JP2022111724A - 真空ポンプ、回転体、カバー部および回転体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シャフトの頂部と腐食性ガスの接触を回避することで、シャフトからの発塵を防止し、かつ回転体のバランス修正機能を備えた真空ポンプを提供すること。
【解決手段】本実施形態に係る真空ポンプでは、回転軸と、この回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体と、回転軸の頂部と貫通孔を覆うように、回転体に固定されるカバー部とを備えており、カバー部は、回転体のバランス修正機能を備え、かつ、排気ガスに対する耐腐食性を有している。カバー部を設けることで、シャフトの頂部と腐食性ガスの接触を回避でき、シャフトからの発塵を防止することができ、カバー部が回転体のバランス修正機能を備えているため、回転体のアンバランスを修正することができる。
【選択図】図５
【解決手段】本実施形態に係る真空ポンプでは、回転軸と、この回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体と、回転軸の頂部と貫通孔を覆うように、回転体に固定されるカバー部とを備えており、カバー部は、回転体のバランス修正機能を備え、かつ、排気ガスに対する耐腐食性を有している。カバー部を設けることで、シャフトの頂部と腐食性ガスの接触を回避でき、シャフトからの発塵を防止することができ、カバー部が回転体のバランス修正機能を備えているため、回転体のアンバランスを修正することができる。
【選択図】図５
Description
本発明は、真空ポンプ、回転体、カバー部および回転体の製造方法に関する。
詳しくは、回転体のシャフトの頂部を回転体に固定されるカバー部により覆うことにより、回転体のバランス修正を行いつつ、排気ガスに対する耐腐食性を有する真空ポンプ、回転体、カバー部および回転体の製造方法に関する。
詳しくは、回転体のシャフトの頂部を回転体に固定されるカバー部により覆うことにより、回転体のバランス修正を行いつつ、排気ガスに対する耐腐食性を有する真空ポンプ、回転体、カバー部および回転体の製造方法に関する。
真空ポンプは、回転軸（シャフト）に固定された回転翼と固定翼とを備え、回転軸を高速回転させ、高速回転している回転翼と固定翼との相互作用により、高真空が要求されるプロセスチャンバ内の空気の真空排気を行う。排気されるガスには、例えば塩素や硫化フッ素系の腐食性のガスも存在し、これら腐食性ガスと、例えばシャフトが接触するとシャフト表面から発塵が生じる恐れがあった。
例えば、回転翼と回転軸（シャフト）の締結構造として、シャフト（ロータ軸）の頂部が回転翼ならびにバランスを取るための座金から突出するような構造がある。
これに対して、特許文献１に記載されているように、ロータ８（回転翼）の内外周面に無電解メッキにより腐食防止皮膜を形成したり、耐腐食性の接着剤または塗料を塗布することにより、腐食を防止していた。
例えば、回転翼と回転軸（シャフト）の締結構造として、シャフト（ロータ軸）の頂部が回転翼ならびにバランスを取るための座金から突出するような構造がある。
これに対して、特許文献１に記載されているように、ロータ８（回転翼）の内外周面に無電解メッキにより腐食防止皮膜を形成したり、耐腐食性の接着剤または塗料を塗布することにより、腐食を防止していた。
特許文献１には、ターボ分子ポンプの回転体に、耐腐食処理を行うことで腐食性のガスから守りつつ、長期間に亘り回転体のバランス取りを行うことができる真空ポンプが開示されている。
ところで、真空ポンプにおいて、シャフトの頂部は、吸気口から取り入れた腐食性ガスと最初に接触する箇所であり、最も腐食性ガスの影響を受け易く、何らかの対策が必要であった。特に、このシャフトの頂部が腐食性ガスに接触することで発塵すると、吸気口からプロセスチャンバへ逆流して製品（ウエハ）の品質に悪影響を与える恐れがあった。
一方、回転軸の頂部に耐腐食処理を施すと、シャフトとシャフトに固定された回転翼とからなる回転体のバランスに不可避的に影響を与えてしまうことになる。
一方、回転軸の頂部に耐腐食処理を施すと、シャフトとシャフトに固定された回転翼とからなる回転体のバランスに不可避的に影響を与えてしまうことになる。
本発明は、シャフトの頂部と腐食性ガスの接触を回避することで、シャフトからの発塵を防止し、かつ回転体のバランス修正機能を備えた真空ポンプ、回転体、カバー部および回転体の製造方法を提供することを目的とする。
請求項１記載の本願発明では、回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を前記頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体と、前記回転軸の頂部と前記貫通孔を覆うように、前記回転体に固定されるカバー部とを備えた真空ポンプであって、前記カバー部は、前記回転体のアンバランスを修正するためのバランス修正機能を備え、かつ、排気ガスに対する耐腐食性を有することを特徴とする真空ポンプを提供する。
