JP2005105846A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 装置内部で異常な振れが発生した場合において、主要部品に損傷を与えることなくモータの駆動を停止させることが可能な真空ポンプを提供すること。
【解決手段】 シャフト１１に回転側突起部８１を設け、ステータコラム１８にストッパ６１を設ける。ストッパ６１は、固定側突起部６３とロータ部２４との間に形成される空隙の間隔が所定のクリアランスαとなり、かつ、回転側突起部８１との間に形成される空隙の間隔が所定のクリアランスβとなる位置に配設する。装置内部で異常な振れが発生した場合には、ストッパ６１を回転部の一部に接触させることによって異常状態を検知させ、モータ１０の駆動を停止させる。これにより、シャフト１１やロータ部２４等の回転部に、おける振れ量が増大してしまうような場合であっても、主要部品を損傷することなくターボ分子ポンプ１を停止させることができる。
【選択図】 図２

Description

真空容器の排気に用いられる真空ポンプに関し、特に、回転軸の軸受装置に磁気軸受装置を用いた真空ポンプ装置に関する。

例えば、半導体製造装置や電子顕微鏡装置などで使用されている高真空が要求される真空容器の排気処理には、高い排気性能を有する真空ポンプが利用されている。このような真空ポンプには、例えば、ターボ分子ポンプやねじ溝式ポンプ、またこれらの機構を兼ね備えた複合型の真空ポンプがある。
これらの真空ポンプには、回転軸を非接触で支持するために磁気軸受が用いられている。また、真空ポンプには、保護用ベアリングが設けられており、真空ポンプの起動時や停止時、停電時など磁気軸受装置による回転軸の支持が困難な状況においては、保護用ベアリングによって回転軸が支持されるようになっている。この保護用ベアリングの内輪と回転軸との間に設けられた遊びは、真空ポンプ内の回転部と固定部とが接触しないような値に設計されている。

また、半導体装置の製造工程では、さまざまなプロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が多々あり、真空ポンプは真空チャンバ内を真空にするのみならず、これらのプロセスガスを真空チャンバ内から排気するのにも使用される。
これらのプロセスガスは、排気される際に冷却されてある温度になると固体となり排気系に生成物を析出する場合がある。例えば、ターボ分子ポンプ内部では、多数のロータ翼が配設されたロータが毎分数万回転の高速回転を行っている。これらの回転部材に析出物が堆積すると、回転対のバランスの不釣合いが発生し、ロータ翼がターボ分子ポンプのケーシングの内周面に配設されたステータ翼に接触するなど不都合が生じる場合がある。
そのため、従来から真空ポンプの内部における堆積物の程度を検出することによって、未然に堆積物による不具合を防止する技術が下記の特許文献に開示されている。
特開平６−３３０８８５号公報

ところで、真空ポンプに設けられている保護用ベアリングは、回転軸と保護用ベアリングの内輪とを接触させることによって支持するため、接触部分で摩耗を起こしてしまう。この保護用ベアリングの内輪の内径は、経時的に摩耗する摩耗量を考慮した値となっている。そして、通常は、例えば定期的に保護用ベアリングの交換を行うなどのメンテナンスを実行し、摩耗により発生する不具合を防止している。
しかしながら、長期間メンテナンスが行われない場合などには、保護用ベアリングの摩耗量が設計時に考慮されていた値を超えるおそれがある。そして、保護用ベアリングの過度の摩耗によって、保護用ベアリングの内輪と回転軸との遊びが広がってしまうと、回転軸の振動量（振れ量）が増大し、真空ポンプ内の回転部と固定部とが接触するおそれがある。

また、上述した特許文献１に記載されている磁気軸受装置では、磁気軸受装置のセンサを用いてロータの振れ量を検出している。そのため、回転軸をその曲げ振動固有値を越えて駆動した場合には、発振状態となり適切なロータの振れ量が検出できない場合があった。このような発振状態におけるロータの振れ量の検出方法について図４を参照して説明する。
図４は、発振状態におけるロータの振れ量の検出方法を模式的に示した図である。ここでは、磁気軸受装置に設けられている径方向（ラジアル）変位センサ１０３、１０４を用いて、中心軸１０２に対する回転軸１０１の振れ量を検出している。詳しくは、径方向変位センサ１０３を用いて検出点１０５における振れ量を、径方向変位センサ１０４を用いて検出点１０６における振れ量を検出している。
図４に示すように、回転軸１０１は、正常状態ではなく発振状態となると曲がってしまう。そして、回転軸１０１は、その軸方向の中程で振れ量δとなる。しかしながら、径方向変位センサ１０３、１０４は、それぞれ検出点１０５、１０６における回転軸１０１の振れ量を検出しているため、実際の振れ量δは検出されない。
従って、回転軸１０１において基準値を超える振れ量δが所定時間連続して生じた場合であっても、異常と判断されないといった不具合が発生していた。

