(57)【要約】  多段ターボ分子ポンプが開示されている。ポンプは、複数のローターブレード列を含む高真空段と、高真空段のローターブレード列よりも大きい直径の複数のローターブレード列を含む低真空段と、高真空段と低真空段との間でターボ分子ポンプにガスを入力するための段間入口とを備え、該段間入口が、ポンプの外周からより大きい直径の内側の半径方向位置まで延び、ガスをポンプに軸方向に入れるために配向するためのガス配向構造を備えている。【選択図】図２
2020505546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段ターボ分子ポンプであって、
複数のローターブレード列を含む高真空段と、
前記高真空段の前記ローターブレード列よりも大きい直径の複数のローターブレード列を備えた低真空段と、
前記高真空段と前記低真空段との間で前記ターボ分子ポンプにガスを入力するための段間入口であって、前記段間入口が、前記ポンプの外周から前記大きい直径の内側の半径方向位置まで延び、前記ガスを前記ポンプに軸方向に入れるために配向するガス配向構造を有する段間入口と、を備えている、
ことを特徴とする多段ターボ分子ポンプ。
【請求項２】
前記段間入口は、前記ガス配向構造及び少なくとも１つの開口を含み、前記少なくとも１つの開口は、前記ポンプの半径方向外側位置において、前記大きい直径と前記高真空段の少なくとも１つのローター直径との間に配置されている、
請求項１記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの開口は、前記ポンプの軸線と実質的に垂直な平面内にある、
請求項２に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項４】
前記ポンプは、前記ポンプの周囲の周りの異なる位置に配置された複数の開口を備えている、
請求項２又は３に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項５】
前記ガス配向構造の少なくとも一部が、実質的に軸方向に向いた表面を備えている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項６】
前記ガス配向構造は、前記ポンプの外周において実質的に半径方向に向いた表面から、前記ガス配向構造の半径方向最内点において実質的に軸方向に向いた表面まで変化する表面を備えている、
請求項５に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項７】
前記ガス配向構造の少なくとも一部が、前記高真空段の一部の外周に隣接し又は前記高真空段の一部の外周によって形成されている、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項８】
前記ポンプは、前記高真空段の小さい直径のステータと前記低真空段の大きい直径のステータとの間を架橋するためのステータブリッジ構成要素を含み、前記ステータブリッジ構成要素は、前記ポンプの軸線と実質的に垂直な平面にあるリングを備え、前記リングは複数の開口を備えている、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項９】
前記リングの内径が前記高真空段のステータの直径を有し、前記リングの外径が前記低真空段の前記ステータの大きい直径を有している、
請求項８に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項１０】
前記ステータブリッジは、２つの隣接するローターブレード列間の距離以上であり且つ隣接せずローターブレード列によって互いに分離された２つのローターブレード列間の距離以下である高さを有する、
請求項８又は９に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項１１】
前記高真空段内にある前記ローターブレード列の少なくとも一部は異なる直径を有し、前記低真空段に向かう少なくとも１つのローターの直径は、前記低真空段からより離れているローターの直径よりも小さい、
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項１２】
前記高真空段内の前記ローターブレード列は、前記低真空段に向かってテーパーが付けられた直径を有する、
請求項１１に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項１３】
前記ローターブレード列の各々は複数のローターブレードを有し、前記段間入口に隣接する前記低真空段の前記ローターブレード列である前記段間入口ローターブレード列の前記ブレードが、前記段間入口で受ける前記ガスをポンプ送給するのに適した前記ブレードの外側部分の角度と、前記高真空段の入口で受ける前記ガスをポンプ送給するのに適した内側部分の角度とを有する、
