JPH0414A - 真空ポンプ - 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】 この発明は真空ポンプに関するものであって、特に回転
軸方向のみ能動型磁気軸受とする一方、径方向は受動型
磁気軸受とした一軸制御型磁気軸受装置を応用した真空
ポンプに関するものである。

一軸制御型磁気軸受を応用した真空ポンプにおいては、
ロータの両側を径方向の受動型磁気軸受にて支持するの
が一般的であるが、この径方向の受動型磁気軸受は減衰
特性が良好なものではなく、そのため共振点での振幅倍
率が大きく、共振点通過時の事故防止のため渦電流を応
用したダンパー磁気軸受のステータ部を金属バネ等で可
動とじたダンパー等の対策が施されているが、渦電流応
用のものは減衰効率が悪く、大きな体積を必要とし、ス
テータ部可動弐のものは、外乱に弱く組立性が悪い等の
欠点がある。また能動的に制御している軸方向用の電磁
石や変位センサーも、比較的大きな部品となるため、真
空ポンプ全体の小型化、低コスト化が困難になっている
。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、減衰特性に優れると共に、共振点での振幅倍
率を小さくでき、外乱にも強く、しかも組立再現性に優
れている、高速回転可能な一軸制御型磁気軸受を真空ポ
ンプに利用することにより、小型で低コストでしかも信
頼性の高い真空ポンプを提供することにある。

すわなちこの発明の真空ポンプは、軸方向を能動的に支
持するための軸方向電磁石と、軸方向変位センサーと、
軸方向電磁石駆動回路と、径方向を支持するための永久
磁石装置と、振動吸収装置と、ロータを回転させるため
の回転駆動装置と、回転駆動回路とを含んで構成されて
おり、これにより上記目的を達成している。

次にこの発明の真空ポンプの具体的な実施例について、
図面を参照しつつ各部分について詳細に説明する。

第２図に本発明全体をターボ分子ポンプに応用した一実
施例を示すが、第２図はその中心線から右側半分だけを
図示している。このポンプ１は本体ケーシング２内に配
置した例えばかご形高周波誘導モータであるモータ３と
モータ駆動回路３ａによってロータシャフト（軸）４を
回転駆動し、これによってターボ翼５を回転させ、吸気
口からの吸気を排気口から排気する構造のものである。

なお上記ロータシャフト４は上端部のボルト６でターボ
翼５と連結している。上記ロータシャフト４は、その上
下両端部において、上部永久磁石装置１０と、上部振動
吸収装置３３と、下部永久磁石装置１１と、下部振動吸
収装置３３ａとによって径方向支持がなされており、モ
ータ３の直下部に設けた軸方向電磁石１２と、軸方向変
位センサー１２ｂと、軸方向電磁石駆動回路１２ｃとに
よって軸方向支持がなされている。なお１３〜１５は安
全用ころがり軸受であって、ロータシャフト４の最大変
位量を規制するものである。

次に上記上部永久磁石装置１０と上部振動吸収装置３３
の具体的構造を第１図〜第４図に基づいて説明すると、
第１図において、２０は上記本体ケーシング２に固定さ
れた支持部材である。この支持部材２０の上端部には略
円筒状をなすブラケット２１が、その下端部を上記支持
部材２０の内周面に嵌合して支持部材２０に固定されて
いる。

したがって、ブラケット２１も支持部材の一部として機
能する。このブラケット２１と回転部材である上記ロー
タシャフト４及びターボ翼５との間には、全周にわたっ
て連続した環状をなす中間部材２２が設けられている。

中間部材２２の上端外周面とターボ翼５の内周面との間
には、永久磁石装置２３が介設されている。中間部材２
２の下端部内周面とロータシャフト４との間には上記こ
ろがり軸受１３が中間部材２２の揺動を許容した状態で
介設されている。したがって中間部材２２は上記永久磁
石装置２３によってロータシャフト４及びターボ翼５に
対して略同軸に揺動自在に設けられている。

第１図の要部拡大図である第３図に示すように、上記中
間部材２２の下端面には環状の永久磁石２４が固定され
ており、永久磁石２４の下面には複数個のボール２５・
・を設ける。このボール２５・・はホールガイド孔を有
する円板２６で保持されている。したがって上記永久磁
石２４め磁力で中間部材２２が上方へ浮き上がることを
防止すると共に、ボール２５・・で中間部材２２を図中
の水平方向すなわちロータシャフト４の径方向に揺動自
在に保持している。

