WO2021246337A1

WO2021246337A1 - 真空ポンプおよび真空ポンプの回転体

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Publication number: WO2021246337A1
Application number: PCT/JP2021/020480
Authority: WO
Inventors: 克典高橋
Original assignee: エドワーズ株式会社
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2021-12-09
Also published as: US20230243359A1; EP4163498A1; CN115605685A; KR20230020955A; IL298816A; JP2021191950A

Abstract

【課題】放電時にパーティクルが逆流するのを防止する。【解決手段】吸気口（１０１）および排気口（１３３）が設けられた外装体（１２７，１２９）と、外装体の内部に立設したステータコラム（１２２）と、ステータコラムの外周を囲む形状の回転体（１０３）と、回転体の回転軸を磁気浮上させて支持する磁気軸受（１０４，１０５，１０６Ａ，１０６Ｂ）と、を備え、回転体の回転により吸気口からガスを吸気して排気口から排出する真空ポンプ（１００）において、回転体の裏面側に形成された第１位置（Ｐ１）、回転体の底面側に形成された第２位置（Ｐ２）、および回転体の前記ガスの流路の途中に形成された第３位置（Ｐ３）のうち少なくとも何れかの位置に、回転体に帯電した電荷を放電するための突起部（１０，２０，３０）が設けられることを特徴とする。

Description

真空ポンプおよび真空ポンプの回転体

　本発明は、真空ポンプおよび真空ポンプの回転体に関する。

　真空ポンプのロータに帯電した電荷を放電手段を介して放電する技術が知られている。例えば、特許文献１には、「回転翼が設けられたロータと、回転翼と対をなしてタービンを形成する固定翼が設けられたステータと、ロータの回転軸心を軸心としてロータに設けられた回転軸と、回転軸に回転力を与える電磁力モータと、回転軸を磁気浮上させて軸支する磁気軸受とを備え、ロータの回転軸心に沿ってロータ若しくはステータに設けられた放電針により、ロータにチャージされた電荷がステータに放電される」構成のターボ分子ポンプが記載されている（要約参照）。

特開２００２－２０６４９７号公報

　しかしながら、特許文献１では、放電針が真空ポンプの吸入口近傍に配置されているため、放電時において、放電針に付着したパーティクルが排気ガス中に飛散して、そのパーティクルが真空ポンプの上流側に配置された真空チャンバに向かって逆流し、真空チャンバ内のコンタミネーションの原因となる。

　本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、放電時にパーティクルが逆流するのを防止できる真空ポンプおよび真空ポンプの回転体を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明の一態様は、吸気口および排気口が設けられた外装体と、前記外装体の内部に立設したステータコラムと、前記ステータコラムの外周を囲む形状の回転体と、前記回転体の回転軸を磁気浮上させて支持する磁気軸受と、を備え、前記回転体の回転により前記吸気口からガスを吸気して前記排気口から排出する真空ポンプにおいて、前記回転体の裏面側に形成された第１位置、前記回転体の底面側に形成された第２位置、および前記回転体の前記ガスの流路の途中に形成された第３位置のうち少なくとも何れかの位置に、前記回転体に帯電した電荷を放電するための突起部が設けられることを特徴とする。

　また、上記構成において、前記突起部は、前記回転体の裏面のうち前記ステータコラムの上端面と対向する面に形成された前記第１位置に設けられて、前記回転体に帯電した電荷を前記ステータコラムに向けて放電することが好ましい。

　また、上記構成において、前記突起部は、前記回転体が磁気浮上していない状態であっても、前記ステータコラムの上端面と物理的に接触しない高さに設定されていることが好ましい。

　また、上記構成において、前記回転体の裏面と前記ステータコラムの上端面との間にパージガスが流れるパージガス流路が形成されることが好ましい。

　また、上記構成において、前記突起部は、前記回転体の下部を構成する円筒部の底面に形成された前記第２位置に設けられて、前記回転体に帯電した電荷を前記外装体の底部を構成するベース部に向けて放電することが好ましい。

