JPS5946394A - タ−ボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し発明の利用分野〕 本発明はターボ・・分子ポンプに係り、特に超高真空を
必要とする機器に用いられるターボ分子ポンプに関する
。

〔発明の背景〕

一般にターボ分子ポンプは例えば核融合装置、電子顕微
鏡などの真空を必要とする機器に用いられている。現在
のターボ分子ポンプで得られる真空度は１０”’ｌ’ｏ
ｒｒ程度まで達成し得ると言われている。さらに、最近
では烏真空度を上げるだけではなく、油蒸気のような炭
化水素等の残留ガスのない所謂清浄な真空が強く求めら
れている。

ターボ分子ポンプはその作動原理から、ガスの分子量が
大きくなればなる程、圧縮比を大きくとれるので、油蒸
気に対する排気性は極めて良く、清浄な真空が得られる
とされている。しかし、ターボ分子ポンプのロータ支持
軸受として、油潤滑のボール軸受を用いているものでは
、運転時には真空容器に対する油蒸気の汚染はないが、
一度ボンブを停止すると、潤滑用の油蒸気が逆拡散し、
場合によっては真空容器まで汚染するという欠点があっ
た。このような欠点を除去するために、これまで種々の
改良提案がなされているが、その−例として、特開昭５
０−７７９１３号公報に開示されているように、軸受を
制御形電磁軸受としたターボ分子ポンプがある。

一方、近年さらに超高真空化の要求が高まっているが、
この要求を満たすためには、真空容器お゛よびポンプ自
身の部材の表面からのガス放出をできる限り少なくする
ことが必要である１、このためには一般に超高真空での
ポンプ運転時に、ベーキングと称される部材の高温加熱
によるガス出しが行われる。すなわち、超高真空に晒さ
れた部材の表面の温度を高温化することによシ、部材に
吸蔵されているガスをできる限シ放出させ、しかる後に
全体を常温に戻して真空度を上げるものである。

このベーキング効果は加熱温度を高くすればする程著し
くなる。したがって真空度を上げるためには、ベーキン
グ許容温度をできる限り上げることがきわめて有効な手
段であるということができる。

しかし、現状のターボ分子ポンプにおいては、その高真
空側すなわち吸込側にロータを支持するための軸受が内
蔵されているが、その軸受としてダンパ（＝ｊのボール
形軸受ないしけ巻線を有する制御形磁気軸受が用いられ
ている。このような軸受機構において、ボール形軸受で
は潤滑油の許容温度限界により、また磁気軸受では巻線
の被覆拐の耐熱温度の限界により、許容される温度は１
００゛０〜１２０　’０程度である。したがって、現状
のターボ分子ポンプはすべて前述した許容ベーキング温
度によシその吸込口部分のベーキング温度を１２０　゛
Ｏ以Ｆに抑えられている。その結果、現状では超高真空
においてさらに真空度全土げることは困難な状態になっ
ている。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事柄にもとづいてなされたもので、従来
のものによシ到達真壁度を向上させることができるとと
もに、ポンプ停止時も含めて清浄な真空を得ることがで
きるターボ分子ポンプを提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は上記の目的を達成するために、ケーシング内に
その軸線方向に多段に設けられた静翼と、この靜其間に
位置し、かつケーシングの中心に位置するロータの外周
に設けられた動翼とを備えるターボ分子ポンプにおいて
、前記ロータの高真空側および低真空側をそれぞれ軸受
手段で支持し、高真空側の軸受手段を、高温熱処理後磁
性特性変化を有しない固定側の第１の永久磁石およびこ
れに対向するロータ側の第２の永久磁石による吸引形磁
気軸受で構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明のターボ分子ポンプの一実施例を示すも
ので、図において、ケーシングは吸込口ＩＡを有する吸
込側ケーシング１と、中間ケーシング２と吐出口３Ａを
有する吐出側ケーシング３とで構成されている。吸込側
ケーシング１および吐出側ケーシング３はそれぞれ中間
ケーシング２にボルトによって締結されている。吸込側
ケーシング１および中間ケーシング２の内側には静翼４
がケーシング軸線方向に多段に配置されている。

この静翼４間には動翼５が配置されている。この動翼５
はロータ６に設けられている。静翼４は交互に軍み積ね
た環状のスペーサ７の間に挿入されている。動翼５は静
Ｒ４と同様に交互に重み積ねられ、かつロータ６を構成
するスペーサ８の間に挿入されて、例えば拡散接合手段
によってロータ６に固定されている。動翼５．スペーサ
７．８０拐質は強度上を考慮してチタン合金、ステンレ
ス鋼を用いることが好ましい。

