JPH04330397A

JPH04330397A - ターボ分子ポンプ

Info

Publication number: JPH04330397A
Application number: JP9907891A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Okamura; 茂岡村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-04-30
Filing date: 1991-04-30
Publication date: 1992-11-18

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はターボ分子ポンプに係り
、特に回転翼及び静止翼を備えた軸流型のターボ分子ポ
ンプに関する。

【０００２】薄膜形成技術のスパッタ装置や蒸着装置等
には、高速回転する回転翼と静止翼とにより気体分子を
排出して真空状態を作るターボ分子ポンプが、その効率
の良さの面から一般的に使用されている。そして近年、
上記スパッタ装置や蒸着装置に比べて真空度の高い超高
真空（１０−１０ｔｏｒｒ　以下）の環境下における技
術が各方面において研究実用化されてきているが、この
超高真空の形成にあたっても、効率の悪い従来のイオン
ポンプに代わって、効率の良い上記ターボ分子ポンプの
採用が強く望まれている。

【０００３】

【従来の技術】図６は従来のターボ分子ポンプの一例の
構成断面図である。

【０００４】同図中、ターボ分子ポンプ（以下、単にポ
ンプという）１は、大略、気体吸入口２ａ及び気体排出
口２ｂを設けたケーシング２と、ブレード３ａを回転軸
３ｂから放射状に形成すると共に、回転軸３ｂの軸方向
に沿っても多数段形成した回転翼３と、回転翼３の各段
のブレード３ａ間に配設されるようケーシング２内に固
定された静止翼４とにより構成されている。

【０００５】回転翼３は、ケーシング２の蓋部２ｃに固
定された原動機５により数１０００ｒｐｍ／ｍｉｎ　程
度の高速で回転せしめられる。このため、回転翼３は高
速回転時の遠心力と気体分子との衝突に耐えうる強度が
必要とされ、よって回転翼３は、１つの部材からブレー
ド３ａ及び回転軸３ｂを削り出す製造方法が取られ、強
度の高いものとして形成されている。

【０００６】静止翼４は、図７に平面図、側面図を示す
ように、環状の円周部４ｅから中心に向けてブレード４
ｄが延在した形状であり、また、上記の如く一体的に形
成された回転翼３の周囲に配設するために、２分割の静
止翼半体４ａ，４ｂを突き合わせ面４ｃで突き合わせて
円形の静止翼４を形成する構成とされている。静止翼４
は、静止翼半体４ａ，４ｂの各ブレード４ｄを回転翼３
の上下のブレード３ａ間に両側より挿入し、夫々の突き
合わせ面４ｃを当接させることにより回転翼３の周囲に
設けられる。

【０００７】上記構成の静止翼４は、図６に示すように
、平坦な上下面を有した円周部４ｅの部分が、静止翼４
と同一外径のリング状のスペーサ６により挟持されるこ
とによりケーシング２内に固定される。この時、静止翼
４の軸方向の位置もこのスペーサ６によって同時に決め
られる。

【０００８】ポンプ１の組立工程は、先ず、上記蓋部２
ｃ上に原動機５と共に回転翼３を設置し、その周囲に、
スペーサ６−１，６−２，６−３…、静止翼４−１，４
−２，４−３…を交互に下から組み上げることにより、
蓋部２ｃ上に回転翼３、静止翼４を設けたスタック７を
形成する。そして、そのスタック７をケーシング２の本
体部２ｄに下方から嵌装し、ボルト８により蓋部２ｃを
本体部２ｄに固定する。この時、ボルト８を締めること
により、静止翼４を挟持したスペーサ６が軸方向におい
て圧縮されるため、静止翼４は強固にケーシング２内に
固定される。

