JP2003286991A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータの破壊により飛散したロータ破片の運
動エネルギーを効果的に吸収できる低コストの真空ポン
プを提供する。 【解決手段】 筒状のポンプケース１−１と筒状のポン
プベース１−２とをその筒軸方向に連結した外装ケース
１内に、ロータ２が回転可能に配設され、このロータ２
の一部が複数の円筒体２−１、２−２を同心円状に配置
し接合してなる多重円筒構造からなり、該円筒体２−
１、２−２の近傍に、この円筒体２−１、２−２の周面
との間にネジ溝ポンプの排気流路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を形
成するネジポンプスペーサ９が設けられる場合に、この
ネジポンプスペーサ９は、ポンプベース１−２の構成材
料に比し破断に至るまでの歪みエネルギーが大きい材料
で形成されるものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置、
電子顕微鏡、表面分析装置、質量分析装置、粒子加速
器、核融合実験装置等に用いられる真空ポンプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種真空ポンプとしてはターボ
分子ポンプとネジ溝ポンプを複合した形態のポンプ（以
下「複合型真空ポンプ」という。）が知られている。

【０００３】図５は従来の複合型真空ポンプの一例を示
した断面図であり、同図の複合型真空ポンプにおいて
は、ポンプ圧縮比を上げ、かつポンプ全体のコンパクト
化を図るため、ネジ溝ポンプの一連の排気流路Ｒ１、Ｒ
２、Ｒ３が折り返す構造となっている。

【０００４】また、この図５の複合型真空ポンプにおい
ては、そのネジ溝ポンプの排気流路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を
上述の折り返し構造とするために、ポンプ下流側、すな
わちネジ溝ポンプとして機能するロータ２の略下半分を
２つの円筒体２−１、２−２からなる多重円筒構造とす
るとともに、その内外両円筒体２−１、２−２間とその
外側円筒体２−２の外周側にネジ溝１０付のネジポンプ
スペーサ９を設置している。

【０００５】なお、この図５の複合型真空ポンプの場
合、そのポンプ上流側、すなわちロータ２の略上半分が
ターボ分子ポンプとして機能する構造上、当該ロータ２
の上部側外周面には回転翼１１が一体に設けられてい
る。

【０００６】ところで、上記のような構造からなる図５
の複合型真空ポンプによると、そのロータ２の略下半分
が２つの円筒体２−１、２−２からなる多重円筒構造で
あるため、ロータ２全体のうち特に多重円筒構造の部分
において、質量と慣性モーメントが大きく、大きな応力
が生じる可能性が高い。

【０００７】また、図５の複合型真空ポンプにおいて、
ネジ溝ポンプの性能はロータ中の多重円筒構造を構成す
る各円筒体２−１、２−２（回転部）と停止しているネ
ジポンプスペーサ９（固定部）との速度差に大きく影響
する。すなわち、回転部の周速が速いほどネジ溝ポンプ
の性能は向上する。このため、一般的なポンプ設計にお
いては、ネジ溝ポンプの回転部、すなわち多重円筒構造
の各円筒体２−１、２−２の周速を可能な限り大きくす
るために、その各円筒体２−１、２−２を大径に設計す
るものとしているので、ロータ２全体の中でも多重円筒
構造部分の応力はより一層大きいものとなる。

【０００８】さらに、図５の複合型真空ポンプにおい
て、ネジ溝ポンプが設けられているポンプ下流側は排気
ガスの濃度が高いので、このネジ溝ポンプを構成する多
重円筒構造の各円筒体２−１、２−２やネジポンプスペ
ーサは排気ガスにより腐食されやすい。

【０００９】以上のことから、ネジ溝ポンプを構成する
多重円筒構造の円筒体２−１、２−２は、図５の複合型
真空ポンプを構成する各種ポンプ回転部品の中でも、応
力腐食割れが最も進行しやすい部品である。

【００１０】ところで、ネジ溝ポンプを構成する多重円
筒構造の円筒体２−１、２−２において、上述の応力腐
食割れ等に起因するクラックが成長し（図６参照）、こ
の成長したクラックを起点としてロータ２全体が短時間
で破壊した場合は、次の過程により真空ポンプ全体にモ
ーメントが発生する。

【００１１】すなわち、図７に示したように、破壊によ
り分裂したロータ破片２ａはロータ接線方向に飛散しネ
ジポンプスペーサ９に接触する。この際、ロータ破片２
ａの運動エネルギーは、ネジポンプスペーサ９を変形
させる歪みエネルギー、および、ネジポンプスペーサ
９とロータ破片２ａとの接触部において発生する摩擦エ
ネルギーとして変換・吸収される形態で消費される。

【００１２】ここで、上記の歪みエネルギーを数式で
示すと、この歪みエネルギーは次式のように表すことが
できる。

【００１３】

【００１４】また、上記歪みエネルギーは、図８に示す
材料の応力−歪み線図上では応力−歪み曲線の下部範囲
内の面積として表される。

【００１５】したがって、ある一定の材料において運動
エネルギーを歪みエネルギーに変換し吸収するものとし
た場合、当該材料の耐力が大きく、かつ該材料の歪みが
大きい程、歪みエネルギーへのエネルギー変換・吸収は
大きくなる。

【００１６】ここで、図５の複合型真空ポンプにおい
て、ロータ２の破壊により分裂したロータ破片２ａの運
動エネルギーをネジ溝ポンプのネジポンプスペーサ９に
おいて歪みエネルギーに変換し吸収するものとした場
合、次の（１）と（２）のケースのときに、歪みエネル
ギーへのエネルギー変換・吸収が少なくなる。

