JP3122025U - 高速回転式分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 高速回転状態で遠心破壊するとケーシングに非常に大きなトルクを受け、ポンプ固定の固定ボルトに非常に大きなせん断力が負荷され、ポンプが脱落する。この脱落を防止するとともにトルクを低減させる分子ポンプを提供する。
【解決手段】 図１に示すとおりで、高速回転式分子ポンプＭＰにおいてケーシング５と一体で吸気口側のフランジ５Ｆの周囲に平面部Ｆを設けたものである。この平面部Ｆはフランジ５Ｆの周囲に角度９０度の間隔で４ヶ所に形成されている。この平面部Ｆに、半導体製造装置等の被排気部に固定の機枠（図示せず）が面接合される。したがって高速回転式分子ポンプＭＰは周囲４ヶ所にてフランジ５Ｆが固定されることになり、高速回転による内部破壊によって生じるトルクをこれら機枠が受けることになり、高速回転式分子ポンプＭＰが脱落するような事態は避けられる。
【選択図】 図１

Description

本考案はたとえば半導体製造装置や液晶パネル製造装置、分析装置の真空排気に用いられるターボ分子ポンプやモレキュラドラッグポンプ等の高速回転式分子ポンプに関する。

図２２は従来のターボ分子ポンプ、図２０は従来のモレキュラドラッグポンプの代表的な一例としてのねじ溝ポンプの構成を示す断面図である。以下これらの図にしたがってこの２種の分子ポンプについて説明する。
ターボ分子ポンプは、その主体をなすターボ機構が円筒状のケーシング内に回転自在に保持され、ケーシングの一方側における吸気口からの分子、ガス等を吸気し、他方側の排気口に排気する構成をなしている。すなわち、ターボ機構はケーシングの中央部位の軸芯に配置された回転体がケーシングに架設された上下の軸受にて回転自在に保持されるとともに、この回転体は同じくケーシングに架設されたモータにて高速回転されるよう連結されている。そして、このターボ機構は回転体の外周部に複数段固定された回転翼とケーシング側に固定された複数段の固定翼との組み合わせであって、この中で回転翼がモータにて高速回転、具体的には１分間に数万回転という回転速度で駆動され、ガス、分子を圧縮して排気する。

従来におけるターボ分子ポンプの一般的な例を示すと図２２に示すとおりである。なお、この図２２は被排気部（図示せず）に接合された状態を示している。以下、このターボ分子ポンプＴＰの主体であるターボ機構ＴＫについて説明すると、回転軸３の上方部には一体的に円筒部４Ｎが形成されていて、この円筒部４Ｎには外周に複数段（具体的には８段）の回転翼Ｂ１〜Ｂ８（図面には最上段の回転翼Ｂ１と最下段の回転翼Ｂ８のみ符号を付しその他の符号は付記を省略している）が延設されている。この回転翼Ｂ１〜Ｂ８は軸芯方向に一定の間隔を有して配置されている。この回転軸３と回転翼Ｂ１〜Ｂ８などは一体的であり、回転体４を構成している。他方、上方に吸気口６が形成されたケーシング５の内周側からは、固定翼Ｔ１〜Ｔ７（図面には最上段の固定翼Ｔ１と最下段の固定翼Ｔ７のみ符号を付してその他の付記は省略している）が各回転翼Ｂ１〜Ｂ８と交互に設けられターボ機構ＴＫが構成されている。なお、図２２においてＳＬは各固定翼Ｔ１〜Ｔ７を一定の間隔で保持するためのスペーサである。７は排気口である。

この回転軸３はポンプ機台部１に架設された上下の磁気軸受８Ａ、８Ｒにて回転自在に保持されるとともに、モータ２と結合されている。すなわち、８Ａはアキシャル用の磁気軸受であり、また８Ｒはラジアル用の磁気軸受で、これらにより回転軸３を確実に軸受している。他方、モータ２の一方を構成する回転子（図示せず）がこの回転軸３に内設され一体的に取付られている。この回転子はポンプ機台部１に架設された電極コイル１Ｋと協働しモータ２を構成する。このモータ２にはインバータ（図示せず）から電気エネルギーが供給され、回転軸３を高速で回転駆動する。

そして、さらに回転体４の一部すなわち具体的には下方には円筒部４Ｎが一体的に形成され、しかもその外周にはねじ溝（この溝は図面では明確には開示されていない）が形成されている。なお、このねじ溝はステータリング１０の側に形成される場合もある。このねじ溝は下方になるにつれて溝の深さが浅い円錐上をなしている。

