(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端の側に吸気口が形成され、他端の側に排気口が形成された外装体と、
前記外装体の内側に回転自在に軸支されたロータと、
前記ロータを回転させるモータと、
前記ロータの周囲に配設され、内部に前記ロータの径方向に対して所定の角度を持って傾いた断面形状を有する空洞部が形成されたステータと、
を具備したことを特徴とする分子ポンプ。
【請求項２】
一端の側に吸気口が形成され、他端の側に排気口が形成された外装体と、
前記外装体の内部に回転自在に軸支されたロータと、
前記ロータを回転させるモータと、
前記ロータの周囲に配設されたステータと、
前記ステータの外周に配設され、内部に前記ロータの径方向に対して所定の角度を持って傾いた断面形状を有する空洞部が形成された緩衝部材と、
を具備したことを特徴とする分子ポンプ。
【請求項３】
前記所定の断面形状は略平行四辺形であって、対向する２組の辺の内、１組が前記ロータの回転方向の接線と略平行であって、前記１組の辺の内、前記ロータに近い方の辺が前記ロータに遠い方の辺よりも前記ロータの回転方向に位置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分子ポンプ。
【請求項４】
前記所定の断面形状は略楕円であって、前記略楕円の長軸と前記略楕円との２つの交点の内、前記ロータに近い方の交点が、前記ロータに遠い方の交点より前記ロータの回転方向に位置することを特徴とする請求項１に記載の分子ポンプ。
【請求項５】
一端の側に吸気口が形成され、他端の側に排気口が形成された外装体と、
前記外装体の内部に回転自在に軸支されたロータと、
前記ロータを回転させるモータと、
前記ロータの周囲に配設されたステータと、
前記ステータの外周部に所定の間隙を隔てて配設された、内周面が略円筒状の円筒部材と、を備え、
前記ステータと前記円筒部材の間に形成された空洞内において、前記ステータの外周部又は前記円筒部材の内周部の少なくとも一方に、前記ロータの半径方向と所定の角度をもって傾いた突起を有していることを特徴とする分子ポンプ。
【請求項６】
前記空洞部は、前記ロータの軸方向に形成され、少なくとも一端が閉塞されていることを特徴とする請求項１から請求項５までの内の何れかの１項に記載の分子ポンプ。
【請求項７】
前記空洞内に衝撃吸収材を充填したことを特徴とする請求項１から請求項６までの内の何れかの１項に記載の分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分子ポンプに関し、例えば、半導体製造装置などに用いられるターボ分子ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の科学技術の急激な進展に伴って、様々な分野で高性能で信頼性の高い真空ポンプが求められるようになってきている。これらの真空ポンプで一般に広く使用されているものに例えば、ねじ溝式ポンプやターボ分子ポンプなどの分子ポンプがある。
これらの分子ポンプは、半導体装置の排気や電子顕微鏡や粒子の加速器などの排気など、産業、学術研究の各分野で広く利用されている。
【０００３】
ターボ分子ポンプは、ケーシング（外装体）の吸気口側にロータ翼とステータ翼とを備えたターボ分子ポンプ部と、排気口側に円筒形状の外周面を備えたロータとロータに対向する内周面に溝がらせん状に形成されたステータから構成されたねじ溝式ポンプ部から構成されたものがある。
ロータ軸には、例えばＤＣブラシレスモータなどによって構成されたモータ部が形成されており、ロータは高速回転を行うことができるようになっている。
【０００４】
ターボ分子ポンプ部では、ロータ翼によって形成された段とステータ翼によって形成された段は互い違いに配置されている。そして、ロータがモータ部により高速回転するとロータ翼とステータ翼の作用により吸気口からガスが吸気される。吸気されたガスは、ねじ溝式ポンプ部へ送られ、ステータに形成された溝によってガイドされながら排気口から排出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ロータは、例えば毎分４万回転といった高速回転しているため、ロータは破損すると大きな運動エネルギーを持ったままステータに接触して急激に減速する。このため、ステータは衝突によって大きな力を受けると共に、ターボ分子ポンプを固定しているボルトや、ターボ分子ポンプの吸気口や排気口に接続している配管に大きなトルクがかかり、これらの部品に大きな負荷をかける場合があった。
即ち、ターボ分子ポンプが稼動中に回転体（ロータ）が破損し、周囲に飛散した場合、回転体は大きなエネルギーを持ったままベースを含むケーシングなどに衝突するため、ポンプを固定しているボルトや吸気口、排気口に接続されている配管等に大きなトルクが掛かり不具合を生じる場合があった。
一方、回転体の破損により発生する周辺装置への影響を防ぐ対策は従来の方法では十分ではなかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、稼動中にロータが破損した場合でも、速やかに分子ポンプを停止し、分子ポンプに接続している部材に与える影響の少ない分子ポンプを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、一端の側に吸気口が形成され、他端の側に排気口が形成された外装体と、前記外装体の内側に回転自在に軸支されたロータと、前記ロータを回転させるモータと、前記ロータの周囲に配設され、内部に前記ロータの径方向に対して所定の角度を持って傾いた断面形状を有する空洞部が形成されたステータと、を具備したことを特徴とする分子ポンプを提供する（第１の構成）。
このような空洞部をステータに設けることにより、ロータが破壊してステータに衝突したときに、ステータが滑らかにつぶれ、ロータからの衝撃を吸収することができる。
