JP6386737B2 - 真空ポンプ - Google Patents
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Description
本発明は、半導体製造装置、フラット・パネル・ディスプレイ製造装置、ソーラー・パネル製造装置におけるプロセスチャンバ、その他のチャンバのガス排気手段等として利用される真空ポンプに関する。
従来、この種の真空ポンプとしては、例えば、図１０に示した真空ポンプＰ１０が知られている。同図の真空ポンプＰ１０（以下「従来ポンプＰ１０」という）は、ロータ６の回転によりガスを圧縮・排気する機構として、翼排気部Ｐｔとネジ溝排気部Ｐｓを備えている。
特に、この従来ポンプＰ１０では、ネジ溝排気部Ｐｓの具体的な構成として、ロータ６内周側のネジ溝排気流路Ｒ１と、同ロータ６外周側のネジ溝排気流路Ｒ２とで同じ方向にガスを圧縮・排気する方式（並行流タイプ）を採用しているため、排気速度が大であるという利点を有している。この種の並行流タイプの真空ポンプについては、例えば特許文献１に開示されている。
ところで、従来ポンプＰ１０において、ネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２の出口付近やそこから排気ポート３に至る流路Ｓはポンプの圧縮作用により圧力が高くなったプロセスガスが触れる部分である。プロセスガスに含まれる昇華性ガスは、温度とその分圧の関係で気体または固体になり、温度の低い又は分圧の高い環境で固化しやすくなる。このため、ネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２出口付近や前記流路Ｓの壁面温度を高く保たないと、ネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２の出口付近や前記流路Ｓでプロセスガスが固化し生成物として堆積する。
しかしながら、従来ポンプＰ１０では、ネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２の出口付近や前記流路Ｓが外気に触れる外装ケース１（具体的にはポンプベース１Ｂ）に設けられている。このため、ネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２の出口付近や前記流路Ｓの壁面温度は低く、ネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２の出口付近や前記流路Ｓにおいて、プロセスガスの圧縮熱が放熱されやすく、プロセスガスの温度低下による生成物の堆積が早期に生じ、ネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２の出口付近や前記流路Ｓが生成物の堆積で閉塞しやすい等の問題点がある。
前記問題点を解決する手段として、外装ケース１の外側にバンドヒータ等の加熱手段を設置することで、ネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２の出口付近や前記流路Ｓの温度を高く保つ方法もある。しかしながら、この方法では、外装ケース１が外気に曝されていることから、外装ケース１から外気への熱の放散が多く、加熱効率が悪い上に、外装ケース１と連結しているステータコラム４に内蔵の電装部品（ラジアル磁気軸受１０、１０や駆動モータ１２等）の温度も上昇させてしまい、過熱による電装部品のトラブルを招きやすいという問題点もある。
本発明は前記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ネジ溝排気流路の出口付近から排気ポートに至る流路のみを効率よく加熱でき、ネジ溝排気流路の出口付近や前記流路でのプロセスガスの温度低下による生成物の堆積を防止するのに好適な真空ポンプを提供することである。
前記目的を達成するために、本発明は、回転体の内周側と外周側にネジ溝排気流路を備えたネジ溝排気部と、前記ネジ溝排気部を内包する外装ケースと、前記ネジ溝排気部で圧縮したガスを前記外装ケースの外へ排気する排気ポートと、前記ネジ溝排気流路の出口から前記排気ポートに至る流路を覆う隔壁と、を備え、前記隔壁は、前記ネジ溝排気部を構成する前記回転体の前記内周側のネジ溝排気部ステータと前記回転体の前記外周側のネジ溝排気部ステータに接触していることを特徴とする。
前記本発明において、前記隔壁は、前記内周側の前記ネジ溝排気部ステータ及び前記外周側の前記ネジ溝排気部ステータ以外のポンプ構成部品に断熱材を介して接合されていることを特徴としてもよい。
前記本発明において、前記排気ポートを内外の筒体からなる多重筒構造とし、一方の筒体を前記外装ケースに取り付け、他方の筒体を前記隔壁に取り付けたことを特徴としてもよい。
前記本発明において、前記排気ポートの構造として、前記隔壁にポート部材を取り付けたことを特徴としてもよい。
前記本発明において、前記隔壁または前記内周側の前記ネジ溝排気部ステータまたは前記外周側の前記ネジ溝排気部ステータに、加熱手段と測温手段を配設したことを特徴としてもよい。
前記本発明において、前記加熱手段を制御する制御手段を備えたことを特徴としてもよい。
