WO2018164013A1

WO2018164013A1 - 真空ポンプの排気システム、真空ポンプの排気システムに備わる真空ポンプ、パージガス供給装置、温度センサユニット、および真空ポンプの排気方法

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Publication number: WO2018164013A1
Application number: PCT/JP2018/008138
Authority: WO
Inventors: 樺澤　剛志
Original assignee: エドワーズ株式会社
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2018-09-13
Also published as: KR20190120236A; JP7025844B2; KR102530772B1; EP3594504A1; JP2018150837A; CN110366640A; CN110366640B; EP3594504A4; US11391283B2; US20210018003A1; EP3594504B1

Abstract

【課題】精度良く回転部の温度を測定する真空ポンプの排気システム、真空ポンプ、パージガス供給装置、温度センサユニット、および真空ポンプの排気方法を実現する。【解決手段】本実施形態に係る真空ポンプの排気システムでは、真空ポンプは、少なくとも回転部の温度測定時に、温度センサユニットより下流側の少なくとも一部で逆流するガスの流速よりもパージガスの流速が速くなる量、または、温度センサユニット周りのガス圧力が中間流または粘性流となる量、いずれか一方の量のパージガスを供給する。さらに、本実施形態の排気システムは、真空ポンプに導入するパージガスの流量を制御し得るパージガス供給装置を有する。この構成により、温度測定時に温度センサユニット周りにおいて、プロセスガスの逆流を防止して成分構成が変化してしまうのを防止し、精度良く回転部の温度を測定することができる。

Description

真空ポンプの排気システム、真空ポンプの排気システムに備わる真空ポンプ、パージガス供給装置、温度センサユニット、および真空ポンプの排気方法

　本発明は、真空ポンプの排気システム、真空ポンプの排気システムに備わる真空ポンプ、パージガス供給装置、温度センサユニット、および真空ポンプの排気方法に関し、より詳しくは、真空ポンプの回転部の温度を精度良く測定する構造に関する。

　回転部を高速回転させることで排気を行う真空ポンプの排気システムでは、真空ポンプの回転部は１００度を超える高温に達する場合がある。このように回転部が高温になった状態で高速回転を継続させると、クリープ現象による回転部の耐久性が問題になる。
　このようなクリープ状態を未然に防ぐ観点から、回転部の温度を測定・監視することが必要になっている。また、回転部は高速回転をしているため、非接触式の温度センサ（温度センサユニット）を使用して測定する必要がある。

　図７は、従来の真空ポンプの排気システム２０００を説明するための図である。
　従来の真空ポンプの排気システム２０００に備わる真空ポンプでは、ステータコラム２０２０における下流側の外径部に温度センサユニット２０１９を配設して回転部１０の内径部の温度を計測している。

ＷＯ２０１０／０２１３０７特開平１１－３７０８７号特許３２０１３４８号

　特許文献１には、温度センサを複数配設し、各々の温度センサの温度差から回転翼（回転部）の温度を推定する方法が記載されている。より詳しくは、真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の回転翼の内側に形成されたパージガスの経路に温度センサを２箇所に設置し、パージガスを介して伝達する熱量で生じる温度差から、回転翼の温度を推測する方法が開示されている。この測定方法の場合、精度良く温度を測定するために、温度センサの周りの雰囲気はパージガス１００％であることが望ましい。
　ここで、一般的に、パージガスの流量は２０ｓｃｃｍ（１分間に２０ｃｃ）程度であるため、パージガスが流れる速度（流速）は小さい。例えば、回転翼の内径が２００ｍｍ、パージガスの流路の幅が５ｍｍ、圧力が２Ｔｏｒｒである場合、パージガスの平均速度は、毎秒４ｃｍ程度の非常に遅い流速で流れている。
　そのため、半導体製造装置などで使用される、熱伝導が良くないプロセスガスが逆流してきた場合、パージガスがそのプロセスガスを押し流す（押し戻す）ことはできない。その結果、温度センサ周りにプロセスガスが混入してしまうことがある。
　この場合、ガスの組成が変化することにより、温度センサによる測定誤差が増してしまうという課題があった。

　一方、上述した半導体製造時のように多量のガスを真空ポンプで排気するのではなく、蒸着作業時のようにガスの流量が非常に少ない場合は、温度センサ周りのガス圧力は低い。
　この場合、温度センサ周りのパージガスの圧力が低いままだと、望ましい粘性流ではなく中間流や分子流の状態になってしまう。そのため、充分な熱量が伝達されず、温度センサの測定誤差が増加してしまうという課題があった。

　特許文献２には、ガスの流量が少ないためガス圧力が低い場合にも伝熱量を得られるように、コーティングなどによって被測定対象である回転翼と温度センサの一部である受熱部の双方の輻射率を高める技術が記載されている。
　しかし、回転翼の温度は最高１５０℃程度まで上昇するが、輻射伝熱だけでは充分な熱量を得られない。その結果、温度センサの測定精度が低くなってしまうという課題があった。

