(57)【要約】【課題】強度面の低下やコストアップを抑えつつ、吸気口フランジ側からポンプに伝達される熱の影響を受けにくいターボ分子ポンプの提供。【解決手段】複数段の回転翼３０ｂが形成されたロータ３０と、複数の回転翼３０ｂに対して交互に配置される複数段の固定翼２２と、複数段の固定翼２２に対して交互に積層される複数のスペーサリング２３と、吸気口フランジが形成され、複数段の固定翼２２と複数のスペーサ２３との積層体が収納されるケーシング２１と、を備えたターボ分子ポンプにおいて、固定翼２２およびスペーサリング２３はアルミ材で形成され、吸気口フランジ側から所定の４対（４段）までの固定翼２２ａ〜２２ｄとスペーサリング２３との間の熱伝達性能が、４対目よりも排気下流側の固定翼２２ｅ〜２２ｈとスペーサリング２３との間の熱伝達性能よりも低くなるように、固定翼２２ａ〜２２ｄとスペーサ接触面Ｃ１にアルマイト処理を施す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段の回転翼が形成されたロータと、
前記複数段の回転翼に対して交互に配置される複数段の固定翼と、
前記複数段の固定翼に対して交互に積層される複数のスペーサと、
吸気口フランジが形成され、前記複数段の固定翼と前記複数のスペーサとの積層体が収納されるケーシングと、を備えたターボ分子ポンプにおいて、
前記固定翼および前記スペーサはアルミ材で形成され、
隣接して接触する前記固定翼と前記スペーサとの対に関して、前記吸気口フランジ側から所定対数までの固定翼とスペーサとの間の熱伝達性能が、前記所定対数よりも排気下流側の対の固定翼とスペーサとの間の熱伝達性能よりも低くなるように、前記所定対数までの固定翼およびスペーサの接触面の少なくとも一方にアルマイト処理が施されている、ターボ分子ポンプ。
【請求項２】
複数段の回転翼が形成されたロータと、
前記複数段の回転翼に対して交互に配置される複数段の固定翼と、
前記複数段の固定翼に対して交互に積層される複数のスペーサと、
吸気口フランジが形成され、前記複数段の固定翼と前記複数のスペーサとの積層体が収納されるケーシングと、を備えたターボ分子ポンプにおいて、
隣接して接触する前記固定翼と前記スペーサとの対に関して、前記吸気口フランジ側から所定対数までの固定翼とスペーサとの間の熱伝達性能が、前記所定対数よりも排気下流側の対の固定翼とスペーサとの間の熱伝達性能よりも低くなるように、前記所定対数までの固定翼およびスペーサの接触面の少なくとも一方に機械加工による粗面化が施されている、ターボ分子ポンプ。
【請求項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
前記所定対数は、前記固定翼と前記スペーサとの対の総数の１／２以下に設定されている、ターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ分子ポンプは、例えば、ドライエッチング装置やＣＶＤ装置などのように、高真空のプロセスチャンバ内で処理を行う装置に用いられる。この種のプロセスを行う装置では、ターボ分子ポンプの直上に、チャンバ圧力調整に用いられるコンダクタンス可変のＡＰＣバルブ（自動圧力調整バルブ）が設けられる。通常、ＡＰＣバルブは、塩素系やフッ素系の反応生成物が堆積するのを防止するために、９０℃〜１２０℃程度に加熱されている。
【０００３】
しかしながら、ターボ分子ポンプはＡＰＣバルブの直下に設けられているので、ＡＰＣバルブの熱がケーシング、スペーサ、固定翼の順に伝達され、固定翼からの熱輻射によってロータへと熱が伝えられる。その結果、ロータ温度が許容温度を越えてしまう場合があり、クリープによるロータ変形の速度が大きくなり、ロータ寿命の低下を招くという問題があった。
【０００４】
