JP6852457B2 - 電源一体型真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、電源一体型真空ポンプに関する。

半導体製造装置などに用いられる真空ポンプとしては、回転翼が形成されたロータをモータで回転駆動し、回転翼を固定翼に対して高速回転させることにより気体を排気するターボ分子ポンプが知られている。そのようなターボ分子ポンプにおいて、ポンプ本体と制御装置とを一体とし、冷却ファンによりポンプ本体および制御装置を冷却するターボ分子ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のターボ分子ポンプでは、ポンプ本体のベースと制御装置の筐体との間に隙間を形成し、その隙間に冷却風を送風することで、制御装置を冷却するような構成としている。

２０１３−１００７６０号公報

しかしながら、ポンプ本体と制御装置との間には電源ケーブルだけではなく、ポンプ本体側に設けられた温度センサやブレーキ抵抗のケーブルが制御装置に接続されている。そのため、ポンプ本体と制御装置との間に複数のケーブルが介在することになり、制御装置の筐体には複数のケーブルを通すための開口が必要となる。その結果、外界の湿潤空気が制御装置の筐体内に侵入するのを防止する構成とするのが難く、湿潤空気侵入に起因する制御装置の故障が発生するおそれがあった。

本発明の好ましい実施形態による電源一体型真空ポンプは、ポンプロータを備えるポンプ本体とポンプ本体に電力を供給するポンプ電源とが一体となっており、液冷媒ではなく大気への放熱によりポンプ冷却を行う電源一体型真空ポンプであって、前記ポンプロータが収納されるポンプ筐体と、前記ポンプ筐体に固定される前記ポンプ電源の電源筐体と、
前記ポンプ筐体と前記電源筐体との固定部に設けられ、前記ポンプ筐体と前記電源筐体とにより挟持されてそれらに接触する金属板である伝熱部材と、前記ポンプ筐体と前記電源筐体との固定部に設けられ、前記ポンプ筐体と前記電源筐体とにより挟持されてそれらの間を封止するＯリングシールと、を備え、前記ポンプ電源の熱を、前記伝熱部材を介して前記ポンプ筐体へと伝達させ、前記ポンプ筐体から外気へ放熱させる。
さらに好ましい実施形態では、前記ポンプ筐体に冷却風を送風する冷却ファンを備える。
さらに好ましい実施形態では、前記ポンプ筐体の前記冷却風が送風される領域にヒートシンクが設けられている。
さらに好ましい実施形態では、前記電源筐体は、前記ポンプ電源に設けられる複数の電気部品の少なくとも一部が固定され、かつ、前記伝熱部材に接触する筐体壁部を有する。
さらに好ましい実施形態では、前記伝熱部材の熱伝導率は、前記ポンプ筐体の熱伝導率以上および前記電源筐体の熱伝導率以上である。

本発明によれば、電源の放熱性能を確保しつつ、電源への外部空気の侵入を防止することができる。

図１は本実施の形態の電源一体型真空ポンプの概略構成を示す図である。 図２は、電源をポンプユニット側から見た平面図である。 図３は、電源とポンプユニットとの固定部分の構造を説明する図である。 図４は、第１変形例を示す図である。 図５は、第２変形例を示す図である。 図６は、第３変形例を示す図である。 図７は、第４変形例を示す図である。 図８は、第５変形例を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は本実施の形態の電源一体型真空ポンプの概略構成を示す図である。真空ポンプ１は磁気軸受式のターボ分子ポンプであって、図１に示すようにポンプユニット２０と電源３０とがボルト４０によって固定されている。

ポンプユニット２０において、ロータ２が取り付けられたシャフト３は、ポンプベース４に設けられた電磁石５１，５２によって非接触支持されている。シャフト３の浮上位置は、ポンプベース４に設けられたラジアル変位センサ７１およびアキシャル変位センサ７２によって検出される。ラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１と、アキシャル磁気軸受を構成する電磁石５２と、変位センサ７１，７２とで５軸制御型磁気軸受が構成される。なお、磁気軸受が作動していない状態では、シャフト３はメカニカルベアリング２７，２８によって支持される。

シャフト３の下端には円形のロータディスク４１が設けられており、このロータディスク４１を上下に挟むように隙間を介して電磁石５２が設けられている。電磁石５２によりロータディスク４１を吸引することで、シャフト３がアキシャル方向に浮上する。ロータディスク４１はナット部材４２によりシャフト３の下端部に固定されている。

