JP5255752B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Description

本発明はターボ分子ポンプに係わり、特に、ロータ軸と回転体との当接面の接触状態を安定させることにより、ロータ軸及び回転体の回転バランスを保ち、発振を防止することのできるターボ分子ポンプに関する。

近年のエレクトロニクスの発展に伴い、メモリや集積回路といった半導体の需要が急激に増大している。
これらの半導体は、極めて純度の高い半導体基板に不純物をドープして電気的性質を与えたり、半導体基板上に微細な回路パターンを形成し、これを積層する等して製造される。

そして、これらの作業は空気中の塵等による影響を避けるため高真空状態のチャンバ内で行われる必要がある。このチャンバの排気には、一般に真空ポンプが用いられているが、特に残留ガスが少なく、保守が容易である等の点から真空ポンプの中の一つであるターボ分子ポンプが多用されている。また、半導体の製造工程では、さまざまなプロセスガスを半導体の基板に作用させる工程が数多くあり、ターボ分子ポンプはチャンバ内を真空にするのみならず、これらのプロセスガスをチャンバ内から排気するのにも使用される。

更に、ターボ分子ポンプは、電子顕微鏡等の設備において、粉塵等の存在による電子ビームの屈折等を防止するため、電子顕微鏡等のチャンバ内の環境を高度の真空状態にするのにも用いられている。

このようなターボ分子ポンプは、半導体製造装置等のチャンバからガスを吸引排気するためのターボ分子ポンプ本体１００と、このターボ分子ポンプ本体１００を制御する制御装置２００とから構成されている。

ここで、ターボ分子ポンプの構成図を図１０に示す。
図１０において、ターボ分子ポンプ本体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。また、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による複数の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・を周部に放射状かつ多段に配設した回転体１０３が設けられている。この回転体１０３は、有天の略円筒状の部材となっており、その内側から回転体１０３の中心にロータ軸１１３が貫通固定されている。このロータ軸１１３と回転体１０３との固定部分の構造に関しては、後に詳述する。

更に、ロータ軸１１３は、例えば、いわゆる５軸制御の磁気軸受により浮上支持かつ位置制御されるようになっている。このとき、ロータ軸１１３の円柱状の主軸部１５１は、高透磁率材（鉄等）により形成されており、以下に示す上側径方向電磁石１０４や下側径方向電磁石１０５の磁力により吸引されるようになっている。

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。また、この上側径方向電磁石１０４に近接かつ対応されて４個の電磁石からなる上側径方向センサ１０７が備えられている。そして、上側径方向センサ１０７はロータ軸１１３の主軸部１５１の径方向変位を検出し、その変位信号を制御装置２００に送るように構成されている。

制御装置２００では、上側径方向センサ１０７が検出した変位信号に基づき、図示しないＰＩＤ調節機能を有する補償回路を介して上側径方向電磁石１０４を励磁制御し、ロータ軸１１３の主軸部１５１の上側の径方向位置を調整するようになっている。なお、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の主軸部１５１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。

更に、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂは、ロータ軸１１３の主軸部１５１の下部に設けられ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。この金属ディスク１１１は、鉄等の高透磁率材で構成されている。

また、この金属ディスク１１１の下方には、ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するための軸方向センサ１０９が設けられている。そして、この軸方向センサ１０９による軸方向の変位信号は、制御装置２００に送られるようになっている。

制御装置２００では、軸方向センサ１０９が検出した変位信号に基づき、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するようになっている。このとき、軸方向電磁石１０６Ａは、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は、金属ディスク１１１を下方に吸引するようになっている。
このように、磁気軸受は、ロータ軸１１３に及ぼす磁力を適当に調節することで、ロータ軸１１３を磁気浮上させ、非接触で保持するようになっている。

更に、モータ１２１は、その回転子側にロータ軸１１３の主軸部１５１を取り囲むように周状に配置された複数の永久磁石の磁極を備えている。そして、これらの永久磁石の磁極には、モータ１２１の固定子側である電磁石から、ロータ軸１１３を回転させるトルク成分が加えられるようになっており、回転体１０３が回転駆動されるようになっている。

また、モータ１２１には、図示しない回転数センサ及びモータ温度センサが取り付けられており、これらの回転数センサ及びモータ温度センサの検出信号を受けて、制御装置２００においてロータ軸１１３の回転が制御されている。

一方、このようなロータ軸１１３が固定された回転体１０３には、上述したように回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・が多段に配設されている。そして、この回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・が配設されている。

また、回転翼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の軸方向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。更に、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸方向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の一端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・の間に嵌挿された状態で支持されている。この固定翼スペーサ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、銅等の金属、又はこれらの金属を成分として含む合金等の金属によって構成されている。

