JP3193149U - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプケーシングにロータ上部が衝突した場合に、吸気口フランジ部が径方向に変形することを抑制するターボ分子ポンプを提供する。【解決手段】ターボ分子ポンプ１００は、シャフト１１及びシャフト１１に締結されたポンプロータ１３を有するロータ組立体１０と、ベース５４に固定され、吸気口フランジ部３２と、ベース５４に固定される固定部３６と、吸気口フランジ部３２と固定部３６とを接続する筒部３３とを有し、ロータ組立体１０が収容されるポンプケーシング３１と、備える。筒部３３は、固定部３６側に接続された筒部領域３４と、吸気口フランジ部３２に接続され筒部領域３４の肉厚よりも大きい筒部領域３５と、から成る。筒部領域３４と筒部領域３５とが接続されている軸方向位置Ｌ１は、シャフト１１とポンプロータ１３との締結部２０の軸方向位置Ｌ２と一致するように設定されている。【選択図】図１

Description

本考案は、ターボ分子ポンプに関する。

ターボ分子ポンプは、ドライエッチング装置やＣＶＤ装置などの真空チャンバに取り付けられる。ターボ分子ポンプ内には、ロータ翼とロータ円筒部が形成されたロータと、ロータとボルトで締結されたシャフトと、を有するロータ組立体が、収容されている。ロータ組立体が毎分数万回転という高速回転で回転し、ロータ翼とステータ翼とが協働し、ロータ円筒部と円筒状ステータが協働して、その真空チャンバ内の気体を排気することで、高真空状態を作り出す。

ターボ分子ポンプの使用中、ロータ組立体が何らかの原因で破壊すること、すなわち、ロータ破壊が生じることがある。ロータ破壊が生じると、破壊されたロータの一部がフランジ近傍のポンプケーシングに衝突することがある。特許文献１の図１に記載されているような一般的なポンプケーシングを有するターボ分子ポンプでは、その衝突によってポンプケーシングが径方向に変形し、フランジ部を締結しているボルトが破断する虞がある。

特許第４５２８０１９号公報

このように、破壊されたロータの一部がポンプケーシングに衝突した場合に、吸気口フランジ部が径方向に変形することを抑制するターボ分子ポンプが望まれていた。

（１）本考案の好ましい態様によるターボ分子ポンプは、シャフトとシャフトに締結されたポンプロータとを有するロータ組立体と、ベースに固定され、吸気口フランジ部と、ベースに固定される固定部と、吸気口フランジ部と固定部とを接続する筒部とを有し、ロータ組立体が収容されるポンプケーシングと、備える。筒部は、固定部側に接続された第１筒部領域と、吸気口フランジ部に接続され第１筒部領域の肉厚よりも大きい第２筒部領域と、から成る。第１筒部領域と第２筒部領域とは、シャフトとポンプロータとの締結部のポンプ軸方向位置、又は、締結部のポンプ軸方向位置よりも固定部側の位置で接続される。
（２）本考案の他の好ましい態様によるターボ分子ポンプは、シャフトとシャフトに締結されたポンプロータとを有するロータ組立体と、ベースに固定され、吸気口フランジ部と、ベースに固定される固定部と、吸気口フランジ部と固定部とを接続する筒部とを有し、ロータ組立体が収容されるポンプケーシングと、備える。筒部は、固定部側に接続され第１材料で構成される第１筒部領域と、吸気口フランジ部に接続され第１材料とは異なる第２材料で構成される第２筒部領域と、から成る。第２材料の耐力及びヤング率は、第１材料の耐力及びヤング率より大きい。第１筒部領域と第２筒部領域とは、シャフトとポンプロータとの締結部のポンプ軸方向位置、又は、締結部のポンプ軸方向位置よりも固定部側の位置で接続される。

本考案によれば、破壊されたロータの一部がポンプケーシングに衝突した場合に、吸気口フランジ部が径方向に変形することを抑制するターボ分子ポンプを提供することができる。

第１実施形態によるターボ分子ポンプを示した図。 第２実施形態によるターボ分子ポンプを示した図。 第１実施形態の変形例によるターボ分子ポンプを示した図。 第２実施形態の変形例によるターボ分子ポンプを示した図。 第１実施形態の変形例によるターボ分子ポンプを示した図。 第２実施形態の変形例によるターボ分子ポンプを示した図。 第３実施形態によるターボ分子ポンプを示した図。

本明細書において「軸方向」とは、特に言及しない限り、ターボ分子ポンプのロータ組立体における軸方向（回転軸）を意味する。また、本明細書において「径方向」とは、特に言及しない限り、上記の軸方向の垂直方向を意味する。

