(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプケース内に回転可能に設置されたロータと、
上記ロータの上部側外周面に一体に設けられた複数のロータ翼と、
上記複数のロータ翼間に位置決め配置された複数のステータ翼と、
上記ロータの下部側外周面と対向する位置に配置されたネジステータと、
上記ネジステータよりも高い剛性を有するとともに、上記ネジステータの外側に位置し、かつ、該ネジステータからの衝撃力により回転移動可能に設置された剛性リングと、
を具備し、
上記剛性リングと上記ポンプケースとの間に、上記剛性リングの外周面全体にわたって空隙が設けられている
ことを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
上記ネジステータと上記剛性リングとの間に緩衝材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項３】
上記剛性リングの外周面とこれに対向する面のうち少なくともいずれか一方に、その面の表面摩擦力を低減させる低摩擦部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項４】
上記ネジステータと上記剛性リングとの間に緩衝材を設けるとともに、上記剛性リングの外周面とこれに対向する面のうち少なくともいずれか一方に、その面の表面摩擦力を低減させる低摩擦部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項５】
上記緩衝材は、上記ロータの回転方向に沿って配列するように設けられた複数の空洞を有するとともに、この互いに隣り合う２つの空洞の境を形成している空洞境界部が上記ネジステータ側からの衝撃力により倒れやすい方向に傾いている構造からなることを特徴とする請求項２または４に記載の真空ポンプ。
【請求項６】
上記低摩擦部は、その表面摩擦力を低減させる面に低摩擦表面処理を施した構造、または、その面に低摩擦材を接合した構造であることを特徴とする請求項３または４に記載の真空ポンプ。
【請求項７】
上記緩衝材の空洞は、その断面形状が平行四辺形または菱形であることを特徴とする請求項５に記載の真空ポンプ。
【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用いられる真空ポンプに関し、特に、高速で回転しているロータがネジステータ等と衝突したときに生じる破壊トルクを低減できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程におけるドライエッチングやＣＶＤ等のプロセスのように、高真空のプロセスチャンバ内で作業を行う工程では、そのプロセスチャンバ内のガスを排気し該プロセスチャンバ内に高真空の状態を得る手段として、ターボ分子ポンプのような真空ポンプを使用している。
【０００３】
図５は、この種の従来の真空ポンプの断面図を示したものであり、同図の真空ポンプは、そのポンプケース１上部のガス吸気口１−２側がプロセスチャンバ１７に連通接続される構造であり、この接続構造については、ポンプケース１上部の縁部に設けたフランジ部１ａをプロセスチャンバ１７側に締結ボルト１５で取り付け固定するという構造を採用している。
【０００４】
上記プロセスチャンバ１７に取り付け固定された同図の真空ポンプは、その運転動作中、ロータシャフト１２と一体にロータ２およびロータ翼４が高速で回転する。そして、この高速回転するロータ翼４と固定のステータ翼５との相互作用、および高速回転するロータ２とネジ溝８を有する固定のネジステータ７との相互作用により、プロセスチャンバ１７内のガス分子は、ポンプケース１上部のガス吸気口１−２から該ポンプケース１内を通ってポンプケース１下部のガス排気口１−３側へ排気される。
【０００５】
ところで、図５に示した真空ポンプを構成しているロータ２、ロータ翼４、ポンプケース１およびステータ翼５等の構造材としては通常、軽合金、中でもアルミ合金が多用されている。アルミ合金は機械加工に優れ精密に加工しやすいからである。しかして、アルミ合金は他の材料に比し強度が比較的低く、使用条件によってはクリープ破壊を起すことがある。また、主にロータ下部の応力集中を起点とした脆性破壊が発生することがある。
