JP2006194083A - ロータ軸と回転体との固定構造及び該固定構造を有するターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータ軸と回転体との当接面の接触状態を安定させることにより、ロータ軸及び回転体の回転バランスを保ち、発振を防止することのできるロータ軸と回転体との固定構造及び該固定構造を有するターボ分子ポンプを提供する。
【解決手段】 締結部２５３の上面の外周部には、回転体１０３と接触するロータ軸２１３側の締結面２５７が同心状に形成されている。また、この締結面２５７の内周には、締結面２５７よりも上面が凹んだ座グリ部２５９が形成されている。そのため、ロータ軸２１３が回転体１０３に対し締結されるとき、この座グリ部２５９が形成された部分には、座グリ部２５９の深さ分だけ、回転体１０３の当接面１８７との間に隙間２６５が形成されるようになっている。
【選択図】 図１

Description

本発明はロータ軸と回転体との固定構造及び該固定構造を有するターボ分子ポンプに係わり、特に、ロータ軸と回転体との当接面の接触状態を安定させることにより、ロータ軸及び回転体の回転バランスを保ち、発振を防止することのできるロータ軸と回転体との固定構造及び該固定構造を有するターボ分子ポンプに関する。

近年のエレクトロニクスの発展に伴い、メモリや集積回路といった半導体の需要が急激に増大している。
これらの半導体は、極めて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、半導体基板上に微細な回路パターンを形成し、これを積層する等して製造される。

そして、これらの作業は空気中の塵等による影響を避けるため高真空状態のチャンバ内で行われる必要がある。このチャンバの排気には、一般に真空ポンプが用いられているが、特に残留ガスが少なく、保守が容易である等の点から真空ポンプの中の１つであるターボ分子ポンプが多用されている。また、半導体の製造工程では、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数多くあり、ターボ分子ポンプは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チャンバ内から排気するのにも使用される。

さらに、ターボ分子ポンプは、電子顕微鏡等の設備において、粉塵等の存在による電子ビームの屈折等を防止するため、電子顕微鏡等のチャンバ内の環境を高度の真空状態にするのにも用いられている。

このようなターボ分子ポンプは、半導体製造装置等のチャンバからガスを吸引排気するためのターボ分子ポンプ本体１００と、このターボ分子ポンプ本体１００を制御する制御装置２００とから構成されている。

ここで、ターボ分子ポンプの構成図を図９に示す。
図９において、ターボ分子ポンプ本体１００は、円筒状の外筒１２７の上端に吸気口１０１が形成されている。また、外筒１２７の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードによる複数の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・を周部に放射状かつ多段に配設した回転体１０３が設けられている。この回転体１０３は、有天の略円筒状の部材となっており、その内側から回転体１０３の中心にロータ軸１１３が貫通固定されている。このロータ軸１１３と回転体１０３との固定部分の構造に関しては、後に詳述する。

さらに、ロータ軸１１３は、例えば、いわゆる５軸制御の磁気軸受により浮上支持かつ位置制御されるようになっている。このとき、ロータ軸１１３の円柱状の主軸部１５１は、高透磁率材（鉄等）により形成されており、以下に示す上側径方向電磁石１０４や下側径方向電磁石１０５の磁力により吸引されるようになっている。

上側径方向電磁石１０４は、４個の電磁石がＸ軸とＹ軸とに対をなして配置されている。また、この上側径方向電磁石１０４に近接かつ対応されて４個の電磁石からなる上側径方向センサ１０７が備えられている。そして、上側径方向センサ１０７はロータ軸１１３の主軸部１５１の径方向変位を検出し、その変位信号を制御装置２００に送るように構成されている。

制御装置２００では、上側径方向センサ１０７が検出した変位信号に基づき、図示しないＰＩＤ調節機能を有する補償回路を介して上側径方向電磁石１０４を励磁制御し、ロータ軸１１３の主軸部１５１の上側の径方向位置を調整するようになっている。なお、かかる調整は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ独立して行われる。

また、下側径方向電磁石１０５及び下側径方向センサ１０８が、上側径方向電磁石１０４及び上側径方向センサ１０７と同様に配置され、ロータ軸１１３の主軸部１５１の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。

さらに、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂは、ロータ軸１１３の主軸部１５１の下部に設けられた円板状の金属ディスク１１１を上下に挟んで配置されている。この金属ディスク１１１は、鉄等の高透磁率材で構成されている。

また、この金属ディスク１１１の下方には、ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するための軸方向センサ１０９が設けられている。そして、この軸方向センサ１０９による軸方向の変位信号は、制御装置２００に送られるようになっている。

制御装置２００では、軸方向センサ１０９が検出した変位信号に基づき、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するようになっている。このとき、軸方向電磁石１０６Ａは、磁力により金属ディスク１１１を上方に吸引し、軸方向電磁石１０６Ｂは、金属ディスク１１１を下方に吸引するようになっている。
このように、磁気軸受は、ロータ軸１１３に及ぼす磁力を適当に調節することで、ロータ軸１１３を磁気浮上させ、非接触で保持するようになっている。

さらに、モータ１２１は、その回転子側にロータ軸１１３の主軸部１５１を取り囲むように周状に配置された複数の永久磁石の磁極を備えている。そして、これらの永久磁石の磁極には、モータ１２１の固定子側である電磁石から、ロータ軸１１３を回転させるトルク成分が加えられるようになっており、回転体１０３が回転駆動されるようになっている。

また、モータ１２１には、図示しない回転数センサ及びモータ温度センサが取り付けられており、これらの回転数センサ及びモータ温度センサの検出信号を受けて、制御装置２００においてロータ軸１１３の回転が制御されている。

