(57)【要約】【課題】気体を高真空から大気圧まで圧縮できるターボ型真空ポンプで、回転体を高速且つ高精度に回転保持でき、安価にて製造できるターボ型真空ポンプを提供する。【解決手段】ポンプの略全長に延びる回転軸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、モータ５１と回転軸１を支承する軸受５３，５４，５５とを有した軸受モータ部５０を備えたターボ型真空ポンプにおいて、回転軸１をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受４０を用い、該気体軸受の固定側部位４１の両面にスパイラル溝４５を形成し、回転軸１に固定された上側回転側部位４２と下側回転側部位４３とにより、スパイラル溝４５の形成された固定側部位４１を挟み込むようにし、排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力をうち消す方向に作用するスラスト磁気軸受５５を設け、回転体の軸方向変位を検出する変位センサ４６を設けた。【選択図】図１
2009235923.tif 000002
【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、
前記排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力に対し、それを打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受を設け、前記気体軸受の近傍に前記回転軸を有した回転体の軸方向変位を検出する変位センサを設けた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、
前記排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力に対し、それを打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受を設け、前記気体軸受の近傍に前記回転軸を有した回転体の軸方向変位を検出する変位センサを設けたことを特徴とするターボ型真空ポンプ。
【請求項３】
前記変位センサは、渦電流型センサまたは誘導型センサからなることを特徴とする請求項１または２記載のターボ型真空ポンプ。
【請求項４】
前記回転体における前記変位センサのターゲットになる部分に導電性材料または磁性材料の表面処理を施したことを特徴とする請求項３記載のターボ型真空ポンプ。
【請求項５】
前記回転体における前記変位センサのターゲットになる部分に導電性材料または磁性材料の薄板を設けたことを特徴とする請求項３記載のターボ型真空ポンプ。
【請求項６】
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、
前記排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力に対し、それを打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受を設け、ポンプ吸気口またはポンプ内部の真空圧を測定する真空計を設けたことを特徴とするターボ型真空ポンプ。
【請求項７】
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、
前記排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力に対し、それを打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受を設け、ポンプ吸気口またはポンプ内部の真空圧を測定する真空計を設けたことを特徴とするターボ型真空ポンプ。
【請求項８】
前記真空計は、隔膜式真空計または電離真空計またはピラニー真空計からなることを特徴とする請求項６または７記載のターボ型真空ポンプ。
【請求項９】
前記スラスト磁気軸受の近傍に、前記回転軸の軸方向変位を検出する変位センサを設けたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のターボ型真空ポンプ。
【請求項１０】
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、
前記排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力に対し、それを打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受を設け、ポンプ吸気側にある真空計で測定した真空圧を前記スラスト磁気軸受の制御部に入力するようにしたことを特徴とするターボ型真空ポンプ。
【請求項１１】
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、
前記排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力に対し、それを打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受を設け、ポンプ吸気側にある真空計で測定した真空圧を前記スラスト磁気軸受の制御部に入力するようにした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ターボ分子ポンプ段、ネジ溝ポンプ段および渦流ポンプ段を順次配設し、これらポンプ段の回転翼を固定した回転軸を静圧気体軸受で支持するタイプの真空ポンプや、吸気口と排気口とを有するケーシング内に多段の排気ポンプ段を配設し、ポンプ段の回転翼を固定した回転軸を動圧型のラジアル気体軸受と、動圧型スラスト気体軸受と永久磁石とを併用したスラスト軸受とにより支持するタイプの真空ポンプ等がある。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】
