JP7306845B2 - 真空ポンプ、及び、真空ポンプ構成部品 - Google Patents

Description

本発明は、例えばターボ分子ポンプ等の真空ポンプやその構成部品に関する。

一般に、真空ポンプの一種としてターボ分子ポンプが知られている。このターボ分子ポンプにおいては、ポンプ本体内のモータへの通電によりロータ翼を回転させ、ポンプ本体に吸い込んだガス（プロセスガス）の気体分子を弾き飛ばすことによりガスを排気するようになっている。また、このようなターボ分子ポンプには、ポンプ内における各部位の温度を適切に制御するために、ヒータや冷却管を備えたタイプのものがある。

特開２０１５－０３１１５３号公報

ところで、上述のようなターボ分子ポンプのヒータや冷却管については、加熱と冷却という相反する機能を実現するためのものであることから、位置関係や周辺部品の設計を慎重に行う必要があった。例えば、ポンプ内の温度については、ロータ翼の温度が支配的に作用しているが、冷却機能の設計が適切でなければ、ロータ翼やその付近の温度を所望の温度（例えば７０℃程度）に保つことが困難になる。また、ヒータと冷却管の互いの設置場所が近過ぎると、熱交換により各々の機能が相殺され、効率よく温度制御を行うことが難しくなる。

さらに、ヒータを保持する部品と冷却管を保持する部品（保持部品）は、機能の違いや加工の容易さ等の観点から、それぞれ別備品として成形されるのが通常である。このため、ヒータと冷却管を用いた温度制御を行うことにより、部品点数が多くなり、部品の加工や管理、及び、組み立て等に要するコストも大となる。

本発明の目的とするところは、ヒータと水冷管（冷却管）の間の熱抵抗が大きく部品点数が少ない真空ポンプ、及び、真空ポンプ構成部品を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために本発明は、静翼や回転翼が形成されたポンプ機構部と、
前記ポンプ機構部を内包するケーシングと、
前記回転翼を回転させるためのモータと、
一体に成形された加熱部と冷却部との間で熱伝導が可能な真空ポンプ構成部品と、を備え、
前記真空ポンプ構成部品に、断面が前記加熱部と前記冷却部との間で細首状になるよう形成された境界部を設け、
前記冷却部にステンレス製で前記境界部を補強する水冷管が設けられたことを特徴とする真空ポンプにある。
（２）また、上記目的を達成するために他の本発明は、前記境界部が、前記真空ポンプ構成部品の外側の切欠部と内側のテーパ部との間に形成されたものであり、
前記テーパ部が、前記加熱部の側から水冷部の側へ、内径が徐々に拡大するよう斜めに形成され、
前記切欠部と前記テーパ部の軸方向に係る位置関係は、前記切欠部が前記テーパ部の排気側に位置するよう設定されていることを特徴とする（１）に記載の真空ポンプにある。
（３）また、上記目的を達成するために他の本発明は、一体に成形された加熱部と冷却部との間で熱伝導が可能であり、断面が前記加熱部と前記冷却部との間で細首状になるよう成形された境界部が設けられ、
前記冷却部にステンレス製で前記境界部を補強する水冷管が設けられたことを特徴とする真空ポンプ構成部品にある。
（４）また、上記目的を達成するために他の本発明は、前記境界部が、外側の切欠部と内側のテーパ部との間に形成されたものであり、
前記テーパ部が、前記加熱部の側から水冷部の側へ、内径が徐々に拡大するよう斜めに形成され、
前記切欠部と前記テーパ部の軸方向に係る位置関係は、前記切欠部が前記テーパ部の排気側に位置するよう設定されていることを特徴とする（３）に記載の真空ポンプ構成部品にある。

上記発明によれば、ヒータと水冷管の間の熱抵抗が大きく部品点数が少ない真空ポンプ、及び、真空ポンプ構成部品を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るターボ分子ポンプの縦断面である。 （ａ）は第１実施形態に係るターボ分子ポンプの一部を示す拡大図、（ｂ）は位相を変えて他の部位を示す拡大図である。 右から本発明の第１実施形態に係る加熱冷却構造、第２実施形態に係る加熱冷却構造、及び、従来構造を並べて示す説明図である。 温度制御の概要を示す説明図である。

