(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ軸に締結されたロータが回転することでガスを吸気し排気する真空ポンプであって、
前記ロータ軸と前記ロータとの締結部を構成する締結面は、前記ロータ軸または前記ロータの温度が変化した時に、半径方向の寸法変化が軸方向の寸法変化を補償するように若しくは軸方向の寸法変化が半径方向の寸法変化を補償するように傾斜したテーパ面または曲面、もしくは該テーパ面または該曲面を含む面になっており、
前記締結面での前記ロータ軸と前記ロータの接触位置が以下の式を満足するように変化すること
を特徴とする真空ポンプ。
ΔｌＡ／ΔｒＡ＝ΔｌＢ／ΔｒＢ
ΔｌＡ：前記ロータ軸の変形による前記接触位置の軸方向変化量
ΔｒＡ：前記ロータ軸の変形による前記接触位置の半径方向変化量
ΔｌＢ：前記ロータの変形による前記接触位置の軸方向変化量
ΔｒＢ：前記ロータの変形による前記接触位置の半径方向変化量
【請求項２】
前記ロータ軸と前記ロータとが異種材料で形成されていて、
前記テーパ面または前記曲面の角度は、前記ロータ軸または前記ロータの線膨張係数に基づいて設定されており、以下の式を満足すること
を特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
0006606365.tif 000027
θ：前記締結面の角度
【請求項３】
前記ロータ軸と前記ロータとが異種材料で形成されていて、
前記テーパ面または前記曲面の角度は、前記ロータ軸と前記ロータの接触面における前記接触位置に基づいて設定されており、以下の式を満足すること
を特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
0006606365.tif 000028
θ：前記締結面の角度
【請求項４】
前記ロータ軸と前記ロータを締結する手段として、前記ロータ軸と前記ロータのいずれか一方にネジ孔を複数形成し、他方にそのネジ孔に対応するボルト挿通孔を複数形成し、かつ、それぞれの前記ボルト挿通孔に挿入したボルトを対応する前記ネジ孔に対して締め付けることで、前記ロータと前記ロータ軸とをその軸方向で固定したこと
を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の真空ポンプ。
【請求項５】
前記ロータ軸と前記ロータとが異種材料で形成されていて、
前記テーパ面または前記曲面の角度は、前記ロータ軸、前記ロータ、または前記ボルトの線膨張係数に基づいて設定されており、以下の式を満足すること
を特徴とする請求項４に記載の真空ポンプ。
0006606365.tif 000029
Δｌ：前記接触位置の軸方向変化量
Δｒ：前記接触位置の半径方向変化量
【請求項６】
前記ロータ軸と前記ロータとが異種材料で形成されていて、
前記テーパ面または前記曲面の角度は、前記ロータ軸と前記ロータの接触面における前記接触位置に基づいて設定されており、以下の式を満足すること
を特徴とする請求項４または請求項５に記載の真空ポンプ。
0006606365.tif 000030
θ：前記締結面の角度
【請求項７】
前記テーパ面または前記曲面は、少なくとも複数の前記ボルトまたは前記ネジ孔により囲まれた内側の範囲で設定されていること
を特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の真空ポンプ。
【請求項８】
前記ロータ軸と前記ロータとの前記締結部におけるロータ半径方向の膨張を拘束する手段として、前記ロータ軸と前記ロータのいずれか一方に凸部、他方に凹部を設け、その凸部と凹部が係合する構成を採用したこと
を特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の真空ポンプ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の真空ポンプに用いられるロータとして前記テーパ面または前記曲面の前記締結面を備えたことを特徴とする真空ポンプのロータ。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれかに記載の真空ポンプに用いられるロータ軸として前記テーパ面または前記曲面の前記締結面を備えたことを特徴とする真空ポンプのロータ軸。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれかに記載の真空ポンプに用いられるロータとしてその外周面に回転翼を備えるとともに前記テーパ面または前記曲面の前記締結面を備えたことを特徴とする真空ポンプのロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置、フラット・パネル・ディスプレイ製造装置、ソーラー・パネル製造装置におけるプロセスチャンバ、その他のチャンバのガス排気手段等として利用される真空ポンプとそのロータ及びロータ軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来の真空ポンプの断面図である。同図の従来の真空ポンプＰ２は、ロータ軸５に対して締結したロータ６（回転部材）がそのロータ軸５の軸心周りに回転することで、吸気口２からガスを吸気し、吸気したガスを排気口３から排気するように構成されている（例えば、特許文献１の図９を参照）。
【０００３】
また、この図９の従来の真空ポンプＰ２では、ロータ６を比強度の高いアルミニウム合金で形成する一方、ロータ軸５は磁気軸受で支持するため鉄系材料で作製している。そして、ロータ軸５とロータ６は、焼きばめで締結するとともに、ロータ軸５を中心として放射状に位置する複数のボルトＢＴで締結している（例えば、特許文献１の図１と図２を参照）。
