JPS59119094A - タ−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】 〔発明の利用分野〕 この発明は犠蟻融合装置用等に用いられる高真空形成タ
ーボ分子ポンプが縦形円筒ケーシングの内側に一体的に
多段の静翼を有し、一方、該ケーシングの上下に設けた
磁気軸受等によシ支承されたロータに多段の動翼を固定
何処させ、該各静翼間に臨ませタービンタイプに介装し
た構造のターボ分子ポンプに関する発明でめシ、特に、
該上部軸受を永久磁石磁気軸受にして軸受油なしの非接
触タイプにし、更にその上部の高真空側にもロータを設
けて少なくとも１つの動翼を設けてケーシング側静翼間
に臨ませ介装し該磁気軸受が高真空に晒されないように
したターボ分子ポンプに係る鏡装置等においては高度の
真空を形成されたチャンバが必要であるが、こ扛には一
般に分子流領域での排気性能に優れている所謂ターボ分
子ポンプが採用されている。

而して、一般にこれまでのターボ分子ポンプの性能は真
空度が１０−’ＩＴｏｒｒ程度までであるが、上記各装
置の性能向上から更に高い超高真空度を達成することが
望まれるようになってきている。

それも単に真空度を超高真空度にするだけでなく油蒸気
等の炭化水素系等の残留ガスの存在しない清浄な超高真
空度が求められている。

勿論、原理的にはターボ分子ポンプの機構や作動からガ
ス中の分子量が大きい油蒸気等に対しては圧ね比が大き
くとれ（通常１０−１０　　以上）、これらの排気性が
良く、基本的には現出可能ではある。

しかしながら、在来一般態様のターボ分子ポンプにおい
ては高速回転ロータの軸受には潤滑用の軸受油を不可欠
とする機械的接触型のころがシ軸受が多く、運転中は一
応の排気が所定になされるため真空チャンバの真空は得
られはするものの、第一には回転能カに限界があシ、前
記真空涙を確実に到達するのがせいせいである上に、第
二にまたん稼動１￥止すると上記軸受の潤滑用油が逆拡
散して真空度低下、甫浄度汚染というおそれがあった。

これに対処するに例えば、特公昭５７−３０９８８号公
報に示されている様な潤滑油方式軸受を有するターボ分
子ポンプが案出されるようになったが、これらは第１図
に示す様にスラスト軸受１、ラジアル軸受２に５個の制
御形憬気軸受を用いているものである。

父、Ｍ２図に示す株に上側軸受に永久伝石受動煩気軸受
３を用いたもの、例えは、特開昭５２−７０４０９号公
報のもの等がある。

ところが、上述これらのターボ分子ポンプでは前述停止
時の軸受油の逆拡散が多く、清浄高真空保持が図れると
いうメリットはあるものの、次の如き問題がある。

即ち、前者では制御形磁気軸受を用いるため、制御装置
等の複雑な機構が要シ、制御が煩雑で保守点検是備が容
易でない難点があシ、しかもコスト高になるという不利
点がある。

一方、後者ではこれらのことは解決されるものの、ガス
放出量が多く、通常ターボ分子ポンプにおいて真空度を
上げるために採用されている所謂ベーキング温度をとる
とガス放出が多く、高真空側の高真空度を上げられない
という欠点がある。

永久磁石は一般に焼結金属製であシ、鍛造製のステンレ
ス容器等と比較すると放出ガス量が多く、したがって磁
力劣化防止からベーキング温度を上げられず、この限界
から結果的にガス抜きにも限銀 度があシ、これが高真空度の達成寺曹栄件となっていた
からである。

〔発明の目的〕 この発明の目的は上述在来技術に基づくターボ分子ポン
プの清浄化超高真空度達成要害の軸受の問題点を解決す
べき技術的課題とし、磁気軸受の油逆拡散のなさの良は
を生がし、更に該磁気軸受の真空側に対するガス放出を
阻止し、先端艦嘗における超高真空利用分野に益する優
れたターボ分子ポンプを提供せんとするものである。

