(57)【要約】【課題】  非接触方式でターボ分子ポンプ等における回転体の温度を正確に測定できる真空ポンプを提供する。【解決手段】  回転軸３と一体のフランジ３Ｆの上面にはざぐり孔ＺＨが穿設され、さらにこのざぐり孔ＺＨの中央部にはざぐり孔ＺＨより小径の貫通孔ＳＨが穿設されている。そしてこの段着付きのざぐり孔ＺＨと貫通孔ＳＨに磁性体Ｍが圧入される。この磁性体Ｍは必ずしも圧入する取り付け方式に限定されず、接着剤による接合方式による取り付けでも良い。このような磁性体Ｍの取り付けに対応して、ラジアル方式電磁石の上方には、回転体の温度検出用のギャップセンサＧＳが設置されている。このギャップセンサＧＳによってターボ分子ポンプＴＰのポンプ本体４の温度が非接触で計測される。【選択図】          図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
モータの出力が回転軸を介して伝達され、回転駆動されることにより排気機能を行う回転体を内方に収容した真空ポンプであって、前記回転体に磁性体を設置するとともに、前記磁性体の温度を検出するためにポンプ本体の固定部で前記磁性体に対向する部位に磁性体の温度による透磁率の変化をインダクタンス変化として検出するインダクタンス式ギャップセンサを配設した真空ポンプにおいて、インダクタンス式ギャップセンサの設置側と反対側の前記回転体側に大径の段差を有する貫通孔に前記磁性体を配設したことを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
貫通孔が回転軸に一体に形成されたフランジに穿設されてい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】
貫通孔が回転軸に結合された円盤状体に穿設されていることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項４】
貫通孔が回転軸の上方に架設されターボ機構等が設置されたロータに穿設されていることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項５】
磁性体は段差を有する貫通孔に対してシムを介して設置され、磁性体が回転体の軸芯方向に位置調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４記載の真空ポンプ。
【請求項６】
磁性体は回転軸に一体に形成されたフランジあるいは回転体に結合された円盤状体あるいはロータと同一の材料で構成された取付部材に付設され、この取付部材を介して段差を有する貫通孔に設置されていることを特徴とする請求項１から請求項４記載の真空ポンプ。
【請求項７】
磁性体は回転軸のフランジと同一の材料で構成された取付部材に付設され、この取付部材を介して貫通孔に設置されていることを特徴とする請求項２記載の真空ポンプ。
【請求項８】
磁性体は段差を有する貫通孔に対してシムを介して設置され、磁性体が回転体の軸芯方向に位置調節可能に構成されていることを特徴とする請求項６から請求項７記載の真空ポンプ。
【請求項９】
磁性体は段差を有する貫通孔に対して回転軸に一体に形成されたフランジあるいは回転体に結合された円盤状体あるいはロータと同一の材料で構成された取付部材に接着または圧入で接合されていることを特徴とする請求項６から請求項８記載の真空ポンプ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案はケーシング内にターボ機構を収納し、これを高速回転させて室内を高真空に排気するターボ分子ポンプなどを代表とする真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のターボ分子ポンプにおいては、ターボ機構を高速回転させる関係でターボ機構を含む回転体が昇温し高温になる。これら回転体の高温化は前記回転体そのものに歪を生じ、回転体の保持機構にも歪などを生じてポンプ機能の低下を招来することになる。したがって、この種真空ポンプでは内方の回転体の温度を測定監視し対策を講じることが求められている。まず従来におけるターボ分子ポンプＴＰの一例を示す図１１にしたがって説明する。