しかもこの円筒部４Ｎの外周は、ベースを兼ねたポンプ機台部１の上部の円筒体１Ｃの内周に接合されたステータリング１０の内周面に近接している。このステータリング１０の内周面と前記円筒部４Ｎとの組合わせによってねじ溝ポンプＮＰが構成されている。このねじ溝ポンプＮＰはドラッグポンプとして機能し、粘性流領域における分子を引き込んで排気する。このターボ分子ポンプＴＰは、ケーシング５の吸気口６側に一体的に形成された吸気口６のフランジ５Ｆを介して吸気口６側が半導体製造装置などの被排気部（図示せず）に接合される。接合には通常固定ボルト１１を利用したボルト結合方式が採用される。なお、図２１はこのターボ分子ポンプＴＰを上方からみた平面図である。

このようなターボ分子ポンプＴＰは、ターボ機構ＴＫによるターボポンプ機構とねじ溝ポンプＮＰによるねじ溝ポンプ機能を有機的に結合したものであり、通常ハイブリッド形ターボ分子ポンプと称されている。ターボ分子ポンプＴＰとしては、このようなハイブリッド形のものは排気特性が良く、よく利用されている。なお、分子ポンプとしてはターボ機構ＴＫのみを採用するもの以外に図２０に示すドラッグポンプＤＰがある。この分子ポンプはねじポンプとも言われている。この分子ポンプはシリンダ５の内周面部に張設されたステータリングＳＲと外周にねじ溝Ｎが形成された円筒部４Ｎとの組合せからなる。

すなわち図２０において、ねじ溝Ｎが加工されたロータ４Ｔと、このロータ４Ｔに近接してケーシング５内部に設けられたステータリングＳＲが配置されており、ロータ４Ｔが高速回転することによりケーシング５上部に設けられた吸気口６側を真空排気し、ポンプ下部に設けられた排気口７より真空排気した気体を排出する。５Ｆはケーシング５と一体に形成されたフランジである。図１９はこの分子ポンプを上方からみた平面図である。なお図１９、図２０において図２１、図２２に示す符号と同一の符号で示される部品は、図２１、図２２と同一ないし同様の機能を有するものであり詳細な説明は省略する。なお、４Ｎはロータ４Ｔと一体の円筒部を示している。

このような高速回転式分子ポンプにおいては、回転翼Ｂ１〜Ｂ８が万が一応力腐蝕割れなどにより破壊したときは***して半径方向に飛散し、ケーシング５の内周に配置されているスペーサＳＬや固定翼Ｔ１〜Ｔ７に衝突する。この衝突によって、回転翼Ｂ１〜Ｂ８の破片がスペーサＳＬおよび固定翼Ｔ１〜Ｔ７と一体となり、この衝撃エネルギーにて半径方向に膨張しケーシング５に衝突する。この衝突によりケーシング５にはトルクが発生する。

このトルクはケーシング５そして吸気口６のフランジ５Ｆを介して被排気部（図示せず）に伝達され、すなわちターボ分子ポンプＴＰの外方機器にも衝撃を与えるとともにターボ分子ポンプＴＰのケーシング５を変形させてポンプ機能を破壊することになる。このようなことは好ましくないことから、この衝撃を緩和させるためにケーシング５と一体の吸気口６のフランジ５Ｆを被排気部（図示せず）に結合する固定ボルト１１結合の方法について工夫が提案されている（例えば特許文献１参照）。

なお、ターボ分子ポンプＴＰまたはドラッグポンプＤＰの吸気口６のフランジ５Ｆは、真空チャンバまたはバルブ等の配管と固定ボルト１１により固定されている。通常、ポンプケーシングやポンプベースは、主に旋盤加工により製作されるため、円形状となっている。
特許３４２６７３４号公報

ターボ分子ポンプＴＰやドラッグポンプＤＰ等の高速回転式分子ポンプの回転体４は数万ｒｐｍの高速で回転しており、ポンプ運転中、回転体４は常に大きな遠心力を受けている。何らかの強い外乱が印加された時や、設計時の想定を超える条件下で連続運転等により回転体４が遠心破壊した場合、その回転体４の破片はケーシング５に衝突し、大きな衝撃を与える。回転体４は高速回転状態で遠心破壊し、ケーシング５に衝突して急停止するため、ケーシング５に非常に大きなトルク（急停止トルク）を与える。ケーシング５に与えられた急停止トルクによりケーシング５は回転し、吸気口６のフランジ５Ｆの固定ボルト１１に非常に大きなせん断力が固定ボルト１１に負荷されていた。