また、本発明は、前記目的を達成するために、一端の側に吸気口が形成され、他端の側に排気口が形成された外装体と、前記外装体の内部に回転自在に軸支されたロータと、前記ロータを回転させるモータと、前記ロータの周囲に配設されたステータと、前記ステータの外周に配設され、内部に前記ロータの径方向に対して所定の角度を持って傾いた断面形状を有する空洞部が形成された緩衝部材と、を具備したことを特徴とする分子ポンプを提供する（第２の構成）。
このように、ステータの外周部に衝撃を吸収するための部材を配設することもできる。
第１の構成又は第２の構成における前記所定の断面形状は略平行四辺形であって、対向する２組の辺の内、１組が前記ロータの回転方向の接線と略平行であって、前記１組の辺の内、前記ロータに近い方の辺が前記ロータに遠い方の辺よりも前記ロータの回転方向に位置するように構成することができる（第３の構成）。このように断面形状を形成すると、ロータが破壊してステータに衝突したときに、略平行四辺形の断面が滑らかにつぶれることができる。
更に、第１の構成又は第２の構成における前記所定の断面形状は略楕円であって、前記略楕円の長軸と前記略楕円との２つの交点の内、前記ロータに近い方の交点が、前記ロータに遠い方の交点より前記ロータの回転方向に位置するように構成することもできる（第４の構成）。
楕円形の断面形状をこのように配置することにより、ロータが破壊してステータに衝突したときに、楕円は短軸方向に滑らかにつぶれる。
また、本発明は、前記目的を達成するために、一端の側に吸気口が形成され、他端の側に排気口が形成された外装体と、前記外装体の内部に回転自在に軸支されたロータと、前記ロータを回転させるモータと、前記ロータの周囲に配設されたステータと、前記ステータの外周部に所定の間隙を隔てて配設された、内周面が略円筒状の円筒部材と、を備え、前記ステータと前記円筒部材の間に形成された空洞内において、前記ステータの外周部又は前記円筒部材の内周部の少なくとも一方に、前記ロータの半径方向と所定の角度をもって傾いた突起を有していることを特徴とする分子ポンプを提供する（第５の構成）。
この突起は、前記ステータに形成されている場合は、前記ロータの回転方向に凸な円弧形状を有しており、前記円筒部材に形成されている場合は、前記ロータの回転方向と逆の方向に凸な円弧形状を有するように形成することができる。
第１の構成から第５の構成までの何れかの１の構成の前記空洞部は、前記ロータの軸方向に形成され、少なくとも一端が閉塞されているように構成することができる（第６の構成）。
第１の構成から第６の構成までの何れかの１の構成の前記空洞内に衝撃吸収材を充填することができる（第７の構成）。
空洞内に衝撃吸収材を充填することにより衝撃吸収能力を更に高めることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１から図１０を参照して詳細に説明する。
本実施の形態は、ねじ付スペーサの内部に変形可能な空隙を形成したものである。
より具体的には、ねじ付スペーサとケーシング、ベースの間に、滑らかな変形を可能とするために半径方向に対して適当な傾きを有した、ねじ付スペーサが塑性変形可能な間隙を設けたものである。
そして、この空隙は破壊したロータ下部２９による衝突によって滑らかに変形するように半径方向に対して傾いたある角度を持った断面（平行四辺形や楕円など）をもって形成されている。
吸気口側がロータ翼とステータ翼から構成されたターボ分子ポンプ部となっており、排気口側がロータとねじ溝スペーサから構成されたねじ溝式ポンプ部となっているターボ分子ポンプでは、ロータの破壊は通常ねじ溝式ポンプ部のねじ部から生じる。一部に亀裂が生じたねじ部は、遠心力により膨張し、ねじ付スペーサに接触する。一方ねじ付スペーサには、半径方向に対して傾いた穴が形成されているので滑らかに変形する。その塑性変形によってロータからベース、ケーシングに伝達されるエネルギーが吸収される
ねじ付スペーサに設けられた間隙に粘性抵抗を持つゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を入れることもできる。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプ１を示した図であり、ロータ軸１１の軸線方向の断面図を示した図である。
本実施の形態では、分子ポンプの一例としてターボ分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部を備えたターボ分子ポンプを用いることとする。
なお、図１には示していないが、ターボ分子ポンプ１の吸気口６は、例えば、コンダクタンスバルブ（配管の流路の断面積を変化させ、排気ガスのコンダクタンス即ち流れやすさを調節するバルブ）などを介して半導体製造装置などの真空装置に接続され、排気口１９は補助ポンプなどに接続される。
【０００９】
ターボ分子ポンプ１の外装体を形成するケーシング１６は円筒状の形状をしており、その中心にロータ軸１１が設置されている。ケーシング１６は、後に述べるベース２７と共にターボ分子ポンプ１の外装体を形成している。
ロータ軸１１の軸線方向の上部と下部及び底部には、それぞれ磁気軸受部８、１２、２０が設けられている。ロータ軸１１は、磁気軸受部８、１２によってラジアル方向（ロータ軸１１の径方向）に非接触で支持され、磁気軸受部２０によってスラスト方向（ロータ軸１１の軸方向）に非接触で支持されている。これらの磁気軸受部は、いわゆる５軸制御型の磁気軸受を構成しており、ロータ軸１１は軸線周りに回転するようになっている。
【００１０】
磁気軸受部８では、例えば４つの電磁石がロータ軸１１の周囲に９０°ごとに対向するように配置されている。
