JP2003269371A - 真空ポンプ - Google Patents

真空ポンプ

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JP2003269371A JP2002066845A JP2002066845A JP2003269371A JP 2003269371 A JP2003269371 A JP 2003269371A JP 2002066845 A JP2002066845 A JP 2002066845A JP 2002066845 A JP2002066845 A JP 2002066845A JP 2003269371 A JP2003269371 A JP 2003269371A
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    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/02—Multi-stage pumps
    • F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/02—Surge control
    • F04D27/0292—Stop safety or alarm devices, e.g. stop-and-go control; Disposition of check-valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポンプに異常が発生し破壊トルクが生じた場
合に、その破壊トルクを吸収低減できる真空ポンプを提
供する。 【解決手段】 筒状のベース３の内外周間に溝空間１３
を設け、これにより、真空ポンプの運転動作中におい
て、ロータ２の破壊が生じ該ロータ２の一部がベース３
の内周部側に衝突したとき、その衝撃力でベース３の溝
空間１３より内側のベース肉厚部分が積極的に溝空間１
３内へ曲り塑性変形してロータ２の回転衝突エネルギを
吸収するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
に用いられる真空ポンプに関し、特に、ポンプに異常が
発生し破壊トルクが生じた場合に、その破壊トルクを吸
収低減できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程におけるドライエッチン
グ等のプロセスのように、高真空のプロセスチャンバ内
で作業を行なう工程においては、そのプロセスチャンバ
内のガスを排気し該プロセスチャンバ内を高真空とする
手段として、図４に示すような構造の真空ポンプを使用
している。
【０００３】同図の真空ポンプは、筒状のベース３と同
形状のポンプケース４とを一体に連結した外装ケース１
の内側に、ロータ２を回転可能に設置した構造からな
り、そのロータ２の上部外周に多段に設けられた回転翼
９と、この回転翼９と交互に多段に設けられた固定翼１
０とからなる翼構造の部分が、ロータ２の回転によりタ
ーボ分子ポンプとして機能するとともに、ロータ２の下
部外周面とこれに対向するベース３の内周部に形成され
たネジ溝１２とからなる隙間構造の部分が、ロータ２の
回転によりネジ溝ポンプとして機能するように構成され
ている。
【０００４】しかしながら、上記のような従来構造の真
空ポンプによると、その使用条件によってはロータ２の
応力集中部を起点としたロータ２の破壊が発生する場合
もある。このような破壊がロータ２の高速回転中に発生
すると、回転翼９とロータ２からなる回転体全体の回転
バランスが瞬時に崩れ、回転翼９がポンプケース４内周
側に接触したり、ロータ２の下部外周がベース３の内周
部に衝突し、ポンプケース４およびベース３からなる外
装ケース１全体をその周方向に捩り回転させようとする
破壊トルクが発生し、このような破壊トルクによりプロ
セスチャンバ１４が破損する、あるいはポンプケース４
とプロセスチャンバ１４を固定している締結ボルトが破
壊される等の問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するためになされたもので、その目的とするとこ
