JPH04164171A

JPH04164171A - 高真空ポンプ

Info

Publication number: JPH04164171A
Application number: JP2293255A
Authority: JP
Inventors: Hirotomo Kamiyama; 拓知上山; Ryoichi Takahata; 良一高畑
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1992-06-09
Anticipated expiration: 2015-07-24
Also published as: JP3069744B2

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】産業上の利用分野この発明は、高真空ポンプに関する。

従来の技術高真空ポンプとして、ターボ分子ポンプが知られている
。また、ターボ分子ポンプは排気容量に限界があるとい
う欠点を有するので、排気速度を高めるため、ターボ分
子ポンプにクライオポンプとよばれる低温パネルを組合
せた高真空ポンプも提案されている（特開平１−２５３
５９０号参照）。一方、ターボ分子ポンプにおいて、回
転速度が高くなると、回転軸を非接触支持する必要性が
生じ、このような非接触軸受として一般に磁気軸受が使
用されている。

発明が解決しようとする課題ところが、磁気軸受は、複雑な制御回路が必要で、高価
なものになる。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、排気限界が高
く、しかも安価で実用性の高い高真空ポンプを提供する
ことにある。

課題を解決するための手段この発明による高真空ポンプは、吸気口および排気口を
有するケーシングと、このケーシング内に配設された複
数段の翼と、これらの翼に連結された回転軸と、この回
転軸を回転駆動するモータと、このモータを挾んで上記
ケーシングと回転軸の間に設けられた超電導軸受と、上
記吸気口側に配置された低温パネルと、この低温パネル
の冷却装置とを備えており、上記超電導軸受が、上記低
温パネルの冷却装置により冷却されるケーシング内の冷
却空間内に配置された超電導体と、この超電導体に対向
するように回転軸に取付けられた永久磁石とからなるこ
とを特徴とするものである。

・　　　作　　　用冷却装置に接続された低温パネルを備えているので、排
気限界が高くなる。

また、磁気軸受のかわりに超電導軸受を使用しているの
で、磁気軸受の複雑な制御回路が不要で、安価になる。

しかも、超電導軸受の超電導体の冷却に低温パネルの冷
却装置を使用しているので、経済的である。

実　　施　　例以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明
する。

図面は高真空ポンプの全体構成を概略的に示しており、
このポンプは、垂直に配置されるケーシング（１）を備
えている。ケーシング（１）は、複数の円筒状の部品か
ら構成されており、全体として上下両端が開口した円筒
状をなす。そして、ケーシング（１）の上端に上向きの
吸気口（２）が、高さの中間より少し下側の部分に横向
きの排気口（８）が形成されている。

ケーシング（１）内の上部の吸気口（２）側にクライオ
ポンプ部（４）が、下部の排気口（３）側にターボ分子
ポンプ部（５）がそれぞれ設けられている。

クライオポンプ部（４）には、低温パネル（６）とその
第１の冷却装置（７）が設けられている。

第１の冷却装置（７）はブラケット（８）を介してケー
シング（１）に固定されており、冷却装置（７）の上部
に低温パネル（６）が固定されている。

冷却装置（７）には、ケーシング（１）を貫通して外部
にのびる冷却剤導入管（９）と冷却剤排出管（１０）が
接続されている。

ケーシング（１）の外部に、クライオポンプ部（４）の
第２の冷却装置（１１）が設けられている。

この冷却装置（１１）は、冷凍機（図示路）などを備え
ている。

第１の冷却装置（７）の冷却剤導入管（９）は、第２の
冷却装置（１１）の冷却剤吐出口に接続されている。ま
た、第１の冷却装置（７）の冷却剤排出管（１０）は、
第２の冷却装置（１１）の冷却剤吸込口に接続されてい
る。

クライオポンプ部（４）の構成および動作は特開平１−
２５３５９０号公報に記載されているものと同じである
から、詳細な説明は省略する。

ターボ分子ポンプ部（５）には、ケーシング（１）内の
中心に非接触状態に回転支持される垂直な回転軸（１８
）が設けられている。ターボ分子ポンプ部（５）のケー
シング（１）内の上下方向中央部に回転軸（１８）を高
速回転させるための高周波モータ（１９）が設けられ、
その上下に回転軸（１８）を非接触状態に支持するため
の超電導軸受（２ｏ）（２１）が設けられている。そし
て、回転軸（１８）の上部超電導軸受（２０）より上側
の部分に、上下複数段の翼（２２）が固定されている。

