JPWO2008096622A1 - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

ポンプ本体と制御装置を一体化した真空ポンプにおける、ポンプの分解時の作業性をより向上させることを目的とする。ベース３には、ターボ分子ポンプ１の電気部品の接続配線などの内部配線を引き出し、制御装置３０に接続するためのコネクタ２３が設けられている。コネクタ２３は、修理や点検時などにターボ分子ポンプ１を分解する際の作業性を考慮して、ベース３の開口部よりも外側の領域、詳しくは、裏蓋２２の配設領域の外側に設けられている。このように、コネクタ２３が裏蓋２２に設けられないため、即ち、内部配線が裏蓋２２に接続されないため、裏蓋２２を外す作業を容易に行うことができる。また、パージガス流路２５の一部を、電気部品の接続配線の配設部と兼用させる。これにより、電気部品の接続配線を引き回すための穴の数を低減させることができ、穴を形成する工程の作業負荷を軽減することができる。

Description

本発明は、真空ポンプに関し、例えば、真空容器の排気処理を行う真空ポンプに関する。

ターボ分子ポンプやねじ溝式ポンプなどの真空ポンプは、例えば、半導体製造装置の排気や、電子顕微鏡などの高真空を要する真空容器に多用されている。
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（中空部）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。

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、放射状にかつ多段に配設されたロータ翼が設けられている。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が多段に配設されている。
ターボ分子ポンプには、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。
このように構成されたポンプ本体は、制御装置（コントロールユニット）によって各種動作が制御されている。

上述したようなポンプ本体と制御装置は、専用ケーブルを介して接続されている。この専用ケーブルは、多くの信号配線や電力供給配線を束ねた太いものであるため、ケーブルの引き回しを容易に行うことができなかった。
また、ポンプ本体と制御装置とが互いに遠く離れた場所に配置される環境においては、必然的に専用ケーブルも長くなるため、ケーブルを通過する間に信号が減衰してしまうおそれがあった。
従来、このような専用ケーブルに起因する不具合を解消するために、専用ケーブルを用いずにポンプ本体と制御装置を接続する技術、即ち、ポンプ本体と制御装置を一体化する技術が下記の特許文献１に提案されている。
特開平１１−１７３２９３号公報

特許文献１に記載されているポンプ本体と制御装置を一体化したターボ分子ポンプ装置では、ポンプ本体から配線を引き出すためのコネクタが、ベース底面（底部）の中央部に設けられている。
ベース底面の中央部には、モータや磁気軸受などの電気部品を収納する収納部の開口部を塞ぐための裏蓋が設けられている。つまり、特許文献１に記載のターボ分子ポンプ装置では、この裏蓋にコネクタが設けられている。
しかしながら、このようにコネクタが裏蓋に設けられている場合、配線が裏蓋と繋がっているため、修理や点検時にポンプを分解する際の作業性が低下してしまう。

そこで本発明は、ポンプ本体と制御装置を一体化した真空ポンプにおける、ポンプの分解時の作業性をより向上させることを目的とする。

請求項１記載の発明では、吸気口から排気口まで気体を移送する気体移送機構を内包するポンプ本体と、前記ポンプ本体に装着される制御装置と、を備えた真空ポンプであって、前記ポンプ本体は、前記制御装置と対向する領域に開口部を有し、電気部品が配設された電気部品収納部と、前記電気部品収納部の開口部を覆うカバーと、前記カバーの配設領域の外側であり、かつ、前記制御装置と対向する部位に設けられた、前記電気部品の配線を前記制御装置に接続するコネクタと、を備えることにより前記目的を達成する。
なお、請求項１では、例えば、モータ、磁気軸受、センサ等が電気部品（電装部品）に相当する。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の真空ポンプにおいて、前記電気部品収納部へパージガスを供給する、前記電気部品収納部から前記ポンプ本体の外装体の周壁まで貫通して形成されたガス供給路を備え、前記電気部品の配線は、少なくとも前記ガス供給路の一部に配設されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項２記載の真空ポンプにおいて、開口端部に前記コネクタが配設された、前記ガス供給路と連通する連通穴を備え、前記電気部品の配線は、前記連通穴、及び、少なくとも前記ガス供給路の一部に渡って配設されていることを特徴とする。

本発明によれば、カバーの配設領域の外側にコネクタを設けることにより、配線がカバーに接続されないため、ポンプの分解時にカバーを外す際の作業性を向上させることができる。

