(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ室と、同ロータ室内に設けられた静翼と、前記ロータ室内に回転可能に支持されたロータシャフト及び動翼を有するロータと、前記ロータシャフトを高速回転させる前記ロータ室内に設けられたモータとを備えてなり、同モータにより前記ロータシャフトを介して前記動翼を高速回転させることで真空容器内のガス分子を吸気側から排気側へ排気するターボ分子ポンプにおいて、前記ロータ室内に設けられ前記動翼の温度を検出する放射温度計と、排気されるプロセスガスと圧力による放射温度計の検出温度変化量のデータテーブルを記憶した演算器と、前記放射温度計で検出され前記演算器で前記データテーブルによって補正して得られた前記動翼の温度が設定値を越えた場合に前記ロータの停止及び警報発生の少くともいづれか一方を行う手段とを備えてなることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２】
ロータ室と、同ロータ室内に設けられた静翼と、前記ロータ室内に回転可能に支持されたロータシャフト及び動翼を有するロータと、前記ロータシャフトを高速回転させる前記ロータ室内に設けられたモータとを備えてなり、同モータにより前記ロータシャフトを介して前記動翼を高速回転させることで真空容器内のガス分子を吸気側から排気側へ排気するターボ分子ポンプを有する真空容器において、前記ロータ室内に設けられ前記動翼の温度を検出する放射温度計と、排気されるプロセスガスと圧力による放射温度計の検出温度変化量のデータテーブルを記憶した演算器と、前記放射温度計で検出され前記演算器で前記データテーブルによって補正して得られた前記動翼の温度が設定値を越えた場合に前記ロータの停止及び警報発生の少くともいづれか一方を行う手段を備えたターボ分子ポンプを有することを特徴とする真空容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転部分の破壊防止に対する保護機能（インターロック）を備えたターボ分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ターボ分子ポンプを図５により説明すると、図５の１が上半部１ａと下半部１ｂとよりなるターボ分子ポンプのケーシング、１ｃがケーシング上半部１ａに設けられた吸気口、１ｄがケーシング下半部１ｂに設けられた排気口、２がケーシング１内のロータ室、３がケーシング上半部１ａに固定した静翼、４がロータ室２内に配設したロータである。５が同ロータ４に設けた動翼、４ａがロータシャフトで、動翼５とロータシャフト４ａがロータ４を構成している。
【０００３】
６が同ロータシャフト４ａの下端部に設けたスラスト磁気ディスク、７ａ及び７ｂがロータシャフト４ａとケーシング下半部１ｂとの対向面に設けた上下ラジアル磁気軸受、８がスラスト磁気ディスク６の上下面に対向して設けたスラスト磁気軸受、９がロータシャフト４ａの上端部にラジアル用上部保護軸受として設けたボールベアリング、１０がロータシャフト４ａの下端ネック部に設けたラジアル及びスラスト用下部保護軸受（ボールベアリング）である。１１がケーシング下半部１ｂ内に設けたロータ駆動回転用のモータである。
【０００４】
なお、図５には軸受に能動形磁気軸受を有するターボ分子ポンプの例を示したが、ボールベアリング形及びその他の軸受を使用したターボ分子ポンプ等においても軸受の機構が異なるだけで内容においては同様である。この点は後記する図１に示した本発明の実施形態によるターボ分子ポンプにおいても同様である。
【０００５】
また、本明細書中でいうターボ分子ポンプにおける動翼とは、高速に回転させることで圧縮作用をするように構成されたものであり、タービン翼ロータ、タービン翼とネジ溝で構成された複合ロータ、ネジ溝ロータ等である。
【０００６】
ターボ分子ポンプを使用するうえで、ロータ４に設けた動翼５の温度上昇に対する動翼素材（一般には軽量かつ応力強度の高いアルミニウム合金を使用）のクリープ強度低下による破壊寿命を考慮し、ターボ分子ポンプで排気するガス流量もしくは吸気口圧力に制限を設けている。そのため、ユーザ側でこれらの制限を満足するようプロセス条件（吸気口圧力，ガス流量等）を設定している。
【０００７】
また、ターボ分子ポンプ自体も前記動翼５の温度上昇に伴うクリープ強度低下による破壊を防止するため、前記制限を超えた場合は運転を停止するよう排気するガス負荷（流量）に対する保護機能（インターロック）を有しており、同制限外の使用となる場合には運転を停止するようにしている。
【０００８】
従来のこの保護機能は、ガス負荷により発生する動翼５の風損がロータ４を高速に回転させるモータ１１の入力電流値に反映されガス負荷が大きくなると電流値が増えることを利用し、この電流値を監視し規定電流値（トリップ値）と比較することで運転状態が制限内であることを判断している。
【０００９】
