JP4935509B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ターボ分子ポンプに関する。

半導体製造装置等に用いられるターボ分子ポンプには、高真空とともに高ガス負荷に対する性能が要求される。そのため、このような装置においては、ポンプ上流側にタービン翼による翼排気部を設けるとともに、ポンプ下流側に中間流から粘性流領域で排気機能を発揮するネジ溝排気部を設けた、複合タイプのターボ分子ポンプが用いられている（例えば、特許文献１参照）。

一般に、ネジ溝排気部は、円筒状のネジ溝ステータと、ネジ溝ステータの内側で高速回転するロータ円筒部とから構成される。ネジ溝排気部のポンプ軸方向長さは、長ければ長いほど排気性能の向上を図ることができる。そのため、ポンプ小型化を図りつつネジ溝配意部の性能の向上をはかるために、ネジ溝排気部の下流側端部をポンプベースに設けられた排気口の位置まで延長するような構成とする場合もある。

特開２００５−１０５８４６号公報

しかしながら、ネジ溝排気部の下流側端部が排気口の位置まで延びている場合、ロータ円筒部が破損した場合に、その破片が排気口から飛び出すおそれがあった。ターボ分子ポンプの排気口には、バックポンプとしてドライポンプ等が接続されるので、飛び出した破片がバックポンプに吸い込まれて故障を招くおそれがある。

請求項１の発明は、回転翼と固定翼とをポンプ軸方向に交互に複数段配設した翼排気部と、円筒形状のステータ部および該ステータ部の内側で回転する回転円筒部を有するドラッグポンプ部とを備えるターボ分子ポンプに適用され、ドラッグポンプ部で排気された気体をポンプ外へ排出するための排気口をポンプ側面に備え、ステータ部の下流側端部は排気口の開口形成範囲に延在し、回転円筒部の下流側端部が、ポンプ軸方向に関してステータ部の下流側端面よりも上流側に位置し、ステータ部の背後に隠れて排気口側から視認不可となるように、回転円筒部の下流側端部の位置を設定したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、ステータ部の内周面のうち、回転円筒部と対向する面にネジ溝を形成したものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、複数段の回転翼および回転円筒部が形成されたロータと、ロータを回転駆動するモータと、モータが固設されるポンプベース部とを備え、ステータ部をポンプベース部に一体に形成したものである。

本発明によれば、回転円筒部の破片が排気口から飛び出す可能性を低減することができる。

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、本発明によるターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図であり、磁気軸受式ターボ分子ポンプの断面図である。図１に示すターボ分子ポンプは、翼排気部２とネジ溝排気部３とを有する複合タイプのターボ分子ポンプである。翼排気部２は複数段のロータ翼１ａと複数段のステータ翼２０とで構成され、ネジ溝排気部３はロータ円筒部１ｂとネジステータ２１とで構成されている。

ロータ翼１ａとステータ翼２０とは、ポンプの軸方向（図示上下方向）に交互に配設されている。ベース４上にはリング状のスペーサ５が複数積層されており、各ステータ翼２０の外周部は上下のスペーサ５によって挟持されるよう保持されている。円筒形状のネジステータ２１の内周面にはネジ溝が形成されており、その内周面は僅かなギャップでロータ円筒部１ｂの外周部と対向している。ネジステータ２１は、ボルト６によってベース４に固定されている。

複数段のロータ翼１ａおよびロータ円筒部１ｂが形成されたロータ１は、ベース４に設けられたラジアル磁気軸受７およびスラスト磁気軸受８により非接触支持される。磁気軸受７，８により非接触支持されたロータ１は、モータ９により回転駆動される。ロータ１の磁気浮上位置は、ギャップセンサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃにより検出される。磁気軸受７，８による磁気浮上動作が働いていない場合には、ロータ１は機械式の保護ベアリング１１によって支持される。

吸気口１２から流入した気体分子は翼排気部２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。さらに、ネジステータ２１に対してロータ円筒部１ｂが高速回転すると粘性流による排気機能が発生し、翼排気部２からネジ溝排気部３へと移送された気体は圧縮されながら下流側に排気される。なお、本実施の形態では、ネジ溝構成を有するネジ溝排気部３としているが、ネジ溝構成以外の構成も含め、粘性流による排気機能を発揮する部分はドラッグポンプ部と呼ばれる場合もある。ネジ溝排気部３で排気された気体は、排気口１３に接続されたバックポンプ（不図示）によりポンプ外へと排出される。

図２は、図１に示すターボ分子ポンプのネジステータ２１およびロータ円筒部１ｂの最下部の構造を示す拡大図である。本実施の形態では、ロータ円筒部１ｂの下端面１００の位置は、ネジステータ２１の下端面２００の位置よりも上流側（図示上側）に位置する。後述するように、ポンプ軸方向の寸法差ｔは、排気口１３の端面からネジステータ２１の内周面までの距離ａ、ロータ円筒部１ｂの内周面からネジステータ２１の内周面までの径方向距離ｂ、および排気口１３の底部からネジステータ２１の下端面２００までの距離ｈによって決まる。

図３は、従来のターボ分子ポンプにおける、ロータ円筒部３０１ｂとネジステータ３２１との関係を示す図である。上述したように、ネジ溝排気部３は、ネジステータ２１の内周面に対してロータ円筒部１ｂの外周面が高速回転することで排気機能が発生する。そのため、従来のターボ分子ポンプでは、ネジステータ３２１およびロータ円筒部３０１ｂの上端の位置、および下端の位置がそれぞれ一致するように構成されている。

