JPS63255594A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、軸受潤滑剤、特に潤滑油を含まない高度の真
空を発生させるための回転子をケーシング内室に支承し
て有している真空ポンプ、殊にターボ分子ポンプに関す
るものである。

〔従来の技術〕

一般に高度の真空を発生させるための回転子をケーシン
グ内に支承された種々異なる形式のターボ分子ポンプが
知られているが、これらターボ分子ポンプでは分子的な
圧力範囲での圧力値１０−２〜１０−”　ｍｎＨｇの圧
力を得るために回転数をほぼ２０．０ＯＯｒ、ｐ、ｍ以
上の高い回転数で回転するので回転子の支承に特別な問
題が生ずることが多いことが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のターボ分子ポンプにおいて回転子を軸受で支承す
る場合において、用いられる軸受としてのころがり軸受
若しくは球軸受は、しばしばオイル又はグリース潤滑の
潤滑剤を併用し、その潤滑剤回路を介して潤滑かつ冷却
されなければならないが、このヘアリング装置の正しい
潤滑と十分な冷却との確保が難しく、グリースなどの油
潤滑では真空中に油ミストが混入しやすく寿命も極めて
短いばかりか、軸受での固体接触による局部的発熱現象
によって潤滑剤蒸気若しくは潤滑油蒸気などの炭化水素
が発生し、蒸気の高真空側への拡散傾向があって潤滑剤
の劣化が激しいと共に、潤滑剤の少ない真空を達成しよ
うとする場合にはポンプの再運転開始に際して費用のか
かる加熱過程を長時間にわたって必要とするほか真空中
の炭化水素は電気的な閃絡に対する強度を低下させる欠
点があり、殊に軸受に金属材料を用いると変形が大きく
、かつ潤滑剤の劣化が生しると輻射熱の放出も少なくな
って冷却効果も低下して耐久性もなくなり、また、ボー
ルヘアリングのように、微視的にみると、固体接触が行
われている軸受にあっては、所定の運転期間が経過する
と軸受の寿命がくる等と、問題がさらに大きくなるもの
であった。

本発明は、これら従来の欠点を排除しようとするもので
、固体接触することなく局部的発熱がなく、正しい潤滑
を可能にし、潤滑剤の劣化がなく、安定した回転子の超
高速運転を可能とし、かつ高真空を容易に達成すること
ができる耐久性あるターボ分子ポンプを構成簡単で安価
な形態で提供することを目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ケーシング内にその軸線方向に多段に設けら
れた静翼と、この静翼間に位置し、かつケーシング中心
に位置するロータの外周に設けられた動翼をモータ軸を
介して回転体として回転自在に備えたターボ分子ポンプ
において、前記回転体をそれぞれ動圧発生用溝のあるス
ラスト軸受とラジアル軸受とで回転可能に支え、前記固
定軸上に回転自在に備えた回転体にマグネットを設け、
このマグネットに対向され、前記回転体を回転させるス
テータコイルをケーシングに配備したことを特徴とする
ターボ分子ポンプである。

〔実施例〕

本発明の実施例を真空ポンプの例について第１図例で説
明すると、ケーシング１内にその軸線方向に多段に設け
られた静翼２と、この静翼２間に位置し、かつケーシン
グ中心に位置するロータ３の外周に設けられた動翼４を
固定軸５を介して回転自在に回転体として備えたターボ
分子ポンプにおいて、前記回転体をそれぞれ動圧発生用
溝例えばスパイラル状溝６又はへリングポーン状溝６１
のあるスラスト軸受７とラジアル軸受８とで回転可能に
支え、前記回転体の自重を支える方の前記スラスト軸受
７又はラジアル軸受８の少なくとも一方の軸受がセラミ
ックス焼結体から成る構成とすると共に、固定軸５上に
回転自在に備えた回転体にマグネット９を設け、このマ
グネソ斗９に対向され、前記回転体を回転させるステー
タコイル１０をケーシング１の支持カバー体１１に配備
したターボ分子ポンプとしである。

