(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口（２）及び排気口（３）とを有するケーシング（１）内に、多段状の複数の動翼（11）を有するロータ（９）が駆動装置（12）のシャフト（12ａ）に回転自在に支持され、該動翼（11）と、動翼（11）間に嵌入される静翼（13）とからターボ分子ポンプ段（６）が構成され、しかも、前記ロータ（９）の動翼（11）よりも排気口（３）側には筒状ロータ部（15）が形成され、該筒状ロータ部（15）と筒状ロータ部（15）に対面するように設けられたステータ（24）との少なくとも一方の周面にはねじ溝（23）が形成され、筒状ロータ部（15）とステータ（24）とからねじ溝ポンプ段（７）が構成されている真空ポンプにおいて、
前記動翼（11）及び静翼（13）における排気口（３）側の一部の対向面と、前記筒状ロータ部（15）及びステータ（24）の対向面と、前記シャフト（12ａ）の表面には、熱放射率の高い物質からなる被膜（30），（34）がそれぞれ設けられ、
さらに、前記熱放射率の高い物質からなる被膜（30），（34）がそれぞれ設けられていない吸気口（２）側には、真空中での放出ガスが少ない被膜（31）が設けられている
ことを特徴とする真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空ポンプに係り、特にそのロータの熱放射による熱伝達効率を向上させて極高真空排気ができるようにした真空ポンプ並びにその放熱構造及びエア抜き構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超高真空排気用に使用される真空ポンプとして、複合分子ポンプが公知である。かかる複合分子ポンプは、吸気口及び排気口とを有するケーシング内に、多段状の複数の動翼を有するロータが駆動装置のシャフトに回転自在に支持され、該動翼と、該動翼間に嵌入される静翼とからターボ分子ポンプ段が構成され、しかも、前記ロータの動翼よりも排気口側には筒状ロータ部が形成され、該筒状ロータ部と筒状ロータ部に対面するように設けられたステータとの少なくとも一方の周面にはねじ溝が形成され、筒状ロータ部とステータとからねじ溝ポンプ段が構成されたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記複合分子ポンプは、ポンプ稼働中、モータにおける渦電流損失に伴う発熱現象が起こる他、ロータを回転させるシャフトを軸支する軸受等が発熱する。特に、軸受がロータを非接触で支持する磁気軸受である場合には、渦電流による回転抵抗に伴う発熱現象が、シャフト側に生じ、かかる発熱現象はモータ部における発熱現象よりも顕著である。
【０００４】
このように発生した熱がロータに伝わるためロータが高温となる。ロータの温度上昇は、ロータからガス放出が起こり易くなり極高真空への到達能力が低下するおそれがあり、望ましいものではない。
【０００５】
しかしながら、通常、ロータ及びステータは、熱放射率の小さなアルミニウム合金製であるため、ロータとステータ間における放射による熱伝達は期待できず、特に、ロータが磁気軸受により支持される場合には、ロータは真空中に完全に浮上した状態で回転するため、ケーシングと非接触状態となり、熱伝達も悪くなり、ロータの冷却は困難である。
【０００６】
また、例えば、前記シャフトの上端を被覆すべくローターカバーをロータにボルトで固定する場合、ロータ側に設けられたねじ穴にボルトを螺合することにより行っているが、ねじ穴にはエアが閉じ込められ溜まることとなる。従って、ポンプ稼働中にかかるエアが少しずつ吸気口側を介して排気路に漏れ出て、到達圧力に悪影響を及ぼす。また、ケーシングとステータとの関係においても、両者間に閉じ込められたエアにより同様の問題を有している。
【０００７】
本発明は、上記の如き従来の問題点に鑑みてなされたもので、真空ポンプにおける放熱効率の向上を図ったり、ポンプを構成する部材間に閉じ込められたエアを迅速に排気できるようにして到達圧力の低下を防止し、所定の高真空排気を達成することができるようにすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明が上記課題を解決するために講じた技術的手段は以下の通りである。
