JP2007107480A - Turbo vacuum pump - Google Patents
Turbo vacuum pump Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007107480A JP2007107480A JP2005300390A JP2005300390A JP2007107480A JP 2007107480 A JP2007107480 A JP 2007107480A JP 2005300390 A JP2005300390 A JP 2005300390A JP 2005300390 A JP2005300390 A JP 2005300390A JP 2007107480 A JP2007107480 A JP 2007107480A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- rotating
- vacuum pump
- centrifugal
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、気体を排気し真空を形成するターボ型真空ポンプに関し、特には、後段部に高温領域が発生する運転に適したターボ型真空ポンプに関する。 The present invention relates to a turbo vacuum pump that evacuates gas to form a vacuum, and more particularly, to a turbo vacuum pump that is suitable for operation in which a high temperature region is generated in a rear stage.
図9に、従来のターボ型真空ポンプ201Aを示す。このターボ型真空ポンプ201Aは、筒状のポンプケーシング101の内部に、ロータ(回転部)Rとステータ(固定部)Sにより翼排気部L1及び溝排気部L2からなる排気部Lが構成されている。ポンプケーシング101の上部には、気体を吸い込む吸気口101aが形成され、ポンプケーシング101の下部は、ポンプ基部102によって覆われ、このポンプ基部102には、気体を排気する排気口120が形成されている。ステータSは、ポンプ基部102の中央に立設された固定筒状部103と、翼排気部L1及び溝排気部L2の固定側部分とから主に構成されている。
FIG. 9 shows a conventional
ロータRは、固定筒状部103の内部に挿入された回転軸104と、それにボルト122により取り付けられた回転翼105とから構成されている。回転翼105の上下外周には、回転羽根112が一体に設けられて羽根車を構成し、ポンプケーシング101の内面には、回転羽根112と交互に配置される固定羽根113を有する固定翼171が設けられ、回転翼105が高速回転すると、回転翼105と静止している固定翼171との相互作用によって気体の排気を行う。回転軸104は回転翼105を回転させ、回転翼105の回転によって回転羽根112が回転する。
ターボ型真空ポンプの排気性能は、回転翼をできるだけ高速で回転させた方がよいことはいうまでもないが、回転数を上げることにより回転翼に作用する遠心力が著しく大きくなる。そのため、回転翼の材料には、軽量・高強度、すなわち比強度(強度と材料密度の比)の大きい高張力アルミニウム合金が用いられている。しかし、アルミニウム合金は耐熱性が低く、約130℃以上にて機械的性質が劣化してしまう。よって、ターボ型真空ポンプは回転翼の温度が、運転時所定の温度(例えば120℃)以下となるように運転範囲を制限する必要があり、その結果多量のガスを連続排気できないという問題があった。 Needless to say, the exhaust performance of the turbo vacuum pump should be such that the rotor blades are rotated as fast as possible. However, the centrifugal force acting on the rotor blades is significantly increased by increasing the rotational speed. For this reason, a high-strength aluminum alloy that is lightweight and has high strength, that is, high specific strength (ratio of strength and material density) is used as the material of the rotor blades. However, the aluminum alloy has low heat resistance, and the mechanical properties deteriorate at about 130 ° C. or higher. Therefore, it is necessary for the turbo type vacuum pump to limit the operation range so that the temperature of the rotor blades becomes a predetermined temperature (for example, 120 ° C.) or less during operation. As a result, there is a problem that a large amount of gas cannot be exhausted continuously. It was.
また、プロセス中に反応副生成物が発生する半導体製造装置等にターボ型真空ポンプを用いる場合は、ポンプ内での反応副生成物析出を防止するため、ポンプ内ガス流路の温度を高くすることが望まれるが、前述した回転翼の温度制限により、約130℃以上の高温化は困難である。このため、反応副生成物が析出するプロセスへはターボ型真空ポンプが適用できないという問題があった。 In addition, when a turbo vacuum pump is used in a semiconductor manufacturing apparatus or the like that generates reaction by-products during the process, the temperature of the gas flow path in the pump is increased in order to prevent reaction by-product precipitation in the pump. However, it is difficult to increase the temperature to about 130 ° C. or higher due to the temperature limitation of the rotary blade described above. For this reason, there has been a problem that a turbo vacuum pump cannot be applied to a process in which reaction by-products are deposited.
