JP4438195B2 - ターボ分子ポンプ - Google Patents
ターボ分子ポンプ Download PDFInfo
- Publication number
- JP4438195B2 JP4438195B2 JP2000243562A JP2000243562A JP4438195B2 JP 4438195 B2 JP4438195 B2 JP 4438195B2 JP 2000243562 A JP2000243562 A JP 2000243562A JP 2000243562 A JP2000243562 A JP 2000243562A JP 4438195 B2 JP4438195 B2 JP 4438195B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bearing
- touchdown
- molecular pump
- permanent magnet
- inner ring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/44—Centrifugal pumps
- F16C2360/45—Turbo-molecular pumps
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータにて回転軸を介して回転駆動される回転翼と、この回転翼に対向してケーシングに固定設置された固定翼との組み合わせからなるターボ機構を複数段備え、このターボ機構の作動によって前記ケーシングの吸気口側より排気口側へ排気を行うターボ分子ポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
ターボ分子ポンプは、回転翼と固定翼との組み合わせからなるターボ機構の作動により排気を行うもので、このターボ分子ポンプの構成は図1に示すとおりである。このターボ分子ポンプは、たとえばアルミニウム合金製の固定部1Fとケーシング1を主体として構成されるとともに、固定部1Fの中央内方には、モータMにて回転駆動される回転軸5が回転自在に配設されている。この回転軸5には回転体2が一体的に結合されるとともに、この回転体2の外周には回転翼2Bが突設されている。他方、ケーシング1の内周には、積層形にリング状のスペーサ1Sが設置され、この各スペーサ1S間に基端が保持され、かつ内方に突設された固定翼1Bが設けられている。この回転翼2Bと固定翼1Bとの組み合わせにより、ターボ機構Tが構成される。そして、このターボ機構Tの作動、すなわち回転翼2B側の高速回転によって、吸気口3から吸入したガス分子をこのターボ機構Tによって叩き飛ばし、排気口4に向かって圧縮排気するのである。
【0003】
さらに、この回転体2の排気口4の側の端部には、回転円筒部2Dが延設されていて、この回転円筒部2Dがケーシング1に固設された固定円筒部1Dの内周面に近接対応している。さらに、この固定円筒部1Dには、2点鎖線で示すように、内周面に螺旋溝1Mが刻設されている。そして、この螺旋溝1Mと回転円筒部2Dとの協働により、粘性流による排気機能が行われるモレキュラードラッグポンプが構成されている。このように、ターボ機構とモレキュラードラッグポンプとを結合させたターボ分子ポンプをハイブリッド形ターボ分子ポンプと称している。Fは吸気口3を被排気室に接続するためのフランジである。
【0004】
なお、回転体2も高速回転に耐えるために、アルミニウム合金などの金属材料で製作されている。また、図示例の場合、回転体2と一体の回転軸5は、上下一対のラジアル用磁気軸受6およびスラスト用磁気軸受7によって、固定部1Fに対して非接触式に支持される。5Fは回転軸5に固着されたフランジで、このフランジ5Fと電磁石7Gとの組み合わせによりスラスト用磁気軸受7が構成されている。すなわち、分子の排気を行うためにはターボ機構Tが高速で作動ことが求められるが、高速回転を通常の玉軸受のような接触形の軸受を採用すると高温となり、焼付き、膨張等から損傷し、あるいはポンプの性能を低下させるからである。このような事情からターボ分子ポンプにおいては、ラジアル用磁気軸受6およびスラスト用磁気軸受7が常用されている。
【0005】
さらに、この磁気軸受形のターボ分子ポンプにおいては、ポンプ静止時、すなわち運転停止時にはこのラジアル用磁気軸受6およびスラスト用磁気軸受7は機能させず、通常の玉軸受等によるタッチダウン軸受TB1、TB2にて軸支するようにしている。非常時の場合も、このタッチダウン軸受TB1、TB2が回転翼2Bを支承するようになっている。なお、このタッチダウン軸受TB1、TB2とラジアル用磁気軸受6およびスラスト用磁気軸7は同一軸上に配置されている。1Pはタッチダウン軸受TB1を固定部1Fの頂部に固定保持するための押え環である。
【0006】
ところで、モータMは回転軸5と固定部1Fとの間で構成された高周波モータで、具体的には図4に示すように、回転軸5にはN極としての永久磁石5N、S極としての永久磁石5Sが埋設され、その外周をスリーブ5Lで覆って構成されており、他方固定部1Fの側の内周面には電機子巻線MWが設置され、この両者の組み合わせによって構成されている。なお、5Pはスペーサである。EGはモータMへの電気エネルギを供給するための電源接続部である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このような磁気軸受形のターボ分子ポンプを組み立てる場合、その行程の中でケーシング1内の固定部1FにモータMを構成する電機子巻線MWとともにラジアル用磁気軸受6およびスラスト用磁気軸7とタッチダウン軸受TB1、TB2を設置し、その後に回転翼2Bと一体の回転軸5をこの固定部1Fに挿設する。この場合、回転軸5をタッチダウン軸受TB1、TB2、そしてラジアル用磁気軸受6およびスラスト用磁気軸7の内方を挿通させることになる。
【0008】
この時、回転軸5に埋設されたN極の永久磁石5N、S極の永久磁石5Sの磁界によってタッチダウン軸受TB1の内輪(インナーレース)ILが磁化される。そして、内輪に残留磁場が生成される。すなわち、タッチダウン軸受TB1、TB2の内輪ILは、従来では軸受鋼とかマルテンサイト系ステンレス鋼、あるいは工具鋼などにて作成されている。したがって、回転軸5がN極の永久磁石5N、S極の永久磁石5Sを挿通すると、この内輪ILに磁場が残留することになるのである。磁場が残留すると、回転軸5と内輪ILとの間には図3に示されるように磁気回路が形成される。
