JP2023032716A - 真空ポンプおよび固定部品 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ溝ポンプ部のガス流路へのガス分子の堆積を抑制できるとともに、固定翼の最下段の近傍のガス流路へのガス分子の堆積を抑制できる真空ポンプおよび固定部品を提供する。【解決手段】ケーシング２１０と、ロータ軸１１３と、複数段の回転翼１０２と、ケーシング２１０に対して固定される複数段の固定翼１２３と、複数段の回転翼１０２および複数段の固定翼１２３の下流側に配置された、ねじ溝ポンプ部の一部を構成するねじ溝スペーサ１３１と、ねじ溝スペーサ１３１を支持し加熱するヒータスペーサ２６０と、を備えた真空ポンプ１００であって、ねじ溝スペーサ１３は、ねじ溝ポンプ部の一部を構成するポンプ側固定部１３８と、複数段の固定翼１２３のうち最下段の固定翼１２３ｆを支持する固定翼支持部１３５と、ポンプ側固定部１３８から固定翼支持部１３５への熱の移動を制限する熱抵抗増加構造１３７と、を備えている。【選択図】図５

Description

本発明は、真空ポンプおよび固定部品に関する。

半導体製造装置、液晶製造装置、電子顕微鏡、表面分析装置または微細加工装置等は、装置内の環境を高度の真空状態にすることが必要である。これらの装置の内部を高度の真空状態とするために、真空ポンプが用いられている。使用される真空ポンプの例として、例えば、ターボ分子ポンプとねじ溝ポンプとを組み合わせた複合ポンプが挙げられる。

ターボ分子ポンプとねじ溝ポンプとを組み合わせた真空ポンプは、例えば特許文献１に開示されるように、軸方向に交互に配列された回転翼および固定翼を有するターボポンプの下流側に、ねじ溝ポンプが配置される。吸気口より取込まれた排気ガスは、ターボ分子ポンプとねじ溝ポンプによって圧縮されて、排気口より真空ポンプの外部に排出される。

ねじ溝ポンプは、回転するロータ円筒部と、ロータを収容するケーシング側のねじ溝スぺーサにより構成される。ロータ円筒部またはねじ溝スぺーサの対向する表面には、ねじ溝が形成される。このため、ロータ円筒部がねじ溝スぺーサの内部で回転することで、気体を排気口側へ移送することができる。

排気ガスは、ターボ分子ポンプでは、分子流の挙動を示すが、ねじ溝ポンプおよびそれよりも下流の流路においては、比較的圧力が高くなっていることで、粘性流のような挙動を示す。このため、ねじ溝ポンプおよびそれよりも下流の流路の、排気ガスの流れが淀む箇所で、副生成物が析出しやすい。このため、ねじ溝スぺーサは、排気ガス中の副生成物の析出により流路が閉塞しないように、ヒータなどで高温化される。

特開２０１９－９０３９８号公報

ところで、近年、真空ポンプの排気ガスの高流量化が進んでいる。これにより、ターボポンプの固定翼においても、ガスが固化して堆積する現象が発生している。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、ねじ溝ポンプ部のガス流路へのガス分子の堆積を抑制できるとともに、固定翼の最下段の近傍のガス流路へのガス分子の堆積を抑制できる真空ポンプおよび固定部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る真空ポンプは、ケーシングと、前記ケーシングの内部に、回転自在に支持されたロータ軸と、前記ロータ軸に固定され、前記ロータ軸と共に回転可能な複数段の回転翼と、前記ケーシングに対して固定され、かつ、前記複数段の回転翼間に配置される複数段の固定翼と、前記複数段の回転翼および前記複数段の固定翼の下流側に配置された、ねじ溝ポンプ部の一部を構成する固定部品と、前記固定部品を支持し加熱する加熱部品と、を備えた真空ポンプであって、前記固定部品は、前記ねじ溝ポンプ部の一部を構成するポンプ側固定部と、前記複数段の固定翼のうち最下段の固定翼を支持する固定翼支持部と、前記ポンプ側固定部から前記固定翼支持部への熱の移動を制限する熱抵抗増加構造と、を備えたことを特徴とする。

