真空排気ポンプ
【課題】構成を簡単にでき、コンパクト化が図れ、メンテナンスフリーでクリーンな真空排気ポンプを提供する。
【解決手段】中央に配置されたシャフト１１及びその周囲に取付けられた動翼１２を有するロータ１３と、ロータ１３を囲むケーシング１４及びケーシング１４の内側に設けられた静翼１５を有するステータ１６と、シャフト１１を回転自由に支持する軸受とを備える真空排気ポンプ１０であり、軸受に超電導磁気軸受１７、１８が使用され、かつステータ１６を冷却する冷媒に、超電導磁気軸受１７、１８に用いる冷媒が使用されている。
【解決手段】中央に配置されたシャフト１１及びその周囲に取付けられた動翼１２を有するロータ１３と、ロータ１３を囲むケーシング１４及びケーシング１４の内側に設けられた静翼１５を有するステータ１６と、シャフト１１を回転自由に支持する軸受とを備える真空排気ポンプ１０であり、軸受に超電導磁気軸受１７、１８が使用され、かつステータ１６を冷却する冷媒に、超電導磁気軸受１７、１８に用いる冷媒が使用されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コールドトラップの機能を備えた真空排気ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般の高真空機器において、排気の対象となる主なガス成分は水分子であるが、高真空機器の一種であるターボ分子ポンプは、水分子における排気速度がさほど高くない。
そこで、極低温で水分子を凝縮して吸着排気するコールドトラップを、ターボ分子ポンプの吸気口に取付けることにより、排気速度を向上させる方法がとられている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３１７６８８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】駒井哲夫、曽布川拓司，「コールドトラップ付ターボ分子ポンプ」，ターボ機械，第２３巻第１１号，１９９５年１１月，ｐ．６４７−６５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ターボ分子ポンプに取付けるコールドトラップは、ターボ分子ポンプとは別個に製造する必要があり、製造コストが高くなるという問題がある。また、ターボ分子ポンプにコールドトラップを取付ける構成となっているため、コンパクト化が図れないという問題もある。そして、軸受に油を使用する場合にはメンテナンス等が必要である。更に、電磁石を用いた磁気軸受では、停電時のバックアップ用電源や制御回路等が必要となり、機械的構造が複雑になる。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、構成を簡単にでき、コンパクト化が図れ、メンテナンスフリーでクリーンな真空排気ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的に沿う本発明に係る真空排気ポンプは、中央に配置されたシャフト及びその周囲に取付けられた動翼を有するロータと、該ロータを囲むケーシング及び該ケーシングの内側に設けられた静翼を有するステータと、前記シャフトを回転自由に支持する軸受とを備える真空排気ポンプにおいて、
前記軸受に超電導磁気軸受が使用され、かつ前記ステータを冷却する冷媒に、前記超電導磁気軸受に用いる冷媒が使用されている。
【０００８】
本発明に係る真空排気ポンプにおいて、前記ロータは直立配置され、前記超電導磁気軸受は、シャフト側に永久磁石が、固定軸受側に超電導体が、それぞれ配置され、更に、前記ロータの下端には、該ロータの停止時にスラスト荷重を受けるピボット軸受を設けてもよい。
【０００９】
本発明に係る真空排気ポンプにおいて、前記永久磁石は複数の磁石を積層して構成され、しかも隣り合う前記磁石の磁極が同極であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る真空排気ポンプにおいて、前記静翼の内部に前記冷媒を流す第１の流路を形成することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る真空排気ポンプにおいて、前記ケーシングをジャケット構造にして、該ケーシングの内部に前記冷媒を流す第２の流路を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る真空排気ポンプは、軸受に超電導磁気軸受を使用し、かつステータを冷却する冷媒に、超電導磁気軸受に用いる冷媒を使用するので、ステータにコールドトラップの機能を付加できる。このため、真空排気ポンプの構成を簡単にでき、製造コストを低減できて、コンパクト化も図れる。
更に、軸受に超電導磁気軸受を使用するので、メンテナンスフリーでクリーンにできる。
【００１３】
また、ロータを直立配置し、超電導磁気軸受は、シャフト側に永久磁石が、固定軸受側に超電導体が、それぞれ配置される場合、固定軸受側は動かないため、超電導体へ冷媒を供給するための構造を簡単にできる。ここで、ロータの下端に、このロータの停止時にスラスト荷重を受けるピボット軸受を設けるので、例えば、超電導体の冷却時のロータの位置決めや緊急時にも、ロータの位置決めができる。
【００１４】
そして、静翼の内部に冷媒を流す流路を形成する場合、排気の対象となるガス成分との接触面積を増やすことができ、コールドトラップの機能を更に高めることができる。
更に、ケーシングをジャケット構造にして、ケーシングの内部に冷媒を流す流路を形成する場合、排気の対象となるガス成分が流れる経路全体を冷媒で冷却できるので、コールドトラップの機能を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る真空排気ポンプの部分正断面図である。
【図２】同真空排気ポンプの使用状態の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る真空排気ポンプの部分正断面図である。
【図４】ピニング効果の説明図である。
【図５】（Ａ）は実験装置の概略図、（Ｂ）はロータ側永久磁石の表面磁束分布の説明図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれロータの運動解析を行うためのモデル１〜３の説明図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれモデル１〜３の振動解析結果の説明図である。
