フランジおよびこのフランジを備えたターボ分子ポンプ
【課題】 回転体4が腐蝕によって破断しフランジ部に衝撃エネルギーが発生してもボルトが変形することはなく、フランジ部の離脱が生じないフランジを提供する。
【解決手段】 フランジ12に穿設されたボルト13用の貫通孔12Hに連接し、かつ貫通孔12Hの中心を通るピッチ円の円周方向における両側の近傍に凹部12Kが設けられている。凹部12Kはフランジ12の端面側から座ぐり加工等にて穿設された凹部空間で貫通孔12Hとは重なり合う形で連接されフランジ12の厚さ全域の深さではなく、下方に肉薄部12Nを残存させた構成となっている。貫通孔12Hの径が円周方向にそのまま移動した形の楕円形状を呈している。貫通孔12Hに連接して凹部12Kが形成されている。この凹部12Kにより残存する肉薄部12Nが衝撃エネルギーを受けたとき圧砕される。この変形現象で衝撃エネルギーの吸収が行われるが、この際ボルト13は曲折は生起しない。
【解決手段】 フランジ12に穿設されたボルト13用の貫通孔12Hに連接し、かつ貫通孔12Hの中心を通るピッチ円の円周方向における両側の近傍に凹部12Kが設けられている。凹部12Kはフランジ12の端面側から座ぐり加工等にて穿設された凹部空間で貫通孔12Hとは重なり合う形で連接されフランジ12の厚さ全域の深さではなく、下方に肉薄部12Nを残存させた構成となっている。貫通孔12Hの径が円周方向にそのまま移動した形の楕円形状を呈している。貫通孔12Hに連接して凹部12Kが形成されている。この凹部12Kにより残存する肉薄部12Nが衝撃エネルギーを受けたとき圧砕される。この変形現象で衝撃エネルギーの吸収が行われるが、この際ボルト13は曲折は生起しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内方に回転体等が収納された筒状筐体の外周に展設され、該筐体を固定部に取り付けるためのフランジ、およびポンプ機能を有するターボ機構を内装した筒状筐体にフランジを展設したターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【0002】
このようなターボ分子ポンプは、主に半導体その他の電子部品の製造装置に使用されるが、その主体をなすターボ機構が円筒状のケーシング(筐体)内に回転自在に保持され、ケーシングの一方側における吸気口からの分子、ガス等を吸気し、他方側の排気口に排気する構成をなしている。すなわち、ターボ機構はケーシングの中央部位の軸芯に配置された回転体がケーシングに架設された上下の軸受にて回転自在に保持されるとともに、この回転体は同じくケーシングに架設されたモータにて高速回転されるよう連結されている。そして、このターボ機構は回転体の外周部に複数段固定された回転翼とケーシング側に固定された複数段の固定翼との組み合わせであって、この中で回転翼がモータにて高速回転、具体的には1分間に数万回転という回転速度で駆動され、ガス、分子を圧縮して排気する。
【0003】
従来におけるターボ分子ポンプの一般的な例を示すと図12に示すとおりである。なお、この図12は被排気部HVに接合された状態を示している。以下、このターボ分子ポンプTPの主体であるターボ機構TKについて説明すると、回転軸3の上方部には一体的に円筒部4Nが形成されていて、この円筒部4Nには外周に複数段の回転翼B1〜B8(図面には8段の場合を示し、最上段の回転翼B1と最下段の回転翼B8のみ符号を付しその他の符号は付記を省略している)が延設されている。この回転翼B1〜B8は軸芯方向に一定の間隔を有して配置されている。この回転軸3と回転翼B1〜B8などは一体的であり、回転体4を構成している。他方、上方に吸気口6が形成されたケーシング5の内周側からは、固定翼T1〜T7(図面には最上段の固定翼T1と最下段の固定翼T7のみ符号を付してその他の付記は省略している)が各回転翼B1〜B8と交互に設けられターボ機構TKが構成されている。なお、図12においてSは各固定翼T1〜T7を一定の間隔で保持するためのスペーサである。7は排気口である。
【0004】
この回転軸3はポンプ機台部1に架設された上下の磁気軸受8A、8R及び8Tにて回転自在に保持されるとともに、モータ2と結合されている。すなわち、8Aはアキシャル用の磁気軸受であり、また8R及び8Tはラジアル用の磁気軸受で、これらにより回転軸3を確実に軸受している。他方、モータ2の一方を構成する回転子(図示せず)がこの回転軸3に内設され一体的に取付られている。この回転子はポンプ機台部1に架設された電極コイル1Kと協働しモータ2を構成する。このモータ2にはインバータ(図示せず)から電気エネルギーが供給され、回転軸3を高速で回転駆動する。
【0005】
そして、さらに回転体4の一部すなわち具体的には下方には円筒部4Nが一体的に形成され、しかもその外周にはねじ溝(この溝は図面では明確には開示されていない)が形成されている。なお、このねじ溝はステータリング10の側に形成される場合もある。このねじ溝は下方になるにつれて溝の深さが浅い円錐上をなしている。しかもこの円筒部4Nの外周はベースを兼ねた下部ケーシング9の内周に接合されたステータリング10の内周面に近接している。このステータリング10の内周面と前記円筒部4Nとの組合わせによってねじ溝ポンプNPが構成されている。このねじ溝ポンプNPはモレキュラードラッグポンプとして機能し、粘性流領域における分子を引き込んで排気する。
【0006】
