(57)【要約】【課題】 真空雰囲気下での潤滑油を用いた潤滑を可能とし、タッチダウン可能回数を大幅に増やすことができるターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置を提供する。【解決手段】  内輪12、外輪11、両輪11,12間に配置された複数の玉13を有する総玉軸受10と、両輪11,12間に少なくとも先端部が配設された潤滑油滴下ノズル24と、潤滑油滴下ノズル24に接続され潤滑油の供給および停止を行うバルブ22と、バルブ22に接続された潤滑油タンク21と、磁気軸受による制御不能時にバルブ22を開とする信号を出力する制御部25とを備えている。【選択図】    図２
2007132487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプを構成するロータが制御型磁気軸受により非接触支持されるターボ分子ポンプにおいて使用され、磁気軸受による制御不能時にロータの変位を制限するターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置であって、回転輪、固定輪、両輪間に配置された複数の転動体を有する転がり軸受と、両輪間に少なくとも先端部が配設された潤滑油滴下ノズルと、潤滑油滴下ノズルに接続され潤滑油の供給および停止を行うバルブと、バルブに接続された潤滑油タンクと、磁気軸受による制御不能時にバルブを開とする信号を出力する制御部とを備えていることを特徴とするターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置。
【請求項２】
バルブが固定輪に設けられている請求項１のターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造装置などに使用されるターボ分子ポンプのタッチダウン軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ分子ポンプは、真空ポンプの１種であり、ポンプを構成するロータを制御型磁気軸受の電磁石により磁気的に非接触支持して電動モータにより回転させるポンプ本体と、これを制御するコントローラとを備えており、ポンプ本体内は真空雰囲気となる。
【０００３】
制御型磁気軸受を備えたターボ分子ポンプでは、磁気軸受による制御不能時に、タッチダウン軸受によってロータを支持するようになされており、このタッチダウン軸受の潤滑は、真空雰囲気下での使用を考慮して、金属皮膜などを使用した固体潤滑剤により行われている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平５−２６２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常の運転停止時には、ロータが徐々に減速され、ロータは、低速回転となってからタッチダウン軸受に接触するので、タッチダウン軸受にかかる負担は小さいが、停電、断線等によって磁気軸受による制御が不能となった時には、ロータが高速回転のままタッチダウン軸受に接触し、タッチダウン軸受にかかる負担は大きいものとなる。タッチダウン軸受には、後者の接触（以下「タッチダウン」と称す）に対しても、多数回のタッチダウンに耐えることが求められており、従来のタッチダウン軸受装置で行われている金属皮膜による固体潤滑では、潤滑油を用いた潤滑に比べて潤滑効果が十分でなく、タッチダウン軸受が早期に故障して十分なタッチダウン可能回数が得られないという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、真空雰囲気下での潤滑油を用いた潤滑を可能とし、タッチダウン可能回数を大幅に増やすことができるターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置は、ポンプを構成するロータが制御型磁気軸受により非接触支持されるターボ分子ポンプにおいて使用され、磁気軸受による制御不能時にロータの変位を制限するターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置であって、回転輪、固定輪、両輪間に配置された複数の転動体を有する転がり軸受と、両輪間に少なくとも先端部が配設された潤滑油滴下ノズルと、潤滑油滴下ノズルに接続され潤滑油の供給および停止を行うバルブと、バルブに接続された潤滑油タンクと、磁気軸受による制御不能時にバルブを開とする信号を出力する制御部とを備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