以下、本発明の各実施形態に係る真空ポンプについて、図面に基づき説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ１０を縦断して概略的に示している。このターボ分子ポンプ１０は、例えば、半導体製造装置、電子顕微鏡、質量分析装置などといった対象機器の真空チャンバ（図示略）に接続されるようになっている。

ターボ分子ポンプ１０は、円筒状のポンプ本体１１と、箱状の電装ケース（図示略）とを一体に備えている。これらのうちのポンプ本体１１は、図１中の上側が対象機器の側に繋がる吸気部１２となっており、下側が補助ポンプ等に繋がる排気部１３となっている。そして、ターボ分子ポンプ１０は、図１に示すような鉛直方向の垂直姿勢のほか、倒立姿勢や水平姿勢、傾斜姿勢でも用いることが可能となっている。

電装ケース（図示略）には、ポンプ本体１１に電力供給を行うための電源回路部や、ポンプ本体１１を制御するための制御回路部が収容されているが、ここでは、これらについての詳しい説明は省略する。

ポンプ本体１１は、略円筒状の筐体となる本体ケーシング１４を備えている。本体ケーシング１４は、図１中の上部に位置する吸気側部品としての吸気側ケーシング１４ａと、図１中の下側に位置する排気側部品としての排気側ケーシング１４ｂとを軸方向に直列に繋げて構成されている。ここで、吸気側ケーシング１４ａを例えばケーシングなどと称し、排気側ケーシング１４ｂを例えばベースなどと称することも可能である。

吸気側ケーシング１４ａと排気側ケーシング１４ｂは、径方向（図１中の左右方向）に重ねられている。さらに、吸気側ケーシング１４ａは、軸方向一端部（図１中の下端部）における内周面を、排気側ケーシング１４ｂの上端部２９ｂにおける外周面に対向させている。そして、吸気側ケーシング１４ａと排気側ケーシング１４ｂは、溝部に収容されたＯリング（シール部材４１）を挟んで、複数の六角穴付きボルト(図示略)により、互いに気密的に結合されている。

排気側ケーシング１４ｂは、大きくは、筒状のベーススペーサ４２（真空ポンプ構成部品）と、ベーススペーサ４２の軸方向一端部（図１中の下端部）を塞ぐベース体４３との２分割の構造を有している。ここで、ベーススペーサ４２とベース体４３は、それぞれ上ベース、下ベースなどと称することも可能なものである。なお、ベーススペーサ４２は、ＴＭＳ（Temperature Management System）のためのヒータ４８や水冷管４９を支持する加熱スペーサ部４６や水冷スペーサ部４７を有しているが、ベーススペーサ４２の詳細については後述する。

ポンプ本体１１は、略円筒状の本体ケーシング１４を備えている。本体ケーシング１４内には、排気機構部１５と回転駆動部（以下では「モータ」と称する）１６とが設けられている。これらのうち、排気機構部１５は、ポンプ機構部としてのターボ分子ポンプ機構部１７と、ネジ溝排気機構部としてのネジ溝ポンプ機構部１８とにより構成された複合型のものとなっている。

ターボ分子ポンプ機構部１７とネジ溝ポンプ機構部１８は、ポンプ本体１１の軸方向に連続するよう配置されており、図１においては、図１中の上側にターボ分子ポンプ機構部１７が配置され、図１中の下側にネジ溝ポンプ機構部１８が配置されている。以下に、ターボ分子ポンプ機構部１７やネジ溝ポンプ機構部１８の基本構造について概略的に説明する。

図１中の上側に配置されたターボ分子ポンプ機構部１７は、多数のタービンブレードによりガスの移送を行うものであり、所定の傾斜や曲面を有し放射状に形成された固定翼（以下では「ステータ翼」と称する）１９と回転翼（以下では「ロータ翼」と称する）２０とを備えている。ターボ分子ポンプ機構部１７において、ステータ翼１９とロータ翼２０は十段程度に亘って交互に並ぶよう配置されている。

