JP2003065281A - 真空ポンプ - Google Patents
真空ポンプInfo
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- F04D19/042—Turbomolecular vacuum pumps
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- F04D29/662—Balancing of rotors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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Abstract
るにあたり、真空ポンプが腐食性ガスを排気する場合で
も、ロータの腐食性ガスによる腐食を確実に防止すると
共に、ロータのアンバランスを高い精度で修正し、ロー
タの高速回転の安定性を実現した、信頼性の高い真空ポ
ンプを提供する。 【解決手段】 吸気口1aと排気口20を有するケーシ
ング1と、該ケーシング1内で回転するロータRを具備
し、該ロータRの回転により吸気口1aから排気口20
へガスの排気を行う真空ポンプにおいて、ロータRの排
気ガスAと接する箇所を除いた箇所にロータRのアンバ
ランスを修正するアンバランス修正部B、及び/又は排
ガスAと接し耐食能力を有する箇所にアンバランス修正
部B’を設定した。
Description
するケーシングと、該ケーシング内で回転するロータを
具備し、該ロータの回転により吸気口から排気口へガス
の排気を行う真空ポンプに関し、より詳しくは該真空ポ
ンプのロータのアンバランス修正に好適な真空ポンプに
関するものである。
ポンプ)の構成例を図1に示す。このターボ分子ポンプ
は、筒状のポンプケーシング1の内部に、ロータ(回転
部)Rとステータ(固定部)Sにより翼排気部L1及び
溝排気部L2からなる排気部が構成されている。ポンプ
ケーシング1の下部はポンプ基部2によって覆われ、こ
のポンプ基部2には溝排気部L2の排気側に連通する排
気口20を有する排気口構成部材21が連結されてい
る。吸気口1aを有するポンプケーシング1の上部には
排気すべき装置や配管に接続するためのフランジ1bが
設けられている。ステータSは、ポンプ基部2の中央部
に立設された固定筒状部3と、翼排気部L1及び溝排気
部L2の固定側部分とから主に構成されている。
れた主軸4と、それに取り付けられた回転筒状部5とか
ら構成されている。主軸4と固定筒状部3の間には駆動
用モータ6と、その上下に上部ラジアル磁気軸受7及び
下部ラジアル磁気軸受8が設けられている。そして、主
軸4の下部には、主軸4の下端にターゲットディスク9
と、ステータS側の上下の電磁石10a、10bを有す
るアキシャル磁気軸受11が配置されている。このよう
な構成によって、ロータRが5軸の能動制御を受けなが
ら高速回転するようになっている。
が一体に設けられて羽根車を構成し、ポンプケーシング
1の内面には、回転翼12と交互に配置される固定翼1
3が設けられ、これらが、高速回転する回転翼12と静
止している固定翼13との相互作用により排気を行う翼
排気部L1を構成している。固定翼13は、その周縁部
を固定翼スペーサ14により上下から押さえられてポン
プケーシング1内に固定されている。
が設けられている。即ち、回転筒状部5には、外周面に
ねじ溝18aが形成されたねじ溝部18が固定筒状部3
を囲むように設けられ、一方、ステータSには、このね
じ溝部18の外周を囲むねじ溝部スペーサ19が配置さ
れている。溝排気部L2は、高速回転するねじ溝部18
のねじ溝18aのドラッグ作用によって排気を行う。
部L2を有することで、広い流量範囲に対応可能な広域
型ターボ分子ポンプが構成されている。この例では、溝
排気部L2のねじ溝をロータR側に形成した例を示して
いるが,ねじ溝をステータS側に形成することも行われ
ている。
子ポンプ)において、ロータRは高速回転(数万回転/
分)するため、ロータRのアンバランス修正は、非常に
精度の高いレベルが必要となる。そのため、ロータRの
製作時には、アンバランス量を極力生じさせないよう
に、加工に留意すると共に、ロータRの組立集合体であ
るロータアッセンブリ“R”を組み立てる前に主軸4や
