JP6433812B2 - アダプタ及び真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、アダプタ及び該アダプタを用いた真空ポンプに関するものであり、特に、回転翼及び固定翼の寸法、段数等の仕様変更に係わらず、同形のベースを使用するためのアダプタ及び該アダプタを用いた真空ポンプ。

真空ポンプを用いて排気処理を行い、内部を真空に保つ装置として、半導体製造装置、液晶製造装置、電子顕微鏡、表面分析装置及び微細加工装置等が知られている。このような装置に用いられる真空ポンプとして、ターボ分子ポンプが知られている。ターボ分子ポンプの性能（排気速度、圧縮比）は、回転翼及び固定翼の段数、長さ、厚み、並びに、回転翼及び固定翼を収容する筐体の容積等を変更することにより調整される。例えば、図７に示すように、実線で示すターボ分子ポンプ４の性能を向上させるために、回転翼４ａ及び固定翼４ｂの長さ寸法を大きくすると、破線に示すように筐体４ｃの径寸法も大きくなる。

特許文献１には、排気口側の回転翼の外径が吸気口側の回転翼の外径より小径に形成されたターボ分子ポンプが開示されている。また、特許文献２には、排気口側の回転翼が吸気口側の回転翼より小径に形成され、スペーサリング間の隙間が固定翼の厚みより大きいターボ分子ポンプが開示されている。

特開２０１１−０２７０４９号公報 特許第４７４９０５４号公報

上述したようなターボ分子ポンプでは、半導体製造装置等の装置毎に異なる要求仕様に応えるために、個々の構成部材を個別に設計する必要があり、また構成部材の在庫管理が煩雑になるため、多大なコストを要するという問題点があった。

また、多種多様な構成部材を組み合わせてターボ分子ポンプを組み立てることにより、特定の構成部材の組み合わせでのみ生じるような不具合の特定には長時間を要するという問題があった。

そこで、本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたものであり、多様な仕様変更に低コストで対応可能な真空ポンプを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ベースと、該ベース上にロータの軸方向に配設された固定翼と、前記ロータに一体に取り付けられた回転翼と、前記固定翼を収容して前記ベースに一体に取り付けられる円筒状の筐体と、を備えている真空ポンプであって、前記固定翼、前記回転翼又は前記筐体の種類に応じて交換可能で、前記ベース上に着脱自在に装着され、前記固定翼を前記軸方向に支持するアダプタを備えている真空ポンプを提供する。

この構成によれば、真空ポンプの仕様変更に応じて固定翼を支持可能にアダプタの形状が変更され、アダプタが軸方向においてベースと固定翼との間に挟装されて、アダプタがベースに固着されることにより、同形のベースを異なる仕様の真空ポンプに適用することができる。これにより、ベースの設計・製造、在庫管理に要するコストを軽減することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の真空ポンプの構成に加えて、前記アダプタは、円環状に形成されている真空ポンプを提供する。

この構成によれば、アダプタが単一の部材で形成されていることにより、アダプタをベースに簡便に装着することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の真空ポンプの構成に加えて、前記アダプタは、前記軸方向と垂直な径方向に延伸して形成されている真空ポンプを提供する。

この構成によれば、アダプタが単一の部材で形成されていることにより、アダプタをベースに簡便に装着することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項記載の真空ポンプの構成に加えて、前記アダプタは、前記ベースに前記軸方向と垂直な径方向への移動を規制された状態で取り付けられている真空ポンプを提供する。

この構成によれば、ベースと別体に形成されたアダプタが径方向への移動を規制された状態でベースに装着されるため、アダプタをベースに簡便に装着することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の真空ポンプの構成に加えて、前記アダプタは、前記ベースと係合して前記アダプタの移動を規制可能な係合部が設けられている真空ポンプを提供する。

この構成によれば、係合部をベースに係合させるだけで、アダプタの径方向への移動を規制可能なため、アダプタをベースに簡便に装着することができる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の真空ポンプの構成に加えて、前記ベースの上部には、前記アダプタの下部に設けられた係合部に係合可能な被係合部が設けられている真空ポンプを提供する。

