JP2006077713A - ターボ分子ポンプ固定翼 - Google Patents

Abstract

【課題】固定翼の破損の低減を図るのに好適なターボ分子ポンプ固定翼を提供する。
【解決手段】固定翼集合体３０を２つ突き合わせてリング状のターボ分子ポンプ固定翼Ｂが形成される。この状態において、内リム部３２には空隙部Ｓが形成されるものとする。
【選択図】図８

Description

本発明は、ターボ分子ポンプ固定翼に関し、特に、その固定翼の破損の発生を低減するようにしたものである。

真空ポンプは、一般的には、例えば、ポンプケースの内側にロータを回転可能に設置した構造からなり、このロータが高速回転することにより、このロータの外周に多段に切り出し一体成形された回転翼も高速回転する。ポンプケースの内周には、固定翼が回転翼と交互に多段に配置されている。

この多段交互に配置された固定翼と回転翼との相互作用により、ガス分子の排気動作を行い、この真空ポンプが接続された半導体装置のプロセスチャンバ等内を真空状態にする。すなわち、高速回転している最上段の回転翼が、ガス吸気口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、固定翼に案内され次段の回転翼へ送り込まれる。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、ガス吸気口側のガス分子がロータ下部側のネジステータの内側へ順次移行し排気され、これにより半導体装置のプロセスチャンバ等内が真空状態となる。

以上のようなガス分子の排気動作を行う固定翼と回転翼との間隔は、効率的にガス分子の排気を行うために非常に狭く設定されている。

この固定翼は、例えば、図７（ａ）のように、リング状の内リム部３２と外リム部３３との間に放射状に複数配置され、一体に連結した構造のターボ分子ポンプ固定翼Ｂとして真空ポンプに配置される。また、このターボ分子ポンプ固定翼Ｂは、一般的には、ポンプケースの内周に回転翼と交互にスペーサを介して、外リム部３３を挟持することにより多段に位置決め固定されている。

このようにターボ分子ポンプ固定翼Ｂは回転翼と多段交互に配置されるが、上記したようにその形状はリング状であり、しかも、回転翼は、ロータの外周に多段に切り出し一体成形されているので、このリング形状のターボ分子ポンプ固定翼Ｂの中央穴の部分をロータに被せるようにして真空ポンプに配置することは出来ない。従って、このターボ分子ポンプ固定翼Ｂは、真空ポンプに配置前の状態において分割されている必要がある。

例えば、この種のターボ分子ポンプ固定翼Ｂは、図７（ｂ）に示すような内リム部３２と、外リム部３３と、この内リム部３２とこの外リム部３３との間に放射状に複数配置された固定翼３１、３１・・・とを備えた半リング状の固定翼集合体３０を、同図（ａ）および（ｂ）に示すような方法で２つ突き合わせてリング状とした構造となっている。そして、この固定翼集合体３０は、ロータを挟みこむようにして各固定翼集合体３０が両側から差し込まれ、上記方法でリング状に組み合わされることにより、回転翼と交互に真空ポンプ内に配置される。

この固定翼集合体３０を２つ突き合わせて回転翼の間に配置する際には、突き合わされた状態でリング形状となるように内リム部端部３２ａおよび外リム部端部３３ａの位置決めを行う必要があるが、回転翼は上記したようにロータに切り出し一体成形されているとともに、固定翼集合体３０の外リム部３３は、スペーサを介して位置決め段積みされる構成であるため、内リム部端部３２ａの突き合わせ状態が外方から確認できない。

すなわち、半リング形状の固定翼集合体３０を真空ポンプ内に位置決め配置する際には、外方から視認できる外リム部端部３３ａのみで行っているのが一般的で、内リム部端部３２ａについては、視認せずに位置決め配置しているのである。