　また、特許文献３には、回転翼の下端に回転翼と固定部の隙間が小さい部分を設け、その隙間にパージガスを供給することで、軸受付近にプロセスガスの侵入を防ぐ技術について記載されている。
　しかし、この技術はプロセスガスの軸受付近への侵入を防ぐことが目的であって、温度センサ周りのガス成分の管理や温度センサの精度を向上させることについては何ら言及されていない。

　そこで、本発明では、回転部（回転翼）の温度を精度良く測定する真空ポンプの排気システム、真空ポンプの排気システムに備わる真空ポンプ、パージガス供給装置、温度センサユニット、および真空ポンプの排気方法を実現することを目的とする。

　請求項１記載の発明では、パージガス流路において、回転部の温度を測定する温度センサユニットが配設された真空ポンプと、前記真空ポンプで利用するパージガスを貯蔵するパージガス貯蔵装置と、前記パージガス貯蔵装置に貯蔵された前記パージガスを前記真空ポンプへ供給するパージガス供給装置と、を備える真空ポンプの排気システムであって、少なくとも前記温度センサユニットが前記回転部の前記温度を測定する時に、前記温度センサユニットより下流側の少なくとも一部において前記真空ポンプで排気している排気ガスが逆流する流速よりも、前記パージガスの流速の方が速くなる量、または、前記温度センサユニット周りにおいて前記パージガスの圧力が中間流または粘性流となる量、のいずれか一方の条件を満たす前記パージガスを前記真空ポンプへ供給することを特徴とする真空ポンプの排気システムを提供する。
　請求項２記載の発明では、前記温度センサユニット周りにおける前記パージガスの平均自由行程が、前記温度センサユニットと前記回転部の距離よりも小さくなる量の前記パージガスを前記真空ポンプへ供給することで、前記真空ポンプへ供給する前記パージガスの前記圧力を中間流または粘性流とすることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプの排気システムを提供する。
　請求項３記載の発明では、前記真空ポンプは、前記回転部を回転させる電装部を収容するステータコラムと、前記ステータコラムを固定するベースと、を具備し、前記ステータコラムが、前記パージガス流路における前記温度センサユニットよりも下流側の少なくとも一部に、前記ベースよりも外径が大きい絞り部を備えることで、前記真空ポンプで排気している前記排気ガスが逆流する流速よりも流速が速い前記パージガスを前記真空ポンプへ供給することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプの排気システムを提供する。
　請求項４記載の発明では、前記真空ポンプは、前記回転部を回転させる電装部を収容するステータコラムと、前記ステータコラムを固定するベースと、を具備し、前記ベースが、前記パージガス流路における前記温度センサユニットよりも下流側の少なくとも一部に、前記ステータコラムよりも外径が大きい絞り部を備えることで、前記真空ポンプで排気している前記排気ガスが逆流する流速よりも流速が速い前記パージガスを前記真空ポンプへ供給することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプの排気システムを提供する。
　請求項５記載の発明では、前記パージガス供給装置は、前記真空ポンプへ供給する前記パージガスの流量を、前記温度センサユニットによる温度測定時とそれ以外の少なくとも２通り設定可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の真空ポンプの排気システムを提供する。
　請求項６記載の発明では、前記温度センサユニットは、前記回転部に対向する受熱部と、前記受熱部を支持する断熱部と、前記断熱部を前記真空ポンプに取り付ける取付部と、前記受熱部に固定された第１の温度センサと、を具備することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の真空ポンプの排気システムを提供する。
　請求項７記載の発明では、前記温度センサユニットの前記受熱部と前記断熱部は一体成型されていることを特徴とする請求項６に記載の真空ポンプの排気システムを提供する。
　請求項８記載の発明では、前記温度センサユニットは、前記断熱部または前記取付部または前記温度センサユニットを取り付ける部品に第２の温度センサを具備し、前記第１の温度センサと前記第２の温度センサの温度差から前記回転部の前記温度を測定することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の真空ポンプの排気システムを提供する。
　請求項９記載の発明では、請求項１から請求項８の少なくともいずれか１項に記載の真空ポンプの排気システムに備わる真空ポンプを提供する。
　請求項１０記載の発明では、請求項１から請求項８の少なくともいずれか１項に記載の真空ポンプの排気システムに備わるパージガス供給装置を提供する。
　請求項１１記載の発明では、請求項１から請求項８の少なくともいずれか１項に記載の真空ポンプの排気システムに備わる温度センサユニットを提供する。
　請求項１２記載の発明では、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の真空ポンプの排気システムにおいて、少なくとも前記温度センサユニットが前記回転部の前記温度を測定する時に、前記温度センサユニット周りにおいて、前記真空ポンプで排気している排気ガスが逆流する流速よりも、前記パージガスの流速の方が速くなる量、または、前記パージガスの圧力が中間流または粘性流となる量、のいずれか一方の条件を満たす前記パージガスを前記真空ポンプへ供給することを特徴とする真空ポンプの排気方法を提供する。

