KR20210113182A

KR20210113182A - 진공 펌프

Info

Publication number: KR20210113182A
Application number: KR1020217018577A
Authority: KR
Inventors: 다카시 가바사와
Original assignee: 에드워즈 가부시키가이샤
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2021-09-15
Also published as: WO2020145149A1; EP3910201A1; CN113195900A; EP3910201A4; US20220074407A1; JP7292881B2; JP2020112079A; US11808272B2

Abstract

[과제] 회전체의 과열을 방지함으로써, 회전체의 파손을 방지함과 더불어, 다량의 가스를 연속하여 배기할 수 있는 진공 펌프를 제공한다.
[해결 수단] 로터축(113)의 회전에 수반하여, 나사 홈(9)과 로터축(113)의 하단 벽부 사이에 형성된 나사 홈 펌프의 작용에 의해, 나사 홈(9)의 상단과 하단 사이에서 액체의 압력차가 발생한다. 이것에 의해, 바닥부 공간(1)의 액체가 빨아올려진다. 빨아올려진 액체는 중공 구멍(11)을 지나, 연통 구멍(19)을 통해서 로터축(113)의 외부로 방출된다. 이 방출된 액체는 회전체(103)의 허브(99)의 내측을 지나 연장 부재(95)에 이른다. 연장 부재(95)의 하단에 들어간 액체는 돌기부(83)로부터 액적으로서 경방향으로 털어내어진다. 이 액적은 격벽(93)으로 받아진다. 격벽(93)의 상부에는 돌기부(91)가 존재하기 때문에 액적은 격벽(93)을 넘을 수 없다. 고인 액체는 연통 구멍(85)을 낙하하여 바닥부 공간(1)으로 되돌려진다. 순환된 액체는 거의 줄어드는 일이 없이 재생 이용이 가능하다.

Description

진공 펌프

본 발명은, 진공 펌프에 관한 것이고, 특히 회전체의 과열을 방지함으로써, 회전체의 파손을 방지함과 더불어, 다량의 가스를 연속하여 배기할 수 있는 진공 펌프에 관한 것이다.

근래의 일렉트로닉스의 발전에 수반하여, 메모리나 집적 회로 등과 같은 반도체의 수요가 급격하게 증대하고 있다.

이들 반도체는, 극히 순도가 높은 반도체 기판에 불순물을 도프하여 전기적 성질을 부여하거나, 에칭에 의해 반도체 기판 상에 미세한 회로를 형성하여 제조된다.

그리고, 이들 작업은 공기 중의 먼지 등에 의한 영향을 피하기 위해 고진공 상태의 챔버 내에서 행해질 필요가 있다. 이 챔버의 배기에는, 일반적으로 진공 펌프가 이용되고 있는데, 특히 잔류 가스가 적고, 보수가 용이하다 등의 점에서 진공 펌프 중 하나인 터보 분자 펌프가 다용되고 있다.

또, 반도체의 제조 공정에서는, 다양한 프로세스 가스를 반도체의 기판에 작용시키는 공정이 많이 있으며, 터보 분자 펌프는 챔버 내를 진공으로 할 뿐만 아니라, 이들 프로세스 가스를 챔버 내로부터 배기하는 데에도 사용된다.

그런데, 프로세스 가스는, 반응성을 높이기 위해 고온의 상태로 챔버에 도입되는 경우가 있다.

그리고, 이들 프로세스 가스는, 배기될 때에 냉각되어 어느 온도가 되면 고체가 되어 배기계에 생성물을 석출하는 경우가 있다. 그리고, 이런 종류의 프로세스 가스가 터보 분자 펌프 내에서 저온이 되어 고체형이 되고, 터보 분자 펌프 내부에 부착되어 퇴적하는 경우가 있다.

터보 분자 펌프 내부에 프로세스 가스의 석출물이 퇴적되면, 이 퇴적물이 펌프 유로를 좁혀, 터보 분자 펌프의 성능을 저하시키는 원인이 된다.

이 문제를 해결하기 위해서, 종래에는 터보 분자 펌프의 베이스부 등의 외주에 히터나 환형의 수랭관을 감아 붙이고, 또한 예를 들어 베이스부 등에 온도 센서를 매설하여, 이 온도 센서의 신호에 의거하여 베이스부의 온도를 일정한 범위의 고온으로 유지하도록 히터의 가열이나 수랭관에 의한 냉각의 제어가 행해지고 있다.

