(57)【要約】【課題】  数Ｐａから数万Ｐａまでの真空領域において大流量排気を実現できる円周流翼要素を用いたターボ型真空ポンプを提供する。【解決手段】  放射状に延びる複数の羽根３７を有する円周流翼３６と、周方向に延びる円周溝４を有する固定翼３８と、円周流翼３６及び固定翼３８を収容するケーシング１０とを備え、固定翼３８は気体を導入する開口部４２を有し、円周流翼３６及び固定翼３８の少なくとも一方に、開口部４２から導入された気体を径方向外側に移送して円周溝４に導く吸入流路４１を形成した。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射状に延びる複数の羽根を有する円周流翼と、
周方向に延びる円周溝を有する固定翼と、
前記円周流翼及び前記固定翼を収容するケーシングとを備え、
前記固定翼は気体を導入する開口部を有し、前記円周流翼及び前記固定翼の少なくとも一方に、前記開口部から導入された気体を径方向外側に移送して前記円周溝に導く吸入流路を形成したことを特徴とするターボ型真空ポンプ。
【請求項２】
放射状に延びる複数の羽根を有する円周流翼と、
周方向に延びる円周溝を有する固定翼と、
前記円周流翼及び前記固定翼を収容するケーシングとを備え、
前記固定翼は気体を導入する開口部を有し、前記円周流翼及び前記固定翼の少なくとも一方に、前記開口部から導入された気体を軸方向から径方向に流れ方向が変わるように回転軸に対して斜め方向に移送して前記円周溝に導く吸入流路を形成したことを特徴とするターボ型真空ポンプ。
【請求項３】
多段の前記円周流翼及び前記固定翼を回転軸の軸方向に沿って交互に配置し、少なくとも１段目の前記円周流翼及び前記固定翼の少なくとも一方に前記吸入流路を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ型真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程等においてチャンバを排気するために用いられるターボ型真空ポンプに関し、特に、比較的大流量の気体を排気する用途に適するターボ型真空ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程においては、高真空、又は超高真空状態を得るために、ターボ分子ポンプが用いられる。このターボ分子ポンプは、筒状のケーシングの中に回転自在に配置された回転翼と、ケーシングの内面に固定された固定翼とを備えている。回転翼と固定翼とは回転軸の軸方向に沿って交互に配置され、回転軸を介して回転翼を高速で回転させることで気体が吸入口から排出口に圧送される。
【０００３】
高圧力領域（粘性流領域）から大気圧領域まで高い圧縮能力を有するポンプとして、ターボ分子ポンプ要素を含む種々のポンプ要素を組み合わせたターボ型真空ポンプが知られている（特許文献１乃至８参照）。このようなターボ型真空ポンプに用いられるポンプ要素として、円周流翼を備えたポンプ要素（以下、円周流翼要素という）がある。この円周流翼要素は、図１乃至図３に示すように、放射状に延びる複数の羽根２が外周部に形成された円周流翼（回転翼）１と、羽根２と対向する位置に形成された円周溝４を有する固定翼３とを備えている。円周溝４の始端部には気体導入口（孔）５が形成され、円周溝４の終端部には気体導出口（孔）６がそれぞれ形成されている。
【０００４】
図３に示すように、円周流翼１は回転軸７に固定されており、円周流翼１の上流側及び下流側に固定翼３が配置されている。このような構成において、回転軸７を介して円周流翼１を回転させると、気体は固定翼３の気体導入口５から吸入され、円周溝４に沿って移送される。気体は円周溝４に沿って移送されながら圧縮され、気体導出口６から排気される。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５１０９２号公報
【特許文献２】特開平９−１７０５８９号公報
【特許文献３】特表平８−５１１０７１号公報
【特許文献４】特開昭５１−３８１１３号公報
【特許文献５】特開昭６３−２６６１８８号公報
【特許文献６】特開平２−３７１９７号公報
【特許文献７】特開平２−１３６５９５号公報