そこで本発明は、内部で異常な振れが発生した場合において、気体移送機構に損傷を与えることなくモータの駆動を停止させることが可能な真空ポンプを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明では、吸気口と排気口を備えた外装体と、前記外装体内に設けられた固定部と、前記外装体内に回転自在に支持されたシャフトと、前記シャフトに配設され、前記吸気口から前記排気口へ気体を移送する気体移送機構が設けられたロータと、からなり、前記固定部との間に所定の空隙を介して配置された回転部と、前記シャフトを回転させるモータと、前記シャフトを磁気浮上させて非接触で支持する磁気軸受と、前記シャフトを支持し、内輪の内径が前記シャフトの外径よりも大きく形成された保護用軸受と、前記所定の空隙よりも小さく、且つ前記シャフトと前記保護用軸受との間に設けられた隙間より大きいクリアランスが、前記固定部と前記回転部との間に形成されるように、前記固定部および前記回転部の少なくとも一方に形成された振れ規制部と、前記固定部又は前記回転部と前記振れ規制部との接触が検出された場合に、前記モータの駆動を停止させる駆動停止手段と、を具備することにより前記目的を達成する。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記保護用軸受を支持する支持部材を具備し、前記振れ規制部を、前記支持部材に形成されていることにより前記目的を達成する。
請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の発明において、前記駆動停止手段に、前記モータの負荷電流を検出するモータ電流検出手段と、前記モータ電流検出手段により検出された前記負荷電流と所定の基準値とを比較する比較手段と、を具備し、前記駆動停止手段は、前記比較手段による比較の結果、前記負荷電流が前記所定の基準値を超えた場合に、前記固定部と前記回転部とが接触していると判断し、前記モータの駆動を停止させることにより前記目的を達成する。

本発明によれば、内部で異常な振れが発生した場合において、主要部品に損傷を与えることなくモータの駆動を停止させることができる。

以下、本発明の真空ポンプにおける好適な実施の形態について、図１から図３を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態のターボ分子ポンプ１の軸線方向の断面を示した図である。
本実施形態では、真空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、いわゆる複合翼タイプのターボ分子ポンプを例にとり説明する。
ケーシング１６は、略円筒状の形状をしており、ケーシング１６の底部に設けられたベース２７と共にターボ分子ポンプ１の外装体を構成している。そして、ターボ分子ポンプ１の外装体の内部には、ターボ分子ポンプ１に排気機能を発揮させる構造物つまり気体移送機構が収納されている。
これら排気機能を発揮する構造物は、大きく分けて回転自在に軸支された回転部とケーシング１６に対して固定されたステータ部（固定部）から構成されている。そして、排気機能を発揮する構造物は、吸気口６側がターボ分子ポンプ部Ｔにより構成され、排気口１９側がねじ溝式ポンプ部Ｓから構成されている。
また、ターボ分子ポンプ１の外装体の外部には、ターボ分子ポンプ１の動作を制御する制御装置４８が専用線を介して設けられている。

回転部は、後述するモータ１０によって回転されるシャフト１１とロータ部２４とによって構成されている。
ロータ部２４は、シャフト１１に配設された回転部材である。ロータ部２４は、吸気口６側（ターボ分子ポンプ部Ｔ）に設けられたロータ翼２１と、排気口１９側（ねじ溝式ポンプ部Ｓ）に設けられた円筒部材２９、およびシャフト１１などから構成されている。
ロータ翼２１は、シャフト１１の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してシャフト１１から放射状に伸びた複数のブレードから構成されている。ターボ分子ポンプ１には、ロータ翼２１が軸線方向に複数段設けられている。
円筒部材２９は、外周面が円筒形状をした部材から構成されている。
シャフト１１は、円柱部材の回転軸（ロータ軸）である。シャフト１１の上端にはロータ部２４が複数のボルト２５により取り付けられている。シャフト１１とロータ部２４によってターボ分子ポンプ１における回転部が構成されている。

シャフト１１の軸線方向の中程には、シャフト１１を回転させるモータ１０が配設されている。
本実施の形態では、一例としてモータ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。
シャフト１１のモータ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、シャフト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、シャフト１１から所定のギャップ（空隙）を経て、例えば６個の電磁石が６０°ごとにシャフト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。

