(57)【要約】【課題】ロータ変形に起因するロータの径方向ずれを抑制することができる真空ポンプの提供。【解決手段】真空ポンプは、軸芯に対して垂直な締結面３３５を有するシャフト３３と、締結面３３５に立設された位置決めピン４０ａ，４０ｂと、締結面３３５にボルト締結され、ピン４０ａ，４０ｂが嵌挿される貫通穴３０１が形成されたロータ３０と、シャフト３３を回転駆動するモータと、を備える。そして、ピン４０ａは締結面３３５の軸芯と直交する直線Ｌ１上の位置に立設され、ピン４０ｂは、締結面３３５の軸芯と直交するとともに直線Ｌ１と所定角度θを成す直線Ｌ２上の位置に立設されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯に対して垂直な締結面を有する回転軸と、
前記締結面に立設された第１および第２の凸部と、
前記締結面にボルト締結され、前記第１の凸部が嵌挿される第１の凹部および前記第２の凸部が嵌挿される第２の凹部が形成されたロータと、
前記回転軸を回転駆動するモータと、を備え、
前記第１の凸部は、前記締結面の前記軸芯と直交する第１直線上の位置に立設され、
前記第２の凸部は、前記締結面の前記軸芯と直交するとともに前記第１直線と所定角度を成す第２直線上の位置に立設されていることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
前記第１および第２の凸部はそれぞれ位置決めピンであることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
前記第１の凸部は前記第１直線の方向に延在する凸部であり、
前記第２の凸部は前記第２直線の方向に延在する凸部であることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載の真空ポンプにおいて、
前記締結面の軸芯位置に立設されたスプライン軸を有し、
前記第１および第２の凸部はスプライン軸の外周面に形成された歯であり、
前記第１および第２の凹部はスプライン溝であ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、ターボ分子ポンプやモレキュラドラグポンプのような、高速回転する回転体を備える真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボ分子ポンプにおいては、軸受（磁気軸受またはメカニカルベアリング）により支持されるシャフトに回転翼が形成されたロータをボルト締結して、一体とする回転体構造が一般的である。その締結構造には、ロータ側に設けられた穴にシャフト側の軸を挿入するか、逆に、シャフト側に設けられた穴にロータ側に設けられた軸を挿入する嵌め合い構造が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２９１５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、回転上昇や温度上昇時の遠心力や熱膨張による変形で穴側の径が拡がったり、回転減速や温度降下時に軸側の径が小さくなったりして、締結が半径方向に緩み、ロータと軸との間に径方向のずれが生じる場合がある。そのような場合、回転体のバランスが大きく崩れ、回転駆動が不可能となるおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明による真空ポンプは、軸芯に対して垂直な締結面を有する回転軸と、締結面に立設された第１および第２の凸部と、締結面にボルト締結され、第１の凸部が嵌挿される第１の凹部および第２の凸部が嵌挿される第２の凹部が形成されたロータと、回転軸を回転駆動するモータと、を備え、第１の凸部は、締結面の軸芯と直交する第１直線上の位置に立設され、第２の凸部は、締結面の軸芯と直交するとともに第１直線と所定角度を成す第２直線上の位置に立設されていることを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の真空ポンプにおいて、第１および第２の凸部をそれぞれ位置決めピンとしたものである。
請求項３の発明は、請求項１に記載の真空ポンプにおいて、第１の凸部は第１直線の方向に延在する凸部とし、第２の凸部は第２直線の方向に延在する凸部としたものである。
請求項４の発明は、請求項３に記載の真空ポンプにおいて、締結面の軸芯位置に立設されたスプライン軸を有し、第１および第２の凸部はスプライン軸の外周面に形成された歯であり、第１および第２の凹部はスプライン溝であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、ロータ変形に起因する回転軸に対するロータの径方向ずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る真空ポンプを説明する図である。
