KR20220066250A

KR20220066250A - 진공 펌프

Info

Publication number: KR20220066250A
Application number: KR1020227004199A
Authority: KR
Inventors: 도오루 미와타; 요시유키 다카이
Original assignee: 에드워즈 가부시키가이샤
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2022-05-24
Also published as: WO2021065584A1; EP4043734A4; US11994137B2; US20220412369A1; EP4043734A1; CN114364880A; JP2021055673A

Abstract

[과제] 배기 가스에 기인하는 퇴적물의 발생을 억제하는 진공 펌프를 얻는다.
[해결 수단] 당해 진공 펌프는, 축부(13)와, 축부(13)의 외주 측에 배치된 로터(11)와, 로터(11)의 외주 측에 배치된 스테이터(21)를 구비한 펌프부(10b)와, 그 펌프부(10b)로부터 배기구(9)까지의 배기 가스의 유로와, 그 유로에 있어서 축부(13)에 대한 배기 가스의 접촉을 억제하는 차폐부(24)를 구비한다. 그리고, 차폐부(24)의 단부가 로터(11)와 마주 보는 면을 갖는다.

Description

진공 펌프

본 발명은, 진공 펌프에 관한 것이다.

한 터보 분자 펌프에서는, 펌프부로부터 기체를 배출하는 배기관에 보호 부재가 교환 가능하게 설치되어 있고, 이에 의해, 퇴적물이 부착되기 쉬운 가스 접촉면(벽면)에서의 반응 생성물의 퇴적이 억제되어 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조). 이 보호 부재는, 단열재를 개재하여 베이스에 고정되어 있고, 로터 원통부나 스테이터로부터의 복사에 의해서, 베이스에 직접 고정했을 경우에 비해 고온이 된다.

일본국 특허공개 2017-2856호 공보

상술한 터보 분자 펌프에 있어서의 보호 부재는, 베이스 벽면의 형상을 따르는 형상을 가지고 있는데, 그 상단이, 대향하는 로터로부터 이격되어 있기 때문에, 보호 부재와 로터 사이의 공극으로부터, 로터와 축부 스테이터 사이나 보호 부재와 축부 스테이터 사이에 배기 가스가 진입하여, 배기 가스가, 비교적 온도가 낮은 부위(헤드로부터 연장되는 축부 스테이터의 벽면 등)에 닿아버릴 가능성이 있으며, 이에 기인하여, 배기 가스의 성분이 석출되어 당해 부위에 퇴적물이 발생할 가능성이 있다.

본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 배기 가스에 기인하는 퇴적물의 발생을 억제하는 진공 펌프를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 진공 펌프는, 축부와 축부의 외주 측에 배치된 로터와 로터의 외주 측에 배치된 스테이터를 구비한 펌프부와, 펌프부로부터 배기구까지의 배기 가스의 유로와, 유로에 있어서 축부에 대한 배기 가스의 접촉을 억제하는 차폐부를 구비한다. 그리고, 차폐부의 단부가 로터와 마주 보는 면을 갖는다.

본 발명에 의하면, 배기 가스에 기인하는 퇴적물의 발생을 억제하는 진공 펌프를 얻을 수 있다.

본 발명의 상기 또는 다른 목적, 특징 및 우위성은, 첨부된 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로 더욱 밝혀진다.

도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 따른 진공 펌프의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는, 도 1에 있어서의 차폐부의 형상의 세부사항을 설명한 도면이다.
도 3은, 본 발명의 실시형태 2에 따른 진공 펌프에 있어서의 차폐부의 세부사항을 설명한 도면이다.
도 4는, 실시형태 3에 따른 진공 펌프에 있어서의 차폐부의 면에 형성되는 홈 구조의 일례를 나타낸 상면도이다.

이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.

실시형태 1.

도 1은, 본 발명의 실시형태 1에 따른 진공 펌프의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 진공 펌프는, 터보 분자 펌프부(10a)를 구비하고, 그 후단에 나사 홈 펌프부(10b)를 구비하고 있으며, 케이싱(1), 스테이터 날개(2), 로터 날개(3a), 로터 내 통부(3b), 로터 축(4), 베어링부(5), 모터부(6), 흡기구(7), 나사 홈(8), 및 배기구(9)를 구비한다. 로터 날개(3a) 및 로터 내 통부(3b)에 의해서 로터(11)가 구성되어 있고, 로터(11)는, 나사 체결 등으로 로터 축(4)에 접속되어 고정되어 있다.