前記本発明において、前記排気ポートは、前記隔壁以外のポンプ構成部品とは非接触で設置されたことを特徴としてもよい。
本発明にあっては、真空ポンプの具体的な構成として、ネジ溝排気流路の出口から排気ポートに至る流路を覆う隔壁を設けることで、かかる隔壁が当該流路内を前記外装ケースおよびこれに連結しているステータコラム外壁から覆う構成を採用した。このため、前記流路やネジ溝排気流路の出口付近を通過するプロセスガスの温度低下が生じ難いこと、および、前記流路やネジ溝排気流路の出口付近の壁面温度を高く保つことが可能となる点で、ネジ溝排気流路の出口付近や前記流路でのプロセスガスの温度低下による生成物の堆積を防止するのに好適な真空ポンプを提供し得る。
本発明によると、前記流路と外装ケースおよびこれに連結しているステータコラムとの間での熱の出入りは隔壁によって妨げられることから、前記流路やネジ溝排気流路出口付近だけを効率よく加熱することができ、その加熱によって外装ケースの温度上昇が生じることもなく、よって、外装ケースと連結しているステータコラムやこのステータコラムに内蔵されている電装部品の温度上昇を防止でき、電装部品の過熱によるトラブルの低減や電装部品の長寿命化を図れる。また、ステータコラムやステータコラムに内蔵されている電装部品を保護するために外装ケースに冷却手段を設けて外装ケースを冷却しても、前記流路の温度が低下することはない。
本発明に係る真空ポンプは、前記のように生成物の堆積を防止するのに好適で、電装部品の過熱によるトラブルの低減や電装部品の長寿命化を図れることから、堆積した生成物を除去する等のポンプメンテナンスの周期が長く、ポンプ性能も安定しており、真空プロセスの生産性の向上を図ることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である真空ポンプ（ネジ溝ポンプ並行流タイプ）の断面図である。
図１の真空ポンプＰ１は、例えば、半導体製造装置、フラット・パネル・ディスプレイ製造装置、ソーラー・パネル製造装置におけるプロセスチャンバやその他の密閉チャンバのガス排気手段等として利用される。
同図の真空ポンプＰ１において、その外装ケース１は、複数のポンプ構成部品、例えば回転翼１３と固定翼１４により気体を排気する翼排気部Ｐｔと、ネジ溝１９Ａ、１９Ｂを利用して気体を排気するネジ溝排気部Ｐｓと、これらの駆動系などを内包している。
外装ケース１は、筒状のポンプケース１Ａと有底筒状のポンプベース１Ｂとをその筒軸方向に締結ボルトで一体に連結した有底円筒形になっており、ポンプケース１Ａの上端部側はガスを吸気するための吸気口２として開口し、また、ポンプベース１Ｂの下端部側面には、ネジ溝排気部Ｐｓで圧縮したガスを外装ケース１の外へ排気する手段として、排気ポート３を設けてある。
吸気口２は、ポンプケース１Ａ上縁のフランジ１Ｃに設けた図示しない締結ボルトにより、例えば半導体製造装置のプロセスチャンバ等、高真空となる図示しない密閉チャンバに接続される。排気ポート３は、図示しない補助ポンプに連通接続される。
ポンプケース１Ａ内の中央部には各種電装品を内蔵する円筒状のステータコラム４が設けられている。図１の真空ポンプＰ１では、このステータコラム４をポンプベース１Ｂの内底に一体に立設しているが、これとは別の実施形態として、例えば、ポンプベース１Ｂとは別部品としてステータコラム４を形成してポンプベース１Ｂの内底にネジ止め固定してもよい。
ステータコラム４の内側には回転軸５が設けられており、回転軸５は、その上端部が吸気口２の方向を向き、その下端部がポンプベース１Ｂの方向を向くように配置してある。また、回転軸５の上端部はステータコラム４の円筒上端面から上方に突出するように設けてある。
回転軸５は、支持手段としての２組のラジアル磁気軸受１０、１０と１組のアキシャル磁気軸受１１により径方向と軸方向が回転可能に支持されており、この支持状態で、駆動手段としての駆動モータ１２により回転駆動されるように構成してある。なお、ラジアル磁気軸受１０、１０、アキシャル磁気軸受１１及び駆動モータ１２は公知であるため、その詳細説明は省略する。
ステータコラム４の外側には回転体としてロータ６が設けられている。ロータ６は、ポンプケース１Ａ及びポンプベース１Ｂに内包され、ステータコラム４の外周を囲む円筒形状であって、その略中間に位置する環状板体の連結部６０により、直径の異なる２つの筒体（第１の筒体６１と第２の筒体６２）をその筒軸方向に連結した形状になっている。
第１の筒体６１の上端には、その上端面を構成する部材として、端部材６３が一体に設けられており、この端部材６３を介して、前記ロータ６は、回転軸５に固定されるとともに、回転軸５を介して、ラジアル磁気軸受１０、１０及びアキシャル磁気軸受１１で、その軸心（回転軸５）周りに回転可能に支持されるように構成してある。
図１の真空ポンプＰ１におけるロータ６は、一つのアルミ合金塊から切り出し加工することにより、第１の筒体６１、第２の筒体６２、連結部６０及び端部材６３を一部品として形成したものであるが、これとは別の実施形態として、例えば、連結部６０を境にして第１の筒体６１と第２の筒体６２が別部品として構成される形態を採用してもよい。この場合、第１の筒体６１はアルミニウム合金等の金属材料で形成し、第２の筒体６２は樹脂で形成する等、第１の筒体６１と第２の筒体６２の構成材料をそれぞれ異なるものとしてもよい。