更に、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が設けられている。この外筒１２７は、その底部に配設されたベース部１２９に対しボルト１２８により固定されている。また、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間にはネジ付きスペーサ１３１が配設されている。そして、ベース部１２９中のネジ付きスペーサ１３１の下部には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。

ネジ付きスペーサ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等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。このネジ溝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となっている。

更に、回転体１０３において、羽根状の回転翼１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・に続く最下部には、ロータ軸１１３の軸方向に対し円筒状に形成された回転翼１０２ｄが垂下形成されている。この回転翼１０２ｄは、ネジ付きスペーサ１３１の内周面に向かって張り出して形成されており、この張り出した部分はネジ付きスペーサ１３１の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。

また、ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ本体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、ステンレス等の金属によって構成されている。ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ本体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、アルミニウムや銅等の剛性があり、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、ロータ軸１１３がモータ１２１により駆動されて回転体１０３及び回転翼１０２と共に回転すると、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の排気ガスが吸気される。

そして、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との間を通り、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等により、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等による伝導により固定翼１２３側に伝達される。更に、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等を外部へと伝達する。

また、ベース部１２９に移送されてきた排気ガスは、ネジ付きスペーサ１３１のネジ溝１３１ａに案内されつつ排気口１３３へと送られる。
なお、上記では、ネジ付きスペーサ１３１は回転翼１０２ｄの外周に配設し、ネジ付きスペーサ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、これとは逆に回転翼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、吸気口１０１から吸引されたガスが、モータ１２１、下側径方向電磁石１０５、下側径方向センサ１０８、上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７等で構成される電装部側に侵入することのないよう、電装部の周囲はステータコラム１２２で覆われ、この電装部内はパージガスにて所定圧に保たれる。

このため、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。この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間の隙間を通じて排気口１３３へ送出される。

ところで、プロセスガスは、反応性を高めるため高温の状態でチャンバに導入されることがある。そして、これらのプロセスガスは、排気される際に冷却されてある温度になると固体となり排気系に生成物を析出する場合がある。そして、この種のプロセスガスがターボ分子ポンプ本体１００内で低温となって固体状となり、ターボ分子ポンプ本体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（１×１０⁵［Ｐａ］〜１［Ｐａ］）かつ低温（約２０［℃］）のとき、固体生成物（例えばＡｌＣｌ₃）が析出し、ターボ分子ポンプ本体１００内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。

そして、ターボ分子ポンプ本体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、ターボ分子ポンプ本体１００の性能を低下させる原因となる。例えば、前述した生成物は排気口付近の温度が低い部分、特に回転翼１０２及びネジ付きスペーサ１３１付近で凝固、付着し易い状況にあった。

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きベース部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による冷却の制御が行われている。

ここで、従来のロータ軸１１３と回転体１０３との固定部分の構造について説明する。ロータ軸と回転体との固定部分の拡大構成図を図１１に、回転体の部分構成図を図１２に、ロータ軸の部分構成図を図１３に示す。なお、図１３（ａ）はロータ軸の縦断面図であり、図１３（ｂ）はその平面図である。

図１１〜図１３において、ロータ軸１１３のうち、上述した上側径方向電磁石１０４等により径方向位置が調整される主軸部１５１の上方には、その径が主軸部１５１の２倍程度まで段階的に拡径された締結部１５３が形成されている。そして、この締結部１５３の上面の全体には、回転体１０３と接触するロータ軸１１３側の当接面１５７が形成されており、この当接面１５７は主軸部１５１の軸方向に対して垂直にかつ平面状に加工されている。

また、締結部１５３には、当接面１５７側が開口されたボルト穴１６１が軸方向に沿って掘られており、このボルト穴１６１はロータ軸１１３の軸心から主軸部１５１の径とほぼ同じ長さだけ離れた位置に形成されている。更に、このボルト穴１６１は、締結部１５３に例えば６か所形成されており、軸心の周りに等分配置されている。なお、ボルト穴１６１の数は６個に限られるものではなく、例えば８個等の場合もある。

更に、ロータ軸１１３の締結部１５３の上方には、主軸部１５１よりも小径であり、主軸部１５１と軸心が一致した貫通軸部１５５が延長形成されている。また、この貫通軸部１５５の上端部には、上方が開口された六角穴１６３が軸方向に沿って掘られており、この六角穴１６３は、貫通軸部１５５の長さの半分程度の深さまで掘られている。

これに対し、回転体１０３の上端の中央部には、下方に向けて凹んだ断面が丸形の凹部１８１が形成されている。また、この凹部１８１の中心には、軸方向に沿って回転体１０３の内側と外側との間を貫通する中心穴１８３が形成されている。