ステータ翼１９は、本体ケーシング１４に一体的に設けられており、上下のステータ翼１９の間に、ロータ翼２０が入り込んでいる。ロータ翼２０は、筒状のロータ２８に一体化されており、ロータ２８はロータ軸２１に、ロータ軸２１の外側を覆うよう同心的に固定されている。ロータ軸２１の回転に伴い、ロータ軸２１及びロータ２８と同じ方向に回転する。

ここで、ポンプ本体１１は、主だった部品の材質としてアルミニウムが採用されているものであり、後述する排気側ケーシング１４ｂ、ステータ翼１９、ロータ２８などの材質もアルミニウムである。また、図１では、図面が煩雑になるのを避けるため、ポンプ本体１１における部品の断面を示すハッチングの記載を省略している。

ロータ軸２１は、段付きの円柱状に加工されており、ターボ分子ポンプ機構部１７から下側のネジ溝ポンプ機構部１８に達している。さらに、ロータ軸２１における軸方向の中央部には、モータ１６が配置されている。このモータ１６については後述する。

ネジ溝ポンプ機構部１８は、ロータ円筒部２３とネジステータ２４を備えている。 このネジステータ２４は「ソトネジ」などとも呼ばれているものであり、ネジステータ２４の材質として、アルミニウムが採用されている。ネジ溝ポンプ機構部１８の後段には排気パイプに接続する為の排気口２５が配置されており、排気口２５の内部とネジ溝ポンプ機構部１８が空間的に繋がっている。

前述のモータ１６は、ロータ軸２１の外周に固定された回転子（符号省略）と、回転子を取り囲むように配置された固定子（符号省略）とを有している。モータ１６を作動させるための電力の供給は、前述の電装ケース（図示略）に収容された電源回路部や制御回路部により行われる。

ロータ軸２１の支持には、詳細な図示や符号は省略するが、磁気浮上による非接触式の軸受（磁気軸受）が用いられている。このため、ポンプ本体１１においては、高速回転を行うにあたって摩耗がなく、寿命が長く、且つ、潤滑油を不要とした環境が実現されている。なお、磁気軸受として、ラジアル磁気軸受とスラスト軸受を組み合せたものを採用できる。

さらに、ロータ軸２１の上部及び下部の周囲には、所定間隔をおいて半径方向の保護ベアリング（「保護軸受」、「タッチダウン（Ｔ／Ｄ）軸受」、「バックアップ軸受」などともいう）３２、３３が配置されている。これらの保護ベアリング３２、３３により、例えば万が一電気系統のトラブルや大気突入等のトラブルが生じた場合であっても、ロータ軸２１の位置や姿勢を大きく変化させず、ロータ翼２０やその周辺部が損傷しないようになっている。

このような構造のターボ分子ポンプ１０の運転時には、前述のモータ１６が駆動され、ロータ翼２０が回転する。そして、ロータ翼２０の回転に伴い、図１中の上側に示す吸気部１２からガスが吸引され、ステータ翼１９とロータ翼２０とに気体分子を衝突させながら、ネジ溝ポンプ機構部１８の側へガスの移送が行われる。さらに、ネジ溝ポンプ機構部１８においてガスが圧縮され、圧縮されたガスが排気部１３から排気口２５へ進入し、排気口２５を介してポンプ本体１１から排出される。

なお、ロータ軸２１や、ロータ軸２１と一体的に回転するロータ翼２０、ロータ円筒部２３、及び、モータ１６の回転子（符号省略）等を、例えば「ロータ部」、或は「回転部」等と総称することが可能である。

次に、前述したベーススペーサ４２や、その周辺部品により構成される加熱冷却構造について説明する。ベーススペーサ４２は、図１及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、前述のベース体４３に同心的に組み合わされ、本体ケーシング１４の排気側の部位を構成している。ベース体４３は、モータ１６やロータ軸２１等の支持を担ったステータコラム４４を有しており、ベーススペーサ４２は、ステータコラム４４の基端側の周囲を、径方向に所定の間隔を空けて囲っている。

ベーススペーサ４２は、図２（ａ）に一部を拡大して示すように、加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７とを有している。ベーススペーサ４２は、アルミ鋳造品に所定の加工や処理を行って形成された一体成型品であり、加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７は互いに一体化されている。そして、ベーススペーサ４２は、加熱スペーサ部４６の側を向けてベース体４３に組み合せられており、Ｏリング（シール部材４５）を挟み、図示を省略する六角穴付きボルトを介して、ベース体４３に連結されている。