そこで、本発明は、上記の点に鑑み、ポンプの回転翼を高速で回転させ、かつ高温状態での連続運転を可能にすることによって、多量のガス排気に対応できるポンプ排気性能を有し、かつ反応副生成物の析出を防止するためにヒートアップ運転が行えるターボ型真空ポンプを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above points, the present invention has a pump exhaust performance that can handle a large amount of gas exhaust by rotating the rotor blades of the pump at a high speed and enabling continuous operation in a high temperature state. And it aims at providing the turbo-type vacuum pump which can perform heat-up operation in order to prevent precipitation of a reaction by-product.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明によるターボ型真空ポンプ101Aは、例えば図1、図2に示すように、軸方向に気体を吸込む吸気部1aと;前記吸い込んだ気体を排気する回転翼5と固定翼8とを有する排気部Lと;回転翼5を回転させる回転軸4とを備え;回転翼5は、回転軸4に接続されたボス部16と、ボス部16から軸方向に張り出す円筒部17a、17bとを有し;ボス部16と、円筒部17a、17bとを、多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属基複合材料で構成する。
In order to achieve the above object, a
回転翼のボス部と、円筒部とを、多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属基複合材料で構成すると、材料の特性上比強度が大きい上に、耐熱性に優れている材料である当該金属基複合材料を、回転翼が高速回転することにより大きな遠心応力が作用する部分に用いることになり、ポンプの回転翼を高速で回転させ、かつ高温状態での連続運転を可能にすることによって、多量の気体の排気に対応できるポンプ排気性能を有し、かつ反応副生成物の析出を防止するためにヒートアップ運転が行えるターボ型真空ポンプとすることができる。 When the boss part and the cylindrical part of the rotor blade are made of a metal matrix composite material using porous ceramics and an aluminum alloy, the material has high specific strength and excellent heat resistance. The metal matrix composite material will be used in parts where large centrifugal stress acts when the rotor blades rotate at high speed, enabling the pump rotor blades to rotate at high speeds and enabling continuous operation at high temperatures. Therefore, it is possible to provide a turbo vacuum pump having a pump exhaust performance capable of accommodating a large amount of gas exhaust and capable of performing a heat-up operation in order to prevent precipitation of reaction byproducts.
上記目的を達成するために、請求項2に係るターボ型真空ポンプ101Bは、例えば図4、図6、図7に示すように、軸方向に気体を吸込む吸気部23Aと;前記吸い込んだ気体を排気する回転翼73、24と固定翼71、28とを有する排気部50と;回転翼73、24を回転させる回転軸21とを備え;回転翼73、24が、前記吸込んだ気体を前記軸方向に排気する1段以上のタービン翼73と、タービン翼73の後流側に位置し、前記排気された気体をさらに遠心ドラッグ作用により排気する1段以上の遠心翼24とを含んで構成され;タービン翼73は、回転軸21と接続されたボス部74と、タービン翼73のボス部74から軸方向に張り出す円筒部52とを有し;遠心翼24は、回転軸21に接続されたボス部61と、遠心翼24のボス部61から軸半径方向に張り出す円板部27とを有し;タービン翼73のボス部74と、円筒部52と、遠心翼24のボス部61と、円板部27とを、多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属基複合材料で構成する。
In order to achieve the above object, a
タービン翼のボス部と、円筒部と、遠心翼のボス部と、円板部とを、多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属基複合材料で構成すると、タービン翼と遠心翼の両方において、材料の特性上比強度が大きい上に、耐熱性に優れている材料である当該金属基複合材料を、回転翼が高速回転することにより大きな遠心応力が作用する部分に用いることになり、ポンプの回転翼を高速で回転させ、かつ高温状態での連続運転を可能にすることによって、多量の気体の排気に対応できるポンプ排気性能を有し、かつ反応副生成物の析出を防止するためにヒートアップ運転が行えるターボ型真空ポンプとすることができる。 If the boss part of the turbine blade, the cylindrical part, the boss part of the centrifugal blade, and the disk part are made of a metal matrix composite material using porous ceramics and an aluminum alloy, both the turbine blade and the centrifugal blade The metal matrix composite material, which has a large specific strength due to the characteristics of the material and is excellent in heat resistance, is used for a portion where a large centrifugal stress acts when the rotor blades rotate at a high speed. In order to prevent pumping of reaction by-products and to have a pump exhaust performance that can handle a large amount of gas exhaust by rotating the rotor blades at high speed and enabling continuous operation at high temperatures It can be set as the turbo type vacuum pump which can perform a heat-up driving | operation.
請求項3に記載のターボ型真空ポンプは、請求項1または2記載のターボ型真空ポンプにおいて、前記回転翼の外表面は、アルミニウム合金のみで形成されたことを特徴とする。
A turbo vacuum pump according to
このように構成すると、回転翼の外表面がアルミニウム合金のみとなるので、各種表面処理施工(例えば無電解Niメッキなど)が容易となる。これにより、耐食性の高いターボ型真空ポンプを容易に提供できる。 If comprised in this way, since the outer surface of a rotary blade becomes only an aluminum alloy, various surface treatment constructions (for example, electroless Ni plating etc.) will become easy. Thereby, a turbo type vacuum pump with high corrosion resistance can be easily provided.
請求項4に記載のターボ型真空ポンプは、請求項3に記載のターボ型真空ポンプにおいて、前記回転翼の外表面は、表面処理が施されたことを特徴とする。 A turbo type vacuum pump according to a fourth aspect is the turbo type vacuum pump according to the third aspect, wherein the outer surface of the rotor blade is subjected to a surface treatment.