一方、ターボ分子ポンプ１は、シャフト１１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、これによって制御装置４８は、シャフト１１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。
制御装置４８は、検出した磁極の位置に従って、モータ１０の電磁石の電流を次々に切り替えて、シャフト１１の永久磁石の周囲に回転磁界を生成する。
シャフト１１に固着した永久磁石はこの回転磁界に追従し、これによってシャフト１１は回転する。また、モータ１０外周には、ステンレスなどの金属で構成された円筒部材であるカラー４９が配設されており、モータ１０を保護している。

また、モータ１０の吸気口６側及び排気口１９側には、シャフト１１をラジアル方向に軸支するための磁気軸受８及び磁気軸受１２が設けられている。
さらに、シャフト１１の下端には、シャフト１１を軸線方向（スラスト方向）に軸支するための磁気軸受２０が設けられている。
そして、シャフト１１は、磁気軸受８、１２によってラジアル方向（シャフト１１の径方向）に非接触で支持され、磁気軸受２０によってスラスト方向（シャフト１１の軸方向）に非接触で支持されている。これらの磁気軸受は、いわゆる５軸制御型の磁気軸受を構成しており、シャフト１１は軸線周りの回転の自由度のみ有している。

磁気軸受８には、例えば４つの電磁石がシャフト１１の周囲に９０°ごとに対向するように配置されている。これらの電磁石は、シャフト１１との間にギャップ（空隙）を介して配置されている。なお、このギャップ値は、シャフト１１の定常時における振動量（ふれ量）、ロータ部２４とステータ部との空間距離、磁気軸受８の性能等を考慮した値となっている。
そして、電磁石に対向するシャフト１１には、ターゲットが形成されている。磁気軸受８の電磁石の磁力でこのターゲットが吸引されることによって、シャフト１１がラジアル方向に非接触で支持されるようになっている。
磁気軸受１２についも、磁気軸受８と同様の構成をとっている。

磁気軸受２０は、シャフト１１に対して垂直に設けられた円板状の金属製のアーマチュア３０を介してシャフト１１を軸方向に浮上させている。
磁気軸受２０には、例えば２つの電磁石がアーマチュア３０を介して対向するように配置されている。これらの電磁石は、アーマチュア３０との間にギャップ（空隙）を介して配置されている。なお、このギャップ値は、シャフト１１の定常時における振動量（ふれ量）、ロータ部２４とステータ部との空間距離、磁気軸受２０の性能等を考慮した値となっている。
そして、磁気軸受２０の電磁石の磁力でアーマチュア３０が吸引されることによって、シャフト１１がアキシャル方向に非接触で支持されるようになっている。

また、磁気軸受８、１２の近傍には、それぞれ変位センサ９、１３が形成されており、シャフト１１のラジアル方向の変位が検出できるようになっている。さらに、シャフト１１の下端には変位センサ１７が形成されており、シャフト１１の軸線方向の変位が検出できるようになっている。
変位センサ９、１３は、シャフト１１のラジアル方向の変位を検出する素子であって、例えばコイルによって構成されている。
このコイルはターボ分子ポンプ１の外部に設置された制御装置４８に形成された発振回路の一部となっている。変位センサ９は発振回路の発振に伴って高周波電流が流れ、シャフト１１上に高周波磁界を発生するようになっている。
そして、変位センサ９、１３とターゲットとの距離が変化すると発振機の発振振幅が変化し、これによってシャフト１１の変位を検出することができるようになっている。
なお、シャフト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。

制御装置４８は、変位センサ９、１３からの信号によってシャフト１１がラジアル方向の変位を検出すると、磁気軸受８の各電磁石の磁力を調節してシャフト１１を所定の位置に戻すように動作する。
このように、制御装置４８は変位センサ９、１３の信号により磁気軸受８をフィードバック制御する。これによってシャフト１１は磁気軸受８において電磁石から所定の空隙（ギャップ）を隔ててラジアル方向に磁気浮上し、空間中に非接触で保持される。

変位センサ１７も変位センサ９、１３と同様に、例えばコイルによって構成されている。そして、コイルと対向するシャフト１１側に設けられたのターゲットとの距離を検出することによって、アキシャル方向の変位を検出している。
制御装置４８は、変位センサ９、１３からの信号によってシャフト１１がラジアル方向の変位を検出すると、磁気軸受８の各電磁石の磁力を調節してシャフト１１を所定の位置に戻すように動作する。