このようなターボ分子ポンプTPは、ターボ機構TKによるターボポンプ機構とねじ溝ポンプNPによるねじ溝ポンプ機能を有機的に結合したものであり、通常ハイブリッド形ターボ分子ポンプと称されている。ターボ分子ポンプTPとしては、このようなハイブリッド形のものは排気特性が良く、よく利用されている。なお、分子ポンプとしてはターボ機構TKのみを採用するものと、上記したステータリング10と円筒ロータと組合わせ、その対抗面の一方にねじ溝を形成したモレキュラードラッグポンプNPなどがある。
このターボ分子ポンプTPは、ケーシング5の吸気口6側に一体的に形成された吸気口フランジ5Fを介して吸気口6側が半導体製造装置などの被排気部HVのフランジFに接合される。接合には通常ボルト11を利用したボルト結合方式が採用される。
【0007】
このようなターボ分子ポンプTPにおいて、回転翼B1〜B8が万が一応力腐蝕割れなどにより破壊したときは、分裂して半径方向に飛散し、ケーシング5の内周に配置されているスペーサSや固定翼T1〜T7に衝突する。この衝突によって、回転翼B1〜B8の破片がスペーサSおよび固定翼T1〜T7と一体となり、この衝撃エネルギーにて半径方向に膨張しケーシング5に衝突する。この衝突によりケーシング5にはトルクすなわち衝撃エネルギーが発生する。このトルクはケーシング5そして吸気口フランジ5Fを介して被排気部HVに伝達され、この衝撃によってターボ分子ポンプTPと被排気部HVとの接合が破壊し排気が不可能になる。すなわち、たとえば被排気部HVが上述したように半導体製造装置の場合、成膜室の真空が突然大気圧となり、製造中の半導体が不良品となる。
【0008】
このようなフランジと固定部との結合関係にはターボ分子ポンプのみでなく、特に内方に回転体を収容した電動機と機台との取り付けなど筒状筐体と固定部とを固定するフランジにおいても共通する事項である。このような事情から、この衝撃を緩和させるためにケーシングすなわち筒状筐体と一体のフランジを他の固定部のフランジに結合するボルト結合の方法について工夫が提案されている(例えば特許文献1〜3参照)。
【0009】
これらの工夫例を以下図示例にしたがって説明する。まず第1の例を図11に示す。
図11は吸気口フランジ5Fと被排気部HVのフランジFの接合を部分的に示す図であるが、吸気口フランジ5Fに衝撃エネルギーを受けたときボルト11が曲折してエネルギーの吸収を可能にするものである。STはボルト11が曲折するのを許容するために吸気口フランジ5Fに形成したスペースである。このスペースSTはボルト11の曲折を許容するためでその幅もボルト11の径と同程度の大きさに設定され、しかも深さも吸気口フランジ5Fの厚さの半分程度になっている。したがって、このスペースSTの下方の肉付部は衝撃エネルギーが発生したときボルト11と衝突しても圧壊することはなくボルト11が曲折する。
【0010】
図8に示す工夫例は、ボルト11に近接した位置でこのボルト11のための貫通孔5Hの円周方向の両側に薄肉部Tを形成した例で、この薄肉部Tは貫通形のスリット5Kの穿設により形成されている。図9は図8における吸気口フランジ5Fのみを平面的に示す図である。このような構成では、衝撃が発生すると図10に示すとおりボルト11が曲折するが、この現象は薄肉部Tの存在によってそれが可能となる。すなわち、薄肉部Tの破壊とボルト11の曲折によりエネルギーの吸収が行われる。なお図8、図10においてFは被排気部HV側のフランジを示している。
【0011】
さらに図7に示す例は、ボルト11の外周部に弾性体具体的にはゴム等の円筒Pを嵌合させるものである。この場合円筒Pは被排気部(図示せず)側のフランジFの側も貫設して設置されているが、衝撃エネルギーの発生により円筒Pが変形し、ボルト11の曲折が許容されて衝撃エネルギーの吸収が行われる。
【特許文献1】特許3426734号公報
【特許文献2】特開平8−114196号公報
【特許文献3】特開2004−162696号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
このようなターボ分子ポンプTPにおいて、回転体4が遠心破壊した場合は高速回転状態で破裂するため、ケーシング5ならびに下部ケーシング9に大きなトルクすなわち、衝撃エネルギーを与える。ケーシング5に与えられた衝撃によるトルクは、上述したとおりターボ分子ポンプTPを被排気部HVに固定するボルト11が曲折され衝撃エネルギーが吸収されることになる。
この衝撃エネルギーとそのエネルギーによる破壊、変形は、仕事量と力積との関係にある。力積Kは発生する力Fとその力Fの作用する距離Xの積であり、つぎの式が成立する。
K=F×X
この関係により、仕事量すなわち力積Kは一定であるので、Xを大きくすることにより、力Fが小さくなる。したがって、弱い部分を設け、その部分の曲げ、変形によりXを大きくすることにより、ボルト11に作用する力を小さくして、破壊を防ぐことが可能となる。
しかしながらボルト11の曲折は、図10に示すように吸気口フランジ5Fと被排気部HVのフランジFとの接合が破壊されることになり、上述したとおりたとえば半導体製造中に大気開放という事態が生起する。このような事態は、製造は中断されることになり、製造中の半導体は不良品となるのみならず生産性を著しく低下させることになる。
本発明はこのような問題を解消できるフランジおよびこのようなフランジを備えたターボ分子ポンプを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明が提供するフランジは、上記課題を解決するために、固定部に対してボルトを貫設させて固定されるフランジであって、前記ボルトのための貫通孔を穿設するとともに、この貫通孔に連接し前記フランジの厚さより小さい深さで肉薄部を残存させた円形状の凹部を設けたものである。この肉薄部の存在によってフランジにトルクの衝撃エネルギーが発生したとき、この肉薄部が破壊ないし圧壊され衝撃エネルギーが吸収されることになり、ボルトの曲折は生起しない。
