締結構造および回転式真空ポンプ
【課題】排気対象装置および回転式真空ポンプの破損を防止する。
【解決手段】ターボ分子ポンプ１の吸気口フランジ１３ａと真空装置のフランジ１６とをボルト１５で締結する。吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４は、長穴形状であり、その長手方向が吸気口フランジ１３ａの円周の接線方向と略一致するように吸気口フランジ１３ａの周縁近傍に設けられている。ボルト孔１４に板状の部材が複数積層された積層板３０を配設する。ターボ分子ポンプ１の不具合により、衝撃力が発生した場合、吸気口フランジ１３ａからボルト１５に作用する衝撃力を積層板３０で受け止める。これにより、ボルト１５にかかる剪断応力と、装置側のフランジ１６に伝達される運動エネルギーをともに減少させることができるので、ボルト１５の破断や装置側の破損を防止できる。
【解決手段】ターボ分子ポンプ１の吸気口フランジ１３ａと真空装置のフランジ１６とをボルト１５で締結する。吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４は、長穴形状であり、その長手方向が吸気口フランジ１３ａの円周の接線方向と略一致するように吸気口フランジ１３ａの周縁近傍に設けられている。ボルト孔１４に板状の部材が複数積層された積層板３０を配設する。ターボ分子ポンプ１の不具合により、衝撃力が発生した場合、吸気口フランジ１３ａからボルト１５に作用する衝撃力を積層板３０で受け止める。これにより、ボルト１５にかかる剪断応力と、装置側のフランジ１６に伝達される運動エネルギーをともに減少させることができるので、ボルト１５の破断や装置側の破損を防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ分子ポンプやモレキュラドラッグポンプ等の回転式真空ポンプに適した締結構造、および回転式真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高真空排気に用いられるターボ分子ポンプは、交互に配置された複数段の回転翼と複数段の固定翼とを備えている。各回転翼および固定翼は複数のタービンブレードから成り、回転翼はモータにより回転駆動されるロータに形成されており、固定翼はポンプのベースに固定されている。さらに、上述したタービンブレードに加えて、ドラッグポンプ段を備えたターボ分子ポンプも知られている。ドラッグポンプ段は、ロータ下部に形成された円筒部と、その円筒部と近接して配設されるネジ溝ステータとから成る。
【０００３】
ターボ分子ポンプでは、タービンブレードおよび円筒部が形成されたロータは数万ｒｐｍで高速回転しており、異常な外乱が作用するとロータとステータ側（例えば、ネジ溝ステータ）とが接触するおそれがあり、その場合にはステータ側に大きな衝撃が加わることになる。また、高速回転するロータには大きな遠心力が常に作用しており、ロータとステータ側が接触した場合や、設計時の想定を越える条件下で連続運転された場合には、ロータが破壊するおそれもある。そのような場合にはさらに大きな衝撃がステータ側に加わり、ポンプケーシングを装置本体に締結しているボルトに大きな剪断力が加わるという問題があった。
【０００４】
そのため、ボルト孔を拡開する複数の段が形成された孔とすることにより、剪断力が一カ所に集中するのを防いでボルトの破断を防止するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４８３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来の技術では、ボルトが段付き孔の側面に当接して塑性変形することにより衝撃力を吸収するような構造となっているが、段付き孔であるために塑性変形による効果が十分に得られていないという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１） 請求項１の発明による締結構造は、第１の部材と第２の部材とをボルトによって締結する締結構造において、ボルトを介して、第１の部材または第２の部材のいずれか一方から他方へ伝達される運動エネルギーを吸収するとともに、ボルトに作用する衝撃応力を緩和する部材であって、積層構造を有する積層部材を備えることを特徴とする。
（２） 請求項２の発明は、請求項１に記載の締結構造において、第１の部材および第２の部材の少なくともいずれか一方には、ボルトが挿通される穴が設けられ、積層部材は、穴の内周面と、ボルトとの間に配設されることを特徴とする。
（３） 請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の締結構造において、積層部材を構成する個々の部材の積層方向は、ボルトに作用する衝撃応力の作用方向と略一致、または略直交することを特徴とする。
（４） 請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の締結構造において、積層構造は、積層部材によって吸収する運動エネルギーの値および積層部材によって緩和する衝撃応力の値に影響する物性値が異なる複数の部材を積層した構造であることを特徴とする。
（５） 請求項５の発明は、請求項４に記載の締結構造において、積層構造は、材質が異なることで物性値が異なることを特徴とする。
（６） 請求項６の発明は、請求項４に記載の締結構造において、積層構造は、積層部材を構成する個々の部材の少なくとも一部の部材に穴が設けられたことで物性値が異なることを特徴とする。
（７） 請求項７の発明による回転式真空ポンプは、請求項１〜６のいずれか一項に記載の締結構造によって排気対象装置に対して締結される吸気口フランジ、が形成されたポンプケーシングと、回転側排気手段が設けられてポンプケーシング内で高速回転駆動されるロータと、ポンプケーシング内に設けられて回転側排気手段と共働して排気作用を発生する固定側排気手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
（１） 本発明によれば、積層構造を有する積層部材によって、ボルトを介して第１の部材または第２の部材のいずれか一方から他方へ伝達される運動エネルギーを吸収するとともに、ボルトに作用する衝撃応力を緩和するように構成した。これにより、ボルトの破断や、第１の部材および第２の部材の破損を防止できる。
（２） 請求項７の発明によれば、排気対象装置および回転式真空ポンプの破損を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による真空装置の締結構造を採用したターボ分子ポンプの概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はフランジ部分を示す平面図である。なお、平面図はフランジの上半分を示したものである。図１に示したターボ分子ポンプ１は磁気軸受式のポンプであり、ロータ２はベース３に設けられた磁気軸受４ａ〜４ｃによって非接触支持されている。４ａ，４ｂはラジアル磁気軸受であり、４ｃはアキシャル磁気軸受である。
【００１０】
ベース３には、ロータ２を回転駆動するモータ６、タッチダウンベアリング７ａ，７ｂおよびロータ２の浮上位置を検出するためのギャップセンサ５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ設けられている。タッチダウンベアリング７ａ，７ｂにはメカニカルベアリングが用いられ、磁気軸受４ａ〜４ｃによるロータ２の磁気浮上がオフされたときにロータ２を支持する。
【００１１】
