WO2024043276A1 - 真空ポンプおよび固定部品 - Google Patents
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D19/00—Axial-flow pumps
- F04D19/02—Multi-stage pumps
- F04D19/04—Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
Definitions
- the present invention relates to a vacuum pump and fixed parts.
- Vacuum pumps are used to create a high degree of vacuum inside these devices.
- An example of a vacuum pump that may be used is a compound pump that is a combination of a turbo-molecular pump and a threaded groove pump.
- a vacuum pump that is a combination of a turbo molecular pump and a threaded groove pump has a threaded groove on the downstream side of a turbo pump having rotary blades and fixed blades arranged alternately in the axial direction, as disclosed in Patent Document 1, for example.
- a pump is placed. Exhaust gas taken in through the intake port is compressed by the turbo-molecular pump and the screw groove pump, and is discharged to the outside of the vacuum pump through the exhaust port.
- a thread groove pump is composed of a rotating cylindrical rotor and a thread groove spacer on the casing side that accommodates the rotor. Thread grooves are formed on opposing surfaces of the rotor cylindrical portion or the thread groove spacer. Therefore, the rotor cylindrical portion rotates inside the threaded spacer, so that gas can be transferred to the exhaust port side.
- the exhaust gas behaves like a molecular flow, but in a threaded groove pump and the flow path downstream, the exhaust gas behaves like a viscous flow due to the relatively high pressure. .
- byproducts are likely to precipitate at locations in the thread groove pump and in the flow path downstream thereof where the flow of exhaust gas stagnates.
- parts that should not normally come into contact can come into contact, causing damage to the vacuum pump and variations in temperature distribution due to changes in the heat transfer performance of the internal structure, which can lead to safety issues. Productivity may be lost.
- stator side fixed part that cooperates with the rotor to form a thread groove pump is heated by other members that come into contact with it and is maintained at a predetermined high temperature. , the formation of deposits is suppressed.
- Fixed parts that cooperate with the rotor to exhaust the intake gas may have thick portions for the purpose of improving heat transfer performance in the heat path or promoting heat transfer.
- the rate at which the metal solidifies between thick and thin parts of the fixed part varies, resulting in porosity and sink marks on the fixed part. A type of depression) is more likely to occur.
- the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can suppress the occurrence of blowholes and sink marks in thick parts of fixed parts formed by casting, and promote heat transfer within the fixed parts.
- the purpose is to provide vacuum pumps and fixing parts that can.
- the vacuum pump according to the present invention includes: an exterior body, a rotor shaft contained in the exterior body and rotatably supported, a rotor fixed to the rotor shaft and rotated together with the rotor shaft, and the rotor shaft an annular fixed part that cooperates with the fixed part to exhaust the intake gas, the fixed part is formed at least in part by casting, and the fixed part is formed along the circumferential direction of the fixed part to reduce the volume.
- the fixing component is characterized in that it includes a heat transfer improving structure that improves heat transfer between the first portion and the second portion, which are different from the bottom portion.
- the vacuum pump described in (1) above uniformizes the rate at which the metal solidifies during casting by arranging grooves to reduce the thickness of the fixed parts formed by casting, thereby preventing the occurrence of cavities and sink marks.
- the heat transfer improving structure can promote heat transfer between the first portion and the second portion, which may be reduced by providing the reduction groove.
- the heat transfer improving structure may be a bridging structure that connects the first portion and the second portion facing each other with the reduction groove in between.
- the heat transfer improving structure may be formed of a material having higher thermal conductivity than the material of the cast portion of the fixed part. good. Thereby, the vacuum pump can effectively promote heat transfer between the first part and the second part.
- the first portion and the second portion include the reduction groove in a radial direction from the center of the annular fixed component. They may be arranged side by side while being sandwiched between them. Thereby, the vacuum pump is supplied with heat from the outside in the radial direction of the fixed component, and can effectively transfer heat to the inside in the radial direction via the heat transfer improvement structure.
- the fixed component may be a component constituting a thread groove pump section.
- the vacuum pump can suppress the generation of deposits by heating the vicinity of the thread groove of the thread groove pump where gas is likely to accumulate due to low temperatures, even though the fixed parts are cast.
- the fixed component includes a spiral groove portion having a spiral peak portion and a spiral trough portion as the thread groove pump portion.
- a threaded groove portion having a threaded ridge portion and a threaded trough portion may be formed.
- the reduction groove is on a surface of the fixed component opposite to a surface on which the thread groove pump portion is formed. It's okay. This allows the vacuum pump to effectively maintain heat transfer to the threaded pump section, which is desirable for deposit control, while forming a reduction groove in the vicinity of the thickened threaded pump section of the fixed part. be able to.
- the fixed part according to the present invention is a fixed part that cooperates with a rotatable rotor of a vacuum pump to exhaust the intake gas, and is formed at least in part by casting, and has a reduced volume. a first portion and a second portion arranged to sandwich at least one reduction groove extending along the circumferential direction of the fixed component; and a first portion and a second portion arranged to include at least the bottom of the reduction groove. A bottom portion connecting the second portion, and a heat transfer improving structure that improves heat transfer between the first portion and the second portion, which are different from the bottom portion.
- By arranging reduction grooves in thick parts of fixed parts it is possible to equalize the solidification rate of metal during casting and suppress the occurrence of blowholes and sink marks. Heat transfer between the first portion and the second portion can be improved by the heat transfer enhancing structure.
- FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the vacuum pump.
- FIG. 3 is a circuit diagram of an amplifier circuit. It is a time chart which shows control when a current command value is larger than a detection value. It is a time chart showing control when a current command value is smaller than a detected value.
- FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the vacuum pump according to the present embodiment.
- 6 is an enlarged cross-sectional view of a part of the thread groove spacer
- (A) is an enlarged cross-sectional view of the range shown by A in FIG. 5
- (B) is an enlarged cross-sectional view at a different phase from FIG. 6(A). .
- It is a perspective view showing a thread groove spacer.
- FIG. 3 is a plan view of the thread groove spacer viewed from the upstream side.
- FIG. 3 is a plan view of the thread groove spacer viewed from the downstream side.
- 9 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 8. It is a longitudinal cross-sectional view which shows a part of vacuum pump concerning a modification.
- the vacuum pump 100 is a turbo-molecular pump 100 that exhausts gas by flicking off gas molecules with rotating blades of a rotating body that rotates at high speed.
- the turbo molecular pump 100 is used, for example, to suck in and exhaust gas from a chamber of a semiconductor manufacturing device or the like. First, the basic configuration of the turbo molecular pump 100 will be explained.
- FIG. 1 A longitudinal cross-sectional view of this turbomolecular pump 100 is shown in FIG.
- a turbo molecular pump 100 has an intake port 101 formed at the upper end of a cylindrical outer tube 127.
- a rotor 103 Inside the outer cylinder 127, there is a rotor 103 in which a plurality of rotary blades 102 (102a, 102b, 102c...), which are turbine blades for sucking and exhausting gas, are formed radially and in multiple stages around the circumference. It is equipped.
- a rotor shaft 113 is attached to the center of the rotor 103, and the rotor shaft 113 is suspended in the air and controlled in position by, for example, a five-axis magnetic bearing.
- Rotor 103 is generally made of metal such as aluminum or aluminum alloy.
- the upper radial electromagnet 104 In the upper radial electromagnet 104, four electromagnets are arranged in pairs on the X axis and the Y axis. Four upper radial sensors 107 are provided close to this upper radial electromagnet 104 and corresponding to each upper radial electromagnet 104 .
- the upper radial direction sensor 107 uses, for example, an inductance sensor or an eddy current sensor having a conduction winding, and detects the position of the rotor shaft 113 based on a change in the inductance of the conduction winding, which changes depending on the position of the rotor shaft 113. Detect.
- This upper radial sensor 107 is configured to detect a radial displacement of the rotor shaft 113, that is, the rotor 103 fixed thereto, and send it to the control device 200.
- a compensation circuit having a PID adjustment function generates an excitation control command signal for the upper radial electromagnet 104 based on a position signal detected by the upper radial sensor 107, as shown in FIG.
- the amplifier circuit 150 controls the excitation of the upper radial electromagnet 104 based on this excitation control command signal, thereby adjusting the upper radial position of the rotor shaft 113.
- the rotor shaft 113 is made of a high magnetic permeability material (iron, stainless steel, etc.), and is attracted by the magnetic force of the upper radial electromagnet 104. Such adjustment is performed independently in the X-axis direction and the Y-axis direction. Further, a lower radial electromagnet 105 and a lower radial sensor 108 are arranged in the same manner as the upper radial electromagnet 104 and the upper radial sensor 107, and the lower radial position of the rotor shaft 113 is changed to the upper radial position. are adjusted in the same way.
- axial electromagnets 106A and 106B are arranged vertically sandwiching a disc-shaped metal disk 111 provided at the lower part of the rotor shaft 113.
- the metal disk 111 is made of a high magnetic permeability material such as iron.
- An axial sensor 109 is provided to detect the axial displacement of the rotor shaft 113 and is configured to send its axial position signal to the control device 200 .
- a compensation circuit having a PID adjustment function issues excitation control command signals for each of the axial electromagnets 106A and 106B based on the axial position signal detected by the axial sensor 109.
- the amplifier circuit 150 controls the excitation of the axial electromagnet 106A and the axial electromagnet 106B based on these excitation control command signals, so that the axial electromagnet 106A attracts the metal disk 111 upward by magnetic force.
- the axial electromagnet 106B attracts the metal disk 111 downward, and the axial position of the rotor shaft 113 is adjusted.
- control device 200 appropriately adjusts the magnetic force exerted on the metal disk 111 by the axial electromagnets 106A and 106B, magnetically levitates the rotor shaft 113 in the axial direction, and holds it in space without contact. ing.
- the amplifier circuit 150 that excites and controls the upper radial electromagnet 104, the lower radial electromagnet 105, and the axial electromagnets 106A and 106B will be described later.
- the motor 121 includes a plurality of magnetic poles arranged circumferentially so as to surround the rotor shaft 113.
- Each magnetic pole is controlled by the control device 200 to rotationally drive the rotor shaft 113 through electromagnetic force acting between the magnetic poles and the rotor shaft 113.
- a rotational speed sensor (not shown) such as a Hall element, a resolver, an encoder, etc. is incorporated in the motor 121, and the rotational speed of the rotor shaft 113 is detected based on a detection signal from this rotational speed sensor.