【特許文献１】特開２００２−２８５９８７号公報
【特許文献２】特開平６−１９３５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
気体を超高真空から大気圧まで圧縮させる真空ポンプでは、大気圧付近の翼のクリアランスは、気体の逆流量を低減させ圧縮性能を高めるために、微小なクリアランスにする必要がある。また、気体を超高真空から大気圧まで圧縮させると、その圧力差によるスラスト荷重が作用する。以上のことより、ターボ型真空ポンプにおいて、ポンプ段の回転翼を有した回転体を支持する軸受としては、機械式のボールベアリングが採用されているが、機械的な接触があるため、回転体を高速で回転させることができない。ボールベアリング以外では、回転体を数ミクロン（μｍ）から数十ミクロン（μｍ）の精度で回転保持することができる気体軸受がある。気体軸受によりポンプ段の回転翼を有した回転体を支持するようにしたターボ型真空ポンプは、例えば、特開２００２−２８５９８７号公報（特許文献１）や特開平６−１９３５８６号公報（特許文献２）に記載されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載された気体軸受を用いて、超高真空から大気圧までの圧力差により生ずるスラスト荷重と同等の荷重を発生させるには、気体軸受のクリアランスをより狭くしなければならず、部品精度の限界、もしくは加工及び寸法計測能力の限界に達してしまう。すなわち、このように、極めて小さいクリアランスの気体軸受を製作することは、加工や計測の面から困難性があるという問題がある。
また、特許文献２に記載されたように、スラスト荷重を打ち消す手法として、永久磁石の反発力を利用する場合には、永久磁石の反発力は、クリアランスが狭くなれば強まるものであるが、反発力（すなわちクリアランス）を制御できるものではなく、したがって、回転体のスラスト位置を制御することはできないという問題がある。
【０００６】
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ターボ型真空ポンプで、回転体を高速且つ高精度に回転保持でき、かつ安価に製造でき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】
【０００７】
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、前記排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力に対し、それを打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受を設け、前記気体軸受の近傍に前記回転軸を有した回転体の軸方向変位を検出する変位センサを設けたことを特徴とする。
また本発明の他の態様は、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、前記排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力に対し、それを打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受を設け、前記気体軸受の近傍に前記回転軸を有した回転体の軸方向変位を検出する変位センサを設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、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。ポンプの圧縮作用による差圧によるスラスト力により、回転体が軸方向に変位し、気体軸受の微小クリアランス部での接触により安定回転ができなくなることを防ぐために、その変位量を気体軸受の近傍に設置された変位センサにより検出し、スラスト磁気軸受により差圧によるスラスト力を打ち消す方向に回転体を吸引し、回転体を安定して回転させることができる。
【０００９】
スラスト荷重を打ち消す手法として、この永久磁石の反発力を利用する場合には、永久磁石の反発力は、クリアランスが狭くなれば強まるものであるが、反発力（すなわちクリアランス）を制御できるものではなく、要するに回転体のスラスト位置を制御することはできない。したがって、気体軸受の反発力と、差圧によるスラスト力と、永久磁石の反発力と、回転体自重の釣り合う位置で回転体は回転する。永久磁石を使用した方法では、翼クリアランスは、スラスト力を発生させる各部品の精度に影響され、性能のばらつきが発生してしまう。
本発明では、差圧によるスラスト力を打ち消す方向のスラスト磁気軸受を設け、スラスト力を発生させる構成に、少なくとも一つ制御可能なものを加えることにより、回転体のスラスト方向の高精度な位置制御が可能となり、性能の安定化が図れる。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記変位センサは、渦電流型センサまたは誘導型センサからなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転体における前記変位センサのターゲットになる部分に導電性材料または磁性材料の表面処理を施したことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記回転体における前記変位センサのターゲットになる部分に導電性材料または磁性材料の薄板を設けたことを特徴とする。
本発明において、変位センサのターゲットになる回転体の部分がセラミックスで構成される場合、変位センサが渦電流型センサや誘導型センサでは、ターゲットを検出することができない。そこで、変位センサが渦電流センサの場合には、ターゲットになる部分に導電性材料による表面処理を施せばよい。変位センサが誘導型センサの場合には、ターゲットになる部分に磁性材料による表面処理を施せばよい。また、変位センサのターゲットになる回転体の部分に、導電性材料や磁性材料からなる薄板を設けてもよい。
