真空ポンプ
【課題】ロータやステータが高温になっても、ポンプの排気や圧縮等の性能を向上させるとともに、ポンプの小型化と必要な動力も最少にすることができるようにした真空ポンプを提供する。
【解決手段】複数のローブ７２を軸方向に沿って多段に配置した一対のロータ７４を、該ローブ７２を互いに近接させて互いに平行にポンプケーシング７６内に配置した真空ポンプにおいて、ポンプケーシング７６は、ロータ７４の軸方向に移動自在で、ローブ７２の周囲を包囲して該ローブ７２との間でガス排気部を構成するケーシング７６ｄを備え、ローブ７２とケーシング７６ｄとの間のロータ７４の軸方向に沿った距離を、ロータ７４の回転中にケーシング７６ｄをロータ７４の軸心方向に沿って移動させて調整する距離調整機構８８，９９を有する。
【解決手段】複数のローブ７２を軸方向に沿って多段に配置した一対のロータ７４を、該ローブ７２を互いに近接させて互いに平行にポンプケーシング７６内に配置した真空ポンプにおいて、ポンプケーシング７６は、ロータ７４の軸方向に移動自在で、ローブ７２の周囲を包囲して該ローブ７２との間でガス排気部を構成するケーシング７６ｄを備え、ローブ７２とケーシング７６ｄとの間のロータ７４の軸方向に沿った距離を、ロータ７４の回転中にケーシング７６ｄをロータ７４の軸心方向に沿って移動させて調整する距離調整機構８８，９９を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータとステータの相互作用によりガスを排気するガス排気部を有する真空ポンプに関し、より詳しくは、ロータとステータとの間の距離を微少に設定してロータを回転させることで、ポンプの排気能力を引き出すようにした真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプケーシングの内部に、ロータとステータの相互作用によりガスを排気するガス排気部を有する従来の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の一例を図６に示す。この真空ポンプは、ポンプケーシング１０の内部にロータ（回転部）Ｒとステータ（固定部）Ｓが収容され、これらの間にタービン翼部からなる軸方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ１及びディスク型ロータ部からなる径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２が構成されている。ステータＳは、基部１４と、その中央に立設された固定筒状部１６と、軸方向翼排気部Ｌ１及び径方向翼排気部Ｌ２の固定側部分とから主に構成されている。また、ロータＲは、固定筒状部１６の内部に挿入された主軸１８と、それに取付けられたロータ本体２０から構成されている。
【０００３】
主軸１８と固定筒状部１６の間には、駆動用モータ２２と、その上下に上部ラジアル軸受２４及び下部ラジアル軸受２６が設けられている。そして、主軸１８の下部には、主軸１８の下端のターゲットディスク２８ａと、ステータＳ側の上下の電磁石２８ｂを有するアキシャル軸受２８が配置され、更に、固定筒状部１６の上下２カ所には、タッチダウン軸受２９ａ，２９ｂが設けられている。
【０００４】
このような構成により、ロータＲの主軸１８は、５軸制御型磁気軸受により支承され、駆動用モータ２２の駆動に伴って回転する。５軸制御型磁気軸受を更に詳しく説明すると、次のようになる。すなわち、５軸制御型磁気軸受は、図８に示すように、上部ラジアル軸受２４の配置位置で主軸１８に直交する平面で互いに直交するＸ１，Ｙ１軸の計２軸と、下部ラジアル軸受２６の配置位置で主軸１８に直交する平面で互いに直交するＸ２，Ｙ２軸の計２軸と、主軸１８の軸心に沿ったＺ軸の方向の合計５軸方向で主軸１８の位置制御を行って、主軸１８を支承するようにしたものである。
【０００５】
ここで、上下ラジアル軸受２４，２６は、主軸１８の外周面の位置をセンシングするラジアルセンサと、このラジアルセンサの位置信号に基づいて主軸１８を上下ラジアル軸受２４，２６のステータ内径部の中心位置に保持するように吸引する電磁石から構成されている。これらのラジアルセンサと電磁石は、それぞれ主軸１８を中心に対向した位置に配置されている。
【０００６】
一方、アキシャル軸受２８は、主軸１８の下端部に設けられたターゲットディスク２８ａと該ターゲットディスク２８ａの位置をセンシングするステータ側に設けられたアキシャルセンサ（変位センサ）により主軸１８のＺ軸方向の位置をセンシングし、このセンサ出力に基づいて、アキシャル軸受２８の上下の電磁石２８ｂのターゲットディスク２８ａに対する磁気吸引力を調整することにより、主軸１８をＺ軸方向の予め設定された位置に保持するようになっている。アキシャル軸受２８のＺ軸方向の位置制御は、より詳しくは、ターゲットディスク２８ａが、上下の電磁石２８ｂ間の一定の位置に位置するように行われる。このような構成によって、ロータＲが５軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。
【０００７】
軸方向翼排気部Ｌ１のロータ本体２０の上部外周には、円盤状の回転翼３０が一体に形成され、ポンプケーシング１０の内面には、固定翼３２が回転翼３０と交互に配置されて設けられている。各固定翼３２は、その縁部を固定翼スペーサ３４で上下から押さえられて固定されている。回転翼３０には、内周部のハブと外周部のフレームの間に径方向に延びる傾斜した羽根（図示略）が放射状に設けられており、この高速回転によって気体分子に軸方向の衝撃を与えて排気を行うようになっている。
【０００８】
径方向翼排気部Ｌ２は、軸方向翼排気部Ｌ１の下流側、つまり下方に設けられており、軸方向翼排気部Ｌ１とほぼ同様に、ロータ本体２０の外周に円盤状の回転翼３６が一体に形成され、ポンプケーシング１０の内面には、固定翼３８が回転翼３６と交互に配置されて設けられている。各固定翼３８は、その縁部を固定翼スペーサ４０で上下から押さえられて固定されている。
【０００９】
各固定翼３８は、中空の円板状に形成されており、図７に示すように、その表裏面に、中央の穴４２と周縁部４４の間に渡って螺旋状（渦巻状）の突条部４６が設けられ、それら突条部４６の間に外側に向かって広がる螺旋状溝４８が形成されている。各固定翼３８の表の面すなわち上側の面の螺旋状突条部４６は、図７に矢印Ａで示す回転翼３６の回転に伴い、気体分子が、実線の矢印Ｂで示すように内側に向かって流れるように形成されており、一方、各固定翼３８の裏の面すなわち下側の面の螺旋状突条部４６は、矢印Ａで示す回転翼３６の回転に伴い、気体分子が、破線の矢印Ｃで示すように外側に向かって流れるように形成されている。
【００１０】
なお、この例では、固定翼３８の表裏両面に突条部４６を設けた例を示しているが、表面のみ、或いは裏面のみに突条部４６を設けたり、固定翼３８には突条部４６を設けず、回転翼３６に同様の突条部を設けたり、更には、回転翼と固定翼の両方に突条部を設けることも行われている。
このような固定翼３８は、通常半割体として、或いは３分割以上として形成し、これを回転翼３６と交互になるように固定翼スペーサ４０を介して組み上げてからポンプケーシング１０内に挿入する。
【００１１】
これによって、径方向翼排気部Ｌ２において、軸方向の短いスパンの間に固定翼３８と回転翼３６の間をジグザグに上から下へ向かって進む長い排気経路が構成されて、軸方向の長さを大きくすることなく、高い排気・圧縮性能を有するようになっている。
【００１２】
図９は、従来の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の他の例を示すもので、この例の図６に示す例と異なる点は、図６に示す径方向翼排気部Ｌ２の代わりに、溝排気部（ガス排気部）Ｌ３を備え、更にポンプケーシング１０の下部外周部及び排気口５０を有する排気口構成部材５２の外周部に、ここを流れるガスを加熱するヒータ５４，５６を配置した点にある。
【００１３】
すなわち、軸方向翼排気部Ｌ１の下方には、ロータ本体２０の下端に連接した回転筒状部５８の外周面に形成したねじ溝５８ａと、このねじ溝５８ａの外周部を囲むようにステータＳに固定されて配置されたねじ溝部スペーサ６０とから、高速回転するロータのねじ溝５８ａのドラッグ作用によって排気を行う溝排気部Ｌ３が備えられている。
【００１４】
このように軸方向翼排気部Ｌ１の下流側にねじ溝排気部Ｌ３を有することで、広い流量範囲に対応可能な広域型ターボ分子ポンプが構成される。この例では、ねじ溝排気部Ｌ３のねじ溝５８ａをロータＲ側に形成した例を示しているが、ねじ溝をステータＳ側に形成することも行われている。
【００１５】
