JPH0216389A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置、エツチン
グ装置等の半導体関連装置および電子顕微鏡、表面分析
装置、環境試験装置などに使用される超高真空状態を得
るためのターボ分子ポンプに関するものである。

（従来の技術および発明が解決しようとする課題）ター
ボ分子ポンプにあっては、動翼を有する回転軸を回転さ
せて分子流をつくることにより気体を排気し真空を発生
させるものである。

従って、回転軸を高速回転させる事が必要であり、高速
回転を円滑にするためには、高速回転に適した軸受を採
用する必要がある。

従来、このような高速回転する回転軸の軸受としては一
般に第２図に示す如くヘアリングが使用されていた。し
かしながら、ベアリングを使用するにあたっては作動を
円滑にし、しかも耐久性を高めるためには潤滑油を採用
することが必須の条件であり、ヘアリングに潤滑油を供
給するように構成されていた。

ところが、ターボ分子ポンプのように超高真空発生ポン
プにおいては、回転軸の回転数は数万ｒρｍ〜十万ｒｐ
ｍとなるためヘアリングのような接触軸受構造はたとえ
高性能のヘアリングを使用しても摩耗発生によりその寿
命は短いものであり、ポンプ性能を急速に悪化させる恐
れがあった。そればかりか前記摩耗発生によって発生し
た金属本５）あるいは潤滑油の気化による油分子がシー
ル部を通過して分子ポンプのポンプ部あるいは真空系全
形の汚染源となり、クリーン度を欲求する半導体関連お
よび分析装置に使用する場合には悪影響を及ぼす恐れが
あった。これに対し、第３図に示す如く軸受部分にヘア
リングを使用しないで、磁気軸受あるいは球面型の金属
性の気体軸受といった非接触軸受を採用するポンプも提
案されている。

しかしながら、磁気軸受は相当高価なものであるばかり
でなく制御面から構造も複雑化せざるを得なく何ケ所に
も採用することは、産業用としては適さないものであり
、また金属性の気体軸受は比較的加工も施し易く構造も
簡単にすることができるのであるが、始動時あるいは、
停止時において接触する構造の場合には、摩耗及び発熱
を防止するためにやはり潤滑油を採用する必要があり、
前記ヘアリングと同様の問題が少なからず発生するもの
であった。

すなわち、本発明は以上のような経緯に基づいてなされ
たもので、その解決しようとする課題は従来のこの種の
ターボ分子ポンプにおける耐久性のなさおよび無塵性、
無給油性の欠如である。

本発明は、上記した問題を解決し、長期に亘り使用して
も真空系を１９染することがなく、機能的に低下するこ
とのない、しかも簡単な構造であってポンプ全体のコス
ト低下を達成することのできるターボ分子ポンプの提供
を目的とするものである。

（課題を解決しようとするだめの手段および作用）本発
明は、以上のような経緯に基づいてなされたものでその
課題を解決する手段は、回転体（１７）に一体的に配置
された動翼（１６）とこの動翼（１６）と対向配置され
てなるケーシングに固定された静翼（１９）とで排気す
るポンプ部を配し、回転Ｉｔ［ｈ（１５）に一体的に配
置された回転子（１４）とこのこの回転子（１４）と対
向配置されたステーター（１３）からなる駆動部をモー
ターハウジング（１２）内に配した分子ポンプ（１０）
であって、′駆動部（３０）の下部に、回転軸（１５）
に一体的に固定されたセラミックス製シャフトスリーブ
（２１）で構成されたラジアル動圧気体軸受（２４）と
、同じく対向する回転軸（１５）に一体的に固定された
セラミックス製スラスト板（２２）で構成されたスラス
ト動圧気体軸受（２３）を配設するとともに動圧気体軸
受部（２０）の上部に駆動部とのガスシール部（２６）
を形成した動圧気体軸受部（２０）を有することを特徴
とするターボ分子ポンプ（１０）である。