回転筒状部5及びターゲットディスク9等の単体の部品
でアンバランスを修正したり、精度よく加工を行ってい
る。
もロータアッセンブリ“R”の状態に組み立てて、磁気
軸受や軸受でロータRを支承させて回転させると、微小
なアンバランスで振動や騒音が生じ、運転不能になる場
合がある。また、非常に回転速度の高いロータRである
ため、僅かなアンバランスでロータRの一次曲げや二次
曲げモードの振動を励振しやすくなる。更に、磁気軸受
の場合、軸受の支持剛性がボールベアリング等の接触型
の軸受と比較して低いため、所謂剛体モードの振動が発
生しやすい。この剛体モードの振動もロータRの僅かな
アンバランスで励振されやすくなる。よって、ロータア
ッセンブリ“R”の状態でのアンバランスの修正が不可
欠であり、従来は下記のような方法でアンバランスを修
正している。
た状態で実際に回転をさせ、接触型軸受やロータRの位
置センサを用いない磁気軸受の場合には、ポンプの外部
振動を参考にして、一方、ロータRの位置センサを用い
た磁気軸受の場合には、ロータR(実際は磁気軸受セン
サターゲット部)の径方向の振れ量をセンシングするこ
とにより、ロータRのアンバランス量を最小にするよう
に修正を行っている。
は、ロータRのアンバランスが存在する箇所を削除する
所謂削除方法か、又はロータRのアンバランスが存在す
る箇所のロータRの回転軸に対して180°対向部に質
量を付加する所謂付加マス方法が一般的に採用されてい
る。
としては削除方法では、回転筒状部5の外表面をドリル
等の削除工具でアンバランス分の質量を削除し、付加マ
ス方法では、回転筒状部5にメネジ部等を設けロータR
のアンバランス部の180°対向部のメネジにオネジを
ねじ込み質量を付加し、カシメや接着によりネジ部の回
り止めを行う方法が採られている。
方法で製作された真空ポンプ(ターボ分子ポンプ)では
次のような問題があった。
せることによりガスを排気する真空ポンプにおいて、ロ
ータの材料は強度が高く、密度の低い所謂比強度の高い
材料が使用され、現在の技術ではアルミニウム合金が広
く採用されている。一方、半導体製造工程で使用されて
いる真空ポンプの排気すべきガスは、アルミニウム合金
等のロータ材料を腐食させてしまう腐食性ガスが多く、
ロータ表面に耐食表面処理を施す等の対策が採られてい
る。
タのアンバランス修正の精度は高いレベルが必要であ
り、ロータを種々の軸受で支承し、回転させた状態での
アンバランス修正、所謂フィールドバランスが必要であ
り、ロータ表面の耐食能力を保持しつつ、ロータRのア
ンバランスを修正しなければならない。この場合のロー
タRのアンバランス修正方法は、前述のように削除方法
や付加マス方法があるが、いずれの方法も、ロータRの
表面の耐食能力を保持しつつ、アンバランスを修正する
のが困難であった。
を修正するときはロータRのアンバランス部をドリル等
の削除工具により、アンバランス発生源である余分なロ
ータの「肉」を削除するわけであるが、このときロータ
Rの表面の耐食処理膜も同時に削ることになり、耐食能
力が満たされなくなる。また、これを防止するために、
削除箇所に耐食塗料を塗布する方法も考えられるが、真
空ポンプのロータRが高温になったり、高応力下におか
れる等の周囲条件の厳しさや耐食塗料自身の耐食性能等
も不充分な点が多く、アンバランス修正部の信頼性、耐
久性に問題がある。最悪の場合、同部より腐食が進みロ
ータRの高応力という条件とあいまって、ロータRの応
力腐食割れによる破壊を生じるという問題もある。
バランス修正部にメネジ等の付加マス取付手段が設けら
れているわけであるが、その箇所に付加マスであるオネ
ジ等をねじ込む際にロータRの表面の耐食処理膜を傷付
けたりするおそれがあり、耐食能力の維持及び徹底が困
難である。更に、高速回転するロータRに付加マスを付
加するのであるから、付加マスのロータRに対する取り
付けの信頼性向上のためにカシメや接着剤の塗布等が考
えられるがカシメのある場合は、前述と同様ロータの耐
食処理膜に傷を付けるおそれがある。接着剤の使用も真
空ポンプのロータが高温になったり、高応力下に置か
れ、更に腐食性ガスに曝される等の周囲条件や運転条件
の厳しさにより信頼性、耐久性に欠けるという問題があ
る。
タR等を組み合わせたロータアッセンブリ“R”の状態