ところで、この固定翼集合体３０は、コスト低減、作業効率等の観点よりパンチングプレス等を用いて同一形状の半リング状のものが複数製造される（特許文献１）。

従って、通常であればこの半リング状の固定翼集合体３０を図７（ａ）のように２つ突き合わせれば、突き合わされた各固定翼集合体３０の内リム部端部３２ａも外リム部端部３３ａも共に突き合わせラインＬ上に位置することとなる。しかしながら製造された固定翼集合体３０にはバラツキもあり、上記パンチングプレスの際に、内リム部端部３２ａが突き合わせラインＬよりも周方向に対し設計寸法より長く形成されることも生じ得る。

このような製造不良の固定翼集合体３０の１つあるいは２つを用いて上記のように突き合わせ、真空ポンプに位置決め配置した場合においては、上記したように内リム部端部３２ａの突き合わせ状態が確認できないため、この内リム部端部３２ａ同士が衝突して、図９（ａ）、（ｂ）に示すように重なってしまったり、反ってしまったりするおそれがあり、次のような問題を生ずる。

すなわち、固定翼３１と回転翼との間隔は上記したように非常に狭く設定されている。そのため、内リム部端部３２ａにおいて、図９（ａ）（ｂ）に示すような重なりや反りが発生してしまうと、その間隔が更に狭くなり、ついにはその重なりや反りの生じた突出した部分が回転翼に接触し、固定翼３１の破損にもつながるおそれがある。

このような固定翼３１の破損の原因は未然に防ぐことが安全性確保、危険回避等の観点より特に重要であるが、特許文献２記載のようなリング状のターボ分子ポンプ固定翼Ｂを半割りした状態の固定翼集合体３０を２つ突き合わせて形成されたターボ分子ポンプ固定翼Ｂ、すなわち、半リング状の固定翼集合体３０の両端部が、内リム部端部３２ａと外リム部端部３３ａとが突き合わせラインＬ上に位置するように製造された固定翼集合体３０を２つ突き合わせて形成されるようなターボ分子ポンプ固定翼Ｂの構造では、内リム部端部３２ａの重なりや反りが原因となって発生する固定翼３１の破損の未然防止を図ることは出来ず、その結果、固定翼３１の破損の低減を図ることは出来ない。

特開２００３−２６９３６５号

特開平５−１５７０９０号

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、固定翼の破損の低減を図るのに好適なターボ分子ポンプ固定翼を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、放射状に並んで配置された複数の固定翼を内リム部と外リム部で一体に連結してなる構造の半リング状の固定翼集合体を２つ突き合わせてなるリング状のターボ分子ポンプ固定翼であって、上記ターボ分子ポンプ固定翼は、上記固定翼集合体を２つ突き合わせた状態で上記内リム部には空隙部が形成されていることを特徴とする。

この固定翼集合体は、例えば、外形抜き加工、スリット抜き加工、曲げ成形加工を経て半リング状の同一形状のものが複数製造されるものであり、この固定翼集合体を２つ突き合わせることにより、リング形状のターボ分子ポンプ固定翼が構成される。

また、この固定翼集合体の内リム部端部の一端が、突き合わせラインよりも周方向において短く形成されているので、この固定翼集合体を２つ突き合わせた際に内リム部端部同士が衝突することはなく、この固定翼集合体を２つ突き合わせて形成されたリング形状のターボ分子ポンプ固定翼の内リム部には、空隙部が形成されることとなる。

本発明において、空隙部は、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍであってもよい。この空隙部は固定翼集合体を２つ突き合わせた際の突き合わせ部分において、内リム部端部同士が重なってしまったり、反りを生じたりしない程度の間隔である必要があり、より好ましくは空隙部は０．５ｍｍとするのがよい。

また、この空隙部は、固定翼集合体の内リム部端部の一端を、この固定翼集合体を２つ突き合せて形成される突き合わせラインよりも周方向に対し短くすることにより形成され、この内リム部端部は、内リム部の切り起こし側端部であってもよい。

内リム部の切り込み終端側端部を短く形成すると、内リム部により固定翼を保持する部分が削られてしまうこととなり、固定翼の保持強度が落ちる恐れがあるので上記のようにするのがよい。

