JP2008208942A - Turbo-molecular pump and touchdown bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボ分子ポンプに関する。また、本発明は、ターボ分子ポンプや、真空ポンプ等に使用されるタッチダウン軸受装置に関する。 The present invention relates to a turbo molecular pump. The present invention also relates to a touchdown bearing device used for a turbo molecular pump, a vacuum pump, or the like.
従来、ターボ分子ポンプとしては、特開2004−116558号公報(特許文献1)に記載されているものがある。 Conventional turbomolecular pumps include those described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-116558 (Patent Document 1).
このターボ分子ポンプは、回転軸、ハウジング、磁気軸受およびタッチダウン軸受としての玉軸受を備える。上記磁気軸受は、電磁石を有し、通常運転時において、上記回転軸を磁気的に非接触に支持している。 The turbo molecular pump includes a rotating shaft, a housing, a magnetic bearing, and a ball bearing as a touchdown bearing. The magnetic bearing has an electromagnet and supports the rotating shaft magnetically in a non-contact manner during normal operation.
一方、上記玉軸受は、内輪、外輪および玉を有している。上記外輪は、ハウジングの内周面に内嵌されて配置されている一方、上記内輪は、上記磁気軸受が正常に動作しているときには、上記回転軸に対して非接触な状態になっている。 On the other hand, the ball bearing has an inner ring, an outer ring, and a ball. The outer ring is disposed so as to be fitted inside the inner peripheral surface of the housing, while the inner ring is in a non-contact state with respect to the rotating shaft when the magnetic bearing is operating normally. .
上記玉軸受は、上記磁気軸受の制御の操作ミス(人為的ミス)時や停電等によって、上記磁気軸受が正常に動作しなくなったときに、回転軸の外周面を、内輪の内周面で受けて、回転軸をハウジングに対して機械的に支持するようになっている。 When the magnetic bearing does not operate normally due to an operation error (human error) of the magnetic bearing or a power failure, the outer surface of the rotating shaft is the inner surface of the inner ring. In response, the rotating shaft is mechanically supported with respect to the housing.
上記ターボ分子ポンプにおいては、上記磁気軸受が制御不能になっている場合には、回転軸に振れが生じているから、上記回転軸が、上記玉軸受の内輪に片当たりする。また。タッチダウン時においては、上記玉軸受は、内輪の回転速度が、回転軸との摩擦によって、停止状態から一瞬にしてロータの高い回転速度付近まで急激に急加速される。このため、タッチダウン時において、軌道輪と玉との間に大きな摩擦力が発生し、玉が軌道輪に対してロックし易くて、玉および軌道輪に焼付きが発生し易く、玉軸受の寿命が短くなることを避けがたいという問題がある。また、玉によって軌道輪が摩耗し、回転軸とハウジングとの近接した部分が接触することもある。また、ターボ分子ポンプにおいて、現在よりも速い回転速度において、タッチダウンできるタッチダウン軸受装置が所望されている。
そこで、本発明の課題は、タッチダウン軸受装置の寿命が長いターボ分子ポンプを提供することにある。また、本発明の課題は、寿命が長くて、回転速度が高い軸であっても、軸を所定回数確実に支持することができるタッチダウン軸受装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a turbo molecular pump having a long life of a touchdown bearing device. Another object of the present invention is to provide a touch-down bearing device that can reliably support a shaft a predetermined number of times even when the shaft has a long life and a high rotational speed.
