JPH02176199A - ターボ分子ポンプ - 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〕 本発明は超高真空を要する機器に使用されるターボ分子
ポンプに関する。

〔従来の技術〕

従来、縦型ターボ分子ポンプにおいては、翼車を非接触
状態で回転させることができ軸受部の摩擦等による損失
を低減させることができるという利点から翼車を軸支す
るスラスト軸受に球面型スパイラルみぞ軸受が使用され
たものがある。従来のこの種のターボ分子ポンプは第３
図に示すように構成されている。

第３図は例えば実開昭６１−１９２５９２号公報に示さ
れた従来のターボ分子ポンプを示す断面図である。

同図において、■はケーシングで、このケーシングＩは
ベースｌａを底部とする有底円筒状に形成されており、
上部開口縁部にはこのターボ分子ポンプを半導体装置製
造装置等に取付けるための取付は用フランジ１ｂが形成
されている。２は固定翼で、前記ケーシングｌの内周部
に上下方向に所定間隔おいて複数突設されている。３は
後述する回転軸を支持するためのフレームで、このフレ
ーｌ、３は全体が略々筒状に形成されており、前記ベー
ス１ａの半径方向中央部に立設されている。また、この
フレーム３の内周部には電動機の一部を構成する固定子
４が取付けられている。５は翼車で、この翼車５は半径
方向中央部に接続された回転軸５２１および晴述する球
面型スパイラルみぞ軸受６を介して前記ケーシングｌに
回転自在に設けられており、その外周部には前記固定翼
２，２・・・間に臨む回転翼５ｂが上下方向に所定間隔
おいて複数並設されている。また、前記回転軸５ａは前
記フレーム３の中空部内に貫通され、下部先端部分が球
面型スパイラルみぞ軸受６によって軸支されている。６
は油ダンパを備えた球面型スパイラルみぞ軸受で、この
球面型スパイラルみぞ軸受６は回転軸５ａの先端部と一
連に設けられかつ先端が球状に形成された回転部６ａと
、この回転部６ａが挿入される断面半円状の凹部が形成
されベースｌａの凹部ｔｂ内に固定された固定部６ｂと
からなり、前記回転部６ａの先端部分には凹／ＪＩ（図
示せず）が螺旋状に周方向に沿って複数設けられている
。７は潤滑油で、この潤滑油７は超高真空中でも蒸発さ
れにくいように飽和蒸気圧が極めて低い材質のものが使
用され、ベース１ａの凹部１ｂ内に溜められている。す
なわち、前記回転軸５ａが高速回転されると螺旋状凹溝
のポンプイン作用によって潤滑油７が回転部６ａと固定
部６ｂとの間に押し込まれ、回転部６ａと固定部６ｂと
の間に厚みが数μ−〜数十μｌの油膜が形成される。

そして、この油膜によって回転部６ａが固定部６ｂ上に
浮上されることになり、回転軸５ａおよび翼車５が非接
触状態で回転されることになる。８は電動機の一部を構
成するための回転子たるモータロータで、前記回転軸５
ａにおける前記固定子４と対向する部位に焼きばめによ
って固定されている。すなわち、このモータロータ８と
前記固定子４とによって翼車５を回転させる電動機が形
成されることになる。９は回転数の低い時に横ぷれが生
じた際に翼車５を支持するためのタッチダウン軸受で、
このタッチダウン軸受９はその内輪部内に回転軸５ａを
貫通させた状態で前記フレーム３の内周部に固設されて
いる。ｔＯａおよび１０ｂは翼車５が高速回転された際
に半径方向への振れを防止するための磁気軸受で、これ
らの磁気軸受ＩＱａ、１０ｂはリング状の永久磁石によ
って形成され、磁気軸受１０ａは回転軸５ａの外周部に
固設され、また、磁気軸受１０ｂはフレーム３の内周部
における前記磁気軸受１０ａと対向する部位に埋設され
ている。ｌｌａおよびｌｌｂは球面型スパイラルみぞ軸
受６にかかるスラスト力を低減させるための磁気軸受で
、これらの磁気軸受１１ａ、ｌｌｂは前記磁気軸受１０
ａ、　ｌＯｂと同様にしてリング状の永久磁石によって
形成されており、磁気軸受１１ａは翼車５の水平部分に
埋設され、また、ｉｆｆ気軸受１１ｂはフレ、−ム３の
上部における前記磁気軸受１１ａと対向する部位に埋設
されている。１２はターボ分子ポンプ内の流体（多くの
場合は空気）をポンプ外へ排出するための排気口である
。このように構成されたターボ分子ポンプにおいては、
回転翼５ｂと固定翼２はその形状に工夫がなされ、流体
が一方向へ流されるように構成されており、ターボ分子
ポンプ内での圧力は取付は用フランジｌｂ側が排気口１
２側より低くなる。

