JP2020197129A - 真空ポンプ及び該真空ポンプに備えられた保護部 - Google Patents
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Abstract
Description
これらの半導体は、きわめて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、エッチングにより半導体基板上に微細な回路を形成したりなどして製造される。
ところで、プロセスガスは、反応性を高めるため高温の状態で真空容器に導入される場合がある。
(1)ポンプの稼働中に何らかの不測の要因により回転翼と固定翼とが接触することがある。接触する部位としては、特に排気口付近のネジ付きスペーサ部分で多い。このとき、金属同士の接触により火花が発生する。
(2)(1)をきっかけに、ポンプ内に堆積した反応生成物が爆発的に反応する。
(3)(2)の結果、ポンプ内部、及びこのポンプに接続された真空容器内の圧力が急上昇する
(4)ポンプ又は真空容器の構成部品が破損し、内部のガスが大気中に噴出する
従来、上記のトラブルはほとんど見られなかったが、近年、半導体や、フラットパネルなどの材料の変化に伴い、上記のトラブルが生じるリスクが出てきている。
このリスクに対して従来は想定されておらず、このため対策事例も見られない。従って、本願とは目的が相違するが、従来技術の例として本願と同じく回転翼と固定翼のコーティングに着目した特許文献1と特許文献2を挙げる。
特許文献2は、回転翼に施したNiメッキの表面にエポキシ樹脂層を設けて放射率を向上させた例である。そして、樹脂層の厚みとして、数十umとすることが推奨されている。
更に、回転翼側に樹脂層を接着する場合には、樹脂層の厚みを厚くすると密着性を高く接着しておかないと表面から剥がれるおそれが生ずる。
しかし、数十um程度の樹脂層の厚みでは、回転翼と固定翼との接触時に容易に樹脂層は破損し、金属の母材同士が接触する。このため、火花の発生を防ぐことはできず、事故の未然防止を期待できない。
回転翼と静止部が接触したとき、容易に削られる材料を選定すると、回転翼と静止部が接触したときの衝撃を緩和できるだけでなく、回転翼と静止部の間隔が拡がり、再接触が起こりにくくなるため、異常を検知した後、ポンプが完全に停止するまでに繰返し衝突することを防ぐ効果も期待できる。
図1において、ターボ分子ポンプ10のポンプ本体100の円筒状の外筒127の上端には吸気口101が形成されている。外筒127の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードによる複数の回転翼102a、102b、102c・・・をハブ99の周部に放射状かつ多段に形成した回転体103を備える。
上側径方向電磁石104は、4個の電磁石が、ロータ軸113の径方向の座標軸であって互いに直交するX軸とY軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石104に近接かつ対応して、コイルを備えた4個の上側径方向変位センサ107が備えられている。この上側径方向変位センサ107はロータ軸113の径方向変位を検出し、図示しない制御装置に送るように構成されている。
ロータ軸113は、高透磁率材(鉄など)などにより形成され、上側径方向電磁石104の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、X軸方向とY軸方向とにそれぞれ独立して行われる。
更に、軸方向電磁石106A、106Bが、ロータ軸113の下部に備えた円板状の金属ディスク111を上下に挟んで配置されている。金属ディスク111は、鉄などの高透磁率材で構成されている。
モータ121は、ロータ軸113を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸113との間に作用する電磁力を介してロータ軸113を回転駆動するように、制御装置によって制御されている。
また、固定翼123も、同様にロータ軸113の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒127の内方に向けて回転翼102の段と互い違いに配設されている。
固定翼スペーサ125はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。
ネジ溝132の螺旋の方向は、回転体103の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口133の方へ移送される方向である。
ベース部129は、ターボ分子ポンプ10の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。
また、吸気口101から吸引されたガスがモータ121、下側径方向電磁石105、下側径方向変位センサ108、上側径方向電磁石104、上側径方向変位センサ107などで構成される電装部側に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム122で覆われ、この電装部内はパージガスにて所定圧に保たれている。
図2において、ネジ付きスペーサ131のネジ山131a〜ネジ山131eの頭部に、非金属製の保護部1a〜保護部1eが周状に形成されている。また、回転翼102xの先端に対向する固定翼スペーサ125xの内周面にも保護部1xが周状に形成されている。
ターボ分子ポンプ10は、高速で回転する回転翼102と、固定翼123、ネジ付きスペーサ131、固定翼スペーサ125を含む静止部とのクリアランスがきわめて小さい。そのため、排気ガスの凝固成分などの固体生成物がポンプ本体100の内部に堆積した場合や、クリープ現象により回転体が変形した場合などに、回転翼102と静止部が接触するおそれがある。
必要十分な保護部1の厚みとは、例えば0.1mm以上である。この厚みは、回転翼102と静止部間が接触したときに、保護部1が先に接触し削れることで母材の金属同士が露出して接触するのを避けられる寸法である。保護部1は一定の硬度も有しているので、0.1mm以上の厚さとすることで、物体をはじく作用も相まって、一層効果的に母材の金属同士が露出して接触するのを避けられる。
以上により、回転翼102と静止部が接触したときであっても、金属同士が露出して接触することがないので火花が発生するのを防止できる。従って、固体生成物に引火し真空容器内で爆発することもない。
