特開 2024-87526 真空ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024087526

(43)【公開日】2024-07-01

(54)【発明の名称】真空ポンプ

(51)【国際特許分類】

   F04D 19/04 20060101AFI20240624BHJP

【ＦＩ】

F04D19/04 H

F04D19/04 B

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022202392

(22)【出願日】2022-12-19

(71)【出願人】

【識別番号】508275939

【氏名又は名称】エドワーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】三輪田 透

(72)【発明者】

【氏名】小川 洋平

(72)【発明者】

【氏名】大立 好伸

(72)【発明者】

【氏名】前島 靖

(72)【発明者】

【氏名】高阿田 勉

【テーマコード（参考）】

3H131

【Ｆターム（参考）】

3H131AA02

3H131BA02

3H131BA11

3H131BA15

3H131CA31

3H131CA34

3H131CA35

(57)【要約】

【課題】ガスの冷却効果を損なうことなく、ガスの温度を安定して制御可能な真空ポンプを提供する。
【解決手段】ケーシング（１２６，１２７）と、ケーシングの内部に、回転自在に支持されたロータ軸（１１３）と、ロータ軸に固定され、ロータ軸と共に回転可能な複数段の回転翼（１０２）と、ケーシングに対して固定され、かつ、複数段の回転翼間に配置される複数段の固定翼（１２３）と、複数段の固定翼を支持する複数段の固定翼スペーサ（１２５）と、を備えた真空ポンプ（１００）であって、複数段の固定翼スペーサのうち１段である特定スペーサ（１２８，２２８）に設けられ、特定スペーサの温度調整を行う温度調整手段（１１０）と、複数段の回転翼と複数段の固定翼で構成されるターボポンプ部のガス流路（Ｆ１）より温度調整手段に近い位置に設けられた温度センサ（１８５）と、を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシングと、
前記ケーシングの内部に、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可能な複数段の回転翼と、
前記ケーシングに対して固定され、かつ、前記複数段の回転翼間に配置される複数段の固定翼と、
前記複数段の固定翼を支持する複数段の固定翼スペーサと、を備えた真空ポンプであって、
前記複数段の固定翼スペーサのうち１段である特定スペーサに設けられ、前記特定スペーサの温度調整を行う温度調整手段と、
前記複数段の回転翼と前記複数段の固定翼で構成されるターボポンプ部のガス流路より前記温度調整手段に近い位置に設けられた温度センサと、
を備えることを特徴とする真空ポンプ。

【請求項2】

請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
前記ケーシングは、前記ロータ軸の外周側に配置される外筒と、前記外筒の下方に配置されるベース部と、を含み、
前記特定スペーサは、前記外筒よりも熱伝導率の高い部材からなることを特徴とする真空ポンプ。

【請求項3】

請求項２に記載の真空ポンプにおいて、
前記特定スペーサは、アルミ材からなることを特徴とする真空ポンプ。

【請求項4】

請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
前記特定スペーサは、前記複数段の固定翼のうち最上段と最下段の間に配置されていることを特徴とする真空ポンプ。

【請求項5】

請求項４に記載の真空ポンプにおいて、
前記特定スペーサが、軸方向において隣接する固定翼スペーサの外周側を覆っていることを特徴とする真空ポンプ。

【請求項6】

請求項５に記載の真空ポンプにおいて、
前記特定スペーサは、前記軸方向において隣接する前記固定翼スペーサを支持する支持部と、前記支持部から径方向の外方に張り出して当該固定翼スペーサの外周側を覆う張出部と、を備え、
前記支持部の厚さより前記張出部の厚さの方が大であることを特徴とする真空ポンプ。

【請求項7】

請求項１に記載の真空ポンプにおいて、
前記温度センサが、径方向における前記ガス流路と前記温度調整手段との間の位置に設けられていることを特徴とする真空ポンプ。

【請求項8】

請求項１～７の何れか１項に記載の真空ポンプにおいて、
前記複数段の回転翼及び前記複数段の固定翼の下流側に配置された、ねじ溝ポンプ部の一部を構成する固定部品を備え、
前記固定部品は、加熱手段により加熱されることを特徴とする真空ポンプ。