請求項２記載の本願発明では、前記カバー部の排気ガスに対する耐腐食性は、耐腐食性の表面処理を施してあることにより達成することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプを提供する。
請求項３記載の本願発明では、前記カバー部は、前記回転体を固定または支持するための工具と嵌合する部分を備え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を提供する。
請求項４記載の本願発明では、前記バランス修正機能は、前記カバー部に設けられた凹部に配置されたバランス修正錘により行われ、該バランス修正錘は排気ガスに対する耐腐食性を有することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の真空ポンプを提供する。
請求項５記載の本願発明では、前記バランス修正錘は、排気ガスに対する耐腐食性の表面処理を施してあることを特徴とする請求項４に記載の真空ポンプを提供する。
請求項６記載の本願発明では、回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を前記頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体であって、前記回転軸の頂部と前記貫通孔を覆うように、前記回転体に固定されるカバー部をさらに備え、前記カバー部は、前記回転体のアンバランスを修正するためのバランス修正機能を備え、かつ、排気ガスに対する耐腐食性を有することを特徴とする回転体を提供する。
請求項７記載の本願発明では、回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を前記頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体の前記回転軸の頂部と前記貫通孔を覆うように、前記回転体に固定されるカバー部であって、前記回転体のアンバランスを修正するためのバランス修正機能を備え、かつ、排気ガスに対する耐腐食性を有することを特徴とするカバー部を提供する。
請求項８記載の本願発明では、回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を前記頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体の製造方法であって、排気ガスに対する耐腐食性を有するカバー部を前記回転軸の頂部と前記貫通孔を覆うように、前記回転体に固定し、前記カバー部を固定した状態で前記回転体のアンバランスを修正することを特徴とする回転体の製造方法を提供する。
請求項２記載の本願発明では、前記カバー部の排気ガスに対する耐腐食性は、耐腐食性の表面処理を施してあることにより達成することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプを提供する。
請求項３記載の本願発明では、前記カバー部は、前記回転体を固定または支持するための工具と嵌合する部分を備え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を提供する。
請求項４記載の本願発明では、前記バランス修正機能は、前記カバー部に設けられた凹部に配置されたバランス修正錘により行われ、該バランス修正錘は排気ガスに対する耐腐食性を有することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の真空ポンプを提供する。
請求項５記載の本願発明では、前記バランス修正錘は、排気ガスに対する耐腐食性の表面処理を施してあることを特徴とする請求項４に記載の真空ポンプを提供する。
請求項６記載の本願発明では、回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を前記頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体であって、前記回転軸の頂部と前記貫通孔を覆うように、前記回転体に固定されるカバー部をさらに備え、前記カバー部は、前記回転体のアンバランスを修正するためのバランス修正機能を備え、かつ、排気ガスに対する耐腐食性を有することを特徴とする回転体を提供する。
請求項７記載の本願発明では、回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を前記頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体の前記回転軸の頂部と前記貫通孔を覆うように、前記回転体に固定されるカバー部であって、前記回転体のアンバランスを修正するためのバランス修正機能を備え、かつ、排気ガスに対する耐腐食性を有することを特徴とするカバー部を提供する。
