(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプの略全長に亘って延びる回転軸と、ケーシング内に回転翼と固定翼とを交互に配置することによって形成された排気部と、前記回転軸に回転駆動力を与えるモータと前記回転軸を回転自在に支承する軸受とを有した軸受モータ部を備えたターボ型真空ポンプにおいて、
前記回転軸をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受を用い、該気体軸受の固定側部位の両面にスパイラル溝を形成し、前記回転軸に固定された上側回転側部位と下側回転側部位とにより、前記スパイラル溝の形成された固定側部位を挟み込むようにし、
前記回転翼および前記固定翼を、円板状の翼部と該円板状の翼部に連なる円筒状スペーサとを一体に形成したスペーサ付翼部で構成し、該スペーサ付翼部を多段に積み上げることにより、前記排気部を形成し、
前記回転軸と該回転軸に固定された前記回転翼を含む回転体が前記気体軸受の軸方向中心で浮上しているときにおける前記気体軸受のクリアランスをδｄとし、前記気体軸受の直上１段の前記回転翼と前記固定翼との間の翼クリアランスをδｅとすると、δｅとδｄの差（δｅ−δｄ）は、前記気体軸受のトータルクリアランス（２δｄ）の１０〜３０％に設定されており、
前記回転翼を構成する前記スペーサ付翼部は、前記円筒状スペーサを前記円板状の翼部の内周側から下方に延設することにより形成されており、前記円板状の翼部の上端面に気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素が形成されており、
前記固定翼を構成する前記スペーサ付翼部は、前記円筒状スペーサを前記円板状の翼部の外周側から上方に延設することにより形成されており、前記円板状の翼部の下端面に翼排気面が形成されており、
前記回転翼および前記固定翼における前記スペーサ付翼部の両端面は、ラッピング加工による仕上げ加工されていることを特徴とするターボ型真空ポンプ。
【請求項２】
ポンプの略全長に亘って延びる回転軸と、ケーシング内に回転翼と固定翼とを交互に配置することによって形成された排気部と、前記回転軸に回転駆動力を与えるモータと前記回転軸を回転自在に支承する軸受とを有した軸受モータ部を備えたターボ型真空ポンプにおいて、
前記回転軸をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受を用い、前記回転軸に固定された気体軸受の回転側部位の両面にスパイラル溝を形成し、固定側の上下に分割された上側固定側部位と下側固定側部位とにより、前記スパイラル溝の形成された回転側部位を挟み込むようにし、
前記回転翼および前記固定翼を、円板状の翼部と該円板状の翼部に連なる円筒状スペーサとを一体に形成したスペーサ付翼部で構成し、該スペーサ付翼部を多段に積み上げることにより、前記排気部を形成し、
前記回転軸と該回転軸に固定された前記回転翼を含む回転体が前記気体軸受の軸方向中心で浮上しているときにおける前記気体軸受のクリアランスをδｄとし、前記気体軸受の直上１段の前記回転翼と前記固定翼との間の翼クリアランスをδｅとすると、δｅとδｄの差（δｅ−δｄ）は、前記気体軸受のトータルクリアランス（２δｄ）の１０〜３０％に設定されており、
前記回転翼を構成する前記スペーサ付翼部は、前記円筒状スペーサを前記円板状の翼部の内周側から下方に延設することにより形成されており、前記円板状の翼部の上端面に気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素が形成されており、
前記固定翼を構成する前記スペーサ付翼部は、前記円筒状スペーサを前記円板状の翼部の外周側から上方に延設することにより形成されており、前記円板状の翼部の下端面に翼排気面が形成されており、
前記回転翼および前記固定翼における前記スペーサ付翼部の両端面は、ラッピング加工による仕上げ加工されていることを特徴とするターボ型真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ型真空ポンプに係り、特に大気圧から高真空まで排気可能でオイルフリーのターボ型真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から半導体製造装置等において、チャンバ内の気体を排気して清浄な高真空（又は超高真空）を得るのにターボ型真空ポンプが用いられている。このターボ型真空ポンプには、吸気口と排気口とを有するポンプハウジング内に多段の遠心圧縮ポンプ段を配設し、ポンプ段の回転翼を固定した回転軸をラジアル気体軸受及びスラスト気体軸受により支持するタイプの真空ポンプがある。このように、転がり軸受を用いることなく、気体軸受を用いて回転軸を支持することにより、ガス流路のみならず、軸受部等も含めたポンプ全体に油を用いる必要がないオイルフリーのターボ型真空ポンプを構成するようにしている。
【０００３】
上述した遠心圧縮ポンプ段と気体軸受とを組合せたターボ型真空ポンプは、例えば、実開平１−１４２５９４号公報（特許文献１）に記載されており、この真空ポンプは気体を低真空域から大気圧近傍まで圧縮可能である。この真空ポンプの遠心圧縮ポンプ段は、回転ディスクと固定円板とを交互に配置することによって形成されている。
図１４は、特許文献１に開示された遠心圧縮ポンプ段を示す図である。図１４に示すように、固定円板２ａ１もしくは２ｂ１が、円筒スペーサ２ａ２もしくは２ｂ２により軸方向に位置決めされ積み上げられている。また、回転側の羽根車１ａ１もしくは回転ディスク１ｂ１は、回転軸1に一体に形成されている。
