JP2023083773A - 真空ポンプおよび良熱伝導性部品 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータと協働してガスを排気する排気部を形成するステータの周方向の温度分布を均一化し、ポンプ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良熱伝導性部品を提供する。【解決手段】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と共に回転可能なロータ１０３と、ロータ１０３と協働して、ガスを排気する排気部を形成するねじ溝スペーサ１３１と、ねじ溝スペーサ１３１を支持して加熱するヒータスペーサ２６０と、ヒータスペーサ２６０に配置された少なくとも１つの加熱手段２９０と、を備えた真空ポンプ１００であって、ねじ溝スペーサ１３１と加熱手段２９０との間の熱経路に、ヒータスペーサ２６０よりも熱伝導率が高い良熱伝導性部品２８０を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、真空ポンプおよび良熱伝導性部品に関する。

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。流路に副生成物が析出すると、本来接触しない箇所が接触するという事象が発生し、真空ポンプの損傷や、内部構造の伝熱性能の変化に伴う温度分布の変異が発生して安全性・生産性を損なう恐れがある。このため、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、ロータと協働してねじ溝ポンプの流路を形成するねじ溝スペーサをヒータなどの加熱手段で高温化することが行われている。ねじ溝スペーサの温度を上昇させる理由は、昇華曲線の関係により、物質の状態（気体・液体・個体）が温度と圧力に起因するためである。温度が上昇することで、物質の状態は固体よりも気体として安定しやすい。特許文献１には、加熱手段を配設したヒータスペーサをねじ溝スペーサに接触させて、ねじ溝スペーサの温度を高温化することが記載されている。

特開２０１９－９０３８４号公報

ポンプ流路における副生成物の析出を防止するためには、ねじ溝スペーサの温度は、昇華曲線の気相側で定常化していることが望ましい。しかし、実際には、加熱手段がヒータスぺーサの周方向の複数箇所に配置されるため、ねじ溝スペーサは、同一の軸直交断面上であっても周方向に温度勾配が発生する。例えば、加熱手段に近い位置と、隣接する２つの加熱手段の中間位置とでは、温度が異なり、温度勾配が発生する。この温度勾配によって、ポンプ流路を流れるガスは、ある箇所では気相側、他の箇所では固相側という状態となる可能性がある。

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、ロータと協働してガスを排気する排気部を形成するステータの周方向の温度分布を均一化し、排気部のポンプ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良熱伝導性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回転軸と、前記回転軸に固定され、前記回転軸と共に回転可能なロータと、前記ロータと協働して、ガスを排気する排気部を形成するステータと、前記ステータを支持して加熱する加熱部品と、前記加熱部品に配置された少なくとも１つの加熱手段と、を備えた真空ポンプであって、前記ステータと前記加熱手段との間の熱経路に、前記加熱部品よりも熱伝導率が高い良熱伝導性部品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良熱伝導性部品は、回転可能なロータと協働してガスを排気する排気部を形成するステータと、前記ステータを支持して加熱する加熱部品と、前記加熱部品に配置された少なくとも１つの加熱手段と、を備えた真空ポンプ用の良熱伝導性部品であって、前記良熱伝導性部品は、前記ステータと前記加熱手段との間の熱経路に配置可能であり、前記加熱部品よりも熱伝導率が高いことを特徴とする。

上記のように構成した真空ポンプは、加熱手段から加熱部品を介してステータへの熱伝導が良熱伝導性部品によって促されるため、ステータの周方向の温度分布が均一化されて、ポンプ流路へのガス分子の堆積を抑制できる。

上記のように構成した良熱伝導性部品は、加熱手段から加熱部品を介してステータへの熱伝導を促すことで、ステータの周方向の温度分布を均一化し、ポンプ流路へのガス分子の堆積を抑制できる。

前記良熱伝導性部品は、前記ステータと接触するように配置されてもよい。これにより、ステータの周方向の温度分布を効果的に均一化し、ポンプ流路へのガス分子の堆積を効果的に抑制できる。

前記良熱伝導性部品は、リング状部品であってもよい。これにより、熱が良熱伝導性部品に沿って周方向へ伝わりやすくなるため、ステータの周方向の温度分布を効果的に均一化し、ポンプ流路へのガス分子の堆積を効果的に抑制できる。

