JP4400348B2 - ターボ分子ポンプおよびバランス修正方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＶＤ装置やエッチング装置等に用いられ、腐食性ガスを排気するターボ分子ポンプおよび回転体のバランス修正方法に関する。

従来、半導体製造に用いられるドライエッチング装置やＣＶＤ装置等においては、プロセスガスとして塩素系やフッ素系の腐食性ガスが用いられることが多い。これらの装置のプロセスチャンバ排気には、一般的にターボ分子ポンプが用いられている。ターボ分子ポンプのロータは高速回転され、通常はアルミ合金で形成されている。そのため、上述したような装置で用いられるターボ分子ポンプにおいては、腐食性ガスに対するロータの耐食性を向上させるために、ロータ表面に例えばニッケルリン合金メッキのような耐食処理が施されている。

ところで、回転体が高速回転するターボ分子ポンプでは、ポンプ組立製造段階において回転体のバランス取りを行なう必要がある。バランス取りの際のバランス修正は、一般に、ロータの外周面や内周面の一部をドリル等により削り取ることにより行われている。しかし、上述したように腐食性ガスを排気するターボ分子ポンプの場合には、ロータ表面には上述したように腐食防止皮膜が形成されているため、ロータ表面を削り取った際に腐食防止皮膜まで削り取られてしまうことになる。そのため、腐食防止皮膜が削り取られた領域に熱硬化性樹脂を塗布して、ロータの腐食を防止するようにしたターボ分子ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、ロータの上部にバランス修正用の部材を付加する真空ポンプが知られている（例えば、特許文献２参照）。バランス修正時には、ロータではなくて付加した部材を削り取るようにしている。

特開２００３−２１０９２号公報 特開平５−３２１８７９号公報

しかしながら、熱硬化性樹脂を塗布する場合、膜厚管理が難しく、膜厚の薄い部分から腐食が生じやすい。さらに、ロータ温度が上昇した場合には、ロータと熱硬化性樹脂との熱膨張率の違いにより境界面に隙間が生じやすく、境界面から腐食が進行するというおそれもあった。また、バランス修正後に熱硬化性樹脂を塗布しているので、樹脂塗布によってバランスが崩れてしまうという問題があった。

一方、特許文献２に記載の真空ポンプでは、バランス修正部材はロータ上において吸気口に最も近い部分に配置されているため、回転軸の重心から最も離れた位置に設置されることになり、バランス修正の効率が悪いという欠点を有している。また、回転軸が長い回転体の場合には、一面修正ではバランス修正ができないというおそれもある。

