JP2022110190A - 真空ポンプとその回転体 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の応力腐食割れを効果的に防止することができ、耐食性に優れた真空ポンプとその回転体を提供する。【解決手段】回転体１０３の回転によりガスを排気する真空ポンプ（例えば、ターボ分子ポンプ１００）において、回転体１０３は、その表面に、第１の表面処理層１Ａで覆われた第１の領域１と第２の表面処理層２Ａで覆われた第２の領域２とを有し、第１の領域１と第２の領域２との境界部３は、それぞれの表面処理層１Ａ、２Ａが重なった領域がある。【選択図】図６

Description

本発明は、半導体製造装置、フラット・パネル・ディスプレイ製造装置、ソーラー・パネル製造装置におけるプロセスチャンバその他のチャンバのガス排気手段として利用される真空ポンプとその回転体に関し、特に、回転体の応力腐食割れを効果的に防止することができ、耐食性に優れたものである。

従来、この種の真空ポンプとしては、例えば特許文献１に記載されたターボ分子ポンプが知られている。同文献のターボ分子ポンプ（以下「従来の真空ポンプ」という）は、複数の回転翼（動翼１２）を備えた回転体（ポンプロータ１０）の回転によりガスを排気する構造になっている。

ところで、従来の真空ポンプでは、回転体（ポンプロータ１０）の表面に、黒Ｎｉめっきの表面処理層（Ｓ１）とＮｉめっきの表面処理層（Ｓ４）を設けることで、回転体表面の放射率に差異を設けるとともに、プロセスガスによる回転体の腐食を防止しようとしている。

しかしながら、従来の真空ポンプによると、黒Ｎｉめっきの表面処理層（Ｓ１）とＮｉめっきの表面処理層（Ｓ４）との境界部では、回転体（ポンプロータ１０）の母材が露出している領域（Ｓ５）が存在する等、そのような境界部における母材の腐食対策が何ら施されておらず、回転体の応力腐食割れを効果的に防止できず、耐食性に優れたものとは言えない。

特開２０１５－２２９９４９号

本発明は前記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、回転体の応力腐食割れを効果的に防止することができ、耐食性に優れた真空ポンプとその回転体を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、回転体の回転によりガスを排気する真空ポンプにおいて、前記回転体は、その表面に、第１の表面処理層で覆われた第１の領域と第２の表面処理層で覆われた第２の領域とを有し、前記第１の領域と前記第２の領域との境界部は、それぞれの表面処理層が重なった領域があることを特徴とする。

前記本発明において、前記回転体は、円筒部の外周部に回転翼を形成した形状になっていて、前記境界部が、前記円筒部の内面に位置することを特徴としてもよい。

前記本発明において、前記境界部が、前記円筒部の内面の端部付近に位置することを特徴としてもよい。

前記本発明において、前記回転体の中心には、締結部を介してロータ軸が取付けられており、前記締結部では、前記ロータ軸の先端部が前記回転体側の第１の穴に嵌合した状態になっていて、前記境界部が、前記第１の穴の開口縁部若しくはその周囲に位置することを特徴としてもよい。

前記本発明において、前記第１の穴の前記開口縁部若しくはその周囲と対向する部材の面に、前記境界部に対応する逃げ部を設けたこと特徴としてもよい。

前記本発明において、前記回転体の中心にはロータ軸の先端部が嵌合するための第１の穴が設けられ、前記境界部が前記第１の穴の内面に無いことを特徴としてもよい。

前記本発明において、前記回転体の中心には、締結部を介してロータ軸が取付けられており、前記締結部では、前記回転体と前記ロータ軸とを締結するためのボルトが前記回転体側の第２の穴から挿入された状態になっていて、前記境界部が、前記第２の穴の内面に位置することを特徴としてもよい。

前記本発明において、前記第１の領域は、前記円筒部の外面および前記回転翼の表面に設けられ、前記第２の領域は、前記円筒部の内面に設けられていることを特徴としてもよい。

前記本発明において、前記第２の表面処理層は、前記第１の表面処理層に比べて放射率が高いことを特徴としてもよい。

また、本発明は、ガスを排気する真空ポンプの回転体であって、前記回転体は、その表面に、第１の表面処理層で覆われた第１の領域と第２の表面処理層で覆われた第２の領域とを有し、前記第１の領域と前記第２の領域との境界部は、それぞれの表面処理層が重なった領域があることを特徴とする。

