JP2000337290A

JP2000337290A - 真空ポンプ

Info

Publication number: JP2000337290A
Application number: JP11149097A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Kabasawa; 剛志樺澤; Manabu Nonaka; 学野中; Takashi Okada; 隆志岡田
Original assignee: Seiko Seiki KK
Current assignee: Seiko Seiki KK
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-12-05
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: KR20000077471A; JP3961155B2; US6755611B1; TW466305B

Abstract

(57)【要約】【課題】排気系に入射される空気分子量を増大し、排
気効率を可及的に高めることのできる真空ポンプを提供
する。【解決手段】吸気口１６を有するケーシング１２内に
吸気口１６に臨んでロータ６０を回転駆動させると共
に、このロータ６０の周外部に軸方向に沿って周方向に
前記吸気口１６から空気分子Ａを引き込んで排気させる
排気系１３を形成してなる真空ポンプ１にあって、前記
ロータ６０の上端部に、案内翼８０が一体的に取り付ら
れる。この案内翼８０は前記吸込口１６からロータ６０
の上端部に引き込まれる前記空気分子Ａを径方向外側に
向けて前記排気系１３の入り口側に反射させる運動成分
を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は真空ポンプに係り、
詳細には、吸気口側に気体分子を排気するための翼が配
置された真空ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】真空ポンプは、例えば半導体製造装置に
おけるチャンバ内の気体を排気してこれを真空状態にす
る装置等に広く使用されている。この真空ポンプは、全
体が翼で構成されたものや、翼部とネジ溝部とを組み合
わせたもの等がある。

【０００３】図１２及び図１３は、従来の真空ポンプの
構成について表したもので、図１２は上面から見た状態
の一部を表す図、図１３はその断面の一部を表す図であ
る。この真空ポンプは、吸気口１６を有するケーシング
１０に固定されたステータ翼５０と、回転するロータ軸
１８に固定されて回転するロータ翼４０を有するロータ
４１とを備えている。各ステータ翼５０とロータ翼４０
とは、軸方向に多段に配置されて、ロータ４１とケーシ
ング１０間に吸気口１６から気体分子Ａを引き込んで排
気する排気系１３を形成している。このような真空ポン
プでは、モータにより定常状態において数万ｒｐｍでロ
ータ軸１８を高速回転させることで、真空（排気）処理
を行うようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ロータ翼４０の周速度
を大きくして排気性能を高めるためにロータ翼４０の外
径を大きくするという方策があるが、ロータ翼４０の剛
性が低下することになるため、ロータ翼４０の内径も合
わせて大きくするようにしている。このため、気体分子
Ａは吸気口１６と同一範囲で入射するのに対して、吸気
口１６に面している最上段ロータ翼４０の内径内（ロー
タ軸１８の上部周辺）には翼が存在せず、気体分子Ａの
流れを妨げるデッドスペースとなっていた。このデッド
スペースが形成されることは、実質的に吸気口の有効面
積が低下していることと等しく、コンダクタンスが小さ
くなると共に、ロータ翼４０に入射する気体分子の量を
減少させることになり、排気効率が低下するという問題
があった。

【０００５】この吸気口中心部のデッドスペースに対応
するために、実開昭６４ー５６５９７号公報には図１４
に示すようにロータ軸１８の上端部に円錐状のインデュ
ーサ１９を取り付けた真空ポンプが提案されている。こ
の提案にあってはインデューサ１９の壁面に衝突した気
体分子Ａに径方向外方の運動成分を与えることが可能に
なる。しかし、分子流領域における気体分子Ａは、図１
４に示すように、衝突面に対して法線方向に向かうとい
う余弦則から、外方の運動成分だけでなく、上方向（吸
気口１６方向）の運動成分を有することになり、十分な
排気効率を得ることはできないという問題があった。