【特許文献８】特公平６−７６７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この円周流翼要素を数Ｐａから数万Ｐａまでの真空領域で使用した場合、真空領域で汎用的に使用されているネジ溝翼や遠心翼に比べ、高い圧縮比は得られるものの、排気速度が小さいため、大流量を排気することが出来ないという問題があった。これは、従来の円周流翼要素では、前述したように孔としての気体導入口から気体を吸入するという構造によるものである。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、数Ｐａから数万Ｐａまでの真空領域において大流量排気を実現できる円周流翼要素を用いたターボ型真空ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本発明は、放射状に延びる複数の羽根を有する円周流翼と、周方向に延びる円周溝を有する固定翼と、前記円周流翼及び前記固定翼を収容するケーシングとを備え、前記固定翼は気体を導入する開口部を有し、前記円周流翼及び前記固定翼の少なくとも一方に、前記開口部から導入された気体を径方向外側に移送して前記円周溝に導く吸入流路を形成したことを特徴とするターボ型真空ポンプである。
【０００９】
本発明の他の態様は、放射状に延びる複数の羽根を有する円周流翼と、周方向に延びる円周溝を有する固定翼と、前記円周流翼及び前記固定翼を収容するケーシングとを備え、前記固定翼は気体を導入する開口部を有し、前記円周流翼及び前記固定翼の少なくとも一方に、前記開口部から導入された気体を軸方向から径方向に流れ方向が変わるように回転軸に対して斜め方向に移送して前記円周溝に導く吸入流路を形成したことを特徴とするターボ型真空ポンプである。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、多段の前記円周流翼及び前記固定翼を回転軸の軸方向に沿って交互に配置し、少なくとも１段目の前記円周流翼及び前記固定翼の少なくとも一方に前記吸入流路を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来の円周流翼要素に比べ、気体を円周溝へ導くための気体導入口、即ち吸入流路の断面積が大きくなり、その結果、排気速度を向上させることができる。従って、大流量の気体を高い排気圧力まで圧縮することができるターボ型真空ポンプを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図４は本発明の第１の実施形態に係るターボ型真空ポンプを示す断面図である。
図４に示すように、ターボ型真空ポンプは、円筒状のケーシング１０と、このケーシング１０の下端に固定された基部１４と、ケーシング１０及び基部１４の内部に回転自在に配置された回転軸１８と、回転軸１８に固定されたポンプロータ本体２０とを備えている。ケーシング１０の上端には吸入口１２が形成され、基部１４には排出口１７が形成されている。基部１４の内部には回転軸１８を囲むように円筒状のスリーブ部１６が形成され、このスリーブ部１６は基部１４と一体に形成されている。
【００１３】
スリーブ部１６の内周面にはモータステータ２２が設けられており、回転軸１８にはモータステータ２２に対応した位置においてモータロータ（図示せず）が設けられている。これらのモータロータ及びモータステータ２２は、軸方向において回転軸１８の略中央部に位置している。モータステータ２２の上方及び下方には、回転軸１８を非接触に支持するラジアル磁気軸受２４，２６が設けられ、これらのラジアル磁気軸受２４，２６はスリーブ部１６の内周面に固定されている。回転軸１８の下端には、回転軸１８と垂直なターゲットディスク２７が取り付けられており、このターゲットディスク２７の上面及び下面に近接した位置にはアキシャル磁気軸受２８ａ，２８ｂがそれぞれ配置されている。
【００１４】
ラジアル磁気軸受２４，２６は、回転軸１８のラジアル方向の変位に基づいて制御部（図示せず）により能動制御され、これによりラジアル磁気軸受２４，２６から発生する磁気吸引力により磁性体である回転軸１８が非接触に支持される。同様に、アキシャル磁気軸受２８ａ，２８ｂは、回転軸１８のアキシャル方向の変位に基づいて制御部（図示せず）により能動制御され、これによりアキシャル磁気軸受２８ａ，２８ｂから発生する磁気吸引力により磁性体であるターゲットディスク２７を介して回転軸１８が非接触に支持される。このように、回転軸１８が非接触に支持されているので、回転軸１８は高速で回転することができる。
【００１５】
ラジアル磁気軸受２４の上方には上タッチダウン軸受２９ａが設けられ、ラジアル磁気軸受２６の下方には下タッチダウン軸受２９ｂが設けられている。このような構成により、突発的な外的要因によりラジアル磁気軸受２４，２６が正常に機能しなくなった場合には、回転軸１８は上タッチダウン軸受２９ａ及び下タッチダウン軸受２９ｂによって支持される。
【００１６】
