JP3812635B2

JP3812635B2 - ターボ分子ポンプ

Info

Publication number: JP3812635B2
Application number: JP2000177240A
Authority: JP
Inventors: 篤志塩川; 拓司曽布川; 裕之川崎; 松太郎宮本
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2020-06-13
Also published as: JP2001059496A

Description

【０００１】
【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気体の排気を行うようにしたターボ分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のターボ分子ポンプの一例を図１７に示す。このターボ分子ポンプは、ポンプケーシング１４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Ｌ_１及び溝排気部Ｌ_２が構成されている。ステータＳは、基部１５と、その中央に立設された固定筒状部１６と、翼排気部Ｌ_１及び溝排気部Ｌ_２の固定側部分とから主に構成されている。また、ロータＲは、固定筒状部１６の内部に挿入された主軸１０と、それに取り付けられた回転筒状部１２から主に構成されている。
【０００３】
すなわち、主軸１０と固定筒状部１６の間には駆動用モータ１８と、その上下に上部ラジアル磁極２０及び下部ラジアル磁極２２が設けられている。そして、主軸１０の下部には、主軸１０の下端のターゲットディスク２４ａと、ステータＳ側の上下の電磁石２４ｂを有するアキシャル軸受２４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回転するようになっている。
【０００４】
回転筒状部１２の上部外周には、回転翼３０が一体に設けられて羽根車を構成し、ポンプケーシング１４の内面には、回転翼３０と交互に配置される固定翼３２が設けられ、これらが、高速回転する回転翼３０と静止している固定翼３２との相互作用によって排気を行う翼排気部Ｌ_１を構成している。
【０００５】
さらに、翼排気部Ｌ_１の下方にはねじ溝排気部Ｌ_２が設けられている。すなわち、回転筒状部１２には、外周面にねじ溝３４ａが形成されたねじ溝部３４が固定筒状部１６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３４の外周を囲むねじ溝部スペーサ３６が配置されている。ねじ溝排気部Ｌ_２は、高速回転するねじ溝部３４のねじ溝３４ａのドラッグ作用によって排気を行う。固定翼３２は、その外周縁部において、固定翼スペーサ３８どうし、または固定翼スペーサ３８と溝部スペーサ３６とで挟持固定されている。
【０００６】
このように翼排気部Ｌ_１の下流側にねじ溝排気部Ｌ_２を有することで、広い流量範囲に対応可能な広域型ターボ分子ポンプが構成されている。この例では、ねじ溝排気部Ｌ_２のねじ溝をロータＲ側に形成した例を示しているが、ねじ溝をステータＳ側に形成してもよい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなターボ分子ポンプにおいて、腐食などによりロータＲの破壊が生じ、壊れたロータＲの破片がポンプケーシング１４の吸気口１４ａ側に飛び出すことがある。そして、ターボ分子ポンプの吸気口１４ａにフランジ１４ｂを介して接続されている処理装置のチャンバ内に、大きな運動エネルギを持った回転筒状部１２あるいは回転翼３０の破片が入り込むと、処理装置の破壊や処理途中の製品への損害をもたらすだけでなく、全体の真空系が破壊されて有害な処理ガスの外部放出を招く事故に繋がりかねない。
【０００８】
本発明は上記に鑑み、万一ロータが破壊した場合でも、ロータの破片でチャンバや処理中の製品を傷つけることなく、ターボ分子ポンプを交換することで速やかに装置を再使用可能な状態にすることが可能な安全性の高いターボ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】
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り翼排気部が構成されたターボ分子ポンプにおいて、前記ロータには、前記ポンプケーシングの吸気口側に位置して、前記ロータ及び／またはステータの破片が吸気口を抜けて飛散するのを防止する飛散防止部材が設けられていることを特徴とするターボ分子ポンプである。
【００１０】
