JP2008157257A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】特定のプロセスによるポンプ内部での副生成物の生成を抑制または阻止したり、運転可能範囲を広く設定できるようにする。
【解決手段】ステータＳとロータＲを内部に収容するケーシング部１４と、ステータＳとロータＲで構成される翼排気部Ｌ_１及び／または溝排気部Ｌ_２と、翼排気部Ｌ_１及び／または溝排気部Ｌ_１の周囲を包囲する内側ケーシング１５２と、内側ケーシング又は溝排気部Ｌ_２のステータに取付けられた温度調整機構２０６，２０８を有する。
【選択図】図１６

Description

本発明は、高速回転するロータにより気体の排気を行うようにしたターボ分子ポンプに関する。

従来のターボ分子ポンプの一例を図２５に示す。このターボ分子ポンプは、筒状のポンプケーシング１４の内部に、ロータ（回転部）Ｒとステータ（固定部）Ｓにより翼排気部Ｌ_１及び溝排気部Ｌ_２が構成されている。ポンプケーシング１４の下部は基部１５によって覆われ、これには排気ポート１５ａが設けられている。ポンプケーシング１４の上部には排気すべき装置や配管に接続するためのフランジ１４ａが設けられている。ステータＳは、基部１５の中央に立設された固定筒状部１６と、翼排気部Ｌ_１及び溝排気部Ｌ_２の固定側部分とから主に構成されている。

ロータＲは、固定筒状部１６の内部に挿入された主軸１０と、それに取り付けられた回転筒状部１２とから構成されている。主軸１０と固定筒状部１６の間には駆動用モータ１８と、その上下に上部ラジアル軸受２０及び下部ラジアル軸受２２が設けられている。そして、主軸１０の下部には、主軸１０の下端のターゲットディスク２４ａと、ステータＳ側の上下の電磁石２４ｂを有するアキシャル軸受２４が配置されている。このような構成によって、ロータＲが５軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。

回転筒状部１２の上部外周には、回転翼３０が一体に設けられて羽根車を構成し、ポンプケーシング１４の内面には、回転翼３０と交互に配置される固定翼３２が設けられ、これらが、高速回転する回転翼３０と静止している固定翼３２との相互作用によって排気を行う翼排気部Ｌ_１を構成している。

さらに、翼排気部Ｌ_１の下方には溝排気部Ｌ_２が設けられている。すなわち、回転筒状部１２には、外周面にねじ溝３４ａが形成されたねじ溝部３４が固定筒状部１６を囲むように設けられ、一方、ステータＳには、このねじ溝部３４の外周を囲むねじ溝部スペーサ３６が配置されている。溝排気部Ｌ_２は、高速回転するねじ溝部３４のねじ溝３４ａのドラッグ作用によって排気を行う。

このように翼排気部Ｌ_１の下流側にねじ溝排気部Ｌ_２を有することで、広い流量範囲に対応可能な広域型ターボ分子ポンプが構成されている。この例では、ねじ溝排気部Ｌ_２のねじ溝をロータＲ側に形成した例を示しているが、ねじ溝をステータＳ側に形成することも行われている。

上記のようなターボ分子ポンプは、以下のように組立てられる。まず、基部１５に形成された環状凸部１５ｂにねじ溝部スペーサ３６の下面の段差面３６ａを嵌合させて取り付ける。次に、ロータＲを所定の位置に据え、その回転翼３０の間に通常半割の固定翼３２を両側から組み込み、その上に上下に段差面を有するリング状の固定翼スペーサ３８を乗せる。以下、この工程を順次繰り返してロータＲを取り囲む固定翼３２の積層構造を形成する。

最後に、上からポンプケーシング１４を上記の積層構造の周囲に装着し、その下部のフランジ１４ｂをステータＳの基部１５にボルト等で固定し、ポンプケーシング１４の内周面上部の段差面１４ｃで最上段の固定翼スペーサ３８を押さえて積層構造及びねじ溝部スペーサ３６を固定する。このような構成から分かるように、各固定翼３２はその縁部を上下の固定翼スペーサ３８により上下から押さえられ、同様にねじ溝部スペーサ３６も最下段の固定翼３２と固定翼スペーサ３８及び基部１５の凸部１５ｂに押さえられて周方向に共回りしないように拘束されている。

なお、図示しないが、ねじ溝部スペーサ３６のステータＳの固定筒状部１６に対する固定を確実にするため、ねじ溝部スペーサ３６をステータＳの固定筒状部１６に強固にボルト締結することも行われている。

このようなターボ分子ポンプにおいて、ロータＲの偏心等による回転異常やそれに伴うロータＲ自体、特に回転筒状部１２や回転翼３０の破壊等が生じる場合がある。この場合、ロータＲやその破片が固定翼スペーサ３８やねじ溝部スペーサ３６と衝突してステータＳ側にも径方向や円周方向に多大な力が加わることがある。

このような異常な力により、固定翼３２やスペーサ３６，３８の変形のみならず、ポンプケーシング１４や固定筒状部１６の破損あるいはこれらの接合部の破断、あるいはこれらと外部との接続配管部の破断等を生じる可能性がある。このようなステータＳ側の破損や破断は、ターボ分子ポンプが用いられている処理装置の全体の真空を破壊し、処理装置自体や処理途中の製品への損害をもたらす他、処理ガスの外部放出を招く事故に繋がりかねない。

本発明は、特定のプロセスによるポンプ内部での副生成物の生成を抑制または阻止したり、運転可能範囲を広く設定できるようにしたターボ分子ポンプを提供することを目的とする。

本発明のターボ分子ポンプは、ステータとロータを内部に収容するケーシング部と、前記ステータと前記ロータで構成される翼排気部及び／または溝排気部と、前記翼排気部及び／または前記溝排気部の周囲を包囲する内側ケーシングと、前記内側ケーシング又は溝排気部のステータに取付けられた温度調整機構を有することを特徴とするターボ分子ポンプである。