モータ（１９）は、ケーシング（１）に設けられたステ
ータ（２３）と、回転軸（１８）に設けられたロータ（
２４）とから構成されている。

上下の超電導軸受（２０）　（２１）は、本出願人が特
願平２−１８８６９３号において提案したように磁束侵
入を許容する超電導体を用いたものである。上部超電導
軸受（２０）は、次のように構成されている。ケーシン
グ（１）内に、環状で内部に冷却空間が形成された中空
の上部冷却ケース（２５）が固定されている。ケース（
２５）の中心にはこれを上下に貫通する貫通穴（２Ｂ）
が形成され、この穴（２Ｇ）に回転軸（１８）のロータ
（２４）の上側の部分が隙間をあけて通されている。翼
（２２）のすぐ下でケース（２５）のすぐ上の回転軸（
１８）の部分に、穴あき円板状の上部永久磁石（２７）
が固定されている。この磁石（２７）は、上端に一方磁
極（例えばＮ極）の磁気を、下端に他方磁極の磁気（例
えばＳ極）をそれぞれ帯びたものであり、回転軸（１８
）の回転軸心の周囲の磁束分布が回転によって変化しな
いように回転軸（１８）に取付けられている。ケース（
２５）内の上部に、環状の超電導体（２８）が固定され
ている。この超電導体（２８）は、イツトリウム系高温
超電導体、たとえばＹ　Ｂ　ａ　２　Ｃｕ　３０　、か
らなる基板の内部に常電導粒子（Ｙ２Ｂａ、Ｃｕ、）を
均一に混在させたものからなり、永久磁石（２７）から
発せられる磁束侵入を拘束する性質を持つものである。

そして、超電導体（２８）は、永久磁石（２７）の磁束
が所定量侵入する離間位置であって、回転軸（１８）の
回転によって侵入磁束の分布が変化しない位置にくるよ
うにケース（２５）に取付けられている。

なお、ケース（２５）の少なくとも超電導体（２８）に
対応する内周壁および上壁の部分は、非磁性体より構成
されている。

下部超電導軸受（２１）は、次のように構成されている
。ケーシング（１）内に、環状で内部に冷却空間が形成
された中空の下部冷却ケース（２９）が固定されている
。ケース（２９）の中心にはこれを上下に貫通する貫通
穴（３０）が形成され、この穴（８０）に回転軸（１８
）のロータ（２４）の下側の部分が隙間をあけて通され
ている。ケ、−ス（２９）の穴（３０）の部分の内周壁
の上下中央部に環状凹みぞ（３１）が形成され、このみ
ぞ（３１）の底の部分の内径が穴（３０）の内径よりか
なり大きくなっている。

穴あき円板状のＦ部永久磁石（３２）が回転軸（１８）
に固定され、ケース（２９）のみぞ（３１）に隙間をあ
けてはまるようになっている。この磁石（３２）は、上
端に一方磁極（例えばＮ極）の磁気を、下端に他方磁極
の磁気（例えばＳ極）をそれぞれ帯びたものであり、回
転軸（１８）の回転軸心の周囲の磁束分布が回転によっ
て変化しないように回転軸（１８）に取付けられている
。ケース（２９）内のみぞ（３１）の上側の壁の上面に
、環状の上部超電導体（３３）が固定されている。ケー
ス（２９）内のみぞ（３１）の下側の壁の下面に、環状
の下部超電導体（３４）が固定されている。これらの超
電導体（３３）　（３４）も前記同様の材料からなり、
前記同様にケース（２９）に取付けられている。なお、
ケース（２９）の少なくともみぞ（３１）の部分の壁と
その上下の超電導体（３３）　（３４）に対応する内周
壁の部分は、非磁性体より構成されている。