上記目的を達成する本発明に係る固定部品は、真空ポンプの複数段の回転翼および複数段の固定翼の下流側に配置されて、ねじ溝ポンプ部の一部を構成する固定部品であって、前記ねじ溝ポンプ部の一部を構成するポンプ側固定部と、前記複数段の固定翼のうち最下段の固定翼を支持する固定翼支持部と、前記ポンプ側固定部から前記固定翼支持部への熱の移動を制限する熱抵抗増加構造と、を備えたことを特徴とする。

上記のように構成した真空ポンプおよび固定部品は、熱抵抗増加構造により、ポンプ側固定部および固定翼支持部へ伝わる熱を適切に設定できる。このため、ねじ溝ポンプ部のガス流路にガス分子が堆積することを抑制できるとともに、固定翼の最下段の近傍のガス流路にガス分子が堆積することを抑制できる。

前記熱抵抗増加構造は、前記ポンプ側固定部から前記固定翼支持部へ向かう熱の移動経路と垂直な面における断面積を部分的に減少させた構造であってもよい。これにより、加熱部品からポンプ側固定部へ伝わった熱が、固定翼支持部へ伝わることを効果的に抑制できるため、ポンプ側固定部および固定翼支持部へ伝わる熱を適切に設定できる。

前記真空ポンプは、前記最下段の固定翼よりも上流側の固定翼に対して、熱的に大きく影響する冷却手段を有してもよい。これにより、固定翼支持部により最下段の固定翼を加熱する際に、加熱を必要としない上流側の固定翼も加熱されることによる真空ポンプ内、特に回転翼の昇温によって、排気性能が低下することを抑制できる。

前記固定部品および前記複数段の固定翼の少なくとも一部は、上流側で前記ケーシングに対して直接的または間接的に固定されてもよい。これにより、固定部品および固定翼を加熱する熱が、下流側からケーシングへ逃げることを抑制できるため、固定部品および固定翼を効果的に加熱し、ガス分子の堆積を効果的に抑制できる。

前記固定部品の熱伝導率は、前記加熱部品の熱伝導率よりも大きくてもよい。これにより、熱を伝達することが要求される固定部品では熱伝導率を大きく設定し、高温時の構造的な強度が要求される加熱部品では、熱伝導率を小さく設定して構造的な強度を優先できる。

真空ポンプの縦断面図である。 アンプ回路の回路図である。 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である。 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である。 実施形態に係る真空ポンプの縦断面図である。 図５の円に囲まれた範囲を拡大して示す縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、図面の寸法は、説明の都合上、誇張されて実際の寸法とは異なる場合がある。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明の実施形態に係る真空ポンプ１００は、高速回転する回転体の回転ブレードが気体分子を弾き飛ばすことによりガスを排気するターボ分子ポンプ１００である。ターボ分子ポンプ１００は、例えば半導体製造装置等のチャンバからガスを吸引して排気するために使用される。まず、ターボ分子ポンプ１００の基本構成について説明する。

このターボ分子ポンプ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、ねじ溝スぺーサ１３１（固定部材）が配設される。ねじ溝スぺーサ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ねじ溝１３１ａが複数条刻設されている。ねじ溝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、かつねじ溝スぺーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このねじ溝スぺーサ１３１の内周面と所定のギャップ量を隔てて近接されている。回転翼１０２および固定翼１２３によってねじ溝１３１ａに移送されてきた排気ガスは、ねじ溝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、ねじ溝スぺーサ１３１は回転体１０３の円筒部１０２ｄの外周に配設し、ねじ溝スぺーサ１３１の内周面にねじ溝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の外周面にねじ溝が刻設され、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付近やねじ溝スぺーサ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。

次に、本実施形態に係る真空ポンプ１００について説明する。
真空ポンプ１００は、図５および６に示すように、真空ポンプ１００の外殻を形成するケーシング２１０が、複数の部品で構成されている。具体的には、ケーシング２１０は、上ケース２２０と、冷却スペーサ２３０と、アウターウォール２４０と、ベース部１２９と、を備える。ケーシング２１０は、ベース部１２９を底部とする略円筒形状から成り、その内部空間に、後述する各種内装部品が設置される。これら各部品は同軸上に配置され、ボルト等の締結部材で一体に連結されている。冷却スペーサ２３０およびアウターウォール２４０は、ボルト等により連結されて、低温の外部ユニットを構成する。

