JP6916412B2

JP6916412B2 - 真空ポンプ

Info

Publication number: JP6916412B2
Application number: JP2017065948A
Authority: JP
Inventors: 徹也坪川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-03-29
Also published as: JP2018168732A; US10590958B2; CN108691811A; US20180283400A1; CN112524059A

Description

本発明は、真空ポンプに関する。

チャンバ内をターボ分子ポンプにより高真空にしてＣＶＤ成膜やエッチングを行う装置では、排気するガス種によっては、ポンプ内部でガスが凝縮してポンプ内に生成物が付着しやすい。このような生成物がネジ溝ポンプ段などに付着することを抑制するため、断熱部材を介してステータをケーシングに固定することでステータの温度低下を抑制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）。

特開２０１５−１５１９３２号公報

しかし、上述した特許文献では、断熱部材におけるケーシングやステータとの接触面の機械加工については言及されていない。

（１）本発明の一態様の真空ポンプは、ポンプ筐体と、ポンプ筐体内で回転するモータと、モータで回転駆動されるロータと、ロータとポンプ筐体との間に設けられたステータと、ステータとポンプ筐体との間に設けられた断熱部材とを備え、断熱部材は円筒形状の本体、および本体の内周面および外周面の少なくとも一方に設けられた加工用被把持部を有し、前記円筒形状の本体は、上端部と、下端部とを含み、前記上端部は、機械加工がなされており、前記ステータに接触しており、前記下端部は、機械加工がなされており、前記ポンプ筐体に接触しており、前記加工用被把持部は、前記上端部及び下端部を機械加工する際に、加工冶具を用いて把持するための突部を有し、軸方向において前記上端部と前記下端部との間の位置に設けられている。
（２）本発明の他の態様の真空ポンプは、ポンプ筐体と、前記ポンプ筐体内で回転するモータと、前記モータで回転駆動されるロータと、前記ロータと前記ポンプ筐体との間に設けられたステータと、前記ステータと前記ポンプ筐体との間に設けられた断熱部材とを備え、前記断熱部材は円筒形状の本体、および前記本体の内周面および外周面の少なくとも一方に設けられた加工用被把持部を有し、前記円筒形状の本体は、前記円筒形状の本体の内周面上部に設けられた上部接触面と、前記円筒形状の本体の外周面下部に設けられた下部接触面とを含み、前記上部接触面は、機械加工がなされており、前記ステータの側面に接触しており、前記下部接触面は、機械加工がなされており、前記ポンプ筐体の側面に接触しており、前記加工用被把持部は、前記上部接触面および前記下部接触面を機械加工する際に加工治具で把持するための突部を有し、軸方向において前記上部接触面と前記下部接触面との間の位置に設けられている。
（３）好ましくは、断熱部材は、本体の内周面および外周面に加工用被把持部をそれぞれ有する。
（４）さらに好ましい態様の真空ポンプの本体は、軸方向に分割された少なくとも第１円筒部および第２円筒部を有し、第１および第２円筒部のそれぞれは、それらの内周面および外周面の少なくとも一方に加工用被把持部をそれぞれ有する。
（５）さらに好ましい態様の真空ポンプは、断熱部材の円筒形状の本体の上下両端には、外周方向に延在するフランジが形成されていない。

本発明によれば、加工対象部位を薄肉に加工しても断熱部材の円筒形状の本体が歪むことがなく、加工精度の高い断熱部材を提供できる。

真空ポンプの一例であるターボ分子ポンプを示す図である。図１の一点鎖線の円で囲んだ部分の拡大図である。断熱部材を円筒の軸方向に沿って切断した模式的な斜視断面図である。突部を加工治具で把持した状態を模式的に示す断面図である。変形例を示す図である。変形例を示す図である。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、本実施の形態の真空ポンプの一例であるターボ分子ポンプを示す図である。ターボ分子ポンプ１００は、真空排気を行うポンプユニット１と、ポンプユニット１を駆動制御するコントロールユニット２とを備えている。

ポンプユニット１は、回転翼４１と固定翼３１とで構成されるターボポンプ段と、円筒部４２とステータ２０とで構成されるドラッグポンプ段（ネジ溝ポンプ段）とを有している。ネジ溝ポンプ段においては、ステータ２０または円筒部４２にネジ溝が形成されている。回転側排気機能部である回転翼４１および円筒部４２はポンプロータ４に形成されている。ポンプロータ４はシャフト５に締結されている。ポンプロータ４とシャフト５とによって回転体ユニットＲＹが構成される。

