(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロスヘッドに形成されたロッド穴にコネクティングロッドを嵌入させた後、当該クロスヘッドと当該コネクティングロッドとを双方を貫通するクロスヘッドピンにより連結してなるクライオポンプであって、
前記クロスヘッドを前記コネクティングロッドに対して当該コネクティングロッドの軸心に略沿った方向で押圧する押圧手段を備えたことを特徴とするクライオポンプ。
【請求項２】
クロスヘッドに形成されたロッド穴にコネクティングロッドを嵌入させた後、当該クロスヘッドと当該コネクティングロッドとを双方を貫通するクロスヘッドピンにより連結してなるクライオポンプであって、
前記コネクティングロッドの軸心に沿って形成されたねじ穴と、
当該ねじ穴に螺合するねじ部と、前記クロスヘッドに当接する頭部とを有するボルトと
を備えたことを特徴とするクライオポンプ。
【請求項３】
クロスヘッドに形成されたロッド穴にコネクティングロッドを嵌入させた後、当該クロスヘッドと当該コネクティングロッドとを双方を貫通するクロスヘッドピンにより連結してなるクライオポンプであって、
前記コネクティングロッドの軸心に沿って形成されたねじ軸と、
当該ねじ軸に螺合するねじ穴を有し、前記コネクティングロッドに当接するナットと
を備えたことを特徴とするクライオポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等に付設されるクライオポンプに係り、詳しくは、クロスヘッドピンの耐久性向上等を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造ラインの各種処理装置等には、処理空間を高真空状態に維持するべく、機械式真空ポンプ（以下、粗引ポンプと記す）と伴にクライオポンプが付設されている。クライオポンプは、粗引ポンプにより粗引きされた処理空間内を排気して真空度を更に高めるもので、極低温をつくりだす冷凍機、冷凍機のコールドシリンダに保持されたコールドパネル、コールドパネルの表面に貼着された活性炭、コールドシリンダやコールドパネルを収納する真空チャンバ等からなっている。クライオポンプによる排気は、極低温に冷却したコールドパネルの表面に気体分子を凝縮・固化させたり、活性炭の吸着面に気体分子を吸着させることにより行われる。
【０００３】
クライオポンプのポンプ機構は、コールドシリンダ内を軸方向に摺動するディスプレーサの他、このディスプレーサをクランク機構やコネクティングロッドを介して駆動する電動機等から構成されている。通常、ディスプレーサとコネクティングロッドとの間には連結部材であるクロスヘッドが介装されており、コネクティングロッドの先端にクロスヘッドを取付けた後、エンドキャップを用いてディスプレーサの端部にクロスヘッドを締結する。そして、コネクティングロッドとクロスヘッドとの連結には、両者を軸直角方向に貫通するクロスヘッドピンが用いられる。すなわち、クロスヘッドとコネクティングロッドとには、対応する位置にそれぞれピン穴が形成されており、結合時には、クロスヘッドのロッド穴にコネクティングロッドを嵌入させた後、ピン穴にクロスヘッドピンを挿入する。尚、クロスヘッドピンの外径は、組立時における挿入作業性を考慮し、ピン穴の内径に対して若干小さく形成されており、これにより、クロスヘッドとコネクティングロッドとの間には軸方向における微少ながたが生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したクライオポンプでは、クライオポンプの長期間に亘る運転により、クロスヘッドピンに摩耗や折損が生じることがあった。すなわち、クライオポンプの運転時にディスプレーサが往復動すると、上述したがたの分だけ、クロスヘッドとコネクティングロッドとが軸方向に相対動する。そのため、ピン穴の内面と繰り返し衝突することにより、クロスヘッドピンの表面が徐々に摩耗し、これが騒音や振動を発生させる要因となる。そして、摩耗の進行に伴ってがたが大きくなると、クロスヘッドピンに大きな衝撃荷重が作用するようになり、終には、クロスヘッドとコネクティングロッドとの嵌合面に沿ってクロスヘッドピンが折損する（剪断される）ことになる。この場合、ディスプレーサとクロスガイド（すなわち、コネクティングロッド）とが分離するため、ディスプレーサが全く移動しなくなってクライオポンプの機能が停止する。
【０００５】
