WO2022131035A1 - 真空ポンプ - Google Patents

真空ポンプ Download PDF

Info

Publication number
WO2022131035A1
WO2022131035A1 PCT/JP2021/044570 JP2021044570W WO2022131035A1 WO 2022131035 A1 WO2022131035 A1 WO 2022131035A1 JP 2021044570 W JP2021044570 W JP 2021044570W WO 2022131035 A1 WO2022131035 A1 WO 2022131035A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotation
vacuum pump
rotor
annular member
casing
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/044570
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
重義 中辻
慶行 高井
春樹 鈴木
Original Assignee
エドワーズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2021034164A external-priority patent/JP2022094272A/ja
Application filed by エドワーズ株式会社 filed Critical エドワーズ株式会社
Priority to CN202180075713.2A priority Critical patent/CN116783391A/zh
Priority to KR1020237017100A priority patent/KR20230116781A/ko
Priority to US18/254,581 priority patent/US20240026889A1/en
Priority to EP21906398.9A priority patent/EP4261416A1/en
Priority to IL303178A priority patent/IL303178A/en
Publication of WO2022131035A1 publication Critical patent/WO2022131035A1/ja

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/044Holweck-type pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/042Turbomolecular vacuum pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • F04D19/048Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps comprising magnetic bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/5853Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps heat insulation or conduction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/30Retaining components in desired mutual position
    • F05D2260/31Retaining bolts or nuts