【特許文献１】実開平１−１４２５９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、特許文献１に開示された遠心圧縮ポンプ段においては、固定円板２ａ１もしくは２ｂ１は、円筒スペーサ２ａ２もしくは２ｂ２により軸方向に位置決めされ積み上げられており、また、回転側の羽根車１ａ１もしくは回転ディスク１ｂ１は、回転軸1に一体に形成されている。すなわち、固定側の部品は、翼要素部分とスペーサ部分が別体構造であるため、部品点数が多いという欠点がある。また、回転側の部品は、回転軸１と回転ディスク１ｂ１とが一体構造であるため、各段における軸方向の寸法精度および幾何的な公差精度を上げることが難しいという問題点がある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、気体を高真空から大気圧まで圧縮できる翼要素で、軸方向の寸法精度および幾何的な公差精度を向上でき、且つ部品点数が少なく安価に製作できる翼要素を有するターボ型真空ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明の第１の態様は、ポンプの略全長に亘って延びる回転軸と、ケーシング内に回転翼と固定翼とを交互に配置することによって形成された排気部と、前記回転軸に回転駆動力を与えるモータと前記回転軸を回転自在に支承する軸受とを有した軸受モータ部を備えたターボ型真空ポンプにおいて、前記回転軸をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受を用い、該気体軸受の固定側部位の両面にスパイラル溝を形成し、前記回転軸に固定された上側回転側部位と下側回転側部位とにより、前記スパイラル溝の形成された固定側部位を挟み込むようにし、前記回転翼および前記固定翼を、円板状の翼部と該円板状の翼部に連なる円筒状スペーサとを一体に形成したスペーサ付翼部で構成し、該スペーサ付翼部を多段に積み上げることにより、前記排気部を形成し、前記回転軸と該回転軸に固定された前記回転翼を含む回転体が前記気体軸受の軸方向中心で浮上しているときにおける前記気体軸受のクリアランスをδｄとし、前記気体軸受の直上１段の前記回転翼と前記固定翼との間の翼クリアランスをδｅとすると、δｅとδｄの差（δｅ−δｄ）は、前記気体軸受のトータルクリアランス（２δｄ）の１０〜３０％に設定されており、前記回転翼を構成する前記スペーサ付翼部は、前記円筒状スペーサを前記円板状の翼部の内周側から下方に延設することにより形成されており、前記円板状の翼部の上端面に気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素が形成されており、前記固定翼を構成する前記スペーサ付翼部は、前記円筒状スペーサを前記円板状の翼部の外周側から上方に延設することにより形成されており、前記円板状の翼部の下端面に翼排気面が形成されており、前記回転翼および前記固定翼における前記スペーサ付翼部の両端面は、ラッピング加工による仕上げ加工されていることを特徴とする。
本発明の第２の態様は、ポンプの略全長に亘って延びる回転軸と、ケーシング内に回転翼と固定翼とを交互に配置することによって形成された排気部と、前記回転軸に回転駆動力を与えるモータと前記回転軸を回転自在に支承する軸受とを有した軸受モータ部を備えたターボ型真空ポンプにおいて、前記回転軸をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受を用い、前記回転軸に固定された気体軸受の回転側部位の両面にスパイラル溝を形成し、固定側の上下に分割された上側固定側部位と下側固定側部位とにより、前記スパイラル溝の形成された回転側部位を挟み込むようにし、前記回転翼および前記固定翼を、円板状の翼部と該円板状の翼部に連なる円筒状スペーサとを一体に形成したスペーサ付翼部で構成し、該スペーサ付翼部を多段に積み上げることにより、前記排気部を形成し、前記回転軸と該回転軸に固定された前記回転翼を含む回転体が前記気体軸受の軸方向中心で浮上しているときにおける前記気体軸受のクリアランスをδｄとし、前記気体軸受の直上１段の前記回転翼と前記固定翼との間の翼クリアランスをδｅとすると、δｅとδｄの差（δｅ−δｄ）は、前記気体軸受のトータルクリアランス（２δｄ）の１０〜３０％に設定されており、前記回転翼を構成する前記スペーサ付翼部は、前記円筒状スペーサを前記円板状の翼部の内周側から下方に延設することにより形成されており、前記円板状の翼部の上端面に気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素が形成されており、前記固定翼を構成する前記スペーサ付翼部は、前記円筒状スペーサを前記円板状の翼部の外周側から上方に延設することにより形成されており、前記円板状の翼部の下端面に翼排気面が形成されており、前記回転翼および前記固定翼における前記スペーサ付翼部の両端面は、ラッピング加工による仕上げ加工されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、従来においては別体構造であった円板状の翼部と円筒状スペーサとが一体成形されたことにより、部品点数が減少し、製作コストを下げることができる。また、円板状の翼部と円筒状スペーサとを一体化することにより、別部品を積み上げることによる誤差も減少する。円板状の翼部と円筒状スペーサとが一体の場合は、軸方向面の誤差は両端面のみであるが、円板状の翼部と円筒状スペーサとが別体の場合は、両端面とそれぞれの部品の接触面の３面の誤差となる。
また、本発明によれば、回転軸と回転軸に固定された回転翼を含む回転体をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受を採用したことにより、回転体を軸方向に数ミクロン（μｍ）から数十ミクロン（μｍ）の精度で回転保持することが可能となる。
さらに、本発明によれば、翼クリアランスの微小化を図ることができ、大気圧領域での大幅な圧縮性能の向上を図ることができる。
【０００７】
遠心翼要素を有した円板状の翼部と円筒状スペーサとを一体化させる場合、遠心翼要素が形成されている面が、その一体成形部品の端面側になるようにするのがよい。遠心翼要素の排気性能は、軸方向クリアランスに大きく影響し、軸方向クリアランスが狭い方が性能は向上する。そのため、遠心翼要素の軸方向端面の寸法精度および幾何的な公差の精度が高い方が、クリアランスを極小化でき、性能向上を図ることができる。