ポンプロータ本体２０の外周部には、多段のタービン翼３０と多段の円周流翼（回転翼）３６とが設けられており、これらのタービン翼３０及び円周流翼３６はポンプロータ本体２０と一体に形成されている。ケーシング１０の内周面には多段の第１固定翼３２及び多段の第２固定翼３８が設けられており、タービン翼３０と第１固定翼３２とは回転軸１８の軸方向に沿って交互に配置されており、同様に、円周流翼３６と第２固定翼３８とは回転軸１８の軸方向に沿って交互に配置されている。各第１固定翼３２の間、及び各第２固定翼３８の間にはスペーサ３９がそれぞれ配置されており、これらのスペーサ３９によって第１固定翼３２及び第２固定翼３８の位置が固定されている。タービン翼３０と第１固定翼３２との間、及び円周流翼３６及び第２固定翼３８との間には微小な隙間が軸方向に形成されている。
【００１７】
タービン翼３０と第１固定翼３２は、円周方向に沿って複数のフィン（図示せず）が配置された軸流翼であり、タービン翼３０と第１固定翼３２のフィンは互いに概ね逆方向に傾斜している。なお、タービン翼３０及び第１固定翼３２によってターボ分子ポンプ部（ターボ分子ポンプ要素）Ｌ１が構成される。一方、上述した円周流翼３６と第２固定翼３８とにより円周流翼部（円周流翼要素）Ｌ２が構成され、この円周流翼部Ｌ２はターボ分子ポンプ部Ｌ１よりも下流側に位置している。図５は本実施形態における円周流翼部の一部を示す断面図であり、図６は図５に示すＡ−Ａ線断面図である。ただし、図６において円周流翼は図示していない。なお、本実施形態に使用される円周流翼３６は、図１に示す円周流翼１と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００１８】
図５及び図６に示すように、各第２固定翼３８の外周部近傍には周方向に延びる円周溝４が形成されている。吸入口側に位置する第２固定翼３８には、螺旋状に延びる複数の凸部４０が形成されており、これらの凸部４０の間には螺旋状に延びる吸入流路４１が形成されている。これらの吸入流路４１は円周溝４の径方向内側に位置しており、それぞれ円周溝４に連通している。排出口側に位置する第２固定翼３８には、円周溝４の一部で開口する気体導出口６が形成され、これにより、気体導出口６は円周溝４に連通している。
【００１９】
第２固定翼３８の中央には開口部４２が形成されており、この開口部４２から気体が吸入流路４１に導入される。気体が開口部４２から吸入流路４１に吸入される範囲（以下、吸入範囲という）は、開口部４２の全周に及んでいる。このような構成において、円周流翼３６を図６の矢印Ｑの方向に回転させると、気体は開口部４２から吸入流路４１に導かれ、吸入流路４１内を径方向外側に移送されて円周溝４に流入する。そして、円周流翼３６の回転に伴い、気体は円周溝４に沿って移送されつつ圧縮され、気体導出口６から排出される。
【００２０】
このような吸入流路４１は、円周流翼部Ｌ２のいずれの段の第２固定翼３８に形成してもよい。ただし、本発明は、従来の円周流翼要素に比べて排気速度を向上させることを目的とすることから、上記吸入流路４１を有する第２固定翼３８を、図４に示すように、最も上流側に位置する、円周流翼部Ｌ２の１段目に配置することが好ましい。このような配置によれば、比較的排気速度の大きいターボ分子ポンプ部Ｌ１と排気速度の小さい円周流翼部Ｌ２との排気速度差を小さくすることができ、その結果損失の少ないターボ型真空ポンプを実現することができる。
【００２１】
排気速度を増大させるためには、吸入流路４１の総断面積は、円周溝４の断面積よりも大きいことが好ましい。なお、本実施形態では、吸入流路４１は螺旋状に延びているが、放射状に延びるように形成してもよい。すなわち、気体を径方向外側に移送させることができる形状であれば、吸入流路４１の形状は特に限定されない。また、本実施形態では、複数の吸入流路４１は第２固定翼３８の円周方向において均等に配置されているが、吸入流路４１を不均等に配置してもよい。このような構成例について図７を参照して説明する。
【００２２】
図７は第２固定翼３８の他の構成例を示す平面図である。なお、特に説明しない構成は、図６に示す第２固定翼３８の構成と同様であるので、その重複する説明を省略する。
図７に示すように、吸入流路４１は第２固定翼３８の周方向において偏在するように円周溝４の径方向内側に形成されている。図７に示す例では、吸入範囲は、図７の太線で示すように、開口部４２の全周長さの半分に及んでいる。このように、気体の吸入範囲を狭くすれば、排気速度は小さくなるが、圧縮比を向上させることができる。一方、図６に示すように、気体の吸入範囲を広く設定すれば、排気速度が向上する。従って、吸入流路４１の配置（もしくは吸入範囲）の設定により、所望の排気速度と圧縮比を得ることができる。
【００２３】
