JPS59168295A - 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〕 この発明はターボ分子ポンプに係シ、特に超高真空を得
ると共に清浄な真空を得るのに好適なターボ分子ポンプ
に関するものである。

〔発明の背景〕

従来、核融合装置、半導体製造装置、電子顕微鏡装置等
においては高度に形成された真空チャンバが必要である
が、これには一般に分子流領域での排気性能に優れてい
る所請ターボ分子ポンプが採用されている。これまで一
般のターボ分子ポンプの性能を真空度がＩＱ”’ｌ’Ｏ
ｒｒ程度までであるが１、上記、各種適用装置の性能向
上から更に高い超高真空度の達成を要望されるようにな
ってきている。

それも単に真空度を超高真空にするだけでなく、油蒸気
等の炭化水素系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。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
は圧縮比が大きくとれ、これらの排気性が良く、基本的
には清浄な真空の現出が可能である。

しかし、在来一般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を適用したものが多く、運転中は
一応の排気がなされ清浄な真空は得られはするものの、
ころがシ軸受によるものでは振動等の面から回転能力に
限界があシ、また一度稼動を停止すると上記軸受の潤滑
用油の油蒸気が高真空側まで逆拡散をし、ポンプの羽根
や真空チャンバを汚染するという恐れがあった。

これに対処するために例えば特公昭５７−３０９９８号
公報に示されるような軸受形式を有するターボ分子ポン
プが考えられるようになった。これは全ての軸受を制御
形磁気軸受としたものであるが、制御装置等の複雑な機
構を要し、制御が煩雑で保守点検整備が容易でない難点
があシ、シかも製作に際して極めて高価になる問題があ
る。

また、例えば特開昭５２−７０４０９号公報に示さこれ
によれば制御装置等の複雑な機構が改善され製作費用も
ある程度解決されるものの、永久磁石は一般に焼結金属
でオシ、ステンレス等に比較すると放出ガス量が多く、
高真空側に配置した永久磁石から放出されるガスの影響
が真空度が高くなるにつれて大きくなシボンプの到達真
空度に制限を与えてしまう問題がある。

〔発明の目的〕 従って、この発明は振動力学的に安定に到達真空度の向
上をはかると共に、稼動停止時を含め清浄性のよい超高
真空を得るに優れたターボ分子ポンプを提供することに
ある。

〔発明の概要〕

この発明はケーシング内にその軸線方向に沿って多段に
設けられた静翼と、との静翼間に位置し、またケーシン
グの中心に位置するロータ外周に設けられた動翼を備え
る形式のターボ分子ポンプに係わるもので、動翼を外周
に固定したロータからなる回転体に七−タロータを固定
し、このモータロータに対向するモータステータを配置
して回転体の駆動機構を構成すると共に、回転体をその
下部で受皿を持つピボット形すベル軸受で支持し、ロー
タの下端と回転体の支持部材との間に対向して磁気軸受
を配置して構成したものであり、このターボ分子ポンプ
の吸込側を核融合装置等の真空装置に接続し、ロータを
回転させ多段に設けた静翼と、との静翼間に臨ませた動
翼との間でのタービン圧縮作用で上記真空装置からの排
気を行い、高真窒化し、而して上記ロータを支持するピ
ボット形すべり軸受はこのロータ内に納められ、また、
もう一方の軸受である磁気軸受は低真空側のロータ下端
と回転体との間に配置することにより、軸受からの放出
ガスが極力抑えられ、しかも振動力学的に安定な回転に
よって上記真空装置に清浄超高真空度の真空が得られる
技術的手段を講じたものである。

〔発明の実施例〕

以下、との発明の一実施例を第１図、第２図について説
明する。

第１図において、１はターボ分子ポンプであシ、円筒形
のケーシング２の上部には吸入口３を備え、この先に排
気すべき真空装置（図示せず）が７ランジ４によ多結合
される。ケーシング２の下部には回転体５の支持部材６
が７ランジ７によ多結合され、支持部材６には吐出口８
を備えている。ケーシング２内にはその軸線方向に沿っ
て多段にスペーサ９を介して積層して静翼１０が設けら
れ、この静翼１０間には動翼１１が配置されている。

動翼１１はケーシング２の中心に位置するロータ１２の
外周に固定されている。ロータ１２は回転軸１３にナツ
ト１４に一体結合され、回転体５を構成している。この
回転体５はその下部で、例えば移動可能な受皿を持つピ
ボット形すベル軸受１５で支持される。このピボット形
すベル軸受１５はピボット＠１５８％軸受体１５ｂを備
え、潤滑油１６に侵されて用いられる。このピボット形
すベル軸受１５を適用することによシ潤滑油として蒸気
圧が低く、シかも高粘度のものを使用することができる
。