上記課題を解決するため、この発明のターボ分子ポンプは、
軸と、
上記軸に径方向に間隔をおいて対向するハウジングと、
上記軸を上記ハウジングに対して磁気的に非接触支持する磁気軸受と、
上記ハウジングと、上記軸との間に配置されると共に、上記磁気軸受が正常に動作していないときに、上記軸を機械的に支持するタッチダウン軸受装置と、
上記ハウジングに対して上記軸を相対回転駆動するモータと
を備え、
上記タッチダウン軸受装置は、
上記軸に固定された第1軌道部材と、
上記第1軌道部材に対向する第2軌道部材と
上記第1軌道部材と上記第2軌道部材との間に配置された第1転動体と、
上記ハウジングに固定された第3軌道部材と、
上記第3軌道部材に対向する第4軌道部材と
上記第3軌道部材と上記第4軌道部材との間に配置された第2転動体と
を有し、
上記磁気軸受が正常に動作しているときには、上記第2軌道部材と上記第4軌道部材とが非接触な状態である一方、上記磁気軸受が正常に動作していないときには、上記第2軌道部材を上記第4軌道部材で支持することによって、上記軸を上記ハウジングに対して支持するようになっていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the turbo molecular pump of the present invention is
The axis,
A housing facing the shaft at a radial interval,
A magnetic bearing for supporting the shaft magnetically in a non-contact manner with respect to the housing;
A touchdown bearing device disposed between the housing and the shaft and mechanically supporting the shaft when the magnetic bearing is not operating normally;
A motor for rotating the shaft relative to the housing;
The touchdown bearing device is
A first track member fixed to the shaft;
A second race member facing the first race member, a first rolling element disposed between the first race member and the second race member,
A third track member fixed to the housing;
A fourth track member facing the third track member; a second rolling element disposed between the third track member and the fourth track member;
When the magnetic bearing is operating normally, the second track member and the fourth track member are not in contact with each other, whereas when the magnetic bearing is not operating normally, the second track member is Is supported by the fourth track member so that the shaft is supported with respect to the housing.
上記ハウジングを、ケースおよびケースに対して相対移動しない部材として定義する。また、上記軸は、モータのロータとなっていて、上記軸が、モータの一部を構成していても良い。また、上記軸と、上記モータのロータとが、別部材であっても良い。例えば、上記モータのロータが、輪状の部材であって、上記輪状のロータが、上記軸の外周面に固定される形式であっても良い。 The housing is defined as a case and a member that does not move relative to the case. The shaft may be a rotor of a motor, and the shaft may constitute a part of the motor. The shaft and the rotor of the motor may be separate members. For example, the motor rotor may be a ring-shaped member, and the ring-shaped rotor may be fixed to the outer peripheral surface of the shaft.
上記および以下の第1、第2、第3、第4軌道部材は、軌道輪そのものであっても良いし、軌道輪に別部材を取り付けたものであっても良い。 The first, second, third, and fourth track members described above and below may be track rings themselves, or may be a member in which another member is attached to the track rings.
本発明によれば、第2軌道部材が、第4軌道部材に接触することによって、軸からの荷重を、第1軌道部材、第1転動体、第2軌道部材、第4軌道部材、第2転動体、および、第3軌道部材を介してハウジングで受けることができて、タッチダウン時において、第2軌道部材に対する第1軌道部材の回転速度(相対回転速度)と、第3軌道部材に対する第4軌道部材の回転速度(相対回転速度)とを、従来と比較して、タッチダウン時の軸の回転速度の半分程度の回転速度まで急激に低減することができる。 According to the present invention, the second track member comes into contact with the fourth track member, so that the load from the shaft is applied to the first track member, the first rolling element, the second track member, the fourth track member, and the second track member. It can be received by the housing via the rolling element and the third track member, and at the time of touchdown, the rotation speed (relative rotation speed) of the first track member with respect to the second track member and the first speed with respect to the third track member The rotational speed (relative rotational speed) of the four track members can be rapidly reduced to a rotational speed that is about half the rotational speed of the shaft at the time of touchdown as compared with the conventional case.
したがって、タッチダウン時において、第1転動体が、第1軌道部材および第2軌道部材のうちの少なくとも一方に対してロックすることを抑制でき、また、第2転動体が、第3軌道部材および第4軌道部材のうちの少なくとも一方に対してロックすることを抑制できる。したがって、従来と比較して、タッチダウン軸受装置の寿命を格段に長くすることができる。 Therefore, at the time of touchdown, it can suppress that the 1st rolling element locks with respect to at least one of the 1st track member and the 2nd track member, and the 2nd rolling element is the 3rd track member and Locking to at least one of the fourth track members can be suppressed. Therefore, the life of the touch-down bearing device can be remarkably increased compared to the conventional case.