このように、制御装置４８は変位センサ１７の信号により磁気軸受２０をフィードバック制御する。これによってシャフト１１は磁気軸受２０において電磁石から所定の空隙（ギャップ）を隔ててアキシャル方向に磁気浮上し、空間中に非接触で保持される。
このようにして、シャフト１１は、磁気軸受８、１２によりラジアル方向に保持され、磁気軸受２０によりスラスト方向に保持されるため、軸線周りに回転するようになっている。

ケーシング１６およびベース２７の内部には、ステータ部が形成されている。このステータ部は、吸気口６側（ターボ分子ポンプ部Ｔ）に設けられたステータ翼２２と、排気口１９側（ねじ溝式ポンプ部Ｓ）に設けられたねじ溝スペーサ５、ステータコラム１８などから構成されている。
ステータ翼２２は、シャフト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の内周面からシャフト１１に向かって伸びたブレードから構成されている。ターボ分子ポンプ部Ｔでは、これらステータ翼２２が軸線方向に、ロータ翼２１と互い違いに複数段形成されている。各段のステータ翼２２は、円筒形状をしたスペーサ２３により互いに隔てられている。

ねじ溝スペーサ５は、内周面にらせん溝７が形成された円柱部材である。ねじ溝スペーサの内周面は、所定の間隙を隔てて円筒部材２９の外周面に対面するようになっている。ねじ溝スペーサ５に形成されたらせん溝７の方向は、らせん溝７内をロータ部２４の回転方向にガスが輸送された場合、排気口１９に向かう方向である。らせん溝７の深さは排気口１９に近づくにつれ浅くなるようになっている。そして、らせん溝７を輸送されるガスは排気口１９に近づくにつれて圧縮されるようになっている。
ベース２７は、ケーシング１６と共にターボ分子ポンプ１の外装体を構成している。ベース２７のラジアル方向中央には、ロータの回転軸線と同心に円筒形状を有するステータコラム１８が、吸気口６方向に取り付けられている。

また、変位センサ９の吸気口６側には、保護用ベアリング４０が設けられて、変位センサ１３の排気口１９側には、保護用ベアリング５０が設けられている。
保護用ベアリング４０は、シャフト１１をラジアル方向に支持する転がり軸受である。
保護用ベアリング４０は、シャフト１１と接触する内輪４１と、ステータ部に固定される外輪４２と、内輪４１と外輪４２との円形軌道の間に配設された複数のボール４３から構成されている。そして、ボール４３の転がり運動の作用によって内輪４１に接触したシャフト１１を回転自在に支持している。

保護用ベアリング５０は、シャフト１１をラジアル方向およびアキシャル方向の両方向に支持するアンギュラ玉軸受からなる転がり軸受である。保護用ベアリング５０は、シャフト１１と接触する内輪５１と、ステータ部に固定される外輪５２と、内輪５１と外輪５２との円形軌道の間に配設された複数のボール５３から構成された軸受をアキシャル方向にに２列配列した複列軸受である。
保護用ベアリング５０は、内輪５１および外輪５２とボール５３との接触点を結ぶ直線が軸線方向に対して所定の角度（接触角）をなしている。保護用ベアリング５０は、他列の外輪５２同士が向かい合うように配設された正面組合せ（ＤＦ）と呼ばれる構成をとっている。
これらの保護用ベアリング４０、５０は、ターボ分子ポンプ１の起動時、停止時や、停電等により磁気軸受８、１２が正常に動作しない非常時（タッチダウン時）にシャフト１１を支持するたの軸受である。従って、保護用ベアリング４０、５０は、シャフト１１が磁気軸受８、１２、２０によって支持されている間にシャフト１１と接触しないように、内輪４１、５１は、シャフト１１の外径よりも大きくなるように形成されている。

さらにターボ分子ポンプ１には、Ａ部（波線○部）に回転抑止機構６０が設けられている。回転抑止機構６０は、保護用ベアリング４０の固定機構を兼ね備えたストッパ６１と、ストッパ６１との接触部を形成する、シャフト１１に設けられた回転側突起部８１から構成されている。
ターボ分子ポンプ１には、Ｂ部（波線○部）に回転抑止機構７０が設けられている。回転抑止機構７０は、保護用ベアリング５０の固定機構を兼ね備えたストッパ７１と、ストッパ７１との接触部を形成する、シャフト１１に設けられた固定側突起部７３から構成されている。
なお、回転抑止機構６０、７０の詳細については後述する。

