(57)【要約】【課題】ロータの回転のさらなる高速度化を可能にしてターボ分子ポンプの排気性能を向上させる。【解決手段】ケーシング内にロータが回転可能に支持されている。ロータは中心に回転軸を有し、その外周部に放射状に広がる複数のロータ翼を多段に備えたロータ翼部が設けられている。ロータ翼部において下段側に設けられているロータ翼の外形は上段側のロータ翼よりも小さくなっている。【選択図】  図１
2011027049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心に回転軸を有し、その回転軸から放射状に伸びたロータ翼が多段に配置されたロータ翼部を外周部に備え、前記回転軸からロータ翼先端部までの長さが前記ロータ翼部の上段側のロータ翼よりも下段側のロータ翼のほうが小さくなっているロータと、
前記ロータを回転可能に支持しながら内部に収容し、前記ロータ翼部の最上段のロータ翼よりも上方に吸気口を備えるとともに最下段のロータ翼よりも下方に排気口を備えたケーシングと、
前記ケーシング内の前記ロータ翼部の周囲からロータの回転軸方向へ伸びて前記ロータ翼と交互に多段に配置されたステータ翼と、
前記ケーシングの内周部において前記ロータ翼部の各段のロータ翼に対応して多段に連設され、前記ケーシング内周面と各段のロータ翼との間の隙間を埋めるとともに各段の間で前記ステータ翼の周縁部を挟持するスペーサと、を備えたターボ分子ポンプ。
【請求項２】
前記ロータは、前記回転軸から基端部までの長さが同じで前記回転軸から先端部までの長さが異なるロータ翼を前記ロータ翼部に備え、それらのロータ翼の下に配置されるステータ翼が同じ寸法及び形状で統一されている請求項１に記載のターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や液晶パネル製造装置、分析装置などの真空排気に用いられるターボ分子ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４を参照しながら従来のターボ分子ポンプについて説明する。図４は従来のターボ分子ポンプの構造の一例を示す断面図である。
ロータ軸３４ａ、ロータ翼部３６及び円筒部３９を備えたロータ３４が排気側ケーシング４及び吸気側ケーシング６からなるケーシング内に収容されている。排気側ケーシング４はロータ３４のロータ軸３４ａをラジアル方向に非接触支持する磁気軸受２２、ロータ軸３４ａをスラスト方向に非接触支持する磁気軸受２６、ロータ軸３４ａのラジアル方向の変位を検出するギャップセンサ２８、及びロータ軸のスラスト方向の変位を検出するギャップセンサ３０を備えている。ロータ軸３４ａに排気側ケーシング４との接触を防止するためのベアリング３２が設けられている。
【０００３】
ロータ３４のロータ翼部３６は多段に配置された複数のロータ翼３７からなる。吸気側ケーシング６の内側でロータ翼部３６の周囲に各ロータ翼３７に対応し互いに連設された複数のスペーサ４０が配置され、隣接するスペーサ４０の間にステータ翼３８が挟持されている。ステータ翼３８はロータ翼３７と交互に配置され内周部が中心方向へ伸びている。排気側ケーシング４の内周部でロータ３４の円筒部３９と対向する位置にネジ溝が切られたネジステータ１８が設けられている。
【０００４】
上記のようなターボ分子ポンプは、ロータ３４を数万ｒｐｍという速度で高速回転させることにより、ロータ翼３７とステータ翼３８との間で排気作用を生み出してロータ翼部３６の下方へと気体を導き、さらにネジステータ１８を通じて気体を圧縮排気して排気口１０へ導くものである。
【０００５】
