JP2805317B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents

ターボ分子ポンプ

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JP2805317B2 JP63317538A JP31753888A JP2805317B2 JP 2805317 B2 JP2805317 B2 JP 2805317B2 JP 63317538 A JP63317538 A JP 63317538A JP 31753888 A JP31753888 A JP 31753888A JP 2805317 B2 JP2805317 B2 JP 2805317B2
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Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明はターボ分子ポンプに係わり、特にロータの
軸受機構に関するものである。
《従来の技術》 従来、電子顕微鏡,分析機器等の真空装置としてある
いは半導体製造装置の真空装置としてターボ分子ポンプ
(以下「ポンプ」という)が用いられている。このポン
プは略円筒状に形成されたケーシングの内壁面に複数の
ステータ翼がその円筒の軸方向に配設されており、その
内側に配置されたロータの外壁面に複数のロータ翼がス
テータ翼と交互に位置されているととともに、そのロー
タがモータの回転子として作用するモータ機構とから構
成されている。
そして、モータ機構によりロータが回転させられ、ス
テータ翼とロータ翼との間において分子流領域になる
と、吸気口側のガスを排気口側へ排出して、吸気口側に
高真空が形成される。
ところで、ロータはいわゆる超高速回転させられてい
るため、従来のボールベアリングを用いた軸受機構から
最近では磁気軸受が使用されるようになってきている。
すなわち、磁気軸受機構によりロータを浮上保持し、非
接触で回転させるもので軸受寿命が大巾に延ばすことが
できる。この磁気軸受機構はロータ軸の半径方向および
軸方向を保持するラジアルおよびアキシャル電磁石を設
けるとともに、これら両方向位置を検出する位置センサ
を設け、この位置センサの検出信号をフィードバックし
てロータが目標の浮上位置となるように電磁石の励磁電
流が制御されている。
《発明が解決しようとする課題》 しかしながら、磁気軸受に関しては、特開昭57−1932
21号公報,特公昭62−20407号公報等に開示されている
が、上記従来の磁気軸受を使用したポンプにおいて、ロ
ータはラジアル電磁石およびアキシャル電磁石により浮
上保持されて軸受されているため、これらの電磁石でい
わゆる3軸制御,4軸制御または5軸制御する必要があっ
た。すなわち、ラジアル電磁石による半径方向のX,Y軸
制御と、アキシャル電磁石による軸方向のZ軸制御とが
必要であった。
このため、制御手段が複雑となりコストアップとなる
欠点があるとともに、3軸,4軸または5軸とも全て電磁
石で浮上保持されているため、軸受機構が複雑化する欠
点があった。
《課題を解決するための手段》 本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、そ
の目的とするところは磁気軸受制御の簡単なポンプの提
供にあり、その目的達成のためにその構成をケーシング
の内壁面に取り付けられたステータ翼と、上記ケーシン
グの内部に配置されたロータの外壁面に取り付けられた
ロータ翼とを、上記ロータの軸方向に交互に配置すると
ともに、上記ロータを回転するモータ機構を有し、上記
ロータを回転させてロータ軸の一方向から吸気し他方向
へ排気するターボ分子ポンプにおいて、 上記ロータは、上記ロータ軸の上端側に設けられ、上
記ロータ軸のラジアル方向位置およびアキシャル方向位
置を規制する略円錐状の永久磁石と、上記ロータ軸の下
端側に設けられ、上記ロータ軸のアキシャル方向位置を
規制する永久磁石と、上記ロータ軸のアキシャル方向位
置を調整すると共に、上記ロータ軸のラジアル方向位置
を規制する略円錐状の電磁石とにより軸支されたことを
特徴とするものである。
《作用》 本発明におけるポンプの軸受機構は、ロータが永久磁
石により浮上保持されるとともに、電磁石の励磁電流調
