JP4114441B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置や分析装置などにおける中真空から高真空領域を形成するために使用されるターボ分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ機構ＴＫの原理を利用して分子、ガス等の排気を行なうターボ分子ポンプは従来より図４に示す構成をなしている。図４において、１はポンプ機台部で中央部上方には固定枠３が垂設され、この固定枠３にモータ２が収容されるとともに下方左側面には排気口７が設けられている。ポンプ機台部１の上方にはターボ分子ポンプＴＭの主体であるポンプ機構を収容するケーシング５が垂設され、このポンプ機台部１とケーシング５とはそれぞれのフランジ１Ｆ、５Ｆにて気密に接合され一体となっている。
【０００３】
モータ２から突出している回転軸４Ｓに回転体４が固設されている。この回転体４は略円筒体状を呈し、モータ２にて高速回転されるが、その上方部にターボ機構ＴＫが設けられ、下方には円筒部４Ｔが形成されている。すなわち、回転体４の上方にはその円周部に回転翼Ｂが一体的に複数段、具体的には上段より下方へ５枚一定の間隔を有して形成され、この回転翼Ｂに対して、外方のケーシング５の内周面からは、固定翼Ｔが内方に突出する形で張設されている。
Ｓはスペーサで、前記固定翼Ｔを所定間隔で保持しケーシング５内に固定されている。これら回転翼Ｂと固定翼Ｔの組み合わせによってターボ機構ＴＫが構成される。
【０００４】
他方、この回転体４の下方における円筒部４Ｔの外周はポンプ機台部１側に固定された固定翼Ｔの固定支持体であるステータリング９の内周面に近接し、この両者の組み合わせによりねじ溝ポンプＮＰが構成されている。このねじ溝ポンプＮＰはドラッグポンプとして機能する。すなわち、ステータリング９には、ねじ溝Ｎが形成されている。しかも、このねじ溝Ｎは図示のとおり、下方になるにつれてその深さが浅くなる円錐状をなし、粘性流にて分子を引き込み排気する。こうしてターボ機構ＴＫとねじ溝ポンプＮＰの協働によって吸気口６からのガス分子が圧縮され下方の排気口７より排出される。Ｆは吸気口６側のフランジで、ケーシング５と気密状態で一体化されており、被排気側たとえば半導体製造装置における反応室（図示せず）などに接合される。あるいはダクト（図示せず）を介して接合される。
【０００５】
図４に示すターボ分子ポンプＴＭは、ターボ機構ＴＫによるポンプ機構とねじ溝機構によるポンプ機構を有機的に結合したもので、通常ハイブリッド形ターボ分子ポンプと称されている。もちろんこのようなハイブリッド形でないターボ機構ＴＫのみからなるターボ分子ポンプも提供されている。
【０００６】
回転体４および回転翼Ｂは分子を排気するためにモータ２にて通常数万ｒｐｍの回転数で回転駆動される。したがって、磁気軸受８は耐久性を高めるため非接触形の磁気軸受が採用される。具体的には電磁石方式の磁気軸受が組み合わされ、電力供給とその供給量の制御が行なわれるようになっている。また固定翼Ｔを積層状に固定保持する各スペーサＳの幅は、図示のとおり吸気口６側は大きく、排気口７側になるにつれて幅が小さく設定されている。このようにターボ分子ポンプＴＭにおいては、ターボ機構が軸芯方向に一定距離を有して配設され、またハイブリッド形の場合は、さらにねじ溝ポンプ機構を配設する関係で円筒部を有し軸長が大きく構成されている。
【０００７】
ターボ分子ポンプＴＭの内部構成は以上詳述したとおりであるが、ターボ機構ＴＫを回転駆動させて作動させるモータ２や電磁石等が備えられており、これらモータ２ならびに磁気軸受８への電力供給を行なう電源装置が、ターボ分子ポンプＴＭの外部装置として組み合わせられる。
図５はこの関係を示す従来の構成図で、ターボ分子ポンプＴＭへの電力供給は電源装置ＥＳよりケーブルＤ１を介して行なわれるようになっている。すなわちＣ１はケーブルＤ１の一端に接続されケーブルＤ１をターボ分子ポンプＴＭの接続器ＣＰに電気的に接続させるためのプラグであり、Ｃ２はケーブルＤ１の他端側に接続され電源装置ＥＳに接続するためのプラグである。またケーブルＤ２は電源部（図示せず）からの電力を電源装置ＥＳに供給するもので、一端には電源装置ＥＳに電気的接続を行ない得るプラグＣ３が取り付けられ、他端には電源部に接続される接続器Ｃ４が取り付けられている。なお、図５におけるターボ分子ポンプＴＭの外観は図４と異なるが内部機構、構成は図４と同一である。
この場合、ターボ分子ポンプＴＭは上記したように、たとえば半導体製造装置（図示せず）などの内部に組み込まれ、したがって電源装置ＥＳは、このような半導体製造装置から遠く離れた位置に設置される制御盤（図示せず）等に組み込まれる場合が多い。そのためにケーブルＤ１はそれだけの離れた距離を確保する長さを必要とする。
