JP2007224924A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】腐食による回転体破壊を防止でき、かつ、長期間に亘り回転体のバランス取りを行なうことができる真空ポンプを提供する。
【解決手段】上面にガス吸気口を開口したポンプケース１と、ポンプケース１内に回転可能に支持されたロータ軸５と、ポンプケース１内に収容され、ロータ軸５に固定されたロータ８の外周面に一体加工された複数枚のロータ翼１０，１０，…と、複数枚のロータ翼１０，１０，…間に交互に位置決めされ、ポンプケース１内に固定された複数枚のステータ翼１１，１１，…と、ロータ軸５を回転させるための駆動モータ９と、を具備し、ロータ８の内周面８ｂおよび外周面８ａに無電解メッキによる腐食防止皮膜を形成し、かつ、ロータ８の内周面８ｂに質量付加手段１５として、加熱により硬化する耐熱性および耐腐食性の接着剤１５ａを塗布する。
【選択図】図１

Description

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、回転体のバランス取りのための構造に関する。

従来、半導体製造工程におけるドライエッチングやＣＶＤ等のプロセスのように、高真空のプロセスチャンバ内で処理を行なう工程では、プロセスチャンバ内のガスを排気して一定の高真空度を形成する手段として、例えばターボ分子ポンプのような真空ポンプが用いられている。

この種のターボ分子ポンプの回転体は、通常アルミ合金で形成されているが、塩素や硫化フッ素系の腐食性ガスにさらされるような過酷な環境下で使用されるターボ分子ポンプの場合、アルミ合金で形成されている回転体の表面に、例えばニッケルリンメッキのような無電解メッキを施して腐食防止皮膜を形成している。

ところで、上記のようなターボ分子ポンプにおいては、ポンプ組立製造段階で、回転体の高速回転時のバランス取りを行なう必要がある。このようなバランス取りの手段としては、一般に、回転体の外周面や内周面をドリルやリュータにより一部削り取ることによって回転体の質量を変化させてバランスの微調整を行なう方法が知られている。

しかしながら、上記のような削り取りによるバランス取りの場合、ドリルやリュータによって回転体の表面に施された腐食防止皮膜を削り取ってしまうため、アルミ合金がむき出しとなった削り取り部分に腐食が発生し、回転体の高速回転により削り取り部分の応力腐食亀裂が進行し、最悪の場合、回転体破壊に繋がるという問題点を有していた。

また、上記のような削り取りによるバランス取りに代えて、腐食防止皮膜が形成された回転体の表面に錘等により質量を付加することによって、腐食を防止しつつ、回転体の質量を変化させてバランスの微調整を行なう方法も考えられるが、このような質量付加によるバランス取りの場合、回転体の高速回転による遠心力によって錘が剥がれ落ちてしまい、長期間バランス取りされた回転体を得ることができないという不具合があり、遠心力に耐え得る質量付加によるバランス取り方法はあまり採用されていないのが実情である。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、腐食による回転体破壊を防止でき、かつ、長期間に亘り回転体のバランス取りを行なうことができる真空ポンプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る真空ポンプは、上面にガス吸気口を開口したポンプケースと、上記ポンプケース内に回転可能に支持されたロータ軸と、上記ポンプケース内に収容され、上記ロータ軸に固定されたロータの外周面に一体加工された複数枚のロータ翼と、上記複数枚のロータ翼間に交互に位置決めされ、上記ポンプケース内に固定された複数枚のステータ翼と、上記ロータ軸を回転させるための駆動モータと、を具備し、上記ロータの内周面および外周面には無電解メッキによる腐食防止皮膜が形成され、かつ、上記ロータの内周面には加熱により硬化する耐熱性および耐腐食性の接着剤または塗料が塗布されてなり、パージガス雰囲気中に曝される質量付加手段を有することを特徴とするものである。

ここで、上記耐熱性および耐腐食性の接着剤として、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等から選ばれる合成樹脂接着剤を使用することができる。

また、上記耐熱性および耐腐食性の接着剤には、ＳＵＳ粉末、または酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）等の金属酸化物からなるセラミック繊維が含有されていてもよい。