ロータ２には、回転軸方向に複数段の回転翼８が形成されている。上下に並んだ回転翼８の間には固定翼９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼８と固定翼９とにより、ターボ分子ポンプ１のタービン翼段が構成される。各固定翼９は、スペーサ１０によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１０は、固定翼９の保持機能とともに、固定翼９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。
【００１２】
さらに、固定翼９の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１１が設けられており、ネジステータ１１の内周面はロータ２の円筒部１２と所定間隔で対向している。ロータ２およびスペーサ１０によって保持された固定翼９は、吸気口フランジ１３ａが形成されたケーシング１３内に納められている。図１（ｂ）に示すように、吸気口フランジ１３ａには長穴形状のボルト孔１４が等間隔で８箇所形成されており、吸気口フランジ１３ａは８本のボルト１５によって装置側のフランジ１６に固定される。ボルト孔１４には、後述する積層板３０が配設されている。なお、吸気口フランジ１３ａの径の大きさによって、フランジ厚さや使用ボルト寸法およびボルト本数は規格によって定められている。
【００１３】
ボルト孔１４は、長穴の長手方向が吸気口フランジ１３ａの円周の接線方向と略一致するように吸気口フランジ１３ａの周縁近傍に設けられている。ボルト孔１４には、ロータ回転方向Ｒとは反対方向である、図１（ｂ）における図示反時計方向に寄せられた状態で積層板３０が配設されている。図２は、吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４の近傍を模式的に示したものであり、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す模式図である。なお、図２では、座金の記載を省略している。図２における図示左側は、図１（ｂ）における図示反時計方向となる。ボルト孔１４のうち、積層板３０が設けられていない空間（図２における図示右側の空間）には、ボルト１５が挿通されている。ボルト１５は、装置側のフランジ１６に設けられた雌ねじ部１６ａに螺合されている。
【００１４】
積層板３０は、吸気口フランジ１３ａの厚さ方向に沿って板状の部材が複数積層された構造を有する。積層板３０を構成する板状の部材のそれぞれは、単にボルト孔１４の内部で積み重ねられているだけであり、隣り合う板状の部材とは特に固定されていない。
【００１５】
図３は積層板３０の作用を説明する図であり、図２と同様に図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す模式図である。ボルト１５は、軸の先端から領域Ｈ１の部分が装置側フランジ１６の雌ネジ部１６ａに螺合しており、この領域Ｈ１は装置側フランジ１６によって拘束されている。一方、装置側フランジ１６に螺合していない領域Ｈ２は非拘束状態になっている。
【００１６】
何らかの原因でロータとステータ側が接触した場合や、ロータが破損した場合には、ベース３やケーシング１３に対してロータ回転方向Ｒに衝撃力が作用する。この衝撃力によって吸気口フランジ１３ａを回転させるようなトルクＴが発生し、吸気口フランジ１３ａが装置側フランジ１６に対して図示右側にずれるように回転移動する。この回転移動により、積層板３０の図示右側の端面３０ａがボルト１５の軸に当接する。
【００１７】
ベース３やケーシング１３に作用する衝撃力は非常に大きいため、積層板３０とボルト１５の軸とが当接した後も吸気口フランジ１３ａが右側に移動して、積層板３０を図示右方向に圧縮して変形させる。この積層板３０の変形により、ベース３やケーシング１３に与えられた衝撃エネルギーが吸収されるとともに、ボルト１５へ伝達される衝撃応力が緩和される。
【００１８】
積層板３０を介して衝撃力が伝達されると、ボルト１５の軸は右側に曲げられるように変形する。そのため、領域Ｈ２におけるボルト１５の軸とボルト孔１４の図示左側端面との距離は、図示上下方向で異なることとなる。しかし、積層板３０を構成する板状の部材のそれぞれが、ボルト１５の軸の傾きに合わせて図示右方向に圧縮されて変形するため、積層板３０は、積層板３０の図示右側端面の広い範囲でボルト１５の軸と当接することになる。これにより、ボルト１５へ伝達される衝撃応力の作用面積が広がる。
【００１９】
このように、本実施の形態では、ボルト１５に作用する衝撃応力の作用方向とは略直交する方向に板状の部材が積層されている積層板３０がボルト孔１４に配設されている。これにより、ターボ分子ポンプに異常状態が発生してベース３やケーシング１３に衝撃力が作用しても、積層板３０によって、ボルト１５にかかる剪断応力と、装置側のフランジ１６に伝達される運動エネルギーをともに減少させることができる。その結果、ボルト１５の破断、装置側の変形や破損を防止できる。
【００２０】
図４は比較例として、標準のフランジ構造を示したものであり、（ａ）は衝撃力が作用する前の締結状態を示し、（ｂ）は衝撃力が作用した場合を示す図である。吸気口フランジ１３ａにはボルト孔２４が設けられている。ボルト１５の軸は、領域Ｈ１の部分は装置側フランジ１６に拘束されており、領域Ｈ２は非拘束状態となっている。
【００２１】
衝撃力が作用して吸気口フランジ１３ａを回転させるようなトルクＴが発生し、吸気口フランジ１３ａが装置側フランジ１６に対して図示右側にずれるように回転移動する。この回転移動により、図４（ｂ）に示すようにボルト１５の領域Ｈ２の部分がボルト孔２４の側面に当接する。その結果、領域Ｈ２の部分は吸気口フランジ１３ａによって拘束状態となり、剪断応力が領域Ｈ１と領域Ｈ２との境界部分１５ａに集中して作用することになる。吸気口フランジ１３ａは複数のボルト１５によって装置側フランジ１６に固定されているが、各ボルト孔２４の位置誤差により図４（ｂ）のような状態になるのは各ボルト１５によって異なる。そのため、最初に図４（ｂ）のような状態となったボルト１５のみに剪断応力が集中して発生し、瞬時に破断してしまうという状態が生じることになる。
【００２２】
これに対して、本実施の形態では、積層板３０が変形することで各ボルト孔１４の位置誤差が吸収されるので、締結に用いられているボルト１５の全てでトルクＴを受け止めることができる。したがって、締結に用いられている全てのボルト１５の強度を有効に活用することができ、ボルト１５の破断を防止することができる。
【００２３】
積層板３０による衝撃エネルギーの吸収と衝撃応力の軽減について、以下に説明する。図５に示した簡易モデルを参照して、衝撃エネルギーの吸収について説明する。図５において、１００は衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収機構であり、１１０は、衝撃吸収機構１００を支持する支持部であり、１２０は、衝撃吸収機構１００に衝突する衝突物である。衝撃吸収機構１００の衝撃エネルギーが作用する方向の長さをＬとし、ヤング率をＥとし、衝撃エネルギーが作用する方向と垂直な断面の面積をＡとし、衝突物１２０の衝突による変形量を△Ｌとする。衝突物１２０の質量をＭとし、衝突前の初速をＶ０とする。
【００２４】
衝撃吸収機構１００に作用する運動エネルギーをＥｍ０とし、衝撃吸収機構１００のひずみエネルギーをＥｅとし、衝撃吸収機構１００のひずみをε＝△Ｌ／Ｌとすると、次式（１），（２）が成り立つ。
Ｅｍ０＝１／２×ＭＶ０２ ・・・（１）
Ｅｅ＝１／２×Ｅε２ＡＬ ・・・（２）
【００２５】
支持部１１０に作用する運動エネルギーをＥｍ１とすると、エネルギー保存則より次式（３）が成り立つ。
Ｅｍ１＝Ｅｍ０−Ｅｅ ・・・（３）
支持部１１０に作用する運動エネルギーＥｍ１を減らすためには衝撃吸収機構１００で吸収する運動エネルギー、すなわち、ひずみエネルギーＥｅを増やせばよい。
【００２６】