でアンバランスを修正しておき、その後、ロータRの表
面に耐食処理を施しその後、アンバランスを修正しない
方法も考えられるが、ロータRの表面の耐食処理の工程
中に耐食処理膜の厚さや成分の不均一等の原因により耐
食処理後にアンバランスが生じることがあり、適策では
ない。
みてなされたもので、真空ポンプのロータのアンバラン
スを修正するにあたり、真空ポンプが腐食性ガスを排気
する場合でも、ロータの腐食性ガスによる腐食を確実に
防止すると共に、ロータのアンバランスを高い精度で修
正し、ロータの高速回転の安定性を実現した、信頼性の
高い真空ポンプを提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、吸気口と排気口を有するケー
シングと、該ケーシング内で回転するロータを具備し、
該ロータの回転により吸気口から排気口へガスの排気を
行う真空ポンプにおいて、該ロータにロータのアンバラ
ンスを修正するアンバランス修正部を設定したことを特
徴とする。
の真空ポンプにおいて、アンバランス修正部はガスの成
分による腐食を受けない部位に設けることを特徴とす
る。
をガスの成分による腐食を受けない部位に設けることに
より、ロータの材料が例えばアルミニウム合金等で構成
された真空ポンプでロータの材料を腐食させる腐食性ガ
スを排気する場合においても、ロータのアンバランス修
正部は、腐食性ガスと接することがなく、よって削除方
法等によりアンバランスを修正した後でも、追加の耐食
処理をする必要がない。更にロータは回転中高応力状態
となっているため、腐食の条件が重なると、応力腐食割
れによるロータの破壊の危険性があるが、ここではそれ
が防止される。勿論、腐食性ガスと接する箇所であって
も、その箇所自身に耐食能力を有する箇所をアンバラン
ス修正部に設定すれば、アンバランス修正による腐食の
問題は発生しない。
の成分による腐食を受けない部位に設けられることが好
ましく、例えば、ロータの前記ガス(排ガス)と接触し
ない箇所、該ガスとの接触があってもその場所自体は耐
食性を有するような構造又は部材からなる箇所に設ける
ことが良い。
を有するケーシングと、該ケーシング内で回転するロー
タを具備し、該ロータの回転により吸気口から排気口へ
ガスの排気を行う真空ポンプにおいて、ロータの形状を
略円筒形状とすると共に、該ロータの円筒外周表面を排
気するガスが流れる排気流路とし、該ロータ内周表面の
少なくとも一部にロータのアンバランスを修正するアン
バランス修正部を設定したことを特徴とする。
すると共に、外周表面を排気流路とし、該ロータ内周表
面の少なくとも一部にロータのアンバランス修正部を設
定することにより、軸受に支承された主軸に取り付けら
れた円筒形状(吊り鐘状)のロータの外周表面にタービ
ン状の翼やねじ溝を付加した排気流路面を形成した、一
般的に広く使用されているロータアッセンブリの状態に
おいて、ロータの内周表面でロータのアンバランスを修
正するため、修正部が排気ガスと直接接することがな
い。よって真空ポンプで腐食性ガスを排気してもアンバ
ランス修正部が直接的に腐食性ガスと接することはない
から、アンバランス修正部の耐腐食処理を省略すること
ができるか又は耐食能力のレベルを低く設定することが
でき、生産性が向上すると共に、コストダウンにもつな
がる。
のいずれか1項に記載の真空ポンプにおいて、ロータの
アンバランス修正部への修正は、ロータの排気ガスに対
する耐食処理をロータの表面に施した後に実施すること
を特徴とする。
食処理をロータの表面に施した後に、アンバランス修正
部への修正を実施するので、排気流路である例えばロー
タの外周面はロータの耐食処理膜がアンバランス修正等
の追加の加工を実施することなく存在するので、腐食性
ガスに対して耐食処理膜本来の耐食能力を発揮すること
ができ、ロータの耐食能力をアンバランス修正により低
下させることがなく、耐食に対する信頼性を保持するこ
とができる。
軸受で支承してフィールドバランスをとった後に、ロー
タの表面に耐食処理を行っても、この耐食処理によるア
ンバランスの発生を耐食処理後のアンバランス修正によ
り修正することができるため、ロータの安定回転を実現
し、且つ耐食能力を保持することができる。
のいずれか1項に記載の真空ポンプにおいて、ロータの
アンバランス修正部は、腐食性の排気ガスに曝されない
ように不活性ガスで保護するか又はラビリンス構造で保
護する構成としたことを特徴とする。
は、腐食性の排気ガスに曝されないように不活性ガスで
保護するか又はラビリンス構造で保護する構成としたの
で、真空ポンプが腐食性ガスを排気する場合において
も、ロータのアンバランス修正部は、ポンプ内にパージ
される不活性ガスやラビリンス構造のシール作用により
腐食性の排気ガスに接触することなく、保護され、腐食
性ガスによりロータが腐食されることがなく、ロータの
信頼性が確保される。
のいずれか1項に記載の真空ポンプにおいて、ロータの
アンバランス修正は、ロータアンバランス修正部をロー
タのアンバランス量分削除することにより行うことを特
徴とする。
は、ロータアンバランス修正部をロータのアンバランス
量分削除することにより行うことにより、ロータアッセ
ンブリを軸受で支承してフィールドバランスをとる場合
に、ドリルやヤスリ等の簡単な削除工具でアンバランス
を修正することができるため、生産性が向上する。ま
た、付加マス方法に伴うロータへの付加マスの取付の信
頼性を考慮する必要がないため、生産性が向上すると共
に、信頼性も向上する。更に、付加マス方法では、メネ
ジの加工等により付加マスの取付位置や付加マスの質量
の制約が生じるが、ここでは条件の許す範囲内でロータ
の任意の箇所を削除することができ、的確で精度の高い
アンバランス修正が可能となる。
面に基づいて説明する。図2は本発明に係る真空ポンプ
(ターボ分子ポンプ)の構成を示す図である。同図にお
いて、図1と同一符号を付した部分は同一又は相当部分
を示す。矢印Aは吸気口1aから排気口20への排気ガ
スの流れを模式的に示す。なお、便宜上矢印Aは中心線
に対して右半分のみに示しているが、左半分にも同様な
流れがあり、ガスが排気される。
に回転翼12が、排気口20側にねじ溝18aが設けら
れ、排気ガスAが流れる排気ガス流路が形成されてい
る。よって排気ガスAは回転筒状部5の外周表面に接し
て排気される。一方、回転筒状部5の内周表部の太実線
Bで示した部分は、ロータRのアンバランスを修正する
アンバランス修正部であり、回転筒状部5と主軸4が組
み合わさったロータアッセンブリ“R”を軸受で支承
し、回転させた時のアンバランス量が最少になるように
アンバランス修正部Bを削除することによりロータRの
アンバランスを修正(バランスどり)を実施する。この
ように回転筒状部5の内周部にアンバランス修正部Bを
設けることにより、該アンバランス修正部Bは排気ガス
Aに接する(曝される)ことを防止できる。
回転筒状部5に対しての耐食処理の箇所を模式的に示す
図である。耐食処理の施工の条件上(無電解Niメッキ
等により均一に耐食処理膜を被加工物全体に生成させる
条件上)、回転筒状部5の表面、即ち太点線Cで示す部
分に耐食処理膜を形成する。また、図3のロータアッセ
ンブリ“R”の状態において軸受で支承し、回転をさせ
てフィールドバランスをとった後に、回転筒状部5に対
して耐食処理膜Cを施す方法もある。この方が耐食処理
を施した後のアンバランス修正量が少なくなることが多
い。
に、図2のアンバランス修正部Bでアンバランスの修正
をすれば、アンバランス修正部Bが排気ガスAと接する
ことなく、該アンバランス修正部Bを削除方法でアンバ
ランス修正し、耐食処理膜Cがなくなった場合でも、ロ
ータの腐食の問題はなく、真空ポンプを運転することが
できる。
も、その箇所自身に耐食能力を有する箇所であれば、ア
ンバランス修正部に設定することができる。例えば図2
の太点線で示す主軸4の軸頂部は材料自身が耐食能力の
あるステンレス鋼等で製作されており、腐食の問題がな
い状態で削除方法によりアンバランス修正を行うアンバ
ランス修正部B’とすることができる。
耐食能力を有する部品を追加し、該部品を削除方法によ
りアンバランス修正部に設定することも可能である。例
えば、回転筒状部5を主軸4に固定するためにキャップ
状又はリング状の部品を設定し、これ自身に耐食性を有
し、同部を削除方法によりアンバランス修正部とするこ
とができる。更に、該リング状、又はキャップ状を取付
けるためのボルト、ピン等も削除方法によるアンバラン
ス修正部にできる。
内周表面と対向するステータS側の固定筒状部3の外周
にロータRの回転筒状部5の回転により、ロータR(回
転筒状部5)の内側上部から下部の方向に圧力が上昇す
るようなねじ溝部3aを設けることにより、ラビリンス
シールによりアンバランス修正部Bへの排気ガスAの接
触を確実に防止し、ロータRの腐食を防止することがで
きる。
センブリ“R”を支承している軸受の近傍に不活性ガス
を導入するパージポート22を設け、該パージポート2
2から主軸4外周表面と固定筒状部3内周表面の間の間
隙23及び該固定筒状部3外周表面と回転筒状部5内周
表面の間の間隙24に矢印Dに示すように不活性ガスD
をパージすることにより、回転筒状部5の内周表面の上
側から下側への不活性ガスDの流れが生じ前述のねじ溝
部3aによるラビリンスシールとの効果とあいまってア
ンバランス修正部が排気ガスAと接することを更に確実
に防止することができる。
ガスに腐食されない安全な箇所でロータのアンバランス
を修正することができる。なお、本実施形態例では、軸
受を5軸制御型磁気軸受とし、ロータRの形状を回転筒
状部5を有する吊り鐘型とし、磁気軸受で支持された主
軸4がロータRと一体になったモデルで説明したが、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態を用いてもよ
いことはいうまでもない。
発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
を保持しつつ、ロータのアンバランス量を精度よく且つ
効率的に修正することができ、腐食性ガスを排気する真
空ポンプのロータの安定回転及び耐食能力を従来に比較
して大幅に向上させることができ、信頼性及び耐久性の
高い真空ポンプを提供することができる。
例を示す図である。
成例を示す図である。
転筒状部に対しての耐食処理の箇所を模式的に示す図で
ある。
Claims (6)
- 【請求項1】 吸気口と排気口を有するケーシングと、
該ケーシング内で回転するロータを具備し、該ロータの
回転により吸気口から排気口へガスの排気を行う真空ポ
ンプにおいて、 前記ロータに該ロータのアンバランスを修正するアンバ
ランス修正部を設定したことを特徴とする真空ポンプ。 - 【請求項2】 請求項1に記載の真空ポンプにおいて、 前記アンバランス修正部は前記ガスの成分による腐食を
受けない部位に設けることを特徴とする真空ポンプ。 - 【請求項3】 吸気口と排気口を有するケーシングと、
該ケーシング内で回転するロータを具備し、該ロータの
回転により吸気口から排気口へガスの排気を行う真空ポ
ンプにおいて、 前記ロータの形状を略円筒形状とすると共に、該ロータ
の円筒外周表面を排気するガスが流れる排気流路とし、
該ロータ内周表面の少なくとも一部にロータのアンバラ
ンスを修正するアンバランス修正部を設定したことを特
徴とする真空ポンプ。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
真空ポンプにおいて、 前記ロータのアンバランス修正部への修正は、該ロータ
の排気ガスに対する耐食処理をロータの表面に施した後
に実施することを特徴とする真空ポンプ。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
真空ポンプにおいて、 前記ロータのアンバランス修正部は、腐食性の排気ガス
に曝されないように不活性ガスで保護するか又はラビリ
ンス構造で保護する構成としたことを特徴とする真空ポ
ンプ。 - 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の
真空ポンプにおいて、 前記ロータのアンバランス修正は、前記ロータアンバラ
ンス修正部をロータのアンバランス量分削除することに
より行うことを特徴とする真空ポンプ。
Priority Applications (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JP2001255625A Expired - Lifetime JP3819267B2 (ja) | 2001-08-27 | 2001-08-27 | 真空ポンプのアンバランス修正方法、真空ポンプ |
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