JP2014062480A - 真空ポンプおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気ガスに含まれる反応生成物が磁気軸受に触れ難くする真空ポンプを提供する。
【解決手段】ねじ溝排気部3を構成するねじ溝ステータ8とロータ円筒部9の下端部に排気ガス室24を形成する。ロータ円筒部9の内面側に、シールリング51を設ける。ロータ円筒部9は、シールリング51の材料よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成されている。ロータ部材5を回転駆動することにより、シールリング51におけるロータ円筒部9に接触する領域が削られる。このような方法により、シールリング51とロータ円筒9の内面とのクリアランスBを、ラジアル磁気軸受31とロータ軸4aとのクリアランスAより小さくする。
【選択図】図2
【解決手段】ねじ溝排気部3を構成するねじ溝ステータ8とロータ円筒部9の下端部に排気ガス室24を形成する。ロータ円筒部9の内面側に、シールリング51を設ける。ロータ円筒部9は、シールリング51の材料よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成されている。ロータ部材5を回転駆動することにより、シールリング51におけるロータ円筒部9に接触する領域が削られる。このような方法により、シールリング51とロータ円筒9の内面とのクリアランスBを、ラジアル磁気軸受31とロータ軸4aとのクリアランスAより小さくする。
【選択図】図2
Description
この発明は、真空ポンプおよびその製造方法に関する。
半導体装置や液晶表示パネルの製造工程では、CVD装置などのプロセスチャンバ内において、絶縁膜、金属膜、半導体膜等を成膜したり、エッチングしたりする処理を行う。プロセスチャンバ内に導入されたガスを排気して、プロセスチャンバ内を所定の高真空度にする際に、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプが用いられる。
真空ポンプでは、ロータ部材の回転軸を磁気軸受により浮上して、ロータ部材を回転駆動し、ロータ部材とステータにより構成されるタービン排気部やねじ溝排気部により、プロセスチャンバ内の反応生成物を吸気口から吸入して排気口に排気する。
真空ポンプで排気する際、プロセスチャンバ内に発生した反応生成物が、タービン排気部やねじ溝排気部に連通するガス排気室やガス排気室に連通する磁気軸受に付着する。
真空ポンプでは、ロータ部材の回転軸を磁気軸受により浮上して、ロータ部材を回転駆動し、ロータ部材とステータにより構成されるタービン排気部やねじ溝排気部により、プロセスチャンバ内の反応生成物を吸気口から吸入して排気口に排気する。
真空ポンプで排気する際、プロセスチャンバ内に発生した反応生成物が、タービン排気部やねじ溝排気部に連通するガス排気室やガス排気室に連通する磁気軸受に付着する。
反応生成物が磁気軸受に付着し、堆積すると、ロータ部材の回転に異常が発生するので、これを防ぐための手段が講じられる。
一例として、ねじ溝排気部を構成するねじ溝ロータの内側に、該ねじ溝ロータの内面に対して微小なクリアランスが形成されるようにガスシール部を設け、このガスシール部にパージガスを供給する構造が知られている。パージガスをクリアランスから吹き出すことにより、排気ガスの侵入を防ぐことが可能であることが記載されている(例えば、特許文献1参照)。
一例として、ねじ溝排気部を構成するねじ溝ロータの内側に、該ねじ溝ロータの内面に対して微小なクリアランスが形成されるようにガスシール部を設け、このガスシール部にパージガスを供給する構造が知られている。パージガスをクリアランスから吹き出すことにより、排気ガスの侵入を防ぐことが可能であることが記載されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の如く、ねじ溝ロータの内面とガスシール部とを微小なクリアランスに設定する構造の場合、クリアランスが少しでも大きい場合には、排気ガスのシール機能が脆弱となる。特に、反応生成物に、例えば、塩素等の腐食性ガスが含まれている場合には、磁気軸受が腐食されることにより、高速で回転するロータ部材に応力腐食割れが発生する。このため、磁気軸受に対する排気ガスのシール機能に対して、より信頼性のある真空ポンプが必要とされている。
この発明の真空ポンプは、吸気口および排気口を有するケーシング部材と、ケーシング部材内に収容され、回転軸を有し、回転軸の外周に、ほぼ円筒形の筒状部を有するロータ部材と、筒状部の少なくとも外面側に配置され、ロータ部材と共に吸気口から吸入した気体分子を排気口に向けて排気するステータにより構成される排気部と、回転軸の周囲に配置され、ロータ部材の回転時にロータ部材を半径方向に浮上するためのラジアル磁気軸受と、ロータ部材の筒状部の内面側に設けられたシールリングと、を備え、筒状部の内面とシールリングの外面とのクリアランスが、回転軸とラジアル磁気軸受とのクリアランスよりも小さいことを特徴とする。
