JP2004245160A

JP2004245160A - ターボ分子ポンプ

Info

Publication number: JP2004245160A
Application number: JP2003037281A
Authority: JP
Inventors: Shingo Tsutsui; 慎吾筒井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】回転体４が腐蝕によって破断しスペーサＳ１〜Ｓ８に衝突したとき、その軸部Ｚや穴部ｈのみが破断し、回転体４の破片が外部装置に悪影響を与える。このような課題を解決するターボ分子ポンプを提供する。
【解決手段】ターボ機構ＴＫにおける回転翼車Ｂ１〜Ｂ８に対して一定の間隔で固定翼車Ｔ１〜Ｔ８をケーシング５内に積層する場合、固定翼車Ｔ１〜Ｔ８をケーシング５内周に対して位置決めし保持させるためにリング状のスペーサＳ１〜Ｓ８により行う。この各スペーサＳ１〜Ｓ８は各固定翼車Ｔ１〜Ｔ８を所定の間隔に位置決めさせるための軸部Ｚと各スペーサＳ１〜Ｓ８の外方端位置を位置決めするための穴部Ｈが半径方向に対して偏倚して形成されている。そして、各スペーサＳ１〜Ｓ８の軸部Ｚと穴部Ｈは、その半径方向の肉厚が同一寸法に設定されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置や分析装置などにおける反応室等を排気して高真空領域を形成するために使用されるターボ分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりターボ分子ポンプは、その主体をなすターボ機構が円筒状のケーシングに回転自在に保持され、ケーシングの一方側からの分子、ガス等を吸気し他方側に排気する構成をなしている。すなわち、ターボ機構はケーシングの中央部位の軸芯に配置され、その回転軸がケーシングに架設された上下の軸受に回転自在に保持されるとともに、この回転軸は同じくケーシングに架設されたモータにて高速回転されるよう連結されている。ターボ機構は回転軸側に固定された回転翼車とケーシング側に固定された固定翼車との組み合わせであって、この中で回転翼車がモータにて高速回転駆動される。具体的には、１分間に数万回転という回転速度で駆動され、ガス、分子を圧縮して排気する。
【０００３】
このようなターボ分子ポンプにおいては、回転翼車が万が一応力腐蝕割れなどにより破壊したときは、回転翼車は分裂し半径方向に飛散し、外周部に配置されているスペーサに衝突する。この衝突によって、回転翼車とスペーサが一体となり、この衝撃エネルギーにて半径方向に膨張し、ケーシングに衝突する。この衝突によりターボ分子ポンプの外方機器にも衝撃を与えることになる。このようなことから、この衝撃を緩和させるためにケーシングを二重構造にする方法などが採用されている（例えば特許公報１参照。）。
【０００４】
すなわち、図３は、この従来におけるケーシング二重形のターボ分子ポンプＴＰを縦断面して示す図（中心より右方側の一部を断面した図）である。すなわち、ポンプケースは、外方のケーシング５と内方ケーシング５Ｎの二重構造となっており、これらがポンプ機台部１の上方に載架されている。ＦＮは内方ケーシング５Ｎの下方部をポンプ機台部１に固定させる固定ネジを示している。他方ケーシング５の内方中段と内方ケーシング５Ｎの上段とは固定枠ＦＫを介して連接されている。固定枠ＦＫは、固定ネジＦＮにて内方ケーシング５Ｎの上方に固定されている。図中６は吸気口であり、７は排気口を示している。
【０００５】
つぎに、ターボ分子ポンプＴＰの主体であるターボ機構ＴＫについて説明すると、回転軸３の上方部には一体的に円筒部が形成されていて、この円筒部には外周に複数段（具体的には４段）の回転翼車Ｂ１〜Ｂ４（図面には最上段の回転翼車Ｂ１と最下段の回転翼車Ｂ４のみ符号を付しその他の符号は付記を省略している）が延設されている。この回転翼車Ｂ１〜Ｂ４は軸芯方向に一定の間隔を有して配置されている。この回転軸３と回転翼車Ｂ１〜Ｂ４などは一体的であり、回転体４を構成している．