また中間部材２２の中間部外周面に形成された環状凹部
３０と上記ブラケット２１の内周面との間にはゴム製の
０１Ｊング（弾性部材）３１が介設されている。二〇〇
リング３１は自身の弾性で図中の水平方向すなわちロー
タシャフト４の径方向に発生する中間部材２２の振動ま
たは揺動を抑制して中間部材２２を水平方向に安定化さ
せる機能を果たしている。この０リング３１は、第５図
に示すように、Ａ点よりも大変位側では、それよりも小
変位側よりも復元力／変位が大となる非線型バネの特性
を有するものである。すなわち変位〇−Ａ間では、回転
部材を減衰させるための最適値が、非常に安定な特性で
維持できる一方、Ａ点以上の変位に対しては高い剛性を
持たせることにより外乱による回転部材の最大変位を小
さくし得るようなされているのである。さらに上記環状
凹部３０の上側近傍の段付面３２とブラケット２１の上
端部内周面との間には、粘弾性高分子材料（シリコン樹
脂、ウレタン樹脂、ボソノルホルネン樹脂等）製の振動
吸収装置３３が介設されている。

この振動吸収装置３３は、全周にわたって連続した略正
方形断面の環状に形成されている。振動吸収装置３３の
下面は環状の内側リング３４を介して上記段付面３２に
連結し、振動吸収装置３３の上面は環状の連結リング３
６を介して上記ブラケット２１の上端部内周面に連結し
ている。上記粘弾性高分子材料は任意の形状に成形可能
で、粘弾性高分子材料自身が変形するときの弾性力及び
剪断抵抗力で振動吸収装置３３に加えられた振動または
揺動を減衰する機能を備えている。

なお上記Ｏリング３１の代わりに金属ばね或いは永久磁
石等を利用することも可能である。また振動吸収装置３
３は第１図及び第３図に示すように上下方向から金属リ
ングで挟み付ける場合に限らず横方向から円筒状リング
で挟み付けることも可能である。上記下部永久磁石装置
１１及び下部振動吸収装置３３ａでは横方向から円筒状
リングで挟み付ける場合の構造を採用しており、第２図
に示すように、中間部材２２ａを磁気軸受２３ａで揺動
自在に軸支し、永久磁石２４ａ及びボール２５ａを備え
、振動吸収装置３３ａを円筒状の内側リング３４ａと外
側リング３５ａとで横方向から挟み付けている。

次に上記永久磁石装置と振動吸収装置の作動状態を説明
する。上記ロータシャフト４及びターボ翼５がモータ３
の回転駆動に伴って水平方向すなわちロータシャフト４
の径方向に振動すると、この振動は上記永久磁石装置２
３を介して中間部材２２に伝わる。中間部材２２は上記
ボール２５で水平方向に振動自在であるので、永久磁石
装置２３から伝わる外力つまりロータシャフト４及びタ
ーボ翼５の振動の起振力によって水平方向に振動する。

このとき中間部材２２には上記０リング３１の弾性力が
中間部材２２の振動を抑制して中間部材２２を水平方向
に安定させるように働いているが、０リング３１の振動
を減衰する能力はあまり大きなものではなく、０リング
３１だけでは振動が継続する。そこで振動吸収装置３３
の振動減衰能力によって中間部材２２の振動を減衰して
中間部材２２の振動を防止する。

上記のような装置を備えたターボ分子ポンプにおいては
、ロータシャフト４及びターボ翼５の振動に対して充分
な減衰効果を付与し得ると共に、共振点での振幅倍率を
小さ（し得ることから、モータ３の起動、停止時には共
振点を安全に通過でき、信転性が高くなる。しかも振動
吸収装置３３はそれ自身が高い減衰能力を備えた粘弾性
高分子材料製であるので、構造が簡単で、軸受装置全体
の外形も小さくなる。また逆にロータの振動を外部に伝
えないようにする効果もある。

以上にこの発明の永久磁石装置と振動吸収装置の具体的
な実施例について説明したが、この発明は上記実施例に
限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更
して実施することが可能であり、以下にその変更例につ
いて説明する。

まず第５図に示すのは、中間部材２２と支持部材２０と
の間に介設する減衰材５１を粘弾性高分子材（例えば、
シリコン樹脂系、ウレタン樹脂系、ポリノルボルネン樹
脂系）でもって一体成形し、これにより小型、低コスト
を実現したものである。

同図において、５２はロータシャフト４の軸方向の運動
を規制する鋼球、５３はロータシャフト４を中心に位置
決めするためのＯリング、コイルバネ等の補助バネをそ
れぞれ示している。また第６図は上記のような一体成形
された減衰材５１と共に、軸方向運動規制手段としてコ
イルバネ、板バネ等のバネ５４を使用した例を示す。

第７図及び第７Ａ図には、粘弾性高分子材料製の円柱状
の減衰材５５を、円周方向に複数個配置した例を示して
いる。この場合、第８図に示すように、中間部材２２と
支持部材２０との間に、軸方向の運動を規制するための
鋼球５６を介設することもある。

第９図は、中間部材２２と支持部材２０との間に、渦電
流と摩擦とが作用するようにした例を示している。同図
において、５７．５７は固定側に設けた渦電流用の永久
磁石、５８・・５８は銅板、５９・・５９は軟磁性材製
のジャバラ部材をそれぞれ示し、このジャバラ部材５９
・・５９でもって、磁場変調、摩擦ダンパー、寸法誤差
の吸収等を実現しようとするものである。

