JP2006090231A - ターボ分子ポンプ固定翼の製造方法および真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ分子ポンプ固定翼の強度向上を図るのに好適なターボ分子ポンプ固定翼の製造方法を提供する。
【解決手段】半リング状板材１００にスリット１０２と小穴１０３、１０４を形成し、このスリットと小穴を形成した半リング状板材１００から固定翼１４を切り起す。その際、スリット１００は、半リング状板材１００に一定の間隔で放射状に複数形成され、固定翼１４の切り起しは、隣り合う２つのスリット１０２、１０２間に第１と第２の切り込み１０５、１０６を入れながら、同時に、その両切り込みの終端１０５ａ、１０６ａ間を折り曲げ線として両スリット１０２、１０２間の板材部分１０７を上記切り込み方向にプレスで起き上げるように曲げ加工し、上記小穴１０３、１０４は、固定翼１４の切り起し時において両切り込みの終端１０５ａ、１０６ａとなる箇所にあらかじめ設けられるものとする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ターボ分子ポンプ固定翼の製造方法に関し、特に、そのターボ分子ポンプ固定翼の強度の向上を図れるようにしたものである。

この種のターボ分子ポンプ固定翼は、図７に示す半リング形状の固定翼集合体７２を２つ突き合わせてリング状とした形で、ターボ分子ポンプ内に配置される。個々の固定翼集合体７２は、放射状に並んで配置された複数の固定翼７５、７５…を、内外一対のリム部７３、７４で一体に連結した構造となっている（例えば、特許文献１の図２（ａ）参照）。

上記の如く内外一対のリム部７３、７４で連結された複数の固定翼１４、１４…は、プレスにより一度に切り起こし成形される。すなわち、上記固定翼７５、７５…を製造する際は、まず、半リング状板材に放射状にスリットを複数形成し、次に、その隣り合う２つのスリット間の板材部分を固定翼７５としてプレスで切り起こすものとしている。

しかし、上記の如く固定翼７５を切り起こす方法によると、その切り起こしの際に固定翼７５の両側に入る切り込みが必要以上に長く入ってしまい、固定翼７５の付け根部分の幅Ｌ４（図６参照）が設定値より狭くなる場合がある。このため、固定翼７５の強度が不足し、大気突入時の大気の流れや通常運転時のガスの流れにより固定翼７５が撓んで回転翼１３（図１参照）と接触する可能性がある等の問題がある。

特許第３０１３０８３号

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、ターボ分子ポンプ固定翼の強度向上を図るのに好適なターボ分子ポンプ固定翼の製造方法、および真空ポンプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、放射状に並んで配置された複数の固定翼を内外一対のリム部で一体に連結してなる構造のターボ分子ポンプ固定翼を製造する方法であって、上記ターボ分子ポンプ固定翼の製造方法は、半リング状板材にスリットと小穴を形成する工程と、上記スリットと小穴を形成した半リング状板材から固定翼を切り起す工程とを含み、上記スリットは、上記半リング状板材に一定の間隔で放射状に複数形成され、上記固定翼の切り起しは、上記複数のスリットのうち、隣り合う２つのスリット間に第１と第２の切り込みを入れながら、同時に、第１と第２の切り込みの終端間を折り曲げ線として上記両スリット間の板材部分を上記切り込み方向にプレスで起き上げるように曲げ加工し、上記小穴は、上記固定翼の切り起し時において上記第１と第２の切り込みの終端となる箇所にあらかじめ設けられることを特徴とする。

本発明は、ポンプ軸心を中心としてロータと一体に回転する固定翼と、定位置に固定されたターボ分子ポンプ回転翼とを、交互に多段に備えてなる真空ポンプにおいて、上記各段のターボ分子ポンプ固定翼は、放射状に並んで配置されるように切り起し形成された複数の固定翼を具備し、その固定翼の切り起しにより該各固定翼の両側に入るそれぞれの切り込みの終端部に小穴を有する構造であることを特徴とする。