이 제어 온도는 높은 편이 생성물이 퇴적되기 어렵기 때문에, 이 온도는 가능한 한 높게 하는 것이 바람직하다.

한편, 이와 같이 베이스부를 고온으로 했을 때에는, 회전 날개는, 배기 부하의 변동이나 주위 온도가 고온으로 변화한 경우 등에는 한계 온도를 초과할 우려가 있다.

이 점, 예를 들어, 볼 베어링식 진공 펌프에서는, 베어링 부분에서 회전체와 고정 부분이 접촉하고 있기 때문에, 그 점으로부터 방열을 기대할 수 있다.

그러나, 자기 베어링식 진공 펌프에서는, 자력에 의해 비접촉으로 회전체를 지지하기 때문에, 방열이 불가능하다. 이로 인해, 프로세스 가스의 압축에 수반하여 회전체에서 발생하는 압축열이나, 프로세스 가스가 회전체와 접촉 또는 충돌할 때에 발생하는 마찰열이나, 모터에서 발생한 열의 방열이 과제가 된다.

이 문제에 대해 종래에는, 회전 날개 및 고정 날개에 높은 방사율의 코팅을 도포하여, 방사 전열을 촉진하도록 하고 있다(특허문헌 1을 참조). 혹은, 회전 날개의 내주면과 스테이터의 외주면 사이에 간극을 저감하는 스페이서를 설치하여, 가스를 통한 방열을 촉진하도록 하고 있다(특허문헌 2를 참조).

일본국 특허공개 2005-320905호 공보 일본국 특허공개 2003-184785호 공보

그러나, 상기 서술한 특허문헌 1의 방사 전열이나, 특허문헌 2의 가스를 통한 방열만으로는, 충분한 방열량을 확보하는 것이 어렵다. 그래서, 종래에는 회전체의 오버 히트에 의한 파손을 막기 위해, 펌프로 배기하는 가스의 유량을 제한할 필요가 있었다. 그로 인해, 펌프가 본래 갖고 있는 능력을 충분히 발휘할 수 없었다.

특히, 근래에는, 상기 서술한 바와 같이 펌프 내로의 반응 생성물의 퇴적 방지 대책을 위해, 펌프의 유로가 되는 주변 부품을 보온하게 되어 있으며, 회전체로부터 주변 부품으로의 방열이 점점 어려워지고 있다.

본 발명은 이러한 종래의 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 회전체의 과열을 방지함으로써, 회전체의 파손을 방지함과 더불어, 다량의 가스를 연속하여 배기할 수 있는 진공 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이로 인해 본 발명(청구항 1)은, 회전 날개와, 당해 회전 날개에 고정되고, 축단(軸端)과 축 외주부가 연통된 연통로를 갖는 로터축과, 당해 로터축을 공중에 부상 지지하는 자기 베어링과, 상기 로터축을 회전 구동하는 회전 구동 수단과, 액체가 저류된 액체 저류부와, 상기 회전 구동 수단에 의한 회전 구동에 수반하여 상기 액체 저류부에 저류된 상기 액체를 상기 연통로를 통해서 상기 축 외주부로부터 송출하는 액체 수송 기구를 구비하여 구성했다.

액체 저류부에는 액체가 저류되어 있다. 회전 구동 수단에 의해 로터축이 회전 구동된다. 이에 수반하여, 액체 수송 기구는 액체 저류부에 저류된 액체를 연통로를 통해서 축 외주부로부터 송출한다. 송출된 액체는 로터축이나 회전 날개를 흐른다.

이것에 의해, 펌프의 운전시에 발생하는 압축열이나 마찰열이 액체로 제거되기 때문에, 회전 날개가 오버 히트하여, 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또, 다량의 가스를 연속 배기할 수 있게 되기 때문에, 반도체 제조 장치나, 플랫 패널의 제조 장치의 대기 시간이 경감되어, 생산량이 증가한다.

또, 본 발명(청구항 2)은, 상기 액체 수송 기구가, 상기 로터축의 상기 축단의 상기 연통로에 대해 삽입된 삽입 부재와, 상기 로터축의 상기 축단 둘레의 둘레벽과 상기 삽입 부재 중 어느 한쪽에 형성된 나선형의 홈을 구비하여 구성했다.

