JPH0251079B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ターボ分子ポンプに係り、特に、超
高真空を必要とする機器に用いられるターボ分子
ポンプに関する。

〔従来の技術〕

一般にターボ分子ポンプは例えば核融合装置、
電子顕微鏡などの真空を必要とする機器に用いら
れている。現在のターボ分子ポンプで得られる真
空度は10^-11Torr程度まで達し得ると言われてい
る。さらに、最近では高真空度を上げるだけでな
く、油蒸気のような炭化水素等の残留ガスのない
所謂清浄な真空が強く求められている。

ターボ分子ポンプはその動作原理から、ガスの
分子量が大きくなればなる程、圧縮比を大きくと
れるので、油蒸気に対する排気性は極めて良く、
清浄な真空が得られるとされている。しかし、タ
ーボ分子ポンプのロータ支持軸受として、油潤滑
のボール軸受を用いているものでは、運転時には
真空容器に対する油蒸気の汚染はないが、一度ポ
ンプを停止すると、潤滑用の油蒸気が逆拡散し、
場合によつては真空容器まで汚染するという欠点
があつた。このような欠点を除去するために、こ
れまで種々の改良提案がなされているが、その一
例として、特開昭50−77913号公報に開示されて
いるように、軸受を制御形電磁軸受としたターボ
分子ポンプがある。

又、特開昭51−60005号公報には横行力なき軸
的に安定な軸受を設けることが可能で、かつ解体
容易な回転子の磁気的軸受を有するターボ真空ポ
ンプが、特開昭56−12095号公報には定常状態に
おけるパワ消費を最小にし、磁気懸垂系が故障し
た場合にポンプを保護するために、永久磁石およ
び電磁石の両者を使用するターボ分子真空ポンプ
が開示されている。

一方、近年さらに超高真空化の要求が高まつて
いるがこの要求を満たすためには、真空容器およ
びポンプ自身の部材の表面からのガス放出をでき
る限り少なくすることが必要である。このために
は一般に超高真空でのポンプ運転時に、ベーキン
グと称される部材の高温加熱によるガス出しが行
われる。すなわち、超高真空に晒された部材の表
面の温度を高温化することにより、部材に吸蔵さ
れているガスをできる限り放出させ、しかる後に
全体を常温に戻して真空度を上げるものである。
このベーキング効果は加熱温度を高くすればする
程著しくなる。したがつて真空度を上げるために
は、ベーキング許容温度をできる限り上げること
がきわめて有効な手段であるということができ
る。

しかし、現状のターボ分子ポンプにおいては、
その高真空側すなわち吸込側にロータを支持する
ための軸受が内蔵されているが、その軸受として
ダンパ付のボール形軸受ないしは巻線を有する制
御形磁気軸受が用いられている。このような軸受
機構において、ボール形軸受では潤滑油の許容温
度限界により、また磁気軸受では巻線の被覆材の
耐熱温度の限界により、許容される温度は100℃
〜120℃である。したがつて、現状のターボ分子
ポンプはすべて前述た許容ベーキング温度により
その吸込口部分のベーキング温度を120℃以下に
抑えられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の技術では、コイルを有する電磁石で
あるためベーキング温度を下げられないものであ
つたり、永久磁石を用いたものであつても、永久
磁石の高真空側に動翼がないため永久磁石からの
放出ガスが高真空側に影響を及ぼすものであつ
た。そのため到達真空度を向上させること、停止
時も含めて清浄な超高真空を得ることは困難であ
つた。

本発明は上述の事柄にもとづいてなされたもの
で、従来のものよりも高真空側を高温でベーキン
グできるようにし、永久磁石からの放出ガスが高
真空側に影響を及ぼさないようにして到達真空度
を向上させることができるとともに、ポンプ停止
時も含めて清浄な真空を得ることができるターボ
分子ポンプを提供することを目的とする。