一方、このようなロータ軸１１３が固定された回転体１０３には、上述したように回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・が多段に配設されている。そして、この回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・が配設されている。

また、回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸１１３の軸方向に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。さらに、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸方向に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒１２７の内方に向けて回転翼１０２の段と互い違いに配設されている。

そして、固定翼１２３の一端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・の間に嵌挿された状態で支持されている。この固定翼スペーサ１２５はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅等の金属、又はこれらの金属を成分として含む合金等の金属によって構成されている。

さらに、固定翼スペーサ１２５の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒１２７が設けられている。この外筒１２７は、その底部に配設されたベース部１２９に対しボルト１２８により固定されている。また、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間にはネジ付きスペーサ１３１が配設されている。そして、ベース部１２９中のネジ付きスペーサ１３１の下部には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。

ネジ付きスペーサ１３１は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金等の金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。このネジ溝１３１ａの螺旋の方向は、回転体１０３の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口１３３の方へ移送される方向となっている。

さらに、回転体１０３において、羽根状の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・に続く最下部には、ロータ軸１１３の軸方向に対し円筒状に形成された回転翼１０２ｄが垂下形成されている。この回転翼１０２ｄは、ネジ付きスペーサ１３１の内周面に向かって張り出して形成されており、この張り出した部分はネジ付きスペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。

また、ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ本体１００の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属によって構成されている。ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ本体１００を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅等の剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。

かかる構成において、ロータ軸１１３がモータ１２１により駆動されて回転体１０３及び回転翼１０２と共に回転すると、回転翼１０２と固定翼１２３の作用により、吸気口１０１を通じてチャンバからの排気ガスが吸気される。

そして、吸気口１０１から吸気された排気ガスは、回転翼１０２と固定翼１２３との間を通り、ベース部１２９へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼１０２に接触する際に生ずる摩擦熱や、モータ１２１で発生した熱の伝導等により、回転翼１０２の温度は上昇するが、この熱は輻射又は排気ガスの気体分子等による伝導により固定翼１２３側に伝達される。さらに、固定翼スペーサ１２５は、外周部で互いに接合しており、固定翼１２３が回転翼１０２から受け取った熱や排気ガスが固定翼１２３に接触する際に生ずる摩擦熱等を外部へと伝達する。

また、ベース部１２９に移送されてきた排気ガスは、ネジ付きスペーサ１３１のネジ溝１３１ａに案内されつつ排気口１３３へと送られる。
なお、上記では、ネジ付きスペーサ１３１は回転翼１０２ｄの外周に配設し、ネジ付きスペーサ１３１の内周面にネジ溝１３１ａが刻設されているとして説明した。しかしながら、これとは逆に回転翼１０２ｄの外周面にネジ溝が刻設され、その周囲に円筒状の内周面を有するスペーサが配置される場合もある。

また、吸気口１０１から吸引されたガスが、モータ１２１、下側径方向電磁石１０５、下側径方向センサ１０８、上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７等で構成される電装部側に侵入することのないよう、電装部の周囲はステータコラム１２２で覆われ、この電装部内はパージガスにて所定圧に保たれる。

このため、ベース部１２９には図示しない配管が配設され、この配管を通じてパージガスが導入される。この導入されたパージガスは、保護ベアリング１２０とロータ軸１１３間、モータ１２１のロータとステータ間、ステータコラム１２２と回転翼１０２間の隙間を通じて排気口１３３へ送出される。

ところで、プロセスガスは、反応性を高めるため高温の状態でチャンバに導入されることがある。そして、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。そして、この種のプロセスガスがターボ分子ポンプ本体１００内で低温となって固体状となり、ターボ分子ポンプ本体１００内部に付着して堆積する。

例えば、Ａｌエッチング装置にプロセスガスとしてＳｉＣｌ₄が使用された場合、低真空（７６０［ｔｏｒｒ］〜１０^-2［ｔｏｒｒ］）かつ低温（約２０［℃］）のとき、固体生成物（例えばＡｌＣｌ₃）が析出し、ターボ分子ポンプ本体１００内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。

そして、ターボ分子ポンプ本体１００内部にプロセスガスの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭め、ターボ分子ポンプ本体１００の性能を低下させる原因となる。例えば、前述した生成物は排気口付近の温度が低い部分、特に回転翼１０２及びネジ付きスペーサ１３１付近で凝固、付着しやすい状況にあった。

この問題を解決するために、従来はベース部１２９等の外周に図示しないヒータや環状の水冷管１４９を巻着させ、かつ例えばベース部１２９に図示しない温度センサ（例えばサーミスタ）を埋め込み、この温度センサの信号に基づきベース部１２９の温度を一定の高い温度（設定温度）に保つようにヒータの加熱や水冷管１４９による冷却の制御（以下、ＴＭＳという。ＴＭＳ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が行われている。

ここで、従来のロータ軸１１３と回転体１０３との固定部分の構造について説明する。ロータ軸と回転体との固定部分の拡大構成図を図１０に、回転体の部分構成図を図１１に、ロータ軸の部分構成図を図１２に示す。なお、図１２（ａ）はロータ軸の縦断面図であり、図１２（ｂ）はその平面図である。

図１０〜図１２において、ロータ軸１１３のうち、上述した上側径方向電磁石１０４等により径方向位置が調整される主軸部１５１の上方には、その径が主軸部１５１の２倍程度まで段階的に拡径された締結部１５３が形成されている。そして、この締結部１５３の上面の全体には、回転体１０３と接触するロータ軸１１３側の当接面１５７が形成されており、この当接面１５７は主軸部１５１の軸方向に対して垂直にかつ平面状に加工されている。

