(57)【要約】【課題】ロータやロータ翼の温度上昇を防止して、高真空を得るのに好適な真空ポンプを提供する。【解決手段】アルミニウム合金製のロータ４外形面またはロータ翼１９外形面に、ニッケルコーティング１５が施され、さらにそのニッケルコーティング１５被膜の上に、カーボン系材料のコーティングとして、例えばＤＬＣコーティング１６が施されるものとする。またロータ４とロータ軸５との締結部８には、その締結部８の熱伝導を高め、締結部８を介する熱伝導でロータ４の熱をロータ軸５側に集めるバイパス構造が採用される。さらに、ロータ軸５の外周面に対向するステータコラムの内周面がそれより輻射率の高い物質からなる被膜１４−１で覆われるか、同ステータコラムの内周面にそれより熱伝導率の高い物質からなる高熱伝導率部材１４−２が露出し、かつ、その高熱伝導率部材１４−２の露出面がそれより輻射率の高い物質からなる被膜１４−１で覆われるものとする。【選択図】図２
2005155403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口および排気口を有する外装ケース内に収容された筒状のロータと、
上記ロータの内側に配置され該ロータの軸心に締結されたロータ軸と、
上記ロータ軸をその軸心回りに回転可能に支持する軸受と、
上記ロータ軸を回転させる回転駆動モータと、
上記ロータの内周面と上記ロータ軸の外周面との間の空間部に設けられるとともに、上記軸受や上記回転駆動モータ等のポンプ内装部品を収容するステータコラムと、
上記ロータの外周面とこれに対向する面との間に設けられるとともに、上記ロータの回転により上記吸気口側から上記排気口側へ向かって気体分子を移送しながら圧縮する移送圧縮手段とを有し、
上記ロータはその外周面にロータ翼を有し、
上記ロータとロータ翼は、アルミ合金の母材とその上のカーボン系被膜との間に、アルミ合金やカーボン系材料とは異種材料の中間層を設けたものからなること
を特徴とする真空ポンプ
【請求項２】
上記中間層は金属系材料からなる層であることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項３】
上記金属系材料はニッケル材料であることを特徴とする請求項２に記載の真空ポンプ。
【請求項４】
上記中間層は上記アルミ合金の母材を酸化して形成された酸化アルミニウムの層であることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項５】
上記中間層はセラミックスの層であることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項６】
上記中間層は樹脂系材料からなる層であることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項７】
上記カーボン系被膜はＤＬＣであることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項８】
上記真空ポンプは、さらに、
上記ロータ軸の外周面に対向する上記ステータコラムの内周面が、それより輻射率の高い物質からなる被膜で覆われてなること
を特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項９】
上記真空ポンプは、さらに、
上記ロータ軸の外周面に対向する上記ステータコラムの内周面に、それより熱伝導率の高い物質からなる高熱伝導率部材が露出し、かつ、その高熱伝導率部材の露出面が、それより輻射率の高い物質からなる被膜で覆われてなること
を特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項１０】
吸気口および排気口を有する外装ケース内に収容された筒状のロータと、
上記ロータの内側に配置され該ロータの軸心に締結されたロータ軸と、
上記ロータ軸をその軸心回りに回転可能に支持する軸受と、
上記ロータ軸を回転させる回転駆動モータと、
上記ロータの内周面と上記ロータ軸の外周面との間の空間部に設けられるとともに、上記軸受や上記回転駆動モータ等のポンプ内装部品を収容するステータコラムと、
上記ロータの外周面とこれに対向する面との間に設けられるとともに、上記ロータの回転により上記吸気口側から上記排気口側へ向かって気体分子を移送しながら圧縮する移送圧縮手段と、
上記ロータから上記ロータ軸側への熱伝導のバイパス部とを具備し、
上記バイパス部は、
上記ロータの上端部内側に設けた仕切り段の貫通孔に、上記ロータ軸の軸上端面に設けたロータ軸小径部が挿入され、この状態で、その貫通孔が上記ロータ軸小径部を強く締め付けるような焼きばめによる軸のはめあい構造からなること
を特徴とする真空ポンプ。
【請求項１１】
吸気口および排気口を有する外装ケース内に収容された筒状のロータと、
上記ロータの内側に配置され該ロータの軸心に締結されたロータ軸と、
上記ロータ軸をその軸心回りに回転可能に支持する軸受と、
上記ロータ軸を回転させる回転駆動モータと、
上記ロータの内周面と上記ロータ軸の外周面との間の空間部に設けられるとともに、上記軸受や上記回転駆動モータ等のポンプ内装部品を収容するステータコラムと、
上記ロータの外周面とこれに対向する面との間に設けられるとともに、上記ロータの回転により上記吸気口側から上記排気口側へ向かって気体分子を移送しながら圧縮する移送圧縮手段と、
