JP6047091B2 - ロータ及び真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明はロータ及び真空ポンプに関し、接合部の荷重変化を緩和する荷重変化緩和構造を有するロータ、及び当該ロータを内包する真空ポンプに関する。

各種ある真空ポンプのうち、高真空の環境を実現するために多用されるものにターボ分子ポンプやねじ溝式ポンプがある。
こうした真空ポンプは、吸気口及び排気口を備えた外装体を形成するケーシングの内部に、当該真空ポンプに排気機能を発揮させる構造物が収納されている。この排気機能を発揮させる構造物は、大きく分けて、回転自在に配置された回転部（ロータ部）とケーシングに対して固定された固定部（ステータ部）から構成されている。
ターボ分子ポンプの場合、回転部は、回転軸及びこの回転軸に固定されている回転体からなり、回転体には、放射状に設けられた回転翼（動翼）が多段に配設されている。また、固定部には、回転翼に対して互い違いにステータ翼（静翼）が多段に配設されている。更に、ターボ分子ポンプには回転軸を高速回転させるためのモータが設けられており、このモータの働きにより回転軸が高速回転すると、回転翼とステータ翼との相互作用により気体が吸気口から吸引され、排気口から排出されるようになっている。

こうしたターボ分子ポンプやねじ溝式ポンプなどの真空ポンプでは、通常、回転部はアルミニウムやアルミニウム合金などの金属で製造される。
しかし、近年、性能向上（特に、より高速に回転させること）を目的として、高速回転する円筒形の回転部が、金属材料よりも、軽量且つ強度のある繊維強化複合材料（繊維強化プラスチック材、Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ。以後、ＦＲＰ材とする）で製造される場合がある。なお、この場合にＦＲＰ材に用いられる繊維はアラミド繊維（ＡＦＲＰ）、ボロン繊維（ＢＦＲＰ）、ガラス繊維（ＧＦＲＰ）や炭素繊維（ＣＦＲＰ）、ポリエチレン繊維（ＤＦＲＰ）などがある。
このように、真空ポンプの回転部の下部に配設する円筒形の回転部を、軽くて強いＦＲＰ材で形成された円筒形回転部にすると、円筒部の軽量化及び大型化を実現することができるので、当該円筒形回転部が配設される真空ポンプの排気性能を向上させることができる。
なお、アルミニウム合金などの金属製の回転部（回転翼）とＦＲＰ材で形成される円筒形回転部は、一般的に、図９（ａ）及び（ｂ）に示したように、ロータ（回転部）８０（８００）が内側に、円筒形回転部９が外側に配設されるように、当該回転部の下部にガイドを設けて圧入、接着、又は圧入と接着の併用などの手段で接合される。

ここで、真空ポンプのロータは、運転条件によっては温度が常温から１５０℃前後にまで上昇することがある。このように広い温度範囲を有するので、高温時に２種類の材料の熱膨張の差によって大きな熱応力が生じる。
アルミニウム合金はＦＲＰ材の何倍も熱膨張率が高いので、運転時間に伴い温度が上昇すると、温度上昇に伴って内側の金属製の回転部がどんどん膨張する。一方、外側に接合されたＦＲＰ材で形成された円筒形回転部の方はそれほど膨張しないので、運転の間、接合部の接触面に非常に大きな応力が生じていた。

特許第３０９８１３９号 特開２００４−２７８５１２号

特許文献１には、ターボ分子ポンプ部とネジ溝ポンプ部からなる複合分子ポンプにおいて、ターボ分子ポンプ部のロータを金属製とすると共に、ネジ溝ポンプ部の円筒ロータ及びターボ分子ポンプ部のロータとネジ溝ポンプ部の円筒ロータ間を接合する支板（５）を繊維強化プラスチック材（ＦＲＰ）により形成する発明について記載されている。
このように、特許文献１記載の発明では、ターボ分子ポンプ部の金属製ロータと、ＦＲＰで形成された円筒ロータとの間に、当該金属とＦＲＰの中間特性の熱膨張率を有する部材（支板）を挟んで、上述した熱膨張の差による熱応力を緩和している。
特許文献２には、上述した円筒形の回転部をＦＲＰ材で製造する方法として、繊維束を巻いて樹脂で固めるフィラメントワインディング法や、或いは、予め樹脂の中に繊維が埋め込まれた（含浸された）シートを巻いていくシートワインディング法について記載されており、ガラス繊維または炭素繊維などの強化繊維（ＦＲＰ）で充填された樹脂をベースにした有機基材の複合材料で作製され、フィラメントワインディング法でコアに連続的に巻き付けられて作製されたホルベックスカート下流回転子セグメント（５ｃ）について記載されている。
このように、特許文献２記載の発明では、繊維を斜めに巻く、或いは、繊維と樹脂とで樹脂の方の比率を多めに設定し、熱膨張により内側から広がっていった際に発生する加重が小さくなるように材料のヤング率を意図的に小さくする等、ＦＲＰの巻き付け条件を工夫することで接合部付近の負荷を緩和している。