タッチダウン軸受装置は、断線や停電などによって磁気軸受が制御不能になった場合に、磁気軸受で非接触支持されていたロータを支持して磁気軸受、ロータなどの損傷を防ぐもので、ターボ分子ポンプでは、通常、２カ所にタッチダウン軸受が配置されており、これらのタッチダウン軸受の少なくとも一方がこの発明のターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置に置き換えられる。
【０００８】
転がり軸受は、従来のタッチダウン軸受として使用されているものであれば、どんなタイプのものでも使用可能であり、深溝玉軸受、単列のアンギュラ玉軸受、複列のアンギュラ玉軸受などが適宜使用される。２カ所に配置される場合には、これらが異なるタイプの軸受となってもよく、また、内輪が回転輪とされることがあり、外輪が回転輪とされることもある。
【０００９】
転がり軸受は、好ましくは、保持器のない総玉軸受とされる。総玉軸受の場合、負荷容量が増すとともに、保持器が相対的に摺動することに伴う発塵量が減少し、ターボ分子用ポンプとして好適なものとなる。総玉軸受は、例えば、高速度鋼（ＳＫＨ４）で形成される。
【００１０】
バルブは、例えば小型化した電磁バルブとされ、停電などの異常停止時には、バルブが開の状態とされる。転がり軸受内部が真空であるので、この真空により、潤滑油滴下ノズルを介して潤滑油タンク内の潤滑油が吸引され、潤滑油滴下ノズルから転がり軸受内部に潤滑油を供給することができる。したがって、潤滑油を送り出すためのポンプを不要とすることができる。
【００１１】
ターボ分子ポンプは、ポンプ本体（機械本体）を制御するコントローラ（ポンプ制御部）を備えており、ロータの回転状態は、このコントローラによって監視されている。したがって、停電、断線等で磁気軸受による制御が不能となった場合、この異常を検知することができ、これに基づいて、バルブを開とする信号が出力される。バルブを開とする信号は、停電、断線等の異常停止時に加えて、通常の停止時または一定期間毎にも出力しもよい。
【００１２】
滴下される潤滑油の量は、微量（例えば数十ナノリットル程度）であっても、潤滑効果は十分であり、潤滑油の量を微量とすることで、低発塵性を損なわないものとできる。
【００１３】
従来のタッチダウン軸受で行われていた転がり軸受に軟質金属皮膜を形成する処理は、省略してもよく、同様の皮膜処理を行ってもよい。前者の場合、コストダウンが可能となり、後者の場合は、タッチダウン回数をより一層多くすることができる。
【００１４】
一般的なターボ分子ポンプでは、ロータに内輪が固定され、ハウジングに外輪が固定されており、この場合、バルブは、外輪に取り付けられる。
【００１５】
潤滑油滴下ノズル、バルブおよび潤滑油タンクは、転がり軸受に内蔵させてもよく、これら部材の一部（例えば、バルブ）のみを固定輪に取り付けてもよく、潤滑油滴下ノズル、バルブおよび潤滑油タンクの全ての部材を転がり軸受の外部（例えばハウジング）に設けてもよい。いずれにしろ、潤滑油タンクは、着脱可能とされることが好ましい。
【００１６】
また、バルブは、固定輪に設けられていることが好ましい。このようにすると、バルブを予め転がり軸受に組み込んでおくことができ、この発明のタッチダウン軸受装置を備えたターボ分子ポンプを組み立てるときの手間を少なくすることができる。
【００１７】
潤滑油滴下ノズルは、バルブに直接または導管を介して間接に接続されてもよいし、バルブも、潤滑油タンクに直接または導管を介して間接に接続されてもよい。
【００１８】
潤滑油滴下ノズルの吐出部は、転動体の近傍であってもよいし、回転輪と固定輪との間に配設されていれば、これらの一端に配設されてもよい。バルブおよび潤滑油タンクを転がり軸受外に設置する構成を採用すると、バルブおよび潤滑油タンクの着脱が容易となり、さらに、転がり軸受にバルブ設置用延長部を設けなくてよいので、転がり軸受自体は従来使用されているものをそのまま使用することができ、転がり軸受の加工やバルブおよび潤滑油タンクを転がり軸受内部へ取り付けるなどが不要となり、転がり軸受の製造コストを下げることができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明のターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置によると、磁気軸受による制御不能時にバルブを開いて転がり軸受に潤滑油を供給することにより、タッチダウン時には常に潤滑油による潤滑ができるので、タッチダウン可能回数を大幅に増やすことができる。また、潤滑油を必要な時に必要な量だけ供給することができるので、潤滑油が発塵の原因となることが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は、この発明のターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置を備えたターボ分子ポンプを示しており、ターボ分子ポンプは、鉛直円筒状のケーシング(2)の内側で鉛直軸状のロータ(3)が回転する縦型のポンプ本体（機械本体）(1)およびコントローラ（ポンプ制御部）（図示略）を備えており、これらがケーブルにより電気的に接続されている。