【０００９】上記ブレード３ａ，４ｄは夫々ピッチを有
しており、回転翼３が上記の如く高速回転することによ
り、気体分子を気体吸入部２ａから気体排出部２ｂに排
出し、気体吸入部２ａ側を真空状態とする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のポンプ１は
、回転翼３を１０数段の回転翼とし（図６では７段に省
略されている）、これを所定回転数で回転させると、理
論上１万倍から　１００万倍の圧縮を実現し、気体吸入
部２ａの部分において１０−１０ｔｏｒｒ　程度の超高
真空を形成することができる。しかしながら、ポンプ１
の実際の運転における到達真空度は上記１０−１０ｔｏ
ｒｒ　よりも遙かに低く、理論上の超高真空を形成する
ことはできない。

【００１１】このように、到達真空度が理論値よりも遙
かに低下してしまう原因として、ポンプ１の構造に問題
が存在すると考えられている。図８は従来のポンプ１の
課題を説明する図である。

【００１２】ポンプ１は、上記の如くスタック７をケー
シング２の本体部２ｄに嵌装する組立方法を取っている
ため、スタック７と本体部２ｄ間には僅かな隙間９が形
成されてしまう。しかもこの隙間９内の真空度は、製造
工程上、１０−３ｔｏｒｒ以下の低真空度と考えられて
いる。

【００１３】このため、ポンプ１の運転時には隙間９と
気体吸入部２ａ近傍部分との間に大きな圧力差が生じて
おり、図８に示すように、完全に真空密閉されていない
■各スペーサ６と静止翼４との間の隙間６ａ、■最上部
のスペーサ６Ａとケーシング２との間の隙間６ｂ、■静
止翼４の突き合わせ面４ｃ間の隙間４ｆ（図７に示す）
、の各隙間を通り抜けて、隙間９内の気体分子が真空度
の高い気体吸入部２ａ近傍に流れ込み、これによって、
気体吸入部２ａ近傍における真空度が理論値よりも低下
してしまうということが想定される。

【００１４】そこで本発明は上記課題に鑑みなされたも
ので、気体分子の漏洩を防止して到達真空度を向上せし
め、超高真空状態を形成することのできるターボ分子ポ
ンプを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、回転翼の周囲に、静止翼を挟持す
る環状の第１及び第２の静止翼支持部材が配設されたタ
ーボ分子ポンプにおいて、前記静止翼、及び前記第１及
び第２の静止翼支持部材夫々の間に介在する第１の隙間
に、気体の流通を遮断する真空封止機構を設けた構成で
ある。

【００１６】また、請求項２の発明は、周方向上分割可
能とされた静止翼が、分割された静止翼分割体の端部を
夫々突き合わせて環状とした状態で静止翼支持部材によ
り挟持されており、突き合わされた前記静止翼分割体間
には第２の隙間が介在したターボ分子ポンプにおいて、
前記静止翼支持部材は、前記静止翼の前記第２の隙間が
露出した外周面に当接する当接面を設けてなり、前記当
接面が前記第２の隙間を塞ぐ構成である。

【００１７】更に、前記真空封止機構をより簡単化する
という観点より請求項３の発明は、前記真空封止機構は
、前記第１の隙間を形成する前記静止翼、及び前記第１
及び第２の静止翼支持部材を硬度の異なる２種類の部材
で形成すると共に、硬度の高い方の前記静止翼、又は前
記第１又は第２の静止翼支持部材の前記第１の隙間に対
向する面に突起部を形成してなり、前記突起部が、硬度
の低い方の前記静止翼、又は前記第１又は第２の静止翼
支持部材の前記第１の隙間に対向する面に食い込むこと
により気体の流通を遮断する構成である。

【００１８】

【作用】請求項１の発明において、真空封止機構は、静
止翼、及び第１及び第２の静止翼支持部材夫々の間に介
在する第１の隙間を真空封止し、気体が第１の隙間を通
って静止翼支持部材の外側から内側の回転翼側に浸入す
ることを防止する。

【００１９】請求項２の発明において、静止翼支持部材
の当接面は、静止翼の外周面に当接することにより、第
２の隙間を、第２の隙間が前記外周面に露出した部分に
おいて塞ぎ、気体が静止翼の外側から内側の回転翼側に
浸入することを防止する。

