JP7306878B2 - 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（回転翼）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、ターボ分子ポンプには、例えば後掲の特許文献１に示すように、回転翼（２２）が形成されたロータ（２０）に凹部（２９）が設けられたタイプのものがある。このようなタイプのターボ分子ポンプにおいては、凹部（２９）内にボルト（８３）が進入しており、ボルト（８３）が、ロータシャフト（２１）にねじ込まれて、ロータ（２０）とロータシャフト（２１）とを結合している。

さらに、特許文献１に示されたタイプのターボ分子ポンプにおいては、可撓性カバー（８０）によって、ロータ（２０）の凹部（２９）が塞がれている。この可撓性カバー（８０）は、凹部（２９）内の空間と、吸気側の空間との間を仕切り、凹部（２９）に微粒子（Ｆｅパーティクルなど）が発生したとしても、微粒子が凹部（２９）の外に漏れ出るのを防止している。

国際公開第２０１７／１３８１５４号公報

ところで、上述のようなターボ分子ポンプの可撓性カバー（８０）の形状は、薄い円板状である。さらに、可撓性カバー（８０）の固定は、ボルト（８３）を利用して行われている。このため、可撓性カバー（８０）においては、ボルト（８３）の締め付けにより中央部が押されて撓み、ボルト（８３）の頭部と接した部分を底とするような凹みが生じる場合があった。さらに、ボルト（８３）の締め付けにより、微視的には、可撓性カバー（８０）が微小に波打った状態となる場合があった。そして、これらのことを原因として、可撓性カバー（８０）の外周縁部とロータ（２０）との間に隙間が生じてしまうことがあった。

本発明の目的とするところは、ボルトの締結による隙間が生じにくい真空ポンプ、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、
吸気口または排気口を有するケーシングと、
回転自在なロータシャフトと、
前記ロータシャフトと結合されたロータと、を備え、
前記ロータに、前記吸気口に向かって開口する凹部が形成され、
前記凹部に前記ロータシャフトの締結部が露出し、
前記締結部に締結手段により締結されて前記凹部の少なくとも一部を覆うカバー部を有する真空ポンプであって、
前記カバー部は、
容器状に形成され、
前記締結部の周囲に位置し、剛性を高めて撓みを防止する補強部と、
前記締結部への締結により締結方向に押されて前記締結方向に接触圧を発生させることが可能な接触圧発生部と、を有し、
前記カバー部が、前記補強部と前記締結部との間に、撓みを許容する隙間を形成することを特徴とする真空ポンプにある。
（２）前記凹部に、前記接触圧発生部が接触する被接触部品を設け、
前記カバー部は、前記被接触部品との接触面に前記接触圧を発生させることを特徴とする（１）に記載の真空ポンプにある。
（３）真空ポンプに備えられたロータシャフトの締結部への締結が可能であり、前記ロータシャフトと結合するロータの凹部の少なくとも一部を覆うことが可能な真空ポンプ構成部品であって、
容器状に形成され、
前記締結部の周囲に位置し、剛性を高めて撓みを防止する補強部と、
前記締結部への締結により締結方向に押されて前記締結方向に接触圧を発生させることが可能な接触圧発生部と、を有し、
前記補強部と前記締結部との間に、撓みを許容する隙間が形成されることを特徴とする真空ポンプ構成部品にある。

上記発明によれば、ボルトの締結による隙間が生じにくい真空ポンプ、及び、真空ポンプ構成部品を提供することができる。

本発明の最良の実施形態に係るターボ分子ポンプの縦断面である。 （ａ）はカバー部及びその周辺部を示す拡大図、（ｂ）は変形例に係るカバー部材及びその周辺部を示す拡大図である。 ノズル部や差込部を示す拡大図である。

以下、本発明の最良の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（排気対象機器）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吸気口を向けて繋がる吸気部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ケーシングとしての本体ケーシング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ケーシング１４ａと、図１中の下側に位置する排気側ケーシング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は、本体ケーシング１４の吸気側の部位を構成しており、排気側ケーシング１４ｂは、本体ケーシング１４の排気側の部位を構成している。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２９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３６）を挟んで、複数のケーシング用ボルト１４ｃ（六角穴付きボルト）により、互いに気密的に結合されている。ここで、図１では、複数のケーシング用ボルト１４ｃのうちの一部のみを示している。

このように構成された本体ケーシング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はロータシャフト（「ロータ軸」などともいう）２１に、ロータシャフト２１の外側を覆うよう同心的に固定されている。

