JP6427963B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプに関する。

従来、半導体製造装置や液晶製造装置等のチャンバ排気にはターボ分子ポンプ等の真空ポンプが用いられている。半導体製造装置や液晶製造装置のエッチングプロセスにおいては、真空ポンプに反応生成物が堆積するという問題が生じる。そのため、加熱手段によりポンプ温度を上昇させて、反応生成物の堆積を抑制させることが知られている。例えば、特許文献１に記載の真空ポンプでは、円筒状ロータとステータ（ねじステータ）とで構成される排気部に反応生成物が堆積しやすいので、ステータにヒータを埋め込んで直接加熱して昇温している。

特開２０１１−８０４０７号公報

ところで、ステータに対してわずかなギャップでロータ高速回転している真空ポンプでは、ロータとステータとを同芯状態に配置する必要がある。そのため、ステータをベースに固定する際には、固定部において、ステータ側の軸部とベース側の穴部とをクリアランスが０．１ｍｍ程度の嵌め合い関係にし、ステータの位置決めを行っている。

しかしながら、上述のようにステータにヒータを設けて加熱すると、熱膨張によりクリアランスが小さくなり軸部の全周が穴部に接触し、高温部であるステータの熱が低温部であるベースに逃げてステータ温度が低下するという問題があった。

本発明の好ましい実施形態による真空ポンプは、 前記ステータが固定される筒状のベースと、前記ステータに固定され、前記ステータを加熱する加熱部と、を備え、前記ステータは、前記ベースとの間に嵌め合い構造を有することがない非嵌め合い構造により前記ベースと同芯状態で該ベースに固定されており、前記非嵌め合い構造は、前記ステータが径方向に熱膨張したときに前記ステータの外周面と前記ベースの内周面との対向面間に隙間が確保される構造であり、前記ステータの径方向への熱膨張により前記ステータの外周面が前記ベースの内周面に接触する嵌め合い構造に比し、前記加熱部によって加熱された前記ステータの熱が前記ベースへ移動することを抑制する構造である。
本発明の好ましい実施形態による真空ポンプは、円筒状のロータと、前記ロータと協働して気体を排気する円筒状のステータと、前記ステータが固定される筒状のベースと、を備え、 前記ステータは、前記ベースとの間に嵌め合い構造を有することがない非嵌め合い構造により前記ベースと同芯状態で該ベースに固定されており、前記非嵌め合い構造は、前記ステータが径方向に熱膨張したときに前記ステータの外周面と前記ベースの内周面との対向面間に隙間が確保される構造であり、前記ステータの径方向への熱膨張により前記ステータの外周面が前記ベースの内周面に接触する嵌め合い構造に比し、前記ステータの熱が前記ベースへ移動することを抑制する構造であり、 前記ステータおよび前記ベースには、位置決めピンが挿入されるステータ側ピン穴およびベース側ピン穴が設けられているが、前記ピン穴から前記位置決めピンが除去された状態で前記ステータが前記ベースに設けられ、前記位置決めピンを介した前記ステータから前記ベースへの熱の移動が防止される。
さらに好ましい実施形態では、前記ステータに固定され、前記ステータを加熱する加熱部をさらに備え、前記ステータが前記同芯状態で前記ベースに固定されることによって形成されている隙間により、前記加熱部によって加熱された前記ステータの熱が前記ベースへ移動することを抑制するように構成されている。
本発明の好ましい実施形態による真空ポンプは、円筒状のロータと、前記ロータと協働して気体を排気する円筒状のステータと、前記ステータが固定される筒状のベースと、を備え、前記ステータは、前記ベースとの間に嵌め合い構造を有することがない非嵌め合い構造により前記ベースと同芯状態で該ベースに固定されており、前記非嵌め合い構造は、前記ステータが径方向に熱膨張したときに前記ステータの外周面と前記ベースの内周面との対向面間に第１の隙間が確保される構造であり、前記ステータの径方向への熱膨張により前記ステータの外周面が前記ベースの内周面に接触する嵌め合い構造に比し、前記ステータの熱が前記ベースへ移動することを抑制する構造であり、前記ステータおよび前記ベースの各々は、前記同芯状態においては径方向隙間である第２の隙間が形成され、かつ、前記ステータの径方向位置ずれ時には互いに接触して前記ステータと前記ロータとの接触を阻止する当接部を有し、前記同芯状態における前記径方向隙間である前記第２の隙間は、前記同芯状態における前記ステータと前記ロータとの間の前記第１の隙間よりも小さく、かつ、前記ステータの熱膨張による径方向寸法変化よりも大きく設定されている。
さらに好ましい実施形態では、前記ステータが、前記ステータと前記ベースとの間に設けられた円筒状の断熱部材を介して前記ベースに固定されており、前記ステータの外周面と前記断熱部材の内周面との間の隙間である第３の隙間は、前記径方向隙間である前記第２の隙間よりも大きく設定されている。
さらに好ましい実施形態では、前記ステータのフランジ部と前記ベースとによって軸方向に挟持され、前記フランジ部の底面と前記ベースの上面との間に隙間が形成されるように前記ステータを軸方向に支持する円筒状の断熱部材を備える。
さらに好ましい実施形態では、前記ベースを加熱するベース加熱部をさらに備え、前記ベース加熱部は、前記断熱部材の断熱性能に応じて前記ベースを加熱して前記ベースと前記ステータとの温度差を小さくし、前記断熱部材を介した前記ステータから前記ベースへの熱移動を抑制するように構成されている。
さらに好ましい実施形態では、前記ステータ及び前記ベースがアルミニウム合金で形成され、前記断熱部材はステンレスで形成されている。
さらに好ましい実施形態では、前記ステータはボルトによって前記ベースに固定されており、前記ボルトの座金は前記ベースよりも熱伝導率が小さく、前記座金を介した前記ステータから前記ベースへの熱移動を抑制するように構成されている。