そのため、特許文献１に記載のターボ分子ポンプでは、スペーサ同士の接触面の一方を凹凸面としてスペーサ間の接触面積を小さくしたり、ケーシングのスペーサ係止部に凹凸面を形成して、スペーサとの接触面積を小さくしたりすることで、ケーシングからスペーサへの伝導熱を低減するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５２９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来のターボ分子ポンプでは、ケーシングのスペーサ係止部や、スペーサリングの接触面に凹凸加工を施して、スペーサリング部分の熱伝達性能を低下させるようにしているので、ＡＰＣバルブ対応であるか否かによってターボ分子ポンプの構成（ケーシング、スペーサリング）が大きく異なり、ＡＰＣバルブ対応のターボ分子ポンプは特殊な構成とならざるを得なかった。また、ケーシングやスペーサリングの強度設計についても別に行う必要があり、ＡＰＣバルブ対応ターボ分子ポンプのコストアップ要因の一つとなっている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の好ましい実施形態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、複数段の回転翼に対して交互に配置される複数段の固定翼と、複数段の固定翼に対して交互に積層される複数のスペーサと、吸気口フランジが形成され、複数段の固定翼と複数のスペーサとの積層体が収納されるケーシングと、を備え、固定翼およびスペーサはアルミ材で形成され、隣接して接触する固定翼とスペーサとの対に関して、吸気口フランジ側から所定対数までの固定翼とスペーサとの間の熱伝達性能が、所定対数よりも排気下流側の対の固定翼とスペーサとの間の熱伝達性能よりも低くなるように、所定対数までの固定翼およびスペーサの接触面の少なくとも一方にアルマイト処理が施されている。
本発明の別の好ましい実施形態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、複数段の回転翼に対して交互に配置される複数段の固定翼と、複数段の固定翼に対して交互に積層される複数のスペーサと、吸気口フランジが形成され、複数段の固定翼と複数のスペーサとの積層体が収納されるケーシングと、を備え、隣接して接触する固定翼とスペーサとの対に関して、吸気口フランジ側から所定対数までの固定翼とスペーサとの間の熱伝達性能が、所定対数よりも排気下流側の対の固定翼とスペーサとの間の熱伝達性能よりも低くなるように、所定対数までの固定翼およびスペーサの接触面の少なくとも一方に機械加工による粗面化が施されている。
好ましい実施形態においては、所定対数は、固定翼とスペーサとの対の総数の１／２以下に設定したものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、強度面の低下やコストアップを抑えつつ、吸気口フランジ側からポンプに伝達される熱の影響を受けにくいターボ分子ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態のターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。
【図２】図１の固定翼２２と回転翼３０ｂの部分を拡大図である。
【図３】固定翼２２ａの平面図である。
【図４】固定翼２２ｅの平面図である。
【図５】固定翼２２ｅの他の例を示す図である。
【図６】吸気口フランジに流入した熱の流れを説明する図である。
【図７】下段側固定翼における熱の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明を実施するための実施の形態について説明する。図１は磁気浮上式ターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。なお、本実施の形態では、磁気浮上式のターボ分子ポンプを例に説明するが、磁気浮上式でないターボ分子ポンプのロータにも同様に適用することができる。
【００１１】
ターボ分子ポンプ１には不図示の電源装置が接続され、その電源装置により駆動制御される。ロータ３０が取り付けられたシャフト３１は、ベース２０に設けられた電磁石３７，３８，３９によって非接触支持される。アキシャル磁気軸受を構成する電磁石３９は、シャフト３１の下端に設けられたロータディスク３５を軸方向に挟むように配置されている。シャフト３１の浮上位置は、ラジアル変位センサ２７，２８およびアキシャル変位センサ２９によって検出される。
【００１２】
