WO2009122506A1

WO2009122506A1 - ターボ分子ポンプ

Info

Publication number: WO2009122506A1
Application number: PCT/JP2008/056350
Authority: WO
Inventors: 俊樹山口
Original assignee: 株式会社島津製作所
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-08
Also published as: CN101981321A; JPWO2009122506A1; US20110014073A1; JP5115622B2; US8591204B2; CN101981321B

Abstract

　ベース３に回転可能に支持されたロータ４と、ロータ４の周囲に配設されたステータ４００と、ステータ４００が収容される筒状のケーシング２とを備え、ステータ４００は、複数段の固定翼４３およびスペーサ４８をベース３のフランジ面３１上に交互に積層してなり、少なくとも一のスペーサ４８には、ケーシング２の内側で他のスペーサ４８の外周面を覆う円環状のリング部４８３が連設される。

Description

ターボ分子ポンプ

　本発明は、ターボ分子ポンプに関する。

　ケーシング内で高速回転するロータを有するターボ分子ポンプにおいては、ロータの破壊によるエネルギーが外側のケーシングに伝達されるのを防ぐようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載のものは、外側ケーシングの内側に内側ケーシングを二重に設けるようにしている。

特開２００１－８２３７９号公報（とくに図２）

　しかしながら、上記特許文献１記載のものは、二重の内側ケーシングをそれぞれ同一のフランジ面上に支持するので、双方の内側ケーシングをがたつきなく支持することが困難である。

　本発明によるターボ分子ポンプは、ベースに回転可能に支持されたロータと、ロータの周囲に配設されたステータと、ステータが収容される筒状のケーシングとを備える。ステータは、複数段の固定翼およびスペーサを、ベースのフランジ面上に第１段から最終段に至るまで交互に積層してなり、少なくとも一のスペーサに、ケーシングの内側で他のスペーサの外周面を覆う円環状のリング部が連設される。
　ロータとステータとの間の径方向の隙間を、リング部とケーシングとの間の径方向の隙間よりも小さくすることもできる。
　リング部を、ベースのフランジ面側にかけて延設することもできる。
　この場合、リング部を、最終段のスペーサに設け、その先端部を第１段のスペーサの側方にかけて延設することが好ましい。
　ベースのフランジ面上に、ケーシングの内側でリング部の先端部外周面を覆うように外周押さえ部を設けてもよい。

　本発明によれば、一のスペーサにリング部を連設して他のスペーサの外周面を覆うようにしたので、ステータとリング部をベースとケーシングの間でがたつきなく支持することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプの要部構成を示す図。図１の比較例としてのターボ分子ポンプの全体構成を概略的に示す図。図１の変形例を示す図。本発明の第２の実施の形態に係るターボ分子ポンプの要部構成を示す図。

－第１の実施の形態－
　以下、図１～３を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。
　図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプの要部構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の要部拡大図である。図２は、図１の比較例としてのターボ分子ポンプの全体構成を概略的に示す断面図である。このターボ分子ポンプは、例えば半導体製造装置に用いられる真空ポンプであり、まず、図２によりターボ分子ポンプの概略構成について説明する。なお、説明の便宜上、以下では図示のようにターボ分子ポンプの上下方向を定義する。

　図２に示すようにターボ分子ポンプのポンプ本体１は、略円筒形状の外側ケーシング２と、外側ケーシング２の下部に設けられるベース３と、外側ケーシング２に収容され、ベース３に回転可能に支持されるロータ４とを有する。外側ケーシング２の上部フランジ２１は、図示しない半導体製造装置側の真空チャンバのフランジに、ボルトによって固定される。外側ケーシング２の下端面とベース３の上端面は、Ｏリング２６を介してボルト２７（図１）により締結されている。

　ロータ４の外周面には、上下方向に間隔をあけて複数段の回転翼４１が形成され、各段の回転翼４１の間に固定翼４３が交互に挿設されている。複数段の固定翼４３はスペーサ４８を介して積層されている。ロータ４の回転翼４１の下方には回転円筒部４２が形成されている。ベース３側には回転円筒部４２に対向して固定円筒部が４４が設けられ、固定円筒部４４の内周面に螺旋状溝が形成されている。以上の回転翼４１と固定翼４３はタービン翼部を構成し、回転円筒部４２と固定円筒部４４はモレキュラードラッグポンプ部を構成する。