本発明によれば、高温部であるステータと低温部であるベースとの接触を確実に回避することができる。

図１は本発明に係る真空ポンプの一実施の形態を示す図であり、ターボ分子ポンプの断面を示す。 図２はターボ分子ポンプを底面側から見た図である。 図３は、図１のステータ加熱部２８が設けられている部分の拡大図である。 図４は、図１の図示左側におけるステータ２２とベース２０との固定部の拡大図である。 図５は、変形例１を示す図である。 図６は、変形例２を示す図である。 図７は、変形例３を示す図である。 図８は、変形例４を示す図である。 図９は、変形例５を示す図である。 図１０は、隙間Ｇ２が適用可能な位置決め構造の他の例を示す図である。 図１１は、隙間Ｇ２の効果を説明する図である。 図１２は、ステータ２２と断熱部材２４との間に隙間Ｇ２を形成する場合を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は本発明に係る真空ポンプの一実施の形態を示す図であり、ターボ分子ポンプの断面を示す。ターボ分子ポンプ１は、複数段の回転翼１２およびロータ円筒部１３が形成されたロータ１０を備える。ポンプケーシング２３の内側には、複数段の回転翼１２に対応して複数段の固定翼２１が積層されるように配置されている。ポンプ軸方向に積層された複数段の固定翼２１は、それぞれスペーサ２９を介してベース２０上に配置されている。回転翼１２および固定翼２１の各々は、周方向に配置された複数のタービン翼から成る。

ロータ円筒部１３の外周側には、円筒形状のステータ２２が隙間を介して配置されている。本実施の形態では、ベース２０は筒状の部材であって、ステータ２２は、ベース２０の内周側に配置され、ベース２０の上端面にボルト固定されている。ロータ円筒部１３の外周面またはステータ２２の内周面のいずれか一方にはネジ溝が形成されており、ロータ円筒部１３とステータ２２とでネジ溝ポンプを構成している。回転翼１２および固定翼２１により排気された気体分子は、ネジ溝ポンプ部によりさらに圧縮され、最終的には、ベース２０に設けられた排気ポート２６から排出される。

ロータ１０にはロータシャフト１１が固定され、そのロータシャフト１１はラジアル磁気軸受３２およびアキシャル磁気軸受３３により支持され、モータ３４によって回転駆動される。磁気軸受３２，３３が非動作時には、ロータシャフト１１はメカニカルベアリング３５ａ，３５ｂによって支持される。ラジアル磁気軸受３２，アキシャル磁気軸受３３，モータ３４およびメカニカルベアリング３５ｂは、ベース２０に固定されるハウジング３０に収納されている。

なお、従来のターボ分子ポンプでは、ベース２０とハウジング３０とを一体に形成してベースとする構成もあるが、いずれの構成においても、筒状のベースの内周側にステータ２２が配置される構成とされている。

ベース２０には、ベース２０を加熱するためのヒータ２７、ベース２０の温度を検出する温度センサ２０３が設けられている。本実施の形態のターボ分子ポンプ１は、反応生成物が多量に発生するプロセスへの使用が可能であり、ステータ２２の下部外周面には、ステータ２２を加熱する専用のステータ加熱部２８が固定されている。図２はターボ分子ポンプを底面側から見た図であり、一部を破断面で示した。ステータ加熱部２８は、ベース２０の周面を内外に貫通するように設けられている。ステータ加熱部２８を２つ以上設けても構わない。