【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】

本技術分野の従来技術として、例えば、特許文献１に記載のターボ分子ポンプは、ケーシングとベースとの間に設けられた温調ユニットを備えている。この温調ユニットは、ケーシングとベースとともにポンプ筐体を構成する温調スペーサと、温調スペーサに設けられた冷却水配管、ヒータおよび温度検出部とを含んで構成されている。そして、特許文献１によれば、タービンポンプ部の下流側のステータ翼の温度制御性が向上するとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－０７３９１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の温調ユニットでは、冷却水配管がガス流路に近い位置にあるため、ガスの温度が冷却水冷管の温度の影響を受けやすく、ガス温度の制御が安定しないといった課題がある。

【0005】

そこで、本発明は、ガスの冷却効果を損なうことなく、ガスの温度を安定して制御可能な真空ポンプを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、ケーシングと、前記ケーシングの内部に、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可能な複数段の回転翼と、前記ケーシングに対して固定され、かつ、前記複数段の回転翼間に配置される複数段の固定翼と、前記複数段の固定翼を支持する複数段の固定翼スペーサと、を備えた真空ポンプであって、前記複数段の固定翼スペーサのうち１段である特定スペーサに設けられ、前記特定スペーサの温度調整を行う温度調整手段と、前記複数段の回転翼と前記複数段の固定翼で構成されるターボポンプ部のガス流路より前記温度調整手段に近い位置に設けられた温度センサと、を備えることを特徴とする。

【0007】

上記構成において、前記ケーシングは、前記ロータ軸の外周側に配置される外筒と、前記外筒の下方に配置されるベース部と、を含み、前記特定スペーサは、前記外筒よりも熱伝導率の高い部材からなることを特徴とする。

【0008】

上記構成において、前記特定スペーサは、アルミ材からなることを特徴とする。

【0009】

上記構成において、前記特定スペーサは、前記複数段の固定翼のうち最上段と最下段の間に配置されていることを特徴とする。

【0010】

上記構成において、前記特定スペーサが、軸方向において隣接する固定翼スペーサの外周側を覆っていることを特徴とする。

【0011】

上記構成において、前記特定スペーサは、前記軸方向において隣接する前記固定翼スペーサを支持する支持部と、前記支持部から径方向の外方に張り出して当該固定翼スペーサの外周側を覆う張出部と、を備え、前記支持部の厚さより前記張出部の厚さの方が大であることを特徴とする。

【0012】

上記構成において、前記温度センサが、径方向における前記ガス流路と前記温度調整手段との間の位置に設けられていることを特徴とする。

【0013】

上記構成において、前記複数段の回転翼及び前記複数段の固定翼の下流側に配置された、ねじ溝ポンプ部の一部を構成する固定部品を備え、前記固定部品は、加熱手段により加熱されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る真空ポンプよれば、ガスの冷却効果を損なうことなく、ガスの温度を安定して制御できる。なお、上記した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態に係るターボ分子ポンプの縦断面図である。

【図2】図１に示すターボ分子ポンプのアンプ回路の回路図である。

【図3】電流指令値が検出値より大きい場合におけるアンプ制御回路の制御を示すタイムチャートである。

【図4】電流指令値が検出値より小さい場合におけるアンプ制御回路の制御を示すタイムチャートである。

【図5】図１のＡ部を拡大して示す要部拡大図である。

【図6】図５に示す水冷スペーサの詳細を示す縦断面図である。

【図7】本発明の第２実施形態に係るターボ分子ポンプの縦断面図である。

【図8】図７のＢ部を拡大して示す要部拡大図である。

【図9】図８に示す水冷スペーサの詳細を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に係る真空ポンプの実施形態について、ターボ分子ポンプを例に挙げて、図面を参照しながら説明する。

【0017】

（第１実施形態）
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回転体１０３が備えられている。この回転体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。回転体１０３は、一般的に、アルミニウム又はアルミニウム合金、あるいはステンレスなどの金属によって構成されている。

【0018】

また、図１に示すように、回転体１０３の外周側には、外周部品である水冷スペーサ１２８及びアウターウォール１２６が配置されている。水冷スペーサ１２８は、温度調整手段である円環状の冷却管１１０（図５参照）と、温度センサ１８５とが内蔵されたリング状の部材である。この冷却管１１０に冷却水が供給されることで、水冷スペーサ１２８の周辺の部品が冷却される。即ち、回転体１０３の回転により発生した熱は、水冷スペーサ１２８によって冷却される。アウターウォール１２６は、ターボ分子ポンプ１００の略下半分を囲う円筒状の部材である。水冷スペーサ１２８とアウターウォール１２６とは、外筒１２７の下方に、外筒１２７と同軸上に順に並べて配置される。これら外筒１２７、水冷スペーサ１２８、及びアウターウォール１２６は、複数のボルト１１５により締結されて一体化されており、ベース部１２９と共に回転体１０３を収容するターボ分子ポンプ１００の外装体（ケーシング）を構成している。

