JPS61132797A - タ−ボ分子ポンプの軸受装置 - 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】 ＬＭ業上の利用分野」 本発明は、気体軸受を利用したターボ分子ポンプの軸受
装置に関するものである。

［従来の技術］ ターボ分子ポンプは、ロータ室（真空室）内でステータ
翼と交互に配置されるロータ翼を高速回転し、気体分子
に衝突するこれら軸流タービン翼列の機械的な排気作用
で強制的に気体の流れを発生するようにしたもので、超
高真空を得ることのできるのが特徴である。

し・かして、この種のポンプにおける駆動軸の支持構造
についてみると、ｅｒ−７翼を回転駆動するための駆動
軸は、これに回転動力を与える機械室からその一端をロ
ータ室に逸出し自由端とされる該延出部にロータ翼を一
体回転可能に取り付ける一方、機械室内で通常２個のラ
ジアル軸受に回転自由に支承させ、その回転軸心を位置
決めずｇのが普通である。第７図は、かかる従来の支持
構造例を示し、駆動軸ａはポンプ一端側のハウジングｂ
内に形成した機械室Ａ内を軸心方向に挿通され、その一
端をポンプ他端側のロータ室Ｂに延出し、ここにおいて
ロータ翼Ｃを外ｉ！ｌｉ−固定している一方、ａ械室Ａ
内において、ロータ室Ｂ側と反ロータ室Ｂ側との二個所
で各ダンパｄを介しハウジングｂに支持されているころ
がり軸受（ポールベアリング）ｅ、ｆに支承され、その
軸心まわりに回転自由に支えられている。なおｇとｈは
、機械室Ａ内に設けられたモータステータとモータロー
タであって、駆動軸ａに回転動力を与えてこれを高速回
転する。

しかし乍ら、このような支持構造のものでは。

例えば第７図に示すもののように、軸受ｅ、ｆに対して
ポンプの機械室Ａ１１４部に付設したオイルタンクｉか
ら駆動軸ａ内を通して潤滑油を供給してやる等、潤滑方
法が面倒になるし、軸受ｅ、ｆの耐用寿命も比較的短い
という問題がある。ｔた、ころがり軸受に代えて油潤滑
のメタル軸受を採用することもできるが、この種軸受で
は潤滑剤の粘性が無視できないので、ターボ分子ポンプ
のように駆動軸に高い回転数を必要するものには、作動
上有利でない、そして、ターボ分子ポンプでは、一般に
使用上の要求からロータ室への油（蒸気）の侵入を嫌う
ことがあり、この点からも好ましくない、そこで、上記
接触タイプの軸受に代えて、駆動軸を非接触で支えるこ
とができる１ａ気浮上軸受を用いることも考えられるが
、現状では非常に高価につきコスト的に見合わない。

［発明が解決しようとする闇題点］ 本発明は、このような事情から、従来の油潤滑に起因す
る諸問題点を蒙らず、しかもｍ気軸受を使用した場合に
比較して有利となるターボ分子ポンプの駆動軸に最も過
した軸受装置を提供する目的でなされたものである。つ
まり、本発明の企図するところは、格別に潤滑手段を委
さずに寿命が保証され、油潤滑式の軸受を使用した場合
のポンプ内汚染や回転抵抗の増大がなく、また比較的構
造簡易にして安価に実施できる軸受装置を新たに与える
ことにある。

Ｌ問題点を解決するための手段］ 本発明は上記の目的を達成するための手段に、ターボ分
子ポンプの軸受装置に関する当該分野の既成概念に反し
、気体軸受を利用するようにしている。すなわち１本発
明は、ターボ分子ポンプの機械室内に駆動軸をガス膜を
介して支える気体軸受を設けかつ該気体軸受に供給源か
ら軸受ガスを導入させる流入通路を設けるとともに、前
記機械室とターボ分子ポンプのロータ室との境界の駆動
輪貫通部に両室を気密に遮断する非接触形゛のシール機
構を設けかつ該シール機構に臨んで機械室内の軸受ガス
を排気系に導出させる流出通路を設けたことを特徴とし
ている。

