JP3561774B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば半導体製造装置などに使用されるターボ分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ分子ポンプとして、ポンプを構成するロータを１組の制御型アキシアル磁気軸受と２組の制御型ラジアル磁気軸受によりケーシング内に磁気的に非接触支持して電動モータにより回転させるものが知られている。通常、ケーシングは円筒状をなし、その一端部に給気口が、外周部の１箇所に排気口が設けられている。ケーシングには複数のステータ翼が軸方向に間隔をおいて固定状に設けられ、ロータには複数のロータ翼が軸方向に間隔をおいて固定状に設けられている。ステータ翼とロータ翼は軸方向に交互に配置され、各ステータ翼が隣接するロータ翼の間に位置するとともに、各ロータ翼が隣接するステータ翼の間に位置している。そして、磁気軸受により非接触支持されたロータをモータで回転させることにより、流体が給気口からケーシング内に入り、ステータ翼とロータ翼との間を通って、排気口から排出される。また、ケーシングには、ロータを磁気軸受により所定の位置に支持できなくなったときにロータに接触してこれを機械的に支持するためのタッチダウン軸受（保護軸受）が設けられている。
【０００３】
上記のようなターボ分子ポンプでは、運転中に大気リークが生じると、気圧差による力や流体による力により、回転体が全体として特定の方向の力を受け、回転体がその力の方向に変位してタッチダウン軸受に接触するいわゆるタッチダウン現象を起こすことがある。とくに、従来のターボ分子ポンプでは、ケーシングの外周部の１箇所にだけ排気口が設けられているので、大気リーク時に、回転体の円周方向の各部に作用するラジアル方向の力がアンバランスになって、回転体が全体としてラジアル方向の特定の方向の力を受けやすく、この力によるタッチダウン現象を起こしやすいという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、大気リーク時にタッチダウン現象が起きにくいターボ分子ポンプを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によるターボ分子ポンプは、ロータが、複数組の制御型磁気軸受によりケーシング内に非接触支持されて、電動モータにより回転させられ、ケーシングに給気口が設けられるとともに、ケーシングの外周部に排気口が設けられているターボ分子ポンプにおいて、複数の排気口が、ケーシングの外周部を周方向に等分する位置に設けられていることを特徴とするものである。
【０００６】
ケーシングの外周部を等分する複数の位置に排気口が設けられているので、大気リークが生じても、回転体の円周方向の各部に作用するラジアル方向の力がバランスし、回転体が全体としてラジアル方向の特定の方向の力を受けにくく、したがって、回転体のタッチダウン現象が生じにくい。また、排気口が複数設けられているため、大気リークによりケーシング内に入った大気を迅速に排出することができ、この点からもタッチダウン現象が生じにくい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【０００８】
図面は、ターボ分子ポンプのポンプ本体（機械本体）の構成の１例を示している。ポンプはこのポンプ本体と図示しないコントローラとを備えており、これらがケーブルにより電気的に接続されている。
【０００９】
ポンプ本体は、鉛直円筒状のケーシング（３）の内側で鉛直軸状のロータ（４）が回転する縦型のものである。以下の説明において、ロータ（４）の軸方向（鉛直方向 ）の制御軸（アキシアル制御軸）をＺ軸、Ｚ軸と直交するとともに互いに直交する２つの径方向（水平方向）の制御軸（ラジアル制御軸）をＸ軸およびＹ軸とする。
【００１０】