【図８】解析をもとに作製したロータ付タービンの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る真空排気ポンプ１０は、中央に配置されたシャフト１１及びその周囲に取付けられた複数の動翼１２を有するロータ１３と、このロータ１３を囲むケーシング１４及びケーシング１４の内側に設けられた複数の静翼１５を有するステータ１６と、シャフト１１の両端（両側）を回転自由に支持する超電導磁気軸受（軸受の一例）１７、１８とを備えて、ターボ分子ポンプに極低温で水分子を凝縮して排気するコールドトラップの機能を設けたものである。なお、ターボ分子ポンプの基本的な機能は、従来のターボ分子ポンプと同様である。以下、詳しく説明する。
【００１７】
図２に示すように、真空排気ポンプ１０の上流側には、真空排気ポンプ１０によって真空状態にするチャンバー１９が、下流側には、ロータリーポンプ２０が、それぞれ配管２１、２２で接続されている。
図１に示すように、真空排気ポンプ１０のケーシング１４は、有底円筒状のものであり、ケーシング１４の頂部に、気体分子を取り込む吸気口２３が、ケーシング１４の下側側部に、取り込まれて圧縮された気体分子を排出する排気口２４が、それぞれ設けられている。
ケーシング１４は、その下側を除く側壁部２５がジャケット構造となって、このジャケット構造となった側壁部２５に、ケーシング１４の内部に液体窒素（冷媒の一例）を流す流路（第２の流路の一例）２６が形成されている。
【００１８】
この流路２６には、側壁部２５の径方向一方側の上端部及び下端部と、側壁部２５の径方向他方側の上端部に、それぞれ液体窒素の流入口２７〜２９が設けられている。この流路２６内へ流れ込んだ液体窒素は気化するため、各流入口２７〜２９から外部へ排気される。
なお、ケーシングに設けられる液体窒素の流入口は、上記した位置に限定されるものではなく、例えば、側壁部２５の径方向一方側の上端部及び下端部のみに設けてもよい。また、流入口は、ケーシングの周方向に等間隔で複数設けてもよく、高さ方向に複数設けてもよい。更に、流路は、ケーシングの周方向に螺旋状に形成してもよい。
また、液体窒素は、循環使用することもできる。この場合、側壁部２５の径方向他方側の上端部に設けた液体窒素の流入口２９を、液体窒素の流出口として使用できる。
【００１９】
ケーシング１４の内面には、複数枚の静翼１５が、ケーシング１４の周方向に等間隔で、底面に対して傾斜させて取付けられ、しかもこの静翼１５群が、側壁部２５の高さ方向に、所定ピッチで間隔を有して多段に取付けられている。
この各静翼１５の内部には、ケーシング１４の流路２６に連通し、液体窒素が流れる流路（第１の流路の一例）３０が形成されている。なお、流路３０は、正断面視して直線状となって、ケーシング１４とは直交する方向に形成され、しかも連通口３１によって流路２６に連通している。この静翼に形成する流路の形状は、これに限定されるものではなく、例えば、ジグザグ状でもよい。
【００２０】
ケーシング１４の内側であって、最上位置の静翼１５の上方と、最下位置の静翼１５の下方には、リング状の収納部３３、３４が設けられ、この各収納部３３、３４内に隙間を有して超電導体３５、３６が配置されている。この超電導体３５、３６は、銅酸化物超電導体である例えば、Ｄｙ系（Ｄｙ１−Ｂａ２−Ｃｕ３−Ｏｘ）からなるリング状のものであり、これを周方向に複数分割（２分割以上）したものである。なお、超電導体は、これに限定されるものではなく、他のものも使用することもできる。
各収納部３３、３４は、液体窒素が流れる流路２６と連通しており、各収納部３３、３４内に液体窒素が流入可能な構成となっている。
【００２１】
各超電導体３５、３６の中央部には、ロータ１３が立設配置されている。
ロータ１３のシャフト１１の両側（上部及び下部）であって、超電導体３５、３６に対応する高さ位置には、それぞれ永久磁石３７、３８が設けられている。各永久磁石３７、３８は、それぞれ複数の磁石を積層して構成され、しかも隣り合う磁石の磁極を同極としているが、隣り合う磁石の磁極を異極としてもよい。
上記した固定軸受側に配置した超電導体３５、３６と、シャフト側に配置した永久磁石３７、３８とで、超電導磁気軸受１７、１８が構成されている。
【００２２】
シャフト１１の周囲には、複数枚の動翼１２が、シャフト１１の周方向に等間隔で、静翼１５とは逆方向に、ケーシング１４の底面に対して傾斜させて取付けられ、しかもこの動翼１２群が、上下方向に隣り合う静翼１５群の間に配置されるように、間隔を有して取付けられている。
また、ロータ１３の下端には、ピボット軸受３９が設けられている。このピボット軸受３９は、ロータ１３の回転時に発生する振動を抑制できるものであるが、ロータ１３の停止時にスラスト荷重を受けることもできる。これにより、真空排気ポンプ１０の不使用時や緊急時に、例えば、動翼１２と静翼１５とが接触して損傷すること等を防止できる。
ロータ１３のピボット軸受３９と永久磁石３８との間には、モータ４０が設けられ、ロータ１３をケーシング１４内で回転可能にしている。
【００２３】
以上の構成により、ケーシング１４の各流入口２７〜２９へ液体窒素を供給することで、上部の流入口２７から流路２６へ流れ込んだ液体窒素は収納部３３内へ、下部の流入口２８から流路２６へ流れ込んだ液体窒素は収納部３４内へ、また上部の流入口２９から流路２６へ流れ込んだ液体窒素は収納部３３、３４内へ、それぞれ流れ込み、超電導体３５、３６を冷却できる。このとき、流路２６へ流れ込んだ液体窒素は、各静翼１５の連通口３１から流路３０内に流れ込む。
従って、ステータ１６を冷却する液体窒素に、超電導磁気軸受１７、１８に用いる液体窒素を使用できる。
【００２４】
続いて、本発明の第１の実施の形態に係る真空排気ポンプ１０の使用方法について説明する。
まず、図２に示すように、真空状態にする対象空間であるチャンバー１９に、配管２１を介して真空排気ポンプ１０の吸気口２３を接続し、この真空排気ポンプ１０の排気口２４に、配管２２を介してロータリーポンプ２０を接続する。
次に、真空排気ポンプ１０を停止させた状態で、ロータリーポンプ２０のみを稼働し、チャンバー１９内の気体を、真空排気ポンプ１０を介して外部へ排気する。
【００２５】
そして、チャンバー１９内が低真空状態（例えば、１００Ｐａ以下、好ましくは５０Ｐａ以下、ここでは、１３Ｐａ〜４０Ｐａ程度）になったら、各流入口２７〜２９から流路２６内へ液体窒素を流し込み、各超電導体３５、３６、ケーシング１４、及び各静翼１５を、それぞれ冷却する。なお、液体窒素の供給量は、液体窒素の気化速度に基づき、流量制御弁（図示しない）を制御部で調整することにより制御できる。
そして、モータ４０でロータ１３を回転させ、ロータ１３の回転速度を、例えば、４万ｒｐｍ以上１０万ｒｐｍ以下の範囲内で制御する。モータ４０も上記した制御部により制御する。
【００２６】
これにより、チャンバー１９内の気体分子を吸気口２３から真空排気ポンプ１０内に取り込み、各静翼１５と各動翼１２との相互作用により気体分子を圧縮して、排気口２４からロータリーポンプ２０側へ排出できる。このとき、ケーシング１４及び各静翼１５も冷却されているため、ターボ分子ポンプがコールドトラップの機能を備えることができ、気体分子に含まれる水分子を凝縮して、排気口２４から排気できる。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る真空排気ポンプ５０について、図３を参照しながら説明するが、前記した真空排気ポンプ１０と同一部材には同一番号を付し、説明を省略する。