ところで、ターボ分子ポンプの排気性能を向上させるためには、ロータ翼の段数を多くすることが有効であることが知られている。ロータ翼の段数を多くするにはロータ翼の厚み（軸方向の長さ）を薄くする必要があるが、ロータ翼のコード長（ロータ翼３７下面の基端部から先端部までの長さ（Ｃ））をそのままにして厚みだけを薄くするとロータ翼の強度が不足してしまうため、下段側のロータ翼のコード長を短くすることでロータ翼の段数を増やすことを実現していた（例えば、特許文献１参照。）。図４のターボ分子ポンプにおいても、下段側に行くほどロータ翼３７のコード長を短くして薄くすることでロータ翼３７を多段に配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１３８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ターボ分子ポンプの排気性能を向上させる方法としては、ロータの回転高速を上げることが挙げられる。ロータを回転させるとロータ翼には回転軸からの長さと回転速度に応じた遠心力が発生する。特許文献１に示されたターボ分子ポンプや図４のターボ分子ポンプは、ロータの回転速度を上げることを想定しておらず、ロータ翼に発生する遠心力の影響を考慮していない。そのため、上段側のロータ翼の外径（回転中心からロータ翼の先端までの長さ（Ｌ））と下段側のロータ翼の外径は同じであり、この状態でロータの回転速度を上げると、薄く形成されている下段側のロータ翼はその遠心力に耐えることができずに破損してしまう虞がある。
【０００８】
そこで本発明は、ロータの回転のさらなる高速度化を可能にしてターボ分子ポンプの排気性能を向上させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかるターボ分子ポンプは、中心に回転軸を有し、その回転軸から放射状に伸びたロータ翼が多段に配置されたロータ翼部を外周部に備え、回転軸からロータ翼先端部までの長さ（以下、外径）がロータ翼部の上段側のロータ翼よりも下段側のロータ翼のほうが小さくなっているロータと、ロータを回転可能に支持しながら内部に収容し、ロータ翼部の最上段のロータ翼よりも上方に吸気口を備えるとともに最下段のロータ翼よりも下方に排気口を備えたケーシングと、ケーシング内のロータ翼部の周囲からロータの回転軸方向へ伸びてロータ翼と交互に多段に配置されたステータ翼と、ケーシングの内周部においてロータ翼部の各段のロータ翼に対応して多段に連設され、ケーシング内周面と各段のロータ翼との間の隙間を埋めるとともに各段の間でステータ翼の周縁部を挟持するスペーサと、を備えたものである。
【００１０】
ここで、ロータ翼について定義しておく。上段側のロータ翼とは、最上段を含む最上段から１以上の段に配置されているロータ翼を意味し、下段側のロータ翼とは上段側のロータ翼以外のロータ翼を意味する。また、ロータ翼の基端部とはロータ翼下面の回転軸側端部を意味し、ロータ翼のコード長とは、図１で説明すれば、ロータ翼の基端部から先端部までの長さ（Ｃ）を意味する。ロータ翼の内径とはロータの回転中心からロータ翼の基端部までの長さ（Ｍ）を意味し、ロータ翼の外径とはロータの回転中心からロータ翼の先端部までの長さ（Ｌ）を意味する。
【００１１】
従来のターボ分子ポンプでは、コード長が異なっているロータ翼は互いに外径が同じで内径が異なっていたため、それらのロータ翼の下に配置されるステータ翼もそれらのロータ翼のコード長に応じて製作する必要があった。そのため、上段側から下段側へ段階的にロータ翼のコード長を短くしていく場合には、そのコード長の種類に応じた数の種類のステータ翼が必要であり、その分、製造コストが高くなっていた。これに対し、本発明では、ロータ翼のコード長に応じて外径を異ならせているため、コード長の異なるロータ翼同士においてもそれらの内径を同じにすることも可能である。そこで、コード長の異なるロータ翼を配置する場合には、内径を同じにして外径を異ならせることでコード長の異なるロータ翼を設けることが好ましい。