一般にピボット形すベル軸受はその軸径が小さいので、
その周速が小さく、損失による発熱量が少ない。したが
って、同負荷、同回転数の条件下におけるころがシ軸受
と比較すると損失による発熱が少なく、蒸気圧が低く、
高粘度の潤滑油、例えば常温での蒸気圧が１０”　’　
Ｔｏｒｒ以下であるフッ素系の油等の使用が可能である
。

回転９１３には七−タロータ１７が設けられてお）、こ
れと対向するモータステータ１８が回転体５の支持部材
６よりｇ在する筒状部材１９の内側に設けられている。

ロータ１２下端とこれと対向する回転体５の支持部材６
とには永久磁石磁気軸受２０を成す永久磁石２ＯＡ、２
０Ｂが固定さく９） れている。したがって、回転体はピボット形すベル軸受
を支点とする構造を成している。この構造の概略を第２
図に示す。磁気軸受２ｏにはスラスト方向の吸引力ｐｔ
が作用し、その約２０１の力がラジアル方向の復元力ｐ
ｒとして作用し、ｐｔンｐｒの関係にあるが、この状態
で回転体５が傾きモードＭで振動したときには回転体５
の傾きを起し元の軸心位置に戻そうとする復元力はｐｔ
となシ、大きなスラスト方向の力ｐｔを回転体５の振れ
に対する復元力に利用することができる。復元力はスラ
スト方向の力Ｆｔと略磁気軸受の半径とを掛けたモーメ
ント力に相当し、極めて大きくとることができる。この
構造をとることによシ、回転体系の安定高速回転を可能
にしている。

また、上記磁気軸受２０を構成する永久磁石２０Ｂには
回転体５の細心と同心の内部すなわち、溝が設けられて
おり、この溝内には永久磁石２０Ａの一部が半径方向に
間隙を隔てて挿入されている。

これによって、地震等の外乱による異常振動によって回
転体５が振動すると、永久磁石２０Ａの（１０） の内周部あるいは外周面が永久磁石２０Ｂの溝に接触し
回転体５を保護する。異常振動が解除されると、回転体
５には正常回転中心に戻すようにジャイロ効果が惹起さ
れることになり、回転体を継続して安全に運転すること
ができる。

上記構成において、吸入口３の先に図示しない真空装置
が接続されモータステータに通電されると、回転体５は
所定に尚速回転され、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−に空化を行う。この間、動翼１１と対向
静翼１０のタービン圧縮作用により吸引ガスは圧縮され
吐出口８から次段に排出されていく。

そして、ピボット形すぺ勺軸受は潤滑油として蒸気圧の
極めて低い油のｆ用が可能であるので、稼動停止時に油
蒸気の高真空側への逆拡散もほとんどない。したがって
、清浄な真壁度が保たれる。

また、永久磁石磁気軸受は一般に放出ガス量が多いが低
真空側に設置されるため高温ベーキングされてガス放出
がなされても高真空側への影響がな（１１） く、超高真空度形成が保証される。また、永久磁石磁気
軸受は高温処理可能なキューリ一点の高い希土類系磁石
材で作るのが好適である。

ベーキングは３０００程度で行っても永久磁石磁気軸受
からガス放出があるにもかかわらず上述のように高真空
側に影響はなく、真空装置内は１０−Ｉ’　Ｔｏｒｒ以
上の超高真空度にすることが可能である。

第３図はこの発明の他の実施例で、筒状部材ｌの外側に
モータステータ１８を設け、このステータ１８の対向面
のロータ１２にモータロータ１７が設けられている。ピ
ボット形すべυ軸受１５の軸受体１５ｂは上方に延在さ
せて構成している。

基本的には上述の実施例と同様であるが、ロータの内側
にモータロータを有するいわゆるアウターロータ構造を
とることによシモータ用の回転軸を除去できるから構造
を簡素化できる効果がある。

また、ピボット形すぺＤｍ受１５を上方に移動でき、回
転体１５の安定高速回転を可能にする効果も得られる。

（１２） 第４図はこの発明のさらに他の実施例で、ロータ１２の
内周に沿って円筒部材２１を回転体５の支持部材６上に
延在させて設け、この円筒部材２１の上部にピボット形
すべり軸受１５の軸受体１５ｂを設けて回転体５を支持
するようになっている。円筒部材２１の上端に設けたモ
ータステータ１８とロータ１２に固定した端板２２とで
端板モータを構成している。