【0014】
さらに本発明が提供する分子ポンプは、上記課題を解決するために、回転駆動されることによりポンプ機能を発揮するターボ機構を内方に収容した筒状筐体と、この筒状筐体の外周に展設され固定部に対してボルトを貫設して固定するためのフランジとを有するターボ分子ポンプにおいて、前記フランジには前記ボルトのための貫通孔を穿設するとともに、この貫通孔に連接し前記フランジの厚さより小さい深さで肉薄部を残存させた円形状の凹部を設けたものである。肉薄部がトルクの衝撃エネルギーを受けると圧壊され衝撃エネルギーの吸収が行われることになる。この場合もボルトの曲折は生起しない。
【発明の効果】
【0015】
本発明はフランジ部におけるボルト用の貫通孔に連接して凹部の形成により肉薄部を設けたものであり、フランジがトルクの衝撃エネルギーを受けた場合、フランジが回転変位するが、肉薄部が破壊あるいは圧壊し、ボルトは曲折されることなく衝撃エネルギーが吸収される。しかもこの凹部および肉薄部も共に加工は容易でしかも構成も簡略であり安価な構成にて目的を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明が提供するフランジおよびこのフランジを備えたターボ分子ポンプは、そのフランジにおけるボルト貫通孔に連接して凹部を形成したものであり、しかもその凹部の形成と同時にフランジ部の厚さにより小さい寸法の肉薄部を形成した点を特徴とするものである。本発明の最も特徴とする点はボルト用の貫通孔に連接して凹部と肉薄部を形成することであるが、その肉薄部の厚さ換言すれば凹部の深さを発生し得るトルク衝撃エネルギーの大きさを考慮して設定される点にある。肉薄部の位置はフランジの底部が望ましく加工も容易になる。
【実施例1】
【0017】
以下本発明によるフランジを図1と図2に示す例にしたがって説明する。図1、図2は一般的なフランジ同士の結合たとえば電動機16の筐体に付設されたフランジ12が固定部14に取り付けられる例を示すが、図1は平面図であり、図2は縦断面図である。フランジ12に穿設されたボルト13用の貫通孔12Hに連接し、かつ貫通孔12Hの中心を通るピッチ円の円周方向における両側の近傍に凹部12Kが設けられている。この凹部12Kの構成は図2の断面図に詳しく示されている。図2は、ボルト13がフランジ12の貫通孔12Hを貫通して固定部14にねじ込まれた部位を拡大して示す図である。図1と図2から明らかなとおり、凹部12Kはフランジ12の端面側から座ぐり加工等にて穿設された凹部空間で貫通孔12Hとは重なり合う形で連接されるとともに、フランジ12の厚さ全域の深さではなく、下方に肉薄部12Nを残存させた構成となっている。これらは平面図である図1にも示されている。この肉薄部12Nは材質の強度にもよるが、フランジ12の厚さの10パーセントから15パーセント程度までが望ましい。それはこの程度の厚さが衝撃エネルギーを効率よく吸収するためである。
【0018】
座ぐり加工はエンドミル(円形)で行う関係から貫通孔12Hと同様円形であり、円形の孔と円形の穴の連接となり、この場合はひょうたん形になるが、図1に示すように、ひょうたんのくびれ部も除去して貫通孔12Hの径が円周方向にそのまま移動した形の楕円形に近い形を呈している。すなわち、三日月状の凹部12Kが形成され、肉薄部12Nも三日月状の板状をなしている。このような構成により貫通孔12Hに連接して凹部12Kが形成されている。この凹部12Kにより残存する肉薄部12Nが衝撃エネルギーを受けたとき圧砕されるのである。
【0019】
このフランジ12における肉薄部12Nの圧砕変形は状況によっては圧壊であり破壊でもある。本発明はこれらの変形現象が完全に行われて衝撃エネルギーの吸収が行われる点に特徴がある。しかもこの際ボルト13の曲折は生起せず、したがってフランジ12が固定部14から離脱されることはない。
つぎに本発明を実施したターボ分子ポンプを図3の図面に示す実施例にしたがって説明する。
【実施例2】
【0020】
図3は、本発明をターボ分子ポンプTPに適用した実施例の構成を断面して示している。この図3は図12に示す構成とほぼ同様であるが左方の吸気口フランジ5Fの断面部分のみは発明の構成を理解しやすくするために円周方向の断面図が示されている。円筒状のケーシング5および下部ケーシング9の内部には高速回転する回転体4が3個の磁気軸受8A、8R、8Tにより支持されている。回転体4の上部は回転翼B1〜B8を有しており、この回転翼B1〜B8と交互に配置される形で固定翼T1〜T7が設けられ、固定翼T1〜T7はスペーサSによって位置決めされている。5Fはケーシング5と一体に形成された吸気口フランジで、ボルト11にて被排気部HVのフランジFに接合され結合されている。そしてこの吸気口フランジ5Fに、ボルト11が曲折しないで衝撃エネルギーを吸収する手段を設けたものである。なお図3において図12と同一の符号で示される部品は図12と同様の機能をするものであり詳細な説明は省略する。
【0021】
本発明が提供するターボ分子ポンプは、以上の構成において吸気口フランジ5F側に特殊な変形部を設け、この変形によってケーシング5や下部ケーシング9が受けた衝撃エネルギー(トルク)を吸収し、しかもボルト11に対してはその変形を生じさせないようにしたものである。
