技术领域
[0001] 本
发明涉及
涡轮分子泵及涡轮分子泵的转子的制造方法。
背景技术
[0002] 涡轮分子泵用于
半导体制造装置、分析装置等的
真空排气。例如，在测量
精度、加工精度要求非常高的
电子显微镜、曝光装置等中，由于装置的
温度变化给精度带来了影响，因此要进行严格的温度管理。
[0003]
专利文献1：日本特开2005-337071号
公报[0004] 但是，在涡轮分子泵中，由于转子处于真空中，因此由导热产生的
散热非常少。因此，由于伴随着气体排出而产生的发热、
电动机等的发热，转子温度易于上升。在能经由泵进气口从装置侧直接看到温度上升了的转子的情况下，来自转子的
辐射直接到达设在装置内的高精度元件(例如透镜等光学系统)而引起温度变化，有可能给这些元件的精度带来影响。
发明内容
[0005] 本发明的涡轮分子泵包括：转子，其形成有多层旋转
叶轮；多层固定叶轮；
泵壳体，其其用于容纳转子及多层固定叶轮，且该泵壳体形成有泵进气口；将转子的面向进气口的表面设为第1辐射系数，将由旋转叶轮及固定叶轮构成的多个叶轮层内的、能够从进气口看到的叶轮层的表面设为第1辐射系数，将多个叶轮层内的、未能从进气口看到的叶轮层表面设为大于第1辐射系数的第2辐射系数。
[0006] 本发明的涡轮分子泵包括：转子，其形成有多层旋转叶轮； 多层固定叶轮；泵壳体，其用于容纳转子及多层固定叶轮，且该泵壳体形成有泵进气口；将转子的面向进气口的表面设为第1辐射系数，将旋转叶轮及固定叶轮的、至少包括能够从进气口看到的区域的表面区域设为第1辐射系数，将旋转叶轮及固定叶轮的、面向与进气口相反方向的背面侧设为大于第1辐射系数的第2辐射系数。
[0007] 本发明的涡轮分子泵包括：转子，其形成有多层旋转叶轮；多层固定叶轮；泵壳体，其用于容纳转子及多层固定叶轮，且该泵壳体形成有泵进气口；将转子的面向进气口的表面和旋转叶轮及固定叶轮的面向进气口侧的表面侧设为第1辐射系数，将旋转叶轮及固定叶轮的、面向与进气口相反方向的背面侧设为大于第1辐射系数的第2辐射系数。
[0008] 另外，也可以将由旋转叶轮及固定叶轮构成的多个叶轮层内的、未能从进气口看到的叶轮层表面设为第2辐射系数。
[0009] 另外，也可以在比多层旋转叶轮靠排气下游侧还具有与转子一体形成的圆筒状的螺旋转子和与螺旋转子的外周面相对设置的圆筒状的螺旋
定子，将螺旋转子及螺旋定子的表面内的、至少彼此的相对面设为第2辐射系数。
[0010] 而且，也可以将
螺纹转子的圆筒内表面和包括与该圆筒内表面相对的表面的泵
基座面设为第2辐射系数。
[0011] 一种转子的制造方法，其特征在于，该转子用于本发明的涡轮分子泵，该转子的制造方法具有：对由
铝材形成的转子的表面实施无
电解镀镍处理的第1工序；对形成在转子上的无电解镀镍的上表面实施无电解镀黑镍的第2工序；在第2工序之后对第1区域所包含的转子的表面实施
喷砂处理而使无电解镀镍暴露的第3工序。
[0012] 采用本发明，能够谋求降低转子的温度、抑制向安装有泵 的安装侧辐射热量。
附图说明
[0013] 图1是表示本发明的一实施方式的涡轮分子泵的剖视图。
[0014] 图2是从进气口7a侧观察转子4的俯视图，图2的(a)表示第1层旋转叶轮19，图2的(b)表示第2层旋转叶轮。
[0015] 图3是固定叶轮21的俯视图。
具体实施方式
[0017] 以下，参照附图说明用于实施本发明的最佳技术方案。图1是表示本发明的涡轮分子泵的一实施方式的图，是磁
轴承式涡轮分子泵1的剖视图。图1所示的涡轮分子泵是具有涡轮分子泵部2与
