JPH04353295A

JPH04353295A - 真空ポンプ

Info

Publication number: JPH04353295A
Application number: JP12937091A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Sakamoto; 隆一坂本; Noritama Tsunoda; 角田　昇玲
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1991-05-31
Filing date: 1991-05-31
Publication date: 1992-12-08

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、半導体製造分野などで
使用される真空ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種真空ポンプは、例えば特開
平２−２７１９４号公報に記載され、かつ、図４で示し
たように、内周にポンプステータＳを備えたポンプケー
シングＡの上下部位に吸気口Ｂと排気口Ｃとを設けて、
これら吸気口Ｂと排気口Ｃとの間で前記ポンプステータ
Ａの内部にポンプロータＤを配設すると共に、前記ポン
プケーシングＡの下部に、前記ポンプロータＤの内に突
入するモ−タケーシングＫを設け、このモ−タケーシン
グＫに内蔵したモ−タＥのロータシャフトＦを前記ポン
プロータＤに結合して、該ポンプロータＤを前記ポンプ
ステータＳに対し高速回転させることにより、前記吸気
口Ｂから排気口Ｃに向けて真空引きを行うようにしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】所が、以上のような真
空ポンプでは、その真空引き運転時に、前記モータＥや
ロータシャフトＦを支持する軸受Ｇなどで発熱した熱が
、熱伝達により前記ロータシャフトＦからポンプロータ
Ｄに伝わり、該ポンプロータＤの表面から熱放射される
のであるが、このポンプロータＤは、通常アルミニゥム
合金で形成され、その熱放射率εが０．２〜０．３とい
うように低いし、又、温度上昇に伴いポンプロータＤが
熱膨張するため、前記ポンプロータＤの温度が例えば使
用限界温度（通常１２０℃）を越えると、ポンプロータ
Ｄの熱膨張に伴い該ポンプロータＤの外周が前記ポンプ
ステータＳの内周に接触してカジリ付きを発生したりし
、又、ポンプロータＤの温度上昇が例えば１５０℃以上
に過大になると、ポンプロータＤの強度が急速に低下す
ることになるのである。即ち、一般に真空ポンプにおい
ては真空中で運転されるためポンプロータＤの冷却は、
該ロータＤの熱放射により行われるのであって、前記ロ
ータＤとポンプステータＳとの間の熱放射量は、次の数
式１で求められる移動熱量Ｑを表面積で積分して求める
ことができる。

【０００４】尚数式１において、前記ポンプロータＤか
らポンプステータＳ側への熱移動量をＱ、これらポンプ
ステータＳとポンプロータＤとの温度をＴ１　，Ｔ２　
、ステフアン・ボルツマン（Ｓｔｅｆａｎ−Ｂｏｌｔｚ
ｍａｎｎ）定数をρ、前記ポンプステータＳとポンプロ
ータＤとのＴ１　，Ｔ２　温度における熱放射率をε１
　（Ｔ１），ε２　（Ｔ２　）としている。

【０００５】

【数１】

【０００６】以上の数式１から明らかなように、前記ポ
ンプステータＳとポンプロータＤとの熱放射率ε１　，
ε２　が小さいと、前記式中の分母が大となり、前記熱
移動量Ｑが小となって、前記ポンプロータＤでの発熱量
が大となり、このためポンプロータＤ側が図２の二点鎖
線に示したように使用限界温度（１２０℃）を越えた高
温となったりするのである。

