(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車と主軸で構成された高速で回転するロータの温度を検知する温度検知手段を具備するターボ分子ポンプにおいて、
前記温度検知手段として、ロータの軸方向変位を検出する複数の変位センサを設け、該変位センサの少なくとも１つは前記羽根車の変位を検出し、該羽根車の検出変位と少なくとも他の１つの変位センサの検出変位から該ロータの温度を検知することを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記変位センサのうち少なくとも１個の変位センサは前記ロータを軸方向に支承するアキシャル磁気軸受に設けられた該ロータの軸方向の変位を検出するアキシャルセンサであることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のターボ分子ポンプにおいて、
前記変位センサを取り付けるセンサホルダを構成する材料の線膨張係数は前記ロータを構成する材料の線膨張係数より小さいことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速回転するロータにより気体の排気を行うターボ分子ポンプに係り、特にロータの温度を検知する温度検知手段を具備するターボ分子ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のこの種のターボ分子ポンプの構造例を示す断面図である。図示するように、ターボ分子ポンプはポンプケーシング１の内部にロータＲとステータＳにより構成される。ロータＲは主軸４とこれと一体に回転する回転筒状部５を具備する。ステータＳは主軸４を取り囲む固定筒状部３及び基部２を具備するステータ本体から構成されている。
【０００３】
主軸４はラジアル方向を上部ラジアル磁気軸受７及び下部ラジアル磁気軸受８に支承され、アキシャル方向をアキシャル磁気軸受（ターゲットディスク９及び電磁石１０ａ、１０ｂで構成される）１１で支承され、駆動モータ６の回転により、ロータＲは回転するようになっている。回転筒状部５の上部外周部には回転翼１２が一体に設けられて羽根車を構成する。ポンプケーシング１の内面には回転翼１２と交互に固定翼スペーサ１４を介在させて固定翼１５が配置されている。
【０００４】
回転筒状部５には下方に延出するねじ溝部１８が一体に設けられ、ステータＳにはこのねじ溝部１８の外周を囲繞するねじ溝部スペーサ１９が配置されている。駆動モータ６によりロータＲが高速回転すると、回転翼１２と静止している固定翼１５との相互作用によって排気が行われ、ねじ溝部１８のドラッグ作用によって排気が行われる。排気は排気口２０から排出される。
【０００５】
上記構造のターボ分子ポンプにおいて、ロータＲの主軸４や羽根車を構成する回転筒状部５や回転翼１２等は一般的にアルミニウム合金からなる。該アルミニウム合金は高温での強度が低く、高温高応力状態でクリープ変形が進みやすいという特性がある。また、ターボ分子ポンプのロータＲは排気性能を得るために、高速で回転しており、羽根車に生じる応力も許容値の上限あたりにある。
【０００６】
従って、ターボ分子ポンプの運転中のロータＲの温度を測定できれば、ターボ分子ポンプの寿命予測及び危険予知ができ、極めて有効である。特に最近の半導体製造プロセスにおいては、プロセスガス量が多くなりつつあり、それによってターボ分子ポンプのガス負荷が増大し、ロータＲの温度が高い条件で使われる場合が多くなりつつある。
【０００７】
ターボ分子ポンプのロータＲの温度を常時測定するには、非接触でロータ温度が測定できる非接触方式の温度測定手段を採用する必要がある。従来のこの種の非接触方式の温度測定手段としては、温度の高低により変色作用のある特殊塗料をロータに施工し、該特殊塗料の変色を検出してロータの温度を検知する方法があった。また、接触方式としては、ロータを停止させたのち、接触式熱電対でロータ温度を測定する方法もあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように特殊塗料を使用する方法では、ターボ分子ポンプ内にパーティクルの原因になるものが存在することになり望ましくない。また、特殊塗料の耐久性にも問題があった。また、精度の良い温度測定は難しいという問題もあった。
