JP2023132764A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ボルトの本数が増えても、外筒と締結される外周部品の変形を防止できる真空ポンプを提供する。【解決手段】本発明に係る真空ポンプは、回転体（１０３）と、回転体を収容する外筒（１２７）と、回転体の外周側かつ外筒と同軸上に配置される外周部品（１２６，１２８）と、外筒と外周部品とを締結する複数のボルト（１１５，１１６）と、外筒に作用するボルト軸力を低減させる軸力低減手段（１１７）と、を有し、軸力低減手段が、複数のボルトの少なくとも１つに備えられている。【選択図】図７

Description

本発明は、真空ポンプに関する。

一般に、ターボ分子ポンプ等に代表される真空ポンプでは、ケーシング（外筒）及び外周部品（例えば、冷却スペーサ、ベース等）がボルトにより締結されて真空ポンプの外装体を構成している。回転翼を有する回転体は、このケーシングの内部に収容されて、高速で回転する（特許文献１参照）。真空ポンプの運転中に回転体が破壊すると、回転体の回転方向に大きな捩じりトルク（以下、破壊トルクと言う）が発生する。破壊トルクは、ケーシングと外周部品を締結しているボルトに作用するため、ボルトは、この破壊トルクを吸収する必要がある。

国際公開第２０１４／０４５４３８号

近年、ポンプ仕事量の増加に伴う大型化や高温要求に伴う高耐熱性材への材料変更によって、回転体の重量が重くなる傾向にある。回転体の重量が重くなると破壊トルクも大きくなり、それに伴ってボルトのサイズ及び本数が多くなる。そのため、ケーシング及び外周部品にはボルトの高い軸力が掛かり、外周部品が変形する可能性がある。特に、特許文献１のように、ケーシングと外周部品との間に軸方向に隙間がある場合、ボルトの軸力によって外周部品には曲げモーメントが掛かるため、外周部品が変形する虞がある。

ボルトの軸力を変えずに破壊トルクの増加分を吸収するには、例えば、ボルトのピッチ円径（ＰＣＤ）を大きくすれば良いが、真空ポンプのサイズが大きくなってしまうため、好ましくない。また、特殊な高強度のボルトを使用すれば、ボルト本数を増やさなくて済むが、汎用性に乏しく、コストが嵩んでしまうといった課題もある。

そこで、本発明は、ボルトの本数が増えても、外筒と締結される外周部品の変形を防止できる真空ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、回転体と、前記回転体を収容する外筒と、前記回転体の外周側かつ前記外筒と同軸上に配置される外周部品と、前記外筒と前記外周部品とを締結する複数のボルトと、前記外筒に作用するボルト軸力を低減させる軸力低減手段と、を有し、前記軸力低減手段が、前記複数のボルトの少なくとも１つに備えられた真空ポンプである。

また、上記構成において、前記軸力低減手段は、ボルトの頭部と、前記外筒の外面であって前記ボルトの頭部と対向するボルト締結面との間に隙間を形成する構造であるのが好ましい。

また、上記構成において、前記外筒には、前記複数のボルトが貫通する複数の貫通孔が設けられ、前記外周部品には、前記複数のボルトと螺合する複数のネジ孔が設けられ、前記複数の貫通孔の少なくとも１つには、前記軸力低減手段としての円筒状のスペーサが挿入され、前記スペーサを介して、前記ボルトの頭部と前記ボルト締結面との間に前記隙間が形成されるのが好ましい。

また、上記構成において、前記外筒には、前記複数のボルトが貫通する複数の貫通孔が設けられ、前記外周部品には、前記複数のボルトと螺合する複数のネジ孔が設けられ、前記複数のボルトの少なくとも１つは、貫通孔の長さとネジ孔のネジ深さの合計値よりも大きい呼び長さで形成されることで前記軸力低減手段として機能して、前記ボルトの頭部と前記ボルト締結面との間に前記隙間を形成するのが好ましい。

また、上記構成において、前記外筒には、前記複数のボルトが貫通する複数の貫通孔が設けられ、前記外周部品には、前記複数のボルトと螺合する複数のネジ孔が設けられ、前記複数のネジ孔の少なくとも１つの底部には、前記軸力低減手段としてのストッパが設置され、前記ボルトの先端部が前記ストッパと当接することで、前記ボルトの頭部と前記ボルト締結面との間に前記隙間が形成されるのが好ましい。