整により軸方向の位置制御が行われる。
《実施例》 第1図に示すターボ分子ポンプは、略円筒状に形成さ
れたケーシング1の内壁面には複数のステータ翼2がそ
の円筒の軸方向に配設されており、その内側に配置され
たロータ3の外壁面には複数のロータ翼4がステータ翼
2と交互に軸方向に配設されている。
ロータ3の上部中央には円柱状の凹部5が形成されて
おり、その側面には永久磁石6が設けられているととも
に、この永久磁石6に所定間隔保って対向する位置に永
久磁石7を有する円柱状の上部支持部8が吸気口aの側
壁にアーム9により固定されている。
両永久磁石6および7の極性は互いに反発するように
配置され、従ってロータ3と上部支持部8との間に反発
力が作用している。
ロータ3の下部端面にはリング状の凹部10が設けられ
ているとともに、その中央部からはモータ機構の回転子
11およびその下側の下端面に永久磁石12を有する円錐状
の凸部13が設けられている。
ケーシング1の下部には排気口bを備えたフランジ14
が設けられているとともに、そのフランジ中央部には下
部支持部15が設けられていて、これによりフランジ14が
密閉されている。
下部支持部15には上記リング状凹部10に先端が突入す
る筒16が突出して設けられている。その筒16の側壁内側
に上記回転子11と所定間隔保ってモータ機構の固定子17
が対向して設けられているとともに、上記凸部13の円錘
面と所定間隔保って電磁石18が対向して設けられてい
る。また、筒16の底面には上記永久磁石12と所定間隔保
って永久磁石19が設けられており、これら両永久磁石1
2,19の特性は互いに吸引するように配置されている。
なお、図面では上,下部支持部8,15およびロータ3は
図面を簡略化するため、それぞれ一体物として図示され
ているが、組み立ておよび制作上から必要に応じて分割
されて構成されていることは勿論である。
上記構成からなる軸受機構は、ロータ3の上部では永
久磁石6および7の反発力により半径方向が浮上保持さ
れ、また下部では永久磁石12および19によるアキシャル
方向(図面ではロータ3が下方へ移動する方向)の吸引
力を、電磁石18が凸部13を吸引する磁力で調整されて浮
上保持される。この際、凸部13の側面は円錘上に形成さ
れているので、電磁石18による吸引力はラジアル方向に
分力として生じ、ロータ3の下部のラジアル軸受として
も作用する。
また、電磁石18の磁力調整はロータ3のアキシャル方
向位置を図示しない位置センサで検出し、この検出信号
を励磁電流制御手段(図示せず)によって処理してロー
タ3が所定の目標位置に浮上保持されるように電磁石18
の励磁電流を制御して行われる。
なお、図中20および21は、上部支持部8および下部支
持部15に設けられたドライベアリングであって、ロータ
3のタッチダウン時にロータ3を支持できるように構成
されている。
上述のように浮上保持されて軸支されたロータ3は、
固定子17のコイルに図示しないドライバーから電流が供
給されると回転磁界が発生し、これにより回転子11,す
なわちロータ3が回転させられる。このロータ3の回転
によりステータ翼2とロータ翼4との間において分子流
領域で排気作用が生じ、これにより吸気口a側から吸気
が行われるとともに、排気口b側からは排気が行われ、
吸気口a側に高真空が得られる。
第1図に示すターボ分子ポンプは、ロータ3の上下に
各永久磁石6,7,12および19を配置するとともに、ロータ
3の下部の円錘壁面に望ませて電磁石18を配置してロー
タ3を軸支するように構成したので、ロータ3の上部の
永久磁石6および7によりラジアル方向の軸支がおこな
わるとともに、ロータ3の下部の各永久磁石12および19
並びに電磁石18によりロータ3の下部のラジアル方向お
よびロータ3のアキシャル方向の軸支が行われ、しか
も、電磁石18の励磁電流を調整するのみで、所定の目標
位置へ容易に浮上保持することができる。
第2図に示すターボ分子ポンプは、上記第1図に示し
たターボ分子ポンプと相違する点は、ロータ3の上部軸
受機構にある。
すなわち、ロータ3の凹部15の側壁面には永久磁石6
を略円錐状に配置するとともに、上部支持部8にはその
永久磁石6と所定間隔保って略円錐状に永久磁石7が配
置されている。これら両永久磁石6および7の極性の配
置は上記第1図に示したターボ分子ポンプと同様に反発