さらに、真空ポンプ１００は、冷却スペーサ２３０およびアウターウォール２４０の内側に、インナースペーサ２５０と、ヒータスペーサ２６０（加熱部品）と、ねじ溝スぺーサ１３１と（固定部品）とが設けられている。上ケース２２０と冷却スペーサ２３０との間はシールリング２７１によりシールされ、インナースペーサ２５０とアウターウォール２４０との間はシールリング２７２によりシールされる。インナースペーサ２５０とヒータスペーサ２６０との間はシールリング２７３よりシールされ、ヒータスペーサ２６０とベース部１２９との間はシールリング２７４によりシールされている。シールリング２７１、２７２、２７３、２７４は、一般的には、Ｏリングが用いられる。

上ケース２２０の上端部側には、吸気口１０１が配置され、ベース部１２９の上流側にあるヒータスペーサ２６０には、排気口１３３が配置されている。

冷却スペーサ２３０は、円筒状に形成されており、その内部に、冷却するために水が流れる水冷管２３１が配設されている。水冷管２３１は、円周方向に沿って略一周配設されている。水冷管２３１には、真空ポンプ１００の内装部品を冷却するために水が流れている。なお、水の代わりにクーラント等の各種冷却用の媒体が用いられてもよい。冷却スペーサ２３０は、内周面に、上流側よりも下流側で内径が大きくなる固定翼固定段差２３２が形成されている。固定翼固定段差２３２は、最下段から上流側へ３つ目の固定翼１２３ｄの上流側の面を、上流側から押圧して固定している。

冷却スペーサ２３０は、内装部品である複数の固定翼１２３のうち少なくとも１つと熱的に接触している。本実施形態において、冷却スペーサ２３０は、最下段から上流側に３つ目の固定翼１２３ｄおよび４つ目の固定翼１２３ｃと接触している。このため、水冷管２３１を流れる水により、複数の固定翼１２３のうちの少なくとも１つが冷却される。ここで、「熱的に接触」とは、熱交換可能に接続されていることと同義である。すなわち、複数の固定翼１２３の少なくとも１つは、冷却スペーサ２３０と熱的に接触し、両者間で直接または間接的に熱交換がなされ、その結果、複数の固定翼１２３の少なくとも１つが冷却スペーサ２３０によって冷却される構成であればよい。換言すれば、複数の固定翼の少なくとも１つと冷却スペーサ２３０との間に断熱部材が介在しない構成にすればよい。

アウターウォール２４０は、円筒状に形成されており、軸方向において、冷却スペーサ２３０とベース部１２９との間に配置される。アウターウォール２４０は、インナースペーサ２５０およびヒータスペーサ２６０の外周面を覆うように、インナースペーサ２５０およびヒータスペーサ２６０から離れて設けられている。

インナースペーサ２５０は、円筒状に形成されており、アウターウォール２４０の内側に配置される。インナースペーサ２５０は、軸方向において、冷却スペーサ２３０とヒータスペーサ２６０との間に配置される。インナースペーサ２５０は、冷却スペーサ２３０とヒータスペーサ２６０との間で、断熱部材として機能する。

ヒータスペーサ２６０は、ねじ溝スぺーサ１３１および最下段の固定翼１２３ｆを加熱するために設けられる。ヒータスペーサ２６０は、略円筒状に形成されており、アウターウォール２４０の内側に配置される。ヒータスペーサ２６０は、軸方向において、インナースペーサ２５０とベース部１２９との間に配置されており、ねじ溝スぺーサ１３１の外周面を覆うように設けられている。ヒータスペーサ２６０は、例えば高温時でも耐力の低下が少なく、熱による変形が起こり難いステンレス材料により形成される。ヒータスペーサ２６０には周方向に沿って複数の孔が設けられており、これらの孔に加熱源であるヒータ２６１が挿入されている。

