KR20030034023A

KR20030034023A - 진공을 형성하는 분자 펌프

Info

Publication number: KR20030034023A
Application number: KR1020020065232A
Authority: KR
Inventors: 가바사와다카시; 노나카마나부; 미와타도오루
Original assignee: 비오씨 에드워즈 테크놀로지스 리미티드
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2003-05-01
Also published as: EP1306556A3; EP1306556A2; JP2003129991A; US6832888B2; US20030077187A1; TW574476B

Abstract

로터의 외주면 및 스테이터의 내주면을 원뿔형으로 형성하고, 로터와 스테이터를 추력 방향으로 상대적으로 이동시킴으로써 로터와 스테이터 사이의 틈을 조절한다. 로터가 자기 축받이에 의해 지지되는 경우에는, 로터의 유지 위치를 추력 방향으로 오프셋 함으로써 로터와 스테이터 사이의 틈의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 스테이터의 밑 부분을 압전부재로 형성하여, 그 압전부재를 신축시킴으로써 스테이터를 추력 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 로터의 외주면 및 스테이터의 내주면이 원통형인 경우에는, 스테이터의 일부분을 압전부재로 구성함으로써 스테이터의 내경을 크게 하거나 작게 할 수 있다.

Description

진공을 형성하는 분자 펌프{MOLECULAR PUMP FOR FORMING A VACUUM}

본 발명은 분자 펌프에 관한 것으로, 예컨대 나사 홈을 이용하여 배기를 하는 펌프에 관련된다.

근년 과학기술의 급격한 진보와 함께, 배기 능력이 크고 높은 진동도를 달성할 수 있는 펌프의 수요가 높아지고 있다.

이러한 사용자의 요구를 충족시키는 펌프로서 분자 펌프가 학술분야, 산업분야 등에 널리 사용되고 있다.

분자 펌프에는 나사 홈 펌프나 터보 분자 펌프 등이 있고, 또한 터보 분자 펌프와 나사 홈 펌프를 조합한 것 등이 있다.

도 11은 종래의 분자 펌프의 일례로서, 흡기구 측을 터보 분자 펌프로, 배기구 측을 나사 홈 펌프로 구성한 분자 펌프 구조의 일례를 나타내는 도면이다.

분자 펌프(101)는 터보 분자 펌프부(102)와 나사 홈 펌프부(103) 등으로 구성된다. 그리고, 흡기구(104)로부터 흡인된 가스는 터보 분자 펌프부(102)에서 압축된 후, 나사 홈 펌프부(103)에서 더욱 압축되어 배기구(105)로부터 배출된다.

분자 펌프(101)는 로터 축(106)을 구비하고 있고, 로터 축(106)은 자기 축받이(107, 108, 109)에 의해 축선 주위에 회전 가능하게 지지되어 있다. 자기 축받이(107, 108)는 로터 축(106)을 방사 방향으로 자기 부상시키고, 자기 축받이(109)는 로터 축(106)을 추력 방향으로 자기 부상시킨다.

로터 축(106)은 축 방향 거의 중앙부에 모터부(110)를 구비하고 있고, 모터부(110)가 발생하는 토크에 의해 축선 주위로 고속 회전하게 되어 있다.

로터 축(106)의 흡기구(104) 측에는 로터(111)가 볼트에 의해 고정되어 있다. 로터(111)는 터보 분자 펌프부(102)의 회전체를 구성하는 터빈부와 나사 홈 펌프부(103)의 회전체를 구성하는 원통부(122)로 구성되어 있다.

터빈부에는 다단의 로터 날개(112)가 방사 방향으로 다수 형성되어 있다. 또한, 케이싱(114)의 내주면에는 다단의 스테이터 날개(113)가 로터 날개(112)와 교대로 로터 축(106) 방향으로 형성되어 있다.

외주면이 원통형으로 되어있는 원통부(122)의 외주면에는 외주면에서 소정의 틈을 두고 나사 홈 스페이서(116)가 배치되어 있다. 나사 홈 스페이서(116)는 원통형 내주면을 가지며, 그 내주면에는 나사 홈(120)이 나선형으로 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 분자 펌프(101)는 다음과 같이 동작한다.

로터 축(106)이 자기 축받이부(107, 108, 109)에 의해 자기 부상한 후, 모터부(110)가 구동하여 로터(111)가 회전하고 흡기구(104)를 통해 가스가 흡인된다. 흡인된 가스는 로터 날개(112) 및 스테이터 날개(113)의 작용에 의해 터보 분자 펌프부(102)에서 압축되어 나사 홈 펌프부(113)에 보내진다. 나사 홈 펌프부(103)에서는, 고속 회전하는 원통부(122)를 따라 가스가 유로인 나사 홈(120)을 통해 안내되어 아래쪽으로 보내지면서 더 압축된다. 이와 같이 흡기구(104)를 통해 흡인된 가스는 터보 분자 펌프부(102)에서 압축된 후, 나사 홈 펌프부(103)에서 더욱 압축되어 배기구(105)로부터 배출된다.

이와 같이 두 가지 분자 펌프를 조합하는 이유는 압력 영역에 따라 알맞은 펌프가 다르기 때문이다. 따라서, 가스 압축의 전단을 터보 분자 펌프부(102)로 구성하고, 후단을 나사 홈 펌프부(103)로 구성함으로써 압축비가 큰 분자 펌프를 구성할 수 있다.

도 12는 분자 펌프(101)와 챔버(126) 사이의 종래의 접속 형태를 나타내는도면이다.

배기 대상인 챔버(126)에 터보 분자 펌프(101)를 접속하는 경우, 터보 분자 펌프(101)는 게이트 밸브(125)를 통해 접속되는 경우가 있다. 게이트 밸브(125)는 챔버(126) 내의 압력을 조절하기 위해 설치되고, 터보 분자 펌프(101)를 가동시키면서 게이트 밸브(125)의 개폐도를 조절함으로써, 챔버(126) 내의 압력을 조절할 수 있다.

그러나, 종래의 나사 홈 펌프부(103)에서 로터(122)와 그 대항면 사이의 틈(121)은 나사 홈 펌프부(103)와 로터(122)가 접촉하지 않도록 안전성을 고려하여 일정한 값(예컨대 1 ㎜) 이상으로 설정되었다. 이 결과, 펌프에 의해 배기되는 가스의 압력이 상승한 경우에, 로터(122)와 그 대항면 사이의 틈(121)에서 역류가 일어나, 성능이 저하한다는 특성이 있었다.

또한, 한편으로는 펌프의 배기 능력을 제어함으로써 압력을 제어하고자 하는 시장 요구가 있었지만, 종래 기술에서는 로터(111)의 회전수를 변경하는 방법밖에 없었다. 로터의 회전수는 바로 변경할 수 없기 때문에 응답이 느리고, 결국, 챔버(126)의 압력을 비싼 게이트 밸브(125)로 제어하게 되어, 비용 상승으로 연결되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 틈(121)을 최소로 하여, 높은 압축률을 갖는 동시에 압축률 제어가 가능한 분자 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 분자 펌프의 압축률을 상승시킬 수도 있고, 압축률을 제어할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위해서, 스테이터, 상기 스테이터의 소정의 표면에 대향하는 대항면을 가져, 그 대항면을 상기 표면에 대향시킨 상태로 회전 가능하게 지지된 로터, 상기 로터를 구동하여 상기 스테이터에 대해 회전시키는 모터, 상기 스테이터와 상기 로터가 대항하는 면 중 적어도 한쪽에 형성된 나사 홈, 상기 로터를 상기 모터에 의해 회전시킴으로써 상기 나사 홈을 통해 가스를 이송하는 이송장치, 및 상기 스테이터와 상기 로터의 대항면 사이의 틈의 크기를 변화시키는 틈 변화장치를 구비한 것을 특징으로 하는 분자 펌프를 제공한다(제1 구성).

제1 구성은 나사 홈 펌프 또는 터보 분자 펌프의 나사 홈부에서 로터와 그 대항면 사이의 틈의 크기를 임의로 변경할 수 있는 장치를 나사 홈 펌프 또는 터보 분자 펌프에 구비함으로써 실현될 수 있다. 이 틈 변화장치는 자기 축받이의 부상(浮上) 위치를 변화시키는 등, 로터 또는 그 대항면을 축 방향으로 이동시키는 기구에 의해 틈의 크기를 설정할 수 있다. 로터와 스테이터의 대항면 중 적어도 한쪽에 나사 홈이 형성되어, 로터가 회전하여 이 나사 홈을 통해 가스가 수송되면서 압축된다.

제1 구성은 상기 로터가 상기 스테이터에 대항하는 면의 버스선이 상기 로터의 축선과 적어도 0도가 아닌 소정의 각도를 형성하고 있고, 상기 틈 변화장치는 상기 로터와 상기 스테이터 중 적어도 한쪽을 상기 로터의 축선 방향으로 이동시킴으로써 상기 틈의 크기를 변화시키도록 구성하는 것이 가능하다(제2 구성).

버스선과 축선이 형성하는 각도가 0도이면, 로터와 스테이터가 대향하는 면은 원통형이 되고, 90도이면 로터와 스테이터가 대향하는 면은 원판형이 된다. 0도가 아닌 소정의 각도이면, 그 대향하는 면은 원뿔형의 외주면과 같은 거의 원통형이 되어, 그 거의 원통형의 지름은 축 방향으로 변화한다. 로터와 그 대항면이 되는 원통의 지름 변화율, 즉 버스선과 축선이 형성하는 각도는 10도 이상으로 할 수 있다.

제2 구성은 상기 로터가 자기 축받이에 의해 회전 가능하게 지지되고, 상기 틈 변화장치는 상기 자기 축받이에 의한 상기 로터의 축선 방향의 자기 부상량을 변화시킴으로써 상기 로터를 축선 방향으로 이동시키도록 구성할 수 있다(제3 구성).

제2 구성은 상기 스테이터가 상기 로터의 축선 방향으로 신축 가능한 신축부재에 의해 유지되고, 상기 틈 변화장치가 상기 신축부재를 신축시킴으로써 상기 스테이터를 상기 로터의 축선 방향으로 이동시키도록 구성할 수 있다(제4 구성).

또한, 제1 구성은 상기 로터의 외주면 및 상기 스테이터의 내주면이 원통형이고, 상기 틈 변화장치는 상기 스테이터의 내주면의 내경을 변화시키는 내경 변화장치를 구비하도록 구성할 수 있다(제5 구성).

틈 변화장치는 스테이터 측의 대항면의 내경을 조절하는 기구에 의해 로터와 스테이터의 대항면 사이의 틈의 크기 변화시킬 수 있다.