로터축의 축단 둘레의 둘레벽과 삽입 부재 중 어느 한쪽에 형성된 나선형의 홈에 의해 나사 홈 펌프의 작용이 발생한다. 이로써, 나선형의 홈의 양단 사이에서 액체의 압력차가 발생한다.

이것에 의해, 간소한 구조로 확실히 액체 저류부에 저류된 액체를 연통로를 통해 송출할 수 있다.

또한, 본 발명(청구항 3)은, 상기 액체 수송 기구가, 상기 로터축의 상기 축단의 상기 연통로 둘레에 테이퍼 형상의 둘레벽을 구비하여 구성했다.

로터축의 회전에 수반하여, 액체에는 벽면을 따른 압력 성분이 수송력으로서 기능한다. 이로 인해, 간소한 구조로 확실히 액체 저류부에 저류된 액체를 연통로를 통해 송출할 수 있다.

또한, 본 발명(청구항 4)은, 상기 축 외주부로 통하는 연통로의 단부가 상기 로터축과 상기 회전 날개의 체결부의 근방에 배치된 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 연통로를 통해 송출된 액체는 회전 날개를 흐르기 쉬워진다. 이로 인해, 회전 날개가 냉각되기 쉽다.

또한, 본 발명(청구항 5)은, 상기 축 외주부로 통하는 연통로의 단부가 상기 자기 베어링의 상단의 근방 또는 하방에 배치된 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 연통로를 통해 송출된 액체는 로터축의 외주를 흐르기 쉬워진다. 이로 인해, 로터축이 냉각되기 쉽다.

또한, 본 발명(청구항 6)은, 상기 액체가 상기 자기 베어링 및 상기 회전 구동 수단의 외측을 지나 상기 액체 저류부로 되돌려지는 회수 통로를 구비하여 구성했다.

이것에 의해, 액체를 재생 이용 가능하다.

또한, 본 발명(청구항 7)은, 상기 액체 저류부를 냉각하는 냉각 수단을 구비하여 구성했다.

이것에 의해, 액체의 냉각 효과를 높일 수 있다.

또한, 본 발명(청구항 8)은, 상기 냉각 수단이 수랭관 및 히트 싱크 중 적어도 어느 한쪽인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명(청구항 9)은, 상기 로터축 및 상기 회전 날개 중 적어도 어느 한쪽에, 경방향의 돌기부를 구비하여 구성했다.

경방향의 돌기부가 회전함으로써 액체는 이 돌기부로부터 액적으로서 경방향으로 털어내어진다. 이로 인해, 액체가 배기 경로를 통해서 새어 나올 일은 없다.

또한, 본 발명(청구항 10)은, 상기 돌기부의 외주에 위치하는 고정부에 격벽이 형성된 것을 특징으로 한다.

액적은 격벽으로 받아진다. 액적은 이 격벽을 넘지 못해, 배기 경로를 통해서 액체가 새어 나올 일은 없다. 이로 인해, 액체는 액체 저류부로 되돌려진다. 순환된 액체는 거의 줄어 드는 일이 없이 재생 이용이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명(청구항 1)에 의하면, 회전 구동 수단에 의한 회전 구동에 수반하여 액체 저류부에 저류된 액체를 연통로를 통해서 축 외주부로부터 송출하는 액체 수송 기구를 구비하여 구성했으므로, 송출된 액체가 로터축이나 회전 날개를 흐른다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태인 터보 분자 펌프의 구성도
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태인 터보 분자 펌프의 구성도
도 3은 테이퍼 구조 펌프 둘레의 확대도
도 4는 본 발명의 제3 실시 형태인 터보 분자 펌프의 구성도
도 5는 도 4 중의 A로 나타낸 점선 범위를 확대한 도면
도 6은 본 발명의 제4 실시 형태인 터보 분자 펌프의 구성도

이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 도 1에 제1 실시 형태의 터보 분자 펌프의 구성도를 도시한다.

도 1에 있어서, 터보 분자 펌프(10)의 펌프 본체(100)의 원통형의 외통(127)의 상단에는 흡기구(101)가 형성되어 있다. 외통(127)의 안쪽에는, 가스를 흡인 배기하기 위한 터빈 블레이드에 의한 복수의 회전 날개(102a, 102b, 102c···)를 허브(99)의 둘레부에 방사형 또한 다단으로 형성한 회전체(103)를 구비한다.