케이싱(1)은, 대략 원통 형상을 갖고, 그 내부 공간에, 로터(11), 베어링부(5), 모터부(6) 등을 수용하며, 그 내주면에 복수 단의 스테이터 날개(2)가 고정되어 있다. 스테이터 날개(2)는, 소정의 앙각으로 배치되어 있다. 케이싱(1) 및 스테이터 날개(2)로, 터보 분자 펌프부(10a)의 스테이터가 구성되어 있다.

케이싱(1) 내에서는, 복수 단의 로터 날개(3a)와 복수 단의 스테이터 날개(2)가, 로터 축의 높이 방향(로터 축 방향)에 있어서 번갈아 배치되어 있다. 각 로터 날개(3a)는, 로터 내 통부(3b)로부터 연장되고, 소정의 앙각을 갖는다.

베어링부(5)는, 로터 축(4)의 베어링이고, 예를 들면, 자기 부상식의 베어링이며, 축 방향 및 반경(半徑) 방향의 로터 축(4)의 편위를 검출하는 센서, 축 방향 및 반경 방향의 로터 축(4)의 편위를 억제하는 전자석 등을 구비한다. 또한, 베어링부(5)의 베어링 방식은, 자기 부상식에 한정되는 것이 아니다. 모터부(6)는, 전자력으로 로터 축(4)을 회전시킨다.

베어링부(5) 및 모터부(6)는, 축부(13)(스테이터 칼럼) 내의 중공부에 배치되어 있다. 이 실시형태에서는, 축부(13)는, 베이스부(13a)와 일체로 되어 있고, 베이스부(13a)에는 냉각관(14)이 설치되고, 냉각관(14)에는 물 등의 냉매가 도통된다. 예를 들면, 축부(13)(및 베이스부(13a))는 열 전도성이 좋은 알루미늄재로 이루어진다. 이에 의해, 베이스부(13a), 더 나아가서는 축부(13)가 냉각되어, 모터부(6) 등의 전장품이 건전하게 동작된다.

흡기구(7)는, 케이싱(1)의 상단 개구부로서, 플랜지 형상을 갖고, 도시 생략한 챔버 등에 접속된다. 흡기구(7)에는, 열운동 등으로, 그 챔버 등으로부터 기체 분자가 날아온다. 배기구(9)는, 플랜지 형상을 갖고, 로터 날개(3a) 및 스테이터 날개(2)로부터 보내진 기체 분자 등을 배출한다.

또한, 도 1에 나타내는 진공 펌프는, 상술한 스테이터 날개(2) 및 로터 날개(3a)에 의한 터보 분자 펌프부(10a)의 후단에 나사 홈(8)에 의한 나사 홈 펌프부(10b)를 구비하는 복합 날개식이다. 또한, 당해 진공 펌프는 전체 날개식이어도 된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 이 나사 홈 펌프부(10b)는, 축부(13)와, 축부(13)의 외주 측에 배치된 로터(11)와, 로터(11)의 외주에 배치된 스테이터(21)를 구비하고 있다.

도 1에 나타내는 진공 펌프에 있어서, 배기해야 할 기체(배기 가스)의 유로는, 흡기구(7)로부터 배기구(9)까지이며, 흡기구(7), 터보 분자 펌프부(10a)의 로터(11)와 스테이터(스테이터 날개(2) 및 케이싱(1)) 사이의 공간, 나사 홈 펌프부(10b)의 스테이터(21)(구체적으로는 나사 홈(8))와 로터(11)(구체적으로는 로터 내 통부(3b)) 사이의 공간, 및 배기구(9)를 포함한다.

나사 홈 펌프부(10b)의 스테이터(21)에는 히터(22)가 설치되고, 히터(22)에 의해서 스테이터(21)가 가열된다. 또한, 스테이터(21)와 베이스부(3b) 사이에는 단열 부재(23)가, 양자와의 사이에서 접촉 시일된 상태로 설치되어 있다. 이에 의해, 최종단의 나사 홈 펌프부(10b)의 출구로부터 배기구(9)까지의 유로의 외주 측의 온도가 높아져, 배기 가스에 기인하는 퇴적물의 발생이 억제된다.

또한, 이 실시형태에서는, 차폐부(24)가 스테이터(21)에 접속되어 있다. 차폐부(24)는, 대략 원환 형상의 부재이며, 예를 들면 도 1에 나타내는 단면 형상을 갖는다. 차폐부(24)는, 최종단의 나사 홈 펌프부(10b)로부터 배기구(9)까지의 배기 가스의 유로(31)에 있어서 축부(13)에 대한 배기 가스의 접촉을 억제하기 위해서 설치되어 있다.

