JP3974772B2 - 真空ポンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等に用いられる真空ポンプに関し、特に、回転体のバランス取りのための構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体製造工程におけるドライエッチングやCVD等のプロセスのように、高真空のプロセスチャンバ内で処理を行なう工程では、プロセスチャンバ内のガスを排気して一定の高真空度を形成する手段として、例えばターボ分子ポンプのような真空ポンプが用いられている。
【0003】
この種のターボ分子ポンプの回転体は、通常アルミ合金で形成されているが、塩素や硫化フッ素系の腐食性ガスにさらされるような過酷な環境下で使用されるターボ分子ポンプの場合、アルミ合金で形成されている回転体の表面に、例えばニッケルリンメッキのような無電解メッキを施して腐食防止皮膜を形成している。
【0004】
ところで、上記のようなターボ分子ポンプにおいては、ポンプ組立製造段階で、回転体の高速回転時のバランス取りを行なう必要がある。このようなバランス取りの手段としては、一般に、回転体の外周面や内周面をドリルやリュータにより一部削り取ることによって回転体の質量を変化させてバランスの微調整を行なう方法が知られている。
【0005】
しかしながら、上記のような削り取りによるバランス取りの場合、ドリルやリュータによって回転体の表面に施された腐食防止皮膜を削り取ってしまうため、アルミ合金がむき出しとなった削り取り部分に腐食が発生し、回転体の高速回転により削り取り部分の応力腐食亀裂が進行し、最悪の場合、回転体破壊に繋がるという問題点を有していた。
【0006】
また、上記のような削り取りによるバランス取りに代えて、腐食防止皮膜が形成された回転体の表面に錘等により質量を付加することによって、腐食を防止しつつ、回転体の質量を変化させてバランスの微調整を行なう方法も考えられるが、このような質量付加によるバランス取りの場合、回転体の高速回転による遠心力によって錘が剥がれ落ちてしまい、長期間バランス取りされた回転体を得ることができないという不具合があり、遠心力に耐え得る質量付加によるバランス取り方法はあまり採用されていないのが実情である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、腐食による回転体破壊を防止でき、かつ、長期間に亘り回転体のバランス取りを行なうことができる真空ポンプを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る真空ポンプは、上面にガス吸気口を開口したポンプケースと、上記ポンプケース内に回転可能に支持されたロータ軸と、上記ポンプケース内に収容され、上記ロータ軸に固定されたロータの外周面に一体加工された複数枚のロータ翼と、上記複数枚のロータ翼間に交互に位置決めされ、上記ポンプケース内に固定された複数枚のステータ翼と、上記ロータ軸を回転させるための駆動モータと、を具備し、上記ロータの内周面および外周面には無電解メッキによる腐食防止皮膜が形成され、かつ、上記ロータの内周面には耐熱性および耐腐食性の接着剤または塗料が塗布されてなり、パージガス雰囲気中に曝される質量付加手段を有しており、上記質量付加手段が、上記ロータの内周面に設けられた溝内にあることを特徴とするものである。
【0009】
ここで、上記耐熱性および耐腐食性の接着剤として、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等から選ばれる合成樹脂接着剤を使用することができる。
【0010】
また、上記耐熱性および耐腐食性の接着剤には、SUS粉末、または酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化クロム(Cr2O3)等の金属酸化物からなるセラミック繊維が含有されていてもよい。
【0011】
また、上記耐熱性および耐腐食性塗料としては、アルキド樹脂を使用することができる。
【0012】
また、上記耐熱性および耐腐食性の接着剤には、SUS粉末、または酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化クロム(Cr2O3)等の金属酸化物からなるセラミック繊維が含有されていてもよい。
【0013】
また、本発明に係る真空ポンプは、上面にガス吸気口を開口したポンプケースと、上記ポンプケース内に回転可能に支持されたロータ軸と、上記ポンプケース内に収容され、上記ロータ軸に固定されたロータの外周面に一体加工された複数枚のロータ翼と、上記複数枚のロータ翼間に交互に位置決めされ、上記ポンプケース内に固定された複数枚のステータ翼と、上記ロータ軸を回転させるための駆動モータと、を具備し、上記ロータ軸とロータとを固定するボルトの座金をステンレスによりロータ軸外周にリング状に一体成形し、かつ、上記座金の内周にネジ、割ピン、ブッシュ等から選ばれる少なくとも一つの錘を取り付けた質量付加手段と、を具備することを特徴とするものである。