本発明によれば、遠心翼要素が形成されている面が、その一体成形部品の端面側になるよう一体化されているため、ラッピング加工等の平行度および平面度の精度を非常に高く仕上げることができる加工方法を適用することが可能である。したがって、遠心翼要素の軸方向端面の寸法精度および幾何的な公差の精度を高くすることができ、クリアランスを極小化でき、排気性能の向上を図ることができる。上記の作用効果は、固定翼側、回転翼側のどちらかに限定されたものではない。
【０００８】
本発明によれば、回転翼側において、翼排気面が、スペーサ付翼部からなる一体成形部品の上端面側になるよう円筒状スペーサと円板状の翼部とが一体化されているため、ラッピング加工により平行度および平面度の精度を非常に高く仕上げることができる。
【０００９】
本発明によれば、固定翼側において、翼排気面が、スペーサ付翼部からなる一体成形部品の下端面側になるよう円筒状スペーサと円板状の翼部とが一体化されているため、ラッピング加工により平行度および平面度の精度を非常に高く仕上げることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、以下に列挙する効果を奏する。
（１）従来においては別体構造であった円板状の翼部と円筒状スペーサとが一体成形されたことにより、部品点数が減少し、製作コストを下げることができる。また、円板状の翼部と円筒状スペーサとを一体化することにより、別部品を積み上げることによる誤差を減少させることができる。
（２）遠心翼要素が形成されている面が、その一体成形部品の端面側になるよう一体化されているため、ラッピング加工等の平行度および平面度の精度を非常に高く仕上げることができる加工方法を適用することが可能である。したがって、遠心翼要素の軸方向端面の寸法精度および幾何的な公差の精度を高くすることができ、クリアランスを極小化でき、排気性能の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るターボ型真空ポンプの実施形態について図１乃至図１３を参照して説明する。なお、図１乃至図１３において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明に係るターボ型真空ポンプの一実施形態を示す縦断面図である。図１に示すように、ターボ型真空ポンプは、ポンプの略全長に亘って延びる回転軸１と、ケーシング２内に回転翼と固定翼とを交互に配置することによって形成された排気部１０と、回転軸１に回転駆動力を与えるモータと回転軸を回転自在に支承する軸受とを有した軸受モータ部５０を備えている。前記ケーシング２は、排気部１０を収容する上ケーシング３と、軸受モータ部５０を収容する下ケーシング４とから構成されており、上ケーシング３の上端部に吸気口５が形成され、下ケーシング４の下部に排気口６が形成されている。
【００１３】
前記排気部１０は、上ケーシング３の吸気口側から下方に向かって、タービン翼排気部１１、第１遠心翼排気部２１、第２遠心翼排気部３１を順次配置して構成されている。タービン翼排気部１１は、多段の回転翼としてのタービン翼１２と、タービン翼１２の直後流側に配置された多段の固定翼１７とを備えている。多段のタービン翼１２は、概略円柱状のタービン翼部１３に一体に形成されており、タービン翼部１３のボス部１４には中空部１５が形成されている。中空部１５の底部１５ａには貫通孔１５ｈが形成されており、貫通孔１５ｈにボルト１６が挿通されるようになっている。すなわち、ボルト１６を貫通孔１５ｈに挿通し、回転軸１の上部のねじ孔１ｓに螺合することにより、タービン翼部１３は回転軸１に固定されている。
【００１４】
一方、多段の固定翼１７は、上ケーシング３内に積層されたスペーサ１８によって挟持されることにより上ケーシング３内に固定されている。これにより、タービン翼排気部１１において、回転翼としてのタービン翼１２と、固定翼１７とが交互に配置される構成になっている。
前記第１遠心翼排気部２１は、多段の回転翼としての遠心翼２２と、遠心翼２２の直後
流側に配置された多段の固定翼２３とを備えている。遠心翼２２は、多段に積層されるとともに回転軸１の外周に嵌合されている。あるいは、キー等の固定手段によって回転軸１に固定されてもよい。また固定翼２３も上ケーシング３内に多段に積層されている。これにより、第１遠心翼排気部２１において、回転翼としての遠心翼２２と、固定翼２３とが交互に配置される構成になっている。各遠心翼２２は、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼溝からなる遠心翼要素２２ａを有している。以下、遠心翼２２は、適宜、回転翼２２とも云う。
【００１５】
前記第２遠心翼排気部３１は、多段の回転翼としての遠心翼３２と、遠心翼３２の直後流側に配置された多段の固定翼３３とを備えている。遠心翼３２は、多段に積層されるとともに回転軸１の外周に嵌合されている。あるいは、キー等の固定手段によって回転軸１に固定されてもよい。また固定翼３３も上ケーシング３内に多段に積層されている。これにより、第２遠心翼排気部３１において、回転翼としての遠心翼３２と、固定翼３３とが交互に配置される構成になっている。各遠心翼３２は、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼溝からなる遠心翼要素３２ａを有している。以下、遠心翼３２は、適宜、回転翼３２とも云う。
前記第２遠心翼排気部３１の直後流側には、回転軸１と回転軸１に固定された回転翼１２，２２，３２を含む回転体をスラスト方向に支承する気体軸受４０が設けられている。
【００１６】
