(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口と排気口を有し、ポンプケーシング内部に、ロータとステータにより排気部が構成され、前記ポンプケーシングの下部をポンプ基部で覆った真空ポンプにおいて、
パイプ内部に発熱体を埋込んで構成されるリング状ヒータからなり、前記排気口の近傍に位置する排気部のステータ側部材を加熱する加熱手段と、
パイプ内部に温度検出部を埋込んで構成され、前記排気口の近傍に位置する排気部のステータ側部材の温度を測定する温度検出手段と、
前記ポンプ基部に設けた貫通穴内に装着されてポンプ運転中にポンプ内部が真空領域となるように前記ポンプ基部と共に区画するフランジを有し、
前記加熱手段は、下方に垂下して前記フランジを貫通する下方垂下部を有し、前記排気口の近傍に位置する排気部のステータ側部材と前記ポンプ基部との間に位置して該ステータ側部材と前記下方垂下部を除くほぼ全域で接触し、前記パイプの端部が大気圧に露出して前記発熱体が該パイプの内部で大気圧の環境におかれるようにして、運転時に真空領域となるポンプ内部に配置され、
前記温度検出手段は、前記フランジを貫通し、前記パイプ先端部の温度検知部が前記排気口の近傍に位置する排気部のステータ側部材に接触し、前記パイプの端部が大気圧に露出して前記温度検出部が該パイプの内部で大気圧の環境におかれるようにして、運転時に真空領域となるポンプ内部に配置され、
前記フランジの外周は、前記ポンプ基部の貫通穴の内部に嵌着した真空シール部材で気密的にシールされていることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
前記排気部は翼排気部を有し、この翼排気部のステータ側部材、ロータ、該ロータを支承する軸受及び該ロータを回転させるモータの少なくとも一つを冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記排気部のステータ側部材を吸気口側と排気口側に熱的に断絶する断熱手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
【請求項４】
吸気口と排気口を有し、ポンプケーシング内部に、ロータとステータにより溝排気部が構成され、前記ポンプケーシングの下部をポンプ基部で覆った真空ポンプにおいて、
パイプ内部に発熱体を埋込んで構成されるリング状ヒータからなり、前記溝排気部のロータとの間で排気流路を形成するステータ側部材の下面に該下面のほぼ全周に亘って接触して該ステータ側部材を加熱する加熱手段と、
パイプ内部に温度検出部を埋込んで構成され、前記溝排気部のロータとの間で排気流路を形成するステータ側部材の温度を測定する温度検出手段と、
前記ポンプ基部に設けた貫通穴内に装着されてポンプ運転中にポンプ内部が真空領域となるように前記ポンプ基部と共に区画するフランジを有し、
前記加熱手段は、下方に垂下して前記フランジを貫通する下方垂下部を有し、前記パイプの端部が大気圧に露出して前記発熱体が該パイプの内部で大気圧の環境におかれるようにして、運転時に真空領域となるポンプ内部に配置され、
前記温度検出部は、前記フランジを貫通し、前記パイプ先端部の温度検知部が前記ロータとの間で排気流路を形成するステータ側部材に接触し、前記パイプの端部が大気圧に露出して前記温度検出部が該パイプの内部で大気圧の環境におかれるようにして、運転時に真空領域となるポンプ内部に配置され、
前記フランジの外周は、前記ポンプ基部の貫通穴の内部に嵌着した真空シール部材で気密的にシールされていることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項５】
前記ポンプケーシング内部に、ロータとステータにより構成された翼排気部を更に有し、この翼排気部のステータ側部材、ロータ、該ロータを支承する軸受及び該ロータを回転させるモータの少なくとも一つを冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項４記載の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータとステータの相互作用により真空排気を行う排気部を有する真空ポンプに関し、より詳しくは、排気口側の高い圧力領域でプロセスガスによる反応生成物がポンプ内部に析出しないようにして、ポンプの運転可能範囲を広く設定できるようにした真空ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の一例を図７に示す。