本実施形態に係るターボ分子ポンプの概略構成を示した図である。 電気部品の配線の配設状態を示した図である。

符号の説明

１ ターボ分子ポンプ
２ ケーシング
３ ベース
４ ロータ部
５ 吸気口
６ 排気口
７ シャフト
８ ロータ翼
９ 円筒部材
１０ ボルト
１１ モータ部
１２〜１４ 磁気軸受部
１５〜１７ 変位センサ
１８ ステータ翼
１９ ねじ溝スペーサ
２０ スペーサ
２１ ステータコラム
２２ 裏蓋
２３ コネクタ
２４ パージポート
２５ パージガス流路
２６ 連通穴
３０ 制御装置
３１ コネクタ

以下、本発明の好適な実施の形態について、図１及び図２を参照して詳細に説明する。本実施の形態では、真空ポンプの一例としてターボ分子ポンプを用いて説明する。
図１は、本実施形態に係るターボ分子ポンプ１の概略構成を示した図である。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。
本実施形態では、ターボ分子ポンプの一例としてターボ分子ポンプ部Ｔとねじ溝式ポンプ部Ｓを備えた、いわゆる複合翼タイプの分子ポンプを例にとり説明する。
なお、ターボ分子ポンプ１には、高速回転するロータ部と、固定したステータ部との排気作用により、排気機能を発揮する真空ポンプであって、ターボ分子ポンプ、ねじ溝式ポンプ、あるいはこれら両方の構造を合わせ持ったポンプなどがある。

ターボ分子ポンプ１を構成する各部について説明する。
ケーシング２は、円筒形状（中空円柱状）であり、開口部を有する円形のベース３と共にターボ分子ポンプ１の外装体を構成する。ケーシング２における一方の開口端は、ターボ分子ポンプ１の吸気口５を構成し、他方の開口端にベース３が設けられている。
このケーシング２（外装体）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つまり気体移送機構が収納されている。
これら排気機能を発揮する構造物は、大きく分けて回転自在に軸支されたロータ部４とケーシング２に対して固定されたステータ部から構成されている。
また、吸気口５側がターボ分子ポンプ部Ｔにより構成され、排気口６側がねじ溝式ポンプ部Ｓから構成されている。

ロータ部４には、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ロータ部４から放射状に伸びたブレードからなるロータ翼８が吸気口５側（ターボ分子ポンプ部Ｔ）に設けられている。なお、ロータ部４は、ステンレスやアルミニウム合金などの金属により構成されている。
さらに、ロータ部４には、外周面が円筒形状をした部材からなる円筒部材９が排気口６側（ねじ溝式ポンプ部Ｓ）に設けられている。
また、ターボ分子ポンプ１には、ロータ翼８が軸線方向に複数段形成されている。

シャフト７は、円柱部材の回転軸（ロータ軸）である。シャフト７の上端にはロータ部４が複数のボルト１０により取り付けられている。
シャフト７の軸線方向中程には、シャフト７を回転させるモータ部１１が配設されている。
モータ部１１の吸気口５側及び排気口６側には、シャフト７をラジアル方向に軸支するための磁気軸受部１２及び磁気軸受部１３が設けられている。
シャフト７の下端には、シャフト７を軸線方向（スラスト方向）に軸支するための磁気軸受部１４が設けられている。
シャフト７は、磁気軸受部１２、１３、１４から構成される５軸制御型の磁気軸受によって非接触で支持されている。
また、磁気軸受部１２、１３の近傍には、それぞれ変位センサ１５、１６が形成されており、シャフト７のラジアル方向の変位が検出できるようになっている。さらに、シャフト７の下端には変位センサ１７が形成されており、シャフト７の軸線方向の変位が検出できるようになっている。
後述する制御装置３０は、変位センサ１５〜１７によってシャフト７の変位を検出すると、磁気軸受部１２〜１４における各電磁石の磁力を調節して、シャフト７を所定の位置へ戻すように動作する。

ケーシング２の内周側には、ステータ部が形成されている。このステータ部は、吸気口５側（ターボ分子ポンプ部Ｔ）に設けられたステータ翼１８と、排気口６側（ねじ溝式ポンプ部Ｓ）に設けられたねじ溝スペーサ１９などから構成されている。
ステータ翼１８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ケーシング２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。ターボ分子ポンプ部Ｔでは、これらステータ翼１８が軸線方向に、ロータ翼８と互い違いに複数段形成されている。各段のステータ翼１８は、円筒形状をしたスペーサ２０により互いに隔てられている。

