JP4872640B2 - 真空ポンプおよび製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ターボ分子ポンプやモレキュラードラッグポンプのように、ポンプロータを高速回転して真空排気を行う真空ポンプ、および、真空ポンプの製造方法に関する。

ターボ分子ポンプは、固定翼に対して回転翼が形成されたロータを高速回転させて真空排気を行うものであり、例えば、半導体製造に用いられるドライエッチング装置やＣＶＤ装置のプロセスチャンバ排気等に用いられている。この種のターボ分子ポンプのロータは一般的にアルミ合金で形成されているので、ドライエッチングやＣＶＤ等のように塩素系やフッ素系の腐食性ガスが使用される装置に用いられるターボ分子ポンプの場合には、ロータ表面にニッケルリン合金メッキのような耐食処理が施される（例えば、特許文献１参照）。

ところで、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う必要がある。一般的に、バランス取りの際のバランス修正は、回転体の外周面や内周面の一部をドリル等で削り取ることにより行われるが、腐食防止被膜が削り取られるため、耐腐食性の点で問題がある。そのため、上述した従来のターボ分子ポンプでは、バランス修正用の付加質量としてエポキシ樹脂等の接着剤を塗布するようにしている。

特開２００３−１４８３８９号公報

しかしながら、ロータの回転中心に形成された貫通孔に回転軸の頂部に形成された突起を嵌挿することで、ロータと回転軸との芯出しをするようにしているので、組立精度の関係から貫通孔の側面には耐食処理が施されておらず、回転軸や貫通孔の部分が腐食性ガスによって腐食するというおそれがあった。

本願の発明は、ポンプロータの回転中心に形成された貫通孔に回転軸の頂部に設けられた突起部を嵌入させてポンプロータと回転軸とを締結し、ポンプロータを高速回転して真空排気を行う真空ポンプにおいて、突起部の突出高さを貫通孔の深さよりも小さく設定し、突起部が嵌入された貫通孔に注入され、突起部の表面および貫通孔の側面を覆う耐腐食性保護部材と、回転軸に締結されたポンプロータに前記貫通孔を覆うように固定され、排気ガスに対する耐腐食性を有するカバーとを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、保護部材およびカバーを設けたことにより、回転体への腐食性ガスの影響を低減することができ、真空ポンプの安全性の向上を図ることができる。

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は本発明に係る真空ポンプの一実施の形態を示す図であり、ターボ分子ポンプの断面図である。ターボ分子ポンプは、図１に示すポンプ本体１と、ポンプ本体１に電源を供給し回転駆動を制御するコントローラ（不図示）とから成る。

ポンプ本体１のケーシング３の内部には、複数段の回転翼２１および回転円筒部２２が形成されたロータ２０が設けられている。ロータ２０はシャフト７にボルト締結されている。ロータ２０が固定されたシャフト７は、上下一対のラジアル磁気軸受３１，３２およびスラスト磁気軸受３３によって非接触式に支持され、モータ６により回転駆動される。

一方、ポンプ本体１のベース１０側には、複数段の固定翼１１および固定円筒部１２が設けられている。そして、軸方向に交互に配置された複数段の回転翼２１と複数段の固定翼１１とによりタービン翼部が構成される。固定翼１１は複数段設けられており、外周部分をスペーサ１３に挟持されるようにして所定位置に保持されている。

また、タービン翼部の下流側に配置された回転円筒部２２と固定円筒部１２とによりモレキュラードラッグポンプ部が構成されている。回転円筒部２２は固定円筒部１２の内周面に近接して設けられており、固定円筒部１２の内周面には螺旋溝が形成されている。モレキュラードラッグポンプ部では、固定円筒部１２の螺旋溝と高速回転する回転円筒部２２とにより、粘性流による排気能が行われる。

図１に示すタービン翼部とモレキュラードラッグポンプ部とを結合させたターボ分子ポンプは、ハイブリッド型ターボ分子ポンプと称される。吸気口１４から流入したガス分子はタービン翼部によって図示下方へと叩き飛ばされ、下流側に向かって圧縮排気される。その圧縮されたガス分子は、さらにモレキュラードラッグポンプ部によって圧縮され、排気ポート１５から排出される。