ロータ軸１１上の磁気軸受部８を構成する部位には電磁石ターゲット３２が形成されている。電磁石ターゲット３２は、表面に絶縁皮膜を形成したケイ素鋼などの鋼板が多数積層された積層鋼板によって形成されている。これは、磁気軸受部８で生じる磁場により、ロータ軸１１上で渦電流が発生するのを抑制するために設置されたものである。
ロータ軸１１で渦電流が生じると、ロータ軸１１が発熱すると共に渦電流損が発生し、効率が低下することとなるが、電磁石ターゲット３２を積層鋼板で構成することによりこれを防ぐことができる。
磁気軸受部８では、電磁石の磁力により電磁石ターゲット３２が吸引され、ロータ軸１１は、ラジアル方向に磁気浮上する。
【００１１】
磁気軸受部８の近傍には、ラジアルセンサ９が形成されている。ラジアルセンサ９は、例えば、ロータの周囲に配設されたコイルと、ロータ軸１１上に形成されたラジアルセンサターゲット３１とから構成されている。
コイルは図示しない制御部の発信回路の一部をなしており、コイルとラジアルセンサターゲット３１との距離により信号の振幅が変化するため、これによってロータ軸１１の変位を検知する。
【００１２】
ラジアルセンサターゲット３１は、電磁石ターゲット３２と同様に積層鋼板によって形成されている。
ラジアルセンサ９の信号に基づいて図示しない制御部は、磁気軸受部８で発生させる磁力をフィードバック制御する。
なお、ロータ軸１１の変位を検出するセンサとして、他に静電容量式のものや光学式のものなどがある。
【００１３】
磁気軸受部１２とラジアルセンサ１３の構成と作用はそれぞれ磁気軸受部８とラジアルセンサ９と同様であるので説明を省略する。
【００１４】
ロータ軸１１の下端に設けられた磁気軸受部２０は、円板状の金属ディスク２６、電磁石１４、１５、スラストセンサ１７によって構成されている。
金属ディスク２６は、鉄などの高透磁率材で構成されており、その中心においてロータ軸１１に垂直に固定されている。金属ディスク２６の上には電磁石１４が設置され、下には電磁石１５が設置されている。電磁石１４は、磁力により金属ディスク２６を上方に吸引し、電磁石１５は、金属ディスク２６を下方に吸引する。
【００１５】
スラストセンサ１７は、ラジアルセンサ９、１３と同様に、例えばコイルにより構成されており、ロータ軸１１のスラスト方向の変位を検出してこれを図示しない制御部に送信する。
制御部は、ラジアルセンサ１３から受信した信号によりロータ軸１１のスラスト方向の変位を検出することができるようになっている。
【００１６】
ロータ軸１１がスラスト方向のどちらかに移動して所定の位置から変位すると、制御部はこの変位を修正すように電磁石１４、１５の励磁電流を調節し、ロータ軸１１を所定の位置に戻すように動作する。
制御部は、このフィードバック制御によりロータ軸１１をスラスト方向の所定の位置に磁気浮上させてこれを保持することができる。
以上に説明したように、ロータ軸１１は、磁気軸受部８、１２によりラジアル方向に保持され、磁気軸受部２０によりスラスト方向に保持されるため、軸線周りの回転の自由度のみ有して軸支される。
【００１７】
ロータ軸１１の、磁気軸受部８、１２の中程にはモータ部１０が設けてある。
本実施の形態では、一例としてモータ部１０はＤＣブラシレスモータによって構成されているものとする。
ロータ軸１１のモータ部１０を構成する部位の周囲には、永久磁石が固着されている。この永久磁石は、例えば、ロータ軸１１の周りにＮ極とＳ極が１８０°ごとに配置されるように固定されている。この永久磁石の周囲には、ロータ軸１１から所定のクリアランスを経て、例えば６個の電磁石が６０°ごとにロータ軸１１の軸線に対して対称的にかつ対向するように配置されている。
【００１８】
一方、ターボ分子ポンプ１は、ロータ軸１１の回転数と回転角度（位相）を検出する図示しないセンサを備えており、これによって制御部は、ロータ軸１１に固着された永久磁石の磁極の位置を検出することができるようになっている。
制御部は、検出した磁極の位置に従って、モータ部１０の電磁石の電流を次々に切り替えて、ロータ軸１１の永久磁石の周囲に回転磁界を生成する。
ロータ軸１１に固着した永久磁石はこの回転磁界に追従し、これによってロータ軸１１は回転する。
【００１９】
ロータ軸１１の上端にはロータ２４が複数のボルト２５により取り付けられている。
本実施の形態では、一例として、ロータ２４の略中ほどから吸気口６側、即ち、図中略上半分の部分はロータ翼２１やステータ翼２２などで構成されたターボ分子ポンプ部となっており、図中略下半分の部分はねじ付スペーサであるスペーサ５などで構成されたねじ溝式ポンプ部となっているものとする。なお、ターボ分子ポンプの構造はこれに限定するものではなく、例えば、吸気口６側から排気口１３側までねじ溝式ポンプで構成されたものでも良い。
【００２０】
ロータ２４にはターボ分子ポンプ部では、アルミ合金などで構成されたロータ翼２１がロータ軸１１の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して、ロータ２４から放射状に複数段取り付けてられてある。ロータ翼２１は、ロータ２４に固着されており、ロータ軸１１と共に高速回転するようになっている。
ケーシング１６の吸気口側には、アルミ合金などで構成されたステータ翼２２が、ロータ軸１１の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して、ケーシング１６の内側方向にロータ翼２１の段と互い違いに配設されている。
【００２１】
スペーサ２３はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄又はステンレスなどの金属によって構成されている。
スペーサ２３は、ステータ翼２２で形成された各段の間に配設され、ステータ翼２２を所定の位置に保持している。
【００２２】
ロータ２４がモータ部１０により駆動されてロータ軸１１と共に回転すると、ロータ翼２１とステータ翼２２の作用により、吸気口６から排気ガスが吸気される。