具体的には、吸気口フランジ5Fを平面的に示す図4に示すように、吸気口フランジ5Fに穿設されたボルト11用の貫通孔5Hに連接し、かつ貫通孔5Hの中心を通るピッチ円の円周方向における両側の近傍に凹部15Kが設けられている。この凹部15Kの構成は図5の断面図に詳しく示されている。図5に示す構成は図2と同様で、肉薄部5Nが衝撃エネルギーを受けた際破壊して衝撃エネルギーの吸収が行われる。したがってボルト11が曲折することはない。その結果、吸気口フランジ5Fが図3におけるフランジFから離脱することはない。
【0022】
本発明が提供するフランジFならびにターボ分子ポンプTPの特徴は以上説明したとおりであるが、本発明は上記ならびに図示例に限定されるものではない。たとえばターボ分子ポンプTPの発明における図示例では肉薄部5Nが吸気口フランジ5Fの底部に付設されているが、この肉薄部5Nを凹部15Kの中段位置に付設するようにすることができる。ただこの場合は吸気口フランジ5Fの両面から座ぐり加工をする必要がある。このことは図1および図2に示す一般のフランジFについても適用可能である。
【0023】
また肉薄部5Nの特殊な変形例として、肉薄部5Nの設置方向をボルト11の軸心に対して傾斜させた傾斜形の形状にすることも可能である。すなわちスリバチ状の肉薄部で加工は図示例の方向に比較して困難であるが、後述するような放電加工で可能である。吸気口フランジ5Fの材質や大きさなどから傾斜型とすることで衝撃エネルギーの吸収をより効果的に行わせることが可能である。なお、この肉薄部の厚さについて、上述にて吸気口フランジ5Fの厚さの10パーセントから15パーセントにすることが望ましいと説明したが、吸気口フランジ5Fの材料によりこの数値は変動するものであり、この数値に限定されるものではない。凹部12K、15Kの形状についても図示例に限定されず、たとえば実施例の領域を含む広領域の楕円にすることもできる。このことは図1および図2に示す一般のフランジFについても適用可能である。
【0024】
さらに、肉薄部5N、12Nの変形例としては、図6に示すような例を挙げることができる。この図6の変形例は肉薄部12Nをボルト13の軸心に対して垂直方向に3個設けた例であるが、放電加工などによって、このような加工も可能である。このように肉薄部12Nを複数個設ける場合、個数は2個ないし3個が適正であるがこれに限定されない。尚、図6においては図2と同一の符合で示される部品は図2と同一の部品であり、詳細な説明は省略する。また、この変形例は本発明が提供するターボ分子ポンプTPの場合の肉薄部5Nの構成としても適用可能である。さらに一般のフランジに関する発明についての実施例では電動機を例に説明したが、電動機のみならず回転体を内装するあらゆる筐体のフランジにも適用可能であり、本発明はこれらの変形例も包含する。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明が提供するフランジの構成を平面的に示す図である。
【図2】本発明の要部の構成を縦断面して示す図である。
【図3】本発明が提供する分子ポンプの構成を縦断面して示す図である。
【図4】本発明が提供する分子ポンプの要部構成の平面を示す図である。
【図5】本発明が提供する分子ポンプの要部構成を示す図である。
【図6】本発明が提供するフランジの変形例の構成を示す図である。
【図7】従来におけるフランジの構成を縦断面して示す図である。
【図8】従来におけるフランジの構成を縦断面して示す図である。
【図9】従来におけるフランジの構成を平面図で示す図である。
【図10】従来におけるフランジの構成の機能を示す縦断面図である。
【図11】従来におけるフランジの構成を断面して示す図である。
【図12】従来におけるターボ分子ポンプの構成を縦断面して示す図である。
【符号の説明】
【0026】
1 ポンプ機台部
1K 電極コイル
2 モータ
3 回転軸
4 回転体
4N 円筒部
5 ケーシング
5F 吸気口フランジ
5K スリット
5N、12N 肉薄部
5H 貫通孔
6 吸気口
7 排気口
8A、8R、8T 磁気軸受
9 下部ケーシング
10 ステータリング
11、13 ボルト
12、F フランジ
12H 貫通孔
12K、15K 凹部
14 固定部
16 電動機
B1〜B8 回転翼
HV 被排気部
P 円筒
S スペーサ
ST スペース
T 薄肉部
T1〜T7 固定翼
TK ターボ機構
TP ターボ分子ポンプ
NP ねじ溝ポンプ
【技術分野】
【0001】
本発明は、内方に回転体等が収納された筒状筐体の外周に展設され、該筐体を固定部に取り付けるためのフランジ、およびポンプ機能を有するターボ機構を内装した筒状筐体にフランジを展設したターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【0002】
このようなターボ分子ポンプは、主に半導体その他の電子部品の製造装置に使用されるが、その主体をなすターボ機構が円筒状のケーシング(筐体)内に回転自在に保持され、ケーシングの一方側における吸気口からの分子、ガス等を吸気し、他方側の排気口に排気する構成をなしている。すなわち、ターボ機構はケーシングの中央部位の軸芯に配置された回転体がケーシングに架設された上下の軸受にて回転自在に保持されるとともに、この回転体は同じくケーシングに架設されたモータにて高速回転されるよう連結されている。そして、このターボ機構は回転体の外周部に複数段固定された回転翼とケーシング側に固定された複数段の固定翼との組み合わせであって、この中で回転翼がモータにて高速回転、具体的には1分間に数万回転という回転速度で駆動され、ガス、分子を圧縮して排気する。
