真空泵及传感器目标的制作方法

本发明涉及真空泵及传感器目标，特别涉及如下真空泵及传感器目标：对于位移传感器的传感器目标使用强磁性材料时更廉价地扩展传感器灵敏度的线形性的范围，且发生扰动时也难以发生触底（タッチダウン）。

背景技术：

随着近年的电子工学的发展，存储器、集积回路这样的半导体的需求急剧增大。

这些半导体通过向纯度极高的半导体基板掺杂杂质来赋予电气性质，通过蚀刻在半导体基板上形成精细回路等而被制造。

并且，这些作业为了避免由于空气中的灰尘等造成的影响而需要在高真空状态的腔内进行。该腔的排气一般使用真空泵，但特别地从残留气体少而保养容易等观点考虑多使用真空泵中的一个的涡轮分子泵。

此外，半导体的制造工序中，使各种各样的工艺气体作用于半导体的基板的工序数较多，涡轮分子泵不仅用于使腔内真空，也被用于将这些工艺气体从腔内排气。

图7作为例子表示该涡轮分子泵的轴向位移传感器的周围的代表性的构造。图7中，该涡轮分子泵中，用未图示的轴向电磁铁使绕高速旋转的转子轴113安装的金属盘111在轴向上磁悬浮且进行位置控制。为了进行该位置控制，转子轴113的下端部与轴向位移传感器1间的间隙2的大小被轴向位移传感器1和传感器目标3测定。轴向位移传感器1相对于筒管1b卷绕绕组7来构成，前述筒管1b被安装于贯通固定于保持轴向电磁铁的保持部件5的中心的轴部1a的上端。传感器目标3与该绕组7隔开间隙2地配设于转子轴113的下端。

在转子轴113的下端部突设有小径柱状的轴端部113a。在轴端部113a的外周围刻设有外螺纹，配设于转子轴113的下端部附近的金属盘111被在内侧刻设有内螺纹的螺母9固定。螺母9例如由非磁性材料的sus304形成。在螺母9的底部中央形成有圆柱状的凹部11，在该凹部11埋有圆柱状的传感器目标3，借助粘接剂固定。

另外，螺母9不特别地具有圆柱状的凹部11也能够使用内螺纹贯通至终端的一般的螺母将传感器目标3粘接来制造。

相对于该传感器目标3，从固定于泵主体侧的轴向位移传感器1的绕组7发出磁通量，转子轴113的下端部与轴向位移传感器1间的间隙2被非接触地测定（例如参照专利文献1、专利文献2）。该测定要将轴向位移传感器1构成为小型且需要既定的传感器灵敏度，所以以往传感器目标3使用作为强磁性材料的铁素体。

专利文献1：日本特开平11-313471号公报。

专利文献2：日本特开2000-283160号公报。

然而，作为目标材料的铁素体为小型且透磁率高，能够使作为位移传感器的传感精度提高，但成本高。此外，关于转子轴113的下端部与轴向位移传感器1间的间隙2能够保持较宽范围内的线形性。

特别地，关于间隙2较大处的传感器灵敏度难以得到线形性，结果，无法确保转子轴113的下端部与轴向位移传感器1间的间隙2充分大。该情况下，地震等来自外部的振动、涡轮分子泵将腔内的气体排出时，由于某原因而将气体（大气）急剧地导入，从真空状态向大气敞开，若旋转翼摆动，则相应地间隙2较小，也有导致触底的可能。

技术实现要素：

本发明是鉴于这样的以往的问题而作出的，其目的在于提供一种真空泵及传感器目标，前述真空泵及传感器目标在对于位移传感器的传感器目标使用强磁性材料时更廉价且扩展传感器灵敏度的线形性的范围，且即使发生扰动时也难以触底。

因此本发明（技术方案1）是真空泵的发明，具备轴向位移传感器和传感器目标，前述轴向位移传感器用于检测转子轴的轴向的位移，具有被与该转子轴非接触地配置的传感器绕组，前述传感器目标被与该轴向位移传感器隔开间隙地相向地配置，安装于接收由前述传感器绕组产生的磁通量的前述转子轴，其特征在于，前述传感器目标由具有磁性的金属构成。

通过将传感器目标由具有磁性的金属构成，与以铁素体为传感器目标的情况相比能够维持传感器灵敏度且扩大线形性的范围。通过线形性的范围扩大，也能够使间隙的余量变大。该线形性特别地与在间隙的大小较大的部分使用铁素体的情况明显不同。因此，即使在大气冲入、振动等相对于旋转体外部的力产生的情况下，也能够使触底的可能性极低。通过由具有磁性的金属构成，与使用铁素体的情况相比廉价。