吸気口６から吸気された排気ガスは、ロータ翼２１とステータ翼２２の間を通り、ねじ溝式ポンプ部へ送られる。
【００２３】
ねじ溝式ポンプ部は、ロータ下部２９、スペーサ５などから構成されている。本実施の形態では、ねじ溝はスペーサ５に形成されている。
ロータ下部２９は、ロータ２４の略下半部に形成された円筒状の外周面を有する部分から構成されており、外周面がスペーサ５の内周面に近接した領域まで張り出している。
ねじ溝式ポンプ部のステータはスペーサ５によって構成されている。スペーサ５は、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面にらせん状の複数のねじ溝７が複数条形成されている。
【００２４】
ねじ溝７のらせんの方向は、ロータ２４の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、該分子が排気口１９の方へ移送される方向である。
ロータ２４がモータ部１０により駆動されて回転すると、ターボ分子ポンプ部から送られてきた排気ガスは、ねじ溝７にガイドされながら、排気口１９の方へ移送される。
【００２５】
スペーサ５には変形可能な空洞部３（空隙）が形成されている。この空隙は、破壊したロータ下部２９の衝撃によって滑らかに変形するように半径方向に対して傾いたある角度をもった形状の断面が形成されている。
スペーサ５は、ターボ分子ポンプ１が稼動中にロータ下部２９が破壊し、スペーサ５に衝突した際に滑らかに変形して、破壊によって生じる力やトルクを緩和する。
【００２６】
なお、本実施の形態では、ステータ側にねじ溝７が形成されたねじ付スペーサが配置され、ロータ下部２９の外周面は円筒状としたが、逆に、ロータの外周面にねじ溝が形成してあるターボ分子ポンプとすることもできる。
【００２７】
ベース２７は、ターボ分子ポンプ１の基底部を構成する円盤状の部材であり、ステンレス、アルミニウム、鉄などの金属によって構成されている。
ベース２７は、外縁部の上端部にケーシング１６が接合され、その内側にスペーサ５が設置されている。中心部には、磁気軸受８、１２、２０やモータ部１０などのロータ軸１１を保持する機構が設置されている。
【００２８】
ベース２７の低部には冷却水を循環させる水冷管１８が取り付けてあり、水冷管１８とベース２７の間は熱交換が効率的に行われるようになっている。
ベース２７に伝達してきた熱は、水冷管１８内を循環する冷却水によりターボ分子ポンプ１の外部へ効率よく放出することができるので、ターボ分子ポンプ１が加熱して許容温度以上になるのを防ぐことができる。
【００２９】
水冷管１８は、図示しない送水ポンプ、及び図示しない熱交換器と共に水冷系を構成している。水冷管１８内の冷却水は送水ポンプの作用により該水冷系を循環する。
そして、該冷却水がベース２７との熱交換によって得た熱は、熱交換器により、例えば大気中などの該水冷系外に放出される。
その結果、冷却水は冷却され、送水ポンプにより再びターボ分子ポンプ１へと送出される。
【００３０】
ターボ分子ポンプ１が稼動中に破損する場合、ロータ下部２９の破壊が起点となって、その後の破壊が引き続き起こることが多い。そのため本実施の形態では、ロータ下部２９がターボ分子ポンプ１に与える力とトルクを緩和するための機構をスペーサ５に設けた。
【００３１】
図２はスペーサ５の空洞部３の断面を図１に示したＸ−Ｘ方向に見たところを示した図である。
スペーサ５のねじ溝部分及びロータ下部２９などは図示していない。ロータ下部２９は、矢線の方向に高速回転する。
【００３２】
スペーサ５の内部には、空洞部３が形成されている。空洞部３の断面形状は種々考えられるが、本実施の形態では、平行四辺形の断面形状を有する空洞部４１、４１、４１、・・・が、ロータ軸１１の軸線方向に多数、同心状に形成されているものとする。
ターボ分子ポンプ１が稼動すると空洞部４１、４１、４１、・・・の上端部と下端部では気圧差が発生するが、空洞部４１、４１、４１、・・・の上端部は閉じられており、気圧差により空洞部４１、４１、４１、・・・に生じる気流は防止されている。
【００３３】
空洞部４１、４１、４１、・・・の断面の平行四辺形と平行四辺形の間の部分４０は、緩衝部の内周部分３９と外周部分３８を保持するための一種の梁となっており、部分４０は、スペーサ５の外周部分３８から内周部分３９へ向かう方向へ見たときに、ロータ下部２９の回転方向に傾くように形成されている。
【００３４】
ロータ下部２９が高速回転中に破壊してスペーサ５の内周面に衝突する場合、ロータ下部２９の断片の運動は、ラジアル方向の成分とロータ下部２９の回転方向の成分を持っている。そのため、スペーサ５は、ロータ下部２９からラジアル方向の力（衝撃）と、ロータ下部２９の回転方向に作用するトルクを受ける。
【００３５】
スペーサ５は、ロータ下部２９からの衝撃により滑らかに変形し、その際にこれらの外向きの力とトルクを以下の仕組みにより吸収する。
空洞部４１、４１、４１、・・・の断面形状の平行四辺形は、スペーサ５の内周側の辺が、外周側の辺よりロータ下部２９の回転方向に移動した形状を有しており、スペーサ５の内周面がロータ下部２９からトルクを受けるとスムーズに平行四辺形の形状がつぶれるようになっている。
【００３６】
ロータ下部２９が破壊してスペーサ５の内周面に衝突した場合、スペーサ５はラジアル方向の力とトルクを受ける。
スペーサ５はラジアル方向の力及びトルクを受けると、空洞部４１、４１、４１、・・・の平行四辺形の断面形状がつぶれるため、内周部分３９が外周部分３８に対して、ロータ下部２９の回転方向に回転しながらラジアル方向に広がることとなる。
スペーサ５がロータ下部２９から受けるラジアル方向の力は、内周部分３９がラジアル方向に塑性変形することにより吸収される。
一方、トルクは、内周部分３９がロータ下部２９の回転方向に回転変形することにより吸収される。
【００３７】