【０００７】所で、従来においては、真空ポンプの真空
引き運転時に、所望の真空度になり定常トルクに達する
起動時には、前記モータＥに印荷する電圧を定常運転時
より高電圧の例えば８０Ｖとしているため、図２の二点
鎖線で示したように前記ポンプロータＤの温度がその使
用限界温度の１２０℃を越えるのであり、しかも、定常
トルクに達したときには前記モータＥへの印荷電圧を、
前記ポンプロータＤを駆動するのに必要な３０Ｖの電圧
にまで下げて、このポンプロータＤ側が使用限界温度を
越えないように温度制御運転を行っているが、即ち、前
記印荷電圧が高い程、モ−タの発熱量が大きくなるため
、前記した如く印荷電圧を下げて温度制御運転を行って
いるのであるが、例え印荷電圧を３０Ｖに下げても電圧
のバラツキにより前記ポンプロータＤが使用限界温度近
くにまで上昇して、前記したカジリ付きが発生したり、
強度低下を招いたりする問題が生ずるのである。所で、
これらの問題は前記印荷電圧を３０Ｖよりも下げれば解
消できるのであるが、前記ロータシャフトＦは軸受Ｇで
支持されているため、前記ポンプロータＤの軸受部に負
荷が生ずることになり、この負荷に打ち勝ってポンプロ
ータＤを高速回転させるためには定常でも３０Ｖの電圧
が必要である。従って、前記印荷電圧を３０Ｖよりも下
げることはできないのであり、前記した問題を解消する
ことはできないのである。又、前記ポンプロータＤによ
り排出される気体が、腐食成分を含んだ気体である場合
、ポンプロータが腐食し易い問題もあった。

【０００８】本発明は以上のような問題に鑑みてなした
もので、その目的は、真空引き運転時に特別な温度制御
運転を行ったりすることなく、ポンプロータ側が使用限
界温度を越えるのを防止でき、ポンプロータの強度を維
持できると共に、ポンプロータのカジリ付きを防止する
ことができ、更にポンプロータの耐食性を高めることが
できる真空ポンプを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、ポンプステータ１とポンプロータ２と
を備えた真空ポンプにおいて、前記ポンプステータ１に
対向する前記ポンプロータ２の外周面に、熱放射特性の
良好なセラミックスから成るセラミックス被膜８を設け
てことを特徴とするものである。

【００１０】前記ポンプロータ２には、その全面に前記
セラミックス被膜８を設けることもできる。

【００１１】また、前記ポンプロータ２の外周面と、該
ポンプロータ２の外周面に対向する前記ポンプステータ
１の内周面とに、それぞれ前記セラミックス被膜８を設
けるようにしてもよい。

【００１２】

【作用】以上のように、前記ポンプステータ１と対向す
るポンプロータ２の外周面に熱放射特性に優れたセラミ
ックス被膜８を設けたことにより、このポンプロータ２
からの熱放射性が高められて、熱伝達によりポンプロー
タ２に伝達された熱を前記セラミックス被膜８から良好
に熱放射できるのであり、従って、ポンプロータ２が使
用限界温度を越えることがないのであり、前記ポンプロ
ータ２の強度を維持できると共にポンプロータ２のカジ
リ付きもないのであり、又、ポンプロータ２の腐食成分
を含んだ気体に対する耐食性を高く出来るのである。

【００１３】また、前記ポンプロータ２の内外全面にわ
たって前記セラミックス被膜８を設けるときには、前記
ポンプロータ２の熱放射性が一層良好となって、熱伝動
によりポンプロータ２に伝達された熱を、ポンプロータ
２の内外全面のセラミックス被膜８から良好に熱放射で
きるので、ポンプロータ２の温度をさらに低下させるこ
とができると共に、ポンプロータ２の腐食成分を含んだ
気体に対する耐食性をより一層高くできる。

【００１４】更に、前記ポンプロータ２の外周面と、該
ポンプロータ２の外周面に対向する前記ポンプステータ
１の内周面とに、それぞれ前記セラミックス被膜８を設
けるときには、前記ポンプロータ２に伝達された熱を、
該ポンプロータ２の外周のセラミックス被膜８から外方
へと速やかに熱放射できるばかりか、このポンプロータ
２から熱放射された熱を、ポンプステータ１のセラミッ
クス被膜８で受熱し易くなるため、前記ポンプロータ２
側の温度をより一層低下させることができると共に、ポ
ンプステータ１の耐食性も高くできる。