請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項１４】
前記段間入口ローターの前記ブレードは、前記段間入口で受ける前記ガスをポンプ送給するのに適した前記外側部分と前記高真空段入口で受ける前記ガスをポンプ送給するのに適した前記内側部分との間で幾何学的形状の局所的変化を有し、前記幾何学的形状の局所的変化は、前記ローターブレードの半径の１０％未満である前記ローターブレードの長さにわたって生じる、
請求項１３に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項１５】
前記ローターの前記長さは、前記開口の長さの５％だけ前記入口の開口の内側にある半径方向点から内向きに前記ローターブレードの前記半径の２０％にわたって延びる前記ローターブレードの領域内にある、
請求項１４に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項１６】
前記ブレードの前記外側部分の前記角度は、前記段間入口で受ける前記ガスのポンプ送給速度を上昇させるのに適しており、前記内側部分の前記角度は、前記高真空段の入口で受ける前記ガスの圧縮を増大させるのに適している、
請求項１３ないし１５のいずれか１項に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項１７】
前記ポンプの前記軸線と垂直な平面である半径方向平面と前記ブレードの前記外側部分との間の角度は、前記半径方向平面と前記ブレードの前記内側部分との間の角度よりも大きい、
請求項１６に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項１８】
前記ローターブレード列の各々は複数のローターブレードを有し、前記段間入口に隣接する前記低真空段の前記ローターブレード列である前記段間入口ローターブレード列の前記ブレードが、前記段間入口で受ける前記ガスをポンプ送給するのに適した前記ブレードの外側部分の角度と、前記高真空段の入口で受ける前記ガスをポンプ送給するのに適した内側部分の角度とを有する、
請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項１９】
複数のステータブレード列、前記段間入口ステータブレード列の前記ブレードを備え、前記段間入口ステータブレード列が前記段間入口に隣接する前記低真空段の前記ステータブレード列であり、前記段間入口で受けるガスのポンプ送給に適した前記ブレードの外側部分の角度と、前記高真空段入口で受けるガスのポンプ送給に適した内側部分の角度とを有する、
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項２０】
前記段間入口ステータの前記ブレードは、前記段間入口で受ける前記ガスに適した前記外側部分と前記高真空段入口で受ける前記ガスに適した前記内側部分との間で幾何学的形状の局所的変化を有し、前記幾何学的形状の局所的な変化は、前記ステータブレードの半径の１０％未満である前記ステータブレードの長さにわたって生じる、
請求項１９に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項２１】
前記ステータブレードの長さは、前記開口の長さの５％だけ前記入口開口の内側にある半径方向点から内向きに前記ステータブレードの前記半径の２０％にわたって延びる前記ステータブレードの領域内にある、
請求項２０に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項２２】
前記ブレードの前記外側部分の前記角度は、前記段間入口で受ける前記ガスのポンプ送給速度を上昇させるのに適しており、内側部分の角度は、前記高真空段の入口で受ける前記ガスの圧縮を増大させるのに適している、
請求項１９ないし２１のいずれか１項に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項２３】
前記ステータブレード列の各々は複数のローターブレードを有し、前記段間入口に隣接する前記低真空段の前記ステータブレード列である前記段間入口ステータブレード列の前記ブレードが、前記ブレード列の内径におけるブレードの数と比較して、外径において増大した数のブレードを有している、
請求項１ないし２２のいずれか１項に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【請求項２４】
前記高真空段は前記ポンプの第１段であり、前記低真空段は前記ポンプの第２段であり、前記第１段は、前記第１段のローターブレード列の直径を横切って延びる入口を備えている、
