JP7652576B2 - Vacuum pump and spacer - Google Patents
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Description
本発明は、真空ポンプ、及び真空ポンプに用いられるスペーサに関する。 The present invention relates to a vacuum pump and a spacer used in the vacuum pump.
半導体製造装置に設けられた真空チャンバ内の排気処理には、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプが使用される。半導体の製造工程では、半導体の基板に様々なプロセスガスを作用させる工程があり、真空ポンプは、半導体装置のチャンバ内を真空にする際に使用されるのみならず、チャンバ内からプロセスガスを排気する際にも使用される。 Vacuum pumps such as turbomolecular pumps are used to evacuate the inside of vacuum chambers installed in semiconductor manufacturing equipment. The semiconductor manufacturing process includes a step in which various process gases are applied to the semiconductor substrate, and vacuum pumps are used not only to create a vacuum inside the chamber of the semiconductor device, but also to evacuate the process gas from inside the chamber.
プロセスガスが真空ポンプ内の流路を流れる際、蒸気圧曲線で示される圧力と温度の関係が気相から固相に移る箇所において、プロセスガスは固体化して流路の内壁面に堆積する。例えば、固定翼及び回転翼で構成されるターボ分子ポンプ機構部を吸気側に有し、回転体の円筒部とネジ付きスペーサのネジ溝で構成されるネジ溝ポンプ機構部を排気側に有する真空ポンプにおいては、ネジ溝ポンプ機構部でプロセスガスの圧力が高くなる。このため、特に排気側の流路の壁面に固体化した生成物が堆積し、ポンプの性能が低下することがある。 When a process gas flows through a flow passage in a vacuum pump, the process gas solidifies and accumulates on the inner wall surface of the flow passage at the point where the pressure-temperature relationship shown in the vapor pressure curve changes from gas phase to solid phase. For example, in a vacuum pump that has a turbomolecular pump mechanism consisting of a fixed blade and a rotor on the intake side, and a threaded pump mechanism consisting of a cylindrical part of a rotor and a threaded spacer on the exhaust side, the pressure of the process gas increases in the threaded pump mechanism. As a result, solidified products accumulate on the walls of the flow passage, especially on the exhaust side, and the performance of the pump may decrease.
このような問題に対し、従前より、ヒータ等の加熱源を用いて真空ポンプの排気側周辺部を加熱して排気側流路でのプロセスガスの温度を高めることによって、生成物の堆積を抑制することが行われている。 To address this issue, a conventional approach has been to use a heating source such as a heater to heat the exhaust side periphery of the vacuum pump, thereby increasing the temperature of the process gas in the exhaust side flow path, thereby suppressing the deposition of products.
ところで上記加熱源からの熱は、排気側周辺部に隣接する固定翼や固定翼を所定の位置に保持する固定翼スペーサ(以下、スペーサと称することもある)にも伝わるため、プロセスガスを加熱するためのエネルギーが余分に必要になる。 However, the heat from the above heating source is also transferred to the fixed vanes adjacent to the exhaust side periphery and the fixed vane spacers (hereinafter sometimes referred to as spacers) that hold the fixed vanes in place, so extra energy is required to heat the process gas.
また回転翼は、接触する気体との摩擦熱等によって温度が上昇すると、クリープ現象によって耐久性が損なわれるおそれがあるため、輻射等によって固定翼に熱を逃がして温度上昇を抑えることが肝要である。しかし、加熱源からの熱によって固定翼や固定翼スペーサの温度が高くなると、回転翼から固定翼へ効率よく放熱させることができず、回転翼の温度が上がりすぎるおそれがある。 In addition, if the temperature of the rotor rises due to frictional heat with the gas it comes into contact with, there is a risk that creep will cause the rotor's durability to be compromised, so it is essential to suppress the temperature rise by dissipating heat to the fixed blades through radiation, etc. However, if the temperature of the fixed blades or fixed blade spacers rises due to heat from the heat source, heat cannot be dissipated efficiently from the rotor to the fixed blades, and there is a risk that the temperature of the rotor will rise too high.
従来、このような不具合を解消することを目的として、特許文献1の真空ポンプが提案されている。この真空ポンプは、ターボ分子ポンプ機構部の外周を覆う上部ケーシングと、ヒータが設けられて上部ケーシングに連設する中間ケーシングとの接続部に、複数個の断熱部材を周方向に断続的に配置していて、これによりヒータの熱が上部ケーシングを介して固定翼へ伝達されるのを抑制して固定翼の温度を抑えている。 In order to solve these problems, a vacuum pump has been proposed in Patent Document 1. This vacuum pump has multiple heat insulating members intermittently arranged in the circumferential direction at the connection between an upper casing that covers the outer periphery of the turbo molecular pump mechanism and an intermediate casing that is connected to the upper casing and has a heater installed therein, thereby suppressing the temperature of the fixed blades by preventing the heat from the heater from being transmitted to the fixed blades via the upper casing.
一方、特許文献1の真空ポンプでは断熱部材が別途必要になるため、部品コストが増えることになる。また、部品点数の増加に伴って組み立て工数も増えるため、製造コストも嵩むことになる。 On the other hand, the vacuum pump in Patent Document 1 requires separate insulating materials, which increases parts costs. In addition, the number of assembly steps increases with the increase in the number of parts, which increases manufacturing costs.
このような点に鑑み、本発明は、加熱源からの熱による固定翼の温度上昇を、部品を増やすことなく抑制することができる真空ポンプ、及びこのような真空ポンプに用いられるスペーサを提供することを目的とする。 In view of these circumstances, the present invention aims to provide a vacuum pump that can suppress the temperature rise of the fixed blades due to heat from a heating source without increasing the number of parts, and a spacer for use in such a vacuum pump.