【００１５】

【実施例】図１はモレキュラドラッグ形真空ポンプを示
しており、ポンプケーシングを兼用するポンプステータ
１の上下部位に吸気口１１と排気口１２とを設けて、こ
れら吸気口１１と排気口１２との間で前記ポンプステー
タ１の内部に、外周にねじ溝２１をもったポンプロータ
２を配設すると共に、前記ポンプステータ１の下部側に
ベース部材１３を固定して、該ベース部材１３上で前記
ポンプロータ２の内部に静止部材１４を支持する一方、
この静止部材１４の内部に、上下方向に延び、上端が前
記ポンプロータ２に結合されるロータシャフト３を挿通
させて、該ロータシャフト３の上下方向中間部に、モー
タステータ４１とモータロータ４２とから成るモータ４
を取付けている。そして、前記モータ４の駆動に伴う前
記ロータシャフト３の回転により、前記ポンプロータ２
を前記ポンプステータ１に対し高速回転させることによ
り、前記吸気口１１から排気口１２へ真空引きを行って
、前記吸気口１２に接続される真空チャンバー（図示せ
ず）を真空にするようにしている。

【００１６】また、同図で示した真空ポンプは、前記ロ
ータシャフト３を非接触状態で軸受支持させる磁気軸受
形のものを示しており、即ち、前記モータ４の上部側に
おける前記ロータシャフト３と静止部材１４との間で、
この静止部材１４側に、前記ポンプロータ２の半径方向
変位を検出するセンサー５１と、該センサー５１からの
検出結果に基づいて応動する電磁石５２とから成る能動
形磁気軸受５を配設している。前記電磁石５２は、前記
静止部材１４側に支持されたステータヨーク５３に固定
され、前記ロータシャフト３の前記ステータヨーク５３
との対向部位にロータヨーク５４が取付けられていて、
前記センサー５１の検出結果に基づき前記電磁石５２が
通電励磁されたとき、該電磁石５２に発生する磁力を前
記ステータヨーク５３とロータヨーク５４とに作用させ
て、前記ポンプロータ２の半径方向２自由度を拘束する
ようにしている。更に、前記ポンプロータ２と前記静止
部材１４との間で前記能動形磁気軸受５との対向部位に
は、前記静止部材１４側に支持された永久磁石６１をも
つステータヨーク６２と、前記ロータシャフト３側に支
持されたロータヨーク６３とから成る受動形磁気軸受６
を配設し、前記永久磁石６１で前記ステータヨーク６２
とロータヨーク６３との間に磁力を発生させて、前記ポ
ンプロータ２の軸方向における１自由度と前記ロータシ
ャフト３の回転方向周りの２自由度とを拘束するように
している。そして、前記ポンプロータ２が半径方向外方
に変位したとき、前記能動形磁気軸受５に備えたセンサ
ー５１で前記電磁石５２を励磁させて、前記ポンプロー
タ２の半径方向２自由度を拘束し、また、前記受動形磁
気軸受６の永久磁石６１で前記ポンプロータ２の軸方向
における１自由度と前記ロータシャフト３の回転方向周
りの２自由度とを拘束することにより、前記ロータシャ
フト３を非接触状態で所定位置に浮上支持させるのであ
る。

【００１７】更に、同図においては、前記ロータシャフ
ト３と静止部材１４との対向下部側に、上下一対の永久
磁石７１，７１と、これら各永久磁石７１，７１間に所
定間隔を置いて対向状に介装される円板７２とから成る
渦電流バンパ７を配設し、この渦電流バンパ７で前記ロ
ータシャフト３の振動を抑制するようにしている。

【００１８】しかして以上の真空ポンプにおいて、前記
ポンプロータ２の外周面に熱放射特性に優れたセラミッ
クス被膜８を被覆したのである。このセラミックス被膜
８を被覆するにあたっては、前記ポンプステータ１と対
向される前記ポンプロータ２の外表面全体に設けるので
あるが、その他このポンプロータ２の外表面一部に設け
てもよい。この場合、ポンプロータ２に伝達された熱は
、熱源に近い側から順次熱放射されることになるから、
この熱源に近い側、即ち、ポンプロータ２のロータシャ
フト３への結合側に前記セラミックス被膜８を設けても
よい。この場合、ポンプロータ２に伝達された熱は、熱
源に近い側から順次熱放射されることになるから、熱源
に対し遠い側、即ち、ポンプロータの先端側の一部を残
すのが好ましい。