する方向に設けられている。従って、第2図に示したタ
ーボ分子ポンプにおいてはロータ3の上部の軸支は両永
久磁石6,7の側面によって生ずる分力によりラジアル方
向のみならずアキシャル方向の軸受が可能となる。この
ため、第2図に示したターボ分子ポンプではロータ3の
上下でラジアル方向およびアキシャル方向の軸支が可能
となり、より安定した軸受が達成できる効果がある。
第3図に示すターボ分子ポンプは、ロータ3の上,下
のラジアル方向の軸受は上記第1図で示したターボ分子
ポンプと同様の構成となっているが、アキシャル軸受は
電磁石のみで構成されている。
すなわち、ロータ3の下部の軸受はロータ3の下部に
上記第1,2図で示した凸部13の変わりに下端開口の筒22
を設けるとともに、この筒22の内壁に永久磁石23が設け
られている。一方、下部支持部15の底面からは上記筒22
に突入する突起25が突出して設けられ、この突部25の側
壁周囲に上記永久磁石23と所定間隔保って永久磁石24が
設けられている。これら両永久磁石23および24の極性は
上部の永久磁石6,7と同様に反発するように配置されて
いる。従って、これら両永久磁石23,24により下部のラ
ジアル方向が軸支される。
このターボ分子ポンプにおけるロータ3のアキシャル
方向の軸受は筒16の内側に設けられた電磁石18の磁力で
筒22の上端部を吸引して行われる。
なお、このターボ分子ポンプにおけるロータ3の回転
は上記第1,2図のターボ分子ポンプで示したインナーロ
ータ型と異なりアウターロータ型のポンプが示されてい
る。このため、固定子12は筒16の外周に配置されている
とともに、回転子11はリング状凹部の外側壁に設けられ
ている。
このターボ分子ポンプにおける軸受機構はロータ3の
上,下側とも同じ形式の軸受とすることができ、より構
成を簡素化できる利益がある。
《効果》 本発明は、上述のようにロータ軸の上端側に設けら
れ、ロータ軸のラジアル方向位置およびアキシャル方向
位置を規制する略円錐状の永久磁石と、ロータ軸の下端
側に設けられ、ロータ軸のアキシャル方向位置を規制す
る永久磁石と、ロータ軸のアキシャル方向位置を調整す
ると共に、ロータ軸のラジアル方向位置を規制する略円
錐状の電磁石とを配置してロータを軸支するように構成
したので、ロータの浮上位置調整は一つの電磁石の励磁
電流の制御のみで行なうことができ、いわゆる1軸制御
で行なうことができるので制御手段を大幅に簡素化する
ことができる。
また、永久磁石が上下端側に配置されることによって
組立作業が容易となり、軸受スパン(距離)も最大にと
れるので、回転時の安定性も高めることができる。
さらに、電磁石の個数も削減できるので構造が簡単と
なりポンプコストを低減できる等の効果を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図はターボ分子ポンプの一部切欠正面図であ
る。 1……ケーシング 2……ステータ翼 3……ロータ 4……ロータ翼 8……上部支持部 6,7,12,19,23,24……永久磁石 11……回転子 12……固定子 15……下部支持部 18……電磁石 a……吸気口 b……排気口

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ケーシングの内壁面に取り付けられたステ
    ータ翼と、上記ケーシングの内部に配置されたロータの
    外壁面に取り付けられたロータ翼とを、上記ロータの軸
    方向に交互に配置するとともに、上記ロータを回転する
    モータ機構を有し、上記ロータを回転させてロータ軸の
    一方向から吸気し他方向へ排気するターボ分子ポンプに
    おいて、 上記ロータは、上記ロータ軸の上端側に設けられ、上記
    ロータ軸のラジアル方向位置およびアキシャル方向位置
    を規制する略円錐状の永久磁石と、上記ロータ軸の下端
    側に設けられ、上記ロータ軸のアキシャル方向位置を規
    制する永久磁石と、上記ロータ軸のアキシャル方向位置
    を調整すると共に、上記ロータ軸のラジアル方向位置を
    規制する略円錐状の電磁石とにより軸支されたことを特
    徴とするターボ分子ポンプ。
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