特許 6232713 真空ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6232713

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】真空ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 19/04 20060101AFI20171113BHJP

   F04D 29/32 20060101ALI20171113BHJP

   F04D 29/64 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   F04D19/04 D

   F04D29/32 C

   F04D29/32 D

   F04D29/64 C

   F04D29/64 F

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-43962(P2013-43962)

(22)【出願日】2013年3月6日

(65)【公開番号】特開2014-173433(P2014-173433A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2015年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100084412

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 冬紀

(72)【発明者】

【氏名】大西 拓人

【審査官】 新井 浩士

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１２７３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０５７８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０４３５５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０５−３３２２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３７９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２１９０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８７５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公開第２４９８３６１（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ １９／０４

Ｆ０４Ｄ ２９／３２

Ｆ０４Ｄ ２９／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャフト側軸状嵌合部と、シャフト側孔状嵌合部とを有するシャフトと、
前記シャフト側軸状嵌合部と嵌合するロータ側孔状嵌合部、および、前記シャフト側孔状嵌合部と嵌合するロータ側軸状嵌合部を有し、前記シャフトとは線膨張係数が異なり、前記シャフトに固定されたロータとを備え、
前記シャフト側軸状嵌合部が前記シャフトの中心に前記シャフトの軸線方向に沿って形成され、かつ、前記ロータ側孔状嵌合部が前記ロータの中心に前記シャフトの軸線方向に沿って形成され、あるいは、前記ロータ側軸状嵌合部が前記ロータの中心に前記シャフトの軸線方向に沿って形成され、かつ、前記シャフト側孔状嵌合部が前記シャフトの中心に前記シャフトの軸線方向に沿って形成され、
前記シャフト側軸状嵌合部と前記ロータ側孔状嵌合部との間の第１の寸法差と、前記シャフト側孔状嵌合部と前記ロータ側軸状嵌合部との間の第２の寸法差とを設定するにあたり、
常温時には、前記シャフト側軸状嵌合部と前記ロータ側孔状嵌合部との間、および、前記シャフト側孔状嵌合部と前記ロータ側軸状嵌合部との間にそれぞれ隙間が形成されており、前記第１および第２の寸法差のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との寸法差である一方の寸法差は、線膨張係数が小さい方の孔状嵌合部と線膨張係数が大きい方の軸状嵌合部との寸法差である他方の寸法差よりも小さくなり、
運転時に所定の温度を超えると、前記シャフト側軸状嵌合部と前記ロータ側孔状嵌合部との間、および、前記シャフト側孔状嵌合部と前記ロータ側軸状嵌合部との間にそれぞれ隙間が形成されており、前記他方の寸法差が前記一方の寸法差よりも小さくなる、あるいは、前記他方の寸法差がゼロ以下となることにより前記他方の隙間がゼロとなるように構成した真空ポンプ。

【請求項2】

請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
前記シャフトの線膨張係数が前記ロータの線膨張係数よりも小さいときは、
常温時には、前記第１の寸法差が、前記第２の寸法差よりも小さくなり、かつ、運転時に所定の温度を超えると、前記第２の寸法差が、前記第１の寸法差よりも小さくなる、あるいは、前記第２の寸法差がゼロ以下となることにより前記隙間がゼロとなる真空ポンプ。

【請求項3】

請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
前記第１の寸法差は、温度が上がるにつれて大きくなり、
前記第２の寸法差は、温度が上がるにつれて小さくなる真空ポンプ。

【請求項4】

請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
前記シャフトの線膨張係数が前記ロータの線膨張係数よりも大きいときは、
常温時には、前記第２の寸法差が、前記第１の寸法差よりも小さくなり、かつ、運転時に所定の温度を超えると、前記第１の寸法差が、前記第２の寸法差よりも小さくなる、あるいは、前記第１の寸法差がゼロ以下となることにより前記隙間がゼロとなる真空ポンプ。