【００１９】前記セラミックス被膜８の材料としては、
主として二酸化硅素（Ｓｉ　Ｏ２　）や二酸化三アルミ
ニウム（Ａ■２　Ｏ３　）から成るセラミックスが使用
され、これら各セラミックス被膜材料の熱放射特性は、
次表の通りである。

【００２０】

【表１】

【００２１】前記セラミックス被膜８は、電解メッキ手
段で１５〜３０μｍ程度の厚さに被覆される。このとき
、前記ポンプロータ２に設ける前記セラミックス被膜８
の厚さは、１５μｍ未満とすれば充分な熱放射効果が得
られ難く、一方３０μｍを越えた厚さにすると、セラミ
ックス被膜８が剥離して強度低下を招いたりすることが
あるため、前述した１５〜３０μｍ程度の厚さに被覆す
ることが好ましい。尚、前記表１中の各データは１２０
℃の温度条件下で測定したものである。

【００２２】以上のように、前記ポンプステータ１と対
向するポンプロータ２の外表面に熱放射率の高い前記ラ
ミックス被膜８を被覆することにより、前記モータ４や
前記能動形磁気軸受５などで発熱した熱がロータシャフ
ト３から前記ポンプロータ２側へと伝達されても、外表
面のセラミックス被膜８から良好に熱放射できることに
なるため、該ポンプロータ２が使用限界温度を越えたり
することなく、使用限界温度以下での真空引き運転が行
われ、前記ポンプロータ２が高温となって強度低下を来
したりするのが阻止され、また、該ポンプロータ２が高
温となることによる熱膨張で前記ポンプステータ１にカ
ジリ付いたりするのが防止される。更に、前記ポンプロ
ータ２の外表面に前記セラミックス被膜８を被覆すると
同時に、前記ポンプロータ２を熱伝達率の良好なアルミ
ニウム合金で形成するときには、ポンプロータ２に伝達
された熱を分散させてセラミックス被膜８から熱放射で
きるので、ポンプロータ２の熱放射性が一段と向上され
る。

【００２３】また、前記セラミックス被膜８は、図１で
示したように、前記ポンプステータ１と対向する前記ポ
ンプロータ２の全外表面と、前記静止部材１４と対向す
る前記ポンプロータ２の全内表面と、該ポンプロータ２
の上下両外面との全外表面にわたって被覆させてもよく
、斯くするときには、前記ポンプロータ２の熱放射性が
より一層高められて、該ポンプロータ２の温度を一層低
下させることができると共に、ポンプロータ２全体の耐
食性を高くできる。

【００２４】更に、前記セラミックス被膜８は、前記ポ
ンプロータ２だけではなく、図１で示したように、該ポ
ンプロータ２の外周面に対向する前記ポンプステータ１
の内周面に被覆させてもよく、斯くするときには、前記
ポンプロータ２に伝達された熱を該ポンプロータ２外周
のセラミックス被膜８から外方へと速やかに熱放射でき
るばかりか、このポンプロータ２から熱放射された熱を
、ポンプステータ１のセラミックス被膜８で受熱し易く
なるため、前記ポンプロータ２側の温度をより一層低下
させることができると共に、ポンプステータ１の耐食成
分を含んだ気体に対する耐食性をも高めることができる
。

【００２５】以上のように熱放射率の大きなセラミック
ス被膜８を前記ポンプロータ２に被覆することにより、
前述した数式１において、ポンプロータ２の熱放射率ε
２　が大きくなり、また、前記セラミックス被膜８を前
記ポンプステータ１とポンプロータ２との両者に被覆す
ることにより、これらポンプステータ１とポンプロータ
Ｄとの熱放射率ε１　，ε２　が大きくなって、前記数
式１中の分母が何れの場合にも小となり、前記熱移動量
Ｑが大となって、前記ポンプステータ１の受熱量及びポ
ンプロータ２の放射熱量が大となり、このため前記ポン
プロータ２側が使用限界温度を越えた高温となったりす
るのが阻止される。