【0009】
図3は固定部1Fに押え環1Pによって固設されたタッチダウン軸受TB1と回転軸5を横断面で切断した断面図であるが、図示のように内輪ILに磁場が残留し磁気回路GKが形成される。この磁気回路GKの形成によって回転軸5に対して電磁制動、すなわち静止状態を保持させる力が作用する。
【0010】
この電磁制動が作用している状態で回転軸5を強制的に回転させると、過電流が発生する。この過電流の発生によって回転軸5の磁石を含む導体材料に電流が流れることになるが、この電流の流れによってジュールの法則による熱が生起する。すなわち、このジュールの法則によれば、1ワットの電力を使って導体を流れる電流は、1秒あたり0.24カロリの熱を発生することになるが、発明者らの実験によれば、内輪ILが磁化された場合、磁化されなかった場合に比較して摂氏20度ないし摂氏30度高くなっていることが確認された。なお、図3においてOLは外輪であり、Bは軸受としての転動体である球体(玉)である。
【0011】
電気エネルギが回転エネルギに変換され、回転軸5が回転されるわけであるが、発熱は回転エネルギが熱の発生にも消費されたことを意味する。発熱をより防止するために磁気軸受方式が採用されているわけであるが、ターボ分子ポンプの場合、回転軸5は毎分数万回転していて、高速回転であるためにポンプ全体が発熱体であり、この摂氏20から摂氏30度の上昇はポンプの機能に極めて有害である。すなわち、このジュールの法則による発熱は、回転翼2Bの発熱を招来することになるが、この発熱による昇温が回転翼2Bの材料の許容限温度を超えるとポンプの破損や性能低下につながることになる。
本発明はこのような課題を解決するターボ分子ポンプを提供せんとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供するターボ分子ポンプは、上記課題を解決するために、タッチダウン軸受を併設した磁気軸受採用のターボ分子ポンプであって、回転軸が挿通するタッチダウン軸受の内輪の材質を低残留磁束密度の物質で構成する。したがって、ポンプ組立時において回転軸をタッチダウン軸受の内輪に挿通しても、この内輪に磁場が残留しない。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施例にしたがって説明する。本発明によるターボ分子ポンプの構成は図1におけるタッチダウン軸受TB1、TB2の構成材料に特徴がある。特に、組立時における回転軸5のN極の永久磁石5N、S極の永久磁石5Sがその内方を挿通するタッチダウン軸受、すなわち、上方のタッチダウン軸受TB1の構成材料に特徴がある。
【0014】
図2は、図3と同様図1における上方のタッチダウン軸受TB1の部分を横断して示す図で、本発明において内輪ILは低残留磁束密度の材質で形成されている。具体的にはオーステナイト系ステンレス鋼で構成する。オーステナイト系ステンレス鋼は、いわゆる固容体状態でつくられたステンレス鋼で磁化を受けてもその磁束が残留しない特性を有している。したがって、ポンプ組立時回転軸5に埋設されている永久磁石5N、5Sが挿通しても、それによって内輪ILに磁束が残留しない。
本発明が提供するターボ分子ポンプは以上説明したとおりであるから、組立後ポンプを運転し回転軸5を高速回転させても回転軸5にジュール熱に伴う発熱は生起しない。
【0016】
なお、ターボ分子ポンプの形式、構成については、本発明の要点と直接的に関係なく、種々の形式、構成のターボ分子ポンプに適用できる。たとえば、図示例はハイブリッド形のターボ分子ポンプであるが、タービン翼だけの形式のターボ分子ポンプにも適用できる。また、ラジアル用磁気軸受6およびスラスト用磁気軸受7の配置やタッチダウン軸受TB1、TB2の個数、配設の仕方などについても種々の変形実施例を挙げることができる。また、タッチダウン軸受TB1、TBの形式について、図示例では玉軸受の例を示したが、ローラ軸受とすることもでき、玉軸受のみに限定されるものではない。
本発明は、これらすべての変形実施例を包含する。
【0017】
【発明の効果】
本発明が提供するターボ分子ポンプは以上詳述したとおりであるから、回転翼の無用な温度上昇を防止することができる。そして、回転翼の安全性が向上しポンプの寿命を長くすることができ、耐久性の大きいターボ分子ポンプを提供することができる。さらに、タッチダウン軸受の寿命も長くなり、高温化されないので、流量の上限値を増大でき、幅広い運転条件に対応できるターボ分子ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ターボ分子ポンプの構成を示す図である。
【図2】本発明によるターボ分子ポンプの軸受構成を示す図である。
【図3】従来におけるターボ分子ポンプの軸受構成を示す図である。
【図4】ターボ分子ポンプにおける回転軸の構成を示す図である。
【符号の説明】
1…ケーシング
1B…固定翼
1D…固定円筒部
2…回転体
2B…回転翼
2D…回転円筒部
3…吸気口
4…排気口
5…回転軸
6…ラジアル用磁気軸受
7…スラスト用磁気軸受
TB1、TB2…タッチダウン軸受
1F…固定部
1P…押え環
M…モータ
IL…内輪
OL…外輪
Claims (1)
- ケーシングの内周に設置された固定翼と回転翼との組み合わせからなるターボ機構を複数段有するとともに、回転翼はそれと一体の回転軸を介して前記ケーシングと一体の固定部に対し軸受を介して回転自在に支持され、かつこの回転軸はその内方に設けた永久磁石と前記固定部に設けた電機子巻線にて構成されたモータによって回転駆動され、ケーシングの吸気口からの分子を排気口に排気するポンプであって、前記軸受は回転軸を固定部に対し磁力にて支持する磁気軸受と停止時に回転翼を接触支持する複数のタッチダウン軸受とを併設したターボ分子ポンプにおいて、前記複数のタッチダウン軸受のうち、前記回転軸が挿通される際に前記回転軸の内方に設けられた永久磁石が通過するタッチダウン軸受については、該軸受の内輪をオーステナイト系ステンレス鋼にて構成し、前記永久磁石が通過しないタッチダウン軸受については、該軸受の内輪を軸受鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、あるいは工具鋼のいずれかで構成するとともに、前記永久磁石が通過するタッチダウン軸受の内輪の直径を、前記永久磁石が通過しないタッチダウン軸受の内輪の直径よりも大きくしたことを特徴とするターボ分子ポンプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000243562A