JP4779404B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置や分析装置などの中真空から超高真空にわたる圧力範囲で真空排気に使用されるターボ分子ポンプに関する。

ターボ分子ポンプは、ドライエッチングやＣＶＤ等を行うプロセスチャンバ内のガスを排気して所定の高真空を形成する手段として用いられる。半導体製造工程のように塩素や硫化フッ素等の腐食性ガスが使用される環境下では、ターボ分子ポンプのラジアルセンサ、ラジアル電磁石のコアに配設されたコイルやハンダ付け部が腐食され、断線により磁気浮上制御ができなくなるという恐れがある。腐食性ガスからコイルやハンダ付け部を保護するために、ラジアルセンサ、ラジアル電磁石などの磁気軸受部品を一括でモールドする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２６８８６３号公報（第３頁、図１）

特許文献１の技術は、ラジアルセンサ、ラジアル電磁石などの磁気軸受部品を重ね合わせた状態で一括で樹脂モールドするため、個々のラジアルセンサ、ラジアル電磁石では全周に亘って樹脂に覆われている。そのため、コアと樹脂の熱膨張率の差による残留応力の作用が大きくなり、磁気軸受の構成部品が歪んでしまい、結果として、ターボ分子ポンプの磁気軸受の制御が不安定となるという問題がある。

（１）本発明の請求項１によるターボ分子ポンプは、リング状コアと、リング状コアの周面に所定間隔に設けられた複数対のコイルと、対をなす一対のコイルのコイル間を電気的に接続する第１の接続部と、一対のコイル同士を電気的に接続する第２の接続部とを有するラジアルセンサを備えるターボ分子ポンプであって、ラジアルセンサは、一対のコイルと第１の接続部とを含む構成部品がそれぞれ配置される複数の主領域と、第２の接続部が配置される連結領域とがリング状コアの周方向に交互に配設され、リング状コアの周方向に所定間隔で配設された主領域および連結領域がリングコア上に形成された樹脂モールド部材で被覆され、連結領域に形成された樹脂モールド部材の厚さは、主領域に形成された樹脂モールド部材の厚さよりも薄く、かつ、連結領域に形成された樹脂モールド部材の幅は、主領域に形成された前記樹脂モールド部材の幅よりも狭くされ、樹脂モールド部材の被覆による主領域の残留応力を連結領域で分散させることを特徴とする。

本発明によれば、樹脂モールド部材により被覆されている主領域同士が連結領域によって分離されており、残留応力が分散されているので、ラジアルセンサの歪の発生量を低減することができ、ターボ分子ポンプの磁気軸受の安定制御が可能となる。

以下、本発明の実施の形態によるターボ分子ポンプについて、図１〜６を参照しながら説明する。
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態によるターボ分子ポンプの概略を模式的に示す縦断面図である。

ターボ分子ポンプ１００は、ターボ分子ポンプ部１とねじ溝ポンプ部２とを備え、不図示のプロセス室からのガスを吸気側フランジ３の吸気口３Ａから取り入れ、排気側フランジ４の排気口４Ａから外部へ排気し、プロセス室内を所定の高真空とする。ロータ５は、複数段に形成された動翼（ロータ翼）７を有し、回転軸６に固設され、ラジアルセンサ１０およびラジアル電磁石２０を有するラジアル磁気軸受と、スラストセンサ２１およびスラスト電磁石２２を有するスラスト磁気軸受とによって非接触で支持されている。ターボ分子ポンプ部１のケーシング１ａには、静翼（ステータ翼）８が複数段に形成され、静翼８は、スペーサ１ｂにより、動翼７と交互に数ｍｍの隙間を保って配置されている。ねじ溝ポンプ部２には、回転軸６を回転させるモータ２３と、ロータ５の下部に近接してねじステータ２４が配置されている。ロータ５の下部、ねじステータ２４のいずれか一方にはらせん溝が形成されている。