【０００３】
図１１は磁気軸受式ターボ分子ポンプＴＰの概略構成を示したものである。図において２は回転体の一態様であるロータで回転軸の頂部に架設された回転枠体であり、ハイブリッド型ターボ分子ポンプにおけるねじポンプの円筒体をも含まれる。３は、後述するターボ機構が架設された回転枠体であるロータ２が取り付けられた回転軸３で、ポンプ本体４に設けられた電磁石８、９、１０によって非接触支持されている。回転軸３の浮上位置は、ポンプ本体４に設けられたラジアル方向の変位センサ５、６およびアキシャル方向の変位センサ７によって検出される。ラジアル磁気軸受を構成する電磁石８、９と、アキシャル磁気軸受を構成する電磁石１０と、上記変位センサ５〜７とで五軸制御型磁気軸受が構成されている。なお１はポンプケーシングを示し、１５は軸受を示す。
【０００４】
回転軸３の下端には円形のディスク１４が設けられており、このディスク１４を上下に挟むように電磁石１０が設けられている。この電磁石１０によりディスク１４を吸引することにより、回転軸３がアキシャル方向に浮上する。ディスク１４はナット等（図示せず）により回転軸３の下端部に固定されており、回転軸３と一体で回転する。
【０００５】
ところで、ターボ分子ポンプＴＰにおいては、前記回転体の一態様であるロータ２には回転軸芯方向に沿って複数段の回転翼Ｒが形成されている。上下に並んだ回転翼Ｒの間には固定翼Ｓがそれぞれ配設されている。これらの回転翼Ｒと固定翼Ｓとにより、ターボ分子ポンプＴＰのタービン機構が構成される。各固定翼Ｓは、スペーサＰによって上下に挟持されるように保持されている。スペーサＰは、固定翼Ｓの保持機能とともに固定翼Ｓ間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。
【０００６】
さらに、固定翼Ｓの後段（図示下方）にはドラッグポンプ（ネジ溝ポンプ）ＮＰを構成するネジステータＮＳが設けられており、ネジステータＮＳの内周面とロータ２の円筒体ＥＴとの間にはギャップが形成されている。ロータ２およびスペーサＰによって保持された固定翼Ｓは、吸気口１１が形成されたケーシング１内に納められている。ロータ２が取り付けられた回転軸３を電磁石８〜１０により非接触支持しつつモータ１３により回転駆動すると、吸気口１１側のガスは矢印Ｇのように背圧側の空間ＳＰを経て排気される。背圧側に排気されたガスは、排気口１２に接続された補助ポンプにより排出される。
【０００７】
このターボ分子ポンプＴＰは、コントローラＣによって駆動制御される。コントローラＣには、磁気軸受を駆動制御する磁気軸受駆動制御部１Ｍとモータ１３を駆動制御するモータ駆動制御部１Ｃ、さらには磁気軸受の間隙を検出する検出部１Ｓや温度異常などの警報を出力する警報部１Ｋなどが設けられている。
【０００８】
このようなターボ分子ポンプＴＰは、ターボ機構ＴＫによるターボポンプ機能とネジ溝ポンプＮＰによるネジ溝ポンプ機能を有機的に結合したものであり、通常ハイブリッド型ターボ分子ポンプと称されている。ネジ溝ポンプＮＰは、内周面にネジ溝が形成されたネジステータＮＳと、円筒体ＥＴとの組み合わせにより構成されている。ターボ分子ポンプＴＰとしては、このようなハイブリッド型のものが排気特性は良く、よく利用されている。このように排気機構を備えたロータ２は回転軸３と一体化され、全体が電磁石８〜１０により非接触で支持されながらモータ１３にて回転駆動される。そのために内方のターボ機構ＴＫ等の回転体を非接触で測定する方法が用いられている（特許文献１参照）。
【０００９】
以上の構成において、上記した非接触形温度測定方式は、測定しようとする温度領域においてその透磁率が変化する強磁性体材料を回転体に装備し、この磁性体と固定体側に固定した強磁性体材料からなる部材とで磁気回路を構成するとともに、この磁気回路の磁気抵抗を測定する手段を備えたものである。