- a phase sensor (not shown) is attached near the lower radial direction sensor 108 to detect the phase of rotation of the rotor shaft 113.
- the control device 200 detects the position of the magnetic pole using both the detection signals from the phase sensor and the rotational speed sensor.
- a plurality of fixed blades 123 (123a, 123b, 123c, . . .) are arranged with a small gap between the rotary blades 102 (102a, 102b, 102c, . . .).
- the rotor blades 102 (102a, 102b, 102c, . . . ) are each formed to be inclined at a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the rotor shaft 113 in order to transport exhaust gas molecules downward by collision.
- the fixed blades 123 (123a, 123b, 123c...) are made of metal such as aluminum, iron, stainless steel, copper, or an alloy containing these metals as components.
- the fixed blades 123 are formed to be inclined at a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the rotor shaft 113, and are arranged inward of the outer cylinder 127 in alternating stages with the stages of the rotary blades 102. ing.
- the outer peripheral end of the fixed wing 123 is supported by being inserted between a plurality of stacked fixed wing spacers 125 (125a, 125b, 125c, . . . ).
- the fixed wing spacer 125 is a ring-shaped member, and is made of metal such as aluminum, iron, stainless steel, copper, or an alloy containing these metals as components.
- An outer cylinder 127 is fixed to the outer periphery of the fixed wing spacer 125 with a slight gap therebetween.
- a base portion 129 is provided at the bottom of the outer cylinder 127.
- An exhaust port 133 is formed in the base portion 129 and communicates with the outside. Exhaust gas that enters the intake port 101 from the chamber (vacuum chamber) side and is transferred to the base portion 129 is sent to the exhaust port 133.
- a thread groove spacer 131 (fixing member) is disposed between the lower part of the fixed blade spacer 125 and the base portion 129.
- the thread groove spacer 131 is a cylindrical member made of metal such as aluminum, copper, stainless steel, iron, or an alloy containing these metals, and has a spiral thread groove 131a on its inner peripheral surface. There are multiple lines.
- the spiral direction of the thread groove 131a is the direction in which exhaust gas molecules are transferred toward the exhaust port 133 when they move in the rotational direction of the rotor 103.
- a cylindrical portion 102d is suspended from the lowest portion of the rotor 103 following the rotary blades 102 (102a, 102b, 102c, . .
- This cylindrical portion 102d is cylindrical and protrudes toward the inner circumferential surface of the thread groove spacer 131, and forms a predetermined gap with the inner circumferential surface of the thread groove spacer 131. They are separated and close together. Exhaust gas transferred to the thread groove 131a by the rotary blade 102 and the fixed blade 123 is sent to the base portion 129 while being guided by the thread groove 131a.
- the base portion 129 is a disk-shaped member that constitutes the base of the turbo-molecular pump 100, and is generally made of metal such as iron, aluminum, or stainless steel.
- the base portion 129 physically holds the turbo-molecular pump 100 and also functions as a heat conduction path, so a metal with rigidity and high thermal conductivity such as iron, aluminum, or copper is used. is desirable.
- the temperature of the rotor blade 102 increases due to frictional heat generated when the exhaust gas comes into contact with the rotor blade 102, conduction of heat generated by the motor 121, etc. It is transmitted to the fixed wing 123 side by conduction by molecules and the like.
- the fixed blade spacers 125 are joined to each other at the outer periphery and transmit heat received by the fixed blade 123 from the rotary blade 102 and frictional heat generated when exhaust gas comes into contact with the fixed blade 123 to the outside.
- the thread groove spacer 131 is disposed on the outer periphery of the cylindrical portion 102d of the rotor 103, and that the thread groove 131a is carved on the inner peripheral surface of the thread groove spacer 131.
- a thread groove may be formed on the outer circumferential surface of the cylindrical portion 102d, and a spacer having a cylindrical inner circumferential surface may be arranged around the thread groove.
- the gas sucked from the intake port 101 may be transferred to the upper radial electromagnet 104, the upper radial sensor 107, the motor 121, the lower radial electromagnet 105, the lower radial sensor 108, and the shaft.
- the electrical equipment section is surrounded by a stator column 122, and the inside of this stator column 122 is maintained at a predetermined pressure with purge gas. There are times when it droops.
- a pipe (not shown) is provided in the base portion 129, and the purge gas is introduced through this pipe.
- the introduced purge gas is sent to the exhaust port 133 through gaps between the protective bearing 120 and the rotor shaft 113, between the rotor and the stator of the motor 121, and between the stator column 122 and the inner cylindrical portion of the rotor blade 102.
- the turbo-molecular pump 100 requires control based on specification of the model and individually adjusted unique parameters (for example, various characteristics corresponding to the model).
- the turbo molecular pump 100 includes an electronic circuit section 141 within its main body.
- the electronic circuit section 141 includes a semiconductor memory such as an EEP-ROM, electronic components such as a semiconductor element for accessing the semiconductor memory, a substrate 143 for mounting them, and the like.
- the electronic circuit section 141 is housed, for example, under a rotational speed sensor (not shown) near the center of the base section 129 constituting the lower part of the turbo-molecular pump 100, and is closed by an airtight bottom cover 145.
- some process gases introduced into a chamber have the property of becoming solid when the pressure becomes higher than a predetermined value or the temperature becomes lower than a predetermined value.
- the pressure of the exhaust gas is lowest at the intake port 101 and highest at the exhaust port 133. If the pressure of the process gas becomes higher than a predetermined value or the temperature becomes lower than a predetermined value while the process gas is being transferred from the intake port 101 to the exhaust port 133, the process gas becomes solid and turbo molecules It adheres and accumulates inside the pump 100.
- a heater (not shown) or an annular water cooling tube 149 (not shown) is wrapped around the outer periphery of the base part 129 etc., and a temperature sensor (for example, a thermistor) (not shown) is embedded in the base part 129. Based on the signal from this temperature sensor, heating of the heater and cooling by the water cooling pipe 149 are controlled (hereinafter referred to as TMS; Temperature Management System) to maintain the temperature of the base portion 129 at a constant high temperature (set temperature). It is being said.
- TMS Temperature Management System
- the amplifier circuit 150 that controls the excitation of the upper radial electromagnet 104, the lower radial electromagnet 105, and the axial electromagnets 106A and 106B will be described.
- a circuit diagram of this amplifier circuit 150 is shown in FIG.
- an electromagnet winding 151 constituting the upper radial electromagnet 104 and the like has one end connected to a positive electrode 171a of a power supply 171 via a transistor 161, and the other end connected to a current detection circuit 181 and a transistor 162. It is connected to the negative electrode 171b of the power supply 171 via.
- the transistors 161 and 162 are so-called power MOSFETs, and have a structure in which a diode is connected between their sources and drains.
- the cathode terminal 161a of the diode of the transistor 161 is connected to the positive electrode 171a, and the anode terminal 161b is connected to one end of the electromagnet winding 151.
- the transistor 162 has a diode cathode terminal 162a connected to the current detection circuit 181, and an anode terminal 162b connected to the negative electrode 171b.
- the current regeneration diode 165 has its cathode terminal 165a connected to one end of the electromagnet winding 151, and its anode terminal 165b connected to the negative electrode 171b.
- the current regeneration diode 166 has its cathode terminal 166a connected to the positive electrode 171a, and its anode terminal 166b connected to the other end of the electromagnet winding 151 via the current detection circuit 181. It has become so.
- the current detection circuit 181 is configured with, for example, a Hall sensor type current sensor or an electric resistance element.
- the amplifier circuit 150 configured as described above corresponds to one electromagnet. Therefore, if the magnetic bearing is 5-axis controlled and there are a total of 10 electromagnets 104, 105, 106A, and 106B, a similar amplifier circuit 150 is configured for each of the electromagnets, and 10 amplifier circuits are configured for the power supply 171. 150 are connected in parallel.
- the amplifier control circuit 191 is configured by, for example, a digital signal processor unit (hereinafter referred to as a DSP unit) of the control device 200, and this amplifier control circuit 191 switches on/off the transistors 161 and 162. It looks like this.
- a DSP unit digital signal processor unit
- the amplifier control circuit 191 compares the current value detected by the current detection circuit 181 (a signal reflecting this current value is referred to as a current detection signal 191c) and a predetermined current command value. Then, based on this comparison result, the magnitude of the pulse width (pulse width times Tp1, Tp2) to be generated within the control cycle Ts, which is one cycle of PWM control, is determined. As a result, gate drive signals 191a and 191b having this pulse width are output from the amplifier control circuit 191 to the gate terminals of the transistors 161 and 162.
- a high voltage of about 50 V is used as the power source 171.
- a capacitor (not shown) is usually connected between the positive electrode 171a and the negative electrode 171b of the power source 171 in order to stabilize the power source 171.
- electromagnet current iL the current flowing through the electromagnet winding 151
- electromagnet current iL the current flowing through the electromagnet winding 151
- flywheel current is maintained.
- the hysteresis loss in the amplifier circuit 150 can be reduced, and the power consumption of the entire circuit can be kept low.
- high frequency noise such as harmonics generated in the turbo molecular pump 100 can be reduced.
- the electromagnet current iL flowing through the electromagnet winding 151 can be detected.
- the electromagnet current iL during this period increases toward a current value iLmax (not shown) that can flow from the positive electrode 171a to the negative electrode 171b via the transistors 161 and 162.
- both transistors 161 and 162 are turned off only once during the control cycle Ts for a time corresponding to the pulse width time Tp2, as shown in FIG. . Therefore, the electromagnet current iL during this period decreases toward a current value iLmin (not shown) that can be regenerated from the negative electrode 171b to the positive electrode 171a via the diodes 165 and 166.
- either one of the transistors 161 and 162 is turned on after the pulse width times Tp1 and Tp2 have elapsed. Therefore, during this period, the flywheel current is maintained in the amplifier circuit 150.
- a casing 211 (exterior body) forming an outer shell of the vacuum pump 210 is composed of a plurality of parts.
- the casing 211 includes an upper case 220 in which the intake port 101 is arranged, a lower case 230 in which the exhaust port 133 is arranged, and a base portion 129.
- the casing 211 has a substantially cylindrical shape with the base portion 129 as the bottom, and a thread groove spacer 240 (fixed component) is installed in the internal space.
