JP2002285988A - 分子ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 稼動中にロータが破損した場合でも、速やか
に分子ポンプを停止し、分子ポンプに接続している部材
に与える影響の少ない分子ポンプを提供すること。 【解決手段】 ステータの内部に、ステータとケーシン
グ、ベースの間に、滑らかな変形を可能とするために半
径方向に対して適当な傾きを有した断面形状を有する、
ステータが塑性変形可能な間隙を設ける。ステータは、
例えば、ねじ付スペーサであり、該断面形状は平行四辺
形、楕円形などである。ロータが破壊し、ステータに衝
突すると、ステータは間隙のために滑らかにつぶれ、こ
のときに、ステータはロータから受けたトルクや衝撃を
吸収することができる。そのため、分子ポンプを固定し
ているねじや配管などに大きな力が加わるのを防止する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分子ポンプに関
し、例えば、半導体製造装置などに用いられるターボ分
子ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の科学技術の急激な進展に伴って、
様々な分野で高性能で信頼性の高い真空ポンプが求めら
れるようになってきている。これらの真空ポンプで一般
に広く使用されているものに例えば、ねじ溝式ポンプや
ターボ分子ポンプなどの分子ポンプがある。これらの分
子ポンプは、半導体装置の排気や電子顕微鏡や粒子の加
速器などの排気など、産業、学術研究の各分野で広く利
用されている。

【０００３】ターボ分子ポンプは、ケーシング（外装
体）の吸気口側にロータ翼とステータ翼とを備えたター
ボ分子ポンプ部と、排気口側に円筒形状の外周面を備え
たロータとロータに対向する内周面に溝がらせん状に形
成されたステータから構成されたねじ溝式ポンプ部から
構成されたものがある。ロータ軸には、例えばＤＣブラ
シレスモータなどによって構成されたモータ部が形成さ
れており、ロータは高速回転を行うことができるように
なっている。

【０００４】ターボ分子ポンプ部では、ロータ翼によっ
て形成された段とステータ翼によって形成された段は互
い違いに配置されている。そして、ロータがモータ部に
より高速回転するとロータ翼とステータ翼の作用により
吸気口からガスが吸気される。吸気されたガスは、ねじ
溝式ポンプ部へ送られ、ステータに形成された溝によっ
てガイドされながら排気口から排出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ロータは、例
えば毎分４万回転といった高速回転しているため、ロー
タは破損すると大きな運動エネルギーを持ったままステ
ータに接触して急激に減速する。このため、ステータは
衝突によって大きな力を受けると共に、ターボ分子ポン
プを固定しているボルトや、ターボ分子ポンプの吸気口
や排気口に接続している配管に大きなトルクがかかり、
れらの部品に大きな負荷をかける場合がった。即ち、タ
ーボ分子ポンプが稼動中に回転体（ロータ）が破損し、
周囲に飛散した場合、回転体は大きなエネルギーを持っ
たままベースを含むケーシングなどに衝突するため、ポ
ンプを固定しているボルトや吸気口、排気口に接続され
ている廃刊とうに大きなトルクが掛かり不具合を生じる
場合があった。一方、回転体の破損により発生する周辺
装置への影響を防ぐ対策は従来の方法では十分ではなか
った。

【０００６】そこで、本発明の目的は、稼動中にロータ
が破損した場合でも、速やかに分子ポンプを停止し、分
子ポンプに接続している部材に与える影響の少ない分子
ポンプを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、一端の側に吸気口及が形成され、他端の
側に排気口が形成された外装体と、前記外装体の内側に
回転自在に軸支されたロータと、前記ロータを回転させ
るモータと、前記ロータの周囲に配設され、内部に前記
ロータの径方向に対して所定の角度を持って傾いた断面
形状を有する空洞部が形成されたステータと、を具備し
たことを特徴とする分子ポンプを提供する（第１の構
成）。このような空洞部をステータに設けることによ
り、ロータが破壊してステータに衝突したときに、ステ
ータが滑らかにつぶれ、ロータからの衝撃を吸収するこ
とができる。また、本発明は、前記目的を達成するため
に、一端の側に吸気口及が形成され、他端の側に排気口
が形成された外装体と、前記外装体の内部に回転自在に
軸支されたロータと、前記ロータを回転させるモータ
と、前記ロータの周囲に配設されたステータと、前記ス
テータの外周に配設され、内部に前記ロータの径方向に
対して所定の角度を持って傾いた断面形状を有する空洞
部が形成された緩衝部材と、を具備したことを特徴とす
る分子ポンプを提供する（第２の構成）。このように、
ステータの外周部に衝撃を吸収するための部材を配設す
ることもできる。第１の構成又は第２の構成における前
記所定の断面形状は略平行四辺形であって、対向する２
組の辺の内、１組が前記ロータの回転方向の接線と略平
行であって、前記１組の辺の内、前記ロータに近い方の
辺が前記ロータに遠い方の辺よりも前記ロータの回転方
向に位置するように構成することができる（第３の構
成）。このように断面形状を形成すると、ロータが破壊
してステータに衝突したときに、略平行四辺形の断面が
滑らかにつぶれることができる。更に、第１の構成又は
第２の構成における前記所定の断面形状は略楕円であっ
て、前記略楕円の長軸と前記略楕円との２つの交点の
内、前記ロータに近い方の交点が、前記ロータに遠い方
の交点より前記ロータの回転方向に位置するように構成
することもできる（第４の構成）。楕円形の断面形状を
このように配置することにより、ロータが破壊してステ
ータに衝突したときに、楕円は短軸方向に滑らかにつぶ
れる。また、本発明は、前記目的を達成するために、一
端の側に吸気口及が形成され、他端の側に排気口が形成
された外装体と、前記外装体の内部に回転自在に軸支さ
れたロータと、前記ロータを回転させるモータと、前記
ロータの周囲に配設されたステータと、前記ステータの
外周部に所定の間隙を隔てて配設された、内周面が略円
筒状の円筒部材と、を備え、前記ステータと前記円筒部
材の間に形成された空洞内において、前記ステータの外
周部又は前記円筒部材の外周部の少なくとも一方に、前
記ロータの半径方向と所定の角度をもって傾いた突起を
有していることを特徴とする分子ポンプを提供する（第
５の構成）。この突起は、前記ステータに形成されてい
る場合は、前記ロータの回転方向に凸な円弧形状を有し
ており、前記円筒部材に形成されている場合は、前記ロ
ータの回転方向と逆の方向に凸な円弧形状を有するよう
に形成することができる。第１の構成から第５の構成ま
での何れかの１の構成の前記空洞部は、前記ロータの軸
方向に形成され、少なくとも一端が閉塞されているよう
に構成することができる（第６の構成）。第１の構成か
ら第６の構成までの何れかの１の構成の前記空洞内に衝
撃吸収材を充填することができる（第７の構成）。空洞
内に衝撃吸収材を充填することにより衝撃吸収能力を更
に高めることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図１から図１０を参照して詳細に説明する。
本実施の形態は、ねじ付スペーサの内部に変形可能な空
隙を形成したものである。より具体的には、ねじ付スペ
ーサとケーシング、ベースの間に、滑らかな変形を可能
とするために半径方向に対して適当な傾きを有した、ね
じ付スペーサが塑性変形可能な間隙を設けたものであ
る。そして、この空隙は破壊したロータ下部２９による
衝突によって滑らかに変形するように半径方向に対して
傾いたある角度を持った断面（平行四辺形や楕円など）
をもって形成されている。吸気口側がロータ翼とステー
タ翼から構成されたターボ分子ポンプ部となっており、
排気口側がロータとねじ溝スペーサから構成されたねじ
溝式ポンプ部となっているターボ分子ポンプでは、ロー
タの破壊は通常ねじ溝式ポンプ部のねじ部から生じる。
一部に亀裂が生じたねじ部は、遠心力により膨張し、ね
じ付スペーサに接触する。一方ねじ付スペーサには、半
径方向に対して傾いた穴が形成されているので滑らかに
変形する。その塑性変形によってロータからベース、ケ
ーシングに伝達されるエネルギーが吸収されるねじ付ス
ペーサに設けられた間隙に粘性抵抗を持つゴムやウレタ
ンなどの衝撃吸収材を入れることもできる。 （第１の実施の形態）図１は、第１の実施の形態に係る
ターボ分子ポンプ１を示した図であり、ロータ軸１１の
軸線方向の断面図を示した図である。本実施の形態で
は、分子ポンプの一例としてターボ分子ポンプ部とねじ
溝式ポンプ部を備えたターボ分子ポンプを用いることと
する。なお、図１には示していないが、ターボ分子ポン
プ１の吸気口６は、例えば、コンダクタンスバルブ（配
管の流路の断面積を変化させ、排気ガスのコンダクタン
ス即ち流れやすさを調節するバルブ）などを介して半導
体製造装置などの真空装置に接続され、排気口１９は補
助ポンプなどに接続される。