ヒータ２６１の熱により、ヒータスペーサ２６０を介してねじ溝スぺーサ１３１が加熱されると、ガス流路を流れるガスが加熱される。これにより、ガス流路を流れるガスの液化や固化を防止でき、特に、ガス流路（特にねじ溝）内にガス分子が固体生成物として堆積することを防止できる。本真空ポンプ１００は、上記ガス流路における排気性能を向上させる為、回転体１０３の円筒部１０２ｄとねじ溝スペーサ１３１との隙間は非常に狭いギャップとなっているが、上述のねじ溝スペーサ１３１の加熱により、ガス流路で固化し堆積するガス分子と回転体１０３の円筒部１０２ｄとの接触を防ぐことができる。その結果、回転体１０３と堆積したガス分子との接触による不具合を防止することができる。

ヒータスペーサ２６０は、上流側の面に、ねじ溝スぺーサ１３１と接する平滑な加熱側接触面２６２を有している。加熱側接触面２６２の径方向内側の端部である内縁部２６３は、ねじ溝スぺーサ１３１に形成される段差１３２と嵌合している。

ヒータスペーサ２６０に接触するねじ溝スぺーサ１３１は、ねじ溝ポンプ部の一部を構成するポンプ側固定部１３８と、ポンプ側固定部１３８から径方向外側へ延びるリング状の中間部１３４と、複数段の固定翼１２３のうち最下段の固定翼１２３ｆを支持する固定翼支持部１３５と、を備えている。

ポンプ側固定部１３８は、ねじ溝１３１ａが刻設された内周面を備えている。

中間部１３４は、ヒータスペーサ２６０の加熱側接触面２６２と接触する平滑な固定部品側接触面１３６と、固定部品側接触面１３６の径方向内側に配置される段差１３２と、ポンプ側固定部１３８から固定翼支持部１３５への熱の移動を制限する熱抵抗増加構造１３７と、を備えている。

固定部品側接触面１３６は、ポンプ側固定部１３８の上流側の部位から径方向外側へ延びる部位の下流側を向く面に平滑に形成され、ヒータスペーサ２６０の加熱側接触面２６２と密着している。固定部品側接触面１３６は、ヒータスペーサ２６０から熱を伝達される部位である。段差１３２は、ヒータスペーサ２６０の内縁部２６３が嵌合する。これにより、ヒータスペーサ２６０とねじ溝スぺーサ１３１は、同軸上に正確に位置決めされる。

熱抵抗増加構造１３７は、ポンプ側固定部１３８から固定翼支持部１３５へ向かう熱の移動経路Ｍと垂直な面における断面積を部分的に減少させた構造である。なお、中間部１３４において、ポンプ側固定部１３８から固定翼支持部１３５へ向かう熱の移動経路Ｍは、径方向の内側から外側へ放射状に延びている。熱抵抗増加構造１３７は、中間部１３４において、軸方向の厚さが部分的に減少された部位に該当する。本実施形態において、軸方向の厚さが薄い熱抵抗増加構造１３７は、中間部１３４の周方向へ全周的に配置される。したがって、中間部１３４の熱抵抗増加構造１３７は、上流側から見て３６０度に渡る溝状に形成される。

固定翼支持部１３５は、中間部１３４の熱抵抗増加構造１３７よりも径方向外側から上流側に向かって突出する円筒状の部位である。固定翼支持部１３５の上流側の端部は、最下段の固定翼１２３ｆの外周リムに当接している。固定翼支持部１３５の径方向内側の面は、他の部材と接触していない。固定翼支持部１３５の径方向外側の面は、ヒータスペーサ２６０およびインナースペーサ２５０から離れていることが好ましい。なお、固定翼支持部１３５の径方向外側の面の一部が、ヒータスペーサ２６０に接触してもよい。固定翼支持部１３５は、ヒータスペーサ２６０の加熱側接触面２６２から伝わる熱を、最下段の固定翼１２３ｆへ伝達することができる。

