JP4671624B2 - Vacuum pump - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、表面分析装置や微細加工装置等で用いられる真空装置の真空排気処理を行う真空ポンプに関する。 The present invention relates to a vacuum pump that performs evacuation processing of a vacuum device used in, for example, a surface analysis device, a fine processing device, or the like.
例えば、真空ポンプを用いて排気処理を行い、内部が真空に保たれるような真空装置には、半導体製造装置用のチャンバ、電子顕微鏡の測定室、表面分析装置、微細加工装置などがある。
また、各種ある真空ポンプのうち、高真空の環境を実現するために多用されるものに、ターボ分子ポンプがある。
ターボ分子ポンプは、吸気口および排気口を有するケーシングの内部でロータが高速回転するように構成されている。ケーシングの内周面には、固定翼が多段に配設されており、一方、ロータには回転翼が放射状にかつ多段に配設されている。ロータが高速回転すると、回転翼と固定翼との作用により気体が吸気口から吸引され、排気口から排出されるようになっている。
For example, vacuum devices that perform evacuation using a vacuum pump and keep the inside in a vacuum include a chamber for a semiconductor manufacturing device, a measurement chamber of an electron microscope, a surface analysis device, a fine processing device, and the like.
Among various vacuum pumps, a turbo molecular pump is often used to realize a high vacuum environment.
The turbo molecular pump is configured such that the rotor rotates at high speed inside a casing having an intake port and an exhaust port. On the inner peripheral surface of the casing, fixed blades are arranged in multiple stages, while on the rotor, rotary blades are arranged radially and in multiple stages. When the rotor rotates at high speed, gas is sucked from the intake port and discharged from the exhaust port by the action of the rotary blade and the fixed blade.
ターボ分子ポンプは、タービンを高速回転させて排気処理を行っているため、気体分子の衝突熱や、モータから発生する熱などにより加熱されて高温状態となる場合がある。
そして、この真空ポンプの放射熱の影響により真空装置側に支障を来してしまうおそれがある。
例えば表面分析装置や微細加工装置は、真空ポンプの放射熱によって加熱されると、測定精度や加工精度の誤差が大きくなってしまうなどの不具合が生じるおそれがある。そのため、このような装置において、より精密な加工やより精度の高い測定を実現させることが困難であった。
そこで、従来下記の特許文献をはじめ、真空ポンプの放射熱による影響を低減させるために、真空ポンプからの熱の伝播(伝導)を抑制し、真空装置側における過熱を防止する技術が提案されている。
Since the turbo molecular pump performs exhaust processing by rotating the turbine at a high speed, the turbo molecular pump may be heated by a collision heat of gas molecules or heat generated from a motor to be in a high temperature state.
And there exists a possibility of causing trouble in the vacuum apparatus side by the influence of the radiant heat of this vacuum pump.
For example, when a surface analysis device or a microfabrication device is heated by the radiant heat of a vacuum pump, there is a risk that problems such as an error in measurement accuracy and processing accuracy increase. For this reason, it has been difficult to realize more precise processing and more accurate measurement in such an apparatus.
Therefore, in order to reduce the influence of the radiant heat of the vacuum pump, including the following patent documents, techniques for suppressing the heat propagation (conduction) from the vacuum pump and preventing overheating on the vacuum device side have been proposed. Yes.
特許文献1には、真空ポンプと真空装置とを、熱伝導率の高い部材(配管)を介して接合し、この部材を水冷や空冷などの冷却方法を用いて冷却することによって、真空装置への熱の伝播を抑制する技術が開示されている。 In Patent Document 1, a vacuum pump and a vacuum device are joined via a member (piping) having a high thermal conductivity, and this member is cooled using a cooling method such as water cooling or air cooling, thereby obtaining a vacuum device. A technique for suppressing the propagation of heat is disclosed.
しかしながら、特許文献1で提案されているような熱対策を施す場合には、専用の冷却用の配管や冷却システム等が必要となるだけでなく、これらの部材を配置するスペースを確保しなければならない。
そこで、本発明は、真空装置側へ伝播する真空ポンプの放射熱を簡単な構成で効率的に低減させることができる真空ポンプを提供することを目的とする。
However, when taking measures against heat as proposed in Patent Document 1, not only a dedicated cooling pipe or cooling system is required, but also a space for arranging these members must be secured. Don't be.
Then, an object of this invention is to provide the vacuum pump which can reduce efficiently the radiant heat of the vacuum pump which propagates to the vacuum apparatus side with a simple structure.
請求項1記載の発明では、吸気口と排気口が形成されたケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、前記吸気口を介して真空装置から吸気した気体を前記排気口へ移送する気体移送機構と、前記気体移送機構より上流に配置され、前記真空装置と対向する面よりも前記気体移送機構と対向する面の放射率が大きく形成され、前記気体移送機構からの熱を吸収し前記真空装置へ放射される熱を低減する遮熱プレートと、前記遮熱プレートを固定する固定手段と、を備えることにより前記目的を達成する。
In the first aspect of the present invention, a casing in which an air inlet and an air outlet are formed, and a gas transfer mechanism that is provided in the casing and transfers gas sucked from a vacuum apparatus through the air inlet to the air outlet. The emissivity of the surface facing the gas transfer mechanism is larger than the surface facing the vacuum device, arranged upstream from the gas transfer mechanism, and absorbs heat from the gas transfer mechanism to the vacuum device. The object is achieved by including a heat shield plate for reducing the radiated heat and a fixing means for fixing the heat shield plate.