また、クロスヘッドとコネクティングロッドとの間に微少ながたが存在すると、クロスヘッドとコネクティングロッドとが当たる際の衝撃音や振動によって、例えば、このようなクライオポンプが精密加工が要求される半導体製造装置に付設した場合は、その製造に支障をきたす虞もある。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みなされたもので、クロスヘッドとコネクティングロッドとの相対動に起因するクロスヘッドピンの摩耗や折損を防止したクライオポンプを提供すること、並びにクライオポンプの低騒音、低振動化を図って半導体製造装置に悪影響を及ぼし難くすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１では、クロスヘッドに形成されたロッド穴にコネクティングロッドを嵌入させた後、当該クロスヘッドと当該コネクティングロッドとを双方を貫通するクロスヘッドピンにより連結してなるクライオポンプであって、前記クロスヘッドを前記コネクティングロッドに対して当該コネクティングロッドの軸心に略沿った方向で押圧する押圧手段を備えたものを提案する。
【０００８】
この発明によれば、クロスヘッドとコネクティングロッドとの間でがたが生じ難くなり、クロスヘッドピンとピン穴の内面との衝突が防止される。
【０００９】
また、請求項２では、クロスヘッドに形成されたロッド穴にコネクティングロッドを嵌入させた後、当該クロスヘッドと当該コネクティングロッドとを双方を貫通するクロスヘッドピンにより連結してなるクライオポンプであって、前記コネクティングロッドの軸心に沿って形成されたねじ穴と、当該ねじ穴に螺合するねじ部と、前記クロスヘッドに当接する頭部とを有するボルトとを備えたものを提案する。
【００１０】
この発明によれば、クロスヘッドおよびコネクティングロッドのピン穴にクロスヘッドピンを挿入した後、コネクティングロッドのねじ穴にボルトをねじ込む。そして、ボルトを締め込んでゆくと、ボルトの頭部を介してクロスヘッドがコネクティングロッド側に押圧されるようになり、クロスヘッドとコネクティングロッドとの間のがたが解消される。
【００１１】
また、請求項３では、クロスヘッドに形成されたロッド穴にコネクティングロッドを嵌入させた後、当該クロスヘッドと当該コネクティングロッドとを双方を貫通するクロスヘッドピンにより連結してなるクライオポンプであって、前記コネクティングロッドの軸心に沿って形成されたねじ軸と、当該ねじ軸に螺合するねじ穴を有し、前記コネクティングロッドに当接するナットとを備えたものを提案する。
【００１２】
この発明によれば、クロスヘッドおよびコネクティングロッドのピン穴にクロスヘッドピンを挿入した後、コネクティングロッドのねじ軸にナットを螺合させる。そして、ナットを締め込んでゆくと、ナットを介してクロスヘッドがコネクティングロッド側に押圧されるようになり、クロスヘッドとコネクティングロッドとの間のがたが解消される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の二つの実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態のクライオポンプ１は、ギフォード・マクマホーンサイクルを用いた極低温用の冷凍機３や円筒状の真空チャンバ５等からなっており、半導体ウエーハ製造ラインの真空処理槽７の下面に付設されている。図中、９はゲートバルブであり、摺動式の弁体１１により真空処理槽７とクライオポンプ１との連通を遮断する。
【００１５】
冷凍機３は、真空チャンバ５の下面に締結されたボディ１５、真空チャンバ５内に配置されたコールドシリンダ１７、コールドシリンダ１７内を軸方向に摺動するディスプレーサ１９、クランク機構２１やコネクティングロッド２３を介してディスプレーサ１９を駆動する電動機２５等から構成されている。
【００１６】
冷凍機３のボディ１５は、冷媒導入管２７と冷媒排出管２９とを介して、図示しないコンプレッサユニットに接続されており、冷媒であるヘリウムガスが冷凍機３とコンプレッサユニットとの間で循環する。また、ボディ１５には、粗引配管３１を介して図示しない粗引ポンプに接続しており、この粗引ポンプにより真空チャンバ５の粗引きが行われる。
【００１７】
コールドシリンダ１７には、上下方向の略中間位置に比較的マスの大きい第１コールドヘッド３３が形成され、上端に比較的マスの小さい第２コールドヘッド３５が形成されている。第１コールドヘッド３３の上端には、上方に開口したラジエーションシールド３７が取り付けられている。ラジエーションシールド３７は、真空チャンバ５より若干小径の円筒状に形成されており、真空チャンバ５の上端近傍まで延設された開口部の内側に複数枚のバッフルリング３９を保持している。