内側ケーシングにヒータや水冷配管等を取り付けることにより、局所的に昇温させたい場所や熱を奪いたい場所を任意に設定でき、特定のプロセスによるポンプ内部での副生成物の生成を抑制または阻止したり、運転可能範囲を広く設定することができる。

この発明の他の態様は、ステータとロータを内部に収容するケーシング部と、前記ステータと前記ロータで構成される翼排気部及び／または溝排気部と、前記溝排気部の前記ステータの下端部に備えられた熱源を有することを特徴とするターボ分子ポンプである。

この発明の更に他の態様は、ステータとロータを内部に収容するケーシング部と、前記ステータと前記ロータで構成される翼排気部及び溝排気部と、前記翼排気部の下流側と前記溝排気部の上流側との間に配置される冷却装置を有することを特徴とするターボ分子ポンプである。

この発明の更に他の態様は、ステータとロータを内部に収容するケーシング部と、前記ステータと前記ロータで構成される翼排気部及び溝排気部と、前記ケーシング部の前記溝排気部に対向する部位に設けられる冷却装置を有することを特徴とするターボ分子ポンプである。

この発明の更に他の態様は、ステータとロータを内部に収容するケーシング部と、前記ステータと前記ロータで構成される翼排気部及び溝排気部と、前記溝排気部の前記ステータの下部に備えられた熱源と前記翼排気部の下流側と前記溝排気部の上流側との間に配置される冷却装置を有することを特徴とするターボ分子ポンプである。

この発明の更に他の態様は、ステータとロータを内部収容するケーシング部と、前記ステータと前記ロータで構成される翼排気部及び／または溝排気部と、前記溝排気部の前記ロータの下端部に設けた冷却装置を有することを特徴とするターボ分子ポンプである。

この発明によれば、局所的に昇温させたい場所や熱を奪いたい場所を任意に設定でき、特定のプロセスによるポンプ内部での副生成物の生成を抑制または阻止したり、運転可能範囲を広く設定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、ターボ分子ポンプの一例を示すものである。図１に示す例では、円筒状の下部内側ケーシング１４０と上部内側ケーシング１４１によって内側ケーシング（衝撃吸収構造）１４２が構成されており、これにより固定翼３２及び固定翼スペーサ３８が固定されている。

すなわち、上部内側ケーシング１４１は、固定翼３２と固定翼スペーサ３８からなる積層構造を収容し、段差面１４１ａによって積層構造を押さえた状態で、下端を下部内側ケーシング１４０の上端に形成された環状突起部１４０ａに嵌合させて固定されている。下部内側ケーシング１４０は、ねじ溝部スペーサとしての機能を兼ねており、回転筒状部１２のねじ溝部３４とともに、溝排気部Ｌ_２を構成している。

この内側ケーシング１４２の外径は、ポンプケーシング１４の内径より小さく設定され、従って、内側ケーシング１４２とポンプケーシング１４との間に隙間Ｔを形成している。内側ケーシング１４２は、その内周面の下端部をステータＳの固定筒状部１４５に形成された円筒状の大径部１４５ａの外周面に嵌合させており、この部分の嵌合のみによって固定されている。従って、固定翼３２や下部内側ケーシング（ねじ溝部スペーサ）１４０に異常トルクが伝わった場合に、内側ケーシング１４２が共回りして衝撃を吸収し、固定側特にポンプケーシング１４に衝撃を与えにくいようになっている。

このように構成したターボ分子ポンプは、フランジ１４ａを例えば真空処理チャンバに接続して用いられるが、何らかの理由でロータＲの回転に異常が起き、あるいはロータＲが破損すると、ロータＲが固定翼３２や下部内側ケーシング１４０に接触してその回転トルクが内側ケーシング１４２に伝達される。これにより、内側ケーシング１４２に大きな力が加えられ、固定翼３２の積層構造や内側ケーシング１４２が部分的に変形して衝撃を吸収する。内側ケーシング１４２とポンプケーシング１４の間に隙間Ｔが設けられているので、内側ケーシング１４２の一部が破損又は変形しても、その衝撃がポンプケーシング１４に直接に伝達されることがなく、ポンプケーシング１４やそれと外部の接続の破壊が防止される。

さらに大きな衝撃が伝達されると、固定側との係合が低度であるので、内側ケーシング１４２と大径部１４５ａとの間の嵌合が外れ、内側ケーシング１４２は大径部１４５ａをガイドとして共回りし、これによってさらに衝撃を吸収する。

尚、ここでは内側ケーシング１４２とポンプケーシング１４の間に隙間Ｔが設けられている例を示したが、衝撃吸収をより積極的に行う観点から、内側ケーシングとポンプケーシングとの間に、図２４（ａ），図２４（ｂ）の説明や、後述する図８の説明にあるような比較的柔軟な金属材料、高分子素材、あるいはこれらの複合素材からなる衝撃吸収部材１８６を介在させる方法も有効である。

ところで、図１の場合、内側ケーシング１４２は一重構造となっているが、ロータ破片の衝突による衝撃緩和や内側ケーシング自身の強度向上の観点から、図２のように、内側ケーシング１４２Ａを、図１の内側ケーシング１４２の外側にさらに筒状の第２の内側ケーシング１４２ａを設けた多重（二重以上）構造としても良いのは言うまでもない。

図３は、図１の変形例のターボ分子ポンプを示すものである。この例では、下部内側ケーシング１４０の内周面と、固定筒状部１４５の大径部１４５ａの外周面との間に、摩擦低減構造１４３が介在している。この摩擦低減構造１４３としては、例えば、４フッ化エチレン樹脂のような素材自体が低摩擦であるような部材の他、ボールベアリングやころベアリング等の低摩擦構造を用いることもできる。