ねじ溝スペーサ１９は、内周面にらせん溝が形成された円柱部材である。ねじ溝スペーサ１９の内周面は、所定のクリアランス（間隙）を隔てて円筒部材９の外周面に対面するようになっている。ねじ溝スペーサ１９に形成されたらせん溝の方向は、らせん溝内をロータ部４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。らせん溝の深さは排気口６に近づくにつれ浅くなるようになっている。そして、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。
これらステータ部はステンレスやアルミニウム合金などの金属を用いて構成されている。
なお、ロータ部４、ロータ翼８、円筒部材９、ステータ翼１８、スペーサ２０、ベース３などの吸気口５から取り込まれる気体の流路が形成される領域には、耐蝕処理が施されている。

ベース３の中央部、即ち、ベース３の内周縁には、ロータの回転軸線と同心に円筒形状を有するステータコラム（モータハウジング）２１が取り付けられている。
図１に示すように、モータ部１１、磁気軸受部１２〜１４、及び変位センサ１５〜１７などの電気部品（電装部品）は、ステータコラム２１及びベース３の内部（中空部）に格納（収納）されている。
なお、これらの電気部品が配設される領域、即ち、ステータコラム２１及びベース３の内部は、電気部品収納部として機能する。
ベース３の底部（ステータコラム２１の開口部）には、ベース３の開口部、即ち、電気部品収納部の開口部を覆うように裏蓋（カバー）２２が取り付けられている。

また、ベース３には、ターボ分子ポンプ１の電気部品の接続配線などの内部配線を引き出し、後述する制御装置３０に接続するためのコネクタ２３が設けられている。
このコネクタ２３は、修理や点検時などにターボ分子ポンプ１を分解する際の作業性を考慮して、ベース３の開口部よりも外側の領域、詳しくは、裏蓋２２の配設領域の外側に設けられている。
このように本実施形態では、コネクタ２３が裏蓋２２に設けられないため、即ち、内部配線が裏蓋２２に接続されないため、裏蓋２２を外す作業を容易に行うことができる。

なお、上述したケーシング２、ベース３及び裏蓋２２を外装体とする領域（部分）、即ち、気体移送機構が構成されている部分をポンプ本体とする。
本実施の形態に係るターボ分子ポンプ１には、このポンプ本体を制御するための制御装置３０がポンプ本体に装着されている。つまり、ターボ分子ポンプ１は、ポンプ本体と制御装置３０が一体化されている。
制御装置３０は、ポンプ本体における各種動作を制御する制御回路を備えたコントロールユニットを構成する。
制御装置３０は、ベース３の底部（ステータコラム２１の開口部）、即ち裏蓋２２と対向する領域に配設（装着）されている。

制御装置３０には、ポンプ本体に設けられているコネクタ２３と対になるコネクタ３１が設けられている。制御装置３０に設けられている制御回路は、コネクタ２３とコネクタ３１とを接合（結合）させることによって、ポンプ本体の電気部品と電気的に接続されるように構成されている。
このように本実施形態では、ポンプ本体と制御装置３０との間における電気的接続を、コネクタ２３とコネクタ３１とを結合することにより行うように構成されている。そのため、ポンプ本体と制御装置３０とを接続する専用ケーブルを用いることなく、制御装置３０は、モータ部１１や磁気軸受部１２〜１４、変位センサ１５〜１７の駆動信号や電力をポンプ本体へ供給したり、ポンプ本体から各種信号などを受信したりすることができる。

また、ターボ分子ポンプ１におけるポンプ本体には、ベース３の外周面にパージポート２４が設けられている。
パージポート２４は、パージガス流路２５を介してベース３の内部領域、即ち、電気部品収納部と連通している。
パージガス流路２５は、ベース３の外周壁面から内周壁面まで径方向に沿って貫通して形成された貫通横孔であり、パージポート２４から供給（導入）されるパージガスを、電気部品収納部へ送り込むパージガスの供給路として機能する。
なお、図示されていないが、パージポート２４の他端は、パージガスをパージポート２４へ供給するガス供給装置に接続されている。

ここで、パージポート２４から導入されるパージガスの機能について説明する。
ターボ分子ポンプ１を用いて、半導体製造装置が設けられた真空容器、例えばエッチング装置や化学気相成長装置（ＣＶＤ）における真空容器の排気を行う際に、真空容器から排気する気体にプロセスガスとして用いられた腐食性ガスが含まれる場合がある。
このような腐食性ガスが吸気口５からターボ分子ポンプ１の内部に取り込まれると、そのガスによって、ターボ分子ポンプ１の内部における、耐蝕処理が施されていない電気部品（電装品）、保護ベアリング、シャフト７などが腐食されてしまう。
そこで、パージポート２４からパージガス、例えば窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを電気部品収納部に供給することにより、電気部品を腐食性ガスから保護するように構成されている。