またターボ分子ポンプＴＭが上述したように磁気軸受型の場合、回転体４を軸磁気浮上させる制御を行なわせるために各制御軸ごとに検出器があり、また各制御軸ごとの電磁石用の信号線が必要である。この制御は通常５軸方式が行なわれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような事情から、これらのターボ分子ポンプＴＭにおける各被制御機器と電源装置ＥＳに装填された制御回路とを接続する信号線が多くなる。そのためケーブルＤ１と信号線を束ねると芯線数が多くケーブルＤ１は相当な太さとなる。ケーブルＤ１が太くなると設置時のケーブルＤ１の配設が悪くなり、またケーブルＤ１が長くなるほどインピーダンスが大きくなるので、ケーブルＤ１の長さにも限界がある。それ以上の長さを必要とする場合には、特別の調整装置を設置する必要がある。ターボ分子ポンプＴＭにおける回転体４はモータ２の駆動にて数万ｒｐｍの高速で回転しており、回転体４の材料が腐蝕性ガスにより腐蝕を受けた場合には、回転体４の遠心破壊が生起する。この場合、破壊した回転体４の破片は、回転体４の外周に配設されたステータリング（環状の枠体）９に衝突し、その後ターボ分子ポンプＴＭのケーシング５に衝撃を与えることになる。ケーシング５が受けた衝撃は、ターボ分子ポンプＴＭが直接的に取り付けられた半導体製造装置に伝わるため、半導体製造装置を据え付ける場合、据え付け構造を頑強な構造にする必要がある。これらのために半導体製造装置が大型複雑化せざるを得ないという問題も有している。
本発明はこのような課題を解決するターボ分子ポンプを提供せんとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供するターボ分子ポンプは、上記課題を解決するために、ターボ分子ポンプ本体内におけるケーシングと固定翼車群を保持する保持部材との間に空間を形成するとともに、この空間に磁気軸受等の制御を行なう制御回路構成部品を配置させたものである。さらにこれら制御回路構成部品を樹脂でモールドし、このモールドしたものを空間に収納配置したものである。したがって制御回路構成部品と被制御機器との間はターボ分子ポンプ内の回路（ケーブル）となり、ターボ分子ポンプと電源装置との間のケーブルは電気エネルギーの供給のためのケーブルだけとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が提供するターボ分子ポンプを図面に示す実施例にしたがって説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す縦断面図で、ケーシング５内の上方には、ターボ機構ＴＫによるポンプが配置され、下方にはねじ溝ポンプＮＰによるドラッグポンプが設けられている。すなわち、電磁石方式の磁気軸受８にて回転自在に保持された回転軸４Ｓ上には回転体４が一体的に架設され、回転体４の上方外周には多段（図示例では５段）の回転翼Ｂが付設されている。この回転翼Ｂに対抗してケーシング５の内周からは固定翼Ｔが同様に多段（５段）の形で張設されている。この固定翼Ｔはその外方端がスペーサＳにて保持され、このスペーサＳにて一定間隔を有して回転翼Ｂのそれぞれの間に挿入され、ターボ機構ＴＫが構成されている。このターボ機構ＴＫにて回転翼Ｂが高速回転されると吸気口６からのガス分子が叩かれて下方に移送され排気口７から排出される。
【００１１】
他方、回転体４における円筒部４Ｔにはケーシング５内の下方に配設されたステータリング９が対応している。このステータリング９は前記スペーサＳの最下段のスペーサＳとポンプ機台部１との間に挟持されていて、その内周面が前記円筒部４Ｔの外周面に近接して対応されている。と同時に、このステータリング９の内周面側には２点鎖線で示すねじ溝Ｎが形成され、円筒部４Ｔの内周面との間でねじ溝ポンプＮＰが構成されている。このねじ溝ポンプＮＰはドラッグポンプとして機能し、ターボ分子ポンプＴＭとねじ溝ポンプＮＰの作動により排気が行なわれる。ところで、スペーサＳとステータリング９は図１に示されるとおり、ケーシング５における上方の段部５Ｋと下方のポンプ機台部１の上面の段部１Ｋとの間に挟持されているが、固定翼Ｔを固定保持する保持部材として機能している。なお、各スペーサＳとステータリング９は円筒状に配列され、かつケーシング５の内周面とは一定の間隔を有して設けられている。すなわち、空間Ａが形成されている。
【００１２】
さて、本発明は空間Ａにフレキシブルな基板１０が挿設されており、この基板１０には磁気軸受８等の制御を行なう制御回路構成部品が取り付けられていて、この点に本発明の特徴がある。この基板１０には図面上明らかにされていないが制御回路構成部品が樹脂でモールドされて配設されている。そしてこの基板１０は最下端がＬ字形に曲折されてステータリング９の凹部に固定されている。またＶ１は磁気軸受８側における被制御機器と基板１０における制御回路構成部品とを接続するケーブル（信号線）であり、Ｖ２は基板１０における制御回路構成部品とターボ分子ポンプＴＭへの電気エネルギーを供給するための接続端子ＣＰとを接続するケーブルである。
【００１３】