通常は、翼車５の段数が多いほど高真空を達成すること
ができ、また、回転数も大きいほど性能および装置の小
型、軽量化の面で優れたものが得られる。

次にこのターボ分子ポンプの動作について説明する。先
ず、電動機に通電することによって回転軸５ａおよび翼
車５を回転させる。回転数が数百ｒｐｍ以下と低い場合
には、翼車５は球面型スパイラル軸受６およびタッチダ
ウン軸受９によって軸支されて回転される。翼車５が回
転されると、流体はケーシングｌの上部開口部からター
ボ分子ポンプ内に吸い込まれ、回転翼５ｂと固定翼２と
の間隙を通って翼車５の下方へ押し出され排気口１２か
ら排気される。翼車５の回転数がさらに増大されると、
翼車５自体のジャイロ効果によって回転軸５ａの横振れ
が減少され、回転軸５ａはタッチダウン軸受９によって
支持されなくなる。すなわち、高速回転時には回転軸５
ａはタッチダウン軸受９とは非接触状態となり、球面型
スパイラル軸受６のみによって軸支されて回転されるこ
とになる。そして、回転軸５ａが高速回転されると、上
述したように、前記球面型スパイラルみぞ軸受６の回転
部６ａが固定部６ｂ上に浮上されることになるために、
回転軸５ａは非接触状態で回転されることになる。翼車
５が高速回転されることによって、ケーシング１の上部
開口部および半導体装置製造装置内の圧力が次第に減少
され、やがて真空状態が達成されることになる。

このように球面型スパイラルみぞ軸受を備えたターボ分
子ポンプにおいては、高速回転時に翼車５が非接触状態
で回転されるために軸受部分の摩擦等による機械的な堝
失を減少させることができ、回転性能の優れたものが得
られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、このように球面型スパイラルみぞ軸受を備え
たターボ分子ポンプにおいては、始動特等９凹転の初期
段階で回転数が低い時には球面型スパイラルみぞ軸受６
の回転部６ａと固定部６ｂとが接触した状態で回転され
ることになるため、摩擦熱により軸受自体の温度が上昇
され熱劣化されることになり、寿命が短くなる。また、
高速回転時には回転部６ａと固定部６ｂとが非接触状態
となり、しかも、高真空中では熱が放熱されにくくなる
ために電動機等の熱が軸受を介して外部に放散されず、
この熱によっても軸受自体の温度が上昇されその寿命が
短縮されてしまうという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るターボ分子ポンプは、球面型スパイラルみ
ぞ軸受の回転部と固定部の少なくとも一方をセラミック
スによって形成したものである。

〔作　用〕

軸受の耐熱性が向上されるから、低速回転時に生じる摩
擦熱および高速回転時の電動機の熱によって軸受自体が
熱劣化されるのを防止することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図によって
詳細に説明する。

第１図は本発明に係るターボ分子ポンプを示す断面図、
第２図は球面型スパイラルみぞ軸受を拡大して示す断面
図である。これらの図において前記第３図で説明したも
のと同一もしくは同等部材については同一符号を付し、
ここにおいて詳細な説明は省略する。これらの図おいて
、２１は油ダンパを備えた球面型スバイ゛ラルみぞ軸受
で、この球面型スパイラルみぞ軸受２１は先端が半球状
に形成されかつ翼車５の回転軸５ａと接続される回転部
２１ａと、この回転部２１ａが挿入される断面半円状の
四部２１ｂが形成されベース１ａの凹部１ｂ内に固定さ
れる固定部２１Ｃとから構成されている。前記回転部２
１ａの先端半球状部分には凹溝２１ｄが螺旋状に形成さ
れており、この凹溝２１ｄは回転部の周方向に沿って複
数設けられている。また、前記螺旋状の凹溝２１ｄは、
回転部２１ａの表面に開口する部分の面積が回転部２１
ａの先端に向かうにつれ次第に小さくなるように形成さ
れている。この球面型スパイラルみぞ軸受２１の回転部
２１ａおよび固定部２１Ｃは窒化けい素（ＳｉＪ４）か
らなるセラミックスによって形成されている。

このようにセラミックスによって軸受を形成すると軸受
の耐熱性が向上されるから、従来の軸受においては１２
０℃以上で使用できなくなるが、軸受自体の温度が十数
百度に達するまで使用可能になる。したがって、低速回
転時に生じるＦＪ擦熱および高速回転時の電動機の熱に
よって軸受自体が熱劣化されるのを防止することができ
る。

なお、本実施例では球面型スパイラルみぞ軸受の回転部
２１ａおよび固定部２１ｃをセラミックスによって形成
した例を示したが、このような限定にとられれることな
く、前記回転部２１ａと固定部２１ｂとのいずれか一方
をセラミックスで形成しても前記実施例と同様の効果が
得られる。例えば、回転部２１ａをセラミックスで形成
し、固定部２１ｂをヘリリウム銅合金（Ｃ１７２０Ｂ−
Ｈ）によって形成してもよく、また、回転部２１ａをス
テンレス鋼（ＳＵＳ４２０）によって形成し、固定部２
１ｂをセラミックスによって形成してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、球面型スパイラル
みぞ軸受の回転部と固定部の少なくとも一方をセラミッ
クスによって形成したため、軸受の耐熱性が向上される
から、低速回転時に生じる摩擦熱および高速回転時の電
動機の熱によって軸受自体が熱劣化されるのを防止する
ことができる。

したがって、軸受の寿命を伸ばすことができるから、保
守点検作業の周期が延長されランニングコストが低く、
しかも、寿命の長いターボ分子ポンプを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るターボ分子ポンプを示す断面図、
第２図は球面型スパイラルみぞ軸受を拡大して示す断面
図、第３図は従来のターボ分子ポンプを示す断面図であ
る。 １ａ１．・・ベース、５ａ・・・・回転軸、２１・・・
・球面型スパイラルみぞ軸受、２１ａ・・・・回転部、
２１ｂ・・・・固定部。 代 理 人 大 石 増 雄 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主軸を軸支するスラスト側軸受部に球面型スパイラルみ
   ぞ軸受を備えた縦型ターボ分子ポンプにおいて、前記軸
   受の回転部と固定部の少なくとも一方をセラミックスに
   よって形成したことを特徴とするターボ分子ポンプ。