ここで、ベーススペーサ４２とベース体４３を、アルミ鋳造物或いはステンレスにより一体成型することも可能である。しかし、本実施形態のように別部品とすることで、部品外形が小さくなり、部品の加工、管理、運搬、組み立ての際の取り扱いなどといった各種の点で容易性が増し、関連するコストを抑えることができる。

続いて、加熱スペーサ部４６は、全体として環状に形成されており、矩形状の断面を有している。また、加熱スペーサ部４６には、前述のネジステータ２４が、熱の伝達が可能な状態で組み合されて固定されている。

加熱スペーサ部４６には、加熱を行うためのヒータ４８や、図２（ｂ）に示すような温度センサ５１が装着されている。これらのうちのヒータ４８は、加熱スペーサ部４６に外側から差込まれ、板材５０ａや六角穴付きボルト５０ｂ等を有するヒータ装着具５０を介して、加熱スペーサ部４６に固定されている。ヒータ４８は、通電制御により発熱量を変化させる。そして、ヒータ４８は、発生した熱を加熱スペーサ部４６に伝達し、加熱スペーサ部４６の温度を上昇させる。ここで、ヒータ４８の配置は、ヒータ４８がネジステータ２４に近づき、ネジステータ２４を効率よく加熱できるよう考慮されている。

また、本実施形態では、ヒータ４８の数は２個となっており、これらのヒータ４８は、加熱スペーサ部４６にほぼ１８０℃間隔で配置されている。しかし、これに限定されるものではなく、ヒータ４８の数を増減することが可能である。ただし、ヒータ４８の数を例えば４個に増やし、これらのヒータ４８を９０℃間隔で配置したような場合には、より効率よく加熱を行うことが可能になる。

前述の温度センサ５１は、加熱スペーサ部４６に外側から差込まれ、温度センサ装着具５３を介して固定されている。つまり、温度センサ５１は、ヒータ４８と同じ部品（単一の部品）に取り付けられている。また、センサ装着具５３は、前述のヒータ装着具５０と同様な構造を有しており、板材５３ａや六角穴付きボルト５３ｂ等を有している。

本実施形態では、温度センサ５１の数は２個となっており、これらの温度センサ５１は、加熱スペーサ部４６にほぼ１８０℃間隔で配置されている。そして、温度センサ５１は、ヒータ４８の配置に係る位相のほぼ中央（２つのヒータ４８のほぼ中間）に配置され、ヒータ４８と併せて９０℃間隔で周方向に一列に並んでいる。また、温度センサ５１は、可能な限りネジステータ２４に近付くよう配置されており、ヒータ４８により加熱された加熱スペーサ部４６の温度を、ネジステータ２４に近い位置において検出できるようになっている。ここで、温度センサ５１としては、例えばサーミスタ等のように一般的な種々のものを採用することが可能である。

前述した水冷スペーサ部４７は、全体として環状に成型され、基盤となる加熱スペーサ部４６に対し、図中の上方（吸気側寄りの部位）に位置している。さらに、水冷スペーサ部４７は、加熱スペーサ部４６よりも大きな外径と内径を有しており、径方向の外側へフランジ状に突出している。

また、水冷スペーサ部４７の上端部２９ｂは、水冷スペーサ部４７における他の部分に比べて薄肉に加工され、立壁状に上向きに突出している。そして、水冷スペーサ部４７の上端部２９ｂは、吸気側ケーシング１４ａの内側に入り込み、シール部材４１を介して、吸気側ケーシング１４ａと嵌り合うようになっている。

加熱スペーサ部４６との比較において、水冷スペーサ部４７は、加熱スペーサ部４６よりも全体として薄肉に加工されており、加熱スペーサ部４６よりも径方向の外側の部位に飛び出している。また、加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７の境界部５２においては、外側の直角な切欠部５４と、内側の傾斜したテーパ部５６とが、適度な厚みを残して接近している。