　本発明によれば、温度測定時において供給するパージガスを調整することで、回転部（回転翼）の温度を精度良く測定することができる。
　また、真空ポンプで排気している排気ガスが温度センサの周りに侵入し、温度センサを腐食したり、反応生成物が堆積したりすることで生じる測定誤差を防ぐことができる。

本発明の各実施形態に係る真空ポンプの排気システムを説明するための図である。本発明の実施形態１に係る真空ポンプの概略構成例を示した図である。本発明の実施形態２に係る真空ポンプの概略構成例を示した図である。本発明の実施形態４に係る真空ポンプの排気システムに配設されるパージガス供給装置を説明するための図である。本発明の実施形態５に係る真空ポンプの排気システムに配設されるパージガス供給装置を説明するための図である。本発明の実施形態１、実施形態２に係る逆流速度について説明するための図である。従来技術に係る真空ポンプを説明するための図である。

（ｉ）実施形態の概要
　本実施形態では、真空ポンプの排気システムは、真空ポンプが、以下（１）または（２）に説明するような、パージガスの流量を調整し得るパージガス供給機構を有する。　（１）少なくとも回転部の温度測定時に、温度センサユニット周りにおいて、逆流するガスの流速よりも、パージガスの流速の方が大きくなる量のパージガスを供給する。
　（２）少なくとも回転部の温度測定時には、温度センサユニット周りのガス圧力が中間流（中間流領域）または粘性流（粘性流領域）となる量のパージガスを供給する。
　さらに、本実施形態の真空ポンプの排気システムは、真空ポンプへパージガスを導入するパージガス流量制御手段として、パージガスの流量を制御し得るパージガス供給装置を有する。

　この構成により、本実施形態では、温度測定時に温度センサユニット周りにおいて、プロセスガスの逆流を防止して成分構成が変化してしまうのを防止することができるので、精度良く回転部の温度を測定することができる。

（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から図６を参照して詳細に説明する。（排気システム１０００の構成）
　図１は、本発明の実施形態に係る真空ポンプの排気システム１０００を説明するための図である。
　真空ポンプの排気システム１０００は、真空ポンプ１、パージガス供給装置１００、レギュレータ２００、そしてガスボンベ３００により構成される。
　真空ポンプ１の構成は後述する。
　パージガス供給装置１００は、真空ポンプ１に供給されるパージガスが適切な量になるように流量を制御する流量調整機器であり、バルブ５０を介して真空ポンプ１のパージポート（後述するパージポート１８）に繋がる。
　ここで、パージガスは、窒素ガス（Ｎ₂）やアルゴンガス（Ａｒ）などの不活性ガスである。当該パージガスを電気部品収納部に供給することで、真空ポンプ１が接続された真空容器から排気するガスに含まれる虞がある腐食性ガス（プロセスガスとして用いられたガス）から、電気部品を保護するために利用される。
　以下の実施形態では、パージガスは、一例として、熱伝導率が比較的良く、安価な窒素ガスを用いて説明する。
　レギュレータ２００は、ガスボンベ３００から送られてくるガスを利用しやすい気圧に下げるための装置である。
　ガスボンベ３００は、本実施形態のパージガスである窒素ガスが貯蔵されている装置である。

（真空ポンプ１の構成）
　次に、上述した排気システム１０００に配設される真空ポンプ１の構成について説明する。
　図２は、本発明の実施形態に係る真空ポンプ１を説明するための図であり、真空ポンプ１の軸線方向の断面を示した図である。
　本実施形態の真空ポンプ１は、ターボ分子ポンプ部とねじ溝ポンプ部を備えた、いわゆる複合型タイプの分子ポンプである。
　真空ポンプ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と共に真空ポンプ１の筐体を構成している。そして、この真空ポンプ１の筐体の内部には真空ポンプ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、回転自在に支持された回転部と、真空ポンプ１の筐体に対して固定された固定部と、から構成されている。

　ケーシング２の端部には、真空ポンプ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。
　ベース３には、真空ポンプ１内の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に設けられた複数の回転翼９（吸気口４側）および回転円筒体１０（排気口６側）などから構成されている。なお、シャフト７およびロータ８によってロータ部が構成されている。
　回転翼９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複数のブレードからなる。
　また、回転円筒体１０は、回転翼９の下流側に位置し、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。本実施形態では、この回転円筒体１０における下流側が、後述する温度センサユニット１９が温度を測定する被測定対象となる。
　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１１が設けられている。
　さらに、シャフト７のモータ部１１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）に非接触で支持するための径方向磁気軸受装置１２、１３が、また、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）に非接触で支持するための軸方向磁気軸受装置１４が各々設けられており、ステータコラム２０に内包されている。

