JPH0710492U - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転軸の高速回転を可能としつつ、その高速
回転中に応力集中や材料欠陥等による破損を防止した信
頼性の高いターボ分子ポンプを提供する。 【構成】 回転軸２を径方向に支持しつつ軸心回りに回
転させるモータ複合型磁気軸受３を上記回転軸２の外周
面側に設ける。モータ複合型磁気軸受３は回転軸２の一
端側寄りに配置する。このようにモータ複合型磁気軸受
３を配置する場合には、回転軸２の一端側寄りを径方向
に支持する従来のラジアル磁気軸受部を省略し、これに
より回転軸２の長さを短く形成すると共に、回転軸２の
長さが短くなると、回転軸２の固有振動数も高くなるこ
とから、ロータ翼７の重心位置を回転軸側に下げて回転
軸２の固有振動数を高く設定する従来の大径のスカート
部を省略し、これにより内径及び外径が拡大された大径
のモータ複合型磁気軸受を用い、回転軸２の径を大きく
形成する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、回転軸の高速回転を可能としつつ、高速回転中に応力集中や材料 欠陥等による破損が生じるのを防止した信頼性の高いターボ分子ポンプに関する 。

【０００２】

【従来の技術】

従来、この種のターボ分子ポンプは図３に示す如くケーシング５０内に回転可 能に配設された回転軸５１を有し、回転軸５１の周辺にはその軸心線に沿って２ 組のラジアル磁気軸受部５２，５３、アキシャル磁気軸受部５４、及びモータ５ ５が配設されており、一方のラジアル磁気軸受部５２は回転軸５１の一端側寄り を径方向に支持すると共に、他方のラジアル磁気軸受部５３は回転軸５１の他端 側寄りを径方向に支持し、アキシャル磁気軸受部５４は回転軸５１を軸方向に支 持する一方、モータ５５は回転軸５１を軸心回りに回転させるように構成されて いる。

【０００３】 回転軸５１の先端面には筒状のロータ５６が同一軸心状に装着されていると共 に、ロータ５６は回転軸５１の先端面より上位側のロータ本体５６ａと回転軸５ １の先端面より下位側のスカート部５６ｂとから形成されており、スカート部５ ６ｂはロータ本体５６ａより大径かつ一方のラジアル磁気軸受部５２やモータ５ ５を覆い包むように形成されている。

【０００４】 ロータ５６の外周面とケーシング５０の内壁面との間にはロータ翼５７とステ ータ翼５８とが交互に配設されており、ロータ翼５７はロータ５６の外周面に取 り付けられている一方、ステータ翼５８はケーシング５０の内壁面に取り付けら れている。

【０００５】 このようなターボ分子ポンプは回転軸５１と一体にロータ５６を回転させるこ とによりロータ翼５７とステータ翼５８で分子に運動エネルギを与えて分子を排 気する。

【０００６】 なお、ロータ５６のロータ翼５７については、より一層高い排気性能を得るた めには回転軸５１の回転数を可能な限り高く設定するのが好ましいこと、並びに 、回転軸５１の先端にロータ５６やロータ翼５７のような大きな荷重が加えられ た状態ではロータ５６の重心位置が高く回転軸５１の固有振動数が著しく低下す るので低い回転数しか設定することができないことから、ロータ５６の重心位置 を下げ回転軸５１の固有振動数を高く設定し、これにより回転軸５１の高速回転 を可能とするものである。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記のような従来のターボ分子ポンプにあっては、ロータ５６ のスカート部５６ｂはロータ本体５６ａより大径かつ一方のラジアル磁気軸受部 ５２やモータ５５を覆い包むように形成されているため、スカート部５６ｂにお いては回転軸５１の高速回転時における遠心力でロータ本体５６ａに比し大きな 内部応力（周方向応力）が発生することは避けられない。またロータ翼５７の材 料として一般に使用される高張力アルミ合金の材料引張応力は４０kgf/mm² 以上 であるのに対し、遠心力で生じるスカート部５６ｂの内部応力は１５〜２０kgf/ mm² 程度と大きく、これに加え、スカート部５６ｂに応力の集中する部分（例え ばバランス修正用ねじ穴、断面が急変する形状等）が存在すると、材料強度から 許容される安全率が１．５〜３．０程度と小さくなるので、回転軸５１の高速回 転時に応力集中や材料欠陥等によるスカート部５６ｂからの破損が生じ易く、信 頼性に欠ける等の問題点がある。

【０００８】 なお、スカート部５６ｂの外周面にねじ溝を形成した、いわゆる複合型ターボ 分子ポンプは、ねじ溝の部分に応力が集中するので、そのようなねじ溝のない通 常のターボ分子ポンプに比し、回転軸５１の高速回転時に応力集中や材料欠陥等 によるスカート部５６ｂからの破損がより一層生じ易く、信頼性に劣る。

