JP2023079565A - 真空ポンプ、スペーサ部品、及びボルトの締結方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の部品の線膨張係数の相違により発生する熱応力によるボルトの緩みを防止すること。【解決手段】本発明の実施形態に係る真空ポンプ１００では、内部の熱により加熱される被加熱部品（被締結部品)をボルトで締結する場合、両者の線膨張係数の差から生じる熱応力を吸収するために、線膨張係数を調整するためのスペーサ４００を設置する。このスペーサ４００を設置することで、ボルト３００（ボルトの材料）の線膨張係数と被加熱部品とスペーサ４００を加えた線膨張係数を揃えることで、ボルト３００の締結部分の熱応力の発生を抑止することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、真空ポンプ、スペーサ部品、及びボルトの締結方法に関する。
詳しくは、真空ポンプにおいて、運転中に発生する熱等により、ボルトと被締結材が熱膨張する際に生じる熱応力による影響を可能な限り低減することができる真空ポンプ、スペーサ部品、ボルトの締結方法に関する。

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。この排気されるガスには、半導体製造プロセスにおいて使用されるプロセスガスが含まれ、このプロセスガスには、種々の物質が内在している。それらが生成物として真空ポンプ内の内部部品間に蓄積することで、本来接触しない箇所が接触するという事象が発生していた。
真空ポンプでは、回転軸（回転翼）が、高速回転するため、接触による事故は重大な被害が生じる恐れがある。
そのため、生成物の蓄積を防止するために、真空ポンプの内部を高温化することが要求されている。

ところで、真空ポンプの構成要素には、金属（アルミ、ステンレス）が使用されている。また、部材を締結するためのボルトには、主として鉄やステンレスが用いられている。
これら金属は、その種類毎に線膨張係数が異なっており、同一の温度環境下においても、材料の変位量が相違している。この変位量の差によって発生する熱応力は、真空ポンプの組み立て時（常温環境下）に発生している負荷に対して、追加の負荷を発生させるため、この追加の負荷によって、材料の強度以上の荷重が加わり、真空ポンプのボルトによる接合部分に損傷が生じる恐れがあった。

ここで、図７及び図８を参照して、熱膨張により発生する各金属の変位量の差により発生する熱応力について説明する。
ここで、熱応力とは、変形が固定されているような状態において、変形を抑制する力を意味している。
図７（ａ）に示すように、拘束がない状態（変形が自由な状態）では、高温時（熱膨張時）に力が作用せず、熱応力は発生しない。
一方、図７（ｂ）に示すように、拘束されている状態（変形が自由でない状態）では、変形を妨げるために反力が発生する。すなわち、温度変化により変形が妨げられることで生じる応力が、熱応力である。

次に、図８を参照して、複数の金属が拘束されている状態で発生する熱応力について説明する。
図８（ａ）に示すように外周側にアルミ製の材料Ａ、中側に鉄製の材料（例えばボルト）Ｂとが、両端を拘束されている。このとき、常温時で両者の長さは一致し、熱応力は発生していない。
そして、図８（ｂ）に示すように常温から高温に変化すると、力のつり合いにより最終的に両者の長さは一致するが、材料Ａと材料Ｂの線膨張係数が、材料Ａ＞材料Ｂなので、材料Ａにはより外側へ延びようとする力に対する反力（圧縮）が働き、一方、材料Ｂには、縮もうとする力による反力（引張）が働く。これが、材料間の線膨張係数の相違によって発生する熱応力の発生のメカニズムである。
別言すれば、図８（ｂ）に示すような状態でも、線膨張係数が同値であれば、変位量が同じであるため、熱応力が発生しない。