이 회전체(103)의 중심에는 로터축(113)이 장착되어 있고, 이 로터축(113)은, 예를 들어, 이른바 5축 제어의 자기 베어링에 의해 공중에 부상 지지 또한 위치 제어되어 있다.

상측 경방향 전자석(104)은, 4개의 전자석이, 로터축(113)의 경방향의 좌표축이며 서로 직교하는 X축과 Y축에 쌍을 이루어 배치되어 있다. 이 상측 경방향 전자석(104)에 근접 또한 대응하여, 코일을 구비한 4개의 상측 경방향 변위 센서(107)가 구비되어 있다. 이 상측 경방향 변위 센서(107)는 로터축(113)의 경방향 변위를 검출하여, 도시하지 않은 제어 장치로 보내도록 구성되어 있다.

제어 장치에 있어서는, 상측 경방향 변위 센서(107)가 검출한 변위 신호에 의거하여, PID 조절 기능을 갖는 보상 회로를 통해 상측 경방향 전자석(104)의 여자를 제어하고, 로터축(113)의 상측의 경방향 위치를 조정한다.

로터축(113)은, 고투자율재(철 등) 등에 의해 형성되어, 상측 경방향 전자석(104)의 자력에 의해 흡인되게 되어 있다. 이러한 조정은, X축 방향과 Y축 방향으로 각각 독립적으로 행해진다.

또, 하측 경방향 전자석(105) 및 하측 경방향 변위 센서(108)가, 상측 경방향 전자석(104) 및 상측 경방향 변위 센서(107)와 동일하게 배치되고, 로터축(113)의 하측의 경방향 위치를 상측의 경방향 위치와 동일하게 조정하고 있다.

또한, 축방향 전자석(106A, 106B)이, 로터축(113)의 하부에 구비한 원판형의 금속 디스크(111)를 상하로 끼워 배치되어 있다. 금속 디스크(111)는, 철 등의 고투자율재로 구성되어 있다.

그리고, 축방향 전자석(106A, 106B)은, 도시하지 않은 축방향 변위 센서의 축방향 변위 신호에 의거하여 제어 장치의 PID 조절 기능을 갖는 보상 회로를 통해 여자 제어되게 되어 있다. 축방향 전자석(106A)과 축방향 전자석(106B)은, 자력에 의해 금속 디스크(111)를 각각 상방과 하방으로 흡인한다.

이와 같이, 제어 장치는, 이 축방향 전자석(106A, 106B)이 금속 디스크(111)에 영향을 끼치는 자력을 적당히 조절하여, 로터축(113)을 축방향으로 자기 부상시켜, 공간에 비접촉으로 유지하게 되어 있다.

모터(121)는, 로터축(113)을 둘러싸도록 둘레 형상으로 배치된 복수의 자극을 구비하고 있다. 각 자극은, 로터축(113)과의 사이에 작용하는 전자력을 통해 로터축(113)을 회전 구동하도록, 제어 장치에 의해서 제어되고 있다.

회전 날개(102a, 102b, 102c···)와 약간의 공극을 두고 복수 장의 고정 날개(123a, 123b, 123c···)가 배치되어 있다. 회전 날개(102a, 102b, 102c···)는, 각각 배기 가스의 분자를 충돌에 의해 하측 방향으로 이송하기 때문에, 로터축(113)의 축선에 수직인 평면으로부터 소정의 각도만큼 경사지게 형성되어 있다.

또, 고정 날개(123)도, 마찬가지로 로터축(113)의 축선에 수직인 평면으로부터 소정의 각도만큼 경사지게 형성되고, 또한 외통(127)의 내측을 향해서 회전 날개(102)의 단과 엇갈리게 배치되어 있다.

그리고, 고정 날개(123)의 일단은, 복수의 단으로 쌓인 고정 날개 스페이서(125a, 125b, 125c···)의 사이에 끼워 넣어진 상태로 지지되어 있다.

고정 날개 스페이서(125)는 링형의 부재이며, 예를 들어 알루미늄, 철, 스테인리스, 구리 등의 금속, 또는 이들 금속을 성분으로서 포함하는 합금 등의 금속에 의해서 구성되어 있다.