ロータシャフト２１に対するロータ２８の固定は、ロータシャフト２１の軸方向における一端部側（図１中の上端部側）において、複数のロータ固定ボルト２２（２つのみ図示）を用いて行われている。このロータシャフト２１の一旦部側（図１中の上端部側）におけるロータ２８との固定構造や、その周辺構造については後述する。

ロータシャフト２１は、中空状のステータコラム２６に、磁気軸受（後述する）を介して支持されている。ステータコラム２６は、前述した排気側ケーシング１４ｂに、同軸的にボルト止めされ、モータ１６やロータシャフト２１等の支持を担っている。

ロータシャフト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、ロータシャフト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、ロータシャフト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。

ここで、ターボ分子ポンプ１０のポンプ本体１１においては、主だった部品の材質としてアルミニウム合金やステンレス鋼が採用されている。例えば、排気側ケーシング１４ｂ、ステータ翼１９、ロータ２８などの材質はアルミニウム合金である。さらに、ロータシャフト２１やロータ固定ボルト２２などの材質はステンレス鋼である。また、図１では、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は、図面が煩雑になるのを避けるため、一部（ロータシャフト２１の一部）を除き省略している。

ロータシャフト２１の支持には、磁気浮上による非接触式の軸受である磁気軸受が用いられている。磁気軸受としては、モータ１６の上下に配置された２組のラジアル磁気軸受（径方向磁気軸受）３０と、ロータシャフト２１の下部に配置された１組のアキシャル磁気軸受（軸方向磁気軸受）３１とが用いられている。

これらのうち各ラジアル磁気軸受３０は、ロータシャフト２１に形成されたラジアル電磁石ターゲット３０Ａ、これに対向する複数（例えば２つ）のラジアル電磁石３０Ｂ、およびラジアル方向変位センサ３０Ｃなどにより構成されている。ラジアル方向変位センサ３０Ｃはロータシャフト２１の径方向変位を検出する。そして、ラジアル方向変位センサ３０Ｃの出力に基づいて、ラジアル電磁石３０Ｂの励磁電流が制御され、ロータシャフト２１が、径方向の所定位置で軸心周りに回転できるよう浮上支持される。

アキシャル磁気軸受３１は、ロータシャフト２１の下端側の部位に取り付けられた円盤形状のアーマチュアディスク３１Ａと、アーマチュアディスク３１Ａを挟んで上下に対向するアキシャル電磁石３１Ｂと、ロータシャフト２１の下端面から少し離れた位置に設置したアキシャル方向変位センサ３１Ｃなどにより構成されている。アキシャル方向変位センサ３１Ｃはロータシャフト２１の軸方向変位を検出する。そして、アキシャル方向変位センサ３１Ｃの出力に基づいて、上下のアキシャル電磁石３１Ｂの励磁電流が制御され、ロータシャフト２１が、軸方向の所定位置で軸心周りに回転できるよう浮上支持される。

そして、これらのラジアル磁気軸受３０やアキシャル磁気軸受３１を用いることにより、ロータシャフト２１（及びロータ翼２０）が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。また、本実施形態においては、ラジアル方向変位センサ３０Ｃやアキシャル方向変位センサ３１Ｃを用いることにより、ロータシャフト２１について、軸方向（Ｚ方向）周りの回転の方向（θz）のみ自由とし、その他の５軸方向であるＸ、Ｙ、Ｚ、θx、θyの方向についての位置制御が行われている。

さらに、ロータシャフト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、ロータシャフト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、ロータシャフト２１や、ロータシャフト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、前述したロータシャフト２１の一旦部側（図１中の上端部側）における、ロータシャフト２１とロータ２８との結合構造や、結合部分の周辺構造について説明する。図２（ａ）は、図１中におけるロータシャフト２１の上端部や、その周辺部を拡大して示している。図２（ａ）に示すように、ロータシャフト２１は、複数のロータ固定ボルト２２（２つのみ図示）を介して、ロータ２８と結合されている。

ロータ２８には、吸気部１２の側を向いて真円状に開口する凹部４１が形成されている。この凹部４１は、略同一な内径でロータ２８の軸方向に延びており、底部は略平坦に加工されている。凹部４１の底部からは、ロータシャフト２１の一端部が飛び出している。

前述したようにロータシャフト２１は、段付きの円柱状に加工されている。図２（ａ）に示すように、ロータシャフト２１の一端部は第１軸部５１（締結部）となっており、図中における下側には、第１軸部５１よりも太い第２軸部５２（同じく締結部を構成する）が、第１軸部５１と同軸的に形成されている。