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum pump.
  • a vacuum pump such as a turbo molecular pump includes a rotor rotated by a motor and a stator arranged around the rotor to form a flow path together with the rotor, and gas molecules entering from an intake port are referred to as rotor blades of the rotor. It collides with the stator blades of the stator and is transferred toward the exhaust port.
  • a vacuum pump is further provided with an annular member that raises the temperature of the stator side in order to prevent gaseous reaction raw materials, reaction products, etc. from adhering to or depositing on the wall surface in the flow path and accumulating.
  • An exhaust port is connected to the member (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to obtain a vacuum pump that suppresses an influence on external piping due to a contact failure of the rotor during rotation of the rotor.
  • the vacuum pump according to the present invention includes a rotor, a stator, a casing accommodating the rotor and the stator, and an annular member to which a rotational force is directly or indirectly applied due to a contact failure of the rotor during rotation of the rotor.
  • a pipe connecting portion connected to the annular member and connected to an external pipe, and a rotation suppressing means for suppressing rotation of the annular member due to the above-mentioned rotational force are provided separately from the connecting portion between the annular member and the casing.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view showing a turbo molecular pump as a vacuum pump according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing an amplifier circuit that controls the excitation of the electromagnet of the turbo molecular pump shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a time chart showing control when the current command value is larger than the detected value.
  • FIG. 4 is a time chart showing control when the current command value is smaller than the detected value.
  • FIG. 5 is a side view showing a turbo molecular pump as a vacuum pump according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the turbo molecular pump shown in FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a vertical sectional view showing a turbo molecular pump 100 as a vacuum pump according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the turbo molecular pump shown in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example of the rotation suppressing means according to the second embodiment.
  • Embodiment 1 A vertical sectional view of the turbo molecular pump 100 is shown in FIG.
  • an intake port 101 is formed at the upper end of a cylindrical outer cylinder 127.
  • a rotating body 103 in which a plurality of rotary blades 102 (102a, 102b, 102c ...), Which are turbine blades for sucking and exhausting gas, are radially and multistagely formed on the peripheral portion inside the outer cylinder 127. Is provided.
  • a rotor shaft 113 is attached to the center of the rotating body 103, and the rotor shaft 113 is floated and supported in the air and position-controlled by, for example, a 5-axis controlled magnetic bearing.
  • the rotating body 103 is generally made of a metal such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the upper radial electromagnet 104 In the upper radial electromagnet 104, four electromagnets are arranged in pairs on the X-axis and the Y-axis.
  • Four upper radial sensors 107 are provided in close proximity to the upper radial electromagnet 104 and corresponding to each of the upper radial electromagnets 104.
  • the upper radial sensor 107 for example, an inductance sensor having a conduction winding, an eddy current sensor, or the like is used, and the position of the rotor shaft 113 is based on the change in the inductance of the conduction winding that changes according to the position of the rotor shaft 113. Is detected.
  • the upper radial sensor 107 is configured to detect the radial displacement of the rotor shaft 113, that is, the rotating body 103 fixed to the rotor shaft 113, and send it to the control device 200.
  • a compensation circuit having a PID adjustment function generates an excitation control command signal of the upper radial electromagnet 104 based on the position signal detected by the upper radial sensor 107, and is shown in FIG.
  • the amplifier circuit 150 (described later) excites and controls the upper radial electromagnet 104 based on this excitation control command signal, so that the upper radial position of the rotor shaft 113 is adjusted.
  • the rotor shaft 113 is made of a high magnetic permeability material (iron, stainless steel, etc.) and is attracted by the magnetic force of the upper radial electromagnet 104. Such adjustment is performed independently in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. Further, the lower radial electric magnet 105 and the lower radial sensor 108 are arranged in the same manner as the upper radial electric magnet 104 and the upper radial sensor 107, and the lower radial position of the rotor shaft 113 is set to the upper radial position. It is adjusted in the same way as.
  • the axial electromagnets 106A and 106B are arranged so as to vertically sandwich the disc-shaped metal disk 111 provided in the lower part of the rotor shaft 113.
  • the metal disk 111 is made of a high magnetic permeability material such as iron.
  • An axial sensor 109 is provided to detect the axial displacement of the rotor shaft 113, and the axial position signal thereof is configured to be sent to the control device 200.
  • a compensation circuit having a PID adjustment function sends an excitation control command signal for each of the axial electromagnet 106A and the axial electromagnet 106B based on the axial position signal detected by the axial sensor 109.
  • the generated amplifier circuit 150 excites and controls the axial electromagnet 106A and the axial electromagnet 106B based on these excitation control command signals, so that the axial electromagnet 106A attracts the metal disk 111 upward by magnetic force.
  • the axial electromagnet 106B attracts the metal disk 111 downward, and the axial position of the rotor shaft 113 is adjusted.
  • control device 200 appropriately adjusts the magnetic force exerted by the axial electromagnets 106A and 106B on the metal disk 111, magnetically levitates the rotor shaft 113 in the axial direction, and holds the rotor shaft 113 in the space in a non-contact manner.
  • the amplifier circuit 150 that excites and controls the upper radial electromagnet 104, the lower radial electromagnet 105, and the axial electromagnets 106A and 106B will be described later.
  • the motor 121 includes a plurality of magnetic poles arranged in a circumferential shape so as to surround the rotor shaft 113. Each magnetic pole is controlled by the control device 200 so as to rotationally drive the rotor shaft 113 via an electromagnetic force acting on the rotor shaft 113. Further, the motor 121 incorporates a rotation speed sensor such as a Hall element, a resolver, an encoder, etc. (not shown), and the rotation speed of the rotor shaft 113 is detected by the detection signal of the rotation speed sensor.
  • a rotation speed sensor such as a Hall element, a resolver, an encoder, etc.
  • a phase sensor (not shown) is attached near the lower radial sensor 108 to detect the phase of rotation of the rotor shaft 113.
  • the position of the magnetic pole is detected by using both the detection signals of the phase sensor and the rotation speed sensor.
  • a plurality of fixed wings 123 (123a, 123b, 123c %) are arranged with a slight gap between the rotary wings 102 (102a, 102b, 102c ).
  • the rotary blades 102 (102a, 102b, 102c %) are formed so as to be inclined by a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the rotor shaft 113 in order to transfer exhaust gas molecules downward by collision.
