特開 2024-81504 真空ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024081504

(43)【公開日】2024-06-18

(54)【発明の名称】真空ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 19/04 20060101AFI20240611BHJP

【ＦＩ】

F04D19/04 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022195175

(22)【出願日】2022-12-06

(71)【出願人】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121382

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 託嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100221372

【弁理士】

【氏名又は名称】岡崎 信治

(72)【発明者】

【氏名】木村 裕章

【テーマコード（参考）】

3H131

【Ｆターム（参考）】

3H131AA02

3H131BA09

3H131CA31

3H131CA36

(57)【要約】

【課題】真空ポンプの内部で飛散した部材が外部に飛散することを防止する。
【解決手段】真空ポンプ１は、ロータ４と、吸気口１３と、飛散防止部６と、を備える。吸気口１３は、ロータ４の回転により吸引された気体を通過させる。飛散防止部６は、吸気口１３に設けられ、真空ポンプ１の内部の部材が吸気口１３から飛散することを防止する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータを備える真空ポンプであって、
前記ロータの回転により吸引された気体が通過する吸気口と、
前記吸気口に設けられ、前記真空ポンプの内部の部材が前記吸気口から飛散することを防止する飛散防止部と、
を備える、真空ポンプ。

【請求項2】

前記ロータは、所定の向きに傾斜したロータ翼を有し、
前記飛散防止部は、前記ロータにおける前記ロータ翼の配置位置に対応する部分に、前記ロータ翼の傾斜とは反対方向に傾斜したブレードを有する、
請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項3】

前記飛散防止部は、前記ロータの前記ロータ翼が配置されていない部分に対応する位置に配置される蓋部を有する、請求項２に記載の真空ポンプ。

【請求項4】

前記飛散防止部は一体化成形されている、請求項１に記載の真空ポンプ。

【請求項5】

前記ロータを収納し、前記吸気口を形成する外周部分に凹部が形成されたハウジングをさらに備え、
前記飛散防止部の外周部分に凸部が形成され、
前記飛散防止部の前記凸部が前記ハウジングの前記凹部に嵌め込まれることで、前記飛散防止部は前記ハウジングに固定される、請求項１に記載の真空ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

真空ポンプには、回転駆動されるロータを備えるものがある（例えば、特許文献１を参照）。この真空ポンプでは、ロータの回転により排気対象装置の内部を吸引し、吸引した気体を外部に排出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１３９３６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の真空ポンプの内部においては、真空ポンプの故障等により内部に所定の部材が発生する可能性がある。例えば、真空ポンプのロータに設けられたロータ翼、及び／又は、ロータに対向するステータに設けられたステータ翼が破損し、破損したロータ翼及び／又はステータ翼（またはこれらの破片）が、真空ポンプの内部に滞在する可能性がある。真空ポンプの内部ではロータが高速回転しているため、真空ポンプの内部に滞在した部材は、高速回転するロータによりエネルギーを与えられ、飛散する可能性がある。真空ポンプの内部で飛散した部材は、排気対象装置の内部を吸引するための吸気口を介して、排気対象装置の内部にまで飛散する可能性がある。排気対象装置の内部に飛散した部材は、排気対象装置の故障を引き起こす可能性がある。

【0005】

従って、本発明の目的は、真空ポンプの内部で飛散した部材が、真空ポンプの外部に飛散することを防止することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る真空ポンプは、ロータと、吸気口と、飛散防止部と、を備える。吸気口は、ロータの回転により吸引された気体を通過させる。飛散防止部は、吸気口に設けられ、真空ポンプの内部の部材が吸気口から飛散することを防止する。

【発明の効果】

【0007】

上述した本発明の一態様に係る真空ポンプでは、ロータの回転により吸引された気体が通過する吸引口に、真空ポンプの内部の部材が吸気口から飛散することを防止する飛散防止部が設けられている。これにより、真空ポンプの故障等により内部で発生した部材は、飛散防止部により、吸気口から外部（例えば、吸気口に接続された排気対象装置の内部）への飛散が妨げられる。この結果、真空ポンプの内部で発生した部材が外部にまで飛散することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る真空ポンプの断面図である。

