JP3748323B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転するロータにより排気を行なうようにしたターボ分子ポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ポンプケーシング内部にロータとステータにより翼排気部及び溝排気部を構成したターボ分子ポンプがある。このような構成のターボ分子ポンプにおいて、ロータの偏心等により回転異常やそれに伴う回転翼の破損等が生じた場合に、ロータやその破片がステータに衝突し、ポンプケーシング側に径方向や周方向に多大な力が加わることがある。このような異常な力によりポンプケーシングや固定円筒部の破損或いはこれらの接合部の破断、或いはこれらと外部との接合配管部の破断等を生じる可能性がある。
【0003】
上記のような破断は、ターボ分子ポンプが用いられている真空処理装置全体の真空を破壊し、真空処理装置自体や処理途中の製品への損害をもたらす他、処理ガスの外部放出を招く事故に繋がりかねない。この対策として、本出願人が先に出願し、現在公知となっていないターボ分子ポンプがある(特願平9−187681号)。このターボ分子ポンプは上記のように周方向の多大な力をポンプケーシング側や外部接合部に極力伝達させないようにするために、ロータからステータに周方向に多大な力が加わった時、ステータがポンプケーシング内部で滑りながら回転することによって回転エネルギーを消失させるようにしたものである。この回転エネルギーを消失させる手段として、ステータとポンプケーシングの間にボールベアリング又はころベアリングからなる摩擦低減構造体を設け、この摩擦低減構造体の回転により回転エネルギーを消失させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにステータとポンプケーシングの間に摩擦低減構造体を設けたターボ分子ポンプにおいて、摩擦低減構造体を構成するボールベアリング又はころベアリングをガス漏れのない完全に密閉された空間内に置くと、ターボ分子ポンプが運転されモータの発熱やポンピング作用で発生する圧縮熱やロータのガスとの摩擦熱等により温度が上昇し、当初からボールベアリング又はころベアリング内の空間部にあったガスの圧力が上昇し破裂等の危険がある。
【0005】
また、密閉された空間はガス溜りとなり、ターボ分子ポンプの到達圧力等のポンプ性能に悪影響を与えるという問題もある。従って、ボールベアリング又はころベアリングはガス漏れのない完全密閉された空間内に置くことができない。そのため腐食性のあるガスをターボ分子ポンプに流す場合は、ボールベアリング又はころベアリングはその腐食ガスの環境下におかれることになり、腐食が進み、場合によっては摩擦低減構造体が正常に作用しなくなる恐れもある。
【0006】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ターボ分子ポンプに腐食性のあるガスを流した場合でも、摩擦低減構造体を構成するボールベアリング又はころベアリングの腐食量を極力低減できるターボ分子ポンプを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するたるの手段】
上記課題を解決するため請求項1に記載の発明は、ポンプケーシング内部にロータとステータによる排気部が構成され、該ステータとポンプケーシングの間の少なくとも一部に、ボールベアリング又はころベアリングからなる摩擦低減構造体を設け、ロータ自体の異常の場合にポンプケーシングの径方向や周方向に作用する力により摩擦低減構造体が回転しロータの回転エネルギーを消失させる構成のターボ分子ポンプにおいて、ボールベアリング又はころベアリングからなる摩擦低減構造体内の圧力雰囲気が極力ターボ分子ポンプの低圧側圧力になるように該摩擦低減構造体内と該ターボ分子ポンプの低圧側を連通させるガス抜き孔を設けたことを特徴とする。