- the upper case 220, the lower case 230, and the thread groove spacer 240 are arranged coaxially and connected together with a fastening member such as a bolt.
- the lower case 230 is formed in a cylindrical shape, and has a plurality of installation holes 231 formed on its outer peripheral surface, and a heating means 260 is inserted into each installation hole 231.
- the lower case 230 has a heating side contact surface 232 that contacts a portion of the thread groove spacer 240 on the upstream side surface and a portion of the inner peripheral surface.
- the heating side contact surface 232 is formed in a ring shape when viewed from the upstream side.
- the heating side contact surface 232 includes an upper heating side contact surface 233 formed on the upstream side surface of the lower case 230 and a heating side inner contact surface 234 formed on the inner peripheral surface of the lower case 230.
- the heating side upper contact surface 233 and the heating side inner contact surface 234 are connected with a step in between.
- the lower case 230 heated by the heating means 260 can heat the thread groove spacer 131 through the heating side contact surface 232.
- the installation holes 231 are preferably arranged evenly along the circumferential direction, they do not have to be arranged evenly.
- the number of installation holes 231 is not particularly limited as long as it is one or more.
- the heating means 260 is a cartridge heater in which a heating element is arranged inside a metal pipe, and both terminals connected to the heating element are arranged at one end side of the metal pipe.
- the upper case 220 and the lower case 230 need to play the role of the casing 211 that maintains the vacuum, the materials for the upper case 220 and the lower case 230 cannot be determined by considering only the thermal conductivity, and the The material strength at temperature is also taken into account when selecting.
- the upper case 220 and the lower case 230 are made of, for example, stainless steel, which exhibits less decline in yield strength at high temperatures and is less likely to be deformed by heat than aluminum.
- the thread groove spacer 240 is an annular component that cooperates with the rotor 103 to exhaust the intake gas.
- the thread groove spacer 240 is formed of a material with high heat transfer performance in order to transfer the heat transmitted from the lower case 230 to the thread groove pump section that functions in cooperation with the rotor 103.
- the material of the thread spacer 240 has a higher thermal conductivity than the material of the lower case 230.
- the material of thread spacer 240 is preferably a castable aluminum alloy (eg, ADC12).
- the thread groove spacer 131 is formed by casting (for example, die casting) using an aluminum alloy as a material. Note that a portion of the thread groove spacer 131 may be subjected to additional processing such as cutting or coating after casting. Since the thread groove spacer 240 is formed by casting, it can be manufactured quickly and at low cost.
- the thread groove spacer 240 forms a part of a Holweck-type thread groove pump, which includes a threaded crest 241 and a threaded trough 242 that move in the axial direction while rotating around the shaft, and also has a threaded groove spacer 240 that rotates around the shaft and moves in the axial direction.
- a part of the Sigbahn type thread groove pump is formed with a spiral peak 243 and a spiral trough 244 so as to move away from (or approach) the axis while rotating in a plane.
- the thread groove spacer 240 includes an annular connecting portion 250 having a heated side contact surface 251 connected to the heated side contact surface 232 of the lower case 230, and a connecting portion 250 extending downstream from the inner peripheral surface of the connecting portion 250. It has a cylindrical extension portion 254 that extends.
- the thread groove spacer 131 has a spiral crest 243 and a spiral trough 244 formed on the upstream surface of the connecting portion 250, and a threaded ridge 241 and a threaded trough 244 on the inner peripheral surface of the extension portion 254.
- a portion 242 is formed.
- the heated side contact surface 251 includes a heated side lower contact surface 252 that contacts the heated side upper contact surface 233 of the lower case 230 and a heated side outer contact surface 253 that contacts the heated side inner contact surface 234 of the lower case 230. It is equipped with The lower contact surface 252 on the heated side is formed on the surface facing the downstream side of the connecting portion 250, and the outer contact surface 253 on the heated side is formed on the inner side in the radial direction and on the outer side in the radial direction than the lower contact surface 252 on the heated side. Formed on the side facing The lower contact surface 252 on the heated side and the outer contact surface 253 on the heated side are connected across a step.
- the thread groove spacer 131 is heated from the heating side contact surface 232 of the lower case 230 heated by the heating means 260 via the heated side contact surface 251 .
- a plurality of reducing grooves 255 and a plurality of heat transfer improving structures 256 arranged in the circumferential direction are formed on the inner side of the heated side contact surface 251 in the radial direction.
- the plurality of reducing grooves 255 and the plurality of heat transfer improving structures 256 are arranged alternately in the circumferential direction.
- the reduction groove 255 is a part where the wall thickness of the thread groove spacer 240 is partially reduced, and the reduction groove 255 is a part where the wall thickness of the thread groove spacer 240 is partially reduced. ) is formed toward the upstream side on the opposite side (downstream side). The reduction groove 255 is formed to a depth that does not penetrate the connecting portion 250. In the connecting portion 250, a bottom portion 258 whose thickness is reduced by forming the reduction groove 255 is formed at the bottom of each reduction groove 255. It is preferable that the reduction groove 255 is not arranged on the heated side contact surface 251.
- the thread groove spacer 131 can sufficiently secure the heated side contact surface 251 that receives heat, and can prevent a decrease in heat transfer from the lower case 230 due to a reduction in the heated side contact surface 251.
- the width W (length in the radial direction) of the reduction groove 255 gradually decreases in the depth direction.
- Each heat transfer improving structure 256 is located between two circumferentially adjacent reducing grooves 255, and is a portion where no reducing groove 255 is formed.
- the thread groove spacer 240 includes a first portion 246 radially inside the reduction groove 255 and a second portion 245 radially outside the reduction groove 255. 245 are opposed to each other with a plurality of reduction grooves 255 interposed therebetween.
- the first portion 246 and the second portion 245 are connected by a plurality of heat transfer improving structures 256. That is, the heat transfer improvement structure 256 is a bridging structure that connects the first portion 246 and the second portion 245 that face each other with the reduction groove 255 in between.
- the thread groove spacer 240 In the thread groove spacer 240, heat transmitted from the lower case 230 to the heated side contact surface 251 moves from the second portion 245 toward the first portion 246.
- a smooth concave curved surface portion 259 is formed on the surface of the connection portion between the heat transfer improving structure 256 and the first portion 246 .
- the thread groove spacer 131 in order to make the thread groove spacer 131 a cast product, it is necessary to change the material used to a material suitable for casting (for example, change from aluminum alloy A5056 to ADC12), which improves heat conduction. rates may decline.
- the thread groove spacer 131 can obtain high heat transfer performance even if the thermal conductivity decreases due to a change in material.
- each of the reducing grooves 255 and the heat transfer improving structures 256 is not particularly limited, it is preferable that a plurality of them are provided, and in this embodiment, ten of each are provided.
- a plurality of bolt holes 257 arranged in the circumferential direction are formed in the lower contact surface 252 of the connecting portion 250 on the heated side.
- a bolt inserted from the lower case 230 side is screwed into the bolt hole 257.
- the phase (circumferential position) of the bolt hole 257 preferably overlaps with the phase of the reduction groove 255 so as not to overlap with the phase of the heat transfer improving structure 256. Thereby, the heat transfer performance of the heat transfer improvement structure 256 can be prevented from being reduced by the bolt holes 257.
- the axial thickness t2 of the bottom portion 258 of the connecting portion 250 in which the reduction groove 255 is formed is smaller than the axial thickness t3 of the second portion 245 of the connecting portion 250.
- the radial thickness t1 of the cylindrical extension portion 254 is smaller than the axial thickness t3 of the second portion 245 of the connecting portion 250.
- the circumferential thickness t4 of the heat transfer improving structure 256 is smaller than the axial thickness t3 of the second portion 245 of the connecting portion 250.
- the thickness t2 of the bottom portion 258, the thickness t1 of the extension portion 254, and the thickness t4 of the heat transfer improvement structure 256 are approximately the same, although there are some differences.
- the thread groove spacer 240 is formed by casting (for example, die casting) using an aluminum alloy as a material.
- casting for example, die casting
- the axial thickness t3 of the second portion 245 of the annular connecting portion 250 is much larger than the radial thickness t1 of the cylindrical extending portion 254. If the reduction groove 255 is not present in the connecting portion 250 and the extending portion 254, there will be large variations in the rate at which the metal solidifies between the connecting portion 250 and the extending portion 254.
- the thickness t2 of the bottom portion 258, the thickness t1 of the extension portion 254, and the thickness t4 of the heat transfer improvement structure 256 are It is about the same level. As a result, variations in the speed at which the metal of the thread groove spacer 240 solidifies is reduced, and the thread groove spacer 240 is less likely to generate cavities or sink marks.
- the thread groove spacer 240 includes a heat transfer improving structure 256 that improves heat transfer between the first portion 246 and the second portion 245 in addition to the bottom portion 258. Heat transmitted from the lower case 230 can be effectively transmitted to the extension portion 254.
- the thread groove spacer 240 transfers the heat transferred from the heated side contact surface 232 of the lower case 230 to the heated side contact surface 251 through the spiral crest 243 formed on the upstream side surface of the connecting portion 250. Heat can be effectively transferred to the spiral trough 244 and the threaded crest 241 and threaded trough 242 formed on the inner circumferential surface of the extension portion 254. Therefore, it is possible to suppress the accumulation of gas in the screw groove pump due to the low temperature. As an example, it is preferable that the entire thread groove spacer 240 is temperature-controlled to 100° C. or higher.
- the thread groove spacer 240 is equipped with a reducing groove 255 and a heat transfer improving structure 256, so that even if it is cast, it prevents cavities and sink marks that occur due to variations in solidification speed due to the influence of thickness, etc.
- the axial thickness t3 of the second portion 245 of 250 can be made thick. Therefore, the heat path from the heating means 260 disposed in the lower case 230 to the upstream surface of the thread groove spacer 240 or the thread groove on the inner circumferential surface of the extension portion 254 can be shortened. Therefore, the heat transfer performance of the thread groove spacer 240 can be improved.
- the thread groove spacer 240 has a thick portion in the axial direction, the cross-sectional area of the heat path from the heated side contact surface 251 to the inner peripheral surface of the extension portion 254 increases, and accordingly, the thermal resistance is reduced, and heat transfer from the heated side contact surface 251 to the threaded crests 241 and threaded troughs 242 formed on the inner circumferential surface of the extension portion 254 can be promoted. Therefore, it becomes easy to cause the thread groove spacer 240 to reach the target temperature.