このターボ分子ポンプは、筒状のポンプケーシング１の内部に、ロータ（回転部）Ｒとステータ（固定部）Ｓにより翼排気部Ｌ１及び溝排気部Ｌ２からなる排気部が構成されている。ポンプケーシング１の下部はポンプ基部２によって覆われ、このポンプ基部２には溝排気部Ｌ２の排気側に連通する排気口２０を有する排気口構成部材２１が連結されている。吸気口１ａを有するポンプケーシング１の上部には排気すべき装置や配管に接続するためのフランジ１ｂが設けられている。ステータＳは、ポンプ基部２の中央に立設された固定筒状部３と、翼排気部Ｌ１及び溝排気部Ｌ２の固定側部分とから主に構成されている。
【０００３】
ロータＲは、固定筒状部３の内部に挿入された主軸４と、それに取り付けられた回転筒状部５とから構成されている。主軸４と固定筒状部３の間には駆動用モータ６と、その上下に上部ラジアル軸受７及び下部ラジアル軸受８が設けられている。そして、主軸４の下部には、主軸４の下端のターゲットディスク９と、ステータＳ側の上下の電磁石１０ａ，１０ｂを有するアキシャル軸受１１が配置されている。このような構成によって、ロータＲが５軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。
【０００４】
回転筒状部５の上部外周には、回転翼１２が一体に設けられて羽根車を構成し、ポンプケーシング１の内面には、回転翼１２と交互に配置される固定翼１３が設けられ、これらが、高速回転する回転翼１２と静止している固定翼１３との相互作用によって排気を行う翼排気部Ｌ１を構成している。固定翼１３は、その周縁部を固定翼スペーサ１４により上下から押さえられて固定されている。
【０００５】
さらに、翼排気部Ｌ１の下方には溝排気部Ｌ２が設けられている。すなわち、回転筒状部５には、外周面にねじ溝１８ａが形成されたねじ溝部１８が固定筒状部３を囲むように設けられ、一方、ステータＳには、このロータの外周を囲むねじ溝部スペーサ１９が配置されている。溝排気部Ｌ２は、高速回転するロータのねじ溝１８ａのドラッグ作用によって排気を行う。
【０００６】
このように翼排気部Ｌ１の下流側にねじ溝排気部Ｌ２を有することで、広い流量範囲に対応可能な広域型ターボ分子ポンプが構成されている。この例では、ねじ溝排気部Ｌ２のねじ溝をロータＲ側に形成した例を示しているが、ねじ溝をステータＳ側に形成することも行われている。
【０００７】
このような構造のターボ分子ポンプを半導体製造装置等に使用し、プロセスガスを吸気口１ａより吸気して排気口２０から排気する場合、プロセスガスを起因とする反応生成物が圧力の高い排気口２０側の排気流路に析出し、ロータＲとステータＳの隙間を閉塞したり、ロータＲに付着してロータＲのアンバランスを生じさせたりして、ロータＲの安定な回転を阻害し、最悪の場合にロータＲがロックして運転不能になることがある。また排気流路に反応生成物が堆積し該通路を閉塞すると、ポンプ内の圧力が上昇し、ポンプの十分な排気能力を確保できない上に、ロータの駆動モータが過負荷となって運転不能となることもある。
【０００８】
反応生成物は、プロセスガスにより種々あるが、代表的な例としてアルミニウムをエッチングした際に生ずる塩化アルミニウムＡｌＣｌ３が挙げられる。図８は、このＡｌＣｌ３の蒸気圧曲線を示し、これにより、温度の低いＡｌＣｌ３が分圧が高い領域で固相となり固形化しやすくなることが判る。このような性質によって、上記構造のターボ分子ポンプにおいては、翼排気部Ｌ１、溝排気部Ｌ２の順に排気されるガスが固形化しやすくなる。
【０００９】
このため、図７に示すように、ポンプケーシング１の外部にヒータ１５を設け、このヒータ１５の熱をねじ溝部スペーサ１９に伝熱してねじ溝排気部Ｌ２を加熱昇温させたり、排気口構成部材２１の外周にヒータ１７を設け、このヒータ１７で排気口構成部材２１を加熱昇温させることが行われている。
【００１０】
なお、ヒータ１５及びヒータ１７による加熱での昇温の程度を検知し、各ヒータ１５，１７のＯＮ／ＯＦＦ制御をするために、それぞれのヒータ１５，１７の近傍、すなわちポンプケーシング１のヒータ取付部や排気口構成部材２１のヒータ取付部の近傍に温度検出手段（サーミスタや熱電対等）が設けられ、同部（大気圧側）の温度を検出して、温度制御のフィードバック信号に用いている。
【００１１】