〔発明の概要〕

この発明は前述問題点を解決するために、ターボ分子ポ
ンプの吸込側を真空装置に接続し、ロータを回転させ、
外側縦形ケーシングに内設した多段の静翼と該静翼間に
臨ませ介装した該ロータに固設何処の多段動翼との間の
タービン圧縮作用で上記真空装置からの排気を行い、高
真空化し、而して、上記ロータは下部のすべり軸受、或
は、制御形磁気軸受で支承されると共に上部の永久磁石
吸引磁気軸受で排接触、非潤滑油種に支承され、したが
って、油の逆拡散が生せず清浄真空が得られるようにし
、又、該永久磁石吸引磁気軸受より上部の真空側のロー
タに設けた少なくとも１段の勤興とケーシング側静翼と
のタービン作用によシ該永久磁石吸引軸受部が低真空に
されてベーキングにおいてもガス放出が抑えられ、よっ
て真空装置ｔに清浄超高真を度の真空が得られるように
した技術的手段を講じたものである。

〔発明の実施例〕

ます、この発明の原理を説明すると、一般にターボ分子
ポンプの吸込側に接続される真空装置の到達圧力Ｐ、（
ＴＯｒｒ）　　は、答器永面からの放出が大量をＱ　（
’ｌ’ｏｒｒ−ｔ／５ｅＧ）とし、ターボ分子ポンプの
排気速度を８（７／ｌ１ｌｅＣ）とすれば、Ｐ、＝Ｑ／
Ｓ　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１
）で表わすことが出来る。

而して、ターボ分子ポンプにおいては先述した如（１ｏ
−１０以上の圧縮比が備えられているため、吸込側と吐
出側で充分な圧縮がなされ、したがって、上記到達圧力
Ｐｕを充分に低くするにはＱを減らすか、Ｓを大きくす
るか、その両者を伺うかのいずれかであることは明らか
である。

しかしながら、ターボ分子ポンプの吸込面積が設計的に
決められれば排気速度Ｓは一意的に決められ、自と上限
が決まる。

そのため、結果的にはＱを可及的に／卦さくしなければ
ならないことになる。

ところで、該放出ガス量Ｑは上記真空装置からの放出ガ
ス量をＱｅ、ターボ分子ポンプからのそれ全Ｑ、とすれ
ばその和 Ｑ＝Ｑｃ＋ＱＰ　　　　・・・・・・・・・・・・（２
）で表わされる。

そして、このうちＱ、は真空装置の材料、材質選定やベ
ーキング等により脱ガスし、大幅に低減することが可能
であシ、例えば、容器をステンレス銅製とした場せ、２
００〜４００Ｃでベーキングを行なうと単位面積当りの
ガス放出量を２×１０−”　Ｔｏｒｒ　−１／　５ｅｃ
−ｃｎｉ８ＫＫｆルコ（！：　カ可能ｆあシ、該容器の
表面積を１００００Ｃ４とすればＱ。

＝　２　Ｘ　１０−８Ｔｏｒｒ−ｔ／Ｓｅｃとすること
が出来る。

そこで、仮にターボ分子ポンプのガス放出量Ｑｐ”Ｏと
し、排気速度８＝１００（１／灘のターボ分子ポンプ接
続式とすると前式（１）よシ到達圧力Ｐ、はＰ、＝２Ｘ
１０’″１１’ｌ’Ｏｒｒと望ましい超高真空度が侍ら
れることにはなる。

けれども、現実のターボ分子ポンプは先述した如く、永
久磁石磁気軸受が吸込側、即ち真空側にあることの条件
を含めてもガス放出量Ｑｐは、ゼロにすることは不可能
である。

特に先述の如く、油逆拡散防止のメリットを生かすべく
設置する永久磁石磁気軸受の磁石はガス放出量が多いの
でその不利点は太きい。

仮に永久磁石のガス放出量を脱脂軟鋼と同程度とすると
、単位面積当シのガス放出量は２×Ｉ　Ｑ−８ＴＯｒｒ
　−ｔ７Ｑｅｃ　・ｃｒ／ｌ程度であり、該永久磁石の
表面積を５０ｃｖｔとしてもそのガス放出量は１×１０
−６Ｔｏｒｒ　４／ｓｘ　　とｉｂ、前記真空装置の容
器からのガス放出量Ｑ、＝２Ｘ１０’″８Ｔｏｒｒ−７
／Ｓｅｃの２００倍と著しく大きいガス放出量となる。