本発明は、ケーシングと、前記ケーシングの内部で回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸の外周に多段に設けられ、前記回転軸とともに回転する複数の回転翼と、前記回転翼の間に多段に配置される複数の固定翼と、前記ケーシングの内部に多段に設けられ、前記固定翼を所定の位置に保持する複数のスペーサと、複数の前記スペーサに対し排気側に設けられるヒータと、を備える真空ポンプであって、前記固定翼を保持する複数の前記スペーサは、前記固定翼における吸気側の面に接触する一面と、一段吸気側に位置する前記固定翼における排気側の面に接触する他面とを備え、前記固定翼を保持する複数の前記スペーサのうち少なくとも1つのスペーサは、前記一面に凹面を有し、前記一面には、当該一面の外縁部から排気側に突出して、当該一面が接触する前記固定翼の外周面に嵌挿される第二位置決め部が設けられ、前記他面には、当該他面の外縁部が排気側に凹んだ部分であって外周側に開放する第一位置決め部が設けられ、前記第一位置決め部には、一段吸気側に位置する前記スペーサの前記第二位置決め部が係合し、前記凹面を有する前記スペーサは、展伸材から切削加工で作られたものであり、前記一面及び前記他面、前記凹面、前記第二位置決め部、及び前記第一位置決め部は、切削加工部であり、前記他面は前記第一位置決め部を除き凹みが設けられていない面であることを特徴とする。 The present invention relates to a vacuum pump comprising a casing, a rotating shaft supported rotatably inside the casing, a plurality of rotors arranged in multiple stages on the outer periphery of the rotating shaft and rotating together with the rotating shaft, a plurality of stationary blades arranged in multiple stages between the rotors, a plurality of spacers arranged in multiple stages inside the casing and holding the stationary blades in predetermined positions, and a heater provided on the exhaust side of the plurality of spacers , wherein the plurality of spacers that hold the stationary blades have one surface that contacts an intake side surface of the stationary blade and another surface that contacts an exhaust side surface of the stationary blade located on the one-stage intake side, and at least one spacer among the plurality of spacers that hold the stationary blades has a heater that is disposed on the exhaust side of the stationary blade. the first surface has a concave surface, the first surface is provided with a second positioning portion that protrudes from an outer edge of the first surface toward the exhaust side and is inserted into the outer peripheral surface of the fixed wing with which the first surface comes into contact, the other surface is provided with a first positioning portion that is a portion of the outer edge of the other surface that is concave toward the exhaust side and opens to the outer peripheral side, the first positioning portion engages with the second positioning portion of the spacer located on the first-stage intake side, the spacer having the concave surface is made by cutting from an extruded material, the first surface and the other surface, the concave surface, the second positioning portion, and the first positioning portion are machined portions, and the other surface is a surface that does not have a recess except for the first positioning portion .
また、複数の前記スペーサのうち最も排気側に位置するスペーサは、前記凹面を有することが好ましい。 It is also preferable that the spacer located closest to the exhaust side among the multiple spacers has the concave surface.
ここで前記展伸材は、アルミニウム合金であることが好ましい。 Here, the wrought material is preferably an aluminum alloy.
また本発明は、ケーシングと、前記ケーシングの内部で回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸の外周に多段に設けられ、前記回転軸とともに回転する複数の回転翼と、前記回転翼の間に多段に配置される複数の固定翼と、を備える真空ポンプに用いられ、前記ケーシングの内部に多段に設けられ、前記固定翼を所定の位置に保持するスペーサであって、前記真空ポンプは、複数の前記スペーサに対し排気側に設けられるヒータを備え、前記固定翼を保持する複数の前記スペーサは、前記固定翼における吸気側の面に接触する一面と、一段吸気側に位置する前記固定翼における排気側の面に接触する他面とを備え、前記固定翼を保持する複数の前記スペーサのうち少なくとも1つのスペーサは、前記一面に凹面を有し、前記一面には、当該一面の外縁部から排気側に突出して、当該一面が接触する前記固定翼の外周面に嵌挿される第二位置決め部が設けられ、前記他面には、当該他面の外縁部が排気側に凹んだ部分であって外周側に開放する第一位置決め部が設けられ、前記第一位置決め部には、一段吸気側に位置する前記スペーサの前記第二位置決め部が係合し、前記凹面を有する前記スペーサは、展伸材から切削加工で作られたものであり、前記一面及び前記他面、前記凹面、前記第二位置決め部、及び前記第一位置決め部は、切削加工部であり、前記他面は前記第一位置決め部を除き凹みが設けられていない面であることを特徴とするものでもある。 The present invention also relates to a vacuum pump including a casing, a rotating shaft supported rotatably inside the casing, a plurality of rotors arranged in multiple stages on the outer periphery of the rotating shaft and rotating together with the rotating shaft, and a plurality of fixed blades arranged in multiple stages between the rotors, the spacers being arranged in multiple stages inside the casing and holding the fixed blades in predetermined positions, the vacuum pump including a heater provided on the exhaust side of the plurality of spacers, the plurality of spacers holding the fixed blades each having one surface that contacts an intake side surface of the fixed blade and another surface that contacts an exhaust side surface of the fixed blade located on the one-stage intake side, and at least one of the plurality of spacers holding the fixed blades Each spacer has a concave surface on one side , and a second positioning portion is provided on the one side which protrudes from the outer edge of the one side toward the exhaust side and is inserted into the outer peripheral surface of the fixed wing with which the one side comes into contact, and a first positioning portion is provided on the other side, where the outer edge of the other side is recessed toward the exhaust side and opens to the outer peripheral side, and the second positioning portion of the spacer located on the first-stage intake side engages with the first positioning portion, and the spacer having the concave surface is made by cutting from an extruded material, and the one side and the other side, the concave surface, the second positioning portion, and the first positioning portion are machined portions, and the other side is a surface that does not have a recess except for the first positioning portion .