また、第1軌道部材と第2軌道部材との間と、第3軌道部材と第4軌道部材との間との2つの間の夫々において、相対回転速度を、従来と比較して、半分程度まで低減できるから、タッチダウン軸受装置が、タッチダウンできる軸の回転速度の上限を、格段に大きくすることができる。したがって、従来と比較して、磁気軸受と軸との接触やモータを構成するロータとステータとの接触等の二つの異なる部材の接触の可能性を格段に低くすることができる。 In addition, the relative rotational speed between the first track member and the second track member and between the third track member and the fourth track member is approximately half that of the conventional one. Therefore, the upper limit of the rotational speed of the shaft that can be touched down by the touchdown bearing device can be significantly increased. Therefore, compared with the prior art, the possibility of contact between two different members such as contact between the magnetic bearing and the shaft and contact between the rotor constituting the motor and the stator can be significantly reduced.
また、本発明によれば、第1軌道部材、第2軌道部材および第1転動体のうちの少なくとも一つの部材が焼付いて、第2軌道部材に対して第1軌道部材が正常に回転しなくなったとしても、第3軌道部材、第4軌道部材および第2転動体で、軸をハウジングに対して回転自在に支持することができる。また、逆に、第3軌道部材、第4軌道部材および第2転動体のうちの少なくとも一つの部材が焼付いて、第3軌道部材に対して第4軌道部材が正常に回転しなくなったとしても、第1軌道部材、第2軌道部材および第1転動体で、軸をハウジングに対して回転自在に支持することができる。したがって、従来と比較して、タッチダウン軸受装置に接触する軸が摩耗や損傷することを抑制できる。 Further, according to the present invention, at least one of the first track member, the second track member, and the first rolling element is seized, and the first track member does not normally rotate with respect to the second track member. Even so, the third track member, the fourth track member, and the second rolling element can rotatably support the shaft with respect to the housing. On the other hand, even if at least one member of the third track member, the fourth track member, and the second rolling element is seized and the fourth track member does not rotate normally with respect to the third track member. The shaft can be rotatably supported with respect to the housing by the first track member, the second track member, and the first rolling element. Therefore, it can suppress that the axis | shaft which contacts a touchdown bearing apparatus wears out or damages compared with the past.
また、本発明のタッチダウン軸受装置は、
軸に固定される第1軌道部材と、
上記第1軌道部材に対向する第2軌道部材と
上記第1軌道部材と上記第2軌道部材との間に配置される第1転動体と、
ハウジングに固定される第3軌道部材と、
上記第2軌道部材に間隔をおいて非接触に対向すると共に、上記第3軌道部材に対向する第4軌道部材と
上記第3軌道部材と上記第4軌道部材との間に配置される第2転動体と
を有し、
上記軸と上記ハウジングとの相対位置が変化することで、上記第2軌道部材と上記第4軌道部材とが接触したときに、上記第2軌道部材を上記第4軌道部材で支持することによって、上記軸を上記ハウジングに対して支持することを特徴としている。
Moreover, the touchdown bearing device of the present invention includes:
A first track member fixed to the shaft;
A second race member facing the first race member, a first rolling element disposed between the first race member and the second race member,
A third track member fixed to the housing;
The second raceway member is disposed between the fourth raceway member, the fourth raceway member facing the third raceway member, the fourth raceway member facing the third raceway member, and the second raceway member. Rolling elements,
By changing the relative position between the shaft and the housing, when the second track member and the fourth track member are in contact, the second track member is supported by the fourth track member, The shaft is supported with respect to the housing.
本発明によれば、従来と比較して、寿命を格段に長くすることができる。また、従来と比較して、タッチダウンできる軸の回転速度の上限を、格段に大きくすることができる。 According to the present invention, it is possible to significantly increase the service life as compared with the prior art. Moreover, the upper limit of the rotational speed of the shaft that can be touched down can be significantly increased as compared with the conventional case.
本発明のターボ分子ポンプによれば、従来と比較して、タッチダウン軸受装置の寿命を格段に長くすることができる。また、従来と比較して、タッチダウン軸受装置が、タッチダウンできる軸の回転速度の上限を格段に大きくすることができる。 According to the turbo molecular pump of the present invention, the life of the touch-down bearing device can be significantly increased compared to the conventional one. In addition, compared to the prior art, the upper limit of the rotational speed of the shaft that can be touched down by the touchdown bearing device can be significantly increased.