さらに、図２（ａ）に示すように、第２軸部５２の下側の部位には、径方向に張り出したフランジ部５３や、フランジ部５３よりも細径で第２軸部５２よりも大径な第３軸部５４が形成されている。なお、ロータシャフト２１には、他の軸部やフランジ部などが形成されているが、ここでは第１軸部５１、第２軸部５２、及び、フランジ部５３について説明し、その他の軸部やフランジ部についての説明は省略する。

前述したロータ固定ボルト２２は、ステンレス製の六角穴付きボルトであり、被接触部品としての座金６１（後述する）やロータ２８を通って、ロータシャフト２１のフランジ部５３や第３軸部５４にねじ込まれている。また、フランジ部５３の溝部にはＯリング（シール部材）５５が嵌め込まれており、フランジ部５３とロータ２８との間が、Ｏリング５５によって気密的にシールされている。

上述の座金６１は、略真円の環状に形成されており、凹部４１の底部に配置されている。この座金６１は、凹部４１の底面に接しており、座金６１の中央の穴部には、ロータシャフト２１の第２軸部５２が貫通している。ここで、座金６１の材質としては、ステンレス鋼やアルミニウム合金を採用することが可能である。

座金６１の下側（図２（ａ）中の下側）の角部は、面取りされており、凹部４１の底部における曲面部（Ｒ部）と干渉を防ぐ逃げ部６２となっている。これに対し、座金６１の上側（図２（ａ）中の上側）においては、角部に対する最小限な程度の面取り加工が施されており、下側の面よりも大きな環状の平面が確保されている。

続いて、ロータ２８の凹部４１には、凹部４１の開口部を覆う真空ポンプ構成部品としてのカバー部７１が装着されている。このカバー部７１は、軸方向の一端を閉じた円筒状に形成されている。カバー部７１の形状については、例えば、容器状（カップ状）や、キャップ状などと称することが可能である。このカバー部７１の材質としては、アルミ合金が採用されている。

カバー部７１は、接触圧発生部としての円筒状の差込部（「スカート部」などともいう）７２や、真円状の円盤部７３を有している。差込部７２と円盤部７３は、切削加工により一体に成形されており、円盤部７３が、差込部７２の軸方向における一端部（基端部）を閉じている。そして、カバー部７１は、ロータシャフト２１に同軸的にねじ込まれた締結手段としてのカバー部固定ボルト８６を介してロータ２８に固定されている。このカバー部固定ボルト８６を用いたカバー部７１の固定構造の詳細については後述する。

上述の差込部７２は、円盤部７３に繋がって閉じられた一端部（図２（ａ）中の上側の端部）から、開放した他端部（先端部７４）に亘り、略同一の外径及び内径で（略均一な厚さで）形成されている。さらに、差込部７２は、ロータ２８に形成された凹部４１に進入し、差込部７２の先端部７４は、座金６１の板面６１ａ（吸気部１２側を向いた板面）に到達している。また、差込部７２は、凹部４１に所定の嵌め合わせで挿入されている。

差込部７２の先端部７４における端面は平坦に加工されており、軸方向と直交する平面となっている。そして、差込部７２の先端部７４が、座金６１の板面６１ａにおける外周縁部に、全周（３６０°）に亘って切れ目なく環状に面接触している。

ここで、図２（ａ）に示すように、座金６１の外径は、差込部７２の外径よりも幾分小さくなっている。そして、差込部７２の外周面７５が凹部４１の内周面に略接触している状態にあるのに対し、座金６１の外周面６１ｂは、差込部７２の外周よりも僅かに内側に入り込んで、凹部４１の内周面との間に隙間部６４を介在させている。

カバー部７１の、前述した円盤部７３は、略平坦に加工された外側面７６を、凹部４１の外側に露出させている。また、円盤部７３には、差込部７２の内側に位置した補強部としての筒状の受入部７７や、差込部７２の外側に張り出した薄肉状のノズル形成部７８が一体に設けられている。

これらのうち、受入部７７は、差込部７２と同心状に形成されている。受入部７７の厚さ（外径と内径の差）は、差込部７２の厚さよりも幾分大きくなっている。また、受入部７７の突出量は、差込部７２の突出量に比べて、小さくなっている。ここで、受入部７７や差込部７２の突出量は、受入部７７と差込部７２の間の中間平坦面７９を基準として比較している。そして、本実施形態では、受入部７７の上述の突出量は、差込部７２の突出量の１／２以下となっている。