本発明の真空ポンプにおいて、固定翼を所定の位置に保持するスペーサは、固定翼と接触する接触面に凹面を有していて、これにより固定翼との接触面積が少なくなって接触面での熱抵抗が大きくなるため、スペーサと固定翼との間での熱の伝達が抑えられて固定翼の温度上昇を抑制することができる。また凹面を設けることによってスペーサの熱経路が狭まり、熱の移動が妨げられるため、ネジ溝ポンプ機構部のように温度を維持したい部位の温度低下を抑えることができる。 In the vacuum pump of the present invention, the spacer that holds the fixed blades in place has a concave surface on the contact surface that comes into contact with the fixed blades, which reduces the contact area with the fixed blades and increases the thermal resistance at the contact surface, thereby suppressing the transfer of heat between the spacer and the fixed blades and suppressing the rise in temperature of the fixed blades. In addition, the provision of a concave surface narrows the thermal path of the spacer and prevents the transfer of heat, making it possible to suppress a drop in temperature in areas where it is desired to maintain a certain temperature, such as the threaded pump mechanism.
以下、図面を参照しながら本発明に係る真空ポンプの一実施形態であるターボ分子ポンプ100について説明する。まず、図1~図4を参照しながらターボ分子ポンプ100の全体的な構成について説明する。なお、上述した本発明に係る「ケーシング」は、本実施形態のターボ分子ポンプ100では、外筒127を備える本体ケーシング部114とベース部129で構成される。また本発明に係る「回転軸」は、本実施形態では下記に説明する回転体103とロータ軸113で構成される。
The
このターボ分子ポンプ100の縦断面図を図1に示す。図1において、ターボ分子ポンプ100には、円筒状の外筒127の上端に吸気口101が備えられている。そして、外筒127の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードである複数の回転翼102(102a、102b、102c・・・)を周部に放射状かつ多段に形成した回転体103が備えられている。この回転体103の中心にはロータ軸113が取り付けられており、このロータ軸113は、例えば5軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。回転体103は、一般的に、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属によって構成されている。
A longitudinal cross-sectional view of this
上側径方向電磁石104は、4個の電磁石がX軸とY軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石104に近接して、かつ上側径方向電磁石104のそれぞれに対応して4個の上側径方向センサ107が備えられている。上側径方向センサ107は、例えば伝導巻線を有するインダクタンスセンサや渦電流センサなどが用いられ、ロータ軸113の位置に応じて変化するこの伝導巻線のインダクタンスの変化に基づいてロータ軸113の位置を検出する。この上側径方向センサ107はロータ軸113、すなわちそれに固定された回転体103の径方向変位を検出し、制御装置200に送るように構成されている。
The upper
この制御装置200においては、例えばPID調節機能を有する補償回路が、上側径方向センサ107によって検出された位置信号に基づいて、上側径方向電磁石104の励磁制御指令信号を生成し、図2に示すアンプ回路150(後述する)が、この励磁制御指令信号に基づいて、上側径方向電磁石104を励磁制御することで、ロータ軸113の上側の径方向位置が調整される。
In this
そして、このロータ軸113は、高透磁率材(鉄、ステンレスなど)などにより形成され、上側径方向電磁石104の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、X軸方向とY軸方向とにそれぞれ独立して行われる。また、下側径方向電磁石105及び下側径方向センサ108が、上側径方向電磁石104及び上側径方向センサ107と同様に配置され、ロータ軸113の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。
The
さらに、軸方向電磁石106A、106Bが、ロータ軸113の下部に備えた円板状の金属ディスク111を上下に挟んで配置されている。金属ディスク111は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸113の軸方向変位を検出するために軸方向センサ109が備えられ、その軸方向位置信号が制御装置200に送られるように構成されている。
Furthermore,
そして、制御装置200において、例えばPID調節機能を有する補償回路が、軸方向センサ109によって検出された軸方向位置信号に基づいて、軸方向電磁石106Aと軸方向電磁石106Bのそれぞれの励磁制御指令信号を生成し、アンプ回路150が、これらの励磁制御指令信号に基づいて、軸方向電磁石106Aと軸方向電磁石106Bをそれぞれ励磁制御することで、軸方向電磁石106Aが磁力により金属ディスク111を上方に吸引し、軸方向電磁石106Bが金属ディスク111を下方に吸引し、ロータ軸113の軸方向位置が調整される。
In the
このように、制御装置200は、この軸方向電磁石106A、106Bが金属ディスク111に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸113を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。なお、これら上側径方向電磁石104、下側径方向電磁石105及び軸方向電磁石106A、106Bを励磁制御するアンプ回路150については、後述する。
In this way, the
一方、モータ121は、ロータ軸113を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸113との間に作用する電磁力を介してロータ軸113を回転駆動するように、制御装置200によって制御されている。また、モータ121には図示しない例えばホール素子、レゾルバ、エンコーダなどの回転速度センサが組み込まれており、この回転速度センサの検出信号によりロータ軸113の回転速度が検出されるようになっている。
On the other hand, the
さらに、例えば下側径方向センサ108近傍に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸113の回転の位相を検出するようになっている。制御装置200では、この位相センサと回転速度センサの検出信号を共に用いて磁極の位置を検出するようになっている。
Furthermore, for example, a phase sensor (not shown) is attached near the lower
回転翼102(102a、102b、102c・・・)とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼123(123a、123b、123c・・・)が配設されている。回転翼102(102a、102b、102c・・・)は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸113の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。固定翼123(123a、123b、123c・・・)は、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。
Multiple fixed blades 123 (123a, 123b, 123c...) are arranged with a small gap between the rotor blades 102 (102a, 102b, 102c...). The rotor blades 102 (102a, 102b, 102c...) are formed at a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the
