JP6912196B2 - 真空ポンプ及び該真空ポンプに適用されるコネクタ、制御装置 - Google Patents

Description

本発明は真空ポンプ及び該真空ポンプに適用されるコネクタ、制御装置に係わり、特に現場での保守作業の効率を上げられ、かつ、これまでよりも小型のポンプに構成できる一方で製造の容易な真空ポンプ及び該真空ポンプに適用されるコネクタ、制御装置に関する。

近年のエレクトロニクスの発展に伴い、メモリや集積回路といった半導体の需要が急激に増大している。
これらの半導体は、きわめて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、エッチングにより半導体基板上に微細な回路を形成したりなどして製造される。

そして、これらの作業は空気中の塵等による影響を避けるため高真空状態のチャンバ内で行われる必要がある。このチャンバの排気には、一般に真空ポンプが用いられているが、特に残留ガスが少なく、保守が容易等の点から真空ポンプの中の一つであるターボ分子ポンプが多用されている。

また、半導体の製造工程では、さまざまなプロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が数多くあり、ターボ分子ポンプはチャンバ内を真空にするのみならず、これらのプロセスガスをチャンバ内から排気するのにも使用される。

このターボ分子ポンプは、ポンプ本体とそのポンプ本体を制御する制御装置とからなる。
ポンプ本体と制御装置との間は、通常、ケーブルとコネクタプラグ機構とで接続される。このポンプ本体と制御装置間のケーブルの接続ミスやケーブルの長さ調整の煩雑さを回避するため、従来特許文献１のようにポンプ本体と制御装置をポンプの軸方向に着脱自在にできる構造が知られている。

特開平１１−１７３２９３号公報

ところで、一般的にはこのように一体化されたポンプ本体と制御装置周りの空きスペースは狭い。特に軸方向にはスペース的な余裕の無いことが多い。このため、保守の際には一体化されたポンプ本体と制御装置を一旦チャンバから外し、作業スペースの十分に取れる場所までポンプ本体と制御装置を一体化させたまま移動してから保守を行う必要があった。

また、このようにポンプ本体底部で軸方向に端子の配設されている場合、ポンプ本体側の端子と制御装置側の端子の位置を合わせるのにはポンプ本体と制御装置間のわずかの隙間から作業員が端子の箇所を覗きつつ端子の着脱を確認する必要があり、位置合わせするのが難しく保守作業が簡単ではなかった。

更に、上述の通り軸方向にはスペース的な余裕の無いことからポンプ本体は軸方向に短く、かつ、径方向にもより一層小さくすることが望まれている。
また、ポンプ本体をこのように従来よりも小型に構成させる一方で、製造が容易であることが望まれている。

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、現場での保守作業の効率を上げられ、かつ、これまでよりも小型のポンプに構成できる一方で製造の容易な真空ポンプ及び該真空ポンプに適用されるコネクタ、制御装置を提供することを目的とする。

このため本発明（請求項１）は真空ポンプの発明であって、ポンプ本体のベース部の側部に配設され、該ポンプ本体の内部に繋がる複数の電気的ケーブルと結ばれる複数のピンを有するコネクタを備え、前記ポンプ本体の周方向に横長となるように、前記コネクタの軸方向の寸法よりも前記コネクタの横方向の寸法が長く、前記ベース部の軸方向の下側に、前記ポンプ本体を制御する制御装置を着脱自在に備え、前記複数のピンの大気側の端部には電気的接続用の基板が固着され、
該基板には端子が備えられ、該端子に接続された第二の電気的ケーブルを介して前記制御装置と電気的に接続され、前記複数のピンのうち、前記コネクタの中央部分には径の太いピンが配設され、該径の太いピンの周囲に径の細いピンが配設され、前記複数の電気的ケーブルをねじって前記ベースに収納することを特徴とする。