【図2】飛散防止部の斜視図である。

【図3】飛散防止部の変形例を示す図である。

【図4】飛散防止部の他の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して一実施形態に係る真空ポンプについて説明する。図１は、実施形態に係る真空ポンプ１の断面図である。図１に示すように、真空ポンプ１は、ハウジング２と、ベース３と、ロータ４と、ステータ５と、を含む。

【0010】

ハウジング２は、第１端部１１と、第２端部１２と、第１内部空間Ｓ１とを含む。第１端部１１には吸気口１３が設けられている。吸気口１３は、排気対象装置（図示せず）の内部と気体流通可能に接続される。排気対象装置は、例えば、半導体製造装置のプロセスチャンバである。第１内部空間Ｓ１は、吸気口１３に連通している。第２端部１２は、ロータ４の軸線方向（以下、単に「軸線方向Ａ１」と呼ぶ）において、第１端部１１の反対に位置している。第２端部１２は、ベース３に接続される。ベース３は、ベース端部１４を含む。ベース端部１４は、ハウジング２の第２端部１２に接続される。ベース３は、例えば、アルミニウム製の部材である。

【0011】

ロータ４は、ハウジング２の内部空間に収納される。ロータ４は、シャフト２１を含む。シャフト２１は、軸線方向Ａ１に延びている。シャフト２１は、ベース３に回転可能に収納されている。シャフト２１の下部には、スラストディスク２１Ａが設けられる。さらに、シャフト２１の下端には、ターゲット２１Ｂがネジ止めされている。

【0012】

ロータ４は、複数段のロータ翼２２と、ロータ円筒部２３と、を含む。複数段のロータ翼２２は、それぞれ、軸線方向Ａ１に対して傾斜してシャフト２１に接続されている。複数のロータ翼２２は、軸線方向Ａ１に互いに間隔をおいて配置されている。図示を省略するが、複数段のロータ翼２２は、それぞれシャフト２１を中心として放射状に延びている。なお、図面においては、複数段のロータ翼２２の１つのみに符号が付されており、他のロータ翼２２の符号は省略されている。ロータ円筒部２３は、複数段のロータ翼２２の下方に配置されている。ロータ円筒部２３は、軸線方向Ａ１に延びている。

【0013】

ステータ５は、ロータ４の外周側に配置されている。ステータ５は、複数段のステータ翼３１と、ステータ円筒部３２と、を含む。複数段のステータ翼３１は、それぞれ、ロータ翼２２の傾斜とは反対方向に傾斜してハウジング２の内面に接続されている。例えば、ロータ翼２２が吸気側から排気側に傾斜している場合には、ステータ翼３１は、排気側から吸気側に傾斜する。一方、ロータ翼２２が排気側から吸気側に傾斜している場合には、ステータ翼３１は、吸気側から排気側に傾斜する。ロータ翼２２及びステータ翼３１の傾斜方向は、ロータ４の回転方向等により適宜決定できる。

【0014】

複数段のステータ翼３１は、軸線方向Ａ１において、互いに間隔をおいて配置されている。複数段のステータ翼３１は、それぞれ複数段のロータ翼２２の間に配置されている。図示を省略するが、複数段のステータ翼３１は、それぞれシャフト２１を中心として放射状に延びている。なお、図面においては、複数段のステータ翼３１の２つのみに符号が付されており、他のステータ翼３１の符号は省略されている。ステータ円筒部３２は、ベース３に接触した状態で固定されている。ステータ円筒部３２は、ロータ円筒部２３の径方向において、わずかな隙間を空けてロータ円筒部２３の外周面と向かい合って配置されている。ロータ円筒部２３と向かい合うステータ円筒部３２の内周面には、らせん状溝が設けられている。

【0015】

図１に示すように、ロータ円筒部２３とステータ円筒部３２の排気下流側の端部のさらに下流側には、排気空間Ｓ２が形成されている。排気空間Ｓ２には、排気対象装置から排気された排気対象気体が導かれる。排気空間Ｓ２は、排気口１５に連通している。排気口１５は、ベース３に設けられる。排気口１５には、他の真空ポンプ（図示せず）が接続される。なお、排気下流側とは、軸線方向Ａ１において、排気空間Ｓ２により近い側をいう。また、排気下流方向とは、排気空間Ｓ２に向かう方向をいう。

