JPH0436278B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はターボ分子真空ポンプ（turbo−
molecular vacuum pumps）であつて、ロータ
の４つの半径方向自由度が永久磁石による径方向
ベアリングにより安定化され、かつ軸方向の自由
度が乾燥作用（dry−running）機械スラストベ
アリングによつて支持されたターボ分子真空ポン
プのための磁石ベアリング装置に関する。この軸
方向ベアリング装置は、ロータの軸方向位置が或
る位置にロータのベアリング力がいつも所定の値
以下に維持されるようにして保持される。

そのようなベアリング装置は公開されたドイツ
国明細書第2825551号に記載されている。このケ
ースにおいては、半径方向の自由度は制御さない
電磁石径方向ベアリングにより固定される。これ
らの径方向ベアリングは、回転および非回転部分
に半径方向に磁界を有する関係で取付けられた永
久磁石による補助アセンブリよりなる。しかしな
がら、このタイプのベアリング装置は、軸方向に
おいて不安定な釣合い位置を生ぜしめる。それ
故、もしロータが軸方向に不安定な釣合い位置か
らわずかでも外れたならば、さらに釣合い位置か
ら外れる力が生ずる。これらの力はロータの釣合
い位置からのロータの距離によつて増大し、従つ
てロータはその重量の数倍の力でスラストベアリ
ング装置に圧力を加える。ドイツ国明細書第
2825551号はいかにしてそれらの力が所定値以下
に維持されるかを記述している。

それらの力の大きさは力測定装置により決定さ
れる。もしこれらの力が或る値を超えれば、その
時はロータを不安定な釣合い点付近に保持しそれ
により軸方向にベアリング力が所定値を超えない
ように作動する制御機構がセツトされるようにな
つている。この形式の取付構造は上記ドイツ国明
細書において３つの異つた実施例として記載され
ているが、実際的な応用において次の重要な欠点
を有する。

(a) ロータの軸方向位置は電気的な位置測定装置
により記録される。ロータが所定範囲内の不安
定な釣合い位置内にあるときは接点が閉じられ
ているが、ロータがこの所定の軸方向位置から
一方又は他方に外れるや否や上記接点は開かれ
る。この装置は、ターボ分子ポンプにおいて普
通である高速回転において、接点の形成が非常
に不確実であり、従つて明確な制御信号が得ら
れないという欠点を有する。加えて、高真空側
に必要とされる制御ギヤは大きなスペースを占
め、このため内部でポンプの入力容量をかなり
減少させるので非常に破壊的である。

(b) ロータの軸方向位置はロータ両側の力測定装
置により決定されかつロータ両側にある同様な
コントロールギヤにより制御される。この構成
は次の欠点を有する。

ターボ分子ポンプは最終的な高真空を得るた
めに一般に加熱される。この加熱の結果として
ハウジングが膨張する。機械的スラストベアリ
ングの非回転部はハウジングに剛接されている
ので、ベアリング面とスラストベアリング内の
ロータ軸受との間の隙間は拡がる。もしもロー
タが機械的スラストベアリングの上方ベアリン
グ面に対し押圧されていれば、調整作用が生じ
て拡がりが補償される。一方、もしロータが機
械的スラストベアリングの下方ベアリング面に
対し押圧されていれば、このとき上方ベアリン
グ面がハウジングの膨張の結果ロータから離れ
るように移動し、この場合所定の力に到らない
ので調整作用が起らない。そしてもし、例えば
シヨツクの結果としてロータが機械的スラスト
ベアリングの他方側にジヤンプすると、それは
釣合いの不安定位置から大きく離れた所定の制
限範囲外位置にあり、その結果受認できない程
大きなベアリング力が生ずる。他の欠点は(a)の
場合のように高真空側でのコントロールギヤの
大きなスペースの必要性である。

(c) 高真空側でのコントロールギヤのこれらの欠
点を除去するために、上記ドイツ国明細書には
高真空側にギヤの無い別の装置を提案してい
る。該ケースでは、下方の機械的スラストベア
リングの軸受けが数ミリメートルの大きさの摩
耗を受ける。これはもし装置が適切に設計され
ていれば受入れられる。しかしながら、上方ベ
アリングの摩耗は釣合いの不安定位置からの片
寄りを意味する。これは次の例が示すように極
めて重要である。軸方向の不安定な剛性が
300n／mmで所定のベアリング力が1Nでは、釣
合いの不安定位置からのロータの片寄りは１／
300mmより大きくあつてはいけない。これはよ
り大きな片寄りがすると、ロータ軸受けの寿命
が非常に制限されることを意味する。