この非接触による温度測定装置では、ある物性と温度との間に存在する周知の関連性を利用する。すなわち、真空中で高速回転している回転体においては、測定しようとする温度範囲内にキュリー点が存在している強磁性体材料を利用する。この種の材料は高温になるとその強磁性という物性を失い常磁性体に変化する。その結果、磁気回路中の磁束のうちその材料が寄与している分の磁束が著しく減少し磁気抵抗が大きくなる。この原理によって回転体の温度が非接触方式で実現できる。
【００１０】
上記した原理による非接触形温度測定方式は、ターボ分子ポンプＴＰの内部において実施する場合は、たとえば図８に示す原理的な構成で実施される。図８は回転体とギャップセンサＧＳのインダクタンス変化を説明する図であり、ギャップセンサＧＳとターゲットである磁性体Ｍで生起する磁気回路の模式図である。ギャップセンサＧＳは具体的にはターボ分子ポンプＴＰのステータ側、詳細にはポンプ本体４側に固設されるが、その構造は、珪素鋼板などの透磁率の大きなコアの周囲にコイルを巻いたものである。ギャップセンサＧＳのコイルには搬送波として一定周波数の高周波電圧が印加され、ギャップセンサＧＳからターゲットである磁性体Ｍに向けて高周波磁界が形成される。なお、図１１に示すように磁性体Ｍは回転軸３と一体のフランジ３Ｆおいて、そのフランジ３Ｆの下面に形成された凹部３Ｋに取り付けられている。この位置を選定するのは、回転軸３には温度勾配があることから、ロータに近い位置が好ましいためである。
【００１１】
一方、ターゲットである磁性体Ｍには、そのキュリー温度がロータ２の許容温度とほぼ同一か、またはそれに近い温度を有する磁性体材料を用いる。このように許容温度はロータ２の温度であり、磁性体Ｍが設置される部材すなわち図示例ではフランジ３Ｆとなるがこのフランジ３Ｆと一致するとは限らないことに留意すべきである。なお、図１１に示すとおりロータ２がフランジ３Ｆに架設される場合、フランジ３Ｆは鋼材等が採用されておりアルミ材が採用されるロータ２とは材質が異なり、両者間の熱伝導度を考慮した設定が必要となる。アルミの場合には１２０℃〜１４０℃程度である。キュリー温度が１３０℃程度の磁性体材料としては、ニッケル・亜鉛フェライトやマンガン・亜鉛フェライト等がある。
【００１２】
フランジ３Ｆの温度上昇によりターゲットである磁性体Ｍの温度が上昇してキュリー温度を越えると、ターゲットである磁性体Ｍの透磁率が真空の透磁率程度まで急激に低下する。ギャップセンサＧＳが形成する磁界中でターゲットである磁性体Ｍの透磁率が変化すると、ギャップセンサＧＳのインダクタンスが変化することになる。
その結果、搬送波を与えたギャップセンサＧＳから出力される振幅変調された信号を検波・整流することにより、透磁率の変化に相当する信号変化を検出することができる。このようにして温度を非接触式に検出できる。
【００１３】
ところで、ロータ２は図１１に示すように回転軸３の上方に形成されたフランジ３Ｆに冠設されるが、このロータ２に非接触方式の温度測定機構が設置される。この場合、ロータ２の一部に磁性体Ｍを埋設するのが本来であるが、ロータ２がフランジ３Ｆと密着接合されていて同等の温度になり、しかも測定を容易にするため、回転軸３ないしフランジ３Ｆに磁性体Ｍを埋設し測定する方法が採用されている。