パージポート２４から導入されたパージガスは、パージガス流路２５を介して電気部品収納部、即ちステータコラム２１の内部へ供給される。電気部品収納部は、パージガスで満たされることにより、吸気口５から取り込まれた腐食性ガスの浸入を抑制することができる。
なお、電気部品収納部に供給されたパージガスは、変位センサ１５の配設部を通過した後、ステータコラム２１の吸気口５側の開口部からステータコラム２１の外部へ流出する。そして、パージガスは、ステータコラム２１の外周壁とロータ部４との間の空隙を介して排気口６まで送られ、吸気口５から取り込まれた気体と共にターボ分子ポンプ１から排出される。

ターボ分子ポンプ１のベース３には、開口端部にコネクタ２３が配設され、パージガス流路２５と連通する連通穴２６が形成されている。
連通穴２６は、ベース３の底面（制御装置３０との対向面）から軸方向に沿って形成された穴であり、その先端近傍において垂直にパージガス流路２５と交わって（連通して）いる。
連通穴２６におけるベース３の底面に形成された開口部は、コネクタ２３によって密閉されている。

図２は、電気部品の配線の配設状態を示した図である。
図２において、破線（点線）は、ターボ分子ポンプ１における電気部品（モータ部１１、磁気軸受部１２〜１４、及び変位センサ１５〜１７など）と制御装置３０とを電気的に接続するための配線を示し、矢印は、パージポート２４から供給されるパージガスの流れを示す。
なお、図中では、簡略化のため電気部品の配線を４本の破線で示しているが、実際のターボ分子ポンプ１においては、約４０〜５０本の配線が設けられている。
図２に示すように、ターボ分子ポンプ１における電気部品の接続配線は、ベース３の中空部、即ち電気部品収納部から、パージガス流路２５及び連通穴２６を介してコネクタ２３まで引き出されている。
また、図２に示すように、パージポート２４から供給されたパージガスは、パージガス流路２５を介してベース３の中空部、即ち電気部品収納部まで送り込まれる。
つまり、本実施の形態では、パージガス流路２５の一部、詳しくは、パージガス流路２５における連通穴２６との結合部よりパージガスの流れの下流側の領域、即ち、パージガス流路２５における連通穴２６との結合部からベース３の内側（軸中心側）の領域を、電気部品の接続配線の配設部と兼用させている。

ここで、例えば、ベース３の底部に設けられたコネクタ２３から電気部品収納部まで電気部品の接続配線を引き回すための独立した連通孔を設ける場合について考える。この場合、ターボ分子ポンプ１の構造上、外装体（ケーシング２やベース３など）の外周面からドリル等の工具を挿入して形成される径方向に沿って延びる横穴と、この横穴と連通するように、ベース３の底面から工具を挿入して形成される縦穴が必要となる。
縦穴の開口端は、コネクタ２３によって密閉することができるものの、一方の横穴の外装体に形成された開口部には、この開口部を密閉する構造が新たに必要となる。

しかしながら、本実施形態では、上述したように、パージガス流路２５を電気部品の接続配線の配設部と兼用することにより、新たに横穴を設けることなく、電気部品の接続配線をコネクタ２３と繋げることができる。
このように本実施形態によれば、電気部品の接続配線を引き回すための穴の数を低減させることができるため、穴を形成（加工）する工程の作業負荷を軽減することができる。これによりターボ分子ポンプ１の製作（製造）コストの低減を図ることができる。
また、パージガス流路２５に配設された配線の腐食を防止することができる。

Claims (3)

1. 吸気口から排気口まで気体を移送する気体移送機構を内包するポンプ本体と、前記ポンプ本体に装着される制御装置と、を備えた真空ポンプであって、
   前記ポンプ本体は、
   前記制御装置と対向する領域に開口部を有し、電気部品が配設された電気部品収納部と、
   前記電気部品収納部の開口部を覆うカバーと、
   前記カバーの配設領域の外側であり、かつ、前記制御装置と対向する部位に設けられた、前記電気部品の配線を前記制御装置に接続するコネクタと、を備えたことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記電気部品収納部へパージガスを供給する、前記電気部品収納部から前記ポンプ本体の外装体の周壁まで貫通して形成されたガス供給路を備え、
   前記電気部品の配線は、少なくとも前記ガス供給路の一部に配設されていることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
3. 開口端部に前記コネクタが配設された、前記ガス供給路と連通する連通穴を備え、
   前記電気部品の配線は、前記連通穴、及び、少なくとも前記ガス供給路の一部に渡って配設されていることを特徴とする請求項２記載の真空ポンプ。

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