【０００９】ターボ分子ポンプ１の外装体を形成するケ
ーシング１６は円筒状の形状をしており、その中心にロ
ータ軸１１が設置されている。ケーシング１６は、後に
述べるベース２７と共にターボ分子ポンプ１の外装体を
形成している。ロータ軸１１の軸線方向の上部と下部及
び底部には、それぞれ磁気軸受部８、１２、２０が設け
られている。ロータ軸１１は、磁気軸受部８、１２によ
ってラジアル方向（ロータ軸１１の径方向）に非接触で
支持され、磁気軸受部２０によってスラスト方向（ロー
タ軸１１の軸方向）に非接触で支持されている。これら
の磁気軸受部は、いわゆる５軸制御型の磁気軸受を構成
しており、ロータ軸１１は軸線周りに回転するようにな
っている。

【００１０】磁気軸受部８では、例えば４つの電磁石が
ロータ軸１１の周囲に９０°ごとに対向するように配置
されている。ロータ軸１１上の磁気軸受部８を構成する
部位には電磁石ターゲット３２が形成されている。電磁
石ターゲット３２は、表面に絶縁皮膜を形成したケイ素
鋼などの鋼板が多数積層された積層鋼板によって形成さ
れている。これは、磁気軸受部８で生じる磁場により、
ロータ軸１１上で渦電流が発生するのを抑制するために
設置されたものである。ロータ軸１１で渦電流が生じる
と、ロータ軸１１が発熱すると共に渦電流損が発生し、
効率が低下することとなるが、電磁石ターゲット３２を
積層鋼板で構成することによりこれを防ぐことができ
る。。磁気軸受部８では、電磁石の磁力により電磁石タ
ーゲット３２が吸引され、ロータ軸１１は、ラジアル方
向に磁気浮上する。

【００１１】磁気軸受部８の近傍には、ラジアルセンサ
９が形成されている。ラジアルセンサ９は、例えば、ロ
ータの周囲に配設されたコイルと、ロータ軸１１上に形
成されたラジアルセンサターゲット３１とから構成され
ている。コイルは図示しない制御部の発信回路の一部を
なしており、コイルとラジアルセンサターゲット３１と
の距離により信号の振幅が変化するため、これによって
ロータ軸１１の変位を検知する。

【００１２】ラジアルセンサターゲット３１は、電磁石
ターゲット３２と同様に積層鋼板によって形成されてい
る。ラジアルセンサ９の信号に基づいて図示しない制御
部は、磁気軸受部８で発生させる磁力をフィードバック
制御する。なお、ロータ軸１１の変位を検出するセンサ
として、他に静電容量式のものや光学式のものなどがあ
る。

【００１３】磁気軸受部１２とラジアルセンサ１３の構
成と作用はそれぞれ磁気軸受部８とラジアルセンサ９と
同様であるので説明を省略する。

【００１４】ロータ軸１１の下端に設けられた磁気軸受
部２０は、円板状の金属ディスク２６、電磁石１４、１
５、スラストセンサ１７によって構成されている。金属
ディスク２６は、鉄などの高透磁率材で構成されてお
り、その中心においてロータ軸１１に垂直に固定されて
いる。金属ディスク２６の上には電磁石１４が設置さ
れ、下には電磁石１５が設置されている。電磁石１４
は、磁力により金属ディスク２６を上方に吸引し、電磁
石１５は、金属ディスク２６を下方に吸引する。