　なお、本発明の実施形態１に係るステータコラム２０は、図２に点線Ａで示した部分に、パージガス調整機構としての絞り部を構成する突外径部２１を有する。この絞り部については後述する。
　ステータコラム２０の外径部かつ排気口６側に、回転部の温度を測定するための温度センサユニット１９が配設される。
　温度センサユニット１９は、円板状の受熱部（すなわち、温度センサ部）、ステータコラム２０に固定される取付部、そして、受熱部と取付部とを繋ぐ円筒状の断熱部により構成される。受熱部は、被測定対象である回転円筒体１０（回転部）からの伝熱を検知するために断面積が広ければ広いほど好ましい。そして、回転円筒体１０と隙間を介して対向するように配設される。
　なお、本実施形態では、受熱部はアルミニウムで、そして断熱部は樹脂で構成されるが、これに限ることはなく、受熱部も断熱部も樹脂で一体形成する構成にしてもよい。
　また、断熱部あるいは取付部あるいはステータコラム２０に第２の温度センサ部を配設して、この第２の温度センサ部と、上述した受熱部に配設された温度センサ部（第１の温度センサ部）との温度差を利用して被測定対象（回転部）の温度を推定する構成にしてもよい。

　真空ポンプ１の筐体（ケーシング２）の内周側には、固定部（固定円筒部）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）に設けられた固定翼１５と、ケーシング２の内周面に設けられたねじ溝スペーサ１６（ねじ溝ポンプ部）などから構成されている。
　固定翼１５は、真空ポンプ１の筐体の内周面からシャフト７に向かって、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伸びているブレードから構成されている。
　各段の固定翼１５は、円筒形状をしたスペーサ１７により互いに隔てられている。　真空ポンプ１では、固定翼１５が軸線方向に、回転翼９と互い違いに複数段形成されている。

　ねじ溝スペーサ１６には、回転円筒体１０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１６は、所定のクリアランス（間隙）を隔てて回転円筒体１０の外周面に対面するように構成されている。ねじ溝スペーサ１６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に、排気口６に向かう方向である。なお、らせん溝は、回転部側と固定部側の対向面の少なくとも一方に設けられていればよい。
　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、それ故、らせん溝を輸送されるガスは排気口６に近づくにつれて徐々に圧縮されるように構成されている。

　また、ベース３の外周面にパージポート１８が設けられている。パージポート１８は、パージガス流路を介してベース３の内部領域（すなわち、電気部品収納部）と連通している。パージガス流路は、ベース３の外周壁面から内周壁面まで径方向に沿って貫通して形成された貫通横孔であり、パージポート１８から供給されるパージガスを、電気部品収納部へと送り込むパージガスの供給路として機能する。
　なお、このパージポート１８は、図１に示したように、ガス供給装置１００にバルブ５０を介して接続されている。
　ここで、パージガスの流れについて説明する。パージポート１８から供給されたパージガスは、ベース３およびステータコラム２０の内部に導入される。そして、モータ部１１や径方向磁気軸受装置１２、１３、ロータ８とステータコラム２０の間を通ってシャフト７の上部側へ移動する。さらに、ステータコラム２０とロータ８の内周面間を通って排気口６へと送られ、取り込まれた気体（プロセスガスとして用いられたガス）とともに、吸気口４から真空ポンプ１の外へと排出される。

　このように構成された真空ポンプ１により、真空ポンプ１に配設される、図示しない真空室（真空容器）内の真空排気処理が行われる。真空室は、たとえば、表面分析装置や微細加工装置のチャンバ等として用いられる真空装置である。

　次に、上述したような構成を有する真空ポンプ１に備わる、パージガス調整機構について説明する。
　なお、真空ポンプ１に備わるパージガス調整機構については、パージガスの流速を調整する構成が２つ（実施形態１および実施形態２）、そして、パージガスの圧力を調整する構成が１つ（実施形態３）がある。

（実施形態１－流速）
　図２は、実施形態１に係る絞り部を説明するための図である
　実施形態１に係る真空ポンプ１は、図２に点線Ａで示したように、パージガスの流量を調整し得るパージガス供給機構として、ステータコラム２０に、突外径部２１（絞り部）が配設される。
　突外径部２１は、ステータコラム２０において、温度センサユニット１９が配設される下流側（排気口６側）である少なくとも一部に、当該ステータコラム２０の外径を増やすことで形成される。
　ステータコラム２０の外径を一部拡げて突外径部２１を形成することで、当該突外径部２１と回転円筒体１０とが対向することで形成されるパージガス流路は狭くなる。なお、パージガス流路とは、回転円筒体１０の内径面と突外径部２１の外径面とで構成される隙間のことである。
　流れるパージガスの体積が同じ状態でパージガス流路の断面積を減らせば、それだけパージガスの流速は速くなる。このようにパージガスの流速を速くし、逆拡散する排気ガス（プロセスガス）よりも流速を速くすることで、温度センサユニット１９周りへの排気ガスの逆流（逆拡散）を防ぐことができる。
　なお、突外径部２１（絞り部）は、ステータコラム２０の一部のみに形成されることが望ましく、より具体的には、突外径部２１のパージガス流路の軸方向の長さは、最大３０ｍｍ程度が望ましい。
　また、絞り部が配設される部分（図２のＡ）のパージガス流路幅は、真空ポンプ１の運転中に回転円筒体１０（回転部）とステータコラム２０（固定部）が接触しない範囲で可能な限り小さい方がよく、０．５ｍｍ以下とすることが望ましい。

