JPS63255593A - タ−ボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軸受潤滑剤、特に潤滑油を含まない高度の真
空を発生させるための回転子をケーシング内室に支承し
て有している真空ポンプ、殊にターボ分子ポンプに関す
るものである。

〔従来の技術〕

一般に高度の真空を発生させるための回転子をケーシン
グ内に支承された種々異なる形式のターボ分子ポンプが
知られているが、これらターボ分子ポンプでは分子的な
圧力範囲での圧力値１０−２〜１０−”　ｍＨｇの圧力
を得るために回転数をほぼ２０、０ＯＯｒ、ｐ、ｍ以上
の高い回転数で回転するので回転子の支承に特別な問題
が生ずることが多いことが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のターボ分子ポンプにおいて回転子を軸受で支承す
る場合において、用いられる軸受としてのころがり軸受
若しくは球軸受はしばしばオイル又はグリース潤滑の潤
滑剤を併用し、その潤滑剤回路を介して潤滑かつ冷却さ
れなければならないが、このヘアリング装置の正しい潤
滑と十分な冷却との確保が難しく、グリースなどの油潤
滑では真空中に油ミストが混入しやすく寿命も極めて短
いばかりか、軸受での固体接触による局部的発熱現象に
よって潤滑剤蒸気若しくは潤滑油蒸気などの炭化水素が
発生し、蒸気の高真空側への拡散傾向があって潤滑剤の
劣化が激しいと共に、潤滑剤の少ない真空を達成しよう
とする場合にはポンプの再運転開始に際して費用のかか
る加熱過程を長時間にわたって必要とするほか真空中の
炭化水素は電気的な閃絡に対する強度を低下させる欠点
があり、殊に軸受に金属材料を用いると変形が大きく、
かつ潤滑剤の劣化が生じると輻射熱の放出も少なくなっ
て冷却効果も低下して耐久性もなくなり、また、ボール
ヘアリングのように局部的な固体接触が生じている軸受
にあっては所定の運転期間を経過すると軸受の寿命がく
る等と、問題がさらに大きくなるものであった。

本発明は、これら従来の欠点を排除しようとするもので
、固体接触することなく局部的発熱がなく、正しい潤滑
を可能にし、潤滑剤の劣化がなく、安定した回転子の超
高速運転を可能とし、かつ高真空を容易に達成すること
ができる耐久性あるターボ分子ポンプを構成簡単で安価
な形態で提供することを目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ケーシング内にその軸線方向に多段に設けら
れた静翼と、この静翼間に位置し、かつケーシング中心
に位置するロータの外周に設けられた動翼をモータ軸を
介して回転体として回転自在に備えたターボ分子ポンプ
において、前記回転体をそれぞれ動圧発生用溝のあるス
ラスト軸受とラジアル軸受とで回転可能に支え、前記回
転体の上部中心部に球面体と該球面体を嵌入する凹状受
面体とからなり、その対向する摺動面の少なくともいず
れかに動圧発生用溝がある球面状スパイラルグループ軸
受部を備えたことを特徴とするターボ分子ポンプである
。

〔実施例〕

本発明の実施例を真空ポンプの例について第１図例で説
明すると、ケーシング１内にその軸線方向に多段に設け
られた静翼２と、この静翼２間に位置し、かつケーシン
グ中心に位置するロータ３の外周に設けられた動翼４を
モータ軸５を介して回転自在に回転体として備えたター
ボ分子ポンプにおいて、前記回転体をそれぞれ動圧発生
用溝例えばスパイラル状溝６又はへリングボーン状溝６
１のあるスラスト軸受７とラジアル軸受８とで回転可能
に支え、前記回転体の自重を支える方の前記スラスト軸
受７又はラジアル軸受８の少なくとも一方の軸受がセラ
ミックス焼結体から成る構成としたターボ分子ポンプと
しである。