この構成によれば、係合部を被係合部に係合させるだけで、アダプタの径方向への移動を規制可能なため、アダプタをベースに簡便に装着することができる。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の何れか１項記載の真空ポンプの構成に加えて、前記筐体は、前記軸方向の上流側から下流側に向かって拡径して形成された拡径部と、該拡径部の下流側端部に配置され、前記拡径部と前記ベースとを締結可能なボルトを挿通するボルト挿通孔が形成されたフランジ部と、を備えている真空ポンプを提供する。

この構成によれば、拡径部の下流側端部に配置されたフランジ部にボルト孔を配置することにより、真空ポンプの仕様変更に応じて拡径部の径寸法が拡縮する場合であっても、ベースとフランジ部とを締結するボルトの位置が所定の位置に位置決めされるため、異なる仕様の真空ポンプに同形のベースを適用することができる。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至６の何れか１項記載の真空ポンプの構成に加えて、前記筐体は、該筐体から前記軸方向と垂直な径方向の外方に向かって拡径され、前記筐体と前記ベースとを締結可能なボルトを挿通するボルト挿通孔が形成されたフランジ部を備えている真空ポンプを提供する。

この構成によれば、筐体から外方に延びた位置に備えられたフランジ部にボルト孔を配置することにより、真空ポンプの仕様変更に応じて筐体の径寸法が拡縮する場合であっても、ベースとフランジ部とを締結するボルトの位置が所定の位置に位置決めされるため、異なる仕様の真空ポンプに同形のベースを適用することができる。

請求項９記載の発明は、請求項７又は８記載の真空ポンプの構成に加えて、前記ベースと前記フランジ部との間をシールするシール手段を備えている真空ポンプを提供する。

この構成によれば、シール手段をベースとフランジ部との間に配設することにより、アダプタにシール手段を設ける場合と比較して、シール手段の設置箇所が少なくなるため、真空ポンプのシール性が向上すると共に、シール手段の設置箇所が少なくなる分だけポンプの組立精度を向上させることができる。

請求項１０記載の発明は、請求項９記載の真空ポンプの構成に加えて、前記シール手段は、前記ボルト挿通孔の近傍に配置されている真空ポンプを提供する。

この構成によれば、回転翼や固定翼の外形寸法を大きく設定可能なため、真空ポンプのポンプ性能を向上させることができる。

請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１０の何れか１項記載の真空ポンプに用いられるアダプタを提供する。

この構成によれば、真空ポンプの仕様変更に応じて固定翼を支持可能にアダプタの形状が変更され、アダプタが軸方向においてベースと固定翼との間に挟装されて、アダプタがベースに固着されることにより、同形のベースを異なる仕様の真空ポンプに適用することができる。これにより、ベースの設計・製造、在庫管理に要するコストを軽減することができる。

本発明は、真空ポンプの仕様変更に係わらず、同形のベースを適用することができる。したがって、ベースの設計・製造、在庫管理に要するコストを軽減することができる。

本発明の第１実施例に係るターボ分子ポンプを示す垂直断面図。 図１に示すアダプタを示す平面図及び垂直断面図。 本発明の第１実施例に係るターボ分子ポンプの要部拡大断面図。 本発明の比較例に係るターボ分子ポンプを示す模式図であって、仕様の異なるターボ分子ポンプにおける筐体の寸法変化を示すものであり、理解を容易にするためにハッチングを省略している。 本発明の第２実施例に係るターボ分子ポンプを示す垂直断面図。 図５に示すアダプタを示す平面図及び垂直断面図。 従来のターボ分子ポンプを示す模式図であって、仕様の異なるターボ分子ポンプの断面図における筐体の寸法変化を示すものであり、理解を容易にするためにハッチングを省略している。