《翼排気部Ｐｔの詳細》
図１の真空ポンプＰ１では、ロータ６の略中間より上流（具体的には、連結部６０からロータ６の吸気口２側端部までの範囲）が翼排気部Ｐｔとして機能する。以下、この翼排気部Ｐｔを詳細に説明する。
図１の真空ポンプＰ１では、ロータ６の略中間より上流（具体的には、連結部６０からロータ６の吸気口２側端部までの範囲）が翼排気部Ｐｔとして機能する。以下、この翼排気部Ｐｔを詳細に説明する。
ロータ６の略中間より上流側のロータ６外周面、具体的には第１の筒体６１の外周面には、複数の回転翼１３が一体に設けられている。これら複数の回転翼１３は、当該ロータ６の回転中心軸（回転軸５）若しくは外装ケース１の軸心（以下「真空ポンプ軸心」という）を中心として放射状に並んで配置されている。
一方、ポンプケース１Ａの内周側には複数の固定翼１４が設けられており、これら複数の固定翼１４もまた、真空ポンプ軸心を中心として放射状に並んで配置されている。
そして、図１の真空ポンプＰ１では、前記のように放射状に配置された回転翼１３と固定翼１４とが真空ポンプ軸心に沿って交互に多段で配置されることによって、真空ポンプＰ１の翼排気部Ｐｔが構成されている。
いずれの回転翼１３も、ロータ６の外径加工部と一体的に切削加工で切り出し形成したブレード状の切削加工品であって、ガス分子の排気に最適な角度で傾斜している。いずれの固定翼１４も、ガス分子の排気に最適な角度で傾斜している。
《翼排気部Ｐｔによる排気動作説明》
以上の構成からなる翼排気部Ｐｔでは、駆動モータ１２の起動により、回転軸５、ロータ６および複数の回転翼１３が一体に高速回転し、最上段の回転翼１３が吸気口２から入射したガス分子に下向き方向（吸気口２から排気ポート３へ向かう方向）の運動量を付与する。この下向き方向の運動量を有するガス分子が固定翼１４によって次段の回転翼１３側へ送り込まれる。以上のようなガス分子への運動量の付与と送り込み動作とが繰り返し多段に行われることにより、吸気口２側のガス分子はロータ６の下流に向かって順次移行するように排気される。
以上の構成からなる翼排気部Ｐｔでは、駆動モータ１２の起動により、回転軸５、ロータ６および複数の回転翼１３が一体に高速回転し、最上段の回転翼１３が吸気口２から入射したガス分子に下向き方向（吸気口２から排気ポート３へ向かう方向）の運動量を付与する。この下向き方向の運動量を有するガス分子が固定翼１４によって次段の回転翼１３側へ送り込まれる。以上のようなガス分子への運動量の付与と送り込み動作とが繰り返し多段に行われることにより、吸気口２側のガス分子はロータ６の下流に向かって順次移行するように排気される。
《ネジ溝排気部Ｐｓの詳細》
図１の真空ポンプＰ１では、ロータ６の略中間より下流（具体的には、連結部６０からロータ６の排気ポート３側端部までの範囲）がネジ溝排気部Ｐｓとして機能する。以下このネジ溝排気部Ｐｓを詳細に説明する。
図１の真空ポンプＰ１では、ロータ６の略中間より下流（具体的には、連結部６０からロータ６の排気ポート３側端部までの範囲）がネジ溝排気部Ｐｓとして機能する。以下このネジ溝排気部Ｐｓを詳細に説明する。
ロータ６の略中間より下流側のロータ６部分、具体的にはロータ６を構成する第２の筒体６２は、ネジ溝排気部Ｐｓの回転部材として回転する部分であって、ネジ溝排気部Ｐｓを構成する内外２重円筒形のネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂ間に、所定のギャップを介して挿入・収容されている。
内外２重円筒形のネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂのうち、内側のネジ溝排気部ステータ１８Ａは、その外周面が第２の筒体６２の内周面と対向するように配置された円筒形の固定部材であって、第２の筒体６２の内周によって囲まれるように配置してある。外側のネジ溝排気部ステータ１８Ｂは、その内周面が第２の筒体６２の外周面に対向するように配置された円筒形の固定部材であって、第２の筒体６２の外周を囲むように配置してある。
内側のネジ溝排気部ステータ１８Ａの外周部には、前記ロータ６の内周側（具体的には第２の筒体６２の内周側）にネジ溝排気通路Ｒ１を形成する手段として、深さが下方に向けて小径化したテーパコーン形状に変化するネジ溝１９Ａを形成してある。このネジ溝１９Ａは内側ネジ溝排気部ステータ１８Ａの上端から下端にかけて螺旋状に刻設してあり、このようなネジ溝１９Ａを備えた内側ネジ溝排気部ステータ１８Ａにより、第２の筒体６２の内周側には、ガス排気のためのネジ溝排気流路（以下「内側ネジ溝排気流路Ｒ１」という）が形成される。
外側のネジ溝排気部ステータ１８Ｂの内周部には、前記ロータ６の外周側（具体的には第２の筒体６２の外周側）にネジ溝排気通路Ｒ２を形成する手段として、前記ネジ溝１９Ａと同様のネジ溝１９Ｂを形成してある。このようなネジ溝１９Ｂを備えた外側ネジ溝排気部ステータ１８Ｂにより、第２の筒体６２の外周側には、ネジ溝排気流路（以下「外側ネジ溝排気流路Ｒ２」という）が形成される。
図示は省略するが、先に説明したネジ溝１９Ａ、１９Ｂを第２の筒体６２の内周面又は外周面若しくはその両面に形成することで、前記のようなネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２が設けられるように構成してもよい。また、これらのネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２はロータ６の内周側と外周側の一部に設けられてもよい。