しかしながら、上述した特許文献１及び特許文献２は、真空ポンプの金属製の回転部とＦＲＰ材で形成した円筒体の回転部の、結合部全体にかかる負担を緩和することを目的としている。
そのため、上述した特許文献１及び特許文献２では、ＦＲＰ材で形成した円筒体（円筒体回転部）において、当該円筒体の内側に配設される金属製のロータと実際に接触して負荷がかかっている部分と、当該金属製のロータと接触していないために負荷がかかっていない部分との、境界部分に生じる急激な荷重変化に対しては考慮されていない。
また、真空ポンプの回転翼の円筒体部分にＦＲＰ材を利用する場合は、円周方向にかかる遠心力による負荷に耐えるために、ＦＲＰ材を設計する際には材料の特性を強化する繊維を円周方向に巻き付ける。このように形成されたＦＲＰ材を用いた円筒体では、繊維が入っている方向（即ち、円周方向）は、繊維が円筒体にかかる負荷を負担するので円筒体の強度が増す。
しかしながら、繊維が入っていない方向（即ち、軸方向や半径方向）は、繊維をつなぎ止めている樹脂が円筒体にかかる負荷を負担する。そのため、繊維が入っていない方向に対する強度は、繊維を入れる前とほとんど変わりがないか、或いは、応力集中が起こった結果、強度が低下してしまう虞があった。
また、上述したような異方性のため、ＦＲＰ材で形成された円筒体では、繊維が入っていない軸方向や半径方向では、わずかな荷重で変形してしまう虞があった。

ところで、こうしたＦＲＰ材で製造された円筒形回転部が内包される真空ポンプは、腐食性のあるガス（例えば、ハロゲンガス）を排気する環境に配設されることがある。その場合、耐腐食対策として、当該ガスが流れる部分（部品）の表面に無電解ニッケルメッキなどにより耐食表面処理を行う。耐食表面処理の他例としては、物理気相成長（ＰＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、スパッタリング、イオンプレーティングなどの蒸着法や、電着塗装などがある。
このように円筒体回転部に耐食表面処理（表面耐食コーティング）が施されている場合、真空ポンプの金属製の回転部とＦＲＰ材で形成した円筒体回転部とが接合される接合部と、両者が接合されていない非接合部との境界部分において、軸方向に大きな荷重変化が生じて接合部と非接合部との境界部分が部分的に大きく変形してしまうと、その部分（接合部分）の耐食表面コーティングが、境界面のメッキが割れてしまうなどして破損してしまう虞があった。