【０００９】 この考案は上述の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、回 転軸の高速回転を可能としつつ、高速回転中に応力集中や材料欠陥等による破損 が生じるのを防止した信頼性の高いターボ分子ポンプを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、この考案は、ケーシング内に回転可能に収納され た回転軸と、この回転軸の外周面側に設置されると共に回転軸とステータ間に生 ずる磁力を利用して回転軸を径方向に支持しつつ軸心回りに回転させるモータ複 合型磁気軸受（例えば特開平2-193547）と、上記回転軸を軸心方向に支持するア キシャル磁気軸受部と、上記回転軸の先端面に装着されたロータと、上記回転軸 の先端面側に位置しかつ上記ロータの外周面に取り付けられたロータ翼と、上記 回転軸の先端面側に位置しかつ上記ケーシングの内壁面に取り付けられたステー タ翼とを具備することを特徴とする。

【００１１】

【作用】

この考案によれば、モータ複合型磁気軸受は回転軸を径方向に支持しつつ軸心 回りに回転させる一方、アキシャル磁気軸受部は回転軸を軸方向に支持する。

【００１２】

【実施例】

以下、この考案に係るターボ分子ポンプの実施例について図１及び図２を用い て詳細に説明する。

【００１３】 図１に示すターボ分子ポンプはケーシング１の内部に回転可能に収納された回 転軸２を有し、回転軸２の外周面側にはモータ複合型磁気軸受３（ベアリングレ スモータとも称されている）及び１組のラジアル磁気軸受部４が設けられており 、モータ複合型磁気軸受３は回転軸２の一端側寄りに配置されていると共に、ラ ジアル磁気軸受部４は回転軸２の他端側寄りに配設されている。いわゆる５軸制 御型磁気軸受の例である。

【００１４】 上記モータ複合型磁気軸受３は回転軸２を径方向に支持する機能と、回転軸２ をその軸心回りに回転させる機能を備える、即ちこのモータ複合型磁気軸受３は 、単に回転軸２をその軸心回りに回転させるだけの従来のモータ（図３参照）と は異なり、従来のモータにはなきラジアル磁気軸受部としての機能を有し、回転 軸２の一端側寄りを径方向に支持するように構成されている。

【００１５】 上記ラジアル磁気軸受部４はラジアル変位センサ４ｂ及びラジアル電磁石４ａ を備えると共に、ラジアル変位センサ４ｂは回転軸２の径方向変位量を検出し、 ラジアル電磁石４ａはラジアル変位センサ４ｂでの検出結果に基き励磁され、か つこの励磁による磁力で回転軸２の他端側寄りを径方向に支持するように構成さ れている。なお、ラジアル変位センサ４ｂとラジアル電磁石４ａの位置関係は逆 でもよい。

【００１６】 上記回転軸２の他端側にはアキシャル磁気軸受部５が設けられていると共に、 アキシャル磁気軸受部５はアキシャル変位センサ５ａ及び円盤状のスラストディ スク５ｂを介して対向する一対のアキシャル電磁石５ｃ，５ｃを備えており、ア キシャル変位センサ５ａは回転軸２の軸方向変位量を検出するように構成されて いる一方、スラストディスク５ｂは回転軸２に一体に固定されており、アキシャ ル電磁石５ｃはアキシャル変位センサ５ａでの検出結果に基き励磁され、かつこ の励磁による磁力でスラストディスク５ｂと一体に回転軸２を軸方向に支持する ように構成されている。

【００１７】 上記回転軸２の先端面には筒状のロータ６が同軸心状に装着されていると共に 、ロータ６の外周面とケーシング１の内壁面との間、即ち回転軸２の先端面側に はロータ翼７とステータ翼８とが交互に配設されており、ロータ翼７はロータ６ の外周面に取り付けられ、ステータ翼８はケーシング１の内壁面に取り付けられ ている。

【００１８】 このようなターボ分子ポンプにおいては、上記の如くモータ複合型磁気軸受３ が回転軸２の一端側寄りを径方向に支持するので、回転軸の一端側寄りを径方向 に支持する従来の一方のラジアル磁気軸受部は不要となり省略されていると共に 、このように省略した分、従来に比し長さの短い回転軸２が適用されているだけ でなく、回転軸２の長さが短くなると、回転軸２の固有振動数も高くなることか ら、ロータ翼の重心位置を回転軸側に下げて回転軸の固有振動数を高く設定する 従来のスカート部は不要となり省略されていると共に、このように省略した分、 内径及び外径が拡大された大径のモータ複合型磁気軸受３が用いられており、こ れにより従来に比し径の大きい回転軸２が適用されている、即ち回転軸２は短く かつ太く形成され、その固有振動数が大幅に高くなるように設けられている。