前記良熱伝導性部品の形状が周方向で不均一であってもよい。これにより、周方向の位置に応じて熱伝導性を変更できる。このため、例えば加熱手段から遠い位置への熱伝導性を、加熱手段から近い位置への熱伝導性よりも高めることで、ステータの周方向の温度分布を効果的に均一化し、ポンプ流路へのガス分子の堆積を効果的に抑制できる。

前記加熱手段は前記加熱部品の周方向に離れた位置に複数設けられ、前記加熱手段の位相間隔によって、前記良熱伝導性部品の形状が異なってもよい。これにより、加熱手段の位相間隔が大きい位置では、熱が伝わり難くなるため、良熱伝導性部品の形状を、熱伝導性が高くなる形状とすることができる。また、加熱手段の位相間隔が小さい位置では、熱が伝わりやすいため、良熱伝導性部品の形状を、熱伝導性が低くなる形状とすることができる。

前記真空ポンプは、前記加熱部品に配置された少なくとも１つの温度検出部を有し、前記加熱手段は前記加熱部品の周方向に離れた位置に複数設けられ、少なくとも１つの前記温度検出部は、周方向に隣接する２つの前記加熱手段の中間位置よりも一方の前記加熱手段の近くに配置されてもよい。ステータの周方向の温度分布を均一化できることで、加熱位置から最も離れた位置で温度を検出して制御せずとも、温度を問題ない範囲に制御できる。このため、温度検出部を加熱手段に近づけることで、温度の制御幅を狭くして、ステータの周方向全体の温度を望ましい範囲内に効率よく制御できる。

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。 第１実施形態に係る真空ポンプの縦断面図である。 図５のＡ－Ａ線に沿うヒータスペーサ、排気口、加熱手段および温度検出部を示す横断面図である。 第１実施形態に係る真空ポンプの第１変形例を示す横断面図である。 第１実施形態に係る真空ポンプの第２変形例を示す横断面図である。 第１実施形態に係る真空ポンプの第３変形例を示す横断面図である。 第２実施形態に係る真空ポンプの縦断面図である。 図１０のＢ－Ｂ線に沿うヒータスペーサ、排気口、加熱手段および温度検出部を示す横断面図である。 第２実施形態に係る真空ポンプの変形例を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ロータ１０３が備えられている。このロータ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。ロータ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ロータ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、ロータ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。ロータ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はロータ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、ロータ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ロータ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。

＜第１実施形態＞
次に、第１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、下ケース２３０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。

さらに、真空ポンプ１００は、下ケース２３０の内側に、ヒータスペーサ２６０（加熱部品）と、ねじ溝スぺーサ１３１（ステータ）と、良熱伝導性部品２８０と、加熱手段２９０と、温度検出部３００と、を備えている。上ケース２２０と下ケース２３０との間はシールリング２７１によりシールされ、下ケース２３０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、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。

下ケース２３０は、円筒状に形成されており、ヒータスペーサ２６０の外周面を覆うように、ヒータスペーサ２６０から離れて設けられている。

ヒータスペーサ２６０は、ステータ部品である、ねじ溝スぺーサ１３１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、下ケース２３０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、固定翼スペーサ１２５とベース部１２９との間に配置されている。ヒータスペーサ２６０は、上流側の面および内周面の一部に、ねじ溝スぺーサ１３１と接する加熱側接触面２６２を有している。加熱側接触面２６２は、上流側から見てリング状に形成される。

ヒータスペーサ２６０は、略円筒状であり、外周面に、複数の加熱手段２９０が挿入される所定の深さの複数の設置孔２６３と、温度検出部３００が挿入される所定の深さの検出部設置孔２６４と、良熱伝導性部品２８０が配置される配置部２６５と、を備えている。

設置孔２６３は、周方向に沿って略均等に配置されている。設置孔２６３の数は、１つ以上であれば特に限定されないが、好ましくは４つ以下であり、本実施形態では４つである。加熱手段２９０は、特に限定されないが、設置孔２６３へ差し込める形態であることが好ましい。本実施形態において、加熱手段２９０は、金属パイプの内部に発熱体が配置され、発熱体に接続される両端子が金属パイプの一端側に配置されたカートリッジヒータである。加熱手段２９０にカートリッジヒータを採用する利点としては、被加熱部品であるヒータスペーサ２６０に対する加熱効率が高いことと、故障時の交換が容易であることが挙げられる。なお、加熱手段２９０は、カートリッジヒータに限定されず、例えば発熱体に接続される両端子が金属パイプの両端側に別々に配置されたシーズヒータであってもよい。また、図７に示す第１変形例のように、複数の設置孔２６３が周方向に沿って不均等に配置され、これらの設置孔２６３に、複数の加熱手段２９０が挿入されてもよい。