ここで、ボルト（締結部品）を起点とする損傷として「ボルトの緩み」について説明する。
図９（ｂ）に示すように、「ボルトの緩み」の有無は、設計では締め付け線図を用いて判断される。
ここで、締め付け線図とは、図９（ａ）に示すように、締結・被締結部品の圧縮力と引張力の釣り合い関係を示したグラフである。圧縮力と引張力を重ね合わせて表示すると、組み立て時（常温状態）では、力が釣り合っている状態（図中Ｘ）であり、締結・被締結部品には等しい荷重が加わっている。
しかし、例えば、真空ポンプを稼働させることにより、内部温度が変化すると、締結・被締結部品に温度上昇に伴う熱伸びが発生し、熱応力が追加応力（追加荷重）として両部品に加わる。
このとき、両材料の線膨張係数の差によって、締結・被締結両部品に発生する軸力は増加し、締結部品の破断、被締結部品の塑性変形により「ボルトの緩み」が発生する。

特開２０１７－８９５８２号

特許文献１には、真空ポンプ内の高温化に対処するため、内部に断熱部品を配置することで、真空ポンプの排気性能を維持しつつ、ポンプ内部の高温化に対処する技術が開示されている。

ところで、先行技術文献で示したような高温化した真空ポンプにおいては、上述したような複数の部品の線膨張係数の相違による熱応力により、「ボルトの緩み」が発生する恐れがある。
この状態を放置しておくと、真空ポンプの損傷につながる可能性がある。

そこで、本発明は、機械製品の組立で重要となるボルトに着目し、高温環境下においてボルトを起点とする損傷を防止することができる真空ポンプ、スペーサ部品、及びボルトの締結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、ケーシングと、前記ケーシング内に配置され、発生する熱により加熱される被加熱部品と、前記被加熱部品を所定の位置に固定するためのボルトと、を具備した真空ポンプにおいて、前記被加熱部品を前記ボルトで固定した状態で、両者が加熱された際、前記被加熱部品と、前記被加熱部品より小さい線膨張係数を有する前記ボルトとの締結方向における熱膨張量差を低減させる熱膨張量差低減機構を備えた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、前記熱膨張量差低減機構は、前記ボルトの頭部と前記被加熱部品とが接触する箇所に、前記ボルトの線膨張係数より小さい線膨張係数を有するスペーサ部品を配置し、前記スペーサ部品を介して前記ボルトを締結することを特徴とする請求項１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、前記熱膨張量差低減機構は、前記スペーサ部品と前記被加熱部品とを加えた熱膨張量と、前記ボルトの熱膨張量の差が一定範囲内に収まるように、前記スペーサ部品の締結方向の厚さを定めたことを特徴とする請求項２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、前記熱膨張量差低減機構は、前記被加熱部品の締結方向の厚さを低減させたことを特徴とする請求項１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、真空ポンプのケーシング内に配置され、発生する熱により加熱される被加熱部品を所定の位置にボルトで固定する際、前記ボルトの頭部と前記被加熱部品とが接触する箇所に配置される、前記ボルトの線膨張係数より小さい線膨張係数を有するスペーサ部品を提供する。
請求項６記載の本願発明では、ケーシングと、前記ケーシング内に配置され、発生する熱により加熱される被加熱部品と、前記被加熱部品より小さい線膨張係数を有し、前記被加熱部品を所定の位置に固定するボルトと、を具備した真空ポンプにおいて、前記ボルトの頭部と前記被加熱部品とが接触する箇所に、前記ボルトの線膨張係数より小さい線膨張係数を有するスペーサ部品を配置し、前記スペーサ部品を介して前記ボルトと前記被加熱部品とを締結することを特徴とするボルトの締結方法を提供する。

本発明によれば、複数の部品の線膨張係数の相違により発生する熱応力によるボルトの緩みを防止することができる。

本発明の実施形態に係るターボ分子ポンプの概略構成例を示した図である。 本発明の実施形態で用いるアンプ回路の回路図を示した図である。 本発明の実施形態における検出値が電流指令値より大きい場合の制御を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における検出値が電流指令値より小さい場合の制御を示すタイムチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る真空ポンプのボルトでの締結部分を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る真空ポンプのボルトでの締結部分を説明するための図である。 温度変化により生じる熱応力を説明するための図である。 線膨張係数の相違と熱応力の関係を説明するための図である。 「ボルトの緩み」の有無を判断する締め付け線図を説明するための図である。