なお、本実施形態では、吸入流路４１は第２固定翼３８に形成されているが、円周流翼３６に形成してもよい。この場合、吸入流路は、円周流翼３６の外周部に形成された羽根３７の径方向内側に形成される。また、この場合においても、吸入流路は１段目の円周流翼３６に形成されることが好ましい。さらに、吸入流路を第２固定翼３８及び円周流翼３６のいずれにも設けてもよい。ただし、図７に示すように吸入流路４１を偏在させた状態で円周流翼３６に形成すると、回転する円周流翼３６のバランスを調整することが難しくなる。従って、吸入流路４１を偏在させる場合は、吸入流路４１を第２固定翼３８に設けることが好ましい。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態に係るターボ型真空ポンプについて図８及び図９を参照して説明する。図８は本発明の第２の実施形態に係るターボ型真空ポンプに組み込まれる円周流翼部の一部を示す断面図であり、図９は図８に示すＢ−Ｂ線断面図である。ただし、図９において第２固定翼は図示していない。なお、特に説明しない本実施形態の構成は上述した第１の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００２５】
本実施形態では、吸入流路４１は固定翼３８には形成されておらず、円周流翼３６に形成されている。すなわち、図８及び図９に示すように、円周流翼３６の上面（上流側の面）には螺旋状に延びる複数の凸部４０が形成されており、これらの凸部４０の間に螺旋状に延びる吸入流路４１が形成されている。これらの吸入流路４１は放射状に延びる羽根３７の径方向内側に位置しており、それぞれ円周溝４に連通している。
【００２６】
円周流翼３６を矢印Ｑの方向に回転させると、気体は開口部４２から吸入流路４１に導かれ、吸入流路４１内を径方向外側に移送されて円周溝４に流入する。そして、円周流翼３６の回転に伴い、気体は円周溝４に沿って移送されつつ圧縮され、気体導出口から排出される。この場合においても、第１の実施形態と同様に、吸入流路４１は１段目の円周流翼３６に形成されることが好ましい。本実施形態のように、吸入流路４１を円周流翼３６に形成してもよく、さらには、吸入流路４１を第２固定翼３８及び円周流翼３６のいずれにも設けてもよい。
【００２７】
次に、本発明の第３の実施形態に係るターボ型真空ポンプについて図１０乃至図１２を参照して説明する。図１０乃至図１２は本発明の第３の実施形態に係るターボ型真空ポンプに組み込まれる円周流翼部の構成例を示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成は上述した第１及び第２の実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。
【００２８】
図１０に示すように、円周流翼３６の上面には螺旋状に延びる複数の吸入流路４１が形成されており、これらの吸入流路４１は回転軸１８の軸方向に対して傾斜している。すなわち、吸入流路４１は開口部４２から円周溝４に向かって円弧状に延びており、吸入流路４１に沿って流れる気体は、軸方向から径方向に徐々にその流れ方向が変えられつつ径方向外側に移送されるようになっている。
【００２９】
図１１に示す吸入流路４１は、開口部４２から円周溝４に向かって直線的に延び、回転軸１８の軸方向に対して傾斜している。円周流翼３６を回転させると、気体は開口部４２から吸入流路４１に軸方向に流れ込み、吸入流路４１に沿って移送された後、径方向外側に向かって吐出される。この場合も、開口部４２から導入された気体の流れ方向は、吸入流路４１によって軸方向から径方向に変えられる。
【００３０】
図１２に示す円周流翼３６の基本的構成は図１１に示す円周流翼３６と同様である。すなわち、図１２に示すように、吸入流路４１は円周溝４に向かって直線的に延び、回転軸１８の軸方向に対して傾斜している。図１２に示す構成例では、凸部４０は回転軸１８に対して平行に延びており、図１２に示す開口部４２の断面積は、図１０及び図１１に示す開口部４２の断面積よりも大きくなっている。
【００３１】
図１０乃至図１２において、気体を軸方向から径方向に流れ方向が変わるように回転軸に対して斜め方向に移送する吸入流路の形状として、「円弧状に延びるもの」、「直線的に延びるもの」の一例を示したが、上述の通りの気体移送を実現できる形状であれば、図１０乃至図１２に示した形状に限定されるものではない。例えば円弧形状と直線形状の組合せなども本発明の技術的思想の範囲に含まれるものである。
【００３２】