これにより、ロータが破壊した時に、回転筒状部や回転翼のようなロータの破片及び固定翼のようなステータの破片は飛散防止部材に遮られ、あるいは吸気口方向への運動エネルギを失うので、吸気口側に接続された処理装置のチャンバ自体やその内部の機器、被処理物等を傷つけることが防止される。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記翼排気部を構成する回転翼の少なくとも一部が前記飛散防止部材を構成してい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である。これにより、回転翼の少なくとも一部に遮蔽機能を持たせることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記飛散防止部材が、高強度材及び／又は高エネルギ吸収材で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のターボ分子ポンプである。高強度材としては、アルミニウムよりも強度が高い、例えばステンレス鋼やチタン合金等が挙げられる。また、高エネルギ吸収材としては、鉛等の比較的柔軟な金属材料、高分子素材、あるいはこれらの複合素材を用いて、衝撃を吸収し易い形状（例えば、ハニカム構造や単なる球形状の集合体）に構成したもの等が挙げられる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記飛散防止部材が、衝撃吸収構造を有していることを特徴とする請求項１記載のターボ分子ポンプである。これにより、ロータの破片が飛散防止部材に衝突した時における該ロータの破片の運動エネルギの吸収効果をより一層高めて、吸気口側に接続された処理装置のチャンバ等を防護する機能を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図１７に示す従来のターボ分子ポンプの場合と同一の構成部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００１６】
図１及び図２は、ターボ分子ポンプの一例を示すもので、この例では、ポンプケーシング１４の吸気口１４ａ側に、飛散防止部材を構成する保護カバー５０が設置されている。この保護カバー５０は、吸気口１４ａの中央部に配置され、ロータＲを構成する回転筒状部１２の直上方を覆う円板状の遮蔽体５２と、遮蔽体５２の外側に同心に配置され、ポンプケーシング１４の吸気口１４ａと同じ大きさの開口を有するリング状のリム板５６と、遮蔽体５２の外周面から放射状に延びて遮蔽体５２とリム板５６とを連結する複数（図では３本）の支持棒５４とから構成されている。図では、保護カバー５０は、リム板５６の下面に形成された段差５６ａを吸気口１４ａ側のフランジ１４ｂに嵌着することで、ポンプケーシング１４に固定されているが、フランジ１４ｂ側に段差を設け、保護カバー５０をその段差に嵌め込んでボルトで固定してもよく、また、単にこの段差に嵌め込んでポンプケーシング１４とチャンバとの間に挟み込むだけでもよい。
【００１７】
この例において、軸方向の最上段に位置する固定翼３２ａは、例えばステンレス鋼やチタン合金等のようなアルミニウムよりも強度の高い材料で構成され、他の固定翼３２は、アルミニウムで構成されている。これにより、固定翼３２ａも飛散防止部材を構成している。
【００１８】
このように構成したターボ分子ポンプにおいて、ロータＲが腐食等の原因で回転中に破壊した時に、回転筒状部１２や回転翼３０のようなロータＲの破片は、保護カバー５０の遮蔽体５２に衝突し、それによって吸気口１４ａ側への運動エネルギが失われるので、吸気口１４ａ側に接続されたチャンバ等を傷つけることが防止され、あるいはその程度が軽減される。なお、この例では、遮蔽体５２は回転筒状部１２のみを覆っているが、回転翼３０の一部まで覆うようにしてもよい。
【００１９】
また、軸方向の最上段に位置する固定翼３２ａがアルミニウムよりも強度の高い材料で構成されているので、これにアルミニウム製の回転翼３０などが衝突しても破壊されず、あるいは破壊の程度が低い。従って、この固定翼３２ａは、そのような破片がさらに吸気口１４ａに向かって飛散することを防止する飛散防止部材としての役割を果たす。
【００２０】
なお、上述した例においては、最上段の固定翼３２ａのみを高強度材で構成した例を示しており、他の段の固定翼、更には、例えば１段と４段のような任意の段の固定翼を高強度材で構成してもよい。
【００２１】
また、この例にあっては、飛散防止部材としての保護カバー５０を設け、更に軸方向の最上段に位置する固定翼３２ａをアルミニウムよりも強度の高い材料で構成して、この固定翼３２ａも飛散防止部材としての役割を果たすようにした例を示しているが、どちらか一方を備えるようにしてもよいことは勿論である。
【００２２】
図３は、ターボ分子ポンプの他の例を示すものである。この例は、前述の例における保護カバー５０の円板状の遮蔽体５２の代わりに、略円柱状の遮蔽体５８を使用したものである。遮蔽体５８は、その約下半分が回転筒状部１２の中央の設けられた凹部１３内に入り込むように配置されている。