また、加熱手段は、ヒータスペーサ２６０に設置孔２６３ではなく、ヒータスペーサ２６０の外周面に接触するように配置される構造（例えば、バンドヒータ）であってもよい。この場合、ヒータスペーサ２６０に設置孔２６３が設けられなくてよい。

配置部２６５は、ヒータスペーサ２６０の加熱側接触面２６２の近傍に形成される。配置部２６５は、ヒータスペーサ２６０の内部に、加熱側接触面２６２に沿ってリング状の中空を有するように形成されている。配置部２６５は、ヒータスペーサ２６０の外周面（設置孔２６３が形成される面）側には連通していない。このため、ポンプ流路の高真空が漏れることを抑制できる。

ヒータスペーサ２６０は、真空を維持するケーシングとしての役割も果たす必要があるため、ヒータスペーサ２６０の材料は、熱伝導率だけを考慮して決定できず、運転時の温度での材料強度も加味して選定される必要がある。以前よりポンプ内の高温化が求められる仕様においては、ヒータスペーサ２６０は、例えば、アルミニウムよりも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鋼により形成される。なお、ヒータスペーサ２６０の材料は、ステンレス鋼に限定されない。

良熱伝導性部品２８０は、図５および６に示すように、ヒータスペーサ２６０の配置部２６５に連通する図示しない開口部から、ヒータスペーサ２６０の配置部２６５に鋳込まれて形成される。良熱伝導性部品２８０は、加熱側接触面２６２の近傍に、加熱側接触面２６２に沿ってリング状に形成される。したがって、良熱伝導性部品２８０は、３６０度にわたって途切れないリング状部品である。良熱伝導性部品２８０のリング状の中心軸Ｚと直交する断面形状は、中心軸Ｚに沿って一定であることが好ましいが、一定でなくてもよい。良熱伝導性部品２８０の中心軸Ｚと直交する断面形状は、例えば円形であるが、円形でなくてもよい。

良熱伝導性部品２８０の材料は、ヒータスペーサ２６０の材料よりも熱伝導率が高い。ヒータスペーサ２６０の材料がステンレス鋼である場合、良熱伝導性部品２８０の材料は、例えばアルミニウム、銅、亜鉛、金、銀等である。なお、良熱伝導性部品２８０は、ねじ溝スペーサ１３１の材料よりも熱伝導性が高い必要はない。

ねじ溝スぺーサ１３１は、ヒータスペーサ２６０の加熱側接触面２６２に接触して連結されるリング状の連結部３１０と、連結部３１０の内周面側から下流に向かって延びる円筒状の延在部３１１とを備えている。ねじ溝スぺーサ１３１は、連結部３１０の上流側の面と、延在部３１１の内周面に、螺旋状のねじ溝１３１ａが複数条刻設されている。また、ねじ溝スぺーサ１３１は、連結部３１０の上流側の面と、延在部３１１の内周面のうちの上流側の面に、ヒータスペーサ２６０の加熱側接触面２６２に接触するねじ溝側接触面３１２が形成されている。

温度検出部３００は、図６および７に示すように、周方向に隣接する２つの加熱手段２９０の中間位置に配置される検出部設置孔２６４に挿入されている。これにより、ヒータスペーサ２６０の外周面において加熱手段２９０が配置される位置から最も離れた位置で温度が検出される。このため、最も温度差が生じる位置までを含めた温度制御が可能である。