回転体の浮上量を拘束する手段として、ロータの中心上
方位置に上部中心部に球面体１７と該球面体１７を嵌入
する凹状受面体１８とからなり、その対向する摺動面の
少なくともいずれかに動圧発生用溝がある球面状スパイ
ラルグループ軸受部を備えた構成としであるが、この球
面体１７と凹状受面体１８とは相対関係にあるのでロー
タ側及びケーシング側のいずれに選んでもよい。またこ
の実施例では球面体１７及び凹状受面体１８のいずれか
或いはいずれをもセラミックス材料から成り、摺動面に
動圧発生用溝例えばスパイラル溝（図示せず）備えて回
転体の浮上量拘束機構としである。

この場合球面状スパイラルグループ軸受を構成する前記
球面体１７と凹状受面体１８とはそれぞれロータ３又は
ケーシング１にはアーム状のステイ１７１，１８．その
他の支持手段で相対的に固着配備しである。またこの球
面状スパイラルグループ軸受は、気流中にあって潤滑剤
は不要であるが、負荷が大きい場合には必要に応じ種々
の潤滑剤を用いてもよい。

前記スラスト軸受７は、スパイラル状溝６を形成したス
パイラルグループ軸受を用いて、前記ロータ３の下面又
は側面に対向配備されているものであるが、真空室又は
減圧室と軸受室との間のシール効果とスラスト軸受を兼
用するように回転体とその支承部との間に形成される間
隙部９に磁性流体１０を封入し、該磁性流体１０を保持
制御する永久磁石又は二次導体からなるマグネット１）
を備えたスパイラルグループ軸受として用いてもよい。

この場合前記スパイラルグループ軸受が、偏平面を持つ
フランジ部を持ちモータ軸５の周囲に沿設される中空筒
状部７．のある支承部材を用いて前記回転体、即ちロー
タ３との対設面となる前記偏平面にスパイラル状溝６を
形成したものが好適であり、該中空筒状部７．の外周に
間隙をあけてマグネット１）を配備した構成でシール機
能と軸受機能番を有効に発揮できるようにするのがよい
。

また、前記ラジアル軸受８としては、前記モータ軸５に
嵌合固着したスリーブであって、その外周面にヘリング
ボーン状溝６Ｉを形成して支承部材の前記中空筒状部７
．の内周面に対設したものを用いであるが、モータ軸５
に形成した段付部外周又はモータ軸外周に設けた形態と
することもできる。

なお、この動圧発生用溝は摺動面を形成する対向面のい
ずれかに形成すればよく、摺動部材を中間部材として用
いる場合には両面に設けることができ、いずれにしても
溝のある面に対向する面は平滑面とすることが考慮され
ているが、必要に応じ、例えば、ロータ端面に前記スラ
スト軸受７に対設した偏平面のあるセラミックス材料の
摺動部材を備えてもよく、前記動圧発生用溝としてのス
パイラル状溝６又はへリングポーン状溝６Ｉを形成し、
かつ硬質のセラミックス材料例えばＳｉＣ焼結体、Ｂｅ
Ｏを含むα−５ｉＣ焼結体、又はＳｉＪ、焼結体などで
構成したものを用いてスラスト軸受部又はラジアル軸受
部として形成するのがよい。

また、封入される磁性流体１０は、この動圧発生用溝に
対応したすきまに介在されるだけでもよく、さらに、動
圧発生用の作動流体としては、前述の磁性流体ばかりで
なく、フッ素系オイル（例えばグイフロイル：商品名）
や、真空オイル（例えばフォンブリン：商品名）、不活
性ガス（Ｎ２゜ＣＯ□など）などを用いることができる
。

但し、磁性流体以外の作動流体にあっては、磁気によっ
て保持することができないので、夫々、必要に応じて軸
受部へ補給する手段が必要となる。

図中１２は駆動モータ、１３は給電コネクタ、１４は吐
出口、１５は吸込口である。

しかして動翼４のある回転体のロータ３はモータ軸５で
回転自在にスラスト軸受７及びラジアル軸受８上にマス
バランス、流体バランス及び磁気バランスが良好に維持
されて円滑に回転され、超高速で運転できるものであり
、回転体の中心上部に備えた球面スパイラルグループ軸
受部で回転体の浮上量を拘束して安定した駆動を維持す
ることが可能である。