【００１９】 次に、上記の如く構成されたターボ分子ポンプの動作について図１に基き説明 する。

【００２０】 このターボ分子ポンプによれば、アキシャル磁気軸受部５、ラジアル磁気軸受 部４、及びモータ複合型磁気軸受３を作動させると、アキシャル磁気軸受部５は 回転軸２を軸方向に支持する一方、ラジアル磁気軸受部４は回転軸２の他端側寄 りを径方向に支持し、モータ複合型磁気軸受３は回転軸２の一端側寄りを径方向 に支持しつつ回転軸２を軸心回りに回転させる。

【００２１】 これにより、回転軸２と一体にロータ６が回転すると、ロータ翼７とステータ 翼８との間で分子に運動エネルギを与え、ある排気確率でケーシング１の吸入口 １ａ側から排気口１ｂ側に分子を排気する。

【００２２】 したがって、この実施例のターボ分子ポンプによれば、モータ複合型磁気軸受 で回転軸の一端側寄りを径方向に支持するように構成したため、回転軸の一端側 寄りを径方向に支持する従来のラジアル磁気軸受部が不要となり省略され、この ように省略した分、長さの短い回転軸が適用されるのみならず、回転軸の長さが 短くなると、回転軸の固有振動数も高くなることから、ロータの重心位置を下げ 回転軸の固有振動数を高く設定する従来の大径のスカート部は不要となり省略さ れ、このように省略した分、内径及び外径が拡大された大径のモータ複合型磁気 軸受が用いられ、径の大きな回転軸が適用される、即ち上記回転軸は短くかつ太 く形成され、その固有振動数が大幅に高く設けられるので、回転軸の高速回転が 可能となる。

【００２３】 しかも、この実施例のターボ分子ポンプによると、単に回転軸の高速回転が可 能となるのみならず、その高速回転時における遠心力でロータに比し大きな内部 応力（周方向応力）が発生する従来の大径のスカート部は上記の如く省略される ので、回転軸の高速回転時に応力集中や材料欠陥等によるスカート部からの破損 という不具合はなく、信頼性も向上する。

【００２４】 なお、図１においてモータ複合型磁気軸受３とラジアル磁気軸受部４を入れ替 えた構造でも上記と同様な効果が得られる。

【００２５】 図２はこの考案に係るターボ分子ポンプの他の実施例を示す、いわゆる３軸制 御型磁気軸受の例で、同図に示すターボ分子ポンプの基本的な構成は上記実施例 と同様なため、同一部材には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

【００２６】 このターボ分子ポンプにあっては、回転軸２の外周面側に設置されたモータ複 合型磁気軸受３は、回転軸２の中央付近でかつ回転軸２の重量バランスが釣り合 う位置に配設されていると共に、回転軸２の中央付近をバランスよく径方向に支 持しつつ回転軸２を軸心回りに回転させるように構成されている。

【００２７】 なお、この実施例におけるアキシャル磁気軸受部５は、スラストディスク５ｂ を介してアキシャル電磁石５ｃと対向する部材が電磁石でなく永久磁石５ｄであ り、また、この永久磁石５ｄと吸引する他の永久磁石５ｅがスラストディスク５ ｂに埋設されている点で、上記実施例のアキシャル磁気軸受部５とは異なり、こ のような２組の永久磁石５ｄ，５ｅを具備するアキシャル磁気軸受部５にあって は、アキシャル変位センサ５ａでの検出結果に基きアキシャル電磁石５ｃが励磁 され、かつこの励磁による磁力と永久磁石５ｄ，５ｅの吸引力によりスラストデ ィスク５ｂと一体に回転軸２を軸方向に支持するように構成されている。

【００２８】 このようなターボ分子ポンプにおいては、上記の如くモータ複合型磁気軸受３ が回転軸２の中央付近をバランスよく径方向に支持するので、回転軸の一端側寄 りあるいは他端側寄りを径方向に支持する従来の２組のラジアル磁気軸受部が不 要となり省略されていると共に、このように省略した分、従来に比し長さの短い 回転軸２が適用されているのみならず、回転軸２の長さが短くなると、回転軸２ の固有振動数も高くなることから、ロータの重心位置を下げ回転軸の固有振動数 を高く設定する従来のスカート部は不要となり省略されていると共に、このよう に省略した分、内径及び外径が拡大された大径のモータ複合型磁気軸受３が用い られており、これにより従来に比し径の大きい回転軸２が適用されている、即ち 回転軸２は短くかつ太く形成され、その固有振動数が大幅に高くなるように設け られている。