ろは、ポンプに異常が発生し破壊トルクが生じた場合
に、その破壊トルクを吸収低減できる真空ポンプを提供
することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、（１）本発明は、回転可能に設置されたロータと、
上記ロータの下部外周を囲む筒状のベースと、上記ロー
タの上部外周を囲み、かつ上記ベースに連結された筒状
のポンプケースと、上記ロータの上部外周に多段に配置
された回転翼と、上記ポンプケースの内周側に位置し、
かつ上記回転翼と交互に多段に配置された固定翼と、上
記ベースの内周部に形成されたネジ溝と、上記ベースの
内外周間に穿設された溝空間とを有することを特徴とす
るものである。
【０００７】上記（１）本発明では、真空ポンプの運転
動作中において、ロータの破壊が生じ該ロータの一部が
ベースの内周部側に衝突したとき、その衝撃力で該ベー
スの溝空間より内側のベース肉厚部分が溝空間側へ曲り
塑性変形してロータの回転衝突エネルギを吸収する。
【０００８】上記（１）本発明において、上記溝空間
は、上記ベースの周方向に沿って環状に形成されてなる
構造を採用することができる。
【０００９】上記（１）本発明において、上記ベースの
溝空間より内側のベース肉厚部分は、そのベース内周部
に高速回転するロータが衝突したときの衝撃力により曲
り塑性変形することのできる強度に設定されていること
が望ましい。これは塑性変形によりロータの回転衝撃エ
ネルギを効率よく吸収できるようにするためである。
【００１０】（２）本発明は、回転可能に設置されたロ
ータと、上記ロータの下部外周を囲む筒状のベースと、
上記ロータの上部外周を囲み、かつ上記ベースに連結さ
れた筒状のポンプケースと、上記ロータの上部外周に多
段に配置された回転翼と、上記ポンプケースの内周側に
位置し、かつ上記回転翼と交互に多段に配置された固定
翼と、上記ベースの内周部に形成されたネジ溝と、上記
ベースの外周部に設けた凹部とを有することを特徴とす
るものである。
【００１１】上記（２）本発明では、真空ポンプの運転
動作中において、ロータの破壊が生じ該ロータの一部が
ベースの内周部側に衝突したとき、その衝撃力で該ベー
スの凹部より内側のベース肉厚部分が窪み塑性変形して
ロータの回転衝突エネルギを吸収する。
【００１２】上記（２）本発明において、上記凹部は、
上記ベースの周方向に沿って環状に形成されてなる構造
を採用することができる。
【００１３】上記（２）本発明において、上記ベースの
凹部より内側のベース肉厚部分は、上記と同様の理由か
ら、そのベース内周部に高速回転するロータが衝突した
ときの衝撃力により窪み塑性変形することのできる強度
に設定されていることが望ましい。
【００１４】上記（２）本発明において、上記凹部の内
側底部に突起を設ける構造を採用することもできる。こ
の場合、その突起は、上記凹部の内側底部からこれに対
向する上記ポンプケースの内周面に向かって突出する形
状に形成され、かつ、上記のような凹部より内側のベー
ス肉厚部分における窪み塑性変形が生じたときに、ポン
プケースの内周面との間に挟まれて押し潰されるものと
する。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る真空ポンプの
実施形態について、図１を基に詳細に説明する。
【００１６】図１に示した真空ポンプは、ターボ分子ポ
ンプとネジ溝ポンプを複合した真空ポンプであって、外
装ケース１の内側にロータ２を回転可能に設置してなる
構造となっている。
【００１７】外装ケース１は、筒状のベース３とこれと
同じく筒状のポンプケース４とをその各筒軸方向にボル
トで一体に連結した筒型構造であり、このような筒型構
造の外装ケース１内に上記ロータ２が収納されている。
【００１８】上記のようなロータ収納状態において、当
該ロータ２の下部側外周は、外装ケース１の約上半分を
構成している上記筒状のベース３により囲まれ、かつ、
該ベース３の内周部と一定の微小隙間を介して対向する
構造となっている。一方、同ロータ２の上部外周は、外