ネジ溝排気部Ｐｓでは、ネジ溝１９Ａと第２の筒体６２の内周面でのドラッグ効果やネジ溝１９Ｂと第２の筒体６２の外周面でのドラック効果により、気体を圧縮しながら移送するため、ネジ溝１９Ａの深さは、内側ネジ溝排気流路Ｒ１の上流入口側（吸気口２に近い方の流路開口端）で最も深く、その下流出口側（排気ポート３に近い方の流路開口端）で最も浅くなるように設定してある。このことはネジ溝１９Ｂも同様である。
外側ネジ溝排気流路Ｒ２の入口（上流端側）は、多段に配置されている固定翼１４のうち最下段の固定翼１４Ｅと後述する連通開口部Ｈの上流端との間の隙間（以下「最終隙間Ｇ１」という）に連通している。また、同流路Ｒ２の出口（下流端側）は、ポンプ内排気口側の流路Ｓ（以下「ポンプ内排気口側流路Ｓ」という）を通じて、排気ポート３に連通している。
内側ネジ溝排気流路Ｒ１の入口（上流端側）は、ロータ６の略中間で該ロータ６の内周面（具体的には、連結部６０の内面）に向って開口している。また、同流路Ｒ１の出口（下流端側）は、ポンプ内排気口側流路Ｓを通じて、排気ポート３に連通している。
前記ポンプ内排気口側流路Ｓは、ロータ６やネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂの下端部とポンプベース１Ｂの内底部との間に所定の隙間（図１の真空ポンプＰ１では、ステータコラム４の下部外周を一周する形態の隙間）を設けることによって、ネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２の出口から排気ポート３に至るように形成してある。
ロータ６の略中間には連通開口部Ｈが開設されており、連通開口部Ｈは、ロータ６の表裏面間を貫通するように形成されることで、ロータ６の外周側に存在する気体の一部を内側のネジ溝排気流路Ｒ１へ導くように機能する。かかる機能を備えた連通開口部Ｈは、例えば、図１のように連結部６０の内外面を貫通するように形成してもよい。また、図１の真空ポンプＰ１では、前記連通開口部Ｈを複数設け、これら複数の連通開口部Ｈが真空ポンプ軸心に対して点対称となるように配置してある。
《ネジ溝排気部Ｐｓにおける排気動作説明》
先に説明した翼排気部Ｐｔの排気動作による移送で最終隙間Ｇ１やネジ溝排気流路Ｒ２の入口（上流端）に到達したガス分子は、ネジ溝排気流路Ｒ２や連通開口部Ｈからネジ溝排気流路Ｒ１に移行する。移行したガス分子は、ロータ６の回転によって生じる効果、すなわち第２の筒体６２の外周面とネジ溝１９Ｂでのドラッグ効果や、第２の筒体６２の内周面とネジ溝１９Ａでのドラッグ効果によって、遷移流から粘性流に圧縮されながらポンプ内排気口側流路Ｓに向かって移行する。そして、ポンプ内排気口側流路Ｓに到達したガス分子は、排気ポート３に流入し、図示しない補助ポンプを通じて外装ケース１の外へ排気される。
先に説明した翼排気部Ｐｔの排気動作による移送で最終隙間Ｇ１やネジ溝排気流路Ｒ２の入口（上流端）に到達したガス分子は、ネジ溝排気流路Ｒ２や連通開口部Ｈからネジ溝排気流路Ｒ１に移行する。移行したガス分子は、ロータ６の回転によって生じる効果、すなわち第２の筒体６２の外周面とネジ溝１９Ｂでのドラッグ効果や、第２の筒体６２の内周面とネジ溝１９Ａでのドラッグ効果によって、遷移流から粘性流に圧縮されながらポンプ内排気口側流路Ｓに向かって移行する。そして、ポンプ内排気口側流路Ｓに到達したガス分子は、排気ポート３に流入し、図示しない補助ポンプを通じて外装ケース１の外へ排気される。
《隔壁の説明》
図１の真空ポンプＰ１では、ポンプ内排気口側流路Ｓの内壁の一部を形成しているポンプベース１Ｂの内底に隔壁設置スペースを設け、かかるスペースに隔壁２１を設置することで、ポンプ内排気口側流路Ｓを覆う隔壁２１が設けられる構成を採用している。特に図１の真空ポンプＰ１では、かかる隔壁２１の具体的な構造例として、内側ネジ溝排気部ステータ１８Ａの排気口側端部が延長部１８Ａ−１として延長されて隔壁２１の一部をなすものとした。前記延長部１８Ａ−１とステータコラム４外壁との間に隙間Ｇ４があり断熱が確保されている。
図１の真空ポンプＰ１では、ポンプ内排気口側流路Ｓの内壁の一部を形成しているポンプベース１Ｂの内底に隔壁設置スペースを設け、かかるスペースに隔壁２１を設置することで、ポンプ内排気口側流路Ｓを覆う隔壁２１が設けられる構成を採用している。特に図１の真空ポンプＰ１では、かかる隔壁２１の具体的な構造例として、内側ネジ溝排気部ステータ１８Ａの排気口側端部が延長部１８Ａ−１として延長されて隔壁２１の一部をなすものとした。前記延長部１８Ａ−１とステータコラム４外壁との間に隙間Ｇ４があり断熱が確保されている。
隔壁２１は、熱の良導体（例えば、アルミニウム合金等）からなり、ポンプ内排気口側流路Ｓの内壁の一部を形成し、ポンプ内排気口側流路Ｓ内を外装ケース１から覆う手段として機能する。
