JP2002339970A - 磁気軸受装置及びターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気軸受装置において、磁気軸受のロータシ
ャフトを浮上支持する磁気力がなくなった場合、該ロー
タシャフトのタッチダウンベアリング接触の耐久性を高
くして信頼性の高い磁気軸受装置及び該磁気軸受装置を
用いたターボ分子ポンプを提供すること。 【解決手段】 ロータシャフト１２を磁気浮上支持する
磁気軸受（ラジアル磁気軸受２２、２４及びアキシャル
磁気軸受３０）と、該ロータシャフト１２を中心として
その周りに配置され該磁気軸受の磁気力が無くなると該
ロータ軸を接触支持する非常用軸受（タッチダウンベア
リング２６、２８）を具備する磁気軸受装置において、
ロータ軸の該非常用軸受との接触部が該ロータシャフト
１２を構成する主要部とは異なる別部品（部品１、２、
３）で構成され、該別部品の形状は、概リング状でロー
タシャフト１２に嵌合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロータ軸及びロータ
を磁気力で非接触浮上支持する磁気軸受装置及び該磁気
軸受装置を用いたターボ分子ポンプに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、高速回転するロータにより気体
の排気を行うターボ分子ポンプにあっては、ロータを回
転駆動するロータシャフトを２個のラジアル磁気軸受と
１個のアキシャル磁気軸受とを有する磁気軸受装置で５
軸制御可能に浮上軸支することが広く行われている。

【０００３】図５は、ラジアル磁気軸受として能動型磁
気軸受を使用した、従来のこの種の一般的な磁気軸受装
置の構成を示す図である。この磁気軸受装置は、一端に
羽根車等のロータ１０を固着したロータシャフト１２の
回転を除く５自由度の５軸方向を能動制御するようにし
たものである。

【０００４】即ち、ロータシャフト１２の略中央には、
モータ１４を構成するモータロータ１６が固着され、ス
テータ１８の該モータロータ１６と対向する位置には、
モータ１４を構成するモータステータ２０が配置されて
いる。このモータ１４を挟んでロータシャフト１２の上
下には、ロータ側ラジアル磁気軸受２２と反ロータ側ラ
ジアル磁気軸受２４が設けられ、更にその外側にロータ
側タッチダウンベアリング２６と反ロータ側タッチダウ
ンベアリング２８が設けられている。そして、ロータシ
ャフト１２の反ロータ側下端にアキシャル磁気軸受３０
が配置されている。

【０００５】ロータ側ラジアル磁気軸受２２、ロータシ
ャフト１２の互いに対面する被センサ部３２を介してロ
ータシャフト１２のラジアル変位を検出するラジアル変
位センサ３４と、ロータシャフト１２の互いに対面する
被軸受部３６を介してロータシャフト１２をラジアル方
向に支持するラジアル磁気軸受３８とを有している。そ
して、ラジアル変位センサ３４によるロータシャフト１
２のラジアル変位の検出量に基き、ラジアル磁気軸受３
８の磁気力をロータシャフト１２が対向した一対のラジ
アル変位センサ３４、３４の中心付近にくるように制御
するようになっている。

【０００６】反ロータ側ラジアル磁気軸受２４も同様
に、ロータシャフト１２の被センサ部４０を介してロー
タシャフト１２のラジアル変位を検出するラジアル変位
センサ４２と、ロータシャフト１２の被軸受部４４を介
してロータシャフト１２をラジアル方向に支持するラジ
アル磁気軸受４６を有しており、その作用は前述と同様
である。

【０００７】一方、アキシャル磁気軸受３０は、ロータ
シャフト１２の下端に着脱自在に固着されたアキシャル
ディスク５０と、このアキシャルディスク５０を介して
ロータシャフト１２のアキシャル変位を検出するアキシ
ャル変位センサ５２と、アキシャルディスク５０を挟ん
で上下に配置されたアキシャル電磁石５４とを有してい
る。そして、アキシャル変位センサ５２によるロータシ
ャフト１２のアキシャル変位の検出量に基き、アキシャ
ル電磁石５４の磁気力をアキシャルディスク５０が所定
の位置にくるように制御するようになっている。磁気軸
受部、モータ部のロータとステータの間隙は０．２〜
０．５ｍｍ程度に設定されている。