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の真空ポンプにあっては、高速回転しているロータ２が例えば脆性破壊を起し、ロータ２の一部がネジステータ７に衝突した場合に、この衝突の衝撃力に対してネジステータ７の剛性が十分でなく、衝突の衝撃力を十分に吸収することができず、ネジステータ７が径方向にポンプケース１のベース部材１−１に衝突することから、この真空ポンプ全体を回転させようとする大きな回転トルクが生じるとともに、このような回転トルク（以下「破壊トルク」という。）によりポンプケース１がねじれたり、真空ポンプとプロセスチャンバ１７を固定している締結ボルト１５がそのねじり力により破損する、さらに、プロセスチャンバ１７に伝達される大きな破壊トルクによりプロセスチャンバ１７を破壊する等の問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、高速回転しているロータがネジステータ等と衝突したときに生じる破壊トルクを低減でき、伝達される破壊トルクによるプロセスチャンバ等の破壊を防止するようにした真空ポンプを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ポンプケース内に回転可能に設置されたロータと、上記ロータの上部側外周面に一体に設けられた複数のロータ翼と、上記複数のロータ翼間に位置決め配置された複数のステータ翼と、上記ロータの下部側外周面と対向する位置に配置されたネジステータと、上記ネジステータよりも高い剛性を有するとともに、上記ネジステータの外側に位置し、かつ、該ネジステータからの衝撃力により回転移動可能に設置された剛性リングと、を具備し、上記剛性リングと上記ポンプケースとの間に、上記剛性リングの外周面全体にわたって空隙が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明は、上記ネジステータと上記剛性リングとの間に緩衝材を設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明は、上記剛性リングの外周面とこれに対向する面のうち少なくともいずれか一方に、その面の表面摩擦力を低減させる低摩擦部を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明は、上記ネジステータと上記剛性リングとの間に緩衝材を設けるとともに、上記剛性リングの外周面とこれに対向する面のうち少なくともいずれか一方に、その面の表面摩擦力を低減させる低摩擦部を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
ここで、上記緩衝材は、上記ロータの回転方向に沿って配列するように設けられた複数の空洞を有するとともに、この互いに隣り合う２つの空洞の境を形成している空洞境界部が上記ネジステータ側からの衝撃力により倒れやすい方向に傾いている構造からなるものとすることができる。
【００１３】
上記低摩擦部は、その表面摩擦力を低減させる面に低摩擦表面処理を施した構造、または、その面に低摩擦材を接合した構造を採用することができる。
【００１４】
上記緩衝材の空洞は、その断面形状が平行四辺形または菱形であるものを採用することができる。
【００１５】
本発明では、高速回転しているロータが例えば脆性破壊を起し、そのロータの一部がネジステータに衝突すると、ポンプ全体を回転させようとする回転トルク、すなわち破壊トルクが発生しようとするが、この破壊トルクは剛性リングの回転動作により吸収され、その吸収された分だけ消滅する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る真空ポンプの実施形態について図１ないし図４を基に詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態を示した真空ポンプの断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であり、これらの図を用いて本実施形態の真空ポンプを説明すると、本真空ポンプは、円筒状のポンプケース１内に回転可能に設置された筒型のロータ２を有し、このロータ２はその上端がポンプケース１上部のガス吸気口１−２側を向くように配置されている。
