JP5397385B2 - 真空ポンプ、ターボ分子ポンプおよび保護ネット - Google Patents

Description

本発明は、エッチング加工による保護ネットを備えたターボ分子ポンプや真空ポンプに関する。

一般的に、ターボ分子ポンプのように高速回転する回転体を備える真空ポンプでは、異物（ウェハ破片やボルト等）がポンプ内に入らないように吸気口に保護ネットが設けられている（例えば、引用文献１参照）。保護ネットは薄板に六角形や正方形のメッシュを多数形成したものであり、異物の落下を防止するとともに排気速度の低下を招かないようにメッシュの大きさを設定するため、メッシュ間のネット（板部分）の線幅が非常に狭く設定されている。そのため、ネット部分を機械加工で形成するは難しく、通常はエッチング加工によりメッシュを形成している。

特開２００６−２９９９６８号公報

しかしながら、薄板を一方の面からエッチング加工した場合、いわゆるエッチングのダレによって他方の面側における線幅が設計よりも太くなってしまう。そのため、保護ネットの開口率が設計値よりも小さくなってしまい、排気速度が設計値よりも小さくなってしまうという問題があった。ダレは板厚が大きくなるほど著しくなるので、保護ネットの径が大きくなって板厚が厚くなるほど、排気速度の低下も著しくなる。

本発明による真空ポンプは、高速回転する回転体と、吸気口が形成され、回転体を収容するポンプケーシングと、吸気口に装着され、複数の開口がエッチング加工されたネット板材を複数積層して一体とした保護ネット、とを備える。
ネット板材は、アルミまたはステンレスなどの金属で構成される。また、エッチング加工されたネット板材の梁部は、厚さ方向で幅の異なる断面形状を有している。
保護ネットは、複数のネット板材を拡散接合により接合して一体としたものでも良い。
真空ポンプは、複数の回転翼が形成された回転体と、回転翼に対して回転軸方向に交互に配置された固定翼とを備えるターボ分子ポンプであっても良い。

本発明によれば、保護ネットの強度を維持しつつ、エッチング加工の影響による排気性能低下を抑えることができる。

本発明の一実施の形態による回転真空ポンプを示す断面図である。 保護ネット３０の平面図である。 （ａ）メッシュ３００の拡大図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は従来の保護ネットの断面図である。

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、本発明による真空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１の断面図である。図１に示すターボ分子ポンプは、複数段の動翼１９および複数段の静翼２１で構成されるターボ分子ポンプ部と、ネジロータ２０およびネジステータ２３で構成されネジ溝ポンプ部とを備える高ガス負荷対応型のターボ分子ポンプである。

複数段の動翼１９およびネジロータ２０はロータ４に形成されており、そのロータ４はスピンドルハウジング２４内に回転自在に設けられた回転軸８に固定されている。スピンドルハウジング２４内には、図示上側から順に、上部ラジアルセンサ１３，上部ラジアル電磁石９，モータステータ１２，下部ラジアル電磁石１０，下部ラジアルセンサ１４およびスラスト電磁石１１が設けられている。

回転軸８はラジアル電磁石９，１０およびスラスト電磁石１１によって非接触支持され、モータステータ１２と回転軸側のモータロータとで構成されるＤＣモータにより回転駆動される。回転軸８の浮上位置は、各ラジアル電磁石９，１０およびスラスト電磁石１１に対応して設けられたラジアルセンサ１３，１４およびスラストセンサ１５によって検出される。回転軸８の上下に設けられた保護ベアリング１６，１７は機械式のベアリングであり、磁気軸受が作動していない場合に回転軸８を支持するとともに、回転軸８の浮上位置を制限するものとして機能する。

一方、ケーシング７内のベース６上には、複数の静翼２１およびネジステータ２３が設けられている。各静翼２１は上下をリング状のスペーサ２２によって挟持されるようにベース６上に保持されており、ケーシング７をベース６にボルト締結することにより、静翼２１およびスペーサ２２がケーシング７の上端とベース６との間に固定される。その結果、各静翼２１は動翼１９間の所定位置に位置決めされる。ネジステータ２３は、ベース６上にボルト締結されている。

吸気口７ａから流入したガス分子はターボ分子ポンプ部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。ネジロータ２０はネジステータ２３の内周面に近接して設けられており、ネジステータ２３内周面には螺旋溝が形成されている。ネジ溝ポンプ部３では、ネジステータ２３の螺旋溝と高速回転するネジロータ２０とにより、粘性流による排気が行われる。ターボ分子ポンプ部２で圧縮されたガス分子は、さらにネジ溝ポンプ部３によって圧縮され、排気口６ａから排出される。

ケーシング７の吸気口７ａには、装置側からの異物の混入を防止するための保護ネット３０が設けられている。保護ネット３０のケーシング７への取付は、保護ネット３０に形成された爪をケーシング７側の穴に係合させたり、Ｃ型リングで保護ネット３０の周囲を押さえるようにしたりして行われる。

図２は保護ネット３０の平面図であり、二点差線で囲まれた領域Ａの全面に六角形の網目であるメッシュ３００が形成されている。後述するように、保護ネット３０は、例えば3枚のネット部材３０ａ（図３（ｂ）参照）を積層して構成されている。保護ネット３０の縁部には、ネット部材３０ａを積層する際の位置決め用の孔３０２が一対形成されている。なお、メッシュ３００の形状は六角形に限らない。

図３は保護ネット３０を説明する図であり、（ａ）は図２の中央部分の複数のメッシュ３００を拡大して示したもので、（ｂ）は梁３０１のＢ−Ｂ断面を示す図である。また、図３（ｃ）は、従来の保護ネットの梁部分の断面を示したものである。