本発明は、多様な仕様変更に低コストで対応するという目的を達成するために、ベースと、該ベース上にロータの軸方向に配設された固定翼と、前記ロータに一体に取り付けられた回転翼と、前記固定翼を収容してベースに一体に取り付けられる円筒状の筐体と、を備えている真空ポンプであって、前記固定翼、前記回転翼又は前記筐体の種類に応じて交換可能で、ベース上に着脱自在に装着され、固定翼を軸方向に支持するアダプタを備えている真空ポンプを提供することにより実現した。

また、本発明は、多様な仕様変更に低コストで対応するという目的を達成するために、ベースと、該ベース上にロータの軸方向に配設された固定翼と、前記ロータに一体に取り付けられた回転翼と、前記固定翼を収容してベースに一体に取り付けられる円筒状の筐体と、を備えている真空ポンプに用いられるアダプタであって、前記固定翼、前記回転翼又は前記筐体の種類に応じて交換可能で、ベース上に着脱自在に装着可能で、固定翼を軸方向に支持可能なアダプタを提供することにより実現した。

以下、本発明の第１実施例に係るターボ分子ポンプ１を、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において、「上」、「下」の語は、排気ガスＧの排気方向の上流側を上方とし、下流側を下方とするものであり、即ち、後述する軸方向Ａにおいて吸気口１１側が上方、排気口５１側が下方に対応するものとする。図１は、本発明の第１実施例を示すターボ分子ポンプ１を示す垂直断面図である。図２（ａ）は、図１中のアダプタ８０の平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１の要部拡大図である。図４は、本発明の比較例に係るターボ分子ポンプ２を示す模式図である。

ターボ分子ポンプ１は、筐体１０と、筐体１０内に回転可能に支持されたロータシャフト２１を有するロータ２０と、ロータシャフト２１を回転させる駆動モータ３０と、ロータシャフト２１の一部及び駆動モータ３０を収容するステータコラム４０とを備えている。

筐体１０は、円筒状に形成されている。筐体１０の上端には、ガス吸気口１１が形成されている。筐体１０は、上方フランジ１２を介して図示しない半導体製造装置のチャンバ等の真空容器に取り付けられる。ガス吸気口１１は、真空容器に接続される。筐体１０は、ベース５０上に載置された状態でボルト１３を介してベース５０に固定されている。

ロータ２０は、ロータシャフト２１と、ロータシャフト２１の上部に固定されてロータシャフト２１の軸心に対して同心円状に並設された回転翼２２と、を備えている。本実施例では、１０段の回転翼２２が設けられている。

回転翼２２は、所定の角度で傾斜したブレードからなり、ロータ２０の上部外周面に一体に形成されている。また、回転翼２２は、ロータ２０の軸線回りに放射状に複数設置されている。

ロータシャフト２１は、磁気軸受６０により非接触支持されている。磁気軸受６０は、ラジアル電磁石６１と、アキシャル電磁石６２と、を備えている。ラジアル電磁石６１及びアキシャル電磁石６２は、図示しない制御ユニットに接続されている。

制御ユニットは、ラジアル方向変位センサ６１ａ及びアキシャル方向変位センサ６２ａの検出値に基づいて、ラジアル電磁石６１、アキシャル電磁石６２の励磁電流を制御することにより、ロータシャフト２１が所定の位置に浮上した状態で支持されるようになっている。

ロータシャフト２１の上部及び下部は、タッチダウン軸受２３内に挿通されている。ロータシャフト２１が制御不能になった場合には、高速で回転するロータシャフト２１がタッチダウン軸受２３に接触して真空ポンプ１の損傷を防止するようになっている。

ロータ２０は、ボス孔２４にロータシャフト２１の上部を挿通した状態で、ボルト２５をロータフランジ２６に挿通すると共にシャフトフランジ２７に螺着することで、ロータシャフト２１に一体に取り付けられている。以下、ロータシャフト２１の軸線方向を「軸方向Ａ」と称し、ロータシャフト２１の径方向を「径方向Ｒ」と称す。