ねじ溝スぺーサ１３１は、熱伝導率の高い材料により形成されることが好ましく、例えばアルミニウムにより形成される。

ヒータスペーサ２６０は、ボルト等によってインナースペーサ２５０に連結され、インナースペーサ２５０は、ボルト等によって冷却スペーサ２３０に連結されている。したがって、ヒータスペーサ２６０は、インナースペーサ２５０を介して冷却スペーサ２３０に連結されている。そして、複数段の固定翼１２３のうち最下段を含む３段の固定翼１２３ｄ、１２３ｅ、１２３ｆと、固定翼１２３ｄ、１２３ｅ、１２３ｆの間に配置される２つの固定翼スペーサ１２５と、ねじ溝スペーサ１３１とが、ヒータスペーサ２６０および冷却スペーサ２３０に挟まれて、１つの内部ユニットとして固定されている。したがって、ねじ溝スペーサ１３１および固定翼１２３の少なくとも一部は、上流側でケーシング２１０に対して直接的に固定されている。または、ねじ溝スペーサ１３１および固定翼１２３の少なくとも一部は、上流側で、他の部材を介してケーシング２１０に間接的に固定されてもよい。

次に、本実施形態に係る真空ポンプ１００の作用を説明する。

本実施形態において、ねじ溝スぺーサ１３１の固定部品側接触面１３６が、ヒータスペーサ２６０の加熱側接触面２６２に接触している。固定部品側接触面１３６の径方向内側の部位は、熱抵抗増加構造１３７よりも径方向内側に配置されているため、固定部品側接触面１３６からポンプ側固定部１３８へ熱を効果的に伝えることができる。このため、ヒータ２６１の熱により、ヒータスペーサ２６０を介してねじ溝ポンプ部の一部を構成するポンプ側固定部１３８が加熱され、ガス流路を流れるガスが加熱される。これにより、ガス流路を流れるガスの液化や固化を防止でき、特に、ガス流路（特にねじ溝１３１ａ）内に固体生成物としてガス分子が堆積することを防止できる。本真空ポンプ１００は、上記ガス流路における排気性能を向上させる為、回転体１０３の円筒部１０２ｄとねじ溝スペーサ１３１との隙間は非常に狭いギャップとなっているが、上述のねじ溝スペーサ１３１の加熱により、ガス流路で固化し堆積するガス分子と回転体１０３の円筒部１０２ｄとの接触を防ぐことができる。その結果、回転体１０３と堆積したガス分子との接触による不具合を防止することができる。

また、ねじ溝スぺーサ１３１の固定部品側接触面１３６の径方向外側の部位は、熱抵抗増加構造１３７よりも径方向外側に配置されているため、固定部品側接触面１３６から固定翼支持部１３５へ熱を効果的に伝えることができる。また、ヒータスペーサ２６０から、固定部品側接触面１３６の熱抵抗増加構造１３７よりも径方向内側の部位に伝わった熱は、熱抵抗増加構造１３７により、固定翼支持部１３５へ伝わることが制限される。すなわち、熱抵抗増加構造１３７の熱抵抗の適切な設定により、ヒータスペーサ２６０から固定部品側接触面１３６を介してねじ溝スぺーサ１３１に伝わる熱は、ポンプ側固定部１３８および固定翼支持部１３５へ適切に振り分けられる。このため、ヒータスペーサ２６０から伝わる熱により、固定翼支持部１３５を介して固定翼１２３の最下段およびその周辺が適切に加熱され、ガス流路を流れるガスが適切に加熱される。固定翼１２３の最下段およびその周辺の温度は、特に限定されないが、例えば１５０℃程度となる。これにより、近年のガスの高流量化によって、固定翼１２３の最下段の近傍のおいても発生する可能性が増加したガス分子の堆積を、効果的に防止できる。その結果、回転体１０３がガス分子により破損することも防止される。

また、固定翼支持部１３５とヒータスペーサ２６０の上部との間には、所定の隙間が設けられ、ヒータスペーサ２６０からの熱が固定部品側接触面１３６を介さずに、固定翼支持部１３５に熱が伝わり難い構造となっている。これにより、ヒータスペーサ２６０からの熱が、ねじ溝スぺーサ１３１のポンプ側固定部１３８の加熱に十分作用することなく、固定翼支持部１３５および固定翼１２３の最下段側の加熱に重点的に作用してしまうことを防止できる。