上記ロータから上記ロータ軸側への熱伝導のバイパス部とを具備し、
上記バイパス部は、
上記ロータの上端部内側に設けた仕切り段の下面に、ロータの一部としてボス部が一体に突出形成され、このボス部の挿入孔が上記ロータ軸の上端面に形成されるとともに、このロータ軸上端面の挿入孔に上記ロータの一部である上記ボス部が挿入される構造からなること
を特徴とする真空ポンプ。
【請求項１２】
請求項１、１０、１１のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、
上記軸受は磁気軸受からなることを特徴とする真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や液晶ディスプレイパネル製造装置等に使用される真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は従来の真空ポンプの一例を示したものである。同図の真空ポンプはターボ分子ポンプＰｔとネジポンプＰｓを複合したタイプである。このタイプの真空ポンプでは、ラジアル磁気軸受１７およびアキシャル磁気軸受１８で支持されたロータ軸５と一体にロータ４が回転すると、ロータ４の外周面とこれに対向する面との間で、吸気口２側から排気口３側へ向かって気体分子を移送しながら圧縮する動作が行われる。
【０００３】
すなわち、ロータ４の外周面とこれに対向する面との間で吸気口２に近い上流側には、ロータ４と一体に回転するロータ翼１９と定位置に固定されたステータ翼２０があり、このロータ翼１９とステータ翼２０からなる翼構造の部分がターボ分子ポンプＰｔステージを構成している。
【０００４】
かかるターボ分子ポンプＰｔステージでは、回転するロータ翼１９と固定のステータ翼２０との相互作用により、吸気口２側の気体分子を図５上、下方へ移送しながら圧縮する。
【０００５】
また、ロータ４の外周面とこれに対向する面との間で排気口３に近い下流側には、ロータ４の外周面と対向する側にネジ溝２３を有する固定のネジポンプステータ２２があり、このネジポンプステータ２２のネジ溝２３とロータ４の外周面とによりネジポンプＰｓステージが構成されている。
【０００６】
かかるネジポンプＰｓステージでは、回転するロータ４の外周面と固定のネジ溝２３との相互作用により、気体分子を図５上、下方へ移送しながら圧縮する。
【０００７】
上記構造の真空ポンプでは、ロータ４の外周面とこれに対向する面との間で気体分子の圧縮が行われるため、その間で圧縮熱が発生し、この圧縮熱によりロータ４やロータ翼１９が加熱される。
【０００８】
この場合、回転するロータ４やロータ翼１９からネジポンプステータ２２等の固定部側への放熱は、（１）圧縮移送されるガスの熱伝導と、（２）ロータ４外形面やロータ翼１９外形面からの輻射熱伝達により行われる。
【０００９】
ここで、上記構造の真空ポンプでは、ロータ４とロータ軸５を非接触の磁気軸受１７、１８で支持する構造を採用しているため、ロータ４の熱が軸受を介する熱伝導で放熱されることはない。また、例えばＡｒ、Ｘｅ、Ｋｒといった不活性ガスのように真空ポンプ内で圧縮移送されるガスの熱伝導が低い場合、上記（１）の作用による放熱は殆ど期待できない。
【００１０】
従って、上記（２）の作用による放熱、すなわちロータ４外形面やロータ翼１９外形面からの輻射熱伝達がロータ４側の熱を除去する唯一の放熱手段となる。
【００１１】
しかし、回転するロータ４やロータ翼１９は軽量金属、具体的にはアルミニウム合金からなるため、ロータ４外形面およびロータ翼１９外形面の輻射率は小さい。
【００１２】
上記のようなアルミニウム合金製のロータ４における輻射率の問題点を解決する手段として、（イ）アルミニウム合金の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティング被膜を設ける方法がある。（例えば、特許文献１参照。）
ＤＬＣコーティング被膜は、輻射率が高く、フッ素や塩酸に対する耐食性に優れ、また硬度も高く、傷がつきにくいという特性があり、ロータ４外形面やロータ翼１９外形面の輻射率の向上を図る手段としてＤＬＣコーティング被膜は好適である。
【００１３】
しかし、アルミニウムとカーボンは機械的強度の小さい炭化アルミニウムという化合物を形成して互いに劣化する。このため、図５の真空ポンプにおいて、アルミニウム合金製のロータ４外形面やロータ翼１９外形面にＤＬＣコーティング被膜を設けた場合は、ロータ４外形面やロータ翼１９外形面とＤＬＣコーティング被膜との間に機械的強度の小さい炭化アルミニウムが形成され、ＤＬＣコーティング被膜の剥離や脱落が生じ、ＤＬＣコーティング被膜の脱落破片というコンタミが真空ポンプ内で発生しうる。従って、このままではＤＬＣコーティング被膜をロータ４やロータ翼１９の放熱手段として採用することはできない。尚、ＤＬＣ以外のカーボン系材料あるいはダイヤモンド系材料についてもＤＬＣと同様である。
【００１４】
また、上記のようなアルミニウム合金製のロータ４やロータ翼１９における輻射率の問題を解決する手段として、他に、ロータ４外形面やロータ翼１９外形面にセラミックス分散金属メッキ被膜を設ける方法がある。（例えば、特許文献２参照。）。
【００１５】