ロータ２には、回転軸方向に複数段の回転翼８が形成されている。上下に並んだ回転翼８の間には固定翼９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼８と固定翼９とにより、ポンプユニット２０のタービン翼段が構成される。各固定翼９は、スペーサ１０によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１０は、固定翼９を保持する機能とともに、固定翼９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。

固定翼９の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１１が設けられており、ネジステータ１１の内周面とロータ２の円筒部１２との間にはギャップが形成されている。ロータ２と、スペーサ１０によって保持された固定翼９とは、吸気口１３ａが形成されたポンプケーシング１３内に納められている。ロータ２が取り付けられたシャフト３を電磁石５１，５２により非接触支持しつつモータ６により回転駆動すると、吸気口１３ａ側のガスは背圧側に排気され、背圧側に排気されたガスは排気口２６に接続された補助ポンプ（不図示）により排出される。

電源３０は、ポンプユニット２０に設けられたポンプベース４の底面側にボルト固定されている。ポンプユニット２０を駆動制御する電源３０には、主制御部、磁気軸受駆動制御部、モータ駆動制御部等を構成する電気部品が設けられており、それらの電気部品は電源３０の筐体内に収納されている。電源３０の電源筐体の一部を構成する天板３０２には、開口３０２ａが形成されている。電源側に設けられた電源ケーブル３２３のプラグ３２４を、開口３０２ａを通してポンプベース４の底面に設けられたレセプタクル４１１に接続することにより、電源ケーブル３２３がポンプユニット２０に接続される。

ポンプユニット２０の側方には、冷却ファン３４が設けられている。図１に示す例では、冷却ファン３４は天板３０２の側面に固定されている。破線で示すように、冷却ファン３４によって形成された図示左方向への冷却風はポンプベース４に吹き付けられ、ポンプユニット２０が冷却される。

図２は、電源３０をポンプユニット２０側から見た平面図である。電源３０の平面視形状は正八角形であり、正八角形の天板３０２がボルト３２７により電源ケーシング３０１に固定される。図２に示す例では、天板３０２に形成されている開口３０２ａの形状は、略矩形である。天板３０２には、電源３０をボルト４０（図１参照）によりポンプベース４に固定するためのネジ穴３２８が形成されている。

電源ケーブル３２３のプラグ３２４はこの開口３０２ａから引き出されて、ポンプベース４の底面に設けられているレセプタクル４１１に接続される（図１参照）。同様に、温度センサ用ケーブル３２５およびブレーキヒータ用ケーブル３２６は開口３０２ａから引き出されて、ポンプユニット側に設けられた温度センサ（不図示）およびブレーキヒータ（不図示）にそれぞれ接続される。そのため、開口３０２ａは各ケーブルの引き出しに支障のない程度に大きく形成されている。また、ポンプベース４におけるレセプタクル４１１、温度センサ、ブレーキヒータの取り付け位置が大きく異なる場合には、それぞれの位置に合わせて、電源ケーブル３２３，温度センサ用ケーブル３２５およびブレーキヒータ用ケーブル３２６を引き出すための開口をそれぞれ形成する必要がある。

図３は、図１に示す真空ポンプ１の電源３０とポンプユニット２０との固定部分の構造を説明する図である。電源３０は、電源筐体として電源ケーシング３０１および天板３０２を備えている。電源ケーシング３０１および天板３０２の材料には、比較的熱伝導率の高い部材（例えば、アルミ合金）が用いられる。電源３０の電気部品はこの電源筐体内に収納されている。図３に示す例では、比較的発熱量の大きな電気部品３２１は、天板３０２に固定された回路基板３１１に搭載されている。一方、比較的発熱量の小さい電気部品３２２は、電源ケーシング３０１に固定された回路基板３１３に搭載されている。回路基板３１３は、支柱３１２により電源ケーシング３０１に固定されている。

互いに固定された電源ケーシング３０１と天板３０２との間には、封止部材としてＯリングシール３０４が設けられている。天板３０２はボルト４０によって、ポンプベース４に設けられたベースフランジ４００に固定される。天板３０２とベースフランジ４００との間には、伝熱部材４０２と、封止部材としてのＯリングシール４０１とが設けられている。Ｏリングシール４０１を設けることで、ポンプベース４と天板３０２との固定部から外部の空気が電源筐体内部に侵入するのを防止することができる。その結果、湿潤空気の外界から電源筐体内への侵入に起因する電源３０の故障を防止することができる。