【００１１】
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、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、前記排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力に対し、それを打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受を設け、ポンプ吸気口またはポンプ内部の真空圧を測定する真空計を設けたことを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、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、前記排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力に対し、それを打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受を設け、ポンプ吸気口またはポンプ内部の真空圧を測定する真空計を設けたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、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。ポンプの圧縮作用による差圧によるスラスト力により、回転体が軸方向に変位し、気体軸受の微小クリアランス部での接触により安定回転ができなくなることを防ぐために、ポンプ吸気口またはポンプ内部に設けた真空計により、ポンプ排気部の排気側と吸気側の差圧そのものを測定してスラスト磁気軸受の制御部に入力し、スラスト磁気軸受により差圧によるスラスト力を打ち消す方向に回転体を吸引し、回転体を安定して回転させることができる。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記真空計が、隔膜式真空計または電離真空計またはピラニー真空計からなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記スラスト磁気軸受の近傍に、前記回転軸の軸方向変位を検出する変位センサを設けたことを特徴とする。
【００１４】
スラスト磁気軸受の磁気吸引力は、吸引対象が近づくほど（磁気クリアランスが小さくなるほど）大きくなる。ポンプは高速回転することにより、高周波モータ部での発熱などにより、回転軸がスラスト方向に伸びる。回転軸が伸びた場合、スラスト磁気軸受に同じ制御量を入力したとしても、スラスト磁気軸受の磁気クリアランスが異なると、発生するスラスト力は異なってしまう。そのため、回転軸のスラスト方向の変位（熱変形量）を計測するための変位センサをスラスト磁気軸受の近傍に設置し、回転軸が変形することによる磁気クリアランスの変化分を、発生するスラスト荷重に対し補正することにより過大なスラスト力の発生を抑えることができる。この回転軸のスラスト方向変位を検出する方法としては、変位センサを用いる方法以外に、例えばモータ部、ラジアル磁気軸受部の温度を計測することにより、回転軸のスラスト方向の熱変形量を算出してもよい。
【００１５】
本発明の第３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、前記排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力に対し、それを打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受を設け、ポンプ吸気側にある真空計で測定した真空圧を前記スラスト磁気軸受の制御部に入力するようにしたことを特徴とする。
また、本発明の他の態様は、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、前記排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力に対し、それを打ち消す方向に作用するスラスト磁気軸受を設け、ポンプ吸気側にある真空計で測定した真空圧を前記スラスト磁気軸受の制御部に入力するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第３の態様によれば、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。ポンプの圧縮作用による差圧によるスラスト力により、回転体が軸方向に変位し、気体軸受の微小クリアランス部での接触により安定回転ができなくなることを防ぐために、真空チャンバ等のポンプ吸気側にある真空計により、ポンプ排気部の排気側と吸気側の差圧そのものを測定してスラスト磁気軸受の制御部に入力し、スラスト磁気軸受により差圧によるスラスト力を打ち消す方向に回転体を吸引し、回転体を安定して回転させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、以下に列挙する効果を奏する。
（１）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。ポンプの圧縮作用による差圧によるスラスト力により、回転体が軸方向に変位し、気体軸受の微小クリアランス部での接触により安定回転ができなくなることを防ぐために、その変位量を気体軸受の近傍に設置された変位センサにより検出し、スラスト磁気軸受により差圧によるスラスト力を打ち消す方向に回転体を吸引し、回転体を安定して回転させることができる。