また、固定翼123も、同様にロータ軸113の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒127の内方に向けて回転翼102の段と互い違いに配設されている。そして、固定翼123の外周端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ125(125a、125b、125c・・・)の間に嵌挿された状態で支持されている。
The fixed blades 123 are also formed at a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the
固定翼スペーサ125はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。固定翼スペーサ125の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒127が固定されている。外筒127の底部にはベース部129が配設されている。ベース部129には排気口133が形成され、外部に連通されている。チャンバ(真空チャンバ)側から吸気口101に入ってベース部129に移送されてきた排気ガスは、排気口133へと送られる。
The fixed wing spacer 125 is a ring-shaped member, and is made of metals such as aluminum, iron, stainless steel, copper, or alloys containing these metals as components. An
さらに、ターボ分子ポンプ100の用途によって、固定翼スペーサ125の下部とベース部129の間には、ネジ付スペーサ131が配設される。ネジ付スペーサ131は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝131aが複数条刻設されている。ネジ溝131aの螺旋の方向は、回転体103の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口133の方へ移送される方向である。回転体103の回転翼102(102a、102b、102c・・・)に続く最下部には円筒部102dが垂下されている。この円筒部102dの外周面は、円筒状で、かつネジ付スペーサ131の内周面に向かって張り出されており、このネジ付スペーサ131の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。回転翼102および固定翼123によってネジ溝131aに移送されてきた排気ガスは、ネジ溝131aに案内されつつベース部129へと送られる。
Furthermore, depending on the application of the
ベース部129は、ターボ分子ポンプ100の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。ベース部129はターボ分子ポンプ100を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。
The
かかる構成において、回転翼102がロータ軸113と共にモータ121により回転駆動されると、回転翼102と固定翼123の作用により、吸気口101を通じてチャンバから排気ガスが吸気される。回転翼102の回転速度は通常20000rpm~90000rpmであり、回転翼102の先端での周速度は200m/s~400m/sに達する。吸気口101から吸気された排気ガスは、回転翼102と固定翼123の間を通り、ベース部129へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼102に接触する際に生ずる摩擦熱や、モータ121で発生した熱の伝導などにより、回転翼102の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子などによる伝導により固定翼123側に伝達される。
In this configuration, when the rotor 102 is rotated together with the
固定翼スペーサ125は、外周部で互いに接合しており、固定翼123が回転翼102から受け取った熱や排気ガスが固定翼123に接触する際に生ずる摩擦熱などを本体ケーシング部114へと伝達する。本実施形態では、本体ケーシング部114へ伝達された熱を効率よく逃がすため、外筒127の上部における外周面に環状の水冷管115を巻着させている。
The fixed blade spacers 125 are joined together at their outer peripheries and transmit heat received by the fixed blades 123 from the rotor blades 102 and frictional heat generated when exhaust gas comes into contact with the fixed blades 123 to the
なお、上記では、ネジ付スペーサ131は回転体103の円筒部102dの外周に配設し、ネジ付スペーサ131の内周面にネジ溝131aが刻設されているとして説明した。しかしながら、これとは逆に円筒部102dの外周面にネジ溝が刻設され、その周囲に円筒状の内周面を有するスペーサが配置される場合もある。
In the above description, the threaded
また、ターボ分子ポンプ100の用途によっては、吸気口101から吸引されたガスが上側径方向電磁石104、上側径方向センサ107、モータ121、下側径方向電磁石105、下側径方向センサ108、軸方向電磁石106A、106B、軸方向センサ109などで構成される電装部に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム122で覆われ、このステータコラム122内はパージガスにて所定圧に保たれる場合もある。
Depending on the application of the
この場合には、ベース部129には図示しない配管が配設され、この配管を通じてパージガスが導入される。導入されたパージガスは、保護ベアリング120とロータ軸113間、モータ121のロータとステータ間、ステータコラム122と回転翼102の内周側円筒部の間の隙間を通じて排気口133へ送出される。
In this case, piping (not shown) is provided in the
ここに、ターボ分子ポンプ100は、機種の特定と、個々に調整された固有のパラメータ(例えば、機種に対応する諸特性)に基づいた制御を要する。この制御パラメータを格納するために、上記ターボ分子ポンプ100は、その本体内に電子回路部141を備えている。電子回路部141は、EEP-ROM等の半導体メモリ及びそのアクセスのための半導体素子等の電子部品、それらの実装用の基板143等から構成される。この電子回路部141は、ターボ分子ポンプ100の下部を構成するベース部129の例えば中央付近の図示しない回転速度センサの下部に収容され、気密性の底蓋145によって閉じられている。
The
ところで、半導体の製造工程では、チャンバに導入されるプロセスガスの中には、その圧力が所定値よりも高くなり、或いは、その温度が所定値よりも低くなると、固体となる性質を有するものがある。ターボ分子ポンプ100内部では、排気ガスの圧力は、吸気口101で最も低く排気口133で最も高い。プロセスガスが吸気口101から排気口133へ移送される途中で、その圧力が所定値よりも高くなったり、その温度が所定値よりも低くなったりすると、プロセスガスは、固体状となり、ターボ分子ポンプ100内部に付着して堆積する。
In the semiconductor manufacturing process, some process gases introduced into the chamber have the property of becoming solid when their pressure exceeds a predetermined value or their temperature falls below a predetermined value. Inside the
例えば、Alエッチング装置にプロセスガスとしてSiCl4が使用された場合、低真空(760[torr]~10-2[torr])かつ、低温(約20[℃])のとき、固体生成物(例えばAlCl3)が析出し、ターボ分子ポンプ100内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。これにより、ターボ分子ポンプ100内部にプロセスガスの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭め、ターボ分子ポンプ100の性能を低下させる原因となる。そして、前述した生成物は、排気口133付近やネジ付スペーサ131付近の圧力が高い部分で凝固、付着し易い状況にあった。
For example, when SiCl4 is used as the process gas in an Al etching device, the vapor pressure curve shows that at low vacuum (760 torr to 10-2 torr) and low temperature (approximately 20°C), solid products (e.g. AlCl3) precipitate and deposit inside the