【0014】
なお、上記錘の軸心にはガス抜き穴が刻設されていてもよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る真空ポンプの実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【0016】
図1は本発明に係る真空ポンプの一実施形態の構成を示す縦断面図である。
【0017】
同図に示すように、本実施形態における真空ポンプPは、円筒部1−1とその下端に取り付けられたベース1−2とからなるポンプケース1と、ポンプケース1内部に収容されたポンプ機構部とから大略構成されている。
【0018】
ポンプケース1の上面は開口されていて、ガス吸気口2となっており、ガス吸気口2には図示しないプロセスチャンバ等の真空容器がボルトによりネジ止め固定され、ポンプケース1の下部一側面にはガス排気口3となる排気パイプが設けられている。
【0019】
ポンプケース1の下部底面はエンドプレート1−3で蓋されており、エンドプレート1−3内中央部には、ポンプケース1内部に向かって立設するステータコラム4がボルトによりネジ止め固定されている。
【0020】
ステータコラム4には、その端面間を貫通するロータ軸5が回転可能となるように、ステータコラム4内部に設けられたラジアル方向電磁石6−1,軸方向電磁石6−2により、ロータ軸5のラジアル方向および軸方向にそれぞれ軸受支持されている。なお、符号7はドライ潤滑剤が塗布されたボールベアリングであり、上記磁気軸受の電源異常時に、ロータ軸5と電磁石6−1,6−2とが接触するのを保護し、ロータ軸5を支持するためのものであり、通常運転時にはロータ軸5には接触していない。
【0021】
ポンプケース1内部には、ロータ8がアルミ合金等により円筒型に形成され、かつ、アルミ合金の表面に、ニッケルリンメッキ等の無電解メッキによる腐食防止皮膜が20μm程度の厚みでコーティングされており、このロータ8がステータコラム4を包囲するように配置され、ロータ8上端はガス吸気口2付近まで延長されており、ボルトによりロータ軸5にネジ止め固定されている。
【0022】
ロータ軸5の軸方向略中央部には、ロータ軸5とステータコラム4との間に高周波モータ等からなる駆動モータ9が配設されており、ロータ軸5とロータ8とは駆動モータ9により高速回転するように構成されている。
【0023】
本実施形態における真空ポンプPのポンプ機構部は、ポンプケース1内部に収容され、ロータ8外周面とポンプケース1内周面との間における上方半分のターボ分子ポンプ機構部PA と、下方半分のネジ溝ポンプ機構部PB とから構成された複合型のポンプ機構を採用している。
【0024】
ターボ分子ポンプ機構部PA は、高速回転するロータ翼10と、固定され、静止しているステータ翼11とにより構成されている。
【0025】
すなわち、ロータ8の上方半分の外周面には、ガス吸気口2側からロータ8の回転中心軸線L方向にかけて一体加工された複数枚のブレード状のロータ翼10,10,…が形成されており、ポンプケース1の上方半分の内周面には、複数枚のロータ翼10,10,…間に交互に配設された複数枚のステータ翼11,11,…が形成され、スペーサ12,12,…を介して固定されている。
【0026】
一方、ネジ溝ポンプ機構部PB は、高速回転するロータ8の円筒面8aと、静止しているネジ溝13とにより構成されている。
【0027】
すなわち、ロータ8の下方半分の外周面は平坦な円筒面8aとなっており、ポンプケース1の下方半分の内周面には、ロータ8外周の円筒面8aと狭い間隔で対向する円筒形のネジステータ14が配設され、ネジステータ14にネジ溝13が刻設されている。
【0028】
なお、ロータ8の下方半分の外周面にネジ溝13を刻設し、ポンプケース1の下方半分の内周に配設されたネジステータ14のロータ8対向面を平坦な円筒面に形成することもできる。
【0029】
ところで、本実施形態における真空ポンプPは、アルミ合金等により形成され、アルミ合金の表面に腐食防止皮膜が形成されたロータ8の内周面8bに、耐熱性および耐腐食性の接着剤または塗料を塗布した質量付加手段15を具備することを特徴とするものである。
【0030】
すなわち、図2の拡大断面図に示すように、ロータ8の内周面8bに耐熱性および耐腐食性を有する接着剤として、例えば、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等の合成樹脂接着剤15aを2〜10μm程度の厚みで塗布し、常温または加熱により合成樹脂接着剤15aを硬化させることにより、ロータ8の内周面8bに質量を付加することができ、ロータ軸5、ロータ8、ロータ翼10からなる回転体のバランス取りの微調整を行なうことが可能となる。
【0031】
