７には可燃系排気弁１１９ａが、支燃系排気ライン１１８には支燃系排気弁１１９ｂが設けられている。
製膜を実施する為に、原料ガスのシランガスおよび水素ガスを供給する場合は、可燃系排気弁１１９ａを開、支燃系排気弁１１９ｂを閉として、可燃系排気ライン１１７を用いる。
製膜室１０３内をセルフクリーニングする為にクリーニングガスの三フッ化窒素ガスを供給する場合は、可燃系排気弁１１９ａを閉、支燃系排気弁１１９ｂを開として、支燃系排気ライン１１８を用いる。
また、プラズマＣＶＤ装置１０１には、製膜室１０３の圧力を計測する真空計（Ｖ）１２０が設けられている。

このように構成されたプラズマＣＶＤ装置１０１では、ドライ真空ポンプ１による粗引き真空排気を行いながら大気圧から減圧された製膜室１０３内へＳｉＨ_４からなる原料ガスを含む製膜ガスを送り込み、図示されていない高周波電源により供給される高周波電力によってプラズマを生じさせ、製膜室１０３内に支持されて加熱されたガラス等の基板に製膜を施す。基板としては、例えば、１ｍ^２を超える大面積ガラス基板が挙げられる。
原料ガスは、水素ガスを用いて希釈され、例えば、結晶質シリコン膜形成にはシランガスに対して２０倍以上に水素ガス希釈することによって膜質の向上を実現できる。

プラズマＣＶＤ装置１０１は、製膜処理の指示を受けると、ＭＶ１２１とＴＶ１２２を開とするとともにＲＶ１２３を閉とし、ターボ分子ポンプ１０９およびドライ真空ポンプ１による高真空排気を行なう。
基板（不図示）を製膜室１０３内にセットし、製膜レシピ指示を受け、製膜レシピにしたがって製膜処理を行なう。
例えば、結晶質シリコン膜の形成において、製膜速度２．０〜２．５ｎｍ／ｓを得るにあたり、製膜圧力は１０００〜３０００Ｐａであり、基板１ｍ^２あたりの製膜用原料ガスであるシランガスの流量は０．５〜２．０ＳＬＭ／ｍ^２、水素ガスの流量は１０ＳＬＭ／ｍ^２以上の大流量となる。

次いで、ＭＶ１２１とＴＶ１２２を閉とするとともにＲＶ１２３は開とし、ドライ真空ポンプ１による粗引き真空排気を行ないながら、製膜原料ガスを製膜室１０３内に導入し、真空計(Ｖ)１２０によって計測した製膜室１０３内の圧力が製膜レシピ指示値の製膜室１３０内の圧力となるよう流量調整弁(ＣＶ)１１１を調整し、製膜室１０３内の圧力を調整する。
次いで、プラズマ放電を開始され、これにより製膜が施される。
所定の製膜が行われた後、プラズマ放電を停止し、また、製膜原料ガスを停止する。ＭＶ１２１とＴＶ１２２を開とするとともにＲＶ１２３を閉とし、ターボ分子ポンプ１０９およびドライ真空ポンプ１による高真空排気を行ない、製膜処理した基板を搬出し、製膜処理を終了する。
なお、ドライ真空ポンプ１は、ルーツ型ポンプ等のメカニカルブースタポンプと排気系統を直列に組み合わせて真空排気能力を向上させて使用しても良い。

図２には、本実施形態に係るドライ真空ポンプ１を上面から見た平面断面図が示されている。図３には、ドライ真空ポンプ１を側面から見た側断面図が示されている。
本実施形態に係るドライ真空ポンプ１は、ルーツ型ドライ真空ポンプで構成されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、スクロール型、回転翼型等の他の形態のドライ真空ポンプ、ルーツ型ポンプ等のメカニカルブースタポンプにも適用可能である。

同図に示すように、ドライ真空ポンプ１は、駆動源である電磁モータ３と、この電磁モータ３の側方に配置された潤滑室１２と、この潤滑室１２の側方に配置された排気室１３と、潤滑室１２と排気室１３との間に配置されたシール機構１１とを有する。

潤滑室１２は、モータカバー８とサイドカバー９によって形成され、排気室１３は、シリンダ７とサイドカバー９によって形成されている。潤滑室１２及び排気室１３は、ドライ真空ポンプ１の主要な筐体部を構成する。