【０００９】
即ち、吸気口２及び排気口３とを有するケーシング１内に、多段状の複数の動翼11を有するロータ９が駆動装置12のシャフト12ａに回転自在に支持され、該動翼11と、動翼11間に嵌入される静翼13とからターボ分子ポンプ段６が構成され、しかも、前記ロータ９の動翼11よりも排気口３側には筒状ロータ部15が形成され、該筒状ロータ部15と筒状ロータ部15に対面するように設けられたステータ24との少なくとも一方の周面にはねじ溝23が形成され、筒状ロータ部15とステータ24とからねじ溝ポンプ段７が構成されている真空ポンプにおいて、前記動翼11及び静翼13における排気口３側の一部の対向面と、前記筒状ロータ部15及びステータ24の対向面と、前記シャフト12ａの表面には、熱放射率の高い物質からなる被膜30，34がそれぞれ設けられていることことにある。
【００１０】
ここで、熱放射率の高い物質からなる被膜とは、カーボン、ニッケルクロム鋼あるいはセラミックス等の放射率の高い物質をコーティングにより設けたり、黒ぞめメッキや黒体塗料等の黒体処理してなる被膜等をいい、該被膜が設けられるロータ９及びステータ24等の部材の材料よりも放射率の高い物質からなるものをいう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。
図１において、１はケーシングで、その上部には真空用チャンバー４に取付けられるフランジ1aを有するアルミニウム合金製等の本体ケーシング5aと該本体ケーシング5aの下方にシール25を介して嵌合され下部ハウジング5bとからなり、本体ケーシング5aのフランジ1aには吸気口２が、下部ハウジング5bには排気口３がそれぞれ形成されている。
【００１６】
また、本体ケーシング5aの下端と下部ハウジング5bとの間には、間隙８が形成されており、本体ケーシング5aのベーキング時に、本体ケーシング5aの熱が下部ハウジング5b側に伝わり難くなっている。
【００１７】
６は吸気口２側のターボ分子ポンプ段で、７は該ターボ分子ポンプ段６よりも下方（下流側）に配置されたねじ溝ポンプ段をそれぞれ示し、回転自在なロータ９は、吸気口２側の動翼11と排気口３側の筒状ロータ部15とを一体に形成した複合型のものであり、筒状ロータ部15は、内側の筒状ロータ部15ａ及び外側の筒状ロータ部15ｂの内外２重筒状に形成されている。ロータ９は、外側の筒状ロータ部15ｂが炭素繊維強化プラスチック材料から構成され、動翼11を含むその他の部分はアルミニウム合金材料からなっている。
【００１８】
外側の筒状ロータ部15ｂを炭素繊維強化プラスチック材料から構成した理由は次の通りである。即ち、ロータ９には、高速回転により周速に応じた応力が発生するので、仮にロータ９全体をアルミニウム合金から構成した場合、かかる合金の材料強度に応じて筒状ロータ部15の周速の上限が決定する。
【００１９】
アルミ合金製複合分子ポンプの場合、上記の応力の制限から前記動翼11の外径に比し、筒状ロータ部15の外径は、20〜30％程度小さく設計されるのが現状である。筒状ロータ部15を多重円筒にする場合、筒状ロータ部15の外径には限界があるため、その内側に複数の円筒を配置することとなる。
もともと狭い空間しかない筒状ロータ部15の内側に更に円筒を配置しなければならず、設計上困難となることが多い。また、強度面から周速を速くできず、周速の低下により圧縮性能の十分な向上が図れない。
【００２０】
炭素繊維強化プラスチックはアルミニウム合金に比べ、比強度（強度／比重）が大きいため、高速回転に耐え得ることができ、空間に余裕のあるアルミニウム合金製の筒状ロータ部15ａの外側に、炭素繊維強化プラスチックからなる筒状ロータ部15ｂを配置することが可能となると共に、より速い周速とすることができるのである。
【００２１】