即ち、スペーサ５の内周部分３９と、外周部分３８を保持する梁となっている部分４０が、スペーサ５の外周部分３８から内周部分３９にかけてロータ下部２９の回転方向に傾いているため、ロータ下部２９がスペーサ５に衝突すると、梁の部分４０がスムーズに倒れ、ロータ２４のラジアル方向の力とトルクを吸収することができるのである。
いわば、スペーサ５がロータ２４を制動するブレーキのような働きをする。
【００３８】
ロータ下部２９が破壊した際に、ロータ２４が有していたトルクは、ケーシング１６などを介してターボ分子ポンプ１を固定しているボルトなどの部材に大きな負荷を及ぼす。そのため、スペーサ５の緩衝作用によってこれらの部品が受ける負荷を低減することができる。
【００３９】
以上のように構成されたターボ分子ポンプ１は以下のように動作する。
まず、磁気軸受部８、１２、２０を駆動してロータ軸１１を磁気浮上させる。
ロータ軸１１のラジアル方向の変位はラジアルセンサ９、１３によって検知され、またロータ軸１１のスラスト方向の変位はスラストセンサ１７によって検知される。図示しない制御部は、検出されたロータ軸１１の変位により、ロータ軸１１が所定の位置に保持されるように磁気軸受部８、１２、２０の電磁石に供給する励磁電流をフィードバック制御する。
【００４０】
次に、制御部は、モータ１０を駆動させてロータ軸１１、ロータ２４及びロータ翼２１を高速回転させる。
すると、ロータ翼２１とステータ翼２２の作用により、吸気口６から排気ガスがターボ分子ポンプ部に吸引される。
ターボ分子ポンプ部に吸引された排気ガスは、ねじ溝式ポンプ部に送られる。
ねじ溝式ポンプ部に送られた排気ガスは、ロータ２４の回転により、ねじ溝７に沿って移送され、排気口１９からターボ分子ポンプ１の外部に排気される。
【００４１】
ターボ分子ポンプ１が稼動中に、ロータ下部２９が破壊し、ロータ下部２９が高速回転に伴う大きな遠心力により広がると、これらの広がった部分は大きな運動エネルギーを持ったままスペーサ５の内周面に衝突する。
これらの部分はスペーサ５の内周面にラジアル方向の力とトルクを及ぼす。これらの力とトルクにより空洞部４１、４１、４１・・・はつぶれて塑性変形する。
その際に、ロータ下部２９がスペーサ５に与える力とロータ２４の有するトルクは、スペーサ５に吸収され、ターボ分子ポンプ１の固定部分や配管などの外部に悪影響を与えることなく、ロータ２４は停止する。
【００４２】
本実施の形態では、空洞部４１、４１、４１、・・・の内部は空洞としたが、これに限定するものではなく、空洞部４１、４１、４１、・・・の内部に、例えばゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。
更に、空洞部４１、４１、４１、・・・の断面形状は平行四辺形に限定するものではなく、例えば、六角形や楕円など、ロータ下部２９から受ける力とトルクに対して速やかに変形する他の形状でも良い。
【００４３】
図３は、スペーサ５に形成された空洞部３の形状の第１の変形例を示した図である。
この変形例では、スペーサ５の外周側に平行四辺形の断面を有する空洞部４３、４３、４３、・・・が形成され、内周側に平行四辺形の断面を有する空洞部４２、４２、４２、・・・が形成されている。
この変形例では、ロータ下部２９が破壊してスペーサ５の内周面に衝突した際、スペーサ５は、以下のようにしてロータ下部２９から受ける力とトルクを吸収する。
【００４４】
まず内周部側に形成された空洞部４３がつぶれて変形することにより、ラジアル方向の力とトルクの一部が吸収される。
引き続き空洞部４２がつぶれて変形し、更にロータ下部２９から受けたラジアル方向の力やトルクを吸収する。
このように、第１の変形例では、内周側の空洞部４３、４３、４３、・・・と外周側の空洞部４２、４２、４２、・・・で２段階にロータ下部２９から受ける力とトルクを緩和するので、より高い緩衝効果を得ることができる。
【００４５】
図４は、スペーサ５に形成された空洞部３の形状の第２の変形例を示した図である。第１の変形例における、空洞部４３、４３、４３、・・・と空洞部４２、４２、４２、・・・を互い違いに配設したものである。
空洞部４３、４３、４３、・・・と空洞部４２、４２、４２、・・・をこのような位置関係に配置しても第１の変形例と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
以上、第１及び第２の変形例では、空洞部４３、４３、４３、・・・及び空洞部４２、４２、４２、・・・の内部は空洞であるとしたが、これに限定するものではなく、空洞部４３、４３、４３、・・・又は空洞部４２、４２、４２、・・・の内部に、例えばゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。
また、第１及び第２の変形例では、空洞部４３、４３、４３、・・・と空洞部４２、４２、４２、・・・の断面形状は同じものとしたが、これに限定するものではなく、例えば、空洞部４３、４３、４３、・・・を空洞部４２、４２、４２、・・・より大きくしたり、又は小さくしても良い。
また、空洞部４３、４３、４３、・・・の間隔を空洞部４２、４２、４２、・・・の間隔より広くしたり、又は狭くしても良い。
【００４７】
図５は、スペーサ５に形成された空洞部３の形状の第３の変形例を示した図である。
この変形例ではスペーサ５の内部に楕円形の断面形状を有する空洞部４５、４５、４５、・・・が円周方向に形成されている。
空洞部４５、４５、４５、・・・の長軸方向は、スペーサ５の外周側から内周側に見てロータ下部２９の回転方向に傾いている。
空洞部４１、４２、４３は断面形状が平行四辺形であるため、これらの空洞部がつぶれる場合、平行四辺形の各頂点近傍が変形しながらつぶれる。即ち、平行四辺形を変形させる力（応力）は、平行四辺形の各頂点付近に集中する。
【００４８】