【図２】ロータ３０の位置決め構造を説明する図である。
【図３】従来のターボ分子ポンプにおけるロータ位置決め構造の一例を示す図である。
【図４】従来のターボ分子ポンプにおけるロータ位置決め構造の他の例を示す図である。
【図５】ピン４０ａ，４０ｂの配置とロータ３０の位置ずれを説明する図である。
【図６】ロータ位置決め構造の変形例１を示す図である。
【図７】凸部領域３３２ａ，３３２ｂの他の構造を示す図である。
【図８】ロータ位置決め構造の変形例２を示す図である。
【図９】十字形状の凸部３２２を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明の実施するための形態について説明する。図１は本発明に係る真空ポンプを説明する図であり、ターボ分子ポンプを構成するポンプ本体１の断面図である。ターボ分子ポンプは、図１に示すポンプ本体１と不図示のコントロールユニットとで構成される。
【０００９】
図１に示したターボ分子ポンプは磁気浮上式のターボ分子ポンプであって、ロータ３０が締結されたシャフト３３は、ラジアル方向の磁気軸受３７およびスラスト方向の磁気軸受３８によって非接触支持される。シャフト３３の浮上位置は、ラジアル変位センサ２７およびアキシャル変位センサ２８によって検出される。磁気軸受によって回転自在に磁気浮上されたシャフト３３は、モータ３６により高速回転駆動される。２６，２９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２６，２９によりシャフト３３は支持される。
【００１０】
ロータ３０と回転軸であるシャフト３３とはボルト３４により締結されている。なお、ロータ３０とシャフト３３との間の位置決め（芯出し）はピン４０ａ，４０ｂによって行われている。これらの位置決めピン４０ａ，４０ｂによって、高速回転時の遠心力や熱膨張によりロータ３０がシャフト３３に対して径方向にずれるのを防止している。
【００１１】
ロータ３０には、真空排気機能部としての複数段の回転翼３２と円筒状のネジロータ３１とが形成されている。一方、固定側の真空排気機能部として、軸方向に対して回転翼３２と交互に配置された複数段の固定翼２２と、ネジロータ３１の外周側に設けられたネジステータ２４とが設けられている。各固定翼２２は、スペーサリング２３を介してベース２０上に載置される。ポンプケーシング２１をベース２０に固定すると、積層されたスペーサリング２３がベース２０とポンプケーシング２１との間に挟持され、固定翼２２が位置決めされる。
【００１２】
ベース２０には排気ポート２５が設けられ、この排気ポート２５にバックポンプが接続される。ロータ３０を磁気浮上させつつモータ３６により高速回転駆動することにより、吸気口２１ａ側の気体分子は排気ポート２５側へと排気される。
【００１３】
図２はロータ３０の位置決め構造を説明する図であり、（ａ）はピン４０ａ，４０ｂが設けられたロータ３０の中央部分を吸気口２１ａ側から見た図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。ロータ３０は、シャフト３３の上端に形成されたフランジ部３３ａの上端面（すなわち、締結面）３３５に締結されている。フランジ部３３ａの締結面３３５には穴３３０が２つ形成されている。一方、ロータ３０にも、穴３３０と対向する位置に貫通孔３０１がそれぞれ形成されている。図２（ａ）に示すように、ピン４０ａ，４０ｂは、シャフト３３の軸中心を通る径方向の直線に関して一直線に並ぶようには配置されず、一直線の配置から角度θだけずれた位置に配置されている。なお、図２に示す例では、軸中心からピン４０ａ，４０ｂまでの距離を等しく設定しているが、異なっていても構わない。
【００１４】
各ピン４０ａ，４０ｂは、穴３３０および貫通孔３０１の両方に圧入される形で嵌挿されている。この場合、貫通孔３０１における圧入代は穴３３０おける圧入代よりも小さく設定されており、ピン４０ａ，４０ｂと貫通孔３０１との圧入は軽圧入となっている。ロータ３０をシャフト３３に締結する際には、予めピン４０ａ，４０ｂを穴３３０に圧入しておき、その後、ロータ３０を図２（ｂ）の上方からフランジ部３３ａの上端面に装着することで、ロータ３０の各貫通孔３０１にピン４０ａ，４０ｂが圧入される。その後、ボルト３４によりロータ３０をフランジ部３３ａに固定する。ロータ３０の軸方向の拘束はボルト３４によって行われる。
【００１５】
本実施の形態は、図２に示すような構成のピン４４ａ，４４ｂによりロータ３０の位置決め（芯出し）をしていることに特徴があり、その作用効果を、従来の構造と対比して説明する。従来のターボ分子ポンプでは、図３や図４に示すようなロータ位置決め構造が一般的に採用されている。