また、締結部１５３には、当接面１５７側が開口されたボルト穴１６１が軸方向に沿って掘られており、このボルト穴１６１はロータ軸１１３の軸心から主軸部１５１の径とほぼ同じ長さだけ離れた位置に形成されている。さらに、このボルト穴１６１は、締結部１５３に例えば６か所形成されており、軸心の周りに等分配置されている。なお、ボルト穴１６１の数は６個に限られるものではなく、例えば８個等の場合もある。

さらに、ロータ軸１１３の締結部１５３の上方には、主軸部１５１よりも小径であり、主軸部１５１と軸心が一致した貫通軸部１５５が延長形成されている。また、この貫通軸部１５５の上端部には、上方が開口された六角穴１６３が軸方向に沿って掘られており、この六角穴１６３は、貫通軸部１５５の長さの半分程度の深さまで掘られている。

これに対し、回転体１０３の上端の中央部には、下方に向けて凹んだ断面が丸形の凹部１８１が形成されている。また、この凹部１８１の中心には、軸方向に沿って回転体１０３の内側と外側との間を貫通する中心穴１８３が形成されている。

また、この凹部１８１の下方側で、回転体１０３の内側の面には、ロータ軸１１３の当接面１５７と接触する回転体１０３側の当接面１８７が形成されており、この当接面１８７も軸方向に対して垂直にかつ平面状に加工されて、回転体１０３側の当接面１８７と合わせられるようになっている。

さらに、この凹部１８１には、中心穴１８３と隣接して軸方向に沿って回転体１０３の内側と外側との間を貫通するボルト通し穴１８５が形成されている。このボルト通し穴１８５は、ロータ軸１１３側のボルト穴１６１と同じ数だけ形成されており、ロータ軸１１３の貫通軸部１５５が回転体１０３の中心穴１８３に貫通された状態で、ボルト穴１６１と連絡されるように配置されている。

さらに、このボルト通し穴１８５とボルト穴１６１とが連絡された状態では、ボルト通し穴１８５にボルト１９１の足部が通されるようになっており、さらにこのボルト１９１は、ロータ軸１１３側のボルト穴１６１と螺合されるようになっている。なお、ボルト１９１も、ボルト穴１６１と同じ数だけ用意されている。

かかる構成において、ロータ軸１１３と回転体１０３とを固定するに際しては、まず、ロータ軸１１３の貫通軸部１５５を回転体１０３の中心穴１８３に挿入する。このとき、貫通軸部１５５の中心穴１８３への挿入は、例えば焼きばめにより行われる。

そのため、常温では、ロータ軸１１３の貫通軸部１５５の外径が、回転体１０３の中心穴１８３の内径よりも数十μｍ程度大きくされる。そして、貫通軸部１５５の挿入の前に、回転体１０３だけが１００℃程度にまで加熱され、回転体１０３の中心穴１８３の内径が、ロータ軸１１３の貫通軸部１５５の外径よりも数百μｍ程度大きくされる。その後、この状態で貫通軸部１５５を中心穴１８３に挿入し、そのまま一定時間、放置冷却する。これにより、回転体１０３とロータ軸１１３とが常温に戻ると、常温時の径の違いに伴い貫通軸部１５５が中心穴１８３に対し堅固に固定される。

また、この焼きばめによる回転体１０３とロータ軸１１３との冷却の後には、ボルト１９１がロータ軸１１３側のボルト穴１６１に螺合される。このとき、ボルト１９１の締め付けに際しては、ロータ軸１１３の六角穴１６３に図示しない六角レンチが嵌合され、回転体１０３及びロータ軸１１３の回転が阻止される。これにより、回転体１０３とロータ軸１１３とが、簡単に締結される。

ところで、このようなターボ分子ポンプでは腐食性のガスを吸引する場合がある。そのため、回転体１０３及び回転翼１０２には、その防食のために、全面にメッキ処理が施される。そして、このメッキ処理は、例えば無電解ニッケルメッキが採用される。

このとき、回転体１０３及び回転翼１０２にメッキ処理を施すと、メッキの乾燥において部材の角部等に液垂れを生じ、メッキの盛り上がりが形成される場合がある。例えば、ロータ軸１１３と回転体１０３との当接面１５７、１８７におけるメッキの盛り上がりの様子を図１３（図１０中Ａ部の部分拡大図である）に示すと、回転体１０３の当接面１８７において、ロータ軸１１３の貫通軸部１５５に最も近い部分の角部Ｂ１や、ボルト通し穴１８５の軸心寄りの角部Ｂ２や、その逆側の角部Ｂ３に液垂れを生じ、メッキの盛り上がりが形成されている。

このとき、メッキの盛り上がりは、通常その大きさが３０μｍ程度と小さいが、これが図１３のようにロータ軸１１３と回転体１０３との当接面１５７、１８７に生じると、当接面１５７と当接面１８７との間が密着せず、ロータ軸１１３と回転体１０３との接触状態が不安定になるおそれがあった。そのため、ロータ軸１１３及び回転体１０３の回転中の振れが大きくなって、回転バランスを保つことができず、ターボ分子ポンプ本体１００が振動するおそれがあった。

また、メッキの盛り上がり量により、ロータ軸１１３と回転体１０３との接触状態が変化するため、ロータ軸１１３及び回転体１０３の固有振動数が大きく変動するおそれがあった。そして、通常、磁気軸受（上述した上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７、下側径方向電磁石１０５、下側径方向センサ１０８、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂ、軸方向センサ１０９、制御装置２００等で構成される）にはフィードバックループが構成され、このフィードバックループには安定のためのフィルタが設けられるが、ロータ軸１１３及び回転体１０３の固有振動数が変動するとフィルタのカットオフ周波数を超えてしまい、磁気軸受が発振するおそれがあった。