고정 날개 스페이서(125)의 외주에는, 약간의 공극을 두고 외통(127)이 고정되어 있다. 외통(127)의 바닥부에는 베이스부(129)가 배치되고, 고정 날개 스페이서(125)의 하부와 베이스부(129)의 사이에는 나사가 달린 스페이서(131)가 배치되어 있다. 그리고, 베이스부(129) 중의 나사가 달린 스페이서(131)의 하부에는 배기구(133)가 형성되고, 외부에 연통되어 있다.

나사가 달린 스페이서(131)는, 알루미늄, 구리, 스테인리스, 철, 또는 이들 금속을 성분으로 하는 합금 등의 금속에 의해서 구성된 원통형의 부재이며, 그 내주면에 나선형의 나사 홈(131a)이 복수 새겨져 있다.

나사 홈(131a)의 나선의 방향은, 회전체(103)의 회전 방향으로 배기 가스의 분자가 이동했을 때에, 이 분자가 배기구(133)로 이송되는 방향이다.

회전체(103)의 허브(99)의 하단에는 경방향 또한 수평으로 장출(張出)부(88)가 형성되고, 이 장출부(88)의 둘레단으로부터 회전 날개(102d)가 늘어뜨려져 있다. 이 원통부(102d)의 외주면은, 원통형이고, 또한 나사가 달린 스페이서(131)의 내주면을 향해 장출되어 있으며, 이 나사가 달린 스페이서(131)의 내주면과 소정의 간극을 두고 근접되어 있다.

베이스부(129)는, 터보 분자 펌프(10)의 기저부를 구성하는 원판형의 부재이며, 일반적으로는 철, 알루미늄, 스테인리스 등의 금속에 의해서 구성되어 있다.

베이스부(129)는 터보 분자 펌프(10)를 물리적으로 유지함과 더불어, 열의 전도로의 기능도 겸비하고 있으므로, 철, 알루미늄이나 구리 등의 강성이 있고, 열전도율도 높은 금속이 사용되는 것이 바람직하다.

또, 흡기구(101)로부터 흡인된 가스가 모터(121), 하측 경방향 전자석(105), 하측 경방향 센서(108), 상측 경방향 전자석(104), 상측 경방향 센서(107) 등으로 구성되는 전장부측에 침입하는 일이 없도록, 전장부는 주위가 스테이터 칼럼(122)으로 덮이고, 이 전장부 내는 퍼지 가스로 소정압으로 유지되어 있다.

회전체(103)의 허브(99)의 하단에서, 또한 환형의 장출부(88)의 내주단에는 하방을 향해서 연장 부재(95)가 환형으로 돌출되어 있다. 그리고, 이 연장 부재(95)의 하단에는 외주측을 향해 경방향으로 돌기부(83)가 둘레 형상으로 형성되어 있다. 이 연장 부재(95)에 대치하는 스테이터 칼럼(122)의 팽출 경계점(97)으로부터 하측 절반은 상측 절반에 비해 직경이 크게 형성되어 있다.

스테이터 칼럼(122)의 대경 부분의 외주단에는 장출부(88)를 향해서 둘레 형상의 격벽(93)이 돌출 설치되어 있다. 그리고, 이 격벽(93)의 머리부에는 내주측을 향해 경방향으로 돌기부(91)가 둘레 형상으로 형성되어 있다. 이로써, 스테이터 칼럼(122)의 팽출 경계점(97)과 격벽(93) 사이에는 액체 고임부(90)가 형성된다.

스테이터 칼럼(122)의 대경 부분의 팽출 경계점(97)과 격벽(93)의 사이에는 연통 구멍(85)이 형성되어 있다. 베이스부(129)의 중앙 부분에는 바닥부 공간(1)이 형성되어 있다. 이 바닥부 공간(1)을 밀봉하도록 바닥 덮개(3)가 배치되어 있다. 이 바닥 덮개(3)의 상부에는 역원뿔대형의 오목부가 형성되어 있다. 바닥 덮개(3)의 중앙에는 드레인 구멍(5)이 배치되어 있다. 이 드레인 구멍(5)에는 착탈 자유로운 드레인 캡(7)이 장착되어 있다. 드레인 캡(7)의 상부 외주에는 나선형의 나사 홈(9)이 새겨져 있다.