伝熱部材４０２には、比較的熱伝導率の高い部材（例えば、金属）が用いられ、好ましくは電源筐体（電源ケーシングと天板３０２）およびポンプベース４に用いられている部材と同等またはそれ以上の熱伝導率を有する部材を用いるのが良い。例えば、アルミ系や銅系の金属が用いられる。なお、図３に示す例では、リング状の金属板を伝熱部材４０２として用いているが、リング状でなくても構わない。このような伝熱部材４０２をポンプベース４および天板３０２に接触するように固定部に配置することで、電源３０側の熱をポンプベース４へと効果的に伝達させることができる。

電気部品で発生した熱は、主に天板３０２および電源ケーシング３０１に伝達され、破線矢印Ｈで示すように、伝熱部材４０２を介してポンプユニット２０のポンプベース４へ伝達され、最終的には外気へと放熱される。伝熱部材４０２に接触している天板３０２に電気部品３２１が実装された回路基板３１１を固定することで、回路基板３１１に実装された電気部品の冷却効率を向上させることができる。そのため、発熱量の大きな電気部品については、天板３０２に配置するのが好ましい。なお、ポンプベース４から外気への放熱は自然放熱でも良いが、図１に示す例では冷却ファン３４からの冷却風により強制空冷される。

（Ｃ１）上述した実施の形態では、真空ポンプ１は、ポンプユニット２０と電源３０とが一体とされた真空ポンプである。ポンプ筐体であるポンプベース４と電源筐体である天板３０２との間に介在する複数のケーブル３２３，３２５，３２６は、天板３０２に形成された開口３０２ａを通って、ポンプユニット２０と電源３０とを接続する。さらに、ポンプベース４と天板３０２との固定部には、それらに接触するように伝熱部材４０２が設けられると共に、ポンプベース４と天板３０２との隙間を封止する封止部材であるＯリングシール４０１が設けられる。

よって、本実施の形態によれば、電源３０の放熱性能を確保しつつ、電源３０の内部に外界から湿潤空気が侵入するのを防止することができる。その結果、湿潤空気侵入に起因する電源３０の故障を防止することができる。

（Ｃ２）さらに、図１に示すように冷却ファン３４を設けて、ポンプベース４を冷却風により強制冷却することで、ポンプユニット２０の冷却効率の向上を図ることができる。なお、図１に示す構成では、冷却ファン３４の冷却風をポンプ筐体であるポンプベース４に送風するような構成としたが、冷却ファン３４をベース側にずらして配置し、ポンプベース４および電源筐体（電源ケーシング３０１および天板３０２）の両方に冷却風を送風するようにしても良い。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（第１変形例）
図４は、上述した実施形態の第１変形例を示す図である。図３に示した実施形態では、ポンプベース４と天板３０２との間に封止部材としてのＯリングシール４０１と伝熱部材４０２とを設けたが、第１変形例では、シール性を有する伝熱部材４０３のみを配置する構成とした。そのような伝熱部材４０３としては、塑性変形し易い金属箔（例えば、銅箔）や、金属板に放熱グリス（例えば、シリコーン等の基材に金属成分を含有させたもの）を薄く塗布したものや、放熱シリコーン等が用いられる。例えば、銅箔を用いる場合には、伝熱部材４０３の熱伝導率を、ポンプベース４や電源筐体に用いられる部材の熱伝導率以上とすることができる。

このように伝熱部材４０３に封止部材としての機能を兼用させたものであっても、常圧の電源筐体内に常圧の外気が侵入するのを十分に防止することができ、湿潤空気の電源筐体内への侵入に起因する電源３０の故障を防止することができる。

（第２変形例）
図５は、上述した実施形態の第２変形例を示す図である。第２変形例では、上述した実施の形態（例えば、図１，３参照）の構成に加えて、ポンプベース４の外周面に放熱フィン２０１を設けた。放熱フィン２０１には冷却ファン３４から冷却風が送風される。その結果、ポンプベース４からの放熱性能がより向上し、上述した実施形態に比べてポンプユニット２０および電源３０の温度をより低く保つことができる。

図５では、放熱フィン２０１をポンプベース４の外周面に直接形成したが、放熱フィンを有する別体のヒートシンクを、ポンプベース４の外周面に取り付ける構成であっても良い。なお、ポンプベース４の外周面に放熱フィン２０１を設ける構成は、図４に示した第１変形例にも適用することができ、同様の効果を奏することができる。