しかし、図５の真空ポンプにおいて、ロータ４外形面やロータ翼１９外形面にセラミックス分散金属メッキ被膜を設ける構成を採用した場合には、セラミックス粒子の吸水や変質、飛散という問題があり、飛散セラミック粒子というコンタミが真空ポンプ内で発生するため、セラミックス分散金属メッキ被膜をロータ４やロータ翼１９の放熱手段として採用することはできない。
【００１６】
以上のように、ＤＬＣコーティング被膜やセラミックス分散金属メッキ被膜はロータ４やロータ翼１９の放熱手段として採用することができず、それらによりロータ４およびロータ翼１９の加熱を防止することはできない。
【００１７】
また、図５の真空ポンプでは、前述の通り、ロータ軸５を支持する軸受として非接触の磁気軸受１７、１８を採用しているが、この場合、磁気軸受１７、１８が作る磁界によりロータ軸５の内部で渦電流が発生し、この渦電流の回転抵抗によってロータ軸５自体が発熱することもある。
【００１８】
かかるロータ軸５の熱を放熱する手段として、従来は、ロータ軸５（シャフト）の外周面に熱放射率の高い物質からなる被膜を設けている。（例えば、特許文献３参照。）。
【００１９】
しかし、上記被膜は、ロータ軸５からこれを収容する装置ハウジング側への熱の輻射率を高める手段としてロータ軸５外周面に設けたものであるから、ロータ軸５からの放熱効率を高める効果はあるものの、ロータ軸からの輻射熱をその外周部に設置したステータコラム１０へ伝え、外部へ熱伝導により効率よく放熱する効果は期待できない。
【００２０】
【特許文献１】特開２００２−４７５５６号
【００２１】
【特許文献２】特開２０００−２０５１８１号
【００２２】
【特許文献３】特開平１０−１２２１７８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ロータやロータ翼の温度上昇を防止して、高真空を得るのに好適な真空ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明は、吸気口および排気口を有する外装ケース内に収容された筒状のロータと、上記ロータの内側に配置され該ロータの軸心に締結されたロータ軸と、上記ロータ軸をその軸心回りに回転可能に支持する軸受と、上記ロータ軸を回転させる回転駆動モータと、上記ロータの内周面と上記ロータ軸の外周面との間の空間部に設けられるとともに、上記軸受や上記回転駆動モータ等のポンプ内装部品を収容するステータコラムと、上記ロータの外周面とこれに対向する面との間に設けられるとともに、上記ロータの回転により上記吸気口側から上記排気口側へ向かって気体分子を移送しながら圧縮する移送圧縮手段とを有し、上記ロータはその外周面にロータ翼を有し、上記ロータとロータ翼は、アルミ合金の母材とその上のカーボン系被膜との間に、アルミ合金やカーボン系材料とは異種材料の中間層を設けたものからなることを特徴とするものである。
【００２５】
この本発明では、アルミ合金の母材とカーボン系被膜との間に介在する中間層のバリア効果により炭化アルミという機械的強度のない化合物の生成が抑制されるから、例えばＤＬＣコーティング被膜のようなカーボン系材料でも、剥離や脱落を生じることなく、アルミニウム合金製のロータ外形面およびロータ翼外形面に付着させることができ、真空ポンプ内でのコンタミの発生は防止される。従って、カーボン系材料やダイヤモンド系材料をアルミニウム合金製ロータやロータ翼の放熱手段として採用することが可能となり、その採用によりロータ外形面およびロータ翼外形面からの輻射熱伝導でロータやロータ翼から放熱される熱量が増える。
【００２６】
上記中間層はニッケル等の金属系材料からなる層で構成してもよい。また、上記中間層は、上記アルミ合金の母材を酸化して形成された酸化アルミニウムの層、セラミックスの層、樹脂系材料からなる層のいずれかより選択されるものとすることできる。
【００２７】
上記金属系材料としては、ニッケルほか、例えば、シリコン、銅、クロム、クロメート処理等によるクロム化合物、亜鉛等を適用することができる。
【００２８】
上記セラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム、窒化珪素、酸化珪素、窒化メタン等を適用することができる。
【００２９】
上記樹脂系材料としては、例えば、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂を適用することができる。
【００３０】
上記金属系材料、セラミックス、樹脂系材料の例は、いずれもアルミニウムとカーボン系材料の双方に反応せずにバリア効果があるものであり、アルミニウムとカーボン系材料が炭化アルミニウムになって双方が劣化することを防止するものである。
【００３１】
上記本発明において「アルミ合金の母材とその上のカーボン系被膜との間に、アルミ合金やカーボン系材料とは異種材料の中間層を設け」とは、例えば図２または図３に示したように、アルミニウム合金製のロータ（４）外形面またはロータ翼（１９）外形面とその上のＤＬＣコーティング（１６）被膜との間に、ニッケルコーティング（１５）被膜が設けられること、を含む。ここで、上記「ロータ外形面」とは、例えば図１に示した筒状のロータ（４）のように、ロータ翼（１９）が設けられているロータ外周面やステータコラム（１０）と対向するロータ内周面を含む。上記「ロータ翼外形面」とは、例えば図１に示した真空ポンプのロータ翼（１９）のように、吸気口２側から見えるロータ翼の面やその裏面を含む。
【００３２】
上記カーボン系被膜にはＤＬＣその他のカーボン系材料からなる被膜が含まれるものとする。