도 2는, 도 1에 있어서의 차폐부(24)의 형상의 세부사항을 설명하는 도면이다.

예를 들면 도 2에 나타내는 바와 같이, 차폐부(24)는, 그 단부(24a)가 로터(11)와 마주 보는 면(24a1)을 갖고, 그 면(24a1)과 로터(11)로 가스 유입 억제 구조를 갖도록 구성되어 있다. 이 실시형태에서는, 차폐부(24)의 단부(24a)(상술한 로터(11)와 마주 보는 면(24a1))와 로터(11)(단부(24a)와 마주 보는 저면(11a)) 사이의 공극을 미소폭으로 함으로써, 당해 가스 유입 억제 구조가 형성되어 있다. 당해 공극의 폭(즉, 면(24a1)과 로터(11) 사이의 거리)은, 예를 들면 1~1.5mm 정도가 된다. 또한, 당해 공극의 폭은, 축부(13)의 벽면(13b)으로부터 차폐부(24)의 내주면까지의 거리와 대략 동일하거나, 그 미만으로 해도 된다. 또, 당해 가스 유입 억제 구조는, 예를 들면 비접촉 시일 구조가 되어도 된다.

또, 이 실시형태에서는, 차폐부(24)는, 축부(13)의 벽면(13b)을 따라서(여기서는 수직 방향으로 상방으로) 단부(24a)까지 연장되는 중간부(24b)를 구비하고, 중간부(24b)의 두께(TB)가 단부(24a)의 두께(TA)보다 작게 되도록 형성되어 있다. 이에 의해, 차폐부(24)를 통한, 스테이터(21)로부터 로터(11)로의 열의 전도가 억제됨과 더불어, 유로(31)의 유로 면적이 커진다.

또한, 축부(13)의 벽면(13b)으로부터 차폐부(24)의 단부(24a)의 외주면까지의 거리(LS)는, 축부(13)의 벽면(13b)으로부터 로터(11)(나사 홈 펌프부(10b)에 있어서의 부분)의 외주면까지의 거리(LR)와 대략 동일하거나 짧게 되도록, 차폐부(24)는 구성되어 배치된다. 이에 의해, 나사 홈 펌프부(10b)의 출구 부근의 유로가 차폐부(24)의 단부(24a)에 의해 저해되지 않는다.

여기서, 축부(13)와 차폐부(24)의 간격 및 축부(13)와 로터(11)의 간격은 대략 동일하게 해도 된다. 또, 축부(13)와 차폐부(24)의 간격과, 차폐부(24)의 단부(24a)와 로터(11)의 간격은 서로 대략 동일하게 해도 된다. 이에 의해, 상술한 가스 유입 억제 구조가 강화된다.

여기서는, 스테이터(21)는, 히터(22)를 구비한 가열 부재이며, 예를 들면 알루미늄재로 되어 있고, 유로(31)에 접하고 있다. 그리고, 실시형태 1에서는, 차폐부(24)는, 1개의 부재로 되어 있고, 이 가열 부재로서의 스테이터(21)에 (단열재를 개재하지 않고) 직접 접합하도록 예를 들면 나사 체결 등으로 고정된다. 또한, 차폐부(24)는, 이 가열 부재로서의 스테이터(21)의 일부분을 성형하여 실현되어 있어도 된다(즉, 그 경우, 차폐부(24)는, 가열 부재의 일부가 된다). 이와 같이 함으로써, 스테이터(21)로부터 차폐부(24)로 열이 전해지기 때문에, 차폐부(24)의 온도가, 축부(13)보다 높게 관리된다.

또한, 스테이터(21) 등의 온도 관리는, 스테이터(21)에 설치된 온도 센서(25)를 사용하여 행해진다.

예를 들면, 차폐부(24)의 단부(24a)와 로터(11)의 공극의 폭은 1.5mm 정도, TA=4mm 정도, 및 LR=8mm 정도로 설정된다.

다음에, 실시형태 1에 따른 진공 펌프의 동작에 대해 설명한다.

당해 진공 펌프의 흡기구(7)에 챔버 등이 접속되고, 도시 생략한 제어 장치로부터의 지령에 따라서 모터부(6)가 동작됨으로써, 로터 축(4)이 회전하고, 로터(11)도 회전한다. 이에 의해, 터보 분자 펌프부(10a)에 있어서, 로터 날개(3a) 및 스테이터 날개(2)에 의해서, 흡기구(7)를 통해 날아온 기체 분자가, 유로에 진행되고, 후단의 나사 홈 펌프부(10b)에 있어서, 로터(11) 및 스테이터(21)에 의해서, 그 기체 분자가, 배기 가스로서 유로(31)에 배출되어, 유로(31)를 통과하여 배기구(9)로부터 배출된다.