ロータ５が数万ｒｐｍの回転数で高速回転することにより、吸気口３Ａから取り入れられたガスは、多段に形成された動翼７と静翼８との隙間を通り、この隙間と連通しているらせん溝が形成された隙間を通って排気口４Ａから外部へ排出される。一部のガスは、このガスの流れから外れてラジアルセンサ１０へ到達する。もし、腐食性ガスが用いられた場合は、ラジアルセンサ１０が腐食され、コイルやハンダ付け部の断線や接触不良を招く恐れがある。

本発明では、このラジアルセンサ１０を腐食から保護するために、特に腐食され易いコイルやハンダ付け部を樹脂モールド部材で被覆する。以下、ラジアルセンサ１０について、図２〜図５を用いて説明する。図２は、第１の実施の形態によるターボ分子ポンプのラジアルセンサ（モールド前）の構造を模式的に示す図であり、(ａ)は平面図、（ｂ）は側面図である。図３は、第１の実施の形態によるターボ分子ポンプのラジアルセンサ（モールド後）の構造を模式的に示す図であり、(ａ)は平面図、（ｂ）は側面図である。図４は、図３の部分拡大図であり、(ａ)は主領域Ａの平面図、（ｂ）は主領域Ａの断面図、（ｃ）は連結領域Ｂの平面図、（ｄ）は連結領域Ｂの断面図である。図５は、第１の実施の形態によるターボ分子ポンプのラジアルセンサへの樹脂モールディングを説明する図である。

図２を参照すると、ラジアルセンサ１０は、電磁鋼板製のリング状コア１１の内周に複数のティース部（歯部）１２が突設され、所定のティース部１２にコイル１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ・・・（以下、コイル１３と呼ぶこともある）が巻回された構造となっている。コイル１３同士はリード線１５で接続され、コイルエンドとリード線１５とはハンダ付けにより固着されている。コイル１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ・・・に対応する固着部分がハンダ付け部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ・・・（以下、ハンダ付け部１４と呼ぶこともある）である。ハンダ付け部１４とリード線１５がコイル１３同士を接続する接続部である。

図２には、リング状コア１１に８個のコイル１３が配設され、各コイル１３がリード線１５を介して隣接するコイルに順次接続されていることが示されている。そして、全部のコイル１３が接続された端がリード線引き出し部１５Ａとして外部電源に接続される。上述したように、説明の便宜上、４個のコイル１３に１３ａ〜１３ｄ、これらのコイル１３ａ〜１３ｄに対応するハンダ付け部１４に１４ａ〜１４ｄの符号を付している。そして、コイル１３ａ，１３ｂおよびハンダ付け部１４ａ，１４ｂが配設された領域、並びにコイル１３ｃ，１３ｄおよびハンダ付け部１４ｃ，１４ｄが配設された領域を主領域Ａとし、主領域ＡとＡの間の領域を連結領域Ｂとする。つまり、ラジアルセンサ１０には、主領域Ａと連結領域Ｂが交互に４つづつ配置されている。

図３は、図２の状態のラジアルセンサ１０に、ハッチングで示す樹脂モールド部材３０が形成された状態を示す。図３（ａ）に示されるように、樹脂モールド部材３０は、主領域Ａに形成される樹脂モールド部材３０ａと連結領域Ｂに形成される樹脂モールド部材３０ｂから成り、両者が一体で全周にわたって形成されている。また、図３（ｂ）に示されるように、リング状コア１１の表裏に樹脂モールド部材３０が繋がって形成されている。樹脂モールド部材３０ａは、コイル１３、ハンダ付け部１４およびリード線１５を封止しており、樹脂モールド部材３０ｂは、リード線１５を封止している。樹脂モールド部材３０ａは、主領域Ａの大半を占める面積に形成されるのに対し、樹脂モールド部材３０ｂは、連結領域Ｂのリード線１５が配線されている狭い面積のみに形成される。また、図３（ｂ）に示されるように、連結領域Ｂに形成される樹脂モールド部材３０ｂは、主領域Ａに形成される樹脂モールド部材３０ａよりも薄く形成される。

