JP2003214378A

JP2003214378A - 真空ポンプ

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Publication number: JP2003214378A
Application number: JP2002016686A
Authority: JP
Inventors: Matsutaro Miyamoto; 松太郎宮本; Hiroaki Ogamino; 宏明小神野; Toshiharu Nakazawa; 敏治中澤
Original assignee: Ebara Corp; Ebara Densan Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Densan Ltd
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-07-30
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: JP3827579B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ロータやステータが高温になっても、ポンプ
の排気や圧縮等の性能を向上させるとともに、ポンプの
小型化と必要な動力も最少にすることができるようにし
た真空ポンプを提供する。【解決手段】回転するロータ３６と該ロータ３６に近
接して配置されたステータ３８の相互作用でガスを排気
するガス排気部を有する真空ポンプにおいて、ガス排気
部を構成するロータ３６とステータ３８との間の距離
を、ロータの回転中に調整する距離調整機構８６，８８
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロータとステータ
の相互作用によりガスを排気するガス排気部を有する真
空ポンプに関し、より詳しくは、ロータとステータとの
間の距離を微少に設定してロータを回転させることで、
ポンプの排気能力を引き出すようにした真空ポンプに関
する。

【０００２】

【従来の技術】ポンプケーシングの内部に、ロータとス
テータの相互作用によりガスを排気するガス排気部を有
する従来の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の一例を図
６に示す。この真空ポンプは、ポンプケーシング１０の
内部にロータ（回転部）Ｒとステータ（固定部）Ｓが収
容され、これらの間にタービン翼部からなる軸方向翼排
気部（ガス排気部）Ｌ_１及びディスク型ロータ部からな
る径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ_２が構成されてい
る。ステータＳは、基部１４と、その中央に立設された
固定筒状部１６と、軸方向翼排気部Ｌ_１及び径方向翼排
気部Ｌ_２の固定側部分とから主に構成されている。ま
た、ロータＲは、固定筒状部１６の内部に挿入された主
軸１８と、それに取り付けられたロータ本体２０から構
成されている。

【０００３】主軸１８と固定筒状部１６の間には、駆動
用モータ２２と、その上下に上部ラジアル軸受２４及び
下部ラジアル軸受２６が設けられている。そして、主軸
１８の下部には、主軸１８の下端のターゲットディスク
２８ａと、ステータＳ側の上下の電磁石２８ｂを有する
アキシャル軸受２８が配置され、更に、固定筒状部１６
の上下２カ所には、タッチダウン軸受２９ａ，２９ｂが
設けられている。

【０００４】このような構成により、ロータＲの主軸１
８は、５軸制御型磁気軸受により支承され、駆動用モー
タ２２の駆動に伴って回転する。５軸制御型磁気軸受を
更に詳しく説明すると、次のようになる。すなわち、５
軸制御型磁気軸受は、図８に示すように、上部ラジアル
軸受２４の配置位置で主軸１８に直交する平面で互いに
直交するＸ_１，Ｙ_１軸の計２軸と、下部ラジアル軸受２
６の配置位置で主軸１８に直交する平面で互いに直交す
るＸ_２，Ｙ_２軸の計２軸と、主軸１８の軸心に沿ったＺ
軸の方向の合計５軸方向で主軸１８の位置制御を行っ
て、主軸１８を支承するようにしたものである。

【０００５】ここで、上下ラジアル軸受２４，２６は、
主軸１８の外周面の位置をセンシングするラジアルセン
サと、このラジアルセンサの位置信号に基づいて主軸１
８を上下ラジアル軸受２４，２６のステータ内径部の中
心位置に保持するように吸引する電磁石から構成されて
いる。これらのラジアルセンサと電磁石は、それぞれ主
軸１８を中心に対向した位置に配置されている。

【０００６】一方、アキシャル軸受２８は、主軸１８の
下端部に設けられたターゲットディスク２８ａと該ター
ゲットディスク２８ａの位置をセンシングするステータ
側に設けられたアキシャルセンサ（変位センサ）により
主軸１８のＺ軸方向の位置をセンシングし、このセンサ
出力に基づいて、アキシャル軸受２８の上下の電磁石２
８ｂのターゲットディスク２８ａに対する磁気吸引力を
調整することにより、主軸１８をＺ軸方向の予め設定さ
れた位置に保持するようになっている。アキシャル軸受
２８のＺ軸方向の位置制御は、より詳しくは、ターゲッ
トディスク２８ａが、上下の電磁石２８ｂ間の一定の位
置に位置するように行われる。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。

