(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータにより高速回転するロータシャフトと、
上記駆動モータとロータシャフトを内蔵して立設されるステータコラムと、
上記ステータコラムを包囲し、上記ロータシャフトに固定されるロータと、
上記ロータを包囲し、上部壁面にガス吸気口が開口され、下部側壁面にガス排気口が開口された中空状のポンプケースと、
上記ポンプケースの底面開口部を塞ぐ裏蓋部と、からなり、
上記裏蓋部は、所要形状に鋳造された蓋部材と、上記ポンプケースと上記蓋部材との間に介挿された鋼板からなるシール部材と、
を具備する
ことを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
上記裏蓋部を上記ポンプケース底面に固定する取付構造は、上記蓋部材に凹部が形成され、この凹部に嵌合された上記シール部材を該蓋部材によりだき締め固定する構造であることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
上記蓋部材には水冷管が埋設されていることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項４】
上記ポンプケース内には、上記ロータの外壁面に一体に設けられたブレード状の複数のロータ翼と、上記ロータ翼間に交互に位置決めされ、上記ポンプケース内に固定されたブレード状の複数のステータ翼と、を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３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、例えば半導体製造装置または液晶ディスプレイパネル製造装置等に用いられる真空ポンプに係り、特に低コストで製造が可能となる真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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処理を行なう工程では、プロセスチャンバ内のガスを排気して一定の高真空度を形成する手段として、例えばターボ分子ポンプのような真空ポンプが用いられている。
【０００３】
一般に、この種のターボ分子ポンプは、円筒型のロータの外周面にブレード状の複数のロータ翼が設けられ、これらロータ翼間に位置決め固定された複数のステータ翼がポンプケース内壁面に設けられており、ロータに一体に取り付けられたロータシャフトを駆動モータにより高速回転させることで、上段のガス吸気口から吸入されるガスを、回転するロータ翼と固定のステータ翼との相互作用により下段のガス排気口へと排気して、ガス吸気口に接続されたプロセスチャンバ内を高真空にするというものである。
【０００４】
ところで、このターボ分子ポンプはポンプケース内の真空状態を確保する観点から、例えばポンプケース底面は裏蓋部材により密閉されてシール性を確保する必要がある。
【０００５】
しかしながら、この裏蓋部材の成形方法として、溶融させた金属を所要形状の鋳型内に流し込んで凝固させる鋳物により成形した場合、鋳物の表面やその内部に凝固収縮による空洞、いわゆる引け巣が生じることがあり、この引け巣等の鋳造欠陥によるリークの問題があるため、シール性が要求される部材として鋳物製品は使用することができなかった。
【０００６】
したがって、比較的複雑な形状となる部材の成形には、切削等の切り出し成形や、別部品を接着または焼きバメ等により接合する方法によらなければならず、これらの成形方法では高度な加工精度が求められるため、ポンプ製造におけるコスト高の要因の一つとなっていた。
【０００７】