（２）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。ポンプの圧縮作用による差圧によるスラスト力により、回転体が軸方向に変位し、気体軸受の微小クリアランス部での接触により安定回転ができなくなることを防ぐために、ポンプ吸気口またはポンプ内部に設けた真空計により、ポンプ排気部の排気側と吸気側の差圧そのものを測定してスラスト磁気軸受の制御部に入力し、スラスト磁気軸受により差圧によるスラスト力を打ち消す方向に回転体を吸引し、回転体を安定して回転させることができる。
（３）回転軸のスラスト方向の変位（熱変形量）を計測するための変位センサをスラスト磁気軸受の近傍に設置し、回転軸が変形することによる磁気クリアランスの変化分を、発生するスラスト荷重に対し補正することにより過大なスラスト力の発生を抑えることができる。
（４）回転軸をスラスト方向に支承する軸受に気体軸受とスラスト磁気軸受とを用いたことにより、気体軸受のクリアランスの維持が容易になり、気体軸受を構成する部品がそれほど厳しい加工精度を必要としないため、安価な装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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１１を参照して説明する。なお、図１乃至図１１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。
【００１９】
図１は、本発明に係るターボ型真空ポンプの第１の態様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。
【００２０】
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。
【００２１】
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おり、キー等の固定手段によって回転軸１に固定されている。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。
【００２２】
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おり、キー等の固定手段によって回転軸１に固定されている。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。そして、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。
【００２３】
図２は、図１のＡ部を示す図であり、気体軸受４０およびその周辺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。
【００２４】
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）。
【００２５】
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。
【００２６】
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、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。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，スラスト磁気軸受５５は、いずれも能動型磁気軸受である。磁気軸受５３，５４，５５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。
【００２７】
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。
【００２８】
図１は、真空ポンプを縦置きにした場合の力の釣り合いを示している。図１に示すように、ポンプ排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力をＦｐ、回転体自重をＦｍ、スラスト磁気軸受５５による吸引力をＦＡｘＭＢｇ、気体軸受４０による上方への反発力をＦδｄu、気体軸受４０による下方への反発力をＦδｄｌとすると、力の釣り合いは、次式で表される。
Fp＋Ｆδｄu＝Fm＋ＦＡｘＭＢｇ＋Ｆδｄｌ
ここで、Fpと（Fm＋ＦＡｘＭＢｇ）とを釣り合わせると、気体軸受４０の上のクリアランス（δｄu）と下のクリアランス（δｄｌ）は同じになる。すなわち、スラスト磁気軸受５５による吸引力（ＦＡｘＭＢｇ）を、ポンプ排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力（Ｆｐ）から回転体自重（Ｆｍ）を減算した値に等しくなるように制御すれば、気体軸受４０の上下のクリアランスを等しく（δｄu＝δｄｌ）できる。
【００２９】
図４は、回転軸１と回転軸１に固定された回転翼を含む回転体の軸方向変位を検出する変位センサを設置した例を示す要部拡大図である。図４に示すように、気体軸受４０の下側回転側部材（下側回転側部位）４３の直下には、変位センサ４６が設置されている。変位センサ４６は、変位センサ４６と下側回転側部材（下側回転側部位）４３の下面との間の距離を測定することにより、回転体の変位を測定できるようになっている。変位センサ４６は、渦電流型センサ、誘導型センサ、超音波センサ、ＬＥＤ式センサなどの非接触式センサから構成されている。また、図４の左側の部分に示すように、回転軸１の端面１eを検出する位置に変位センサ４６を配置してもよい。
【００３０】
本実施形態によれば、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。ポンプの圧縮作用による差圧によるスラスト力により、回転体が軸方向に変位し、万一、気体軸受４０の微小クリアランス部での接触により安定回転ができなくなった場合、その変位量を気体軸受４０の近傍に設置された変位センサ４６により検出し、差圧によるスラスト力を打ち消す方向のスラスト磁気軸受５５により回転体を吸引し、回転体を安定して回転させることができる。