本発明にあっては、上記の如く、固定翼の切り起し時において第１と第２の切り込みの終端となる箇所にあらかじめ小穴が設けられる構成を採用した。このため、固定翼の切り起し時に第１と第２の切り込みが進んで行き着く先、すなわち切り込みの終端となる箇所にはあらかじめ開設された小穴があり、この小穴により第１と第２の切り込みの終端位置が規制されるから、固定翼の付け根部分の幅、すなわち切り込みの終端からその先にあるスリットまでの幅が一定になる。このため、その固定翼の付け根部分の幅が設定値より狭くなること、つまり、かかる切り込みが必要以上に長く入ってしまうことによる固定翼の強度低下を防止でき、固定翼の撓みによる不具合、例えば大気突入時の大気の流れや通常運転時のガスの流れによる固定翼と回転翼との接触を防止できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示した真空ポンプＰは、半導体製造装置や液晶ディスプレイパネル製造装置における真空装置の一部として使用され、真空チャンバ内の圧力を所定の真空度とするものである。また、同図の真空ポンプＰは、外装ケース１内に、ターボ分子ポンプＰｔとして機能する部位とネジポンプＰｓとして機能する部位とを有する複合ポンプである。

外装ケース１は、筒状のポンプケース１−１と有底筒状のポンプベース１−２とをその筒軸方向にボルトで一体に連結した有底円筒形のケース構造となっている。また、ポンプケース１−１の上端部側はガス吸気口２として開口し、ポンプベース１−２の下端部側面にはガス排気口３が開設されている。

ガス吸気口２は、ポンプケース１−１上縁のフランジに設けられている図示しないボルトを介し、たとえば半導体製造装置のプロセスチャンバ等、高真空となる真空容器（図示省略）側に接続される。また、ガス排気口３は図示しない補助ポンプ側に連通するように接続される。

ポンプケース１−１内の中央部には各種電装品を内蔵する円筒状のステータコラム４が設けられている。ステータコラム４は、その下端側がポンプベース１−２上にネジ止め固定されてポンプベース１−２上に立設されている。

ステータコラム４の内側にはロータ軸５が設けられている。ロータ軸５は、その軸上端がガス吸気口２の方向を向き、その軸下端がポンプベース１−２の方向を向くように配置されている。また、ロータ軸５の軸上端は、ステータコラム４の円筒上端面から突出するように形成されている。

ステータコラム４の外側にはロータ６が設けられている。ロータ６は、ポンプケース１−１内に収容され、かつ、ステータコラム４の外周を囲むような円筒形状に形成されている。また、このロータ６は、ロータ軸５の上端部側に一体に取り付け固定されている。ロータ軸５へのロータ６の取り付け固定構造については各種考えられる。図１の真空ポンプＰでは、その構造例として、ロータ６の上端部内側にボス孔７付のフランジ８を一体に設けるとともに、ロータ軸５の軸上端外周に段部９を形成し、この段部９より上のロータ軸５先端部分がフランジ８のボス孔７に嵌め込まれて、該フランジ８と段部９とがネジ止め固定される構造を採用している。従って、ロータ軸５が回転するとロータ軸５と一体にロータ６も回転する。

上記のようなロータ軸５とロータ６からなる回転体は、ラジアル磁気軸受１０とアキシャル磁気軸受１１により軸方向と径方向が回転可能に支持され、この状態でロータ軸５を中心として駆動モータ１２により回転駆動される。

駆動モータ１２は、固定子１２−１と回転子１２−２とからなる構造であって、ロータ軸５の略中央付近に設けられている。この駆動モータ１２の固定子１２−１は、ステータコラム４円側面に設置され、同駆動モータ１２の回転子１２−２は、ロータ軸５の外周面側に一体に装着されている。

ラジアル磁気軸受１０は、駆動モータ１２の上下に１組ずつ合計２組配置され、アキシャル磁気軸受１１はロータ軸５の下端部側に１組配置されている。

２組のラジアル磁気軸受１０、１０は、それぞれ、ロータ軸５の外周面に取り付けられたラジアル電磁石ターゲット１０−１と、これに対向するステータコラム４内側面に設置された複数のラジアル電磁石１０−２およびラジアル方向変位センサ１０−３を有している。