コネクタがベース部の側部に配設されているので、ポンプの軸方向には十分な空きスペースが無くても容易にポンプ本体と制御装置の着脱が行える。コネクタがポンプ本体の周方向に横長となるように軸方向の寸法よりも横方向に長く構成されたことで、コネクタに接続されるケーブルをポンプ本体の周方向に分散できるためポンプ本体の高さを低くすることができる。
基板を用いてピンと端子間を接続したので、従来のようにハーネスで渡した場合に比べて、ポンプ本体の径方向にケーブルが嵩張って膨らむということが無い。このため、ポンプ本体の径方向にも小さく構成できる。
内側に許容電流の大きい太いピンを配設し、その太いピンの周囲に許容電流の小さいピンを配設した。太いピンに接続される固くて曲げにくい太いケーブルを中央にまとめたことでケーブルを束ねたときにねじり易くできる。このため、コネクタを束ねてからねじり、ケーブルの長さを短くしてから穴等に対しきれい、かつ容易に収納することができる。

また、本発明（請求項２）は真空ポンプの発明であって、前記コネクタの前記複数のピンの配列は、前記ポンプ本体の周方向の列数が軸方向の列数よりも多いことを特徴とする。

更に、本発明（請求項３）は真空ポンプの発明であって、前記径の太いピンの前記ポンプ本体の内部側の端部には、前記複数の電気的ケーブルのうち、径の太い電気的ケーブルが接続されていることを特徴とする。

更に、本発明（請求項４）は真空ポンプの発明であって、前記基板における前記複数のピンと前記端子間は多層構造の配線パターンにより電気的に接続されたことを特徴とする。

基板には厚み方向に多層の配線パターンが形成されたことで、ピンの本数が多い場合でもピン同士の間隔は狭くできる。

更に、本発明（請求項５）はコネクタの発明であって、請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空ポンプに搭載されたことを特徴とする。

更に、本発明（請求項６）は制御装置の発明であって、請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空ポンプに適用され、前記ポンプ本体に対して径方向に移動することで着脱自在であることを特徴とする。

制御装置を径方向に移動自在としたことでポンプの軸方向に作業スペースが十分に取れない所でも容易に保守作業が行える。

以上説明したように本発明（請求項１）によれば、ポンプ本体のベース部の側部にコネクタを備え、このコネクタがポンプ本体の周方向に横長となるように軸方向の寸法よりも横方向に長く構成したので、ポンプの軸方向には十分な空きスペースが無くても容易にポンプ本体と制御装置の着脱が行える。また、コネクタに接続されるケーブルをポンプ本体の周方向に分散できるためポンプ本体の高さを低くすることができる。

本発明の実施形態の全体構成図 ベース部及び制御装置周りの縦断面図 図２中のＡ−Ａ矢視断面図 ベース部を受け部を中心として見たときの正面図 横長構造のハーメチックコネクタの裏面図 基板をベース部の外側から見たときの様子を示す図 保守作業を行う際の手順を示す図

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態の構成図を図１に示す。図１において、ターボ分子ポンプ１０は、ポンプ本体１００と制御装置２００とが一体化されている。

ポンプ本体１００の円筒状の外筒１２７の上端には吸気口１０１が形成されている。外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードによる複数の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・を周部に放射状かつ多段に形成した回転体１０３を備える。

この回転体１０３の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、例えば、いわゆる５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。

上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石が、ロータ軸１１３の径方向の座標軸であって互いに直交するＸ軸とＹ軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石１０４に近接かつ対応されて４個の電磁石からなる上側径方向センサ１０７が備えられている。この上側径方向センサ１０７は回転体１０３の径方向変位を検出し、制御装置２００に送るように構成されている。

制御装置２００においては、上側径方向センサ１０７が検出した変位信号に基づき、ＰＩＤ調節機能を有する補償回路を介して上側径方向電磁石１０４の励磁を制御し、ロータ軸１１３の上側の径方向位置を調整する。

ロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄など）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。