【０００７】軸方向翼排気部Ｌ_１のロータ本体２０の上
部外周には、円盤状の回転翼３０が一体に形成され、ポ
ンプケーシング１０の内面には、固定翼３２が回転翼３
０と交互に配置されて設けられている。各固定翼３２
は、その縁部を固定翼スペーサ３４で上下から押さえら
れて固定されている。回転翼３０には、内周部のハブと
外周部のフレームの間に径方向に延びる傾斜した羽根
（図示略）が放射状に設けられており、この高速回転に
よって気体分子に軸方向の衝撃を与えて排気を行うよう
になっている。

【０００８】径方向翼排気部Ｌ_２は、軸方向翼排気部Ｌ
_１の下流側、つまり下方に設けられており、軸方向翼排
気部Ｌ_１とほぼ同様に、ロータ本体２０の外周に円盤状
の回転翼３６が一体に形成され、ポンプケーシング１０
の内面には、固定翼３８が回転翼３６と交互に配置され
て設けられている。各固定翼３８は、その縁部を固定翼
スペーサ４０で上下から押さえられて固定されている。

【０００９】各固定翼３８は、中空の円板状に形成され
ており、図７に示すように、その表裏面に、中央の穴４
２と周縁部４４の間に渡って螺旋状（渦巻状）の突条部
４６が設けられ、それら突条部４６の間に外側に向かっ
て広がる螺旋状溝４８が形成されている。各固定翼３８
の表の面すなわち上側の面の螺旋状突条部４６は、図７
に矢印Ａで示す回転翼３６の回転に伴い、気体分子が、
実線の矢印Ｂで示すように内側に向かって流れるように
形成されており、一方、各固定翼３８の裏の面すなわち
下側の面の螺旋状突条部４６は、矢印Ａで示す回転翼３
６の回転に伴い、気体分子が、破線の矢印Ｃで示すよう
に外側に向かって流れるように形成されている。

【００１０】なお、この例では、固定翼３８の表裏両面
に突条部４６を設けた例を示しているが、表面のみ、或
いは裏面のみに突条部４６を設けたり、固定翼３８には
突条部４６を設けず、回転翼３６に同様の突条部を設け
たり、更には、回転翼と固定翼の両方に突条部を設ける
ことも行われている。このような固定翼３８は、通常半
割体として、或いは３分割以上として形成し、これを回
転翼３６と交互になるように固定翼スペーサ４０を介し
て組み上げてからポンプケーシング１０内に挿入する。

【００１１】これによって、径方向翼排気部Ｌ_２におい
て、軸方向の短いスパンの間に固定翼３８と回転翼３６
の間をジグザグに上から下へ向かって進む長い排気経路
が構成されて、軸方向の長さを大きくすることなく、高
い排気・圧縮性能を有するようになっている。

【００１２】図９は、従来の真空ポンプ（ターボ分子ポ
ンプ）の他の例を示すもので、このの例の図６に示す例
と異なる点は、図６に示す径方向翼排気部Ｌ_２の代わり
に、溝排気部（ガス排気部）Ｌ_３を備え、更にポンプケ
ーシング１０の下部外周部及び排気口５０を有する排気
口構成部材５２の外周部に、ここを流れるガスを加熱す
るヒータ５４，５６を配置した点にある。

【００１３】すなわち、軸方向翼排気部Ｌ_１の下方に
は、ロータ本体２０の下端に連接した回転筒状部５８の
外周面に形成したねじ溝５８ａと、このねじ溝５８ａの
外周部を囲むようにステータＳに固定されて配置された
ねじ溝部スペーサ６０とから、高速回転するロータのね
じ溝５８ａのドラッグ作用によって排気を行う溝排気部
Ｌ_３が備えられている。

【００１４】このように軸方向翼排気部Ｌ_１の下流側に
ねじ溝排気部Ｌ_３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る。この例で
は、ねじ溝排気部Ｌ_３のねじ溝５８ａ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。

【００１５】図１０及び図１１は、従来の容積式真空ポ
ンプ（ルーツ型真空ポンプ）の一例を示す。これは、い
わゆるルーツ型の多段ポンプであり、主軸７０と該主軸
７０長さ方向に沿って所定の間隔で形成された複数のロ
ーブ（歯部）７２を有するロータ７４を備えている。そ
して、吸気口７６ａと吐出口７６ｂを有するポンプケー
シング（ステータ）７６の内部に、一対のロータ７４が
互いに平行に、軸受７８ａ，７８ｂを介して回転自在に
支持されて配置され、ロータ７４の一端にモータ７９が
連結されている。この例は、図１１に示すように、３つ
のローブ（歯部）７２を有する３葉タイプのロータ７４
を噛み合わせて構成されたルーツ型多段ポンプを示して
いる。