図１０及び図１１は、従来の容積式真空ポンプ（ルーツ型真空ポンプ）の一例を示す。これは、いわゆるルーツ型の多段ポンプであり、主軸７０と該主軸７０長さ方向に沿って所定の間隔で形成された複数のローブ（歯部）７２を有するロータ７４を備えている。そして、吸気口７６ａと吐出口７６ｂを有するポンプケーシング（ステータ）７６の内部に、一対のロータ７４が互いに平行に、軸受７８ａ，７８ｂを介して回転自在に支持されて配置され、ロータ７４の一端にモータ７９が連結されている。この例は、図１１に示すように、３つのローブ（歯部）７２を有する３葉タイプのロータ７４を噛み合わせて構成されたルーツ型多段ポンプを示している。
【００１６】
このような真空ポンプは、ロータ（ローブ）の形状により、軸方向からロータを見た場合に２葉又は３葉タイプのものをルーツ型真空ポンプ、突起部を円筒に螺旋状に形成したタイプのものをスクリュー型真空ポンプと呼んでいる。排気構造は、一対のロータ７４が互いに平行に近接して配置され、このロータ７４のローブ７２を覆うポンプケーシング（ステータ）７６と、この２つのローブ７２が形成する空間でガス排気路を形成し、主軸７０の回転方向に順次排気ガスを圧縮排気するようになっている。このような排気原理の為、ローブ（ロータ）７２とポンプケーシング（ステータ）７６の隙間は、非常に微小な寸法に設定されている。この微小な寸法は、ポンプ運転中におけるロータ７４の主軸７０の回転方向及び径方向への寸法変化を考慮して、組立て時の初期設定で決められている。
【００１７】
つまり、主軸７０と主軸７０を支承する軸受７８ａ，７８ｂ、及び軸受７８ａ，７８ｂとステータ７６の組立て状態は、モータ７９側に位置する軸受７８ａにより主軸７０の軸方向の位置決めを行い、ポンプ運転中の主軸７０の温度上昇による寸法変化を考慮して、反モータ側に位置する軸受７８ｂは、主軸７０の軸方向の寸法変化（寸法拡大）を許容するようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
前記のような従来の真空ポンプにあっては、その排気原理上、ガス排気部を構成するロータとステータとの間の隙間は、非常に微小に設定されている。特に、図６に示す真空ポンプの径方向翼排気部Ｌ２は、排気されるガスが粘性の殆どない、いわゆる分子流状態で排気能力が十分に発揮される軸方向翼排気部Ｌ１から流れてきたガスを、該軸方向翼排気部Ｌ１より圧力が高くなるように更に圧縮を行う排気部であり、排気ガスの粘性を利用した排気部となる。このため、径方向翼排気部Ｌ２のロータ（回転翼３６）とステータ（固定翼３８）との間の隙間は、軸方向翼排気部Ｌ１のロータ（回転翼３０）とステータ（固定翼３２）との間の隙間より小さな寸法に設定されている。具体的には、軸方向翼排気部Ｌ１のロータとステータとの間の軸方向の隙間は、１〜５ｍｍ程度の数ｍｍオーダであるのに対して、径方向翼排気部Ｌ２の同寸法は、１ｍｍ以下となる。
【００１９】
また、同様に図９に示す真空ポンプのように、図１と同様に排気ガスの粘性を利用したねじ溝排気部（ガス排気部）Ｌ３にあっても、ロータ（回転筒状部５８）とステータ（ねじ溝部スペーサ６０）との間の隙間（軸心に対して垂直な方向の間隔）は、同様に１ｍｍ以下となる。
【００２０】
更に、図１０に示す容積型真空ポンプの場合は、図６及び図９に示す真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）より、より高い圧力（大気圧近傍）で運転されるため、ロータとステータとの間の隙間をより小さくして、高い圧力部から低い圧力部への逆流を防止する、いわゆるロータとステータとの間のシール能力を高める必要がある。このため、ロータとステータとの間の軸心方向及び軸心に垂直な方向の隙間は、ポンプ運転（ロータ回転）時に、共に０．１ｍｍ以下、より詳しくは数１０μｍになるように設定される。
【００２１】
ここで、これらの真空ポンプの構成部品は、主に金属材料で構成されており、温度の上昇に伴って、真空ポンプの構成部品の寸法が変化する。真空ポンプのポンプケーシングの内部は真空状態となり、排気路を構成するロータ及びステータも、運転時には真空断熱状態となる。一方、真空ポンプ内では、ガスを排気するためにガスの攪拌及び圧縮の状態が繰り返され、それによる攪拌熱、圧縮熱を生じる。更に、ロータに回転運動を与えるために、モータには動力が供給されるが、運転中は、ポンプの負荷に応じてモータ部の発熱も増減する。これらの発熱源により、ロータ及びステータは、運転中、高温状態となり、前述のような寸法変化を生じることになる。
【００２２】
このため、ロータとステータとの間の隙間を所望の寸法に設定するには、ロータとステータの初期（高温ではない、いわゆる常温・室温）時の位置関係や寸法を、運転時の温度上昇分を考慮して設定する必要がある。真空ポンプには、前記発熱による過剰な温度上昇を防止するため、一般に水冷や空冷等の冷却手段が講じられているが、冷媒の温度やポンプ周りの外気温等により、冷却の効果が左右される可能性が高く、ロータとステータの温度管理の上では十分ではない。このため、ロータとステータの初期の位置や隙間寸法は、十分な安全率を有するように設定する必要があり、その結果、ポンプの排気性能を十分引き出すことができない。また、排気すべきガスが、真空ポンプ内部で圧力が上昇して、当初の気体の状態から固体の状態に変化する性質を有する場合、固体（反応生成物）がロータとステータとの間の隙間に入り込み、ポンプの運転を不能にしてしまうことがある。このような問題を防止する為、排気路をヒータ等で加熱して高温に保持する方法が採用されているが、このような場合には、ロータやステータが局所的に高温になり、適正な隙間寸法を確保できないという問題があった。
【００２３】
上述のように、ロータとステータとの間の隙間が適正に確保されない場合には、ポンプの排気性能が低下するばかりでなく、更に次のような問題も生じる。つまり、図６に示す真空ポンプの径方向翼排気部Ｌ２のように、ディスク型のロータ（回転翼３６）が、ディスクの表面でステータ（固定翼３８）と微少隙間を形成している場合、ロータが高温に曝されて軸心方向に膨張し、回転翼３６の吸気側の面（表面）と固定翼３８との間の隙間が大きくなると、モータに供給される動力の内、実際のガス排気に供される動力は減少して、隙間が大きくなった部分で単なるガスの攪拌に供される動力分が増加する。これによって、モータの実際のガス排気に供されない無駄な動力が増加し、それに伴って、ポンプ内部での発熱も増加して、ロータとステータとの間の隙間が更に不適正な寸法になり、ポンプのロータの許容温度や、他のロータとステータとの間の隙間寸法等の制限により、運転不可能となることもある。
【００２４】
以上のような問題は、図１０に示す容積型真空ポンプにおいても同様であり、特に図１０に示す真空ポンプでは、ロータの段数が多くなるに従って主軸の長さが長くなり、それに伴い、ポンプ運転時におけるロータとステータとの間の軸心方向に沿った隙間寸法の変化が大きくなる。これに対処するには、ロータとステータとの間の軸心方向に沿った隙間を予め大きく設定する必要があり、上述のような問題が助長されてしまう。
【００２５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、ロータやステータが高温になっても、ポンプの排気や圧縮等の性能を向上させるとともに、ポンプの小型化と必要な動力も最少にすることができるようにした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】
【００２６】
請求項１に記載の発明は、複数のローブを軸方向に沿って多段に配置した一対のロータを、該ローブを互いに近接させて互いに平行にポンプケーシング内に配置した真空ポンプにおいて、前記ポンプケーシングは、前記ロータの軸方向に移動自在で、前記ローブの周囲を包囲して該ローブとの間でガス排気部を構成するケーシングを備え、前記ローブと前記ケーシングとの間の前記ロータの軸方向に沿った距離を、前記ロータの回転中に前記ケーシングをロータの軸心方向に沿って移動させて調整する距離調整機構を有することを特徴とする真空ポンプである。
【００２７】
これにより、ポンプの運転（ロータの回転）中に、ガス排気部を構成するロータとステータとの間の隙間を最適に調整（制御）することで、ポンプの排気能力を最適に保つとともに、ポンプの排気作用に直接的に寄与しない無駄な動力を低減させて、ポンプの排気性能向上と共にポンプの運転時の省エネルギを図ることができる。また、ポンプの局所的な加熱及び冷却によるロータとステータとの間の距離が部分的に不適正となる状態を回避することができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明は、前記距離調整機構は、前記ロータの自由端までの距離を検出する距離検出部と、この距離検出部からの信号に基づいて、前記ロータを軸心方向に沿って移動させる駆動部とを有することを特徴とする請求項１記載の真空ポンプである。
【００２９】