そのため、この問題を解決するために、従来は本体ケーシング部114やベース部129等の外周にヒータ116を配置するとともに環状の水冷管115や水冷管149を巻着させ、かつ例えばベース部129に図示しない温度センサ(例えばサーミスタ)を埋め込み、この温度センサの信号に基づいてベース部129の温度を一定の高い温度(設定温度)に保つようにヒータの加熱や水冷管149による冷却の制御(以下TMSという。TMS;Temperature Management System)が行われている。
Therefore, in order to solve this problem, conventionally, a
次に、このように構成されるターボ分子ポンプ100に関して、その上側径方向電磁石104、下側径方向電磁石105及び軸方向電磁石106A、106Bを励磁制御するアンプ回路150について説明する。このアンプ回路150の回路図を図2に示す。
Next, regarding the
図2において、上側径方向電磁石104等を構成する電磁石巻線151は、その一端がトランジスタ161を介して電源171の正極171aに接続されており、また、その他端が電流検出回路181及びトランジスタ162を介して電源171の負極171bに接続されている。そして、トランジスタ161、162は、いわゆるパワーMOSFETとなっており、そのソース-ドレイン間にダイオードが接続された構造を有している。
In FIG. 2, one end of the electromagnet winding 151 constituting the upper
このとき、トランジスタ161は、そのダイオードのカソード端子161aが正極171aに接続されるとともに、アノード端子161bが電磁石巻線151の一端と接続されるようになっている。また、トランジスタ162は、そのダイオードのカソード端子162aが電流検出回路181に接続されるとともに、アノード端子162bが負極171bと接続されるようになっている。 At this time, the transistor 161 has its diode cathode terminal 161a connected to the positive electrode 171a, and its anode terminal 161b connected to one end of the electromagnet winding 151. The transistor 162 has its diode cathode terminal 162a connected to the current detection circuit 181, and its anode terminal 162b connected to the negative electrode 171b.
一方、電流回生用のダイオード165は、そのカソード端子165aが電磁石巻線151の一端に接続されるとともに、そのアノード端子165bが負極171bに接続されるようになっている。また、これと同様に、電流回生用のダイオード166は、そのカソード端子166aが正極171aに接続されるとともに、そのアノード端子166bが電流検出回路181を介して電磁石巻線151の他端に接続されるようになっている。そして、電流検出回路181は、例えばホールセンサ式電流センサや電気抵抗素子で構成されている。 On the other hand, the current regeneration diode 165 has its cathode terminal 165a connected to one end of the electromagnet winding 151 and its anode terminal 165b connected to the negative pole 171b. Similarly, the current regeneration diode 166 has its cathode terminal 166a connected to the positive pole 171a and its anode terminal 166b connected to the other end of the electromagnet winding 151 via a current detection circuit 181. The current detection circuit 181 is composed of, for example, a Hall sensor type current sensor or an electrical resistance element.
以上のように構成されるアンプ回路150は、一つの電磁石に対応されるものである。そのため、磁気軸受が5軸制御で、電磁石104、105、106A、106Bが合計10個ある場合には、電磁石のそれぞれについて同様のアンプ回路150が構成され、電源171に対して10個のアンプ回路150が並列に接続されるようになっている。
The amplifier circuit 150 configured as above corresponds to one electromagnet. Therefore, if the magnetic bearing is controlled on five axes and there are a total of ten
さらに、アンプ制御回路191は、例えば、制御装置200の図示しないディジタル・シグナル・プロセッサ部(以下、DSP部という)によって構成され、このアンプ制御回路191は、トランジスタ161、162のon/offを切り替えるようになっている。
Furthermore, the amplifier control circuit 191 is configured, for example, by a digital signal processor section (hereinafter referred to as a DSP section) (not shown) of the
アンプ制御回路191は、電流検出回路181が検出した電流値(この電流値を反映した信号を電流検出信号191cという)と所定の電流指令値とを比較するようになっている。そして、この比較結果に基づき、PWM制御による1周期である制御サイクルTs内に発生させるパルス幅の大きさ(パルス幅時間Tp1、Tp2)を決めるようになっている。その結果、このパルス幅を有するゲート駆動信号191a、191bを、アンプ制御回路191からトランジスタ161、162のゲート端子に出力するようになっている。 The amplifier control circuit 191 compares the current value detected by the current detection circuit 181 (a signal reflecting this current value is called a current detection signal 191c) with a predetermined current command value. Then, based on the result of this comparison, it determines the size of the pulse width (pulse width times Tp1, Tp2) to be generated within a control cycle Ts, which is one period of PWM control. As a result, gate drive signals 191a, 191b having this pulse width are output from the amplifier control circuit 191 to the gate terminals of transistors 161, 162.
なお、回転体103の回転速度の加速運転中に共振点を通過する際や定速運転中に外乱が発生した際等に、高速かつ強い力での回転体103の位置制御をする必要がある。そのため、電磁石巻線151に流れる電流の急激な増加(あるいは減少)ができるように、電源171としては、例えば50V程度の高電圧が使用されるようになっている。また、電源171の正極171aと負極171bとの間には、電源171の安定化のために、通常コンデンサが接続されている(図示略)。
When the
かかる構成において、トランジスタ161、162の両方をonにすると、電磁石巻線151に流れる電流(以下、電磁石電流iLという)が増加し、両方をoffにすると、電磁石電流iLが減少する。 In this configuration, when both transistors 161 and 162 are turned on, the current flowing through the electromagnet winding 151 (hereafter referred to as electromagnet current iL) increases, and when both are turned off, the electromagnet current iL decreases.
