(57)【要約】      （修正有）【課題】異なる被支持体に対して、個別に磁気軸受の設計を必要とすることなく被支持体のパラメータの変更に対して自在に対応でき、大型の被支持体を安定に回転させることが容易な磁気軸受システムを提供する。【解決手段】ある基本となる磁気軸受ユニットを基準にし、それに径方向受動型磁気軸受を被支持体のパラメータの変化に応じて設定付加してゆく磁気軸受システムとすることで対応する。径方向受動型磁気軸受の減衰能を増大させるために、径方向電磁ダンパーを付加する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二組の径方向受動型磁気軸受と一組の軸方向能動型磁気軸受と一組の径方向電磁ダンパーからなる磁気軸受システムを利用した軸流分子ポンプ
【請求項２】
一組の径方向電磁ダンパーが径方向位置センサーと径方向電磁石が一体となる構造の請求項１記載の軸流分子ポンプ
【請求項３】
一組の径方向電磁ダンパーが軸方向能動型磁気軸受と一体となる構造の請求項１記載の軸流分子ポンプ
【請求項４】
電磁ダンパーのステータヨークとアーマチャーディスクを軟磁性紛を固形化した素材を利用した請求項２、３記載の径方向電磁ダンパーを構成要素にもつ請求項１記載の軸流分子ポンプ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は一軸制御型磁気軸受の電磁ダンパーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  磁気軸受を応用した製品で、量産品として最も成功している例として、ターボ分子ポンプがある。それは、磁気軸受の応用として比較的簡単な仕様でありながら、従来のボールベアリングに対して、その特徴である清浄（潤滑オイル必要なし）、超低振動（ロータとステータが無接触）、高信頼性（腐食性ガスに強い）というセールスポイントをもっとも活かせるアプリケーションのためである。実際、半導体やフラットパネル等の製造用のほとんどすべてのエッチング装置に大型の磁気軸受式ターボ分子ポンプ（２，０００Ｌ／Ｓ以上）が採用されている。しかしながら、磁気軸受はボールベアリングに比べて高価格なため、低価格帯の小型のターボ分子ポンプ（５００Ｌ／Ｓ以下）には採用が進んでいないのが現状である。一部の高性能電子顕微鏡には磁気軸受式ターボ分子ポンプが採用されているが、普及型電子顕微鏡や質量分析機器等にはセラミック製のボールベアリングを採用した小型のターボ分子ポンプが標準採用されている。また、エッチング装置とは異なり、腐食性のガスを流さないＰＶＤ装置等には、小型のターボ分子ポンプばかりでなく、中型のターボ分子ポンプ（５００Ｌ／Ｓ〜２０００Ｌ／Ｓ）も価格の安いボールベアリング式ターボ分子ポンプが採用されている。
【先行技術文献】
低価格の磁気軸受を実現するための先行技術をして以下のようなものがある。
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平６−４６０３６号公報  この発明は、径方向の磁気軸受の一部を制御電磁石を用いず、永久磁石を利用した受動方式としたことを特徴とする軸流分子ポンプに関するものである。
【特許文献２】特開２０１０−２３０１６１  この発明は、一つの径方向受動型磁気軸受のみを被支持体のパラメータの変化に応じて設計変更することで、多様な被支持体に対応できる磁気軸受システムを特徴とする軸流分子ポンプに関するものである。
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】
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この報告書は、軸方向能動型磁気軸受以外の２つの径方向磁気軸受を受動型とした場合でも、適当な受動ダンパーを付加することにより、高速回転まで安定な磁気軸受システムになりうることを実験データで説明しているものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  大型のターボ分子ポンプ、コンプレッサー、その他種々の工業製品に応用されている完全能動制御型磁気軸受（一般に５軸制御型磁気軸受と呼ばれている磁気軸受）に対して、その価格低減を目的に、磁気軸受の一部に永久磁石を応用した受動型磁気軸受を採用した先行技術はあるが、その適用範囲は特定の小型ターボ分子ポンプに限定されている。その原因は２つあり、
