(57)【要約】【課題】高速回転するロータが、異常により分裂する際の破壊トルクを低減する。【解決手段】ロータ軸５は、上端部に嵌め合い軸部５ａを有し、ロータ４の中央部には、厚さ方向に貫通する嵌合用開口部４ａが形成されている。ロータ４は、中央部において、ロータ軸５の嵌め合い軸部５ａと軸方向において重合する部分を有しておらず、ロータ４とロータ軸５の嵌め合い軸部５ａとは、冷やし嵌めまたは焼き・冷やし嵌めのみによって固定されている。ボルト締結部を有していない分、ロータ４は質量が小さくなり、破壊トルクを低減することができる。【選択図】図１
2012041857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース部材内にロータ軸と、前記ロータ軸に固定されたロータとを高速に回転し、吸入口側から排気ポート側へ気体分子を移送するターボ分子ポンプにおいて、
前記ロータ軸は、軸方向の上端部に、軸方向に所定の厚さを有する嵌め合い軸部を有し、前記ロータは前記ロータ軸の嵌め合い軸部に嵌合する嵌合用開口部を有し、且つ、前記ロータと前記ロータ軸の嵌め合い軸部とは、それぞれ、軸方向において重合する部分を有しておらず、前記ロータの嵌合用開口部に前記ロータ軸の嵌め合い軸部が嵌合され、前記ロータと前記ロータ軸とが、冷やし嵌めまたは焼き・冷やし嵌めにより固定されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、前記ロータは前記ロータ軸の嵌め合い軸部より線膨張係数が大きい材料で形成されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、前記ロータ軸の嵌め合い軸部は、少なくとも一部が、軸方向と直交する方向の寸法が前記ロータ部の他の部分よりも大きいことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のターボ分子ポンプにおいて、前記ロータ軸の嵌め合い軸部は、全周に亘り、軸方向と直交する方向の寸法が前記ロータ軸の他の部分よりも大きいことを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のターボ分子ポンプにおいて、前記ロータ軸の嵌め合い軸部は、周側部に軸方向と直交する方向に突き出す突起部を有し、前記ロータの嵌合用開口部は前記ロータ軸の嵌め合い軸部の前記突起部に対応する凹部を有することを特徴とするターボ分子ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、ターボ分子ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高真空あるいは超高真空を得るターボ分子ポンプは、ケース部材内において、ロータとロータ軸を高速に回転し、ロータ翼とステータ翼とにより気体分子を吸気口側から排気ポート側に移送する。ロータとロータ軸とは、例えば、２万〜４万ｒ．ｐ．ｍの高速で回転されるため、強固な固定構造が採用される。
一般的には、ロータとロータ軸とを、軸心を一致させた状態で、軸方向に重合し、複数のボルトにより締結する。
ロータの中央部に軸方向に貫通する開口部を設け、ロータ軸の軸方向における上部に、ロータの開口部を貫通する貫通軸部を設け、ロータと貫通軸部とを焼き嵌めにより固定する構造も知られている（例えば、特許文献１、段落［００４０］参照）。この構造においても、ロータおよびロータ軸に、軸方向において重合する部分を設け、この重合部分においてボルトにより締結している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２３９４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記先行文献に記載されたターボ分子ポンプでは、ロータは、ロータ軸にボルトにより締結するための重合部分を有し、この分、質量が大きくなっている。ターボ分子ポンプは、万が一、運転中にロータが破壊した場合でも、ケース部材の外部に対して、安全を確保するようにしておく必要がある。
