JPH08312581A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸受の過加熱を防止する冷却手段からの冷熱
の伝達により、ポンプ内の領域Ａにプロセスガスによる
反応生成物が付着・堆積するのを防止する。 【解決手段】 領域Ａ、即ちロータ７の下端７ｃを含む
内周７ａ・外周７ｂからそれらの対向面にかけての領域
を測温するセンサ２３と、軸受４、５を冷却する冷却手
段２２と、ベースに添設される加熱手段２１と、前記セ
ンサ２３からの検出値に基づいてそれが排気ガス中の物
質の固化温度以上であって且つ軸受４、５が保護される
温度に維持されるように加熱手段２１又は冷却手段２２
を制御する制御手段２４とを設け、冷却手段２２によっ
て軸受４、５を冷却することにより軸受４、５を焼損等
から保護すると共に、この冷却手段２２からの冷熱の伝
導によって領域Ａが固相温度以下に冷却されて反応生成
物が領域Ａに付着することを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプ内のロータ
の下端を含む内周／外周からそれらの対向面にかけての
領域にプロセスガスによる反応生成物が付着するのを防
止することができるターボ分子ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のターボ分子ポンプを示して
いる。筒状ケーシング１と、このケーシング１を支持す
るベース２と、前記ケーシング１内にあって前記ベース
２に固設されたモータハウジング３と、このモータハウ
ジング３内に装着した軸受たるベアリング４，５を介し
て支承されたシャフト６と、このシャフト６に一体回転
可能に固着され内周７ａに前記モータハウジング３を収
容してなるロータ７と、このロータ７の外周７ｂと前記
ケーシング１の内周１ａとの間に構成されたポンプ機構
たるタービン８と、前記ベース２の底部に取り付けられ
たオイルタンク９とを具備してなる。そして、吸気口１
０から吸い込んだガスをタービン８で圧縮し、排気口１
１に向かって強制排気し得るようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うな従来のターボ分子ポンプでは、プロセスガスを排気
する場合に、反応生成物がポンプ内に付着・堆積するこ
とを防止できず、シビアなクリアランスで設計され組み
込まれているロータにこうした反応生成物が付着・堆積
することによる固体接触や破損、故障、さらにはその修
理に伴うメンテナンスや稼働効率の低下等、多くの不都
合を引き起こしてしまう。同様にモータハウジングの外
面への反応生成物の付着・堆積もメンテナンス等不都合
が多い。

【０００４】具体的に説明すると、ターボ分子ポンプで
はベアリング４，５の冷却のために水冷パイプ１２ａを
半田等によって埋設した冷却金具１２がベース２及びオ
イルタンク９に密着させて配設してある。これによりベ
ース２を直接冷却して下部ベアリング５を冷却すると共
に、オイルタンク９内のオイルを冷却し、これをノズル
６ａにより吸い上げてシャフト６に沿って下部ベアリン
グ５と上部ベアリング４に供給しこれを冷却するように
している。

【０００５】しかしながら、図示の如くベース２にはケ
ーシング１の内周１ａをなすスペーサ１ｂやモータハウ
ジング３等が金属接触させてあり、しかもこれらは通
常、熱伝導率の良好なアルミ合金で作られているため、
ベース２に伝わる冷熱の多くはこれらの部位にも伝達さ
れ、その後輻射によってロータ下端７ａ乃至ロータ外周
７ｂにも伝達されて、即ち打点図示領域Ａに蓄冷され易
く、従ってこの領域Ａがポンプ運転時に比較的低い温度
に保たれることが多くなる。然してこのポンプを例えば
半導体デバイスのアルミニウムドライエッチング等を行
う半導体製造装置に適用すると、この種の装置ではエッ
チングに必要な若干量の塩素系プロセスガス（ＣＣｌ4
，ＢＣｌ3 ，Ｃｌ2 等）を処理室内に定常的に流しな
がら処理を行うため、アルミニウムをエッチングした際
に生じる反応生成物（塩化アルミニウム：ＡｌＣｌ3
等）が未反応プロセスガスと共にポンプ内に流れ込んで
くる。かかるＡｌＣｌ3 等は、図６の蒸気圧曲線に示す
ように圧力に応じてある温度以上で気相となりその温度
以下で固相となる性質があり、前述した領域Ａの温度は
通常の使用条件でＡｌＣｌ3 等の固相温度以下に下がる
ことが多いことから、このＡｌＣｌ3 等が領域Ａを通過
する間に冷却され、図５に示すごとく固体状となって領
域Ａに付着することになる。実用レベルにおいて一定の
使用期間内に３〜４mmにまで堆積することも少なくな
い。