１）完全能動制御型磁気軸受と違い、被支持体（ロータ）のパラメータ（重量、重心位置、慣性モーメント、慣性モーメント比、定常回転数、構造体の共振周波数等）の変更に対して自在に対応できず、異なる被支持体に対して、個別に磁気軸受の設計が必要となる事と
２）受動ダンパーでは、ロータの振れ回り現象への減衰能を大きくすることが困難なため、大型の被支持体を安定に回転させることが容易でない事とである。
これらの原因１）と２）を解消することが、受動型磁気軸受を利用する製品を拡大する課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記１）の課題を解消するために、先行特許文献２に示されているように、ある基本となる磁気軸受ユニットを基準にし、それに径方向受動型磁気軸受を被支持体のパラメータの変化に応じて設定付加してゆく磁気軸受システムとすることで対応する。
上記２）の課題を解消するため、径方向受動型磁気軸受の減衰能を増大させるために、径方向受動型磁気軸受に電磁ダンパーを付加するとともに、コストアップを避けるために、その径方向電磁ダンパーを径方向位置センサーとあるいは軸方向能動型磁気軸受の軸方向電磁石と兼用できる構造とする。
【発明の効果】
【０００７】  磁気軸受ユニット部の標準化が可能になり、量産効果で磁気軸受の価格を低減できる（従来型のボールベアリングに近づく）ことにより、磁気軸受の特徴である清浄（潤滑オイル必要なし）、超低振動（ロータとステータが無接触で、実効的に低剛性）、高信頼性（腐食性ガスに強い）等を必要とするが高価格では採用が困難であった応用製品、例えば、大型と小型ターボ分子ポンプの中間帯のターボ分子ポンプあるいは小型ではあるが、高ガス負荷タイプの質量分析装置用スプリットフロー型ターボ分子ポンプ等の軸受に採用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例の径方向位置センサー兼径方向電磁ダンパー説明図
【図２】本発明の実施例の軸方向能動型磁気軸受兼径方向電磁ダンパー説明図
【図３】本発明の実施例を応用したターボ分子ポンプの縦断面図
【図４】ボールベアリング式ターボ分子ポンプの軸受構造例の説明図
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【０００９】以下、本発明の実施例を図３に基づき説明する。
この実施例は、上部と下部に２つの径方向受動型磁気軸受があり、上部の径方向受動型磁気軸受を各被支持体（ロータ）に合わせて設計することを特徴としており、上部固定側永久磁石９と上部回転側永久磁石１０は互いに反発し合う磁極配置とし、上部径方向受動型磁気軸受を構成する。その上部径方向受動型磁気軸受により、シャフト１ａを軸方向下方へ引き下げる力が働くように、上部固定側永久磁９と上部回転側永久磁石１０の軸方向位置を配置し、また軸方向電磁石１１はアーマチャーディスク５を軸方向上方へ吸引する力を軸方向位置センサー１２で検出するシャフト１ａの軸方向位置により制御し、軸方向能動型磁気軸受を構成する。本実施例の特徴では、下部径方向受動型磁気軸受と軸方向能動型磁気軸受を磁気軸受ホルダー１３でひとつのユニットとし、しかも磁気軸受回路１４も磁気軸受ホルダー１３と一体とすることにより、例えば、図４に示されているボールベアリング式ターボ分子ポンプの軸受構造のボールベアリングユニット部１４と自在に交換可能に設計できることになる。また、本実施例における磁気軸受ホルダー１３内の径方向受動型磁気軸受おいては、下部固定側永久磁石１５の下部ホルダー１６は磁気軸受ホルダー１３により粘弾性体１７で支持され、支持ボール１８により軸方向位置は固定され、径方向に自由に動けるようになっている。ここで、下部ホルダー１６の重量、粘弾性体１７のばね定数、下部固定側永久磁石１５と下部回転側永久磁石１９との間の反発力とばね定数は、ロータ２０の下部重量に合わせて最適化することにより下部径方向の最適な減衰力が得られる。しかしながら、被支持体（ロータ）のパラメータ変化に対して、支持バネ定数は上部径方向受動型磁気軸受の設計変更により対応可能であるが、上部と下部の径方向受動ダンパーだけでは、特に中型以上の被支持体（ロータ）の場合、その共振周波数での減衰能を十分に設定できなくなる。そのため、図３に示す本発明の実施例では、減衰能の設定が可能な径方向位置センサーと径方向電磁石が一体構造の径方向電磁ダンパー２を付加している。