JPS63255595A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は軸受潤滑剤、特に潤滑油を含まない高度の真空
を発生させるための回転子をケーシング内室に支承して
有している真空ポンプ、殊に高速回転を必要とするター
ボ分子ポンプに関するものである。

〔従来の技術〕

一般に半導体製造設備、電子顕微鏡装置、蒸着装置、高
真空炉、真空管製造設備等においては高度に浄化された
真空を必要とし、これがため、必ず付属装置として真空
ポンプが設けられている。

この真空ポンプには、高度の真空を発生させるための回
転子をケーシング内に支承された種々異な　。

る形式、例えば油拡散式真空ポンプ、ターボ分子ポンプ
、容積式真空ポンプ、軸流式真空ポンプなど多種多用な
ものがあり、その用途に応じて使いわけられている。

なかでも、ターボ分子ポンプや軸流式真空ポンプは、運
転の起動が容易であり、又、幅広い真空度に対して適用
できることから、精密加工技術の発達と共に広範囲の分
野に普及してきているが、これらターボ分子ポンプでは
おおむね分子的な圧力範囲での圧力値１０−２〜１０−
”　ｍｍＨｇの圧力を得るために回転数をほぼ２０．０
ＯＯｒ、ｐ、ｍ以上の致方回転の高い回転数で回転する
ので回転子の支承に特別な問題が生ずることが多いこと
が知られている。

従来のターボ分子ポンプでは固定翼の間隔に配列された
回転翼を１分間に致方回転の高速で回転させ、気体分子
に一定方向の運動量を与えることにより真空排気するも
ので、高速回転を得るための電動機は、一般商用周波数
よりも高い周波数の電源Ｃを用いて電力を供給している
。また高速回転のための軸受はポンプの信頼性に大きく
関与する重要な部品であり、通常ポンプケーシングの最
下部に設けた潤滑油溜から軸受へ潤滑油を供給し、軸受
の摩耗、焼付を防止している。

ターボ分子ポンプは、前述のように手軽に超高真空を実
現できるすぐれた性質の真空ポンプであるが、軸受の部
分に潤滑油を用いていることから、ポンプの運転を停止
する際に潤滑油が真空チャンバへ拡散したり、或いは運
転中に軸受局所において生ずる機械的な接触によって潤
滑油が分解し、低分子量の分子を発生し、これが真空チ
ャンバへ拡散したりするため、高度に清浄な真空を必要
とする真空設備については磁気軸受を用いたターボ分子
ポンプを用いることもあった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のターボ分子ポンプにおいて回転子を軸受で支承す
る場合において、用いられる軸受としてのころがり軸受
若しくは球軸受は固体接触のためにしばしばオイル又は
グリース潤滑の潤滑剤を併用し、その潤滑剤回路を介し
て潤滑かつ冷却されなければならないが、このベアリン
グ装置の正しい潤滑と十分な冷却との確保が難しく、グ
リースなどの油潤滑では真空中に油ミストが混入しやす
く寿命も極めて短いばかりか、軸受での固体接触による
局部的発熱現象によって潤滑剤蒸気若しくは潤滑油蒸気
などの炭化水素が発生し、涼気の高真空側への拡散傾向
があって潤滑剤の劣化が激しいと共に、潤滑剤の少ない
真空を達成しようとする場合にはポンプの再運転開始に
際して費用のかかる加熱過程を長時間にわたって必要と
するほか真空中の炭化水素は電気的な閃絡に対する強度
を低下させる欠点があり、殊に軸受に金属材料を用いる
と変形が大きく、かつ潤滑剤の劣化が生じると輻射熱の
放出も少なくなって冷却効果も低下して耐久性もなくな
り、また、ポールベアリングのように、微視的にみると
固体接触が行われる軸受にあっては所定の運転期間が経
過すると軸受の寿命がくる等と、問題がさらに大きくな
るものであった。

さらに磁気軸受を用いた場合でも、磁気軸受は極めて複
雑な制御装置を必要とするにもかかわらず、通常電源の
喪失時、即ち停電時には磁気軸受効果が完全に失われ、
高速回転中の回転翼の支持ができない欠点もあり、これ
がため、磁気軸受を採用したターボ分子ポンプにあって
は、停電時に対策用として非常用バッテリーや非常用発
電フライホイールを併設しなければならず、又、回転体
側での発熱を放出する手段がないことから、−概に安全
有利な真空ポンプとは云えないものであった。

