回転体のアンバランス修正方法、アンバランス修正装置および真空ポンプ

【課題】回転体のアンバランス修正作業を効率良く行うことができるアンバランス修正方法の提供。
【解決手段】本発明によるアンバランス修正方法では、被膜材料を含む電極の一部を放電により溶融して回転体に堆積させ、回転体のアンバランスを修正するものであって、回転体の動的不釣り合いを測定するアンバランス測定工程（Ｓ１０）と、測定された動的不釣り合いに基づいて放電時間および回転体に対する電極の移動範囲を制御して、被膜材料から成るアンバランス修正用被膜を回転体に形成する被膜形成工程（Ｓ４０）と、を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体のアンバランスを修正するアンバランス修正方法、そのアンバランス修正方法により修正された回転体を有する真空ポンプ、およびアンバランス修正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転体が高速回転するターボ分子ポンプでは、ポンプ組み立て製造段階において回転体のバランス取りを行う必要がある。バランス取りの際のバランス修正は、一般に、ロータの外周面や内周面の一部をドリル等により削り取ることにより行われている。
【０００３】
また、半導体製造に用いられるドライエッチング装置やＣＶＤ装置等においては、プロセスガスとして塩素系やフッ素系の腐食性ガスが用いられることが多い。これらの装置のプロセスチャンバ排気には、一般的にターボ分子ポンプが用いられている。ターボ分子ポンプのロータは高速回転され、通常はアルミ合金で形成されている。そのため、上述した装置で用いられるターボ分子ポンプにおいては、腐食性ガスに対するロータの耐食性を向上させるために、ロータ表面に例えばニッケルリン合金メッキのような耐食処理が施されている。
【０００４】
このように腐食性ガスを排気するターボ分子ポンプの場合には、ロータ表面には腐食防止被膜が形成されているため、ロータ表面を削り取った際に腐食防止被膜まで削り取られてしまうことになる。そのため、腐食防止被膜が削り取られた領域に熱硬化性樹脂を塗布して、ロータの腐食を防止するようにしたターボ分子ポンプが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ロータをドリルで切削して不釣り合い量の修正を行う場合、切削作業は手作業で行われることが多く、切削量を調整することが難しく作業に熟練度を要する。そのため、１回の切削作業で不釣り合いを修正するのは難しく、不釣り合い量を許容値以下に修正するためには、切削作業とその後の不釣り合い測定とを複数回繰り返す必要があった。また、熱硬化性樹脂を塗布する場合、膜厚管理が難しく、膜厚の薄い部分から腐食が生じ易い。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、被膜材料を含む電極の一部を放電により溶融して回転体に堆積させ、真空ポンプの回転体のアンバランスを修正するアンバランス修正方法であって、回転体の動的不釣り合いを測定するアンバランス測定工程と、測定された動的不釣り合いに基づいて放電の時間および回転体に対する電極の移動範囲を制御して、被膜材料から成るアンバランス修正用被膜を回転体に形成する被膜形成工程と、を有することを特徴とする。
請求項２の発明による真空ポンプは、請求項１に記載のアンバランス修正方法によりアンバランス修正用被膜が形成された回転体を備えることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の真空ポンプにおいて、転体には耐腐食性被膜が予め形成されており、耐腐食性被膜の上に耐腐食性のアンバランス修正用被膜が形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明による真空ポンプ用回転体のアンバランス修正装置は、回転体の動的不釣合いを測定するアンバランス測定ユニットと、被膜材料を含む電極の回転体に対して移動させつつ放電を行い、電極の一部を放電により溶融して回転体に堆積させることによりアンバランス修正用被膜を形成する放