また、本発明の真空ポンプの製造方法は、吸気口および排気口を有するケーシング部材と、ケーシング部材内に収容され、回転軸を有し、回転軸の外周に、ほぼ円筒形の筒状部を有するロータ部材と、筒状部の少なくとも外面側に配置され、ロータ部材と共に吸気口から吸入した気体分子を排気口に向けて排気するステータにより構成される排気部と、回転軸の周囲に配置され、ロータ部材の回転時にロータ部材を半径方向に浮上するためのラジアル磁気軸受と、ロータ部材の筒状部の内面側に設けられたシールリングと、を備え、少なくともシールリングの外周側面における筒状部の内面に対面する領域の表面層、または少なくとも筒状部の内面におけるシールリングに対面する領域の表面層の一方が、他方の部材の表面層の材料よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成され、筒状部の内面とシールリングの外面とのクリアランスが、回転軸とラジアル磁気軸受とのクリアランスよりも小さく設定された真空ポンプを形成する工程と、真空ポンプのロータ部材を回転し、引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成された一方の表面層を、他方の部材により削り取る工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明の真空ポンプの製造方法は、吸気口および排気口を有するケーシング部材と、ケーシング部材内に収容され、回転軸を有し、回転軸の外周に、ほぼ円筒形の筒状部を有するロータ部材と、筒状部の少なくとも外面側に配置され、ロータ部材と共に吸気口から吸入した気体分子を排気口に向けて排気するステータにより構成される排気部と、回転軸の周囲に配置され、ロータ部材の回転時にロータ部材を半径方向に浮上するためのラジアル磁気軸受と、ロータ部材の筒状部の内面側に設けられたシールリングと、を備え、少なくともシールリングの外周側面における筒状部の内面に対面する領域の表面層、または少なくとも筒状部の内面におけるシールリングに対面する領域の表面層の一方が、他方の部材の表面層の材料よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成され、筒状部の内面とシールリングの外面とのクリアランスが、回転軸とラジアル磁気軸受とのクリアランスよりも小さく設定された真空ポンプを形成する工程と、真空ポンプのロータ部材を回転し、引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成された一方の表面層を、他方の部材により削り取る工程と、を有することを特徴とする。
この発明によれば、筒状部の内面とシールリングの外面とのクリアランスが、回転軸とラジアル軸受とのクリアランスよりも小さい。このため、筒状部の内面とシールリングの外面とのクリアランスからの気体分子の侵入に対して、高いシール機能を備えている。
-実施形態1-
(真空ポンプの全体構造)
以下、図を参照して本発明に係る真空ポンプの一実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る真空ポンプの一実施の形態としての、磁気軸受式のターボ分子ポンプの断面図である。
ターボ分子ポンプ1は、上ケース12とベース13とからなるケーシング部材11を備えている。上ケース12の下端に設けられたフランジ18とベース13の上端に設けられたフランジ19とは、シール部材42を介装してボルトなどの締結部材(図示せず)により締結されている。これにより、上ケース12とベース13とは、外部に対して密封された構造とされている。
(真空ポンプの全体構造)
以下、図を参照して本発明に係る真空ポンプの一実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る真空ポンプの一実施の形態としての、磁気軸受式のターボ分子ポンプの断面図である。
ターボ分子ポンプ1は、上ケース12とベース13とからなるケーシング部材11を備えている。上ケース12の下端に設けられたフランジ18とベース13の上端に設けられたフランジ19とは、シール部材42を介装してボルトなどの締結部材(図示せず)により締結されている。これにより、上ケース12とベース13とは、外部に対して密封された構造とされている。
ケーシング部材11の中心軸上には、ロータ軸(回転軸)4aが配置されている。ロータ軸4aには、例えば、アルミニウム合金により形成されたロータ本体(筒状部)4が同軸に取り付けられている。ロータ軸4aとロータ本体4とは、ボルト等の締結部材48により固定されて一体化されており、ロータ部材5を構成している。
ロータ軸4aは、回転駆動される際には、ラジアル磁気軸受31(2箇所)およびスラスト磁気軸受32(上下一対)によって非接触で支持される。ロータ軸4aの浮上位置は、ラジアル変位センサ33a、33bおよびアキシャル変位センサ33cによって検出される。ラジアル・スラスト磁気軸受31、32によって回転自在に磁気浮上されたロータ軸4aは、電動モータ35により高速回転駆動される。
ロータ軸4aは、回転駆動される際には、ラジアル磁気軸受31(2箇所)およびスラスト磁気軸受32(上下一対)によって非接触で支持される。ロータ軸4aの浮上位置は、ラジアル変位センサ33a、33bおよびアキシャル変位センサ33cによって検出される。ラジアル・スラスト磁気軸受31、32によって回転自在に磁気浮上されたロータ軸4aは、電動モータ35により高速回転駆動される。