【０００４】
図１０（ａ）から（ｃ）は、図９の従来の真空ポンプＰ２において、ロータ軸５とロータ６を締結する工程の説明図である。
【０００５】
図１０（ａ）を参照すると、図９の従来の真空ポンプＰ２では、ロータ６の上端側に端部材６１を一体に設け、この端部材６１に嵌合孔６２を形成する一方、焼きばめによる締結の際に嵌合孔６２に対して嵌め入れる嵌入部５１をロータ軸５の先端部に設けている。
【０００６】
図１０（ａ）の焼きばめ準備工程では、先に説明した嵌合孔６２周囲の加熱によって、嵌合孔６２周囲と嵌入部５１とに所定の寸法差を設定している。
【０００７】
その後に行われる図１０（ｂ）の焼きばめ工程では、嵌入部５１の外周面とこれに接触する嵌合孔６２の内周面、および、嵌合孔６２の下側縁部とこれに接触する嵌入部５１の下側縁部とを図１０（ａ）に示す締結面ＳＦ、ＳＦとして設定し、前記のような寸法差を設定した状態で、嵌合孔６２に対して嵌入部５１を挿入している。
【０００８】
また、更にその後に行われる図１０（ｃ）のボルト締め工程では、ロータ軸５とロータ６とを複数のボルトＢＴで締め付けることにより、ロータ軸５とロータ６がしっかり締結するようにしている。
【０００９】
ところで、図９の従来の真空ポンプＰ２では、図１０（ｂ）の焼きばめ工程において、ロータ６が常温に戻るまで締結状態を維持する為に、ロータ軸５に対してロータ６をその軸方向に治具Ｔで押し付けている。
【００１０】
しかしながら、図９の従来の真空ポンプＰ２において、アルミニウム合金材料からなるロータ６は常温に戻るまでに収縮する。このため、同図の従来の真空ポンプＰ２では、治具Ｔを押し付ける力が不十分である場合、図１１に示したように、締結面ＳＦとして設定した嵌合孔６２の下側縁部とこれに接触する嵌入部５１の下側縁部との間に、隙間Ｑが発生してしまい、そのような隙間Ｑのない安定な締結が得られないという問題点がある。
【００１１】
また、前記のような隙間が発生した場合は、図１０（ｃ）のボルト締め工程において、ロータ軸５とロータ６を複数のボルトＢＴで締め付けたとき、ボルトＢＴの締め付け方によりロータ軸５に対してロータ６の軸心が傾いてしまい、ロータ６を含む回転体全体の回転バランスが悪くなったり、ロータ６の回転による振動やロータ６の衝突による破損が生じやすくなったりするなどの虞があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】ＷＯ ２００５／０２８８７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ロータ軸とロータとの間に隙間のない安定な締結を得るのに好適な真空ポンプとそのロータ及びロータ軸を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明は、ロータ軸に締結されたロータが回転することでガスを吸気し排気する真空ポンプであって、前記ロータ軸と前記ロータとの締結部を構成する締結面は、前記ロータ軸または前記ロータの温度が変化した時に、半径方向の寸法変化が軸方向の寸法変化を補償するように若しくは軸方向の寸法変化が半径方向の寸法変化を補償するように傾斜したテーパ面または曲面、もしくは該テーパ面または該曲面を含む面になっており、前記締結面での前記ロータ軸と前記ロータの接触位置が以下の式を満足するように変化することを特徴とする。
ΔｌＡ／ΔｒＡ＝ΔｌＢ／ΔｒＢ
ΔｌＡ：前記ロータ軸の変形による前記接触位置の軸方向変化量
ΔｒＡ：前記ロータ軸の変形による前記接触位置の半径方向変化量
ΔｌＢ：前記ロータの変形による前記接触位置の軸方向変化量
ΔｒＢ：前記ロータの変形による前記接触位置の半径方向変化量
【００１５】
前記本発明において、前記ロータ軸と前記ロータとが異種材料で形成されていて、前記テーパ面または前記曲面の角度は、前記ロータ軸または前記ロータの線膨張係数に基づいて設定されており、以下の式を満足することを特徴としてもよい。
0006606365.tif 000002
θ：前記締結面の角度
【００１６】
前記本発明において、前記ロータ軸と前記ロータとが異種材料で形成されていて、前記テーパ面または前記曲面の角度は、前記ロータ軸と前記ロータの接触面における前記接触位置に基づいて設定されており、以下の式を満足することを特徴としてもよい。
0006606365.tif 000003
θ：前記締結面の角度
【００１７】
前記本発明において、前記ロータ軸と前記ロータを締結する手段として、前記ロータ軸と前記ロータのいずれか一方にネジ孔を複数形成し、他方にそのネジ孔に対応するボルト挿通孔を複数形成し、かつ、それぞれの前記ボルト挿通孔に挿入したボルトを対応する前記ネジ孔に対して締め付けることで、前記ロータと前記ロータ軸とをその軸方向で固定したことを特徴としてもよい。
【００１８】
前記本発明のうち前記ボルトを用いる構成において、前記ロータ軸と前記ロータとが異種材料で形成されていて、前記テーパ面または前記曲面の角度は、前記ロータ軸、前記ロータ、または前記ボルトの線膨張係数に基づいて設定されており、以下の式を満足することを特徴としてもよい。
0006606365.tif 000004
Δｌ：前記接触位置の軸方向変化量
Δｒ：前記接触位置の半径方向変化量
【００１９】
前記本発明のうち前記ボルトを用いる構成において、前記ロータ軸と前記ロータとが異種材料で形成されていて、前記テーパ面または前記曲面の角度は、前記ロータ軸と前記ロータの接触面における前記接触位置に基づいて設定されており、以下の式を満足することを特徴としてもよい。
0006606365.tif 000005
θ：前記締結面の角度
【００２０】