【００３１】
特開平６−１９３５８６（特許文献２）に記載されているように、スラスト荷重を打ち消す手法として、この永久磁石の反発力を利用する場合には、永久磁石の反発力は、クリアランスが狭くなれば強まるものであるが、反発力（すなわちクリアランス）を制御できるものではなく、要するに回転体のスラスト位置を制御することはできない。したがって、気体軸受の反発力と、差圧によるスラスト力と、永久磁石の反発力と、回転体自重の釣り合う位置で回転体は回転する。永久磁石を使用した方法では、翼クリアランスは、スラスト力を発生させる各部品の精度に影響され、性能のばらつきが発生してしまう。
本発明では、差圧によるスラスト力を打ち消す方向のスラスト磁気軸受５５を設け、スラスト力を発生させる構成に、少なくとも一つ制御可能なものを加えることにより、回転体のスラスト方向の高精度な位置制御が可能となり、性能の安定化が図れる。
【００３２】
スラスト磁気軸受５５のスラスト力を制御するためのインプットとしては、気体軸受４０の近傍に設けた変位センサ４６からの回転体の軸方向変位信号とする。変位センサ４６のターゲットを下側回転側部材（下側回転側部位）４３とし、下側回転側部材（下側回転側部位）４３の材質がセラミックスの場合、変位センサ４６が渦電流型センサや誘導型センサでは、ターゲットを検出することができない。変位センサ４６が渦電流センサの場合には、図５（ａ）に示すように、下側回転側部材（下側回転側部位）４３のターゲット面に導電性材料による表面処理（メッキ、ＣＶＤなど）４７を施せばよい。材質としては、銅などが挙げられる。また、変位センサ４６が誘導型センサの場合には、ターゲット面に磁性材料による表面処理４７を施せばよい。材質としては、ニッケルなどが挙げられる。また、図５（ｂ）に示すように、気体軸受４０の下側回転側部材（下側回転側部位）４３のターゲット面に、導電性材料や磁性材料からなる薄板４８を設けてもよい。
【００３３】
なお、図４の左側の部分に示すように、回転軸１の端面１eを検出する位置に変位センサ４６を配置した場合には、回転軸１がマルテンサイト系ステンレス鋼などの導電性や磁性を持った材料の場合、上記表面処理は不要であり、回転軸はそのまま変位センサのターゲットとなりうる。回転軸の材質によっては、同様の表面処理を施せばよい。
【００３４】
図６は、気体軸受４０およびその周辺部の他の実施形態を示す要部拡大図である。図６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。図６に示すように、回転体の軸方向変位を検出する変位センサ４６は、回転軸１の端面１eの直下に配置されている。
【００３５】
本実施形態によれば、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。ポンプの圧縮作用による差圧によるスラスト力により、回転体が軸方向に変位し、万一、気体軸受４０の微小クリアランス部での接触により安定回転ができなくなった場合、その変位量を気体軸受４０の近傍に設置された変位センサ４６により検出し、差圧によるスラスト力を打ち消す方向のスラスト磁気軸受５５により回転体を吸引し、回転体を安定して回転させることができる。
【００３６】
図７は、図１のＢ部を示す図であり、スラスト磁気軸受５５およびその周辺部を示す要部拡大図である。本実施形態のターボ型真空ポンプにおいては、図７に示すように、スラスト磁気軸受５５の近傍に、回転軸１の軸方向変位を検出する変位センサ７５を設けている。
スラスト磁気軸受５５の磁気吸引力は、吸引対象が近づくほど（磁気クリアランスが小さくなるほど）大きくなる。ポンプは高速回転することにより、高周波モータ部での発熱などにより、回転軸がスラスト方向に伸びる。図７において、回転軸１がスラスト方向に伸びた状態を破線で示している。よって、スラスト磁気軸受５５に同じ制御量が入力したとしても、スラスト磁気軸受５５の磁気クリアランスが異なると、発生するスラスト力は異なってしまう。そのため、図７に示すように、回転軸１のスラスト方向の変位（熱変形量）を計測するための変位センサ７５をスラスト磁気軸受５５の近傍に設置し、回転軸１が変形することによる磁気クリアランスの変化分を、発生するスラスト荷重に対し補正することにより過大なスラスト力の発生を抑えることができる。この回転軸のスラスト方向変位を検出する方法としては、変位センサを用いる方法以外に、例えばモータ部、ラジアル磁気軸受部の温度を計測することにより、回転軸のスラスト方向の熱変形量を算出してもよい。
【００３７】
図８は、本発明に係るターボ型真空ポンプの第２の態様を示す縦断面図である。図８に示すターボ型真空ポンプは、図１乃至図６に示すターボ型真空ポンプに設けられた変位センサ４６に代えて、ポンプ排気部の真空圧を測定する真空計を設けたものである。すなわち、上ケーシング３の吸気口５の真空圧を測定するための真空計７０が上ケーシング３に固定されている。真空計７０は、隔膜式真空計（バラトロン真空計）、電離真空計、ピラニー真空計などから構成されている。なお、図８に示すように、真空計７０を上ケーシング３の中段部に設け、タービン翼１２を備えたタービン翼排気部１１の真空圧を測定するようにしてもよい。図８に示すターボ型真空ポンプのその他の構成、すなわち、気体軸受４０、スラスト磁気軸受５５を有した軸受モータ部５０、変位センサ７５などの構成は、図１乃至図７に示すターボ型真空ポンプと同様である。
【００３８】