また、下側径方向電磁石１０５及び下側径方向センサ１０８が、上側径方向電磁石１０４及び上側径方向センサ１０７と同様に配置され、ロータ軸１１３の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。

更に、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディスク１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ１０９が備えられ、その軸方向変位信号が制御装置２００に送られるように構成されている。

そして、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂは、この軸方向変位信号に基づき制御装置２００のＰＩＤ調節機能を有する補償回路を介して励磁制御されるようになっている。軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂは、磁力により金属ディスク１１１をそれぞれ上方と下方とに吸引する。

このように、制御装置２００は、この軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。

モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、制御装置２００によって制御されている。

回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・が配設されている。回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。

また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の段と互い違いに配設されている。
そして、固定翼１２３の一端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・の間に嵌挿された状態で支持されている。

固定翼スペーサ１２５はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。

固定翼スペーサ１２５の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒１２７が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設され、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間にはネジ付きスペーサ１３１が配設されている。そして、ベース部１２９中のネジ付きスペーサ１３１の下部には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。

ネジ付きスペーサ１３１は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。
ネジ溝１３１ａの螺旋の方向は、回転体１０３の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口１３３の方へ移送される方向である。

回転体１０３の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・に続く最下部には回転翼１０２ｄが垂下されている。この回転翼１０２ｄの外周面は、円筒状で、かつネジ付きスペーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ付きスペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。

ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ１０の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。

ベース部１２９はターボ分子ポンプ１０を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。

かかる構成において、回転翼１０２がモータ１２１により駆動されてロータ軸１１３と共に回転すると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気口１０１を通じてチャンバからの排気ガスが吸気される。

吸気口１０１から吸気された排気ガスは、回転翼１０２と固定翼１２３の間を通り、ベース部１２９へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼１０２に接触又は衝突する際に生ずる摩擦熱や、モータ１２１で発生した熱の伝導や輻射などにより、回転翼１０２の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子等による伝導により固定翼１２３側に伝達される。

固定翼スペーサ１２５は、外周部で互いに接合しており、固定翼１２３が回転翼１０２から受け取った熱や排気ガスが固定翼１２３に接触又は衝突する際に生ずる摩擦熱などを外筒１２７やネジ付きスペーサ１３１へと伝達する。
ネジ付きスペーサ１３１に移送されてきた排気ガスは、ネジ溝１３１ａに案内されつつ排気口１３３へと送られる。

次に、ポンプ本体１００と制御装置２００間で制御ケーブルや電源ケーブルを接続する端子周りの構造について説明する。
図２にはベース部及び制御装置周りの断面図を示す。また、図３には図２におけるＡ−Ａ矢視断面図を示す。図２及び図３において、ベース部１２９の中央には円柱状の底部空間２０１が形成されている。そして、この底部空間２０１よりベース部１２９の側部に通じる連通穴２０３が一カ所形成されている。

連通穴２０３は底部空間２０１側が円形穴２０３Ａとなっており狭く、一方、この円形穴２０３Ａに続く外周側が横長穴２０３Ｂで、この横長穴２０３Ｂは左右半月型の長方形状に形成されている。図４にはベース部を受け部を中心として外側から見たときの正面図を示す。図４において、円形穴２０３Ａは横長穴２０３Ｂを手前として奥の方に見えている。

連通穴２０３は図３に示す通り円形穴２０３Ａと横長穴２０３Ｂとがそれぞれ断面を径方向に向けて一定とした状態で途中で段差を設けて接続されている。しかしながら、連通穴２０３は横長穴２０３Ｂから円形穴２０３Ａに向け連続して次第に断面がすぼまるように形成されてもよい。連通穴２０３の外側端部には図５に示す横長構造のハーメチックコネクタ２２０が取り付け可能なように周囲にボルト穴２０９を有する受け部２１０が形成されている。