また、本発明のタッチダウン軸受装置によれば、従来と比較して、寿命を格段に長くすることができる。また、従来と比較して、タッチダウンできる軸の回転速度の上限を、格段に大きくすることができる。 In addition, according to the touchdown bearing device of the present invention, the life can be remarkably increased as compared with the conventional case. Moreover, the upper limit of the rotational speed of the shaft that can be touched down can be significantly increased as compared with the conventional case.
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施形態のターボ分子ポンプの軸方向の断面図である。 FIG. 1 is an axial sectional view of a turbo molecular pump according to a first embodiment of the present invention.
このターボ分子ポンプは、ターボ分子ポンプ本体1と、図示しないコントローラとを備え、図示しない真空機器に連通する。 This turbo molecular pump includes a turbo molecular pump main body 1 and a controller (not shown), and communicates with a vacuum device (not shown).
上記ターボ分子ポンプ本体1は、ハウジング2と、軸としての回転軸3と、回転軸3を駆動するモータ4と、アキシアル位置検出センサ16と、ラジアル位置検出センサ14,15と、アキシアル磁気軸受6と、第1および第2ラジアル磁気軸受7,8と、本発明の第1実施形態の第1のタッチダウン軸受装置10と、第2のタッチダウン軸受装置11とを備える。
The turbo molecular pump body 1 includes a
上記アキシアル位置検出センサ16は、回転軸3のアキシアル位置を検出して、上記コントローラに、回転軸3のアキシアル位置を表す信号を出力するようになっている。また、上記ラジアル位置検出センサ14,15は、回転軸3の軸方向に互いに間隔をおいて配置されている。上記ラジアル位置検出センサ14,15は、回転軸3のラジアル位置を検出して、上記コントローラに、回転軸3のラジアル位置を表す信号を出力するようになっている。上記コントローラは、アキシアル位置検出センサ16から信号に基づいて、アキシアル磁気軸受6に制御信号を出力すると共に、ラジアル位置検出センサ14,15からの信号に基づいて、第1および第2ラジアル磁気軸受7,8に制御信号を出力するようになっている。
The axial
上記モータ4は、ロータ20と、ステータ21とを有する。上記ロータ20は、リング状の2極永久磁石で構成されており、回転軸3の外周面に固定されている。また、上記ステータ21は、図示しない電機子コイルを有している。電機子コイルに適切に電流を流すことにより、ロータ20をステータ21に対して高速回転させて、ロータ20が固定された回転軸3を高速回転させるようになっている。
The
上記アキシアル磁気軸受6は、回転軸3をアキシアル方向に磁気的に非接触支持している。詳しくは、上記アキシアル磁気軸受6は、回転軸3のアキシアル方向の両端面を、アキシアル方向の両側から挟むように配置された1対の電磁石(数は2個)を有している。上記アキシアル磁気軸受6の上記電磁石の磁力は、上記コントローラからの制御信号によって適切に制御されるようになっている。アキシアル磁気軸受6は、毎分数万回転で回転する回転軸3の位置をアキシアル方向に精密に制御して、回転軸3のアキシアル方向のぐらつきを抑制して、回転軸3を、アキシアル方向において所定位置に精密に位置させるようになっている。
The axial
一方、上記第1および第2ラジアル磁気軸受7,8は、回転軸3をラジアル方向に磁気的に非接触支持している。詳しくは、上記第1および第2ラジアル磁気軸受7,8の夫々は、回転軸3をラジアル方向の両側から挟むように配置された互いに直交する2対の電磁石(各ラジアル磁気軸受において、電磁石の数は4個)を有している。上記第1および第2ラジアル磁気軸受7,8の夫々の上記電磁石の磁力は、上記コントローラからの制御信号によって適切に制御されるようになっている。上記第1および第2ラジアル磁気軸受7,8は、毎分数万回転で回転する回転軸3の位置をラジアル方向に精密に制御して、回転軸3のラジアル方向のぐらつきを抑制して、回転軸3を、ラジアル方向において所定位置に精密に位置させるようになっている。