【００２０】請求項３の発明において、硬度の高い突起
部は、対向する硬度の低い静止翼、又は第１又は第２の
静止翼支持部材の第１の隙間に対向する面に食い込むと
いう簡単な構造で、気体の流通を一切遮断する。

【００２１】

【実施例】図１は本発明になるターボ分子ポンプの一実
施例の部分断面図を示す。

【００２２】同図中、ターボ分子ポンプ（以下、単にポ
ンプという）２０の構成は、静止翼２１、静止翼２１を
支持するスペーサ２２，２３，２４、及びケーシング２
５を除いては、従来のポンプ１と同一構造であり、よっ
て、図６に示す構成部分と対応する部分には同一符号を
付す。

【００２３】回転翼３は従来と完全に同一構造を有し、
原動機（図示せず）に接続された回転軸３ｂから放射状
にブレード３ａが形成され、また、回転軸３ｂの軸方向
に沿って、複数段のブレード３ａが一定間隔を有して設
けられている。

【００２４】各段のブレード３ａ間には、回転翼３のブ
レード３ａと、静止翼２１のブレード２１ａとが非接触
状態で平面上重なるように、静止翼２１が後述するスペ
ーサ２２，２３，２４に挟持されて設けられている。

【００２５】この静止翼２１は、図１に示すように、外
周面２１ｃがスペーサ２２，２３，２４の外周面まで達
していない構成であるため、静止翼２１の外径寸法は、
図８中、スペーサ６の外周面まで達している従来の静止
翼４の外径寸法に比べて若干小とされている。そして静
止翼２１は、上記外径寸法の違いを除いては図７に示す
従来の静止翼４と同一構造を有しており、平坦な上下面
で構成された外周部２１ｂから静止翼２１の中心へ向け
てブレード２１ａが延在した形状である。

【００２６】図２（Ａ），（Ｂ）夫々はスペーサ２３の
平面図、断面図、図３はスペーサ２４の断面図を示す。尚、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）中ＩＩｂ　−　ＩＩｂ線
に沿う断面を示す。

【００２７】スペーサ２３は、ステンレス等の硬度の高
い金属で形成された環状の部材であり、図２（Ｂ）に示
す断面形状を有する。図２（Ｂ）において、スペーサ２
３の内周側には、静止翼２１を保持するための段差状の
静止翼保持部（以下、単に保持部という）２３ａが上方
を開放させて形成されている。そして保持部２３ａの下
部には、下方の静止翼２１を下方の保持部内に押さえつ
けるための凸部２３ｂが形成されている。スペーサ２３
の外周側には、積み上げられる他のスペーサとの当接面
２３ｃ，２３ｄが形成され、更にこの当接面２３ｃ，２
３ｄの中央部には、先鋭状の突起部２３ｅ，２３ｆが夫
々形成されている。尚、上記保持部２３ａ、凸部２３ｂ
、突起部２３ｅ，２３ｆは、全てスペーサ２３の本体に
沿って円周状に設けられている。

【００２８】スペーサ２３の上下部に配設されているス
ペーサ２４は、アルミニウム合金等の硬度の低い金属で
形成されており、図３に示すように、上記スペーサ２３
の突起部２３ｅ，２３ｆを除いては、スペーサ２３と同
一形状である。当接面２４ｃ，２４ｄには突起状物は形
成されておらず、平坦な面とされている。

【００２９】図１中、最上部のスペーサ２２は、スペー
サ２４と同一材料である硬度の低い金属で形成され、内
周側に保持部２４ａが形成されていない他はスペーサ２
４と同一構成である。

【００３０】本実施例のポンプ２０では、図１に示すよ
うに、スペーサ２２を最上部として上記構成のスペーサ
２３とスペーサ２４とが交互に、回転翼３の軸方向に沿
って積み重ねて配設されている。

