JPH0968190A

JPH0968190A - ターボ分子ポンプ

Info

Publication number: JPH0968190A
Application number: JP22232195A
Authority: JP
Inventors: Toyohisa Hirata; 豊久平田
Original assignee: Seiko Seiki KK
Current assignee: Seiko Seiki KK
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1997-03-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ターボ分子ポンプにおける回転翼の振れを抑
制し、回転翼の破損を防ぐ。【解決手段】ステータ翼１８の内周面と、各ロータ翼
１４１ａの間に位置するロータ翼体１４の外周面のそれ
ぞれに、互いに同極の磁極を対向させたリング形状の永
久磁石を設ける。また、ステータ翼１８の下部に設けら
れたネジ溝部１９と、ロータ翼体１４の下部を構成する
円筒部１４２の外周にも、互いに同極の磁石を対向させ
たリング形状の永久磁石をそれぞれ設ける。そして、こ
れらの永久磁石によって、ロータ翼体１４は直接磁力に
よって支持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターボ分子ポンプに係
り、例えば、回転翼が固定された軸部分を磁気軸受で支
持するターボ分子ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置や電子顕微鏡等の真空装
置として、ターボ分子ポンプがある。ターボ分子ポンプ
は、その回転部分である回転翼と、ケーシング側に設け
られた固定翼とを有している。回転翼では、放射状に複
数枚形成されたブレード（羽根）が複数の段に渡って設
けられている。また、固定翼においても、同様なブレー
ドが複数の段に渡り設けられ、この固定翼のブレードと
回転翼のブレードは、若干の隙間を有して交互に配置さ
れている。そして、回転翼が固定翼に対して回転し、回
転翼と固定翼のブレード間で分子流領域となることで、
軸方向に気体の吸引するようになっている。

【０００３】回転翼の回転は、その中心軸上に固定され
た回転軸にモータのトルクが伝達されることで行われる
ようになっている。また、回転翼は、非常に高速で回転
させる必要があるため、近年では、その回転軸を支持す
る軸受として磁気軸受が使用されるようになっている。

【０００４】磁気軸受を有するターボ分子ポンプでは、
回転軸に対して磁力を作用させる電磁石と、回転軸の変
位を検出する変位センサとが固定側に設けられ、変位セ
ンサの検出値を基に、電磁石の励磁電流がフィードバッ
ク制御されることで、回転軸が所定の浮上位置となるよ
うに磁力によって支持される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ターボ分子ポ
ンプでは、回転軸よりも回転翼が外周に位置し、両者間
には一定の距離があるため、特に回転軸に傾きが生じた
場合等には、回転軸での変位に比して、回転翼での変位
の方が非常に大きくなることがある。従って、磁気軸受
式ターボ分子ポンプのように、回転軸の変位を基準に位
置制御を行うのみでは、回転軸の変位に対しては精度良
く位置制御ができても、回転翼の位置制御の精度が悪く
なることがあった。例えば、回転時には、回転軸自体に
振れがほとんど発生していない場合でも、回転翼に振れ
が発生することがあった。

【０００６】また、回転時にブレードが弾性変形して、
振れる（ばたつく）こともあった。以上のような回転時
の振れは、回転翼と固定翼とが接触し、両者が破損する
虞れがあるので、従来では、この回転翼の振れを抑制す
ることが重要な技術的課題であった。

【０００７】そこで、本発明は、回転翼の振れを抑制す
ることができるターボ分子ポンプを提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、ケーシングの内面に多段に固定された複数枚の固定
翼と、モータからのトルクが伝達される回転軸と、この
回転軸の軸受けと、前記回転軸に固定され、前記固定翼
の間に配置された複数枚の回転翼と、この回転翼側と前
記固定翼側に同一の磁極を対向配置して前記回転翼の振
れを抑制する回転翼抑制手段と、をターボ分子ポンプに
具備させて前記目的を達成する。

【０００９】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載のターボ分子ポンプにおいて、前記回転翼抑制手段
を、前記回転翼と前記固定翼に、永久磁石の同極を対向
配置して構成する。請求項３に記載の発明では、請求項
２に記載のターボ分子ポンプにおいて、前記永久磁石
を、それぞれの磁極が互いに軸方向に対向配置する。