また、上記構成において、前記軸力低減手段は、前記隙間に配置された弾性部材をさらに備えるのが好ましい。

また、上記構成において、前記軸力低減手段が備えられたボルトの本数は、前記軸力低減手段が備えられていないボルトの本数より少なくても良い。

また、上記構成において、前記軸力低減手段が備えられたボルトの本数は、前記軸力低減手段が備えられていないボルトの本数より多くても良い。

また、上記構成において、前記複数のボルトは同一のボルトであることが好ましい。

本発明に係る真空ポンプよれば、ボルトの本数が増えても、外筒と締結される外周部品の変形を防止できる。なお、上記した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係るターボ分子ポンプの縦断面図である。 図１に示すターボ分子ポンプの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におけるアンプ制御回路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におけるアンプ制御回路の制御を示すタイムチャートである。 第１ボルト及び第２ボルトの位置をターボ分子ポンプの上面から見て模式的に示した図である。 第１ボルトの締結部分の要部拡大図である。 第２ボルトの締結部分の要部拡大図である。 変形例１に係る第２ボルトの締結部分の要部拡大図である。 変形例２に係る第２ボルトの締結部分の要部拡大図である。 変形例３に係る第２ボルトの締結部分の要部拡大図である。 変形例４に係る第２ボルトの締結部分を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る真空ポンプの実施形態について、ターボ分子ポンプを例に挙げて、図面を参照しながら説明する。

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、あるいはステンレスなどの金属によって構成されている。

また、図１に示すように、回転体１０３の外周側には、外周部品である水冷スペーサ１２８及びアウターウォール１２６が配置されている。水冷スペーサ１２８は、円環状の冷却管１１０（図６参照）が内蔵されたリング状の部材である。この冷却管１１０に冷却水が供給されることで、水冷スペーサ１２８の周辺の部品が冷却される。即ち、回転体１０３の回転により発生した熱は、水冷スペーサ１２８によって冷却される。アウターウォール１２６は、ターボ分子ポンプ１００の略下半分を囲う円筒状の部材である。水冷スペーサ１２８とアウターウォール１２６とは、外筒１２７の下方に、外筒１２７と同軸上に順に並べて配置される。これら外筒１２７、水冷スペーサ１２８、及びアウターウォール１２６は、複数のボルト１１５，１１６により締結されて一体化されており、ベース部１２９と共に回転体１０３を収容するターボ分子ポンプ１００の外装体（ケーシング）を構成している。

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（より詳細には、アウターウォール１２６の底部）にはベース部１２９が配設されている。ベース部１２９の上方には排気口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に向かって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。

より詳細には、ネジ溝１３１ａに案内された排気ガスは、ベース部１２９の上方に形成された環状空間１３５へと送られ、環状空間１３５を周回しながら排気口１３３を介して外部に排出される。この環状空間１３５は、回転体（ロータ）１０３の円筒部１０２ｄ、ネジ付スペーサ（ステータ部）１３１、ヒータスペーサ１５３、及びベース部１２９とで仕切られた環状の空間である。

ここで、ヒータスペーサ１５３は、円筒状に形成された部材であり、本実施形態ではネジ付スペーサ１３１と一体で構成される。勿論、ヒータスペーサ１５３とネジ付スペーサ１３１とは別体で構成されていても良い。ヒータスペーサ１５３は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属により構成される。ヒータスペーサ１５３には加熱手段としてのヒータ１９５が差し込まれており、ヒータ１９５が発熱することで、ヒータスペーサ１５３を介してネジ付スペーサ１３１が加熱される。また、ヒータ１９５により、環状空間１３５を流れる排気ガスも加熱される。これにより、排気ガスの温度低下による堆積物の生成が抑制される。

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。なお、図１に示す通り、ステータコラム１２２は、ベース部１２９の中心位置に立設している。また、本実施形態では、ベース部１２９に冷却手段としての水冷管１４９が設けられている。この水冷管１４９に冷却水が供給されることで、ベース部１２９及びステータコラム１２２は好適な温度に保たれている。