受入部７７は、ロータシャフト２１における第１軸部５１の端部を受け入れており、第１軸部５１の端部が、受入部７７の内側の空間に進入している。受入部７７の内径は、第１軸部５１の外径よりも幾分（例えば径方向の片側で数ｍｍ程度）大きくなっている。また、第１軸部５１は、受入部７７の奥行（図２（ａ）中の上方向の深さ）の中間程度の位置に留まっている。そして、第１軸部５１の端面５１ａと、受入部７７の奥部の面（天井面）７７ａとの間には、所定の大きさ（例えば数ｍｍ～１０ｍｍ程度）の隙間としての隙間部８０が存在している。

前述のノズル形成部７８は、円盤部７３における、差込部７２の外側に位置する部位によって、環状に形成されている。ノズル形成部７８は、凹部４１の開口部付近において径方向に張り出している。そして、図３に示すように、ノズル形成部７８の最外周部の厚みＴ１は、円盤部７３における、ノズル形成部７８よりも内側の部分（差込部７２よりも円盤部７３の中心寄りの部分）の厚みＴ２よりも小さくなっている。

また、上記ノズル形成部７８の最外周部の厚みＴ１は、円盤部７３における受入部７７の奥部の面（天井面）７７ａの厚さＴ３よりも小さくなっている。さらに、この受入部７７の奥部の面（天井面）７７の厚みＴ３は、受入部７７の外側の部位の厚み（上記厚みＴ２）よりも、幾分小さくなっている。このように、円盤部７３は、厚みの異なる複数の部位により構成されている。そして、厚みの異なる部位の境界部には差込部７２や受入部７７が位置するようになっている。

さらに、ノズル形成部７８の内側の面（ロータ２８の側を向いた面）７８ａは、図３中に示すように、最外周部（厚みＴ１）から中心側へ徐々に薄くなるよう斜めに加工されている。言い方を変えれば、ノズル形成部７８は、中心側から外周側へ徐々に厚さを増すよう形成されている。さらに、ノズル形成部７８の内側の面７８ａは、排気側に位置するロータ２８に近付くよう傾斜している。

凹部４１の開口部の周囲には、ノズル形成部７８と向い合う対向部２７が環状に形成されている。この対向部２７は、幾分段差状に盛り上がっている。そして、対向部２７は、軸方向に対し直交して径方向に延びる平面をノズル形成部７８に向けている。そして、対向部２７とノズル形成部７８との間には、径方向の中心側から外側へいくほど空間的な断面積が狭くなり、外周側へ行くほど開口が細くなるノズル部８１が、全周（３６０°）に亘って環状に形成されている。

前述したカバー部固定ボルト８６としては、ステンレス製で抵頭（極低頭）タイプのボルトが用いられている。カバー部固定ボルト８６は、カバー部７１における円盤部７３の中心部を貫通するボルト穴に外側から差し込まれ、ロータシャフト２１にねじ込まれている。カバー部固定ボルト８６は、第１軸部５１に捩じ込まれて第２軸部５２に達している。ここで、カバー部固定ボルト８６としては、六角穴付きのものよりも、工具差込み穴の開口面積（及び全体的な深さ）が小さいボルト（ビスであってもよい）が用いられている。このため、六角穴付きボルトを用いた場合に比べて、工具差込み穴に微粒子（パーティクル）が溜まり難くなっている。

カバー部固定ボルト８６を徐々にねじ込むことにより、カバー部固定ボルト８６の頭部８７が、カバー部７１の円盤部７３を、ロータシャフト２１やロータ２８が在る方向（締結方向）に向けて押す。そして、カバー部７１の差込部７２が、先端部７４を座金６１の板面に押し付ける。この結果、差込部７２と座金６１との接触面（シール面）に接触圧（面圧）が発生する。この際、受入部７７の閉じた奥部と、ロータシャフト２１の第１軸部５１の端面との間には、隙間部８０となる空間が確保されている。そして、図３に示すように、差込部７２の先端部７４と座金６１との接触長さＬは、差込部７２の厚みよりも小さくなっている。

また、前述したように、本実施形態のターボ分子ポンプ１０における各部品の材質としてアルミニウム合金やステンレス鋼が用いられているが、各部品中の主要な部品（ここでは、例えばロータシャフト２１やカバー部７１など）には、表面処理として無電解ニッケルメッキ（無電解ＮｉＰメッキなど）が施され、耐腐食性が高められている。このため、例えばプロセスガスとして腐食性ガスが用いられた場合でも、微粒子（パーティクル）が発生し難いようになっている。

以上説明したようなターボ分子ポンプ１０によれば、カバー部７１が、差込部７２や円盤部７３を有しており、キャップ状の態様で形成されている。そして、カバー部７１の剛性は、円盤部７３の剛性に差込部７２の剛性を組み合せたものとなる。このため、カバー部７１においては、円盤部７３の厚みだけでなく、差込部７２によっても全体的な剛性を確保することができる。