また、前記ロータ９は、前記下部ハウジング5b側に支持された駆動装置12により回転自在に設けられている。駆動装置12は、下部ハウジング5bに固定された装置ハウジング36内に、モータ35により回転するシャフト12ａを非接触状態で軸受支持する磁気軸受形のもので、ロータ９は駆動装置12を構成する回転自在なシャフト12ａの上端にボルト16を介して取付けられている。37は図２に示す如く上部ラジアル軸受で、シャフト12ａの半径方向の偏位を検出する上部ラジアルセンサ37ａと、該センサ37ａの信号により応答する上部ラジアル電磁石37ｂとからなる。
【００２２】
38は前記ハウジング36側に固定された下部ラジアル電磁石39を有する下部ラジアル軸受で、更に下方には、上下一対のスラスト電磁石40と該電磁石40介在されるようにシャフト12ａの下部に設けられた円板41からスラスト軸受43が設けられている。尚、44はホルダー、45はシャフト12ａの円板41よりも下方に突出する部分が挿入される下部タッチダウン軸受である。
【００２３】
前記シャフト12ａ略全長の表面には、カーボン、ニッケルクロム鋼等のセラミックス等の放射率の高い物質をコーティングにより設けたり、黒ぞめメッキや黒体塗料等の黒化処理してなる被膜34が設けられている。
尚、この被膜34はシャフト12ａのロータ９の嵌合される上部テーパ部12ｂと、上記ラジアルセンサ37ａの対向面12ｃと、下部タッチダウン軸受45を除く部分の表面（図２にＤで示す範囲）に設けるのが好ましい。
【００２４】
前記ロータ９の上面には凹部9aが形成され、該凹部9aの底面9bには、前記シャフト12ａの上端及びボルト16を気密状に覆うシャフト12ａ用のロータカバー18が、複数のボルト19により固定されている。
【００２５】
即ち、図３に示す如くロータカバー18のフランジ部18ａの周方向には、等間隔を有してボルト挿通孔19ａが上下方向に形成され、一方、ロータ９の凹部9aの底面9bにはねじ穴27が上下方向に形成されている。そして、前記ボルト19がロータカバー18のフランジ部18ａのボルト挿通孔19ａに挿通され、且つ、ロータ９の凹部9aの底面9bのねじ穴27に螺合されている。
【００２６】
各ボルト19の軸心には、ボルト19の全長（ヘッド部からねじ部19ｂの先端）にわたってエア抜き孔31が形成されている。従って、ねじ部19ｂの先端とねじ穴27とで形成される空間32と排気路となる吸気口２側とは、前記エア抜き孔31を介して連通することとなる。
【００２７】
前記本体ケーシング5a内周には、前記多段の動翼11間に嵌入される静翼13、各静翼13間に介在されたディスタンスピース13a が設けられ、前記動翼11及び静翼13により前記ターボ分子ポンプ段６が構成されている。
【００２８】
21は図４に示す如く、本体ケーシング5aとディスタンスピース13a との間のエアを抜くためのエア抜き孔で、本体ケーシング5aの内面と排気路となる静翼13間の空間13ｂとを連通するように、略中段に位置するディスタンスピース13a に貫通状に形成されている。尚、エア抜き孔21は一個のディスタンスピース13a に形成するだけでなく、適宜複数のディスタンスピース13a に形成することも可能である。
【００２９】
前記筒状のロータ部15のそれぞれの内外面に対向するように、アルミニウム合金製のねじ溝ステータ（ステータ）24が配置されている。即ち、ねじ溝ステータ24は、外側の筒状ロータ部15ｂの外面と対向するように本体ケーシング5aの内面に設けられた円筒状の外ステータ24ａと、外側の筒状ロータ部15ｂ及び内側の円筒ロータ部15ａの間に位置するように、下部ハウジング5bに固定された円筒状の中ステータ24ｂと、更に、内側の円筒ロータ部15ａの内側に位置する内ステータ24ｃとからなる。
【００３０】
外ステータ24ａの内周面、中ステータ24ｂの内外周面及び内ステータ24ｃの外周面には、螺旋状のねじ溝23がそれぞれ形成され、筒状のロータ部15及びねじ溝ステータ24により前記ねじ溝ポンプ段７が構成されている。従って、通常の高流量対応型複合分子ポンプでは、ねじ溝ロータは単体の円筒で、その外面のみをねじ溝ポンプとして用いるが、本実施の形態では約４倍のねじ溝流路長を持つこととなる。
【００３１】
28は図５に示す如く、本体ケーシング１と外ステータ24ａとの間に閉じ込められたエアを抜くためのエア抜き孔で、本体ケーシング１の内面と排気路となる外ステータ24ａの内側とを連通するように、外ステータ24ａの下部に形成されている。このエア抜き孔28は１個であっても複数であっても良い。