以上説明したように、本発明のターボ型真空ポンプによれば、回転翼は、回転軸に接続されたボス部と、ボス部から軸方向に張り出す円筒部とを有し、前記ボス部と、前記円筒部とを、多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属基複合材料で構成するので、材料の特性上比強度が大きい上に、耐熱性に優れている材料である当該金属基複合材料を、回転翼が高速回転することにより大きな遠心応力が作用する部分に用いることになり、ポンプの回転翼を高速で回転させ、かつ高温状態での連続運転を可能にすることにより、多量のガス排気に対応できるポンプ排気性能を有し、かつ反応副生成物の析出を防止するためにヒートアップ運転が行えるターボ型真空ポンプとすることができる。 As described above, according to the turbo type vacuum pump of the present invention, the rotor blade has the boss portion connected to the rotating shaft and the cylindrical portion projecting in the axial direction from the boss portion, and the boss portion Since the cylindrical portion is made of a metal matrix composite material using porous ceramics and an aluminum alloy, the metal matrix composite is a material having a large specific strength and excellent heat resistance. A large amount of material will be used for the part where large centrifugal stress acts by rotating the rotor blade at high speed, and by rotating the rotor blade of the pump at high speed and enabling continuous operation at high temperature. A turbo-type vacuum pump having a pump exhaust performance capable of coping with gas exhaust and capable of performing a heat-up operation in order to prevent precipitation of reaction by-products can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には一符号を付し、重複した説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るターボ型真空ポンプ101Aの構成を示す正面断面図である。現在、半導体製造装置などの半導体プロセス用として汎用的に使用されているターボ型真空ポンプの一種としてターボ分子ポンプがある。
FIG. 1 is a front cross-sectional view showing a configuration of a
以下図を参照して説明する。ターボ型真空ポンプ101Aは、垂直方向上下に配置された筒状のポンプケーシング1の内部に、ロータ(回転部)Rとステータ(固定部)Sにより、翼排気部L1及び溝排気部L2からなる排気部Lが構成されている。ポンプケーシング1の下部は、ポンプ基部2によって覆われ、このポンプ基部2には、溝排気部L2の排気側に連通する排気口20が構成されている。ポンプケーシング1の上部には、吸気部としての、気体を軸方向に吸い込む吸気口1aが構成され、気体を排気すべき装置や配管に接続するためのフランジ81が設けられている。ステータSは、ポンプ基部2の中央に立設された固定筒状部3と、翼排気部L1及び溝排気部L2の固定側部分とから主に構成されている。
This will be described below with reference to the drawings. The turbo
ロータRは、固定筒状部3の内部に挿入された回転軸4と、回転軸4の吸気部側の先端4aにボルト22により取り付けられた回転翼5とから構成されている。固定筒状部3は、回転翼5の、後述の反吸気部側の円筒部17bに収納されている。回転軸4と固定筒状部3の間には、駆動用モータ6と、その上下に上部ラジアル軸受7a及び下部ラジアル軸受7bが設けられている。そして回転軸4の下部には、回転軸4の下端のターゲットディスク9と、ステータS側の上下の電磁石10a、10bを有するアキシャル軸受11が配置されている。このような構成によって、ロータRが5軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。
The rotor R is composed of a rotating
回転翼5の上下外周には、8段の回転羽根12が一体に設けられて羽根車を構成している。ポンプケーシング1の内面には、回転羽根12と交互に配置される固定羽根13を有する固定翼8が設けられている。固定翼8は8段から構成される。回転翼5が高速回転すると、回転翼5と静止している固定翼8との相互作用によって気体の軸方向の排気が行われ、回転翼5と固定翼8とは、翼排気部L1を構成している。固定翼8は、周縁部を固定翼スペーサ14により上下から押さえられて固定されている。回転軸4は回転翼5を回転させ、回転翼5の回転によって回転羽根12が回転する。
Eight stages of
さらに、翼排気部L1の下方には溝排気部L2が設けられている。すなわち、ステータSには、ロータRの外周を囲むねじ溝部スペーサ19が配置され、ねじ溝部スペーサ19にはねじ溝19aが形成されている。溝排気部L2は、高速回転するロータRに対向するねじ溝19aのドラッグ作用により排気を行う。
Further, a groove exhaust portion L2 is provided below the blade exhaust portion L1. That is, the stator S is provided with a
次に、図2を参照して回転翼5の構成をより詳細に説明する。回転翼5は、回転軸4(図1)と締結され接続される部分であるボス部16と、ボス部16と一体に形成されボス部16から軸方向の吸気部1a(図1)方向に張り出す円筒部17aと、ボス部16と一体に形成されボス部16から軸方向の反吸気部方向に張り出す円筒部17bとを有し、略釣鐘形状を有する。ボス部16には、ボルト22(図1)が貫通する貫通口82が形成され、ボルト22は、ボス部16の貫通口82を貫通し、回転翼5は回転軸4にボルト22により締結される(図1)。ボス部16の外周および円筒部17a、bの外周には回転羽根12が取り付けられており、ボス部16と円筒部17a、bは、回転翼5において高速回転により大きな遠心応力が作用する箇所である。
Next, the configuration of the
ボス部16と円筒部17a、bを多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属複合材料にて構成する(図中、破線で示した部分の外側はアルミニウム合金のみで形成)。これにより、回転翼5の許容遠心応力が向上するため、高速回転化が可能となる。また、高温化した場合の強度低下を抑制できるため、回転翼5の温度の高温化、例えば、許容使用温度を従来の120℃から250℃へ向上させることができる。したがって、ターボ型真空ポンプ101A(図1)は、後段部に250℃以下の高温領域が発生する運転に適している。