また、トランジスタ161、162の一方をonにし他方をoffにすると、いわゆるフライホイール電流が保持される。そして、このようにアンプ回路150にフライホイール電流を流すことで、アンプ回路150におけるヒステリシス損を減少させ、回路全体としての消費電力を低く抑えることができる。また、このようにトランジスタ161、162を制御することにより、ターボ分子ポンプ100に生じる高調波等の高周波ノイズを低減することができる。さらに、このフライホイール電流を電流検出回路181で測定することで電磁石巻線151を流れる電磁石電流iLが検出可能となる。
Furthermore, when one of the transistors 161, 162 is turned on and the other is turned off, a so-called flywheel current is maintained. By passing a flywheel current through the amplifier circuit 150 in this manner, the hysteresis loss in the amplifier circuit 150 can be reduced, and the power consumption of the entire circuit can be kept low. Furthermore, by controlling the transistors 161, 162 in this manner, high-frequency noise such as harmonics generated in the turbo
すなわち、検出した電流値が電流指令値より小さい場合には、図3に示すように制御サイクルTs(例えば100μs)中で1回だけ、パルス幅時間Tp1に相当する時間分だけトランジスタ161、162の両方をonにする。そのため、この期間中の電磁石電流iLは、正極171aから負極171bへ、トランジスタ161、162を介して流し得る電流値iLmax(図示せず)に向かって増加する。 That is, when the detected current value is smaller than the current command value, both transistors 161 and 162 are turned on for a time period equivalent to pulse width time Tp1 only once during control cycle Ts (e.g., 100 μs) as shown in FIG. 3. Therefore, during this period, electromagnet current iL increases toward current value iLmax (not shown) that can flow from positive pole 171a to negative pole 171b via transistors 161 and 162.
一方、検出した電流値が電流指令値より大きい場合には、図4に示すように制御サイクルTs中で1回だけパルス幅時間Tp2に相当する時間分だけトランジスタ161、162の両方をoffにする。そのため、この期間中の電磁石電流iLは、負極171bから正極171aへ、ダイオード165、166を介して回生し得る電流値iLmin(図示せず)に向かって減少する。 On the other hand, if the detected current value is greater than the current command value, both transistors 161 and 162 are turned off for a time period equivalent to pulse width time Tp2 only once during control cycle Ts, as shown in FIG. 4. Therefore, during this period, the electromagnet current iL decreases from negative pole 171b to positive pole 171a toward a current value iLmin (not shown) that can be regenerated via diodes 165 and 166.
そして、いずれの場合にも、パルス幅時間Tp1、Tp2の経過後は、トランジスタ161、162のどちらか1個をonにする。そのため、この期間中は、アンプ回路150にフライホイール電流が保持される。 In either case, after the pulse width times Tp1 and Tp2 have elapsed, one of the transistors 161 and 162 is turned on. Therefore, during this period, a flywheel current is maintained in the amplifier circuit 150.
次に、上述した固定翼スペーサ125(125a、125b、125c・・・)について、図1と図5を参照しながら詳細に説明する。本実施形態のターボ分子ポンプ100は、固定翼スペーサ125として、第一固定翼スペーサ125a、125b、125cと、第二固定翼スペーサ125d、125eとを備えている。
Next, the above-mentioned fixed vane spacers 125 (125a, 125b, 125c, etc.) will be described in detail with reference to Figures 1 and 5. The
第一固定翼スペーサ125a、125b、125cは、図1、図5に示すように、中心軸CAを中心としてリング状になる部材である。第一固定翼スペーサ125a、125b、125cは、水平方向に延在する平坦状の上面125a1、125b1、125c1を備えている。上面125a1、125b1、125c1の外縁部には、下方に向けて凹む形状となる第一位置決め部125a2、125b2、125c2が設けられている。また第一固定翼スペーサ125a、125b、125cは、上面125a1、125b1、125c1に対して平行に延在する平坦状の下面125a3、125b3、125c3を備えている。下面125a3、125b3、125c3の外縁部には、下方に向けて突出する形状となる第二位置決め部125a5、125b5、125c5が設けられている。
As shown in Figures 1 and 5, the first
第二固定翼スペーサ125d、125eも、図1、図5に示すように、中心軸CAを中心としてリング状になる部材であって、水平方向に延在する平坦状の上面125d1、125e1と、上面125d1、125e1の外縁部に設けられ、下方に向けて凹む形状となる第一位置決め部125d2、125e2とを備えている。また第二固定翼スペーサ125d、125eは、上面125d1、125e1に対して平行に延在する下面125d3、125e3を有していて、下面125d3、125e3には、下面125d3、125e3を上方に向けて凹ませた凹面125d4、125e4が設けられている。下面125d3、125e3の外縁部には、下方に向けて突出する形状となる第二位置決め部125d5、125e5が設けられている。
As shown in Figures 1 and 5, the second