【0019】

ここで、水冷スペーサ１２８は、後述する固定翼スペーサ１２５としての機能も備えている。即ち、水冷スペーサ１２８（特定スペーサ）は、複数の固定翼スペーサ１２５のうちの１つ（１段）を構成している。なお、水冷スペーサ１２８は、外筒１２７やアウターウォール１２６より熱伝導率の高い部材、例えば、アルミ材からなる。

【0020】

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回転体１０３の径方向変位を検出し、制御装置１９５に送るように構成されている。

【0021】

この制御装置１９５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。

【0022】

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。

【0023】

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１９５に送られるように構成されている。

【0024】

そして、制御装置１９５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。

【0025】

このように、制御装置１９５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。

【0026】

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１９５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。

【0027】

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１９５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。

【0028】

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。これら複数段の回転翼１０２と複数段の固定翼１２３とにより、ターボポンプ部が構成される。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。

【0029】

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。

【0030】

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（より詳細には、アウターウォール１２６の底部）にはベース部１２９が配設されている。ベース部１２９の上方には排気口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に向かって移送されてきた排気ガスは、排気口１３３へと送られる。

【0031】

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、ねじ溝ポンプ部として機能するネジ付スペーサ１３１が配設される。ネジ付スペーサ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、回転体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。回転体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、かつネジ付スペーサ１３１の内周面に向かって張り出されており、このネジ付スペーサ１３１の内周面と所定の隙間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。

【0032】

より詳細には、ネジ溝１３１ａに案内された排気ガスは、ベース部１２９の上方に形成された環状空間１３５へと送られ、環状空間１３５を周回しながら排気口１３３を介して外部に排出される。この環状空間１３５は、回転体１０３の円筒部１０２ｄ、ネジ付スペーサ１３１、ヒータスペーサ１５３、及びベース部１２９とで仕切られた環状の空間である。

【0033】

ここで、固定部品であるヒータスペーサ１５３は、円筒状に形成された部材であり、本実施形態ではネジ付スペーサ１３１と一体で構成される。即ち、ヒータスペーサ１５３はネジ付スペーサ１３１の一部を構成する。勿論、ヒータスペーサ１５３とネジ付スペーサ１３１とは別体で構成されていても良い。ヒータスペーサ１５３は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属により構成される。ヒータスペーサ１５３には加熱手段としてのヒータ１９０が差し込まれており、ヒータ１９０が発熱することで、ヒータスペーサ１５３を介してネジ付スペーサ１３１が加熱される。また、ヒータ１９０により、環状空間１３５を流れる排気ガスも加熱される。これにより、排気ガスの温度低下による堆積物の生成が抑制される。また、インナースペーサ１５４は、例えばステンレスなどの金属によって構成された円筒状の部材であり、水冷スペーサ１２８と水冷スペーサ１２８より下側の固定翼スペーサ１２５との間を断熱する。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

なお、上記では、ネジ付スペーサ１３１は回転体１０３の円筒部１０２ｄの外周に配設し、ネジ付スペーサ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。

【0038】

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。

【0039】

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。なお、図１に示す通り、ステータコラム１２２は、ベース部１２９の中心位置に立設している。また、本実施形態では、ベース部１２９に冷却手段としての水冷管１４９が設けられている。この水冷管１４９に冷却水が供給されることで、ベース部１２９及びステータコラム１２２は好適な温度に保たれている。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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付近やネジ付スペーサ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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

さらに、アンプ制御回路１９１は、例えば、制御装置１９５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。

【0050】

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。

【0051】

なお、回転体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回転体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）。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

次に、本実施形態に係るターボ分子ポンプ１００の特徴部分について、詳しく説明する。図５は、図１のＡ部を拡大して示す要部拡大図である。図５に示すように、本実施形態では、複数段の固定翼１２３のうち、最上段と最下段との間の位置に水冷スペーサ１２８が配置されている。この水冷スペーサ１２８は、固定翼１２３の軸方向の位置決めを行う固定翼スペーサ１２５としての機能を備え、さらに、固定翼１２３を冷却して、輻射熱により回転翼１０２の温度を下げる役割を果たしている。その結果、水冷スペーサ１２８だけでなく固定翼１２３に接触するガスも冷却されることとなる。