磁気軸受によって回転自在に磁気浮上された回転体（ロータ３０およびシャフト３１）は、モータ３６により高速回転駆動される。モータ３６には例えば、ブラシレスＤＣモータが用いられる。モータステータ３６ａはベース２０に設けられ、モータロータ（永久磁石）３６ｂはシャフト３１側に設けられている。
【００１３】
ロータ３０の回転は、インダクタンス式ギャップセンサで構成される回転センサ３３によって検出される。モータ３６によって回転駆動されるシャフト３１の下端には、センサターゲット３４が設けられている。センサターゲット３４はシャフト３１と一体に回転する。上述したアキシャル変位センサ２９および回転センサ３３は、センサターゲット３４の下面と対向する位置に配置されている。２６ａ，２６ｂは非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはこれらのメカニカルベアリング２６ａ，２６ｂによってシャフト３１は支持される。
【００１４】
図１に示すターボ分子ポンプ１は、回転翼３０ｂと固定翼２２とで構成されるターボポンプ段と、回転円筒部３０ａとネジステータ２４とで構成されるドラッグポンプ段（ネジ溝ポンプ）とを有している。ネジステータ２４は、回転円筒部３０ａとの間に所定のギャップが形成されるように、ベース２０に取り付けられている。なお、ここでは、ネジステータ２４側にネジ溝が形成されているが、回転円筒部３０ａ側にネジ溝を形成しても構わない。
【００１５】
回転円筒部３０ａおよび複数段の回転翼３０ｂは、アルミ材のロータ３０に形成されている。複数段の固定翼２２はアルミ材で形成され、軸方向に対して回転翼３０ｂと交互に配置されている。各固定翼２２は、交互に積層されるように配置された複数のスペーサリング２３によって、位置決めされている。ケーシング２１の固定フランジ２１ｃをボルトによりベース２０に固定すると、固定翼２２とスペーサリング２３との積層体がベース２０とケーシング２１との間に挟持される。
【００１６】
ベース２０には排気ポート２５が設けられ、この排気ポート２５にバックポンプが接続される。ロータ３０を磁気浮上させつつモータ３６により高速回転駆動することにより、吸気口２１ａ側の気体分子は排気ポート２５側へと排気される。ベース２０には、冷却用の冷却水パイプ３２が設けられている。上述したＡＰＣバルブは、２点差線５で示すようにケーシング２１の吸気口フランジに接続される。
【００１７】
図２は、図１の固定翼２２と回転翼３０ｂの部分を拡大図である。図１，２に示すターボ分子ポンプ１では、固定翼２２および回転翼３０ｂは８段ずつ設けられている。ここでは、８段の固定翼２２に対して、吸気口側から順に符号２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ，２２ｈを付すことにする。また、これら８段の固定翼２２の間にはそれぞれスペーサリング２３が配置されており、最上段および最下段のスペーサリング２３を含めて９段のスペーサリング２３が設けられている。なお、最下段のスペーサリング２３については、これを省略してベース２０上に最下段の固定翼２２ｈを直接配置することもある。
【００１８】
本実施の形態では、固定翼２２とその上側のスペーサリング２３とで一対を成すとし、８段の対と最下段のスペーサリング２３を備えているとして考える。そして、それらの対に関して吸気口側から４段目まで（ここでは、これを上段側と呼ぶことにする）については、固定翼２２（すなわち、上段側の固定翼２２ａ〜２２ｄ）の表面全体にアルマイト処理を施している。一方、５段目から８段目までの下段側の対に関しては、固定翼２２ｅ〜２２ｈのスペーサリング２３との接触面（以下では、スペーサ接触面と呼ぶ）Ｃ１を除く表面にアルマイト処理が施されている。
【００１９】
図３は、上段側の固定翼２２ａの平面図であり、図４は下段側の固定翼２２ｅの平面図である。固定翼２２は、例えば、アルミダイカストで形成、アルミ材を機械加工して形成、又は、アルミ板材を曲げ加工して形成される。一般的には、図３，４に示すように、円弧状の内周リブ２１０と外周リブ２１１との間に複数のタービン翼２１２が形成されている。図３，４に示す半円形状の固定翼を一対用いることで、一段分の円形状の固定翼が構成される。上段側の固定翼２２ａは、図３のハッチングで示すように表面全体にアルマイト処理が施されている。外周リブ２１１の表裏両面がスペーサ接触面Ｃ１を構成している。図示は省略するが、上段側の他の固定翼２２ｂ〜２２ｄも、図３に示す固定翼２２ａと同様に表面全体にアルマイト処理が施されている。