一方、第３の変形例では、ロータ下部２９からラジアル方向の力とトルクを受けると空洞部４５、４５、４５、・・・の断面形状が楕円形であるため、変形させる力（応力）が楕円形状の周囲に満遍なく加わり、各空洞部４５、４５、４５、・・・は一様につぶれる。
即ち、空洞部４１、４２、４３の場合は、平行四辺形の頂点付近の部分でエネルギーを吸収するの対し、空洞部４５、４５、４５、・・・は、楕円形の周囲の全体でエネルギーを吸収する。
このため、スペーサ５は、より大きなエネルギーを吸収することができ、ロータ２４（ロータ下部２９を含む）の有するトルク、及びロータ下部２９が有する遠心力をより効果的に吸収することができる。
【００４９】
以上、第３の変形例では、空洞部４５、４５、４５、・・・の内部は空洞であるとしたが、これに限定するものではなく、空洞部４５、４５、４５、・・・の内部に、例えばゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。
【００５０】
図６は、スペーサ５に形成された空洞部３の形状の第４の変形例を示した図である。
第４の変形例では、スペーサ５に、第１の実施の形態の緩衝部４の空洞４１の平行四辺形断面の各頂点に丸みを持たせた空洞部４８、４８、４８、・・・が形成されている。
第４の変形例に係るスペーサ５では、第１の実施の形態と、第３の変形例の中間的な効果が得られる。
即ち、空洞部４８、４８、４８、・・・が変形する際、応力は平行四辺形の各頂点の丸みを持った部分に作用するため、第１の実施の形態の空洞部４１よりも応力の集中が緩和される。
【００５１】
以上、第４の変形例では、空洞部４８、４８、４８、・・・の内部は空洞であるとしたが、これに限定するものではなく、空洞部４８、４８、４８、・・・の内部に、例えばゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。
【００５２】
図７は、スペーサ５に形成された空洞部３の第５の変形例を示した図である。
第５の変形例では、スペーサ５は、内周面に配設された内周部材５２、外周面に配設された外周部材５１及び内周部材５２と外周部材５１とを接合する接合部材５３により構成されている。
内周部材５２は内側に、外周部材５１は外側に同心状に配置しており、接合部材５３は、内周部材５２の外周面及び外周部材５１の内周面に形成された溝にはめられて固定されている。
内周部材５２、外周部材５１及び接合部材５３は、例えばステンレス、鉄、アルミニウムといった金属や、又は、樹脂などの他の材料によって形成することができる。これら３種類の部材は全て同じ材質としても良いし、又は、ぞれぞれ異なった材質により構成することもできる。
【００５３】
接合部材５３は、外周部材５１から内周部材５２に見て、ロータ下部２９の回転方向に傾いており、外周部材５１、内周部材５２、接合部材５３、５３、５３、・・・から形成される空洞部５４、５４、５４、・・・の断面形状は略平行四辺形となっている。
第５の変形例では、接合部材５３の厚みや材質を変えることにより、ロータ下部２９が破壊した場合にロータ下部２９から受けるラジアル方向力とトルクを緩和する程度を調節することができ、実験などにより、最適な厚み、材質を選択することができる。
【００５４】
通常、ターボ分子ポンプの種類によってスペーサ５が吸収すべきロータ下部２９の力とトルクは異なるため、スペーサ５の材質やスペーサ５に形成する空洞部の寸法などを最適となるものに設定しなければならない。このような点において、第５の変形例では、接合部材５３の材質や厚みを変化させることによって対応することができる。
以上、第５変形例では、空洞部５４、５４、５４、・・・内部は空洞であるとしたが、これに限定するものではなく、空洞部５４、５４、５４、・・・の内部に、例えばゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。
【００５５】
以上第１の実施の形態では、以下のような効果を得ることができる。
ターボ分子ポンプ１が稼動中にロータ下部２９が破壊したときに、スペーサ５は、衝突したロータ下部２９の部分からの力を吸収することができる。
また、ロータ下部２９が破壊してロータ２４が停止する際に、ロータ２４がターボ分子ポンプ１の固定部にトルクを及ぼすが、スペーサ５の空洞部３がロータ２４の回転方向に滑らかに変形するため、空洞部３がない場合よりもロータ２４は緩やかに制動される。そのため、ターボ分子ポンプ１を固定している部分や接合している部材が受ける力が軽減される。
そのため、ターボ分子ポンプ１を固定しているボルトが降伏、破損することを防止することができる。また、吸気口、排気口に接続している配管に大きな力が加わることがなく、装置の安全性が高まる。
また、スペーサ５の断面を第１の変形例から第４の変形例までのように、種々変化させることにより、ロータ２４の破壊時の制動能力、及び製作コストの観点から最適なものを選択することができる。
また、第５の変形例では接合部材５３の寸法や材質を変化させることにより、容易に、スペーサ５がラジアル方向の力とトルクを吸収する程度を調節することができる。
【００５６】
以上の実施の形態では、スペーサ５の外周部にベース２７やケーシング１６が密接して配設されているが、これに限定するものではなく、例えば、スペーサ５とベース２７、ケーシング１６との間にゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。
以上の実施の形態では、空洞部を平行四辺形や楕円形状としたが、この他にも空洞部をハニカム構造（蜂の巣構造）としても良い。
【００５７】
また、本実施の形態ではスペーサ５の内部に空洞部３を形成したが、これに限定するものではなく、例えば、スペーサ５の外周部に密接して、内部に空洞部４１、４１、４１、・・・などを備えた円筒部材を配設することもできる。
この場合、更に、該円筒部材とスペーサ５の間にゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を配設することもできる。