また最悪の結果として、急停止トルクにより吸気口６のフランジ５Ｆの固定ボルト１１が破断してしまうことが考えられ、この場合、装置からポンプが脱落してしまうと共に、ポンプ内部の部品等が外部に飛び出してしまい、装置周囲の作業者に危険が及ぶことが考えられる。
そのため、万一の事故の場合にもポンプを回転させないことで固定ボルトの破断を防止し、ポンプ脱落を防止するとともに装置側に伝達される急停止トルクを低減させることが課題となっている。

本考案が提供する高速回転式分子ポンプは、上記課題を解決するために、ケーシングの内方に回転体を回転可能に収納し、この回転体を高速で回転駆動させケーシング側機構との協働機能により、ケーシングの一端開口部の吸気口から気体分子を吸引し、他端開口部の排気口から気体分子を排気する分子ポンプにおいて、分子ポンプの外周部に複数個の平面部を設けたものである。したがって平面部の形成で分子ポンプの固定が容易となる。

すなわちこの考案による高速回転式分子ポンプにおいて、高速回転中のロータに異常が生じて急停止し、ケーシングに急停止トルクが加わると、ポンプ本体は回転しようとする。しかしポンプケーシング（またはポンプベース）外周に設けられた平面部を、半導体製造装置と一体の装置フレームで挟み込んでポンプを固定することができる。

したがって、急停止トルクによるポンプ本体の回転が阻止される。このため、吸気口フランジ固定ボルトに加わるせん断力が緩和され、固定ボルトの破断やポンプ本体の脱落を防ぐことができる。また、ポンプ外周に設けた平面部に緩衝部材を取り付けることによって急停止トルクによる衝撃が緩和され、この平面部を挟み込んで固定した装置フレーム等から装置側に伝達される急停止トルクを低減することができる。

本考案が第１に提供する第１の考案に関連する第２の考案は、分子ポンプは、回転体が外周部に複数段の回転翼部を有するとともにケーシング側には前記回転翼と交互に配置された固定翼を有するターボ機構を備えたターボ分子ポンプである。

本考案が第１に提供する第１の考案に関連する第３の考案は、分子ポンプは、回転体が外周部にねじ溝を有するとともにその外周面がケーシングの内周面に近接した状態でケーシングに収容されているモレキュラドラッグポンプである。したがってドラッグポンプの破壊に対する衝撃緩和に有益である。

本考案が第１に提供する第１の考案に関連する第４の考案は、分子ポンプの外周部がケーシングである。したがって平面の形成が容易である。

本考案が第１に提供する第１の考案に関連する第５の考案は、分子ポンプの外周部を機台とするものである。したがって破壊等による衝撃に充分耐える対策をとることができる。

高速回転式分子ポンプに異常が生じ、ポンプケーシングに急停止トルクが働いた場合でも、ポンプ外周の平面部を装置フレームにより挟み込むことが容易でかつ充分に固定することができ、ポンプ本体の回り止めができる。このため、吸気口のフランジの固定ボルトに働くせん断力が緩和され、固定ボルトの破断や、分子ポンプの脱落を防止できる。

この平面部は、吸気口のフランジを含むケーシングの円筒部の外周あるいはポンプ機台部の外周のいずれの部分に設けるので平面部の形成が容易である。またこの平面部は、複数であれば何箇所設けても、同様の効果が得られる。
しかも通常の分子ポンプに対し、部品点数を増やすことなく、吸気口フランジ固定ボルトの破断防止すなわちポンプの脱落防止を実現することができる。

本考案は高速回転式分子ポンプにおいてその外周部すなわちポンプケーシングや機台部に平面部を形成することに特徴を有している。この平面部の形成の仕方としては、ケーシングの肉厚に変化が生じないよう外周面に肉厚部を設け、この肉厚部に平面部を形成することが望まれる。あるいはケーシングの肉厚さを必要強度に維持できる厚さに形成し、そのケーシングの表面部に平面部を形成する方法がある。このような平面部の形成方法が分子ポンプの強度を維持する上でも理想的である。機台部外周に平面部を形成する場合は、機台が装置フレームと一体化されていることが望ましい。なお、以下に示すいくつかの実施例は、ターボ分子ポンプＴＰの場合もドラッグポンプＤＰの場合も発明の要部とするところは高速回転式分子ポンプ（以下図示例ではＭＰの符号を付す）の外部であり、特に２種類挙げた両高速回転式分子ポンプＴＰ、ＤＰのいずれであるかは特定しない。