また、上記耐熱性および耐腐食性塗料としては、アルキド樹脂を使用することができる。

以上、詳細に説明したように、本発明に係る真空ポンプによれば、回転体のバランス取りのための質量付加手段として、ロータの内周面に加熱により硬化する耐熱性および耐腐食性の接着剤または塗料を塗布する方法を採用することにより、腐食性ガスに起因する腐食によるロータ破壊を防止でき、かつ、長期間に亘り回転体のバランス取りを効率よく行なうことができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る真空ポンプの実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明に係る真空ポンプの一実施形態の構成を示す縦断面図である。

同図に示すように、本実施形態における真空ポンプＰは、円筒部１−１とその下端に取り付けられたベース１−２とからなるポンプケース１と、ポンプケース１内部に収容されたポンプ機構部とから大略構成されている。

ポンプケース１の上面は開口されていて、ガス吸気口２となっており、ガス吸気口２には図示しないプロセスチャンバ等の真空容器がボルトによりネジ止め固定され、ポンプケース１の下部一側面にはガス排気口３となる排気パイプが設けられている。

ポンプケース１の下部底面はエンドプレート１−３で蓋されており、エンドプレート１−３内中央部には、ポンプケース１内部に向かって立設するステータコラム４がボルトによりネジ止め固定されている。

ステータコラム４には、その端面間を貫通するロータ軸５が回転可能となるように、ステータコラム４内部に設けられたラジアル方向電磁石６−１，軸方向電磁石６−２により、ロータ軸５のラジアル方向および軸方向にそれぞれ軸受支持されている。なお、符号７はドライ潤滑剤が塗布されたボールベアリングであり、上記磁気軸受の電源異常時に、ロータ軸５と電磁石６−１，６−２とが接触するのを保護し、ロータ軸５を支持するためのものであり、通常運転時にはロータ軸５には接触していない。

ポンプケース１内部には、ロータ８がアルミ合金等により円筒型に形成され、かつ、アルミ合金の表面に、ニッケルリンメッキ等の無電解メッキによる腐食防止皮膜が２０μｍ程度の厚みでコーティングされており、このロータ８がステータコラム４を包囲するように配置され、ロータ８上端はガス吸気口２付近まで延長されており、ボルトによりロータ軸５にネジ止め固定されている。

ロータ軸５の軸方向略中央部には、ロータ軸５とステータコラム４との間に高周波モータ等からなる駆動モータ９が配設されており、ロータ軸５とロータ８とは駆動モータ９により高速回転するように構成されている。

本実施形態における真空ポンプＰのポンプ機構部は、ポンプケース１内部に収容され、ロータ８外周面とポンプケース１内周面との間における上方半分のターボ分子ポンプ機構部Ｐ_A と、下方半分のネジ溝ポンプ機構部Ｐ_B とから構成された複合型のポンプ機構を採用している。

ターボ分子ポンプ機構部Ｐ_A は、高速回転するロータ翼１０と、固定され、静止しているステータ翼１１とにより構成されている。

すなわち、ロータ８の上方半分の外周面には、ガス吸気口２側からロータ８の回転中心軸線Ｌ方向にかけて一体加工された複数枚のブレード状のロータ翼１０，１０，…が形成されており、ポンプケース１の上方半分の内周面には、複数枚のロータ翼１０，１０，…間に交互に配設された複数枚のステータ翼１１，１１，…が形成され、スペーサ１２，１２，…を介して固定されている。

一方、ネジ溝ポンプ機構部Ｐ_B は、高速回転するロータ８の円筒面８ａと、静止しているネジ溝１３とにより構成されている。

すなわち、ロータ８の下方半分の外周面は平坦な円筒面８ａとなっており、ポンプケース１の下方半分の内周面には、ロータ８外周の円筒面８ａと狭い間隔で対向する円筒形のネジステータ１４が配設され、ネジステータ１４にネジ溝１３が刻設されている。

なお、ロータ８の下方半分の外周面にネジ溝１３を刻設し、ポンプケース１の下方半分の内周に配設されたネジステータ１４のロータ８対向面を平坦な円筒面に形成することもできる。

ところで、本実施形態における真空ポンプＰは、アルミ合金等により形成され、アルミ合金の表面に腐食防止皮膜が形成されたロータ８の内周面８ｂに、耐熱性および耐腐食性の接着剤または塗料を塗布した質量付加手段１５を具備することを特徴とするものである。