図３は、図１のステータ加熱部２８が設けられている部分の拡大図である。図３に示すように、ステータ加熱部２８は、ヒータブロック２８１にヒータ２８０を取り付けたものである。ヒータブロック２８１は、ボルト２８２によりステータ２２の外周面に固定される。ボルト２８２が配置される穴部２８１ａには、この穴部２８１ａを封止するための封止栓２８３が設けられている。また、ヒータブロック２８１の軸部（ベース２０を貫通する部分）には、真空シールとしてシール部材２８４が設けられている。このシール部材２８４によって、ベース２０を貫通するヒータブロック２８１の軸部とベース２０との隙間が封止される。

図２に示すように、ステータ２２の外周面の一部には平面部２２ａが形成され、その平面部２２ａにヒータブロック２８１の先端に形成された平面を接触させるようにしている。

ヒータブロック２８１をステータ２２に固定する際には、ヒータブロック２８１の軸芯とベース側の貫通孔との軸芯がほぼ一致するように、位置決め部材（例えば、位置決めピン）を用いてヒータブロック２８１の位置決めを行う。本実施の形態では、位置決め部材として位置決めピンが用いられており、図２に示すヒータブロック２８１には、位置決めピンが係合するピン穴２８６が形成されている。一方、ベース２０にも位置決めピンが係合するピン穴２０５が形成されている。ピン穴２０５，２８６に位置決めピンを係合させることにより、ヒータブロック２８１とベース側貫通孔との芯出しが行われる。位置決めピンは、ヒータブロック２８１をステータ２２にボルト固定した後に除去される。

なお、本実施の形態では、ステータ加熱部２８（ヒータブロック２８１）はベース２０に固定されない構造となっている。そのため、図２に示すように、ロータ破壊時の安全性確保のために、ヒータブロック２８１のフランジ部２８１ｂにボルト２０９が設けられている。ボルト２０９とベース２０との間には、座金２１１および筒状のスペーサ２１０が配置される。スペーサ２１０の長さは、座金２１１とヒータブロック２８１との間に所定の隙間Ｇが形成されるように設定されている。また、スペーサ２１０がヒータブロック２８１に接触しないように、スペーサ２１０が貫通するフランジ部２８１ｂの貫通孔の孔径は、スペーサ２１０の外径よりも大きく設定されている。

例えば、ロータ破壊によってステータ２２も破壊した場合、ステータ加熱部２８がベース２０から飛び出すおそれがある。本実施の形態の場合には、そのような場合であっても、ボルト２０９によってステータ加熱部２８のベース２０からの飛び出しが阻止される。なお、隙間Ｇが設けられているので、ステータ２２やヒータブロック２８１等が熱膨張してもボルト２０９とヒータブロック２８１とが接触することはない。

図１に戻って、ステータ２２はボルト２２２によってベース２０に固定されているが、ステータ２２とベース２０との間には断熱部材２４（例えば、円筒状の断熱部材）が配置されている。そのため、ステータ２２は、軸方向に関しては断熱部材２４によって支持されており、ステータ２２のフランジ部２２０の底面とベース２０の上面との間には隙間が形成されている。

本実施の形態のターボ分子ポンプ１では、上述のように断熱部材２４上に載置されたステータ２２をステータ加熱部２８により直接加熱している。そして、ステータ加熱部２８による加熱を制御することにより、ステータ２２の温度を従来よりも高温（例えば、１００℃以上）に維持し、ステータ２２への反応生成物の堆積を確実に防止するようにしている。以下では、この堆積防止温度をＴsと表す。実際には堆積防止温度Ｔsは所定の温度幅（Ｔs1〜Ｔs2）を有しており、ステータ２２を堆積防止温度Ｔsに維持するとは、温度範囲（Ｔs1〜Ｔs2）に維持することを意味する。すなわち、ステータ２２の温度が温度範囲（Ｔs1〜Ｔs2）となるようにヒータ２８０を制御する。

本実施の形態では、ステータ２２はベース２０に接触しておらず、ステータ２２からベース２０への熱移動は、ほぼ、断熱部材２４のみを介して行われる。そのため、ベース２０とステータ２２との温度差が大きいと、断熱部材２４を介したステータ２２からベース２０への伝熱量が顕著になる。そこで、断熱部材２４の断熱性能に応じてベース２０をヒータ２７で加熱してベース２０とステータ２２との温度差が大きくならないようにし、断熱部材２４を介したステータ２２からベース２０への熱移動を抑えるようにしている。