【０００６】そこで本願発明は、このような従来の真空
ポンプの課題を解決するためになされたもので、ロータ
翼に入射する気体分子の量を増大し、排気効率を高めた
真空ポンプを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、吸気口を有
するケーシングと、前記ケーシング内に収容されたロー
タ軸と、このロータ軸と前記ケーシング間に、前記ロー
タ軸と共に回転可能に配設され、前記ロータ軸と共に回
転することで前記吸気口からの気体分子を排気する排気
手段と、前記ロータ軸と前記吸気口との間に、前記ロー
タ軸と共に回転可能に配設され、前記ロータ軸と共に回
転することで前記吸気口からの気体分子に径方向外方の
運動成分を付与する案内翼と、を真空ポンプに具備させ
て前記目的を達成する。

【０００８】本発明では、前記案内翼は、前記吸気口に
臨んで略円錐状に順次縮径された形成面に形成される。
また本発明では、前記案内翼は、回転方向前面部が前記
形成面に垂直となるように形成される。また本発明で
は、前記案内翼は、回転方向前面部が回転軸を中心とし
た放射線方向に対して回転方向後方に向かって傾斜する
ように形成されている。また本発明では、前記排気手段
は、少なくとも複数の翼により形成され、前記案内翼
は、前記翼の最上段に配置されるロータ翼のブレード数
に対して、その約数あるいは整数倍の枚数に設定されて
いる。また本発明では、前記案内翼は、前記吸気口に向
けてケーシング内壁を順次縮径させたケーシング縮径部
と対応する位置に形成されている。また本発明では、前
記排気手段は、翼部、ネジ溝部、又は翼部とネジ溝部の
組み合わせにより形成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本
発明の真空ポンプの一実施形態の全体構成の断面を表し
たものである。この真空ポンプ１は、例えば半導体製造
装置内等に設置され、チャンバ等からプロセスガスの排
出を行うものである。またこの真空ポンプ１は、チャン
バ等からのプロセスガスをステータ翼７２とロータ翼６
２とにより下流側へ移送するターボ分子ポンプ部Ｔと、
ターボ分子ポンプ部Ｔからプロセスガスが送り込まれ、
このプロセスガスをネジ溝ポンプにより更に移送して排
出するネジ溝ポンプ部Ｓとを備えている。

【００１０】図１に示すように、真空ポンプ１は、略円
筒形状のケーシング１０と、このケーシング１０の中心
部に配置される略円柱形状のロータ軸１８と、ロータ軸
１８に固定配置されロータ軸１８とともに回転するロー
タ６０と、ステータ７０とを備えている。ケーシング１
０は、その上端部に半径方向外方へ延設されたフランジ
１１を有しており、このフランジ１１をボルト等によっ
て半導体製造装置等に留め付けてフランジ１１の内側に
形成される吸気口１６とチャンバ等の容器の排出口とを
連接し、容器の内部とケーシング１０の内部とを連通さ
せるようになっている。

【００１１】ロータ６０は、ロータ軸１８の外周に配置
された断面略逆Ｕ字状のロータ本体６１を備えている。
このロータ本体６１は、ロータ軸１８の上部にボルト１
９で取り付けられている。ロータ本体６１は、ターボ分
子ポンプ部Ｔにおいては、外周にロータ翼６２が多段に
形成されている。各段のロータ翼６２は、外側が開放さ
れた複数の翼により構成されている。

【００１２】ステータ７０は、ターボ分子ポンプ部Ｔに
おいては、スペーサ７１と、このスペーサ７１、７１間
に外周側が支持されることでロータ翼６２の各段の間に
配置されるステータ翼７２とを備えており、ネジ溝ポン
プ部Ｓにおいては、スペーサ７１に連設するネジ溝部ス
ペーサ８０を備えている。スペーサ７１は段部を有する
円筒状であり、ケーシング１０の内側に積み重ねられて
いる。各スペーサ７１の内側に位置する段部の軸方向の
長さはロータ翼６２における各段の間隔に応じた長さに
なっている。

