(57)【要約】【課題】ポンプ回転体の温度を高精度でモニタリングし、回転体のクリープ寿命を適性に確保する。【解決手段】光ファイバ３１に接続される赤外線温度センサ３２と、このセンサ出力を電気的信号に変換する信号変換器３３とからなる回転体温度測定手段を備え、回転体２０と対向する壁面の開口部３４ａから光ファイバ３１の先端部受光面３１−１ａを露出させ、赤外線温度センサ３２と信号変換器３３とを回転体２０から離間し、かつガス分子の主流路Ｒでない位置に配設する。【選択図】　図１
2004116316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転運動により、外部からポンプケース内部に吸気されたガス分子を圧縮し、圧縮されたガス分子をポンプケース外部へと排気するポンプ機構部と、
上記回転体と対向する固定体壁面に始端が開口され、該回転体と離間してガス分子の主流路でない固定体壁面に終端が開口された挿通路と、
上記挿通路に挿入され、先端部受光面が挿通路の始端開口側に露出した光ファイバと、
上記光ファイバに接続され、挿通路の終端開口側に配設された赤外線温度センサと、
を具備する
ことを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
上記挿通路の終端開口部が、ポンプケースに開口された接続ポートと連通し、この接続ポートに埋設された光コネクタを介して光ファイバのケーブルがポンプケース外部に導かれることにより、赤外線温度センサがポンプケース外部に配設されていることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
上記光ファイバのケーブルが、回転体を回転駆動させる駆動源の電流導線あるいは回転体の位置を検出するセンサの制御導線と結束されていることを特徴とする請求項２記載の真空ポンプ。
【請求項４】
上記挿通路の始端開口部が、回転体と対向する固定体壁面の複数箇所に開口され、これら複数の開口部から露出した光ファイバの赤外線温度センサ側端部において、赤外線温度センサに対して各々の光ファイバの導光を切り換える導光切換手段を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の真空ポンプ。
【請求項５】
上記挿通路の始端開口部に露出した光ファイバの先端部受光面に生成物が堆積することを防止する堆積化防止手段を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の真空ポンプ。
【請求項６】
上記堆積化防止手段は、挿通路の始端開口部周縁の温度を上昇させる加温手段を具備することを特徴とする請求項５記載の真空ポンプ。
【請求項７】
上記加温手段は、挿通路の始端開口部周縁に設置されるヒータ内蔵の支持部材と、該支持部材に支持され、光ファイバの先端部受光面の全面を覆い、かつ赤外線透過性を有する透光部材と、を有し、ヒータからの熱伝導により透光部材を加温する構造であることを特徴とする請求項６記載の真空ポンプ。
【請求項８】
上記堆積化防止手段は、挿通路の始端開口部周縁に設置される電磁石コイル内蔵の固定部材と、該固定部材に弾性体を介して設置される磁性体からなる支持部材と、該支持部材に支持され、光ファイバの先端部受光面の全面を覆い、かつ赤外線透過性を有する透光部材と、を有し、電磁石コイルの電磁力により透光部材を振動させる構造であることを特徴とする請求項５記載の真空ポンプ。
【請求項９】
上記堆積化防止手段は、挿通路の始端開口部周縁に設置される圧電体からなる固定部材と、該固定部材に設置される磁性体からなる支持部材と、該支持部材に支持され、光ファイバの先端部受光面の全面を覆い、かつ赤外線透過性を有する透光部材と、を有し、圧電体の伸縮により透光部材を振動させる構造であることを特徴とする請求項５記載の真空ポンプ。
【請求項１０】
上記赤外線温度センサのセンサ出力を電気的信号に変換する信号変換器と、該信号変換器から出力された電気的信号に基づいて、回転体の温度が所定温度を超過した場合に警報信号を出力する警報出力回路と、を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項９記載の真空ポンプ。
【請求項１１】
上記赤外線温度センサのセンサ出力を電気的信号に変換する信号変換器と、該信号変換器から出力された電気的信号に基づいて、回転体の温度変化を時間的に積算し、その積算値から回転体の歪み量を推定し、その歪み量推定値が、回転体と固定体との間の最狭隙間寸法に対して設計的余裕を持って設定される寸法を回転体の外径寸法で除算した値を超過した場合に警報信号を出力する警報出力回路と、を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項９記載の真空ポンプ。
【請求項１２】
上記警報出力回路は、赤外線温度センサから出力されたセンサ出力が閾値を超過した場合に回転体の回転速度を減速させる回転体減速手段を具備することを特徴とする請求項１１記載の真空ポンプ。
【請求項１３】
上記警報出力回路は、赤外線温度センサから出力されたセンサ出力が閾値を超過した場合に回転体の回転動作を停止させる回転体停止手段を具備することを特徴とする請求項１０乃至請求項１２記載の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置、液晶ディスプレイパネル製造装置等に用いられる真空ポンプに係り、特に、ポンプ回転体の温度を高精度でモニタリングするための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造工程におけるドライエッチングやＣＶＤ等のプロセスのように、高真空のプロセスチャンバ内で処理を行なう工程では、プロセスチャンバ内のガスを排気して一定の高真空度を形成するための手段として、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプが用いられている。