ロータの破壊トルクは、ロータの質量に比例するので、ボルトを締結する重合部分を有する構造では、その分、質量が増大する。また、ボルト締めによる構造においては、ボルト締結の際、ボルト外径とキリ穴の公差により、取り付け位置にズレが生じるため、ロータ回転時におけるアンバランスが発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明のターボ分子ポンプは、ケース部材内にロータ軸と、ロータ軸に固定されたロータとを高速に回転し、吸入口側から排気ポート側へ気体分子を移送するターボ分子ポンプにおいて、ロータ軸は、軸方向の上端部に、軸方向に所定の厚さを有する嵌め合い軸部を有し、ロータはロータ軸の嵌め合い軸部に嵌合する嵌合用開口部を有し、ロータとロータ軸の嵌め合い軸部とは、それぞれ、軸方向において重合する部分を有しておらず、ロータの嵌合用開口部にロータ軸の嵌め合い軸部が嵌合され、前記ロータと前記ロータ軸とが、冷やし嵌めまたは焼き・冷やし嵌めにより固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、ロータは、ボルト締結用の重合部分を有していないので、その分、ロータの質量を小さくすることができ、ロータの破壊強度を低減することができる。
また、冷やし嵌めまたは焼き・冷やし嵌めにより固定し、ボルト締結ではないので、ボルト締結時のズレにより発生するロータのアンバランスをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明に係るターボ分子ポンプの実施形態１を示す断面図。
【図２】この発明に係るターボ分子ポンプの実施形態２を示す断面図。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断したロータ軸の断面図。
【図４】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断したロータの中央部付近の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（実施形態１）
以下、図を参照して本発明の実施形態１について説明する。図１には、磁気軸受式のターボ分子ポンプの断面図が示されている。ターボ分子ポンプ１は、上ケース１２とベース１３からなるケース部材１１を備えている。上ケース１２とベース１３はシール部材４２を介して密着して固定され、外部から密封された構造とされている。
【０００９】
ケース部材１１の中心軸上には、ロータ軸５が配置されている。ロータ軸５上にはロータ軸５と同軸上に取り付けられたロータ４が配置されている。ロータ軸５とロータ４とは、詳細は後述するが、高速回転時の遠心力により軸心にずれが生じないように締まり嵌めにより強固に固定されている。ロータ軸５は、ラジアル方向の磁気軸受３１（２箇所）およびスラスト方向の磁気軸受３２（上下一対）によって非接触で支持される。ロータ軸５の浮上位置は、ラジアル変位センサ３３ａ、３３ｂおよびアキシャル変位センサ３３ｃによって検出される。磁気軸受３１、３２によって回転自在に磁気浮上されたロータ軸５は、モータ３５により高速回転駆動される。
【００１０】
ロータ軸５の下面には、メカニカルベアリング３４を介してロータディスク３８が取り付けられている。また、ロータ軸５の上部側にはメカニカルベアリング３６が設けられている。メカニカルベアリング３４、３６は非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはメカニカルベアリング３４、３６によりロータ軸５が支持される。
【００１１】
ロータ４は、上部側と下部側の二段構造を有し、上部側には複数段のロータ翼７が設けられている。最下段のロータ翼７から下方は、ロータ円筒部９とされた下部側となっている。
ロータ４の上部側においては、ロータ翼７とステータ翼６とがリング状のスペーサ２１を間に挟んで、ポンプの軸方向に交互に積層されている。上ケース１２の内面において、ベース１３の上面上にスペーサ２１とステータ翼６を、交互に積層し、上ケース１２をベース１３に固定すると、積層されたスペーサ２１とステータ翼６がベース１３と上ケース１２との間に挟持され、ステータ翼６が位置決めされる。
【００１２】
ロータ４のロータ円筒部９の外周側には、リング状のネジステータ８がボルト４１によりベース１３に固定されている。ネジステータ８は螺旋条突部８ａを有し、螺旋状突部８ａ間にはネジ溝部８ｂが形成されている。ロータ４のロータ円筒部９の外周面とネジステータ８の内周面とは、ロータ４が高速に回転したときに、気体分子を上方から下方に移送することができるような間隙が設けられている。
【００１３】
ベース１３には排気ポート４５が設けられ、この排気ポート４５にバックポンプが接続される。ロータ４を磁気浮上させ、この状態でモータ３５により高速回転駆動することにより、吸気口１５側の気体分子が排気ポート４５側へと排気される。
【００１４】
このターボ分子ポンプ１は、上ケース１２の内部空間に翼排気部２を有し、ベース１３の内部空間にネジ溝排気部３を有する複合タイプのターボ分子ポンプである。翼排気部２は複数段のロータ翼７と複数段のステータ翼６とで構成され、ネジ溝排気部３はロータ円筒部９とネジステータ８とで構成されている。