【００１７】（１）ネジポンプスペーサ９の耐力が小さ
く、かつ、ロータ破片２ａ接触後のネジポンプスペーサ
９の歪みが大きい場合（図９中の材料ａについての応力
−歪み線図および図１０参照）。

【００１８】（２）ネジポンプスペーサ９の変形が少な
い場合、すなわちネジポンプスペーサ９の弾性係数と耐
力が大きく、かつ、ロータ破片２ａ接触後のネジポンプ
スペーサ９の歪みが小さい場合（図９中の材料ｃについ
ての応力−歪み線図および図１１参照）。

【００１９】ところで、上記（１）のケースの場合は、
歪みエネルギーへのエネルギー変換吸収が小さいため、
ロータ破片２ａの運動エネルギーは減少しない。このた
め、ロータ破片２ａはネジポンプスペーサ９を変形させ
た後、その後もなお残存するエネルギーにより他のポン
プ構造体に大きなダメージを与える。たとえば、ロータ
破片２ａの衝突により多重円筒構造の内側円筒体２−１
が破損し、このとき内側円筒体２−１の外周側に設置さ
れているネジポンプスペーサ９においてロータ破片２ａ
の運動エネルギーの吸収が小さいと、さらに、そのネジ
ポンプスペーサ９の外側に設置されている多重円筒構造
の外側円筒体２−２が損傷し、内外２つの円筒体２−
１、２−２の連鎖的な破壊が生じ、この一連の破壊がポ
ンプケース１−１にも及ぶ場合もある。

【００２０】一方、上記（２）のケースの場合には、ネ
ジポンプスペーサ９が変形しないため、ロータ破片２ａ
はネジポンプスペーサ９との衝突時にネジポンプスペー
サ９側から大きな反力を受け（図１１参照）、その反力
がロータ破片２ａとネジポンプスペーサ９との垂直抗力
となり、摩擦に起因する大きなモーメントがネジポンプ
スペーサ９に発生し、そのネジポンプスペーサ９をポン
プベース１−２側に位置決め固定している固定部や、ネ
ジポンプスペーサ９周辺のポンプ構造体に大きなダメー
ジを与える。

【００２１】要するに、上記（１）および（２）のいず
れの場合においても、ロータ２の破壊によりポンプ構造
体にダメージを与える最大の原因は、ネジポンプスペー
サ９の変形によりロータ破片２ａの運動エネルギーを歪
みエネルギーに変換し吸収する効果が不足していること
にある。このことは、ロータ破片２ａの運動エネルギー
を受け得る全ポンプ構造体についても同様に言えること
であるが、全ポンプ構造体のうち特にネジポンプスペー
サ９はロータ２の直ぐ外側に存在するので、ポンプ内部
の損傷を最小限に抑えるものとした場合、ネジポンプス
ペーサ９におけるロータ破片２ａの運動エネルギーの吸
収が重要である。

【００２２】そこで、図５に示した構造の複合型真空ポ
ンプや、この複合型真空ポンプのロータ２の略下半分と
同等の構造、すなわち複数の円筒体２−１、２−２から
なる多重円筒構造とネジポンプスペーサ９のみからなる
ネジ溝ポンプ（ドラックポンプ）においては、ロータ破
片２ａの運動エネルギーをネジポンプスペーサ９におい
て減衰させ、ポンプ全体に作用するモーメントを減少さ
せる手段として、次の技術が採用されている。

【００２３】ロータ破片２ａがネジポンプスペーサ９
に接触したときの衝撃力でネジポンプスペーサ９自体が
回転しポンプケース１−２と摺動する構造を採用するこ
とにより、そのロータ破片２ａの運動エネルギーを摩擦
エネルギーに変換して吸収する技術。

【００２４】ポンプ内部に構造的に弱い部分を設け、
その弱い部分がロータ破片２ａの衝突による衝撃力で破
壊されることにより、当該ロータ破片２ａの運動エネル
ギーを吸収する技術。

【００２５】ロータ２は、一般に金属の中でも比強度
の高いアルミ合金材料で作成されるが、このロータ２全
体のうち特にネジポンプスペーサ９と対向する部分、す
なわちロータ２の多重円筒構造部分をより軽量なカーボ
ンファイバー等で作製することにより、当該ロータ２の
質量を小さくしてロータ破片２ａの運動エネルギーを低
減する技術。

【００２６】しかしながら、上記の技術ではネジポン
プスペーサ９を回転可能な別部品として形成する必要が
ある。上記の技術ではポンプ内部に構造的に弱い部分
を別途形成する加工が必要となる。また、上記の技術
ではロータ２の多重円筒構造部分だけをカーボンファイ
バー等の軽量な材料で別部品として形成する必要がある
ので、上記ないしの技術によると、真空ポンプ全体
の部品点数若しくは加工工数が増え、ポンプ全体の製造
コストが高くなるという問題点がある。

