JP2004324605A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】回転体４が腐蝕によって破断してその破片が外方のスペーサＳや固定翼Ｔに衝突すると、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Ｂと回転軸４Ｓ等を含む回転体４具体的には円筒部４Ｔの外周面に、その先端が前記円筒部４Ｔの外周面に近接して対向する先尖部を有する先尖体Ｐをケーシング５の内周面側に設置したものである。具体的にはリング１０を介して設置されている。したがって、腐食性ガスにより万一回転体４が応力腐食割れを起こした場合でも、分断した円筒部４Ｔの破片は先尖体Ｐに衝突しするため、先尖体Ｐが円筒部４Ｔの破片の衝突点に集中応力を与え、破片をさらに細かく砕くことになる。そのため、細分化により衝突エネルギーは小さくなり、ケーシング５に与える衝撃を緩和できる。
【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】
従来における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とケーシング側に固定された固定翼との組み合わせであって、この中で回転翼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、回転翼に万が一応力腐蝕割れなどが生じた場合には、回転翼は分裂し半径方向に飛散し、ケーシング側に配置されている固定翼やスペーサに衝突する。この衝突によって、回転翼と固定翼ならびにスペーサ等が一体となり、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（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
従来から常用されているターボ分子ポンプＴＭを具体的に示すと、図４に示すとおりとおりである。この図に示すターボ分子ポンプＴＭはケーシングを二重構造にしていない一般のターボ分子ポンプの全体を縦断面して示す図である。すなわち、図４において５はポンプのケーシングであり、ポンプ機台部１の上方に載架されている。ケーシング５の内方中上方には吸気口６が形成され、下方に排気口７が付設されている。
【０００５】
つぎに、ターボ分子ポンプＴＭの主体であるターボ機構ＴＫについて説明すると、回転軸４Ｓ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（図示例では４段）の回転翼Ｂ（図面には最上段の回転翼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Ｂ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４Ｓと回転翼Ｂは一体的であり、回転体４を構成している。
【０００６】
回転軸４Ｓは、ポンプ機台部１に架設された固定枠３における上下の磁気軸受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は回転軸４Ｓに固定され一体的に取り付られた回転子２Ｋと、ポンプ機台部１側に架設され回転子２Ｋと協働する電極コイル５Ｋとにより構成されている。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４Ｓを高速で回転駆動する。
【０００７】
他方、ケーシング５の内周には回転翼Ｂに対応して一定の間隔で固定翼Ｔ（図面には最上段の固定翼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るように取り付けられている。この回転翼Ｂと固定翼Ｔ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Ｂと固定翼Ｔ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Ｔを一定の間隔で固定保持させるために、ケーシング５の内周にリング状のスペーサＳ（図面には最上段のスペーサＳ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Ｓは、ケーシング５の最下部に介在されたステータリング９との間において介設されている。
【０００８】
ところで、回転体４の下方には円筒部４Ｔが一体的に形成され、しかもその外周面は下方に拡大する円錐状をなしている。そして、この円筒部４Ｔが前記ステータリング９の内周面に近接して対向している。したがってステータリング９の内周面は円筒部４Ｔと同様に下方に拡大する円錐状をなしている。このステータリング９には図示の二点鎖線で示すように、ネジ溝Ｎが形成されている。このネジ溝Ｎは図示のとおり、下方になるにつれてそのネジ溝Ｎの深さが浅く形成されている。このステータリング９と円筒部４Ｔとの組み合わせによってネジ溝ポンプＮＰが構成されている。このようにして、このネジ溝ポンプ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み圧縮して排気口７から排気する。
【０００９】