ロータ軸4aの下部側にはロータディスク38が取り付けられており、ロータディスク38の上部側にはメカニカルベアリング34が設けられている。また、ロータ軸4aの上部側にはメカニカルベアリング36が設けられている。メカニカルベアリング34、36は非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはメカニカルベアリング34、36によりロータ軸4aが支持される。
ロータ本体4は、全体としてほぼ円筒形状を有し、上部側と下部側の二段構造を有している。上部側にはロータ翼6が複数段に設けられている。最下段のロータ翼6から下方は、ロータ円筒部(円筒体)9とされている。
ロータ本体4の上部側には、上下一対のロータ翼6の間にステータ翼7がリング状のスペーサ21を間に挟んでポンプの軸方向に交互に積層されている。ベース13の上面上にスペーサ21とステータ翼7を交互に積層し、上ケース12によりスペーサ21とステータ翼7を収容するように被せて上ケース12をベース13に固定する。このようにすることにより、積層されたスペーサ21とステータ翼7とがベース13の上面と上ケース12の内壁に設けられた段部との間に挟持される。
ロータ本体4の上部側には、上下一対のロータ翼6の間にステータ翼7がリング状のスペーサ21を間に挟んでポンプの軸方向に交互に積層されている。ベース13の上面上にスペーサ21とステータ翼7を交互に積層し、上ケース12によりスペーサ21とステータ翼7を収容するように被せて上ケース12をベース13に固定する。このようにすることにより、積層されたスペーサ21とステータ翼7とがベース13の上面と上ケース12の内壁に設けられた段部との間に挟持される。
ロータ円筒部9の外周側には、リング状のねじ溝ステータ8が配置されている。ねじ溝ステータ8は、ほぼ円筒形状に形成されており、ボルト41によりベース13に固定されている。ロータ円筒部9の外周面またはねじ溝ステータ8の内周面の一方には螺旋状突部が形成され、他方には螺旋状突部が嵌合される螺旋状凹部が形成されている。螺旋状突部と螺旋状凹部とは、ロータ本体4が高速に回転したときに、気体分子を上方から下方に移送するように形成されている。
ベース13には排気ポート45が設けられ、この排気ポート45にバックポンプが接続される。ラジアル・スラスト磁気軸受31、32によりロータ部材5を磁気浮上させ、この状態で電動モータ35によりロータ部材5を高速回転駆動することにより、吸気口15側の気体分子が排気ポート45側へと排気される。
このターボ分子ポンプ1は、上ケース12の内部空間にタービン排気部2を有し、ベース13の内部空間にねじ溝排気部3を有している。タービン排気部2は複数段のロータ翼6と複数段のステータ翼7とで構成され、ねじ溝排気部3はロータ円筒部9とねじ溝ステータ8とで構成されている。
上ケース12は、円筒状部と、円筒状部の上下端面に設けられた上・下のフランジ17、18を備えている。ベース13には、ロータ軸4aが挿入される開口部を有するコラムステータ13aが一体に形成されている。ベース13は、コラムステータ13aと、コラムステータ13aに垂直な円盤状の底部を有する円筒部と、円筒部の上端面に形成されたフランジ19とを備えている。
上ケース12は、円筒状部と、円筒状部の上下端面に設けられた上・下のフランジ17、18を備えている。ベース13には、ロータ軸4aが挿入される開口部を有するコラムステータ13aが一体に形成されている。ベース13は、コラムステータ13aと、コラムステータ13aに垂直な円盤状の底部を有する円筒部と、円筒部の上端面に形成されたフランジ19とを備えている。
上ケース12の上端に形成されたフランジ17は、締結部材(図示せず)により、図示しない半導体装置製造装置などの真空チャンバの排気系の取付部に締結される。電動モータ35によりロータ本体4を回転駆動すると真空チャンバ内の気体分子が、上ケース12の上部に設けられた吸気口15からターボ分子ポンプ1内部に流入する。吸気口15から流入した気体分子はタービン排気部2において、叩き飛ばされるようにして下流側に移送される。ロータ翼6とステータ翼7とは翼の傾斜の向きが逆であり、且つ、傾斜角度は、高真空側である前段側から下流側である後段側に向けて、気体分子が逆行しにくい角度に変化して形成されている。気体分子は、タービン排気部2において圧縮されて図示下方のねじ溝排気部3へ移送される。
ねじ溝排気部3においては、ねじ溝ステータ8に対してロータ円筒部9が高速回転すると粘性流による排気機能が発生し、タービン排気部2からねじ溝排気部3へと移送された気体は圧縮されながら、排気ガス室24を経由して排気ポート45へ移送され排気される。
(気体分子のシール構造)
図2は、本発明のターボ分子ポンプ1の要部の拡大図である。
ねじ溝ステータ8の下端面とロータ円筒部9の下端面とは、ほぼ同一面に位置しており、この両部材の下部に排気ガス室24が形成されている。つまり、ねじ溝ステータ8とロータ円筒部9とにより構成されるねじ溝排気部3の下方に、ねじ溝排気部3に連通する排気ガス室24が形成されている。
図2は、本発明のターボ分子ポンプ1の要部の拡大図である。