此外，本发明（技术方案2）是真空泵的发明，其特征在于，前述金属为碳成分为0.13~0.28%的低碳钢。

由此，作为位移传感器抑制绕组的大小，此外，作为传感器目标，能够应用加工性、取得性、成本能够一同具有一定程度的评价的材料，能够维持传感器灵敏度且扩大线形性的范围。

进而，本发明（技术方案3）是真空泵的发明，其特征在于，前述传感器目标由在内侧刻设有内螺纹的螺母形成。

通过以螺母形成，能够防止转子轴的强度下降。由螺母整体作为一个传感器目标发挥功能，所以能够使结构简单。

进而，本发明（技术方案4）是传感器目标的发明，用于检测转子轴的轴向的位移，其特征在于，前述传感器目标被与具有传感器绕组的轴向位移传感器隔开间隙地相向地配置于前述转子轴，为了接收由前述传感器绕组产生的磁通量而由具有磁性的金属构成，前述金属为碳成分为0.13~0.28%的低碳钢。

发明效果

如以上说明，根据本发明，将传感器目标用具有磁性的金属构成，所以与将铁素体作为传感器目标的情况相比能够维持传感器灵敏度且扩大线形性的范围。因此，即使在大气冲入、振动等相对于旋转体的外部的力产生的情况下，也能够使触底的可能性极低。通过以具有磁性的金属构成，能够与使用铁素体的情况相比廉价。

附图说明

图1是涡轮分子泵的结构图。

图2是轴向位移传感器的周围的构造（将传感器目标设为螺母的例子）。

图3是关于传感器目标应用低碳钢或铁素体的情况的性能比较。

图4是评价相对于绕组的施加电压的能够检测的间隙的大小的概念特性。

图5是评价相对于绕组的施加电压的能够检测的间隙的线形性的概念特性。

图6是本实施方式的其他方式（将传感器目标设为螺栓的例子）。

图7是轴向位移传感器的周围的构造（以往例）。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。图1表示涡轮分子泵的结构图。

图1中在泵主体100的圆筒状的外筒127的上端形成有吸气口101。在外筒127的内侧具备旋转体103，前述旋转体103把用于将气体抽吸排出的涡轮叶片的多个旋转翼102a、102b、102c・・・在周部放射状且多层地形成。

在该旋转体103的中心安装有转子轴113，该转子轴113例如借助所谓的5轴控制的磁轴承被在空中悬浮支承且被位置控制。

上侧径向电磁铁104为，4个电磁铁被在转子轴113的径向的坐标轴且互相正交的x轴和y轴上成对地配置。与该上侧径向电磁铁104接近且对应地具备具有绕组的4个上侧径向位移传感器107。该上侧径向位移传感器107构成为，检测转子轴113的径向位移，送向未图示的控制装置。

在控制装置，基于上侧径向位移传感器107检测的位移信号，经由具有pid调节功能的补偿回路控制上侧径向电磁铁104的励磁，调整转子轴113的上侧的径向位置。

转子轴113由高透磁率材料（铁等）等形成，被上侧径向电磁铁104的磁力吸引。该调整被在x轴方向和y轴方向上分别独立地进行。

此外，下侧径向电磁铁105及下侧径向位移传感器108被与上侧径向电磁铁104及上侧径向位移传感器107相同地配置，将转子轴113的下侧的径向位置与上侧的径向位置相同地调整。

进而，轴向电磁铁106a、106b被转子轴113的下部所具备的圆板状的金属盘111上下夹持地配置。金属盘111由铁等的高透磁率材料构成。为了检测转子轴113的轴向位移而具备轴向位移传感器109，构成为其轴向位移信号被送向控制装置。

并且，轴向电磁铁106a、106b基于该轴向位移信号经由具有控制装置的pid调节功能的补偿回路被励磁控制。轴向电磁铁106a和轴向电磁铁106b借助磁力将金属盘111分别向上方和下方吸引。

这样，控制装置适当调节该轴向电磁铁106a、106b作用于金属盘111的磁力，使转子轴113在轴向上磁悬浮，在空间上非接触地保持。

马达121具备以包围转子轴113的方式周状地配置的多个磁极。各磁极被控制装置控制，使得借助作用于各磁极与转子轴113之间的电磁力将转子轴113旋转驱动。

与旋转翼102a、102b、102c・・・隔开些许空隙地配设有多张固定翼123a、123b、123c・・・。旋转翼102a、102b、102c・・・分别将排出气体的分子通过碰撞向下方移送，所以被从与转子轴113的轴线垂直的平面以既定的角度倾斜地形成。