【００３１】また、ポンプ２０のケーシング２５は、図
１に示すように、スペーサ２２と当接する本体部２５ｄ
の面に突起部２５ｆが形成され、また最下部のスペーサ
と当接する蓋部（図示せず）上の面にも同様に突起部が
形成されている。ケーシング２５は、これらの突起部を
除いては従来のケーシング２と同一構造とされている。

【００３２】ここで、本実施例のポンプ２０の組立工程
について説明する。

【００３３】先ず、上述したポンプ１の組立工程と同様
に、ケーシング２５を構成する蓋部上に原動機と回転翼
３を設ける。そして、回転翼３の周囲に、静止翼２１を
挟持しながら、スペーサ２３，２４を下方から交互に積
み上げて行く。即ち、図４にスペーサ２３，２４の装着
状態を拡大して示すように、スペーサ２３，２４の各保
持部２３ａ，２４ａに静止翼２１の外周部２１ｂを嵌装
し、その上から、上部に配設されるスペーサ２３，２４
の凸部２３ｂ，２４ｂを更に嵌装する。この凸部２３ｂ
，２４ｂと、保持部２３ａ，２４ｂとの間で静止翼２１
の外周部２１ｂが挟持され、静止翼２１はスペーサ２３
，２４間に固定される。

【００３４】そして最後に最上部のスペーサ２２を載置
して、蓋部上に原動機と回転翼３と静止翼２１とを設置
したスタック３０を形成する。このように、ケーシング
２５の蓋部上にスペーサ２３，２４を交互に積み上げた
段階では、スペーサ２３の突起部２３ｅ，２３ｆの先端
が、対向するスペーサ２４の当接面２４ｃ，２４ｄに単
に当接した状態である。

【００３５】そして、従来のポンプ１にて説明したよう
に、上記構成のスタック３０をケーシング２５の本体部
２５ｄに嵌装して、蓋部を本体部２５ｄに固定するボル
トを締める。ボルトを締めると、上述したように回転翼
３の軸方向に沿って積み上げられたスペーサ２２，２３
，２４が、ケーシング２５の本体部２５ｄと蓋部との間
で軸方向に沿って圧縮され、図４に示すように、硬度の
高い金属で形成されたスペーサ２３の突起部２３ｅ，２
３ｆが、硬度の低い金属で形成されたスペーサ２４の当
接面２４ｃ，２４ｄに食い込んだ状態となる。また、ケ
ーシング２５の本体部２５ｄに設けられた上記突起部２
５ｆ、及びケーシング２５の蓋部（図示せず）に設けら
れた突起部も、最上部のスペーサ２２の当接面２２ｃ、
及び最下部のスペーサ（図示せず）の当接面に夫々食い
込んだ状態となる。ポンプ２０では、上記の如くケーシ
ング２５の蓋部が本体部２５ｄに装着された状態におい
て、上記各突起部２３ｅ，２３ｆ，２５ｆが対向する当
接面２４ｃ，２４ｄ，２２ｃに夫々食い込むようにケー
シング２５及びスペーサ２２，２３，２４夫々の軸方向
の寸法が予め定められている。

【００３６】また、軸方向の上記圧縮により、凸部２３
ｂ，２４ｂと保持部２３ａ，２４ａが静止翼２１を強く
挟持し、静止翼２１はより強固にスペーサ２２，２３，
２４間に固定される。

【００３７】このように本実施例のポンプ２０では、突
起部２３ｅ，２３ｆ及びケーシング２５に設けられた突
起部が対向する当接面２２ｃ，２４ｃ，２４ｄに食い込
むことにより気体の流通を遮断した構成の真空封止機構
が、スペーサ２２，２３，２４間に介在する隙間、及び
最上下部のスペーサとケーシング２５との間に介在する
隙間に夫々形成されている。

【００３８】このため、ポンプ２０の運転状態では、ス
タック３０とケーシング２５との間に形成された隙間３
１内の気体分子が、スペーサ２２，２３，２４間の隙間
、及び最上下部のスペーサとケーシング２５との間の隙
間を通って、真空度の高い気体吸入部２５ａ近傍に流出
することが防止されるため、ポンプ２０の気体吸入部２
５ａ近傍における到達真空度は従来に比べて上昇する。