加えて、ロータ軸１１３の貫通軸部１５５は、回転体１０３の中心穴１８３に焼きばめにより挿入されて固定されるが、貫通軸部１５５や中心穴１８３の向きが軸方向に対し歪んでいると、焼きばめにおける冷却の途中でロータ軸１１３や回転体１０３が遊んでしまい、冷却後にロータ軸１１３と回転体１０３との軸方向がずれるおそれがあった。そのため、ボルト１９１の締結によっても、当接面１５７と当接面１８７とが密着せず、ロータ軸１１３と回転体１０３との接触状態が不安定になるおそれがあった。

また、この点に関し、焼きばめにおける冷却の途中でボルト１９１の締結を行うことも考えられるが、６か所あるボルト１９１の締結力を均一にするのは困難であるため、この締結力の不均一さにより、中心穴１８３の軸方向と貫通軸部１５５の軸方向とがずれるおそれがあった。そのため、ロータ軸１１３と回転体１０３との接触状態が不安定になるおそれがあった。

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、ロータ軸と回転体との当接面の接触状態を安定させることにより、ロータ軸及び回転体の回転バランスを保ち、発振を防止することのできるロータ軸と回転体との固定構造及び該固定構造を有するターボ分子ポンプを提供することを目的とする。

このため本発明は、ロータ軸と回転体との固定構造に関し、回転体と、該回転体に固定されるロータ軸と、該ロータ軸と前記回転体との締結を行うためのボルト穴と、該ボルト穴を用いて前記ロータ軸と前記回転体との締結を行う締結手段と、前記回転体の側で軸方向に対し垂直に形成された回転体側当接面と、前記ロータ軸の側で前記回転体側当接面と当接されたロータ軸側当接面と、該ロータ軸側当接面より凹んだ座グリ部とを備え、前記締結により、前記回転体側当接面と前記座グリ部との間には隙間が形成され、該隙間に向けて前記ボルト穴が開口されることを特徴とする。

回転体には、その防食のために、全面にメッキ処理が施される場合がある。そして、このメッキの乾燥では、ボルト穴の角部等において液垂れを生じ、メッキの盛り上がりが形成される場合がある。
そこで、回転体側当接面と座グリ部との間に隙間を形成する。そして、この隙間に向けてボルト穴が開口される。

従って、ボルト穴の角部等にメッキの盛り上がりが形成されても、この盛り上がりは隙間に吸収される。そのため、ロータ軸は、回転体の回転体側当接面に対し、そのロータ軸側当接面においてのみ接触され、メッキの盛り上がりが回転体側当接面とロータ軸側当接面との密着に影響を与えることはない。
このことにより、ロータ軸及び回転体の接触状態が安定し、ロータ軸及び回転体の回転バランスを保つことができる。

また、本発明は、ロータ軸と回転体との固定構造に関し、前記回転体は、該回転体の中心に形成された中心穴を備え、前記ロータ軸は、前記中心穴に貫通された貫通軸部と、該貫通軸部より大径である主軸部とを備えて構成した。

このことにより、ロータ軸を回転体に対し、堅固に固定させることができる。

さらに、本発明は、ロータ軸と回転体との固定構造に関し、前記ロータ軸に形成されたメネジを備えたことを特徴とする。

さらに、本発明は、ロータ軸と回転体との固定構造に関し、前記メネジに螺合されることで、前記ロータ軸を軸方向に付勢し、かつ該付勢方向と逆向きに前記回転体を付勢する固定手段を備えたことを特徴とする。

回転体の中心穴への、ロータ軸の貫通軸部の貫通は、焼きばめにより行われる場合がある。そして、これらの中心穴や貫通軸部の向きが軸方向に対し歪んでいると、焼きばめの冷却の途中でロータ軸や回転体が遊ぶおそれがある。また、焼きばめにおける冷却の途中でロータ軸と回転体との締結を行うと、締結力の不均一さにより、中心穴の軸方向と貫通軸部の軸方向とがずれるおそれがある。

これに対し、ロータ軸にはメネジが形成され、このメネジに固定手段が螺合される。従って、この固定手段により、ロータ軸及び回転体は、軸方向に沿ってそれぞれ逆向きに付勢される。そのため、ロータ軸と回転体との軸方向が一致した状態でロータ軸及び回転体の冷却等が行われる。
このことにより、回転体側当接面とロータ軸側当接面とが密着されるので、ロータ軸及び回転体の接触状態が安定し、ロータ軸及び回転体の回転バランスを保つことができる。

さらに、本発明は、ロータ軸と回転体との固定構造を有するターボ分子ポンプであって、前記ロータ軸を磁気浮上させ、径方向及び／又は軸方向に位置調整する磁気軸受を有し、前記回転体には回転翼が形成され、前記ターボ分子ポンプは、被対象設備に設置され、該被対象設備から所定のガスを吸引することを特徴とする。

上述した固定構造を有するロータ軸と回転体とは、磁気軸受を有するターボ分子ポンプに搭載される。
そのため、ロータ軸及び回転体の接触状態の不安定さに伴う、ロータ軸及び回転体の固有振動数の変動が起こらないので、磁気軸受の発振を防止することができる。