この場合、前記軸受を構成するセラミックス材料の摺動
部材の対応面のいずれか一方の面又は両面に動圧発生溝
のスパイラル状溝６を形成し、他方の面は平滑な平面と
してスラスト軸受７とするものであり、また、ラジアル
軸受８はモータ軸５にあるスリーブの外周面、又は中空
筒状部７Ｉの貫通孔の円筒面のいずれか一方の面に動圧
発生用のへリングポーン状溝６Ｉを形成し、他方の面を
平滑な円筒面とするものであり、第１図の実施例におい
ては、スラスト荷重を支えるためのスパイラル状溝６、
ラジアル荷重を支えるためのへリングポーン状溝６Ｉは
各々３〜５０μｍ程度の溝深さである。またこの動圧発
生用溝のある面は全面のうねりが０．３μｍ以下で最大
面粗度が０．１μｍの平滑な平面であるランド面とした
上で、ショツトブラストによって３〜５０μｍの深さの
スパイラル状溝加工をしたものである。

なお、動圧効果を利用したラジアル軸受を製作する場合
も同様に、上述のショツトブラストによる溝加工をする
ことができる。いずれにしても硬質のセラミックス材料
で高い精度で前記動圧発生用溝を加工することができ、
かつ、その動圧発生に適した摺動部の形状が動圧が発生
した状態においても維持され、しかも、起動、停止の際
に生じる固定摺擦に対しても、ある程度の負荷であれば
耐久性を持って有効に用いられる。

〔発明の効果〕

本発明は、回転体をそれぞれ動圧発生用溝のあるスラス
ト軸受とラジアル軸受とで回転可能に支え、前記回転体
の上部中心部に球面体と該球面体を嵌入する凹状受面体
とからなり、その対向する摺動面の少なくともいずれか
に動圧発生用溝がある球面状スパイラルグループ軸受部
を備えたことにより局部的な固体接触がな（、オイル又
はグリース潤滑の潤滑剤を用いても発熱現象がなく潤滑
剤の劣化による支障がなくなり、回転体の浮上量をも拘
束でき安定した回転子の超高速運転を可能とし、かつ高
真空を容易に達成することができる耐久性あるターボ分
子ポンプを構成簡単で安価な形態で提供できるほか著し
くコンパクト化できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は一部の切
断側面図である。 １・・・ケーシング、２・・・静翼、３・・・ロータ、
４・・・動翼、５・・・モータ軸、６，６．・・・溝、
７・・・スラスト軸受、８・・・ラジアル軸受、９・・
・間隙部、１０・・・磁性流体、１）・・・マグネット
、１７・・・球面体、１８・・・凹状受面体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケーシング内にその軸線方向に多段に設けられた
   静翼と、この静翼間に位置し、かつケーシング中心に位
   置するロータの外周に設けられた動翼をモータ軸を介し
   て回転体として回転自在に備えたターボ分子ポンプにお
   いて、前記回転体をそれぞれ動圧発生用溝のあるスラス
   ト軸受とラジアル軸受とで回転可能に支え、前記回転体
   の上部中心部に球面体と該球面体を嵌入する凹状受面体
   とからなり、その対向する摺動面の少なくともいずれか
   に動圧発生用溝がある球面状スパイラルグループ軸受部
   を備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. （２）前記スラスト軸受とラジアル軸受とが、セラミッ
   クス焼結体からなりスパイラル状溝を形成したスパイラ
   ルグループ軸受であって、前記回転体の下面又は側面に
   対向配備されているものである特許請求の範囲第１項記
   載のターボ分子ポンプ。
3. （３）前記スラスト軸受が、マグネットを備えたスパイ
   ラルグループ軸受である特許請求の範囲第１項又は第２
   項記載のターボ分子ポンプ。
4. （４）前記球面体と凹状受面体とが、前記ロータとケー
   シングとにステイを介して相対的に配備されているもの
   である特許請求の範囲第１〜３項のいずれか一つの項記
   載のターボ分子ポンプ。