JP2013100760A - 一体型ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】コントロールユニット内への塵等の侵入を防止しつつ、送風ファンによって電子部品を効果的に冷却することができる一体型ターボ分子ポンプの提供。
【解決手段】ポンプユニット２０はモータ６のモータステータが設けられたポンプベース４を有し、コントロールユニット３０は、モータステータが設けられたポンプベース４との間に隙間領域Ｓを形成するようにポンプベース４の底面に固定されたケース（ベース板３２およびケーシング３３）を有している。電子部品３０４が実装された基板３０１，３０２は、隙間領域Ｓに対面するケース壁部であるベース板３２の内周面に固定されている。そして、ファン３４により隙間領域Ｓに冷却風を送風することで、電子部品で発生した熱は隙間領域に面したベース板３２の部分から効果的にケース外に放熱される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプユニットにコントロールユニットが一体に固定されている一体型ターボ分子ポンプに関する。

半導体製造装置などに用いられる真空ポンプとしては、回転翼が形成されたロータをモータで回転駆動し、回転翼を固定翼に対して高速回転させることにより気体を排気するターボ分子ポンプが知られている。そのようなターボ分子ポンプにおいて、ポンプ本体と制御装置とを一体とし、冷却水によりポンプ本体と制御装置とを冷却するターボ分子ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献２に記載のターボ分子ポンプでは、一体化されたポンプ本体と制御装置とをファンにより冷却する構成が記載されている。

特開平１１−１７３２９３号公報 特開平１０−１３１８８７号公報

ところで、イオン注入装置のような高電圧を使用する半導体製造装置においては、水漏れ等のおそれがあり、安全性の面で特許文献１に記載のような冷却水を用いる真空ポンプは好ましくない。

一方、特許文献２に記載のターボ分子ポンプでは、ポンプ本体下部に電子制御ユニットが配置されるハウジングが固定され、ハウジングに取り付けられたファンにより電子制御ユニットおよびポンプ本体の下部を冷却する構成となっている。しかしながら、ポンプ周囲環境から空気を装置内に取り入れる構造であるため、周囲環境の塵等がハウジング内に入り込み易く、電子制御ユニットの故障を招くおそれがあった。

請求項１の発明は、回転翼が形成されたロータをモータにより回転して真空排気を行うポンプユニットと、ポンプユニットに固定されて該ポンプユニットを駆動制御するコントロールユニットと、を備えた電源一体型ターボ分子ポンプにおいて、ポンプユニットはモータステータが設けられたポンプベースを有し、コントロールユニットは、ポンプベースとの間に隙間領域を形成するように該ポンプベースの底面に固定されたケースと、ケースに収納されるとともに、隙間領域に対面するケース壁部の内周面に固定される電子部品と、を有し、隙間領域に冷却風を送風する送風ファンを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の一体型ターボ分子ポンプにおいて、隙間領域に対面するケース壁部の隙間領域側の面に、放熱器を設けたものである。
請求項３の発明は、請求項２に記載の一体型ターボ分子ポンプにおいて、放熱器は、ケース壁部の隙間領域側の面に形成された複数の放熱フィンを有するものである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の一体型ターボ分子ポンプにおいて、隙間領域に加えて、ポンプベースに向けて冷却風を送風するようにしたものである。

本発明によれば、コントロールユニット内への塵等の侵入を防止しつつ、送風ファンによって電子部品を効果的に冷却することができる。

本実施の形態の一体型ターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。 電子部品を樹脂３０５でモールドした場合のコントロールユニット３０を示す図である。 本実施の形態の変形例を示す図である。 凹状のベース部材３８を用いた場合のコントロールユニット３０を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は本実施の形態の一体型ターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。ターボ分子ポンプ１は磁気軸受式のターボ分子ポンプであり、図１に示すようにポンプユニット２０とコントロールユニット３０とがボルト固定されている。

先ず、ポンプユニット２０について説明する。ロータ２が取り付けられたシャフト３は、ポンプベース４に設けられた電磁石５１，５２によって非接触支持されている。シャフト３の浮上位置は、ポンプベース４に設けられたラジアル変位センサ７１およびアキシャル変位センサ７２によって検出される。ラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１と、アキシャル磁気軸受を構成する電磁石５２と、変位センサ７１，７２とで５軸制御型磁気軸受が構成される。なお、磁気軸受が作動していない状態では、シャフト３はメカニカルベアリング２７，２８によって支持される。

シャフト３の下端には円形のロータディスク４１が設けられており、このロータディスク４１を上下に挟むように電磁石５２が設けられている。そして、電磁石５２によりロータディスク４１を吸引することによりシャフト３がアキシャル方向に浮上する。ロータディスク４１はナット部材４２によりシャフト３の下端部に固定されている。ポンプベース４の底面には裏蓋４３がボルト固定されている。裏蓋４３とポンプベース４との隙間はＯリングにより密封されている。裏蓋４３にはコントロールユニット３０のコネクタ３７ｂと接続されるコネクタ３７ａが設けられている。