- the thread groove spacer 240 has a larger heat capacity, which makes it possible to equalize the temperature.
- the temperature can be stabilized at a desired temperature.
- cavities and sink marks are less likely to occur in the thread groove spacer 240, which is a cast product, it is possible to suppress the deterioration of heat transfer performance, and also to suppress the occurrence of parts where the strength decreases during manufacturing and use. damage can be suppressed.
- the vacuum pump 210 includes the casing 211 (exterior body), the rotor shaft 113 contained in the exterior body and rotatably supported, and the rotor shaft 113 fixed to the rotor shaft 113. It includes a rotor 103 that rotates together with the rotor 103, and an annular fixed part (thread groove spacer 240) that cooperates with the rotor 103 to exhaust the intake gas, and the fixed part is formed by casting and has a reduced volume.
- a first portion 246 and a second portion 245 are arranged to sandwich at least one reduction groove 255 extending along the circumferential direction of the fixed component, and a first portion is arranged to include at least the bottom of the reduction groove 255.
- the fixation component includes a heat transfer enhancement structure 256 that enhances heat transfer between the first section 246 and the second section 245 that is different from the bottom section 258 .
- the vacuum pump 210 can uniformize the rate at which the metal solidifies during casting by arranging the reduction groove 255 in the thick part of the fixed part (thread groove spacer 240) formed by casting.
- the heat transfer improving structure 256 can promote heat transfer between the first portion 246 and the second portion 245, which may otherwise be reduced due to the provision of the reducing grooves 255.
- the heat transfer improvement structure 256 is a bridging structure that connects the first portion 246 and the second portion 245 that face each other with the reduction groove 255 in between.
- the vacuum pump 210 maintains the effect of suppressing the occurrence of blowholes and sink marks due to the reduction groove 255, while effectively promoting heat transfer between the first portion 246 and the second portion 245 due to the bridging structure.
- the bridging structure in this specification is a portion that extends in the axial direction from the bottom portion 258 between the first portion 246 and the second portion 245, as a portion where the reduction groove 255 is not formed. It is also defined as including structures that connect together in an integral structure, such as walls.
- the first portion 246 and the second portion 245 are arranged side by side in the radial direction from the center of the annular fixed component with the reduction groove 255 in between.
- the vacuum pump 210 is supplied with heat from the outside in the radial direction of the fixed component, and can effectively transfer heat to the inside in the radial direction via the heat transfer improvement structure 256.
- the vacuum pump 210 not only promotes heat transfer from the heating means 260 to the radially inner side of the fixed part (thread groove spacer 240) where the thread groove pump is located, but also promotes heat transfer radially outward. You can also do so.
- the vacuum pump 210 actively releases heat to the outside through fixed parts. It may also have an effect.
- the fixed component may be a component that constitutes the thread groove pump section.
- the vacuum pump 210 can suppress the generation of deposits by heating the vicinity of the thread groove of the thread groove pump where gas is likely to accumulate due to low temperatures, even though the fixed parts are cast.
- the fixed component is formed with a spiral groove portion having a spiral ridge portion 243 and a spiral trough portion 244, and a threaded groove portion having a threaded ridge portion 241 and a threaded trough portion 242, as a thread groove pump portion.
- the vacuum pump 210 provides the heat transfer improvement structure 256 on the fixed component to heat the vicinity of the spiral grooves and threaded grooves where deposits are likely to occur due to low temperatures, thereby preventing the generation of deposits. It can be suppressed.
- the reduction groove 255 is located on a surface of the fixed component opposite to the surface on which the thread groove pump portion is formed.
- the vacuum pump 210 forms the reduction groove 255 in the vicinity of the thickened screw groove pump part of the fixed part, and because the reduction groove 255 does not face the gas flow path, the reduction groove 255 exhausts air. Without affecting performance, deposits in the reduction groove 255 can be suppressed, and heat transfer to the threaded groove pump section can be effectively maintained.
- the fixed part (thread groove spacer 240) in this embodiment is a fixed part that cooperates with the rotatable rotor 103 of the vacuum pump 210 to exhaust the intake gas, and is formed by casting, and A first portion 246 and a second portion 245 are arranged to sandwich at least one reduction groove 255 extending along the circumferential direction of the fixed component that reduces the volume, and are arranged to include at least the bottom of the reduction groove 255. a bottom portion 258 that connects the first portion 246 and the second portion 245; and a heat transfer improving structure 256 that improves heat transfer between the first portion 246 and the second portion 245 that are different from the bottom portion 258. .
- the thread groove spacer 240 (fixing member) has a threaded crest 241 and a threaded trough 242 on the inner peripheral surface that move in the axial direction while rotating around the shaft. A part of the Holweck-type threaded groove pump is formed, and the Sigbahn-type threaded groove pump does not need to be formed on the upstream surface. Further, the thread groove spacer 240 (fixing member) may not have a Holweck type thread groove pump formed on its inner peripheral surface, but may have a part of a Sigbahn type thread groove pump formed on its upstream surface.