【0003】
従来におけるターボ分子ポンプの一般的な例を示すと図12に示すとおりである。なお、この図12は被排気部HVに接合された状態を示している。以下、このターボ分子ポンプTPの主体であるターボ機構TKについて説明すると、回転軸3の上方部には一体的に円筒部4Nが形成されていて、この円筒部4Nには外周に複数段の回転翼B1〜B8(図面には8段の場合を示し、最上段の回転翼B1と最下段の回転翼B8のみ符号を付しその他の符号は付記を省略している)が延設されている。この回転翼B1〜B8は軸芯方向に一定の間隔を有して配置されている。この回転軸3と回転翼B1〜B8などは一体的であり、回転体4を構成している。他方、上方に吸気口6が形成されたケーシング5の内周側からは、固定翼T1〜T7(図面には最上段の固定翼T1と最下段の固定翼T7のみ符号を付してその他の付記は省略している)が各回転翼B1〜B8と交互に設けられターボ機構TKが構成されている。なお、図12においてSは各固定翼T1〜T7を一定の間隔で保持するためのスペーサである。7は排気口である。
【0004】
この回転軸3はポンプ機台部1に架設された上下の磁気軸受8A、8R及び8Tにて回転自在に保持されるとともに、モータ2と結合されている。すなわち、8Aはアキシャル用の磁気軸受であり、また8R及び8Tはラジアル用の磁気軸受で、これらにより回転軸3を確実に軸受している。他方、モータ2の一方を構成する回転子(図示せず)がこの回転軸3に内設され一体的に取付られている。この回転子はポンプ機台部1に架設された電極コイル1Kと協働しモータ2を構成する。このモータ2にはインバータ(図示せず)から電気エネルギーが供給され、回転軸3を高速で回転駆動する。
【0005】
そして、さらに回転体4の一部すなわち具体的には下方には円筒部4Nが一体的に形成され、しかもその外周にはねじ溝(この溝は図面では明確には開示されていない)が形成されている。なお、このねじ溝はステータリング10の側に形成される場合もある。このねじ溝は下方になるにつれて溝の深さが浅い円錐上をなしている。しかもこの円筒部4Nの外周はベースを兼ねた下部ケーシング9の内周に接合されたステータリング10の内周面に近接している。このステータリング10の内周面と前記円筒部4Nとの組合わせによってねじ溝ポンプNPが構成されている。このねじ溝ポンプNPはモレキュラードラッグポンプとして機能し、粘性流領域における分子を引き込んで排気する。
【0006】
このようなターボ分子ポンプTPは、ターボ機構TKによるターボポンプ機構とねじ溝ポンプNPによるねじ溝ポンプ機能を有機的に結合したものであり、通常ハイブリッド形ターボ分子ポンプと称されている。ターボ分子ポンプTPとしては、このようなハイブリッド形のものは排気特性が良く、よく利用されている。なお、分子ポンプとしてはターボ機構TKのみを採用するものと、上記したステータリング10と円筒ロータと組合わせ、その対抗面の一方にねじ溝を形成したモレキュラードラッグポンプNPなどがある。
このターボ分子ポンプTPは、ケーシング5の吸気口6側に一体的に形成された吸気口フランジ5Fを介して吸気口6側が半導体製造装置などの被排気部HVのフランジFに接合される。接合には通常ボルト11を利用したボルト結合方式が採用される。
【0007】
このようなターボ分子ポンプTPにおいて、回転翼B1〜B8が万が一応力腐蝕割れなどにより破壊したときは、分裂して半径方向に飛散し、ケーシング5の内周に配置されているスペーサSや固定翼T1〜T7に衝突する。この衝突によって、回転翼B1〜B8の破片がスペーサSおよび固定翼T1〜T7と一体となり、この衝撃エネルギーにて半径方向に膨張しケーシング5に衝突する。この衝突によりケーシング5にはトルクすなわち衝撃エネルギーが発生する。このトルクはケーシング5そして吸気口フランジ5Fを介して被排気部HVに伝達され、この衝撃によってターボ分子ポンプTPと被排気部HVとの接合が破壊し排気が不可能になる。すなわち、たとえば被排気部HVが上述したように半導体製造装置の場合、成膜室の真空が突然大気圧となり、製造中の半導体が不良品となる。
【0008】
このようなフランジと固定部との結合関係にはターボ分子ポンプのみでなく、特に内方に回転体を収容した電動機と機台との取り付けなど筒状筐体と固定部とを固定するフランジにおいても共通する事項である。このような事情から、この衝撃を緩和させるためにケーシングすなわち筒状筐体と一体のフランジを他の固定部のフランジに結合するボルト結合の方法について工夫が提案されている(例えば特許文献1〜3参照)。
【0009】
これらの工夫例を以下図示例にしたがって説明する。まず第1の例を図11に示す。
図11は吸気口フランジ5Fと被排気部HVのフランジFの接合を部分的に示す図であるが、吸気口フランジ5Fに衝撃エネルギーを受けたときボルト11が曲折してエネルギーの吸収を可能にするものである。STはボルト11が曲折するのを許容するために吸気口フランジ5Fに形成したスペースである。このスペースSTはボルト11の曲折を許容するためでその幅もボルト11の径と同程度の大きさに設定され、しかも深さも吸気口フランジ5Fの厚さの半分程度になっている。したがって、このスペースSTの下方の肉付部は衝撃エネルギーが発生したときボルト11と衝突しても圧壊することはなくボルト11が曲折する。
【0010】