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。

次に、本実施形態に係るターボ分子ポンプ１００の特徴部分について、詳しく説明する。本実施形態では、外筒１２７と水冷スペーサ１２８とアウターウォール１２６とを、複数のボルト１１５，１１６で固定しているが、第１ボルト１１５と第２ボルト１１６とで固定の方法が異なっている。なお、第１ボルト１１５と第２ボルト１１６とは同一である。

図５は、第１ボルト１１５及び第２ボルト１１６の位置をターボ分子ポンプ１００の上面から見て模式的に示した図である。図５に示すように、第１ボルト１１５と第２ボルト１１６とは、外筒１２７の中心Ｏと同心円上に等間隔で配置されているが、等間隔に配置されていなくても良いし、必ずしも第１ボルト１１５と第２ボルトとが同心円上に配置されていなくても良い。また、本実施形態において、第１ボルト１１５の本数は１２本、第２ボルト１１６の本数は４本であり、第２ボルト１１６の本数が第１ボルト１１５の本数より少ない。勿論、第２ボルト１１６の本数が第１ボルト１１５の本数より多くても良いし、両者の本数が同じでも良い。外筒１２７と水冷スペーサ１２８とアウターウォール１２６とをボルト締結するのに必要な軸力と、回転体１０３の破壊時に受ける破壊トルクとを考慮して、好適なボルト本数とすれば良い。そして、図５において、第１ボルト１１５は、通常の手法により締め付けられているが、第２ボルト１１６は、後述する軸力低減手段（スペーサ１１７）を介して締め付けられている。

図６は第１ボルト１１５の締結部分の要部拡大図であり、図７は第２ボルト１１６の締結部分の要部拡大図である。図６及び図７に示すように、外筒１２７には、第１ボルト１１５及び第２ボルト１１６が貫通する貫通孔１２７ａが設けられている。水冷スペーサ１２８にも同様に貫通孔１２８ａが設けられている。一方、アウターウォール１２６には、第１ボルト１１５のネジ部１１５ｂ及び第２ボルト１１６のネジ部１１６ｂと螺合するネジ孔１２６ａが設けられている。ボルト１１５，１１６を貫通孔１２７ａ，１２８ａを介してネジ孔１２６ａに挿入して所定のトルクで締め付けることで、外筒１２７と水冷スペーサ１２８とアウターウォール１２６とが一体的に固定される。なお、第２ボルト１１６が貫通する貫通孔１２７ａ，１２８ａは、後述するスペーサ１１７が挿入されるため、第１ボルト１１５が貫通する貫通孔１２７ａ，１２８ａより直径が大きい。

図６に示すように、第１ボルト１１５は、貫通孔１２７ａ，１２８ａを介してネジ孔１２６ａに挿入され、従来と同様の手法で締め付けられる。そのため、第１ボルト１１５の頭部１１５ａがボルト締結面１２７ｂと当接し、第１ボルト１１５の軸力は、外筒１２７及び水冷スペーサ１２８に作用する。

これに対して、第２ボルト１１６は、図７に示すように、スペーサ１１７を介して締め付けられる構成となっている。以下、軸力低減手段であるスペーサ１１７の構成について詳しく説明する。

スペーサ１１７は、筒状に形成され、金属により構成され部材であって、図７に示すように外筒１２７の貫通孔１２７ａ及び水冷スペーサ１２８の貫通孔１２８ａに挿入される。なお、スペーサ１１７は金属以外の材料から構成されても良いが、ボルト締結の緩みの原因となり得る、ボルト締結後の径時変化による変形が発生し難い金属の方が好ましい。スペーサ１１７は、貫通孔１２７ａ，１２８ａにスムーズに挿抜可能な外径を有し、かつ、第２ボルト１１６のネジ部１１６ｂがちょうど挿抜可能な内径を有している。そして、スペーサ１１７は、貫通孔１２７ａの長さと貫通孔１２８ａの長さの合計より若干長い寸法で形成されている。そのため、図７に示すように、スペーサ１１７を貫通孔１２７ａ，１２８ａに挿入すると、外筒１２７の表面（ボルト締結面１２７ｂ）より若干突出した状態となる。