また、上記耐熱性および耐腐食性の接着剤15aには、接着剤よりも密度が高い金属粉末として、例えば、SUS粉末、または酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化クロム(Cr2O3)等の金属酸化物からなるセラミック繊維が含有されていてもよい。
【0032】
ただし、上記各金属粉末を接着剤15aに含有させる場合には、粉末粒子の粒径は10μm以下に粉砕されていることが好ましい。これは、金属粉末粒子の粒径が10μmよりも大きいと、溶剤内で金属粉末が沈んでしまい、均一に混練することができないためであり、金属粉末の粒径が10μm以下であれば溶剤に金属粉末が溶融し、接着剤として均一に混練することができるためである。
【0033】
なお、上記合成樹脂接着剤15aに代えて、アルキド樹脂等の耐熱性および耐腐食性の塗料を塗布する構成とすることもできる。
【0034】
このように、上記合成樹脂接着剤15aは、ロータ8の内周面8bに塗布されており、回転体の高速回転中にはロータ8の遠心力によりロータ翼10側に押し付けられるため、強固な接着力を必要とせず、遠心力によって剥離されることもない。
【0035】
また、上記合成樹脂接着剤15aが塗布されるロータ8の内周にはパージガス(不活性ガス)があり、排気するガスの影響が少ないため、合成樹脂接着剤15aが塩素、硫化フッ素等の腐食性ガスにより腐食することもない。
【0036】
したがって、上記構成からなる真空ポンプPは、腐食性ガスに起因する腐食によるロータ破壊を防止でき、かつ、長期間に亘り回転体のバランス取りを行なうことが可能となる。
【0037】
次に、本発明に係る真空ポンプの第2の実施形態について、図3に基づき説明する。
【0038】
本実施形態における真空ポンプの基本的な構成については、図1に示した真空ポンプと同様であるので、同一部材には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0039】
本実施形態における真空ポンプは、図3に示すように、回転体のバランス取りのための質量付加手段15を設ける変形例として、ロータ8の内周面8bに溝を形成し、この溝に質量付加手段15を具備することを特徴とするものである。
【0040】
すなわち、ロータ8の内周面8bをドリルやリュータで削り取ることにより、同図に示すような蟻溝15bを形成し、この蟻溝15bに耐熱性および耐腐食性を有する接着剤15aを充填し、ロータ8の内周面8bを平坦な面としたものである。
【0041】
なお、蟻溝15bに充填する接着剤15aとしては、上記第1の実施形態において説明したエポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等の耐熱性および耐腐食性を有する合成樹脂接着剤や、アルキド樹脂等の耐熱性および耐腐食性の塗料を使用し、この合成樹脂接着剤には、SUS粉末、または酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化クロム(Cr2O3)等の金属酸化物からなるセラミック繊維が含有されていてもよい。
【0042】
また、図示はしないが、上記のような蟻溝15bに代えて、ロータ8の内周面8bの円周上に環状溝を形成し、この環状溝に上記接着剤を充填する構成としてもよい。
【0043】
このように、本実施形態のようなバランス取り構造によれば、ロータ8の内周面8bには断面の凹凸がなく、また、バランス取りのための切り欠きもないため、ロータ8の高速回転による応力集中が生じず、ロータ8の最大応力が小さくなり、ロータ8が破壊しづらくなる。
【0044】
次に、本発明に係る真空ポンプの第3の実施形態について、図4に基づき説明する。
【0045】
本実施形態における真空ポンプの基本的な構成については、図1に示した真空ポンプと同様であるので、同一部材には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0046】
本実施形態における真空ポンプは、図4に示すように、回転体のバランス取りのための質量付加手段15を設ける変形例として、ロータ軸5とロータ8とを固定するボルト16の座金16aの内周面にネジ15cからなる錘を取り付けたことを特徴とするものである。
【0047】
すなわち、図5に示すように、ロータ軸5とロータ8とを固定するボルト16の座金16aをアルミ合金よりも比重が重く、遠心力に対する耐強度性に優れたステンレスにより、ロータ軸5の外周にリング状に一体成形し、座金16aの内周面に放射状となるように3mm〜5mm程度のネジ穴15dを複数個刻設し、このネジ穴15dに比重の重い炭化タングステン等を含有するヘビーメタルから形成されるネジ15cを取り付け、質量付加手段15としたものである。
【0048】
なお、質量付加手段15としては、ネジ15cに代えて、割ピンやブッシュ等からなる錘を採用することもできる。
【0049】
また、図示しないが、上記錘の軸心に小径の孔を刻設し、ガス抜き穴とすることもできる。
【0050】