また、ロータＲを支承している軸受７，８，１１やロータＲを回転駆動している駆動用モータ６、並びにロータ全体をポンプ全体の昇温による高温から保護するため、図７に示すように、ポンプ基部２と蓋体２２との間に水冷配管２３を通して、この水冷配管２３の内部に冷媒を流してこれらを冷却することも広く行われている。特に、比強度の高いアルミニウム合金を材料とするロータ（羽根車）は、高温強度が低く、長時間高温、高応力条件下で変形が進む、いわゆるクリープ現象を起こすため、その温度を許容温度内に保つ必要がある。一般的に前述のヒータのＯＮ／ＯＦＦ制御と、水冷配管２３に接続された電磁弁（図示せず）の開閉制御によりポンプ内部の温度制御を行うことが行われていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の真空ポンプにあっては、排気流路の比較的高い圧力領域でのプロセスガスに起因する反応生成物の析出を阻止するため、ポンプの外部にヒータ等の加熱手段を設けるとともに、加熱による高温の弊害を阻止するため、冷却手段による冷却を同様に外部から行っていたため、次のような課題があった。
【００１３】
すなわち、反応生成物の析出を阻止又は低減させてポンプの運転寿命を長くし、耐久性を高めるという目的からは、ポンプ内部の高い圧力領域、すなわち排気口側を高温に保持すればよい。一方、反応生成物の析出の問題を無視した場合、ある許容応力と許容温度領域で使用しなければならないロータ（羽根車）材料、ロータを支承する軸受の構成部品やその材料、ロータを回転駆動させる駆動モータの構成部品やその材料等を真空ポンプ内での発熱や高温部から保護し耐久性を保つためには、これらの温度を隔離するか、またはそれが十分でない場合には冷却する必要がある。
【００１４】
このように真空ポンプの構成部の耐久性を確保しつつ、反応生成物の析出を低減又は阻止するには、析出しやすい領域を高温保持しつつ、許容温度範囲に保たなければならない領域は、高温部との隔離または冷却手段による冷却を的確に実現しなければならない。
【００１５】
しかし、真空ポンプの内部は、通常運転中、大気圧力よりも低い圧力の低圧状態（真空）となり、真空中では、熱の伝達が断隔され、いわゆる真空断熱状態となる。このような状態で、ポンプの外部に加熱手段を設け、ポンプ部品の伝熱によりポンプ内部の排気流路を昇温させると、熱、つまりエネルギの損失が大きい。特に大気（外気）に曝されているポンプ外部（ケーシングやハウジング）での放熱量は多く、加熱の観点から効率が悪いばかりでなく、ポンプ内部でも各部品同士の伝熱作用があり、加熱させたくない領域（例えば、軸受やモータ及び翼排気部）までも昇温させてしまう可能性が高い。更に、加熱手段に用いるヒータ等の熱エネルギ量の点からも、外部からの伝達では消費エネルギが多くなり、省エネルギが図れないばかりか、加熱手段が大型になりポンプ全体のコンパクト化を図る上でも障害となる。
【００１６】
一方、昇温させたい領域の温度を検出する場合にも、加熱手段の場合と同様に、ポンプ外部に温度検出手段を設け伝熱により温度を検出すると、温度検出の応答性及び正確性の性能が低下する。
【００１７】
本発明は上記の課題に鑑み、排気するガスに起因する反応生成物のポンプ内部での析出を防止しつつ、ポンプの各部を許容温度領域内に保持することができ、これによって、ポンプの運転可能範囲を広く設定できるとともに、ポンプの耐久性を向上させた真空ポンプを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、吸気口と排気口を有し、ポンプケーシング内部に、ロータとステータにより排気部が構成され、前記ポンプケーシングの下部をポンプ基部で覆った真空ポンプにおいて、パイプ内部に発熱体を埋込んで構成されるリング状ヒータからなり、前記排気口の近傍に位置する排気部のステータ側部材を加熱する加熱手段と、パイプ内部に温度検出部を埋込んで構成され、前記排気口の近傍に位置する排気部のステータ側部材の温度を測定する温度検出手段と、前記ポンプ基部に設けた貫通穴内に装着されてポンプ運転中にポンプ内部が真空領域となるように前記ポンプ基部と共に区画するフランジを有し、前記加熱手段は、下方に垂下して前記フランジを貫通する下方垂下部を有し、前記排気口の近傍に位置する排気部のステータ側部材と前記ポンプ基部との間に位置して該ステータ側部材と前記下方垂下部を除くほぼ全域で接触し、前記パイプの端部が大気圧に露出して前記発熱体が該パイプの内部で大気圧の環境におかれるようにして、運転時に真空領域となるポンプ内部に配置され、前記温度検出手段は、前記フランジを貫通し、前記パイプ先端部の温度検知部が前記排気口の近傍に位置する排気部のステータ側部材に接触し、前記パイプの端部が大気圧に露出して前記温度検出部が該パイプの内部で大気圧の環境におかれるようにして、運転時に真空領域となるポンプ内部に配置され、前記フランジの外周は、前記ポンプ基部の貫通穴の内部に嵌着した真空シール部材で気密的にシールされていることを特徴とする真空ポンプである。