【請求項5】

請求項４に記載の真空ポンプにおいて、
前記第２の寸法差は、温度が上がるにつれて大きくなり、
前記第１の寸法差は、温度が上がるにつれて小さくなる真空ポンプ。

【請求項6】

シャフト側軸状嵌合部を有するシャフトと、
ロータ側軸状嵌合部、および、前記シャフト側軸状嵌合部と嵌合するロータ側孔状嵌合部を有し、前記シャフトとは線膨張係数が異なり、前記シャフトに固定されたロータと、
前記ロータ側軸状嵌合部と嵌合する固定部材側孔状嵌合部を有し、前記シャフトと線膨張係数が同じであり、前記ロータを前記シャフトに固定する固定部材とを備え、
前記シャフト側軸状嵌合部が前記シャフトの中心に前記シャフトの軸線方向に沿って形成され、かつ、前記ロータ側孔状嵌合部が前記ロータの中心に前記シャフトの軸線方向に沿って形成され、あるいは、前記ロータ側軸状嵌合部が前記ロータの中心に前記シャフトの軸線方向に沿って形成され、かつ、前記固定部材側孔状嵌合部が前記シャフトの中心に前記シャフトの軸線方向に沿って形成され、
前記シャフト側軸状嵌合部と前記ロータ側孔状嵌合部との間の第１の寸法差と、前記ロータ側軸状嵌合部と前記固定部材側孔状嵌合部との間の第２の寸法差とを設定するにあたり、
常温時には、前記シャフト側軸状嵌合部と前記ロータ側孔状嵌合部との間、および、前記ロータ側軸状嵌合部と前記固定部材側孔状嵌合部との間にそれぞれ隙間が形成されており、前記第１および第２の寸法差のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との寸法差である一方の寸法差は、線膨張係数が小さい方の孔状嵌合部と線膨張係数が大きい方の軸状嵌合部との寸法差である他方の寸法差よりも小さくなり、
運転時に所定の温度を超えると、前記シャフト側軸状嵌合部と前記ロータ側孔状嵌合部との間、および、前記ロータ側軸状嵌合部と前記固定部材側孔状嵌合部との間にそれぞれ隙間が形成されており、前記他方の寸法差が前記一方の寸法差よりも小さくなる、あるいは、前記他方の寸法差がゼロ以下となることにより前記他方の隙間がゼロとなるように構成した真空ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ターボ分子ポンプにおいては、軸受（磁気軸受またはメカニカルベアリング）により支持されるロータ軸に回転翼が形成されたロータをボルト締結して、一体とする回転体構造が一般的である。その締結構造には、ロータ側に設けられた係合用穴にロータ軸側の係合軸を挿入するか、逆に、ロータ軸側に設けられた係合用穴にロータ側に設けられた係合軸を挿入する嵌め合い構造が採用される。ロータおよびロータ軸が高速回転し、厳しいバランスが要求されるターボ分子ポンプの嵌め合い構造として、一般的には、「焼きばめ」が用いられている（特許文献１、第４０段落参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−２３９４６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

「焼きばめ」は、運転中の嵌め合い部の緩みは少ないものの、締結する際に係合用穴側を加熱するとともに係合軸側を冷却する必要がある。このため、組み付けに時間が掛る。
また、ターボ分子ポンプでは、回転翼やロータ本体のめっき剥離や劣化が生じるため、所定の頻度でロータの修復または交換をする必要がある。しかし、「焼きばめ」では、いったん締結したものを分解するには、嵌め合い部をプレスにより打ち抜かないと係合用穴から係合軸を抜くことが困難であり、修復・交換時の作業に多大な時間を要していた。