ねじ溝ステータ8の下端面とロータ円筒部9の下端面とは、ほぼ同一面に位置しており、この両部材の下部に排気ガス室24が形成されている。つまり、ねじ溝ステータ8とロータ円筒部9とにより構成されるねじ溝排気部3の下方に、ねじ溝排気部3に連通する排気ガス室24が形成されている。
ベース13の円盤状の底部には、ラジアル・スラスト磁気軸受31、32にパージガスを供給するためのパージガス供給路25が設けられている。パージガス供給路25は、ベース13の外周面においてポート26に挿通されており、ラジアル・スラスト磁気軸受31、32に吹出口を有している。外部より窒素等のガスをパージガス供給路25に供給し、ラジアル・スラスト磁気軸受31、32の吹出口から吹き出すことにより、ラジアル・スラスト磁気軸受31、32に気体分子が付着するのを防止する。
図1に図示された構造では、クリアランスAとクリアランスBとは連通している。従って、ラジアル・スラスト磁気軸受31、32からパージガスをクリアランスBから吹き出すことにより、ねじ溝排気部3から排気ガス室24に排出された気体分子がクリアランスBから侵入するのを防止する、つまり、気体分子のシール機能を備えている。
コラムステータ13aとロータ円筒部9の下端部との間には、コラムステータ13aを挿通する中空部を有するシールリング51が配置されている。シールリング51は、外径の大きい鍔部51aと、外径の小さい筒部51bとを有する鍔付き円筒形状に形成されている。筒部51bの外形は、ロータ円筒部9の内径よりも小さい。すなわち、筒部51bの外周面はロータ円筒部9の内周面よりも内側、換言すれば、ロータ軸4a側寄りに位置しており、排気ガス室24の内周面を形成している。排気ガス室24の外周面および下面はベース13により、また、排気ガス室24の上面は、ロータ円筒部9およびねじ溝ステータ8の下端面により形成されている。
排気ガス室24は、排気ポート45に連通しており、ねじ溝排気部3から排出された気体分子は排気ガス室24を介して排気ポート45に排出される。
シールリング51の鍔部51aの外周側面と、ロータ円筒部9の内周面とはクリアランスBを有している。ラジアル磁気軸受31とロータ軸4aの外周面とはクリアランスAを有している。シールリング51の鍔部51aの外周側面とロータ円筒部9の内周面とのクリアランスBは、ラジアル磁気軸受31とロータ軸4aの外周面とのクリアランスAよりも小さく設定されている。
ラジアル磁気軸受31とロータ軸4aの外周面とは、ロータ部材5の振れ回りを考慮して、そのクリアランスAが設定されている。振れ回りとは、電動モータ35により高速に回転駆動されるロータ部材5のアンバランス量に起因して発生する振動である。この振れ回り量は、ABS(オートバランシングシステム)等により、ある程度、低減することは可能であるが、皆無とすることはできない。振れ回りがあると、ロータ軸4aが磁気軸受31に接触してしまうので、ラジアル磁気軸受31とロータ軸4aの外周面とはクリアランスAを設けている。
従って、このクリアランスAよりも小さいクリアランスBに設定されているシールリング51の鍔部51aの外周側面とロータ円筒部9の内周面とは、接触することがある。シールリング51とロータ円筒部9との接触による摩擦力が大きいと、ロータ部材5の回転に異常が発生する可能性がある。
そこで、本発明の一実施の形態では、ロータ本体4を、シールリング51の材料よりも引張り強さまたは硬度が低い材料により形成している。
一例を挙げると、ロータ本体4を、引張り強さ600N/cm2以上、ブリネル硬さ100HB以上であるアルミニウム合金A2618により形成し、シールリング51を、快削鋼、または黄銅・銅等の銅系金属等、あるいはFRP(繊維強化プラスチック)により形成する。このようにしておくと、シールリング51の鍔部51aの外周側面におけるロータ円筒部9の内周面に接触した領域が削られ、所定量削られた後は、ロータ円筒部9の内周面とシールリング51の外周側面とがほとんど接触しない状態となる。
ロータ本体4を、FRP(繊維強化プラスチック)等の合成樹脂により形成し、シールリング51を、鉛系金属または亜鉛系金属により形成することもできる。
一例を挙げると、ロータ本体4を、引張り強さ600N/cm2以上、ブリネル硬さ100HB以上であるアルミニウム合金A2618により形成し、シールリング51を、快削鋼、または黄銅・銅等の銅系金属等、あるいはFRP(繊維強化プラスチック)により形成する。このようにしておくと、シールリング51の鍔部51aの外周側面におけるロータ円筒部9の内周面に接触した領域が削られ、所定量削られた後は、ロータ円筒部9の内周面とシールリング51の外周側面とがほとんど接触しない状態となる。
ロータ本体4を、FRP(繊維強化プラスチック)等の合成樹脂により形成し、シールリング51を、鉛系金属または亜鉛系金属により形成することもできる。
(真空ポンプの製造方法)
このようなターボ分子ポンプ1を達成するための製造方法の一実施の形態を示す。
先ず、シールリング51の鍔部51aの外周側面とロータ円筒部9の内周面とのクリアランスBが、ラジアル磁気軸受31とロータ軸4aの外周面とのクリアランスAよりも小さく設定された、図1に図示されるターボ分子ポンプ1を作製する。シールリング51は、引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が、ロータ部材5よりも小さい材料により形成する。シールリング51の鍔部51aの外周側面とロータ円筒部9の内周面とのクリアランスBは、実質的に0としてもよい。