- the heat transfer improving structure 256 may be formed of a separate member attached to the cast product including the first portion 246 and the second portion 245 by fitting or melting.
- heat transfer enhancement structure 256 may be formed from a different material than the material forming the casting comprising first section 246 and second section 245.
- the heat transfer enhancement structure 256 may be formed of a material that has a higher thermal conductivity than the material of the cast portion of the stationary component.
- substantially the entire reduction groove 255 formed by casting or a portion of the reduction groove 255 may be filled with a material different from the material forming the cast product.
- the member that the thread groove spacer 240 (fixing member) comes into contact with and receives heat is not limited to the lower case 230.
- the fixing member is not limited to the thread groove spacer 240, and may be a component of a device other than a vacuum pump, for example.
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Abstract
【課題】鋳造により形成される固定部品の厚肉な部位における鋳巣やひけの発生を抑制できるとともに、固定部品内における熱移動を促進できる真空ポンプおよび固定部品を提供する。 【解決手段】真空ポンプ２１０は、ケーシング２１１と、外装体に内包され、回転自在に支持されたロータ軸１１３と、ロータ軸１１３に固定され、ロータ軸１１３と共に回転するロータ１０３と、ロータ１０３と協働して吸気したガスを排気する、環状の固定部品と、を備え、固定部品は、鋳造により形成され、かつ、体積を低減する固定部品の周方向に沿って延在する少なくとも１つの低減溝２５５を挟んで対向する第１部位２４６および第２部位２４５と、少なくとも低減溝２５５の底を含んで配置されて第１部位２４６および第２部位２４５を接続する底部２５８と、を有し、固定部品は、第１部位２４６および第２部位２４５の間での伝熱を向上させる伝熱向上構造２５６を備える。
Description
本発明は、真空ポンプおよび固定部品に関する。
半導体製造装置、液晶製造装置、電子顕微鏡、表面分析装置または微細加工装置等は、装置内の環境を高度の真空状態にすることが必要である。これらの装置の内部を高度の真空状態とするために、真空ポンプが用いられている。使用される真空ポンプの例として、例えば、ターボ分子ポンプとネジ溝ポンプとを組み合わせた複合ポンプが挙げられる。
ターボ分子ポンプとネジ溝ポンプとを組み合わせた真空ポンプは、例えば特許文献１に開示されるように、軸方向に交互に配列された回転翼および固定翼を有するターボポンプの下流側に、ネジ溝ポンプが配置される。吸気口より取込まれた排気ガスは、ターボ分子ポンプとネジ溝ポンプによって圧縮されて、排気口より真空ポンプの外部に排出される。
ネジ溝ポンプは、回転するロータ円筒部と、ロータを収容するケーシング側のネジ溝スぺーサにより構成される。ロータ円筒部またはネジ溝スぺーサの対向する表面には、ネジ溝が形成される。このため、ロータ円筒部がネジ溝スぺーサの内部で回転することで、気体を排気口側へ移送することができる。
排気ガスは、ターボ分子ポンプでは、分子流の挙動を示すが、ネジ溝ポンプおよびそれよりも下流の流路においては、比較的圧力が高くなっていることで、粘性流のような挙動を示す。このため、ネジ溝ポンプおよびそれよりも下流の流路の、排気ガスの流れが淀む箇所で、副生成物が析出しやすい。流路に副生成物が析出すると、本来接触しない箇所が接触するという事象が発生し、真空ポンプの損傷や、内部構造の伝熱性能の変化に伴う温度分布の変異が発生して安全性・生産性を損なう恐れがある。
このため、真空ポンプにおいて、ロータと協働してネジ溝ポンプを形成するステータ側の固定部品（ネジ溝スぺーサ）は、接触する他の部材により加熱されて所定の高い温度に保持されて、堆積物の生成を抑制される。
ロータと協働して吸気したガスを排気する固定部品は、熱経路における伝熱性能を高める目的や、熱移動を促進するなどの目的で、厚肉となる部位を有する場合がある。しかしながら、固定部品を、迅速かつ安価に製造可能な鋳造により形成すると、固定部品の厚肉の部位と薄肉の部位で金属が凝固する速度にばらつきが生じ、固定部品に鋳巣やひけ（鋳巣の一種である窪み）が発生しやすくなる。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、鋳造により形成される固定部品の厚肉な部位における鋳巣やひけの発生を抑制できるとともに、固定部品内における熱移動を促進できる真空ポンプおよび固定部品を提供することを目的とする。
上記目的は、下記（１）に記載の発明により達成される。
（１） 本発明に係る真空ポンプは、外装体と、前記外装体に内包され、回転自在に支持されたロータ軸と、前記ロータ軸に固定され、前記ロータ軸と共に回転するロータと、前記ロータと協働して吸気したガスを排気する、環状の固定部品と、を備え、前記固定部品は、少なくとも一部が鋳造により形成され、かつ、体積を低減する前記固定部品の周方向に沿って延在する少なくとも１つの低減溝を挟んで配置される第１部位および第２部位と、少なくとも前記低減溝の底を含んで配置されて前記第１部位および前記第２部位を接続する底部と、を有し、前記固定部品は、前記底部とは異なる前記第１部位および前記第２部位の間での伝熱を向上させる伝熱向上構造を備えたことを特徴とする。
上記（１）に記載の真空ポンプは、鋳造により形成される固定部品の厚肉な部位に低減溝を配置することで、鋳造時の金属が凝固する速度を均一化して鋳巣やひけの発生を抑制できるとともに、低減溝を備えることにより低下し得る第１部位と第２部位との間での熱移動を、伝熱向上構造により促進できる。
（２） 上記（１）に記載の真空ポンプにおいて、前記伝熱向上構造は、前記低減溝を挟んで対向する前記第１部位および前記第２部位を接続する橋渡し構造であってもよい。これにより、真空ポンプは、低減溝による鋳巣やひけの発生の抑制効果を維持しつつ、橋渡し構造によって第１部位と第２部位との間での熱移動を効果的に促進できる。
（３） 上記（１）または（２）に記載の真空ポンプにおいて、前記伝熱向上構造は、前記固定部品の鋳造されている部位の材料よりも高い熱伝導率を有する材料により形成されてもよい。これにより、真空ポンプは、第１部位と第２部位との間での熱移動を効果的に促進できる。
（４） 上記（１）～（３）のいずれか１つに記載の真空ポンプにおいて、前記第１部位および前記第２部位は、環状である前記固定部品の中心から径方向へ前記低減溝を挟みつつ並んで配置されてもよい。これにより、真空ポンプは、固定部品の径方向外側から熱を供給されることで、伝熱向上構造を介して径方向内側へ熱を効果的に移動させることができる。
（５） 上記（１）～（４）のいずれか１つに記載の真空ポンプにおいて、前記固定部品は、ネジ溝ポンプ部を構成する部品であってもよい。これにより、真空ポンプは、固定部品を鋳造品としつつも、低温となることでガスの堆積が生じやすいネジ溝ポンプのネジ溝近辺を加熱して、堆積物の発生を抑制できる。
（６） 上記（１）～（５）のいずれか１つに記載の真空ポンプにおいて、前記固定部品は、前記ネジ溝ポンプ部として、スパイラル状山部およびスパイラル状谷部を有するスパイラル状溝部と、ネジ状山部およびネジ状谷部を有するネジ状溝部と、が形成されてもよい。これにより、真空ポンプは、固定部品に伝熱向上構造を設けることで、低温となることで堆積物が生じやすいスパイラル状溝部やネジ状溝部の近辺を加熱して、堆積物の発生を抑制できる。
（７） 上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の真空ポンプにおいて、前記低減溝は、前記固定部品の前記ネジ溝ポンプ部が形成された面とは反対側の面にあってもよい。これにより、真空ポンプは、固定部品の厚肉化したネジ溝ポンプ部の近辺に低減溝を形成しつつ、堆積物の抑制のために望ましいネジ溝ポンプ部への熱移動を効果的に維持することができる。
（８） 本発明に係る固定部品は、真空ポンプの回転可能なロータと協働して吸気したガスを排気する、固定部品であって、少なくとも一部が鋳造により形成され、かつ、体積を低減する前記固定部品の周方向に沿って延在する少なくとも１つの低減溝を挟んで配置される第１部位および第２部位と、少なくとも前記低減溝の底を含んで配置されて前記第１部位および前記第２部位を接続する底部と、を有し、前記底部とは異なる前記第１部位および前記第２部位の間での伝熱を向上させる伝熱向上構造を備えたことを特徴とする。これにより、固定部品は、厚肉な部位に低減溝を配置することで、鋳造時の金属が凝固する速度を均一化して鋳巣やひけの発生を抑制できるとともに、低減溝を備えることにより低下し得る第１部位と第２部位との間での熱移動を、伝熱向上構造により向上させることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、図面の寸法は、説明の都合上、誇張されて実際の寸法とは異なる場合がある。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
本発明の実施形態に係る真空ポンプ１００は、高速回転する回転体の回転ブレードが気体分子を弾き飛ばすことによりガスを排気するターボ分子ポンプ１００である。ターボ分子ポンプ１００は、例えば半導体製造装置等のチャンバからガスを吸引して排気するために使用される。まず、ターボ分子ポンプ１００の基本構成について説明する。
このターボ分子ポンプ１００の縦断面図を図１に示す。図１において、ターボ分子ポンプ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。そして、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である複数の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）を周部に放射状かつ多段に形成したロータ１０３が備えられている。このロータ１０３の中心にはロータ軸１１３が取り付けられており、このロータ軸１１３は、例えば５軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。ロータ１０３は、一般的に、アルミニウム又はアルミニウム合金などの金属によって構成されている。
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。この上側径方向電磁石１０４に近接して、かつ上側径方向電磁石１０４のそれぞれに対応して４個の上側径方向センサ１０７が備えられている。上側径方向センサ１０７は、例えば伝導巻線を有するインダクタンスセンサや渦電流センサなどが用いられ、ロータ軸１１３の位置に応じて変化するこの伝導巻線のインダクタンスの変化に基づいてロータ軸１１３の位置を検出する。この上側径方向センサ１０７はロータ軸１１３、すなわちそれに固定されたロータ１０３の径方向変位を検出し、制御装置２００に送るように構成されている。
この制御装置２００においては、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、上側径方向センサ１０７によって検出された位置信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４の励磁制御指令信号を生成し、図２に示すアンプ回路１５０（後述する）が、この励磁制御指令信号に基づいて、上側径方向電磁石１０４を励磁制御することで、ロータ軸１１３の上側の径方向位置が調整される。
そして、このロータ軸１１３は、高透磁率材（鉄、ステンレスなど）などにより形成され、上側径方向電磁石１０４の磁力により吸引されるようになっている。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。