螺旋槽泵部3的高气体负载对应型的涡轮分子泵。涡轮分子泵部2由多层动叶轮19与多层静叶轮21构成，螺旋槽泵部3由螺旋转子20与螺旋定子23构成。
[0018] 多层动叶轮19及螺旋转子20形成在转子4上，该转子4固定在以自由旋转的方式设于
主轴套24内的旋
转轴8上。在主轴套24内，从图示的上侧依次设有上部径向
传感器13、上部径向电磁
铁9、电动机定子12、下部径向电
磁铁10、下部径向传感器14及推
力电磁铁11。
[0019] 利用径向电磁铁9、10及推力电磁铁11以非
接触的方式支承
旋转轴8，并利用由电动机定子12与旋转轴侧的电动机转子构成的DC电动机驱动旋转轴8并使该旋转轴8旋转。利用与各个径向电磁铁9、10及推力电磁铁11对应设置的径向传感器13、14及推力传感器15检测旋转轴8的悬浮
位置。设于旋转轴8的上下处的
保护轴承16、17是机械式轴承，该保护轴承16、17可发 挥如下功能：在
磁轴承未工作的情况下支承旋转轴8并且限制旋转轴8的悬浮位置。
[0020] 另一方面，在壳体7内的基座6上设有多个静叶轮21及螺旋定子23。各个静叶轮21以上下方向被环状的隔离件22夹持的方式保持在基座6上，通过将壳体7
螺栓紧固到基座6上，将静叶轮21及隔离件22固定在壳体7的上端与基座6之间。其结果，将各个静叶轮21
定位于动叶轮19之间的规定位置处。将螺旋定子23螺栓紧固在基座6上。
[0021] 从进气口7a流入的气体分子被涡轮分子泵部2击散到图示下方，朝向下游侧进行压缩排气。螺旋转子20被设为靠近螺旋定子23的内周面，在螺旋定子23的内周面上形成有螺旋槽。在螺旋槽泵部3中，借助螺旋定子23的螺旋槽与高速旋转的螺旋转子20进行由粘性流形成的排气。被涡轮分子泵部2压缩的气体分子进一步被螺旋槽泵部3压缩，将该气体分子从排气口6a排出。
[0022] 在基座6上设有
冷却水路等冷却系统61。利用冷却系统61对基座6进行冷却，从而去除由电磁铁9、10及11和电动机定子12产生的热量。另外，由于在排出气体时产生了热量，因此借助基座6对螺旋定子23、隔离件22、固定叶轮21进行冷却，从而去除了产生的热量。而且，由于转子20悬浮在真空中，因此难以散热，气体排出时发出的热量使温度易于上升。因此，通过对靠近转子20并与该转子20相面对的固定叶轮21等进行冷却，通过辐射热量来谋求冷却转子20。
[0023] 图2、图3是说明旋转叶轮19及固定叶轮21的图。图2的(a)是表示形成在转子4上的旋转叶轮19的第1层的图，是从进气口7a侧观察转子4的俯视图。图2的(b)是第2层旋转叶轮19的俯视图。旋转叶轮19呈放射状形成有多个具有叶轮
角度的
叶片。 在图1所示的涡轮分子泵中，旋转叶轮19形成为8层。
[0024] 分别设定各层旋转叶轮19的设计参数，例如旋转叶轮19的叶轮高度、叶轮角度、叶轮片数等。通常来说，越靠排气的下游侧，叶轮高度及叶轮角度越小，
开口率也越小。比较图2的(a)、图2的(b)的旋转叶轮19可知，第2层旋转叶轮19的开口B的面积小于第1层旋转叶轮19的开口A的面积。
[0025] 图3是固定叶轮21的俯视图。在图1所示的例子中，固定叶轮21形成为7层，在图3中表示第1层固定叶轮21。固定叶轮21可组装地由对圆盘状的构件进行二分割而得到的对开的固定叶轮21a、21b构成。固定叶轮21a、21b由半环状的肋部210与从肋部呈放射状形成的多个叶轮部211构成。叶轮部211的外周部分如虚线所示被环状的隔离件22夹持。根据图2、图3可知，旋转叶轮19的叶轮的倾斜方向与固定叶轮21的叶轮的倾斜方向相反。