従つて、本発明は、高真空側にコントロールギ
ヤのないターボ分子ポンプにおいてて、上方すな
わち高真空側の機械的スラストベアリングの軸受
けが磨耗を受けてもロータを釣合いの不安定位置
から所定の制限範囲内に再調整できるようにした
ターボ分子ポンプを提供することを目的とする。

本発明によれば、ロータを装着するためのマグ
ネツトベアリング（passive magnet bearings）
を備えたターボ分子ポンプであつて、該マグネツ
トベアリングは半径方向に安定で軸方向には不安
定であり、機械的スラストベアリングが軸方向に
作用しており、力測定装置が機械的ベアリングに
かかる力を測定し、コントロールギヤが機械的ベ
アリングにかゝる力を所定値以下に維持するよう
に力測定装置に応答作動してロータを不安定な軸
方向位置付近に保持するようになつており、マグ
ネツトベアリングの保持手段とポンプのステータ
とはハウジング内を移動し得る一つの構造的ユニ
ツトを形成しており、一方のスラストベアリング
は構造的ユニツトと一諸に可動なエレメントに対
し調整可能であり、他のスラストベアリングはハ
ウジングにより支持されており、コントロールギ
ヤは力測定装置に応答してハウジングに対して構
造的ユニツトをそして構造的ユニツトに対して上
記一方のスラストベアリングを調整するために設
けられているターボ分子ポンプが提案される。

本発明は上記のように構成されているので、コ
ントロールギヤにより構造的ユニツトに対する一
方のスラストベアリングの軸方向位置を調整する
ことにより一方のベアリングの軸力を調整するこ
とができ、また構造的ユニツトをハウジングに対
し相対移動することにより他方のスラストベアリ
ングの軸力を調整することができるので、いずれ
のスラストベアリングが磨耗を受けてもロータを
釣合いの不安定位置から所定の制限範囲内に再調
整することができる。

本発明の好適な例では、ロータを機械的スラス
トベアリングの２つの接触面と周期的かつ交互に
接触させるように該ロータに短い軸力インパルす
なわち軸方向衝撃力を与える電磁装置を設けるこ
とができ、これによりロータの軸方向位置の絶え
間ない記録および調整が可能となる。

以下、本発明は本発明による電磁装置されたタ
ーボ分子ポンプ例を示す図面に関連して詳細に説
明する。

ターボ分子ポンプのハウジング１にはロータ２
が装着されている。上方の永久磁石半径方向ベア
リングの非回転部３は上方のマグネツトベアリン
グ保持手段１５に固定されている。これに向い合
つているのはマグネツトベアリングの回転部４で
ある。相応して、下方のマグネツトベアリング保
持手段は２１で示され、マグネツトベアリングの
非回転部は５で示され、下方の永久磁石半径方向
ベアリングの回転部は６で示されている。機械的
スラストベアリングは回転軸受７，９とベアリン
グ面８，１０を有する。駆動はロータ１１とステ
ータ１２を有する電動モータにより行われる。ス
テータ１２は保持手段１９に固定されている。機
械的スラストベアリングの非回転部８，１０上の
ロータのベアリング力は力測定装置１３，１４に
より検出される。１６，１７はステータデイスク
をブリツジさせるリングを示す。上方のマグネツ
ト保持手段１５、外周をリング１６，１７により
形成されたポンプステータ、リング１８、ステー
タのための保持手段１９、リング２０および下方
のマグネツトベアリング保持手段２１は、ハウジ
ング１内で移動し得る構造的ユニツトを形成して
いる。この構造的ユニツトはばね２５により一体
に保持されている。これらのばねの最初の張力
は、マグネツトベアリングの軸方向不安定性によ
つてつくられる最大可能性力の数倍でなければな
らず、そうでなければ構造的ユニツトはマグネツ
ト力によつて分離されてしまう。構造的ユニツト
の変位はピン２８、サポートとして作用する底部
２９を介してギヤ２３により行われる。