ボルト２２２の座金はベース部材に比べて熱伝導率の小さな部材で形成され、ステータ２２からベース２０への熱移動を抑制する断熱部材として機能している。例えば、ベース２０にアルミ材を使用した場合、座金２２３には、アルミ材に比べて熱伝導率の小さな材料（例えば、ステンレス材）が用いられる。なお、本実施の形態では、図３に示すような断熱部材２４をステータ２２とベース２０との間に介在させて断熱を図っているが、断熱構造はこれに限らない。例えば、ステータ２２のフランジ部２２０とベース２０との間に断熱部材を介在させるような構成でも構わない。

上述のように、本実施の形態のターボ分子ポンプは、ステータ加熱部２８によりステータ２２を直接加熱し、かつ、断熱部材２４によるステータ２２からベース２０への放熱を極力小さくするような構成となっている。そのため、温度上昇によりステータ２２が膨張変形した場合でも、ステータ２２とベース２０とが接触しないような工夫が成されている。

図４は、図１の図示左側におけるステータ２２とベース２０との固定部の拡大図である。図４に示すように、ベース２０の内周側に配置されたステータ２２とベース２０との間には、断熱部材２４が配置されている。そのため、ステータ２２のフランジ部２２０とベース２０の上面との間には隙間が形成され、フランジ部２２０の底面はベースに接触していない。また、ステータ２２の径方向外周面に関しては、図４に示すような隙間Ｇ１〜Ｇ３（隙間寸法もＧ１，Ｇ２，Ｇ３とする）が形成されている。

本実施の形態では、ステータ２２をベース２０にボルト固定する際にピンを用いて芯出しを行い、その後、図１に示すボルト２２２によりステータ２２をベース２０に固定するようにした。ボルト固定後は、芯出しに用いられたピンは除去される。図４に示すように、ベース２０にはピン穴２００が２箇所以上形成されている。一方、ステータ２２には、ベース２０の各ピン穴２００が対向する位置にピン穴２２１がそれぞれ形成されている。

ステータ２２をベース２０に固定する場合には、例えば、ベース２０の各ピン穴２００に位置決めピンを装着し、次いで、ピン穴２２１に位置決めピンが係合するようにステータ２２をベース２０上（実際には断熱部材２４の上）に載置する。なお、ベース２０にステータ２２を載置した後に、ピン穴２００および２２１に位置決めピンを通すようにしても良い。その後、ボルト２２２によりステータ２２をベース２０に固定する。ステータ２２のベース２０へのボルト固定が完了したならば、ピン穴２００，２２１から位置決めピンを外す。

なお、ボルト固定後に位置決めピンを外す理由は、位置決めピンを介したステータ２２からベース２０への熱移動を防止ことである。また、位置決めピンとピン穴２００，２２１とはすきま嵌めとされるので、位置決めピンが外れてポンプ内に落ちるのを予防する目的もある。もちろん、断熱性が高く、十分な強度を有する位置決めピンであれば、ベース２０のピン穴２００に位置決めピンを打ち込むような構造とし、位置決めピンを残すような構成としても構わない。

次に、隙間Ｇ１〜Ｇ３について説明する。隙間Ｇ１は、ステータ２２のフランジ部２２０の外周面２２０ａとベース２０の内周面２０１との隙間である。隙間Ｇ２は、フランジ部底面に形成された段部２２ｂの外周面とベース内周面２０１ａとの隙間である。隙間Ｇ３は、ステータ２２の筒部外周面と断熱部材２４の内周面との隙間である。ステータ２２が高温（例えば、１００℃以上）に加熱されると、ステータ２２が径方向に熱膨張することにより各隙間Ｇ１〜Ｇ３は小さくなる。

従来のターボ分子ポンプでは、一般的に、ステータ２２のフランジ部２２０の外周面２２０ａと、ベース２０の内周面２０１とを嵌め合い構造とし、ベース２０に対するステータ２２の位置決めを行っている。この位置決めは、ロータ円筒部１３およびステータ２２の軸芯が同軸となって、ロータ円筒部１３とステータ２２とのギャップが均一となるようにするために行われるものである。ロータ円筒部１３とステータ２２とのギャップは１ｍｍ程度なので、外周面２２０ａと内周面２０１とを嵌め合いのクリアランス、すなわち、図４の隙間Ｇ１の寸法は０．１ｍｍ程度とされる。

このように、外周面２２０ａと内周面２０１とは嵌め合い構成であるため、一部が接触している。また、仮に、完全に同芯状態であって両者の間に隙間が形成されていた場合であっても、その隙間は０．１ｍｍ程度と小さい。そのため、ステータ２２の熱膨張によりフランジ部２２０の外径寸法が大きくなった場合に、フランジ部２２０の外周面２２０ａとベース２０とが接触するおそれがあり、その場合にはステータ２２の熱がベース２０へと逃げてしまうことになる。