このように、本実施形態における真空ポンプによれば、回転体のバランス取りのための質量付加手段として、ロータ軸の軸心から近い位置に比重の重いネジ、割ピン、ブッシュ等の錘を取り付けることが可能となるため、回転体のバランス取りを効率よく行なうことができる。
【0051】
また、ロータ軸5とロータ8とを固定するボルト16の座金16aはステンレス製であるため、塩素や硫化フッ素等の腐食性ガスに対する耐腐食性を有し、ネジ、割ピン、ブッシュ等の錘を取り付けるための取り付け穴を刻設しても、その取り付け穴から腐食が生じることもなく、腐食によるロータ破壊を防止でき、かつ、長期間に亘り回転体のバランス取りを行なうことが可能となる。
【0052】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る真空ポンプによれば、回転体のバランス取りのための質量付加手段として、ロータの内周面に耐熱性および耐腐食性の接着剤または塗料を塗布する方法、あるいは、ロータ軸とロータとを固定するボルトの座金をステンレスにより一体成形し、かつ、座金の内周に錘を取り付ける方法を採用することにより、腐食性ガスに起因する腐食によるロータ破壊を防止でき、かつ、長期間に亘り回転体のバランス取りを効率よく行なうことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る真空ポンプの一実施形態の構成を示す縦断面図である。
【図2】図1に示したロータ内周面の拡大断面図である。
【図3】図1に示したロータ内周面の拡大断面図であり、質量付加手段の変形例を示す図である。
【図4】図1に示したロータ内周面の拡大断面図であり、質量付加手段の別変形例を示す図である。
【図5】図4に示したロータ内周面のA方向矢視図である。
【符号の説明】
1 ポンプケース
1−1 円筒部
1−2 ベース
2 ガス吸気口
3 ガス排気口
4 ステータコラム
5 ロータ軸
6−1 ラジアル方向電磁石(磁気軸受)
6−2 軸方向電磁石(磁気軸受)
7 ボールベアリング(保護用軸受)
8 ロータ
8a ロータ外周面(円筒面)
8b ロータ内周面
9 駆動モータ
10 ロータ翼
11 ステータ翼
12 スペーサ
13 ネジ溝
14 ネジステータ
15 質量付加手段
15a 合成樹脂接着剤
15b 蟻溝
15c ネジ
15d ネジ穴
16 ボルト
16a 座金
P 真空ポンプ
PA ターボ分子ポンプ機構部
PB ネジ溝ポンプ機構部
Claims (6)
- 上面にガス吸気口を開口したポンプケースと、
上記ポンプケース内に回転可能に支持されたロータ軸と、
上記ポンプケース内に収容され、上記ロータ軸に固定されたロータの外周面に一体加工された複数枚のロータ翼と、
上記複数枚のロータ翼間に交互に位置決めされ、上記ポンプケース内に固定された複数枚のステータ翼と、
上記ロータ軸を回転させるための駆動モータと、を具備し、
上記ロータの内周面および外周面には無電解メッキによる腐食防止皮膜が形成され、かつ、上記ロータの内周面には耐熱性および耐腐食性の接着剤または塗料が塗布されてなり、パージガス雰囲気中に曝される質量付加手段を有しており、
上記質量付加手段が、上記ロータの内周面に設けられた溝内にある
ことを特徴とする真空ポンプ。 - 上記耐熱性および耐腐食性の接着剤は、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等から選ばれる合成樹脂接着剤であることを特徴とする請求項1に記載の真空ポンプ。
- 上記耐熱性および耐腐食性の接着剤は、SUS粉末、または酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化クロム(Cr2O3)等の金属酸化物からなるセラミック繊維が含有されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の真空ポンプ。
- 上記耐熱性および耐腐食性の塗料は、アルキド樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の真空ポンプ。
- 上面にガス吸気口を開口したポンプケースと、
上記ポンプケース内に回転可能に支持されたロータ軸と、
上記ポンプケース内に収容され、上記ロータ軸に固定されたロータの外周面に一体加工された複数枚のロータ翼と、
上記複数枚のロータ翼間に交互に位置決めされ、上記ポンプケース内に固定された複数枚のステータ翼と、
上記ロータ軸を回転させるための駆動モータと、を具備し、
上記ロータ軸とロータとを固定するボルトの座金をステンレスによりロータ軸外周にリング状に一体成形し、かつ、上記座金の内周にネジ、割ピン、ブッシュ等から選ばれる少なくとも一つの錘を取り付けた質量付加手段と、
を具備することを特徴とする真空ポンプ。 - 上記錘の軸心にガス抜き穴を刻設したことを特徴とする請求項5に記載の真空ポンプ。
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