保護部1は、例えばロボットで厚み管理をしつつ、スプレーで樹脂を吹きつける等の厚付き塗装で形成する。また、別途、シール状の固定部品として作成し、この固定部品をネジ付きスペーサ131のネジ山131a〜ネジ山131eの頭部等に接着するようにしてもよい。
本発明の第2実施形態の構成図を図3に示す。なお、図2と同一要素については説明を省略する。図3においては、ガスの排気流路に沿ってネジ付きスペーサ131のネジ山131a〜ネジ山131eの頭部、ネジ溝132の底面と側面、固定翼スペーサ125xを含むネジ付きスペーサ131の一側面全体が保護部1でコーティングされている。
本発明の第2実施形態では、第1実施形態とは異なり、接触が想定される部位以外の排気流路にも保護部3でコーティングを施している。保護部3の摩擦係数は低いので表面は滑り易く、ネジ付きスペーサ131のいずれの部位にも爆発の原因となる固体生成物が溜まるのを防止できる。即ち、固体生成物が圧縮の中で生成されても、ネジ付きスペーサ131の表面に付着せずにガスと共に押し流されていくので、固体生成物はこのエリアに溜まりにくい。このように保護部3を配設することで、爆発を防止すると共に、固体生成物の蓄積防止の二重の安全策になる。
また、別途、注型等により保護部3を固定部品として作成し、この固定部品をステータに対して接着するようにしてもよい。更に、保護部3は図3に示す範囲を超え、吸気口101付近にまで静止部の広範囲にわたり配設するようにしてもよい。更に、保護部3は排気流路に面する回転翼102側に配設してもよい。
本発明の第3実施形態の構成図を図4に示す。なお、図2と同一要素については説明を省略する。図4においては、内径の異なる段差5の形成された円筒状部7の内周壁に、保護部9が接着剤若しくはボルト等により固定されている。保護部9の内周側は、ネジ付きスペーサ131の形状と同様に形成されている。即ち、ガスの排気流路に沿ってネジ山11a〜ネジ山11eの頭部、ネジ溝13が刻設されている。一方、保護部9の外周側は、円筒状部7の段差5に合わせて段差が形成されている。保護部9の上部には、固定翼スペーサ125xの部位に相当する壁部11xが突設されている。
円筒状部7の内周壁に、保護部9が段差5を介して確実に固定される。保護部9の内周側には、ネジ溝13が形成されていることで排気性能が確保される。排気流路の静止部側が樹脂なので、第1実施形態、第2実施形態と同様の効果が期待できる。
保護ベアリング135と保護ベアリング137が配設されていることで、回転体103の回転異常時等でもロータ軸113の変動は一定の範囲内に制限される。この範囲は例えば保護ベアリングの隙間である0.1mmである。
このとき、保護部全体を一様な厚みで形成せず、マス目状に数mmおきに切れ目、または、厚みが薄い部分を設けると、接触時にも、保護部全体が剥がれることなく、接触部とその周辺のみが削られるようにできる。但し、縦方向若しくは横方向にのみ切れ目等を設けるようにしてもよい。
これにより、回転体103を停止させるという保護ベアリング135、137の機能を安定的に向上させることができる。
なお、上記の各実施形態の説明では、ネジ山131a〜ネジ山131eをネジ付きスペーサ131の内周面側に配設するとして説明をした。しかしながら、このネジ山131a〜ネジ山131eを、ネジ付きスペーサ131の内周面側ではなく、回転翼102dの外周面側に配設しても良い。
また、ネジ付きスペーサ131を円板状とし、ネジ山131a〜ネジ山131eをこの円板の平面上に渦巻き状に突設させる。そして、この突設された面を、円板状に形成された回転翼102に対し、排気流路を介して対向するように構成しても良い。
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が当該改変されたものにも及ぶことは当然である。
7 円筒状部
10 ターボ分子ポンプ
11 ネジ山
13 ネジ溝
100 ポンプ本体
102 回転翼
103 回転体
113 ロータ軸
121 モータ
123 固定翼
125 固定翼スペーサ
127 外筒
129 ベース部
131 ネジ付きスペーサ
132 ネジ溝
135、137 保護ベアリング
Claims (9)
- 外筒と、
該外筒内に回転可能に支持されたロータ軸と、
該ロータ軸を回転駆動する回転駆動手段と、
前記ロータ軸に固定された翼列を有する金属製の回転翼と、
該回転翼の翼列の間に設置された固定翼、該固定翼を所定の間隔で保持する固定翼スペーサ、及び前記回転翼の周囲に設置されたステータの内の少なくともいずれか一つで構成される金属製の静止部と、
前記回転翼と前記静止部間に形成された排気流路と、
前記回転翼及び前記静止部の内の少なくとも一部に、前記回転翼と前記静止部が接触したとき金属同士の接触を防止可能な厚みを有する非金属製の保護部を備えたことを特徴とする真空ポンプ。 - 前記ロータ軸を空中に浮上支持する磁気軸受を備え、
前記ロータ軸が前記磁気軸受により所定の可動幅をもって非接触で保持され、前記所定の可動幅より前記保護部が厚く形成されたことを特徴とする請求項1記載の真空ポンプ - 前記保護部が、0.1mm以上の厚みで形成されたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の真空ポンプ。
- 前記保護部が、前記ステータ、及び、前記回転翼の少なくともいずれか一方より突設された突設部の頭部に配設されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
- 前記保護部が、前記回転翼及び前記静止部の少なくとも一方の前記排気流路に面する面に形成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
- 前記保護部が、円筒状部の内周側から突設された前記回転翼と対向する螺旋状の突設部を有し、
前記円筒状部の外周側が前記ステータに対して固定されたことを特徴とする請求項1〜2のいずれか一項に記載の真空ポンプ。 - 前記保護部が、フッ素樹脂で形成されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
- 前記保護部が、フッ素樹脂の粒子と該粒子を固定する樹脂からなる複合材料で形成されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の真空ポンプに備えられた非金属で形成されたことを特徴とする保護部。
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