【課題を解決するための手段】

【0005】

（１） 請求項１の発明による真空ポンプは、シャフト側軸状嵌合部と、シャフト側孔状嵌合部とを有するシャフトと、シャフト側軸状嵌合部と嵌合するロータ側孔状嵌合部、および、シャフト側孔状嵌合部と嵌合するロータ側軸状嵌合部を有し、シャフトとは線膨張係数が異なり、シャフトに固定されたロータとを備え、シャフト側軸状嵌合部がシャフトの中心にシャフトの軸線方向に沿って形成され、かつ、ロータ側孔状嵌合部がロータの中心にシャフトの軸線方向に沿って形成され、あるいは、ロータ側軸状嵌合部がロータの中心にシャフトの軸線方向に沿って形成され、かつ、シャフト側孔状嵌合部がシャフトの中心にシャフトの軸線方向に沿って形成され、シャフト側軸状嵌合部とロータ側孔状嵌合部との間の第１の寸法差と、シャフト側孔状嵌合部とロータ側軸状嵌合部との間の第２の寸法差とを設定するにあたり、常温時には、シャフト側軸状嵌合部とロータ側孔状嵌合部との間、および、シャフト側孔状嵌合部とロータ側軸状嵌合部との間にそれぞれ隙間が形成されており、第１および第２の寸法差のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との寸法差である一方の寸法差は、線膨張係数が小さい方の孔状嵌合部と線膨張係数が大きい方の軸状嵌合部との寸法差である他方の寸法差よりも小さくなり、運転時に所定の温度を超えると、シャフト側軸状嵌合部とロータ側孔状嵌合部との間、および、シャフト側孔状嵌合部とロータ側軸状嵌合部との間にそれぞれ隙間が形成されており、他方の寸法差が一方の寸法差よりも小さくなる、あるいは、他方の寸法差がゼロ以下となることにより他方の隙間がゼロとなるように構成した真空ポンプ。
（２） 請求項６の発明による真空ポンプは、シャフト側軸状嵌合部を有するシャフトと、ロータ側軸状嵌合部、および、シャフト側軸状嵌合部と嵌合するロータ側孔状嵌合部を有し、シャフトとは線膨張係数が異なり、シャフトに固定されたロータと、ロータ側軸状嵌合部と嵌合する固定部材側孔状嵌合部を有し、シャフトと線膨張係数が同じであり、ロータをシャフトに固定する固定部材とを備え、シャフト側軸状嵌合部がシャフトの中心にシャフトの軸線方向に沿って形成され、かつ、ロータ側孔状嵌合部がロータの中心にシャフトの軸線方向に沿って形成され、あるいは、ロータ側軸状嵌合部がロータの中心にシャフトの軸線方向に沿って形成され、かつ、固定部材側孔状嵌合部がシャフトの中心にシャフトの軸線方向に沿って形成され、シャフト側軸状嵌合部とロータ側孔状嵌合部との間の第１の寸法差と、ロータ側軸状嵌合部と固定部材側孔状嵌合部との間の第２の寸法差とを設定するにあたり、常温時には、シャフト側軸状嵌合部とロータ側孔状嵌合部との間、および、ロータ側軸状嵌合部と固定部材側孔状嵌合部との間にそれぞれ隙間が形成されており、第１および第２の寸法差のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との寸法差である一方の寸法差は、線膨張係数が小さい方の孔状嵌合部と線膨張係数が大きい方の軸状嵌合部との寸法差である他方の寸法差よりも小さくなり、運転時に所定の温度を超えると、シャフト側軸状嵌合部とロータ側孔状嵌合部との間、および、ロータ側軸状嵌合部と固定部材側孔状嵌合部との間にそれぞれ隙間が形成されており、他方の寸法差が一方の寸法差よりも小さくなる、あるいは、他方の寸法差がゼロ以下となることにより他方の隙間がゼロとなるように構成した真空ポンプ。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、ロータとシャフトとの締結作業および分解作業を容易化でき、高温時ロータとシャフトの径方向の位置ズレを小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施の形態の真空ポンプを説明する図である。

【図2】図１の部分ＩＩの拡大断面図である。

【図3】ロータ側嵌合孔とシャフト側嵌合軸との隙間、および、ロータ側嵌合突部とシャフト側嵌合溝との隙間と、温度との関係を示すグラフである。

【図4】第２の実施の形態におけるロータとシャフトの嵌め合い構造を説明する断面図である。

【図5】変形例を説明する図である。

【図6】変形例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

−−−第１の実施の形態−−−
図１〜３を参照して、本発明による真空ポンプの第１の実施の形態を説明する。図１は、第１の実施の形態の真空ポンプを説明する図であり、ターボ分子ポンプを構成するポンプ本体１の断面図である。ターボ分子ポンプは、図１に示すポンプ本体１と不図示のコントロールユニットとで構成される。

【0009】

図１に示したターボ分子ポンプは磁気浮上式のターボ分子ポンプであって、ロータ３０が締結されたロータ軸（シャフト）３３は、ラジアル方向の磁気軸受３７およびスラスト方向の磁気軸受３８によって非接触支持される。シャフト３３の浮上位置は、ラジアル変位センサ２７およびアキシャル変位センサ２８によって検出される。磁気軸受によって回転自在に磁気浮上されたシャフト３３は、モータ３６により高速回転駆動される。

【0010】

シャフト３３の下面には、メカニカルベアリング２９を介してロータディスク３５が取り付けられている。また、シャフト３３の上部側にはメカニカルベアリング２６が設けられている。メカニカルベアリング２６、２９は非常用のメカニカルベアリングであり、磁気軸受が作動していない時にはメカニカルベアリング２６、２９によりシャフト３３が支持される。

【0011】

ロータ３０とシャフト３３とはボルト３４により締結されている。符号ＩＩで示す部分はロータ３０とシャフト３３との嵌め合い部分であり、このような嵌め合い構造とすることにより、高速回転時の遠心力によりロータ３０がシャフト３３に対して径方向にずれるのを防止している。

