JP2021055673A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 排気ガスに起因する堆積物の発生を抑制する真空ポンプを得る。【解決手段】 当該真空ポンプは、軸部１３と、軸部１３の外周側に配置されたロータ１１と、ロータ１１の外周側に配置されたステータ２１とを備えたポンプ部１０ｂと、そのポンプ部１０ｂから排気口９までの排気ガスの流路と、その流路において軸部１３への排気ガスの接触を抑制する遮蔽部２４とを備える。そして、遮蔽部２４の端部がロータ１１と相対する面を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、真空ポンプに関するものである。

あるターボ分子ポンプでは、ポンプ部から気体を排出する排気管に保護部材が交換可能に設けられており、これにより、堆積物の付着しやすい接ガス面（壁面）での反応生成物の堆積が抑制されている（例えば特許文献１参照）。この保護部材は、断熱材を介してベースに固定されており、ロータ円筒部やステータからの輻射によって、ベースに直接固定した場合に比べ高温となる。

特開２０１７−２８５６号公報

上述のターボ分子ポンプにおける保護部材は、ベース壁面の形状に沿うような形状を有しているが、その上端が、対向するロータから離間しているため、保護部材とロータとの間の空隙から、ロータと軸部ステータとの間や保護部材と軸部ステータとの間に排気ガスが進入し、排気ガスが、比較的温度の低い部位（ヘッドから延びる軸部ステータの壁面など）に触れてしまう可能性があり、これに起因して、排気ガスの成分が析出して当該部位に堆積物が生じる可能性がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、排気ガスに起因する堆積物の発生を抑制する真空ポンプを得ることを目的とする。

本発明に係る真空ポンプは、軸部と軸部の外周側に配置されたロータとロータの外周側に配置されたステータとを備えたポンプ部と、ポンプ部から排気口までの排気ガスの流路と、流路において軸部への排気ガスの接触を抑制する遮蔽部とを備える。そして、遮蔽部の端部がロータと相対する面を有する。

本発明によれば、排気ガスに起因する堆積物の発生を抑制する真空ポンプが得られる。

本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る真空ポンプの内部構成を示す図である。 図２は、図１における遮蔽部の形状の詳細を説明する図である。 図３は、本発明の実施の形態２に係る真空ポンプにおける遮蔽部の詳細を説明する図である。 図４は、実施の形態３に係る真空ポンプにおける遮蔽部の面に設けられる溝構造の一例を示す上面図である。

以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．

図１は、本発明の実施の形態１に係る真空ポンプの内部構成を示す図である。図１に示す真空ポンプは、ターボ分子ポンプ部１０ａを備え、その後段にネジ溝ポンプ部１０ｂを備えており、ケーシング１、ステータ翼２、ロータ翼３ａ，ロータ内筒部３ｂ、ロータ軸４、軸受部５、モータ部６、吸気口７、ネジ溝８、および排気口９を備える。ロータ翼３ａおよびロータ内筒部３ｂによってロータ１１が構成されており、ロータ１１は、ネジ止めなどでロータ軸４に接続され固定されている。

ケーシング１は、略円筒形状を有し、その内部空間に、ロータ１１、軸受部５、モータ部６などを収容し、その内周面に複数段のステータ翼２を固定されている。ステータ翼２は、所定の仰角で配置されている。ケーシング１およびステータ翼２で、ターボ分子ポンプ部１０ａのステータが構成されている。

ケーシング１内では、複数段のロータ翼３ａと複数段のステータ翼２とが、ロータ軸の高さ方向（ロータ軸方向）において交互に配置されている。各ロータ翼３ａは、ロータ内筒部３ｂから延び、所定の仰角を有する。

軸受部５は、ロータ軸４の軸受であって、例えば、磁気浮上式の軸受であり、軸方向および半径方向のロータ軸４の偏位を検出するセンサ、軸方向および半径方向のロータ軸４の偏位を抑制する電磁石などを備える。なお、軸受部５の軸受方式は、磁気浮上式に限定されるものでない。モータ部６は、電磁力でロータ軸４を回転させる。

軸受部５およびモータ部６は、軸部１３（ステータコラム）内の中空部に配置されている。この実施の形態では、軸部１３は、ベース部１３ａと一体となっており、ベース部１３ａには冷却管１４が設けられ、冷却管１４には水などの冷媒が導通される。例えば、軸部１３（およびベース部１３ａ）は良熱伝導性のアルミ材とされる。これにより、ベース部１３ａ、ひいては軸部１３が冷却され、モータ部６などの電装品が健全に動作する。