第２ボルト１１６を、スペーサ１１７を介してネジ孔１２６ａに挿入し、所定のトルクで締め付けると、スペーサ１１７の長さが邪魔をして、第２ボルト１１６の頭部１１６ａがボルト締結面１２７ｂに接することができない。そのため、第２ボルト１１６の頭部１１６ａと外筒１２７の表面のうち頭部１１６ａと対向するボルト締結面１２７ｂとの間に、隙間Ｃが生じる。これにより、第２ボルト１１６の軸力は、アウターウォール１２６のみに作用し、外筒１２７及び水冷スペーサ１２８に作用しない。即ち、第２ボルト１１６の軸力が外筒１２７及び水冷スペーサ１２８に作用するのを、スペーサ１１７が低減している（阻止している）。

次に、このように構成された本実施形態の効果について説明する。

例えば、仕様変更等によって回転体１０３の重量が重くなると、当然、破壊トルクも大きくなる。特殊なボルトを使用したり、ボルトのピッチ円径（ＰＣＤ）を大きくしたりすれば、破壊トルクの増加分を吸収できる。しかし、これらの方策を採用したくない場合、ボルト１１５，１１６の本数を増やして破壊トルクの増加分を吸収しなければならない。

その際、第１ボルト１１５だけでなく第２ボルト１１６も図６に示す従来の手法により締め付けると、外筒１２７及び水冷スペーサ１２８に余計な軸力が掛かるため、水冷スペーサ１２８が変形する虞がある。

より詳細に説明すると、第２ボルト１１６を図６に示す従来の手法により締め付けると、第２ボルト１１６の軸力が外筒１２７及び水冷スペーサ１２８に作用する。そのため、水冷スペーサ１２８の外周側の部分は第２ボルト１１６により締め付けられて固定される。つまり、水冷スペーサ１２８の外周側は固定端となる。

第２ボルト１１６の軸力は外筒１２７にも作用するので、外筒１２７は図６の下向きに軸力を受ける。そのため、外筒１２７の上端のフランジ部１２７ｆ（図１参照）も、下向きに軸力を受ける。外筒１２７のフランジ部１２７ｆと最上段の固定翼スペーサ１２５ａとは当接しており、各段の固定翼スペーサ１２５（１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ・・・）もそれぞれ当接しているため、外筒１２７に第２ボルト１１６の軸力がかかると、その軸力は、固定翼スペーサ１２５に伝達する。つまり、外筒１２７のフランジ部１２７ｆが第２ボルト１１６の軸力を受けて、固定翼スペーサ１２５を下方に押圧する。図６に示すように、固定翼スペーサ１２５と水冷スペーサ１２８とが軸方向において当接しているため、外筒１２７に掛かる軸力は、固定翼スペーサ１２５を介して、水冷スペーサ１２８の内周側の部分（図６の斜線Ａの部分）に作用する。

即ち、水冷スペーサ１２８は、外周側が固定端となり、内周側が自由端となり、その自由端側に第２ボルト１１６の軸力が下方に作用する。そのため、水冷スペーサ１２８には固定端を支点にして曲げモーメントが働き、内周側の部分が下方に変形する（曲がる）。よって、破壊トルクの増加分を吸収するために単にボルト本数を増やすと、水冷スペーサ１２８が変形する虞があるため、必ずしも好ましいとは言えない。

一方、本実施形態では、図７に示すように、第２ボルト１１６はスペーサ１１７を介して外筒１２７と水冷スペーサ１２８とアウターウォール１２６とを締結しているため、第２ボルト１１６の軸力は水冷スペーサ１２８に作用しない。即ち、図７の斜線部分に対して下向きの力が掛からない。よって、本実施形態によれば、ターボ分子ポンプ１００の仕様変更等によって回転体１０３の重量が増加し、破壊トルクが大きくなる場合であっても、水冷スペーサ１２８の変形を防止しつつ、ボルト本数を増やすにより破壊トルクの増加分を吸収できる。

つまり、本実施形態は、外筒１２７と水冷スペーサ１２８とアウターウォール１２６との軸方向における締結を第１ボルト１１５の軸力により確保して、水冷スペーサ１２８の変形を防止しつつ、破壊トルクを第１ボルト１１５及び第２ボルト１１６で吸収できる。