このターボ分子ポンプでは、下部内側ケーシング１４０と固定筒状部１４５の大径部１４５ａとの間に、摩擦低減構造１４３が設けられているので、これらの間に作用する摩擦力も低減し、大径部１４５ａをガイドとして下部内側ケーシング１４０が回転し易くなる。従って、内側ケーシング１４２の衝撃吸収能力が向上し、ロータＲ破壊時の異常な回転トルクがポンプケーシング１４側へ伝達するのをさらに低減させることができる。

図４は、更に他の例のターボ分子ポンプを示すものである。この例では、下部内側ケーシング１４６が、ロータＲのねじ溝部３４の外側に配置された外側筒状部１４６Ａと、ねじ溝部３４の内側に配置された内側筒状部１４６Ｂとがそれらの下方で連結部１４６Ｃにより連結されて二重筒状に構成され、回転筒状部１２のねじ溝部３４はこれらの間を回転するようになっている。内側筒状部１４６Ｂの内周面の上部には、内側に向かう突出部１４８が形成されており、この突出部１４８の内周面がステータＳの固定筒状部１４７の外周面１４７ａに嵌合されることにより固定されている。

外側筒状部１４６Ａは、ねじ溝部スペーサとしての機能を兼ねており、回転筒状部１２のねじ溝部３４とともに溝排気部Ｌ_２を構成している。連結部１４６Ｃには、溝排気部Ｌ_２から排気ポート１５ａに連通するための連通孔１４６Ｄが形成されている。外側筒状部１４６Ａは、図１に示す例と同様に、上部内側ケーシング１４１と一体になって、ポンプケーシング１４との間に隙間を有する内側ケーシング１４２を構成している。

このように構成されたターボ分子ポンプにおいては、ロータＲが破壊した場合でもロータの破片は外方に向かって飛散するので、ねじ溝部３４の内側の内側筒状部１４６Ｂは変形しにくく、円筒状態を保持することができる。また、内側ケーシング１４２を固定するための突出部１４８が、異常トルクを受けやすい上部内側ケーシング１４１から最も遠い位置にあるために、上部内側ケーシング１４１が受けた衝撃が途中で吸収されて低減されて伝わるので、突出部１４８と固定筒状部１４７の外周面１４７ａの嵌合部の形状も比較的維持される。

従って、内側筒状部１４６Ｂと外周面１４７ａの嵌合が外れた後も、内側ケーシング１４２は全体としてこれらの係合面をガイドとして、外側筒状部１４６Ａ、上部内側ケーシング１４１などとともに回転することができ、これにより、ロータＲ破壊時の異常な回転トルクのポンプケーシング１４側への伝達を抑制することができる。

図５は、図４の変形例を示すもので、この変形例では、内側ケーシング１４２を構成する下部内側ケーシング１４６として、図４における内側筒状部１４６Ｂの代わりに、これより肉薄の円筒状の内側筒状部１４６Ｂが設けられて構成されており、この内側筒状部１４６Ｂの内周面とステータＳの固定筒状部１４７の外周面１４７ａとの間に、４フッ化エチレン樹脂等の摩擦低減部材１８４が装着されている。

このターボ分子ポンプでは、内側筒状部１４６Ｂと固定筒状部１４７との間に、摩擦低減部材１８４が介在しているので、これらの間に作用する摩擦力も低減され、固定筒状部１４７をガイドとして内側筒状部１４６Ｂが外側筒状部１４６Ａ、上部内側ケーシング１４１などとともに回転し易くなる。その結果、ロータ破壊時等の異常な回転トルクがポンプケーシング１４側へ伝達するのをさらに低減することができる。

図６は、図４の他の変形例を示すものである。この変形例では、内側筒状部１４６Ｂ等をさらに回転し易くするために、図５における摩擦低減部材１８４の代わりに、摩擦低減構造としてメカニカルベアリング（ボールベアリングやころベアリング等）１８５が用いられている。

図７は、更に他の例のターボ分子ポンプを示すものである。この例では、下部内側ケーシング１５０とねじ溝部スペーサ１５１とが別個に設けられている。すなわち、互いに嵌合して内側ケーシング１５２を構成する下部内側ケーシング１５０と上部内側ケーシング１５３によって固定翼３２と固定翼スペーサ３８の積層構造及びねじ溝部スペーサ１５１が固定保持されている。上部内側ケーシング１５３には、その上端に内方に向かって突出された円環状の押え部１５３ａが形成されている。

外側筒状部１５０Ａおよび上部内側ケーシング１５３の内周面と、各固定翼スペーサ３８およびねじ溝部スペーサ１５１の外周面との間には、比較的柔軟な金属材料、高分子素材、あるいはこれらの複合素材などからなる衝撃吸収部材１８６が設けられている。

下部内側ケーシングは、図６の例と同様に、外側筒状部１５０Ａ及び内側筒状部１５０Ｂが、連通孔１５０Ｄを有する連結部１５０Ｃによって連結されて構成されている。内側筒状部１５０Ｂの内周面とステータＳの固定筒状部１４７の外周面１４７ａとの間には、摩擦低減構造（メカニカルベアリング）１８５が設けられている。

この例では、図６の例の作用に加えて、外側筒状部１５０Ａ及び上部内側ケーシング１５３と、各固定翼スペーサ３８及びねじ溝部スペーサ１５１との間にも衝撃吸収部材１８６が設けられているので、ロータＲから各固定翼スペーサ３８等に伝達された衝撃力が内側ケーシング１５２自体に伝達されるのが軽減される。これにより内側ケーシング１５２の保護機能が向上し、結果的に、上部内側ケーシング１５３および外側筒状部１５０Ａとポンプケーシング１４との間の隙間Ｔの寸法をより狭くして全体をコンパクトにすることができる。