【００２９】 次に、上記の如く構成されたターボ分子ポンプの動作について図２を基に説明 する。

【００３０】 このターボ分子ポンプによれば、アキシャル磁気軸受部５及びモータ複合型磁 気軸受３を作動させると、アキシャル磁気軸受部５は回転軸２を軸方向に支持す る一方、モータ複合型磁気軸受３は回転軸２の中央付近をバランスよく径方向に 支持しつつ回転軸２をその軸心回りに回転させる。

【００３１】 なお、回転軸２と一体にロータ６が回転すると、ロータ翼７とステータ翼８と の間で分子に運動エネルギを与え、ある排気確率でケーシング１の吸入口１ａ側 から排気口１ｂ側に分子を排気することは上記実施例と同様である。

【００３２】 したがって、この実施例のターボ分子ポンプによれば、モータ複合型磁気軸受 で回転軸の中央付近をバランスよく径方向に支持するように構成したため、回転 軸の一端側寄り又は他端側寄りを径方向に支持する従来の２組のラジアル磁気軸 受部が不要となり省略され、このように省略した分、長さの短い回転軸が適用さ れるのみならず、回転軸の長さが短くなると、回転軸の固有振動数も高くなるこ とから、ロータの重心位置を下げ回転軸の固有振動数を高く設定する従来の大径 のスカート部は不要となり省略され、このように省略した分、内径及び外径が拡 大された大径のモータ複合型磁気軸受が用いられ、径の大きな回転軸が適用され る、即ち上記回転軸は短くかつ太く形成され、その固有振動数が大幅に高く設け られるので、回転軸の高速回転が可能となる。

【００３３】 しかも、この実施例のターボ分子ポンプによると、単に回転軸の高速回転が可 能となるのみならず、その高速回転時における遠心力でロータに比し大きな内部 応力（周方向応力）が発生する従来の大径のスカート部は上記の如く省略される ので、回転軸の高速回転時に応力集中や材料欠陥等によるスカート部からの破損 という不具合はなく、信頼性も向上する。

【００３４】 なお、上記実施例ではロータの外周面にロータ翼のみを設けた、いわゆる全翼 タイプのターボ分子ポンプについて説明したが、この考案はロータの外周面にロ ータ翼の他、ねじ溝を形成した、いわゆる複合型ターボ分子ポンプに適用しても よい。

【００３５】

【考案の効果】

この考案に係るターボ分子ポンプにあっては、上記の如く回転軸の外周面側に 設置されると共に回転軸を径方向に支持しつつ軸心回りに回転させるモータ複合 型磁気軸受を具備する、即ちモータ複合型磁気軸受で回転軸を径方向に支持する ように構成したため、回転軸を径方向に支持する従来のラジアル磁気軸受部は不 要となり省略され、このように省略した分、長さの短い回転軸が適用されるのみ ならず、回転軸の長さが短くなると、回転軸の固有振動数も高くなることから、 ロータの重心位置を下げ回転軸の固有振動数を高く設定する従来の大径のスカー ト部は不要となり省略され、このように省略した分、内径及び外径が拡大された 大径のモータ複合型磁気軸受が用いられ、径の大きな回転軸が適用される、即ち 上記回転軸は短くかつ太く形成され、その固有振動数が大幅に高く設けられるの で、回転軸の高速回転が可能となる。

【００３６】 しかも、この考案に係るターボ分子ポンプによれば、単に回転軸の高速回転が 可能となるのみならず、その高速回転時における遠心力でロータに比し大きな内 部応力（周方向応力）が発生する従来の大径のスカート部は上記の如く省略され るので、回転軸の高速回転時に応力集中や材料欠陥等によるスカート部からの破 損という不具合はなく、信頼性も向上する。また、軸受はすべて非接触の磁気軸 受を使用しているため、ポンプ内部はオイルフリー（潤滑油がない）であり、清 浄な真空を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案に係るターボ分子ポンプの一実施例を
示す断面図。

【図２】この考案に係るターボ分子ポンプの他の実施例
を示す断面図。

【図３】従来のターボ分子ポンプの断面図。

【符号の説明】

２ 回転軸 ３ モータ複合型磁気軸受 ５ アキシャル磁気軸受部 ６ ロータ ７ ロータ翼 ８ ステータ翼

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング内に回転可能に収納された回
   転軸と、この回転軸の外周面側に設置されると共に回転
   軸を径方向に支持しつつ軸心回りに回転させるモータ複
   合型磁気軸受と、上記回転軸を軸心方向に支持するアキ
   シャル磁気軸受部と、上記回転軸の先端面に装着された
   ロータと、上記回転軸の先端面側に位置しかつ上記ロー
   タの外周面に取り付けられたロータ翼と、上記回転軸の
   先端面側に位置しかつ上記ケーシングの内壁面に取り付
   けられたステータ翼とを具備することを特徴とするター
   ボ分子ポンプ。