  • the fixed wing 123 (123a, 123b, 123c %) Is composed of a metal such as aluminum, iron, stainless steel, copper, or a metal such as an alloy containing these metals as a component.
  • the fixed wing 123 is also formed so as to be inclined by a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the rotor shaft 113, and is arranged alternately with the steps of the rotary wing 102 toward the inside of the outer cylinder 127. ing.
  • the outer peripheral end of the fixed wing 123 is supported in a state of being fitted between a plurality of stacked fixed wing spacers 125 (125a, 125b, 125c ).
  • the fixed wing spacer 125 is a ring-shaped member, and is composed of, for example, a metal such as aluminum, iron, stainless steel, or copper, or a metal such as an alloy containing these metals as a component.
  • the outer cylinders 127 and 127a are fixed to the outer periphery of the fixed wing spacer 125 with a slight gap.
  • a base portion 129 is arranged at the bottom of the outer cylinder 127a.
  • an exhaust port 133 is arranged above the base portion 129 and communicates with the outside. The exhaust gas transferred from the chamber (vacuum chamber) side into the intake port 101 is sent to the exhaust port 133.
  • a threaded spacer 131 is arranged between the lower portion of the fixed wing spacer 125 and the base portion 129.
  • the threaded spacer 131 is a cylindrical member made of a metal such as aluminum, copper, stainless steel, iron, or an alloy containing these metals as a component, and has a plurality of spiral thread grooves 131a on the inner peripheral surface thereof. It is engraved.
  • the direction of the spiral of the thread groove 131a is the direction in which when the exhaust gas molecule moves in the rotation direction of the rotating body 103, the molecule is transferred toward the exhaust port 133.
  • a cylindrical portion 102d is hung at the lowermost portion of the rotating body 103 following the rotary blades 102 (102a, 102b, 102c ).
  • the outer peripheral surface of the cylindrical portion 102d is cylindrical and projects toward the inner peripheral surface of the threaded spacer 131, and is brought close to the inner peripheral surface of the threaded spacer 131 with a predetermined gap. There is.
  • the exhaust gas transferred to the screw groove 131a by the rotary blade 102 and the fixed blade 123 is sent to the base portion 129 while being guided by the screw groove 131a.
  • the base portion 129 is a disk-shaped member constituting the base portion of the turbo molecular pump 100, and is generally made of a metal such as iron, aluminum, or stainless steel. Since the base portion 129 physically holds the turbo molecular pump 100 and also has the function of a heat conduction path, a metal having rigidity such as iron, aluminum or copper and having high thermal conductivity is used. Is desirable.
  • the temperature of the rotary blade 102 rises due to frictional heat generated when the exhaust gas comes into contact with the rotary blade 102, conduction of heat generated by the motor 121, etc., but this heat is radiation or gas of the exhaust gas. It is transmitted to the fixed wing 123 side by conduction by molecules or the like.
  • the fixed wing spacers 125 are joined to each other at the outer peripheral portion, and transmit the heat received from the rotary wing 102 by the fixed wing 123 and the frictional heat generated when the exhaust gas comes into contact with the fixed wing 123 to the outside.
  • the threaded spacer 131 is arranged on the outer periphery of the cylindrical portion 102d of the rotating body 103, and the screw groove 131a is engraved on the inner peripheral surface of the threaded spacer 131.
  • a screw groove is carved on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 102d, and a spacer having a cylindrical inner peripheral surface is arranged around the thread groove.
  • the gas sucked from the intake port 101 is the upper radial electric magnet 104, the upper radial sensor 107, the motor 121, the lower radial electric magnet 105, the lower radial sensor 108, and the shaft.
  • the electrical component is covered with a stator column 122 so as not to invade the electrical component composed of the directional electric magnets 106A, 106B, the axial sensor 109, etc., and the inside of the stator column 122 is kept at a predetermined pressure by a purge gas. It may hang down.
  • a pipe (not shown) is arranged in the base portion 129, and purge gas is introduced through this pipe.
  • the introduced purge gas is sent to the exhaust port 133 through the gaps between the protective bearing 120 and the rotor shaft 113, between the rotor and the stator of the motor 121, and between the stator column 122 and the inner peripheral side cylindrical portion of the rotary blade 102.
  • the turbo molecular pump 100 requires identification of a model and control based on individually adjusted unique parameters (for example, various characteristics corresponding to the model).
  • the turbo molecular pump 100 includes an electronic circuit unit 141 in its main body.
  • the electronic circuit unit 141 is composed of a semiconductor memory such as EEP-ROM, electronic components such as semiconductor elements for accessing the semiconductor memory, and a substrate 143 for mounting them.
  • the electronic circuit portion 141 is housed in a lower portion of a rotational speed sensor (not shown) near the center of a base portion 129 constituting the lower portion of the turbo molecular pump 100, and is closed by an airtight bottom lid 145.
  • some of the process gases introduced into the chamber have the property of becoming solid when the pressure becomes higher than the predetermined value or the temperature becomes lower than the predetermined value.
  • the pressure of the exhaust gas is the lowest at the intake port 101 and the highest at the exhaust port 133. If the pressure rises above a predetermined value or the temperature drops below a predetermined value while the process gas is being transferred from the intake port 101 to the exhaust port 133, the process gas becomes a solid state and becomes a turbo molecule. It adheres to the inside of the pump 100 and accumulates.
  • SiCl 4 when used as a process gas in an Al etching apparatus, it is a solid product (for example, at a low vacuum (760 [torr] to 10-2 [torr]) and at a low temperature (about 20 [° C.]). It can be seen from the vapor pressure curve that AlCl 3 ) is deposited and adheres to the inside of the turbo molecular pump 100. As a result, when a deposit of process gas is deposited inside the turbo molecular pump 100, this deposit narrows the pump flow path and causes the performance of the turbo molecular pump 100 to deteriorate.
  • the above-mentioned product was in a state of being easily solidified and adhered in a high pressure portion near the exhaust port 133 and the screwed spacer 131.
  • a heater or an annular water cooling tube 149 (not shown) is wound around the outer periphery of the base portion 129 or the like, and a temperature sensor (for example, a thermistor) (for example, not shown) is embedded in the base portion 129, for example. Based on the signal of this temperature sensor, the heating of the heater and the control of cooling by the water cooling tube 149 (hereinafter referred to as TMS; Temperature Management System) are performed so as to keep the temperature of the base portion 129 at a constant high temperature (set temperature). It has been.
  • TMS Temperature Management System
  • one end of the electromagnet winding 151 constituting the upper radial electromagnet 104 and the like is connected to the positive electrode 171a of the power supply 171 via the transistor 161 and the other end thereof is the current detection circuit 181 and the transistor 162. It is connected to the negative electrode 171b of the power supply 171 via.
  • the transistors 161 and 162 are so-called power MOSFETs, and have a structure in which a diode is connected between the source and the drain thereof.