電表面処理ユニットと、アンバランス測定ユニットから放電表面処理ユニットへ回転体を搬送する搬送ユニットと、アンバランス測定ユニットおよび搬送ユニットを制御して、動的不釣合いの測定および回転体の搬送を行わせるとともに、アンバランス測定ユニットで測定された動的不釣合いに基づいて、放電表面処理ユニットにおける放電時間および電極の移動を制御する制御ユニットと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回転体に対するアンバランス修正用被膜の形成を高精度に行うことができ、アンバランス修正作業の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ターボ分子ポンプのポンプ本体を示す断面図である。
【図２】ターボ分子ポンプの回転体を示す図である。
【図３】バランサ９０を模式的に示したブロック図である。
【図４】修正装置の概略構成を示す図である。
【図５】放電表面処理により被膜を形成する方法の原理を説明する図である。
【図６】アンバランス修正手順を説明するフローチャートである。
【図７】ロータ３の内周面の２箇所の修正位置に、付加質量として被膜２００ａ，２００ｂが形成された回転体を示す図である。
【図８】第２の実施の形態におけるアンバランス修正装置を示すブロック図である。
【図９】アンバランス修正装置３００による修正動作手順を示すフローチャートである。
【図１０】削除修正用の被膜５００ａ，５００ｂが予め形成されたロータ３を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
本実施の形態のバランス修正方法は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプにおける回転体のバランス修正に用いられる。図１は、磁気軸受式ターボ分子ポンプにおけるポンプ本体の概略構成を示す断面図である。このターボ分子ポンプは，例えば半導体製造装置等において、チャンバ内の真空排気に用いられる。
【００１１】
ターボ分子ポンプのポンプ本体Ｔは、ベース１と、ベース１の上面に載置される略円筒形状のケーシング２と，ケーシング２内に回転可能に設けられたロータ３とを備えている。ベース１とケーシシグ２とは、Ｏリングを介してボルト５２によって締結されている。ケーシング２の上端に設けられた吸気口フランジ部２ａは、図示しない半導体製遣装置側の真空チャンバのフランジに、ボルトによって締結される。
【００１２】
高速回転されるロータ３は，遠心カに耐えられるように比強度の高いアルミニウム合金によって構成されている。ロータ３の釣鐘状筒部３０の外周面には、軸方向に間隔をあけて複数段の回転翼３１が形成されている。さらに、釣鐘状筒部３０の下部には、略円筒形状の回転円筒部３２が延設されている。すなわち、高真空側に回転翼３１が，低真空側に回転円筒部３２が設けられている。図１に示す例では、回転円筒部３２の外径は、釣鐘状筒部３０の外径よりも大きく設定されている。
【００１３】
ロータ３は、ベース１の内部に回転可能に支持された回転軸部３ａに締結されている。回転軸部３ａは、上下一対のラジアル磁気軸受４およびアキシャル磁気軸受５により非接触支持され、モータ６により回転駆動される。アキシャル磁気軸受５は、回転軸３ａの下部に設けられたロータディスク４２を上下から挟むように配置されている。ロータディスク４２は、固定用ナット４３により回転軸部３ａに取り付けられている。モータ６には、例えばＤＣブラシレスモ−タが用いられる。その場合、回転軸部３ａ側には永久磁石を内蔵するモータロータが装着され、ベース１側には回転磁界を形成するためのモータステータが設けられる。なお、ベース1側には、磁気軸受４、５の故障時に機能する非常用のメカニカルベアリング７が設けられている。
【００１４】
ロータ３に形成された回転翼３１の各段の間には、固定翼２１が交互に挿設されている。これらの回転翼３１および固定翼２１によりタービン翼部が構成される。各段の固定翼２１はスペーサ２２を介して積層され、これら固定翼２１とスペーサ２２とにより積層体が形成されている。スペーサ２２は略リング形状を成し、固定翼２１は周方向に２分割した半割れ形状を成している。固定翼２１とスペーサ２２から成る積層体は、ボルト５２の締結力により、ベース１の上端とケーシング２の上端の間に挟持されている。積層体の周囲はケーシング２で覆われている。