제5 구성은 상기 스테이터가 내주면의 원주 방향으로 다수로 분할된 스테이터 구성부재, 및 상기 스테이터 구성부재를 연결하며 상기 원주 방향으로 신축 가능한 신축부재로 구성되며, 상기 내경 변화장치가 상기 신축부재를 신축시킴으로써 상기 스테이터의 내주면의 내경을 변화시키도록 구성할 수 있다(제6 구성).

스테이터 측의 대항면의 내경을 조절하는 기구는 2개 이상으로 분할된 원통 및 그것을 지지하는 부품(압전소자) 등으로 구성될 수 있다.

제5 구성은 상기 스테이터가 내주면의 원주 방향으로 다수로 분할된 스테이터 구성부재, 및 상기 스테이터 구성부재의 외주면에 일단을 부착하고, 타단을 고정부에 부착하여, 상기 내주면의 방사 방향으로 신축 가능한 신축부재로 구성되며, 상기 스테이터 구성부재 사이에는 틈이 마련되고, 상기 내경 변화장치는 상기 신축부재를 신축시킴으로써 상기 부재를 방사 방향으로 이동하여 상기 내경을 변화시키도록 구성할 수 있다(제7 구성).

제5 구성은 상기 스테이터의 내주면에는 나사 홈이 형성되어 있고, 상기 나사 홈의 나사를 형성하는 부분 중 적어도 일부가 상기 내주면의 방사 방향으로 신축 가능한 신축부재에 의해 형성되며, 상기 내경 변화장치는 상기 신축부재를 신축시킴으로써 상기 내경을 변화시키도록 구성할 수 있다(제8 구성).

로터의 대항면(즉, 스테이터의 내주면)에 나사 홈이 형성되어 있고, 그 나사의 높이는 변경 가능하다.

제1 구성∼제8 구성 중 어느 한 구성은 상기 로터와 상기 스테이터 사이의 틈의 크기를 측정하는 측정장치, 및 상기 측정장치로 측정된 틈의 크기가 소정 값이 되도록 상기 틈 변화장치를 이용하여 상기 틈의 크기를 조절하는 조절장치를 더 구비하도록 구성할 수 있다(제9 구성).

와전류 센서 등의 (틈) 측정장치에 의해 로터와 스테이터의 대항면의 틈을 측정하여, 측정장치로부터의 출력을 바탕으로 틈의 크기를 피드백 제어할 수 있다.

또한, 틈의 크기를 측정하는 측정장치로서, 로터와 그 대항면 중 적어도 한쪽의 온도를 측정하는 장치를 구비하여, 그 출력신호를 바탕으로 틈의 크기를 산출하도록 구성하는 것도 가능하다.

또한, 배기되는 용기 내의 압력 등, 외부에 출력된 신호를 바탕으로 로터와 스테이터의 대항면의 틈을 조절하여, 분자 펌프의 성능을 피드백 제어할 수 있는 분자 펌프나, 그것을 이용한 진공 배기 시스템을 실현하는 것도 가능하다.

제4 구성 및 제6 구성∼제9 구성 중 어느 한 구성은 상기 신축부재가 전계를 인가할 수 있도록 배치된 압전소자로 구성되고, 상기 틈 변화장치는 상기 압전소자에 인가하는 전계를 변화시킴으로써 상기 압전소자를 신축하도록 구성할 수 있다(제10 구성).

제1 구성∼제10 구성 중 어느 한 구성은 분자 펌프 본체를 구성하는 로터와 스테이터가 접촉할 가능성이 있는 이상 상태를 검출하는 검출장치, 및 상기 검출장치에 의해 이상이 검출된 경우에, 상기 로터와 상기 스테이터 사이의 틈을 적어도 상기 접촉을 피하는 데 필요한 크기로 변화시키는 이상시 제어장치를 구비하도록 구성할 수 있다(제11 구성).

더욱이 제1 구성∼제11 구성 중 어느 한 구성은 진공용기 내의 가스 압력의 검출신호를 바탕으로, 상기 틈의 크기를 변화시키는 압력 제어장치를 구비하며, 상기 진공용기 내의 압력을 제어하는 것이 가능하도록 구성할 수 있다(제12 구성).

도 1은 제1 실시형태에 따른 분자 펌프의 구성을 나타내는 도면이다.

도 2는 홈이 있는 스테이터를 도 1의 도면 아래쪽으로부터 본 것을 나타내는 도면이다.

도 3은 자기 축받이부의 제어계의 구성을 나타내는 도면이다.

도 4는 제2 실시형태에 따른 분자 펌프의 구성을 나타내는 도면이다.

도 5는 압전소자 제어부의 구성의 일례이다.

도 6은 제2 실시형태의 변형예에 있어서의 압전소자 제어부의 구성을 나타내는 도면이다.

도 7은 제3 실시형태에 따른 나사 홈 스페이서의 구성을 나타내는 도면이다.

도 8은 제3 실시형태에 따른 압전소자 제어부의 구성을 나타내는 도면이다.

도 9a는 제3 실시형태의 변형예 1에 따른 나사 홈 펌프부를 구성하는 나사 홈 스페이서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 9b는 압전소자에 전압을 인가한 경우의 압전소자의 신축을 나타내는 도면이다.

도 10은 제3 실시형태의 변형예 2에 따른 나사 홈 스페이서의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.

도 11은 종래의 분자 펌프 구조의 일례를 나타내는 도면이다.

도 12는 게이트 밸브를 이용하여 분자 펌프와 진공장치를 접속하는 종래의 접속 형태를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 분자 펌프3 로터 축

5 볼트6, 7 보호 베어링

8 자기 축받이부9 변위 센서

10 모터부12 자기 축받이부

13 변위 센서14, 15 전자석

16 케이싱17 변위 센서

18 금속 디스크19 배기구

20 자기 축받이부21 로터 날개

22 스테이터 날개23 회전수 센서

24 흡기구25 제어부

26 검출기33 디스크

34 홈이 있는 스테이터38 파워 앰프

39 보상기 40 돌출부

41 나사 홈42 로터

43 나사 홈 스페이서44 압전소자

45 버스47 와전류 센서

50 제어부51 틈 크기 검출기

52 보상기 53 전압 검출기

54 목표치 설정기55 압전소자 제어계

56, 57 전극60 압전소자 제어계

61 서미스터62 온도 검출기

63 틈 산출기68 나사 홈 스페이서

69 나사 홈 구성부재70 압전부재

72 와전류 센서73, 74 전극

75 압전부재 제어계77 로터

80 케이싱81 압전소자

82 스페이서 부재83 나사 홈 스페이서

85 전극86 와전류 센서

87 압전소자88 나사 홈 스페이서

89 외주부재90 로터

92 압전소자 제어부

1. 제1 실시형태

제1 실시형태에 의하면, 스테이터에 대해 로터를 회전축 방향으로 이동시킴으로써, 나사 홈 펌프부에서의 로터와 그 대항면과의 틈을 조절한다. 틈을 조절함으로써, 그 틈으로부터 새는 가스의 양을 조절할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 관해 도 1∼도 3을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 분자 펌프(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 분자 펌프(1)는 터보 분자 펌프부(31)와 나사 홈 펌프부(32)로 구성되고, 흡기구(24)를 통해 흡인된 가스는 터보 분자 펌프부(31)에서 압축된 후, 나사 홈 펌프부(32)에서 더욱 압축되어 배기구(19)로부터 배출된다.

분자 펌프의 외부 밀폐함을 형성하는 케이싱(16)의 중심에는 로터 축(3)이 배치되어 있다. 도면을 향해 보았을 때 로터 축(3)의 상부와 하부 및 밑 부분에는 각각 자기 축받이부(8, 12, 20)가 배치되어 있다.

로터 축(3)은 자기 축받이부(8, 12)에 의해 방사 방향(로터 축(3)의 반경 방향)으로 자기 부상하도록 비접촉으로 지지되고, 자기 축받이부(20)에 의해 추력 방향(로터 축(3)의 축 방향)으로 자기 부상하도록 비접촉으로 지지된다.

이러한 자기 축받이부는 소위 5축 제어형 자기 베어링을 구성하고, 로터 축(3) 및 로터 축(3)에 부착된 로터(11)는 로터 축(3)의 축선 주위의 회전 자유도를 갖고 있다.

자기 축받이부(8)는 4개의 전자석이 로터 축(3) 주위에 90°마다 대향하도록 배치되어 구성된다. 로터 축(3)은 철 등의 투자율이 높은 재료로 형성되어, 이 전자석들의 자력에 의해 끌어당겨지게 되어 있다.

변위 센서(9)는 예컨대 소용돌이 전류식 센서이고, 로터 축(3)의 방사상의 변위를 검출한다.

제어부(25)는 변위 센서(9)로부터의 변위신호에 근거하여, 로터 축(3)이 방사 방향으로 소정의 위치로부터 변위된 것을 검출하면, 각 전자석의 자력을 조절하여 로터 축(3)을 소정의 위치로 되돌리도록 동작한다. 이 전자석의 자력은 각 전자석의 여자전류를 피드백 제어함으로써 조절된다.

이렇게 하여, 로터 축(3)은 자기 축받이부(8)에서 전자석과 소정의 틈을 두고 자기 부상하여, 공간 중에 비접촉으로 유지된다. 또, 후에 설명하는 바와 같이, 제어부(25)는 자기 축받이부(8)의 제어 외에도, 자기 축받이부(12, 20) 및 모터부(10)를 제어한다.

자기 축받이부(12)의 구성과 작용은 자기 축받이부(8)와 동일하다.

자기 축받이부(12)에는 로터 축(3) 주위에 90°마다 전자석이 4개 배치되어 있고, 이 전자석의 흡인력에 의해 로터 축(3)은 자기 축받이부(12)에 방사 방향으로 비접촉으로 유지된다.

변위 센서(13)는 예컨대 소용돌이 전류식 센서이고, 로터 축(3)의 방사 방향의 변위를 검출한다.

제어부(25)는 변위 센서(13)로부터 로터 축(3)이 방사 방향의 변위를 나타내는 신호를 수신하면, 이 변위를 수정하여 로터 축(3)을 소정의 위치에 유지하도록 전자석의 여자전류를 피드백 제어한다.

제어부(25)는 변위 센서(13)의 신호에 따라 자기 축받이부(12)를 피드백 제어하고, 이것에 의해 로터 축(3)은 자기 축받이부(12)에 방사 방향으로 자기 부상하여, 공간 중에 비접촉으로 유지된다.

로터 축(3) 하단에 형성된 자기 축받이부(20)는 원판형의 금속 디스크(18), 전자석(14, 15), 변위 센서(17)에 의해 구성되어, 로터 축(3)을 추력 방향에 유지한다.