【００１０】請求項４に記載の発明では、請求項２に記
載のターボ分子ポンプにおいて、前記永久磁石を、それ
ぞれの磁極が互いに径方向に対向配置する。

【００１１】

【作用】請求項１記載のターボ分子ポンプでは、回転軸
にモータからのトルクが伝達されると、回転軸に固定さ
れた回転翼が、回転翼側と前記固定翼側に対向配置され
た同極の磁力によって振れを抑制されながら回転し、軸
方向に気体が吸引される。

【００１２】請求項２記載のターボ分子ポンプでは、回
転翼と固定部材との間で磁気的反発力が働き、この磁気
的反発力によって回転翼の振れが抑制される。請求項３
記載のターボ分子ポンプでは、回転翼と固定部材との間
に磁気的反発力が軸方向に働き、回転翼の振れが抑制さ
れる。

【００１３】請求項４記載のターボ分子ポンプでは、回
転翼と固定部材との間に磁気的反発力が径方向に働き、
回転翼の振れが抑制される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明のターボ分子ポンプにおける一
実施例を図１ないし図２を参照して詳細に説明する。図
１は、ターボ分子ポンプの全体構成を表したものであ
る。

【００１５】本実施例のターボ分子ポンプ１０は、略円
柱形状のロータ軸１２と、このロータ軸１２の、図１に
おいて上端に取り付けられたロータ翼体１４と、略円筒
形状のケーシング１６に固定された複数段のステータ翼
１８と、このステータ翼１８の下方において同様にケー
シング１６に固定された略円筒形状のねじ溝部１９と、
ロータ軸１２を磁力により回転自在に支持する磁気軸受
２０と、ロータ軸１２にトルクを与えるモータ２１とを
備えている。

【００１６】ロータ翼体１４は、磁気軸受２０やロータ
軸１２等を包囲するカップ状の概略形状を有し、ロータ
翼１４１ａが複数段に渡って設けられた翼部１４１と、
ねじ溝部１９の内周面と若干の隙間を持って対向した円
筒部１４２とで主に構成されている。翼部１４の各ロー
タ翼１４１ａは、中心軸Ｃから放射状に形成された複数
枚のブレードで構成されており、これらは、図１に示す
ように、ステータ翼１８と若干の隙間を持って交互に配
設されている。

【００１７】図２は、図１におけるＡ部を拡大して表し
たものである。この図に示すように、本実施例では、各
ステータ翼１８の内側（先端）に円環状の固定側磁石リ
ング２３が取り付けられている。この固定側磁石リング
２３は、例えば、内周側がＳ極、外周側がＮ極の永久磁
石となっている。また、この固定側磁石リング２３の内
周面と対向する、各ロータ翼１４１ａ間の外周面１４１
ｂには、円環状の回転側磁石リング２５が取り付けられ
ている。この回転側磁石リング２５は、外周面側が固定
側磁石リング２３の内周面側と同極、すなわち、Ｓ極と
なっている永久磁石である。これにより、ステータ翼１
８と翼部１４１との間には、径方向に磁気的反発力が働
くようになっている。

【００１８】なお、本実施例では、より強い磁気的反発
力を得るため、全てのステータ翼１８やロータ翼１４１
ａ間の外周面１４１ｂに、図２に示すような固定側磁石
リング２３や回転側磁石リング２５が設けられている
が、これらの一部に固定側磁石リング２３や回転側磁石
リング２５を設けてもよい。例えば、最上段や最下段に
のみ磁石２３、２５を設けたり、あるいは、１段おきに
設けたりしてもよい。

【００１９】一方、ねじ溝部１９では、その内側に略円
筒形状のねじ溝磁石１９ａが設けられており、これと対
向する円筒部１４２の外周面には、円筒形状を有する円
筒磁石１４２ａが設けられている。これらねじ溝磁石１
９ａと円筒磁石１４２ａは、共に永久磁石であり、互い
に対向する側の磁極が同極となっている。例えば、図２
に示すように、Ｎ極同士を対向させている。これによ
り、ねじ溝部１９と円筒部１４２との間には、径方向に
磁気的反発力が働くようになっている。

【００２０】なお、ねじ溝磁石１９ａの内周面には、円
筒部１４２の下端位置まで、螺旋状のねじ溝ａが形成さ
れており、ロータ翼体１４が回転することで、ねじ溝磁
石１９ａと円筒磁石１４２ａとの間の気体を下方に移送
されるようになっている。ねじ溝磁石１９ａと円筒磁石
１４２ａは、円筒部１４２の全長に渡って設けてもよ
く、また、半分、あるいは１／３程度設けるのみでもよ
い。

