JPH04339195A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気軸受装置に支承さ
れたターボ分子ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の５軸制御形磁気軸受を用いたター
ボ分子ポンプの一例が図５に示されている。このターボ
分子ポンプは羽根車１、ステータ２、羽根車１と一体化
した軸１ａを含み、該軸１ａの中間部にはモータ１２が
設けられている。そして、半径方向軸受として能動形磁
気軸受３、４が設けられ、軸方向軸受として能動形磁気
軸受５、６が設けられている。なお、図５中の符号１０
、１１は非常用軸受である。

【０００３】明確には図示されていないが、この様な５
軸制御形磁気軸受では半径方向磁気軸受が４軸、軸方向
磁気軸受が１軸設けられている。

【０００４】また、図６に示すような１軸制御の磁気軸
受装置を備えたターボ分子ポンプも提案されている。図
６の磁気軸受装置は半径方向軸受として受動安定形磁気
軸受１３と、軸方向軸受である能動形磁気軸受５、６と
を備えており、且つ図５の５軸制御形磁気軸受と同様に
非常用軸受１０、１１も備えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図５の５軸制
御形磁気軸受の場合には、制御すべき軸の数が多いこと
から製造コストが高く、制御そのものが複雑でその分だ
け信頼度が低くなってしまう。

【０００６】一方、図６の１軸制御形磁気軸受の場合に
は、軸方向制御軸受５、６が回転体の羽根車１と反対側
の軸端付近に位置しているため、メンテナンスその他で
羽根車１を取り出すためには軸方向磁気軸受５、６、非
常用軸受１１等を分解しなくてはならなかった。さらに
、高真空側に非常用軸受が作動した場合に発生する粉塵
等の不純物が逆流してしまい不都合であった。

【０００７】本発明は上記した従来技術の問題点に鑑み
て提案されたもので、制御軸数が最も少なく、分解組立
が容易で、高真空側を汚染する心配が無く、且つ安定性
を可能な限り向上したターボ分子ポンプの提供を目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のターボ分子ポン
プは、羽根車と軸とモータからなる回転部と、軸と羽根
車の間に位置する固定部とを含み、回転体及び固定部に
永久磁石を持っている受動安定半径方向磁気軸受を備え
、軸方向には能動形磁気軸受を軸方向制御磁気軸受とし
て配置し、前記受動安定半径方向磁気軸受は、軸方向に
着磁されたリング状の永久磁石を半径方向に対向させて
回転体及び固定部のそれぞれに同心円状に配置し、該磁
石の対を軸方向に微小な間隔を空けて複数対配置し、回
転体に配置された永久磁石と固定部に配置された永久磁
石とは軸方向に微小に偏寄して配置することにより構成
されており、前記受動安定半径方向磁気軸受は軸方向の
異なる位置に少なくとも二つ備えられており、羽根車と
軸の付根に近い側に配置された受動安定半径方向磁気軸
受を構成する永久磁石対の数よりも羽根車に遠い側に配
置された受動安定半径方向磁気軸受を構成する永久磁石
対の数の方が多く、非常用軸受は高真空側に配置せず羽
根車に近い側の非常用軸受を軸方向制御磁気軸受近傍に
配置し、回転体の軸部直径を前記非常用軸受の内径より
小さくして、羽根車と軸の付根に近い側に配置された受
動安定半径方向磁気軸受は羽根車の基部近傍で回転部内
周面と固定部外周面に配置され、羽根車に遠い側に配置
された受動安定半径方向磁気軸受は回転軸の下方端部近
傍で回転軸外周面と固定部内周面に配置され、前記モー
タは受動安定半径方向磁気軸受の間に位置している。

【０００９】本発明の実施に際して、軸方向制御磁気軸
受の電磁石を低真空側の羽根車と軸の付け根部分に配置
するのが好ましい。

【００１０】また、前記受動安定半径方向磁気軸受の中
の少なくとも一つには、半径方向振動の減衰機構及び軸
方向の動きは固定するが半径方向には可動な滑り機構を
持つ半径方向磁気軸受支持手段を設けるのが好ましい。

【００１１】

【作用】上記した様な構成を有する本発明によれば、前
記モータは受動安定半径方向磁気軸受の間に位置してい
るので、モータの不安定力による半径方向の不安定が低
減され、半径方向の安定性が向上する。