On the other hand, the first and second radial
上記第1のタッチダウン軸受装置10は、第1および第2ラジアル磁気軸受7,8が制御不能になったときに回転軸3をラジアル方向に機械的に支持するようになっている。また、上記第2のタッチダウン軸受装置11は、アキシアル磁気軸受6、または、第1および第2ラジアル磁気軸受7,8が制御不能になったときに、回転軸3をアキシアル方向およびラジアル方向に機械的に支持するようになっている。
The first
上記第1のタッチダウン軸受装置10および第2のタッチダウン軸受装置11は、第1および第2ラジアル磁気軸受7,8が制御不能になったときに、回転軸3を支持することによって、第1および第2ラジアル磁気軸受7,8と回転軸3との接触や、ロータ20とステータ21との接触等を確実に防止するようになっている。
The first
図2は、図1における上記第1のタッチダウン軸受装置10近傍の模式断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the first
上記第1のタッチダウン軸受装置10は、深溝型の第1総玉軸受30と、深溝型の第2総玉軸受50とを有している。上記第1総玉軸受30は、第1軌道部材としての第1内輪31、第2軌道部材としての第1外輪32および第1転動体としての複数の第1の玉33とを有する一方、第2総玉軸受50は、第4軌道部材としての第2内輪51、第3軌道部材としての第2外輪52および第2転動体としての複数の第2の玉53を有している。
The first
上記第1内輪31、第1外輪32、第2内輪51、および、第2外輪52は、例えば、軸受鋼(SUJ2等)、ステンレス鋼(SUS440C等)、または、工具鋼(SKH4等)等の強磁性体材料からなっている。また、上記第1の玉33および第2の玉53は、軸受鋼(SUJ2等)や、工具鋼(SKH4や耐熱性に優れるM50(AISI規格)等の強磁性体材料からなっている。ここで、強磁性体材料とは、磁界内に置くと、磁界と同じ方向に磁化され、磁界を除いても磁気を残す性質を有する材料のことをいう。
The first
第1実施形態のように、第1のタッチダウン軸受装置10の軌道輪および玉として、強磁性体材料製の軌道輪31,32,51,52および玉33,53を使用すれば、第1のタッチダウン軸受装置10に近接配置される第1および第2ラジアル磁気軸受7,8の磁場による磁束を、第1内輪31、第1の玉33、第1外輪32を貫いて貫通させることができる。また、第2ラジアル磁気軸受7,8の磁場による磁束を、第2内輪51、第2の玉53、第2外輪52を貫いて貫通させることができる。
If the race rings 31, 32, 51, 52 and the
したがって、ターボ分子ポンプの運転時かつラジアル磁気軸受7,8の正常駆動時に、内輪31に第1の玉33および第1外輪32を磁力で引きつけておくことができるから、ターボ分子ポンプの運転時かつラジアル磁気軸受7,8の正常駆動時に、第1内輪31に対して第1外輪32が相対回転することがなくて、高速回転する第1内輪31に対して第1外輪32が相対回転したならば発生するだろう(実際には、相対回転しない)大きな騒音(異音)の発生を確実に防止できる。
Accordingly, the
また、同様に、ターボ分子ポンプの運転時かつラジアル磁気軸受7,8の正常駆動時に、ハウジング2に固定されている第2外輪52に第2の玉53および第2内輪51を磁力で引きつけておくことができるから、ターボ分子ポンプの運転時かつラジアル磁気軸受7,8の正常駆動時に、第2外輪52に対して第2内輪51が相対回転することがなくて(回転軸3に第2内輪51がつれ回ることがなくて)、第2外輪52に対して第2内輪51が相対回転したならば発生するだろう(実際には、相対回転しない)騒音(異音)の発生を確実に防止することができる。
Similarly, the
上記第1内輪31は、上記回転軸3の外周円筒面45に外嵌されて固定されている。上記第1外輪32は、第1内輪31の径方向の外方に第1内輪31に径方向に対向するように配置されている。上記複数の第1の玉33は、第1内輪31の軌道溝と、第1外輪32の軌道溝との間に配置されている。
The first
一方、上記第2内輪51は、第1外輪32の径方向の外方に第1外輪32に径方向に対向するように配置されている。また、上記第2外輪52は、ハウジング2の内周円筒面46に内嵌されて固定されている。上記複数の第2の玉53は、第2内輪51の軌道溝と、第2外輪52の軌道溝との間に配置されている。