【００２１】図１に示すように、磁気軸受２０は、ロー
タ軸１２に対して半径方向の磁力と軸方向の磁力をそれ
ぞれ発生させる半径方向電磁石２２、２４、及び軸方向
電磁石２６を備えている。また、磁気軸受２０は、ロー
タ軸１２の半径方向の変位と軸方向の変位とをそれぞれ
検出する半径方向センサ３０、３２、及び軸方向センサ
３４と、これら半径方向センサ３０、３２、及び軸方向
センサ３４の検出信号を基に半径方向電磁石２２、２４
及び軸方向電磁石２６等の各励磁電流をそれぞれフィー
ドバック制御する図示しない制御回路とを備えている。

【００２２】次に、このように構成された実施例の動作
について説明する。本実施例では、固定側のステータ翼
１８やねじ溝部１９と、回転側のロータ翼体１４とに、
同極の磁極を対向させた固定側磁石リング２３、回転側
磁石リング２５、及びねじ溝磁石１９ａ、円筒磁石１４
２ａが設けられているので、ロータ翼体１４は、固定側
から径方向の磁気的反発力を受ける。これにより、ロー
タ翼体１４は、各磁石２３、２５、１９ａ、１４２ａに
よる磁力が釣り合う平衡位置、すなわち、固定側磁石リ
ング２３やねじ溝磁石１９ａ等の中心軸上に保持され
る。

【００２３】そして、磁気軸受２０の各電磁石２２、２
４、２６が通電され、図示しない制御回路が各センサ３
０、３２、３４の検出値に基づいた励磁電流のフィード
バック制御を行うことで、電磁力によりロータ軸１２が
所定の位置に浮上保持される。すなわち、ロータ翼体１
４やロータ軸１２で構成される回転体全体としては、そ
の中心軸側と外周側とで、それぞれ磁力による支持を受
けることとなる。

【００２４】ロータ軸１２及びロータ翼体１４が所定の
位置に磁気浮上したら、モータ２１が駆動されること
で、ロータ軸１２は非接触で回転する。そして、各ステ
ータ翼１８の間でロータ翼１４１ａが回転することで、
図１に矢印で示すように気体が吸気口３８から吸気さ
れ、更に、ねじ溝部１９で移送・圧縮されて、排気口３
９から排出される。

【００２５】以上説明したように、本実施例では、ロー
タ翼体１４が磁石２３、２５、１９ａ、１４２ａの磁力
によって直接支持されるので、ロータ翼体１４が振れに
くくなる。特に、ロータ軸１２が傾いて、ロータ軸１２
での変位に比してロータ翼体１４での変位が大きくなる
場合でも、磁石２３、２５、１９ａ、１４２ａによる反
発力でロータ翼体１４の傾きが直接修正されるので、ロ
ータ翼体１４の振れが効果的に抑えられる。また、回転
時には、ロータ翼１４１ａがステータ翼１８と接触にく
くなり、両者間の隙間を従来のターボ分子ポンプよりも
狭めることができる。その結果として、ポンプとしての
性能を向上させることもできる。

【００２６】また、磁気軸受２０による位置制御の負荷
が磁石２３、２５、１９ａ、１４２ａの磁力によって軽
減され、電磁石２２、２４の消費電力を少なくすること
ができる。なお、以上の実施例では、固定側磁石リング
２３と回転側磁石リング２５がステータ翼１８の外側と
翼部１４１の内側とにそれぞれ設けられていたが、両者
間に磁気的反発力が発生する構造であれば、他の位置に
設けられていてもよい。例えば、図３に示すように、ロ
ータ翼１４１ａの外側に回転側磁石リング２５′を、各
ステータ翼１８を固定するスペーサ１８ａの内側に固定
側磁石リング２３′を設けてもよい。

【００２７】また、以上の実施例では、磁石２３、２
５、１９ａ、１４２ａによって径方向に磁気的反発力が
働くようになっていたが、軸方向に磁気的反発力が働く
ようにしてもよい。例えば、図４に示すように、ステー
タ翼１８とロータ翼１４１ａにおける各ブレードの上下
に、それぞれ板状の永久磁石２７を取り付け、互いに対
向する側の極性を同極とすることで、軸方向に磁気的反
発力が発生するようにしてもよい。これにより、ロータ
翼体１４全体の振れのみならず、個々のブレードが上下
に弾性変形してばたつくことも抑制することができる。
また、ブレードのばたつきは、その先端部（外周部）に
おいて、より大きな変位となるので、永久磁石２７は、
ステータ翼１８やロータ翼１４１ａの外周側にのみ配置
してもよい。

