JP3141204U - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの破壊によってケーシングに作用する回転トルクを低減できるターボ分子ポンプを提供する。
【解決手段】軸方向に複数段の回転翼４１が形成されたロータ４と、ロータ４を回転可能に支持するベース部材３と、ロータ４の周囲に回転翼４１に対応して積層して配設された複数段の静止翼４３を有する積層体４０と、積層体４０の外周面を覆うように配設され、ベース部材３とによって積層体４０を挟持するケース部材２とを備え、ケース部材２の内周面に、高硬度の表面処理が施された高硬度部２２が形成される。
【選択図】図２

Description

本考案は、ターボ分子ポンプに関する。

ケーシング内で高速回転する回転体を有するターボ分子ポンプにおいては、回転体が破壊した場合に、その飛散物からの衝撃によって外側のケーシングが破損することを防止するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載のものは、外側のケーシングの内側に摩擦低減構造を設け、回転体の破壊時にケーシングへのトルク伝達を防ぐ。

特開２００３−８３２８３号公報

しかしながら、上記特許文献１記載のターボ分子ポンプでは、回転体の破壊による飛散物が遠心力によってケーシングにめり込むおそれがあり、その場合にはケーシングに過大なトルクが作用し、ポンプと装置の締結ボルトが破損して、ポンプが装置より落下もしくは装置が破損するおそれがある。

本考案によるターボ分子ポンプは、軸方向に複数段の回転翼が形成されたロータと、ロータを回転可能に支持するベース部材と、ロータの周囲に回転翼に対応して積層して配設された複数段の静止翼を有する積層体と、積層体の外周面を覆うように配設され、ベース部材とによって積層体を挟持するケース部材とを備え、ケース部材の内周面には、高硬度の表面処理が施された高硬度部が形成されることを特徴とする。
また、本考案によるターボ分子ポンプは、複数段の回転翼が形成されたロータと、ロータを回転可能に支持するベース部材と、ロータの周囲に回転翼に対応して積層して配設された複数段の静止翼を有する積層体と、積層体の外周面を覆うように配設され、ベース部材とによって積層体を挟持するケース部材とを備え、ケース部材は、積層体の外側に配置された第１のケースおよび第１のケースの外側に配置された第２のケースを有する二重筒構造をなし、第１のケースは、第２のケースよりも高硬度の構成材によりなることを特徴とする。

本考案によれば、積層体の外側のケース部材の内周面に高硬度の表面処理を施すようにしたので、回転体の破壊による飛散物がケース部材にめり込むことを防止でき、ケース部材に過大な回転トルクが作用することを防ぐことができる。

−第１の実施の形態−
以下、図１、２を参照して本考案の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本考案の第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプの全体構成を示す断面図であり、図２は、このターボ分子ポンプの要部拡大図である。ターボ分子ポンプは、例えば半導体製造装置に用いられる真空ポンプである。なお、説明の便宜上、以下では図示のようにターボ分子ポンプの上下方向を定義する。

図１に示すようにターボ分子ポンプのポンプ本体１は、略円筒形状の外側ケーシング２と、外側ケーシング２の下部に取り付けられるベース３と、外側ケーシング２に収容され、ベース３に回転可能に支持されるロータ４とを有する。外側ケーシング１の上部のフランジ２１は、図示しない半導体製造装置側の真空チャンバのフランジにボルトによって締結される。外側ケーシング２は、例えばステンレス鋼により構成される。

ロータ４の外周面には、上下方向に間隔をあけて複数段の回転翼４１が形成され、各段の回転翼４１の間に固定翼４３が交互に挿設されている。各段の固定翼４３はスペーサ４８を介して積層され、固定翼４３とスペーサ４８により積層体４０が形成されている。積層体４０と外側ケーシング２の間には、周方向に隙間ＳＰが設けられている。外側ケーシング２の下端面は、Ｏリング２５を介してベース３の上面に締結され、これによりベース３の上端面と外側ケーシング２の上部フランジ２１の内径側端面との間に積層体４０が挟持される。

ロータ４の回転翼４１の下方には回転円筒部４２が形成されている。ベース３側には回転円筒部４２に対向して固定円筒部が４４が設けられ、固定円筒部４４の内周面に螺旋状溝が形成されている。以上の回転翼４１と固定翼４３はタービン翼部を構成し、回転円筒部４２と固定円筒部４４はモレキュラードラッグポンプ部を構成する。

ロータ４は、上下一対のラジアル磁気軸受け５１およびアキシャル磁気軸受け５２により非接触支持され、モータ６により回転駆動される。磁気軸受け５１，５２には、ロータ４の浮上位置を検出するためのラジアル変位センサ５３，５４およびスラスト変位センサ５５がそれぞれ設けられている。モータ６は例えばＤＣブラシレスモータであり、ロータ４のシャフト部４５に、永久磁石が内蔵されたモータロータ６１が装着され、ベース３側に、回転磁界を形成するためのモータステータ６２が設けられている。