ギヤ２３と下方のマグネツトベアリング保持手
段２１との間でピン２８にプラツトフオーム２２
が固定されている。該プラツトフオームは、構造
的ユニツトに関して、下方の機械的スラストベア
リングのベアリング面１０を有する力測定装置１
４を調整可能なギヤ２４を支持している。ホイル
蒸気がギヤ室から真空スペースに入入り込むのを
阻止するために、ギヤ室はベローズ２６，２７に
より真空スペースから分離されている。

可動コイル３０と半径方向磁界を有する永久磁
石３１とからなる装置が、所定の間隔でロータに
短い軸力インパルスを与える。この軸力インパル
スは交互に短くスイツチオンされる電磁石によつ
て同様につくられる。

ギヤ２３は力測定装置１３により、そしてギヤ
２４は力測定装置１４によりコントロールされ
る。もしも、例えば力測定装置１３の力が大きす
ぎるときは、ギヤ２３は構造的ユニツトと下方の
プラツトフオームに結合された部品を上方のベア
リングに向つて変位させる。これは他の部品に対
するロータに下方への相対的移動に対応し、軸力
の減少へ導く。この作用は所定の力以下になる迄
持続する。

もしも、下方の力測定装置１４の力が大きすぎ
るときは、ギヤ２４によりベアリング面１０が前
向きに移動され、これによりロータが上方に移動
されて力が減少される。もしも双方の力測定装置
が大きすぎる力を示しているときは、２つのギヤ
が反対方向に回転し、機械的スラストベアリング
のベアリング面が離れるように駆動されて解設さ
れる。

例えばハウジングの熱膨張によつて、ロータの
軸受とベアリング面との間で機械的スラストベア
リングに空隙があるとすれば、この状態は第１に
コントロール手段によつて検出されない。パルス
発生器が所定時間間隔で交互に可動コイル３０に
正負の電流パルスを伝える。該パルスは電磁装置
により軸方向におけるロータへの軸力インパルス
に変換される。もしロータがベアリング面の一方
と接触していなければ、このとき対応するインパ
ルスによつて、ロータは該ベアリング面へジヤン
プし調整が行われるようになる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明によるターボ分子ポンプの一例を示
す断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロータを装着するためのマグネツトベアリン
   グを備え、該マグネツトベアリングは半径方向に
   安定でかつ軸方向に不安定であり、機械的スラス
   トベアリングが軸方向に作用しており、機械的ス
   ラストベアリングにかゝる力を測定するための力
   測定装置が設けられ、機械的スラストベアリング
   に作用する力が所定レベル以下に維持されるよう
   にロータを不安定な軸方向位置付近に保持すべく
   コントロールギヤが力測定装置に応答して作動可
   能な高真空側にコントロールギヤのないターボ分
   子ポンプにおいて、マグネツトベアリングの保持
   手段とポンプステータとがハウジング内を移動可
   能な構造的ユニツトを形成しており、一方のスラ
   ストベアリングは構造的ユニツトと一緒に可動な
   エレメントに対し調整可能であり、他方のスラス
   トベアリングはハウジングにより支持され、コン
   トロールギヤがハウジングに対し構造的ユニツト
   をそして該構造的ユニツトに対し前記一方のスラ
   ストベアリングを調整すべく力測定装置に応答す
   るように設けられているターボ分子ポンプ。 ２ ロータに短い軸力インパルスを与える電磁装
   置が設けられている特許請求の範囲１のポンプ。 ３ ポンプはロータ軸を垂直にして設けられ、前
   記一方のスラストベアリングは下方のスラストベ
   アリングであり、かつ前記他方のスラストベアリ
   ングが上方のスラストベアリングである特許請求
   の範囲１又は２のポンプ。 ４ コントロールギヤはポンプの高真空側と反対
   側の部分に配置されている特許請求の範囲１乃至
   ３のいずれかによるポンプ。 ５ コントロールギヤが真空領域の外側に配置さ
   れている特許請求の範囲１乃至４のいずれかによ
   るポンプ。 ６ 電磁装置により所定の時間間隔でロータに軸
   方向に正負の力インパルスが交互にかけられる特
   許請求の範囲２乃至５のいずれかによるポンプ。 ７ 電磁装置は可動コイルと半径方向磁界を有す
   る永久磁石システムとからなる特許請求の範囲２
   又は６のポンプ。