そこで、本発明は、真空ポンプの回転体（ロータ）との接合部の荷重変化の緩和構造を有するロータ、及び当該ロータを内包して排気性能が向上した真空ポンプを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明では、真空ポンプに配設され、異なる材料で形成された円筒体が接合されるロータであって、前記円筒体と前記ロータが接する面に、前記ロータの熱膨張又は遠心力により前記円筒体に生じる軸方向における荷重の変化を低減する荷重変化緩和構造を有することを特徴とするロータを提供する。
請求項２記載の発明では、前記荷重変化緩和構造は、前記ロータの外径面に、前記円筒体が前記ロータに接合される端面側から前記円筒体の中央に向かって徐徐に前記ロータの外径が小さくなるように形成された緩やかなテーパ構造であることを特徴とする請求項１に記載のロータを提供する。
請求項３記載の発明では、前記荷重変化緩和構造は、前記ロータの外径面に、前記円筒体の中央から前記円筒体が前記ロータに接合される端面側に向かって徐徐に前記ロータの外径が小さくなるように形成された緩やかなテーパ構造であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータを提供する。
請求項４記載の発明では、前記テーパ構造のテーパ角度は、前記円筒体が、前記ロータに接合される端面側から前記円筒体の中央に向かって徐徐に縮径する角度よりも、小さい角度であることを特徴とする請求項２に記載のロータを提供する。
請求項５記載の発明では、前記テーパ構造のテーパ角度は、前記円筒体が、前記円筒体の中央から前記ロータに接合される端面側に向かって徐徐に縮径する角度よりも、小さい角度であることを特徴とする請求項３に記載のロータを提供する。
請求項６記載の発明では、前記荷重変化緩和構造は、前記テーパ構造の前記円筒体が前記ロータに接合される端面側の終点が曲線状に形成されることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のロータを提供する。
請求項７記載の発明では、前記荷重変化緩和構造は、前記ロータと前記円筒体が接触する接触面を共有しなくなる位置にまで前記テーパ構造が形成されていることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のロータを提供する。
請求項８記載の発明では、前記荷重変化緩和構造は、前記ロータの外径面に、前記円筒体が前記ロータに接合される端面側から前記円筒体の中央に向かって徐徐に前記ロータの外径が小さくなるように形成された緩やかな曲線構造であることを特徴とする請求項１に記載のロータを提供する。
請求項９記載の発明では、前記荷重変化緩和構造は、前記ロータの外径面に、前記円筒体の中央から前記円筒体が前記ロータに接合される端面側に向かって徐徐に前記ロータの外径が小さくなるように形成された緩やかな曲線構造であることを特徴とする請求項１又は請求項８に記載のロータを提供する。
請求項１０記載の発明では、前記荷重変化緩和構造は、前記ロータと前記円筒体が接触する接触面を共有しなくなる位置にまで前記曲線構造が形成されていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のロータを提供する。
請求項１１記載の発明では、ねじ溝式ポンプ部と、異なる材料で形成された円筒体が接合されるロータと、を備える真空ポンプであって、前記ロータは、請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載のロータであることを特徴とする真空ポンプを提供する。

本発明によれば、真空ポンプの回転体との接合部の荷重変化の緩和構造を有するロータ、及び当該ロータを内包して排気性能が向上した真空ポンプを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る荷重変化緩和構造を備えたターボ分子ポンプの概略構成例を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る荷重変化緩和構造の概念図である。 本発明の第１実施形態の変形例１に係る荷重変化緩和構造を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の変形例２に係る荷重変化緩和構造を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の変形例３に係る荷重変化緩和構造を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の変形例４に係る荷重変化緩和構造を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る荷重変化緩和構造を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る荷重変化緩和構造を備えたねじ溝式ポンプの概略構成例を示した図である。 本発明の従来技術に係る、回転部と円筒形回転部との接合部の概略構成例を示した図である。

（ｉ）実施形態の概要
本発明の実施形態では、真空ポンプは、アルミニウム合金などの金属製の回転部にＦＲＰ材などで形成された円筒形回転部が接合される接合部に、熱応力などによる荷重変化を緩和させる荷重変化緩和構造を有する。
より詳しくは、当該回転部と円筒形回転部の境界部分に、緩やかなテーパを設置する。

（ｉｉ）実施形態の詳細
以下、本発明の好適な実施の形態について、図１〜図８を参照して詳細に説明する。
なお、第１実施形態では、真空ポンプの一例として、ターボ分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部を備えた、いわゆる複合型のターボ分子ポンプを用いて説明する。
また、本実施形態では、一例として、アルミニウム合金で製造されたロータ８と、ＦＲＰ材で製造された円筒形回転部９を配設するターボ分子ポンプ１を用いて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る荷重変化緩和構造を備えたターボ分子ポンプ１の概略構成例を示した図である。なお、図１は、ターボ分子ポンプ１の軸線方向の断面を示している。
ターボ分子ポンプ１の外装体を形成するケーシング２は、略円筒状の形状をしており、ケーシング２の下部（排気口６側）に設けられたベース３と共にターボ分子ポンプ１の筐体を構成している。そして、この筐体の内部には、ターボ分子ポンプ１に排気機能を発揮させる構造物である気体移送機構が収納されている。
この気体移送機構は、大きく分けて、回転自在に配置された回転部と筐体に対して固定された固定部から構成されている。

ケーシング２の端部には、当該ターボ分子ポンプ１へ気体を導入するための吸気口４が形成されている。また、ケーシング２の吸気口４側の端面には、外周側へ張り出したフランジ部５が形成されている。
また、ベース３には、当該ターボ分子ポンプ１から気体を排気するための排気口６が形成されている。