  • the cathode terminal 161a of the diode is connected to the positive electrode 171a, and the anode terminal 161b is connected to one end of the electromagnet winding 151. Further, in the transistor 162, the cathode terminal 162a of the diode is connected to the current detection circuit 181 and the anode terminal 162b is connected to the negative electrode 171b.
  • the diode 165 for current regeneration its cathode terminal 165a is connected to one end of the electromagnet winding 151, and its anode terminal 165b is connected to the negative electrode 171b.
  • the cathode terminal 166a is connected to the positive electrode 171a, and the anode terminal 166b is connected to the other end of the electromagnet winding 151 via the current detection circuit 181. It has become so.
  • the current detection circuit 181 is composed of, for example, a hall sensor type current sensor or an electric resistance element.
  • the amplifier circuit 150 configured as described above corresponds to one electromagnet. Therefore, when the magnetic bearing is controlled by 5 axes and there are a total of 10 electromagnets 104, 105, 106A, and 106B, the same amplifier circuit 150 is configured for each of the electromagnets, and 10 amplifier circuits are provided for the power supply 171. 150 are connected in parallel.
  • the amplifier control circuit 191 is composed of, for example, a digital signal processor unit (hereinafter referred to as a DSP unit) (hereinafter, referred to as a DSP unit) of the control device 200, and the amplifier control circuit 191 switches on / off of the transistors 161 and 162. It has become like.
  • a DSP unit digital signal processor unit
  • the amplifier control circuit 191 is adapted to compare the current value detected by the current detection circuit 181 (a signal reflecting this current value is referred to as a current detection signal 191c) with a predetermined current command value. Then, based on this comparison result, the magnitude of the pulse width (pulse width time Tp1 and Tp2) generated in the control cycle Ts, which is one cycle by PWM control, is determined. As a result, the gate drive signals 191a and 191b having this pulse width are output from the amplifier control circuit 191 to the gate terminals of the transistors 161 and 162.
  • a high voltage of, for example, about 50 V is used as the power supply 171 so that the current flowing through the electromagnet winding 151 can be rapidly increased (or decreased).
  • a normal capacitor is normally connected between the positive electrode 171a and the negative electrode 171b of the power supply 171 for the purpose of stabilizing the power supply 171 (not shown).
  • the electromagnet current iL when both the transistors 161 and 162 are turned on, the current flowing through the electromagnet winding 151 (hereinafter referred to as the electromagnet current iL) increases, and when both are turned off, the electromagnet current iL decreases.
  • flywheel current when one of the transistors 161 and 162 is turned on and the other is turned off, the so-called flywheel current is maintained.
  • the hysteresis loss in the amplifier circuit 150 can be reduced, and the power consumption of the entire circuit can be suppressed to a low level.
  • the transistors 161 and 162 by controlling the transistors 161 and 162 in this way, it is possible to reduce high frequency noise such as harmonics generated in the turbo molecular pump 100. Further, by measuring this flywheel current with the current detection circuit 181 it becomes possible to detect the electromagnet current iL flowing through the electromagnet winding 151.
  • the transistors 161 and 162 are used only once in the control cycle Ts (for example, 100 ⁇ s) for the time corresponding to the pulse width time Tp1. Turn both on. Therefore, the electromagnet current iL during this period increases from the positive electrode 171a to the negative electrode 171b toward the current value iLmax (not shown) that can be passed through the transistors 161 and 162.
  • both the transistors 161 and 162 are turned off only once in the control cycle Ts for the time corresponding to the pulse width time Tp2. .. Therefore, the electromagnet current iL during this period decreases from the negative electrode 171b to the positive electrode 171a toward the current value iLmin (not shown) that can be regenerated via the diodes 165 and 166.
  • the turbo molecular pump 100 is configured as described above.
  • the turbo molecular pump 100 is an example of a vacuum pump.
  • the rotary wing 102 and the rotary body 103 are the rotors of the turbo molecular pump 100
  • the fixed wing 123 and the fixed wing spacer 125 are the stators of the turbo molecular pump portion
  • the screwed spacer 131 is It is a stator of the threaded groove pump part in the latter stage of the turbo molecular pump part.
  • the outer cylinder 127 and the outer cylinder 127a are casings of the turbo molecular pump 100, and accommodate the above-mentioned rotor and stator.
  • the temperature rising ring 301 is an annular member that heats up the gas flow path by the heat generated by the heater 302, and is made of the same material as the above-mentioned stator.
  • the temperature rise ring 301 and the heater 302 are also used for the above-mentioned TMS.
  • the temperature rising ring 301 is fixed to the above-mentioned stator so that heat can be transferred to the above-mentioned stator, and is also fixed to the outer cylinder 127a at the upper end thereof with a bolt or the like.
  • the temperature rising ring 301 is separated from the base portion 129, a gap 303 is formed between the two, and the gap 303 insulates both of them. Further, the gap 303 is provided with a sealing 304.
  • the temperature rising ring 301 is not directly fixed to the base portion 129.
  • the threaded spacer 131 is not directly fixed to the base portion 129.
  • an exhaust port 133 is fixed to the temperature rising ring 301, and an external pipe (not shown) is connected to the exhaust port 133. Then, the gas is transferred to the exhaust port 133 through the gas flow path between the temperature rising ring 301 and the threaded spacer 131, and is discharged to the external pipe through the exhaust port 133. Since the exhaust port 133 is a gas flow path and is similarly temperature-controlled, it is not directly fixed to the casing (outer cylinder 127a) and the base portion 129.
  • FIG. 5 is a side view showing a turbo molecular pump 100 as a vacuum pump according to the first embodiment of the present invention.
  • the exhaust port 133 is arranged so as to be inserted into an insertion hole 127b formed in the outer cylinder 127a, and the insertion hole 127b has heat insulation to the casing and workability at the time of assembling the pump 100.
  • the size of the exhaust port 133 is larger than that of the exhaust port 133 so that the exhaust port 133 does not come into contact with the outer cylinder 127a.
  • the strength is insufficient against the rotational force applied to the temperature rise ring 301 at the time of the above-mentioned failure. there is a possibility. If the strength of the connection portion is insufficient with respect to the rotational force, the rotational force is also applied to the exhaust port 133 fixed to the temperature rising ring 301, which may cause the above-mentioned problem. be.
  • the pump 100 is provided with a rotation suppressing means for suppressing the rotation of the temperature rising ring 301 due to the rotational force of the casing.
  • the rotation suppressing means includes a rotation regulating portion formed on the temperature rising ring 301, and a rotation regulating member fixed to the casing and abutting on the rotation regulating portion by a rotational force.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the turbo molecular pump shown in FIG. 1 (a diagram showing a cross section taken along the line AA in FIG. 1).