請求項1記載の発明の遮熱プレートは、例えば、真空装置と対向する面(真空装置から排気される気体の流れからみた場合の上流方向と対向する面)に放射率が小さい表面処理がほどこされていることが好ましい。この場合における表面処理としては、例えば、放射率が0.1以下となるような、電解研磨処理、金メッキ処理、アルミメッキ処理等であることが好ましい。
請求項1記載の発明の遮熱プレートは、例えば、気体移送機構と対向する面(真空装置から排気される気体の流れからみた場合の下流方向と対向する面、あるいは、真空ポンプの排気口方向と対向する面)に放射率が大きい表面処理がほどこされていることが好ましい。この場合における表面処理としては、例えば、放射率が0.8以上となるような、アルマイトコーティング処理、セラミックコーティング処理等であることが好ましい。
The heat shield plate according to the first aspect of the invention has a surface treatment with a low emissivity on, for example, a surface facing the vacuum device (a surface facing the upstream direction when viewed from the flow of gas exhausted from the vacuum device). It is preferable that In this case, the surface treatment is preferably, for example, an electropolishing treatment, a gold plating treatment, an aluminum plating treatment or the like so that the emissivity is 0.1 or less.
The heat shield plate of the invention according to claim 1 is, for example, a surface facing the gas transfer mechanism (a surface facing the downstream direction when viewed from the flow of gas exhausted from the vacuum apparatus, or the direction of the exhaust port of the vacuum pump) It is preferable that a surface treatment having a high emissivity is applied to the surface facing the surface. In this case, the surface treatment is preferably, for example, an alumite coating treatment or a ceramic coating treatment such that the emissivity is 0.8 or more.
請求項1記載の発明の固定手段は、例えば、熱伝導率の高い部材で形成された部材であることが好ましい。また、この固定手段は、例えば、遮熱プレートと一体形成されていることが好ましい。
請求項1記載の発明の遮熱プレートは、例えば、気体移送機構の近傍に配設されていることが好ましい。
The fixing means according to the first aspect of the present invention is preferably a member formed of a member having high thermal conductivity, for example. Moreover, it is preferable that this fixing means is integrally formed with the heat shield plate, for example.
The heat shield plate according to the first aspect of the present invention is preferably disposed, for example, in the vicinity of the gas transfer mechanism.
請求項2記載の発明では、吸気口と排気口が形成されたケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、前記吸気口を介して真空装置から吸気した気体を前記排気口へ移送する気体移送機構と、前記気体移送機構より上流に配置され、前記真空装置と対向する面よりも前記気体移送機構と対向する面の放射率が大きく形成された遮熱プレートと、前記遮熱プレートを固定する固定手段と、を備え、前記気体移送機構は、回転軸と前記回転軸に固定されているロータとからなるロータ部と、前記ロータ部の外周面から放射状に配設されたロータ翼とを有し、前記遮熱プレートは、前記気体移送機構側に投影される領域が、前記ロータ部の前記吸気口と対面する領域とほぼ等しいことにより前記目的を達成する。
請求項2記載の発明では、遮熱プレートは、例えば、回転翼が吸気口側に投影される領域と、遮熱プレートが吸気口側に投影される領域とは重複しないように配置されていることが好ましい。即ち、遮熱プレートは、例えば、遮熱プレートが吸気口側に投影される領域と、ロータ部の吸気口側端面領域が吸気口側に投影される領域と、が重複するように配置されていることが好ましい。
According to a second aspect of the present invention, a casing having an air inlet and an air outlet, a gas transfer mechanism that is provided in the casing and transfers gas sucked from a vacuum apparatus through the air inlet to the air outlet. A heat shield plate disposed upstream of the gas transfer mechanism and having a greater emissivity of a surface facing the gas transfer mechanism than a surface facing the vacuum device, and a fixing means for fixing the heat shield plate And the gas transfer mechanism has a rotor part composed of a rotating shaft and a rotor fixed to the rotating shaft, and rotor blades arranged radially from the outer peripheral surface of the rotor part, The heat shield plate achieves the object by having a region projected on the gas transfer mechanism side substantially equal to a region facing the air inlet of the rotor portion.
In the invention according to claim 2 , for example, the heat shield plate is arranged so that the region where the rotor blades are projected on the intake port side and the region where the heat shield plate is projected on the intake port side do not overlap. It is preferable. That is, the heat shield plate is disposed so that, for example, an area where the heat shield plate is projected on the inlet side and an area where the inlet side surface area of the rotor portion is projected on the inlet side overlap. Preferably it is.
請求項3載の発明では、請求項2記載の発明において、最も上流側に位置する前記ロータ翼は、前記真空装置と対向する面の放射率が他の面の放射率よりも小さく形成されている。
請求項3記載の発明において最も上流側に位置する前記ロータ翼は、例えば、前記真空装置と対向する領域に放射率が小さい表面処理が施されていることが好ましい。この場合における放射率が小さい表面処理としては、例えば、放射率が0.1以下となるような、電解研磨処理、金メッキ処理、アルミメッキ処理等であることが好ましい。
In the invention of claim 3, in the invention of claim 2 , the rotor blade located on the most upstream side is formed such that the emissivity of the surface facing the vacuum device is smaller than the emissivity of the other surfaces. Yes.
In the invention according to claim 3, it is preferable that the rotor blade located on the most upstream side is subjected to a surface treatment with a low emissivity, for example, in a region facing the vacuum device. In this case, the surface treatment with a low emissivity is preferably, for example, an electrolytic polishing treatment, a gold plating treatment, an aluminum plating treatment or the like so that the emissivity is 0.1 or less.
請求項4記載の発明では、請求項1から請求項3のうち何れか1の請求項に記載の発明において、前記遮熱プレートを冷却する冷却機構を備える。
請求項4記載の発明における冷却機構は、例えば、冷却管内を流れる熱媒体である冷却材に熱を吸収させる水冷(液冷)方式を用いることが好ましい。
According to a fourth aspect of the invention, there is provided the cooling mechanism according to any one of the first to third aspects, wherein the cooling plate is cooled.
