WO2008015849A1 - Bearing device, and turbo-molecular pump - Google Patents

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Abstract

A protective bearing equipped with rolling elements of nonmagnetic body in which corotation of a magnetized inner ring is suppressed. An inner ring and an outer ring are formed of a member of magnetic body, respectively, and rolling elements are formed of nonmagnetic body. A magnetism inductor is a member formed of a magnetic material and has a function for inducing magnetism of a magnetized inner ring to a closed magnetic path passing the inner ring and the outer ring. A magnetism inducing portion is constituted of a part stretching out in the extending direction and the axial direction of a bearing fixing portion from the inner circumferential edge thereof, and touches the outer ring in order to reduce reluctance. The interval β of the clearance between the inner ring of the protective bearing and the magnetism inducting portion is set sufficiently smaller than the interval α of the clearance between the inner circumferential surface of the inner ring and the outer circumferential wall face of a shaft. Since the magnetism inductor is provided such that the interval β becomes smaller than the interval α, more magnetic fluxes can be picked up and induced to the closed magnetic path passing the inner ring and the outer ring.

Description

明 細 書  Specification
軸受装置、及びターボ分子ポンプ  Bearing device and turbomolecular pump
技術分野  Technical field
[0001] 本発明は、回転軸を非接触で支持する軸受装置、及びターボ分子ポンプに関し、 特に、タツチダウン時にバックアップする保護ベアリング (補助軸受)を備えた軸受装 置、及びターボ分子ポンプに関する。  TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a bearing device that supports a rotating shaft in a non-contact manner and a turbo molecular pump, and more particularly to a bearing device that includes a protective bearing (auxiliary bearing) that backs up when touched down, and a turbo molecular pump.
背景技術  Background art
[0002] 動圧軸受装置や磁気軸受装置など、回転軸を非接触で支持する軸受装置では、 装置の剛性を大きく(高く)取ることが構造上困難である。  In a bearing device that supports a rotating shaft in a non-contact manner, such as a hydrodynamic bearing device and a magnetic bearing device, it is structurally difficult to obtain a high (high) rigidity of the device.
そのため、このような非接触軸受装置には、地震の衝撃などの外乱が加えられた場 合や制御システムの異常時のための、危急用(保護用)の保護ベアリング (タツチダウ そして、非接触で回転軸を保持できない状態となった場合には、この保護べアリン グでバックアップするように構成されてレ、る。  For this reason, these non-contact bearing devices are used for emergency (protective) protective bearings (touch-down and non-contact) when a disturbance such as an earthquake impact is applied or when the control system is abnormal. If the rotating shaft cannot be held, it is configured to back up with this protective bearing.
なお、保護ベアリングは、例えば、玉軸受ゃころ軸受などの転がり軸受によって構 成されている。  The protective bearing is constituted by a rolling bearing such as a ball bearing or a roller bearing.
[0003] 回転軸が非接触で支持されている間、保護ベアリング (補助軸受)には、荷重が加 わらないため、保護ベアリングの内輪(回転軸との接触輪)は、停止している。  [0003] While the rotating shaft is supported in a non-contact manner, no load is applied to the protective bearing (auxiliary bearing), so the inner ring (contact wheel with the rotating shaft) of the protective bearing is stopped.
しかし、軸受装置が非接触で回転軸を保持できない状態となった場合、即ち、保護 ベアリングが機能する場合、保護ベアリングの内輪は、回転軸と接触して定格回転数 付近(ロータの回転数)まで急加速される。  However, when the bearing device is in a non-contact state and cannot hold the rotating shaft, that is, when the protective bearing functions, the inner ring of the protective bearing contacts the rotating shaft and is close to the rated speed (rotor speed). It is accelerated rapidly.
そのため、保護ベアリングの転動体(玉、ころ)は、セラミックス製の部材など軽量で 回転トルクの小さレ、ものが用いられる。  For this reason, the rolling elements (balls, rollers) of the protective bearing are made of a ceramic member that is lightweight and has a small rotational torque.
[0004] ところで、このような非接触軸受を利用したものに、固定翼と高速回転する回転翼と の作用により気体を排気するターボ分子ポンプがある。  [0004] Incidentally, a turbo molecular pump that uses such a non-contact bearing to exhaust gas by the action of a fixed blade and a rotating blade rotating at high speed is available.
ターボ分子ポンプでは、回転翼を高速回転させるために高周波モータを用いてい る。そのため、回転軸には、高周波モータを構成する永久磁石が埋設されている。 このようなターボ分子ポンプを組み立てる場合、一般に、端部に保護ベアリングが 配設されてレ、る筒状の固定部に、回転軸を挿通させる。 The turbo molecular pump uses a high-frequency motor to rotate the rotor blades at high speed. Therefore, the permanent magnet which comprises a high frequency motor is embed | buried in the rotating shaft. When assembling such a turbo-molecular pump, generally, a protective bearing is disposed at the end, and a rotating shaft is inserted through a cylindrical fixed portion.
そのため、回転軸に坦設されている永久磁石力 保護ベアリングの内側を通過する 際に、保護ベアリングの軌道輪(内輪、外輪)が磁化される。  Therefore, the raceway rings (inner ring, outer ring) of the protection bearing are magnetized when passing through the inside of the permanent magnet force protection bearing carried on the rotating shaft.
[0005] 図 9は、従来の保護ベアリングにおける、軌道輪が磁化された状態を示す図である 。なお、図 9 (a)は、保護ベアリングのラジアル方向(径方向)の断面を示し、図 9 (b) は、アキシャル方向(軸方向)の断面を示す。  FIG. 9 is a diagram showing a state where the raceway ring is magnetized in a conventional protective bearing. 9A shows a cross section in the radial direction (radial direction) of the protective bearing, and FIG. 9B shows a cross section in the axial direction (axial direction).
保護ベアリングの軌道輪が磁化された場合、図 9に示すように、内輪 101と回転軸 1 04を通る閉磁路 (太線)と、内輪 101と外輪 102を通る閉磁路 (破線)、即ち、磁気回 路が形成される。  When the bearing ring of the protective bearing is magnetized, as shown in FIG. 9, a closed magnetic circuit (thick line) passing through the inner ring 101 and the rotating shaft 104, and a closed magnetic circuit (broken line) passing through the inner ring 101 and the outer ring 102, ie, magnetic A circuit is formed.
ただし、転動体 103は、非磁性体の部材 (例えば、セラミックス部材)により構成され ているため、内輪 101と外輪 102の間は、内輪 101と回転軸 104の間と同様に、エア ギャップとして機能する。  However, since the rolling element 103 is made of a non-magnetic member (for example, a ceramic member), it functions as an air gap between the inner ring 101 and the outer ring 102, as between the inner ring 101 and the rotating shaft 104. To do.
そのため、磁気回路における磁束密度は、内輪 101と回転軸 104を通る閉磁路 (太 線)の方が、内輪 101と外輪 102を通る閉磁路 (破線)よりも大きレ、(高い)。  Therefore, the magnetic flux density in the magnetic circuit is larger (higher) in the closed magnetic path (thick line) passing through the inner ring 101 and the rotating shaft 104 than in the closed magnetic path (broken line) passing through the inner ring 101 and the outer ring 102.
[0006] 保護ベアリングの軌道輪が磁化された場合、このような回転軸 104との相互作用に より、回転軸 104が非接触で支持されている間であっても、保護ベアリングの内輪 10 3が回転軸 104の回転に伴って、回転して(連れ回って)しまう。 [0006] When the bearing ring of the protective bearing is magnetized, the interaction with the rotary shaft 104 causes the inner ring of the protective bearing 10 3 even while the rotary shaft 104 is supported in a non-contact manner. However, the rotation shaft 104 rotates with the rotation shaft 104.
詳しくは、軌道輪(内輪 101)の磁気によって、回転軸 104の内部に誘導電流が発 生する。これにより、回転軸 104で発生する磁力と引き合うことにより、保護ベアリング の内輪 101が回転してしまう。  Specifically, an induced current is generated in the rotating shaft 104 due to the magnetism of the race (inner ring 101). As a result, the inner ring 101 of the protective bearing rotates by attracting the magnetic force generated by the rotating shaft 104.
[0007] このような内輪 101の連れ回りが生じると、保護ベアリングの寿命が低下するおそれ があった。また、内輪 101の連れ回りが生じると、内輪 101の回転による騒音や振動 が問題となるおそれがあった。 [0007] If the accompanying rotation of the inner ring 101 occurs, the life of the protective bearing may be reduced. Further, when the inner ring 101 is rotated, noise and vibration due to the rotation of the inner ring 101 may be a problem.
そこで従来、このような非磁性体の転動体を用いた保護ベアリングにおける、軌道 輪の連れ回りを防止する方法が下記の特許文献に提案されている。  Therefore, conventionally, a method for preventing the rotation of the bearing ring in a protective bearing using such a non-magnetic rolling element has been proposed in the following patent documents.
特許文献 1 :特開 2002— 54593公報  Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2002-54593
[0008] 特許文献 1には、タツチダウン軸受 (保護ベアリング)の内輪を、残留磁束密度の低 い材質によって形成し、内輪が磁化されることを抑制する技術が提案されている。 詳しくは、タツチダウンベアリングの内輪を、固容体状態で形成されたオーステナイ ト系ステンレス鋼などの非磁性部材で形成することにより、タツチダウン軸受の内輪が 磁化されることを抑制する技術が提案されている。 [0008] Patent Document 1 describes that an inner ring of a touchdown bearing (protective bearing) has a low residual magnetic flux density. A technique has been proposed in which the inner ring is formed of a different material and is suppressed from being magnetized. Specifically, a technology has been proposed in which the inner ring of the touchdown bearing is formed of a non-magnetic member such as austenitic stainless steel formed in a solid state, thereby suppressing the inner ring of the touchdown bearing from being magnetized. Yes.
発明の開示  Disclosure of the invention
発明が解決しょうとする課題  Problems to be solved by the invention
[0009] しかしながら、特許文献 1で提案されているように、内輪を非磁性部材で構成した場 合、非磁性体の部材は、剛性が低いため、保護ベアリング (タツチダウンベアリング) の強度 (剛性)を十分に保持することが困難であった。  However, as proposed in Patent Document 1, when the inner ring is made of a non-magnetic member, the non-magnetic member has low rigidity, so the strength (rigidity of the protective bearing (touch down bearing)) ) Was difficult to hold sufficiently.
そこで本発明は、十分な剛性を保持しつつ、内輪の連れ回りを適切に抑制すること 力できる保護軸受を備えた軸受装置、及びターボ分子ポンプを提供することを目的と する。  Therefore, an object of the present invention is to provide a bearing device and a turbo molecular pump including a protective bearing capable of appropriately suppressing the rotation of the inner ring while maintaining sufficient rigidity.
課題を解決するための手段  Means for solving the problem
[0010] 請求項 1記載の発明では、モータを構成する永久磁石が配設された回転軸を非接 触で支持する軸受装置であって、非磁性体からなる転動体と、前記転動体の軌道を 形成する、磁性体からなる内輪及び外輪と、を有する、停止時及び異常時に前記回 転軸を支持する保護軸受を備え、前記保護軸受は、前記内輪の回転トルクを摩擦ト ルクより小さくする磁気誘導構造を有することにより前記目的を達成する。 [0010] The invention according to claim 1 is a bearing device that supports a rotating shaft on which a permanent magnet constituting a motor is disposed in a non-contact manner, the rolling element made of a non-magnetic material, and the rolling element. A protective bearing for supporting the rotating shaft at the time of a stop and abnormal condition, the inner ring and the outer ring made of a magnetic material forming a raceway, wherein the protective bearing has a rotational torque of the inner ring smaller than a friction torque; The above object is achieved by having a magnetic induction structure.