【００１５】
回転円筒部３２の周囲には、回転円筒部３２の外周面に対向して固定円筒２４が配設されている。固定円筒２４の内周面には螺旋状溝が形成されており、回転円筒部３２と固定円筒２４との隙間が、上下方向のガス通路を形成している。これらの回転円筒部３２および固定円筒２４はモレキュラードラッグポンプ部を構成する。このようなターボ分子ポンプにおいて、ロータ３をモータ６により高速回転させると、ケーシング上端の吸気口８から流入したガス分子は、ターピン翼部およびモレキュラードラッグポンプ部の各ガス通路を経て、排気口９から排気される。このガス分子の流れにより吸気口８側が高真空状態となる。
【００１６】
図２は回転体のみを示したものであり、回転体は、ロータ３、回転軸部３ａ、ロータディスク４２および固定用ナット４３により構成される。回転体のアンバランス修正を行う際には、図２に示すような横向きの姿勢で動釣合い試験装置（以下ではバランサと称する）に装着して不釣り合いの計測を行う。
【００１７】
図３は、バランサ９０の概略構成を模式的に示したブロック図である。軸受機構９０１ａ，９０１ｂにワークＷを載置し、モータ９０２によりベルト９０３を駆動してワークＷを回転すると、ワークＷの不釣り合いに起因する振動が発生する。それらの振動は検出器９０４によりそれぞれ検出され、検出器９０４からはワークＷの振動に応じた検出信号が出力される。それらの検出信号は、バランサ９０に設けられた演算装置９１０にそれぞれ入力される。各検出信号は演算装置９１０に設けられた増幅器９１１により増幅された後に、演算回路９１２にそれぞれ入力される。演算回路９１２では、入力された検出信号に基づいてワークＷのアンバランス量（不釣り合い量および不釣り合い位置）を演算する。アンバランス量は軸受機構９０１ａ，９０１ｂ毎に算出される。算出されたアンバランス量は、演算装置９１０の表示部９１３に表示される。
【００１８】
一般的に、回転体のアンバランス修正を行う場合には２面修正と呼ばれる方法が用いられ、回転軸方向の２カ所で不釣合いの修正が行われる。図２に示すような形状のロータ３の場合、符号Ａ，Ｂで示す箇所（修正面）においてアンバランス修正が行われる。従来のアンバランス修正方法では、バランサで計測された不釣り合い量の大きい方向をドリル等で削るようにしている。そのため、精度の高い修正を行うのが難しく、修正とアンバランス測定とを何回か繰り返し行うことで、不釣り合い量が許容値以下となるように修正していた。
【００１９】
そこで、本実施の形態では、不釣り合いの修正をより高精度に行うことで、アンバランス修正を繰り返し行うことなく不釣り合い量を許容値以下に収めるようにした。そのような修正方法として、本実施の形態では、放電を利用した表面処理により被膜を付加する方法を採用した。放電による表面処理方法としては、例えば、特開平７−８９０５０号公報に記載の方法が知られている。
【００２０】
図４は、放電により被膜を形成してアンバランスを修正する修正装置の、概略構成を示すブロック図である。図５は、放電表面処理による被膜形成方法の原理を説明する模式図である。まず、図５を参照して、被膜形成原理について説明する。この被膜形成方法においては、放電により電極１０１を消耗させて、電極材料を被加工物１００に堆積して被膜を形成するようにしている。電極１０１は、ミクロンサイズの材料粒子を仮焼結して作成したC/B(Coating Block)からなる。仮焼結する粉末の材料は被膜の種類に応じて選ばれる。この放電表面処理では金属またはセラミックスの被膜を形成することができる。
【００２１】
