JP6125801B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は真空ポンプに関する。詳しくは、鋳物で製造され、仕上げ加工が不要な固定翼を備える真空ポンプに関する。

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やねじ溝式ポンプがある。
ターボ分子ポンプやねじ溝式ポンプなどの真空ポンプを用いて排気処理を行うことで内部が真空に保たれる真空装置には、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。
この高真空の環境を実現する真空ポンプは、吸気口及び排気口を備えた外装体を形成するケーシングを備えている。そして、このケーシングの内部には、当該真空ポンプに排気機能を発揮させる構造物が収納されている。この排気機能を発揮させる構造物は、大きく分けて、回転自在に軸支された回転部（ロータ部）とケーシングに対して固定された固定部（ステータ部）から構成されている。
ターボ分子ポンプの場合、回転部は、回転軸及びこの回転軸に固定されている回転体からなり、回転体には、放射状に設けられたロータ翼（動翼）が多段に配設されている。また、固定部には、ロータ翼に対して互い違いにステータ翼（静翼）が多段に配設されている。
また、回転軸を高速回転させるためのモータが設けられており、このモータの働きにより回転軸が高速回転すると、ロータ翼とステータ翼との相互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。

特開２０１１−７４９０３号公報 特開２００３−２６９３６４号公報 特開２００７−３０９２４５号公報

特許文献１には、ターボ分子ポンプにおいて複数の分割固定翼をダイカスト鋳造によって製作する技術が記載されている。
特許文献２及び特許文献３は、固定翼を鋳物などで作る場合の加工影響を少なくするための技術が記載されている。固定翼スペーサと交互に積み重ねられる固定翼は、高さ位置を決められるものである。特に、固定翼をダイカスト鋳造で製造する場合は、高さ方向の精度は出るものの、側面にできる型（鋳物の型）の合わせ面の加工が必須になるため、切削加工を施すことが必要になる。

近年、材料費などの製造費削減や加工費用の削減を目的として、特許文献１に記載があるように、真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の固定翼をダイカスト鋳造で製造する場合がある。
図３、図４、及び図５は、従来のダイカスト鋳造で製造された固定翼５００を説明するための図である。
図３に示したように、固定翼５００を鋳物で製造した場合、固定翼５００の外周に相当する外リム５１０及び内リム５２０の上下面α及び側面β（点線Ａ内）といった、他の部品と接する又は対向する部分（面）を有する部品には、定められた精度を実現するために、旋盤や切削などの加工（仕上げ加工）が必要だった。
詳しくは、図４に示したように、従来のダイカスト鋳造で製造する場合、ダイカスト鋳造に用いられる型から製品を抜き取るために、傾斜角度がおよそ１°〜５°程度の型抜きテーパγを設けており、この角度をなくし部品の側面βを平らにするために旋盤や切削などの加工でこの型抜きテーパγの角度を削る必要があった。
型抜きテーパγはプレス加工の刃物１００により加工される。
ここで、図４に示したように、ダイカスト鋳造の型合わせ面２００が固定翼５００の最上部（最上面）に設けられた場合、型抜きテーパγが設けられた外リム５１０がプレス加工の刃物１００で加工されると、Ｂ部（図４）に示したように、加工開始地点にヒビが発生する場合があった。
一方、図５に示したように、ダイカスト鋳造の型合わせ面２００が固定翼５００の最下部（最下面）に設けられた場合、型抜きテーパγが設けられた外リム５１０がプレス加工の刃物１００で加工されると（図面上部）、Ｃ部（図面下部）に示したように、加工終了地点にダレが発生する場合があった。

そこで、本発明は、真空ポンプにおいて、鋳物で製造され、仕上げ加工が不要な固定翼を備える真空ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本願発明では、吸気口と排気口が形成された外装体と、前記外装体に内包され、回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に固定される回転体と、前記回転体の外周面から放射状に配設された回転翼と、前記回転翼の間に配置された固定翼と、前記回転翼と前記固定翼との相互作用により前記吸気口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、を備え、前記固定翼は、鋳造される際の型合わせ面が、当該固定翼における前記吸気口側の面と前記排気口側の面の間に位置し、プレス加工によって外周面の形状が定められることを特徴とする真空ポンプを提供する。
請求項２記載の本願発明では、前記プレス加工は、シェービングプレス加工であることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプを提供する。