請求項１ないし２３のいずれか１項に記載の多段ターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、ターボ分子ポンプに関し、詳細には、段間入口を有する多段ターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高真空及び超高真空をもたらすターボ分子ポンプが知られている。これらのポンプは、ポンプに入る気体分子が回転するローターブレードによって運動量を与える運動量伝達ポンプである。ポンプは、複数の角度付きローター及びステータブレード列ペアを備え、ローターブレード列のブレードは、ガス分子をポンプの排気端に向かって押し進めるような角度が付けられている。幾つかの場合では、ステータよりも多いローターブレード列が存在し、１又は複数のローターブレード列が対応するステータとペアにされないようにすることができる。
【０００３】
幾つかの異なるチャンバが、単一のポンプによって異なる圧力でポンプ送給できるように、マルチポートポンプ又は分割流ポンプが開発されている。第１段は、ガスを高真空チャンバから極低圧力で受け入れ、後続の段（複数の段）は、ガスを低真空チャンバから高圧力で受ける。従来、ガスは、ポンプの円周上に配置された２つの段の間にある開口を介してポンプに半径方向に流入していた。このような開口では、このガス入力のための空間を提供するよう２つの段の間に妥当な距離を設けることが必要となる。図１は、このような従来のターボ分子ポンプを示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
異なる段の効果的なポンプ送給を提供する段間入口を有する小型の多段ターボ分子ポンプを提供することが望ましいことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様は、多段ターボ分子ポンプであって、複数のローターブレード列を含む高真空段と、高真空段のローターブレード列よりも大きい直径の複数のローターブレード列を含む低真空段と、高真空段と低真空段との間でターボ分子ポンプにガスを入力するための段間入口であって、ポンプの外周から大きい直径の内側の半径方向位置まで延び、ガスをポンプに軸方向に入れるために配向するガス配向構造を含む段間入口と、を備える。
【０００６】
本発明の発明者らは、多段ターボ分子ポンプにおいてガスを半径方向に入力できるようにする異なる段のローターブレード列間のギャップが、小型ではないポンプをもたらすと認識した。彼らはまた、ターボ分子ポンプ内のポンプ送給段は、直径が下流方向に増大するローターブレード列を有することができることを認識した。ターボ分子ポンプ内の最高真空段のローター直径は、ローターを取り付けたチャンバの出口サイズによって決まり、これは基準によって設定することができる。後続のローターブレード列は、それほど制約されず、より大きい直径を有することができる。隣接する段のローターブレード列間の大きさの差異により、軸方向で大きい直径のローターブレード列の外周に向けてガスを配向することができるガス入口の機会を提供する。これにより、２つの段間の大きなギャップの必要性が低減されるだけでなく、ローターブレードが最高速度となるポンプの最も有効なポンプ送給位置であるローター先端に向けて配向されるガス流を提供する。こうして、ポンプ送給効率が改善された小型のポンプが提供される。
【０００７】
幾つかの実施形態において、段間入口は、ガス配向構造及び少なくとも１つの開口を含み、少なくとも１つの開口は、ポンプの半径方向外側位置において、大きい直径と高真空段の少なくとも１つのローター直径との間に配置されている。
【０００８】
幾つかの実施形態において、少なくとも１つの開口は、ポンプの軸線と実質的に垂直な平面内にある。
【０００９】
大きい直径内にある位置にポンプ軸線と実質的に垂直な平面内に入口の開口を設けることにより、この開口を通って垂直に流れるガスが、軸方向でポンプ内に進み、更にこの大きい直径のローターの外側先端に進むことができるようになる。軸線に対して実質的に垂直な平面は、軸線に対して７０°から１１０°の間の角度の平面であるとみなされる。
【００１０】
幾つかの実施形態では、ポンプは、ポンプの円周周りに異なる位置に配置された複数の開口を含む。
【００１１】
ただ１つの開口が存在しても良いが、幾つかの実施形態では、複数の開口があり、これらはポンプの周囲の周りの異なる位置に配置され、これにより流れの均一性を改善し、ポンプの有効性及び効率が向上する。
【００１２】
幾つかの実施形態では、ガス配向構造の少なくとも一部が、実質的に軸方向に向いた表面を含む。
【００１３】
幾つかの実施形態では、ガス配向構造は、ポンプの外周において実質的に半径方向に向いた表面から、ガス配向構造の半径方向最内点において実質的に軸方向に向いた表面まで変化する表面を含む。
【００１４】