此外，固定翼123也同样地从与转子轴113的轴线垂直的平面以既定的角度倾斜地形成，且被向外筒127的内侧与旋转翼102的层交替地配设。

并且，固定翼123的一端被以嵌插于多个被层叠的固定翼间隔件125a、125b、125c・・・之间的状态支承。

固定翼间隔件125是环状的部件，例如由铝、铁、不锈钢、铜等金属、或将这些金属作为成分包含的合金等的金属构成。

在固定翼间隔件125的外周隔开些许空隙地固定有外筒127。在外筒127的底部配设有基部129，在固定翼间隔件125的下部与基部129之间配设有带螺纹的间隔件131。并且，在基部129中的带螺纹的间隔件131的下部形成有排气口133，与外部连通。

带螺纹的间隔件131为由铝、铜、不锈钢、铁、或将这些金属作为成分的合金等的金属构成的圆筒状的部件，在其内周面刻设有多条螺旋状的螺纹槽131a。

螺纹槽131a的螺旋的方向为，排出气体的分子沿旋转体103的旋转方向移动时该分子被向排气口133移送的方向。

在与旋转体103的旋转翼102a、102b、102c・・・连续的最下部，圆筒部102d垂下。该圆筒部102d的外周面为圆筒状，且向带螺纹的间隔件131的内周面伸出，与该带螺纹的间隔件131的内周面隔着既定的间隙地接近。

基部129为构成涡轮分子泵10的基底部的圆盘状的部件，一般由铁、铝、不锈钢等金属构成。

基部129将涡轮分子泵10物理性地保持且也兼具热的传导路的功能，所以具有铁、铝、铜等的刚性，希望使用热传导率也高的金属。

在该结构中，旋转翼102被马达121驱动而与转子轴113一同旋转时，通过旋转翼102与固定翼123的相互作用，穿过吸气口101抽吸来自腔的排出气体。

被从吸气口101抽吸的排出气体穿过旋转翼102与固定翼123之间被向基部129移送。此时，由于排出气体与旋转翼102接触或碰撞时产生的摩擦热、由马达121产生的热的传导、辐射等，旋转翼102的温度上升，但该热由于辐射或基于排出气体的气体分子等的传导而被向固定翼123侧传递。

固定翼间隔件125在外周部互相接合，固定翼123将从旋转翼102接收的热、排出气体与固定翼123接触或碰撞时产生的摩擦热等向外筒127、带螺纹的间隔件131传递。

向带螺纹的间隔件131移送来的排出气体被螺纹槽131a引导且被送向排气口133。

接着，基于图2详细说明轴向位移传感器周围的构造。图2为了容易将该轴向位移传感器109周围的结构与图7对比而放大。轴向位移传感器109相对于筒管109b卷绕绕组7来构成，前述筒管109b被安装于轴部109a的上端，前述轴部109a被贯通固定于保持轴向电磁铁106的保持部件5的中心。

与该绕组7隔开间隙2地在转子轴113的下端部突设有小径柱状的轴端部113b。在轴端部113b的外周围刻设有外螺纹，相对于该轴端部113b在内侧刻设有内螺纹的螺母19被螺纹接合。但是，内螺纹被刻设的范围至螺母19的中间停止而不贯通。即，螺母19仅在上部具有被开口的螺纹孔19a。螺母19由低碳钢之一的材料构成。

作为内螺纹的下孔，为了使螺母的轴向的尺寸变小和减少转子轴及旋转体的旋转时的应力集中的发生，如图2所示实施底面为平的形状的孔加工。

但是，关于轴向尺寸的限制不大，且即使稍微发生应力集中，不妨碍转子轴及旋转体的旋转的话，下孔也可以为通常的钻孔。

接着，对本实施方式的作用进行说明。

螺母19由整体为一个的金属材料构成，作为轴向位移传感器109的传感器目标发挥功能。使螺母19与转子轴113的轴端部113b螺纹接合，由此，确保轴端部113b周围的强度。由绕组7产生的磁通量到达传感器目标，由此，根据其电感的变化测定间隙2的距离。