図８に示すターボ型真空ポンプにおいて、スラスト磁気軸受５５のスラスト力を制御するためのインプットとしては、ポンプ吸気口５またはポンプ内部の真空圧を測定する真空計７０からの差圧信号とする。すなわち、ポンプ排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧そのものをスラスト磁気軸受５５の制御部に入力し、スラスト磁気軸受５５に差圧に応じたスラスト力を発生させる。真空計７０の設置位置は、ポンプ吸気口５が差圧値そのものを計測できるが、もし吸気口近傍に真空計を設置できない場合は、ポンプ排気部の途中でも構わない。例えば、ポンプの吸気口圧力が、１×１０−５Torrで、ポンプ背圧が大気圧の場合、差圧は、７６０−１×１０−５≒７６０であるが、ポンプ排気部の途中の数Torrレベル（例えば１０Torr）の位置に真空計を設けたとしても、差圧は７６０−１０＝７５０Torrである。よって、吸引力のインプットとしての誤差は、１．３％程度であり、回転体の位置制御にはほとんど影響しない。
【００３９】
図１４は、真空チャンバに真空計が設置されている場合の例を示す模式図である。図１４に示すように、ターボ型真空ポンプの吸気側にある真空チャンバ９０に、真空計７０が設置されている場合には、ターボ型真空ポンプＶＰのスラスト磁気軸受５５の制御部に真空計７０の測定値を入力すればよい。この場合には、真空ポンプに真空計を設ける必要はない。
ポンプ排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧を真空計を用いて求める方法以外に、回転数に応じたポンプ性能を予め求めておき、回転数によるポンプ吸気圧から差圧を算出してもよい。
【００４０】
差圧によるスラスト力とスラスト磁気軸受による吸引力が完全に拮抗すると、差圧によるスラスト力あるいはスラスト磁気軸受の吸引力の微小な脈動変化などで、翼クリアランスが変化する可能性がある。図１および図８に示すように、真空ポンプを縦置きにした場合、前述したように、ポンプ排気部の排気作用による排気側と吸気側の差圧によるスラスト力をＦｐ、回転体自重をＦｍ、スラスト磁気軸受５５による吸引力をＦＡｘＭＢｇとすると、これらのスラスト力がＦｐ＝Ｆｍ＋ＦａｘＭＢｇの関係となった時、気体軸受の上下面の反発力であるＦδｄｕとＦδｄｌは釣り合う。すなわち、気体軸受４０の上下面のクリアランスは同じになる。（δｄｕ＝δｄｌ）
【００４１】
気体軸受の反発力はクリアランスに影響し、狭いほど反発力は大きくなる。上述の状態は、回転体が気体軸受クリアランスの中心に位置しており、要するに、最も上下どちらにも変動し易い状態である。その結果、微小な脈動変化などにより回転体の軸方向位置が変化し、ポンプ性能のバラツキが発生する可能性がある。従って、敢えて、差圧によるスラスト力＞スラスト磁気軸受による吸引力、あるいは、その逆の状態としておき、微小な脈動変化を無視できるようにしても良い。
【００４２】
次に、図１乃至図８に示すターボ型真空ポンプの排気部１０の翼要素の構成について説明する。
図９（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９（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９（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９（ａ）および図９（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。
【００４３】
図１０（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１０（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１０（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１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＸ−Ｘ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。
【００４４】
図１１（ａ）、（ｂ）は、第１遠心翼排気部２１の遠心翼２２を示す図である。図１１（ａ）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り、図１１（ｂ）は、遠心翼２２の正面断面図である。高真空側の遠心翼である遠心翼２２は、ボス部２４を有する略円板状の基部２５と、基部２５の一方の表面上に形成される遠心翼要素２２ａとを備える。ボス部２４には、回転軸１が挿通される貫通孔２４ｈが形成されている。遠心翼２２の回転方向は、図１１（ａ）において時計方向である。
【００４５】
遠心翼要素２２ａは、図１１（ａ）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、ボス部２４の外周面から基部２５の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。
【００４６】
図１２（ａ）、（ｂ）は、第２遠心翼排気部３１の遠心翼３２を示す図である。図１２（ａ）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り、図１２（ｂ）は、遠心翼３２の正面断面図である。大気圧側の遠心翼である遠心翼３２は、略円板状の基部３５と、基部３５の一方の表面上に形成される遠心翼要素３２ａとを備える。基部３５には、回転軸１が挿通される貫通孔３５ｈが形成されている。遠心翼３２の回転方向は、図１２（ａ）において時計方向である。
【００４７】
遠心翼要素３２ａは、図１２（ａ）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、略円板状の基部３５の内周部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。
【００４８】
図１１および図１２に示すように、大気圧側の遠心翼３２と高真空側の遠心翼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。
【００４９】