このようなターボ分子ポンプ1を達成するための製造方法の一実施の形態を示す。
先ず、シールリング51の鍔部51aの外周側面とロータ円筒部9の内周面とのクリアランスBが、ラジアル磁気軸受31とロータ軸4aの外周面とのクリアランスAよりも小さく設定された、図1に図示されるターボ分子ポンプ1を作製する。シールリング51は、引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が、ロータ部材5よりも小さい材料により形成する。シールリング51の鍔部51aの外周側面とロータ円筒部9の内周面とのクリアランスBは、実質的に0としてもよい。
次に、ラジアル・スラスト磁気軸受31、32を駆動してロータ部材5を磁気浮上し、電動モータ35によりロータ軸4aを回転する。これにより、ロータ部材5が回転し、ロータ円筒部9の内周面がシールリング51の鍔部51aの外周側面に接触する。シールリング51は、ロータ円筒部9よりも引張り強さまたは硬度が小さい材料により形成されているので、シールリング51の鍔部51aにおけるロータ円筒部9の内周面に接触した領域がロータ円筒部9により削られる。
シールリング51の鍔部51aの外周側面におけるロータ円筒部9の内面と接触する領域の削り取りが終了した時点で、ロータ部材5の回転を停止し、完成品とする。
シールリング51の鍔部51aの外周側面におけるロータ円筒部9の内面と接触する領域の削り取りが終了した時点で、ロータ部材5の回転を停止し、完成品とする。
このようにすることにより、シールリング51の鍔部51aの外周側面とロータ円筒部9の内周面とのクリアランスBを適度に小さくすることができ、設計上の公差などの理由でクリアランスBを大きく設定しすぎる虞がない。このため、クリアランスBからクリアランスAに逆流する気体の量を低減することができる。その結果、ラジアル・スラスト磁気軸受31、32に接触したり、付着したりする気体分子の量を、従来よりも大幅に低減することができる。その結果、ロータ軸4aの腐食防止機能が大幅に向上し、信頼性を向上することができる。
シールリング51におけるロータ円筒部9に接触する領域の削り取り作業の効率を向上するために、シールリング51の鍔部51aの外周側面またはロータ円筒部9の内周面のいずれか一方または両方に、ブラスト処理またはエッチング等により微細な凹凸を設けるようにしてもよい。
(変形例)
上記においては、シールリング51を、ロータ本体4よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成する構造として例示した。これとは逆に、ロータ本体4をシールリング51よりも引張強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成するようにしてもよい。要するに、ロータ本体4とシールリング51とを、一方の部材により他方の部材が削り取られるような異種金属を選択して形成すればよい。例えば、ロータ本体4をFRPにより形成し、シールリング51を快削鋼または銅系金属等により形成する。このような構造においても、ロータ円筒部9を回転駆動することにより、ロータ円筒部9の内周面におけるシールリング51の鍔部51aに接触する領域を削り取ることができる。
上記においては、シールリング51を、ロータ本体4よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成する構造として例示した。これとは逆に、ロータ本体4をシールリング51よりも引張強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成するようにしてもよい。要するに、ロータ本体4とシールリング51とを、一方の部材により他方の部材が削り取られるような異種金属を選択して形成すればよい。例えば、ロータ本体4をFRPにより形成し、シールリング51を快削鋼または銅系金属等により形成する。このような構造においても、ロータ円筒部9を回転駆動することにより、ロータ円筒部9の内周面におけるシールリング51の鍔部51aに接触する領域を削り取ることができる。
但し、ロータ円筒部9の内周面を削り取ることにより、ロータ部材5の回転バランスが崩れる。このため、ロータ部材5を回転駆動し、ロータ円筒部9の内周面におけるシールリング51の鍔部51aに接触する領域を削り取り、シールリング51とのクリアランスBを確定した後、ロータ部材5の回転バランスの調整を行うようにするとよい。
また、シールリング51の鍔部51aの外周側面に、ロータ本体4よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料をめっき等により形成するようにしてもよい。ロータ本体4をアルミニウム合金A2618により形成した場合、シールリング51の鍔部51aの外周側面に、例えば、黄銅、銅等の銅系金属のめっき層を形成する。ロータ本体4をFRP等の合成樹脂により形成した場合には、シールリング51の鍔部51aの外周側面に、例えば、鉛系金属または亜鉛系金属等のめっき層を形成してもよい。