【００１６】
図３に示すロータ位置決め構造では、シャフト３３に位置決め用の軸部３３１が形成されている。この軸部３３１をロータ３０に形成された貫通孔３０２に嵌挿することにより、ロータ３０の位置決め（芯出し）を行っている。なお、図３に示す構造では、軸部３３１は、焼き嵌めによって貫通孔３０２に圧入されている。
【００１７】
一般的なターボ分子ポンプでは、ロータ３０はアルミ系の材料で形成され、シャフト３３は鉄系の材料で形成されている。そのため、高速回転時の遠心力や熱膨張による変形は、シャフト３３よりもロータ３０の方が大きくなる。その結果、図３（ｂ）に示すようにロータ側の貫通孔３０２と、シャフト側の軸部３３１との間に隙間が生じることになる。なお、二点差線は変形前のロータ３０を示しており、具体的には、貫通孔３０２が形成されるロータ上端凹部の内径位置を示している。
【００１８】
一方、図４に示すロータ位置決め構造では、ロータ側に円形の凸部３０３が形成され、その凸部３０３が嵌挿される穴３３３はシャフト側に形成されている。この場合、凸部３０３と穴３３３とは隙間嵌めが採用されている。遠心力や熱膨張による変形はアルミ系が用いられるロータ３０の方が大きいため、凸部３０３と穴３３３との間に隙間が無いと、凸部３０３の近傍の締結面が盛り上がるような変形が生じるおそれがある。そのため、隙間嵌めになっている。そのため、ロータ３０が半径方向にずれて、回転体のバランスが崩れてしまう場合があった。
【００１９】
ロータ３０はボルト３４によってシャフト３３に締結されているが、高速回転体であるロータ３０の径方向に関する正確な位置決めはボルト３４では困難である。そのため、図３（ｂ）に示すような隙間が生じた場合、ロータ３０はシャフト３３に対して径方向に位置ずれを起こしやすくなる。その結果、ロータ３０とシャフト３３から成る回転体のバランスが崩れ、ポンプを分解して再バランス取りを行う必要があった。
【００２０】
図５（ａ）は、本実施の形態のピン４０ａ，４０ｂを用いたロータ位置決め構造において、ロータ３０が遠心力や熱膨張により変形した場合を示す。なお、二点差線は変形前のロータ３０（ロータ上端凹部の内径位置）を示す。ピン４０ａは締結面３３５上の軸芯（軸中心）を通る直線Ｌ１上に配置されており、ピン４０ｂは締結面３３５上の軸芯を通り直線Ｌ１と角度θを成す直線Ｌ２上に配置されている。
【００２１】
ロータ３０は外周方向に膨張するように変形するため、ロータ３０が変形して貫通孔３０１が大きくなると、図５（ａ）に示すように、ピン４０ａについては直線Ｌ１方向（α１方向）外側および直線Ｌ１に直交する方向（β１方向）に隙間が生じる。一方、ピン４０ｂについては、直線Ｌ２方向（α２方向）外側や直線Ｌ２に直交する方向（β２方向）に隙間が生じる。そのため、ピン４０ａに関してはロータ３０がα１方向にずれる余地があり、ピン４０ｂに関してはα２方向にずれる余地がある。しかし、α１方向とα２方向とは、方向が角度θだけずれているため、実際にはロータ３０はいずれの方向にもずれることができない。
【００２２】
図５（ｂ）は、ピン４０ａおよびピン４０ｂを直線Ｌ１上に配置した場合を示す。この場合、どちらのピン４０ａ，４０ｂに関しても、ロータ３０がα１方向にずれる余地がある。そのため、このような配置の場合にはロータ３０がα１方向にずれることができ、回転体のバランスが崩れてしまうおそれがある。
【００２３】
このようなことから、位置決め用ピンは２本以上必要であり、全てのピンが軸中心を通る同一径方向直線上に配置されることのないように、各ピンが配置される必要がある。すなわち、少なくとも一つのピンは、図２，図５（ａ）に示すように、締結面３３５の軸芯を通る径方向直線に関して、一直線の配置から所定角度ずれた位置に配置する必要がある。この角度ずれ、すなわち、図５（ａ）に示す直線Ｌ２の角度θとしては、直線Ｌ２上の配置として点線Ｂで示すような配置も考慮すると、４５deg以下に設定するのが好ましい。また、ピン４ａ，４０ｂの材質としては、シャフト３３と同じような機械的性質（ヤング率、熱膨張係数）を有するものが望ましく、例えば、ステンレスが耐食性の点からも好ましい。また、鋼材に耐食性のメッキを施したものを用いても良い。
【００２４】
また、ロータ３０の貫通穴３０１に対してピン４０ａ，４０ｂを軽圧入したが、この嵌め合いは隙間嵌めであっても構わない。隙間嵌めの場合、厳密に考えるとロータ変形前にはピン４０ａ，４０ｂに対して軸芯側に隙間ができることになるが、隙間嵌め程度の隙間であれば、ロータ３０がずれても駆動不能となるようなことはない。さらに、遠心力や熱膨張によりロータ３０が外周側に膨張するように変形した場合、上述の軸芯側の隙間は減少することになり、ロータ変形前に比べてロータ３０のずれは抑制されることになる。なお、本実施の形態では貫通穴３０１としたが、貫通していなくても構わない。