【００１６】このような真空ポンプは、ロータ（ロー
ブ）の形状により、軸方向からロータを見た場合に２葉
又は３葉タイプのものをルーツ型真空ポンプ、突起部を
円筒に螺旋状に形成したタイプのものをスクリュー型真
空ポンプと呼んでいる。排気構造は、一対のロータ７４
が互いに平行に近接して配置され、このロータ７４のロ
ーブ７２を覆うポンプケーシング（ステータ）７６と、
この２つのローブ７２が形成する空間でガス排気路を形
成し、主軸７０の回転方向に順次排気ガスを圧縮排気す
るようになっている。このような排気原理の為、ローブ
（ロータ）７２とポンプケーシング（ステータ）７６の
隙間は、非常に微小な寸法に設定されている。この微小
な寸法は、ポンプ運転中におけるロータ７４の主軸７０
の回転方向及び径方向への寸法変化を考慮して、組立て
時の初期設定で決められている。

【００１７】つまり、主軸７０と主軸７０を支承する軸
受７８ａ，７８ｂ、及び軸受７８ａ，７８ｂとステータ
７６の組立て状態は、モータ７９側に位置する軸受７８
ａにより主軸７０の軸方向の位置決めを行い、ポンプ運
転中の主軸７０の温度上昇による寸法変化を考慮して、
反モータ側に位置する軸受７８ｂは、主軸７０の軸方向
の寸法変化（寸法拡大）を許容するようになっている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】前記のような従来の真
空ポンプにあっては、その排気原理上、ガス排気部を構
成するロータとステータとの間の隙間は、非常に微小に
設定されている。特に、図６に示す真空ポンプの径方向
翼排気部Ｌ_２は、排気されるガスが粘性の殆どない、い
わゆる分子流状態で排気能力が十分に発揮される軸方向
翼排気部Ｌ_１から流れてきたガスを、該軸方向翼排気部
Ｌ_１より圧力が高くなるように更に圧縮を行う排気部で
あり、排気ガスの粘性を利用した排気部となる。このた
め、径方向翼排気部Ｌ_２のロータ（回転翼３６）とステ
ータ（固定翼３８）との間の隙間は、軸方向翼排気部Ｌ
_１のロータ（回転翼３０）とステータ（固定翼３２）と
の間の隙間より小さな寸法に設定されている。具体的に
は、軸方向翼排気部Ｌ_１のロータとステータとの間の軸
方向の隙間は、１〜５ｍｍ程度の数ｍｍオーダであるの
に対して、径方向翼排気部Ｌ_２の同寸法は、１ｍｍ以下
となる。

【００１９】また、同様に図９に示す真空ポンプのよう
に、図１と同様に排気ガスの粘性を利用したねじ溝排気
部（ガス排気部）Ｌ_３にあっても、ロータ（回転筒状部
５８）とステータ（ねじ溝部スペーサ６０）との間の隙
間（軸心に対して垂直な方向の間隔）は、同様に１ｍｍ
以下となる。

【００２０】更に、図１０に示す容積型真空ポンプの場
合は、図６及び図９に示す真空ポンプ（ターボ分子ポン
プ）より、より高い圧力（大気圧近傍）で運転されるた
め、ロータとステータとの間の隙間をより小さくして、
高い圧力部から低い圧力部への逆流を防止する、いわゆ
るロータとステータとの間のシール能力を高める必要が
ある。このため、ロータとステータとの間の軸心方向及
び軸心に垂直な方向の隙間は、ポンプ運転（ロータ回
転）時に、共に０．１ｍｍ以下、より詳しくは数１０μ
ｍになるように設定される。

【００２１】ここで、これらの真空ポンプの構成部品
は、主に金属材料で構成されており、温度の上昇に伴っ
て、真空ポンプの構成部品の寸法が変化する。真空ポン
プのポンプケーシングの内部は真空状態となり、排気路
を構成するロータ及びステータも、運転時には真空断熱
状態となる。一方、真空ポンプ内では、ガスを排気する
ためにガスの攪拌及び圧縮の状態が繰り返され、それに
よる攪拌熱、圧縮熱を生じる。更に、ロータに回転運動
を与えるために、モータには動力が供給されるが、運転
中は、ポンプの負荷に応じてモータ部の発熱も増減す
る。これらの発熱源により、ロータ及びステータは、運
転中、高温状態となり、前述のような寸法変化を生じる
ことになる。