隔壁２１とポンプベース１Ｂの内底（ポンプ内排気口側流路Ｓの内壁の一部）との間には断熱のための空隙Ｇ２を設けている。また、この隔壁２１は、それ以外のポンプ構成部品（図１の例では、ポンプベース１Ｂの内周段部）に、熱の不良導体（例えば、ステンレス合金、セラミック等）からなる断熱材２２を介して接合されている。シール手段Ｔ１は空隙Ｇ２を通じて排気ポート３からネジ溝排気部Ｐｓ上流へのガスの逆流を防止する手段として機能する。断熱材２２は、排気ポート３からネジ溝排気部Ｐｓ上流へのガスの逆流を防止する機能を兼ねても良い。
図１の真空ポンプＰ１では、隔壁２１からポンプベース１Ｂへの熱の移動は前述の空隙Ｇ２や断熱材２２によって阻止されるから、隔壁２１を高温に保ち、ポンプ内排気口側流路Ｓ内の温度を高めることができると同時に、外装ケース１（ポンプベース１Ｂ、ポンプケース１Ａ）やステータコラム４の温度上昇を効果的に防止することができる。
《加熱手段の説明》
図１の真空ポンプＰ１では、内側と外側のネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂを締結ボルトで隔壁２１に取付けることにより、ネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂを位置決め固定する構成、及び、加熱手段として棒状のヒータＨＴを隔壁２１に埋設することにより、当該ヒータＨＴ自身の発熱で隔壁２１を加熱するとともに、隔壁２１からの熱伝導でネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂを加熱する構成を採用している。
図１の真空ポンプＰ１では、内側と外側のネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂを締結ボルトで隔壁２１に取付けることにより、ネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂを位置決め固定する構成、及び、加熱手段として棒状のヒータＨＴを隔壁２１に埋設することにより、当該ヒータＨＴ自身の発熱で隔壁２１を加熱するとともに、隔壁２１からの熱伝導でネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂを加熱する構成を採用している。
図１の真空ポンプＰ１において、ネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２でガスを圧縮したときに発生する熱（ガス圧縮熱）は、ネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂを通じて隔壁２１に伝わること、および、その伝わった熱は空隙Ｇ２や断熱材２２によって隔壁２１で保持されることから、ガス圧縮熱だけでも隔壁２１の温度は上昇し、これに応じてポンプ内排気口側流路Ｓ内の温度も上昇する。
これに加えて更に、同図の真空ポンプＰ１では、ヒータＨＴで隔壁２１を加熱できるので、外装ケース１やステータコラム４の温度上昇を防止しつつ、ポンプ内排気口側流路Ｓ内の温度をより一層高めることができ、ポンプ内排気口側流路Ｓ内での生成物の付着・堆積を効果的に防止し得る。
ところで、図１の真空ポンプＰ１において、先に説明した最終隙間Ｇ１やステータコラム４外壁部付近は低い圧力に保たれるので、その温度を低温に保っても生成物が堆積するリスクは低いという特徴がある。
《排気ポートの詳細》
図１の真空ポンプＰ１では、排気ポート３の具体的な構成として、ポンプベース１Ｂの外側面から隔壁２１を貫通してポンプ内排気口側流路Ｓに連通する構成の貫通穴２３を形成し、この貫通穴２３にポート部材として筒体２４を外装ケース１に取付けている。
図１の真空ポンプＰ１では、排気ポート３の具体的な構成として、ポンプベース１Ｂの外側面から隔壁２１を貫通してポンプ内排気口側流路Ｓに連通する構成の貫通穴２３を形成し、この貫通穴２３にポート部材として筒体２４を外装ケース１に取付けている。
また、図１の真空ポンプＰ１においては、隔壁２１の貫通部２１Ａに熱の良導体（例えば、アルミニウム合金等）からなる筒体２５の一端部を接合することで、当該筒体２５を隔壁２１に取り付けるとともに、取り付けた筒体２５の他端部を前記筒体２４内に挿入することで、排気ポート３を内外の筒体２４、２５からなる多重筒構造とし、排気ポート３の入口（上流端）から出口（下流端）までの全範囲に亘って当該筒体２５が配置される構成を採用した。内側の筒体２５は、外側の筒体２４やポンプベース１Ａと接しておらず、それらの外装部品から断熱的に配置されている。
前記のような排気ポート３の構成によると、隔壁２１の熱によって内側の筒体２５の温度が上昇し、この温度上昇を通じて排気ポート３の出口付近が高温化されるため、排気ポート３の出口付近における生成物の付着・堆積も効果的に防止することができる。なお、排気ポート３の出口に接続される配管が温度管理されて高温化している場合は、内側の筒体２５を省略してもよい。
図２から図９は、本発明の他の実施形態である真空ポンプの断面図である。それぞれの図の真空ポンプＰ２〜Ｐ９の基本的な構成は図１の真空ポンプＰ１と同様であるため、それぞれの図において図１と同一部材には同一符号を付し、その詳細説明は省略し、以下異なる部分のみを説明する。
《図２の真空ポンプＰ２の特徴》
図１の真空ポンプＰ１では、外側のネジ溝排気部ステータ１８Ｂと隔壁２１を別部品として形成しているが、これに代えて、図２の真空ポンプＰ２では、そのネジ溝排気部ステータ１８Ｂと隔壁２１を一部品として形成することで、部品点数や組立工数の削減を図っている。