【００１９】
このように、ポンプ内部の加熱したい箇所の少なくとも一部に加熱手段を接触させて設けることで、高温保持したい箇所を直接加熱し、しかも、真空断熱状態により外部との熱の出入りがない理想的な状態で加熱を行うことで、非常に少ないエネルギ量で加熱を行うことができる。また、伝達等により加熱目的以外の領域に逃げていく熱量（特にポンプ外部）が少なくなるため、省エネルギの他に加熱に対する反応性がよくなる。
【００２０】
また、加熱する領域から直接温度を検出することで、検出の正確度が高く、良好な温度制御の基になる検出値が得られる。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、前記翼排気部のステータ側部材、前記ロータ、該ロータを支承する軸受及び該ロータを回転させるモータの少なくとも一つを冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項１記載の真空ポンプである。
【００２２】
これにより、各部を効率的に冷却することで、軸受やモータの性能・機能を確保することができる。特に、ロータ（羽根車）に対しては、一般的に軸受やモータの設置箇所に近接し、熱伝達の効果が大きいため、軸受やモータの冷却によりロータの冷却も効率的に行え、ロータの温度を許容温度範囲に保つことができ、結果的にポンプの運転可能範囲を広く設定することができる。
【００２３】
なお、冷却手段は、各部に極力近接するようにして冷却効果を高めるのがよく、ポンプの排気口側の排気流路には冷却効果が極力及ばないように、熱絶縁や伝達経路の熱容量を大きくとることが望ましい。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、前記排気部のステータ側部材を吸気口側と排気口側に熱的に断絶する断熱手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプである。
【００２７】
これにより、圧力が高くなり反応生成物が析出しやすい排気口側のステータ温度を高く保持しつつ、ロータの回転による排気ガスの攪拌熱が発生しやすい吸気口側のステータの温度を低く保ち、それによりロータからステータ側への熱伝達を良くしてロータの温度を低く保ち、最終的に反応生成物の析出を阻止しつつ、ポンプの運転可能範囲を広く設定できる。また、前記排気部のステータ側部材を軸受やモータが組み込まれている基部と熱伝導的に断絶する手段（隙間等の空間も含む）を備えることで、ステータ側部材の高温状態が軸受やモータ、更に基部に近傍のロータやシャフトに影響を与えないようにして、高温による弊害を防止するようにしてもよい。
請求項４に記載の発明は、吸気口と排気口を有し、ポンプケーシング内部に、ロータとステータにより溝排気部が構成され、前記ポンプケーシングの下部をポンプ基部で覆った真空ポンプにおいて、パイプ内部に発熱体を埋込んで構成されるリング状ヒータからなり、前記溝排気部のロータとの間で排気流路を形成するステータ側部材の下面に該下面のほぼ全周に亘って接触して該ステータ側部材を加熱する加熱手段と、パイプ内部に温度検出部を埋込んで構成され、前記溝排気部のロータとの間で排気流路を形成するステータ側部材の温度を測定する温度検出手段と、前記ポンプ基部に設けた貫通穴内に装着されてポンプ運転中にポンプ内部が真空領域となるように前記ポンプ基部と共に区画するフランジを有し、前記加熱手段は、下方に垂下して前記フランジを貫通する下方垂下部を有し、前記パイプの端部が大気圧に露出して前記発熱体が該パイプの内部で大気圧の環境におかれるようにして、運転時に真空領域となるポンプ内部に配置され、前記温度検出部は、前記フランジを貫通し、前記パイプ先端部の温度検知部が前記ロータとの間で排気流路を形成するステータ側部材に接触し、前記パイプの端部が大気圧に露出して前記温度検出部が該パイプの内部で大気圧の環境におかれるようにして、運転時に真空領域となるポンプ内部に配置され、前記フランジの外周は、前記ポンプ基部の貫通穴の内部に嵌着した真空シール部材で気密的にシールされていることを特徴とする真空ポンプである。