【００５８】
（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態に係るターボ分子ポンプ６１を示した図である。
ターボ分子ポンプ６１は、スペーサ６５と円筒部材６４以外はターボ分子ポンプ１と同じである。同じ部分には同じ符号を付すものとする。
図９は、図８のターボ分子ポンプ６１のスペーサ６５と円筒部材５７を図８のＸ−Ｘ方向に見たところを示した図である。
なお、スペーサ６５のねじ溝部分及びロータ下部２９は描いていない。
【００５９】
スペーサ６５の外周面には突起５７、５７、５７、・・・が形成されている。突起５７、５７、５７、・・・は、付け根が先端よりもロータ下部２９の回転方向に位置しており、スペーサ６５の内周面にかけて、ロータ下部２９の回転方向と逆に傾いている。また、円筒部材６４に対する面が凸状に湾曲して略円弧形状となっている。
円筒部材６４は、内周面が円筒状に加工された部材であって、円筒部材６４とスペーサ６５は同心に配設されている。
【００６０】
突起５７は、スペーサ６５と一体物として形成しても良いし、スペーサ６５と同じ材質または異なった材質で形成した後、スペーサ６５に取り付けても良い。円筒部材６４は、例えばステンレス、鉄、アルミニウムなどの金属や樹脂その他の材料によって形成することができる。
円筒部材６４とスペーサ６５の間は空洞になっており、その上端面は、排気ガスの流通を防ぐために閉じられている。
【００６１】
スペーサ６５と円筒部材６４は以下のように作用する。
図示しないロータ下部２９が破壊すると、ロータ下部２９はラジアル方向に広がり、スペーサ６５に衝突する。
このとき、スペーサ６５は、第１の実施の形態と同様にロータ下部２９からラジアル方向の力を受けると共にロータ２４の回転方向のトルクを受ける。
【００６２】
スペーサ６５は、ロータ下部２９から受けるラジアル方向の力とトルクにより、ロータ２４の回転方向に回転しつつ、ラジアル方向に広がる。突起５７、５７、５７、・・・の先端が円筒部材６４の内周面に接すると、円筒部材６４の内周面からの反作用により変形し、突起５７、５７、５７、・・・が傾斜している方向に倒れる。このときに、突起５７、５７、５７、・・・がロータ下部２９から受けたラジアル方向の力とトルクを吸収し、ロータ２４は停止させられる。
このようにしてロータ下部２９が破壊してロータ２４が停止する際にターボ分子ポンプ６１の外部との接合部が受けるトルクは緩和される。
【００６３】
図１０は、第２の実施の形態の変形例を示した図である。
この変形例では、突起５８、５８、５８、・・・が円筒部材６６の内周面に形成されている。スペーサ６７の外周面は円筒状となっている。
突起５８、５８、５８、・・・は、根元から先端にかけてロータ２４の回転方向に傾斜している。
【００６４】
以上のように構成されたスペーサ６７、円筒部材６６及び突起５８、５８、５８、・・・は以下のように作用する。
図示しないロータ下部２９が破壊すると、遠心力によりラジアル方向に広がり、スペーサ６７の内周面に衝突する。
このとき、スペーサ６７は、ロータ下部２９からラジアル方向の力を受けると共にロータ２４の回転方向のトルクを受ける。
【００６５】
スペーサ６７は、ロータ下部２９から受ける遠心力とトルクにより、ロータ２４の回転方向に回転しつつ、ラジアル方向に広がる。突起５８、５８、５８、・・・の先端がスペーサ６７の外周面に接すると、突起５８、５８、５８、・・・は円筒部材６６によって保持されているため、スペーサ６７の外周面からの反作用により変形し、突起５８、５８、５８、・・・が傾斜している方向に倒れる。このときに、突起５８、５８、５８、・・・がロータ下部２９から受けた遠心力とトルクを吸収し、ロータ２４は停止させられる。
このようにしてロータ２４が停止する際にターボ分子ポンプ６１が受ける力は緩和される。
【００６６】
本実施の形態では以下の効果を得ることができる。
ターボ分子ポンプ６１が稼動中にロータ下部２９が破壊したときに、スペーサ６５と円筒部材６４、又はスペーサ６７と円筒部材６６は、接触したロータ下部２９の部分からの力を吸収することができる。
また、ロータ下部２９が破壊してロータ２４が停止する際に、ロータ２４がターボ分子ポンプ１の固定部にトルクを及ぼすが、スペーサ６５、６７がロータ２４を緩やかに制動するため、ターボ分子ポンプ６１固定しているボルトや接続している配管が受ける力は軽減される。
また、ロータ下部２９との衝突により変形したスペーサ６７が直に突起５７、５８に接触するため、第１の実施の形態とは異なったロータ２４の制動特性を示す。そのため、ユーザが緩衝機構を選択する選択の幅が広くなる。
【００６７】
なお、本実施の形態及び変形例では、スペーサ６７と円筒部材６４との間、及びスペーサ６７と円筒部材６５との間は、空洞としたがこれに限定するものではなく、例えばゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。
また、円筒部材６４、６６とベース２７、ケーシング１６の間にゴムなどの弾性部材や樹脂などで構成された可塑性部材を配設しても良い。
なお、本実施の形態では、分子ポンプとしてターボ分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部を備えたターボ分子ポンプ６１を一例として用いたがこれに限定するものではなく、例えば、ねじ溝式ポンプなどを用いて構成しても良い。
【００６８】
（第３の実施の形態）
更に、ターボ分子ポンプには、図１１に概略を示したようにターボ分子ポンプ７０のようにベース部７３にねじ溝式ポンプ部を備えたものがある。
この場合の緩衝機構の配置について説明する。
ケーシング７７にはステータ翼７２が、ロータ７６にはロータ翼７１がそれぞれ配設されている。ターボ分子ポンプ７０の略下半分は、ベース７３とねじ付スペーサであるスペーサ７４、ロータ下部７５などによって形成されている。また、ロータ７６を回転させるモータ部や、ロータ７６を軸支する軸受けなどは図示していない。