【０００３】
一般に、ターボ分子ポンプは、円筒型のロータの外周面に複数のブレード状のロータ翼列が複数段にわたって設けられており、ポンプケース内部にはこれらロータ翼段の間に交互に位置決めされた複数のステータ翼が設けられている。そして、ロータに一体に取り付けられた回転軸を駆動モータ等により高速回転させることで、ロータ翼とステータ翼との相互作用により、ガス吸気口から吸入されるガスを下段のガス排気口へ排気して、ガス吸気口に接続されたプロセスチャンバ内を高真空にする（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０３８４３２号公報　（第３頁、図１）
【０００５】
ところで、ターボ分子ポンプにおいて、ロータとロータ翼からなる回転体は、ポンプ排気時におけるガスの圧縮熱や摩擦熱により温度上昇して高温となる。また、この回転体の回転数は一般に２００００〜５００００ｒｐｍと高速であり、回転体は遠心力による大きな引張応力を受ける。このため、上記のような高温かつ引張応力を受けた状態で長時間にわたって運転を続けると、回転体の塑性歪みが徐々に増加するクリープ変形が起こり、狭い間隔で対向する固定側と最終的に接触する恐れがある（以下、これを「回転体のクリープ寿命」という）。この接触により、最悪の場合には回転体に傷がついてクラックが発生し、そこを起点とする応力集中によって回転体の破壊に繋がるという可能性がある。
【０００６】
この回転体のクリープ寿命の要因となる回転体の歪み速度は、温度に対して対数的に変化することが知られており、回転体の温度が上昇すると回転体のクリープ寿命も対数的に短くなる。よって、ターボ分子ポンプでは、回転体のクリープ寿命が所定の基準を満たすように、排気するガスの許容流量、圧力、使用環境温度などが規定されている。
【０００７】
そこで、従来では回転体のクリープ寿命が極度に短くなることを防止するために、例えば、▲１▼ガス流量・プロセスチャンバ内部圧力のモニタリング、▲２▼回転体の温度のモニタリング、▲３▼回転体以外の部材の温度測定による回転体の温度推定、▲４▼回転体の寸法変化測定、等の方法によりポンプを監視することが行なわれている。▲２▼については、測定対象物から輻射される赤外線によって、対象物の温度を非接触で測定できる温度センサとして、焦電型センサやサーモパイル型センサなどの赤外線温度センサを利用した例が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献２】
特開平１０−２９９６８８号公報　（第３−４頁、図１）
【０００９】
しかしながら、従来採用されていたポンプの監視方法においては、以下のような問題が指摘されている。
【００１０】
まず、▲１▼のガス流量・プロセスチャンバ内部圧力のモニタリングによる方法では、ガスによって排気効率が異なり、かつ圧縮熱の発生量も異なる。また、プロセスチャンバ内での化学反応により、吸気したガス分子内部にエネルギーが蓄積されていると、そのエネルギーが回転体に伝わってしまう。よって、ガス流量・圧力のみでは回転体の温度を推定することが難しい。
【００１１】
次に、▲３▼の回転体以外の部材の温度測定による方法では、ポンプケース内に流入するガスの流量が少ない場合や、Ａｒガスなどのように熱伝導率の低いガスを排気する場合には、ガスによる熱伝導がほとんど起こらず、測定対象物である回転体の温度を正確に測定することができない。
【００１２】
また、▲４▼の回転体の寸法変化測定による方法では、センサと回転体との間の隙間寸法は、回転体の振れ回り等の要因によってその値が大きく左右されるため、測定温度の信頼性を確保することが困難である。
【００１３】
さらに、▲２▼の赤外線温度センサで回転体の温度測定を行なう場合、回転体以外の温度の低い固定部材からの輻射光が入射したり、センサ表面に堆積物が付着すると、センサに入射する赤外線量が変化してしまうため、測定精度が低下する。よって、この測定精度の低下を防ぐためには、赤外線温度センサの受光部を測定対象物である回転体に極力近づける必要が生じる。このため、回転体近傍に赤外線温度センサを設置しなければならず、回転体周辺の設計自由度が大幅に制限されてしまう。
【００１４】
また、センサ受光部が回転体近傍にあることから、センサ自身が回転体からの輻射の影響を受けて温度ドリフトを起こしたり、センサ自身の寿命が短くなるという不具合がある。特に、このターボ分子ポンプを塩素や硫化フッ素系の腐食性の強いガスを排気する環境で使用する場合、センサ自身が腐食して故障する恐れもある。このため、定期的にセンサを交換しなければならず、その都度何度もポンプを分解する作業が必要となる上に、故障部品の交換に伴う大幅なコストアップを招くという問題がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ポンプ回転体の温度を高精度でモニタリングでき、回転体のクリープ寿命を適性に確保できる信頼性の高い真空ポンプを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る真空ポンプは、回転体の回転運動により、外部からポンプケース内部に吸気されたガス分子を圧縮し、圧縮されたガス分子をポンプケース外部へと排気するポンプ機構部と、回転体と対向する固定体壁面に始端が開口され、回転体と離間してガス分子の主流路でない固定体壁面に終端が開口された挿通路と、挿通路に挿入され、先端部受光面が挿通路の始端開口側に露出した光ファイバと、光ファイバに接続され、挿通路の終端開口側に配設された赤外線温度センサと、を具備することを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、赤外線温度センサが、ガスの圧縮熱や回転体からの輻射の影響を受けず、腐食性ガスにさらされることもないため、回転体からの輻射や高温ガスの影響を受けて温度ドリフトを起こしたり、腐食性ガスの影響により故障する恐れがなくなる。また、赤外線温度センサに接続された光ファイバの先端部受光面が回転体近傍の対向面に臨んでいることから、回転体から輻射される赤外線量を確実に検出でき、回転体温度を高精度で測定することが可能となる。