図８は、図７の衝撃吸収部材１８６の他の例を示すもので、軸方向に延びる棒状のパイプ１８９を筒状に連ねたものを、内側ケーシング１４２と固定翼スペーサ３８またはねじ溝部スペーサとの間に配置している。この例の衝撃吸収部材１８６は、パイプの製作及びターボ分子ポンプの組立が容易であるという利点を有する。衝撃吸収部材１８６としては、パイプに限ることなく、先述した比較的柔軟な金属材料、高分子素材、あるいはこれらの複合素材を用いて、衝撃を吸収しやすい形状（例えばハニカム構造や単なる球形状の集合体）に構成すればよい。腐食性ガス等を排気することを考慮して、素材自身に耐食性のある材料を選ぶのが良く、また表面にニッケルコーティング等の耐食性表面処理を行うことにより、より低コストで同等の効果を得ることができる。

図９及び図１０は、更に他の例のターボ分子ポンプを示すものである。この例では、図７の翼排気部の上流側すなわちターボ分子ポンプの入口に別の衝撃吸収構造１５４が付加されている。すなわち、主軸１０が上方に延長されて延長部１０ａが形成されているとともに、上部内側ケーシング１５３の円環状の押え部１５４ａから内方に向かって十字状に延びる断面矩形のステー部１５４ｂが形成され、さらに、これらステー部１５４ｂの中心部に、リング状の上部内側筒部１５４ｃが、微小な隙間ｔをもって延長部１０ａを囲むように形成されている。

このターボ分子ポンプでは、図７の例と同様の効果を奏するのに加えて、さらに以下のような効果を奏する。すなわち、別の衝撃吸収構造１５４を翼排気部Ｌ_１の上流側に設けており、この位置には回転翼３０や固定翼３２がないので、これらの破損等に伴う衝突等の影響を受けにくい。従って、押え部１５４ａ、ステー部１５４ｂ、上部内側筒部１５４ｃはその形態が維持され、主軸１０の延長部１０ａとの摺動によって内側ケーシング１５２全体が主軸１０を中心に回転して、その衝撃吸収機能を長時間維持することができる。

図１１及び図１２は、更に他の例のターボ分子ポンプを示すものである。この例では、入口側の衝撃吸収構造１５４がロータＲではなく、ステータＳ側に固定された軸体のまわりに摩擦低減機構を介して取り付けられている。すなわち、主軸１０の上端部は短く形成されており、一方、ポンプケーシング１４の内周面上端部には、ベアリング保持部材１９０が内側に延びて設けられている。

このベアリング保持部材１９０は、ポンプケーシング１４に固定された環状部１９０ａと、この環状部１９０ａから内方に向かって十字状に延びる断面が矩形のステー部１９０ｂと、これらステー部１９０ｂの中心部に円板状に形成された円板部１９０ｃと、この円板部１９０ｃから下方に向かって延びる円柱状の軸体１９０ｄとを備えている。一方、上部内側ケーシング１５３の円環状の押え部１５４ａから内方に向かって十字状に延びる四角板状のステー部１５４ｂが形成され、さらに、これらステー部１５４ｂの中心部に、円筒状の上部内側筒部１５４ｃが主軸１０の上方に形成されている。軸体１９０ｄの外周面と上部内側筒部１５４ｃとの間には、メカニカルベアリング（摩擦低減機構）１９２が設けられている。

このターボ分子ポンプでは、図９の例の場合に比較して、衝撃吸収構造１５４が、ステータＳ側に固定された軸体のまわりに摩擦低減機構１９２を介して取り付けられているので、内側ケーシング１５２の回転を維持する機能をより一層効果的に維持することができる。

図１３は、図７の変形例を示すもので、この例では、内側ケーシング１５２を構成する下部内側ケーシング１５０と上部内側ケーシング１５３の外径が異なるように設定されている。すなわち、下部内側ケーシング１５０には内側筒状部１５０Ｂを設けておらず、下部内側ケーシング１５０は上部内側ケーシング１５３より外径が小径になっている。これは、ねじ溝排気部Ｌ_２の方が翼排気部Ｌ_１よりロータＲに負荷される応力が大きくなるので、その径寸法を翼排気部Ｌ_１より小さくした方が安定になるからである。

図７の場合と同様に、上部内側ケーシング１５３と翼排気部Ｌ_１の固定翼スペーサ３８の組立体及び下部内側ケーシング１５０とねじ溝部スペーサ１５１の間に、この例ではコイル状パイプからなる衝撃吸収部材１８６がそれぞれ配置されている。

このように設定することにより形成された下部内側ケーシング１５０とポンプケーシング１４の間のスペースに、上下２個のメカニカルベアリング１９４からなる摩擦低減構造１９６が設けられている。この摩擦低減構造１９６は、図７の固定筒状部１４７側に設けられたメカニカルベアリングよりも大径であり、異常発生時に内側ケーシング１５２の回転をより安定に維持することができる。このように、下部内側ケーシング１５０とポンプケーシング１４の間のスペースにメカニカルベアリング１９４を配置することにより、ポンプを大きくすることなく衝撃吸収構造を構成することができる。

この２個のベアリング１９４は、ロータＲが破壊した際、ラジアル方向の大きな衝撃力を受けるため、なるべく軸方向距離を大きくとって、内側ケーシング１５２が傾かないように保持能力を高めるのが望ましい。そのため、一方を翼排気部Ｌ_１の吸気口近傍に、他方をねじ溝排気部Ｌ_２の排気口近傍に配置してもよい。また、ベアリング１９４を軸方向に３個以上配置してもよい。

メカニカルベアリング１９４の方式としては、ロータＲの破壊の際、軸方向荷重が発生する可能性があるため、ラジアル荷重だけを受ける深溝ボールベアリングやころベアリングの他にアンギュラベアリングの単列または組み合わせの使用が考えられる。腐食性ガス等を排気するポンプにおいてはベアリングの耐食性を確保するためベアリング自身をステンレス鋼で製作するか、耐食性のない材料のベアリングでも表面をニッケルコーティング等の耐食表面処理を行えば良い。

尚、メカニカルベアリング１９４は、予め組立てられたものではなく、図１４のようにポンプケーシング１４と内側ケーシング１５２にベアリングの軌道面１９５を直接形成し、組立て時にボール１９５ａのみを軌道面に配置する方法もコストダウンの観点から非常に有効である。