ロータ２には、回転軸方向に複数段の回転翼８が形成されている。上下に並んだ回転翼８の間には固定翼９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼８と固定翼９とにより、ポンプユニット２０のタービン翼段が構成される。各固定翼９は、スペーサ１０によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１０は、固定翼９を保持する機能とともに、固定翼９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。

さらに、固定翼９の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１１が設けられており、ネジステータ１１の内周面とロータ２の円筒部１２との間にはギャップが形成されている。ロータ２と、スペーサ１０によって保持された固定翼９とは、吸気口１３ａが形成されたポンプケーシング１３内に納められている。ロータ２が取り付けられたシャフト３を電磁石５１，５２により非接触支持しつつモータ６により回転駆動すると、吸気口１３ａ側のガスは背圧側に排気され、背圧側に排気されたガスは排気口２６に接続された補助ポンプにより排出される。

ポンプユニット２０を構成するポンプベース４の下部には、コントロールユニット３０が複数のボルト４０により固定されている。ポンプユニット２０を駆動制御するコントロールユニット３０には、主制御部、磁気軸受駆動制御部、モータ駆動制御部等を構成する電子部品が設けられており、それらの電子部品は筐体内に収納されている。コントロールユニット３０の筐体は、モータ６のステータが設けられているポンプベース４の底面に固定されるベース板３２と、そのベース板３２の下側の面に取り付けられたケーシング３３とで構成されている。図１に示す例では、筐体は、塵等が外部から入り込めない程度の密閉構造となっている。ベース板３２およびケーシング３３には、アルミ材等の熱伝導性に優れた材料を用いるのが好ましい。

ポンプユニット２０とコントロールユニット３０との電気的な接続は、ポンプユニット側のコネクタ３７ａとコントロールユニット側のコネクタ３７ｂとを接続することによって行われる。コネクタ３７ａ，３７ｂの周囲は、円筒状のカバー３５によって囲まれている。ベース板３２はヒートシンクとしても機能するものであり、ベース板３２の内周面（図示下面）には比較的に発熱量の大きな電子部品（例えば、パワーMOSFET等）３０４が実装された基板３０１が固定されている。また、別の基板３０３は支柱３０２によりベース板３２に固定されている。この基板３０３にも電子部品が実装されている。基板３０３の電子部品から発生した熱は、支柱３０２を介してベース板３２に伝達される。ここでは、回路基板を２層構造としたが３層以上としても良く、発熱量の大きい電子部品ほどベース板３２に近い位置に実装するのが好ましい。

ベース板３２は、スペーサ３１を介してポンプベース４に固定されている。その結果、ベース板３２とポンプベース４の底面との間には、冷却風の流通路として機能する隙間領域Ｓが形成されている。ポンプユニット２０の側方であって、隙間領域Ｓの側方には、ファン３４が設けられている。図１に示す例では、ファン３４はベース板３２の側面に固定されている。破線で示すように、ファン３４によって形成された図示左方向の冷却風は、ポンプベース４に吹き付けられるとともに、隙間領域Ｓを反対側へと通り抜ける。その結果、ポンプベース４が冷却されるとともに、隙間領域Ｓを通り抜ける冷却風によってベース板３２が冷却される。

図１に示す構成では、ファン３４の冷却風は主にポンプベース４および隙間領域Ｓに吹き付けられるが、ファン３４の取り付け位置を下方にずらすことで、ポンプベース４、隙間領域Ｓおよびケーシング３３に冷却風が吹き付けられるようにしても良い。

上述のように、本実施の形態では、ポンプユニット２０にコントロールユニット３０が一体に固定された電源一体型のターボ分子ポンプ１であって、ポンプユニット２０はモータ６のモータステータが設けられたポンプベース４を有し、コントロールユニット３０は、モータステータが設けられたポンプベース４との間に隙間領域Ｓを形成するようにポンプベース４の底面に固定されたケース（ベース板３２およびケーシング３３）を有している。電子部品３０４が実装された基板３０１，３０２は、隙間領域Ｓに対面するケース壁部であるベース板３２の内周面に固定されている。そして、ファン３４により隙間領域Ｓに冷却風を送風することで、電子部品で発生した熱は隙間領域Ｓに面したベース板３２の部分から効果的にケース外に放熱される。

このように、冷却風がベース板３２とポンプベース４との間の隙間領域Ｓに送風される構造であって、冷却風を電子部品が収納されたケース内に取り込む構造でないため、冷却風によって塵等がケース内に入り込むのを防止することができる。なお、図１に示したコネクタ３７ａ，３７ｂの部分はカバー３５によって囲まれており、この部分からケース内に冷却風が入り込むことはない。