図8に示す工夫例は、ボルト11に近接した位置でこのボルト11のための貫通孔5Hの円周方向の両側に薄肉部Tを形成した例で、この薄肉部Tは貫通形のスリット5Kの穿設により形成されている。図9は図8における吸気口フランジ5Fのみを平面的に示す図である。このような構成では、衝撃が発生すると図10に示すとおりボルト11が曲折するが、この現象は薄肉部Tの存在によってそれが可能となる。すなわち、薄肉部Tの破壊とボルト11の曲折によりエネルギーの吸収が行われる。なお図8、図10においてFは被排気部HV側のフランジを示している。
【0011】
さらに図7に示す例は、ボルト11の外周部に弾性体具体的にはゴム等の円筒Pを嵌合させるものである。この場合円筒Pは被排気部(図示せず)側のフランジFの側も貫設して設置されているが、衝撃エネルギーの発生により円筒Pが変形し、ボルト11の曲折が許容されて衝撃エネルギーの吸収が行われる。
【特許文献1】特許3426734号公報
【特許文献2】特開平8−114196号公報
【特許文献3】特開2004−162696号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
このようなターボ分子ポンプTPにおいて、回転体4が遠心破壊した場合は高速回転状態で破裂するため、ケーシング5ならびに下部ケーシング9に大きなトルクすなわち、衝撃エネルギーを与える。ケーシング5に与えられた衝撃によるトルクは、上述したとおりターボ分子ポンプTPを被排気部HVに固定するボルト11が曲折され衝撃エネルギーが吸収されることになる。
この衝撃エネルギーとそのエネルギーによる破壊、変形は、仕事量と力積との関係にある。力積Kは発生する力Fとその力Fの作用する距離Xの積であり、つぎの式が成立する。
K=F×X
この関係により、仕事量すなわち力積Kは一定であるので、Xを大きくすることにより、力Fが小さくなる。したがって、弱い部分を設け、その部分の曲げ、変形によりXを大きくすることにより、ボルト11に作用する力を小さくして、破壊を防ぐことが可能となる。
しかしながらボルト11の曲折は、図10に示すように吸気口フランジ5Fと被排気部HVのフランジFとの接合が破壊されることになり、上述したとおりたとえば半導体製造中に大気開放という事態が生起する。このような事態は、製造は中断されることになり、製造中の半導体は不良品となるのみならず生産性を著しく低下させることになる。
本発明はこのような問題を解消できるフランジおよびこのようなフランジを備えたターボ分子ポンプを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明が提供するフランジは、上記課題を解決するために、固定部に対してボルトを貫設させて固定されるフランジであって、前記ボルトのための貫通孔を穿設するとともに、この貫通孔に連接し前記フランジの厚さより小さい深さで肉薄部を残存させた円形状の凹部を設けたものである。この肉薄部の存在によってフランジにトルクの衝撃エネルギーが発生したとき、この肉薄部が破壊ないし圧壊され衝撃エネルギーが吸収されることになり、ボルトの曲折は生起しない。
【0014】
さらに本発明が提供する分子ポンプは、上記課題を解決するために、回転駆動されることによりポンプ機能を発揮するターボ機構を内方に収容した筒状筐体と、この筒状筐体の外周に展設され固定部に対してボルトを貫設して固定するためのフランジとを有するターボ分子ポンプにおいて、前記フランジには前記ボルトのための貫通孔を穿設するとともに、この貫通孔に連接し前記フランジの厚さより小さい深さで肉薄部を残存させた円形状の凹部を設けたものである。肉薄部がトルクの衝撃エネルギーを受けると圧壊され衝撃エネルギーの吸収が行われることになる。この場合もボルトの曲折は生起しない。
【発明の効果】
【0015】
本発明はフランジ部におけるボルト用の貫通孔に連接して凹部の形成により肉薄部を設けたものであり、フランジがトルクの衝撃エネルギーを受けた場合、フランジが回転変位するが、肉薄部が破壊あるいは圧壊し、ボルトは曲折されることなく衝撃エネルギーが吸収される。しかもこの凹部および肉薄部も共に加工は容易でしかも構成も簡略であり安価な構成にて目的を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明が提供するフランジおよびこのフランジを備えたターボ分子ポンプは、そのフランジにおけるボルト貫通孔に連接して凹部を形成したものであり、しかもその凹部の形成と同時にフランジ部の厚さにより小さい寸法の肉薄部を形成した点を特徴とするものである。本発明の最も特徴とする点はボルト用の貫通孔に連接して凹部と肉薄部を形成することであるが、その肉薄部の厚さ換言すれば凹部の深さを発生し得るトルク衝撃エネルギーの大きさを考慮して設定される点にある。肉薄部の位置はフランジの底部が望ましく加工も容易になる。
【実施例1】
【0017】
以下本発明によるフランジを図1と図2に示す例にしたがって説明する。図1、図2は一般的なフランジ同士の結合たとえば電動機16の筐体に付設されたフランジ12が固定部14に取り付けられる例を示すが、図1は平面図であり、図2は縦断面図である。フランジ12に穿設されたボルト13用の貫通孔12Hに連接し、かつ貫通孔12Hの中心を通るピッチ円の円周方向における両側の近傍に凹部12Kが設けられている。この凹部12Kの構成は図2の断面図に詳しく示されている。図2は、ボルト13がフランジ12の貫通孔12Hを貫通して固定部14にねじ込まれた部位を拡大して示す図である。図1と図2から明らかなとおり、凹部12Kはフランジ12の端面側から座ぐり加工等にて穿設された凹部空間で貫通孔12Hとは重なり合う形で連接されるとともに、フランジ12の厚さ全域の深さではなく、下方に肉薄部12Nを残存させた構成となっている。これらは平面図である図1にも示されている。この肉薄部12Nは材質の強度にもよるが、フランジ12の厚さの10パーセントから15パーセント程度までが望ましい。それはこの程度の厚さが衝撃エネルギーを効率よく吸収するためである。