【００１８】
ロータ２の上部側外周面とポンプケース１の上部側内壁との間には、加工されたブレード状のロータ翼４とステータ翼５とが、ロータ２の回転中心軸線に沿って交互に複数配置されている。
【００１９】
ロータ翼４は、ロータ２との一体加工により該ロータ２の上部側外周面に一体に設けられ、かつ、そのロータ２と一体的に回転することができるが、ステータ翼５は、ポンプケース１の上部側内壁に位置するスペーサ６を介して上下段のロータ翼４、４間に位置決め配置され、かつ、ポンプケース１の内壁側に取り付け固定されている。
【００２０】
ロータ２の下部側外周面と対向する位置には固定のネジステータ７が配置されており、このネジステータ７は、その全体形状がロータ２の下部側外周面を囲む筒型の形状となるように形成され、かつ、ポンプケース１のベースを構成するベース部材１−１に一体的に取り付け固定されている。なお、ネジステータ７にはネジ溝８が形成されており、このネジ溝８はネジステータ７のロータ対向面側に設けられている。
【００２１】
ネジステータ７の外側には剛性リング９が配置されており、この剛性リング９は、その全体形状がネジステータ７全体を囲むリング型または筒型の形状となるように形成されている。
【００２２】
また、この剛性リング９は、高速回転しているロータ２がネジステータ７に衝突したときの衝撃力を予め予想し、その衝撃力に耐え得る剛性をもつように構成されている。このような耐衝撃性の剛性リング９については、たとえば、チタン合金、ニッケルクロム鋼、クロムモリブデン鋼、ステンレス鋼等から形成することができる。
【００２３】
剛性リング９の外周面９ａ側には、ポンプケース１のベースを構成するベース部材１−１が存在するが、このベース部材１−１と剛性リング９との間には一定幅の空隙Ｇが設けられている。
【００２４】
本実施形態の場合、ネジステータ７と剛性リング９との間には、金属製の緩衝材１０が介挿設置されており、この緩衝材１０は、その全体形状がネジステータ７を囲むリング型または筒型の形状となるように形成されている。
【００２５】
緩衝材１０の内部には、断面平行四辺形若しくは断面菱形の空洞１０ａが複数設けられ、これらの各空洞１０ａは、ロータ２の回転方向に沿って規則正しく配列しており、また、その互いに隣り合う２つの空洞１０ａ、１０ａの境を形成している空洞境界部１０ｂは、ネジステータ７側からの衝撃力により倒れやすい方向に傾くように、すなわち、図２に示すように、空洞の内周側がロータ２の回転方向Ｒの向きに流された形の断面平行四辺形若しくは断面菱形に形成されている。
【００２６】
剛性リング９の外周面９ａには、その面の表面摩擦力を低減させる低摩擦部１１が設けられている。このような低摩擦部１１を剛性リング９の外周面９ａに設ける手段としては、たとえば、▲１▼剛性リング９の外周面９ａに低摩擦表面処理を施す、▲２▼剛性リング９の外周面９ａに低摩擦材を接合する、または▲３▼剛性リング９自体を低摩擦材で製造すればよい。また、低摩擦表面処理としては、たとえばテフロン（登録商標）によるコーティング処理、フッ素樹脂含有のニッケルメッキ処理、フッ素樹脂含浸のセラミックによるコーティング処理等が挙げられる。
【００２７】
本実施形態の場合、剛性リング９の外周面９ａ側には、上述の通りポンプケース１のベースを構成するベース部材１−１が存在するが、このベース部材１−１の構成面のうち、剛性リング９の外周面９ａと対向している面１−１ａにも、剛性リング９と同様の低摩擦部１１が設けられている。なお、この低摩擦部１１をベース部材１−１の面１−１ａに設ける手段については、上記剛性リング９の場合と同様の手段を採用することができる。
【００２８】
なお、本実施形態の場合、ロータ２の内側にはその回転中心軸線上にロータシャフト１２が一体に取り付けられている。このロータシャフト１２の軸受手段については各種考えられるが、本実施形態では、ボールベアリング１３によりロータシャフト１２を軸受け支持する構成を採用している。
【００２９】
また、ロータシャフト１２は駆動モータ１４により回転駆動される。この種の駆動モータ１４の構造については、ロータ２の内側に設置されているステータコラム１６に、モータ固定子１４ａを取り付けるとともに、このモータ固定子１４ａと対向するロータシャフト１２外周面にモータ回転子１４ｂを配設するものとしている。