本発明にあっては、上記の如く、固定翼集合体を２つ突き合わせた状態で内リム部には空隙部が形成される構成を採用した。このため、ターボ分子ポンプ固定翼を真空ポンプ内に配置する際に内リム部の重なりや反りの発生を防止できることとなるので、固定翼の破損を未然に防止でき、固定翼の破損の低減を図ることができるターボ分子ポンプ固定翼を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示した真空ポンプは、半導体製造装置や液晶ディスプレイパネル製造装置における真空装置の一部として使用され、真空チャンバ内の圧力を所定の真空度とするものである。また、同図の真空ポンプは、ターボ分子ポンプとネジ溝ポンプを複合した複合型の真空ポンプであり、筒状のポンプケース１内に回転可能に配置されたロータ９を有し、このロータ９の略上半分がターボ分子ポンプとして機能し、一方、このロータ９の略下半分がネジ溝ポンプとして機能するように構成されている。

このポンプケース１は、その上面の開口部をガス吸気口２とし、かつ下部一側部にガス排気口３となる排気パイプを突設した有底円筒形のケース構造となっている。また、このポンプケース１の底部はエンドプレート４により蓋をされ、その内底面中央にはステータコラム５が立設されている。

このステータコラム５の中心部にはロータ軸７が回転可能に設置されており、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。

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８ａをステータコラム５の内側に、回転子８ｂをロータ軸７に配置した構造であって、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。

ポンプケース１の内側において、ロータ軸７のステータコラム５からの上部突出端には、ステータコラム５の外周囲に覆い被さる断面形状のロータ９が連結されている。

ロータ９の上部外周には回転翼１０が多段に配置固定されており、この回転翼１０と交互に固定翼３１が多段に配置固定されている。

また、この各段の固定翼３１は、その隙間が所定の距離に設定されており、ポンプケース１の筒径方向に位置決め固定されている。

この各段の固定翼３１の隙間設定と径方向位置決めは、ポンプケース１の内周側に多段に段積みされ設置されたリング形状のスペーサ６０を介して行われている。

このスペーサ６０においては、ポンプ組立工程でのスペーサ段積み作業時におけるスペーサ６０の横ずれ防止や、上下段のスペーサ６０、６０を同じようにポンプケース１の筒径方向に位置決め可能とするために、スペーサ６０を段積み設置した状態で上下のスペーサ６０、６０どうしが嵌合する構造となっている。

具体的には、図２に示したように、各スペーサ６０の内外両周面に段部６１ａ、６１ｂを形成するとともに、上側のスペーサ内周面の段部６１ａと下側のスペーサ外周面の段部６１ｂとが互いに嵌合する段積み嵌合構造がこのスペーサ６０に採用されている。

このように構成された真空ポンプの動作説明をすると、まず、ガス排気口３に接続される図示しない補助ポンプを作動させてチャンバ１４内をある程度の真空状態にした後、駆動モータ８を動作させると、ロータ軸７とこれに連結したロータ９および回転翼１０が高速回転する。

そして、高速回転している最上段の回転翼１０がガス吸気口２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３１に案内され、次段の回転翼１０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２側のガス分子がロータ９下部側のネジステータ１２の内側へ順次移行し排気される。すなわち、このようなガス分子の排気の動作を回転翼１０と固定翼３１との相互作用によって行う。

さらに、上記のような分子排気動作によりロータ９下部側のネジステータ１２へ到達したガス分子は、回転するロータ９とネジステータ１２の内側に形成されたネジ溝１３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３側へ移送され、かつ、このガス排気口３から図示しない補助ポンプを通じて外部へ排気される。

次に、本発明に係るターボ分子ポンプ固定翼の一実施形態について、図３乃至図８を用いて説明する。

本発明に係るターボ分子ポンプ固定翼Ｂは、２つの固定翼集合体３０を突き合わして構成されるので、この固定翼集合体３０の製造方法の一実施形態について、まず説明する。

まず、図３（工程１）の図中点線で示したように、板材１００から半リング状板材１０１を打ち抜く加工が行なわれる（外形抜き加工）。この外形抜き加工についてはパンチングプレス加工を適用することができる。