このように、本実施形態によれば、ターボ分子ポンプ１００の大型化や高温化に伴う仕様変更が要求される場合であっても、汎用性の高いボルトを使用し、ボルト１１５，１１６の本数を増やすだけの設計変更で対応できるため、低コスト化を実現できる。また、ボルトのピッチ円径（ＰＣＤ）を大きくする必要もないので、ターボ分子ポンプ１００のサイズ（特に外径）を大きくしなくて済むといった利点もある。

（変形例１）
次に、軸力低減手段の変形例１について説明する。変形例１に係る軸力低減手段は、第２ボルト１１６の頭部１１６ａと外筒１２７のボルト締結面１２７ｂとの間に隙間Ｃが形成されるように、第２ボルト１１６の呼び長さＬを長くした構成に特徴がある。図８を参照して詳しく説明する。図８は、変形例１に係る第２ボルト１１６の締結部分の要部拡大図である。

図８に示すように、変形例１では、外筒１２７の貫通孔１２７ａの長さと水冷スペーサ１２８の貫通孔１２８ａの長さとアウターウォール１２６のネジ孔１２６ａのネジ深さの合計値Ｄより、第２ボルト１１６の呼び長さＬが大きい。そのため、第２ボルト１１６を締め付けると、第２ボルト１１６の頭部１１６ａが外筒１２７のボルト締結面１２７ｂに接する前に、第２ボルト１１６のネジ部１１６ｂの先端がネジ孔１２６ａの底部に突き当たる。その結果、第２ボルト１１６の頭部１１６ａとボルト締結面１２７ｂとの間に隙間Ｃが形成される。

また、ネジ孔１２６ａのネジ深さを第１のボルトのネジ孔１２６ａのネジ深さよりも短くしておくことで、同様の構造を構成することも可能である。

この変形例１の構成であっても、隙間Ｃが形成されていることで、第２ボルト１１６の軸力は外筒１２７及び水冷スペーサ１２８に作用しない。即ち、変形例１では、第２ボルト１１６自身が、軸力低減手段として機能する。よって、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。即ち、水冷スペーサ１２８の変形を防止することができる。また、スペーサ１１７が不要となるため、部品点数の削減にも貢献する。

（変形例２）
次に、軸力低減手段の変形例２について説明する。変形例２では、スペーサ１１７に替えてストッパ１１８を軸力低減手段として用いた点に特徴がある。図９を参照して詳しく説明する。図８は、変形例２に係る第２ボルト１１６の締結部分の要部拡大図である。

図８に示すように、ネジ孔１２６ａの底部には、金属製のストッパ１１８が螺合されて埋め込まれている。なお、ストッパ１１８は金属以外の材料で構成されても良いが、ボルト締結の緩みの原因となり得る、ボルト締結後の径時変化による変形が発生し難い金属の方が好ましい。このストッパ１１８により、第２ボルト１１６のネジ部１１６ｂの先端部がストッパ１１８と当接した際に、第２ボルト１１６の頭部１１６ａが外筒１２７のボルト締結面１２７ｂとの間に隙間Ｃが形成される。

この変形例２では、ストッパ１１８によって隙間Ｃが形成されているため、第２ボルト１１６の軸力は外筒１２７及び水冷スペーサ１２８に作用しない。よって、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。即ち、水冷スペーサ１２８の変形を防止することができる。

（変形例３）
次に、軸力低減手段の変形例３について説明する。変形例３では、ストッパ１１８を軸力低減手段として用いていることに加えて、隙間Ｃに皿バネ１５９を複数枚配置した点に特徴がある。図１０を参照して詳しく説明する。図１０は、変形例３に係る第２ボルト１１６の締結部分の要部拡大図である。

図１０に示すように、変形例３では、隙間Ｃに弾性部材である皿バネ１５９が配置されている。具体的には、外筒１２７に凹部１２７ｃが形成されており、この凹部１２７ｃに皿バネ１５９が３枚重ねて配置されている。よって、凹部１２７ｃは皿バネ１５９を収容するための空間となっている。