The cooling mechanism in the invention of
請求項5記載の発明では、請求項1から請求項4のうち何れか1の請求項に記載の発明において、前記遮熱プレートは、前記気体移送機構と対向する面に、凹状に湾曲した面が形成されている。
請求項5記載の発明における凹状に湾曲した面は、例えば、真空ポンプの回転軸を対称軸としロータ部の上面より下流に焦点が設けられている放物曲面であることが好ましい。
請求項5記載の発明における凹状に湾曲した面は、例えば、多段に設けられていることが好ましい。
The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat shield plate has a concave curved surface on a surface facing the gas transfer mechanism. Is formed.
The concavely curved surface in the invention described in claim 5 is preferably, for example, a parabolic curved surface in which the rotation axis of the vacuum pump is an axis of symmetry and the focal point is provided downstream from the upper surface of the rotor portion.
The concavely curved surface in the invention of claim 5 is preferably provided in multiple stages, for example.
本発明によれば、真空ポンプから放射されて真空装置へ伝播する熱の量を低減させることができる。 According to the present invention, the amount of heat radiated from a vacuum pump and propagated to a vacuum device can be reduced.
以下、本発明の好適な実施の形態について、図1〜図3を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、真空ポンプの一例としてターボ分子ポンプを用いて説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る放射熱低減構造を備えたターボ分子ポンプ1の概略構成を示した図である。なお、図1は、ターボ分子ポンプ1の軸線方向の断面図を示している。
また、図1には、ターボ分子ポンプ1に接続された真空室30の一部も示している。
ここで、ターボ分子ポンプ1に接続された真空室30について説明する。
真空室30は、例えば、表面分析装置や微細加工装置のチャンバ等として用いられる真空装置を形成している。
真空室30は、真空室壁31によって構成され、ターボ分子ポンプ1との接続ポートを有する真空容器である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In this embodiment, a turbo molecular pump is used as an example of a vacuum pump.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a turbo molecular pump 1 having a radiant heat reduction structure according to the first embodiment. 1 shows a cross-sectional view of the turbo molecular pump 1 in the axial direction.
FIG. 1 also shows a part of the
Here, the
The
The
以下に、ターボ分子ポンプ1の構成について説明する。
ターボ分子ポンプ1は、真空室30の排気処理を行うための真空ポンプである。このターボ分子ポンプ1は、ターボ分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部を備えた、いわゆる複合翼タイプの分子ポンプである。
ターボ分子ポンプ1の外装体を形成するケーシング2は、略円筒状の形状をしており、ケーシング2の下部(排気口6側)に設けられたベース3と共にターボ分子ポンプ1の筐体を構成している。そして、この筐体の内部には、ターボ分子ポンプ1に排気機能を発揮させる構造物、即ち、気体移送機構が収納されている。
この気体移送機構は、大きく分けて回転自在に軸支された回転部と筐体に対して固定された固定部から構成されている。
Below, the structure of the turbo-molecular pump 1 is demonstrated.
The turbo molecular pump 1 is a vacuum pump for exhausting the
A casing 2 that forms an exterior body of the turbo molecular pump 1 has a substantially cylindrical shape, and constitutes a casing of the turbo molecular pump 1 together with a base 3 provided at a lower portion (exhaust port 6 side) of the casing 2. is doing. A structure that allows the turbo molecular pump 1 to perform an exhaust function, that is, a gas transfer mechanism is housed inside the housing.
This gas transfer mechanism is roughly composed of a rotating portion that is rotatably supported and a fixed portion that is fixed to the casing.
ケーシング2の端部には、当該ターボ分子ポンプ1へ気体を導入するための吸気口4が形成されている。また、ケーシング2の吸気口4側の端面には、外周側へ張り出したフランジ部5が形成されている。ターボ分子ポンプ1と真空室壁31とは、フランジ部5を介してボルト等の締結部材を用いて固定することによって結合されている。
また、ベース3には、当該ターボ分子ポンプ1から気体を排気するための排気口6が形成されている。
An
The base 3 is formed with an exhaust port 6 for exhausting gas from the turbo molecular pump 1.
回転部は、回転軸であるシャフト7、このシャフト7に配設されたロータ8、ロータ8に設けられた回転翼9、排気口6側(ねじ溝式ポンプ部)に設けられたステータコラム10などから構成されている。なお、シャフト7及びロータ8によってロータ部が構成されている。
回転翼9は、シャフト7の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してシャフト7から放射状に伸びたブレードからなる。
また、ステータコラム10は、ロータ8の回転軸線と同心の円筒形状をした円筒部材からなる。
The rotating portion includes a shaft 7 that is a rotating shaft, a rotor 8 disposed on the shaft 7, a rotor blade 9 provided on the rotor 8, and a
The rotary blade 9 is composed of blades extending radially from the shaft 7 at a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the shaft 7.