　また、上記構成において、前記突起部は、前記回転体が磁気浮上していない状態であっても、前記ベース部と物理的に接触しない高さに設定されていることが好ましい。

　また、上記構成において、前記円筒部の底面と前記ベース部との間にパージガスが流れるパージガス流路が形成されることが好ましい。

　また、上記構成において、前記回転体には、複数の回転翼が多段に設けられ、前記外装体には、前記複数の回転翼と段違いで複数の固定翼が多段に設けられ、前記突起部は、下段側に配置された前記回転翼の表面に形成された前記第３位置に設けられて、前記回転体に帯電した電荷を前記下段側に配置された前記回転翼の上下の段の一方に配置された前記固定翼に向けて放電することが好ましい。

　また、上記構成において、前記突起部は尖頭形状であることが好ましい。

　また、上記構成において、前記突起部にはガス抜き穴が設けられていることが好ましい。

　また、上記構成において、前記突起部は複数設けられ、前記複数の突起部は、前記回転体の軸心を中心にして同一半径上に配置され、かつ、互いに前記回転体の軸心に対して回転方向に等間隔で配置されることが好ましい。

　上記目的を達成するために、本発明の別の態様は、吸気口からガスを吸気して排気口から排出する真空ポンプに組み込まれ、磁気軸受により磁気浮上して回転可能に支持される真空ポンプの回転体であって、前記回転体の裏面側に形成された第１位置、前記回転体の底面側に形成された第２位置、および前記回転体の前記ガスの流路の途中に形成された第３位置の少なくとも何れかの位置に、前記回転体に帯電した電荷を放電するための突起部が設けられたことを特徴とする。

　本発明によれば、放電時にパーティクルが逆流するのを防止できる。その結果、真空チャンバ内のコンタミネーションを防止できる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係るターボ分子ポンプの縦断面図である。図１に示すターボ分子ポンプのアンプ回路の回路図である。電流指令値が検出値より大きい場合におけるアンプ制御回路の制御を示すタイムチャートである。電流指令値が検出値より小さい場合におけるアンプ制御回路の制御を示すタイムチャートである。突起部１０の詳細を示す図であって、（ａ）は回転体が磁気浮上した状態を示す図、（ｂ）回転体が磁気浮上していない状態を示す図である。突起部２０の詳細を示す図であって、（ａ）は回転体が磁気浮上した状態を示す図、（ｂ）回転体が磁気浮上していない状態を示す図である。突起部３０の詳細を示す図である。

　以下、本発明に係る真空ポンプの実施形態について、ターボ分子ポンプを例に挙げて、図面を参照しながら説明する。

　このターボ分子ポンプの縦断面図を図１に示す。図１において、ターボ分子ポンプ１００は、円筒状の外筒１２７の上端に吸気口１０１が形成されている。そして、外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードである複数の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・を周部に放射状かつ多段に形成した回転体１０３が備えられている。この回転体１０３の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、例えば５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。

　上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石がＸ軸とＹ軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石１０４の近接に、かつ上側径方向電磁石１０４のそれぞれに対応されて４個の上側径方向センサ１０７が備えられている。上側径方向センサ１０７は、例えば伝導巻線を有するインダクタンスセンサや渦電流センサなどが用いられ、ロータ軸１１３の位置に応じて変化するこの伝導巻線のインダクタンスの変化に基づいてロータ軸１１３の位置を検出する。この上側径方向センサ１０７はロータ軸１１３、すなわちそれに固定された回転体１０３の径方向変位を検出し、図示せぬ制御装置に送るように構成されている。

　この制御装置においては、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、上側径方向センサ１０７によって検出された位置信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４の励磁制御指令信号を生成し、アンプ回路１５０（後述する）が、この励磁制御指令信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４を励磁制御することで、ロータ軸１１３の上側の径方向位置が調整される。

　そして、このロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄、ステンレスなど）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。また、下側径方向電磁石１０５及び下側径方向センサ１０８が、上側径方向電磁石１０４及び上側径方向センサ１０７と同様に配置され、ロータ軸１１３の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。

　さらに、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが、ロータ軸１１３の下部に備えた円板状の金属ディスク１１１を上下に挟んで配置されている。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ１０９が備えられ、その軸方向位置信号が制御装置に送られるように構成されている。

　そして、制御装置において、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、軸方向センサ１０９によって検出された軸方向位置信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂのそれぞれの励磁制御指令信号を生成し、アンプ回路１５０が、これらの励磁制御指令信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂをそれぞれ励磁制御することで、軸方向電磁石１０６Ａが磁力により金属ディスク１１１を上方に吸引し、軸方向電磁石１０６Ｂが金属ディスク１１１を下方に吸引し、ロータ軸１１３の軸方向位置が調整される。