しかし、衝撃吸収機構１００の変形時に作用する衝撃応力が大きいと、支持部１１０に作用する応力も大きくなってしまう。そこで、図６に示した簡易モデルを参照して、衝撃応力の低減について検討する。衝撃応力をσとすると、衝突物１２０の衝突開始時からの経過時間△ｔの間に衝撃吸収機構１００に与えられた力積Ｉは次式（４）で表される。
Ｉ＝−σＡ△ｔ ・・・（４）
【００２７】
衝撃吸収機構１００の密度をρとし、応力伝搬速度をＣとする。衝突物１２０と衝撃吸収機構１００との反発係数を１とすると、衝撃吸収機構１００の区間Ｃ△ｔが初期速度０から△ｔ後に速度Ｖ０となる。このときの衝撃吸収機構１００の運動量変化△Ｐは次式（５）で表される。
△Ｐ＝ρＡＣ△ｔＶ０ ・・・（５）
衝撃吸収機構１００に与えられた力積Ｉと衝撃吸収機構１００の運動量変化△Ｐは等しいので、上式（４），（５）式より、次式（６）が導かれる。
σ＝−ρＣＶ０ ・・・（６）
【００２８】
応力伝搬速度Ｃは、材料の物性値から次式（７）のように求めることができる。
Ｃ＝（Ｅ／ρ）0.5 ・・・（７）
上式（６），（７）より、次式（８）が導かれる。
σ＝−Ｖ０（ρＥ）0.5 ・・・（８）
【００２９】
フックの法則より、ひずみεは次式（９）で表される。
ε＝−σ／Ｅ ・・・（９）
上式（２），（８），（９）より、衝撃吸収機構１００で吸収する運動エネルギー（ひずみエネルギー）Ｅｅは、次式（１０）で表される。
Ｅｅ＝１／２×Ｅε２ＡＬ
＝ＥＡＬ／２×（Ｖ０ρ0.5／Ｅ0.5）2
＝ＡＬρＶ０2／２ ・・・（１０）
【００３０】
以上より、上式（８）で表された衝撃応力σが小さくなるように衝撃吸収機構１００を設計することが望ましい。上式（１０）で表された衝撃吸収機構１００で吸収する運動エネルギー（以下、単に吸収エネルギーと呼ぶ）Ｅｅが大きくなるように、衝撃吸収機構１００を設計することが望ましい。そのため、衝撃吸収機構１００を次のように設計することが望ましい。
（１） 衝撃吸収機構１００の断面積Ａを増やしたり長さＬを長くする
（２） ヤング率Ｅの小さい材質を用いる
（３） 密度ρを最適値に調節する
【００３１】
この、衝撃吸収機構１００についての望ましい設計を本実施の形態の積層板３０についてあてはめてみると、次のようになる。上述した（１）については、積層板３０を挿入するボルト孔１４の大きさに制限があるため、積層板３０とボルト１５との接触面積を増やすことで、上述した断面積Ａを確保して衝撃応力を分散させることが望ましい。
【００３２】
上述した（２），（３）については、積層板３０に用いる材質に依存する。衝撃応力σの観点から密度ρは小さい値となることが望ましく、吸収エネルギーＥｅの観点から密度ρは大きい値となることが望ましい。そこで、衝撃応力σをボルト１５が破断しない範囲に抑えつつ、密度ρが大きくなるように材質を選定して、吸収エネルギーＥｅを増やすことが考えられる。すなわち、次式（１１）を満たす範囲で密度ρを最大にすることが望ましい。
σ＝−Ｖ０（ρＥ）0.5 ＜（ボルト１５の破断応力）／（安全率） ・・・（１１）
【００３３】
上述した締結構造を採用したターボ分子ポンプでは、次の作用効果を奏する。
（１） 吸気口フランジ１３ａからボルト１５に作用する衝撃力を積層板３０で受け止めるように構成した。これにより、簡単な構成でボルト１５にかかる剪断応力と、装置側のフランジ１６に伝達される運動エネルギーをともに減少させることができるので、ボルト１５の破断や装置側の破損を防止できる。
【００３４】
（２） 吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４に積層板３０を配設するように構成した。これにより、吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４を長穴に加工し、そのボルト孔１４に積層板３０を配設するだけでよいので、コスト増が僅かで済み、容易に本発明を適用できる。また、既存のターボ分子ポンプに対しても僅かなコストで本発明を適用できる。
【００３５】
（３） 吸気口フランジ１３ａの厚さ方向に沿って板状の部材が複数積層されるように積層板３０を構成した。これにより、単純な構造の積層板３０によって、積層板３０からボルト１５へ伝達される衝撃応力の作用面積を確保できるので、信頼性が高く、コストも安価で済む。
【００３６】
（４） 積層板３０に用いる材質を適宜選定することで、吸収エネルギーＥｅおよび衝撃応力σを制御できるので、積層板３０の設計が容易である。また、適用するターボ分子ポンプや真空装置に合わせて積層板３０を適宜設計できるので、適用範囲が広い。
【００３７】
−−−変形例−−−
（１） 上述の説明では、吸気口フランジ１３ａの厚さ方向に沿って板状の部材が複数積層されるように積層板３０を構成したが本発明はこれに限定されない。図７は、吸気口フランジ１３ａを、ボルト孔１４の近傍でボルト１５の軸線方向に対して垂直に切断した際の断面図である。４０は、上述した積層板３０の変形例である積層板である。積層板４０では、吸気口フランジ１３ａの半径方向に沿って板状の部材が複数積層されているが、なお、積層板４０では上述した積層板３０と同様に、その積層方向はボルト１５に作用する衝撃応力の作用方向と略直交する。この積層板４０を用いることにより、トルクＴによって積層板４０とボルト１５の軸とが当接した際に、積層板４０を構成する板状の部材のそれぞれがボルト１５の軸の側面に当接するので、積層板４０からボルト１５へ伝達される衝撃応力の作用面積を確保できる。
【００３８】
図８は比較例として、標準のフランジ構造を示したものであり、図４（ｂ）における吸気口フランジ１３ａを、ボルト孔２４の近傍でボルト１５の軸線方向に対して垂直に切断した際の断面図である。図４，８に示した標準のフランジ構造では、上述したように剪断応力が境界部分１５ａに集中してしまう。
【００３９】
これに対して、積層板４０を用いることで、積層板４０からボルト１５へ伝達される衝撃応力の作用面積を確保できるとともに、積層板４０の変形により各ボルト孔１４の位置誤差が吸収されるので、締結に用いられているボルト１５の全てでトルクＴを受け止めることができる。したがって、上述した実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００４０】
（２） 上述の説明では、積層板３０，４０を構成する板状の部材の積層方向は、ボルト１５に作用する衝撃応力の作用方向と略直交する方向であるが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図９に示すように、吸気口フランジ１３ａの円周方向に沿って、すなわち、ボルト１５に作用する衝撃応力の作用方向と略一致する方向に板状の部材５１，５２を複数積層した積層板５０を用いてもよい。
【００４１】
トルクＴによって積層板５０の図示右側端面とボルト１５の軸とが当接した後、積層板５０を構成する板状の部材５１，５２のそれぞれが変形することによって、積層板５０の図示右側端面とボルト１５の軸との当接面積が増えるので、積層板５０からボルト１５へ伝達される衝撃応力の作用面積を確保できる。また、積層板５０の変形により各ボルト孔１４の位置誤差が吸収されるので、締結に用いられているボルト１５の全てでトルクＴを受け止めることができる。したがって、上述した実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００４２】
さらに、板状の部材５１と板状の部材５２との材質を変えてもよい。すなわち、異種材料の板を積層させてもよい。たとえば、板状の部材５１にヤング率Ｅが小さい材料Ａを用い、板状の部材５２に密度ρの高い材料Ｂを用いることで、板状の部材５１によって多くの衝撃応力を低減し、板状の部材５２に多くの運動エネルギーを吸収させることができる。積層板５０に用いる板状の部材を適宜組み合わせることにより、衝撃応力の低減効果と、運動エネルギーの吸収効果とを適宜調節することができる。