また、図１０乃至図１２においては、吸入流路を円周流翼に設けたが、吸入流路を第２固定翼に設けてももちろん構わない。図１３及び図１４は吸入流路を第２固定翼に設けた構成例を示す断面図である。図１３及び図１４において、図１０乃至図１２に示される符号と同一の符号は同一の構成部材を示し、その重複する説明を省略する。図１３及び図１４に示すように、吸入流路４１は第２固定翼３８に形成され、円錐状の円周流翼３６の外周面に対向して配置されている。この場合においても、気体を軸方向から径方向に流れ方向が変わるように回転軸１８に対して斜め方向に移送することができる。また、吸入流路４１の形状は、「円弧状に延びるもの」、「直線的に延びるもの」に限定されることはなく、上述のような気体移送を実現できる形状であればよい。
【００３３】
図１０乃至図１４に示す本実施形態によれば、吸入流路４１の断面積が大きくなり、排気速度を更に大きくすることができる。ただし、上流側の第２固定翼３８の軸方向の寸法が第１及び第２の実施形態における第２固定翼３８よりも大きくなるため、必要とされる排気速度に応じて吸入流路４１の形状を選択することが好ましい。
【００３４】
上述したように、本実施形態におけるターボ型真空ポンプは、吸入口側にターボ分子ポンプ部Ｌ１が配置され、その下流側に円周流翼部Ｌ２が配置された構造を有している。しかしながら、本発明はこの実施形態に制限されることはない。即ち、本発明の円周流翼部を備えていれば、どのような種類のポンプ要素との組み合わせでも、本発明の適用範囲であることは言うまでもない。例えば、タービン翼に代えて、円筒ネジ溝翼、もしくは遠心翼、もしくはそれらの組み合わせを用いてもよい。さらには、円周流翼部のみを備えてもよい。また、上述した実施形態では、回転軸の保持に磁気軸受を採用した例を示したが、磁気軸受に代えてボールベアリング式の軸受を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の回転翼を示す平面図である。
【図２】従来の固定翼を示す平面図である。
【図３】従来の円周流翼要素の一部を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るターボ型真空ポンプを示す断面図である。
【図５】円周流翼部の一部を示す断面図である。
【図６】図５に示すＡ−Ａ線断面図である。
【図７】第２固定翼の他の構成例を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るターボ型真空ポンプに組み込まれる円周流翼部の一部を示す断面図である。
【図９】図８に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るターボ型真空ポンプに組み込まれる円周流翼部の第１例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係るターボ型真空ポンプに組み込まれる円周流翼部の第２例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係るターボ型真空ポンプに組み込まれる円周流翼部の第３例を示す断面図である。
【図１３】吸入流路を第２固定翼に設けた例を示す断面図である。
【図１４】吸入流路を第２固定翼に設けた他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    円周流翼
２    羽根
３    固定翼
４    円周溝
５    気体導入口
６    気体導出口
７    回転軸
１０    ケーシング
１２    吸入口
１４    基部
１６    スリーブ部
１７    排出口
１８    回転軸
２０    ポンプロータ本体
２２    モータステータ
２４，２６    ラジアル磁気軸受
２７    ターゲットディスク
２８ａ，２８ｂ    アキシャル磁気軸受
２９ａ    上タッチダウン軸受
２９ｂ    下タッチダウン軸受
３０    タービン翼
３２    第１固定翼
３６    円周流翼（回転翼）
３７    羽根
３８    第２固定翼
３９    スペーサ
４０    凸部
４１    吸入流路
４２    開口部
Ｌ１    ターボ分子ポンプ部
Ｌ２    円周流翼部
【図１】
2005194994.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
2005194994.tif 000011
【図１０】
2005194994.tif 000012
【図１１】
2005194994.tif 000013
【図１２】
2005194994.tif 000014
【図１３】
2005194994.tif 000015
【図１４】
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