【０００８】タッチダウンベアリング２６、２８は、ロ
ータシャフト１２をラジアル磁気軸受２２、２４、アキ
シャル磁気軸受３０で支承しない時に、ロータシャフト
１２やモータロータ１６が、ステータ１８と直接接触し
ないようにロータシャフト１２を保持する役目があり、
ラジアル磁気軸受２２、２４、アキシャル磁気軸受３０
の磁気力や、ロータシャフト１２及びモータロータ１６
とステータ１８の各部の隙間を考慮して、ロータシャフ
ト１２との隙間と位置が設定されている。

【０００９】また、機能上、ロータシャフト１２とタッ
チダウンベアリング２６、２８内輪部との、ラジアル方
向及びアキシャル方向の隙間は、それぞれ磁気軸受部及
びモータ部の隙間より小さく設定されると共に、厳密に
は、ロータシャフト１２を磁気軸受支承させない状態か
ら、各磁気軸受で支承する際の立ち上げのための又は、
ロータバランスがくずれたり、ロータの回転の負荷が増
大したときの条件を考慮して設定されている。

【００１０】ロータシャフト１２の構成は、ロータシャ
フトの基部１２ａ（ロータシャフト１２の一次加工品）
に対して、上記ロータ側ラジアル磁気軸受２２の被セン
サ部３２、４０や被軸受部３６、４４、モータロータ１
６及び各部の間に配置されるスペーサリング１１類が嵌
合されている。この嵌合には一般的に焼嵌方法が用いら
れている。

【００１１】また、ロータシャフト１２が非浮上時にタ
ッチダウンベアリング２６、２８に接触する接触部（タ
ッチダウンベアリング当り部）Ｔ１、Ｔ２は表面硬度を
高めるため焼入れや硬質クロームメッキ等の表面硬化処
理を行い、タッチダウンベアリング２６、２８でロータ
シャフト１２を支持した時のロータシャフト１２とタッ
チダウンベアリング２６、２８の耐久性を高める方法が
採られている。なお、この例では、磁気軸受として能動
型磁気軸受を使用した例を示しているが、永久磁石を用
いた受動型磁気軸受でも任意の軸数を支承することも広
く行われている。

【００１２】上記のような磁気軸受装置において、ロー
タシャフト１２のタッチダウンベアリング２６、２８と
の接触部Ｔ１、Ｔ２はロータシャフト１２の基部（ロー
タシャフトの一次加工品）１２ａの一部として構成され
ており、下記（１）、（２）のような問題があった。

【００１３】（１）タッチダウンベアリング２６、２８
の接触部Ｔ１、Ｔ２の表面硬度を高めるために実施する
焼入れ処理において、ロータシャフト１２の基部１２ａ
が大きく、焼入れ部も段付形状等の複雑な形状のため、
タッチダウンベアリング２６、２８の接触部Ｔ１、Ｔ２
に充分な焼入れ深さと硬度を確保することが困難であっ
た。

【００１４】（２）ロータシャフト１２の基部１２ａ
は、その表面（外径部）に磁気軸受やモータロータとし
て必要な磁性材料が嵌合されているが、磁気軸受やモー
タの性能を高めるため、ロータシャフト１２の基部１２
ａ自身もマルテンサイト系ステンレス鋼、例えばＳＵＳ
４２０等の磁性体で製作する必要がある。しかしなが
ら、磁性体としての性能を重視した場合、タッチダウン
ベアリング２６、２８の接触部Ｔ１、Ｔ２の表面硬度を
高めるためには材料の特性上焼入れ等の表面処理を充分
行えず充分な硬度を確保することが困難であった。