【0008】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のターボ分子ポンプにおいて、ロータとステータにより構成される排気部は翼排気部及び溝排気部からなることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図1は本発明のターボ分子ポンプの構造を示す断面図である。本ターボ分子ポンプはロータ(回転部)Rとステータ(固定部)Sにより構成されている。ステータ(固定部)Sはポンプケーシング1と基部2と固定筒状部3が一体となって主に構成され、ロータRは主軸4と回転筒状部5とから主に構成される。ポンプケーシング1は吸気側ケーシング1Aと排気側ケーシング1Bとに分割され、これを連結して構成されている。ポンプケーシング1の内部にロータ(回転部)Rとステータ(固定部)Sにより翼排気部L1及び溝排気部L2が構成されている。
【0010】
主軸4と固定筒状部3の間に駆動用モータ6と、その上下に上部ラジアル軸受(磁気軸受)7及び下部ラジアル軸受(磁気軸受)8が設けられ、そして主軸4の下部にはターゲットディスク9とステータS側に設けられた上下の電磁石10a、10bを有するアキシャル軸受11が配置されている。このような構成によってロータRが5軸の能動制御を受けながら高速で回転するようになっている。
【0011】
回転筒状部5の上部外周部には、回転翼12が一体に設けられて羽根車を構成し、吸気側ケーシング1Aの内面には、回転翼12と交互に配置された固定翼13が設けられている。該固定翼13はその縁部を上下の固定翼スペーサ14、15により上下から押さえ、ボルト16で順次締結して固定している。なお、ボルト16は所定以上のトルクが加わると破断するようにその強度は定めている。また、固定翼スペーサ15と吸気側ケーシング1Aの間には摩擦低減構造体17が設けられている。高速回転する回転翼12と静止している固定翼13との相互作用によって排気を行なう前記翼排気部L1を構成している。
【0012】
更に、翼排気部L1の下方に前記溝排気部L2が設けられている。即ち、回転筒状部5には、外周面にねじ溝18aが形成されたねじ溝部18が固定筒状部3を囲むように設けられ、一方、ステータSにはこのねじ溝部18の外周を囲むねじ溝部スペーサ19が配置されている。溝排気部L2は高速回転するねじ溝部18のねじ溝18aのドラッグ作用によって排気を行なう。
【0013】
排気側ケーシング1Bの上端に段差面20が設けられ、ねじ溝部スペーサ19にはこの段差と係合するフランジ19aが形成され、これらがボルト21により締結され、ねじ溝部スペーサ19が排気側ケーシング1Bに固定されている。なお、ボルト21は所定以上のトルクが加わると破断するようにその強度は定めている。また、ねじ溝部スペーサ19と排気側ケーシング1Bとの間にはボールベアリング又はころベアリングからなる摩擦低減構造体22が設けられている。
【0014】
上記摩擦低減構造体17及び摩擦低減構造体22は、ロータRの偏心等により回転異常やそれに伴う回転翼12の破損等が生じ、固定翼13に所定以上のトルクが加わり、ボルト16及び21が破断した場合に、ロータRやその破片がステータSに衝突し、ポンプケーシング1の径方向や周方向に多大な力が加わった時、摩擦低減構造体17及び摩擦低減構造体22がケーシング内部で滑りながら回転することによって回転エネルギーを消失させるために設けたものである。
【0015】
ところで、ボールベアリング又はころベアリングからなる摩擦低減構造体22は、上記の理由によりその内部をガス漏れのない完全密閉された空間とすることはできない。従って、本ターボ分子ポンプを使用する真空処理装置等で腐食性のあるガスを使用した場合、該本ターボ分子ポンプの内部にこの腐食性のガスが流れこむ。この腐食性のガスに摩擦低減構造体22のボールベアリング又はころベアリングがさらされることになり、腐食するという恐れがある。
【0016】
そこで、ここでは摩擦低減構造体22のボールベアリング又はころベアリングが腐食性の高いガス環境下にさらされるのを防ぐ為、ねじ溝部スペーサ19に摩擦低減構造体22の内部に連通するガス抜き孔23を設けている。
【0017】