請求項８記載の本願発明では、回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を前記頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体の製造方法であって、排気ガスに対する耐腐食性を有するカバー部を前記回転軸の頂部と前記貫通孔を覆うように、前記回転体に固定し、前記カバー部を固定した状態で前記回転体のアンバランスを修正することを特徴とする回転体の製造方法を提供する。
本発明によれば、カバー部でシャフトの頂部と、回転翼に設けられた該シャフトを貫通させる貫通孔を覆うことで、腐食性ガスとシャフト、特にシャフトの頂部との接触を防止し、かつ、カバー部に備えたバランス修正機能により、回転体のバランスを修正することができる。
（ｉ）実施形態の概要
本発明の実施形態に係る真空ポンプでは、回転軸と、この回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体と、回転軸の頂部と貫通孔を覆うように、回転体に固定されるカバー部とを備えており、カバー部は、回転体のアンバランスを修正するためのバランス修正機能を備え、かつ、排気ガスに対する耐腐食性を有している。
本発明の実施形態に係る真空ポンプでは、回転軸と、この回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体と、回転軸の頂部と貫通孔を覆うように、回転体に固定されるカバー部とを備えており、カバー部は、回転体のアンバランスを修正するためのバランス修正機能を備え、かつ、排気ガスに対する耐腐食性を有している。
本実施形態では、カバー部を設けることで、シャフトの頂部（ロータ軸頂部）と腐食性ガスの接触を回避でき、シャフトからの発塵を防止することができる。また、カバー部が回転体のバランス修正機能を備えているため、カバー部をシャフトの頂部に設けても回転体のアンバランスを修正することができる。
（ｉｉ）実施形態の詳細
以下、本発明の好適な実施形態について、図１から図１１を参照して詳細に説明する。
なお、本実施形態の特徴部分であるカバー部５００については、図５から図８で詳細に説明する。
以下、本発明の好適な実施形態について、図１から図１１を参照して詳細に説明する。
なお、本実施形態の特徴部分であるカバー部５００については、図５から図８で詳細に説明する。
このターボ分子ポンプ（真空ポンプ）１００の縦断面図を図１に示す。図１において、ターボ分子ポンプ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。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の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸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。
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。
この制御装置２００においては、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。
そして、このロータ軸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、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。
このように、制御装置２００は、この軸方向電磁石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。
一方、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・・・）に続く最下部には円筒部１０２ｄが垂下されている。この円筒部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２に示す。
図２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３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４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は、本実施形態に係る真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）のカバー部５００を含む概略構成例を示した図である。また、図６は、本実施形態に係る回転体の概略構成例を示した図である。