The
シャフト7の軸線方向中程には、シャフト7を高速回転させるためのモータ部11が設けられている。
さらに、シャフト7のモータ部11に対して吸気口4側、および排気口6側には、シャフト7をラジアル方向(径方向)に軸支するための径方向磁気軸受装置12、13、シャフト7の下端には、シャフト7を軸線方向(アキシャル方向)に軸支するための軸方向磁気軸受装置14が設けられている。
A
Further, on the
筐体の内周側には、固定部が形成されている。この固定部は、吸気口4側(ターボ分子ポンプ部)に設けられた固定翼15と、ケーシング2の内周面に設けられたねじ溝スペーサ16などから構成されている。
固定翼15は、シャフト7の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して筐体の内周面からシャフト7に向かって伸びたブレードから構成されている。
各段の固定翼15は、円筒形状をしたスペーサ17により互いに隔てられている。
ターボ分子ポンプ部では、固定翼15が軸線方向に、回転翼9と互い違いに複数段形成されている。
A fixing portion is formed on the inner peripheral side of the housing. The fixed portion includes a fixed
The fixed
The fixed
In the turbo molecular pump section, the fixed
ねじ溝スペーサ16には、ステータコラム10との対向面にらせん溝が形成されている。ねじ溝スペーサ16は、所定のクリアランス(間隙)を隔ててステータコラム10の外周面に対面するようになっている。ねじ溝スペーサ16に形成されたらせん溝の方向は、らせん溝内をロータ8の回転方向にガスが輸送された場合、排気口6に向かう方向である。
また、らせん溝の深さは、排気口6に近づくにつれ浅くなるようになっており、らせん溝を輸送されるガスは排気口6に近づくにつれて圧縮されるようになっている。
このように構成されたターボ分子ポンプ1により、真空室30内の真空排気処理を行うようになっている。
The
In addition, the depth of the spiral groove becomes shallower as it approaches the exhaust port 6, and the gas transported through the spiral groove is compressed as it approaches the exhaust port 6.
The turbo molecular pump 1 configured as described above performs evacuation processing in the
このように構成されているターボ分子ポンプ1は、回転部を高速回転させて排気処理を行っているため、気体(ガス)分子の衝突熱や、モータ部11から発生する熱などにより加熱されて高温状態となる場合がある。
そして、ターボ分子ポンプ1の放射熱が吸気口4を介して真空室30へ伝わり、真空室30内部が高温状態となると、真空室30で扱われている装置や試料等に影響を与えてしまうおそれがある。
そこで、第1実施形態におけるターボ分子ポンプ1には、真空室30が受ける放射熱の影響を低減させるための放射熱低減構造が設けられている。この放射熱低減構造は、気体移送機構の上流(吸気口4側)に設けられている。
Since the turbo molecular pump 1 configured in this manner performs exhaust processing by rotating the rotating part at a high speed, the turbo molecular pump 1 is heated by collision heat of gas (gas) molecules or heat generated from the
When the radiant heat of the turbo molecular pump 1 is transmitted to the
Therefore, the turbo molecular pump 1 according to the first embodiment is provided with a radiant heat reduction structure for reducing the influence of the radiant heat received by the
次に、ターボ分子ポンプ1に設けられている放射熱低減構造について説明する。
放射熱低減構造は、大別すると、遮熱機構と冷却機構とから構成されている。はじめに、図1および図2を参照しながら遮熱機構について説明する。
図2は、第1実施形態に係る遮熱機構の概略構成を示した図である。なお、図2では、遮熱機構を吸気口4側からみた平面図で示している。
ところで、すべての物体は、絶対温度が零度でない限り電磁波の形で熱エネルギーを放射している。
従って、高温部から放射されて真空室30へ到達する電磁波を低減させることによって、ターボ分子ポンプ1の熱放射が真空室30へ与える影響を低減させることができる。
そこで、第1実施形態に係る遮熱機構では、ターボ分子ポンプ1の高温部から放射される電磁波を吸収しやすく、かつ、真空室30側へ放射されにくい構造としている。
Next, the radiant heat reduction structure provided in the turbo molecular pump 1 will be described.
The radiant heat reduction structure is roughly composed of a heat shield mechanism and a cooling mechanism. First, the heat shield mechanism will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the heat shield mechanism according to the first embodiment. In FIG. 2, the heat shield mechanism is shown in a plan view as viewed from the
By the way, all objects emit heat energy in the form of electromagnetic waves unless the absolute temperature is zero.
Therefore, by reducing the electromagnetic waves radiated from the high temperature part and reaching the
Therefore, the heat shield mechanism according to the first embodiment has a structure in which electromagnetic waves radiated from the high temperature portion of the turbo molecular pump 1 are easily absorbed and are not easily radiated to the
第1実施形態に係る遮熱機構は、遮熱プレート18、支持部19および最上段スペーサ17aから構成されている。
遮熱プレート18は、円盤(円板)状の部材であり、ターボ分子ポンプ1から真空室30へ放射される熱を遮るための邪魔板(バッフルプレート)として機能する。
放射熱は、面に垂直な方向への放射が最も強く、シャフト7の軸線に垂直な平面に対して傾斜しているブレード(回転翼9、固定翼15)からの放射熱の影響はそれほど大きいものではない。
つまり、ロータ8の吸気口4側端面から垂直方向へ、即ち真空室30方向へ放射される放射熱の影響が最も強くなる。
そのため、遮熱プレート18は、ロータ8の吸気口4側端面から垂直方向に放射される熱(電磁波)を垂直方向から吸収するように配置されている。
また、遮熱プレート18は、回転翼9の近傍に配置されている。回転翼9の近傍に配置することにより、遮熱プレート18の外周端部から回り込むような熱の放射を低減することができる。
The heat shield mechanism according to the first embodiment includes a
The
Radiant heat has the strongest radiation in the direction perpendicular to the surface, and the influence of radiation heat from the blades (rotary blades 9 and fixed blades 15) inclined with respect to the plane perpendicular to the axis of the shaft 7 is so great. It is not a thing.