尚、ねじ溝ポンプ段７において、ねじ溝は筒状のロータ部15側にも形成しても、あるいは、筒状のロータ部15側にのみ形成することも可能である。
【００３２】
30はカーボン、ニッケルクロム鋼等のセラミックス等の熱放射率の高い物質をコーティングしてなる被膜で、該被膜30は、前記ねじ溝ポンプ段７の内外側の筒状ロータ部15ａ、15ｂ及び外，中，内ステータ24ａ，24ｂ，24ｃの対向面全体と、ターボ分子ポンプ段における前記ねじ溝ポンプ段に近い側の複数段の動翼11及び静翼13の対向面に設けられている（図１にＡで示す範囲）。尚、動翼11及び静翼13に設ける被膜30は、動翼11及び静翼13の全段数の40〜60％であるのが好ましい。
【００３３】
かかる被膜30は、放射率の高い物質をコーティングしてあれば良く、例えば、静翼13にはカーボン又はニッケルクロム鋼をコーティングし、ねじ溝ポンプ段７及びターボ分子ポンプ段６の動翼11にはその他のセラミックスをコーティングするようにしても良い。
【００３４】
31は真空中での放出ガスが少ない被膜（緻密な酸化被膜又は緻密な金属膜）で、前記ターボ分子ポンプ段における被膜の設けられていない動翼11及び静翼13の対向面に設けられている（図１にＢで示す範囲）。かかる酸化被膜31は、アルコール等を切削材として使用する清浄加工により動翼11及び静翼13を加工するときにそれぞれの表面に形成されるものである。
また、金属膜31とは、ピンポールのない緻密な金属又は金属の化合物の薄い被膜を形成してなるもので、例えば、チタン、チタンの窒化物またはクロム窒化物等が挙げられる。被覆する方法としては、物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）あるいは化学的気相蒸着法（ＣＤＶ法）の何れでもよいが、後者の方が均一に被覆できるので望ましい。
【００３５】
また、酸化被膜31は上記動翼11及び静翼13以外に、例えば、本体ケーシング5aにおける吸気口２のフランジ1aから最上段の動翼11の上面（図１にＣで示す範囲）までの内面、及び好ましくはロータカバー18の表面にも設けられている。
【００３６】
次に、以上の構成における真空ポンプにおいては、以下のような作用効果が得られる。
即ち、先ず、真空ポンプの使用に先立って、ロータ９等の表面に付着したガスを放出させるためのベーキング処理を行う。かかる処理は、本体ケーシング5aの外周にヒータを巻き、本体ケーシング5aを加熱して行うのであるが、ディスタンスピース13a 及び外ステータ24ａは本体ケーシング5aに接触しており、ディスタンスピース13a は放射率の高い物質をコーティングしている静翼13と接触している。また、外ステータ24ａは放射率の高い物質をコーティングしているので、熱放射及び熱伝導により、本体ケーシング5aの熱は放射率の高い物質がコーティングされたロータ９に伝わり、本体ケーシング5a内のロータ９等の部品が効率良く加熱され、ベーキング処理が行われる。
【００３７】
また、本体ケーシング5aの下端と下部ハウジング5bとに間隙８が設けられているので、ベーキング作業の際に、本体ケーシング5aが加熱されるにもかかわらず、その熱が下部ハウジング5bに伝わり難くなり、下部ハウジング5bが不用意に加熱されるのを防止することができる。従って、下部ハウジング5b内に収められ支持された駆動装置12のモータ35及び軸受等を過熱から保護することができ、これら部品が熱により故障するのを防止することができ、運転に支障をきたすおそれもない。
【００３８】
次に、真空ポンプを稼働させた際に、仮に、上記ロータ９のねじ穴27の空間32にエアが閉じ込められていた場合には、このエアはポンプ作用によりエア抜き孔31を介して迅速に排気路となっているロータカバー18の外側の吸気口２側に排気される。
【００３９】
また、本体ケーシング１とディスタンスピース13a との間に、エアが閉じ込められていた場合であっても、同様の作用によりこのエアはディスタンスピース13a のエア抜き孔21を介して排気路となっている静翼13間に排気される。
【００４０】