潤滑室１２には回転伝達機構４が収容され、排気室１３には第１ロータ（ロータ）６が収容されている。電磁モータ３はモータカバー８に隣接して配置されている。電磁モータ３の回転軸には第１シャフト（シャフト）５が接続されている。第１シャフト５は潤滑室１２を縦貫し、サイドカバー９を貫通して排気室１３に延伸している。第１シャフト５が潤滑室１２と排気室１３を連通する箇所は、第１シール機構１１によって、第１シャフト５の回転に伴い潤滑室１２と排気室１３の間でガスの移動を抑制するようにシールされている。潤滑室１２の室内において第１シャフト５に回転伝達機構４が接続され、排気室１３の室内において第１シャフト５に第１ロータ６が接続されている。また、潤滑室１２には回転伝達機構４を潤滑するための潤滑オイルＦ（図３参照）が収容されている。

本実施形態に係るドライ真空ポンプ１は、上記構成に加え、第２シャフト（シャフト）１４と、第２ロータ（ロータ）１５と、第２シール機構１６とを有する（図２参照）。第２シャフト１４は、潤滑室１２の室内において回転伝達機構４に接続され、第１シャフト５と平行に、サイドカバー９を貫通して排気室１３に延伸している。第２シャフト１４が潤滑室１２と排気室１３を連通する箇所は、第２シール機構１６によって、第２シャフト１４の回転に伴い潤滑室１２と排気室１３の間でガスの移動を抑制するようにシールされている。排気室１３の室内において第２シャフト１４に第２ロータ１５が接続されている。

また、本実施形態に係るドライ真空ポンプ１は、潤滑室１２からみて排気室１３の反対側（図２において右側）に、軸受室１７を有する。軸受室１７は、シリンダ７のサイドカバー９と反対側に取り付けられた第２サイドカバー１８と、第２サイドカバー１８に取り付けられた軸受カバー１９によって形成されている。第１シャフト５及び第２シャフト１４は、第２サイドカバー１８を貫通し、軸受室１７の室内で回転可能に支持されている。軸受室１７は第１シャフト５を回転可能に支持する第１軸受２０と、第２シャフト１４を回転可能に支持する第２軸受２１を収容する。第１軸受２０及び第２軸受２１は例えばボールベアリング等である。

電磁モータ３は、電磁モータ室１０内に収容されており、第１ロータ６を回転させるための回転動力を発生させる。電磁モータ３はドライ真空ポンプ１の動力源として一般的な構造のものを用いることができる。典型的には、電磁モータ３は、固定子と回転子とを有し、固定子と回転子の何れか一方に、永久磁石材が用いられる。永久磁石材は比較的安価で強い磁気特性を保有するものが好ましく、例えば希土類磁石を使用される。永久磁石材としては、例えば、鉄−ネオジム系等の希土類鉄系磁石材が用いられ、磁石体表面には錆や腐食や水素吸蔵する水素化合物を形成による浸食への耐久性を向上させるために、ニッケルなど金属によるメッキ層を施してある。
電磁モータ３及び潤滑室１２は、図２及び図３に示すように、排気室１３の排気空間２６で気体が圧縮される側（大気圧に近い側）に設けられている。このように電磁モータ３を配置することで、電磁モータ室１０の気密管理を容易にすることができる。また、ドライ真空ポンプ１の起動停止時など圧力変動が発生する際には、潤滑室１２と排気室１３との圧力差が少ないため、第１シール機構１１におけるシール特性をより確実にする効果がある。
なお、電磁モータ３は１基に限られず、複数基が設けられていてもよい。

回転伝達機構４は、潤滑オイルＦにより潤滑され、電磁モータ３で発生した回転動力を第１シャフト５及び第２シャフト１４へ伝達し、第１ロータ６及び第２ロータ１５を互いに逆方向に同期回転させる。回転伝達機構４は、第１タイミングギア２２、第２タイミングギア２３、第１ベアリング２４及び第２ベアリング２５を含む。第１タイミングギア２２は第１シャフト５に取り付けられ、第２タイミングギア２３に回転動力を伝達する。第１ベアリング２４はサイドカバー９に固定された外輪と、第１シャフト５に固定された内輪と、これらの間に配置されたベアリングボールとを含み、第１シャフト５をサイドカバー９に回転可能に支持する。第２タイミングギア２３は第２シャフト１４に取り付けられ、第１タイミングギア２２から回転動力を伝達され、第２シャフト１４を回転させる。第２ベアリング２５はサイドカバー９に固定された外輪と、第２シャフト１４に固定された内輪と、これらの間に配置されたベアリングボールとを含み、第２シャフト１４をサイドカバー９に回転可能に支持する。回転伝達機構４の構成はこれらに限定されず、例えば減速ギア等を含んでもよい。