また第１０図には、径方向支持用の上下２つの永久磁石
装置２３．２３ａを、単一構成の中間部材６０に取付け
たアウターロータ方式の例を模式的に示している。この
場合、減衰材としては、第１図及び第３図に示す構造の
ものを使用したり、あるいは第１０図のように磁性流体
６１を使用してもよいし、さらに上下２つの永久磁石装
置２３、２３ａを、単一構成の中間部材を取付ける構造
は、インナロータ方式においても同様に実施可能である
。

第１１図は、減衰材の変更例を示しているが、これは、
粘弾性体をサンドイッチした非常に弱い複合板バネ６２
を多量に使用して中間部材２２を支持するゼンマイ型構
造の減衰材の適用例を示すものである。いずれにしても
本発明は以上のような構造に限定されず、少なくとも支
持部材と回転部材との間に、中間部材を介設した構造の
永久磁石装置と振動吸収装置であれば、すべて本発明の
真空ポンプに適用できる。

次に軸方向を能動的に支持するための軸方向電磁石と軸
方向変位センサーと軸方向Ｎｆｌ１石駆動回路について
説明する。

第１２図に示すように、１０１はロータであって、この
ロータ１０１にはアーマチャーディスク１０２が、一体
回転可能に取着されている。このアーマチャーディスク
１０２を挟んで、軸方向の両側の位置には、一対の軸受
要素１０３．１０３が配置されている。

各軸受要素１０３は、永久磁石１０４の両磁極面に一対
の磁極片１０５．１０６を取着した構造のもので、各磁
極片１０５．１０６はアーマチャーディスク１０２と平
行に延びる部分と、この部分からアーマチャーディスク
１０２に近接する位置まで延びる先端部分とを有してい
る。そして上記一対の磁極片１０５．１０６間の位置に
おいて、上記永久磁石１０４よりも先端側に制御コイル
１０７が配置され、この制御コイル１０７よりもさらに
先端側にセンサーコイル１０８が配置されている。上下
一対のセンサーコイル１０Ｂ　、１０８でブリッジを構
成し、コイル１０８とアーマチャーディスク１０２との
距離の変化を差動出力し得るようなされている。

次に上記のような軸方向電磁石と軸方向変位センサーが
一体となった構造における制御コイル１０７での制御電
流の制御方式について説明する。まず第１３図に示すよ
うな簡単な例に基づいて考えると、制ｗＪＮ流をＩ、ア
ーマチャーディスク１０２の変位量をＸ、ロータ１０１
の重量をｍｇとした場合、アーマチャーディスク１０２
に作用する力Ｆは、Ｆ＝ａｌ”／ｘ となる（ただし、ａは比例定数）。

したがってＦ＝ｓｇとなる条件は、 となる。すわなち制御コイル１０７において必要な電流
Ｉは、制御コイル１０７の吸引力とロータ１０１の重量
とがバランスする位置Ｘに応じて変化することになる。

そこで従来は、制？Ｉｌｔ流Ｉを、Ｉ＝に−ｘとなるよ
うに制御している。この場合、ｘ　＝　Ｉ　／　ｋとな
ることから、これを上式ム二代入すると、１　　＝Ｂ／
　ａ−に となり、これによりゲインｋを大きく設定するほど、少
ない電流でロータ１０１の支持が行えることが明らかで
ある。

以上のことから、制御電流Ｉを設定するためのゲインに
は大であるほど、好ましいことになるが、ゲインｋを大
きく設定した場合には、反面、次のような不具合が生ず
る。すなわちそれは、−ロータ１０１の安定領域がゲイ
ンにの増加に応じて狭くなってしまうということである
。いま制？Ｉｌ電流供給用の電源の最大許容電流を１０
とすると、第１４図及び第１５図に示すように、ｘ　＞
　Ｉｏ／　ｋの領域では制御コイル１０７の吸引力が低
下してしまい、支持作動を不安定になってしまうためで
ある。

そこでこの真空ポンプ番こ採用する軸方向電磁石駆動回
路では、ロータを上下方向に支持する制御コイルと、制
御コイルとロータとの離間距離の増大に応じて制御電流
を増大させる電流制御手段とを備えた軸方向電磁石駆動
回路において、上記電流制御手段は、上記制御コイルと
ロータとの離間距離が所定距離よりも短いときには、そ
れより長いときよりも大きなゲインで制御Ｉｌ電流を制
御するゲイン制御手段を備えている。