この変形例３によれば、皿バネ１５９が熱膨張を吸収できるため、第２ボルト１１６の緩み止めとして効果的である。なお、皿バネ１５９に替えて、弾性部材として発泡剤やウレタンゴム等を凹部１２７ｃに設ける構成としても良い。勿論、皿バネ１５９等の弾性部材を、本明細書において開示されるあらゆる実施形態や変形例に適用することもできる。

（変形例４）
次に、軸力低減手段の変形例４について説明する。変形例４では、第２ボルトとして段付きボルト１６０を用いている点に特徴がある。段付きボルト１６０の円筒部（段部）１６０ａは、アウターウォール１２６と当接するため、スペーサ１１７と同様の機能を有している。即ち、変形例４は、第２ボルト１１６とスペーサ１１７の構成の代わりに、第２ボルト１１６とスペーサ１１７を一体化した段付きボルト１６０により軸力低減手段を構成し、外筒１２７に軸力が作用しないようにしている。この変形例４によっても、本実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、スペーサ１１７が不要となるため、部品点数の削減及びコスト削減が期待できる。また、組立が簡単であり、作業性が向上するといった利点もある。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例や組合せ例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

本発明は、例えば、水冷スペーサ１２８とアウターウォール１２６とが一体化されて外周部品を構成するようなターボ分子ポンプや、水冷スペーサ１２８がなく外筒１２７とアウターウォール１２６とが直接締結される構成のターボ分子ポンプなど、あらゆる真空ポンプに適用可能である。即ち、外筒と外周部品とをボルトで締結する構成を備えた真空ポンプにおいて、ボルトの軸力を過度に外周部品に掛けたくない箇所に、本発明を適用することができる。

１００ ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
１０１ 吸気口
１０２（１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ） 回転翼
１０２ｄ 円筒部
１０３ 回転体
１１５ 第１ボルト
１１６ 第２ボルト
１１６ａ 頭部
１１６ｂ ネジ部
１１７ スペーサ（軸力低減手段）
１１８ ストッパ（軸力低減手段）
１２２ ステータコラム
１２３（１２３ａ，１２３ｃ、１２３ｃ） 固定翼
１２５（１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ） 固定翼スペーサ
１２６ アウターウォール（外周部品）
１２６ａ ネジ孔
１２７ 外筒
１２７ａ 貫通孔
１２７ｂ ボルト締結面
１２７ｃ 凹部
１２８ 水冷スペーサ（外周部品）
１２８ａ 貫通孔
１２９ ベース部
１３１ ネジ付スペーサ
１３３ 排気口
１５９ 皿バネ
１６０ 段付きボルト（第２ボルト）
Ｃ 隙間

また、第２ボルト１１６のネジ孔１２６ａのネジ深さを第１のボルト１１５のネジ孔１２６ａのネジ深さよりも短くしておくことで、同様の構造を構成することも可能である。

（変形例２）
次に、軸力低減手段の変形例２について説明する。変形例２では、スペーサ１１７に替えてストッパ１１８を軸力低減手段として用いた点に特徴がある。図９を参照して詳しく説明する。図９は、変形例２に係る第２ボルト１１６の締結部分の要部拡大図である。

図９に示すように、ネジ孔１２６ａの底部には、金属製のストッパ１１８が螺合されて埋め込まれている。なお、ストッパ１１８は金属以外の材料で構成されても良いが、ボルト締結の緩みの原因となり得る、ボルト締結後の径時変化による変形が発生し難い金属の方が好ましい。このストッパ１１８により、第２ボルト１１６のネジ部１１６ｂの先端部がストッパ１１８と当接した際に、第２ボルト１１６の頭部１１６ａが外筒１２７のボルト締結面１２７ｂとの間に隙間Ｃが形成される。

（変形例４）
次に、軸力低減手段の変形例４について説明する。変形例４では、第２ボルトとして段付きボルト１６０を用いている点に特徴がある。図１１を参照して詳しく説明する。段付きボルト１６０の円筒部（段部）１６０ａは、アウターウォール１２６と当接するため、スペーサ１１７と同様の機能を有している。即ち、変形例４は、第２ボルト１１６とスペーサ１１７の構成の代わりに、第２ボルト１１６とスペーサ１１７を一体化した段付きボルト１６０により軸力低減手段を構成し、外筒１２７に軸力が作用しないようにしている。この変形例４によっても、本実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、スペーサ１１７が不要となるため、部品点数の削減及びコスト削減が期待できる。また、組立が簡単であり、作業性が向上するといった利点もある。