第１ロータ６及び第２ロータ１５は、回転することによって排気対象気体を吸引及び排出する。図４は、第１ロータ６及び第２ロータ１５の構成を示す横断面図である。図２及び図３に示したように、第１ロータ６はシャフト５に沿って直列に多段（図示の例では６段）で配列され、第２ロータ１５は第２シャフト１４に沿って直列に多段（図示の例では６段）で配列されている。

各段の第１ロータ６は各段の第２ロータ１５と対になって配置されている。それぞれの第１ロータ６及び第２ロータ１５は３葉の形状に形成され、第１シャフト５及び第２シャフト１４が回転すると、対になっているロータ部と微小な間隔を空けて回転可能となっている。

それぞれの第１ロータ６及び第２ロータ１５の対は、シリンダ７内に形成された６つの排気空間２６に一対ずつ配置され、排気空間２６は順次後段の排気空間に連通する排気通路２６ａによって接続されている。また、最前段（最上流段）の排気空間２６はシリンダ７に形成された吸気孔７ａに接続され、最後段（最下流段）の排気空間２６はシリンダ７に形成された排気孔７ｂに接続されている（図３参照）。

吸気孔７ａは、排気系統６１を介して、薄膜製造用の真空処理室としてのプラズマＣＶＤ装置の製膜室１０３に接続されている。排気孔７ｂは、各排気ライン６２に接続されている。製膜室１０３は、基板上にアモルファスシリコン膜や結晶質シリコン膜を製膜するための製膜室として構成される。製膜室１０３では、ドライ真空ポンプ１による粗引き真空排気を行いながら大気圧より減圧された製膜室内へ主として、シランガス（ＳｉＨ_４）および水素ガス（Ｈ_２）からなる原料ガスを含む製膜ガスを送り込み、図示されていない高周波電源により供給される高周波電力によってプラズマを生じさせ、製膜室１０３内に支持されて加熱されたガラス等の基板に製膜を施す。このとき、製膜室１０３にはシランガス（ＳｉＨ_４）の分解と多量の水素ガス（Ｈ_２）の投入により、大量の水素ガスがドライ真空ポンプ１によって排気ライン６２へ排気される。
製膜室１０３の他に基板予熱室なども多量の水素ガス（Ｈ_２）の投入を行なうことから、同様に利用可能である。

例えば、結晶質シリコン膜形成には、４０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波電力を供給するプラズマ放電電極と基板表面との距離ｄを３ｍｍ〜１０ｍｍに設定して、シランガスに対して２０倍以上に水素ガス希釈した原料ガスを供給することによって、製膜速度と膜質の向上を実現できる。１ｍ^２を超える大面積基板の結晶質シリコン膜の形成において、製膜速度２．０〜２．５ｎｍ／ｓを得るには、製膜圧力１０００〜３０００Ｐａであり、基板１ｍ^２あたりの製膜用原料ガスであるシランガスの流量は０．５〜２．０ＳＬＭ／ｍ^２、水素ガスの流量は２０ＳＬＭ／ｍ^２以上必要となり、おおよそ２０〜１００ＳＬＭ／ｍ^２である。シランガスの一部は製膜に消費されることにより、シランガスの分解で生じた水素ガスも加わり、排気ライン６２へ排気される水素ガス流量は更に増加し、排気対象気体中の水素ガス分圧は非常に大きくなっている。

第１シール機構１１及び第２シール機構１６は、第１シャフト５及び第２シャフト１４が潤滑室１２及び排気室１３を連通する箇所において、潤滑オイルＦ及び排気対象気体の導通をシールする。サイドカバー９には、当該箇所にシールガスを供給するためのガス導入孔９ａが形成されている。

次に、第１シール機構１１及び第２シール機構１６について説明する。
第１シール機構１１と第２シール機構１６の構成は同一であるため、第１シール機構１１について説明する。
図５は、第１シール機構１１の構成を示す断面図であり、図３の第１シール機構１１の近傍を拡大した図である。