【００２６】図２は、縦軸に前記ポンプロータ２の温度
（℃）を、横軸に時間をとった前記ポンプロータ２の熱
放射特性を示しており、この図２において、実線で示し
た曲線イは、前記ポンプロータ２の全外表面に二酸化硅
素から成るセラミックス被膜８を被覆した場合の特性を
、また、点線で示した曲線ロは、前記ポンプロータ２の
全外表面と前記ポンプステータ１の内周面とにそれぞれ
二酸化硅素から成るセラミックス被膜８を被覆した場合
の特性を、更に、二点鎖線で示した曲線ハは、前記セラ
ミックス被膜８を被覆しない場合の特性を参考例として
示している。前記各曲線イ，ロは、それぞれ前記モータ
４に８０Ｖ（６００Ｈｚ）の電圧を印荷して真空引き運
転を行った場合の特性を、また、前記曲線ハは、運転初
期時には前記モータ４に前述した場合と同様に８０Ｖの
電圧を印荷し、所定の真空度に到達した後、前記ポンプ
ロータ２を駆動するのに必要な電圧３０Ｖにまで下げて
真空引き運転を行った場合の特性を示している。尚、前
記ポンプロータ２の温度は、その運転中に放射温度計を
用いて実測したものである。

【００２７】以上のように、前記曲線ハで示したものは
、真空引き運転時に所定の真空度に到達するまでの間に
使用限界温度を越えることになるから、ポンプロータ２
がポンプステータ１の内周面にカジリ付いたりする問題
があるし、又、以上のように所定真空到達後に電圧を下
げても、使用限界温度よりも幾分下げることができるだ
けであるから、前記印荷電圧のバラツキにより前記ポン
プロータ２が使用限界温度以上にまで上昇してポンプロ
ータ２がポンプステータ１内周面にカジリ付いたりする
問題があるのに対し、前記曲線イ，ロで示したものは、
前記セラミックス被膜８を被覆したことにより使用限界
温度（１２０℃）を越えることなく安全な真空引き運転
が行われる。又、前記曲線イで示したもの、即ち、ポン
プロータ２の全外表面にのみセラミックス被膜８を被覆
した場合は、使用限界温度よりも幾分低い温度にまで上
昇することになるから、前記した印荷電圧のバラツキを
考慮すると、温度制御運転を行って、前記８０Ｖの印荷
電圧を３０Ｖになるまでの範囲内で下げるのが好ましい
。

【００２８】以上の実施例においては、モレキュラドラ
ッグ形真空ポンプを示したが、本発明では、図３で示し
たように、ねじ溝形ポンプ要素１００と動翼２ａ及び静
翼２ｂを交互に多段積層した軸流形ポンプ要素２００と
を併用した複合型の分子ポンプに適用することも可能で
ある。図３で示したものは、ポンプケーシング１０の内
方下部側にポンプステータ１を設け、このポンプステー
タ１内に外周にねじ溝２１をもった第１ポンプロータ２
を配設して、これらポンプステータ１とポンプロータ２
とで前記ねじ溝形ポンプ要素１００を構成すると共に、
前記ポンプケーシング１０の内方上部側に、前記ポンプ
ケーシング１側に固定される静翼２ｂから成る第２ポン
プステータ２と、前記第１ポンプロータ２側に前記第２
ポンプステータ２と対向状に固定される動翼２ａから成
る第２ポンプロータ２とから成る軸流形ポンプ要素２０
０を配設して、前記第１及び第２ポンプロータ２，２を
前記第１及び第２ポンプステータ１，１に対し、前記ね
じ溝形ポンプ要素１００内に配設したモータ４から延び
るロータシャフト３で高速回転させることにより、前記
軸流形ポンプ要素２００側に設ける吸気口１１から前記
ねじ溝形ポンプ要素１００側に設ける排気口１２に向け
て真空引きを行うようにしている。