これとは逆に、ロータ円筒部9の内周面における少なくともシールリング51の鍔部51aの外周側面に対面する領域に、シールリング51の表面層よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料をめっき等により形成するようにしてもよい。
シールリング51の鍔部51aの外周側面またはロータ円筒部9の内周面に形成するめっき層の厚さは、0.2mm程度以上とすればよい。
シールリング51の鍔部51aの外周側面またはロータ円筒部9の内周面に形成するめっき層の厚さは、0.2mm程度以上とすればよい。
シールリング51の鍔部51aの外周側面に、ロータ本体4よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料を、焼き嵌め、接着等により固着するようにしてもよい。ロータ本体4をアルミニウム合金A2618により形成した場合、例えば、シールリング51の鍔部51aの外周側面に、快削鋼または銅系金属により形成された板状部材を、焼き嵌めにより固定する。ロータ本体4をFRP等の合成樹脂により形成し、シールリング51の鍔部51aの外周側面に、鉛系金属または亜鉛径金属等により形成された板状部材を、焼き嵌めにより固定するようにしてもよい。
これとは逆に、ロータ本体4の内周面におけるシールリング51の鍔部51aに対面する領域に、シールリング51よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料を、冷し嵌め、接着等により固着するようにしてもよい。
これとは逆に、ロータ本体4の内周面におけるシールリング51の鍔部51aに対面する領域に、シールリング51よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料を、冷し嵌め、接着等により固着するようにしてもよい。
さらに、シールリング51の鍔部51aの外周側面に、ロータ本体4よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料を接着等により固着するようにしてもよい。ロータ本体4をアルミニウム合金A2618により形成し、シールリング51の鍔部51aの外周側面に、例えば、FRP等の合成樹脂により形成された板状部材を接着により固着する。
これとは逆に、ロータ本体4の内周面におけるシールリング51の鍔部51aに対面する領域に、シールリング51よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい板状部材を、接着等により固着するようにしてもよい。
上記いずれの場合においても、合成樹脂製の板状部材を接着する方法に代えて、塗装により合成樹脂層を塗着するようにしてもよい。
上記いずれの場合においても、合成樹脂製の板状部材を接着する方法に代えて、塗装により合成樹脂層を塗着するようにしてもよい。
-実施形態2-
図3は、本発明の真空ポンプの実施形態2を示す断面図である。
実施形態2において、実施形態1と相違する点は、シールリング51がねじ溝52を有している点である。
すなわち、シールリング51における鍔部51aの外周側面には、ねじ溝52が形成されている。ねじ溝52は、上部から下方に向けて、ロータ3に回転方向と同一に降下する螺旋状の溝として形成されている。ロータ3が回転するとロータ円筒部8の内周に吹出されたパージガスは、ロータ円筒部8の回転との粘性力により、ねじ溝52を上方から下方に向けて回転しながら下降する。このため、ねじ溝52から真空ガス室24に排出されるパージガスの圧力は、ねじ溝52が設けられていない場合よりも高くなる。
図3は、本発明の真空ポンプの実施形態2を示す断面図である。
実施形態2において、実施形態1と相違する点は、シールリング51がねじ溝52を有している点である。
すなわち、シールリング51における鍔部51aの外周側面には、ねじ溝52が形成されている。ねじ溝52は、上部から下方に向けて、ロータ3に回転方向と同一に降下する螺旋状の溝として形成されている。ロータ3が回転するとロータ円筒部8の内周に吹出されたパージガスは、ロータ円筒部8の回転との粘性力により、ねじ溝52を上方から下方に向けて回転しながら下降する。このため、ねじ溝52から真空ガス室24に排出されるパージガスの圧力は、ねじ溝52が設けられていない場合よりも高くなる。
従って、シールリング52にねじ溝52を設けることにより、ねじ溝排気部3から排出された気体分子が排気ガス室24を介してクリアランスBに侵入することに対して、より高いシール機能を付与することができる。
実施形態2においても、シールリング51の鍔部51aの外周側面とロータ円筒部9の内周面とのクリアランスBは、ラジアル磁気軸受31とロータ軸4aの外周面とのクリアランスAよりも小さく設定されている。
その他の構造は、実施形態1と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態2においても、シールリング51の鍔部51aの外周側面とロータ円筒部9の内周面とのクリアランスBは、ラジアル磁気軸受31とロータ軸4aの外周面とのクリアランスAよりも小さく設定されている。
その他の構造は、実施形態1と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