同図に示すように、第１シール機構１１は、第１シール（潤滑室側シール）２７と、第２シール（排気室側シール）２８とを有する。第１シール２７はサイドカバー９と第１シャフト５の間に配置され、第２シール２８はシリンダ７と第１シャフト５の間に配置されている。
シリンダ７とサイドカバー９の間には、ガス導入孔９ａと連通する隙間Ｇが形成され、第１シール２７及び第２シール２８によってガス導入空間２９が形成されている。本実施形態に係るドライ真空ポンプ１において、サイドカバー９とシリンダ７の、ガス導入空間２９に臨む部分が隔壁を構成する。
また、上記構成に加え、第１シール機構１１は、潤滑室１２の室内において第１シャフト５に取り付けられたスリンガ３０を有する。

第１シール２７及び第２シール２８はそれぞれ同一の構成を有し、例えば図６（Ａ）に示すシール部材Ａで構成される。図６はシール部材Ａの構成を示す斜視図である。シール部材Ａは、その内周部がシャフト５の外周に弾性的に接触する円環状のカップシール（リップシール）で構成されている。

図６（Ａ）に示すようにシール部材Ａは、固定部ａと基部ｂと二つのリップ部ｃとを備えている。円環状のシール部材Ａの外周側に固定部ａが形成され、固定部ａから円環の径方向に突出するように基部ｂが形成され、基部ｂから径方向に対して斜めとなる二方向に突出するように（ハの字となるように）二つのリップ部ｃが形成される。すなわち、一対のリップ部ｃは、第１シャフト５の軸方向に沿いながら、互いに反対方向に張り出す構造を有している。リップ部ｃは他方のリップ部ｃと接近しあるいは離間するように弾性変形可能に形成される。
なお、シール部材Ａは、複数の部材から構成されてもよい。

固定部ａ、基部ｂ及びリップ部ｃは、水素を含む排気対象気体及び潤滑オイルＦに対して耐性を有するとともに弾力性を有する、例えばフッ素ゴム等の材料によって形成される。
また、シール部材Ａは、各リップ部ｃの、第１シャフト５と当接する箇所に配置された摺動部材ｄと、固定部ａ及び基部ｂに挿入された支持部材ｅを有する。

摺動部材ｄは、例えばポリテトラフルオロエチレン等の摩擦係数の低い材料からなり、シール部材Ａと第１シャフト５との接触抵抗を低減させ、第１シャフト５との隙間を均等にする。摩擦係数が低いので、摺動部材ｄの摩耗量を低減できて、長期にわたり信頼性を確保できるので好ましい。図６（Ｂ）は、摺動部材ｄの構成を示す図である。同図に示すように、シール部材Ａが第１シール２７及び第２シール２８としてドライ真空ポンプ１に取り付けられた後、ドライ真空ポンプ１が空運転されることにより、各摺動部材ｄはシャフト５と摺動し、下図のように摺動部材ｄの面圧の高いカド部分が平滑化された状態で使用される。

支持部材ｅは例えば金属からなり、シール部材Ａの強度や形状を維持する。なお、支持部材ｅは省略されてもよい。

図７は、第１シール２７及び第２シール２８の配置を示す縦断面図である。
同図に示すように、第１シール２７は、サイドカバー９と第１シャフト５との間に配置され、主として、潤滑室１２から排気室１３への潤滑オイルＦ（又はその蒸気）の漏出を規制する機能を有する。第２シール２８は、シリンダ７と第１シャフト５との間に配置され、主として、排気室１３から潤滑室１２への排気対象気体（特に水素ガス）の侵入を規制する機能を有する。

第１シール２７はサイドカバー９に、第２シール２８はシリンダ７に、それぞれの固定部ａが固定され、各リップ部ｃは第１シャフト５に弾接している。

第１シール２７の二つのリップ部ｃのうち、潤滑室１２に面するリップ部ｃを第１リップ３１、ガス導入空間２９に面するリップ部ｃを第２リップ３２とする。また、第２シール２８の二つのリップ部ｃのうち、ガス導入空間２９に面するリップ部ｃを第３リップ３３、排気室１３に面するリップ部ｃを第４リップ３４とする。