つまり、境界部５２の外側（本体ケーシング１４の外側）においては、加熱スペーサ部４６の外周面４６ａと、水冷スペーサ部４７の下面４７ａとが、断面上、互いに直角の関係で切欠部５４を形成するよう加工されている。また、境界部５２の内側（本体ケーシング１４の内側）においては、加熱スペーサ部４６の側から水冷スペーサ部４７の側へ、内径が徐々に拡大するよう斜めに加工が施され、テーパ部５６が形成されている。

テーパ部５６に繋がる加熱スペーサ部４６の上面４６ｂは、水冷スペーサ部４７の上述の下面４７ａとほぼ同一平面上に位置している。また、切欠部５４とテーパ部５６の軸方向に係る位置関係は、切欠部５４が相対的に下方側（排気側）に位置し、テーパ部５６が相対的に上方側（吸気側）に位置するよう設定されている。

このような形状で境界部５２を形成することにより、加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７とが、瓶の首（ボトルネック）状に狭まった部位（熱伝導部となる境界部５２）を介して、互いに継目なく繋がったものとなる。そして、このような細首状の形状を実現する境界部５２を設けることで、一部品化により良好な熱伝導度を保ったまま、熱の伝導経路の狭隘化が可能となっている。

ここで、水冷スペーサ部４７、加熱スペーサ部４６、境界部５２は一部品化されたものであるが、これらの主従関係や領域については、多様な捉え方を採ることができる。例えば、境界部５２は、水冷スペーサ部４７又は加熱スペーサ部４６のいずれか一方に属する（或いはいずれか一方の一部を構成する）ものであると考えることが可能である。

また、これに限らず、境界部５２は、水冷スペーサ部４７又は加熱スペーサ部４６のそれぞれに部分的に属するものであると考えることも可能である。また、境界部５２は、ベーススペーサ４２において、水冷スペーサ部４７及び加熱スペーサ部４６のいずれからも独立した領域を構成するものであると考えることも可能である。また、加熱スペーサ部４６、境界部５２、水冷スペーサ部４７の連続した形態は、例えばグースネック状などとも称することが可能なものである。

水冷スペーサ部４７には、ステンレス管である水冷管４９が、周方向に沿って延びるよう埋め込まれ（鋳込まれ）ている。水冷管４９は、境界部５２に近付くよう配置されている。水冷管４９内には、図示を省略する管用継手を介して冷却水が供給され、冷却水は、水冷管４９内を流れて水冷スペーサ部４７の熱を奪い、本体ケーシング１４の外に導出される。このような冷却水の循環により、水冷スペーサ部４７が冷却される。また、図示は省略するが、水冷管４９における冷却水の流量は、電磁弁の開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）により制御されるようになっている。

ヒータ４８による加熱の状況は、所定の位置に取り付けられたサーミスタ等の温度センサ５１により検出され、ＴＭＳ（Temperature Management System）によるフィードバック制御を介して、管理されるようになっている。このＴＭＳは、水冷管４９を流れる冷却水による冷却や、ヒータ４８により加熱を制御し、ベーススペーサ４２や、その周辺の温度を、ガスの排気に適した所定の値（例えば７０℃程度）に保つための制御手法である。

つまり、ターボ分子ポンプ１０に取り込まれるガス（プロセスガス）は、反応性を高めるため高温の状態でターボ分子ポンプ１０内に導入される場合がある。そして、このようなガスは、排気されるまでに冷却されてある程度以下の温度になると、ネジ溝ポンプ機構部１８等の排気系に生成物（堆積物）を析出させる場合がある。

さらに、堆積物がガスの流路を狭め、ターボ分子ポンプ１０の性能を低下させる原因となる場合がある。しかし、前述のＴＭＳによる温度制御を行うことにより、排気系の温度が適切に保たれ、ガスの過度な温度低下により堆積物が生じるのを防止することができる。

ＴＭＳの設定温度を高くすれば、生成物が堆積し難くなる。しかし、設定温度が過度に高いと、電気系統や周辺の部品に悪影響が及ぶ場合がある。本体ケーシング１４内の温度が過度に高まると、電子回路中の半導体メモリ（図示略）に影響が及び、例えば、ポンプ起動時間やエラー履歴等のメンテナンス情報に係るデータが失われることも考えられる。