前記本発明のうち前記ボルトを用いる構成において、前記テーパ面または前記曲面は、少なくとも複数の前記ボルトまたは前記ネジ孔により囲まれた内側の範囲で設定されていることを特徴としてもよい。
【００２１】
前記本発明において、前記ロータ軸と前記ロータとの前記締結部におけるロータ半径方向の膨張を拘束する手段として、前記ロータ軸と前記ロータのいずれか一方に凸部、他方に凹部を設け、その凸部と凹部が係合する構成を採用したことを特徴としてもよい。
【００２２】
また、本発明は、前記真空ポンプに用いられるロータとして前記テーパ面または前記曲面の前記締結面を備えたことを特徴とする真空ポンプのロータ、または、前記真空ポンプに用いられるロータ軸として前記テーパ面または前記曲面の前記締結面を備えたことを特徴とする真空ポンプのロータ軸、若しくは、前記真空ポンプに用いられるロータとしてその外周面に回転翼を備えるとともに前記テーパ面または前記曲面の前記締結面を備えたことを特徴とする真空ポンプのロータである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、前記の通り、ロータ軸とロータとの締結部を構成する締結面が、前記ロータ軸または前記ロータの温度が変化した時に、半径方向の寸法変化が軸方向の寸法変化を補償するように若しくは軸方向の寸法変化が半径方向の寸法変化を補償するように傾斜したテーパ形状または曲線形状、もしくは該テーパ形状または該曲線形状を含む面になっている。このため、ロータ軸に対してロータを締結した後に、そのロータ軸またはロータの寸法変化による締結面の離隔を効果的に防止でき、隙間のない締結が得られる点で、ロータ軸とロータとの締結が安定し、安定な締結を得るのに好適な真空ポンプとそのロータ及びロータ軸を提供し得る。
【００２４】
本発明では、前述のように、ロータ軸とロータとの締結において、隙間のない安定な締結が得られるから、そのような締結において隙間が発生することによる従来の不具合、例えば、ロータ軸に対してロータを複数のボルトで締め付けたときに、ロータ軸に対してロータの軸心が傾いてしまうことで、ロータを含む回転体全体の回転バランスが悪くなったり、ロータの回転による振動やロータの衝突による破損が生じやすくなったりするなどの不具合を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態である真空ポンプの断面図。
【図２】図１の真空ポンプにおけるロータ軸とロータの締結部付近の拡大図。
【図３】本発明の他の実施形態の説明図。
【図４】図９に示した従来の真空ポンプにおけるロータとロータ軸との締結関係をモデル化した説明図。
【図５】図１に示した本発明の実施形態である真空ポンプにおけるロータとロータ軸との締結関係をモデル化した説明図。
【図６】図１の真空ポンプにおけるロータ軸とロータの締結部付近（ボルトを締付ける前）のＸＹ座標付き拡大図。
【図７】図１の真空ポンプ運転中におけるロータ軸とロータの締結部付近のＸＹ座標付き拡大図。
【図８】図１の真空ポンプにおけるロータ軸とロータの接触面（締結面）に関する他の実施形態の説明図。
【図９】従来の真空ポンプの断面図。
【図１０】（ａ）から（ｃ）は図９の従来の真空ポンプにおいてロータ軸とロータを締結する工程の説明図。
【図１１】図９の従来の真空ポンプにおいてロータ軸とロータを焼きばめで締結したときの熱膨張率の相違による隙間が締結面に発生した状態の説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施形態である真空ポンプの断面図、図２は、図１の真空ポンプにおけるロータ軸とロータの締結部付近の拡大図である。なお、本発明の要部を見やすくするためにロータの断面のハッチングは省略してある。
【００２８】
図１の真空ポンプＰ１は、ロータ６がそのロータ軸５の軸心周りに回転することでガスを吸気し排気する真空ポンプであり、その具体的な構成は、外装ケース１の内側に、回転翼７と固定翼８によりガスを吸気し排気する翼排気部Ｐｔと、ネジ溝９１を利用してガスを吸気し排気するネジ溝排気部Ｐｓと、これらの駆動系などを内包した構成になっている。
【００２９】
外装ケース１は、筒状のポンプケース１Ａと有底筒状のポンプベース１Ｂとをその筒軸方向に締結ボルトで一体に連結した有底円筒形になっており、ポンプケース１Ａの上端部側はガスを吸気するための吸気口２として開口し、また、ポンプベース１Ｂの下端部側面には、ネジ溝排気部Ｐｓで圧縮したガスを外装ケース１の外へ排気する手段として、排気ポート３を設けてある。
【００３０】
吸気口２は、ポンプケース１Ａ上縁のフランジ１Ｃに設けた図示しない締結ボルトにより、例えば半導体製造装置のプロセスチャンバ等、高真空となる図示しない密閉チャンバに接続される。排気ポート３は、図示しない補助ポンプに連通接続される。
【００３１】
ポンプケース１Ａ内の中央部には各種電装品を内蔵する円筒状のステータコラム４が設けられている。図１の真空ポンプＰ１では、ポンプベース１Ｂとは別部品としてステータコラム４を形成してポンプベース１Ｂの内底にネジ止め固定することで、ステータコラム４をポンプベース１Ｂ上に立設しているが、これとは別の実施形態として、このステータコラム４をポンプベース１Ｂの内底に一体に立設してもよい。
【００３２】
ステータコラム４の内側にはロータ軸５が設けられており、ロータ軸５は、その上端部が吸気口２の方向を向き、その下端部がポンプベース１Ｂの方向を向くように配置してある。また、ロータ軸５の上端部はステータコラム４の円筒上端面から上方に突出するように設けている。
【００３３】
ロータ軸５は、支持手段としての２組のラジアル磁気軸受ＭＢ１と１組のアキシャル磁気軸受ＭＢ２により半径方向と軸方向が回転可能に支持されており、この支持状態で、駆動手段としての駆動モータＭＯにより回転駆動される構成になっている。なお、ラジアル磁気軸受ＭＢ１、アキシャル磁気軸受ＭＢ２及び駆動モータＭＯは公知であるため、その詳細説明は省略する。