【００１３】ネジ溝部スペーサ８０は、ケーシング１０
の内側に配設され、かつ、スペーサ７１に連設され、ス
ペーサ７１とステータ翼７２との下方に配設されてい
る。このネジ溝部スペーサ８０は、内径壁がロータ本体
６１の外周面と近接する位置まで張り出した厚みを有し
ており、内径壁に螺旋構造のネジ溝８１が複数条形成さ
れている。このネジ溝８１は、上記ステータ翼７２とロ
ータ翼６２との間と連通されており、ステータ翼７２と
ロータ翼６２との間を移送されてきた気体がネジ溝８１
に導入され、ロータ本体６１の回転によってネジ溝８１
内を更に移送されるようになっている。なお、この実施
形態では、ネジ溝８１をステータ７０側に形成したが、
ネジ溝８１をロータ本体６１の外径壁に形成するように
してもよい。またネジ溝８１をネジ溝部スペーサ８０に
形成すると共に、ロータ本体６１の外径壁にも形成する
ようにしてもよい。

【００１４】真空ポンプ１は、更に、ロータ軸１８を磁
力により支持する磁気軸受２０と、ロータ軸１８にトル
クを発生させるモータ３０を備えている。磁気軸受２０
は、５軸制御の磁気軸受であり、ロータ軸１８に対して
半径方向の磁力を発生させる半径方向電磁石２１、２４
と、ロータ軸１８の半径方向の位置を検出する半径方向
センサ２２、２６と、ロータ軸１８に対して軸方向の磁
力を発生させる軸方向電磁石３２、３４と、軸方向電磁
石３２、３４による軸方向の磁力が作用するアーマチュ
アディスク３１、ロータ軸１８の軸方向の位置を検出す
る軸方向センサ３６とを備えている。

【００１５】半径方向電磁石２１は、互いに直交するよ
うに配置された２対の電磁石で構成されている。各対の
電磁石は、ロータ軸１８のモータ３０よりも上部の位置
に、ロータ軸１８を挟んで対向配置されている。この半
径方向電磁石２１の上方には、ロータ軸１８を挟んで対
向する半径方向センサ２２が２対設けられている。２対
の半径方向センサ２２は、２対の半径方向電磁石２１に
対応して、互いに直交するように配置されている。さら
に、ロータ軸１８のモータ３０よりも下部の位置には、
同様に２対の半径方向電磁石２４が互いに直交するよう
に配置されている。この半径方向電磁石２４の下方に
も、同様に半径方向電磁石２４に隣接して半径方向セン
サ２６が２対設けられている。

【００１６】これら半径方向電磁石２１、２４に励磁電
流が供給されることによって、ロータ軸１８が磁気浮上
される。この励磁電流は、磁気浮上時に、半径方向セン
サ２２、２６からの位置検知信号に応じて制御され、こ
れによってロータ軸１８が半径方向の所定位置に保持さ
れるようになっている。

【００１７】ロータ軸１８の下部には、磁性体で形成さ
れた円板状のアーマチュアディスク３１が固定されてお
り、このアーマチュアディスク３１を挟んで対向する一
対の軸方向電磁石３２、３４が配置されている。さらに
ロータ軸１８の下端部に対向して軸方向センサ３６が配
置されている。この軸方向電磁石３２、３４の励磁電流
は、軸方向センサ３６からの位置検知信号に応じて制御
され、これによりロータ軸１８が軸方向の所定位置に保
持されるようになっている

【００１８】磁気軸受２０は、制御系４５として図示し
ない磁気軸受制御部を備えている。そしてこの磁気軸受
制御部が半径方向センサ２２、２６、および軸方向セン
サ３６の検出信号に基づいて半径方向電磁石２１、２４
および軸方向電磁石３２、３４などの励磁電流をそれぞ
れフィードバック制御することによって、ロータ軸１８
を磁気浮上させるようになっている。このように、本実
施形態の真空ポンプ１は、磁気軸受を使用することによ
って、機械的接触部分が存在しないため粉塵の発生がな
く、また、シール用のオイル等が不要であるためガス発
生もなく、クリーンな環境での駆動を実現している。こ
のような真空ポンプは、半導体製造等の高いクリーン度
が要求される場合に適している。