【００２７】特に、図５の複合型真空ポンプによると、
そのロータ２の略下半分が２つの円筒体２−１、２−２
からなる多重円筒構造となっているため、多重円筒構造
を採らない真空ポンプと比べてロータ２全体の質量が大
きく、ロータ２が破壊した際に大きなモーメントがポン
プケース１−２に生じ、ポンプケース２−１上端のフラ
ンジ部と図示しない真空チャンバーとを締結しているボ
ルト（図示省略）がポンプケース１−２のねじれにより
破損する、あるいは、その破損が真空チャンバー側に及
ぶ等、真空ポンプの周辺装置側に多大な損傷を与える可
能性がある。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するためになされたもので、その目的とするところ
は、ロータの破壊により飛散したロータ破片の運動エネ
ルギーを効果的に吸収できる低コストの真空ポンプを提
供することにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、（１）本発明は、筒状のポンプケースと筒状のポン
プベースとをその筒軸方向に連結してなる外装ケース
と、上記外装ケース内に回転可能に配設されたロータ
と、上記ロータをその中心軸線回りに回転駆動するロー
タシャフトとを有し、上記ロータの一部または全部が、
複数の円筒体を同心円状に配置し接合してなる多重円筒
構造からなり、上記円筒体の近傍に、この円筒体の周面
との間にネジ溝ポンプの排気流路を形成するネジポンプ
スペーサが設けられ、上記ネジポンプスペーサは、上記
ポンプベースの構成材料に比し破断に至るまでの歪みエ
ネルギーが大きい材料で形成されていることを特徴とす
るものである。

【００３０】（２）本発明は、筒状のポンプケースと筒
状のポンプベースとをその筒軸方向に連結してなる外装
ケースと、上記外装ケース内に回転可能に配設されたロ
ータと、上記ロータをその中心軸線回りに回転駆動する
ロータシャフトとを有し、上記ロータの一部または全部
が、複数の円筒体を同心円状に配置し接合してなる多重
円筒構造からなり、上記円筒体の近傍に、この円筒体の
周面との間にネジ溝ポンプの排気流路を形成するネジポ
ンプスペーサが設けられ、上記ネジポンプスペーサは、
上記複数の円筒体のうち互いに隣接する２つの円筒体間
に介挿設置されるとともに、上記ポンプベースの構成材
料に比し破断に至るまでの歪みエネルギーが大きい材料
で形成された中間ネジポンプスペーサを有する構造から
なることを特徴とするものである。

【００３１】上記（１）本発明または上記（２）本発明
においては、ＪＩＳで定義される４０００番、５０００
番、６０００番系相当の通常のアルミ合金材料を用いて
上記ポンプベースが形成されている場合に、このポンプ
ベースの形成材料に比し破断に至るまでの歪みエネルギ
ーが大きい材料として、粒子分散型アルミ基複合材料を
用いて上記ネジポンプスペーサを形成することができ
る。

【００３２】上記（１）本発明または上記（２）本発明
においては、ＪＩＳで定義される４０００番、５０００
番、６０００番系相当の通常のアルミ合金材料を用いて
上記ポンプベースが形成されている場合に、このポンプ
ベースの形成材料に比し破断に至るまでの歪みエネルギ
ーが大きい材料として、急冷凝固アルミ合金材料を用い
て上記ネジポンプスペーサを形成することができる。

【００３３】上記（１）本発明または上記（２）本発明
において、上記ネジポンプスペーサは、上記ポンプベー
スと同じ構成材料からなる第１ネジポンプスペーサ部品
と、上記ポンプベースの構成材料よりも破断に至るまで
の歪みエネルギーの大きい材料からなる第２ネジポンプ
スペーサ部品とを結合一体化した構造を採用することが
できる。

【００３４】上記の如くネジポンプスペーサが第１ネジ
ポンプスペーサ部品と第２ネジポンプスペーサ部品の一
体化構造からなる場合は、第１ネジポンプスペーサ部品
および第２ネジポンプスペーサ部品をともに筒状に形成
し、かつ、この筒状の第２ネジポンプスペーサ部品の内
側に、上記筒状の第１ネジポンプスペーサ部品が内挿さ
れてなる構造を採用することができる。

【００３５】また、上記の如くネジポンプスペーサが第
１ネジポンプスペーサ部品と第２ネジポンプスペーサ部
品の一体化構造からなる場合は、上記第１ネジポンプス
ペーサ部品を筒状に形成し、上記第２ネジポンプスペー
サ部品をリング状に形成するとともに、その筒状の第１
ネジポンプスペーサ部品の一部に、上記リング状の第２
ネジポンプスペーサ部品を取り付けてなる構造を採用し
てもよい。

【００３６】上記（１）本発明または上記（２）本発明
においては、上記ロータの破壊により分裂したロータ破
片が上記ネジポンプスペーサに接触したときの該ネジポ
ンプスペーサの膨張方向と干渉しない位置に、このネジ
スポンプスペーサと上記ポンプベースとの接合部が設け
られる構造を採用することもできる。

【００３７】（３）本発明は、筒状のポンプケースと筒
状のポンプベースとをその筒軸方向に連結してなる外装
ケースと、上記外装ケース内に回転可能に配設されたロ
ータと、上記ロータをその中心軸線回りに回転駆動する
ロータシャフトとを有し、上記ロータの一部または全部
が、複数の円筒体を同心円状に配置し接合してなる多重
円筒構造からなり、上記円筒体の近傍に、この円筒体の
周面との間にネジ溝ポンプの排気流路を形成するネジポ
ンプスペーサが設けられ、上記ネジポンプスペーサは、
上記複数の円筒体のうち互いに隣接する２つの円筒体間
に介挿設置されるとともに、その下端部に設けたフラン
ジ部を介して上記ポンプベース側に位置決め固定された
中間ネジポンプスペーサを有する構造からなり、上記中
間ネジポンプスペーサのフランジ部の外周端と上記ポン
プベースの内周との間に、間隙部が形成されてなること
を特徴とするものである。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る真空ポンプの
実施形態について図１ないし図４を基に詳細に説明す
る。