【０００６】
回転軸３はポンプ機台１に架設された上下の軸受８にて回転自在に保持されるとともに、モータ２と結合されている。すなわち、モータ２の一方を構成する回転子２Ｋがこの回転軸３に固定され一体的に取付られている。この回転子２Ｋはポンプ機台１に架設された電極コイル５Ｋと協働しモータ２を構成する。このモータ２にはインバータ（図示せず）から電気エネルギーが供給され、回転軸３を高速で回転駆動する。
【０００７】
他方、内方ケーシング５Ｎの内周には回転翼車Ｂ１〜Ｂ４に対応して一定の間隔で固定翼車Ｔ１〜Ｔ４（図面には最上段の固定翼車Ｔ１と最下段の固定翼車Ｔ４のみ符号を付しその他の符号は付記を省略している）が軸芯部に向けて延設すべく取り付けられている。この回転翼車Ｂ１〜Ｂ４と固定翼車Ｔ１〜Ｔ４はそれぞれ回転軸芯に対して逆向きに傾斜している。この回転翼車Ｂ１〜Ｂ４と固定翼車Ｔ１〜Ｔ４の組み合わせによってターボ機構ＴＫが構成される。そして、この固定翼車Ｔ１〜Ｔ４を一定の間隔で固定保持させるために、内方ケーシング５Ｎの内周にリング状のスペーサＳ１〜Ｓ４（図面には最上段のスペーサＳ１と最下段のスペーサＳ４のみ符号を付しその他の符号は付記を省略している）が嵌合されている。このスペーサＳ１〜Ｓ４は、内方ケーシング５Ｎの最下部に介在された台座リングＤＬと固定枠ＦＫとの間において介設されている。
【０００８】
このスペーサＳ１〜Ｓ４の断面は、図３におけるＡ部を拡大して示す図４に示すように回転翼車Ｂ１〜Ｂ４が取り付けられている一定の間隔に固定翼車Ｔ１〜Ｔ４を対応させて保持させるための軸部Ｚと、この固定翼車Ｔ１〜Ｔ４の外方端を位置決めしてかつ保持させるための穴部Ｈが一体的に形成された形をなし、しかも軸部Ｚと穴部Ｈが半径方向に偏位して形成されている。このような断面を有するリング状態のスペーサＳ１〜Ｓ４が嵌め合わされているのである。
【０００９】
なお、回転体４の下方には円筒部４Ｎが一体的に形成され、しかもその外周には、ねじ溝Ｎが形成されている。このねじＮ溝は図示のとおり、下方になるにつれてそのねじ溝Ｎの深さが浅い円錐上をなしている。他方この円筒部４Ｎの外周には内方ケーシング５Ｎと一体の、ネジステータ５Ｓの内周面が近接し、ねじ溝ポンプＮＰを構成している。このねじ溝ポンプＮＰはドラッグポンプとして機能し、粘性流領域における分子を引き込んで排気する。
【００１０】
この図３に示されるターボ分子ポンプＴＰは、ターボ機構ＴＫによるターボポンプ機構とねじ溝ポンプＮＰによるねじ溝ポンプ機能を有機的に結合したものであり、通常ハイブリッド形ターボ分子ポンプと称されている。ターボ分子ポンプＴＰとしては、このようなハイブリッド形でなく、ターボ分子機構のみを採用したものも提供されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−６２８７９号（第１−６頁、図１−図２）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上詳述したターボ分子ポンプＴＰは、前記したように半導体製造装置における反応室等の排気に利用され、各種の流体を排気する。したがって、その長期使用の過程で腐蝕ガスなども取り扱われる。したがって回転体４に応力腐蝕割れが生じることがある。この場合回転体４に一旦亀裂部が生じる。
【００１３】
この場合、回転体４から分断された破片は、回転が高速回転であるために大きな遠心力を受け、これが外方にあるスペーサＳ１〜Ｓ４に衝突することになる。衝突すると、そのスペーサたとえばＳ３に相当大きなエネルギーが与えられることになる。この衝撃によるエネルギーの衝突によって、その衝撃を受けたスペーサＳ３は膨張し一体となるとともに、その破片とともに放射方向に並進運動して、外部装置すなわち内方ケーシング５Ｎおよびケーシング５を支持する外部装置等に衝撃を与えることになる。
【００１４】