【００１５】上記（１）、（２）に示したように、ロー
タシャフト１２のタッチダウンベアリング２６、２８と
の接触部Ｔ１、Ｔ２の表面硬度が充分でない場合には、
ロータシャフト１２が高速回転の状態でタッチダウンベ
アリング２６、２８と接触（タッチダウン）した時に、
ロータシャフト１２のタッチダウンベアリング２６、２
８との接触部Ｔ１、Ｔ２が集中的に損傷し、タッチダウ
ンベアリング２６、２８とロータシャフト１２の隙間が
拡大し、ロータシャフト１２又はロータがステータと直
接接触して、タッチダウンベアリング２６、２８の機能
を損なうという問題があった。損傷の原因を説明すると
下記のようになる。

【００１６】タッチダウンベアリング２６、２８のレー
ス部は、一般的に硬度の高い軸受鋼（ＳＵＪ２）やマル
テンサイト系ステンレス鋼のＳＵＳ４４０Ｃ等が使用さ
れている。その表面硬度はＨＲＣ６０程度の非常に高い
状態になっている。一方ロータシャフト１２のタッチダ
ウンベアリング２６、２８との接触部Ｔ１、Ｔ２の面は
ロータシャフト１２の基部１２ａがＳＵＳ４２０の場
合、表面硬度処理の一方法である焼入れ処理をしても、
被工作物の大きさや焼入れ処理設備の能力上表面硬度が
ＨＲＣ４５程度、及び焼入れ深さが１〜２ｍｍ程度であ
り、タッチダウンベアリング２６、２８の表面硬度に比
較して硬度が低い上に深さも充分確保されない。

【００１７】そのため、タッチダウンベアリング２６、
２８とロータシャフト１２が接触する時には、相対的に
硬い表面と軟らかい表面が接触することになり、集中的
に軟らかい表面のロータシャフト１２のタッチダウンベ
アリング２６、２８との接触部Ｔ１、Ｔ２が損傷を受け
る。よって前述の問題が引き起こされる。

【００１８】また、別の面として、このような磁気軸受
装置が用いられるターボ分子ポンプでは、従来の回転翼
を多段に組み合わせた排気路の構成のみでなく、より運
転可能な領域を広くすることを目的としたねじ溝を設け
たディスク型ロータとステータを組み合わせた排気路の
構成のターボ分子ポンプが開発されている。このような
ポンプにおいては、ロータディスクとステータディスク
の微小な隙間で気体の粘性作用を利用してガスを排気す
るため、その隙間を可及的に小さく設定することによ
り、排気性能を高めることができる。よって、このディ
スク型ロータとステータの回転軸方向の隙間は、従来の
回転翼部のロータとステータの回転軸方向の隙間の数ｍ
ｍのオーダから０．５ｍｍ以下の非常に小さい数値に設
定するのが望ましい。

【００１９】上記のような理由から、ロータシャフト１
２のタッチダウンベアリング２６、２８との接触部Ｔ
１、Ｔ２との間隙を従来の寸法により更に小さく設定す
る必要がある。そのため、ロータシャフトのタッチダウ
ンベアリング２６、２８への接触において、ロータシャ
フト１２のタッチダウンベアリング２６、２８との接触
部Ｔ１、Ｔ２が損傷を受けず適切な隙間を保持できる磁
気軸受装置が必要であった。

【００２０】また、ロータシャフト１２に組み込まれる
モータロータ１６や磁気軸受部の寸法によっては次のよ
うな問題があった。モータロータ１６や被軸受部３６、
４４は前述したようにロータシャフト１２の基部１２ａ
に嵌合するように組み付けられている。ここで、モータ
ロータ１６や被軸受部３６、４４の内径は小さく設定し
た方が最適な設計となる場合がある。この場合、ロータ
シャフト１２の基部１２ａに対するモータロータ１６や
被軸受部３６、４４の組立上、ロータシャフト１２の基
部１２ａの外径をモータロータ１６や被軸受部３６、４
４が嵌合できる寸法まで小さく設定する必要が生じる。