  • the rotation restricting portion of the temperature rising ring 301 is a hole 301a along the radial direction of the pump 100 as shown in FIGS. 1 and 6, and the rotation restricting member is arranged in the hole 301a.
  • a hole corresponding to the hole 301a is formed in the outer cylinder 127a
  • the bolt 305 is fixed to the hole of the outer cylinder 127a by a screw connection
  • the tip of the bolt 305 is inside the hole 301a. Is located in.
  • a pin may be used instead of the bolt 305.
  • the hole 301a does not penetrate the temperature rising ring 301.
  • the holes 301a and the bolts 305 are provided along the radial direction, but may not be along the radial direction.
  • the bolt 305 and the pin as the rotation restricting member can be installed from the outside of the casing after the rotor and the stator are housed inside the casing (outer cylinder 127a).
  • a plurality of holes 301a and bolts 305 are provided at equal intervals.
  • the number of holes 301a and bolts 305, and the diameter and material of the bolts 305 are selected based on the strength required for the rotational force at the time of the above-mentioned contact failure. That is, with the above-mentioned temperature riser ring 301, the strength is obtained so that the rotation of the temperature riser ring 301 does not substantially occur beyond the rotation angle until the rotation restricting member abuts on the rotation regulation portion due to the rotational force.
  • the number of holes 301a and bolts 305, and the diameter and material of the bolts 305 are selected in consideration of the connection strength with the outer cylinder 127a.
  • the motor 121 operates and the rotor rotates based on the control by the control device 200.
  • the gas that has flowed in through the intake port 101 is transferred along the gas flow path between the rotor and the stator, and is discharged from the exhaust port 133 to the external pipe.
  • the temperature rising ring 301 is connected to the exhaust port 133 to which the external pipe is connected, and the rotational force is directly applied due to the contact failure of the rotor during the rotation of the rotor. Or indirectly. Then, apart from the connection portion (directly or indirectly via another member) between the temperature rise ring 301 and the casing (outer cylinder 127a), the rotation of the temperature rise ring 301 due to the above-mentioned rotational force is suppressed.
  • Rotation suppressing means holes 301a, bolts 305, etc.
  • the exhaust port 133 has an insertion hole for the outer cylinder 127a. It may rotate until it comes into contact with the inner wall of 127b, and a large mechanical load may be applied to the external piping.
  • the rotation of the exhaust port 133 is also suppressed, and the mechanical load applied to the external pipe connected to the exhaust port 133 is suppressed. ..
  • Embodiment 2 In the vacuum pump according to the second embodiment of the present invention, a rotation suppressing means for suppressing the rotation of the temperature rising ring 301 due to the above-mentioned rotational force is provided with respect to the base portion 129 to which the casing (outer cylinder 127a) is fixed.
  • the rotation suppressing means includes a rotation regulating portion formed on the temperature rising ring 301, and a rotation regulating member that protrudes in the axial direction from the base portion 129 and comes into contact with the rotation regulating portion by the rotational force. ..
  • FIG. 7 is a vertical sectional view showing a turbo molecular pump 100 as a vacuum pump according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the turbo molecular pump shown in FIG. 7 (a view showing a cross section taken along the line AA in FIG. 7).
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example of the rotation suppressing means according to the second embodiment.
  • the rotation restricting portion of the temperature rising ring 301 is a notch 401a formed in the flange 401 of the temperature rising ring 301, as shown in FIGS. 7, 8 and 9, and the rotation is restricted.
  • the member is a bolt 402 fixed to the base portion 129 along the axial direction.
  • the bolt 402 is screw-coupled with a female screw formed in the hole of the base portion 129, and its head is arranged in the notch 401a.
  • a pin may be used instead of the bolt 402.
  • a hole may be provided instead of the notch 401a.
  • a plurality of notches 401a and bolts 402 are provided at equal intervals.
  • the number of notches 401a and bolts 402, and the diameter and material of the bolts 402 are selected based on the strength required for the rotational force at the time of the above-mentioned contact failure. That is, the notch 401a and the bolt 402 are provided with strength so that the rotation force causes the rotation restricting member to exceed the rotation angle until it comes into contact with the rotation restricting portion and the temperature rise ring 301 does not rotate substantially.
  • the number, diameter and material of the bolt 402 are selected.
  • the rotation restricting portion of the temperature rising ring 301 is a hole 301a, but a groove or a notch facing the casing may be used, and as another embodiment, a protrusion facing the casing. It may be a stepped portion or the like.
  • the temperature rise ring 301 to which the rotational force is indirectly applied is provided as an annular member to which the rotational force is directly or indirectly applied due to the contact failure of the rotor during the rotation of the rotor.
  • the above-mentioned rotation suppressing means is provided on the temperature rising ring 301, but instead, the above-mentioned rotation suppressing means may be provided on the annular member that does not require temperature control. Further, the above-mentioned rotation suppressing means may be provided on the annular member connected to the pipe connection portion for another external pipe, which is different from the exhaust port 133.
  • the annular member is a member that does not require temperature control, it is not necessary to provide a gap between the rotation regulating portion and the rotation regulating member.
  • the annular member such as the temperature rising ring 301 may be a single member or a member configured by connecting a plurality of members.
  • the bolts 105 or pins may be arranged along the circumferential direction as described above and may be arranged in the axial direction.
  • a protrusion, a step portion or the like facing the temperature rising ring 301 is provided in the casing, and when there is no contact defect described above, the casing is said to be applicable.
  • a gap may be provided between the protrusion, the step portion, and the temperature rise ring 301, and the rotation of the temperature rise ring 301 due to the rotational force due to the above-mentioned contact failure may be suppressed.
  • the temperature rising ring 301 and the threaded spacer 131 may be one member. That is, the threaded spacer 131 may have a shape including the temperature rising ring 301 and may be the above-mentioned annular member.
  • the present invention is applicable to, for example, a vacuum pump such as a turbo molecular pump.
  • turbo molecular pump (example of vacuum pump) 102 Rotor (part of an example of a rotor) 103 Rotating body (part of an example of rotor) 127 Outer cylinder (part of an example of casing) 127a Outer cylinder (part of an example of casing) 131 Spacer with screw (example of stator) 133 Exhaust port (an example of piping connection) 301 Temperature rise ring (an example of annular member) 301a hole (an example of rotation control unit) 305 bolts (an example of rotation control member) 401a Notch (an example of rotation control unit) 402 bolts (an example of rotation control member)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Electrophonic Musical Instruments (AREA)