真空排気ポンプ５０のケーシング５１は、その下側を除く側壁部５２がジャケット構造となって、ケーシング５１の内部に液体窒素（冷媒の一例）を流す流路（第２の流路の一例）５３が形成されている。この流路５３には、側壁部５２の径方向一方側の上端部及び下端部と、側壁部５２の径方向他方側の上端部に、それぞれ液体窒素の流入口２７〜２９が設けられている。
【００２８】
ケーシング５１の内面には、複数枚の静翼５４が、ケーシング５１の周方向に等間隔で傾斜させて取付けられ、しかもこの静翼５４群が、側壁部５２の高さ方向に、所定ピッチで間隔を有して多段に取付けられている。なお、静翼５４は、前記した静翼１５とは異なり、その内部に液体窒素が流れ込む流路３０は形成されていない。
これにより、ケーシング５１の各流入口２７、２８へ液体窒素を供給することで、液体窒素は流路５３内へ流れ込み、ケーシング５１を冷却すると共に、熱伝達により、各静翼５４も冷却できる。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、本発明の真空排気ポンプの超電導磁気軸受の原理について説明する。
（ピニング効果）
超電導体内に常電導介在物がある場合、磁束が超電導体内に侵入するのは、磁場を完全に排除するのに必要なエネルギーを緩和するためであるが、磁束が侵入した領域では、超電導体が壊れているので、局所的に凝集エネルギーを損している。このため、このエネルギーをペナルティエネルギー（ｐｅｎａｌｔｙ ｅｎｅｒｇｙ）と呼んでいる。ところが、磁束が常電導介在物と交鎖している場合、この部分はもともと常電導であるので、超電導を壊す必要がない。
【００３０】
逆に、この位置から磁束を移動させようとすると、この交鎖していた体積分だけ、新たに超電導を壊す必要がある。これには、余分なエネルギーが必要となるから、磁束は常電導介在物と交鎖したままの方が安定である。即ち、両者間には、引力相互作用が働くことになる。これは、ちょうど磁束線をピンで止めることに通じるので、磁束のピニング効果と呼ばれる。
ピニング効果が働くと、図４に示すように、超電導体内に侵入した磁束は、すぐにピニングセンター（常電導介在物）に捕捉される。捕捉された磁束は、ピニング力を超える力が働かない限り、内部に侵入できないので、完全反磁性ではないが、大きな反磁性を示すことになる。
【００３１】
次に、実験装置について説明する。
（実験装置全体図）
ケーシング内の概略図を、図５（Ａ）に示す。
図５（Ａ）に示すように、超電導体６０、６１を組み込んだステータ６２と、永久磁石６３、６４を組み込んだロータ６５を、真空ケーシング６６内に設置している。また、真空ケーシング６６内に配置され、ステータ６２に接続された流入管６７内を、液体窒素が循環する仕組みとなっている。
実験を行う際には、まずロータリーポンプ（図示しない）で低真空（≒１００Ｐａ）を造る。その後、液体窒素入口から液体窒素を流して、超電導体６０、６１を冷却する。そして、液体窒素出口から液体窒素が排出されたことを確認し、回転実験等の実験を行っていく。なお、図５（Ａ）中の番号６８はロータ６５を回転させるモータ、番号６９は冷却時のロータ６５の位置決めと保護用のピボット軸受、番号７０は真空ポンプ用のタービンである。
【００３２】
（ロータ側永久磁石）
超電導磁気軸受に用いたロータ側の永久磁石６３、６４は、リング型永久磁石（外径：２４ｍｍ、表面磁束密度：０．２６Ｔ）を、４つの磁場が強まる向きに並べている。図５（Ｂ）に、ロータ側永久磁石の表面磁束分布図を示す。
測定結果より、最高で０．６７（Ｔ）と強力な磁場を計測した。
（ステータ側超電導体）
ステータ６２の材質は真鍮で、内径は２５ｍｍである。ステータ６２の内部に設置されている超電導体６０、６１は、Ｄｙ系（Ｄｙ１−Ｂａ２−Ｃｕ３−Ｏｘ）のものであり、内径：２５．６ｍｍのものを用いた。なお、各超電導体６０、６１は、それぞれ４分割にしている。これは、ステータ６２へのセッティングを簡易にすること、及び多分割することで各超電導体６０、６１の粉砕を防止することを、目的とするためである。
先に述べたように、永久磁石６３、６４の磁場中で超電導体６０、６１を冷却すると、永久磁石６３、６４はその空間内で浮上し、どの方向に移動しようとしても、復元力を発生した。
【００３３】
続いて、解析について説明する。
（ロータ運動解析）
タービン付ロータを設計する際に、有限要素法を用いてロータの運動解析を行った。これは、タービン付ロータを作製する上で、モデルの振動特性や危険速度等を解析することにより、設計の方向性を決定するためである。なお、モデルは、主に軸受の場所と数を変えて作製した。これらのモデルの解析を行うことにより、最適な軸受の組み合わせを考えることができた。図６（Ａ）〜（Ｃ）に、解析を行ったロータのモデル図を示す。
各モデル図に示すＳＭＢ（超電導磁気軸受）の個数とピボット軸受の有無の組み合わせで解析を行った。
【００３４】
図６（Ａ）に示すモデル１は、ＳＭＢ１個とピボット軸受の組み合わせで、全長が１９２ｍｍである。なお、タービンを挟むように、ロータの上部（図６（Ａ）の右側）にＳＭＢを、下部（図６（Ａ）の左側）にピボット軸受を、それぞれ配置した。
図６（Ｂ）に示すモデル２は、ＳＭＢ２個とピボット軸受の組み合わせで、全長が２３２ｍｍである。なお、モデル１のタービンとピボット軸受の間にＳＭＢを配置することにより、モデル１より全体の剛性を上げることを考えた。
図６（Ｃ）に示すモデル３は、ＳＭＢ２個の組み合わせで、全長が２３２ｍｍである。モデル２のピボット軸受を外したものであり、ある程度の自由な回転運動をロータに与えている。
また、解析を行うにあたって、基礎実験で得た超電導磁気軸受のばね定数と減衰定数を、超電導磁気軸受の条件に当てはめた。
【００３５】
（振動解析）
各モデル１〜３の振動解析の結果を、それぞれ図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す。なお、解析結果は、各軸受とタービン部分の振動波形である。また、モデル３では、ピボット軸受が設けられていないが、他のモデル１、２のピボット軸受と同等の場所を、ロータの下部として解析している。
解析結果より、ＳＭＢが１個の場合では、共振時における振動が特に大きくなることが分かった。また、ＳＭＢが２個の場合、振動の最大はピボット軸受が無いモデル３の方が小さいことが確認できたが、タービン部分における振動は、ピボット軸受があるモデル２の方が小さいことが確認できた。ここで、ピボット軸受がある場合、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ピボット軸受付近の振動は極僅か（略ゼロ）となり、ピボット軸受から遠ざかるほど振動が大きくなっている。逆に、ピボット軸受が無い場合は、図７（Ｃ）に示すように、ロータのどの場所においても変位が同じであった。