ヒータスペーサ２６０は、インナースペーサ２５０を介して、冷却スペーサ２３０に連結されている。しかしながら、インナースペーサ２５０とヒータスペーサ２６０の接触面積は小さく、かつインナースペーサ２５０はねじ溝スぺーサ１３１と接触していない。このため、インナースペーサ２５０は断熱部材として機能する。その結果、上述したヒータスペーサ２６０による加熱効果の低下を抑制できるとともに、冷却スペーサ２３０によるターボポンプの上流側の内部の冷却効果の低下を抑制できる。ターボポンプの上流側の内部の温度は、特に限定されないが、例えば１００℃程度である。

また、ヒータスペーサ２６０のポンプ側固定部１３８、中間部１３４および固定翼支持部１３５は、１つの部材として形成されている。このため、ポンプ側固定部１３８、中間部１３４および固定翼支持部１３５において温度分布が連続的となる。その結果、ポンプ側固定部１３８、中間部１３４および固定翼支持部１３５における温度勾配が過度に大きくなることを抑制して、ガス分子の堆積を抑制できる。また、ポンプ側固定部１３８、中間部１３４および固定翼支持部１３５が１つの部材として形成されることで、複数の部材により形成することにより生じる熱伝達による損失を低減できる。

以上のように、本実施形態に係る真空ポンプ１００は、ケーシング２１０と、ケーシング２１０の内部に、回転自在に支持されたロータ軸１１３と、ロータ軸１１３に固定され、ロータ軸１１３と共に回転可能な複数段の回転翼１０２と、ケーシング２１０に対して固定され、かつ、複数段の回転翼１０２間に配置される複数段の固定翼１２３と、複数段の回転翼１０２および複数段の固定翼１２３の下流側に配置された、ねじ溝ポンプ部の一部を構成する固定部品（ねじ溝スペーサ１３１）と、固定部品を支持し加熱する加熱部品（ヒータスペーサ２６０）と、を備えた真空ポンプ１００であって、固定部品（ねじ溝スペーサ１３１）は、ねじ溝ポンプ部の一部を構成するポンプ側固定部１３８と、複数段の固定翼１２３のうち最下段の固定翼１２３ｆを支持する固定翼支持部１３５と、ポンプ側固定部１３８から固定翼支持部１３５への熱の移動を制限する熱抵抗増加構造１３７と、を備えている。これにより、本実施形態に係る真空ポンプ１００は、熱抵抗増加構造１３７により、ポンプ側固定部１３８および固定翼支持部１３５へ伝わる熱を適切に設定できる。このため、ねじ溝ポンプ部のガス流路にガス分子が堆積することを抑制できるとともに、固定翼１２３の最下段の近傍のガス流路にガス分子が堆積することを抑制できる。

また、熱抵抗増加構造１３７は、ポンプ側固定部１３８から固定翼支持部１３５へ向かう熱の移動経路Ｍと垂直な面における断面積を部分的に減少させた構造であってもよい。これにより、加熱部品（ヒータスペーサ２６０）からポンプ側固定部１３８へ伝わった熱が、固定翼支持部１３５へ伝わることを効果的に抑制できるため、ポンプ側固定部１３８および固定翼支持部１３５へ伝わる熱を適切に設定できる。

また、真空ポンプ１００は、最下段の固定翼１２３ｆよりも上流側の固定翼１２３に対して、熱的に大きく影響する冷却手段を有する。これにより、固定翼支持部１３５により最下段の固定翼１２３ｆを加熱する際に、加熱を必要としない上流側の固定翼１２３も加熱され、真空ポンプ１００内、特に回転翼１０２の昇温によって、排気性能が低下することを抑制できる。

また、固定部品（ねじ溝スペーサ１３１）および複数段の固定翼１２３の少なくとも一部は、上流側でケーシング２１０に対して直接的または間接的に固定される。これにより、固定部品および固定翼１２３を加熱する熱が、下流側からケーシング２１０へ逃げることを抑制できるため、固定部品および固定翼１２３を効果的に加熱し、ガス分子の堆積を効果的に抑制できる。

また、固定部品（ねじ溝スペーサ１３１）の熱伝導率は、加熱部品（ヒータスペーサ２６０）の熱伝導率よりも大きい。これにより、熱を伝達することが要求される固定部品では熱伝導率を大きく設定し、高温時の構造的な強度が要求される加熱部品では、熱伝導率を小さく設定して構造的な強度を優先できる。