これにより、ロータとステータの距離を常時認識し、この距離に基づいて、ロータとステータの距離を適正な値に調整（制御）することができる。従って、ロータとステータの距離を初期に設定しておき、ポンプの運転状態（ガス量や圧力、冷却状態）等で予想されるロータとステータの距離の変化を考慮する方法と比較して、ロータとステータの距離制御の精度を格段に向上させることができ、ポンプの排気性能向上及び省エネルギとともに、ポンプに動力を供給するコントローラの小型化も図れる。
【００３０】
請求項３に記載の発明は、前記ロータと前記ケーシングは、同一の材料、若しくは熱膨張係数のほぼ等しい材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の真空ポンプである。
【００３１】
これにより、温度変化に伴うロータとステータとの間の距離の変化を最少にするとともに、ロータ及び／またはステータの制御量も少なく設定することができ、条件が許せば制御量を無くすることもできる。ロータとステータの材料は、熱膨張係数の小さいものが望ましく、この材料としては、例えば、ＳｉＣやＳｉ３Ｎ４等のセラミックスや比密度の高いアルミニウムとセラミックス材料等の複合材料等が挙げられる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、ポンプの運転（ロータ回転）中に、ガス排気部を構成するロータとステータの隙間を最適に制御することにより、ポンプの排気や圧縮等の性能を向上させるとともに、ポンプの小型化と必要な動力も最少にすることができ、これによって、省エネルギ、省スペース化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図６乃至図１１に示す従来例と同一または相当部材には、同一符号を付してその説明を一部省略する。
【００３４】
図１は、真空ポンプの要部を示す断面図である。この例は、図６に示す径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を有する真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）で、ポンプケーシング１０の内部に、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８とが交互に配置されて、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２が構成されている。また、主軸１８は、図６に示す従来例と同様に、上下ラジアル軸受（図示せず）とアキシャル軸受２８により、５軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。
【００３５】
固定翼３８は、浮遊体８０に一体に設けられ、この浮遊体８０は、空中に浮遊した状態で、ロータの軸心方向に沿って移動（上下動）自在にポンプケーシング１０に保持されている。つまり、この浮遊体８０は、回転翼３６の周囲を囲繞する円筒状部８２を有し、この円筒状部８２の内周面の上下方向に沿った所定の位置に固定翼３８が一体に連接されている。また、この浮遊体８０の外周面にはフランジ部８４が、ポンプケーシング１０の内周面の該フランジ部８４に対応する位置に凹部１０ａがそれぞれ設けられ、この凹部１０ａの側面（上下面）に、一対の電磁石等のアクチュエータからなる駆動部８６が埋設されている。そして、ポンプケーシング１０の凹部１０ａ内に浮遊体８０のフランジ部８４を位置させ、このフランジ部８４を一対の駆動部（電磁石）８６で挟み、この駆動部８６の吸引力を調整することで、浮遊体８０を上下動自在に空中に浮遊させて保持するようになっている。
【００３６】
更に、固定筒状部（ステータ）１６の最下段に位置する回転翼３６と対面する位置に、該回転翼３６までの距離を検出する距離検出センサ（距離検出部）８８が設けられている。
上記により、ロータの回転中に、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を構成する回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄを調整する距離調整機構が構成されている。
【００３７】
つまり、この例によれば、ポンプ運転（ロータ回転）中に、最下段に位置する回転翼（ロータ）３６と該回転翼３６に対面する固定筒状部（ステータ）１６との距離を距離検出センサ８８によって検出し、この検出値に基づいて、駆動部８６を介して固定翼３８をロータの軸心方向に沿って移動（上下動）させ、これによって、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を構成する回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄを調整（制御）するようになっている。
【００３８】
このように、ポンプの運転（ロータの回転）中に、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を構成する回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄを調整（制御）することで、ポンプの排気能力を最適に保つとともに、ポンプの排気作用に直接的に寄与しない無駄な動力を低減させて、ポンプの排気性能向上と共にポンプの運転時の省エネルギを図ることができる。また、ポンプの局所的な加熱及び冷却によるロータとステータとの間の距離が部分的に不適正となる状態を回避することができる。
浮遊体８０の円筒状部８２の上下端部における外周面と、ポンプケーシング１０の内周面との間には、円筒状部８２の裏面側にガスが回り込むのを防止する、弾性体からなるシール材９０が介装されている。
【００３９】
なお、この例では、距離検出センサ８８を別途設けた例を示しているが、アキシャル軸受２８に備えられている変位センサを兼用するようにしてもよく、また、距離検出センサをステータの周方向に複数箇所に設けたり、ロータを挟み込むように対向して設けたりするようにしてもよい。
【００４０】
ここで、距離検出センサ８８は、ロータが高速回転するため、非接触方式のものが望ましく、ロータの金属部をターゲットとした渦電流型センサや誘導型センサまたは光を利用した光センサ等が用いられる。なお、ロータが非金属性の場合は、金属性部分を追加して設けてもよい。また、距離検出センサ８８は、ロータＲとステータＳとの位置関係において、ロータとステータの距離が最少になるステータ側の箇所や、相対的に排気ガスの腐食等の影響を受けにくいステータＳ側の箇所に設置することが望ましい。
【００４１】
また、この例においては、駆動部８６によって固定翼３８を移動させるようにしているが、ステータに設けた距離検出センサ８８の検出値に基づいて、アキシャル軸受２８の電磁石２８ｂの吸引力を調整して、ロータの浮上位置をポンプの運転（ロータ回転）中に変化させるようにしてもよい。これにより、ロータとステータの距離の制御がより正確になり、制御可能域も広くとることができる。
【００４２】
更に、ロータやステータを熱膨張係数の少ない材料で構成することが好ましく、これにより、必要な制御量を可及的に少なくすることができる。また、熱膨張係数の同じ材料でロータとステータを構成すればより好ましい。熱膨張係数の小さい材料としては、ＳｉＣやＳｉ３Ｎ４等のセラミックスや、セラミックスと他の金属材料との複合材料等が挙げられる。
【００４３】
図２は、他の真空ポンプの要部を示す断面図である。この例は、図１に示す例と同様に、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８とから構成される径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を有する真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）で、固定翼３８は、基台部３８ａと、回転翼３６と対向する平板状の可動部３８ｂとから構成されている。そして、基台部３８ａと可動部３８ｂとの間に、温度の変形によって寸法が変化する、例えば形状記憶合金等からなる熱変形部材（駆動部）９２が挿入され、これによって、ロータの回転中に、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を構成する回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄを調整する距離調整機構が構成されている。
【００４４】
この例によれば、真空ポンプの運転によりロータ及び／又はステータの温度が変化した時に、その温度変化に伴って、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄが予め設定された所望の値になるように、熱変形部材９２を熱変形させることで、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との距離を常に一定に維持・確保することができる。
【００４５】