図１において空間Ａは環状をなし、この空間を有効利用すべく基板１０も薄形にして環状に挿設されている。しかし、この環状の基板１０の挿設は単に空間Ａの有効利用という面のみではなく、上述したように回転体４が遠心破壊を生起した時その衝撃の緩和にも有効である。すなわち、遠心破壊による回転体４の破片がケーシング５に衝撃を与える前に、このリング状の基板１０に衝突し、衝突エネルギーが消費されケーシング５に与える衝撃エネルギーが小さくなる。この機能をより確固たるものにするために、基板１０の外周面にカーボンファイバーなどを巻回させる。あるいは基板１０の外周面に空間Ａを充填させる弾性体を貼設する。
【００１４】
図２に示す実施例は、ステータリング９の外周面に形成された凹部空間ＨＡのみに円筒形の基板１１を挿設した変形例である。もちろんこの基板１１も環状（リング状）をなし、ステータリング９の外周面に嵌挿される形で配設されている。そしてその内方には弾性体１２が挿設されている。Ｖ１、Ｖ２は図１と同様のケーブルである。この実施例はとりわけ遠心破壊が起りやすい回転体４の下方円筒部の破片が外方に飛散したとき、その衝撃エネルギーが基板１１に及ぼす影響を極力抑えることができる。
【００１５】
以上のような構成からなるターボ分子ポンプＴＭによれば被制御機器と制御回路構成部品とを接続するケーブルＶ１、Ｖ２は共に図１、図２に示すとおり非常に短いものにすることができ、ターボ分子ポンプＴＭのポンプ機体内に収納することができる。図３はそのようなターボ分子ポンプＴＭを示す図である。したがって、ターボ分子ポンプＴＭの外部装置としての電源装置が省略でき、あるいは基板１０にて兼用でき、外部から電力を供給するだけのケーブルＶ３があればよいことになる。このケーブルＶ３の一端に取り付けられたプラグＣ３は接続端子ＣＰに接続され、他端の接続器Ｃ４は電源側に接続される。なお図１、図２そして図３において、図４、図５と同一の符号で示す部品、機構は図１、図２、図３と同一のものであり、詳細な説明は省略する。
【００１６】
本発明が提供するターボ分子ポンプは以上詳述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変形例を包含する。たとえば、図示例のターボ分子ポンプＴＭはハイブリッド型のものであるが、ターボ機構ＴＫのみからなるターボ分子ポンプにも適用可能である。また図示例では、回転体４の軸受機能を有する磁気軸受を簡略な図で示したが具体的には電磁石と磁石との組み合わせの構成をとるものである。ただ軸受は磁気軸受方式のみに限定されるものではなく、機械方式の玉軸受等からなる軸受を有するターボ分子ポンプにも本発明は適用可能である。さらに本発明の要部に係わる構成として図示例のターボ分子ポンプＴＭでは、ステータリング９が介設されているが、このステータリング９を介設せずステータのみで構成されるターボ分子ポンプにおいても本発明は適用可能である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明が提供するターボ分子ポンプは以上の構成であるから、つぎの利点を有する。
（１）電源装置が基板上にて構成できるので、電源装置がターボ分子ポンプの本体内部に配置でき、一体化できるとともにポンプ自体を小形化できる。このことから省スペースおよび設置工数を大幅に削減できる。
（２）回転体が万が一遠心破壊しても、その衝撃がケーシングや外部に与える影響は最小限に小さくでき、被排気設備の構成を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるターボ分子ポンプの構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明によるターボ分子ポンプの変形例の構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明によるターボ分子ポンプの電力供給系を示す図である。
【図４】従来におけるターボ分子ポンプの構成を示す図である。
【図５】従来におけるターボ分子ポンプの電力供給系を示す図である。
【符号の説明】
１…ポンプ機台部
２…モータ
３…固定枠
４…回転体
５…ケーシング
６…吸気口
７…排気口
８…磁気軸受
９…ステータリング
Ｂ…回転翼
Ｔ…固定翼
Ｓ…スペーサ
１０、１１…基板
Ｖ１、Ｖ２…ケーブル

Claims (2)

1. 円筒状のケーシング内に軸受を介して回転体を軸着するとともに、この回転体の外周部でかつ軸芯方向に取り付けられた複数段の回転翼車群と、この複数個の回転翼車群に対応して前記ケーシング内に配置された複数個の固定翼車と、この複数個の固定翼車間にて前記ケーシング内周面部に介設され各固定翼車を所定間隔で保持する複数段のスペーサとを有し、前記ケーシングの軸方向一端側の吸気口からのガスを圧縮して他端側の排気口に排出するターボ分子ポンプにおいて、前記ケーシングの内面と固定翼車群を保持するスペーサ等の保持部材との間に空間を形成し、この空間にターボ分子ポンプの作動を制御するための制御回路構成部品を配置させたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 制御回路構成部品が樹脂でモールドされた板状部材を空間に収納したことを特徴とする請求項１記載のターボ分子ポンプ。

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