【００４３】
（３） 上述の説明では、板状の部材を積層させた積層板３０，４０，５０を用いているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１０に示すように、柱状の部材６１を束ねた構造を有する吸収部材６０を積層板３０，４０，５０の代わりに用いてもよい。図１０（ａ）は吸収部材６０の側面図であり、図１０（ｂ）は吸収部材６０の平面図であり、図１０（ｃ）は吸収部材６０の正面図である。衝撃力の作用方向、すなわちトルクＴの作用方向は、柱状の部材６１の軸線方向と略一致することが望ましい。このような、吸収部材６０を用いることで、トルクＴによって経時的に変形していくボルト１５の軸と、吸収部材６０との当接状態が良好となるので、衝撃応力がより分散されることとなる。
【００４４】
（４） 上述の説明では、板状の部材の材質を変更することで密度ρを変更しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１１に示す１０１は、積層板３０，４０，５０を構成する板状の部材の変形例である。この板状の部材１０１では、空孔部１０２を複数設けることで、板状の部材１０１の密度を擬似的に調節している。板状の部材１０１の材質の密度に板状の部材１０１の空孔率を乗ずることで、板状の部材１０１の近似密度が得られる。
【００４５】
板状の部材１０１の空孔率を適宜変更することで、衝撃応力の低減効果と、運動エネルギーの吸収効果とを適宜調節することができ、適用するターボ分子ポンプや真空装置に合わせて積層板３０，４０，５０を適宜設計できる。また、ボルト孔１４以外の部位に積層板３０，４０，５０を配設する場合であっても、配設部位毎に最適な特性を有する積層板３０，４０，５０を設計できる。板状の部材１０１は、板金加工によって得られるので、製造コストが安価である。
【００４６】
（５） 上述の説明では、吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４に積層板３０，４０，５０を設けるように構成したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、装置側のフランジ１６に長穴を設けて積層板３０，４０，５０を配設し、吸気口フランジ１３ａにボルト１５を螺合させるように構成してもよい。
【００４７】
（６） 上述の説明では、ターボ分子ポンプ１と真空装置とを直接接続しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１２に示すように、ターボ分子ポンプ１やモレキュラドラッグポンプ等の回転式真空ポンプ１０３を真空チャンバに装着する場合には、ゲートバルブやコントロールバルブ等のバルブを介して固定されることが多い。バルブ１０１は配管１０２を介して真空チャンバ１００に固定されている。このような構成の場合も、装置側のフランジ１６、すなわち真空チャンバ１００への衝撃を抑制するために、バルブ１０１や配管１０２の各締結部分において上述した説明と同様の締結構造を採用してもよい。すなわち、吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４や、配管１０２のフランジ１０２ａ，１０２ｂのボルト孔１４を上述した説明と同様に長穴に加工して、積層板３０，４０，５０を配設してもよい。これにより、上述した実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００４８】
（７） 上述の説明では、積層板３０，４０，５０を構成する板状の部材のそれぞれは、単にボルト孔１４の内部で積み重ねられているだけであり、隣り合う板状の部材同士は特に固定されていないが、本発明はこれに限定されない。たとえば、吸気口フランジ１３ａを装置側のフランジ１６に固定する際などに板状の部材がバラバラにならないように、板状の部材同士を固定しておいてもよい。このときの固定強度は、上述したトルクＴによる積層板３０，４０，５０の変形に際して、それぞれ隣り合う板状の部材の変形に影響がない程度に弱いことが望ましい。吸収部材６０についても同様である。
（８） 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。
【００４９】
以上の実施の形態およびその変形例において、たとえば、積層部材は積層板３０に、ポンプケーシングはケーシング１３に、固定側排気手段は固定翼９およびネジステータ１１にそれぞれ対応する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による真空装置の締結構造を採用したターボ分子ポンプの概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はフランジ部分を示す平面図である。
【図２】吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４の近傍を模式的に示した図である。
【図３】積層板３０の作用を説明する図である。
【図４】標準のフランジ構造を示した図であり、（ａ）は衝撃力が作用する前の締結状態を示し、（ｂ）は衝撃力が作用した場合を示す図である。
【図５】衝撃エネルギーの吸収について説明するための簡易モデルを示す図である。
【図６】衝撃応力の低減について検討するための簡易モデルを示す図である。
【図７】変形例を示す図であり、吸気口フランジ１３ａを、ボルト孔１４の近傍でボルト１５の軸線方向に対して垂直に切断した際の断面図である。
【図８】標準のフランジ構造を示す図である。
【図９】変形例を示す図であり、吸気口フランジ１３ａを、ボルト孔１４の近傍でボルト１５の軸線方向に対して垂直に切断した際の断面図である。
【図１０】吸収部材６０を示す図であり、（ａ）は吸収部材６０の側面図であり、（ｂ）は吸収部材６０の平面図であり、（ｃ）は吸収部材６０の正面図である。
【図１１】変形例における板状の部材１０１を示す図である。
【図１２】変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ ターボ分子ポンプ ２ ロータ
８ 回転翼 ９ 固定翼
１１ ネジステータ １２ 円筒部
１３ ケーシング １３ａ 吸気口フランジ
１４ ボルト孔 １５ ボルト
１６ 装置側フランジ ３０，４０，５０ 積層板
６０ 吸収部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ分子ポンプやモレキュラドラッグポンプ等の回転式真空ポンプに適した締結構造、および回転式真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
高真空排気に用いられるターボ分子ポンプは、交互に配置された複数段の回転翼と複数段の固定翼とを備えている。各回転翼および固定翼は複数のタービンブレードから成り、回転翼はモータにより回転駆動されるロータに形成されており、固定翼はポンプのベースに固定されている。さらに、上述したタービンブレードに加えて、ドラッグポンプ段を備えたターボ分子ポンプも知られている。ドラッグポンプ段は、ロータ下部に形成された円筒部と、その円筒部と近接して配設されるネジ溝ステータとから成る。
【０００３】
ターボ分子ポンプでは、タービンブレードおよび円筒部が形成されたロータは数万ｒｐｍで高速回転しており、異常な外乱が作用するとロータとステータ側（例えば、ネジ溝ステータ）とが接触するおそれがあり、その場合にはステータ側に大きな衝撃が加わることになる。また、高速回転するロータには大きな遠心力が常に作用しており、ロータとステータ側が接触した場合や、設計時の想定を越える条件下で連続運転された場合には、ロータが破壊するおそれもある。そのような場合にはさらに大きな衝撃がステータ側に加わり、ポンプケーシングを装置本体に締結しているボルトに大きな剪断力が加わるという問題があった。