【００３９】また、上記構成の真空封止機構によれば、
簡単な構造で確実に気体の流通を封止することができる
ため、ポンプ２０の製造コストの低減、及び製品段階で
の信頼性の向上を同時に図ることができる。

【００４０】また、従来のポンプ１においては、２分割
された静止翼４の突き合わせ面４ｃ間の隙間４ｆにおい
ても気体分子が通り抜け、これが到達真空度を低下させ
る原因となっていた。しかしながら本実施例のポンプ２
０によれば、図４に示すように、保持部２３ａ，２４ａ
を深い段付き状に形成し、保持部２３ａ，２４ａに嵌装
された静止翼２１の外周面２１ｃ全面と当接する当接面
２３ｇ，２４ｇを形成したことにより、２分割の静止翼
２１の突き合わせ面間に介在する隙間は、その端部にお
いて当接面２３ｇ，２４ｇによって塞がれ、従来におい
て発生していた突き合わせ面を通って隙間３１にある気
体分子が侵入する事を遮断する。

【００４１】図５は本発明になるターボ分子ポンプの変
形例の部分断面図を示す。

【００４２】図５中、スペーサ４１は、上記実施例のス
ペーサ２４と同様に、内周側に静止翼２１の保持部４１
ａ、及び凸部４１ｂが形成され、上部には上側のスペー
サ４１と当接する平坦な当接面４１ｃが形成されている
。スペーサ４１の下側の当接面４１ｄには溝部４１ｅが
周方向に沿って形成されており、Ｏリング５０が装着さ
れている。また、最上部のスペーサ４２と当接するケー
シング４３の下面にも、上記溝部４１ｅと同様に溝部４
３ａが形成されＯリング５０が装着されている。

【００４３】本変形例のポンプ４０では、同図に示すよ
うに、回転翼３の周囲に、静止翼２１を挟持しながら上
記構成のスペーサ４１を積み重ねることによりスタック
４４が形成されている。そして、スタック４４をケーシ
ング４３に嵌装し、ケーシング４３の蓋部（図示せず）
を本体部４３ｂにボルトにより固定すると、各スペーサ
４１は上記実施例と同様に回転翼３の軸方向に沿って圧
縮され、各Ｏリング５０は弾性力により対向する当接面
４１ｃと密着状態となる。このため、気体分子はスペー
サ４１間の隙間、及びスペーサ４１とケーシング４３と
の間の隙間を通り抜けることが防止され、上記実施例同
様、スタック４４とケーシング４３間の隙間４５内の気
体分子がスペーサ４１の内周側に流出することが防止さ
れる。

【００４４】このように真空封止機構は、上記実施例の
突起部によるものに限らず、上記変形例のようにＯリン
グ５０を使用して構成したものであっても、上記実施例
同様の効果を得ることができる。また、真空封止機構は
上記Ｏリング５０以外にも、アルミ箔や金箔等のシール
材や、蒸気圧の低い接着材をスペーサ間に挟む構成とし
たものであっても良く、この場合にも、上記実施例及び
変形例と同様の効果が得られることは勿論である。

【００４５】更に、上記実施例及びＯリングを使用した
上記変形例は、真空封止機構を静止翼２１の全ての段に
設けた構成とされているが、スペーサの内側と外側の間
において圧力差が大きい気体吸入部側のみに真空封止機
構を設けた構成であっても、気体分子の大部分のスペー
サ内側への浸入を防止することができ、到達真空度を従
来に比べて向上させることができる。そして、ポンプの
構造は全ての段に真空封止機構を設けた場合に比べて簡
単化し、この簡単化によるメリットも同時に得ることが
できる。

【００４６】

【発明の効果】上述の如く請求項１の発明によれば、真
空封止機構が静止翼、及び第１及び第２の静止翼支持部
材間の第１の隙間を真空封止するため、気体が外側から
内側の回転翼側へ流通することが防止され、ターボ分子
ポンプの到達真空度を従来に比べて高めることができる
。