【００３４】
ステータコラム４の外側には回転体としてロータ６が設けられている。ロータ６は、ポンプケース１Ａ及びポンプベース１Ｂに内包され、ステータコラム４の外周を囲む円筒形状になっている。
【００３５】
ロータ６とロータ軸５は異種材料で形成されていて、ロータ６はその上端側においてロータ軸５に対して例えば焼きばめで締結してある。
【００３６】
前記焼きばめによる締結の具体的な構成として、図１の真空ポンプＰ１では、（１）ロータ６の上端側に端部材６１を一体に設け、端部材６１に嵌合孔６２（図２を参照）を形成する一方、焼きばめによる締結の際に嵌合孔６２に対して嵌め入れる嵌入部５１をロータ軸５の先端部に設ける構成、（２）前記嵌合孔６２の内周面とこれに対応する前記嵌入部５１の外周面が、ロータ軸５とロータ６との締結部を構成する締結面ＳＦ（図２を参照）として、所定の角度θ（図２を参照）で傾斜したテーパ形状になっている構成、および（３）前記嵌合孔６２周囲の加熱によって嵌合孔６２周囲と嵌入部５１とに所定の隙間を設定し、この状態において、嵌合孔６２に対して嵌入部５１を挿入した後、常温に戻ることにより、設定した締め代で前記締結面ＳＦが強く固着する構成を採用している。また、前記嵌入部５１を冷却する冷やしばめによって所定の隙間を設定したり、前記嵌合孔６２周囲を加熱し前記嵌入部５１を冷却して所定の隙間を設定したりしても良い。
【００３７】
前記『所定の角度θ』、すなわち、ロータ６とロータ軸５のテーパ形状の締結面ＳＦにおける傾斜の角度θ（以下「接触面（締結面ＳＦ）の角度」という）は、ロータ軸５またはロータ６の線膨張係数を考慮して決められた角度であり、その具体的な接触面（締結面ＳＦ）の角度θについては、後記段落００６９と００７０で言及している通り、ロータ軸５またはロータ６の線膨張係数から設定することができ、図１の真空ポンプＰ１では前記接触面（締結面ＳＦ）の角度θについてそのような設定を採用している。
【００３８】
また、図１の真空ポンプＰ１では、ロータ軸５とロータ６との締結部におけるロータ６半径方向の膨張を拘束する手段として、ロータ軸５とロータ６とをボルトＢＴで締結している。
【００３９】
前記ボルトＢＴによる締結の具体的な構成として、図１の真空ポンプＰ１では、図２に示したように、ロータ軸５の締結面ＳＦにネジ孔ＮＥを複数形成する一方、そのネジ孔ＮＥに対応するボルト挿通孔Ｈ（図示せず）をロータ６の端部材６１に複数形成し、かつ、それぞれのボルト挿通孔Ｈに挿入したボルトＢＴを対応するネジ孔ＮＥに対して締め付けることで、ロータ６とロータ軸５とをその軸方向で固定している。
【００４０】
ロータ６とロータ軸５とが前記のように締結されることにより、当該ロータ６は、ロータ軸５を介して、ラジアル磁気軸受ＭＢ１及びアキシャル磁気軸受ＭＢ２で、そのロータ軸心周りに回転可能に支持される。
【００４１】
《翼排気部Ｐｔの詳細》
図１の真空ポンプＰ１は、ロータ６の略中間より上流が翼排気部Ｐｔとして機能するように構成してある。以下、この翼排気部Ｐｔを詳細に説明する。
【００４２】
ロータ６の略中間より上流側のロータ６外周面には、複数の回転翼７が一体に設けられている。これら複数の回転翼７は、当該ロータ６の回転中心軸（ロータ軸５の軸心）若しくは外装ケース１の軸心（以下「真空ポンプ軸心」という）を中心として放射状に並んで配置されている。
【００４３】
一方、ポンプケース１Ａの内周側には複数の固定翼８が設けられており、これら複数の固定翼８もまた、真空ポンプ軸心を中心として放射状に並んで配置されている。
【００４４】
そして、図１の真空ポンプＰ１では、前記のように放射状に配置された回転翼７と固定翼８とが真空ポンプ軸心に沿って交互に多段で配置されることによって、真空ポンプＰ１の翼排気部Ｐｔを構成している。
【００４５】
いずれの回転翼７も、ロータ６の外径加工部と一体的に切削加工で切り出し形成したブレード状の切削加工品であって、ガス分子の排気に最適な角度で傾斜している。いずれの固定翼８もまた、ガス分子の排気に最適な角度で傾斜している。
【００４６】
《翼排気部Ｐｔによる排気動作説明》
以上の構成からなる翼排気部Ｐｔでは、駆動モータＭＯの起動により、ロータ軸５、ロータ６および複数の回転翼７が一体に高速で回転し、最上段の回転翼７が吸気口２から入射したガス分子に下向き方向（吸気口２から排気ポート３へ向かう方向）の運動量を付与する。この下向き方向の運動量を有するガス分子が固定翼８によって次段の回転翼７側へ送り込まれる。以上のようなガス分子への運動量の付与と送り込み動作とが繰り返し多段に行われることにより、吸気口２側のガス分子はロータ６の下流に向かって順次移行するように排気される。
【００４７】
《ネジ溝排気部Ｐｓの詳細》
図１の真空ポンプＰ１では、ロータ６の略中間より下流がネジ溝排気部Ｐｓとして機能するように構成してある。以下、このネジ溝排気部Ｐｓを詳細に説明する。
【００４８】
ロータ６の略中間より下流のロータ６部分は、ネジ溝排気部Ｐｓの回転部材として回転する部分であって、ネジ溝排気部ステータ９の内側に、所定のギャップを介して挿入・収容されている。
【００４９】
ネジ溝排気部ステータ９は、その内周面がロータ６の外周面に対向するように配置された円筒形の固定部材であって、ロータ６の略中間より下流のロータ６部分を囲むように配置してある。
【００５０】
ネジ溝排気部ステータ９の内周部には、ロータ６の外周側にネジ溝排気通路Ｒを形成する手段として、深さが下方に向けて小径化したテーパコーン形状に変化するネジ溝９１を形成してある。このネジ溝９１はネジ溝排気部ステータ９の上端から下端にかけて螺旋状に刻設してあり、このようなネジ溝９１を備えたネジ溝排気部ステータ９により、ロータの外周側には、ガス排気のためのネジ溝排気流Ｒが形成される。図示は省略するが、先に説明したネジ溝９１をロータ６の外周面に形成することで、前記のようなネジ溝排気流路Ｒが設けられるように構成してもよい。