【００１５】スラストセンサ１７は、ラジアルセンサ
９、１３と同様に、例えばコイルにより構成されてお
り、ロータ軸１１のスラスト方向の変位を検出してこれ
を図示しない制御部に送信する。制御部は、ラジアルセ
ンサ１３から受信した信号によりロータ軸１１のスラス
ト方向の変位を検出することができるようになってい
る。

【００１６】ロータ軸１１がスラスト方向のどちらかに
移動して所定の位置から変位すると、制御部はこの変位
を修正すように電磁石１４、１５の励磁電流を調節し、
ロータ軸１１を所定の位置に戻すように動作する。制御
部は、このフィードバック制御によりロータ軸１１をス
ラスト方向の所定の位置に磁気浮上させてこれを保持す
ることができる。以上に説明したように、ロータ軸１１
は、磁気軸受部８、１２によりラジアル方向に保持さ
れ、磁気軸受部２０によりスラスト方向に保持されるた
め、軸線周りの回転の自由度のみ有して軸支される。

【００１７】ロータ軸１１の、磁気軸受部８、１２の中
程にはモータ部１０が設けてある。本実施の形態では、
一例としてモータ部１０はＤＣブラシレスモータによっ
て構成されているものとする。ロータ軸１１のモータ部
１０を構成する部位の周囲には、永久磁石が固着されて
いる。この永久磁石は、例えば、ロータ軸１１の周りに
Ｎ極とＳ極が１８０°ごとに配置されるように固定され
ている。この永久磁石の周囲には、ロータ軸１１から所
定のクリアランスを経て、例えば６個の電磁石が６０°
ごとにロータ軸１１の軸線に対して対照的にかつ対向す
るように配置されている。

【００１８】一方、ターボ分子ポンプ１は、ロータ軸１
１の回転数と回転角度（位相）を検出する図示しないセ
ンサを備えており、これによって制御部は、ロータ軸１
１に固着された永久磁石の磁極の位置を検出することが
できるようになっている。制御部は、検出した磁極の位
置に従って、モータ部１０の電磁石の電流を次々に切り
替えて、ロータ軸１１の永久磁石の周囲に回転磁界を生
成する。ロータ軸１１に固着した永久磁石はこの回転磁
界に追従し、これによってロータ軸１１は回転する。

【００１９】ロータ軸１１の上端にはロータ２４が複数
のボルト２５により取り付けられている。本実施の形態
では、一例として、ロータ２４の略中ほどから吸気口６
側、即ち、図中略上半分の部分はロータ翼２１やステー
タ翼２２などで構成されたターボ分子ポンプ部となって
おり、図中略下半分の部分はねじ付スペーサであるスペ
ーサ５などで構成されたねじ溝式ポンプ部となっている
ものとする。なお、ターボ分子ポンプの構造はこれに限
定するものではなく、例えば、吸気口６側から排気口１
３側までねじ溝式ポンプで構成されたものでも良い。

【００２０】ロータ２４にはターボ分子ポンプ部では、
アルミ合金などで構成されたロータ翼２１がロータ軸１
１の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して、ロ
ータ２４から放射状に複数段取り付けてられてある。ロ
ータ翼２１は、ロータ２４に固着されており、ロータ軸
１１と共に高速回転するようになっている。ケーシング
１６の吸気口側には、アルミ合金などで構成されたステ
ータ翼２２が、ロータ軸１１の軸線に垂直な平面から所
定の角度だけ傾斜して、ケーシング１６の内側方向にロ
ータ翼２１の段と互い違いに配設されている。

【００２１】スペーサ２３はリング状の部材であり、例
えばアルミニウム、鉄又はステンレスなどの金属によっ
て構成されている。スペーサ２３は、ステータ翼２２で
形成された各段の間に配設され、ステータ翼２２を所定
の位置に保持している。

【００２２】ロータ２４がモータ部１０により駆動され
てロータ軸１１と共に回転すると、ロータ翼２１とステ
ータ翼２２の作用により、吸気口６から排気ガスが吸気
される。吸気口６から吸気された排気ガスは、ロータ翼
２１とステータ翼２２の間を通り、ねじ溝式ポンプ部へ
送られる。

【００２３】ねじ溝式ポンプ部は、ロータ下部２９、ス
ペーサ５などから構成されている。本実施の形態では、
ねじ溝はスペーサ５に形成されている。ロータ下部２９
は、ロータ２４の略下半部に形成された円筒状の外周面
を有する部分から構成されており、外周面がスペーサ５
の内周面に近接した領域まで張り出している。ねじ溝式
ポンプ部のステータはスペーサ５によって構成されてい
る。スペーサ５は、例えば、アルミニウム、ステンレ
ス、鉄などの金属によって構成された円筒状の部材であ
り、その内周面にらせん状の複数のねじ溝７が複数条形
成されている。

【００２４】ねじ溝７のらせんの方向は、ロータ２４の
回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、該分子が
排気口１９の方へ移送される方向である。ロータ２４が
モータ部１０により駆動されて回転すると、ターボ分子
ポンプ部から送られてきた排気ガスは、ねじ溝７にガイ
ドされながら、排気口１９の方へ移送される。

【００２５】スペーサ５には変形可能な空洞部３（空
隙）が形成されている。この空隙は、破壊したロータ下
部２９の衝撃によって滑らかに変形するように半径方向
に対して傾いたある角度をもった形状の断面が形成され
ている。スペーサ５は、ターボ分子ポンプ１が稼動中に
ロータ下部２９が破壊し、スペーサ５に衝突した際に滑
らかに変形して、破壊によって生じる力やトルクを緩和
する。

【００２６】なお、本実施の形態では、ステータ側にね
じ溝７が形成されたねじ付スペーサが配置され、ロータ
下部２９の外周面は円筒状としたが、逆に、ロータの外
周面にねじ溝が形成してあるターボ分子ポンプとするこ
ともできる。