ラジアル電磁石ターゲット１０−１は、高透磁率材料の鋼板を積層した積層鋼板からなり、ラジアル電磁石１０−２は、ラジアル電磁石ターゲット１０−１を介してロータ軸５をその径方向に磁力で吸引するように構成され、また、ラジアル方向変位センサ１０−３は、ロータ軸５の径方向変位を検出するように構成されている。

そして、上記構造のラジアル磁気軸受１０、１０では、ラジアル方向変位センサ１０−３での検出値（ロータ軸の径方向変位）に基づきラジアル電磁石１０−２の励磁電流が制御され、これにより、ロータ軸５とロータ６からなる回転体全体がその径方向の所定位置に浮上支持される。

アキシャル磁気軸受１１は、ロータ軸５の下端部外周に取り付けられた円盤形状のアーマチュアディスク１１−１と、このアーマチュアディスク１１−１を挟んで対向する上下位置に配置されたアキシャル電磁石１１−２と、ロータ軸５の下端面から少し離れた位置に設置されたアキシャル方向変位センサ（図示省略）とを有している。

アーマチュアディスク１１−１は透磁率の高い材料からなり、上下のアキシャル電磁石１１−２は、アーマチュアディスク１１−１をその上下方向から磁力で吸引するように構成され、アキシャル方向変位センサは、ロータ軸５の軸方向変位を検出するように構成されている。

そして、上記構造のアキシャル磁気軸受１１では、アキシャル方向変位センサでの検出値（ロータ軸の軸方向変位）に基づき上下のアキシャル電磁石１１−２の励磁電流が制御され、これにより、ロータ軸５とロータ６からなる回転体がその軸方向の所定位置に浮上支持される。

図１の真空ポンプにおいて、そのロータ６の略上半分はターボ分子ポンプＰｔとして機能する。以下、このターボ分子ポンプＰｔとして機能する部位を説明する。

ロータ６の上部外周面には回転翼１３が一体に複数設けられており、これらの回転翼１３は、ロータ６の回転中心若しくは外装ケース１の軸心（以下「ポンプ軸心」という。）を中心として放射状に並んでいる。一方、ポンプケース１−１の内周面側には固定翼１４が複数設けられており、これらの固定翼１４は、回転翼１３と同様、ポンプ軸心を中心として放射状に並んで配置されている。また、このような回転翼１３と固定翼１４はポンプ軸心に沿って交互に多段に配置されている。

上記いずれの回転翼１３も、ロータ２の外径加工部と一体的に切削加工で切り出し形成したブレード状の切削加工品であって、気体分子の排気に最適な角度で傾斜している。また、上記いずれの固定翼１４も、図５に示すように、気体分子の排気に最適な角度で傾斜している。

図１の真空ポンプの場合、上記のように配列設置された複数の回転翼１３と固定翼１４からなる翼構造の部分が、ロータ６の回転によりターボ分子ポンプとして機能する。すなわち、駆動モータ１２を作動させると、ロータ軸５、ロータ６、回転翼１３が一体に高速回転する。そして、高速回転する最上段の回転翼１３がガス吸気口２から入射した気体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気体分子が固定翼１４によって次段の回転翼１３側へ送り込まれる。以上の気体分子への運動量の付与と送り込み動作が繰り返し多段に行われることにより、ガス吸気口２側の気体分子がネジポンプＰｓの上流側へ順次移行し排気される。

次に、固定翼１４の製造方法について説明する。本実施形態では、図１に示す各段の固定翼１４は、同じ段の他の固定翼１４と一緒になって図４に示す固定翼集合体１４ｎという一体品の形で作製されて、ポンプケース１−１の内周面側に配置される。

尚、図４に示す固定翼集合体１４ｎはその全体形状が半リング形状となっており、このような半リング形状の固定翼集合体１４ｎを２つ突き合わせてリング形状としたものが真空ポンプ１内に配置されるターボ分子ポンプ固定翼である。