【００３３】
上記本発明においては、さらに、上記ロータ軸の外周面に対向する上記ステータコラムの内周面が、それより輻射率の高い物質からなる被膜で覆われてなる構成を採用することができる。この構成によると、ロータ軸外周面からの輻射熱伝達による放熱量が増え、熱伝達でロータ軸側に伝わったロータやロータ翼の熱量はロータ軸外周面からの輻射熱伝達でスムーズに放熱される。従ってロータ軸にロータやロータ翼からの熱量が溜まることはなく、効率よくロータやロータ翼からの熱量を除去することができる。
【００３４】
上記本発明においては、さらに、上記ロータ軸の外周面に対向する上記ステータコラムの内周面に、それより熱伝導率の高い物質からなる高熱伝導率部材が露出し、かつ、その高熱伝導率部材の露出面が、それより輻射率の高い物質からなる被膜で覆われてなる構成を採用してもよい。この構成によると、ロータ軸からステータコラム側に伝わった熱量がさらに高熱伝導率部材を介して効率よく放熱される。
【００３５】
本発明は、吸気口および排気口を有する外装ケース内に収容された筒状のロータと、上記ロータの内側に配置され該ロータの軸心に締結されたロータ軸と、上記ロータ軸をその軸心回りに回転可能に支持する軸受と、上記ロータ軸を回転させる回転駆動モータと、上記ロータの内周面と上記ロータ軸の外周面との間の空間部に設けられるとともに、上記軸受や上記回転駆動モータ等のポンプ内装部品を収容するステータコラムと、上記ロータの外周面とこれに対向する面との間に設けられるとともに、上記ロータの回転により上記吸気口側から上記排気口側へ向かって気体分子を移送しながら圧縮する移送圧縮手段と、上記ロータから上記ロータ軸側への熱伝導のバイパス部とを具備し、上記バイパス部は、上記ロータの上端部内側に設けた仕切り段の貫通孔に、上記ロータ軸の軸上端面に設けたロータ軸小径部が挿入され、この状態で、その貫通孔が上記ロータ軸小径部を強く締め付けるような焼きばめによる軸のはめあい構造からなることを特徴とするものである。
【００３６】
この本発明では、上記のようなロータとロータ軸の焼きばめによる軸のはめあい構造部分が熱伝導量を高めて熱伝導のバイパスとなり、このバイパスを通じてロータやロータ翼からの熱量がロータ軸側へ伝わり放熱される。
【００３７】
本発明は、吸気口および排気口を有する外装ケース内に収容された筒状のロータと、上記ロータの内側に配置され該ロータの軸心に締結されたロータ軸と、上記ロータ軸をその軸心回りに回転可能に支持する軸受と、上記ロータ軸を回転させる回転駆動モータと、上記ロータの内周面と上記ロータ軸の外周面との間の空間部に設けられるとともに、上記軸受や上記回転駆動モータ等のポンプ内装部品を収容するステータコラムと、上記ロータの外周面とこれに対向する面との間に設けられるとともに、上記ロータの回転により上記吸気口側から上記排気口側へ向かって気体分子を移送しながら圧縮する移送圧縮手段と、上記ロータから上記ロータ軸側への熱伝導のバイパス部とを具備し、上記バイパス部は、上記ロータの上端部内側に設けた仕切り段の下面に、ロータの一部としてボス部が一体に突出形成され、このボス部の挿入孔が上記ロータ軸の上端面に形成されるとともに、このロータ軸上端面の挿入孔に上記ロータの一部である上記ボス部が挿入される構造からなることを特徴とするものである。
【００３８】
この本発明では、上記のように挿入孔にボス部を挿入してなる構造の部分が熱伝導量を高めて熱伝導のバイパスとなり、このバイパスを通じてロータやロータ翼からの熱量がロータ軸側へ伝わり放熱される。
【００３９】
上記軸受は磁気軸受で構成することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によると、上述の通りカーボン系材料やダイヤモンド系材料をアルミニウム合金製ロータやロータ翼の放熱手段として採用することが可能となり、その採用によりロータ外形面およびロータ翼外形面からの輻射熱伝達で除去されるロータやロータ翼の熱量が増え、高真空を得るのに好適な真空ポンプが得られる。
【００４１】
上記のようなロータおよびロータ翼の放熱効果は、特に熱伝導率の低いガスを排気する場合に効果的である。Ｘｅにおいては、ロータ翼の温度が５０℃低下することが推測され、この場合、排気するガスの許容流量が１０倍になる。
【００４２】
本発明によると、上記のような構造からなるバイパス部の採用により、ロータからロータ軸側への熱伝導が高まり、ロータやロータ翼から放熱される熱量が増え、高真空を得るのに好適な真空ポンプが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
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。
【００４４】
図１に示した真空ポンプは、半導体製造装置や液晶ディスプレイパネル製造装置における真空装置の一部として使用され、真空チャンバ内の圧力を所定の真空度とするものである。
【００４５】
また、同図の真空ポンプは、外装ケース１内に、ターボ分子ポンプＰｔとして機能する部位とネジポンプＰｓとして機能する部位とを有する複合ポンプである。
【００４６】
外装ケース１は、筒状のポンプケース１−１と筒状のポンプベース１−２とをその筒軸方向にボルトで一体に連結した有底円筒形のケース構造となっている。
【００４７】
