(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される回転軸に連結され外周の軸方向にそって動翼およびネジ溝ポンプ段が設けられたロータと、ケーシングの内側に固定されて前記動翼と共に翼列を構成する静翼とを備えたターボ分子ポンプにおいて、
前記動翼のコード長を、ネジ溝ポンプ段を除いて、最上流段の動翼コード長に対し、ネジ溝ポンプ段を除く最下流段の動翼コード長が１／２以下となるように設定して、下流段側の動翼の軸方向長さを短くするように構成したことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【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装備される真空発生装置等に使用するターボ分子ポンプに係り、特に大排気流量が得られるターボ分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は本発明が適用される従来技術にかかるターボ分子ポンプの全体縦断面図で、図６において、１及び１６は、複数のボルト２１によりＯリング１５を介して一体的に組付けられている上部ケーシング及び下部ケーシングであり、該ケーシング１、１６内は完全な密閉空間となっている。該上部ケーシング１の上部開口はガス吸気口２となるとともに、その内側には複数のスペーサ１３が軸方向に連設されている。該スペーサ１３は上端を前記上部ケーシング１の内端面に当接され、下端を前記下部ケーシング１６の上端部にインロー嵌合されており、各スペーサ１３の間には静翼４が外周部を挟持固定されて、多段状に設けられている。前記下部ケーシング１６の下方側部には排気口３が開口され、ねじ溝ポンプ段８を通ってきた流体が該排気口３から外部に送出されるようになっている。
【０００３】
６はロータで、該ロータ６の上部には動翼５が多段状に設けられ、各動翼５とケーシング側の静翼４とが交互に設けられて複数の翼段を構成している。８は前記ロータの下部外周に設けられた螺旋状溝からなるねじ溝ポンプ段である。１４は複数のボルト１８により前記下部ケーシング１６の上面に固定されたテーパ状のシールリングで、前記ねじ溝ポンプ段８の外周と微小間隙を介して対向配置され、圧縮効果を上げている。
【０００４】
１７は前記下部ケーシング１６の支持筒であり、該支持筒１７の内周には上部から順に、ラジアル玉軸受からなる上部保護軸受１９、ラジアル軸受からなる上部磁気軸受９、モータ１２のステータ１２ａ、ラジアル軸受である下部磁気軸受け１０、ラジアル玉軸受からなる下部保護軸受２０、並びに後述する回転軸７の下端のスラストディスク７ａを挟んで設けられたスラスト磁気軸受１１が配設されている。
【０００５】
従って、該回転軸７は、該上部磁気軸受９及び下部磁気軸受１０により左右（Ｘ軸）及び前後（Ｙ軸）方向を、前記スラスト磁気軸受１１により軸心（Ｚ軸）方向を、つまり５軸方向を支持、かつ制御されて回転することとなる。
【０００６】
前記ロータ６及び回転軸７は、前記上部磁気軸受９と下部磁気軸受１０との間に設けられた前記モータ１２のステータ１２ａに対向して回転子１２ｂが固着されている。
また、該回転軸７の、前記上部磁気軸受９の上側は前記上部保護軸受１９が設けられて該回転軸７と上部保護軸受１９とのラジアル方向の間隔を所要の値に設定している。さらに該回転軸７の前記下部磁気軸受１０の下側は前記下部保護軸受２０が設けられて、該回転軸７と下部保護軸受２０とのラジアル方向及びスラスト方向の間隔を所要値に設定している。
【０００７】
かかる構成のターボ分子ポンプにおいては、吸入口圧力が高くなると、排気速度が低下する問題が有る。そこで、図２に示すように、動翼と静翼からなる軸流段については、高い圧縮比が得られるよう、多段カスケード方式が採用されている。さらに従来ターボ分子ポンプは上記したように軸流段下流側にネジ溝ポンプ段を設置し、高い吸気口圧力でも高い排気速度が得られるよう工夫がなされている。
【０００８】
しかしネジ溝ポンプ段を設置しても、近年ＩＣや半導体の製造装置のように吸入する圧力の範囲が吸入口圧力１０−２Ｔｏｒｒ前後の中間流に相当する領域において大流量の排気を行う必要がある用途に対しては分子流領域に比べ排気速度が低下するという問題が有った。
【０００９】