【００２０】
一方、図４に示す下段側の固定翼２２ｅの場合、アルマイト処理を行う際に、外周リブ２１１の表裏両面（スペーサ接触面Ｃ１）をマスキングする。その結果、図４に示すように、外周リブ２１１のスペーサ接触面Ｃ１にはアルミ材の地肌が露出している。
【００２１】
なお、一般的に、下段側の固定翼２２は上流側の固定翼よりも翼高さが低く、アルミ板を曲げ加工して形成される場合がある。図５は、曲げ加工による固定翼２２を示す図である。図５では、多数形成されているタービン翼２１２については一部のみを図示した。この場合も図４に示した固定翼２２ｅの場合と同様に、外周リブ２１１の表裏面にマスキングを施してアルマイト処理が行われる。
【００２２】
図６、７は、図３〜５に示すような固定翼２２を用いた場合の、熱伝達の様子を説明する図である。矢印の付いた破線は熱の流れを示している。吸気口フランジには高温に維持されているＡＰＣバルブ５が取り付けられている。その結果、吸気口フランジを介してＡＰＣバルブ５からケーシング２１へ熱が流入し、その熱がスペーサリング２３と固定翼２２との積層部分の上流側（吸気口側）から下流側へと伝達される。そのため、上段側の固定翼２２はＡＰＣバルブ５の熱の影響を受けやすい。
【００２３】
また、ポンプへのガス流入がある程度大きくなると、ポンプ下流側（ドラッグポンプ段や、ターボポンプ段の下流側）における発熱が大きくなる。その発熱のため、浮上状態のロータ３０の温度が上昇する。そのため、ガス負荷が大きな状態で使用されるターボ分子ポンプでは、図７に示すような冷却水パイプ３２のような冷却手段をベース２０に設けて、ベース２０を冷却することにより固定翼２２の温度を下げるようにしている。このように、固定翼２２の温度を下げることにより、回転翼３０ｂから相対する固定翼２２への放熱が促進され、ロータ温度が低下する。
【００２４】
そこで、本実施の形態では、上段側の固定翼２２ａ〜２２ｄに関しては、図３に示すようにスペーサ接触面Ｃ１にアルマイト処理を施すことにより、ＡＰＣバルブ５からフランジ吸気口側を介して流入した熱が、スペーサリング２３および固定翼２２の積層部分の下流側に伝達されにくい構成とした。
【００２５】
アルマイト処理面は表面がポーラス状になっており、アルミ材の地肌に比べて接触面積が低下する。そのため、スペーサリング２３と固定翼２２のスペーサ接触面Ｃ１との間の熱伝達性能を低下させることができる。また、アルマイト自体の熱伝導率はアルミ材よりも小さく、アルマイト被膜の熱伝導率はアルミ材の熱伝導率の１／３程度である。その結果、固定翼２２とスペーサリング２３との積層部分において、上段側ではアルマイト処理を施した部分により下側へ流れる熱の流れが抑制され、下段側の積層部分の温度を従来よりも低くすることができる。
【００２６】
また、下段側の固定翼２２ｅ〜２２ｈに関しては、図４に示すように固定翼２２ｅ〜２２ｈのスペーサ接触面Ｃ１においてアルミ材の地肌を露出させることにより、固定翼２２とスペーサリング２３との熱伝達性能を上段側の固定翼２２ａ〜２２ｄの場合よりも向上させることができる。すなわち、ロータ３０からの熱を、固定翼２２ｅ〜２２ｈを介して効率良くベース２０へと伝達させることができる。その結果、ロータ温度の低減を図ることができる。
【００２７】
一方、固定翼２２にアルマイト処理が施されていない従来のターボ分子ポンプでは、吸気口フランジから流入した熱が、スペーサリングと固定翼との積層部分の下段側に伝達されやすい。そのため、下段側の固定翼の温度が本実施の形態の場合よりも上昇しやすく、ロータ側の熱の固定翼を介したベースへの放熱性能が劣ることになる。これに対して、本実施の形態では、固定翼２２ａ〜２２ｄのスペーサ接触面にアルマイト処理を施すことにより、アルマイト処理層によって下部側固定翼２２ｅ〜２２ｈへの熱流が遮られ、積層部分下部の温度をより低く保つことができ、上述のような作用効果を奏することができる。
【００２８】