【0016】

真空ポンプ１は、軸受４１Ａ、４１Ｅと、磁気軸受４１Ｂ～４１Ｄと、モータ４２と、を含む。軸受４１Ａ、４１Ｅは、ベース３のシャフト２１を収納した位置に取り付けられている。軸受４１Ａ、４１Ｅは、シャフト２１を回転可能に支持する。軸受４１Ａ、４１Ｅは、ボールベアリングである。磁気軸受４１Ｂ～４１Ｄは、シャフト２１を磁力により支持する軸受である。このうち、磁気軸受４１Ｂ、４１Ｃは、シャフト２１を径方向に支持するラジアル磁気軸受である。磁気軸受４１Ｄは、シャフト２１を軸方向に支持するスラスト磁気軸受である。

【0017】

モータ４２は、ロータ４を回転駆動する。モータ４２は、モータロータ４２Ａとモータステータ４２Ｂとを含む。モータロータ４２Ａは、シャフト２１に取り付けられている。モータステータ４２Ｂは、ベース３に取り付けられている。モータステータ４２Ｂは、モータロータ４２Ａと向かい合って配置されている。

【0018】

真空ポンプ１では、複数段のロータ翼２２と複数段のステータ翼３１とは、ターボ分子ポンプ部を構成する。また、ロータ円筒部２３とステータ円筒部３２とは、ネジ溝ポンプ部を構成する。真空ポンプ１では、モータ４２によってロータ４が回転することで、廃棄対象装置の内部から、吸気口１３を介して、第１内部空間Ｓ１へ排気対象気体が流入する。第１内部空間Ｓ１の排気対象気体は、ターボ分子ポンプ部とネジ溝ポンプ部を通過して、排気空間Ｓ２に導かれる。排気空間Ｓ２の排気対象気体は、排気口１５から排気される。この結果、吸気口１３に取り付けられた排気対象装置の内部が、高真空状態となる。

【0019】

上記の構成を有する真空ポンプ１（ハウジング２）の内部においては、例えば、ロータ４に設けられたロータ翼２２、及び／又は、ステータ５に設けられたステータ翼３１が破損し、破損したロータ翼２２及び／又はステータ翼３１（またはこれらの破片）が、ハウジング２の内部に滞在する可能性がある。真空ポンプ１の運転中、ハウジング２の内部ではロータ４が高速回転しているため、ハウジング２の内部に滞在した部材は、高速回転するロータ４によりエネルギーを与えられ、飛散する可能性がある。ハウジング２の内部で飛散した部材は、吸気口１３を介して、真空ポンプ１の外部（排気対象装置の内部）にまで飛散する可能性がある。排気対象装置の内部に飛散した部材は、排気対象装置の故障を引き起こす可能性がある。

【0020】

従って、真空ポンプ１の吸気口１３に、図２に示すような飛散防止部６を設ける。図２は、飛散防止部６の斜視図である。飛散防止部６は、ハウジング２の内部に存在し自由に移動できる部材が、ロータ４の回転等によりエネルギーを与えられて飛散し、吸気口１３を通過して外部（排気対象装置の内部）に飛散することを防止する部材である。飛散防止部６は、蓋部６１と、外周部６３と、ブレード６５と、を有する。

【0021】

蓋部６１は、所定の厚みを有する中実の円板形状を有する。飛散防止部６が吸気口１３に固定されたときに、蓋部６１は、ロータ４のロータ翼２２が配置されていない部分に対応する位置、すなわち、ロータ４の中心に対応する位置に配置される。さらに言い換えると、蓋部６１は、ロータ４の中心に対向するよう配置される。飛散防止部６が上記の蓋部６１を有することにより、飛散防止部６の強度を向上させることができる。なぜなら、蓋部６１は、中実で一体的に形成されているからである。また、上記の蓋部６１は、ハウジング２の内部から部材が飛散するのを防止するとともに、排気対象装置の内部の部材、粒子等が、吸気口１３を通過して、ハウジング２の内部に進入することを防止できる。

【0022】

外周部６３は、飛散防止部６の外周を構成する部材である。外周部６３は、所定の厚みを有し、蓋部６１の径（半径／直径）よりも大きい径を有するリング形状を有する。外周部６３は、蓋部６１に対して同心円状に配置される。この結果、蓋部６１の外側面と外周部６３の内側面との間には、ロータ４の最上段に配置されるロータ翼２２に対向するように空間が形成される。