本発明では、真空ポンプとその回転体の具体的な構成として、回転体は、その表面に第１の表面処理層で覆われた第１の領域と、第２の表面処理層で覆われた第２の領域とを有し、第１の領域と第２の領域との境界部は、それぞれの表面処理層が重なった領域があるという構成を採用したため、境界部において回転体の母材が露出せず、露出した母材が腐食性ガスに曝されるおそれが殆どなくなる点で、回転体の応力腐食割れを効果的に防止することができ、耐食性に優れた真空ポンプとその回転体を提供し得る。

本発明に係る真空ポンプを適用したターボ分子ポンプの縦断面図。 アンプ回路の回路図。 電流指令値が検出値より大きい場合の制御を示すタイムチャート。 電流指令値が検出値より小さい場合の制御を示すタイムチャート。 （ａ）は図１のターボ分子ポンプを構成する回転体とロータ軸の説明図、（ｂ）は（ａ）中のＡ矢視図。 （ａ）は図１のターボ分子ポンプで採用した表面処理構成の説明図、（ｂ）は同（ａ）中のＢ部の拡大図、（ｃ）は（ａ）中のＣ部の拡大図。 図１のＤ部の拡大図。

図１は、本発明に係る真空ポンプを適用したターボ分子ポンプの縦断面図、図２は、アンプ回路の回路図、図３は、電流指令値が検出値より大きい場合の制御を示すタイムチャート図、図４は、電流指令値が検出値より小さい場合の制御を示すタイムチャート図である。

図１を参照すると、同図のターボ分子ポンプ１００において、円筒状の外筒１２７の上端には、吸気口１０１が形成されている。そして、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である複数の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）を周部に放射状かつ多段に形成した回転体１０３が備えられている。この回転体１０３の具体的な構成例として、図１のターボ分子ポンプ１００では、かかる回転体１０３は第１の円筒部１０２ｅの外周部に回転翼１０２を形成した形状になっている（図５（ａ）参照）。

回転体１０３の中心には締結部ＣＮを介してロータ軸１１３が取り付けられており、ロータ軸１１３は、例えば５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。回転体１０３は、一般的に、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属によって構成されている。

磁気軸受の具体的な構成例として、図１のターボ分子ポンプ１００では、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。この上側径方向電磁石１０４に近接して、かつ上側径方向電磁石１０４のそれぞれに対応して、４個の上側径方向センサ１０７が備えられている。上側径方向センサ１０７は、例えば伝導巻線を有するインダクタンスセンサや渦電流センサなどが用いられ、ロータ軸１１３の位置に応じて変化するこの伝導巻線のインダクタンスの変化に基づいてロータ軸１１３の位置を検出する。この上側径方向センサ１０７はロータ軸１１３、すなわちそれに固定された回転体１０３の径方向変位を検出し、制御装置２００に送るように構成されている。

制御装置２００において、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、上側径方向センサ１０７によって検出された位置信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４の励磁制御指令信号を生成し、図２に示すアンプ回路１５０（後述する）が、この励磁制御指令信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４を励磁制御することで、ロータ軸１１３の上側の径方向位置が調整される。

ロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄、ステンレスなど）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。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、磁気軸受の具体的な構成例として、図１のターボ分子ポンプ１００では、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが、ロータ軸１１３の下部に備え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。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ１０９が備えられ、その軸方向位置信号が制御装置２００に送られるように構成されている。

そして、制御装置２００において、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、軸方向センサ１０９によって検出された軸方向位置信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂのそれぞれの励磁制御指令信号を生成し、アンプ回路１５０が、これらの励磁制御指令信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂをそれぞれ励磁制御することで、軸方向電磁石１０６Ａが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が金属ディスク１１１を下方に吸引し、ロータ軸１１３の軸方向位置が調整される。

以上のように、制御装置２００は、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。なお、これら上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０については、後述する。

図１のターボ分子ポンプ１００において、モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、制御装置２００によって制御されている。また、モータ１２１には図示しない例えばホール素子、レゾルバ、エンコーダなどの回転速度センサが組み込まれており、この回転速度センサの検出信号によりロータ軸１１３の回転速度が検出されるようになっている。