【００３９】図１に示した真空ポンプは、ターボ分子ポ
ンプとネジ溝ポンプを複合した真空ポンプであって、外
装ケース１の内側にロータ２を回転可能に設置した構造
となっている。

【００４０】外装ケース１は、筒状のポンプケース１−
１とこれと同じく筒状のポンプベース１−２とをその筒
軸方向にボルトで一体に連結した筒型構造であり、この
ような筒型構造の外装ケース１内に上記ロータ２が収納
されている。

【００４１】上記ポンプケース１−１の上端部側はガス
吸気口３として開口しているが、上記ポンプベース１−
２の下端部側はその側面のガス排気口４を除き密閉され
ている。

【００４２】上記のようなロータ収納状態において、当
該ロータ２の下部側外周は、外装ケース１の約下半分を
構成している上記筒状のポンプベース１−２により囲ま
れる構造となっている一方、同ロータ２の上部側外周
は、外装ケース１の約上半分を構成している上記筒状の
ポンプケース１−１で囲まれる構造となっている。

【００４３】上記ロータ２はその全体形状が筒状に形成
され、このような筒状のロータ２の内側にステータコラ
ム５が立設され、さらにそのステータコラム５の中心部
にロータシャフト６が回転可能に設置されている。

【００４４】ロータシャフト６は、ステータコラム５の
内側に設けた径方向電磁石７−１および軸方向電磁石７
−２等からなる磁気軸受により、その軸方向及び径方向
にそれぞれ軸受支持されている。また、ロータシャフト
６の上部はステータコラム５の上端部から突出し、この
ロータシャフト６の上部突出端に上記ロータ２が連結固
定されている。

【００４５】ステータコラム５の内側には駆動モータ８
が配置されており、この駆動モータ８は、その固定子８
−１をステータコラム５の内側に配置し、その回転子８
−２をロータシャフト６側に一体に配置してなる構造で
あって、かつ、ロータシャフト６と一体にロータ２をそ
の中心軸心回りに回転駆動する構造となっている。

【００４６】本実施形態の場合、上記ロータ２の一部、
すなわちポンプベース１−２により囲まれている該ロー
タ２の略下半分側は、内外２つの円筒体２−１、２−２
を同心円状に配置し接合してなる多重円筒構造となって
いる。

【００４７】上記のような多重円筒構造を構成する円筒
体２−１、２−２の近傍には、その円筒体２−１、２−
２の周面との間にネジ溝ポンプの排気流路Ｒ１、Ｒ２、
Ｒ３を形成するネジポンプスペーサ９が設けられてお
り、このネジポンプスペーサ９は、本実施形態の場合、
中間ネジポンプスペーサ９−１と外周ネジポンプスペー
サ９−２とを含む構造となっている。

【００４８】上記ネジポンプスペーサ９のうち、中間ネ
ジポンプスペーサ９−１は互いに隣接する内外２つの円
筒体２−１、２−２間に介挿設置されている一方、外周
ネジポンプスペーサ９−２は、同２つの円筒体２−１、
２−２のうち最外周に位置する円筒体、すなわち外側円
筒体２−２の外周側に設置されている。

【００４９】なお、上記中間ネジポンプスペーサ９−１
と外周ネジポンプスペーサ９−２はいずれも、多重円筒
構造を構成する円筒体２−１、２−２と同じく、円筒形
状に形成されている。

【００５０】また、図２に示したように、上記中間ネジ
ポンプスペーサ９−１は、その下端部に設けたフランジ
部１５を介してボルトでポンプベース１−２側に位置決
め固定されているが、本実施形態では、その中間ネジポ
ンプスペーサ９−１のフランジ部１５の外周端とポンプ
ベース１−２の内周との間に積極的に間隙部１６が形成
される構造を採用している。

【００５１】すなわち、図５に示した従来の複合型真空
ポンプでは、ロータ２の破壊により分裂したロータ破片
が中間ネジポンプスペーサ９−１に接触し、これにより
中間ネジポンプスペーサ９−１が膨張したとき、その中
間ネジポンプスペーサ９−１のフランジ部１５の外周端
とポンプベース１−２の内周とが強固に密着固定してし
まう現象（以下「ロック現象」という。）が生じ、その
密着固定部を介して中間ネジポンプスペーサ９−１の歪
みエネルギーがポンプベース２−１側に逃げることか
ら、当該ポンプベース１−２に大きなトルクが発生し得
る。

【００５２】そこで、図１に示した本実施形態の複合型
真空ポンプにおいては、上記のようなロック現象を回避
するために、図２に示した通り、中間ネジポンプスペー
サ９−１のフランジ部１５の外周端とポンプベース１−
２の内周との間に間隙部１６を形成するものとした。

【００５３】したがって、本実施形態の複合型真空ポン
プの場合は、上述のように中間ネジポンプスペーサ９−
１が膨張しても、この中間ネジポンプスペーサ９−１の
フランジ部１５の外周端とポンプベース１−２の内周面
との間は間隙部１６により遠く引き離されているので、
上記ロック現象は生じ難く、よって、この種ロック現象
による上記不具合、すなわちポンプベース２−１に大き
なトルクが発生することを効果的に防止することができ
る。

【００５４】なお、本実施形態では、ネジポンプスペー
サ９側にネジ溝１０が形成されるとともに、このような
ネジ溝１０と多重円筒構造を構成する各円筒体２−１、
２−２の周面との間に形成される隙間構造部分が、ロー
タ２の回転によりネジ溝ポンプとして機能する構成を採
用している。