〔作用］ このような構成のものであれば、前記流入通路から各気
体軸受に供給源から送られる軸受ガスを連続的に導入し
て供給すると、駆動軸の高速回転時に該駆動軸と気体軸
受との間に形成されるガス膜層に駆動軸を浮上支持する
のに十分な動圧が発生し、駆動軸を非接触で安定に支え
ることかでＳるものとなる。そして、この気体軸受の部
分から漏洩し機械室の内部に拡散される軸受ガスは、前
記シール機構でロータ室（真空室）への洩れが阻止され
るとともに、該シール機構の近傍に設けられる前記流出
通路を排気系に連接しておけば、この流出通路から機械
室内の軸受ガスが逐次導出されることになり、気体軸受
に供給された軸受ガスは機械室内の熱を奪いとって外部
に運び去る冷媒作用も兼ねるものとなっている。

［実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係るターボ分子ポンプの構造を一部簡
略化して図示するものであるが、図中下方に位置するハ
ウジングｌ内に機械室Ａを設け。

上方のケーシング２に外包された空間内にロータ室（真
空室）Ｂを設（すている、そして、このポンプの軸心０
に一致させて機械室Ａ内に駆動軸３を神通し、かつその
一端を自由端にして上方のロータ室Ｂ内に延出している
。この駆動軸３は、ロータ室Ｂ内において、その延出部
に該駆動軸３と一体回転するロータ４を固設している。

そして、このロータ４の外周から、前記ケーシング２の
内向から突設されるステータ質５ｂと交互に配置するよ
うにしてロータｍ５ａが突設され、これら翼５ａ、５ｂ
の組合せによってロータ室Ｂ内に所要のアキシャルター
ビン翼列を構成している。

しかして、駆動軸３は、前記機械室Ａ内に設置しである
モータ６（ステータ６ａ、ロータｓｂ）により回転動力
が与えられるようにされるとともに、その軸心０を保持
して回転されるべく、機械室Ａ内に配設した気体軸受７
．８および９により回転自由に支承されている。すなわ
ち、気体軸受７．８は、ＷＡ駆動軸をラジアル方向に支
えるラジアル軸受であって、ａ械ｆｉＡ内の前記ロータ
室Ｂ側と反ロータ室Ｂ側の軸端部とに間隔をおいて設け
られている。このラジアル気体軸受７．８の構成を詳述
すると、以下のようである。この上下２個のラジアル気
体軸受７，８を設ける個所には、ハウジング１に固設し
て機械室Ａ内にリング状の軸受ブロック１０．１１を配
置している。この軸受ブロック１Ｏ１１１は、駆動軸３
を所定位置に挿通した状態で該駆動軸３の外周を包囲し
ているとともに、各々その内周面と駆動軸３の外周面と
の間に所定寸法の微小な間隙部１０ａ、ｌｌａをつくり
出すように形成され七いる。すなわち、これら間隙部Ｉ
Ｑａ、ｌｌａは、この部分に軸受ガスを導入してガス膜
を形成し、高速回転時に１％動軸３をこのガス膜を介し
て非接触状態に支える気体軸受の支承面をなすものであ
る。そして、この軸ｆｆｉフ１１ｆｆｙり１０．　　Ｌ
　ｌニ４ｔ、各／ｚｉ［１ｉＲＩＩｌＯａ、ｌｌａに臨
み該間隙部１０ａ、ｌｌａの空間内に軸受ガスを供給す
る流入ポケッ）ｌＯｂ、１１ｂと、この流入ポケフ）１
０ｂ、ｌｌｂに開口し軸受ブロック１０．１１を径方向
に貫通する貫　　＝透穴１０ｃ、ｌｉｅと、ハウジング
ｌを径方向に貫通し各軸受ブロックｉｏ、ｔｔの貫通穴
１０ｃ、ｌｌｃとポケットｌＯｄ、ｌｉｄを介して連通
していると共にハウジングｌの外周面に開口する貫通穴
１２、ｌ　３Ａ＋１３Ｂとから構成される軸受ガスの流
入通路１４．１５が設けられている。この流入通路１４
．１５は、ポンプの外部に配設した図外の供給源とｉｉ
！接され、ラジアル気体軸受７．８（間隙部１０　ａ、
　　Ｌ　１　ａ）に必要な輪受ガスが導入される。