なお、温度検出部３００は、図８に示す第２変形例のように、周方向に隣接する２つの加熱手段２９０の中間位置よりも一方の加熱手段２９０の近くに配置されてもよい。

また、図９に示す第３変形例のように、良熱伝導性部品２８０の形状が、周方向で不均一であってもよい。一例として、良熱伝導性部品２８０は、第１の部位２８１と、第１の部位２８１よりも中心軸Ｚと直交する断面積が大きい第２の部位２８２と、第２の部位２８２よりも中心軸Ｚと直交する断面積が大きい第３の部位２８３と、を備えている。第１の部位２８１は、隣接する２つの加熱手段２９０の間の位相差が最も小さい範囲に配置される。第２の部位２８２は、隣接する２つの加熱手段２９０の間の位相差が、第１の部位２８１の次に小さい範囲に配置される。第３の部位２８３は、隣接する２つの加熱手段２９０の間の位相差が、最も大きい範囲に配置される。これにより、周方向の位置に応じて熱伝導性を変更できる。このため、例えば加熱手段２９０から遠い位置への熱伝導性を、加熱手段２９０から近い位置への熱伝導性よりも高めることで、ヒータスペーサ２６０の周方向の温度分布を効果的に均一化できる。

次に、第１実施形態に係る真空ポンプ１００の作用を説明する。

第１実施形態において、図５～６に示すように、ねじ溝スぺーサ１３１のねじ溝側接触面３１２は、ヒータスペーサ２６０の加熱側接触面２６２に接触している。そして、加熱側接触面２６２の近傍に、ヒータスペーサ２６０よりも熱伝導率が高い良熱伝導性部品２８０が配置されている。したがって、真空ポンプ１００は、ねじ溝スぺーサ１３１（ステータ）と加熱手段２９０との間の熱経路に、ヒータスペーサ２６０（加熱部品）よりも熱伝導率が高い良熱伝導性部品２８０を備えている。このため、周方向の局所的な位置に配置された加熱手段２９０が作動すると、加熱手段２９０が発する熱は、ねじ溝側接触面３１２に伝わる前に良熱伝導性部品２８０に伝わる。良熱伝導性部品２８０に伝わった熱は、熱伝導率の高い良熱伝導性部品２８０によって周方向への熱伝導が促される。このため、周方向の局所的な位置にのみ加熱手段２９０がある場合であっても、良熱伝導性部品２８０の作用によって、加熱側接触面２６２における周方向の温度分布の均一化が促される。したがって、加熱側接触面２６２によって加熱されるねじ溝スペーサ１３１は、周方向の位置によって温度差が生じることが抑制される。これにより、ポンプ流路を流れるガスの液化や固化を防止でき、特に、ポンプ流路（特にねじ溝１３１ａ）内に固体の副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、上記ポンプ流路における排気性能を向上させるため、ロータ１０３の円筒部１０２ｄとねじ溝スぺーサ１３１との隙間は非常に狭いギャップとなっているが、上述のねじ溝スぺーサ１３１の加熱により、ポンプ流路で固化し堆積するガス分子とロータ１０３の円筒部１０２ｄとの接触を防ぐことができる。その結果、ロータ１０３と堆積したガス分子との接触による不具合を防止できる。

また、真空ポンプ１００に良熱伝導性部品２８０が設けられることで、例えば、加熱手段２９０が周方向に均等に４つのみ設けられる場合であっても、良熱伝導性部品２８０の作用により、加熱側接触面２６２における温度の周方向の分布をより均一化できる。このため、例えば加熱手段２９０が周方向へ略均等に８つ設けられる場合と比較しても、加熱側接触面２６２における周方向の位置によって温度差が生じることを抑制できる。したがって、ヒータスペーサ２６０に配置する加熱手段２９０の数を低減させて、製造コストおよび運用コストを低減できる。

また、真空ポンプ１００に良熱伝導性部品２８０が設けられることで、例えば、図７に示す第１変形例のように加熱手段２９０が周方向に不均等に４つ設けられる場合であっても、加熱側接触面２６２における温度の周方向の分布をより均一化して、ねじ溝スペーサ１３１の周方向の位置によって温度差が生じることを抑制できる。

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と共に回転可能なロータ１０３と、ロータ１０３と協働して、ガスを排気する排気部を形成するねじ溝スペーサ１３１（ステータ）と、ねじ溝スペーサ１３１を支持して加熱するヒータスペーサ２６０（加熱部品）と、ヒータスペーサ２６０に配置された少なくとも１つの加熱手段２９０と、を備えた真空ポンプ１００であって、ねじ溝スペーサ１３１と加熱手段２９０との間の熱経路に、ヒータスペーサ２６０よりも熱伝導率が高い良熱伝導性部品２８０を備える。上記のように構成した真空ポンプ１００は、加熱手段２９０からヒータスペーサ２６０を介してねじ溝スペーサ１３１への熱伝導が良熱伝導性部品２８０によって促されるため、ねじ溝スペーサ１３１の周方向の温度分布が均一化されて、ポンプ流路へのガス分子の堆積を抑制できる。