That is, the influence of the radiant heat radiated in the vertical direction from the end face on the
Therefore, the
The
なお、遮熱プレート18の大きさ(径)は、排気性能への影響を最小限にとどめるために、ロータ8の吸気口4側端面領域と等しくなっている。即ち、気体移送路が形成される領域(回転翼9および固定翼15が配設されている領域)の吸気口4側に投影される領域と、遮熱プレート18が吸気口4側に投影される領域とは重複しないようになっている。
言い換えると、遮熱プレート18は、遮熱プレート18が吸気口4側に投影される領域と、ロータ8の吸気口4側端面領域が吸気口4側に投影される領域と、が重複するように配置されている。
このように、遮熱プレート18を、ロータ8の円筒部分(回転翼9が配設領域を除いた部分)の上部のみ、即ち、気体移送機構の作用により移送される気体の排気抵抗を増大させる領域に及ばないように配置することにより、遮熱プレート18を設けたことに起因するターボ分子ポンプ1の排気性能の低下を抑制することができる。
The size (diameter) of the
In other words, in the
In this way, the
また、遮熱プレート18の両表面には、それぞれ異なる表面処理が施されている。
遮熱プレート18の下流側面(排気口6側の面)、即ち、回転翼9や固定翼15等から構成される気体移送機構に対向する面には、放射率が高い表面処理が施されている。
なお、放射率とは、熱エネルギー(電磁波)の吸収率を示し、放射率が高いほど熱の吸収率が高く、放射率が低いほど熱の吸収率が低いことを示している。
遮熱プレート18の下流側面に施されている放射率が高い表面処理としては、例えば、放射率が0.8以上となるような、アルマイトコーティング処理、セラミックコーティング処理等がある。
このように、遮熱プレート18の下流側面に放射率が高い表面処理を施すことによって、遮熱プレート18における、ロータ8等から放射される熱の吸収率を向上させることができる。即ち、遮熱プレート18においてより多くの熱を吸収させることができるため、真空室30側へ放射される熱の量を低減させることができる。
Further, different surface treatments are applied to both surfaces of the
The downstream side surface of the heat shield plate 18 (the surface on the exhaust port 6 side), that is, the surface facing the gas transfer mechanism composed of the rotary blade 9 and the fixed
The emissivity indicates the absorptance of thermal energy (electromagnetic wave), and the higher the emissivity, the higher the absorptance of heat, and the lower the emissivity, the lower the absorptance of heat.
Examples of the surface treatment having a high emissivity applied to the downstream side surface of the
In this way, by performing a surface treatment with a high emissivity on the downstream side surface of the
一方、遮熱プレート18の上流側面、即ち、真空室30と対向する面には、放射率が低い表面処理が施されている。
遮熱プレート18の上流側面に施されている放射率が低い表面処理としては、例えば、放射率が0.1以下となるような、電解研磨処理、金メッキ処理、アルミメッキ処理等がある。
なお、電解研磨処理とは、金属製の研磨対象物を電極の+(プラス)極にして電解液を介して直流電流を流し、金属表面を溶解させることにより研磨効果を得る方法である。
このように、遮熱プレート18の上流側面に放射率が低い表面処理を施すことによって、遮熱プレート18から真空室30側へ放射される熱の量を低減させることができる。即ち、遮熱プレート18で吸収された後、真空室30側へ再び放射される熱の量を低減させることができる。
On the other hand, the upstream side surface of the
Examples of the surface treatment with low emissivity applied to the upstream side surface of the
The electrolytic polishing treatment is a method for obtaining a polishing effect by causing a metal polishing object to be a + (plus) electrode of an electrode and passing a direct current through the electrolytic solution to dissolve the metal surface.
In this way, by performing a surface treatment with a low emissivity on the upstream side surface of the
支持部19は、遮熱プレート18を支持するための部材であり、遮熱プレート18から90度間隔で半径方向に延びる4つの帯状の部材から構成されている。
また、支持部19は、支持部材としての機能だけでなく、遮熱プレート18の熱をターボ分子ポンプ1の筐体(ケーシング2)へ導き、そこからターボ分子ポンプ1の外部へ放熱させるための熱の伝導経路の機能を兼ねている。
支持部19は、ターボ分子ポンプ1における排気性能の低下を抑えるために、細い帯状の部材で構成されている。
なお、支持部19は、熱の伝導率を向上させるために、熱伝導率の高い部材によって形成するようにしてもよい。熱伝導率の高い部材としては、例えば、カーボンファイバー等を用いるようにする。
The
Further, the
The
Note that the
支持部19の外側端部は、最上段スペーサ17aに固定されている。
最上段スペーサ17aは、各段の固定翼15を軸方向に間隔を設けた状態で固定するために配設されているスペーサ17の最上段、即ち最も上流側に配置されているものである。
遮熱プレート18、支持部19および最上段スペーサ17aは、それぞれの接合部(接続部)における熱抵抗の上昇を抑えるために一体形成されている。遮熱機構は、例えば、削り出し加工によって形成された、継ぎ目のない一体構造であることが好ましい。
遮熱機構は、ターボ分子ポンプ1を組み立てる際に、最上段スペーサ17aを他のスペーサ17と同様に組み込むことによって、容易に配設することができる。
The outer end portion of the
The
The
The heat shield mechanism can be easily arranged by assembling the uppermost spacer 17 a in the same manner as the
このように配設された遮熱機構では、遮熱プレート18で吸収された熱が、支持部19を介して最上段スペーサ17aへ伝わるようになっている。
第1実施形態では、最上段スペーサ17aへ伝わった熱を効果的に冷却するために、あるいは、遮熱機構を効率よく冷却するために冷却機構が設けられている。
冷却機構は、冷却管20と冷却管ジャケット21を備えた水冷(液冷)システムによって構成されている。
最上段スペーサ17aのケーシング2を介した外周部には、ケーシング2を周方向に囲むように冷却管ジャケット21が設けられている。この冷却管ジャケット21の内部には、ケーシング2が内接するように冷却管20が配設されている。
冷却管20は、チューブ状(管状)の部材からなる。水冷(液冷)システムでは、冷却管20内部に熱媒体である冷却材を流し、この冷却材に熱を吸収させるようにして冷却を行っている。
In the heat shield mechanism arranged in this way, the heat absorbed by the
In the first embodiment, a cooling mechanism is provided for effectively cooling the heat transmitted to the
The cooling mechanism is configured by a water cooling (liquid cooling) system including a