【００５１】
ネジ溝排気部Ｐｓでは、ネジ溝９１とロータ６の外周面でのドラック効果により、気体を圧縮しながら移送するため、ネジ溝９１の深さは、ネジ溝排気流路Ｒの上流入口側（吸気口２に近い方の流路開口端）で最も深く、その下流出口側（排気ポート３に近い方の流路開口端）で最も浅くなるように設定してある。
【００５２】
ネジ溝排気流路Ｒの入口（上流開口端）は、多段に配置されている固定翼８のうち最下段の固定翼８Ｅとネジ溝排気部ステータ９との間の隙間（以下「最終隙間Ｇ」という）に向って開口し、また、同ネジ溝排気流路Ｒの出口（下流開口端）は、ポンプ内排気口側の流路Ｓ（以下「ポンプ内排気口側流路Ｓ」という）を通じて、排気ポート３に連通している。図示は省略するが、最終隙間Ｇは、多段に配置されている回転翼７のうち最下段の回転翼とネジ溝排気部ステータ９との間に形成されても良い。
【００５３】
前記ポンプ内排気口側流路Ｓは、ロータ６やネジ溝排気部ステータ９の下端部とポンプベース１Ｂの内底部との間に所定の隙間（図１の真空ポンプＰでは、ステータコラム４の下部外周を一周する形態の隙間）を設けることによって、ネジ溝排気流路Ｒの出口から排気ポート３に至るように形成してある。
【００５４】
《ネジ溝排気部Ｐｓにおける排気動作説明》
先に説明した翼排気部Ｐｔの排気動作による移送で前述の最終隙間Ｇに到達したガス分子は、ネジ溝排気流路Ｒに移行する。移行したガス分子は、ロータ６の回転によって生じるドラッグ効果によって、遷移流から粘性流に圧縮されながらポンプ内排気口側流路Ｓに向かって移行する。そして、ポンプ内排気口側流路Ｓに到達したガス分子は、排気ポート３に流入し、図示しない補助ポンプを通じて外装ケース１の外へ排気される。
【００５５】
《材料の温度変化による変形量について》
材料の温度変化による伸縮の変形量ΔＬは、下記式（１）で表される。
0006606365.tif 000006
【００５６】
《材料Ａ、Ｂが傾斜のない面で締結する場合（従来例に相当）について》
図４は、図９に示した従来の真空ポンプＰ２におけるロータ６とロータ軸５との締結関係をモデル化した説明図である。
【００５７】
図４において、材料Ａはロータ軸５で使用される鉄系材料、材料Ｂはロータ６で使用されるアルミニウム合金材料を想定している。また、材料Ａ（ロータ軸５）と材料Ｂ（ロータ６）の締結部において、締結前の材料Ａの寸法はＬＡとし、材料Ｂの寸法はＬＢとしている。
【００５８】
線膨張係数の異なる２つの材料Ａ、Ｂを締結する場合、締結後の各材料Ａ、Ｂの寸法（ＬＡ’とＬＢ’）は、下記式（２）と式（３）で表される。
【００５９】
ロータ６とロータ軸５とを締結する工程では、簡易的にＡとＢいずれか一方の材料の温度のみを変化させる場合もあるが、ここではＡとＢ両方の材料の温度が変化するものとしている。また、材料Ａの変形は加熱（冷却後の温度上昇）によるものとする。この一方、材料Ｂの変形は、冷却（加熱後の温度低下）によるものとしたので、材料Ａの変形とは逆向きの変形になる。このことから、下記式（２）において、材料Ａ（ロータ軸５）の変形量（αＡＬＡΔＴＡ）は正（＋）の値とし、下記式（３）において、材料Ｂ（ロータ６）の変形量（αＢＬＢΔＴＢ）は負（−）の値としている。
0006606365.tif 000007
【００６０】
締結の工程中、材料Ｂ（ロータ６）は図４に示したように治具Ｔによって軸方向の変形が拘束されている。そして、締結の過程における挿入初期、すなわち図１０（ａ）に示したロータ軸５とロータ６の関係が図１０（ｂ）に示した状態になった時点では、材料Ａ（ロータ軸５）と材料Ｂ（ロータ６）の締結面ＳＦは、隙間なく接触している。
【００６１】
しかしながら、ＡとＢ両材料の温度差が無くなってくると、その両材料Ａ、Ｂの線膨張係数の差により締結面ＳＦに図１１のような隙間Ｑが生じる。ロータ軸５の材料Ａである鉄系材料の線膨張係数に比べて、ロータ６の材料Ｂであるアルミニウム合金材料の線膨張係数は、約２倍になっているため、材料Ａの膨張量が材料Ｂの収縮量より小さくなるからである。
【００６２】
《材料Ａ、Ｂが傾斜面で締結する場合（本発明の実施形態に相当）について》
図５は、図１に示した本発明の実施形態である真空ポンプＰ１におけるロータ６とロータ軸５との締結関係をモデル化した説明図である。
【００６３】
図５において、ロータ軸５は前述の材料Ａ（鉄系材料）で形成し、ロータ６は前述の材料Ｂ（アルミニウム合金材料）で形成した想定になっている。
【００６４】
図５において、温度変化によるロータ軸５（材料Ａ）の半径方向の変形量（ΔＲ）は、前記式（１）と同様に、下記式（４）で表される。なお、材料組織等によっては異方性があるため、下記式（４）において線膨張係数はβとした。つまり、αは、ロータ６やロータ軸５の軸方向に関する線膨張係数であるのに対し、βは、それらの半径方向に関する線膨張係数と考えている。
0006606365.tif 000008
【００６５】
図５において、ロータ軸（材料Ａ）とロータ６（材料Ｂ）の温度変化による変形後の各寸法（ＲＡ’、ＲＢ’）は、それぞれ下記式（５）と式（６）で表される。
0006606365.tif 000009
【００６６】
なお、温度変化によるロータ軸５（材料Ａ）とロータ６（材料Ｂ）の軸方向の変形については、前記式（２）、式（３）と同じ式になる。
【００６７】
ロータ軸５（材料Ａ）とロータ６（材料Ｂ）が温度変化で変形した場合、その変形の前後において、ロータ軸５とロータ６の接触面、すなわち、ロータ軸５とロータ６の締結面ＳＦの角度が変化しないものとする条件（以下「角度不変の条件」という）は、下記式（７）を満たすことである。