そして、前掲の特許文献１に開示されたような薄板状の可撓性カバー（８０）を用いた場合に比べて、カバー部７１に対し、全体的に高い剛性を、容易に与えることができる。さらに、差込部７２により円盤部７３の剛性を高めることができ、円盤部７３を撓みにくいものとすることができる。

ここで、円盤部７３に撓み（弾性的な変形）が発生する状況としては、カバー部固定ボルト８６をロータシャフト２１にねじ込んでカバー部７１をロータ２８に組み付ける場合や、ロータ２８の運転中における高速回転によりカバー部７１に遠心力が作用した場合などを挙げることができる。

そして、カバー部７１の組み付け時には、カバー部固定ボルト８６の頭部８７が円盤部７３を押し、外側面７６の中心部を凹ませようとする力を発生させる。また、運転時には、高速回転に伴う遠心力により、円盤部７３を外側に拡げようとする力や、円盤部７３の外側面７６の中心部を凹ませようとする力や、差込部７２を先端部７４の側へ行くほど遠心方向に大きく拡げようとする力などが発生する。

しかし、本実施形態においては、前述のようにカバー部７１の全体的な剛性を確保し易いことから、上述のいずれの力についても、撓みの発生を容易に防止することができる。さらに、差込部７２が、凹部４１内に入り込んで、外周面７５を所定の嵌め合いで凹部４１の内周面に略接触させていることから、このことによっても、差込部７２が先端部７４の側へ行くほど遠心方向に拡がるような撓みや、円盤部７３が外側に拡がるような撓みの発生を防止できる。

また、カバー部７１が、円盤部７３と差込部７２のみにより構成されるのではなく、円盤部７３から突出する受入部７７を有していることから、受入部７７によってもカバー部７１の剛性を高めることができる。つまり、差込部７２と受入部７７との組合せによって、円盤部７３の剛性を補い、カバー部７１の全体的な剛性を高めることができる。

ここで、円盤部７３の厚みを大とすることのみによっても、カバー部７１の剛性を高めることができる。しかし、本実施形態のように、差込部７２や受入部７７を設けることで、円盤部７３の厚みのみに頼ることなく、カバー部７１の剛性を高めることができる。

さらに、本実施形態では、差込部７２だけでなく、受入部７７も併せて剛性を高めているため、円盤部７３について、より一層の薄型化が可能である。そして、例えば本体ケーシング１４が小型で、円盤部７３の外側面７６から吸気部１２までの距離を大きく確保することができないような場合であっても、カバー部７１に十分な剛性を確保することが可能となる。

また、カバー部固定ボルト８６として、低頭タイプのボルトを採用していることから、円盤部７３の外側面７６から吸気部１２までの距離を大きく確保することができないような場合であっても、カバー部固定ボルト８６が吸気部１２に干渉するのを防止できる。

さらに、円盤部７３に、差込部７２だけでなく、受入部７７も形成されていることから、組み立て中や運転中にカバー部７１に発生する応力を、差込部７２及び受入部７７のそれぞれの基端部（円盤部７３との接続部分における隅部）によって、より細かく分散させることができる。さらに、差込部７２や受入部７７の基端部（円盤部７３との接続部分の隅部）に適切な曲率のＲ加工を施すことで、より一層応力を分散させることができ、応力集中の発生を防止できる。

また、円盤部７３の形状が、複数種類の厚みＴ１～Ｔ３を有するものとなっているから、厚みの異なる部分（本実施形態では差込部７２や受入部７７が位置している）の境界部（本実施形態では差込部７２や受入部７７画位置している）においても、応力の分散が可能である。

続いて、本実施形態のターボ分子ポンプ１０においては、カバー部７１の差込部７２は、ロータ２８の凹部４１に差し込まれ、差込部７２の先端部７４が、凹部４１内に固定された座金６１に接触している。このため、凹部４１内の空間を、差込部７２（特に先端部７４と座金６１との接触した部分）によって確実に仕切ることができる。そして、凹部４１内に、例えばＦｅパーティクルのような微粒子（図示略）が発生し、この微粒子が、差込部７２と座金６１との間から吸気部１２（図１）の側へ移動しようとしたとしても、差込部７２によって遮ることができる。