ポンプケース１−１の上端部側は吸気口２として開口し、ポンプベース１−２の下端部側面には排気口３が開設されている。
【００４８】
外装ケース１内には筒状のロータ４が収容されている。ロータ４は、その上端側が吸気口２の方向を向き、その下端側がポンプベース１−２の方向を向いて配置されている。また、このロータ４の内側にはロータ軸５が設けられている。ロータ軸５は、ロータ４の軸心に配置され、その軸上端５ａ側でロータ４と一体に締結されている。
【００４９】
ロータ軸５とロータ４の締結構造を具体的に説明すると、本実施形態では、ロータ軸５とロータ４は焼きばめにより締結されている。
【００５０】
すなわち、ロータ軸５の軸上端面にはそれより小径の軸部５−１（以下、ロータ軸小径部という）が設けられている。一方、ロータ４の上端部４ａ内側には仕切り段６が設けられ、その仕切り段６の中心部には該仕切り段６の表裏面を貫通する貫通孔７が開設されている。この貫通孔７は、真空ポンプの定格動作温度領域ではロータ軸小径部５−１より小径であるが、その温度領域より高温に貫通孔７周辺が加熱されると、同貫通孔７は膨張しロータ軸小径部５−１より大径になる。このとき、貫通孔７にロータ軸小径部５−１を挿入した後、貫通孔７周辺を冷やすと、貫通孔７がロータ軸小径部５−１を強く締め付けるような焼きばめによる軸のはめあいが形成され、これにより、ロータ４とロータ軸５とが一体に締結固定される。
【００５１】
上記のようにロータ４とロータ軸５を締結すると、その締結部８におけるロータ４とロータ軸５の接触が密になり、これによりロータ４からロータ軸５側への熱伝導のバイパス部が形成され、ロータ４からロータ軸５側への熱伝導がよくなる。
【００５２】
つまり、本実施形態は、ロータ４とロータ軸５を焼きばめにより締結することで、ロータ４の熱が締結部８を介しロータ軸５側に熱伝導で効率よく伝達するように構成したものである。
【００５３】
また、仕切り段６には貫通孔７の周囲にボルト挿通孔（図示省略）が複数開設されている。そして、上記ボルト挿通孔には仕切り段６の上面側から締結ボルト９が挿入され、この締結ボルト９のボルト先端部はロータ軸５上端面のネジ孔（図示省略）に締め付けられる。このようにロータ軸５とロータ４は締結ボルト９でも締結固定される。
【００５４】
この際、締結ボルト９による締結力で、ロータ軸５の軸上端外周に形成されている鍔部２７の表面が上記仕切り段６の裏面に密着するようになっている。このような密着構造を採用したのは、ロータ軸５とロータ４の接触面積を可能な限り増やして、ロータ４からロータ軸５側への熱伝導を高めるためである。
【００５５】
ロータ４の内周面とロータ軸５の外周面との間の空間部にはステータコラム１０が設置されている。ステータコラム１０は、ポンプケース１−１の中央部に位置し、ロータ軸５の外周面を囲む円筒状に形成されている。尚、このステータコラム１０は、その円筒下端側がポンプベース１−２上にネジ止め固定されることで、ポンプベース１−２上に立設されている。
【００５６】
ステータコラム１０の内側には、ロータ軸５を支持する軸受１１やロータ軸５をその軸心回りに回転させる回転駆動モータ１２等、各種ポンプ内装部品が収容されている。
【００５７】
ロータ軸５を支持する軸受１１については磁気軸受が採用されている。磁気軸受はラジアル磁気軸受１７とアキシャル磁気軸受１８から構成されている。
【００５８】
ラジアル磁気軸受１７は、ステータコラム１０の中央付近に配置されている回転駆動モータ１２の上下方向に、１組ずつ合計２組配置されるとともに、ロータ軸５とロータ４からなる回転体全体をその径方向に支持する。
【００５９】
すなわち、この２組のラジアル磁気軸受１７は、それぞれ、ロータ軸５の外周面に取り付けられたラジアル電磁石ターゲット１７−１と、これに対向するステータコラム１０内側面に埋設された複数のラジアル電磁石１７−２およびラジアル方向変位センサ１７−３を有している。
【００６０】
そして、ラジアル電磁石ターゲット１７−１は高透磁率材料の鋼板を積層した積層鋼板からなり、ラジアル電磁石１７−２はラジアル電磁石ターゲット１７−１を介してロータ軸５をその径方向に磁力で吸引する。またラジアル方向変位センサ１７−３はロータ軸の径方向変位を検出する。
【００６１】
上記ラジアル方向変位センサ１７−３での検出値（ロータ軸の径方向変位）に基づきラジアル電磁石１７−２の励磁電流が制御され、これにより、ロータ軸５とロータ４からなる回転体は、それ全体がその径方向の所定位置に浮上支持される。
【００６２】
アキシャル磁気軸受１８はロータ軸５の下端部側に１組配置され、ロータ軸５とロータ４からなる回転体全体をその軸方向に支持する。
【００６３】
すなわち、このアキシャル磁気軸受１８は、ロータ軸５の下端部外周に取り付けられた円盤形状のアーマチュアディスク１８−１と、このアーマチュアディスク１８−１を挟んで対向する上下位置に配置されたアキシャル電磁石１８−２と、ロータ軸５の下端面から少し離れた位置に設置されたアキシャル方向変位センサ１８−３とを有している。
【００６４】
そして、アーマチュアディスク１８−１は透磁率の高い材料からなり、上下のアキシャル電磁石１８−２はアーマチュアディスク１８−１をその上下方向から磁力で吸引する。アキシャル方向変位センサ１８−３はロータ軸５の軸方向変位を検出する。
【００６５】
上記アキシャル方向変位センサ１８−３での検出値（ロータ軸の軸方向変位）に基づき上下のアキシャル電磁石１８−２の励磁電流が制御され、これにより、ロータ軸５とロータ４からなる回転体は、それ全体がその軸方向の所定位置に浮上支持される。