【００２１】そうするとそれに伴って、ロータシャフト
１２のタッチダウンベアリング２６、２８との接触部Ｔ
１、Ｔ２に相当する径寸法も小さくする必要があり，タ
ッチダウンベアリング２６、２８の内径も小さくしなけ
ればならない。その結果、ロータシャフト１２のタッチ
ダウンベアリング２６、２８との接触部Ｔ１、Ｔ２の面
積が小さくなって、タッチダウンベアリング２６、２８
との接触時の負荷が増大し、損傷し易くなってしまう。

【００２２】更に、このような磁気軸受装置は、近年タ
ーボ分子ポンプ等の高速回転する真空ポンプに広く採用
されているが、ポンプ操作の間違いやケーブルやコント
ローラ及び内部の電気回路の故障等により、定格回転数
でロータシャフト１２がタッチダウンベアリング２６、
２８に接触する事例がある。このような場合において
も、タッチダウンベアリング２６、２８の機能を果たす
ようにタッチダウンベアリング２６、２８の改良が行わ
れているが、前述のようにロータシャフト１２の損傷に
より、機能を果たせなくなる場合が多く、ロータシャフ
ト１２側の改良が必要であった。

【００２３】また、最近のターボ分子ポンプに適用され
ている磁気軸受装置においては、電力供給が無くなった
ときの対策として、従来のバッテリーで電力を供給する
方法から、高速回転するロータの回転エネルギーを磁気
軸受の電力として利用する方法（停電バックアップ）が
採られており、磁気軸受の作動可能な回転数以下でのロ
ータシャフト１２のタッチダウンベアリング２６、２８
への接触は必然的に起ることになり、従来の方法よりタ
ッチダウンベアリング２６、２８の支持機能に要求され
るレベルは高くなりつつある。

【００２４】このような状況のもとで、ターボ分子ポン
プの磁気軸受では、定格回転数の状態で磁気浮上がなく
なった時のタッチダウンの許容回数はせいぜい数回程度
である。一方、停電バックアップでのタッチダウンの許
容回数は１００〜２００回程度であり、より多くの許容
回数が望まれていた。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の点に鑑
みてなされたもので、磁気軸受装置において、磁気軸受
のロータシャフトを浮上支持する磁気力による支持がな
くなった場合、該ロータシャフトのタッチダウンベアリ
ング接触の耐久性を高くして信頼性の高い磁気軸受装置
及び該磁気軸受装置を用いたターボ分子ポンプを提供す
ることを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ロータ軸を磁気浮上支持する磁気軸受と、該ロータ
軸を中心としてその周りに配置され該磁気軸受の磁気力
による支持が無くなると該ロータ軸を接触支持する非常
用軸受を具備する磁気軸受装置において、ロータ軸の該
非常用軸受との接触部が該ロータ軸を構成する主要部と
は異なる別部品で構成されていることを特徴とする。

【００２７】上記のように、ロータ軸の非常用軸受との
接触部が該ロータ軸を構成する主要部とは異なる別部品
で構成されているので、ロータシャフトの非常用軸受と
の接触部の強度を高く設定することができ、同部が非常
用軸受と接触した時の耐久性を高め、信頼性の高い磁気
軸受装置を提供できる。

【００２８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の磁気軸受装置において、別部品の形状は、概リング状
でロータ軸に嵌合されていることを特徴とする。

【００２９】上記のように、別部品の形状は、概リング
状でロータ軸に嵌合されているので、ロータシャフトの
基部の外径を小さく設定しても、非常用軸受との接触部
の径を大きく設定することができ、該接触部の面圧を小
さくできるから同部の耐久性を向上させることができ
る。また、別部品で肉薄とすることにより、焼入加工が
容易になるとともに、同加工による表面硬度が高く、焼
入れ深さを深くできるので、前述の効果が更に高くな
る。

【００３０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の磁気軸受装置において、別部品の材料はロータ
軸の主要部の材料と異なることを特徴とする。