すなわち、図２の拡大断面図に示すように、ロータ８の内周面８ｂに耐熱性および耐腐食性を有する接着剤として、例えば、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等の合成樹脂接着剤１５ａを２〜１０μｍ程度の厚みで塗布し、常温または加熱により合成樹脂接着剤１５ａを硬化させることにより、ロータ８の内周面８ｂに質量を付加することができ、ロータ軸５、ロータ８、ロータ翼１０からなる回転体のバランス取りの微調整を行なうことが可能となる。

また、上記耐熱性および耐腐食性の接着剤１５ａには、接着剤よりも密度が高い金属粉末として、例えば、ＳＵＳ粉末、または酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）等の金属酸化物からなるセラミック繊維が含有されていてもよい。

ただし、上記各金属粉末を接着剤１５ａに含有させる場合には、粉末粒子の粒径は１０μｍ以下に粉砕されていることが好ましい。これは、金属粉末粒子の粒径が１０μｍよりも大きいと、溶剤内で金属粉末が沈んでしまい、均一に混練することができないためであり、金属粉末の粒径が１０μｍ以下であれば溶剤に金属粉末が溶融し、接着剤として均一に混練することができるためである。

なお、上記合成樹脂接着剤１５ａに代えて、アルキド樹脂等の耐熱性および耐腐食性の塗料を塗布する構成とすることもできる。

このように、上記合成樹脂接着剤１５ａは、ロータ８の内周面８ｂに塗布されており、回転体の高速回転中にはロータ８の遠心力によりロータ翼１０側に押し付けられるため、強固な接着力を必要とせず、遠心力によって剥離されることもない。

また、上記合成樹脂接着剤１５ａが塗布されるロータ８の内周にはパージガス（不活性ガス）があり、排気するガスの影響が少ないため、合成樹脂接着剤１５ａが塩素、硫化フッ素等の腐食性ガスにより腐食することもない。

したがって、上記構成からなる真空ポンプＰは、腐食性ガスに起因する腐食によるロータ破壊を防止でき、かつ、長期間に亘り回転体のバランス取りを行なうことが可能となる。

次に、本発明に係る真空ポンプの第２の実施形態について、図３に基づき説明する。

本実施形態における真空ポンプの基本的な構成については、図１に示した真空ポンプと同様であるので、同一部材には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態における真空ポンプは、図３に示すように、回転体のバランス取りのための質量付加手段１５を設ける変形例として、ロータ８の内周面８ｂに溝を形成し、この溝に質量付加手段１５を具備することを特徴とするものである。

すなわち、ロータ８の内周面８ｂをドリルやリュータで削り取ることにより、同図に示すような蟻溝１５ｂを形成し、この蟻溝１５ｂに耐熱性および耐腐食性を有する接着剤１５ａを充填し、ロータ８の内周面８ｂを平坦な面としたものである。

なお、蟻溝１５ｂに充填する接着剤１５ａとしては、上記第１の実施形態において説明したエポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等の耐熱性および耐腐食性を有する合成樹脂接着剤や、アルキド樹脂等の耐熱性および耐腐食性の塗料を使用し、この合成樹脂接着剤には、ＳＵＳ粉末、または酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）等の金属酸化物からなるセラミック繊維が含有されていてもよい。

また、図示はしないが、上記のような蟻溝１５ｂに代えて、ロータ８の内周面８ｂの円周上に環状溝を形成し、この環状溝に上記接着剤を充填する構成としてもよい。

このように、本実施形態のようなバランス取り構造によれば、ロータ８の内周面８ｂには断面の凹凸がなく、また、バランス取りのための切り欠きもないため、ロータ８の高速回転による応力集中が生じず、ロータ８の最大応力が小さくなり、ロータ８が破壊しづらくなる。

次に、本発明に係る真空ポンプの第３の実施形態について、図４に基づき説明する。

本実施形態における真空ポンプの基本的な構成については、図１に示した真空ポンプと同様であるので、同一部材には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態における真空ポンプは、図４に示すように、回転体のバランス取りのための質量付加手段１５を設ける変形例として、ロータ軸５とロータ８とを固定するボルト１６の座金１６ａの内周面にネジ１５ｃからなる錘を取り付けたことを特徴とするものである。