【０００９】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、運転中のターボ分子ポンプのロータの温度を非接触で精度良く検知できるロータ温度検知手段を具備するターボ分子ポンプを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、羽根車と主軸で構成された高速で回転するロータの温度を検知する温度検知する温度検知手段を具備するターボ分子ポンプにおいて、温度検知手段として、ロータの軸方向変位を検出する複数の変位センサを設け、該変位センサの少なくとも１つは前記羽根車の変位を検出し、該羽根車の検出変位と少なくとも他の１つの変位センサの検出変位から該ロータの温度を検知することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、２個以上の変位センサのうち少なくとも１個の変位センサはロータを軸方向に支承するアキシャル磁気軸受に設けられた該ロータの軸方向の変位を検出するアキシャルセンサであることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のターボ分子ポンプにおいて、変位センサを取り付けるセンサホルダを構成する材料の線膨張係数は少なくともロータを構成する材料の線膨張係数より小さいことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は請求項１に記載の発明に係るターボ分子ポンプの構造を示す断面図である。本ターボ分子ポンプはロータ（回転部）Ｒとステータ（固定部）Ｓにより構成されている。ステータ（固定部）Ｓはポンプケーシング１と基部２と固定筒状部３が一体となって主に構成され、ロータＲは主軸４と回転筒状部５とから主に構成される点等は図６の従来構造と同一である。
【００１６】
本発明のターボ分子ポンプが従来のターボ分子ポンプと異なる点は、固定筒状部３の外周部に上下方向に所定の間隔を設けて、ロータＲの回転筒状部５の変位を検出する変位センサ２２、２３を設けた点である。変位センサ２２、２３には、渦電流センサ、誘導型センサ、静電容量型センサ等を用いる。
【００１７】
上記のようにターボ分子ポンプの羽根車を構成する回転筒状部５や回転翼１２等はアルミニウム合金からなる。アルミニウム合金は他の金属と比較し、線膨張係数が大きい。よって上記のように、所定の間隔離して設けた変位センサ２２、２３により、ロータＲの回転筒状部５の２個所の軸方向の変位を検出することで、これらの点の相対的変位差を検出でき、この相対的変位差と既知のアルミニウム合金の線膨張係数より、ロータＲの温度を測定することができる。
【００１８】
なお、上記例では２個の変位センサ２２、２３を設けたが、変位センサの数はそれ以上であってもよい。変位センサを２個以上設ける目的としてはガス負荷や外乱等によりロータＲ全体が軸方向に変位してもそれぞれの測定値により、各個所の相対変位を算出することができ、正確なロータＲの温度を測定することが可能となる。
【００１９】
変位センサを取付ける場所は、腐食性ガス等からの保護の目的で、ロータＲの回転筒状部５の内側に設ける方がよく、特に回転筒状部５の下端部の変位を測定する変位センサ２３は図１に示すように完全に回転筒状部５の内側になるように配置するのが良い。変位センサ２３の保護性能を向上させるため固定筒状部３の該変位センサ２３の下方外周部に逆流防止用ねじ溝２１を設けるとよい。また、Ｎ２ガスをパージガスとして該逆流防止用ねじ溝２１を通して排気口２０の側に流すことにより、保護性能を向上させることも可能である。
【００２０】
図２は請求項２に記載の発明に係るターボ分子ポンプの構造を示す断面図である。本ターボ分子ポンプが図１に示す構造のターボ分子ポンプと異なる点は、２個の変位センサのうち、一方の変位センサ２４を固定筒状部３と回転筒状部５の下端が対向する位置に設け、他方の変位センサに磁気軸受であるアキシャル磁気軸受１１に設けられたロータＲの軸方向変位を検出するアキシャルセンサ２５を用いている点である。このように、アキシャルセンサ２５を用いることにより、変位センサの数を減らすことが可能となり、システムの簡素化ができる。
【００２１】
図３は請求項３に記載の発明に係るターボ分子ポンプの構造を示す断面図である。本ターボ分子ポンプが図１及び図２に示す構造のターボ分子ポンプと異なる点は、固定筒状部３の外周部にセンサホルダー２６を設け、該センサホルダー２６にロータＲの軸方向に所定の間隔を設けて変位センサ２７、２８を設けた点である。ここで、センサホルダー２６を構成する材料の線膨張係数はロータＲを構成する材料の線膨張係数より小さいものを用いる。
【００２２】
ロータＲの温度に変化があるとロータＲの近傍の変位センサを取り付けたセンサホルダー２６にも少なからず温度変化が生じる。この際、このセンサホルダー２６の線膨張係数が大きいと、変位センサ２７、２８自身の位置も変位してしまいロータＲの変位を精度良く測定することが困難となる。よって、センサホルダー２６を線膨張係数の小さい材料で構成することにより、温度変化による誤差を小さくすることができる。
【００２３】
従って、センサホルダー２６を構成する材料の線膨張係数はロータＲを構成する材料の線膨張係数より小さければ小さい程、ロータＲの変位を精度良く測定でき、これによりロータＲの温度を精度良く検知することが可能となる。センサホルダーを構成する具体的材料としてはステンレス鋼、セラミックス等が挙げられる。
【００２４】
図４は請求項４に記載の発明に係るターボ分子ポンプの構造を示す断面図である。本ターボ分子ポンプが図１乃至図３に示す構造のターボ分子ポンプと異なる点は、回転筒状部５の内周面の所定の位置に黒体塗料又は黒色アルマイト又はセラミックスのコーティング２９を施し、固定筒状部３に該コーティング２９と対向するように赤外線熱電対３０を設けた点である。