このような形態になる第一固定翼スペーサ125a、125b、125cと、第二固定翼スペーサ125d、125eは、図1、図5に示すように外筒127の内部において、本体ケーシング部114の上部に設けられた張出し部114aとネジ付スペーサ131との間に、上方から下方に向けて(吸気口101側から排気口133側に向けて)第一固定翼スペーサ125a、125b、125c、第二固定翼スペーサ125d、125eの順で多段に配置される。このとき、段積みされた各固定翼スペーサ125の間には、固定翼123(123a、123b、123c・・・)の外周端が嵌挿される。ここで、固定翼123(123a、123b、123c・・・)の外周端上面には、第一固定翼スペーサ125a等の下面125a3、125b3、125c3、125d3、125e3が接触し、固定翼123の外周端下面には、第一固定翼スペーサ125b等の上面125b1、125c1、125d1、125e1、又はネジ付スペーサ131の上面が接触していて、固定翼123は挟持されている。すなわち固定翼123は、第一固定翼スペーサ125a等によって上下方向の所定の位置に保持される。また固定翼123の外周面は、第一固定翼スペーサ125a等の第二位置決め部125a5、125b5、125c5、125d5、125e5の内周面に接触している。ここで第二位置決め部125a5、125b5、125c5、125d5、125e5の内周面は、第一位置決め部125a2、125b2、125c2、125d2、125e2の内周面にも接触している。すなわち固定翼123(123a、123b、123c・・・)は、第一固定翼スペーサ125a等によって径方向の所定の位置に保持される。
The first
ところで、本実施形態では、ネジ付スペーサ131への析出物の堆積を抑制するため、ネジ付スペーサ131にヒータ116が設けられていて、ネジ付スペーサ131が加熱されている。そして、この熱は、ネジ付スペーサ131に接触する最下段の固定翼123eにも伝わることになる。なお、ネジ付スペーサ131を加熱する構造としては、上述したようにベース部129に、ヒータ116を設けても良い。
一方、最下段の固定翼123eに接触する第二固定翼スペーサ125eの下面125e3には、凹面125e4が設けられている。すなわち、固定翼123と第二固定翼スペーサ125eとの接触面積が少なくなって接触面での熱抵抗が大きくなるため、最下段の固定翼123eから第二固定翼スペーサ125eへの熱の伝達を抑制することができ、最下段より上の固定翼123(123a、123b、123c・・・)の温度上昇を抑えることができる。また、凹面125e4を設けることによって第二固定翼スペーサ125eの熱経路が狭まるため、ネジ付スペーサ131からの熱の移動が妨げられ、ネジ付スペーサ131の温度低下を抑えることができる。
In this embodiment, in order to suppress deposition of precipitates on the threaded
On the other hand, a concave surface 125e4 is provided on the lower surface 125e3 of the second
本実施形態においては、第二固定翼スペーサ125eの一段上に位置する第二固定翼スペーサ125dも、その下面125d3に凹面125d4を備えている。従って、固定翼123の温度上昇とネジ付スペーサ131の温度低下を更に効果的に抑制することができる。
In this embodiment, the second
なお、本実施形態では第二固定翼スペーサ125d、125eは2つであったが、1つでもよいし3つ以上でもよい。また第二固定翼スペーサ125d・・・を配置する位置は図示例に限られず、例えば下から2段目、3段目・・・に配置してもよい。なお、本実施形態の第二固定翼スペーサ125eのように最下段に配置すると、温度上昇を抑えることができる固定翼123が増えて回転翼102(102a、102b、102c・・・)の温度上昇を効果的に抑えることができるため、より好ましい。
In this embodiment, there are two second
上述した第二固定翼スペーサ125d、125eは、下面125d3、125e3に凹面125d4、125e4を設けていたが、図6に示す第二固定翼スペーサ125d、125eのように、上面125d1、125e1に凹面125d4、125e4を設けてもよい。
The second
なお、第二固定翼スペーサ125d、125eは、鋳造で形成することも、展伸材から切削加工で形成することも可能であるが、展伸材から切削加工で形成する場合、凹面125d4、125e4は、第二固定翼スペーサ125d、125eの下面125d3、125e3に設けることが好ましい。この点について図7と図8を参照しながら説明する。
The second
図7は、展伸材から切削加工で第二固定翼スペーサ125d、125eを形成するにあたり、凹面125d4、125e4を上面125d1、125e1に設ける場合について示している。ここで展伸材は、円筒状になるパイプ材Pを使用するものとする。展伸材の材質に特段の限定はないが、展伸材を円筒状にする際の加工のしやすさやその後の切削加工の行いやすさを考慮すると、アルミニウム合金を使用することが好ましい。このようなパイプ材Pから第二固定翼スペーサ125d、125eを形成するにあたっては、図示したようにパイプ材Pの一端部をチャックC等で保持し、他端部におけるハッチングを付したh1部とh2部を切削工具Tで切削する。そしてラインLに沿ってパイプ材Pの他端部を切削工具Tで切り離し、更に切り離した部分からh3部を切削工具Tで切削する。すなわち、h3部を切削するにあたっては、切り離した部分を、チャックC等で再び保持する必要がある。
7 shows a case where the concave surfaces 125d4, 125e4 are provided on the upper surfaces 125d1, 125e1 when forming the second
一方、凹面125d4、125e4を第二固定翼スペーサ125d、125eの下面125d3、125e3に設けるにあたっては、図8に示すように、パイプ材Pの一端部をチャックC等で保持した後、他端部におけるハッチングを付したh4部とh5部を切削工具Tで切削する。その後は、ラインLに沿ってパイプ材Pの他端部を切り離すことにより、第二固定翼スペーサ125d、125eが形作られる。すなわち、凹面125d4、125e4を下面125d3、125e3に設ける場合は、チャックC等による再保持が不要となって製造工程が簡素化できるため、加工時間の短縮とコスト削減を図ることができる。
On the other hand, when providing the concave surfaces 125d4, 125e4 on the lower surfaces 125d3, 125e3 of the second
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、上記の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。また、上記の実施形態における効果は、本発明から生じる効果を例示したに過ぎず、本発明による効果が上記の効果に限定されることを意味するものではない。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes are possible within the scope of the spirit of the present invention described in the claims unless otherwise specifically limited in the above description. Furthermore, the effects in the above embodiment are merely examples of the effects resulting from the present invention, and do not mean that the effects of the present invention are limited to the above effects.