かかる課題を解決するために、特開平８−２４７０８４号において、自由分子流領域だけでなく、中間流に相当する領域においても有効な圧縮性能と排気速度を持つと共に、軸方向の寸法の小さいコンパクトな外形寸法の中・大型ターボ分子ポンプを実現することを目的として、図２に示すように、多段の軸流翼列からなるターボ分子ポンプにおいて、翼列のスぺーシングｓを気体分子の平均自由行程λの２０％以下とすると共に、該翼列のスペーシングコード比ｓ０の値がｓ０＝０．５乃至１．５の範囲の値となるように該翼列を形成し、各翼列の前記スペーシングコード比ｓ０は、吸気口側から排気口側へと後段に行く程ｓ０が大となるように前記スペーシングｓ及び該翼のコード長ｄを形成したことを特徴とするターボ分子ポンプを提案した。ここで翼列のスペーシングコード比ｓ０＝ｓ／ｄで、ｓは翼列開口部のスペーシング、ｄは翼のコード長を示す。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらかかる従来技術は、翼列のスペーシングコード比に着目したもので、翼のコード長には着目していない。
確かに従来技術においては、吸気口側から排気口側へと後段に行く程ｓ０が大となるように前記スペーシングｓ及び該翼のコード長ｄを設定しているが、軸方向の寸法の小さいコンパクトな外形寸法のターボ分子ポンプを実現するために、軸流段数を多くせずに本発明の効果を実現させているため、最上流段から二段、三段目までは、動翼の軸方向長さを除々に短くしているが、四段目においては、三段目に比べコード長は長くなっている。
【００１１】
このように構成した理由は、コード長が短くなると、排気特性がその分低下すると考えられていたことによる。
【００１２】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、ターボ分子ポンプの中間流に相当する領域での排気性能向上のための基本は単段の排気特性ではなく、複数段により排気速度を高めることである点に着目し、後段側における動翼の軸方向長さを短くして、より多段化をはかることで、結果として最上流段における排気特性の向上を図ったターボ分子ポンプを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、本発明は、回転駆動される回転軸に連結され外周の軸方向にそって動翼およびネジ溝ポンプ段が設けられたロータと、ケーシングの内側に固定されて前記動翼と共に翼列を構成する静翼とを備えたターボ分子ポンプにおいて、
前記動翼のコード長を、ネジ溝ポンプ段を除いて、最上流段の動翼コード長に対し、ネジ溝ポンプ段を除く最下流段の動翼コード長が１／２以下となるように設定して、下流段側の動翼の軸方向長さを短くするように構成したことを特徴とする。
【００１４】
【００１５】
かかる発明の作用を説明する。図４はターボ分子ポンプの翼列の単段における排気特性を示し、同図における翼列開口部のスペーシングｓとコード長をそれぞれほぼ１／２程度にした（短コード長という）ものと、翼列開口部のスペーシングｓの１倍、かつコード長は１にした（長コード長という）ものと比較して調べたところ、各段における単段排気性能特性は１０−３Ｔｏｒｒ以下になると、短コード長翼の方が、従来の長コード長翼より単段ごとの排気特性（λ／ｓ、λ：気体分子の平均自由行程）は低下するがその低下程度は８０％程度であり、一方は１００から１０−２Ｔｏｒｒ間での中間流に相当する領域では短コード長でも長コード長でも単段ごとの排気特性には低下がみられないことが理解された。
【００１６】
そこで、前記動翼のコード長が、ネジ溝ポンプ段を除いて、翼列の各段すべてにおいて上流側段のコード長以下となるように設定し、より具体的には前記動翼のコード長を、ネジ溝ポンプ段を除いて、最上流段の動翼コード長に対し、ネジ溝ポンプ段を除く最下流段の動翼コード長が１／２以下となるように設定することにより、特に後段側の動翼の軸方向長さを短くすることが可能となり、結果として図５に示すように、長コード長に設定した従来品に対し翼列段数がたとえば８段から１１段に増大し、この結果、１００から１０−２Ｔｏｒｒの間において、最上流段の排気流量が大幅に多くなり、本発明の効果が確認された。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１８】
図１は本発明の実施例にかかるターボ分子ポンプの要部概略図で、回転駆動される回転軸７に連結され外周の軸方向にそって動翼５ａから５ｎ（１１段）およびその下段にネジ溝ポンプ段（図６の符号８）が設けられたロータ６と、ケーシング１の内側に固定されて前記動翼５ａから５ｎ（１１段）と共に翼列を構成する静翼４ａから４ｎ（１１段）とを備えたターボ分子ポンプを構成する。