　このように、制御装置は、この軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。なお、これら上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０については、後述する。

　一方、モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、制御装置によって制御されている。また、モータ１２１には図示しない例えばホール素子、レゾルバ、エンコーダなどの回転速度センサが組み込まれており、この回転速度センサの検出信号によりロータ軸１１３の回転速度が検出されるようになっている。

　さらに、例えば下側径方向センサ１０８近傍に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸１１３の回転の位相を検出するようになっている。制御装置では、この位相センサと回転速度センサの検出信号を共に用いて磁極の位置を検出するようになっている。

　回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）が配設されている。回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。

　また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の段と互い違いに配設されている。そして、固定翼１２３の外周端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５（１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・）の間に嵌挿された状態で支持されている。

　固定翼スペーサ１２５はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。固定翼スペーサ１２５の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒１２７が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設されている。ベース部１２９には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。ベース部１２９に移送されてきた排気ガスは、排気口１３３へと送られる。なお、ベース部１２９は接地されている。但し、接地部は、ベース部１２９に限定されず、外筒１２７であっても良い。

　さらに、ターボ分子ポンプ１００の用途によって、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間には、ネジ付きスペーサ１３１が配設される。ネジ付きスペーサ１３１は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。ネジ溝１３１ａの螺旋の方向は、回転体１０３の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口１３３の方へ移送される方向である。回転体１０３の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・に続く最下部には円筒部１０２ｄが垂下されている。この円筒部１０２ｄの外周面は、円筒状で、かつネジ付きスペーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ付きスペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。回転翼１０２および固定翼１２３によってネジ溝１３１ａに移送されてきた排気ガスは、ネジ溝１３１ａに案内されつつベース部１２９へと送られる。

　ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ１００の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。ベース部１２９はターボ分子ポンプ１００を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。

　かかる構成において、回転翼１０２がロータ軸１１３と共にモータ１２１により回転駆動されると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気口１０１を通じて真空チャンバから排気ガスが吸気される。吸気口１０１から吸気された排気ガスは、回転翼１０２と固定翼１２３の間を通り、ベース部１２９へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼１０２に接触する際に生ずる摩擦熱や、モータ１２１で発生した熱の伝導などにより、回転翼１０２の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子などによる伝導により固定翼１２３側に伝達される。

　固定翼スペーサ１２５は、外周部で互いに接合しており、固定翼１２３が回転翼１０２から受け取った熱や排気ガスが固定翼１２３に接触する際に生ずる摩擦熱などを外部へと伝達する。

　なお、上記では、ネジ付きスペーサ１３１は回転体１０３の円筒部１０２ｄの外周に配設し、ネジ付きスペーサ１３１の内周面にネジ溝１３１ａが刻設されているとして説明した。しかしながら、これとは逆に円筒部１０２ｄの外周面にネジ溝が刻設され、その周囲に円筒状の内周面を有するスペーサが配置される場合もある。

　また、ターボ分子ポンプ１００の用途によっては、吸気口１０１から吸引されたガスが上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７、モータ１２１、下側径方向電磁石１０５、下側径方向センサ１０８、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂ、軸方向センサ１０９などで構成される電装部に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム１２２で覆われ、このステータコラム１２２内はパージガスにて所定圧に保たれる場合もある。

　この場合には、ベース部１２９には図示しない配管が配設され、この配管を通じてパージガスが導入される。導入されたパージガスは、保護ベアリング１２０とロータ軸１１３間、モータ１２１のロータとステータ間、ステータコラム１２２と回転翼１０２の内周側円筒部の間の隙間を通じて排気口１３３へ送出される（図１のパージガス流路ＦＬ参照）。

　ここに、ターボ分子ポンプ１００は、機種の特定と、個々に調整された固有のパラメータ（例えば、機種に対応する諸特性）に基づいた制御を要する。この制御パラメータを格納するために、上記ターボ分子ポンプ１００は、その本体内に電子回路部１４１を備えている。電子回路部１４１は、ＥＥＰ－ＲＯＭ等の半導体メモリ及びそのアクセスのための半導体素子等の電子部品、それらの実装用の基板１４３等から構成される。この電子回路部１４１は、ターボ分子ポンプ１００の下部を構成するベース部１２９の例えば中央付近の図示しない回転速度センサの下部に収容され、気密性の底蓋１４５によって閉じられている。