回転部は、回転軸であるシャフト７、このシャフト７に配設されたロータ８、ロータ８に設けられた複数枚の回転翼８ａ、排気口６側（ねじ溝式ポンプ部）に設けられた円筒形回転部９などから構成されている。なお、シャフト７及びロータ８によってロータ部が構成されている。
各回転翼８ａは、シャフト７の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してシャフト７から放射状に伸びたブレードからなる。
また、円筒形回転部９は、ロータ８の回転軸線と同心の円筒形状をした円筒部材からなる。

シャフト７の軸線方向中程には、シャフト７を高速回転させるためのモータ部２０が設けられ、ステータコラム１０に内包されている。
更に、シャフト７のモータ部２０に対して吸気口４側、および排気口６側には、シャフト７をラジアル方向（径方向）に非接触で回転自在に支えるための径方向磁気軸受装置３０、３１が、シャフト７の下端には、シャフト７を軸線方向（アキシャル方向）に非接触で回転自在に支えるための軸方向磁気軸受装置４０が設けられている。

筐体の内周側には、固定部が形成されている。この固定部は、吸気口４側（ターボ分子ポンプ部）に設けられた複数枚の固定翼５０と、ケーシング２の内周面に設けられたねじ溝スペーサ６０などから構成されている。
各固定翼５０は、シャフト７の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して筐体の内周面からシャフト７に向かって伸びたブレードから構成されている。
各段の固定翼５０は、円筒形状をしたスペーサ７０により互いに隔てられて固定されている。
ターボ分子ポンプ部では、固定翼５０と、回転翼８ａとが互い違いに配置され、軸線方向に複数段形成されている。

ねじ溝スペーサ６０には、円筒形回転部９との対向面にらせん溝が形成されている。
ねじ溝スペーサ６０は、所定のクリアランスを隔てて円筒形回転部９の外周面に対面しており、円筒形回転部９が高速回転すると、ターボ分子ポンプ１で圧縮されたガスが円筒形回転部９の回転に伴ってねじ溝（らせん溝）にガイドされながら排気口６側へ送出されるようになっている。即ち、ねじ溝は、ガスを輸送する流路となっている。ねじ溝スペーサ６０と円筒形回転部９が所定のクリアランスを隔てて対向することにより、ねじ溝でガスを移送する気体移送機構を構成している。
なお、ガスが吸気口４側へ逆流する力を低減させるために、このクリアランスは小さければ小さいほどよい。
ねじ溝スペーサ６０に形成されたらせん溝の方向は、らせん溝内をロータ８の回転方向にガスが輸送された場合、排気口６に向かう方向である。
また、らせん溝の深さは、排気口６に近づくにつれて浅くなるようになっており、らせん溝を輸送されるガスは排気口６に近づくにつれて圧縮されるようになっている。このように、吸気口４から吸引されたガスは、ターボ分子ポンプ部で圧縮された後、ねじ溝式ポンプ部で更に圧縮されて排気口６から排出される。

上述のように構成された、ＦＲＰを用いて製造された円筒形回転部９を配設するターボ分子ポンプ１は、ハロゲンガス、フッ素ガス、塩素ガス、又は臭素ガスといった様々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る半導体製造用に使用される場合などは、当該ガスが触れる場所（構成部品）に対して、当該ガスによる腐食を防ぐために、無電解ニッケルメッキなどの耐食表面処理が施される。
上述のように構成された本発明の第１実施形態に係るターボ分子ポンプ１は、ロータ８と円筒形回転部９との境界部分（接合部）に荷重変化緩和構造を有する。

図２は、図１におけるＡ部（接合部）の拡大図であり、本発明の第１実施形態に係る荷重変化緩和構造の概念図である。
図２に線分αβで示したように、本発明の第１実施形態に係るターボ分子ポンプ１は、ロータ８と円筒形回転部９とが接合される境界部分に、荷重変化緩和構造としての緩やかなテーパ（線分αβ）を有する。このテーパは、ロータ８の外径を、円筒形回転部９の端面側から中央に向かって緩やかに小さくなるように形成することで形成することができる。
図２のθ１で表した角度は、荷重変化緩和構造としてのテーパが設けられていない時（図９）の、ロータ８の熱膨張によって変形した円筒形回転部９の変形角度（縮径角度）を示している。
図２にθ２で表した角度は、荷重変化緩和構造として設けられるテーパのテーパ角度を示している。
図２にｔで示した幅は、本発明の第１実施形態に係る荷重変化緩和構造としてのテーパのテーパ長、即ち、線分αβの投影長を示している。
図２のｔ０で示した幅は、円筒形回転部９とロータ８との干渉幅を示している。つまり、内側に配設される部品であるロータ８の外径と、外側に配設される部品である円筒形回転部９の内径との差である。