本発明によれば、鋳物で製造され、仕上げ加工が不要な固定翼を備える真空ポンプを提供することができる。

本発明に係るターボ分子ポンプの概略構成例を示した図である。 本発明に係る固定翼における型合わせ面を説明するための図である。 本発明に係る固定翼及び従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。

（ｉ）実施形態の概要
本発明の実施形態の真空ポンプは、当該真空ポンプに配設される固定翼が、鋳造する際に使用する２枚の型の合わせ面（以後、型合わせ面）の位置（場所）が、当該固定翼の上端と下端の間に位置するように構成されている。つまり、真空ポンプにおいて吸気口側を上、排気口側を下とした場合、真空ポンプに配設される固定翼の上端（最上部・最上面）又は下端（最下部・最下面）ではないところに鋳造する際の型合わせ面が位置するように製造された固定翼を備えている。

（ｉｉ）実施形態の詳細
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１、図２、及び図３を参照して詳細に説明する。
なお、本第１実施形態では、真空ポンプの一例として、ターボ分子ポンプ部（第２気体移送機構）とねじ溝式ポンプ部（第１気体移送機構）を備えた、いわゆる複合型のターボ分子ポンプを用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るターボ分子ポンプ１の概略構成例を示した図である。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。
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である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。

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。
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。

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に設けられた複数枚の回転翼９、排気口６側（ねじ溝式ポンプ部）に設けられた筒型回転部材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。
各回転翼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、筒型回転部材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。

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２０が設けられている。
更に、シャフト７のモータ部２０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）に非接触で支持（軸支）するための径方向磁気軸受装置３０、３１、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）に非接触で支持（軸支）するための軸方向磁気軸受装置４０が設けられている。

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）に設けられた複数枚の固定翼５０と、ケーシング２の内周面に設けられたねじ溝スペーサ６０などから構成されている。
各固定翼５０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５０は、円筒形状をしたスペーサ７０により互いに隔てられて固定されている。
ターボ分子ポンプ部では、固定翼５０と、回転翼９とが互い違いに配置され、軸線方向に複数段形成されている。

ねじ溝スペーサ６０には、各々の筒型回転部材１０との対向面にらせん溝が形成されている。そして、ねじ溝スペーサ６０は所定のクリアランスを隔てて筒型回転部材１０の外周面に対面しており、筒型回転部材１０が高速回転すると、ターボ分子ポンプ１で圧縮されたガスが筒型回転部材１０の回転に伴ってねじ溝（らせん溝）にガイドされながら排気口６側へ送出されるようになっている。即ち、ねじ溝は、ガスを輸送する流路となっている。ねじ溝スペーサ６０と筒型回転部材１０が所定のクリアランスを隔てて対向することにより、ねじ溝でガスを移送する気体移送機構（第１気体移送機構）を構成している。
なお、ガスが吸気口４側へ逆流する力を低減させるために、このクリアランスは小さければ小さいほど良い。
ねじ溝スペーサ６０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に近づくにつれて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、吸気口４から吸引されたガスは、ターボ分子ポンプ部（第２気体移送機構）で圧縮された後、ねじ溝式ポンプ部（第１気体移送機構）で更に圧縮されて排気口６から排出される。
このように構成されたターボ分子ポンプ１により、ターボ分子ポンプ１に配設される真空室（図示しない）内の真空排気処理を行うようになっている。

上述した本発明の実施形態に係るターボ分子ポンプ１は、ターボ分子ポンプ部において、鋳造で製造された固定翼５０を有する。なお、本実施形態では鋳造方法の一例として、固定翼５０はダイカスト鋳造で製造する場合について説明するが、ダイカスト鋳造に限定されることはない。
図３は、本発明の実施形態に係る固定翼５０の概略構成例を示した図であり、固定翼５０には外リム５１及び内リム５２が設けられている。
図２は、本発明の実施形態に係る固定翼５０を鋳造で製造する際の型合わせ面２００を説明するための図である。
図２（ａ）に示したように、本発明の実施形態に係る固定翼５０は、型合わせ面２００が固定翼５０の最上部（最上面）と最下部（最下面）のちょうど中央に位置するようにして鋳造で製造される。
固定翼５０をこのように鋳造すると、図２（ａ）に示したように、２箇所の型抜きテーパγ１及び型抜きテーパγ２が形成され、固定翼５０の厚み方向の中央（即ち、型合わせ面２００の位置）に当該型抜きテーパγ１及び型抜きテーパγ２による盛り上がりが形成される。
そして、固定翼５０における当該盛り上がった部分（型抜きテーパの合流点）に対して、プレス加工の刃物１００などでシェービングプレスを施す。この作業により固定翼５０の最上部（最上面）と最下部（最下面）に加工によるバリやダレが発生しないようにすることができる。
仮に、加工時にバリやダレが発生した場合であっても、その影響を小さくすることができる。つまり、型合わせ面が最上部と最下部の中央に位置しているので、仮にバリやダレが発生したとしても、当該バリやダレが他の部品と接触する可能性は小さく、当該バリやダレが他の部品に与える影響が小さくなるためである。