The
次に、図3(a)〜(e)を参照して、回転翼5の回転羽根12について説明する。これらは、各回転羽根を吸気部側からみた平面図であり、図3(a)は、1段目の回転羽根12のA矢視(図2)、図3(b)は、2段目の回転羽根12のB矢視(図2)、図3(c)は、3段目の回転羽根12のC矢視(図2)、図3(d)は、4段目の回転羽根12のD矢視(図2)、図3(e)は、6段目の回転羽根12のE矢視(図2)である。5段目の回転羽根12は、4段目の回転羽根12と同じ構成であり、7段目の回転羽根12及び8段目の回転羽根12は、6段目の回転羽根12と同じ構成である。回転羽根12を放射状に上からみた回転羽根12の先端部分を平面上に展開した図も示してある。回転羽根12は、回転軸4の中心軸線から、ある角度だけ捻った捻れ角をもって取り付けられている。
Next, the
図2に戻って説明を続ける。ターボ型真空ポンプ101A(図1)では、しばしば強腐食性のガス、例えばフッ素や塩素などのハロゲン系ガスを排気する場合がある。このような強腐食性ガスを排気してアルミニウム合金が侵されてしまうと、羽根車が応力腐食割れにより破壊してしまう。これを、防止するために、表面に耐食処理(例えば、無電解Niメッキ等)を施すとよい。しかし、単に多孔性セラミックスとアルミニウム合金とで形成した金属基複合材料では、アルミニウム合金に比べて表面処理の施工性(例えば、無電解Niメッキでは、密着性や付回り性)が劣っていた。
Returning to FIG. 2, the description will be continued. The
そこで、表面処理の施工性を損なわないために、多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属基複合材料の外表面には、アルミニウム合金のみが存在するように、当該金属基複合材料を、外表面にアルミニウム合金の層が形成されたものとする。このためには、多孔性セラミックスの全周囲をアルミニウム合金を用いて加圧鋳造によって覆うよう形成する。すなわち、回転翼5の回転羽根12を除いた部分(ボス部16、円筒部17a、17b)を、多孔性セラミックスで形成し、次に、ボス部16と円筒部17a、17bの外表面にアルミニウム合金の層を加圧鋳造にて形成し、同時に回転羽根12の部分に、回転羽根12のアルミニウム合金の素材(不図示)を加圧鋳造にて形成する。その後、回転羽根12の素材から回転羽根12を機械加工にて削り出す(例えば、エンドミル加工)。その後、ボス部16と、円筒部17a、17bと、回転羽根12の各の表面に耐食処理(例えば、無電解Niメッキ等)を施すことができる。
Therefore, in order not to impair the workability of the surface treatment, the metal matrix composite material is externally attached so that only the aluminum alloy exists on the outer surface of the metal matrix composite material using the porous ceramics and the aluminum alloy. It is assumed that an aluminum alloy layer is formed on the surface. For this purpose, the entire circumference of the porous ceramic is formed so as to be covered by pressure casting using an aluminum alloy. That is, the portion of the
多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属基複合材料は、その材料の特性上比強度が大きい上に、耐熱性に優れている。よって、当該金属基複合材料を、回転翼5が高速回転することにより大きな遠心応力が作用する部分、すなわち、回転軸4と締結するボス部16、および円筒部17a、17bとに採用することにより、回転翼5の使用限界温度を高めることができるので、多量のガス排気によるロータ温度上昇に対して裕度が大きくなる。また、ポンプ排気流路のヒートアップ温度を高く設定することができるので、反応副生成物の析出を防止し、反応副生成物に対して耐性の高いターボ型真空ポンプを提供することができる。ここで、ヒートアップ温度とは、ヒートアップ運転時のポンプ排気流路における排気されるガスの温度をいう。ここでいうヒートアップ運転とは、ポンプ排気流路内をヒータ等の加熱手段により加熱して、排気するガスを130〜250℃に加熱・保持しながら排気することをいう。
A metal matrix composite material using porous ceramics and an aluminum alloy has a high specific strength due to the characteristics of the material and is excellent in heat resistance. Therefore, by adopting the metal matrix composite material in a portion where a large centrifugal stress acts when the
なお、ボス部16、円筒部17a、17bの外周側には翼部(羽根)(例えば、タービン翼の翼部、すなわちタービン羽根)が形成されるが、翼部に作用する遠心応力は、ボス部16、円筒部17a、17bのそれに比して小さい。よって、ボス部16、円筒部17a、17bに作用する遠心応力低減のための翼部の軽量化や、翼加工の容易性を考慮して、翼部をアルミニウム合金のみで形成すると好適である。
Note that a wing part (blade) (for example, a wing part of a turbine blade, that is, a turbine blade) is formed on the outer peripheral side of the
多孔性セラミックスの材質としては、窒化珪素(Si3N4)、炭化珪素(SiC)、アルミナ(Al2O3)がよく用いられる。多孔性セラミックスは、予めアルミニウム合金の加圧鋳造により、鋳造後の複合材中の多孔性セラミックスが30〜70Vol%の割合となるように、形成している。
また、加圧鋳造に用いられるアルミニウム合金は、Al-Si系合金(シルミン)が一般的であり、溶湯の流動性の良さが特長である。なお、鋳造性を損なわずに機械的性質を改善するために、マグネシウム(Mg)や銅(Cu)を加えてもよい。
As the material for the porous ceramic, silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), and alumina (Al 2 O 3 ) are often used. The porous ceramic is previously formed by pressure casting of an aluminum alloy so that the porous ceramic in the composite material after casting has a ratio of 30 to 70 Vol%.