【００２２】
ケーシング(2)は、複数の部品（図示略）を結合することにより組み立てられたもので、上端が閉鎖された上側の大径筒部(2a)と、下端が閉鎖された下側の小径筒部(2b)とからなり、小径筒部(2b)が大径筒部(2a)の下端開口部に一体状に連結されている。小径筒部(2b)の上部を除く部分の外径は、大径筒部(2a)の外径とほぼ等しい。大径筒部(2a)の内径は、小径筒部(2b)の内径より大きい。小径筒部(2b)の上部は、大径筒部(2a)の内径より小さい外径を有し、大径筒部(2a)の下部の内側に入り込んでいる。これにより、小径筒部(2b)の上部と大径筒部(2a)の下部との間に環状空間が形成されている。
【００２３】
ロータ(3)は、小径筒部(2b)内に同心状に非接触支持される鉛直状の軸部(3a)と、軸部(3a)の上端部に固定された鉛直段付円筒状の翼部(3b)とから構成されている。翼部(3b)の上部は、小径筒部(2b)より上方にあり、厚肉円筒状をなす。翼部(3b)の下部は薄肉円筒状をなし、小径筒部(2b)の上部と大径筒部(2a)の間の環状空間に入り込んでいる。翼部(3b)の外周に、所定幅の複数の環状みぞ(5)が軸方向に所定の間隔をおいて形成されており、各みぞ(5)の上側に円形のロータ翼(6)が形成されている。大径筒部(2a)の内周に、ロータ翼(6)の間のみぞ(5)に入り込む複数の穴あき円板状のステータ翼(7)が固定状に設けられている。
【００２４】
ケーシング(2)の小径筒部(2b)内に、ロータ(3)の軸方向の変位を検出するための１個のアキシアル変位センサ(31)、ロータ(3)の径方向の変位を検出するための上下２組のラジアル変位センサユニット(32)(33)、ロータ(3)を軸方向に所定の目標位置に非接触支持する１組のアキシアル磁気軸受(34)、ロータ(3)を径方向に所定の目標位置に非接触支持する上下２組のラジアル磁気軸受(35)(36)、ならびにロータ(3)を高速回転させるビルトイン型電動モータ(37)が設けられている。
【００２５】
ターボ分子ポンプのコントローラは、変位センサ(31)および各変位センサユニット(32)(33)からの変位信号に基づいて、各磁気軸受(34)(35)(36)の各電磁石に対する励磁電流制御信号を出力し、この励磁電流制御信号に基づく励磁電流が対応する磁気軸受(34)(35)(36)の電磁石に供給されることにより、ロータ(3)が所定の目標位置に非接触支持される。モータ(37)は、コントローラからの回転数指令信号（モータ制御信号）に基づいて、その回転が制御されている。その結果、ロータ(3)は、磁気軸受(34)(35)(36)により目標位置に非接触支持された状態で、モータ(37)により高速回転させられる。
【００２６】
ケーシング(2)の小径筒部(2b)内には、さらに、ロータ(3)の軸方向および径方向の可動範囲を規制してロータ(3)を磁気軸受(34)(35)(36)で支持できなくなったときなどに可動範囲の極限位置においてロータ(3)を機械的に支持する上下２組のこの発明によるターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置(8)(9)が設けられている。
【００２７】
下側のタッチダウン軸受装置(9)は、上側のタッチダウン軸受装置(8)を２つ使用したものと基本的に同じ構成となっているので、以下では、図２および図３を参照して、上側のタッチダウン軸受装置(8)について説明する。
【００２８】
図２および図３において、ターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置(8)は、転がり軸受(10)と、転がり軸受(10)に内蔵されている潤滑油タンク(21)、電磁バルブ(22)および潤滑油滴下ノズル(23)と、バルブ(22)の開閉を制御する制御部(25)とから構成されている。
【００２９】
転がり軸受(10)は、内輪(12)が回転する総玉軸受で、外輪（固定輪）(11)と、内輪（回転輪）(12)と、両輪(11)(12)間に介在する複数の玉（転動体）(13)とから構成されている。
【００３０】
外輪(11)および内輪(12)には、玉(13)を保持するための部分に加えて、バルブ設置用延長部(11a)(12a)が形成されている。
【００３１】
バルブ(22)は、外輪(11)のバルブ設置用延長部(11a)の内周面に着脱可能に取り付けられており、バルブ(22)が開とされることにより、転がり軸受(10)内部の真空により、潤滑油滴下ノズル(23)から潤滑油が吸引され、玉(13)や内・外輪(12)(11)の軌道面に微量の潤滑油が滴下される。
【００３２】
潤滑油タンク(21)は、軸方向から見て円弧状とされて、バルブ(22)と周方向に隣り合うように外輪(11)のバルブ設置用延長部(11a)の内周面に着脱可能に取り付けられており、導管(24)によってバルブ(22)と連結されている。