一方、本実施の形態では、ベース２０に対するステータ２２の位置決めは位置決めピンにより行われるので、外周面２２０ａと内周面２０１とは嵌め合い構造とする必要がなく、隙間Ｇ１を十分大きく設定することができる。そのため、ステータ２２が熱膨張した際に、フランジ部２２０の外周面２２０ａがベース２０の内周面２０１に接触するのを確実に防止することができる。

なお、ステータ２２を固定しているボルト２２２に緩みが生じた場合、ベース２０対してステータ２２が径方向に横ずれするおそれがある。本実施の形態では、上述のように熱膨張による接触を防止するために隙間Ｇ１の寸法を十分大きく設定している。そのため、ステータ２２の横ずれした時のステータ２２とロータ円筒部１３との接触を防止するために、隙間Ｇ１よりも小さな隙間Ｇ２を設けている。ロータ円筒部１３とステータ２２とのギャップをＧ０とした場合、隙間Ｇ２は「Ｇ０＞Ｇ２」のように設定されており、かつ、ステータ２２の熱膨張による径方向寸法変化よりも大きく設定されている。また、ステータ２２の円筒部外周面と断熱部材２４の内周面との隙間Ｇ３はＧ２よりも大きく設定されている。このような構成とすることにより、ステータ２２が横ずれした場合でも、ステータ２２の段部２２ｂがベース２０の内周面２０１ａと当接することで、ステータ２２とロータ円筒部１３との接触が防止される。

上述した実施の形態では、位置決めピンをピン穴２２１，２００に係合させることでベース２０に対してステータ２２を位置決めしたが、図５〜図９に示す変形例１〜５のように、ピン以外の位置決め部材を使用しても良い。

（変形例１）
図５は、変形例１を示す図であり、図４の場合と同様にステータ２２の部分の拡大図である。図５は、ベース２０の内周面とステータ２２のフランジ部２２０の外周面とで位置決めを行う場合を示す。この場合、位置決め部材４０の形状は円筒状でも良いし、例えば、円筒状部材を周方向に４分割したものを２つ用いても良い。以下では、位置決め部材４０は円筒状であるとして説明する。位置決め部材４０の外周面４０１とベース２０の内周面２０１とは嵌め合い関係（すきま嵌め）になっており、まず、位置決め部材４０をベース２０に配置する。

次いで、位置決め部材４０の内周側にステータ２２を配置する。ステータ２２のフランジ部２２０の外周面２２０ａと位置決め部材４０の内周面４００とは嵌め合い関係（すきま嵌め）になっており、ステータ２２を位置決め部材４０の内周側に配置することで、ベース２０に対してステータ２２が同芯状態となるように位置決めされる。次に、ボルト２２２によりステータ２２をベース２０に固定する。その後、位置決め部材４０を外すことで、ベース２０へのステータ２２の固定作業が終了する。

（変形例２）
図６は、変形例２を示す図である。変形例２では、ベース２０に設けられた環状部２０２の外周面と、ステータ２２のフランジ部２２０の外周面とで位置決めを行う。この場合は、円筒状の位置決め部材４１を用いて位置決めを行う。なお、位置決め部材４１は円筒状に限らず、例えば、円筒状部材を周方向に４分割したものを２つ使用し、それらを水平プレートで接続したものでも良い。環状部２０２の外径とフランジ部２２０の外径とは同一に設定され、環状部２０２およびフランジ部２２０の外周面と位置決め部材４１の内周面４００とが嵌め合い関係（すきま嵌め）となっている。位置決め部材４１によってステータ２２の位置決めを行ったならば、ボルト２２２によりステータ２２をベース２０に固定する。ステータ２２をベース２０にボルト固定したならば、位置決め部材４１を外す。

なお、図６に示す例では、環状部２０２の外径とフランジ部２２０の外径とが等しい場合の位置決め部材４１を示したが、例えば、フランジ部２２０の外径が図５のように外周面２２０ａまでであるような形状である場合には、破線で示すような位置決め部材４１とすれば良い。この場合も、ステータ２２の外周面と環状部２０２の外周面とで位置決めが行われる。

（変形例３）
図７は、変形例３を示す図である。変形例３では、ベース２０の内周面２０１とステータ２２の内周面２２ｃとで位置決めを行う。まず、ステータ２２をベース２０上に配置する。次いで、リング状の位置決め部材４２をステータ２２上に配置する。位置決め部材４２の外周面４２０は、ベース２０の内周面２０１と嵌め合い関係（すきま嵌め）になっている。一方、位置決め部材４２に設けられたリング状凸部４２ｃの内周面４２１は、ステータ２２の内周面２２ｃと嵌め合い関係（すきま嵌め）になっている。そのため、外周面４２０と内周面２０１、および、外周面４２１と内周面２２ｃとが嵌め合うことで、ベース２０に対するステータ２２の位置決めが行われる。