さらに、例えば下側径方向センサ１０８近傍に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸１１３の回転の位相を検出するようになっている。制御装置２００では、この位相センサと回転速度センサの検出信号を共に用いて磁極の位置を検出するようになっている。

回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）が配設されている。回転翼１０２（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の軸線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。固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）は、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。

また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線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の外周端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５（１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・）の間に嵌挿された状態で支持されている。

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、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。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が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設されている。ベース部１２９には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。チャンバ（真空チャンバ）側から吸気口１０１に入ってベース部１２９に移送されてきた排気ガスは、排気口１３３へと送られる。

さらに、ターボ分子ポンプ１００の用途によって、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間には、ネジ付スペーサ１３１が配設される。ネジ付スペーサ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、その内周面に螺旋状のネジ溝１３１ａが複数条刻設されている。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である。回転体１０３の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）に続く最下部には第２の円筒部１０２ｄが第１の円筒部１０２ｅに繋がって垂下されている（図２（ａ）参照）。この第２の円筒部１０２ｄの外周面は、円筒状で、かつネジ付スペーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ付スペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。回転翼１０２および固定翼１２３によってネジ溝１３１ａに移送されてきた排気ガスは、ネジ溝１３１ａに案内されつつベース部１２９へと送られる。

ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ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、ステンレスなど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、アルミニウムや銅などの剛性があり、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、回転翼１０２がロータ軸１１３と共にモータ１２１により回転駆動されると、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排気ガスが吸気される。回転翼１０２の回転速度は通常２００００ｒｐｍ～９００００ｒｐｍであり、回転翼１０２の先端での周速度は２００ｍ／ｓ～４００ｍ／ｓに達する。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などにより、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などによる伝導により固定翼１２３側に伝達される。

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などを外部へと伝達する。

なお、上記では、ネジ付スペーサ１３１は回転体１０３の円筒部１０２ｄの外周に配設し、ネジ付スペーサ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、これとは逆に円筒部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、ターボ分子ポンプ１００の用途によっては、吸気口１０１から吸引されたガスが上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７、モータ１２１、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などで構成される電装部に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム１２２で覆われ、このステータコラム１２２内はパージガスにて所定圧に保たれる場合もある。

この場合には、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。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の内周側円筒部の間の隙間を通じて排気口１３３へ送出される。

ここに、ターボ分子ポンプ１００は、機種の特定と、個々に調整された固有のパラメータ（例えば、機種に対応する諸特性）に基づいた制御を要する。この制御パラメータを格納するために、上記ターボ分子ポンプ１００は、その本体内に電子回路部１４１を備えている。電子回路部１４１は、ＥＥＰ－ＲＯＭ等の半導体メモリ及びそのアクセスのための半導体素子等の電子部品、それらの実装用の基板１４３等から構成される。この電子回路部１４１は、ターボ分子ポンプ１００の下部を構成するベース部１２９の例えば中央付近の図示しない回転速度センサの下部に収容され、気密性の底蓋１４５によって閉じられている。

ところで、半導体の製造工程では、チャンバに導入されるプロセスガスの中には、その圧力が所定値よりも高くなり、或いは、その温度が所定値よりも低くなると、固体となる性質を有するものがある。ターボ分子ポンプ１００内部では、排気ガスの圧力は、吸気口１０１で最も低く排気口１３３で最も高い。プロセスガスが吸気口１０１から排気口１３３へ移送される途中で、その圧力が所定値よりも高くなったり、その温度が所定値よりも低くなったりすると、プロセスガスは、固体状となり、ターボ分子ポンプ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ＳｉＣｌ_４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ＡｌＣｌ_３）が析出し、ターボ分子ポンプ１００内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。これにより、ターボ分子ポンプ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１００の性能を低下させる原因となる。そして、前述した生成物は、排気口１３３付近やネジ付スペーサ１３１付近の圧力が高い部分で凝固、付着し易い状況にあった。

そのため、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いてベース部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。

次に、このように構成されるターボ分子ポンプ１００に関して、その上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０について説明する。このアンプ回路１５０の回路図を図８に示す。