금속 디스크(18)는 철 등의 투자율이 높은 재료로 구성되어 있고, 그 중심이 로터 축(3)에 수직으로 고정되어 있다. 금속 디스크(18) 위에는 전자석(14)이 설치되고, 밑에는 전자석(15)이 설치되어 있다. 전자석(14)은 자력에 의해 금속 디스크(18)를 위쪽으로 끌어당기고, 전자석(15)은 자력에 의해 금속 디스크(18)를 아래쪽으로 끌어당긴다. 제어부(25)는 이 전자석(14, 15)에 의해 금속 디스크(18)에 인가되는 자력을 적당히 조절하여, 로터 축(3)을 추력 방향으로 자기 부상시켜, 공간에 비접촉으로 유지하게 되어 있다.

변위 센서(17)는 예컨대 소용돌이 전류식 센서이고, 로터 축(3)의 추력 방향의 변위를 검출하여 제어부(25)에 송신한다. 제어부(25)는 변위 센서(13)로부터 수신한 변위 검출신호에 의해 로터 축(3)의 추력 방향의 변위를 감시한다.

로터 축(3)이 추력 방향의 어느 쪽으로든 이동하여 소정의 위치로부터 변위한 경우, 제어부(25)는 이 변위를 수정하여 전자석(14, 15)의 여자전류를 피드백제어하고 자력을 조절하여, 로터 축(3)을 소정의 위치로 되돌리도록 동작한다. 제어부(25)에 의한 피드백 제어에 의해 로터 축(3)은 추력 방향으로 자기 부상하여, 소정의 위치에 유지된다.

이상 설명한 바와 같이, 로터 축(3)은 자기 축받이부(8, 12)에 의해 방사 방향에 유지되고, 자기 축받이부(20)에 의해 추력 방향에 유지되기 때문에, 로터 축(3)의 축선 주위에 회전하도록 지지된다.

로터 축(3)의 축선 방향으로 자기 축받이부(8) 위에는 보호 베어링(6)이 마련되고, 자기 축받이부(12) 밑에는 보호 베어링(7)이 각각 마련된다.

로터 축(3)은 자기 축받이부(8, 12, 20)에 의해 자기 부상하여, 공간에 비접촉으로 유지되지만, 로터 축(3)의 축선 주위에서 진동이 생겨 로터 축(3)이 유지 위치로부터 크게 어긋나게 되는 경우가 있다. 보호 베어링(6, 7)은 이러한 경우에 로터 축(3)이 자기 축받이부(8, 12, 20)의 전자석에 접촉하거나, 모터부(10)에서 영구자석이 전자석에 접촉하는 것을 막기 위해 마련된다.

로터 축(3)이 소정의 위치로부터 어느 정도 이상 이동하면, 로터 축(3)은 보호 베어링(6, 7)에 접촉하여, 로터 축(3)의 이동은 물리적으로 제한된다.

로터 축(3)에는 자기 축받이부(8, 12) 사이에 모터부(10)가 마련되어 있다. 본 실시형태에서는, 일례로서 다음의 구성을 갖는 DC 무 브러시 모터를 채용하였다.

모터부(10)에서는, 로터 축(3) 주위에 영구자석이 부착되어 있다.

이 영구자석은 예컨대 N극과 S극이 180°마다 배치되도록 설치된다.

이 영구자석 주위에는 영구자석과 소정의 틈을 두고, 예컨대 6개의 전자석이 60°마다 로터 축(3)의 축선에 대해 대칭적으로 대향하도록 배치되어 있다.

또한, 로터 축(3)의 하단에는 회전수 센서(23)가 설치되어 있다. 제어부(25)는 회전수 센서(23)의 검출신호에 의해 로터 축(3)의 회전수를 검출할 수 있게 되어 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 변위 센서(13) 근방에 로터 축(3)의 회전의 위상을 검출하는 센서가 설치되어 있고, 제어부(25)는 이 센서와 회전수 센서(23)의 검출신호를 함께 이용하여 영구자석의 위치를 검출하게 되어 있다.

제어부(25)는 검출한 자극의 위치에 따라서, 로터 축(3)의 회전이 지속하도록 전자석의 전류를 절환한다. 즉, 제어부(25)는 6개의 전자석의 여자전류를 절환함으로써 로터 축(3)에 고정된 영구자석 주위에 회전 자계를 생성하고, 영구자석을 이 회전 자계에 추종시킴으로써 로터 축(3)을 회전시킨다.

로터(11)는 다수의 볼트(5)에 의해 로터 축(3)에 고정되어 있고, 로터 축(3)이 모터부(10)에 의해 구동되어 회전하면 이것에 따라 로터(11)도 회전하게 되어 있다.

로터(11)는 터보 분자 펌프부(31)에 해당하는 터빈부와 나사 홈 펌프부(32)에 해당하는 원판부를 구비한다.

터빈부에서는 로터 날개(21)가 로터 축(3)의 축선에 수직인 평면으로부터 소정의 각도로 로터(11)로부터 방사상으로 연장하도록 여러 단으로 부착된다. 로터 날개(21)는 로터(11)에 고착되어 있고, 로터(11)와 함께 고속 회전하게 되어 있다.

또한, 케이싱(16)에서 터보 분자 펌프부(31)에 해당하는 부분에는 스테이터날개(22)가 케이싱(16) 안쪽을 향하여, 로터 날개(21)의 단과 교대로 연장하도록 고정되어 있다. 또한, 스테이터 날개(22)는 로터 축(3)의 축선에 수직인 평면으로부터 소정의 각도로 케이싱(16)에 고정되어 있다.

로터(11)의 원판부에는 나사 홈 펌프부(32)에서의 로터에 해당하는 원판형의 디스크(33)가 형성되어 있다. 한편, 케이싱(16)의 나사 홈 펌프부(32)에 해당하는 부분에는 원판 상에 가스의 유로인 나선로가 형성된 홈이 있는 스테이터(34)가 케이싱(16) 안쪽을 향하여 형성되어 있다. 디스크(33)와 홈이 있는 스테이터(34) 사이에는 소정의 틈(35)이 형성되어 있다.

이와 같이 로터가 원판으로 구성되는 경우에는, 로터가 스테이터에 대향하는 면의 버스선과 로터 축(3)의 축선이 이루는 각도는 90도이다.

여기서, 버스선은 원뿔면, 원통면, 한 장의 쌍곡면 등의 곡면을 형성하는, 각 위치에서의 직선을 나타낸다. 또, 디스크(33)의 버스선은 디스크(33)의 반경을 그리는 선분이 된다.

도 2는 홈이 있는 스테이터(34)를 도 1의 도면 아래쪽으로부터 본 것을 나타내는 도면이다.

홈이 있는 스테이터(34)에는, 도 2에 도시한 것과 같이, 돌출부(40)에 의해 나사 홈(41)이 형성되어 있다.

화살표(37)는 가스가 흐르는 방향을 나타낸다. 홈이 있는 스테이터(34)의 대항면은 디스크(33)이고, 디스크(33)가 고속 회전함으로써 가스는 홈이 있는 스테이터(34)의 내주 측에서 나사 홈(41)으로 들어가고, 화살표(37) 방향으로 나사홈(41) 내에서 안내된다. 나사 홈(41)은 내주로부터 외주로 감에 따라 홈 폭이 좁아지고, 내주 측에서 외주 측으로 감에 따라 가스에 작용하는 원심력도 커지기 때문에, 가스는 홈이 있는 스테이터(34)의 내주 측에서 외주 측으로 이동함에 따라 압축된다.

이와 같이 홈이 있는 스테이터(34)와 디스크(33)가 소정의 거리를 두고 대향함으로써, 나사 홈(41)을 통해 가스를 이송하는 이송장치가 구성된다.

도 1로 돌아가, 터보 분자 펌프부(31)에서 압축된 가스는 화살표(37)로 나타낸 것처럼, 1단의 홈이 있는 스테이터(34)의 내주 측에서 외주 측으로 안내되면서 더욱 압축된 후, 2단의 홈이 있는 스테이터(34)의 내주 측에서 외주 측으로 안내되면서 더욱 압축되어 배기구(19)로부터 배출된다.

그런데, 로터(11)는 자기 축받이부(20)에 의해 추력 방향으로 자기 부상하기 때문에, 자기 축받이부(20)의 피드백 제어에 있어서의 설정치(목표치)를 로터 축(3)의 축선 방향으로 오프셋 함으로써 로터(11)를 도면 수직 방향으로 이동시킬 수 있다.

이와 같이 로터(11)를 수직 이동시킴으로써, 홈이 있는 스테이터(34)와 디스크(33) 사이의 틈(35)의 크기를 조절할 수 있다. 틈(35)을 작게 하면 압축 과정에서 틈(35)을 통해 새는 가스를 줄일 수 있어, 분자 펌프(1)에 있어서 높은 압축률을 실현할 수 있다. 이와 반대로, 틈(35)을 크게 하면 새는 가스의 양이 불어나, 분자 펌프(1)의 압축률을 작게 할 수 있다.

이와 같이 틈(35)의 크기를 제어 가능하게 함으로써, 분자 펌프(1)의 배기능력을 조절할 수 있다.

이것에 의해, 챔버(배기되는 용기) 안의 압력을 조절할 수 있다. 또한, 종래 고정되어 있던 틈의 간격보다 틈(35)의 크기를 작게 설정함으로써, 분자 펌프(1)의 배기 능력을 종래보다 높게 할 수 있다.

도 3은 자기 축받이부(20)의 제어계(50)의 구성을 나타내는 도면이다. 제어계(50)는 자기 축받이부(20)(전자석(14, 15), 금속 디스크(18)), 변위 센서(17), 검출기(26), 보상기(39), 파워 앰프(38) 등으로 구성되어 있다. 이 중 검출기(26), 보상기(39) 및 파워 앰프(38)는 제어부(25)에 포함되어 있다.

자기 축받이부(20)와 변위 센서(17)의 기능은 상기 설명한 것과 같다. 또한, 변위 센서(17)의 출력으로부터 틈(35)의 크기를 취득할 수 있기 때문에, 변위 센서(17)는 틈(35)의 크기를 측정하는 측정장치를 구성하고 있다.

검출기(26)는 미리 설정된 목표치와 변위 센서의 출력을 비교하여, 그 차를 나타내는 오차신호를 생성한다.

보상기(39)는 오차신호를 수신하여, 예컨대 PID(Proportional Integral Derivative) 보정 등의 보정을 한다. 보상기(39)는 보정한 제어신호를 파워 앰프(38)에 출력한다.

보상기(39)는 수신한 오차신호를 소정의 방법으로 보정하여, 자기 축받이부(20)의 제어성을 높이는 것이다.