【００５５】上記ネジ溝１０は、外周ネジポンプスペー
サ９−２の内面、すなわち外側円筒体２−２の外周面と
対向する面、および、中間ネジポンプスペーサ９−１の
内外両面、すなわち外側円筒体２−２の内周面に対向す
る面と、内側円筒体２−１の外周面に対向する面に形成
されている。

【００５６】外周ネジポンプスペーサ９−２と外側円筒
体２−２との間にはネジ溝ポンプの第１のガス排気流路
Ｒ１が形成され、外側円筒体２−２と中間ネジポンプス
ペーサ９−１との間には同ネジ溝ポンプの第２のガス排
気流路Ｒ２が形成され、さらに、中間ネジポンプスペー
サ９−１と内側円筒体２−１との間には同ネジ溝ポンプ
の第３のガス排気流路Ｒ３が形成される。そして、第１
のガス排気流路Ｒ１と第２のガス排気流路Ｒ２は、外側
円筒体２−２の下端部で連通し、第２のガス排気流路Ｒ
２と第３のガス排気流路Ｒ３は、中間ネジポンプスペー
サ９−１の上端部で連通する構造となっている。

【００５７】上記ロータ２の他の一部、すなわちポンプ
ケース１−１により囲まれている該ロータ２の略上半分
側は、そのロータ外周に複数の回転翼１１が多段に一体
に配置固定される構造となっている。また、ポンプケー
ス１−１の内周には、複数の固定翼１２が上記回転翼１
１と交互に翼スペーサ１３を介して多段に位置決め設置
されており、このような回転翼１１と固定翼１２からな
る翼構造の部分がロータ２の回転によりターボ分子ポン
プとして機能するように構成されている。

【００５８】したがって、本実施形態のような複合型真
空ポンプの場合、ロータシャフト６と一体にロータ２が
回転すると、ロータ２の略上半分では、回転翼１１と固
定翼１２の相互作用により、ポンプケース１−１上部の
ガス吸気口３側から最下段の回転翼１１ａおよび固定翼
１２ａ側へ向かってガスの分子を排気する動作が行われ
る。

【００５９】また、上記のように排気されるガスは引き
続き次のステージ、すなわちネジ溝ポンプの排気動作に
よりポンプベース１−２下部のガス排気口４からポンプ
外部へ排気される。つまり、上記の如く最下段の回転翼
１１ａおよび固定翼１２ａ側に移行したガス分子は、第
１のガス排気流路Ｒ１に流入し、かつ、図上そのガス排
気流路Ｒ１を下向きに流れる。そして、この下向きに流
れるガスは、外側円筒体２−２の下端部側で１８０°反
転し折り返した後、第２のガス排気流路Ｒ２に流入し、
かつ、図上そのガス排気流路Ｒ２を上向きに流れる。次
に、この上向きに流れるガスは、中間ネジポンプスペー
サ９−１の上端部側で１８０°反転し折り返した後、第
３のガス排気流路Ｒ３に流入し、かつ、図上そのガス排
気流路Ｒ３を下向きに流れ、最後に内側円筒体２−１の
下端部側からガス排気口４側へ移行しポンプ外部へ排気
される。

【００６０】なお、ポンプケース１−１上部側のガス吸
気口３は、ポンプケース１−１上縁のフランジ部１−１
ａに設けられている図示しないボルトを介し、たとえば
半導体製造装置のプロセスチャンバ等、高真空となる真
空容器（図示省略）側に接続され、ポンプベース１−２
下部側のガス排気口４は図示しない補助ポンプ側に連通
するようにセットされる。

【００６１】ところで、上記のような構造の複合型真空
ポンプにおいて、ロータ２の破壊により分裂したロータ
破片がネジポンプスペーサ９に接触したときに、そのロ
ータ破片の運動エネルギーをネジポンプスペーサ９にお
いて歪みエネルギーに変換し吸収するものとした場合、
このネジポンプスペーサ９の構成材料が歪むために必要
なエネルギー、すなわち歪みエネルギーが大きい程、そ
の変換・吸収の効果は高い。

【００６２】そこで、本実施形態の場合、ネジポンプス
ペーサ９については、ポンプベース１−２の構成材料に
比し破断に至るまでの歪みエネルギーが大きい材料で形
成する構造を採用した。

【００６３】すなわち、従来、加工性、熱伝導性、軽量
化のため、ポンプベース１−２、ステータコラム５、ネ
ジポンプスペーサ９を支持する構造体等はすべて通常の
アルミ合金材料、すなわちＪＩＳで定義される４０００
番、５０００番、６０００番台のアルミ合金材料、若し
くは特殊な例として放熱性を向上させるために１０００
番台のアルミ合金材料を使用して形成されている。ネジ
ポンプスペーサ９もまた同様に従来はこの種通常のアル
ミ合金を使用して形成されていたが、本実施形態では、
そのポンプベース１−２の構成材料（通常のアルミ合金
材料）に比し破断に至るまでの歪みエネルギーが大きい
材料として、たとえばステンレス鋼、クロムモリブデン
鋼等の延性に優れた鋼材を採用するとともに、このよう
な鋼材によりネジポンプスペーサ９全体、すなわち中間
ネジポンプスペーサ９−１および外周ネジポンプスペー
サ９−２が形成される構成を採用した。