さらに、本発明は、ターボ分子ポンプに関し、少なくともモータを含む電装部と、該電装部を支持するベース部と、前記モータにより回転されるロータ軸と、該ロータ軸が固定された回転体と、該回転体に形成された回転翼と、該回転翼と交互に配設された固定翼と、該固定翼を固定するための固定翼スペーサと、少なくとも前記ロータ軸、前記回転体、前記回転翼、前記固定翼及び前記固定翼スペーサを内包する外筒と、前記ロータ軸に形成されたメネジと、該メネジに螺合された螺合手段とを備え、該螺合手段を牽引することで、少なくとも前記ロータ軸、前記回転体及び前記回転翼を、前記電装部及び前記ベース部に対し分離可能であることを特徴とする。

メネジ及び螺合手段は、ターボ分子ポンプが破壊したときの分解作業で用いられる。このとき、螺合手段を牽引することにより、ロータ軸、回転体、回転翼、固定翼、固定翼スペーサ及び外筒が、電装部及びベース部から分離される。
そのため、電装部及びベース部から分離した部品からロータ軸及び回転体を取り外すことで、回転翼、固定翼及び固定翼スペーサを、外筒の内方に剥ぎ落とすことができる。また、回転翼、固定翼及び固定翼スペーサを取り外すことができれば、外筒を簡単に取り外すこともできる。
このことにより、ターボ分子ポンプの分解作業を効率良く行うことができる。

また、このメネジ及び螺合手段は、ターボ分子ポンプの組立作業でも用いられる。このとき、螺合手段を牽引することで、ロータ軸、回転体及び回転翼を簡単に移動させることができる。そのため、ターボ分子ポンプが大型化した場合でも、これらの部品を簡単にベース部側に取り付けることができ、ターボ分子ポンプの組立作業の効率化を図ることができる。

さらに、本発明は、ターボ分子ポンプに関し、前記螺合手段は、アイボルトであることを特徴とする。

このことにより、アイボルトにクレーン等のフックを掛けるだけで、ロータ軸等を簡単に牽引することができる。

以上説明したように本発明によれば、ロータ軸と回転体との固定構造に関し、回転体側当接面と座グリ部との間に隙間を備えて構成したので、ロータ軸及び回転体の接触状態を安定させることができ、ロータ軸及び回転体の回転バランスを保つことができる。

また、このロータ軸及び回転体の固定構造を、磁気軸受を有するターボ分子ポンプに備えて構成したので、ロータ軸及び回転体の接触状態の不安定さに伴う、ロータ軸及び回転体の固有振動数の変動を防ぐことができ、磁気軸受の発振を防止することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態であるロータ軸と回転体との固定部分の拡大構成図を図１に、ロータ軸の部分構成図を図２に示す。なお、図２（ａ）はロータ軸の縦断面図であり、図２（ｂ）はその平面図である。また、図９〜図１２と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。

図１、図２において、ロータ軸２１３の主軸部１５１の上方には、従来と同様に、その径が段階的に拡径された締結部２５３が形成されている。
そして、この締結部２５３の上面の外周部には、回転体１０３の当接面１８７と接触するロータ軸２１３側の当接面２５７が同心状に形成されている。具体的には、当接面２５７は、締結部２５３の上面において従来のボルト穴１６１が開口された場所よりもさらに外周側から、上面の最外周縁までの部分に形成されており、締結部２５３の上面の径方向長さで例えば５ｍｍ程度形成されている。また、この当接面２５７は軸方向に対し垂直にかつ平面状に加工されている。

さらに、締結部２５３の上面において、貫通軸部２５５が形成された部分から、当接面２５７の内周までの部分には、当接面２５７よりも上面が凹んだ座グリ部２５９が形成されている。また、この座グリ部２５９の上面も軸方向に対し垂直に加工されている。このとき、座グリ部２５９として凹ませる深さは、例えば５０μｍ程度である。

さらに、貫通軸部２５５の上端部には、上方が開口された六角穴１６３が形成されている。加えて、この六角穴１６３の底には、さらにメネジ２６３が軸方向に沿って掘られており、このメネジ２６３は、貫通軸部２５５の長さと同程度の深さまで掘られている。

なお、この六角穴１６３とメネジ２６３の位置関係は、これとは逆にメネジ２６３が上方側、六角穴１６３が下方側でも良い。また、貫通軸部２５５に形成されるのは、図示するようにメネジ２６３が好ましい。これは、ロータ軸２１３の上端の凹部１８１には、通常図示しないバランサーマシーンが配置されるためであり、このバランサーマシーンの配置との関係で貫通軸部２５５にボルト等を螺合できなくなるおそれがあるからである。

加えて、本発明のターボ分子ポンプには、焼きばめによる冷却の途中でロータ軸２１３を回転体１０３に固定するための固定部品３０１が設けられている。なお、固定部品３０１は焼きばめする際に用いられ、ロータ軸２１３の回転動作時にはロータ軸２１３等の回転バランスを保つために取り外されることが望ましい。

この固定部品によるロータ軸の固定の様子を図３に、固定部品の構成図を図４に示す。なお、図４（ａ）は固定部品の縦断面図であり、図４（ｂ）はこの固定部品の平面図である。また、図４（ｃ）は固定部品の別例である。

図３、図４において、固定部品３０１は、有天の円筒状の部材となっている。そして、固定部品３０１は、その天部３０３を上方に向けて、回転体１０３の凹部１８１に収納されるようになっている。また、凹部１８１に収納された状態で、固定部品３０１の円筒部３０５の内側には、貫通軸部２５５の中心穴１８３から突出した部分や、ボルト通し穴１８５の開口部分が内包されるようになっている。

このとき、固定部品３０１の中央部には、天部３０３を貫通するボルト通し穴３１１が形成されている。そして、このボルト通し穴３１１には、固定用ボルト３２１の足部が通されるようになっており、さらにこの固定用ボルト３２１は、ロータ軸２１３の貫通軸部２５５に形成されたメネジ２６３と螺合されるようになっている。