一般に、部品を挿入する場合には、挿入を容易に行う目的で挿入する部分に１５度〜３０度程度のテーパ角度を有するテーパが設けられる。
しかし、ロータ８が高速回転して熱膨張した時の円筒形回転部９の変形角度θ１は、当該テーパ角度（１５度〜３０度）よりも非常に小さな角度（概ね、数度）になるため、上述したように通常与えられるテーパ角度では、熱膨張による荷重変化の対策としては功を奏さない。
そこで、本第１実施形態の荷重変化緩和構造に係るテーパ角度θ２は、素材、即ち、円筒形回転部９を形成するＦＲＰ自体が変形する角度よりも非常に小さい角度にしている。
つまり、図２に示したように、本第１実施形態では、円筒形回転部９が変形する角度θ１よりも小さい角度であるテーパ角度θ２を有するテーパをロータ８に設ける構成にする。この構成により、円筒形回転部９の形状がなだらかに変形するように、当該テーパが荷重を緩和する緩和機構として機能する。
なお、本第１実施形態では、テーパ角度θ２は一例として５度以下とした。しかし、θ１の角度は、円筒形回転部９の肉厚、あるいは円筒形回転部９を形成する素材、当該素材の繊維含有量、当該素材が含有する繊維の巻き付け角度などにより変化することが考えられるため、テーパ角度θ２の値も適宜変更することが望ましい。

上述した構成にすることで、本発明の第１実施形態に係る荷重変化緩和構造を有するターボ分子ポンプ１では、荷重変化緩和構造としてのテーパにより円筒形回転部９の変形がなめらかになるので、ロータ８と円筒形回転部９との境界での熱応力による急激な荷重変化を緩和することができる。その結果、急激な荷重変化に対応できないために起こる耐食コーティングの割れなどの破損を防止することができる。

更に、本発明の第１実施形態に係る荷重変化緩和構造では、ロータ８に設けるテーパのテーパ長ｔ（線分αβの投影長）が充分に長くなるよう構成されている。より詳しくは、ロータ８と円筒形回転部９とが接触する接触面を共有しなくなり、ロータ８と円筒形回転部９との間に、ロータ８の外側面と円筒形回転部９の内側面とで隙間９０が形成される位置にまでテーパ（線分αβ）を延長する構成にしている。
なお、内側に配設されたロータ８が高温時に熱膨張を起こして外側に押し広げる力がより強い時の方が、テーパに必要な長さ（テーパ長ｔ：線分αβ）は長くなる。そこで、上述したテーパ長ｔを決めるにあたっては、干渉幅ｔ０、即ちロータ８と円筒形回転部９とが接触する接触面を共有する部分が大きくなる条件、つまり温度が最も高くなる条件の下で、当該テーパ長ｔを決めることが望ましい。

上述した構成にすることで、本発明の第１実施形態に係る荷重変化緩和構造を有するターボ分子ポンプ１では、荷重変化緩和構造としてのテーパにより円筒形回転部９の変形がなめらかになるので、ロータ８と円筒形回転部９との境界での熱応力による急激な荷重変化を緩和することができる。その結果、急激な荷重変化に対応できないために起こる耐食コーティングの割れなどの破損を防止することができる。
また、本発明の第１実施形態に係る荷重変化緩和構造を有するターボ分子ポンプ１は、熱膨張に加えて、遠心力によっても著しく変形する場合にも当該変形の防止対策として適用することができる。