以下、本発明のターボ分子ポンプ（１０）を実施例に対
応する第１図を参照して説明する。

本発明は、動翼（１６）と対向配置する静翼（１９）に
より分子流を多段発生させて気体排気するターボ分子ポ
ンプであって貰速回転する回転軸（１５）を支持する軸
受のうち少なくとも下部軸受部分をセラミックスにより
構成しその部材に動圧グループを形成してラジアル荷重
を受けるべきシャフトスリーブ（２１）と固定軸受（２
５）からなるラジアル動圧気体軸受部（２４）とスラス
ト荷重を受けるべきスラスト板（２２）と固定軸受（２
５）からなるスラスト動圧気体軸受部（２３）を設け、
更に駆動部（３０）とシールするためのガスシール部（
２６）を形成したターボ分子ポンプである。

本発明のターボ分子ポンプにあっては少なくとも下部軸
受部分はセラミックスによって形成され、尚かつ少なく
とも一方の側に動圧グループを形成してなることが必要
である。その理由は前述の如き軸受部分をセラミックス
により形成し、その表面に動圧グループを形成すること
によって本発明の目的とする無給油による油汚染のない
無塵化が可能となるのである。

すなわち、セラミックスにより形成することは、前記ポ
ンプの始動時あるいは停止時に軸受部分が摺接状態とな
った場合においても摺接部分の耐摩耗性が著しく高く、
かつ極めて耐久性に優れたターボ分子ポンプとなすこと
ができるからである。

また、軸受部分を動圧グループを形成することにより動
圧気体軸受とすることにより通常運転時において無塵化
が可能となるからである。

また、前記セラミックスからなる動圧気体軸受において
は、特に潤滑油を必要としない為、軸受部において油溜
め等を必要とせず簡単な構造で、しかも油の劣化あるい
は油ｌη染のない耐荷重大のターボ分子ポンプとなしえ
るからである。

前記セラミックスとしては、硬度が高く耐摩１［性に優
れるものであることが有利であり、例えばＡＮｚ　Ｏｘ
　、Ｓ　ｉｏ□、Ｚｒ０ｚ　、Ｓ　ｉＣ，ＴｉＣ，Ｔａ
Ｃ，、Ｂａ　　Ｃ，ＣｒＣ，Ｓ　Ｌ３　　Ｎａ　　、Ｂ
Ｎ、ＴｉＮ、ＡｆｆＮ、　　ＺｒＢｚ　　、Ｔｉ）３ｚ
　　、　ＣｒＢ、あるいはこれらの化合物から選ばれる
いずれか１種あるいは２種以上であることが好適である
。このようなセラミックスとしては緻密質体を使用する
ことが有利であるが、特に摺動特性が要求され、しかも
前記油汚染等に問題がない場合においては三次元網目構
造を有する多孔質体を使用し、その三次元網目構造中に
潤滑剤を充填して使用してもよい。この場合においては
前記多孔質体中に充填する潤滑剤を選択する必要があり
高粘性で気化しにくい潤滑剤を使用することにより前記
従来ノ潤滑方法では達成しえないクリーン度を維持した
ままで使用することができるのである。

また、前記動圧気体軸受としては特に限定はしないが、
動圧ラジアル気体軸受としてはヘリングボーン軸受が高
回転時の安定性から有利であり、動圧スラスト気体軸受
としては、負荷能力が高く構造が簡単で加下し易いスパ
イラルグループ軸受が有利である。

本発明のターボ分子ポンプは、下部軸受に気体軸受を採
用したことにより下部動圧軸受部（２０）を第１図の如
きｒ部ケーシング（１８）から突出させた状態となし、
しかも前記ラジアルおよびスラスト軸受の上部にガスシ
ール部（２６）を形成したのである。

前記下部動圧軸受をこのように配設した理由は、前記動
圧気体軸受はいうまでもなく回転軸と軸受の相対回転に
より粘度の小さい流体すなわち気体を引き込み気体の流
れに応じた動圧を発生させて負荷を支えるものであるか
ら、特にターボ分子ポンプ等の超高真空を保持したポン
プ部内に配設する場合には積極的に気体を導入してやる
ことが必要となるため前記動圧気体軸受部を下部ケーシ
ング（１８）から突出させ、ターボ分子構造を節単にし
たのである。