上述のＦｅパーティクルのような微粒子は、例えば、ロータシャフト２１や、各種のボルト（ロータ固定ボルト２２、カバー部固定ボルト８６等）などの部品の材質（ステンレス鋼の種類、磁化の程度など）や、水洗い後の乾燥条件、或いは、使用されるプロセスガスの種類などといった諸事情により発生し得るものである。さらに、微粒子は、排気側（高圧側）と吸気側（低圧側）との圧力差によって、吸気側（吸気部１２の側）へ移動させようとする力を受けるものである。また、微粒子は、本体ケーシング１４内にパージガスを流した際にも、吸気部１２の側へ移動させようとする力を受けるものである。ここで、パージガスは、軸受部分やロータ翼２０等の保護のために使用され、プロセスガスに因る腐食の防止や、ロータ翼２０の冷却等を行う。

しかし、本実施形態のように、差込部７２と座金６１とを面接触させて差込部７２の内外を仕切ることにより、凹部４１内に現れた微粒子が、差込部７２の外周面７５と凹部４１の内周面との間に漏れ出るのを防止できる。この結果、微粒子が、カバー部７１における円盤部７３の外側面７６の上に蓄積することや、吸気部１２を通って本体ケーシング１４の外（排気対象機器の側）に漏れ出ることを防止できる。

さらに、カバー部７１は、前述したように、カバー部７１に係る組み付け時に発生する力、及び、ターボ分子ポンプ１０に係る運転時に発生する力のいずれに関しても、円盤部７３や差込部７２等に撓みを生じ難い。このため、円盤部７３の外側面７６に凹みが生じ難く、当該凹みに微粒子が堆積することを防止できる。

また、差込部７２の先端部７４が座金６１に、全周（３６０°）に亘り所定の圧力（接触圧）を発生させるような力で接していることから、差込部７２の内外について、高い気密性（シール性）を容易に確保でき、差込部７２内への微粒子の封止が可能となる。

さらに、本実施形態においては、座金６１の外周面６１ｂと、凹部４１の内周面との間に隙間部６４を介在させている。このため、図３に示すような、差込部７２の先端部７４と、座金６１の接触長さ（シール面の径方向の長さ）Ｌを短くし、接触面積を小さくすることができる。この結果、差込部７２の先端部７４と、座金６１との接触圧をより高めることができ、シール性の向上が可能となる。

ここで、カバー部７１を座金６１に押し付ける力を一定として考えれば、差込部７２の先端部７４と、座金６１との接触圧は、上述の接触長さＬが小さくなるほど高まる。また、ロータ２８等の回転時にはモーメントが作用するため、差込部７２の厚さを小さくして（差込部７２を薄くして）モーメントの影響を低減させることが望ましい。さらに、差込部７２は、受入部７７よりも径方向の外側に位置しているので、差込部７２を薄くして受入部７７を厚くすることで、剛性とモーメントの関係の最適化を図ることが可能である。

また、本実施形態においては、ロータ２８とは別な部品である座金６１が備えられ、この座金６１に、カバー部７１における差込部７２の先端部７４が接触している。このため、カバー部７１の先端部７４との接触面（座面）の加工は、座金６１について行えばよく、相対的に大型な部品であるロータ２８について接触面（座面）を直接加工することは不要である。したがって、座面の加工に際して、大型な部品を用意したり加工機に取り付けたりする必要がなく、座面の加工が容易である。そして、カバー部７１と座金６１との間を所望の接触圧でシールすることが容易となる。

また、座金６１に逃げ部６２が形成されていることから、座金６１の下面側の角部と、ロータ２８の凹部４１の底部における隅部との擦り合わせの負担が少ない。つまり、逃げ部６２を設けない場合には、座金６１の下面側の角部が、凹部４１の底部における隅部と干渉し、座金６１を凹部４１の底面に密着させるのが困難になることが考えられる。しかし、座金６１に逃げ部６２を設けることで、このような干渉を防止でき、座金６１を凹部４１の底面に容易に密着させることができる。

続いて、本実施形態のターボ分子ポンプ１０においては、円盤部７３の外周部にノズル形成部７８が設けられており、ノズル形成部７８と、ロータ２８の対向部２７（図２（ａ））との間には、ノズル部８１が全周に亘って形成されている。さらに、ノズル形成部７８の内側の面７８ａは、ロータ２８の側に近付くよう傾斜しており、ノズル部８１は、円盤部７３の径方向の中心側から外側へいくほど空間的な断面積が狭くなるよう形成されている。