【００１８】
ここで、回転体と離間してガス分子の主流路でない箇所の一例として、例えばポンプケース外部が考えられるが、この場合、挿通路の終端開口部がポンプケースに開口された接続ポートと連通し、この接続ポートに埋設された光コネクタを介して光ファイバのケーブルがポンプケース外部に導かれ、赤外線温度センサと信号変換器とがポンプケース外部に配設される。
【００１９】
このように、赤外線温度センサと信号変換器とをポンプケース外部に配設する場合、光ファイバの導線が、回転体を回転駆動させる駆動源の電流導線または回転体の位置を検出するセンサの制御導線等の配線と結束されていると、複数の導線同士が絡まることがなく、誤結線による短絡を防止できる。
【００２０】
また、上記のような構成に加えて、回転体と対向する壁面の開口部において、この開口部に露出した光ファイバの先端部受光面に生成物が堆積することを防止する構造を備えていると、光ファイバから赤外線温度センサに入射する赤外線量が減少することがなく、より正確な回転体の温度測定を行なうことができる。
【００２１】
このような構造例として、開口部周縁に支持部材を設け、この支持部材により赤外線透過性を有する透光部材を支持して光ファイバの先端部受光面を覆い、この透光部材を加温あるいは振動させて生成物の堆積を防止する構造が考えられる。
【００２２】
さらに、本発明において、開口部が回転体と対向する壁面の複数箇所に開口され、これら複数の開口部に露出された光ファイバの赤外線温度センサ側端部において、この赤外線温度センサに対して各々の光ファイバの導光を切り換える導光切換手段を具備していても良い。このように光ファイバの受光面により検出する赤外線の検出箇所を増設すると、検出された複数のセンサ出力を用いてより信頼性の高い温度測定が可能となる。
【００２３】
また、本発明において、赤外線温度センサのセンサ出力を電気的信号に変換する信号変換器と、信号変換器から出力された電気的信号に基づいて、回転体の温度が所定温度を超過した場合に警報信号を出力する警報出力回路と、を具備していても良い。
【００２４】
さらに、本発明において、赤外線温度センサのセンサ出力を電気的信号に変換する信号変換器と、信号変換器から出力された電気的信号に基づいて、回転体の温度変化を時間的に積算し、その積算値から回転体の歪み量を推定し、その歪み量推定値が、回転体と固定体との間の最狭隙間寸法に対して設計的余裕を持って設定される寸法を回転体の外径寸法で除算した値を超過した場合に警報信号を出力する警報出力回路と、を具備していても良い。
【００２５】
なお、このような警報出力回路の出力例としては、例えば、赤外線温度センサが回転体の異常温度を検出してセンサ出力が閾値を超過した場合に、回転体の回転速度を減速させるシーケンスや、回転体の回転運動を停止させるシーケンスなどが考えられる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る真空ポンプの好適な実施の形態について、ターボ分子ポンプに適用した例を挙げて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
＜第１実施例＞
図１は本実施例のターボ分子ポンプの全体構成を示す縦断面図であり、まずこのターボ分子ポンプの基本的な構造について説明する。
【００２８】
同図に示すターボ分子ポンプＰは、中空円筒型のケーシング１にベース２を接合することにより密閉されるポンプケース３内部に、ターボ分子ポンプ機構部ＰＡとネジ溝ポンプ機構部ＰＢとが収容された複合タイプの真空ポンプである。
【００２９】
ケーシング１の上部壁面にはガス吸気口４が開口され、ベース２の下部側壁面にはガス排気口５が開口されている。ガス吸気口４にはプロセスチャンバ等の真空容器が吸気口フランジ６を介して螺着され、ガス排気口５に排気パイプ７が装着されて、補助ポンプに連結されることにより、このターボ分子ポンプＰは、プロセスチャンバ内のガスを排気して一定の高真空度を形成するための手段として使用される。
【００３０】
ポンプケース３内部に立設するステータコラム８の上下端面間には、高周波モータ等の駆動モータ９により高速回転する回転軸１０が貫通しており、この回転軸１０は、半径方向電磁石１１−１と軸方向電磁石１１−２からなる磁気軸受１１により、回転軸１０の半径方向および軸方向にそれぞれ軸支されている。また、回転軸１０の両端部には、ドライ潤滑剤が塗布された保護用ボールベアリング１２が設けられており、通常運転時には回転軸１０に非接触で、磁気軸受１１の電源異常時にのみ回転軸１０に接触して軸支し、回転軸１０と磁気軸受１１との接触を防ぐように調整されている。
【００３１】
ステータコラム８から突出した回転軸１０の上端部には、ステータコラム８を包囲するように配置された中空円筒型のロータ１３が軸線Ｌ方向に螺着固定され、このロータ１３は駆動モータ９により回転軸１０と同期して高速回転する。回転軸１０に一体化されたロータ１３は半径方向センサ１４−１と軸方向センサ１４−２からなる位置検出センサ１４により位置制御されている。
【００３２】
ロータ１３外周の上方略半部分はターボ分子ポンプ機構部ＰＡとして機能し、ロータ１３外壁面には回転軸１０の軸線Ｌ方向にかけて複数のブレード状のロータ翼１５，１５，…が一体成形されている。また、ケーシング１内壁面にはこのロータ翼１５，１５間に交互に位置決めされた複数のブレード状のステータ翼１６，１６，…がスペーサ１７，１７，…を交互に積層することで取り付け固定されている。一方、ロータ１３外周の下方略半部分はネジ溝ポンプ機構部ＰＢとして機能し、ロータ１３外壁面は平坦な円筒面となっており、このロータ１３外壁面と狭い間隔で対向するケーシング１内壁面には螺旋状のネジ溝１８が刻設されている。