図２はロータ２０とシャフト７との締結部分を拡大して示した図である。ロータ２０の軸中心部分には締結孔２００が形成されている。この締結孔２００には、一方側（下側）から回転軸７の頂部に形成された締結突起部７０が挿入され、ロータ２０とシャフト７とが結合される。一方、締結孔２００の他方側（上側）には、シャフトカバー７１がその突起部７１０を締結孔２００に挿入するように取り付けられる。

シャフト７およびシャフトカバー７１は、それぞれの締結突起部７０および突起部７１０を締結孔２００に挿入することで、ロータ２０に対して芯出しされる。ロータ２０およびシャフトカバー７１は、これらをボルト７２により共締めすることによりシャフト７に固定される。シャフトカバー７１はバランス修正を行う際の切削用部材としても機能し、ステンレス等の耐腐食性材料が用いられる。図２においては、符号７１２Ａ，７１２Ｂで示す部分が、バランス修正のために削り取られた部分である。

シャフトカバー７１の突起部７１０の部分には、締結孔２００がガス溜まりとならないように、ガス抜き孔７１１が形成されている。なお、ロータ２０側にガス抜き用溝等を形成することで、シャフトカバー７１のガス抜き孔７１１を省略することができる。ロータ２０に形成された締結孔２００は、上述したようにシャフト７と締結する際の芯出しに用いられるため、高い精度が要求され、ロータ２０の表面を耐食処理する場合でも表面処理は行われない。そのため、ガス抜き孔７１１から流入する腐食性ガスにより締結孔２００の表面（側面）および結合突起部７０が腐食されないように、締結孔２００内には耐腐食性の保護部材（接着剤，樹脂，塗料など）７１３を注入して、それらが保護部材７１３により覆われるようにする。

図２の状態に組み立てる場合の手順は以下のようになる。まず、ロータ２０単体およびシャフト７単体でのバランス修正をそれぞれ行う。なお、ロータ２０単体のバランス修正に関しては、バランス修正後に耐腐食性の表面処理が施すようにしても良いし、表面処理後に図４に示すようにシャフトカバー７１で覆われる領域を削り取るようにしても良い。図４では、符号２０１で示す部分が修正用切削部である。このように、シャフトカバー７１で覆われる領域をバランス修正用の切削領域とすると、一体化した後は修正部分がシャフトカバー７１によって覆われるため、修正部の腐食を防止することができる。

次に、ロータ２０の締結孔２００にシャフト７の締結突起部７０を嵌入させ、締結孔２００内に保護部材７１３を注入する。その後、シャフトカバー７１をロータ２０に取り付け、シャフト７，ロータ２０およびシャフトカバー７１をボルト７２により共締めする。そして、一体とされたロータ２０およびシャフト７に対して、最終的なバランス修正を行う。このバランス修正は、シャフトカバー７１を削り取ることにより行われる。

図３は、従来のターボ分子ポンプにおける締結構造の一例を示す図である。ロータ２０には本実施の形態と同一構造をしており、締結孔２００が形成されている。一方、シャフト８に形成された締結突起部８０は上述した締結突起部７０よりも長くなっており、締結孔２００から上方に突出している。そのため、締結突起部８０が腐食性ガスに曝されてシャフト８が錆びてしまったり、表面処理の施されていない締結孔２００部分からロータ２０が腐食されたりするという問題があった。

しかしながら、上述した本実施の形態の真空ポンプにおいては、突起部７０の高さが締結孔２００の深さよりも小さく設定され、締結孔２００内に耐腐食性の保護部材７１３が注入されるので締結孔２００および突起部７０が腐食性ガスに曝されるのを防止できる。また、締結孔２００を覆うようにシャフトカバー７１が設けられているので、保護部材７１３が剥離するようなことがあっても、事故を招くような大きな保護部材７１の破片が締結孔２００の外に飛散するのを防止できる。なお、ガス抜き孔７１３の径は、ガス抜き孔７１３を通過可能な保護部材破片で事故を招かない程度の大きさに設定される。

さらに、図２に示すように、シャフトカバー７１をバランス修正の際の被切削部分として利用することができるので、バランス修正のためにロータ２０を削ったり、ロータ２０に付加質量を付加したりする必要がない。