파워 앰프(38)는 보상기(39)로부터 제어신호를 수신하여, 제어신호에 대응하는 전류를 전자석(14, 15)에 공급한다. 전자석(14, 15)은 공급된 전류에 의해 소정의 자계를 발생하여, 목표치로 규정된 위치에 로터 축(3)을 유지한다. 그 때문에, 목표치를 가변으로 하면, 로터 축(3)을 추력 방향으로 오프셋 할 수 있다.

이와 같이, 제어계(50)에 의해 로터 축(3)을 추력 방향으로 오프셋 가능하게 함으로써 틈(35)의 크기를 변화시키는 틈 변화장치를 구성할 수 있다.

또한, 제어계(50)는 틈(35)의 크기를 목표치가 되도록 피드백 제어하기 위해 틈(35)의 크기를 조절하는 조절장치도 구성하고 있다.

본 실시형태에서는, 보상기(39)에 입력하는 목표치는 사용자가 설정할 수 있도록 되어 있다. 예컨대, 분자 펌프(1)의 도시하지 않은 조작 패널에 목표치를 변화시키는 다이얼을 설치하여, 사용자가 챔버 안의 압력을 계측하면서 목표치를 변화시킬 수 있게 되어 있다. 목표치를 변화시켜 틈(35)의 폭을 작게 하면, 분자 펌프(1)의 배기 능력이 높아져 챔버 안의 압력이 저하한다. 반대로, 틈(35)의 폭을 크게 하면 분자 펌프(1)의 배기 능력이 저감되어, 챔버 안의 압력이 상승한다. 사용자는 틈(35)의 폭을 다이얼 조작에 의해 알맞은 값으로 조절할 수 있다.

또는, 챔버 안의 압력을 계측하는 압력 계측장치를 설치하여, 그 압력 계측장치에 의해 취득된 압력이 목표치가 되도록, 틈(35)을 피드백 제어하도록 구성할 수도 있다.

또, 분자 펌프(1) 및 제어부(25)에는 안전성을 높이기 위한 오차 검출기능이 구비되어 있다.

이 오차 검출기능에 의해, 분자 펌프(1)에 외력이 가해져 진동하는 등의 장애가 있는 경우에, 틈(35)의 크기를 즉시 안전한 값으로 조절하도록 안전장치를 구성함으로써, 로터(35)와 홈이 있는 스테이터(34)의 간섭 등을 막을 수 있다.

검출하는 항목은 로터(11)의 위치와 모터부(10)의 온도 등이다. 로터(11)의 위치는 변위 센서(9, 13, 17)에 의해 감시되며, 모터부의 온도는 모터부의 전자석에 설치된 서미스터 등에 의해 감시된다.

상기와 같이 구성된 분자 펌프(1)는 아래와 같이 동작한다.

분자 펌프(1)가 기동하면 제어부(25)는 변위 센서(9, 13, 17)로부터의 신호를 이용하여 자기 축받이부(8, 12, 20)를 피드백 제어함으로써 로터 축(3)을 자기 부상시킨다.

다음에, 제어부(25)는 모터부(10)를 기동하여 로터(11)를 회전시킨다. 그렇게 하면 흡기구(24)를 통해 가스가 흡인된다. 가스는 터보 분자 펌프부(31)에서 로터 날개(21)와 스테이터 날개(22)의 작용에 의해 압축되어 나사 홈 펌프부(32)에 보내진다. 가스는 나사 홈 펌프부(32)에서 디스크(33)에 의해 홈이 있는 스테이터(35)의 나사 홈(41)으로 안내되면서 더 압축된 후 배기구(19)로부터 배출된다.

분자 펌프(1)가 가동되고 있을 때, 사용자는 조작 패널의 다이얼을 돌리는 것에 따라 틈(35)의 간격을 변화시킬 수 있다.

사용자가 다이얼을 돌려 보상기(39)에 입력하는 목표치를 변화시키면, 제어계(50)는 로터 축(3)의 추력 위치를 변위 센서(17)로 검지하면서, 전자석(14, 15)의 자력을 변화시켜, 로터 축(3)을 목표치로 규정되는 소정의 위치로 이동시킨다.

사용자가 다이얼 조작에 의해 로터 축(3)이 흡기구(24) 측으로 이동하면,틈(35)의 간격이 작아지므로 틈(35)을 통해 새는 가스가 적어져, 분자 펌프(1)의 배기 능력을 높일 수 있다. 그 결과, 배기되는 용기 내의 진공도를 높일 수 있다.

한편, 사용자의 조작에 의해 로터 축(3)이 배기구(19) 측으로 이동하면, 틈(35)의 크기가 커져 틈(35)을 통해 새는 가스가 많아지므로, 분자 펌프(1)의 배기 능력을 낮출 수 있다. 그 결과, 배기되는 용기 내의 진공도를 낮출 수 있다.

이상의 제1 실시형태에 의하면, 다음과 같은 효과가 얻어진다.

틈(35)을 조작함으로써 분자 펌프(1)의 배기 능력을 제어할 수 있다.

자기 축받이부(20)의 제어계(50)에 의해 목표치를 변화시키는 것만으로 분자 펌프(1)의 배기 능력을 조절할 수 있기 때문에, 새로 부가되는 구성이 간단하고, 낮은 비용으로 실현할 수 있다. 또한, 응답성이 좋다.

분자 펌프(1)의 성능을 제어함으로써, 압력 제어용 스로틀 밸브(게이트 밸브)를 제거할 수 있어, 비용을 절감할 수 있다.

또, 분자 펌프(1)를 사용하는 때에는, 배기구(19)에 다른 진공 펌프를 보조 펌프로서 접속하여, 배기구(19)에서의 압력을 낮춘다. 디스크(33)와 그 대항면의 틈(35)을 작게 할 수 있기 때문에, 특히 소형 백 펌프(보조 펌프)를 이용한 경우 등, 펌프의 배압(背壓)이 높을 때의 성능을 향상시킬 수 있다.

비상시에 틈(35)의 설정치를 확대하여 디스크(33)와 그 대항면의 틈을 늘릴 수 있기 때문에, 디스크(33)와 그 대항면과의 접촉을 방지할 수 있어, 신뢰성이 향상할 수 있다.

또, 분자 펌프(1)는 터보 분자 펌프부(31)와 나사 홈 펌프부(32)를 구비하고있지만, 이것에 한정하는 것이 아니라, 나사 홈 펌프부(32)로만 구성된 분자 펌프에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시형태의 나사 홈 펌프부(32)에 의하면, 스테이터 측에 가스유로로서 홈(41)을 형성하였지만, 이것에 한정하는 것이 아니라, 디스크(33)의 표면에 홈을 형성하는 것도 가능하다.

2. 제2 실시형태

제2 실시형태에서는, 로터에 대하여 스테이터를 로터의 회전축 방향으로 이동시킴으로써, 나사 홈 펌프부에서의 로터와 그 대항면과의 틈을 조절하는 예에 관해 설명한다.

이하, 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 관해서, 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 제2 실시형태에 따른 분자 펌프(41)의 구성을 나타내는 도면이다. 제1 실시형태와 같은 부분에 관해서는 같은 부호를 이용하는 것으로 한다.

분자 펌프(41)는 흡기구(24) 측에 구성된 터보 분자 펌프부(31)와 흡기구(19) 측에 형성된 나사 홈 펌프부(32)로 구성되어 있다.

자기 축받이부(8, 12, 20), 모터부(10), 로터 축(3), 터보 분자 펌프부(31)의 구성은 제1 실시형태와 같기 때문에 설명을 생략한다.

나사 홈 펌프부(32)는 외주면이 원뿔형인 로터(42)와, 내주면에 나사 홈이 형성된 나사 홈 스페이서(43)로 구성되어 있다.

이들 원뿔형은 도면 아래쪽에 원뿔의 정점이 향하는 방향에 형성되어 있다. 로터(42)의 로터 축(3)의 축선을 포함하는 단면은 사다리꼴이 된다. 로터(42)의 스테이터에 대항하는 면의 버스선은 그 사다리꼴의 상부 바닥과 하부 바닥을 연결하는 근처가 된다.

본 실시형태에서는, 그 원뿔이 로터 축(3)의 축선과 이루는 각도, 즉 원뿔의 버스선이 수직선과 이루는 각도는 10도 정도로 하였다.

나사 홈 스페이서(43)의 내주면에 형성된 나사 홈(48)은 나선형으로 되어 있다. 그리고, 로터(42)가 고속 회전하면, 터보 분자 펌프부(31)에서 압축된 가스가 로터(42)의 회전에 따라 나사 홈(48)으로 안내되면서 배기구(19)로 송출된다. 즉, 나사 홈(48)은 가스를 수송하는 유로로 되어 있다.

나사 홈 스페이서(43)와 로터(42)가 소정의 틈을 두고 대향함으로써 나사 홈(48)을 통해 가스를 이송하는 이송장치를 구성하고 있다.

로터(42)의 측면과 나사 홈(48)으로 둘러싸인 영역으로 이루어지는 가스 유로의 단면적은 배기구(19) 측으로 감에 따라 서서히 작아진다. 이 때문에, 가스는 나사 홈(48)을 통해 배기구(19)쪽으로 보내짐에 따라 압축된다.

이와 같이, 흡기구(24)를 통해 흡인된 가스는 터보 분자 펌프부(1)에서 압축된 후, 나사 홈 펌프부(32)에서 더욱 압축되어 배기구(19)로부터 배출된다.

나사 홈 스페이서(43)는 케이싱(16) 내에서 로터 축(3)의 축 방향으로 이동할 수 있도록 배치되어 있고, 하단부에는 링형의 압전소자(피에조 소자)(44)가 부착되어 있다. 압전소자(44)의 타단은 분자 펌프(1)의 베이스(45)에 부착된다.즉, 압전소자(44)가 추력 방향으로 신축하면, 이에 따라 홈 스페이서(43)도 추력 방향으로 이동하게 되어 있다.

압전소자는 예컨대 티탄산 바륨과 같은 강유전체 등으로 구성되어 있고, 전계를 가하면 신축하는 소자이다. 본 실시형태에서 신축 방향은 추력 방향으로 되어있다. 본 실시형태에서 압전소자는 신축부재로서 사용된다. 도시하지 않지만, 압전소자(44)의 내주면과 외주면에 각각 링형의 전극이 부착되어, 그 전극에 전압을 인가함으로써 압전소자(44)에 전계를 가할 수 있게 되어 있다.

압전소자(44)에 설치된 이 전극들에 전압을 인가하여 압전소자(44)에 전계를 가하면, 압전소자(44)는 기계적 응력을 발생하여 추력 방향(로터 축(3)의 축선 방향)으로 신축한다. 압전소자(44)가 신축하면, 이것에 따라 나사 홈 스페이서(43)가 추력 방향으로 이동한다.