このため、ノズル部８１において、ノズル効果によるガスの流れを発生させることができ、このガスの流れる方向は、外周側であって、且つ、ロータ２８の側（図１、図２（ａ）、図３の各図における下側）に向う方向となる、この結果、もし仮に、差込部７２の内側から外側に微粒子が流出し、差込部７２の外周面と凹部４１の内周面との間を通ってノズル部８１内に到達したとしても、この微粒子を含んだガスは、ノズル部８１から遠心方向であって、且つ、ロータ２８の側に向う方向（各図の下側）に噴出されることとなる。したがって、微粒子が移動する方向を、吸気部１２に対しての逆側とすることができ、微粒子が直接的に吸気部１２の側へ向って噴出するのを防止できる。

また、本実施形態のターボ分子ポンプ１０においては、ロータシャフト２１とロータ２８との間にＯリング５５が設けられている。このため、このＯリング５５によってロータシャフト２１とロータ２８との間の気密性を向上でき、ロータ２８とステータコラム２６との間の空間４５から、圧力差によってガスがフランジ部５３の反対側（第２軸部５２の側）に進入するのを防止できる。

続いて、本実施形態のターボ分子ポンプ１０においては、カバー部７１の受入部７７内に隙間部８０が形成されている。このため、軸方向（各図の上下方向）に関して、カバー部７１と他の部品との接触箇所を１箇所のみとすることができる。この結果、カバー部７１と周辺部品との間の公差管理を行い易く、ターボ分子ポンプ１０の組み立てが容易である。

つまり、ロータシャフト２１やロータ２８の回転は、常温の環境下(常温環境下)で行われる場合と、所定温度（例えば１００℃程度）に加熱された環境下（高温環境下）で行われる場合とがある。そして、これらの運転環境のうち、加熱した環境でロータシャフト２１やロータ２８が回転する場合には、ロータシャフト２１における第１軸部５１の端面５１ａと、カバー部７１における受入部７７の奥部の面（天井面）７７ａの相対的な位置関係が変化する。このような位置関係の変化は、軸方向（各図中の上下方向）の熱膨張や、ロータシャフト２１とカバー部７１の材質や形状の違いなどを要因として発生する。

しかし、隙間部８０を形成しておくことにより、ロータシャフト２１とカバー部７１との位置関係の変化を吸収できる。このため、ターボ分子ポンプ１０の組み立て時に、第１軸部５１の端面５１ａや、受入部７７の奥部の面（天井面）７７ａの公差を厳密に管理する必要がなく、ロータシャフト２１やカバー部７１の組み付けが容易である。

ここで、上述の高温環境は、図示は省略するが、例えば排気側ケーシング１４ｂに内蔵したヒータ（図示略）や、本体ケーシング１４の外側に装着されたヒータによって形成される場合や、高温のガスの排気を行うことにより形成される場合などがある。

また、隙間部８０を確保せず、第１軸部５１の端面５１ａと、受入部７７の奥部の面（天井面）７７ａとを接触させた場合には、当該接触部分と、差込部７２と座金６１との間の接触部分の２箇所において、接触の程度を適正に保つための公差管理が必要となる。しかし、本実施形態のように隙間部８０を設けて接触箇所を１箇所とすることで、公差管理の負担を軽減でき、組み立てを容易にすることができる。

ここで、本実施形態においてカバー部７１の組み付けは、ロータ２８をロータシャフト２１に結合し、ロータ２８の回転バランスに係る調整を行った後に行われる。この際、カバー部７１の差込部７２がロータ２８の凹部４１に差し込まれ、受入部７７がロータシャフト２１の第１軸部５１に被せられ、更に差込部７２の先端部７４が座金６１に当たるまでカバー部７１が凹部４１に進入させられる。この後、カバー部固定ボルト８６が、円盤部７３に差し込まれ、ロータシャフト２１の第１軸部５１にねじ込まれる。そして、カバー部固定ボルト８６を締め付けることにより、カバー部７１がロータ２８に固定される。

しかし、差込部７２が凹部４１に嵌め合わせられることから、カバー部７１のある程度の位置決めを、差込部７２の外周面７５と凹部４１の内周面と位置関係によって行うことができる。このため、カバー部７１の回転バランスを確認しながらカバー部固定ボルト８６を締め付けるといった作業は不要である。したがって、このことによっても、カバー部７１の組み付けを容易に行うことができる。

なお、前述したような高温環境下では、ロータシャフト２１、ロータ２８、及び、カバー部固定ボルト８６等の熱膨張が複合的に作用する。そして、ロータシャフト２１が軸方向に延びた状況（特に各図の上方向に延びた状況）では、延びる前の状況と比べ、カバー部固定ボルト８６の軸力が変化する。しかし、カバー部固定ボルト８６の締結時のトルクを適切に設定することにより、軸力の変化があっても、カバー部７１と座金６１との接触を維持することができる。