―第１実施形態―
図１は、第１実施形態のターボ分子ポンプ１００の概略構成を示す図である。ターボ分子ポンプ１００は、ロータ組立体１０と、ステータ翼４４、円筒状ステータ４８と、ポンプケーシング３１と、ベース５４と、を有している。

ポンプケーシング３１は、真空処理装置の真空チャンバの排気口フランジ部と不図示のボルトで締結される吸気口フランジ部３２と、ベース５４に載置されるための固定部３６と、吸気口フランジ部３２と固定部３６とを接続する筒部３３から構成されている。

ポンプケーシング３１内にはロータ組立体１０が収容され、かつ、回転自在に設けられている。ロータ組立体１０は、ポンプロータ１３とシャフト１１とロータディスク１２から構成されている。ターボ分子ポンプ１００は磁気軸受式のポンプであり、ロータ組立体１０は、上部ラジアル電磁石６２、下部ラジアル電磁石６４、スラスト電磁石６６によって非接触支持される。

ポンプロータ１３は、シャフト１１と締結部２０で締結されるロータ上部１７と、ロータ上部１７から延設されるロータ釣鐘状筒部１６と、ロータ釣鐘状筒部１６から延設されるロータ円筒部１４と、ロータ上部１７及びロータ釣鐘状筒部１６の外周側に形成された複数段のロータ翼１５と、を有している。

複数段のロータ翼１５の間には、軸方向に対して複数段のステータ翼４４が設けられ、ロータ円筒部１４の外周側には円筒状ステータ４８が設けられている。円筒状ステータ４８は、ベース５４に取り付けられている。

ステータ翼４４は、それぞれ、スペーサ５０を介してベース５４上に配設されている。ポンプケーシング３１が固定部３６を介してベース５４に固定されると、積層されたスペーサ５０がベース５４とポンプケーシング３１との間に挟持され、ステータ翼４４が位置決めされる。

ベース５４には排気口５６が設けられ、この排気口５６にバックポンプが接続される。ロータ組立体１０が上部ラジアル電磁石６２、下部ラジアル電磁石６４、スラスト電磁石６６によって磁気浮上されつつモータ６０により高速回転駆動されることにより、吸気口３０側の気体分子は排気口５６側へと排気される。

筒部３３は、固定部３６と接続される筒部領域３４と、吸気口フランジ部３２と接続される筒部領域３５と、から構成される。筒部領域３５の肉厚は、筒部領域３４の肉厚よりも大きくなるように設定されている。また、筒部領域３４と筒部領域３５とが接続される軸方向位置Ｌ１は、ポンプロータ１３とシャフト１１の締結部２０の軸方向位置Ｌ２と一致するよう設定されている。

本実施形態の作用効果を具体的に説明する。ロータ破壊が生じると、ロータ上部１７が、ロータ翼１５やロータ釣鐘状筒部１６やシャフト１１などの他の部位から切り離されることがある。そのように自由になったロータ上部１７は、径方向外側に移動する。その際、移動方向成分としては、径方向外側成分だけでなく、吸気口３０側の成分も有する。すなわち、ロータ上部１７は、吸気口３０側にも移動する。これは、ターボ分子ポンプ１００が、最上段のロータ翼１５よりも吸気口３０側に構成を有していないため、ロータ上部１７の移動を妨げるものがないからである。以上のように移動したロータ上部は、最終的に、ポンプロータ１３とシャフト１１の締結部２０の軸方向位置Ｌ２から吸気口３０までのポンプケーシング３１の内周面に衝突する可能性がある。

本実施形態においては、筒部領域３５の肉厚を筒部領域３４の肉厚よりも大きく設定した。そして、筒部領域３５と筒部領域３４の接続される軸方向位置Ｌ１を、ポンプロータ１３とシャフト１１の締結部２０の軸方向位置Ｌ２と一致するようにした。すなわち、ロータ上部１７が衝突する可能性のある筒部３３の肉厚を一般的な厚さよりも厚くした。このようにしたことで、上記の衝突によって円環状のポンプケーシング３１が楕円環状に変形するような径方向の変形を抑制することができる。その結果、ポンプケーシング３１の一部である吸気口フランジ部３２の径方向の変形も抑制することができ、吸気口フランジ部３２を締結するボルトの破断を防ぐことができる。