ロータ８と円筒形回転部９との境界部分（接触部分）は、必ずしもテーパ（直線）状である必要はない。つまり、ロータ８においてテーパが始まる部分（直線と直線の交点の部分）は、角ではなくＲを設けることが望ましいので、荷重を緩衝するための当該境界部分を、緩やかな曲線を設ける構成にするとよい。
そこで、上述した本発明の第１実施形態に係る荷重変化緩和構造は、以下のように変形することができる。
（ｉｉｉ）変形例１
図３は、本発明の第１実施形態の変形例１に係る荷重変化緩和構造を説明するための図である。
図３には、本発明の第１実施形態の変形例１に係るロータ８１と、当該ロータ８１と対比するために従来形状のロータ８０が並列して示されている。なお、ロータ８１上の２点鎖線は、従来のロータ８０の末端の位置を示している。
図３に示したように、本変形例１の荷重変化緩和構造に係るロータ８１は、円筒形回転部９との接触部分に、曲線部（曲線αγ）とテーパ部（線分γβ）とを有する。
このように、ロータ８１と円筒形回転部９との境界部分を緩やかな曲線部及びテーパ部で構成することで、ロータ８１と円筒形回転部９との境界での熱応力による急激な荷重変化をより穏やかに緩和することができる。その結果、急激な荷重変化に対応できないために起こる耐食コーティングの割れなどの破損を防止することができる。
なお、本変形例１では、従来形状のロータ８０の接合部を延長して荷重変化緩和構造を設ける構成にしたが、接合部を延長せずに荷重変化緩和構造を設ける構成にしても良い。

（ｉｖ）変形例２
図４は、本発明の第１実施形態の変形例２に係る荷重変化緩和構造を説明するための図である。
図４には、本発明の第１実施形態の変形例２に係るロータ８２が示されおり、当該ロータ８２上の２点鎖線は、従来のロータ８０の末端の位置を示している。
図４に示したように、本変形例２の荷重変化緩和構造に係るロータ８２は、円筒形回転部９との接触部分に、コーナーＲ（曲線αβ）を有する。
このように、ロータ８２と円筒形回転部９との境界部分を緩やかな曲線で構成することで、ロータ８２と円筒形回転部９との境界での熱応力による急激な荷重変化をより穏やかに緩和することができる。その結果、急激な荷重変化に対応できないために起こる耐食コーティングの割れなどの破損を防止することができる。
なお、本変形例２では、従来形状のロータ８０の接合部を延長して荷重変化緩和構造を設ける構成にしたが、接合部を延長せずに荷重変化緩和構造を設ける構成にしても良い。

（ｖ）変形例３
図５は、本発明の第１実施形態の変形例３に係る荷重変化緩和構造を説明するための図である。
図５には、本発明の第１実施形態の変形例３に係るロータ８３が示されており、当該ロータ８３上の２点鎖線は、従来のロータ８０の末端の位置を示している。
図５に示したように、本変形例３の荷重変化緩和構造に係るロータ８３は、円筒形回転部９が接合されて円筒形回転部９と接触する下部（排気口６側）が、吸気口４側よりも薄く形成された薄板部８４を有している。
更に、本発明の第１実施形態の変形例３に係るロータ８３では、上述した薄板部８４を内径側に撓ませて撓み薄板部８５にする構成にすることで、円筒形回転部９との接触部分にコーナーＲ（曲線αβ）有する構成にしている。
このように、ロータ８３（撓み薄板部８５）と円筒形回転部９との境界部分を緩やかな曲線で構成することで、ロータ８３（撓み薄板部８５）と円筒形回転部９との境界での熱応力による急激な荷重変化をより穏やかに緩和することができる。その結果、急激な荷重変化に対応できないために起こる耐食コーティングの割れなどの破損を防止することができる。
なお、本変形例３では、従来形状のロータ８０の接合部を延長して荷重変化緩和構造を設ける構成にしたが、接合部を延長せずに荷重変化緩和構造を設ける構成にしても良い。

また、従来、図９（ｂ）に示したようにロータ８００と円筒形回転部９を接合していた場合であっても、後述する図６（ａ）〜（ｃ）に示したように上述した変形例１〜３を適用することができる。
（ｖｉ）変形例４
図６は、本発明の第１実施形態の変形例４に係る荷重変化緩和構造を説明するための図である。
図６（ａ）は、本発明の第１実施形態の変形例４に係るロータ８０１を示しており、円筒形回転部９との接触部分に、テーパ（線分αβ）を有する。
図６（ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例４に係るロータ８０２を示しており、円筒形回転部９との接触部分に、曲線部（曲線αγ）とテーパ部（線分γβ）とを有する。
図６（ｃ）は、本発明の第１実施形態の変形例４に係るロータ８０３を示しており、円筒形回転部９との接触部分に、コーナーＲ（曲線αβ）を有する。
図６（ａ）〜（ｃ）に示したいずれかの構成にすることで、本変形例４の荷重変化緩和構造に係る各ロータ８０１、８０２、８０３と円筒形回転部９との境界での熱応力による急激な荷重変化を穏やかに緩和することができる。その結果、急激な荷重変化に対応できないために起こる耐食コーティングの割れなどの破損を防止することができる。