吸気口７は、ケーシング１の上端開口部であって、フランジ形状を有し、図示せぬチャンバなどに接続される。吸気口７には、熱運動などで、そのチャンバなどから気体分子が飛来してくる。排気口９は、フランジ形状を有し、ロータ翼３ａおよびステータ翼２から送られてきた気体分子などを排出する。

なお、図１に示す真空ポンプは、上述のステータ翼２およびロータ翼３ａによるターボ分子ポンプ部１０ａの後段にネジ溝８によるネジ溝ポンプ部１０ｂを備える複合翼式である。なお、当該真空ポンプは全翼式でもよい。

図１に示すように、このネジ溝ポンプ部１０ｂは、軸部１３と、軸部１３の外周側に配置されたロータ１１と、ロータ１１の外周に配置されたステータ２１とを備えている。

図１に示す真空ポンプにおいて、排気すべき気体（排気ガス）の流路は、吸気口７から排気口９までであって、吸気口７、ターボ分子ポンプ部１０ａのロータ１１とステータ（ステータ翼２およびケーシング１）との間の空間、ネジ溝ポンプ部１０ｂのステータ２１（具体的にはネジ溝８）とロータ１１（具体的にはロータ内筒部３ｂ）との間の空間、および排気口９を含む。

ネジ溝ポンプ部１０ｂのステータ２１にはヒーター２２が設けられ、ヒーター２２によってステータ２１が加熱される。なお、ステータ２１とベース部３ｂとの間には断熱部材２３が、両者との間で接触シールされた状態で設けられている。これにより、最終段のネジ溝ポンプ部１０ｂの出口から排気口９までの流路の外周側の温度が高められ、排気ガスに起因する堆積物の発生が抑制される。

さらに、この実施の形態では、遮蔽部２４がステータ２１に接続されている。遮蔽部２４は、略円環状の部材であって、例えば図１に示すような断面形状を有する。遮蔽部２４は、最終段のネジ溝ポンプ部１０ｂから排気口９までの排気ガスの流路３１において軸部１３への排気ガスの接触を抑制するために設けられている。

図２は、図１における遮蔽部２４の形状の詳細を説明する図である。

例えば図２に示すように、遮蔽部２４は、その端部２４ａがロータ１１と相対する面２４ａ１を有し、その面２４ａ１とロータ１１とでガス流入抑制構造を有するように構成されている。この実施の形態では、遮蔽部２４の端部２４ａ（上述のロータ１１と相対する面２４ａ１）とロータ１１（端部２４ａと相対する底面１１ａ）との間の空隙を微小幅とすることで、当該ガス流入抑制構造が形成されている。当該空隙の幅（つまり、面２４ａ１とロータ１１との間の距離）は、例えば１〜１．５ｍｍ程度とされる。なお、当該空隙の幅は、軸部１３の壁面１３ｂから遮蔽部２４の内周面までの距離と略同一か、それ未満としてもよい。また、当該ガス流入抑制構造は、例えば非接触シール構造とされてもよい。

また、この実施の形態では、遮蔽部２４は、軸部１３の壁面１３ｂに沿って（ここでは垂直方向に上方へ）端部２４ａまで延びる中間部２４ｂを備え、中間部２４ｂの肉厚ＴＢが端部２４ａの肉厚ＴＡより小さくなるように形成されている。これにより、遮蔽部２４を介する、ステータ２１からロータ１１への熱の伝導が抑制されるとともに、流路３１の流路面積が大きくなる。

さらに、軸部１３の壁面１３ｂから遮蔽部２４の端部２４ａの外周面までの距離ＬＳは、軸部１３の壁面１３ｂからロータ１１（ネジ溝ポンプ部１０ｂにおける部分）の外周面までの距離ＬＲと略同じか短くなるように、遮蔽部２４は構成され配置される。これにより、ネジ溝ポンプ部１０ｂの出口付近の流路が遮蔽部２４の端部２４ａで阻害されずに済む。

ここで、軸部１３と遮蔽部２４との間隔および軸部１３とロータ１１との間隔は略同一としてもよい。また、軸部１３と遮蔽部２４との間隔と、遮蔽部２４の端部２４ａとロータ１１との間隔とは互いに略同一としてもよい。これにより、上述のガス流入抑制構造が強化される。