この図４に示されるターボ分子ポンプＴＭは、ターボ機構ＴＫによるターボポンプ機構とネジ溝ポンプＮＰによるネジ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ＴＭ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。なお、図４においてＦは図示していない被排気室またはその被排気室に接続される配管路（図示せず）にターボ分子ポンプＴＭを連接するためのフランジであり、５Ｆはケーシング５の下方に形成されたフランジでポンプ機台１のフランジ部１Ｆに接合されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−６２８７９号公報（第１−６頁、図１−図２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したターボ分子ポンプＴＭ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。この腐蝕ガスによって回転体４に万が一応力腐蝕割れが生じた場合には、回転体４に生じた亀裂部が拡大し、回転体４は分断される。分断による破片は、回転が高速回転であるために大きな遠心力を受け、これが固定翼ＴやスペーサＳに衝突することになる。衝突すると、その固定翼ＴやスペーサＳに相当大きなエネルギーが与えられることになり、この衝撃によるエネルギーの衝突によって、その衝撃を受けた固定翼ＴやスペーサＳ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、外部装置すなわちケーシング５を支持する外部機械装置（図示せず）等に衝撃を与えることになる。
【００１２】
このようなことから、使用される場合の外部機械装置の側では、この衝撃に耐えられる強度を確保するために頑丈な構造とする必要があった。また上述したようにケーシングを二重ケーシングにする方式が提案されているが、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ＴＭの構造を複雑にし、かつ重量化する欠点がある。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。
【００１３】
【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、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と、この複数個の回転翼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、その先端が前記回転体の外周面に近接して対向する先尖部を有する先尖体をケーシング内周面側に設置したものである。したがって、回転体が遠心破壊したときの円筒部の破片が先尖体に衝突すると、先尖体と破片は点で衝突し、破片は細かく砕かれる。
【００１４】
【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ＴＭには、回転体４の下方における円筒部４Ｔの外周面に対して、その先端が円筒部４Ｔの外周面に近接して対向する先尖部を有する先尖体Ｐが設置されており、この点に本発明の特徴がある。すなわち、１０はケーシング５の内周面側に固定設置されたリングで、図２に示すようにこのリング１０の内面側には先尖部を有する先尖体Ｐが複数個一定の間隔を有して内方に向けて突設されている。この先尖体Ｐは回転体４に使用されているアルミ合金より硬い材料たとえばステンレス鋼やセラミックス等を使用して製作されるのが望ましい。実際には焼き入れなどの熱処理を施した鋼材が使用され、しかも腐食に対する対策としてニッケル等の表面処理が施される。このようにして製作された先尖体Ｐは、図１に示すようにその先端は円筒部４Ｔの外周面に対してきわめて近接して対抗配置されている。なお、図１に於いて図４と同一の符号で示される部品は図４と同一の部品であり、その機能はであり詳細な説明は省略する。
【００１５】
以上のような構成において、ターボ分子ポンプＴＭが腐食性ガスの排気のために長時間に亘って使用された場合に、万が一応力腐食割れが生じるときには回転破壊が生じる。具体的には回転体４の回転中では、応力は円筒部４Ｔの最下端部が最も高いため、腐食による回転体４の割れは円筒部４Ｔの最下端部から破壊が始まる可能性が高い。
【００１６】
したがって、図示実施例の場合、腐食性ガスにより回転体４の材料が腐食して万一回転体４が遠心破壊を起こすと、破壊した円筒部４Ｔの破片は最初にこの先尖体Ｐに衝突する。このとき先尖体Ｐと破片は点で衝突するため、先尖体Ｐが円筒部４Ｔの破片の衝突点に集中応力を与え、破片をさらに細かく破くことになる。先尖体Ｐは図２に示すようにリング１０の内周面全域に等間隔で設置されているので、全周囲ほぼ均等に破片は細分化される。そのため、細分化により衝突エネルギーは小さく、ケーシング５に与える衝撃を緩和させることができる。
【００１７】