従来の保護ネットは、図３（ｃ）に示すように、厚さｔの金属板をエッチング加工してメッシュ３００を形成している。金属板にはステンレスやアルミなどの材料が用いられる。Ｗは梁３０１の幅寸法（設計値）である。保護ネット３０を設計する場合には、異物が通過できないようにメッシュ３００の径寸法を決定するとともに、要求開口率を満足するように梁３０１の幅寸法Ｗを設定する。幅寸法Ｗは、例えば、０．３ｍｍ程度に設定される。さらに、強度上の観点から厚さｔが決定される。

例えば、ターボ分子ポンプを半導体装置等で使用する場合、ポンプ吸気口側またはポンプ排気口側に大気圧のガスを導入するリーク動作を行う場合がある。その場合には、保護ネット３０の全面に、表裏の差圧に相当する圧力が作用するため、そのような使用にも耐えられるように、厚さｔが設定される。

図３（ｃ）の符号Ｃで示す部分はエッチングによるダレを示している。図３（ｃ）に示す例では上面側からエッチングを行っているため、ダレＣの発生により、断面の下側ほど幅寸法が大きくなっている。特に、図３（ａ）に示すように、梁３０１の角部におけるダレＣが顕著に現れる。

一般的に、ダレＣの幅方向の寸法Ｌは、板厚ｔの２５〜４０％程度となる。そのため、板厚ｔを１ｍｍと仮定すると、寸法Ｌは０．２５〜０．４ｍｍ程度となり、梁３０１の幅寸法Ｗ（上述した例では０．３ｍｍ）と同程度となってしまい、開口率低下による排気速度の低下が無視できないくらい大きくなってしまう。

そこで、本実施の形態では、図３（ｂ）に示すように、エッチング加工してメッシュ３００を形成したネット部材３０ａを複数枚重ねて一体の保護ネット３０とすることにより、ダレの影響を小さく抑えるようにしている。図３（ｂ）の例では同一厚さのネット部材３０ａを３枚用いているので、保護ネット３０の厚さをｔとすると、各ネット部材３０ａの厚さをｔ／３に押さえることができる。そのため、各ネット部材３０ａにおけるダレＣの部分の寸法は、厚さｔの板材を用いた場合の１／３，すなわちＬ／３となる。

上述したように、ダレＣの幅方向の寸法Ｌが板厚ｔの２５〜４０％であると仮定すると、従来のように、厚さｔの板材を１枚用いて形成した場合には、梁３０１の最大幅寸法Ｗ’は、「Ｗ＋０．５ｔ＜Ｗ’＜Ｗ＋０．８ｔ」となる。例えば、ｔ＝０．９ｍｍ、Ｗ＝０．３ｍｍとした場合、０．７５ｍｍ＜Ｗ’＜１．０２ｍｍとなり、設計値Ｗ＝０．３ｍｍの２．５〜３．４倍とかなり大きくなってしまう。一方、図３（ｂ）のように厚さｔ／３のネット部材３０ａを３枚用いた場合には、０．４５ｍｍ＜Ｗ’＜０．５４ｍｍとなり、設計値の１．５〜１．８倍に抑えることができる。

エッチング加工したネット部材３０ａを重ねて一体とする方法としては、接着剤を用いる方法や、スポット溶接等で溶接する方法や、拡散接合法などを用いることができる。積層の際には、位置決め用孔３０２に棒材を通すなどして、上下の梁３０１の位置が一致するように重ねる。

本実施形態では、保護ネット３０に好適な拡散接合により一体としている。拡散接合とは、母材を密着させて母材の融点以下の温度条件で加圧し、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法である。拡散接合では、材料間の原子の拡散により接合界面が再結晶化され、原子レベルで接合するため密着力が良く、１枚の板材で形成した場合と同等の強度を得ることができる。また、ネット部材３０ａが剥がれることもない。もちろん、接着や溶接等により一体化しても良い。スポット溶接の場合、溶接により変形が生じたり、溶接されている部分と溶接されていない部分とで強度が異なるという欠点がある。また、接着の場合には、接着剤からのガス放出が懸念される。

上述したように、本実施の形態の真空ポンプに用いられている保護ネット３０は、エッチング加工により複数のメッシュ３００を形成したネット部材３０ａを複数積層して一体としているので、エッチング加工時のダレＣの影響を低減することができる。その結果、ダレＣの発生による保護ネット３０の開口率の低下を、低く押さえることができる。また、積層されたネット部材３０ａを拡散接合により接合して一体とすることにより、ガス放出等による真空への影響が無く、また、同じ厚さの板材を用いた場合と同等の強度を有する保護ネット３０を得ることができる。

なお、上述した実施の形態では、ターボ分子ポンプに用いられる保護ネットを例に説明したが、高速回転する回転体を備え、異物の混入を防止する保護ネットを備える真空ポンプ、例えばドラッグポンプなどにも適用することができる。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。

Claims (7)

1. 高速回転する回転体と、
   吸気口が形成され、前記回転体を収容するポンプケーシングと、
   前記吸気口に装着され、複数の開口がエッチング加工されたネット板材を複数積層して一体とした保護ネット、とを備える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、
   前記ネット板材を金属で構成した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、
   前記ネット板材をアルミまたはステンレスで構成したことを特徴とする真空ポンプ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
   前記エッチング加工されたネット板材の梁部は、厚さ方向で幅の異なる断面形状を有していることを特徴とする真空ポンプ。
5. 請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
   前記複数のネット板材を拡散接合により接合して一体としたことを特徴とする真空ポンプ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
   前記真空ポンプは、複数の回転翼が形成された回転体と、前記回転翼に対して回転軸方向に交互に配置された固定翼とを備えるターボ分子ポンプであることを特徴とする真空ポンプ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の真空ポンプに用いることを特徴とする保護ネット。

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