前記動翼５ａから５ｎ（１１段）のコード長（ｄａ：最上流段の動翼のコード長、ｄｎ：１１段目の最下流段のコード長）が、その下段のネジ溝ポンプ段（図６の符号８）を除いて、翼列の各段すべてにおいて上流側段のコード長以下となるように設定している。この場合翼列の、翼列開口部のスペーシングｓも同様に徐々に短くなるように設定している。
【００１９】
そして具体的には前記動翼５のコード長ｄを、ネジ溝ポンプ段（図６の符号８）を除いて、最上流段の動翼５ａのコード長ｄａに対し、ネジ溝ポンプ段を除く最下流段の動翼５ｎコード長ｄｎが１／２以下となるように設定されている。
かかる本発明の動翼５の状態を表したのが、図３の拡大図である。
【００２０】
一方図２に示す従来技術においてもネジ溝ポンプ段（図６の符号８）上方の軸流段において吸気口側から動翼最上流段５ａから二段５ｂ、三段目５ｃまでは、動翼の軸方向長さを除々に短くしているが４段目以降の後段側５ｄ〜５ｈにおいては、動翼５ｄ〜５ｈの軸方向長さを一定にしてコード長ｄをほぼ一定にしている。
【００２１】
かかる実施例の作用を説明する。
図４はターボ分子ポンプの翼列の単段における排気特性を示し、同図における翼列のスペーシングコード比ｓ０＝ｓ／ｄを一定に維持しつつ、翼列開口部のスペーシングｓを２倍にして、かつコード長は１／２にして（短コード長という）と、各段における単段排気特性は、翼列開口部のスペーシングｓの１倍、かつコード長は１にした（長コード長という）ものと比較して調べたところ、１０−３Ｔｏｒｒ以下になると、短コード長翼の方が、従来の長コード翼より単段ごとの排気特性（λ／ｓ、λ：気体分子の平均自由行程）より低下するがその低下程度は８０％程度であり、一方は１００から１０−２Ｔｏｒｒ間での中間領域では短コード長でも長コード長でも単段ごとの排気特性には低下がみられないことが理解された。
【００２２】
そこで、前記動翼５のコード長ｄが、ネジ溝ポンプ段８を除いて、翼列の各段すべてにおいて上流側段のコード長以下となるコード長が、特に前段側のみならず後段側においても徐々に短くなるように設定し、より具体的には前記動翼５のコード長ｄを、ネジ溝ポンプ段８を除いて、最上流段の動翼５ａコード長ｄａに対し、ネジ溝ポンプ段８を除く最下流段の動翼コード長が１／２以下となるように設定することにより、特に後段側の動翼の軸方向長さＤの５ｃ〜５ｎを短くすることが可能となり、結果として後段側も長コード長ｄに設定した従来品に対し翼列段数がたとえば従来の８段から１１段に増大し、この結果、１００から１０−２Ｔｏｒｒの間において、最上流段の排気流量が大幅に多くなり、本発明の実施例の効果が確認された。
【００２３】
従って図４に示すようにコード長が短くなると、吸入口圧力の低い場合には排気速度が低下するものの、吸入口圧力が高い場合には、コード長が短くとも、排気速度はコード長が長い場合とほぼ同一となることが分かる。
すなわち、図５に示すように圧力の高いターボ分子ポンプ下流側段については、コード長ｄｃ〜ｄｎにおいて徐々に短い同翼５ｃ〜５ｎを使用し、且つ徐々に動翼の軸方向長さＤを薄くする事により、段数を増やすことが排気速度増加に有効であることが分かる。
【００２４】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、ターボ分子ポンプの中間流に相当する領域での排気性能向上のための基本は単段の排気特性ではなく、複数段により排気速度を高めることにある点に着目し、後段側における動翼の軸方向長さを短くして、より多段化をはかることで、結果として最上流段における排気特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例にかかるターボ分子ポンプの要部概略図である。
【図２】  従来技術にかかるターボ分子ポンプの要部概略図である。
【図３】  図１の動翼部分を示す要部拡大図である。
【図４】  従来と本発明のターボ分子ポンプの翼列の単段における排気特性を示すグラフ図である。
【図５】  従来と本発明のターボ分子ポンプの排気側の排気特性を示すグラフ図である。
【図６】  本発明が適用される従来技術にかかるターボ分子ポンプの全体縦断面図である。
【符号の説明】
１          ケーシング
６          ロータ
７          回転軸
５ａ〜５ｎ  動翼（１１段）
８          ネジ溝ポンプ段
４ａ〜４ｎ  静翼（１１段）
αａ        最上流段動翼のコード長
αｎ        最終段（１１段目）のコード長
【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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