【００１８】
また、第２コールドヘッド３５の上端には、下方に開口したコールドパネルホルダ４１が取り付けられている。コールドパネルホルダ４１は、比較的小径の円筒状に形成されており、その上端面および外周面に複数枚のコールドパネル４３を保持している。コールドパネル４３には、最も上方に位置するものを除き、その上面に活性炭４５が貼着されている。
【００１９】
一方、真空チャンバ５は、コールドシリンダ１７やラジエーションシールド３７等を収納する胴部５１と、ゲートバルブ９に締結されるフランジ５３と、冷凍機３のボディ１５に締結される底板５５とからなっている。胴部５１には、図示しない再生ガス供給源に接続した再生ガス導入管５７が接続・開口すると共に、図示しない排気処理装置に接続した再生ガス排出管５９が貫通している。再生ガス導入管５７は、真空チャンバ５内で上方に屈曲した後、ラジエーションシールド３７内に開口している。
【００２０】
また、底板５５には貫通孔６１が形成されており、この貫通孔６１を図示しない電源装置に接続したシースヒータ６３の貫通部６４が貫通している。シースヒータ６３は、第１，第２コールドヘッド３３，３５に対応する位置にそれぞれ第１，第２加熱部６５，６７を有しており、両加熱部６５，６７が両コールドヘッド３３，３５にクランプ６９を介して締結されている。図中、７１は第１，第２コールドヘッド３３，３５の温度計測に供される温度センサであり、両コールドヘッド３３，３５に固定されている。
【００２１】
図２には、第１実施形態における、ディスプレーサ１９とコネクティングロッド２３との結合部を縦断面により示してある。同図において、７５は、クロスヘッドであり、その軸心にはロッド穴７６が穿設されると共に、下端部には外向きで比較的厚肉のフランジ７７が形成されている。コネクティングロッド２３とクロスヘッド７５とにはそれぞれピン穴７８，７９が穿設されており、これらピン穴７８，７９を貫通するクロスヘッドピン８０を介して、コネクティングロッド２３とクロスヘッド７５とが連結されている。ディスプレーサ１９の下端には、クロスヘッド７５が嵌入する段付きのクロスヘッド保持穴８５が形成される一方、ボルト８６によりエンドキャップ８７が締結されている。図中、８８はＯリング、８９はキャップシール、９０は蓄冷材である。
【００２２】
第１実施形態では、コネクティングロッド２３の上端側に軸心に沿ったねじ穴９１が形成される一方、クロスヘッド７５の上端に内向きで比較的薄肉のフランジ９２が形成されている。そして、コネクティングロッド２３には、ねじ穴９１に螺合するねじ部９３と、クロスヘッド７５のフランジ９２に当接する頭部９４とを有するスクリュー９５がねじ込まれている。図２中、δはコネクティングロッド２３の上端面とフランジ９２の下面との間に形成された間隙である。
【００２３】
さて、本実施形態では、ディスプレーサ１９とコネクティングロッド２３との連結が以下に述べる手順で行われる。すなわち、エンドキャップ８７にコネクティングロッド２３を挿通させた後、コネクティングロッド２３の先端をクロスヘッド７５のロッド穴７６に嵌合させて、ピン穴７８，７９にクロスヘッドピン８０を貫通させる。次に、コネクティングロッド２３のねじ穴９１にスクリュー９５のねじ部９３をねじ込み、頭部９４をフランジ９２の上面に当接させる。
【００２４】
この状態でスクリュー９５を所定の締付トルクで締め付けると、図中に矢印で示したように、コネクティングロッド２３には上向きの応力が作用する一方、クロスヘッド７５には下向きの応力が作用する。この際、コネクティングロッド２３の上端面とフランジ９２の下面との間に間隙δが形成されているため、コネクティングロッド２３とクロスヘッド７５とが相対移動し、クロスヘッドピン８０を上下から強い力で挟むようになる。しかる後、ディスプレーサ１９のクロスヘッド保持穴８５にクロスヘッド７５を嵌入させ、ボルト８６によりエンドキャップ８７を締結することにより、ディスプレーサ１９とコネクティングロッド２３との連結が完了する。
【００２５】
本実施形態では、このような構成を採ったため、クロスヘッドピン８０がピン穴７８，７９の内面に強い押圧力で常時押し付けられることになり、コネクティングロッド２３とクロスヘッド７５との間にはがたが全く無くなる。その結果、クライオポンプ１が長期間に亘り運転されても、クロスヘッドピン８０には、ピン穴７８，７９の内面との衝突に起因する摩耗や折損が起こらなくなった。
【００２６】
図３には、第２実施形態における、ディスプレーサ１９とコネクティングロッド２３との結合部を縦断面により示してある。尚、第２実施形態については、その全体構成が第１実施形態と同一であるため、第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００２７】