ステータ２２はボルト２２２によりベース２０に固定されるが、位置決め部材４２においてボルト２２２に対向する部分には、貫通孔４２ａがそれぞれ形成されている。そのため、位置決め部材４２によりステータ２２の位置決めが成されたならば、貫通孔４２ａを介してボルト２２２による締結作業を行う。ボルト２２２によるステータ２２のベース２０の固定が完了したならば、位置決め部材４２を取り外す。

（変形例４）
図８は、変形例４を示す図である。変形例４では、ベース２０に設けられた環状部２０２の外周面と、ステータ２２の内周面２２ｃとで位置決めを行う。位置決め部材４３はリング状の部材であり、底面側にはリング状の凸部４３ｂ、４３ｃが形成されている。ステータ２２の位置決めを行う際には、外周側の凸部４３ｂの内周面４３０をベース２０の環状部２０２の外周面と嵌め合わせ、かつ、内周側の凸部４３ｃの外周面４３１をステータ２２の内周面２２ｃと嵌め合わせる。その結果、ベース２０に対するステータ２２の位置決めが行われる。次いで、位置決め部材４３に形成された貫通孔４３ａを介してボルト２２２を締結し、ステータ２２をベース２０に固定する。その後、位置決め部材４３を取り外す。

（変形例５）
図９は、変形例５を示す図である。変形例５では、ステータ２２の内周面２２ｃと、ハウジング３０に固定されたメカニカルベアリング３５ａの内周面との間で位置決めが行われる。図９では、メカニカルベアリング３５ａが設けられたハウジング３０の一部を模式的に示しており、図示の関係上、ハウジング３０とそのハウジング３０が固定されるベース２０との位置関係は実際とは異なっている。

位置決め部材４４は、平板部４４ａと、平板部４４ａから図示下方に突出するように設けられた円筒部４４ｂと、平板部４４ａから図示下方に突出し、かつ、円筒部４４と同芯で形成された円柱部４４ｃとを備えている。円柱部４４ｃの外径は、メカニカルベアリング３５ａの内径と嵌め合い（すきま嵌め）の関係に設定されている。また、位置決め部材４４の円筒部４４ｂの外周面４４０とステータ２２の内周面２２ｃとは、すきま嵌めの関係にある。なお、円筒部４４ｂに代えて、例えば、円筒部４４ｂを周方向に４分割したものを２つ設けるようにしても良い。

ベース２０とステータ２２との位置決めを行う際には、円柱部４４ｃがメカニカルベアリング３５ａの内周側に挿入されるように、位置決め部材４４をハウジング３０上に載置する。次いで、位置決め部材４４の円筒部４４ｂがステータ２２の内周側に挿入されるように、ステータ２２をベース２０上に載置する。その結果、ベース２０に対するステータ２２の位置決めが行われる。そして、ボルト２２２を用いてステータ２２をベース２０に固定し、その後、位置決め部材４４をハウジング３０から取り外す。

以上説明したように、本実施の形態の真空ポンプは、円筒状のロータ円筒部１３と、ロータ円筒部１３と協働して気体を排気する円筒状のステータ２２と、ステータ２２が固定される筒状のベース２０と、を備え、ステータ２２は、ベース２０との間に嵌め合い構造を有せず、ベース２０と同芯状態で該ベース２０に固定されている。この場合、径方向隙間Ｇ１の部分は嵌め合い構造ではないので、ステータ２２の熱膨張を考慮して十分大きな隙間に設定することが可能である。その結果、熱膨張によってステータ２２とベース２０とが接触するのを確実に防止することができる。

ステータ２２およびベース２０を同芯状態とするための位置決め治具としては、例えば、位置決めピンがあり、その位置決めピンをベース２０のピン穴２００およびステータ２２のピン穴２２１に係合させることで、ステータ２２およびベース２０を同芯状態とすることができる。ステータ２２をベース２０にボルト固定した後は、位置決めピンを除去するのが好ましい。

さらに、ステータ２２およびベース２０の各々は、同芯状態においては径方向隙間が形成され、かつ、ステータ２２の径方向位置ずれ時には互いに接触してステータ２２とロータ円筒部１３との接触を阻止する当接部（ベース２０の内周面２０１ａとステータ２２の段部２２ｂとが対応）を備えるのが好ましい。この場合、隙間Ｇ２は隙間Ｇ０よりも小さいので、図１１に示すようにステータ２２が横ずれしてベース２０の内周面２０１ａとステータ２２の段部２２ｂとが互いに接触しても、ステータ２２とロータ円筒部１３とが接触することは無い。