【００１９】また、本実施形態の真空ポンプ１では、ロ
ータ軸１８の上部及び下部側には保護用ベアリング３
８、３９が配置されている。通常、ロータ軸１８及びこ
れに取り付けられている各部からなるロータ部は、モー
タ３０により回転している間、磁気軸受２０により非接
触状態で軸支される。保護用ベアリング３８、３９は、
タッチダウンが発生した場合に磁気軸受２０に代わって
ロータ部を軸支することで装置全体を保護するためのベ
アリングである。従って保護ベアリング３８、３９は、
内輪がロータ軸１８には非接触状態になるように配置さ
れている。

【００２０】モータ３０は、ケーシング１０の内側の半
径方向センサ２２と半径方向センサ２６との間で、ロー
タ軸１８の軸方向ほぼ中心位置に配置されている。この
モータ３０に通電することによって、ロータ軸１８およ
び、これに固定されたロータ６０、ロータ翼６２が回転
するようになっている。この回転の回転数は回転数セン
サ４１により検出され、この回転数センサ４１からの信
号に基づいて制御系によって制御されるようになってい
る。

【００２１】真空ポンプ１のケーシング１０の下部に
は、ネジ溝ポンプ部Ｓにより移送されてきた気体を外部
へ排出する排気口１７が配置されている。また、真空ポ
ンプ１は、コネクタおよびケーブルを介して制御系に接
続されている。

【００２２】特に、本発明にあっては図１に示すよう
に、吸気口１６からの気体分子Ａに対して、径方向外方
に向けて排気系１３の入り口側に運動成分を付与するた
めの案内翼８０が、ロータ６０の上端部に一体的に取り
付けれる。この案内翼８０はロータ６０と一体的に形成
されあるいはロータ６０とは別体の別ピースで構成され
る。図示例は案内翼８０を別ピースで構成したものであ
る。

【００２３】具体的には案内翼８０は吸気口１６に臨ん
で順次縮径された円錐状のボス部９０に形成されている
と共にそのボス部９０を介在させてロータ６０と同方向
に一体的に回転するようになっている。ロータ本体６１
には吸気口１６に臨んで開放された係合溝９１が形成さ
れると共に、ボス部９０の底部には係合溝９１に係合す
る係合突起９２がロータ本体６１側に臨んで突出するよ
うに形成されている。ボス部９０にはボルト９３が挿通
され、このボルト９３はロータ軸１８の上端部に螺合し
てボス部９０を含む案内翼８０をロータ本体６１に固定
するようになっている。

【００２４】したがって、吸気口１６からロータ６０の
上流側に引き込まれた気体分子Ａにはロータ６０と共に
一体的に回転する案内翼８０により径方向外方に向かう
運動成分が与えられ、気体分子Ａは強制的に排気系１３
の入り口に案内されることになる。このため、排気系１
３に入射される気体分子数が増大し、排気系１３による
排気効率を高めることができる。

【００２５】図２、図３および図４は案内翼８０が形成
されている形成面１００の形態例を示したものであり、
いずれの形成面１００も吸気口１６に臨んで略円錐状に
順次縮径されるように構成されている。すなわち、図２
は下流側から上流側に直線的に縮径された断面台形状の
形成面１０１を形成したものであり、図３に示す形成面
１０２にあっては円錐半径を径方向内方に縮径した例を
示す。また、図４にあっては円錐半径を径方向外方に拡
径させて下流側に断面半円形状の形成面１０３を示す。
案内翼８１、８２、８３は各形成面１０１、１０２、１
０３の円錐半径に応じた仰角を有する。