로터(42)와 나사 홈 스페이서(43) 사이의 틈(46)의 크기는 나사 홈 스페이서(43)가 도면 위쪽으로 이동하면 좁아지고, 도면 아래쪽으로 이동하면 넓어진다.

한편, 압전소자(44)에 인가하는 전압을 조절함으로써 압전소자(44)의 신축량을 조절할 수 있다. 이와 같이 압전소자(44)에 의해 틈(46)의 크기를 변화시키는 틈 변화장치를 구성할 수 있다.

나사 홈 스페이서(43)에는 틈(46)의 크기를 검출하는 틈 측정장치인 와전류 센서(47)가 설치되어 있다. 와전류 센서(47)는 첨단부에 발신회로의 일부를 구성하는 검출 코일을 구비하고 있고, 그 검출 코일의 임피던스의 변화로부터 와전류센서(47)의 첨단에서 로터(42)까지의 거리를 검출한다. 와전류 센서(47)는 나사 홈 스페이서(47)의 홈에 형성된 구멍에 설치되고, 첨단은 나사 홈 스페이서(43)의 내주 측에서 노출되어 있다. 이와 같이 와전류 센서(47)는 틈(46)의 크기를 측정하는 측정장치를 구성하고 있다.

제어부(25)는 자기 축받이부(8, 12, 20)의 제어부, 모터부(10)의 제어부 및 압전소자(44)를 제어하는 압전소자 제어부 등으로 구성되어 있다.

자기 축받이부(8, 12, 20)의 제어부와 모터부(10)의 제어부의 기능은 제1 실시형태와 같다.

압전소자(44)의 신축량을 제어하는 압전소자 제어부는 와전류 센서(47)의 출력으로부터 로터(42)와 나사 홈 스페이서(43)의 틈, 또는 틈(46)의 크기를 검출하여, 틈(46)이 소정의 크기가 되도록 압전소자(44)에 인가하는 전계를 피드백 제어한다. 이와 같이 제어부(25)는 틈 변화장치를 제어하여 틈(46)의 크기를 조절하는 조절장치를 구성하고 있다.

도 5는 압전소자 제어계(55)의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.

압전소자 제어계(55)는 와전류 센서(47), 틈 크기 검출기(51), 목표치 설정기(54), 보상기(52), 전압 발생기(53), 전극(56, 57), 압전소자(44) 등으로 구성되어 있다. 이 중 틈 크기 검출기(51), 목표치 설정기(54), 보상기(52), 전압 발생기(53)는 제어부(25)에 구비되어 있다.

또한, 목표치 설정기(54)는 도시하지 않은 터보 분자 펌프(41)의 조작 패널 상의 다이얼 조작에 의해 목표치를 변화시킬 수 있게 되어 있다.

틈 크기 검출기(51)는 와전류 센서(47)의 임피던스의 변화로부터 와전류 센서(47)와 로터(42)와의 틈의 크기를 검출하여, 그 틈의 크기를 나타내는 신호를 출력한다.

목표치 설정기(54)는 나사 홈 스페이서(43)와 로터(42)의 틈의 크기의 목표치를 나타내는 신호를 출력한다.

검출기(58)는 틈 크기 검출기(51)가 검출한 틈의 크기와 목표치 설정기(54)로 설정한 틈의 크기의 차를 나타내는 오차신호를 출력한다.

보상기(52)는 검출기(58)로부터 오차신호를 수신하여, 그 오차신호에 해당하는 전압치를 나타내는 제어신호를 출력한다.

전압 발생기(53)는 보상기(52)로부터 제어신호를 수신하여 전극(56, 57)에 전압을 인가한다. 전극(56)은 압전소자(44)의 안쪽에 장착된 전극이고, 전극(57)은 압전소자(44)의 외측에 장착된 전극이다. 전극(56)과 전극(57)에 전압 발생기(53)에 의해 전압이 인가되면, 전극(56)과 전극(57) 사이에 전계가 발생하고, 이것에 의해 압전소자(44)가 신축한다. 예컨대, 전극(56)에는 양의 전압을 인가하고 전극(57)에는 음의 전압을 인가하게 되어 있다.

압전소자 제어계(55)는 틈 크기 검출기(51)로 검출한 틈의 크기와 목표치 설정기(54)로 설정한 틈의 크기가 같아지도록 피드백 제어를 한다.

도 4로 돌아가, 이상 설명한 바와 같이 압전소자(44)에 의해 로터(42)와 나사 홈 스페이서(43)의 틈(46)을 조절함으로써, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

가스는 나사 홈 펌프부에서 배기구(19) 측으로 이동함에 따라 압축되지만,그 때 틈(46)을 통해 가스가 누설된다.

틈(46)의 크기가 클 때는 가스의 누설량이 커져, 나사 홈 펌프부(32)에서의 가스 압축 능력이 저하한다. 그 때문에, 분자 펌프(41)의 배기 능력을 작게 할 수 있다.

한편, 틈(46)의 크기가 작을 때는 가스의 누설량이 작아져, 나사 홈 펌프부(32)에서의 가스 압축 능력이 향상한다. 그 때문에, 분자 펌프(41)의 배기 능력을 높일 수 있다.

그리고, 분자 펌프(41)의 배기 능력은 사용자가 목표치 설정기(54)에 목표치를 설정함으로써 조절할 수 있다.

이와 같이 구성된 분자 펌프(41)는 아래와 같이 동작한다.

분자 펌프(41)가 기동하면 제어부(25)는 변위 센서(9, 13, 17)로부터의 신호에 따라 자기 축받이부(8, 12, 20)를 피드백 제어하여, 로터 축(3)을 자기 부상시킨다.

다음에, 제어부(25)는 모터부(10)를 기동하여 로터(11)를 회전시킨다. 그렇게 하면, 흡기구(24)를 통해 가스가 흡인된다. 가스는 터보 분자 펌프부(31)에서 로터 날개(21)와 스테이터 날개(22)의 작용에 의해 압축되어 나사 홈 펌프부(32)에 보내진다.

가스는 나사 홈 펌프부(32)에서 로터(42)의 고속 회전에 의해 나사 홈 스페이서(43)에 형성된 나사 홈(48)에 의해 배기구(19) 방향으로 안내되면서 더욱 압축된 후 배기구(19)로부터 배출된다.

분자 펌프(41)가 가동되고 있을 때, 사용자는 조작 패널의 다이얼을 돌리는 것에 따라 틈(46)의 간격을 변화시킬 수 있다.

사용자가 다이얼을 돌려 목표치 설정기(54)의 목표치를 변화시키면, 압전소자 제어계(55)는 와전류 센서(47)와 로터(42)의 간격을 검출하면서 소정의 전계를 압전소자(44)에 작용시켜, 틈(46)의 값이 목표치 설정기(54)로 설정한 값이 되도록 한다.

사용자가 다이얼 조작에 의해 틈(46)의 크기를 작게 하면 틈(46)을 통해 새는 가스가 적어져 분자 펌프(41)의 배기 능력을 높일 수 있다. 그 결과, 배기되는 용기 내의 진공도를 높일 수 있다.

한편, 사용자의 다이얼 조작에 의해 틈(46)의 간격이 커지면, 틈(46)을 통해 새는 가스가 많아져, 분자 펌프(41)의 배기 능력을 낮출 수 있다. 그 결과, 배기되는 용기 내의 진공도를 낮출 수 있다.

또, 제어부(25)에는 제1 실시형태에서와 같이 분자 펌프(41)에 외력이 가해져 진동하는 등의 장애가 있는 경우에, 압전소자(44)를 즉시 수축시켜 틈(46)의 폭을 안전한 값으로 변화시킴으로써, 로터(42)와 나사 홈 스페이서(43)의 간섭을 막기 위한 안전 장치가 구비되어 있다.

이상 설명한 제2 실시형태에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

틈(46)을 조작함으로써 분자 펌프(41)의 배기 능력을 제어할 수 있다.

압전소자(44)의 신축에 의해 틈(46)의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 압전소자(44)에 전계를 작용시키는 것만으로 틈(46)을 조절할 수 있기 때문에, 소비전력이 작다. 더욱이, 압전소자(46)는 응답성이 좋다.

게이트 밸브를 제거할 수 있는 것이나, 펌프의 배압이 높을 때의 성능을 향상시킬 수 있는 것, 비상시에 틈(46)의 크기를 즉시 확대하여 안전을 확보할 수 있는 것 등의 효과는 제1 실시형태와 같다.

또, 본 실시형태에서는, 나사 홈 스페이서를 수직 방향으로 이동시키는 구동장치로서 압전소자(44)를 사용하였지만, 구동장치는 이것에 한정하는 것이 아니라, 예컨대 액추에이터 등의 다른 기구에 의한 것이어도 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 로터(42) 및 나사 홈 스페이서(43)의 원뿔형의 정점의 방향을 도 4의 아래쪽으로 하였지만, 이것에 한정하는 것이 아니라, 정점이 상향이 되도록 구성해도 된다.

더욱이, 압전소자(44)에 의한 나사 홈 스페이서(43)의 수직 이동과, 제1 실시형태에서 설명한 것처럼 자기 축받이부(20)의 제어에 의한 로터(42)의 수직 이동을 조합하여 틈(46)의 크기를 변화시킬 수도 있다.

또, 본 실시형태에서는 스테이터(43)에 나사 홈을 형성하였지만, 이것에 한정하는 것이 아니라, 나사 홈을 로터(42)에 형성하도록 할 수도 있다.

(제2 실시형태의 변형예)

본 변형예에서는 틈(46)의 크기를 나사 홈 스페이서(43)의 온도로부터 계산하여 구한다.

본 변형예에 있어서의 분자 펌프의 구성은 도 4의 분자 펌프(41)에서 와전류센서(47)를 예컨대 서미스터 등의 온도계로 치환한 것이다. 그 때문에, 아래에서는 분자 펌프(41)를 인용하여 설명한다.

나사 홈 스페이서(43)는 예컨대 알루미늄이나 스테인리스 등으로 구성되어 있고, 그 열팽창률은 미리 알고 있다. 또한, 나사 홈 스페이서(43)의 실온에서의 기하학적인 치수는 설계치 또는 실측치에 의해 알고 있다. 그 때문에, 나사 홈 스페이서(43)의 온도를 알면, 나사 홈 스페이서(43)의 치수를 계산하여 구할 수 있다.

또한, 소정의 조건 하에서의 로터(42)의 온도와 나사 홈 스페이서(43)의 온도의 관계가 실험 등에 의해 구해지면, 그러한 조건에서의 로터(42)의 온도를 나사 홈 스페이서(43)의 온도로부터 추정할 수 있다.