その結果、この固定用ボルト３２１の締め付けにより、ロータ軸２１３の貫通軸部２５５は、軸方向に沿って上方に付勢され、かつ固定部品３０１の円筒部３０５により、回転体１０３の凹部１８１の底部は、軸方向に沿って下方にかつ均等に付勢されるようになっている。

さらに、固定部品３０１のボルト通し穴３１１の周りには、天部３０３を貫通するＤ字形のボルト挿入穴３１３が形成されている。このボルト挿入穴３１３は、ロータ軸２１３側のボルト穴１６１と同じ数だけ形成されており、中央部のボルト通し穴３１１の周りに等分配置されている。

そして、このボルト挿入穴３１３には、ボルト穴１６１に螺合されるボルト１９１の頭部を含めた全体が挿入できるようになっており、ボルト挿入穴３１３にドライバ等を挿入してボルト１９１の締結が行えるようになっている。なお、ボルト挿入穴３１３の形状は、ボルト１９１全体が挿入可能であれば図４（ｂ）のようにＤ字形である場合に限られず、図４（ｃ）のように丸形でも良い。

かかる構成において、ロータ軸２１３と回転体１０３とを固定するに際しては、従来と同様に、ロータ軸２１３の貫通軸部２５５が、回転体１０３の中心穴１８３に焼きばめにより挿入され、この焼きばめの冷却の後にロータ軸２１３と回転体１０３とがボルト１９１により締結される。

このとき、本発明のターボ分子ポンプにおいても、回転体１０３及び回転翼１０２には、その防食のために、全面にメッキ処理が施される。そして、このメッキの乾燥においても、回転体１０３の当接面１８７には、メッキの盛り上がりが形成される場合がある。

このメッキの盛り上がりの様子を図５（図１中Ｃ部の部分拡大図である）に示すと、従来と同様に、回転体１０３の当接面１８７において、貫通軸部２５５に最も近い部分の角部Ｂ１や、ボルト通し穴１８５の角部Ｂ２、角部Ｂ３に液垂れを生じ、メッキの盛り上がりが形成されている。

しかしながら、本発明のロータ軸２１３では、その締結部２５３の上面に、当接面２５７よりも上面が凹んだ座グリ部２５９が形成されている。そのため、座グリ部２５９が形成された部分には、この深さ分だけ回転体１０３の当接面１８７との間に隙間２６５が形成される。

このとき、座グリ部２５９は、貫通軸部２５５から、ボルト穴１６１が開口された場所よりもさらに外周側まで形成されている（すなわち、ボルト穴１６１が隙間２６５に向けて開口されている）ため、回転体１０３の当接面１８７の角部Ｂ１〜Ｂ３にメッキの盛り上がりが形成された場合でも、この盛り上がりは全て隙間２６５に吸収される。

そのため、ロータ軸２１３は、回転体１０３の当接面１８７に対し、その当接面２５７においてのみ接触され、メッキの盛り上がりが当接面２５７と当接面１８７との密着に影響を与えることはない。従って、ロータ軸２１３及び回転体１０３の接触状態は安定する。

加えて、本発明においても、貫通軸部２５５や中心穴１８３の向きが軸方向に対し歪んでいると、焼きばめの冷却の途中でロータ軸２１３や回転体１０３が遊ぶおそれがある。

しかしながら、本発明のターボ分子ポンプは、固定部品３０１を有している。そのため、焼きばめにおける冷却の際に固定部品３０１を用いることで、ロータ軸２１３を回転体１０３に対し固定することができる。

このとき、固定部品３０１により、ロータ軸２１３は軸方向に沿って上方に付勢され、回転体１０３は軸方向に沿って下方に付勢される。そのため、貫通軸部２５５や中心穴１８３の向きが歪んでいた場合でも、ロータ軸２１３と回転体１０３との軸方向が一致した状態でロータ軸２１３と回転体１０３とが冷却される。従って、当接面２５７と当接面１８７とは密着され、ロータ軸２１３及び回転体１０３の接触状態は安定する。

また、製造工程の短縮等のために、焼きばめにおける冷却の途中でボルト１９１の締結を行うことも考えられるが、この場合にも、固定部品３０１を用いてロータ軸２１３を回転体１０３に対し固定することができる。

このとき、固定部品３０１の天部３０３にはボルト挿入穴３１３が形成されているため、この固定部品３０１でロータ軸２１３を固定した状態で、ボルト１９１の締結を行うことが可能である。また、この場合には、６か所あるボルト１９１の締結力の不均一さが問題となるが、ロータ軸２１３が回転体１０３に固定されているため、締結力の不均一さによる影響は小さくなる。従って、ロータ軸２１３と回転体１０３との接触状態は安定する。

以上により、ロータ軸２１３と回転体１０３との接触状態を安定させることができるので、ロータ軸２１３及び回転体１０３の回転バランスを保つことができる。そのため、ターボ分子ポンプの振動を防ぐことができる。また、接触状態の不安定さに伴うロータ軸２１３及び回転体１０３の固有振動数の変動も起こらないので、磁気軸受の発振を防止することができる。

なお、本発明においては、回転体１０３に中心穴１８３を形成し、この中心穴１８３にロータ軸２１３の貫通軸部２５５を貫通固定するとして説明してきたが、これに限られない。例えば、ロータ軸を回転体に嵌合させて固定しても良い。
このロータ軸と回転体との固定部分の拡大構成図を図６に示す。