In addition, an aluminum alloy used for pressure casting is generally an Al-Si alloy (silmine), which is characterized by good fluidity of the molten metal. In order to improve the mechanical properties without impairing the castability, magnesium (Mg) or copper (Cu) may be added.
図4は、本発明の第2の実施の形態に係るターボ型真空ポンプ101Bの構成を示す正面断面図である。以下、図を参照して説明する。ターボ型真空ポンプ101Bは、縦型であり、排気部50と、運動制御部51と、回転軸21と、排気部50と運動制御部51と回転軸21とを収納するケーシング53とを備える。回転軸21は、鉛直方向上下に配置され、排気部50側の排気部側部21Aと、運動制御部51側の運動制御部側部21Bとを有する。
FIG. 4 is a front sectional view showing a configuration of a
ケーシング53は、上ハウジング(ポンプステータ)23と、上ハウジング23の鉛直方向(ターボ型真空ポンプ101Bの軸方向)下方側に配置された下ハウジング37と、上ハウジング23と下ハウジング37との間に配置されたサブケーシング40とを有する。上ハウジング23は、最上部に形成された吸気部としての吸気ノズル23Aを有し、サブケーシング40は、側面に形成された排気ノズル23Bを有する。上ハウジング23の上部には、フランジ部83が形成され、フランジ部83には、ボルト穴83Aが形成されている。上ハウジング23は、排気部50と回転軸21の排気部50側の排気部側部21Aとを収納する。吸気ノズル23Aは、流体としてのガス(例えば、腐食性プロセスガス、または反応生成物を含むガス)を鉛直方向下方に吸気し、排気ノズル23Bは吸気されたガスを水平方向に排気する。
The
排気部50は、5段からなる固定翼71、28と、3段のタービン羽根75を有する、回転翼としてのタービン翼73(3段のタービン翼)と、3段の、回転翼としての遠心翼(遠心ドラッグ翼)24とを含んで構成される。
固定翼71は、3段からなりタービン羽根75の直後流側に配置される。固定翼71は、円環状の円環部76と、円環部76の外周部に放射状に取り付けられた板状の羽根77とを有する。円環部76の内周部は軸孔60を形成し、軸孔60をタービン翼73の後述の円筒部52とボス部74が貫通している。羽根77は、回転軸21の延長した中心軸線から、例えば、10〜40度だけねじれた捩れ角をもって取り付けられている。
固定翼28は、2段からなり1段目及び2段目の遠心翼24の直後流側に配置されている。固定翼28は、外周壁62と、側壁63と、側壁63の吸気側の表面から突出する渦巻形状の渦巻状ガイド29とを有する。
The
The fixed
The fixed
回転軸21の上部の吸気部側端部15には、ねじ穴18が形成されている。吸気部側端部15には、タービン翼73が、ネジ部材としての六角ボルト78がねじ穴18に挿入され、固定して取り付けられる。六角ボルト78は、後述の貫通孔58を貫通し、ねじ穴18に挿入されている。遠心翼24の中心部には、嵌合孔25が形成されている。遠心翼24の回転軸21の接続を説明すると、遠心翼24は、回転軸21が嵌合孔25を貫通し、回転軸21に嵌合により固定して取り付けられ、順々に積層されている。
A
下ハウジング37は、運動制御部51と、回転軸21の運動制御部51側の運動制御部側部21Bとを収納する。運動制御部51は、上保護ベアリング35と、上ラジアル磁気軸受31と、回転軸21を回転駆動するモータ32と、下ラジアル磁気軸受33と、下保護ベアリング36と、アキシャル磁気軸受34、34とを、鉛直方向上方から下方にこの順序で含んで構成される。上ラジアル磁気軸受31と、下ラジアル磁気軸受33とは、回転軸21を回転自在に支持する。アキシャル磁気軸受34、34は、図中下方向にかかる回転体の自重による力、図中上下にかかるスラスト力を支持する。
The
各磁気軸受31、33、34は、いずれも能動磁気軸受である。磁気軸受31、33、34のいずれかに異常が発生したときには、上保護ベアリング35は、上ラジアル磁気軸受31の代わりに回転軸21を回転軸21の径方向に支持し、下保護ベアリング36は、下ラジアル磁気軸受33およびアキシャル磁気軸受34の代わりに、回転軸21を回転軸21の径方向および軸方向に支持する。
Each of the
図5(a)、(b)に示すように、上ハウジング23を、多孔性セラミックスで形成し(図中、破線で表した部分の内側)、次に、多孔性セラミックスで形成した素材全体(外表面)を覆うアルミニウム合金の層を加圧鋳造にて形成する。これにより、上ケーシング23の軽量化が図れ、ポンプ全体の軽量化が図れポンプの運搬や設置作業が容易となる。
As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the
図6を参照して、タービン翼73の構成を説明する。タービン翼73は、回転軸21(図4)に嵌合され接続されるボス部74と、ボス部74から軸方向に吸気部側に向かって張り出す円筒部52とを有する。タービン翼73は、さらにボス部74および円筒部52の外周部に放射状に取り付けられた板状の3段のタービン羽根75を有する。ボス部74には、六角ボルト78(図4)が貫通する貫通孔58が形成されている。タービン羽根75は、回転軸21の中心軸線から、例えば、10〜40度だけねじれた捩れ角をもって取り付けられている。
The configuration of the
図7(a)、(b)、(c)を参照して遠心翼24の構成を説明する。図7(a)は、1段目の遠心翼24を吸気ノズル23A(図4)側から見た平面図であり、図7(b)は、正面断面図である。1段目の遠心翼24は、ボス部61を有する略円板状の、円板部としての基部27と、基部27の一方の面である表面27A上に固定される渦巻状羽根26とを有する。基部27は、ボス部61から軸半径方向に張り出す構造である。遠心翼24の回転方向は、図7(a)中時計方向である。