図５に示すように、カバー部５００は、ロータ軸１１３のロータ軸頂部２１０に被せるように設置される。このカバー部５００を設置することで、ロータ軸頂部２１０及びこのロータ軸頂部２１０を貫通させるために回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）に開けられた貫通孔２２０を完全に覆うことができる。このカバー部５００は、締結用ボルト５６０により回転翼１０２に固定される。
このカバー部５００は、プロセスガスと接触するため、耐腐食性の表面処理を施すことが好ましい。
このカバー部５００により、吸気口１０１から取り入れたプロセスガスとロータ軸頂部２１０との接触を回避でき、また貫通孔２２０を通って更に内部にプロセスガスが入り込むことを防止することができる。
図５に示すように、カバー部５００は、ロータ軸１１３のロータ軸頂部２１０に被せるように設置される。このカバー部５００を設置することで、ロータ軸頂部２１０及びこのロータ軸頂部２１０を貫通させるために回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）に開けられた貫通孔２２０を完全に覆うことができる。このカバー部５００は、締結用ボルト５６０により回転翼１０２に固定される。
このカバー部５００は、プロセスガスと接触するため、耐腐食性の表面処理を施すことが好ましい。
このカバー部５００により、吸気口１０１から取り入れたプロセスガスとロータ軸頂部２１０との接触を回避でき、また貫通孔２２０を通って更に内部にプロセスガスが入り込むことを防止することができる。
図７は、本発明の実施形態に係るカバー部５００の概略構成例を示した図であり、図８は、図７に示したカバー部５００の斜視図である。
カバー部５００は、ロータ軸頂部２１０及び貫通孔２２０覆うためにシルクハットのような形状をしており、キャップ部５１０と座金部５２０とから形成されている。このカバー部５００は、バランスを取る機能もあるため、可能な限りロータ軸１１３と同心であり、かつ真円であることが望ましい。
キャップ部５１０は、ロータ頂部２１０を覆うために、ロータ頂部２１０の形状と係合する形状になっている。
更に、座金部５２０は、カバー部５００と回転翼１０２とを固定するのみならず、回転翼１０２とロータ軸１１３を締結する働きをし、複数（本実施例では８箇所）のボルト用貫通孔５３０が設けられている。なお、このボルト用貫通孔５３０は８箇所に限定されるものでなく、例えば、２箇所、４箇所、６箇所など他の個数であってもよい。
このボルト用貫通孔５３０は、座金部５２０を貫通しており、カバー部５００の設置時に、締結用ボルト５６０を通してカバー部と回転翼１０２およびロータ軸１１３とを固定（締結）する（ロータ軸１１３側にネジが切ってある）。
なお、カバー部５００と回転翼１０２の固定方法として、回転翼１０２側にネジを切ってあっても良い。
なお、この締結用ボルト５６０は、プロセスガスと接触するため、耐腐食の表面処理を行うか、耐腐食性のある素材とすることが望ましい。
カバー部５００は、ロータ軸頂部２１０及び貫通孔２２０覆うためにシルクハットのような形状をしており、キャップ部５１０と座金部５２０とから形成されている。このカバー部５００は、バランスを取る機能もあるため、可能な限りロータ軸１１３と同心であり、かつ真円であることが望ましい。
キャップ部５１０は、ロータ頂部２１０を覆うために、ロータ頂部２１０の形状と係合する形状になっている。
更に、座金部５２０は、カバー部５００と回転翼１０２とを固定するのみならず、回転翼１０２とロータ軸１１３を締結する働きをし、複数（本実施例では８箇所）のボルト用貫通孔５３０が設けられている。なお、このボルト用貫通孔５３０は８箇所に限定されるものでなく、例えば、２箇所、４箇所、６箇所など他の個数であってもよい。
このボルト用貫通孔５３０は、座金部５２０を貫通しており、カバー部５００の設置時に、締結用ボルト５６０を通してカバー部と回転翼１０２およびロータ軸１１３とを固定（締結）する（ロータ軸１１３側にネジが切ってある）。
なお、カバー部５００と回転翼１０２の固定方法として、回転翼１０２側にネジを切ってあっても良い。
なお、この締結用ボルト５６０は、プロセスガスと接触するため、耐腐食の表面処理を行うか、耐腐食性のある素材とすることが望ましい。
座金部５２０には、更にバランス錘用ネジ穴５４０が設けられている。図に示す実施形態では、このバランス錘用ネジ穴５４０は、２４箇所設けられているが、この個数は適宜設定することができる。
このバランス錘用ネジ穴５４０には、バランス錘用ネジ５７０を取り付けるため、内部にネジが切ってある。図７には、バランス錘用ネジ穴５４０に、バランス錘用ネジ５７０を取り付けたところを示している。
