JP2000120580A

JP2000120580A - ターボ分子ポンプ

Info

Publication number: JP2000120580A
Application number: JP10295145A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kubo; 厚久保
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2000-04-25
Anticipated expiration: 2018-10-16
Also published as: JP3561774B2

Abstract

(57)【要約】【課題】大気リーク時にタッチダウン現象が起きにく
いターボ分子ポンプを提供する。【解決手段】ロータ４が、複数組の制御型磁気軸受1
3、14、15によりケーシング３内に非接触支持されて、
電動モータ16により回転させられる。ケーシング３に、
給気口５が設けられている。複数の排気口7a、7bが、ケ
ーシング３の外周部を周方向に等分する位置に設けられ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば半導体
製造装置などに使用されるターボ分子ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】ターボ分子ポンプとして、ポンプを構成
するロータを１組の制御型アキシアル磁気軸受と２組の
制御型ラジアル磁気軸受によりケーシング内に磁気的に
非接触支持して電動モータにより回転させるものが知ら
れている。通常、ケーシングは円筒状をなし、その一端
部に給気口が、外周部の１箇所に排気口が設けられてい
る。ケーシングには複数のステータ翼が軸方向に間隔を
おいて固定状に設けられ、ロータには複数のロータ翼が
軸方向に間隔をおいて固定状に設けられている。ステー
タ翼とロータ翼は軸方向に交互に配置され、各ステータ
翼が隣接するロータ翼の間に位置するとともに、各ロー
タ翼が隣接するステータ翼の間に位置している。そし
て、磁気軸受により非接触支持されたロータをモータで
回転させることにより、流体が給気口からケーシング内
に入り、ステータ翼とロータ翼との間を通って、排気口
から排出される。また、ケーシングには、ロータを磁気
軸受により所定の位置に支持できなくなったときにロー
タに接触してこれを機械的に支持するためのタッチダウ
ン軸受（保護軸受）が設けられている。

【０００３】上記のようなターボ分子ポンプでは、運転
中に大気リークが生じると、気圧差による力や流体によ
る力により、回転体が全体として特定の方向の力を受
け、回転体がその力の方向に変位してタッチダウン軸受
に接触するいわゆるタッチダウン現象を起こすことがあ
る。とくに、従来のターボ分子ポンプでは、ケーシング
の外周部の１箇所にだけ排気口が設けられているので、
大気リーク時に、回転体の円周方向の各部に作用するラ
ジアル方向の力がアンバランスになって、回転体が全体
としてラジアル方向の特定の方向の力を受けやすく、こ
の力によるタッチダウン現象を起こしやすいという問題
があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、上
記の問題を解決し、大気リーク時にタッチダウン現象が
起きにくいターボ分子ポンプを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明によるターボ分子ポンプは、ロータが、複数組の制御
型磁気軸受によりケーシング内に非接触支持されて、電
動モータにより回転させられ、ケーシングに給気口が設
けられるとともに、ケーシングの外周部に排気口が設け
られているターボ分子ポンプにおいて、複数の排気口
が、ケーシングの外周部を周方向に等分する位置に設け
られていることを特徴とするものである。

【０００６】ケーシングの外周部を等分する複数の位置
に排気口が設けられているので、大気リークが生じて
も、回転体の円周方向の各部に作用するラジアル方向の
力がバランスし、回転体が全体としてラジアル方向の特
定の方向の力を受けにくく、したがって、回転体のタッ
チダウン現象が生じにくい。また、排気口が複数設けら
れているため、大気リークによりケーシング内に入った
大気を迅速に排出することができ、この点からもタッチ
ダウン現象が生じにくい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。

【０００８】図面は、ターボ分子ポンプのポンプ本体
（機械本体）の構成の１例を示している。ポンプはこの
ポンプ本体と図示しないコントローラとを備えており、
これらがケーブルにより電気的に接続されている。

【０００９】ポンプ本体は、鉛直円筒状のケーシング
(3)の内側で鉛直軸状のロータ(4)が回転する縦型のもの
である。以下の説明において、ロータ(4)の軸方向（鉛
直方向）の制御軸（アキシアル制御軸）をＺ軸、Ｚ軸と
直交するとともに互いに直交する２つの径方向（水平方
向）の制御軸（ラジアル制御軸）をＸ軸およびＹ軸とす
る。