ガス配向構造は幾つかの形態を有することができるが、構造の少なくとも一部は、実質的に軸方向に向いた表面を含み、半径方向に移動するガスを偏位させるように作用する。実質的に軸方向に向いた表面は、ポンプの軸線に対して２０°未満の角度を成す表面であると考えられる。幾つかの実施形態では、ガス配向構造は、ガスをガス源からポンプに取り込む実質的に半径方向に向いた表面（ポンプの半径に対して２０°未満の角度の表面）から、ガスがポンプに流入するにつれて実質的に軸方向に向いた表面まで変化する表面を含む。このようにして、ガス流は、半径方向からポンプに向かって送給され、流れの方向は、実際にポンプに入力される前に軸方向に変えられる。他の実施形態では、ガスは軸方向に送給することができ、ガス配向構造は、半径方向に向いた表面を有していない。
【００１５】
幾つかの実施形態では、ガス配向構造の少なくとも一部が、高真空段の一部の外周に隣接し、又は高真空段の一部の外周によって形成されている。
【００１６】
ポンプの異なる段の直径が異なることにより、ガス配向構造の少なくとも一部が、より小さい直径の段の外周に隣接して位置し、又は外周により形成できるようになる。このようにして、ガスの流れは、より小さい直径の段に沿って配置された構造によって配向することができ、入口開口はより大きい直径と重なり、入口は、段間に実質的なギャップを必要とせず、ポンプの小型のデザインが可能になる。
【００１７】
幾つかの実施形態では、ポンプは、高真空段の小さい直径のステータと低真空段の大きい直径のステータとの間を架橋するためのステータブリッジ構成要素を備え、ステータブリッジ構成要素は、ポンプの軸線と実質的に垂直な平面にあるリングを含み、リングは複数の開口を含む。
【００１８】
ステータブリッジ構成要素は、異なる直径を有することができる異なる段のステータ間を架橋するために多段ポンプで使用される。本発明の実施形態では、ステータブリッジは、ポンプ軸線に対して実質的に垂直なリングを備える。このリングは、低真空段のローターブレードに近接している複数の開口を含む。リングの複数の開口は、リングの周囲に配置されて、ガス入口の開口を形成している。
【００１９】
幾つかの実施形態では、リングの内径が高真空段のステータの直径を含み、リングの外径が低真空段のステータの大きい直径を含む。
【００２０】
入力のために利用可能な空間を利用するために、ステータブリッジのリングが高真空段のステータの直径から低真空段のステータの大きい直径まで延びる場合に有利である。ステータブリッジは、半径方向平面（ポンプの軸線と垂直な平面）内のリングに加えて、２つの隣接する段のローターブレード列間の距離によって高さが設定される軸方向部分を有する。
【００２１】
実施形態では、ステータブリッジの高さは、２つの隣接するローターブレード列間の距離以上であり、隣接せずローターブレード列によって互いに分離された２つのローターブレード列間の距離以下である。入口の配列のおかげで、段の間に、特にガスの入力のためのギャップはもはや必要がなく、そのため隣接する段のローターブレード列の間の距離を設定するローターブリッジ高さは、ローターブレード列が段内にあるようにできるだけ近く、又はそれらが段内にある距離の少なくとも２倍までであるようになっている。
【００２２】
幾つかの実施形態では、高真空段内にあるローターブレード列の少なくとも一部は異なる直径を有し、低真空段に向かう少なくとも１つのローターの直径は、低真空段からより離れたローターブレード列の直径よりも小さい。
【００２３】
異なる段内のローターブレード列は、他の段のローターブレード列とは異なるが均一な直径にすることができるが、幾つかの実施形態では、高真空段内のローターブレード列自体を異なる直径にすることができ、複数ローターブレード列の直径は、１つのローターブレード列が入口に向かって進むにつれて小さくなる。入口に近い直径が小さいほど、この入口のための空間が広くなる。
【００２４】
幾つかの実施形態では、高真空段内のローターブレード列の直径は、低真空段に向かってテーパーが付けられている。
【００２５】
ローターブレード列の直径の変化は多くの形態にすることができるが、その幾つかでは、変化では連続的であり、ローターブレード列の直径は、低真空段に向かってテーパーが付けられている。
【００２６】
幾つかの実施形態において、ローターブレード列の各々は複数のローターブレードを有し、段間入口に隣接する低真空段のローターブレード列である段間入口ローターブレード列のブレードが、段間入口で受けるガスをポンプ送給するのに適したブレードの外側部分の角度と、高真空段の入口で受けるガスをポンプ送給するのに適した内側部分の角度とを有する。
【００２７】
ポンプの構成、特に段間入口の構成のおかげで、高真空段によってポンプ送給されるガスは、この段のローターブレード列の中間に向かってかつ縁から離れて低真空段に入る一方、段間入口におけるガス入力は、この段のローターブレード列の外側部分に向けられる。こうして、２つのガス流は、少なくともこのポンプ送給段の初期部分では、主にポンプの異なる領域にある。本発明者らは、この流れの実質的な分離は、ローターブレードの異なる部分が主に異なるガス流をポンプ送給していることを意味することを認識した。こうして、ブレードは、高真空段から受け入れるガスを主にポンプ送給する内側部分が、このガス流に適した方式で角度が付けられるように適合することができ、他方、外側部分におけるブレードは、段間入口で受けるガスをポンプ送給するよう適合される。