図２は、気体軸受４０および気体軸受４０の上方の遠心翼排気部を示す要部拡大図である。図２に示すように、気体軸受４０は、上ケーシング３に固定された固定側部材（固定側部位）４１と、固定側部材（固定側部位）４１を挟むように上下に配置された上側回転側部材（上側回転側部位）４２と下側回転側部材（下側回転側部位）４３とから構成されている。上側回転側部材（上側回転側部位）４２と下側回転側部材（下側回転側部位）４３は、回転軸１に固定されている。固定側部材（固定側部位）４１の両面にはスパイラル溝４５，４５が形成されている。回転側の上下に分割された部材（部位）、すなわち、上側回転側部材（上側回転側部位）４２と下側回転側部材（下側回転側部位）４３とにより、スパイラル溝４５，４５の形成された固定側部材（固定側部位）４１を挟み込む構造としている。そして、上側回転側部材（上側回転側部位）４２には、固定側部材（固定側部位）４１のスパイラル溝４５との対向面と逆の面に、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素４２ａを形成している。遠心翼要素４２ａは、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼溝からなっている。
【００１７】
図３は、図２のIII矢視図である。図３に示すように、固定側部材（固定側部位）４１の表面には、略全面に亘って多数のスパイラル溝４５が形成されている（図３においては、一部のスパイラル溝のみ示す）。
【００１８】
図２に示すように、回転軸１と回転軸１に固定された回転翼を含む回転体をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受４０を採用したことにより、回転体を軸方向に数ミクロン（μｍ）から数十ミクロン（μｍ）の精度で回転保持することが可能となる。この気体軸受４０を構成している回転体側の部位、すなわち、上側回転側部材（上側回転側部位）４２に、気体を半径方向に圧縮する遠心翼要素４２ａを一体に形成する。気体軸受４０と遠心翼の微小クリアランスの方向は同じスラスト方向であるので、遠心翼要素４２ａの翼クリアランスも、気体軸受４０のクリアランスとほぼ同等に（または気体軸受のクリアランスより若干大きく）設定可能である。すなわち、上側回転側部材（上側回転側部位）４２に、気体を半径方向に圧縮する遠心翼要素４２ａを形成しているので、上側回転側部材（上側回転側部位）４２は、遠心翼を構成するとともに軸方向の位置決めをする気体軸受４０の一部を構成することになる。このように、軸方向の位置決めをする上側回転側部材（上側回転側部位）４２に、気体を半径方向に圧縮する遠心翼要素４２ａを形成しているので、遠心翼要素４２ａの翼クリアランスを精度よく制御することができる。
【００１９】
回転軸１と回転軸１に固定された回転翼を含む回転体が気体軸受４０の軸方向中心で浮上しているときの気体軸受４０のクリアランスをδｄとし、そのときの翼クリアランスをδｅとすると、δｅとδｄの差（δｅ−δｄ）は、気体軸受４０のトータルクリアランス２δｄ（すなわちδｄu＋δｄｌ）の１０〜３０％程度に設定するのが、翼部の接触に対する信頼性、翼の排気性能の面で適当である。すなわち、δｅ−δｄ＝（０．１〜０．３）×（２δｄ）に設定することが好ましい。
なお、図２においては、回転体が気体軸受４０の軸方向中心で浮上しているときの状態を図示しているため、δｄu（＝δｄ）、δｄｌ（＝δｄ）としている。
大気圧領域にて、ターボ型翼要素の性能が悪い理由は、翼クリアランスが大きく、大気圧領域では逆流が多くなるためである。本発明の構造により、翼クリアランスの微小化を図ることができ、大気圧領域での大幅な圧縮性能の向上を図ることができる。
【００２０】
図２に示すように、気体軸受４０の直上方の遠心翼排気部において、遠心翼要素３２ａを有した円板状の翼部３２ｂと円筒状スペーサ３２ｓを一体に形成したスペーサ付き翼部３２ｂｓを多段に配置することにより、多段の回転翼３２を構成し、円板状の翼部３３ｂと円筒状スペーサ３３ｓを一体に形成したスペーサ付き翼部３３ｂｓを多段に配置することにより、多段の固定翼３３を構成している（この点については、後述する）。
【００２１】
図４は、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼溝からなる遠心翼要素が、回転翼側ばかりでなく、固定翼側にも形成されている排気部を示す要部拡大図である。図４に示すように、本実施形態のターボ型真空ポンプにおいては、遠心翼溝からなる遠心翼要素３２ａ，４２ａが回転翼３２，４２に形成されるとともに、遠心翼溝からなる遠心翼要素３３ａが固定翼３３にも形成されている。図４に示す例においては、回転翼３２，４２の遠心翼要素３２ａ，４２ａは、気体を内周側から外周側に排気する面に形成されている。すなわち、遠心翼要素３２ａ，４２ａは、遠心力の作用する方向に形成されている。また、固定翼３３の遠心翼要素３３ａも気体を内周側から外周側に排気する面に形成されている。すなわち、遠心翼要素３３ａも遠心力の作用する方向に形成されている。図４に示す気体軸受４０および遠心翼排気部のその他の構成は、図２に示す気体軸受４０および遠心翼排気部の構成と同様である。
なお、この遠心翼要素が片面にのみ形成されている場合には、遠心翼面の撓み・変形が発生し易く、面の修正が必要となる場合がある。ここで、遠心翼溝の形成されている逆側の面にも同様の遠心翼溝を形成することにより、面の撓み・変形は低減する。したがって、例えば、上側回転側部材（上側回転側部位）４２、回転翼３２の両面に遠心翼要素である遠心翼溝を形成してもよい。この場合、気体を内周側から外周側に排気する面の逆面に形成する遠心翼溝は、気体を外周側から内周側へ導く方向の角度で形成するようにし、この溝は気体を圧縮する効果もある。ただし、正規の面に形成された遠心翼溝の圧縮作用に比べると、遠心力に逆らう方向への圧縮のため、その圧縮効果は小さい。
【００２２】
図５（ａ）、（ｂ）は、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素を有した翼部を軸方向に多段に配置することにより形成された遠心翼排気部の構成を示す要部拡大図である。図５（ａ）は、遠心翼要素を有した円板状の翼部を多段に配置し、上下二段の円板状の翼部間に円筒状スペーサを配置した構造の遠心翼排気部を示す図であり、図５（ｂ）は、遠心翼要素を有した円板状の翼部と円筒状スペーサを一体に形成したスペーサ付き翼部を多段に配置した構造の遠心翼排気部を示す図である。
【００２３】