すなわち、図５に示すように、ロータ軸５とロータ８とを固定するボルト１６の座金１６ａをアルミ合金よりも比重が重く、遠心力に対する耐強度性に優れたステンレスにより、ロータ軸５の外周にリング状に一体成形し、座金１６ａの内周面に放射状となるように３ｍｍ〜５ｍｍ程度のネジ穴１５ｄを複数個刻設し、このネジ穴１５ｄに比重の重い炭化タングステン等を含有するヘビーメタルから形成されるネジ１５ｃを取り付け、質量付加手段１５としたものである。

なお、質量付加手段１５としては、ネジ１５ｃに代えて、割ピンやブッシュ等からなる錘を採用することもできる。

また、図示しないが、上記錘の軸心に小径の孔を刻設し、ガス抜き穴とすることもできる。

このように、本実施形態における真空ポンプによれば、回転体のバランス取りのための質量付加手段として、ロータ軸の軸心から近い位置に比重の重いネジ、割ピン、ブッシュ等の錘を取り付けることが可能となるため、回転体のバランス取りを効率よく行なうことができる。

また、ロータ軸５とロータ８とを固定するボルト１６の座金１６ａはステンレス製であるため、塩素や硫化フッ素等の腐食性ガスに対する耐腐食性を有し、ネジ、割ピン、ブッシュ等の錘を取り付けるための取り付け穴を刻設しても、その取り付け穴から腐食が生じることもなく、腐食によるロータ破壊を防止でき、かつ、長期間に亘り回転体のバランス取りを行なうことが可能となる。

本発明に係る真空ポンプの一実施形態の構成を示す縦断面図である。 図１に示したロータ内周面の拡大断面図である。 図１に示したロータ内周面の拡大断面図であり、質量付加手段の変形例を示す図である。 図１に示したロータ内周面の拡大断面図であり、質量付加手段の別変形例を示す図である。 図４に示したロータ内周面のＡ方向矢視図である。

符号の説明

１ ポンプケース
１−１ 円筒部
１−２ ベース
２ ガス吸気口
３ ガス排気口
４ ステータコラム
５ ロータ軸
６−１ ラジアル方向電磁石（磁気軸受）
６−２ 軸方向電磁石（磁気軸受）
７ ボールベアリング（保護用軸受）
８ ロータ
８ａ ロータ外周面（円筒面）
８ｂ ロータ内周面
９ 駆動モータ
１０ ロータ翼
１１ ステータ翼
１２ スペーサ
１３ ネジ溝
１４ ネジステータ
１５ 質量付加手段
１５ａ 合成樹脂接着剤
１５ｂ 蟻溝
１５ｃ ネジ
１５ｄ ネジ穴
１６ ボルト
１６ａ 座金
Ｐ 真空ポンプ
Ｐ_A ターボ分子ポンプ機構部
Ｐ_B ネジ溝ポンプ機構部

Claims (4)

1. 上面にガス吸気口を開口したポンプケースと、
   上記ポンプケース内に回転可能に支持されたロータ軸と、
   上記ポンプケース内に収容され、上記ロータ軸に固定されたロータの外周面に一体加工された複数枚のロータ翼と、
   上記複数枚のロータ翼間に交互に位置決めされ、上記ポンプケース内に固定された複数枚のステータ翼と、
   上記ロータ軸を回転させるための駆動モータと、を具備し、
   上記ロータの内周面および外周面には無電解メッキによる腐食防止皮膜が形成され、かつ、上記ロータの内周面には加熱により硬化する耐熱性および耐腐食性の接着剤または塗料が塗布されてなり、パージガス雰囲気中に曝される質量付加手段を有する
   ことを特徴とする真空ポンプ。
2. 上記耐熱性および耐腐食性の接着剤は、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等から選ばれる合成樹脂接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 上記耐熱性および耐腐食性の接着剤は、ＳＵＳ粉末、または酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）等の金属酸化物からなるセラミック繊維が含有されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空ポンプ。
4. 上記耐熱性および耐腐食性の塗料は、アルキド樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。

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