また、良熱伝導性部品２８０は、リング状部品である。これにより、ヒータスペーサ２６０の周方向の温度分布を効果的に均一化し、ポンプ流路へのガス分子の堆積を効果的に抑制できる。

また、図９に示す第３変形例のように、良熱伝導性部品２８０の形状が周方向で不均一であってもよい。これにより、周方向の位置に応じて熱伝導性を変更できる。このため、例えば加熱手段２９０から遠い位置への熱伝導性を、加熱手段２９０から近い位置への熱伝導性よりも高めることで、ねじ溝スペーサ１３１の周方向の温度分布を効果的に均一化し、ポンプ流路へのガス分子の堆積を効果的に抑制できる。

また、加熱手段２９０はヒータスペーサ２６０の周方向に離れた位置に複数設けられ、加熱手段２９０の位相間隔によって、良熱伝導性部品２８０の形状が異なってもよい。これにより、加熱手段２９０の位相間隔が大きい位置では、熱が伝わり難くなるため、良熱伝導性部品２８０の形状を、熱伝導性が高くなる形状とすることができる。また、加熱手段２９０の位相間隔が小さい位置では、熱が伝わりやすいため、良熱伝導性部品２８０の形状を、熱伝導性が低くなる形状とすることができる。

また、真空ポンプ１００は、図８および９に示す第２および第３変形例のように、加熱部品に配置された少なくとも１つの温度検出部３００を有し、加熱手段２９０はヒータスペーサ２６０の周方向に離れた位置に複数設けられ、少なくとも１つの温度検出部３００は、周方向に隣接する２つの加熱手段２９０の中間位置よりも一方の加熱手段２９０の近くに配置されてもよい。ねじ溝スペーサ１３１の周方向の温度分布を均一化できることで、加熱位置から最も離れた位置で温度を検出して制御せずとも、温度を問題ない範囲に制御できる。このため、温度検出部３００を加熱手段２９０に近づけることで、温度の制御幅を狭くして、ねじ溝スペーサ１３１の周方向全体の温度を望ましい範囲内に効率よく制御できる。

また、良熱伝導性部品２８０は、回転可能なロータ１０３と協働してガスを排気する排気部を形成するねじ溝スペーサ１３１と、ねじ溝スペーサ１３１を支持して加熱するヒータスペーサ２６０と、ヒータスペーサ２６０に配置された少なくとも１つの加熱手段２９０と、を備えた真空ポンプ１００用の良熱伝導性部品２８０であって、良熱伝導性部品２８０は、ねじ溝スペーサ１３１と加熱手段２９０との間の熱経路に配置可能であり、ヒータスペーサ２６０よりも熱伝導率が高い。上記のように構成した良熱伝導性部品２８０は、加熱手段２９０からヒータスペーサ２６０を介してねじ溝スペーサ１３１への熱伝導を促すことで、ねじ溝スペーサ１３１の周方向の温度分布が均一化し、ポンプ流路へのガス分子の堆積を抑制できる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る真空ポンプ１００は、図１０および１１に示すように、ヒータスペーサ２６０および良熱伝導性部品２８０の形態のみが、第１実施形態と異なる。

ヒータスペーサ２６０は、当該ヒータスペーサ２６０の下流側かつ内周面側に、良熱伝導性部品２８０を配置可能な段差状の配置部２６５が形成されている。配置部２６５に配置される良熱伝導性部品２８０は、一定の内径および一定の外径を備え、下流側の面および上流側の面が平滑な円筒状（リング状）の部品である。良熱伝導性部品２８０の下流側の面および内周面側の面に、ねじ溝スぺーサ１３１のねじ溝側接触面３１２と接触する加熱側接触面２８５が形成されている。良熱伝導性部品２８０は、ヒータスペーサ２６０に篏合して固定されている。すなわち、第１実施形態と異なり、第２実施形態では、良熱伝導性部品２８０が、ねじ溝側接触面３１２と直接的に接触する。