ハーメチックコネクタ２２０は横長構造であり、縦方向を１としたときに横方向が１．５倍以上、より好ましくは２倍以上とされるのが望ましい。この受け部２１０の連通穴２０３の周囲には左右半月型の長方形状の凹部２１１が刻設されている。

図５に示すハーメチックコネクタ２２０はコネクタの裏面を示しており、このハーメチックコネクタ２２０は四隅にボルト穴２２１を有している。ボルト穴２２１の内側には受け部２１０の凹部２１１に対して埋設される左右半月型の長方形状のＯリング２２３が備えられている。Ｏリング２２３の内側には細径ピン２２４の通される小径孔２２５が、太径ピン２２６の通される３本の大径孔２２７の左右にそれぞれ複数個ずつ配設されている。

図２、図５に示すように、ハーメチックコネクタ２２０の小径孔２２５を通った細径ピン２２４と大径孔２２７を通った太径ピン２２６とはその先端がそれぞれ図３、図６に示す基板２３０の小径孔２３５と大径孔２３７に対して通される。ハーメチックコネクタ２２０の小径孔２２５の内側と大径孔２３７の内側とは共に真空シールされている。図６には基板２３０をベース部１２９の外側から見たときの様子を示す。図６に示すように基板２３０の四隅にはボルト穴２３１が配設されている。
図５から分かるように、ハーメチックコネクタ２２０のピンの配列は、ポンプ本体１００の周方向の列数が軸方向の列数よりも多くなるように配設されている。

ハーメチックコネクタ２２０と基板２３０とは受け部２１０に対して、ボルト穴２０９、ボルト穴２２１、ボルト穴２３１を通してボルト２３９でネジ止めされるようになっている。基板２３０は図示しないが厚み方向に多層の配線パターンが形成されており、基板２３０の下端には端子２４１が配設されている。配線パターンは電気的に一端が細径ピン２２４と太径ピン２２６のそれぞれのピンに対して接続され、他端が端子２４１に対して接続されている。
この端子２４１からは第二の電気的ケーブルに相当するハーネス２４３により制御装置２００内にケーブルが引き込まれている。

次に、本発明の実施形態の作用を説明する。
従来、ハーメチックコネクタと言えば円形のものが使われてきている。しかし、ハーメチックコネクタが円形の場合にはケーブルが集中して嵩張るためにポンプ本体１００の軸方向の高さが高くならざるを得なかった。本発明の実施形態では、図５に示すようにピンの配列がポンプ本体の周方向の列数が軸方向の列数よりも多くなるような横長構造のハーメチックコネクタ２２０を採用したことで、ケーブルを水平方向に分散できるためポンプ本体１００の軸方向の高さを低くすることができる。

また、基板２３０を用いて基板内部に形成された多層の配線パターンで細径ピン２２４と太径ピン２２６のそれぞれのピンと端子２４１間を接続したので、従来のようにハーネスで渡した場合に比べて、ポンプ本体１００の径方向にケーブルが嵩張って膨らむということが無い。このため、ポンプ本体１００の径方向にも小さく構成できる。

図２において、電気的ケーブルに相当するケーブル２６１の右端は細径ピン２２４の左端と太径ピン２２６の左端に対してハンダ付けされる。このハンダ付け作業を行う場合、作業のし易さからハーメチックコネクタ２２０をベース部１２９の外側に５〜１０センチ程度引き出した形で行う。そして、ハンダ付け作業の完了後には、ハーメチックコネクタ２２０を受け部２１０にまで押し込み受け部２１０と当接させる必要がある。

しかし、ケーブル２６１の本数は多く、従来は電源線用の許容電流の大きい太いケーブルと許容電流の小さい制御用や信号用の細いケーブルとが円形のハーメチックコネクタで集中し混在されており、固くて曲げにくかった。このため、ケーブルを束ねて連通穴２０３内に収納するのは困難な作業であった。