この外形抜き加工の際に、内リム部端部形成部１０１−１の一端に切り込みを入れる。これにより、上記および下記過程を経て製造された固定翼集合体３０を２つ突き合わせた状態において、下記に示すように内リム部３２に空隙部Ｓが形成されることとなる。

その後、図４（工程２）の図中点線で示したように、半リング状板材１０１にスリット１０２を形成する加工が行なわれる（スリット抜き加工）。このスリット抜き加工についてもパンチングプレス加工を適用することができる。

ここで、上記スリット１０２については、半リング状板材１０１の周方向に内外２本と、同半リング状板材１０１の径方向に多数形成されるが、この多数の径方向スリット１０２−１、１０２−１間の板材部分１０３−１が最終的に図７（ｂ）に示す固定翼３１となる。

また、上記内外２本の周方向スリット１０２−２、１０２−３のうち、内側の周方向スリット１０２−２よりさらに内側の板材部分１０３−２および外側の周方向スリット１０２−３よりさらに外側の板材部分１０３−３は、図７（ｂ）に示すように、固定翼３１（板材部分１０３−１）を支持する内リム部３２および外リム部３３となる。なお、固定翼集合体３０は、同一形状の固定翼３１が繰り返し配置される構造なので、図４では固定翼集合体３０の約１/３だけを示し、その約２/３は省略している。

次に、曲げ成形加工（工程３）が行なわれる。この曲げ成形加工においては、上記のような径方向スリット１０２−１、１０２−１間の板材部分１０３−１を、図５に示したように一定の仰角θ、すなわち気体分子の排気に最適な角度で上向きに起き上げるように曲げ加工する。

このような曲げ成形加工については、たとえば、図６に示すプレス曲げ加工により行なうことができる。同図のプレス曲げ加工は、上下のポンチ２００、２０１の対向面２００ａ、２０１ａを固定翼３１の仰角θに対応して傾斜したプレス面とし、このプレス面で径方向スリット１０２−１、１０２−１間の板材部分１０３−１を図６に記載されているように、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に両面側からプレスする方式の曲げ加工である。

以上のような外形抜き加工（工程１）、スリット抜き加工（工程２）、曲げ成形加工（工程３）が完了すると、図７（ｂ）に示すような固定翼３１が放射状に複数一体に配置された状態で得られ、この複数の固定翼３１、３１…の一体品が本実施形態における固定翼集合体３０である。

なお、本実施形態においては、上記過程を経て製造された固定翼集合体３０の内リム部端部３２ａの一端が突き合わせラインＬに対して周方向に短く形成されている。

このような構造とすることにより、この固定翼集合体３０を２つ突き合わせた状態において内リム部３２に空隙部Ｓが形成されることとなり、上記した内リム部３２における重なりや反りが防止でき、ターボ分子ポンプ固定翼Ｂの破損の低減が図れることとなる。

次に、このように製造された固定翼集合体３０を真空ポンプに配置する方法の一実施形態について図１、図７および図８を用いて説明する。なお、図７は従来と同様、固定翼集合体３０を２つ突き合わせてリング形状のターボ分子ポンプ固定翼Ｂが形成される工程を表した図であり、図８は、図７のＡ部およびＢ部、すなわち、固定翼集合体３０の突き合わせ部の拡大図である。

この製造された固定翼集合体３０のうちの２つを用いて、ロータ９に一体的かつ、リング状に多段に多数形成された回転翼１０の各段の間に、ロータ９を挟みこむようにして各固定翼集合体３０を両側から差し込まれた状態で真空ポンプ内に配置する。

また、この差し込まれ配置された際の各固定翼集合体３０の突き合せ方は、従来と同様、図７（ａ）（ｂ）のような方法である。更に、この突き合わせた際にリング形状となるよう各固定翼集合体３０の位置決めを行う点においても従来と同様であり、外方から視認できる外リム部端部３３ａの突合せ状態のみで行う。

しかしながら、本発明においては、突き合わされた各固定翼集合体３０には、上記した外形抜き加工の際に、図３に示すように内リム部端部形成部１０１−１の一端に切り込みが入れられているので、図８に示すように各固定翼集合体３０の内リム部端部３２ａの一端は、突合せラインＬに対して周方向に短く形成されている。