しかしながら、ネジステータ３２１およびロータ円筒部３０１ｂの下端の位置が一致していると、排気口１３の開口部１３ｂをバックポンプ側から見た場合に、開口部１３ｂを通してロータ円筒部３０１ｂの下端部を視認することができる。なお、直線Ｌ１は、ネジステータ３２１の内周面下端と開口部１３ｂの下端とを結ぶ直線である。また、二点差線は、ネジステータ３２１およびロータ円筒部３０１ｂの下端の位置が開口部１３ｂの上端位置と一致している場合を示したものであり、このような場合にも、開口部１３ｂを通してロータ円筒部３０１ｂの下端部を視認することができる。

そのため、ロータ円筒部３０１ｂの直線Ｌ１よりも下側の部分から分離した破片の内、遠心力により実線Ｌ１１のように飛び散った破片Ｂが、排気口１３の開口部１３ｂを通ってバックポンプ側に進入する可能性がある。なお、ロータ円筒部３０１ｂの直線Ｌ１よりも上側の部分については、仮に破損した場合でも外側のネジステータ３２１に衝突し、排気口１３まで達することはない。

一方、本実施の形態では、図２に示すように、ロータ円筒部１ｂの下端の位置がネジステータ２１の下端よりも上流側、すなわち、図示上側に位置するようにロータ円筒部３０１ｂを形成した。図２に示す例では、ロータ円筒部１ｂの内周面下端が直線Ｌ１よりも上側となるように構成されている。そのため、排気口方向に飛び散ったロータ円筒部１ｂの破片はネジステータ２１に衝突し、破片が排気口１３の開口部１３ｂを通ってバックポンプ側に進入するのを抑制することができる。

なお、排気口１３の径を細くしたり、長さを長くしたりすれば、破片が排気口１３から飛び出す可能性は低くなるが、そうすると排気口１３のコンダクタンスが低下してターボ分子ポンプ自身の排気性能低下を招く。そのため、一般的には、排気口１３の径は可能な限り大きくし、長さは可能な限り短くするように設計されている。その結果、ロータ破片が排気口１３から飛び出しやすくなる。

図２に示すように、ロータ円筒部１ｂの内周面下端が直線Ｌ１よりも上側となるようにするには、ポンプ軸方向の寸法差ｔを次式（１）以下のように設定すればよい。もちろん、ｔ＜ｂｈ／ａであっても、ロータ円筒部１ｂの下端の位置をネジステータ２１の下端よりも上流側とすることにより、破片の進入を抑制できる。
ｔ≧ｂｈ／ａ …（１）

（変形例）
図４は、変形例を示す図である。図２に示すように、ロータ円筒部１ｂの下端の位置をネジステータ２１の下端よりも上流側とすると、ネジステータ２１の下端から寸法ｔまでの内周面は気体排気にほとんど寄与しない。そのため、この部分へのネジ溝２１０の加工を省略することで、加工コストの低減を図るようにした。

なお、上述した実施の形態では、ネジ溝ステータ２１をボルト６でベース４に固定するような構成としたが、図５に示すようにネジ溝ステータ２１をベース４と一体に形成しても良い。ネジ溝ステータ２１およびロータ円筒部１ｂの下端部の構成は、図２および図４に示す構成のいずれの構成であっても良い。また、磁気軸受式のターボ分子ポンプを例に説明したが、本発明は磁気軸受式に限らず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、ロータ翼１ａは回転翼を、ステータ翼２０は固定翼を、ネジ溝排気部３はドラッグポンプ部を、ロータ円筒部１ｂは回転円筒部を、ネジステータ２１はステータ部を、下端面１００は回転円筒部の下流側端部を、下端面２００はステータ部の下流側端面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。

本発明によるターボ分子ポンプの一実施の形態を示す図である。 ネジステータ２１およびロータ円筒部１ｂの最下部の構造を示す拡大図である。 従来のターボ分子ポンプにおける、ロータ円筒部３０１ｂとネジステータ３２１との関係を示す図である。 変形例を示す図である。 ネジ溝ステータ２１をベース４と一体に形成した場合を示す図である。

符号の説明

１：ロータ、１ａ：ロータ翼、１ｂ：ロータ円筒部、２：翼排気部、３：ネジ溝排気部、４：ベース、９：モータ、１３：排気口、１３ｂ：開口部、２０：ステータ翼、２１：ネジステータ、１００，２００：下端面、２１０：ネジ溝

Claims (3)

1. 回転翼と固定翼とをポンプ軸方向に交互に複数段配設した翼排気部と、円筒形状のステータ部および該ステータ部の内側で回転する回転円筒部を有するドラッグポンプ部とを備えるターボ分子ポンプにおいて、
   前記ドラッグポンプ部で排気された気体をポンプ外へ排出するための排気口をポンプ側面に備え、
   前記ステータ部の下流側端部は前記排気口の開口形成範囲に延在し、
   前記回転円筒部の下流側端部が、前記ポンプ軸方向に関して前記ステータ部の下流側端面よりも上流側に位置し、前記ステータ部の背後に隠れて前記排気口側から視認不可となるように、前記回転円筒部の下流側端部の位置を設定したことを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記ステータ部の内周面のうち、前記回転円筒部と対向する面にネジ溝を形成したことを特徴とするターボ分子ポンプ。
3. 請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記複数段の回転翼および前記回転円筒部が形成されたロータと、
   前記ロータを回転駆動するモータと、
   前記モータが固設されるポンプベース部とを備え、
   前記ステータ部を前記ポンプベース部に一体に形成したことを特徴とするターボ分子ポンプ。

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