そうすれば、それらのロータ翼の下に配置されるステータ翼を同じ寸法及び形状で統一してステータ翼の種類を減らし、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のターボ分子ポンプによれば、ロータ翼部の上段側のロータ翼よりも下段側のロータ翼のほうが外径が小さくなっているので、下段側のロータ翼に発生する遠心力を小さく抑えることができる。これにより、下段側のロータ翼に発生する遠心力が小さくなるので、下段側のロータ翼が薄く形成されていてもロータの高速回転に耐えることができ、ロータの回転をさらに高速度化させることができ、ターボ分子ポンプの排気性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ターボ分子ポンプの一実施例を示す断面図である。
【図２】同実施例におけるロータ翼部近傍の構造を拡大して示す断面図である。
【図３】ロータ翼部、ステータ翼部及びステータの構造の他の例を示すロータ翼部近傍の断面図である。
【図４】従来のターボ分子ポンプの例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１はターボ分子ポンプの一実施例を示す断面図であり、図２は同実施例におけるロータ翼部近傍の構造を拡大して示す断面図である。
ロータ２が排気側ケーシング４及び吸気側ケーシング６からなるケーシング内に収容されている。ロータ２は、中心部に回転軸となるロータ軸２ａを備えており、ロータ軸２ａの外周部には複数のロータ翼が多段に配置されたロータ翼部１２とロータ翼部１２の下方の円筒部２０が設けられている。この実施例では、図２に示されているように、ロータ翼１２ａ〜１２ｈが８段にわたって配置されることによってロータ翼部１２が構成されている。ロータ翼１２ａは最上段に配置され、ロータ翼１２ｈは最下段に配置されている。ロータ翼部１２の各段のロータ翼１２ａ〜１２ｈはロータ軸２ａを中心とする円周上から放射状に伸びるように設けられている。
【００１５】
この実施例では、ロータ翼部１２の上段側の２つのロータ翼１２ａ，１２ｂはコード長が同じである。それよりも下段側の５つのロータ翼１２ｃ〜１２ｇはそれらのコード長が同じであり、ロータ翼１２ａ，１２ｂのコード長よりも短くなっている。最下段のロータ翼１２ｈはそのコード長がロータ翼１２ｃ〜１２ｇのコード長よりもさらに短くなっている。また、ロータ翼１２ａと１２ｂは外径が同じである。ロータ翼１２ｃ〜１２ｈは互いに外形が同じであり、ロータ翼１２ａ，１２ｂの外径よりも小さくなっている。
【００１６】
ロータ２はロータ軸２ａが排気側ケーシング４に設けられた穴に挿入されることにより回転可能に保持されている。排気側ケーシング４は、ロータ２のロータ軸２ａをラジアル方向に非接触支持する磁気軸受２２、ロータ軸２ａをモータによって回転させるための駆動機構２４、ロータ軸２ａをスラスト方向に非接触支持する磁気軸受２６、ロータ軸２ａのラジアル方向の変位を検出するギャップセンサ２８及びロータ軸２ａのスラスト方向の変位を検出するギャップセンサ３０を備え、さらに下部側面に排気口１０を備えている。ロータ軸２ａには排気側ケーシング４との接触を防止するためのベアリング３２が設けられている。
【００１７】
排気側ケーシング４上に吸気側ケーシング６が取り付けられている。吸気側ケーシング６はロータ２のロータ翼部１２を覆っており、上面に吸気口８が設けられている。吸気口８には異物の侵入を防止するためのネット８ａが設置されている。排気側ケーシング４の内周部のロータ翼部１２の周囲にリング状のスペーサ１６ａ〜１６ｈがそれぞれロータ翼１２ａ〜１２ｈに対応して配置されている。１６ａ〜１６ｈは互いに連設されている。スペーサ１６ａ〜１６ｈは全て外径が同じであるが、ロータ翼１２ｃ〜１２ｈの外径がロータ翼１２ａ，１２ｂよりも小さくなっていることに対応してスペーサ１６ｃ〜１６ｈの内径がスペーサ１６ａ，１６ｂの内径よりも小さくなっている。