【００３３】
このターボ分子ポンプ機構部ＰＡとネジ溝ポンプ機構部ＰＢはガス吸気口４からガス排気口５へと流れるガス分子の主流路Ｒを形成している。すなわち、ターボ分子ポンプ機構部ＰＡにおいては、駆動モータ９により回転軸１０が回転駆動すると、ロータ１３とロータ翼１５が同期して回転し、高速回転するロータ翼１５と固定のステータ翼１６との相互作用により、上段側のガス吸気口４から吸気された分子流から遷移流のガス分子を下段側のネジ溝ポンプ機構部ＰＢに送り込む。一方、このネジ溝ポンプ機構部ＰＢにおいては、駆動モータ９により回転軸１０が回転駆動すると、ロータ１３も同期して回転し、高速回転するロータ１３の円筒面と固定のネジ溝１８との相互作用により、上段のターボ分子ポンプ機構部ＰＡから移送された遷移流のガス分子を粘性流に圧縮し、圧縮されたガス分子を下段側のガス排気口５へと排気する。
【００３４】
以上がこのターボ分子ポンプの基本的な構造であるが、次にこのターボ分子ポンプの特徴的な構造について説明する。
【００３５】
図１に示すように、本実施例のターボ分子ポンプＰは、高速回転するロータ１３およびロータ翼１５からなる回転体２０の温度を測定する回転体温度測定手段３０を備えている。この回転体温度測定手段３０とは、光ファイバ３１と、この光ファイバ３１に接続される赤外線温度センサ３２と、この赤外線温度センサ３２により検出されたセンサ出力を電気的信号に変換するための信号変換器３３とを具備して構成されている。
【００３６】
赤外線温度センサ３２は、測定対象物から輻射される赤外線によって、その対象物の温度を非接触で測定できる温度センサであり、焦電型センサ、サーモパイル型センサ、半導体センサ等を使用することができる。
【００３７】
光ファイバ３１は、その先端部３１−１が回転体２０の近傍に位置し、その基端部３１−２は赤外線温度センサ３２に接続されている。本実施例では、測定対象物である回転体２０の近傍の一例として、ロータ１３内壁面と狭い間隔で対向するステータコラム８の外壁面に始端が開口され、ステータコラム８内部を貫通してステータコラム８の内壁面に終端が開口された光ファイバ挿通路３４が形成されている。この光ファイバ挿通路３４の始端開口部３４ａからは光ファイバ３１の先端部受光面３１−１ａが露出し、光ファイバ挿通路３４の終端開口部３４ｂからは光ファイバ３１の基端部３１−２が突出している。そして、この基端部３１−２に接続された赤外線温度センサ３２と信号変換器３３はプレート３５上に載置され、このプレート３５がベース２底面に装着されることにより、赤外線温度センサ３２と信号変換器３３とがステータコラム８内部の空隙部８−１内に配置されている。
【００３８】
このように、本実施例では、光ファイバ３１に接続された赤外線温度センサ３２と信号変換器３３とが、ロータ１３およびロータ翼１５からなる回転体２０から離れた箇所で、かつガス分子の主流路Ｒでない箇所に配置されている。よって、赤外線温度センサ３２と信号変換器３３は、ガスの圧縮熱や回転体２０からの輻射にさらされることがなく、かつ塩素や硫化フッ素系の腐食性ガスにさらされることもない。このため、赤外線温度センサ３２が、ロータ１３からの輻射や高温ガスの影響を受けて温度ドリフトを起こしたり、腐食性ガスの影響により機能しなくなるという恐れがない。また、赤外線温度センサ３２に接続された光ファイバ３１の先端部受光面３１−１ａが回転体２０の近傍に位置する対向面に臨んでいることから、測定対象物である回転体２０から輻射される赤外線を高精度で検出することができ、信頼性の高い温度測定が可能となる。
【００３９】
＜第２実施例＞
次に、本発明に係る第２の実施例について図２および図３に基づき説明する。なお、以下の実施例におけるターボ分子ポンプの基本的な構造については、上述した第１実施例と同様であるので、同一部材には同一符号を附してその詳細な説明は割愛する。
【００４０】
図２に示すように、本実施例のターボ分子ポンプＰは、赤外線温度センサ３２と信号変換器３３がポンプケース３の外部に配置されていることが特徴である。本実施例においてもポンプケース３内部に光ファイバ３１が挿入される挿通路が形成されているが、この光ファイバ挿通路３４−１は、ロータ１３内壁面と狭い間隔で対向するステータコラム８の外壁面に始端が開口され、ステータコラム８内部を貫通し、ベース２の外壁面に開口された接続ポート３６にその終端が連通している。
【００４１】
ここで、接続ポート３６はポンプケース３外部の大気に連通している関係上、真空封止のための機構を有する必要がある。本実施例では、接続ポート３６に埋設されるアダプタ３７−１との間に合成ゴム製のＯリング３９を介挿し、両者を密着させることで真空封止されている。なお、光ファイバ３１とアダプタ３７−１とは接着封止されており、アダプタ３７−１に結合されるプラグ３７−２はコネクタカバー３８により包囲されている。
【００４２】
そして、光ファイバ挿通路３４−１の始端開口部３４−１ａからは光ファイバ３１の先端部受光面３１−１ａが露出し、光ファイバ３１の基端部３１−２は光コネクタ３７のアダプタ３７−１に連結されている。一方、プラグ３７−２に連結された光ファイバ３１はポンプケース３外部に配置された赤外線温度センサ３２と信号変換器３３に接続されている。
【００４３】
このように、本実施例においても、赤外線温度センサ３２と信号変換器３３とが回転体２０から離れた箇所で、かつガス分子の主流路Ｒでない箇所に配置されているため、上述した第１実施例と同様の作用効果を有する。さらに、本実施例においては、赤外線温度センサ３２と信号変換器３３からなる電装品が、光コネクタ３７を介してポンプケース３外部に配置されている。よって、これら電装品はアダプタ３７−１とプラグ３７−２とにより着脱自在となるため、ポンプを分解せずにこれら電装品のメンテナンスや部品交換を行なうことが可能となる。