この例では、排気ガスの排気側から吸気側への逆流防止や、衝撃吸収構造のメカニカルベアリングの保護のため、翼排気部Ｌ_１の最上段の固定翼スペーサ３８とポンプケーシング（外側ケーシング）１４の内面に突出する押え部１９８との間、及び下部内側ケーシング１５０とステータとの間にシール部材２００が設けられている。シール部材２００としてはＯリング状またはシート状のフッ素ゴム等が用いられる。

固定翼スペーサ３８やねじ溝部スペーサ１５１は、内側ケーシング１４２，１５２が回転する際、ポンプケーシング１４やステータＳと接触し、回転を阻害する可能性があるため、ポンプケーシング１４やステータＳと近接・接触する部分の面積を少なくするように、スペーサ３８の径方向の肉厚を極力少なくしている。また、一部に壊れやすい構造（円周スリット等）を形成し、異常トルク作用時に軸方向の機械的拘束が確実に外れるようにするのが好ましい。

上記の各例において、内側ケーシング１４２，１５２の厚さ及び内側ケーシング１４２，１５２とポンプケーシング１４との隙間Ｔは数ｍｍ（３ｍｍ〜１０ｍｍ）程度が適当である。また、上部内側ケーシング１４１，１５３と下部内側ケーシング１４０，１４６，１５０との接続方法は、図１５に示すように、下部内側ケーシング側のフランジ厚さｔ１を３〜５ｍｍ程度と薄くして径方向外側からボルトを入れ込む構造が、ポンプの径方向寸法を小さくすると共にベアリングを配置する際のベアリング間の軸方向寸法を大きくとれる為、非常に有効である。ボルトのサイズとしてはＭ６〜Ｍ１０、本数は数本から５０本以下が適当である。

上記の各例において、内側ケーシング１４２，１５２、固定翼３２あるいは固定翼スペーサ３８にはロータＲの破壊時の衝撃が印加されるため、強度が高く、伸びのあるステンレス鋼やアルミニウム合金が適している。特にコストダウンとポンプの軽量化の点ではアルミニウム合金が有効である。一方、ポンプケーシング１４として比強度の高いアルミニウム合金等を使用するとポンプの軽量化を図ることができる。また、固定翼スペーサ３８の形状としては固定翼スペーサ自身が衝撃力を緩和できるように、円周状の溝等を形成し、変形しやすいものとするのも有効である。

図１６及び図１７は、本発明の実施の形態のターボ分子ポンプを示すもので、この実施の形態では、ねじ溝排気部Ｌ_２の径寸法を翼排気部Ｌ_１より小さくしたことに対応して、外側のポンプケーシング１４自体も、ねじ溝排気部Ｌ_２に対応する箇所の径寸法を翼排気部Ｌ_１に対応する箇所より小さくしている。すなわち、ポンプケーシング１４は、吸気側ポンプケーシング１４Ａと、その下方のより小径の排気側ポンプケーシング１４Ｂとから構成されている。下部内側ケーシング１５０とねじ溝部スペーサ１５１の間には衝撃吸収部材１８６が配置されている。下部内側ケーシング１５０はその外周の上下２ヶ所において、メカニカルベアリング１９４ａ，１９４ｂによって支持されている。

下部内側ケーシング１５０の上部フランジ部には伝熱性の良い材料（アルミニウム合金、銅等）からなる伝熱部材２０２が組み込まれ、これは排気側ポンプケーシング１４Ｂの上部フランジ１４ｄに取り付けられた第２の伝熱部材２０４に接するように取り付けられている。一方、排気側ポンプケーシング１４Ｂの上部フランジ１４ｄ近傍には、冷却水のための水冷配管２０６を設けている。これにより、翼排気部Ｌ_１の下流部でロータＲが排気ガスを攪拌することによって生成する発熱を、伝熱部材２０２，２０４を介して排気側ポンプケーシング１４Ｂに伝え、発散させることができる。従って、発熱を効率よく奪うことができ、ポンプの運転可能範囲（ガス量と圧力の範囲）を広くとることができる。もし、ロータＲに異常が生じて内側ケーシング１５２が回転しようとした場合でも伝熱部材２０２，２０４が２つの部材から構成されているため、回転を束縛することはなく、発生トルクを低減できる。

一方、ねじ溝部スペーサ１５１の下部には、排気ガスに起因する生成物を阻止するための昇温手段としてヒータ２０８が組み込まれている。排気ガスに起因する生成物が生じやすいねじ溝排気部のねじ溝スペーサ部を昇温するために、ヒータ２０８を直接取り付け、温度検知機能と組み合わせて温度を調整することにより、生成物を生じないようにすることができる。このように内側ケーシング１５２や周辺部品にヒータや水冷配管を取り付けたり、伝熱部材を組み込むことにより局所的に昇温させたい場所や熱を奪いたい場所を任意に設定でき、特定のプロセスによるポンプ内部での副生成物を抑制または阻止したり、運転可能範囲を広く設定することができる。

図１８及び図１９に示すのは、更に他の例のターボ分子ポンプであり、翼排気部Ｌ_１において固定翼スペーサ３８によって構成される積層構造の翼排気部ステータ構造体２４４がポンプケーシング１４と密着していない構造になっている点が、図２５の従来のものと異なっている。

翼排気部ステータ構造体２４４は、複数のリング状の固定翼スペーサ２５２を固定翼３２を挟着した状態で積層して構成され、上下の芯出し及びズレの防止のために、周方向に延びる段差２５２ａを有している。固定翼スペーサ２５２の外径は、ポンプケーシング１４の内径よりも小さくなっており、これにより、翼排気部ステータ構造体２４４とポンプケーシングの間に、例えば数ｍｍ（３ｍｍ〜１０ｍｍ）程度の所定の寸法の隙間Ｔが形成されている。