ところで、アルマイト処理面は面粗さが粗いので、アルミ材の地肌が露出している場合に比べて熱輻射性能に優れている。本実施の形態では、図２，６，７に示したように、回転翼３０ｂが相対する固定翼２２ａ〜２２ｈのタービン翼２１２の部分にもアルマイト処理が施されているので、輻射による回転翼３０ｂと固定翼２２との間の熱伝達性能に優れている。その結果、ロータ３０の放熱性能の向上を図ることができ、ロータ温度の低減を図ることができる。
【００２９】
なお、上述した固定翼２２ａ〜２２ｈでは、タービン翼２１２や内周リブ２１０にもアルマイト処理を施したが、この部分のアルマイト処理面は積層部分の熱伝導性能に影響しないので、形成しなくても構わない。
【００３０】
さらにまた、固定翼２２側の接触面にアルマイト処理を施したが、スペーサリング２３側の接触面（図２を参照）Ｃ２にアルマイト処理を施しても良い。この場合も、固定翼２２のスペーサ接触面Ｃ１にアルマイト処理を施した場合と同様の効果を奏することができる。
【００３１】
このように、本実施の形態では、上下に隣接する固定翼２２とスペーサリング２３との対に関して、吸気口フランジ側から所定の４対目までの固定翼２２ａ〜２２ｄとスペーサリング２３との間の熱伝達性能が、４対目よりも排気下流側の段の固定翼２２ｅ〜２２ｈとスペーサリング２３との間の熱伝達性能よりも低くなるように、所定の４対目までは、固定翼２２ａ〜２２ｄのスペーサ接触面Ｃ１またはスペーサリング２３の接触面Ｃ２の少なくとも一方に表面処理を施すようにした。その結果、４対目よりも排気下流側の対の固定翼２２ｅ〜２２ｈの温度を従来よりも低くすることができ、ロータ温度の低下を図ることができる。
【００３２】
なお、上記表面処理としては、アルマイト処理や、機械加工（例えば、サンドブラストやショットピーニング等）による面粗化等がある。
【００３３】
表面処理を行う際の上記所定対数としては、例えば、固定翼２２とスペーサリング２３との対の総数（図２に示した例では、総数は８である）の１／２以下に設定に設定するのが好ましい。
【００３４】
前述したように、従来のターボ分子ポンプでは、ケーシングのスペーサ接触面や、スペーサリングの接触面に凹凸加工を施して、スペーサリング部分の熱伝達性能を低下させるようにしている。しかし、このような構成の場合、ＡＰＣバルブ対応であるか否かによってターボ分子ポンプの構成（ケーシング、スペーサリング）が大きく異なり、ＡＰＣバルブ対応のターボ分子ポンプは特殊な構成とならざるを得なかった。また、ケーシングやスペーサリングの強度設計についても別に行う必要があり、ＡＰＣバルブ対応ターボ分子ポンプのコストアップ要因の一つとなっている。
【００３５】
一方、本実施の形態のターボ分子ポンプの場合、アルマイト処理の有無や機械加工の面粗さが異なるだけで、スペーサリング２３や固定翼２２の形状および寸法は変わらない。そのため、標準品の部品（固定翼、スペーサリング）にアルマイト処理や機械加工による粗面化処理を施すことでＡＰＣバルブ対応ターボ分子ポンプ用の部品とすることができる。そのため、ＡＰＣバルブ対応ターボ分子ポンプは、固定翼２２やスペーサリング２３が標準のターボ分子ポンプとアルマイト処理や機械加工の点で異なっているが、形状や強度を標準品と同一とすることができ、標準品からＡＰＣバルブ対応ターボ分子ポンプへの組み替えも容易である。
【００３６】
なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。例えば、上述した実施の形態では磁気浮上式ターボ分子ポンプを例に説明したが、磁気浮上式でないターボ分子ポンプにも同様に適用することができる。また、タービン翼段のみを備えた全翼タイプのターボ分子ポンプにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１：ターボ分子ポンプ、５：ＡＰＣバルブ、２０：ベース、２１：ケーシング、２２：固定翼、２３：スペーサリング、２４：ネジステータ、３０ａ：回転円筒部、３０ｂ：回転翼、２１０：内周リブ、２１１：外周リブ、２１２：タービン翼、Ｃ１：スペーサ接触面、Ｃ２：接触面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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