シャフト部４５の下端にはセンサターゲット４６が設けられ、センサーターゲット４６と対向する位置にギャップセンサ５５が設けられている。なお、５６，５７は、非常用のメカニカルベアリングである。

このようなターボ分子ポンプ１では、ロータ４の高速回転により吸気口１ａからガス分子が流入し、このガス分子はタービン翼部およびモレキュラードラッグポンプ部のガス通路をそれぞれ経て排気口１ｂから排気される。これにより吸気口１ａ側が高真空状態となる。この際、何らかの原因により高速回転中のロータ４が破壊すると、遠心力によってロータ４が周囲に飛散し、その飛散物により外側ケーシング２にロータ４の回転方向と同方向の回転トルクが作用する。この回転トルクが上部のフランジ２１を介して真空系のフランジ７１に作用すると、真空系の装置が破損するおそれがある。これを防止するため、本実施の形態では以下のようにポンプ本体１の外側ケーシング２を構成する。

図２に示すように外側ケーシング２の内周面には、積層体４０の外周面に対向し、その全周にわたって硬度を高めるための表面処理がなされ、他の部分よりも硬度の高い高硬度部２２が形成されている。この場合の表面処理としては、例えばショットブラスト、表面に窒素を浸透させて窒化物の層を形成する窒化処理、あるいは表面にニッケル合金等を溶射する溶射処理を用いることができる。ショットブラストを用いた場合には安価に構成でき、窒化処理や溶射処理を用いた場合には硬化層を厚く形成できる。

第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプの主要な動作を説明する。
何らかの原因により高速回転中のロータ４が破壊すると、その破壊による飛散物が外側ケーシング２の内壁面に衝突する。ケーシング内壁面には高硬度部２２が形成されているので、飛散物は外側ケーシング２にめり込まず、外側ケーシング２の内周面に沿って周方向に移動する。これによりロータ４の停止時間が長くなり、ロータ破壊のエネルギーがロータ４の回転とともに徐々に消費され、外側ケーシング２に作用するトルクのピーク値を低減できる。その結果、真空系の装置の破損を防ぐことができる。

以上の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）外側ケーシング２の内周面に、表面処理によって高硬度部２２を形成するようにしたので、ロータ４の破壊時に、その破壊による飛散物が外側ケーシング２にめり込むことを阻止することができ、外側ケーシング２に過大な回転トルクが作用することを防止できる。
（２）外側ケーシング２の内周面にのみ表面処理を施すので、外側ケーシング２の全体の強度を高める必要がなく、構成が容易である。

−第２の実施の形態−
図３を参照して本考案の第２の実施の形態について説明する。
図３は、本考案の第２の実施の形態に係るターボ分子ポンプの要部拡大図である。なお、図１，２と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

図３に示すように積層体４０と外側ケーシング２の間には、略円筒形状の内部ケーシング２３が配設されている。積層体４０と内部ケーシング２３の間の径方向の隙間ＳＰ１は、内部ケーシング２３と外側ケーシング２の間の径方向の隙間ＳＰ２よりも大きい。内部ケーシング２３は、ニッケル合金等、外側ケーシング２よりも硬度の高い材質によって構成されている。内部ケーシング２３は、ベース３の上端面と上部フランジ２１の内径側端面との間にＯリング等の弾性体２６を介して挟持されている。

このように第２の実施の形態では外側ケーシング２の内側にニッケル合金からなる内部ケーシング２３を配設したので、ロータ４の破壊による飛散物が内部ケーシング２３にめり込むことを抑制できる。その結果、ロータ４の停止時間が長くなってロータ破壊のエネルギーを徐々に吸収することができ、外側ケーシング２への回転トルクの伝達を防ぐことができる。ベース３と外側ケーシング２の間に弾性体２６を介して内部ケーシング２３を挟持するので、内部ケーシング２３は外側ケーシング２に対して相対移動可能であり、ロータ破壊時の衝撃によって内部ケーシング２３が回転させられた場合にも、外側ケーシング２の回転を阻止できる。

外側ケーシング２と内部ケーシング２３の間の隙間ＳＰ２を、積層体４０と内部ケーシング２３の間の隙間ＳＰ１より大きくしたので、内部ケーシング２３は径方向外側に大きく変形可能であり、内部ケーシング２３の変形によってロータ破壊のエネルギーを効率よく吸収できる。ＳＰ１＜ＳＰ２としたので、内部ケーシング２３が大径化することを防止できる。