【００３１】上記のように、別部品の材料をロータ軸の
主要部と異なる材料とすることにより、ロータシャフト
のタッチダウンベアリングとの接触部を、ロータシャフ
トの主要部と比較して、表面硬度が高く耐久性のある材
料で構成できるから、信頼性の高い磁気軸受装置を提供
できる。

【００３２】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
のいずれか１項に記載の磁気軸受装置において、別部品
は部品単体で表面硬化処理を施していることを特徴とす
る。

【００３３】上記のように別部品は部品単体で表面硬化
処理を施しているので、同部品のみでも焼入加工や硬質
クロームメッキ等の表面加工処理ができるため、部品の
扱いが非常に容易になると共に、焼入加工においては焼
入れによる硬度や深さを制御しやすくなるため生産性を
高められる。また、表面硬度を従来より高く設定できる
ため、同部の耐久性を高めることができる。

【００３４】請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４
のいずれか１項に記載の磁気軸受装置において、別部品
は少なくともロータ軸との嵌合面に固体潤滑膜層を形成
したことを特徴とする。

【００３５】上記のように別部品は少なくともロータ軸
との嵌合面に固体潤滑膜層を形成したので、ロータシャ
フトと非常用軸受との接触時に、ロータ軸と別部品の間
に相対運動が起り、それにより、非常用軸受の外輪に対
する内輪の回転の回転速度を低下させることができ、非
常用軸受に対する負荷が低減し、非常用軸受の焼き付き
を防止できる。

【００３６】請求項６に記載の発明は、ステータ及びロ
ータを具備し、該ロータを支持する軸受装置に請求項１
乃至５のいずれか１項に記載の磁気軸受装置を用いたこ
とを特徴とするターボ分子ポンプにある。

【００３７】上記のようにターボ分子ポンプのロータを
支持する軸受装置に請求項１乃至５のいずれか１項に記
載の磁気軸受装置を用いるので、上記のような信頼性の
高い磁気軸受装置を具備するターボ分子ポンプを提供で
きる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基いて説明する。図１は本発明に係る磁気軸受装置
の構成例を示す図である。図１において、図５と同一符
号を付した部分は同一又は相当部分を示す。なお、他の
図においても同様とする。本磁気軸受装置では、ロータ
シャフト１２の基部１２ａと異なる別部品１、２、３が
それぞれロータシャフト１２のタッチダウンベアリング
２６、２８との接触部に配置されている。この別部品
１、２、３は概リング状のものでロータシャフト１２の
基部１２ａより、表面硬度の高く設定しやすい材料、例
えばＳＵＳ４４０ＣやＳＵＪ２等で製作されている。

【００３９】上記別部品１、２、３は、従来のロータシ
ャフト１２の基部１２ａの部品と比較して小物であり，
形状も肉薄のリング状なので、焼入処理をする際に別部
品全体に十分な焼入れによる硬度と焼入れ深さを得るこ
とができる。よってタッチダウンベアリング２６、２８
との接触による損傷を可及的に回避することが可能とな
る。なお、別部品１、２、３は全て設定する必要は無
く、接触により負荷の高い箇所等を適宜選択して設定し
てもよい。

【００４０】また、本実施形態例のように、反ロータ側
のタッチダウンベアリング２６、２８に接触する別部品
２、３を設定すればロータシャフト１２の基部１２ａの
被軸受部３６、４４やモータロータ１６の嵌合部を径寸
法を小さく設定しても製作可能となるため、ラジアル磁
気軸受２２やモータロータ１６の内径寸法の設定可能範
囲を広くすることができるため、同部の最適設計が可能
となる。なお、別部品１、２、３の組み付け方法は、焼
嵌や圧入嵌合又は隙間嵌合等適宜適当な方法でよい。