ここでは、ステータ２１は、ヒーター２２を備えた加熱部材であって、例えばアルミ材とされ、流路３１に面している。そして、実施の形態１では、遮蔽部２４は、１つの部材とされ、この加熱部材としてのステータ２１に（断熱材を介さずに）直接接合するように例えばネジ止めなどで固定される。なお、遮蔽部２４は、この加熱部材としてのステータ２１の一部分を成形して実現されていてもよい（つまり、その場合、遮蔽部２４は、加熱部材の一部となる）。このようにすることで、ステータ２１から遮蔽部２４へ熱が伝わるため、遮蔽部２４の温度が、軸部１３より高く管理される。

なお、ステータ２１などの温度管理は、ステータ２１に設けられた温度センサ２５を使用して行われる。

例えば、遮蔽部２４の端部２４ａとロータ１１との空隙の幅は１．５ｍｍ程度、ＴＡ＝４ｍｍ程度、およびＬＲ＝８ｍｍ程度に設定される。

次に、実施の形態１に係る真空ポンプの動作について説明する。

当該真空ポンプの吸気口７にチャンバなどが接続され、図示せぬ制御装置からの指令に従ってモータ部６が動作することで、ロータ軸４が回転し、ロータ１１も回転する。これにより、ターボ分子ポンプ部１０ａにおいて、ロータ翼３ａおよびステータ翼２によって、吸気口７を介して飛来した気体分子が、流路に進行させられ、後段のネジ溝ポンプ部１０ｂにおいて、ロータ１１およびステータ２１によって、その気体分子が、排気ガスとして流路３１に排出され、流路３１を通過して排気口９から排出される。

さらに、遮蔽部２４は、加熱部材としてのステータ２１から熱を供給されることで軸部１３より高温となり、これにより、遮蔽部２４における堆積物の発生が抑制される。例えば、ステータ２１は、摂氏１００度程度より高く温度管理され、ベース部１３ａは摂氏６０度程度より低く温度管理される。

以上のように、上記実施の形態１によれば、ネジ溝ポンプ部１０ｂは、軸部１３と、軸部１３の外周側に配置されたロータ１１と、ロータ１１の外周側に配置されたステータ２１とを備える。遮蔽部２４は、そのポンプ部１０ｂから排気口９までの排気ガスの流路において、軸部１３への排気ガスの接触を抑制する。そして、遮蔽部２４の端部２４ａがロータ１１と相対する面２４ａ１を有する。

これにより、遮蔽部２４によって排気ガスの進行が制限され、排気ガスが比較的低温な軸部１３の壁面やベース部１３ｂの上面に接触しにくくなっているため、排気ガスに起因する堆積物の発生が抑制される。

実施の形態２．

図３は、本発明の実施の形態２に係る真空ポンプにおける遮蔽部の詳細を説明する図である。

図３に示す真空ポンプでは、実施の形態１と同様に、軸部５１の外周側にロータ５２が設けられ、ロータ５２の外周側にネジ溝ポンプ部のステータ５３が設けられている。さらに、ステータ５３に接合するスペーサ５４が設けられ、スペーサ５４にヒーター５５が設けられる。軸部５１は、ヘッド部５６に接合し、実施の形態１と同様に、ヘッド部５６が冷却されることで、軸部５１も冷却される。加熱部材としてのスペーサ５４とヘッド部５６との間には断熱部材５７が設けられている。ここでは、ステータ５３とは別部材としてスペーサ５４が設けられているので、高温時の強度を確保するためにスペーサ５４は例えばステンレス材としてもよい。

そして、実施の形態２では、遮蔽部５８が、例えば図３に示すようにスペーサ５４に固定されている。遮蔽部５８も略円環状の形状を有する。

実施の形態２において、遮蔽部５８は、その端部がロータ５２との間でガス流入抑制構造を有するように構成されている。この実施の形態では、遮蔽部５８の端部とロータ５２との間の空隙を微小幅とすることで、ガス流入抑制構造が形成されている。

また、遮蔽部５８は、軸部５１の壁面に沿って遮蔽部５８の端部まで延びる中間部を備え、中間部の肉厚が端部の肉厚より小さくなるように形成されている。

さらに、軸部５１の壁面から遮蔽部５８の端部の外周面までの距離は、軸部５１の壁面からロータ５２（ネジ溝ポンプ部における部分）の外周面までの距離と略同じか短くなるように、遮蔽部５８は構成され配置される。