電極１０１の位置は、電極１０１と被加工物１００との間が、数十μｍ程度の一定の隙間となるようにサーボ制御される。その隙間は、絶縁性の加工液（油）１０４によって満たされている。電極１０１と被加工物１００との間に電圧を印加してパルス状の放電を発生させると、放電が発生した部分の電極１０１および被加工物１００の表面は、放電の熱によって溶融する。電極１０１に形成された溶融域１０１ａの材料１０１ｂは、被加工物１００の溶融域１００ａに移動し、パルス放電が終了すると再凝固して被膜となる。このようなパルス状の放電は数十ｋＨｚで繰り返し発生され、厚さ数十μｍ〜数百μｍの被膜が形成される。被膜の厚さは放電時間に応じて決まるので、放電時間を高精度に制御することで所望の厚さの被膜をミクロンオーダーで形成することができる。
【００２２】
図４に示す修正装置１１０では、ロータ３へのアンバランス修正用の被膜形成は、加工液１０４が満たされた容器１１５内で行われる。電極１０１は支持部１１４によって容器１１５内に支持されている。電極１０１が設けられた支持部１１４は駆動部１１３により駆動され、電極１０１が移動される。電極１０１は支持部１１４を介して電源１１２に接続され、電源１１２の電圧は電極１０１とロータ３との間に印加される。
【００２３】
修正装置１１０の制御部１１１には、バランサ９０により計測された不釣り合い量と不釣り合い位置とが入力される。制御部１１１の演算回路１１１ａは、入力された不釣り合い量および不釣り合い位置に基づいて、修正面Ａ，Ｂにおける修正量（被膜形成位置、被膜形成量）を演算する。制御部１１１は、演算回路１１１ａの演算結果に基づいて電源１１２の電圧印加時間および駆動装置１１３による電極１０１の移動を制御する。
【００２４】
本実施の形態では、バランサによりアンバランスを計測し、その計測結果に基づいて、図４に示した修正装置１１０により被膜を形成してアンバランス修正を行うようにした。図６は、一連のアンバランス修正手順を説明するフローチャートである。ステップＳ１０では、作業者は回転体をバランサ９０に装着し、アンバランス測定を行う。ステップＳ２０では、作業者は、バランサ９０の表示部９１３に表示された不釣り合い量が、許容される基準値以下であるか否かを判定する。不釣り合い量が基準値以下であった場合にはアンバランス修正が必要ないので、アンバランス修正作業を終了する。
【００２５】
一方、ステップＳ２０において不釣り合い量が基準値より大きいと判定された場合には、ステップＳ３０へ進む。ステップＳ３０では、作業者は回転体を修正装置１１０に載せ替え、アンバランス測定の結果得られたアンバランス量（不釣り合い量および不釣り合い位置）を修正装置１１０に入力する。
【００２６】
ステップＳ４０では、修正装置１１０において、入力されたアンバランス量に基づく被膜形成範囲および放電時間が算出され、その算出結果に基づいて電極１０１が回転体の不釣り合い位置に移動され被膜形成動作が行われる。被膜は電極１０１と対向する面に形成されるので、被膜形成範囲に応じて電極１０１を移動させる。また、被膜の厚さは放電時間により制御される。図７は被膜が形成された回転体を示す図であり、ロータ３の内周面の２箇所の修正位置に、付加質量として被膜２００ａ，２００ｂが形成されている。ステップＳ４０の処理が終了したならば、一連のアンバランス修正作業を終了させる。
【００２７】
上述したように、作業者がドリルで回転体を削ってアンバランスを修正する場合には、修正精度にばらつきが生じやすい。そのため、１回の修正作業で許容値以下にならない場合が多く、測定作業および修正作業を何回か繰り返すのが一般的である。しかし、修正装置１１０によりアンバランス修正用の被膜を形成する場合には、被膜形成範囲や放電時間を制御することにより被膜量の制御を高精度（例えば、３０ｍｇ程度のオーダーで）に行うことができるので、１回の修正作業で許容値以下に修正することが可能となる。その結果、アンバランス修正（測定作業＋修正作業）に要する時間を短縮することができる。
【００２８】
また、ターボ分子ポンプのロータ３は一般的にアルミ合金で形成されているため、腐食性ガスが使用される半導体製造装置に用いられるターボ分子ポンプでは、ロータ３の耐食性向上のために、ロータ表面にニッケルリン合金メッキ等による腐食防止皮膜が施される。そのため、アンバランス修正のためにロータ３の一部をドリル等で削除すると、腐食防止皮膜も削除されてアルミ合金の素地が露出してしまうことになる。
【００２９】