ケーシング（３）は、図１では、２つの部品より構成されているように示されて いるが、実際は、これより多くの部品を結合することにより組み立てられている。ケーシング（３）は、上側の大径筒部（３ａ）と、下側の小径筒部（３ｂ）とから構成さ れている。大径筒部（３ａ）は、上下両端が開口したものである。小径筒部（３ｂ）は、上端が開口し、下端が閉鎖したものであり、大径筒部（３ａ）の下端開口部に一体状に連結されている。小径筒部（３ｂ）の上部を除く部分の外径は、大径筒部（３ａ）の外径とほぼ等しい。大径筒部（３ａ）の内径は、小径筒部（３ｂ）の内径より大きい。小径筒部（３ｂ）の上部は、大径筒部（３ａ）の内径より小さい外径を有し、大径筒部（３ａ）の下部の内側に入り込んでいる。そして、これらの間に環状空間が形成されている。大径筒部（３ａ）の上端開口部は給気口（５）となっており、給気口（５）には保護ネット（６）が設けられている。小径筒部（３ｂ）の外周部に複数の排気口（７ａ）（７ｂ）が設け られ、これらの排気口（７ａ）（７ｂ）は、小径筒部（３ｂ）の上部と大径筒部（３ａ）の間の環状空間、および大径筒部（３ａ）内の空間を介して給気口（５）に連通している。この 例では、２個の排気口（７ａ）（７ｂ）が小径筒部（３ｂ）の外周部を円周方向に等分する位置に設けられているが、３個以上の排気口が小径筒部（３ｂ）の外周部を円周方向に等分する位置に設けられてもよい。
【００１１】
ロータ（４）は、小径筒部（３ｂ）内に同心状に非接触支持される鉛直状の軸部（４ａ） と、小径筒部（３ｂ）より上方に突出した軸部（４ａ）の上端部に固定された鉛直段付円筒状の翼部（４ｂ）とから構成されている。翼部（４ｂ）の上部は、厚肉円筒状をなす。翼部（４ｂ）の下部は薄肉円筒状をなし、小径筒部（３ｂ）の上部と大径筒部（３ａ）の間の環状空間に入り込んでいる。翼部（４ｂ）の外周に、所定幅の複数の環状みぞ（８）が 軸方向に所定の間隔をおいて形成されており、各みぞ（８）の上側に円形のロータ 翼（１０）が形成されている。大径筒部（３ａ）の内周に、ロータ翼（１０）の間のみぞ（８） に入り込む複数の穴あき円板状のステータ翼（１１）が固定状に設けられている。
【００１２】
ケーシング（３）の小径筒部（３ｂ）内に、ロータ（４）の軸方向および径方向の変位を検出するための変位検出部（１２）、ロータ（４）を軸方向に所定の目標位置に非接触 支持する１組の制御型アキシアル磁気軸受（１３）、ロータ（４）を径方向に所定の目 標位置に非接触支持する上下２組の制御型ラジアル磁気軸受（１４）（１５）、ロータ（４）を高速回転させるビルトイン型電動モータ（１６）、ならびにロータ（４）の軸方向および径方向の可動範囲を規制してロータ（４）を磁気軸受（１３）（１４）（１５）で支持でき なくなったときなどに可動範囲の極限位置においてロータ（４）を機械的に支持す る規制手段としての上下２組のタッチダウン軸受（１７）（１８）が設けられている。
【００１３】
アキシアル磁気軸受（１３）は、ロータ軸部（４ａ）の下部に一体に形成されたフランジ部（４ｃ）をＺ軸方向の両側から挟むように配置された１対のアキシアル電磁石（１９ａ）（１９ｂ）を備えている。アキシアル電磁石は、符号（１９）で総称する。
【００１４】
２組のラジアル磁気軸受（１４）（１５）は、アキシアル磁気軸受（１３）の上側において上下方向に所定の間隔をおいて配置されており、これらの間にモータ（１６）が配置されている。上側のラジアル磁気軸受（１４）は、ロータ軸部（４ａ）をＸ軸方向の両側から挟むように配置された１対のラジアル電磁石（２０ａ）（２０ｂ）、およびロータ軸部（４ａ）をＹ軸方向の両側から挟むように配置された１対のラジアル電磁石（２０ｃ）（２０ｄ）を備えている。これらのラジアル電磁石は、符号（２０）で総称する。同様に、下側のラジアル電磁石（１５）も、２対のラジアル電磁石（２１ａ）（２１ｂ）（２１ｃ）（２１ｄ）を備えている。これらのラジアル電磁石も、符号（２１）で総称する。
【００１５】
変位検出部（１２）は、ロータ（４）の軸方向の変位を検出するための１個のアキシ アル変位センサ（２２）、およびロータ（４）の径方向の変位を検出するための上下２ 組のラジアル変位センサユニット（２３）（２４）を備えている。
【００１６】
アキシアル変位センサ（２２）は、ロータ軸部（４ａ）の下端面にＺ軸方向の下側から対向するように配置され、ロータ軸部（４ａ）の下端面との距離（空隙）に比例する距離信号を出力する。