〔発明を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、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、かつケーシングの略中心部
に位置するロータ外周に設けられた動翼とを備
え、高真空側の軸受手段を固定側の第１の永久磁
石およびこれに対向するロータ側の第２の永久磁
石による吸引形磁気軸受で構成したターボ分子ポ
ンプにおいて、前記各永久磁石にキユリー点が
300℃より高い希土類磁石を用いて高真空側を120
℃より300℃の範囲でベーキング可能に構成した
ものであつて、前記ロータは前記吸引形磁気軸受
より高真空側にケーシング側の静翼間に臨ませ配
置される少なくとも１段以上の動翼を備え、ロー
タの低真空側を油蒸気発生が10^-11Torr以下の油
拡散の小さい軸受手段で構成したものである。

〔作用〕

高真空側の軸受手段を300℃で加熱してもその
磁気特性が変化しないキユーリー点の高い希土類
の永久磁石で構成し、その軸受手段の上側の高真
空側に動翼を備えているので、高真空側を従来よ
り高温の120℃から300℃の範囲でベーキングでき
るとともに、永久磁石からの放出ガスを動翼で排
気作用させることにより到達真空度を向上させる
ことができる。

又、ロータより低真空側を油蒸気発生が
10^-11Torr以下の油拡散の小さい軸受手段、例え
ばドライな磁気軸受、ドライな補助軸受、あるい
はピボツト形すべり軸受と蒸気圧の低い潤滑油を
用いることにより、ポンプ停止時にも油の蒸発油
の拡散がなく清浄な超高真空を保てる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。第１図は本発明のターボ分子ポンプの一実施
例を示すもので、図において、ケーシングは吸込
口１Ａを有する吸込側ケーシング１と、中間ケー
シング２と吐出口３Ａを有する吐出側ケーシング
３とで構成されている。吸込側ケーシング１およ
び吐出側ケーシング３はそれぞれ中間ケーシング
２にボルトによつて締結されている。吸込側ケー
シング１および中間ケーシング２の内側には静翼
４がケーシング軸線方向に多段に配置されてい
る。この静翼４間には動翼５が配置されている。
この動翼５はロータ６に設けらている。静翼４は
交互に積み重ねた環状スペーサ７の間に挿入され
ている。動翼５は静翼４と同様に交互に積み重ね
られ、かつロータ６を構成するスペーサ８の間に
挿入されて、例えば拡散接合手段によつてロータ
６に固定されている。動翼５、スペーサ７，８の
材質は強度上を考慮したチタン合金、ステンレス
鋼を用いることが好ましい。

動翼５を備えるロータ６の上部側には、永久磁
石９を収納する環状空間Ｓが形成されている。ロ
ータ６はこの環状空間Ｓ内のロータ６側に設けた
環状の永久磁石９Ａと、これに対向するように環
状空間Ｓに配置し２個の環状の永久磁石９Ｂとか
らなる永久磁石９によつて支持されている。この
永久磁石９におけるロータ側の永久磁石９Ａは、
固定側の２個の永久磁石９Ｂに対向すると共に半
径方向の面上においてこれらの２個の永久磁石９
Ｂ間に配置してある。このような磁石配置構成に
よりロータ６に対して必要な吸引力を発揮する。
永久磁石９Ｂは半径方向に延びる支持腕１０に固
定されている。支持腕１０はケーシング１，２の
接合部に固定されている。また、これらの永久磁
石９Ａ，９Ｂはキユリー点の高い希土類磁石を用
いている。この磁石材はベーキング作用との関連
で300℃で加熱しても、その磁気特性が劣化しな
いものである。

前述した高真空側の軸受手段すなわち永久磁石
９の上側のロータには、ケーシング側の静翼４間
に臨ませ配置される少なくとも１段の動翼５が設
けられている。この動翼５は永久磁石９より上の
真空側に未到達圧力分に相当する圧力を形成し、
永久磁石９のガス放出が吸込側に影響しないよう
に作用するものである。

ロータ６の下部は制御形ラジアル磁気軸受１２
および制御形スラスト磁気軸受１３で支持されて
いる。これらの磁気軸受１２，１３はラジアルセ
ンサ１４、スラストセンサ１５によつて制御され
る。