なお、内輪の回転トルクは、例えば、回転軸の回転に伴って連れ回る牽引トルクを 示す。  Note that the rotational torque of the inner ring indicates, for example, traction torque that rotates with the rotation of the rotation shaft.
また、請求項 1では、例えば、前記内輪と前記外輪との間の磁気抵抗は、前記内輪 と前記回転軸との間の磁気抵抗より小さいことが好ましい。  In claim 1, for example, it is preferable that a magnetic resistance between the inner ring and the outer ring is smaller than a magnetic resistance between the inner ring and the rotating shaft.
請求項 2記載の発明では、請求項 1記載の軸受装置において、前記磁気誘導構造 は、前記内輪の磁気を前記外輪へ誘導する、磁性体の部材からなる磁気誘導部材 力 なることを特徴とする。  According to a second aspect of the present invention, in the bearing device according to the first aspect, the magnetic induction structure is a magnetic induction member force composed of a magnetic member for guiding the magnetism of the inner ring to the outer ring. .
請求項 3記載の発明では、請求項 2記載の軸受装置において、前記磁気誘導部材 は、前記内輪と所定の間隔 /3を介して配設され、前記間隔 /3は、前記回転軸と前記 内輪との間隔ひより小さいことを特徴とする。 請求項 4記載の発明では、請求項 1、請求項 2または請求項 3記載の軸受装置にお いて、前記磁気誘導構造は、前記内輪と前記外輪との間隔 γを、前記回転軸と前記 内輪との間隔 αより小さく構成したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the bearing device according to the second aspect, the magnetic induction member is disposed at a predetermined distance / 3 from the inner ring, and the distance / 3 is defined by the rotation shaft and the inner ring. It is characterized by being smaller than the distance between and. According to a fourth aspect of the present invention, in the bearing device according to the first, second, or third aspect, the magnetic induction structure includes a distance γ between the inner ring and the outer ring, and the rotation shaft and the inner ring. It is characterized in that it is smaller than the interval α.
請求項 5記載の発明では、請求項 1、請求項 2、請求項 3又は請求項 4記載の軸受 装置において、前記転動体は、セラミックス部材からなることを特徴とする。  The invention according to claim 5 is the bearing device according to claim 1, claim 2, claim 3 or claim 4, wherein the rolling element is made of a ceramic member.
請求項 6記載の発明では、請求項 1から請求項 5のいずれか 1の請求項に記載の 軸受装置において、前記回転軸は、磁気力または動圧力により支持されていることを 特徴とする。  The invention according to claim 6 is characterized in that in the bearing device according to any one of claims 1 to 5, the rotating shaft is supported by a magnetic force or a dynamic pressure.
請求項 7記載の発明では、請求項 1から請求項 6のいずれか 1の請求項に記載の 軸受装置を有することを特徴とするターボ分子ポンプ。  The invention according to claim 7 is a turbomolecular pump comprising the bearing device according to any one of claims 1 to 6.
発明の効果  The invention's effect
[0011] 本発明によれば、保護軸受における内輪の回転トルクを摩擦トルクより小さくする磁 気誘導構造を備えることにより、内輪の連れ回りを抑制することができる。  [0011] According to the present invention, the rotation of the inner ring in the protective bearing is provided with the magnetic induction structure that makes the rotation torque of the inner ring smaller than the friction torque, so that the accompanying rotation of the inner ring can be suppressed.
図面の簡単な説明  Brief Description of Drawings
[0012] [図 1]本実施の形態に係るターボ分子ポンプの概略構成を示した図である。  FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a turbo molecular pump according to the present embodiment.
[図 2] (a)は、磁気誘導構造の構成を示した図であり、 (b)は、(a)の破線部に示す領 域の拡大図である。  [FIG. 2] (a) is a diagram showing a configuration of a magnetic induction structure, and (b) is an enlarged view of a region indicated by a broken line part in (a).
[図 3]本実施の形態に係る保護ベアリングが磁化された状態を示す図である。  FIG. 3 is a diagram showing a state in which the protective bearing according to the present embodiment is magnetized.
[図 4]磁気誘導構造の第 1の変形例の構成を示した図である。  FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a first modification of the magnetic induction structure.
[図 5]磁気誘導構造の第 2の変形例の構成を示した図である。  FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a second modification of the magnetic induction structure.
[図 6]磁気誘導構造の第 3の変形例の構成を示した図である。  FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a third modification of the magnetic induction structure.
[図 7]磁気誘導構造の第 4の変形例の構成を示した図である。  FIG. 7 is a view showing a configuration of a fourth modification of the magnetic induction structure.
[図 8]磁気誘導構造の第 5の変形例の構成を示した図である。  FIG. 8 is a view showing a configuration of a fifth modification of the magnetic induction structure.
[図 9]従来の保護ベアリングにおける、軌道輪が磁化された状態を示す図である。 符号の説明  FIG. 9 is a view showing a state in which a race is magnetized in a conventional protective bearing. Explanation of symbols
[0013] 1 ターボ分子ポンプ [0013] 1 turbo molecular pump
2 ケーシング  2 Casing
3 ベース 4 吸気口 3 base 4 Air intake
5 フランジ部  5 Flange
6 排気口  6 Exhaust vent
7 シャフト  7 Shaft
8 ロータ本体  8 Rotor body
9 回転翼  9 Rotor blade
10 円筒部材  10 Cylindrical member
11 モータ部  11 Motor section
12〜: 14 磁気軸受  12 ~: 14 Magnetic bearing
15〜: 17 変位センサ  15 ~: 17 Displacement sensor
18 金属ディスク  18 Metal disc
19、 20 電磁石  19, 20 electromagnet
23 ボルト  23 volts
25 ボル卜  25 Vol
30 固定翼  30 fixed wing
31 ねじ溝スぺーサ  31 Thread groove spacer
32 らせん溝  32 Spiral groove
33 スぺーサ  33 Spacer
34 ステータコラム  34 Stator column
40、 50 保護ベアリング  40, 50 Protective bearing
41 内輪  41 inner ring
42 外輪  42 Outer ring
43 転動体  43 Rolling elements
44 磁気誘導体  44 Magnetic derivatives
70 制御装置  70 Control unit
111 永久磁石  111 Permanent magnet
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、本発明の好適な実施の形態について、図 1〜図 8を参照して詳細に説明す る。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The
本実施の形態では、保護ベアリングを有する非接触軸受装置を用いた装置として、 磁気軸受装置を備えたターボ分子ポンプを用いて説明する。  In this embodiment, a turbo molecular pump provided with a magnetic bearing device will be described as a device using a non-contact bearing device having a protective bearing.
なお、本実施の形態では、ターボ分子ポンプの一例として、ターボ分子ポンプ部 T とねじ溝ポンプ部 Sを有する複合型ターボ分子ポンプを用いて説明する。  In this embodiment, a description will be given using a composite turbo molecular pump having a turbo molecular pump part T and a thread groove pump part S as an example of a turbo molecular pump.
[0015] 図 1は、本実施の形態に係るターボ分子ポンプ 1の概略構成を示した図である。な お、図 1は、ターボ分子ポンプ 1における軸線方向の断面を示している。このターボ分 子ポンプ 1は、例えば半導体製造装置内に設置され、真空チャンバからプロセスガス の排気を行う際に用レ、られる。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a turbo molecular pump 1 according to the present embodiment. FIG. 1 shows a cross section in the axial direction of the turbo molecular pump 1. The turbo molecular pump 1 is installed, for example, in a semiconductor manufacturing apparatus, and is used when exhausting process gas from a vacuum chamber.
ターボ分子ポンプ 1の外装体を構成するケーシング 2は略円筒状の形状をしており 、ケーシング 2の下部(排気口 6側)に設けられたベース 3と共にターボ分子ポンプ 1 の筐体を構成している。そして、この筐体の内部には、ターボ分子ポンプ 1に排気機 能を発揮させる構造物、即ち気体移送機構が配設されてレ、る。  The casing 2 constituting the exterior body of the turbo molecular pump 1 has a substantially cylindrical shape, and constitutes the casing of the turbo molecular pump 1 together with the base 3 provided at the lower part of the casing 2 (exhaust port 6 side). ing. A structure for allowing the turbo molecular pump 1 to perform an exhaust function, that is, a gas transfer mechanism is disposed inside the housing.
[0016] この気体移送機構は、大きく分けて回転自在に軸支された回転部と、筐体に対して 固定された固定部から構成されてレ、る。 [0016] This gas transfer mechanism is mainly composed of a rotating part that is rotatably supported by a shaft and a fixed part that is fixed to the casing.
ケーシング 2の端部には、ターボ分子ポンプ 1へ気体を導入するための吸気口 4が 形成されている。また、ケーシング 2の吸気口 4側の端面には、外周側へ張り出したフ ランジ部 5が形成されている。  An inlet 4 for introducing gas into the turbo molecular pump 1 is formed at the end of the casing 2. In addition, a flange portion 5 is formed on the end surface of the casing 2 on the intake port 4 side so as to project to the outer peripheral side.
また、ベース 3には、ターボ分子ポンプ 1から気体を排気するための、即ち半導体製 造装置からのプロセスガス等を排出する排気口 6が形成されている。  Further, the base 3 is formed with an exhaust port 6 for exhausting gas from the turbo molecular pump 1, that is, exhausting process gas from the semiconductor manufacturing apparatus.
[0017] 回転部は、回転軸であるシャフト 7、このシャフト 7に配設された断面略逆 U字状の口 ータ本体 8、ロータ本体 8に設けられた回転翼 9、排気口 6側(ねじ溝ポンプ部 S)に設 けられた円筒部材 10などから構成されている。 [0017] The rotating part includes a shaft 7 that is a rotating shaft, a substantially inverted U-shaped port body 8 disposed on the shaft 7, a rotor blade 9 provided on the rotor body 8, and an exhaust port 6 side. It is composed of a cylindrical member 10 provided in the (thread groove pump part S).
ロータ本体 8は、シャフト 7の上部にボルト 23で固定されている。また、円筒部材 10 は、ロータ本体 8の延長上に形成され、ロータ本体 8の回転軸線と同心の円筒形状を した部材からなる。  The rotor body 8 is fixed to the upper part of the shaft 7 with bolts 23. The cylindrical member 10 is formed on the extension of the rotor body 8 and is a cylindrical member that is concentric with the rotation axis of the rotor body 8.
ロータ本体 8の外周には、回転翼 9が配設され、この回転翼 9は、シャフト 7の軸線に 垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してシャフト 7から放射状に伸びたブレード(羽 根)からなる。 A rotor blade 9 is disposed on the outer periphery of the rotor body 8, and the rotor blade 9 is inclined by a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the shaft 7 and extends radially from the shaft 7 (blade blades). Root).
[0018] シャフト 7の軸線方向中程には、シャフト 7を高速回転させるためのモータ部 11が設 けられている。モータ部 11は、 DCブラシレスモータ(高周波モータ)であり、次のよう に構成されている。  [0018] In the middle of the shaft 7 in the axial direction, a motor unit 11 for rotating the shaft 7 at a high speed is provided. The motor unit 11 is a DC brushless motor (high frequency motor), and is configured as follows.
モータ部 11は、シャフト 7に埋設された永久磁石 111を備えている。この永久磁石 1 11は、例えば、シャフト 7の周りに N極と S極が 180° ごとに配置されるように固定され ている。  The motor unit 11 includes a permanent magnet 111 embedded in the shaft 7. For example, the permanent magnet 111 is fixed so that the N pole and the S pole are arranged around the shaft 7 every 180 °.
また、モータ部 11は、この永久磁石の周囲にシャフト 7から所定のクリアランスを経 て配設された電磁石 112を備えている。ここでは、 6個の電磁石が 60° ごとにシャフト 7の軸線に対して対称的に対向するように配置されている。  In addition, the motor unit 11 includes an electromagnet 112 disposed around the permanent magnet with a predetermined clearance from the shaft 7. Here, six electromagnets are arranged so as to face each other symmetrically with respect to the axis of the shaft 7 every 60 °.