한편, 로터축(113)의 중앙에는 하단이 원 형상으로 개구된 중공 구멍(11)이 형성되어 있다. 드레인 캡(7)의 나사 홈(9)의 부분은 로터축(113)의 하단으로부터 이 중공 구멍(11)에 삽입된다. 그리고, 이 나사 홈(9)과 로터축(113)의 하단 벽부 사이는 이른바 나사 홈 펌프로서 기능하게 되어 있다. 단, 이 나사 홈(9)은 로터축(113)의 하단 벽부의 내측에 새겨져도 된다. 이 나사 홈 펌프의 부분은 액체 수송 기구에 상당한다. 또, 바닥부 공간(1) 내에는 복수 장의 핀(13)을 방사형으로 갖는 히트 싱크(15)가 배치되어 있다. 바닥부 공간(1)에는 액면(16)으로 나타낸 바와 같이 액체가 들어가 있다. 이 액체가 들어간 바닥부 공간(1)은 액체 저장부에 상당한다.

로터축(113)의 상부 주위에는 자기 베어링에 이상이 발생한 경우에 회전체(103)를 유지하는 보호용 볼 베어링(17)이 배치되어 있다. 이 보호용 볼 베어링(17)의 상방에서, 로터축(113)과 회전 날개(102)의 체결부의 근방에는 경방향으로 연통 구멍(19)이 형성되어 있다. 연통 구멍(19)은 중공 구멍(11)과 연결되어 있으며, 이 중공 구멍(11)을 중심으로 방사형으로 짝수 개가 균등하게 배치되는 것이 바람직하다. 또, 연통 구멍(85)과 바닥부 공간(1)은 통과 구멍(21)을 통해 연결되어 있다. 바닥부 공간(1)의 주위에는 수랭관(23)이 매설되어 있다.

다음으로, 제1 실시 형태의 작용에 대해 설명한다.

회전 날개(102)가 모터(121)에 의해 구동되어 로터축(113)과 함께 회전하면, 회전 날개(102)와 고정 날개(123)의 작용에 의해, 흡기구(101)를 통해서 챔버로부터의 배기 가스가 흡기된다.

흡기구(101)로부터 흡기된 배기 가스는, 회전 날개(102)와 고정 날개(123)의 사이를 지나, 베이스부(129)로 이송된다. 그리고, 배기구(133)로부터 토출된다.

바닥부 공간(1)에 넣어지는 액체는, 저압에서도 증기압이 낮은 유체인 예를 들어 진공 오일 등을 사용한다. 이 액체는 펌프의 내부 압력에서 액상 상태를 유지할 수 있다. 또한, 물은, 진공 중에서 얼어 버리기 때문에, 사용할 수 없다.

로터축(113)의 회전에 수반하여, 나사 홈(9)과 로터축(113)의 하단 벽부 사이에 형성된 나사 홈 펌프의 작용에 의해, 나사 홈(9)의 상단과 하단 사이에서 액체의 압력차가 발생한다. 이것에 의해, 바닥부 공간(1)의 액체가 빨아올려진다.

빨아올려진 액체는 중공 구멍(11)을 지나, 연통 구멍(19)을 통해서 로터축(113)의 외부로 방출된다. 이 방출된 액체는 회전체(103)의 허브(99)의 내측을 지나 연장 부재(95)에 이른다. 연장 부재(95)의 하단에 들어간 액체는 돌기부(83)로부터 액적으로서 경방향으로 털어내어진다. 이 액적은 격벽(93)으로 받아진다. 격벽(93)의 상부에는 돌기부(91)가 존재하기 때문에 액적은 이 격벽(93)을 넘지 못하고, 액체는 스테이터 칼럼(122)의 외부로는 유출되지 않으며, 배기 경로를 통해서 액체가 새어 나올 일은 없다.

이로 인해, 액체 고임부(90)에 고인 액체는 회수 통로의 일부인, 연통 구멍(85)을 낙하하여 통과 구멍(21)을 통과하고 바닥부 공간(1)으로 되돌려진다. 순환된 액체는 거의 줄어드는 일이 없이 재생 이용이 가능하다.

바닥부 공간(1)은 수랭관(23)에 의해 냉각된다. 이 수랭관(23)은 프로세스 가스의 석출물의 퇴적을 방지하기 위해서 설치된 것과 공용되어도 된다. 또, 바닥 덮개(3) 내에 매설되어도 된다. 바닥부 공간(1)에서 차가워진 액체가 로터축(113)의 내부와 회전 날개(102)의 내측에 접촉하면서 흐르므로 회전체(103)는 효율적으로 냉각된다.