The configuration of the
渦巻状羽根26は、図7(a)に示すような渦巻形状の例えば6枚の羽根からなる。渦巻状羽根26は、回転方向に対して後ろ向き(回転方向とは反対向き)にガス流れ方向に延びる構造である。なお、前述の嵌合孔25は、ボス部61に形成されている。2段目、3段目の遠心翼24の構成(図7(a)、(b)に不図示)は、1段目の遠心翼24の構成と同じであるが、渦巻状羽根26の枚数、形状、ボス部61の外径、渦巻状羽根26により形成される流路の長さは、適宜変えてもよい。
The
図7(c)に示すように、ボス部61と、略円板状の基部27とを、多孔性セラミックスで形成し(破線で示した部分の内側)、ボス部61と基部27とを覆う部分にアルミニウム合金の層を加圧鋳造し、渦巻状羽根26の素材(アルミニウム合金)を加圧鋳造する。ボス部61と、略円板状の基部27とを、多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属基複合材料で形成したのは、ボス部61と、略円板状の基部27とには、回転による遠心応力が大きく作用するためである。
As shown in FIG. 7C, the
次に、図4、6、7を適宜参照してターボ型真空ポンプ101Bの作用を説明する。
1段目のタービン翼73が回転することによって、吸気ノズル23Aから図4中、軸方向にガスが導入される。タービン翼73を使用することにより排気速度を大きくすることができ、比較的多量の気体を排気することができる。導入されたガスは固定翼71により減速され圧力が上昇する。同様に2段目及び3段目のタービン翼73及び固定翼71の相互作用により軸方向に排気され、圧力が上昇する。
Next, the operation of the
As the first
次に、1段目の遠心翼24が回転することによって、軸方向にガスが導入される。1段目の遠心翼24に導入されたガスは、1段目の遠心翼24と1段目の固定翼28との相互作用、すなわち当該ガスの粘性によるドラッグ作用、さらに遠心翼24の回転による遠心作用により(遠心ドラッグ作用)、1段目の遠心翼24の基部27の表面27Aに沿い、1段目の遠心翼24の外径側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。
Next, the first stage
すなわち、1段目の遠心翼24に導入されたガスは、当該遠心翼24に対して図7(b)中、略軸方向64に導入され、1段目の遠心翼24の渦巻状羽根26の間に形成された流路68を通り外径側に向かう方向に流れ、圧縮され、排気される。このガスの流れの方向は、図7(a)、(b)に示す方向65であり、この方向は、1段目の遠心翼24に対するガスの流れ方向である。
That is, the gas introduced into the first-stage
1段目の遠心翼24によって外径側へ向かって圧縮されたガスは、次に1段目の固定翼28に流れ込み、外周壁62の内周部62Aによって、図7(b)中、略軸方向に方向を変え、渦巻状ガイド29が設けられた空間へ流れ込む。1段目の遠心翼24が回転することによって、固定翼28の渦巻状ガイド29の端面29Aと、1段目の遠心翼24の基部27の裏面27Bとのガスの粘性によるドラッグ作用によって、1段目の固定翼28の側壁63の表面63A(側壁63の渦巻状ガイド29が取り付けられている方の面)に沿い、1段目の固定翼28の内径側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。1段目の固定翼28の内径側に達したガスは、1段目の遠心翼24のボス部61の外周面61Aによって、図7(b)中、略軸方向64に方向が変わり、2段目の遠心翼24に導入される。同様の圧縮、排気が行われ、3段目の遠心翼24を経て、排気ノズル23Bから排出される。吸気圧は、1〜1000Paの低圧領域であり、排気圧は、100Pa〜大気圧の高圧領域である。
The gas compressed toward the outer diameter side by the first-stage
本実施の形態のターボ型真空ポンプ101Bでは、比較的低圧側で高い排気効率を有するタービン翼73と、比較的高圧側で高い排気効率を有する遠心翼24とを組合せてターボ型真空ポンプ101Bを構成するため、ポンプ全体にて排気効率を高くできる。また遠心翼24は径方向にガスを排気するため、軸方向長さを短くできる。よって、回転軸部(タービン翼73と回転軸21)の軸方向の長さを短くできるので、ロータ全体の固有振動数を高くできるので、高速回転化が容易である。またタービン翼73、遠心翼24双方の回転翼とも、第1の実施の形態で示したターボ型真空ポンプ101Aの回転翼5(図1)に比してボス部61の内径を小さく設定できる。そのため、回転により作用する遠心応力が小さくなるので、高速回転化に適している。このようなターボ型真空ポンプ101Bの回転翼73、24に多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属基複合材料を用いることによって、更なる高速回転化が可能となり、極めて排気効率の高いターボ型真空ポンプ101Bを提供できる。
In the
また、回転翼73、24を有する排気部50と、軸受等とモータ32を有する運動制御部51を軸方向に分割して配置したことにより、本実施形態例のターボ型真空ポンプ101Bでは、運動制御部51の熱影響を考慮することなく、排気部50の温度を回転翼73、24の許容温度のみで決定することができる。よって、回転翼73、24の許容温度を高めることにより、排気部50の温度を高く設定することが可能となり、反応副生成物が発生し難いターボ型真空ポンプ101Bであり、後段部に高温領域が発生する運転に適したターボ型真空ポンプ101Bを提供できる。
In addition, the