【００２２】このため、ロータとステータとの間の隙間
を所望の寸法に設定するには、ロータとステータの初期
（高温ではない、いわゆる常温・室温）時の位置関係や
寸法を、運転時の温度上昇分を考慮して設定する必要が
ある。真空ポンプには、前記発熱による過剰な温度上昇
を防止するため、一般に水冷や空冷等の冷却手段が講じ
られているが、冷媒の温度やポンプ周りの外気温等によ
り、冷却の効果が左右される可能性が高く、ロータとス
テータの温度管理の上では十分ではない。このため、ロ
ータとステータの初期の位置や隙間寸法は、十分な安全
率を有するように設定する必要があり、その結果、ポン
プの排気性能を十分引き出すことができない。また、排
気すべきガスが、真空ポンプ内部で圧力が上昇して、当
初の気体の状態から固体の状態に変化する性質を有する
場合、固体（反応生成物）がロータとステータとの間の
隙間に入り込み、ポンプの運転を不能にしてしまうこと
がある。このような問題を防止する為、排気路をヒータ
等で加熱して高温に保持する方法が採用されているが、
このような場合には、ロータやステータが局所的に高温
になり、適正な隙間寸法を確保できないという問題があ
った。

【００２３】上述のように、ロータとステータとの間の
隙間が適正に確保されない場合には、ポンプの排気性能
が低下するばかりでなく、更に次のような問題も生じ
る。つまり、図６に示す真空ポンプの径方向翼排気部Ｌ
_２のように、ディスク型のロータ（回転翼３６）が、デ
ィスクの表面でステータ（固定翼３８）と微少隙間を形
成している場合、ロータが高温に曝されて軸心方向に膨
張し、回転翼３６の吸気側の面（表面）と固定翼３８と
の間の隙間が大きくなると、モータに供給される動力の
内、実際のガス排気に供される動力は減少して、隙間が
大きくなった部分で単なるガスの攪拌に供される動力分
が増加する。これによって、モータの実際のガス排気に
供されない無駄な動力が増加し、それに伴って、ポンプ
内部での発熱も増加して、ロータとステータとの間の隙
間が更に不適正な寸法になり、ポンプのロータの許容温
度や、他のロータとステータとの間の隙間寸法等の制限
により、運転不可能となることもある。

【００２４】以上のような問題は、図１０に示す容積型
真空ポンプにおいても同様であり、特に図１０に示す真
空ポンプでは、ロータの段数が多くなるに従って主軸の
長さが長くなり、それに伴い、ポンプ運転時におけるロ
ータとステータとの間の軸心方向に沿った隙間寸法の変
化が大きくなる。これに対処するには、ロータとステー
タとの間の軸心方向に沿った隙間を予め大きく設定する
必要があり、上述のような問題が助長されてしまう。

【００２５】本発明は上記事情に鑑みて為されたもので
あり、ロータやステータが高温になっても、ポンプの排
気や圧縮等の性能を向上させるとともに、ポンプの小型
化と必要な動力も最少にすることができるようにした真
空ポンプを提供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、回転するロータと該ロータに近接して配置されたス
テータの相互作用でガスを排気するガス排気部を有する
真空ポンプにおいて、前記ガス排気部を構成する前記ロ
ータと前記ステータとの間の距離を、前記ロータの回転
中に調整する距離調整機構を有することを特徴とする真
空ポンプである。

【００２７】これにより、ポンプの運転（ロータの回
転）中に、ガス排気部を構成するロータとステータとの
間の隙間を最適に調整（制御）することで、ポンプの排
気能力を最適に保つとともに、ポンプの排気作用に直接
的に寄与しない無駄な動力を低減させて、ポンプの排気
性能向上と共にポンプの運転時の省エネルギを図ること
ができる。また、ポンプの局所的な加熱及び冷却による
ロータとステータとの間の距離が部分的に不適正となる
状態を回避することができる。

【００２８】請求項２に記載の発明は、前記距離調整機
構は、前記ロータまたは前記ステータの少なくとも一方
を、前記ロータの軸心方向に沿って移動させるように構
成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポ
ンプである。これにより、ロータまたはステータの少な
くとも一方をロータの軸心方向に沿って移動させるよう
にすればよく、構造が比較的簡単で、製作が容易になる
ばかりでなく、ロータとステータとの間の距離の制御が
容易で、制御の信頼性が向上する。特に、図６に示す径
方向翼排気部Ｌ_２を有する真空ポンプでは、軸方向の寸
法を小さく、且つ、排気流路が長く設定できる利点を活
かしながら、更なる排気性能の向上及び無駄なエネルギ
の制御を図ることができる。ロータとステータとの間の
距離の調整は、ロータ或いはステータの一方をロータの
軸心方向に移動させても、両者をロータの軸心方向に移
動させてもよい。また、ロータとステータが軸方向に多
段に構成された真空ポンプにおいては、何段かあるポン
プ段数の内、一部の段または全段に適用してもよい。