更に、本体ケーシング１と外ステータ24ａとの間に閉じ込められたエアは、エア抜き孔28を介して排気路となっている外ステータ24ａの内側に排気される。
【００４１】
次に、モータ35や軸受が発熱すると、その熱がシャフト12ａに伝わるが、シャフト12ａの表面には、放射率の高い物質が設けられていることから、仮にシャフト12ａが加熱された場合でも、その熱が放射及び伝導により、装置ハウジンク36に伝達され放熱される。この結果、シャフト12ａの温度は、シャフト12ａの表面に放射率の高い物質を設けていない場合に比し低下する。
【００４２】
放熱されなかったシャフト12ａの熱はロータ９に伝わり、ロータ９を加熱することとなるが、ロータ９の動翼11の一部及び内外側の筒状ロータ部15ａ、15ｂと、これらに対面する静翼13及び外，中，内ステータ24ａ，24ｂ，24ｃに放射率の高い物質をそれぞれ設けているので、この物質の設けられた部分から熱放射によりロータ９側から静翼13及び外，中，内ステータ24ａ，24ｂ，24ｃへ熱移動が効率良く行われる。
【００４３】
しかも、静翼13とディスタンスピース13a は接触しているので、熱移動が効果的におこなわれるのである。また、ねじ溝ポンプ段７を筒状のロータ部15及びねじ溝ステータ24を内外複数重構造としているので、ねじ溝ポンプ段７での放熱できる表面積が大きくなり、ロータ９の放熱効果も向上する。
更に、吸気口２側の動翼11及び静翼13の表面及び本体ケーシング１の吸気口２側は、ガス放出を抑える緻密な酸化被膜31等が形成され、ガス放出を起こしやすいセラミックス等の表面にはなっていないので、極高真空が容易に得られる。
【００４４】
本発明は上記複合分子ポンプに限らず、例えば、前記熱放射率の高い物質30はねじ溝ポンプ段７にのみ設けても良い。即ち、図６に示す如くねじ溝ポンプ段７の筒状のロータ部15とねじ溝ステータ24の螺旋状のねじ溝23の対向面に熱放射率の高い物質30（特に、セラミックスが望ましい）を設け（図６にＡ１で示す範囲）、且つ、ターボ分子ポンプ段６のガス放出を抑える緻密な酸化被膜31等が形成されていない一部には、金属メッキ（図６にＢ１で示す範囲）を設けることも可能である。
【００４５】
また、前記熱放射率の高い物質30はねじ溝ポンプ段７にのみ設け、且つ、放出ガスが少ない被膜31を、前記ターボ分子ポンプ段の全段（図６にＢ２に示す範囲）に設けることもできる。
【００４６】
更に、本発明は、ターボ分子ポンプ段６のみからなるターボ分子ポンプ、またはねじ溝ポンプ段７のみからなるねじ溝真空ポンプにおいても採用可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ロータの表面及び前記駆動装置のシャフトの表面には、熱放射率の高い物質からなる被膜がそれぞれ設けられているので、ポンプ稼働中にシャフトが発熱しても、その熱を効果的に放熱させることができると共に、放熱されなかった熱がロータを加熱するようなことがあっても、放射率の高い物質の被膜から良好に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す縦断面図。
【図２】駆動装置の断面図。
【図３】ロータカバーの取付け部分におけるエア抜き構造を示す要部断面図。
【図４】ディスタンスピースにおけるエア抜き構造を示す要部断面図。
【図５】ステータにおけるエア抜き構造を示す要部断面図。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す要部断面図。
【符号の説明】
１…ケーシング、２…吸気口、３…排気口、5a…本体ケーシング、5b…ハウジング、６…ターボ分子ポンプ段、７…ねじ溝ポンプ段、９…ロータ、11…動翼、12ａ…シャフト、13…静翼、13ａ…ディスタンスピース、15…筒状ロータ部、23…ねじ溝、24…ステータ、21，28，31…エア抜き孔、27…ねじ穴、30，34…被膜、31…酸化被膜
【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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