各固定翼スペーサ２５２には、周方向に等間隔に貫通穴２６２（最上部の固定翼スペーサ２５２には未貫通穴２６４ａ）が形成されており、これにより、翼排気部ステータ構造体２４４を組立てた時に、軸方向に延びる貫通孔２６３が形成されるようになっている。そして、この貫通孔２６３には、翼排気部ステータ構造体２４４のほぼ全長にわたる長さを有する、この例では中空円筒状の筋部材２４２が各スペーサを挿通するように装着されている。筋部材２４２は、中実や任意の形状であってもよいが、中空円筒状のパイプで構成することで、剛性とエネルギー吸収特性を確保しつつ軽量化を図ることができる。また、この例では、筋部材２４２の外径は貫通孔２６３の内径とほぼ等しく設定しているが、それより小さくしてもよく、また、外面に溝を付けて貫通孔２６３内面と部分的に接触するようにしてもよい。

筋部材２４２は、ターボ分子ポンプの通常の稼動条件で負荷される力では変形することなく翼排気部ステータ構造体２４４の形状を維持し、かつ、ロータの異常接触による衝撃トルクが作用したときには塑性変形あるいは破断して衝撃エネルギーを吸収するものであることが望ましい。従って、筋部材２４２の素材、太さ（肉厚）、形状、本数等は、想定される衝撃の大きさに対応して決定される。素材としては、靱性が高くしかも変形しやすいステンレス鋼のようなものが好ましい。また、異なる素材を組み合わせた複合素材であってもよい。

ねじ溝排気部Ｌ_２は、回転筒状部１２のねじ溝部３４と、これを取り囲むように配置されたねじ溝部スペーサ２５６とで構成されており、ねじ溝部スペーサ２５６は、例えば比較的柔軟な金属材料、高分子素材、あるいはこれらの複合材料などからなる筒状の衝撃吸収部材２５４を介して筒状の下部内側ケーシング２５０に取り付けられている。下部内側ケーシング２５０は、上下２個のメカニカルベアリング（摩擦低減機構）２５８を介してポンプケーシング１４に対して摺動可能に取り付けられている。

下部内側ケーシング２５０の上部には外側へ張り出すフランジ２５１が設けられ、これの上面には、上述した翼排気部ステータ構造体２４４の貫通孔２６３と対応する位置に同径の凹所２６４ｂが設けられている。そして、貫通孔２６３の下端から突出する筋部材２４２をそれぞれの凹所２６４ｂに挿入することにより、翼排気部ステータ構造体２４４と下部内側ケーシング２５０が周方向の相対移動を規制されるように結合され、これにより、ポンプケーシング１４とは別体のポンプ部ステータ構造体２６５が構成されている。

この２個のベアリング２５８は、ロータＲが破壊した際、ポンプ部ステータ構造体２６５に負荷されるラジアル方向の大きな衝撃力を受ける場合でもポンプ部ステータ構造体２６５が傾かないように、なるべく軸方向距離を大きくとることにより、衝撃力に対する保持能力を高めるのが望ましい。そのため、一方を翼排気部Ｌ_１の吸気口近傍に（つまり翼排気部ステータ構造体２４４の外面に）、他方をねじ溝排気部Ｌ_２の排気口近傍に配置してもよい。また、ベアリング２５８を軸方向に３個以上配置してもよい。この例では、ねじ溝排気部Ｌ_２が翼排気部よりも小径である点を利用して、ベアリング２５８を収容する空間を形成しているので、ポンプ全体の外径を大きくすることなく、コンパクト性を維持することができる。

メカニカルベアリング２５８としては、ラジアル荷重だけを受ける深溝ボールベアリングやころベアリングの他に、ロータＲの破壊の際に軸方向荷重が発生する可能性があるため、軸方向荷重を受けることができるアンギュラベアリングの単列または組み合わせの使用が考えられる。腐食性ガス等を排気するポンプにおいてはベアリングの耐食性を確保するためベアリング自身をステンレス鋼で製作するか、耐食性のない材料のベアリングでも表面をニッケルコーティング等の耐食表面処理を行えば良い。

このようなポンプ部ステータ構造体２６５の組立は、基本的に、従来の図２５の場合と同様に行われる。すなわち、下部内側ケーシング２５０の上面に半割の固定翼３２を両側から組み込み、その上に固定翼スペーサ２５２を嵌合させて取り付け、その上面に回転翼３０の両側から固定翼３２を組み込み、その上に固定翼スペーサ２５２を嵌合させて取り付ける。以下、この工程を順次繰り返してロータＲを取り囲む固定翼３２の積層構造を形成する。そして、これをポンプケーシング１４の下側から挿入し、さらに、下から基部１５を取り付けることにより、ポンプ部ステータ構造体２６５は、ポンプケーシングの内面に突出する張出し部２６０と基部１５の間で固定される。

この例では、排気ガスの排気側から吸気側への逆流防止や、メカニカルベアリング２５８の保護のため、最上段の固定翼スペーサ２５２とポンプケーシング１４の張出し部２６０との間、及び下部内側ケーシング２５０とステータとの間にシール部材２６６が設けられている。このシール部材２６６としては、例えばＯリング状またはシート状のフッ素ゴム等が用いられる。

この例において、ポンプ部ステータ構造体２６５を構成する翼排気部ステータ構造体２４４（固定翼スペーサ２５２と固定翼３２）及び下部内側ケーシング２５０には、異常時にロータＲの破壊時の衝撃が印加されるため、これらの部材には強度が高く伸びのあるステンレス鋼やアルミニウム合金が適している。特に、コストダウンとポンプの軽量化の点ではアルミニウム合金が有効である。一方、ポンプケーシング１４として比強度の高いアルミニウム合金等を使用するとポンプの軽量化を図ることができる。