第１リップ３１は、潤滑室１２の圧力がガス導入空間２９より高い場合には第１シャフト５へ接近する方向へ、潤滑室１２の圧力がガス導入空間２９より低い場合には第１シャフト５から離間する方向へ弾性変形することが可能である。同様に、第２リップ３２、第３リップ３３及び第４リップ３４は、それぞれ各リップが面する空間の圧力が相対的に高い場合には第１シャフト５へ接近する方向へ、相対的に低い場合には第１シャフト５から離間する方向へ弾性変形することが可能である。

スリンガ３０は、第１シャフト５と共に回転し、遠心力により液体の潤滑オイルＦが第１シール２７に到達することを抑制する。なお、スリンガ３０の配設は任意である。

次に、パージ機構（パージ手段）５０について説明する。
図３に示すように、パージ機構４０は、ガス導入部５０と、ガス排出通路５３とを有する。パージ機構４０は、シール機構１１、１６を介して潤滑室１２に漏出した排気対象気体中の水素を不活性ガスで希釈するためのものであり、排気対象気体のガス成分と反応しない不活性ガスを用いる。不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガスなどの窒素ガスは価格が安価であるとともに、排気室１３に混入しても分子量が大きいためドライ真空ポンプの排気能力低下を少なく抑えられるので好ましい。本実施形態では窒素ガスを用いる。

ガス導入部５０は、電磁モータ３を収納する電磁モータ室１０の容器に一部に形成され、電磁モータ３の内部空間に導入されている。ガス導入部５０の一端は、電磁モータ室１０の外部に設置された窒素ガス導入源５１に接続される。これにより、窒素ガス導入源５１から導入された窒素ガスは、ガス導入部５０を介して電磁モータ３の内部空間から潤滑室１２内へ導入される。窒素ガスは、ドライ真空ポンプ１の動作中、常時、電磁モータ３の内部空間から潤滑室１２へ導入される。これにより、電磁モータ３の内部空間および潤滑室１２は常時、窒素ガス雰囲気に維持される。

ガス導入部５０のある電磁モータ３の内部空間は潤滑室１２を区画するモータカバー８に接続され、また、ガス排出通路５３の他端は、排気ライン６２に接続されている。ガス排出通路５３は、潤滑室１２に導入された窒素ガス（パージガス）、ガス導入空間２９から導入し潤滑室１２に漏出したシールガス、及び潤滑室１２に漏出した排気対象気体を排気ライン６２へ排出するためのものである。

パージ機構４０は、さらに、逆止弁５４と、オイルトラップ５５とを備える。逆止弁５４及びオイルトラップ５５は、それぞれ、ガス排出通路５３に設置される。

逆止弁５４は、潤滑室１２から排気ライン６２へ向かうガスの流れを許容し、その逆の流れは禁止する。これにより、排気室１３の排気孔７ｂから排出された製膜室（真空処理室）１０３の排気対象気体がガス排出通路５３を介して潤滑室１２へ侵入することが防止される。

オイルトラップ５５は、潤滑室１２と逆止弁５４の間のガス排出通路５３の途中に設けられる。オイルトラップ５５は、潤滑室１２から排出される窒素ガス（パージガス）、ガス導入空間２９から導入し潤滑室１２に漏出したシールガス、および潤滑室１２に漏出した排気対象気体とともに、潤滑室１２内の潤滑オイルＦがキャリーオーバーして排気ライン６２へ侵入することを防止するためのものである。オイルトラップ５５は、例えば、フィルタ、水冷トラップなど、適宜のものを用いることができる。

本実施形態のドライ真空ポンプ１は以上のように構成される。次に、ドライ真空ポンプ１の動作を説明する。

電磁モータ３が回転を開始すると、電磁モータ３に接続された第１シャフト５が回転し、第１タイミングギア２２がそれに伴って回転する。第２タイミングギア２３が第１タイミングギア２２によって回転され、第２タイミングギア２３に接続された第２シャフト１４が回転する。即ち、第１シャフト５及び第２シャフト１４が同速度で逆方向に回転する。第１シャフト５及び第２シャフト１４の回転に伴って、第１ロータ６及び第２ロータ１５が回転する。