A cooling
The cooling
なお、第1実施形態においては、冷却管20をケーシング2と別構成しているが、冷却管20の構成方法は、これに限定されるものではない。例えば、ケーシング2の外周面に溝を形成し、この溝に冷却材を流して冷却管20の機能を持たせるようにしてもよい。このように冷却管を構成した場合には、冷却材はケーシング2から直接熱を吸収することができるため、冷却効率を向上させることができる。
また、冷却管ジャケット21と冷却管20との空隙や、冷却管20とケーシング2との接触部に半田や熱伝導用のペーストなどを付設し、冷却管20における熱交換の効率をさらに向上させるようにしてもよい。
In addition, in 1st Embodiment, although the cooling
Further, solder or heat conduction paste is attached to the gap between the cooling
このように第1実施形態では、冷却機構を設けることにより、遮熱プレート18から最上段スペーサ17aへ伝わった熱を効果的に冷却する、即ち、熱を速やかに外部に排出することができる。このように、遮熱機構を効率よく冷却することにより、ターボ分子ポンプ1から真空室30側へ放射される熱の量を低減することができる。
As described above, in the first embodiment, by providing the cooling mechanism, the heat transmitted from the
(第2実施形態)
次に、本発明における第2実施形態について図3を参照して説明する。
図3(a)は、第2実施形態に係る放射熱低減構造を備えたターボ分子ポンプ1の概略構成を示した図であり、図3(b)は、図3(a)におけるA部の拡大図を示した図である。なお、図3は、ターボ分子ポンプ1の軸線方向の断面図を示している。
また、図3には、ターボ分子ポンプ1に接続された真空室30の一部も示してある。
なお、上述した図1に示す第1実施形態と同一部分(重複する箇所)には、同一の符号を用い詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3A is a diagram showing a schematic configuration of the turbo molecular pump 1 having the radiant heat reduction structure according to the second embodiment, and FIG. 3B is a diagram of an A portion in FIG. It is the figure which showed the enlarged view. FIG. 3 shows a sectional view of the turbo molecular pump 1 in the axial direction.
FIG. 3 also shows a part of the
In addition, the same code | symbol is used for the same part (1st part) as 1st Embodiment shown in FIG. 1, and detailed description is abbreviate | omitted.
第2実施形態においても、真空室30が受ける放射熱の影響を低減させるための放射熱低減構造が設けられている。第2実施形態における放射熱低減構造は、真空室30内に設けられている。
以下に、第2実施形態における放射熱低減構造について説明する。
放射熱低減構造は、大別すると、遮熱機構と冷却機構とから構成されている。はじめに、図3(a)および(b)を参照しながら遮熱機構について説明する。
第2実施形態に係る遮熱機構は、ターボ分子ポンプ1の高温部から放射される電磁波が真空室30の内部にまで放射されることを抑制するために、真空室30の接続ポート(排気ポート)の近傍において、放射熱(電磁波)を遮る構造となっている。
Also in the second embodiment, a radiant heat reduction structure for reducing the influence of the radiant heat received by the
The radiant heat reduction structure in the second embodiment will be described below.
The radiant heat reduction structure is roughly composed of a heat shield mechanism and a cooling mechanism. First, the heat shield mechanism will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
In order to suppress the electromagnetic wave radiated from the high temperature portion of the turbo molecular pump 1 from being radiated to the inside of the
第2実施形態に係る遮熱機構は、遮熱プレート22および支持部23から構成されている。
遮熱プレート22は、その径がターボ分子ポンプ1の吸気口4の径よりも大きい円盤(円板)状の板部材であり、ターボ分子ポンプ1から放射される熱を遮るための邪魔板(バッフルプレート)として機能する。
この遮熱プレート22は、ターボ分子ポンプ1の吸気口4が形成されている面に対向するように、ターボ分子ポンプ1の取付面に対して平行になるように配置されている。
The heat shield mechanism according to the second embodiment includes a
The
The
また、遮熱プレート22のターボ分子ポンプ1と対向する面、即ち、気体移送機構と対向する面には、凹状に湾曲した面(以下、湾曲面とする)が形成されている。
詳しくは、気体移送機構と対向する面が凹状に湾曲した面となるように形成された環状の溝が形成されている。この環状溝は、同心円状に複数(多段)形成されている。
このような湾曲面を形成することによって、ターボ分子ポンプ1側へ放射熱(電磁波)を適切に反射させることができる。あるいは、遮熱プレート22から放射される熱(電磁波)のうちのターボ分子ポンプ1方向へ放射される熱(電磁波)の量を上げることができる。
Further, a surface facing the turbo molecular pump 1 of the
Specifically, an annular groove is formed so that the surface facing the gas transfer mechanism is a concavely curved surface. A plurality of (multi-stage) concentric circular grooves are formed.
By forming such a curved surface, radiant heat (electromagnetic waves) can be appropriately reflected toward the turbo molecular pump 1 side. Alternatively, the amount of heat (electromagnetic wave) radiated in the direction of the turbo molecular pump 1 out of the heat (electromagnetic wave) radiated from the
この遮熱プレート22に形成されている環状溝は、図2(b)に示すように、溝を形成する面のうちターボ分子ポンプ1と対向する面の軸線方向の断面が回転軸(シャフト7)を対称軸とし、気体移送機構の設けられている方向に焦点を有する2次曲線(放物線)となるように形成されている。即ち、遮熱プレート22に形成されている環状溝は、溝を形成する面のうちターボ分子ポンプ1の気体移送構造と対向する面が放物曲面となるように形成されている。
なお、この放物曲面の焦点は、詳しくは、ロータ8の上面より下流に設定されていることが好ましい。
As shown in FIG. 2B, the annular groove formed in the
In detail, it is preferable that the focal point of the paraboloid is set downstream of the upper surface of the rotor 8.