次にこの電磁石駆動回路の具体的な実施例について、図
面を参照しつつ詳細に説明する。

まずこの電磁石駆動回路では、第１６図（ａ）（ｂ）に
示すような変位Ｘ−制制御電流時特性び変位Ｘ吸引力Ｆ
特性（静的特性）になるような制御方式を採用する。す
なわちＸ、は、ｍｇ／ａ−に２〈Ｘ１となるようにする
と共に、そのときのゲインｋを大きくし、Ｑ　＜　ｘ　
＜　ｘ　、の領域ではロータ１０１の重量と制御コイル
１０７の吸引力とが釣り合う際の制御電流を小さ（する
一方、Ｘ、＜Ｘ＜Ｘ２の領域ではゲインｋを通常の小さ
な値に戻して安定領域０＜Ｘ＜Ｘ２を広くするのである
。このような特性を得るための具体的な方策としては、
上記Ｘ３点における制御コイル１０７用制御電流１１に
対応する指令電圧■、でゲインｋを低下する（第１７図
）ためのソフトリミッタ−を制御回路に挿入しておくの
である。

ところで上記のような制御方式を採用した場合、０〈χ
＜ｘ、の零点近傍では、ゲインｋが高くなるため、静的
には安定するものの、高周波領域で発振し易くなるとい
う欠点が生ずるが、この点を防止するため、第１８図に
示すような制御回路を採用する。すなわち同図において
、１１１はセンサーコイル１０８の出力回路、１１２は
補償回路、１１３はソフトリミッタ−（ゲイン制御手段
）　、１１４は低周波通過フィルタ（周波数応答制御手
段）、１１５は加算器、１１６は制御コイル駆動回路を
それぞれ示しているが、このような制御構成を採用する
ことにより、低周波領域において上記のようなゲインに
の制御を行う一方で、高周波領域においては、Ｑ＜ｘ＜
ｘ２の全ての領域において従来通りの小さなゲインｋを
維持するようにするのである（第１９図参照）。

またこの発明を実現する回路例として第１８図に示す例
以外に、第２０図に示すように、振幅によって低周波数
領域周波数特性の時定数を選択する例もある。第２０図
の低周波数領域周波数特性用回路１５０に増幅回路を用
いた例を第２１Ａ図及び第２１Ｂ図に示す。

第２１Ａ図において、１５１は振幅弁別回路、１５２は
増幅回路、１５３は大振幅用時定数回路、１５４は小振
幅用時定数回路、１５５は低周波数領域周波数特性用回
路、１５６は高周波数領域周波数特性回路をそれぞれ示
し、また第２１Ｂ図において、１６１は振幅検出回路、
１６２は切換回路、１６３は大振幅用時定数回路、１６
４は小振幅用時定数回路、１６５は増幅回路、１６６は
低周波数領域周波数特性用回路、１６７は高周波数領域
周波数特性回路をそれぞれ示している。第２１八図のさ
らに具体的な回路例としては、第２２図、第２４関に示
すようになり、そのときの周波数特性は、第２３図、第
２５図のようになる。

軸方向電磁石駆動回路は上記のように構成されたもので
あり、そのためこの軸方向電磁石駆動回路によれば、不
安定領域の拡大という従来の不具合を防止しつつも、制
御電流を小さくし、効率の良い磁気支持をなし得ること
になる。

ところで上記のような軸方向電磁石駆動回路においては
、第２６図で示す可動体２０１の基準位置からの変位方
向に応じてコイル２０７．２１４への通電方向の切換え
を行うために、通常正極性電源２４３と負極性電源２４
４との２個の電源を必要とし、この結果、回路が大形化
し、また製作費が高くなるという問題がある。特に第２
７図に示す各電源２４３．２４４に、停電時のバックア
ップ用としてバッテリをそれぞれ搭載させる構成とする
場合には、このバッテリも２個必要となるために、さら
に構造の大形化と製作費の増加とを生じるものとなって
いる。

本回路は上記に鑑みなされたものであって、その目的は
、小型化が可能であると共に、製作費をより安価になし
得ることにある。

次にこの実施例について、模式的に表した図面を参照し
つつ詳細に説明する。

具体的な構造の一例について第２６図を参照して説明す
る。同図において、２０１は軟磁性体より成る可動体で
あって、この可動体２０１を挟んで両側に、第１、第２
支持体２０２．２０３がそれぞれ配置されている。第１
支持体２０２内には、永久磁石２０４、この永久磁石２
０４のＮＴｌ！Ｌ極面に取着されたＮ極側磁極片２０５
、上記永久磁石２０４のＳ磁極面に取着された断面り字
状のＳ極側磁極片２０６、このＳ極側磁極片２０６に巻
装された第１コイル２０７から成る第１軸受要素２０８
が設けられている。上記Ｎ極側磁極片２０５とＳ極側磁
極片２０６との各先端面は、可動体２０１における図に
おいて左側の端面に沿って上下に離間する箇所で、上記
可動体２０１に近接してそれぞれ位置するようになされ
ており、これにより図中実線矢印で示すように、永久磁
石２０４による磁束がＮ極側磁極片２０５から可動体２
０１　、Ｓ極側磁極片２０６を介して流れる閉ループ状
の磁路が形成され、したがってこの磁路における磁束密
度に応じた磁気吸引力が第１支持体２０２から可動体２
０１に作用する。