【００１７】
上側のラジアル変位センサユニット（２３）は、上側のラジアル磁気軸受（１４）の近傍に配置されており、Ｘ軸方向の電磁石（２０ａ）（２０ｂ）の近傍においてＸ軸方向の両側からロータ軸部（４ａ）を挟むように配置された１対のラジアル変位センサ（２５ａ）（２５ｂ）、およびＹ軸方向の電磁石（２０ｃ）（２０ｄ）の近傍においてＹ軸方向の両側からロータ軸部（４ａ）を挟むように配置された１対のラジアル変位センサ（２５ｃ）（２５ｄ）を備えている。これらのラジアル変位センサは、符号（２５）で総称する。同様に、下側のラジアル変位センサユニット（２４）は、下側のラジアル磁気軸受（１５）の近傍に配置されており、２対のラジアル変位センサ（２６ａ）（２６ｂ）（２６ｃ）（２６ｄ）を備えている。これらのラジアル変位センサも、符号（２６）で総称する。各ラジアル変位センサ（２５）（２６）は、回転体（３）の外周面との距離に比例する距離信号を出力する。
【００１８】
電磁石（１９）（２０）（２１）および変位センサ（２２）（２５）（２６）は、ケーシング（３）の小径 筒部（３ｂ）に固定されている。
【００１９】
変位検出部（１２）の各変位センサ（２２）（２５）（２６）の出力信号は、コントローラに送られる。コントローラは、これらの信号に基づいて、ロータ（４）のＺ軸方向の変 位、ならびに上下のラジアル変位センサユニット（２３）（２４）の部分におけるＸ軸方向およびＹ軸方向の変位を演算し、これらの演算結果に基づいて、対応する磁気軸受（１３）（１４）（１５）の電磁石（１９）（２０）（２１）に供給する励磁電流を制御する。これにより、ロータ（４）が所定の目標位置に非接触支持される。また、コントローラは 、モータ（１６）の回転を制御する。その結果、ロータ（４）が、磁気軸受（１３）（１４）（１５）により目標位置に非接触支持された状態で、モータ（１６）により高速回転させら れる。
【００２０】
ロータ（４）が目標位置に支持された状態で、各ロータ翼（１０）が上下のステータ 翼（１１）の中間に位置するとともに、各ステータ翼（１１）が上下のロータ翼（１０）の中間に位置し、ロータ翼（１０）とステータ翼（１１）が接触することがない。また、ロータ（４）が保護軸受（１７）（１８）により機械的に支持されたときでもロータ翼（１０）がス テータ翼（１１）に接触しないようになっている。
【００２１】
上記のようにロータ（４）が目標位置に支持されて回転させられている運転中に 、ガスは、給気口（５）からケーシング（３）内に入り、ステータ翼（１１）とロータ翼（１０）の間を通って、２つの排気口（７ａ）（７ｂ）から排出される。運転中に大気リークが生じても、ケーシング（３）の外周部を等分する２箇所に排気口（７ａ）（７ｂ）が設けら れているので、回転体（４）の円周方向の各部に作用するラジアル方向の力がバラ ンスし、回転体（４）が全体としてラジアル方向の特定の方向の力を受けにくく、 したがって、回転体（４）のタッチダウン現象が生じにくい。また、排気口（７ａ）（７ｂ）が２つ設けられているため、大気リークによりケーシング（３）内に入った大気を迅速に排出することができ、この点からもタッチダウン現象が生じにくい。
【００２２】
ターボ分子ポンプの各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の実施形態を示すターボ分子ポンプのポンプ本体主要部の縦断面図である。
【図２】図２は、同横断面図である。
【符号の説明】
（３） ケーシング
（４） ロータ
（５） 給気口
（７ａ）（７ｂ） 排気口
（１３） アキシアル磁気軸受
（１４）（１５） ラジアル磁気軸受
（１６） 電動モータ

Claims (1)

1. ロータが、複数組の制御型磁気軸受によりケーシング内に非接触支持されて、電動モータにより回転させられ、ケーシングに給気口が設けられるとともに、ケーシングの外周部に排気口が設けられているターボ分子ポンプにおいて、
   複数の排気口が、ケーシングの外周部を周方向に等分する位置に設けられていることを特徴とするターボ分子ポンプ。

Images