図５（ａ）に示す気体軸受４０の直上方の遠心翼排気部においては、遠心翼要素３２ａを有した円板状の翼部３２ｂを多段に配置し、上下二段の円板状の翼部３２ｂ，３２ｂの間に円筒状スペーサ３２ｓを配置することにより、多段の回転翼３２を構成し、円板状の翼部３３ｂを多段に配置し、上下二段の円板状の翼部３３ｂ，３３ｂの間に円筒状スペーサ３３ｓを配置することにより、多段の固定翼３３を構成している。図５（ａ）に示す遠心翼排気部において、翼排気面（点線で示す）の精度を上げるためには、回転翼側において各円板状の翼部３２ｂの両面Ｓ１，Ｓ１および各円筒状スペーサ３２ｓの両面Ｓ２，Ｓ２の加工精度を上げる必要がある。すなわち、回転翼側において各段の回転翼３２の翼排気面の精度を上げるためには、四つの面Ｓ１，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ２の加工精度を上げる必要がある。また、同様に、固定翼側において各円板状の翼部３３ｂの両面Ｓ３，Ｓ３および各円筒状スペーサ３３ｓの両面Ｓ４，Ｓ４の加工精度を上げる必要がある。すなわち、固定翼側において各段の固定翼３３の翼排気面（点線で示す）の精度を上げるためには、四つの面Ｓ３，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ４の加工精度を上げる必要がある。図１４に示す特許文献１の固定翼側は、図５（ａ）に示すものと同様に、各固定円板２ａ１もしくは２ｂ１の両面および各円筒スペーサ２ａ２もしくは２ｂ２の両面の加工精度を上げる必要がある。
【００２４】
図５（ｂ）に示す気体軸受４０の直上方の遠心翼排気部においては、遠心翼要素３２ａを有した円板状の翼部３２ｂと円筒状スペーサ３２ｓを一体に形成したスペーサ付き翼部３２ｂｓを多段に配置することにより、多段の回転翼３２を構成し、円板状の翼部３３ｂと円筒状スペーサ３３ｓを一体に形成したスペーサ付き翼部３３ｂｓを多段に配置することにより、多段の固定翼３３を構成している。図５（ｂ）に示す遠心翼排気部において、翼排気面（点線で示す）の精度を上げるためには、回転翼側において各スペーサ付き翼部３２ｂｓの両面Ｓ５，Ｓ５の加工精度を上げる必要がある。すなわち、回転翼側において各段の回転翼３２の翼排気面の精度を上げるためには、二つの面Ｓ５，Ｓ５の加工精度を上げればよい。また、同様に、固定翼側において各スペーサ付き翼部３３ｂｓの両面Ｓ６，Ｓ６の加工精度を上げる必要がある。すなわち、固定翼側において各段の固定翼３３の翼排気面（点線で示す）の精度を上げるためには、二つの面Ｓ６，Ｓ６の加工精度を上げればよい。
【００２５】
したがって、本発明においては、図５（ｂ）に示す遠心翼排気部を採用している。すなわち、遠心翼要素３２ａを有した円板状の翼部３２ｂと円筒状スペーサ３２ｓを一体に形成したスペーサ付き翼部３２ｂｓを多段に配置することにより、多段の回転翼３２を構成し、円板状の翼部３３ｂと円筒状スペーサ３３ｓを一体に形成したスペーサ付き翼部３３ｂｓを多段に配置することにより、多段の固定翼３３を構成している。
従来、別体構造であった遠心翼要素３２ａの翼部３２ｂと円筒状スペーサ３２ｓが一体成形されたことにより、部品点数が減少し、製作コストを下げることができる。また、翼部３２ｂと円筒状スペーサ３２ｓを一体化することにより、別部品を積み上げることによる誤差も減少する。翼部３２ｂと円筒状スペーサ３２ｓとが一体の場合は、軸方向面の誤差は両端面のみであるが、翼部３２ｂと円筒状スペーサ３２ｓとが別体の場合は、両端面とそれぞれの部品の接触面の3面の誤差となる。
【００２６】
図６（ａ）、（ｂ）は、円板状の翼部と円筒状スペーサを一体に形成したスペーサ付き翼部を示す要部拡大図である。図６（ａ）に示す例においては、回転翼側のスペーサ付き翼部３２ｂｓは、円筒状スペーサ３２ｓを円板状の翼部３２ｂの内周側から下方に延設することにより形成されており、固定翼側のスペーサ付き翼部３３ｂｓは、円筒状スペーサ３３ｓを円板状の翼部３３ｂの外周側から上方に延設することにより形成されている。
図６（ｂ）に示す例においては、回転翼側のスペーサ付き翼部３２ｂｓは、円筒状スペーサ３２ｓを円板状の翼部３２ｂの内周側から上方に延設することにより形成されており、固定翼側のスペーサ付き翼部３３ｂｓは、円筒状スペーサ３３ｓを円板状の翼部３３ｂの外周側から下方に延設することにより形成されている。
【００２７】
遠心翼要素３２ａを有した円板状の翼部３２ｂと円筒状スペーサ３２ｓを一体化させる場合、図６（ａ）に示すように、遠心翼要素３２ａが形成されている翼排気面が、その一体成形部品の端面側になるようにするのが良い。遠心翼の排気性能は、軸方向クリアランスに大きく影響し、軸方向クリアランスが狭い方が性能は向上する。そのため、遠心翼の軸方向端面の寸法精度および幾何的な公差の精度が高い方が、クリアランスを極小化でき、性能向上を図ることができる。図６（ａ）に示すように、遠心翼要素３２ａが形成されている翼排気面が、その一体成形部品の端面側になるよう一体化されていると、ラッピング加工等の平行度および平面度の精度を非常に高く仕上げることができる加工方法を適用することが可能である。
これに対して、図６（ｂ）に示すように、遠心翼要素３２ａが形成されている翼排気面が、その一体成形部品の端面側になく、端面より内側の位置にあると、翼排気面の平行度および平面度の精度を出し難い。
【００２８】
したがって、本発明においては、図６（ａ）に示すスペーサ付き翼部を採用している。すなわち、回転翼側においては、上端面に遠心翼要素３２ａを形成した翼排気面を持つ円板状の翼部３２ｂと、円板状の翼部３２ｂの内周側から下方に延設された円筒状スペーサ３２ｂとからなる回転翼側のスペーサ付き翼部３２ｂｓを採用し、固定翼側においては、下端面に翼排気面を持つ円板状の翼部３３ｂと、円板状の翼部３３ｂの外周側から上方に延設された円筒状スペーサ３３ｓとからなるスペーサ付き翼部３３ｂｓを採用している。
上述したように、本発明においては、回転翼側および固定翼側ともに、翼排気面が、その一体成形部品の端面側になるよう一体化されているため、ラッピング加工により平行度および平面度の精度を非常に高く仕上げることができる。したがって、遠心翼要素の軸方向端面の寸法精度および幾何的な公差の精度を高くすることができ、クリアランスを極小化でき、排気性能の向上を図ることができる。