そして上記第１コイル２０７へ通電する場合、永久磁石
２０４による磁束と同方向、或いは逆方向の磁束が通電
方向に応じて上記磁路内に生じ、これによって上記の磁
気吸引力が、第１コイル２０７への通電電流値に応じて
増減される。図の場合には、第１コイル２０７にその一
方の接続端子ａ側から他方の接続端子す側へと向かう方
向で通電する場合に、永久磁石２０４による磁束と逆方
向の磁束が生じる一方、接続端子す側から接続端子ａ側
へと向かう方向で通電する場合に、永久磁石２０４によ
る磁束の方向と同方向の磁束が生じるように、第１コイ
ル２０７のＳ極側磁極片２０６への巻付は方向が設定さ
れている。

一方、第２支持体２０３内にも、上記第１支持体２０２
内の構成と同様に、永久磁石２１１、この永久磁石２１
１のＮ、Ｓの各磁極面にそれぞれ取着されたＮ極側磁極
片２１２及びＳ極側磁極片２１３、そしてＳ極側磁極片
２１３に巻装された第２コイル２１４から成る第２軸受
要素２１５が、可動体２０１を挟んで上記第１軸受要素
２１８と対称位置に設けられている。上記第２コイル２
１４に、その一方の接続端子Ｃ側から他方の接続端子ｄ
側へと向かう方向で通電することによって、第２支持体
２０３から、図において右方向に可動体２０１に作用す
る磁気吸弓力の増加がなされる一方、上記第２コイル２
１４に接続端子ｄ側から他方の接続端子Ｃ側へと向かう
方向で通電する場合に、上記磁気吸引力が減少するよう
になされている。

そして上記第１コイル２０７と第２コイル２１４とは、
ここでは接続端子すと接続端子Ｃとを接続することで相
互に直列接続されているが、並列接続でも特に問題はな
い。両コイル２０７．２１４には同時通電が行われ、こ
の通電を接続端子ａ側から接続端子ｄ側に向かう方向で
行う場合に、第１支持体２０２から可動体２０１に作用
する磁気吸引力の減少と、第２支持体２０３から可動体
２０１に作用する磁気吸引力のの増加とが同時になされ
、これにより可動体２０１には、これを第２図において
右方向に移動させる力の増加を生じる。一方、接続端子
ｄ側から接続端子ａ側に向かう方向の通電を行・う場合
に、第１支持体２０２から可動体２０１に作用する磁気
吸引力の増加と、第２支持体２０３から可動体２０１に
作用する磁気吸引力のの減少とが同時になされ、これに
より可動体２０１には、これを第２図において左方向に
移動させる力の増加を生じる。

なお図示してはいないが、上記可動体２０１との離間距
離に応じてインダクタンスの変化を生じるセンサコイル
等で構成される状態検出素子が、上記可動体２０１に近
接する位置にさらに配置されており、第２６図において
可動体２０１の左右方向の移動に応じた電気信号が上記
状態検出素子から出力されるようになされている。

第２８図には、上記コイル２０７．２１４への通電を制
御する制御ブロック図を示している。同図において、２
２０は例えば正極性の直流電源であり、この直流電源２
２０には、停電時のバックアップ用のバッテリ２２１が
付設されている。そして上記直流電源２２０と接地ライ
ン２２２との間に、第１通電用配線２２３と第２通電用
配線２２４とが互いに並列に接続され、第１通電用配線
２２３には、例えばＦＥＴ　（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃ
ｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　）で構成される第１スイッ
チ回路２２５及び第１駆動回路２２６が、また第２這電
用配線２２４には第２スイッチ回路２２７及び第２駆動
回路２２８がそれぞれ上記直流電源２２０側から順次介
設されている。なお上記各スイッチ回路２２５．２２７
は、上記ＦＥＴの他、バイポーラトランジスタや機械式
スイッチ等で構成することも可能である。

一方、上記各スイッチ回路２２５．２２７の開閉と各駆
動回路２２６．２２８の作動を、上記した状態検出素子
からの電気信号に基づいて制御するために、状態検出回
路（状態検出手段）　２２９　、制御回路２３０、スイ
ッチ切換回路２３１がそれぞれ設けられている。上記状
態検出回路２２９は、状態検出素子からの電気信号を、
可動体２０１が基準位置、例えば第２図において第１、
第２支持体２０２．２０３間における空間部の左右方向
の中心に可動体２０１の中心が合致する位置に位置する
ときの基準値と比較し、基準値に対する大小関係で可動
体２０１の変位方向信号を求め、さらに基準値との差の
絶対値に応じた変位量信号を求めて、これらを制御回路
２３０へと出力する。上記変位方向信号は、制御回路２
３０を介してスイッチ切換回路２３１に入力され、これ
によって上記第１スイッチ回路２２５と第２スイッチ回
路２２７とが上記変位方向信号に応じて択一的に閉成さ
れる。