（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、発生する熱（運転中に発生する内部の熱や加熱手段等）により加熱される被加熱部品（被締結部品)をボルトで締結する場合、両者の線膨張係数の差から生じる熱応力を吸収するために、両者の線膨張係数の差を調整（解消）するためのスペーサを設置する。

このスペーサを設置することで、ボルト（ボルトの材料）の線膨張係数と被加熱部品とスペーサを加えた線膨張係数による熱膨張量を揃える（近づける）ことで、ボルトの締結部分の熱応力の発生を抑止することや熱応力の低減ができる。

（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６を参照して詳細に説明する。

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（図２参照）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（４は下付き文字であるが、文字コードの誤変換を防ぐために、以下上下付き文字を通常の文字で表す）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（検出値）が電流指令値より大きい場合には、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（検出値）が電流指令値より小さい場合には、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、第１の実施形態に係る真空ポンプのボルトでの締結部分を説明するための図である。
具体的には、ステータコラム１２２をボルト３００で締結する箇所である。但し、これは１例であり、真空ポンプ１００内の他の箇所で用いるボルトに適用することもできる。 この第１の実施形態では、被締結材であるステータコラム１２２は、材料Ａ（例えばアルミ）からなり、一方ボルト３００は、材料Ｂ（例えばステンレス）からなる。被締結材は、図５（ａ）に示されているように、ボルト３００の頭部３００ａとナット３０２（実施形態では、ベース部１２９に相当）により締結されている。
この状態で、真空ポンプ１００を稼働させると、内部から熱が発生し、線膨張係数がＡ＞Ｂであるため、被締結材の方がボルト３００より大きく膨張する。そのため、被締結材とボルト３００の頭部３００ａの接触面及び被締結材とナット３０２の接触面に熱応力が発生する。このとき、この熱応力により、被締結材が塑性変形したり、ボルト３００の頭部３００ａが破損する恐れが生じる。

そこで、図５（ｂ）に示すように、線膨張係数が材料Ａ及び材料Ｂより小さい材料Ｃ（例えばチタン、タングステン、銅、真鍮、ニッケル、コバール）からなるスペーサ４００を配置する。このスペーサ４００により、材料Ａと材料Ｂの線膨張係数（膨張量）の差を補正する。
このスペーサ４００の形状は円柱状であるが、角柱状であってもよい。ボルト３００の頭部３００ａと完全に接する大きさとする。被締結材であるステータコラム１２２に対応する形状の孔を設け、そこに配置する。接着や溶接を行ってもよいが、ボルト３００で締結して固定してもよい。
なお、ボルト３００としては、頭部のない埋め込みボルト（スタッドボルト）をナットで固定した場合でも同様の締結構造となるため、本発明の効果を奏する。

スペーサ４００の厚さ（ボルト３００の軸方向の長さ）は、材料Ａの膨張量と材料Ｃの膨張量の和が、材料Ｂの膨張量と等しくなるように決定する。このことは、ボルト３００の３００ｂの膨張量と、ステータコラム１２２とスペーサ４００の軸方向の膨張量の和が等しくなるようにすることを意味している。
すなわち、材料Ａと材料Ｂとの線膨張係数の差が小さい場合は、スペーサ４００の厚さは薄くなり、逆に、材料Ａと材料Ｂとの線膨張係数の差が大きい場合は、スペーサ４００の厚さは厚くなる。
このように、スペーサ４００の厚さを調整することで、熱膨張によって、ボルト３００及び被締結材に熱応力が生じることを防止できる。