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−１９４０９４号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、回転軸３とフランジ３Ｆの締結面とは逆の方向から回転軸３に非貫通孔を設けるためには回転軸３が存在するため、特殊な治具や長い切削ツール等が必要になり、寸法精度を出すためにはコストがかかるという問題があった。また寸法精度が悪い場合は磁性材とセンサの接触やセンシング感度低下のため温度が精度良く測定できなくなる。本考案はこのような問題を解決する真空ポンプを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本考案が第１に提供するターボ分子ポンプは上記課題を解決するために、磁性体を回転体の一部に配設するとともに、磁性体の温度変化を検出するためにポンプ本体の固定部で前記磁性体に対向する部位に前記磁性体の温度による透磁率の変化をインダクタンス変化として検出するインダクタンス式ギャップセンサを配設し、排気機能を行うロータを収容した真空ポンプにおいて、インダクタンス式ギャップセンサの設置側と反対側の前記回転体側に大径の段差を有する貫通孔に前記磁性体を配設したものある。したがって、貫通孔はざぐり孔であり、磁性体の設置が確実に行われる。
本考案が第２に提供するターボ分子ポンプは上記課題を解決するために、前記回転軸のフランジに、前記ロータの下面と対向する側の面が大きくなる段差を有する貫通孔を穿設し、前記磁性体の貫通孔への設置を接着もしくは圧入にて固定させるものである。したがって、貫通孔に対する磁性体の設置が簡略な手段にてより強固に行われる。
さらに本考案が第５に提供するターボ分子ポンプは上記課題を解決するために、磁性体は、段差を有する貫通孔に対してシムを介して設置され、磁性体が回転体の軸芯方向に位置調整可能に構成されているものである。したがって、より正確な温度測定を可能にする。
さらに本考案が第６に提供するターボ分子ポンプは上記課題を解決するために、磁性体は、回転軸に一体に形成されたフランジあるいは回転体に結合された円盤状体あるいはロータと同一の材料で形成された取付部材に付設され、この取付部材を介して貫通孔に設置されているものである。したがって、より簡略な構造で正確な温度測定を可能にする。
さらに本考案が第７に提供するターボ分子ポンプは上記課題を解決するために、磁性体は、回転軸のフランジと同一の材料で形成された取付部材に付設され、この取付部材を介して貫通孔に設置されているものである。したがって、より簡略な構造で正確な温度測定を可能にする。
さらに本考案が第８に提供するターボ分子ポンプは上記課題を解決するために、取付部材はシムを介して貫通孔に設置されているものである。したがって磁性体の位置調整を簡略にでき正確な温度測定を可能にする。
さらに本考案が第９に提供するターボ分子ポンプは上記課題を解決するために、磁性体は、取付部材に対して圧入または接着剤にて接合されているものであり、磁性体の取付けが強固で正確な温度測定を可能にする。
【考案の効果】
【００１７】
高速で回転するターボ分子ポンプの回転体の温度を非接触で測定することを可能とし、しかも安価で信頼性の高い真空ポンプを提供できる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１８】
本考案の特徴は、ターボ分子ポンプにおける回転体の温度を非接触で測定する点にあるが、本考案の最良の形態は、ターボ分子ポンプではあってもハイブリッド型のターボ分子ポンプに実施すると最良である。
【００１９】
ところで本考案はこの回転体の温度測定にかかるものであるが、温度測定の対象となる回転体の具体的実施態様については、本考案はつぎの３つの例を挙げる。
第１は「回転軸」である。より具体的には、回転軸に一体的に形成されたフランジである。このフランジは回転軸の頂部に設けられるのが一般的である。
第２は「ロータ」である。このロータは回転軸の上方に架設された回転枠体でターボ機構が設置され、さらにはハイブリッド型ターボ分子ポンプの場合は図示例に示されるとおりねじポンプを構成する円筒体もこの「ロータ」に含まれる。
第３は「回転軸に結合された円盤状体」である。すなわち回転軸の頂部に結合、または接合された円盤状の部位である。結合または接合の仕方としては、回転軸と円盤状体をネジにて結合する方法あるいは互いの接合面に凹凸部を形成してこの凹凸を組み合わせる方法や嵌合などが挙げられる。