ロータ６の駆動源となるモータ１６は、ロータ
の下部の低真空側に配置されている。このモータ
１６はこの例ではロータ６に固定した端板１６Ａ
と吐出側ケーシング３に設けたステータコイル１
６Ｂとからなる端板モータで構成しているが、高
周波モータを用いることも可能である。

ロータ６の下部に設けたスラスト磁気軸受１２
の部分には、停電時等にロータ６の回転の継続を
援助するための補助軸受１７を備えている。この
補助軸受１７には清浄な雰囲気を保つため潤滑油
を用いないドライのころがり軸受を用いている。
この補助軸受としては、ころがり軸受でなく、や
はりドライのピボツト形の軸受を用いてもよい。

以上述べた第１図に示す実施例においては、ロ
ータ６の高真空側は永久磁石９による吸引力で支
持され、ロータ６の低真空側は磁気軸受１２，１
３によつて安定回転可能に支持されている。モー
タ１５によりロータ６に回転が与えられると、交
互に配置された動翼５と静翼４との作用により、
真空にすべき機器内のガス分子は吸込口１Ａから
吐出口３Ａに向い、高い圧力比をもつて移行し、
吐出口３Ａから排出される。これにより、このタ
ーボ分子ポンプに接続する機器内およびターボ分
子ポンプの吸込側ケーシング１は10^-11Torr以上
の真空状態に達することができる。このような超
高真空を達成することができる理由は、次の条件
を満たすことができるからである。すなわち、上
述した本発明の実施例においては超高真空に晒さ
れるターボ分子ポンプの吸込側ケーシング部分の
部材を300℃程の温度でベーキング処理可能なも
ので構成したからである。例えば動翼５やロータ
６の材料にチタン合金やステンレス鋼を用いてお
り、また永久磁石９に高温処理が可能な希土類系
磁石材を用いていることに起因する。このように
ベーキング温度を高温にし得ることは、到達真空
度を上げる上でも、また超高真空を得る時間を短
縮する上でも、非常に有効である。一方、ターボ
分子ポンプの低真空側に配置された磁気軸受１
２，１３は、低真空に晒されるため、従来のベー
キング処理温度（120℃程度）で十分である。

以上のようにロータの下側すなわち低真空側に
磁気軸受、ドライな軸受をもちいることにより油
の拡散がなく清浄な高真空を保つことができる。

また、上述した本発明の実施例によれば次のよ
うな利点を有している。すなわち、ラジアル軸受
のうち、上側の軸受を、永久磁石９による軸受を
用いているので、制御形磁気軸受を用いているも
のに比べて、軸受個数が少なくなり、大幅な価格
低減が可能になる。さらに補助軸受１７はロータ
下端において支持する構成となつているので、そ
の径を小さくすることができる。その結果、作動
時の周速を低く抑えることができる。またこの補
助軸受１７にドライ形のものを用いるとしても、
非常停止時における軸受の損傷は著しく低減さ
れ、従来のものに比較してメンテナンスに関して
それを大幅に改善することができる。

なお、上述の実施例は、ロータの下部を支持す
る軸受として磁気軸受１２，１３を用いたが、第
２図に示すようにピボツト形すべり軸受１８を用
いることも可能である。このピボツト形すべり軸
受１８はピボツト軸１８Ａ、軸受体１８Ｂを備え
潤滑油１９に浸されて用いられる。

このピボツト形すべり軸受１８を用いることに
より、このピボツト形すべり軸受１８はその軸径
が小さいので、その周速は小さく、その損失によ
る発熱量が少ない。したがつて、同負荷、同回転
数の条件におけるころがり軸受と比較すると、潤
滑油としては蒸気圧が低く、しかも高粘度のもの
を使用することができる。その潤滑油の一例とし
ては、常温での蒸気圧が10^-11Torr以下のフツソ
系の油を使用することができる。