次に、図６を参照して、第２の実施形態を説明する。
この実施形態は、材料Ａと材料Ｂとの線膨張係数の差により発生する熱応力を両者の長さを制御することで発生する熱応力を低減し、結果としてボルトの緩みを可能な限り回避している。
すなわち、部品の熱膨張量（熱伸び量）は、当該部品の材料の線膨張係数と当該部品の長さに依存しているので、部品の長さを短くすることで、熱応力を低減している。
そのため、図６（ｂ）に示すように、被締結材であるステータコラム１２２の孔（ザグリ）５００を形成し、被締結材とボルト３００の熱伸び量の差を短縮している。
こうすることで、締め付け線図上の追加軸力が小さくなり（Ｗ１＞Ｗ２）、ボルトの緩みを低減させることができる。
なお、孔（ザグリ）５００の深さは、熱応力の観点からは、深い方が望ましいが、被締結材及びボルト３００の強度を考慮して適宜決定する。

軸力の増加により金属の弾性領域（材料の耐力）以上の応力が発生すると、被締結材が塑性変形してしまう。よって、材料Ａと材料Ｂ（被締結材とボルト）の熱膨張量の差が一定範囲内（金属の弾性領域内）に収まるようにする必要がある。
そのため、第１の実施形態では、スペーサ４００の厚さ、第２の実施形態では、孔（ザグリ）５００の深さを適宜調整する必要がある。
なお、ボルト３００は、指定された弾性領域内で使用する。しかし、追加軸力が発生すると、無対策の場合、０．２％を越えて塑性変形領域に入ってしまう。よって、弾性領域内で使用するように、第１の実施形態及び第２の実施形態で示した様に対策を取る。

上記した第１の実施形態及び第２の実施形態では、ステータコラムを被締結材の例として説明したが、本発明はこれに限られることなく、他の熱膨張する締結箇所に適用することができる。
例えば、コントローラの締結箇所やロータ軸１１３の締結箇所に適用することもできる。
また、第１の実施形態と第２の実施形態を併用することもできる。すなわち、被締結材に孔（ザグリ）５００を設け、さらにステータ４００を設置するようにしてもよい。

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
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
２００ 制御装置
３００ ボルト
３００ａ ボルトの頭部
３０２ ナット
４００ ステータ
５００ 孔

Claims (6)

1. ケーシングと、
   前記ケーシング内に配置され、発生する熱により加熱される被加熱部品と、
   前記被加熱部品を所定の位置に固定するためのボルトと、
   を具備した真空ポンプにおいて、
   前記被加熱部品を前記ボルトで固定した状態で、両者が加熱された際、前記被加熱部品と、前記被加熱部品より小さい線膨張係数を有する前記ボルトとの締結方向における熱膨張量差を低減させる熱膨張量差低減機構を備えたことを特徴とする真空ポンプ。
   
2. 前記熱膨張量差低減機構は、前記ボルトの頭部と前記被加熱部品とが接触する箇所に、前記ボルトの線膨張係数より小さい線膨張係数を有するスペーサ部品を配置し、前記スペーサ部品を介して前記ボルトを締結することを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
   
3. 前記熱膨張量差低減機構は、前記スペーサ部品と前記被加熱部品とを加えた熱膨張量と、前記ボルトの熱膨張量の差が一定範囲内に収まるように、前記スペーサ部品の締結方向の厚さを定めたことを特徴とする請求項２記載の真空ポンプ。
   
4. 前記熱膨張量差低減機構は、前記被加熱部品の締結方向の厚さを低減させたことを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
   
5. 真空ポンプのケーシング内に配置され、発生する熱により加熱される被加熱部品を所定の位置にボルトで固定する際、前記ボルトの頭部と前記被加熱部品とが接触する箇所に配置される、前記ボルトの線膨張係数より小さい線膨張係数を有するスペーサ部品。
   
6. ケーシングと、前記ケーシング内に配置され、発生する熱により加熱される被加熱部品と、前記被加熱部品より小さい線膨張係数を有し、前記被加熱部品を所定の位置に固定するボルトと、を具備した真空ポンプにおいて、
   前記ボルトの頭部と前記被加熱部品とが接触する箇所に、前記ボルトの線膨張係数より小さい線膨張係数を有するスペーサ部品を配置し、前記スペーサ部品を介して前記ボルトと前記被加熱部品とを締結することを特徴とするボルトの締結方法。

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