本発明は、これら従来の欠点を排除しようとするもので
、固体接触することなく局部的発熱がなく、正しい潤滑
を可能にし、潤滑剤の分解ガス発生を抑え、その劣化が
なく、安定した回転子の超高速運転を可能とし、かつ清
浄な高真空を容易に得られることができ信頼性も高く耐
久性あるターボ分子ポンプを構成簡単で安価な形態で提
供することを目的としたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、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、かつケーシング中心
に位置するロータの外周に設けられた動翼をモータ軸を
介して回転体として回転自在に備えたターボ分子ポンプ
において、モータ軸に取付けたスラスト受板と、該スラ
スト受板に対向するベース部材と、両者間に介在挿入さ
れる小球とからなり、前記スラスト受板面に動圧発生用
溝を形成して軸方向動圧軸受を構成したことを特徴とす
るターボ分子ポンプである。

〔実施例〕

本発明の実施例を真空ポンプの例について第１図例で説
明すると、ケーシング１内にその軸線方向に多段に設け
られた静翼２と、この静翼２間に位置し、かつケーシン
グ中心に位置するロータ３の外周に設けられた動翼４を
モータ軸５を介して回転自在に回転体として備えたター
ボ分子ポンプにおいて、前記回転体をそれぞれ動圧発生
用溝例えばスパイラル状溝６のあるスラスト受板７、即
ちモータ軸５に取付けたスラスト受板７と、該スラスト
受板７に対向するベース部材８と、両者間に介在挿入さ
れる小球９とからなるスラスト軸受部とラジアル軸受１
１とで回転可能に支え、前記回転体の自重を支える方の
前記スラスト受板７ベース部材８又はラジアル軸受１１
の少なくとも一方又はいずれもがセラミックス焼結体か
ら成る構成としたターボ分子ポンプとしである。

前記スラスト受板７は、スパイラル状溝６を形成したス
パイラルグループを用いて、前記モータ軸５の端面に設
けられケーシング底面にある支承部のベース部材８に対
向配備されているもので、スパイラルグループ軸受とし
て用いである。この場合、前記スラスト受板７とこれに
対向するベース部材８とが、その対応面の中心に凹部１
０を形成し、この二つの凹部１０，１０によって形成さ
れる空間にセラミックス材又は超鋼材の小球９を収容す
るのが強いダンピング作用や大きなアンバランスに対し
て極めて良好な回転を呈して効果的である。この場合、
水平方向のずれは０．１顛以下の精度を持つ前記小球９
で保つのがよく、必要に応じグリース、油、油滴下、油
浸漬、磁性流体封入をしてもよい。

また、前記ラジアル軸受１１としては、前記モータ軸５
に嵌合固着したスリーブであってその外周面に必要に応
じヘリングボーン状の動圧発生用溝（図示せず）を形成
してケーシングの内周面に対設したものを用いであるが
、モータ軸５に形成した段付部外側又はモータ軸外周に
設けた形態とすることもできる。

なお、この動圧発生用溝のある面に対向する面は平滑面
とすることが考慮されているが、前記動圧発生用溝とし
てのスパイラル状溝６又はへリングボーン状溝を形成し
た硬質のセラミックス材料例えばＳｉＣ焼結体、ＢｅＯ
を含むα−３ｉＣ焼結体、又は５ｉＪ４焼結体などで構
成したものを用いてスラスト軸受部又はラジアル軸受部
として形成するのがよい。

ここで、動圧軸受部に介在される作動流体について詳述
すれば、この作動流体は基本的には動圧発生用溝に対応
するすきまに介在していれば機能を発揮するものである
。この作動流体として磁性流体を用いるならば、その近
傍に磁石を設けることによって長時間に亘って作動流体
を保持することができる。

しかし、磁性流体以外の物質、例えば高温条件下で安定
はフッ素オイル（例えばグイフロイル：商品名）、真空
オイル（例えばフォンブリン：商品名）や不活性ガス（
Ｎ２．Ｃｏ□など）などを用いることも可能であり、こ
れらを用いる場合には磁気によって作動流体を保持でき
ないので、夫々、必要に応じて補給する手段を設ける必
要がある。

図中１２は駆動モータ、１３は給電コネクタ、１４は吐
出口、１５は吸込口である。

第２図例では、ラジアル軸受１１としてヘリングボーン
状溝６．を設けたスリーブをモータ軸５に固着し、筒状
支承部１６に嵌挿して軸受部とした例で支承部１６との
間に形成される隙間に磁性流体を封入し、該磁性流体を
保持制御する永久磁石又は二次導体からなるマグネット
１７を備えてシール効果とラジアル軸受作用を兼用する
ようにしたものである。

しかして動翼４のある回転体のロータ３はモータ軸５で
回転自在に動圧発生用溝のあるスラスト受板７とベース
部材８とからなるスラスト軸受及びラジアル軸受１１上
にマスバランス、流体バランス及び磁気バランスが良好
に維持されて円滑に回転され、超高速で運転できるもの
である。