[0026] 如上所述，经由进气口7a的从泵侧向装置侧辐射的热量给装置侧带来了不良影响，因此在本实施方式的涡轮分子泵中，通过具有如下所述的结构来抑制辐射热量的影响。而且，使磁悬浮的转子4的热量作为辐射热量向固定叶轮21等的定子侧有效地散出，成为将转子4的温度保持得较低那样的结构。
[0027] 作为设计方针，来自泵侧的辐射热量经由进气口7a到达装置侧，因此通过抑制该辐射热量来谋求减少辐射热量的影响。在本实施方式中，至少减小能够经由进气口7a从装置侧看到的区域的辐射系数。而且，对经由进气口7a看不到的区域实施黑化处理等而增大辐射系数。
[0028] 在本实施方式中，在经由进气口7a从装置侧观察泵的情况下，将能够从装置侧观察到的区域设为能够看到区域，将隐藏在上一层旋转叶轮、固定叶轮的影子后面而未能从装置侧观察到的区域设为未能看到区域。
[0029] 图3的扇形A1、B1是通过将图2所示的开口A、B投影在固定叶轮21上而得到的。由于旋转叶轮19相对于固定叶轮21旋转，因此投影图像A1、B1也在固定叶轮21上旋转。
其结果，从进气口7a经由开口A看到的区域成为圆环状的区域A2，经由开口B看到的区域成为圆环状的区域B2。另外，在图3中，表示了圆环状区域A2、B2的一部分。而且，从固定叶轮21的叶轮之间能够看到比该固定叶轮21靠下层的旋转叶轮19及固定叶轮21。
[0030] 关于辐射系数
[0031] 在本实施方式中，根据能否经由进气口7a从装置侧进行观察来决定将构件表面设为低辐射系数还是设为高辐射系数。关于低辐射系数与高辐射系数的区分方法，在本实施方式中大致将辐射系数为0.2以下的情况作为低辐射系数，将辐射系数为0.5以上的情况作为高辐射系数。
[0032] 通常来说，在涡轮分子泵中，转子4或固定叶轮19使用铝
合金。在使用
铝合金的情况下，辐射系数为0.1左右，因此，即使在不实施表面处理而直接使用
母材的状态下，也形成低辐射系数。另外，在欲形成低辐射系数并具有耐
腐蚀性的情况下，只要在母材上实施镀镍(无电解镀镍)等处理即可。另一方面，在欲形成高辐射系数的情况下，只要实施铝
阳极化处理、无电解镀黑镍、陶瓷复合镀层等表面处理即可。通过实施铝阳极化处理、无电解镀黑镍，能够将辐射系数设为0.7以上。在该情况下，在欲具有
耐腐蚀性的情况下也使用无电解镀黑镍。
[0033] 关于低辐射系数及高辐射系数的区域
[0034] 如图2、图3所示，由于在旋转叶轮19、固定叶轮21上形成有开口，因此经由进气口7a从装置侧不仅能看到转子4的上表面、第1层旋转叶轮19，也能看到固定叶轮21、第2层以后(包括第2层)的旋转叶轮19。实际上，由于不同层的旋转叶轮19的开口位置不同、或固定叶轮21a、21b的分割位置在每一层都不同，因此，开口位置不一定在上下方向上一致。
[0035] 在本实施方式中，假设旋转叶轮19与固定叶轮21加起来总计能够看到第6层，对该情况进行说明。即，将直至位于第6层的旋转叶轮19或固定叶轮21设为低辐射系数，将比其靠下游侧的旋转叶轮19、固定叶轮21及螺旋槽泵部3(螺旋转子20、螺旋定子23)设为高辐射系数。
[0036] 以下，作为上述处理的具体组合，说明代表性的三个类型。这里成为处理对象的泵构成元件是转子4、旋转叶轮19、固定叶轮21、螺旋槽泵部3及基座表面。将即使较少但也存在有能看到的区域的泵构成元件(直至第6层)设为排气系统上部元件、将完全不存在能看到的区域的泵构成元件设为排气系统下部元件。转子4的与进气口7a相面对的表面(以下称作上表面)、动旋转叶轮19及固定叶轮21相当于排气系统上部元件。未包含在排气系统上部元件中的旋转叶轮19及固定叶轮21与螺旋槽泵部3及基座表面相当于排气系统下部元件。