【００１０】  図１でその径方向電磁ダンパー構造の一例を説明する。一般に、径方向能動型磁気軸受は径方向位置センサーと径方向電磁石とから構成されているが、この径方向電磁ダンパーは径方向位置センサーの磁気回路を径方向電磁石の磁気回路と兼用させているところに特徴がある。これは、径方向の支持力が、径方向受動型磁気軸受によりすでに対応されており、しかも電磁ダンパーはその発生力よりその位相特性が重要なため、力を発生させる磁極面２１が径方向位置センサーの磁極面積程度で十分なために可能となる。１はシャフト、２ａは径方向位置センサーと径方向電磁ダンパーの兼用磁気回路ステータ、３は径方向センサーコイル、４は径方向電磁石コイルである。図２の例は、この径方向電磁ダンパーの追加によるコストアップを軽減するため、軸方向能動型磁気軸受に径方向電磁ダンパー機能を持たせる発明である。径方電磁ダンパー兼軸方向電磁石６とその力を受けるコーン型アーマチャーディスク５ａの磁極面をコーン型にして径方向の力成分も出せるようにしている。当然、位置センサーも軸方向と径方向の両方の信号が取れるように���±Ｘ、±Ｙの４ヶ所の位置センサーコイル７の信号から演算により、径方向Ｘ信号、径方向Ｙ信号、軸方向Ｚ信号を得る方式にしている。また８は径方向電磁ダンパー兼軸方向電磁石コイル更にこの径方向電磁ダンパー兼軸方向電磁石６とコーン型アーマチャーディスク５ａには磁束変化も生じるため、渦電流の発生は軽減するため、軟磁性金属バルクよりは非磁性体コートした軟磁性粉体を固形化した素材の方が良い。
【産業上の利用可能性】
【００１１】  大型のターボ分子ポンプばかりでなく、中型のターボ分子ポンプや高負荷ガス流量に対応する小型のターボ分子ポンプにも、信頼性が不十分な従来のボールベアリング式に代わり、磁気軸受を採用できるようになる。また、ターボ分子ポンプのように、軽負荷で回転軸の位置精度がきびしくない仕様の製品、例えば、回転ファンあるいは高速回転のビームチョッパーのような製品にも応用できる。
【符号の説明】
【００１２】１，１ａ                    シャフト
２                          径方位置センサーと径方向電磁石が一体構造の径方向電磁                            ダンパー
２ａ                        径方向位置センサーと径方向電磁ダンパーの兼用磁気回路                            ステータ
３                          径方向センサーコイル
４                          径方向電磁石コイル
５                          アーマチャーディスク
５ａ                        コーン型アーマチャーディスク
６                          径方向電磁ダンパー兼軸方向電磁石
７                          位置センサーコイル
８                          径方向電磁ダンパー兼軸方向電磁石コイル
９                          上部固定側永久磁石
１０                        上部回転側永久磁石
１１                        軸方向電磁石
１２                        軸方向位置センサー
１３                        磁気軸受ホルダー
１４                        磁気軸受回路
１５                        下部固定側永久磁石
１６                        下部ホルダー
１７                        粘弾性体
１８                        支持ボール
１９                        下部回転側永久磁石
２０                        ロータ
２１                        磁極面
２２                        ボールベアリングユニット部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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