請求項５に記載の発明は、前記ポンプケーシング内部に、ロータとステータにより構成された翼排気部を更に有し、この翼排気部のステータ側部材、ロータ、該ロータを支承する軸受及び該ロータを回転させるモータの少なくとも一つを冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項４記載の真空ポンプである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６を参照して説明する。なお、図７に示す従来例と同一部材または相当部材には同一符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
図１〜図４は、本発明の第１の実施の形態の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を示すもので、これは、排気口２０側の排気部である溝排気部Ｌ２のステータ側部材であるねじ溝部スペーサ１９の下部に、パイプで形成されるリング状のヒータ（加熱手段）３０を横断面鈎状のヒータ押え３１を介して取付けたものである。このヒータ３０は、そのリング状部のほぼ全周に亘ってねじ溝部スペーサ１９の下面に接触して、ねじ溝部スペーサ１９に対する伝熱効率を向上させるようになっているが、その一部で接触するようにしても良い。なお、ヒータ３０の形状は一例であり、生産性や性能を考慮した任意の形状に形成しても良いことは勿論である。
【００３０】
ヒータ３０の両端部には、下方に直角に屈曲して平行に垂下する一対の下方垂下部３０ａが形成され、この下方垂下部３０ａの下端部に楕円形状のフランジ３２が取付けられている。更に、この一対の下方垂下部３０ａ，３０ａ間に位置して、温度センサ（温度検出手段）３３がその下部をフランジ３２を貫通して配置され、この温度センサ３３の先端部の温度検知部は、ねじ溝部スペーサ１９に直接接触するようになっている。
【００３１】
フランジ３２は、ポンプ基部２に設けた貫通穴２ａと配線用内部配管３４に設けた貫通穴３４ａの内形に沿った形状に形成され、更にポンプ基部２と配線用内部配管３４との間に形成した段部（真空シール部）内に真空シール部材３５が配置されている。これにより、ポンプ基部２と配線用内部配管３４で真空シール部材３５を上下から挟持すると、真空シール部材３５が水平方向に膨出するよう変形し、この内周端面がフランジ３２の外周面に圧接することで、ここで真空が破壊されないようになっている。つまり、ポンプ運転中は、フランジ３２を挟んでその上方がポンプの内部の圧力（真空状態）となり、その下部が大気圧になるようになっている。
【００３２】
なお、真空シール部の溝形状は、断面形状が四角形のみならず、省スペース及びシールの信頼性向上の観点から横断面三角形でもよく、その他生産性、組立性を考慮した任意の形状のものに設定しても良い。また、Ｏリングシールのみならず、接着や溶接等によって、真空と大気圧の断絶を行うようにしても良い。
【００３３】
なお、ヒータ３０の発熱体や温度センサ３３の温度検出部である素子やヘッド部は、ポンプ内部で排気ガスと直接接することがないようパイプ形状の中に埋め込まれ、パイプの内部で大気圧の環境におかれているので、腐食や絶縁不良等による動作不良を起こすことがないばかりでなく、真空放電や真空中での溶融等を考慮する必要がない。従って、簡単で廉価な仕様で加熱手段や温度検出手段を実現できる。
【００３４】
ヒータ３０のパイプの材質としては、熱伝導性が高く耐食性があり、延性に富んで加工しやすいステンレス鋼等の金属系材料が挙げられる。また、耐食性の低い材料であっても、ニッケルめっき等の耐食性のある表面処理を実施することで使用が可能となる。
【００３５】
ヒータ３０及び温度センサ３３から延びる配線は、配線用内部配管３４内を延びて大気圧側でコネクタ３６に結線され、検出温度に基づいてヒータ３０のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うコントローラに接続される。
【００３６】