이로 인해, 펌프의 운전시에 발생하는 압축열이나 마찰열이 액체로 제거되기 때문에, 회전체(103)가 오버 히트하여, 파손되는 것을 방지할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 본 발명의 제2 실시 형태인 터보 분자 펌프의 구성도를 도 2에 도시한다. 또한, 도 1과 동일 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 제2 실시 형태가 제1 실시 형태와 상이한 것은 액체 수송 기구이다. 제1 실시 형태의 액체 수송 기구가 나사 홈 펌프를 적용한 구조인 것에 비해, 제2 실시 형태의 액체 수송 기구는 내측에 역원뿔대형의 공동(空洞)을 갖는 이른바 테이퍼 구조의 펌프인 점에서 상이하다.

도 2에 있어서, 로터축(113)의 하단에는 내측에 역원뿔대형의 공동(25)이 형성된 테이퍼 구조 펌프(27)가 장착되어 있다. 테이퍼 구조 펌프(27)는 액체 수송 기구에 상당한다. 그리고, 이 공동(25)은 수평 단면이 원형이며 중공 구멍(11)과 연속 설치되어 있다. 도 3에 이 테이퍼 구조 펌프(27) 둘레의 확대도를 도시한다. 테이퍼 구조 펌프(27)의 종단면은 공동(25)에 접하는 면이 테이퍼 형상이다. 또, 드레인 구멍(5)에는 착탈 자유로운 드레인 캡(8)이 장착되어 있다.

이러한 구성에 있어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 로터축(113)의 회전에 수반하여, 액체에는 경방향으로 원심력이 발생한다. 그리고, 이 원심력은, 테이퍼 구조 펌프(27)의 벽면에 대해 수직인 압력 성분과 벽면을 따른 압력 성분으로 분해할 수 있다. 여기에 벽면을 따른 압력 성분은 수송력으로서 기능한다. 이로 인해, 제1 실시 형태와 동일하게 액체를 순회시킬 수 있다. 이로써, 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 본 발명의 제3 실시 형태인 터보 분자 펌프의 구성도를 도 4에 도시한다. 또, 도 4 중의 A로 나타내는 점선 범위를 확대하여 도 5에 도시한다. 또한, 도 1과 동일 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

제3 실시 형태는 제1 실시 형태와 동일하게 액체 수송 기구로서 나사 홈 펌프를 채용하고 있다. 제3 실시 형태가 제1 실시 형태와 상이한 것은 연통 구멍의 위치와 액체 고임부의 배치 위치이다. 제1 실시 형태에서는, 연통 구멍(19)이 보호용 볼 베어링(17)의 상방에 형성되어 있던 것에 비해, 제3 실시 형태에서는 연통 구멍(29)이 보호용 볼 베어링(17)의 하방, 즉, 자기 베어링의 상단의 근방에 형성되어 있다. 단, 연통 구멍(29)은 자기 베어링의 상단보다 하방에 형성되어도 된다. 연통 구멍(29)으로부터 토출된 액체는 로터축(113)의 표면을 로터축(113)을 따라서 흐른다. 이 로터축(113)을 따라서 흐른 액체는 바닥부 공간(1)으로 되돌려진다.

이 경우, 회전체(103)의 허브(99)의 내측을 액체가 지나 배기 경로를 통해서 액체가 새어 나오지 않도록, 액체 고임부(80)가 보호용 볼 베어링(17)의 상방에 둘레 형상으로 형성되어 있다. 즉, 스테이터 칼럼(122)의 소경 부분의 상단부에는 로터축(113)과 평행하게 둘레 형상의 격벽(73)이 돌출 설치되어 있다. 그리고, 이 격벽(73)의 머리부에는 내주측을 향해 경방향에 돌기부(71)가 둘레 형상으로 형성되어 있다. 한편, 보호용 볼 베어링(17)의 근방 또한 바로 위에는 로터축(113)의 둘레벽으로부터 경방향으로 돌기부(61)가 돌출 설치되어 있다.

액체 고임부(80)는, 이와 같이 스테이터 칼럼(122)의 상단부와 로터축(113)의 사이에 형성되어 있다.