【００３６】
最後に、実験結果について説明する。
（回転実験）
解析をもとに、ロータ付タービンを作製した。図８に作製したロータ付タービン８０を示す。このロータ付タービン８０は、立設配置したロータ８１の軸方向中央部にタービン８２が設けられ、このタービン８２の両側にＳＭＢ用の永久磁石８３、８４が取付けられている。これは、ＳＭＢが１個よりも２個の方が、振動を抑えられると考えられるためである。
また、ロータ８１の下端部には、ピボット軸受８５を取付け取外し可能に設けた。これは、ピボット軸受８５を、付ける場合と付けない場合の両方を測定するためである。
そして、永久磁石８４とピボット軸受８５との間に、モータ用の永久磁石８６を取付けた。
このロータ付タービン８０は、全長が２３１ｍｍである。
【００３７】
なお、ロータ８１の振動特性は、上側の永久磁石８３の上方位置Ｓ１と、タービン８２と下側の永久磁石８４の間位置Ｓ２で測定した。
その結果、振動を０．１ｍｍ以下に抑えられ、２００００ｒｐｍまで安定運転することができた。
以上のことから、超電導磁気軸受を使用しても、ターボ分子ポンプとして使用可能な回転速度を達成できることを確認できた。
従って、本発明の真空排気ポンプにより、構成を簡単にでき、コンパクト化が図れ、メンテナンスフリーでクリーンにできる。
【００３８】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の真空排気ポンプを構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、冷媒に液体窒素を使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、超電導体の材質に応じて、例えば、液体酸素等を使用することもできる。
【００３９】
そして、前記実施の形態においては、ロータのシャフトの両端に、シャフトを回転自由に支持する超電導磁気軸受を設け、ロータの下端に、ピボット軸受を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではない。
例えば、ピボット軸受を外して、超電導磁気軸受のみの構成にしてもよい。このとき、超電導磁気軸受の個数は、１個でもよく、また３個以上でもよい。なお、超電導磁気軸受の個数を１個とした場合には、シャフトの振れを抑制するため、その軸心方向の長さを長くするのがよい。
また、ピボット軸受側の超電導磁気軸受を外して、ロータのシャフトの片側に設けた１個の超電導磁気軸受と、１個のピボット軸受の構成にすることも可能である。
【００４０】
更に、ロータの下端にピボット軸受を設けた状態で、超電導磁気軸受により、ロータをケーシングの底面から浮上させた状態や、ケーシングの底面に接触する状態（接触するかしないかの状態）にすることもできる。
なお、ケーシングの底部に、ピボット軸受を装入可能な孔を設け、この孔内にピボット軸受を配置し、ロータの回転時におけるロータの振れを抑制、更には防止することもできる。ここで、ピボット軸受の下端面は、孔の底面に接触してもよく、また孔の底面とは隙間を有してもよい。
【００４１】
また、前記実施の形態においては、ケーシングをジャケット構造とし、気体分子が通過するケーシング自体を冷却した場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ケーシングをジャケット構造とすることなく、超電導体を装入する収納部のみを冷却する構成としてもよい。この場合、熱伝達により、収納部が取付けられたケーシングも冷却される。また、ケーシングの吸気口に、冷媒が流れる流路を形成したハニカム状の通風部材を設けることにより、気体分子に含まれる水分子を冷却してもよい。
更に、前記実施の形態においては、ロータを直立配置した場合について説明したが、傾斜配置あるいは横方向に寝かして配置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の真空排気ポンプは、例えば、半導体等の薄膜製造などの半導体製造装置で多用されている真空ポンプや、化学、医療、食品等の製造に必要な真空ポンプ等に利用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０：真空排気ポンプ、１１：シャフト、１２：動翼、１３：ロータ、１４：ケーシング、１５：静翼、１６：ステータ、１７、１８：超電導磁気軸受（軸受）、１９：チャンバー、２０：ロータリーポンプ、２１、２２：配管、２３：吸気口、２４：排気口、２５：側壁部、２６：流路（第２の流路）、２７〜２９：流入口、３０：流路（第１の流路）、３１：連通口、３３、３４：収納部、３５、３６：超電導体、３７、３８：永久磁石、３９：ピボット軸受、４０：モータ、５０：真空排気ポンプ、５１：ケーシング、５２：側壁部、５３：流路（第２の流路）、５４：静翼、６０、６１：超電導体、６２：ステータ、６３、６４：永久磁石、６５：ロータ、６６：真空ケーシング、６７：流入管、６８：モータ、６９：ピボット軸受、７０：タービン、８０：ロータ付タービン、８１：ロータ、８２：タービン、８３、８４：永久磁石、８５：ピボット軸受、８６：永久磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コールドトラップの機能を備えた真空排気ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般の高真空機器において、排気の対象となる主なガス成分は水分子であるが、高真空機器の一種であるターボ分子ポンプは、水分子における排気速度がさほど高くない。
そこで、極低温で水分子を凝縮して吸着排気するコールドトラップを、ターボ分子ポンプの吸気口に取付けることにより、排気速度を向上させる方法がとられている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３１７６８８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】駒井哲夫、曽布川拓司，「コールドトラップ付ターボ分子ポンプ」，ターボ機械，第２３巻第１１号，１９９５年１１月，ｐ．６４７−６５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ターボ分子ポンプに取付けるコールドトラップは、ターボ分子ポンプとは別個に製造する必要があり、製造コストが高くなるという問題がある。また、ターボ分子ポンプにコールドトラップを取付ける構成となっているため、コンパクト化が図れないという問題もある。そして、軸受に油を使用する場合にはメンテナンス等が必要である。更に、電磁石を用いた磁気軸受では、停電時のバックアップ用電源や制御回路等が必要となり、機械的構造が複雑になる。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、構成を簡単にでき、コンパクト化が図れ、メンテナンスフリーでクリーンな真空排気ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的に沿う本発明に係る真空排気ポンプは、中央に配置されたシャフト及びその周囲に取付けられた動翼を有するロータと、該ロータを囲むケーシング及び該ケーシングの内側に設けられた静翼を有するステータと、前記シャフトを回転自由に支持する軸受とを備える真空排気ポンプにおいて、