【００２９】請求項３に記載の発明は、前記距離調整機
構は、前記ロータまたは前記ステータの少なくとも一方
を、前記ロータの軸心と直交する方向に沿って移動させ
るように構成されていることを特徴とする請求項１に記
載の真空ポンプである。これにより、例えば、図９に示
す、ロータ（回転筒状部５８）とステータ（溝部スペー
サ６０）との間に微少な隙間を設定した溝排気部Ｌ_３を
有する真空ポンプにあっても、ロータとステータとのロ
ータの軸心と直交する方向（径方向）の距離を任意に調
整（制御）でき、排気性能の向上と共に省エネルギを両
立できる。また、このような溝排気部Ｌ_３においては、
ロータとステータとの間の径方向の隙間が、初期に小さ
く設定されているとともに、運転中にロータが非常に高
速で回転しロータに高い円周応力が生じるために、ロー
タが金属材料の場合、高温・高応力状態で変形が進む、
いわゆるクリープ現象が生じて、よりロータとステータ
が接触する可能性が高いが、ロータとステータとの隙間
を任意に変化させることで、このような問題を解決する
ことができる。

【００３０】請求項４に記載の発明は、前記距離調整機
構は、前記ロータと前記ステータとの間の距離を検出す
る距離検出部と、この距離検出部からの信号に基づい
て、前記ロータまたは前記ステータの少なくとも一方
を、前記距離検出部の距離検出方向に沿って移動させる
駆動部とを有することを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載の真空ポンプである。

【００３１】これにより、ロータとステータの距離を常
時認識し、この距離に基づいて、ロータとステータの距
離を適正な値に調整（制御）することができる。従っ
て、ロータとステータの距離を初期に設定しておき、ポ
ンプの運転状態（ガス量や圧力、冷却状態）等で予想さ
れるロータとステータの距離の変化を考慮する方法と比
較して、ロータとステータの距離制御の精度を格段に向
上させることができ、ポンプの排気性能向上及び省エネ
ルギとともに、ポンプに動力を供給するコントローラの
小型化も図れる。

【００３２】請求項５に記載の発明は、前記ロータと前
記ステータは、同一の材料、若しくは熱膨張係数のほぼ
等しい材料で構成されていることを特徴とする請求項１
乃至４のいずれかに記載の真空ポンプである。これによ
り、温度変化に伴うロータとステータとの間の距離の変
化を最少にするとともに、ロータ及び／またはステータ
の制御量も少なく設定することができ、条件が許せば制
御量を無くすることもできる。ロータとステータの材料
は、熱膨張係数の小さいものが望ましく、この材料とし
ては、例えば、ＳｉＣやＳｉ_３Ｎ_４等のセラミックスや
比密度の高いアルミニウムとセラミックス材料等の複合
材料等が挙げられる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、図６乃至図１１に示す従来
例と同一または相当部材には、同一符号を付してその説
明を一部省略する。

【００３４】図１は、本発明の第１の実施の形態の真空
ポンプの要部を示す断面図である。この例は、図６に示
す径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ_２を有する真空ポン
プ（ターボ分子ポンプ）に適用したものであり、ポンプ
ケーシング１０の内部に、回転翼（ロータ）３６と固定
翼（ステータ）３８とが交互に配置されて、径方向翼排
気部（ガス排気部）Ｌ_２が構成されている。また、主軸
１８は、図６に示す従来例と同様に、上下ラジアル軸受
（図示せず）とアキシャル軸受２８により、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。

【００３５】固定翼３８は、浮遊体８０に一体に設けら
れ、この浮遊体８０は、空中に浮遊した状態で、ロータ
の軸心方向に沿って移動（上下動）自在にポンプケーシ
ング１０に保持されている。つまり、この浮遊体８０
は、回転翼３６の周囲を囲繞する円筒状部８２を有し、
この円筒状部８２の内周面の上下方向に沿った所定の位
置に固定翼３８が一体に連接されている。また、この浮
遊体８０の外周面にはフランジ部８４が、ポンプケーシ
ング１０の内周面の該フランジ部８４に対応する位置に
凹部１０ａがそれぞれ設けられ、この凹部１０ａの側面
（上下面）に、一対の電磁石等のアクチュエータからな
る駆動部８６が埋設されている。そして、ポンプケーシ
ング１０の凹部１０ａ内に浮遊体８０のフランジ部８４
を位置させ、このフランジ部８４を一対の駆動部（電磁
石）８６で挟み、この駆動部８６の吸引力を調整するこ
とで、浮遊体８０を上下動自在に空中に浮遊させて保持
するようになっている。