　ロータ４は、上下一対のラジアル磁気軸受け５１およびアキシャル磁気軸受け５２により非接触支持され、モータ６により回転駆動される。モータ６は例えばＤＣブラシレスモータであり、ロータ４のシャフト部４５に、永久磁石が内蔵されたモータロータ６１が装着され、ベース３側に、回転磁界を形成するためのモータステータ６２が設けられている。

　磁気軸受け５１，５２には、ロータ４の浮上位置を検出するためのラジアル変位センサ５３，５４およびスラスト変位センサ５５がそれぞれ設けられている。シャフト部４５の下端にはセンサターゲット４６が設けられ、センサーターゲット４６と対向する位置にギャップセンサ５５が設けられている。なお、５６，５７は、非常用のメカニカルベアリングである。

　このようなターボ分子ポンプ１では、ロータ４の高速回転により吸気口１ａからガス分子が流入する。流入したガス分子はタービン翼部およびモレキュラードラッグポンプ部のガス通路をそれぞれ経て排気口１ｂから排気される。このガス分子の流れにより吸気口１ａ側が高真空状態となる。

　ここで、何らかの原因により高速回転中のロータ４が破壊すると、遠心力によってロータ４が周囲に飛散し、その飛散物により外側ケーシング２にはロータ４の回転方向と同方向の回転トルクが作用する。この回転トルクは上部のフランジ２１を介して真空系のフランジに作用するため、真空系の装置が破損するおそれがある。これを防止するため、本実施の形態では以下のように外側ケーシング２の内側に略リング状のケーシング部を設ける。

　図１に示すように外側ケーシング２のフランジ部２１には、周壁２２よりも内径側に突出した突出部２３が設けられている。この突出部２３の下面には、周方向にわたって凹部２４が形成され、凹部２４によりフランジ面２５が形成されている。一方、ベース３の上面にはフランジ面３１が形成され、フランジ面３１上に周方向にわたって凸部３２が形成されている。

　スペーサ４８は略リング形状をなし、固定翼４３は周方向に２分割した半割れ形状をなしている。ロータ４および固定翼４３はアルミニウム合金により構成され、スペーサ４８と外側ケーシング２はアルミニウム合金よりも高強度の材質、例えばステンレスにより構成されている。

　各スペーサ４８の上下面には、それぞれ周方向にわたって段部４８１，４８２が形成され、各固定翼４３の外周縁部には、それぞれ周方向にわたってフランジ部が４３１形成されている。ベース３のフランジ面３１には所定厚さのスペーサ４８と固定翼４３のフランジ部４３１とが交互に積層され、全体で積層体４００（ステータ）が形成されている。積層体４００は、ボルト２７の締結力によりベース３のフランジ面３１と外側ケーシング２のフランジ面２５との間に挟持されている。

　ベース３の凸部３２には最下段のスペーサ４８の下側段部４８２が嵌合し、ベース３に対してスペーサ４８が位置決めされている。スペーサ４８の上側段部４８１には固定翼４３のフランジ部４３１が嵌合し、スペーサ４８を介して固定翼４３が位置決めされている。最上段のスペーサ４８の段部４８１には、外側ケーシング２の凹部２４が嵌合し、スペーサ４８を介して外側ケーシング２が位置決めされている。

　最上段のスペーサ４８には、円筒形状のケーシング部４８３が一体に設けられている。ケーシング部４８３は他のスペーサ４８よりも大径であり、ベース３のフランジ面３１にかけて下方に延設され、ケーシング部４８３により積層体４００の外周全体が覆われている。

　ケーシング部４８３とその内側の積層体４００との間、ケーシング部４８３とその外側の外側ケーシング２との間、およびケーシング部４８３とその先端のベース３との間にはそれぞれ隙間ａ１～ａ３が設けられている。これによりスペーサ４８の取付の際のケーシング部４８３と周囲の部品との干渉が防止される。なお、ケーシング部４８３とベース３のフランジ面３１との間の隙間ａ３は、少なくとも最下段のスペーサ４８の高さよりも小さくなるように、例えばケーシング部４８３の下端面が凸部３２の上面よりも下方に至るように設定されている。