一方、上記制御回路２３０では、状態検出回路２２９か
ら入力される変位量信号に応した駆動信号を発生し、こ
れを上記変位方向信号に応じて第１駆動回路２２６と第
２駆動回路２２８との一方を択一的に選択して出力する
。これによりこの駆動信号の入力された駆動回路を介す
る電流径路が形成される。なお後述するように、第１ス
イッチ回路２２５が閉成される場合には第２駆動回路２
２８に、また第２スイッチ回路２２７が閉成される場合
には第１駆動回路２２６にそれぞれ上記駆動信号が入力
されるようにスイッチ切換回路２３１　と制御回路２３
０とは連動し、したがって上記スイッチ切換回路２３１
と制御回路２′３０とによって、切換手段２３２を構成
している。

そして前記のように相互に直列または並列に接続された
第１、第２コイル２０７．２１４は、前記接続端子ａが
、第１通電用配線２２３における第１スイッチ回路２２
５と第１駆動回路２２６との間に、また接続端子ｄが第
２通電用配線２２４における第２スイッチ回路２２７と
第２駆動回路２２８との間にそれぞれ接続されている。

次に上記構成における軸方向電磁石駆動回路での作動状
態について説明する。

まず可動体２０１がほぼ基準位置で保持されている状態
、すなわち第１支持体２０２及び第２支持体２０３から
の上記可動体２０１に対する各磁気吸引力がバランスし
ている状態から、外力の変化で上記可動体２０１が第２
６図において左方向に変位した場合について説明する。

このときこの左方向への変位方向信号と変位量信号とが
状態検出回路２２９から制御回路２３０に入力され、さ
らに上記変位方向信号はスイッチ切換回路２３１に入力
される。これにより第１スイッチ回路２２５が選択され
て、この第１スイッチ回路２２５の閉成作動が上記スイ
ッチ切換回路２３１によって行われる。一方、制御回路
２３０では、上記変位量信号に応じた大きさの駆動信号
を発生すると共に、上記左方向の変位方向信号に対応じ
て第２駆動回路２２８の選択を行い、上記駆動信号を第
２駆動回路２２８に入力する。これにより第２駆動回路
２２８における出力トランジスタＴ２がＯＮ作動し、こ
の結果、第２８図において実線矢印で示すように、直流
電源２２０から第１スイッチ回路、第１コイル２０７、
第２コイル２１４、第２駆動回路２２８を介して、この
第２駆動回路への駆動信号に応じた電流値の電流が接地
ライン２２２へと流れる。したがって両コイル２０７．
２１４には、第２６図において接続端子ｄ側から接続端
子ｄ側へと電流が流れることから、前記したように、第
１支持体２０２から可動体２０１に作用する磁気吸引力
の減少と、第２支持体２０３から可動体２０１に作用す
る磁気吸引力の増加とが同時になされ、これにより可動
体２０１への磁気吸引力の総和は、第２６図において右
方向に作用する。この結果、左方向に変位した可動体２
０１の基準位置への復帰移動が行われる。

一方、可動体２０１が第２６図において基準位置から、
右方向に変位した場合には、状態検出回路２２９から右
方向の変位信号と変位量信号とが発生され、このときに
はスイッチ切換回路２３１によって、第２スイッチ回路
２２７が閉成される。また制御回路２３０における駆動
信号は、第１駆動回路２２６に入力され、この第１駆動
回路２２６における出力トランジスタＴ１がＯＮ作動さ
れる。この結果、第２８図中破線矢印で示すように、直
流電源２２０から第２スイッチ回路、第２コイル２１４
、第１コイル２０７、第１駆動回路２２６を介して接地
ライン２２２へと電流が流れる。したがって各コイル２
０７．２１４には、第２６図において接続端子ａ側から
接続端子ａ側へと電流が流れることから、前記したよう
に、第１支持体２０２から可動体２０１に作用する磁気
吸引力の増加と、第２支持体２０３から可動体２０１に
作用する磁気吸引力の減少とを生じ、これにより可動体
２０１への磁気吸引力の総和は、第２６図において左方
向に作用し、この結果、右方向に変位した可動体２０１
の基準位置への復帰作動が行われる。

このように可動体２０１の基準位置からの変位方向と変
位量とを検出し、検出される変位方向に応じて各コイル
２０７．２１４への通電方向を切換え、また変位量に応
じて通電電流値を制御することによって、上記可動体２
０１は第１、第２支持体２０２．２０３間で、かつこれ
らとは非接触状態での基準位置に位置するように制御さ
れる。

以上の説明のように上記実施例においては、１個の直流
電源２２０を設ける構成でコイル２０７．２１４への通
電方向の切換えを行うことが可能である。

このためにスイッチ回路と駆動回路とをそれぞれ２組設
けることが必要となっているが、駆動回路は、択一的に
機能させる２個の出力トランジスタを内蔵する従来の駆
動回路を二つに分割した構成となされているものであり
、したがって構成部品や専有空間に大きな変化はなく、
また各スイッチ回路及びスイッチ切換回路は比較的少な
い構成部品で構成し得るものである。したがって全体的
には、電源及びバッテリをそれぞれ２個ずつ必要として
いた従来の制御回路構成に比べて、上記では電源及びバ
ッテリの容量を半減することができ、したがって製作費
を大幅に低減することが可能であると共に、全体の形状
を小形化することができる。