したがって、前記排気速度５＝１０００Ａ／ｘのターボ
分子ポンプを用いても到達圧力Ｐ、はＰ。

＝＝　Ｉ　Ｘ　１０−”ｆｏｒｒ　　程度としかならず
、とうてい１０−１ｌＴｏｒｒを越える到達圧力にする
ことは出来ない。

そこで、これに対処するべくこの発明においては永久磁
石磁気軸受よシ上の真空側に上述未到達圧力分に相当す
る圧力を形成する少なくとも１段の動翼をロータに設け
てケーシング側静翼間に臨ませ、該永久磁石磁気軸受の
ガス放出が吸込側に影響しないようにするものである。

前述の如くターボ分子ポンプの設計で上述側の到達圧力
差２　Ｘ　Ｉ　Ｑ′’ｌ’ｏｒｒ程度の圧縮比を形成す
ることは容易であシ、このようにすることによる前記Ｑ
、は該付加動翼表面及び該動翼対向ケーシングからのガ
ス放出量である。

そして、この部分の金橋材料としてはチタン、チタン合
金、ステンレス鋼、鍛造アルミ合金等のガス放出量の少
ないものを選ぶことによシよシ効果的にすることが出来
るし、又、稼動に際しベーキングによシ脱ガスを充分に
行うことが可能となる。

而して、上記付加動翼と静翼等の表面積は一般に計算上
真空装置の真空容鈴の１／１０程度になるので前記Ｑ、
はＱ６に比し極めて僅かとなる。

次にこの発明の一実施例を第３図に基づいて説明する。

４はターボ分子ポンプであシ、縦形円筒ケーシング５は
吸入口６を有する上部の吸込側ケーシング７、その下の
中部の中間ケーシング８、更にその下側の吐出口９を側
設する吐出側ケーシング１０から成って各々ボルトによ
シ特結一体化されておシ、又、該吸込側ケーシング７に
スペーサ１１．１１・・・・・・をブ［して上段の靜＾
１２，１２・・・・・・が一体重に内延付設されている
。

そして、上記中間ケーシング８にもスペーサ１３．１３
・・・・・・を介して設定数の多段の静翼１４゜１４・
・・・・・が同じく一体内延付設されている。

又、該吸込側ケーシング７の下部から内側に一体的に延
設した複数のアーム１５．１５・・・・・・の内端には
フランジ部１６を下向にしたオーバーハング状のキャッ
プタイプハウジング１７が一体的に取付けられ、その上
蓋裏面には永久磁石吸引磁気軸受１８を成す一方の固定
側の一対の環状永久磁石１９．１９が固定されている。

２０はロータであシ、中間ロータ２１と上部吸込側ロー
タ２２とが上記ハウジング１７に対応する小径のジヨイ
ントロータ２３とを介してボルト２４．２４・・・・・
・によシ一体化されておシ、それぞれスペーサ２５．２
５・・・・・・、２６．２６・・・・・・を介して多段
の動翼２７，２７・・・・・・、５段の動翼２８゜２８
・・・・・・を固定何処し、それぞれ対応する静翼１４
．１４・・・・・・、１２，１２・・・・・・間に臨ま
せ介装させである。

又、該ロータ２０の下部には制御形ラジアル磁気軸受２
９、及び、その下の制御形スラスト磁気軸受３０によっ
てＦ部吐出側ケーシング１０に支承されておシ、該制御
形ラジアル磁気軸受２９及び制御形スラスト磁気軸受３
０は該下部吐出側ケーシング１０に内装したラジアルセ
ンサ３１、スラストセンサ３２により所定に制御される
ようにされている。

そして、該吐出側ケーシング１０の上記制御形ラジアル
磁気軸受２９に上位するステータコイル３３が設けられ
て中間ロータ２１の下部に固定したディスク状端板３４
とで駆動モータ３５を成している。

又、上記制御形スラスト磁気軸受３０に内設して補助軸
受としてのドライなころが９軸受３６が設けられて停電
等の一＃ｌＪの事態においてロータ２０の回転を助勢す
るようにされている。

而して、上記中間ロータ２１及び吸込側ロータ２２の間
に介装されているジヨイントロータ２３の該中間ロータ
２１側デイスク３７の内外縁部は前記ハウジング１７の
内外縁とラビリンス部３８゜３８を形成すると共に内側
端にはロータ６の振れ回シ防止機構３９が設けられてい
る。

