JPH0670440B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ロータに取付けた動翼とケーシングに取付け
た静翼とをロータの軸方向に交互に配設したターボ分子
ポンプに関するものである。

（従来の技術） 従来のターボ分子ポンプを第２図により説明すると、
（１）がケーシング、（２）が同ケーシング（１）に設
けた吸気口、（３）が同ケーシング（１）に設けた排気
口、（４）が同ケーシング（１）に設けた静翼、（５）
がロータ（６）に取付けた動翼で、同動翼（５）と上記
静翼（４）とがロータ（６）のロータ軸（７）方向に交
互に配設されている。

（８）が同ロータ軸（７）の周りに配設したステータ
で、同ステータ（８）と上記ロータ軸（７）との間に
は、ロータ（６）を高速回転させるために上部軸受とし
てのボールベアリング（110）と下部軸受としてのボー
ルベアリング（111）とモータ（13）とが設けられてい
る。

なおロータ軸（７）には、上・下軸受としてのボールベ
アリング（110）（111）へ潤滑油（112）を供給するた
めに油供給孔（９）が設けられている。また上記モータ
（13）は、ロータ軸（７）に装着された円筒状のモータ
・ロータ（13a）とステータ（８）に装着された円筒状
のモータ・ステータ（13b）とにより構成され、これら
がロータ軸（７）と同心に配置されている。

以上のターボ分子ポンプで、動翼（５）とロータ軸
（７）とをもつロータ（６）がモータ（13）により高速
回転すると、気体分子が矢印A₁→A₂方向に流れて、吸気
口（２）が高真空になり、排気口（３）が低真空にな
る。

（発明が解決しようとする課題） 前記図２に示す従来のターボ分子ポンプでは、長期間運
転すると、ボールベアリング（110）（111）が劣化する
ので、ポンプを分解して、これらを交換する必要があ
る。特に排気性能を向上させるために高速化しようとす
る場合、油供給孔（９）を通しての潤滑油（112）の供
給、潤滑では、劣化が著しい。また潤滑油（112）は、
循環する間に蒸発するため、補給が必要である。それに
加えて、被真空排気容器の排気後、ターボ分子ポンプの
運転を停止すると、潤滑油（112）が被真空排気容器内
に逆拡散してしまう可能性がある。また上・下軸受がボ
ールベアリングであるために、振動や騒音が大きくて、
用途が制限される上に、軸受損失が大きくて、電気代
（ランニングコスト）が高くなるという問題があった。

本発明は前記の問題点に鑑み提案するものであり、その
目的とする処は、軸受の交換を殆ど不要にでき、タ
ーボ分子ポンプの適用範囲を拡大でき、ランニングコ
ストを低減でき、潤滑油の被真空排気容器内への逆拡
散を防止でき、吸気側で高真空、超高真空を達成で
き、永久磁石から放出ガスによる高真空側清浄度に対
する悪影響を防止でき、安定的に運転でき、回転系
の振動を防止できるターボ分子ポンプを提供しようとす
る点にある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、ロータを下方に
向かい開口するとともに頂部を閉じた円筒体とし、同ロ
ータの頂部中心位置からロータ内下方へロータ軸を垂設
し、同ロータの外周面に取付けた動翼とケーシングの内
周面に取付けた静翼とをロータ軸の軸方向に交互に配設
し、上記ロータ内のロータ軸の周りにステータを配設し
て、同ステータの下端部を上記ケーシングの底部に固定
し、上記ロータ軸の上下中間部にモータ・ロータを取付
け、同モータ・ロータに対向する上記ステータの内周面
にモータ・ステータを取付けたターボ分子ポンプにおい
て、前記ケーシング内の低真空側に位置する前記ロータ
軸の上部をロータ側とステータ側とが吸引力の働く極性
をもって上下に対向配置した永久磁石よりなる磁気軸受
により回転可能に支持し、同磁気軸受のうち、上方の永
久磁石をロータ側に、下方の永久磁石をステータ側に、
それぞれ取付けて、ロータ及びロータ軸を下方に付勢
し、同じくケーシング側の低真空側に位置する前記ロー
タ側の下部をロータ軸方向に負荷能力のあるすべり軸受
により回転可能に支持して、前記磁気軸受の半径寸法に
対して上記すべり軸受の支持点から前記磁気軸受までの
軸方向寸法を大きくしている。