このように構成したターボ分子ポンプは、フランジ１４ａを、例えば真空処理チャンバや配管に接続して用いられる。何らかの理由でロータＲの回転に異常が起き、あるいはロータＲが破壊すると、ロータＲが固定翼３２やねじ溝部スペーサ２５６に接触してその回転トルクが翼排気部ステータ構造体２４４や下部内側ケーシング２５０つまりポンプ部ステータ構造体２６５に伝達される。

この時、翼排気部Ｌ_１においては、一部の固定翼スペーサ２５２に周方向に衝撃が負荷され、これにより筋部材２４２に衝撃が伝達されて筋部材２４２が曲げ変形し、あるいは破断する。このように、筋部材２４２が塑性変形し、あるいは破断することにより衝撃エネルギーを吸収し、ポンプケーシング１４への衝撃伝達を防止することができる。翼排気部ステータ構造体２４４とポンプケーシング１４の間に隙間Ｔが設けられているので、翼排気部ステータ構造体２４４が多少変形しても、その衝撃がポンプケーシング１４に直接に伝達されることがない。従って、ポンプケーシング１４自体やポンプケーシング１４と外部との接続の破壊が防止される。

これと並行して、あるいは変形の前後に、ポンプ部ステータ構造体２６５がロータＲの回転に伴って共回りする。すなわち、ポンプ部ステータ構造体２６５とポンプケーシング１４との係合はシール部材２６６を介しての上下からの押えによってなされているだけで比較的緩く、しかも両者の間にメカニカルベアリング２５８が介装されているので、ポンプ部ステータ構造体２６５はロータＲの回転に伴って共回りし、これによって更に衝撃が吸収される。この時、固定翼スペーサ２５２とポンプケーシング１４の間に隙間Ｔが設けられているので、ポンプ部ステータ構造体２６５が共回りしても、その衝撃がポンプケーシング１４に直接に伝達されることはない。なお、ねじ溝排気部Ｌ_２においては、ロータＲから下部内側ケーシング２５０へ伝達される衝撃力が衝撃吸収部材２５４で軽減される。なお、ポンプ部ステータ構造体２６５の変形と共回りは、上記のように両方が起こる場合と、いずれか一方のみが起きる場合があり、それは、それぞれの場合の想定される衝撃の強度に応じて設定すればよい。

図２０は、更に他の例のターボ分子ポンプを示すもので、この例では、固定翼スペーサ２５２の上下面に嵌合用の段差が設けられていない。従って、固定翼スペーサ２５２どうしの径方向の位置決めは、筋部材２４２によってのみなされており、径方向の拘束が弱くなっている。他の構成は、図１８及び図１９に示す例と同様である。

この例によれば、ロータＲの破片が固定翼スペーサ２５２に衝突した時に、固定翼３２が周方向だけでなく径方向にもずれ移動することができる。従って、筋部材２４２も、周方向と径方向に変形あるいは破断することができ、より大きな衝撃エネルギーを吸収することができる。また、高い加工精度を必要とする嵌合部をなくすことで、固定翼スペーサ２５２の作製が容易となり、生産性の向上を図ることができる。

図２１は、本発明の他の実施の形態を示すもので、図１６及び図１７の実施の形態と同様に、局所的な温度制御を行って、特定のプロセスによるポンプ内部での副生成物を抑制または阻止したり、ポンプの運転可能範囲を広く設定することができるものである。

図２２は、更に他の例のターボ分子ポンプを示すもので、翼排気部Ｌ_１の動翼の径方向寸法が排気側において小さくなっていることに対応し、ステータ構造体を排気側において二重にしたものである。この図では、ロータを支持するための磁気軸受部及び回転させるためのモータ部の詳細は省略されている。翼排気部ステータ構造体２４４ａ，２４４ｂは、外側及び内側の固定翼スペーサ２５２Ａ，２５２Ｂに、それぞれ上述した筋部材２４２を挿通して配置することにより構成されている。内側の固定翼スペーサ２５２Ｂも、外側の固定翼スペーサ２５２Ａと同様に、内側に固定翼３２を組み込むために２つ以上の分割体から構成する必要がある。この例の組立は、内側の翼排気部ステータ構造体２４４ｂを形成した後に、これの外側に固定翼スペーサ２５２Ａから構成される外側の翼排気部ステータ構造体２４４ａを組み込むことにより行われる。下部内側ケーシング２５０のフランジ上面には、外内の筋部材２４２ａ，２４２ｂの下端をそれぞれ収容する凹所２６４ｂが形成されている。

このような構成により、翼排気部の排気側において気体を攪拌する回転翼の面積が減少するので、気体の撹拌による発熱を抑制することができる。また、翼排気部ステータ構造体２４４を部分的に二重に構成することにより、その剛性を高めるとともに、衝撃吸収能力をも高めている。

図２３は、図２２の変形例であり、翼排気部ステータ構造体２４４ａ，２４４ｂ間もしくは翼排気部ステータ構造体２４４ｂとポンプケーシング１４の間に衝撃吸収部材２５４ａ，２５４ｂを配置している。この図においても、ロータを支持するための磁気軸受部及び回転させるためのモータ部の詳細は省略されている。衝撃吸収部材２５４ａ，２５４ｂとしては、異常トルクの発生時に変形してエネルギーを吸収可能な素材からなるコイル状のパイプや筒状のパイプ等が好適である。これにより、全体として衝撃吸収能力をさらに向上させることができる。なお、ポンプ部ステータ構造体２６５とポンプケーシング１４の間に配置する衝撃吸収部材２５４ｂには、摺動性の良いものあるいはそのような表面性状を有するものが好ましい。

図２４（ａ）及び図２４（ｂ）に示すのは、衝撃吸収部材１８６の例であり、図２４（ａ）では、比較的剛性の高いステンレス板１８７と比較的柔らかく衝撃吸収機能の高い鉛板１８８とを重ねた複合素材として構成されている。これにより、衝撃吸収機能と形状維持機能を併せ持つようにしている。図２４（ｂ）では、衝撃吸収部材１８６が、金属製のパイプをコイル状に巻いて構成されている。