【０００６】このため、ターボ分子ポンプをかかるＡｌ
Ｃｌ3 やこれと同様の現象を生じるプロセスガスの排気
に用いると、通常の場合に比べてより頻繁な分解清掃作
業が必要となり、メンテナンス上と稼働効率上とにおい
て大きな不都合を強いられることになる。また、特にロ
ータ外周７ｂとケーシング内周１ａとの間では、１mm前
後の極少間隔にシビアに保たれているため、堆積した反
応生成物により両者が固体接触し易く、ポンプ自体の損
傷又は破損を招いてしまう。

【０００７】このような不都合は、ベアリングを採用す
るものに限らず、例えば磁気軸受を採用するもの等であ
っても、発熱要因が小さくポンプ運転時に領域Ａの温度
が反応生成物に対して固相温度以下になるものに共通し
た課題となっている。また、磁気軸受を採用したターボ
分子ポンプにおいても、ガスと翼との摩擦熱やガス負荷
の増大によるモータ発熱などの発熱要因が大きいもので
は、やはりボールベアリング方式と同様に軸受保護の見
地からその冷却手段が設けられ、反応生成物の付着問題
を生じている。

【０００８】本発明はこのような課題を提起してなされ
たものであって、領域Ａの位置への反応生成物の付着を
有効に防止し、且つ軸受の昇温を防止して適性な機能を
保障することにより、ターボ分子ポンプの信頼性、耐久
性、メンテナンス性等を良好なものとすることを目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るターボ分子ポンプでは、その一般的な
構成よりなるものにおいて、領域Ａ、即ちロータの下端
を含む内周・外周からそれらの対向面にかけての領域を
加熱する加熱手段と、この加熱手段による軸受への影響
を無くすために軸受を冷却する冷却手段とを設けたこと
を特徴とする。

【００１０】なお、これらの加熱手段と冷却手段とを効
果的に使用するためには、領域Ａの温度を検出するセン
サと、このセンサの検出値に基づいてそれが目標値に保
持されるように前記冷却手段又は前記加熱手段の少なく
とも一方を制御する制御手段を設けることが望ましい。

【００１１】このような構成によれば、加熱手段によっ
て領域Ａを固相温度以上に加熱することにより反応生成
物が領域Ａに付着することを防止することができると共
に、冷却手段によって軸受を冷却することにより軸受を
焼損等から保護することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。なお、図５と共通する部分には同一符号
を付し、その説明を省略する。

【００１３】図１に本発明に係るターボ分子ポンプの実
施例を示す。これは、図５の構成において、ベース２に
添設していた冷却金具１２及び水冷パイプ１２ａを除去
し、代わりにベースに添設される加熱手段２１と、オイ
ルタンク９に埋設される冷却手段２２と、領域Ａの温度
を測定するための温度センサ２３と、温度センサ２３か
らの信号に基づいて領域Ａを所定の温度に設定するため
の制御手段２４とを設けてなる。

【００１４】加熱手段２１は、オイルタンク９との直接
の接触を避けてベース２底部に密着させたヒータ（例え
ばシーズヒータ）である。このヒータ２１が発熱する
と、先ずベース２が加熱し、これが該ベース２に金属接
触させてある熱伝導率の良好なモータハウジング３及び
スペーサ１ｂに伝達され、さらに輻射によってロータ７
の下端７ｃを含む内周７ａ並びに外周７ｂに熱伝達さ
れ、結果として領域Ａ全体がほぼ均一に加熱されるよう
に構成されている。

【００１５】冷却手段２２は、オイルタンク９の底壁下
面に密着させた冷却板２２ａと、この冷却板２２ａに凹
設した溝２２ｂと、この溝２２ｂ内に半田等を流し込ん
で埋設固定した螺旋状の水冷パイプ２２ｃとからなり、
水冷パイプ２２ｃに接続した配管２２ｄ及びこの配管２
２ｄに介設した電磁バルブ２２ｅを通じて外部から所要
流量の冷却水を導入すると、オイルタンク９内に充填さ
れているオイルが冷却され、これが強制循環によって上
下両ベアリング４，５に供給された際に潤滑と冷却効果
の双方をもたらす。

【００１６】センサ２３は、ベース２の肉厚内であって
領域Ａの直下位置に側方から挿入した測温抵抗器であ
る。この測温抵抗器２３は、領域Ａの温度を電気信号に
変換して取り出すことができるようになっている。