【００６４】したがって、上記のような本実施形態の複
合型真空ポンプによると、ロータ２の破壊により分裂し
たロータ破片がネジポンプスペーサ９に接触したときの
該ロータ破片の運動エネルギーはネジポンプスペーサ９
の歪みエネルギーに変換される形で吸収されるが、この
際、その変換・吸収の割合が従来に比し増大する。この
ため、ロータ全体の質量とモーメントが大きくなり得る
多重円筒構造のロータ２であっても、そのロータ２の破
壊時に大きなモーメント、すなわち破壊トルクが外装ケ
ース１に生じることを効果的に防止することができ、こ
の種の破壊トルクによる不具合、たとえばポンプケース
１−１上端のフランジ部１−１ａと真空チャンバーとを
締結しているボルトがポンプケース１−１のねじれによ
り破損する、あるいは、その破損が真空チャンバー側に
及ぶ等、真空ポンプの周辺装置側に多大な損傷を与える
ことを回避することができる。

【００６５】上記実施形態では、中間ネジポンプスペー
サ９−１および外側ネジポンプスペーサ９−２の双方を
ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼等の延性に優れた鋼
材により形成する構造を採用したが、中間ネジポンプス
ペーサ９−１だけをそのような鋼材により形成してもよ
く、この構造を採用した場合も、該中間ネジポンプスペ
ーサ９−１の部分において、ロータ破片の運動エネルギ
ーを歪みエネルギーとして変換・吸収する割合が従来に
比し増しているから、上記実施形態と同様な効果が得ら
れる。

【００６６】また、上記実施形態では、通常のアルミ合
金材料を用いてポンプベース１−２が形成されている場
合に、このポンプベース１−２の形成材料に比し破断に
至るまでの歪みエネルギーが大きい材料として、ステン
レス鋼等の延性に優れた鋼材を使用してネジポンプスペ
ーサ９を形成するものとしたが、これに代えて、「粒子
分散型アルミ基複合材料」または「急冷凝固アルミ合金
材料」を使用してネジポンプスペーサ９全体若しくは中
間ネジポンプスペーサ９−１だけを形成する構造を採用
してもよい。

【００６７】「粒子分散型アルミ基複合材料」とは、ア
ルミニウム中にＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３等の粉末上セラミッ
クスを分散させた材料であって、その粒子がアルミ材料
中の転位の動きを抑制するため、アルミ合金に対して高
い材料耐力が得られるものである。

【００６８】「急冷凝固アルミ合金材料」とは、スプレ
ーフォーミング等による急冷凝固により前述した通常の
アルミ合金と比べて組織が微細化し、材料強度が強化さ
れているものである。

【００６９】さらに、上記実施形態では、中間ネジポン
プスペーサ９−１や外周ネジポンプスペーサ９−２の全
体をポンプベース１−２の構成材料に比し破断に至るま
での歪みエネルギーが大きい材料で形成するものとした
が、このような構造を採用した場合において、ネジポン
プスペーサ９全体の材料コストが比較的高くなる、また
は、ネジポンプステータ９からポンプベース１−２側へ
の熱伝導性やネジポンプスペーサ９自体の加工性が問題
となるときは、たとえば、図３または図４に示す構造の
中間ネジポンプスペーサ９−１を採用することができ
る。外周ネジポンプスペーサ９−２についても同様であ
る。

【００７０】図３または図４に示した中間ネジポンプス
ペーサ９−１は、それ全体の中で加工性や熱伝導性を必
要とする部分、すなわちネジ溝１０が形成される部位の
一部だけを第１ネジポンプスペーサ部品９−１―１とし
てポンプベース１−２と同じ構成材料（アルミ合金材
料）により形成し、それ以外の部分は補強のため第２ネ
ジポンプスペーサ部品９−１−２としてアルミ合金材料
よりも歪みエネルギーの大きい材料を用いて別途形成し
た後、その両部品（９−１−１、９−１−２）を結合一
体化した構造である。

【００７１】上記のような２つの部品を結合一体化した
構造からなる中間ネジポンプスペーサ９−１において、
図示は省略するが、そのネジ溝１０が形成される部位の
一部だけでなく、その部位の全体を第１ネジポンプスペ
ーサ部品９−１―１としてポンプベース１−２と同じ構
成材料（アルミ合金材料）により形成し、それ以外の部
分は上記同様、補強のため第２ネジポンプスペーサ部品
９−１−２としてアルミ合金材料よりも歪みエネルギー
の大きい材料を用いて別途形成してもよい。

【００７２】なお、第１ネジポンプスペーサ部品９−１
―１と第２ネジポンプスペーサ部品９−１−２との結合
一体化方法については、焼きバメ、嵌め合い、接着、ボ
ルト固定等を採用することができる。

【００７３】図３の中間ネジポンプスペーサ９−１は、
第１ネジポンプスペーサ部品９−１−１および第２ネジ
ポンプスペーサ部品９−１−２がともに筒状に形成され
てなるとともに、この筒状の第２ネジポンプスペーサ部
品９−１−２の内側に、上記筒状の第１ネジポンプスペ
ーサ部品９−１−１が内挿されてなる構造となってい
る。

【００７４】このような図３の中間ネジポンプスペーサ
９−１については、たとえば、第１ネジポンプスペーサ
部品９−１−１としてポンプベース１−２の構成材料と
同じ通常のアルミ合金材料からなる円筒部材を用いる一
方、第２ネジポンプスペーサ部品９−２−２として通常
のアルミ合金材料よりも破断に至るまでの歪みエネルギ
ーが大きいステンレス鋼からなる円筒部材を用いるとと
もに、このステンレス鋼製の円筒部材の内側に、上記通
常のアルミ合金製の円筒部材を内挿してなる構造を採用
することができる。