【００２７】ベース２７は、ターボ分子ポンプ１の基底
部を構成する円盤状の部材であり、ステンレス、アルミ
ニウム、鉄などの金属によって構成されている。ベース
２７は、外縁部の上端部にケーシング１６が接合され、
その内側にスペーサ５が設置されている。中心部には、
磁気軸受８、１２、２０やモータ部１０などのロータ軸
１１を保持する機構が設置されている。

【００２８】ベース２７の低部には冷却水を循環させる
水冷管１８が取り付けてあり、水冷管１８とベース２７
の間は熱交換が効率的に行われるようになっている。ベ
ース２７に伝達してきた熱は、水冷管１８内を循環する
冷却水によりターボ分子ポンプ１の外部へ効率よく放出
することができるので、ターボ分子ポンプ１が加熱して
許容温度以上になるのを防ぐことができる。

【００２９】水冷管１８は、図示しない送水ポンプ、及
び図示しない熱交換器と共に水冷系を構成している。水
冷管１８内の冷却水は送水ポンプの作用により該水冷系
を循環する。そして、該冷却水がベース２７との熱交換
によって得た熱は、熱交換器により、例えば大気中など
の該水冷系外に放出される。その結果、冷却水は冷却さ
れ、送水ポンプにより再びターボ分子ポンプ１へと送出
される。

【００３０】ターボ分子ポンプ１が稼動中に破損する場
合、ロータ下部２９の破壊が起点となって、その後の破
壊が引き続き起こることが多い。そのため本実施の形態
では、ロータ下部２９がターボ分子ポンプ１に与える力
とトルクを緩和するための機構をスペーサ５に設けた。

【００３１】図２はスペーサ５の空洞部３の断面を図１
に示したＸ−Ｘ方向に見たところを示した図である。ス
ペーサ５のねじ溝部分及びロータ下部２９などは図示し
ていない。ロータ下部２９は、矢線の方向に高速回転す
る。

【００３２】スペーサ５の内部には、空洞部３が形成さ
れている。空洞部３の断面形状は種々考えられるが、本
実施の形態では、平行四辺形の断面形状を有する空洞部
４１、４１、４１、・・・が、ロータ軸１１の軸線方向
に多数、同心状に形成されているものとする。ターボ分
子ポンプ１が稼動すると空洞部４１、４１、４１、・・
・の上端部と下端部では気圧差が発生するが、空洞部４
１、４１、４１、・・・の上端部は閉じられており、気
圧差により空洞部４１、４１、４１、・・・に生じる気
流は防止されている。

【００３３】空洞部４１、４１、４１、・・・の断面の
平行四辺形と平行四辺形の間の部分４０は、緩衝部の内
周部分３９と外周部分３８を保持するための一種の梁と
なっており、部分４０は、スペーサ５の外周部分３８か
ら内周部分３９へ向かう方向へ見たときに、ロータ下部
２９の回転方向に傾くように形成されている。

【００３４】ロータ下部２９が高速回転中に破壊してス
ペーサ５の内周面に衝突する場合、ロータ下部２９の断
片の運動は、ラジアル方向の成分とロータ下部２９の回
転方向の成分を持っている。そのため、スペーサ５は、
ロータ下部２９からラジアル方向の力（衝撃）と、ロー
タ下部２９の回転方向に作用するトルクを受ける。

【００３５】スペーサ５は、ロータ下部２９からの衝撃
により滑らかに変形し、その際にこれらの外向きの力と
トルクを以下の仕組みにより吸収する。空洞部部４１、
４１、４１、・・・の断面形状の平行四辺形は、スペー
サ５の内周側の辺が、外周側の辺よりロータ下部２９の
回転方向に移動した形状を有しており、スペーサ５の内
周面がロータ下部２９からトルクを受けるとスムーズに
平行四辺形の形状がつぶれるようになっている。

【００３６】ロータ下部２９が破壊してスペーサ５の内
周面に衝突した場合、スペーサ５はラジアル方向の力と
トルクを受ける。スペーサ５はラジアル方向の力及びト
ルクを受けると、空洞部４１、４１、４１、・・・の平
行四辺形の断面形状がつぶれるため、内周部分３９が外
周部分３８に対して、ロータ下部２９の回転方向に回転
しながらラジアル方向に広がることとなる。スペーサ５
がロータ下部２９から受けるラジアル方向の力は、内周
部分３９がラジアル方向に塑性変形することにより吸収
される。一方、トルクは、内周部分３９がロータ下部２
９の回転方向に回転変形することにより吸収される。

【００３７】即ち、スペーサ５の内周部分３９と、外周
部分３８を保持する梁となっている部分４０が、スペー
サ５の外周部分３８から内周部分３９にかけてロータ下
部２９の回転方向に傾いているため、ロータ下部２９が
スペーサ５に衝突すると、梁の部分４０がスムーズに倒
れ、ロータ２４のラジアル方向の力とトルクを吸収する
ことができるのである。いわば、スペーサ５がロータ２
４を制動するブレーキのような働きをする。

【００３８】ロータ下部２９が破壊した際に、ロータ２
４が有していたトルクは、ケーシング１６などを介して
ターボ分子ポンプ１を固定しているボルトなどの部材に
大きな負荷を及ぼす。そのため、スペーサ５の緩衝作用
によってこれらの部品が受ける負荷を低減することがで
きる。

【００３９】以上のように構成されたターボ分子ポンプ
１は以下のように動作する。まず、磁気軸受部８、１
２、２０を駆動してロータ軸１１を磁気浮上させる。ロ
ータ軸１１のラジアル方向の変位はラジアルセンサ９、
１３によって検知され、またロータ軸１１のスラスト方
向の変位はスラストセンサ１７によって検知される。図
示しない制御部は、検出されたロータ軸１１の変位によ
り、ロータ軸１１が所定の位置に保持されるように磁気
軸受部８、１２、２０の電磁石に供給する励磁電流をフ
ィードバック制御する。

【００４０】次に、制御部は、モータ１０を駆動させて
ロータ軸１１、ロータ２４及びロータ翼２１を高速回転
させる。すると、ロータ翼２１とステータ翼２２の作用
により、吸気口６から排気ガスがターボ分子ポンプ部に
吸引される。ターボ分子ポンプ部に吸引された排気ガス
は、ねじ溝式ポンプ部に送られる。ねじ溝式ポンプ部に
送られた排気ガスは、ロータ２４の回転により、ねじ溝
７に沿って移送され、排気口１９からターボ分子ポンプ
１の外部に排気される。