【００２６】いずれの形成面１０１、１０２、１０３に
あっても上流側から下流側に向けて回転軸から離れるに
従って周速度が増大することから、径方向外方に運動成
分が与えれると共に形成面１０１、１０２、１０３の形
状に相似した気体分子Ａの反射速度分布が得られ、排気
系１３に入射される気体気分量を増大できる。排気系１
３に入射される気体分子数を増大するためには例えば形
成面を形成する底角αを１５〜６０度に設定することが
望ましい。

【００２７】図５は、案内翼８０が略円錐状の形成面１
００にこれに沿って周方向に互いに等間隔を隔てて形成
されていると共に、各案内翼８０には回転方向前面部に
気体分子Ａを反射させる反射面１１０が形成されている
状態を示したものである。この反射面１１０は形成面１
００に垂直に起立するように形成されると共に回転軸を
中心とする形成面１００の放射線方向に対して回転方向
後方に順次後傾するように形成されている。図６及び図
８、図９はこの案内翼８０およびこれに形成される反射
面１１０の要部を拡大したものである。

【００２８】前述したように、分子流領域における余弦
則から気体分子Ａは壁面に対して垂直に反射するので、
図６に示すように反射面１１０が形成面１００に垂直に
形成されることで、形成面１００に衝突することなく径
方向外方でかつ下流方向（吸気口側１６と反対側の軸方
向）にむけて気体分子Ａを反射させることができる。す
なわち、図７に示すように、反射面１１０が形成面１０
０側に鋭角に傾倒するように形成したのでは反射面１１
０から反射した気体分子Ａが形成面１１０に衝突し、さ
らにその形成面１１０から垂直に反射するので、気体分
子Ａに径方向外方に運動成分を与えることは困難とな
る。

【００２９】また、図５、図８および図９に示すよう
に、反射面１１０が回転軸を中心とする形成面１００の
放射線方向に対して回転方向後方に所定の後退角で後傾
するように形成されることで、案内翼８０の前面が半径
方向外方を向き、気体分子Ａに径方向外方へより大きな
運動成分を付与することができる。なお、図５および図
６、図８、図９に示すように、案内翼８０に形成される
反射面１１０は軸直角断面に対して１５〜６０度の仰角
に形成されている。

【００３０】このように形成面１００に周方向に沿って
回転方向前後に互いに等間隔を隔てて形成された案内翼
８０の枚数はロータ６０の最上段のブレード数の約数あ
るいは整数倍の枚数に設定されている。案内翼８０をこ
のような枚数に設定することにより、気体分子Ａがロー
タ翼６２の上面すなわち吸気口１６に臨む面に衝突する
確率が低下し、気体分子Ａが逆流をすることを未然に防
止することができる。また、図１に示すように、案内翼
８０の対向面において吸気口１６に向けてケーシング内
壁を順次縮径させたケーシング縮径部１２の高さ位置に
形成されているので、ケーシングに衝突した分子も排気
系１３に向かって反射するため、排気系１３に入射され
る気体分子の量をさらに増大することができ、排気効率
を高めることができる。

【００３１】図１０および図１１は反射面１００および
これが形成される案内翼８０の他の形態を示すものであ
り、案内翼８４に形成される反射面１１１は円板上の平
面で構成される形成面１０４上に垂直に形成されると共
に回転軸を中心として形成面１０４の放射線方向に対し
て回転方向後方に順次後傾するように形成されている。
したがって、気体分子Ａは反射面１１１から垂直に反射
して接線方向より外向きに運動成分を与えられるれこと
になるため、前記実施形態と同様に排気系１３に入射す
る気体分子量が増大し、排気効率を高めることができ
る。