メンテナンス情報のデータが失われた場合には、保守点検の時期やターボ分子ポンプ１０の交換時期等の判断ができなくなり、ターボ分子ポンプ１０の運用上に支障が生じる。このため、本体ケーシング１４内の温度（正確には、温度センサが設置された部位）の温度が、許容範囲の上限に達した場合には、水冷管４９に繋がる電磁弁（冷却水バルブ、図示略）をＯＮして、冷却水による冷却が行われる。

ヒータ４８の熱は、加熱スペーサ部４６内で伝導し、境界部５２を経て水冷スペーサ部４７の側に伝わる。境界部５２においては、前述のように、切欠部５４とテーパ部５６とが隣接して設けられており、熱伝導の経路が狭隘化されている。このため、境界部５２における熱抵抗が大きく、加熱スペーサ部４６から水冷スペーサ部４７へ伝導される熱量は、最大限に小さく抑えられることとなる。

そして、加熱スペーサ部４６の温度が、水冷スペーサ部４７に伝わり難く、水冷管４９の冷却水による冷却が、加熱スペーサ部４６の温度によって妨げられるのを防止できる。この結果、良好な熱伝導特性を維持しながら、加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７との一体部品化によるコスト低減が可能となっている。

また、本実施形態においては、所定の温度（例えば７０℃程度）を基準にして、ヒータ４８のＯＮ/ＯＦＦや、冷却水バルブ（図示略）のＯＮ/ＯＦＦが制御される。そして、前述のように、温度センサ５１が可能な限りネジステータ２４に近付くよう配置されているため、効率よくネジステータ２４の温度を調整することができる。このため、生成物が溜まりやすいネジステータ２４について、制御目標とする所定の温度（例えば７０℃程度）での管理を容易に行うことが可能である。

さらに、温度センサ５１の配置を、２つのヒータ４８のほぼ中間としていることから、いずれのヒータ４８との距離も同じになる。このため、温度検出に偏りを生じ難く、斑なく正確な温度検出を行うことが可能である。そして、加熱スペーサ部４６の温度を、高精度で均一に、所定の温度以上（例えば７０℃程度以上）に保つことができる。

なお、本実施形態では、温度センサ５１を加熱スペーサ部４６に設けている。しかし、これに限らず、例えば、温度センサ５１を加熱スペーサ部４６だけでなく水冷スペーサ部４７にも設けることが可能である。そして、別途設定した所定の温度（例えば７０℃よりも十分に低い温度）を基準として、冷却水バルブ（図示略）のＯＮ/ＯＦＦを制御することが可能である。このように温度センサ５１を水冷スペーサ部４７にも設けることで、加熱スペーサ部４６や水冷スペーサ部４７の温度管理を、より高精度に行うことができるようになる。

図３は、加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７の関係を異ならせた３つのタイプの過熱冷却構造を比較して示している。以下に、図１や図２（ａ）、（ｂ）に示した本発明の第１実施形態とは異なるタイプの加熱冷却構造を例に挙げ、第１実施形態の加熱冷却構造と比較することで、第１実施形態に係るターボ分子ポンプ１０や、第２実施形態に係る加熱冷却構造の特徴を説明する。なお、本発明の第１実施形態とは異なる加熱冷却構造において、第１実施形態と同様な部分については同一符合を付し、適宜説明を省略する。

図３中の左端の（ａ）は、加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７とが別部品化された従来の構造（従来構造）を有するタイプを示している。そして、この従来構造においては、加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７とが、Ｏリング（シール部材）を介して、気密的に結合されている。また、従来構造においては、加熱スペーサ部４６が、ベース体４３と一体に成形されている。さらに、水冷スペーサ部４７は、アルミ鋳造品として加工されており、加熱スペーサ部４６とベース体４３とはアルミ鍛造材の削り出しにより加工されている。

この（ａ）に示すような従来の加熱冷却構造を備えたターボ分子ポンプの場合、加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７とが別部品であり、分離されていることから、直接的な熱の伝導がない。このため。熱抵抗が高く、断熱性に優れている。