Abstract

【課題】 ロータ回転時におけるロータの接触不具合に起因する外部配管への影響を抑制する真空ポンプを得る。 【解決手段】 この真空ポンプには、昇温リング301が設けられており、昇温リング301には、外部配管を接続される排気口133が接続しており、ロータの回転時におけるロータの接触不具合によって回転力が直接的にまたは間接的に加わる。そして、昇温リング301とケーシング(外筒127a)との接続部分とは別に、上述の回転力による昇温リング301の回転を抑制する回転抑制手段(穴301aおよびボルト305など)が設けられている。

Description

真空ポンプ
 本発明は、真空ポンプに関するものである。
 ターボ分子ポンプなどの真空ポンプは、モータにより回転するロータと、ロータの周囲に配置されロータとともに流路を形成するステータとを備え、吸気口から進入してくる気体分子を、ロータのロータ翼とステータのステータ翼とに衝突させて排気口に向けて移送させる。
 ある真空ポンプは、さらに、ガス状の反応原料、反応生成物などが流路内の壁面に付着や析出して堆積することを抑制するためにステータ側を昇温する環状部材とを備え、環状部材に排気口が接続されている(例えば特許文献1参照)。
特開2019-90384号公報
 ロータの回転時に、上述の堆積物などに起因してロータがステータなどの固定部材に接触する不具合が発生すると、ロータの回転力で、その固定部材自体および固定部材に連結されている上述の環状部材に回転力が加わり、環状部材に接続されている排気口にも回転力が加わる。また、真空ポンプの運転時には、排気口には外部配管が接続されており、外部配管は、外部の構造物や装置などに固定されているため、そのような不具合時には、外部配管にも回転力が加わり、外部配管に変位、変形、脱落などの不具合が発生する可能性がある。
 このような問題は、上述の排気口に限らず、ロータの接触不具合時に直接的にまたは間接的に回転力が加わる環状部材に接続されている他の配管接続部においても同様に発生する可能性がある。
 本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、ロータ回転時におけるロータの接触不具合に起因する外部配管への影響を抑制する真空ポンプを得ることを目的とする。
 本発明に係る真空ポンプは、ロータと、ステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するケーシングと、ロータの回転時におけるロータの接触不具合によって回転力が直接的にまたは間接的に加わる環状部材と、環状部材に接続しており外部配管を接続される配管接続部と、環状部材とケーシングとの接続部分とは別に、上述の回転力による環状部材の回転を抑制する回転抑制手段とを備える。
 本発明によれば、ロータ回転時におけるロータの接触不具合に起因する外部配管への影響を抑制する真空ポンプが得られる。
 本発明の上記又は他の目的、特徴および優位性は、添付の図面とともに以下の詳細な説明から更に明らかになる。
図1は、本発明の実施の形態1に係る真空ポンプとしてのターボ分子ポンプを示す縦断面図である。 図2は、図1に示すターボ分子ポンプの電磁石の励磁制御をするアンプ回路を示す回路図である。 図3は、電流指令値が検出値より大きい場合の制御を示すタイムチャートである。 図4は、電流指令値が検出値より小さい場合の制御を示すタイムチャートである。 図5は、本発明の実施の形態1に係る真空ポンプとしてのターボ分子ポンプを示す側面図である。 図6は、図1に示すターボ分子ポンプの横断面図である。 図7は、本発明の実施の形態2に係る真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ100を示す縦断面図である 図8は、図7に示すターボ分子ポンプの横断面図である。 図9は、実施の形態2における回転抑制手段の一例を示す斜視図である。
 以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
実施の形態1.
 このターボ分子ポンプ100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102(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。回転体103は、一般的に、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属によって構成されている。
 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に近接して、かつ上側径方向電磁石104のそれぞれに対応して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、制御装置200に送るように構成されている。
 この制御装置200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、図2に示すアンプ回路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200に送られるように構成されている。
 そして、制御装置200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200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200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200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102(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。固定翼123(123a、123b、123c・・・)は、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。
 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127,127aが固定されている。外筒127aの底部にはベース部129が配設されている。また、ベース部129の上方には排気口133が配置され、外部に連通されている。チャンバ(真空チャンバ)側から吸気口101に入って移送されてきた排気ガスは、排気口133へと送られる。
 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、ネジ付スペーサ131が配設される。ネジ付スペーサ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102(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を通じてチャンバから排気ガスが吸気される。回転翼102の回転速度は通常20000rpm~90000rpmであり、回転翼102の先端での周速度は200m/s~400m/sに達する。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。
 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、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SiCl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AlCl)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133付近やネジ付スペーサ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;Temperature Management System)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150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200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。
 以上のようにターボ分子ポンプ100は構成されている。このターボ分子ポンプ100は真空ポンプの一例である。さらに、図1において、回転翼102および回転体103は、当該ターボ分子ポンプ100のロータであり、固定翼123および固定翼スペーサ125は、ターボ分子ポンプ部分のステータであり、ネジ付スペーサ131は、ターボ分子ポンプ部分の後段のネジ溝ポンプ部分のステータである。また、外筒127および外筒127aは、当該ターボ分子ポンプ100のケーシングであり、上述のロータおよびステータを収容している。
 さらに、図1において、昇温リング301は、ヒータ302の発熱でガス流路を昇温する環状部材であり、上述のステータと同様の材質で構成されている。この昇温リング301およびヒータ302も上述のTMSに使用される。
 この昇温リング301は、上述のステータへ伝熱可能なように上述のステータに固定されており、また、その上端においてボルトなどで外筒127aに固定されている。昇温リング301は、ベース部129から離間しており、両者の間には空隙303が形成されており、空隙303によって両者は断熱されている。また、空隙303にはシーリング304が設けられている。このように、昇温リング301は、ベース部129には直接的には固定されていない。同様に、ネジ付スペーサ131も、ベース部129には直接的には固定されていない。さらに、昇温リング301には、排気口133が固定されており、排気口133には、図示せぬ外部配管が接続される。そして、昇温リング301とネジ付スペーサ131との間のガス流路を介して排気口133へガスが移送され、排気口133を介して外部配管へ排出される。なお、排気口133は、ガス流路であり同様に温度管理されるため、ケーシング(外筒127a)およびベース部129には直接的に固定されていない。
 図5は、本発明の実施の形態1に係る真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ100を示す側面図である。図5に示すように、排気口133は、外筒127aに形成された挿通孔127bに挿通されて配置されており、挿通孔127bは、ケーシングに対する断熱性、当該ポンプ100の組立時の作業性などを考慮して、排気口133が外筒127aに接触しないように、排気口133より大きいサイズを有する。