装ケース１の約下半分を構成している上記筒状のポンプ
ケース４により囲まれる構造となっている。
【００１９】本実施形態の場合、上記ロータ２も筒状に
形成され、このロータ２の内側にステータコラム５が立
設され、さらにステータコラム５の中心部にロータ軸７
が回転可能に設置されている。そして、このロータ軸７
は、ステータコラム５内に設けた径方向電磁石６−１と
軸方向電磁石６−２からなる磁気軸受により、その軸方
向及び径方向にそれぞれ軸受支持されている。また、こ
のロータ軸７の上部はステータコラム５の上端部から突
出し、そのロータ軸７の上部突出端に、上記ロータ２が
連結固定されている。したがって、本実施形態の場合、
ロータ２はロータ軸７と一体にそのロータ軸心回りに回
転可能に設けられている。
【００２０】ステータコラム５の内側には駆動モータ８
が配置されており、この駆動モータ８は、その固定子８
ａをステータコラム５の内側に、その回転子８ｂをロー
タ軸７側に一体に配置した構造であって、かつ、ロータ
軸７をその軸心回りに回転させるように構成されてい
る。
【００２１】ロータ２の上部外周には複数の回転翼９が
多段に配置固定されている一方、ポンプケース４の内周
には複数の固定翼１０が回転翼９と交互に多段に位置決
め設置されおり、このような回転翼９と固定翼１０から
なる翼構造の部分が、ロータ２の回転によりターボ分子
ポンプとして機能する。
【００２２】固定翼１０をポンプケース４内周に設置す
る固定翼設置構造については各種考えられるが、本実施
形態では、ポンプケース４の内周に沿ってリング状に形
成されたスペーサ１１を複数用い、これらのスペーサ１
１を多段に段積み設置するとともに、その上下段のスペ
ーサ１１、１１間で固定翼１０の一端を挟持する構造を
採用している。
【００２３】ベース３の内周部にはネジ溝１２が設けら
れており、このネジ溝１２とこれに対向するロータ２の
下部外周面とからなる隙間構造の部分が、ロータ２の回
転によりネジ溝ポンプとして機能する。
【００２４】ベース３の内外周間には溝状の空間部１３
（以下「溝空間」という。）が穿設されている。本実施
形態の場合、この溝空間１３はベース３の先端側から奥
部へ向かって一定の深さで穿孔形成され、かつ、ベース
３の周方向に沿って環状に設けられている。
【００２５】したがって、本実施形態の場合、上記ベー
ス３はその一部が溝空間１３を挟んで内筒部３−２と外
筒部３-１からなる二重筒構造となっており、特に、ベ
ース３の内筒部３−２、すなわち該ベース３の溝空間１
３より内側のベース肉厚部分は、その内周部に高速回転
するロータ２が衝突したときの衝撃力により曲り塑性変
形することのできる強度に設定されている。
【００２６】なお、本実施形態の真空ポンプにおいて
は、ポンプケース４の上縁周囲にフランジ４−１が設け
られ、このフランジ４−１をプロセスチャンバ１４の下
面開口縁に突き当て、かつ該フランジ４−１を貫通する
ボルト１５がプロセスチャンバ１４側にねじ込み固定さ
れることにより、真空ポンプ全体がプロセスチャンバ１
４側に連結固定される構造となっている。
【００２７】また、外装ケース１を構成するポンプケー
ス４の上端面はガス吸気口１６として開口し、同外装ケ
ース１を構成するベース３の下部一側部にはガス排気口
１７として排気パイプが突設されている。
【００２８】次に、図１に示した真空ポンプの運転動作
を説明する。この図１の真空ポンプの場合、先ず、ガス
排気口１７に接続される図示しない補助ポンプを作動さ
せることによりプロセスチャンバ１４内をある程度の真
空状態にした後、駆動モータ８を作動させると、ロータ
軸７とこれに連結したロータ２および回転翼９が高速回
転する。
【００２９】そして、高速回転している最上段の回転翼
９がガス吸気口１６から入射したガス分子に下向き方向
の運動量を付与し、この下向き方向の運動量を有するガ
ス分子が固定翼１０によって次段の回転翼９側へ送り込
まれる。以上のガス分子への運動量の付与と送り込み動
作が繰り返し多段に行われることにより、ガス吸気口１
６側のガス分子はベース３内周部のネジ溝１２側へ順次
移行し排気される。このようなガス分子の排気の動作が