【0018】
座ぐり加工はエンドミル(円形)で行う関係から貫通孔12Hと同様円形であり、円形の孔と円形の穴の連接となり、この場合はひょうたん形になるが、図1に示すように、ひょうたんのくびれ部も除去して貫通孔12Hの径が円周方向にそのまま移動した形の楕円形に近い形を呈している。すなわち、三日月状の凹部12Kが形成され、肉薄部12Nも三日月状の板状をなしている。このような構成により貫通孔12Hに連接して凹部12Kが形成されている。この凹部12Kにより残存する肉薄部12Nが衝撃エネルギーを受けたとき圧砕されるのである。
【0019】
このフランジ12における肉薄部12Nの圧砕変形は状況によっては圧壊であり破壊でもある。本発明はこれらの変形現象が完全に行われて衝撃エネルギーの吸収が行われる点に特徴がある。しかもこの際ボルト13の曲折は生起せず、したがってフランジ12が固定部14から離脱されることはない。
つぎに本発明を実施したターボ分子ポンプを図3の図面に示す実施例にしたがって説明する。
【実施例2】
【0020】
図3は、本発明をターボ分子ポンプTPに適用した実施例の構成を断面して示している。この図3は図12に示す構成とほぼ同様であるが左方の吸気口フランジ5Fの断面部分のみは発明の構成を理解しやすくするために円周方向の断面図が示されている。円筒状のケーシング5および下部ケーシング9の内部には高速回転する回転体4が3個の磁気軸受8A、8R、8Tにより支持されている。回転体4の上部は回転翼B1〜B8を有しており、この回転翼B1〜B8と交互に配置される形で固定翼T1〜T7が設けられ、固定翼T1〜T7はスペーサSによって位置決めされている。5Fはケーシング5と一体に形成された吸気口フランジで、ボルト11にて被排気部HVのフランジFに接合され結合されている。そしてこの吸気口フランジ5Fに、ボルト11が曲折しないで衝撃エネルギーを吸収する手段を設けたものである。なお図3において図12と同一の符号で示される部品は図12と同様の機能をするものであり詳細な説明は省略する。
【0021】
本発明が提供するターボ分子ポンプは、以上の構成において吸気口フランジ5F側に特殊な変形部を設け、この変形によってケーシング5や下部ケーシング9が受けた衝撃エネルギー(トルク)を吸収し、しかもボルト11に対してはその変形を生じさせないようにしたものである。
具体的には、吸気口フランジ5Fを平面的に示す図4に示すように、吸気口フランジ5Fに穿設されたボルト11用の貫通孔5Hに連接し、かつ貫通孔5Hの中心を通るピッチ円の円周方向における両側の近傍に凹部15Kが設けられている。この凹部15Kの構成は図5の断面図に詳しく示されている。図5に示す構成は図2と同様で、肉薄部5Nが衝撃エネルギーを受けた際破壊して衝撃エネルギーの吸収が行われる。したがってボルト11が曲折することはない。その結果、吸気口フランジ5Fが図3におけるフランジFから離脱することはない。
【0022】
本発明が提供するフランジFならびにターボ分子ポンプTPの特徴は以上説明したとおりであるが、本発明は上記ならびに図示例に限定されるものではない。たとえばターボ分子ポンプTPの発明における図示例では肉薄部5Nが吸気口フランジ5Fの底部に付設されているが、この肉薄部5Nを凹部15Kの中段位置に付設するようにすることができる。ただこの場合は吸気口フランジ5Fの両面から座ぐり加工をする必要がある。このことは図1および図2に示す一般のフランジFについても適用可能である。
【0023】
また肉薄部5Nの特殊な変形例として、肉薄部5Nの設置方向をボルト11の軸心に対して傾斜させた傾斜形の形状にすることも可能である。すなわちスリバチ状の肉薄部で加工は図示例の方向に比較して困難であるが、後述するような放電加工で可能である。吸気口フランジ5Fの材質や大きさなどから傾斜型とすることで衝撃エネルギーの吸収をより効果的に行わせることが可能である。なお、この肉薄部の厚さについて、上述にて吸気口フランジ5Fの厚さの10パーセントから15パーセントにすることが望ましいと説明したが、吸気口フランジ5Fの材料によりこの数値は変動するものであり、この数値に限定されるものではない。凹部12K、15Kの形状についても図示例に限定されず、たとえば実施例の領域を含む広領域の楕円にすることもできる。このことは図1および図2に示す一般のフランジFについても適用可能である。
【0024】
さらに、肉薄部5N、12Nの変形例としては、図6に示すような例を挙げることができる。この図6の変形例は肉薄部12Nをボルト13の軸心に対して垂直方向に3個設けた例であるが、放電加工などによって、このような加工も可能である。このように肉薄部12Nを複数個設ける場合、個数は2個ないし3個が適正であるがこれに限定されない。尚、図6においては図2と同一の符合で示される部品は図2と同一の部品であり、詳細な説明は省略する。また、この変形例は本発明が提供するターボ分子ポンプTPの場合の肉薄部5Nの構成としても適用可能である。さらに一般のフランジに関する発明についての実施例では電動機を例に説明したが、電動機のみならず回転体を内装するあらゆる筐体のフランジにも適用可能であり、本発明はこれらの変形例も包含する。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明が提供するフランジの構成を平面的に示す図である。