【0058】

水冷スペーサ１２８は、上述したように冷却管１１０及び温度センサ１８５を備えている。冷却管１１０は、水冷スペーサ１２８の外周部に設けられている。温度センサ１８５は、冷却管１１０の径方向内側であって、冷却管１１０の近傍に設けられている。より詳細には、温度センサ１８５は、水冷スペーサ１２８の内周部（ガス流路Ｆ１と接する部分）から距離Ｘ１だけ離れた位置、かつ、冷却管１１０から距離Ｙ１だけ径方向の内側の位置に設けられている。そして、距離Ｘ１は距離Ｙ１に比べてかなり長い。即ち、温度センサ１８５は、ガス流路Ｆ１から離れた位置、かつ、冷却管１１０に接近した位置に設けられている。

【0059】

なお、距離Ｘ１と距離Ｙ１との比は、水冷スペーサ１２８の材質、冷却管１１０を流れる冷却水の流量及び温度、ガス流路Ｆ１を流れるガスの流量及び温度などの仕様に基づいて任意に定められて良いが、例えば、２：１～１０：１程度の範囲内で設定するのが好ましい。

【0060】

水冷スペーサ１２８は外筒１２７とアウターウォール１２６との間に配置され、ボルト１１５により固定されている。また、水冷スペーサ１２８とアウターウォール１２６との間には断熱リング１５５が介在している。この断熱リング１５５により水冷スペーサ１２８とアウターウォール１２６との間が断熱されている。また、外筒１２７と水冷スペーサ１２８との間、及びインナースペーサ１５４と水冷スペーサ１２８との間には、Ｏリング１９２が装着されており、気密性が保たれている。

【0061】

次に、水冷スペーサ１２８の形状について詳しく説明する。図６は、図５に示す水冷スペーサ１２８の詳細を示す縦断面図である。図６に示すように、水冷スペーサ１２８は、支持部１２８ａと、張出部１２８ｂと、を備えている。支持部１２８ａは、軸方向において隣接する固定翼スペーサ１２５を支持すると共に、隣接する固定翼１２３の軸方向（上下方向）の位置決めを行う。張出部１２８ｂは、支持部１２８ａから径方向の外側に張り出して設けられており、テーパ部１２８ｂ－１と胴体部１２８ｂ－２とを有する。

【0062】

テーパ部１２８ｂ－１は、インナースペーサ１５４の上端側の形状に沿うように傾斜している。また、テーパ部１２８ｂ－１の上面には円環状に切り欠かれた段差部１２８ｃが形成されている。

【0063】

胴体部１２８ｂ－２の上面には外周側の端部に円環状の溝部１２８ｄが設けられており、この溝部１２８ｄに冷却管１１０が配置される。また、胴体部１２８ｂ－２の下面には軸方向に沿って細長い取付穴１２８ｅが１カ所設けられている。この取付穴１２８ｅは、温度センサ１８５を挿入するためのものである。なお、符号１１６は、冷却管１１０を覆うためのカバーである。

【0064】

このように、全体として環状に形成された水冷スペーサ１２８は、支持部１２８ａからテーパ部１２８ｂ－１を介して胴体部１２８ｂ－２が下方かつ径方向の外方に延在する構成となっている。そして、支持部１２８ａの厚さ（軸方向の長さ）Ｔ１より、張出部１２８ｂの厚さＴ２の方が大きく、より詳細には、厚さＴ２は、厚さＴ１の約２．５倍程度である。よって、水冷スペーサ１２８は肉厚な張出部１２８ｂによって高い剛性を実現している。この構成により、水冷スペーサ１２８を図５の位置に配置すれば、テーパ部１２８ｂ－１がインナースペーサ１５４の外側を覆うこととなる。

【0065】

次に、このように構成された本実施形態の効果について説明する。

【0066】

本実施形態に係るターボ分子ポンプ１００は、水冷スペーサ１２８を備えている。この水冷スペーサ１２８は、冷却管１１０と温度センサ１８５とを有する。そして、温度センサ１８５は、冷却管１１０の近傍に設けられている。

【0067】

この冷却管１１０に流す冷却水は、温度センサ１８５からの温度データに基づいて、図示しないバルブをオン／オフ動作することによって、コントロールされている。ターボ分子ポンプ１００内の温度が上がった場合には、冷却管１１０のバルブをオンさせ、水冷スペーサ１２８の温度、特に水冷スペーサ１２８の内周部（ガス流路Ｆ１と接する部分）の温度をコントロールしている。