【００２３】
この例のターボ分子ポンプによれば、遮蔽体５８とロータＲの間の隙間がより小さくなって、破片の飛散する可能性を減少させて、処理チャンバ側を防護する機能を向上させている。また、この例では、遮蔽体５８は、ロータＲが異常回転したときの姿勢維持機能をも有しており、これにより、ロータＲとステータＳの接触を最小限に抑えて破片の発生自体を減少させることができる。
【００２４】
図４及び図５は、ターボ分子ポンプの更に他の例を示すもので、この例は、飛散防止部材として、衝撃吸収構造を有するものを使用した例を示す。すなわち、飛散防止部材としての保護カバー５０の中央部に略円板状で下方に突出する軸部７０ａを有する遮蔽体７０を設け、この遮蔽体７０の軸部７０ａの周囲に金属製パイプ７２をコイル状に二重に巻き付けて構成した衝撃吸収部材７４を配置し、この衝撃吸収部材７４の周囲を上方に開口したカップ状の衝撃吸収部材カバー７６で囲繞し、更に遮蔽体７０の周縁部と衝撃吸収部材カバー７６のフランジとをボルト７８で締結したものである。衝撃吸収部材カバー７６は、回転筒状部１２の中央の設けられた凹部１３内に入り込むように配置されている。
【００２５】
この例のターボ分子ポンプによれば、回転翼３０や回転筒状部１２のようなロータＲの破片が、飛散防止部材としての保護カバー５０の遮蔽体７０や衝撃吸収部材カバー７６に衝突した際に、衝撃吸収部材７４が軸方向及び径方向のいずれにも容易に変形あるいは破壊して衝撃を吸収することで、この破片の運動エネルギをより一層吸収して、処理チャンバ側を防護する機能を向上させることができる。
【００２６】
ここで、衝撃吸収部材としては、この他に、比較的柔軟な金属材料、高分子材料、あるいはこれらの複合素材を用いて、衝撃を吸収しやすい形状（例えば、ハニカム構造や単なる球形状の集合体）に構成したものを使用してもよい。この場合、腐食性ガスなどを排気することを考慮して、素材自身に耐食性のある素材を選ぶか、または表面にニッケルコーティング等の耐食性表面処理を行うことが好ましい。
【００２７】
図６及び図７は、ターボ分子ポンプの更に他の例を示すもので、この例は、図１及び図２に示す例に以下の構成を付加したものである。すなわち、ポンプケーシング１４の吸気口１４ａの内壁面には、保護カバー５０と共に飛散防止部材を構成する複数（図では３個）の突起部６０が、円周方向に沿って所定間隔ごとに内方に向けて突出し、ロータＲの回転翼３０の外周縁部を覆うように設けられている。なお、この例では、突起部６０をポンプケーシング１４の吸気口１４ａの内壁面に設けた例を示しているが、保護カバー５０のリム板５６に設けてもよい。
【００２８】
この例のターボ分子ポンプによれば、ロータＲの回転翼３０や回転筒状部１２から発生した破片が保護カバー５０の遮蔽体５２だけでなく突起部６０にも衝突するので、吸気口１４ａ側へ持ち込まれる運動エネルギを更に小さくすることができる。
【００２９】
図８は、この発明の第１の実施の形態のターボ分子ポンプを示すもので、この実施の形態では、飛散防止部材６２が、ロータＲの主軸１０の上端に、回転筒状部１２の吸気口１４ａ側の一部を覆うように取り付けられている。すなわち、この飛散防止部材６２は、回転筒状部１２の凹部１３の形状に沿ってカップ状に形成され、上端には回転筒状部１２の平坦な上面に沿って延びるフランジ部６２ａが形成され、底部にはねじ穴が形成されている。主軸１０の頂部には、外面に雄ねじが形成された固定部１０ａが設けられ、飛散防止部材６２はこの固定部１０ａに雄ねじを螺合することにより、主軸１０に締結されている。なお、ボルト等の他の任意の締結手段を介して、飛散防止部材６２を主軸１０または回転筒状部１２に締結するようにしてもよい。
【００３０】
この実施の形態のターボ分子ポンプによれば、飛散防止部材６２がロータＲに取り付けられているので、それを配置するためにポンプケーシング１４の吸気口１４ａを横切るような障害物を設ける必要が無い。従って、排気速度が低下することがない。さらに、飛散防止部材６２がロータＲのうちの破断して飛散しやすい箇所である回転筒状部１２の凹部１３を覆うように取り付けられているので、破片の飛散を効率的に防止することができる。また、この例では、飛散防止部材６２は回転筒状部１２を覆っているが、回転翼３０の一部を覆うようにしてもよい。
【００３１】
図９乃至図１１は、この発明の第２の実施の形態のターボ分子ポンプを示すもので、この実施の形態は、第１の実施の形態における飛散防止部材６２に衝撃吸収構造を付加したしたものであり、他の構成は、第１の実施の形態とほぼ同様である。
【００３２】