前記軸受に超電導磁気軸受が使用され、かつ前記ステータを冷却する冷媒に、前記超電導磁気軸受に用いる冷媒が使用されている。
【０００８】
本発明に係る真空排気ポンプにおいて、前記ロータは直立配置され、前記超電導磁気軸受は、シャフト側に永久磁石が、固定軸受側に超電導体が、それぞれ配置され、更に、前記ロータの下端には、該ロータの停止時にスラスト荷重を受けるピボット軸受を設けてもよい。
【０００９】
本発明に係る真空排気ポンプにおいて、前記永久磁石は複数の磁石を積層して構成され、しかも隣り合う前記磁石の磁極が同極であることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る真空排気ポンプにおいて、前記静翼の内部に前記冷媒を流す第１の流路を形成することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る真空排気ポンプにおいて、前記ケーシングをジャケット構造にして、該ケーシングの内部に前記冷媒を流す第２の流路を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る真空排気ポンプは、軸受に超電導磁気軸受を使用し、かつステータを冷却する冷媒に、超電導磁気軸受に用いる冷媒を使用するので、ステータにコールドトラップの機能を付加できる。このため、真空排気ポンプの構成を簡単にでき、製造コストを低減できて、コンパクト化も図れる。
更に、軸受に超電導磁気軸受を使用するので、メンテナンスフリーでクリーンにできる。
【００１３】
また、ロータを直立配置し、超電導磁気軸受は、シャフト側に永久磁石が、固定軸受側に超電導体が、それぞれ配置される場合、固定軸受側は動かないため、超電導体へ冷媒を供給するための構造を簡単にできる。ここで、ロータの下端に、このロータの停止時にスラスト荷重を受けるピボット軸受を設けるので、例えば、超電導体の冷却時のロータの位置決めや緊急時にも、ロータの位置決めができる。
【００１４】
そして、静翼の内部に冷媒を流す流路を形成する場合、排気の対象となるガス成分との接触面積を増やすことができ、コールドトラップの機能を更に高めることができる。
更に、ケーシングをジャケット構造にして、ケーシングの内部に冷媒を流す流路を形成する場合、排気の対象となるガス成分が流れる経路全体を冷媒で冷却できるので、コールドトラップの機能を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る真空排気ポンプの部分正断面図である。
【図２】同真空排気ポンプの使用状態の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る真空排気ポンプの部分正断面図である。
【図４】ピニング効果の説明図である。
【図５】（Ａ）は実験装置の概略図、（Ｂ）はロータ側永久磁石の表面磁束分布の説明図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれロータの運動解析を行うためのモデル１〜３の説明図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれモデル１〜３の振動解析結果の説明図である。
【図８】解析をもとに作製したロータ付タービンの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る真空排気ポンプ１０は、中央に配置されたシャフト１１及びその周囲に取付けられた複数の動翼１２を有するロータ１３と、このロータ１３を囲むケーシング１４及びケーシング１４の内側に設けられた複数の静翼１５を有するステータ１６と、シャフト１１の両端（両側）を回転自由に支持する超電導磁気軸受（軸受の一例）１７、１８とを備えて、ターボ分子ポンプに極低温で水分子を凝縮して排気するコールドトラップの機能を設けたものである。なお、ターボ分子ポンプの基本的な機能は、従来のターボ分子ポンプと同様である。以下、詳しく説明する。
【００１７】
図２に示すように、真空排気ポンプ１０の上流側には、真空排気ポンプ１０によって真空状態にするチャンバー１９が、下流側には、ロータリーポンプ２０が、それぞれ配管２１、２２で接続されている。
図１に示すように、真空排気ポンプ１０のケーシング１４は、有底円筒状のものであり、ケーシング１４の頂部に、気体分子を取り込む吸気口２３が、ケーシング１４の下側側部に、取り込まれて圧縮された気体分子を排出する排気口２４が、それぞれ設けられている。
ケーシング１４は、その下側を除く側壁部２５がジャケット構造となって、このジャケット構造となった側壁部２５に、ケーシング１４の内部に液体窒素（冷媒の一例）を流す流路（第２の流路の一例）２６が形成されている。
【００１８】
この流路２６には、側壁部２５の径方向一方側の上端部及び下端部と、側壁部２５の径方向他方側の上端部に、それぞれ液体窒素の流入口２７〜２９が設けられている。この流路２６内へ流れ込んだ液体窒素は気化するため、各流入口２７〜２９から外部へ排気される。
なお、ケーシングに設けられる液体窒素の流入口は、上記した位置に限定されるものではなく、例えば、側壁部２５の径方向一方側の上端部及び下端部のみに設けてもよい。また、流入口は、ケーシングの周方向に等間隔で複数設けてもよく、高さ方向に複数設けてもよい。更に、流路は、ケーシングの周方向に螺旋状に形成してもよい。
また、液体窒素は、循環使用することもできる。この場合、側壁部２５の径方向他方側の上端部に設けた液体窒素の流入口２９を、液体窒素の流出口として使用できる。
【００１９】
ケーシング１４の内面には、複数枚の静翼１５が、ケーシング１４の周方向に等間隔で、底面に対して傾斜させて取付けられ、しかもこの静翼１５群が、側壁部２５の高さ方向に、所定ピッチで間隔を有して多段に取付けられている。
この各静翼１５の内部には、ケーシング１４の流路２６に連通し、液体窒素が流れる流路（第１の流路の一例）３０が形成されている。なお、流路３０は、正断面視して直線状となって、ケーシング１４とは直交する方向に形成され、しかも連通口３１によって流路２６に連通している。この静翼に形成する流路の形状は、これに限定されるものではなく、例えば、ジグザグ状でもよい。