（作用） 本発明のターボ分子ポンプでは、磁気軸受及びすべり軸
受が低真空側にあり、これらの軸受によりロータ及びー
タ軸が回転可能に支持されているので、軸受からのガス
の放出、潤滑油の蒸発等の問題が解消されて、軸受の交
換、潤滑油の補給、振動、騒音等の、従来装置の問題点
が解決されるが、さらにロータ軸の上部を磁気軸受によ
り回転可能に支持するとともに、同磁気軸受のうち、ス
テータ側に取付けた下方の永久磁石がロータ側に取付け
た上方の永久磁石を吸引して、ロータ及びロータ軸を下
方に付勢し、同ロータ軸の下部をロータ軸方向に負荷能
力のあるすべり軸受により回転可能に支持し、上記磁気
軸受の半径方向寸法に対してすべり軸受の支持点から支
持軸受までの軸方向寸法を大きくしたことにより、ラジ
アル力とすべり軸受の支持点から磁気軸受までの軸方向
寸法とを掛けたモーメント力が大きくなり、ロータに十
分な復元力が働いて、ロータの回転中心が保持されるの
で、ターボ分子ポンプの運転が安定化する。また磁気軸
受のうち、ステータ側に取付けた下方の永久磁石がロー
タ側に取付けた上方の永久磁石を吸引して、ロータ及び
ロータ軸を下方に付勢しているので、ロータの重量が軽
くても、すべり軸受には適正なスラスト負荷がかかるこ
とになり、磁気軸受の軸直角方向のばね及びダンピング
を大きくとれて、回転系の振動が防止される。

（実施例） 次に本発明のターボ分子ポンプを第１図に示す一実施例
により説明すると、（１）がケーシング、（２）が同ケ
ーシング（１）に設けた吸気口、（３）が同ケーシング
（１）に設けた排気口、（４）が同ケーシング（１）に
設けた静翼、（６）が下方に向かい開口するとともに頂
部を閉じた円筒体状のロータ、（５）が同ロータ（６）
に取付けた動翼、（７）が同ロータ（６）の頂部中心位
置からロータ（６）内下方へ垂設したロータ軸（回転
軸）で、同動翼（５）と上記静翼（４）とがロータ軸
（７）方向に交互に配設され、同ロータ軸（７）が上記
ケーシング（１）内の低真空側に位置している。

（８）が同ロータ軸（７）の周りに配設したステータ、
（10）が上記ロータ（６）の頂部を高速回転可能に支持
する磁気軸受、（11）が上記ロータ軸（７）の下部を高
速回転可能に支持するすべり軸受で、同磁気軸受（10）
がロータ（６）の頂部とステータ（８）の上部との間に
配設されている。（11）が上記ロータ軸（７）の下部を
回転可能に支持するすべり軸受（11）で、同すべり軸受
（11）がステータ（８）下部内のケーシング（１）底部
上に配設されている。

上記磁気軸受（10）は、上方の永久磁石（10a）と同上
方の永久磁石（10a）に対して吸引力の働く極性をもっ
て対向配置した下方の永久磁石（10b）とにより構成さ
れて、同上方の永久磁石（10a）がロータ（６）の頂部
に取付けられるとともに、同下方の磁気軸受（10b）が
ステータ（８）の上部に取付けられて、ロータ（６）及
びロータ軸（７）が下方（すべり軸受（11）の方向）に
付勢されており、ロータ（６）の重量が軽くても、磁気
軸受（10）の軸直角方向のばね及びダンピングを大きく
とれて、回転系の振動が安定化されるようになってい
る。

上記すべり軸受（11）は、ロータ（６）のロータ軸
（７）の下端部に装着された回転軸（11a）と軸受支持
部材（15）に保持された軸受皿（11b）とよりなり、回
転軸（11a）の先端部と軸受皿（11b）とが潤滑油（12）
を介して接触するように構成され、このすべり軸受（1
1）には、ロータ（６）及びロータ軸（７）に対して軸
方向及び軸直角方向に負荷能力を有する例えばスパイラ
ルグループベアリング等の動圧型軸受が使用されてい
る。

そして磁気軸受（10）の半径寸法に対してすべり軸受
（11）の支持点から磁気軸受（10）までの軸方向寸法が
大きくなっている。

なお潤滑油（12）には、蒸発量の極めて小さい（一般に
粘度が大きい）ものが使用される。

次に前記第１図に示すターボ分子ポンプの作用を具体的
に説明する。

磁気軸受（10）のうち、ロータ（６）側の永久磁石（10
a）が上方に、ステータ（８）側の永久磁石（10b）が下
方に、それぞれ対向配置されて、ロータ（６）及びロー
タ軸（７）が下方（すべり軸受（11）の方向）に付勢さ
れている。この磁気軸受（10）では、ロータ（６）側の
永久磁石（10a）とステータ（８）側の永久磁石（10b）
との磁気中心が同心に保持され、ロータ（６）の回転中
心がステータ（８）の軸心と同心に保持されて、磁気軸
受（10）がロータ（６）及びロータ軸（７）に対して上
部軸受として機能する。

一方、ロータ軸（７）の直下には、すべり軸受（11）が
配設されている。このすべり軸受（11）では、軸受皿
（11b）が軸受支持部材（15）によりステータ（８）の
軸心と同心に保持されて、適切なばね及びダンピングを
与えており、軸方向にはロータ（６）の荷重等に対して
負荷能力を有し、軸直角方向には回転振動に対して負荷
能力を有している。