これに対して、図１４に示す特許文献１の回転側は、翼部分と回転体（回転軸）が一体構造となっている。一体構造の場合、翼部分の軸方向面の加工は、旋盤加工が適用されていると考えられ、当然、平面を仕上げるラッピング加工等は適用できない。旋盤加工の幾何的な公差精度（平面度、平行度）は、ラッピング加工には劣る。
【００２９】
図７は、気体軸受４０および気体軸受４０の上方の遠心翼排気部の他の実施形態を示す要部拡大図である。図７に示すように、気体軸受４０は、回転軸１に固定された回転側部材（回転側部位）１４１と、回転側部材（回転側部位）１４１を挟むように上下に配置された上側固定側部材（上側固定側部位）１４２と下側固定側部材（下側固定側部位）１４３とから構成されている。上側固定側部材（上側固定側部位）１４２と下側固定側部材（下側固定側部位）１４３は、上ケーシング３に固定されている。回転側部材（回転側部位）１４１の両面にはスパイラル溝１４５，１４５が形成されている。固定側の上下に分割された部材（部位）、すなわち、上側固定側部材（上側固定側部位）１４２と下側固定側部材（下側固定側部位）１４３とにより、スパイラル溝１４５，１４５の形成された回転側部材（回転側部位）１４１を挟み込む構造としている。
【００３０】
図７に示す実施形態によれば、回転体をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受４０を採用したことにより、回転体を軸方向に数ミクロン（μｍ）から数十ミクロン（μｍ）の精度で回転保持することが可能となる。そして、気体軸受４０を構成している上側固定側部材（上側固定側部位）１４２の直上方に、遠心翼要素３２ａを形成した翼排気面を持つ円板状の翼部３２ｂと、円板状の翼部３２ｂの内周側から下方に延設された円筒状スペーサ３２ｂとからなる回転翼側のスペーサ付き翼部３２ｂｓを多段に配置し、固定翼側においては、下端面に翼排気面を持つ円板状の翼部３３ｂと、円板状の翼部３３ｂの外周側から上方に延設された円筒状スペーサ３３ｓとからなるスペーサ付き翼部３３ｂｓを多段に配置している。
【００３１】
次に、排気部１０の翼要素の構成について説明する。
図８（ａ）、（ｂ）は、タービン翼排気部１１のタービン翼部１３を示す図である。図８（ａ）は、タービン翼部１３を吸気口側から見た平面図であり、ケーシング２の吸気口５に最も近い最上段のタービン翼１２のみを示した図であり、図８（ｂ）は、タービン翼１２を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図である。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、タービン翼部１３は、ボス部１４と、タービン翼１２とを有している。タービン翼１２はボス部１４の外周部に放射状に取り付けられた板状の複数の羽根１２ａを備えている。ボス部１４には、中空部１５及び貫通孔１５ｈが形成されている。羽根１２ａは、回転軸１の中心軸線からβ１（例えば、１０〜４０度）だけねじれた捩れ角をもって取り付けられている。その他のタービン翼１２の構成は、最上段のタービン翼１２の構成と同じであるが、羽根の枚数、羽根の取付角度β１、ボス部１４の羽根を取り付けた部分の外径、羽根の長さなどは、適宜変えてもよい。
【００３２】
図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、タービン翼排気部の固定翼１７を示す図である。図９（ａ）は、ケーシング２の吸気口５に最も近い最上段の固定翼１７を吸気口側から見た平面図であり、図９（ｂ）は、固定翼１７を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）のIX−IX線断面図である。固定翼１７は、円環状の円環部１８と、円環部１８の外周部に放射状に取り付けられた板状の羽根１７ａとを備えている。円環部１８の内周部は軸孔１９を形成し、軸孔１９を回転軸１（図１参照）が貫通している。羽根１７ａは、回転軸１の中心軸線からβ２（例えば、１０〜４０度）だけねじれた捩れ角をもって取り付けられている。その他の固定翼１７の構成は、最上段の固定翼１７の構成と同じであるが、羽根の枚数、羽根の取付角度β２、円環部の外径、羽根の長さなどは、適宜変えてもよい。
【００３３】
図１０は、第１遠心翼排気部２１の遠心翼２２を示す平面図である。図１０は、ケーシング２の吸気口５に最も近い最上段の遠心翼２２を吸気口側から見た平面図である。遠心翼２２の断面形状は、図６（ａ）に示す遠心翼要素を有した円板状の翼部と円筒状スペーサを一体に形成したスペーサ付き翼部と同様な断面形状であるため、図示は省略する。高真空側の遠心翼である遠心翼２２は、遠心翼要素２２ａを有した円板状の翼部２２ｂと、円筒状スペーサ（図示せず）を一体に形成したスペーサ付き翼部２２ｂｓから構成されている。スペーサ付き翼部２２ｂｓには、回転軸１が挿通される貫通孔２２ｈが形成されている。遠心翼２２の回転方向は、図１０において時計方向である。
【００３４】
遠心翼要素２２ａは、図１０に示すような渦巻き状の遠心溝からなる。遠心翼要素２２ａを構成する渦巻状の遠心溝は、回転方向に対して後ろ向き（回転方向とは反対向き）にガス流れ方向に延びる構造であり、貫通孔２２ｈのやや外周側の位置から外周縁まで達している。その他の遠心翼２２の構成は、最上段の遠心翼２２の構成と同じであるが、遠心溝の個数や形状、ボス部の外径、遠心溝により形成される流路の長さなどは、適宜変えてもよい。
【００３５】
図１１は、第２遠心翼排気部３１の遠心翼３２を示す平面図である。図１１は、ケーシング２の吸気口５に最も近い最上段の遠心翼３２を吸気口側から見た平面図である。遠心翼３２は、図６（ａ）に示した通りであり、遠心翼要素３２ａを有した円板状の翼部３２ｂと円筒状スペーサ３２ｓを一体に形成したスペーサ付き翼部３２ｂｓから構成されている。スペーサ付き翼部３２ｂｓには、回転軸１が挿通される貫通孔３２ｈが形成されている。遠心翼３２の回転方向は、図１１において時計方向である。
【００３６】