１００ ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
１０１ 吸気口
１０２（１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ） 回転翼
１０２ｄ 円筒部
１０３ 回転体
１１５ 第１ボルト
１１６ 第２ボルト
１１６ａ 頭部
１１６ｂ ネジ部
１１７ スペーサ（軸力低減手段）
１１８ ストッパ（軸力低減手段）
１２２ ステータコラム
１２３（１２３ａ，１２３ｂ、１２３ｃ） 固定翼
１２５（１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ） 固定翼スペーサ
１２６ アウターウォール（外周部品）
１２６ａ ネジ孔
１２７ 外筒
１２７ａ 貫通孔
１２７ｂ ボルト締結面
１２７ｃ 凹部
１２８ 水冷スペーサ（外周部品）
１２８ａ 貫通孔
１２９ ベース部
１３１ ネジ付スペーサ
１３３ 排気口
１５９ 皿バネ
１６０ 段付きボルト（第２ボルト）
Ｃ 隙間

Claims (9)

1. 回転体と、
   前記回転体を収容する外筒と、
   前記回転体の外周側かつ前記外筒と同軸上に配置される外周部品と、
   前記外筒と前記外周部品とを締結する複数のボルトと、
   前記外筒に作用するボルト軸力を低減させる軸力低減手段と、を有し、
   前記軸力低減手段が、前記複数のボルトの少なくとも１つに備えられた真空ポンプ。
2. 請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
   前記軸力低減手段は、ボルトの頭部と、前記外筒の外面であって前記ボルトの頭部と対向するボルト締結面との間に隙間を形成する構造である
   ことを特徴とする真空ポンプ。
3. 請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
   前記外筒には、前記複数のボルトが貫通する複数の貫通孔が設けられ、
   前記外周部品には、前記複数のボルトと螺合する複数のネジ孔が設けられ、
   前記複数の貫通孔の少なくとも１つには、前記軸力低減手段としての円筒状のスペーサが挿入され、
   前記スペーサを介して、前記ボルトの頭部と前記ボルト締結面との間に前記隙間が形成される
   ことを特徴とする真空ポンプ。
4. 請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
   前記外筒には、前記複数のボルトが貫通する複数の貫通孔が設けられ、
   前記外周部品には、前記複数のボルトと螺合する複数のネジ孔が設けられ、
   前記複数のボルトの少なくとも１つは、貫通孔の長さとネジ孔のネジ深さの合計値よりも大きい呼び長さで形成されることで前記軸力低減手段として機能して、前記ボルトの頭部と前記ボルト締結面との間に前記隙間を形成する
   ことを特徴とする真空ポンプ。
5. 請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
   前記外筒には、前記複数のボルトが貫通する複数の貫通孔が設けられ、
   前記外周部品には、前記複数のボルトと螺合する複数のネジ孔が設けられ、
   前記複数のネジ孔の少なくとも１つの底部には、前記軸力低減手段としてのストッパが設置され、
   前記ボルトの先端部が前記ストッパと当接することで、前記ボルトの頭部と前記ボルト締結面との間に前記隙間が形成される
   ことを特徴とする真空ポンプ。
6. 請求項２～５の何れか１項に記載の真空ポンプにおいて、
   前記軸力低減手段は、前記隙間に配置された弾性部材をさらに備えることを特徴とする記載の真空ポンプ。
7. 請求項１～６の何れか１項に記載の真空ポンプにおいて、
   前記軸力低減手段が備えられたボルトの本数は、前記軸力低減手段が備えられていないボルトの本数より少ないことを特徴とする真空ポンプ。
8. 請求項１～７の何れか１項に記載の真空ポンプにおいて、
   前記軸力低減手段が備えられたボルトの本数は、前記軸力低減手段が備えられていないボルトの本数より多いことを特徴とする真空ポンプ。
9. 請求項１～８の何れか１項に記載の真空ポンプにおいて、
   前記複数のボルトは同一のボルトであることを特徴とする真空ポンプ。
   

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