さらに、軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが、ロータ軸１１３の下部に備え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。金属ディスク１１１は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸１１３の軸方向変位を検出するために軸方向センサ１０９が備えられ、その軸方向位置信号が制御装置２００に送られるように構成されている。
そして、制御装置２００において、例えばＰＩＤ調節機能を有する補償回路が、軸方向センサ１０９によって検出された軸方向位置信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂのそれぞれの励磁制御指令信号を生成し、アンプ回路１５０が、これらの励磁制御指令信号に基づいて、軸方向電磁石１０６Ａと軸方向電磁石１０６Ｂをそれぞれ励磁制御することで、軸方向電磁石１０６Ａが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が金属ディスク１１１を下方に吸引し、ロータ軸１１３の軸方向位置が調整される。
このように、制御装置２００は、この軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂが金属ディスク１１１に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸１１３を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。なお、これら上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０については、後述する。
一方、モータ１２１は、ロータ軸１１３を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸１１３との間に作用する電磁力を介してロータ軸１１３を回転駆動するように、制御装置２００によって制御されている。また、モータ１２１には図示しない例えばホール素子、レゾルバ、エンコーダなどの回転速度センサが組み込まれており、この回転速度センサの検出信号によりロータ軸１１３の回転速度が検出されるようになっている。
さらに、例えば下側径方向センサ１０８近傍に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸１１３の回転の位相を検出するようになっている。制御装置２００では、この位相センサと回転速度センサの検出信号を共に用いて磁極の位置を検出するようになっている。
回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）が配設されている。回転翼１０２（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の軸線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。固定翼１２３（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ・・・）は、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。
また、固定翼１２３も、同様にロータ軸１１３の軸線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の外周端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ１２５（１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ・・・）の間に嵌挿された状態で支持されている。
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、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。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が固定されている。外筒１２７の底部にはベース部１２９が配設されている。ベース部１２９には排気口１３３が形成され、外部に連通されている。チャンバ（真空チャンバ）側から吸気口１０１に入ってベース部１２９に移送されてきた排気ガスは、排気口１３３へと送られる。
さらに、ターボ分子ポンプ１００の用途によって、固定翼スペーサ１２５の下部とベース部１２９の間には、ネジ溝スぺーサ１３１（固定部材）が配設される。ネジ溝スぺーサ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など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。ネジ溝１３１ａの螺旋の方向は、ロータ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である。ロータ１０３の回転翼１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ・・・）に続く最下部には円筒部１０２ｄが垂下されている。この円筒部１０２ｄの外周面は、円筒状で、かつネジ溝スぺーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ溝スぺーサ１３１の内周面と所定のギャップ量を隔てて近接されている。回転翼１０２および固定翼１２３によってネジ溝１３１ａに移送されてきた排気ガスは、ネジ溝１３１ａに案内されつつベース部１２９へと送られる。
ベース部１２９は、ターボ分子ポンプ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、ステンレスなど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、アルミニウムや銅などの剛性があり、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、回転翼１０２がロータ軸１１３と共にモータ１２１により回転駆動されると、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排気ガスが吸気される。回転翼１０２の回転速度は通常２００００ｒｐｍ～９００００ｒｐｍであり、回転翼１０２の先端での周速度は２００ｍ／ｓ～４００ｍ／ｓに達する。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などにより、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などによる伝導により固定翼１２３側に伝達される。
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などを外部へと伝達する。
なお、上記では、ネジ溝スぺーサ１３１はロータ１０３の円筒部１０２ｄの外周に配設し、ネジ溝スぺーサ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、これとは逆に円筒部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、ターボ分子ポンプ１００の用途によっては、吸気口１０１から吸引されたガスが上側径方向電磁石１０４、上側径方向センサ１０７、モータ１２１、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などで構成される電装部に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム１２２で覆われ、このステータコラム１２２内はパージガスにて所定圧に保たれる場合もある。
この場合には、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。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の内周側円筒部の間の隙間を通じて排気口１３３へ送出される。
ここに、ターボ分子ポンプ１００は、機種の特定と、個々に調整された固有のパラメータ（例えば、機種に対応する諸特性）に基づいた制御を要する。この制御パラメータを格納するために、上記ターボ分子ポンプ１００は、その本体内に電子回路部１４１を備えている。電子回路部１４１は、ＥＥＰ－ＲＯＭ等の半導体メモリ及びそのアクセスのための半導体素子等の電子部品、それらの実装用の基板１４３等から構成される。この電子回路部１４１は、ターボ分子ポンプ１００の下部を構成するベース部１２９の例えば中央付近の図示しない回転速度センサの下部に収容され、気密性の底蓋１４５によって閉じられている。
ところで、半導体の製造工程では、チャンバに導入されるプロセスガスの中には、その圧力が所定値よりも高くなり、或いは、その温度が所定値よりも低くなると、固体となる性質を有するものがある。ターボ分子ポンプ１００内部では、排気ガスの圧力は、吸気口１０１で最も低く排気口１３３で最も高い。プロセスガスが吸気口１０１から排気口１３３へ移送される途中で、その圧力が所定値よりも高くなったり、その温度が所定値よりも低くなったりすると、プロセスガスは、固体状となり、ターボ分子ポンプ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（７６０［ｔｏｒｒ］～１０－２［ｔｏｒｒ］）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１００内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。これにより、ターボ分子ポンプ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１００の性能を低下させる原因となる。そして、前述した生成物は、排気口１３３付近やネジ溝スぺーサ１３１付近の圧力が高い部分で凝固、付着し易い状況にあった。
そのため、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いてベース部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（以下ＴＭＳという。ＴＭＳ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が行われている。
次に、このように構成されるターボ分子ポンプ１００に関して、その上側径方向電磁石１０４、下側径方向電磁石１０５及び軸方向電磁石１０６Ａ、１０６Ｂを励磁制御するアンプ回路１５０について説明する。このアンプ回路１５０の回路図を図２に示す。
図２において、上側径方向電磁石１０４等を構成する電磁石巻線１５１は、その一端がトランジスタ１６１を介して電源１７１の正極１７１ａに接続されており、また、その他端が電流検出回路１８１及びトランジスタ１６２を介して電源１７１の負極１７１ｂに接続されている。そして、トランジスタ１６１、１６２は、いわゆるパワーＭＯＳＦＥＴとなっており、そのソース－ドレイン間にダイオードが接続された構造を有している。
このとき、トランジスタ１６１は、そのダイオードのカソード端子１６１ａが正極１７１ａに接続されるとともに、アノード端子１６１ｂが電磁石巻線１５１の一端と接続されるようになっている。また、トランジスタ１６２は、そのダイオードのカソード端子１６２ａが電流検出回路１８１に接続されるとともに、アノード端子１６２ｂが負極１７１ｂと接続されるようになっている。
一方、電流回生用のダイオード１６５は、そのカソード端子１６５ａが電磁石巻線１５１の一端に接続されるとともに、そのアノード端子１６５ｂが負極１７１ｂに接続されるようになっている。また、これと同様に、電流回生用のダイオード１６６は、そのカソード端子１６６ａが正極１７１ａに接続されるとともに、そのアノード端子１６６ｂが電流検出回路１８１を介して電磁石巻線１５１の他端に接続されるようになっている。そして、電流検出回路１８１は、例えばホールセンサ式電流センサや電気抵抗素子で構成されている。
以上のように構成されるアンプ回路１５０は、一つの電磁石に対応されるものである。そのため、磁気軸受が５軸制御で、電磁石１０４、１０５、１０６Ａ、１０６Ｂが合計１０個ある場合には、電磁石のそれぞれについて同様のアンプ回路１５０が構成され、電源１７１に対して１０個のアンプ回路１５０が並列に接続されるようになっている。
さらに、アンプ制御回路１９１は、例えば、制御装置２００の図示しないディジタル・シグナル・プロセッサ部（以下、ＤＳＰ部という）によって構成され、このアンプ制御回路１９１は、トランジスタ１６１、１６２のｏｎ／ｏｆｆを切り替えるようになっている。
アンプ制御回路１９１は、電流検出回路１８１が検出した電流値（この電流値を反映した信号を電流検出信号１９１ｃという）と所定の電流指令値とを比較するようになっている。そして、この比較結果に基づき、ＰＷＭ制御による１周期である制御サイクルＴｓ内に発生させるパルス幅の大きさ（パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２）を決めるようになっている。その結果、このパルス幅を有するゲート駆動信号１９１ａ、１９１ｂを、アンプ制御回路１９１からトランジスタ１６１、１６２のゲート端子に出力するようになっている。