遠心翼要素３２ａは、図１１に示すような渦巻き状の遠心溝からなる。遠心翼要素３２ａを構成する渦巻状の遠心溝は、回転方向に対して後ろ向き（回転方向とは反対向き）にガス流れ方向に延びる構造であり、貫通孔３２ｈのやや外周側の位置から外周縁まで達している。その他の遠心翼３２の構成は、最上段の遠心翼３２の構成と同じであるが、遠心溝の個数や形状、遠心溝により形成される流路の長さなどは、適宜変えてもよい。
【００３７】
図１１に示す大気圧側の遠心翼３２と図１０に示す高真空側の遠心翼２２とを比較すると、大気圧側の遠心翼３２における遠心翼要素３２ａの溝部深さは浅く（もしくは凸部高さは低く）、高真空側の遠心翼２２における遠心翼要素２２ａの溝部深さは深く（もしくは凸部高さは高く）設定されている。すなわち、高真空に向かうに従い遠心翼要素の遠心溝の溝部深さは深く（もしくは凸部高さは高く）なっていく。要するに、高真空側に向かうに従い、排気速度が大きくなっていく。
【００３８】
次に、軸受モータ部５０について説明する。図１に示すように、軸受モータ部５０は、回転軸１に回転駆動力を与えるモータ５１と、回転軸１をラジアル方向に支承する上ラジアル磁気軸受５３，下ラジアル磁気軸受５４と、回転体を軸方向に吸引する上スラスト磁気軸受５６を備えている。モータ５１は高周波モータから構成されている。上ラジアル磁気軸受５３，下ラジアル磁気軸受５４，上スラスト磁気軸受５６は、いずれも能動型磁気軸受である。磁気軸受５３，５４，５６のいずれかに異常が発生したときに、回転翼と固定翼とが接触することを防止するために、回転軸１を半径方向および軸方向に支承する上保護ベアリング８１と下保護ベアリング８２とが設けられている。上スラスト磁気軸受５６は、電磁石によりターゲットディスク５８を吸引するように構成されている。
【００３９】
次に、図１乃至図１１に示すように構成されたターボ型真空ポンプの作用を説明する。
タービン翼排気部１１におけるタービン翼１２が回転することによって、ポンプの吸気口５から軸方向にガスが導入される。タービン翼１２を使用することにより排気速度を大きくすることができ、比較的多量の気体を排気することができる。吸気口５から導入されたガスは、最上段のタービン翼１２を通過して固定翼１７により減速され圧力が上昇する。同様に下流側のタービン翼１２及び固定翼１７により軸方向に排気され、圧力が上昇する。
【００４０】
タービン翼排気部１１から第１遠心翼排気部２１に流入したガスは、最上段の遠心翼２２に導入され、最上段の遠心翼２２と最上段の固定翼２３との相互作用、すなわち当該ガスの粘性によるドラッグ作用、さらに遠心翼要素２２ａの回転による遠心作用により、遠心翼２２の表面に沿って外周側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。すなわち、最上段の遠心翼２２に導入されたガスは、渦巻状の遠心溝を通って外周側に向かう遠心方向に流れ、圧縮され、排気される。
【００４１】
最上段の遠心翼２２によって外周側へ向かって圧縮されたガスは、次に最上段の固定翼２３に流れ込み、固定翼２３の鉛直方向に延びる内周面によって、略軸方向に方向を変え、固定翼２３の表面側にある渦巻状ガイド（図示せず）が設けられた空間へ流れ込む。そして、最上段の遠心翼２２が回転することによって、固定翼２３の渦巻状ガイドと、最上段の遠心翼２２の円板状の翼部２２ｂの裏面とのガスの粘性によるドラッグ作用によって、最上段の固定翼２３の表面に沿って内周側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。最上段の固定翼２３の内周側に達したガスは、下流側の遠心翼２２に導入される。下流側の遠心翼２２及び固定翼２３により、同様のガスの圧縮、排気が行われる。
【００４２】
第１遠心翼排気部２１から第２遠心翼排気部３１に流入したガスは、最上段の遠心翼３２に導入され、最上段の遠心翼３２と最上段の固定翼３３との相互作用、すなわち当該ガスの粘性によるドラッグ作用、さらに遠心翼要素３２ａの回転による遠心作用により、最上段の遠心翼３２の表面に沿って外周側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。次に、最上段の固定翼３３に流れ込み、固定翼３３の鉛直方向に延びる内周面によって、略軸方向に方向を変え、固定翼３３の表面側にある渦巻状ガイド（図示せず）が設けられた空間へ流れ込む。そして、最上段の遠心翼３２が回転することによって、固定翼３３の渦巻状ガイド（図示せず）と、最上段の遠心翼３２の裏面とのガスの粘性によるドラッグ作用によって、最上段の固定翼３３の表面に沿って内周側へ向かわせるガスの圧縮、排気が行われる。最上段の固定翼３３の内周側に達したガスは、略軸方向に方向が変わり、下流側の遠心翼３２に導入される。下流側の遠心翼３２及び固定翼３３により、同様のガスの圧縮、排気が行われる。そして、第２遠心翼排気部３１から排出されたガスは、排気口６から真空ポンプの外部に排出される。
【００４３】
図１２は、ターボ型真空ポンプにおける翼クリアランスによる性能比較を示すグラフであり、排気圧が７６０Torrで、遠心翼１段で取得できる差圧と回転速度の関係を示す図である。図１２において、横軸は、真空ポンプの回転速度（min−１）を表し、縦軸は、差圧（Torr）を表す。翼クリアランスが２５μｍの場合と４０μｍの場合とを比較して示す。図１１に示すように、翼クリアランスが２５μｍの場合、遠心翼１段で、１０万回転／分（min−１）の回転速度にて、約３００Torrの差圧を取得することができる。これに対して、翼クリアランスが４０μｍの場合、遠心翼１段で、１０万回転／分（min−１）の回転速度にて、約２５０Torrの差圧を取得することができる。すなわち、翼クリアランスが２５μｍから４０μｍまで１５μｍ変化すると、性能は、グラフに示すように低下する。このことからも、翼クリアランスを微小に設定できる本発明の効果が分かる。
【００４４】