動翼５を備えるロータ６の上部側には、永久磁石９を収
納する環状空間Ｓが形成されている。ロータ６はこの環
状空間Ｓ内のロータ６側に設けた環状の永久磁石９Ａと
、これに対向するように環状空間Ｓに配置し２個の環状
の永久磁石９Ｂとからなる永久磁石９によって支持され
ている。この永久磁石９におけるロータ側の永久磁石９
Ａは、固定側の２個の永久磁石９Ｂに対向すると共に半
径方向の面上においてこれらの２個の永久磁石９Ｂ間に
配置しである。このような磁石配置構成によジロータロ
に対して必要な吸引力を発揮する。

永久磁石９Ｂは半径方向に姑びる支持腕１０に固定され
ている。支持腕１０はケーシング１，２の接合部に固定
されている。また、これらの永久磁石９Ａ、９Ｂはキュ
リ一点の高い希土類磁石を用いている。この磁石材はベ
ーキング作用との関連で３００　’Ｏで加熱しても、そ
の磁気特性が劣化しないものである。

前述した高真空側の軸受手段すなわち永久磁石９の上側
のロータには、ケーシング側の静振４間に臨ませ配置さ
れる少なくとも１段の動翼５が設けられている。この動
翼５は永久磁石９より上の真空側に未到達圧力分に相当
する圧力を形成し、永久磁石９のガス放出が吸込側に影
響しないように作用するものである。

ロータ６の下部は制御形ラジアル磁気軸受１２および制
御形スラスト磁気軸受１３で支持されている。これらの
磁気軸受１２．１３はラジアルセンサ１４、スラストセ
ンサ１５によって制御される０ ロータ６の駆動源となるモータ１６は、ロータの下部の
低真空側に配置されている。このモータ１６はこの例で
はロータ６に固定した端板１６Ａと吐出側ケーシング３
に設けたステータコイル１６Ｂとからなる端板モータで
構成している７５；、高周波モータを用いることも可能
である。

ロータ６の下部に設けたスラスト磁気軸受１２０部分に
は、停電時等にロータ６の回転の継続を援助するだめの
補助軸受１７を備えている１、この補助軸受１７には清
浄な雰囲気を保つため潤滑？′１４】を用いないドライ
のころが９軸受を用いている。

この補助軸受としては、ころがり軸受でなく、やはりド
ライのビボ刈・形の軸受を用いてもよい。

以上述べた第１図に示す実施例においては、ロータ６の
高真空側は永久磁石９による吸引力で支持され、ロータ
６の低真空側は磁気軸受１２゜１３によって安定回転可
能に支持されている。モータ１５によりロータ６に回転
が与えられると、交互に配置された動翼５と静翼４との
作用により、真空にすべき機器内のガス分子は吸込口Ｉ
Ａから吐出口３Ａに向い、高い圧縮比をもって移行し、
吐出口３Ａから排出される。これにより、このターボ分
子ポンプに接続する機器内およびターボ分子ポンプの吸
込側ケーシング１は１０　”　’Ｉ’ｏｒｒ以上の真空
状態に達成することができる。このような超高真空を達
成することができる理由は、次の条件を満たすことがで
きるからである。すなわち、上述した本発明の実施例に
おいては超高真空に晒されるターボ分子ポンプの吸込側
ケーシング部分の部材を３００　Ｏ程の温度でベーキン
グ処理可能なもので構成したからである。例えば動翼５
やロータ６の材料にチタン合金やステンレス鋼を用いて
おり、また永久磁石９に高温処理が可能な希土類系磁石
材を用いていることに起因する。このようにベーキング
温度を高温にし得ることは、到達真空度を上げる上でも
、また超高真空を得る時間を短縮する上でも、非常に有
効である。一方、ターボ分子ポンプの低真空側に配置さ
れた磁気軸受１２．１３は、低真空に晒されるため、従
来のベーキング処理温度（１２０°Ｃ程度）で十分であ
る。

また、述した本発明の実施例によれば次のような利点を
有している。すなわち、ラジアル軸受のうち、上側の軸
受を、永久磁石９による軸受を用いているので、制御形
磁気軸受を用いているものに比べて、軸受個数が少なく
なシ、大幅な価格低減が可能になる。さらに補助軸受１
７はロータ下端において支持する構成となっているので
、その径を小さくすることができる。その結果、作動時
の周速を低く抑えることができる。またこの補助軸受１
７にドライ形のものを用いるとしても、非常停止時にお
ける軸受の損傷は著しく低減され、従来のものに比較し
てメンテナンスに関してそれを大幅に改善することがで
きる。