【００２９】そして、以上のような複合形分子ポンプの
場合には、前記第１及び第２ポンプロータ２，２の外周
面又は全面に前記セラミックス被膜８をそれぞれ被覆さ
せ、また、前記第１，第２ポンプロータ２，２と共に、
前記第１，第２ポンプステータ１，１の前記各ポンプロ
ータ２，２との対向面に、それぞれ前記セラミックス被
膜８を被覆させるのである。また、本発明では、前述し
たようなモレキュラドラッグ形真空ポンプや複合形分子
ポンプに限らず、軸流形ポンプ要素だけを備えた軸流分
子ポンプにも適用することができ、更に、以上の実施例
で示したように、前記ロータシャフト３を非接触状態で
軸受支持させる磁気軸受形のものに限らず、その他軸受
形式のものにも適用できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の真空ポン
プでは、ポンプステータ１に対向するポンプロータ２の
外周面に、熱放射特性の良好なセラミックスから成るセ
ラミックス被膜８を設けたから、モ−タなどの熱源から
熱伝達によりポンプロータ２に伝達された熱を前記セラ
ミックス被膜８から良好に熱放射できるのであり、従っ
て、真空引き運転時に特別な温度制御運転を行ったりす
ることなく、前記ポンプロータ２側が使用限界温度を越
えるのを防止できるのである。このため、ポンプロータ
２の強度を維持できて、ポンプの信頼性及び耐久性を向
上できると共に、ポンプロータ２の熱膨張を抑制できる
ので、ポンプステータ１に対し微小な隙間を保ってポン
プロータ２が高速回転する分子式真空ポンプであっても
ポンプロータ２のポンプステータ１との接触事故を防止
でき、ポンプロータ２のカジリ付きをなくすることがで
きるのであり、又、ポンプロータ２の外周面にセラミッ
クス被膜８を設けたから、ポンプロータ２の腐食成分を
含んだ気体による耐食性を高めることができるのである
。

【００３１】また、前記ポンプロータ２の内外全面にわ
たって前記セラミックス被膜８を設けることにより、前
記ポンプロータ２の熱放射性が一層良好となって、ポン
プロータ２に伝達された熱を、ポンプロータ２の内外全
面のセラミックス被膜８から良好に熱放射できるので、
ポンプロータ２の温度をさらに低下させることができる
と共に、ポンプロータ２の耐食性を含んだ気体に対する
耐食性をより一層高くできる。

【００３２】更に、前記ポンプロータ２の外周面と、該
ポンプロータ２の外周面に対向する前記ポンプステータ
１の内周面とに、それぞれ前記セラミックス被膜８を設
けることにより、前記ポンプロータ２に伝達された熱を
、該ポンプロータ２外周のセラミックス被膜８から外方
へと速やかに熱放射できるばかりか、このポンプロータ
２から熱放射された熱を、ポンプステータ１のセラミッ
クス被膜８で受熱し易くなるため、前記ポンプロータ２
側の温度をより一層低下さ競ることができると共に、ポ
ンプステータ１の耐食性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空ポンプを示す縦断面図である。

【図２】同真空ポンプに用いるポンプロータの熱放射特
性を示すグラフである。

【図３】同真空ポンプの他実施例を示す要部断面図であ
る。

【図４】従来の真空ポンプを示す縦断面図である。

【符号の説明】１　　ポンプステータ２　　ポンプロータ８　　セラミックス被膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　ポンプステータ１とポンプロータ２と
を備えた真空ポンプにおいて、前記ポンプステータ１に
対向する前記ポンプロータ２の外周面に、熱放射特性の
良好なセラミックスから成るセラミックス被膜８を設け
ていることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】　　ポンプロータ２の全面に、セラミック
ス被膜８を設けている請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】　　ポンプロータ２の外周面と、該ポンプ
ロータ２の外周面に対向するポンプステータ１の内周面
とに、セラミックス被膜８を設けている請求項１記載の
真空ポンプ。