すなわち、この実施の形態は、上方に開口した飛散防止部材６２の内部に、図１１に示す半円環状の金属製パイプ８０を互いに対峙させつつ上下に積層して構成した衝撃吸収部材８２を配置し、更に主軸１０を上方に延長させてその上端部に雄ねじを刻設し、この雄ねじに衝撃吸収部材押えとしてのナット８４を締付けることで、衝撃吸収部材８２の脱出を防止するようにしたものである。この実施の形態にあっては、ナット８４を締付けて、衝撃吸収部材８２を介して飛散防止部材６２のフランジ部６２ａの下面を回転筒状部１２に圧接させることで、飛散防止部材６２を固定している。
【００３３】
これにより、回転翼３０や回転筒状部１２のようなロータＲの破片が、飛散防止部材６２に衝突した際に、飛散防止部材６２が軸方向及び径方向のいずれにも容易に変形あるいは破壊して衝撃を吸収することで、この破片の運動エネルギをより一層吸収して、処理チャンバ側を防護する機能を向上させることができる。
【００３４】
なお、このように、半円環状のパイプ８０を使用して衝撃吸収部材８２を構成したのは生産性を高めるためであり、完全なリング状のパイプや、一端が開いたリング状のパイプ、更にはコイル状のものを使用してもよいことは勿論である。また、衝撃吸収部材として、比較的柔軟な金属材料、高分子材料、あるいはこれらの複合素材を用いて、衝撃を吸収しやすい形状に構成したものを使用してもよいことは前述と同様である。
【００３５】
図１２は、この発明の第３の実施の形態のターボ分子ポンプを示すものである。この実施の形態は、第１の実施の形態におけるカップ状の飛散防止部材６２の代わりに、円板状の飛散防止部材６４を使用し、この飛散防止部材６４を回転筒状部１２の凹部１３内に収納したものである。他の構成は、第１の実施の形態と同様である。通常、上側部１２ａは回転筒状部１２のハブ部１２ｂと一体であるので、このようにハブ部１２ｂを押さえるだけでも破片の飛散防止効果を有する。従って、この実施の形態によれば、図８に示す第１の実施の形態に比べ低コストで目的を達成することができる。
【００３６】
図１３は、この発明の第４の実施の形態のターボ分子ポンプを示すもので、この実施の形態は、図８に示す第１の実施の形態における飛散防止部材６２をボルト６６を介して回転筒状部１２に締結するとともに、以下の構成を付加したものである。すなわち、ポンプケーシング１４の吸気口１４ａの内壁面に、飛散防止部材６２と共に飛散防止部材を構成する複数（図では３個）の突起部６０が、円周方向に沿って所定間隔ごとに内方に向けて突出し、ロータＲの回転翼３０の外周縁部を覆うようになっている。
【００３７】
この実施の形態のターボ分子ポンプによれば、ロータＲの回転翼３０や回転筒状部１２のような破片が飛散防止部材６２とともに突起部６０にも衝突するので、吸気口１４ａ側へ伝達される運動エネルギを更に小さくすることができる。また、全ての実施の形態において、突起部を含めた飛散防止部材はステンレス鋼やチタン合金等の高強度材で構成した方が望ましい。
【００３８】
図１４及び図１５は、この発明の第５の実施の形態のターボ分子ポンプを示すもので、この実施の形態は第１の実施の形態における回転筒状部１２に締結されている飛散防止部材６２に衝撃吸収構造を付加したものである。他の構成は第１の実施の形態とほぼ同様である。
【００３９】
すなわち、この実施の形態は、回転筒状部１２の凹部１３内に軸部９０ａを有するサポート９０をボルト９２を介して立設し、飛散防止部材６２の内部に、図１１に示す半円環状の金属製パイプ８０を互いに対峙させつつ上下に積層するとともに、このパイプ８０と飛散防止部材６２との間に、例えばフッ素ゴム製のＯリング９４を介在させて構成した衝撃吸収部材９６を配置し、サポート９０の上部に刻設した雄ねじに衝撃吸収部材押えとしてのナット９８を締付けることで、衝撃吸収部材９６の脱出を防止するようにしたものである。この実施の形態にあっては、飛散防止部材６２の軸方向の動きはパイプ８０によって、径方向の動きはＯリング９４によってそれぞれ規制され、これにより、軸方向、径方向ともに、ロータ若しくはステータの破片の衝撃を吸収することができる。
【００４０】
また、図１５に示すように、回転筒状部１２の凹部１３の周囲には凸部１２ｃが形成され、飛散防止部材６２のフランジ部６２ａの周縁部下面には、この凸部１２ｃと嵌合する凹部６２ｂを区画形成する凸条部６２ｃが形成されている。これにより、回転筒状部１２の凸部１２ｃに飛散防止部材６２の凹部６２ｂを嵌合させることで、この芯出しを行うとともに、この径方向の移動を規制するようになっている。
【００４１】
この実施の形態のターボ分子ポンプによれば、ロータＲの回転翼３０や回転筒状部１２のような破片が飛散防止部材６２に衝突した際に、衝撃吸収構造内部の衝撃吸収部材９６が変形あるいは破壊されることによって、この破片の運動エネルギをより一層吸収することが可能となり、さらに突起部６０にも衝突するので、吸気口側へ伝達される運動エネルギをさらに小さくすることができる。
【００４２】