なお、ロータ１０３の回転速度の加速運転中に共振点を通過する際や定速運転中に外乱が発生した際等に、高速かつ強い力でのロータ１０３の位置制御をする必要がある。そのため、電磁石巻線１５１に流れる電流の急激な増加（あるいは減少）ができるように、電源１７１としては、例えば５０Ｖ程度の高電圧が使用されるようになっている。また、電源１７１の正極１７１ａと負極１７１ｂとの間には、電源１７１の安定化のために、通常コンデンサが接続されている（図示略）。
かかる構成において、トランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにすると、電磁石巻線１５１に流れる電流（以下、電磁石電流ｉＬという）が増加し、両方をｏｆｆにすると、電磁石電流ｉＬが減少する。
また、トランジスタ１６１、１６２の一方をｏｎにし他方をｏｆｆにすると、いわゆるフライホイール電流が保持される。そして、このようにアンプ回路１５０にフライホイール電流を流すことで、アンプ回路１５０におけるヒステリシス損を減少させ、回路全体としての消費電力を低く抑えることができる。また、このようにトランジスタ１６１、１６２を制御することにより、ターボ分子ポンプ１００に生じる高調波等の高周波ノイズを低減することができる。さらに、このフライホイール電流を電流検出回路１８１で測定することで電磁石巻線１５１を流れる電磁石電流ｉＬが検出可能となる。
すなわち、検出した電流値が電流指令値より小さい場合には、図３に示すように制御サイクルＴｓ（例えば１００μｓ）中で１回だけ、パルス幅時間Ｔｐ１に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｎにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、正極１７１ａから負極１７１ｂへ、トランジスタ１６１、１６２を介して流し得る電流値ｉＬｍａｘ（図示せず）に向かって増加する。
一方、検出した電流値が電流指令値より大きい場合には、図４に示すように制御サイクルＴｓ中で１回だけパルス幅時間Ｔｐ２に相当する時間分だけトランジスタ１６１、１６２の両方をｏｆｆにする。そのため、この期間中の電磁石電流ｉＬは、負極１７１ｂから正極１７１ａへ、ダイオード１６５、１６６を介して回生し得る電流値ｉＬｍｉｎ（図示せず）に向かって減少する。
そして、いずれの場合にも、パルス幅時間Ｔｐ１、Ｔｐ２の経過後は、トランジスタ１６１、１６２のどちらか１個をｏｎにする。そのため、この期間中は、アンプ回路１５０にフライホイール電流が保持される。
＜本実施形態＞
次に、本実施形態に係る真空ポンプ２１０について説明する。
次に、本実施形態に係る真空ポンプ２１０について説明する。
真空ポンプ２１０は、図５および６に示すように、真空ポンプ２１０の外殻を形成するケーシング２１１（外装体）が、複数の部品で構成されている。具体的には、ケーシング２１１は、吸気口１０１が配置された上ケース２２０と、排気口１３３が配置された下ケース２３０と、ベース部１２９と、を備える。ケーシング２１１は、ベース部１２９を底とする略円筒形状から成り、その内部空間に、ネジ溝スペーサ２４０（固定部品）が設置される。上ケース２２０、下ケース２３０およびネジ溝スペーサ２４０は、同軸上に配置され、ボルト等の締結部材で一体に連結されている。
下ケース２３０は、円筒状に形成されており、外周面に複数の設置孔２３１が形成され、各々の設置孔２３１に加熱手段２６０が挿入されている。下ケース２３０は、上流側の面および内周面の一部に、ネジ溝スペーサ２４０の一部と接触する加熱側接触面２３２が形成される。加熱側接触面２３２は、上流側から見てリング状に形成される。加熱側接触面２３２は、下ケース２３０の上流側の面に形成される加熱側上接触面２３３と、下ケース２３０の内周面に形成される加熱側内接触面２３４とを備えている。加熱側上接触面２３３と、加熱側内接触面２３４とは、段差を挟んで接続されている。加熱手段２６０によって加熱される下ケース２３０は、加熱側接触面２３２により、ネジ溝スぺーサ１３１を加熱できる。
設置孔２３１は、周方向に沿って均等に配置されることが好ましいが、均等に配置されなくてもよい。設置孔２３１の数は、１つ以上であれば特に限定されない。加熱手段２６０は、特に限定されないが、金属パイプの内部に発熱体が配置され、発熱体に接続される両端子が金属パイプの一端側に配置されたカートリッジヒータである。
上ケース２２０および下ケース２３０は、真空を維持するケーシング２１１としての役割を果たす必要があるため、上ケース２２０および下ケース２３０の材料は、熱伝導率だけを考慮して決定できず、運転時の温度での材料強度も加味して選定される。上ケース２２０および下ケース２３０は、例えば、アルミニウムよりも高温時で耐力の低下が少なく、熱による変形が起こり難いステンレス鋼により形成される。
ネジ溝スペーサ２４０は、図５～１０に示すように、ロータ１０３と協働して吸気したガスを排気する環状の部品である。ネジ溝スペーサ２４０は、下ケース２３０から伝わる熱を、ロータ１０３と協働して機能するネジ溝ポンプ部まで伝えるために、伝熱性能の高い材料により形成される。ネジ溝スペーサ２４０の材料は、下ケース２３０の材料よりも高い熱伝導率を有する。ネジ溝スペーサ２４０の材料は、鋳造可能なアルミニウム合金（例えば、ＡＤＣ１２）であることが好ましい。本実施形態において、ネジ溝スぺーサ１３１は、アルミニウム合金を材料として鋳造（例えばダイカスト）により形成される。なお、ネジ溝スぺーサ１３１の一部は、鋳造加工後に、切削やコーティング等の追加の加工が施されてもよい。ネジ溝スペーサ２４０は、鋳造により形成されるため、迅速かつ安価に製造可能である。
ネジ溝スペーサ２４０は、軸を中心に回転しながら軸方向へ移動するネジ状山部２４１およびネジ状谷部２４２を備えるホルベック型ネジ溝ポンプの一部が形成されるとともに、軸を中心に同一平面内で回転しながら軸から遠ざかる（または近づく）ようにスパイラル状山部２４３およびスパイラル状谷部２４４を備えるシグバーン型ネジ溝ポンプの一部が形成される。
ネジ溝スペーサ２４０は、下ケース２３０の加熱側接触面２３２に接触して連結される被加熱側接触面２５１を備えた環状の連結部２５０と、連結部２５０の内周面側から下流に向かって延びる円筒状の延在部２５４とを備えている。ネジ溝スぺーサ１３１は、連結部２５０の上流側の面にスパイラル状山部２４３およびスパイラル状谷部２４４が形成され、延在部２５４の内周面にネジ状山部２４１およびネジ状谷部２４２が形成されている。被加熱側接触面２５１は、下ケース２３０の加熱側上接触面２３３に接触する被加熱側下接触面２５２と、下ケース２３０の加熱側内接触面２３４に接触する被加熱側外接触面２５３とを備えている。被加熱側下接触面２５２は、連結部２５０の下流側を向く面に形成され、被加熱側外接触面２５３は、被加熱側下接触面２５２よりも径方向の内側で、径方向の外側を向く面に形成される。被加熱側下接触面２５２と、被加熱側外接触面２５３とは、段差を挟んで接続されている。ネジ溝スぺーサ１３１は、加熱手段２６０によって加熱される下ケース２３０の加熱側接触面２３２から、被加熱側接触面２５１を介して加熱される。
連結部２５０は、被加熱側接触面２５１よりも径方向の内側に、周方向へ並ぶ複数の低減溝２５５および複数の伝熱向上構造２５６が形成されている。複数の低減溝２５５および複数の伝熱向上構造２５６は、周方向へ交互に配置されている。
低減溝２５５は、ネジ溝スペーサ２４０の肉厚を部分的に低減させる部位であり、ネジ溝ポンプ部を構成するスパイラル状山部２４３およびスパイラル状谷部２４４が形成される面（上流側の面）とは反対側の面（下流側の面）に、上流側へ向かって形成される。低減溝２５５は、連結部２５０を貫通しない深さで形成される。連結部２５０は、各々の低減溝２５５の底に、低減溝２５５が形成されることで減肉された底部２５８が形成されている。低減溝２５５は、被加熱側接触面２５１に配置されないことが好ましい。これにより、ネジ溝スペーサ１３１は、熱を受け取る被加熱側接触面２５１を十分に確保し、被加熱側接触面２５１が減少することによる下ケース２３０からの伝熱の減少を防止できる。低減溝２５５の幅Ｗ（径方向への長さ）は、深さ方向に向かって徐々に減少する。これにより、ネジ溝スペーサ１３１の鋳造時の離型性を向上できるとともに、鋳造時の材料の流れを円滑にすることができる。
各々の伝熱向上構造２５６は、周方向に隣接する２つの低減溝２５５の間に配置されて、低減溝２５５を形成されない部位である。ネジ溝スペーサ２４０は、低減溝２５５よりも径方向の内側の第１部位２４６と、低減溝２５５よりも径方向の外側の第２部位２４５と、を備えて、第１部位２４６および第２部位２４５が、複数の低減溝２５５を挟んで対向している。そして、第１部位２４６および第２部位２４５は、複数の伝熱向上構造２５６により連結されている。すなわち、伝熱向上構造２５６は、低減溝２５５を挟んで対向している第１部位２４６および第２部位２４５を接続する橋渡し構造である。ネジ溝スペーサ２４０において、下ケース２３０から被加熱側接触面２５１に伝わる熱は、第２部位２４５から第１部位２４６へ向かって移動する。伝熱向上構造２５６と第１部位２４６との接続部の表面には、滑らかな凹状の曲面部２５９が形成される。これにより、鋳造時の材料の流れを円滑にすることができるとともに、伝熱向上構造２５６を有する厚肉の部位と、薄肉の延在部２５４との間での応力集中を抑制できる。このため、鋳造品であるネジ溝スペーサ２４０に、鋳巣やひけが発生しにくくなるとともに、応力集中による破損を低減できる。
ところで、ネジ溝スぺーサ１３１を鋳造品とするためには、使用する材料を鋳造に適した材料に変更する（例えば、アルミニウム合金のＡ５０５６からＡＤＣ１２に変更する）必要があり、これにより熱伝導率は低下する可能性がある。これに対し、ネジ溝スぺーサ１３１は、伝熱向上構造２５６を備えることで、材料の変更により熱伝導率が低下しても、高い伝熱性能を得ることができる。
低減溝２５５および伝熱向上構造２５６のそれぞれの数は、特に限定されないが、複数個設けられることが好ましく、本実施形態ではそれぞれ１０個設けられる。
また、連結部２５０の被加熱側下接触面２５２には、周方向に並ぶ複数のボルト穴２５７が形成されている。ボルト穴２５７は、下ケース２３０側から挿入されるボルトが螺合する。ボルト穴２５７の位相（周方向の位置）は、伝熱向上構造２５６の位相と重ならないように、低減溝２５５の位相と重なることが好ましい。これにより、伝熱向上構造２５６における伝熱性能が、ボルト穴２５７により低減されることを防止できる。
連結部２５０の低減溝２５５が形成された底部２５８の軸方向の厚みｔ２は、連結部２５０の第２部位２４５の軸方向の厚みｔ３よりも小さい。また、円筒状の延在部２５４の径方向の厚みｔ１は、連結部２５０の第２部位２４５の軸方向の厚みｔ３よりも小さい。また、伝熱向上構造２５６の周方向の厚みｔ４は、連結部２５０の第２部位２４５の軸方向の厚みｔ３よりも小さい。そして、底部２５８の厚みｔ２、延在部２５４の厚みｔ１、および伝熱向上構造２５６の厚みｔ４は、多少の差はあるが同程度である。
次に、本実施形態に係る真空ポンプ２１０の作用を説明する。
本実施形態において、ネジ溝スペーサ２４０は、アルミニウム合金を材料として鋳造（例えばダイカスト）により形成されている。ところで、鋳造において、金属が凝固する速度にばらつきが生じると、鋳造品の内部に鋳巣やひけ（鋳巣の一種である窪み）が発生しやすくなる。鋳造品であるネジ溝スペーサ２４０において、環状の連結部２５０の第２部位２４５の軸方向の厚みｔ３は、円筒状の延在部２５４の径方向の厚みｔ１よりも格段に大きいため、連結部２５０に低減溝２５５がない場合には、連結部２５０と延在部２５４で金属が凝固する速度に大きなばらつきが生じる。しかしながら、本実施形態において、連結部２５０に、体積を低減させる低減溝２５５が形成されるため、底部２５８の厚みｔ２、延在部２５４の厚みｔ１、および伝熱向上構造２５６の厚みｔ４が、同程度である。これにより、ネジ溝スペーサ２４０の金属が凝固する速度のばらつきが低減されて、ネジ溝スペーサ２４０は、鋳巣やひけが発生しにくくなる。
なお、ネジ溝スペーサ２４０が低減溝２５５を備えることで、図６（Ｂ）に示すように、熱経路が底部２５８を通る必要性により、熱経路の長距離化や、熱経路の断面積の減少による熱抵抗の増加が生じ、それに伴って伝熱性能が低下する可能性がある。しかしながら、図６（Ａ）に示すように、ネジ溝スペーサ２４０は、底部２５８以外に、第１部位２４６および第２部位２４５の間での伝熱を向上させる伝熱向上構造２５６を備えるため、下ケース２３０から伝わる熱を、延在部２５４へ効果的に伝熱できる。このため、ネジ溝スペーサ２４０は、下ケース２３０の加熱側接触面２３２から被加熱側接触面２５１に伝達された熱を、連結部２５０の上流側の面に形成されたスパイラル状山部２４３およびスパイラル状谷部２４４と、延在部２５４の内周面に形成されるネジ状山部２４１およびネジ状谷部２４２へ効果的に伝熱できる。したがって、低温となることによるネジ溝ポンプにおけるガスの堆積を抑制できる。一例として、ネジ溝スペーサ２４０は、全体を１００℃以上に温調されることが好ましい。
そして、ネジ溝スペーサ２４０は、低減溝２５５および伝熱向上構造２５６を備えることで、鋳造であっても、厚みなどの影響による凝固する速度のバラつきによって発生する鋳巣やひけを防ぎ、連結部２５０の第２部位２４５の軸方向の厚みｔ３を厚肉にすることができる。このため、下ケース２３０に配置される加熱手段２６０から、ネジ溝スペーサ２４０の上流側の面や、延在部２５４の内周面のネジ溝までの熱経路を短くできる。したがって、ネジ溝スペーサ２４０の伝熱性能を向上できる。さらに、ネジ溝スペーサ２４０は、軸方向へ厚肉の部位を有するため、被加熱側接触面２５１から延在部２５４の内周面までの熱経路の断面積が増加し、それに伴って熱抵抗が減少して、被加熱側接触面２５１から延在部２５４の内周面に形成されるネジ状山部２４１およびネジ状谷部２４２までの熱移動を促進できる。このため、ネジ溝スペーサ２４０を目標温度へ到達させることが容易となる。また、熱伝導率の高い材料（ネジ溝スペーサ２４０の材料）により形成される部位の体積が増加することで、ネジ溝スペーサ２４０は、熱容量が大きくなり、温度の均一化を図ることができるとともに、温度を望ましい温度に安定させることができる。また、鋳造品であるネジ溝スペーサ２４０に鋳巣やひけが発生しにくくなるため、伝熱性能の低下を抑制できるとともに、強度が低下する部位が生じることを抑制して、製造時や使用時の破損を抑制できる。