本発明は以上説明したように、先尖体Ｐを設置することによって、破片に対してその衝突点に集中応力を与える点を特徴とするが、この集中応力を与える作用について具体的に示すと、例えば１センチ平方メートル程度の面積で円筒部４Ｔと接触していたと仮定すると、それが１ミリ平方メートルの面積接触に変化しただけで、応力集中の効果は１００倍となる。また、たとえ破壊までに至らない場合でも、先尖体Ｐが破片を突き刺してブレーキングの機能を発揮し、ケーシング５と衝突する際の移動速度が小さくなり、衝撃が緩和される。図２に示すとおり実施例では、先尖体Ｐを円錐状のものとして構成した例を示したが、三角や四角あるいは多角の角錐状または楔状、針状のものでもよく、要するに先端が尖っていて破片と点で衝突する形状であれば同様の効果が得られる。
【００１８】
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。例えば、図示例の場合、ネジ溝ポンプＮＰを結合させたハイブリッド形のターボ分子ポンプＴＭであるが、このハイブリッド形のターボ分子ポンプＴＭの場合でも、円筒部４Ｔとステータリング９との組み合わせ方法としては、図３に示すような実施例も挙げられる。
図３は発明の要部のみを断面しその他については外観を示すもので、円筒部４Ｔが円錐ではなく、ステータリング９も円錐ではなく、ともに通常の円筒体として形成され、それらが近接対向する形式の実施例である。そしてステータリング９に傾斜形のネジ溝Ｎが形成されている。このような実施例でも図１と同様の機能が行なわれる。
【００１９】
さらに図示していないが、ステータリング９をその下方の径が小さい円錐体に形成し、これに対して図の形と逆の円錐体の円筒部４Ｔを対向させるようにすることも可能である。ネジ溝Ｎを円筒部４Ｔ側かステータリング９側のいずれに形成するかはターボ分子ポンプの構成の特殊性を考慮して自由に設定できる事項である。このようにハイブリッド形のターボ分子ポンプＴＭの実施例でも幾つかの実施例を挙げることができる。
【００２０】
さらに本発明では、このハイブリッド形のターボ分子ポンプＴＭに限定されず、単なるターボ機構のみのターボ分子ポンプにも本発明は適用可能である。この場合は図１のように円筒部４Ｔが突出していないので、先尖体Ｐの設置位置は先尖体Ｐをステータリング９の上方側に設定するなど位置と形状を充分考慮する必要がある。また、先尖体Ｐの設置はケーシング５の内周面に直接的に設置してもよく必ずしもリング１０を介して設置する必要はない。ケーシング５の内周面に個々に設置するための取り付け孔を設け、各先尖体Ｐをそれぞれに設置する方式も可能である。ただし、各先尖体Ｐの設置間隔は破片の大きさを考慮して設定されるのが望ましい。
【００２１】
また、先尖体Ｐの材質や大きさについては上記において説明した材料に限定されるものではなく、また大きさも回転体の大きさや破片の大きさなどの関係で自由に設定できる。本発明はこれら全ての変形実施例を包含する。なお、図１と図３において図１と同一の符号で示される部品は図１と同一の機能ならびに同一の作動をするものであり詳細な説明は省略する。
【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。
腐食性ガスにより回転体４の材料が腐食して万一回転体４が応力腐食割れを起こした場合でも、分断した円筒部４Ｔの破片は先尖体Ｐに衝突し、しかも先尖体Ｐと破片は点で衝突するため、先尖体Ｐが円筒部４Ｔの破片の衝突点に集中応力を与え、破片をさらに細かく破くことになる。そのため、細分化により衝突エネルギーは小さく、ケーシング５に与える衝撃を緩和させ、外部装置への衝撃を緩和できる。また、先尖体Ｐという比較的小さい部品を設置するのみで、ケーシング５を二重構造方式にする必要もなく、したがって大型化にはならず、小型軽化、簡素化そしてコストダウンが図られ、廉価で経済的なターボ分子ポンプを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるターボ分子ポンプを縦断面して示す図である。
【図２】本発明の要部である先尖体の構成を斜視的に示す図である。
【図３】本発明のターボ分子ポンプの変形実施例を一部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構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ポンプ機台部
２ モータ
２Ｋ 回転子
３ 固定枠
４ 回転体
４Ｓ 回転軸
４Ｔ 円筒部
５ ケーシング
５Ｋ 電極コイル
６ 吸気口
７ 排気口
８ 軸受
９ステータリング
１０ リング
Ｂ 回転翼
Ｔ 固定翼
Ｓ スペーサ
Ｐ 先尖体
ＴＫ ターボ機構
ＴＭ ターボ分子ポンプ
Ｎ ネジ溝

Claims (1)

1. 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と、この複数個の回転翼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、その先端が前記回転体の外周面に近接して対向する先尖部を有する先尖体をケーシング内周面側に設置したことを特徴とするターボ分子ポンプ。

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