JP3794775B2 - 分子ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエッチング装置やＣＶＤ装置等において凝縮性を有する気体を排気するのに好適なターボ分子ポンプ又は複合分子ポンプ等の分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の凝縮性を有する気体の排気に用いられている複合分子ポンプの例を図３に示す。
【０００３】
即ち、複合分子ポンプは吸気口ａと排気口ｂとを有するハウジングｃ内に、吸気口ａ側からターボ分子ポンプ部ｄ及びねじ溝真空ポンプ部ｅを順次配置している。
【０００４】
尚、ｆはロータ、ｇはステータを示す。又、ｈは内部ハウジングでシャフトｋ、磁気軸受装置ｍ等を内蔵している。ｎはパージガス導入口で、凝縮性を有する排気が内部ハウジングｈ内に浸入してくるのを防ぐために、窒素ガス等のパージガスを該パージガス導入口ｎを経由して内部ハウジングｈ内に供給している。
【０００５】
又、分子ポンプ内部で排気が凝着するのを防止するため、分子ポンプの静止部をヒータ等で加熱して、分子ポンプ各部を排気が凝縮しない温度に昇温させるようにした例が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に分子ポンプを運転すると、排気の負荷によってロータの温度が上昇するが、これに分子ポンプの静止部への加熱が加わると、ロータの温度が更に上昇する。
【０００７】
ロータは高速度で運転されているため高い応力が発生しているが、一般のロータはアルミ合金で製作されているため、ロータの温度が１２０℃を越えると、ロータが破損したりロータの寿命が短くなるという問題があった。
【０００８】
本発明はこれらの問題点を解消し、分子ポンプの静止部をヒータ等で加熱した場合にも、ロータの寿命が短くならないような分子ポンプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するべく、分子ポンプのロータ側に設置した放熱部と、該放熱部より受けた熱を分子ポンプの冷却されている内部ハウジングに伝達するための受熱部とを有し、前記放熱部及び受熱部を各々多重の円筒状体に形成すると共に、これら円筒状体はロータ中心に対して同心に互いに入れ込んだ状態に配置され、これら放熱部と受熱部との間にガスを導入して両者間の熱伝達を促進するように形成したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施の形態を図１及び図２により説明する。
【００１１】
本発明を適用した複合分子ポンプＡにおいて、１はハウジング、２はターボ分子ポンプ部、３はねじ溝真空ポンプ部である。
【００１２】
４はロータで、該ロータ４の上方部にはターボ分子ポンプ部２の動翼２ａが係着されており、又、その下方部にはねじ溝真空ポンプ部３のロータ部が形成されている。尚、このねじ溝真空ポンプ部３では、円筒状のステータ３ａ、３ｂの各々にねじ溝が形成されている。
【００１３】
７は内部ハウジングで、前記ハウジング１内に位置していて、その底板部に固定されている。
【００１４】
前記ロータ４はシャフト５に締着されており、又、該ロータ４の内側頂部には多重の円筒状体からなる放熱部４ａがロータ中心と同心に形成されている。
【００１５】
６は受熱体で、多重の円筒状体からなる受熱部６ａを有する。該受熱部６ａは前記放熱部４ａと同心に、互いに入れ込んだ構造に形成されており、又、これら入れ込んだ円筒状体の相互間の隙間は１mm程度と僅少である。
【００１６】
前記受熱体６はブラケット７ａを介して前記内部ハウジング７の頂面に設けられており、受熱部６ａが受けた熱は該ブラケット７ａを介して内部ハウジング７に伝達される。
【００１７】
９はねじシール部で、内部ハウジングの外周に設けられたねじ山が回転するロータ４の内周面に僅少の隙間を持って相対しており、そのねじの方向は、該ねじシール部９内の気体が上方即ち前記放熱部４ａ及び受熱部６ａ側に送られるように形成されている。
【００１８】
又、８はパージガス導入口で、パージガスとしてヘリウムガスを導入している。該パージガス導入口８から導入されたヘリウムガスは内部ハウジング７内に入り、磁気軸受装置１０等の周辺を通って上方の放熱部４ａ及び受熱部６ａの間へと通じ、前記ねじシール部９より内側の領域の圧力を高く保っている。
【００１９】
尚、前記内部ハウジング７は、図示していない冷却系によって冷却される構造となっている。
【００２０】
次に本実施の形態の作用及び効果について説明する。
【００２１】
複合分子ポンプＡによって凝縮し易いガスを排気する場合、ステータ３ａ等の静止部をヒータで加熱して、分子ポンプ内に排気ガスが凝着しないようにしているが、この加熱によってロータ４も加熱される。
【００２２】
しかし、該ロータ４の放熱部４ａと受熱体６の受熱部６ａの間で、パージガスを媒介とする熱伝達が行われ、ロータ４から受熱体６へ伝達された熱は、冷却されている内部ハウジング７を経て前記冷却系へと伝えられる。即ち、これらの冷却機構によってロータ４の温度上昇を抑制することができる。
【００２３】
尚、この放熱部４ａから受熱部６ａへ伝達される熱量Ｑ_Rは数１式により計算される。
【００２４】
【数１】