図３は、更に他の真空ポンプの要部を示す断面図である。この例は、図１に示す例と同様に、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８とから構成される径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を有する真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）で、固定翼３８を基台部３８ａと、回転翼３６と対向する平板状の可動部３８ｂとで構成し、かつ基台部３８ａと可動部３８ｂとの間に、ピエゾ素子等の圧電素子（駆動部）９４を配置し、更に、基台部３８ａに回転翼３６との距離を検出する距離検出センサ８８を設けて、ロータの回転中に、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を構成する回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄを調整する距離調整機構を構成している。
【００４６】
この例によれば、距離検出センサ８８の検出値に基づいて圧電素子９４に供給する電力を制御することにより、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との距離Ｄを正確にかつ精度よく制御することができる。なお、構成を簡単にするために、距離検出センサを設けることなく、ロータやステータの温度をサーミスタや熱電対等の温度センサで検出して、予め設定された電力を圧電素子９４に供給して、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との距離Ｄを制御するようにしてもよい。なお、前述のように、ステータの位置制御と、アキシャル軸受２８によるロータの位置制御とを併用することもできる。
【００４７】
図４は、更に他の真空ポンプの横断面図である。この例は、図９に示す溝排気部（ガス排気部）Ｌ３を有する真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）で、ポンプケーシング１０の内部に、外周面にねじ溝５８ａ（図９参照）を有する回転筒状部（ロータ）５８と、該回転筒状部５８の周囲を包囲するねじ溝部スペーサ（ステータ）６０が同心状に配置されて、溝排気部（ガス排気部）Ｌ３が構成されている。
【００４８】
ここで、ねじ溝部スペーサ６０は、軸方向に２分割した分割体６０ａ，６０ｂを該分割体６０ａ，６０ｂの分割面で突合せ、この突合せ面にシールを兼用する弾性体９６を介在させて構成されている。そして、このねじ溝部スペーサ６０とポンプケーシング１０との間に、各分割体６０ａ，６０ｂの背部に位置してアクチュエータや圧電素子等の駆動部９８が配置され、更にねじ溝部スペーサ６０に回転筒状部５８との距離（隙間）を検出する距離検出センサ８８が配置されている。これによって、ロータの回転中に、溝排気部（ガス排気部）Ｌ３を構成する回転筒状部（ロータ）５８とねじ溝部スペーサ（ステータ）６０との間の距離を調整する距離調整機構が構成されている。
【００４９】
つまり、この例にあっては、ねじ溝部スペーサ６０と回転筒状部５８との距離（隙間）を距離検出センサ８８で検出し、その検出値に基づいて、駆動部９８を介して、ねじ溝部スペーサ６０をロータの軸心と直交する径方向に移動させて、溝排気部（ガス排気部）Ｌ３を構成する回転筒状部（ロータ）５８とねじ溝部スペーサ（ステータ）６０との間の距離を調整（制御）するようにしている。
なお、前述と同様に、距離検出センサを設けることなく、予め採取されたデータに基づき、熱変形部材による距離制御を行うようにしてもよく、また温度センサによる検出値に基づき、アクチュエータや圧電素子による距離制御を行うようにしてもよい。
【００５０】
図５は、本発明の実施の形態の真空ポンプの縦断正面図である。この例は、図１０に示す容積型真空ポンプ（ルーツ型真空ポンプ）に適用したもので、ポンプケーシング（ステータ）７６は、外ケーシング７６ｃと、この外ケーシング７６ｃの内部にロータ７４の軸心方向に移動自在に収納した内ケーシング７６ｄとから構成されている。そして、外ケーシング７６ｃと内ケーシング７６ｄとの間には、モータ７９側に位置して、内ケーシング７６ｄをロータ７４の軸心方向に沿って移動させるアクチュエータ等の駆動部９９が配置され、更に外ケーシング７６ｃ内部の反モータ側端部には、ロータ７４の主軸７０の端部までの距離を検出する距離検出センサ８８が取付けられている。これによって、ロータ７４の回転中に、ガス排気部を構成するローブ（ロータ）７２と内ケーシング（ステータ）７６ｄとの間のロータ７４の軸心方向に沿った距離を調整する距離調整機構が構成されている。
【００５１】
この例によれば、ポンプの運転（ロータ回転）中に、距離検出センサ８８でロータ７４の主軸７０の端部までの距離を検出し、この検出量に基づいて、駆動部９９を介して内ケーシング７６ｄをロータ７４の軸心方向に沿って移動させ、ガス排気部を構成するローブ（ロータ）７２と内ケーシング（ステータ）７６ｄとの間のロータ７４の軸心方向に沿った距離を調整（制御）することで、ポンプの排気性能や圧縮性能が最良になるようにすることができる。
【００５２】
この例では、ロータの全段数に対応するステータを可動な状態としているが、ロータとステータの距離の微少な段に対応するステータのみを可動な状態にしてもよい。また、この例では、ロータの軸心方向に沿って内ケーシング（ステータ）７６ｄを移動させるようにしているが、内ケーシングの径方向に移動できるようにしてもよい。
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で変形可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】真空ポンプの要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図２】他の真空ポンプの要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図３】更に他の真空ポンプの要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図４】更に他の真空ポンプの平断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の真空ポンプの縦断面図である。
【図６】従来の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を示す断面図である。
【図７】図６の固定翼を示す図である。
【図８】５軸制御型磁気軸受の説明に付する図である。
【図９】従来の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の他の例を示す断面図である。
【図１０】従来の真空ポンプ（ルーツ型真空ポンプ）を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は、図１０のロータ断面図で、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ ポンプケーシング
１８ 主軸
２０ ロータ本体
２２ 駆動用モータ
２４ 上部ラジアル軸受
２６ 下部ラジアル軸受
２８ アキシャル軸受
３０ 回転翼（ロータ）
３２ 固定翼（ステータ）
３６ 回転翼（ロータ）
３８ 固定翼（ステータ）
４６ 突条部
４８ 螺旋状溝
５４，５６ ヒータ
５８ 回転筒状部
５８ａ ねじ溝
６０ ねじ溝部スペーサ
７０ 主軸（ロータ）
７２ ローブ（ロータ）
７４ ロータ
７６ ポンプケーシング（ステータ）
７６ｃ 外ケーシング
７６ｄ 内ケーシング
７９ モータ
８０ 浮遊体
８２ 円筒状部
８４ フランジ部
８６，９８，９９ 駆動部
８８ 距離検出センサ（距離検出部）
９２ 熱変形部材（駆動部）
９４ 圧電素子（駆動部）
Ｌ１ 軸方向翼排気部（ガス排気部）
Ｌ２ 径方向翼排気部（ガス排気部）
Ｌ３ 溝排気部（ガス排気部）
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータとステータの相互作用によりガスを排気するガス排気部を有する真空ポンプに関し、より詳しくは、ロータとステータとの間の距離を微少に設定してロータを回転させることで、ポンプの排気能力を引き出すようにした真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプケーシングの内部に、ロータとステータの相互作用によりガスを排気するガス排気部を有する従来の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の一例を図６に示す。この真空ポンプは、ポンプケーシング１０の内部にロータ（回転部）Ｒとステータ（固定部）Ｓが収容され、これらの間にタービン翼部からなる軸方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ１及びディスク型ロータ部からなる径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２が構成されている。ステータＳは、基部１４と、その中央に立設された固定筒状部１６と、軸方向翼排気部Ｌ１及び径方向翼排気部Ｌ２の固定側部分とから主に構成されている。また、ロータＲは、固定筒状部１６の内部に挿入された主軸１８と、それに取付けられたロータ本体２０から構成されている。