また、ねじ溝はスペーサ７４ではなく、ロータ下部７５に形成されたものでも良い。
【００６９】
スペーサ７４の上部は閉塞部材６９により塞ぎ、排気ガスの流通がないようにしてある。
スペーサ７４には、空洞部７８が形成してある。空洞部７８の断面形状は、第１の実施の図２から図６までと同様である。また、空洞部７８の内部にゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。
【００７０】
図１２は、第１の変形例を示した図である。なお、図１１と対応する部分には同じ番号を付している。第１の変形例では、ベース７３とスペーサ７４の間に緩衝部材７９を配設したものである。緩衝部材７９は例えばステンレスなどの金属等で形成された円筒状の部材である。緩衝部材７９には空洞部８０が形成されており、空洞部８０の上端は閉塞部材７７により閉じられている。空洞部８０の形状は第１の実施の形態の図２から図６までと同様である。また、空洞部８０には、ゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。
【００７１】
図１３は、第２の変形例を示した図である。この変形例では、ベース７３に空洞部８１が形成されている。ロータ下部７５の衝突による衝撃は、スペーサ７４を介して空洞部８１で吸収されることとなる。空洞部８１の形状は図２から図６までの空洞と同じである。空洞部８１には、ゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。
【００７２】
図１４は、第３の変形例を示した図である。
内周部材８３と外周部材８２が結合部材８４によって第１の実施の形態の図７に示した構造を構成したものである。これらの部材によって形成される空洞部には、ゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。
【００７３】
以上のように第３の実施の形態では、ねじ溝式ポンプがベース部に形成されている場合に、ロータ下部７５が破壊した場合のエネルギーを吸収する空洞部をスペーサ７４の周囲に形成することができる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、稼動中にロータが破損した場合でも、ケーシングに発生するトルクが低下して、速やかに分子ポンプを停止し、分子ポンプに接続している部材に与える影響の少ない分子ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプを示した図である。
【図２】スペーサの断面を図１のＸ−Ｘ方向に見たところを示した図である。
【図３】スペーサの第１の変形例を示した図である。
【図４】スペーサの第２の変形例を示した図である。
【図５】スペーサの第３の変形例を示した図である。
【図６】スペーサの第４の変形例を示した図である。
【図７】スペーサの第５の変形例を示した図である。
【図８】第２の実施の形態に係るターボ分子ポンプを示した図である。
【図９】第２の実施の形態に係るスペーサなどの断面図を示した図である。
【図１０】第２の実施の形態の変形例を示した図である。
【図１１】第３の実施の形態に係るターボ分子ポンプの概略を示した図である。
【図１２】第３の実施の形態の第１の変形例を示した図である。
【図１３】第３の実施の形態の第２の変形例を示した図である。
【図１４】第３の実施の形態の第３の変形例を示した図である。
【符号の説明】
１  ターボ分子ポンプ
３  空洞部
５  スペーサ
６  吸気口
７  ねじ溝
８  磁気軸受部
９  ラジアルセンサ
１０  モータ部
１１  ロータ軸
１２  磁気軸受部
１３  ラジアルセンサ
１４  電磁石
１５  電磁石
１６  ケーシング
１７  スラストセンサ
１８  水冷管
１９  排気口
２０  磁気軸受部
２１  ロータ翼
２２  ステータ翼
２３  スペーサ
２４  ロータ
２５  ボルト
２６  金属ディスク
２７  ベース
２８  コイル
２９  ロータ下部
３１  ラジアルセンサターゲット
３２  電磁石ターゲット
３３  電磁石ターゲット
３４  ラジアルセンサターゲット
３８  外周部分
３９  内周部分
４０  空洞部の間の部分
４１  空洞部
４２  空洞部
４３  空洞部
４５  空洞部
４８  空洞部
５１  外周部材
５２  内周部材
５３  接合部材
５７  突起
５８  突起
６１  ターボ分子ポンプ
６５  スペーサ
６４  円筒部材
６６  円筒部材
６７  スペーサ
６９  閉塞部材
７０  ターボ分子ポンプ
７１  ロータ翼
７２  ステータ翼
７３  ベース
７４  スペーサ
７５  ロータ下部
７６  ロータ
７７  ケーシング
７８  空洞部
７９  緩衝部材
８０  空洞部
８１  空洞部
８２  外周部材
８３  内周部材
８４  空洞部
【図１】
0004763145.tif 000002
【図２】
0004763145.tif 000003
【図３】
0004763145.tif 000004
【図４】
0004763145.tif 000005
【図５】
0004763145.tif 000006
【図６】
0004763145.tif 000007
【図７】
0004763145.tif 000008
【図８】
0004763145.tif 000009
【図９】
0004763145.tif 000010
【図１０】
0004763145.tif 000011
【図１１】
0004763145.tif 000012
【図１２】
0004763145.tif 000013
【図１３】
0004763145.tif 000014
【図１４】
0004763145.tif 000015