このように、ポンプ運転中に低圧（真空領域）となるポンプ内部にヒータ３０を配置し、このヒータ３０を直接加熱させたいねじ溝部スペーサ１９に直接接触させることで、ねじ溝部スペーサ１９を直接加熱することができる。また、温度センサ３３の温度検出部をねじ溝部スペーサ１９に接触させることで、加熱しているねじ溝部スペーサ１９の温度を直接検出することができる。しかも、ヒータ３０及び温度センサ３３の端子取出し部を真空シール部材３５でシールすることで、ヒータ３０及び温度センサ３３を低圧部（真空領域）のポンプ内部に配置することによって、真空ポンプ内の低圧部（真空領域）の真空が破壊されてしまうことを防止することができる。
【００３７】
なお、ヒータ３０及び温度センサ３３は、ロータＲが破壊した時に損傷を受けないような取付方法及び構造を採用することが望ましい。この対策としては、ねじ溝部スペーサ１９が回転しても共廻りしないように、ねじ溝部スペーサ１９への取付け部の強度を意図的に低くしたり、廻り止めのピンを設ける等の対策が挙げられる。また損傷防止の観点から、これらの部品をロータ外径より中心側に設けるようにしてもよいし、ねじ溝部スペーサ１９にヒータ３０や温度センサ３３を取り付ける箇所は、ねじ溝部スペーサのロータと対向している部分を避けるようにするとよい。
【００３８】
また、この実施の形態にあっては、溝部スペーサ１９の外周面とポンプケーシング１の内周面との間に隙間Ｔが設けられている。これによって、ねじ溝部スペーサ１９の熱がポンプケーシング１に直接伝熱されて、大気に晒されているポンプケーシング１から大量の熱が放熱されるのを防止することができる。
【００３９】
更に、この例にあっては、ポンプケーシング１は、翼排気部Ｌ１を囲繞する上ケーシング４０と、溝排気部Ｌ２を囲繞する下ケーシング４１とから構成され、この上ケーシング４０の下部外周に水冷配管４２がパイプ押え４３を介して取付けられ、この水冷配管４２の内部に冷媒を流すことで、翼排気部Ｌ１の固定翼１３及び固定翼スペーサ１４を強制的に冷却するようになっている。
【００４０】
一般に、ターボ分子ポンプの翼排気部は、気体分子どうしの衝突が無視できる、いわゆる分子流領域の圧力範囲で排気能力が十分に発揮されるようになっている。従って、真空ポンプの吸気口側から流れてくるガス量が多くなり、分子流領域から気体の粘性の性質が無視できなくなる、いわゆる粘性流領域になると翼排気部のロータによるガスの攪拌によって発熱量が急激に増加し、ロータ（羽根車）の温度が上昇する。羽根車は、一般にアルミニウム合金を材料として形成されているため、高温強度が低く、クリープが起こりやすい問題があるため、許容温度範囲に保たなければならない。そのため、排気できるガス量または運転できる圧力範囲を広く設定するためには、翼排気部のステータ側の温度を低くするとともに、その状態によって促進される翼排気部でのロータからステータ側への熱の輻射により、ロータの温度を低く保つことが重要となる。
【００４１】
このため、前述のように、翼排気部Ｌ１の固定翼１３及び固定翼スペーサ１４を選択的に強制的に冷却し、圧力が高くなり反応生成物が析出しやすい溝排気部Ｌ２に後述する熱断絶スペーサ４４を設けることにより、冷却の影響を与えにくくすることで、ポンプの運転可能範囲を広く保ちつつ、反応生成物の析出を阻止することができる。
【００４２】
また、ポンプ基部２と蓋体２２との間に水冷配管２３を通し、この水冷配管２３の内部に冷媒を流すことで、ねじ溝部スペーサ１９と熱的に絶縁されているポンプ基部２を強制的に冷却するようにしている。なお、ねじ溝部スペーサ１９とポンプ基部２を熱的に絶縁する方法としては、互いの接触部を極少化したり、断絶物を設けるようにする方法が挙げられる。また、更に図６に示すように、ねじ溝部スペーサ１９の上端部を翼排気部Ｌ１と溝排気部Ｌ２との間のみで挟持して吊り下げ固定し、他の部分は隙間を有するように構成してもよい。このようにポンプ基部２を強制的に冷却することで、駆動用モータ６や軸受７，８，１１の冷却の効果だけでなく、ロータＲの内側と固定筒状部３の外側でのロータＲからステータＳへの輻射熱も増大してロータＲの温度を降下させる効果もあり、結果的にロータ温度に制約されるポンプの運転可能範囲を広くできる。なお、モータや軸受を冷却させる手段は、極力モータや軸受が組み込まれている固定筒状部に近づけるのが望ましい。
【００４３】
更に、この例では、翼排気部Ｌ１の最下段に位置する固定翼１３及び固定翼スペーサ１４と、ねじ溝部スペーサ１９との間に、例えばセラッミクス等の熱伝導性の低い材料からなる熱断絶スペーサ４４が設けられている。これによって、翼排気部Ｌ１の固定翼１３及び固定翼スペーサ１４とねじ溝部スペーサ１９との間で温度勾配を高く設定して、翼排気部Ｌ１でのロータＲからの輻射熱によるロータＲの温度降下の効果を阻害することなく、結果的にロータ温度に制約されるポンプの運転可能範囲を広くできるようになっている。