【0012】

ロータ３０には、複数段の回転翼３２と円筒状のネジロータ３１とが形成されている。一方、固定側には、軸方向に対して回転翼３２と交互に配置された複数段の固定翼２２と、ネジロータ３１の外周側に設けられたネジステータ２４とが設けられている。各固定翼２２は、スペーサリング２３を介してベース２０上に載置される。ポンプケーシング２１をベース２０に固定すると、積層されたスペーサリング２３がベース２０とポンプケーシング２１との間に挟持され、固定翼２２が位置決めされる。本実施の形態の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）においては、回転翼３２およびネジロータ３１が回転側の真空排気機能部を構成し、固定翼２２およびネジステータ２４が固定側の真空排気機能部を構成している。

【0013】

ベース２０には排気ポート２５が設けられ、この排気ポート２５にバックポンプが接続される。ロータ３０を磁気浮上させつつモータ３６により高速回転駆動することにより、吸気口２１ａ側の気体分子は排気ポート２５側へと排気される。

【0014】

図２は、図１の部分ＩＩの拡大断面図であり、以下、ロータ３０とシャフト３３の嵌め合い構造の詳細を説明する。上述したように、ロータ３０は、ボルト３４によってシャフト３３の上端に締結されている。ロータ３０の中心には、シャフト３３の軸線方向に沿って延在する円形断面のロータ側嵌合孔３０１が設けられている。また、シャフト３３の上面に接するロータ３０の下面には、図示下方に突出する厚肉短円筒状のロータ側嵌合突部３０２が設けられている。

【0015】

シャフト３３の上部には、図示上方に突出する円柱状のシャフト側嵌合軸３３１が設けられている。嵌合軸３３１の基端部の周囲には、環状のシャフト側嵌合溝３３２が設けられている。ロータ３０がシャフト３３の上端に取り付けられると、ロータ側嵌合孔３０１にシャフト側嵌合軸３３１が挿入されて嵌合する。また、ロータ３０がシャフト３３の上端に取り付けられると、ロータ側嵌合突部３０２がシャフト側嵌合溝３３２に挿入されて嵌合する。

【0016】

ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との径方向の嵌め合い、および、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との径方向の嵌め合いは、それぞれ、隙間ができるような嵌め合い（すきまばめ）に設定されている。ここで、シャフト側嵌合軸３３１の直径をＡとし、ロータ側嵌合孔３０１の直径をＢとし、ロータ側嵌合突部３０２の直径をＣとし、シャフト側嵌合溝３３２の直径をＤとする。ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との径方向の隙間は、Ｂ−Ａで表され、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との径方向の隙間は、Ｄ−Ｃで表される。以下の説明では、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との間に形成した径方向の隙間を隙間Ｃｒとも呼び、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との間に形成した径方向の隙間を隙間Ｃｓとも呼ぶこととする。

【0017】

本実施の形態では、ロータ３０の材質は、アルミニウム合金であり、シャフト３３の材質は、ステンレスや鋼である。ロータ３０の材質であるアルミニウム合金の線膨張係数は、シャフト３３の材質であるステンレスや鋼の線膨張係数よりも大きい。この線膨張係数の差異により、ロータ３０およびシャフト３３の温度が上昇すると、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒは大きくなり、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓは小さくなる。また、ロータ３０およびシャフト３３の温度が下降すると、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒは小さくなり、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓは大きくなる。

【0018】

そこで、本実施の形態では、後述するように、下記条件（ａ）および（ｂ）をともに満たすように各部の直径Ａ〜Ｄを設定している。
（ａ） 常温時（冷間時）、すなわち、ロータ３０およびシャフト３３の温度が常温である場合には、次の（１）式を満たす。
隙間Ｃｒ ＜ 隙間Ｃｓ
Ｂ−Ａ ＜ Ｄ−Ｃ ・・・（１）
（ｂ） 高温時、すなわち、ターボ分子ポンプの運転によってロータ３０およびシャフト３３の温度が所定の温度Ｔｓを超えた場合には、次の（２）式を満たす。
隙間Ｃｓ ≦ 隙間Ｃｒ
Ｄ−Ｃ ≦ Ｂ−Ａ ・・・（２）

【0019】

すなわち、常温時には、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒの方が、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓよりも小さくなるように各部の直径Ａ〜Ｄを設定している。そのため、常温時には、隙間がより小さい、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との嵌合部分によってロータ３０とシャフト３３との径方向の位置がずれることを防止する。

【0020】

しかし上述したように、ターボ分子ポンプの運転によってロータ３０およびシャフト３３の温度が高くなるにつれて、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒが大きくなる。そのため、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との嵌合部分だけでロータ３０とシャフト３３との径方向の位置ずれ防止する構成であった場合に、ロータ３０とシャフト３３との径方向の位置のずれが大きくなるおそれがある。