【００３２】以上説明したように本実施形態の真空ポン
プによれば、以下の効果を得ることができる。（１）ロータ部の上端部に気体分子を径方向外方に向け
て運動成分を付与する案内翼を取り付けたので、排気系
に入射される気体分子量が増大し、排気効率を高めるこ
とができる。（２）案内翼を略円錐状の形成面に形成したので、排気
系に入射される気体分子量が増大し、排気効率を高める
ことができる。（３）案内翼の反射面を形成面上に垂直に形成したの
で、気体分子に径方向外向き（外方）の運動成分が与え
られ、排気系に入射される気体分子量を増大することが
できる。（４）案内翼の反射面を放射線方向に対して回転方向後
方に後傾させたので、気体分子に径方向外方に大きな運
動成分が与えることができる。（５）案内翼の枚数はロータ部の最上段のブレード数の
約数あるいは整数倍の枚数に設定したので、排気系から
上流側に気体分子が逆流することを防止できる。（６）案内翼の対向面でケーシングを縮径させたので、
排気系に入射される気体分子量をさらに増大することが
でき、排気効率を高めることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上、本発明によれば、ロータ軸と吸気
口との間に、ロータ軸と共に回転することで前記吸気口
からの気体分子に径方向外方の運動成分を付与する案内
翼を取り付けたので、吸気口からの気体分子を効率的に
排気手段に導くことができ、排気効率を高めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の形態を示す真空ポンプの断面図であ
る。

【図２】本発明の形成面を示す図である。

【図３】本発明の形成面を示す図である。

【図４】本発明の形成面を示す図である。

【図５】本発明の案内翼および形成面を示す斜視図であ
る。

【図６】案内翼を示す断面図である。

【図７】反射面を形成面に鋭角に取り付けた例を示す断
面図である。

【図８】案内翼を示す平断面図である。

【図９】案内翼の仰角を示す拡大図である。

【図１０】本発明の他の形態例を示す斜視図である。

【図１１】本発明の他の形態例を示す平面図である。

【図１２】従来の真空ポンプを示す平面図である。

【図１３】従来の真空ポンプを示す縦断面図である。

【図１４】従来の真空ポンプを示す縦断面図である。

【符号の説明】

１０ケーシング１２ケーシング縮径部１３排気系１６吸気口６０ロータ８０、８１、８２、８３、８４案内翼１００、１０１、１０２、１０３、１０４形成面１１０、１１１反射面Ａ気体分子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田隆志千葉県習志野市屋敷４丁目３番１号セイコー精機株式会社内Ｆターム(参考） 3H031 DA01 DA02 DA07 EA00 FA01 FA36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気口を有するケーシングと、前記ケーシング内に収容されたロータ軸と、このロータ軸と前記ケーシング間に、前記ロータ軸と共
に回転可能に配設され、前記ロータ軸と共に回転するこ
とで前記吸気口からの気体分子を排気する排気手段と、前記ロータ軸と前記吸気口との間に、前記ロータ軸と共
に回転可能に配設され、前記ロータ軸と共に回転するこ
とで前記吸気口からの気体分子に径方向外方の運動成分
を付与する案内翼と、を具備することを特徴とする真空
ポンプ。
【請求項２】前記案内翼は、前記吸気口に臨んで略円
錐状に順次縮径された形成面に形成されていることを特
徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項３】前記案内翼は、回転方向前面部が前記形
成面に垂直となるように形成されていることを特徴とす
る請求項２に記載の真空ポンプ。
【請求項４】前記案内翼は、回転方向前面部が回転軸
を中心とした放射線方向に対して回転方向後方に向かっ
て傾斜するように形成されていること特徴とする請求項
２に記載の真空ポンプ。
【請求項５】前記排気手段は、少なくとも複数の翼に
より形成され、前記案内翼は、前記翼の最上段に配置されるロータ翼の
ブレード数に対して、その約数あるいは整数倍の枚数に
設定されていること特徴とする請求項１に記載の真空ポ
ンプ。
【請求項６】前記案内翼は、前記吸気口に向けてケー
シング内壁を順次縮径させたケーシング縮径部と対向す
る位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記
載の真空ポンプ。
【請求項７】前記排気手段は、翼部、ネジ溝部、又は
翼部とネジ溝部の組み合わせにより形成されたことを特
徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。