【００２５】
（変形例１）
図６は、本実施形態のロータ位置決め構造の変形例１を示す図である。図６において、（ａ）はロータ３０とシャフト３３の締結部分を示す断面図であり、（ｂ）はシャフト３３フランジ部３３ａの締結面３３５の平面図である。図６（ａ）に示すように、フランジ部３３ａの締結面３３５（ロータ対向面）には、図６（ｂ）に示すような折れ曲がった平面形状を有する凸部３３２が形成され、対向するロータ３０の締結面には、凸部３３２と同一平面形状を有して凸部３３２が嵌挿される溝３０４が形成されている。
【００２６】
凸部３３２は、直線Ｌ１方向に延在する凸部領域３３２ａと、直線Ｌ２方向に延在する凸部領域３３２ｂとから成る。言い換えると、凸部３３２は、直線Ｌ１上に配置された凸部領域３３２ａと直線Ｌ２上に配置された凸部領域３３２ｂとから成る。そのため、変形例１の場合も、上述したピン４０ａ，４０ｂを用いたロータ位置決め構造の場合と同様の作用効果を奏する。
【００２７】
なお、図６に示した例では、凸部領域３３２ａ，３３２ｂは軸中心からフランジ部３３ａの縁まで延在していたが、図７（ａ）に示す凸部領域３３２ａ，３３２ｂのようにフランジ部３３ａの縁まで延在していなくても構わない。また、図７（ｂ）に示すように、フランジ部３３ａの縁に近い領域のみに凸部領域３３２ａ，３３２ｂを配置しても良い。いずれの場合も、凸部領域３３２ａ，３３２ｂは、角度θを成す直線Ｌ１，Ｌ２に分かれて配置されているので、図５（ｂ）に示した凸部領域３３２ａ，３３２ｂの場合と同様の作用効果を奏することができる。
【００２８】
なお、凸部３２２と溝３０４との嵌め合いは締まり嵌め（すなわち、圧入）が好ましいが、上述したピン４０ａ，４０ｂの場合と同様に隙間嵌めであっても構わない。また、凸部３２２の形状は、図９に示すような十字形状であっても良い。このような場合、９０deg間隔で４つの凸部領域３２２ａ〜３２２ｄが形成されていると考えれば、上述した凸分３２２と同様の作用効果を奏することが容易にわかる。
【００２９】
（変形例２）
変形例２のロータ位置決め構造では、図８に示すような穴側スプライン５０ａと軸側スプライン５０ｂとで構成されるスプライン構造５０を位置決め構造に採用した。図８において、（ａ）はロータ３０とシャフト３３の締結部分を示す断面図であり、（ｂ）ロータ３０側に形成された穴側のスプライン５０ａを示す図である。一般的に、スプラインはトルク伝達に用いられるが、変形例２におけるスプライン構造５０は、主に位置決めに用いられる。トルク伝達の機能は、主にボルト３４によって行われる。
【００３０】
穴側スプライン５０ａには、穴内周面から中心方向に複数の溝５００（５００ａ，５００ｂ）が放射状に形成されている。一方、図示していないが、軸側スプライン５０ｂには、締結面３３５の軸芯位置に立設された軸の外周面に、上記複数の溝５００に嵌挿される複数の歯（凸部）が形成されている。このようなスプライン構造５０においても、図８（ｂ）に示すように、一対の溝５００ａは直線Ｌ１上に配置されているが、他の一対の溝５００ｂは直線Ｌ１に対して傾いた直線Ｌ２上に配置されている。すなわち、各溝５００は変形例１の溝３０４に対応し、軸側スプライン５０ｂの歯（凸部）は変形例１の凸部３３２に対応しているので、上述した変形例１の場合と同様の作用効果を奏する。
【００３１】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、磁気軸受式でないターボ分子ポンプにも適用できるし、例えば、特開平８−１４４９９２号公報に記載のモレキュラドラグポンプのような真空ポンプにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１：ポンプ本体、３０：ロータ、３３：シャフト、３３ａ：フランジ部、３４：ボルト、４０ａ，４０ｂ：ピン、５０：スプライン構造、５０ａ：穴側スプライン、５０ｂ：軸側スプライン、３０１：貫通穴、３０４、５００、５００ａ，５００ｂ：溝、３３０：穴、３３２：凸部、３２２ａ〜３２２ｄ，３３２ａ，３３２ｂ：凸部領域、３３５：締結面、Ｌ１，Ｌ２：直線
【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】
2012127326.tif 000009
【図８】
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【図９】
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