[0019] ターボ分子ポンプ 1は、コネクタ及びケーブルを介して制御装置 70に接続されてい る。そして、この制御装置 70によってシャフト 7の回転が持続するように、電磁石 112 の電流を次々に切り替える。 The turbo molecular pump 1 is connected to the control device 70 via a connector and a cable. Then, the current of the electromagnet 112 is switched one after another so that the rotation of the shaft 7 is continued by the control device 70.
即ち、制御装置 70は、 6個の電磁石 112の励磁電流を切り替えることによりシャフト 7に固定された永久磁石 111の周りに回転磁界を生成し、永久磁石 111をこの回転 磁界に追従させることによりシャフト 7を回転させる。  That is, the control device 70 generates a rotating magnetic field around the permanent magnet 111 fixed to the shaft 7 by switching the exciting currents of the six electromagnets 112, and causes the shaft to move by causing the permanent magnet 111 to follow the rotating magnetic field. Rotate 7
[0020] シャフト 7のモータ部 11に対して吸気口 4側、及び排気口 6側には、シャフト 7をラジ アル方向(半径方向)に軸支するための磁気軸受 12、 13が設けられている。 [0020] Magnetic bearings 12 and 13 for pivotally supporting the shaft 7 in the radial direction (radial direction) are provided on the intake port 4 side and the exhaust port 6 side with respect to the motor portion 11 of the shaft 7. Yes.
また、シャフト 7の下端 (排気口 6側端)には、シャフト 7をスラスト方向(軸線方向)に 軸支するための磁気軸受 14が設けられている。  In addition, a magnetic bearing 14 for pivotally supporting the shaft 7 in the thrust direction (axial direction) is provided at the lower end (exhaust port 6 side end) of the shaft 7.
これらの磁気軸受 12〜 14は、いわゆる 5軸制御型の磁気軸受を構成している。 シャフト 7は、磁気軸受 12、 13によってラジアル方向(シャフト 7の径方向)に非接触 で支持され、磁気軸受 14によってスラスト方向(シャフト 7の軸方向)に非接触で支持 されている。  These magnetic bearings 12 to 14 constitute so-called five-axis control type magnetic bearings. The shaft 7 is supported by the magnetic bearings 12 and 13 in a non-contact manner in the radial direction (the radial direction of the shaft 7), and is supported by the magnetic bearing 14 in a non-contact manner in the thrust direction (the axial direction of the shaft 7).
また、磁気軸受 12〜: 14の近傍には、それぞれシャフト 7の変位を検出する変位セ ンサ 15〜: 17が設けられている。  Displacement sensors 15 to 17 for detecting the displacement of the shaft 7 are provided in the vicinity of the magnetic bearings 12 to 14, respectively.
[0021] 磁気軸受 12には、 4個の電磁石がシャフト 7の周囲に 90° ごとに対向するように配 置されている。シャフト 7は、高透磁率材 (鉄など)により形成され、これらの電磁石の 磁力により吸引されるようになっている。 On the magnetic bearing 12, four electromagnets are arranged around the shaft 7 so as to face each other at 90 °. The shaft 7 is formed of a high magnetic permeability material (such as iron), and these electromagnets It is attracted by magnetic force.
変位センサ 15は、シャフト 7のラジアル方向の変位を所定の時間間隔でサンプリン グして検出する。  The displacement sensor 15 detects the displacement of the shaft 7 in the radial direction by sampling at predetermined time intervals.
[0022] そして制御装置 70は、変位センサ 15からの変位信号によってシャフト 7がラジアル 方向に所定の位置から変位したことを検出すると、磁気軸受 12における各電磁石の 磁力を調節してシャフト 7を所定の位置に戻すように動作する。この電磁石の磁力の 調節は、各電磁石の励磁電流をフィードバック制御することにより行われる。  [0022] When the control device 70 detects that the shaft 7 is displaced from the predetermined position in the radial direction by the displacement signal from the displacement sensor 15, the control device 70 adjusts the magnetic force of each electromagnet in the magnetic bearing 12 to determine the shaft 7 in advance. It operates to return to the position of. The adjustment of the magnetic force of the electromagnet is performed by feedback controlling the excitation current of each electromagnet.
制御装置 70は、変位センサ 15の信号に基づいて磁気軸受 12をフィードバック制 御し、これによつてシャフト 7は、磁気軸受 12において電磁石から所定のクリアランス を隔ててラジアル方向に磁気浮上し、空間中に非接触で保持される。  The control device 70 performs feedback control of the magnetic bearing 12 based on the signal of the displacement sensor 15, and as a result, the shaft 7 is magnetically levitated in the radial direction with a predetermined clearance from the electromagnet in the magnetic bearing 12, and the space 7 It is held in a non-contact manner.
[0023] 磁気軸受 13の構成と作用は、磁気軸受 12と同様である。制御装置 70は、変位セ ンサ 16の信号に基づいて磁気軸受 13をフィードバック制御し、これによつてシャフト 7は、磁気軸受 13でラジアル方向に磁気浮上し、空間中に非接触で保持される。 このように、シャフト 7は、磁気軸受 12、 13の作用により、ラジアル方向に所定の位 置で保持される。  The configuration and action of the magnetic bearing 13 are the same as those of the magnetic bearing 12. The control device 70 performs feedback control of the magnetic bearing 13 based on the signal of the displacement sensor 16, whereby the shaft 7 is magnetically levitated in the radial direction by the magnetic bearing 13 and is held in a non-contact manner in the space. . Thus, the shaft 7 is held at a predetermined position in the radial direction by the action of the magnetic bearings 12 and 13.
[0024] また、磁気軸受 14は、円板状の金属ディスク 18、電磁石 19、 20を備え、シャフト 7 をスラスト方向に保持する。  [0024] The magnetic bearing 14 includes a disk-shaped metal disk 18 and electromagnets 19 and 20, and holds the shaft 7 in the thrust direction.
金属ディスク 18は、鉄などの高透磁率材で構成されており、その中心においてシャ フト 7に垂直に固定されている。この金属ディスク 18を挟み、かつ対向するように電磁 石 19、 20が配置されている。電磁石 19は、磁力により金属ディスク 18を上方に吸引 し、電磁石 20は、金属ディスク 18を下方に吸引する。  The metal disk 18 is made of a high permeability material such as iron, and is fixed perpendicularly to the shaft 7 at the center thereof. Magnets 19 and 20 are arranged so as to sandwich the metal disk 18 and face each other. The electromagnet 19 attracts the metal disk 18 upward by magnetic force, and the electromagnet 20 attracts the metal disk 18 downward.
制御装置 70は、この電磁石 19、 20が金属ディスク 18に及ぼす磁力を適当に調節 し、シャフト 7をスラスト方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになって いる。  The control device 70 appropriately adjusts the magnetic force exerted by the electromagnets 19 and 20 on the metal disk 18 so that the shaft 7 is magnetically levitated in the thrust direction and held in a non-contact manner in the space.
[0025] さらにシャフト 7の下端部に対向して変位センサ 17が配設されている。この変位セン サ 17は、シャフト 7のスラスト方向の変位をサンプリングして検出し、これを制御装置 7 0に送信する。制御装置 70は、変位センサ 17から受信した変位検出信号によりシャ フト 7のスラスト方向の変位を検出する。 シャフト 7がスラスト方向のどちらかに移動して所定の位置から変位した場合、制御 装置 70は、この変位を修正するように電磁石 19、 20の励磁電流をフィードバック制 御して磁力を調節し、シャフト 7を所定の位置に戻すように動作する。制御装置 70は 、このフィードバック制御を連続的に行う。これにより、シャフト 7はスラスト方向に所定 の位置で磁気浮上し、保持される。 Further, a displacement sensor 17 is disposed so as to face the lower end portion of the shaft 7. The displacement sensor 17 samples and detects the displacement of the shaft 7 in the thrust direction, and transmits this to the control device 70. The control device 70 detects the displacement of the shaft 7 in the thrust direction based on the displacement detection signal received from the displacement sensor 17. When the shaft 7 moves in one of the thrust directions and is displaced from a predetermined position, the control device 70 adjusts the magnetic force by feedback controlling the exciting currents of the electromagnets 19 and 20 so as to correct this displacement. It operates to return the shaft 7 to a predetermined position. The control device 70 continuously performs this feedback control. As a result, the shaft 7 is magnetically levitated and held at a predetermined position in the thrust direction.
以上に説明したように、シャフト 7は、磁気軸受 12、 13によりラジアル方向に保持さ れ、磁気軸受 14によりスラスト方向に保持されるため、シャフト 7の軸線周りに回転す るようになっている。  As described above, the shaft 7 is held in the radial direction by the magnetic bearings 12 and 13, and is held in the thrust direction by the magnetic bearing 14, so that it rotates around the axis of the shaft 7. .
[0026] 次に、気体移送機構を構成する固定部について説明する。 [0026] Next, a description will be given of the fixing portion constituting the gas transfer mechanism.
固定部は、吸気口 4側(ターボ分子ポンプ部 T)に設けられた固定翼 30、排気口 6 側(ねじ溝式ポンプ部 S)に設けられたねじ溝スぺーサ 31、ステータコラム 34などから 構成されている。  The fixed part is fixed blade 30 provided on the intake port 4 side (turbomolecular pump part T), thread groove spacer 31 provided on the exhaust port 6 side (thread groove type pump part S), stator column 34, etc. Consists of.
固定翼 30は、シャフト 7の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜してケーシン グ 2の内周面からシャフト 7に向かって伸びたブレード力 構成されている。  The fixed wing 30 is configured with a blade force that is inclined from the plane perpendicular to the axis of the shaft 7 by a predetermined angle and extends from the inner peripheral surface of the casing 2 toward the shaft 7.
ターボ分子ポンプ部 Tでは、これら固定翼 30が軸線方向に、回転翼 9と互い違いに 複数段形成されている。各段の固定翼 30は、円筒形状をしたスぺーサ 33により互い に隔てられている。  In the turbo molecular pump section T, the fixed blades 30 are formed in a plurality of stages alternately with the rotor blades 9 in the axial direction. The fixed wings 30 of each stage are separated from each other by a spacer 33 having a cylindrical shape.
[0027] ねじ溝スぺーサ 31は、内周面にらせん溝 32が形成された円柱部材である。ねじ溝 スぺーサ 31の内周面は、所定の間隙を隔てて円筒部材 10の外周面に対面するよう になっている。  [0027] The thread groove spacer 31 is a cylindrical member in which a spiral groove 32 is formed on the inner peripheral surface. The inner peripheral surface of the thread groove spacer 31 faces the outer peripheral surface of the cylindrical member 10 with a predetermined gap therebetween.
ねじ溝スぺーサ 31に形成されたらせん溝 32の方向は、らせん溝 32内を回転部の 回転方向にガスが輸送された場合、排気口 6に向力 方向である。らせん溝 32の深 さは排気口 6に近づくにつれ浅くなるようになつている。そして、らせん溝 32を輸送さ れるガスは排気口 6に近づくにつれて圧縮されるようになってレ、る。  The direction of the spiral groove 32 formed in the thread groove spacer 31 is the direction of force toward the exhaust port 6 when gas is transported in the spiral groove 32 in the rotational direction of the rotating part. The depth of the spiral groove 32 becomes shallower as it approaches the exhaust port 6. The gas transported through the spiral groove 32 is compressed as it approaches the exhaust port 6.