또한, 차폐부(24)는, 가열 부재로서의 스테이터(21)로부터 열이 공급됨으로써 축부(13)보다 고온이 되고, 이에 의해, 차폐부(24)에 있어서의 퇴적물의 발생이 억제된다. 예를 들면, 스테이터(21)는, 섭씨 100도 정도보다 높게 온도 관리되고, 베이스부(13a)는 섭씨 60도 정도보다 낮게 온도 관리된다.

이상과 같이, 상기 실시형태 1에 의하면, 나사 홈 펌프부(10b)는, 축부(13)와, 축부(13)의 외주 측에 배치된 로터(11)와, 로터(11)의 외주 측에 배치된 스테이터(21)를 구비한다. 차폐부(24)는, 그 펌프부(10b)로부터 배기구(9)까지의 배기 가스의 유로에 있어서, 축부(13)에 대한 배기 가스의 접촉을 억제한다. 그리고, 차폐부(24)의 단부(24a)가 로터(11)와 마주 보는 면(24a1)을 갖는다.

이에 의해, 차폐부(24)에 의해서 배기 가스의 진행이 제한되어, 배기 가스가 비교적 저온인 축부(13)의 벽면이나 베이스부(13b)의 상면에 접촉하기 어렵게 되어 있기 때문에, 배기 가스에 기인하는 퇴적물의 발생이 억제된다.

실시형태 2.

도 3은, 본 발명의 실시형태 2에 따른 진공 펌프에 있어서의 차폐부의 세부사항을 설명하는 도면이다.

도 3에 나타내는 진공 펌프에서는, 실시형태 1과 동일하게, 축부(51)의 외주 측에 로터(52)가 설치되고, 로터(52)의 외주 측에 나사 홈 펌프부의 스테이터(53)가 설치되어 있다. 또한, 스테이터(53)에 접합하는 스페이서(54)가 설치되고, 스페이서(54)에 히터(55)가 설치된다. 축부(51)는, 헤드부(56)에 접합하며, 실시형태 1과 동일하게, 헤드부(56)가 냉각됨으로써, 축부(51)도 냉각된다. 가열 부재로서의 스페이서(54)와 헤드부(56) 사이에는 단열 부재(57)가 설치되고 있다. 여기서는, 스테이터(53)와는 별도의 부재로서 스페이서(54)가 설치되어 있으므로, 고온 시의 강도를 확보하기 위해서 스페이서(54)는 예를 들면 스테인리스재로 해도 된다.

그리고, 실시형태 2에서는, 차폐부(58)가, 예를 들면 도 3에 나타내는 바와 같이 스페이서(54)에 고정되어 있다. 차폐부(58)도 대략 원환형의 형상을 갖는다.

실시형태 2에 있어서, 차폐부(58)는, 그 단부가 로터(52)와의 사이에서 가스 유입 억제 구조를 갖도록 구성되어 있다. 이 실시형태에서는, 차폐부(58)의 단부와 로터(52) 사이의 공극을 미소폭으로 함으로써, 가스 유입 억제 구조가 형성되어 있다.

또, 차폐부(58)는, 축부(51)의 벽면을 따라서 차폐부(58)의 단부까지 연장되는 중간부를 구비하고, 중간부의 두께가 단부의 두께보다 작게 되도록 형성되어 있다.

또한, 축부(51)의 벽면으로부터 차폐부(58)의 단부의 외주면까지의 거리는, 축부(51)의 벽면으로부터 로터(52)(나사 홈 펌프부에 있어서의 부분)의 외주면까지의 거리와 대략 동일하거나 짧게 되도록, 차폐부(58)는 구성되어 배치된다.

또한, 실시형태 2에 따른 진공 펌프의 그 외의 구성 및 동작에 대해서는 실시형태 1과 동일하므로, 그 설명을 생략한다.

실시형태 3.

도 4는, 실시형태 3에 따른 진공 펌프에 있어서의 차폐부(24)의 면(24a1)에 형성되는 홈 구조(24a2)의 일례를 나타내는 상면도이다.

도 4에 나타내는 홈 구조(24a2)는, 차폐부(24)(면(24a1))와 로터(11, 52)(저면(11a)) 사이의 공극을 통한 축부(13, 51) 측으로의 배기 가스의 유입을 억제하는 형상을 갖는다. 홈 구조(24a2)는, 예를 들면 도 4에 나타내는 바와 같이, 경방향에 대해서 경사지는 복수의 홈을 구비하고, 그 복수의 홈의 벽면(평면 또는 곡면)은, 차폐부(24)와 로터(11, 52)의 상대적인 회전에 의해서, 그 홈 안에 들어간 배기 가스(가스 분자 등)를 로터(11, 52) 외측으로 배출하도록, 로터(11, 52)의 회전 방향에 따른 각도 및 방향으로 경사져 있다.