0006606365.tif 000010
【００６８】
ここで、上記式（７）中のΔＬＡとΔＬＢは、それぞれ、ΔＬＡ＝αＡＬＡΔＴＡ、ΔＬＢ＝αＢＬＢΔＴＢとなる。前記式（７）はロータ６とロータ軸５を締結する際に、例えば、ロータ６を加熱するとともに、ロータ軸５を冷却すること等によって、ロータ６とロータ軸５との双方に温度変化が生じる場合の例である。
【００６９】
ところで、ロータ軸５を冷却せず、ロータ６を加熱して、ロータ６とロータ軸５を締結する焼きばめの場合には、ロータ軸５の温度変化ΔＴＡがゼロであることからΔＬＡ＝０になるので、前記式（７）は下記式（７−１）のようになる。また、ロータ６を加熱せず、とロータ軸５を冷却して、ロータ６とロータ軸５を締結する冷やしばめの場合には、ロータ６の温度変化ΔＴＢがゼロであることからΔＬＢ＝０になるので、前記式（７）は下記式（７−２）のようになる。
0006606365.tif 000011
【００７０】
よって、先に述べたテーパ形状の傾斜角度、すなわち接触面（締結面ＳＦ）の角度は前記式（７）、式（７−１）または式（７−２）から計算すれば良い。すなわち、接触面（締結面ＳＦ）の角度θは、ロータ軸５またはロータ６の変形による軸方向と半径方向の変位量を用いて設定することができる。このように接触面（締結面ＳＦ）の角度θを設定することで、温度変化による軸方向の変位量（寸法変化）を半径方向の変位量（寸法変化）が補償する。また、前記式（７）より、角度不変の条件は、下記式（８）で表すことができる。
0006606365.tif 000012
【００７１】
前記式（７）と前記式（８）で示した角度不変の条件式は、半径方向もしくは軸方向のどちらかの寸法変化が、もう一方の方向の寸法変化によって補償されていることも表している。例えば、運転中などでロータの温度が変化した際に、軸方向の寸法変化のみだと締結面ＳＦ間に隙間が空いてしまうが、ロータ６の半径方向の寸法変化により、テーパ角度θの締結面ＳＦを維持するように変形し、締結面ＳＦが隙間なく良好な締結を維持することが可能となる。
【００７２】
ここで、前記式（８）中のΔＬＡ、ΔＬＢ、ΔＲＡ、ΔＲＢは、それぞれ式（９）、式（１０）、式（１１）、式（１２）のように表すことができる。
0006606365.tif 000013
【００７３】
前記式（８）に前記式（９）から式（１２）をそれぞれ代入すると、前記式（８）は下記式（８’）のようになる。
0006606365.tif 000014
【００７４】
また、前記式（８’）を整理すると、ロータ軸５（材料Ａ）とロータ６（材料Ｂ）における軸方向の長さＬＡ、ＬＢと半径方向の長さＲＡ、ＲＢの関係は、下記式（８’’）のようになる。
0006606365.tif 000015
【００７５】
《式（８’’）の考察》
前記式（８’’）中のαＡ／αＢはロータ軸５（材料Ａ）とロータ６（材料Ｂ）についての軸方向の線膨張係数の比であり、前記式（８’’）中のβＢ／βＡはロータ軸５（材料Ａ）とロータ６（材料Ｂ）についての半径方向の線膨張係数の比である。このことから接触面（締結面ＳＦ）の角度θは、ロータ軸５（材料Ａ）とロータ６（材料Ｂ）の線膨張係数に基づいて設定することができ、また、そのように設定した角度θで傾斜したテーパ形状の締結面、すなわち接触面（締結面ＳＦ）は、前述の角度不変の条件を満たすから、締結の際にロータ軸５とロータ６が温度変化によって変形しても、その変形の前後で接触面（締結面ＳＦ）の角度θが変化することはない。
【００７６】
このため、図１の真空ポンプＰ１では、ロータ軸５とロータ６を締結した後に、そのロータ軸５とロータ６とにおける線膨張係数の相違による締結面ＳＦの離隔を効果的に防止することができ、隙間のない締結が得られる点で、ロータ軸５とロータ６との締結は安定する。また、焼きばめの場合は、ロータ軸５の温度変化ΔＴＡがゼロであるとし、冷やしばめの場合は、ロータ６の温度変化ΔＴＢがゼロであるとして上記式を利用すれば良い。また、本実施形態では、材料組織等によっては異方性があることを考慮し、軸方向と半径方向の線膨張係数を異なる値であるとしたが、等方性の材料については、軸方向と半径方向の線膨張係数を同じ値にすれば良い。この場合、接触面（締結面ＳＦ）の角度θは、ロータ軸５とロータ６の寸法によって決定される。
【００７７】
ところで、少なくとも、先に説明したボルトＢＴまたはネジ孔ＮＥにより囲まれた内側の範囲で接触面（締結面ＳＦ）の角度θを設定すれば、ロータ軸５とロータ６との締結は安定する。したがって、かかる範囲の外側では、前記のような接触面（締結面ＳＦ）の角度θの設定は省略してもよいし、省略しなくてもよい。
【００７８】
《前記式（７）の考察》
図６は、図１の真空ポンプにおけるロータ軸とロータの締結部付近（ボルトによる締結前）のＸＹ座標付き拡大図である。
【００７９】
図６中の座標軸ＸＹは、ロータ軸５（材料Ａ）の回転中心軸線とロータ６（材料Ｂ）の端面とが交差する点を原点Ｏとしている。また、同図中の『ｌＡ』はロータ軸５とロータ６の接触面（締結面ＳＦ）におけるロータ軸５の軸方向の接触位置寸法、『ｒＡ』は同接触面におけるロータ軸５の径方向の接触位置寸法、『ｌＢ』は同接触面におけるロータ６の軸方向の接触位置寸法、そして『ｒＢ』は同接触面におけるロータ６の半径方向の接触位置寸法である。
【００８０】
図６において、前記“接触位置寸法”とは、前述の接触面（締結面ＳＦ）から座標軸ＸＹに降ろした垂線の長さであり、特に“軸方向の接触位置寸法”というときは、ロータ軸５とロータ６の接触面（締結面ＳＦ）から座標軸Ｘに降ろした垂線の長さのことを意味し、“径方向の接触位置寸法”というときは、同接触面（締結面ＳＦ）から座標軸Ｙに降ろした垂線の長さのことを意味する。