　この構成により、回転円筒体１０とステータコラム２０の間の粘性抵抗が増加するので、消費電力や発熱の増加を防止することができる。
　また、温度センサユニット１９よりも下流側において、パージガスで排気ガスを押し戻す構成により、真空ポンプ１で排気中のプロセスガスが温度センサユニット１９の周りに逆流し、温度センサユニット１９周りのガス成分が変わってしまうために起こり得る測定誤差の増加を防止することができる。

（実施形態２－流速）
　実施形態１で説明した絞り部の他の実施形態について、図３を用いて説明する。
　図３は、実施形態２に係る絞り部を説明するための図である
　実施形態２に係る真空ポンプ１は、図３に点線Ｂで示したように、パージガスの流量を調整し得るパージガス供給機構として、ベース３０に、大外径部３１（絞り部）が配設される。
　大外径部３１は、ベース３０において、温度センサユニット１９がステータコラム２０に配設される位置よりも下流側（排気口６）側の少なくとも一部に、当該ベース３０の外径を増やすことで形成される。
　ベース３０の外径を一部拡げて大外径部３１を形成することで、当該大外径部３１と回転円筒体１０とが対向することで形成されるパージガス流路は狭くなる。流れるパージガスの体積が同じ状態でパージガス流路の断面積を減らせば、実施形態１と同様にパージガスの流速は速くなる。そして、このようにパージガスの流速を逆拡散する排気ガスよりも速くすることで、温度センサユニット１９周りへの排気ガスの逆流を防ぐことができる。
　なお、大外径部３１（絞り部）は、ベース３０の一部のみに形成されることが望ましい。より具体的には、大外径部３１のパージガス流路の軸方向の長さは、最大３０ｍｍ程度が望ましい。
　また、絞り部が配設される部分（図３のＢ）のパージガス流路幅は、真空ポンプ１の運転中に回転円筒体１０（回転部）とベース３０（固定部）が接触しない範囲で可能な限り小さい方がよく、０．５ｍｍ以下とすることが望ましい。

　この構成により、回転円筒体１０とベース３０の間の粘性抵抗が増加するので、消費電力や発熱の増加を防止することができる。
　また、温度センサユニット１９よりも下流側において、パージガスで排気ガスを押し戻す構成により、真空ポンプ１で排気中のプロセスガスが温度センサユニット１９の周りに逆流し、温度センサユニット１９周りのガス成分が変わってしまうために起こり得る測定誤差の増加を防止することができる。

　上述した実施形態１、実施形態２のように、パージガス流路における温度センサユニット１９の配設位置よりも下流側に、絞り部（パージガス供給機構）を配設すれば、パージガス流路の断面積を小さくする（すなわち、絞る）ことができる。
　そのため、仮に、パージガスの供給量が少ない場合（蒸着作業など）であっても、排気ガスが温度センサユニット１９周りに逆流するのを防ぐために必要なパージガス流速を少量のパージガスで実現することができる。

（実施形態３－圧力）
　次に、パージガスの圧力を調整する実施形態３に係るパージガス調整機構について説明する。
　一般的に、温度センサユニット１９周りのガス圧力が分子流になると、圧力比例で温度伝達が低下し、温度センサユニット１９が機能しなくなるおそれがある。
　そこで、実施形態３に係るパージガス調整機構は、少なくとも回転円筒体１０の温度測定時に、温度センサユニット１９周りのガス圧力が、分子流ではなく粘性流に近い圧力領域（粘性流領域）となるのに必要な量のパージガスを供給する。
　より具体的には、パージガスの平均自由行程（λ）が、温度センサユニット１９と回転円筒体１０との間隔よりも小さくなる量のパージガスを供給する。
　なお、平均自由行程とは、パージガスの分子が、他の分子に衝突して進路を変えられること無く進むことのできる距離の平均値である。
　このように、温度センサユニット１９周りの圧力を上げ、ガスによる伝熱を促進する。この構成により、真空ポンプ１内の圧力が高まり、伝熱が促進され、測定誤差の増加を防止することができる。