以上のように、本実施形態に係る真空ポンプ２１０は、ケーシング２１１（外装体）と、外装体に内包され、回転自在に支持されたロータ軸１１３と、ロータ軸１１３に固定され、ロータ軸１１３と共に回転するロータ１０３と、ロータ１０３と協働して吸気したガスを排気する、環状の固定部品（ネジ溝スペーサ２４０）と、を備え、固定部品は、鋳造により形成され、かつ、体積を低減する固定部品の周方向に沿って延在する少なくとも１つの低減溝２５５を挟んで配置される第１部位２４６および第２部位２４５と、少なくとも低減溝２５５の底を含んで配置されて第１部位２４６および第２部位２４５を接続する底部２５８を有し、固定部品は、底部２５８とは異なる第１部位２４６および第２部位２４５の間での伝熱を向上させる伝熱向上構造２５６を備える。これにより、真空ポンプ２１０は、鋳造により形成される固定部品（ネジ溝スペーサ２４０）の厚肉な部位に低減溝２５５を配置することで、鋳造時の金属が凝固する速度を均一化して鋳巣やひけの発生を抑制できるとともに、低減溝２５５を備えることにより低下し得る第１部位２４６と第２部位２４５との間での熱移動を、伝熱向上構造２５６により促進できる。
伝熱向上構造２５６は、低減溝２５５を挟んで対向する第１部位２４６および第２部位２４５を接続する橋渡し構造である。これにより、真空ポンプ２１０は、低減溝２５５による鋳巣やひけの発生の抑制効果を維持しつつ、橋渡し構造によって第１部位２４６と第２部位２４５との間での熱移動を効果的に促進できる。なお、本明細書における橋渡し構造は、図６や図８で示したように、低減溝２５５が形成されない部分として、第１部位２４６と第２部位２４５の間を、底部２５８から軸方向に伸びた壁のように一体的な構造で接続する構造も含むものとして定義される。
第１部位２４６および第２部位２４５は、環状である固定部品の中心から径方向へ低減溝２５５を挟みつつ並んで配置される。これにより、真空ポンプ２１０は、固定部品の径方向外側から熱を供給されることで、伝熱向上構造２５６を介して径方向内側へ熱を効果的に移動させることができる。また、真空ポンプ２１０は、加熱手段２６０から固定部品（ネジ溝スペーサ２４０）のネジ溝ポンプのある径方向内側への熱の移動だけでなく、逆に、径方向外側への熱の移動を促進させることもできる。例えば、ガスの許容流量（ロータ１０３の材料の耐熱温度等に関係）を増やす目的で、ロータ１０３の温度を下げるために、真空ポンプ２１０は、固定部品を介して外に積極的に熱を逃がす効果を備えてもよい。
固定部品は、ネジ溝ポンプ部を構成する部品であってもよい。これにより、真空ポンプ２１０は、固定部品を鋳造品としつつも、低温となることでガスの堆積が生じやすいネジ溝ポンプのネジ溝近辺を加熱して、堆積物の発生を抑制できる。
固定部品は、ネジ溝ポンプ部として、スパイラル状山部２４３およびスパイラル状谷部２４４を有するスパイラル状溝部と、ネジ状山部２４１およびネジ状谷部２４２を有するネジ状溝部と、が形成される。これにより、真空ポンプ２１０は、固定部品に伝熱向上構造２５６を設けることで、低温となることで堆積物が生じやすいスパイラル状溝部やネジ状溝部の近辺を加熱して、堆積物の発生を抑制できる。
低減溝２５５は、固定部品のネジ溝ポンプ部が形成された面とは反対側の面にある。これにより、真空ポンプ２１０は、固定部品の厚肉化したネジ溝ポンプ部の近辺に低減溝２５５を形成しつつ、低減溝２５５がガス流路に面していないことによって、低減溝２５５によって排気性能に影響を与えることなく、また低減溝２５５への堆積物を抑制し、ネジ溝ポンプ部への熱移動を効果的に維持できる。
また、本実施形態における固定部品（ネジ溝スペーサ２４０）は、真空ポンプ２１０の回転可能なロータ１０３と協働して吸気したガスを排気する、固定部品であって、鋳造により形成され、かつ、体積を低減する固定部品の周方向に沿って延在する少なくとも１つの低減溝２５５を挟んで配置される第１部位２４６および第２部位２４５と、少なくとも低減溝２５５の底を含んで配置されて第１部位２４６および第２部位２４５を接続する底部２５８と、を有し、底部２５８とは異なる第１部位２４６および第２部位２４５の間での伝熱を向上させる伝熱向上構造２５６を備える。これにより、固定部品は、厚肉な部位に低減溝２５５を配置することで、鋳造時の金属が凝固する速度を均一化して鋳巣やひけの発生を抑制できるとともに、低減溝２５５を備えることにより低下し得る第１部位２４６と第２部位２４５との間での熱移動を、伝熱向上構造２５６により促進できる。
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更や組合せが可能である。例えば、図１１に示す変形例のように、ネジ溝スペーサ２４０（固定部材）は、内周面に、軸を中心に回転しながら軸方向へ移動するネジ状山部２４１およびネジ状谷部２４２を備えるホルベック型ネジ溝ポンプの一部が形成され、上流側の面に、シグバーン型ネジ溝ポンプが形成されなくてもよい。また、ネジ溝スペーサ２４０（固定部材）は、内周面にホルベック型ネジ溝ポンプが形成されずに、上流側の面に、シグバーン型ネジ溝ポンプの一部が形成されてもよい。
また、伝熱向上構造２５６は、第１部位２４６および第２部位２４５を備える鋳造品に、嵌め込む、または溶かし込む等の方法によって取り付けられた別部材により形成されてもよい。この場合、伝熱向上構造２５６は、第１部位２４６および第２部位２４５を備える鋳造品を形成する材料とは異なる材料により形成されてもよい。したがって、伝熱向上構造２５６は、固定部品の鋳造されている部位の材料よりも高い熱伝導率を有する材料により形成されてもよい。これにより、真空ポンプ２１０は、第１部位２４６と第２部位２４５との間での熱移動を、熱伝導率の高い伝熱向上構造２５６によって効果的に促進できる。
また、伝熱向上構造２５６の別な実施形態として、鋳造により形成された低減溝２５５の略全体もしくは低減溝２５５の一部を、鋳造品を形成する材料とは異なる材料により満たされてもよい。
また、ネジ溝スペーサ２４０（固定部材）が接触して熱を受ける部材は、下ケース２３０に限定されない。
また、固定部材は、ネジ溝スペーサ２４０に限定されず、例えば真空ポンプ以外の装置の部品であってもよい。
１０１ 吸気口
１０３ ロータ
１１３ ロータ軸
１２９ ベース部
１３１ ネジ溝スぺーサ
１３３ 排気口
１００、２１０ 真空ポンプ
２１１ ケーシング（外装体）
２２０ 上ケース
２３０ 下ケース
２３１ 設置孔
２３２ 加熱側接触面
２３３ 加熱側上接触面
２３４ 加熱側内接触面
２４０ ネジ溝スペーサ
２４１ ネジ状山部
２４２ ネジ状谷部
２４３ スパイラル状山部
２４４ スパイラル状谷部
２４５ 第２部位
２４６ 第１部位
２５０ 連結部
２５１ 被加熱側接触面
２５２ 被加熱側下接触面
２５３ 被加熱側外接触面
２５４ 延在部
２５５ 低減溝
２５６ 伝熱向上構造
２５７ ボルト穴
２５８ 底部
２５９ 曲面部
２６０ 加熱手段
１０３ ロータ
１１３ ロータ軸
１２９ ベース部
１３１ ネジ溝スぺーサ
１３３ 排気口
１００、２１０ 真空ポンプ
２１１ ケーシング（外装体）
２２０ 上ケース
２３０ 下ケース
２３１ 設置孔
２３２ 加熱側接触面
２３３ 加熱側上接触面
２３４ 加熱側内接触面
２４０ ネジ溝スペーサ
２４１ ネジ状山部
２４２ ネジ状谷部
２４３ スパイラル状山部
２４４ スパイラル状谷部
２４５ 第２部位
２４６ 第１部位
２５０ 連結部
２５１ 被加熱側接触面
２５２ 被加熱側下接触面
２５３ 被加熱側外接触面
２５４ 延在部
２５５ 低減溝
２５６ 伝熱向上構造
２５７ ボルト穴
２５８ 底部
２５９ 曲面部
２６０ 加熱手段
Claims (8)
- 外装体と、
前記外装体に内包され、回転自在に支持されたロータ軸と、
前記ロータ軸に固定され、前記ロータ軸と共に回転するロータと、
前記ロータと協働して吸気したガスを排気する、環状の固定部品と、を備え、
前記固定部品は、少なくとも一部が鋳造により形成され、かつ、体積を低減する前記固定部品の周方向に沿って延在する少なくとも１つの低減溝を挟んで配置される第１部位および第２部位と、少なくとも前記低減溝の底を含んで配置されて前記第１部位および前記第２部位を接続する底部と、を有し、
前記固定部品は、前記底部とは異なる前記第１部位および前記第２部位の間での伝熱を向上させる伝熱向上構造を備えたことを特徴とする真空ポンプ。 - 前記伝熱向上構造は、前記低減溝を挟んで対向する前記第１部位および前記第２部位を接続する橋渡し構造であることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
- 前記伝熱向上構造は、前記固定部品の鋳造されている部位の材料よりも高い熱伝導率を有する材料により形成されることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
- 前記第１部位および前記第２部位は、環状である前記固定部品の中心から径方向へ前記低減溝を挟みつつ並んで配置されることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
- 前記固定部品は、ネジ溝ポンプ部を構成する部品であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
- 前記固定部品は、前記ネジ溝ポンプ部として、
スパイラル状山部およびスパイラル状谷部を有するスパイラル状溝部と、
ネジ状山部およびネジ状谷部を有するネジ状溝部と、が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の真空ポンプ。 - 前記低減溝は、前記固定部品の前記ネジ溝ポンプ部が形成された面とは反対側の面にあることを特徴とする請求項５に記載の真空ポンプ。
- 真空ポンプの回転可能なロータと協働して吸気したガスを排気する、固定部品であって、
少なくとも一部が鋳造により形成され、かつ、体積を低減する前記固定部品の周方向に沿って延在する少なくとも１つの低減溝を挟んで配置される第１部位および第２部位と、少なくとも前記低減溝の底を含んで配置されて前記第１部位および前記第２部位を接続する底部と、を有し、
前記底部とは異なる前記第１部位および前記第２部位の間での伝熱を向上させる伝熱向上構造を備えたことを特徴とする固定部品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022-134228 | 2022-08-25 | ||
| JP2022134228A JP2024030964A (ja) | 2022-08-25 | 2022-08-25 | 真空ポンプおよび固定部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2024043276A1 true WO2024043276A1 (ja) | 2024-02-29 |
Family
ID=90013413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2023/030312 WO2024043276A1 (ja) | 2022-08-25 | 2023-08-23 | 真空ポンプおよび固定部品 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024030964A (ja) |
| WO (1) | WO2024043276A1 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020082157A (ja) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | 株式会社豊田中央研究所 | 成形金型および成形方法 |
| JP2020197152A (ja) * | 2019-05-31 | 2020-12-10 | エドワーズ株式会社 | 真空ポンプ、および連結型ネジ溝スペーサ |
-
2022
- 2022-08-25 JP JP2022134228A patent/JP2024030964A/ja active Pending
-
2023
- 2023-08-23 WO PCT/JP2023/030312 patent/WO2024043276A1/ja unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020082157A (ja) * | 2018-11-28 | 2020-06-04 | 株式会社豊田中央研究所 | 成形金型および成形方法 |
| JP2020197152A (ja) * | 2019-05-31 | 2020-12-10 | エドワーズ株式会社 | 真空ポンプ、および連結型ネジ溝スペーサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024030964A (ja) | 2024-03-07 |
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