【００１５】
フランジ１７は、締結部材（図示せず）により、図示しない真空チャンバの排気系のフランジに取りつけられる。モータ３５によりロータ４を回転駆動すると真空チャンバ内の気体分子が吸気口１５から流入する。吸気口１５から流入した気体分子は翼排気部２において、下流側へと叩き飛ばされる。図示はしないが、ロータ翼７とステータ翼６とは翼の傾斜の向きが逆であり、且つ、傾斜角度は、高真空側である前段側から下流側である後段側に向けて、気体分子が逆行しにくい角度に変化して形成されている。気体分子は、翼排気部２において圧縮されて図示下方のネジ溝排気部３へ移送される。
【００１６】
ネジ溝排気部３においては、ネジステータ８に対してロータ円筒部９が高速回転すると粘性流による排気機能が発生し、翼排気部２からネジ溝排気部３へと移送された気体は圧縮されながら排気ポート４５へ移送され真空排気される。なお、本実施の形態では、ネジ溝構成を有するネジ溝排気部３としているが、ネジ溝構成以外の構成も含め、粘性流による排気機能を発揮する部分はドラッグポンプ部と呼ばれる場合もある。
【００１７】
ロータ４とロータ軸５の固定構造の詳細を説明する。
ロータ４は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属で形成されている。ロータ４の中央部には、厚さ方向に貫通する円筒状の嵌合用開口部４ａが形成されている。ロータ軸５は、円筒状に形成され、例えば、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）等の鉄鋼で形成されている。ロータ４とロータ軸５とは、軸心が同軸となるように固定されており、ロータ軸５の軸方向の上端部には、径大の円筒状の嵌め合い軸部５ａが形成されている。この嵌め合い軸部５ａは軸方向に所定の厚さを有しており、嵌め合い軸部５ａの厚さは、ロータ４における嵌合用開口部４ａが形成された中央部の厚さよりも厚く形成されている。
【００１８】
ロータ４とロータ軸５の嵌め合い軸部５ａとは締まり嵌めのみにより固定されており、いずれの部材にも、軸方向に重合する部分は形成されていない。つまり、ロータ４の嵌合用開口部４ａの内周側面は、厚さ方向の全体に亘り、ロータ軸５の嵌め合い軸部５ａの外周面に圧接されており、ボルトが挿通される部分を有していない。また、ロータ軸５の嵌め合い軸部５ａの外周面は、厚さ全体に亘って軸方向と平行に形成され、ボルトが挿通される部分を有していない。
【００１９】
ここで、ロータ４の材料であるアルミニウムの線膨張係数は、２３．４Ｅ−０６である。また、ロータ軸５の材料、例えば、ＳＣＭ４２５の線膨張係数は１２．０Ｅ―０６である。
つまり、線膨張係数は、ロータ４の方がロータ軸５よりも大きい。このことは、ロータ４およびロータ軸５の温度が同じ温度に上昇した場合には、ロータ４の嵌合用開口部４ａの内周側面の方が、ロータ軸５の外周面より外側に大きく変位することを意味する。
このため、ロータ４と、ロータ軸５を焼き嵌めにより固定すると、温度上昇時に、固定力が低減してしまう。従って、ボルト締結など、他の固定構造が必要となる。
【００２０】
そこで、この実施形態では、ロータ４とロータ軸５の嵌め合い軸部５ａとを、冷やし嵌めまたは焼き・冷やし嵌めにより固定している。
冷やし嵌めの場合、例えば、嵌め合い軸部５ａを含めロータ軸５を、―１００℃程度に冷却し、この状態でロータ４の嵌合用開口部４ａに嵌入する。この場合、嵌め合い軸部５ａの外径寸法とロータ４の嵌合用開口部４ａの寸法とは、嵌め合い軸部５ａが冷却された状態で、緊密に嵌合する寸法、つまり、締まり嵌め寸法に設定しておく。
焼き・冷やし嵌めの場合、例えば、ロータ４を１００℃程度に加熱し、嵌め合い軸部５ａを含めロータ軸５を、−１００℃程度に冷却し、この状態で嵌め合い軸部５ａをロータ４の嵌合用開口部４ａに嵌入する。この場合、嵌め合い軸部５ａの外径寸法とロータ４の嵌合用開口部４ａの寸法とは、嵌め合い軸部５ａが冷却され、且つ、ロータ４が加熱された状態で緊密に嵌合する寸法、つまり、締まり嵌め寸法に設定しておく。
【００２１】
このようにすることにより、常温において、ロータ４とロータ軸５の嵌め合い軸部５ａには圧接力が作用し強固に固定される。そして、ロータ４の温度が上昇しても、ロータ４とロータ軸５の嵌め合い軸部５ａとの強固な固定は維持される。
【００２２】
上記実施形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）ロータ４とロータ軸５との固定にボルト締結を必要としないので、ロータ４にロータ軸５に重合する部分を設ける必要がない。このため、その分、ロータ４の質量を低減することができ、ロータ破壊トルクを小さくすることができる。