【００２５】
但し、Ｔ_R：ロータ４の温度
Ｔ₂：内部ハウジング７の温度
Ｍ：パージガスの分子量
Ｐ_O：放熱部４ａと受熱部６ａとの間におけるパージガスの圧力
λ：１Torrにおけるパージガスの平均自由行程
Ｓ：放熱部４ａと受熱部６ａの対向面積
Ｄ：放熱部４ａと受熱部６ａの対向面間の間隙
【００２６】
即ち、該熱伝達熱量Ｑ_Rは、パージガスの分子量が小さく、その平均自由行程が長く、その圧力が高い程、増大する。
【００２７】
更にＱ_Rは、放熱部４ａと受熱部６ａの対向面積Ｓが広い程、又、両者間の間隙Ｄが小さい程、増大する。
【００２８】
この放熱部４ａ、受熱部６ａ及びパージガスからなる本発明のロータ冷却機構を持った分子ポンプと、これらを持たない従来の分子ポンプとについて、両者のロータ温度の比較を行ったものが図２に示すグラフである。
【００２９】
但し、この比較例において、パージガスに用いたヘリウムの圧力を２６６Ｐ_a、１Torrにおける平均自由行程を０．１４７２mmとし、又、放熱部と受熱部の対向面積を０．０３１５６ｍ²、対向面間の間隙を１mmとした。
【００２９】
このように本発明のロータ冷却機構付きの分子ポンプは、ロータの温度をアルミ合金の許容温度１２０℃以下に保って、ロータの寿命が短くならないようにすることができる。
【００３０】
尚、本実施の形態では、パージガスをヘリウムとしたが、これは水素又はその他の分子量が小さく平均自由行程の大きな気体でもよい。
【００３１】
又、パージガス導入口より内部ハウジング７内に導入するパージガスの圧力を制御して、ロータ４の放熱部４ａから受熱部６ａへの熱伝達量を調節するようにしてもよい。
【００３２】
更に又、本実施の形態では複合分子ポンプに本発明のロータ冷却機構を適用した例を示したが、これは複合分子ポンプの代りにターボ分子ポンプ、又はねじ溝真空ポンプに適用してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
このように本発明によれば、凝縮性を有する気体を排気するために分子ポンプの静止部をヒータ等で加熱しても、分子ポンプのロータの温度上昇が抑えられるので、分子ポンプのロータの寿命が短縮するのを防止できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施の形態の複合分子ポンプの縦断面図である。
【図２】本発明の分子ポンプと従来の分子ポンプのロータ温度の比較グラフである。
【図３】従来の複合分子ポンプの縦断面図である。
【符号の説明】
４ ロータ
4a 放熱部
6a 受熱部
７ 内部ハウジング
８ パージガス導入口
９ ねじシール部

Claims (3)

1. 分子ポンプのロータ側に設置した放熱部と、該放熱部より受けた熱を分子ポンプの冷却されている内部ハウジングに伝達するための受熱部とを有し、前記放熱部及び受熱部を各々多重の円筒状体に形成すると共に、これら円筒状体はロータ中心に対して同心に互いに入れ込んだ状態に配置され、これら放熱部と受熱部との間にガスを導入して両者間の熱伝達を促進するように形成したことを特徴とする分子ポンプ。
2. 前記ガスは水素又はヘリウム等の分子量が小さく平均自由行程の長いガスとしたことを特徴とする請求項１に記載の分子ポンプ。
3. ロータと内部ハウジングの間にねじシール部を設けて前記放熱部と受熱部の間に導入したガスが所定の圧力を保持するように形成すると共に、該ガスをパージガスに兼用するように形成したことを特徴とする請求項１に記載の分子ポンプ。

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