【0023】

図１に示すように、外周部６３には、その最外周部分に凸部６３ａが形成されている。また、ハウジング２の吸気口１３を形成する部分、すなわち、第１端部１１には凹部２ａが形成されている。飛散防止部６は、外周部６３の凸部６３ａがハウジング２の凹部２ａに嵌め込まれることで、ハウジング２の第１端部１１に固定される。これにより、飛散防止部６がハウジング２の「フレーム」として機能して、ハウジング２の変形に対する耐久性が向上する。例えば、ロータ４が破損したときに、破損したロータ４によりハウジング２が径方向に変形（楕円変形）することを防止できる。

【0024】

ブレード６５は、蓋部６１の外側面と外周部６３の内側面との間に形成された空間において、蓋部６１の外側面と外周部６３の内側面とを架橋するように配置される。これにより、ブレード６５は、ハウジング２の内部の部材が蓋部６１と外周部６３との間の空間から飛散することを防止する。

【0025】

図２に示すように、ブレード６５は、飛散防止部６の厚み方向に対して傾斜している。ブレード６５の傾斜方向は、（最上段の）ロータ翼２２の上下方向における傾斜方向とは反対となっている。言い換えると、ブレード６５の傾斜方向は、ステータ翼３１の傾斜方向と同じとなっている。このように傾斜したブレード６５は、ロータ４の最上段のロータ翼２２と協働して「ターボ分子ポンプ」のように機能し、外部からハウジング２の内部への排気対象気体の吸引を促進する。この結果、吸気口１３に、飛散防止部６を配置することによる排気対象気体の吸引能力の低下を抑制できる。

【0026】

ロータ４は高速回転しているため、ハウジング２の内部に存在し自由に移動できる部材に与えられるエネルギーは大きい。そのため、当該部材が飛散防止部６を「突き破って」吸気口１３から飛散することを防止するため、飛散防止部６は、ある程度の強度を有していることが好ましい。例えば、飛散防止部６は、ステンレス等の高強度の材料で形成されるか、及び／又は、所定の厚み（例えば、２ｍｍ）以上の厚みを有していることが好ましい。

【0027】

飛散防止部６は、一体的に形成されている。具体的には、例えば、１つの材料から、蓋部６１と、外周部６３と、ブレード６５と、を削り出しなどで形成して飛散防止部６を形成できる。飛散防止部６を一体的に形成することで、飛散防止部６の強度をより向上させることができる。なお、飛散防止部６に必要な強度を持たせることができる場合には、蓋部６１と、外周部６３と、ブレード６５と、を別部材にて構成し、溶接等でこれら部材を接続して飛散防止部６を形成することもできる。

【0028】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0029】

飛散防止部６は、上記で説明した以外の構成を有していてもよい。例えば、飛散防止部６の中心部に中実の蓋部６１を設ける代わりに、図３に示すように、飛散防止部６の中心部に、外周部６３と同心円状に配置されたリング状部６１’を設けることもできる。図３は、飛散防止部６の変形例を示す図である。

【0030】

上記の飛散防止部６は、一体の円形を有しているが、これに限られない。例えば、飛散防止部６を、半円形の２つの部材（飛散防止部）により構成してもよい。

【0031】

図４に示すように、飛散防止部６は、その中心に蓋部６１、リング状部６１’を設けず、外周部６３の内側に部材衝突部６７を設けた構成としてもよい。部材衝突部６７は、ハウジング２の内部で飛散した部材が衝突することで、当該部材が吸気口１３から飛散することを防止する。図４は、飛散防止部６の他の変形例を示す図である。図４に示す飛散防止部６においては、部材衝突部６７は、円形の外周部６３の中心から外周部６３の内側壁へ放射状に延びる。

【0032】

部材衝突部６７は、図４に示すような形状のものに限られない。例えば、部材衝突部６７は、ハニカム構造などの網目構造を有するものであってもよい。また、蓋部６１／リング状部６１’と外周部６３とを有する飛散防止部６において、ブレード６５の代わりに、ハニカム構造などの網目構造を有する部分を設けてもよい。