ベース 3は、ケーシング 2と共にターボ分子ポンプ 1の外装体を構成している。ベー ス 3のラジアル方向中央には、ロータの回転軸線と同心に円筒形状を有するステータ コラム 34力 吸気口 4方向に取り付けられている。  The base 3 and the casing 2 constitute an exterior body of the turbo molecular pump 1. At the center of the base 3 in the radial direction, a stator column having a cylindrical shape concentrically with the rotational axis of the rotor is attached in the direction of the 34 force inlet 4.
[0028] ターボ分子ポンプ 1は、ケーシング 2の内部における変位センサ 15の吸気口 4側に 、総玉タイプの深溝玉軸受により構成された保護ベアリング (補助軸受) 40が設けら れている。 [0028] The turbo molecular pump 1 is disposed on the intake port 4 side of the displacement sensor 15 inside the casing 2. In addition, a protective bearing (auxiliary bearing) 40 constituted by a full ball type deep groove ball bearing is provided.
なお、保護ベアリング 40の詳細については後述する。  Details of the protective bearing 40 will be described later.
また、変位センサ 16の排気口 6側には、斜接方向を互いに逆向きに組み合わせた 一対のアンギユラ玉軸受により構成された保護ベアリング 50が設けられている。  Further, on the exhaust port 6 side of the displacement sensor 16, a protective bearing 50 constituted by a pair of angular ball bearings in which oblique contact directions are combined in opposite directions is provided.
これらの保護ベアリング 40、 50は、シャフト 7の停止時及び制御異常時等にシャフト 7と各磁気軸受 12、 13、 14とが接触して損傷することから保護するための転がり軸受 (タツチダウン軸受)である。  These protective bearings 40 and 50 are rolling bearings (touch-down bearings) for protecting the shaft 7 from contact with the magnetic bearings 12, 13, and 14 when the shaft 7 is stopped or abnormally controlled. It is.
[0029] シャフト 7の外周面と保護ベアリング 40、 50の内周面との間には、シャフト 7と各磁 気軸受 12、 13、 14との間の隙間よりも若干小さい隙間が介在している。 [0029] Between the outer peripheral surface of the shaft 7 and the inner peripheral surface of the protective bearings 40, 50, a gap slightly smaller than the gap between the shaft 7 and each of the magnetic bearings 12, 13, 14 is interposed. Yes.
これにより、シャフト 7が磁気軸受 12、 13、 14により磁気浮上状態で回転支持され ている状態において、シャフト 7は、各保護ベアリング 40、 50に対して非接触状態を 保つ。一方、シャフト 7の停止時、あるいは外力の作用等による制御異常時には、シ ャフト 7が各磁気軸受 12、 13、 14に接触する前に保護ベアリング 40、 50に接触して 回転支持される。  As a result, in a state where the shaft 7 is rotatably supported by the magnetic bearings 12, 13, 14 in a magnetically levitated state, the shaft 7 maintains a non-contact state with respect to the protective bearings 40, 50. On the other hand, when the shaft 7 is stopped or when the control is abnormal due to the action of an external force, the shaft 7 comes into contact with the protective bearings 40 and 50 and is rotatably supported before contacting the magnetic bearings 12, 13 and 14.
[0030] ここで、このように構成されるターボ分子ポンプ 1におけるシャフト 7の組み立て(組 み付け)方法について簡単に説明する。  [0030] Here, a method for assembling (assembling) the shaft 7 in the turbo molecular pump 1 configured as described above will be briefly described.
本実施の形態に係るターボ分子ポンプ 1では、シャフト 7にボルト 23を用いてロータ 本体 8を固定する。なお、シャフト 7には、予めモータ部 11 (高周波モータ)を構成す る永久磁石 111が坦設されてレ、る。  In the turbo molecular pump 1 according to the present embodiment, the rotor body 8 is fixed to the shaft 7 using the bolts 23. The shaft 7 is preloaded with a permanent magnet 111 that constitutes a motor unit 11 (high frequency motor).
[0031] 一方、固定部側では、ベース 3にボルト 25を用いて円筒状のステータコラム 34を固 定する。 On the other hand, on the fixed part side, a cylindrical stator column 34 is fixed to the base 3 using bolts 25.
なお、ステータコラム 34における吸気口 4側の端部近傍の内周面には、保護べァリ ング 40が固着されている。  A protective bearing 40 is fixed to the inner peripheral surface of the stator column 34 in the vicinity of the end on the intake port 4 side.
そして、ロータ本体 8が固着されたシャフト 7を、吸気口 4方向からステータコラム 34 に揷入 (揷通)した後、排気口 6方向から金属ディスク 18 (磁気軸受 14)をシャフト 7に 装着し (取り付け)、回転部を固定部に組み付ける。  After inserting the shaft 7 to which the rotor body 8 is fixed into the stator column 34 from the direction of the intake port 4, the metal disk 18 (magnetic bearing 14) is attached to the shaft 7 from the direction of the exhaust port 6. (Mounting) Assemble the rotating part to the fixed part.
[0032] このようにして回転部を固定部に組み付ける際に、即ち、シャフト 7をステータコラム 34に組み付ける際に、シャフト 7に坦設された永久磁石 111の磁界によって、保護べ ァリング 40が磁化される。即ち、保護ベアリング 40に磁場が残留する。 [0032] When the rotating part is assembled to the fixed part in this way, that is, the shaft 7 is connected to the stator column. When assembled to 34, the protective bearing 40 is magnetized by the magnetic field of the permanent magnet 111 mounted on the shaft 7. That is, a magnetic field remains in the protective bearing 40.
本実施の形態では、このようにして保護ベアリング 40が磁化された場合であっても In the present embodiment, even if the protective bearing 40 is magnetized in this way,
、従来のような、生成される残留磁場によって形成される磁気回路の作用による、保 護ベアリング 40がシャフト 7の回転に伴って回転する連れ回り現象を抑制する磁気誘 導構造 (磁気誘導機構)が設けられてレ、る。 Magnetic induction structure that suppresses the accompanying phenomenon in which the protective bearing 40 rotates as the shaft 7 rotates due to the action of the magnetic circuit formed by the generated residual magnetic field as in the past (magnetic induction mechanism) Is provided.
[0033] ここで、保護ベアリング 40の連れ回り現象を抑制する磁気誘導構造について説明 する。 Here, a magnetic induction structure that suppresses the accompanying phenomenon of the protective bearing 40 will be described.
図 2 (a)は、磁気誘導構造の構成を示した図であり、図 2 (b)は、(a)の破線部に示 す領域の拡大図を示す。なお、図 2では、説明の煩雑化を避けるため、シャフト 7に固 着されているロータ本体 8等の記載は省略する。  Fig. 2 (a) is a diagram showing the configuration of the magnetic induction structure, and Fig. 2 (b) is an enlarged view of the region indicated by the broken line in (a). In FIG. 2, the description of the rotor main body 8 and the like fixed to the shaft 7 is omitted to avoid complicating the description.
本実施の形態に係るターボ分子ポンプ 1は、図 2に示すように、内輪 41、外輪 42、 転動体 43からなる保護ベアリング 40、及び磁気誘導体 44を備えている。  As shown in FIG. 2, the turbo molecular pump 1 according to the present embodiment includes an inner ring 41, an outer ring 42, a protective bearing 40 including rolling elements 43, and a magnetic derivative 44.
内輪 41及び外輪 42は、保護ベアリング 40における転動体 43が転がる軌道輪(円 形軌道)を構成している。  The inner ring 41 and the outer ring 42 constitute a raceway (circular raceway) on which the rolling elements 43 in the protective bearing 40 roll.
内輪 41及び外輪 42は、磁性体の部材(例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼であ る SUS440C部材や、炭素鋼材である SUJ2など)により形成されている。  The inner ring 41 and the outer ring 42 are formed of a magnetic member (for example, a SUS440C member that is martensitic stainless steel or SUJ2 that is carbon steel).
[0034] 転動体 43は、内輪 41と外輪 42との円形軌道の間に配設された玉(ボール)であり、 非磁性体であるセラミックス材により形成されている。 The rolling elements 43 are balls (balls) disposed between the circular raceways of the inner ring 41 and the outer ring 42, and are formed of a ceramic material that is a nonmagnetic material.
このセラミックス製の転動体 43の密度(例えば、 Si3N4陶磁器の場合、 3. 20g/c m3)は、軸受鋼の密度(7· 85g/cm3)よりずつと低いため、高速回転する場合に発 生する遠心力を効果的に抑制し、転動体 43の負荷を低減させることができる。  The density of this rolling element 43 made of ceramics (for example, 3.20g / cm3 for Si3N4 ceramics) is lower than the density of bearing steel (7.85g / cm3). Thus, the centrifugal force can be effectively suppressed, and the load on the rolling element 43 can be reduced.
[0035] 磁気誘導体 44は、磁性材により形成された部材であり、磁化された内輪 41の磁気 を、内輪 41と外輪 42を通る閉磁路へ誘導する磁気誘導機能と、保護ベアリング 40 ( 外輪 42)をステータコラム 34に固定する固定機能と、を兼ね備えてレ、る。 [0035] The magnetic derivative 44 is a member formed of a magnetic material, and has a magnetic induction function for guiding the magnetism of the magnetized inner ring 41 to a closed magnetic path passing through the inner ring 41 and the outer ring 42, and a protective bearing 40 (outer ring 42). ) Is fixed to the stator column 34.
図に示すように、磁気誘導体 44は、軸受固定部 44aと、磁気誘導部 44bから構成さ れている。  As shown in the figure, the magnetic derivative 44 is composed of a bearing fixing portion 44a and a magnetic induction portion 44b.
[0036] 軸受固定部 44aは、円環状の板部材からなり、磁気誘導体 44をステータコラム 34 へ固定 (着装)するためのネジ 45を嵌め込む (押通する)貫通孔 47が複数形成され ている。 [0036] The bearing fixing portion 44a is formed of an annular plate member, and the magnetic derivative 44 is attached to the stator column 34. A plurality of through-holes 47 into which screws 45 for fixing (wearing) are fitted (pressed) are formed.
また、ステータコラム 34の吸気口 4側の端面には、ネジ 45を固着するネジ穴 48が 設けられている。  Further, a screw hole 48 for fixing the screw 45 is provided on the end surface of the stator column 34 on the intake port 4 side.
そして、ステータコラム 34の吸気口 4側端部に設けられた嵌め込み溝 46に外輪 42 が配設された保護ベアリング 40は、磁気誘導体 44をネジ 45でネジ穴 48に固定する ことにより、吸気口 4側から押さえ付けられ固定される。  The protective bearing 40 in which the outer ring 42 is disposed in the fitting groove 46 provided on the end of the intake port 4 of the stator column 34 is fixed to the screw hole 48 with the screw 45 so that It is pressed down from the 4th side and fixed.
[0037] 磁気誘導部 44bは、軸受固定部 44aの内周縁部から、軸受固定部 44aの延長方向 [0037] The magnetic induction portion 44b extends from the inner peripheral edge of the bearing fixing portion 44a to the direction in which the bearing fixing portion 44a extends.
(半径方向)及び軸方向に張り出した (突出した)部位から構成されている。  (Radial direction) and axially projecting (projecting) parts.
磁気誘導部 44bにおける軸方向(排気口 6方向)に突出した部位は、保護べアリン グ 40の内輪 41と外輪 42との間に配設され、その外周面と外輪 42の内周面に対して 、より磁気抵抗が小さくなるように、接触 (密着)されている。  The portion of the magnetic induction portion 44b that protrudes in the axial direction (exhaust port 6 direction) is disposed between the inner ring 41 and the outer ring 42 of the protective bearing 40, and the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the outer ring 42 are arranged. Thus, they are in contact (contacted) so that the magnetic resistance becomes smaller.