なお、上記実施の形態では、外側ケーシング２の内側に内部ケーシング２３を配設したが、内部ケーシング２３の内周面に第１の実施の形態と同様の表面処理を施し、高硬度部２２を形成してもよい。内部ケーシング２３をニッケル合金ではなく、外側ケーシング２と同程度の強度を有する材質により構成し、その内部ケーシング２３の内周面に第１の実施の形態と同様の表面処理を施してもよい。

ロータ４の質量は軸方向（図の上下方向）で異なり、上側の方が下側よりも質量が重く、ロータ質量が重いほど、ロータ破壊時のエネルギーが大きくなる。この点を考慮し、図２の高硬度部２２のうち、上側の方が下側よりも高硬度となるように表面処理を施してもよい。また、図３の内部ケーシング２３の強度を軸方向に均一とするのではなく、上側の方が下側よりも高強度となるようにしてもよい。例えば内部ケーシング２３の板厚を軸方向で変化させて所望の強度を得るようにしてもよい。

なお、ロータ４を回転可能に支持するベース部材としてのベース３の構成、およびロータ４の周囲を覆うように配設された外側ケーシング２と内部ケーシング２３の構成は上述したものに限らない。少なくとも複数段の回転翼４１に対応した複数段の固定翼４３を積層するのであれば、積層体４０の構成は上述したものに限らない。ショットブラスト、窒化処理、溶射処理以外によって、外側ケーシング２の内周面に高硬度部２２を形成してもよい。外側ケーシング２（第２のケース）の内側に内部ケーシング２３（第１のケース）を配設したが（図３）、二重筒構造の構成はこれに限らない。すなわち、本考案の特徴、機能を実現できる限り、本考案は実施の形態のターボ分子ポンプに限定されない。

なお、ケース部材の内周面における表面処理は、ショットブラスト、窒化処理、または溶射処理のいずれかによって行うことができる。ケース部材としては、例えば図３に示すように積層体の外側に配置された第１のケースおよび第１のケースの外側に配置された第２のケースを有する二重筒構造をなし、第１のケースの内周面に高硬度部を形成することが好ましい。第１のケースを第２のケースよりも高硬度の構成材によって構成することもできる。例えば第１のケースをニッケル合金、第２のケースをステンレス鋼を構成材とすることもできる。第２のケースと第１のケースの間に、第１のケースと積層体との間よりも大きな径方向の隙間を設けることもできる。第１のケースを、弾性体を介してベース部材およびケース部材により挟持するようにしてもよい。

本考案の第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプの全体構成を示す断面図。 図１の要部拡大図。 第２の実施の形態に係るターボ分子ポンプの要部拡大図。

符号の説明

２ 外側ケーシング
３ ベース
４ ロータ
２２ 高硬度部
２３ 内部ケーシング
２６ 弾性体
４０ 積層体
４１ 回転翼
４３ 固定翼
ＳＰ１，ＳＰ２ 隙間

Claims (7)

1. 軸方向に複数段の回転翼が形成されたロータと、
   前記ロータを回転可能に支持するベース部材と、
   前記ロータの周囲に前記回転翼に対応して積層して配設された複数段の静止翼を有する積層体と、
   前記積層体の外周面を覆うように配設され、前記ベース部材とによって前記積層体を挟持するケース部材とを備え、
   前記ケース部材の内周面には、高硬度の表面処理が施された高硬度部が形成されることを特徴とす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、
   前記表面処理は、ショットブラスト、窒化処理、または溶射処理のいずれかであることを特徴とす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、
   前記ケース部材は、前記積層体の外側に配置された第１のケースおよび前記第１のケースの外側に配置された第２のケースを有する二重筒構造をなし、
   前記第１のケースの内周面に前記高硬度部が形成されることを特徴とするターボ分子ポンプ。
4. 複数段の回転翼が形成されたロータと、
   前記ロータを回転可能に支持するベース部材と、
   前記ロータの周囲に前記回転翼に対応して積層して配設された複数段の静止翼を有する積層体と、
   前記積層体の外周面を覆うように配設され、前記ベース部材とによって前記積層体を挟持するケース部材とを備え、
   前記ケース部材は、前記積層体の外側に配置された第１のケースおよび前記第１のケースの外側に配置された第２のケースを有する二重筒構造をなし、
   前記第１のケースは、前記第２のケースよりも高硬度の構成材によりなることを特徴とするターボ分子ポンプ。
5. 請求項４に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記第１のケースは、ニッケル合金を構成材としてなり、前記第２のケースは、ステンレス鋼を構成材としてなることを特徴とするターボ分子ポンプ。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記第２のケースと第１のケースの間に、前記第１のケースと前記積層体との間よりも大きな径方向の隙間が設けられることを特徴とするターボ分子ポンプ。
7. 請求項３〜６のいずれか１項に記載のターボ分子ポンプにおいて、
   前記第１のケースは、弾性体を介して前記ベース部材および前記ケース部材により挟持されることを特徴とするターボ分子ポンプ。

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