図８において、上側径方向電磁石１０４等を構成する電磁石巻線１５１は、その一端がトランジスタ１６１を介して電源１７１の正極１７１ａに接続されており、また、その他端が電流検出回路１８１及びトランジスタ１６２を介して電源１７１の負極１７１ｂに接続されている。そして、トランジスタ１６１、１６２は、いわゆるパワーＭＯＳＦＥＴとなっており、そのソース－ドレイン間にダイオードが接続された構造を有している。

このとき、トランジスタ１６１は、そのダイオードのカソード端子１６１ａが正極１７１ａに接続されるとともに、アノード端子１６１ｂが電磁石巻線１５１の一端と接続されるようになっている。また、トランジスタ１６２は、そのダイオードのカソード端子１６２ａが電流検出回路１８１に接続されるとともに、アノード端子１６２ｂが負極１７１ｂと接続されるようになっている。

一方、電流回生用のダイオード１６５は、そのカソード端子１６５ａが電磁石巻線１５１の一端に接続されるとともに、そのアノード端子１６５ｂが負極１７１ｂに接続されるようになっている。また、これと同様に、電流回生用のダイオード１６６は、そのカソード端子１６６ａが正極１７１ａに接続されるとともに、そのアノード端子１６６ｂが電流検出回路１８１を介して電磁石巻線１５１の他端に接続されるようになっている。そして、電流検出回路１８１は、例えばホールセンサ式電流センサや電気抵抗素子で構成されている。

以上のように構成されるアンプ回路１５０は、一つの電磁石に対応されるものである。そのため、磁気軸受が５軸制御で、電磁石１０４、１０５、１０６Ａ、１０６Ｂが合計１０個ある場合には、電磁石のそれぞれについて同様のアンプ回路１５０が構成され、電源１７１に対して１０個のアンプ回路１５０が並列に接続されるようになっている。

さらに、アンプ制御回路１９１は、例えば、制御装置２００の図示しないディジタル・シグナル・プロセッサ部（以下、ＤＳＰ部という）によって構成され、このアンプ制御回路１９１は、トランジスタ１６１、１６２のｏｎ／ｏｆｆを切り替えるようになっている。

アンプ制御回路１９１は、電流検出回路１８１が検出した電流値（この電流値を反映した信号を電流検出信号１９１ｃという）と所定の電流指令値とを比較するようになっている。そして、この比較結果に基づき、ＰＷＭ制御による１周期である制御サイクルＴｓ内に発生させるパルス幅の大きさ（パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２）を決めるようになっている。その結果、このパルス幅を有するゲート駆動信号１９１ａ、１９１ｂを、アンプ制御回路１９１からトランジスタ１６１、１６２のゲート端子に出力するようになっている。

なお、回転体１０３の回転速度の加速運転中に共振点を通過する際や定速運転中に外乱が発生した際等に、高速かつ強い力での回転体１０３の位置制御をする必要がある。そのため、電磁石巻線１５１に流れる電流の急激な増加（あるいは減少）ができるように、電源１７１としては、例えば５０Ｖ程度の高電圧が使用されるようになっている。また、電源１７１の正極１７１ａと負極１７１ｂとの間には、電源１７１の安定化のために、通常コンデンサが接続されている（図示省略）。

かかる構成において、トランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにすると、電磁石巻線１５１に流れる電流（以下、電磁石電流ｉＬという）が増加し、両方をｏｆｆにすると、電磁石電流ｉＬが減少する。

また、トランジスタ１６１、１６２の一方をｏｎにし他方をｏｆｆにすると、いわゆるフライホイール電流が保持される。そして、このようにアンプ回路１５０にフライホイール電流を流すことで、アンプ回路１５０におけるヒステリシス損を減少させ、回路全体としての消費電力を低く抑えることができる。また、このようにトランジスタ１６１、１６２を制御することにより、ターボ分子ポンプ１００に生じる高調波等の高周波ノイズを低減することができる。さらに、このフライホイール電流を電流検出回路１８１で測定することで電磁石巻線１５１を流れる電磁石電流ｉＬが検出可能となる。

すなわち、検出した電流値が電流指令値より小さい場合には、図９に示すように制御サイクルＴｓ（例えば１００μｓ）中で１回だけ、パルス幅時間Ｔｐ１に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、正極１７１ａから負極１７１ｂへ、トランジスタ１６１、１６２を介して流し得る電流値ｉＬｍａｘ（図示せず）に向かって増加する。