로터(42)는 알루미늄이나 스테인리스 등으로 구성되어 있고, 그 열팽창 계수는 미리 알고 있다. 또한 로터(42)의 실온에서의 치수는 설계치 또는 실측치에 의해 알고 있다. 그 때문에, 로터(42)의 온도를 추정할 수 있으면, 나사 홈 스페이서(43)의 경우와 같이 로터(42)의 기하학적인 치수를 계산에 의해 추정할 수 있다.

여기서 소정의 조건이란 분자 펌프(41)로부터 배기되는 가스의 압력, 로터(11)의 회전수 등이다.

이러한 여러 조건 하에서의 로터(42)와 나사 홈 스페이서(43)의 온도와의 관계는 예컨대 실험에 의해 구할 수 있다.

나사 홈 스페이서(43)와 로터(42)의 실온에서의 상대적인 위치 관계(예컨대, 로터 축(3)의 축선 방향의 위치 관계)는 설계치로부터 미리 알고 있고, 이것은 압전소자(44)의 로터 축(3)의 축 방향 길이의 함수이다.

틈(46)의 크기는 나사 홈 스페이서(43)와 로터(42)의 치수 및 이들의 상대 위치에 의해 결정되기 때문에, 나사 홈 스페이서(43)와 로터(42)의 온도와, 압전소자(44)의 로터 축(3)의 축 방향 길이의 함수가 된다.

로터(42)의 온도는 나사 홈 스페이서(43)의 온도로부터 추정할 수 있기 때문에, 상기의 고찰로부터 알 수 있듯이, 틈(46)의 크기는 나사 홈 스페이서(43)의 온도와 압전소자(44)의 치수로부터 계산에 의해 추정할 수 있다.

압전소자(44)의 로터 축(3)의 축 방향 길이는 압전소자(44)에 설치된 전극에 의해 압전소자(44)에 작용되는 전계의 함수이고, 압전소자(44)에 설치된 전극에 인가한 전계의 함수가 된다. 이것은 계산 또는 실험에 의해 구할 수 있다.

도 6은 본 변형예에 있어서의 압전소자 제어부(60)의 구성을 나타내는 도면이다. 압전소자 제어부(60)는 압전소자 제어계(55)에서 와전류 센서(47)를 서미스터(61)로 바꾸고, 틈 크기 검출기(51)를 온도 검출기(62) 및 틈 산출기(63)로 바꾼 것이다. 압전소자 제어부(60)는 제어부(25)에 구비되어 있다.

서미스터(61)는 온도에 의해 저항치가 변화하는 금속 산화물로 구성되어 있고, 그 저항치로부터 온도를 측정할 수 있는 소자이다. 서미스터(61)는 나사 홈 스페이서(43)에 형성된 구멍에 삽입되어 있고, 나사 홈 스페이서(43)의 온도를 계측할 수 있도록 되어 있다.

또한, 서미스터(61) 대신에 열전쌍이나 그 밖의 온도계를 이용하는 것도 가능하다.

온도 검출기(62)는 서미스터(61)의 전기 저항치와 온도의 대응 관계를 테이블이나 수식 형태로 갖고 있고, 서미스터(61)의 저항치로부터 나사 홈 스페이서(43)의 온도를 나타내는 온도신호를 출력한다.

틈 산출기(63)는 온도 검출기(62)로부터 온도신호를 취득하고, 전압 발생기(53)로부터 압전소자(44)에 인가하는 전압을 나타내는 전압신호를 취득하여 틈(46)의 크기를 계산한다.

이와 같이 본 변형예에서는, 서미스터(61), 온도 검출기(62), 틈 산출기(63), 전압 발생기(53) 등에 의해 틈(46)을 측정하는 측정장치를 구성하고 있다.

상기 설명한 것처럼, 틈(46)의 크기는 나사 홈 스페이서(43)의 온도와 압전소자(44)에 인가되는 전압의 함수로 되어있다. 틈 산출기(63)는 나사 홈 스페이서(43)의 온도와 압전소자(44)에 인가되는 전압을 변수로서 틈(46)의 크기를 취득하는 함수식 또는 테이블 등을 기록한 ROM(Read Only Memory)을 구비하고 있다. 그리고 틈 산출기(63)는 이 함수 또는 테이블을 이용하여 틈(46)의 크기를 취득하고, 틈(46)의 크기를 나타내는 틈 크기 신호를 검출기(58)에 출력한다.

목표치 설정기(54), 검출기(58), 보상기(52), 전압 발생기(53)의 구성은 제어부(25)에서와 같다.

또, 전압 발생기(53)는 전극(56, 57)에 공급되는 전압을 나타내는 신호를 틈 산출기(63)에 출력한다.

상기와 같이 구성된 본 변형예에 따른 분자 펌프(41)는 아래와 같이 동작한다.

이 실시형태의 분자 펌프(41)가 기동하면, 제2 실시형태와 마찬가지로 로터(11)가 고속 회전하여, 가스가 흡기구(24)를 통해 흡인되고, 배기구(19)로부터 배기된다.

압전소자 제어부(60)는 나사 홈 스페이서(43)의 온도와 압전소자(44)에 인가되는 전압으로부터 틈(46)의 크기를 추정하여, 틈(46)의 크기가 목표치 설정기(54)에 의해 설정된 목표치가 되도록, 압전소자(44)에 인가하는 전압을 피드백 제어한다.

사용자가 다이얼을 돌려 목표치 설정기(54)의 목표치를 변화시키면, 압전소자 제어부(60)는 나사 홈 스페이서(43)의 온도와 전압 발생기(53)가 출력하는 전압으로부터 틈(46)의 크기를 추정하면서 틈(46)의 값이 목표치 설정기(54)로 설정한 값이 되도록 전압 발생기(53)의 출력전압을 조절한다.

이상 제2 실시형태의 변형예에서는, 비싼 센서를 이용하지 않고 염가인 서미스터 등으로 나사 홈 스페이서(43)의 온도를 검출하여, 간접적으로 틈(46)의 크기를 취득할 수 있다.

또, 본 변형예에서는, 로터(42)의 온도를 나사 홈 스페이서(43)의 온도로부터 추정하였다. 그러나, 예컨대 적외선식 온도 센서 등에 의해 비접촉으로 로터(42)의 온도를 검출하도록 구성하는 것도 가능하다.

3. 제3 실시형태

본 실시형태에서는, 스테이터에 해당하는 나사 홈 스페이서의 내경을 변화시킴으로써 로터와 나사 홈 스페이서와의 틈을 조절한다.

본 실시형태의 분자 펌프는 도 11에 도시하는 종래의 분자 펌프(101)에 있어서 나사 홈 스페이서(116)를 도 7에 도시하는 나사 홈 스페이서(68)로 바꿔 놓은 것으로, 이것을 분자 펌프(71)로 한다. 분자 펌프(71)의 구성은 나사 홈 펌프부를 제외하고 분자 펌프(101)와 같기 때문에, 중복하는 설명은 생략한다.

도 7은 나사 홈 스페이서(68)의 구성을 나타내는 개념도이다. 또, 나사 홈 스페이서(68)의 내주면에 형성되어 있는 나사 홈은 도시하지 않고 있다. 또한, 나사 홈 스페이서(68)의 내주부에 있는 로터 등도 도시하지 않고 있다.

나사 홈 스페이서(68)는 내주면에 나사 홈이 형성된 원통형이다. 나사 홈 스페이서(68)는 알루미늄이나 스테인리스 등으로 구성된 스테이터 구성부재인 나사 홈 구성부재(69, 69, 69)와 압전소자로 형성된 압전부재(70, 70, 70)로 구성되어 있다.

나사 홈 구성부재(69, 69, 69)는 각각 나사 홈 스페이서(68)를 원주 방향으로 약 3등분한 형상을 갖고 있다.

나사 홈 스페이서(68)는 3개의 나사 홈 구성부재(69, 69, 69)를 압전부재(70, 70, 70)를 개재시켜 나사 홈 스페이서(68)의 원주 방향으로 연결함으로써 구성된다.

압전부재(70, 70, 70)와 나사 홈 구성부재(69, 69, 69)의 경계에는 도시하지 않은 전극이 압전부재(70, 70, 70)와 나사 홈 구성부재(69, 69, 69)에 부착되고,전극과 나사 홈 구성부재(69, 69, 69)는 절연된다.

이 전극에 전압을 인가하면, 압전부재(70, 70, 70)가 나사 홈 스페이서(68)의 원주 방향으로 신축하고, 이것에 의해 나사 홈 스페이서(68)의 내경이 변화한다.

나사 홈 스페이서(68)의 내경은 압전부재(70, 70, 70)가 신장하면 커지고, 압전부재(70, 70, 70)가 수축하면 작아진다.

이와 같이 나사 홈 스페이서(68)의 내경을 변화시킴으로써 나사 홈 스페이서(68)의 대항면을 구성하는 로터와 나사 홈 스페이서(68)와의 틈을 조절할 수 있다. 따라서, 압전부재(70, 70, 70)는 나사 홈 스페이서(68)의 내경을 변화시키는 내경 변화장치를 구성하고 있다.

도 8은 압전부재(70, 70, 70)의 두께를 변화시켜, 나사 홈 스페이서(68)와 로터(77)와의 틈(76)을 조절하는 압전부재 제어계(75)의 구성을 나타내는 도면이다.

또, 도 8은 분자 펌프(71)의 구조의 일부(나사 홈 스페이서(68), 로터(77) 등)도 나타내고 있다. 나사 홈 스페이서(68)와 로터(77)는 도면에 평행한 단면을 나타내고 있고, 압전부재(70), 전극(73, 74)은 도면의 앞쪽에 배치된 압전부재(70) 및 전극(73, 74)을 정면 방향에서 본 도면이다.

나사 홈 스페이서(68)의 나사 부분에는 첨단이 로터(77)에 대하여 노출되도록 와전류 센서(72)가 설치되어 있다. 와전류 센서(72)는 제2 실시형태에서 사용한 와전류 센서(47)와 같은 것이기 때문에 설명은 생략한다.

와전류 센서(72)는 나사 홈 스페이서(68)가 반경 방향으로 신축하는 동시에 반경 방향으로 이동하여, 와전류 센서(72)의 출력으로부터 틈(76)의 크기를 검출할 수 있다.

틈 크기 검출기(51), 목표치 설정기(54), 검출기(58), 보상기(52), 전압 검출기(53)는 제2 실시형태의 압전소자 제어계(55)에서 사용한 것과 같은 것이다.