【０００４】
そのため、ボルト孔を拡開する複数の段が形成された孔とすることにより、剪断力が一カ所に集中するのを防いでボルトの破断を防止するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４８３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来の技術では、ボルトが段付き孔の側面に当接して塑性変形することにより衝撃力を吸収するような構造となっているが、段付き孔であるために塑性変形による効果が十分に得られていないという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１） 請求項１の発明による締結構造は、第１の部材と第２の部材とをボルトによって締結する締結構造において、ボルトを介して、第１の部材または第２の部材のいずれか一方から他方へ伝達される運動エネルギーを吸収するとともに、ボルトに作用する衝撃応力を緩和する部材であって、積層構造を有する積層部材を備えることを特徴とする。
（２） 請求項２の発明は、請求項１に記載の締結構造において、第１の部材および第２の部材の少なくともいずれか一方には、ボルトが挿通される穴が設けられ、積層部材は、穴の内周面と、ボルトとの間に配設されることを特徴とする。
（３） 請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の締結構造において、積層部材を構成する個々の部材の積層方向は、ボルトに作用する衝撃応力の作用方向と略一致、または略直交することを特徴とする。
（４） 請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の締結構造において、積層構造は、積層部材によって吸収する運動エネルギーの値および積層部材によって緩和する衝撃応力の値に影響する物性値が異なる複数の部材を積層した構造であることを特徴とする。
（５） 請求項５の発明は、請求項４に記載の締結構造において、積層構造は、材質が異なることで物性値が異なることを特徴とする。
（６） 請求項６の発明は、請求項４に記載の締結構造において、積層構造は、積層部材を構成する個々の部材の少なくとも一部の部材に穴が設けられたことで物性値が異なることを特徴とする。
（７） 請求項７の発明による回転式真空ポンプは、請求項１〜６のいずれか一項に記載の締結構造によって排気対象装置に対して締結される吸気口フランジ、が形成されたポンプケーシングと、回転側排気手段が設けられてポンプケーシング内で高速回転駆動されるロータと、ポンプケーシング内に設けられて回転側排気手段と共働して排気作用を発生する固定側排気手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
（１） 本発明によれば、積層構造を有する積層部材によって、ボルトを介して第１の部材または第２の部材のいずれか一方から他方へ伝達される運動エネルギーを吸収するとともに、ボルトに作用する衝撃応力を緩和するように構成した。これにより、ボルトの破断や、第１の部材および第２の部材の破損を防止できる。
（２） 請求項７の発明によれば、排気対象装置および回転式真空ポンプの破損を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による真空装置の締結構造を採用したターボ分子ポンプの概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はフランジ部分を示す平面図である。なお、平面図はフランジの上半分を示したものである。図１に示したターボ分子ポンプ１は磁気軸受式のポンプであり、ロータ２はベース３に設けられた磁気軸受４ａ〜４ｃによって非接触支持されている。４ａ，４ｂはラジアル磁気軸受であり、４ｃはアキシャル磁気軸受である。
【００１０】
ベース３には、ロータ２を回転駆動するモータ６、タッチダウンベアリング７ａ，７ｂおよびロータ２の浮上位置を検出するためのギャップセンサ５ａ，５ｂ，５ｃがそれぞれ設けられている。タッチダウンベアリング７ａ，７ｂにはメカニカルベアリングが用いられ、磁気軸受４ａ〜４ｃによるロータ２の磁気浮上がオフされたときにロータ２を支持する。
【００１１】
ロータ２には、回転軸方向に複数段の回転翼８が形成されている。上下に並んだ回転翼８の間には固定翼９がそれぞれ配設されている。これらの回転翼８と固定翼９とにより、ターボ分子ポンプ１のタービン翼段が構成される。各固定翼９は、スペーサ１０によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ１０は、固定翼９の保持機能とともに、固定翼９間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。
【００１２】
さらに、固定翼９の後段（図示下方）にはドラッグポンプ段を構成するネジステータ１１が設けられており、ネジステータ１１の内周面はロータ２の円筒部１２と所定間隔で対向している。ロータ２およびスペーサ１０によって保持された固定翼９は、吸気口フランジ１３ａが形成されたケーシング１３内に納められている。図１（ｂ）に示すように、吸気口フランジ１３ａには長穴形状のボルト孔１４が等間隔で８箇所形成されており、吸気口フランジ１３ａは８本のボルト１５によって装置側のフランジ１６に固定される。ボルト孔１４には、後述する積層板３０が配設されている。なお、吸気口フランジ１３ａの径の大きさによって、フランジ厚さや使用ボルト寸法およびボルト本数は規格によって定められている。
【００１３】
ボルト孔１４は、長穴の長手方向が吸気口フランジ１３ａの円周の接線方向と略一致するように吸気口フランジ１３ａの周縁近傍に設けられている。ボルト孔１４には、ロータ回転方向Ｒとは反対方向である、図１（ｂ）における図示反時計方向に寄せられた状態で積層板３０が配設されている。図２は、吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４の近傍を模式的に示したものであり、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す模式図である。なお、図２では、座金の記載を省略している。図２における図示左側は、図１（ｂ）における図示反時計方向となる。ボルト孔１４のうち、積層板３０が設けられていない空間（図２における図示右側の空間）には、ボルト１５が挿通されている。ボルト１５は、装置側のフランジ１６に設けられた雌ねじ部１６ａに螺合されている。
【００１４】
積層板３０は、吸気口フランジ１３ａの厚さ方向に沿って板状の部材が複数積層された構造を有する。積層板３０を構成する板状の部材のそれぞれは、単にボルト孔１４の内部で積み重ねられているだけであり、隣り合う板状の部材とは特に固定されていない。
【００１５】
図３は積層板３０の作用を説明する図であり、図２と同様に図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示す模式図である。ボルト１５は、軸の先端から領域Ｈ１の部分が装置側フランジ１６の雌ネジ部１６ａに螺合しており、この領域Ｈ１は装置側フランジ１６によって拘束されている。一方、装置側フランジ１６に螺合していない領域Ｈ２は非拘束状態になっている。
【００１６】
何らかの原因でロータとステータ側が接触した場合や、ロータが破損した場合には、ベース３やケーシング１３に対してロータ回転方向Ｒに衝撃力が作用する。この衝撃力によって吸気口フランジ１３ａを回転させるようなトルクＴが発生し、吸気口フランジ１３ａが装置側フランジ１６に対して図示右側にずれるように回転移動する。この回転移動により、積層板３０の図示右側の端面３０ａがボルト１５の軸に当接する。