また、この凹部１８１の下方側で、回転体１０３の内側の面には、ロータ軸１１３の当接面１５７と接触する回転体１０３側の当接面１８７が形成されており、この当接面１８７も軸方向に対して垂直にかつ平面状に加工されている。

更に、この凹部１８１には、中心穴１８３と隣接して軸方向に沿って回転体１０３の内側と外側との間を貫通するボルト通し穴１８５が形成されている。このボルト通し穴１８５は、ロータ軸１１３側のボルト穴１６１と同じ数だけ形成されており、ロータ軸１１３の貫通軸部１５５が回転体１０３の中心穴１８３に貫通された状態で、ボルト穴１６１と連絡されるように配置されている。

更に、このボルト通し穴１８５とボルト穴１６１とが連絡された状態では、ボルト通し穴１８５にボルト１９１の足部が通されるようになっており、更にこのボルト１９１は、ロータ軸１１３側のボルト穴１６１と螺合されるようになっている。なお、ボルト１９１も、ボルト穴１６１と同じ数だけ用意されている。

かかる構成において、ロータ軸１１３と回転体１０３とを固定するに際しては、まず、ロータ軸１１３の貫通軸部１５５を回転体１０３の中心穴１８３に挿入する。このとき、貫通軸部１５５の中心穴１８３への挿入は、例えば焼きばめにより行われる。

そのため、常温では、ロータ軸１１３の貫通軸部１５５の外径が、回転体１０３の中心穴１８３の内径よりも数十μｍ程度大きくされる。そして、貫通軸部１５５の挿入の前に、回転体１０３だけが１００℃程度にまで加熱され、回転体１０３の中心穴１８３の内径が、ロータ軸１１３の貫通軸部１５５の外径よりも数百μｍ程度大きくされる。その後、この状態で貫通軸部１５５を中心穴１８３に挿入し、そのまま一定時間、放置冷却する。これにより、回転体１０３とロータ軸１１３とが常温に戻ると、常温時の径の違いに伴い貫通軸部１５５が中心穴１８３に対し堅固に固定される。

また、この焼きばめによる回転体１０３とロータ軸１１３との冷却の後には、ボルト１９１がロータ軸１１３側のボルト穴１６１に螺合される。このとき、ボルト１９１の締め付けに際しては、ロータ軸１１３の六角穴１６３に図示しない六角レンチが嵌合され、回転体１０３及びロータ軸１１３の回転が阻止される。これにより、回転体１０３とロータ軸１１３とが、簡単に締結される。
なお、上述のように、ロータ軸１１３の当接面１５７と、この当接面１５７に接触する回転体１０３側の当接面１８７とが共に平面にて加工され、ボルトで締結される点は例えば特許文献１及び特許文献２にも記載されている。
実開昭６３−７１４９２号公報 特開２０００−２９７７８２号公報

ところで、このようなターボ分子ポンプでは腐食性のガスを吸引する場合がある。そのため、回転体１０３及び回転翼１０２には、その防食のために、全面にメッキ処理が施される。そして、このメッキ処理は、例えば無電解ニッケルメッキが採用される。

このとき、回転体１０３及び回転翼１０２にメッキ処理を施すと、メッキの乾燥において部材の角部等に液垂れを生じ、メッキの盛り上がりが形成される場合がある。例えば、ロータ軸１１３と回転体１０３との当接面１５７、１８７におけるメッキの盛り上がりの様子を図１４（図１１中Ａ部の部分拡大図である）に示すと、回転体１０３の当接面１８７において、ロータ軸１１３の貫通軸部１５５に最も近い部分の角部Ｂ１や、ボルト通し穴１８５の軸心寄りの角部Ｂ２や、その逆側の角部Ｂ３に液垂れを生じ、メッキの盛り上がりが形成されている。

このとき、メッキの盛り上がりは、通常その大きさが３０μｍ程度と小さいが、これが図１４のようにロータ軸１１３と回転体１０３との当接面１５７、１８７に生じると、当接面１５７と当接面１８７との間が密着せず、ロータ軸１１３と回転体１０３との接触状態が不安定になるおそれがあった。そのため、ロータ軸１１３及び回転体１０３の回転中の振れが大きくなって、回転バランスを保つことができず、ターボ分子ポンプ本体１００が振動するおそれがあった。

また、メッキの盛り上がり量により、ロータ軸１１３と回転体１０３との接触状態が変化するため、ロータ軸１１３及び回転体１０３の固有振動数が大きく変動するおそれがあった。そして、通常、磁気軸受（上述した上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７、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、制御装置２００等で構成される）にはフィードバックループが構成され、このフィードバックループには安定のためのフィルタが設けられるが、ロータ軸１１３及び回転体１０３の固有振動数が変動するとフィルタのカットオフ周波数を超えてしまい、磁気軸受が発振するおそれがあった。