On the other hand, the second
ラジアル磁気軸受7,8が、回転軸3を正常に磁気制御している際、第2内輪51は、第1外輪32の径方向の外方に位置し、かつ、第1外輪32に間隔をおいて径方向に非接触に対向するようになっている。
When the radial
上記構成のターボ分子ポンプにおいて、電源異常や停電等により電源側からの電力の供給が停止されて電源電圧が低下すると、上記モータ4が、発電機として電圧を出力するようになっている。具体的には、上記モータ4は、電源電圧が低下すると、位置検出センサ14,15,16、各磁気軸受6,7,8の磁気軸受駆動回路(図示せず)およびモータドライバ(図示せず)に、回生電力を供給するようになっている。上記モータ4から供給される回生電力が磁気軸受6,7,8を駆動できる間、磁気軸受6,7,8は、上記回生電力によって磁気浮上制御されるようになっている。
In the turbo molecular pump having the above configuration, when the supply of power from the power supply side is stopped due to a power supply abnormality or a power failure, and the power supply voltage decreases, the
上記モータ4の回転速度が下がり、モータ4からの回生電力がラジアル磁気軸受7,8の駆動に必要な電力よりも低下すると、ラジアル磁気軸受7,8の磁気浮上制御が停止するようになっている。上記ラジアル磁気軸受7,8の磁気浮上制御が停止すると、第1のタッチダウン軸受装置10が、ラジアル磁気軸受7,8の替わりに回転軸3をラジアル方向に機械的に支持すると共に、第2のタッチダウン軸受装置11が、ラジアル磁気軸受7,8の替わりに回転軸3をラジアル方向に機械的に支持するようになっている。第2のタッチダウン軸受装置11は、磁気軸受6の磁気浮上制御が停止すると、回転軸3をアキシアル方向に機械的に支持する役割も担っている。
When the rotational speed of the
詳細には、第1のタッチダウン軸受装置10は、次のように動作するようになっている。上記磁気軸受7,8の磁気浮上制御が停止すると、第1外輪32の外周面が第2内輪51の内周面に接触する。そして、上記第1外輪32の外周面が第2内輪51の内周面に接触した瞬間、すなわち、第1のタッチダウン軸受装置10がタッチダウンした瞬間、摩擦によって、第1外輪32および第2内輪51の回転速度は、摩擦によって、タッチダウン時の回転軸の回転軸3の回転速度の略半分の回転速度まで急加速する。
Specifically, the first
すなわち、第1内輪31は、回転軸3に固定されている一方、第2外輪52は、静止部材であるハウジング2に固定されているから、第1のタッチダウン軸受装置10がタッチダウンした瞬間、第1外輪32に対する第1内輪31の回転速度および第2外輪52に対する第2内輪51の回転速度の両方は、タッチダウン時の回転軸の回転軸3の回転速度の略半分の回転速度になる。このように、第1のタッチダウン軸受装置10においては、第1総玉軸受30および第2総玉軸受50の夫々において、タッチダウン時に、瞬時に発生する外輪32,52に対する内輪31,51の相対回転速度を大幅に抑制することができる。
That is, since the first
上記第1実施形態のターボ分子ポンプによれば、第1のタッチダウン軸受装置10の第1外輪32が、第2内輪51に接触することによって、回転軸3からの荷重を、第1内輪31、第1の玉33、第1外輪32、第2内輪51、第2の玉53、第1外輪52を介してハウジング2で受けることができて、タッチダウン時において瞬時に生成される、第1外輪32に対する第1内輪31の回転速度と、第2外輪52に対する第2内輪51の回転速度とを、ともに、従来と比較して、タッチダウン時の回転軸3の回転速度の半分程度の回転速度まで急激に低減することができる。
According to the turbo molecular pump of the first embodiment, when the first
したがって、タッチダウン時において、第1の玉33が、第1外輪32および第1内輪31のうちの少なくとも一方に対してロックすることを抑制でき、また、第2の玉53が、第2外輪52および第2内輪51のうちの少なくとも一方に対してロックすることを抑制できる。したがって、従来と比較して、第1のタッチダウン軸受装置10の寿命を格段に長くすることができる。