一方、検出した電流値が電流指令値より大きい場合には、図１０に示すように制御サイクルＴｓ中で１回だけパルス幅時間Ｔｐ２に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｆｆにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、負極１７１ｂから正極１７１ａへ、ダイオード１６５、１６６を介して回生し得る電流値ｉＬｍｉｎ（図示せず）に向かって減少する。

そして、いずれの場合にも、パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２の経過後は、トランジスタ１６１、１６２のどちらか１個をｏｎにする。そのため、この期間中は、アンプ回路１５０にフライホイール電流が保持される。

図５において、（ａ）は図１のターボ分子ポンプを構成する回転体とロータ軸の説明図、（ｂ）は図５（ａ）中のＡ矢視図である。また、図６において、（ａ）は図１のターボ分子ポンプで採用した表面処理構成の説明図、（ｂ）は図５（ａ）中のＢ部の拡大図、（ｃ）は図５（ａ）中のＣ部の拡大図である。

図６（ａ）（ｂ）および（ｃ）を参照すると、回転体１０３の具体的な表面処理構成として、図１のターボ分子ポンプ１００では、回転体１０３は、その表面に、第１の表面処理層１Ａで覆われた第１の領域１と、第２の表面処理層２Ａで覆われた第２の領域２とを有し、第１の領域１と第２の領域２との境界部３は、それぞれの表面処理層１Ａ、２Ａが重なった領域３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）を有している。

なお、境界部３の定義としては、各々の表面処理層の境界だけでなく、重なった領域３を示す際にも使用する。

第１および第２の領域１、２の具体的な実施形態として、図１のターボ分子ポンプ１００では、第１の領域１は、円筒部１０２ｄ、１０２ｅの外面と回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）の表面に第１の表面処理層１Ａを設けたものとし、第２の領域２は、円筒部１０２ｄ、１０２ｅの内面に第２の表面処理層２Ａを設けたものとしている。

ここで、『円筒部１０２ｄ、１０２ｅの外面』とは、第１の円筒部１０２ｄの外面、第２の円筒部１０２ｅの外面、第２の円筒部１０２ｅの下端面、後述する凹部４の内底面と内側面を含む。

また、『円筒部１０２ｄ、１０２ｅの内面』とは、第１の円筒部１０２ｄの内面、第２の円筒部１０２ｅの内面、後述する凹部４の外底面（締結面４Ａ）、嵌合穴５（回転体１０３側の第１の穴）の内面、通し穴６（回転体１０３側の第２の穴）の内面を含む。

以上のような第１および第２の表面処理層１Ａ、２Ａの具体的な構成例として、図１のターボ分子ポンプでは、第２の表面処理層２Ａは、第１の表面処理層１Ａに比べて放射率が高くなるように構成している。このため、回転体１０３、具体的には回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）や第１又は第２の円筒部１０２ｅ、１０２ｄに蓄積される熱は、主に第２の表面処理層２Ａからこれに対向する部材（具体的には、ステータコラム１２２）に向けて放射される。

前記のような放射率の差を設ける手段として、図１のターボ分子ポンプ１００では、第１の表面処理層１Ａは無電解ニッケル－リンめっきで形成し、第２の表面処理層２Ａは無電解ニッケル－リンめっきの表面を酸化させることによって形成したが、これとは別の手段によって放射率に差を設けてもよい。また、そのめっき厚、すなわち第１および第２の表面処理層１Ａの厚みは２０μｍ程度としているが、これに限定されることはない。めっき厚は必要に応じて適宜変更することでき、また、第１の表面処理層１Ａと第２の表面処理層２Ｂとでめっき厚が異なる構成も採用し得る。

ところで、回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）からの熱の放射率を高め、回転翼１０２の応力腐食割れを防止するためには、回転翼１０２の第１の表面処理層１Ａを第２の表面処理層２Ａ同じく、無電解ニッケル－リンめっきの酸化によって形成することが望ましい。しかし、図１のターボ分子ポンプ１００の場合、その回転翼１０２は腐食性のガスに曝されること、および、第２の表面処理層２Ａのように最上層が酸化の被膜からなる表面処理層は腐食性ガスで浸食・劣化しやすいことから、図１のターボ分子ポンプ１００では、回転体１０２全体の中で特に腐食性のガスに曝される箇所、具体的には、円筒部１０２ｄ、１０２ｅの外面および回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）の表面処理層（第１の表面処理層１Ａ）は、無電解ニッケル－リンめっきで形成した。