【００４４】
なお、ポンプケース３外部に導線される光ファイバ３１のケーブルを、ステータコラム８に内蔵された電装品の電流導線や制御導線等の配線と結束する構成を採用しても良い。例えば、図３に示すように、ステータコラム８内部には、駆動モータ９や、半径方向電磁石１１−１と軸方向電磁石１１−２からなる磁気軸受１１や、半径方向センサ１４−１と軸方向センサ１４−２からなる位置検出センサ１４等の電装品が配設されている。そこで、駆動モータ９の電流導線９ａ、磁気軸受１１の電流導線１１ａ、位置検出センサ１４の制御導線１４ａ等を結束して光コネクタ３７のアダプタ３７−１に連結することができる。こうすれば、ステータコラム８内部の電装品の導線類と光ファイバ３１のケーブルとをまとめてポンプケース３外部へと導くことができ、外部電源との結線もコネクタ接続により確実に行なうことができるため、複数の導線同士が絡まったり、誤結線による短絡などの不具合を効果的に防止することができる。
【００４５】
＜第３実施例＞
次に、本発明に係る第３の実施例について図４乃至図６に基づき説明する。本実施例では、上述した第１実施例および第２実施例における光ファイバ挿通路３４の始端開口部３４ａにおける構造に特徴がある。
【００４６】
この始端開口部３４ａから露出した光ファイバ３１の先端部受光面３１−１ａに生成物が堆積すると、光ファイバ３１から赤外線温度センサ３２に入射する赤外線量が減少するため、回転体２０の温度測定を精度良く行なうことができない。そこで、本実施例では、図４乃至図６に示すように、この始端開口部３４ａにおいて生成物の堆積を防止する堆積化防止手段４０を施す構造を採用している。
【００４７】
まず、図４に示す構造は、始端開口部３４ａの周縁の温度を積極的に上昇させる加温手段を設けて、この付近における生成物の堆積速度を他の部位におけるそれよりも遅くする構造例である。
【００４８】
例えば、始端開口部３４ａの周縁に、ヒータ４１が内蔵されたリング状の支持部材４２を装着し、この支持部材４２の内周に切り欠きを設けて赤外線透過性を有する平板状の透光部材４３を嵌め込み固定する。このような構造によると、始端開口部３４ａ外周は支持部材４２と透光部材４３とにより完全に遮蔽され、始端開口部３４ａから露出した光ファイバ３１の先端部受光面３１−１ａに、コンタミが付着したり、生成物が堆積したりすることはない。また、光ファイバ３１の先端部受光面３１−１ａは透光部材４３により覆われており、ヒータ４１に電流を流すことで、支持部材４２からの熱伝導で透光部材４３を加温することができる。このため、透光部材４３の表面に生成物が堆積することを効果的に防止でき、光ファイバ３１の先端部受光面３１−１ａに入射される光エネルギー量を減少させることなく、回転体２０から輻射される赤外線量を高精度で検出でき、より正確な温度測定が可能となる。
【００４９】
次に、図５および図６に示す構造は、始端開口部３４ａの周縁において、光ファイバ３１の先端部受光面３１−１ａを覆う透光部材４３を振動させて生成物の堆積を防ぐ構造例である。
【００５０】
図５に示す構造は、始端開口部３４ａの周縁に、電磁石コイル４４−１が内蔵されたリング状の固定部材４４を装着し、この固定部材４４の表面に弾性体４５を介して磁性体からなる振動支持部材４６を設置する。また、この振動支持部材４６の内周に切り欠きを設け、赤外線透過性を有する平板状の透光部材４３を嵌め込み固定し、電磁石コイル４４−１と交流電流源４７とを接続する。
【００５１】
一方、図６に示す構造は、始端開口部３４ａの周縁に、圧電体４４−２からなるリング状の固定部材４４を装着し、この固定部材４４の表面に磁性体からなる振動支持部材４６を設置する。また、この振動支持部材４６の内周に切り欠きを設け、赤外線透過性を有する平板状の透光部材４３を嵌め込み固定し、圧電体４４−２と交流電流源４７とを接続する。
【００５２】
このような構造によると、交流電流源４７から供給される電流により、図５においては電磁石コイル４４−１に発生する電磁力によって吸引される振動支持部材４６、図６においては圧電体４４−２の伸縮によって振動支持部材４６が振動し、この振動がそれぞれ透光部材４３に伝達されて、透光部材４３が振動する。このため、透光部材４３の表面に生成物が堆積することを効果的に防止でき、光ファイバ３１の先端部受光面３１−１ａに入射される光エネルギー量を減少させることなく、回転体２０から輻射される赤外線量を高精度で検出でき、より正確な温度測定が可能となる。
【００５３】
なお、図４に示した透光部材の加温構造と、図５および図６に示した透光部材の振動構造とを併用すれば、生成物の堆積化防止効果がさらに向上する。
【００５４】
＜第４実施例＞
次に、本発明に係る第４の実施例について図７乃至図９に基づき説明する。本実施例は、回転体温度測定手段を構成する光ファイバの受光面により検出する赤外線の検出箇所を増設し、検出された複数のセンサ出力を用いてより信頼性の高い温度測定を行ない、さらに回転体の異常温度により発生するクリープ変形に伴う不具合を未然に防止するシーケンスを備えたことを特徴とするものである。
【００５５】
まず、図７に示すように、このターボ分子ポンプＰには、上述した各実施例とは異なり、光ファイバ挿通路が複数本形成されている。本実施例では、ステータコラム８内部を貫通する４本の光ファイバ挿通路３４−１〜３４−４が形成されており、これら光ファイバ挿通路３４−１〜３４−４の始端開口部３４−１ａ〜３４−４ａは、ロータ１３内壁面に対向するステータコラム８外壁面の異なる４箇所に開口されている。
【００５６】