放物曲面には、この面に電磁波が衝突(輻射)した場合、その電磁波が放物面の対象軸方向と平行となる方向に反射する特性を持っている。
従って、ターボ分子ポンプ1から放射された熱(電磁波)が遮熱プレート22の環状溝に衝突した場合、この熱(電磁波)は軸方向と平行になる方向に沿って反射する。即ち、ターボ分子ポンプ1側に反射される。
The parabolic curved surface has a characteristic that when an electromagnetic wave collides (radiates) with this surface, the electromagnetic wave is reflected in a direction parallel to the target axis direction of the parabolic surface.
Therefore, when the heat (electromagnetic wave) radiated from the turbo molecular pump 1 collides with the annular groove of the
このように、遮熱プレート22のターボ分子ポンプ1と対向する面に所定の角度を持った溝、即ち、上述した放物曲面に基づいて溝の角度が設定された溝を形成することにより、効率的にロータ8等から放射される熱をターボ分子ポンプ1側へ反射させることができる。
また、遮熱プレート22のターボ分子ポンプ1と対向する面、即ち、気体移送機構と対向する面に凹状に湾曲した面を形成することにより、遮熱プレート22からターボ分子ポンプ1側へ熱が放射されやすくさせることができる。
従って、遮熱プレート22においてより多くの熱を適切にターボ分子ポンプ1側へ反射させることができるため、また、遮熱プレート22から放射される熱(電磁波)のうちのターボ分子ポンプ1方向へ放射される熱(電磁波)の量を上げることができるため、真空室30側へ放射される熱の量を低減させることができる。
In this way, by forming a groove having a predetermined angle on the surface of the
Further, by forming a concave curved surface on the surface of the
Accordingly, more heat can be appropriately reflected on the
支持部23は、遮熱プレート22を支持するための部材であり、遮熱プレート22の外周端面からターボ分子ポンプ1方向へ垂直に延びる複数の柱状の部材から構成されている。隣接する支持部23は、真空室30の排気性能に影響しない程度に、十分な間隔を空けて配設されている。
また、支持部23は、支持部材としての機能だけでなく、遮熱プレート22の熱を真空室壁31へ導き、そこから外部へ放熱させるための熱の伝導経路の機能を兼ねている。
そのため支持部23は、熱の伝導率を向上させるために、熱伝導率の高い部材によって形成することが好ましい。
支持部23の一端は、遮熱プレート22の外周端に接合され、もう一端は真空室壁31に固定されている。遮熱プレート22の真空室壁31への取付は、例えば、真空室壁31に設けられた取付孔に支持部23を圧入して行う。
なお、遮熱プレート22を固定するための支持部23の配設方法は、遮熱プレート22に対して垂直方向に限定されるものではない。例えば、遮熱プレート22に対して水平方向、即ち放射方向に配設して真空室壁31に固定するようにしてもよい。この場合には、後述する冷却機構を支持部23と真空室壁31との接続部の近傍に設けるようにする。
The
Further, the
For this reason, the
One end of the
In addition, the arrangement | positioning method of the
このように配設された遮熱機構では、遮熱プレート22の熱が、支持部23を介して真空室壁31へ伝わるようになっている。
第2実施形態では、真空室壁31へ伝わった熱を効果的に冷却するために、あるいは、遮熱機構を効率よく冷却するために冷却機構が設けられている。
冷却機構は、冷却管24、25を直接真空室壁31の内部に形成あるいは配設した水冷(液冷)システムによって構成されている。
冷却管24、25は、第1実施例における冷却システムと同様に、冷却管24、25内部に熱媒体である冷却材を流し、この冷却材に熱を吸収させるようにして冷却を行っている。
In the heat shield mechanism arranged in this way, the heat of the
In the second embodiment, a cooling mechanism is provided to effectively cool the heat transmitted to the
The cooling mechanism is configured by a water cooling (liquid cooling) system in which cooling
As with the cooling system in the first embodiment, the cooling
このように第2実施形態では、冷却機構を設けることにより、遮熱プレート22から支持部23を介して真空室壁31へ伝わった熱を効果的に冷却する、あるいは、遮熱機構を効率よく冷却することができる。これにより、ターボ分子ポンプ1の高温部から放射される電磁波を真空室30の排気口近傍で遮ることができるため、真空室30の内部にまで放射される熱の量を低減させることができる。
As described above, in the second embodiment, by providing the cooling mechanism, the heat transmitted from the
なお、第1実施形態における支持部19に、遮熱プレート18と同様に、支持部19の下流側面に放射率が高い表面処理を施し、支持部19の上流側面に放射率が低い表面処理を施すようにしてもよい。支持部19にこのような表面処理を施すことにより、真空室30側へ放射される熱の量をさらに低減させることができる。
また、第2実施形態における遮熱プレート22に、第1実施形態における遮熱プレート18と同様に、遮熱プレート22の下流側面(ターボ分子ポンプ1と対向する面)に放射率が高い表面処理を施し、遮熱プレート22の上流側面(真空室30の中心部と対向する面)に放射率が低い表面処理を施すようにしてもよい。遮熱プレート22にこのような表面処理を施すことにより、真空室30側へ放射される熱の量をさらに低減させることができる。
さらに、第1実施形態における遮熱プレート18に、第2実施形態において遮熱プレート22に施した環状溝を形成するようにしてもよい。遮熱プレート18にこのような表面処理(溝加工)を施すことにより、真空室30側へ放射される熱の量をさらに低減させることができる。
In addition, the surface treatment with a high emissivity is given to the downstream side surface of the
In addition, the
Furthermore, you may make it form the annular groove provided in the
第1実施形態における遮熱プレート18の上流側面、即ち、真空室30と対向する面に施されている放射率が低い表面処理と同様の表面処理を、第1実施例および第2実施例における気体移送機構の最も上流側に位置する部材と真空室30と対向する領域、例えば、ロータ8の吸気口4側端面や回転翼9の吸気口4と対向する面等に施すようにしてもよい。
このように、気体移送機構の最も上流側に位置する部材と真空室30と対向する領域に放射率が低い表面処理を施すことによって、この領域から真空室30側へ放射される熱の量を低減させることができる。
A surface treatment similar to the surface treatment with a low emissivity applied to the upstream side surface of the
In this way, by applying a surface treatment with a low emissivity to the region facing the