【００１７】制御手段２４は、前記測温抵抗器２３の検
出値ａに基づいてそれが予め設定した目標値ｂに保持さ
れるように前記電磁バルブ２２ｅ又は前記ヒータ２１の
うち少なくとも一方を制御する信号ｃ，ｄを出力するよ
うに構成されている。即ち、この制御手段２４はマイク
ロコンピュータやシーケンサ等を構成要素とした比較出
力機能を有するものであり、例えば目標値ｂとして６０
℃が入力されると、前記測温抵抗器２３から入力される
検出値ａがこの６０℃を下回るときに前記ヒータ２１を
作動させ、６０℃を上回るときに前記電磁バルブ２２ｅ
を作動させることで、領域Ａの温度を６０℃に収束させ
ようとするものである。その際の制御は、電磁バルブ２
２ｅに対しては通常のＯＮ，ＯＦＦ制御により、ヒータ
２１に対してはこのＯＮ，ＯＦＦ制御の他、行き過ぎを
無くすためにＰＩＤ制御（比例、積分、微分の各補償要
素からなる直列補償制御）によることも有効となる。

【００１８】このような構成によれば、領域Ａは反応生
成物の固相温度以上に保たれて、反応生成物が固体状と
なって領域Ａに付着・堆積することが防止もしくは軽減
される。同時にベアリング４，５は冷却手段２２によっ
て前記熱的影響が阻止され、焼損等から有効に保護され
る。特に、この実施例ではヒータ２１と冷却手段２２と
を制御手段２４によって制御可能としているので、領域
Ａの温度管理を迅速且つ適切に行うと同時に、設定可能
温度範囲も広い。

【００１９】上述した本発明の構成の内、加熱手段（ヒ
ータ、温水等）はベース又はケーシング外周面又はロー
タハウジング外周面の部位に少なくとも１ケ所に付設さ
れていれば良い。ベース２に付設したものが図１の構成
例や図２の想像線で示す構成例であり、ケーシング外周
面に付設したものが図３の構成例であり、ロータハウジ
ング外周面に付設したものが図２の実線構成例である。

【００２０】冷却手段（冷却水、空冷ファン等）は、ベ
アリングを熱的影響から保護できる位置であれば特に制
限はない。例えば、図４ではラジアル磁気軸受５１，５
２を用い、ベース５４の底板部にヒータ５５を配設して
領域Ａを加熱すると共に、このヒータ５５の内周に水冷
パイプ５６を巻回して磁気軸受５１，５２を冷却するよ
うにしている。なお、水冷パイプ５６の代わりに底板５
７にこれを冷却するウォータージャケット５８を穿設し
ても良い。このウォータージャケット５８の入口、出口
にねじをきって、外部の冷却水管を簡単に縲着できるよ
うにすることがさらに望ましい。

【００２１】また、本発明が対象とするターボ分子ポン
プは必ずしも軸受がベアリングであるものに限定され
ず、同様の問題を抱える他のターボ分子ポンプにも適用
可能である。さらに、加熱手段に温水を用いたり、冷却
手段に空冷ファンを用いたり、センサに熱電対など他の
種類のものを使用したり、ポンプ機構にねじロータを採
用するなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
が可能である。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係るターボ分子ポンプは、以上
のような構成であるから、領域への反応生成物の付着を
有効に防止し、且つ軸受の適性な機能を保護することを
通じて、ターボ分子ポンプの信頼性、耐久性、メンテナ
ンス性等を有効に向上させることができる。特に、領域
Ａにおける温度を最適値にコントロールするようにした
場合には、これらの一層顕著な効果を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図５】従来のターボ分子ポンプの構成例を示す断面図
である。

【図６】ＡｌＣｌ3 の蒸気圧線図。

【符号の説明】

１ … ケーシング １ａ… ケーシング内周 ２ … ベース ３ … モータハウジング ４，５…軸受（ベアリング） ７ … ロータ ７ａ …ロータ内周 ７ｂ …ロータ外周 ７ｃ …ロータ下端 ２１，３１，４１，５５ …加熱手段（ヒータ） ２２，３２，４２，５８ …冷却手段 ５１，５２ …磁気軸受 Ａ …領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングと、このケーシングを支持す
   るベースと、前記ケーシング内にあって前記ベースに固
   設されたモータハウジングと、このモータハウジング内
   に装着した軸受を介して支承されたシャフトと、このシ
   ャフトに一体回転可能に固着され内周に前記モータハウ
   ジングを収容してなるロータと、このロータの外周と前
   記ケーシングの内周との間に構成されたポンプ機構とを
   具備してなるターボ分子ポンプにおいて、前記ロータの
   下端を含む内周／外周からそれらの対向面にかけての領
   域を加熱するためにベース又はケーシング外周面又はロ
   ータハウジング外周面の少なくとも１ケ所に付設される
   加熱手段と、軸受を冷却するための冷却手段とを設けた
   ことを特徴とするターボ分子ポンプ。