始端開口部３４−１ａ〜３４−４ａからは４本の光ファイバ３１の先端部受光面３１−１ａ，…が露出し、ステータコラム８内壁面に開口された３４−１ｂ〜３４−４ｂからは４本の光ファイバ３１の基端部３１−２，…が突出している。これら基端部３１−２，…は、赤外線温度センサ３２に対して各々の光ファイバ３１，…の導光を切り替える導光切換手段（導光切換器）５０を介して赤外線温度センサ３２に接続されている。そして、導光切換器５０、赤外線温度センサ３２、および信号変換器３３は、プレート３５上に載置され、このプレート３５がベース２底面に装着されることにより、ステータコラム８内部の空隙部８−１内に配置されている。
【００５７】
ここで、導光切換器５０の構成としては各種考えられるが、例えば図８または図９に示すような回路構成を採用することができる。
【００５８】
まず、図８に示す導光切換器５０は、切換スイッチ５１による制御回路の一例である。この例では、４本の光ファイバ３１，…の基端部３１−２，…に一対一で対応するように４つの赤外線温度センサ３２−１，３２−２，３２−３，３２−４が設置されている。また、これら赤外線温度センサ３２−１〜３２−４と信号変換器３３との間には切換スイッチ５１が設けられ、赤外線温度センサ３２−１〜３２−４から信号変換器３３へと出力されるセンサ出力を４本の光ファイバ３１，…のうちのいずれかの導光に切り換えられるように構成されている。
【００５９】
一方、図９に示す導光切換器５０は、位置決めモータ５２による制御回路の一例である。この例では、４本の光ファイバ３１，…の基端部３１−２、…には１つの赤外線温度センサ３２が設置され、この赤外線温度センサ３２は位置決めモータ５２により位置制御され、赤外線温度センサ３２から信号変換器３３へと出力されるセンサ出力を４本の光ファイバ３１，…のうちのいずれかの導光に切り換えられるように構成されている。
【００６０】
このように、光ファイバの先端部受光面により検出する赤外線量の検出箇所を増設し、光ファイバのセンサ側端部において、各々の光ファイバの導光に切り換える構成を採用することにより、検出された複数箇所の赤外線量のセンサ出力を用いることで回転体温度のより信頼性の高い測定を行なうことが可能となる。
【００６１】
＜第５実施例＞
次に、本発明に係る第５の実施例について図１０乃至図１３に基づき説明する。本実施例のターボ分子ポンプは、上述した回転体温度測定手段により測定された測定値に基づいて、回転体の異常温度を検出した場合の警報出力回路を備えるもので、図１０はその警報出力回路の構成を模式的に示したブロック図である。
【００６２】
同図に示すように、赤外線温度センサ３２から出力されたセンサ出力は、信号変換器３３によりアナログ信号からデジタル信号に変換されて電気的信号値Ｔｗとして警報出力回路６０に入力される。また、警報出力回路６０は、信号変換器３３から入力された電気的信号値Ｔｗに基づいて警報処理回路７０に警報出力するように構成されている。
【００６３】
一方、警報処理回路７０は、警報出力回路６０から入力された警報出力に基づいて、モータドライバ８０に対しては回転体２０の減速または停止指示を出力するとともに、装置・表示器９０に対しては減速または停止の警報出力を出力する。また、装置・表示器９０は、警報処理回路７０からの警報出力を表示し、モータドライバ８０により回転体２０を減速または停止させるように構成されている。
【００６４】
ここで、警報出力回路６０における処理手順について、図１１のフローチャートを参照しながらより詳細に説明する。
【００６５】
まず、ターボ分子ポンプＰの出荷時における警報出力回路６０のプレ処理として、変数値Ｅｔを０（零）にする（ステップ１１０１）。ポンプ起動時にこの変数値Ｅｔを読み込む（ステップ１１０２）。
【００６６】
次に、回転体温度測定手段３０により、回転体２０の温度を所定時間Δｔごとにサンプリングし（ステップ１１０３）、このサンプリング値Ｔｗに基づいて、回転体２０の異常温度により発生する現象別に、以下（イ）（ロ）で説明するような異なる警報を発するように構成されている。
【００６７】
（イ）引張強度の低下による警報
回転体２０の異常温度により発生する現象の一つに引張強度の低下が挙げられる。一般に、材料の引張強度は温度と密接な関係があることが知られている。例えばターボ分子ポンプＰの回転体２０の材料として広く用いられている析出強化型アルミニウム合金の場合、温度が上昇すると結晶内に分散していた析出物が粒界へと析出する。その結果、材料の強化機構が失われて結晶内の転移が起き易くなり、材料の引張強度は著しく低下する。
【００６８】
つまり、温度の上昇により材料の引張強度は低下するものであり、温度Ｔにおける回転体２０の引張強度σｔｓ（Ｔ）が、回転体２０にかかる応力σｒを超過したときに回転体２０は急速に破壊するものと考えられる（例えばロータ１３の破壊やロータ翼１５の折損）。
【００６９】
そこで、この現象を回避するためには、ステップ１１０３で求めたサンプリング値Ｔｗが、温度Ｔｔｓに対して設計的余裕を持って設定される温度Ｔｅｔｓを超過した場合（ステップ１１０４でＹｅｓ）に、警報出力回路６０が警報処理回路７０に対して警報（Ｌ１）を出力するように構成すれば良い。
【００７０】
ここで、警報処理回路７０における処理手順について図１２に示すフローチャートに基づき詳説する。
【００７１】
まず、警報処理回路７０において、警報出力回路６０から警報（Ｌ１）が入力されると（ステップ１２０１）、警報処理回路７０は装置・表示器９０に対して回転体２０の停止予告信号を出力する（ステップ１２０２）。
【００７２】
装置・表示器９０はこの停止予告信号を受けて、例えばシグナルを点灯させたり、ブザーで警告したりして作業者に報知する。
【００７３】
次に、ステップ１２０３でタイマをスタートし、ステップ１２０４のタイマカウントが、予め設定されたある所定時間ｔｍを連続的に経過した場合（ステップ１２０５でＹｅｓ）には、装置・表示器９０に対して回転体２０の停止動作信号を出力する（ステップ１２０６）とともに、モータドライバ８０に対して回転体２０の停止信号を出力する（ステップ１２０７）。