（実施形態４）
　次に、本発明の排気システム１０００の他の実施形態について、図４を用いて具体的に説明する。
　図４は、実施形態４に係る真空ポンプの排気システム１０１０に配設されるパージガス供給装置１００を説明するための図である。
　上述した実施形態１、実施形態２、および実施形態３を実現するために、一定量以上のパージガスを継続的に流すのは、コストが上がり発熱量も増える。
　そこで、実施形態４では、温度センサユニット１９による温度測定時以外のパージガスの流量を減らすために、真空ポンプ１へパージガスを導入する際の流量を少なくとも２条件設定できるパージガス流量制御手段としてマスフローコントローラ１１０を配設する。
　このマスフローコントローラ１１０が配設された排気システム１０１０では、温度測定時に、一時的にパージガスの流量を増やすことができる。
　このように、本実施形態４では、マスフローコントローラ１１０が、パージガスの流量を調整する流量調整器として機能するので、常に一定量以上のパージガスを流し続けることによるコストアップや発熱量の増加を防止することができる。

（実施形態５）
　本発明の排気システム１０００の他の実施形態について、図５を用いて具体的に説明する。
　図５は、実施形態５に係る真空ポンプの排気システム１０２０に配設されるパージガス供給装置１００を説明するための図である。
　図５に示したように、実施形態５では、パージガス供給装置１００として、２つのフローリストリクタ１２１、１２２を配設する。
　つまり、温度センサユニット１９による温度測定時以外のパージガスの流量を減らすために、真空ポンプ１へパージガスを導入する際の流量を変更することができるパージガス流量制御手段としてフローリストリクタ（１２１、１２２）を配設する。
　このフローリストリクタ（１２１、１２２）が配設された排気システム１０２０では、温度測定時に、一時的にパージガスの流量を増やすことができる。
　このように、本実施形態５では、フローリストリクタ（１２１、１２２）が、パージガスの流量を調整する流量調整器として機能する。
　フローリストリクタ（１２１、１２２）は気圧の差を利用した流量調整器であり、パージガスの流量を増やしたいときは２つのバルブ５０を両方開けて並行してパージガスを流す。
　このように、本実施形態５では、フローリストリクタ（１２１、１２２）が、パージガスの流量を調整する流量調整器として機能するので、一定量以上のパージガスを継続的に流すことによるコストアップや発熱量の増加を防止することができる。

　図６は、本発明の実施形態１、実施形態２に係る逆流するガスの流速について説明するための図である。
　以下に、理論上、どういう条件であれば逆流が防止できるか（すなわち、パージガス流路を流れるガスの流速をいくつにすれば排気ガスの逆流を防止できるか）について、図６に示した空間１と空間２のモデルを使って計算の流れを説明する。
　図６には、Ｎ₂ガスが導入される空間１、Ａｒガスが導入される空間２、そして、空間１と空間２を繋ぐパイプが示されている。
　なお、空間１が温度センサユニット１９が配設されたパージガス流路に相当し、パイプがパージガス流路に相当し、そして、空間２が排気口６側の排気ガス流路に相当する。
　パイプ寸法は、外径をＤｏ、内径をＤｉ、長さをＬとする。

　図６に示したように、空間１には、６０ｓｃｃｍ（０．１Ｐａｍ３／ｓ）のＮ₂ガスが導入されるとする。このとき、空間１の成分比はＮ₂ガスが１００％であるのに対してＡｒガスは０％である。また、Ｎ₂ガスの、空間１からパイプを通って空間２へ流れる流速をＶａとする。
　一方、空間２には、１９４０ｓｃｃｍのＡｒガスが導入されるとする。Ａｒガスの、空間２からパイプを通って空間１へ逆流する流速をＶｂとする。このとき、空間２の成分比はＮ₂ガスが３％であるのに対してＡｒガスは９７％である。
　このように、空間１と空間２におけるＡｒガスの濃度に濃度差が生まれる。
　この濃度差によってＡｒガスがパイプ内をどれだけ逆流するのか（定常状態での拡散速度）について、理論的には、以下に示したフィックの第一法則の式（数式１）で計算して求めることができる。
　（数１）
　Ｊ＝－Ｄ×（Ｃ２－Ｃ１）／Ｌ
　ここで、Ｊは流束（ｍｏｌ／ｍ²ｓ）、Ｄは拡散係数（ｍ²ｓ）、Ｃ１は空間１のＡｒガス濃度（ｍｏｌ／ｍ³）、Ｃ２は空間２のＡｒガス濃度（ｍｏｌ／ｍ³）、そしてＬは距離（ｍ）である。
　図６に示したように、空間１のＡｒガスは０％であるからＣ１は０になるので、空間２から空間１へ移動するＡｒガスの流速（逆流速度）Ｖｂは、次の数式２で計算することができる。
　（数２）
　Ｖｂ＝－Ｊ／Ｃ２＝｛Ｄ×（Ｃ２－Ｃ１）／Ｌ｝／Ｃ２＝Ｄ／Ｌ
　つまり、拡散係数Ｄを距離Ｌで割った数値がＶｂとなる。