以下本考案の第１の実施例を図示例にしたがって説明する。
本考案がまず第１に提供する実施例は、図１から図４に示すとおりで、高速回転式分子ポンプＭＰにおいてケーシング５と一体で吸気口側のフランジ５Ｆの周囲に平面部Ｆを設けたものである。この平面部Ｆは高速回転式分子ポンプＭＰを上方からみた平面図の図２に示すとおり、平面部Ｆはフランジ５Ｆの周囲の９０°間隔で４ヶ所に形成されている。この実施例の構成によれば、図３、図４に示すとおり、固定の機枠２１が各平面部Ｆに面接合される。図４は図３におけるＺ−Ｚ面から見た平面図を示すが、機枠２１は半導体製造装置ＨＶにおける固定部に固設されているもので、したがって高速回転式分子ポンプＭＰは図４に示すとおり周囲４ヶ所にてフランジ５Ｆが固定されることになり、高速回転式分子ポンプＭＰの内部破壊によって生じるトルクをこれら機台２２に取り付けた機枠２１が受けることになり、高速回転式分子ポンプＭＰが脱落するような事態は避けられる。

本考案が第２に提供する実施例は、図５から図８に示すとおりである。この第２の実施例はこれら各図から明らかなとおり、平面部Ｆをケーシング５の外周面に形成した例である。この実施例の場合もこれら各図に示すとおり平面部Ｆは外周等間隔に４個設けられている。図６は図５におけるＡ−Ａ面であるケーシング５の円筒部の輪郭のみを示し、図７は機台２２に固定された機枠２１が周囲４ヶ所の各平面部Ｆに接合された状態を示している。図８は図７におけるＢ−Ｂ面からみた平面図でケーシング５の内方は図示されていない。この実施例の場合は回転体あるいはロータ（ともに図示せず）の破壊により直接的に衝撃を受けやすいケーシング５の円筒部外面に機枠２１を接合するのでトルクをより的確に受けることができる。

本考案が第３に提供する実施例は、図９から図１２に示すとおり、平面部Ｆを高速回転式分子ポンプＭＰのポンプ機台部１の外周面部に形成したものである。ポンプ機台部１の外周面に等間隔に４個の平面部Ｆが形成されている。図１０は図９におけるＣ−Ｃ面におけるポンプ機台部１の横断面を示していて、平面部Ｆが４個設けられている。なお、この図１０は横断面の外周輪郭のみを示している。
図１１は機台２２に機枠２１がこの平面部Ｆに接合された状態を示す。図１２は図１１におけるＤ−Ｄ面から見た平面図である。この実施例の場合は平面部Ｆがポンプ機台部１に設けられていて、ポンプ機台部１が機台２２と一体化されることにより高速回転式分子ポンプＭＰの脱落防止も効果的に行われる。

本考案が第４に提供する実施例は、第２の実施例の変形例である。すなわち図１３から図１６に示すとおり、各平面部Ｆの表面部に緩衝部材Ｓを付設したものである。そしてこの緩衝材Ｓの面に機枠２１を接合させて高速回転式分子ポンプＭＰの固定、トルク受け止めを行うものである。この緩衝材Ｓの介設によって機枠２１への衝撃力を緩和できる。図１４は図１３のＥ−Ｅ面におけるケーシング５の輪郭のみを示し、図１６は図１５におけるＧ−Ｇ面から見た平面図である。

本考案が第５に提供する実施例は、第１の実施例の変形例で、平面部Ｆの設置位置を変えた例で図１７、図１８に示されている。すなわち、実施例１では平面部Ｆを外周面の等間隔の４ヶ所にてフランジ５Ｆに平面部Ｆを設けたが、この実施例５は図１８に示すような特殊な形の機枠２１を接合させる場合から、２つの平面部Ｆが近接配置されている。この実施例５は要するに概在の機枠２１を考慮して平面部Ｆの配置位置を変更する例を示している。すなわち平面部Ｆは必ずしも等配する必要はない。
以上５つの実施例を説明したが、これら各図において図２１、図２２に示す符号と同一の符号で示される部品は、図２１、図２２と同一ないし同様の機能を有するものであり詳細な説明は省略する。

本考案の特徴は上述したとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変形例を挙げることができる。すなわち、まず基本的な事項として平面部Ｆの配置個数であるが、図示例は４個の例を示しているものの３個でもよい。特に機台２２や機枠２１の固定が確固不動な場合は、３個でも目的を達成し得る。必要によっては５個の平面部を設置してもよい。また各実施例では４個の平面部Ｆを設け、それらを対向する４つの象限におくことを前提としている。これは衝撃トルクを受け止めるに有効であるが、必ずしも分子ポンプの中心を通る線上位置で対向する位置に設置することを条件とするものではない。