なお、上述した実施の形態では、ステータ２２とベース２０とは非嵌め合い構造の径方向隙間Ｇ１等を介して配置され、ボルト固定後に除去される位置決め治具によって同芯状態とされる構成において、隙間Ｇ２を有する当接部を設けた。しかしながら、隙間Ｇ２を有する当接部は、図１０に示すような位置決め構造に対しても適用することができる。

図１０に示す例では、ステータ２２のフランジ部２２０に形成された環状係合部２２０ｃの内周面と、ベース２０の環状部２０２の外周面とが嵌め合いの関係になっている。そのため、ステータ２２が熱膨張すると、環状係合部２２０ｃの内周面とベース２０の環状部２０２の外周面との隙間は増加する。そのため、ステータ２２からベース２０への熱移動が防止される。一方、ステータ２２を固定しているボルト２２２が緩んだ場合、フランジ部２２０のボルト用貫通孔のボルト２２２とのクリアランス分だけ、ステータ２２が横ずれする可能性がある。しかし、そのような横ずれが生じた場合であっても、ベース２０の内周面２０１ａとステータ２２の段部２２ｂとが当接することで、ロータ円筒部１３とステータ２２とが接触するのを防止することができる。

上述した実施形態では、図１１に示すようにステータ２２の段部２２ｂとベース２０の内周面２０１ａとの隙間Ｇ２（＜Ｇ０、Ｇ１、Ｇ３）によって、ステータ２２が横ずれした際におけるステータ２２とロータ円筒部１３との接触を防止するようにした。このような接触防止構造としては、図１２に示すような構成でも良い。図１２（ａ）に示す例では、ステータ２２の段部２２ｂを断熱部材２４の内周面と対向するように形成する。段部２２ｂと断熱部材２４との隙間寸法はＧ２に設定される。そのため、ボルト固定が緩んでステータ２２が軸方向にずれた場合でも、段部２２ｂが断熱部材２４に当接し、ステータ２２とロータ円筒部１３との接触を防止することができる。

断熱部材２４はステータ２２やベース２０よりも熱伝導率が小さな材料で形成される。例えば、ステータ２２およびベース２０をアルミニウム合金で形成し、断熱部材をステンレス材料で形成した場合、温度上昇時の熱膨張によってベース２０の凸部２０ｄ（ベース２０と嵌め合い構造になっている）と断熱部材外周面との隙間は大きくなり、一方、隙間Ｇ２は小さくなる。そのため、熱膨張により凸部２０ｄと断熱部材２４との隙間が大きくなって、ステータ２２が載置されている断熱部材２４自体に横ずれが生じた場合であっても、上述のように隙間Ｇ２が小さくなって断熱部材２４に対するステータ２２の横ずれ量が小さくなるので、ステータ２２の横ずれ量は熱膨張する前の隙間Ｇ２と同程度に抑えることができる。その結果、ステータ２２とロータ円筒部１３との接触を防止することができる。なお、図１２（ｂ）に示すように、断熱部材２４の外周面と嵌め合い構造となっているベース２０の凸部２０ｄが、断熱部材２４の下端部分で嵌め合い構造となっていても良い。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

例えば、上述した実施形態では、ベース２０を貫通するように設けられたステータ加熱部２８を用いてステータ２２を加熱したが、ヒータをステータ２２に埋設するような構成であっても良い。また、ステータ２２をステータ加熱部２８で直接加熱する構造とすることで、ステータ温度がベース温度よりも高温となるように構成されているが、本発明は、気体排気時の気体の発熱によってステータ温度がベース温度よりも高くなるような場合にも適用できる。

また、本発明は、ターボ分子ポンプに限らず、円筒状のロータおよびステータを備える真空ポンプに適用することができる。

１…ターボ分子ポンプ、１０…ロータ、１１…ロータシャフト、１２…回転翼、１３…ロータ円筒部、２０…ベース、２２…ステータ、２２ｂ…段部、２４…断熱部材、２６…排気ポート、２７，２８０…ヒータ、２８…ステータ加熱部、３０…ハウジング、４０〜４４…位置決め部材、２００…ピン穴、２０９…ボルト、２８４：シール部材

Claims (9)