図１の真空ポンプＰ１では、外側のネジ溝排気部ステータ１８Ｂと隔壁２１を別部品として形成しているが、これに代えて、図２の真空ポンプＰ２では、そのネジ溝排気部ステータ１８Ｂと隔壁２１を一部品として形成することで、部品点数や組立工数の削減を図っている。
《図３の真空ポンプＰ３の特徴》
図３の真空ポンプＰ３では、図１のポンプ内空間Ｇ３（外側のネジ溝排気部ステータ１８Ｂとポンプベース１Ｂとの間の隙間）に隔壁２１の一部を延設してなる延設部２６を設けている。この延設部２６は、外側のネジ溝排気部ステータ１８Ｂからガスを介してポンプベース１Ｂ側へ逃げる熱量を低減する手段として機能する。
図３の真空ポンプＰ３では、図１のポンプ内空間Ｇ３（外側のネジ溝排気部ステータ１８Ｂとポンプベース１Ｂとの間の隙間）に隔壁２１の一部を延設してなる延設部２６を設けている。この延設部２６は、外側のネジ溝排気部ステータ１８Ｂからガスを介してポンプベース１Ｂ側へ逃げる熱量を低減する手段として機能する。
すなわち、図１の真空ポンプＰ１において、翼排気部Ｐｔの排気動作による移送で最終隙間Ｇ１やネジ溝排気流路Ｒ２の入口（上流端）に到達したガス分子は、ポンプ内空間Ｇ３にも流入する。このポンプ内空間Ｇ３内に流入するガス量が多ければ多いほど、ポンプ内空間Ｇ３内のガスを介して外側のネジ溝排気部ステータ１８Ｂからポンプベース１Ｂ側に逃げる熱量が多くなる。この点、図３の真空ポンプＰ３では、そのようなポンプ内空間Ｇ３に隔壁２１の延設部２６が存在するので、ポンプ内空間Ｇ３に流入するガス量が減少し、これに伴い、外側のネジ溝排気部ステータ１８Ｂからポンプベース１Ｂ側へ逃げる熱量も減る。
また、図３の真空ポンプＰ３では、ロータ６と堆積した生成物との接触によりロータ６が破損したときの破壊トルクで隔壁２１が回らないようにする手段として、ポンプベース１Ｂの内底面に回止めコマＭを立設する一方、これに対応して隔壁２１に凹部Ｎを設け、その凹部Ｎに回止めコマＭが配置されるように構成してある。なお、回止めコマＭは凹部Ｎに接触していない。これは、隔壁２１から回止めコマＭを介してポンプベース１Ｂ側に熱が逃げることを防止するためである。
《図４の真空ポンプＰ４の特徴》
図１の真空ポンプＰ１では、ロータ６の下端やネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂの下端より低い位置に、排気ポート３を設けているが、図４の真空ポンプＰ４では、それより高い位置の一例として、排気ポート３の下部とロータ６の下端やネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂの下端とが略並ぶように、当該排気ポート３を設けることで、ポンプ内排気口側流路Ｓの高さを低く設定し、真空ポンプ軸心方向において真空ポンプＰ４全体の短縮・小型化を図っている。
図１の真空ポンプＰ１では、ロータ６の下端やネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂの下端より低い位置に、排気ポート３を設けているが、図４の真空ポンプＰ４では、それより高い位置の一例として、排気ポート３の下部とロータ６の下端やネジ溝排気部ステータ１８Ａ、１８Ｂの下端とが略並ぶように、当該排気ポート３を設けることで、ポンプ内排気口側流路Ｓの高さを低く設定し、真空ポンプ軸心方向において真空ポンプＰ４全体の短縮・小型化を図っている。
《図５の真空ポンプＰ５の特徴》
図１の真空ポンプＰ１では、外側のネジ溝排気部ステータ１８Ｂと隔壁２１とを別部品として構成したが、図５の真空ポンプＰ５では、そのネジ溝排気部ステータ１８Ｂと隔壁２１を一部品として鋳物等により一体形成することによって、部品点数の削減を図っている。
図１の真空ポンプＰ１では、外側のネジ溝排気部ステータ１８Ｂと隔壁２１とを別部品として構成したが、図５の真空ポンプＰ５では、そのネジ溝排気部ステータ１８Ｂと隔壁２１を一部品として鋳物等により一体形成することによって、部品点数の削減を図っている。
《図６の真空ポンプＰ６の特徴》
図１の真空ポンプＰ１では、排気ポート３の具体的な構成として、ポンプベース１Ｂの貫通穴２３にポート部材として筒体２４を嵌込み装着しているが、これに代えて、図６の真空ポンプＰ６では、かかる貫通穴２３を拡大し、貫通穴２３と当該筒体２４とが非接触の状態になるように構成するとともに、当該筒体２４の入口（上流端）側を隔壁２１の貫通部２１Ａまで延長して該貫通部２１Ａに嵌込み接合することで、隔壁２１に当該筒体２４を直接取付けている。この場合、排気ポート３は、筒体２４のみからなり、隔壁２１以外のポンプ構成部品とは非接触で設置された構成になる。
図１の真空ポンプＰ１では、排気ポート３の具体的な構成として、ポンプベース１Ｂの貫通穴２３にポート部材として筒体２４を嵌込み装着しているが、これに代えて、図６の真空ポンプＰ６では、かかる貫通穴２３を拡大し、貫通穴２３と当該筒体２４とが非接触の状態になるように構成するとともに、当該筒体２４の入口（上流端）側を隔壁２１の貫通部２１Ａまで延長して該貫通部２１Ａに嵌込み接合することで、隔壁２１に当該筒体２４を直接取付けている。この場合、排気ポート３は、筒体２４のみからなり、隔壁２１以外のポンプ構成部品とは非接触で設置された構成になる。