従って、本発明においては、図７（ａ）のように、この固定翼集合体３０が突き合わされた際に、図７（ａ）のＡ部及びＢ部、すなわち、固定翼集合体３０の突き合わせ部には、図８に示すように内リム部３２に空隙部Ｓが形成されることとなる。

このように本発明におけるターボ分子ポンプ固定翼Ｂの内リム部３２には空隙部Ｓが形成されているので、各固定翼集合体３０の位置決めを、外リム部端部３３ａの突合せ状態のみを視認し、内リム部端部３２ａの突き合わせ状態を全く視認せず行ったとしても、各固定翼集合体３０の内リム部端部３２ａ同士は衝突せず、内リム部端部３２ａ同士の重なりや反りは生じない。

なお、この空隙部Ｓは内リム部端部３２ａに上記のような切込みを作ることにより形成されるが、この切り込みは、図８に示すように、内リム部３２の切り込み終端側端部３２ａ−２よりも内リム部３２の切り起こし側端部３２ａ−１に形成するのが好ましい。

切り込み終端側端部３２ａ−２に切り込みを入れると、内リム部３２が固定翼３１を保持する部分が削られてしまい、固定翼３１の保持強度が落ちる恐れがあるからである。

また、この空隙部Ｓはあまり広すぎると安定性を害し、ターボ分子ポンプ固定翼Ｂが回転する際にがたつく原因ともなるので、固定翼集合体３０を２つ突き合わせた状態において重なりや反りを生じない程度の間隔であればよく、本出願人は、この空隙部Ｓは０．３〜０．７ｍｍであるのが好ましく、より好ましいのは、０．５ｍｍであることを実験により確認した。

真空ポンプの断面図。 図１に示した真空ポンプにおけるスペーサ周辺の拡大図。 固定翼集合体を製造する工程の説明図（工程１）。 固定翼集合体を製造する工程の説明図（工程２）。 曲げ成形加工後の固定翼の状態を真横から見た図。 固定翼集合体を製造する工程の説明図（工程図）。 ターボ分子ポンプ固定翼の組立図。 本発明に係るターボ分子ポンプ固定翼の図７の突き合わせ部における拡大図 従来のターボ分子ポンプ固定翼の図７の突き合わせ部における拡大図。

符号の説明

１ ポンプケース
２ ガス吸気口
３ ガス排気口
４ エンドプレート
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 ロータ
１０ 回転翼
１２ ネジステータ
１３ ネジ溝
１４ チャンバ
３０ 固定翼集合体
３１ 固定翼
３２ 内リム部
３２ａ 内リム部端部
３２ａ−１ 切り起こし側端部
３２ａ−２ 切り込み終端側端部
３３ 外リム部
３３ａ 外リム部端部
６０ スペーサ
６１ 段部
１００ 板材
１０１ 半リング状板材
１０１−１ 内リム部端部形成部
１０２ スリット
２００ ポンチ
Ｂ ターボ分子ポンプ固定翼
Ｌ 突き合わせライン
Ｓ 空隙部

Claims (3)

1. 放射状に並んで配置された複数の固定翼を内リム部と外リム部で一体に連結してなる構造の半リング状の固定翼集合体を２つ突き合わせてなるリング状のターボ分子ポンプ固定翼であって、
   上記ターボ分子ポンプ固定翼は、
   上記固定翼集合体を２つ突き合わせた状態で上記内リム部には空隙部が形成されていること
   を特徴とするターボ分子ポンプ固定翼。
2. 上記空隙部は、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍであり、より好ましくは０．５ｍｍであること
   を特徴とする請求項１記載のターボ分子ポンプ固定翼。
3. 上記空隙部は、
   上記固定翼集合体の内リム部端部の一端を、この固定翼集合体を２つ突き合わせて形成される突き合わせラインよりも周方向に対し短くすることにより形成され、
   上記内リム部端部は、上記内リム部の切り起こし側端部であること
   を特徴とする請求項１記載のターボ分子ポンプ固定翼。

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