【００４１】ターボ分子ポンプ１が稼動中に、ロータ下
部２９が破壊し、ロータ下部２９が高速回転に伴う大き
な遠心力により広がると、これらの広がった部分は大き
な運動エネルギーを持ったままスペーサ５の内周面に衝
突する。これらの部分はねじ溝スペー５の内周面にラジ
アル方向の力とトルク及ぼす。これらの力とトルクによ
り空洞部４１、４１、４１・・・はつぶれて塑性変形す
る。その際に、ロータ下部２９がスペーサ５に与える力
とロータ２４の有するトルクは、スペーサ５に吸収さ
れ、ターボ分子ポンプ１の固定部分や配管などの外部に
悪影響を与えることなく、ロータ２４は停止する。

【００４２】本実施の形態では、空洞部４１、４１、４
１、・・・の内部は空洞としたが、これに限定するもの
ではなく、空洞部４１、４１、４１、・・・の内部に、
例えばゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良
い。更に、空洞部４１、４１、４１、・・・の断面形状
は平行四辺形に限定するものではなく、例えば、六角形
や楕円など、ロータ下部２９から受ける力とトルクに対
して速やかに変形する他の形状でも良い。

【００４３】図３は、スペーサ５に形成された空洞部３
の形状の第１の変形例を示した図である。この変形例で
は、スペーサ５の外周側に平行四辺形の断面を有する空
洞部４３、４３、４３、・・・が形成され、内周側に平
行四辺形の断面を有する空洞部４２、４２、４２、・・
・が形成されている。この変形例では、ロータ下部２９
が破壊してスペーサ５の内周面に衝突した際、スペーサ
５は、以下のようにしてロータ下部２９から受ける力と
トルクを吸収する。

【００４４】まず内周部側に形成された空洞部４３がつ
ぶれて変形することにより、ラジアル方向の力とトルク
の一部が吸収される。引き続き空洞部４２がつぶれて変
形し、更にロータ下部２９から受けたラジアル方向の力
やトルクを吸収する。このように、第１の変形例では、
内周側の空洞部４３、４３、４３、・・・と外周側の空
洞部４２、４２、４２、・・・で２段階にロータ下部２
９から受ける力とトルクを緩和するので、より高い緩衝
効果を得ることができる。

【００４５】図４は、スペーサ５に形成された空洞部３
の形状の第２の変形例を示した図である。第１の変形例
における、空洞部４３、４３、４３、・・・と空洞部４
２、４２、４２、・・・を互い違いに配設したものであ
る。空洞部４３、４３、４３、・・・と空洞部４２、４
２、４２、・・・をこのような位置関係に配置しても第
１の変形例と同様の効果を得ることができる。

【００４６】以上、第１及び第２の変形例では、空洞部
４３、４３、４３、・・・及び空洞部４２、４２、４
２、・・・の内部は空洞であるとしたが、これに限定す
るものではなく、空洞部４３、４３、４３、・・・又は
空洞部４２、４２、４２、・・・の内部に、例えばゴム
やウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。また、
第１及び第２の変形例では、空洞部４３、４３、４３、
・・・と空洞部４２、４２、４２、・・・の断面形状は
同じものとしたが、これに限定するものではなく、例え
ば、空洞部４３、４３、４３、・・・を空洞部４２、４
２、４２、・・・より大きくしたり、又は小さくしても
良い。また、空洞部４３、４３、４３、・・・の間隔を
空洞部４２、４２、４２、・・・の間隔より広くした
り、又は狭くしても良い。

【００４７】図５は、スペーサ５に形成された空洞部３
の形状の第３の変形例を示した図である。この変形例で
はスペーサ５の内部に楕円形の断面形状を有する空洞部
４５、４５、４５、・・・が円周方向に形成されてい
る。空洞部４５、４５、４５、・・・の長軸方向は、ス
ペーサ５の外周側から内周側に見てロータ下部２９の回
転方向に傾いている。空洞部４１、４２、４３は断面形
状が平行四辺形であるため、これらの空洞部がつぶれる
場合、平行四辺形の各頂点近傍が変形しながらつぶれ
る。即ち、平行四辺形を変形させる力（応力）は、平行
四辺形の各頂点付近に集中する。

【００４８】一方、第３の変形例では、ロータ下部２９
からラジアル方向の力とトルクを受けると空洞部４５、
４５、４５、・・・の断面形状が楕円形であるため、変
形させる力（応力）が楕円形状の周囲に満遍なく加わ
り、各空洞部４５、４５、４５、・・・は一様につぶれ
る。即ち、空洞部４１、４２、４３の場合は、平行四辺
形の頂点付近の部分でエネルギーを吸収するの対し、空
洞部４５、４５、４５、・・・は、楕円形の周囲の全体
でエネルギーを吸収する。このため、スペーサ５は、よ
り大きなエネルギーを吸収することができ、ロータ２４
（ロータ下部２９を含む）の有するトルク、及びロータ
下部２９が有する遠心力をより効果的に吸収することが
できる。

【００４９】以上、第３の変形例では、空洞部４５、４
５、４５、・・・の内部は空洞であるとしたが、これに
限定するものではなく、空洞部４５、４５、４５、・・
・の内部に、例えばゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を
充填しても良い。

【００５０】図６は、スペーサ５に形成された空洞部３
の形状の第４の変形例を示した図である。第４の変形例
では、スペーサ５に、第１の実施の形態の緩衝部４の空
洞４１の平行四辺形断面の各頂点に丸みを持たせた空洞
部４８、４８、４８、・・・が形成されている。第４の
変形例に係るスペーサ５では、第１の実施の形態と、第
３の変形例の中間的な効果が得られる。即ち、空洞部４
８、４８、４８、・・・が変形する際、応力は平行四辺
形の各頂点の丸みを持った部分に作用するため、第１の
実施の形態の空洞部４１よりも応力の集中が緩和され
る。