図１６は、この発明の第６の実施の形態のターボ分子ポンプを示すもので、この実施の形態は、軸方向の最上段に位置する回転翼３０ａを他の回転翼３０と別体として、例えばステンレス鋼やチタン合金等のようなアルミニウムよりも強度の高い材料で、他の回転翼３０はアルミニウムでそれぞれ構成し、軸方向の最上段に位置する回転翼３０ａをボルト１００を介して主軸１０に直結し、これによって、回転翼３０ａで飛散防止部材を構成したものである。
【００４３】
つまり、軸方向の最上段に位置する回転翼３０ａがアルミニウムよりも強度の高い材料で構成されているので、これにアルミニウム製の回転翼３０などが衝突しても破壊されず、あるいは破壊の程度が低い。従って、この回転翼３０ａは、そのような破片がさらに吸気口１４ａに向かって飛散することを防止する飛散防止部材としての役割を果たす。
【００４４】
上記においては、本発明の種々の構成を翼排気部Ｌ_１とねじ溝排気部Ｌ_２を有する広域型ターボ分子ポンプに適用したが、それぞれの趣旨に従い、本発明の構成を翼排気部Ｌ_１のみ、あるいはねじ溝排気部Ｌ_２のみを有するポンプに採用してもよい。また、上述したいくつかの実施の形態の構成を適宜に組み合わせて用いてもよいことは言うまでもない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ロータが回転中に破壊した際に発生する回転筒状部や回転翼等の破片は、飛散防止部材に衝突することにより吸気口から飛散することが防止され、あるいは運動エネルギを失い、吸気口側に接続された処理チャンバやその内部の機器、被処理物等を傷つけることが防止される。従って、万一ロータが破壊した場合でも、チャンバ等の破損やさらには真空系の破壊に繋がるような事故の発生を防止して、安全性の高いターボ分子ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ターボ分子ポンプの一例を示す断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】ターボ分子ポンプの他の例を示す断面図である。
【図４】ターボ分子ポンプの更に他の例を示す断面図である。
【図５】図４の要部拡大図である。
【図６】ターボ分子ポンプの更に他の例を示す断面図である。
【図７】図６の平面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態のターボ分子ポンプを示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態のターボ分子ポンプを示す断面図である。
【図１０】図９の要部拡大図である。
【図１１】図９のターボ分子ポンプに使用されている衝撃吸収部材を構成する金属製パイプを示す平面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態のターボ分子ポンプを示す断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態のターボ分子ポンプを示す断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態のターボ分子ポンプを示す断面図である。
【図１５】図１４の要部拡大図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態のターボ分子ポンプを示す断面図である。
【図１７】従来のターボ分子ポンプを示す断面図である。
【符号の説明】
１０主軸
１２回転筒状部
１３凹部
１４ポンプケーシング
１４ａ吸気口
１６固定筒状部
１８駆動用モータ
３０回転翼
３２固定翼
３４ねじ溝部
３６ねじ溝部スペーサ
３８固定翼スペーサ
５０保護カバー（飛散防止部材）
５２，５８，７０遮蔽体
５４支持棒
５６リム板
６０突起部（飛散防止部材）
６２，６４飛散防止部材
７２，８０金属製パイプ
７４，８２，９６衝撃吸収部材
７６衝撃吸収部材カバー
９０サポート
Ｌ_１翼排気部
Ｌ_２溝排気部
Ｒロータ
Ｓステータ

Claims

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が構成されたターボ分子ポンプにおいて、
前記ロータには、前記ポンプケーシングの吸気口側に位置して、前記ロータ及び／またはステータの破片が吸気口を抜けて飛散するのを防止する飛散防止部材が設けられていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
前記翼排気部を構成する回転翼の少なくとも一部が前記飛散防止部材を構成してい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。
前記飛散防止部材が、高強度材及び／又は高エネルギ吸収材で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のターボ分子ポンプ。
前記飛散防止部材が、衝撃吸収構造を有していることを特徴とする請求項１記載のターボ分子ポンプ。