 上述のようにTMSによってガス流路上の堆積物の発生は抑制されるものの、ガス流路上の堆積物などに起因して、上述のロータが上述のステータに接触する不具合が発生すると、ロータの回転による回転力がステータに加わる。その際、ステータに固定されている昇温リング301にもその回転力が加わる。昇温リング301は、外筒127aを介して間接的にはベース部129に固定されているものの、外筒127aと昇温リング301との接続は、ポンプ100の軸方向に平行に配設されるボルトなどで行われ、配置スペースの観点から、強度の高い比較的大きなボルトなどを使用することが困難であるため、上述の不具合時に昇温リング301に加わる回転力に対して強度不足となる可能性がある。仮に、その回転力に対して当該接続部分の強度が不足している場合、昇温リング301に固定されている排気口133にもその回転力が加わり、上述のような問題が生じる可能性がある。
 そこで、当該ポンプ100では、ケーシングに対する、その回転力による昇温リング301の回転を抑制する回転抑制手段が設けられている。当該実施の形態では、その回転抑制手段は、昇温リング301に形成された回転規制部と、ケーシングに固定され回転力によって回転規制部に当接する回転規制部材とを備える。
 図6は、図1に示すターボ分子ポンプの横断面図(図1におけるA-A断面を示す図)である。当該実施の形態では、昇温リング301の回転規制部は、図1および図6に示すように、ポンプ100の径方向に沿った穴301aであり、回転規制部材は、その穴301a内に配置されたボルト305である。具体的には、外筒127aに、穴301aに対応する穴が形成されており、ボルト305は、その外筒127aの穴にネジ結合で固定されており、ボルト305の先端が、穴301a内に配置されている。なお、ボルト305の代わりにピンを使用してもよい。また、穴301aは、昇温リング301を貫通していない。なお、ここでは、穴301aおよびボルト305は、径方向に沿って設けられているが、径方向に沿っていなくてもよい。
 当該実施の形態では、回転規制部材としてのボルト305やピンは、ロータおよびステータをケーシング(外筒127a)内部に収容した後に、そのケーシングの外側から設置可能となっている。
 そして、上述のロータの接触不具合のないときには、穴301aとボルト305との間には空隙がある。この空隙によって、昇温リング301とケーシング(外筒127a)との間の断熱が確保される。
 当該実施の形態では、例えば図6に示すように、等角度間隔で複数の穴301aおよびボルト305が設けられている。なお、穴301aおよびボルト305の個数、およびボルト305の径や材質は、上述の接触不具合時の回転力に対して必要な強度に基づいて、選択される。つまり、その回転力によって回転規制部材が回転規制部に当接するまでの回転角度を超えて、昇温リング301の回転が略発生しないような強度が得られるように、上述の昇温リング301と外筒127aとの接続強度を考慮しつつ、穴301aおよびボルト305の個数、およびボルト305の径や材質が選択されている。
 次に、実施の形態1に係る真空ポンプの動作について説明する。
 通常運転時では、制御装置200による制御に基づいてモータ121が動作しロータが回転する。これにより、吸気口101を介して流入したガスが、ロータとステータとの間のガス流路に沿って移送され、排気口133から外部配管へ排出される。
 回転中のロータがステータに接触する不具合が発生すると、ロータの接触によりステータに回転力が加わるため、昇温リング301にもその回転力が加わる。その際、穴301aおよびボルト305の当接によって、昇温リング301の回転が規制され、ひいては、昇温リング301に接続されている排気口133の回転が抑制される。したがって、そのような不具合が発生しても、排気口133に接続されている外部配管に掛かる機械的負荷が抑制される。
 以上のように、上記実施の形態によれば、昇温リング301には、外部配管を接続される排気口133が接続しており、ロータの回転時におけるロータの接触不具合によって回転力が直接的にまたは間接的に加わる。そして、昇温リング301とケーシング(外筒127a)との(直接的な、あるいは他の部材を介した間接的な)接続部分とは別に、上述の回転力による昇温リング301の回転を抑制する回転抑制手段(穴301aおよびボルト305など)が設けられている。
 これにより、ロータ回転時における固定部材(ステータなど)へのロータの接触に起因する外部配管への影響が抑制される。
 仮に上述の回転抑制手段が設けられておらず、上述の不具合発生時に昇温リング301および排気口133が(ポンプ100の周方向に)回転した場合、排気口133が、外筒127aの挿通孔127bの内壁に接触するまで回転してしまい、外部配管に大きな機械的負荷が掛かる可能性がある。一方、上述の回転抑制手段によって、昇温リング301の回転が抑制されることで、排気口133の回転も抑制され、排気口133に接続されている外部配管に掛かる機械的負荷が抑制される。
実施の形態2.
 本発明の実施の形態2に係る真空ポンプでは、ケーシング(外筒127a)が固定されているベース部129に対する、上述の回転力による昇温リング301の回転を抑制する回転抑制手段が設けられている。当該実施の形態2では、その回転抑制手段は、昇温リング301に形成された回転規制部と、ベース部129から軸方向に突出しその回転力によって回転規制部に当接する回転規制部材とを備える。
 図7は、本発明の実施の形態2に係る真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ100を示す縦断面図である。図8は、図7に示すターボ分子ポンプの横断面図(図7におけるA-A断面を示す図)である。図9は、実施の形態2における回転抑制手段の一例を示す斜視図である。
 当該実施の形態2では、昇温リング301の回転規制部は、図7、図8、および図9に示すように、昇温リング301のフランジ401に形成された切り欠き401aであり、回転規制部材は、軸方向に沿ってベース部129に固定されたボルト402である。そのボルト402は、ベース部129の穴に形成された雌ネジとネジ結合し、その頭部が、切り欠き401a内に配置される。なお、ボルト402の代わりにピンを使用してもよい。また、切り欠き401aの代わりに孔を設けてもよい。
 上述のロータの接触不具合のないときには、切り欠き401a(の内壁面)とボルト402との間には空隙がある。また、フランジ401とベース部129との間にも空隙がある。これらの空隙によって、昇温リング301とベース部129との間の断熱が確保される。
 当該実施の形態では、例えば図8や図9に示すように、等角度間隔で複数の切り欠き401aおよびボルト402が設けられている。なお、切り欠き401aおよびボルト402の個数、およびボルト402の径や材質は、上述の接触不具合時の回転力に対して必要な強度に基づいて、選択される。つまり、その回転力によって回転規制部材が回転規制部に当接するまでの回転角度を超えて、昇温リング301の回転が略発生しないような強度が得られるように、切り欠き401aおよびボルト402の個数、およびボルト402の径や材質が選択されている。
 次に、実施の形態2に係る真空ポンプの動作について説明する。
 回転中のロータがステータに接触する不具合が発生すると、ロータの接触によりステータに回転力が加わるため、昇温リング301にもその回転力が加わる。その際、昇温リング301の切り欠き401aおよびボルト402の当接によって、昇温リング301の回転が規制され、ひいては、昇温リング301に接続されている排気口133の回転が抑制される。したがって、そのような不具合が発生しても、排気口133に接続されている外部配管に掛かる機械的負荷が抑制される。
 なお、実施の形態2に係る真空ポンプのその他の構成および動作については実施の形態1のものと同様であるので、その説明を省略する。
 なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。
 例えば、上記実施の形態において、昇温リング301の回転規制部は、穴301aであるが、ケーシングに対向する溝、切り欠きなどでもよく、また、他の実施形態として、ケーシングに対向する突起、段差部などでもよい。
 また、上記実施の形態では、ロータの回転時におけるロータの接触不具合によって回転力が直接的にまたは間接的に加わる環状部材として、回転力が間接的に加わる昇温リング301が設けられており、昇温リング301に上述の回転抑制手段が設けられているが、その代わりに、温度管理が不要な環状部材に、上述の回転抑制手段が設けられていてもよい。また、排気口133とは別の、他の外部配管用の配管接続部に接続される環状部材に、上述の回転抑制手段が設けられていてもよい。なお、その環状部材が温度管理の不要な部材である場合には、上述の回転規制部と回転規制部材との間の空隙は特に設けなくてもよい。
 さらに、上記実施の形態において、昇温リング301などの環状部材は、1つの部材でもよいし、複数の部材を連結して構成されている部材でもよい。
 さらに、上記実施の形態において、ボルト105またはピンは、上述のように周方向に沿って配列されるとともに、軸方向に配列されていてもよい。
 さらに、上記実施の形態において、上述の回転規制部材としてのボルト305の代わりに、ケーシングにおいて、昇温リング301に対向する突起、段差部などを設け、上述の接触不具合のないときには、ケーシングの当該突起、段差部などと、昇温リング301との間に空隙が設けられるとともに、上述の接触不具合による回転力による昇温リング301の回転を抑制するようにしてもよい。また、ケーシングとは別の部材としてボルト305などといった上述の回転規制部材が設けられずに、ケーシングに当該突起、段差部などが設けられる場合には、昇温リング301の回転規制部とケーシングとの間に空隙が設けられる。
 さらに、上記実施の形態において、昇温リング301とネジ付スペーサ131は1つの部材としてもよい。つまり、ネジ付スペーサ131が、昇温リング301を含む形状を有し、上述の環状部材とされてもよい。
 本発明は、例えば、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプに適用可能である。
 100 ターボ分子ポンプ(真空ポンプの一例)
 102 回転翼(ロータの一例の一部)
 103 回転体(ロータの一例の一部)
 127 外筒(ケーシングの一例の一部)
 127a 外筒(ケーシングの一例の一部)
 131 ネジ付スペーサ(ステータの一例)
 133 排気口(配管接続部の一例)
 301 昇温リング(環状部材の一例)
 301a 穴(回転規制部の一例)
 305 ボルト(回転規制部材の一例)
 401a 切り欠き(回転規制部の一例)
 402 ボルト(回転規制部材の一例)