【００７５】上記のような構造からなる図３の中間ネジ
ポンプスペーサ９−１によると、その一部である第２ネ
ジポンプスペーサ部品９−２−２がステンレス鋼により
形成されることから、それ全体をアルミ合金材料で一体
成形したものと比べ、吸収できる歪みエネルギーが大き
くなり、かつ、通常のアルミ合金材料からなる第１ネジ
ポンプスペーサの部分においてポンプベース１−２側へ
の放熱性が確保されるという利点がある。

【００７６】また、図４に示した中間ネジポンプスペー
サ９−１は、第１ネジポンプスペーサ部品９−１−１だ
けが筒状に形成され、第２ネジポンプスペーサ部品９−
１−２はリング状に形成されてなるとともに、その筒状
の第１ネジポンプスペーサ部品９−１−１の一部、具体
的には第１ネジポンプスペーサ部品９−１−１の上端側
外周に、上記リング状の第２ネジポンプスペーサ部品９
−１−２が嵌め込み装着されてなる構造となっている。
この嵌め込み装着構造については、図３の例では第１ネ
ジポンプスペーサ部品９−１−１の上端側外周に環状の
段部１４を切り欠き形成するとともに、このような段部
１４にリング状の第２ネジポンプスペーサ部品９−１−
２を嵌め込み装着する構造を採用している。

【００７７】このような図４の中間ネジポンプスペーサ
９−１については、たとえば、第１ネジポンプスペーサ
部品９−１−１としてポンプベース１−２の構成材料と
同じ通常のアルミ合金材料からなる円筒部材を用いる一
方、第２ネジポンプスペーサ部品９−１−２として通常
のアルミ合金材料よりも破断に至るまでの歪みエネルギ
ーが大きいステンレス鋼からなるリング部材を用いると
ともに、このステンレス鋼製のリング部材を上記通常の
アルミ合金製の円筒部材に取り付けてなる構造を採用す
ることができる。

【００７８】上記のような構造からなる図４の中間ネジ
ポンプスペーサ９−１によると、その一部である第２ネ
ジポンプスペーサ部品９−１−２がステンレス鋼により
形成されるから、それ全体をアルミ合金材料で一体成形
したものと比べ、吸収できる歪みエネルギーが大きくな
るとともに、また、図３に示した中間ネジポンプスペー
サ９−１と比べアルミ合金材料からなる第１ネジポンプ
スペーサ部品９−２−２の占める割合が大きいので、そ
のアルミ合金の熱伝導性、加工性の良さを利用できると
いう利点がある。

【００７９】なお、上記実施形態では、ロータ２の多重
円筒構造として内外２つの円筒体からなる例について説
明したが、本発明は、２以上の円筒体を同心円状に配置
し接合した多重円筒構造からなるロータ２の場合にも適
用することができる。

【００８０】上記実施形態では、中間ネジポンプスペー
サの内外両面と外周ネジポンプスペーサの内側面にネジ
溝を形成したが、これとは逆の対偶、すなわち、中間ネ
ジポンプスペーサや外周ネジポンプスペーサ等のネジポ
ンプスペーサに形成されているネジ溝を円筒体側に形成
してもよい。

【００８１】上記実施形態では、ロータ２の略下半分が
多重円筒体構造の例について説明したが、本発明は、ロ
ータ２の全体が多重円筒体構造からなる真空ポンプにも
適用することができる。

【００８２】

【発明の効果】本発明に係る真空ポンプにあっては、ポ
ンプベースの構成材料に比し破断に至るまでの歪みエネ
ルギーが大きい材料でネジポンプスペーサや、このネジ
ポンプスペーサに含まれる中間ネジポンプスペーサを形
成するという構造を採用しものである。このため、ロー
タの破壊により分裂したロータ破片がネジポンプスペー
サに接触した場合に、このネジポンプスペーサにおいて
該ロータ破片の運動エネルギーがネジポンプスペーサの
歪みエネルギーとして変換・吸収される割合が増えるか
ら、部品点数や加工工数の増加を招くことなく、ロータ
の破壊時において大きなモーメントが外装ケースに生じ
ることを効果的に防止することができ、この種のモーメ
ントの発生による不具合、たとえばポンプケース上端の
フランジ部と真空チャンバーとを締結しているボルトが
ポンプケースのねじれにより破損したり、その破損が真
空チャンバー側に及ぶ等、真空ポンプの周辺装置側に多
大な損傷を与えることを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である複合型真空ポンプの
断面図。

【図２】図１に示した複合型真空ポンプにおける中間ネ
ジスペーサ下端部付近の拡大図。

【図３】本発明の他の実施形態の要部説明図。

【図４】本発明の他の実施形態の要部説明図。

【図５】従来の真空ポンプの断面図。

【図６】図５のＣ−Ｃ断面図であって、ロータの多重円
筒構造部分が破壊（分裂）する過程の説明図。

【図７】図５のＣ−Ｃ断面図であって、ロータの破壊に
より分裂したロータ破片が飛散する様子の説明図。

【図８】材料の応力−歪み線図。

【図９】ロータ破片の運動エネルギーを材料の歪みエネ
ルギーに変換し吸収するものとした場合に、その歪みエ
ネルギーへのエネルギー変換・吸収が少なくなる材料に
ついての応力−歪み線図。