次に、回転抑止機構６０、７０について詳細に説明する。
図２（ａ）は、図１に示すＡ部の詳細図であり、（ｂ）は、図１に示すＢ部の詳細図である。
図２（ａ）を参照しながらして回転抑止機構６０について説明する。
回転抑止機構６０は、回転側突起部８１とストッパ６１とから構成されている。
回転側突起部８１は、シャフト１１とロータ部２４との排気口側に形成される接合部に、フランジ状に設けらている。なお、回転側突起部８１を形成する側面のうち、排気口１９方向つまり保護用ベアリング４０と対向する面を面８１ａとし、外周側面を面８１ｂとする。ターボ分子ポンプ１の定常運転時において、面８１ａおよび面８１ｂはステータ部とは接触しないようになっている。

ストッパ６１は、保護用ベアリング４０の固定機構として機能するストッパ部６２と、回転側突起部８１との接触部を形成する固定側突起部６３とから構成されている。ストッパ６１は、ステータコラム１８の吸気口６側の端部に複数のボルト８２により取り付けられている。なお、ボルト８２のヘッド部は、取付後ストッパ部６２から突起しないようにストッパ部６２の内部に収められている。
ストッパ部６２は、保護用ベアリング４０を支持する支持部材であり、円環状の部材で構成されている。ストッパ部６２とステータコラム１８とによって外輪４２を挟持することで、保護用ベアリング４０が固定されるようになっている。

ストッパ部６２の内周側端部には、保護用ベアリング４０のボール４３方向に突起した突起部６４が形成されいる。
突起部６４は、保護用ベアリング４０の内輪４１と外輪４２との円形軌道に沿うように周方向に渡って連続して形成されている。突起部６４は、保護用ベアリング４０がストッパ６１から外れてしまうことを抑制すると共に、ボール４３の抜け落ちを防止している。
なお、ストッパ部６２において、面８１ａと対向する面を面６２ａとする。

固定側突起部６３は、ストッパ部６２の中程から、ストッパ部６２に対して垂直方向に、吸気口６側へ延びるように形成されている。この固定側突起部６３は、振れ規制部として機能する。
なお、固定側突起部６３を形成する側面のうち、吸気口６と対向する面を面６３ａとし、シャフト１１と対向する面６３ｂとする。
ストッパ６１は、固定側突起部６３の面６３ａとロータ部２４との間に形成される空隙の間隔が所定のクリアランスαとなり、かつ、面６３ｂと回転側突起部８１の面８１ｂとの間に形成される空隙の間隔が所定のクリアランスβとなる位置に配設されている。
なお、ストッパ６１のアキシャル方向に位置は、ストッパ部６２の面６２ａと回転側突起部８１の面８１ａとの間に形成される空隙の間隔が所定のクリアランスαとなる位置であってもよい。この場合には、固定側突起部６３の面６３ａとロータ部２４との間に形成される空隙の間隔がクリアランスαより十分に大きくなるようにする。
クリアランスαおよびクリアランスβの詳細については後述する。

次に、図２（ｂ）を参照しながらして回転抑止機構７０について説明する。
回転抑止機構７０は、固定側突起部７３とストッパ７１とから構成されている。
固定側突起部７３は、シャフト１１の径を変えることによって形成された２つの肩部（段部）から構成されている。この固定側突起部７３は、振れ規制部として機能する。
固定側突起部７３を構成する肩部のうち、排気口１９側（図面下側）に設けられたものを第１段部９２とし、吸気口６側（図面上側）に設けられたものを第２段部９３とする。
第１段部９２におけるシャフト１１の径は、第２段部９３におけるシャフトの径よりも小さくなるように形成されている。

なお、第１段部９２を形成の外周側面を面９２ｂとする。また、第２段部９３を形成する側面のうち、排気口１９方向つまり保護用ベアリング５０と対向する面を面９３ａとする。
ターボ分子ポンプ１の定常運転時において、面９２ｂおよび９３ａはステータ部と接触しないようになっている。
保護用ベアリング５０は、第１段部９２の面９２ｂと保護用ベアリング５０の内輪５１との接触時において、シャフト１１をアキシャル方向に支持するようになっている。

ストッパ７１は、保護用ベアリング５０の固定機構として機能するストッパ部７２と、固定側突起部７３との接触部を形成する固定側突起部７３とから構成されている。ストッパ７１は、磁気軸受２０の吸気口６側の端部に複数のボルト９４により取り付けられている。なお、ボルト９４のヘッド部は、取付後ストッパ部７２から突起しないようにストッパ部７２の内部に収められている。
ストッパ部７２は、保護用ベアリング５０を支持する支持部材であり、円環状の部材で構成されている。ストッパ部７２と磁気軸受２０とによって外輪５２を挟持することで、保護用ベアリング５０が固定されるようになっている。
なお、ストッパ部７２において、面９３ａと対向する面を面７２ａとする。
固定側突起部７３は、ストッパ部７２内周における吸気口６側（図面上方側）端部に、中心方向へ突出するように形成されている。なお、固定側突起部７３を形成する側面のうち、面９２ｂと対向する面を面７３ｂとする。
また、固定側突起部７３は、第２段部９３と対向する面がストッパ部７２の面７２ａと同一平面上に存在するように形成されている。