　また、拡散係数Ｄは、ガス分子の平均熱運動速度νと平均自由行程λとから、次の数式３で算出することができる。
　（数３）
　Ｄ＝１／３×ν×λ
　従って、例えば、圧力が２６６Ｐａ、距離Ｌが０．０１ｍである場合、Ａｒガスの流速（逆流速度）Ｖｂは、以下の数式４で計算を示すように、Ｖｂ＝０．３５ｍ／ｓが得られる（図６に示した計算条件を参照）。
　（数４）
　Ｖｂ＝Ｄ／Ｌ＝（１／３×３９８×２．６Ｅ－５）／０．０１＝０．３５（ｍ／ｓ）　つまり、Ｖｂが０．３５ｍ／ｓなので、それよりもＶａの流速が大きければ、空間１から空間２にＡｒガスが逆流してこないようにすることができることがわかる。

　次に、空間１から空間２にＡｒガスが逆流させないために、Ｖａの流速をＶｂよりも速くするための流路の幅について、以下に説明する。

　Ｎ₂ガスを６０ｓｃｃｍ（単位変換して０．１Ｐａｍ³／ｓ）流す場合の体積流量Ｑｖ（ｍ³／ｓ）は、以下の数式５を用いて算出することができる。
　（数５）
　Ｑｖ＝０．１／２６６＝３．８Ｅ－４（ｍ³／ｓ）
　よって、以下に例を挙げて説明するように、流路の幅を狭くする（断面積を小さくする）ことで、「Ｎ₂ガスの流速：Ｖａ＞Ａｒガスの逆流速度：Ｖｂ」となり、Ａｒ分子が空間２から空間１に逆流するのを防止できることがわかる。
　なお、「流路（パイプ）の幅を狭くする」とは、実施形態１や実施形態２で説明した「パージガス流路に絞り部を配設する」と同義である。
（例）外径が２００ｍｍで、幅が１ｍｍ（すなわち、内径が１９８ｍｍ）である場合、流路の断面積はπ／４×（０．２²－０．１９８²）＝０．０００６３ｍ²となり、流路を通るＮ₂ガスの速度Ｖａは、３．８Ｅ－４／０．０００６３＝０．６０（ｍ／ｓ）となる。
　つまり、この場合、Ｖａ＝０．６０（ｍ／ｓ）に対してＶｂ＝０．３５（ｍ／ｓ）なのでＶａ＞Ｖｂ（Ｎ₂ガスの流速＞Ａｒガスの逆流速度）となることから、Ａｒガスは空間２から空間１へ逆流しないことがわかる。

ちなみに、外径が同じ２００ｍｍで、流路の幅が、先述した１ｍｍよりも４ｍｍ長い５ｍｍ（すなわち、内径が１９０ｍｍ）である場合、流路の断面積はπ／４×（０．２²－０．１９²）＝０．００３０６ｍ²となり、流路の速度（Ｖａ）は、３．８Ｅ－４／０．００３０６＝０．１２（ｍ／ｓ）となる。
　つまり、従来のように流路の幅が長い５ｍｍの場合は、Ｖａ＝０．１２（ｍ／ｓ）に対してＶｂ＝０．３５（ｍ／ｓ）になるので、Ｖａ＜Ｖｂ（Ｎ₂ガスの流速＜Ａｒガスの逆流速）となることから、Ａｒガスが空間２から空間１へ逆流してしまうことがわかる。

　以上の説明により、本発明の各実施形態に係る真空ポンプの排気システム（１０００、１０１０、１０２０）では、パージガスとして供給したガス成分以外が温度センサユニット１９周りに逆流し、ガス組成が変化して伝熱量が変化するのを防止することができる。　また、温度センサユニット１９周りの圧力を上げ、熱伝達を促進することができる。
　加えて、真空ポンプで排気している排気ガスが温度センサの周りに侵入し、温度センサを腐食したり、反応生成物が堆積したりすることで生じる測定誤差を防ぐことができる。
　さらに、パージガスの流量を温度測定時のみとすることで、パージガスの消費量を節約することができる。
　このため、温度センサユニット１９による回転円筒体１０の温度の測定精度が向上する。その結果、回転円筒体１０の温度を正確に測定することが可能になり、過熱によって生じる不具合を防止することができる。つまり、回転円筒体１０の温度が上昇して熱膨張し、他の部品と接触するなどして破損してしまうことや、高温の状態が続くために起こるクリープ変形によって回転部と固定部が接触して破損してしまうこと、さらには、過熱により材料強度が低下し、回転円筒体１０が破損してしまうこと、を防止することができる。