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、ロータ軸と回転体との当接面の接触状態を安定させることにより、ロータ軸及び回転体の回転バランスを保ち、発振を防止することのできるターボ分子ポンプを提供することを目的とする。

このため本発明（請求項１）は、表面に被膜が施された回転体と、該回転体に挿入固定されるロータ軸と、該ロータ軸と前記回転体との締結を行うためのボルト穴と、該ボルト穴を用いて前記ロータ軸と前記回転体との締結を行う締結手段と、前記ロータ軸を磁気浮上させ、径方向及び／又は軸方向に位置調整する磁気軸受とを備えたターボ分子ポンプであって、前記回転体は軸方向に対し垂直に形成された回転体側当接面を有し、前記ロータ軸は、前記回転体側当接面に当接されたロータ軸側当接面と、該ロータ軸側当接面より凹んだ座グリ部と、該座グリ部の底面と前記回転体側当接面間の隙間を保持し、前記締結の際の前記回転体のたわみを低減するために該回転体を支持し、前記回転体の穴の開口部から間隔を隔て形成された保持部とを有し、該保持部が、前記座グリ部の底面から突設された凸部、又は、前記回転体側当接面から該座グリ部の底面に向けて突設された凸部であり、前記締結により、前記回転体側当接面と前記座グリ部の底面との間には隙間が形成され、該隙間に向けて前記ボルト穴が開口されることで、前記ロータ軸及び前記回転体の固有振動数の変動を低減することを特徴とする。
また、本発明（請求項２）は、表面に被膜が施された回転体と、該回転体に挿入固定されるロータ軸と、該ロータ軸と前記回転体との締結を行うためのボルト穴と、該ボルト穴を用いて前記ロータ軸と前記回転体との締結を行う締結手段と、
前記ロータ軸を磁気浮上させ、径方向及び／又は軸方向に位置調整する磁気軸受とを備えたターボ分子ポンプであって、前記回転体は軸方向に対し垂直に形成された回転体側当接面を有し、前記ロータ軸は、前記回転体側当接面に当接されたロータ軸側当接面と、該ロータ軸側当接面より凹んだ座グリ部と、該座グリ部の底面と前記回転体側当接面間の隙間を保持し、前記締結の際の前記回転体のたわみを低減するために該回転体を支持し、前記回転体の穴の開口部から間隔を隔て配設された保持部材とを有し、該保持部材が、前記座グリ部の底面と前記回転体側当接面間に介設された板状の部材であり、前記締結により、前記回転体側当接面と前記座グリ部の底面との間には隙間が形成され、該隙間に向けて前記ボルト穴が開口されることで、前記ロータ軸及び前記回転体の固有振動数の変動を低減する。

ロータ軸と回転体との締結の際に、保持部材により座グリ部と回転体側当接面間が保持される。このため、締結の際に回転体がたわむことは無くなる。このことにより、一層、ロータ軸及び回転体の接触状態は安定する。
なお、保持部材は、座グリ部から突設されるのではなく、板状の独立した部材として座グリ部と回転体側当接面間に介設されても良い。また、回転体側より突設されても良い。

更に、本発明は、回転体と、該回転体に固定されるロータ軸と、該ロータ軸に配設されたボルト穴と、該ボルト穴に対し位置を合わせるように前記回転体側に配設されたボルト通し穴と、該ボルト通し穴及び前記ボルト穴を貫通し前記ロータ軸と前記回転体との締結を行う締結手段と、前記回転体の側で軸方向に対し垂直に形成された回転体側当接面と、前記ロータ軸の側で前記回転体側当接面と当接されたロータ軸側当接面と、該ロータ軸側当接面における前記ボルト穴の端部周囲は、前記ボルト通し穴の開口端縁部に形成されるメッキの垂れ下がり部を避けるように該ボルト通し穴の開口端縁部と対する位置より所定長分外方にまで面取りされたことを特徴とされてもよい。

ボルト穴の端部周囲は、メッキの垂れ下がり部を避けるように、ボルト通し穴の開口端縁部と対する位置より所定長分外方にまで面取りする。このことにより、ロータ軸及び回転体の接触状態は安定する。

更に、本発明は、前記面取りの寸法が１．５以上５以下であることを特徴とされてもよい。

ボルト通し穴の角部に生じたメッキの盛り上がり部分とロータ軸側当接面とが接触することを避けるため、面取り寸法は１．５以上が必要である。一方、この面取り寸法は、余り大きくなると、ロータ軸と回転体の接触面積が小さくなり、締結状態が不安定となる。このため、面取り寸法は５以下とされることが望ましい。