上下の超電導軸受（２０）　（２１）のケース（２５）
　（２９）は、ケーシング（１）内に通された連通管（
３５）によって連通させられている。上部ケース（２５
）にはケーシング（１）を貫通して外部にのびる冷却剤
導入管（３Ｂ）が、下部ケース（２９）には同様の冷却
剤排出管（３７）がそれぞれ接続されている。上部ケー
ス（２５）、の冷却剤導入管（３６）は第２の冷却装置
（１１）の冷却剤吐出口に、下部ケース（２９）の冷却
剤排出管（３７）は第２の冷却装置（１１）の冷却剤吸
込口にそれぞれ接続されている。そして、冷却装置（１
１）により、冷却剤が導入管（３６）、上部ケース（２
５）内の冷却空間、連通管（３５）、下部ケース（２９
）内の冷却空間および排出管（３７）を通して循環させ
られ、ケース（２５）　（２９）内の冷却空間に満たさ
れる冷却剤によって超電導体（２８）　（３３）　（３
４）が冷却される。このため、超電導体（２８）（３３
）　（３４）が超電導状態になって、回転軸（１８）の
永久磁石（２７）　（３２）から発せられる磁束の多く
が超電導体（２８）　（３３）　（３４）の内部に侵入
して拘束されることになる（トラップ現象）。ここで、
超電導体（２ｇ）　（３３）　（３４）はその内部に常
電導粒子が均一に混在されているため、超電導体（２８
）　（３３）（３４）内部への侵入磁束の分布が一定と
なり、そのため、あたかも超電導体（２８）　（３３）
　（３４）に立設した仮想ピンに回転軸（１８）の永久
磁石（２７）（３２）が貫かれたようになり、超電導体
（２８）　（３３）　（３４）に対して回転軸（１８）
が拘束される。そのため、回転軸（■８）は、きわめて
安定的に浮上した状態で、アキシアル方向およびラジア
ル方向に支持されることになる。

ケーシング（１）内のターボ分子ポンプ部（５）の上部
に、下端が開口した短円筒状の上部保護部材（３８）が
ブラケット（３９）を介して固定されている。また、ケ
ーシング（１）内のターボ分子ポンプ部（５）の下部に
環状の下部保護部材（４０）が固定されている。回転軸
（１８）の上端部は上部保護部材（３８）の中に入って
おり、この部分にセラミック転がり軸受よりなる上部タ
ッチダウン軸受（４１）が設けられている。また、回転
軸（１８）の下端部は下部・タッチダウン軸受（４０）
を貫通しており、この部分に１対のセラミック転がり軸
受よりなる下部タッチダウン軸受（４２）がそれぞれ設
けられている。下部保護部材（４０）の内周面に浅い環
状みぞ（４３）が形成されており、このみぞ（４３）の
内側の部分に下部タッチダウン軸受（４２）が隙間をあ
けて配置されている。下部タッチダウン軸受（４２）は
、ラジアル荷重とアキシアル荷重を受けられるものであ
り、たとえば正面組合せまたは背面組合せの１対のアン
ギュラ玉軸受よりなる。

運転中に、万一、超電導軸受（２０）　（２１）の超電
導体（２８）　（３３）　（３４）が常電導化（クエン
チ）して支持力がなくなったような場合、上下のタッチ
ダウン軸受（４１）　（４２）がケーシング（１）の保
護部材（８８）　（４０）に接触し、これによって回転
軸（１８）が回転支持される。このため、回転軸（１８
）およびそのまわりの部品の破損が防止される。

ターボ分子ポンプ部（５）には、次のように、運転前に
ケーシング（１）と回転軸（１８）の相対位置を設定す
るための初期位置決め装置（４４）が設けられている。

ケーシング（１）の下部開口端部に、公、知の適宜な手
段により昇降させられる昇降部材（４５）が設けられて
いる。昇降部材（４５）の上端面に円錐状の突起（４６
）が設けられ、これに対向する回転軸（１８）の下端面
にこの突起（４６）がはまる円錐穴（４７）が形成され
ている。また、回転軸（１８）の上端面に円錐状の突起
（４８）が設けられ、これに対向する上部保護部材（３
８）の上壁の下面にこの突起（４８）がはまる円錐穴（
４９）が形成されている。

運転時には、昇降部材（４５）は下方の運転位置まで下
降しており、前記のように超電導軸受（２８）　（３３
）　（３４）によって回転軸（１８）が支持されること
により、昇降部材（４５）の突起（４６）が回転軸（１
８）の円錐穴（４７）の壁から離れるとともに、回転軸
（１８）の突起（４８）が上部保護部材（３８）の円錐
穴−１１＝（４９）の壁から離れている。また、回転軸（１８）は
ケーシング（１）のほぼ中心に支持された状態で回転し
、上部超電導軸受（２０）の永久磁石（２７）は上部ケ
ース（２５）と適当な間隔をあけて対向し、下部超電導
軸受（２１）の永久磁石（３２）は下部ケース（２９）
のみぞ（３１）内のほぼ上下中央に支持されている。