【００２８】
幾つかの実施形態では、段間入口ローターのブレードは、段間入口で受けるガスをポンプ送給するのに適した部分と高真空段入口で受けるガスをポンプ送給するのに適した部分との間で、幾何学的形状の局所的変化を有し、幾何学的形状の局所的変化は、ローターブレードの半径の１０％未満であるローターブレードの長さにわたって生じる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、幾何学的形状の局所的変化を含む長さは、開口の長さの５％だけ入口開口の内側にある半径方向点からポンプの中心に向かって内向きにローターブレードの半径の２０％にわたって延びるローターブレードの領域内にある。
【００３０】
ブレードを異なるガス流に適応させることは、ブレードが一方のガス流を主にポンプ送給するブレードの部分と他方のガス流をポンプ送給する部分との間の領域に、幾何学的形状又は傾斜角の局所的な変化があることを意味する。幾何学的形状又は角度の局所的な変化は、比較的小さい領域にわたって発生する。すなわち、変化は、ローターブレード半径の１０％未満の長さの範囲内に位置し、この長さは、ローターブレード半径の２０％にわたって半径方向位置から内向きに延び、ローターブレードの半径の長さの５％だけ入口開口の内縁よりも外周に向けて離れた地点で始まる外側点で始まる領域のどこかで生じる。
【００３１】
幾つかの実施形態では、ブレードの外側部分の角度は、段間入口で受けるガスのポンプ送給速度を上昇させるのに適しており、内側部分の角度は、高真空段の入口で受けるガスの圧縮を増大させるのに適している。
【００３２】
ローターブレード列上のブレードの角度は、ガスのポンプ送給速度又は圧縮が最も重要な要素であるかどうかに応じて、ブレードの長さにわたって変化することができる。場合によっては、ブレードの外側部分は、ポンプ送給速度を上げるように適合することができ、一方、内側部分は、ポンプ送給圧縮を増やすように適合することができる。この点に関して、外周は段間入口でガス入力をポンプ送給し、これは、内側部分が上流の入口からガスをポンプ送給している間はある程度の加速を必要とすることがあり、これは加速を必要とするよりも圧縮を必要とすることがある。
【００３３】
幾つかの実施形態では、ポンプの軸線と垂直な平面である半径方向平面とブレードの外側セクションとの間の角度は、半径方向平面とブレードの内側セクションとの間の角度よりも大きい。
【００３４】
前述したように、外側セクションにおけるブレードの角度は、ポンプ送給速度を上げるために設けられ、そのため一般に、大きな圧縮を提供する内側セクションにおけるブレードの角度よりも大きい傾斜を有し、すなわち半径方向平面とブレードとの間のより大きい角度である。これはブレードの長さに沿って角度の何らかの変化があれば、一般にブレードの外側部分がより外側の縁部で増大した領域を覆うように平坦な従来のブレードとは異なる。
【００３５】
幾つかの実施形態において、ローターブレード列の各々は複数のローターブレードを有し、段間入口に隣接する低真空段のローターブレード列である段間入口ローターブレード列のブレードが、大きい直径よりも小さい直径のブレードの少なくとも一部を有する。
【００３６】
異なるガスに必要とされる異なるポンプ送給特性を可能にするよう異なるようにねじれたブレードに加えて又はその代わりとして、ローターブレードの長さもまた、入口に隣接するローターブレード列において変化することができる。すなわち、これらの一部は、幾つかの場合では、ローター先端が取り除かれ、これらの短くされたブレードが、段間入口を越えて延びることなく、より大きな入口面積を可能にしている。
【００３７】
幾つかの実施形態では、ポンプは、複数のステータブレード列を備え、段間入口に隣接する低真空段のステータブレード列である段間入口ステータブレード列のブレードが、段間入口で受けるガスのポンプ送給に適したブレード外側部分の角度と、高真空段入口で受けるガスのポンプ送給に適した内側部分の角度とを有する。
【００３８】
ローターブレードは、二種類のガスを差動ポンプ送給するよう適合されたローターブレードに加えて又はその代わりとして、ステータブレードもまたこのように構成することができる。これに関して、ステータは回転しないので、幾何学的形状の局所的な変化を提供することはステータではより容易なことであり、幾つかの実施形態では、ローターの幾何学的形状を変えるよりも好ましい場合がある。
【００３９】