更に、本発明は、回転体と、該回転体に固定されるロータ軸と、該ロータ軸に配設されたボルト穴と、該ボルト穴に対し位置を合わせるように前記回転体側に配設されたボルト通し穴と、該ボルト通し穴及び前記ボルト穴を貫通し前記ロータ軸と前記回転体との締結を行う締結手段と、前記回転体の側で軸方向に対し垂直に形成された回転体側当接面と、該回転体側当接面におけるボルト通し穴の端部周囲は、該回転体側当接面に対し４５度より小さい傾斜角度にて面取り形成され、自然乾燥中のメッキが該回転体側当接面に向けて流れることにより液垂れに伴うメッキの垂れ下がり部が形成されないことを特徴とされてもよい。

回転体側当接面におけるボルト通し穴の端部周囲は、回転体側当接面に対し４５度より小さい傾斜角度にて面取り形成する。このことにより、メッキの自然乾燥中にメッキ液が当接面に流れ易くなり、メッキの盛り上がり部分は無くなる。なお、面取り部分の全体に対し傾斜角度を施す必要はなく、回転体側当接面との境界部分のみに施されても良い。

更に、本発明は、中央に中心穴を有する回転体と、該回転体の中心穴に対し貫通軸部が貫通固定されるロータ軸と、該ロータ軸に配設されたボルト穴と、該ボルト穴に対し位置を合わせるように前記回転体側に配設されたボルト通し穴と、該ボルト通し穴及び前記ボルト穴を貫通し前記ロータ軸と前記回転体との締結を行う締結手段と、前記回転体の側で軸方向に対し垂直に形成された回転体側当接面と、該回転体側当接面における貫通軸部回り端部は、該回転体側当接面に対し４５度より小さい傾斜角度にて面取り形成され、自然乾燥中のメッキが該回転体側当接面に向けて流れることにより液垂れに伴うメッキの垂れ下がり部が形成されないことを特徴とされてもよい。

回転体側当接面における貫通軸部回り端部は、回転体側当接面に対し４５度より小さい傾斜角度にて面取り形成する。このことにより、メッキの自然乾燥中にメッキ液が当接面に流れ易くなり、メッキの盛り上がり部分は無くなる。なお、面取り部分の全体に対し傾斜角度を施す必要はなく、回転体側当接面との境界部分のみに施されても良い。

更に、本発明は、前記傾斜角度が０度より大きく４０度以下であることを特徴とされてもよい。

更に、本発明は、回転体と、該回転体に固定されるロータ軸と、該ロータ軸に配設されたボルト穴と、該ボルト穴に対し位置を合わせるように前記回転体側に配設されたボルト通し穴と、該ボルト通し穴及び前記ボルト穴を貫通し前記ロータ軸と前記回転体との締結を行う締結手段と、前記回転体の側で軸方向に対し垂直に形成された回転体側当接面と、該回転体側当接面におけるボルト通し穴の端部周囲は、所定の曲率を有する曲面にて形成され、自然乾燥中のメッキが該回転体側当接面に向けて流れることにより液垂れに伴うメッキの垂れ下がり部が形成されないことを特徴とされてもよい。

更に、本発明は、中央に中心穴を有する回転体と、該回転体の中心穴に対し貫通軸部が貫通固定されるロータ軸と、該ロータ軸に配設されたボルト穴と、該ボルト穴に対し位置を合わせるように前記回転体側に配設されたボルト通し穴と、該ボルト通し穴及び前記ボルト穴を貫通し前記ロータ軸と前記回転体との締結を行う締結手段と、前記回転体の側で軸方向に対し垂直に形成された回転体側当接面と、該回転体側当接面における貫通軸部回り端部は、所定の曲率を有する曲面にて形成され、自然乾燥中のメッキが該回転体側当接面に向けて流れることにより液垂れに伴うメッキの垂れ下がり部が形成されないことを特徴とされてもよい。

更に、本発明（請求項３）は、前記回転体には回転翼が形成され、前記ターボ分子ポンプは、被対象設備に設置され、該被対象設備から所定のガスを吸引することを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、座グリ部と回転体側当接面間に保持部材を備えて構成したので、ロータ軸と回転体との締結の際に、保持部材により座グリ部と回転体側当接面間が保持される。このため、締結の際に回転体がたわむことは無くなる。このことにより、一層、ロータ軸及び回転体の接触状態は安定する。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態であるロータ軸と回転体との固定部分の拡大構成図を図１に、ロータ軸の部分構成図を図２に示す。なお、図２（ａ）はロータ軸の縦断面図であり、図２（ｂ）はその平面図である。また、図１０〜図１３と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。