このような排気ポート３の構成によると、筒体２４自体が隔壁２１の熱で加熱されるから、先に説明した図１の筒体２５を省略することができ、部品点数や組立工数の削減を図れる。
なお、図６の真空ポンプＰ６において、シール手段Ｔ１、Ｔ２は、貫通穴２３からポンプ内への大気の流入を防止する真空シールとして機能している。
《図７の真空ポンプＰ７の特徴》
図７の真空ポンプＰ７では、測温手段２７として、サーミスタ・熱電対・白金抵抗体等からなる温度測定素子２７Ａを隔壁２１に埋設し、温度測定素子２７Ａでの測定値を基に加熱手段（ヒータＨＴ）を制御する図示しない制御手段を設けることで、隔壁２１を温度管理し、ポンプ内の過熱防止を図れるように構成してある。
図７の真空ポンプＰ７では、測温手段２７として、サーミスタ・熱電対・白金抵抗体等からなる温度測定素子２７Ａを隔壁２１に埋設し、温度測定素子２７Ａでの測定値を基に加熱手段（ヒータＨＴ）を制御する図示しない制御手段を設けることで、隔壁２１を温度管理し、ポンプ内の過熱防止を図れるように構成してある。
前記加熱手段（ヒータＨＴ）の制御手段については、例えば、ヒータＨＴに流す電流値を増減する電流制御と、ポンプベース１Ｂに設置されている冷却管Ｃの図示しないバルブを調整することで冷却管Ｃを流れる冷却媒体の流量を増減する流量制御と、を併用してもよい。
前記測温手段２７や制御手段については、図１から図６の真空ポンプＰ１〜Ｐ６にも適用可能である。また、前記測温手段２７は、ネジ溝ポンプステータ１８ａ、１８ｂに設置してもよい。この点は加熱手段（ヒータＨＴ）も同様である。
《図８の真空ポンプＰ８の特徴》
図７の真空ポンプＰ７においては、測温手段２７の具体的な設置例として、真空ポンプ軸心方向に略沿わせて測温手段２７を隔壁２１に埋設しているが（縦置タイプ）、これに代えて、図８の真空ポンプＰ８では、真空ポンプ軸心方向と略直交する方向に沿わせて測温手段２７を隔壁２１に埋設している（横置タイプ）。
図７の真空ポンプＰ７においては、測温手段２７の具体的な設置例として、真空ポンプ軸心方向に略沿わせて測温手段２７を隔壁２１に埋設しているが（縦置タイプ）、これに代えて、図８の真空ポンプＰ８では、真空ポンプ軸心方向と略直交する方向に沿わせて測温手段２７を隔壁２１に埋設している（横置タイプ）。
前記のような温度測定素子２７Ａの縦置タイプでは、少なくとも温度測定素子２７Ａの長さより高い隔壁２１が必要となる一方、温度測定素子２７Ａの横置タイプでは、そのように高い隔壁２１は不要であるため、隔壁２１の高さを低く設定することができ、真空ポンプ軸心方向において真空ポンプＰ７全体の短縮・小型化を図ることが可能である。
《図９の真空ポンプＰ９の特徴》
図１の真空ポンプＰ１では、加熱手段の具体例として、ヒータＨＴ自身の発熱で隔壁２１を加熱する構成を採用したが、これに代えて、図９の真空ポンプＰ９では、コイル３０を用いた電磁誘導加熱方式で隔壁２１を加熱する構成を採用した。
図１の真空ポンプＰ１では、加熱手段の具体例として、ヒータＨＴ自身の発熱で隔壁２１を加熱する構成を採用したが、これに代えて、図９の真空ポンプＰ９では、コイル３０を用いた電磁誘導加熱方式で隔壁２１を加熱する構成を採用した。
この電磁誘導加熱方式は、隔壁２１の外底面に発熱用コア２８として設置した電気抵抗の小さい強磁性体と、その発熱用コア２８に対向するヨーク２９としてポンプベース１Ｂに設置した電気抵抗の大きい強磁性体と、ヨーク２９内に収容したコイル３０とで構成される。この構成は一例であり、必要に応じて適宜、電磁誘導加熱方式の構成を変更してもよい。
前記のような構成の電磁誘導加熱方式では、コイル３０に交流電流を流すと、発熱用コア２８の内部に渦電流が発生し、発熱用コア２８自身が発熱して隔壁２１を加熱する。なお、ヨーク２９は電気抵抗が大きいため、この電磁誘導加熱方式によるヨーク２９自体の発熱は無視できるほど小さい。よって、ヨーク２９の発熱でポンプベース１Ｂが高温になることもない。
以上説明した実施形態の真空ポンプＰ１〜Ｐ９では、その具体的な構成として、ネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２の出口から排気ポート３に至るポンプ内排気口側流路Ｓに隔壁２１を設け、かかる隔壁２１がポンプ内排気口側流路Ｓ内を外装ケース１から覆う構成を採用した。このため、ポンプ内排気口側流路Ｓやネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２の出口付近を通過するプロセスガスの温度低下が生じ難いこと、および、ポンプ内排気口側流路Ｓやネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２の出口付近の壁面温度を高く保つことが可能となる点で、ネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２の出口付近やポンプ内排気口側流路Ｓでのプロセスガスの温度低下による生成物の堆積を防止できる。