【００７４】
装置・表示器９０は停止動作信号を受けて上記のような手段で作業者に報知し、モータドライバ８０は停止信号を受けて回転軸１０を駆動させる駆動モータ９の動作を停止させる。
【００７５】
（ロ）クリープ歪みの限界による警報
回転体２０の異常温度により発生する現象のもう一つにクリープ歪みによる回転体２０の接触が挙げられる。高温下で回転体２０を高速回転させると、遠心力による引張応力により回転体２０にクリープ現象が起こり、歪みが発生する。このクリープ歪み速度εｖは次の数式１に示す関係がある（Ｃ，ｎ：材料による定数、Ｑ：クリープの活性化エネルギー、ｋ：ボルツマン定数）。
【００７６】
【数１】
2004116316.tif 000003
【００７７】
つまり、数式１から、クリープ歪み速度εｖの積分値が回転体２０のクリープ歪みであると考えられる。このクリープ変形が進行すると、最終的には回転側（ロータ１３またはロータ翼１５）と固定側（ステータ翼１６またはネジ溝１８）とが両者の最狭隙間部において接触するという現象が発生する。
【００７８】
そこで、この現象を回避するためには、サンプリング値Ｔｗからクリープ歪み速度εｖを推定してその時間的積算値を求め、最狭隙間部の寸法ｇに対して設計的余裕を持って設定される寸法値ｇｅを回転側外径（半径）寸法で除した値εｇｅよりこの積算値が大きくなった場合に警告を発するようにすれば良い。
【００７９】
つまり、図１１のステップ１１０５に示すように、回転体２０の温度を時間Δｔごとにサンプリングし、ｔ（ｉ−１）〜ｔ（ｉ）の間のサンプリング値をＴｉとし、そのときのクリープ歪み速度Ｅｖを次の数式２を用いて推定する（Ｃ１，Ｃ２：材料定数および設計的に定まる定数）。
【００８０】
【数２】
2004116316.tif 000004
【００８１】
すなわち、この値の積算値が時間ｔ（ｉ）における回転体２０の歪み推定値Ｅ（ｔｉ）となる（数式３参照）。
【００８２】
【数３】
2004116316.tif 000005
【００８３】
一方、回転体２０にかかる応力値は事前に設計的もしくは実験的に求められているものとして、その値σｒを用いることとする。そして、回転側と固定側との最狭隙間部の寸法をｇ、その最狭隙間部における回転側の外径（半径）をｒ、警告を発する寸法値ｇｅとすると、設計的な限界歪み値εｇ、および警告を発する歪み値εｇｅはそれぞれ次の数式４および数式５の通りとなる。
【００８４】
【数４】
2004116316.tif 000006
【００８５】
【数５】
2004116316.tif 000007
【００８６】
すなわち、数式３および数式５で求めた値から次の数式６で示す条件のときに警告を出力する。
【００８７】
【数６】
2004116316.tif 000008
【００８８】
本実施例では、図１１のステップ１１０６に示すように、回転体２０の歪み寸法値Ｅｔが警告を発する歪み値εｇｅに予め設定した余裕値δを加算した値、つまりＥｔがεｇｅ＋δを超過した場合（ステップ１１０６でＹｅｓ）に、警報出力回路６０が警報処理回路７０に対して警報（Ｌ２）を出力するように構成されている。
【００８９】
ここで、警報処理回路７０における処理手順について図１３に示すフローチャートに基づき詳説する。
【００９０】
まず、警報処理回路７０において、警報出力回路６０から警報（Ｌ２）が入力されると（ステップ１３０１）、Ｅｔとεｇｅとを比較し（ステップ１３０２）、Ｅｔがεｇｅよりも小さい値の場合には装置・表示器９０に対して減速予告信号を出力し（ステップ１３０３）、Ｅｔがεｇｅよりも大きい値の場合には停止予告信号を出力する（ステップ１３０９）。
【００９１】
装置・表示器９０は、この減速予告信号または停止予告信号を受けて、例えばシグナルを点灯させたり、ブザーで警告したりして作業者に報知する。
【００９２】
警報処理回路７０が減速予告信号を出力した後、次にステップ１３０４でタイマをスタートし、ステップ１３０５のタイマカウントが、予め設定されたある所定時間ｔｍを連続的に経過したとき（ステップ１３０６でＹｅｓ）には、装置・表示器９０に対して回転体２０の減速動作信号を出力する（ステップ１３０７）とともに、モータドライバ８０に対しては回転体２０の減速信号を出力する（ステップ１３０８）。
【００９３】
装置・表示器９０はこの減速動作信号を受けて上記のような手段で作業者に報知し、モータドライバ８０は減速信号を受けて回転軸１０を駆動させる駆動モータ９の回転数を減速させる。
【００９４】
一方、警報処理回路７０が停止予告信号を出力した後、次にステップ１３１０でタイマをスタートし、ステップ１３１１のタイマカウントが、予め設定されたある所定時間ｔｍを連続的に経過したとき（ステップ１３１２でＹｅｓ）には、装置・表示器９０に対して回転体２０の停止動作信号を出力する（ステップ１３１３）とともに、モータドライバ８０に対しては回転体２０の停止信号を出力する（ステップ１３０８）。
【００９５】
装置・表示器９０はこの停止動作信号を受けて上記のような手段で作業者に報知し、モータドライバ８０は停止信号を受けて回転軸１０を駆動させる駆動モータ９を停止させる。
【００９６】
なお、上述した所定時間Δｔ、ｔｍ、余裕値δなどの閾値については、回転体２０の選定材料や、回転側と固定側との最狭隙間寸法などの諸条件に応じて設計者が適宜変更すれば良い。
【００９７】
このように、本実施例のターボ分子ポンプは、回転体温度測定手段により回転体の温度をサンプリングし、回転体の引張強度の低下による回転体の異常温度を検出すると、警報処理回路からの警報出力に基づいて、装置・表示器が作業者に報知し、モータドライバが駆動モータを停止させるように構成されている。よって、温度上昇により回転体の引張強度が低下しても、その引張強度が遠心力により回転体に発生する応力を下回る前に設計的余裕を持ってポンプが停止するため、かかる回転体の破壊を未然に防止することができる。