以上、第１実施形態のターボ分子ポンプは、以下の構成を有し、以下の作用効果を奏する。
ターボ分子ポンプ１００は、シャフト１１及びシャフト１１に締結されたポンプロータ１３を有するロータ組立体１０と、ベース５４に固定され、吸気口フランジ部３２と、ベース５４に固定される固定部３６と、吸気口フランジ部３２と固定部３６とを接続する筒部３３とを有し、ロータ組立体１０が収容されるポンプケーシング３１と、備える。
筒部３３は、固定部３６側に接続された筒部領域３４と、吸気口フランジ部３２に接続され筒部領域３４の肉厚よりも大きい筒部領域３５と、から成る。
筒部領域３４と筒部領域３５とが接続されている軸方向位置Ｌ１は、シャフト１１とポンプロータ１３との締結部２０の軸方向位置Ｌ２と一致するように設定されている。
軸方向位置Ｌ１の位置の設定と筒部領域３５の肉厚の設定をそれぞれ本実施形態のようにすることで、ロータ破壊時に、ロータ上部１７が筒部領域３５又は吸気口フランジ部３２に衝突した際に、吸気口フランジ部３２が径方向に変形することを抑制できる。

―第２実施形態―
図２は、第２実施形態のターボ分子ポンプ１００の概略構成を示す図である。第１実施形態のターボ分子ポンプ１００と同様の構成については、説明を省略する。

本実施形態では、筒部領域３５の外径を吸気口フランジ部３２の外径と等しくし、さらに、ボルト（不図示）を挿設するための貫通孔３２ａを延設することで、筒部領域３５と吸気口フランジ部３２を一体的に設けた。すなわち、一般的な吸気口フランジ部の軸方向厚さ（図１参照）よりも大きくした。これが、第１実施形態との相違点である。本実施形態のようにしても、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、筒部領域３５の外径が、第１実施形態よりも大きくなっているので、ロータ破壊時に生じうる吸気口フランジ部３２の径方向の変形をより抑制することが可能になる。

以下の変形例１、２は、第１及び第２実施形態の変形例である。

―変形例１―
図３は、第１実施形態に変形例１を適用したターボ分子ポンプ１００の概略構成を示す図である。図４は、第２実施形態に変形例１を適用したターボ分子ポンプ１００の概略構成を示す図である。変形例１は、筒部領域３４と筒部領域３５とが接続されている軸方向位置Ｌ１の変形例である。第１及び第２実施形態では、軸方向位置Ｌ１は、ポンプロータ１３とシャフト１１の締結部２０の軸方向位置Ｌ２と一致するようにしたが、本変形例では、軸方向位置Ｌ１を軸方向位置Ｌ２よりも固定部３６側にした。ポンプロータ１３とシャフト１１の締結部２０の軸方向位置Ｌ２から吸気口３０までのポンプケーシング３１の内周面が少なくとも厚肉であるという条件を満たしていれば、第１及び第２実施形態と同様の効果を奏するので、本変形例のようにしてもよい。むしろ、本変形例は第１及び第２実施形態よりもポンプケーシング３１の厚肉の領域が増えているので、ポンプケーシング３１の径方向の変形をより抑制することができる。

―変形例２―
図５は、第１実施形態に変形例２を適用したターボ分子ポンプ１００の概略構成を示す図である。図６は、第２実施形態に変形例２を適用したターボ分子ポンプ１００の概略構成を示す図である。真空処理装置の真空チャンバの排気口の径にターボ分子ポンプ１００の吸気口３０の径を合わせるために、吸気口３０側に向かって縮径させることがある。本変形例は、その縮径に関するものである。図５及び図６に示すターボ分子ポンプ１００のポンプケーシング３１は、内周側に縮径部３９を有している。この縮径部３９によって、吸気口３０側に向かってポンプケーシング３１の内径を縮径させている。本変形例のようにしても、第１及び第２実施形態と同様の効果を奏する。ポンプケーシング３１の内径を吸気口３０側に向かって縮径させることによって、真空チャンバの排気口の径がターボ分子ポンプ１００の筒部３３の径よりも小さい場合などにおいて、真空チャンバの排気口に接続するために、ターボ分子ポンプ１００の吸気口３０の径を調節することができる。

―第３実施形態―
図７は、第３実施形態のターボ分子ポンプ１００の概略構成を示す図である。第１実施形態のターボ分子ポンプ１００と同様の構成については、説明を省略する。

一般的なターボ分子ポンプのポンプケーシングは、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼で作製されている。

本実施形態では、筒部３３の筒部領域３５を、筒部領域３４よりも耐力及びヤング率が大きい材料で作製している。具体的には、筒部領域３４をポンプケーシングに一般的に用いられるステンレス鋼で作製し、筒部領域３５や吸気口フランジ部３２を炭素鋼で作製している。本実施形態のようにしても、第１実施形態と同様の効果を奏する。

なお、第３実施形態を、第１及び第２実施形態に組み合わせてもよい。すなわち、第１及び第２実施形態において、筒部領域３４をステンレス鋼で作製し、筒部領域３５や吸気口フランジ部３２を炭素鋼で作製するようにしてもよい。このように組み合わせることで、吸気口フランジ部３２の径方向の変形をより抑制することができる。