ここで、図４の固定翼集合体１４ｎを簡単に説明すると、同図の固定翼集合体１４ｎは放射状に並んで配置された複数の固定翼１４、１４…、すなわち図１に示す各段の複数の固定翼を、各段ごとにまとめて半円弧形状の内外一対のリム部１５、１６で一体に連結した構造であり、その各固定翼１４の外側端部１４ａは外側のリム部１５に連結し、各固定翼１４の内側端部は内側のリム部１６に連結している。尚、固定翼集合体１４ｎは、同一形状の固定翼１４が繰り返し配置される構造なので、図４では固定翼集合体１４ｎの約１／３だけを示し、その約２／３は省略している。

図２と図３は、ターボ分子ポンプ固定翼の一部、すなわち図４の固定翼集合体４ｎを製造する工程の説明図であり、以下、これらの工程を順番に説明する。

図２の工程１では、同図中点線で示したように、板材１００から半リング状板材１０１を打ち抜く（外形抜き加工）。この外形抜き加工についてはパンチングプレス加工を適用することができる。

図３の工程２では、同図に示した通り、工程１で作製した半リング状板材１０１にスリット１０２と小穴１０３、１０４を形成する（スリットおよび穴形成加工）。このスリットおよび小穴形成加工も、パンチングプレス加工を適用することができる。

ここで、上記スリット１０２は、半リング状板材１０１に一定の間隔で放射状に複数形成する。上記小穴１０３、１０４は、後述する固定翼１４の切り起し時において第１と第２の切り込みの終端１０５ａ、１０６ａ（図６参照）となる箇所にあらかじめ設けられる。また、後述する固定翼１４の切り起し時には、上記２つの切り込み、具体的には、一のスリット１０２の一端１０２ａからその隣のスリット１０２の一端１０２ａに向う第１の切り込み１０５と、一のスリット１０２の他端１０２ｂからその隣のスリット１０２の他端１０２ｂに向う第２の切り込み１０６を入れるので（図４、図６参照）、上記第１の切り込みの終端１０５ａとなる箇所に設けられる外側の小穴１０３は、隣り合う２つのスリット１０２−１、１０２−２の一端１０２ａ、１０２ａを結ぶ線分（図３中のＬ１の点線）上に形成される。一方、上記第２の切り込みの終端１０６ａとなる箇所に設けられる内側の小穴１０４は、隣り合う２つのスリット１０２、１０２の他端１０２ｂ、１０２ｂを結ぶ線分（図３中のＬ２の点線）上に形成される。尚、上記内外の小穴１０３、１０４の穴径は同径としてもよいが、例えば、外側の小穴１０３を大径とし、これに比べで内側の小穴１０４を小径としてもよい。

上記のようなスリットおよび小穴形成加工が完了すると、次に、そのスリット１０２と小穴１０３、１０４を形成した半リング状板材１０１から固定翼１４を切り起す。この固定翼１４の切り起しは、複数のスリット１０２、１０２…のうち、隣り合う２つのスリット１０２、１０２間に２つの切り込み１０５、１０６を入れながら、同時に、第１と第２の切り込みの終端１０５ａ、１０６ａ間を折り曲げ線（図３中のＬ３の点線）として上記両スリット間１０２−１、１０２−２の板材部分１０７を上記切り込み方向にプレスで起き上げるように曲げ加工する。このとき、その起き上げ角度（曲げ角度）は、両スリット１０２、１０２間の板材部分１０７が固定翼１４として気体分子の排気に最適な角度（仰角θ）とする（図５参照）。

図４に示したように、上記のようにして切り起した両スリット１０２、１０２間の板材部分１０７が固定翼１４となる。そして、この固定翼１４の両端には切り起し形成の際に入った第１と第２の切り込み１０５、１０６があり、この両切り込み１０５、１０６の終端部に前述した小穴１０３、１０４がある。また、第１の切り込み１０５より外側の部位が外側のリム部１５となり、第２の切り込み１０６より内側の部位が内側のリム部１６となる。