なお、良熱伝導性部品２８０は、ヒータスペーサ２６０およびねじ溝スペーサ１３１に挟まれることで固定されてもよい。または、良熱伝導性部品２８０は、ヒータスペーサ２６０ではなくねじ溝スペーサ１３１に固定されてもよい。ねじ溝スペーサ１３１が、例えば鋳造品である場合のように熱伝導性が高くない場合に、良熱伝導性部品２８０をねじ溝スペーサ１３１側に配置することが、ねじ溝スペーサ１３１の周方向の温度分布を均一化するために有効である。良熱伝導性部品２８０をねじ溝スペーサ１３１側に配置する例として、図１２に示す変形例のように、ねじ溝スペーサ１３１のヒータスペーサ２６０と接触する面の少なくとも一部を形成するように、局所的に良伝熱性部品２８０がインサート成形等によってねじ溝スペーサ１３１に配置されてもよい。これにより、ねじ溝スペーサ１３１を鋳造品とすることでコストを低減しつつ、鋳造品とすることで低下する熱伝導率を良熱伝導性部品２８０によって高上させて、ねじ溝スペーサ１３１の周方向の温度分布を均一化できる。

以上のように、良熱伝導性部品２８０は、ねじ溝スぺーサ１３１（ステータ）と接触するように配置される。これにより、ねじ溝スぺーサ１３１の周方向の温度分布を効果的に均一化し、ポンプ流路へのガス分子の堆積を効果的に抑制できる。

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、上述した第２実施形態に、第１実施形態の第１変形例のように加熱手段２９０が不均等に配置される構成や、第２変形例のように温度検出部３００が１つの加熱手段２９０の近くに配置される構成や、第３変形例のように良熱伝導性部品２８０の形状が周方向において不均一な構成が適用されてもよい。すなわち、本明細書に記載された各々の構成は、適宜組み合わせることができる。

また、良熱伝導性部品２８０は、複数に分割されて配置されてもよい。

また、上述の各実施形態のねじ溝スぺーサ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いるが、どちらか一方の面のみに形成されてもよい。すなわち、上述の各実施形態において、ねじ溝ポンプ部は、軸方向の螺旋状溝によるホルベック型ねじ溝ポンプと、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を組み合わせた構成であるが、ホルベック型ねじ溝ポンプのみの構成であっても、シグバーン型ねじ溝ポンプのみの構成であってもよい。

１００ 真空ポンプ
１０１ 吸気口
１０３ ロータ
１１３ ロータ軸
１３１ ねじ溝スぺーサ（ステータ）
１３３ 排気口
２１０ ケーシング
２６０ ヒータスペーサ（加熱部品）
２８０ 良熱伝導性部品
２９０ 加熱手段
３００ 温度検出部

Claims (7)

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回転軸と、
   前記回転軸に固定され、前記回転軸と共に回転可能なロータと、
   前記ロータと協働して、ガスを排気する排気部を形成するステータと、
   前記ステータを支持して加熱する加熱部品と、
   前記加熱部品に配置された少なくとも１つの加熱手段と、を備えた真空ポンプであって、
   前記ステータと前記加熱手段との間の熱経路に、前記加熱部品よりも熱伝導率が高い良熱伝導性部品を備えたことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記良熱伝導性部品は、前記ステータと接触するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記良熱伝導性部品は、リング状部品であ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. 前記良熱伝導性部品の形状が周方向で不均一であ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. 前記加熱手段は前記加熱部品の周方向に離れた位置に複数設けられ、
   前記加熱手段の位相間隔によって、前記良熱伝導性部品の形状が異なる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. 前記加熱部品に配置された少なくとも１つの温度検出部を有し、
   前記加熱手段は前記加熱部品の周方向に離れた位置に複数設けられ、
   少なくとも１つの前記温度検出部は、周方向に隣接する２つの前記加熱手段の中間位置よりも一方の前記加熱手段の近くに配置されることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
7. 回転可能なロータと協働してガスを排気する排気部を形成するステータと、前記ステータを支持して加熱する加熱部品と、前記加熱部品に配置された少なくとも１つの加熱手段と、を備えた真空ポンプ用の良熱伝導性部品であって、
   前記良熱伝導性部品は、前記ステータと前記加熱手段との間の熱経路に配置可能であり、前記加熱部品よりも熱伝導率が高いことを特徴とする良熱伝導性部品。

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