幾つかの実施形態において、段間入口ステータのブレードは、段間入口で受けるガスに適した部分と高真空段入口で受けるガスに適した部分との間で幾何学的形状の局所的変化を有し、幾何学的形状の局所的な変化は、ステータブレードの半径の１０％未満であるステータブレードの長さにわたって生じ、上記長さは、開口の長さの５％だけ入口開口の内側にある半径方向点から内向きにステータブレードの半径の２０％にわたって延びるステータブレードの領域内にある。
【００４０】
幾つかの実施形態では、ブレードの外側部分の角度は、段間入口で受けるガスのポンプ送給速度を上昇させるのに適しており、内側部分の角度は、高真空段の入口で受けるガスの圧縮を増大させるのに適している。
【００４１】
ブレードは、幾つかの場合には幾つかの方式で適応させることができるが、段間入口におけるガス入力にとって上昇したポンプ送給速度であることが望ましい一方、高真空段からのガス入力には増大した圧縮を必要とすることがある。
【００４２】
幾つかの実施形態では、ステータブレード列の各々は、複数のローターブレードを有し、段間入口に隣接する低真空段のステータブレード列である段間入口ステータブレード列のブレードが、ブレード列の内径におけるブレードの数と比較して、外径において増大した数のブレードを有する。
【００４３】
ねじられたステータブレードに加えて又はその代わりとして、外縁に向かうブレードの数は、中心に向かうブレードの数とは異なるようにすることができ、その数は外縁に向かうにつれて増大する。
【００４４】
上述したように、段間入口ローターブレード列及び／又はステータブレード列を適応させることが望ましい場合があり、幾つかの実施形態では、ステータブレード列及び／又はステータブレード列もこのように適応させることができ、結果として下流方向におけるステータブレード列及び／又はローターブレード列は、段間入口ローターブレード列及び／又はステータブレード列と同様に又は同じやり方で適応させることができる。
【００４５】
段間入口は、ポンプの幾つかの異なる段の何れかの間に存在することができ、実際、幾つかの異なる段の間に複数の段間入口が存在し得るが、幾つかの実施形態では、段間入口の少なくとも１つは、ポンプの第１の高真空段とポンプの第２の低真空段との間にある。ポンプの第１段の直径は、それが取り付けられるチャンバに依存し、これは基準によって決まることが多い。後続段のローターブレード列は、このように限定されず、第１段よりも大きい直径にすることができる。
【００４６】
更なる特定の好ましい態様は、添付の独立請求項及び従属請求項に記載されている。従属請求項の特徴は、必要に応じて独立請求項の特徴と組み合わせることができ、また請求項に明示的に記載されているもの以外の組み合わせにすることができる。
【００４７】
装置の特徴が機能を発揮するように動作可能であると記載されている場合、これは、当該機能を提供する又は当該機能を提供するように適応又は構成された装置の特徴を含むことを理解されたい。
【００４８】
次に、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来技術による分割流を有するターボ分子ポンプの断面図である。
【図２】一実施形態による分割流を有するターボ分子ポンプの断面図である。
【図３ａ】一実施形態によるターボ分子ポンプへの入口を通る断面図である。
【図３ｂ】段間ローターブレード列におけるローターブレードの概略側面図である。
【図４】ローターブレード列の概略上面図である。
【図５】ステータブリッジを示す図である。
【図６】一実施形態によるターボ分子ポンプを示す図である。
【図７】一実施形態によるターボ分子ポンプによって排気されている複数のチャンバを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
実施形態をより詳細に説明する前に、まず概要を説明する。
複数のポンプ送給段を含むポンプが開示されている。１つのポンプ送給段は、大きい直径のローターのブレード列を有するポンプ送給段の上流側に、小さい直径のローターブレード列を備えている。この直径の差により、ポンプは、段間入口で流入した「エンドオン」ガスをポンプ送給することができる。ガスは、大きい直径のローターブレード列を有する段にポンプ送給され、ローターブレードの露出した外縁上に軸方向に向けられる。特別な「アダプタブリッジ」は、ガス入口のためにステータ段の間で使用できる。ポンプには、分割流ポンプの利点があり、ターボセクションへのアクセスをガスに提供する一方、この段間のためのガスが多くの従来の半径方向の方法ではなくローターと同じ軸線上に流入するので、ポンプの高さを減少させる。
【００５１】
実施形態は、設置面積を縮小しながら、潜在的なポンプ送給性能を向上させる。これは、ローターの上方セクションに小さいターボディスクを使用し、下方セクションに大きいターボディスクを使用することによって実現される。このような配置は、多くの従来の分割流ローター配置と類似している。相違点は、ガスが、ローターの軸線に実質的に沿って、幾つかの実施形態ではより大きい直径のターボ段のブレード先端を下方で露出させる特注の「ステータブリッジ」構成要素を通って中間段に入ることである。ガスの半径方向流入を可能にするためにブレード段を離間させる必要がないので、ローターの長さを短くすることができる。