ところで、上記製造方法において、２つの切り込み１０５、１０６のうち、第１の切り込み１０５は、一のスリット１０２の一端１０２ａからその隣のスリット１０２の一端１０２ａへ向かうように入り、また、第２の切り込み１０５は、同じ一のスリット１０２の他端１０２ｂからその隣のスリット１０２の他端１０２ｂへ向かうように入る。このとき、第１と第２の切り込み１０５、１０６が進んで行き着く先、すなわち２つの切り込みの終端１０５ａ、１０６ａとなる箇所にはあらかじめ開設された小穴１０３、１０４がある。このため、その小穴１０３、１０４により第１と第２の切り込みの終端１０５ａ、１０６ａの位置が規制される。

従って、上記製造方法によると、固定翼１４を切り起こし形成する際に入る切り込み１０５、１０６が必要以上に入り過ぎることを防止することができ、固定翼１４と内外一対のリム部１５、１６との繋ぎ部１０８、１０８（図６参照）の幅、すなわち固定翼１４の付け根部分の幅Ｌ４（具体的には切り込みの終端１０５ａ、１０６ａからその先にあるスリット１０２までの幅）を一定にすることができる。

上記のような製法で作製された図４の固定翼集合体１４ｎはポンプケース１−１の内周面側に設置される。その設置方式については各種考えられるが、図１の真空ポンプＰにおいては、かかる設置方式として、図１に示したように、リング形状のスペーサ１７を複数用い、これらのスペーサ１７を多段に段積み設置するとともに、その上下段のスペーサ１７、１７間で固定翼集合体１４ｎの外側のリム部１５を挟持する方式を採用している。

上記のような製造方法により作製した固定翼１４、１４…を有する真空ポンプＰによると、上述の通り、各固定翼１４、１４…の付け根部分の幅Ｌ４が一定になるから、その幅Ｌ４が設定値より狭くなること、つまり、第１と第２の切り込み１０５、１０６が必要以上に長く入ってしまうことによる固定翼１４の強度低下が防止され、固定翼１４の撓みによる不具合、例えば大気突入時の大気の流れや通常運転時のガスの流れによる固定翼１４と回転翼１３との接触も防止される。

図１の真空ポンプＰにおいて、そのロータ６の略下半分はネジポンプＰｓとして機能する。以下このネジポンプＰｓとして機能する部位を説明する。

ロータ６の下部側は筒状のネジポンプステータ１８内に収容されている。ネジポンプステータ１８は、その内周部が下方に向けて小径化したテーパコーン形状に形成されて、ロータ６の下部外周を覆う構造となっている。また、同ネジポンプステータ１８はポンプケース１−１に嵌め込み固定されている。

図１の真空ポンプＰでは、上記のようなネジポンプステータ１８の内周面にネジ溝１９が形成され、このネジポンプステータ１８のネジ溝１９と対向しているロータ６の下部外周面は平滑な円筒面に形成されている。このネジポンプステータ１８とロータ６との間には微小なクリアランスが設けられている。

ネジ溝１９は、ネジポンプステータ１８の上端から下端にかけて螺旋状に刻設されている。そして、このネジ溝１９の上流端１９ａ（入口）側は、最下段の回転翼１３と固定翼１４との間の微小隙間に連通し、同ネジ溝１９の下流端１９ｂ（出口）側は、ガス排気口３側に連通するように構成されている。

図１の真空ポンプの場合、上記のようなネジポンプステータ１８と、そのネジ溝１９に対向するロータ６の下部側外周面とからなる部分が、同ロータ６の回転によりネジポンプＰｓとして機能する。すなわち、前述したターボ分子ポンプの機能によりネジポンプＰｓの上流側、すなわちネジ溝１９の上流端１９ａ側に到達した気体分子は、ロータ６の回転とネジ溝１９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３側へ移送され、かつ、該ガス排気口３から図示しない補助ポンプを通じて外部へ排気される。