【００１２】また、羽根車と軸の付根に近い側に配置さ
れた受動安定半径方向磁気軸受は羽根車の基部近傍で回
転部内周面と固定部外周面に配置されているので、羽根
車に近い側の非常用軸受を軸方向制御磁気軸受近傍に配
置して、しかも受動安定半径方向磁気軸受間の長さ（ス
パン）を短くすることが出来るため、ターボ分子ポンプ
を小形化できる。また、受動安定半径方向磁気軸受自体
は構造的にさほど強くはないが、羽根車の基部近傍に設
けることによりその強度も向上している。

【００１３】また本発明では、羽根車と軸の付根に近い
側に配置された受動安定半径方向磁気軸受を構成する永
久磁石対の数よりも羽根車に遠い側に配置された受動安
定半径方向磁気軸受を構成する永久磁石対の数の方が多
いが、これは永久磁石の体積及び半径方向寸法の差異と
、それ等に基づく剛性の差異を考慮したものである。 その結果、軸の傾き方向の不安定力が減少して且つ軸受
のレイアウトの自由度が増加するのである。

【００１４】本発明によれば、高真空側に非常用軸受を
配置しない構造とすることが出来るので、非常用軸受が
作動した場合に発生する粉塵等の不純物が高真空側に逆
流するという不都合が防止される。

【００１５】これに加えて本発明によれば、制御軸数の
少ない磁気軸受を含んだターボ分子ポンプが構成される
。それと共に、ターボ分子ポンプの分解組立を容易にし
て分解組立時の手間を減少させることが出来、且つ分解
組立時に発生し易い制御コイルの断線などの事故を防ぐ
ことが出来る。

【００１６】ここで、本発明のターボ分子ポンプにおい
て、少くとも一対の前記永久磁石の対に、半径方向振動
を減衰する減衰機構を設け、該減衰機構を設けた磁石対
に、軸方向の動きは固定するが半径方向には可動な滑り
機構を持つ半径方向磁気軸受支持手段を備えれば、半径
方向の振動が好適に制御され、回転体が半径方向の振動
を発生した場合にこれを減衰させることが出来る。

【００１７】

【実施例】以下、図１を参照して、本発明の実施例を説
明する。

【００１８】図１は本発明の実施例を簡略化して示した
ものである。ここで、図５及び図６に示す部材と同一の
部材には、同一の符号が付されている。

【００１９】回転軸１ａの半径方向（矢印Ｒで示す）磁
気軸受（永久磁石群より構成されている）２０、２４は
、永久磁石の反発力を利用した受動安定形として構成さ
れている。そして、該受動形磁気軸受２０、２４をそれ
ぞれ構成する永久磁石群は符号２１、２２及び２５、２
６で示されている。これらの永久磁石群２１、２２、２
５、２６において発生する軸方向（矢印Ｖ）の力は、能
動形軸方向磁気軸受２７の電磁石で制御して安定化され
る様になっている。

【００２０】受動安定形の半径方向磁気軸受２０、２４
の永久磁石２１、２２、２５、２６の位置関係は以下の
通りである。すなわち、羽根車１側に取り付けられた永
久磁石２１は、ステータ２側に取り付けられた永久磁石
２２に対して微小量だけ上方へ偏寄されている。同様に
、回転軸１ａ側に取り付けられた永久磁石２５も、ステ
ータ２側に取り付けられた永久磁石２２に対して微小量
だけ上方へ偏寄されている。そして上方へ偏寄すること
により、該永久磁石２１、２２及び２５、２６同士の反
発力に基づき、回転軸１ａには常に軸方向Ｖ上方への力
が作用するのである。

【００２１】なお明確には図示されていないが、軸受２
０、２４を構成する永久磁石２１、２２、２５、２６に
おいて軸方向Ｖにおいて隣接する磁石間には微小な隙間
が設けられている。また、該隣接する磁石の面同士の極
性は同一となる様に配置されている。

【００２２】能動形の軸方向磁気軸受２７は羽根車１と
軸１ａとの接続部分近傍に配置されている。ここで、符
号２７ａは該軸受における電磁石のコイルを示している
。コイル２７ａに流れる電流を図示しない制御手段によ
り制御すれば、能動形の軸方向磁気軸受の軸方向の力が
制御される。そして、この制御された軸方向の力と、前
述の半径方向磁気軸受２０、２４の永久磁石群２１、２
２、２５、２６において発生する軸方向の力とにより、
軸方向制御が行われるのである。