図４を参照して、樹脂モールド部材３０ａ，３０ｂの寸法について詳細に説明する。図４（ａ）のＩ−Ｉ線断面である図４（ｂ）に示されるように、樹脂モールド部材３０ａの幅（リング状コア１１の径方向の長さ）をＷ１、厚さをＨ１とし、図４（ｃ）のＩＩ−ＩＩ線断面である図４（ｄ）に示されるように、樹脂モールド部材３０ｂの幅をＷ２、厚さをＨ２とすると、Ｗ２＜Ｗ１、且つＨ２＜Ｈ１に設定する。樹脂モールド部材３０ｂは、リード線１５が露出しないように被覆できる最小限の幅と厚さで形成される。さらに、樹脂モールド部材３０ｂは、ティース部１２同士の隙間１２ａには形成されない。

ところで、樹脂モールド部材３０を形成することにより、ラジアルセンサ１０には残留応力が発生し、リング状コア１１の内径が直径方向に歪んだり、真円度が低下するという現象が生じる。これは、樹脂モールディングにおいて樹脂の硬化収縮時の樹脂モールド部材３０とリング状コア１１の熱膨張率の差に起因する。残留応力の大きさは、樹脂モールド部材３０の厚さや面積に比例する。樹脂モールド部材３０ａは、樹脂モールド部材３０ｂに比べて厚く、大面積であるので、より大きな残留応力が発生する。

一方、樹脂モールド部材３０ｂは、厚さも薄く、幅も狭いので、残留応力の発生量は非常に少なく、さらに、ティース部１２同士の隙間１２ａには樹脂が充填されていないので、樹脂モールド部材３０ａで発生した残留応力がその周囲に伝わるのを防止する。したがって、樹脂モールド部材３０ａと３０ｂは一体で形成されているものの、樹脂モールド部材３０ａの残留応力は、樹脂モールド部材３０ｂ（連結領域Ｂ）で実質的に遮断された状態となる。樹脂モールド部材３０ａの残留応力は、孤立した状態となり、樹脂モールド部材３０ａ単位でリング状コア１１に作用する。概念的には、図３（ａ）の矢印σで示すように、樹脂モールド部材３０ａ単位で内側に収縮する応力分布となる。つまり、主領域Ａ同士が応力的に分離された状態で樹脂モールド部材３０ａにより被覆されており、残留応力が分散されているので、リング状コア１１全体としては、内径の歪発生や真円度の低下が抑制され、センサとして所定水準の感度を保持できる。これは、ターボ分子ポンプ１００の磁気軸受の安定制御に寄与するものである。

図５を参照して、ラジアルセンサ１０の樹脂モールド方法を説明する。樹脂モールディングには、金型４１，４２と、充填口４１ａに液状樹脂を送り込む樹脂容器４６および充填ライン４７と、押湯口４１ｂから液状樹脂を引き込む押湯容器４８および押湯ライン４９とを備えたモールド用治具を用いる。

先ず、ラジアルセンサ１０を金型４１，４２にセットし、締結用ボルト４３で金型４１，４２を締結する。このとき、コイル１３の周囲には、液状樹脂が充填される空間、つまり樹脂モールド部材３０が形成される３次元領域Ｋが形成されている。次に、円筒状ゴム管４５をリング状コア１１の内周面、すなわちティース部１２の先端面に接触密着させ、中子４４を用いてゴム管４５の内側からゴム管４５を加圧し、ゴム管４５の外周面とリング状コア１１の内周面とを密着させる。これは、液状樹脂の充填の際に液漏れを防ぐためである。なお、ゴム管４５の加圧方法は、空気圧を利用してもよい。

続いて、バルブ４７ａを閉じて、押湯容器４８を不図示の真空ポンプに接続して真空引きをすると、バルブ４７ａから押湯容器４８までの空間が真空となる。バルブ４７ａを開き、気圧差を利用して樹脂容器４６内の液状樹脂を押湯容器４８まで流し込む。樹脂容器４６側と押湯容器４８側の気圧差を等しくし、樹脂の流動が停止した段階で充填工程が完了する。なお、樹脂の充填工程では、樹脂容器４６と押湯容器４８との間で差圧を生じさせればよく、例えば、押湯容器４８側を大気圧とし、樹脂容器４６側を大気圧を越える圧力としてもよい。