一方、荊２気体−受９は、駆動軸３をステスト方向に支
えるアキシャル軸受であって１機械室Ａ内におけるロー
タ室Ｂと反対側の軸端部に設けられている。このアキシ
ャル気体軸受９の構成を詳述すると、以下のようである
。すなわち、駆動軸３の下端部には、これと一体回転す
る大径の７ランジ部１６が嵌着してあり、この７ランジ
部１６を前記軸受ブロック１１の下端面に近接配置して
いるとともに、該７ランジＭ＆１６のｒ方に位置する機
械室Ａ内にハウジングｌに固設してリング状の軸受ブロ
ック１７を配置し、これら上下の軸受ブロック１１．ｌ
’７でフランジ部１６を近接挟持するようにしている。

そして、この上下軸受ブロック１１．１７と７ランジ部
１６との対向面に、軸受ガスを導入してガス膜を形成し
高速回転時に駆動軸３を非接触状態に支える気体軸受の
支承面をつくり出すべく、微小な間隙部１１ｅ、１７ａ
を形成している。このアキシャル気体軸受９には、前記
ラジアル気体軸受７．８の場合と同様に、その間隙部ｌ
ｉｅ、１７ａに軸受ガスを導入するための流入通路１８
．１９が設けられている。すなわち、上側の間隙＠　１
１　ｅには、該間隙部１１ｅに臨む流入ポケット１１ｆ
と、前記貫通穴１１ｃから分岐し該流入ポケット１１ｆ
に開口している連絡穴１１ｇとからなる流入通路１８が
設けられている。また、下側の間隙ａｌＩｌ　７　ａに
は、該間隙部１７ａに臨む流入ボケ、ト１７ｂと１．前
記貫通穴１３Ａから分岐し該流入ポケット１７ｂに開口
しているＩＩＩ絡穴１７ｃとからなる流入通路１９が岬
けられている。

また、前記機械室Ａと前記ロータ室Ｂとの境界の駆動軸
貫通部には１両室を気密に遮断するために非接触式のシ
ール機構２Ｇを設けている。このシール機構２０は、４
１１１貫通部に当る機械室Ａ内の上端部に１ｗＡ動軸３
を包囲するリング状のシールブロック２１を配置してな
るものである。すなわち、シール機構２０は、駆動軸３
の外周面とシールブロック２１の内周面とを、両者が直
接接触しない微小な間隙Ｓを残して近接配置するととも
に、第２図に示すように、この間隙Ｓに臨む駆動軸部分
２２の外周面にネジ？＋！１２３を刻設して構成されて
いる。このネジ溝２３は、駆動軸３の回転方向に対応し
て所定の向きに側層したもので、駆動軸３が高速回転し
ているときには、機械室Ａか゛らこのシール機構２０の
前記間隙Ｓに侵入してくる軸受ガスを強制的に下方に押
し戻す作用を果し、シール機構２０からと方へのガス漏
れを阻止して、機械室Ａとロータ室Ｂとの気密性を保つ
ことを可能にしている。なお、ネジ溝２３を設ける駆動
軸の部分２２は、第３図に示すように、テーパ面に形成
してもよく、かくすれば軸受ガスを下方に押し戻す作用
が一層強化され、ひいてはシール性をより高めることが
できるものと期待される。