このようなことから、図３に示すような二重ケーシング方式が採用されているが、この方式は部品点数増加のため、コストアップが避けられないのみならず、ターボ分子ポンプＴＰの構造を複雑にし、かつ重量化する欠点がある。このような問題を解決するためには、二重ケーシング方式を止めて内部ケーシング５Ｎを除去する旧来の構造とすることになるが、この場合は、前述したような問題が生まれる。すなわち特にスペーサＳ１〜Ｓ４の互いの嵌め合い関係から、スペーサＳ１〜Ｓ４の軸部Ｚの厚さＰと穴部Ｈの厚さＱに差があることから、吸収する衝撃のエネルギーが少なくなるという問題がある。
【００１５】
すなわち、図４に示すように、互いに隣接したスペーサの軸部Ｚの厚さＰは、穴部Ｈの厚さＱに比べて大きく設定されている関係にあり、回転体４の破片がたとえばスペーサＳ３とスペーサＳ４との接合部に衝突した場合、穴部Ｈの厚さＱが小さくて強度が小さいために、この穴部Ｈが破断し、回転体４の破片と一体になり、内方ケーシング５Ｎに衝突することになる。このような状況では、回転体４が破壊する時のエネルギーのうち、スペーサＳ３が吸収でき得るエネルギーは少ないために、内方ケーシング５Ｎに大きなエネルギーを伝達する。このことは、軸部Ｚの厚さＰと穴部Ｈの厚さＱの関係が逆の場合にも言える。
本発明は、このような問題を解決するターボ分子ポンプを提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供するターボ分子ポンプは、上記課題を解決するために、各スペーサは各固定翼車の間隔を設定するための軸部と各固定翼車の外方端部を位置決めして保持するための穴部とが半径方向に偏位して一体的に形成された断面形状を有し、かつこの軸部と穴部の半径方向における肉厚が同一の大きさに設定されたものである。したがって、各スペーサの嵌め合い部の強度低下を最小限にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるターボ分子ポンプについてその構成、作動を図１と図２に示す実施例にしたがって説明する。
図１に示すように、本発明が提供するターボ分子ポンプＴＰは、一重のケーシング５で構成されているが、ターボ分子ポンプＴＰの主体であるターボ機構ＴＫや、ねじ溝ポンプ機構ＮＰ、回転軸３を回転自在に保持する軸受機構がケーシング５に架設されていること、さらには吸気系や排気系などがケーシング５に形成されていること等については、基本的に従来の構成と異なるところはない。したがって、図１、図２において、図３、図４と同一の符号で示される機構や部品については、図３、図４の機構や部品と同一であり、機能そして作動も同一であるから、これらの点についての詳細な説明は省略する。ただし、図１に示されるターボ機構では、回転翼車Ｂ１〜Ｂ８（図面には最上段の回転翼車Ｂ１と最下段の回転翼車Ｂ８のみ符号を付しその他は付記を省略している）が８段であり、また固定翼車Ｔ１〜Ｔ８（図面には最上段の固定翼車Ｔ１と最下段の固定翼車Ｔ８のみ符号を付しその他は付記を省略している）も８段である。また、ネジ溝ポンプＮＰは、３段付きの円筒部で構成されていて図１の実施例と若干異なっている。
【００１８】
図示例では積層して嵌め合いされたリング状のスペーサＳ１〜Ｓ８（図面には最上段のスペーサＳ１と最下段のスペーサＳ８のみ符号を付しその他は付記を省略している）も８段であるが、この嵌合いにおいて、隣接するスペーサたとえばＳ１とＳ２は、一方を軸部とし、他方を穴部として位置決めされ下方から順に積層されている。図示例では、下方から上方に行くに従ってスペーサＳ１〜Ｓ８の高さは大きくなり、合計８個のスペーサのＳ１〜Ｓ８が積層されている。
【００１９】
さて、本発明は、これら各スペーサＳ１〜Ｓ８の断面形状に特徴を有し、図１のＡ部拡大して示す図２にも示すように、各スペーサＳ１〜Ｓ８の軸部Ｚと穴部Ｈは、その半径方向の肉厚が同一寸法に設定されている。すなわち、Ｐ＝Ｑである。
【００２０】