図６（ａ）および（ｂ）を参照すると、第１の境界部３（３Ａ）は第２の円筒部１０２ｄの内面に位置する。さらに、そのような第１の境界部３（３Ａ）の具体的な配置構成例として、図６（ａ）および（ｂ）の例では、第２の円筒部１０２ｄの内面の端部付近に第１の境界部３（３Ａ）が配置されるように構成している。これは、回転体１０３の遠心力を利用して、境界部３（３Ａ）における第１の表面処理層１Ａと第２の表面処理層２Ａとの接合強度ないしは剥離強度を高めるためである。

すなわち、（１）回転体１０３の形状ないしは構造上、第２の円筒部１０２ｄの端部付近で回転体１０３の遠心力が大きくなること、および、（２）第１または第２の円筒部１０２ｅ、１０２ｄの外面に境界部３（３Ａ）を配置した場合は、その外面から離れる方向の遠心力が当該境界部３作用するのに対し、図６（ａ）および（ｂ）のように第１または第２の円筒部１０２ｅ、１０２ｄの内面に境界部３（３）を配置した場合は、その内面に向う方向の遠心力が当該境界部３に作用することで、第１または第２の円筒部１０２ｅ、１０２ｄの内面に向って境界部３（３Ａ）が押し付けられる。このことから、図６（ａ）および（ｂ）の例では、前述の通り、第２の円筒部１０２ｄの内面の端部付近に第１の境界部３（３Ａ）が配置されるように構成することで、第１の境界部３（３Ａ）における第１の表面処理層１Ａと第２の表面処理層２Ａの剥離を効果的に防止できるようにした。

また、図６（ａ）および（ｂ）の例では、回転体１０３からステータコラム１２２側への熱の放射量を増やすため、第１の境界部３（３Ａ）では、第１の表面処理層１Ａの上に第２の表面処理層２Ａが重ねて配置される形態を採用することにより、第２の表面処理層２Ａの表面積を可能な限り大きく設けるように構成している。しかし、これに限定されることはない。第２の表面処理層２Ａの上に第１の表面処理層１Ａが重ねて配置される形態を採用することも可能である。

図５（ａ）、図６（ａ）および図７を参照すると、回転体１０３の中心にロータ軸１１３を取付けるための締結部ＣＮの具体的な構造例として、図１のターボ分子ポンプ１００では、（１）回転体１０３の端部に凹部４を設け、この凹部４の内底面の中心部に回転体１０３側の第１の穴として嵌合穴５を形成し、その嵌合穴５の周囲に同回転体１０３側の第２の穴として通し穴６、６・・・を複数形成した構造、（２）凹部４の外底面を締結面４Ａとし、この締結面４Ａと対向するフランジ７がロータ軸１１３の外周に形成される構造、ロータ軸１１３の先端部が嵌合穴５に嵌合し、回転体１０３とロータ軸１１３とを締結するためのボルト８が通し穴６、６…に挿入された状態でフランジ７の図示しないネジ穴に締付け固定される構造、および（４）ボルト８の頭部とフランジ７との間に座金部材９が配置される構造を採用している。

締結部ＣＮでは、前述の通り、ロータ軸１１３の先端部が回転体１０３側の嵌合穴５（第１の穴）に嵌合した状態になっているほか、その嵌合穴５の開口縁部若しくはその周囲に第２の境界部３（３Ｂ）が位置する構成になっており、嵌合穴５の内面に境界部３は何もない。

ここで、前記『嵌合穴５の開口縁部若しくはその周囲』とは、嵌合穴５（第１の穴）の開口縁部若しくはその周囲と対向する部材（具体的には、座金部材８）が凹部４の内底面に接触する範囲をいう。したがって、この範囲内で第２の境界部３（３Ｂ）が配置されるように構成してもよい。