また、ターボ分子ポンプは、ポンプ運転中に発生する圧縮熱により高温となった回転体を冷却するための手段として、例えばＳＵＳパイプ等からなる水冷管を取り付けることもあるが、この水冷管をポンプケースの外部に別個に取り付け固定する取付スペースを確保しなければならず、このことがポンプの構造の複雑化や大型化を招いているという問題点も指摘されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リークを防止し、かつシール性が必要とされる蓋部材として鋳物製品を使用することができ、複雑な形状の裏蓋にも低コストで対応できる真空ポンプを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る真空ポンプは、駆動モータにより高速回転するロータシャフトと、上記駆動モータとロータシャフトを内蔵して立設されるステータコラムと、上記ステータコラムを包囲し、上記ロータシャフトに固定されるロータと、上記ロータを包囲し、上部壁面にガス吸気口が開口され、下部側壁面にガス排気口が開口された中空状のポンプケースと、上記ポンプケースの底面開口部を塞ぐ裏蓋部と、からなり、上記裏蓋部は、所要形状に鋳造された蓋部材と、上記ポンプケースと上記蓋部材との間に介挿された鋼板からなるシール部材と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
ここで、上記裏蓋部を上記ポンプケース底面に固定する取付構造は、各種考えられるが、例えば上記蓋部材に凹部を形成し、この凹部に嵌合された上記シール部材を該蓋部材によりだき締め固定する構造を採用することができる。
【００１１】
また、蓋部材の鋳造が可能となったことで、蓋部材の成形時にＳＵＳパイプ等を鋳ぐるみし、蓋部材の内部に水冷管を埋設させてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る真空ポンプは、ロータ外周壁面とその対向面のネジ溝とのネジ溝ポンプ機構を有する真空ポンプのみならず、上記ポンプケース内に、上記ロータの外壁面に一体に設けられるブレード状の複数のロータ翼と、上記ロータ翼間に交互に位置決めされ、上記ポンプケース内に固定されるブレード状の複数のステータ翼とからなるターボ分子ポンプ機構を有する真空ポンプにも適用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る真空ポンプの好適な実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る真空ポンプをターボ分子ポンプに適用した構成を示す縦断面図である。
【００１５】
同図に示すように、このターボ分子ポンプＰは、上部壁面にガス吸気口２５が開口された中空円筒型のケーシング１１と、このケーシング１１よりも小径に成形され、その下部側壁面にガス排気口２７が開口された中空円筒型のベース１２とを接合することにより一体に形成されたポンプケース１３内部にターボ分子ポンプ機構部ＰＡとネジ溝ポンプ機構部ＰＢとが収容された複合型のポンプ機構を採用している。
【００１６】
ポンプケース１３内部には、高周波モータ等の駆動モータ２１により高速回転するロータシャフト１５がポンプケース１３内部に立設するステータコラム１４に内蔵されており、このロータシャフト１５は、ステータコラム１４内部に配設された半径方向電磁石２２，２２と軸方向電磁石２３，２３からなる磁気軸受により、ロータシャフト１５の半径方向および軸方向にそれぞれ軸支されている。
【００１７】
ステータコラム１４内部のロータシャフト１５の両端部にはドライ潤滑剤が塗布された保護用ボールベアリング２４，２４が設けられており、通常運転時にロータシャフト１５に非接触で、磁気軸受の電源異常時にはロータシャフト１５と半径方向および軸方向電磁石２２，２３とが接触するのを保護し、ロータシャフト１５を軸受支持するように構成されている。
【００１８】
また、ポンプケース１３内部のステータコラム１４外周には中空円筒型に成形されたロータ１６がステータコラム１４を包囲するように配置され、ロータ１６の上端はステータコラム１４の端面間を貫通するロータシャフト１５の軸線Ｌ方向にネジ止め固定され、ロータシャフト１５の回転と同期して駆動モータ２１により高速回転する。
【００１９】
本実施形態において、ロータ１６の上部略半分の外壁面にはロータシャフト１５の軸線Ｌ方向にかけてブレード状の複数のロータ翼１７，１７，…が一体に設けられ、ロータ翼１７，１７間に交互に位置決めされたブレード状の複数のステータ翼１８，１８，…がケーシング１１の内壁面にスペーサ１９を介して取り付け固定されて、ロータ１６の回転に伴って高速回転するロータ翼１７と固定のステータ翼１８との相互作用により上段のガス吸気口２５から吸入された遷移流のガス分子を下段側に送り込むターボ分子ポンプ機構部ＰＡを構成している。