さらに本考案については、ターボ分子ポンプの構成について回転翼Ｂ１〜Ｂ８を示して回転翼８枚の例を示し、また固定翼Ｔ１〜Ｔ７として固定翼７枚の例を示したが、ターボ分子ポンプはこれらの枚数に限定されるものではない。さらに図示例では回転軸の上方に円筒部が一体的と説明したが、この構成は簡略に示した例で通常は分割形であり、必ずしも一体的に限定されるものではない。本考案はこれら通常の実施例を包含するものである。

本考案による実施例１の構成を示す図である。 本考案による実施例１の特徴を示す図である。 本考案による実施例１の使用例を示す図である。 本考案による実施例１の使用例を示す図である。 本考案による実施例２の構成を示す図である。 本考案による実施例２の特徴を示す図である。 本考案による実施例２の使用例を示す図である。 本考案による実施例２の使用例を示す図である。 本考案による実施例３の構成を示す図である。 本考案による実施例３の特徴を示す図である。 本考案による実施例３の使用例を示す図である。 本考案による実施例３の使用例を示す図である。 本考案による実施例４の構成を示す図である。 本考案による実施例４の特徴を示す図である。 本考案による実施例４の使用例を示す図である。 本考案による実施例４の使用例を示す図である。 本考案による実施例５の構成を示す図である。 本考案による実施例５の使用例を示す図である。 従来におけるドラッグポンプの平面を示す図である。 従来におけるドラッグポンプの構成を示す図である。 従来におけるターボ分子ポンプの平面を示す図である。 従来におけるターボ分子ポンプの構成を示す図である。

符号の説明

１ ポンプ機台部
１Ｋ 電極コイル
１Ｃ 円筒体
２ モータ
３ 回転軸
４ 回転体
４Ｎ 円筒部
４Ｔ ロータ
５ ケーシング
５Ｆ フランジ
６ 吸気口
７ 排気口
８Ａ、８Ｒ 磁気軸受
１０ ステータリング
１１ 固定ボルト
２１ 機枠
２２ 機台
Ｂ１〜Ｂ８ 回転翼
ＤＰ ドラッグポンプ
Ｆ 平面部
ＨＶ 半導体製造装置
ＭＰ 高速回転式分子ポンプ
Ｎ ねじ溝
ＮＰ ねじ溝ポンプ
Ｓ 緩衝部材
ＳＬ スペーサ
ＳＲ ステータリング
Ｔ１〜Ｔ７ 固定翼
ＴＫ ターボ機構
ＴＰ ターボ分子ポンプ

Claims (9)

1. ケーシングの内方に回転体を回転可能に収納し、この回転体を高速で回転駆動させケーシング側機構との協働機能により、ケーシングの一端開口部の吸気口から気体分子を吸引し、他端開口部の排気口から気体分子を排気する分子ポンプにおいて、分子ポンプの外周部に複数個の平面部を設けたことを特徴とする高速回転式分子ポンプ。
2. ケーシングの内方に回転体を回転可能に収納し、この回転体を高速で回転駆動させケーシング側機構との協働機能により、ケーシングの一端開口部の吸気口から気体分子を吸引し、他端開口部の排気口から気体分子を排気する分子ポンプにおいて、分子ポンプの外周部に複数個の平面部を設けるとともにこの平面部の表面部に緩衝部材を付設したことを特徴とする高速回転式分子ポンプ。
3. 分子ポンプは、回転体が外周部に複数段の回転翼部を有するとともにケーシング側には前記回転翼と交互に配置された固定翼を有するターボ機構を備えたターボ分子ポンプであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高速回転式分子ポンプ。
4. 分子ポンプは、回転体が外周部にねじ溝を有するとともにその外周面がケーシングの内周面に近接した状態でケーシングに収容されているモレキュラドラッグポンプであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高速回転式分子ポンプ。
5. 分子ポンプの外周部がケーシングと一体またはこれに取り付けられたフランジであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高速回転式分子ポンプ。
6. 分子ポンプの外周部がケーシングであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高速回転式分子ポンプ。
7. 分子ポンプの外周部がポンプ機台であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高速回転式分子ポンプ。
8. 分子ポンプの外周部がケーシングと一体またはこれに取り付けられたフランジであって、このフランジに形成された平面部に固定の機枠が接合されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高速回転式分子ポンプ。
9. 分子ポンプの外周部がケーシングと一体またはこれに取り付けられたフランジであって、このフランジに形成された平面部に対して緩衝部材を介して固定の機枠が接合されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高速回転式分子ポンプ。

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