そして、かかる構成のシール機構２０に臨んで、機械室
Ａ内の軸受ガスを外部の排気系に導出させるための流出
通路２７を設けている。この流出通路２７は、具体的に
は、第１図乃至第３ｒＡのものにおいては、シールブロ
ック２１の内周面で間隙Ｓに臨む流出ポケッ）２１ａと
、シールブロック２１を径方向に貫通する貫通穴２１ｂ
と、ハウジングｌを径方向にｉ通してシー・ルブロック
２１の貫通穴２１ｂとボケｙ　ト２１　ｃを介し連通し
ているとともにハウジングｌの外周面に開口している貫
通穴２８とからなっている。なお、ハウジング１の外周
面に開口する貫通穴２８は、このポンプの排気口２９と
ともに図外の排気系（ターボ分子ポンプのバックポンプ
、通常ロータリポンプが使用される）と連接され、シー
ル機構２０から導出された軸受ガスをそのまま排気系に
吸引せしめるようにしている。

図中、その他３０は機械室Ａの上端開口部を封止してい
る押え板であり、３１はロータ室Ｂの上端開口部に設け
たこのターボ分子ポンプの吸気口である。

次いで、このポンプの作動について説明する。

気体軸受７，８および９の流入通路１４．１５および１
８．１９を供給源と接続して、各気体軸受７．８および
９にクリーンな軸受ガス（ドライエヤ、不活性ガス等）
を供給しながら機械室Ａ内の前記モータ６を起動し駆動
軸３を高速回転状態におく、すると、ロータ室Ｂ内のタ
ービン翼列の作用で吸気口３１から吸い込み排気口２９
から気体を吐き出す真空ポンプの機能を営む、このさい
、機械室Ａ内での駆動軸３のラジアル方向並びにスラス
ト方向の支持は、気体軸受７，８および９でで非接触に
行なわれることになる。すなわち、気体軸受の前記各間
隙部において、導入された軸受ガスはガス膜を形成する
とともに、このガス膜層が高速回転するＳｍ軸３の外周
面に粘性で引き込まれて高い動圧を発生し、これにより
駆動軸３を浮上して安定に支えることができるものとな
る。

そして、各気体軸受に連続的に供給される軸受ガスは、
逐次その間隙部の外縁から機械室Ａ内に逸散していくこ
とになるが、この軸受ガスがロータ室Ｂに侵入してポン
プの排気性能を害することはない、すなわち、機械室Ａ
とロータ室Ｂとの境界の駆動軸貫通部において、前述の
ようにｗＪＡ動軸３の高櫨回転時に高いシール性を発揮
する非接触式のシール機構２０を設けているとともに、
該シール機構２０に臨んで軸受ガスをパックポンプに吸
引させる流出通路２７を設けているので、機械室Ａ内に
貯留される軸受ガスは該流出通路２７から円滑に外部の
排気系に導出させることかでさるためである。なお、ご
のような気体軸受を有効に作動させるために必要とされ
るガス供給量は、０．１〜０．５Ｋｇｆ／鳳”の圧力で
極微量流通させるようにすれば足る。

以上に述べたような軸受装置によると、比較的Ｉ！ＩＱ
ｉかつ安価に出用できる構成により、磁気軸受を用いた
場合とほぼ同等の良好な特性を有する非接触タイプのも
のが実現できる。したがって、この装置によれば、従来
のように面倒な油潤滑を必要とせずこれに起因する諸々
の不都合な点を一掃できることは勿論のこと、特に次の
ような点で顕著な効果を奏するものとなる。すなわち、
第１には、この種の非接触タイプでは、油メタル軸受と
は相違し駆動軸３を取り巻く軸受ガスの粘性の影響が小
さいためその回転抵抗が非常に小さなものとなり、それ
ゆえ駆動軸３を超高速回転（２ＱＯＱＯ〜Ｃ／　０Ｏ０
０ｒｐ■）して回転するタ一本分子ポンプに最適の軸受
構造を与えることができることである。