【0021】

一方、上述したように、ターボ分子ポンプの運転によってロータ３０およびシャフト３３の温度が高くなるにつれて、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓは小さくなる。そして、ロータ３０およびシャフト３３の温度が所定の温度Ｔｓを超えると、上記条件（ｂ）に記載したように、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒと、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓとの大小関係が逆転する。

【0022】

すなわち、本実施の形態では、ロータ３０およびシャフト３３の温度が所定の温度Ｔｓを超えると、隙間がより小さい、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との嵌合部分によってロータ３０とシャフト３３との径方向の位置がずれることを防止するように構成した。

【0023】

図３は、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒ、および、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓと、温度との関係を示すグラフである。図３に示すように、温度が上昇するにつれて、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒは大きくなり、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓは小さくなる。また、上述した所定の温度Ｔｓでは、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒの大きさと、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓの大きさとが一致する。

【0024】

すなわち、本実施の形態では、ロータ３０およびシャフト３３の温度が所定の温度Ｔｓ以下の場合には、ロータ３０とシャフト３３との径方向の位置ずれは、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒによって規制される。また、ロータ３０およびシャフト３３の温度が所定の温度Ｔｓ以上の場合には、ロータ３０とシャフト３３との径方向の位置ずれは、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓによって規制される。

【0025】

換言すると、ロータ３０およびシャフト３３の温度が所定の温度Ｔｓ以下の場合には、ロータ３０とシャフト３３との径方向の位置ずれの最大値は、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒの値（Ｂ−Ａ）である。ロータ３０およびシャフト３３の温度が所定の温度Ｔｓ以上の場合には、ロータ３０とシャフト３３との径方向の位置ずれの最大値は、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓの値（Ｄ−Ｃ）である。

【0026】

なお、本実施の形態では、設計上許容されるロータ３０およびシャフト３３の最高温度Ｔｍａｘにおいて、上述した２つの嵌合部分がいずれもすきまばめとなるように各部の直径Ａ〜Ｄを設定している。すなわち、最高温度Ｔｍａｘにおける隙間Ｃｒおよび隙間Ｃｓの値は、いずれも正の値である。

【0027】

任意の温度ｔにおける隙間Ｃｒの値Ｃｒ（ｔ）、および、隙間Ｃｓの値Ｃｓ（ｔ）は、次の（３）式および（４）式で与えられる。
Ｃｒ（ｔ）＝｛Ｂ０＋（ｔ−ｔ１）・α１・Ｂ０｝
−｛Ａ０＋（ｔ−ｔ１）・α２・Ａ０｝ ・・・（３）
Ｃｓ（ｔ）＝｛Ｄ０＋（ｔ−ｔ１）・α２・Ｄ０｝
−｛Ｃ０＋（ｔ−ｔ１）・α１・Ｃ０｝ ・・・（４）
ここで、ｔ１は、常温時の温度（たとえば２０℃）である。Ａ０，Ｂ０，Ｃ０，Ｄ０は、それぞれ常温時のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの値である。α１は、ロータ３０を構成する材質（たとえばアルミニウム合金）についての線膨張係数であり、α２は、シャフト３３を構成する材質（たとえばステンレスや鋼材やロータとは線膨張係数が異なるアルミニウム合金）についての線膨張係数である。

【0028】

なお、上述したように、ロータ３０を構成する材質（たとえばアルミニウム合金）についての線膨張係数α１は、シャフト３３を構成する材質（たとえばステンレスや鋼材やロータとは線膨張係数が異なるアルミニウム合金）についての線膨張係数α２よりも大きい。

【0029】

上述した第１の実施の形態では、次の作用効果を奏する。
（１） ロータ３０とシャフト３３との嵌合部分として、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との嵌合部分と、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との嵌合部分を設けるように構成した。そして、常温時には、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒの方が、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓよりも小さくなるように各部の直径Ａ〜Ｄを設定した。また、ロータ３０およびシャフト３３の温度が所定の温度Ｔｓを超えると、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓの方が、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒよりも小さくなるように各部の直径Ａ〜Ｄを設定した。