以上の通り、上記実施形態のターボ分子ポンプ1では、シールリング51の鍔部51aの外周側面とロータ円筒部9の内周面とのクリアランスBが、ラジアル磁気軸受31とロータ軸4aの外周面とのクリアランスAよりも小さく設定された構造を有する。このため、ねじ溝排気部3に排出された気体分子が、クリアランスBからロータ円筒部9の内側に侵入することに対するシール機能を大幅に向上することができる。これにより、ラジアル・スラスト磁気軸受31、32に接触したり、付着したりする気体分子の量が大幅に低減される。その結果、ロータ軸4aの腐食防止機能が向上し、信頼性を向上することができる。
また、上記実施形態では、シールリング51の鍔部51aの外周側面、または、ロータ本体4の内周面側における、少なくともシールリング51の鍔部51aに対面する領域を、相手部材よりも引張り強さまたは硬度のいずれが小さい材料で形成した。この相手部材よりも引張り強さまたは硬度のいずれかが小さい材料は、ロータ本体4とシールリング51とに相対的な移動を生じさせることにより削り取ることができる。本発明の実施形態では、ロータ部材5を回転駆動することにより、ロータ本体4とシールリング51とが接触する領域における、引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料を削り取るようにした。このようにすることにより、シールリング51の鍔部51aの外周側面とロータ円筒部9の内周面との間の微小なクリアランスBを効率的に形成することができる。
なお、上記実施形態では、シールリング51の鍔部51aをロータ円筒部9の内面側における下端部に設けた構造として例示した。しかし、シールリング51の鍔部51aは、ロータ円筒部9の高さ方向における中間部または上部に設けるようにしてもよい。
上記実施形態では、シールリング51は、筒部51bよりも径大の鍔部51aを有し、鍔部51aの外周側面とロータ円筒部9の内周面によりクリアランスBを形成する構造として例示した。しかし、シールリング51は、鍔部51aを有していない、ストレートの円筒状部材としてもよい。
また、シールリング51は、成型によりベース13に一体に形成してもよい。
また、シールリング51は、成型によりベース13に一体に形成してもよい。
上記実施形態では、パージガス供給路25の吹出口を、ラジアル・スラスト磁気軸受31、32に設けた構造として例示した。しかし、パージガス供給路25の吹出口を、シールリング51の鍔部51aの上部側におけるコラムステータ13aとロータ円筒部9との間の空間に設けてもよい。
上記実施形態では、シールリング51をロータ3の下端部に対応する位置に配置する構造として例示した。しかし、シールリング51を軸方向にずらし、ロータ3のロータ円筒部9の中間部または上端側に配置するようにしてもよい。
上記一実施の形態では、ターボ分子ポンプにより本発明を説明したが、磁気軸受式真空ポンプであれば、ターボ分子ポンプに限らず本発明を適用することができる。例えば、ねじ溝排気部3を有していない全翼タイプのターボ分子ポンプや、逆に、タービン排気部2を有していないドラッグポンプ等に対しても本発明を適用することができる。
上記一実施の形態では、ケーシング部材11にラジアル磁気軸受31にパージガスを供給するパージガス供給路25を設けた構造として例示した。しかし、本発明は、パージガスを供給するパージガス供給路25を備えていない真空ポンプに対しても適用が可能である。
その他、本発明は、その趣旨の範囲において、種々、変形して適用することが可能であり、要は、ロータ部材を回転駆動する際、磁気浮上するためのラジアル磁気軸受を有する真空ポンプにおいて、ロータ部材の筒状部の内面側にシールリングを設け、筒状部の内面とシールリングの外面とのクリアランスを、ロータ部材の回転軸と磁気軸受とのクリアランスよりも小さくしたものであればよい。
1 ターボ分子ポンプ
2 タービン排気部
3 ねじ溝排気部
4 ロータ本体(筒状部)
4a ロータ軸(回転軸)
5 ロータ部材
6 ロータ翼
7 ステータ翼
8 ねじ溝ステータ
9 ロータ円筒部(円筒体)
11 ケーシング部材
12 上ケース
13 ベース
24 排気ガス室
25 パージガス供給路
31 ラジアル磁気軸受
32 スラスト磁気軸受
35 電動モータ
51 シールリング
51a 鍔部
51b 筒部
52 ねじ溝
A,B クリアランス
2 タービン排気部
3 ねじ溝排気部
4 ロータ本体(筒状部)
4a ロータ軸(回転軸)
5 ロータ部材
6 ロータ翼
7 ステータ翼
8 ねじ溝ステータ
9 ロータ円筒部(円筒体)
11 ケーシング部材
12 上ケース
13 ベース
24 排気ガス室
25 パージガス供給路
31 ラジアル磁気軸受
32 スラスト磁気軸受
35 電動モータ
51 シールリング
51a 鍔部
51b 筒部
52 ねじ溝
A,B クリアランス
Claims (5)
- 吸気口および排気口を有するケーシング部材と、
前記ケーシング部材内に収容され、回転軸を有し、前記回転軸の外周に、ほぼ円筒形の筒状部を有するロータ部材と、前記筒状部の少なくとも外面側に配置され、前記ロータ部材と共に前記吸気口から吸入した気体分子を前記排気口に向けて排気するステータにより構成される排気部と、