【００２５】
上記のように固定筒状部３に赤外線熱電対３０を設けることにより、該赤外線熱電対３０でターボ分子ポンプの運転中の該ロータＲから発する赤外線を測定することができ、該赤外線熱電対３０の出力よりロータＲの温度を検知することが可能となる。黒体塗料又は黒色アルマイト又はセラミックスのコーティング２９を施すのはロータＲ（回転筒状部５）の測定個所の熱放射率を１に近づけるためである。
【００２６】
図５は請求項５に記載の発明に係るターボ分子ポンプの構造を示す断面図である。本ターボ分子ポンプが図１乃至図４に示す構造のターボ分子ポンプと異なる点は、回転筒状部５の内側上面の所定位置の透磁率が温度によって変化する材料である環状の部材３１が組み込まれ、固定筒状部３の該部材３１と対向する位置に透磁率を測定できる透磁率センサ３２を設けた点である。
【００２７】
部材３１を構成する透磁率が温度によって変化する材料としては、例えば温感性フェライト材を用いる。また、透磁率センサ３２としては、例えば永久磁石ホール素子を用いる。透磁率センサ３２で部材３１の透磁率の変化を測定することにより、ロータＲの温度を検知できる。
【００２８】
なお、上記ターボ分子ポンプの構造は一例であり、本発明のターボ分子ポンプの構造は、上記構造に限定されるものではなく、要は高速で回転するロータを有するターボ分子ポンプであれば、本発明の対象となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上、説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が期待できる。
【００３０】
請求項１に記載の発明によれば、ロータの軸方向変位を検出する複数の変位センサを設けたので、ロータの温度による変位が検出でき、該変位センサの２つの検出変位とロータ構成部材の既知の線膨張係数により、ロータの温度を検出することができる。また、変位センサの少なくとも１つは羽根車の変位を検出し、該羽根車の検出変位と少なくとも他の１つの変位センサの検出変位から該ロータの温度を検知するので、ガス負荷や外乱等によりロータ全体が軸方向に変位してもそれぞれの測定値により、各個所の相対位置を算出することができ、正確なロータの温度を測定することが可能となる。
【００３３】
請求項４に記載の発明によれば、赤外線熱電対を設け、該赤外線熱電対で、ロータから発する赤外線を測定するので、該赤外線熱電対の出力から簡単にロータの温度を検知することができる。
【００３４】
請求項５に記載の発明によれば、ロータにロータの温度によって透磁率が変化する材料で構成された部材を組み込み、透磁率センサで該部材の透磁率変化を測定するので、この透磁率の変化によりロータの温度を簡単に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明（請求項１）に係るターボ分子ポンプの構造例を示す断面図である。
【図２】本発明（請求項２）に係るターボ分子ポンプの構造例を示す断面図である。
【図３】本発明（請求項３）に係るターボ分子ポンプの構造例を示す断面図である。
【図４】本発明（請求項４）に係るターボ分子ポンプの構造例を示す断面図である。
【図５】本発明（請求項５）に係るターボ分子ポンプの構造例を示す断面図である。
【図６】従来のターボ分子ポンプの構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
１            ポンプケーシング
２            基部
３            固定筒状部
４            主軸
５            回転筒状部
６            駆動モータ
７            上部ラジアル磁気軸受
８            下部ラジアル磁気軸受
９            ターゲットディスク
１０ａ，ｂ    電磁石
１１          アキシャル磁気軸受
１２          回転翼
１４          固定翼スペーサ
１５          固定翼
１８          ねじ溝部
１９          ねじ溝部スペーサ
２０          排気口
２１          逆流防止用ねじ溝
２２          変位センサ
２３          変位センサ
２４          変位センサ
２５          アキシャルセンサ
２６          センサホルダー
２７          変位センサ
２８          変位センサ
２９          コーティング
３０          赤外線熱電対
３１          部材
３２          透磁率センサ
Ｒ            ロータ
Ｓ            ステータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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