또한, 홈 구조(24a2)에 있어서의 각 홈의 단면 형상은, 예를 들면 대략 직사각형, 대략 삼각형 등이며, 특별히 한정되지 않는다.

또, 홈 구조(24a2)에 있어서의 각 홈의 형상은, 직선 형상이어도 되고, 소용돌이 형상이어도 된다.

또한, 실시형태 3에 따른 진공 펌프의 그 외의 구성 및 동작에 대해서는 실시형태 1 또는 실시형태 2와 동일하므로, 그 설명을 생략한다.

또한, 상술한 실시형태에 대한 여러가지 변경 및 수정에 대해서는, 당업자에게는 명백하다. 그러한 변경 및 수정은, 그 주제의 취지 및 범위로부터 벗어나는 일 없이, 또한, 의도된 이점을 약화시키는 일 없이 행해져도 된다. 즉, 그러한 변경 및 수정이 청구의 범위에 포함되는 것을 의도하고 있다.

예를 들면, 상기 실시형태 3에서는, 홈 구조(24a2)가 차폐부(24)의 면(24a1)에 형성되어 있는데, 동일한 홈 구조가, 로터(11)의 저면(11a)에 형성되어 있어도 되고, 면(24a1) 및 저면(11a) 양쪽 모두에 형성되어 있어도 된다. 또, 홈 구조(24a2)는, 차폐부(24)의 면(24a1)의 전역이 아니라, 예를 들면 외주 측의 일부에만 설치되어 있어도 된다.

또, 예를 들면, 상기 실시형태 3에 있어서, 퍼지 가스 포트(26)로부터 퍼지 가스를 도입하여 로터(11)와 축부(13)의 공극에 도통시키고, 그 퍼지 가스를, 차폐부(24)(면(24a1))와 로터(11, 52)(저면(11a)) 사이의 공극을 통해 배출시키도록 해도 된다. 그 경우, 퍼지 가스가, 홈 구조(24a2) 등에 의한 드래그 효과에 의해서 효율적으로 당해 공극을 통해 배기 가스 유로에 배출되기 때문에, 배기 가스가, 축부(13)의 벽면이나 베이스부(13b)의 상면에 의해 접촉되기 어려워진다.

예를 들면, 상기 실시형태 1, 2에 있어서, 상술한 가스 유입 억제 구조는, 예를 들면 라비린스 시일 구조가 되어도 된다.

본 발명은, 예를 들면, 진공 펌프에 적용 가능하다.

9: 배기구 10b: 나사 홈 펌프부(펌프부의 일례)
11, 52: 로터 13, 51: 축부
21, 53: 스테이터(스테이터 및 가열 부재의 일례)
24, 58: 차폐부 24a: 단부
24a1: 면 24a2: 홈 구조
24b: 중간부 31: 유로
54: 스페이서(가열 부재의 일례)

Claims

축부와 상기 축부의 외주 측에 배치된 로터와 상기 로터의 외주 측에 배치된 스테이터를 구비한 펌프부와,
상기 펌프부로부터 배기구까지의 배기 가스의 유로와,
상기 유로에 있어서 상기 축부에 대한 상기 배기 가스의 접촉을 억제하는 차폐부를 구비하고,
상기 차폐부의 단부가 상기 로터와 마주 보는 면을 갖는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 차폐부는, 상기 축부의 벽면을 따라서 상기 단부까지 연장되는 중간부를 구비하고,
상기 중간부의 두께는, 상기 단부의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 축부의 벽면으로부터 상기 차폐부의 단부의 외주면까지의 거리는, 상기 축부의 벽면으로부터 상기 로터의 외주면까지의 거리 이하인 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차폐부의 상기 면 및 상기 면과 마주 보는 상기 로터의 면 중 적어도 한쪽에, 상기 차폐부와 상기 로터 사이의 공극을 통한 상기 축부 측으로의 상기 배기 가스의 유입을 억제하는 홈 구조를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 펌프.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
히터를 구비한 가열 부재를 더 구비하고,
상기 축부는, 냉각되어 있고,
상기 차폐부는, 상기 가열 부재에 고정된 1개의 부재, 또는 상기 가열 부재의 일부분인 것을 특징으로 하는 진공 펌프.