（ｖｉｉ）第２実施形態
図７は、本発明の第２実施形態に係る荷重変化緩和構造を説明するための図である。
図７（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るロータ８００１を示しており、円筒形回転部９との接触部分の上部にも、テーパを有する。
参考として、図７（ｂ）には従来のロータ８０００が示されている。
図７（ａ）に示したように、本第２実施形態では、接触部分の上部にも荷重変化緩和構造が設けられ、そのテーパ角度は、素材、即ち、円筒形回転部９を形成するＦＲＰ自体が変形する角度よりも非常に小さい角度に形成されている。本第２実施形態では、円筒形回転部９が変形する角度よりも小さい角度を有するテーパをロータ８００１に設ける構成にする。この構成により、円筒形回転部９の形状がなだらかに変形するように、当該テーパが荷重を緩和する緩和機構として機能する。
なお、本第２実施形態では、このテーパ角度は一例として５度以下とした。しかし、円筒形回転部９の肉厚、あるいは円筒形回転部９を形成する素材、当該素材の繊維含有量、当該素材が含有する繊維の巻き付け角度などにより適宜変更することが望ましい。

上述した構成にすることで、本発明の第２実施形態に係る荷重変化緩和構造を有するターボ分子ポンプ１では、荷重変化緩和構造としての接触方向の上側のテーパにより円筒形回転部９の変形がなめらかになるので、ロータ８００１と円筒形回転部９との境界での熱応力による急激な荷重変化を緩和することができる。その結果、急激な荷重変化に対応できないために起こる耐食コーティングの割れなどの破損を防止することができる。
また、本発明の第２実施形態に係る荷重変化緩和構造を有するターボ分子ポンプ１は、熱膨張に加えて、遠心力によっても著しく変形する場合にも当該変形の防止対策として適用することができる。
なお、ロータ８００１と円筒形回転部９との境界部分（接触部分）は、必ずしもテーパ（直線）状である必要はない。つまり、ロータ８００１においてテーパが始まる部分（直線と直線の交点の部分）は、角ではなくＲを設けることが望ましいので、荷重を緩衝するための当該境界部分を、緩やかな曲線を設ける構成にするとよい。また、当該テーパ又はＲ状の穏やかな曲線を上部のみに設ける構成にしてもよい。
また、本発明の第２実施形態に係る荷重変化緩和構造は、第１実施形態で示した下側の荷重変化緩和構造の各実施形態及び変形例と組み合わせてもよい。

（ｖｉｉｉ）第３実施形態
上述した第１実施形態及び変形例１〜４、並びに第２実施形態は、真空ポンプの一例として、ターボ分子ポンプ部とねじ溝式ポンプ部を備えた、いわゆる複合型のターボ分子ポンプ１を用いて説明したがこれに限ることはなく、ターボ分子ポンプ部を有さないねじ溝式ポンプに適用することもできる。
図８には、本発明の第３実施形態に係るねじ溝式ポンプ１００の概略構成図が示されている。なお、上述した本発明の第１実施形態、第２実施形態と同様の構成については説明を省略する。
図８に示した本発明の第３実施形態に係るねじ溝式ポンプ１００においても、ロータ８と円筒形回転部９との境界部分（Ａ部）に、第１実施形態や第２実施形態において説明した荷重変化緩和構造を形成し、更に、上述した各変形例を適用することができる。

また、本発明の各実施形態及び各変形例では、ロータ８をアルミニウム合金とし、円筒形回転部９をＦＲＰで形成した円筒体としたが、これに限ることはなく、高温時に熱膨張の差によって大きな熱応力が生じるような２種類の材料であれば適用することができる。例えば、ロータ８はアルミニウム合金とし、円筒形回転部９をチタン合金や析出強化系ステンレスなどで形成した円筒体として構成しても、上述した各実施形態及び各変形例の構成を適用することができる。

上述した本発明の各実施形態及び各変形例に係る真空ポンプについて、接合する前の円筒体の内径がほぼ一定という前提で説明してきたが、円筒体の内径が、ロータに接合される端面側に向かって徐徐に小さくなるなど、軸方向に変化する場合には、それに応じてテーパ角度を決めればよい。