なお、型合わせ面２００の位置は上述した「固定翼５０の最上部（最上面）と最下部（最下面）のちょうど中央」である必要はなく、固定翼５０の最上部（最上面）と最下部（最下面）の間であればよい。
例えば、図２（ｂ）に示したように、型合わせ面２００が固定翼５０の最上部（最上面）と中央の間に設けられても良いし、或いは、図２（ｃ）に示したように、型合わせ面２００が固定翼５０の最下部（最下面）と中央の間に設けられても良い。

なお、本実施形態では、一例として外リム５１を用いて説明したが、同様の構成を内リム５２にも適用することができる。

この構成により、本発明の実施形態に係るターボ分子ポンプ１は、以下の効果を奏することができる。
（１）固定翼５０の外周に相当する外リム５１及び内リム５２の上下面α及び側面β（図３）といった、固定翼５０が他の部品と接する又は対向する部分（外周面）に求められる精度を実現するための旋盤や切削などの加工（仕上げ加工）が不必要になり、プレス加工の刃物１００を用いるシェービングプレスを施すことにより固定翼５０の外周面の形状を定めることが出来る。
（２）固定翼５０を、プレス加工の刃物１００を用いて、均等にシェービングプレスすることができる。
（３）プレス加工の刃物１００を用いるシェービングプレスで型抜きテーパの傾斜部分を切り落とす際に、ヒビ（図４：Ｂ部のような）が発生するのを低減することが出来る。
（４）プレス加工の刃物１００を用いるシェービングプレスで型抜きテーパの傾斜部分を切り落とす際に、固定翼５０の端面（最上面や最下面）にバリや加工ダレが発生するのを低減し、仮にバリや加工ダレが発生した場合であっても影響を小さくすることが出来る。
（５）型抜きテーパによる盛り上がり位置を、固定翼５０の厚み方向の中央（図２（ａ）の型合わせ面２００の位置）にすることで、プレス加工の刃物１００を用いるシェービングプレスで型抜きテーパの傾斜部分を切り落とした後に、外リム５１（内リム５２）の厚みｄに差ができにくくすることができ、均一な厚さの外リム５１（内リム５２）を形成することができる。言い換えると、外リム５１（内リム５２）の厚みｄを、より厚く、バランス良く加工することができる。

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 筒型回転部材
２０ モータ部
３０ 径方向磁気軸受装置
３１ 径方向磁気軸受装置
４０ 軸方向磁気軸受装置
５０ 固定翼
５１ 固定翼（外リム）
５２ 固定翼（内リム）
６０ ねじ溝スペーサ
７０ スペーサ
１００ プレス加工の刃物
２００ 型合わせ面
５００ 固定翼（従来）
５１０ 固定翼（外リム）
５２０ 固定翼（内リム）

Claims (2)

1. 吸気口と排気口が形成された外装体と、
   前記外装体に内包され、回転自在に支持された回転軸と、
   前記回転軸に固定される回転体と、
   前記回転体の外周面から放射状に配設された回転翼と、
   前記回転翼の間に配置された固定翼と、
   前記回転翼と前記固定翼との相互作用により前記吸気口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、
   を備え、
   前記固定翼は、鋳造される際の型合わせ面が、当該固定翼における前記吸気口側の面と前記排気口側の面の間に位置し、プレス加工によって外周面の形状が定められることを特徴とする真空ポンプ。
   
2. 前記プレス加工は、シェービングプレス加工であることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。

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