【００３６】更に、固定筒状部（ステータ）１６の最下
段に位置する回転翼３６と対面する位置に、該回転翼３
６までの距離を検出する距離検出センサ（距離検出部）
８８が設けられている。上記により、ロータの回転中
に、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ_２を構成する回転
翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距
離Ｄを調整する距離調整機構が構成されている。

【００３７】つまり、この例によれば、ポンプ運転（ロ
ータ回転）中に、最下段に位置する回転翼（ロータ）３
６と該回転翼３６に対面する固定筒状部（ステータ）１
６との距離を距離検出センサ８８によって検出し、この
検出値に基づいて、駆動部８６を介して固定翼３８をロ
ータの軸心方向に沿って移動（上下動）させ、これによ
って、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ_２を構成する回
転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の
距離Ｄを調整（制御）するようになっている。

【００３８】このように、ポンプの運転（ロータの回
転）中に、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ_２を構成す
る回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との
間の距離Ｄを調整（制御）することで、ポンプの排気能
力を最適に保つとともに、ポンプの排気作用に直接的に
寄与しない無駄な動力を低減させて、ポンプの排気性能
向上と共にポンプの運転時の省エネルギを図ることがで
きる。また、ポンプの局所的な加熱及び冷却によるロー
タとステータとの間の距離が部分的に不適正となる状態
を回避することができる。浮遊体８０の円筒状部８２の
上下端部における外周面と、ポンプケーシング１０の内
周面との間には、円筒状部８２の裏面側にガスが回り込
むのを防止する、弾性体からなるシール材９０が介装さ
れている。

【００３９】なお、この例では、距離検出センサ８８を
別途設けた例を示しているが、アキシャル軸受２８に備
えられている変位センサを兼用するようにしてもよく、
また、距離検出センサをステータの周方向に複数箇所に
設けたり、ロータを挟み込むように対向して設けたりす
るようにしてもよい。

【００４０】ここで、距離検出センサ８８は、ロータが
高速回転するため、非接触方式のものが望ましく、ロー
タの金属部をターゲットとした渦電流型センサや誘導型
センサまたは光を利用した光センサ等が用いられる。な
お、ロータが非金属性の場合は、金属性部分を追加して
設けてもよい。また、距離検出センサ８８は、ロータＲ
とステータＳとの位置関係において、ロータとステータ
の距離が最少になるステータ側の箇所や、相対的に排気
ガスの腐食等の影響を受けにくいステータＳ側の箇所に
設置することが望ましい。

【００４１】また、この例においては、駆動部８６によ
って固定翼３８を移動させるようにしているが、ステー
タに設けた距離検出センサ８８の検出値に基づいて、ア
キシャル軸受２８の電磁石２８ｂの吸引力を調整して、
ロータの浮上位置をポンプの運転（ロータ回転）中に変
化させるようにしてもよい。これにより、ロータとステ
ータの距離の制御がより正確になり、制御可能域も広く
とることができる。

【００４２】更に、ロータやステータを熱膨張係数の少
ない材料で構成することが好ましく、これにより、必要
な制御量を可及的に少なくすることができる。また、熱
膨張係数の同じ材料でロータとステータを構成すればよ
り好ましい。熱膨張係数の小さい材料としては、ＳｉＣ
やＳｉ_３Ｎ_４等のセラミックスや、セラミックスと他の
金属材料との複合材料等が挙げられる。

【００４３】図２は、本発明の第２の実施の形態の真空
ポンプの要部を示す断面図である。この例は、図１に示
す例と同様に、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステー
タ）３８とから構成される径方向翼排気部（ガス排気
部）Ｌ_２を有する真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）に適
用したものであり、固定翼３８は、基台部３８ａと、回
転翼３６と対向する平板状の可動部３８ｂとから構成さ
れている。そして、基台部３８ａと可動部３８ｂとの間
に、温度の変形によって寸法が変化する、例えば形状記
憶合金等からなる熱変形部材（駆動部）９２が挿入さ
れ、これによって、ロータの回転中に、径方向翼排気部
（ガス排気部）Ｌ_２を構成する回転翼（ロータ）３６と
固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄを調整する距離
調整機構が構成されている。

【００４４】この例によれば、真空ポンプの運転により
ロータ及び／又はステータの温度が変化した時に、その
温度変化に伴って、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ス
テータ）３８との間の距離Ｄが予め設定された所望の値
になるように、熱変形部材９２を熱変形させることで、
回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との距
離を常に一定に維持・確保することができる。