なお、上述の実施例は、ロータの下部を支持する軸受と
して磁気軸受１２．１３を用いだが、第２図に示すよう
にピボット形すペシ軸受１８を用いることも可能である
。このピボット形すペシ軸受１８はピボット軸１８Ａ、
軸受体１８Ｂを備え潤滑油１９に浸されて用いられる。

このピボット形すべ）軸受１８を用いることによシ、こ
のピボット形すベシ軸受１８はその軸径が小さいので、
その周速は小さく、その損失による発熱量が少ない。し
たがって、同負荷、同回転数の条件におけるころがシ軸
受と比較すると、潤滑油としては蒸気圧が低く、シかも
高粘度のものを使用することができる。その潤滑油の一
例としては、常温での蒸気圧が１０”’ｌ’ｏｒｒ以下
の７ツノ系の油を使用することができる。

このように構成したことにより、超高真空に晒されるタ
ーボ分子ポンプの吸込側部は第１図に示す実施例と同様
にポンプ運転時および停止時に清浄な超高真空を得るこ
とができる。一方、ロータ６の下部には油を用いるピボ
ット形すベシ軸受１８を用いているため、この部分が油
蒸気発生の唯一の箇所になるが、前述したように潤滑油
は低蒸気圧であるので、ポンプ停止時にこの潤滑油蒸気
による汚染はきわめて少ないものである。

コレは従来のボール形軸受を用いたターボ分子ポンプと
比較した場合、きわめて有利な点である。

すなわち、従来のポンプではボール形軸受の潤滑油とし
て、スピンドル油のような蒸気圧が１Ｏ−４Ｔｏｒｒ程
度の油を用いざるを得ない。したがって、前述したよう
に、ポンプを停止したときに、この油の蒸気が高真空側
へ逆拡散し、真空容器を汚染するという問題点があった
のに対し、この実施例によれば、油蒸気の分圧を１０−
１０Ｔｏｒｒ以下に抑えることができるので、事実上、
このような汚染を心配する必要がなくなる。またこの実
施例ではきわめて蒸発し難い油を用いているので、油の
補給が＃１とんど必要でなく、この点のメンテナンス上
でもきわめて有効である。さらに、制御形磁気軸受を用
いているものにくらべて、軸受の制御部や電磁石が不要
となるので原価的に著しく有利なものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、超高真空に晒され
る部分を高温度でベーキング処理することが可能である
ので、従来のターボ分子ポンプに比べてよシ超高真空を
達成することができる。１その結果、超高真空を必要と
する機器の要求に応じ得る確実なターボ分子ポンプを提
供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のターボ分子ポンプの一実施例を示す縦
断面図、第２図は本発明のターボ分子ポンプの他の実施
例を示す縦断面図である。 ｌ・・・吸込側ケーシング、２・・・中間ケーシング、
３・・・吐出ケーシング、４・・・静翼、５・・・動翼
、６・・・ロータ、７，８・・・スペーサ、９・・・永
久磁石、１２゜１３・・・磁気軸受、１８・・・ピボッ
ト形すベシ軸受。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ケーシング内にその軸線方向に多段に設けられた
   静翼と、この静翼間に位置し、かつケーシングの中心に
   位置するロータ外周に設けられた動翼とを備えるターボ
   分子ポンプにおいて、前記ロータの高真空側および低真
   空側をそれぞれ軸受手段で支持し、高真空側の軸受手段
   を、高温熱処理後磁性特性変化を有しない固定側の第１
   の永久磁石およびこれに対向するロータ側の第２の永久
   磁石による吸引形磁気軸受で構成したこと’に特徴とす
   るターボ分子ポンプ。 ２、永久磁石は希土類系の磁性材で構成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のターボ分子ポ
   ンプ。 ３、第１の永久磁石は動翼間におけるロータ外周に形成
   した環状空間内に固定配置され、第２の永久磁石は第１
   の永久磁石忙対向するように前記環状空間内におけるロ
   ータに設けられたこと全特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載のターボ分子ポンプ。 ４、第１の永久磁石は同心的に配置される径の異なる数
   個の環状永久磁石を備え、この第１の永久磁石に対向す
   る第２の永久磁石は第１の永久磁石を構成する数個の環
   状永久磁石間に対向するように配置された環状の永久磁
   石を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第３項のい
   ずれかに記載のターボ分子ポンプ。 ５、　ロータは高真空側の軸受手段よシ上側の高真空側
   にケーシング側の静翼間に臨ませ配置される少なくとも
   １段の動翼を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項または第４項記載のター。 ボ分子ポンプ。 ６、　ロータの低真空側の軸受手段は制御形磁気軸受で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のター
   ボ分子ポンプ。 ７、　ロータの低真空側の軸受手段はピボット形すベシ
   軸受であることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   のターボ分子ポンプ。