【００３０】
上記ポンプケース１上部側のガス吸気口１−２は、高真空となる真空容器、たとえば半導体製造装置のプロセスチャンバ１７側に接続され、ポンプケース１下部側のガス排気口１−３は低圧側に連通接続される。
【００３１】
次に、上記の如く構成された本実施形態の真空ポンプの動作について図１および図２を用いて説明する。なお、図中矢印は、本真空ポンプ内での排気ガスの流れ方向を示している。
【００３２】
同図の本真空ポンプは、たとえば半導体製造装置のプロセスチャンバ１７内を真空に排気する手段として使用することができ、この使用例の場合、本真空ポンプはポンプケース１上部のガス吸気口１−２側を図示しないプロセスチャンバ１７に連通接続するために、ポンプケース１上部のフランジ部１ａがプロセスチャンバ１７側に締結ボルト１５で接続される。
【００３３】
上記のように接続された本真空ポンプにおいて、ガス排気口１−３に接続された図示しない補助ポンプを作動させ、プロセスチャンバ１７内を１０-1Ｔｏｒｒ台にした後、運転開始スイッチをオンにすると、駆動モータ１４が作動し、ロータシャフト１２と一体にロータ２およびロータ翼４が高速回転する。
【００３４】
そうすると、高速で回転している最上段のロータ翼４がガス吸気口１−２から入射したガス分子に下向き方向の運動量を付与し、この下向き方向の運動量を有するガス分子がステータ翼５に案内され、次の下段のロータ翼４側へ送り込まれ、このようなガス分子への運動量の付与と送り込み動作が繰り返し行われることにより、ガス吸気口１−２側のガス分子がロータ２下部側のネジ溝８側へ順次移行し排気されていく。このようなガス分子の排気の動作が回転するロータ翼４と固定のステータ翼５との相互作用による分子排気動作である。
【００３５】
さらに、上記のような分子排気動作によりロータ２下部側のネジ溝８側へ到達したガス分子は、回転するロータ２とネジ溝８との相互作用により、遷移流から粘性流に圧縮されてガス排気口１−３側へ移送され、かつ、該ガス排気口１−３から図示しない補助ポンプによりポンプ外部へ排気される。
【００３６】
ところで、上記の如く高速回転しているロータ２が例えば脆性破壊を起し、ロータ２の一部がネジステータ７に衝突した場合、真空ポンプ全体を回転させる回転トルク、すなわち破壊トルクが発生しようとするが、この種の破壊トルクは緩衝材１０の潰れ塑性変形と剛性リング９の回転動作により吸収され、その吸収された分だけ消滅する。
【００３７】
すなわち、本真空ポンプの場合、高速回転しているロータ２の一部がネジステータ７に衝突し、衝突による衝撃力がネジステータ７側から緩衝材１０に伝わると、このネジステータ７側からの衝撃力により緩衝材１０内部の空洞１０ａが押し潰される。このような緩衝材１０の潰れ塑性変形により、上記のような衝突による衝撃力は吸収され減少する。
【００３８】
さらに、緩衝材１０内部の空洞１０ａが潰れきると、この時点で残っている破壊トルクにより剛性リング９が回転移動する。このとき、剛性リング９はポンプケース１のベース部材１−１に摺接しながら回転移動するとともに、この剛性リング９とベース部材１−１の間で生じる摩擦により、破壊トルクのエネルギーが消費される。そして、破壊トルクのエネルギーが０になると剛性リング９の回転が停止する。
【００３９】
したがって、本真空ポンプによると、上記のような剛性リング９の回転動作により破壊トルクは吸収された分だけ消滅するから、この種の破壊トルクが真空ポンプに接続されたプロセスチャンバ１７等に伝わってプロセスチャンバ等を破壊したり、ポンプケース１がねじれたり、本真空ポンプとプロセスチャンバ１７を締結している締結ボルト１５がそのねじり力により破損するという不具合等を防止することができる。
【００４０】
また、本真空ポンプにあっては、剛性リング９の外周面９ａとこれに対向する面１−１ａには低摩擦部１１が設けられているので、上記のように剛性リング９が回転動作するときの剛性リング９とベース部材１−１の摩擦力は小さく、この種の摩擦力によりポンプケース１がねじれたり、このねじり力により締結ボルト１５が破損することはない。
【００４１】