また、真空ポンプＰ１〜Ｐ２によると、ポンプ内排気口側流路Ｓと外装ケース１との間での熱の出入りは隔壁２１によって妨げられることから、ポンプ内排気口側流路Ｓやネジ溝排気流路Ｒ１、Ｒ２出口付近だけを効率よく加熱することができ、また、その加熱によって外装ケース１の温度上昇が生じることもない。よって、外装ケース１と連結しているステータコラム４やこのステータコラム４に内蔵されている電装部品（ラジアル磁気軸受１０、１０や駆動モータ１２等）の温度上昇を防止でき、かかる電装部品の過熱によるトラブルを低減できる。また、ステータコラム４やステータコラム４に内蔵されている電装部品を保護するために外装ケース１に冷却手段を設けて外装ケース１を冷却しても、ポンプ内排気口側流路Ｓの温度が低下することはない。
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により多くの変形が可能である。
例えば、本発明は、先に説明した本実施形態の真空ポンプにおいて翼排気部Ｐｔを省略した形式の真空ポンプにも適用することができる。
１ 外装ケース
１Ａ ポンプケース
１Ｂ ポンプベース
２ 吸気口
３ 排気ポート
４ ステータコラム
５ 回転軸
６ ロータ
６０ 連結部
６１ 第１の筒体
６２ 第２の筒体
６３ 端部材
１０ ラジアル磁気軸受
１１ アキシャル磁気軸受
１２ 駆動モータ
１３ 回転翼
１４ 固定翼
１４Ｅ 最下段の固定翼
１８Ａ 内側ネジ溝排気部ステータ
１８Ａ−１ 内側ネジ溝排気部ステータの延長部
１８Ｂ 外側ネジ溝排気部ステータ
１９Ａ、１９Ｂ ネジ溝
２１ 隔壁
２１Ａ 隔壁の貫通部
２２ 断熱材
２３ 貫通穴
２４、２５ 筒体
２６ 隔壁の延設部
２７ 測温手段
２７Ａ 温度測定素子
２８ 発熱用コア
２９ ヨーク
３０ コイル
Ｃ 冷却管
Ｇ１ 最終隙間（最下段の回転翼と連通開口部の上流端との間の隙間）
Ｇ２ 空隙
Ｇ３ ポンプ内空間
Ｇ４ 隙間
Ｈ 連通開口部
ＨＴ ヒータ（加熱手段）
Ｍ 回止めコマ
Ｎ 凹部
Ｐ１〜Ｐ１０ 真空ポンプ
Ｐｔ 翼排気部
Ｐｓ ネジ溝排気部
Ｒ１ 内側のネジ溝排気通路
Ｒ２ 外側のネジ溝排気通路
Ｓ ポンプ内排気口側流路（ネジ溝排気流路の出口から排気ポートに至る流路）
Ｔ１、Ｔ２ シール手段
１Ａ ポンプケース
１Ｂ ポンプベース
２ 吸気口
３ 排気ポート
４ ステータコラム
５ 回転軸
６ ロータ
６０ 連結部
６１ 第１の筒体
６２ 第２の筒体
６３ 端部材
１０ ラジアル磁気軸受
１１ アキシャル磁気軸受
１２ 駆動モータ
１３ 回転翼
１４ 固定翼
１４Ｅ 最下段の固定翼
１８Ａ 内側ネジ溝排気部ステータ
１８Ａ−１ 内側ネジ溝排気部ステータの延長部
１８Ｂ 外側ネジ溝排気部ステータ
１９Ａ、１９Ｂ ネジ溝
２１ 隔壁
２１Ａ 隔壁の貫通部
２２ 断熱材
２３ 貫通穴
２４、２５ 筒体
２６ 隔壁の延設部
２７ 測温手段
２７Ａ 温度測定素子
２８ 発熱用コア
２９ ヨーク
３０ コイル
Ｃ 冷却管
Ｇ１ 最終隙間（最下段の回転翼と連通開口部の上流端との間の隙間）
Ｇ２ 空隙
Ｇ３ ポンプ内空間
Ｇ４ 隙間
Ｈ 連通開口部
ＨＴ ヒータ（加熱手段）
Ｍ 回止めコマ
Ｎ 凹部
Ｐ１〜Ｐ１０ 真空ポンプ
Ｐｔ 翼排気部
Ｐｓ ネジ溝排気部
Ｒ１ 内側のネジ溝排気通路
Ｒ２ 外側のネジ溝排気通路
Ｓ ポンプ内排気口側流路（ネジ溝排気流路の出口から排気ポートに至る流路）
Ｔ１、Ｔ２ シール手段
Claims (9)
- 回転体の内周側と外周側にネジ溝排気流路を備えたネジ溝排気部と、
前記ネジ溝排気部を内包する外装ケースと、
前記ネジ溝排気部で圧縮したガスを前記外装ケースの外へ排気する排気ポートと、
前記ネジ溝排気流路の出口から前記排気ポートに至る流路を覆う隔壁と、を備え、
前記隔壁は、前記ネジ溝排気部を構成する前記回転体の前記内周側のネジ溝排気部ステータと前記回転体の前記外周側のネジ溝排気部ステータに接触していることを特徴とする真空ポンプ。 - 前記隔壁は、前記内周側の前記ネジ溝排気部ステータ及び前記外周側の前記ネジ溝排気部ステータ以外のポンプ構成部品に断熱材を介して接合されていること
を特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。 - 前記排気ポートを内外の筒体からなる多重筒構造とし、一方の筒体を前記外装ケースに取り付け、他方の筒体を前記隔壁に取り付けたこと
を特徴とする請求項１または２に記載の真空ポンプ。 - 前記排気ポートの構造として、
前記隔壁にポート部材を取り付けたこと
を特徴とする請求項１または２に記載の真空ポンプ。 - 前記隔壁または前記内周側の前記ネジ溝排気部ステータまたは前記外周側の前記ネジ溝排気部ステータに、加熱手段と測温手段を配設したこと
を特徴とする請求項１または２に記載の真空ポンプ。 - 前記隔壁または前記内周側の前記ネジ溝排気部ステータまたは前記外周側の前記ネジ溝排気部ステータに、加熱手段と測温手段を配設したこと
を特徴とする請求項３または４に記載の真空ポンプ。 - 前記加熱手段を制御する制御手段を備えたこと
を特徴とする請求項５に記載の真空ポンプ。 - 前記加熱手段を制御する制御手段を備えたこと
を特徴とする請求項６に記載の真空ポンプ。 - 前記排気ポートは、
前記隔壁以外のポンプ構成部品とは非接触で設置されたこと
を特徴とする請求項１、２、５、７のいずれかに記載の真空ポンプ。
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