このように、磁気誘導体 44と外輪 42を接触させることにより、より多くの磁束を拾い、 内輪 41と外輪 42を通る閉磁路 (太線)へ誘導させることができる。なお、この内輪 41 と外輪 42を通る閉磁路 (太線)を誘導磁路とする。  Thus, by bringing the magnetic derivative 44 and the outer ring 42 into contact, more magnetic flux can be picked up and guided to the closed magnetic circuit (thick line) passing through the inner ring 41 and the outer ring 42. A closed magnetic path (thick line) passing through the inner ring 41 and the outer ring 42 is an induction magnetic path.
[0038] また、図 2 (b)に示すように、保護ベアリング 40の内輪 41と磁気誘導部 44bとの隙 間の間隔 i3は、内輪 41の内周面とシャフト 7の外周壁面との隙間の間隔 αと比較し て十分に小さく(狭く)なるように構成されてレ、る。 In addition, as shown in FIG. 2 (b), the gap i3 between the inner ring 41 of the protective bearing 40 and the magnetic induction portion 44b is a clearance between the inner peripheral surface of the inner ring 41 and the outer peripheral wall surface of the shaft 7. It is configured to be sufficiently small (narrow) compared to the interval α.
なお、間隔 i3は、磁気誘導部 44bにおける半径方向に突出した部位と、内輪 41の 吸気口 4側端面との間の空隙の距離、及び、磁気誘導部 44bにおける軸方向に突出 した部位と、内輪 41の内周壁面との間の空隙の距離を示す。  The interval i3 is the distance between the gap between the radially projecting portion of the magnetic guiding portion 44b and the end surface on the inlet 4 side of the inner ring 41, and the portion of the magnetic guiding portion 44b protruding in the axial direction. The distance between the inner ring 41 and the inner peripheral wall surface is shown.
このように、間隔 /3く間隔ひとなるように磁気誘導体 44を設けることにより、より多く の磁束を拾い、内輪 41と外輪 42を通る閉磁路 (太線)へ誘導することができる。  In this way, by providing the magnetic derivatives 44 so as to be spaced at intervals of 3/3, more magnetic flux can be picked up and guided to the closed magnetic circuit (thick line) passing through the inner ring 41 and the outer ring 42.
[0039] 次に、このように構成される保護ベアリング 40がターボ分子ポンプ 1の組み立て(組 み付け)時に永久磁石 111により磁化された場合の状態にっレ、て説明する。 Next, a description will be given of a state in which the protective bearing 40 configured as described above is magnetized by the permanent magnet 111 when the turbo molecular pump 1 is assembled (assembled).
図 3は、本実施の形態に係る保護ベアリング 40が磁化された状態を示す図である。 なお、図 3 (a)は、保護ベアリング 40のラジアル方向(径方向)の断面を示し、図 3 (b )は、アキシャル方向(軸方向)の断面を示す。 上述したように、保護ベアリング 40が磁化されると、図 3に示すように、内輪 41とシャ フト 7を通る閉磁路 (破線)と、内輪 41と外輪 42を通る閉磁路 (太線)、即ち、 2系統の 磁気回路が形成される。 FIG. 3 is a view showing a state where the protective bearing 40 according to the present embodiment is magnetized. 3A shows a cross section in the radial direction (radial direction) of the protective bearing 40, and FIG. 3B shows a cross section in the axial direction (axial direction). As described above, when the protective bearing 40 is magnetized, as shown in FIG. 3, a closed magnetic circuit passing through the inner ring 41 and the shaft 7 (broken line) and a closed magnetic circuit passing through the inner ring 41 and the outer ring 42 (thick line), that is, Two magnetic circuits are formed.
[0040] 本実施の形態に係るターボ分子ポンプ 1では、図 2に示すように、磁化された内輪 4 1の磁気を外輪 42へ誘導する磁気誘導体 44を設けることにより、内輪 41と外輪 42を 通る閉磁路におけるエアギャップの間隔 j3力 従来(図 9に示す)のエアギャップの間 隔(内輪 101と外輪 102の間隔)より小さくなる。即ち、内輪 41と外輪 42を通る閉磁路 における磁気抵抗率が小さくなる。 In the turbo molecular pump 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, by providing a magnetic derivative 44 that guides the magnetism of the magnetized inner ring 41 to the outer ring 42, the inner ring 41 and the outer ring 42 are separated. Air gap distance j3 force in the closed magnetic path that passes through It becomes smaller than the conventional air gap distance (the distance between the inner ring 101 and the outer ring 102) (shown in Fig. 9). That is, the magnetic resistivity in the closed magnetic circuit passing through the inner ring 41 and the outer ring 42 is reduced.
そのため、内輪 41とシャフト 7を通る閉磁路 (破線)よりも、内輪 41と外輪 42を通る 閉磁路 (太線)の磁束密度(単位面積あたりの磁束線の数)の方が大きく(高く)なる。 従って、磁気誘導体 44を設けることにより、磁束を内輪 41と外輪 42を通る閉磁路( 太線)に誘導することにより、シャフト 7側に洩れる磁束を低減させることができる。  Therefore, the magnetic flux density (number of magnetic flux lines per unit area) of the closed magnetic circuit (thick line) passing through the inner ring 41 and the outer ring 42 is larger (higher) than the closed magnetic circuit (broken line) passing through the inner ring 41 and the shaft 7. . Therefore, by providing the magnetic derivative 44, the magnetic flux leaking to the shaft 7 side can be reduced by guiding the magnetic flux to the closed magnetic path (thick line) passing through the inner ring 41 and the outer ring 42.
[0041] これにより、シャフト 7に生じる誘導電流を小さくすることができるため、ターボ分子ポ ンプ 1の定常運転時、即ち、シャフト 7が磁気軸受 12、 13、 14により非接触で支持さ れている間は、 [0041] Thereby, since the induced current generated in the shaft 7 can be reduced, the turbo molecular pump 1 is supported in steady operation, that is, the shaft 7 is supported by the magnetic bearings 12, 13, and 14 in a non-contact manner. While
(保護ベアリング 40の内輪 41の回転トルク) < (保護ベアリング 40の摩擦トルク)の関 係が成立する。なお、保護ベアリング 40の摩擦トルクには、転動体 43の転がり摩擦 力の成分が含まれる。  The relationship of (rotational torque of the inner ring 41 of the protective bearing 40) <(friction torque of the protective bearing 40) is established. The friction torque of the protective bearing 40 includes a component of the rolling friction force of the rolling element 43.
即ち、保護ベアリング 40の内輪 41を回転させる力より、内輪 41を制動する力が大 きくなるため、シャフト 7の回転に伴う内輪 41の連れ回りを抑制することができる。  That is, since the force for braking the inner ring 41 is larger than the force for rotating the inner ring 41 of the protective bearing 40, the accompanying rotation of the inner ring 41 accompanying the rotation of the shaft 7 can be suppressed.
[0042] 上述したように本実施の形態によれば、磁化された保護ベアリング 40の磁気を誘 導する磁気誘導構造を設けることにより、ターボ分子ポンプ 1の定常運転時における 保護ベアリング 40の連れ回りを抑制することができるため、保護ベアリング 40の磨耗 率(磨耗速度)を低減することができる。これにより、保護ベアリング 40の長寿命化を 図ること力 Sできる。 [0042] As described above, according to the present embodiment, by providing the magnetic induction structure that induces the magnetism of the magnetized protective bearing 40, the rotation of the protective bearing 40 during steady operation of the turbo molecular pump 1 is achieved. Therefore, the wear rate (wear rate) of the protective bearing 40 can be reduced. As a result, it is possible to increase the life of the protective bearing 40.
本実施の形態によれば、保護ベアリング 40の連れ回りを抑制することができるため 、保護ベアリング 40の回転により生じる騒音(異音)、振動を低減することができる。 また、本実施の形態によれば、シャフト 7側に洩れる磁束が低減するため、ジュール 熱によるシャフト 7の温度上昇を防止することができる。 According to the present embodiment, since the accompanying rotation of the protective bearing 40 can be suppressed, noise (abnormal noise) and vibration caused by the rotation of the protective bearing 40 can be reduced. Further, according to the present embodiment, since the magnetic flux leaking to the shaft 7 side is reduced, The temperature rise of the shaft 7 due to heat can be prevented.
[0043] また、本実施の形態によれば、図 3に示すように、磁気誘導体 44を介して磁束を誘 導することにより、内輪 41と外輪 42を通る閉磁路 (太線)を形成するように、内輪 41 の回転を制動する力(トルク)が作用する。 In addition, according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, a closed magnetic circuit (thick line) passing through the inner ring 41 and the outer ring 42 is formed by inducing magnetic flux through the magnetic derivative 44. In addition, a force (torque) for braking the rotation of the inner ring 41 acts.
そのため、タツチダウン状態(外乱が加えられた場合や制御システムの異常時)が 解消された後、即ち、磁気軸受 12、 13、 14による非接触でのシャフト 7の回転支持 が再開された場合に、内輪 41の回転をより短い時間に(より速やかに)停止させること ができる。  Therefore, after the touchdown state (when a disturbance is applied or when the control system is abnormal) is resolved, that is, when rotation support of the shaft 7 in a non-contact manner by the magnetic bearings 12, 13, 14 is resumed, The rotation of the inner ring 41 can be stopped in a shorter time (faster).
従って、内輪 41を空回転させる時間(期間)の短縮化を図ることができるため、保護 ベアリング 40の磨耗率 (磨耗速度)を低減することができる。これにより、保護べアリン グ 40の長寿命化を図ることができる。  Therefore, since the time (period) for idling the inner ring 41 can be shortened, the wear rate (wear speed) of the protective bearing 40 can be reduced. As a result, the life of the protective bearing 40 can be extended.
[0044] なお、タツチダウン時(シャフト 7の停止時及び制御異常時)には、保護ベアリング 4 0における内輪 41と外輪 42との間に、交流磁界がかかる(作用する)。 It should be noted that an AC magnetic field is applied (acts) between the inner ring 41 and the outer ring 42 of the protective bearing 40 when the touch is down (when the shaft 7 is stopped or when the control is abnormal).
そのため、保護ベアリング 40を構成する内輪 41、外輪 42、磁気誘導体 44を形成 する磁性材料は、ヒステリシス曲線 (B— H曲線)の矩形性 (長方形性)を示す度合レ、 (矩形比)が小さいものを選択することが好ましい。  Therefore, the magnetic material forming the inner ring 41, the outer ring 42, and the magnetic derivative 44 constituting the protective bearing 40 has a small degree (rectangular ratio) indicating the rectangularity (rectangularity) of the hysteresis curve (B—H curve). It is preferable to select one.
具体的には、磁性軟鉄、 3%珪素鉄、快削珪素鉄などが好ましい。  Specifically, magnetic soft iron, 3% silicon iron, free-cutting silicon iron and the like are preferable.
[0045] なお、上述した保護ベアリング 40の連れ回りを抑制する磁気誘導構造は、図 2に示 すような磁気誘導体 44を保護ベアリング 40に設けたものに限定されるものではない 磁気誘導構造は、磁化された内輪 41に生成される残留磁場によって形成される磁 気回路のシャフト 7への影響を抑制することが可能な構造、即ち、図 3 (a)において破 線で示される、内輪 41とシャフト 7を通る閉磁路 (磁気回路)における磁束密度の低 減化が可能な構造であればょレ、。 Note that the magnetic induction structure that suppresses the accompanying rotation of the protective bearing 40 described above is not limited to a structure in which the magnetic derivative 44 as shown in FIG. 2 is provided in the protective bearing 40. The structure that can suppress the influence on the shaft 7 of the magnetic circuit formed by the residual magnetic field generated in the magnetized inner ring 41, that is, the inner ring 41 shown by a broken line in FIG. And a structure that can reduce the magnetic flux density in the closed magnetic circuit (magnetic circuit) that passes through the shaft 7.
続レ、て、上述した保護ベアリング 40の連れ回りを抑制する磁気誘導構造の変形例 について説明する。  Next, a modification of the magnetic induction structure that suppresses the accompanying rotation of the protective bearing 40 will be described.