【００５２】
図２は、一実施形態によるターボ分子ポンプのローターブレード列を示す図である。図１は、従来のターボ分子ポンプの同様な図を示す。図１では、２つの段の間の段間ガス入口１０は、半径方向のガス流を有する半径方向の入口であるので、半径方向のガス流には、十分に大きい入口を設けるために、２つの段のローターブレード列間に有意なギャップが必要である。
【００５３】
図２のポンプでは、段間入口１０におけるガス入力は、半径方向に到達し、ガス偏向手段（図示しない）によって軸方向に方向転換されて、第２段の上部ローター２２ａの上方の軸流としてポンプに流入する。入口開口は、第１段のローターブレード列２０の直径と第２段のローターブレード列２２の直径との間にある。図から分かるように、小さい直径のローターブレード列を有する第１段と第２段との間の距離は、図１の従来デザインと比較すると、図２の実施形態ではかなり小さい。これに関して、実施形態の段間の典型的な距離は、段内の隣接するローターブレード列間の距離に等しいか又はこれよりも大きいが、段内の２つのローターブレード列間の距離よりも大きくは無い。
【００５４】
ガスがこの段でポンプに流入するのに十分な大きさにされた入口を提供するためには、図１に示した従来のターボ分子ポンプの段間にはより大きい距離が必要とされる。図１のポンプのガスは、半径方向入口を通り第２段の上部ローターの頂部を横切って入り、ポンプの回転ローターブレード列によって、半径方向流れから軸方向流れに方向転換される。図２の実施形態では、入力ガスは、ガス偏向手段によって入力において方向転換され、第２段のローターブレード列の外側先端部に軸方向に入力される。入口は図１の入口よりも小さくすることができるが、これは、ローターブレードの中心部よりも速く回転するローターブレードの外縁部に入力ガスが向けられることに起因したポンプ送給効果が向上することによってある程度補償される。
【００５５】
これに関して、図２の実施形態における開口の大きさは、異なる段のローターブレード列同士の直径寸法の差によって制限される。図１では、開口の大きさは、２つの段の間の距離に左右され、従って図１のポンプの開口の大きさを大きくすると、ポンプの長さが長くなる。
【００５６】
図３ａは、ターボ分子ポンプの段間入口１０を通る断面図である。入口１０は、流れ偏向部１２及び開口１４を有する。分かるように、流れ偏向部分は、半径方向に到着する分子を偏向させる軸方向に向いた表面の形態をとっている。開口１４は、ポンプの軸線と垂直な半径方向平面内にあり、その大きさは、２つのローターブレード列の直径の差によって制限される。流れ偏向面１２は、小さい直径のローターブレード列を備えるポンプ送給段の外周に隣接する軸線と平行に延びている。この実施形態では、開口１４はステータブリッジ内に形成されている。
【００５７】
図３ｂは、段間ローターブレード列２２ａのローターブレード２４の側面図である。ターボ分子ポンプのローターブレード列は、ポンプを通ってポンプ送給されるガスの分子を駆動するように角度が付いた複数のブレードを有する。ブレードの角度が大きいほど又はブレードの傾きが大きいほど、より多くのガスが捕えられ、より高速になり、これによりポンプ送給速度を上昇させる。角度が平坦であるほど、ポンプによってより多くの圧縮が得られる。
【００５８】
異なる段のガスがポンプに入力される様態のおかげで、上流段へのガス入力は小さい直径の段を横切って入力され、他方、段間入力におけるガス入力は、大きい直径の段の外縁に向かって入力され、各入力からのガスは流れが異なる。このように、２つのガス流は、段間入口にならって少なくとも最初はほぼ別々の流れとして進み、新たに加えられたガスは、ポンプの外縁を下方に流れ、前段からポンプ送給されたガスは、ポンプの半径方向内側位置に向かう。これにより、ローター又はステータの一方又は両方のブレードは、ローターブレード列の異なる部分によってポンプ送給される異なるガス流に必要なポンプ送給効果を与えるように傾斜して設計することができる。
【００５９】
図３ｂは、このような１つのローターブレード２４の側面図を示し、幅広のセクションは、この場合は傾き角が大きい外側部分を示す。入口開口１４の位置も、ポンプの中心軸線と同様に示されている。図から分かるように、幾何学的形状の局所的変化が領域ＲLにわたって生じている。実施形態では、この領域の長さは、ブレードの半径Ｒの１０％以下に制限され、領域Ｒａ内のどこかに位置し、入口開口の内側の点よりもブレードの外縁に向かって半径方向の長さの５％だけ遠い点から延び、ブレードの中心に向かってブレードの長さの２０％以下の長さにわたって延びている。このようにして、幾何学的形状は、異なる入口からの２つのガス流が互いに隣接する／一致する領域で局所的に変化する。