駆動モータ３０は、ロータシャフト２１の外周に取り付けられた回転子３１と、回転子３１を取り囲むように配置された固定子３２と、を備えている。固定子３２は、上述した図示しない制御ユニットに接続されており、制御ユニットによってロータ２０の回転が制御されている。

ステータコラム４０は、ベース５０上に載置された状態で、ボルト４１を介してベース５０に固定されている。

回転翼２２、２２の間には、固定翼７０が設けられている。すなわち、回転翼２２と固定翼７０とは、軸方向Ａに沿って交互にかつ多段に配列されている。本実施例では、１０段の固定翼７０が設けられている。

固定翼７０は、環状に形成されており、回転翼２２とは反対方向に傾斜したブレードと該ブレードの両端に連結されたリングとを備え、筐体１０の内周面に段積みで設置されているスペーサ７１により軸方向Ａに挟持されて位置決めされている。また、固定翼７０ブレードも、ロータ２０の軸線回りに放射状に複数設置されている。

回転翼２２及び固定翼７０のブレードの長さは、軸方向Ａの上方から下方に向かって徐々に短くなるように設定されている。

ベース５０の下部側方には、ガス排気口５１が形成されている。ガス排気口５１は、図示しない補助ポンプに連通するように接続される。ターボ分子ポンプ１は、回転翼２２の回転により、ガス吸気口１１から吸入されたガスを軸方向Ａの上方から下方に移送し、ガス排気口５１から外部に排気するようになっている。

最下段の固定翼７０は、アダプタ８０を介してベース５０上に載置されている。具体的には、固定翼７０の基端部は、後述するアダプタ８０の支持部８２とスペーサ７１とに挟持されることにより、軸方向Ａに支持されている。

アダプタ８０は、図２に示すように、円環状に形成されている。また、アダプタ８０は、断面Ｌ字状に形成されており、ベース５０に対向する下部が上部より径方向Ｒに拡径（延伸）しており、アダプタ８０の下部がベース５０に接触している。アダプタ８０の形状は、固定翼７０、回転翼２２又は筐体１０の種類に応じて交換可能である。すなわち、アダプタ８０は、固定翼７０、回転翼２２の段数や大きさ、筐体１０の内径寸法等に応じて、任意に変更可能である。アダプタ８０は、ベース５０とは別体で形成されており、ベース５０に着脱自在に装着される。アダプタ８０が円環状に形成された単一の部材で形成されていることにより、アダプタ８０をベース５０に簡便に装着することができる。

アダプタ８０の下方外周縁には、係合部８１が凹設されている。また、アダプタ８０の上方外周縁には、支持部８２が凸設されている。

アダプタ８０は、径方向Ｒへの移動を規制された状態でベース５０に取り付けられる。具体的には、図３に示すように、係合部８１が、ベース５０の上面に凸設された被係合部５２と係合している。また、支持部８２が、スペーサ７１の内周面７１ａに接触している。これにより、アダプタ８０の径方向Ｒの移動が規制され、ベース５０及びアダプタ８０の中心を一致させた状態でアダプタ８０がベース５０に装着される。なお、アダプタ８０と筐体１０との間には、僅かな隙間が確保されている。

ベース５０は、ボルト１３を螺着可能な図示しないボルト孔を備えている。ベース５０のボルト孔と筐体１０の図示しないボルト挿通孔とは、ターボ分子ポンプ１の仕様変更の有無に係わらず、所定の位置に設けられる。筐体１０のボルト挿通孔は、筐体１０の外径が途中でステップ状に拡径した拡径部１０ａの下端部に設けられたフランジ部としての下方フランジ１４に形成されている。また、ターボ分子ポンプ１の仕様変更の有無に係わらず、下方フランジ１４の内周面１４ａの内径とベース５０の下方フランジ１４に対向する外周面５０ａの外径とは、略等しい値ｒ１に保たれる。なお、拡径部１０ａの断面形状は、ステップ状に限定されるものではなく、例えば、テーパ状であっても構わない。また、拡径部１０ａは、筐体１０に設けられる場合に限定されるものではなく、フランジ部１４の一部を拡径して形成されるものであっても構わない。