[0046] (第 1の変形例) 図 4は、磁気誘導構造の第 1の変形例の構成を示した図である。  (First Modification) FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a first modification of the magnetic induction structure.
なお、ここでは、上述した実施形態に示すターボ分子ポンプ 1と同様の構成を有す る部位には同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成にっレ、て説明する。 Here, it has the same configuration as the turbo molecular pump 1 shown in the embodiment described above. The same reference numerals are given to the parts that are omitted, and the description thereof will be omitted.
第 1の変形例に示す磁気誘導構造は、図 4に示すように、内輪 41、外輪 42、転動 体 43からなる保護ベアリング 40、軸受固定部材 51及び磁気誘導体 52を備えている 内輪 41及び外輪 42は、保護ベアリング 40における転動体 43が転がる軌道輪(円 形軌道)を構成している。  As shown in FIG. 4, the magnetic induction structure shown in the first modification includes an inner ring 41, an outer ring 42, a protective bearing 40 including a rolling element 43, a bearing fixing member 51, and a magnetic derivative 52. The outer ring 42 constitutes a raceway (circular raceway) on which the rolling elements 43 in the protective bearing 40 roll.
内輪 41及び外輪 42は、磁性体の部材により形成されている。  The inner ring 41 and the outer ring 42 are formed of a magnetic member.
転動体 43は、内輪 41と外輪 42との円形軌道の間に配設された玉 (ボール)であり、 非磁性体であるセラミックス材により形成されている。  The rolling element 43 is a ball disposed between the circular raceways of the inner ring 41 and the outer ring 42, and is formed of a ceramic material that is a non-magnetic substance.
[0047] 軸受固定部材 51は、円環状の板部材からなり、保護ベアリング 40をステータコラム[0047] The bearing fixing member 51 is formed of an annular plate member, and the protective bearing 40 is connected to the stator column.
34へ固定 (着装)するためのネジ 45を嵌め込む(押通する)貫通孔 47が複数形成さ れている。 A plurality of through-holes 47 for fitting (pushing through) screws 45 for fixing (wearing) to 34 are formed.
また、ステータコラム 34の吸気口 4側の端面には、ネジ 45を固着するネジ穴 48が 設けられている。  Further, a screw hole 48 for fixing the screw 45 is provided on the end surface of the stator column 34 on the intake port 4 side.
そして、ステータコラム 34の吸気口 4側端部に設けられた嵌め込み溝 46に磁気誘 導体 52を介して外輪 42が配設された保護ベアリング 40は、軸受固定部材 51をネジ 45でネジ穴 48に固定することにより、吸気口 4側から押さえ付けられ固定される。  Then, the protective bearing 40 in which the outer ring 42 is disposed in the fitting groove 46 provided at the end of the intake port 4 of the stator column 34 via the magnetic induction 52 is used to fix the bearing fixing member 51 to the screw hole 48 with the screw 45. By fixing to, it is pressed and fixed from the inlet 4 side.
[0048] 磁気誘導体 52は、磁化された内輪 41の磁気を、内輪 41と外輪 42を通る閉磁路へ 誘導する磁気誘導機能を備えた磁性材により形成された部材であり、軸方向に張り 出した (突出した)部位を有する。 [0048] The magnetic derivative 52 is a member formed of a magnetic material having a magnetic induction function that guides the magnetism of the magnetized inner ring 41 to a closed magnetic path passing through the inner ring 41 and the outer ring 42, and projects in the axial direction. It has a (protruded) site.
磁気誘導体 52における軸方向(吸気口 4方向)に突出した部位は、保護ベアリング 40の内輪 41と外輪 42との間に配設され、その外周面と外輪 42の内周面に対して、 より磁気抵抗が小さくなるように、接触 (密着)されている。  The portion of the magnetic derivative 52 that protrudes in the axial direction (in the direction of the intake port 4) is disposed between the inner ring 41 and the outer ring 42 of the protective bearing 40, and the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the outer ring 42 are more Contact is made so that the magnetic resistance is reduced.
このように、磁気誘導体 52と外輪 42を接触させることにより、より多くの磁束を拾レ、、 内輪 41と外輪 42を通る閉磁路へ誘導させることができる。  Thus, by bringing the magnetic derivative 52 and the outer ring 42 into contact, more magnetic flux can be picked up and guided to the closed magnetic circuit passing through the inner ring 41 and the outer ring 42.
[0049] また、図 4に示すように、保護ベアリング 40の内輪 41と磁気誘導体 52との隙間の間 隔は、上述した図 2に示す、内輪 41と磁気誘導部 44bとの隙間の間隔 j3と同様、内 輪 41の内周面とシャフト 7の外周壁面との隙間の間隔と比較して十分に小さく(狭く) なるように構成されてレ、る。 Further, as shown in FIG. 4, the gap between the inner ring 41 and the magnetic derivative 52 of the protective bearing 40 is equal to the gap j3 between the inner ring 41 and the magnetic guiding portion 44b shown in FIG. In the same way as the gap between the inner peripheral surface of the inner ring 41 and the outer peripheral wall surface of the shaft 7 is sufficiently small (narrow) It is configured to be.
このように、磁気誘導体 52を設けることにより、より多くの磁束を拾い、内輪 41と外 輪 42を通る閉磁路へ誘導することができる。  Thus, by providing the magnetic derivative 52, more magnetic flux can be picked up and guided to the closed magnetic circuit passing through the inner ring 41 and the outer ring 42.
なお、保護ベアリング 40が磁化された場合に形成される磁気回路については、上 述した図 3に示す閉磁路と同様であるため詳細な説明は省略する。  Since the magnetic circuit formed when the protective bearing 40 is magnetized is the same as the closed magnetic circuit shown in FIG. 3 described above, detailed description thereof is omitted.
[0050] (第 2の変形例) 図 5は、磁気誘導構造の第 2の変形例の構成を示した図である。 (Second Modification) FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a second modification of the magnetic induction structure.
なお、ここでは、上述した実施形態(変形例を含む)に示すターボ分子ポンプ 1と同 様の構成を有する部位には同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成について説 明する。  Here, parts having the same configuration as the turbo molecular pump 1 shown in the above-described embodiment (including the modified example) are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different configurations will be described.
第 2の変形例に示す磁気誘導構造は、図 5に示すように、内輪 41、外輪 42、転動 体 43からなる保護ベアリング 40、上部磁気誘導体 53及び下部磁気誘導体 54を備 えている。  As shown in FIG. 5, the magnetic induction structure shown in the second modification includes an inner ring 41, an outer ring 42, a protective bearing 40 including a rolling element 43, an upper magnetic derivative 53, and a lower magnetic derivative 54.
内輪 41及び外輪 42は、保護ベアリング 40における転動体 43が転がる軌道輪(円 形軌道)を構成している。  The inner ring 41 and the outer ring 42 constitute a raceway (circular raceway) on which the rolling elements 43 in the protective bearing 40 roll.
内輪 41及び外輪 42は、磁性体の部材により形成されている。  The inner ring 41 and the outer ring 42 are formed of a magnetic member.
転動体 43は、内輪 41と外輪 42との円形軌道の間に配設された玉 (ボール)であり、 非磁性体であるセラミックス材により形成されている。  The rolling element 43 is a ball disposed between the circular raceways of the inner ring 41 and the outer ring 42, and is formed of a ceramic material that is a non-magnetic substance.
[0051] 上部磁気誘導体 53は、磁性材により形成された部材であり、磁化された内輪 41の 磁気を、内輪 41と外輪 42を通る閉磁路へ誘導する磁気誘導機能と、保護ベアリング 40 (外輪 42)をステータコラム 34に固定する固定機能と、を兼ね備えてレ、る。 [0051] The upper magnetic derivative 53 is a member made of a magnetic material, and has a magnetic induction function for guiding the magnetism of the magnetized inner ring 41 to a closed magnetic path passing through the inner ring 41 and the outer ring 42, and a protective bearing 40 (outer ring It also has a fixing function for fixing 42) to the stator column 34.
上部磁気誘導体 53は、円環状の板部材からなり、保護ベアリング 40をステータコラ ム 34へ固定 (着装)するためのネジ 45を嵌め込む(押通する)貫通孔 47が複数形成 されている。  The upper magnetic derivative 53 is made of an annular plate member, and has a plurality of through-holes 47 into which screws 45 for fixing (mounting) the protective bearing 40 to the stator column 34 are fitted (pushed).
また、ステータコラム 34の吸気口 4側の端面には、ネジ 45を固着するネジ穴 48が 設けられている。  Further, a screw hole 48 for fixing the screw 45 is provided on the end surface of the stator column 34 on the intake port 4 side.
そして、ステータコラム 34の吸気口 4側端部に設けられた嵌め込み溝 46に下部磁 気誘導体 54を介して配設された保護ベアリング 40は、軸受固定部材 51をネジ 45で ネジ穴 48に固定することにより、吸気口 4側から押さえ付けられ固定される。 [0052] 上部磁気誘導体 53の内周縁部は、保護ベアリング 40をステータコラム 34に固定し た際における、内輪 41の内周壁面の近傍まで、内側(軸中心方向)に張り出している 。ただし、保護ベアリング 40としての機能を妨げないように、上部磁気誘導体 53の内 径は、内輪 41の内径より大きく形成されている。 Then, the protective bearing 40 disposed in the fitting groove 46 provided at the end of the intake port 4 side of the stator column 34 via the lower magnetic derivative 54 fixes the bearing fixing member 51 to the screw hole 48 with the screw 45. By doing so, it is pressed down and fixed from the inlet 4 side. [0052] The inner peripheral edge portion of the upper magnetic derivative 53 protrudes inward (in the axial center direction) to the vicinity of the inner peripheral wall surface of the inner ring 41 when the protective bearing 40 is fixed to the stator column 34. However, the inner diameter of the upper magnetic derivative 53 is formed larger than the inner diameter of the inner ring 41 so as not to hinder the function as the protective bearing 40.
また、上部磁気誘導体 53における排気口 6側の面の一部は、保護ベアリング 40を 固定した際に、外輪 42における吸気口 4側の端面と接触 (密着)する。  Further, a part of the surface on the exhaust port 6 side of the upper magnetic derivative 53 comes into contact (contact) with the end surface on the intake port 4 side of the outer ring 42 when the protective bearing 40 is fixed.
[0053] 下部磁気誘導体 54は、磁化された内輪 41の磁気を、内輪 41と外輪 42を通る閉磁 路へ誘導する磁気誘導機能を備えた磁性材により形成された部材であり、円環状の 板部材からなる。  The lower magnetic derivative 54 is a member formed of a magnetic material having a magnetic induction function for guiding the magnetism of the magnetized inner ring 41 to a closed magnetic circuit passing through the inner ring 41 and the outer ring 42, and is an annular plate. It consists of members.
下部磁気誘導体 54における吸気口 4の側面の外周部は、外輪 42における排気口 6側の端面に対して、より磁気抵抗が小さくなるように、接触 (密着)されている。 このように、上部磁気誘導体 53及び下部磁気誘導体 54と、外輪 42とを接触させる ことにより、より多くの磁束を拾レ、、内輪 41と外輪 42を通る閉磁路へ誘導させることが できる。  The outer peripheral portion of the side surface of the air inlet 4 in the lower magnetic derivative 54 is in contact (contact) with the end surface on the exhaust port 6 side of the outer ring 42 so that the magnetic resistance becomes smaller. In this way, by bringing the upper magnetic derivative 53 and the lower magnetic derivative 54 into contact with the outer ring 42, more magnetic flux can be picked up and guided to the closed magnetic circuit passing through the inner ring 41 and the outer ring 42.