回転翼９と固定翼１０との相互作用による分子排気動作
である。
【００３０】さらに、上記分子排気動作によりネジ溝１
２側へ到達したガス分子は、ロータ２の回転とネジ溝１
２との相互作用により、遷移流から粘性流に圧縮されて
ガス排気口１７側へ移送され、かつ、該ガス排気口１７
から図示しない補助ポンプを通じて外部へ排気される。
【００３１】ところで、上記のような真空ポンプの運転
動作中において、ロータ２の破壊が生じ該ロータ２の一
部がベース３の内周部側に衝突すると、その衝撃力でベ
ース３の溝空間１３より内側のベース肉厚部分、すなわ
ちベース３の内筒部３−２が積極的に溝空間１３内へ曲
り塑性変形してロータ２の回転衝突エネルギを吸収す
る。
【００３２】つまり、図１に示した真空ポンプによる
と、この種ロータ２の回転衝突エネルギはベース３の内
部で減衰し小さくなるので、ベース３およびポンプケー
ス４からなる外装ケース１全体に伝達されるロータ２の
回転衝突エネルギが減少し、バリアリング等の破壊トル
ク低減部品を追加することなく、外装ケース１をその周
方向に捩り回転させようとする破壊トルクが低減され、
この種の破壊トルクによる不具合、たとえばプロセスチ
ャンバ１４の破損やポンプケース４とプロセスチャンバ
１４を固定しているボルト１５の破壊が生じることはな
い。
【００３３】上記実施形態では、ベース３においてロー
タ２の回転衝突エネルギを吸収する構造として、当該ベ
ース３に環状の溝空間１３を設けることで該ベース３を
二重筒構造とする構成を採用したが、これと同様の溝空
間を当該ベース３に別途追加形成することで該ベース３
を二重以上の多重筒構造とする構成を採用することもで
きる。
【００３４】また、上記実施形態では、高速回転するロ
ータ２がベース３内周部のどの部分に衝突してもそのロ
ータ２の回転衝突エネルギを効率よく吸収できるように
する観点から、ベース３の溝空間１３を該ベース３の周
方向に沿って環状に形成したが、これ以外の形状の溝空
間を採用することもできる。この種の溝空間１３をどの
ような形状とするかは、ベース３におけるロータ２の回
転衝突エネルギの吸収しやすさとの関係から適宜決定さ
れる。
【００３５】上記実施形態では、破壊トルクの低減手段
として、ベース３の内外周間に溝空間１３を設ける構造
を採用したが、この溝空間１３に代えて、または、その
溝空間１３と併用する形態で、図２に示すような凹部１
８をベース３の外周部に形成してもよい。この場合、当
該凹部１８はベース３の周方向に沿って環状に形成する
ことができ、また、ベース３において上記凹部１８より
内側のベース肉厚部分は、ベース３内周部に高速回転中
のロータ２が衝突したときの衝撃力により曲り塑性変形
することのできる強度に設定されるものとする。
【００３６】上記のような凹部１８を採用した構造によ
ると、ロータ２の一部がベース３の内周部側に衝突した
ときに、その衝撃力で凹部１８より内側のベース肉厚部
分が窪み塑性変形してロータ２の回転衝突エネルギを吸
収することができるから、上記実施形態と同様な効果、
すなわち破壊トルクの低減効果が得られる。
【００３７】また、図３に示したように、上記のような
凹部１８の内側には突起１９を設けることもできる。こ
の場合、突起１９は、凹部１８の内側底部１８ａからこ
れに対向するポンプケース４の内周面に向かって突出す
るように形成され、かつ、上記のような凹部１８より内
側のベース肉厚部分における窪み塑性変形が生じたとき
に、ポンプケース４の内周面との間に挟まれて押し潰さ
れるものとする。
【００３８】上記のような突起１９付きの凹部１８を採
用した構造によると、凹部１８より内側のベース肉厚部
分における窪み塑性変形に加え、さらに、突起１９の押
し潰れ変形によっても、ロータ２の回転衝突エネルギを
吸収できるから、より一層効率よく、破壊トルクを低減
することができる。
【００３９】
【発明の効果】本発明に係る真空ポンプにあっては、上
記の如く、ベースの内外周間に溝空間を形成してなる構
造、またはベースの外周部に凹部を形成してなる構造を
採用したものである。このため、真空ポンプの運転動作
中において、ロータの破壊が生じ該ロータの一部がベー