【００２０】
一方、ロータ１６の下部略半分の外壁面は平坦な円筒面となっており、このロータ１６外壁面と狭い間隔で対向するベース１２の内壁面は図中点線で示す螺旋状のネジ溝２０が刻設されて、高速回転するロータ１６外壁の円筒面と固定されたベース１２内壁のネジ溝２０との相互作用により、上段のターボ分子ポンプ機構部ＰＡから送り込まれた遷移流のガス分子を粘性流に圧縮し、後段のガス排気口２７へと排気するネジ溝ポンプ機構部ＰＢを構成している。
【００２１】
そして、ケーシング１１に開口されたガス吸気口２５にはプロセスチャンバ等の真空容器Ｃが吸気口フランジ２６にネジ止め固定されるとともに、ベース１２に開口されたガス排気口２７には排気パイプ２８が取り付けられ、この排気パイプ２８は図示しない補助ポンプに連通するように接続される。
【００２２】
ところで、このターボ分子ポンプＰにおいて、ポンプケース１３はケーシング１１とベース１２とに分割された分割構造を採っているが、ポンプの圧縮性能を確保するためにポンプケース１３内部の気密性は次のようにして確保されている。
【００２３】
まず、ケーシング１１とベース１２との接合構造は、ベース１２にケーシング１１をかぶせ、ベース１２の外周に一体に設けられた鍔部３１の上面にケーシング１１の底面に突設された取付部３２を配置し、鍔部３１と取付部３２とを貫通する一のボルト３３で両者を取付部３２の上面側からロータシャフト１５の軸線Ｌ方向に締結固定する構造を採用することにより、ケーシング１１内壁面とベース１２の外壁面との接合面ａのシール性を維持している。
【００２４】
次に、ベース１２とステータコラム１４との接合構造は、ステータコラム１４の外周に一体に設けられた鍔部３４の上面にベース１２の底面を載置し、鍔部３４の下面からベース１２の底面にかけて貫通する一のボルト３５で両者をロータシャフト１５の軸線Ｌ方向に締結固定することにより、ステータコラム１４外壁面とベース１２底面との接合面ｂのシール性を維持している。
【００２５】
さらに、ステータコラム１４には駆動モータ２１や半径方向電磁石２２と軸方向電磁石２３からなる磁気軸受等が内蔵されており、これら電装品のメンテナンスを行なうための作業性を考慮して、ステータコラム１４の底面には開口部３６が形成されている。ポンプ運転時にはポンプケース１３内部の気密性を確保する観点からこの開口部３６もシール性を維持して閉塞する必要があり、本実施形態におけるターボ分子ポンプＰにおいては、このステータコラム１４底面の開口部３６を閉塞する構造に特徴がある。
【００２６】
このターボ分子ポンプＰにおいて、ステータコラム１４底面の開口部３６とこの開口部３６を塞ぐ裏蓋部４０との接合面ｃのシール性を維持し、かつ裏蓋部４０をステータコラム１４底面、すなわちポンプケース１３に着脱可能に取付固定する構造として以下に示すような取付構造を採用している。
【００２７】
すなわち、ステータコラム１４底面に取り付けられる裏蓋部４０は、溶融させたアルミ等の金属を所要形状の鋳型内に流し込んだ後、凝固させることにより鋳造された蓋部材４１と、切削により円盤状に成形されたアルミ板材等の鋼板からなり、蓋部材４１上面とステータコラム１４底面との間に介挿されるシール部材４２と、この蓋部材４１をステータコラム１４底面に取り付ける取付用ネジ４３とから構成されている。
【００２８】
ここで、シール部材４２を位置決め固定する構造については各種考えられるが、例えばステータコラム１４底面に円環状のＯリング４４を一体に成形し、これと対向する蓋部材４１の中心部に円環状の凹部４５を形成し、この凹部４５内にシール部材４２を嵌合した上で、少なくともＯリング４４との接触面にシール部材４２を接合させ、蓋部材４１に開設された取付孔４１ａに取付用ネジ４３を挿通し、ステータコラム１４底面に締結固定して蓋部材４１とシール部材４２とをだき締めする構造を採用することができる。
【００２９】