이것에 의해, 로터축(113)의 표면을 로터축(113)을 따라서 흐른 액체에 의해 로터축(113)이 직접 차가워지고, 또, 회전 날개(102)도 이 액체에 의해 간접적으로 차가워진다. 이로 인해, 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 대해 설명한다. 본 발명의 제4 실시 형태인 터보 분자 펌프의 구성도를 도 6에 도시한다. 또한, 도 1과 동일 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 제4 실시 형태는 제2 실시 형태와 동일하게 액체 수송 기구로서 테이퍼 구조의 펌프를 채용하고 있다. 제4 실시 형태가 제2 실시 형태와 상이한 것은 연통 구멍의 위치와 액체 고임부의 배치 위치이다. 제2 실시 형태에서는, 연통 구멍(19)이 보호용 볼 베어링(17)의 상방에 형성되어 있던 것에 비해, 제4 실시 형태에서는 연통 구멍(29)이 보호용 볼 베어링(17)의 하방, 즉, 자기 베어링의 상단의 근방에 형성되어 있다. 단, 연통 구멍(29)은 자기 베어링의 상단보다 하방에 형성되어도 된다. 연통 구멍(29)으로부터 토출된 액체는 로터축(113)의 표면을 로터축(113)을 따라 흐른다. 이 로터축(113)을 따라 흐른 액체는 바닥부 공간(1)으로 되돌려진다.

이 경우, 회전체(103)의 허브(99)의 내측을 액체가 지나 배기 경로를 통해서 액체가 새어 나오지 않도록, 액체 고임부(80)가 보호용 볼 베어링(17)의 상방에 둘레 형상으로 형성되어 있다.

이것에 의해, 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 한 여러 가지의 개변을 이룰 수 있고, 그리고, 본 발명이 당해 개변된 것에도 영향을 끼치는 것은 당연하다.

1 바닥부 공간
3 바닥 덮개
5 드레인 구멍
7, 8 드레인 캡
9 나사 홈
10 터보 분자 펌프
11 중공 구멍
15 히트 싱크
16 액면
17 보호용 볼 베어링
19, 29 연통 구멍
21 통과 구멍
23 수랭관
25 공동
27 테이퍼 구조 펌프
61, 71, 83, 91 돌기부
73, 93 격벽
80, 90 액체 고임부
85 연통 구멍(회수 통로)
88 장출부
95 연장 부재
97 팽출 경계점
99 허브
100 펌프 본체
102 회전 날개
103 회전체
113 로터축
121 모터
122 스테이터 칼럼
127 외통
129 베이스부

Claims

회전 날개와,
당해 회전 날개에 고정되고, 축단(軸端)과 축 외주부가 연통된 연통로를 갖는 로터축과,
당해 로터축을 공중에 부상 지지하는 자기 베어링과,
상기 로터축을 회전 구동하는 회전 구동 수단과,
액체가 저류된 액체 저류부와,
상기 회전 구동 수단에 의한 회전 구동에 수반하여 상기 액체 저류부에 저류된 상기 액체를 상기 연통로를 통해서 상기 축 외주부로부터 송출하는 액체 수송 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 액체 수송 기구가,
상기 로터축의 상기 축단의 상기 연통로에 대해 삽입된 삽입 부재와,
상기 로터축의 상기 축단 둘레의 둘레벽과 상기 삽입 부재 중 어느 한쪽에 형성된 나선형의 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 액체 수송 기구가,
상기 로터축의 상기 축단의 상기 연통로 둘레에 테이퍼 형상의 둘레벽을 구비한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축 외주부로 통하는 연통로의 단부가 상기 로터축과 상기 회전 날개의 체결부의 근방에 배치된 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축 외주부로 통하는 연통로의 단부가 상기 자기 베어링의 상단의 근방 또는 하방에 배치된 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체가 상기 자기 베어링 및 상기 회전 구동 수단의 외측을 지나 상기 액체 저류부로 되돌려지는 회수 통로를 구비한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액체 저류부를 냉각하는 냉각 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 7에 있어서,
상기 냉각 수단이 수랭관 및 히트 싱크 중 적어도 어느 한쪽인 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터축 및 상기 회전 날개 중 적어도 어느 한쪽에, 경방향의 돌기부를 구비한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 9에 있어서,
상기 돌기부의 외주에 위치하는 고정부에 격벽이 형성된 것을 특징으로 하는 진공 펌프.