なお、上述した例では、ケース（ベース板３２，ケーシング３３）を密閉構造としたが、冷却風が侵入しにくい構造であれば必ずしも完全な密閉構造である必要はない。例えば、ケーシング３３の底面に貫通穴が形成されていても良い。ファン３４は隙間方向に送風するように取り付けられているため、冷却風が底面まで回り込むことはほとんど無く、冷却風による塵等の侵入を避けることができる。

また、隙間領域Ｓに冷却風を送風するファン３４はコントロールユニット３０の外部に配置されるため、コントロールユニット内にファンを配置する従来の構成と比べて、寿命部品であるファン３４の交換が容易となる。

図１に示す例では、ファン３４はポンプベース４の冷却も兼ねているので、コストアップを抑制することができる。

なお、電子部品からベース板３２への放熱性能を向上させるために、図２に示すように電子部品を高熱伝導性で電気絶縁性の樹脂３０５でモールドするようにしても良い。樹脂３０５によるモールドについては、ケーシング内のすべての電子部品が樹脂３０５でモールドされるようにしても良いし、一部の電子部品（例えば、基板３０１に搭載されている電子部品）が樹脂３０５でモールドされるようにしても良い。

（変形例）
図３は本実施の形態の変形例を示す図である。図３（ａ）はコントロールユニット３０をポンプベース４の底面側から見た平面図であり、図３（ｂ）はコントロールユニット３０の側面図である。変形例では、ベース板３２の上面（隙間領域側の面）に複数の放熱フィン３２１が形成されている。隙間領域Ｓに入り込んだ冷却風は、隣接する放熱フィン３２１の間の隙間３２２を通過して図示左側に通り抜ける。

このように、変形例においては、ベース板３２の隙間領域側の面に放熱フィン３２１を形成したことにより、冷却風が通り抜ける放熱面の面積が大幅に増大する。その結果、ヒートシンクとしてのベース板３２から冷却風への放熱効率が向上し、コントロールユニット３０の冷却性能向上を図ることができる。

なお、図３に示した例では、ベース板３２に放熱フィン３２１を直接形成したが、放熱フィンが形成されたヒートシンクを放熱器としてベース板３２の隙間領域側の面に取り付けるようにしても良い。この場合、ベース板３２はヒートシンクとしての機能を必ずしも必要としないので、ケーシング３３と同様の厚さとしても良い。もちろん、図１に示す例のように放熱フィンを形成しない場合であっても、ベース板３２の厚さをケーシング３３と同程度としても、放熱効果の向上を図ることはできる。放熱器としては、ヒートパイプ等を使用することもできる。

以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。例えば、上述した実施の形態では、プレート状のベース板３２をポンプベース４に固定し、そのベース板３２にケーシング３３を取り付けて筐体としたが、図４に示すような構造であっても良い。図４に示す例では、ポンプベース４０に固定されるベース部材３８は、プレート状ではなく、下側に開口を有する凹状のケースである。そして、ベース部材３８に電子部品を収納するように固定し、図示下側の開口にプレート３９を取り付けることにより密閉状のケースとしている。

また、上述した実施の形態では、磁気軸受式の一体型ターボ分子ポンプを例に説明したが、磁気軸受式でない一体型ターボ分子ポンプにも適用することができる。

１：ターボ分子ポンプ、２：ロータ、４：ポンプベース、６：モータ、８：回転翼、９：固定翼、２０：ポンプユニット、３０：コントロールユニット、３２：ベース板、３３：ケーシング、３４：ファン、３８：ベース部材、３０４：電子部品、３２１：放熱フィン、Ｓ：隙間領域

Claims (4)

1. 回転翼が形成されたロータをモータにより回転して真空排気を行うポンプユニットと、
   前記ポンプユニットに固定されて該ポンプユニットを駆動制御するコントロールユニットと、を備えた電源一体型ターボ分子ポンプにおいて、
   前記ポンプユニットはモータステータが設けられたポンプベースを有し、
   前記コントロールユニットは、
   前記ポンプベースとの間に隙間領域を形成するように該ポンプベースの底面に固定されたケースと、
   前記ケースに収納されるとともに、前記隙間領域に対面するケース壁部の内周面に固定される電子部品と、を有し、
   前記隙間領域に冷却風を送風する送風ファンを備えたことを特徴とする一体型ターボ分子ポンプ。
2. 請求項１に記載の一体型ターボ分子ポンプにおいて、
   前記隙間領域に対面するケース壁部の隙間領域側の面に、放熱器を設けたことを特徴とする一体型ターボ分子ポンプ。
3. 請求項２に記載の一体型ターボ分子ポンプにおいて、
   前記放熱器は、前記ケース壁部の隙間領域側の面に形成された複数の放熱フィンを有することを特徴とする一体型ターボ分子ポンプ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の一体型ターボ分子ポンプにおいて、
   前記送風ファンは、前記隙間領域に加えて、前記ポンプベースに向けて冷却風を送風することを特徴とする一体型ターボ分子ポンプ。

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