なお上記実施例においては、状態検出回路２２９で可動
体２０１の基準位置からの変位を検出する構成としたが
、可動体２０１の速度や加速度を検出してコイル２０７
．２１４への通電を制御する構成とすることも可能であ
り、また第１、第２通電用配線２２３．２２４へのスイ
ッチ回路２２５．２２７と駆動回路２２６．２２Ｂの介
設順序を上記とは逆にした回路構成とすることも可能で
ある。さらに可動体２０１の状態変化の方向信号を制御
回路２３０を介さずにスイッチ切換回路２３１に入力す
ることも可能である。しかも駆動回路２２６．２２Ｂは
、コイル２０７．２１４に流れる電流を制御するために
定電流駆動回路に構成可能であり、また出力トランジス
タは、ＦＥＴ、サイリスク等を用いることも可能である
。

最後にロータを回転駆動するモータとその駆動回路につ
いて簡単に説明する。

第２図には、かご型高周波モータを図示しているが、こ
の形式のモータを採用した場合、モータのロータ部の構
造が強固なため、超高速回転を必要とする真空ポンプに
最適である。欠点としては、効率が悪いためステータ部
の発熱が大きいことと、モータ駆動回路が比較的複雑な
ことである。一方反対にブラシレスＤＣモータをロータ
の回転駆動用に採用すると、ロータ部に永久磁石をつけ
ることになるため超高速回転には不適であるが、高効率
なため駆動回路の小型化、低コスト化に有利であり、し
かもステータ部の発熱を小さくできるので不用なガスの
発注を抑えるのに有効である。したがって真空ポンプの
特徴に応じてモータを使いわけるのが有効である。