図１３は、本発明に係るターボ型真空ポンプの他の実施形態を示す縦断面図である。図１３に示すように、ターボ型真空ポンプは、排気部１０の排気作用による排気側と吸気側の差圧により生ずるスラスト力を打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受５５を備えている。スラスト磁気軸受５５は、電磁石を有した上スラスト磁気軸受５６と、電磁石を有した下スラスト磁気軸受５７と、回転軸１の下部に固定されたターゲットディスク５８とから構成されている。スラスト磁気軸受５５においては、上下スラスト磁気軸受５６，５７によりターゲットディスク５８を挟み込むようにし、上下スラスト磁気軸受５６，５７の電磁石によりターゲットディスク５８を吸引し、排気部１０の排気作用による排気側と吸気側の差圧により生ずるスラスト力を打ち消すようにしている。図１３に示すターボ型真空ポンプのその他の構成は、図１に示すターボ型真空ポンプと同様である。
【００４５】
本発明においては、ラジアル方向の軸受には、磁気軸受を用いた例を示したが、これが気体軸受であっても当然構わない。また、本発明は、大気圧領域で効果を得るためのものである。この大気圧領域の翼要素の上流側に、概略１０Torr以下の真空にて、従来、ターボ分子ポンプで採用されている、円筒ネジ溝ロータ、遠心翼、タービン翼の少なくとも一つが用いられても、当然構わない。この領域で使用する遠心翼は、本発明の微小クリアランス遠心翼と排気原理は同じであるが、大気圧領域に比べて真空度が高く、逆流も少なくなるので、大気圧領域の遠心翼のように微小に設定されたものではなく、汎用ターボ分子ポンプの翼クリアランス（０．１〜１ｍｍ程度）であっても構わない。
気体軸受は、動圧型、静圧型どちらであっても、本発明の効果に影響はない。静圧型の場合は、外部気体供給手段が必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明に係るターボ型真空ポンプの一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、気体軸受および気体軸受の上方の遠心翼排気部を示す要部拡大図である。
【図３】図３は、図２のIII矢視図である。
【図４】図４は、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼溝からなる遠心翼要素が、回転翼側ばかりでなく、固定翼側にも形成されている排気部を示す要部拡大図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、気体を半径方向に圧縮排気する遠心翼要素を有した翼部を軸方向に多段に配置することにより形成された遠心翼排気部の構成を示す要部拡大図である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、円板状の翼部と円筒状スペーサを一体に形成したスペーサ付き翼部を示す要部拡大図である。
【図７】図７は、気体軸受および気体軸受の上方の遠心翼排気部の他の実施形態を示す要部拡大図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、タービン翼排気部のタービン翼部を示す図であり、図８（ａ）は、タービン翼部を吸気口側から見た平面図であってケーシングの吸気口に最も近い最上段のタービン翼のみを示した図であり、図８（ｂ）は、タービン翼を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、タービン翼排気部の固定翼を示す図であり、図９（ａ）は、ケーシングの吸気口に最も近い最上段の固定翼を吸気口側から見た平面図であり、図９（ｂ）は、固定翼を放射状に中心に向かって見た図を平面上に部分的に展開した図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）のIX−IX線断面図である。
【図１０】図１０は、第１遠心翼排気部の遠心翼を示す図であり、ケーシングの吸気口に最も近い最上段の遠心翼を吸気口側から見た平面図である。
【図１１】図１１は、第２遠心翼排気部の遠心翼を示す図であり、ケーシングの吸気口に最も近い最上段の遠心翼を吸気口側から見た平面図である。
【図１２】図１２は、ターボ型真空ポンプにおける翼クリアランスによる性能比較を示すグラフであり、排気圧が７６０Torrで、遠心翼１段で取得できる差圧と回転速度の関係を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明に係るターボ型真空ポンプの他の実施形態を示す縦断面図である。
【図１４】図１４は、特許文献１に開示された遠心圧縮ポンプ段を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  回転軸
２  ケーシング
３  上ケーシング
４  下ケーシング
５  吸気口
６  排気口
１０  排気部
１１  タービン翼排気部
１２  タービン翼
１３  タービン翼部
１４  ボス部
１５  中空部
１５ｈ  貫通孔
１６  ボルト
１７  固定翼
１８  スペーサ
２１  第１遠心翼排気部
２２  遠心翼
２２ａ  遠心翼要素
２２ｂ  円板状の翼部
２２ｂｓ  スペーサ付き翼部
２２ｈ  貫通孔
２３  固定翼
３１  第２遠心翼排気部
３２  遠心翼
３２ａ  遠心翼要素
３２ｂ  円板状の翼部
３２ｓ  円筒状スペーサ
３２ｂｓ  スペーサ付き翼部
３２ｈ  貫通孔
３３  固定翼
４０  気体軸受
４１  固定側部材（固定側部位）
４２  上側回転側部材（上側回転側部位）
４２ａ  遠心翼要素
４３  下側回転側部材（下側回転側部位）
４５  スパイラル溝
５０  軸受モータ部
５１  モータ
５３  上ラジアル磁気軸受
５４  下ラジアル磁気軸受
５５  スラスト磁気軸受
５６  上スラスト磁気軸受
５７  下スラスト磁気軸受
５８  ターゲットディスク
８１  上保護ベアリング
８２  下保護ベアリング
１４１  回転側部材（回転側部位）
１４２  上側固定側部材（上側固定側部位）
１４３  下側固定側部材（下側固定側部位）
１４５  スパイラル溝
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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