【００６０】
ブレードのうち段間入口のすぐ後に続く内側セクションは、主として前段からポンプ送給されたガスをポンプ送給する一方、外側セクションは、大部分が段間入口で受けるガスをポンプ送給する。
【００６１】
図３ｂの実施形態では、段間入口におけるガス入力に関するブレードのポンプ送給特性は、捕捉及び加速に集中して急なブレード角度を有するように設計されている。内側部分に向かうブレードは、平坦であり、前段から来るガスを良好に圧縮して、ガスの逆流を回避する。このように、ブレードは、外側に向かって角度がより急であり内側に向かって角度がより平坦なねじれた性質を有する。
【００６２】
ブレードの角度が変化すると、２つの流れが優位に変化する点の周りで幾何学的形状が局所的に変化する。この点から内側に移動すると、主にポンプ送給されているガスは、この上流の段からのものであり、外側縁では、段間入口を通って入力されるガスであるのでこの点は、小さい上流段のローターの外周に近接している。実際には、ブレードの半径に沿って形状が局所的に変化する可変な幾何学形状がある。
【００６３】
図３ｂはローターブレードの角度の変化を示すが、幾つかの実施形態では、幾何学的形状の局所的な変化は、ステータブレードによって与えられ、ここでも角度の変化は、優位なガス流によって必要とされるポンプ送給特性を考慮して設計されている。
【００６４】
代替的に及び／又は追加的に、ローターブレード及びステータブレードの数は、外径に向かって変化することができ、その数は増加する。他の実施形態では、ローター直径及び／又はステータ直径は、段間入口に向かって変化し、直径がテーパー付きにされ、これら直径は、ブレード列が段間入口に近づくにつれて次第に短くなる。
【００６５】
図４は、ブレードのねじれ形状及び角度の変化を示した段間ローターブレード列２２ａの上方図であり、角度の変化は、この実施形態ではブレードの外側部分がブレードの内側部分よりもより傾くように生じている。
【００６６】
図５は、一実施形態によるステータブリッジ３０の断面図である。ステータブリッジ３０は、より小さいブレード２０の直径に対応する内径とされた内側リング部分３２と、より大きい直径のローターブレード２２を囲むように構成された直径の外側リング部分３４とを有するリングを含む。接続片３３が２つのリングを共に保持し、これらの接続片間のギャップは入口開口１４として作用する。
【００６７】
図６は、示した２つの段の間にある図５のステータブリッジ３０を有するターボ分子ポンプ５を示す。
【００６８】
図７は、一実施形態によるターボ分子ポンプによって排気される複数のチャンバを示す図である。複数のチャンバ４０、４２及び４４は、次第に高真空になっている。チャンバ４０は、初期ポンプ（図示しない）によって排気される一方、チャンバ４２及び４４は、ターボ分子ポンプ５の異なる段によって排気される。最高の真空段４４は、標準寸法のターボ分子ポンプ５の上端に接続された入口を有する。チャンバ４２は、ポンプ５の段間入口１０に接続された入口を有する。入口１０は、ポンプの横断面にある開口１４と、ポンプの半径と垂直な軸線平面にある流れ偏向手段１２とを含み、結果として流れ偏向手段は、ポンプ軸線と実質的に平行である。
【００６９】
本明細書には本発明の例示的な実施形態を添付の図面を参照して詳細に開示したが、本発明は正確な実施形態に限定されず、実施形態において様々な変更及び修正が、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって定まる本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によってなされ得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【００７０】
５  ターボ分子ポンプ
１０  段間入口
１２  流れ偏向手段
１４  入口開口
２０  第１段のローターブレード列
２２  第２段のローターブレード列
２２ａ  段間入口に隣接する第２段のローターブレード列
２４  ローターブレード列２２ａのローターブレード
３０  ステータブリッジ
３２  ステータブリッジの内側リング
３４  ステータブリッジの外側リング
３３  外側リングと内側リングとの間の接続片
４０  低真空チャンバ
４２  中間真空チャンバ
４４  高真空チャンバ
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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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【国際調査報告】
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