このバランス錘用ネジ穴５４０に、バランスを調整しながら、バランス錘用ネジ５７０を取り付けることで、高速回転する回転体（回転翼１０２及びロータ軸１１３）のバランスを修正することができる。
なお、本実施形態では、カバー部５００を固定した状態でアンバランスを修正することができる。
このバランス錘用ネジ穴５４０には、バランス錘用ネジ５７０を取り付けるため、内部にネジが切ってある。図７には、バランス錘用ネジ穴５４０に、バランス錘用ネジ５７０を取り付けたところを示している。
このバランス錘用ネジ穴５４０に、バランスを調整しながら、バランス錘用ネジ５７０を取り付けることで、高速回転する回転体（回転翼１０２及びロータ軸１１３）のバランスを修正することができる。
なお、本実施形態では、カバー部５００を固定した状態でアンバランスを修正することができる。
このバランス錘用ネジ５７０は、プロセスガスと接触するため、耐腐食性があることが好ましい。例えば、耐腐食の表面処理を施してあることがあげられる。
このように、カバー部５００は、ロータ軸頂部２１０とプロセスガスの接触を回避し、かつカバー部を取り付けた際の回転体のバランスを修正する機能を備えている。
このように、カバー部５００は、ロータ軸頂部２１０とプロセスガスの接触を回避し、かつカバー部を取り付けた際の回転体のバランスを修正する機能を備えている。
カバー部５００の頂部には、嵌合部５５０が設けられている。この嵌合部５５０は、この回転翼１０２を組み付ける工程で、所定の工具と嵌合する形状になっており、工具によって嵌合することで、カバー部５００を介して回転翼１０２の支持や固定する役目を果たすことが出来、後述するような回転体組付工程時に一役を発揮する。
カバー部５００の材質は、ロータ軸１１３（ロータ軸頂部２１０）よりも耐腐食性のある素材であることが望ましい。例えば、カバー部５００の材質として、ステンレスの中でも耐腐食性が高い、ＳＵＳ３１６を用いることができる。
次に、本実施形態における回転体組付工程を説明する。
図９は、本実施形態における回転体組付工程（アーマチャディスク固定前）、図１０は、本実施形態における回転体組付工程（アーマチャディスク固定後）、図１１は、本実施形態における回転体組付工程（シャフト締結）を説明するための図である。
図９は、本実施形態における回転体組付工程（アーマチャディスク固定前）、図１０は、本実施形態における回転体組付工程（アーマチャディスク固定後）、図１１は、本実施形態における回転体組付工程（シャフト締結）を説明するための図である。
図９に示すように、アーマチャディスク３１０の固定前に、ワッシャ３００、アーマチャディスク３１０及びナット３２０を順次組み付ける。
ワッシャ３００は、位置合わせを行うためのものであり、アーマチャディスク３１０からの磁束の回り込みを防ぐ目的もある。
アーマチャディスク３１０は、磁性材よりなり、電磁石によって吸引力を働かせるためのディスクである。
ナット３２０は、アーマチャディスク３１０を締め付けて固定する。
ワッシャ３００は、位置合わせを行うためのものであり、アーマチャディスク３１０からの磁束の回り込みを防ぐ目的もある。
アーマチャディスク３１０は、磁性材よりなり、電磁石によって吸引力を働かせるためのディスクである。
ナット３２０は、アーマチャディスク３１０を締め付けて固定する。
続いて、図１０に示すように、ナット３２０を工具７００で締め付けてワッシャ３００及びアーマチャディスク３１０を固定する。このとき、ロータ軸１１３が回転して締め付けができなくなることを防止するため、カバー部５００を工具６００で固定する。この工具６００は、カバー部５００の頂部に設けた嵌合部５５０と嵌合する形状になっている。
カバー部５００は、回転翼１０２およびロータ軸１１３と固定（締結）された状態になっているため、カバー部５００の頂部に設けた嵌合部５５０が工具６００で固定されることによって、回転翼１０２およびロータ軸１１３が回転することなくナット３２０を容易に締め付けることができる。
カバー部５００は、回転翼１０２およびロータ軸１１３と固定（締結）された状態になっているため、カバー部５００の頂部に設けた嵌合部５５０が工具６００で固定されることによって、回転翼１０２およびロータ軸１１３が回転することなくナット３２０を容易に締め付けることができる。
続いて、工程の順番は前後するが、回転体組付時（シャフト締結時）について説明する。
図１１に示すように、締結用ボルト５６０を工具８００を用いて締結する。このときも、ロータ軸１１３が回転して締め付けができなくなることを防止するため、カバー部５００を工具６００で固定する。
こうして、カバー部５００と回転翼１０２およびロータ軸１１３とを容易にかつ確実に締結することができる。
図１１に示すように、締結用ボルト５６０を工具８００を用いて締結する。このときも、ロータ軸１１３が回転して締め付けができなくなることを防止するため、カバー部５００を工具６００で固定する。