【００６６】
回転駆動モータ１２は、そのモータ固定子１２−１がステータコラム１０の内側に設置され、そのモータ回転子１２−２がロータ軸５に一体に設置されている。
【００６７】
尚、ステータコラム１０の内側に収容されているラジアル電磁石１７−２、ラジアル方向変位センサ１７−３、回転駆動モータ１２等の各種電装部品は、空間若しくはエポキシ樹脂等によりモールディングされている。
【００６８】
ロータ４の略上半分はターボ分子ポンプＰｔとして機能する。以下、このターボ分子ポンプＰｔとして機能する部位の説明をする。
【００６９】
ロータ４の上部側外周面とこれに対向する面、具体的にはポンプケース１−１の内壁面との間の空間部には、ターボ分子ポンプＰｔを構成するロータ翼１９とステータ翼２０とが、ロータ軸５若しくはポンプケース１−１の中心軸線（以下、ポンプ軸心という。）に沿って交互にかつ多段に配列設置されている。
【００７０】
上記ロータ翼１９は、所定の角度で傾斜したブレードからなるとともに、ロータ４の上部側外周面に一体に形成されている。また、このロータ翼１９は、ポンプ軸心を中心としてロータ４の周方向にも放射状に複数設置されている。
【００７１】
上記ステータ翼２０は、ロータ翼１９とは反対方向に傾斜したブレードからなるとともに、ポンプケース１−１の内壁面側に段積み設置されている翼固定スペーサ２１で挟持され定位置に固定されている。また、このステータ翼２０もポンプ軸心を中心としてポンプケース１−１周方向にも放射状に複数設置されている。
【００７２】
図１の真空ポンプでは、ロータ翼１９とステータ翼２０は５段ずつ設けられている。また、所望の排気性能を発揮するために、ロータ翼１９やステータ翼２０の最上段から最下段に向かうに連れて、そのロータ翼１９とステータ翼２０との間のクリアランスは次第に狭くなり、また、ロータ翼１９やステータ翼２０の長さ（ブレード長）も短くなるように構成されている。
【００７３】
ロータ４の略下半分はネジポンプＰｓとして機能する。以下このネジポンプＰｓとして機能する部位の説明をする。
【００７４】
ロータ４の下部側外周面とこれに対向する面、具体的にはポンプケース１−１の内壁面との間には、ネジポンプＰｓを構成するネジポンプステータ２２が設置されている。ネジポンプステータ２２は、ロータ４の下部側外周面を囲む円筒形状に形成され、かつ、ポンプベース１−２上に設置されている。
【００７５】
本実施形態の真空ポンプでは、このネジポンプステータ２２の円筒内側面にネジ溝２３が形成され、そのネジ溝２３と対向しているロータ４の下部側外周面は平滑な円筒面に形成されている。また、このネジポンプステータ２２とロータ４との間には微小なクリアランスが設けられている。
【００７６】
ネジ溝２３はネジポンプステータ２２の上端２２ａから下端２２ｂにかけて螺旋状に刻設されている。ネジ溝２３の上流端２３ａ側は、最下段のロータ翼１９（１９−２）とステータ翼２０（２０−２）との間の微小隙間に連通し、同ネジ溝２３の下流端２３ｂ側は排気口３側に連通するように構成されている。また、所望の排気性能を発揮するために、このネジ溝２３は、その上流端２３ａから下流端２３ｂに向かうに連れて浅くなるように形成されている。
【００７７】
ポンプベース１−２の下部には冷却パイプ２４が設置されている。この冷却パイプ２４中を流れる冷却材により、ポンプベース１−２とその上に直接設置されているステータコラム１０やネジポンプステータ２２は冷却され比較的低温の状態に温度制御される。
【００７８】
また、ステータ翼２０を位置決め固定している最下段の翼固定スペーサ２１はネジポンプステータ２２上に直接配置されているため、翼固定スペーサ２１とステータ翼２０も熱伝導で冷却され比較的低温の状態に温度制御される。
【００７９】
図１の真空ポンプにおいて、そのロータ４やロータ翼１９はアルミニウム合金で形成されている。また、図２、図３に示したように、このアルミニウム合金製のロータ４の外形面であるロータ４外周面と、ロータ翼１９外形面にはニッケルコーティング１５がそれぞれ施され、さらに、そのニッケルコーティング１５被膜上にはカーボン系材料としてＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティング１６が施されている。
【００８０】
ＤＬＣコーティング１６被膜と、アルミニウム合金製のロータ４外周面、ロータ翼１９外形面との間にはニッケルコーティング１５被膜が介在する。このため、ＤＬＣコーティング１６被膜の剥離や脱落を引き起す原因と考えられている炭化アルミという化合物の生成は抑制される。
【００８１】
従って、アルミ合金を母材とするロータ４やロータ翼１９であっても、強固に付着したＤＬＣコーティング１６被膜を設けることができ、輻射率が高く、特にフッ素や塩酸に対する耐食性に優れ、硬度も高く、傷がつきにくいというＤＬＣコーティング１６被膜の特性を有効に利用することが可能となる。
【００８２】
ロータ軸５の外周面と対向するステータコラム１０の内周面は、それより輻射率の高い物質からなる被膜１４−１が設けられている。具体的には、ステータコラム１０の内周面に熱伝導率の高い物質からなる高熱伝導率部材１４−２が露出するように設置され、このような高熱伝導率部材１４−２の露出面上に上記被膜１４−１が直接設けられるものとしている。