本考案が実用新案登録請求の範囲で特定するこれら「回転軸」と「ロータ」および「回転軸に結合された円盤状体」は上記のとおり解釈するものとする。
【実施例１】
【００２０】
本考案が提供する第１の実施例は図１に示すとおりである。図１において図１１と同一の符号で示される部品は、図１１の部品と同一の機能を有しており、これらについては詳細な説明は省略する。
図１に示すとおり、回転軸３と一体のフランジ３Ｆの上面にはざぐり孔ＺＨが穿設され、さらにこのざぐり孔ＺＨの中央部にはざぐり孔ＺＨより小径の貫通孔ＳＨが穿設されている。すなわち段差３Ｄが形成されたざぐり孔ＺＨと貫通孔ＳＨに磁性体Ｍが設置される。
【００２１】
この磁性体Ｍの設置については各種の設置方式が考えられ、機械的な方法による設置や接着剤による接合方式による設置でも良い。この磁性体Ｍの設置に対応して、ラジアル方式電磁石の上方には、回転体の温度検出用のギャップセンサＧＳが設置されている。このギャップセンサＧＳによってターボ分子ポンプＴＰのポンプ本体４の温度が非接触で計測される。なお、１６は磁性体Ｍの取付部材を示している。
【実施例２】
【００２２】
本考案が提供する第２の実施例は図２に示される。図２は回転軸３のフランジ３Ｆに段差３Ｄを有する貫通孔ＳＨを穿設し、この貫通孔ＳＨに取付部材１７を介して磁性体Ｍを取り付けたものである。この取付部材１７の段差３Ｄへの嵌合は圧入ないし接着剤にて接合し設置する。なお、この取付部材１８への磁性体Ｍの設置の仕方については、図３、図４に示すような方法もある。この例は複数個の磁性体Ｍを１枚の取付部材１８に設置する例であるが、図３は取付部材１８に各磁性体Ｍを接着する例であり、図４は取付部材１９に貫通形ではない嵌合孔ＫＨを形成し、この各嵌合孔ＫＨに磁性体Ｍを圧入接合する例である。この嵌合孔ＫＨは貫通形とすることもできる。なお、この実施例では、フランジ３Ｆがロータ２と同一の材料で構成されることに限定されるわけではない。すなわち具体的には回転軸３はロータ２と異質の材料による場合も含まれる。また、取付部材１７の厚さはざぐり孔ＺＨの深さと同一にしなければならないものではなく、ざぐり孔ＺＨの深さより小さく、すなわち薄い厚さにすることもできる。この場合は、厚さ調整に有利である。
図５に示す実施例の場合も同様のことが言える。
【実施例３】
【００２３】
本考案が提供する第３の実施例は図５に示すとおりである。本実施例の特徴は回転軸３と同一の素材から形成した部材に磁性体Ｍを取り付ける点にある。すなわち図５に示すとおり、回転軸３と一体で同一材料からなるフランジ３Ｒにはざぐり孔ＺＨが穿設されており、この貫通孔ＳＨに取付部材２０に固着された磁性体Ｍが取り付けられている。
この実施例ではフランジ３Ｒに段差３Ｄのある貫通孔ＳＨが穿設されているが、磁性体Ｍは取付部材２０に固着されていて、この取付部材２０が段差３Ｄに固定される。
さらに本考案は図６に示すように取付部材２１と段差３Ｄとの間にシム２２を介設する実施例を提供する。この実施例によれば磁性体Ｍのフランジ３Ｒの下面からの突出量すなわち回転体の軸芯方向に位置を調節することができる。この図６に示す実施例の場合、シム２２の材料をフランジ３Ｒと同一の材料とすることもできる。
【実施例４】
【００２４】
本考案が提供する第４の実施例は図７に示すとおりである。図７は図１に示す真空ポンプの上方位のみを示す図で、図７における図１と同一の符号で示される部品は図１と同一の機能を有するものであり詳細な説明は省略する。
さてこの実施例は、磁性体Ｍをロータ２に取付け温度測定を行うものである。回転軸３と一体のフランジ３Ｆには貫通孔３Ｈが穿設されるとともに、この貫通孔３Ｈの上方におけるロータ２には貫通孔２Ｈが穿設されており、この貫通孔２Ｈには磁性体Ｍが設置された取付部材２３が保持される。この磁性体ＭとギャップセンサＧＳとは貫通孔２Ｈと３Ｈを介して対向しており、温度測定が可能になっている。
【００２５】