【0030】

これにより、ロータ３０およびシャフト３３の温度に応じて大きさが変化する２つの嵌合部分のうち、隙間の大きさがより小さくなる方の嵌合部分によってロータ３０とシャフト３３との径方向の位置がずれることを防止できる。そのため、ロータ３０およびシャフト３３とを焼きばめによって締結しなくても、ロータ３０とシャフト３３との径方向の位置ずれを抑制できるので、ロータ３０とシャフト３３との締結作業および分解作業を容易化できる。また、締結作業および分解作業に要する作業時間を短縮化できる。したがって、真空ポンプの製造コストや、ロータ３０やシャフト３３のメンテナンスコストを低減できる。

【0031】

（２） ロータ３０とシャフト３３との材質の違い、すなわち線膨張係数の差異によって、ロータ３０およびシャフト３３の温度が上昇すると、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒが大きくなり、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓが小さくなるように構成した。これにより、ロータ３０およびシャフト３３の温度が変化しても、ロータ３０とシャフト３３との径方向の位置ずれの最大値が大きく変動することを防止できる。したがって、ロータ３０およびシャフト３３の温度が上昇しても、ロータ３０とシャフト３３との径方向の位置のずれを抑制でき、バランスの狂いによる異常振動等の発生を防止できる。また、このことによって、真空ポンプの各部の耐久性を向上できる。

【0032】

（３） 設計上許容されるロータ３０およびシャフト３３の最高温度Ｔｍａｘにおいて、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との嵌合部分、および、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との嵌合部分のいずれもが、すきまばめとなるように各部の直径Ａ〜Ｄを設定した。これにより、これらの嵌合部分における、熱応力が繰り返し作用することを抑制でき、ロータ３０およびシャフト３３の耐久性を向上できる。

【0033】

−−−第２の実施の形態−−−
図４を参照して、本発明による真空ポンプの第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、ロータ３０およびシャフト３３とは異なる部材と、ロータ３０との嵌合部分を有する点で、第１の実施の形態と異なる。

【0034】

図４は、第２の実施の形態におけるロータ３０とシャフト３３の嵌め合い構造を説明する断面図である。本実施の形態では、ロータ３０およびシャフト３３の回転バランスをとるためのバランス取りプレート４０がさらに設けられている。バランス取りプレート４０には、後述するロータ側嵌合突部３０３と嵌合するプレート側嵌合溝４１と、ボルト３４が貫通するボルト貫通孔４２とが設けられている。バランス取りプレート４０は、ボルト３４によってシャフト３３に固定されると、シャフト３３の上面とバランス取りプレート４０の下面との間でロータ３０を挟持する。

【0035】

ロータ３０の上面には、上方に突出してプレート側嵌合溝４１と嵌合するロータ側嵌合突部３０３が設けられている。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態で設けられていたロータ側嵌合突部３０２およびシャフト側嵌合溝３３２は設けられていない。

【0036】

ここで、ロータ側嵌合突部３０３の直径をＣとし、プレート側嵌合溝４１の直径をＤとすると、ロータ側嵌合突部３０３とプレート側嵌合溝４１との隙間は、Ｄ−Ｃで表される。以下の説明では、ロータ側嵌合突部３０３とプレート側嵌合溝４１との隙間を隙間Ｃｐとも呼ぶこととする。

【0037】

ロータ３０およびシャフト３３の温度が上昇すると、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒは大きくなり、ロータ側嵌合突部３０３とプレート側嵌合溝４１との隙間Ｃｐは小さくなる。また、ロータ３０およびシャフト３３の温度が下降すると、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒは小さくなり、ロータ側嵌合突部３０３とプレート側嵌合溝４１との隙間Ｃｐは大きくなる。

【0038】

そこで、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態における条件（ａ）および（ｂ）をともに満たすように、本実施の形態における各部の直径Ａ〜Ｄを設定している。このように各部の直径Ａ〜Ｄを設定することによって、上述した第１の実施の形態の作用効果と同様の作用効果を奏する。

【0039】

また、本実施の形態では、バランス取りプレート４０がロータ３０およびシャフト３３の回転バランスをとる機能と、ロータ３０を固定する機能と、ロータ３０のずれを防止する機能とを兼ね備えているので、部品点数を削減でき、コストダウンを図れる。

【0040】

−−−変形例−−−
（１） 上述した第１の実施の形態では、ロータ３０とシャフト３３との間に２箇所の嵌合部分を設ける例として、図２に示すように、図示上方に突出する円柱状のシャフト側嵌合軸３３１と、環状のシャフト側嵌合溝３３２とが設けられるように構成したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、上述した各実施の形態において図示により説明した内容は、一例であり、本発明はこれに限定されない。