第２実施形態では、コネクティングロッド２３の上端側に軸心に沿ったねじ軸９７が形成されており、このねじ軸９７にフランジナット９８がねじ込まれている。フランジナット９８は、ねじ軸９７に螺合するねじ穴（図示せず）と、クロスヘッド７５の上端面に当接するフランジ部９９とを有している。図３中、δはコネクティングロッド２３の上端面とクロスヘッド７５の上端面（フランジナット９８の下端面）との間に形成された間隙である。
【００２８】
さて、本実施形態では、ピン穴７８，７９にクロスヘッドピン８０を貫通させた後、コネクティングロッド２３のねじ軸９７にフランジナット９８をねじ込み、フランジ部９９をクロスヘッド７５の上端面に当接させる。次に、フランジナット９８を所定の締付トルクで締め付けると、図中に矢印で示したように、コネクティングロッド２３には上向きの応力が作用する一方、クロスヘッド７５には下向きの応力が作用する。これにより、第１実施形態と同様の手順で、コネクティングロッド２３とクロスヘッド７５との間のがたが全く無くなり、クロスヘッドピン８０には、ピン穴７８，７９の内面との衝突に起因する摩耗や折損が起こらなくなった。
【００２９】
このように、上述した二つの実施例では、コネクティングロッド２３にねじ穴９１やねじ軸９７を形成し、これをスクリュー９５あるいはフランジナット９８で締め付けることにより、コネクティングロッド２３とクロスヘッド７５との間のがたを完全に無くすことができ、クロスヘッドピン８０の耐久性を大幅に高めることができた。尚、両実施形態では、何らかの原因でスクリュー９５やフランジナット９８が緩んでも、クロスヘッド保持穴８５とクロスヘッド７５との間には空隙が殆どないため、これらがディスプレーサ１９から脱落する虞はない。
【００３０】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、第１実施形態では、スクリュー９５の頭部９４を当接させるフランジ９２をクロスヘッド７５に形成したが、図４に示すように、プレーンワッシャ１００を用いるようにしてもよく、この場合には、クロスヘッド７５の加工が容易になる。また、上記各実施形態では、コネクティングロッド２３に上向きの応力を作用させ、クロスヘッド７５に下向きの応力を作用させるようにしたが、図５に示したように、クロスヘッド７５の上端部にねじ込んだボルト１０１によりコネクティングロッド２３を押圧させ、両部材に作用する応力の向きを逆にするようにしてもよい。更に、クライオポンプの具体的構成等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、クロスヘッドに形成されたロッド穴にコネクティングロッドを嵌入させた後、クロスヘッドとコネクティングロッドとを双方を貫通するクロスヘッドピンにより連結してなるクライオポンプであって、クロスヘッドをコネクティングロッドに対してコネクティングロッドの軸心に略沿った方向で押圧する押圧手段を備えるようにしたため、クロスヘッドとコネクティングロッドとの間でがたが生じ難くなり、ピン穴の内面との衝突に起因するクロスヘッドピンの摩耗や折損が起こらなくなる。また、クライオポンプの低騒音、低振動化が実現されるため、半導体製造装置にこのクライオポンプを付設した場合にも、半導体の製造に悪影響を及ぼし難くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るクライオポンプを示した縦断面図である。
【図２】第１実施形態でのディスプレーサとコネクティングロッドとの結合部を示す縦断面図である。
【図３】第２実施形態でのディスプレーサとコネクティングロッドとの結合部を示す縦断面図である。
【図４】第１実施形態の変形例を示す要部縦断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
１  クライオポンプ
３  冷凍機
１９  ディスプレーサ
２３  コネクティングロッド
７５  クロスヘッド
７６  ロッド穴
７８，７９  ピン穴
８０  クロスヘッドピン
９１  ねじ穴
９５  スクリュー
９７  ねじ軸
９８  フランジナット
１００  プレーンワッシャ
【図１】
0003553748.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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