【００５１】以上、第４の変形例では、空洞部４５、４
５、４５、・・・の内部は空洞であるとしたが、これに
限定するものではなく、空洞部４５、４５、４５、・・
・の内部に、例えばゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を
充填しても良い。

【００５２】図７は、スペーサ５に形成された空洞部３
の第５の変形例を示した図である。第４の変形例では、
スペーサ５は、内周面に配設された内周部材５２、外周
面に配設された外周部材５１及び内周部材５２と外周部
材５１とを接合する接合部材５３により構成されてい
る。内周部材５２は内側に、外周部材５１は外側に同心
状に配置しており、接合部材５３は、内周部材５２の外
周面及び外周部材５１の内周面に形成された溝にはめら
れて固定されている。内周部材５２、外周部材５１及び
接合部材５３は、例えばステンレス、鉄、アルミニウム
といった金属や、又は、樹脂などの他の材料によって形
成することができる。これら３種類の部材は全て同じ材
質としても良いし、又は、ぞれぞれ異なった材質により
構成することもできる。

【００５３】接合部材５３は、外周部材５１から内周部
材５２に見て、ロータ下部２９の回転方向に傾いてお
り、外周部材５１、内周部材５２、接合部材５３、５
３、５３、・・・から形成される空洞部５４、５４、５
４、・・・の断面形状は略平行四辺形となっている。第
５の変形例では、接合部材５３の厚みや材質を変えるこ
とにより、ロータ下部２９が破壊した場合にロータ下部
２９から受けるラジアル方向力とトルクを緩和する程度
を調節することができ、実験などにより、最適な厚み、
材質を選択することができる。

【００５４】通常、ターボ分子ポンプの種類によってス
ペーサ５が吸収すべきロータ下部２９の力とトルクは異
なるため、スペーサ５の材質やスペーサ５に形成する空
洞部の寸法などを最適となるものに設定しなければなら
ない。このような点において、第４の変形例では、接合
部材５３の材質や厚みを変化させることによって対応す
ることができる。以上、第５変形例では、空洞部５４、
５４、５４、・・・内部は空洞であるとしたが、これに
限定するものではなく、空洞部５４、５４、５４、・・
・の内部に、例えばゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を
充填しても良い。

【００５５】以上第１の実施の形態では、以下のような
効果を得ることができる。ターボ分子ポンプ１が稼動中
にロータ下部２９が破壊したときに、スペーサ５は、衝
突したロータ下部２９の部分からの力を吸収することが
できる。また、ロータ下部２９が破壊してロータ２４が
停止する際に、ロータ２４がターボ分子ポンプ１の固定
部にトルクを及ぼすが、スペーサ５の空洞部３がロータ
２４の回転方向に滑らかに変形するため、空洞部３がな
い場合よりもロータ２４は緩やかに制動される。そのた
め、ターボ分子ポンプ１を固定している部分や接合して
いる部材が受ける力が軽減される。そのため、ターボ分
子ポンプ１を固定しているボルトが降伏、破損すること
を防止することができる。また、吸気口、排気口に接続
している配管に大きな力が加わることがなく、装置の安
全性が高まる。また、スペーサ５の断面を第１の変形例
から第４の変形例までのように、種々変化させることに
より、ロータ２４の破壊時の制動能力、及び製作コスト
の観点から最適なものを選択することができる。また、
第５の変形例では接合部材５３の寸法や材質を変化させ
ることにより、容易に、スペーサ５がラジアル方向の力
とトルクを吸収する程度を調節することができる。

【００５６】以上の実施の形態では、スペーサ５の外周
部にベース２７やケーシング１６が密接して配設されて
いるが、これに限定するものではなく、例えば、スペー
サ５とベース２７、ケーシング１６との間にゴムやウレ
タンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。以上の実施の
形態では、空洞部を平行四辺形や楕円形状としたが、こ
の他にも空洞部をハニカム構造（蜂の巣構造）としても
良い。

【００５７】また、本実施の形態ではスペーサ５の内部
に空洞部３を形成したが、これに限定するものではな
く、例えば、スペーサ５の外周部に密接して、内部に空
洞部４１、４１、４１、・・・などを備えた円筒部材を
配設することもできる。この場合、更に、該円筒部材と
スペーサ５の間にゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を配
設することもできる。

【００５８】（第２の実施の形態）図８は、第２の実施
の形態に係るターボ分子ポンプ６１を示した図である。
ターボ分子ポンプ６１は、スペーサ６５と円筒部材６４
以外はターボ分子ポンプ１と同じである。同じ部分には
同じ符号を付すものとする。図９は、図８のターボ分子
ポンプ６１のスペーサ６５と円筒部材５７を図８のＸ−
Ｘ方向に見たところを示した図である。なお、スペーサ
６５のねじ溝部分及びロータ下部２９は描いていない。

【００５９】スペーサ６５の外周面には突起５７、５
７、５７、・・・が形成されている。突起５７、５７、
５７、・・・は、付け根が先端よりもロータ下部２９の
回転方向に位置しており、からスペーサ６５の内周面に
かけて、ロータ下部２９の回転方向と逆に傾いている。
また、円筒部材６４に対する面が凸状に湾曲して略円弧
形状となっている。円筒部材６４は、内周面が円筒状に
加工された部材であって、円筒部材６４とスペーサ６５
は同心に配設されている。

【００６０】突起５７は、スペーサ６５と一体物として
形成しても良いし、スペーサ６５と同じ材質または異な
った材質で形成した後、スペーサ６５に取り付けても良
い。円筒部材６４は、例えばステンレス、鉄、アルミニ
ウムなどの金属や樹脂その他の材料によって形成するこ
とができる。円筒部材６４とスペーサ６５の間は空洞に
なっており、その上端面は、排気ガスの流通を防ぐため
に閉じられている。

【００６１】スペーサ６５と円筒部材６４は以下のよう
に作用する。図示しないロータ下部２９が破壊すると、
ロータ下部２９はラジアル方向に広がり、スペーサ６５
に衝突する。このとき、スペーサ６５は、第１の実施の
形態と同様にロータ下部２９からラジアル方向を受ける
と共にロータ２４の回転方向のトルクを受ける。