【０００３】
主軸１８と固定筒状部１６の間には、駆動用モータ２２と、その上下に上部ラジアル軸受２４及び下部ラジアル軸受２６が設けられている。そして、主軸１８の下部には、主軸１８の下端のターゲットディスク２８ａと、ステータＳ側の上下の電磁石２８ｂを有するアキシャル軸受２８が配置され、更に、固定筒状部１６の上下２カ所には、タッチダウン軸受２９ａ，２９ｂが設けられている。
【０００４】
このような構成により、ロータＲの主軸１８は、５軸制御型磁気軸受により支承され、駆動用モータ２２の駆動に伴って回転する。５軸制御型磁気軸受を更に詳しく説明すると、次のようになる。すなわち、５軸制御型磁気軸受は、図８に示すように、上部ラジアル軸受２４の配置位置で主軸１８に直交する平面で互いに直交するＸ１，Ｙ１軸の計２軸と、下部ラジアル軸受２６の配置位置で主軸１８に直交する平面で互いに直交するＸ２，Ｙ２軸の計２軸と、主軸１８の軸心に沿ったＺ軸の方向の合計５軸方向で主軸１８の位置制御を行って、主軸１８を支承するようにしたものである。
【０００５】
ここで、上下ラジアル軸受２４，２６は、主軸１８の外周面の位置をセンシングするラジアルセンサと、このラジアルセンサの位置信号に基づいて主軸１８を上下ラジアル軸受２４，２６のステータ内径部の中心位置に保持するように吸引する電磁石から構成されている。これらのラジアルセンサと電磁石は、それぞれ主軸１８を中心に対向した位置に配置されている。
【０００６】
一方、アキシャル軸受２８は、主軸１８の下端部に設けられたターゲットディスク２８ａと該ターゲットディスク２８ａの位置をセンシングするステータ側に設けられたアキシャルセンサ（変位センサ）により主軸１８のＺ軸方向の位置をセンシングし、このセンサ出力に基づいて、アキシャル軸受２８の上下の電磁石２８ｂのターゲットディスク２８ａに対する磁気吸引力を調整することにより、主軸１８をＺ軸方向の予め設定された位置に保持するようになっている。アキシャル軸受２８のＺ軸方向の位置制御は、より詳しくは、ターゲットディスク２８ａが、上下の電磁石２８ｂ間の一定の位置に位置するように行われる。このような構成によって、ロータＲが５軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。
【０００７】
軸方向翼排気部Ｌ１のロータ本体２０の上部外周には、円盤状の回転翼３０が一体に形成され、ポンプケーシング１０の内面には、固定翼３２が回転翼３０と交互に配置されて設けられている。各固定翼３２は、その縁部を固定翼スペーサ３４で上下から押さえられて固定されている。回転翼３０には、内周部のハブと外周部のフレームの間に径方向に延びる傾斜した羽根（図示略）が放射状に設けられており、この高速回転によって気体分子に軸方向の衝撃を与えて排気を行うようになっている。
【０００８】
径方向翼排気部Ｌ２は、軸方向翼排気部Ｌ１の下流側、つまり下方に設けられており、軸方向翼排気部Ｌ１とほぼ同様に、ロータ本体２０の外周に円盤状の回転翼３６が一体に形成され、ポンプケーシング１０の内面には、固定翼３８が回転翼３６と交互に配置されて設けられている。各固定翼３８は、その縁部を固定翼スペーサ４０で上下から押さえられて固定されている。
【０００９】
各固定翼３８は、中空の円板状に形成されており、図７に示すように、その表裏面に、中央の穴４２と周縁部４４の間に渡って螺旋状（渦巻状）の突条部４６が設けられ、それら突条部４６の間に外側に向かって広がる螺旋状溝４８が形成されている。各固定翼３８の表の面すなわち上側の面の螺旋状突条部４６は、図７に矢印Ａで示す回転翼３６の回転に伴い、気体分子が、実線の矢印Ｂで示すように内側に向かって流れるように形成されており、一方、各固定翼３８の裏の面すなわち下側の面の螺旋状突条部４６は、矢印Ａで示す回転翼３６の回転に伴い、気体分子が、破線の矢印Ｃで示すように外側に向かって流れるように形成されている。
【００１０】
なお、この例では、固定翼３８の表裏両面に突条部４６を設けた例を示しているが、表面のみ、或いは裏面のみに突条部４６を設けたり、固定翼３８には突条部４６を設けず、回転翼３６に同様の突条部を設けたり、更には、回転翼と固定翼の両方に突条部を設けることも行われている。
このような固定翼３８は、通常半割体として、或いは３分割以上として形成し、これを回転翼３６と交互になるように固定翼スペーサ４０を介して組み上げてからポンプケーシング１０内に挿入する。
【００１１】
これによって、径方向翼排気部Ｌ２において、軸方向の短いスパンの間に固定翼３８と回転翼３６の間をジグザグに上から下へ向かって進む長い排気経路が構成されて、軸方向の長さを大きくすることなく、高い排気・圧縮性能を有するようになっている。
【００１２】
図９は、従来の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の他の例を示すもので、この例の図６に示す例と異なる点は、図６に示す径方向翼排気部Ｌ２の代わりに、溝排気部（ガス排気部）Ｌ３を備え、更にポンプケーシング１０の下部外周部及び排気口５０を有する排気口構成部材５２の外周部に、ここを流れるガスを加熱するヒータ５４，５６を配置した点にある。
【００１３】
すなわち、軸方向翼排気部Ｌ１の下方には、ロータ本体２０の下端に連接した回転筒状部５８の外周面に形成したねじ溝５８ａと、このねじ溝５８ａの外周部を囲むようにステータＳに固定されて配置されたねじ溝部スペーサ６０とから、高速回転するロータのねじ溝５８ａのドラッグ作用によって排気を行う溝排気部Ｌ３が備えられている。
【００１４】
このように軸方向翼排気部Ｌ１の下流側にねじ溝排気部Ｌ３を有することで、広い流量範囲に対応可能な広域型ターボ分子ポンプが構成される。この例では、ねじ溝排気部Ｌ３のねじ溝５８ａをロータＲ側に形成した例を示しているが、ねじ溝をステータＳ側に形成することも行われている。
【００１５】
図１０及び図１１は、従来の容積式真空ポンプ（ルーツ型真空ポンプ）の一例を示す。これは、いわゆるルーツ型の多段ポンプであり、主軸７０と該主軸７０長さ方向に沿って所定の間隔で形成された複数のローブ（歯部）７２を有するロータ７４を備えている。そして、吸気口７６ａと吐出口７６ｂを有するポンプケーシング（ステータ）７６の内部に、一対のロータ７４が互いに平行に、軸受７８ａ，７８ｂを介して回転自在に支持されて配置され、ロータ７４の一端にモータ７９が連結されている。この例は、図１１に示すように、３つのローブ（歯部）７２を有する３葉タイプのロータ７４を噛み合わせて構成されたルーツ型多段ポンプを示している。
【００１６】
このような真空ポンプは、ロータ（ローブ）の形状により、軸方向からロータを見た場合に２葉又は３葉タイプのものをルーツ型真空ポンプ、突起部を円筒に螺旋状に形成したタイプのものをスクリュー型真空ポンプと呼んでいる。排気構造は、一対のロータ７４が互いに平行に近接して配置され、このロータ７４のローブ７２を覆うポンプケーシング（ステータ）７６と、この２つのローブ７２が形成する空間でガス排気路を形成し、主軸７０の回転方向に順次排気ガスを圧縮排気するようになっている。このような排気原理の為、ローブ（ロータ）７２とポンプケーシング（ステータ）７６の隙間は、非常に微小な寸法に設定されている。この微小な寸法は、ポンプ運転中におけるロータ７４の主軸７０の回転方向及び径方向への寸法変化を考慮して、組立て時の初期設定で決められている。
【００１７】
つまり、主軸７０と主軸７０を支承する軸受７８ａ，７８ｂ、及び軸受７８ａ，７８ｂとステータ７６の組立て状態は、モータ７９側に位置する軸受７８ａにより主軸７０の軸方向の位置決めを行い、ポンプ運転中の主軸７０の温度上昇による寸法変化を考慮して、反モータ側に位置する軸受７８ｂは、主軸７０の軸方向の寸法変化（寸法拡大）を許容するようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
前記のような従来の真空ポンプにあっては、その排気原理上、ガス排気部を構成するロータとステータとの間の隙間は、非常に微小に設定されている。特に、図６に示す真空ポンプの径方向翼排気部Ｌ２は、排気されるガスが粘性の殆どない、いわゆる分子流状態で排気能力が十分に発揮される軸方向翼排気部Ｌ１から流れてきたガスを、該軸方向翼排気部Ｌ１より圧力が高くなるように更に圧縮を行う排気部であり、排気ガスの粘性を利用した排気部となる。このため、径方向翼排気部Ｌ２のロータ（回転翼３６）とステータ（固定翼３８）との間の隙間は、軸方向翼排気部Ｌ１のロータ（回転翼３０）とステータ（固定翼３２）との間の隙間より小さな寸法に設定されている。具体的には、軸方向翼排気部Ｌ１のロータとステータとの間の軸方向の隙間は、１〜５ｍｍ程度の数ｍｍオーダであるのに対して、径方向翼排気部Ｌ２の同寸法は、１ｍｍ以下となる。