潤滑室１２の室内では、第１タイミングギア２２、第２タイミングギア２３、第１ベアリング２４及び第２ベアリング２５が潤滑オイルＦによって潤滑される。

第１ロータ６及び第２ロータ１５が回転すると、各排気空間２６の室内で容積が拡張される領域及び圧縮される領域が形成される。このため、容積が拡張される側の排気通路から気体が吸引され、容積が圧縮される側の排気通路へ気体が排出される。これにより、各排気空間２６において、前段の排気空間２６もしくは吸気孔７ａを介して製膜室１０３から水素を含む排気気体が吸引され、後段の排気空間２６もしくは排気孔７ｂに当該気体が排出される。各排気空間２６において順次前段の排気空間２６よりも気体が圧縮されるので、排気対象系内の圧力が大気圧よりも十分小さくなっても、最終的に大気圧以上に加圧し排気することが可能である。この際、特に排気開始時点等の排気対象系内の圧力が高い状況において、上記容積が圧縮される領域では気体が大気圧以上に加圧される場合がある。

以上のようにして、製膜室１０３が所定の真空度まで排気され、または所定の真空度で維持される。後述するように、本実施形態のドライ真空ポンプ１は、第１シール機構１１及び第２シール機構１６を備えているため、排気対象気体に潤滑オイルＦまたはその蒸気が混入することが抑制され、排気対象系内の汚染を抑制する。また、排気室１３内の排気対象気体が、潤滑室１２に侵入することが抑制されるため、電磁モータ３が排気対象気体に曝されることを抑制する。これにより、排気対象気体に多量の水素が含まれている場合においても、電磁モータ３を構成する永久磁石材の劣化を抑制することが可能となる。
第１シール機構１１及び第２シール機構１６において、シールガスを供給するとともに、シャフトの軸方向に沿いながら、互いに反対方向に張り出す一対のリップ部ｃを有することで、排気対象気体が潤滑室１２に侵入して電磁モータ３が排気対象気体に曝されることを更に効果的に防止する。

次に、第１シール機構１１の動作について説明する。なお、第２シール機構１６の動作もシール機構１１と同様である。

ガス導入空間２９にシールガスが充填されると、ガス導入空間２９の圧力が上昇する。シールガス（シールガス供給源）は、排気対象気体のガス成分と反応をしない不活性ガスを用いる。不活性ガスとしては、窒素ガスやアルゴンガスなどがあるが、窒素ガスは価格が安価であるとともに、排気室１３に混入しても分子量が大きいためドライ真空ポンプの排気能力低下を少なく抑えられるので好ましい。
シールガスの導入により、ガス導入空間２９が、後述する排気空間２６の最大圧力よりも高い圧力（十分なシールガスの流量が得られる圧力）になるような流量に調節される。

第１シャフト５が回転すると、第１シール２７については、シールガスが第２リップ３２と第１シャフト５との摺動箇所に巻き込まれて第２リップ３２を押し上げ、形成された隙間からシールガスが流出する。流出したシールガスがさらに第１リップ３１と第１シャフト５との摺動箇所に巻きこまれて第１リップ３１を押し上げ、形成された隙間から潤滑室１２へシールガスが流出する。即ち、シールガスが、ガス導入空間２９から第１シール２７と第１シャフト５との隙間を通過して潤滑室１２へ噴出する。

第２シール２８についても、第１シャフト５が回転すると、シールガスが第３リップ３３と第１シャフト５との摺動箇所に巻き込まれて第３リップ３３を押し上げ、形成された隙間からシールガスが流出する。流出したシールガスがさらに第４リップ３４と第１シャフト５との摺動箇所に巻き込まれて第４リップ３４を押し上げ、形成された隙間からシールガスが流出する。即ち、シールガスがガス導入空間２９から第２シール２８と第１シャフト５との隙間を通過して排気室１３へ噴出する。

このように、第１シャフト５との間に形成される第１シール２７の隙間と第２シール２８の隙間から噴出するシールガスにより、潤滑室１２内の潤滑オイルＦ及びその蒸気が第１シール２７を通過して、あるいは排気室１３内の排気対象気体が第２シール２８を通過してガス導入空間２９に進入することが更に効果的に防止される。

一方、排気室１３とガス導入空間２９の間の圧力関係、あるいは、ガス導入空間２９と潤滑室１２の間の圧力関係によっては、排気室１３内に吸引された製膜室１０３からの水素を含む排気対象気体が、シール機構１１、１６を介して潤滑室１２へ侵入するおそれがある。この場合、潤滑室１２へ侵入した水素ガスを含む排気対象気体が電磁モータ３に接触し、電磁モータ３を構成する永久磁石材が当該水素ガスとの接触により水素浸食し破壊などにより励磁力が低下することが懸念される。この場合、ドライ真空ポンプ１の駆動源としての機能が低下し、最悪の場合、機能不全に陥る。