【0041】

図５（ａ）は、第１の実施の形態におけるロータ３０とシャフト３３との嵌合部分を模式的に示した図である。図５（ａ）に示すように、第１の実施の形態では、シャフト３３の中心側に軸状の嵌合部（すなわちシャフト側嵌合軸３３１）を設け、その周囲に溝状（孔状）の嵌合部（すなわちシャフト側嵌合溝３３２）を設けた。そして、ロータ３０の中心側に孔状の嵌合部（すなわちロータ側嵌合孔３０１）を設け、その周囲に軸状の嵌合部（すなわちロータ側嵌合突部３０２）を設けた。

【0042】

これに対して、たとえば図５（ｂ）に示すように、第１の実施の形態とは、各嵌合部における凹凸関係を逆転させてもよい。すなわち、シャフト３３の中心側に孔状の嵌合部（すなわちシャフト側嵌合孔３３４）を設け、その周囲に軸状の嵌合部（すなわちシャフト側嵌合軸３３５）を設ける。そして、ロータ３０の中心側に軸状の嵌合部（すなわちロータ側嵌合突部３０４）を設け、その周囲に溝状（孔状）の嵌合部（すなわちロータ側嵌合溝３０５）を設ける。

【0043】

ロータ側嵌合突部３０４とシャフト側嵌合孔３３４との間に形成した径方向の隙間を隙間Ｃｒ’とも呼び、ロータ側嵌合溝３０５とシャフト側嵌合軸３３５との間に形成した径方向の隙間を隙間Ｃｓ’とも呼ぶ。上述したようにシャフト３３の線膨張係数は、ロータ３０の線膨張係数よりも小さい。そのため、ロータ３０およびシャフト３３の温度が上昇すると、ロータ側嵌合溝３０５とシャフト側嵌合軸３３５との隙間Ｃｓ’は大きくなり、ロータ側嵌合突部３０４とシャフト側嵌合孔３３４との隙間Ｃｒ’は小さくなる。また、ロータ３０およびシャフト３３の温度が下降すると、ロータ側嵌合溝３０５とシャフト側嵌合軸３３５との隙間Ｃｓ’は小さくなり、ロータ側嵌合突部３０４とシャフト側嵌合孔３３４との隙間Ｃｒ’は大きくなる。

【0044】

そこで、第１の実施の形態の条件（ａ）と同様に、温度が上がるにつれて隙間の大きさが大きくなる方の隙間Ｃｓ’の大きさが、常温時に、隙間Ｃｒ’の大きさよりも小さくなるように各部の寸法を設定する。すなわち、常温時には、隙間Ｃｓ’および隙間Ｃｒ’のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部（すなわちシャフト側嵌合軸３３５）と、線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部（すなわちロータ側嵌合溝３０５）との隙間である一方の隙間（すなわち隙間Ｃｓ’）の大きさが、他方の隙間（すなわち隙間Ｃｒ’）の大きさよりも小さくなるように各部の寸法を設定する。

【0045】

また、さらに、第１の実施の形態の条件（ｂ）と同様に、ロータ３０およびシャフト３３の温度が所定の温度Ｔｓを超えた場合には、温度が上がるにつれて隙間の大きさが小さくなる方の隙間Ｃｒ’の大きさが隙間Ｃｓ’の大きさよりも小さくなるように各部の寸法を設定する。すなわち、所定の温度Ｔｓを超えた場合には、線膨張係数が大きい方の軸状嵌合部（すなわちロータ側嵌合突部３０４）と線膨張係数が小さい方の孔状嵌合部（すなわちシャフト側嵌合孔３３４）との隙間（すなわち隙間Ｃｒ’）の大きさが、上記一方の隙間（すなわち隙間Ｃｓ’）の大きさよりも小さくなるように各部の寸法を設定する。

【0046】

（２） 上述した第１の実施の形態では、ロータ３０を構成する材質についての線膨張係数α１が、シャフト３３を構成する材質についての線膨張係数α２よりも大きいものとして説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、ロータ３０を構成する材質についての線膨張係数α１が、シャフト３３を構成する材質についての線膨張係数α２よりも小さくてもよい。この場合には、上述した第１の実施の形態とは異なって、ロータ３０およびシャフト３３の温度が上昇すると、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒは小さくなり、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓは大きくなる。また、ロータ３０およびシャフト３３の温度が下降すると、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との隙間Ｃｒは大きくなり、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との隙間Ｃｓは小さくなる。