【００２８】更に、以上の実施例では、別体である永久
磁石をステータ翼１８やロータ翼体１４に埋め込んでい
たが、ステータ翼１８やロータ翼１４１ａ等を磁性材料
とし、これらを直接磁化することで、両者間に反発力が
発生するようにしてもよい。例えば、図５に示すよう
に、ロータ翼１４１ａの上側をＮ極、下側をＳ極、及び
ステータ翼１８の上側をＳ極、下側をＮ極となるよう
に、これらを直接磁化してもよい。

【００２９】以上の実施例では、固定側にねじ溝ａが形
成されていたが、本発明は、回転側である円筒部１４２
の外周面にねじ溝が形成されたターボ分子ポンプにおい
ても適用可能である。また、ねじ溝を持たずにステータ
翼とロータ翼のみで吸気を行うターボ分子ポンプにおい
ても適用可能である。

【００３０】以上の実施例では、磁石２３、２５、１９
ａ、１４２ａが永久磁石であったが、電磁石を用いてロ
ータ翼体１４と固定側との間で磁気的反発力を発生させ
るようにしてもよい。例えば、ねじ溝部１９において、
ねじ溝磁石１９ａの代わりに電磁石を設けることで磁気
的反発力を発生させるようにしてもよい。

【００３１】また、電磁石と対向する回転側に永久磁石
ではなく磁性材料を設けることで、磁気的吸引力により
ロータ翼体１４を支持してもよい。例えば、ねじ溝磁石
１９ａの代わりに電磁石を用いた場合には、ねじ溝部１
９に円筒部１４２の径方向の変位を検出するセンサを設
ける共に、円筒磁石１４２ａの代わりに円筒形の強磁性
材料を設ける。そして、磁気軸受２０と同様に、センサ
の出力を基に電磁石の磁力をフィードバック制御するこ
とで、ロータ翼体１４の位置を直接制御する。

【００３２】また、以上の実施例では、磁気軸受２０
が、ロータ軸１２を径方向に４軸（４方向）、軸方向に
１軸（１方向）で支持する５軸制御型の磁気軸受であっ
たが、本発明は、他の軸受構造を有するターボ分子ポン
プにおいても適用可能である。例えば、径方向に２軸、
軸方向に１軸の３軸制御型の磁気軸受や、永久磁石を用
いた受動型の磁気軸受、あるいはボールベアリング等の
機械式軸受を使用したターボ分子ポンプにおいて適用可
能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明のターボ分子ポンプによれば、回
転翼の振れを磁力によって抑制する回転翼抑制手段を設
けたので、回転翼の振れを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるターボ分子ポンプを示
した断面図である。

【図２】同ターボ分子ポンプの一部を示した拡大図であ
る。

【図３】同ターボ分子ポンプの変形例を示した拡大図で
ある。

【図４】同ターボ分子ポンプの変形例を示した拡大図で
ある。

【図５】同ターボ分子ポンプの変形例を示した拡大図で
ある。

【符号の説明】

１０ターボ分子ポンプ１２ロータ軸１４ロータ翼体１６ケーシング１８ステータ翼１９ねじ溝部１９ａねじ溝磁石２０磁気軸受２３固定側磁石リング２５回転側磁石リング１４１翼部１４１ａロータ翼１４１ｂ外周面１４２円筒部１４２ａ円筒磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシングの内面に多段に固定された複
数枚の固定翼と、モータからのトルクが伝達される回転軸と、この回転軸の軸受けと、前記回転軸に固定され、前記固定翼の間に配置された複
数枚の回転翼と、この回転翼側と前記固定翼側に同一の磁極を対向配置し
て前記回転翼の振れを抑制する回転翼抑制手段と、を具
備することを特徴とするターボ分子ポンプ。
【請求項２】前記回転翼抑制手段は、前記回転翼と前
記固定翼に、永久磁石の同極を対向配置して構成された
ことを特徴とする請求項１に記載のターボ分子ポンプ。
【請求項３】前記永久磁石は、それぞれの磁極が互い
に軸方向に対向配置されたことを特徴とする請求項２記
載のターボ分子ポンプ。
【請求項４】前記永久磁石は、それぞれの磁極が互い
に径方向に対向配置されたことを特徴とする請求項２記
載のターボ分子ポンプ。