これを防止するため、本実施形態では、ドライ真空ポンプ１の動作中、パージ機構４０によって潤滑室１２の内部に侵入した排気対象気体の水素濃度を低下させることで、上述した電磁モータ３に対する悪影響を回避するようにしている。すなわち、本実施形態では、ドライ真空ポンプ１の動作中、窒素ガス導入源５１からガス導入部５０を介してパージガス(窒素ガス)を電磁モータ３の内部空間および潤滑室１２へ導入しつつ、導入したパージガスをガス排出通路５３を介して排気ライン６２へ排出する。これにより、電磁モータ３の内部空間および潤滑室１２の内部を窒素ガス雰囲気に維持でき、シール機構１１、１６を介して水素ガスを含む排気対象気体が潤滑室１２内へ侵入したとしても、電磁モータ３の内部空間および潤滑室１２内の水素ガス濃度を所定以下に抑えることが可能となる。

本実施形態において、電磁モータ３の内部空間および潤滑室１２内へ導入するパージガスである窒素ガス流量の選定は、たとえば、排気対象気体にヘリウムを混入して、電磁モータ３の内部空間または潤滑室１２内にヘリウムリークディテクタを接続して、ヘリウムの濃度の変化を計測することで、適切な流量を選定することが可能である。
本実施形態において、ガス導入部５０を介して導入したパージガスとしての窒素ガス流量を１ＳＬＭ〜３ＳＬＭで変化させて、ヘリウムリークディテクタでヘリウムの濃度を計測したところ、窒素ガス流量を１．０ＳＬＭ以上とすることで、ヘリウム濃度が極めて低い一定濃度となった。このため、窒素ガスを有効に利用するために、１．０ＳＬＭを選定した。
パージガスの流量は特に限定されず、電磁モータ３の内部空間および潤滑室１２の容積や潤滑室１２へ侵入する水素ガス量等を勘案して適宜の値に設定することができる。

また、本実施形態では、ガス排出通路５３に上述した構成の逆止弁５４を設置しているので、排気孔７ｂを介して排気ライン６２へ排出された製膜室１０３からの排気対象気体がガス排出通路５３を介して潤滑室１２へ侵入することが防止される。これにより、潤滑室１２内の窒素ガス雰囲気を維持することができる。

さらに、本実施形態では、ガス排出通路５３中にオイルトラップ５５を設置しているため、潤滑室１２内の潤滑オイルＦがパージガスとともに排気ライン６２へ排出されることが防止される。これにより、排気ライン６２のオイルのよる汚染を防止し、クリーンな排気システムを構築することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態は、第１実施形態のガス導入部５０にガス導入通路５２を設けたものであり、第１実施形態と重複する部分はその説明を省略する。
図８に示すように、パージ機構（パージ手段）４０は、ガス導入通路５２と、ガス排出通路５３とを有する。パージ機構４０は、シール機構１１、１６を介して潤滑室１２に漏出した排気対象気体中の水素を不活性ガスで希釈するためのものであり、不活性ガスには窒素ガスを利用する場合を説明する。

ガス導入通路５２は、電磁モータ３の回転軸（回転子）及びシャフト５の軸心部に形成されている。ガス導入通路５２の一端は、電磁モータ室１０の容器に形成されたガス導入部５０を介して電磁モータ３の外部に設置された窒素ガス導入源５１に接続され、ガス導入通路５２の他端は、潤滑室１２に位置するシャフト５の外周部に臨んでいる。これにより、窒素ガス導入源５１から導入された窒素ガスは、ガス導入通路５２を介して潤滑室１２内へ導入される。窒素ガスは、ドライ真空ポンプ１の動作中、常時、潤滑室１２へ導入される。これにより、潤滑室１２は常時、窒素ガス雰囲気に維持される。
なお、シャフト５が回転可能であるよう、ガス導入部５０とシャフト５の軸端部のガス導入通路５２の間は、少ない隙間をもって設置されている。ガス導入部５０から導入されたパージガスの多くがガス導入通路５２へと導入されて、一部は電磁モータ室１０内部をパージしてもよい。