上記では、本発明の種々の構成を翼排気部Ｌ_１とねじ溝排気部Ｌ_２を有する広域型ターボ分子ポンプに適用して説明したが、ターボ分子ポンプであれば任意のものに適用することができる。つまり、それぞれの構成の趣旨に従い、本発明の構成を翼排気部Ｌ_１のみあるいはねじ溝排気部Ｌ_２のみを有するポンプに採用してもよく、翼排気部Ｌ_１とねじ溝排気部Ｌ_２の双方を有する広域型ターボ分子ポンプにおいて一方の排気部のみに本発明の構成を採用しても良いことは勿論である。

ターボ分子ポンプの一例を示す断面図である。 図１の変形例のターボ分子ポンプを示す断面図である。 図１の他の変形例のターボ分子ポンプを示す断面図である。 更に他の例のターボ分子ポンプの要部を示す断面図である。 図４の変形例のターボ分子ポンプを示す断面図である。 図４の他の変形例のターボ分子ポンプを示す断面図である。 更に他の例のターボ分子ポンプを示す断面図である。 衝撃吸収部材の更に他の例を示す断面図及び斜視図である。 更に他の例のターボ分子ポンプを示す断面図である。 図９のターボ分子ポンプの上面図である。 更に他の例のターボ分子ポンプを示す断面図である。 図１１のターボ分子ポンプの上面図である。 更に他の例のターボ分子ポンプを示す断面図である。 メカニカルベアリングの他の例を示す断面図である。 更に他の例のターボ分子ポンプを示す断面図である。 本発明の実施の形態のターボ分子ポンプを示す断面図である。 図１６のターボ分子ポンプの要部を拡大して示す断面図である。 更に他の例のターボ分子ポンプを示す断面図である。 図１８のＸ−Ｘ線断面図である。 更に他の例のターボ分子ポンプを示す断面図である。 本発明の他の実施の形態のターボ分子ポンプを示す断面図である。 更に他の例のターボ分子ポンプを示す部分断面図である。 更に他の例のターボ分子ポンプを示す部分断面図である。 （ａ）衝撃吸収部材の一つの例を示す断面図であり、（ｂ）衝撃吸収部材の他の例を示す斜視図である。 従来のターボ分子ポンプを示す断面図である。

符号の説明

１４ ポンプケーシング
１５ 基部
３０ 回転翼
３２ 固定翼
１４２，１４２ａ，１４２Ａ，１５２ 内側ケーシング
１４３ 摩擦低減構造
１５４ 衝撃吸収構造
１８４ 摩擦低減部材
１８６ 衝撃吸収部材
１９２ 摩擦低減機構
２０２，２０４ 伝熱部材
２０４ 伝熱部材
２０６ 水冷配管
２０８ ヒータ
２４２，２４２ａ，２４２ｂ 筋部材
２４４，２４４ａ，２４４ｂ 翼排気部ステータ構造体
２５４，２５４ａ，２５４ｂ 衝撃吸収部材
２６５ ポンプ部ステータ構造体
Ｌ_１ 翼排気部
Ｌ_２ 溝排気部
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ
Ｔ 隙間
ｔ 隙間

Claims (13)

1. ステータとロータを内部に収容するケーシング部と、
   前記ステータと前記ロータで構成される翼排気部及び／または溝排気部と、
   前記翼排気部及び／または前記溝排気部の周囲を包囲する内側ケーシングと、
   前記内側ケーシング又は溝排気部のステータに取付けられた温度調整機構を有することを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. ステータとロータを内部に収容するケーシング部と、
   前記ステータと前記ロータで構成される翼排気部及び／または溝排気部と、
   前記溝排気部の前記ステータの下端部に備えられた熱源を有することを特徴とするターボ分子ポンプ。
3. ステータとロータを内部に収容するケーシング部と、
   前記ステータと前記ロータで構成される翼排気部及び溝排気部と、
   前記翼排気部の下流側と前記溝排気部の上流側との間に配置される冷却装置を有することを特徴とするターボ分子ポンプ。
4. 前記ステータの下流側に他の冷却装置が設けられていることを特徴とする請求項３記載のターボ分子ポンプ。
5. ステータとロータを内部に収容するケーシング部と、
   前記ステータと前記ロータで構成される翼排気部及び溝排気部と、
   前記ケーシング部の前記溝排気部に対向する部位に設けられる冷却装置を有することを特徴とするターボ分子ポンプ。
6. 前記冷却装置は、前記翼排気部の前記ステータ及び／またはロータを冷却することを特徴とする請求項５記載のターボ分子ポンプ。
7. 前記冷却装置と前記翼排気部の前記ステータとの間に伝熱径路が設けられていることを特徴とする請求項５記載のターボ分子ポンプ。
8. 前記ステータの下流側に他の冷却装置が設けられていることを特徴とする請求項５記載のターボ分子ポンプ。
9. ステータとロータを内部に収容するケーシング部と、
   前記ステータと前記ロータで構成される翼排気部及び溝排気部と、
   前記溝排気部の前記ステータの下部に備えられた熱源と
   前記翼排気部の下流側と前記溝排気部の上流側との間に配置される冷却装置を有することを特徴とするターボ分子ポンプ。
10. 翼排気部及び／または溝排気部の前記ステータ及び／または前記ロータの周囲を包囲する内側ケーシングを更に有することを特徴とする請求項９記載のターボ分子ポンプ。
11. 前記内側ケーシングと前記ケーシング部との間に伝熱径路が設けられていることを特徴とする請求項１０記載のターボ分子ポンプ。
12. 前記内側ケーシングと固定翼スペーサとの間に伝熱径路が設けられていることを特徴とする請求項１０記載のターボ分子ポンプ。
13. ステータとロータを内部収容するケーシング部と、
    前記ステータと前記ロータで構成される翼排気部及び／または溝排気部と、
    前記溝排気部の前記ロータの下端部に設けた冷却装置を有することを特徴とするターボ分子ポンプ。

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