【００８１】
図６中のΔｌＡとΔｒＡの比であるΔｌＡ／ΔｒＡは図５中のΔＬＡとΔＲＡの比であるΔＬＡ／ΔＲＡに対応し、図６中のΔｌＢとΔｒＢの比であるΔｌＢ／ΔｒＢは図５中のΔＬＢとΔＲＢの比であるΔＬＢ／ΔＲＢに対応する。したがって、前記式（７）で示された角度不変の条件式は、下記式（７’）のように表すことができる。
0006606365.tif 000016
【００８２】
また、前記式（７’）は、前記式（７）と同様の理由により、下記式（７−１’）または下記式（７−２’）のようになる。
0006606365.tif 000017
【００８３】
ここで、前記『ｌＡ』、『ｌＢ』、『ｒＡ』、『ｒＢ』は、それぞれ下記式（９’）、式（１０’）、式（１１’）、式（１２’）のように表すことができる。
0006606365.tif 000018
【００８４】
前記式（７−１’）に前記式（１０’）と式（１２’）を代入すると、前記式（７−１’）は下記式（７−１’’）のようになる。
0006606365.tif 000019
【００８５】
前記式（７−２’）に前記式（９’）と前記式（１１’）を代入すると、前記式（７−２’）は下記式（７−２’’）のようになる。
0006606365.tif 000020
【００８６】
前記式（７−１’’）、式（７−２’’）より、締結の工程における接触面（締結面ＳＦ）の角度θは、ロータ軸５（材料Ａ）またはロータ６（材料Ｂ）の線膨張係数（αＡ、βＡまたはαＢ、βＢ）に基づいて設定されることや、ロータ軸５（材料Ａ）およびロータ６（材料Ｂ）の接触位置寸法（ｌＡ、ｒＡ、ｌＢ、ｒＢ）に基づいて設定されることが分かる。
【００８７】
《真空ポンプＰ１運転中における回転体の熱膨張を考慮した例》
真空ポンプＰ１の運転により、ロータ６やロータ軸５等からなる回転体（ボルトＢＴも含む）は、その温度が上昇し、熱膨張する。このような真空ポンプＰ１運転中の熱膨張によって、ロータ６とロータ軸５の接触面（締結面ＳＦ）での接触状態が初期設定状態、すなわち前記締結の工程で設定した状態から変化し、ロータ６とロータ軸５の接触面（締結面ＳＦ）間に隙間が空いてしまうと、ロータ軸５とロータ６との締結が不安定になる等の不具合が想定される。
【００８８】
したがって、真空ポンプＰ１運転中においても、当該接触面（締結面ＳＦ）での接触状態を初期設定状態（締結の工程で設定した状態）から変化しないように維持する必要がある。
【００８９】
図７は、図１の真空ポンプ運転中におけるロータ軸とロータの締結部付近のＸＹ座標付き拡大図である。
【００９０】
図７中の座標軸ＸＹは、ロータ軸５（材料Ａ）の回転中心軸線とロータ６（材料Ｂ）の端面とが交差する点を原点Ｏとしている。また、同図中『ｌ』は、ロータ軸５とロータ６の接触面（締結面ＳＦ）における軸方向の接触位置寸法、『ｒ』はロータ軸５ロータ６の接触面（締結面ＳＦ）における径方向の接触位置寸法である。
【００９１】
図７において、前記“接触位置寸法”とは、前述の接触面（締結面ＳＦ）から座標軸ＸＹに降ろした垂線の長さであり、特に“接触面（締結面ＳＦ）における軸方向の接触位置寸法”というときは、接触面（締結面ＳＦ）から座標軸Ｘに降ろした垂線の長さを意味し、また“接触面（締結面ＳＦ）における径方向の接触位置寸法”というときは、同接触面（締結面ＳＦ）から座標軸Ｙに降ろした垂線の長さを意味する。
【００９２】
図７において、真空ポンプＰ１運転中に温度がΔＴ（℃）変化する場合、熱膨張によるボルトＢＴの伸び量を考慮した式は、下記式（１３）と式（１４）のように表される。なお、熱膨張によるボルトＢＴ（材料Ｃ）の半径方向伸び量（αＣΔＴ・Ｒ）はその軸方向伸び量に比べて小さいので、下記式（１３）では熱膨張によるボルトＢＴの半径方向伸び量（αＣΔＴ・Ｒ）を省略している。
【００９３】
0006606365.tif 000021

【００９４】
前記式（１３）から分かるように、線膨張係数のβＡとβＢは異なるため、真空ポンプＰ１運転中における回転体の熱膨張によって、接触面（締結面ＳＦ）に隙間が空く。この隙間は、通常、接触面（締結面ＳＦ）がロータ軸５やロータ６の半径方向に開くような形態で生じる。そこで、このような半径方向の隙間については、接触面（締結面ＳＦ）の軸方向変位、具体的には下記式（１５）を満たす変位によって補償する。
【００９５】
0006606365.tif 000022
【００９６】
前記式（１５）を変形すると、式（１５）は下記式（１６）のようになる。下記式（１６）のθは、接触面（締結面ＳＦ）の軸方向変位が前述の径方向の隙間を補償する変位となるために必要な接触面（締結面ＳＦ）の角度である。
【００９７】
0006606365.tif 000023
【００９８】
前記式（１６）に前記式（１３）と前記式（１４）を代入すると、前記式（１６）は下記式（１７）のようになる。
0006606365.tif 000024
【００９９】
前記式（１７）から分かるように、接触面（締結面ＳＦ）の角度θは、５つの線膨張係数（αＡ、αＢ、αＣ、βＡ、βＢ）と、ロータ軸５とロータ６の接触面（締結面ＳＦ）における接触位置寸法（ｌ、ｒ）とに基づいて決めることができる。なお今回はボルトＢＴ（材料Ｃ）の半径方向の変形を無視した為、βＣは式（１７）には出てこない。
【０１００】
ところで、以上の説明は、真空ポンプＰ１運転中における回転体の熱膨張として、ボルトＢＴの伸び量を考慮したものであるが、ボルトＢＴの材料の選択等により、ボルトＢＴの伸び量を極力小さくすることも可能であり、その場合は、ボルトＢＴの伸び量を考慮しなくてもよい。
【０１０１】
材料組織が等方性の場合、線膨張係数は軸方向と半径方向で等しく（αＡ＝βＡ、αＢ＝βＢ）となり、更にボルトＢＴの軸方向の伸び量を考慮しない場合、前述したボルトＢＴ（材料Ｃ）の軸方向の線膨張係αＣは０の値になるから、前記式（１７）は下記式（１７’）で表される。