Therefore, at the time of touchdown, the
また、第1内輪31と第1外輪32との間と、第2内輪51と第2外輪52との間との2つの間の夫々において、従来と比較して、外輪32,52に対する内輪31,51の相対回転速度が半分程度に格段に小さくなるから、第1総玉軸受30および第2総玉軸受50の焼付きをともに大きく抑制できて、第1のタッチダウン軸受装置10が、タッチダウンできる回転軸3の回転速度の上限を、格段に大きくすることができる。
In addition, the
また、上記第1実施形態のターボ分子ポンプによれば、第1外輪32、第1内輪31および第1の玉33のうちの少なくとも一つの部材が焼付いて、第1外輪32に対して第1内輪31が正常に回転しなくなったとしても、第2内輪51、第2外輪52および第2の玉53で、回転軸3を回転自在にハウジング2に対して支持することができる。また、逆に、第2外輪52、第2内輪51および第2の玉53のうちの少なくとも一つの部材が焼付いて、第2外輪52に対して第2内輪51が正常に回転しなくなったとしても、第1内輪31、第1外輪32および第1の玉33で、回転軸3を回転自在にハウジング2に対して支持することができる。
Further, according to the turbo molecular pump of the first embodiment, at least one member of the first
したがって、従来の構成、すなわち、タッチダウン軸受を、一つの内外輪と、その内外輪の間に配置された転動体とで構成する場合と比較して、ラジアル磁気軸受7,8と回転軸3との接触や、モータ4を構成するロータ20とステータ21との接触等の可能性を格段に低くすることができる。
Therefore, the radial
また、上記第1実施形態の第1のタッチダウン軸受装置10によれば、第1外輪32に対する第1内輪31の回転速度と、第2外輪52に対する第2内輪51の回転速度とを、内外輪および玉からなる従来のタッチダウン軸受における、外輪に対する内輪の回転速度の半分程度まで低減できる。
Further, according to the first
また、回転軸3の振れに基づいて回転軸3が第1のタッチダウン軸受装置10に片あたりする際に発生する回転軸3からのアキシアル荷重において、第1外輪32、第1内輪31および第1の玉33で負荷する分担分、および、第2外輪52、第1内輪51および第2の玉53で負荷する分担分の両方が、転がり軸受が一段に配置された従来のタッチダウン軸受と比較して、半分程度の小さい値になる。
Further, in the axial load from the
したがって、従来のタッチダウン軸受における内外輪または玉に焼付きが発生する可能性と比較して、軌道輪31,32,51,52または玉33,53に焼付きが発生する可能性を、半分程度まで急激に低くすることができて、第1のタッチダウン軸受装置10の寿命を格段に小さくすることができる。また、従来のタッチダウン軸受と比較して、タッチダウンできる回転軸3の回転速度の上限を格段に大きくすることができる。
Therefore, compared with the possibility that seizure occurs in the inner and outer rings or balls in the conventional touchdown bearing, the possibility that seizure occurs in the race rings 31, 32, 51, 52 or the
尚、上記第1実施形態の第1のタッチダウン軸受装置10は、回転軸3に固定された深溝型の第1総玉軸受30と、ハウジング2に固定された深溝型の第2総玉軸受50とを有していた。しかしながら、この発明では、タッチダウン軸受装置が有する二つの転がり軸受のうちの少なくとも一方は、深溝型の玉軸受でなくて、アンギュラ型の玉軸受であっても良く、この場合、大きなアキシアル荷重を負荷することができて好ましい。
The first
また、上記第1実施形態の第1のタッチダウン軸受装置10では、二つの転がり軸受が共に保持器を有さない総玉軸受30,50であったが、この発明では、タッチダウン軸受装置が有する二つの転がり軸受のうちの少なくとも一方は、保持器を有さない総玉軸受でなくて、保持器を有する玉軸受であっても良い。また、タッチダウン軸受装置が有する二つの転がり軸受のうちの少なくとも一方は、玉軸受でなくて、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受等の玉軸受以外の転がり軸受であっても良い。