【００４５】図３は、本発明の第３の実施の形態の真空
ポンプの要部を示す断面図である。この例は、図１に示
す例と同様に、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステー
タ）３８とから構成される径方向翼排気部（ガス排気
部）Ｌ_２を有する真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）に適
用したものであり、固定翼３８を基台部３８ａと、回転
翼３６と対向する平板状の可動部３８ｂとで構成し、か
つ基台部３８ａと可動部３８ｂとの間に、ピエゾ素子等
の圧電素子（駆動部）９４を配置し、更に、基台部３８
ａに回転翼３６との距離を検出する距離検出センサ８８
を設けて、ロータの回転中に、径方向翼排気部（ガス排
気部）Ｌ_２を構成する回転翼（ロータ）３６と固定翼
（ステータ）３８との間の距離Ｄを調整する距離調整機
構を構成している。

【００４６】この例によれば、距離検出センサ８８の検
出値に基づいて圧電素子９４に供給する電力を制御する
ことにより、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステー
タ）３８との距離Ｄを正確にかつ精度よく制御すること
ができる。なお、構成を簡単にするために、距離検出セ
ンサを設けることなく、ロータやステータの温度をサー
ミスタや熱電対等の温度センサで検出して、予め設定さ
れた電力を圧電素子９４に供給して、回転翼（ロータ）
３６と固定翼（ステータ）３８との距離Ｄを制御するよ
うにしてもよい。なお、前述のように、ステータの位置
制御と、アキシャル軸受２８によるロータの位置制御と
を併用することもできる。

【００４７】図４は、本発明の第４の実施の形態の真空
ポンプの横断面図である。この例は、図９に示す溝排気
部（ガス排気部）Ｌ_３を有する真空ポンプ（ターボ分子
ポンプ）に適用したものであり、ポンプケーシング１０
の内部に、外周面にねじ溝５８ａ（図９参照）を有する
回転筒状部（ロータ）５８と、該回転筒状部５８の周囲
を包囲するねじ溝部スペーサ（ステータ）６０が同心状
に配置されて、溝排気部（ガス排気部）Ｌ_３が構成され
ている。

【００４８】ここで、ねじ溝部スペーサ６０は、軸方向
に２分割した分割体６０ａ，６０ｂを該分割体６０ａ，
６０ｂの分割面で突合せ、この突合せ面にシールを兼用
する弾性体９６を介在させて構成されている。そして、
このねじ溝部スペーサ６０とポンプケーシング１０との
間に、各分割体６０ａ，６０ｂの背部に位置してアクチ
ュエータや圧電素子等の駆動部９８が配置され、更にね
じ溝部スペーサ６０に回転筒状部５８との距離（隙間）
を検出する距離検出センサ８８が配置されている。これ
によって、ロータの回転中に、溝排気部（ガス排気部）
Ｌ_３を構成する回転筒状部（ロータ）５８とねじ溝部ス
ペーサ（ステータ）６０との間の距離を調整する距離調
整機構が構成されている。

【００４９】つまり、この例にあっては、ねじ溝部スペ
ーサ６０と回転筒状部５８との距離（隙間）を距離検出
センサ８８で検出し、その検出値に基づいて、駆動部９
８を介して、ねじ溝部スペーサ６０をロータの軸心と直
交する径方向に移動させて、溝排気部（ガス排気部）Ｌ
_３を構成する回転筒状部（ロータ）５８とねじ溝部スペ
ーサ（ステータ）６０との間の距離を調整（制御）する
ようにしている。なお、前述と同様に、距離検出センサ
を設けることなく、予め採取されたデータに基づき、熱
変形部材による距離制御を行うようにしてもよく、また
温度センサによる検出値に基づき、アクチュエータや圧
電素子による距離制御を行うようにしてもよい。

【００５０】図５は、本発明の第５の実施の形態の真空
ポンプの縦断正面図である。この例は、図１０に示す容
積型真空ポンプ（ルーツ型真空ポンプ）に適用したもの
で、ポンプケーシング（ステータ）７６は、外ケーシン
グ７６ｃと、この外ケーシング７６ｃの内部にロータ７
４の軸心方向に移動自在に収納した内ケーシング７６ｄ
とから構成されている。そして、外ケーシング７６ｃと
内ケーシング７６ｄとの間には、モータ７９側に位置し
て、内ケーシング７６ｄをロータ７４の軸心方向に沿っ
て移動させるアクチュエータ等の駆動部９８が配置さ
れ、更に外ケーシング７６ｃ内部の反モータ側端部に
は、ロータ７４の主軸７０の端部までの距離を検出する
距離検出センサ８８が取付けられている。これによっ
て、ロータ７４の回転中に、ガス排気部を構成するロー
ブ（ロータ）７２と内ケーシング（ステータ）７６ｄと
の間のロータ７４の軸心方向に沿った距離を調整する距
離調整機構が構成されている。