【００１７】
ベース３やケーシング１３に作用する衝撃力は非常に大きいため、積層板３０とボルト１５の軸とが当接した後も吸気口フランジ１３ａが右側に移動して、積層板３０を図示右方向に圧縮して変形させる。この積層板３０の変形により、ベース３やケーシング１３に与えられた衝撃エネルギーが吸収されるとともに、ボルト１５へ伝達される衝撃応力が緩和される。
【００１８】
積層板３０を介して衝撃力が伝達されると、ボルト１５の軸は右側に曲げられるように変形する。そのため、領域Ｈ２におけるボルト１５の軸とボルト孔１４の図示左側端面との距離は、図示上下方向で異なることとなる。しかし、積層板３０を構成する板状の部材のそれぞれが、ボルト１５の軸の傾きに合わせて図示右方向に圧縮されて変形するため、積層板３０は、積層板３０の図示右側端面の広い範囲でボルト１５の軸と当接することになる。これにより、ボルト１５へ伝達される衝撃応力の作用面積が広がる。
【００１９】
このように、本実施の形態では、ボルト１５に作用する衝撃応力の作用方向とは略直交する方向に板状の部材が積層されている積層板３０がボルト孔１４に配設されている。これにより、ターボ分子ポンプに異常状態が発生してベース３やケーシング１３に衝撃力が作用しても、積層板３０によって、ボルト１５にかかる剪断応力と、装置側のフランジ１６に伝達される運動エネルギーをともに減少させることができる。その結果、ボルト１５の破断、装置側の変形や破損を防止できる。
【００２０】
図４は比較例として、標準のフランジ構造を示したものであり、（ａ）は衝撃力が作用する前の締結状態を示し、（ｂ）は衝撃力が作用した場合を示す図である。吸気口フランジ１３ａにはボルト孔２４が設けられている。ボルト１５の軸は、領域Ｈ１の部分は装置側フランジ１６に拘束されており、領域Ｈ２は非拘束状態となっている。
【００２１】
衝撃力が作用して吸気口フランジ１３ａを回転させるようなトルクＴが発生し、吸気口フランジ１３ａが装置側フランジ１６に対して図示右側にずれるように回転移動する。この回転移動により、図４（ｂ）に示すようにボルト１５の領域Ｈ２の部分がボルト孔２４の側面に当接する。その結果、領域Ｈ２の部分は吸気口フランジ１３ａによって拘束状態となり、剪断応力が領域Ｈ１と領域Ｈ２との境界部分１５ａに集中して作用することになる。吸気口フランジ１３ａは複数のボルト１５によって装置側フランジ１６に固定されているが、各ボルト孔２４の位置誤差により図４（ｂ）のような状態になるのは各ボルト１５によって異なる。そのため、最初に図４（ｂ）のような状態となったボルト１５のみに剪断応力が集中して発生し、瞬時に破断してしまうという状態が生じることになる。
【００２２】
これに対して、本実施の形態では、積層板３０が変形することで各ボルト孔１４の位置誤差が吸収されるので、締結に用いられているボルト１５の全てでトルクＴを受け止めることができる。したがって、締結に用いられている全てのボルト１５の強度を有効に活用することができ、ボルト１５の破断を防止することができる。
【００２３】
積層板３０による衝撃エネルギーの吸収と衝撃応力の軽減について、以下に説明する。図５に示した簡易モデルを参照して、衝撃エネルギーの吸収について説明する。図５において、１００は衝撃エネルギーを吸収する衝撃吸収機構であり、１１０は、衝撃吸収機構１００を支持する支持部であり、１２０は、衝撃吸収機構１００に衝突する衝突物である。衝撃吸収機構１００の衝撃エネルギーが作用する方向の長さをＬとし、ヤング率をＥとし、衝撃エネルギーが作用する方向と垂直な断面の面積をＡとし、衝突物１２０の衝突による変形量を△Ｌとする。衝突物１２０の質量をＭとし、衝突前の初速をＶ０とする。
【００２４】
衝撃吸収機構１００に作用する運動エネルギーをＥｍ０とし、衝撃吸収機構１００のひずみエネルギーをＥｅとし、衝撃吸収機構１００のひずみをε＝△Ｌ／Ｌとすると、次式（１），（２）が成り立つ。
Ｅｍ０＝１／２×ＭＶ０２ ・・・（１）
Ｅｅ＝１／２×Ｅε２ＡＬ ・・・（２）
【００２５】
支持部１１０に作用する運動エネルギーをＥｍ１とすると、エネルギー保存則より次式（３）が成り立つ。
Ｅｍ１＝Ｅｍ０−Ｅｅ ・・・（３）
支持部１１０に作用する運動エネルギーＥｍ１を減らすためには衝撃吸収機構１００で吸収する運動エネルギー、すなわち、ひずみエネルギーＥｅを増やせばよい。
【００２６】
しかし、衝撃吸収機構１００の変形時に作用する衝撃応力が大きいと、支持部１１０に作用する応力も大きくなってしまう。そこで、図６に示した簡易モデルを参照して、衝撃応力の低減について検討する。衝撃応力をσとすると、衝突物１２０の衝突開始時からの経過時間△ｔの間に衝撃吸収機構１００に与えられた力積Ｉは次式（４）で表される。
Ｉ＝−σＡ△ｔ ・・・（４）
【００２７】
衝撃吸収機構１００の密度をρとし、応力伝搬速度をＣとする。衝突物１２０と衝撃吸収機構１００との反発係数を１とすると、衝撃吸収機構１００の区間Ｃ△ｔが初期速度０から△ｔ後に速度Ｖ０となる。このときの衝撃吸収機構１００の運動量変化△Ｐは次式（５）で表される。
△Ｐ＝ρＡＣ△ｔＶ０ ・・・（５）
衝撃吸収機構１００に与えられた力積Ｉと衝撃吸収機構１００の運動量変化△Ｐは等しいので、上式（４），（５）式より、次式（６）が導かれる。
σ＝−ρＣＶ０ ・・・（６）
【００２８】
応力伝搬速度Ｃは、材料の物性値から次式（７）のように求めることができる。
Ｃ＝（Ｅ／ρ）0.5 ・・・（７）
上式（６），（７）より、次式（８）が導かれる。
σ＝−Ｖ０（ρＥ）0.5 ・・・（８）
【００２９】
フックの法則より、ひずみεは次式（９）で表される。
ε＝−σ／Ｅ ・・・（９）
上式（２），（８），（９）より、衝撃吸収機構１００で吸収する運動エネルギー（ひずみエネルギー）Ｅｅは、次式（１０）で表される。
Ｅｅ＝１／２×Ｅε２ＡＬ
＝ＥＡＬ／２×（Ｖ０ρ0.5／Ｅ0.5）2
＝ＡＬρＶ０2／２ ・・・（１０）
【００３０】
以上より、上式（８）で表された衝撃応力σが小さくなるように衝撃吸収機構１００を設計することが望ましい。上式（１０）で表された衝撃吸収機構１００で吸収する運動エネルギー（以下、単に吸収エネルギーと呼ぶ）Ｅｅが大きくなるように、衝撃吸収機構１００を設計することが望ましい。そのため、衝撃吸収機構１００を次のように設計することが望ましい。
（１） 衝撃吸収機構１００の断面積Ａを増やしたり長さＬを長くする
（２） ヤング率Ｅの小さい材質を用いる
（３） 密度ρを最適値に調節する
【００３１】
この、衝撃吸収機構１００についての望ましい設計を本実施の形態の積層板３０についてあてはめてみると、次のようになる。上述した（１）については、積層板３０を挿入するボルト孔１４の大きさに制限があるため、積層板３０とボルト１５との接触面積を増やすことで、上述した断面積Ａを確保して衝撃応力を分散させることが望ましい。
【００３２】
上述した（２），（３）については、積層板３０に用いる材質に依存する。衝撃応力σの観点から密度ρは小さい値となることが望ましく、吸収エネルギーＥｅの観点から密度ρは大きい値となることが望ましい。そこで、衝撃応力σをボルト１５が破断しない範囲に抑えつつ、密度ρが大きくなるように材質を選定して、吸収エネルギーＥｅを増やすことが考えられる。すなわち、次式（１１）を満たす範囲で密度ρを最大にすることが望ましい。
σ＝−Ｖ０（ρＥ）0.5 ＜（ボルト１５の破断応力）／（安全率） ・・・（１１）
【００３３】
上述した締結構造を採用したターボ分子ポンプでは、次の作用効果を奏する。
（１） 吸気口フランジ１３ａからボルト１５に作用する衝撃力を積層板３０で受け止めるように構成した。これにより、簡単な構成でボルト１５にかかる剪断応力と、装置側のフランジ１６に伝達される運動エネルギーをともに減少させることができるので、ボルト１５の破断や装置側の破損を防止できる。
【００３４】
