(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、前記ロータを収容するポンプハウジングと、前記ポンプハウジングに対して前記ロータを支持するための磁気軸受とを含む磁気軸受システム付き真空ポンプであって、前記磁気軸受システムは、
前記ロータと共に回転するように前記ロータに取り付けられており、内部空間を取り囲む円筒状内壁を有する軸方向に長尺の管状後端部を有する回転ロータシャフトと、
前記ポンプハウジングに取り付けられ、前記内部空間内を前記ロータシャフトと同軸に前記ロータに向かって延びる固定管状シャフトと、
前記ロータシャフトの前記内部空間内において前記固定管状シャフトの外周に支持され、前記ロータシャフトの前記内壁から離隔して設けられた第１バックアップ軸受セットと、
前記ロータシャフトと同軸に回転するように前記ロータに取り付けられ、前記固定管状シャフト内を前記ロータから離れるように延びる円筒突状部と、
前記突状部から離隔、対向するように前記固定管状シャフト内に同軸に取り付けられた第２バックアップ軸受セットと、
前記突状部と前記第２バックアップ軸受とを互いに対向する位置関係に保持するための突状部ストッパ手段とを含み、
前記突状部ストッパ手段が、板状体と、前記板状体を前記突状部の前端に固定するためのネジとを含み、前記ロータは、前記ネジを前記突状部から取り外すことによって前記ポンプハウジングから脱離可能となり、前記板状体と前記第２バックアップ軸受セットとの間に間隙が形成されている、真空ポンプ。
【請求項２】
前記突状部ストッパ手段は、その内部に形成されたステップをさらに備え、前記ステップと前記第２バックアップ軸受セットとの間に間隙が形成されている請求項１の磁気軸受システム付き真空ポンプ。
【請求項３】
前記第２バックアップ軸受が、前記第１バックアップ軸受より、前記軸方向に関して、前記ロータに近い位置にある請求項１または２の磁気軸受システム付き真空ポンプ。
【請求項４】
前記第１バックアップ軸受が前記固定管状シャフトに沿って軸方向に摺動するのを防止するための第１バックアップ軸受固定手段を更に含む請求項１ないし３のいずれかの磁気軸受システム付き真空ポンプ。
【請求項５】
前記第１バックアップ軸受固定手段が、前記固定管状シャフトの外面に形成されたステップと、前記固定管状シャフトの前記外面に設けられて前記第１バックアップ軸受を前記ステップに対して、前記軸方向に関して前記ロータと反対側に押し付ける環状ナットとを含む請求項４の磁気軸受システム付き真空ポンプ。
【請求項６】
前記第２バックアップ軸受が前記固定管状シャフトに沿って軸方向に摺動するのを防止するための第２バックアップ軸受固定手段を更に含む請求項１ないし５のいずれかの磁気軸受システム付き真空ポンプ。
【請求項７】
前記第２バックアップ軸受固定手段が、前記固定管状シャフトの内面に形成されたステップと、前記固定管状シャフトの前記内面に設けられて前記第２バックアップ軸受を前記ステップに対して、前記軸方向に関して前記ロータと反対側に押し付ける環状ナットとを含む請求項６の磁気軸受システム付き真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、軸受装置を備えた真空ポンプに関し、特に、真空ポンプのシャフト内にバックアップ軸受を有する種類の磁気軸受システムを備えた真空ポンプに関する。この機械的軸受装置は、Ｖａｒｉａｎ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ出願の米国特許出願Ｎｏ．０８／８５８，２３０に開示されている。
１９９３年８月２４日にＣａｓａｒｏらに付与された米国特許５，２３８，３６２に、本発明に係るシステムを適用可能なターボ分子真空ポンプ（turbomolecular vacuum pump）が開示されており、この米国特許は本発明の譲受人に譲渡されている。この特許は、参照によりここに組み込まれ、したがって、真空ポンプの共通構成部材の一部については詳細な説明を省略する。
上記の米国特許５，２３８，３６２に係る真空ポンプは、高圧縮率を提供するものであるが、例えば、半径方向／軸方向位置検出機能が改良された小型の改良型軸受装置を備えることによって、この様な真空ポンプの品質をさらに改善することが望ましい。
本発明の要旨
本発明の目的は、バックアップ軸受を有する改良型磁気軸受システムを備えた真空ポンプを提供すること、特に、小型で分解容易なこの様なシステムを備えたターボポンプを提供することである。
上記およびその他の目的を達成可能な、本発明を具現化する真空ポンプの磁気軸受システムは、中空回転シャフトを備えたロータと、ロータを収容するポンプハウジングと、ポンプハウジング内にロータを支持するための磁気軸受とを含むことを特徴とし、さらに、固定管状シャフトが回転シャフト内に配置されており、その外面においてバックアップ軸受セットをロータシャフトの内壁から間隔をおいて支持し、その内面においてもう一つのバックアップ軸受セットを支持することを特徴とする。ロータに取り付けられた円筒部材が、内部に設けられたバックアップ軸受から小さな間隙をおいて管状固定シャフトの内部空間に貫入している。
この様にして取り付けられた機械的バックアップ軸受は、従来の磁気軸受システムに使用されているバックアップ軸受よりも小型化でき、これによって磁気軸受システムの動的な非常時対応能力を向上できる。