【００５１】この例によれば、ポンプの運転（ロータ回
転）中に、距離検出センサ８８でロータ７４の主軸７０
の端部までの距離を検出し、この検出量に基づいて、駆
動部９９を介して内ケーシング７６ｄをロータ７４の軸
心方向に沿って移動させ、ガス排気部を構成するローブ
（ロータ）７２と内ケーシング（ステータ）７６ｄとの
間のロータ７４の軸心方向に沿った距離を調整（制御）
することで、ポンプの排気性能や圧縮性能が最良になる
ようにすることができる。

【００５２】この例では、ロータの全段数に対応するス
テータを可動な状態としているが、ロータとステータの
距離の微少な段に対応するステータのみを可動な状態に
してもよい。また、この例では、ロータの軸心方向に沿
って内ケーシング（ステータ）７６ｄを移動させるよう
にしているが、内ケーシングの径方向に移動できるよう
にしてもよい。本発明は、上記実施の形態に限定される
ものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で変形可能で
あることは勿論である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ポンプの運転（ロータ回転）中に、ガス排気部を構成す
るロータとステータの隙間を最適に制御することによ
り、ポンプの排気や圧縮等の性能を向上させるととも
に、ポンプの小型化と必要な動力も最少にすることがで
き、これによって、省エネルギ、省スペース化を図るこ
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の要部
を拡大して示す要部拡大断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の真空ポンプの要部
を拡大して示す要部拡大断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の真空ポンプの要部
を拡大して示す要部拡大断面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態の真空ポンプの平断
面図である。

【図５】本発明の第５の実施の形態の真空ポンプの縦断
面図である。

【図６】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７】図６の固定翼を示す図である。

【図８】５軸制御型磁気軸受の説明に付する図である。

【図９】従来の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の他の
例を示す断面図である。

【図１０】従来の真空ポンプ（ルーツ型真空ポンプ）を
示す断面図である。

【図１１】(a)は、図１０のロータ断面図で、（ｂ）
は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１０ポンプケーシング１８主軸２０ロータ本体２２駆動用モータ２４上部ラジアル軸受２６下部ラジアル軸受２８アキシャル軸受３０回転翼（ロータ）３２固定翼（ステータ）３６回転翼（ロータ）３８固定翼（ステータ）４６突条部４８螺旋状溝５４，５６ヒータ５８回転筒状部５８ａねじ溝６０ねじ溝部スペーサ７０主軸（ロータ）７２ローブ（ロータ）７４ロータ７６ポンプケーシング（ステータ）７６ｃ外ケーシング７６ｄ内ケーシング７９モータ８０浮遊体８２円筒状部８４フランジ部８６，９８，９９駆動部８８距離検出センサ（距離検出部）９２熱変形部材（駆動部）９４圧電素子（駆動部）Ｌ_１軸方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ_２径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ_３溝排気部（ガス排気部）ＲロータＳステータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０４Ｄ 29/56 Ｆ０４Ｄ 29/56 ＣＥ (72)発明者小神野宏明東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者中澤敏治神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号株式会社荏原電産内Ｆターム(参考） 3H031 DA01 DA02 DA06 EA01 EA08 EA11 EA12 EA14 EA15 FA01 3H034 AA01 AA02 AA12 BB01 BB08 BB11 BB19 CC01 CC04 DD01 DD24 DD26 DD30 EE02 EE09 EE15 EE18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転するロータと該ロータに近接して配
置されたステータの相互作用でガスを排気するガス排気
部を有する真空ポンプにおいて、前記ガス排気部を構成する前記ロータと前記ステータと
の間の距離を、前記ロータの回転中に調整する距離調整
機構を有することを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】前記距離調整機構は、前記ロータまたは
前記ステータの少なくとも一方を、前記ロータの軸心方
向に沿って移動させるように構成されていることを特徴
とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項３】前記距離調整機構は、前記ロータまたは
前記ステータの少なくとも一方を、前記ロータの軸心と
直交する方向に沿って移動させるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項４】前記距離調整機構は、前記ロータと前記
ステータとの間の距離を検出する距離検出部と、この距
離検出部からの信号に基づいて、前記ロータまたは前記
ステータの少なくとも一方を、前記距離検出部の距離検
出方向に沿って移動させる駆動部とを有することを特徴
とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空ポンプ。
【請求項５】前記ロータと前記ステータは、同一の材
料、若しくは熱膨張係数のほぼ等しい材料で構成されて
いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載
の真空ポンプ。