【００４１】特にロータシャフト１２の基部１２ａと別
部品２が隙間嵌合の場合、タッチダウンした時にその嵌
合面に相対的運動が起きる。相対運動を容易にさせるた
めにロータシャフト１２の基部１２ａと別部品２との摺
動面に図２に示すように、固体潤滑膜層４を形成する。
固体潤滑膜層４の材料としては、例えば二硫化モリブデ
ン、ＴｉＣ、ＴｉＮがある。また、これらの潤滑剤は別
部品２の外径表面に形成してもよい。更に、潤滑剤の代
わりに、滑り軸受を設けてもよい。この滑り軸受材料に
は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｕ、
Ｗ、Ｓｉの炭化物、窒化物、硼化物、炭窒化物、炭酸化
物、窒酸化物及び炭窒酸化物、炭化ホウ素、窒化ホウ
素、酸化ホウ素の中から選ばれる。これらは、燒結体と
して用いてもよい。

【００４２】上記のように固体潤滑膜層４を形成するこ
とにより、ロータシャフト１２の基部１２ａがタッチダ
ウンベアリング２８にタッチダウンした際に、例えば基
部１２ａと別部品２との間に相対運動が起り、それによ
り、タッチダウンベアリング２８の外輪に対する内輪の
回転の回転速度を低下させることができるため、タッチ
ダウンベアリング２８に対する負荷が低減し、ダッチダ
ウンベアリング２８の焼き付きを防止できる。また、相
対運動面に固体潤滑剤を使用しているため、相対運動面
の焼き付きも防止でき、また同部の摩擦により異物の発
生も抑制されるため、タッチダウンベアリング２８や相
対運動面のかみ込み等の異常を防止することができる。

【００４３】更に、固体潤滑膜層４のために本磁気軸受
のオイルフリー等の特長を活かしたまま、タッチダウン
ベアリング２８の耐久性を向上させると共に、別部品２
等とタッチダウンベアリング２８との接触部やロータシ
ャフト１２の基部１２ａと別部品２等との接触部の耐久
性を向上させることができる。尚、別部品２はロータシ
ャフト１２の基部１２ａに隙間嵌合されているが、ロー
タシャフト１２は高速回転するため、正常な運転時には
ロータシャフト１２と共回りすると共に、隙間嵌合によ
るアンバランス等が生じない程度に摩擦及び軸方向の拘
束力が設定されることが望ましい。

【００４４】このように相対運動面を別部品２等に設け
ること、又同運動面に固体潤滑剤を使用することによ
り、タッチダウンベアリング２８やロータシャフト１２
の基部１２ａのタッチダウンに対する耐久性、信頼性を
向上させた磁気軸受を提供できる。これらの構成はロー
タシャフト１２と別部品２に限ったものではなく、例え
ばアキシャルディスク５０と別部品３又は別部品３とロ
ータシャフト１２の基部１２ａ、更に別部品１とロータ
シャフト１２の基部１２ａの箇所にも適用できる。

【００４５】図３は本発明に係る磁気軸受装置を用いた
ターボ分子ポンプの構成例を示す図である。ロータ（羽
根車）６４はロータシャフト１２に固着されており、外
周に多数の回転翼６０が水平に配置され、該回転翼６０
の下に外周にねじ溝６２ａが形成されたねじ溝筒体６２
が配置されている。ケーシング６６の内周面には、回転
翼６０と交互に固定翼６８がステータスペーサ６７を介
在させて配置されている。これによって高速回転する回
転翼６０と静止している固定翼６８の相互作用によって
排気を行う翼排気部Ｌ１が構成されている。また、ねじ
溝筒体６２の外周を囲むように、ねじ溝スペーサ７０が
配置され、これによって高速回転するねじ溝筒体６２の
ねじ溝６２ａのドラッグ作用により排気を行うねじ溝排
気部Ｌ２が構成されている。

【００４６】ロータシャフト１２は本発明に係る磁気軸
受装置により磁気浮上支持され、ロータシャフト１２の
回転により、回転翼６０と固定翼６８からなる翼排気部
Ｌ１による分子流領域での排気能力と、ねじ溝筒体６２
とねじ溝スペーサ７０からねじ溝排気部Ｌ２による粘性
領域での排気能力を備えるものとなる。このような構成
のターボ分子ポンプでは定格回転数でのタッチダウンが
２０回以上、停電バックアップでのタッチダウンが３０
０回以上可能である。