この場合前記軸受を構成するスラスト受板７に動圧発生
用溝のスパイラル状溝６を形成し、他方の面は平滑な平
面としてスラスト軸受とするものであり、また、ラジア
ル軸受１１はモータ軸５にあるスリーブの外周面、又は
中空筒状の支承部１６の貫通孔の円筒面のいずれか一方
の面に動圧発生用のへリングボーン状溝６Ｉを形成し、
他方の面を平滑な円筒面とするものであり、いずれの実
施例でも、スラスト荷重を支えるためのスパイラル状溝
６、ラジアル荷重を支えるためのへリングボーン状溝６
１は各々３〜５０μｍ程度の溝深さである。またこの動
圧発生用溝のある面は全面のうねりが０．３μｍ以下で
最大面粗度が０．１μｍの平滑な平面であるランド面と
した上で、ショツトブラストによって３〜５０μｍの深
さのスパイラル状溝加工をしたものである。

なお、動圧効果を利用した軸受は硬質のセラミックス材
料でつくり高い精度で前記動圧発生用溝を加工すること
ができ、かつ、その動圧発生に適した摺動部の形状が動
圧が発生した状態においても維持され、しかも、起動、
停止の際に生しる固定摺擦に対しても、ある程度の負荷
であれば耐久性を持って有効に用いられる。

〔発明の効果〕

本発明は、モータ軸に取付けたスラスト受板と、該スラ
スト受板に対向するベース部材と、両者間に介在挿入さ
れる小球とからなり、前記スラスト受板面に動圧発生用
溝を形成して軸方向動圧軸受を構成したことにより、従
来のボール、ベアリングで生じた潤滑油の分解ガスの発
生を極力抑えることができ、しかもグリース、油の潤滑
剤を封じ込む作用と、かつ外部と接触している表面積が
他の軸受より小さいので蒸発量は極端に少なくなって潤
滑剤の保持が容易であり、大気側と真空系のシールをも
適確に可能となり軸受作用も効果的に発揮でき、前記回
転体の自重を支える方の前記スラスト軸受又はラジアル
軸受に局部的な固体接触がなく、オイル又はグリース潤
滑の潤滑剤を用いても発熱現象がなく潤滑剤の分解ガス
の発生を極力抑えられ、潤滑剤の劣化消耗による支障も
なくなり、安定した回転子の超高速運転を可能とし、か
つ高真空を容易に達成することができる強いダンピング
作用や大きなアンバランスに良好対応して運転でき耐久
性あるターボ分子ポンプを構成簡単で安価な形態で提供
できるほか著しくコンパクト化できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は他の実施
例の縦断面図である。 １・・・ケーシング、２・・・静翼、３・・・ロータ、
４・・・動翼、５・・・モータ軸、６，６．・・・溝、
７・・・スラスト受板、８・・・ベース部材、９・・・
小球、１０・・・凹部、１１・・・ラジアル軸受。 特許出願人　　　　　株式会社　荏原製作所代理人弁理
士　　　　薬　　師　　　　　稔代理人弁理士　　　　
依　１）　孝　次　部代理人弁理士　　　　高　　木　
　正　　行第２図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （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、かつケーシング中心に位
   置するロータの外周に設けられた動翼をモータ軸を介し
   て回転体として回転自在に備えたターボ分子ポンプにお
   いて、モータ軸に取付けたスラスト受板と、該スラスト
   受板に対向するベース部材と、両者間に介在挿入される
   小球とからなり、前記スラスト受板面に動圧発生用溝を
   形成して軸方向動圧軸受を構成したことを特徴とするタ
   ーボ分子ポンプ。
2. （２）前記スラスト受板が、モータ軸の軸端に形成され
   たものであって、その端面にスパイラル状の動圧発生用
   溝と、その中心部に凹部を備えたスパイラルグループ軸
   受である特許請求の範囲第１項記載のターボ分子ポンプ
   。
3. （３）前記スラスト受板と、これに対向するベース部材
   とが硬質セラミックス材料から成り、対応面の中心に凹
   部を形成し、この二つの凹部によって形成される空間に
   セラミックス材又は超鋼材の小球を収容したものである
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載のターボ分子ポン
   プ。
4. （４）前記同転体が、前記回転体をそれぞれ動圧発生用
   溝のあるスラスト軸受とラジアル軸受とで回転可能に支
   え、前記回転体の自重を支える方の前記スラスト軸受の
   少なくとも一方の軸受がセラミックス焼結体である特許
   請求の範囲第１〜３項のいずれか一つの項記載のターボ
   分子ポンプ。
5. （５）前記ラジアル軸受が、前記モータ軸に固着したス
   リーブであって、その外周面にヘリングボーン状の動圧
   発生用溝を形成して筒状摺動部材の内周面に対設したも
   のである特許請求の範囲第４項記載のターボ分子ポンプ
   。
6. （６）前記スラスト軸受が、回転体とその支承部との間
   に形成される間隙部に磁性流体を封入し、該磁性流体を
   制御するマグネットを備えたスパイラルグループ軸受で
   ある特許請求の範囲第４項又は第５項記載のターボ分子
   ポンプ。