複数段の固定翼３１は、軸方向に対して回転翼４１と交互に配置されている。各固定翼３１は、スペーサリング３３を介してベース３上に載置される。ポンプケーシング３０をベース３にボルト固定すると、積層されたスペーサリング３３がベース３とポンプケーシング３０の係止部３０ａとの間に挟持され、固定翼３１が位置決めされる。ステータ２０は、断熱部材５０を介してベース３に取り付けられている。断熱部材５０については、後で詳述する。ベース３には排気管３８が設けられている。
なお、ポンプケーシング３０とベース３はポンプ筐体を構成する。

図１に示すターボ分子ポンプ１００は磁気浮上式のターボ分子ポンプであり、回転体ユニットＲＹは、ベース３に設けられた磁気軸受３４，３５，３６によって非接触支持される。

回転体ユニットＲＹはモータＭにより回転駆動される。モータＭは、モータステータ１０と、モータロータ１１とを有する。磁気軸受が作動していない時には、回転体ユニットＲＹは非常用のメカニカルベアリング３７ａ，３７ｂによって支持される。ベース３の外周には、ベース３の温度を制御するためのヒータ４５および不図示の冷却水配管が設けられている。これはベース３に設置した温調装置であり、ベース３の近傍、たとえば排気管３８にガス生成物が堆積しないように排気管３８の温度をガス昇華温度近傍に温調する目的で設置される。

図２は、図１の一点鎖線の円Ａで囲んだ部分の拡大図であり、図３は、断熱部材５０を円筒の軸方向に沿って切断した模式的な斜視断面図である。なお、図２では、ヒータ４５の記載を省略している。

図２に示すように、ステータ２０は、断熱部材５０を介してベース３上に載置され、不図示のボルトによって固定される。
断熱部材５０は、図３に示すように円筒形状を呈する部材であり、円筒部５１と、円筒部５１の内周面に径方向の内側に向かって突出する突部５２とを有する。断熱部材５０は、たとえばステンレス鋼等のように、アルミ合金製であるステータ２０やベース３等よりも熱伝導率が小さい材料によって構成される。本実施の形態では、突部５２は、円筒部５１の周方向の全周にわたって設けられている。

断熱部材５０は、上述したように上部でステータ２０と当接し、下部でベース３と当接する。すなわち、ステータ２０の外周部には、断熱部材５０と当接する段部２１が全周にわたり設けられている。段部２１は、下面２１ａと側面２１ｂとを有する。下面２１ａは断熱部材５０の円筒部５１の上端面５３と当接し、側面２１ｂは、断熱部材５０の円筒部５１の内周面上部に設けられた上部接触面５４と接触する。
また、ベース３の内周部には、断熱部材５０と当接する段部３０１が全周に設けられている。段部３０１は、上面３０１ａと側面３０１ｂとを有する。上面３０１ａは断熱部材５０の円筒部５１の下端面５５と当接し、側面３０１ｂは、断熱部材５０の円筒部５１の外周面下部に設けられた下部接触面５６と接触する。
後述するように、上部および下部接触面５４および５６の仕上げ精度は、断熱部材５０の位置決め精度に影響する。

近年、液晶分野や半導体分野では微細化、高性能化の要求が高まっている。また、使用するガス種の多様化に伴い、ポンプ内部に堆積する生成物の量が多くなっている。そのため、生成物が堆積しやすいポンプ構成部材の温度をより高く設定する要請がある。一方で、ロータ内筒部とステータ２０との隙間をたとえば１ｍｍ以下に設定してポンプ性能を向上する要請もある。
これらの仕様を満足させるべく、近年の真空ポンプでは、ステータ２０とベース３との間に断熱部材５０を介在させつつ、断熱部材５０をステータ２０とベース３に嵌め合いで位置決めする構造を採用することがある。

図２を参照して説明すると、このような真空ポンプでは、断熱部材５０の上部接触面５４および下部接触面５６がステータ２０の側面２１ｂおよびベース３の側面３０１ｂにそれぞれ嵌合する構造を採用する。また、ステータ２０と断熱部材５０、および断熱部材５０とベース３のそれぞれの接触面はメタルタッチによる真空シールとする必要がある。そのため、断熱部材５０の内周面および外周面の少なくとも一部、本例では、上部および下部接触面５４および５６を機械加工する必要がある。ステータ２０とベース３の接触面にも機械加工を施してメタルタッチによる真空シール構造とする。

以下、断熱部材による熱伝達の抑制について説明し、その後、断熱部材の機械加工用把持部について説明する。
―熱伝達抑制―
ステータ２０は、円筒部４２からの輻射熱や、排気ガスとの摩擦熱により加熱され、温度が上昇する。ステータ２０の熱は、主に、図２の一点鎖線矢印ａ，ｂのように、ステータ２０の段部２１の下面２１ａおよび側面２１ｂから断熱部材５０の円筒部５１の上端面５３および上部接触面５４に伝達する。そして、断熱部材５０の上部に伝わった熱は、一点鎖線矢印ｃのように、断熱部材５０を下方に向かって伝わり、一点鎖線矢印ｄ，ｅのように、断熱部材５０の円筒部５１の下端面５５および下部接触面５６からベース３の段部３０１の上面３０１ａおよび側面３０１ｂに伝達する。