　積層体４００の高さ方向中央部に配置されたスペーサ４８には、径方向に貫通孔４８４が開口されている。貫通孔４８４は隙間ａ１～ａ３内に溜まったガスを積層体４００の内側のガス通路に排気するためのものであり、下流側のガス通路と隙間ａ１～ａ３は貫通孔４８４を介して連通している。

　ポンプ本体１を組み立てる場合には、まず、ベース３にロータ４を回転可能に支持し、ベース３のフランジ面３１上に最下段のスペーサ４８を設置する。次いで、段部４８１，４８２とフランジ部４３１を互いに嵌合しつつ、固定翼４３とスペーサ４８を交互に積層する。最上段のスペーサ４８を積層し終えると、フランジ部４８３により固定翼４３とスペーサ４８の外周が覆われる。さらに、外側ケーシング２を積層体４００の上方から覆い被せ、外側ケーシング２の下端面をベース３のフランジ面３１にボルト２７で締結する。これによりスペーサ４８と固定翼４３からなる積層体４００がベース３のフランジ面３１と外側ケーシング２のフランジ面２５との間に挟持される。

　第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプの主要な動作を説明する。
　何らかの原因により高速回転中のロータ４が破壊すると、その破壊による飛散物が固定翼４３やスペーサ４８を介してケーシング部４３１の内壁面に衝突する。これによりケーシング部４３１が変形、あるいはケーシング部４３１がロータ４の飛散物からのトルクによって外側ケーシング２に対し相対回転し、ロータ破壊のエネルギーがケーシング部４３１で吸収される。このケーシング部４３１の機能により、ロータ４の破壊による回転トルクが外側ケーシング２に伝達されることを抑制することができ、真空系の装置の破損を防止できる。

　以上の実施の形態によれば次のような作用効果を奏することができる。
（１）最上段のスペーサ４８に大径のケーシング部４８３を連設し、ケーシング部４８３により固定翼４３とスペーサ４８の外周を覆うようにした。これによりロータ４の破壊による衝撃が外側ケーシング２に伝達されることを抑制できるとともに、ケーシング部４８３をがたつきなく支持できる。すなわち、仮にケーシング部４８３をスペーサ４８とは別体に設けてベース３のフランジ面３１上に支持する場合、スペーサ４８とケーシング部４８３をベース３と外側ケーシング２の間に別々に挟持するため、ケーシング部４８３の取付位置にがたつきが生じやすい。これに対し本実施の形態では、ケーシング部４８３をスペーサ４８と一体に設けているので、ケーシング部４８３を別に挟持する必要がなく、ケーシング部４８３のがたつきを防ぐことができる。

（２）ケーシング部４８３をスペーサ４８と一体に設けるので、部品点数の増加を防止することができ、コストを抑えることができるとともに、ポンプ本体１の組立性も容易である。
（３）積層体４００の外側に円筒形状のケーシング部４８３を配設するので、その分、外側ケーシング２の周壁２２の内径側の肉厚を薄くしても、ケーシング全体の強度を確保することができる。このため外側ケーシング２の外径を大きくする必要がなく、ポンプ本体１の大型化を防ぐことができる。
（４）ケーシング部４８３を下側に向けて延設するので、スペーサ４８を容易に積層することができる。

（５）ケーシング部４８３を最上段のスペーサ４８からベース３にかけて延設し、ケーシング部４８により積層体４００の全体を覆うようにしたので、ロータ破壊のエネルギーをケーシング部４８で確実に吸収することができる。
（６）スペーサ４８に径方向にかけて貫通孔４８４を開口するので、隙間ａ１～ａ３に溜まったガスをガス通路の下流側へと流すことができ、吸気口１ａ側を高真空状態に維持できる。
（７）ケーシング部４８３の周囲に隙間ａ１～ａ３を設けるようにしたので、ケーシング部４８３が他の部品と干渉することがなく、ポンプ本体１を容易に組み立てることができる。