（２） 吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４に積層板３０を配設するように構成した。これにより、吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４を長穴に加工し、そのボルト孔１４に積層板３０を配設するだけでよいので、コスト増が僅かで済み、容易に本発明を適用できる。また、既存のターボ分子ポンプに対しても僅かなコストで本発明を適用できる。
【００３５】
（３） 吸気口フランジ１３ａの厚さ方向に沿って板状の部材が複数積層されるように積層板３０を構成した。これにより、単純な構造の積層板３０によって、積層板３０からボルト１５へ伝達される衝撃応力の作用面積を確保できるので、信頼性が高く、コストも安価で済む。
【００３６】
（４） 積層板３０に用いる材質を適宜選定することで、吸収エネルギーＥｅおよび衝撃応力σを制御できるので、積層板３０の設計が容易である。また、適用するターボ分子ポンプや真空装置に合わせて積層板３０を適宜設計できるので、適用範囲が広い。
【００３７】
−−−変形例−−−
（１） 上述の説明では、吸気口フランジ１３ａの厚さ方向に沿って板状の部材が複数積層されるように積層板３０を構成したが本発明はこれに限定されない。図７は、吸気口フランジ１３ａを、ボルト孔１４の近傍でボルト１５の軸線方向に対して垂直に切断した際の断面図である。４０は、上述した積層板３０の変形例である積層板である。積層板４０では、吸気口フランジ１３ａの半径方向に沿って板状の部材が複数積層されているが、なお、積層板４０では上述した積層板３０と同様に、その積層方向はボルト１５に作用する衝撃応力の作用方向と略直交する。この積層板４０を用いることにより、トルクＴによって積層板４０とボルト１５の軸とが当接した際に、積層板４０を構成する板状の部材のそれぞれがボルト１５の軸の側面に当接するので、積層板４０からボルト１５へ伝達される衝撃応力の作用面積を確保できる。
【００３８】
図８は比較例として、標準のフランジ構造を示したものであり、図４（ｂ）における吸気口フランジ１３ａを、ボルト孔２４の近傍でボルト１５の軸線方向に対して垂直に切断した際の断面図である。図４，８に示した標準のフランジ構造では、上述したように剪断応力が境界部分１５ａに集中してしまう。
【００３９】
これに対して、積層板４０を用いることで、積層板４０からボルト１５へ伝達される衝撃応力の作用面積を確保できるとともに、積層板４０の変形により各ボルト孔１４の位置誤差が吸収されるので、締結に用いられているボルト１５の全てでトルクＴを受け止めることができる。したがって、上述した実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００４０】
（２） 上述の説明では、積層板３０，４０を構成する板状の部材の積層方向は、ボルト１５に作用する衝撃応力の作用方向と略直交する方向であるが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図９に示すように、吸気口フランジ１３ａの円周方向に沿って、すなわち、ボルト１５に作用する衝撃応力の作用方向と略一致する方向に板状の部材５１，５２を複数積層した積層板５０を用いてもよい。
【００４１】
トルクＴによって積層板５０の図示右側端面とボルト１５の軸とが当接した後、積層板５０を構成する板状の部材５１，５２のそれぞれが変形することによって、積層板５０の図示右側端面とボルト１５の軸との当接面積が増えるので、積層板５０からボルト１５へ伝達される衝撃応力の作用面積を確保できる。また、積層板５０の変形により各ボルト孔１４の位置誤差が吸収されるので、締結に用いられているボルト１５の全てでトルクＴを受け止めることができる。したがって、上述した実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００４２】
さらに、板状の部材５１と板状の部材５２との材質を変えてもよい。すなわち、異種材料の板を積層させてもよい。たとえば、板状の部材５１にヤング率Ｅが小さい材料Ａを用い、板状の部材５２に密度ρの高い材料Ｂを用いることで、板状の部材５１によって多くの衝撃応力を低減し、板状の部材５２に多くの運動エネルギーを吸収させることができる。積層板５０に用いる板状の部材を適宜組み合わせることにより、衝撃応力の低減効果と、運動エネルギーの吸収効果とを適宜調節することができる。
【００４３】
（３） 上述の説明では、板状の部材を積層させた積層板３０，４０，５０を用いているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１０に示すように、柱状の部材６１を束ねた構造を有する吸収部材６０を積層板３０，４０，５０の代わりに用いてもよい。図１０（ａ）は吸収部材６０の側面図であり、図１０（ｂ）は吸収部材６０の平面図であり、図１０（ｃ）は吸収部材６０の正面図である。衝撃力の作用方向、すなわちトルクＴの作用方向は、柱状の部材６１の軸線方向と略一致することが望ましい。このような、吸収部材６０を用いることで、トルクＴによって経時的に変形していくボルト１５の軸と、吸収部材６０との当接状態が良好となるので、衝撃応力がより分散されることとなる。
【００４４】
（４） 上述の説明では、板状の部材の材質を変更することで密度ρを変更しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１１に示す１０１は、積層板３０，４０，５０を構成する板状の部材の変形例である。この板状の部材１０１では、空孔部１０２を複数設けることで、板状の部材１０１の密度を擬似的に調節している。板状の部材１０１の材質の密度に板状の部材１０１の空孔率を乗ずることで、板状の部材１０１の近似密度が得られる。
【００４５】
板状の部材１０１の空孔率を適宜変更することで、衝撃応力の低減効果と、運動エネルギーの吸収効果とを適宜調節することができ、適用するターボ分子ポンプや真空装置に合わせて積層板３０，４０，５０を適宜設計できる。また、ボルト孔１４以外の部位に積層板３０，４０，５０を配設する場合であっても、配設部位毎に最適な特性を有する積層板３０，４０，５０を設計できる。板状の部材１０１は、板金加工によって得られるので、製造コストが安価である。
【００４６】
（５） 上述の説明では、吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４に積層板３０，４０，５０を設けるように構成したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、装置側のフランジ１６に長穴を設けて積層板３０，４０，５０を配設し、吸気口フランジ１３ａにボルト１５を螺合させるように構成してもよい。
【００４７】
（６） 上述の説明では、ターボ分子ポンプ１と真空装置とを直接接続しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１２に示すように、ターボ分子ポンプ１やモレキュラドラッグポンプ等の回転式真空ポンプ１０３を真空チャンバに装着する場合には、ゲートバルブやコントロールバルブ等のバルブを介して固定されることが多い。バルブ１０１は配管１０２を介して真空チャンバ１００に固定されている。このような構成の場合も、装置側のフランジ１６、すなわち真空チャンバ１００への衝撃を抑制するために、バルブ１０１や配管１０２の各締結部分において上述した説明と同様の締結構造を採用してもよい。すなわち、吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４や、配管１０２のフランジ１０２ａ，１０２ｂのボルト孔１４を上述した説明と同様に長穴に加工して、積層板３０，４０，５０を配設してもよい。これにより、上述した実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００４８】