【００８３】
高熱伝導率部材１４−２の設置構造については、本実施形態では、ラジアル電磁石１７−２等の電装部品のモールディング部２６に、高熱伝導率部材１４−２が設置される構造を採用している。
【００８４】
上記高熱伝導率部材１４−２は、ロータ軸５外周面からステータコラム１０内周面への輻射による熱をステータコラム１０へ伝えて放熱するために設けられている。このような高熱伝導率部材１４−２の役割ないしは機能との関係から、高熱伝導率部材は例えばアルミニウム、銅、鉄、シリコン等から構成される。
【００８５】
また、上記ステータコラム１０内周面の被膜１４−１については、酸化処理被膜や黒体塗装膜等が採用される。また、その被膜１４−１を設ける部位がアルミニウムであれば、アルマイト処理被膜を採用してもよい。
【００８６】
次に、上記の如く構成された図１の真空ポンプの動作を説明する。
【００８７】
図１の真空ポンプでは、回転駆動モータ１２の起動によりロータ軸５とロータ４が高速で一体に回転する。そうすると、ターボ分子ポンプＰｔステージにおいては、ロータ翼１９とステータ翼２０の相互作用により、ポンプケース１−１上部の吸気口２側から最下段のロータ翼１９（１９−２）およびステータ翼２０（２０−２）側へ向かってガスの分子を排気する動作が行われる。
【００８８】
すなわち、吸気口２付近では、ガス分子どうしの衝突がガス分子とガス排気流路内壁との衝突よりも著しく少ない自由分子状態であり、吸気口２付近のガス分子の中には、最上段のロータ翼１９（１９−１）やステータ翼２０（２０−１）との衝突で運動量が付与されて次段のロータ翼１９とステータ翼２０側へ移行するものと、衝突せずに浮遊しているものとが混在している。このうち次段のロータ翼１９とステータ翼２０側へ移行するガス分子の中には、そのロータ翼１９やステータ翼２０との衝突で運動量が付与されてさらに下段のロータ翼１９とステータ翼２０側へ移行するものがある。
【００８９】
上記のようにロータ翼１９やステータ翼２０の最上段から下段に向かって移行していくガス分子は、ターボ分子ポンプＰｔステージのガス排気流路、すなわちロータ翼１９とステータ翼２０の間のギャップ通路が次第に狭くなることで、徐々に中間流の状態に圧縮されながら次のネジポンプＰｓステージ側に移行する。
【００９０】
ネジポンプＰｓステージでは、回転するロータ４の下部側外周面（動壁）によりネジ溝２３の上流端２３ａから下流端２３ｂに向かうガス分子の流れが誘起される。この誘起されたガス分子の流れに乗って最下段のロータ翼１９（１９−２）とステータ翼２０（２０−２）側にある中間流の圧力状態のガス分子がネジ溝２３の上流端２３ａに入射する。
【００９１】
この吸い込まれた中間流の圧力状態のガス分子は、上流から下流に向かって次第に浅くなるネジポンプＰｓステージのガス排気流路、すなわちロータ４の下部側外周面とネジ溝２３とからなる螺旋状の通路に案内されることにより、圧力の高い粘性流の状態に圧縮されながら排気口側に移行する。
【００９２】
要するに、この図１の真空ポンプは、ロータ４の外周面とこれに対向する面との間の空間部に、ロータ４の回転によりターボ分子ポンプＰｔとして機能する部位（具体的にはロータ翼１９とステータ翼２０とからなる翼構造の部分）と、ネジポンプＰｓとして機能する部位（ネジポンプステータ２２とそのネジ溝２３に対向するロータ４の下部側外周面とからなる部分）とが設けられ、このターボ分子ポンプＰｔおよびネジポンプＰｓという移送圧縮手段により、吸気口２側から排気口３側へ向かって気体分子を移送しながら圧縮する。
【００９３】
図１の真空ポンプでは、ターボ分子ポンプＰｔステージやネジポンプＰｓステージにおいて気体分子の圧縮が行われる。この圧縮は、ロータ４の外周面側、具体的にはロータ翼１９とステータ翼２０の間のギャップ通路やロータ４の下部側外周面とネジ溝２３とからなる螺旋状通路で行われる。
【００９４】
このため、ロータ４の外周面側では圧縮熱が発生し、この圧縮熱によりロータ４やロータ翼１９が直接加熱される。尚、ロータ４の内周面側には圧縮を行うような部位はないため、ロータ４の内周面側に位置するロータ軸５等が圧縮熱により直接加熱されることはない。
【００９５】
上記ロータ４やロータ翼１９の熱の一部は、ロータ４外周面やロータ翼１９外形面からネジポンプステータ２２内周面側やステータ翼２０側への輻射により、温度制御された低温のネジポンプステータ２２、ステータ翼２０側へ伝わる。
【００９６】
この際、ロータ４外周面およびロータ翼１９外形面の最外層はＤＬＣコーティング１６被膜であるため、ロータ４外周面やロータ翼１９外形面からの熱の輻射量は多く、ロータ４やロータ翼１９の熱量は効率よく放熱される。これが本実施形態における第１の、ロータおよびロータ翼の熱量除去ルート若しくは放熱ルートである。
【００９７】
また、上記ロータ４やロータ翼１９の熱の一部は、ロータ４とロータ軸５の締結部８を介する熱伝導でロータ軸５側に伝わる。
【００９８】
この際、ロータ４とロータ軸５は焼きばめで締結されているため、その締結部８の熱伝導はよく、従って、ロータ４から締結部８を介しロータ軸５側に効率よくロータ４の熱が伝わる。これが本実施形態における第２の、ロータおよびロータ翼の熱量除去ルート若しくは放熱ルートである。
【００９９】
上記のようにしてロータ軸５側に伝わったロータ４およびロータ翼１９の熱は、さらにロータ軸５外周面からステータコラム１０内周面への輻射により、温度制御された低温のステータコラム１０側へ伝わる。