【００１９】
また、同様に図９に示す真空ポンプのように、図１と同様に排気ガスの粘性を利用したねじ溝排気部（ガス排気部）Ｌ３にあっても、ロータ（回転筒状部５８）とステータ（ねじ溝部スペーサ６０）との間の隙間（軸心に対して垂直な方向の間隔）は、同様に１ｍｍ以下となる。
【００２０】
更に、図１０に示す容積型真空ポンプの場合は、図６及び図９に示す真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）より、より高い圧力（大気圧近傍）で運転されるため、ロータとステータとの間の隙間をより小さくして、高い圧力部から低い圧力部への逆流を防止する、いわゆるロータとステータとの間のシール能力を高める必要がある。このため、ロータとステータとの間の軸心方向及び軸心に垂直な方向の隙間は、ポンプ運転（ロータ回転）時に、共に０．１ｍｍ以下、より詳しくは数１０μｍになるように設定される。
【００２１】
ここで、これらの真空ポンプの構成部品は、主に金属材料で構成されており、温度の上昇に伴って、真空ポンプの構成部品の寸法が変化する。真空ポンプのポンプケーシングの内部は真空状態となり、排気路を構成するロータ及びステータも、運転時には真空断熱状態となる。一方、真空ポンプ内では、ガスを排気するためにガスの攪拌及び圧縮の状態が繰り返され、それによる攪拌熱、圧縮熱を生じる。更に、ロータに回転運動を与えるために、モータには動力が供給されるが、運転中は、ポンプの負荷に応じてモータ部の発熱も増減する。これらの発熱源により、ロータ及びステータは、運転中、高温状態となり、前述のような寸法変化を生じることになる。
【００２２】
このため、ロータとステータとの間の隙間を所望の寸法に設定するには、ロータとステータの初期（高温ではない、いわゆる常温・室温）時の位置関係や寸法を、運転時の温度上昇分を考慮して設定する必要がある。真空ポンプには、前記発熱による過剰な温度上昇を防止するため、一般に水冷や空冷等の冷却手段が講じられているが、冷媒の温度やポンプ周りの外気温等により、冷却の効果が左右される可能性が高く、ロータとステータの温度管理の上では十分ではない。このため、ロータとステータの初期の位置や隙間寸法は、十分な安全率を有するように設定する必要があり、その結果、ポンプの排気性能を十分引き出すことができない。また、排気すべきガスが、真空ポンプ内部で圧力が上昇して、当初の気体の状態から固体の状態に変化する性質を有する場合、固体（反応生成物）がロータとステータとの間の隙間に入り込み、ポンプの運転を不能にしてしまうことがある。このような問題を防止する為、排気路をヒータ等で加熱して高温に保持する方法が採用されているが、このような場合には、ロータやステータが局所的に高温になり、適正な隙間寸法を確保できないという問題があった。
【００２３】
上述のように、ロータとステータとの間の隙間が適正に確保されない場合には、ポンプの排気性能が低下するばかりでなく、更に次のような問題も生じる。つまり、図６に示す真空ポンプの径方向翼排気部Ｌ２のように、ディスク型のロータ（回転翼３６）が、ディスクの表面でステータ（固定翼３８）と微少隙間を形成している場合、ロータが高温に曝されて軸心方向に膨張し、回転翼３６の吸気側の面（表面）と固定翼３８との間の隙間が大きくなると、モータに供給される動力の内、実際のガス排気に供される動力は減少して、隙間が大きくなった部分で単なるガスの攪拌に供される動力分が増加する。これによって、モータの実際のガス排気に供されない無駄な動力が増加し、それに伴って、ポンプ内部での発熱も増加して、ロータとステータとの間の隙間が更に不適正な寸法になり、ポンプのロータの許容温度や、他のロータとステータとの間の隙間寸法等の制限により、運転不可能となることもある。
【００２４】
以上のような問題は、図１０に示す容積型真空ポンプにおいても同様であり、特に図１０に示す真空ポンプでは、ロータの段数が多くなるに従って主軸の長さが長くなり、それに伴い、ポンプ運転時におけるロータとステータとの間の軸心方向に沿った隙間寸法の変化が大きくなる。これに対処するには、ロータとステータとの間の軸心方向に沿った隙間を予め大きく設定する必要があり、上述のような問題が助長されてしまう。
【００２５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、ロータやステータが高温になっても、ポンプの排気や圧縮等の性能を向上させるとともに、ポンプの小型化と必要な動力も最少にすることができるようにした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】
【００２６】
請求項１に記載の発明は、複数のローブを軸方向に沿って多段に配置した一対のロータを、該ローブを互いに近接させて互いに平行にポンプケーシング内に配置した真空ポンプにおいて、前記ポンプケーシングは、前記ロータの軸方向に移動自在で、前記ローブの周囲を包囲して該ローブとの間でガス排気部を構成するケーシングを備え、前記ローブと前記ケーシングとの間の前記ロータの軸方向に沿った距離を、前記ロータの回転中に前記ケーシングをロータの軸心方向に沿って移動させて調整する距離調整機構を有することを特徴とする真空ポンプである。
【００２７】
これにより、ポンプの運転（ロータの回転）中に、ガス排気部を構成するロータとステータとの間の隙間を最適に調整（制御）することで、ポンプの排気能力を最適に保つとともに、ポンプの排気作用に直接的に寄与しない無駄な動力を低減させて、ポンプの排気性能向上と共にポンプの運転時の省エネルギを図ることができる。また、ポンプの局所的な加熱及び冷却によるロータとステータとの間の距離が部分的に不適正となる状態を回避することができる。
【００２８】
請求項２に記載の発明は、前記距離調整機構は、前記ロータの自由端までの距離を検出する距離検出部と、この距離検出部からの信号に基づいて、前記ロータを軸心方向に沿って移動させる駆動部とを有することを特徴とする請求項１記載の真空ポンプである。
【００２９】
これにより、ロータとステータの距離を常時認識し、この距離に基づいて、ロータとステータの距離を適正な値に調整（制御）することができる。従って、ロータとステータの距離を初期に設定しておき、ポンプの運転状態（ガス量や圧力、冷却状態）等で予想されるロータとステータの距離の変化を考慮する方法と比較して、ロータとステータの距離制御の精度を格段に向上させることができ、ポンプの排気性能向上及び省エネルギとともに、ポンプに動力を供給するコントローラの小型化も図れる。
【００３０】
請求項３に記載の発明は、前記ロータと前記ケーシングは、同一の材料、若しくは熱膨張係数のほぼ等しい材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の真空ポンプである。
【００３１】
これにより、温度変化に伴うロータとステータとの間の距離の変化を最少にするとともに、ロータ及び／またはステータの制御量も少なく設定することができ、条件が許せば制御量を無くすることもできる。ロータとステータの材料は、熱膨張係数の小さいものが望ましく、この材料としては、例えば、ＳｉＣやＳｉ３Ｎ４等のセラミックスや比密度の高いアルミニウムとセラミックス材料等の複合材料等が挙げられる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、ポンプの運転（ロータ回転）中に、ガス排気部を構成するロータとステータの隙間を最適に制御することにより、ポンプの排気や圧縮等の性能を向上させるとともに、ポンプの小型化と必要な動力も最少にすることができ、これによって、省エネルギ、省スペース化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図６乃至図１１に示す従来例と同一または相当部材には、同一符号を付してその説明を一部省略する。
【００３４】
図１は、真空ポンプの要部を示す断面図である。この例は、図６に示す径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を有する真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）で、ポンプケーシング１０の内部に、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８とが交互に配置されて、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２が構成されている。また、主軸１８は、図６に示す従来例と同様に、上下ラジアル軸受（図示せず）とアキシャル軸受２８により、５軸の能動制御を受けながら高速回転するようになっている。