また、本実施における固定部品（ねじ溝スペーサ１３１）は、真空ポンプ１００の複数段の回転翼１０２および複数段の固定翼１２３の下流側に配置されて、ねじ溝ポンプ部の一部を構成する固定部品であって、ねじ溝ポンプ部の一部を構成するポンプ側固定部１３８と、複数段の固定翼１２３のうち最下段の固定翼１２３ｆを支持する固定翼支持部１３５と、ポンプ側固定部１３８から固定翼支持部１３５への熱の移動を制限する熱抵抗増加構造１３７と、を備える。これにより、固定部品は、熱抵抗増加構造１３７により、ポンプ側固定部１３８および固定翼支持部１３５へ伝わる熱を適切に設定できる。このため、ねじ溝ポンプ部のガス流路にガス分子が堆積することを抑制できるとともに、固定翼１２３の最下段の近傍のガス流路にガス分子が堆積することを抑制できる。

なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更や組合せが可能である。例えば、上述した実施形態におけるねじ溝スぺーサ１３１のねじ溝１３１ａは、ねじ溝スぺーサ１３１の内周面だけでなく、ねじ溝スぺーサ１３１の上流側の面にも形成されてもよい。すなわち、本発明は、ねじ溝ポンプ部として、本実施形態で説明したような軸方向の螺旋状溝によるホルベック型ねじ溝ポンプだけでなく、半径方向のスパイラル状溝によるシグバーン型ねじ溝ポンプにも適用できる。更には、本発明は、ホルベック型ねじ溝ポンプとシグバーン型ねじ溝ポンプを組み合わせた構造にも適用できる。

１００ 真空ポンプ
１０１ 吸気口
１０２ 回転翼
１０３ 回転体
１１３ ロータ軸
１２３ 固定翼
１２９ ベース部
１３１ ねじ溝スぺーサ
１３３ 排気口
１３４ 中間部
１３５ 固定翼支持部
１３６ 固定部品側接触面
１３７ 熱抵抗増加構造
１３８ ポンプ側固定部
２１０ ケーシング
２２０ 上ケース
２３０ 冷却スペーサ
２４０ アウターウォール
２５０ インナースペーサ
２６０ ヒータスペーサ
２６１ ヒータ
２６２ 加熱側接触面

Claims (6)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングの内部に、回転自在に支持されたロータ軸と、
   前記ロータ軸に固定され、前記ロータ軸と共に回転可能な複数段の回転翼と、
   前記ケーシングに対して固定され、かつ、前記複数段の回転翼間に配置される複数段の固定翼と、
   前記複数段の回転翼および前記複数段の固定翼の下流側に配置された、ねじ溝ポンプ部の一部を構成する固定部品と、
   前記固定部品を支持し加熱する加熱部品と、を備えた真空ポンプであって、
   前記固定部品は、前記ねじ溝ポンプ部の一部を構成するポンプ側固定部と、前記複数段の固定翼のうち最下段の固定翼を支持する固定翼支持部と、前記ポンプ側固定部から前記固定翼支持部への熱の移動を制限する熱抵抗増加構造と、を備えたことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記熱抵抗増加構造は、前記ポンプ側固定部から前記固定翼支持部へ向かう熱の移動経路と垂直な面における断面積を部分的に減少させた構造であることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記最下段の固定翼よりも上流側の固定翼に対して、熱的に大きく影響する冷却手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の真空ポンプ。
4. 前記固定部品および前記複数段の固定翼の少なくとも一部は、上流側で前記ケーシングに対して直接的または間接的に固定されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
5. 前記固定部品の熱伝導率は、前記加熱部品の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
6. 真空ポンプの複数段の回転翼および複数段の固定翼の下流側に配置されて、ねじ溝ポンプ部の一部を構成する固定部品であって、
   前記ねじ溝ポンプ部の一部を構成するポンプ側固定部と、
   前記複数段の固定翼のうち最下段の固定翼を支持する固定翼支持部と、
   前記ポンプ側固定部から前記固定翼支持部への熱の移動を制限する熱抵抗増加構造と、を備えたことを特徴とする固定部品。

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