多孔性セラミックスとアルミニウム合金とで形成した金属基複合材料は、その材料の特性上比強度が大きい上に、耐熱性に優れている。よって、当該金属基複合材料を、回転翼73、24が高速回転することにより大きな遠心応力が作用する部分、すなわち、回転軸21と接続するタービン翼73のボス部74、円筒部52、回転軸21と接続する遠心翼24のボス部61、基部27に採用することにより、回転翼73、24の使用限界温度を高めることができるので、多量のガス排気によるロータ温度上昇に対して裕度が大きくなる。また、ポンプ排気流路のヒートアップ温度を高く設定する(130〜250℃)ことができるので、反応副生成物の析出を防止し、反応副生成物に対して耐性の高いターボ型真空ポンプ101Bを提供することができる。
A metal matrix composite material formed of porous ceramics and an aluminum alloy has high specific strength due to the characteristics of the material and excellent heat resistance. Therefore, the metal matrix composite material is subjected to a portion where a large centrifugal stress acts as the
図8(a)〜(d)は、第2の実施の形態で示したターボ型真空ポンプ101B(図4)に使用する、タービン翼73の形成方法の1例を示した図である。本実施の形態のタービン翼73は、前述のように3段の翼構成を有している。
FIGS. 8A to 8D are diagrams showing an example of a method for forming the
まず、図8(a)に示すように、多孔性セラミックスにてボス部74と円筒部52の素材となる骨材84A、B、Cを単段にて製作する。骨材84A、B、Cの円筒部52及びボス部74に相当する部分には、複数の骨材84A、B、Cを積層するための嵌合部85〜88が形成されている。そして、図8(b)に示すごとく、複数の骨材84A、B、Cを嵌合部85〜88にて嵌合させて固着して3段構成にする。その後に、図8(c)に示すごとく、この骨材A、B、Cの内周部、外周部、側部の全体(外表面)を覆うアルミニウム合金の層を加圧鋳造にて設け、タービン羽根75に対応する部分のアルミニウム合金素材を加圧鋳造にて設けることによって、多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属基複合材料を形成する。最終的に、ボス部74と円筒部52の外周部に設置されるタービン羽根75を機械加工により形成し、タービン翼73を製作する。これにより難加工材である多孔性セラミックスを用いて、多段化した一体翼を容易に製作できる(図8(d))。その後、ボス部74と、円筒部52と、タービン羽根75の各の表面に耐食処理(例えば、無電解Niメッキ等)を施すとよい。
なお、上述の製作方法は、第1の実施の形態で示した回転翼5(図1)に用いてもよいことはいうまでもない。
First, as shown in FIG. 8A, aggregates 84A, B, and C, which are materials of the
Needless to say, the above-described manufacturing method may be used for the rotor blade 5 (FIG. 1) shown in the first embodiment.
1 ポンプケーシング
1a 吸気口(吸気部)
2 ポンプ基部
3 固定筒状部
4 回転軸
5 回転翼
8 固定翼
12 回転羽根
13 固定羽根
16 ボス部
17a、17b 円筒部
19 ねじ溝部スペーサ
19a ねじ溝
20 排気口
21 回転軸
22 ボルト
23 上ハウジング
23A 吸気ノズル(吸気部)
23B 排気ノズル
24 遠心翼(回転翼)
27 基部(円板部)
28 固定翼
52 円筒部
61 ボス部
71 固定翼
73 タービン翼(回転翼)
74 ボス部
75 タービン羽根
77 羽根
101A、101B ターボ型真空ポンプ
L1 翼排気部
L2 溝排気部
R ロータ
S ステータ
1 Pump casing 1a Intake port (intake part)
2
27 Base (disk part)
28
74
Claims (4)
前記吸い込んだ気体を排気する回転翼と固定翼とを有する排気部と;
前記回転翼を回転させる回転軸とを備え;
前記回転翼は、前記回転軸に接続されたボス部と、前記ボス部から軸方向に張り出す円筒部とを有し;
前記ボス部と、前記円筒部とを、多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属基複合材料で構成する;
ターボ型真空ポンプ。 An intake section for sucking gas in the axial direction;
An exhaust section having a rotating blade and a fixed blade for exhausting the sucked gas;
A rotating shaft for rotating the rotating blade;
The rotary blade has a boss part connected to the rotary shaft, and a cylindrical part protruding in the axial direction from the boss part;
The boss portion and the cylindrical portion are made of a metal matrix composite material using porous ceramics and an aluminum alloy;
Turbo vacuum pump.