ストッパ７１は、ストッパ部７２の面７２ａと第２段部９３の面９３ａとの間に形成される空隙の間隔が所定のクリアランスαとなり、かつ、固定側突起部７３の面７３ｂと第１段部９２の面９２ｂとの間に形成される空隙の間隔が所定のクリアランスβとなる位置に配設されている。
なお、本実施の形態では、ストッパ部７２から突起するように固定側突起部７３を形成している。しかし、ストッパ部７２のシャフト１１との対向面の位置を、固定側突起部７３の面７３ｂと同位置になるまで内周の径を小さくして、固定側突起部７３を設けないようにしてもよい。
クリアランスαおよびクリアランスβの詳細については後述する。

ところで、保護用ベアリング４０、５０は、シャフト１１を接触させることによって支持するため摩耗してしまう。保護用ベアリング４０、５０の摩耗が進行するに従い内輪６１、７１の内径が増大する。内輪６１、７１の内径が増大してしまうと、内輪６１、７１とシャフト１１との間に設けられている遊びの間隔が増大する。内輪６１、７１とシャフト１１との間に設けられている遊びの間隔が増大してしまうと、支持対象であるシャフト１１の振れ量（振動量）が増大する。
保護用ベアリング４０、５０の内輪４１、５１の内径は、経時的に摩耗する摩耗量を考慮した値となっている。そして、通常は、例えば定期的に保護用ベアリング４０、５０、の交換を行うなどのメンテナンスを実行し、保護用ベアリング４０、５０の摩耗により発生する不具合を防止している。
しかしながら、長期間メンテナンスが行われない場合などには、保護用ベアリング４０、５０の摩耗量が設計時に考慮されていた値を超えるおそれがある。そして、過度に摩耗が進行してしまうと次のような不具合が生じるおそれがある。
磁気軸受８、１２において、電磁石とシャフト１１との間のギャップが保てなくなり、シャフト１１と電磁石とが接触してしまう。
また、モータ１０においては、電磁石とシャフト１１側に設けられた永久磁石との間のギャップが保てなくなり、永久磁石と電磁石とが接触してしまう。
ターボ分子ポンプ部Ｔにおいては、ロータ翼２１とステータ翼との空間距離が保てなくなり、ロータ翼２１とステータ翼とが接触してしまう。

このように、シャフト１１の振れ量が増大してしまうとターボ分子ポンプ１内部のステータ部と回転部が接触してしまうおそれがある。
また、保護用ベアリング４０、５０の摩耗だけでなく、ターボ分子ポンプ１の外部から衝撃が加えられた場合においても、シャフト１１およびロータ部２４に衝撃的な振動が生じ、シャフト１１の振れ量が増加するおそれがある。
上述した回転抑止機構６０、７０は、このような異常時に、磁気軸受８、１２におけるシャフト１１と電磁石との接触、モータ１０における永久磁石と電磁石との接触、ターボ分子ポンプ部Ｔにおけるロータ翼２１とステータ翼との接触等を抑制する働きをする。

クリアランスαおよびクリアランスβは、磁気軸受８、１２におけるシャフト１１と電磁石とのギャップ長、モータ１０における永久磁石と電磁石とのギャップ長、ターボ分子ポンプ部Ｔにおけるロータ翼２１とステータ翼との空間距離等を考慮して設定されている。
クリアランスαおよびクリアランスβは、回転抑止機構６０、７０おいてクリアランスαまたはクリアランスβを保つことができなくなり、ストッパ６１、７１が回転部の一部に接触した時に、シャフト１１と電磁石とのギャップ、永久磁石と電磁石とのギャップ、ロータ翼２１とステータ翼との空間距離を保持できる範囲に設定されている。
従って、クリアランスαおよびクリアランスβは、シャフト１１と電磁石とのギャップ、永久磁石と電磁石とのギャップ、ロータ翼２１とステータ翼との空間距離の間隔よりも小さく、保護用ベアリング４０、５０の内輪４１、５１とシャフト１１との間に形成される隙間の間隔より大きい値となっている。
つまり、シャフト１１の振れ量が増大してしまう異常時に、磁気軸受８、１２、モータ１０、ターボ分子ポンプ部Ｔにおいて、ステータ側とロータ側とが接触する前に、ストッパ６１、７１が回転部の一部に接触するようになっている。