したがって、軸部Ｚと穴部Ｈの機械的強度は同等になる。このような構成からなるターボ分子ポンプＴＰにおいて、回転体４が万一遠心破壊を起こしたとき、回転体４の破片はスペーサＳ１〜Ｓ８に衝突するが、このとき軸部Ｚのみまたは穴部Ｈのみが破断し、破片と一体になって放射方向に並進運動するということはなくなる。したがって、ケーシング５に衝突するということはない。そして、軸部Ｚと穴部Ｈが破断しなかった場合は、回転体４の破片のエネルギーを隣接するスペーサたとえばＳ３とＳ４同士で吸収し、スペーサＳ１〜Ｓ８の半径方向の膨張量も軽減化され、ケーシング５にスペーサＳ１〜Ｓ８が衝突することはなくなる。したがって、外部装置に衝突エネルギーが伝達される衝撃力は緩和される。さらに、スペーサＳ１〜Ｓ８で回転体の破片のエネルギーを充分吸収できるため、スペーサＳ１〜Ｓ８とケーシング５との間隔を小さくできる。
【００２１】
本発明が提供するターボ分子ポンプの特徴は、以上説明したとおりであるが、その構成などは上記並びに図示例に限定されるものではなく、種々の変形例を包含する。たとえば、スペーサＳ１〜Ｓ８の断面形状については、軸部Ｚと穴部Ｈの上下位置を逆にすることもできる。また、ターボ分子ポンプＴＰの形式であるが、ケーシング５が一重方式に限定されることはなく、図２に示すような二重方式のターボ分子ポンプＴＰにも本発明は適用可能である。また、本発明はねじ溝ポンプＮＰを結合させたハイブリッド形のターボ分子ポンプＴＰのみでなく、単なるターボ機構のみのターボ分子ポンプＴＰにも適用可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明が提供するターボ分子ポンプは以上詳述したとおりであるから、つぎのような利点を有する。
スペーサの局部的な破断による外部装置への衝撃を緩和できる。また、ケーシングを二重構造方式にする必要もないので、大型化にはならず、小型軽化、そしてコストダウンが図られ、経済的なターボ分子ポンプを提供する。スペーサとケーシングとの間隔を小さくできターボ分子ポンプをより小型化できる。また、ポンプの応力腐敗われによる破壊時における外部装置への衝撃も小さいのでその対策も軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるターボ分子ポンプの中央より右半分を縦断面して示す図である。
【図２】本発明の要部であるスペーさの断面を拡大して示す図である。
【図３】従来のターボ分子ポンプの中央より右半分を縦断面して示す図である。
【図４】従来のターボ分子ポンプにおけるスペーさの断面を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１ポンプ機台部
２モータ
２Ｋ回転子
３回転軸
４回転体
４Ｎ円筒部
５ケーシング
５Ｎ内方ケーシング
５Ｋ電極コイル
５Ｓネジステータ
６吸気口
７排気口
８軸受
Ｂ１〜Ｂ８回転翼車
Ｔ１〜Ｔ８固定翼車
Ｓ１〜Ｓ８スペーサ
Ｚ軸部
Ｈ穴部
Ｐ軸部の厚さ
Ｑ穴部の厚さ
ＴＫターボ機構
ＴＰターボ分子ポンプ
ＦＫ固定枠
ＦＮ固定ねじ
Ｎねじ溝
ＤＬ台座リング

Claims

円筒状のケーシング内に軸受を介して回転体を軸着するとともに、この回転体の外周部でかつ軸芯方向に取り付けられた複数個の回転翼車と、この複数個の回転翼車に対応して前記ケーシング内に配置された複数個の固定翼車と、この複数個の固定翼車にて前記ケーシング内周面部に介設され各固定翼車を所定間隔にて保持する複数段のリング状のスペーサとを有し、前記ケーシングの軸方向一端側の吸気口からのガスを圧縮して他端側の排気口に排出するターボ分子ポンプにおいて、前記各スペーサは各固定翼車の間隔を設定するための軸部と各固定翼車の外方端を位置決めして保持するための穴部とが半径方向に偏位して一体的に形成された断面形状を有し、かつこの軸部と穴部の半径方向における肉厚が同一の大きさに設定されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。