0006606365.tif 000025
【０１０２】
したがって、以上のようにボルトＢＴの伸び量を考慮しなくてもよい場合は、前記式（１７’）より、ロータ軸５とロータ６の接触面（締結面ＳＦ）における接触位置寸法（ｌ、ｒ）に基づいて、接触面（締結面ＳＦ）の角度θを決めることができる。
【０１０３】
《前記式（１７）の変形》
前記式（１７）は、下記式（１７’’）のように変形できる。
0006606365.tif 000026
【０１０４】
前記式（１７’’）は、下記《式考察１》、《式考察２》の内容を示している。
【０１０５】
《式考察１》
接触面（締結面ＳＦ）内における任意の点Ｐの座標（ｒ、ｌ）は、所定の傾きを持つ１次関数の直線、具体的には、線膨張係数（αＡ、αＢ、αＣ、βＡ、βＢ）と接線角度（tanθ）とで決まる傾き（ｆ（αＡ、αＢ、αＣ、βＡ、βＢ、tanθ））を持つ直線（ｌ＝ｆ（αＡ、αＢ、αＣ、βＡ、βＢ、tanθ）・ｒ）の関係になる。したがって、接触面（締結面ＳＦ）の中には“接線がＸＹ座標軸の原点Ｏを通る直線になる領域”が存在する。そのような領域を持つ面であるならば、先に説明した接触面（締結面ＳＦ）は、図１、図２等に示したテーパ形状だけでなく、例えば図８に示したような曲面形状でもよいし、また、そのようなテーパ形状または曲線形状を含む面であってもよい。
【０１０６】
また、本実施形態では、材料組織等によっては異方性があることを考慮し、軸方向と半径方向の線膨張係数を異なる値としたが、等方性の材料について考える場合は、軸方向と半径方向の線膨張係数を同じ値にすれば良く、より式を簡素化できる。
【０１０７】
《式考察２》
接触面（締結面ＳＦ）の角度θが常に一定ならば、その接触面（締結面ＳＦ）の延長線は、必ずＸＹ座標軸の原点Ｏを通る。
【０１０８】
《他の実施形態》
図１の真空ポンプＰ１では、ロータ軸５とロータ６との締結部におけるロータ６半径方向の膨張を拘束する手段として、ロータ軸５とロータ６とをボルトＢＴで締結する実施形態を採用したが、この実施形態に限定されることはない。
【０１０９】
前記拘束の手段については、例えば、図３に示したように、ロータ６側に凸部１０を設ける一方、ロータ軸５側に凹部１１を設けるとともに、ロータ軸５とロータ６との締結の際に、その凸部１０と凹部１１とが互いに係合した状態になる構成を採用してもよい。この場合、同図に示したように、ロータ６側の凸部１１は、先に説明したロータ６の締結面ＳＦからロータ軸５の締結面ＳＦに向けて突出した形態となるように形成し、また、ロータ軸５側の凹部１１は、先に説明したロータ軸５の締結面ＳＦにおいて前記凸部１０に向って開口した形態となるように形成することができる。
【０１１０】
また、前記拘束の手段については、図示は省略するが、先に説明した凸部１０をロータ軸５側に設ける一方、先に説明した凹部１１をロータ６側に設ける構成を採用することも可能である。
【０１１１】
先に説明したボルトＢＴによる締結だけで前記拘束は十分である場合、先に説明した凸部１０と凹部１１の係合構造は省略してもよいし、また、その係合構造だけで前記拘束は十分である場合、前記ボルトＢＴによる締結は省略してもよい。
【０１１２】
図１の真空ポンプＰ１では、ロータ軸５とロータ６との締結部におけるロータ６半径方向の膨張を拘束する手段として、複数のボルトＢＴ（図２を参照）を採用したが、これとは別の実施形態として、例えば図３に示したように、ロータ６の端部材６１から突出しているロータ軸５の先端部外周面にネジ溝を形成し、このネジ溝にナットＮＡを締め付けることで、ロータ６とロータ軸５をその軸方向で固定する構成を採用してもよい。また、このようなナットＮＡと前記複数のボルトＢＴとの併用も可能である。
【０１１３】
また、図示は省略するが、ロータ軸５にボルトＢＴ用貫通穴、ロータ６にボルトＢＴ用ネジ孔ＮＥを設け、図２のロータ軸６の締結面ＳＦの下側からボルトＢＴを挿入し固定する構造にしてもよい。
【０１１４】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により多くの変形が可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１  外装ケース
１Ａ  ポンプケース
１Ｂ  ポンプベース
１Ｃ  フランジ
２  吸気口
３  排気ポート
４  ステータコラム
５  ロータ軸
５１  嵌入部
６  ロータ
６１  ロータの端部材
６２  嵌合孔
７  回転翼
８  固定翼
９  ネジ溝排気部ステータ
９１  ネジ溝
１０  凸部
１１  凹部
ＢＴ  ボルト
Ｇ  最終隙間
ＭＢ１  ラジアル磁気軸受
ＭＢ２  アキシャル磁気軸受
ＭＯ  モータ
ＮＥ  ネジ孔
ＮＡ  ナット
Ｐ１  本発明の真空ポンプ
Ｐ２  従来の真空ポンプ
Ｐｔ  翼排気部
Ｐｓ  ネジ溝排気部
Ｒ  ネジ溝排気通路
Ｓ  ポンプ内排気口側流路
ＳＦ  締結面
Ｔ  治具
θ  締結面の傾斜の角度
【図１】
0006606365.tif 000031
【図２】
0006606365.tif 000032
【図３】
0006606365.tif 000033
【図４】
0006606365.tif 000034
【図５】
0006606365.tif 000035
【図６】
0006606365.tif 000036
【図７】
0006606365.tif 000037
【図８】
0006606365.tif 000038
【図９】
0006606365.tif 000039
【図１０】
0006606365.tif 000040
【図１１】
0006606365.tif 000041