次に、このように構成されたターボ分子ポンプ１の動作について説明する。
図３は、ターボ分子ポンプ１における異常検出動作の処理手順を示したフローチャートである。
ターボ分子ポンプ１が起動されると、制御装置４８は、モータ１０を駆動する電流を検出する（ステップ１１）。詳しくは、モータ１０の電磁石に流す励磁電流を検出（測定）する。電流の検出（測定）方法としては、検出抵抗（低抵抗）に発生する電圧を検出する方法や、ＣＴ（カレントトランス）を用いて磁束の変化を検出する方法などがある。

次に、制御装置４８は、検出されたモータ１０の駆動電流と、予め設定されている基準電流値との比較を行う（ステップ１２）。基準電流値は、ターボ分子ポンプ１の定常運転時（仕様範囲内運転）に流れるモータ１０の駆動電流値に、装置の個体間の誤差を考慮したマージンを加算した値となっている。
基準電流値との比較の結果、検出されたモータ１０の駆動電流が基準電流値以下であると判断された場合（ステップ１２；Ｎ）、制御装置４８は、モータ１０の駆動状態は正常であるとみなし、ステップ１１の処理を再度行う。
一方、基準電流値との比較の結果、検出されたモータ１０の駆動電流が基準電流値より大きいと判断された場合（ステップ１２；Ｙ）、制御装置４８は、モータ１０の駆動状態が異常であると判断し、この異常状態の発生期間（時間）を積算する（ステップ１３）。詳しくは、制御装置４８に備えられた記憶装置内の所定の領域に、異常状態の発生期間（時間）情報を記憶（保存）し、処理を行う毎に期間値（時間値）が加算されるようになっている。

続いて、制御装置４８は、異常状態の発生期間の積算値（積算時間）と、予め設定されている設定時間との比較を行う（ステップ１４）。設定時間は、モータ１０の駆動を停止させる条件を決定付ける要素であり、例えば、１０分、２０分、３０分など、任意に設定することができる。
設定時間との比較の結果、異常状態の発生期間の積算値（積算時間）が設定時間以下であると判断された場合（ステップ１４；Ｎ）、制御装置４８はステップ１１の処理を再度行う。
一方、設定時間との比較の結果、異常状態の発生期間の積算値（積算時間）が設定時間を超えていると判断された場合（ステップ１４；Ｙ）、制御装置４８は、モータ１０の駆動を停止させる処理を行い（ステップ１３）、ターボ分子ポンプ１の動作を終了する。

モータ１０の駆動を停止する処理は、モータ１０を制動（ブレーキ）運転させることによって行われる。モータ１０の制動運転とは、負荷側からのエネルギーを吸収しながら運転する状態を示し、制動運転にはいろいろな種類がある。例えば、制動運転には、発電制動、単相制動、逆相制動、回生制動などがある。
発電制動とは、モータ１０を発電機として動作させることによって、モータ１０に負荷をかけて制動する方法である。単相制動とは、三相交流機として動作しているモータ１０における単相運転時の負荷トルクを用いて制動する方法である。逆相制動とは、モータ１０の回転方向を逆転方向に切り換えて制動する方法である。回生制動とは、モータ１０を発電機として動作させ、発生した電力を電源へ帰還させて制動する方法である。

このような処理手順により、ターボ分子ポンプ１における異常を検出してモータ１０の駆動を停止させ、ターボ分子ポンプ１の動作を停止させている。
ここで、本実施の形態に示すターボ分子ポンプ１にいて、前述したような保護用ベアリング４０、５０の摩耗が過度に進行しまった場合や、ターボ分子ポンプ１の外部から衝撃が加えられた場合について説明する。
このような場合、つまり異常時には、シャフト１１の振れ量が増大してストッパ６１またはストッパ７１が回転部の一部に接触する。この接触する箇所の組合せパターンは、数通り存在する。例えば、図２（ａ）に示す、固定側突起部６３の面６３ａとロータ部２４、固定側突起部６３の面６３ｂと回転側突起部８１の面８１ｂ、ストッパ部６２の面６２ａと回転側突起部８１の面８１ａがある。さらに、図２（ｂ）に示す、ストッパ部７２の面７２ａと第２段部９３の面９３ａ、固定側突起部７３の面７３ｂと第１段部９２の面９２ｂがある。