　ところで、半導体の製造工程では、真空チャンバに導入されるプロセスガスの中には、その圧力が所定値よりも高くなり、或いは、その温度が所定値よりも低くなると、固体となる性質を有するものがある。ターボ分子ポンプ１００内部では、排気ガスの圧力は、吸気口１０１で最も低く排気口１３３で最も高い。プロセスガスが吸気口１０１から排気口１３３へ移送される途中で、その圧力が所定値よりも高くなったり、その温度が所定値よりも低くなったりすると、プロセスガスは、固体状となり、ターボ分子ポンプ１００内部に付着して堆積する。

　例えば、Ａｌエッチング装置にプロセスガスとしてＳｉＣｌ４が使用された場合、低真空（７６０［ｔｏｒｒ］～１０－２［ｔｏｒｒ］）かつ、低温（約２０［℃］）のとき、固体生成物（例えばＡｌＣｌ３）が析出し、ターボ分子ポンプ１００内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。これにより、ターボ分子ポンプ１００内部にプロセスガスの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭め、ターボ分子ポンプ１００の性能を低下させる原因となる。そして、前述した生成物は、排気口付近やネジ付きスペーサ１３１付近の圧力が高い部分で凝固、付着し易い状況にあった。

　そのため、この問題を解決するために、従来はベース部１２９等の外周に図示しないヒータや環状の水冷管１４９を巻着させ、かつ例えばベース部１２９に図示しない温度センサ（例えばサーミスタ）を埋め込み、この温度センサの信号に基づいてベース部１２９の温度を一定の高い温度（設定温度）に保つようにヒータの加熱や水冷管１４９による冷却の制御（以下ＴＭＳという。ＴＭＳ；ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）が行われている。

　次に、このように構成されるターボ分子ポンプ１００に関して、その上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０について説明する。このアンプ回路の回路図を図２に示す。

　図２において、上側径方向電磁石１０４等を構成する電磁石巻線１５１は、その一端がトランジスタ１６１を介して電源１７１の正極１７１ａに接続されており、また、その他端が電流検出回路１８１及びトランジスタ１６２を介して電源１７１の負極１７１ｂに接続されている。そして、トランジスタ１６１、１６２は、いわゆるパワーＭＯＳＦＥＴとなっており、そのソース－ドレイン間にダイオードが接続された構造を有している。

　このとき、トランジスタ１６１は、そのダイオードのカソード端子１６１ａが正極１７１ａに接続されるとともに、アノード端子１６１ｂが電磁石巻線１５１の一端と接続されるようになっている。また、トランジスタ１６２は、そのダイオードのカソード端子１６２ａが電流検出回路１８１に接続されるとともに、アノード端子１６２ｂが負極１７１ｂと接続されるようになっている。

　一方、電流回生用のダイオード１６５は、そのカソード端子１６５ａが電磁石巻線１５１の一端に接続されるとともに、そのアノード端子１６５ｂが負極１７１ｂに接続されるようになっている。また、これと同様に、電流回生用のダイオード１６６は、そのカソード端子１６６ａが正極１７１ａに接続されるとともに、そのアノード端子１６６ｂが電流検出回路１８１を介して電磁石巻線１５１の他端に接続されるようになっている。そして、電流検出回路１８１は、例えばホールセンサ式電流センサや電気抵抗素子で構成されている。

　以上のように構成されるアンプ回路１５０は、一つの電磁石に対応されるものである。そのため、磁気軸受が５軸制御で、電磁石１０４、１０５、１０６Ａ、１０６Ｂが合計１０個ある場合には、電磁石のそれぞれについて同様のアンプ回路１５０が構成され、電源１７１に対して１０個のアンプ回路１５０が並列に接続されるようになっている。

　さらに、アンプ制御回路１９１は、例えば、制御装置の図示しないディジタル・シグナル・プロセッサ部（以下、ＤＳＰ部という）によって構成され、このアンプ制御回路１９１は、トランジスタ１６１、１６２のｏｎ／ｏｆｆを切り替えるようになっている。