このように、ステータコラム１４の底面に開口された開口部３６は、鋼板からなるシール部材４２により完全にシールされる構造であるため、ポンプケース１３内で圧縮されたガス分子はシール部材４２により遮蔽され、開口部３６から外部の大気中へと漏洩する恐れは全くない。
【００３０】
したがって、蓋部材４１の成形方法として、引け巣等の鋳造欠陥によるリークの問題で使用することができなかった鋳物による成形方法を採用することができ、鋳物成形による利点、例えば複雑な形状や複数の部品点数により構成されていた蓋部材４１の成形が一部品で簡単に構成することが可能となり、ポンプ製造におけるコストダウンを図ることができる。
【００３１】
また、蓋部材４１の成形が鋳物により成形可能となったことで、従来、切削等の切り出し成形や別部品を接着または焼きバメ等により接合することで行なわれていた外付け部品の取付構造に替えて、例えば図２に示すように、蓋部材４１の成形時にＳＵＳパイプ等を鋳ぐるみし、蓋部材の内部に水冷管５１を埋設させることもでき、このように外付け部品の省スペース化を図ることによって、従来のポンプに比してポンプ全体の構造の簡素化や小型化を実現することができる。
【００３２】
なお、蓋部材４１の内部に水冷管５１を埋設し、蓋部材４１と水冷管５１とを一体に成形したとしても、蓋部材４１はアルミ等の熱伝導率の高い鋳物により成形されているため、固定のステータコラム１４に放熱された回転体の圧縮熱はステータコラム１４底部から鋳物による蓋部材４１へと効率的に熱伝導して冷却されるため、ポンプ全体の冷却効果が低減するということはない。
【００３３】
また、上述した実施形態においては、本発明をターボ分子ポンプに適用した例について説明したが、本発明は、その構造が周知のために説明を省略したネジ溝ポンプ、渦流ポンプ、およびこれらを複合した分子ポンプについても適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る真空ポンプによれば以下のような効果を奏する。
【００３５】
ポンプケース底面の開口部を塞ぐ裏蓋部として、蓋部材と、この蓋部材とポンプケースとの間に介挿される鋼板からなるシール部材とから構成し、このシール部材によりポンプケース底面の開口部と裏蓋部との接合面を完全にシールする構造を採用することで、蓋部材の成形方法として、引け巣等の鋳造欠陥によるリークの問題で使用することができなかった鋳物による成形方法を採用することができ、鋳物成形による利点、例えば複雑な形状や複数の部品点数により構成されていた蓋部材の成形が低コストで可能となる。
【００３６】
また、切り出し成形等の方法により行なっていた蓋部材の成形が鋳物により成形可能となったことで、蓋部材の成形時にＳＵＳパイプ等を鋳ぐるみし、蓋部材の内部に水冷管等の外付け部品を埋設させることもでき、このように外付け部品の省スペース化を図ることによって、従来のポンプに比してポンプの構造の簡素化や小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る真空ポンプをターボ分子ポンプに適用した構成を示す縦断面図。
【図２】本発明に係る真空ポンプにおける他の実施例の構成を示す縦断面図。
【符号の説明】
１１  ケーシング
１２  ベース
１３  ポンプケース
１４  ステータコラム
１５  ロータシャフト
１６  ロータ
１７  ロータ翼
１８  ステータ翼
１９  スペーサ
２０  ネジ溝
２１  駆動モータ
２２  半径方向電磁石
２３  軸方向電磁石
２４  保護用ボールベアリング
２５  ガス吸気口
２６  吸気口フランジ
２７  ガス排気口
２８  排気パイプ
３１  鍔部
３２  取付部
３３  ボルト
３４  鍔部
３５  ボルト
３６  開口部
４０  裏蓋部
４１  蓋部材
４２  シール部材
４３  取付用ネジ
４４  Ｏリング
４５  凹部
５１  水冷管
Ｌ  ロータシャフトの軸線
Ｐ  ターボ分子ポンプ
ＰＡ  ターボ分子ポンプ機構部
ＰＢ  ネジ溝ポンプ機構部
ａ  ケーシング内壁面とベースの外壁面との接合面
ｂ  ステータコラム外壁面とベース底面との接合面
ｃ  ステータコラム底面と裏蓋部との接合面
【図１】
0004126183.tif 000002
【図２】
0004126183.tif 000003