又、該ディスク３７の上面には該）・ウジング１７の一
対の永久磁石１９．１９間であって、これに対向する位
置に環状の永久磁石４０を固定されて該磁石１９，１９
と所謂異径対向形の軸受を形成し永久磁石吸引磁気軸受
１８を成している。

したがって、該ロータ２０は上部の該永久磁石吸引磁気
軸受１８による吸引力で支持され、下部の制御形ラジア
ル磁気軸受２９、制御形スラスト磁気軸受３０によシ安
定可能に支持されていることになる。

同、吸込側ロータ２２の底面とノ・ウジング１７の上面
との間ては微少クリアランス４１が形成されている。

上述構成において、吸込口６が図示しない真空装置に接
続され、ステータコイル３３に通電され、制御形ラジア
ル磁気軸受２９、制御形スラスト磁気軸受３０にも通電
されるとロータ２０は所定に高速回転され、ターボ分子
ポンプは作動を開始し、吸引圧縮排気を行う。

而して、所定温度でベーキングを開始し、高真空化を行
う。

この間、吸込側の動Ｊ１ｇ２８，２８・・・・・・と対
向静翼１２，１２・・・・・・、及び、中間側動翼２７
．２７・・・・・・と対向靜ｇ１４，１４・・・・・・
のタービン圧縮作用によシ吸引ガスは圧縮され吐出口９
から次段に排出されていく。

そして、高真空側に設けた永久磁石吸引磁気軸受１８は
非接触形で油滑油等を有していないので稼動停止時に油
蒸気の高真空側への逆拡散もなく、したがって、清浄な
真空度が保たれる。

又、吸込側ロータ２２の動翼２８．２８・・・・・・と
対応靜ｇ１ｚ、１２・・・・・・による初段圧縮によシ
該永久磁石吸引磁気軸受１８の周囲の真空度は吸込口６
の高真空度に比し低真空になり、それたけ該永久磁石吸
引磁気軸受１８の磁石１９．４０の放出ガスの上位高真
空側への影響に少なくなシ、それは逆に該高真空側を１
−高真空度への到達を促進する。

又、上記永久磁石吸引磁気棚受１８に対して高真空側か
ら低真空側へオーバーハングするハウジング１７を有し
ていることによシ吸込側動翼２８゜２８・・・・・・と
対応靜Ｘ１２，１２・・・・・・によシ初段圧縮される
ガスは該ハウジング１７に規制され、又、その７ランジ
１６とディスク３７によって形成されるラビリンス部３
８のために積極的に中間圧縮部へ流過し、消極的には永
久磁石吸引磁気軸受１８へ波及しない。

したがって、該永久磁石吸引磁気軸受１８は高温ベーキ
ングされてガス放出がなされても、これらの作用が相俟
って放出ガスは吸込側へは影響しないことになシ、この
点からも超高真空に形成が保証される。

この場会、高速回転するジヨイントロータ２３とハウジ
ング１７の内側ともラビリンス３８が形成され、振れ止
め防止機構３９が設けられていることからこれも放出ガ
スの高真空側への影響を防止していることになる。

このため、中間圧縮部から吸込側初段圧縮部にかけての
ベーキング温度も可能な限シ高温にし、放出ガスがあっ
ても高真空側に影響がないため、積極的に多くのガス出
しを行って、超高真空度到達が可能になる。

このようにして真空装置内は吸込口６と等しく、或は、
それに近似して１０−１１’ｆｏｒｒ以上の超高真空度
にすることが可能となる。

この間、吸込側は３０００程度のベ−キングを行っても
永久磁石１９．４０からガス放出があるにもかかわらず
上述の如く、高真空側に影響はなく、一方、下部吐出側
の制御形磁気軸受２９゜３０近傍に１０００程度のベー
キングを行うが、ガス放出等は少なく、影響はない。　
　５そして、上部軸受は非接触形の吸引磁気軸受である
ので高速回転を可能にし、又、スラスト軸受３０に対す
る支持荷重を少なりシ、その軸受数を少なりシ、この点
からも安定高速回転を可能にし、超高真空度達成にプラ
スしている。