　アンプ制御回路１９１は、電流検出回路１８１が検出した電流値（この電流値を反映した信号を電流検出信号１９１ｃという）と所定の電流指令値とを比較するようになっている。そして、この比較結果に基づき、ＰＷＭ制御による１周期である制御サイクルＴｓ内に発生させるパルス幅の大きさ（パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２）を決めるようになっている。その結果、このパルス幅を有するゲート駆動信号１９１ａ、１９１ｂを、アンプ制御回路１９１からトランジスタ１６１、１６２のゲート端子に出力するようになっている。

　なお、回転体１０３の回転速度の加速運転中に共振点を通過する際や定速運転中に外乱が発生した際等に、高速かつ強い力での回転体１０３の位置制御をする必要がある。そのため、電磁石巻線１５１に流れる電流の急激な増加（あるいは減少）ができるように、電源１７１としては、例えば５０Ｖ程度の高電圧が使用されるようになっている。また、電源１７１の正極１７１ａと負極１７１ｂとの間には、電源１７１の安定化のために、通常コンデンサが接続されている（図示略）。

　かかる構成において、トランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにすると、電磁石巻線１５１に流れる電流（以下、電磁石電流ｉＬという）が増加し、両方をｏｆｆにすると、電磁石電流ｉＬが減少する。

　また、トランジスタ１６１、１６２の一方をｏｎにし他方をｏｆｆにすると、いわゆるフライホイール電流が保持される。そして、このようにアンプ回路１５０にフライホイール電流を流すことで、アンプ回路１５０におけるヒステリシス損を減少させ、回路全体としての消費電力を低く抑えることができる。また、このようにトランジスタ１６１、１６２を制御することにより、ターボ分子ポンプ１００に生じる高調波等の高周波ノイズを低減することができる。さらに、このフライホイール電流を電流検出回路１８１で測定することで電磁石巻線１５１を流れる電磁石電流ｉＬが検出可能となる。

　すなわち、検出した電流値が電流指令値より小さい場合には、図３に示すように制御サイクルＴｓ（例えば１００μｓ）中で１回だけ、パルス幅時間Ｔｐ１に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、正極１７１ａから負極１７１ｂへ、トランジスタ１６１、１６２を介して流し得る電流値ｉＬｍａｘ（図示せず）に向かって増加する。

　一方、検出した電流値が電流指令値より大きい場合には、図４に示すように制御サイクルＴｓ中で１回だけパルス幅時間Ｔｐ２に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｆｆにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、負極１７１ｂから正極１７１ａへ、ダイオード１６５、１６６を介して回生し得る電流値ｉＬｍｉｎ（図示せず）に向かって減少する。

　そして、いずれの場合にも、パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２の経過後は、トランジスタ１６１、１６２のどちらか１個をｏｎにする。そのため、この期間中は、アンプ回路１５０にフライホイール電流が保持される。

　次に、上記したターボ分子ポンプ１００の帯電防止構造について説明する。例えば半導体の製造工程において、真空チャンバ内でプラズマが発生すると、このプラズマがターボ分子ポンプ１００に侵入する。ターボ分子ポンプ１００の回転体１０３は磁気軸受により浮上しているため、放電が出来難く、プラズマにより回転体１０３に電荷が帯電し易い。回転体１０３に帯電した電荷は放電する必要があるが、例えば、回転体の１０３の排気ガス流路に面した表面から放電を起した場合、放電時に回転体１０３の表面にパーティクルが付着していると、そのパーティクルがガス中に飛散して、パーティクルの逆流が発生し、真空チャンバ内のコンタミネーションの原因となる。そこで、本実施形態では、真空チャンバ内のコンタミネーションを防止するため、ターボ分子ポンプ１００内の所定の位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に放電手段としての突起部１０，２０，３０を設けている。以下、図１、図５～図７を参照して詳しく説明する。

　図１、図５（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態では、回転体１０３の裏面のうちステータコラム１２２の上端面１２２ａと対向する面に形成された位置Ｐ１（第１位置）に、複数（本実施形態では３つ）の突起部１０が設けられている。複数の突起部１０は、ロータ軸１１３の軸心を中心に同一半径Ｒ１上に配置され、かつ互いにロータ軸１１３の軸心に対して回転方向に１２０度ずつ間隔を空けて設けられている。なお、突起部１０の数は３つに限定されない。突起部１０が２つの場合は、２つの突起部１０の位置関係は、ロータ軸１１３の軸心に対して点対称となる。