また、男２には、軸受ガスを本来の駆動軸浮上支持の目
的のみならず１機械室Ａを流通させてから排気系に導出
させるようにしているので、これを機械室Ａ内から熱を
外部に移送する冷媒としても兼用できることである。換
言すれば５この軸受装置を採用すると、オイルタンクは
勿論のこと、冷却用ファンなどの付設を一切要さないで
済む。したがって、この点からも構造のＩ！ｉ易化とコ
ンパクト化が達せられる。

本発明の気体軸受を利用した軸受装置をターボ分子ポン
プに適用する上において、機械室Ａとポンプ室Ｂとの気
密性を保持することがその成否の関わる一つの重要な点
であるが、この非接触形のシール機構２０には、前記の
第２図、第３図に示したネジ溝逆流方式のもの限らず、
その他例えば第４図のラビリンスシール方式によるもの
であってもよい、すなわち、このものでは駆動軸３のシ
ール部分２２に、駆動軸３と一体回転するリング２４Ａ
、２４Ｂを嵌着するとともに、対面するシールブロック
２５Ａ、２５Ｂと微小な迷路状の通路Ｓをつくり出すよ
うに１６′４力向の凹２６ａと凸２６ｂとを凹凸係合さ
せ、かつロータ’４Ｂ側で該通路Ｓの終端に連通してい
る微小間隙Ｓに臨んで、前記と同様排気系に連通してい
る流出通路２７（ポケット２５ａ、２５ｂ等）を設けて
いる。

なお、図示の実施例では、駆動軸３を機械室Ａ内で全て
気体軸受で支えるようにしているが１例えばラジアル軸
受のみ気体軸受を利用し、アキシャル方向のスラスト防
止はハウジング１との間に適宜弾性部材を介装して行な
うようにしてもよい。

また１機械室Ａ内の真空吸引は、前記実施例の場合第５
図に示すように、ターボ分子ポンプＴＭＰのパックポン
プ（ロータリポンプ）ＲＰ、をそのまま利用するもので
あったが、必要に応じては第６５４に示すように、その
ための専用ポンプＲＰ、を追加設置して行なうようにし
てもよい。

［発明の効果］ 本発明は１以上のような構成を具備してなるものである
から、比較的構造簡易かつ安価にして、従来の諸問題点
を的確に解消できるターボ分子ポンプの軸受装置を提供
することができたものである。すなわち、格別に潤滑手
段を要ざずに寿命が保証され、油餌滑式の軸受を使用し
た場合のポンプ内汚染や回転抵抗の増大がなく、しかも
別途冷却手段を設けることなく十分な冷却機能が発揮さ
れること、などである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るターボ分子ポンプの
半部縦断面図である。第２図は、第１図　・に示すもの
の要部拡大図であり、第３図と第４図は、いずれもその
変形例を示す図である。第５図と力６図は、本発明に係
るターボ分子ポンプの機械室内の排気方式を示す模式図
である。第７図は、従来の軸受装置を示すターボ分子ポ
ンプの一部縦断面図である。 Ａ・・・機械室　　　Ｂ・−Φロータ室１・−・ハウジ
ング　ｚＩＩＩＩａケーシンング３・ｌｌ＠駆動軸　　
　６・・争モータ７．８・・やラジアル気体軸受 ９拳・ｅアキシャル気体軸受 １４．１５．１８．１９・・・流入通路２０・・やシー
ル機構 ｚ７・・・流出通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロータ室内のロータ翼を回転駆動する駆動軸を、該駆動
   軸に回転動力を与える機械室内で軸受を介し回転自由に
   支承するようにしたターボ分子ポンプにおいて、前記機
   械室内に１動軸をガス膜を介して支える気体軸受を設け
   かつ該気体軸受に供給源から軸受ガスを導入させる流入
   通路を設けるとともに、前記機械室と前記ロータ室との
   境界の駆動軸貫通部に両室を気密に遮断する非接触形の
   シール機構を設けかつ該シール機構に臨んで機械室内の
   軸受ガスを排気系に導出させる流出通路を設けたことを
   特徴とするターボ分子ポンプの軸受装置。