（２）ボルト締結ではないので、ロータ４またはロータ軸５の嵌め合い軸部５ａの一方に設けるキリ穴とボルト外径との公差によって生じるボルト締結時のズレが発生することがない。このため、ボルト締結時のズレに起因するロータのアンバランスをなくすことができる。
（３）ボルトを使用しないので、部品点数を削減することができ、また、組付時間も短縮することができるので、コストの低減が可能となる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、ロータ軸５の嵌め合い軸部５の外径を、他の部分より径大とするものであったが。嵌め合い軸部５ａの径を、他の部分と同一あるいはそれ以下としてもよい。また、ロータ４およびロータ軸５の材料は、上記した材料に限定されるものではない。ロータ軸５の嵌め合い軸部５の軸方向における厚さがロータ４の中央部の厚さよりも厚いものであったが、ロータ４の中央部の厚さと同一またはそれ以下とすることもできる。
【００２４】
（実施形態２）
図２〜図４は、本発明に係るターボ分子ポンプ１の実施形態２を示し、図２はロータ４’とロータ軸５’の側面図であり、図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断したロータ軸５’の断面図であり、図４は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断したロータ４’の中央部付近の断面図である。
実施形態２では、ロータ軸５’は、図３に図示されるように、嵌め合い軸部５ａ’の外周面から軸方向と直角方向に突き出す突起部５ｂが形成されている。突起部５ｂは、軸の中心線に対して線対称に一対形成されている。
【００２５】
一方、ロータ４’には、嵌合用開口部４ａ’の内周面に、嵌め合い軸部５ａ’の突起部５ｂに対応する形状を有する凹部４ｂが形成されている。
実施形態２においても、ロータ４’とロータ軸５’の嵌め合い軸部５ａ’とは、冷やし嵌め、または焼き・冷やし嵌めにより固定される。この場合、嵌め合い軸部５の突起部５ｂとロータ４の凹部４ｂも含め、締まり嵌め寸法に設定される。
【００２６】
従って、実施形態２の場合にも、実施形態１の場合と同様な効果を得ることができる。
また、ロータ４やロータ翼７に突発的に大きな負荷がかかった場合でも、嵌め合い軸部５の突起部５ｂとロータ４の凹部４ｂとにより、ロータ４’とロータ軸５’との緩みを防止することができる。つまり、ロータ４’とロータ軸５’の外周周りに作用する外力に対しても強固な保持力を有する。
【００２７】
なお、上記実施形態においては、ターボ分子ポンプ１はネジ溝部８ｂを有するものであるが、ネジ溝部８ｂを有していないターボ分子ポンプに適用することも可能である。
【００２８】
また、磁気軸受式ターボ分子ポンプを実施形態として説明したが、本発明は磁気軸受式に限らず適用することが可能である。その他、本発明は、発明の趣旨の範囲において種々変形して適用することが可能であり、要は、ケース部材内にロータ軸と、ロータ軸に固定されたロータとを高速に回転し、吸入口側から排気ポート側へ気体分子を移送するターボ分子ポンプにおいて、ロータ軸は、軸方向の上端部に、軸方向に所定の厚さを有する嵌め合い軸部を有し、ロータはロータ軸の嵌め合い軸部に嵌合する嵌合用開口部を有し、ロータとロータ軸の嵌め合い軸部とは、それぞれ、軸方向において重合する部分を有しておらず、ロータの嵌合用開口部に前記ロータ軸の嵌め合い軸部が嵌合され、ロータとロータ軸とが、冷やし嵌めまたは焼き・冷やし嵌めにより固定されているものであればよい。
【符号の説明】
【００２９】
１        ターボ分子ポンプ
２        翼排気部
３        ネジ溝排気部
４、４’        ロータ
４ａ、４ａ’    嵌合用開口部
４ｂ            凹部
５、５’        ロータ軸
５ａ、５ａ’    嵌め合い軸部
５ｂ      突起部
６        ステータ翼
７        ロータ翼
８        ネジステータ
８ａ      螺旋状突部
８ｂ      ネジ溝部
９        ロータ円筒部
１１      ケース部材
１２      上ケース
１３      ベース
１５      吸気口
２１      スペーサ
４５      排気ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012041857.tif 000006