【００２３】作動に際して、軸方向の変位が検出器９に
より検出されて図示しない制御手段に出力され、該制御
手段はその変位に対応した電流をコイル２７ａに流すの
である。

【００２４】ここで、回転軸１ａ及び羽根車１が回転す
ると、その遠心力は矢印ＳＷで示す様な方向に羽根車１
を変形する様に作用する。従って、羽根車１の内周面と
ステータ２の外周面に配置されている受動形半径方向磁
気軸受２０の取り付け位置が余り下側であると、羽根車
１に作用する遠心力が該軸受２０（の永久磁石２１）の
分だけ増加してしまう。その場合、符号ＷＰで示す様な
位置に応力集中が発生してその部分を破損する恐れがあ
る。

【００２５】これに対して図１の実施例では、受動形半
径方向磁気軸受２０が羽根車１の基部近傍に配置されて
いるので、前記遠心力が過度に増加することが無い。

【００２６】また図１から明らかな様に、受動形半径方
向磁気軸受２０を構成する永久磁石２１、２２の個数（
３個）に比較して、受動形半径方向磁気軸受２４を構成
する永久磁石２５、２６の個数（８個）の方が遥かに多
い。これは、次の様な理由による。

【００２７】図２は従来のターボ分子ポンプにおける回
転軸１ａと、重心Ｇと、受動形半径方向磁気軸受１７、
１８との位置関係を簡略化して示すものである。図２か
ら明らかな様に、従来のターボ分子ポンプは重心Ｇを中
心として軸受１７、１８が略々上下対称に配置されてい
る。これは、半径方向（回転軸１ａと直交する方向）の
みならず傾き運動についても安定化しようとする趣旨で
ある。しかし、この様な配置にすると全体に縦長の形状
となり、レイアウトの自由度が小さいという問題があっ
た。

【００２８】これに対して、発明者等は種々検討の結果
、重心Ｇを中心として上下対称のレイアウトに限定しな
くても、半径方向及び傾き運動について安定化すること
が出来る旨を見出だした。本発明においては受動形半径
方向磁気軸受２０を上述した通り配置した結果、図３で
示す様に該軸受２０は重心Ｇに近接して配置されること
になる。しかし、下式（１）の条件を満たす様な位置に
おいて、式（２）の関係を満たす受動形半径方向磁気軸
受２４を設ければ、半径方向及び傾き運動について安定
化できるのである。図４で示す様な配置とした場合も同
様である。

【００２９】 　　（Ｌ１　２　＋Ｌ２　２　）／（Ｒ１　２　＋Ｒ２
　２　）≧π／２…（１）ＫＲ２≧ＫＲ１（但、ＫＲ１
は軸受２０の半径方向剛性、ＫＲ２は軸受２４の半径方
向剛性）…（２）図１の実施例では、受動形半径方向磁
気軸受２４を図１で示す様な位置に配置して、且つそれ
を構成する永久磁石の個数を軸受２０よりも多くするこ
とにより、式（１）、（２）を充足して、半径方向及び
傾き運動について安定化しているのである。そして、重
心Ｇを中心とした上下対称としなくても良いので、レイ
アウトの自由度が飛躍的に増大する。

【００３０】さらに、図１の実施例では受動形半径方向
磁気軸受２０、２４はモータ１２を挟んで配置している
ので、モータ１２の不平衡力に起因する不安定が有効に
抑制される。

【００３１】再び図１において、能動形軸方向磁気軸受
２７の下方には非常用軸受１０が配置されている。一方
、回転軸１ａの羽根車１とは反対側（図１では下側）の
端部には、非常用軸受１１が配置されている。そして、
非常用軸受１０の内径は回転軸１ａの直径（外径）より
も大きく設定されている。

【００３２】従って、羽根車１及び回転軸１ａを含む回
転部を引き抜く場合であっても、非常用軸受１０と当る
ことがない。そのため、簡単に回転部を引き抜くことが
できて、分解組立を容易に行える。