즉, 검출기(58)는 목표치 설정기(54)로부터 취득한 목표치와 틈 크기 검출기(51)로부터 취득한 출력의 차를 구하여 오차신호를 생성하는 한편, 보상기(52)는 오차신호를 보정하여 제어신호를 생성한다. 전압 발생기(53)는 제어신호에 따라 소정의 전압을 전극(73, 74)에 출력하고, 압전부재(70, 70, 70)는 전극(73, 74)에 의해 생성되는 전계에 의해 소정의 두께로 변형된다. 이것에 의해 틈(76)의 크기는 목표치 설정기(54)로 설정된 값으로 변경된다.

상기와 같이 구성된 분자 펌프(71)는 아래와 같이 동작한다.

분자 펌프(71)가 기동하면, 모터부가 발생하는 토크에 의해 로터가 고속 회전한다. 가스는 흡기구를 통해 터보 분자 펌프부에 흡인되어, 나사 홈 펌프부에서 압축된 후 배기구로부터 배출된다.

나사 홈 펌프부에서는, 나사 홈 스페이서(68)에 형성된 나사 홈에서 고속 회전하는 로터(77)에 의해 가스가 수송되어 압축된다.

한편, 압전부재 제어계(75)에서는, 틈 크기 검출기(51)가 와전류 센서(72)의 출력으로부터 와전류 센서(72)와 로터(77)와의 틈을 모니터하고 있다.

그리고 압전부재 제어계(75)는 목표치 설정기(54)에 의해 설정된 목표치와틈 크기 검출기(51)에 의해 검출된 틈이 같아지도록 전극(73, 74)에 공급하는 전압을 조절하여 압전부재(70)의 두께를 조절한다.

이것에 의해 틈(76)은 소정의 크기로 설정되고, 나사 홈 펌프부에서의 가스 압축률이 적정치로 설정된다.

또, 분자 펌프(71)의 제어부에는, 제1 실시형태에서와 같이 분자 펌프(71)에 외력이 가해져 진동하는 등의 장애가 있는 경우에, 틈(76)의 크기를 즉시 안전한 값으로 변화시켜, 로터(77)와 나사 홈 스페이서(68)의 간섭을 막기 위한 안전 장치가 구비되어 있다.

이상으로 설명한 제3 실시형태에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

틈(77)을 조작함으로써 분자 펌프(71)의 배기 능력을 제어할 수 있다.

압전부재(70, 70, 70)의 원주 방향의 신축에 의해 틈(76)의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 압전부재(70, 70, 70)에 전계를 작용시키는 것만으로 틈(76)을 조절할 수 있기 때문에, 소비전력이 작다. 더욱이, 압전소자(76)는 응답성이 우수하다.

추가로, 게이트 밸브를 제거할 수 있는 것이나, 펌프의 배압이 높을 때의 성능을 향상시킬 수 있는 것 등의 효과는 제1 실시형태와 같다.

또, 본 실시형태에서는 나사 홈을 나사 홈 스페이서(68)에 형성하였지만, 이것에 한정하는 것이 아니라, 로터의 외주면에 나사 홈을 형성하는 것도 가능하다.

(제3 실시형태의 변형예 1)

본 변형예에서는, 3분할한 나사 홈 스페이서의 외주면에 배치된 압전소자를 신축시킴으로써 나사 홈 스페이서의 내경을 변화시키고, 이것에 의해 나사 홈 스페이서(82)와 로터의 틈의 크기를 조절한다. 터보 분자 펌프부나 자기 축받이부 등의 나사 홈 펌프부 이외의 부분은 제3 실시형태의 분자 펌프(71)와 같다.

도 9(a)는 본 변형예의 나사 홈 펌프부를 구성하는 나사 홈 스페이서(83)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 나사 홈 스페이서(83)의 내주를 회전하는 로터는 도시하지 않고 있다.

또, 터보 분자 펌프부나 자기 축받이부 등, 나사 홈 스페이서 이외의 부분에 관해서는 제3 실시형태와 같다.

나사 홈 스페이서(83)는 스페이서 부재(82, 82, 82)로 3분할되어 있고, 나사 홈 스페이서(83)의 내주면에는 도시하지 않았지만 가스를 수송하기 위한 가스 유로인 나사 홈이 형성되어 있다.

스페이서 부재(82, 82, 82)는 나사 홈 스페이서(83)의 방사 방향으로 이동할 수 있도록 되어 있다. 스페이서 부재(82, 82, 82)가 반지름의 중심 방향으로 이동하면 나사 홈 스페이서(83)의 내경이 작아지는 한편, 스페이서 부재(82, 82, 82)가 반지름의 중심에서 멀어지는 방향으로 이동하면 나사 홈 스페이서(83)의 내경이 커진다.

각 스페이서 부재(82, 82, 82)의 원주 방향의 측면은 한쪽이 돌출되어 있고 다른 쪽은 오목하게 되어 있어, 인접하는 스페이서 부재(82, 82, 82)간의 각 연결부에서 한쪽의 스페이서 부재(82)의 돌출부는 다른 쪽 스페이서 부재(82)의 오목부에 결합된다. 인접하는 스페이서 부재(82, 82, 82) 사이에는, 틈(84)이 마련된다.

도시하지 않았지만, 스페이서 부재(82, 82, 82) 측면의 요철부는 스페이서 부재(82, 82, 82)의 내면에 형성된 나사 홈을 따라 형성되어 있다.

그리고, 스페이서 부재(82, 82, 82)가 나사 홈 스페이서(83)의 중심축 방향으로 이동하면, 스페이서 부재(82, 82, 82) 측면의 결합부분이 원주 방향으로 슬라이드 하게 되어 있다. 이 결합부분은 나사 홈을 따라 수송되는 가스가 인접한 스페이서 부재(82, 82, 82)간에 새는 것을 막는 기능을 한다.

스페이서 부재(82, 82, 82)의 외주면에는 각각 압전소자(81, 81, 81)가 부착된다. 압전소자(81, 81, 81)의 측면(나사 홈 스페이서(83)의 원주 방향에 수직인 면)에는, 도시하지 않은 전극이 마련되어, 압전소자(81, 81, 81)에 전압을 인가할 수 있도록 되어 있다. 압전소자(81, 81, 81)는 전압이 인가되면 도 9(b)에 나타낸 것처럼 나사 홈 스페이서(83)의 방사 방향으로 신축한다.

압전소자의 스페이서 부재(82, 82, 82)에 부착되어 있는 면에 대향하는 면은 케이싱(80)의 내주면에 부착되어 있다.

스페이서(82, 82, 82)는 압전소자(81, 81, 81)에 의해 나사 홈 스페이서(83)의 방사 방향으로 이동할 수 있다. 이것에 의해 나사 홈 스페이서(83)의 내경이 변화하여, 나사 홈 스페이서(83)와 도시하지 않은 로터와의 틈을 조절할 수 있다.

나사 홈 스페이서(83)에는 와전류 센서가 설치되어 있다. 와전류 센서의 첨단은 나사 홈에서부터 노출되고, 나사 홈 스페이서(83)와 도시하지 않은 로터 사이의 틈을 계측할 때 사용할 수 있다.

와전류 센서와 압전소자(81, 81, 81)에 설치된 전극은 제2 실시형태의 압전소자 제어계(55)와 동등한 압전소자 제어부에 접속되어 있고, 이 압전소자 제어부는 사용자 등이 설정한 목표치에 따라 틈을 피드백 제어한다.

이하, 본 변형예의 분자 펌프의 동작에 관해서 설명한다. 또, 나사 홈 펌프부 이외에 다른 구성요소는 제3 실시형태의 분자 펌프(71)에서와 같기 때문에, 나사 홈 펌프부의 동작을 중심으로 설명한다. 또한, 압전소자(81, 81, 81)에 인가하는 전압을 제어하는 압전소자 제어부로는 제2 실시형태에서 설명한 압전소자 제어계(55)와 동등한 것을 사용할 수 있기 때문에, 이것을 원용하는 것으로 하여, 각 구성요소는 같은 부호를 이용하여 설명한다.

또한 압전소자 제어계(55)의 전극(56, 57)은 3쌍으로, 각각 압전소자(81, 81, 81)의 측면에 설치되어 있다. 압전소자 제어계(55)는 각 압전소자(81, 81, 81)의 신축량이 같아지도록 각 전극에 인가하는 전압을 제어한다.

본 변형예의 분자 펌프가 가동되면, 로터가 자기 부상하여 고속 회전한다. 그리고, 가스가 흡기구를 통해 흡인되어, 터보 분자 펌프부에서 압축되고, 나사 홈 펌프부에서 더 압축된 후 배기구로부터 배출된다.

한편, 압전소자 제어계(55)에서는, 틈 크기 검출기(51)가 와전류 센서(72)의 출력으로부터 와전류 센서(72)와 로터(77)와의 틈을 모니터하고 있다.

그리고 압전소자 제어계(55)는 목표치 설정기(54)로 설정된 목표치와 틈 크기 검출기(51)로 검출된 틈이 같아지도록 전극(73, 74)에 인가하는 전압을 조절하여 압전소자(81)의 두께를 조절한다.

이것에 의해 나사 홈 스페이서(83)와 로터의 틈은 소정의 크기로 설정되어, 나사 홈 펌프부에서의 가스 압축률이 적정치로 설정된다.

사용자가 목표 설정기(54)의 목표치를 변화시킬 수 있도록 구성한 경우에는, 사용자가 목표치를 변화시킴으로써 나사 홈 펌프부에서의 압축률을 변화시킬 수 있고, 이것에 의해 분자 펌프의 배기 능력을 조절할 수 있다.

또, 분자 펌프(71)의 제어부에는, 제1 실시형태의 경우와 같이 분자 펌프(71)에 외력이 가해져 진동하는 등의 장애가 있는 경우에, 틈(76)의 폭을 즉시 안전한 값으로 변화시켜, 로터(77)와 나사 홈 스페이서(68)의 간섭을 막기 위한 안전 장치가 구비되어 있다.

(제3 실시형태의 변형예 2)

본 변형예에서는, 나사 홈 스페이서의 나사부분을 압전소자로 형성하여, 그 나사를 신축시킴으로써 나사 홈 스페이서와 대항면을 형성하는 로터의 틈을 조절하는 것이다.

도 10은 본 변형예에 따른 나사 홈 스페이서(88)의 구성을 설명하기 위한 개념도이다. 도 10은 나사 홈 스페이서(88)의 단면의 일부와 나사 홈 스페이서(88)의 내주면에 대향하는 로터(90)의 단면 일부 및 압전소자를 제어하는 압전소자 제어부(92)를 도시하고 있다.

나사 홈 스페이서(88)는 상단에 터보 분자 펌프부를, 하단에 나사 홈 펌프부를 구비한 분자 펌프의 나사 홈 펌프부를 구성한다. 나사 홈 펌프부 이외의 분자펌프의 구성은 도 11의 종래 예의 분자 펌프(101)와 같기 때문에 설명을 생략한다.