本考案が提供する第５の実施例は図９に示されている。図９はターボ分子ポンプＴＰにおけるロータ２とポンプ本体４のみを取り出して示す図である。この実施例はロータ２と回転軸３に一体のフランジ３Ｆとの間に磁性体Ｍが埋設されるとともに、固定側であるポンプ本体４の頂部にはギャップセンサＧＳが対置されている。したがってこのギャップセンサＧＳによる磁性体Ｍの検出によって温度測定が行われる。磁性体Ｍはロータ２に穿設された貫通孔２Ｈとフランジ３Ｆに穿設された貫通孔３Ｐに埋設されている。
【００２６】
本考案が提供する第６の実施例は図１０に示されている。この第６の実施例は回転軸３と一体のフランジ３Ｆに対して磁性体Ｍを直接的に配設するものである。磁性体Ｍは頭部の円盤と支柱の円頭部を一体にした形のもので、シム２４の介在により回転体の軸芯方向に位置を調節することができるようにしたものである。
本考案が提供する真空ポンプは以上説明したとおりであるが、上記ならびに図示例に示す構造、形状に限定されるものではなく、種々の変形例を包含するものである。たとえば、図示例では、真空ポンプとしてターボ分子ポンプの例を挙げたが、回転体の回転駆動によってポンプ機能を発揮するその他のポンプについても適用できる。また、ターボ分子ポンプの場合でも図示例のようなハイブリッド型のターボ分子ポンプに限定されず、ターボ機構のみを備えたターボ分子ポンプについてもこの考案は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本考案による第１の実施例を示す真空ポンプ全体の構成を示す図である。
【図２】本考案による実施例を具体的に示す図である。
【図３】本考案による第２の実施例の他の例を示す図である。
【図４】本考案による第２の実施例の他の例を示す図である。
【図５】本考案による第３の実施例の構成を示す図である。
【図６】本考案による第３の実施例の他の例を示す図である。
【図７】本考案による第４の実施例を示す図である。
【図８】非接触方式による温度測定の原理を示す図である。
【図９】本考案による第５の実施例を示す図である。
【図１０】本考案による第６の実施例を示す図である。
【図１１】従来の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ポンプケーシング
２  ロータ
２Ｄ  段差
２Ｈ  貫通孔
３  回転軸
３Ｄ  段差
３Ｆ  フランジ
３Ｈ  貫通孔
３Ｋ  凹部
３Ｐ  貫通孔
３Ｒ  フランジ
４  ポンプ本体
５  変位センサ
６  変位センサ
７  変位センサ
８  電磁石
９  電磁石
１０  電磁石
１１  吸気口
１２  排気口
１３  モータ
１４  ディスク
１５  軸受
１６  取付部材
１７  取付部材
１８  取付部材
１９  取付部材
２０  取付部材
２１  取付部材
２２  シム
２３  取付部材
２４  シム
Ｃ  コントローラ
１Ｋ  警報部
１Ｓ  検出部
１Ｃ  モータ駆動制御部
１Ｍ  磁気軸受駆動制御部
ＥＴ  円筒体
Ｇ  矢印
ＧＳ  ギャップセンサ
ＫＨ  嵌合孔
Ｍ  磁性体
ＮＰ  ネジ溝ポンプ
ＮＳ  ネジステータ
Ｐ  スペーサ
Ｒ  回転翼
Ｓ  固定翼
ＳＨ  貫通孔
ＳＰ  空間
ＴＫ  ターボ機構
ＴＰ  ターボ分子ポンプ
ＺＨ  ざぐり孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003131428.tif 000005
【図４】
0003131428.tif 000006
【図５】
0003131428.tif 000007
【図６】
0003131428.tif 000008
【図７】
0003131428.tif 000009
【図８】
0003131428.tif 000010
【図９】
0003131428.tif 000011
【図１０】
0003131428.tif 000012
【図１１】
0003131428.tif 000013