このように、上述した本発明の各実施形態及び各変形例に係る真空ポンプは、荷重変化緩和構造としてのテーパによって円筒形回転部９の変形がなめらかになり、ロータ８と円筒形回転部９との境界での急激な荷重変化を緩和することができる。
つまり、本発明の各実施形態及び各変形例の構成により、アルミニウム合金のロータ８に、より軽い、異素材（ＦＲＰ材など）の円筒形回転部９を配設して回転体を構成することができるので、従来よりも回転性能が向上し、排気性能が向上した真空ポンプを提供することができる。
また、上述した本発明の各実施形態及び各変形例の構成により、ロータ８と円筒形回転部９との境界部分の荷重変化の緩和機能が向上することで、急激に荷重が変化することが原因で起こる耐食コーティングが破損してしまうことを防止することができるロータ８を提供することができる。その結果、当該ロータ８を配設すれば、従来の真空ポンプに比べて、耐腐食性が向上するので信頼性・耐久性が向上した真空ポンプを提供することができる。

１ ターボ分子ポンプ
２ ケーシング
３ ベース
４ 吸気口
５ フランジ部
６ 排気口
７ シャフト
８ ロータ
８ａ 回転翼
９ 円筒形回転部
１０ ステータコラム
２０ モータ部
３０、３１ 径方向磁気軸受装置
４０ 軸方向磁気軸受装置
５０ 固定翼
６０ ねじ溝スペーサ
７０ スペーサ
８０ ロータ（従来）
８１ ロータ
８２ ロータ
８３ ロータ
８４ 薄板部
８５ 撓み薄板部
９０ 隙間
１００ ねじ溝式ポンプ
８００ ロータ（従来）
８０１ ロータ
８０２ ロータ
８０３ ロータ
８０００ ロータ（従来）
８００１ ロータ

Claims (11)

1. 真空ポンプに配設され、異なる材料で形成された円筒体が接合されるロータであって、
   前記円筒体と前記ロータが接する面に、前記ロータの熱膨張又は遠心力により前記円筒体に生じる軸方向における荷重の変化を低減する荷重変化緩和構造を有することを特徴とするロータ。
   
2. 前記荷重変化緩和構造は、前記ロータの外径面に、前記円筒体が前記ロータに接合される端面側から前記円筒体の中央に向かって徐徐に前記ロータの外径が小さくなるように形成された緩やかなテーパ構造であることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
   
3. 前記荷重変化緩和構造は、前記ロータの外径面に、前記円筒体の中央から前記円筒体が前記ロータに接合される端面側に向かって徐徐に前記ロータの外径が小さくなるように形成された緩やかなテーパ構造であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータ。
   
4. 前記テーパ構造のテーパ角度は、前記円筒体が、前記ロータに接合される端面側から前記円筒体の中央に向かって徐徐に縮径する角度よりも、小さい角度であることを特徴とする請求項２に記載のロータ。
   
5. 前記テーパ構造のテーパ角度は、前記円筒体が、前記円筒体の中央から前記ロータに接合される端面側に向かって徐徐に縮径する角度よりも、小さい角度であることを特徴とする請求項３に記載のロータ。
   
6. 前記荷重変化緩和構造は、前記テーパ構造の前記円筒体が前記ロータに接合される端面側の終点が曲線状に形成されることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のロータ。
   
7. 前記荷重変化緩和構造は、前記ロータと前記円筒体が接触する接触面を共有しなくなる位置にまで前記テーパ構造が形成されていることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のロータ。
   
8. 前記荷重変化緩和構造は、前記ロータの外径面に、前記円筒体が前記ロータに接合される端面側から前記円筒体の中央に向かって徐徐に前記ロータの外径が小さくなるように形成された緩やかな曲線構造であることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
   
9. 前記荷重変化緩和構造は、前記ロータの外径面に、前記円筒体の中央から前記円筒体が前記ロータに接合される端面側に向かって徐徐に前記ロータの外径が小さくなるように形成された緩やかな曲線構造であることを特徴とする請求項１又は請求項８に記載のロータ。
   
10. 前記荷重変化緩和構造は、前記ロータと前記円筒体が接触する接触面を共有しなくなる位置にまで前記曲線構造が形成されていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のロータ。
    
11. ねじ溝式ポンプ部と、異なる材料で形成された円筒体が接合されるロータと、を備える真空ポンプであって、
    前記ロータは、請求項１から請求項１０のうちいずれか１項に記載のロータであることを特徴とする真空ポンプ。

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