請求項１の発明は、表面に耐食処理が施されたロータを耐食性のボルトで回転軸に締結して一体とした回転体と、回転体を磁気浮上させるラジアル磁気軸受およびスラスト磁気軸受とを備えたターボ分子ポンプに適用され、回転軸に固定されたスラスト磁気軸受用ロータディスクと、ボルトのヘッドに追加形成されたバランス修正削除部とを備え、バランス修正削除部およびスラスト磁気軸受用ロータディスクの周面の２箇所のみを一部削除して２面修正を行うことにより、回転体のアンバランスが修正されていることを特徴とする。
請求項２の発明は、表面に耐食処理が施されたロータを耐食性のボルトで回転軸に締結して一体とした回転体と、回転体を磁気浮上させるラジアル磁気軸受およびスラスト磁気軸受とを備えたターボ分子ポンプに適用され、回転軸に固定されたスラスト磁気軸受用ロータディスクと、ロータと回転軸とを締結するボルトの座金として用いられるバランス修正部材とを備え、バランス修正部材およびスラスト磁気軸受用ロータディスクの周面の２箇所のみを一部削除して２面修正を行うことにより、回転体のアンバランスが修正されていることを特徴とする。
請求項３の発明は、スラスト磁気軸受用のロータディスクとロータとを備える磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体のバランス修正方法であって、回転軸にロータディスクを取り付けるとともに、回転体とロータとをボルトヘッドにバランス修正削除部が追加形成されたボルトで締結して、磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体を組み立てる工程と、組み立てる工程の後に、少なくともロータの一部を削除して磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体のバランス修正を行う第１のバランス修正工程と、第１のバランス修正工程の後に、ロータの表面に腐食防止膜を形成する腐食防止膜形成工程と、腐食防止膜形成工程の後に、回転軸に取り付けられたロータディスクの周面の一部を削除して第１面のバランス修正を行うとともに、バランス修正削除部の一部を削除することにより第２面のバランス修正を行う第２のバランス修正工程と、を有することを特徴とする。
請求項４の発明は、スラスト磁気軸受用のロータディスクとロータとを備える磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体のバランス修正方法であって、回転軸にロータディスクを取り付けるとともに、バランス修正部材を兼用する座金を用いて回転体とロータとをボルト締結し、磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体を組み立てる工程と、組み立てる工程の後に、少なくともロータの一部を削除して磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体のバランス修正を行う第１のバランス修正工程と、第１のバランス修正工程の後に、ロータの表面に腐食防止膜を形成する腐食防止膜形成工程と、腐食防止膜形成工程の後に、回転軸に取り付けられたロータディスクの周面の一部を削除して第１面のバランス修正を行うとともに、座金の一部を削除することにより第２面のバランス修正を行う第２のバランス修正工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、部品点数の増加を抑制できるとともに、バランス修正を効率良く行うことができる。
また、スラスト磁気軸受用のロータディスクをバランス修正に用いることで、バランス修正における２面修正を容易にできる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は磁気軸受式ターボ分子ポンプ１の概略構成を示す断面図である。ターボ分子ポンプ１のケーシング１３内には、回転翼８および円筒部１２が形成されたロータ２と、固定翼９およびネジステータ１１，２３とが設けられている。

回転翼８はロータ２の回転軸方向に沿って複数段形成されており、各固定翼９は上下に並んだ回転翼８の間にそれぞれ配設されている。各固定翼９は、スペーサ１０によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１０は、固定翼９の保持機能とともに、固定翼９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。これらの回転翼８と固定翼９とにより、ターボ分子ポンプ１のタービン翼段が構成される。

一方、タービン翼段の後段（図示下方）には、ロータ２の円筒部１２と、円筒部１２の外周側および内周側に設けられたネジステータ１１，２３とにより構成されるドラッグポンプ段が設けられている。吸気口１３ａから吸入されたガスは、タービン翼段およびドラッグポンプ段の順に送られ、ベース４に形成された排気口４ａからポンプ外へと排出される。排気口４ａには油回転ポンプ等の補助ポンプが接続される。

ロータ２はボルト２７によって回転軸３の上端に形成されたフランジ部３ａに締結されている。ロータ２はアルミ合金で形成されており、腐食性ガスを排気するターボ分子ポンプ１の場合には、ロータ２の表面にニッケルリン合金メッキ等による腐食防止皮膜が形成されている。

ロータ２が取り付けられた回転軸３は、ベース４に設けられたラジアル電磁石５１，５２およびスラスト電磁石５３によって非接触支持されている。スラスト電磁石５３は、回転軸３の下部に設けられたロータディスク７６を上下から挟むように配置されている。回転軸３の浮上位置は、ベース４に設けられたラジアル変位センサ７１，７２およびスラスト変位センサ７３によって検出される。

７５はスラスト変位センサ７３のターゲットであり、透磁率の大きな材料で形成されている。ターゲット７５には、回転軸３の下端部分に形成された雄ネジと螺合する雌ネジが形成されている。ロータディスク７６を回転軸３に挿入しターゲット７５を回転軸３の下端にネジ締めして固定することにより、ロータディスク７６も固定されることになる。ロータディスク７６には透磁率の大きな材料が用いられ、スラスト電磁石５３で発生した磁束がロータディスク７６に集中するように構成されている。すなわち、ロータディスク７６とスラスト電磁石５３とで磁気回路が構成され、回転軸方向の磁気浮上力が発生する。

ベース４には、ロータ２を回転駆動するモータ６、保護ベアリング２８が設けられている。保護ベアリング２８にはメカニカルベアリングが用いられ、電磁石５１〜５３による回転軸３の磁気浮上がオフされたときに回転軸３を支持する。回転体の重心位置は、ラジアル電磁石５１の軸方向中心になるように設計されている。そのため、ロータ２と回転軸３を締結するボルト２７の設置場所は回転体の重心に近い。