上記構成のターボ分子ポンプにおいて、翼排気部L1は高速回転する回転翼12と静止している固定翼13との相互作用により、溝排気部L2は高速回転し、ねじ溝部18aのドラッグ作用によってそれぞれ排気を行なっている。従って、溝排気部L2の上部Aは低圧側となり、下部Bは高圧側となる。上記のねじ溝部スペーサ19に摩擦低減構造体22の内部に連通するガス抜き孔23を設けることにより、摩擦低減構造体22内の圧力雰囲気が低圧側圧力となる。
【0018】
このように摩擦低減構造体22の内部に連通するガス抜き孔23を設けることにより、本ターボ分子ポンプを使用する真空処理装置で腐食性ガスを用い、該腐食性ガスがターボ分子ポンプ内に流れ込んでも、摩擦低減構造体22を構成するボールベアリング又はころベアリングがこの腐食性ガスにさらされることが少なく腐食量を極力低減できる。
【0019】
なお、上記実施の形態例では、翼排気部L1と溝排気部L2を有する広域型のターボ分子ポンプを例に説明したが、本発明はこのような広域型のターボ分子ポンプに限定されるものではなく、要はポンプケーシング内部にロータとステータにより排気部が構成され、該ステータとポンプケーシングの間の少なくとも一部にボールベアリング又はころベアリングからなる摩擦低減構造体が設けられているターボ分子ポンプに適用できることは当然である。
【0020】
また、上記実施の形態例では、ねじ溝部スペーサ19と排気側ケーシング1Bとの間にはボールベアリング又はころベアリングからなる摩擦低減構造体22を設けた場合を示したが、固定翼スペーサ15と吸気側ケーシング1Aの間に設けた摩擦低減構造体17もボールベアリング又はころベアリングで構成された場合、当然適用できる。
【0021】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
(1)ボールベアリング又はころベアリングからなる摩擦低減構造体内の圧力雰囲気が極力ターボ分子ポンプの低圧側圧力になるように摩擦低減構造体内と該ターボ分子ポンプの低圧側を連通させるガス抜き孔を設けたので、ターボ分子ポンプ内に腐食性のガスが流れ込んだ場合でも、ボールベアリング又はころベアリングはこの腐食性のガスによる影響が小さいから、該ボールベアリング又はころベアリングに耐食性を持たせる必要性がなく、また該ボールベアリング又はころベアリングが腐食することが無いか又は腐食量が極めて小さい。
【0022】
(2)また、万一ロータ側に異常が発生し異常トルクがステータに作用した際にも摩擦低減構造体が正確に作用し、ポンプケーシング側の破損や真空系の破壊に繋がらない安全性の高いターボ分子ポンプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のターボ分子ポンプの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 ポンプケーシング
2 基部
3 固定筒状部
4 主軸
5 回転筒状部
6 駆動用モータ
7 上部ラジアル軸受
8 下部ラジアル軸受
9 ターゲットディスク
10a,b 電磁石
11 アキシャル軸受
12 回転翼
13 固定翼
14 固定翼スペーサ
15 固定翼スペーサ
16 ボルト
17 摩擦低減構造体
18 ねじ溝部
19 ねじ溝部スペーサ
20 段差面
21 ボルト
22 摩擦低減構造体
23 ガス抜き孔
R ロータ
S ステータ
L1 翼排気部
L2 溝排気部
Claims (2)
- ポンプケーシング内部にロータとステータによる排気部が構成され、該ステータとポンプケーシングの間の少なくとも一部に、ボールベアリング又はころベアリングからなる摩擦低減構造体を設け、前記ロータ自体の異常の場合に前記ポンプケーシングの径方向や周方向に作用する力により前記摩擦低減構造体が回転し前記ロータの回転エネルギーを消失させる構成のターボ分子ポンプにおいて、
前記ボールベアリング又はころベアリングからなる摩擦低減構造体内の圧力雰囲気が極力ターボ分子ポンプの低圧側圧力になるように該摩擦低減構造体内と該ターボ分子ポンプの低圧側を連通させるガス抜き孔を設けたことを特徴とするターボ分子ポンプ。 - 前記ロータとステータにより構成される排気部は翼排気部及び溝排気部からなることを特徴とする請求項1に記載のターボ分子ポンプ。
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