【図2】本発明の要部の構成を縦断面して示す図である。
【図3】本発明が提供する分子ポンプの構成を縦断面して示す図である。
【図4】本発明が提供する分子ポンプの要部構成の平面を示す図である。
【図5】本発明が提供する分子ポンプの要部構成を示す図である。
【図6】本発明が提供するフランジの変形例の構成を示す図である。
【図7】従来におけるフランジの構成を縦断面して示す図である。
【図8】従来におけるフランジの構成を縦断面して示す図である。
【図9】従来におけるフランジの構成を平面図で示す図である。
【図10】従来におけるフランジの構成の機能を示す縦断面図である。
【図11】従来におけるフランジの構成を断面して示す図である。
【図12】従来におけるターボ分子ポンプの構成を縦断面して示す図である。
【符号の説明】
【0026】
1 ポンプ機台部
1K 電極コイル
2 モータ
3 回転軸
4 回転体
4N 円筒部
5 ケーシング
5F 吸気口フランジ
5K スリット
5N、12N 肉薄部
5H 貫通孔
6 吸気口
7 排気口
8A、8R、8T 磁気軸受
9 下部ケーシング
10 ステータリング
11、13 ボルト
12、F フランジ
12H 貫通孔
12K、15K 凹部
14 固定部
16 電動機
B1〜B8 回転翼
HV 被排気部
P 円筒
S スペーサ
ST スペース
T 薄肉部
T1〜T7 固定翼
TK ターボ機構
TP ターボ分子ポンプ
NP ねじ溝ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
固定部に対してボルトを貫設させて固定されるフランジであって、前記ボルトのための貫通孔を穿設するとともに、この貫通孔に連接し前記フランジの厚さより小さい深さで肉薄部を残存させた円形状の凹部を設けたことを特徴とするフランジ。
【請求項2】
肉薄部はその厚さがフランジが衝撃エネルギーを受けたとき圧壊して衝撃エネルギーを吸収し得る値に設定されていることを特徴とする請求項1記載のフランジ。
【請求項3】
肉薄部が複数個設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2記載のフランジ。
【請求項4】
回転駆動されることによりポンプ機能を発揮するターボ機構を収容した筒状筐体と、この筒状筐体の外周に展設され固定部に対してボルトを貫設して固定するためのフランジとを有するターボ分子ポンプにおいて、前記フランジには前記ボルトのための貫通孔を穿設するとともに、この貫通孔に連接し前記フランジの厚さより小さい深さで肉薄部を残存させた円形状の凹部を設けたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項5】
肉薄部はその厚さがフランジが衝撃エネルギーを受けたとき圧壊して衝撃エネルギーを吸収し得る値に設定されていることを特徴とする請求項4記載のターボ分子ポンプ。
【請求項6】
肉薄部が複数個設けられていることを特徴とする請求項4または請求項5記載のターボ分子ポンプ。
【請求項1】
固定部に対してボルトを貫設させて固定されるフランジであって、前記ボルトのための貫通孔を穿設するとともに、この貫通孔に連接し前記フランジの厚さより小さい深さで肉薄部を残存させた円形状の凹部を設けたことを特徴とするフランジ。
【請求項2】
肉薄部はその厚さがフランジが衝撃エネルギーを受けたとき圧壊して衝撃エネルギーを吸収し得る値に設定されていることを特徴とする請求項1記載のフランジ。
【請求項3】
肉薄部が複数個設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2記載のフランジ。
【請求項4】
回転駆動されることによりポンプ機能を発揮するターボ機構を収容した筒状筐体と、この筒状筐体の外周に展設され固定部に対してボルトを貫設して固定するためのフランジとを有するターボ分子ポンプにおいて、前記フランジには前記ボルトのための貫通孔を穿設するとともに、この貫通孔に連接し前記フランジの厚さより小さい深さで肉薄部を残存させた円形状の凹部を設けたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項5】
肉薄部はその厚さがフランジが衝撃エネルギーを受けたとき圧壊して衝撃エネルギーを吸収し得る値に設定されていることを特徴とする請求項4記載のターボ分子ポンプ。
【請求項6】
肉薄部が複数個設けられていることを特徴とする請求項4または請求項5記載のターボ分子ポンプ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2006−207612(P2006−207612A)
【公開日】平成18年8月10日(2006.8.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−16753(P2005−16753)
【出願日】平成17年1月25日(2005.1.25)
【出願人】(000001993)株式会社島津製作所 (3,708)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成18年8月10日(2006.8.10)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年1月25日(2005.1.25)
【出願人】(000001993)株式会社島津製作所 (3,708)
【Fターム(参考)】
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