次に、図１乃至図１２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。
【００５０】
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の基部２５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、当該遠心翼２２に対して図１１（ｂ）中、略軸方向２７に導入され、渦巻状の遠心溝を通って外周側に向かう遠心方向２８に流れ、圧縮され、排気される。
【００５１】
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の基部２５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、最上段の遠心翼２２のボス部２４の外周面によって、略軸方向に方向が変わり、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。
【００５２】
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の基部３５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の基部３５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。
【００５３】
図１３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１３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、気体軸受４０とスラスト磁気軸受５５を用いて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。
【００５４】
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】
【００５５】
【図１】図１は、本発明に係るターボ型真空ポンプの第１の態様を示す縦断面図である。
【図２】図２は、気体軸受およびその周辺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、回転軸と回転軸に固定された回転翼を含む回転体の軸方向変位を検出する変位センサを設置した例を示す要部拡大図である。
【図５】図５（ａ）は、気体軸受の下側回転側部材（下側回転側部位）に、導電性材料による表面処理を施した例を示す図であり、図５（ｂ）は、気体軸受の下側回転側部材（下側回転側部位）と回転軸との間に導電性材料や磁性材料からなる薄板を設けた例を示す図である。
【図６】図６は、気体軸受およびその周辺部の他の実施形態を示す要部拡大図である。
【図７】図７は、スラスト磁気軸受およびその周辺部を示す要部拡大図である。
【図８】図８は、本発明に係るターボ型真空ポンプの第２の態様を示す縦断面図である。
【図９】図９（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９（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９（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１０】図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、タービン翼排気部の固定翼を示す図であり、図１０（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１０（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１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、第１遠心翼排気部の遠心翼を示す図であり、図１１（ａ）は、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り、図１１（ｂ）は、遠心翼の正面断面図である。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は、第２遠心翼排気部の遠心翼を示す図であり、図１２（ａ）は、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り、図１２（ｂ）は、遠心翼の正面断面図である。
【図１３】図１３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１４】図１４は、真空チャンバに真空計が設置されている場合の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
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
２２，３２  遠心翼
２２ａ，３２ａ，４２ａ  遠心翼要素
２３  固定翼
２４  ボス部
２４ｈ  貫通孔
２５，３５  基部
３１  第２遠心翼排気部
３３  固定翼
３５ｈ  貫通孔
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）
４３  下側回転側部材（下側回転側部位）
４５  スパイラル溝
４６  変位センサ
４７  表面処理
４８  薄板
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
７０  真空計
７５  変位センサ
８１  上保護ベアリング
８２  下保護ベアリング
９０  真空チャンバ
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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