一方、本実施の形態では、放電による表面処理により被膜を付加するようにしているので、ロータ３の耐食性能に影響を与えることがない。また、電極１０１の材料として耐食性の高い材料を選ぶことにより、被膜自体に耐食性を付与することができる。例えば、ステンレスやセラミックス等の被膜を形成する。
【００３０】
−第２の実施の形態−
上述した第１の実施の形態では、バランサと修正装置とが別個の独立した装置として設けられ、装置間における回転体の載せ替えや修正装置へのデータの入力を作業者が手作業で行うようにしている。一方、以下に述べる第２の実施の形態では、バランサと修正装置とを一体化したアンバランス修正装置とし、アンバランスの測定からアンバランス修正までを自動的に行うことで、作業員による回転体の載せ替えやデータの入力等を行わなくても良いように省力化した。
【００３１】
図８はアンバランス修正装置を模式的に示したブロック図である。アンバランス修正装置３００は、アンバランスを計測する計測ユニット３１０と、アンバランスを修正する修正ユニット３３０と、ワークを計測ユニット３１０と修正ユニット３３０との間で搬送する搬送ユニット３２０と、制御装置３４０とを備えている。計測ユニット３１０は図３に示したバランサ９０に対応しており、軸受機構９０１ａ，９０１ｂ、検出器９０４および増幅器９１１を備えている。なお、ワークを回転させる装置（図３のモータ９０２，ベルト９０３）については、図示を省略した。
【００３２】
修正ユニット３３０は図４に示した修正装置１１０に対応しており、電極１０１、駆動部１１３、支持部１１４および加工液１０４が満たされた容器１１５を備えている。搬送ユニット３２０には、例えばロボットアームが用いられる。制御装置３４０は計測ユニット３１０，搬送ユニット３２０および修正ユニット３３０を統括的に制御しており、制御部３４１，演算部３４２，表示部３４３および電源部３４４を備えている。
【００３３】
計測ユニット３１０ではワークの不釣り合いに起因する振動が検出器９０４により検出され、検出器９０４の検出信号は増幅器９１１により増幅されて計測ユニット３１０から出力される。検出信号は制御装置３４０の演算部３４２に入力され、演算部３４２においてワークのアンバランス量（不釣り合い量および不釣り合い位置）が算出される。算出されたアンバランス量（不釣り合い量および不釣り合い位置）は、修正ユニット３３０による修正動作を制御するためのデータとして制御部３４１に入力される。また、算出結果は、表示部３４３に表示される。制御部３４１は、アンバランス量に基づいて電源部３４４および修正ユニット３３０の駆動部１１３を制御して、修正ユニット３３０によるロータ３へのアンバランス修正用被膜形成を行わせる。
【００３４】
図９は、アンバランス修正装置３００による修正動作手順を示したものであり、修正動作に関する制御プログラムは制御部３４１で実行される。ステップＳ１１０では、搬送ユニット３２０によりワーク（回転体）を計測ユニット３１０に搬送し、軸受機構９０１ａ，９０１ｂ上にワークを装着する。ステップＳ１２０では、回転体のアンバランス計測を行う。計測結果は制御装置３４０の演算部３４２に入力される。ステップＳ１３０では、演算部３４２において、計測結果に基づくアンバランス量（不釣り合い位置および不釣り合い量）が算出される。ステップＳ１４０では、算出された不釣り合い量が基準値以下か否かを判定する。
【００３５】
なお、演算部３４２は、軸受機構９０１ａ，９０１ｂ毎に算出されたアンバランス量を、図２に示す修正面Ａ，Ｂにおけるアンバランス量に変換し、その変換されたアンバランス量を制御部３４１に入力する。このアンバランス量（不釣り合い位置、不釣り合い量）および判定結果は表示部３４３に表示される。
【００３６】
不釣り合い量が基準値以下であった場合には、ステップＳ１４０からステップＳ１７０へ進んで、ワークを搬出する。一方、不釣り合い量が基準値よりも大きかった場合には、ステップＳ１５０へ進み、搬送ユニット３２０を駆動してワークを計測ユニット３１０から修正ユニット３３０へ搬送し、容器１１５内にセットする。次いで、ステップＳ１６０において、修正ユニット３３０による修正作業、すなわち、ワーク(回転体)への被膜形成が行われる。ステップＳ１６０におけるアンバランス修正が終了したならば、ステップＳ１７０へと進んでワーク搬出が行われ、一連の処理が終了する。