【００６２】スペーサ６５は、ロータ下部２９から受け
るラジアル方向の力とトルクにより、ロータ２４の回転
方向に回転しつつ、ラジアル方向に広がる。突起５７、
５７、５７、・・・の先端が円筒部材６４の内周面に接
すると、円筒部材６４の内周面からの反作用により変形
し、突起物５７、５７、５７、・・・が傾斜している方
向に倒れる。このときに、突起物５７、５７、５７、・
・・がロータ下部２９から受けたラジアル方向の力とト
ルクを吸収し、ロータ２４は停止させられる。このよう
にしてロータ下部２９が破壊してロータ２４が停止する
際にターボ分子ポンプ６１の外部との接合部が受けるト
ルクは緩和される。

【００６３】図１０は、第２の実施の形態の変形例を示
した図である。この変形例では、突起５８、５８、５
８、・・・が円筒部材６６の内周面に形成されている。
スペーサ６７の外周面は円筒状となっている。突起５
８、５８、５８、・・・は、根元から先端にかけてロー
タ２４の回転方向に傾斜している。

【００６４】以上のように構成されたスペーサ６７、円
筒部材６６及び突起５８、５８、５８、・・・は以下の
ように作用する。図示しないロータ下部２９が破壊する
と、遠心力によりラジアル方向に広がり、スペーサ６７
の内周面に衝突する。このとき、スペーサ６７は、ロー
タ下部２９からラジアル方向の力を受けると共にロータ
２４の回転方向のトルクを受ける。

【００６５】スペーサ６７は、ロータ下部２９から受け
る遠心力とトルクにより、ロータ２４の回転方向に回転
しつつ、ラジアル方向に広がる。突起５８、５８、５
８、・・・の先端がスペーサ６７の外周面に接すると、
突起５７、５７、５７、・・・は円筒部材６６によって
保持されているため、スペーサ６７の外周面からの反作
用により変形し、突起５７、５７、５７、・・・が傾斜
している方向に倒れる。このときに、突起５７、５７、
５７、・・・がロータ下部２９から受けた遠心力とトル
クを吸収し、ロータ２４は停止させられる。このように
してロータ２４が停止する際にターボ分子ポンプ６１が
受ける力は緩和される。

【００６６】本実施の形態では以下の効果を得ることが
できる。ターボ分子ポンプ６１が稼動中にロータ下部２
９が破壊したときに、スペーサ６５と円筒部材６４、又
はスペーサ６７と円筒部材６６は、接触したロータ下部
２９の部分からの力を吸収することができる。また、ロ
ータ下部２９が破壊してロータ２４が停止する際に、ロ
ータ２４がターボ分子ポンプ１の固定部にトルクを及ぼ
すが、スペーサ６５、６７がロータ２４を緩やかに制動
するため、ターボ分子ポンプ６１固定しているボルトや
接続している配管が受ける力は軽減される。また、ロー
タ下部２９との衝突により変形したスペーサ６７が直に
突起５７、５８に接触するため、第１の実施の形態とは
異なったロータ２４の制動特性を示す。そのため、ユー
ザが緩衝機構を選択する選択の幅が広くなる。

【００６７】なお、本実施の形態及び変形例では、スペ
ーサ６７と円筒部材６４との間、及びスペーサ６７と円
筒部材６５との間は、空洞としたがこれに限定するもの
ではなく、例えばゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充
填しても良い。また、円筒部材６４、６６とベース２
７、ケーシング１６の間にゴムなどの弾性部材や樹脂な
どで構成された可塑性部材を配設しても良い。なお、本
実施の形態では、分子ポンプとしてターボ分子ポンプ部
とねじ溝式ポンプ部を備えたターボ分子ポンプ６１を一
例として用いたがこれに限定するものではなく、例え
ば、ねじ溝式ポンプなどを用いて構成しても良い。

【００６８】（第３の実施の形態）更に、ターボ分子ポ
ンプには、図１１に概略を示したようにターボ分子ポン
プ７０のようにベース部７３にねじ溝式ポンプ部を備え
たものがある。この場合の緩衝機構の配置について説明
する。ケーシング７７のはステータ翼７２が、ロータ７
６にはロータ翼７１がそれぞれ配設されている。ターボ
分子ポンプ７０の略下半分は、ベース７３とねじ付スペ
ーサであるスペーサ７４、ロータ下部７５などによって
形成されている。また、ロータ７６を回転させるモータ
部や、ロータ７６を軸支する軸受けなどは図示していな
い。また、ねじ溝はスペーサ７４ではなく、ロータ下部
７５に形成されたものでも良い。

【００６９】スペーサ７４の上部は閉塞部材６９により
塞ぎ、排気ガスの流通がないようにしてある。スペーサ
７４には、空洞部７８が形成してある。空洞部７８の断
面形状は、第１の実施の図２から図６までと同様であ
る。また、空洞部７８の内部にゴムやウレタンなどの衝
撃吸収材を充填しても良い。

【００７０】図１２は、第１の変形例を示した図であ
る。なお、図１１と対応する部分には同じ番号を付して
いる。第１の変形例では、ベース７３とスペーサ７４の
間に緩衝部材７９を配設したものである。緩衝部材７９
は例えばステンレスなどの金属等で形成された円筒状の
部材である。緩衝部材７９には空洞部８０が形成されて
おり、空洞部８０の上端は閉塞部材７７により閉じられ
ている。空洞部８０の形状は第１の実施の形態の図２か
ら図６までと同様である。また、空洞部８０には、ゴム
やウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。

【００７１】図１３は、第２の変形例を示した図であ
る。この変形例では、ベース７３に空洞部８１が形成さ
れている。ロータ下部７５の衝突による衝撃は、スペー
サ７４を介して空洞部８１で吸収されることとなる。空
洞部８１の形状は図２から図６までの空洞と同じであ
る。空洞部８１には、ゴムやウレタンなどの衝撃吸収材
を充填しても良い。

【００７２】図１４は、第３の変形例を示した図であ
る。内周部材８３と外周部材８２が結合部材８４によっ
て第１の実施の形態の図７に示した構造を構成したもの
である。これらの部材によって形成される空洞部には、
ゴムやウレタンなどの衝撃吸収材を充填しても良い。