【００２０】
ケーシング１４の内側であって、最上位置の静翼１５の上方と、最下位置の静翼１５の下方には、リング状の収納部３３、３４が設けられ、この各収納部３３、３４内に隙間を有して超電導体３５、３６が配置されている。この超電導体３５、３６は、銅酸化物超電導体である例えば、Ｄｙ系（Ｄｙ１−Ｂａ２−Ｃｕ３−Ｏｘ）からなるリング状のものであり、これを周方向に複数分割（２分割以上）したものである。なお、超電導体は、これに限定されるものではなく、他のものも使用することもできる。
各収納部３３、３４は、液体窒素が流れる流路２６と連通しており、各収納部３３、３４内に液体窒素が流入可能な構成となっている。
【００２１】
各超電導体３５、３６の中央部には、ロータ１３が立設配置されている。
ロータ１３のシャフト１１の両側（上部及び下部）であって、超電導体３５、３６に対応する高さ位置には、それぞれ永久磁石３７、３８が設けられている。各永久磁石３７、３８は、それぞれ複数の磁石を積層して構成され、しかも隣り合う磁石の磁極を同極としているが、隣り合う磁石の磁極を異極としてもよい。
上記した固定軸受側に配置した超電導体３５、３６と、シャフト側に配置した永久磁石３７、３８とで、超電導磁気軸受１７、１８が構成されている。
【００２２】
シャフト１１の周囲には、複数枚の動翼１２が、シャフト１１の周方向に等間隔で、静翼１５とは逆方向に、ケーシング１４の底面に対して傾斜させて取付けられ、しかもこの動翼１２群が、上下方向に隣り合う静翼１５群の間に配置されるように、間隔を有して取付けられている。
また、ロータ１３の下端には、ピボット軸受３９が設けられている。このピボット軸受３９は、ロータ１３の回転時に発生する振動を抑制できるものであるが、ロータ１３の停止時にスラスト荷重を受けることもできる。これにより、真空排気ポンプ１０の不使用時や緊急時に、例えば、動翼１２と静翼１５とが接触して損傷すること等を防止できる。
ロータ１３のピボット軸受３９と永久磁石３８との間には、モータ４０が設けられ、ロータ１３をケーシング１４内で回転可能にしている。
【００２３】
以上の構成により、ケーシング１４の各流入口２７〜２９へ液体窒素を供給することで、上部の流入口２７から流路２６へ流れ込んだ液体窒素は収納部３３内へ、下部の流入口２８から流路２６へ流れ込んだ液体窒素は収納部３４内へ、また上部の流入口２９から流路２６へ流れ込んだ液体窒素は収納部３３、３４内へ、それぞれ流れ込み、超電導体３５、３６を冷却できる。このとき、流路２６へ流れ込んだ液体窒素は、各静翼１５の連通口３１から流路３０内に流れ込む。
従って、ステータ１６を冷却する液体窒素に、超電導磁気軸受１７、１８に用いる液体窒素を使用できる。
【００２４】
続いて、本発明の第１の実施の形態に係る真空排気ポンプ１０の使用方法について説明する。
まず、図２に示すように、真空状態にする対象空間であるチャンバー１９に、配管２１を介して真空排気ポンプ１０の吸気口２３を接続し、この真空排気ポンプ１０の排気口２４に、配管２２を介してロータリーポンプ２０を接続する。
次に、真空排気ポンプ１０を停止させた状態で、ロータリーポンプ２０のみを稼働し、チャンバー１９内の気体を、真空排気ポンプ１０を介して外部へ排気する。
【００２５】
そして、チャンバー１９内が低真空状態（例えば、１００Ｐａ以下、好ましくは５０Ｐａ以下、ここでは、１３Ｐａ〜４０Ｐａ程度）になったら、各流入口２７〜２９から流路２６内へ液体窒素を流し込み、各超電導体３５、３６、ケーシング１４、及び各静翼１５を、それぞれ冷却する。なお、液体窒素の供給量は、液体窒素の気化速度に基づき、流量制御弁（図示しない）を制御部で調整することにより制御できる。
そして、モータ４０でロータ１３を回転させ、ロータ１３の回転速度を、例えば、４万ｒｐｍ以上１０万ｒｐｍ以下の範囲内で制御する。モータ４０も上記した制御部により制御する。
【００２６】
これにより、チャンバー１９内の気体分子を吸気口２３から真空排気ポンプ１０内に取り込み、各静翼１５と各動翼１２との相互作用により気体分子を圧縮して、排気口２４からロータリーポンプ２０側へ排出できる。このとき、ケーシング１４及び各静翼１５も冷却されているため、ターボ分子ポンプがコールドトラップの機能を備えることができ、気体分子に含まれる水分子を凝縮して、排気口２４から排気できる。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る真空排気ポンプ５０について、図３を参照しながら説明するが、前記した真空排気ポンプ１０と同一部材には同一番号を付し、説明を省略する。
真空排気ポンプ５０のケーシング５１は、その下側を除く側壁部５２がジャケット構造となって、ケーシング５１の内部に液体窒素（冷媒の一例）を流す流路（第２の流路の一例）５３が形成されている。この流路５３には、側壁部５２の径方向一方側の上端部及び下端部と、側壁部５２の径方向他方側の上端部に、それぞれ液体窒素の流入口２７〜２９が設けられている。
【００２８】
ケーシング５１の内面には、複数枚の静翼５４が、ケーシング５１の周方向に等間隔で傾斜させて取付けられ、しかもこの静翼５４群が、側壁部５２の高さ方向に、所定ピッチで間隔を有して多段に取付けられている。なお、静翼５４は、前記した静翼１５とは異なり、その内部に液体窒素が流れ込む流路３０は形成されていない。
これにより、ケーシング５１の各流入口２７、２８へ液体窒素を供給することで、液体窒素は流路５３内へ流れ込み、ケーシング５１を冷却すると共に、熱伝達により、各静翼５４も冷却できる。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、本発明の真空排気ポンプの超電導磁気軸受の原理について説明する。
（ピニング効果）
超電導体内に常電導介在物がある場合、磁束が超電導体内に侵入するのは、磁場を完全に排除するのに必要なエネルギーを緩和するためであるが、磁束が侵入した領域では、超電導体が壊れているので、局所的に凝集エネルギーを損している。このため、このエネルギーをペナルティエネルギー（ｐｅｎａｌｔｙ ｅｎｅｒｇｙ）と呼んでいる。ところが、磁束が常電導介在物と交鎖している場合、この部分はもともと常電導であるので、超電導を壊す必要がない。
【００３０】
逆に、この位置から磁束を移動させようとすると、この交鎖していた体積分だけ、新たに超電導を壊す必要がある。これには、余分なエネルギーが必要となるから、磁束は常電導介在物と交鎖したままの方が安定である。即ち、両者間には、引力相互作用が働くことになる。これは、ちょうど磁束線をピンで止めることに通じるので、磁束のピニング効果と呼ばれる。
ピニング効果が働くと、図４に示すように、超電導体内に侵入した磁束は、すぐにピニングセンター（常電導介在物）に捕捉される。捕捉された磁束は、ピニング力を超える力が働かない限り、内部に侵入できないので、完全反磁性ではないが、大きな反磁性を示すことになる。