ベース５０と下方フランジ１４との隙間を封止するシール手段としてのＯリング５４が設けられている。Ｏリング５４は、ベース５０の外周面５０ａに凹設された溝部５３内に収容されている。また、Ｏリング５４は、ボルト挿通孔の近傍に配置されるのが好ましい。なお、「ボルト挿通孔の近傍」とは、ボルト挿通孔より径方向Ｒの内側で可能な限り外側を意味する。これにより、回転翼２２及び固定翼７０の外径寸法を大きく確保することができる。

これにより、例えば、図４に示す本発明の比較例に係るターボ分子ポンプ２のように、アダプタ２ａにシール手段２ｂを設ける場合には、アダプタ２ａとベース２ｃの間及びアダプタ２ａと筐体２ｄとの間をそれぞれシールしなければならないところ、本発明では、ベース５０と筐体１０との間をシールするだけで良く、ターボ分子ポンプ１のシール性を確保し易く、且つ、ターボ分子ポンプ１を円滑に組み立てることができる。また、本発明は、筐体１０とベース５０との間に設置されるＯリング５４の径方向Ｒにおける配置位置を所定の値ｒ１に統一することができる。

次に、本発明の第２実施例に係るターボ分子ポンプ３を、図面に基づいて説明する。図５は、ターボ分子ポンプ３を示す垂直断面図である。図６（ａ）は、図５中のアダプタ９０の平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、第２実施例に係るターボ分子ポンプ３は、前述した第１実施例に係るターボ分子ポンプ１と比較して、上方フランジ、回転翼、固定翼及びスペーサの外径が大きく、下方フランジ近傍の形状が異なり、アダプタの具体的構造が異なっている。そこで、第１実施例に係るターボ分子ポンプと共通する構成部材には共通の符号を付して重複する説明を省略し、また、上方フランジ、回転翼、固定翼、スペーサ、下方フランジには１００番台の符号を付して重複する説明を省略する。また、第２実施例に係るアダプタ９０の構成のうち、第１実施例に係るアダプタ８０と共通する構成については、９０番台の符号を付し、重複する説明を省略する。

アダプタ９０は、円環状で断面を略矩形状に形成されている。アダプタ９０は、上述した第１実施例に係るアダプタ８０と比較して、径方向Ｒに厚く形成されており、最下段の固定翼１７０の基端側を広範囲で支持している。また、係合部９１の径は、係合部８１の径と略同一である。また、筐体１１０の外径は、軸方向Ａの途中から径方向Ｒの外方に向かってステップ状に拡径されていない。これにより、回転翼１２２及び固定翼１７０の外径が第１実施例よりも大きい場合であっても、確実に位置決めすることができ、同一のベース５０を使用することができる。また、排気口５１側の回転翼１２２の外径が吸気口１１側の回転翼１１２の外径より小径に形成されたターボ分子ポンプ２において、外径側に延設された大型の固定翼１７０であっても、確実に位置決めすることができる。

このようにして、本発明は、ターボ分子ポンプの仕様変更に応じて固定翼を支持可能にアダプタの形状が変更され（すなわち、アダプタの径方向Ｒに拡径された部分の長さが変更され）、ベースと別体に形成されたアダプタが径方向Ｒへの移動を規制された状態でベースに装着され、アダプタが軸方向においてベースと固定翼との間に挟装されて、アダプタがベースに固着されることにより、同形のベースを異なる仕様のターボ分子ポンプに適用することができる。これにより、ベースの設計・製造、在庫管理に要するコストを軽減することができる。

なお、アダプタの断面形状は、上述した各実施例のものに限定されるものではない。アダプタは、固定翼を支持可能な形状であれば良く、上述した断面形状の他、例えば、台形、Ｉ字状等に形成されても構わない。

また、係合部及び被係合部は、凹状の係合部と凸状の被係合部が係合するものに限定されず、凸状の係合部と凹状の被係合部とが係合するものであっても構わない。

また、係合部及び被係合部の設置位置は、径方向Ｒの何れであっても良く、上述したようなアダプタの外周縁及びベースの外周縁に限定されるものではなく、アダプタの外周縁及びベースの外周縁より径方向Ｒの内側に設けられても構わない。