次いで、回転体のバランス取りについて説明する。ターボ分子ポンプ１の回転体１００は、図２に示すようにロータ２，回転軸３，ロータディスク７６およびターゲット７５により構成される。まず、回転体１００全体でのバランス取りを行う前に、回転軸３単体でのバランス取りをバランサーを用いて行う。回転軸３のバランス取りが完了したならば、ボルト２７を用いて回転軸３のフランジ部３ａにロータ２を固定する。さらに、ロータディスク７６およびターゲット７５を回転軸３の一方の端部に固定する。

このようにして回転体１００が組み上がったならば、回転体１００を図２に示すような姿勢でバランサーに装着してバランス取りを行う。通常、回転体のバランス取りを行う場合には２面修正と呼ばれる方法がとられ、回転軸方向の２カ所でバランスの修正を行う。図２に示す回転体１００の場合、回転体１００の右側においてはロータ２の一部をドリル等で削ることによりバランス修正を行い、回転体１００の左側においてはロータディスク７６の一部を削り取ることによりバランス修正を行う。もちろん、回転軸３やターゲット７５、ロータ２の円筒部１２を削り取っても良い。

回転体１００全体でのバランス取りが完了したならば、メッキ処理を行ってロータ３に腐食防止膜を形成する。このメッキ処理は、図２のように回転体１００が組上がった状態で行う。ロータ２に腐食防止膜が形成されるとロータ２に質量が新たに付加されたことになるので、それによって回転体１００のバランスが崩れる。そこで、メッキ処理後に、回転体１００のバランス取りを再度行う。

再バランス取りの場合、ロータ２には腐食防止膜が形成されているので、右側のバランス修正を行う際には図３に示すようにボルト２７のヘッドに設けられた削除部２７ａ（斜線部分）を削り取るようにする。図３において（ａ）は図２のＡ−Ａ矢視図であり、（ｂ）はフランジ部３ａの部分を示す側面図である。通常、腐食防止膜形成により生じるアンバランス量は僅かであるため、ほとんどの場合はボルト２７の一本を削ることによってバランス修正が可能である。しかし、一本のボルト２７で修正するには削除量が多すぎる場合には、他のボルト２７も削って調整を行う。

ボルト２７は、標準的なヘッドの厚みにさらに削除部２７ａの厚みを付加したものである。また、ロータ２を回転軸３にボルト締結する場合には、各ボルト２７は所定の締め付けトルクとなるように管理されているので、必要なボルト寸法よりも大きな余裕のあるボルト２７を使用し、必要管理トルクにおいてボルトヘッドが塑性変形しない程度の厚さを基準の厚さとし、残りの厚さ部分を削除部２７ａとしても良い。ボルト２７に代えてフランジ部３ａの一部を削り取る場合には、強度上必要な所定厚さにバランス修正用の厚さ分を加えたものをフランジ部３ａの設定厚さとしておけば、強度的に問題ない。

ボルト２７の材質としては、効率よくバランス修正ができるように鋼のように比重が大きいものが良い。前述したように、腐食性のガスはタービン翼段およびドラッグポンプ段を通って排気口４ａへと移送される。そのため、腐食性のガスがボルト２７の領域まで逆流することはほとんどない。そのため、ボルト２７の材質として、必ずしも耐食性に優れた材料を用いる必要はなく、鉄系でもかまわない。ただし、腐食の可能性を考慮してステンレス等を用いても良い。なお、ボルト２７の一部を削り取る代わりに、回転軸３のフランジ部３ａの一部を削り取っても良い。左側のバランス修正を行う場合には、ロータディスク７６の一部を削り取るようにする。