なお、実施の形態２に係る真空ポンプのその他の構成および動作については実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態３．

図４は、実施の形態３に係る真空ポンプにおける遮蔽部２４の面２４ａ１に設けられる溝構造２４ａ２の一例を示す上面図である。

図４に示す溝構造２４ａ２は、遮蔽部２４（面２４ａ１）とロータ１１，５２（底面１１ａ）との間の空隙を介する軸部１３，５１側への排気ガスの流入を抑制する形状を有する。溝構造２４ａ２は、例えば図４に示すように、径方向に対して傾斜した複数の溝を備え、その複数の溝の壁面（平面または曲面）は、遮蔽部２４とロータ１１，５２との相対的な回転によって、その溝内に入り込んだ排気ガス（ガス分子等）をロータ１１，５２外側へ排出するように、ロータ１１，５２の回転方向に応じた角度および向きで傾斜している。

なお、溝構造２４ａ２における各溝の断面形状は、例えば略矩形、略三角形などであって、特に限定されない。

また、溝構造２４ａ２における各溝の形状は、直線状でも、渦巻き状でもよい。

なお、実施の形態３に係る真空ポンプのその他の構成および動作については実施の形態１または実施の形態２と同様であるので、その説明を省略する。

なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。

例えば、上記実施の形態３では、溝構造２４ａ２が遮蔽部２４の面２４ａ１に設けられているが、同様の溝構造が、ロータ１１の底面１１ａに設けられていてもよいし、面２４ａ１および底面１１ａの両方に設けられていてもよい。また、溝構造２４ａ２は、遮蔽部２４の面２４ａ１の全域ではなく、例えば外周側の一部のみに設けられていてもよい。

また、例えば、上記実施の形態３において、パージガスポート２６からパージガスを導入してロータ１１と軸部１３との空隙に導通させ、そのパージガスを、遮蔽部２４（面２４ａ１）とロータ１１，５２（底面１１ａ）との間の空隙を介して排出させるようにしてもよい。その場合、パージガスが、溝構造２４ａ２などによるドラッグ効果によって効率的に当該空隙を介して排気ガス流路に排出されるため、排気ガスが、軸部１３の壁面やベース部１３ｂの上面により接触しにくくなる。

例えば、上記実施の形態１，２において、上述のガス流入抑制構造は、例えばラビリンスシール構造とされてもよい。

本発明は、例えば、真空ポンプに適用可能である。

９ 排気口
１０ｂ ネジ溝ポンプ部（ポンプ部の一例）
１１，５２ ロータ
１３，５１ 軸部
２１，５３ ステータ（ステータおよび加熱部材の一例）
２４，５８ 遮蔽部
２４ａ 端部
２４ａ１ 面
２４ａ２ 溝構造
２４ｂ 中間部
３１ 流路
５４ スペーサ（加熱部材の一例）

Claims (5)

1. 軸部と前記軸部の外周側に配置されたロータと前記ロータの外周側に配置されたステータとを備えたポンプ部と、
   前記ポンプ部から排気口までの排気ガスの流路と、
   前記流路において前記軸部への前記排気ガスの接触を抑制する遮蔽部とを備え、
   前記遮蔽部の端部が前記ロータと相対する面を有すること、
   を特徴とする真空ポンプ。
2. 前記遮蔽部は、前記軸部の壁面に沿って前記端部まで延びる中間部を備え、
   前記中間部の肉厚は、前記端部の肉厚より小さいこと、
   を特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
3. 前記軸部の壁面から前記遮蔽部の端部の外周面までの距離は、前記軸部の壁面から前記ロータの外周面までの距離以下であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空ポンプ。
4. 前記遮蔽部の前記面および前記面に相対する前記ロータの面の少なくとも一方に、前記遮蔽部と前記ロータとの間の空隙を介する前記軸部側への前記排気ガスの流入を抑制する溝構造をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の真空ポンプ。
5. ヒーターを備えた加熱部材をさらに備え、
   前記軸部は、冷却されており、
   前記遮蔽部は、前記加熱部材に固定された１つの部材、または前記加熱部材の一部分であること、
   を特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の真空ポンプ。
   

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