―変形例３―
本変形例は、第３実施形態の変形例である。本変形例では、筒部領域３４をステンレス鋼で作製し、筒部領域３５や吸気口フランジ部３２をクロムモリブデン鋼で作製している。このようにしても、筒部領域３５及び吸気口フランジ部３２の材料が、筒部領域３４の材料よりも耐力及びヤング率が大きくなっているので、第３実施形態と同様の効果を奏する。なお、本変形例を、第１及び第２実施形態に組み合わせてもよい。

―変形例４―
本変形例は、第３実施形態の変形例である。本変形例では、筒部領域３４をＳＵＳ３０４で作製し、筒部領域３５や吸気口フランジ部３２をＳＵＳ３０４Ｎ２で作製している。このようにしても、筒部領域３５及び吸気口フランジ部３２の材料が、筒部領域３４の材料よりも耐力及びヤング率が大きくなっているので、第３実施形態と同様の効果を奏する。なお、本変形例を、第１及び第２実施形態に組み合わせてもよい。

上記では、種々の実施形態および変形例を説明したが、本考案はこれらの内容に限定されるものではない。本考案の技術的思想の範囲内で考えられる組み合わせなど、その他の態様も本考案の範囲内に含まれる。例えば、以上では、本考案を複合型のターボ分子ポンプに適用したが、本考案を全翼型のターボ分子ポンプに適用することもできる。

１０：ロータ組立体
１１：シャフト
１２：ロータディスク
１３：ポンプロータ
１４：ロータ円筒部
１５：ロータ翼
１６：ロータ釣鐘状筒部
１７：ロータ上部
２０：締結部
３０：吸気口
３１：ポンプケーシング
３２：吸気口フランジ部
３３：筒部
３４：筒部領域
３５：筒部領域
３６：固定部
３９：縮径部
４４：ステータ翼
４８：円筒状ステータ
５０：スペーサ
５４：ベース
５６：排気口
６０：モータ
６２：上部ラジアル電磁石
６４：下部ラジアル電磁石
６６：スラスト電磁石
Ｌ１：軸方向位置
Ｌ２：軸方向位置
１００：ターボ分子ポンプ

Claims (5)

1. シャフトと前記シャフトに締結されたポンプロータとを有するロータ組立体と、
   ベースに固定され、吸気口フランジ部と、前記ベースに固定される固定部と、前記吸気口フランジ部と前記固定部とを接続する筒部とを有し、前記ロータ組立体が収容されるポンプケーシングと、備え、
   前記筒部は、前記固定部側に接続された第１筒部領域と、前記吸気口フランジ部に接続され前記第１筒部領域の肉厚よりも大きい第２筒部領域と、から成り、
   前記第１筒部領域と第２筒部領域とは、前記シャフトと前記ポンプロータとの締結部のポンプ軸方向位置、又は、前記締結部のポンプ軸方向位置よりも前記固定部側の位置で接続されるターボ分子ポンプ。
2. 請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記第２筒部領域は、
   外径が前記吸気口フランジ部と等しく、
   前記吸気口フランジ部と一体となっているターボ分子ポンプ。
3. 請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記第１筒部領域を構成する第１材料と前記第２筒部領域を構成する第２材料とは異なり、
   前記第２材料の耐力及びヤング率は、前記第１材料の耐力及びヤング率より大きいターボ分子ポンプ。
4. シャフトと前記シャフトに締結されたポンプロータとを有するロータ組立体と、
   ベースに固定され、吸気口フランジ部と、前記ベースに固定される固定部と、前記吸気口フランジ部と前記固定部とを接続する筒部とを有し、前記ロータ組立体が収容されるポンプケーシングと、備え、
   前記筒部は、前記固定部側に接続され第１材料で構成される第１筒部領域と、前記吸気口フランジ部に接続され前記第１材料とは異なる第２材料で構成される第２筒部領域と、から成り、
   前記第２材料の耐力及びヤング率は、前記第１材料の耐力及びヤング率より大きく、
   前記第１筒部領域と第２筒部領域とは、前記シャフトと前記ポンプロータとの締結部のポンプ軸方向位置、又は、前記締結部のポンプ軸方向位置よりも前記固定部側の位置で接続されるターボ分子ポンプ。
5. 請求項３または４に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記第１材料はステンレス鋼で、前記第２材料は炭素鋼若しくはクロムモリブデン鋼であるか、
   又は、
   前記第１材料はＳＵＳ３０４で、前記第２材料はＳＵＳ３０４Ｎ２である、ターボ分子ポンプ。
   

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