一方、ロータディスク７６の一部を削り取る場合には、図４に示すような形態で削除する。図４において（ａ）はロータディスク７６の正面図、（ｂ）は側面図である。符号７６ａは削除部分を示す。上述したように、ロータディスク７６はスラスト電磁石５３とともに磁気回路を構成しており、軸受性能を発揮するためにスラスト電磁石５３から出た磁束の全てがロータディスク７６に入るようにすることが必要である。そのため、ロータディスク７６の表裏両面の形状が変化しないように、側面の一部７６ａを削除するようにする。

ところで、ターボ分子ポンプの回転体の固有振動数は、定格回転数よりも高く設計されている。これは、ターボ分子ポンプの回転体を剛体として取り扱うことが可能であることを示している。回転体を剛体と見なせる場合は、上記のようにボルト２７やロータディスク７６の一部を削る、いわゆる２面修正することで回転体のバランス修正が可能となる。

［変形例１］
変形例１では、図５の（ａ），（ｂ）に示すようにバランス修正用リング３０をボルト２７の座金として兼用するようにした。バランス修正の際には、このバランス修正用リング３０の一部をドリル等で削り取るようにする。符号３０ａは削除部分を示しており、図５では孔になっている。リング３０はボルト２７によって共締めされ、鉄やステンレスなどで形成される。

［変形例２］
図６は第２の変形例を示す図であり、図２と同様の断面図である。上述した変形例１ではバランス修正用のリング３０をフランジ部３ａに取り付けたが、図６に示す例では、バランス修正用のボルト３１をロータ２の上面に設けた。図７の（ａ）は図６のＢ矢視図であり、（ｂ）はボルト３１付加部分の断面図である。ボルト３１は軸対称に８本取り付けられており、アンバランス量に応じてボルト３１のヘッドの一部を削り取る。斜線を施した部分が削除部分である。

図６に示す回転体１００の場合、ボルト２７，３１およびロータディスク７６を用いてバランス修正の際の２面修正を行うことができる。具体的には、ボルト２７とボルト３１との組み合わせ、ボルト２７とロータディスク７６との組み合わせ、ボルト３１とロータディスク７６との組み合わせで２面修正を行う。

［変形例３］
図８は第３の変形例を説明する図であり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ図７の（ａ），（ｂ）と同様の部分を示す図である。図８に示す変形例では、ロータ２にバランス修正用円板３２をボルト３３を用いて取り付けた。アンバランス量に応じてバランス修正用円板３２の一部を削り取るようにする。

変形例１〜３ではバランス修正用リング３０，ボルト３１，バランス修正用円板３２をバランス修正部材として設けたが、上述したボルト２７と同様に比重の大きな材料を用いるとともに、腐食性ガスに曝されるので耐食性に優れた材料、例えばステンレスを用いるのが好ましい。また、腐食防止膜によるアンバランスはロータ２に発生するので、バランス修正部材はロータ２の軸方向中央部に設けるのが好ましい。ロータ２と回転軸３との締結はロータ２の重心位置に近いところで行われるので、フランジ部３ａの近傍に設けるのが好ましい。なお、一回目のバランス取りは、バランス修正用リング３０，ボルト３１，バランス修正用円板３２を回転体１００に取り付けた後に行われる。

変形例２，３では、バランス修正部材であるボルト３１およびバランス修正用円板３２は、ロータ２と回転軸３との締結方法に関係無く適用できる。すなわち、ロータ２と回転軸３とをボルト締結する代わりに、圧入等により一体とした場合にも適用できる。

上述したように、本実施の形態では、バランス修正時にロータ２に形成された腐食防止膜を削り取ることがないので、ロータ２の耐食性に影響を与えることなく回転体１００のバランス取りを行うことができる。耐食性に優れた回転体を提供することができる。また、従来のように、バランス修正後に熱硬化性樹脂を塗布するようなことがないので、バランスの崩れという問題は生じない。

ロータ２と回転軸３とを締結するボルト２７や、座金として用いられるバランス修正用リング３０をバランス修正時に削るようにしたので、新たに部品を追加する必要がない。さらに、これらの部材はロータ締結部の近傍に設けられており、ロータ重心の近くに設けられる。そのため、バランス修正が効率的に行われる。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、削除部２７ａはバランス修正削除部を構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