本発明は、半導体製造処理プロセス以外の排ガス処理装置にも応用できる。なお、本発明に係る真空ポンプは、ターボ分子ポンプのみから全翼タイプの真空ポンプの他、ターボ分子ポンプとネジ溝ポンプとで構成される複合タイプの真空ポンプにも適用可能であることは言うまでもない。

１、３・・・ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
１０、１１０・・・ 筐体
１０ａ・・・拡径部
１１・・・ 吸気口
１２、１１２・・・ 上方フランジ
１３・・・ ボルト
１４、１１４・・・ 下方フランジ（フランジ部）
１４ａ・・・（下方フランジの）内周面
２０・・・ ロータ
２１・・・ ロータシャフト
２２、１２２・・・ 回転翼
２３・・・ タッチダウン軸受
２４・・・ ボス孔
２５・・・ ボルト
２６・・・ ロータフランジ
２７・・・ シャフトフランジ
３０・・・ 駆動モータ
３１・・・ 回転子
３２・・・ 固定子
４０・・・ ステータコラム
４１・・・ ボルト
５０・・・ ベース
５０ａ・・・（ベースの）外周面
５１・・・ 排気口
５２・・・ 被係合部
５３・・・ 溝部
５４・・・ Ｏリング（シール手段）
６０・・・ 磁気軸受
６１・・・ ラジアル電磁石
６１ａ・・・ラジアル方向変位センサ
６２・・・ アキシャル電磁石
６２ａ・・・アキシャル方向変位センサ
７０、１７０・・・ 固定翼
７１、１７１・・・ スペーサ
７１ａ・・・（スペーサの）内周面
８０、９０・・・アダプタ
８１、９１・・・係合部
８２、９２・・・支持部
Ａ ・・・ 軸方向
Ｒ ・・・ 径方向

Claims (11)

1. ベースと、該ベース上にロータの軸方向に配設された固定翼と、前記ロータに一体に取り付けられた回転翼と、前記固定翼を収容して前記ベースに一体に取り付けられる円筒状の筐体と、を備えている真空ポンプであって、
   前記固定翼、前記回転翼又は前記筐体の種類に応じて交換可能で、前記ベース上に着脱自在に装着され、前記固定翼を前記軸方向に支持するアダプタを備えていることを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記アダプタは、円環状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
3. 前記アダプタは、前記軸方向と垂直な径方向に延伸して形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の真空ポンプ。
4. 前記アダプタは、前記ベースに前記軸方向と垂直な径方向への移動を規制された状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の真空ポンプ。
5. 前記アダプタには、前記ベースと係合して前記アダプタの移動を規制可能な係合部が設けられていることを特徴とする請求項４記載の真空ポンプ。
6. 前記ベースの上部には、前記アダプタの下部に設けられた係合部に係合可能な被係合部が設けられていることを特徴とする請求項５記載の真空ポンプ。
7. 前記筐体は、前記軸方向の上流側から下流側に向かって拡径して形成された拡径部と、該拡径部の下流側端部に配置され、前記拡径部と前記ベースとを締結可能なボルトを挿通するボルト挿通孔が形成されたフランジ部と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の真空ポンプ。
8. 前記筐体は、該筐体から前記軸方向と垂直な径方向の外方に向かって拡径され、前記筐体と前記ベースとを締結可能なボルトを挿通するボルト挿通孔が形成されたフランジ部を備えていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の真空ポンプ。
9. 前記ベースと前記フランジ部との間をシールするシール手段を備えていることを特徴とする請求項７又は８記載の真空ポンプ。
10. 前記シール手段は、前記ボルト挿通孔の近傍に配置されていることを特徴とする請求項９記載の真空ポンプ
11. 請求項１乃至１０の何れか１項記載の真空ポンプに用いられるアダプタ。

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