ストッパ６１またはストッパ７１が回転の一部に接触すると摩擦による抵抗力が、シャフト１１およびロータ部２４等の回転部に対して作用する。すると、摩擦による抵抗力の作用によってモータ１０の負荷電流つまり駆動電流が増大する。この増大した駆動電流が基準電流値を超えると、ステップ１２の処理において制御装置４８は、モータ１０の駆動状態が異常であると判断する。即ち、摩擦による抵抗力が発生したことを、モータ１０の駆動電流が基準電流値を超えたこと、つまり、モータ１０が過負荷状態に移行したことを検出することによって判断することができるようになっている。
従って、ターボ分子ポンプ１では、保護用ベアリング４０、５０の摩耗が過度に進行しまった場合や、ターボ分子ポンプ１の外部から衝撃が加えられた場合などの異常時が発生したタイミング（時期）を、ストッパ６１またはストッパ７１を回転部の一部に接触させることによって検出することが可能となる。

このように本実施形態では、ストッパ６１またはストッパ７１と回転部の一部との接触を、ステップ１２の処理に示したように、モータ１０の駆動電流に基づいて検出するようにしている。しかし、ストッパ６１またはストッパ７１と回転部の一部との接触を検出する方法、つまり接触検出手段は、これに限られるものではない。例えば、接触センサ、振動センサ、ＡＥ（アコースティックエミッション）センサ等を用いて検出するようにしてもよい。
接触センサは、接触部に働く押圧力を検知したり、空隙（ギャップ）の幅を測定することなどによってたりすることによって接触状態を検出するセンサである。振動センサは、接触時に固体間に生じる特有の周波数帯域の振動を検出することによって接触状態を検出するセンサである。ＡＥセンサは、固体が変形する時などに発生する音（弾性波）を検出するすることによって固体間の接触状態を検出するセンサである。

本実施の形態によれば、シャフト１１やロータ部２４等の回転部に、おける振れ量が増大してしまうような場合であっても、主要部品（モータ１０、磁気軸受８、１２、２０、ロータ翼２１等）を損傷することなく強制的にターボ分子ポンプ１を停止させることができる。従って、主要部品の損傷を抑制することができることにより、ターボ分子ポンプ１の部品の交換等に費やされるランニングコストを低減させることができる。

本実施形態のターボ分子ポンプの軸線方向の断面を示した図である。 （ａ）は図１に示すＡ部の詳細図であり、（ｂ）は図１に示すＢ部の詳細図である。 ターボ分子ポンプにおける異常検出動作の処理手順を示したフローチャートである。 発振状態におけるロータの振れ量の検出方法を模式的に示した図である。

符号の説明

１ ターボ分子ポンプ
５ 溝スペーサ
６ 吸気口
８、１２、２０ 磁気軸受
９、１３、１７ 変位センサ
１０ モータ
１１ シャフト
１６ ケーシング
１８ ステータコラム
１９ 排気口
２１ ロータ翼
２２ ステータ翼
２３ スペーサ
２４ ロータ部
２７ ベース
４０ 保護用ベアリング
４８ 制御装置
５０ 保護用ベアリング
６０、７０ 回転抑止機構

Claims (3)

1. 吸気口と排気口を備えた外装体と、
   前記外装体内に設けられた固定部と、
   前記外装体内に回転自在に支持されたシャフトと、前記シャフトに配設され、前記吸気口から前記排気口へ気体を移送する気体移送機構が設けられたロータと、からなり、前記固定部との間に所定の空隙を介して配置された回転部と、
   前記シャフトを回転させるモータと、
   前記シャフトを磁気浮上させて非接触で支持する磁気軸受と、
   前記シャフトを支持し、内輪の内径が前記シャフトの外径よりも大きく形成された保護用軸受と、
   前記所定の空隙よりも小さく、且つ前記シャフトと前記保護用軸受との間に設けられた隙間より大きいクリアランスが、前記固定部と前記回転部との間に形成されるように、前記固定部および前記回転部の少なくとも一方に形成された振れ規制部と、
   前記固定部又は前記回転部と前記振れ規制部との接触が検出された場合に、前記モータの駆動を停止させる駆動停止手段と、
   を具備したことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記保護用軸受を支持する支持部材を具備し、
   前記振れ規制部は、前記支持部材に形成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。
3. 前記駆動停止手段は、
   前記モータの負荷電流を検出するモータ電流検出手段と、
   前記モータ電流検出手段により検出された前記負荷電流と所定の基準値とを比較する比較手段と、を具備し、
   前記駆動停止手段は、前記比較手段による比較の結果、前記負荷電流が前記所定の基準値を超えた場合に、前記固定部と前記回転部とが接触していると判断し、前記モータの駆動を停止させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空ポンプ。
   

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