[0037] 类型1
[0038] 在该类型中，将排气系统上部元件的表面设为低辐射系数，将排气系统下部元件的表面设为高辐射系数。具体而言，将转子4的上表面和从第1层到第6层的叶轮层(旋转叶轮19及固定叶轮21)的整个表面设为低辐射系数。另一方面，将从第7层到第15层的叶轮层的整个表面、螺旋转子20与螺旋定子23的至少彼此相对的表面、以及与气体排出流路相面对的基座表面设为高辐射系数。另外，也可以将螺旋定子23的整个表面设为高辐射系数，也可以将主轴套24的表面及与该表面相对的转子4 的内周面设为高辐射系数。
[0039] 类型2
[0040] 在类型2中，将转子4的上表面、和旋转叶轮19及固定叶轮21的能够从进气口7a看到的区域的表面设为低辐射系数。另一方面，将旋转叶轮19及固定叶轮21的背面设为高辐射系数。通过设置上述结构，减少了向装置侧辐射的热量，而且通过将背面设为高辐射系数，能够谋求降低转子4的温度。
[0041] 另外，在多层叶轮的范围内使用同一叶轮形状的固定叶轮的情况下，如图3的区域A2、B2所示，有时能看到的区域也会不同。因此，当组装顺序错误时，与正常组装的情况相比，向装置侧辐射的热量增大。在这种情况下，通过在相应的多层叶轮中共同使用将区域A2设为低辐射系数的固定叶轮21，能够防止上述那样的不良情况的发生。
[0042] 而且，也可以与类型1的情况相同地将排气系统下部元件、即从第7层到第15层的叶轮层的整个表面、螺旋转子20与螺旋定子23的至少彼此相对的表面、以及与气体排出流路相面对的基座表面设为高辐射系数。通过采用上述结构，能够进一步增大辐射热量所带来的从转子4向定子侧的导热。
[0043] 类型3
[0044] 在类型3中，将转子4的上表面、所有层的旋转叶轮19及固定叶轮21的表面侧设为低辐射系数，将所有层的旋转叶轮19及固定叶轮21的背面侧设为高辐射系数。通过采用上述结构，将能够从进气口7a看到的区域设为低辐射系数，因此能够减少向装置侧辐射的热量。另外，通过将转子4的背面侧设为高辐射系数，能够增大从转子4向定子侧辐射的热量，能够抑制转子4的温度上升。
[0045] 在类型3的情况下也可以与类型2的情况相同地将从第7层 到第15层的叶轮层的整个表面、螺旋转子20与螺旋定子23的至少彼此相对的表面、以及与气体排出流路相面对的基座表面设为高辐射系数。
[0046] 接着，以类型1的情况为例说明具体的表面处理。首先，在第1例中，排气系统上部元件直接使用铝母材，对排气系统下部元件实施铝阳极化处理或无电解镀黑镍处理。上述内容适用于无须耐腐蚀性的情况。
[0047] 第2例适用于转子4(包括旋转叶轮19)无须具有耐腐蚀性的情况。由于在转子4上施加有
离心力，因此在腐蚀性环境下有可能产生
应力腐蚀开裂(stress corrosion cracking)。因此，对作为排气系统上部元件的转子4实施辐射系数低且耐腐蚀性优异的表面处理。例如，实施磷浓度7％以上的无电解镀镍。利用无电解镀镍形成0.2左右的辐射系数，通过将磷浓度设为7％以上来形成耐腐蚀性优良的无电解镀镍。另外，由于没有像对旋转叶轮19那样地对固定叶轮21施加离心力，因此排气系统上部所含的固定叶轮21直接使用铝母材。
[0048] 另一方面，由于对排气系统下部元件所含的转子4(旋转叶轮19、螺旋转子20)施加有离心力，因此在实施了用于产生耐腐蚀性的磷浓度7％以上的无电解镀镍的
基础上，进一步实施无电解镀黑镍，从而增大辐射系数。另外，对排气系统下部元件所含的固定叶轮21、螺旋定子23及基座表面实施铝阳极化处理、无电解镀黑镍、陶瓷复合镀层中的任一处理，增大辐射系数。