図１、図２において、ロータ軸２１３の主軸部１５１の上方には、従来と同様に、その径が段階的に拡径された締結部２５３が形成されている。
そして、この締結部２５３の上面の外周部には、回転体１０３の当接面１８７と接触するロータ軸２１３側の当接面２５７が同心状に形成されている。具体的には、当接面２５７は、締結部２５３の上面において従来のボルト穴１６１が開口された場所よりも更に外周側から、上面の最外周縁までの部分に形成されており、締結部２５３の上面の径方向長さＬ１が例えば５ｍｍ程度形成されている。また、この当接面２５７は軸方向に対し垂直にかつ平面状に加工されている。

更に、締結部２５３の上面において、貫通軸部２５５が形成された部分から、当接面２５７の内周までの部分には、当接面２５７よりも上面が凹んだ座グリ部２５９が形成されている。また、この座グリ部２５９の上面も軸方向に対し垂直に加工されている。このとき、座グリ部２５９として凹ませる深さＤ１は、例えば５０μｍ程度である。なお、図では理解を容易にするため深さＤ１を強調して表示している。そして、この座グリ部２５９の貫通軸部２５５から当接面２５７に至る径方向の長さＬ２は１３ｍｍである。
更に、ボルト穴１６１と貫通軸部２５５の間であって、かつ貫通軸部２５５から長さＬ３（例えば０．５ｍｍ）程離れた位置には径方向の長さがＬ４（例えば１ｍｍ）の環状凸部２６１が座グリ部２５９の深さＤ１だけ突設されている。この環状凸部２６１は、貫通軸部２５５と同心状に配設されている。

このとき、本発明のターボ分子ポンプにおいても、回転体１０３及び回転翼１０２には、その防食のために、全面にメッキ処理が施される。そして、このメッキの乾燥においても、回転体１０３の当接面１８７には、メッキの盛り上がりが形成される場合がある。

このメッキの盛り上がりの様子を図３（図１中Ｃ部の部分拡大図である）に示すと、従来と同様に、回転体１０３の当接面１８７において、貫通軸部２５５に最も近い部分の角部Ｂ１や、ボルト通し穴１８５の角部Ｂ２、角部Ｂ３に液垂れを生じ、メッキの盛り上がりが形成されている。

しかしながら、本発明のロータ軸２１３では、その締結部２５３の上面に、当接面２５７よりも上面が凹んだ座グリ部２５９が形成されている。そのため、座グリ部２５９が形成された部分には、この深さ分だけ回転体１０３の当接面１８７との間に隙間２６５が形成される。

このとき、座グリ部２５９は、貫通軸部２５５から、ボルト穴１６１が開口された場所よりも更に外周側まで形成されている（すなわち、ボルト穴１６１が隙間２６５に向けて開口されている）ため、回転体１０３の当接面１８７の角部Ｂ１〜Ｂ３にメッキの盛り上がりが形成された場合でも、この盛り上がりは全て隙間２６５に吸収される。

そのため、ロータ軸２１３は、回転体１０３の当接面１８７に対し、その当接面２５７において接触され、メッキの盛り上がりが当接面２５７と当接面１８７との密着に影響を与えることはない。従って、ロータ軸２１３及び回転体１０３の接触状態は安定する。

次に、座グリ部２５９における環状凸部２６１の役割について説明する。
上述したように、座グリ部２５９を有するだけでもメッキの盛り上がりに対し有効であり、ロータ軸２１３及び回転体１０３の接触状態は安定する。
しかしながら、隙間２６５の存在により、ボルト通し穴１８５及びボルト穴１６１に対しボルト１９１が通され締結される際に、過度の締結をすると回転体１０３の貫通軸部２５５よりの部分がたわむおそれがあった。

このように、回転体１０３がたわんだときの様子を図４に示す。そして、かかる弊害を防止するため、本発明では、貫通軸部２５５回りで、かつこの貫通軸部２５５から、ボルト穴１６１の開口までのほぼ中間位置に環状凸部２６１が設けられている。この環状凸部２６１の頭部が回転体１０３の当接面１８７に接することで当接面１８７は保持され、ボルト１９１の締結の際にも回転体１０３がたわむことは無くなる。このことにより、一層、ロータ軸２１３及び回転体１０３の接触状態は安定する。

なお、環状凸部２６１は座グリ部２５９から突設されるのではなく、板状の独立した部材として座グリ部２５９と回転体１０３側の当接面１８７間に介設されても良い。
また、この環状凸部２６１は、必ずしも環状に連続して配設される必要はなく、図５に示すように、複数の突設部材２６７として配設されても良い。この突設部材２６７は、ボルト１９１締結の際のたわみ防止の観点からは、ボルト穴１６１と貫通軸部２５５の間にそれぞれ一つずつ配設されれば十分である。また、環状凸部２６１は座グリ部２５９より突設として説明したが、回転体１０３側より突設されても良い。なお、この環状凸部２６１、突設部材２６７は、保持部材に相当する。