ところで、第２の境界部３（３Ｂ）の配置場所に関する他の実施形態として、図示は省略するが、先に説明した第２の境界部３（３Ｂ）が嵌合穴５の内面に配置される構成も考え得る。しかし、第２の境界部３（３Ｂ）の厚さは、それ以外の第１の表面処理層１Ａや第２の表面処理層２Ａの部分の厚さに比べて厚い。このため、前記のように第２の境界部３（３Ｂ）が嵌合穴５の内面に配置される構成では、例えば、組立時の圧入の力を増加させたり、焼き嵌めの温度差をさらに大きくしたりする必要があり、組立作業性が低下する恐れがある。また、嵌合した後でも、その第２の境界部３（３Ｂ）を基点としてロータ軸１１３が傾くなど、嵌合穴５に対して精度よくロータ軸１１３を嵌合させることができない等の不具合が想定される。

しかしながら、図１で示す本願の実施形態のターボ分子ポンプでは、前述の通り嵌合穴５（第１の穴）の内面に第２の境界部３（３Ｂ）は無いから、第２の境界部３（３Ｂ）が嵌合穴５に対するロータ軸１１３の嵌合障害になることもなく、嵌合穴５に対して精度よくロータ軸１１３を嵌合させることができるという利点がある。

図７および図６（ｃ）を参照すると、図１で示す本願の実施形態のターボ分子ポンプでは、嵌合穴５（第１の穴）の開口縁部若しくはその周囲と対向する部材の面（具体的に、凹部４の内底面に接触する座金部材９の下面）に、第２の境界部３（３Ｂ）に対応する逃げ部１０を設けている。この逃げ部１０は溝の形状でも段差の形状でもよい。

前述の通り、第２の境界部３（３Ｂ）では第１の表面処理層１Ａと第２の表面処理層２Ａとが重なった状態になっているので、第２の境界部３（３Ｂ）の厚さは、それ以外の第１の表面処理層１Ａや第２の表面処理層２Ａの部分の厚さに比べて厚い。このような部分的な増厚を何ら考慮せずに、締結部ＣＮで回転体１０３とロータ軸１１３とを締結した場合は、例えば座金部材９が傾いて配置され、回転体１０３とロータ軸１１３の締結状態が安定しない等の不具合が想定される。しかし、図１で示す本願の実施形態のターボ分子ポンプ１００では、前述の通り、第２の境界部３（３Ｂ）に対応する逃げ部１０が設けられ、その逃げ部１０内に第２の境界部３（３Ｂ）が収容されることで、第２の境界部３（３Ｂ）の厚みは吸収されるから、第２の境界部３（３Ｂ）の厚みが回転体１０３とロータ軸１１３の締結状態に影響を与えることはなく、安定な締結状態が得られ、また第２の境界部３（３Ｂ）の厚さを厳格に管理する必要もなく、その管理の手間も省くことができる。

さらに、締結部ＣＮでは、前述の通り、ロータ軸１１３の先端部が嵌合穴５（回転体側の第１の穴）に嵌合した状態になっているほか、その回転体１０３とロータ軸１１３とを締結するためのボルト８が通し穴６（回転体側の第２の穴）から挿入された状態になっていて、その通し穴６の内面に第３の境界部３（３Ｃ）が位置するように構成してある（図６（ｃ）参照）。この構成の場合、ボルト８の胴部と通し穴６との間に設けられる所定の隙間に、第３の境界部３（３Ｃ）が配置される構造になる。なお、通し穴６は、嵌合穴５と比べて、高い精度の寸法管理が必要とされる個所ではないため、表面処理層の重なり部である第３の境界部３（３Ｃ）が配置されていても、大きな問題とならない。

ところで、第３の境界部３（３Ｃ）の配置場所に関する他の実施形態として、図示は省略するが、通し穴６の開口縁部またはその周囲に第３の境界部３（３Ｃ）が配置される構成も考え得る。しかし、この構成では、前述の逃げ部１０を設けなかった場合と同様の組立作業性の低下や不具合（回転体１０３とロータ軸１１３の締結状態が安定しない等）が想定される。この一方、図１で示す本願の実施形態のターボ分子ポンプ１００では、前述の通り、第３の境界部３（３Ｃ）は通し穴６の内面に位置することで通り穴６とボルト８の胴部との隙間に配置される構造になるから、第３の境界部３（３Ｃ）が回転体１０３とロータ軸１１３との締結状態に影響を与えることはなく、この点でも、安定な締結状態が得られ、また、第３の境界部３（３Ｃ）の厚さを厳格に管理する必要もなく、その管理の手間も省くことができる。