【００３５】
固定翼３８は、浮遊体８０に一体に設けられ、この浮遊体８０は、空中に浮遊した状態で、ロータの軸心方向に沿って移動（上下動）自在にポンプケーシング１０に保持されている。つまり、この浮遊体８０は、回転翼３６の周囲を囲繞する円筒状部８２を有し、この円筒状部８２の内周面の上下方向に沿った所定の位置に固定翼３８が一体に連接されている。また、この浮遊体８０の外周面にはフランジ部８４が、ポンプケーシング１０の内周面の該フランジ部８４に対応する位置に凹部１０ａがそれぞれ設けられ、この凹部１０ａの側面（上下面）に、一対の電磁石等のアクチュエータからなる駆動部８６が埋設されている。そして、ポンプケーシング１０の凹部１０ａ内に浮遊体８０のフランジ部８４を位置させ、このフランジ部８４を一対の駆動部（電磁石）８６で挟み、この駆動部８６の吸引力を調整することで、浮遊体８０を上下動自在に空中に浮遊させて保持するようになっている。
【００３６】
更に、固定筒状部（ステータ）１６の最下段に位置する回転翼３６と対面する位置に、該回転翼３６までの距離を検出する距離検出センサ（距離検出部）８８が設けられている。
上記により、ロータの回転中に、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を構成する回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄを調整する距離調整機構が構成されている。
【００３７】
つまり、この例によれば、ポンプ運転（ロータ回転）中に、最下段に位置する回転翼（ロータ）３６と該回転翼３６に対面する固定筒状部（ステータ）１６との距離を距離検出センサ８８によって検出し、この検出値に基づいて、駆動部８６を介して固定翼３８をロータの軸心方向に沿って移動（上下動）させ、これによって、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を構成する回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄを調整（制御）するようになっている。
【００３８】
このように、ポンプの運転（ロータの回転）中に、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を構成する回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄを調整（制御）することで、ポンプの排気能力を最適に保つとともに、ポンプの排気作用に直接的に寄与しない無駄な動力を低減させて、ポンプの排気性能向上と共にポンプの運転時の省エネルギを図ることができる。また、ポンプの局所的な加熱及び冷却によるロータとステータとの間の距離が部分的に不適正となる状態を回避することができる。
浮遊体８０の円筒状部８２の上下端部における外周面と、ポンプケーシング１０の内周面との間には、円筒状部８２の裏面側にガスが回り込むのを防止する、弾性体からなるシール材９０が介装されている。
【００３９】
なお、この例では、距離検出センサ８８を別途設けた例を示しているが、アキシャル軸受２８に備えられている変位センサを兼用するようにしてもよく、また、距離検出センサをステータの周方向に複数箇所に設けたり、ロータを挟み込むように対向して設けたりするようにしてもよい。
【００４０】
ここで、距離検出センサ８８は、ロータが高速回転するため、非接触方式のものが望ましく、ロータの金属部をターゲットとした渦電流型センサや誘導型センサまたは光を利用した光センサ等が用いられる。なお、ロータが非金属性の場合は、金属性部分を追加して設けてもよい。また、距離検出センサ８８は、ロータＲとステータＳとの位置関係において、ロータとステータの距離が最少になるステータ側の箇所や、相対的に排気ガスの腐食等の影響を受けにくいステータＳ側の箇所に設置することが望ましい。
【００４１】
また、この例においては、駆動部８６によって固定翼３８を移動させるようにしているが、ステータに設けた距離検出センサ８８の検出値に基づいて、アキシャル軸受２８の電磁石２８ｂの吸引力を調整して、ロータの浮上位置をポンプの運転（ロータ回転）中に変化させるようにしてもよい。これにより、ロータとステータの距離の制御がより正確になり、制御可能域も広くとることができる。
【００４２】
更に、ロータやステータを熱膨張係数の少ない材料で構成することが好ましく、これにより、必要な制御量を可及的に少なくすることができる。また、熱膨張係数の同じ材料でロータとステータを構成すればより好ましい。熱膨張係数の小さい材料としては、ＳｉＣやＳｉ３Ｎ４等のセラミックスや、セラミックスと他の金属材料との複合材料等が挙げられる。
【００４３】
図２は、他の真空ポンプの要部を示す断面図である。この例は、図１に示す例と同様に、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８とから構成される径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を有する真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）で、固定翼３８は、基台部３８ａと、回転翼３６と対向する平板状の可動部３８ｂとから構成されている。そして、基台部３８ａと可動部３８ｂとの間に、温度の変形によって寸法が変化する、例えば形状記憶合金等からなる熱変形部材（駆動部）９２が挿入され、これによって、ロータの回転中に、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を構成する回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄを調整する距離調整機構が構成されている。
【００４４】
この例によれば、真空ポンプの運転によりロータ及び／又はステータの温度が変化した時に、その温度変化に伴って、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄが予め設定された所望の値になるように、熱変形部材９２を熱変形させることで、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との距離を常に一定に維持・確保することができる。
【００４５】
図３は、更に他の真空ポンプの要部を示す断面図である。この例は、図１に示す例と同様に、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８とから構成される径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を有する真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）で、固定翼３８を基台部３８ａと、回転翼３６と対向する平板状の可動部３８ｂとで構成し、かつ基台部３８ａと可動部３８ｂとの間に、ピエゾ素子等の圧電素子（駆動部）９４を配置し、更に、基台部３８ａに回転翼３６との距離を検出する距離検出センサ８８を設けて、ロータの回転中に、径方向翼排気部（ガス排気部）Ｌ２を構成する回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との間の距離Ｄを調整する距離調整機構を構成している。
【００４６】
この例によれば、距離検出センサ８８の検出値に基づいて圧電素子９４に供給する電力を制御することにより、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との距離Ｄを正確にかつ精度よく制御することができる。なお、構成を簡単にするために、距離検出センサを設けることなく、ロータやステータの温度をサーミスタや熱電対等の温度センサで検出して、予め設定された電力を圧電素子９４に供給して、回転翼（ロータ）３６と固定翼（ステータ）３８との距離Ｄを制御するようにしてもよい。なお、前述のように、ステータの位置制御と、アキシャル軸受２８によるロータの位置制御とを併用することもできる。
【００４７】
図４は、更に他の真空ポンプの横断面図である。この例は、図９に示す溝排気部（ガス排気部）Ｌ３を有する真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）で、ポンプケーシング１０の内部に、外周面にねじ溝５８ａ（図９参照）を有する回転筒状部（ロータ）５８と、該回転筒状部５８の周囲を包囲するねじ溝部スペーサ（ステータ）６０が同心状に配置されて、溝排気部（ガス排気部）Ｌ３が構成されている。
【００４８】