【００４７】また、請求項２の発明によれば、静止翼を
分割して回転翼の周囲に配設する構成のターボ分子ポン
プであっても、静止翼支持部材に設けられた当接面が突
き合わされた静止翼分割体間の第２の隙間を塞ぐため、
気体が静止翼の外側から内側の回転翼側へ流通すること
が防止され、ターボ分子ポンプの到達真空度を従来に比
べて高めることができる。

【００４８】更に、請求項３の発明によれば、簡単な構
造で確実に気体の流通を遮断する真空封止機構を構成す
ることができ、ターボ分子ポンプの製造コストの低減、
及び信頼性、耐久性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるターボ分子ポンプの一実施例の部
分断面図である。

【図２】スペーサの平面図、断面図である。

【図３】スペーサの断面図である。

【図４】図１中静止翼の固定状態を説明する図である。

【図５】本発明のターボ分子ポンプの変形例の部分断面
図である。

【図６】従来のターボ分子ポンプの一例の構成断面図で
ある。

【図７】図６に示す静止翼の平面図、側面図である。

【図８】図６に示すターボ分子ポンプの課題を説明する
図である。

【符号の説明】

３　　回転翼３ａ，２１ａ　　ブレード２０，４０　　ターボ分子ポンプ２１　　静止翼２１ｂ　　外周部２１ｃ　　外周面２２，２３，２４，４１　　スペーサ２３ａ，２４ａ，４１ａ　　静止翼保持部２３ｂ，２４
ｂ，４１ｂ　　凸部２３ｃ，２３ｄ，２３ｇ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｇ，４
１ｃ，４１ｄ　　当接面２３ｅ，２３ｆ，２５ｆ　　突起部２５，４３　　ケーシング２５ｄ，４３ｂ　　本体部３０，４４　　スタック３１，４５　　隙間５０　　Ｏリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　回転翼（３）の周囲に、静止翼（２１
）を挟持する環状の第１及び第２の静止翼支持部材（２
２，２３，２４）が配設されたターボ分子ポンプにおい
て、前記静止翼（２１）、及び前記第１及び第２の静止
翼支持部材（２２，２３，２４）夫々の間に介在する第
１の隙間に、気体の流通を遮断する真空封止機構（２３
ｅ，２３ｆ，２４ｅ，２４ｄ，５０，４１ｃ）を設けた
ことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２】　　周方向上分割可能とされた静止翼（２
１）が、分割された静止翼分割体の端部を夫々突き合わ
せて環状とした状態で静止翼支持部材（２２，２３，２
４）により挟持されており、突き合わされた前記静止翼
分割体間には第２の隙間が介在したターボ分子ポンプに
おいて、前記静止翼支持部材（２２，２３，２４）は、
前記静止翼（２１）の前記第２の隙間が露出した外周面
（２１ｃ）に当接する当接面（２３ｇ，２４ｇ）を設け
てなり、該当接面（２３ｇ，２４ｇ）が前記第２の隙間
を塞ぐ構成であることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項３】　　前記真空封止機構は、前記第１の隙間
を形成する前記静止翼（２１）、及び前記第１及び第２
の静止翼支持部材（２２，２３，２４）を硬度の異なる
２種類の部材で形成すると共に、硬度の高い方の前記静
止翼（２１）、又は前記第１又は第２の静止翼支持部材
（２３）の前記第１の隙間に対向する面（２３ｃ，２３
ｄ）に突起部（２３ｅ，２３ｆ）を形成してなり、該突
起部（２３ｅ，２３ｆ）が、硬度の低い方の前記静止翼
（２１）、又は前記第１又は第２の静止翼支持部材（２
２，２４）の前記第１の隙間に対向する面（２４ｃ，２
４ｄ）に食い込むことにより気体の流通を遮断する構成
であることを特徴とする請求項１記載のターボ分子ポン
プ。