【０１００】
この際、ロータ軸５外周面とステータコラム１０内周面は輻射率の高い被膜１３、１４で覆われているため、ロータ軸５外周面からステータコラム１０内周面への熱の輻射量は多く、ロータ軸５の熱量は効率よく除去される。
【０１０１】
尚、図１の真空ポンプでは、ロータ軸５を回転可能に支持する軸受１１として磁気軸受を採用しているため、ロータ軸５の内部には磁気軸受の磁界による渦電流が生じ、渦電流によるロータ軸５の発熱も生じうるが、このような過程を経て発生したロータ軸５の熱もまた、ロータ４側からロータ軸５側に集められた熱と同様に、ロータ軸５外周面からステータコラム１０内周面への輻射によりステータコラム１０側に伝達し放熱される。
【０１０２】
上記実施形態の真空ポンプでは、ロータ４とロータ軸５を焼きばめで締結することによりロータからロータ軸側への熱伝導のバイパス部を形成したが、このバイパス部については、例えば、図４に示す真空ポンプのような構造を採用することもできる。
【０１０３】
すなわち、この図４の真空ポンプでは、ロータ４の上端部４ａ内側に設けられている仕切り段６の下面に、ロータ４の一部としてボス部４−１が一体に突出形成され、さらにそのボス部４−１の挿入孔２５がロータ軸５の上端面に形成され、このロータ軸上端面の挿入孔２５にロータ４の一部である上記ボス部４−１が挿入される構造を採っている。
【０１０４】
この構造の場合、ロータ４側のボス部４−１とこれが挿入されるロータ軸５側の挿入孔２５とが焼きばめにより締結されることで、ロータ４とロータ軸５との締結部８が構成される。このような締結構造においても、さらに、締結ボルト９でロータ軸５とロータ４が締結固定されることや、その締結力でロータ軸５上端外周の鍔部２７が仕切り段６に密着していることは図１の締結構造と同様であり、その詳細説明は省略する。
【０１０５】
上記のようにロータ４のボス部４−１がロータ軸５側の挿入孔２５に焼きばめ待遇で食込み挿入される構造を採用した場合には、ロータ４とロータ軸５との締結部８における接触面積が増える。このため、締結部８を介するロータ４からロータ軸５側への熱伝導でより一層効率よくロータ４およびロータ翼１９の熱量をロータ軸５側に集めることができ、ロータ４およびロータ翼１９の放熱効率がさらに向上する。
【０１０６】
上記実施形態の真空ポンプでは、アルミニウム製のロータ４外周面上にニッケルコーティング１５を施し、このニッケルコーティング１５被膜上にカーボン系材料としてＤＬＣコーティング１６を施した例について説明したが、ＤＬＣ以外のカーボン系材料、例えばカーボン粉末のコーティングをニッケルコーティング１５被膜上に設けてもよい。またカーボン系材料に代えてダイヤモンド系材料のコーティングをニッケルコーティング１５被膜上に施してもよい。
【０１０７】
上記実施形態では、ネジポンプステータ２２の内周面にネジ溝２３を形成し、このネジ溝２３と対向するロータ４の外周面を平滑な円筒面に形成したが、これとは逆の対偶、すなわちネジポンプステータ２２の内周面を平滑な円筒面とし、これに対向するロータ４の外周面にネジ溝を形成してもよく、また、ネジポンプステータ２２の内周面とこれに対向するロータ４の外周面との双方にネジ溝を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明に係る真空ポンプの一実施形態の断面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】本発明に係る真空ポンプの他の実施形態の断面図。
【図５】従来の真空ポンプの断面図。
【符号の説明】
【０１０９】
１  外装ケース
１−１  ポンプケース
１−２  ポンプベース
２  吸気口
３  排気口
４  ロータ
４ａ  ロータの上端部
４−１  ボス部
５  ロータ軸
５ａ  ロータ軸の軸上端
５−１  ロータ軸小径部
６  仕切り段
７  貫通孔
８  ロータとロータ軸の締結部
９  締結ボルト
１０  ステータコラム
１１  軸受
１２  回転駆動モータ
１２−１  固定子
１２−２  回転子
１３  ロータ軸外周面の被膜
１４−１  ステータコラム内周面の被膜
１４−２  高熱伝導率部材
１５  ニッケルコーティング
１６  ＤＬＣコーティング
１７  ラジアル磁気軸受
１７−１  ラジアル電磁石ターゲット
１７−２  ラジアル電磁石
１７−３  ラジアル方向変位センサ
１８  アキシャル磁気軸受
１８−１  アーマチュアディスク
１８−２  アキシャル電磁石
１８−３  アキシャル方向変位センサ
１９  ロータ翼
１９−１  最上段のロータ翼
１９−２  最下段のロータ翼
２０  ステータ翼
２０−１  最上段のステータ翼
２０−２  最下段のステータ翼
２１  翼固定スペーサ
２２  ネジポンプステータ
２２ａ  ネジポンプステータ上端
２２ｂ  ネジポンプステータ下端
２３  ネジ溝
２３ａ  ネジ溝上流端
２３ｂ  ネジ溝下流端
２４  冷却パイプ
２５  挿入孔
２６  モールディング部
２７  鍔部
Ｐｔ  ターボ分子ポンプ
Ｐｓ  ネジポンプ
【図１】
2005155403.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005155403.tif 000006
【図５】
2005155403.tif 000007