ステータ２０からベース３への熱移動（熱伝達）を抑制するには、図２の矢印ｃで示す軸方向の熱伝達経路の熱抵抗を大きく設定して行う。断熱部材５０の軸長はステータ２０のネジ形成部の軸長で決定されるため、断熱部材５０の軸長を熱抵抗にとって好ましい値に決定することが難しい。そのため、軸長が規定された断熱部材５０の径方向の厚みを薄くして所望の熱抵抗とする設計が好ましい。すなわち、円筒部５１の径方向の厚さを薄くすることで、ステータ２０からベース３への熱伝達を抑制する。その結果、ステータ２０の温度がより高く保たれるようになり、生成物の付着が抑制される。

―断熱部材の機械加工用把持部―
しかし、断熱部材５０の円筒部５１の径方向の厚さを薄くすると、たとえば断熱部材５０の円筒部５１の外周面を径方向内側に向かってチャックする場合、チャックする力が強いと円筒部５１が歪んでしまうおそれがあり、チャックする力が弱いと円筒部５１を十分に保持できないおそれがある。すなわち、上部接触面５４および下部接触面５６を所定の直径に機械加工する際、断熱部材５０を把持し難くなる。
そこで、本実施の形態の断熱部材５０では、円筒部５１の内周面に突部５２を設け、上部接触面５４および下部接触面５６を機械加工する際に、加工治具を用いて突部５２を把持するようにした。すなわち、突部５２は、加工治具で把持する被把持部である。

図４は、突部５２を加工治具９０で把持した状態を模式的に示す断面図である。図４に示すように、たとえば、円筒部５１の内側に加工治具９０を挿入し、突部５２の上面と下面とを加工治具９０で挟持することで断熱部材５０を加工治具９０に取り付ける。上部接触面５４および下部接触面５６を機械加工する際には、加工治具９０のうち、断熱部材５０の円筒部５１から突出している不図示の部分を加工機の加工治具で把持する。加工機の切削工具を円筒部５１の内側に配置して、上部接触面５４を切削する。加工機の切削工具を円筒部５１の外側に配置して、下部接触面５６を切削する。
このようにすることで、加工対象部位が把持されないので、上部接触面５４および下部接触面５６の外周面、内周面を機械加工してそれらの部位の厚みを薄く加工することができる。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）実施の形態の真空ポンプは、ポンプ筐体であるベース３と、ポンプ筐体内で回転するモータＭと、モータＭで回転駆動されるロータ４と、ロータ４の構成要素であるロータ円筒部４２とベース３との間に設けられたステータ２０と、ステータ２０とベース３との間に設けられた断熱部材５０とを備える。そして、断熱部材５０は、円筒形状の円筒部５１、および円筒部５１の内周面に設けられた加工用被把持部である突部５２を有する。
断熱部材５０の内周面に設けた突部５２を加工治具９０で把持して、上端部５３の内周面（上部接触面）５４と、下端部５５の外周面（下部接触面）５６を機械加工することができる。加工対象部位である上端部５３や下端部５５を把持して機械加工する必要がなく、上端部５３と下端部５５を薄肉に仕上げても円筒部の形状が歪むことがない。

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。
（変形例１）
上述の説明では、断熱部材５０の円筒部５１の内周面に突部５２を設けた。しかし、図５に示すように、断熱部材５０Ａの円筒部５１の外周面に突部５２Ａを設けてもよい。図５は、本変形例に係る断熱部材５０Ａを円筒軸方向に沿って切断した模式的な斜視断面図である。
図６は、突部５２Ａを加工治具９０Ａで把持した状態を模式的に示す断面図である。図６に示すように、たとえば、円筒部５１の外側に加工治具９０を装着し、突部５２Ａの上面と下面とを加工治具９０Ａで挟持することで断熱部材５０Ａを加工治具９０Ａに取り付けることができる。加工機の切削工具を円筒部５１の内側に配置して、上部接触面５４を切削する。加工機の切削工具を円筒部５１の外側に配置して、下部接触面５６を切削する。

なお、断熱部材５０の円筒部５１の内周面に突部５２を設けるとともに、円筒部５１の外周面に図５に示すように突部５２Ａを設けてもよい。
２つの突部を設けることにより、一方側の突部だけでは内周面と外周面の機械加工が難しい場合に、内周側の突部を加工機で把持して内周面を機械加工し、外周側の突部を加工機で把持して外周面を機械加工することが可能となる。