100:ターボ分子ポンプ(真空ポンプ)
102:回転翼
103:回転体(回転軸)
113:ロータ軸(回転軸)
114:本体ケーシング部(ケーシング)
123:固定翼
125:固定翼スペーサ(スペーサ)
125d1、125e1:上面(接触面)
125d3、125e3:下面(接触面)
125d4、125e4:凹面
129:ベース部(ケーシング)
100: Turbo molecular pump (vacuum pump)
102: Rotor 103: Rotor (rotating shaft)
113: Rotor shaft (rotating shaft)
114: Main body casing part (casing)
123: Fixed wing 125: Fixed wing spacer (spacer)
125d1, 125e1: Top surface (contact surface)
125d3, 125e3: Bottom surface (contact surface)
125d4, 125e4: concave surface 129: base portion (casing)
Claims (4)
前記ケーシングの内部で回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸の外周に多段に設けられ、前記回転軸とともに回転する複数の回転翼と、
前記回転翼の間に多段に配置される複数の固定翼と、
前記ケーシングの内部に多段に設けられ、前記固定翼を所定の位置に保持する複数のスペーサと、
複数の前記スペーサに対し排気側に設けられるヒータと、を備える真空ポンプであって、
前記固定翼を保持する複数の前記スペーサは、前記固定翼における吸気側の面に接触する一面と、一段吸気側に位置する前記固定翼における排気側の面に接触する他面とを備え、
前記固定翼を保持する複数の前記スペーサのうち少なくとも1つのスペーサは、前記一面に凹面を有し、
前記一面には、当該一面の外縁部から排気側に突出して、当該一面が接触する前記固定翼の外周面に嵌挿される第二位置決め部が設けられ、
前記他面には、当該他面の外縁部が排気側に凹んだ部分であって外周側に開放する第一位置決め部が設けられ、前記第一位置決め部には、一段吸気側に位置する前記スペーサの前記第二位置決め部が係合し、
前記凹面を有する前記スペーサは、展伸材から切削加工で作られたものであり、前記一面及び前記他面、前記凹面、前記第二位置決め部、及び前記第一位置決め部は、切削加工部であり、前記他面は前記第一位置決め部を除き凹みが設けられていない面であることを特徴とする真空ポンプ。 A casing;
A rotating shaft rotatably supported inside the casing;
A plurality of rotors provided in multiple stages on an outer periphery of the rotary shaft and rotating together with the rotary shaft;
A plurality of stator blades arranged in multiple stages between the rotor blades;
a plurality of spacers provided in multiple stages inside the casing and holding the stator blades in predetermined positions;
a heater provided on an exhaust side of the plurality of spacers ,
the spacers for holding the fixed vanes each have one surface contacting an intake side surface of the fixed vane and another surface contacting an exhaust side surface of the fixed vane located on the first stage intake side,
At least one of the spacers that hold the stator blades has a concave surface on the one surface ,
a second positioning portion is provided on the one surface, protruding from an outer edge portion of the one surface to an exhaust side and fitted into an outer circumferential surface of the fixed blade with which the one surface comes into contact;
The other surface is provided with a first positioning portion, the first positioning portion being a portion in which an outer edge of the other surface is recessed toward the exhaust side and opens toward an outer circumferential side, and the second positioning portion of the spacer located on the first stage intake side engages with the first positioning portion,
A vacuum pump characterized in that the spacer having the concave surface is made by cutting a wrought material, the one surface and the other surface, the concave surface, the second positioning portion, and the first positioning portion are machined portions, and the other surface is a surface that does not have a recess except for the first positioning portion .
前記ケーシングの内部で回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸の外周に多段に設けられ、前記回転軸とともに回転する複数の回転翼と、
前記回転翼の間に多段に配置される複数の固定翼と、を備える真空ポンプに用いられ、前記ケーシングの内部に多段に設けられ、前記固定翼を所定の位置に保持するスペーサであって、
前記真空ポンプは、複数の前記スペーサに対し排気側に設けられるヒータを備え、
前記固定翼を保持する複数の前記スペーサは、前記固定翼における吸気側の面に接触する一面と、一段吸気側に位置する前記固定翼における排気側の面に接触する他面とを備え、
前記固定翼を保持する複数の前記スペーサのうち少なくとも1つのスペーサは、前記一面に凹面を有し、
前記一面には、当該一面の外縁部から排気側に突出して、当該一面が接触する前記固定翼の外周面に嵌挿される第二位置決め部が設けられ、
前記他面には、当該他面の外縁部が排気側に凹んだ部分であって外周側に開放する第一位置決め部が設けられ、前記第一位置決め部には、一段吸気側に位置する前記スペーサの前記第二位置決め部が係合し、
前記凹面を有する前記スペーサは、展伸材から切削加工で作られたものであり、前記一面及び前記他面、前記凹面、前記第二位置決め部、及び前記第一位置決め部は、切削加工部であり、前記他面は前記第一位置決め部を除き凹みが設けられていない面であることを特徴とするスペーサ。 A casing;
A rotating shaft rotatably supported inside the casing;
A plurality of rotors provided in multiple stages on an outer periphery of the rotary shaft and rotating together with the rotary shaft;
a plurality of stator vanes arranged in multiple stages between the rotor vanes, the spacer being provided in multiple stages inside the casing and holding the stator vanes in predetermined positions,
the vacuum pump includes a heater provided on an exhaust side of the plurality of spacers;
the spacers for holding the fixed vanes each have one surface contacting an intake side surface of the fixed vane and another surface contacting an exhaust side surface of the fixed vane located on the first stage intake side,
At least one of the spacers that hold the stator blades has a concave surface on the one surface ,
a second positioning portion is provided on the one surface, protruding from an outer edge portion of the one surface to an exhaust side and fitted into an outer circumferential surface of the fixed blade with which the one surface comes into contact;
The other surface is provided with a first positioning portion, the first positioning portion being a portion in which an outer edge of the other surface is recessed toward the exhaust side and opens toward an outer circumferential side, and the second positioning portion of the spacer located on the first stage intake side engages with the first positioning portion,
The spacer having the concave surface is made by cutting a wrought material, and the one surface and the other surface, the concave surface, the second positioning portion, and the first positioning portion are machined portions, and the other surface is a surface that does not have a recess except for the first positioning portion .
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