また、このことから前記ガスシール部をラジアルおよび
スラスト動圧気体軸受の上部に配し動圧発生のための気
体を遮断したのである。

すなわち、前記ガスシール部は前記下部軸受部の高圧側
と前記駆動部の低圧側との間に設け、高圧側の動圧発生
に使用した気体を駆動部へ漏らさないようにするもので
あって、その構造は非接触シール型でありラジアル動圧
気体軸受上部にスパイラルを形成したものである。第４
図にそのガスシール部の一例を示す。第４図のガスシー
ル部は、セラミックス製シャフトスリーブ（２１）上に
スパイラルグループ溝を形成し非接触シールとしたもの
である。前記ガスソールを特に非接ｊ１１！シール型と
した理由は、前記軸受と同様、無給油、無塵化とするた
めにはガスシール部（２６）においてもセラミックス上
に前記スパイラル講を形成することによりシールするこ
とが好適であるからである。

前記ガスシール部（２６）としては、非接触端面シール
構造とし前記スラスト動圧気体軸受と同様第６図に示し
た構造も無給油、無塵化を達成する上でセラミックスを
使用して採用できるものである。

前記ガスソール（２６）は必ずしも軸受と一体的に形成
する必要はないが第４図に示すガスシールの如く、別途
ガスシール部（２６）を配設することなく前記シャフト
スリーブ（２１）に一体的に形成すれば、構造を複雑と
することなくシール性能を発揮しえるためより好適であ
る。

なお本発明のターボ分子ポンプに使用される動圧気体軸
受および非接触ガスシールのためのグルプ溝形成は固定
軸受（２５）に形成してもまたシャフトスリーブ（２１
）およびスラスト板（２２）に形成してもいっこうに差
し支えなく使用できるものである。

なお、本発明のターボ分子ポンプにあっては、上部の軸
受部分は種々の形式の軸受を適用することができるが、
なかでも第１図に示すように磁気軸受（２８）を適用す
ることが好ましい。

（実施例） 次に、本発明に係るターボ分子ポンプ（１０）を、図面
に示した実施例に従って詳細に説明する。

第１１ｍには本発明に係る下部動圧気体軸受部（２０）
を回転軸（１５）に採用したターボ分子ポンプ（１０）
の断面図が示しである。

このターボ分子ポンプ（１０）は、ケーシング（１１）
と、下部ケーシング（１８）とによって１つの気密空間
を形成しているものである。この気密空間内には、モー
ターハウジング（１２）に支持されるモータステーター
（１３）と、このモーターステーター（１３）の反発作
用を受ける回転子（１４）を一体的に有した回転軸（１
５）が配置されており、この回転軸（１５）には負圧を
発生させるための多数の動翼（１６）を有する動翼支持
台（１７）が固定しである。

また、ケーシング（１１）には、前記動Ｍ　（１６）と
の相対回転によって負圧を発生させるための静翼（１９
）が固定しである。

また、このターボ分子ポンプ（１０）の回転軸（１５）
は、その上端に設けた磁気軸受（２８）によって、モー
ターハウジング（１２）及びケーシング（１１）に対し
て回転自在となるように、ラジアルおよびスラスト支持
がなされ、そして一方間転軸の下端においてはこの回転
軸（１５）と一体的なモーターローフ（１４）の下部に
位置する部分にラジアルおよびスラスト支持の動圧気体
軸受部（２０）およびスパイラル状のガスシール部（２
６）が設けであるのである。

本実施例のターボ分子ポンプ（１０）においては、動圧
気体軸受部（２０）は、ポンプの回転軸（１５）側に固
定されるシャフトスリーブ（２１）及びスラスト板（２
２）上に固定軸受（２５）にそれぞれ対向する位置にグ
ループ溝がそれぞれ形成しである。