こうして、カバー部５００と回転翼１０２およびロータ軸１１３とを容易にかつ確実に締結することができる。
なお、本発明の実施形態および各変形例は、必要に応じて各々を組み合わせる構成にしてもよい。
また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができる。そして、本発明が当該改変されたものに及ぶことは当然である。
１００ ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
１０１ 吸気口
１０２ 回転翼
１０２ｄ 円筒部
１０３ 回転体
１１３ ロータ軸
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
２００ 制御装置
２１０ ロータ軸頂部
２２０ 貫通孔
３００ ワッシャ
３１０ アーマチャディスク
３２０ ナット
５００ カバー部
５１０ キャップ部
５２０ 座金部
５３０ ボルト用貫通孔
５４０ バランス錘用ネジ穴
５５０ 嵌合部
５６０ 締結用ボルト
５７０ バランス錘用ネジ
６００、７００、８００ 工具
１０１ 吸気口
１０２ 回転翼
１０２ｄ 円筒部
１０３ 回転体
１１３ ロータ軸
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
２００ 制御装置
２１０ ロータ軸頂部
２２０ 貫通孔
３００ ワッシャ
３１０ アーマチャディスク
３２０ ナット
５００ カバー部
５１０ キャップ部
５２０ 座金部
５３０ ボルト用貫通孔
５４０ バランス錘用ネジ穴
５５０ 嵌合部
５６０ 締結用ボルト
５７０ バランス錘用ネジ
６００、７００、８００ 工具
Claims (8)
- 回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を前記頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体と、
前記回転軸の頂部と前記貫通孔を覆うように、前記回転体に固定されるカバー部とを備えた真空ポンプであって、
前記カバー部は、前記回転体のアンバランスを修正するためのバランス修正機能を備え、かつ、排気ガスに対する耐腐食性を有することを特徴とする真空ポンプ。
- 前記カバー部の排気ガスに対する耐腐食性は、耐腐食性の表面処理を施してあることにより達成することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
- 前記カバー部は、前記回転体を固定または支持するための工具と嵌合する部分を備え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。
- 前記バランス修正機能は、前記カバー部に設けられた凹部に配置されたバランス修正錘により行われ、該バランス修正錘は排気ガスに対する耐腐食性を有することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の真空ポンプ。
- 前記バランス修正錘は、排気ガスに対する耐腐食性の表面処理を施してあることを特徴とする請求項４に記載の真空ポンプ。
- 回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を前記頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体であって、
前記回転軸の頂部と前記貫通孔を覆うように、前記回転体に固定されるカバー部をさらに備え、
前記カバー部は、前記回転体のアンバランスを修正するためのバランス修正機能を備え、かつ、排気ガスに対する耐腐食性を有することを特徴とする回転体。
- 回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を前記頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体の前記回転軸の頂部と前記貫通孔を覆うように、前記回転体に固定されるカバー部であって、
前記回転体のアンバランスを修正するためのバランス修正機能を備え、かつ、排気ガスに対する耐腐食性を有することを特徴とするカバー部。
- 回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸の頂部を貫通させる貫通孔を有し、該貫通孔を前記頂部に貫通させて固定される回転翼と、を備えた回転体の製造方法であって、
排気ガスに対する耐腐食性を有するカバー部を前記回転軸の頂部と前記貫通孔を覆うように、前記回転体に固定し、前記カバー部を固定した状態で前記回転体のアンバランスを修正することを特徴とする回転体の製造方法。
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