次に、本実施形態の別例について説明する。本別例は、ボルト通し穴１８５の角部Ｂ２、角部Ｂ３に生じたメッキの盛り上がり部分を避けるようにボルト穴１６１の面取りを形成したものである。なお、図３と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
図６に示すように、座グリ部２７１が貫通軸部２５５回りに座グリの断面形状が角形に形成されている。この座グリ部２７１により、貫通軸部２５５に最も近い部分の角部Ｂ１に生じたメッキの盛り上がり部分を吸収することができる。
そして、ボルト穴１６１の頭部外周部２７５には、メッキの盛り上がり部分を避けるため、従来例と比較し大きな寸法の面取り（面取り寸法１．５以上）が施されている。

従来例の面取り寸法は、例えば図３のボルト穴１６１の頭部外周部２７７に施されるように面取り寸法０．５程度であるが、この程度の面取り寸法では、先述した座グリ部２５９が設けられなかった場合に、ボルト通し穴１８５の角部Ｂ２、角部Ｂ３に生じたメッキの盛り上がり部分とロータ軸２１３側の当接面２５７とが接触してしまう。このため、ボルト穴１６１の頭部外周部２７５には、ボルト通し穴１８５の角部Ｂ２、角部Ｂ３に生じたメッキの盛り上がり部分を避ける形で寸法１．５以上の面取りを施すこととした。但し、この面取り寸法は、余り大きくなると、ロータ軸２１３と回転体１０３の接触面積が小さくなり、締結状態が不安定となる。このため、面取り寸法５以下とされることが望ましい。

次に、本実施形態のさらに別例について説明する。従来のボルト通し穴１８５に施された面取り部分の回転体１０３側の当接面１８７との間の傾斜角度は４５度であり、液垂れが生じ易い角度となっていた。このため、本別例では、この傾斜角度を小さくすることにより、メッキの自然乾燥中にメッキ液が当接面１８７に沿って流れ易くしたものである。

図７に示すように、ボルト通し穴１８５の下端部には面取り部２７９が施されている。そして、この面取り部２７９の当接面１８７を基準とした傾斜角度αを４０度以下とする。また、当接面１８７の貫通軸部２５５回りにも、面取り部２７９と同様に傾斜角度α（αは４０度以下）を有する周状の面取り部２８１が形成されている。
このことにより、メッキの自然乾燥中にメッキ液が当接面１８７に流れ易くなり、メッキの盛り上がり部分は無くなる。
なお、面取り部２７９の全体に対し傾斜角度αを施す必要はなく、当接面１８７との境界部分のみに施されても良い。

また、面取り部２７９及び面取り部２８１には、図８に示すように、所定の曲率を有する曲面加工２８３、２８５が施されても良い。
以上により、メッキの盛り上がりが無くなるので、当接面２５７と当接面１８７との密着に影響を与えることはない。従って、ロータ軸２１３及び回転体１０３の接触状態は安定する。

なお、本発明においては、回転体１０３に中心穴１８３を形成し、この中心穴１８３にロータ軸２１３の貫通軸部２５５を貫通固定するとして説明してきたが、これに限られない。例えば、ロータ軸を回転体に嵌合させて固定しても良い。
このロータ軸と回転体との固定部分の拡大構成図を図９に示す。

図９において、ロータ軸６１３には、図１のロータ軸２１３と異なり、貫通軸部２５５が設けられていない。また、回転体５０３にも、図１の回転体１０３と異なり、中心穴１８３が形成されていない。
一方、ロータ軸６１３の締結部６５３の上面で、当接面２５７の内周側には、図１のロータ軸２１３と同様に、座グリ部６５９が形成されている。そして、ボルト穴１６１の開口の内側に環状凸部２６１が設けられている。この環状凸部２６１の頭部が回転体５０３の当接面１８７に接することで当接面１８７は保持され、ボルト１９１の締結の際にも回転体５０３がたわむことは無くなる。
また、回転体５０３の当接面１８７には、回転体５０３の内側から上方に向けて凹部５８１が形成されている。

そして、この凹部５８１には、ロータ軸６１３の締結部６５３の最大径部６５３ａが嵌合されている。そのため、凹部５８１において、ロータ軸６１３と回転体５０３とは固定され、ロータ軸６１３の当接面２５７と回転体５０３の当接面１８７とが接触されるようになっている。

かかる構成において、回転体５０３の当接面１８７にメッキの盛り上がりが形成された場合でも、ロータ軸６１３には座グリ部６５９が形成されているため、回転体５０３とロータ軸６１３との間には隙間６６５が形成される。
従って、ロータ軸６１３及び回転体５０３の接触状態を安定させることができる。このことにより、設計容易なロータ軸６１３と回転体５０３との固定構造を適宜選択可能となる。なお、この環状凸部２６１に代えて中央に隙間６６５を有さない円柱状凸部とされてもよい。