【００４４】
つまり、溝排気部Ｌ２でのねじ溝部１８とねじ溝部スペーサ１９の隙間は、性能確保の必要上、約１ｍｍ以下の微少寸法に設定されており、この隙間に反応生成物が析出すると、即座にロータがロックもしくは回転不良になる可能性がある。このため、この領域は、反応生成物の析出防止のため、高温に保持する必要がある。一方、翼排気部Ｌ１は、排気のガス量が多い時に攪拌によるロータの発熱が激しく、ロータからステータ側への熱輻射による熱伝達によってロータの温度を下げる必要がある。
【００４５】
しかしながら、排気側、すなわち溝排気部Ｌ２のステータ側部材である溝部スペーサ１９は、前述の反応生成物の析出防止のため高温になっているため、熱輻射による熱伝達は、同部を除くロータとステータの近接部分が有効な領域となる。具体的な領域としては、ロータの内側の、ロータとステータの近接領域または排気部の吸気口側領域、より詳しくは翼排気部Ｌ１となる。
【００４６】
従って、この翼排気部Ｌ１のステータ側と溝排気部Ｌ２のステータ側とを熱的に断絶させて翼排気部Ｌ１のステータ側の温度を下げてやれば、ロータからの熱輻射量は増加し、ロータの温度を低くすることができ、ロータの温度で制約されるポンプの運転可能範囲を広く設定することができるようになる。
【００４７】
なお、この例では、ねじ溝部スペーサをロータの外側にのみ形成しているが、ねじ溝排気部の流路を長くとり性能を向上させるという観点から、図６に示すように、ロータの内側にも延長して形成してもよく、その場合にはロータの外側から下端部及びロータの内側に対向するねじ溝部スペーサを形成し、同部を前述したのと同様に加熱及び温度検出を行う領域としてもよい。このような構成にすることにより、排気性能を向上させつつ、圧力の高くなるロータの内側に対向するねじ溝部スペーサも的確に高温に保つことができる。
【００４８】
図５は、本発明の第２の実施の形態の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を示すもので、これは、ロータが破壊した場合に発生する回転トルクを低減させるためのトルク低減機構を設けたものである。
【００４９】
すなわち、上ケーシング４０の内部には、これと所定の隙間を置いて内部上ケーシング５０が配置され、この内部上ケーシング５０と固定翼スペーサ１４との間に衝撃吸収部材５１が配置されている。下ケーシング４１の内部には、これと所定の隙間を置いて内部下ケーシング５２が配置され、この内部下ケーシング５２とねじ溝部スペーサ１９との間に衝撃吸収部材５３が配置されている。内部下ケーシング５２はその外周の上下２ヶ所において、メカニカルベアリング５４，５５によって支持されている。更に、上ケーシング４０の内面に突出する張り出し部４０ａと翼排気部Ｌ１の最上段に位置する固定翼スペーサ１４との間に、例えばフッ素ゴム製のＯリング状またはシート状のシール部材５７が設けられている。更に、この例では、冷却水のための水冷配管４２が下ケーシング４１の上部に設けられている。その他の構成は、第１の実施の形態とほぼ同様である。
【００５０】
これによって、何らかの理由でロータＲの回転に異常が起き、あるいはロータＲが破損すると、このロータＲの回転トルクが衝撃緩衝部材５１，５３に伝えられて衝撃が吸収軽減される。そして、更に衝撃が伝達されると、メカニカルベアリング５４，５５及びシール部材５７で囲まれた部分がロータＲと一体となって回転して更に衝撃が吸収される。
【００５１】
このように構成することにより、ポンプのロータが破壊した時の回転トルクを低減させ、安全なポンプにすると共に、反応生成物の析出を阻止し、ロータ温度に制約されるポンプの運転可能範囲を広くした真空ポンプを実現できる。
【００５２】