【００３１】
次に、実験装置について説明する。
（実験装置全体図）
ケーシング内の概略図を、図５（Ａ）に示す。
図５（Ａ）に示すように、超電導体６０、６１を組み込んだステータ６２と、永久磁石６３、６４を組み込んだロータ６５を、真空ケーシング６６内に設置している。また、真空ケーシング６６内に配置され、ステータ６２に接続された流入管６７内を、液体窒素が循環する仕組みとなっている。
実験を行う際には、まずロータリーポンプ（図示しない）で低真空（≒１００Ｐａ）を造る。その後、液体窒素入口から液体窒素を流して、超電導体６０、６１を冷却する。そして、液体窒素出口から液体窒素が排出されたことを確認し、回転実験等の実験を行っていく。なお、図５（Ａ）中の番号６８はロータ６５を回転させるモータ、番号６９は冷却時のロータ６５の位置決めと保護用のピボット軸受、番号７０は真空ポンプ用のタービンである。
【００３２】
（ロータ側永久磁石）
超電導磁気軸受に用いたロータ側の永久磁石６３、６４は、リング型永久磁石（外径：２４ｍｍ、表面磁束密度：０．２６Ｔ）を、４つの磁場が強まる向きに並べている。図５（Ｂ）に、ロータ側永久磁石の表面磁束分布図を示す。
測定結果より、最高で０．６７（Ｔ）と強力な磁場を計測した。
（ステータ側超電導体）
ステータ６２の材質は真鍮で、内径は２５ｍｍである。ステータ６２の内部に設置されている超電導体６０、６１は、Ｄｙ系（Ｄｙ１−Ｂａ２−Ｃｕ３−Ｏｘ）のものであり、内径：２５．６ｍｍのものを用いた。なお、各超電導体６０、６１は、それぞれ４分割にしている。これは、ステータ６２へのセッティングを簡易にすること、及び多分割することで各超電導体６０、６１の粉砕を防止することを、目的とするためである。
先に述べたように、永久磁石６３、６４の磁場中で超電導体６０、６１を冷却すると、永久磁石６３、６４はその空間内で浮上し、どの方向に移動しようとしても、復元力を発生した。
【００３３】
続いて、解析について説明する。
（ロータ運動解析）
タービン付ロータを設計する際に、有限要素法を用いてロータの運動解析を行った。これは、タービン付ロータを作製する上で、モデルの振動特性や危険速度等を解析することにより、設計の方向性を決定するためである。なお、モデルは、主に軸受の場所と数を変えて作製した。これらのモデルの解析を行うことにより、最適な軸受の組み合わせを考えることができた。図６（Ａ）〜（Ｃ）に、解析を行ったロータのモデル図を示す。
各モデル図に示すＳＭＢ（超電導磁気軸受）の個数とピボット軸受の有無の組み合わせで解析を行った。
【００３４】
図６（Ａ）に示すモデル１は、ＳＭＢ１個とピボット軸受の組み合わせで、全長が１９２ｍｍである。なお、タービンを挟むように、ロータの上部（図６（Ａ）の右側）にＳＭＢを、下部（図６（Ａ）の左側）にピボット軸受を、それぞれ配置した。
図６（Ｂ）に示すモデル２は、ＳＭＢ２個とピボット軸受の組み合わせで、全長が２３２ｍｍである。なお、モデル１のタービンとピボット軸受の間にＳＭＢを配置することにより、モデル１より全体の剛性を上げることを考えた。
図６（Ｃ）に示すモデル３は、ＳＭＢ２個の組み合わせで、全長が２３２ｍｍである。モデル２のピボット軸受を外したものであり、ある程度の自由な回転運動をロータに与えている。
また、解析を行うにあたって、基礎実験で得た超電導磁気軸受のばね定数と減衰定数を、超電導磁気軸受の条件に当てはめた。
【００３５】
（振動解析）
各モデル１〜３の振動解析の結果を、それぞれ図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す。なお、解析結果は、各軸受とタービン部分の振動波形である。また、モデル３では、ピボット軸受が設けられていないが、他のモデル１、２のピボット軸受と同等の場所を、ロータの下部として解析している。
解析結果より、ＳＭＢが１個の場合では、共振時における振動が特に大きくなることが分かった。また、ＳＭＢが２個の場合、振動の最大はピボット軸受が無いモデル３の方が小さいことが確認できたが、タービン部分における振動は、ピボット軸受があるモデル２の方が小さいことが確認できた。ここで、ピボット軸受がある場合、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ピボット軸受付近の振動は極僅か（略ゼロ）となり、ピボット軸受から遠ざかるほど振動が大きくなっている。逆に、ピボット軸受が無い場合は、図７（Ｃ）に示すように、ロータのどの場所においても変位が同じであった。
【００３６】
最後に、実験結果について説明する。
（回転実験）
解析をもとに、ロータ付タービンを作製した。図８に作製したロータ付タービン８０を示す。このロータ付タービン８０は、立設配置したロータ８１の軸方向中央部にタービン８２が設けられ、このタービン８２の両側にＳＭＢ用の永久磁石８３、８４が取付けられている。これは、ＳＭＢが１個よりも２個の方が、振動を抑えられると考えられるためである。
また、ロータ８１の下端部には、ピボット軸受８５を取付け取外し可能に設けた。これは、ピボット軸受８５を、付ける場合と付けない場合の両方を測定するためである。
そして、永久磁石８４とピボット軸受８５との間に、モータ用の永久磁石８６を取付けた。
このロータ付タービン８０は、全長が２３１ｍｍである。
【００３７】
なお、ロータ８１の振動特性は、上側の永久磁石８３の上方位置Ｓ１と、タービン８２と下側の永久磁石８４の間位置Ｓ２で測定した。
その結果、振動を０．１ｍｍ以下に抑えられ、２００００ｒｐｍまで安定運転することができた。
以上のことから、超電導磁気軸受を使用しても、ターボ分子ポンプとして使用可能な回転速度を達成できることを確認できた。
従って、本発明の真空排気ポンプにより、構成を簡単にでき、コンパクト化が図れ、メンテナンスフリーでクリーンにできる。
【００３８】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の真空排気ポンプを構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、冷媒に液体窒素を使用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、超電導体の材質に応じて、例えば、液体酸素等を使用することもできる。
【００３９】
そして、前記実施の形態においては、ロータのシャフトの両端に、シャフトを回転自由に支持する超電導磁気軸受を設け、ロータの下端に、ピボット軸受を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではない。
例えば、ピボット軸受を外して、超電導磁気軸受のみの構成にしてもよい。このとき、超電導磁気軸受の個数は、１個でもよく、また３個以上でもよい。なお、超電導磁気軸受の個数を１個とした場合には、シャフトの振れを抑制するため、その軸心方向の長さを長くするのがよい。