磁気軸受式ターボ分子ポンプの概略構成を示す断面図である。 回転体１００を示す断面図である。 （ａ）は図２のＡ−Ａ矢視図であり、（ｂ）はフランジ部３ａの部分を示す側面図である。 （ａ）はロータディスク７６の正面図、（ｂ）は側面図である。 第１の変形例を説明する図であり、（ａ）はフランジ部３ａに取り付けられたバランス修正用リング３０を示す正面図で、（ｂ）は側面図である。 第２の変形例を説明する図であり、回転体１００の断面を示す図である。 （ａ）は図６のＢ矢視図であり、（ｂ）はロータ２のボルト３１部分の断面図である。 第３の変形例を説明する図であり、（ａ）はロータ２に取り付けられたバランス修正用円板３２を示す正面図で、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ ターボ分子ポンプ
２ ロータ
３ 回転軸
３ａ フランジ部
２７，３１ ボルト
２７ａ 削除部
３０ バランス修正用リング
３２ バランス修正用円板
５１，５２ ラジアル電磁石
５３ スラスト電磁石
７５ ターゲット
７６ ロータディスク

Claims (4)

1. 表面に耐食処理が施されたロータを耐食性のボルトで回転軸に締結して一体とした回転体と、前記回転体を磁気浮上させるラジアル磁気軸受およびスラスト磁気軸受とを備えたターボ分子ポンプにおいて、
   前記回転軸に固定されたスラスト磁気軸受用ロータディスクと、
   前記ボルトのヘッドに追加形成されたバランス修正削除部とを備え、
   前記バランス修正削除部および前記スラスト磁気軸受用ロータディスクの周面の２箇所のみを一部削除して２面修正を行うことにより、前記回転体のアンバランスが修正されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 表面に耐食処理が施されたロータを耐食性のボルトで回転軸に締結して一体とした回転体と、前記回転体を磁気浮上させるラジアル磁気軸受およびスラスト磁気軸受とを備えたターボ分子ポンプにおいて、
   前記回転軸に固定されたスラスト磁気軸受用ロータディスクと、
   前記ロータと前記回転軸とを締結するボルトの座金として用いられるバランス修正部材とを備え、
   前記バランス修正部材および前記スラスト磁気軸受用ロータディスクの周面の２箇所のみを一部削除して２面修正を行うことにより、前記回転体のアンバランスが修正されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
3. スラスト磁気軸受用のロータディスクとロータとを備える磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体のバランス修正方法であって、
   回転軸に前記ロータディスクを取り付けるとともに、前記回転体と前記ロータとを前記ボルトヘッドにバランス修正削除部が追加形成されたボルトで締結して、前記磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体を組み立てる工程と、
   前記組み立てる工程の後に、少なくとも前記ロータの一部を削除して前記磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体のバランス修正を行う第１のバランス修正工程と、
   前記第１のバランス修正工程の後に、前記ロータの表面に腐食防止膜を形成する腐食防止膜形成工程と、
   前記腐食防止膜形成工程の後に、前記回転軸に取り付けられた前記ロータディスクの周面の一部を削除して第１面のバランス修正を行うとともに、前記バランス修正削除部の一部を削除することにより第２面のバランス修正を行う第２のバランス修正工程と、を有することを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体のバランス修正方法。
4. スラスト磁気軸受用のロータディスクとロータとを備える磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体のバランス修正方法であって、
   回転軸に前記ロータディスクを取り付けるとともに、バランス修正部材を兼用する座金を用いて前記回転体と前記ロータとをボルト締結し、前記磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体を組み立てる工程と、
   前記組み立てる工程の後に、少なくとも前記ロータの一部を削除して前記磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体のバランス修正を行う第１のバランス修正工程と、
   前記第１のバランス修正工程の後に、前記ロータの表面に腐食防止膜を形成する腐食防止膜形成工程と、
   前記腐食防止膜形成工程の後に、前記回転軸に取り付けられた前記ロータディスクの周面の一部を削除して第１面のバランス修正を行うとともに、前記座金の一部を削除することにより第２面のバランス修正を行う第２のバランス修正工程と、を有することを特徴とする磁気軸受式ターボ分子ポンプ用回転体のバランス修正方法。

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