しかし、加熱スペーサ部４６をベース体４３と一体に成形していることから、大型な部品を含むこととなり、部品の外形寸法や重量が大となる。そして、加熱スペーサ部４６とベース体４３とを一体化した部品（ここでは「ベーススペーサ」と称することができる）の加工コストが大となる。また、この大型なベーススペーサの保管のための管理や運搬、或は、組み立ての際の取り扱いなどといった各種の点で非容易性が増すこととなる。

図３中の（ｂ）は、加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７とが一部品化されたタイプであり、本発明の第２実施形態に係る加熱冷却構造を示している。この第２実施形態の加熱冷却構造は、上述の従来構造に対する第１改良案として創作されたものである。また、図３中の（ｃ）には第１実施形態の加熱冷却構造（図１や図２（ａ）、（ｂ）と同様のもの）を示しているが、この（ｃ）に係る第１実施形態は、（ｂ）の第２実施形態に対する更なる改良案として創作されたものである。

図３中の（ｂ）に示す第２実施形態においては、前述した第１実施形態と同様に、加熱スペーサ部４６及び水冷スペーサ部４７とを有し一部品として成形されたベーススペーサ６２が、Ｏリング（シール部材４５）を挟み、ベース体４３に連結されている。また、この第２実施形態においては、第１実施形態と同様に熱伝導部となる境界部７２を有しているが、境界部７２は、断面上、直角な切欠部５４、７４を、径方向の内外に斜めに向かい合せた形状を有している。

さらに、加熱スペーサ部４６の上面４６ｂは、水冷スペーサ部４７の下面４７ａよりも、図中の上方（吸気側）に位置している。また、水冷スペーサ部４７の内周面４７ｂは、加熱スペーサ部４６の上面４６ｂからほぼ垂直に立ち上がる立壁となっている。そして、水冷スペーサ部４７の内周面４７ｂと、水冷スペーサ部４７の上端部２９ｂとの間には、径方向に延びる平坦な内周側上面４７ｃが形成されている。

このような第２実施形態においては、加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７とが一体化されているため、（ａ）に示す従来構造と比べ、ベース体４３の側の部品重量や部品外形を、水冷スペーサ部４７の側に振り向けることができる。この結果、排気側を構成する部品に関して、部品の外形寸法や重量のバランスをより均等化（最適化）でき、部品の加工、管理、運搬、組み立ての際の取り扱いなどといった各種の点で容易性が増すこととなる。

このような第２実施形態に係る加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７との間の熱抵抗を解析し、従来構造と比較したところ、熱伝導は幾分起き易くなったものの、部品加工などに係るコストは低減した。より具体的には、（ａ）の従来構造における熱抵抗やコストを基準となる１００％として表すと、第２実施形態に係る熱抵抗は６０％、コストは７０％となった。つまり、第２実施形態の加熱冷却構造は、従来構造に比べて、熱抵抗に係る特性の低下をある程度に抑えつつコスト削減を押し進めたタイプのものとなった。

なお、従来構造や第２実施形態に係る熱抵抗の数値解析にあたっては、ヒータ４８の容量（加熱状況）と、水冷管４９を流れる冷却水の制御状況との関係を、ネジステータ２４（ソトネジ）の平均温度と、冷却水に係るＯＮ時間（電磁弁開放時間）との関係に置き換えてシミュレーションを行った。

図４は、ネジステータ２４における測定部位の温度（平均温度）Ｔと、電磁弁開放時間との関係を簡略化して示している。図中の下側には電磁弁のＯＮ／ＯＦＦの状態が示されており、図中の上側にはネジステータ２４の温度Ｔの変化が示されている。電磁弁がＯＦＦとなっている間は徐々に温度上昇があり、電磁弁がＯＮになると徐々に温度が下がる。

ネジステータ２４に対する目標温度（ターゲット温度）は、７０℃とした。また、ガスが流れていない無負荷の状態でも７０℃の温度が保てるよう、ヒータ４８の温度制御を行った。つまり、図４に当て嵌めて説明すれば、温度Ｔの波形が７０～７５℃の範囲内に収まるよう、電磁弁がＯＮ／ＯＦＦされている。