　突起部１０の詳細を図５（ａ），（ｂ）に示す。図５（ａ），（ｂ）に示すように、突起部１０は、円柱状の本体部１１と、本体部１１と同軸上に設けられた円錐状の先端部１２とを有する。なお、先端部１２は尖頭形状であれば良く、円錐状に限定されない。本体部１１の側面にはネジ部１１ａが形成されており、このネジ部１１ａを回転体１０３の裏面に設けられたネジ穴４０に螺合することで、突起部１０が回転体１０３に固定される。

　突起部１０には、中心軸と平行に本体部１１および先端部１２を貫通するガス抜き穴１１ｂが形成されている。ネジ部１１ａとネジ穴４０との間からパージガスが入り込んだ場合には、パージガスはこのガス抜き穴１１ｂから排出される。

　ここで、図５（ａ）に示すように、回転体１０３が磁気浮上している状態において、突起部１０の先端部１２とステータコラム１２２の上端面１２２ａとの間には隙間が形成されている。さらに、図５（ｂ）に示すように、回転体１０３が磁気浮上していない状態においても、突起部１０の先端部１２とステータコラム１２２の上端面１２２ａとの間には隙間が形成されている。即ち、突起部１０の高さは、回転体１０３が磁気浮上していない状態であっても、ステータコラム１２２の上端面１２２ａと接触しない寸法に設定されている。

　また、図１、図６（ａ），（ｂ）に示すように、回転体１０３の下部を構成する円筒部１０２ｄの底面に形成された位置Ｐ２（第２位置）に複数（本実施形態では３つ）の突起部２０が設けられている。複数の突起部２０は、ロータ軸１１３の軸心を中心に同一半径Ｒ２上に配置され、かつ互いにロータ軸１１３の軸心に対して回転方向に１２０度ずつ間隔を空けて設けられている。

　突起部２０の詳細を図６（ａ），（ｂ）に示す。図６（ａ），（ｂ）に示すように、突起部２０は、円柱状の本体部２１と、本体部２１と同軸上に設けられた円錐状の先端部２２とを有する。なお、先端部２２は尖頭形状であれば良く、円錐状に限定されない。本体部２１の側面にはネジ部２１ａが形成されており、このネジ部２１ａを回転体１０３の円筒部１０２ｄの底面に設けられたネジ穴４１に螺合することで、突起部２０が円筒部１０２ｄに固定される。

　突起部２０には、中心軸と平行に本体部２１および先端部２２を貫通するガス抜き穴２１ｂが形成されている。ネジ部２１ａとネジ穴４１との間からパージガスが入り込んだ場合には、パージガスはこのガス抜き穴２１ｂから排出される。

　ここで、図６（ａ）に示すように、回転体１０３が磁気浮上している状態において、突起部２０の先端部２２とベース部１２９との間には隙間が形成されている。さらに、図６（ｂ）に示すように、回転体１０３が磁気浮上していない状態においても、突起部２０の先端部２２とベース部１２９との間には隙間が形成されている。即ち、突起部２０の高さは、回転体１０３が磁気浮上していない状態であっても、ベース部１２９と接触しない寸法に設定されている。

　なお、本実施形態では、部品共通化のため突起部１０と突起部２０とは同じ形状にしているが、両者の形状は互いに異なっていても良い。

　また、図１，図７に示すように、多段の回転翼１０２ａ，ｂ，ｃ・・・のうち最下段にある回転翼１０２の表面（上面または下面）に形成された位置Ｐ３（第３位置）に複数（本実施形態では３つ）の突起部３０が設けられている。１つの回転翼１０２に１つの突起部３０が設けられており、３つの突起部３０は、ロータ軸１１３の軸心を中心に同一半径Ｒ３上に配置され、かつ互いにロータ軸１１３の軸心に対して回転方向に１２０度ずつ間隔を空けて配置されている。

　突起部３０の詳細を図７に示す。突起部３０は、回転翼１０２の表面の一部を切り欠いて形成されている。具体的には、回転翼１０２の表面に２つの凹部３１が形成され、これら２つの凹部３１の間に尖頭形状の先端部３２が形成されている。なお、本実施形態では、先端部３２の高さは回転翼１０２の表面と同じであるが、回転翼１０２の位置Ｐ３の部分を予め盛り上げておき、盛り上げた部分に２つの凹部３１を設けることで、先端部３２を回転翼１０２の表面から若干突出するように構成しても良い。