液状樹脂が熱硬化性の場合は、金型４１，４２を加熱することで樹脂が硬化する。硬化後に、ラジアルセンサ１０を金型４１，４２から取り出せば、樹脂モールディングが完了し、樹脂モールド部材３０が完成する。なお、図３（ａ）に示される符号３１，３２は、それぞれ充填口４１ａ、押湯口４１ｂに残った不要な樹脂を切断した痕跡である。

〈第２の実施の形態〉
図６は、第２の実施の形態によるターボ分子ポンプのラジアルセンサ（モールド後）の構造を模式的に示す平面図である。このラジアルセンサ５０も第１の実施の形態によるターボ分子ポンプ１００に搭載されるものである。ラジアルセンサ５０は、ラジアルセンサ１０に対して樹脂モールド部材の全体形状が異なるものであり、この相違点を主として説明する。

図３に示したラジアルセンサ１０では、主領域Ａに形成される樹脂モールド部材３０ａと連結領域Ｂに形成される樹脂モールド部材３０ｂの両者が一体で全周にわたって形成されていた。これに対しラジアルセンサ５０では、樹脂モールド部材３０ｂが存在せず、個々の樹脂モールド部材３０ａは、連結領域Ｂによって分断されており、構造的にも応力的にも主領域Ａごとに完全に孤立した状態である。

したがって、ラジアルセンサ５０は、ラジアルセンサ１０よりも、リング状コア１１の内径の歪発生や真円度の低下をより大きく抑制することができる。また、連結領域Ｂに樹脂モールド部材を形成しないので、樹脂量の節約になる。なお、図６に示される符号３１，３２は、それぞれ充填口４１ａ、押湯口４１ｂに残った不要な樹脂を切断した痕跡であり、その痕跡３１，３２は、各樹脂モールド部材３０ａにそれぞれ残っている。

本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。

本発明の第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプの概略を模式的に示す縦断面図である。 第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプのラジアルセンサ（モールド前）の構造を模式的に示す図であり、(ａ)は平面図、（ｂ）は側面図である。 第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプのラジアルセンサ（モールド後）の構造を模式的に示す図であり、(ａ)は平面図、（ｂ）は側面図である。 図３の部分拡大図であり、(ａ)は主領域Ａの平面図、（ｂ）は主領域Ａの断面図、（ｃ）は連結領域Ｂの平面図、（ｄ）は連結領域Ｂの断面図である。 第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプのラジアルセンサへの樹脂モールディングを説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係るターボ分子ポンプのラジアルセンサ（モールド後）の構造を模式的に示す平面図である。

符号の説明

１０，５０：ラジアルセンサ
１１：リング状コア
１２：ティース部（歯部）
１３：コイル
１３ａ〜１３ｄ：コイル
１４：ハンダ付け部
１４ａ〜１４ｄ：ハンダ付け部
１５：リード線
２０：ラジアル電磁石
３０，３０ａ，３０ｂ：樹脂モールド部材
１００：ターボ分子ポンプ
Ａ：主領域
Ｂ：連結領域

Claims (1)

1. リング状コアと、前記リング状コアの周面に所定間隔に設けられた複数対のコイルと、前記対をなす一対のコイルのコイル間を電気的に接続する第１の接続部と、前記一対のコイル同士を電気的に接続する第２の接続部とを有するラジアルセンサを備えるターボ分子ポンプであって、
   前記ラジアルセンサは、前記一対のコイルと前記第１の接続部とを含む構成部品がそれぞれ配置される複数の主領域と、前記第２の接続部が配置される連結領域とが前記リング状コアの周方向に交互に配設され、
   前記リング状コアの周方向に所定間隔で配設された前記主領域および前記連結領域が前記リングコア上に形成された樹脂モールド部材で被覆され、
   前記連結領域に形成された前記樹脂モールド部材の厚さは、前記主領域に形成された前記樹脂モールド部材の厚さよりも薄く、かつ、前記連結領域に形成された前記樹脂モールド部材の幅は、前記主領域に形成された前記樹脂モールド部材の幅よりも狭くされ、
   前記樹脂モールド部材の被覆による主領域の残留応力を前記連結領域で分散させることを特徴とするターボ分子ポンプ。

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