【００３３】さらに、非常用軸受１０及び１１が低真空
側に配置されているので、非常用軸受１０及び１１が作
動しても、高真空側の汚染を防ぐことができる。

【００３４】半径方向受動安定形磁気軸受２４において
、ステータ２側の永久磁石群２６の保持具２９は、軸方
向Ｖには固定されているが半径方向Ｒには滑動自在であ
り且つ減衰作用を奏する様な機構３０で支持されている
。この様な機構３０を設けることにより、軸１ａの回転
中に発生する半径方向振動を抑え、安定に運転すること
ができる。

【００３５】ここで、軸方向Ｖには固定され半径方向Ｒ
には滑動自在であるような機構３０を構成する部材とし
ては、例えばスライドベアリングやテフロンのような滑
りの良いものが考えられる。これ等は微小な摩擦を持っ
ているため、半径方向Ｒのエネルギーを吸収して、その
振動を減衰させる効果もある。

【００３６】

【発明の効果】本発明の作用効果を以下に列挙する。

【００３７】（１）　　軸受のレイアウトの自由度が増
加する。

【００３８】（２）　　制御コイルを一つだけ持ち、軸
方向の位置のみを制御する様になっているので、制御軸
方向が一軸方向のみであり、制御軸が多くなることによ
る各種の不利益が全て防止される。

【００３９】（３）　　高真空側の汚染を防ぐことがで
きる。

【００４０】（４）　　回転軸及び羽根車を取り外すの
が極めて容易であり、分解も容易である。

【００４１】（５）　　減衰手段を設けることにより、
半径方向の振動が生じたとしても対処できる。従って、
回転の安定性が保証される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の断面正面図。

【図２】従来のターボ分子ポンプの回転軸、重心、軸受
の配置関係を示す図。

【図３】図１のターボ分子ポンプの回転軸、重心、軸受
の配置関係を示す図。

【図４】ターボ分子ポンプの回転軸、重心、軸受の配置
関係の他の例を示す図。

【図５】従来技術を示す正面図。

【図６】その他の従来技術を示す正面図。

【符号の説明】

１・・・羽根車 １ａ・・・回転軸 ２・・・ステータ ３、４・・・半径方向能動形磁気軸受 ５、６、２７・・・軸方向能動形磁気軸受７、８・・・
半径方向変位検出器 ９・・・軸方向変位検出器 １０、１１・・・非常用軸受 １２・・・モータ １３、２０、２４・・・受動形半径方向磁気軸受１５・
・・非常用軸受保持具 １６・・・ケーシング ２１、２２、２５、２６・・・受動形半径方向磁気軸受
の磁石群 ２７ａ・・・軸方向能動形磁気軸受のコイル３０・・・
減衰機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　羽根車と軸とモータからなる回転部と
   、軸と羽根車の間に位置する固定部とを含み、回転体及
   び固定部に永久磁石を持っている受動安定半径方向磁気
   軸受を備え、軸方向には能動形磁気軸受を軸方向制御磁
   気軸受として配置し、前記受動安定半径方向磁気軸受は
   、軸方向に着磁されたリング状の永久磁石を半径方向に
   対向させて回転体及び固定部のそれぞれに同心円状に配
   置し、該磁石の対を軸方向に微小な間隔を空けて複数対
   配置し、回転体に配置された永久磁石と固定部に配置さ
   れた永久磁石とは軸方向に微小に偏寄して配置すること
   により構成されており、前記受動安定半径方向磁気軸受
   は軸方向の異なる位置に少なくとも二つ備えられており
   、羽根車と軸の付根に近い側に配置された受動安定半径
   方向磁気軸受を構成する永久磁石対の数よりも羽根車に
   遠い側に配置された受動安定半径方向磁気軸受を構成す
   る永久磁石対の数の方が多く、非常用軸受は高真空側に
   配置せず羽根車に近い側の非常用軸受を軸方向制御磁気
   軸受近傍に配置し、回転体の軸部直径を前記非常用軸受
   の内径より小さくして、羽根車と軸の付根に近い側に配
   置された受動安定半径方向磁気軸受は羽根車の基部近傍
   で回転部内周面と固定部外周面に配置され、羽根車に遠
   い側に配置された受動安定半径方向磁気軸受は回転軸の
   下方端部近傍で回転軸外周面と固定部内周面に配置され
   、前記モータは受動安定半径方向磁気軸受の間に位置し
   ていることを特徴とする磁気軸受装置に支承されたター
   ボ分子ポンプ。