そしてこのすべり軸受（11）の回転軸（11a）の先端部
には、溝（例えばスパイラル状の溝）が設けられ、これ
が回転軸（11a）の回転により、ステータ（８）下部内
から軸受皿（11b）内へ潤滑油（12）を円滑に導入し
て、すべり軸受（11）の負荷能力を保持しており、同軸
受皿（11b）を含むすべり軸受（11）がロータ（６）及
びロータ軸（７）に対して下部軸受として機能する。

また磁気軸受（10）の半径方向寸法に対してすべり軸受
（11）の支持点から磁気軸受（10）までの軸方向寸法を
大きくしており、そのため、ラジアル力とすべり軸受
（11）の支持点から磁気軸受（10）までの軸方向寸法と
を掛けたモーメント力が大きくなり、ロータ（６）に十
分な復元力が働いて、ロータ（６）の回転中心が保持さ
れるので、ターボ分子ポンプの運動が安定化する。

（発明の効果） 本発明のターボ分子ポンプは前記のように構成されてお
り、次の効果を達成できる。即ち、 磁気軸受（上部軸受）が非接触であるため、上部軸受
の劣化することがなく、すべり軸受（下部軸受）も、通
常の運転状態では、殆ど劣化することがなくて、ポンプ
を分解して交換する頻度は、ボールベアリングに比べて
遥かに小さく、そのため、軸受の交換を殆ど不要にでき
る。

振動や騒音が微小であり、振動を嫌う場所での使用が
可能で、ターボ分子ポンプの適用範囲を拡大できる。

軸受損失を少なくできて、ランニングコストを低減で
きる。

潤滑油を循環させる必要がなく、そのため、高粘度の
潤滑油、即ち、蒸発量の極めて小さい潤滑油が使用可能
で、潤滑油の補給を殆ど不要にできて、被真空排気容器
内への逆拡散を防止できる。

磁気軸受（上部軸受）及びすべり軸受（下部軸受）の
ようにガスを吸着し易い構成部品の全てを排気側（低真
空側）のロータ内に配置できて、吸気側で高真空、超高
真空を達成できる。

磁気軸受を排気側（低真空側）のロータ内に配置でき
て、永久磁石からの放出ガスによる高真空側清浄度に対
する悪影響を防止できる。

磁気軸受の半径方向寸法に対してすべり軸受の支持点
から磁気軸受までの軸方向寸法を大きくしたことによ
り、ラジアル力とすべり軸受の支持点から磁気軸受まで
の軸方向寸法とを掛けたモーメント力が大きくなり、ロ
ータに十分な復元力が働いて、ロータの回転中心が保持
されるので、ターボ分子ポンプの運転を安定化できる。

磁気軸受のうち、ステータ側に取付けた下方の永久磁
石がロータ側に取付けた上方の永久磁石を吸引して、ロ
ータ及びロータ軸を下方に付勢しているので、ロータの
重量が軽くても、すべり軸受には適正なスラスト負荷が
かかることになり、磁気軸受の軸直角方向のばね及びド
ンピングを大きくとれて、回転系の振動を防止できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のターボ分子ポンプの一実施例を示す縦
断側面図、第２図は従来のターボ分子ポンプを示す縦断
側面図である。 （１）……ケーシング、（４）……静翼、（５）……動
翼、（６）……ロータ、（７）……ロータ軸（回転
軸）、（８）……ステータ、（10）……磁気軸受、（10
a）……ロータ（６）側の永久磁石、（10b）……ステー
タ（８）側の永久磁石、（11）……すべり軸受。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金子 昭民 広島県広島市西区観音新町４丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島造船所内 (56)参考文献 特開 昭59−162396（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−79695（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−168295（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータを下方に向かい開口するとともに頂
   部を閉じた円筒体とし、同ロータの頂部中心位置からロ
   ータ内下方へロータ軸を垂設し、同ロータの外周面に取
   付けた動翼とケーシングの内周面に取付けた静翼とをロ
   ータ軸の軸方向に交互に配設し、上記ロータ内のロータ
   軸の周りにステータを配設して、同ステータの下端部を
   上記ケーシングの底部に固定し、上記ロータ軸の上下中
   間部にモータ・ロータを取付け、同モータ・ロータに対
   向する上記ステータの内周面にモータ・ステータを取付
   けたターボ分子ポンプにおいて、前記ケーシング内の低
   真空側に位置する前記ロータ軸の上部をロータ側とステ
   ータ側とが吸引力の働く極性をもって上下に対向配置し
   た永久磁石よりなる磁気軸受により回転可能に支持し、
   同磁気軸受のうち、上方の永久磁石をロータ側に、下方
   の永久磁石をステータ側に、それぞれ取付けて、ロータ
   及びロータ軸を下方に付勢し、同じくケーシング側の低
   真空側に位置する前記ロータ側の下部をロータ軸方向に
   負荷能力のあるすべり軸受により回転可能に支持して、
   前記磁気軸受の半径寸法に対して上記すべり軸受の支持
   点から前記磁気軸受までの軸方向寸法を大きくしたこと
   を特徴とするターボ分子ポンプ。