【0047】

そこで、ロータ３０を構成する材質についての線膨張係数α１が、シャフト３３を構成する材質についての線膨張係数α２よりも小さい場合には、次の条件を満たすように各部の直径Ａ〜Ｄを設定すればよい。すなわち、ロータ３０およびシャフト３３の温度が常温である場合に、隙間Ｃｓ＜ 隙間Ｃｒとなるように、かつ、ロータ３０およびシャフト３３の温度が所定の温度Ｔｓを超えた場合に、隙間Ｃｒ≦ 隙間Ｃｓとなるように、各部の直径Ａ〜Ｄを設定すればよい。

【0048】

換言すると、常温時には、隙間Ｃｓおよび隙間Ｃｒのうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と、線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との隙間である一方の隙間の大きさが、他方の隙間の大きさよりも小さくなるように各部の寸法を設定する。そして、さらに、所定の温度Ｔｓを超えた場合には、線膨張係数が大きい方の軸状嵌合部と線膨張係数が小さい方の孔状嵌合部との隙間（すなわち他方の隙間）の大きさが、一方の隙間の大きさよりも小さくなるように各部の寸法を設定すればよい。

【0049】

（３） 上述の説明では、最高温度Ｔｍａｘにおいて、ロータ側嵌合孔３０１とシャフト側嵌合軸３３１との嵌合部分、および、ロータ側嵌合突部３０２とシャフト側嵌合溝３３２との嵌合部分のいずれもが、すきまばめとなるように各部の直径Ａ〜Ｄを設定した。すなわち、上述の説明では、最高温度Ｔｍａｘにおいて、隙間Ｃｓおよび隙間Ｃｒの値がいずれもゼロを超えるように設定したが、本発明においてこのことは必須ではない。たとえば、図６に示すように、最高温度Ｔｍａｘにおいて隙間Ｃｓの大きさがゼロ以下となるように、各部の直径Ａ〜Ｄを設定してもよい。この場合には、ロータ３０とシャフト３３との径方向の位置ずれの許容範囲が狭まるので、バランスの狂いによる異常振動等の発生を効果的に防止できる。また、このことによって、真空ポンプの各部の耐久性をさらに向上できる。

【0050】

（４） 上述の説明では、真空ポンプの一例としてターボ分子ポンプを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、たとえばドラッグポンプなどの他の真空ポンプに適用してもよい。
（５） 上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。

【0051】

なお、本発明は、上述した実施の形態のものに何ら限定されず、シャフト側軸状嵌合部と、シャフト側孔状嵌合部とを有するシャフトと、シャフト側軸状嵌合部と嵌合するロータ側孔状嵌合部、および、シャフト側孔状嵌合部と嵌合するロータ側軸状嵌合部を有し、シャフトとは線膨張係数が異なり、シャフトに固定されたロータとを備え、シャフト側軸状嵌合部とロータ側孔状嵌合部との間に形成した第１の隙間と、シャフト側孔状嵌合部とロータ側軸状嵌合部との間に形成した第２の隙間とを設定するにあたり、常温時には、第１および第２の隙間のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との隙間である一方の隙間の大きさは、他方の隙間の大きさよりも小さくなり、運転時に所定の温度を超えると、他方の隙間の大きさは、一方の隙間の大きさよりも小さくなるように構成した各種構造の真空ポンプを含むものである。
また、本発明は、上述した実施の形態のものに何ら限定されず、シャフト側軸状嵌合部を有するシャフトと、ロータ側軸状嵌合部、および、シャフト側軸状嵌合部と嵌合するロータ側孔状嵌合部を有し、シャフトとは線膨張係数が異なり、シャフトに固定されたロータと、ロータ側軸状嵌合部と嵌合する固定部材側孔状嵌合部を有し、シャフトと線膨張係数が同じであり、ロータをシャフトに固定する固定部材とを備え、シャフト側軸状嵌合部とロータ側孔状嵌合部との間に形成した第１の隙間と、ロータ側軸状嵌合部と固定部材側孔状嵌合部との間に形成した第２の隙間とを設定するにあたり、常温時には、第１および第２の隙間のうち、線膨張係数が小さい方の軸状嵌合部と線膨張係数が大きい方の孔状嵌合部との隙間である一方の隙間の大きさは、他方の隙間の大きさよりも小さくなり、運転時に所定の温度を超えると、他方の隙間の大きさは、一方の隙間の大きさよりも小さくなるように構成した各種構造の真空ポンプを含むものである。

【符号の説明】

【0052】

１ ポンプ本体、３０ ロータ、３３ ロータ軸（シャフト）、４０ バランス取りプレート、４１ プレート側嵌合溝、３０１ ロータ側嵌合孔、３０２ ロータ側嵌合突部、３３１ シャフト側嵌合軸、３３２ シャフト側嵌合溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】