さらに、本真空ポンプによると、緩衝材１０内部の空洞境界部１０ｂがネジステータ７側からの衝撃力により倒れやすい方向に傾いているので、ネジステータ７側からの衝撃力により、空洞境界部１０ｂが容易に折れ曲り、緩衝材１０内部の空洞１０ａが押し潰されやすいから、この種の衝撃力を吸収する効果が高い。
【００４２】
なお、上記実施形態では、剛性リング９、緩衝材１０、低摩擦部１１という３部材を組み合わせて用いた構成例について説明したが、図３に示したように、低摩擦部１１を省略し、剛性リング９と緩衝材１０の２部材を組み合わせて用いる構成や、図４に示したように、剛性リング９のみを用いる構成を採用することもできる。これらの構成を採用した場合も、剛性リング９の回転動作により破壊トルクのエネルギーが消費された分だけ消滅するから、この種の破壊トルクによるプロセスチャンバ１７の破壊を防止するとともに、ポンプケース１のねじれと、そのねじり力による締結ボルトの破損を防止することができる。
【００４３】
上記実施形態では、剛性リング９の外周面９ａとこれに対向する面１−１ａとの双方に低摩擦部を設けたが、そのいずれか一方の面のみに低摩擦部を設ける構造を採用することもできる。
【００４４】
上記実施形態では、緩衝材１０内部において、断面平行四辺形もしくは断面菱形の空洞１０ａが規則正しく配列される構造を採用したが、これは、上述のように緩衝材１０内部の空洞境界部１０ｂがネジステータ７側からの衝撃力により倒れやすい方向に傾くようにするための手段であり、空洞１０ａの断面形状は断面平行四辺形もしくは断面菱形に限定されることはなく、これら以外の断面形状の空洞、たとえば断面長穴形状の空洞を採用してもよい。要するに、互いに隣り合う空洞の境界を形成している空洞境界部１０ｂを上記のような方向に傾くように構成できる断面形状の空洞であれば、どのような断面形状の空洞でも採用することができる。
【００４５】
また、ネジ溝８はネジステータ７側でなく、ロータ２側に設けてもよく、この場合はネジステータ７と対向しているロータ２外周面にネジ溝８を形成するものとする。
【００４６】
ロータシャフト１２の軸受手段については、上述のボールベアリング１３のほか、たとえば磁気軸受等の非接触型軸受を適用することもできる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明に係る真空ポンプにあっては、上記の如くネジステータの外側に、該ネジステータ側からの衝撃力により回転移動可能な剛性リングを設置するという構成を採用したものである。このため、高速回転しているロータが例えば脆性破壊を起し、そのロータの一部がネジステータに衝突すると、ポンプ全体を回転させようとする回転トルク、すなわち破壊トルクが発生しようとするが、この破壊トルクは剛性リングの回転動作により吸収された分だけ消滅するから、この種の破壊トルクによる真空ポンプに接続されたプロセスチャンバ等の破壊を防止でき、さらに、ポンプケースのねじれと、本真空ポンプとプロセスチャンバを締結している締結ボルトがそのポンプケースのねじり力により破損されるという不具合も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示した真空ポンプの断面図。
【図２】図１に示した真空ポンプのＡ−Ａ線断面図。
【図３】本発明の他の実施形態を示した真空ポンプの断面図。
【図４】本発明の他の実施形態を示した真空ポンプの断面図。
【図５】従来の真空ポンプの断面図。
【符号の説明】
１  ポンプケース
１ａ  フランジ部
１−１  ベース部材
１−２  ガス吸気口
１−３  ガス排気口
２  ロータ
４  ロータ翼
５  ステータ翼
６  スペーサ
７  ネジステータ
８  ネジ溝
９  剛性リング
１０  緩衝材
１０ａ  空洞
１０ｂ  空洞境界部
１１  低摩擦部
１２  ロータシャフト
１３  ボールベアリング
１４  駆動モータ
１４ａ  モータ固定子
１４ｂ  モータ回転子
１５  締結ボルト
１６  ステータコラム
１７  プロセスチャンバ
Ｇ  空隙
【図１】
0003950323.tif 000002
【図２】
0003950323.tif 000003
【図３】
0003950323.tif 000004
【図４】
0003950323.tif 000005
【図５】
0003950323.tif 000006