[0054] また、図 5に示すように、上部磁気誘導体 53及び下部磁気誘導体 54と、保護ベア リング 40の内輪 41との隙間の間隔は、上述した図 2に示す、内輪 41と磁気誘導部 4 4bとの隙間の間隔 と同様、内輪 41の内周面とシャフト 7の外周壁面との隙間の間 隔と比較して十分に小さく(狭く)なるように構成されている。  Further, as shown in FIG. 5, the gap between the upper magnetic derivative 53 and the lower magnetic derivative 54 and the inner ring 41 of the protective bearing 40 is equal to the inner ring 41 and the magnetic induction portion shown in FIG. Similar to the gap distance between the inner ring 41 and the outer circumference wall surface of the shaft 7, the gap is sufficiently smaller (narrower) than the gap gap with the 44b.
このように、上部磁気誘導体 53及び下部磁気誘導体 54を設けることにより、より多 くの磁束を拾い、内輪 41と外輪 42を通る閉磁路へ誘導することができる。  As described above, by providing the upper magnetic derivative 53 and the lower magnetic derivative 54, more magnetic flux can be picked up and guided to the closed magnetic circuit passing through the inner ring 41 and the outer ring 42.
なお、第 2の変形例に示す磁気誘導構造を有するターボ分子ポンプ 1では、内輪 4 1と外輪 42を通る閉磁路は、上部磁気誘導体 53を介する磁気回路(閉磁路)と下部 磁気誘導体 54を介する磁気回路(閉磁路)から形成される。  In the turbo molecular pump 1 having the magnetic induction structure shown in the second modified example, the closed magnetic circuit passing through the inner ring 41 and the outer ring 42 includes a magnetic circuit (closed magnetic circuit) via the upper magnetic derivative 53 and a lower magnetic derivative 54. It is formed from a magnetic circuit (closed magnetic circuit).
[0055] (第 3の変形例) 図 6は、磁気誘導構造の第 3の変形例の構成を示した図である。 (Third Modification) FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a third modification of the magnetic induction structure.
なお、ここでは、上述した実施形態に示すターボ分子ポンプ 1 (変形例を含む)と同 様の構成を有する部位には同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成についての み説明する。  Here, parts having the same configuration as the turbo molecular pump 1 (including the modification) shown in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different configurations are described.
第 3の変形例では、上述した保護ベアリング 40を変形した保護ベアリング 80によつ て磁気誘導構造を構成する例について説明する。 In the third modified example, the above-described protective bearing 40 is a modified protective bearing 80. An example of configuring the magnetic induction structure will be described.
第 3の変形例に示す磁気誘導構造は、図 6に示すように、内輪 55、外輪 56、転動 体 43からなる保護ベアリング 80、及び軸受固定部材 51を備えている。  As shown in FIG. 6, the magnetic induction structure shown in the third modification includes an inner ring 55, an outer ring 56, a protective bearing 80 made up of rolling elements 43, and a bearing fixing member 51.
内輪 55及び外輪 56は、保護ベアリング 80における転動体 43が転がる軌道輪(円 形軌道)を構成している。  The inner ring 55 and the outer ring 56 constitute a raceway (circular raceway) on which the rolling elements 43 in the protective bearing 80 roll.
[0056] 内輪 55及び外輪 56は、磁性体の部材により形成されている。 [0056] The inner ring 55 and the outer ring 56 are formed of magnetic members.
転動体 43は、内輪 55と外輪 56との円形軌道の間に配設された玉 (ボール)であり、 非磁性体であるセラミックス材により形成されている。  The rolling element 43 is a ball disposed between the circular raceways of the inner ring 55 and the outer ring 56, and is made of a ceramic material that is a non-magnetic substance.
内輪 55の外周壁面及び外輪 56の内周壁面に形成されている、転動体 43が転が る軌道輪の溝、即ち、転動体 43を嵌め込む溝の深さは、上述した図 2に示す保護べ ァリング 40 (内輪 41、外輪 42)より深く形成されている。  The depth of the groove of the raceway ring formed on the outer peripheral wall surface of the inner ring 55 and the inner peripheral wall surface of the outer ring 56, that is, the groove into which the rolling element 43 is fitted, is shown in FIG. It is formed deeper than the protective bearing 40 (inner ring 41, outer ring 42).
そして、図 6に示すように、軌道溝領域を除く内輪 55と外輪 56の対向壁面間の隙 間の間隔、即ち、軌道溝領域を除く内輪 55の外周壁面と外輪 56の内周壁面との隙 間の間隔 γは、上述した図 2に示す、内輪 41と磁気誘導部 44bとの隙間の間隔 と 同様、内輪 55の内周面とシャフト 7の外周壁面との隙間の間隔 αと比較して十分に 小さく(狭く)なるように構成されてレ、る。  Then, as shown in FIG. 6, the gap between the opposing wall surfaces of the inner ring 55 and the outer ring 56 excluding the raceway groove region, that is, between the outer peripheral wall surface of the inner ring 55 excluding the raceway groove region and the inner peripheral wall surface of the outer ring 56. The gap interval γ is compared with the gap interval α between the inner peripheral surface of the inner ring 55 and the outer peripheral wall surface of the shaft 7 in the same manner as the gap interval between the inner ring 41 and the magnetic guiding portion 44b shown in FIG. It is configured to be sufficiently small (narrow).
[0057] このように、保護ベアリング 80における内輪 55と外輪 56との間隔(ギャップ)を狭め る(小さくする)ことにより、より多くの磁束を拾い、内輪 55と外輪 56を通る閉磁路へ誘 導すること力 Sできる。 [0057] In this way, by narrowing (decreasing) the gap (gap) between the inner ring 55 and the outer ring 56 in the protective bearing 80, more magnetic flux is picked up and guided to the closed magnetic circuit passing through the inner ring 55 and the outer ring 56. The guiding force can be S.
なお、第 3の変形例に示す磁気誘導構造を有するターボ分子ポンプ 1では、内輪 5 5と外輪 56間の空隙を磁束が通過することにより、内輪 55と外輪 56を通る磁気回路( 閉磁路)が形成される。即ち、誘導磁路へ磁束 (磁力線)が誘導される。  In the turbo molecular pump 1 having the magnetic induction structure shown in the third modified example, a magnetic circuit (closed magnetic circuit) that passes through the inner ring 55 and the outer ring 56 by passing magnetic flux through the gap between the inner ring 55 and the outer ring 56. Is formed. That is, a magnetic flux (line of magnetic force) is induced to the induction magnetic path.
また、第 3の変形例では、図 6に示すように、内輪 55と外輪 56の厚みを増すことに より、より誘導磁路の断面積を拡大することができる。これにより、磁束密度の許容限 度が増大するため、保護ベアリング 80において磁気飽和を起こしに《なる。  Further, in the third modified example, as shown in FIG. 6, by increasing the thicknesses of the inner ring 55 and the outer ring 56, the cross-sectional area of the induction magnetic path can be further increased. This increases the allowable limit of the magnetic flux density, which causes magnetic saturation in the protective bearing 80.
[0058] (第 4の変形例) 図 7は、磁気誘導構造の第 4の変形例の構成を示した図である。 (Fourth Modification) FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a fourth modification of the magnetic induction structure.
なお、ここでは、上述した実施形態に示すターボ分子ポンプ 1 (変形例を含む)と同 様の構成を有する部位には同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成についての み説明する。 Here, parts having the same configuration as the turbo molecular pump 1 (including the modification) shown in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different configurations are omitted. I will explain only.
第 4の変形例では、第 3の変形例で示した保護ベアリング 80をさらに変形した保護 ベアリング 81によって磁気誘導構造を構成する例について説明する。  In the fourth modification, an example will be described in which a magnetic induction structure is configured by a protection bearing 81 obtained by further modifying the protection bearing 80 shown in the third modification.
第 4の変形例に示す磁気誘導構造は、図 7に示すように、内輪 57、外輪 58、転動 体 43からなる保護ベアリング 81、及び軸受固定部材 51を備えてレ、る。  As shown in FIG. 7, the magnetic induction structure shown in the fourth modification includes an inner ring 57, an outer ring 58, a protective bearing 81 made up of rolling elements 43, and a bearing fixing member 51.
[0059] 内輪 57及び外輪 58は、保護ベアリング 81における転動体 43が転がる軌道輪(円 形軌道)を構成している。 [0059] The inner ring 57 and the outer ring 58 constitute a raceway (circular raceway) on which the rolling elements 43 in the protective bearing 81 roll.
内輪 57及び外輪 58は、磁性体の部材により形成されている。  The inner ring 57 and the outer ring 58 are formed of a magnetic member.
転動体 43は、内輪 57と外輪 58との円形軌道の間に配設された玉 (ボール)であり、 非磁性体であるセラミックス材により形成されている。  The rolling elements 43 are balls (balls) disposed between the circular raceways of the inner ring 57 and the outer ring 58, and are formed of a ceramic material that is a non-magnetic substance.
第 3の変形例と同様、内輪 57の外周壁面及び外輪 58の内周壁面に形成されてい る、転動体 43が転がる軌道輪の溝、即ち、転動体 43を嵌め込む溝の深さは、上述し た図 2に示す保護ベアリング 40 (内輪 41、外輪 42)より深く形成されている。  As in the third modified example, the depth of the groove of the raceway ring on which the rolling element 43 rolls, that is, the groove into which the rolling element 43 is fitted, is formed on the outer peripheral wall surface of the inner ring 57 and the inner peripheral wall surface of the outer ring 58. It is formed deeper than the protective bearing 40 (inner ring 41, outer ring 42) shown in FIG.
[0060] さらに、外輪 58には、外輪 58の吸気口 4側端部から内側(軸中心方向)に張り出し た(突出した)磁気誘導部 59が設けられている。なお、磁気誘導部 59は、磁性体の 部材により外輪 58と一体に形成されている。 [0060] Furthermore, the outer ring 58 is provided with a magnetic induction part 59 that protrudes (projects) inward (in the axial center direction) from the end of the outer ring 58 on the intake port 4 side. The magnetic induction portion 59 is formed integrally with the outer ring 58 by a magnetic member.
磁気誘導部 59は、磁化された内輪 57の磁気を、内輪 57と外輪 58を通る閉磁路へ 誘導する磁気誘導機能を有してレヽる。  The magnetic induction unit 59 has a magnetic induction function for inducing the magnetism of the magnetized inner ring 57 to a closed magnetic path passing through the inner ring 57 and the outer ring 58.
このように、磁気誘導部 59を外輪 58と一体に形成することにより、より多くの磁束を 拾レ、、内輪 57と外輪 58を通る閉磁路へ誘導させることができる。  Thus, by forming the magnetic guiding portion 59 integrally with the outer ring 58, more magnetic flux can be picked up and guided to the closed magnetic path passing through the inner ring 57 and the outer ring 58.
磁気誘導部 59の内周縁部は、内輪 57の内周壁面の近傍まで、内側(軸中心方向 )に張り出している。ただし、保護ベアリング 81としての機能を妨げないように、磁気 誘導部 59の内径は、内輪 57の内径より大きく形成されている。  The inner peripheral edge of the magnetic guide portion 59 projects inward (in the axial center direction) to the vicinity of the inner peripheral wall surface of the inner ring 57. However, the inner diameter of the magnetic induction portion 59 is formed larger than the inner diameter of the inner ring 57 so as not to hinder the function as the protective bearing 81.