【００７３】以上のように第３の実施の形態では、ねじ
溝式ポンプがベース部に形成されている場合に、ロータ
下部７５が破壊した場合のエネルギーを吸収する空洞部
をスペーサ７４の周囲に形成することができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、稼動中にロータが破損
した場合でも、ケーシングに発生するトルクが低下し
て、速やかに分子ポンプを停止し、分子ポンプに接続し
ている部材に与える影響の少ない分子ポンプを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係るターボ分子ポンプを示
した図である。

【図２】スペーサの断面を図１のＸ−Ｘ方向に見たとこ
ろを示した図である。

【図３】スペーサの第１の変形例を示した図である。

【図４】スペーサの第２の変形例を示した図である。

【図５】スペーサの第３の変形例を示した図である。

【図６】スペーサの第４の変形例を示した図である。

【図７】スペーサの第５の変形例を示した図である。

【図８】第２の実施の形態に係るターボ分子ポンプを示
した図である。

【図９】第２の実施の形態に係るスペーサなどの断面図
を示した図である。

【図１０】第２の実施の形態の変形例を示した図であ
る。

【図１１】第３の実施の形態に係るターボ分子ポンプの
概略を示した図である。

【図１２】第３の実施の形態の第１の変形例を示した図
である。

【図１３】第３の実施の形態の第２の変形例を示した図
である。

【図１４】第３の実施の形態の第３の変形例を示した図
である。

【符号の説明】

１ ターボ分子ポンプ ３ 空洞部 ５ スペーサ ６ 吸気口 ７ ねじ溝 ８ 磁気軸受部 ９ ラジアルセンサ １０ モータ部 １１ ロータ軸 １２ 磁気軸受部 １３ ラジアルセンサ １４ 電磁石 １５ 電磁石 １６ ケーシング １７ スラストセンサ １８ 水冷管 １９ 排気口 ２０ 磁気軸受部 ２１ ロータ翼 ２２ ステータ翼 ２３ スペーサ ２４ ロータ ２５ ボルト ２６ 金属ディスク ２７ ベース ２８ コイル ２９ ロータ下部 ３１ ラジアルセンサターゲット ３２ 電磁石ターゲット ３３ 電磁石ターゲット ３４ ラジアルセンサターゲット ３８ 外周部分 ３９ 内周部分 ４０ 空洞部の間の部分 ４１ 空洞部 ４２ 空洞部 ４３ 空洞部 ４５ 空洞部 ４８ 空洞部 ５１ 外周部材 ５２ 内周部材 ５３ 接合部材 ５７ 突起 ５８ 突起 ６１ ターボ分子ポンプ ６５ スペーサ ６４ 円筒部材 ６６ 円筒部材 ６７ スペーサ ６９ 閉塞部材 ７０ ターボ分子ポンプ ７１ ロータ翼 ７２ ステータ翼 ７３ ベース ７４ スペーサ ７５ ロータ下部 ７６ ロータ ７７ ケーシング ７８ 空洞部 ７９ 緩衝部材 ８０ 空洞部 ８１ 空洞部 ８２ 外周部材 ８３ 内周部材 ８４ 空洞部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三輪田 透 千葉県習志野市屋敷４丁目３番１号 セイ コー精機株式会社内 Ｆターム(参考） 3H031 DA01 DA02 DA07 EA09 FA01 FA39 3H034 AA02 AA12 BB01 BB04 BB08 BB11 BB16 CC03 DD01 DD28 EE17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端の側に吸気口及が形成され、他端の
   側に排気口が形成された外装体と、 前記外装体の内側に回転自在に軸支されたロータと、 前記ロータを回転させるモータと、 前記ロータの周囲に配設され、内部に前記ロータの径方
   向に対して所定の角度を持って傾いた断面形状を有する
   空洞部が形成されたステータと、 を具備したことを特徴とする分子ポンプ。
2. 【請求項２】 一端の側に吸気口及が形成され、他端の
   側に排気口が形成された外装体と、 前記外装体の内部に回転自在に軸支されたロータと、 前記ロータを回転させるモータと、 前記ロータの周囲に配設されたステータと、 前記ステータの外周に配設され、内部に前記ロータの径
   方向に対して所定の角度を持って傾いた断面形状を有す
   る空洞部が形成された緩衝部材と、 を具備したことを特徴とする分子ポンプ。
3. 【請求項３】 前記所定の断面形状は略平行四辺形であ
   って、対向する２組の辺の内、１組が前記ロータの回転
   方向の接線と略平行であって、前記１組の辺の内、前記
   ロータに近い方の辺が前記ロータに遠い方の辺よりも前
   記ロータの回転方向に位置することを特徴とする請求項
   １又は請求項２に記載の分子ポンプ。
4. 【請求項４】 前記所定の断面形状は略楕円であって、
   前記略楕円の長軸と前記略楕円との２つの交点の内、前
   記ロータに近い方の交点が、前記ロータに遠い方の交点
   より前記ロータの回転方向に位置することを特徴とする
   請求項１に記載の分子ポンプ。
5. 【請求項５】 一端の側に吸気口及が形成され、他端の
   側に排気口が形成された外装体と、 前記外装体の内部に回転自在に軸支されたロータと、 前記ロータを回転させるモータと、 前記ロータの周囲に配設されたステータと、 前記ステータの外周部に所定の間隙を隔てて配設され
   た、内周面が略円筒状の円筒部材と、を備え、 前記ステータと前記円筒部材の間に形成された空洞内に
   おいて、前記ステータの外周部又は前記円筒部材の外周
   部の少なくとも一方に、前記ロータの半径方向と所定の
   角度をもって傾いた突起を有していることを特徴とする
   分子ポンプ。
6. 【請求項６】 前記空洞部は、前記ロータの軸方向に形
   成され、少なくとも一端が閉塞されていることを特徴と
   する請求項１から請求項５までの内の何れかの１項に記
   載の分子ポンプ。
7. 【請求項７】 前記空洞内に衝撃吸収材を充填したこと
   を特徴とする請求項１から請求項６までの内の何れかの
   １項に記載の分子ポンプ。