【００３３】
潤滑油滴下ノズル(23)は円筒状で、玉(13)の径方向外方に少なくともノズル(23)の一部があるように、その吐出部(26)が玉(13)の近傍に位置させられている。
【００３４】
制御部(25)は、ターボ分子ポンプのコントローラに組み込まれており、停電、断線等によって磁気軸受(34)(35)(36)による制御が不能となった時にバルブ(22)を開とする信号を出力する。
【００３５】
上記第１実施形態のものは、潤滑油タンク(21)、バルブ(22)および潤滑油滴下ノズル(23)が転がり軸受(10)にコンパクトに内蔵されているので、ターボ分子ポンプに容易に組み込むことができる。
【００３６】
これに対し、第２実施形態として、図４に例示するように、潤滑油タンク(51)とバルブ(52)をハウジング(2)側に組み込むことができる。
【００３７】
図４に示すターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置(8)の第２実施形態は、転がり軸受(31)と、潤滑油タンク(51)と、バルブ(52)と、潤滑油滴下ノズル(53)と、バルブ(52)の開閉を制御する制御部(55)とから構成されている。
【００３８】
転がり軸受(31)は、内輪(42)が回転する総玉軸受で、外輪（固定輪）(41)と、内輪（回転輪）(42)と、両輪(41)(42)間に介在する複数の玉（転動体）(43)とから構成されている。
【００３９】
潤滑油タンク(51)およびバルブ(52)は、ハウジング(2)の小径筒部(2b)の適宜な位置に取り付けられる。
【００４０】
潤滑油滴下ノズル(53)は円筒状で、玉(43)の径方向外方に少なくともノズル(53)の一部があるように、その吐出部(56)が玉(43)の近傍に位置させられている。
【００４１】
上記第２実施形態のものは、転がり軸受(31)として、従来のものと同じものを使用することができ、転がり軸受(31)に加工する必要がないという利点を有している。
【００４２】
第１および第２実施形態において、バルブ(22)(52)が閉まっているときには、潤滑油タンク(21)(51)内の潤滑油は吸引されず潤滑油タンク(21)(51)外に流出しないが、磁気軸受(34)(35)(36)による制御が不能となると、バルブ(22)(52)が開とされ、転がり軸受(10)(31)内部の真空により、潤滑油タンク(21)(51)内の潤滑油が吸引されて潤滑油滴下ノズル(23)(53)の吐出部(26)(56)から滴下し、玉(13)(43)と内輪(12)(42)および外輪(11)(41)の間に行き渡りこれらの間を潤滑する。こうして、磁気軸受(34)(35)(36)による制御不能時に転がり軸受(10)(31)に潤滑油が供給され、ロータ(3)が高速回転のままタッチダウン軸受(8)(9)にタッチダウンした場合のタッチダウン軸受(8)(9)にかかる負担が大幅に軽減され、これにより、タッチダウン可能回数を大幅に増やすことができる。潤滑に必要な潤滑油の量はごく微量でよく、バルブ(22)(52)が開いている時間を調整して潤滑油の供給量を必要最小限とすることが容易であるので、潤滑油が発塵の原因となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、この発明によるターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置が使用されるターボ分子ポンプを示す垂直断面図である。
【図２】図２は、この発明によるターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置の第１実施形態を示す拡大縦断面図である。
【図３】図３は、図２の側面を表した図である。
【図４】図４は、この発明によるターボ分子ポンプ用タッチダウン軸受装置の第２実施形態を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００４４】
(10)(31)                真空用転がり軸受
(11)(41)              外輪（固定輪）
(12)(42)                内輪（回転輪）
(13)(43)              玉（転動体）
(21)(51)              潤滑油タンク
(22)(52)              バルブ
(23)(53)              潤滑油滴下ノズル
(25)(55)              制御部
【図１】
2007132487.tif 000003
【図２】
2007132487.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007132487.tif 000006