【００４７】図４は本発明に係る磁気軸受装置を用いた
ターボ分子ポンプの構成を示す図である。本ターボ分子
ポンプはディスク型ロータとディスク型ステータで構成
されたターボ分子ポンプである。ロータ６４はロータシ
ャフト１２に固着されており、外周に多数の回転翼６０
と回転翼６１が水平に配置されている。一方、ケーシン
グ６６の内周には、多数の固定翼６８と固定翼６５がス
テータスペーサ６７を介在させてステータ１８上に載置
されている。固定翼６５は中空円板であり、中央の穴と
縁部の間に延びる螺旋状の突条で形成された溝（図示を
省略）が設けられている。このように翼排気部Ｌ１の下
流側にねじ溝排気部Ｌ３を設けることで、広い流量範囲
に対応することが可能となる。

【００４８】上記構成のターボ分子ポンプでは、吸気側
の排気構造は図３に示すターボ分子ポンプと同様にター
ビン翼構造となっているが、排気側のねじ溝排気部Ｌ３
はディスク型ロータとディスク型ステータを多段に組み
合わせたものとなっている。このような構造とすること
により、図３の排気側の排気構造、即ち円筒型ロータ
（ねじ溝筒体６２）とステータ（ねじ溝スペーサ７０）
によるねじ溝排気部Ｌ２と比較して排気流路の長さを長
く及び排気流路面積を広く設定できるため、より多くの
ガスを排気できると共に、より高い圧力領域まで運転が
可能となる。

【００４９】しかしながら、ねじ溝排気部Ｌ３のロータ
とステータの軸方向の隙間ｇ３は、吸気側の翼排気部Ｌ
１の排気部のロータとステータの軸方向の隙間ｇ１より
も小さくしなければ、その排気能力を十分に発揮させる
ことができない。その理由は翼排気部Ｌ１の排気は、気
体分子にタービン翼による打撃や流れの方向づけを行う
ことにより行うのに対し、ねじ溝排気部Ｌ３の排気は気
体の粘性を利用した排気原理のため、その隙間はオーダ
ー的に異なる。

【００５０】具体的には翼排気部Ｌ１の隙間ｇ１が数ｍ
ｍから最小でも０．５ｍｍ程度であるのに対してねじ溝
排気部Ｌ３部の隙間ｇ３は最大でも０．５ｍｍであり、
可及的に小さい寸法が望ましい。よって、図３に示す構
成のターボ分子ポンプでは、ロータシャフト１２のタッ
チダウンベアリング２６、２８との接触部の耐久性を高
めた磁気軸受装置を用いることにより、ターボ分子ポン
プの耐久性、信頼性を高めると共に、ターボ分子ポンプ
の排気能力を高めることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように各請求項に記載の発
明によれば下記のような優れた効果が得られる。

【００５２】請求項１に記載の発明によれば、ロータ軸
の非常用軸受との接触部が該ロータ軸を構成する主要部
とは異なる別部品で構成されているので、ロータシャフ
トの非常用軸受との接触部の強度を高く設定することが
でき、同部が非常用軸受と接触した時の耐久性を高め、
信頼性の高い磁気軸受装置を提供できる。

【００５３】請求項２に記載の発明によれば、別部品の
形状は、概リング状でロータ軸に嵌合されているので、
ロータシャフトの基部の外径を小さく設定しても、非常
用軸受との接触部の径を大きく設定することができ、該
接触部の面圧を小さくできるから同部の耐久性を向上さ
せることができる。また、別部品で肉薄とすることによ
り、焼入加工が容易になるとともに、同加工による表面
硬度が高く、焼入れ深さを深くできるので、前述の効果
が更に高くなる。

【００５４】請求項３に記載の発明によれば、別部品の
材料をロータ軸の主要部と異なる材料とすることによ
り、ロータシャフトのタッチダウンベアリングとの接触
部を、ロータシャフトの主要部と比較して、表面硬度が
高く耐久性のある材料で構成できるから、信頼性の高い
磁気軸受装置を提供できる。