[0061] そして、図 7に示すように、軌道溝領域を除く内輪 57の外周壁面と外輪 58の内周 壁面との隙間の間隔、さらに、磁気誘導部 59と内輪 57との間隔は、上述した図 2に 示す、内輪 41と磁気誘導部 44bとの隙間の間隔 /3と同様、内輪 57の内周面とシャフ ト 7の外周壁面との隙間の間隔ひと比較して十分に小さく(狭く)なるように構成されて いる。 これにより、より多くの磁束を拾い、内輪 55と外輪 56を通る閉磁路へ誘導することが できる。 [0061] As shown in FIG. 7, the gap between the outer peripheral wall surface of the inner ring 57 and the inner peripheral wall surface of the outer ring 58, excluding the raceway groove region, and the gap between the magnetic guide portion 59 and the inner ring 57 are as described above. As shown in Fig. 2, the gap spacing between the inner ring 57 and the outer wall surface of the shaft 7 is sufficiently smaller (narrower) than the gap gap / 3 between the inner ring 41 and the magnetic guide 44b shown in Fig. 2. ). As a result, more magnetic flux can be picked up and guided to the closed magnetic circuit passing through the inner ring 55 and the outer ring 56.
また、第 4の変形例では、磁気誘導部 59を設けることにより、より誘導磁路の断面積 を拡大することができる。これにより、さらに磁束密度の許容限度が増大するため、保 護ベアリング 81において磁気飽和を起こしに《なる。 Further, in the fourth modified example, by providing the magnetic induction portion 59, the cross-sectional area of the induction magnetic path can be further increased. As a result, the allowable limit of the magnetic flux density further increases, which causes magnetic saturation in the protective bearing 81 .
[0062] (第 5の変形例) 図 8は、磁気誘導構造の第 5の変形例の構成を示した図である。  (Fifth Modification) FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a fifth modification of the magnetic induction structure.
なお、ここでは、上述した実施形態に示すターボ分子ポンプ 1 (変形例を含む)と同 様の構成を有する部位には同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成について説 明する。  Here, parts having the same configuration as the turbo molecular pump 1 (including the modification) shown in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different configurations will be described.
第 5の変形例では、第 3の変形例で示した保護ベアリング 80をさらに変形した保護 ベアリング 82及び磁気誘導体 63によって磁気誘導構造を構成する例について説明 する。  In the fifth modification, an example in which a magnetic induction structure is configured by a protective bearing 82 and a magnetic derivative 63 obtained by further modifying the protective bearing 80 shown in the third modification will be described.
第 5の変形例に示す磁気誘導構造は、図 8に示すように、内輪 60、外輪 61、転動 体 43からなる保護ベアリング 82、磁気誘導体 63及び軸受固定部材 51を備えている  As shown in FIG. 8, the magnetic induction structure shown in the fifth modification includes an inner ring 60, an outer ring 61, a protective bearing 82 composed of rolling elements 43, a magnetic derivative 63, and a bearing fixing member 51.
[0063] 内輪 60及び外輪 61は、保護ベアリング 81における転動体 43が転がる軌道輪(円 形軌道)を構成している。 [0063] The inner ring 60 and the outer ring 61 constitute a raceway (circular raceway) on which the rolling elements 43 in the protective bearing 81 roll.
内輪 57及び外輪 58は、磁性体の部材により形成されている。  The inner ring 57 and the outer ring 58 are formed of a magnetic member.
転動体 43は、内輪 60と外輪 61との円形軌道の間に配設された玉 (ボール)であり、 非磁性体であるセラミックス材により形成されている。  The rolling element 43 is a ball disposed between the circular raceways of the inner ring 60 and the outer ring 61, and is formed of a ceramic material that is a non-magnetic substance.
第 3の変形例と同様、内輪 60の外周壁面及び外輪 61の内周壁面に形成されてい る、転動体 43が転がる軌道輪の溝、即ち、転動体 43を嵌め込む溝の深さは、上述し た図 2に示す保護ベアリング 40 (内輪 41、外輪 42)より深く形成されている。  As in the third modification, the depth of the groove of the raceway ring on which the rolling element 43 rolls, that is, the groove into which the rolling element 43 is fitted, is formed on the outer peripheral wall surface of the inner ring 60 and the inner peripheral wall surface of the outer ring 61. It is formed deeper than the protective bearing 40 (inner ring 41, outer ring 42) shown in FIG.
[0064] 外輪 61には、外輪 61の排気口 6側端部から内側(軸中心方向)に張り出した(突出 した)磁気誘導部 62が設けられている。なお、磁気誘導部 62は、磁性体の部材によ り外輪 61と一体に形成されている。 [0064] The outer ring 61 is provided with a magnetic induction portion 62 that protrudes (projects) inward (in the axial center direction) from the end of the outer ring 61 on the exhaust port 6 side. The magnetic guiding portion 62 is formed integrally with the outer ring 61 by a magnetic member.
磁気誘導部 62は、磁化された内輪 60の磁気を、内輪 60と外輪 61を通る閉磁路へ 誘導する磁気誘導機能を有してレ、る。 このように、磁気誘導部 62を外輪 61と一体に形成することにより、より多くの磁束を 拾レ、、内輪 60と外輪 61を通る閉磁路へ誘導させることができる。 The magnetic induction unit 62 has a magnetic induction function for inducing the magnetism of the magnetized inner ring 60 to a closed magnetic path passing through the inner ring 60 and the outer ring 61. Thus, by forming the magnetic induction part 62 integrally with the outer ring 61, more magnetic flux can be picked up and guided to the closed magnetic circuit passing through the inner ring 60 and the outer ring 61.
[0065] また、外輪 61の吸気口 4側の端面には、磁性材により形成された円環状の板部材 力 なる磁気誘導体 63が設けられている。 In addition, a magnetic derivative 63 having an annular plate member force made of a magnetic material is provided on the end surface of the outer ring 61 on the intake port 4 side.
磁気誘導体 63もまた、磁化された内輪 60の磁気を、内輪 60と外輪 61を通る閉磁 路へ誘導する磁気誘導機能を有してレヽる。  The magnetic derivative 63 also has a magnetic induction function that induces the magnetism of the magnetized inner ring 60 to a closed magnetic circuit passing through the inner ring 60 and the outer ring 61.
なお、磁気誘導部 62及び磁気誘導体 63の内周縁部は、内輪 60の内周壁面の近 傍まで、内側(軸中心方向)に張り出している。ただし、保護ベアリング 82としての機 能を妨げないように、磁気誘導部 62及び磁気誘導体 63の内径は、内輪 60の内径よ り大きく形成されている。  Note that the inner peripheral edge portions of the magnetic induction portion 62 and the magnetic derivative 63 project inward (in the axial center direction) to the vicinity of the inner peripheral wall surface of the inner ring 60. However, the inner diameters of the magnetic induction portion 62 and the magnetic derivative 63 are formed larger than the inner diameter of the inner ring 60 so as not to hinder the function as the protective bearing 82.
[0066] 嵌め込み溝 46に外輪 61が配設された保護ベアリング 82は、磁気誘導体 63を介し て、軸受固定部材 51をネジ 45でネジ穴 48に固定することにより、吸気口 4側から押 さえ付けられ固定される。 [0066] The protective bearing 82 in which the outer ring 61 is disposed in the fitting groove 46 can be pressed from the intake port 4 side by fixing the bearing fixing member 51 to the screw hole 48 with the screw 45 via the magnetic derivative 63. Attached and fixed.
磁気誘導体 63と外輪 61を接触させることにより、より多くの磁束を拾い、内輪 60と 外輪 61を通る閉磁路へ誘導させることができる。  By bringing the magnetic derivative 63 and the outer ring 61 into contact, more magnetic flux can be picked up and guided to the closed magnetic circuit passing through the inner ring 60 and the outer ring 61.
[0067] そして、図 8に示すように、軌道溝領域を除く内輪 60の外周壁面と外輪 61の内周 壁面との隙間の間隔、磁気誘導部 62及び磁気誘導体 63と内輪 60との間隔は、上 述した図 2に示す、内輪 41と磁気誘導部 44bとの隙間の間隔 と同様、内輪 60の内 周面とシャフト 7の外周壁面との隙間の間隔 αと比較して十分に小さく(狭く)なるよう に構成されている。 [0067] Then, as shown in FIG. 8, the gap between the outer peripheral wall surface of the inner ring 60 and the inner peripheral wall surface of the outer ring 61 excluding the raceway groove region, and the gap between the magnetic induction portion 62 and the magnetic derivative 63 and the inner ring 60 are 2 is sufficiently small compared to the clearance α between the inner peripheral surface of the inner ring 60 and the outer peripheral wall surface of the shaft 7 in the same manner as the clearance of the inner ring 41 and the magnetic induction portion 44b shown in FIG. Narrow).
これにより、より多くの磁束を拾い、内輪 60と外輪 61を通る閉磁路へ誘導することが できる。  As a result, more magnetic flux can be picked up and guided to the closed magnetic circuit passing through the inner ring 60 and the outer ring 61.
また、第 5の変形例では、磁気誘導部 62及び磁気誘導体 63を設けることにより、よ り誘導磁路の断面積を拡大することができる。これにより、さらに磁束密度の許容限 度が増大するため、保護ベアリング 82において磁気飽和を起こしに《なる。  In the fifth modification, the magnetic induction section 62 and the magnetic derivative 63 are provided, so that the cross-sectional area of the induction magnetic path can be further increased. As a result, the allowable limit of the magnetic flux density is further increased, which causes magnetic saturation in the protective bearing 82.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
[1] モータを構成する永久磁石が配設された回転軸を非接触で支持する軸受装置で あって、  [1] A bearing device that supports a rotating shaft provided with permanent magnets constituting a motor in a non-contact manner.
非磁性体からなる転動体と、前記転動体の軌道を形成する、磁性体からなる内輪 及び外輪と、を有する、停止時及び異常時に前記回転軸を支持する保護軸受を備 前記保護軸受は、前記内輪の回転トルクを摩擦トルクより小さくする磁気誘導構造 を有することを特徴とする軸受装置。  The protective bearing includes a rolling element made of a non-magnetic material, and an inner ring and an outer ring made of a magnetic material that form a raceway of the rolling element, and the protective bearing that supports the rotating shaft when stopped and abnormal. A bearing device characterized by having a magnetic induction structure that makes a rotational torque of the inner ring smaller than a friction torque.
[2] 前記磁気誘導構造は、前記内輪の磁気を前記外輪へ誘導する、磁性体の部材か らなる磁気誘導部材力 なることを特徴とする請求項 1記載の軸受装置。  2. The bearing device according to claim 1, wherein the magnetic induction structure is a magnetic induction member force made of a magnetic member for guiding the magnetism of the inner ring to the outer ring.
[3] 前記磁気誘導部材は、前記内輪と所定の間隔 βを介して配設され、  [3] The magnetic induction member is disposed with a predetermined interval β from the inner ring,
前記間隔 i3は、前記回転軸と前記内輪との間隔 αより小さいことを特徴とする請求 項 2記載の軸受装置。  3. The bearing device according to claim 2, wherein the distance i3 is smaller than a distance α between the rotating shaft and the inner ring.
[4] 前記磁気誘導構造は、前記内輪と前記外輪との間隔 γを、前記回転軸と前記内輪 との間隔 αより小さく構成したことを特徴とする請求項 1、請求項 2または請求項 3記 載の軸受装置。  [4] The magnetic induction structure according to claim 1, 2, or 3, wherein an interval γ between the inner ring and the outer ring is smaller than an interval α between the rotating shaft and the inner ring. The bearing device described.
[5] 前記転動体は、セラミックス部材からなることを特徴とする請求項 1、請求項 2、請求 項 3又は請求項 4記載の軸受装置。  [5] The bearing device according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the rolling element is made of a ceramic member.
[6] 前記回転軸は、磁気力または動圧力により支持されていることを特徴とする請求項6. The rotating shaft is supported by magnetic force or dynamic pressure.
1から請求項 5のいずれ力、 1の請求項に記載の軸受装置。 The bearing device according to any one of claims 1 to 5, and the bearing device according to claim 1.
[7] 請求項 1から請求項 6のいずれか 1の請求項に記載の軸受装置を有することを特徴 とするターボ分子ポンプ。 [7] A turbomolecular pump comprising the bearing device according to any one of claims 1 to 6.
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