在图3关于轴向位移传感器109的传感器目标总结应用低碳钢或铁素体的情况的性能比较。这里，作为磁性材料的低碳钢以jis规格的s10c、s20c、s45c为例总结。关于低碳钢一并记载碳成分（碳含量）。性能为相对于4种评价对象材料的相对性的评价，以◎、○、△、×的顺序从最佳至不佳以4个阶段表示。如观察图3可知，铁素体由于4种评价对象材料中透磁率也高且磁通量容易集中而能够使绕组的大小为最小。然而，成本为4种评价对象材料中最高，加工性、取得性与其他3种评价对象材料相比不佳。

考虑加工性、取得性、成本的情况下，碳成分多的s45c在4种评价对象材料中最高，但与透磁率低相应地绕组不得不变大。可知能够抑制绕组的大小且关于加工性、取得性、成本一同具有一定程度的评价的为s20c。另外，也可以取代低碳钢而同样地以作为磁性材料的不锈钢（例如以sus420等替换sus400的）构成。然而，不锈钢有与s20c等低碳钢相比加工性差的方面。

接着，研究传感器灵敏度。

图4中表示评价相对于绕组的施加电压的能够检测的间隙2的大小的概念特性。此外，图5中表示评价相对于绕组的施加电压的能够检测的间隙2的线形性的概念特性。图4的灵敏度特性线为，具有图中附图标记（甲）所示的斜率的特性线相当于铁素体，具有最佳灵敏度，具有附图标记（乙）所示的斜率的特性线相当于s45c，灵敏度差。即，该斜率有与图3所示的绕组大小的评价相同的倾向，以s10c、s20c、s45c的顺序倾斜角依次变大而变差。

但是，关于这方面，在本实施方式中，构成为，利用绕筒管109b的径向的空余空间来增大绕组的匝数从而使产生的磁通量增大，能够维持与铁素体相当的灵敏度。例如，应用s20c的情况下与铁素体的情况相比使匝数增大五成左右。

根据图5的线形性特性可知，图中附图标记（丙）所示的铁素体的情况下不能维持线形性至间隙2的较高的区域。与此相对，应用s20c的情况下如附图标记（丁）所示能够维持线形性至比铁素体的情况高的区域。

从以上的研究结果可知，将轴向位移传感器109的传感器目标由一种材料的磁性材料构成螺母的形状，且作为该螺母的材料例如应用低碳钢的螺母s20c，由此与将铁素体作为传感器目标的情况相比能够维持传感器灵敏度且使线形性的范围扩大。线形性的范围扩大，由此也能够使间隙2的余量变大。该线形性特别地在间隙2的大小的较大的部分显著不同。因此，即使在大气冲入、振动等产生相对于旋转体103的外部的力的情况下，触底的可能性也能够变为极低。

以往，仅将芯部设为铁素体，但即使这样也产生成本变高这样的问题，但在本实施方式中，能够将传感器目标和作为固定部的螺母由廉价的磁性材料的低碳钢作为一种材料构成。另外，低碳钢为了方便以s20c为例说明，但为s15c（碳成分0.13~0.18%）~s25c（碳成分0.22~0.28%）则较优选。即，碳成分优选为0.13~0.28%的磁性材料。

关于上述定碳钢综合地判断，但显然为了从加工性、取得性、绕组的大小、成本、及传感器灵敏度的要求值分别判断，考虑加工性、取得性、成本能够采用s45c（碳含量0.42~0.48%），或考虑绕组的大小也能够采用s10c（碳含量0.08~0.13%）。此外，也可以是不锈钢（例如以sus420等替换sus400的）。

接着，关于本实施方式的其他方式进行说明。

在本实施方式中，说明了将螺母19相对于轴端部113b螺纹接合。然而，作为本实施方式的另外的方式，也能够如图6所示地取代螺母19而设为螺栓21。该情况下也将螺栓头部21a及螺纹部21b由一种材料的磁性材料构成，且作为该材料例如应用作为碳成分为0.13~0.28%的磁性材料的低碳钢。

螺栓头部21a为低碳钢，所以与本实施方式的螺母19相同地，与使铁素体为传感器目标的情况相比，能够更维持传感器灵敏度且扩大线形性的范围。

另外，本发明只要不脱离本发明的精神就能够进行各种改变，并且，本发明显然也涉及该改变。

附图标记说明

2间隙

5保持部件

7绕组

19螺母

19a螺纹孔

21螺栓

21a螺栓头部

103旋转体

109轴向位移传感器

109a轴部

109b筒管

111金属盘

113转子轴

113b轴端部。