【図面の簡単な説明】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を示すものであり、記述内容と共に本発明の原理の説明に用いられる。図面において、図１は、真空ポンプに組み込まれる、本発明を具現化した磁気軸受システムの断面図であり、図２は、図１に示すシステムの一部の概略断面図である。
図面の詳細な説明
図１は、上記の米国特許５，２３８，３６２に開示されている種類の真空ポンプに組み込まれる、本発明を具現化した磁気軸受システムを示し、番号１０は真空ポンプのハウジング構造を示し、番号２０はポンプハウジング１０内に収容されたロータ全体を示す。番号２２は、ロータ２０の回転のための電気モータを示し、番号２４は、ポンプハウジング１０に対してロータ２０を磁気的に支持するための、例えば米国特許Ｎｏ．４，０２３，９２０に開示されているような公知の種類の磁気軸受を示す。
図２は、図１の一部分を概略的に示すものであり、磁気軸受２４が正常に機能しない非常時に、ポンプハウジング１０に対してロータ２０を継続的に支持するために機械的バックアップ軸受が設けられている。図１および図２を同時に参照して、特に、図２を参照して、番号２５は、長さ方向に長尺の回転シャフト（すなわち「ロータシャフト」）を示し、この回転シャフトは、ロータ２０に強固に取り付けられ、長さ方向後方（図１および図２において左側）に延び、その軸回りにロータ２０が回転するようになっている。図１および図２に示すように、ロータシャフト２５の後端部は管状であり、円筒状の内壁２６を有し、その内部には、後方に開放された長手方向に長尺の内部空間を有する。
ポンプハウジング１０の後端部には、フランジ部１２が取り付けられている。上記のバックアップ軸受（詳細は後述する。）を支持するための固定管状円筒シャフト（以下、「固定シャフト３０」と称する。）が、フランジ１２に取り付けられており、そこから前方へとロータシャフト２５の内部空間内に同軸に延びている。ロータ２０は、ロータシャフト２５と同軸に後方に延びる円筒突状部４０を有し、前方からこの固定シャフト３０の中空内部に入り込んでいる。
機械的環状軸受セット３２（以下、「後方バックアップ軸受」と称する。）が、固定シャフト３０の外面の比較的後方に設けられており、これらの軸受の外面は、ロータシャフト２５の内壁２６から離隔され、両者間に一定の間隙が形成されている。螺刻内面を有する環状ナット３３が、同様に、後方バックアップ軸受３２の前方に取り付けられて固定シャフト３０の外面の螺刻部と螺合しており、ナット３３が回転した時に、図２に示すように、後方バックアップ軸受３２が固定シャフト３０の外面に形成された段部（ステップ）３４に対して後方に押し付けられ、そして、後方バックアップ軸受３２が固定シャフト３０にしっかりと固定され、真空ポンプ動作時に長さ方向に摺動するのを防止できるようになっている。
別の機械的環状軸受セット３６（以下、「前方バックアップ軸受」と称する。）が、固定シャフト３０の内壁の前端付近に取り付けられており、これらの軸受の内面は、突状部４０の円筒状外面から離隔、対向して設けられ、両者間に一定の間隙が形成されている。前方バックアップ軸受３６は、図２に示すように、ナット４９をシャフト３０の内面の適切な螺刻部と螺合することにより、管状固定シャフト３０の内面に形成された段部（ステップ）３８とナット４９の側面との間に狭持され、真空ポンプ動作時に長さ方向に変位するのを防止できるようになっている。
軸方向ストッパ板４５が、後方に延びる突状部４０の先端（後端）にネジ４８によって取り付けられ、突状部４０が固定シャフト３０に対して前方に摺動するのを防止するようになっている。円筒突状部４０に形成された段部（ステップ）４２は、突状部４０、ひいては、ロータシャフト２５およびロータ２０が、固定シャフト３０に対して後方に摺動するのを防止する役割を果たす。一定の軸方向の間隙が、前方バックアップ軸受セットと両ストッパ手段（すなわち軸方向ストッパ板４５およびステップ４２）との間に形成されている。
本発明を一実施形態により説明したが、この実施形態によって本発明の範囲を限定する意図はない。本発明の範囲内において、多数の改良、変更が可能である。本発明を組み込むことを意図する真空ポンプについては概略的にしか説明しなかったが、この概略的説明によっても本発明の範囲を限定する意図はない。一般的に、磁気軸受には、半径方向および軸方向へのロータシャフトの変位が伴い、通常、この様な変位に対するセンサを設けることが予想される。この様な磁気軸受およびセンサの配置によって本発明の範囲を限定する意図はない。
本発明の利点の一つは、上述のように、バックアップ軸受がロータシャフト２５内に設けられ、磁気軸受のサイズに関係なく小型化できることである。特に、ロータシャフト２５内に設けられた固定シャフト３０の内部に取り付けられた前方バックアップ軸受３６を好都合に小型化することができる。前方バックアップ軸受３６は、小型で、転動部材の質量が小さいので、特に、急速加速が可能であり、より優れた動的な非常時対応能力を有する。
本発明に係る構成部材は、システム全体を製造するための組立がより簡単である。ロータシャフト２５の開放管状設計によって、システムを後方から分解することができ、システムに後方（ポンプが垂直に設置されている場合は下方）からしかアクセスできない場合であっても、バックアップ軸受を交換することができる。
当業者にとって明らかなこの様な修正、変更は、すべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図１】
0003814651.tif 000002
【図２】
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