またガスシール部（２６）は前記シャフトスリーブ（２
１）上に同しくガスシールとしてのスパイラル状グルー
プ；？４が形成しである。

シャフトスリーブ（２１）は、回転軸（１５）の図示下
端部に嵌合支持することにより回転軸（１５）と一体的
にしたものであり、その外面には、第４図に示すように
、所謂ヘリングボーンタイプのグループ溝が形成しであ
る。また、スラスト板　（２２）も、その中心に設けた
大向にて回転軸（１５）に挿通してこれに固定したもの
であり、スラスト板（２２）の上面には、第４図に示し
たように、スパイラルタイプのグループ溝が形成しであ
る。これらのグループ溝は、前述の固定軸受（２５）の
シャフトスリーブ（２１）及びスラスト板（２２）に対
向するそれぞれの面に形成して実施してもよいものであ
る。なお、シャフトスリーブ（２１）及びスラスト板（
２２）は本実施例のようにこれらを一体化して実施して
もよいが、第５図の如く製作加工上別体のものとして構
成してもよい。

シャフトスリーブ（２１）及びスラス日反（２２）に対
向する固定軸受（２５）は、第１図に示したように筒状
のものであり、これをポンプ（１０）の下部ケーシング
（１８）に固定することにより、下部ケーシング（Ｉ８
）と一体化されているものである。

本実施例の場合は、構造を簡素にするため動圧気体軸受
（２０）を下部ケーシング（１１）から突出させた状態
にしであるが、ポンプ（１０）のモータハウジング（１
２）及び下部ケーシング（１８）に前記動圧気体軸受（
２０）のための外部と連通ずるように空気孔を別途設け
てもよい。

以上の動圧気体軸受部（２０）を主として構成している
各シャフトスリーブ（２１）及びスラスト板（２２）、
これに対向する固定軸受（２５）のいずれも本実施例に
あっては、ＳｉＣを使用した。

すなわち、本発明のターボ分子ポンプに係る動圧気体軸
受部（２０）は、これを構成して相対回転運動を行う各
部材の少なくとも一方の部材がセラミックスからなるも
のであってもよいが、本実施例の如く前記動圧気体軸受
部（２０）は全てセラミ’７りから構成されていること
が好ましいものである。

その理由は、このセラミックスは高い硬度と耐摩耗性に
優れているため耐荷重性に優れるからであり、一方の部
材がセラミンクから構成されており、他法の部材が他の
材料、例えば金属によって形成されている場合よりも、
相手材ともセラミックスにした方がより耐摩耗、無塵化
とするためにはより好適である。

また、このセラミックは多孔質であってもよい。

セラミックを多孔質にすることによりその開放気孔中に
潤滑剤を充填することによってより自己潤滑性を付与す
ることができるからである。

この場合、セラミック多孔質体に気孔率は６０容量％以
下であることが好ましい。その理由は、開放気孔の気孔
率が６０容量％よりも大きいと、潤滑性の効果は充分で
あるが、逆にセラッミク多孔質体の強度が低下し、耐荷
重性が低下すると同時に潤滑性のしみ出しによるｌη染
が発生するからである。

そして、上記のようなセラミ、り多孔質体の開放気孔中
に充填される潤滑性としては、フッ素系樹脂、シリコン
系樹脂等が適している。

動圧気体軸受部（２０）の上部に設けたガスソール部（
２６）は、本実施例においては、第４図に示したように
シャフトスリーブ（２１）の上部外周にスパイラル状の
溝を形成して構成したものである。すなわち、このスパ
イラル状の溝としては、回転軸（１５）が回転すること
により、シャフトスリーブ（２１）と固定軸受（２５）
間の空気を図示下方へ強制的に送るようなものとして構
成したものである。

勿論、このガスシール部（２６）としては、ノヤフトス
リーブ（２１）とスラスト板（２２）と固定軸受（２５
）とによって構成された空間内に供給された空気を図示
上方に逃がさないようにするためのものであるから、上
記の実施例の形状に限るものではなく、他の非接触端面
シールを採用して実施してもよいものである。