1. 円筒状のロータと、
   前記ロータと協働して気体を排気する円筒状のステータと、
   前記ステータが固定される筒状のベースと、
   前記ステータに固定され、前記ステータを加熱する加熱部と、を備え、
   前記ステータは、前記ベースとの間に嵌め合い構造を有することがない非嵌め合い構造により前記ベースと同芯状態で該ベースに固定されており、
   前記非嵌め合い構造は、前記ステータが径方向に熱膨張したときに前記ステータの外周面と前記ベースの内周面との対向面間に隙間が確保される構造であり、前記ステータの径方向への熱膨張により前記ステータの外周面が前記ベースの内周面に接触する嵌め合い構造に比し、前記加熱部によって加熱された前記ステータの熱が前記ベースへ移動することを抑制する構造である、真空ポンプ。
2. 円筒状のロータと、
   前記ロータと協働して気体を排気する円筒状のステータと、
   前記ステータが固定される筒状のベースと、を備え、
   前記ステータは、前記ベースとの間に嵌め合い構造を有することがない非嵌め合い構造により前記ベースと同芯状態で該ベースに固定されており、
   前記非嵌め合い構造は、前記ステータが径方向に熱膨張したときに前記ステータの外周面と前記ベースの内周面との対向面間に隙間が確保される構造であり、前記ステータの径方向への熱膨張により前記ステータの外周面が前記ベースの内周面に接触する嵌め合い構造に比し、前記ステータの熱が前記ベースへ移動することを抑制する構造であり、
   前記ステータおよび前記ベースには、位置決めピンが挿入されるステータ側ピン穴およびベース側ピン穴が設けられているが、前記ピン穴から前記位置決めピンが除去された状態で前記ステータが前記ベースに設けられ、前記位置決めピンを介した前記ステータから前記ベースへの熱の移動が防止される、真空ポンプ。
3. 請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
   前記ステータに固定され、前記ステータを加熱する加熱部をさらに備え、
   前記ステータが前記同芯状態で前記ベースに固定されることによって形成されている隙間により、前記加熱部によって加熱された前記ステータの熱が前記ベースへ移動することを抑制するように構成されている、真空ポンプ。
4. 円筒状のロータと、
   前記ロータと協働して気体を排気する円筒状のステータと、
   前記ステータが固定される筒状のベースと、を備え、
   前記ステータは、前記ベースとの間に嵌め合い構造を有することがない非嵌め合い構造により前記ベースと同芯状態で該ベースに固定されており、
   前記非嵌め合い構造は、前記ステータが径方向に熱膨張したときに前記ステータの外周面と前記ベースの内周面との対向面間に第１の隙間が確保される構造であり、前記ステータの径方向への熱膨張により前記ステータの外周面が前記ベースの内周面に接触する嵌め合い構造に比し、前記ステータの熱が前記ベースへ移動することを抑制する構造であり、
   前記ステータおよび前記ベースの各々は、
   前記同芯状態においては径方向隙間である第２の隙間が形成され、かつ、前記ステータの径方向位置ずれ時には互いに接触して前記ステータと前記ロータとの接触を阻止する当接部を有し、
   前記同芯状態における前記径方向隙間である前記第２の隙間は、前記同芯状態における前記ステータと前記ロータとの間の前記第１の隙間よりも小さく、かつ、前記ステータの熱膨張による径方向寸法変化よりも大きく設定されている、真空ポンプ。
5. 請求項４に記載の真空ポンプにおいて、
   前記ステータが、前記ステータと前記ベースとの間に設けられた円筒状の断熱部材を介して前記ベースに固定されており、
   前記ステータの外周面と前記断熱部材の内周面との間の隙間である第３の隙間は、前記径方向隙間である前記第２の隙間よりも大きく設定されている、真空ポンプ。
6. 請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の真空ポンプにおいて、
   前記ステータのフランジ部と前記ベースとによって軸方向に挟持され、前記フランジ部の底面と前記ベースの上面との間に隙間が形成されるように前記ステータを軸方向に支持する円筒状の断熱部材を備える、真空ポンプ。
7. 請求項６に記載の真空ポンプにおいて、
   前記ベースを加熱するベース加熱部をさらに備え、
   前記ベース加熱部は、前記断熱部材の断熱性能に応じて前記ベースを加熱して前記ベースと前記ステータとの温度差を小さくし、前記断熱部材を介した前記ステータから前記ベースへの熱移動を抑制するように構成されている、真空ポンプ。
8. 請求項６に記載の真空ポンプにおいて、
   前記ステータ及び前記ベースがアルミニウム合金で形成され、前記断熱部材はステンレスで形成されている、真空ポンプ。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一つに記載の真空ポンプにおいて、
   前記ステータはボルトによって前記ベースに固定されており、
   前記ボルトの座金は前記ベースよりも熱伝導率が小さく、前記座金を介した前記ステータから前記ベースへの熱移動を抑制するように構成されている、真空ポンプ。
   

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