上記のように構成することにより、回転体５の駆動機構
を更に簡素化すると同時に、安定高速回転を可能にし、
超高真空度達成を容易にしている。

同、この発明の実施態様は上述実施例に限るものでない
ことは勿論であり、例えば永久磁石磁気軸受を制御形磁
気軸受で作ったり、設計変更の範囲内の種々の態様が考
えられるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば振動力学的に安
定に到達真空度の向上がはかれると共に蒸気圧の低い潤
滑油が利用できるので、稼動停止時に油蒸気の高真空側
への逆拡散を確実に防止で（１３） きる。尚、実施例によれば、永久磁石磁気軸受を低真空
側に配置するようにしたので、ベーキングによる放出ガ
スの影響が高真空側、真空装置に及ばず、清浄な超高真
空形成が達成される優れた効果を奏することができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のターボ分子ポンプの一実施例を示す
縦断面図、第２図は第１図の回転体の復元力を説明する
概略図、第３図、第４図はこの発明のターボ分子ポンプ
の他の実施例を示す縦断面図である。 １・・・ターボ分子ポンプ、３・・・吸入口、５・・・
回転体、６・・・支持部材、８・・・吐出口、１０・・
・静翼、１１・・・動ｇ、１２・・・ロータ、１５・・
・ピボット形すベシ軸受、１６・・・潤滑油、１７・・
・モータロータ、１８・・・モータステータ、１９・・
・筒状部材、２０・・・磁気軸受、２１・・・円筒部材
。 代理人　弁理士　高橋明夫 （１４） 第　１　　図 ５ ％ｚ　　図 ￥１３　図 兜　　４１￥１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケーシングと、前記ケーシング内にその軸線方向に
   沿って多段に設けられた静翼と、前記静翼間に位置しか
   つケーシングの中心に位置するロータ外周に設けられた
   動翼と、前記ロータからなる回転体を駆動する駆動機構
   と、前記ケーシングを結合しかつ前記回転体および駆動
   機構を支持する支持部材と、前記ケーシングの上端に吸
   込口をかつ下端に吐出口を備えたターボ分子ポンプにお
   いて、前記回転体をその下部にてピボット形すベシ軸受
   で支持し、前記ロータの下端と前記支持部材との間に磁
   気軸受を配置してなるターボ分子ポンプ。 ２、前記回転体の駆動機構は前記回転体の回転軸にモー
   タロータを設け、これを中心にして前記回転体の支持部
   材より垂直に筒状部材を延在させ、該筒状部材の内側に
   前記モータロータに対向してモータステータを設けて構
   成してな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、前記回転体の駆動機構は前記ロータの内側にモータ
   ロータを設け、これの中心に前記回転体の支持部材よシ
   筒状部材を延在させ、該筒状部材の外側に前記モータロ
   ータに対向してモータステータを設けて構成してなるこ
   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 ４、前記ピボット形すベシ軸受の受皿部は前記筒状部材
   の内側に沿って上方に延在させて構成してなること′ｆ
   ！：特徴とする特許請求の範囲第３項記載のターボ分子
   ポンプ。 ５、前記回転体の駆動機構は前記ロータの内周に沿って
   前記回転体の支持部材よ）円筒部材を垂直に延在させ、
   該円筒部材の上部にて前記回転体をピボット形すベシ軸
   受で支持し、かつ前記円筒部材上端にモータステータを
   設け、これに対向する前記回転体に端板分設けて端板モ
   ータを構成してな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。 ６．前記磁気軸受は永久磁石で構成されていることを特
   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
   。 ７、前記永久磁石は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６項記載のター
   ボ分子ポンプ。 ８、前記永久磁石は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７項記載のターボ分
   子ポンプ。 ９、前記磁気軸受を構成する部材の少なくとも一方は前
   記回転体の軸心と同心の内部を形成し、前記内部の内周
   面あるいは外周面が他方の部材との間に間隙を隔てて配
   置され、前記回転体の振動時に接触するようにしたこと
   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。 １０、前記磁気軸受を構成する部材の一方には前記回転
   体の細心と同心の溝が設けられ、前記溝内に他方の部材
   が間隙を隔てて挿入され構成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第９項記載のターボ分子ポンプ。 １１、前記ピボット形すベシ軸受は常温で蒸気圧分子ポ
   ンプ。 １２゜前記潤滑油はフッ素系の油であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１１項記載のターボ分子ポンプ。