尚、この発明の実施態様は上述実施例に限るものでない
ことは勿論であシ、例えば、永久磁石吸引磁気軸受の固
定側環状磁石を１つにしたシ、該磁石を高温処理可能な
キューリ一点の高い希土類系磁石材で作ったシ、低圧側
軸受をピボット形すベシ軸受にしたシすることも可能で
ある。

更に、上記ハウジングをロータ側に設けたシする等種々
の態様も採用可能であシ、設計変更の範囲内の（重々の
多くの態様が採用出来ることも勿論である。

〔発明の効果〕

油蒸気の逆拡散を確実に防止し、しかも構造簡単、メン
テナンス容易、低価格の永久磁石吸引磁気軸受を用いて
も高真空側にベーキングによる放出ガスの影響が及ばず
、したがって、真空装置での清浄な超高真空が所定に到
達される優れた効果が奏される。

而して、縦形円筒ケーシングの内部に軸装されるロータ
の上部の永久磁石吸引磁気軸受の上部に吸込側ロータを
上部し、これに少なくとも１段の動翼が設けられ、対応
ケーシングの静翼間に臨ませて弁装するようにしたこと
によシ該永久磁石磁気軸受に対し初段ガス圧縮が成され
、したがって、吸引口には高真空が形成されるにもかか
わらず、該永久磁石軸受には低真空しか作用せず、した
がって、上述ベーキングによる永久磁石軸受からの放出
ガスの′＃響が高真空側、真空装置に及ばないように出
来る効果がある。

そのため、上部でのベーキング温度を充分に上げること
が出来、超高真空度が得られる効果が奏される。

更に、上記永久磁石磁気軸受がその上段の高真空側動翼
下部のオーバーハング状のハウジングによシカバーされ
るようにされているため該初段動翼から中間動翼にかけ
て圧縮流過していくガスが上記永久磁石磁気軸受に接続
することが可及的に避けられ、したがって放出ガスの上
部高真空側への影響がよシ一層阻止され、超高真空達成
にプラスする優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は従来技術に基づくターボ分子ポンプの縦断
面図、第３図はこの発明の一実施例の縦断面図である。 ５・・・ケーシング、１２．１４・・・静翼、１８，２
９゜３０・・・軸受、２０・・・ロータ、２７．２８・
・・動翼、４・・・ターボ分子ポンプ、１８・・・永久
磁石磁気軸受、１７・・・ハウジング、３８・・・ラビ
リンス経路。 遁１図 石　２　区

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、縦形円筒ケーシングがその内側に多段の静翼を有し
   該ケーシングに設けた上下の軸受を介して支承されたロ
   ータに上記多段静翼間に位置する多段動翼が設けられて
   いるターボ分子ポンプにおいて、上記ロータが上部の永
   久磁石磁気軸受より上側の高真空側に少なくとも１段の
   動翼をケーシング側静翼間に臨ましめていることを特徴
   とするターボ分子ポンプ。 ２、上記永久磁石磁気軸受を成す永久磁石が高温中での
   磁性変化の少ない磁石であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のターボ分子ポンプ。 ３、上記磁石が希土類系の磁性材で構成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のターボ分子ポ
   ンプ。 ４、前記下側の低真空側の軸受が制御形軸受であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１〜３項記載のターボ分
   子ポンプ。 ５、前記下側の低真空側の軸受がピボット形すベシ軸受
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項記載
   のターボ分子ポンプ。 ６、縦形円筒ケーシングがその内側に多段の静翼を有し
   該ケーシングに設けた上下の軸受を介して支承されたロ
   ータ（て上記多段静翼間に位置する多段動翼が設けられ
   ているターボ分子ポンプにおいて、上記ロータが上部の
   永久磁石磁気軸受より上側の高真空側に少なくとも１段
   の動翼をケーシング側静翼間に臨ましめておシ、上記上
   段の動翼の下側には上記永久磁石磁気軸受をオーバーハ
   ングするハウジングが設けられていることを特徴とする
   ターボ分子ポンプ。 ７、上記ハウジングがケーシング側に固定されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載のターボ分子
   ポンプ。 ８、前記ハウジングがロータ側に固定されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第６項記載のターボ分子ポン
   プ。 ９、上記ハウジングが該ハウジング外側裂開に対してラ
   ビリンス経路を有していることを特徴とする特計詞求の
   範囲第６〜８項記載のターボ分子ポンプ。