（変形例２）
上述の説明では、断熱部材５０は、円筒形状を呈する一体物であった。しかし、図７に示すように、断熱部材５０は、円筒軸方向に沿って２つ以上に分割された複数の円筒部で構成してもよい。
図７は、本変形例に係る断熱部材５０Ｂを円筒軸方向に沿って切断した模式的な斜視断面図である。本変形例に係る断熱部材５０Ｂの円筒部５１Ｂは、たとえば３分割されており、上段の円筒部５１ａと、中段の円筒部５１ｂと、下段の円筒部５１ｃとを有する。上段の円筒部５１ａには機械加工を必要とする上部接触面５４が設けられ、下段の円筒部５１ｃには機械加工を必要とする下部接触面５６が設けられている。従って、上段の円筒部５１ａおよび下段の円筒部５１ｃにはそれぞれ突部５２が設けられている。中段の円筒部５１ｂには、上部接触面５４および下部接触面５６のように機械加工を必要とする部位が存在しないので、突部５２は省略している。
このように、断熱部材５０が円筒軸方向に沿って２つ以上に分割された複数の円筒部を有する場合、それぞれの円筒部には必要に応じて突部５２を設ければよい。
変形例２の分割構造の断熱部材５０Ｂは、ステータ長が長く、一つの断熱部材では上端側の内周面と下端側の外周面の機械加工が難しい場合に採用することできる。すなわち、第１円筒部５１ａの突部５２を加工治具で把持して機械加工を施し、第２円筒部５１ｃの突部５２を加工治具で把持して機械加工を施す。

（変形例３）
上述の説明では、突部５２は円筒部５１の周方向の全周にわたって設けられている。しかし、加工治具９０で把持できるのであれば、突部５２は円筒部５１の周方向の全周にわたってではなく、円筒部５１の周方向に沿って離散的に設けてもよい。
このように、突部５２を周方向に離散させて複数個設ける変形例３の断熱部材は、突部５２を周方向全長にわたり設けた断熱部材に比べて軽量化される。

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。
したがって、ターボポンプ段を設けず、ネジ溝ポンプ段のみを有する真空ポンプにも本発明を適用できる。

１：ポンプユニット
３：ベース
４：ポンプロータ
２０：ステータ
５０，５０Ａ，５０Ｂ：断熱部材
５１，５１Ｂ,５１ａ〜５１ｃ：円筒部
５２，５２Ａ：突部
１００：ターボ分子ポンプ

Claims

ポンプ筐体と、
前記ポンプ筐体内で回転するモータと、
前記モータで回転駆動されるロータと、
前記ロータと前記ポンプ筐体との間に設けられたステータと、
前記ステータと前記ポンプ筐体との間に設けられた断熱部材とを備え、
前記断熱部材は円筒形状の本体、および前記本体の内周面および外周面の少なくとも一方に設けられた加工用被把持部を有し、
前記円筒形状の本体は、上端部と、下端部とを含み、
前記上端部は、機械加工がなされており、前記ステータに接触しており、
前記下端部は、機械加工がなされており、前記ポンプ筐体に接触しており、
前記加工用被把持部は、前記上端部及び下端部を機械加工する際に、加工冶具を用いて把持するための突部を有し、軸方向において前記上端部と前記下端部との間の位置に設けられている、真空ポンプ。
ポンプ筐体と、
前記ポンプ筐体内で回転するモータと、
前記モータで回転駆動されるロータと、
前記ロータと前記ポンプ筐体との間に設けられたステータと、
前記ステータと前記ポンプ筐体との間に設けられた断熱部材とを備え、
前記断熱部材は円筒形状の本体、および前記本体の内周面および外周面の少なくとも一方に設けられた加工用被把持部を有し、
前記円筒形状の本体は、前記円筒形状の本体の内周面上部に設けられた上部接触面と、前記円筒形状の本体の外周面下部に設けられた下部接触面とを含み、
前記上部接触面は、機械加工がなされており、前記ステータの側面に接触しており、
前記下部接触面は、機械加工がなされており、前記ポンプ筐体の側面に接触しており、
前記加工用被把持部は、前記上部接触面および前記下部接触面を機械加工する際に加工治具で把持するための突部を有し、軸方向において前記上部接触面と前記下部接触面との間の位置に設けられている、真空ポンプ。
請求項１または２に記載の真空ポンプにおいて、
前記断熱部材は、前記本体の内周面および外周面に前記加工用被把持部をそれぞれ有する真空ポンプ。
請求項１から３のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
前記本体は、軸方向に分割された少なくとも第１円筒部および第２円筒部を有し、
前記第１および第２円筒部のそれぞれは、それらの内周面および外周面の少なくとも一方に前記加工用被把持部をそれぞれ有する真空ポンプ。
請求項１から４のいずれか一項に記載の真空ポンプにおいて、
前記断熱部材の円筒形状の本体の上下両端には、外周方向に延在するフランジが形成されていない真空ポンプ。