（第３変形例）
図６は、上述した実施形態の第３変形例を示す図である。第３変形例では、電源ケーシング３０１の上端をボルト４０によりポンプベース４に固定し、電源３０側の熱を電源ケーシング３０１から伝熱部材４０２を介してポンプユニット２０のポンプベース４へと伝達する構成とした。開口３０２ａが形成された天板３０２は電源ケーシング３０１へ取り付けられる。天板３０２の熱は、電源ケーシング３０１および伝熱部材４０２を介してポンプベース４へと伝達される。

（第４変形例）
図７は、上述した実施形態の第４変形例を示す図である。図７は天板３０３の平面図である。この天板３０３は、図２の天板３０２に代えて使用される。天板３０３は、冷却水等の液冷媒を流通させるための冷媒通路３３０を備えており、その他の構成は図２に示す天板３０２と同様である。符号３２９で示す貫通穴は、図２のボルト３２７が挿通されるボルト穴である。図７に示す例では、銅パイプのような金属パイプを天板３０２に鋳込むことにより、冷媒通路３３０が形成されている。天板３０３の図示左側の側面には金属パイプの入口部分３３０ａおよび出口部分３３０ｂが突出している。

なお、第４変形例の場合、天板３０３が液冷媒により冷却されるので、ポンプベース４側の熱が伝熱部材４０２を介して天板３０３へと伝達されることになる。ポンプベース４および電源ケーシング３０１から天板３０３へ伝達された熱は、冷媒通路３３０を流れる液冷媒へと放熱される。

（第５変形例）
図８は、上述した実施形態の第５変形例を示す図である。上述した実施の形態では、伝熱部材をポンプベース４のベースフランジ４００と電源筐体（天板３０２または電源ケーシング３０１との間に介在させた。図８に示す第５変形例では、伝熱部材４０４を、ポンプ筐体と電源筐体との固定部であるベースフランジ４００および天板３０３の側面に接触するように、ボルト４０５により固定するようにした。このように、ベースフランジ４００および天板３０３の側面に伝熱部材４０５を設けることで、伝熱部材４０５の取り付け取り外しや交換を容易に行うことができる。また、伝熱部材４０５はベースフランジ４００および天板３０３の側方に露出するように設けられているので、伝熱部材４０５自体に放熱フィンを形成することで、伝熱部材４０５から外気への放熱を積極的に行わせるようにしても良い。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。例えば、ターボ分子ポンプ以外の電源一体型真空ポンプに対しても、本発明は適用可能である。

１…真空ポンプ、２…ロータ、４…ポンプベース、２０…ポンプユニット、３０…電源、３４…冷却ファン、２０１…放熱フィン、３０１…電源ケーシング、３０２，３０３…天板、３０２ａ…開口、３０４，４０１…Ｏリングシール、３２３…電源ケーブル、３２５…温度センサ用ケーブル、３２６…ブレーキヒータ用ケーブル、３３０…冷媒通路、４０２，４０３，４０４…伝熱部材

Claims (5)

1. ポンプロータを備えるポンプ本体とポンプ本体に電力を供給するポンプ電源とが一体となっており、液冷媒ではなく大気への放熱によりポンプ冷却を行う電源一体型真空ポンプであって、
   前記ポンプロータが収納されるポンプ筐体と、
   前記ポンプ筐体に固定される前記ポンプ電源の電源筐体と、
   前記ポンプ筐体と前記電源筐体との固定部に設けられ、前記ポンプ筐体と前記電源筐体とにより挟持されてそれらに接触する金属板である伝熱部材と、
   前記ポンプ筐体と前記電源筐体との固定部に設けられ、前記ポンプ筐体と前記電源筐体とにより挟持されてそれらの間を封止するＯリングシールと、を備え、
   前記ポンプ電源の熱を、前記伝熱部材を介して前記ポンプ筐体へと伝達させ、前記ポンプ筐体から外気へ放熱させる電源一体型真空ポンプ。
2. 請求項１に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、
   前記ポンプ筐体に冷却風を送風する冷却ファンを備える、電源一体型真空ポンプ。
3. 請求項２に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、
   前記ポンプ筐体の前記冷却風が送風される領域にヒートシンクが設けられている、電源一体型真空ポンプ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、
   前記電源筐体は、前記ポンプ電源に設けられる複数の電気部品の少なくとも一部が固定され、かつ、前記伝熱部材に接触する筐体壁部を有する、電源一体型真空ポンプ。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電源一体型真空ポンプにおいて、
   前記伝熱部材の熱伝導率は、前記ポンプ筐体の熱伝導率以上および前記電源筐体の熱伝導率以上である、電源一体型真空ポンプ。

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