　上記実施の形態では、ケーシング部４８３の径方向内側および外側にそれぞれ隙間ａ１，ａ２を設けるようにしたが、図３に示すように外側の隙間ａ２を内側の隙間ａ１より大きくしてもよい。これによりロータ破壊時の飛散物の衝突により、ケーシング部４８３が外側ケーシング２の内側で径方向外側に大きく変形可能となり、ロータ破壊のエネルギーを効率よく吸収できる。

－第２の実施の形態－
　図４を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。
　図４は、第２の実施の形態に係るターボ分子ポンプの要部構成を示す断面図である。なお、図２（ｂ）と同一の箇所には同一の符号を付し、以下ではその相違点を主に説明する。

　第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なるのは、ベース３のフランジ面３１の形状である。すなわちフランジ面３１には、凸部３２の径方向外側にさらに全周にわたって凸部３３が設けられている。凸部３３の上端面は、ケーシング部４８３の下端面よりも上方に位置し、ケーシング部４８３と凸部３３の間には径方向に隙間ａ４が設けられている。隙間ａ４は、ケーシング部４８３と外側ケーシング２の間の隙間ａ２よりも小さく形成されている。

　これによりロータ４の破壊によりケーシング部４８３が外側に変形すると、ケーシング部４８３は外側ケーシング２の周壁２２に接触する前に凸部３３に接触する。このためケーシング部４８３の変形が凸部３３により抑えられ、ケーシング部４８３と外側ケーシング２の接触を防ぐことができる。

　なお、上記実施の形態では、スペーサ４８をステンレスにより構成したが、ケーシング部４８３を有する最上部のスペーサ４８のみをステンレスにより構成し、他のスペーサ４８を固定翼４３と同様、アルミ等で形成してもよい。段部４８１，４８２を介してスペーサ４８と固定翼４３を積層したが、ステータとしての積層体４００の構成はこれに限らない。例えばスペーサ４８の上面にピンを突設し、ピンを介してスペーサ４８と固定翼４３を位置決めしながら積層してもよい。

　ロータ４を回転可能に支持するベース３の構成、および積層体４００を収容するケーシングとしての外側ケーシング２の構成は上述したものに限らない。最上段（最終段）のスペーサ４８にケーシング部４８３を設けるようにしたが、少なくとも他のスペーサ４８の外周面を覆うように円環状に形成されるのであれば、リング部の構成はこれに限らない。最上段以外のスペーサ４８にケーシング部４８３を設けてもよく、ケーシング部４８３を複数のスペーサ４８に設けてもよい。

　ケーシング部４８３を最下段（第１段）のスペーサ４８の側方にかけて延設するようにしたが、ケーシング部４８３の先端位置をこれより上に設定してもよい。ケーシング部４８３を積層体４００の下側ではなく上側に向けて延設してもよい。リング部４８３の先端外周面を覆うように凸部３３を設けたが（図４）、外周押さえ部の形状はこれに限らない。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のターボ分子ポンプに限定されない。

Claims

　ベースに回転可能に支持されたロータと、
　前記ロータの周囲に配設されたステータと、
　前記ステータが収容される筒状のケーシングとを備え、
　前記ステータは、複数段の固定翼およびスペーサを、前記ベースのフランジ面上に第１段から最終段に至るまで交互に積層してなり、
　少なくとも一の前記スペーサには、前記ケーシングの内側で他の前記スペーサの外周面を覆う円環状のリング部が連設されるターボ分子ポンプ。
　請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
　前記ロータと前記ステータとの間の径方向の隙間は、前記リング部と前記ケーシングとの間の径方向の隙間よりも小さいターボ分子ポンプ。
　請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
　前記リング部は、前記ベースのフランジ面側にかけて延設されるターボ分子ポンプ。
　請求項３に記載のターボ分子ポンプにおいて、
　前記リング部は、前記最終段のスペーサに設けられ、その先端部は前記第１段のスペーサの側方にかけて延設されるターボ分子ポンプ。
　請求項４に記載のターボ分子ポンプにおいて、
　前記ベースのフランジ面上には、前記ケーシングの内側で前記リング部の先端部外周面を覆うように外周押さえ部が設けられるターボ分子ポンプ。