ガス排出通路５３の一端は潤滑室１２を区画するモータカバー８に接続され、ガス排出通路５３の他端は、排気ライン６２に接続されている。ガス排出通路５３は、潤滑室１２に導入された窒素ガス（パージガス）、ガス導入空間２９から導入し潤滑室１２へ漏出したシールガス、及び潤滑室１２に漏出した排気対象気体を排気ライン６２へ排出するためのものである。

第２実施形態では、電磁モータ３の回転軸及びシャフト５の軸心部にガス導入通路５２を設けているため、電磁モータ３周りに配管を設置する必要がないので配管の引き回しが簡素になるという利点がある。また、回転するシャフト５の周囲から潤滑室１２内に向けて窒素ガスが直接的に導入されるため、シャフト５の周囲を常に窒素ガスで被覆でき、電磁モータ３内への水素を含む排気対象気体の侵入を効果的に防止できるという利点を有する。シール機構１１、１６を介して排気室から潤滑室に漏出した排気対象気体中の水素ガスがパージ機構によって直接的に希釈され、排気室側から潤滑室に漏出した水素ガス含む排気対象気体の水素ガス分圧も低くなるので、電磁モータ３を構成する永久磁石材の水素による浸食をさらに効果的に防止することが可能となる。
このように、排気対象気体に含まれる水素による駆動源の機能不全を防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、潤滑室１２と排気室１３との間に設置されるシールを上記構成のシール機構１１、１６で構成したが、これに限られず、端面の断面が円形のＯリングで上記シールを構成してもよい。また、シール機構１１、１６において、排気室１３側の第２シール２８の配置を省略してもよい。

１ドライ真空ポンプ
３電磁モータ
４回転伝達機構
５シャフト
６，１５ロータ
１１，１６シール機構
１２潤滑室
１３排気室
４０パージ機構
５０ガス導入部
５１パージガス（窒素ガス）導入源
５２ガス導入通路
５３ガス排出通路
５４逆止弁
５５オイルトラップ
６１排気系統
６２排気ライン
１０１真空処理装置（プラズマＣＶＤ装置）
１０３真空処理室（製膜室）
１０４，１０５，１０６ガス供給流路
１１０排気流路
１１１流量調整弁
１１２，１１３流路
１１７可燃系排気ライン
１１８支燃系排気ライン
１２０真空計
Ｆ潤滑オイル

Claims

電磁モータ室内に収容された電磁モータと、
該電磁モータによって回転駆動されるシャフトと、
該シャフトに取り付けられるとともに排気室内に設けられ、真空処理室内の水素ガスを含む排気対象気体を該排気室内に吸引しかつ排出するロータと、
を備えたドライ真空ポンプにおいて、
前記電磁モータ室内に不活性ガスを導入するとともに、該電磁モータ室内のガスを排気するパージ手段が設けられ、
前記排気室と前記電磁モータ室との間には、潤滑オイルが貯留される潤滑室が設けられ、
前記パージ手段によって前記電磁モータ室内に導入された不活性ガスは、前記潤滑室内を通過して排気されることを特徴とするドライ真空ポンプ。
電磁モータ室内に収容された電磁モータと、
該電磁モータによって回転駆動されるシャフトと、
該シャフトに取り付けられるとともに排気室内に設けられ、真空処理室内の水素ガスを含む排気対象気体を該排気室内に吸引しかつ排出するロータと、
前記排気室と前記電磁モータ室との間に設けられ、潤滑オイルが貯留される潤滑室と、
を備えたドライ真空ポンプにおいて、
前記シャフトに形成されたガス導入通路によって前記電磁モータ室の外部から前記潤滑室内に不活性ガスを導入するとともに、該潤滑室内のガスを排気するパージ手段が設けられていることを特徴とするドライ真空ポンプ。
前記パージ手段は、前記排気室から前記排気対象気体を排気する排気ラインへ接続されたガス排出通路を備え、該ガス排出通路には、前記排気ラインへ向かうガスの流れを許容するとともに逆方向の流れを禁止する逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のドライ真空ポンプ。
前記パージ手段は、前記排気室から前記排気対象気体を排気する排気ラインへ接続されたガス排出通路を備え、該ガス排出通路には、前記排気ラインへ向かう前記潤滑オイルを捕捉するオイルトラップが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のドライ真空ポンプ。