［変形例１］
図５は上述した実施の形態の第１の変形例を示す図である。この変形例１では、ロータ２０単体のバランス修正を行う場合には、質量を付加することにより修正を行う。ロータ２０には、予め付加質量２０３を付加するための修正用穴２０２が複数形成されている。そして、ロータ２０のバランス修正を行う場合には、この修正用穴２０２内に接着剤を注入したり、ピンを挿入したりして質量を付加する。シャフトカバー７１には、各修正用穴２０２がガス溜まりとならないように、修正用穴２０２と対向する位置にガス抜き孔７１２がそれぞれ形成されている。

このように、シャフトカバー７１で覆われる領域に付加質量用の修正用穴２０２を設けたので、付加質量がロータ２０から脱落するのを確実に防止することができる。なお、一体とした後の最終的なバランス修正は、シャフトカバー７１を削り取ることで行われる。

［参考実施形態］
図６は参考実施形態を示す図である。参考実施形態では、シャフト７の締結突起部７０の高さを貫通孔２００の深さとほぼ同一に設定し、貫通孔２００および締結突起部７０の部分をシャフトカバー７１で覆うようにしたものである。ここでは、貫通孔２００部分に窪みが生じないので、上述した保護部材７１３およびガス抜き孔７１１を省略してコスト低減を図った。もちろん、ガス溜まりを確実に防止する意味で、締結突起部７０の上面に接着剤を塗布してからシャフトカバー７１およびロータ２０を共締めするようにしても良い。なお、変形例２の場合にも、変形例１と同様にシャフトカバー７１で覆われる部分に修正用穴２０２を設けても良い。

上述した実施の形態では、ハイブリッド型ターボ分子ポンプを例に説明したが、全翼タイプのターボ分子ポンプや、翼の無いモレキュラードラッグポンプなどの真空ポンプにもにも同様に適用することができる。

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、ロータ２０はポンプロータを、シャフト７は回転軸を、締結突起部７０は突起部を、締結孔２００は貫通孔を、修正用穴２０２は凹部をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

本発明に係る真空ポンプの一実施の形態を示す図であり、ターボ分子ポンプの断面図である。 ロータ２０とシャフト７との締結部分を拡大して示した図である。 従来のターボ分子ポンプにおける締結構造の一例を示す図である。 ロータ２０のバランス修正部２０１を示す図である。 変形例１を示す図である。 参考実施形態を示す図である。

符号の説明

１：ポンプ本体、７，８：シャフト、２０：ロータ、７０，８０：締結突起部、７１：シャフトカバー、２００：締結孔、２０２：修正用穴、２０３：付加質量、７１１，７１２：ガス抜き孔、７１３：保護部材

Claims (5)

1. ポンプロータの回転中心に形成された貫通孔に回転軸の頂部に設けられた突起部を嵌入させて前記ポンプロータと前記回転軸とを締結し、前記ポンプロータを高速回転して真空排気を行う真空ポンプにおいて、
   前記突起部の突出高さを前記貫通孔の深さよりも小さく設定し、
   前記突起部が嵌入された前記貫通孔に注入され、前記突起部の表面および前記貫通孔の側面を覆う耐腐食性保護部材と、
   前記回転軸に締結された前記ポンプロータに前記貫通孔を覆うように固定され、排気ガスに対する耐腐食性を有するカバーとを備えたことを特徴とする真空ポンプ。
2. 請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
   前記ポンプロータの前記カバーにより覆われる面に形成され、バランス修正用付加質量が設けられる凹部を備えることを特徴とする真空ポンプ。
3. 請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
   前記カバーの前記貫通孔および凹部と対向する位置にガス抜き孔を形成したことを特徴とする真空ポンプ。
4. 請求項１に記載の真空ポンプを製造する方法であって、
   前記カバーの一部を削除して、前記ポンプロータと前記回転軸とを一体化して成る回転体のバランス修正を行うことを特徴とする製造方法。
5. 請求項４に記載の製造方法において、
   ポンプ組立前に、前記ポンプロータの前記カバーで覆われる領域の一部を削除して、前記ポンプロータ単体のバランス修正を行い、その後、ポンプ組立を行うことを特徴とする製造方法。

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