停止時には、通常、第２の冷却装置（１１）からの冷却
剤の供給も停止している。このため、超重導体（２８）
　（３３）　（３４）は常電導状態になり、支持力がな
くなっている。このため、回転軸（１８）は、上下のタ
ッチダウン軸受（４１）（４２）を介してケーシング（
１）に支持された状態で停止している。

このような停止状態の軸受装置は、次のようにして運転
状態にされる。

まず、昇降部材（４５）を上方の設定位置まで上昇させ
る。昇降部材（４５）が上昇すると、まず、昇降部材（
４５）の突起（４Ｂ）が回転軸（１８）の円錐穴（４７
）に密接して、回転軸（１８）が上に持ち上げられ、回
転軸（１８）の突起（４８）が上部保護部材（３８）の
円錐穴（４９）に密接して、回転軸（１８）および昇降
部材（４５）が停止する。このように昇降部材（４５）
および回転軸（１８）の円錐状の突起（４（ｉ）　（４
８）が回転軸（１８）および上部保護部材（３８）の円
錐穴（４７）　（４９）にはまることにより、回転軸（
１８）がケーシング（１）の中心に位置決めされる。ま
た、このとき、上部超電導軸受（２０）の永久磁石（２
７）は上部ケース（２５）から上方に離れ、下部超電導
軸受（２１）の永久磁石（３２）は下部ケース（２９）
のみぞ（３１）の上側の壁に接近して、この壁から永久
磁石（３２）の上面までの距離はみぞ（３１）の下側の
壁から永久磁石（３２）の下面までの距離より小さくな
っている。このように回転軸（１８）が位置決めされた
ならば、第２の冷却装置（１１）により超電導軸受（２
０）＜２１）に冷却剤を循環させて、超電導体（２Ｂ）
　（８３）　（３４）を冷却する。超電導体（２Ｂ）　
（３３）（３４）が冷却されて超電導状態になると、前
述のように支持力が発生するので、昇降部材（４５）を
運転位置まで下降させて、これによる支持をなくす。昇
降部材（４５）による支持力がなくなると、回転軸（１
８）は自重で若干下降して、超電導軸受（２０）　（２
１）の磁気反発力およびピン止め力と釣合う位置に停止
する。これにより、上部超電導軸受（２０）の永久磁石
（２７）が上部ケース（２５）との間に適当な間隔をあ
けて支持されるとともに、下部超電導軸受（２１）の永
久磁石（３２〉が下部ケース（２９）のみぞ（３１）内
のほぼ上下中央に支持され、回転軸（１８）が前述のよ
うに非接触状態に支持されるので、モータ（１９）によ
り回転軸（１８）を回転させて、運転を開始する。

上記の高真空ポンプでは、ターボ分子ポンプ部（５〉を
作動させることにより、高真空が生成される。そして、
クライオポンプ部（４）を同時に作動させることにより
、排気限界を高めることができる。なお、必要がなけれ
ば、クライオポンプ部（４）は作動を停止させておいて
もよい。

発明の効果この発明の高真空ポンプによれば、上述のように、排気
限界が高く、しかも安価で実用性の高い高真空ポンプを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示す高真空ポンプの概略縦断
面図である。（１）・・・ケーシング、（２）・・・吸気口、（３）
・・・排気口、（６）・・・低温パネル、（７）（１１
）・・・冷却装置、（１８）・・・回転軸、（１９）・
・・高周波モータ、（２０）　（２＋）・・・超電導軸
受、（２２）・・・翼、（２５）　（２９）・・・冷却
ケース、（２７）　（３２）・・・永久磁石、（２８）
　（３３）　（３４）・・・超電導体。以　　上

Claims

【特許請求の範囲】

吸気口および排気口を有するケーシングと、このケーシ
ング内に配設された複数段の翼と、これらの翼に連結さ
れた回転軸と、この回転軸を回転駆動するモータと、こ
のモータを挾んで上記ケーシングと回転軸の間に設けら
れた超電導軸受と、上記吸気口側に配置された低温パネ
ルと、この低温パネルの冷却装置とを備えており、上記
超電導軸受が、上記低温パネルの冷却装置により冷却さ
れるケーシング内の冷却空間内に配置された超電導体と
、この超電導体に対向するように回転軸に取付けられた
永久磁石とからなることを特徴とする高真空ポンプ。