JP4438195B2 (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | ターボ分子ポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000243562A JP4438195B2 (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | ターボ分子ポンプ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002054593A JP2002054593A (ja) | 2002-02-20 |
JP4438195B2 true JP4438195B2 (ja) | 2010-03-24 |
Family
ID=18734395
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000243562A Expired - Lifetime JP4438195B2 (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | ターボ分子ポンプ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4438195B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006275000A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Shimadzu Corp | 磁気軸受式回転真空ポンプ |
JP4613876B2 (ja) * | 2006-05-17 | 2011-01-19 | 株式会社ジェイテクト | 玉軸受 |
CN111237339B (zh) * | 2020-01-14 | 2020-12-11 | 燕山大学 | 一种减少齿轮泵平衡径向力的磁性滚动轴承及寿命计算方法 |
-
2000
- 2000-08-11 JP JP2000243562A patent/JP4438195B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002054593A (ja) | 2002-02-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6239520B1 (en) | Permanent magnet rotor cooling system and method | |
JP5474066B2 (ja) | コンプレッサ及びコンプレッサの作動方法、並びにコンプレッサを備える燃料電池装置 | |
KR100644966B1 (ko) | 초소형 동력 발생장치 | |
JP2008138680A (ja) | ブレード先端電気機構 | |
JPS63277443A (ja) | 配管内蔵形発電装置 | |
KR100636002B1 (ko) | 초고속 전동기 | |
JP4438195B2 (ja) | ターボ分子ポンプ | |
JP2002519575A5 (ja) | ||
KR20130139076A (ko) | 터보 송풍기 | |
JP4050811B2 (ja) | 複流形気体摩擦ポンプ | |
CN116633081A (zh) | 一种具有转子主轴散热风道的磁悬浮高速鼓风机 | |
JP4576746B2 (ja) | ターボ形回転機器 | |
CN211609606U (zh) | 利用磁悬浮结构的吸尘器电风机及吸尘器 | |
JP2002286036A (ja) | 磁気軸受装置 | |
JP2001032790A (ja) | ターボ分子ポンプ | |
CN217240543U (zh) | 一种磁悬浮蒸汽压缩机 | |
JP5094897B2 (ja) | 電動遠心圧縮機 | |
CN114483609B (zh) | 真空泵 | |
JP5156477B2 (ja) | 送風装置 | |
JP2525848Y2 (ja) | 真空ポンプ | |
JP2010283920A (ja) | ロータ構造 | |
JP2006275000A (ja) | 磁気軸受式回転真空ポンプ | |
JPH0645115U (ja) | ターボ機械用スラスト磁気軸受 | |
JPH05187380A (ja) | 電動機一体型ポンプ | |
JP2001073984A (ja) | ポンプ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061219 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090422 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090428 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090626 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091215 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091228 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130115 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4438195 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130115 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140115 Year of fee payment: 4 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |