JP2003148378A - 真空ポンプおよびそのバランス取り穴形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期間に亘り回転体のバランス取りを行なう
ことができ、かつ、応力集中による回転体破壊を防止で
きる安全性の高い真空ポンプを提供する。 【解決手段】 上面にガス吸気口２を開口したポンプケ
ース１と、ポンプケース１内に回転可能に支持されたロ
ータ軸５と、ポンプケース１内に収容され、ロータ軸５
に固定された円筒型のロータ８外壁面８ａに一体加工さ
れた複数枚のロータ翼１０，１０，…と、複数枚のロー
タ翼１０，１０，…間に交互に位置決めされ、ポンプケ
ース１内に固定された複数枚のステータ翼１１，１１，
…と、ロータ軸５を回転させるための駆動モータ９とか
らなる真空ポンプのバランス取りとして、ロータ８を主
軸台２１に保持し、ロータ８に対して傾斜して配置され
た工具台２３に装着され、かつ、略半球状の先端部３１
ａを有するエンドミル３０を用いてロータ８の外壁面８
ａまたは内壁面８ｂの所定箇所に略半球状のバランス取
り穴１６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置、
電子顕微鏡、表面分析装置、質量分析装置、粒子加速
器、核融合実験装置等に用いられる真空ポンプに関し、
特に、回転体のバランス取りのための構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造工程におけるドライエ
ッチングやＣＶＤ等のプロセスのように、高真空のプロ
セスチャンバ内で処理を行なう工程では、プロセスチャ
ンバ内のガスを排気して一定の高真空度を形成する手段
として、例えばターボ分子ポンプのような真空ポンプが
用いられている。

【０００３】この種の真空ポンプにおいては、ポンプ組
立製造段階で、回転体の高速回転時のバランス取りを行
なう必要がある。このようなバランス取りの手段として
は、一般に、ドリルやエンドミル等の切削工具により回
転体の外周面や内周面を一部削り取ることによって回転
体の質量を変化させてバランスの微調整を行なう方法が
知られている。

【０００４】上記のような削り取りによるバランス取り
の場合、バランス取り穴を形成するための切削工具は、
その作業性を考慮して、先端部分の刃先が鋭角なものが
使用されており、このため、回転体の表面に形成された
バランス取り穴の形状は、先端が鋭角な円錐状に形成さ
れることになる。

【０００５】しかしながら、従来の円錐状に形成された
バランス取り穴は、その先端部分に回転体の高速回転に
よる応力集中が起こり、このような応力集中が起こる
と、バランス取り穴の先端部分を起点とする剪断応力に
よって回転体の応力亀裂が発生する。

【０００６】さらに、回転体の応力亀裂が進行すると、
最悪の場合、回転体破壊に繋がり、真空ポンプ外部にも
影響を及ぼすことがあるという問題点を有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、長期間に亘り回転体のバランス取りを行なう
ことができ、かつ、応力集中による回転体破壊を防止で
きる安全性の高い真空ポンプを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、少なくともポンプケース内に回転可能に
支持されたロータ軸と、上記ロータ軸に固定された円筒
型のロータとを具備する真空ポンプの高速回転時のバラ
ンス取りを行なうためのバランス取り穴形成方法であっ
て、上記ロータを主軸台に保持し、上記ロータに対して
傾斜して配置された工具台に装着され、かつ、略半球状
の先端部を有するエンドミルを用いて上記ロータの外壁
面または内壁面の所定箇所に略半球状の切削穴を形成す
ることを特徴とするものである。

【０００９】また、本発明に係る真空ポンプは、上面に
ガス吸気口を開口したポンプケースと、上記ポンプケー
ス内に回転可能に支持されたロータ軸と、上記ポンプケ
ース内に収容され、上記ロータ軸に固定された円筒型の
ロータ外壁面に一体加工された複数枚のロータ翼と、上
記複数枚のロータ翼間に交互に位置決めされ、上記ポン
プケース内に固定された複数枚のステータ翼と、上記ロ
ータ軸を回転させるための駆動モータと、上記ロータの
外壁面または内壁面に形成され、かつ、略半球状に形成
されたバランス取り穴と、を具備することを特徴とする
ものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る真空ポンプお
よびバランス取り穴の形成方法の実施形態について、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明に係る真空ポンプの一実施形
態の構成を示す縦断面図である。

【００１２】同図に示すように、本実施形態における真
空ポンプＰは、円筒部１−１とその下端に取り付けられ
たベース１−２とからなるポンプケース１内部に収容さ
れたポンプ機構部とから構成されている。

【００１３】ポンプケース１の上面は開口されていて、
ガス吸気口２となっており、ガス吸気口２には図示しな
いプロセスチャンバ等の真空容器がボルトによりネジ止
め固定され、ポンプケース１の下部一側面にはガス排気
口３となる排気パイプが設けられている。

【００１４】ポンプケース１の下部底面はエンドプレー
ト１−３で蓋され、エンドプレート１−３内中央部に
は、ポンプケース１内部に向かって立設するステータコ
ラム４がネジ止め固定されており、ステータコラム４に
は、その端面間を貫通するロータ軸５が回転可能となる
ように、ステータコラム４内部に設けられたラジアル方
向電磁石６−１，軸方向電磁石６−２により、ロータ軸
５のラジアル方向および軸方向にそれぞれ軸受支持され
ている。なお、符号７はドライ潤滑剤が塗布されたボー
ルベアリングであり、上記磁気軸受の電源異常時に、ロ
ータ軸５と電磁石６−１，６−２とが接触するのを保護
し、ロータ軸５を支持するためのものであり、通常運転
時にはロータ軸５には接触していない。

【００１５】また、ポンプケース１内部には、円筒型に
成形されたロータ８がステータコラム４を包囲するよう
に配置され、ロータ軸５にネジ止め固定されており、ロ
ータ軸５の軸方向略中央部には、ロータ軸５とステータ
コラム４との間に、高周波モータ等からなる駆動モータ
９が配設されており、ロータ軸５とロータ８とは駆動モ
ータ９により高速回転するように構成されている。

【００１６】また、本実施形態における真空ポンプＰの
ポンプ機構部は、ポンプケース１内部に収容され、ロー
タ８外壁面とポンプケース１内壁面との間における上方
半分のターボ分子ポンプ機構部Ｐ_A と、下方半分のネジ
溝ポンプ機構部Ｐ_B とから構成された複合型のポンプ機
構を採用している。

【００１７】ターボ分子ポンプ機構部Ｐ_A は、ロータ８
の上方半分の外壁面にガス吸気口２側からロータ８の回
転中心軸線Ｌ方向にかけて一体加工された複数枚のブレ
ード状のロータ翼１０，１０，…が形成されており、ポ
ンプケース１の上方半分の内壁面には、複数枚のロータ
翼１０，１０，…間に交互に配設された複数枚のステー
タ翼１１，１１，…がスペーサ１２，１２，…を介して
固定されている。

【００１８】一方、ネジ溝ポンプ機構部Ｐ_B は、ロータ
８の下方半分の外壁面が平坦な円筒面８ａとなってお
り、ポンプケース１の下方半分の内壁面には、ロータ８
外壁の円筒面８ａと狭い間隔で対向する円筒型のネジス
テータ１４が配設され、ネジステータ１４内壁に螺旋状
のネジ溝１３が刻設されている。

【００１９】上記構成からなる真空ポンプＰは、図示し
ないプロセスチャンバ内のガスを排気する手段として使
用され、ガス排気口３に接続された図示しない補助ポン
プを作動させて、プロセスチャンバ内をある程度の真空
状態にした後、駆動モータ９を作動させると、ロータ軸
５と一体にロータ８およびロータ翼１０が高速回転する
が、このロータ軸５、ロータ８、ロータ翼１０からなる
回転体の高速回転時のバランス取りを行なうための手段
として、ロータ８の外壁面８ａまたは内壁面８ｂの一部
を切削し、バランス取り穴１６を形成してロータ８の質
量を変化させることにより回転体のバランス取りの微調
整作業が行なわれる。

【００２０】本発明に係る真空ポンプＰのバランス取り
穴１６は、ロータ８の外壁面８ａまたは内壁面８ｂに略
半球状に形成されることを特徴とするものであり、以
下、このバランス取り穴１６の形成方法について説明す
る。

【００２１】図２は本発明に係る真空ポンプのバランス
取り穴形成方法に使用する切削装置の一実施例を示す図
である。

【００２２】同図に示す切削装置２０は主軸台２１およ
び切込みテーブル２２を具備し、主軸台２１は円筒型に
形成されたロータ８をチャック２１ａによって保持する
ことにより固定し、切込みテーブル２２は主軸台２１の
チャック２１ａに保持されたロータ８の端面に沿って往
復移動可能に設けられており、切込みテーブル２２上に
は工具台２３が載置されている。

【００２３】また、工具台２３には主軸台２１に保持さ
れたロータ８と対向する側に略半球状の先端部３１ａを
有するエンドミル３０を具備し、このエンドミル３０は
ロータ８に対して一定の角度で傾斜して配置されてお
り、工具台２３の主軸２３ａに着脱自在に装着されてい
る。

【００２４】上記構成からなる切削装置２０によってロ
ータ８の外壁面８ａまたは内壁面８ｂにバランス取り穴
１６を形成する際には、工具台２３に装着されているエ
ンドミル３０を高速回転させ、切込みテーブル２２がロ
ータ８に向かって移動（送り）しながらエンドミル３０
の先端部３１ａがロータ８の外壁面８ａまたは内壁面８
ｂを切削する。

【００２５】このとき、エンドミル３０はロータ８に対
して一定の角度で傾斜して配置されており、ロータ８に
対して主としてエンドミル３０の略半球状の先端部３１
ａのエッヂ部分に接触するので、切削抵抗が小さくエン
ドミル３０の振れが防止でき、ロータ８の外壁面８ａま
たは内壁面８ｂを精密に切削加工することができる。

【００２６】ここで、上記工具台２３に装着されるエン
ドミル３０は、公知の超硬合金製のボールエンドミルを
使用することができ、少なくとも先端部３１ａが略半球
状に形成されていることを条件とする。

【００２７】例えば、図３に示すように、このエンドミ
ル３０は、主切刃３３と副切刃３４とからなる２枚刃仕
様であって、エンドミル本体３１の先端部３１ａの外周
には回転軸線に沿って断面略Ｖ字形の一対の切屑排出溝
３２，３２が対向して螺旋状に形成され、各切屑排出溝
３２，３２の回転方向を向く壁面３２ａの先端側の稜線
が略半球状に形成された主切刃３３、副切刃３４となっ
ている。

【００２８】なお、主切刃３３、副切刃３４と連通する
切屑排出溝３２の壁面３２ａはすくい面とされ、先端部
３１ａの表面は逃げ面とされている。

【００２９】また、被削体であるロータ８の素材はアル
ミ合金等の比較的軟質な金属であるため、エンドミル３
０のすくい面３３ａの角度および逃げ面３１ａの角度は
所定値に設定されていればよく、所定の回転数、および
送りにより切削加工される。

【００３０】上記のように略半球状の先端部を有するエ
ンドミル３０により切削されたロータ８の外壁面８ａ
は、図２に示すように、略半球状に切削されたバランス
取り穴１６を有することとなる。

【００３１】このように、ロータ８の外壁面８ａに形成
されたバランス取り穴１６の形状は略半球状となり、従
来のように先端が鋭角な円錐状に形成されたバランス取
り穴に比して、バランス取り穴の先端部分に生じる応力
集中を低減でき、ロータ８の高速回転時の遠心力による
応力亀裂を防止することができる。したがって、応力亀
裂によるロータ８の破壊が起こらない安全性の高い真空
ポンプを提供することができる。

【００３２】図４は、従来方法によって円錐状に形成さ
れたバランス取り穴と、本発明方法によって略半球状に
形成されたバランス取り穴との真空ポンプにおける回転
体応力を比較したものである。

【００３３】同図（ａ）に示すように、従来方法によっ
てロータ８の外壁面８ａに形成されるバランス取り穴１
６ａの形状が、穴形φ７．６ｍｍ、深さ３．０ｍｍ、入
射角がそれぞれ４７．５°に設定された円錐状の場合、
この円錐状のバランス取り穴１６ａを有する真空ポンプ
を駆動させることによりバランス取り穴１６ａの先端部
分Ｐａに加わる回転体応力は、３５３Ｎ／ｍｍ² であっ
た。

【００３４】一方、同図（ｂ）に示すように、本発明方
法によってロータ８の外壁面８ａに形成されるバランス
取り穴１６ｂの形状が、穴形φ８．０ｍｍ、深さ２．０
ｍｍ、曲率半径（Ｒ）が５．０ｍｍに設定された半球状
の場合、この半球状のバランス取り穴１６ｂを有する真
空ポンプを駆動させることによりバランス取り穴１６ｂ
の先端部分Ｐｂに加わる回転体応力は、３２３Ｎ／ｍｍ
² であり、本発明方法により形成された半球状のバラン
ス取り穴は、従来方法により形成された円錐状のバラン
ス取り穴に比して、バランス取り穴の先端部分における
回転体応力を約一割程度低減することができることが判
明した。

【００３５】また、本発明方法により形成されたバラン
ス取り穴の先端部分における曲率半径（Ｒ）を、図４に
示す値よりも大きく設定することにより、バランス取り
穴の先端部分に加わる回転体応力は小さくなるため、回
転体応力によるロータ破壊の防止効果は増大する。

【００３６】なお、上述した実施形態においては、本発
明をターボ分子ポンプに適用した例について説明した
が、スクロール型ポンプ等、回転体の回転を利用して高
真空度を形成するその他のポンプにも適用できる。

【００３７】また、上述した実施形態においては、バラ
ンス取り穴をロータ外壁の円筒面に形成した例について
説明したが、ロータ内壁面に形成してもよく、バランス
取り穴の形成箇所については、設計上、適宜変更が可能
である。

【００３８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、ロータを主軸台に保持し、ロータに対して傾斜
して配置された工具台に装着され、かつ、略半球状の先
端部を有するエンドミルを用いてロータの外壁面または
内壁面の所定箇所に略半球状の切削穴を形成するように
したため、従来のように先端が鋭角な円錐状に形成され
たバランス取り穴に比して、バランス取り穴の先端部分
に生じる応力集中を低減でき、ロータの高速回転時の遠
心力による応力亀裂を防止し、応力亀裂によるロータ破
壊の起こらない安全性の高い真空ポンプを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空ポンプの一実施形態の構成を
示す縦断面図である。

【図２】本発明に係る真空ポンプのバランス取り穴形成
方法に使用する加工装置の一実施例を示す図である。

【図３】（ａ）は本発明方法に使用するエンドミルの構
成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向矢視図であ
る。

【図４】本発明に係る真空ポンプにおけるバランス取り
穴と、従来の真空ポンプにおけるバランス取り穴との回
転体応力を比較するための図である。

【符号の説明】

１ ポンプケース １−１ 円筒部 １−２ ベース ２ ガス吸気口 ３ ガス排気口 ４ ステータコラム ５ ロータ軸 ６−１ ラジアル方向電磁石（磁気軸受） ６−２ 軸方向電磁石（磁気軸受） ７ ボールベアリング（保護用軸受） ８ ロータ ８ａ ロータ外周面（円筒面） ８ｂ ロータ内周面 ９ 駆動モータ １０ ロータ翼 １１ ステータ翼 １２ スペーサ １３ ネジ溝 １４ ネジステータ １６ バランス取り穴 ２０ 切削装置 ２１ 主軸台 ２１ａ チャック ２２ 切込みテーブル ２３ 工具台 ２３ａ 主軸 ３０ エンドミル ３１ エンドミル本体 ３１ａ 先端部（逃げ面） ３２ 切屑排出溝 ３３ 主切刃 ３３ａ すくい面 ３４ 副切刃 Ｐ 真空ポンプ Ｐ_A ターボ分子ポンプ機構部 Ｐ_B ネジ溝ポンプ機構部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前島 靖 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 川西 伸治 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 坂口 祐幸 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 奥寺 智 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 Ｆターム(参考） 3H031 DA02 EA07 FA01 FA03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともポンプケース内に回転可能に
   支持されたロータ軸と、上記ロータ軸に固定された円筒
   型のロータとを具備する真空ポンプの高速回転時のバラ
   ンス取りを行なうためのバランス取り穴形成方法であっ
   て、 上記ロータを主軸台に保持し、上記ロータに対して傾斜
   して配置された工具台に装着され、かつ、略半球状の先
   端部を有するエンドミルを用いて上記ロータの外壁面ま
   たは内壁面の所定箇所に略半球状の切削穴を形成するこ
   とを特徴とする真空ポンプのバランス取り穴形成方法。
2. 【請求項２】 上面にガス吸気口を開口したポンプケー
   スと、 上記ポンプケース内に回転可能に支持されたロータ軸
   と、 上記ポンプケース内に収容され、上記ロータ軸に固定さ
   れた円筒型のロータ外壁面に一体加工された複数枚のロ
   ータ翼と、 上記複数枚のロータ翼間に交互に位置決めされ、上記ポ
   ンプケース内に固定された複数枚のステータ翼と、 上記ロータ軸を回転させるための駆動モータと、 上記ロータの外壁面または内壁面に形成され、かつ、略
   半球状に形成されたバランス取り穴と、 を具備することを特徴とする真空ポンプ。