本発明のロータ軸と回転体との固定部分の拡大構成図 本発明のロータ軸の部分構成図 本発明の当接面におけるメッキの盛り上がりの様子 過度の締結により回転体がたわんだときの様子を示す図 複数の突設部材による補強例 本実施形態の別例（面取り寸法を拡大した例） 面取り部の傾斜角度αを小さくした例 面取り部に曲面加工を施した例 本発明のロータ軸と回転体との固定部分の拡大構成図（別例） 従来のターボ分子ポンプの構成図 従来のロータ軸と回転体との固定部分の拡大構成図 従来の回転体の部分構成図 従来のロータ軸の部分構成図 従来の当接面におけるメッキの盛り上がりの様子

符号の説明

１００ ターボ分子ポンプ本体
１０２ 回転翼
１０３、５０３ 回転体
１０４ 上側径方向電磁石
１０５ 下側径方向電磁石
１０６Ａ、１０６Ｂ 軸方向電磁石
１０７ 上側径方向センサ
１０８ 下側径方向センサ
１０９ 軸方向センサ
１１３、２１３、６１３ ロータ軸
１２１ モータ
１２３ 固定翼
１２５ 固定翼スペーサ
１２７ 外筒
１２９ ベース部
１５１ 主軸部
１５３、２５３、６５３ 締結部
１５５、２５５ 貫通軸部
１５７、１８７、２５７ 当接面
１６１ ボルト穴
１８３ 中心穴
１８５ ボルト通し穴
１９１ ボルト
２００ 制御装置
２５９、６５９、２７１ 座グリ部
２６１ 環状凸部
２６３ メネジ
２６５、６６５ 隙間
２６７ 突設部材
２７５、２７７ 頭部外周部
２７９、２８１ 面取り部
２８３、２８５ 曲面加工

Claims (3)

1. 表面に被膜が施された回転体と、
   該回転体に挿入固定されるロータ軸と、
   該ロータ軸と前記回転体との締結を行うためのボルト穴と、
   該ボルト穴を用いて前記ロータ軸と前記回転体との締結を行う締結手段と、
   前記ロータ軸を磁気浮上させ、径方向及び／又は軸方向に位置調整する磁気軸受とを備えたターボ分子ポンプであって、
   前記回転体は軸方向に対し垂直に形成された回転体側当接面を有し、
   前記ロータ軸は、
   前記回転体側当接面に当接されたロータ軸側当接面と、
   該ロータ軸側当接面より凹んだ座グリ部と、
   該座グリ部の底面と前記回転体側当接面間の隙間を保持し、前記締結の際の前記回転体のたわみを低減するために該回転体を支持し、前記回転体の穴の開口部から間隔を隔て形成された保持部とを有し、
   該保持部が、前記座グリ部の底面から突設された凸部、又は、前記回転体側当接面から該座グリ部の底面に向けて突設された凸部であり、
   前記締結により、前記回転体側当接面と前記座グリ部の底面との間には隙間が形成され、該隙間に向けて前記ボルト穴が開口されることで、前記ロータ軸及び前記回転体の固有振動数の変動を低減することを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. 表面に被膜が施された回転体と、
   該回転体に挿入固定されるロータ軸と、
   該ロータ軸と前記回転体との締結を行うためのボルト穴と、
   該ボルト穴を用いて前記ロータ軸と前記回転体との締結を行う締結手段と、
   前記ロータ軸を磁気浮上させ、径方向及び／又は軸方向に位置調整する磁気軸受とを備えたターボ分子ポンプであって、
   前記回転体は軸方向に対し垂直に形成された回転体側当接面を有し、
   前記ロータ軸は、
   前記回転体側当接面に当接されたロータ軸側当接面と、
   該ロータ軸側当接面より凹んだ座グリ部と、
   該座グリ部の底面と前記回転体側当接面間の隙間を保持し、前記締結の際の前記回転体のたわみを低減するために該回転体を支持し、前記回転体の穴の開口部から間隔を隔て配設された保持部材とを有し、
   該保持部材が、前記座グリ部の底面と前記回転体側当接面間に介設された板状の部材であり、
   前記締結により、前記回転体側当接面と前記座グリ部の底面との間には隙間が形成され、該隙間に向けて前記ボルト穴が開口されることで、
   前記ロータ軸及び前記回転体の固有振動数の変動を低減することを特徴とするターボ分子ポンプ。
3. 前記回転体には回転翼が形成され、
   前記ターボ分子ポンプは、
   被対象設備に設置され、該被対象設備から所定のガスを吸引することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のターボ分子ポンプ。

Images