【0068】

上記のような温度制御システムでは、目標温度に対して、オーバーシュートが発生する。しかしながら、前述のように温度センサ１８５が冷却管１１０の近傍にあることで、冷却管１１０の温度を高精度で検出できる。その結果、制御装置１９５が、温度センサ１８５からの温度データに基づいて、ターボ分子ポンプ１００内のガスと接する水冷スペーサ１２８の内周部の温度を高精度で制御できる。また、距離Ｘ１が距離Ｙ１に比べて長いため、冷却管１１０の温度変化に対して、水冷スペーサ１２８の内周部の温度制御にオーバーシュートが生じにくい。即ち、冷却管１１０による温度変化に対する水冷スペーサ１２８の温度変化を鈍化させ、水冷スペーサ１２８の内周部の温度を一定温度に保ちやすくなる。このように、本実施形態によれば、冷却管１１０の冷却効果を損なうことなく、ガス流路Ｆ１と接する水冷スペーサ１２８の内周部の温度を安定して制御可能である。また、水冷スペーサ１２８の内周部の温度が安定することで、固定翼１２３の冷却状態も安定する。その結果、回転翼１０２の温度も安定することとなる。

【0069】

また、水冷スペーサ１２８が外筒１２７及びアウターウォール１２６よりも伝導率の高い部材、具体的にはアルミ材で構成されている。これは、熱伝導率の高い部材を用いて、少ない冷却量で水冷スペーサ１２８の温度を変化させ易くする目的であるが、距離Ｘ２に対し距離Ｘ１を長くすることで、ガス流路Ｆ１と接する水冷スペーサ１２８の内周部において、オーバーシュートを少なくし、目標温度に早く到達させることが出来る。

【0070】

つまり、本実施形態によれば、冷却管１１０の温度変化を冷却管１１０の近傍に配置された温度センサ１８５により高精度で検出することで、冷却管１１０の温度変化を抑えるように制御しつつ、水冷スペーサ１２８の温度を目標温度で制御しやすくする。また、冷却管１１０とガス流路Ｆ１との間を距離Ｘ１だけ離すことで、水冷スペーサ１２８に熱伝導率の高い部材を用いた場合であっても、冷却管１１０の急激な温度変化をガス流路Ｆ１に接する水冷スペーサ１２８の内周面に伝わり難くできる。しかも、水冷スペーサ１２８をアルミ材などの高い熱伝導率を有する部材にすることで、冷却管１１０がガス流路Ｆ１から離れていても、ガス流路Ｆ１に接する水冷スペーサ１２８の内周面の温度を所望の温度に冷却できる。

【0071】

また、温度センサ１８５が冷却管１１０より径方向の内側に設けられているため、水冷スペーサ１２８の周囲部品の温度影響を受けずに、冷却管１１０の温度を高精度で検出できるといった利点もある。

【0072】

なお、冷却管１１０に流す冷却水の温度は任意である。上述したように、水冷スペーサ１２８は、固定翼１２３を冷却することで、輻射熱により回転翼１０２を冷却するためのものであるため、回転翼１０２を冷却するために好適な温度であれば良い。そのため、ターボ分子ポンプ１００内の温度によって、冷却水の温度は１００度未満の場合もあれば、１００度以上となる場合もあり得る。

【0073】

また、水冷スペーサ１２８は、支持部１２８ａと張出部１２８ｂとを備え、張出部１２８ｂが支持部１２８ａより肉厚な構造となっているから、水冷スペーサ１２８の変形、特に、軸方向における曲げ変形を防止できる。また、張出部１２８ｂが、インナースペーサ１５４の上部の形状（テーパ形状）に倣うように、下方の固定翼スペーサ１２５の外周側を覆う構成としたので、インナースペーサ１５４の上部に形成されたデッドスペースを利用して、軸方向の寸法を大きくすることなく、水冷スペーサ１２８の剛性を高めることができる。仮に、水冷スペーサ１２８の剛性を高めるために、張出部１２８ｂが支持部１２８ａから上方に延在する構成にすると、ターボ分子ポンプ１００全体として軸方向に寸法が長くなる。しかし、本実施形態の形状であれば、寸法が大きくならずに済む。

【0074】

また、複数の回転翼１０２及び複数の固定翼１２３の下流側に配置された、ねじ溝ポンプ部の一部を構成する固定部品であるヒータスペーサ１５３にヒータ１９０を設けた構成としているため、排気するガスの温度をより高精度で制御できる。

【0075】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るターボ分子ポンプについて説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係るターボ分子ポンプ２００の縦断面図、図８は、図７のＢ部を拡大して示す要部拡大図である。なお、以下において、第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。