前記固定軸５はケーシング１の吐出口のある支持カバー
体１１に突出固着され、軸外周面の一部にヘリングボー
ン状溝６Ｉを備えてあり、前記スラスト軸受７は、スパ
イラル状溝６を形成したスパイラルグループ軸受を用い
て、前記ロータ３の下面又は側面に対向配備されている
ものであるが、真空室又は減圧室と軸受室との間のシー
ル効果とスラスト軸受を兼用するように回転体とその支
承部との間に形成される間隙部１６に磁性流体を封入し
、該磁性流体を保持制御する永久磁石又は二次導体から
なるマグネット９を備えたスパイラルグループ軸受とし
て用い磁性流体を間隙部１６に封入した場合、駆動用の
マグネット９で磁性流体を保持制御することができると
共に、ラジアル軸受８とスラスト軸受７の二つでシール
作用を同時に行うことができるし、磁性流体を用いない
場合にはスパイラルグループ軸受の溝形状を選定して支
承が安全にできるようにすればよい。前記スパイラルグ
ループ軸受が、偏平面を持つ摺動部材７Ｉを設けた前記
回転体、即ちロータ３との対設面となる前記偏平面にス
パイラル状溝６を形成したスラスト軸受７が好適であり
、固定軸５の貫通孔のまわりにマグネット９を配備した
構成でシール機能と軸受機能とを有効に発揮できるよう
にするのがよい。

また、前記ラジアル軸受８としては、前記固定軸５に嵌
合固着したスリーブであって、その内周面又は固定軸５
の外周面にヘリングボーン状溝６゜を形成したものを用
いであるが、固定軸５に形成した段付部外側に設けた形
態とすることもできる。

なお、この動圧発生用溝は摺動面を形成する対向面のい
ずれかに形成すればよく、摺動部材を中間部材として用
いる場合には両面に設けることができ、いずれにしても
溝のある面に対向する面は平滑面とすることが考慮され
ているが、必要に応じ、例えば、ロータ端面に前記スラ
スト軸受７に対設した偏平面のあるセラミックス材料の
摺動部材７Ｉを備えてもよく、前記動圧発生用溝として
のスパイラル状溝６又はへリングボーン状溝６１を形成
し、かつ硬質のセラミックス材料例えばＳｉＣ焼結体、
ＢｅＯを含むα−５ｒＣ焼結体、又はＳｆ　３Ｎ４焼結
体などで構成したものを用いてスラスト軸受部又はラジ
アル軸受部として形成するのがよい。

図中１２はケーブル、１３は冷却用のジャケット、１４
は吐出口、１５は吸込口である。

第２図例では、竪型のターボ分子ポンプにした例で上部
軸受として球面体１７と該球面体１７を嵌入する凹状受
面体１８とからなり、その対向する摺動面の少なくとも
いずれかに動圧発生用溝のある球面状スパイラルプルー
ブ軸受を回転体の中心上部に備えて回転体の浮上量を拘
束する手段として備えであるが、第１図例のようにバネ
機構１９で代用してもよい。なおこの球面体１７と凹状
受面体１８とは相対関係にあるのでロータ側及びケーシ
ング側のいずれに選んでもよい。またこの実施例では球
面体及び凹状受面体のいずれか或いはいずれをもセラミ
ックス材料から成り、摺動面に動圧発生用溝、例えばス
パイラル溝を備えて球面状スパイラル軸受としである。

この場合、前記球面体１７と凹状受面体１８とはそれぞ
れロータ３又はケーシング１にはアーム状のステイ１７
＋、ｉｏ。

その他の支持手段で固着配備しである。

なお、球面状スパイラルグループ軸受は気流中にあって
潤滑剤は不要であるが、負荷が大きい場合には必要に応
じ種々の潤滑剤を用いてもよい。

第３図例では横型のターボ分子ポンプとしたもので固定
軸５の両端に動圧発生用溝のあるラジアル軸受８とスラ
スト軸受７とをそれぞれ備えである。

しかして動翼４のある回転体のロータ３は固定軸５上で
回転自在にスラスト軸受７及びラジアル軸受８上にマス
バランス、流体バランス及び磁気バランスが良好に維持
されて円滑に回転され、超高速で運転できるものである
。