このように構成したことにより、超高真空に晒
されるターボ分子ポンプの吸込側部は第１図に示
す実施例と同様にポンプ運転時および停止時に清
浄な超高真空を得ることができる。一方、ロータ
６の下部には油を用いるピボツト形すべり軸受１
８を用いているため、この部分が油蒸気発生の唯
一の箇所になるが、前述したように、潤滑油は低
蒸気圧であるので、ポンプ停止時にこの潤滑油蒸
気による汚染はきわめて少ないものである。

これは従来のボール形軸受を用いたターボ分子
ポンプと比較した場合、きわめて有利な点であ
る。すなわち、従来のポンプではボール形軸受の
潤滑油として、スピンドル油のような蒸気圧が
10^-4Torr程度の油を用いざるを得ない。したが
つて、前述したように、ポンプを停止したとき
に、この油の蒸気が高真空側へ拡散し、真空容器
を汚染するという問題点があつたのに対し、この
実施例によれば、油蒸気の分圧を10^-11Torr以下
に抑えることができるので、事実上、このような
汚染を心配する必要がなくなる。またこの実施例
ではきわめて蒸発し難い油を用いているので、油
の補給がほとんど必要でなく、この点のメンテナ
ンス上でもきわめて有効である。さらに、制御形
磁気軸受を用いているものにくらべて、軸受の制
御部や電磁石が不要となるので原価的に著しく有
利なものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、超高真空
に晒される部分をキユリー点が300℃より高い希
土類磁石の永久磁石による吸引形磁気軸受で構成
しているので従来より高温度の120℃から300℃の
範囲でベーキング処理することが可能であるの
で、従来のターボ分子ポンプに比べて超高真空達
成することができる。

又、永久磁石より高真空側に動翼を設け、この
動翼の排気作用により永久磁石からの放出ガスが
高真空側に影響を及ぼさない。その結果、超高真
空を必要とする機器の要求に応じ得る確実なター
ボ分子ポンプを提供することができる。

ロータの下部に低真空側を油蒸気発生が
10^-11Torr以下の油拡散の小さい軸受手段、例え
ばドライな磁気軸受、ドライな補助軸受、あるい
はピボツト形すべり軸受と蒸気圧の低い潤滑油を
用いているので、ポンプ停止時にも油の蒸発油の
拡散がなく清浄な超高真空を保てる。

【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
を示す縦断面図、第２図は本発明のターボ分子ポ
ンプの他の実施例を示す縦断面図である。 １……吸込側ケーシング、２……中間ケーシン
グ、３……吐出ケーシング、４…静翼、５…動
翼、６…ロータ、７，８…スペーサ、９…永久磁
石、１２，１３…磁気軸受、１８…ピボツト形す
べり軸受。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   グの略中心部に位置するロータ外周に設けられた
   動翼とを備え、高真空側の軸受手段を固定側の第
   １の永久磁石およびこれに対向するロータ側の第
   ２の永久磁石による吸引形磁気軸受で構成したタ
   ーボ分子ポンプにおいて、前記各永久磁石にキユ
   リー点が300℃より高い希土類磁石を用いて高真
   空側を120℃より300℃の範囲でベーキング可能に
   構成したものであつて、前記ロータは前記吸引形
   磁気軸受より高真空側にケーシング側の静翼間に
   臨ませ配置される少なくとも１段以上の動翼を備
   え、ロータの低真空側を油蒸気発生が10^-11Torr
   以下の油拡散の小さい軸受手段で構成したことを
   特徴とするターボ分子ポンプ。 ２ 第１の永久磁石は動翼間におけるロータ外周
   に形成した環状空間内に固定配置され、第２の永
   久磁石は第１の永久磁石に対向するように前記環
   状空間内におけるロータに設けられたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のターボ分子ポ
   ンプ。 ３ ロータの低真空側の軸受手段は制御形磁気軸
   受であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のターボ分子ポンプ。 ４ 前記軸受手段がピボツト形すべり軸受と潤滑
   油が常温での蒸気圧が10^-11Torr以下のフツソ系
   の油であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のターボ分子ポンプ。