以上に上記のような軸方向を能動的に支持するための軸
方向電磁石と、軸方向変位センサーと、軸方向！磁石駆
動回路と、径方向を支持するための永久磁石装置と、振
動吸収装置と、ロータを回転させるための回転駆動装置
と、回転駆動回路とを含んだ真空ポンプにおいては、ロ
ータシャフトの振動に対して充分な減衰効果を付与し得
ると共に、共振点での振幅倍率を小さくし得ることがら
、ロータの起動、停止時には、共振点を安全に通過でき
、その上定常回転時における外部への振動も小さ（、し
かも組立再現性が良くなる。また外乱にも強く高速回転
可能な一軸制御型磁気軸受を利用しているため、従来の
ものに比べて、非常に小型で低コストでしかも信頼性が
高く低振動な真空ポンプになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の真空ポンプの一実施例において使用
する上部永久磁石装置と上部振動吸収装置との構造略図
、 第２図はこの発明の真空ポンプの一実施例の全体構造略
図、 第３図は上部永久磁石装置と上部振動吸収装置との要部
構造略図、 第４図は０リングの変位−復元力特性の関係を示すグラ
フ、 第５図、第６図、第７図、第７Ａ図、第８図、第９図、
第１０図、及び第１１図はいずれも振動吸収装置の変更
例を示す構造略図、 第１２図は軸方向電磁石、軸方向変位センサー軸方向電
磁石駆動回路の一例を示す要部構造略図、第１３図は上
記制御コイルでの制？１１１電流の制御方式を説明する
ための説明図、 第１４図は従来の変位と制御電流との関係を示すグラフ
、 第１５図は従来の変位と吸引力との関係を示すグラフ、 第１６図（ａ）（ｂ）は上記実施例での変位−制御電流
特性、及び変位−吸引力特性を示すグラフ、第１７図は
ゲイン変更を説明するためのグラフ、第１８図はゲイン
制御を行うための回路構成の一例のブロック図、 第１９図は周波数とゲインとの関係を示すグラフ、 第２０図は低周波数領域周波数特性用回路の機能ブロッ
ク図、 第２１Ａ図及び第２１Ｂ図はゲイン制御回路の変更例の
機能ブロック図、 第２２図は上記第２１４図のゲイン制御回路の回路図、 第２３図はその周波数特性を示すグラフ、第２４図は第
２１Ａ図の他のゲイン制御回路の回路図、 第２５図はその周波数特性を示すグラフ、第２６図は軸
方向電磁石駆動回路の作動状態を説明するための説明図
、 第２７図は従来の軸方向電磁石駆動回路の回路図、 第２８図は軸方向電磁石駆動回路の一例の回路図である
。 １０・・・上部永久磁石装置、１１・・・下部永久磁石
装置、１２・・・軸方向電磁石、１２ｂ・・軸方向変位
センサー、１２ｃ　　・・・軸方向電磁石駆動回路、３
３・・・上部振動吸収装置、３３ａ・・・下部振動吸収
装置。 特許出願人　　　　日本フェロ−フルイデイクス株式会
社 第４図 第５図 第８図 第１０図 第９図 第１１図 第 図 第１４図 第１５図 ＸＯ”ＩＱ／に 入 Ｘｏ＝１ｏ／ｋ 第１７ 図 第１８ 図 第１９ 図 第２１Ａ図 第２１Ｂ図 第２０図 第２２図 第２４図 第２５図 第２６図 第２７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気軸受を応用して、ロータを無接触支持する方式
   の真空ポンプにおいて、軸方向を能動的に支持するため
   の軸方向電磁石と、軸方向変位センサーと、軸方向電磁
   石駆動回路と、径方向を支持するための永久磁石装置と
   、振動吸収装置と、ロータを回転させるための回転駆動
   装置と、回転駆動回路とを含んでいることを特徴とする
   真空ポンプ。 ２、振動吸収装置には、回転部材と連動揺動する自由揺
   動体を設け、自由揺動体と支持部材の間に減衰材を設け
   た構造であることを特徴とする第１請求項記載の真空ポ
   ンプ。 ３、回転部材と連動揺動する自由揺動体との間において
   、回転部材と自由揺動体との無接触結合手段に磁気力を
   利用していることを特徴とする第２請求項記載の真空ポ
   ンプ。 ４、支持部材に減衰材を介して中間部材を揺動可能に支
   持し、この中間部材にロータを径方向支持するための永
   久磁石装置を設け、中間部材全体が振動吸収装置になっ
   ていることを特徴とする第１請求項記載の真空ポンプ。 ５、径方向を支持する上下２つの永久磁石装置が１つの
   中間部材に設けられ一体化していることを特徴とする第
   ４請求項記載の真空ポンプ。 ６、減衰材が粘弾性高分子材料であることを特徴とする
   第２または第４請求項記載の真空ポンプ。 ７、減衰材が粘流体であることを特徴とする第２または
   第４請求項記載の真空ポンプ。 ８、減衰材が粘弾性材をはさんだ複合板バネであること
   を特徴とする第２または第４請求項記載の真空ポンプ。 ９、振動吸収装置が渦電流と摩擦を同時に利用する方式
   であることを特徴とする第２または第４請求項記載の真
   空ポンプ。 １０、中間部材と支持部材とその間を介する減衰材を一
   体で成形したことを特徴とする第４請求項記載の真空ポ
   ンプ。 １１、中間部材又は自由揺動体の軸方向の運動の規制手
   段として磁気吸引力または弾性バネ力等を利用したこと
   を特徴とする第２または第４請求項記載の真空ポンプ。 １２、軸方向電磁石と軸方向変位センサーが一体となっ
   ていることを特徴とする第１請求項記載の真空ポンプ。 １３、軸方向電磁石駆動回路において、電磁石電流制御
   手段が、ロータが平衡位置近傍にあるときの方が、平衡
   位置近傍から離れているときよりも、高ゲインで電磁石
   電流を制御するゲイン制御手段を備えていることを特徴
   とする第１請求項記載の真空ポンプ。 １４、第１３請求項記載のゲイン制御手段を増幅回路の
   負帰還路に挿入したことを特徴とする第１３請求項記載
   の真空ポンプ。 １５、軸方向電磁石においては、第１コイル及び永久磁
   石を有する第１支持体と、第２コイル及び永久磁石を有
   する第２支持体とを可動体を挟んで配置すると共に、上
   記第１コイルと第２コイルとを相互に直列または並列に
   接続し、さらに上記可動体の変位等の状態を検出する状
   態検出手段を設け、この状態検出手段での検出状態に応
   じて上記両コイルへの通電方向の切換えを行うことによ
   り上記第１、第２支持体からそれぞれ可動体に作用する
   吸引力を変化させて、上記可動体を各支持体への非接触
   状態で支持すべく構成して、さらに直流電源と接地ライ
   ンとの間に第１通電用配線と第２通電用配線とを互いに
   並列に接続すると共に、上記第１通電用配線には第１ス
   イッチ回路と第１駆動回路とを、また上記第２通電用配
   線には第２スイッチ回路と第２駆動回路とを、上記直流
   電源側からの介設順序を同一にしてそれぞれ順次介設し
   、上記第１コイルにおける反第２コイル側の接続端子を
   上記第１スイッチ回路と第１駆動回路との間に、また上
   記第２コイルにおける反第１コイル側の接続端子を上記
   第２スイッチ回路と第２駆動回路との間にそれぞれ接続
   すると共に、上記状態検出手段での検出状態に応じて、
   上記第１スイッチ回路及び第２駆動回路の同時閉成状態
   と、上記第２スイッチ回路及び第１駆動回路の同時閉成
   状態とを切換えて上記両コイルへの通電方向の切換えを
   行う切換手段を設けた軸方向電磁石駆動回路を設けたこ
   とを特徴とする第１請求項記載の真空ポンプ。 １６、回転駆動用モータが、かご型高周波モータまたは
   ブラシレスＤＣモータであることを特徴とする第１請求
   項記載の真空ポンプ。