そこで、本実施形態では、ハーメチックコネクタ２２０と基板２３０とは、図５と図６に示すように、内側に許容電流の大きい太いピンを配設し、その太いピンの周囲に許容電流の小さいピンを配設した。これは太いケーブルは細いケーブルに比べて固くて曲げにくいためである。
固くて曲げにくいケーブルを中央にまとめたことでケーブルを束ねたときにねじり易くできる。このため、ハーメチックコネクタ２２０を束ねて１回転半程度ねじり、ケーブルの長さを短くしてから連通穴２０３内に対し容易に収納することができるようになった。

また、基板２３０には厚み方向に多層の配線パターンが形成されたことで、ピンの本数は多い一方でピン同士の間隔は狭くできる。
次に、本実施形態では、上述の通りハーメチックコネクタ２２０をベース部１２９の横に配設したことで、保守作業が容易に行えるようになった。この間の事情を図７の保守作業を行う際の手順に基づき説明する。

まず、保守作業を行う際には図７（ａ）に示すように、ベース部１２９及び制御装置２００の側部より壁部カバー２５１を外す。図７（ｂ）ではハーネス２４３を端子２４１から外す。次に、図７（ｃ）では図示しないベース部１２９及び制御装置２００間を締結していたボルトを取り外し、制御装置２００の筐体を数十ミリ程度下げる。次に図７（ｄ）に示すように、制御装置２００の筐体をポンプの径方向に引き出す。

このことにより、真空ポンプの軸方向には十分な空きスペースが無くても容易にポンプ本体１００と制御装置２００の着脱が行える。この場合には、ポンプ本体１００を図示しないチャンバに取り付けた状態であっても制御装置２００の保守作業が容易に行える。真空ポンプの側部に端子が配置されているので壁部カバー２５１を外すことで見易く、ハーネス２４３の端子２４１への着脱も容易である。

なお、本発明の実施形態及び各変形例は、必要に応じて組み合わせる構成にしてもよい。また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が当該改変されたものにも及ぶことは当然である。

１０ ターボ分子ポンプ
１００ ポンプ本体
１２９ ベース部
２００ 制御装置
２０１ 底部空間
２０３ 連通穴
２０３Ａ 円形穴
２０３Ｂ 横長穴
２２０ ハーメチックコネクタ
２２４、２２６ ピン
２３０ 基板
２２５、２３５ 小径孔
２２７、２３７ 大径孔
２４１ 端子
２４３ ハーネス
２６１ ケーブル

Claims (6)

1. ポンプ本体のベース部の側部に配設され、該ポンプ本体の内部に繋がる複数の電気的ケーブルと結ばれる複数のピンを有するコネクタを備え、
   前記ポンプ本体の周方向に横長となるように、前記コネクタの軸方向の寸法よりも前記コネクタの横方向の寸法が長く、
   前記ベース部の軸方向の下側に、前記ポンプ本体を制御する制御装置を着脱自在に備え、
   前記複数のピンの大気側の端部には電気的接続用の基板が固着され、
   該基板には端子が備えられ、該端子に接続された第二の電気的ケーブルを介して前記制御装置と電気的に接続され、
   前記複数のピンのうち、前記コネクタの中央部分には径の太いピンが配設され、該径の太いピンの周囲に径の細いピンが配設され、
   前記複数の電気的ケーブルをねじって前記ベースに収納することを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記コネクタの前記複数のピンの配列は、前記ポンプ本体の周方向の列数が軸方向の列数よりも多いことを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
3. 前記径の太いピンの前記ポンプ本体の内部側の端部には、前記複数の電気的ケーブルのうち、径の太い電気的ケーブルが接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空ポンプ。
4. 前記基板における前記複数のピンと前記端子間は多層構造の配線パターンにより電気的に接続されたことを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空ポンプに搭載されたことを特徴とするコネクタ。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空ポンプに適用され、前記ポンプ本体に対して径方向に移動することで着脱自在であることを特徴とする制御装置。

Images