【0076】

これらの図に示すように、第２実施形態では、水冷スペーサの構成が第１実施形態と相違する。具体的には、第１実施形態において、水冷スペーサ１２８は、複数段の固定翼１２３のうち最上段と最下段の間に配置されているが、第２実施形態において、水冷スペーサ２２８は、複数段の固定翼１２３のうち最下段の位置に配置されている。そのため、第１実施形態と第２実施形態とでは、水冷スペーサの形状が異なっている。

【0077】

水冷スペーサ２２８は、第１実施形態と同様にアルミ材からなると共に、冷却管１１０及び温度センサ１８５を備えている。冷却管１１０は、第１実施形態と比べて、水冷スペーサ２２８の外周部より径方向の内側に設けられている。具体的には、冷却管１１０は、水冷スペーサ２２８の内周部（ガス流路Ｆ２に近い側）から距離Ｘ２だけ離れた位置に設けられている。また、温度センサ１８５は、冷却管１１０の径方向外側であって、冷却管１１０の近傍に設けられている。より詳細には、温度センサ１８５は、冷却管１１０から距離Ｙ２だけ径方向の外側の位置に設けられている。そして、距離Ｘ２は距離Ｙ２に比べて若干長い。

【0078】

なお、距離Ｘ２と距離Ｙ２との比は、水冷スペーサ２２８の材質、冷却管１１０を流れる冷却水の流量及び温度、ガス流路Ｆ２を流れるガスの流量及び温度などの仕様に基づいて任意に定められて良いが、例えば、１．５：１～３：１程度の範囲内で設定するのが好ましい。

【0079】

水冷スペーサ２２８は外筒１２７とベース部１２９との間に配置され、ボルト１１５により固定されている。また、外筒１２７と水冷スペーサ２２８との間、及びベース部１２９と水冷スペーサ２２８との間には、Ｏリング１９２が装着されており、気密性が保たれている。

【0080】

次に、水冷スペーサ２２８の形状について詳しく説明する。図９は、図８に示す水冷スペーサ２２８の詳細を示す縦断面図である。図９に示すように、水冷スペーサ２２８は、支持部２２８ａと、張出部２２８ｂと、を備えている。支持部２２８ａは、軸方向において隣接する固定翼スペーサ１２５を支持すると共に、隣接する固定翼１２３の軸方向（上下方向）の位置決めを行う。張出部１２８ｂは、支持部１２８ａから径方向の外側に張り出して設けられている。そして、水冷スペーサ２２８は、支持部２２８ａと張出部２２８ｂとにより断面が略Ｌ字形状をなしている。

【0081】

支持部２２８ａには、Ｏリング１９２を装着するための段差部２２８ｃが設けられている。また、張出部２２８ｂの下面には、円環状の溝部２２８ｄと、取付穴２２８ｅとが設けられている。溝部２２８ｄには冷却管１１０が取り付けられ、取付穴２２８ｅには温度センサ１８５が取り付けられる。

【0082】

この第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。また、第２実施形態は、水冷スペーサ２２８を複数段の固定翼１２３のうち最下段に配置する構成であるため、水冷スペーサ２２８とベース部１２９に直接固定することができる。よって、第１実施形態のようなアウターウォール１２６が不要となり、構造を簡素化できる。

【0083】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例や組合せ例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0084】

１００，２００ ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
１０２（１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ） 回転翼
１０２ｄ 円筒部
１０３ 回転体
１１３ ロータ軸
１１６ カバー
１２２ ステータコラム
１２３（１２３ａ，１２３ｃ、１２３ｃ） 固定翼
１２５（１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ） 固定翼スペーサ
１２６ アウターウォール（ケーシング）
１２７ 外筒（ケーシング）
１２８，２２８ 水冷スペーサ（特定スペーサ）
１２８ａ，２２８ａ 支持部
１２８ｂ，２２８ｂ 張出部
１２８ｂ－１ テーパ部
１２８ｂ－２ 胴体部
１２８ｃ，２２８ｃ 段差部
１２８ｄ，２２８ｄ 円環溝
１２８ｅ，２２８ｅ 取付穴
１２９ ベース部
１３１ ネジ付スペーサ（ねじ溝ポンプ部）
１３３ 排気口
１５３ ヒータスペーサ（固定部品）
１５４ インナースペーサ
１５５ 断熱リング
１８５ 温度センサ
１９０ ヒータ（加熱手段）
１９２ Ｏリング
１９５ 制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】