　なお、本発明の実施形態および各変形例は、必要に応じて組み合わせる構成にしてもよい。温度センサとして、赤外線式温度センサを使用する構成にしてもよい。

　また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が当該改変されたものにも及ぶことは当然である。

　　　１　真空ポンプ
　　　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
　　　９　回転翼
１０回転円筒体
　　１１　モータ部
　　１２、１３　径方向磁気軸受装置
　　１４　軸方向磁気軸受装置
　　１５　固定翼
　　１６　ねじ溝スペーサ
　　１７　スペーサ
　　１８　パージポート
　　１９　温度センサユニット
　　２０　ステータコラム（実施形態１）
　　２１　突外径部（実施形態１：絞り部）
　　３０　ベース（実施形態２）
　　３１　大外径部（実施形態２：絞り部）
　　５０　バルブ
　１００　パージガス供給装置
　１１０　マスフローコントローラ（パージガス供給装置）
　１２１　フローリストリクタ（第１パージガス供給装置）
　１２２　フローリストリクタ（第２パージガス供給装置）
　２００　レギュレータ
　３００　ガスボンベ
１０００　真空ポンプの排気システム
１０１０　真空ポンプの排気システム
１０２０　真空ポンプの排気システム
２０００　真空ポンプの排気システム（従来）
２０１９　温度センサユニット（従来）
２０２０　ステータコラム（従来）

Claims

　パージガス流路において、回転部の温度を測定する温度センサユニットが配設された真空ポンプと、
　前記真空ポンプで利用するパージガスを貯蔵するパージガス貯蔵装置と、
　前記パージガス貯蔵装置に貯蔵された前記パージガスを前記真空ポンプへ供給するパージガス供給装置と、
を備える真空ポンプの排気システムであって、
　少なくとも前記温度センサユニットが前記回転部の前記温度を測定する時に、
　前記温度センサユニットより下流側の少なくとも一部において前記真空ポンプで排気している排気ガスが逆流する流速よりも、前記パージガスの流速の方が速くなる量、
　または、前記温度センサユニット周りにおいて前記パージガスの圧力が中間流または粘性流となる量、のいずれか一方の条件を満たす前記パージガスを前記真空ポンプへ供給することを特徴とする真空ポンプの排気システム。
　前記温度センサユニット周りにおける前記パージガスの平均自由行程が、前記温度センサユニットと前記回転部の距離よりも小さくなる量の前記パージガスを前記真空ポンプへ供給することで、前記真空ポンプへ供給する前記パージガスの前記圧力を中間流または粘性流とすることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプの排気システム。
　前記真空ポンプは、前記回転部を回転させる電装部を収容するステータコラムと、前記ステータコラムを固定するベースと、を具備し、
　前記ステータコラムが、前記パージガス流路における前記温度センサユニットよりも下流側の少なくとも一部に、前記ベースよりも外径が大きい絞り部を備えることで、前記真空ポンプで排気している前記排気ガスが逆流する流速よりも流速が速い前記パージガスを前記真空ポンプへ供給することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプの排気システム。
　前記真空ポンプは、前記回転部を回転させる電装部を収容するステータコラムと、前記ステータコラムを固定するベースと、を具備し、
　前記ベースが、前記パージガス流路における前記温度センサユニットよりも下流側の少なくとも一部に、前記ステータコラムよりも外径が大きい絞り部を備えることで、前記真空ポンプで排気している前記排気ガスが逆流する流速よりも流速が速い前記パージガスを前記真空ポンプへ供給することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプの排気システム。
　前記パージガス供給装置は、前記真空ポンプへ供給する前記パージガスの流量を、前記温度センサユニットによる温度測定時とそれ以外の少なくとも２通り設定可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の真空ポンプの排気システム。
　前記温度センサユニットは、
　前記回転部に対向する受熱部と、
　前記受熱部を支持する断熱部と、
　前記断熱部を前記真空ポンプに取り付ける取付部と、
　前記受熱部に固定された第１の温度センサと、
を具備することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の真空ポンプの排気システム。
　前記温度センサユニットの前記受熱部と前記断熱部は一体成型されていることを特徴とする請求項６に記載の真空ポンプの排気システム。
　前記温度センサユニットは、前記断熱部または前記取付部または前記温度センサユニットを取り付ける部品に第２の温度センサを具備し、
　前記第１の温度センサと前記第２の温度センサの温度差から前記回転部の前記温度を測定することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の真空ポンプの排気システム。
　請求項１から請求項８の少なくともいずれか１項に記載の真空ポンプの排気システムに備わる真空ポンプ。
　請求項１から請求項８の少なくともいずれか１項に記載の真空ポンプの排気システムに備わるパージガス供給装置。
　請求項１から請求項８の少なくともいずれか１項に記載の真空ポンプの排気システムに備わる温度センサユニット。
　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の真空ポンプの排気システムにおいて、
　少なくとも前記温度センサユニットが前記回転部の前記温度を測定する時に、前記温度センサユニット周りにおいて、
　前記真空ポンプで排気している排気ガスが逆流する流速よりも、前記パージガスの流速の方が速くなる量、または、前記パージガスの圧力が中間流または粘性流となる量、のいずれか一方の条件を満たす前記パージガスを前記真空ポンプへ供給することを特徴とする真空ポンプの排気方法。