この規定電流値は、予めターボ分子ポンプ単体での限定された数種のガス（具体的には窒素ガス，アルゴンガス等）を使用しての、最大許容ガス負荷（流量）の試験により、動翼５の温度がクリープ寿命を許容できるガス流量条件を測定しておき、その最大ガス負荷（流量）でのモータ１１への入力電流値を規定値として設定している。この規定電流値をもってターボ分子ポンプの定格運転時にモータ１１への入力電流を監視することで制限内で運転できるようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ターボ分子ポンプにおける動翼５は、軽量かつ強度の高い素材であるアルミニウム合金で製作されているが、ターボ分子ポンプの使用条件以上のガス負荷にさらされた場合、過大なガス負荷による風損及びガスの圧縮熱で動翼５の温度が上昇し、クリープ強度低下による破壊をもたらす。
【００１１】
動翼５のクリープ破壊を防止するため、従来は、前述のとおり、予めターボ分子ポンプ単体での限定された数種のガス（具体的には窒素ガス，アルゴンガス等）を使用しての、最大許容ガス負荷（流量）の試験により動翼５の温度がクリープ寿命を許容できるガス流量条件を決定していた。
【００１２】
そして、その最大ガス負荷（流量）でのモータ１１への入力電流値を計測し、この値を規定電流値（トリップ値）とし、この規定電流値をもってターボ分子ポンプの定格運転中のモータ１１への入力電流値と比較し、モータ電流値が規定電流値を超えた場合、ターボ分子ポンプの運転を停止する保護機能としていた。
【００１３】
しかし、ターボ分子ポンプを実際に使用するユーザでのプロセスガスの種類は、ターボ分子ポンプ単体での試験により決定しているモータ電流の規定電流値（トリップ値）測定の使用ガスである窒素ガス、アルゴンガス等とは異なるため、ガスの分子量や比熱等のガス特性が違う。
【００１４】
このため、実プロセスガスによる負荷に対するモータ入力電流値と動翼温度は一義的に決定できず（モータ入力電流値が同じでもガスの種類により動翼温度が異なる）、前記保護機能では、実プロセスガス負荷による動翼５の温度上昇に起因する動翼５のクリープ破壊の防止という目的を完全に達成できない問題点があった。
【００１５】
また、環境温度や冷却条件によっても動翼５の温度はばらつき、これらの条件からもモータ入力電流値と動翼温度は一義的に決定できないことから、従来のターボ分子ポンプではクリープ破壊の防止上、信頼性に劣るという問題があった。
【００１６】
本発明はいかなるガス条件（ガス種，流量，温度等）、環境条件（環境温度，冷却条件）においても動翼の温度を的確に計測し、許容動翼温度以上になれば動翼のクリープ破壊を防止するようターボ分子ポンプの運転を停止できる保護機能をもつターボ分子ポンプ及び同ターボ分子ポンプを有する真空容器を提供することを課題としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロータ室と、同ロータ室内に設けられた静翼と、前記ロータ室内に回転可能に支持されたロータシャフト及び動翼を有するロータと、前記ロータシャフトを高速回転させる前記ロータ室内に設けられたモータとを備えてなり、同モータにより前記ロータシャフトを介して前記動翼を高速回転させることで真空容器内のガス分子を吸気側から排気側へ排気するようにしたターボ分子ポンプにおける前記課題を解決するため次の構成を採用する。
【００１８】
すなわち、本発明によるターボ分子ポンプでは、前記課題解決のため、前記ロータ室内に設けられ前記動翼の温度を検出する放射温度計と、排気されるプロセスガスと圧力による放射温度計の検出温度変化量のデータテーブルを記憶した演算器と、前記放射温度計で検出され前記演算器で前記データテーブルによって補正して得られた前記動翼の温度が設定値を越えた場合に前記ロータの停止及び警報発生の少くともいづれか一方を行う手段とを設けた構成とする。
【００１９】
本発明によるターボ分子ポンプでは、動翼の温度を検出する手段をロータ室内に設けることにより、動翼の温度が上昇して材料強度的に危険な状態になったことを的確に検出し、モータを減速モードへ切り替え運転を停止させたり警報を発生させることとしたので、いかなるガス条件（ガス種，流量，温度等）、環境条件（環境温度，冷却条件）に対しても動翼のクリープ破壊を事前に防止できる。また、本発明によれば、前記した特徴をもつターボ分子ポンプを有する真空容器が提供される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるターボ分子ポンプについて図１に示した実施の形態に基づいて具体的に説明する。なお、以下の実施の形態において、図５に示した従来のものと同じ構成の部分には説明を簡単にするため同じ符号を付してあり、それらについての重複する説明は省略する。
【００２１】
図１において、１２は温度検出器であり同温度検出器（センサ）１２をロータ室２内のケーシング下半部１ｂに設け、定格回転中の動翼５の表面温度を常時直接計測し、リアルタイムで監視できるように構成する。この温度検出器１２は高速回転する動翼５の表面温度を計測するため非接触で検出できるようになっている。