【００１０】ケーシング(3)は、図１では、２つの部品
より構成されているように示されているが、実際は、こ
れより多くの部品を結合することにより組み立てられて
いる。ケーシング(3)は、上側の大径筒部(3a)と、下側
の小径筒部(3b)とから構成されている。大径筒部(3a)
は、上下両端が開口したものである。小径筒部(3b)は、
上端が開口し、下端が閉鎖したものであり、大径筒部(3
a)の下端開口部に一体状に連結されている。小径筒部(3
b)の上部を除く部分の外径は、大径筒部(3a)の外径とほ
ぼ等しい。大径筒部(3a)の内径は、小径筒部(3b)の内径
より大きい。小径筒部(3b)の上部は、大径筒部(3a)の内
径より小さい外径を有し、大径筒部(3a)の下部の内側に
入り込んでいる。そして、これらの間に環状空間が形成
されている。大径筒部(3a)の上端開口部は給気口(5)と
なっており、給気口(5)には保護ネット(6)が設けられて
いる。小径筒部(3b)の外周部に複数の排気口(7a)(7b)が
設けられ、これらの排気口(7a)(7b)は、小径筒部(3b)の
上部と大径筒部(3a)の間の環状空間、および大径筒部(3
a)内の空間を介して給気口(5)に連通している。この例
では、２個の排気口(7a)(7b)が小径筒部(3b)の外周部を
円周方向に等分する位置に設けられているが、３個以上
の排気口が小径筒部(3b)の外周部を円周方向に等分する
位置に設けられてもよい。

【００１１】ロータ(4)は、小径筒部(3b)内に同心状に
非接触支持される鉛直状の軸部(4a)と、小径筒部(3b)よ
り上方に突出した軸部(4a)の上端部に固定された鉛直段
付円筒状の翼部(4b)とから構成されている。翼部(4b)の
上部は、厚肉円筒状をなす。翼部(4b)の下部は薄肉円筒
状をなし、小径筒部(3b)の上部と大径筒部(3a)の間の環
状空間に入り込んでいる。翼部(4b)の外周に、所定幅の
複数の環状みぞ(8)が軸方向に所定の間隔をおいて形成
されており、各みぞ(8)の上側に円形のロータ翼(10)が
形成されている。大径筒部(3a)の内周に、ロータ翼(10)
の間のみぞ(8)に入り込む複数の穴あき円板状のステー
タ翼(11)が固定状に設けられている。

【００１２】ケーシング(3)の小径筒部(3b)内に、ロー
タ(4)の軸方向および径方向の変位を検出するための変
位検出部(12)、ロータ(4)を軸方向に所定の目標位置に
非接触支持する１組の制御型アキシアル磁気軸受(13)、
ロータ(4)を径方向に所定の目標位置に非接触支持する
上下２組の制御型ラジアル磁気軸受(14)(15)、ロータ
(4)を高速回転させるビルトイン型電動モータ(16)、な
らびにロータ(4)の軸方向および径方向の可動範囲を規
制してロータ(4)を磁気軸受(13)(14)(15)で支持できな
くなったときなどに可動範囲の極限位置においてロータ
(4)を機械的に支持する規制手段としての上下２組のタ
ッチダウン軸受(17)(18)が設けられている。

【００１３】アキシアル磁気軸受(13)は、ロータ軸部(4
a)の下部に一体に形成されたフランジ部(4c)をＺ軸方向
の両側から挟むように配置された１対のアキシアル電磁
石(19a)(19b)を備えている。アキシアル電磁石は、符号
(19)で総称する。

【００１４】２組のラジアル磁気軸受(14)(15)は、アキ
シアル磁気軸受(13)の上側において上下方向に所定の間
隔をおいて配置されており、これらの間にモータ(16)が
配置されている。上側のラジアル磁気軸受(14)は、ロー
タ軸部(4a)をＸ軸方向の両側から挟むように配置された
１対のラジアル電磁石(20a)(20b)、およびロータ軸部(4
a)をＹ軸方向の両側から挟むように配置された１対のラ
ジアル電磁石(20c)(20d)を備えている。これらのラジア
ル電磁石は、符号(20)で総称する。同様に、下側のラジ
アル電磁石(15)も、２対のラジアル電磁石(21a)(21b)(2
1c)(21d)を備えている。これらのラジアル電磁石も、符
号(21)で総称する。

【００１５】変位検出部(12)は、ロータ(4)の軸方向の
変位を検出するための１個のアキシアル変位センサ(2
2)、およびロータ(4)の径方向の変位を検出するための
上下２組のラジアル変位センサユニット(23)(24)を備え
ている。