【００１８】
ステータ翼１４ａ〜１４ｇがスペーサ１６ａ〜１６ｈの隣接するものの間に挟持されており、各ロータ翼１２ａ〜１２ｇの下にそれぞれ対応して配置されている。具体的には、ステータ翼１４ａはスペーサ１６ａと１６ｂの間に周縁部が挟持され、ロータ翼１２ａの下に配置されている。ステータ翼１４ｂはスペーサ１６ｂと１６ｃの間に周縁部が挟持され、ロータ翼１２ｂの下に配置されている。ステータ翼１４ｃはスペーサ１６ｃと１６ｄの間に周縁部が挟持され、ロータ翼１２ｃの下に配置されている。ステータ翼１４ｄはスペーサ１６ｄと１６ｅの間に周縁部が挟持され、ロータ翼１２ｄの下に配置されている。ステータ翼１４ｅはスペーサ１６ｅと１６ｆの間に周縁部が挟持され、ロータ翼１２ｅの下に配置されている。ステータ翼１４ｆはスペーサ１６ｆと１６ｇの間に周縁部が挟持され、ロータ翼１２ｆの下に配置されている。ステータ翼１４ｇはスペーサ１６ｇと１６ｈの間に周縁部が挟持されて、ロータ翼１２ｇの下に配置されている。ステータ翼１６ａ〜１６ｇの外径は全て同じである。
【００１９】
排気側ケーシング４の内周部でロータ２の円筒部２０と対向する位置にネジ溝が切られたネジステータ１８が設けられている。ネジステータ１８と円筒部２０は、ロータ２の高速回転によってロータ翼１２ａ〜１２ｈ及びステータ翼１４ａ〜１４ｇを通じて真空排気されてきた気体を圧縮排気して排気口１０へ導くためのネジ溝排気部を構成している。
【００２０】
従来のターボ分子ポンプでは、図４に示されているように、各段のロータ翼はコード長が異なっていても外径は全て同じであった。そのため、コード長に応じて薄く形成された下段側のロータ翼にもその外径に応じた大きな遠心力が発生し、ロータの回転速度を上げることによってそれらのロータ翼が破損する虞があった。これに対し、この実施例では、コード長の短い下段側のロータ翼１２ｃ〜１２ｈの外径がコード長の長い上段側のロータ翼１２ａ，１２ｂよりも小さくなっているため、ロータ２の回転時にロータ翼１２ｃ〜１２ｈに発生する遠心力が小さくなり、従来よりもロータ２を高速で回転させることが可能である。
【００２１】
なお、図１及び図２の実施例では、ロータ翼１２ａ，１２ｂとロータ翼１２ｃ〜１２ｈとで内径及び外径を異ならせることによってロータ翼のコード長を異ならせているが、図３に示されているように、内径を同じにして外径を異ならせることでコード長を異ならせるようにしてもよい。図３の例では、ロータ翼１２ｃ，１２ｄとロータ翼１２ｅ〜１２ｇの内径は同じであるが、ロータ翼１２ｅ〜１２ｇの外径をロータ翼１２ｃ，１２ｄよりも小さくすることによりコード長をロータ翼１２ｃ，１２ｄよりも短くしている。このようにコード長の異なるロータ翼の内径を同じにすれば、ロータ翼１２ｃ，１２ｄの下に配置するステータ翼１４ｃ，１４ｄとロータ翼１２ｅ〜１２ｇの下に配置するステータ翼１４ｅ〜１４ｇの内径及び外径を統一することができ、ステータ翼１４ｃ〜１４ｇを同一部品とすることができる。これにより、ステータ翼として用いる部品の種類を減らすことができ、ターボ分子ポンプの製造コストを低減することができる。
【符号の説明】
【００２２】
２    ロータ
４    排気側ケーシング
６    吸気側ケーシング
８    吸気口
８ａ  ネット
１０    排気口
１２    ロータ翼部
１２ａ〜１２ｈ  ロータ翼
１４ａ〜１４ｇ  ステータ翼
１６ａ〜１６ｈ  スペーサ
１８    ネジステータ
２０    円筒部
２２，２６  磁気軸受
２８，３０  ギャップセンサ
３２    ベアリング
【図１】
2011027049.tif 000003
【図２】
2011027049.tif 000004
【図３】
2011027049.tif 000005
【図４】
2011027049.tif 000006