ここで、ねじ溝部スペーサ６０は、軸方向に２分割した分割体６０ａ，６０ｂを該分割体６０ａ，６０ｂの分割面で突合せ、この突合せ面にシールを兼用する弾性体９６を介在させて構成されている。そして、このねじ溝部スペーサ６０とポンプケーシング１０との間に、各分割体６０ａ，６０ｂの背部に位置してアクチュエータや圧電素子等の駆動部９８が配置され、更にねじ溝部スペーサ６０に回転筒状部５８との距離（隙間）を検出する距離検出センサ８８が配置されている。これによって、ロータの回転中に、溝排気部（ガス排気部）Ｌ３を構成する回転筒状部（ロータ）５８とねじ溝部スペーサ（ステータ）６０との間の距離を調整する距離調整機構が構成されている。
【００４９】
つまり、この例にあっては、ねじ溝部スペーサ６０と回転筒状部５８との距離（隙間）を距離検出センサ８８で検出し、その検出値に基づいて、駆動部９８を介して、ねじ溝部スペーサ６０をロータの軸心と直交する径方向に移動させて、溝排気部（ガス排気部）Ｌ３を構成する回転筒状部（ロータ）５８とねじ溝部スペーサ（ステータ）６０との間の距離を調整（制御）するようにしている。
なお、前述と同様に、距離検出センサを設けることなく、予め採取されたデータに基づき、熱変形部材による距離制御を行うようにしてもよく、また温度センサによる検出値に基づき、アクチュエータや圧電素子による距離制御を行うようにしてもよい。
【００５０】
図５は、本発明の実施の形態の真空ポンプの縦断正面図である。この例は、図１０に示す容積型真空ポンプ（ルーツ型真空ポンプ）に適用したもので、ポンプケーシング（ステータ）７６は、外ケーシング７６ｃと、この外ケーシング７６ｃの内部にロータ７４の軸心方向に移動自在に収納した内ケーシング７６ｄとから構成されている。そして、外ケーシング７６ｃと内ケーシング７６ｄとの間には、モータ７９側に位置して、内ケーシング７６ｄをロータ７４の軸心方向に沿って移動させるアクチュエータ等の駆動部９９が配置され、更に外ケーシング７６ｃ内部の反モータ側端部には、ロータ７４の主軸７０の端部までの距離を検出する距離検出センサ８８が取付けられている。これによって、ロータ７４の回転中に、ガス排気部を構成するローブ（ロータ）７２と内ケーシング（ステータ）７６ｄとの間のロータ７４の軸心方向に沿った距離を調整する距離調整機構が構成されている。
【００５１】
この例によれば、ポンプの運転（ロータ回転）中に、距離検出センサ８８でロータ７４の主軸７０の端部までの距離を検出し、この検出量に基づいて、駆動部９９を介して内ケーシング７６ｄをロータ７４の軸心方向に沿って移動させ、ガス排気部を構成するローブ（ロータ）７２と内ケーシング（ステータ）７６ｄとの間のロータ７４の軸心方向に沿った距離を調整（制御）することで、ポンプの排気性能や圧縮性能が最良になるようにすることができる。
【００５２】
この例では、ロータの全段数に対応するステータを可動な状態としているが、ロータとステータの距離の微少な段に対応するステータのみを可動な状態にしてもよい。また、この例では、ロータの軸心方向に沿って内ケーシング（ステータ）７６ｄを移動させるようにしているが、内ケーシングの径方向に移動できるようにしてもよい。
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で変形可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】真空ポンプの要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図２】他の真空ポンプの要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図３】更に他の真空ポンプの要部を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図４】更に他の真空ポンプの平断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の真空ポンプの縦断面図である。
【図６】従来の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）を示す断面図である。
【図７】図６の固定翼を示す図である。
【図８】５軸制御型磁気軸受の説明に付する図である。
【図９】従来の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）の他の例を示す断面図である。
【図１０】従来の真空ポンプ（ルーツ型真空ポンプ）を示す断面図である。
【図１１】（ａ）は、図１０のロータ断面図で、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ ポンプケーシング
１８ 主軸
２０ ロータ本体
２２ 駆動用モータ
２４ 上部ラジアル軸受
２６ 下部ラジアル軸受
２８ アキシャル軸受
３０ 回転翼（ロータ）
３２ 固定翼（ステータ）
３６ 回転翼（ロータ）
３８ 固定翼（ステータ）
４６ 突条部
４８ 螺旋状溝
５４，５６ ヒータ
５８ 回転筒状部
５８ａ ねじ溝
６０ ねじ溝部スペーサ
７０ 主軸（ロータ）
７２ ローブ（ロータ）
７４ ロータ
７６ ポンプケーシング（ステータ）
７６ｃ 外ケーシング
７６ｄ 内ケーシング
７９ モータ
８０ 浮遊体
８２ 円筒状部
８４ フランジ部
８６，９８，９９ 駆動部
８８ 距離検出センサ（距離検出部）
９２ 熱変形部材（駆動部）
９４ 圧電素子（駆動部）
Ｌ１ 軸方向翼排気部（ガス排気部）
Ｌ２ 径方向翼排気部（ガス排気部）
Ｌ３ 溝排気部（ガス排気部）
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のローブを軸方向に沿って多段に配置した一対のロータを、該ローブを互いに近接させて互いに平行にポンプケーシング内に配置した真空ポンプにおいて、
前記ポンプケーシングは、前記ロータの軸方向に移動自在で、前記ローブの周囲を包囲して該ローブとの間でガス排気部を構成するケーシングを備え、
前記ローブと前記ケーシングとの間の前記ロータの軸方向に沿った距離を、前記ロータの回転中に前記ケーシングをロータの軸心方向に沿って移動させて調整する距離調整機構を有することを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
前記距離調整機構は、前記ロータの自由端までの距離を検出する距離検出部と、この距離検出部からの信号に基づいて、前記ロータを軸心方向に沿って移動させる駆動部とを有することを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記ロータと前記ケーシングは、同一の材料、若しくは熱膨張係数のほぼ等しい材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の真空ポンプ。
【請求項１】
複数のローブを軸方向に沿って多段に配置した一対のロータを、該ローブを互いに近接させて互いに平行にポンプケーシング内に配置した真空ポンプにおいて、
前記ポンプケーシングは、前記ロータの軸方向に移動自在で、前記ローブの周囲を包囲して該ローブとの間でガス排気部を構成するケーシングを備え、
前記ローブと前記ケーシングとの間の前記ロータの軸方向に沿った距離を、前記ロータの回転中に前記ケーシングをロータの軸心方向に沿って移動させて調整する距離調整機構を有することを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
前記距離調整機構は、前記ロータの自由端までの距離を検出する距離検出部と、この距離検出部からの信号に基づいて、前記ロータを軸心方向に沿って移動させる駆動部とを有することを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記ロータと前記ケーシングは、同一の材料、若しくは熱膨張係数のほぼ等しい材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の真空ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２１４４４８（Ｐ２００６−２１４４４８Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３６２２０（Ｐ２００６−１３６２２０）
【出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【分割の表示】特願２００２−１６６８６（Ｐ２００２−１６６８６）の分割
【原出願日】平成１４年１月２５日（２００２．１．２５）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【分割の表示】特願２００２−１６６８６（Ｐ２００２−１６６８６）の分割
【原出願日】平成１４年１月２５日（２００２．１．２５）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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