この場合前記軸受を構成するセラミックス材料の対応面
のいずれか一方の面又は両面に動圧発生溝のスパイラル
状溝６を形成し、他方の面は平滑な平面としてスラスト
軸受７とするものであり、また、ラジアル軸受８は固定
軸５の周囲にあるスリーブの内周面又は固定軸５の外周
面のいずれか一方の面に動圧発生用のへリングポーン状
溝６Ｉを形成し、他方の面を平滑な円筒面とするもので
あり、図示例の実施例においては、スラスト荷重を支え
るためのスパイラル状溝６、ラジアル荷重を支えるため
のへリングボーン溝６．は各々３〜５０μｍ程度の溝深
さである。またこの動圧発生用溝のある面は全面のうね
りが０．３μｍ以下で最大面粗度が０．１μｍの平滑な
平面であるランド面とした上で、ショツトブラストによ
って３〜５０μｍの深さのスパイラル状溝加工をしたも
のである。

なお、動圧効果を利用したラジアル軸受を製作する場合
も同様に、上述のショツトブラストによる溝加工をする
ことができる。いずれにしても硬質のセラミックス材料
で高い精度で前記動圧発生用溝を加工することができ、
かつ、その動圧発生に適した摺動部の形状が動圧が発生
した状態においても維持され、しかも、起動、停止の際
に生しる固定摺擦に対しても、ある程度の負荷であれば
耐久性を持って有効に用いられる。

ここで、動圧軸受部に介在する作動流体について詳細に
述べれば、この作動流体は動圧発生用溝の部分のすきま
に介在されるだけで機能上は十分であり、この作動流体
として磁性流体を用いたならば、磁気によって保持する
ことができる。しかし、高温条件下においても安定なフ
ッ素系オイル（例えばグイフロイル：商品名）、真空オ
イル（例えばフォンブリン：商品名）や不活性ガス（Ｎ
２．　Ｇｏ２など）などの磁気で保持できない作動流体
を用いるときには夫々、必要に応じて軸受部へ補給する
手段を設ける必要がある。

〔発明の効果〕

本発明は、回転体をそれぞれ動圧発生用溝のあるスラス
ト軸受とラジアル軸受とで回転可能に支え、前記固定軸
上に回転自在に備えた回転体にマグネットを設け、この
マグネットに対向され、前記回転体を回転させるステー
タコイルをケーシングに配備したことにより、スラスト
軸受には一方向に吸着力が働き、また駆動時には他方向
にマグネノト力が働くため両方向ともにスラスト力を受
けることが可能で回転体を回転させる駆動部を含む分子
ポンプを著しくシンプルで小型化することができるほか
、ラジアル軸受とスラスト軸受の二つで大気側と真空側
とのシールをして真空中に油ミストが混入することもな
く運転でき、しかも支承部において局部的な固体接触が
なく、オイル又はグリース潤滑の潤滑剤を用いても発熱
現象がなく潤滑剤の劣化による支障がなくなり、安定し
た回転子の超高速運転を可能とし、かつ高真空を容易に
達成することができる耐久性あるターボ分子ポンプを構
成簡単で安価な形態で提供できるほか著しくコンパクト
化できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は一部の切
断側面図、第３図は他の実施例の縦断面図である。 １・・・ケーシング、２・・・静翼、３・・・ロータ、
４・・・動翼、５・・・固定軸、６，６．・・・溝、７
・・・スラスト軸受、８・・・ラジアル軸受、９・・・
マグネット、１０・・・ステータコイル、１１・・・支
持カバー体、１６・・・間隙部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケーシング内にその軸線方向に多段に設けられた
   静翼と、この静翼間に位置し、かつケーシング中心に位
   置するロータの外周に設けられた動翼を固定軸を介して
   回転体として回転自在に備えたターボ分子ポンプにおい
   て、前記回転体をそれぞれ動圧発生用溝のあるスラスト
   軸受とラジアル軸受とで回転可能に支え、前記固定軸上
   に回転自在に備えた同転体にマグネットを設け、このマ
   グネットに対向され、前記回転体を回転させるステータ
   コイルをケーシングに配備したことを特徴とするターボ
   分子ポンプ。
2. （２）前記スラスト軸受とラジアル軸受とが、前記回転
   体の自重を支える方の軸受の少なくとも一方の軸受がセ
   ラミックス焼結体でスパイラル状溝を形成したスパイラ
   ルグループ軸受であって、前記回転体の下面又は側面に
   対向配備されているものである特許請求の範囲第１項記
   載のターボ分子ポンプ。
3. （３）前記固定軸が、ケーシングの吐出口を形成した支
   持カバー体に突出固着され、軸外周面の一部にヘリング
   ボーン状の動圧発生用溝を備えているものである特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載のターボ分子ポンプ。