　なお、先端部３２の位置は、図７のような回転翼１０２の中間位置（半径Ｒ３）に限定されず、回転翼１０２の付け根位置や先端位置であっても良い。

（作用・効果）
　以上のように構成されたターボ分子ポンプ１００によれば、次の作用・効果を奏する。

　回転体１０３に帯電した電荷は、突起部１０からステータコラム１２２に向けて放電される。突起部１０から放電された電荷は、ステータコラム１２２、ベース部（外装体）１２９を順に流れて接地ラインＧＬ（図１参照）に逃げる。一方、突起部２０からベース部１２９に向けて放電された電荷は、そのまま接地ラインＧＬに逃げる。また、突起部３０から固定翼１２３に向けて放電された電荷は、固定翼１２３、固定翼スペーサ１２５、外筒（外装体）１２７、ベース部１２９の順に流れて接地ラインＧＬに逃げる。このように、本実施形態では、回転体１０３に帯電した電荷を、突起部１０，２０，３０から放電して、確実に接地ラインＧＬに逃がすことができる。

　ここで、突起部１０にパーティクルが付着していると、放電時にパーティクルが飛散する場合が考えられるが、本実施形態では、突起部１０の設けられている位置Ｐ１が回転体１０３の裏面側であるため、パーティクルが排気ガス中に混入して逆流することがない。その結果、真空チャンバ内のコンタミネーションが生じる心配がない。

　また、突起部１０が設けられている位置Ｐ１は、パージガス流路ＦＬ内であるため、万一、パーティカルが飛散しても、パーティカルはパージガスと共にパージガス流路ＦＬを流れて、排気口１３３から排出される。そのため、真空チャンバ内のコンタミネーションを防止できる。

　突起部２０についても、回転体１０３の円筒部１０２ｄの底面に形成された位置Ｐ２に設けられており、その位置Ｐ２はパージガス流路ＦＬの出口近傍であるため、放電時に突起部２０に付着したパーティクルはパージガスと共に排気口１３３から排出される。そのため、真空チャンバ内のコンタミネーションを防止できる。

　突起部３０は、排気ガスの流路上に設けられているが、排気ガスの流れの下流側であって、回転翼１０２の最下段に設けられているため、万一、放電時に突起部３０に付着したパーティクルが排気ガス中に飛散したとしても、真空チャンバへの逆流に対し回転翼１０２や固定翼１２３が障害となる為、真空チャンバ内のコンタミネーションによる悪影響を最小限に抑えることができる。

　また、突起部１０，２０，３０が尖頭形状であるため、放電の効果は高い。しかも、突起部１０の高さは、回転体１０３が磁気浮上していない状態でもステータコラム１２２の上端面１２２ａに接触しない寸法に設定されているため、突起部１０の先端部１２が摩耗や損傷することがなく、形状変化が起こり難い。よって、放電効果の低下が防止される。突起部２０の先端部もベース部１２９に常時接触していないので、突起部１０と同様に放電効果の低下が防止される。突起部３０も回転体１０３の磁気浮上時においても固定翼１２３に接触しないので、突起部１０，２０と同様に放電効果の低下が防止される。

　また、複数の突起部１０は、ロータ軸１１３の軸心から同一半径Ｒ１上に配置され、かつ互いにロータ軸１１３の軸心に対して回転方向に等間隔で配置されているため、回転体１０３の回転バランスが崩れることがない。突起部２０，３０についても同様の作用効果を奏し得る。

　なお、突起部１０，２０，３０を必ずしも全て設ける必要はなく、これらのうち少なくとも何れかが設けられていれば良いが、なるべく放電が起こり易い位置に設けるのが好ましい。ここで、位置Ｐ１の方が位置Ｐ２よりパージガスの流れの上流側に位置するため圧力が高く、放電が起こり易い。そのため、突起部の数を少なくしたい場合には、回転体１０３のステータコラム１２２の上端面１２２ａと対向する裏面側の位置Ｐ１に、少なくとも突起部１０を設けると良い。

　なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

　１０，２０　突起部
　１１，２１　本体部
　１１ａ，２１ａ　ネジ部
　１２，２２　先端部
　３０　突起部
　３１　凹部
　３２　先端部
　４０　ネジ穴
　１００　ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
　１０１　吸気口
　１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）　回転翼
　１０２ｄ　円筒部
　１０３　回転体
　１０４　上側径方向電磁石（磁気軸受）
　１０５　下側径方向電磁石（磁気軸受）
　１０６Ａ，１０６Ｂ　軸方向電磁石（磁気軸受）
　１１３　ロータ軸
　１２２　ステータコラム
　１２２ａ　ステータコラムの上端面
　１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）　固定翼
　１２５（１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・）　固定翼スペーサ
　１２７　外筒（外装体）
　１２９　ベース部（外装体）
　１３１　ネジ付きスペーサ
　１３１ａ　ネジ溝
　１３３　排気口
　ＦＬ　パージガス流路
　ＧＬ　接地ライン
　Ｐ１　第１位置
　Ｐ２　第２位置
　Ｐ３　第３位置

Claims

　吸気口および排気口が設けられた外装体と、前記外装体の内部に立設したステータコラムと、前記ステータコラムの外周を囲む形状の回転体と、前記回転体の回転軸を磁気浮上させて支持する磁気軸受と、を備え、前記回転体の回転により前記吸気口からガスを吸気して前記排気口から排出する真空ポンプにおいて、前記回転体の裏面側に形成された第１位置、前記回転体の底面側に形成された第２位置、および前記回転体の前記ガスの流路の途中に形成された第３位置のうち少なくとも何れかの位置に、前記回転体に帯電した電荷を放電するための突起部が設けられることを特徴とする真空ポンプ。
　請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
　前記突起部は、前記回転体の裏面のうち前記ステータコラムの上端面と対向する面に形成された前記第１位置に設けられて、前記回転体に帯電した電荷を前記ステータコラムに向けて放電することを特徴とする真空ポンプ。
　請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
　前記突起部は、前記回転体が磁気浮上していない状態であっても、前記ステータコラムの上端面と物理的に接触しない高さに設定されていることを特徴とする真空ポンプ。
　請求項２または３に記載の真空ポンプにおいて、
　前記回転体の裏面と前記ステータコラムの上端面との間にパージガスが流れるパージガス流路が形成されることを特徴とする真空ポンプ。
　請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
　前記突起部は、前記回転体の下部を構成する円筒部の底面に形成された前記第２位置に設けられて、前記回転体に帯電した電荷を前記外装体の底部を構成するベース部に向けて放電することを特徴とする真空ポンプ。
　請求項５に記載の真空ポンプにおいて、
　前記突起部は、前記回転体が磁気浮上していない状態であっても、前記ベース部と物理的に接触しない高さに設定されていることを特徴とする真空ポンプ。
　請求項５または６に記載の真空ポンプにおいて、
　前記円筒部の底面と前記ベース部との間にパージガスが流れるパージガス流路が形成されることを特徴とする真空ポンプ。
　請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
　前記回転体には、複数の回転翼が多段に設けられ、
　前記外装体には、前記複数の回転翼と段違いで複数の固定翼が多段に設けられ、
　前記突起部は、下段側に配置された前記回転翼の表面に形成された前記第３位置に設けられて、前記回転体に帯電した電荷を前記下段側に配置された前記回転翼の上下の段の一方に配置された前記固定翼に向けて放電することを特徴とする真空ポンプ。
　請求項１～８の何れか１項に記載の真空ポンプにおいて、
　前記突起部は尖頭形状であることを特徴とする真空ポンプ。
　請求項１～９の何れか１項に記載の真空ポンプにおいて、
　前記突起部にはガス抜き穴が設けられていることを特徴とする真空ポンプ。
　請求項１～１０の何れか１項に記載の真空ポンプにおいて、
　前記突起部は複数設けられ、
　前記複数の突起部は、前記回転体の軸心を中心にして同一半径上に配置され、かつ、互いに前記回転体の軸心に対して回転方向に等間隔で配置されることを特徴とする真空ポンプ。
　吸気口からガスを吸気して排気口から排出する真空ポンプに組み込まれ、磁気軸受により磁気浮上して回転可能に支持される真空ポンプの回転体であって、
　前記回転体の裏面側に形成された第１位置、前記回転体の底面側に形成された第２位置、および前記回転体の前記ガスの流路の途中に形成された第３位置の少なくとも何れかの位置に、前記回転体に帯電した電荷を放電するための突起部が設けられたことを特徴とする真空ポンプの回転体。