Claims (8)

  1.  ロータと、
     ステータと、
     前記ロータおよび前記ステータを収容するケーシングと、
     前記ロータの回転時における前記ロータの接触不具合によって回転力が直接的にまたは間接的に加わる環状部材と、
     前記環状部材に接続しており外部配管を接続される配管接続部と、
     前記環状部材と前記ケーシングとの接続部分とは別に、前記回転力による前記環状部材の回転を抑制する回転抑制手段と、
     を備えることを特徴とする真空ポンプ。
  2.  前記回転抑制手段は、前記環状部材に形成された回転規制部と、前記ケーシングに固定され前記回転力によって前記回転規制部に当接する回転規制部材とを備えることを特徴とする請求項1記載の真空ポンプ。
  3.  前記環状部材は、ヒータの発熱でガス流路を昇温する昇温リングであり、
     前記回転規制部は、穴であり、
     前記回転規制部材は、前記穴内に配置されたボルトまたはピンであり、
     前記接触不具合のないときに、前記穴と前記ボルトまたは前記ピンとの間には、空隙があること、
     を特徴とする請求項2記載の真空ポンプ。
  4.  前記環状部材は、ヒータの発熱でガス流路を昇温する昇温リングであり、
     前記回転抑制手段は、前記昇温リングおよび前記ケーシングのうちの一方に、前記昇温リングおよび前記ケーシングのうちの他方に対向する突起または段差部を備え、
     前記接触不具合のないときに、前記突起または前記段差部と、前記昇温リングおよび前記ケーシングのうちの他方との間には、空隙があること、
     を特徴とする請求項1記載の真空ポンプ。
  5.  ベース部をさらに備え、
     前記回転抑制手段は、前記環状部材に形成された回転規制部と、前記ベース部から軸方向に突出し前記回転力によって前記回転規制部に当接する回転規制部材とを備えることを特徴とする請求項1記載の真空ポンプ。
  6.  前記環状部材は、フランジと、前記フランジに形成された孔または切り欠きとを備え、 前記回転規制部は、前記孔または前記切り欠きであり、
     前記回転規制部材は、前記軸方向に沿って前記ベース部に固定されたボルトまたはピンであること、
     を特徴とする請求項5記載の真空ポンプ。
  7.  前記環状部材は、ヒータの発熱でガス流路を昇温する昇温リングであることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項5、および請求項6のうちのいずれか1項記載の真空ポンプ。
  8.  前記配管接続部は、排気口であることを特徴とする請求項1から請求項7のうちのいずれか1項記載の真空ポンプ。
PCT/JP2021/044570 2020-12-14 2021-12-03 真空ポンプ WO2022131035A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180075713.2A CN116783391A (zh) 2020-12-14 2021-12-03 真空泵
KR1020237017100A KR20230116781A (ko) 2020-12-14 2021-12-03 진공 펌프
US18/254,581 US20240026889A1 (en) 2020-12-14 2021-12-03 Vacuum pump
EP21906398.9A EP4261416A1 (en) 2020-12-14 2021-12-03 Vacuum pump
IL303178A IL303178A (en) 2020-12-14 2021-12-03 Vacuum pump

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-206436 2020-12-14
JP2020206436 2020-12-14
JP2021034164A JP2022094272A (ja) 2020-12-14 2021-03-04 真空ポンプ
JP2021-034164 2021-03-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022131035A1 true WO2022131035A1 (ja) 2022-06-23

Family

ID=82057678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/044570 WO2022131035A1 (ja) 2020-12-14 2021-12-03 真空ポンプ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240026889A1 (ja)
EP (1) EP4261416A1 (ja)
KR (1) KR20230116781A (ja)
IL (1) IL303178A (ja)
WO (1) WO2022131035A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010031678A (ja) * 2008-07-25 2010-02-12 Shimadzu Corp 回転真空ポンプ
JP2019090384A (ja) 2017-11-16 2019-06-13 エドワーズ株式会社 真空ポンプ、および真空ポンプに備わる昇温ステータ、排気口部材、加熱手段
JP2019178655A (ja) * 2018-03-30 2019-10-17 エドワーズ株式会社 真空ポンプ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010031678A (ja) * 2008-07-25 2010-02-12 Shimadzu Corp 回転真空ポンプ
JP2019090384A (ja) 2017-11-16 2019-06-13 エドワーズ株式会社 真空ポンプ、および真空ポンプに備わる昇温ステータ、排気口部材、加熱手段
JP2019178655A (ja) * 2018-03-30 2019-10-17 エドワーズ株式会社 真空ポンプ

Also Published As

Publication number Publication date
US20240026889A1 (en) 2024-01-25
IL303178A (en) 2023-07-01
KR20230116781A (ko) 2023-08-04
EP4261416A1 (en) 2023-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2023095910A1 (ja) 真空ポンプ、スペーサ部品、及びボルトの締結方法
WO2022210118A1 (ja) 真空ポンプ
WO2022131035A1 (ja) 真空ポンプ
JP2022094272A (ja) 真空ポンプ
WO2022124240A1 (ja) 真空ポンプ
WO2022255202A1 (ja) 真空ポンプ、スペーサ及びケーシング
WO2023008302A1 (ja) 真空ポンプ
WO2022124239A1 (ja) 真空ポンプ、真空ポンプの固定部品、及び真空ポンプの支持部品
WO2022038996A1 (ja) 真空ポンプ、固定翼、およびスペーサ
WO2023171566A1 (ja) 真空ポンプ
US20240117816A1 (en) Vacuum pump
WO2024135679A1 (ja) 真空ポンプ
WO2022153981A1 (ja) 真空ポンプとその回転体
WO2022163341A1 (ja) 真空ポンプ及びスペーサ
JP7378447B2 (ja) 真空ポンプおよび固定部品
WO2022264925A1 (ja) 真空ポンプ
WO2022075228A1 (ja) 真空ポンプ、および真空ポンプに備わる回転円筒体
EP4325060A1 (en) Turbo-molecular pump
WO2022030374A1 (ja) 真空ポンプおよび真空ポンプ用回転翼
WO2022075229A1 (ja) 真空ポンプとこれを用いた真空排気システム
CN116783391A (zh) 真空泵
WO2023037985A1 (ja) 真空ポンプ及び真空ポンプの熱移動抑制部材
JP2023160495A (ja) 真空ポンプ、制御装置および制御方法
JP2024087526A (ja) 真空ポンプ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21906398

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202180075713.2

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18254581

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021906398

Country of ref document: EP

Effective date: 20230714

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11202304036T

Country of ref document: SG