前記吸い込んだ気体を排気する回転翼と固定翼とを有する排気部と;
前記回転翼を回転させる回転軸とを備え;
前記回転翼が、前記吸込んだ気体を前記軸方向に排気する1段以上のタービン翼と、前記タービン翼の後流側に位置し、前記排気された気体をさらに遠心ドラッグ作用により排気する1段以上の遠心翼とを含んで構成され;
前記タービン翼は、前記回転軸と接続されたボス部と、前記タービン翼のボス部から軸方向に張り出す円筒部とを有し;
前記遠心翼は、前記回転軸に接続されたボス部と、前記遠心翼のボス部から軸半径方向に張り出す円板部とを有し;
前記タービン翼のボス部と、前記円筒部と、前記遠心翼のボス部と、前記円板部とを、多孔性セラミックスとアルミニウム合金とを用いた金属基複合材料で構成する;
ターボ型真空ポンプ。 An intake section for sucking gas in the axial direction;
An exhaust section having a rotating blade and a fixed blade for exhausting the sucked gas;
A rotating shaft for rotating the rotating blade;
One or more stages of turbine blades for exhausting the sucked gas in the axial direction, and one stage for exhausting the exhausted gas further by centrifugal drag action Comprising the above centrifugal blades;
The turbine blade includes a boss portion connected to the rotating shaft and a cylindrical portion projecting in an axial direction from the boss portion of the turbine blade;
The centrifugal blade has a boss portion connected to the rotating shaft, and a disk portion protruding in the axial radial direction from the boss portion of the centrifugal blade;
The boss portion of the turbine blade, the cylindrical portion, the boss portion of the centrifugal blade, and the disc portion are made of a metal matrix composite material using porous ceramics and an aluminum alloy;
Turbo vacuum pump.
請求項1または請求項2に記載のターボ型真空ポンプ。 The outer surface of the rotor blade was made of aluminum alloy only;
The turbo type vacuum pump according to claim 1 or 2.
請求項3に記載のターボ型真空ポンプ。 The outer surface of the rotor blade is subjected to a surface treatment;
The turbo type vacuum pump according to claim 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005300390A JP2007107480A (en) | 2005-10-14 | 2005-10-14 | Turbo vacuum pump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005300390A JP2007107480A (en) | 2005-10-14 | 2005-10-14 | Turbo vacuum pump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007107480A true JP2007107480A (en) | 2007-04-26 |
Family
ID=38033532
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005300390A Withdrawn JP2007107480A (en) | 2005-10-14 | 2005-10-14 | Turbo vacuum pump |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007107480A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012508340A (en) * | 2008-11-07 | 2012-04-05 | オーリコン レイボルド バキューム ゲーエムベーハー | Vacuum pump rotor |
JP2015017611A (en) * | 2013-07-15 | 2015-01-29 | プファイファー・ヴァキューム・ゲーエムベーハー | Vacuum pump |
-
2005
- 2005-10-14 JP JP2005300390A patent/JP2007107480A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012508340A (en) * | 2008-11-07 | 2012-04-05 | オーリコン レイボルド バキューム ゲーエムベーハー | Vacuum pump rotor |
JP2015017611A (en) * | 2013-07-15 | 2015-01-29 | プファイファー・ヴァキューム・ゲーエムベーハー | Vacuum pump |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8066495B2 (en) | Turbo vacuum pump and semiconductor manufacturing apparatus having the same | |
JP3788558B2 (en) | Turbo molecular pump | |
JP5087418B2 (en) | Turbo vacuum pump | |
JP4156830B2 (en) | Vacuum pump | |
JP2005320905A (en) | Vacuum pump | |
JP5913109B2 (en) | Vacuum pump | |
US6503050B2 (en) | Turbo-molecular pump having enhanced pumping capacity | |
JP5066065B2 (en) | Turbo vacuum pump and semiconductor manufacturing apparatus equipped with the turbo vacuum pump | |
WO2010090062A1 (en) | Impeller, compressor, and impeller fabrication method | |
JP3047292B1 (en) | Turbo molecular pump and vacuum device | |
JP6331491B2 (en) | Vacuum pump | |
WO2012105116A1 (en) | Rotating body of vacuum pump, fixed member placed to be opposed to same, and vacuum pump provided with them | |
BR112016009932B1 (en) | SHAFTLESS MOTOR COMPRESSOR | |
JP6017278B2 (en) | High-speed rotor for vacuum pump | |
JP2019090370A (en) | Electric compressor | |
JP2007107480A (en) | Turbo vacuum pump | |
JP6390098B2 (en) | Vacuum pump | |
JPWO2013065440A1 (en) | Fixing member and vacuum pump | |
JP2005307859A (en) | Turbo vacuum pump | |
TWI665388B (en) | Turbomolecular pump | |
JP5182519B2 (en) | Centrifugal compressor | |
JP2014050133A (en) | Rotor, electric motor, and supercharger | |
CN114901951A (en) | Vacuum pump, vacuum pump set for evacuating a semiconductor processing chamber and method of evacuating a semiconductor processing chamber | |
JP2008286179A (en) | Turbo type vacuum pump, and semiconductor manufacturing device equipped therewith | |
JP2574810B2 (en) | Vacuum pump |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20090106 |