【００１６】アキシアル変位センサ(22)は、ロータ軸部
(4a)の下端面にＺ軸方向の下側から対向するように配置
され、ロータ軸部(4a)の下端面との距離（空隙）に比例
する距離信号を出力する。

【００１７】上側のラジアル変位センサユニット(23)
は、上側のラジアル磁気軸受(14)の近傍に配置されてお
り、Ｘ軸方向の電磁石(20a)(20b)の近傍においてＸ軸方
向の両側からロータ軸部(4a)を挟むように配置された１
対のラジアル変位センサ(25a)(25b)、およびＹ軸方向の
電磁石(20c)(20d)の近傍においてＹ軸方向の両側からロ
ータ軸部(4a)を挟むように配置された１対のラジアル変
位センサ(25c)(25d)を備えている。これらのラジアル変
位センサは、符号(25)で総称する。同様に、下側のラジ
アル変位センサユニット(24)は、下側のラジアル磁気軸
受(15)の近傍に配置されており、２対のラジアル変位セ
ンサ(26a)(26b)(26c)(26d)を備えている。これらのラジ
アル変位センサも、符号(26)で総称する。各ラジアル変
位センサ(25)(26)は、回転体(3)の外周面との距離に比
例する距離信号を出力する。

【００１８】電磁石(19)(20)(21)および変位センサ(22)
(25)(26)は、ケーシング(3)の小径筒部(3b)に固定され
ている。

【００１９】変位検出部(12)の各変位センサ(22)(25)(2
6)の出力信号は、コントローラに送られる。コントロー
ラは、これらの信号に基づいて、ロータ(4)のＺ軸方向
の変位、ならびに上下のラジアル変位センサユニット(2
3)(24)の部分におけるＸ軸方向およびＹ軸方向の変位を
演算し、これらの演算結果に基づいて、対応する磁気軸
受(13)(14)(15)の電磁石(19)(20)(21)に供給する励磁電
流を制御する。これにより、ロータ(4)が所定の目標位
置に非接触支持される。また、コントローラは、モータ
(16)の回転を制御する。その結果、ロータ(4)が、磁気
軸受(13)(14)(15)により目標位置に非接触支持された状
態で、モータ(16)により高速回転させられる。

【００２０】ロータ(4)が目標位置に支持された状態
で、各ロータ翼(10)が上下のステータ翼(11)の中間に位
置するとともに、各ステータ翼(11)が上下のロータ翼(1
0)の中間に位置し、ロータ翼(10)とステータ翼(11)が接
触することがない。また、ロータ(4)が保護軸受(17)(1
8)により機械的に支持されたときでもロータ翼(10)がス
テータ翼(11)に接触しないようになっている。

【００２１】上記のようにロータ(4)が目標位置に支持
されて回転させられている運転中に、ガスは、給気口
(5)からケーシング(3)内に入り、ステータ翼(11)とロー
タ翼(10)の間を通って、２つの排気口(7a)(7b)から排出
される。運転中に大気リークが生じても、ケーシング
(3)の外周部を等分する２箇所に排気口(7a)(7b)が設け
られているので、回転体(4)の円周方向の各部に作用す
るラジアル方向の力がバランスし、回転体(4)が全体と
してラジアル方向の特定の方向の力を受けにくく、した
がって、回転体(4)のタッチダウン現象が生じにくい。
また、排気口(7a)(7b)が２つ設けられているため、大気
リークによりケーシング(3)内に入った大気を迅速に排
出することができ、この点からもタッチダウン現象が生
じにくい。

【００２２】ターボ分子ポンプの各部の構成は、上記実
施形態のものに限らず、適宜変更可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の実施形態を示すターボ分子
ポンプのポンプ本体主要部の縦断面図である。

【図２】図２は、同横断面図である。

【符号の説明】

(3) ケーシング (4) ロータ (5) 給気口 (7a)(7b) 排気口 (13) アキシアル磁気軸受 (14)(15) ラジアル磁気軸受 (16) 電動モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータが、複数組の制御型磁気軸受により
ケーシング内に非接触支持されて、電動モータにより回
転させられ、ケーシングに給気口が設けられるととも
に、ケーシングの外周部に排気口が設けられているター
ボ分子ポンプにおいて、複数の排気口が、ケーシングの外周部を周方向に等分す
る位置に設けられていることを特徴とするターボ分子ポ
ンプ。