スの内周部側に衝突したとき、その衝撃力でベースの溝
空間より内側のベース肉厚部分が溝空間内へ曲り塑性変
形してロータの回転衝突エネルギを吸収する、または、
その衝撃力でベースの凹部より内側のベース肉厚部分が
窪み塑性変形してロータの回転衝突エネルギを吸収する
ことから、ベースおよびポンプケースからなる外装ケー
ス全体に伝達されるロータの回転衝突エネルギが減少
し、外装ケースをその周方向に捩り回転させようとする
破壊トルクの低減を図ることができる等の効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である真空ポンプの断面
図。
【図２】本発明の他の実施形態である真空ポンプの断面
図。
【図３】本発明の他の実施形態である真空ポンプの断面
図。
【図４】従来の真空ポンプの断面図。
【符号の説明】
１ 外装ケース ２ ロータ ３ 筒状のベース ３−１ 外筒部 ３−２ 内筒部 ４ 筒状のポンプケース ４−１ フランジ ５ ステータコラム ６−１ 径方向電磁石 ６−２ 軸方向電磁石 ７ ロータ軸 ８ 駆動モータ ９ 回転翼 １０ 固定翼 １１ スペーサ １２ ネジ溝 １３ 溝空間 １４ プロセスチャンバ １５ ボルト １６ ガス吸気口 １７ ガス排気口 １８ 凹部 １９ 突起
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H031 DA01 DA02 DA07 EA09 FA01 FA39 3H034 AA01 AA02 AA12 BB01 BB08 BB11 BB16 BB17 CC03 CC04 DD01 DD30 EE17

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転可能に設置されたロータと、 上記ロータの下部外周を囲む筒状のベースと、 上記ロータの上部外周を囲み、かつ上記ベースに連結さ
    れた筒状のポンプケースと、 上記ロータの上部外周に多段に配置された回転翼と、 上記ポンプケースの内周側に位置し、かつ上記回転翼と
    交互に多段に配置された固定翼と、 上記ベースの内周部に形成されたネジ溝と、 上記ベースの内外周間に設けた溝空間とを有することを
    特徴とする真空ポンプ。
  2. 【請求項２】 上記溝空間は、上記ベースの周方向に沿
    って環状に形成されてなることを特徴とする請求項１に
    記載の真空ポンプ。
  3. 【請求項３】 上記ベースの溝空間より内側のベース肉
    厚部分は、そのベース内周部に高速回転するロータが衝
    突したときの衝撃力により曲り塑性変形することのでき
    る強度に設定されていることを特徴とする真空ポンプ。
  4. 【請求項４】 回転可能に設置されたロータと、 上記ロータの下部外周を囲む筒状のベースと、 上記ロータの上部外周を囲み、かつ上記ベースに連結さ
    れた筒状のポンプケースと、 上記ロータの上部外周に多段に配置された回転翼と、 上記ポンプケースの内周側に位置し、かつ上記回転翼と
    交互に多段に配置された固定翼と、 上記ベースの内周部に形成されたネジ溝と、 上記ベースの外周部に設けた凹部とを有することを特徴
    とする真空ポンプ。
  5. 【請求項５】 上記凹部は、上記ベースの周方向に沿っ
    て環状に形成されてなることを特徴とする請求項４に記
    載の真空ポンプ。
  6. 【請求項６】 上記ベースの凹部より内側のベース肉厚
    部分は、そのベース内周部に高速回転するロータが衝突
    したときの衝撃力により塑性変形することのできる強度
    に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の真
    空ポンプ。
  7. 【請求項７】 上記凹部の内側底部に、その内側底部か
    らこれに対向する上記ポンプケースの内周面に向かって
    突出する形状の突起が設けられていることを特徴とする
    請求項４に記載の真空ポンプ。
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