前記回転軸の周囲に配置され、前記ロータ部材の回転時に前記ロータ部材を半径方向に浮上するためのラジアル磁気軸受と、
前記ロータ部材の前記筒状部の内面側に設けられたシールリングと、を備え、
前記筒状部の内面と前記シールリングの外面とのクリアランスが、前記回転軸と前記ラジアル磁気軸受とのクリアランスよりも小さい、真空ポンプ。 - 請求項1に記載の真空ポンプにおいて、少なくとも前記シールリングの外周側面における前記筒状部の内面に対面する領域の表面層、または少なくとも前記筒状部の内面における前記シールリングに対面する領域の表面層の一方が、他方の部材の表面層の材料よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成されている、真空ポンプ。
- 請求項2に記載の真空ポンプにおいて、前記シールリングの前記表面層または前記筒状部の前記表面層の一方は、快削鋼、銅系金属または合成樹脂により形成され、他方の前記表面層はアルミニウム合金により形成されている、真空ポンプ。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記シールリングの外周側面にねじ溝が形成されている、真空ポンプ。
- 吸気口および排気口を有するケーシング部材と、前記ケーシング部材内に収容され、回転軸を有し、前記回転軸の外周に、ほぼ円筒形の筒状部を有するロータ部材と、前記筒状部の少なくとも外面側に配置され、前記ロータ部材と共に前記吸気口から吸入した気体分子を前記排気口に向けて排気するステータにより構成される排気部と、前記回転軸の周囲に配置され、前記ロータ部材の回転時に前記ロータ部材を半径方向に浮上するためのラジアル磁気軸受と、前記ロータ部材の前記筒状部の内面側に設けられたシールリングと、を備え、少なくとも前記シールリングの外周側面における前記筒状部の内面に対面する領域の表面層、または少なくとも前記筒状部の内面における前記シールリングに対面する領域の表面層の一方が、他方の部材の表面層の材料よりも引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成され、前記筒状部の内面と前記シールリングの外面とのクリアランスが、前記回転軸と前記ラジアル磁気軸受とのクリアランスよりも小さく設定された真空ポンプを形成する工程と、
前記真空ポンプの前記ロータ部材を回転し、引張り強さまたは硬度の少なくとも一方が小さい材料により形成された前記一方の表面層を、他方の部材により削り取る工程と、を有することを特徴とする真空ポンプの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012207225A JP2014062480A (ja) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | 真空ポンプおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=50617922
Family Applications (1)
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JP2012207225A Pending JP2014062480A (ja) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | 真空ポンプおよびその製造方法 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018164013A1 (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-13 | エドワーズ株式会社 | 真空ポンプの排気システム、真空ポンプの排気システムに備わる真空ポンプ、パージガス供給装置、温度センサユニット、および真空ポンプの排気方法 |
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-
2012
- 2012-09-20 JP JP2012207225A patent/JP2014062480A/ja active Pending
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US11994137B2 (en) | 2019-09-30 | 2024-05-28 | Edwards Japan Limited | Vacuum pump |
FR3116310A1 (fr) * | 2020-11-19 | 2022-05-20 | Pfeiffer Vacuum | Pompe à vide turbomoléculaire et procédé de fabrication d’un rotor |
WO2022106075A1 (en) * | 2020-11-19 | 2022-05-27 | Pfeiffer Vacuum | Turbomolecular vacuum pump and method for manufacturing a rotor |
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