なお、上記実施形態では、複合型の真空ポンプにおいて、そのターボ分子ポンプ固定翼を製造する例について説明したが、本発明は、ターボ分子ポンプ機能のみを有する、いわゆる全翼タイプの真空ポンプ、具体的には図１３に示すロータ６の外周略全体に回転翼１３が設けられる構造の真空ポンプにおいて、そのターボ分子ポンプ固定翼を製造する際にも適用できる。

真空ポンプの断面図。 本発明に係るターボ分子ポンプ固定翼の製造方法を適用した工程の説明図。 本発明に係るターボ分子ポンプ固定翼の製造工程を適用した工程の説明図。 図２と図３の工程を経て作製されたターボ分子ポンプ固定翼の説明図。 図４中のＡ−Ａ線断面図。 （ａ）は図４中のＣ部拡大図、（ｂ）は図４中のＢ部拡大図。 従来のターボ分子ポンプ固定翼の説明図。

符号の説明

１ 外装ケース
１−１ ポンプケース
１−２ ポンプベース
２ ガス吸気口
３ ガス排気口
４ ステータコラム
５ ロータ軸
６ ロータ
７ ボス孔
８ フランジ
９ 段部
１０ ラジアル磁気軸受
１０−１ ラジアル電磁石ターゲット
１０−２ ラジアル電磁石
１０−３ ラジアル方向変位センサ
１１ アキシャル磁気軸受
１１−１ アーマチュアディスク
１１−２ アキシャル電磁石
１２ 駆動モータ
１２−１ 固定子
１２−２ 回転子
１３ 回転翼
１４ 固定翼
１４ｎ 固定翼集合体
１５ 外側のリム部
１６ 内側のリム部
１７ スペーサ
１８ ネジポンプステータ
１９ ネジ溝
１００ 板材
１０１ 半リング状板材
１０２ スリット
１０３ 外側の小穴
１０４ 内側の小穴
１０５ 第１の切り込み
１０５ａ 第１の切り込みの終端
１０６ 第２の切り込み
１０６ａ 第２の切り込みの終端
１０７ スリット間の板材部分
１０８ 繋ぎ部（固定翼の付け根部分）
Ｌ１ 隣り合う２つのスリットの一端を結ぶ線分
Ｌ２ 隣り合う２つのスリットの他端を結ぶ線分
Ｌ３ 折り曲げ線
Ｌ４ 固定翼の付け根の幅
Ｐ 真空ポンプ
Ｐｔ ターボ分子ポンプ
Ｐｓ ネジポンプ

Claims (2)

1. 放射状に並んで配置された複数の固定翼を内外一対のリム部で一体に連結してなる構造のターボ分子ポンプ固定翼を製造する方法であって、
   上記ターボ分子ポンプ固定翼の製造方法は、
   半リング状板材にスリットと小穴を形成する工程と、
   上記スリットと小穴を形成した半リング状板材から固定翼を切り起す工程とを含み、
   上記スリットは、上記半リング状板材に一定の間隔で放射状に複数形成され、
   上記固定翼の切り起しは、上記複数のスリットのうち、隣り合う２つのスリット間に第１と第２の切り込みを入れながら、同時に、第１と第２の切り込みの終端間を折り曲げ線として上記両スリット間の板材部分を上記切り込み方向にプレスで起き上げるように曲げ加工し、
   上記小穴は、上記固定翼の切り起し時において上記第１と第２の切り込みの終端となる箇所にあらかじめ設けられること
   を特徴とするターボ分子固定翼の製造方法。
2. ポンプ軸心を中心としてロータと一体に回転する固定翼と、定位置に固定されたターボ分子ポンプ回転翼とを、交互に多段に備えてなる真空ポンプにおいて、
   上記各段のターボ分子ポンプ固定翼は、放射状に並んで配置されるように切り起し形成された複数の固定翼を有するとともに、その固定翼の切り起し形成の際に該各固定翼の両側に入る切り込みの終端部に小穴を有すること
   を特徴とする真空ポンプ。

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