【００９８】
また、本実施例のターボ分子ポンプは、回転体温度測定手段により回転体の温度をサンプリングし、クリープ歪みの限界による回転体の異常温度を検出すると、警報処理回路からの警報出力に基づいて、装置・表示器が作業者に報知し、モータドライバが駆動モータを減速または停止させるように構成されている。よって、ロータ翼のクリープ歪み寸法が回転側と固定側との最狭隙間寸法に対して設計的余裕を持ってポンプが減速し、万が一これを超過してしまった場合にもポンプが強制的に停止するため、回転側と固定側との接触による破壊を未然に防止することができる。
【００９９】
なお、上述した各実施例においては、本発明をターボ分子ポンプに適用した例を挙げて説明したが、本発明は、その構造が周知のために説明を省略したネジ溝ポンプ、渦流ポンプ、およびこれらを複合した真空ポンプについても同様に適用できる。
【０１００】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る真空ポンプによれば、以下のような効果を奏する。
【０１０１】
（１）回転体温度測定手段が、ガスの圧縮熱や回転体からの輻射の影響を受けることがなく、また腐食性ガスにさらされることもない。このため、赤外線温度センサが回転体からの輻射や高温ガスの影響を受けて温度ドリフトを起こしたり、腐食性ガスの影響により故障したりする不具合を防止でき、高価な電装品を長期にわたり使用可能となり、大幅なコスト低減に繋がる。
【０１０２】
（２）赤外線温度センサに接続された光ファイバの先端部受光面が回転体の近傍に位置する対向面に臨んでいることから、測定対象物である回転体から輻射される赤外線を高精度で検出することができ、信頼性の高い温度測定が可能となる。
【０１０３】
（３）赤外線温度センサ、信号変換器からなる電装品がポンプケース外部で光コネクタにより着脱自在となるため、ポンプを分解せずにこれら電装品のメンテナンスや部品交換を行なうことが可能となる。また、この場合、ポンプケース外部に導線される光ファイバを、ステータコラムに内蔵された電装品の導線類と結束して光コネクタのアダプタに連結しておけば、外部電源との結線もコネクタ接続により確実に行なうことができ、複数の導線同士が絡まったり、誤結線による短絡したりすることがない。
【０１０４】
（４）回転体温度測定手段が、回転体の引張強度の低下や回転体のクリープ歪みの限界による異常温度を検出すると警報出力され、設計的余裕を持ってポンプが減速または停止するため、過度の温度上昇により回転体の引張強度が低下し遠心力により発生する応力を下回る結果引き起こされる回転体の破壊や、クリープ歪み変形による回転側と固定側との接触を未然に防止することができ、回転体のクリープ寿命を適正に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のターボ分子ポンプの全体構成を示す縦断面図。
【図２】第２実施例のターボ分子ポンプの全体構成を示す縦断面図。
【図３】ターボ分子ポンプにおける接続ポートの変形例を示す縦断面図。
【図４】第３実施例のターボ分子ポンプにおける堆積化防止構造の一例を示す部分拡大断面図。
【図５】堆積化防止構造の他の例を示す部分拡大断面図。
【図６】堆積化防止構造の他の例を示す部分拡大断面図。
【図７】第４実施例のターボ分子ポンプの全体構成を示す縦断面図。
【図８】導光切換器における回路構成の一例を示す拡大図。
【図９】導光切換器における回路構成の他の例を示す拡大図。
【図１０】第５実施例のターボ分子ポンプにおける警報出力回路の構成を模式的に示すブロック図。
【図１１】警報出力回路の処理手順を説明するフローチャート。
【図１２】警報出力回路により出力された警報出力Ｌ１に基づく警報処理回路の処理手順を説明するフローチャート。
【図１３】警報出力回路により出力された警報出力Ｌ２に基づく警報処理回路の処理手順を説明するフローチャート。
【符号の説明】
３　ポンプケース
９　駆動モータ
１０　回転軸
１３　ロータ
１５　ロータ翼
１６　ステータ翼
２０　回転体
３０　回転体温度測定手段
３１　光ファイバ
３１−１　先端部
３１−１ａ　先端部受光面
３１−２　基端部
３２　赤外線温度センサ
３３　信号変換器
３４，３４−１　光ファイバ挿通路
３４ａ，３４−１ａ　始端開口部
３４ｂ，３４−１ｂ　終端開口部
３５　プレート
３６　接続ポート
３７　光コネクタ
３７−１　アダプタ
３７−２　プラグ
３８　コネクタカバー
３９　Ｏリング
４０　堆積化防止手段
４１　ヒータ
４２　支持部材
４３　透光部材
４４　固定部材
４４−１　電磁石コイル
４４−２　圧電体
４５　弾性体
４６　振動支持部材
４７　交流電流源
５０　導光切換手段（導光切換器）
５１　切換スイッチ
５２　位置決めモータ
６０　警報出力回路
７０　警報処理回路
８０　モータドライバ
９０　装置・表示器
Ｐ　ターボ分子ポンプ
ＰＡ　ターボ分子ポンプ機構部
ＰＢ　ネジ溝ポンプ機構部
Ｒ　ガス分子の主流路
【図１】
2004116316.tif 000009
【図２】
2004116316.tif 000010
【図３】
2004116316.tif 000011
【図４】
2004116316.tif 000012
【図５】
2004116316.tif 000013
【図６】
2004116316.tif 000014
【図７】
2004116316.tif 000015
【図８】
2004116316.tif 000016
【図９】
2004116316.tif 000017
【図１０】
2004116316.tif 000018
【図１１】
2004116316.tif 000019
【図１２】
2004116316.tif 000020
【図１３】
2004116316.tif 000021