（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明においては、上記実施例にて
例示した如く ［本発明は、動翼（１６）と対向配置する静翼（１９）
により分子流を多段発生させて気体排気するターボ分子
ポンプであって高速回転する回転軸（１５）を支持する
軸受のうち上部軸受に対向する下部軸受部分をセラミッ
クスより構成しその部材に動圧グループを形成してラジ
アル荷重を受けるべきシャフトスリーブ（２１）と固定
軸受（２５）からなるラジアル動圧気体軸受部（２０）
とスラスト荷重を受けるべきスラスト板（２２）と固定
軸受（２５）からなるスラスト動圧気体軸受部を設け、
更に駆動部（３０）とシールするためのガスシール部（
２６）を形成したターボ分子ポンプである。」 にその構成上の特徴があり、これにより、動圧を発生さ
せるグループ溝を積極的に形成することによって、機能
的に十分であることは、勿論、簡単な構造であってポン
プ全体のコスト低下を達成することのできるターボ分子
ポンプを提供することができるのである。

すなわら、本発明のターボ分子ポンプ（１０）は、従来
必要であった潤滑油は全く不要であるため、潤滑油の気
化等による悪影響は全く発生しないものであり、当然潤
滑油の補給というようなメンテナンスも全く不要とする
ことのできるものである。

しかも、このターボ分子ポンプ（１０）は、構造が簡単
であることから、その設置スペースとして大きなものは
必要がなく、ポンプ（１０）全体をよりコンパクト化し
低コスト化することができるのである。

４、図の簡単な説明 第１図は本発明のターボ分子ポンプの断面模式第２図は
、従来のターボ分子ポンプの一例を示す断面模式図であ
る。

第３図は、従来のターボ分子ポンプの他の例を示す断面
模式図である。

第４図は、本発明のターボ分子ポンプに係る第１図に使
用したシャフトスリーブ及びスラスト板の斜視図である
。

第５図は、本発明のターボ分子ポンプに係る他の例のシ
ャフトスリーブ及びスラスト板の斜視図である。

第６図Ａは、従来のターボ分子ポンプの非接触端面シー
ルの一例を示す側面図である。

第６図Ｂは、第６図ＡのＭ方向からみた静止シルリング
のシール面を示す図である。

符号の説明 １０・・・ターボ分子ポンプ　　１１・・・ケーシング
１２・・・モーターハウジング　１３・・・ステータ１
４・・・回転子　１５・・・回転軸　１６・・・動翼　
１７・・・動翼支持台　１８・・・下部ケーシング　１
９・・・静Ｒ２０・・・動圧軸受部　２１・・・シャフ
トスリーブ２２・・・スラス日反　２３・・・スラスト
動圧気体軸受２４・・・ラジアル動圧気体軸受　　２５
・・・固定軸受２６・・・ガスシール　２７・・・金属
性球面スパイラル軸受　２８・・・磁気軸受　２９・・
・ポールベアリング３０・・・駆動部　３１・・・油溜
め　４０・・・非接触端面シール　４１・・・固定リン
グ　４２・・・静止シールリング　４３・・・回転シー
ルリング　４４・・・スパイラル溝　４５・・・０リン
グ　４６・・・シール面以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）回転体に一体的に配置された動翼とこの動翼と対向
   配置されてなるケーシングに固定された静翼とで排気す
   るポンプ部を配し、回転軸に一体的に配置された回転子
   とこの回転子と対向配置されたステーターからなる駆動
   部をモーターハウジング内に配した分子ポンプであって
   、駆動部の下部に、セラミックスによって下部軸受部と
   して対向する回転軸に一体的に固定されたセラミックス
   製シャフトスリーブで構成されたラジアル動圧気体軸受
   と、同じく対向する回転軸に一体的に固定されたセラミ
   ックス製スラスト板で構成されたスラスト動圧気体軸受
   を配設するとともに動圧気体軸受部の上部に駆動部との
   ガスシール部を形成した動圧気体軸受部を有することを
   特徴とするターボ分子ポンプ。 ２）前記動圧気体軸受構造が平面型スパイラル溝を形成
   したスラスト軸受とヘリングボーン溝を形成したラジア
   ル軸受からなることを特徴とする請求項１記載のターボ
   分子ポンプ。 ３）前記ガスシール部がラジアル動圧軸受のシャフトス
   リーブに形成されラジアル動圧軸受と一体化されてなる
   請求項１記載のターボ分子ポンプ。