また、第1実施形態における遮熱プレート18の上流側面、即ち、真空室30と対向する面に施されている放射率が低い表面処理と同様の表面処理を、第1実施例および第2実施例における気体移送機構の最も上流側に位置する部材のうちの気体移送路を形成する部位と真空室30と対向する領域、例えば、回転翼9の吸気口4と対向する面等に施すようにしてもよい。
このように、気体移送機構の最も上流側に位置する部材のうちの気体移送路を形成する部位と真空室30と対向する領域に放射率が低い表面処理を施すことによって、この領域から真空室30側へ放射される熱の量を低減させることができる。
この場合、気体移送機構の最も上流側に位置する部材のうちの気体移送路を形成していない部位と真空室30と対向する領域、例えば、ロータ8の吸気口4側端面から真空室30側へ放射される熱(電磁波)は、遮熱プレート18あるいは遮熱プレート22に衝突するようになっているため、真空室30への伝播を抑制することができるだけでなく、ロータ8、回転翼9、シャフト7等の回転部(非接触部)に熱がこもってしまうことを抑制することができる。結果として、回転部の温度上昇を抑制することができる。
Further, the same surface treatment as the surface treatment with a low emissivity applied to the upstream side surface of the
Thus, by applying a surface treatment with a low emissivity to the region that forms the gas transfer path of the member located on the most upstream side of the gas transfer mechanism and the region facing the
In this case, a portion of the member located on the most upstream side of the gas transfer mechanism that does not form a gas transfer path and a region facing the
上述した第1および第2実施形態によれば、ターボ分子ポンプ1から真空室30へ伝播する熱を減衰(減少)させることができるため、真空室30の内部温度上昇を適切に抑制することができる。これにより、真空室30の内部におけるより精密な加工やより精度の高い測定を実現させることができる。
According to the first and second embodiments described above, the heat propagating from the turbo molecular pump 1 to the
1 ターボ分子ポンプ
2 ケーシング
3 ベース
4 吸気口
5 フランジ部
6 排気口
7 シャフト
8 ロータ
9 回転翼
10 ステータコラム
11 モータ部
12、13 径方向磁気軸受装置
14 軸方向磁気軸受装置
15 固定翼
16 溝スペーサ
17 スペーサ
17a 最上段スペーサ
18、22 遮熱プレート
19、23 支持部
20、24、25 冷却管
21 冷却管ジャケット
30 真空室
31 真空室壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbo molecular pump 2 Casing 3
Claims (5)
前記ケーシング内に設けられ、前記吸気口を介して真空装置から吸気した気体を前記排気口へ移送する気体移送機構と、
前記気体移送機構より上流に配置され、前記真空装置と対向する面よりも前記気体移送機構と対向する面の放射率が大きく形成され、前記気体移送機構からの熱を吸収し前記真空装置へ放射される熱を低減する遮熱プレートと、
前記遮熱プレートを固定する固定手段と、
を備えたことを特徴とする真空ポンプ。
A casing formed with an intake port and an exhaust port;
A gas transfer mechanism provided in the casing and configured to transfer gas sucked from a vacuum device to the exhaust port via the intake port;
The emissivity of the surface facing the gas transfer mechanism is larger than the surface facing the vacuum device, arranged upstream from the gas transfer mechanism, and absorbs heat from the gas transfer mechanism and radiates it to the vacuum device. A heat shield plate to reduce the heat generated ,
Fixing means for fixing the heat shield plate;
A vacuum pump comprising:
前記ケーシング内に設けられ、前記吸気口を介して真空装置から吸気した気体を前記排気口へ移送する気体移送機構と、
前記気体移送機構より上流に配置され、前記真空装置と対向する面よりも前記気体移送機構と対向する面の放射率が大きく形成された遮熱プレートと、
前記遮熱プレートを固定する固定手段と、を備え、
前記気体移送機構は、回転軸と前記回転軸に固定されているロータとからなるロータ部と、前記ロータ部の外周面から放射状に配設されたロータ翼とを有し、
前記遮熱プレートは、前記気体移送機構側に投影される領域が、前記ロータ部の前記吸気口と対面する領域とほぼ等しいことを特徴とする真空ポンプ。
A casing formed with an intake port and an exhaust port;
A gas transfer mechanism provided in the casing and configured to transfer gas sucked from a vacuum device to the exhaust port via the intake port;
A heat shield plate disposed upstream of the gas transfer mechanism and having a greater emissivity of a surface facing the gas transfer mechanism than a surface facing the vacuum device;
A fixing means for fixing the heat shield plate ,
The gas transfer mechanism has a rotor portion composed of a rotation shaft and a rotor fixed to the rotation shaft, and rotor blades arranged radially from the outer peripheral surface of the rotor portion,
The vacuum pump is characterized in that a region projected onto the gas transfer mechanism side of the heat shield plate is substantially equal to a region facing the intake port of the rotor portion .
3. The vacuum pump according to claim 2 , wherein the rotor blade located on the most upstream side is formed such that the emissivity of the surface facing the vacuum device is smaller than the emissivity of the other surfaces.
The vacuum pump according to any one of claims 1 to 3, further comprising a cooling mechanism that cools the heat shield plate.
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