나사 홈 스페이서(88)는 원통형으로 형성되고, 그 내주면에 가스를 안내하기 위한 나선 홈이 형성되어 있다. 나사 홈의 깊이는 안내되는 가스가 압축되도록 가스 유로의 하류(도면 아래쪽)로 갈수록 얕게 되어 있다.

나사 홈 스페이서(88)의 외주를 형성하는 외주부재(89)는 알루미늄이나 스테인리스 등의 금속으로 형성되어 있다. 나사의 내주면에서 일정한 두께를 형성하는 부분은 압전부재(87)로 형성되고, 나선의 첨단부분에는 전극(85)이 부착되어 있다.

외주부재(89)와 전극(85)은 각각 압전소자 제어부(92)에 접속되어 있다. 외주부재(89)는 금속으로 구성되기 때문에, 전극으로서 작용할 수 있다. 그 때문에, 외주부재(89)와 전극(85) 사이에 전압이 인가되면, 압전부재(87)에 전계가 작용하여 압전부재(87)가 신축한다. 압전부재(87)의 신축 방향은 나사 홈 스페이서(88)의 반경 방향이 되도록 되어 있다.

전극(85)은 나사 전체에 걸쳐 완전히 금속으로 형성되어 있고, 압전부재(87)의 두께는 나사 전체에 걸쳐 일정하게 되어있다. 그 때문에, 압전부재(87)에 작용하는 전계의 크기는 나사 전체에 걸쳐 일정하여, 압전부재(87)의 신축량은 나사 전체에 걸쳐 일정하다.

와전류 센서(86)는 틈(91)의 크기를 계측하기 위한 소자이고, 나사 홈 스페이서(88)의 나선 위에 설치되어 있다. 와전류 센서(86)의 구성이나 기능은 제2 실시형태의 와전류 센서(47)와 같다. 와전류 센서(86)는 압전부재(87)가 신축하여 틈(91)이 변화할 때, 나사의 첨단부분과 함께 이동하게 되어 있다. 그 때문에, 나사 첨단에서 로터(90)까지의 거리, 또는 틈(91)을 와전류 센서(86)의 출력으로부터 취득할 수 있다.

압전소자 제어부(92)는 와전류 센서(86)의 출력으로부터 틈(91)의 크기를 취득하여, 틈(91)의 크기가 소정의 목표치가 되도록 외주부재(89)와 전극(85)에 인가하는 전압을 피드백 제어한다. 또, 압전소자 제어부(92)의 구성은 제3 실시형태의 압전부재 제어계(75)와 같으므로, 설명을 생략한다.

상기와 같이 구성된 나사 홈 스페이서(88)를 구비한 분자 펌프는 아래와 같이 동작한다.

분자 펌프가 기동하면, 흡기구를 통해 가스가 흡인되어, 흡인된 가스는 터보 분자 펌프부, 나사 홈 펌프부에서 압축된 후 배기구로부터 배출된다.

압전소자 제어부(92)는 미리 설정되어 있는 틈(91)의 크기의 목표치와 와전류 센서(86)의 출력으로부터 취득한 틈(91)의 크기를 비교하여, 틈(91)의 크기가 목표치와 같아지도록 외주부재(89)와 전극(85)에 인가하는 전압을 조절하여 압전부재(87)의 신축량을 조절한다.

나사 홈 스페이서(88)와 로터(90) 사이의 틈(91)으로부터 새는 가스의 양은 틈(91)의 크기에 의해 조절된다. 틈(91)의 크기가 클 때는, 틈(91)으로부터 새는 가스의 량이 많아져, 나사 홈 펌프부에서의 가스 압축 능력이 저하하고, 틈(91)의 크기가 작을 때는, 틈(91)으로부터 새는 가스의 양이 적어져, 나사 홈 펌프부에서의 가스 압축 능력이 향상한다.

그 때문에, 압전소자 제어부(92)에 의해 설정되는 목표치를 변화시킴으로써분자 펌프의 배기 능력을 조절할 수 있다.

이상 설명한 본 변형예에서는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

나사 홈 스페이서의 나사가 신축하기 때문에, 제2 실시형태 및 제3 실시형태에서와 같이 나사 홈 스페이서가 추력 방향 또는 반경 방향으로 이동하는 기구를 마련할 필요가 없다.

또한, 틈(91)이 제어 가능한 사실로부터 얻어지는 효과, 또는 분자 펌프의 배기 능력을 조절할 수 있는 것이나, 게이트 밸브를 제거할 수 있는 것, 및 틈(91)의 크기를 줄여 종래보다 분자 펌프의 배기 능력을 향상시킬 수 있는 것 등의 효과는 제1 실시형태 내지 제3 실시형태와 마찬가지다.

이상 제1 실시형태 내지 제3 실시형태 등에서는, 터보 분자 펌프부와 나사 홈 펌프부를 포함하는 분자 펌프를 일례로서 설명하였지만, 분자 펌프의 형태는 이것으로 한정하는 것이 아니라, 나사 홈 펌프만으로 이루어지는 분자 펌프나, 나사 홈 펌프를 구성요소로서 포함하는 분자 펌프 등에 널리 적용할 수 있는 것이다.

이상 설명한 각 실시형태는 로터와 스테이터(고정부)의 대항면의 틈을 제어하는 기능을 갖고 있기 때문에, 배기되는 용기 내의 압력 제어가 가능해진다. 그 때문에, 배기되는 용기에 압력계를 설치하여, 그 압력계의 출력에 의해 로터와 스테이터의 대항면의 틈의 크기를 피드백 제어하는 것이 가능하다. 즉, 배기되는 용기 내의 목표가 되는 목표 압력을 미리 설정하여, 배기되는 용기 내의 압력이 목표 압력을 하회하면, 틈을 확대하여 분자 펌프의 배기 능력을 저하시키고, 배기되는 용기 내의 압력이 목표압력을 상회하면, 틈을 좁혀 분자 펌프의 배기 능력을 높이도록 제어하여, 배기되는 용기 내의 압력을 목표 압력으로 유지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 분자 펌프에 있어서 가스의 압축률을 높일 수 있고, 가스의 압축률을 제어할 수 있다.

Claims

분자 펌프에 있어서,

스테이터;

상기 스테이터의 소정의 표면에 대향하는 대항면을 가져, 그 대항면을 상기 표면에 대향시킨 상태로 회전 가능하게 지지된 로터;

상기 로터를 구동하여 상기 스테이터에 대해 회전시키는 모터;

상기 스테이터와 상기 로터가 대항하는 면 중 적어도 한쪽에 형성된 나사 홈;

상기 로터를 상기 모터에 의해 회전시킴으로써 상기 나사 홈을 통해 가스를 이송하는 이송장치; 및

상기 스테이터와 상기 로터의 대항면 사이의 틈의 크기를 변화시키는 틈 변화장치를 구비한 것을 특징으로 하는 분자 펌프.
제1항에 있어서,

상기 로터가 상기 스테이터에 대항하는 면의 버스선은 상기 로터의 축선과 적어도 0도가 아닌 소정의 각도를 형성하고 있고,

상기 틈 변화장치는 상기 로터와 상기 스테이터 중 적어도 한쪽을 상기 로터의 축선 방향으로 이동시킴으로써 상기 틈의 크기를 변화시키는 것을 특징으로 하는 분자 펌프.
제2항에 있어서,

상기 로터는 자기 축받이에 의해 회전 가능하게 지지되고,

상기 틈 변화장치는 상기 자기 축받이의 부상(浮上) 위치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 분자 펌프.
제2항에 있어서,

상기 스테이터는 상기 로터의 축선 방향으로 신축 가능한 신축부재에 의해 유지되고,

상기 틈 변화장치는 상기 신축부재를 신축시킴으로써 상기 스테이터를 상기 로터의 축선 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 분자 펌프.
제1항에 있어서,

상기 로터의 외주면 및 상기 스테이터의 내주면은 원통형이고, 상기 틈 변화장치는 상기 스테이터의 내주면의 내경을 변화시키는 내경 변화장치를 구비한 것을 특징으로 하는 분자 펌프.
제5항에 있어서,

상기 스테이터는 내주면의 원주 방향으로 다수로 분할된 스테이터 구성부재; 및 상기 스테이터 구성부재를 연결하며 상기 원주 방향으로 신축 가능한 신축부재로 구성되며,

상기 내경 변화장치는 상기 신축부재를 신축시킴으로써 상기 스테이터의 내주면의 내경을 변화시키는 것을 특징으로 하는 분자 펌프.
제5항에 있어서,

상기 스테이터는 내주면의 원주 방향으로 다수로 분할된 스테이터 구성부재; 및 상기 스테이터 구성부재의 외주면에 일단을 부착하고, 타단을 고정부에 부착하여, 상기 내주면의 방사 방향으로 신축 가능한 신축부재로 구성되며,

상기 스테이터 구성부재 사이에는 틈이 마련되고,

상기 내경 변화장치는 상기 신축부재를 신축시킴으로써 상기 부재를 방사 방향으로 이동하여 상기 내경을 변화시키는 것을 특징으로 하는 분자 펌프.
제5항에 있어서,

상기 스테이터의 내주면에는 나사 홈이 형성되어 있고,

상기 나사 홈의 나사를 형성하는 부분 중 적어도 일부가 상기 내주면의 방사 방향으로 신축 가능한 신축부재에 의해 형성되며,

상기 내경 변화장치는 상기 신축부재를 신축시킴으로써 상기 내경을 변화시키는 것을 특징으로 하는 분자 펌프.
제1항에 있어서,

상기 로터와 상기 스테이터 사이의 틈의 크기를 측정하는 측정장치; 및

상기 측정장치로 측정된 틈의 크기가 소정 값이 되도록 상기 틈 변화장치를 이용하여 상기 틈의 크기를 조절하는 조절장치를 구비한 것을 특징으로 하는 분자 펌프.
제4항에 있어서,

상기 신축부재는 전계를 인가할 수 있도록 배치된 압전소자로 구성되고,

상기 틈 변화장치는 상기 압전소자에 인가하는 전계를 변화시킴으로써 상기 압전소자를 신축하는 것을 특징으로 하는 분자 펌프.
제1항에 있어서,

상기 로터와 상기 스테이터가 접촉할 가능성이 있는 이상 상태를 검출하는 검출장치; 및

상기 검출장치에 의해 이상이 검출된 경우에, 상기 로터와 상기 스테이터 사이의 틈을 적어도 상기 접촉을 피하는 데 필요한 크기로 변화시키는 이상시 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 분자 펌프.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

진공용기 내의 가스 압력의 검출신호를 바탕으로, 상기 틈의 크기를 변화시키는 압력 제어장치를 구비하며,

상기 진공용기 내의 압력을 제어하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 분자 펌프.