【００２２】
また、温度検出器１２は、ロータ室２内の環境、例えばプロセスガス種、圧力、取付部の温度等により影響を受けないもの又は影響を補正する機構が選択されている。また、真空環境内に設置するため膨張、放電等の破壊が発生しないもの、及びプロセスガスによる腐食、絶縁低下が発生しないものが選択されている。
【００２３】
更に、この温度検出器１２は回転する動翼５との接触を避けるため、ロータ４の振動、傾きに対し十分な間隙が必要であり、この必要間隙をもってしても温度検出の精度が確保できるようになっている。これらの条件を満足する温度検出器１２には放射温度計が適用できる。
【００２４】
（実施の第１形態）
実施の第１形態として、温度検出器１２に放射温度計を採用した場合について以下に説明する。放射温度計はその仕様から、検出部が取り付けられている環境により、具体的には周囲を取り巻くガスの種類及び圧力により計測値が変動するので使用環境による影響を補正する必要がある。
【００２５】
この環境による影響の補正手法を図２に示す。図２に示す補正手法は、次のとおりである。まず、温度検出器１２からの計測値を数値演算できるマイクロプロセッサまたは、電子部品による演算回路を組み込んだ演算器（コントローラ）にとりこむ。
【００２６】
なお、予めターボ分子ポンプで排気する各プロセスガスに対する放射温度計の各圧力による温度変化量を計測することで温度補正データを採取し、前記データをテーブルとして演算器内部のマイクロプロセッサ等に記憶させておく。
【００２７】
従って、ターボ分子ポンプの運転中常時プロセスガスの種類（図２中 プロセスガスＡ）及び圧力（図２中 Ｐ）の情報を入力することにより前記データテーブルから温度補正値を補間（図２中 Ｋ）することで行うことができ、放射温度計の出力値に温度補正値を掛けることにより、動翼５の温度を演算することができる。
【００２８】
こうしてターボ分子ポンプの定格運転中にリアルタイムで計測する動翼５の温度に対し、予め動翼温度とクリープ寿命の関係を計算又は実験により求めておいた、クリープ寿命に対する許容動翼温度の規定値（トリップ値）と比較する。
【００２９】
そして動翼５の温度が規定温度より高くなった時点で、前記演算器（コントローラ）のインターロック信号により、ターボ分子ポンプ駆動用電源を停止させ、ターボ分子ポンプの運転を停止または、警報を発生させる。
【００３０】
以上説明したように放射温度計による計測値（Ｔ）のプロセスガスの種類と圧力の情報による補間、及びトリップ設定温度との比較によるターボ分子ポンプの運転・停止制御のフローチャートを図３に示してある。
【００３１】
以上、本発明を図示した実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明がこれらの実施形態に限定されず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。例えば、上記実施形態では動翼５の半径方向の温度膨張を計測し、動翼温度を検出する手法を示したが、ロータ４の軸方向の温度膨張を計測する方式のものになる等種々考えられる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、ターボ分子ポンプにおいて、動翼の温度を検出する機構をロータ室内に設け、動翼の温度が上昇することにより材料強度的に危険な状態になることを的確に検出し、ロータを駆動回転するモータを減速モードへ切り替え運転を停止させたり警報を発生させることとしたので、いかなるガス条件（ガス種，流量，温度等）、環境条件（環境温度，冷却条件）に対しても動翼のクリープ破壊を事前に防止でき、ターボ分子ポンプの破壊に対する安全に関する信頼性が向上する効果を奏した。
また、本発明によれば、前記した効果をもつターボ分子ポンプを有する真空容器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の一形態によるターボ分子ポンプの側面図。
【図２】  本発明の実施の第１形態によるターボ分子ポンプに用いた放射温度計の補正手法を示す図。
【図３】  本発明の実施の第１形態によるターボ分子ポンプにおける運転制御のフローチャート図。
【図４】  ターボ分子ポンプの基本構造を示す側面図。
【符号の説明】
１    ケーシング
１ａ  ケーシング上半部
１ｂ  ケーシング下半部
１ｃ  吸気口
１ｄ  排気口
２    ロータ室
３    静翼
４    ロータ
４ａ  ロータシャフト
５    動翼
６    スラスト磁気ディスク
７ａ  上部磁気軸受
７ｂ  下部磁気軸受
８    スラスト磁気軸受
９    上部保護軸受
１０  下部保護軸受
１１  モータ
１２  温度検出器
【図１】
0003716068.tif 000002
【図２】
0003716068.tif 000003
【図３】
0003716068.tif 000004
【図４】
0003716068.tif 000005