続いて、図３の（ｃ）に示す第１実施形態に関しては、図１や図２（ａ）、（ｂ）に示した前述の構造により、従来構造に対する熱抵抗は８０％となり、コストは７０％となった。つまり、熱抵抗は、（ｂ）に示す第２実施形態よりも（ａ）の従来構造に近づき、コストは第２実施形態と同等となった。したがって、第１実施形態の加熱冷却構造については、第２実施形態に比べて同等に低いコストを実現しつつ、熱抵抗の低下をより少なく抑えたタイプのものであるといえる。

なお、本発明は、上述の第１実施形態や第２実施形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能なものである。例えば、本発明の第１実施形態や第２実施形態に関し、境界部５２、７２の形状や寸法は、加熱スペーサ部４６と水冷スペーサ部４７の間の熱伝導に影響する。そして、境界部５２、７２の形状や寸法を、目標とする温度によって最適なものに変更することが可能である。

また、本発明の第１実施形態や第２実施形態においては、加熱スペーサ部４６や水冷スペーサ部４７を有するベーススペーサ４２には、アルミ鋳造品が採用されている。このため、例えばステンレスの削り出しによりベーススペーサ４２を形成した場合に比べて、加工が容易であり、コストが低く抑えられている。しかし、必ずしもアルミ鋳造品に限られるものではなく、状況によってはベーススペーサ４２をステンレス製としてもよい。

なお、ベーススペーサ４２をアルミ鋳造品とすることで、ステンレスを採用した場合に比べて剛性や強度が低くなる。また、境界部５２、７２を狭隘化していることから、このことによってもベーススペーサ４２剛性や強度が低くなっている。しかし、本発明の第１実施形態や第２実施形態のようにステンレス製の水冷管４９を、ベーススペーサ４２の水冷スペーサ部４７において、境界部５２、７２の近傍で鋳込むことにより、ベーススペーサ４２の、特に境界部７２付近における補強が可能となる。

１０ ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
１１ ポンプ本体
１２ 吸気部
１３ 排気部
１４ ケーシング本体（ケーシング）
１４ａ 吸気側ケーシング（所定のケーシング部材）
１４ｂ 排気側ケーシング（所定のケーシング部材）
１６ モータ
１７ ターボ分子ポンプ機構部（ポンプ機構部）
１８ ネジ溝ポンプ機構部（ネジ溝排気機構部）
１９ ステータ翼（静翼）
２０ ロータ翼（回転翼）
２４ ネジステータ（隔壁部の下流に備えられたネジ溝排気機構部の一部）
４２ ベーススペーサ（真空ポンプ構成部品）
４６ 加熱スペーサ部（加熱部）
４７ 水冷スペーサ部（冷却部）
５２、７２ 境界部
５４ 切欠部
５６ テーパ部

Claims (4)

1. 静翼や回転翼が形成されたポンプ機構部と、
   前記ポンプ機構部を内包するケーシングと、
   前記回転翼を回転させるためのモータと、
   一体に成形された加熱部と冷却部との間で熱伝導が可能な真空ポンプ構成部品と、を備え、
   前記真空ポンプ構成部品に、断面が前記加熱部と前記冷却部との間で細首状になるよう形成された境界部を設け、
   前記冷却部にステンレス製で前記境界部を補強する水冷管が設けられたことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記境界部が、前記真空ポンプ構成部品の外側の切欠部と内側のテーパ部との間に形成されたものであり、
   前記テーパ部が、前記加熱部の側から水冷部の側へ、内径が徐々に拡大するよう斜めに形成され、
   前記切欠部と前記テーパ部の軸方向に係る位置関係は、前記切欠部が前記テーパ部の排気側に位置するよう設定されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 一体に成形された加熱部と冷却部との間で熱伝導が可能であり、断面が前記加熱部と前記冷却部との間で細首状になるよう成形された境界部が設けられ、
   前記冷却部にステンレス製で前記境界部を補強する水冷管が設けられたことを特徴とする真空ポンプ構成部品。
4. 前記境界部が、外側の切欠部と内側のテーパ部との間に形成されたものであり、
   前記テーパ部が、前記加熱部の側から水冷部の側へ、内径が徐々に拡大するよう斜めに形成され、
   前記切欠部と前記テーパ部の軸方向に係る位置関係は、前記切欠部が前記テーパ部の排気側に位置するよう設定されていることを特徴とする請求項３に記載の真空ポンプ構成部品。

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