図６において、ロータ軸６１３には、図１のロータ軸２１３と異なり、貫通軸部２５５が設けられていない。また、回転体５０３にも、図１の回転体１０３と異なり、中心穴１８３が形成されていない。
一方、ロータ軸６１３の締結部６５３の上面で、当接面２５７の内周側には、図１のロータ軸２１３と同様に、座グリ部６５９が形成されている。また、回転体５０３の当接面１８７には、回転体５０３の内側から上方に向けて凹部５８１が形成されている。

そして、この凹部５８１には、ロータ軸６１３の締結部６５３の最大径部６５３ａが嵌合されている。そのため、凹部５８１において、ロータ軸６１３と回転体５０３とは固定され、ロータ軸６１３の当接面２５７と回転体５０３の当接面１８７とが接触されるようになっている。

かかる構成において、回転体５０３の当接面１８７にメッキの盛り上がりが形成された場合でも、ロータ軸６１３には座グリ部６５９が形成されているため、回転体５０３とロータ軸６１３との間には隙間６６５が形成される。
従って、ロータ軸６１３及び回転体５０３の接触状態を安定させることができる。このことにより、設計容易なロータ軸６１３と回転体５０３との固定構造を適宜選択可能となる。

また、本発明においては、ロータ軸２１３の貫通軸部２５５に形成されたメネジ２６３は、固定部品３０１を固定するために用いられるとして説明してきたが、これに限られない。すなわち、このメネジ２６３をターボ分子ポンプの分解作業の効率化を図る目的で使用することが可能である。

例えば、図９に示したターボ分子ポンプにおいて、ブレード破損（回転翼１０２が回転中に固定翼１２３や固定翼スペーサ１２５と衝突し、複雑に絡み合って破損する状況をいう）を生じ、ターボ分子ポンプが破壊したとする。この場合、破壊したターボ分子ポンプに対しては、その故障原因を調査するためにターボ分子ポンプの分解が行われる。

そこで、従来のターボ分子ポンプでは、まず外筒１２７を固定しているボルト１２８を取り外した後、外筒１２７のみをターボ分子ポンプ本体１００から取り外し、さらに、固定翼スペーサ１２５、固定翼１２３を順に取り外した後、回転翼１０２及びロータ軸１１３を取り外して、各部品について調査を行っていた。

しかしながら、ターボ分子ポンプがブレード破損を起こして破壊した場合、回転翼１０２は、その回転中に固定翼１２３や固定翼スペーサ１２５と衝突し、破損するため、破損後の回転翼１０２は、固定翼１２３や固定翼スペーサ１２５と複雑に絡み合っている。また、固定翼１２３や固定翼スペーサ１２５との衝突により、回転翼１０２等が外筒１２７にめり込んでしまい、外筒１２７が変形している。

そのため、実際は、外筒１２７を容易に取り外すことはできず、例えば外筒１２７の変形部分等にバールをねじ込み、この変形を戻しながら、この外筒１２７の取り外しを行っていた。また、外筒１２７を取り外した後も、回転翼１０２が、固定翼１２３や固定翼スペーサ１２５と絡み合って破損しているため、回転翼１０２等を手作業で一枚ずつ剥がさないと、回転体１０３やロータ軸１１３等を取り外すことができなかった。

そこで、本発明のターボ分子ポンプでは、その分解作業を行うに際し、図７に示すように、そのロータ軸２１３のメネジ２６３にアイボルト４０１が螺合される。そして、このアイボルト４０１には、図示しないクレーン等からフックが掛けられる。

このとき、外筒１２７を固定しているボルト１２８は予め取り外される。また、ロータ軸２１３に設けられた金属ディスク１１１も取り外される。さらに、ベース部１２９には、ベース部１２９側がロータ軸２１３等とともに持ち上がらないように、図示しない器具により固定される。
その後、アイボルト４０１がクレーン等により上方に牽引され、ロータ軸２１３が持ち上げられる。

このとき、ロータ軸２１３は、回転体１０３に固定されているので、回転体１０３は、ロータ軸２１３とともに持ち上げられる。また、回転翼１０２は、固定翼１２３や固定翼スペーサ１２５と絡み合って破損しているため、回転翼１０２、固定翼１２３、固定翼スペーサ１２５も、ロータ軸２１３とともに持ち上げられる。さらに、回転翼１０２等は、外筒１２７にめり込んでいるため、外筒１２７も、ロータ軸２１３とともに持ち上げられる。

そのため、アイボルト４０１をクレーン等により牽引すると、図８に示すように、ロータ軸２１３、回転体１０３、回転翼１０２、固定翼１２３、固定翼スペーサ１２５、外筒１２７（これらの部品をまとめて上部部品５００という）が一体となって持ち上げられる。そのため、上部部品５００だけがベース部１２９側から分離される。

そして、分離された上部部品５００から、ロータ軸２１３及び回転体１０３を取り外すことにより、回転翼１０２、固定翼１２３及び固定翼スペーサ１２５を、外筒１２７の内方に剥ぎ落とすことができる。この作業は、従来行っていた回転翼１０２等を手作業で一枚ずつ剥がす作業よりも容易である。また、回転翼１０２、固定翼１２３及び固定翼スペーサ１２５を取り外すことができれば、簡単に外筒１２７を取り外すこともできる。
従って、メネジ２６３とアイボルト４０１を用いることで、ターボ分子ポンプの分解作業を効率良く行うことができる。