つまり、受入部７７内に隙間部８０が形成されていることから、カバー部固定ボルト８６の軸力の変化により、カバー部固定ボルト８６の緩みが発生し易いとも考えられる。しかし、上述のようにカバー部固定ボルト８６を予め定めて置いた適正なトルクで締め付けることにより、カバー部固定ボルト８６やカバー部７１を、環境の変化によって緩むことがないよう組み付けることができる。

続いて、本実施形態のターボ分子ポンプ１０においては、カバー部７１がアルミ合金により形成されていることから、カバー部７１が、ステンレス鋼等を用いた場合に比べて軽量である。そして、カバー部７１を軽量化することにより、回転時のモーメントが少なくなり、回転バランスを保ちやすくなる。

また、本実施形態のターボ分子ポンプ１０においては、ロータシャフト２１やカバー部固定ボルト８６等のステンレス製の部品に対しても無電解ニッケルメッキを施していることから、微粒子の発生を防止できる。

なお、本発明は、本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、上述の実施形態では、カバー部７１の受入部７７に隙間部８０が形成されるようにしているが、カバー部７１と周辺部品（ロータシャフト２１、ロータ２８、座金６１、カバー部固定ボルト８６など）との間の公差管理を十分に行うことができれば、隙間部８０を確保せず、第１軸部５１の端面５１ａと、受入部７７の奥部の面（天井面）７７ａとを接触させてもよい。

また、上述の実施形態では、図２（ａ）に示すように、ノズル形成部７８が、対向部２７に向い合う範囲で概ね留まっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図２（ｂ）に変形例として示すように、ノズル形成部９１を、更に外周側へ延長し、例えば対向部２７よりも大きく外側へ張り出すよう形成してもよい。そして、ノズル形成部９１を、全周（３６０°）に亘り、ロータ翼２０の基端側の部位に面するような位置まで延びるようにしてもよい。

このようにノズル形成部９１を外周側に拡げることにより、ノズル効果が生じる範囲を拡大できる。そして、図２（ａ）に示した実施形態のノズル部８１ではガスの噴出の勢いが不足している場合に、図２（ｂ）に示す変形例のようにノズル形成部９１を拡大することで、噴出の勢いを高めることが可能となる。

また、カバー部７１の材質はアルミ合金に限定されるものではなく、回転バランスを十分に保てる場合には、カバー部７１の材質としてステンレス合金を採用することも可能である。

さらに、本発明は、ターボ分子ポンプに限らず、他のタイプの真空ポンプにも適用が可能である。

１０ ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
１１ ポンプ本体
１２ 吸気部
１２ａ 吸気口
１３ 排気部
１４ ケーシング本体（ケーシング）
２１ ロータシャフト
２５ 排気口
２８ ロータ
４１ 凹部
５１ 第１軸部（締結部）
５２ 第２軸部（締結部）
６１ 座金（被接触部品）
７１ カバー部（真空ポンプ構成部品）
７２ 差込部（接触圧発生部）
７３ 円盤部
７７ 受入部（補強部）
８０ 隙間部（隙間）
８６ カバー部固定ボルト（締結手段）

Claims (3)

1. 吸気口または排気口を有するケーシングと、
   回転自在なロータシャフトと、
   前記ロータシャフトと結合されたロータと、を備え、
   前記ロータに、前記吸気口に向かって開口する凹部が形成され、
   前記凹部に前記ロータシャフトの締結部が露出し、
   前記締結部に締結手段により締結されて前記凹部の少なくとも一部を覆うカバー部を有する真空ポンプであって、
   前記カバー部は、
   容器状に形成され、
   前記締結部の周囲に位置し、剛性を高めて撓みを防止する補強部と、
   前記締結部への締結により締結方向に押されて前記締結方向に接触圧を発生させることが可能な接触圧発生部と、を有し、
   前記カバー部が、前記補強部と前記締結部との間に、撓みを許容する隙間を形成することを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記凹部に、前記接触圧発生部が接触する被接触部品を設け、
   前記カバー部は、前記被接触部品との接触面に前記接触圧を発生させることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 真空ポンプに備えられたロータシャフトの締結部への締結が可能であり、前記ロータシャフトと結合するロータの凹部の少なくとも一部を覆うことが可能な真空ポンプ構成部品であって、
   容器状に形成され、
   前記締結部の周囲に位置し、剛性を高めて撓みを防止する補強部と、
   前記締結部への締結により締結方向に押されて前記締結方向に接触圧を発生させることが可能な接触圧発生部と、を有し、
   前記補強部と前記締結部との間に、撓みを許容する隙間が形成されることを特徴とする真空ポンプ構成部品。

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