[0049] 另外，至于能够看到第几层是根据旋转叶轮19及固定叶轮21的设计方针而各不相同的，因此将直至第几层设为低辐射系数是根据叶轮设计而不同的，因此并不限于上述层数(6层)。
[0050] 接着，说明上述第2例中的、转子4的表面处理的方法。首 先，在工序1中，对形成有旋转叶轮19、螺旋转子20的转子4实施磷浓度7％以上的无电解镀镍。在工序2中，在无电解镀镍基础上实施无电解镀黑镍处理(参照图4)。如图4所示，无电解镀镍及无电解镀黑镍也实施于转子4的吊钟状部分的内周面。另外，在与该面相对的主轴套24(参照图1)的表面上也实施无电解镀黑镍处理，谋求提高辐射热量所带来的从转子4向定子侧的导热。
[0051] 在工序3中，以不接触喷砂颗粒的方式对转子4的排气系统下部元件、即比第4层的旋转叶轮19靠下侧的区域进行掩盖，去除实施于排气系统上部元件的无电解镀镍的
覆盖。另外，只要能排除喷砂的影响即可，掩盖方法可以是任意方法，例如可以仅利用袋状构件覆盖排气系统下部元件整体。如图4所示，不仅从转子上方、还从旋转叶轮19的侧方、下方实施喷砂，从而能够去除旋转叶轮19的上表面与下表面这两个表面上的无电解镀黑镍。通过在工序3中去除无电解镀黑镍，在能够从进气口看到的排气系统上部元件中使无电解镀镍的处理面暴露。
[0052] 这样，能够容易地形成高辐射系数的面(无电解镀黑镍的面)与低辐射系数的面(无电解镀镍的面)。另外，通过使用喷砂处理，能够容易地仅去除期望区域的无电解镀黑镍。
[0053] 另外，无电解镀黑镍的去除方法并不限于上述喷砂处理，例如也可以通过利用
盐酸、
硝酸等进行酸处理来去除无电解镀黑镍。另外，在进行喷砂处理时，通过从转子上方投射喷砂投射材料，也能够仅去除旋转叶轮19的上表面的无电解镀黑镍。而且，也可以通过仅从转子上方投射喷砂投射材料，去除旋转叶轮上表面的能看到的部分的无电解镀黑镍。当然由于固定叶轮21与旋转叶轮19交替配置，因此，实际上去除了比能看到区域广的固定叶轮上表面区域的无电解镀黑镍。
[0054] 在此，说明了转子4的表面处理的工序，在对固定叶轮21实施表面处理的情况下，也可以在实施了无电解镀镍处理与无电解镀黑镍处理之后对固定叶轮上表面的整个区域实施喷砂处理。
[0055] 如上所述，在本实施方式中，由于降低了能够从进气口7a看到的区域的辐射系数，因此能够将经由进气口7a向装置侧辐射的辐射热量抑制得较低。而且，由于对未能从进气口7a看到的区域实施了增大辐射系数这样的表面处理，因此，能够增大从转子4向定子侧(例如固定叶轮21)辐射的热量，能够抑制转子4的温度上升。通过如上所述地抑制温度上升，能够进一步减少向装置侧辐射的热量。
[0056] 另外，在上述说明中，以假设有效地进行冷却系统61对固定叶轮21的冷却而使固定叶轮21的温度低于旋转叶轮19的温度的方式进行了说明，但是在螺旋槽泵部3中的发热较大的情况、或者冷却能力不充分的情况下，排气系统下部的温度有可能比排气系统上部的温度上升得快。在这种情况下，也可以利用导热率较低的构件(例如不锈
钢材料)来形成排气系统上部与排气系统下部之间的隔离件22(图1的从上方数第4个隔离件22)，抑制从下部向上部的导热，抑制排气系统上部的温度上升。
[0057] 在上述实施方式中，以具有螺旋槽泵层的涡轮分子泵为例进行了说明，但是本发明也能够应用于没有螺旋槽泵层的全叶轮型的涡轮分子泵。而且，本发明并不限于磁轴承式的涡轮分子泵，也能够适用于机械轴承式的涡轮分子泵。另外，只要不损害本发明的特征，本发明就不会对上述实施方式进行任何限定，也能够任意组合上述实施方式或
变形例。