【図１０】ネジポンプスペーサの耐力が小さく、かつ、
ロータ破片接触後のネジポンプスペーサの歪みが大きい
場合の説明図。

【図１１】ネジポンプスペーサの弾性係数と耐力が大き
く、かつ、ロータ破片接触後のネジポンプスペーサの歪
みが小さい場合の説明図。

【符号の説明】

１ 外装ケース １−１ ポンプケース １−２ ポンプベース ２ ロータ ２−１ 内側円筒体 ２−２ 外側円筒体 ３ ガス吸気口 ４ ガス排気口 ５ ステータコラム ６ ロータシャフト ７−１ 径方向電磁石 ７−２ 軸方向電磁石 ８ 駆動モータ ８−１ 固定子 ８−２ 回転子 ９ ネジポンプスペーサ ９−１ 中間ネジポンプスペーサ ９−１―１ 第１ネジポンプスペーサ部品 ９−１−２ 第２ネジポンプスペーサ部品 ９−２ 外周ネジポンプスペーサ １０ ネジ溝 １１ 回転翼 １２ 固定翼 １３ 翼スペーサ １４ 段部 １５ 中間ネジポンプスペーサのフランジ部 １６ 間隙部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H031 DA02 DA07 EA09 FA01 FA03 FA34 FA36

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状のポンプケースと筒状のポンプベー
   スとをその筒軸方向に連結してなる外装ケースと、 上記外装ケース内に回転可能に配設されたロータと、 上記ロータをその中心軸線回りに回転駆動するロータシ
   ャフトとを有し、 上記ロータの一部または全部が、複数の円筒体を同心円
   状に配置し接合してなる多重円筒構造からなり、 上記円筒体の近傍に、この円筒体の周面との間にネジ溝
   ポンプの排気流路を形成するネジポンプスペーサが設け
   られ、 上記ネジポンプスペーサは、上記ポンプベースの構成材
   料に比し破断に至るまでの歪みエネルギーが大きい材料
   で形成されていることを特徴とする真空ポンプ。
2. 【請求項２】 筒状のポンプケースと筒状のポンプベー
   スとをその筒軸方向に連結してなる外装ケースと、 上記外装ケース内に回転可能に配設されたロータと、 上記ロータをその中心軸線回りに回転駆動するロータシ
   ャフトとを有し、 上記ロータの一部または全部が、複数の円筒体を同心円
   状に配置し接合してなる多重円筒構造からなり、 上記円筒体の近傍に、この円筒体の周面との間にネジ溝
   ポンプの排気流路を形成するネジポンプスペーサが設け
   られ、 上記ネジポンプスペーサは、上記複数の円筒体のうち互
   いに隣接する２つの円筒体間に介挿設置されるととも
   に、上記ポンプベースの構成材料に比し破断に至るまで
   の歪みエネルギーが大きい材料で形成された中間ネジポ
   ンプスペーサを有する構造からなることを特徴とする真
   空ポンプ。
3. 【請求項３】 ＪＩＳで定義される４０００番、５００
   ０番、６０００番系相当の通常のアルミ合金材料を用い
   て上記ポンプベースが形成されている場合に、このポン
   プベースの形成材料に比し破断に至るまでの歪みエネル
   ギーが大きい材料として、粒子分散型アルミ基複合材料
   を用いて上記ネジポンプスペーサを形成したことを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載の真空ポンプ。
4. 【請求項４】 ＪＩＳで定義される４０００番、５００
   ０番、６０００番系相当の通常のアルミ合金材料を用い
   て上記ポンプベースが形成されている場合に、このポン
   プベースの形成材料に比し破断に至るまでの歪みエネル
   ギーが大きい材料として、急冷凝固アルミ合金材料を用
   いて上記ネジポンプスペーサを形成したことを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載の真空ポンプ。
5. 【請求項５】 上記ネジポンプスペーサは、上記ポンプ
   ベースと同じ構成材料からなる第１ネジポンプスペーサ
   部品と、上記ポンプベースの構成材料よりも破断に至る
   までの歪みエネルギーの大きい材料からなる第２ネジポ
   ンプスペーサ部品とを結合一体化した構造からなること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空ポン
   プ。
6. 【請求項６】 上記第１ネジポンプスペーサ部品および
   第２ネジポンプスペーサ部品がともに筒状に形成されて
   なるとともに、この筒状の第２ネジポンプスペーサ部品
   の内側に、上記筒状の第１ネジポンプスペーサ部品が内
   挿されてなることを特徴とする請求項５に記載の真空ポ
   ンプ。
7. 【請求項７】 上記第１ネジポンプスペーサ部品は筒状
   に形成され、上記第２ネジポンプスペーサ部品はリング
   状に形成されてなるとともに、その筒状の第１ネジポン
   プスペーサ部品の一部に、上記リング状の第２ネジポン
   プスペーサ部品が取り付けられてなることを特徴とする
   請求項５に記載の真空ポンプ。
8. 【請求項８】 筒状のポンプケースと筒状のポンプベー
   スとをその筒軸方向に連結してなる外装ケースと、 上記外装ケース内に回転可能に配設されたロータと、 上記ロータをその中心軸線回りに回転駆動するロータシ
   ャフトとを有し、 上記ロータの一部または全部が、複数の円筒体を同心円
   状に配置し接合してなる多重円筒構造からなり、 上記円筒体の近傍に、この円筒体の周面との間にネジ溝
   ポンプの排気流路を形成するネジポンプスペーサが設け
   られ、 上記ネジポンプスペーサは、上記複数の円筒体のうち互
   いに隣接する２つの円筒体間に介挿設置されるととも
   に、その下端部に設けたフランジ部を介して上記ポンプ
   ベース側に位置決め固定された中間ネジポンプスペーサ
   を有する構造からなり、 上記中間ネジポンプスペーサのフランジ部の外周端と上
   記ポンプベースの内周との間に、間隙部が形成されてな
   ることを特徴とする真空ポンプ。