以上説明したように、本実施形態の真空ポンプとその回転体によると、回転体１０３はその表面に第１の表面処理層１Ａで覆われた第１の領域１と、第２の表面処理層２Ａで覆われた第２の領域２とを有し、第１の領域１と第２の領域２との境界部３は、それぞれの表面処理層１Ａ、２Ａが重なった領域があるという構成を採用した。このため、境界部３において回転体１０３の母材（アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属）が露出せず、露出した母材が腐食性ガスに曝されるおそれが殆どなくなる点で、回転体１０３の応力腐食割れを効果的に防止することができ、優れた耐食性を備えるものである。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形が可能である。

１ 第１の領域
１Ａ 第１の表面処理層
２ 第２の領域
２Ａ 第２の表面処理層
３ 境界部
３Ａ 第１の境界部
３Ｂ 第２の境界部
３Ｃ 第３の境界部
４ 凹部
５ 嵌合穴（回転体側の第１の穴）
６ 通し穴
７ フランジ
８ ボルト
９ 座金部材
１００ ターボ分子ポンプ
１０１ 吸気口
１０２ 回転翼
１０２ｄ 第２の円筒部
１０２ｅ 第１の円筒部
１０３ 回転体
１０４ 上側径方向電磁石
１０６Ａ、１０６Ｂ 軸方向電磁石
１０７ 上側径方向センサ
１０９ 軸方向センサ
１１１ 金属ディスク
１１３ ロータ軸
１２０ 保護ベアリング
１２１ モータ
１２２ ステータコラム
１２３ 固定翼
１２５ 固定翼スペーサ
１２７ 外筒
１２９ ベース部
１３１ ネジ付スペーサ
１３１ａ ネジ溝
１３３ 排気口
１４１ 電子回路部
１４９ 水冷管
１４３ 基板
１４５ 底蓋
１５０ アンプ回路
１７１ 電源
１８１ 電流検出回路
１９１ アンプ制御回路
２００ 制御装置
ＣＮ 締結部

Claims (10)

1. 回転体の回転によりガスを排気する真空ポンプにおいて、
   前記回転体は、その表面に、第１の表面処理層で覆われた第１の領域と第２の表面処理層で覆われた第２の領域とを有し、
   前記第１の領域と前記第２の領域との境界部は、それぞれの表面処理層が重なった領域があること
   を特徴とする真空ポンプ。
2. 前記回転体は、円筒部の外周部に回転翼を形成した形状になっていて、
   前記境界部が、前記円筒部の内面に位置すること
   を特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記境界部が、前記円筒部の内面の端部付近に位置すること
   を特徴とする請求項２に記載の真空ポンプ。
4. 前記回転体の中心には、締結部を介してロータ軸が取付けられており、
   前記締結部では、前記ロータ軸の先端部が前記回転体側の第１の穴に嵌合した状態になっていて、
   前記境界部が、前記第１の穴の開口縁部若しくはその周囲に位置すること
   を特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
5. 前記第１の穴の前記開口縁部若しくはその周囲と対向する部材の面に、前記境界部に対応する逃げ部を設けたこと
   を特徴とする請求項４に記載の真空ポンプ。
6. 前記回転体の中心にはロータ軸の先端部が嵌合するための第１の穴が設けられ、
   前記境界部が前記第１の穴の内面に無いこと
   を特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
7. 前記回転体の中心には、締結部を介してロータ軸が取付けられており、
   前記締結部では、前記回転体と前記ロータ軸とを締結するためのボルトが前記回転体側の第２の穴から挿入された状態になっていて、
   前記境界部が、前記第２の穴の内面に位置すること
   を特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
8. 前記第１の領域は、前記円筒部の外面および前記回転翼の表面に設けられ、
   前記第２の領域は、前記円筒部の内面に設けられていること
   を特徴とする請求項２に記載の真空ポンプ。
9. 前記第２の表面処理層は、前記第１の表面処理層に比べて放射率が高いこと
   を特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の真空ポンプ。
10. ガスを排気する真空ポンプの回転体であって、前記回転体は、その表面に、第１の表面処理層で覆われた第１の領域と第２の表面処理層で覆われた第２の領域とを有し、前記第１の領域と前記第２の領域との境界部は、それぞれの表面処理層が重なった領域があること
    を特徴とする真空ポンプの回転体。

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