図６は、本発明の第３の実施の形態の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を示すもので、この実施の形態では、ねじ溝部スペーサ１９が二重円筒形状になっており、ねじ溝部１８と対向する面、もしくははねじ溝部１８にねじ溝が形成されている。つまり、この例では、ねじ溝部１８の外側の面にねじ溝１８ａが設けられ、更に、ねじ溝部スペーサ１９の内側円筒部１９ａの外側の面にねじ溝１９ｂが形成されている。この例は一例であり、ねじ溝部１８とねじ溝部スペーサ１９が対向する面どちらか一方、もしくは両面にねじ溝を形成しても良い。このような構成では、翼排気部Ｌ１から流れてきたガスは、ねじ溝部スペーサ１９の外側円筒部１９ｃの内径部とねじ溝部１８の外径部の排気路で排気された後にねじ溝部１８の下端部で折り返し、ねじ溝部スペーサ１９の内側円筒部１９ａの外径部とねじ溝部１８の内径部の排気路で更に排気され、最後に内側円筒部１９ａに設けられた軸方向の穴１９ｄおよび周方向の穴１９ｅにより、ポンプの排気口へと流れていく。
【００５３】
このように、ねじ溝排気部を長く構成したものでも、ねじ溝部スペーサを直接加熱し、他のステータ部と熱的に断絶することにより排気性能を向上させるとともに排気口側排気部を高温に保つことができる。
【００５４】
なお、ヒータ等のリード線の大気側への取出口は、ポンプ基部だけではなく、ケーシングとポンプ基部との接続部や上ケーシングと下ケーシングとの接続部等の設定しやすい箇所に設けてもよい。また、ねじ溝部スペーサ１９は、ポンプケーシングの中で他のステータ部材と熱伝導的に接触を極力絶っているため、ねじ溝部スペーサを固定している箇所を前述のリード線の取出部に設定するようにしてもよい。
【００５５】
上記では、本発明の種々の構成を翼排気部Ｌ１と溝排気部Ｌ２を有する広域型ターボ分子ポンプに適用したが、それぞれの趣旨に従い、本発明の構成を翼排気部Ｌ１のみあるいは溝排気部Ｌ２のみを有するポンプに採用してもよく、また、溝排気部においてロータ、ステータをそれぞれ円盤状に軸方向に交互に配置するようにし、ロータ又はステータどちらか一方、若しくは両方に溝を設けた排気流路系等、任意の形状の排気方式の真空ポンプに採用しても良いことは勿論である。また、上述したいくつかの実施の形態の構成を適宜組み合わせて用いてもよいことは、言うまでもない。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、排気するガスに起因する反応生成物のポンプ内部で析出を防止しつつ、ポンプの各部を許容温度領域内に保持することができ、これによって、ポンプの運転可能範囲を広く設定できるとともに、ポンプの耐久性を向上させた真空ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ先矢視図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を示す断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を示す断面図である。
【図７】従来の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を示す断面図である。
【図８】塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）の蒸気圧曲線である。
【符号の説明】
１  ポンプケーシング
１ａ  吸気口
１ｂ  フランジ
２  ポンプ基部
２ａ  貫通穴
３  固定筒状部
４  主軸
５  回転筒状部
６  駆動用モータ
７  上部ラジアル軸受
８  下部ラジアル軸受
９  ターゲットディスク
１０ａ  上電磁石
１０ｂ  下電磁石
１１  アキシャル軸受
１２  回転翼
１３  固定翼
１４  固定翼スペーサ
１５，１７  ヒータ
１８  ねじ溝部
１８ａ  ねじ溝
１９  ねじ溝部スペーサ（排気口側排気部のステータ部材）
２０  排気口
２１  排気口構成部材
２２  蓋体
２３  水冷配管
３０  ヒータ（加熱手段）
３０ａ  下方垂下部
３２  フランジ
３３  温度センサ（温度検出手段）
３４  配線用内部配管
３４ａ  貫通穴
３５  真空シール部材
３６  コネクタ
４０  上ケーシング
４０ａ  張り出し部
４１  下ケーシング
４２  水冷配管
４３  パイプ押え
４４  熱断絶スペーサ
５０  内部上ケーシング
５１  衝撃吸収部材
５２  内部下ケーシング
５３  衝撃吸収部材
５４，５５  メカニカルベアリング
５７  シール部材
Ｌ１  翼排気部
Ｌ２  溝排気部
Ｒ  ロータ
Ｓ  ステータ
Ｔ  隙間
【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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