【００５５】請求項４に記載の発明によれば、別部品は
部品単体で表面硬化処理を施しているので、同部品のみ
でも焼入加工や硬質クロームメッキ等の表面加工処理が
できるため、部品の扱いが非常に容易になると共に、焼
入加工においては焼入れによる硬度や深さを制御しやす
くなるため生産性を高められる。また、表面硬度を従来
より高く設定できるため、同部の耐久性を高めることが
できる。

【００５６】請求項５に記載の発明によれば、別部品は
少なくともロータ軸との嵌合面に固体潤滑膜層を形成し
たので、ロータシャフトと非常用軸受との接触時に、ロ
ータ軸と別部品の間に相対運動が起り、それにより、非
常用軸受の外輪に対する内輪の回転の回転速度を低下さ
せることができ、非常用軸受に対する負荷が低減し、非
常用軸受の焼き付きを防止できる。

【００５７】請求項６に記載の発明によれば、ターボ分
子ポンプのロータを支持する軸受装置に請求項１乃至５
のいずれか１項に記載の磁気軸受装置を用いるので、上
記のような信頼性の高い磁気軸受装置を具備するターボ
分子ポンプを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気軸受装置の構成例を示す図で
ある。

【図２】本発明に係る磁気軸受装置のタッチダウンベア
リング及びアキシャルディスク近傍の構成例を示す図で
ある。

【図３】本発明に係る磁気軸受装置を用いたターボ分子
ポンプの構成例を示す図である。

【図４】本発明に係る磁気軸受装置を用いたターボ分子
ポンプの構成例を示す図である。

【図５】従来の磁気軸受装置の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１ 別部品 ２ 別部品 ３ 別部品 ４ 固体潤滑膜層 １０ ロータ １１ スペーサリング １２ ロータシャフト １４ モータ １６ モータロータ １８ ステータ ２０ モータステータ ２２ ラジアル磁気軸受 ２４ ラジアル磁気軸受 ２６ タッチダウンベアリング ２８ タッチダウンベアリング ３０ アキシャル磁気軸受 ３２ 被センサ部 ３４ ラジアル変位センサ ３６ 被軸受部 ３８ ラジアル磁気軸受 ４０ 被センサ部 ４２ ラジアル変位センサ ４４ 被軸受部 ４６ ラジアル磁気軸受 ５０ アキシャルディスク ５２ アキシャル変位センサ ５４ アキシャル電磁石 ６０ 回転翼 ６１ 回転翼 ６２ ねじ溝筒体 ６３ ねじ溝筒体 ６４ ロータ ６５ 固定翼 ６６ ケーシング ６７ ステータスペーサ ６８ 固定翼

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータ軸を磁気浮上支持する磁気軸受
   と、該ロータ軸を中心としてその周りに配置され該磁気
   軸受の磁気力による支持が無くなると該ロータ軸を接触
   支持する非常用軸受を具備する磁気軸受装置において、 前記ロータ軸の該非常用軸受との接触部が該ロータ軸を
   構成する主要部とは異なる別部品で構成されていること
   を特徴とする磁気軸受装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁気軸受装置におい
   て、 前記別部品の形状は、概リング状で前記ロータ軸に嵌合
   されていることを特徴とする磁気軸受装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の磁気軸受装置に
   おいて、 前記別部品の材料はロータ軸の主要部の材料と異なるこ
   とを特徴とする磁気軸受装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
   磁気軸受装置において、 前記別部品は部品単体で表面硬化処理を施していること
   を特徴とする磁気軸受装置。
5. 【請求項５】 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の
   磁気軸受装置において、 前記別部品は少なくとも前記ロータ軸との嵌合面に固体
   潤滑膜層を形成したことを特徴とする磁気軸受装置。
6. 【請求項６】 ステータ及びロータを具備し、該ロータ
   を支持する軸受装置に請求項１乃至５のいずれか１項に
   記載の磁気軸受装置を用いたことを特徴とするターボ分
   子ポンプ。