（７） 上述の説明では、積層板３０，４０，５０を構成する板状の部材のそれぞれは、単にボルト孔１４の内部で積み重ねられているだけであり、隣り合う板状の部材同士は特に固定されていないが、本発明はこれに限定されない。たとえば、吸気口フランジ１３ａを装置側のフランジ１６に固定する際などに板状の部材がバラバラにならないように、板状の部材同士を固定しておいてもよい。このときの固定強度は、上述したトルクＴによる積層板３０，４０，５０の変形に際して、それぞれ隣り合う板状の部材の変形に影響がない程度に弱いことが望ましい。吸収部材６０についても同様である。
（８） 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。
【００４９】
以上の実施の形態およびその変形例において、たとえば、積層部材は積層板３０に、ポンプケーシングはケーシング１３に、固定側排気手段は固定翼９およびネジステータ１１にそれぞれ対応する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による真空装置の締結構造を採用したターボ分子ポンプの概略構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）はフランジ部分を示す平面図である。
【図２】吸気口フランジ１３ａのボルト孔１４の近傍を模式的に示した図である。
【図３】積層板３０の作用を説明する図である。
【図４】標準のフランジ構造を示した図であり、（ａ）は衝撃力が作用する前の締結状態を示し、（ｂ）は衝撃力が作用した場合を示す図である。
【図５】衝撃エネルギーの吸収について説明するための簡易モデルを示す図である。
【図６】衝撃応力の低減について検討するための簡易モデルを示す図である。
【図７】変形例を示す図であり、吸気口フランジ１３ａを、ボルト孔１４の近傍でボルト１５の軸線方向に対して垂直に切断した際の断面図である。
【図８】標準のフランジ構造を示す図である。
【図９】変形例を示す図であり、吸気口フランジ１３ａを、ボルト孔１４の近傍でボルト１５の軸線方向に対して垂直に切断した際の断面図である。
【図１０】吸収部材６０を示す図であり、（ａ）は吸収部材６０の側面図であり、（ｂ）は吸収部材６０の平面図であり、（ｃ）は吸収部材６０の正面図である。
【図１１】変形例における板状の部材１０１を示す図である。
【図１２】変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ ターボ分子ポンプ ２ ロータ
８ 回転翼 ９ 固定翼
１１ ネジステータ １２ 円筒部
１３ ケーシング １３ａ 吸気口フランジ
１４ ボルト孔 １５ ボルト
１６ 装置側フランジ ３０，４０，５０ 積層板
６０ 吸収部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と第２の部材とをボルトによって締結する締結構造において、
前記ボルトを介して、前記第１の部材または前記第２の部材のいずれか一方から他方へ伝達される運動エネルギーを吸収するとともに、前記ボルトに作用する衝撃応力を緩和する部材であって、積層構造を有する積層部材を備えることを特徴とする締結構造。
【請求項２】
請求項１に記載の締結構造において、
前記第１の部材および前記第２の部材の少なくともいずれか一方には、前記ボルトが挿通される穴が設けられ、
前記積層部材は、前記穴の内周面と、前記ボルトとの間に配設されることを特徴とする締結構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の締結構造において、
前記積層部材を構成する個々の部材の積層方向は、前記ボルトに作用する衝撃応力の作用方向と略一致、または略直交することを特徴とする締結構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の締結構造において、
前記積層構造は、前記積層部材によって吸収する前記運動エネルギーの値および前記積層部材によって緩和する前記衝撃応力の値に影響する物性値が異なる複数の部材を積層した構造であることを特徴とする締結構造。
【請求項５】
請求項４に記載の締結構造において、
前記積層構造は、材質が異なることで前記物性値が異なることを特徴とする締結構造。
【請求項６】
請求項４に記載の締結構造において、
前記積層構造は、前記積層部材を構成する個々の部材の少なくとも一部の部材に穴が設けられたことで前記物性値が異なることを特徴とする締結構造。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の締結構造によって排気対象装置に対して締結される吸気口フランジ、が形成されたポンプケーシングと、
回転側排気手段が設けられて前記ポンプケーシング内で高速回転駆動されるロータと、
前記ポンプケーシング内に設けられて前記回転側排気手段と共働して排気作用を発生する固定側排気手段とを備えることを特徴とする回転式真空ポンプ。
【請求項１】
第１の部材と第２の部材とをボルトによって締結する締結構造において、
前記ボルトを介して、前記第１の部材または前記第２の部材のいずれか一方から他方へ伝達される運動エネルギーを吸収するとともに、前記ボルトに作用する衝撃応力を緩和する部材であって、積層構造を有する積層部材を備えることを特徴とする締結構造。
【請求項２】
請求項１に記載の締結構造において、
前記第１の部材および前記第２の部材の少なくともいずれか一方には、前記ボルトが挿通される穴が設けられ、
前記積層部材は、前記穴の内周面と、前記ボルトとの間に配設されることを特徴とする締結構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の締結構造において、
前記積層部材を構成する個々の部材の積層方向は、前記ボルトに作用する衝撃応力の作用方向と略一致、または略直交することを特徴とする締結構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の締結構造において、
前記積層構造は、前記積層部材によって吸収する前記運動エネルギーの値および前記積層部材によって緩和する前記衝撃応力の値に影響する物性値が異なる複数の部材を積層した構造であることを特徴とする締結構造。
【請求項５】
請求項４に記載の締結構造において、
前記積層構造は、材質が異なることで前記物性値が異なることを特徴とする締結構造。
【請求項６】
請求項４に記載の締結構造において、
前記積層構造は、前記積層部材を構成する個々の部材の少なくとも一部の部材に穴が設けられたことで前記物性値が異なることを特徴とする締結構造。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の締結構造によって排気対象装置に対して締結される吸気口フランジ、が形成されたポンプケーシングと、
回転側排気手段が設けられて前記ポンプケーシング内で高速回転駆動されるロータと、
前記ポンプケーシング内に設けられて前記回転側排気手段と共働して排気作用を発生する固定側排気手段とを備えることを特徴とする回転式真空ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−２７８１６３（Ｐ２００７−２７８１６３Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０５０２３（Ｐ２００６−１０５０２３）
【出願日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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