【0033】

上記の実施形態に係る真空ポンプ１は、複数段のロータ翼２２と複数段のステータ翼３１とにより構成されるターボ分子ポンプと、ロータ円筒部２３とステータ円筒部３２とにより構成されるネジ溝ポンプとが一体化されたポンプである。しかし、ネジ溝ポンプは省略されてもよい。すなわち、真空ポンプ１は、ターボ分子ポンプであってもよい。或いは、ターボ分子ポンプは省略されてもよい。すなわち、真空ポンプ１は、ネジ溝ポンプであってもよい。

【0034】

上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

【0035】

（第１態様）真空ポンプは、ロータと、吸気口と、飛散防止部と、を備える。吸気口は、ロータの回転により吸引された気体を通過させる。飛散防止部は、吸気口に設けられ、真空ポンプの内部の部材が吸気口から飛散することを防止する。

【0036】

第１態様に係る真空ポンプでは、ロータの回転により吸引された気体が通過する吸引口に、真空ポンプの内部の部材が吸気口から飛散することを防止する飛散防止部が設けられている。これにより、真空ポンプの故障等により内部で発生した部材は、飛散防止部により、吸気口から外部（例えば、吸気口に接続された排気対象装置の内部）への飛散が妨げられる。この結果、真空ポンプの内部で発生した部材が外部にまで飛散することを防止できる。

【0037】

（第２態様）第１態様に係る真空ポンプにおいて、ロータは、所定の向きに傾斜したロータ翼を有してもよい。この場合、飛散防止部は、ロータにおけるロータ翼の配置位置に対応する部分に、ロータ翼の傾斜とは反対方向に傾斜したブレードを有してもよい。第２態様に係る真空ポンプでは、ブレードにより、真空ポンプの内部の部材が排気口から飛散することを防止できるとともに、ロータ翼と協働して「ターボ分子ポンプ」のように機能し、真空ポンプへの気体の吸引を促進できる。この結果、吸引口に飛散防止部を配置することによる気体の吸引能力の低下を抑制できる。

【0038】

（第３態様）第２態様に係る真空ポンプにおいて、飛散防止部は、ロータのロータ翼が配置されていない部分に対応する位置に配置される蓋部を有してもよい。第３態様に係る真空ポンプでは、蓋部により、真空ポンプの内部から部材が飛散するのを防止するとともに、外部の部材、粒子等が、吸気口を通過して真空ポンプ１の内部に進入することを防止できる。また、飛散防止部６の強度を向上させることができる。

【0039】

（第４態様）第１態様～第３態様のいずれかに係る真空ポンプにおいて、飛散防止部は一体的に形成されていてもよい。第４態様に係る真空ポンプでは、飛散防止部の強度をより向上させることができる。

【0040】

（第５態様）第１態様～第４態様のいずれかに係る真空ポンプは、ロータを収納し、吸気口を形成する外周部分に凹部が形成されたハウジングをさらに備えてもよい。この場合、飛散防止部の外周部分に凸部が形成され、飛散防止部の凸部がハウジングの凹部に嵌め込まれることで、飛散防止部がハウジングに固定されてもよい。第５態様に係る真空ポンプでは、飛散防止部がハウジングの「フレーム」として機能して、ハウジングの変形に対する耐久性を向上できる。

【符号の説明】

【0041】

１ ：真空ポンプ
２ ：ハウジング
２ａ ：凹部
３ ：ベース
４ ：ロータ
５ ：ステータ
６ ：飛散防止部
６１ ：蓋部
６１’ ：リング状部
６３ ：外周部
６３ａ ：凸部
６５ ：ブレード
６７ ：部材衝突部
１１ ：第１端部
１２ ：第２端部
１３ ：吸気口
１４ ：ベース端部
１５ ：排気口
２１ ：シャフト
２１Ａ ：スラストディスク
２１Ｂ ：ターゲット
２２ ：ロータ翼
２３ ：ロータ円筒部
３１ ：ステータ翼
３２ ：ステータ円筒部
４１Ａ ：軸受
４１Ｂ ：磁気軸受
４１Ｃ ：磁気軸受
４１Ｄ ：磁気軸受
４１Ｅ ：軸受
４２ ：モータ
４２Ａ ：モータロータ
４２Ｂ ：モータステータ
Ａ１ ：軸線方向
Ｓ１ ：第１内部空間
Ｓ２ ：排気空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】