なお、アイボルト４０１は、ターボ分子ポンプを分解する際に用いられ、ロータ軸２１３の回転動作時にはロータ軸２１３等の回転バランスを保つために取り外されることが望ましい。ただし、アイボルト４０１に限らず、例えば頭部が球状のボルトを用いれば、回転動作時のロータ軸２１３等のバランスが保たれるので、ボルトを外さなくても良い。この場合に上部部品５００を牽引するときは、クレーン等でこのボルトの頭部を掴めば良い。

加えて、このメネジ２６３とアイボルト４０１とは、ターボ分子ポンプの組立作業で用いることも可能である。
例えば、ターボ分子ポンプの組立作業で、すでに組み立てられたロータ軸２１３、回転体１０３及び回転翼１０２をベース部１２９側に取り付ける際には、これらロータ軸２１３、回転体１０３及び回転翼１０２を持ち上げて、移動させる必要がある。

しかしながら、今後、ターボ分子ポンプが大容量向けに大型化した場合には、ロータ軸２１３、回転体１０３及び回転翼１０２も大型化するため、その重量は増加する。従って、作業者がロータ軸２１３、回転体１０３及び回転翼１０２を手で持ち上げて、移動させることが困難になる場合がある。

そこで、このロータ軸２１３のメネジ２６３にアイボルト４０１を螺合させて、ロータ軸２１３、回転体１０３及び回転翼１０２をクレーン等で牽引することで、簡単にロータ軸２１３、回転体１０３及び回転翼１０２を移動させ、ベース部１２９側に取り付けることができる。
従って、メネジ２６３とアイボルト４０１を用いることで、大型のターボ分子ポンプの組立作業の効率化を図ることができる。

本発明のロータ軸と回転体との固定部分の拡大構成図 本発明のロータ軸の部分構成図 本発明の固定部品によるロータ軸の固定の様子 本発明の固定部品の構成図 本発明の当接面におけるメッキの盛り上がりの様子 本発明のロータ軸と回転体との固定部分の拡大構成図（別例） メネジの使用別例 同上 従来のターボ分子ポンプの構成図 従来のロータ軸と回転体との固定部分の拡大構成図 従来の回転体の部分構成図 従来のロータ軸の部分構成図 従来の当接面におけるメッキの盛り上がりの様子

符号の説明

１００ ターボ分子ポンプ本体
１０２ 回転翼
１０３、５０３ 回転体
１０４ 上側径方向電磁石
１０５ 下側径方向電磁石
１０６Ａ、１０６Ｂ 軸方向電磁石
１０７ 上側径方向センサ
１０８ 下側径方向センサ
１０９ 軸方向センサ
１１３、２１３、６１３ ロータ軸
１２１ モータ
１２３ 固定翼
１２５ 固定翼スペーサ
１２７ 外筒
１２９ ベース部
１５１ 主軸部
１５３、２５３、６５３ 締結部
１５５、２５５ 貫通軸部
１５７、１８７、２５７ 当接面
１６１ ボルト穴
１８３ 中心穴
１８５ ボルト通し穴
１９１ ボルト
２００ 制御装置
２５９、６５９ 座グリ部
２６３ メネジ
２６５、６６５ 隙間
３０１ 固定部品
３２１ 固定用ボルト
４０１ アイボルト

Claims (7)

1. 回転体と、
   該回転体に固定されるロータ軸と、
   該ロータ軸と前記回転体との締結を行うためのボルト穴と、
   該ボルト穴を用いて前記ロータ軸と前記回転体との締結を行う締結手段と、
   前記回転体の側で軸方向に対し垂直に形成された回転体側当接面と、
   前記ロータ軸の側で前記回転体側当接面と当接されたロータ軸側当接面と、
   該ロータ軸側当接面より凹んだ座グリ部とを備え、
   前記締結により、前記回転体側当接面と前記座グリ部との間には隙間が形成され、該隙間に向けて前記ボルト穴が開口されることを特徴とするロータ軸と回転体との固定構造。
2. 前記回転体は、該回転体の中心に形成された中心穴を備え、
   前記ロータ軸は、前記中心穴に貫通された貫通軸部と、該貫通軸部より大径である主軸部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のロータ軸と回転体との固定構造。
3. 前記ロータ軸に形成されたメネジを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロータ軸と回転体との固定構造。
4. 前記メネジに螺合されることで、前記ロータ軸を軸方向に付勢し、かつ該付勢方向と逆向きに前記回転体を付勢する固定手段を備えたことを特徴とする請求項３記載のロータ軸と回転体との固定構造。
5. 請求項１、２、３又は４記載の固定構造を有するターボ分子ポンプであって、
   前記ロータ軸を磁気浮上させ、径方向及び／又は軸方向に位置調整する磁気軸受を有し、
   前記回転体には回転翼が形成され、
   前記ターボ分子ポンプは、
   被対象設備に設置され、該被対象設備から所定のガスを吸引することを特徴とするターボ分子ポンプ。
6. 少なくともモータを含む電装部と、
   該電装部を支持するベース部と、
   前記モータにより回転されるロータ軸と、
   該ロータ軸が固定された回転体と、
   該回転体に形成された回転翼と、
   該回転翼と交互に配設された固定翼と、
   該固定翼を固定するための固定翼スペーサと、
   少なくとも前記ロータ軸、前記回転体、前記回転翼、前記固定翼及び前記固定翼スペーサを内包する外筒と、
   前記ロータ軸に形成されたメネジと、
   該メネジに螺合された螺合手段とを備え、
   該螺合手段を牽引することで、少なくとも前記ロータ軸、前記回転体及び前記回転翼を、前記電装部及び前記ベース部に対し分離可能であることを特徴とするターボ分子ポンプ。
7. 前記螺合手段は、アイボルトであることを特徴とする請求項６記載のターボ分子ポンプ。

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