また、ピボット軸受側の超電導磁気軸受を外して、ロータのシャフトの片側に設けた１個の超電導磁気軸受と、１個のピボット軸受の構成にすることも可能である。
【００４０】
更に、ロータの下端にピボット軸受を設けた状態で、超電導磁気軸受により、ロータをケーシングの底面から浮上させた状態や、ケーシングの底面に接触する状態（接触するかしないかの状態）にすることもできる。
なお、ケーシングの底部に、ピボット軸受を装入可能な孔を設け、この孔内にピボット軸受を配置し、ロータの回転時におけるロータの振れを抑制、更には防止することもできる。ここで、ピボット軸受の下端面は、孔の底面に接触してもよく、また孔の底面とは隙間を有してもよい。
【００４１】
また、前記実施の形態においては、ケーシングをジャケット構造とし、気体分子が通過するケーシング自体を冷却した場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ケーシングをジャケット構造とすることなく、超電導体を装入する収納部のみを冷却する構成としてもよい。この場合、熱伝達により、収納部が取付けられたケーシングも冷却される。また、ケーシングの吸気口に、冷媒が流れる流路を形成したハニカム状の通風部材を設けることにより、気体分子に含まれる水分子を冷却してもよい。
更に、前記実施の形態においては、ロータを直立配置した場合について説明したが、傾斜配置あるいは横方向に寝かして配置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の真空排気ポンプは、例えば、半導体等の薄膜製造などの半導体製造装置で多用されている真空ポンプや、化学、医療、食品等の製造に必要な真空ポンプ等に利用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０：真空排気ポンプ、１１：シャフト、１２：動翼、１３：ロータ、１４：ケーシング、１５：静翼、１６：ステータ、１７、１８：超電導磁気軸受（軸受）、１９：チャンバー、２０：ロータリーポンプ、２１、２２：配管、２３：吸気口、２４：排気口、２５：側壁部、２６：流路（第２の流路）、２７〜２９：流入口、３０：流路（第１の流路）、３１：連通口、３３、３４：収納部、３５、３６：超電導体、３７、３８：永久磁石、３９：ピボット軸受、４０：モータ、５０：真空排気ポンプ、５１：ケーシング、５２：側壁部、５３：流路（第２の流路）、５４：静翼、６０、６１：超電導体、６２：ステータ、６３、６４：永久磁石、６５：ロータ、６６：真空ケーシング、６７：流入管、６８：モータ、６９：ピボット軸受、７０：タービン、８０：ロータ付タービン、８１：ロータ、８２：タービン、８３、８４：永久磁石、８５：ピボット軸受、８６：永久磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に配置されたシャフト及びその周囲に取付けられた動翼を有するロータと、該ロータを囲むケーシング及び該ケーシングの内側に設けられた静翼を有するステータと、前記シャフトを回転自由に支持する軸受とを備える真空排気ポンプにおいて、
前記軸受に超電導磁気軸受が使用され、かつ前記ステータを冷却する冷媒に、前記超電導磁気軸受に用いる冷媒が使用されていることを特徴とする真空排気ポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の真空排気ポンプにおいて、前記ロータは直立配置され、前記超電導磁気軸受は、シャフト側に永久磁石が、固定軸受側に超電導体が、それぞれ配置され、更に、前記ロータの下端には、該ロータの停止時にスラスト荷重を受けるピボット軸受が設けられていることを特徴とする真空排気ポンプ。
【請求項３】
請求項２記載の真空排気ポンプにおいて、前記永久磁石は複数の磁石を積層して構成され、しかも隣り合う前記磁石の磁極が同極であることを特徴とする真空排気ポンプ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空排気ポンプにおいて、前記静翼の内部に前記冷媒を流す第１の流路を形成したことを特徴とする真空排気ポンプ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空排気ポンプにおいて、前記ケーシングをジャケット構造にして、該ケーシングの内部に前記冷媒を流す第２の流路を形成したことを特徴とする真空排気ポンプ。
【請求項１】
中央に配置されたシャフト及びその周囲に取付けられた動翼を有するロータと、該ロータを囲むケーシング及び該ケーシングの内側に設けられた静翼を有するステータと、前記シャフトを回転自由に支持する軸受とを備える真空排気ポンプにおいて、
前記軸受に超電導磁気軸受が使用され、かつ前記ステータを冷却する冷媒に、前記超電導磁気軸受に用いる冷媒が使用されていることを特徴とする真空排気ポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の真空排気ポンプにおいて、前記ロータは直立配置され、前記超電導磁気軸受は、シャフト側に永久磁石が、固定軸受側に超電導体が、それぞれ配置され、更に、前記ロータの下端には、該ロータの停止時にスラスト荷重を受けるピボット軸受が設けられていることを特徴とする真空排気ポンプ。
【請求項３】
請求項２記載の真空排気ポンプにおいて、前記永久磁石は複数の磁石を積層して構成され、しかも隣り合う前記磁石の磁極が同極であることを特徴とする真空排気ポンプ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空排気ポンプにおいて、前記静翼の内部に前記冷媒を流す第１の流路を形成したことを特徴とする真空排気ポンプ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空排気ポンプにおいて、前記ケーシングをジャケット構造にして、該ケーシングの内部に前記冷媒を流す第２の流路を形成したことを特徴とする真空排気ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−３８４３５（Ｐ２０１１−３８４３５Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８４７９５（Ｐ２００９−１８４７９５）
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（５０４１７４１３５）国立大学法人九州工業大学 (489)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（５０４１７４１３５）国立大学法人九州工業大学 (489)
【Ｆターム（参考）】
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