【００３７】
上述したように、第１，２の実施形態では、放電による金属表面処理方法を用いた被膜形成により重量を付加しているので、放電時間や被膜形成範囲を数値的に制御することができる。その結果、重量付加による不釣合い量の修正を高精度に行うことができ、作業効率の向上を図ることができる。さらに、放電による金属表面処理方法では、電極の材料を変更することで種々の被膜を形成することができ、例えば、比重の大きな金属の被膜を形成することで被膜の体積をより小さくでき、放電時間短縮による修正時間の短縮を図ることができる。また、耐食性のある被覆材料を選定することで、耐食性を劣らせることなく不釣合いを修正できるので．腐食による故障の危険性がなくなり，安全性が向上する。
【００３８】
なお、上述した第１，２の実施形態では、被膜を形成して質量付加によりアンバランス修正をしたが、図１０に示すようにロータ３の修正面Ａ，Ｂに予め被膜５００ａ，５００ｂを形成しておき、不釣り合い量の大きい方の修正面の被膜５００ａ，５００ｂを削り取ってアンバランス修正を行うようにしても良い。この場合、予め付加した被膜５００ａ，５００ｂのみを削り取るので、従来のように耐腐食用に形成されているメッキ層が削り取られるのを防止することができる。
【００３９】
さらに、第２の実施の形態では、計測ユニット３１０，搬送ユニット３２０および修正ユニット３３０を一体とし、アンバランス計測からアンバランス修正までを自動的に行うようにしたので、作業性の更なる向上を図ることができる。
【００４０】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、ターボ分子ポンプの回転体に限らず、モレキュラードラッグポンプ等の回転体のアンバランス修正にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１：ベース、２：ケーシング、３：ロータ、９０：バランサ、１０１：電極、１１０：修正装置、１１３：駆動部、２００ａ，２００ｂ、５００ａ、５００ｂ：被膜、３００：アンバランス修正装置、３１０：計測ユニット、３２０：搬送ユニット、３３０：修正ユニット、３４０：制御装置、Ｔ：ポンプ本体

【特許請求の範囲】
【請求項１】
被膜材料を含む電極の一部を放電により溶融して回転体に堆積させ、真空ポンプの回転体のアンバランスを修正するアンバランス修正方法であって、
前記回転体の動的不釣り合いを測定するアンバランス測定工程と、
測定された前記動的不釣合いに基づいて前記放電の時間および前記回転体に対する前記電極の移動範囲を制御して、前記被膜材料から成るアンバランス修正用被膜を前記回転体に形成する被膜形成工程と、を有することを特徴とするアンバランス修正方法。
【請求項２】
請求項１に記載のアンバランス修正方法により前記アンバランス修正用被膜が形成された回転体を備える真空ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
前記回転体には耐腐食性被膜が予め形成されており、前記耐腐食性被膜の上に耐腐食性の前記アンバランス修正用被膜が形成されていることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項４】
回転体の動的不釣合いを測定するアンバランス測定ユニットと、
被膜材料を含む電極の前記回転体に対して移動させつつ放電を行い、前記電極の一部を放電により溶融して前記回転体に堆積させることによりアンバランス修正用被膜を形成する放電表面処理ユニットと、
前記アンバランス測定ユニットから前記放電表面処理ユニットへ前記回転体を搬送する搬送ユニットと、
前記アンバランス測定ユニットおよび前記搬送ユニットを制御して、前記動的不釣合いの測定および前記回転体の搬送を行わせるとともに、前記アンバランス測定ユニットで測定された動的不釣合いに基づいて、前記放電表面処理ユニットにおける放電時間および前記電極の移動を制御する制御ユニットと、を備えたことを特徴とする真空ポンプ用回転体のアンバランス修正装置。

【図１】