In the first
また、上記第1実施形態の第1のタッチダウン軸受装置10では、強磁性体材料からなる第1の玉33および第2の53を使用したが、この発明では、第1の玉および第2の玉の内の少なくとも一方として、窒化ケイ素(Si3N4)等のセラミックス製の非磁性体材料からなる玉を使用しても良い。セラミックス製の玉を使用した場合、玉の耐久性を向上させることができる。また、この発明では、内外輪および玉の材料が全てステンレス鋼であっても良く、この場合、玉軸受のコストを格段に低減することができる。
In the first
図3は、図1における上記第2のタッチダウン軸受装置11近傍の模式断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the second
上記第2のタッチダウン軸受装置11が上記第1のタッチダウン軸受装置10と異なる点は、上記第1のタッチダウン軸受装置10が主にラジアル方向の支持のみを受けるのに対して、上記第2のタッチダウン軸受装置11がラジアル方向とアキシアル方向の支持を受ける構造としたことである。このため、第2のタッチダウン軸受装置11の総玉軸受の材料は、第1のタッチダウン軸受装置10に用いられるものと同様のものから選ばれ、作用は第1のタッチダウン軸受と同様であるが、アキシアル方向の支持を受ける構造で以下のように異なる。
The second
上記第2のタッチダウン軸受装置11は、軸方向一方側(図3では上側)かつ径方向内側のアンギュラ型の第3総玉軸受60と軸方向他方側(図3では下側)かつ径方向内側のアンギュラ型の第4総玉軸受70と、軸方向一方側かつ径方向外側のアンギュラ型の第5総玉軸受80と軸方向他方側かつ径方向外側のアンギュラ型の第6総玉軸受90とを有している。上記第3総玉軸受60は第3内輪61、第3外輪62および複数の第3の玉63とを有し、上記第4総玉軸受70は第4内輪71、第4外輪72および複数の第4の玉73とを有している。また、上記第5総玉軸受80は第5内輪81、第5外輪82および複数の第5の玉83とを有し、上記第6総玉軸受90は第6内輪91、第6外輪92および複数の第6の玉93とを有している。
The second
上記複数の第3の玉63は、第3内輪61の軌道溝と、第3外輪62の軌道溝との間に、配置されている。上記複数の第4の玉73は、第4内輪71の軌道溝と、第4外輪72の軌道溝との間に、配置されている。上記複数の第5の玉83は、第5内輪81の軌道溝と、第5外輪82の軌道溝との間に、配置されている。上記複数の第6の玉93は、第6内輪91の軌道溝と、第6外輪92の軌道溝との間に、配置されている。
The plurality of third balls 63 are arranged between the raceway groove of the third
上記第3内輪61と上記第4内輪71とは軸方向に並べられて回転軸の外周円筒面47に外嵌されて固定されている。このことにより第3総玉軸受60と第4総玉軸受70とは軸方向に並列に配設される。上記第5外輪82と上記第6外輪92とは軸方向に並べられてハウジング2の内周円筒面48に内嵌されて固定されている。このことにより第5総玉軸受80と第6総玉軸受90とは軸方向に並列に配設される。さらに第5総玉軸受80の第5内輪81と第6総玉軸受90の第6内輪91とは接触部材40に固定されている。
The third
つまり、第2のタッチダウン軸受装置11は、第1軌道部材としての第3内輪61および第4内輪71、第2軌道部材としての第3外輪62および第4外輪72、第1転動体としての複数の第3の玉63および複数の第4の玉73、第4の軌道部材としての第5内輪81および第6内輪91および接触部材40、第3の軌道部材としての第5外輪82および第6外輪92とを有する。
That is, the second
接触部材40は、円筒部41と上記円筒部41の軸方向一方側で拡径する拡径部42と上記円筒部41の軸方向他方側で縮径する縮径部43とを有する。拡径部42は第5内輪81の軸方向一方側の端面に当接し、円筒部41の外周面は第5内輪81の内周面と第6内輪91の内周面とに当接している。
The contact member 40 includes a
ラジアル磁気軸受7,8およびアキシアル磁気軸受6が回転軸3を正常に磁気制御している際、接触部材40は、第3外輪62および第4外輪72の径方向の外方に位置し、かつ、第3外輪62および第4外輪72に間隔をおいて径方向および軸方向に非接触に対向するようになっている。
When the radial
ラジアル磁気軸受7,8の磁気浮上制御およびアキシアル磁気軸受6の磁気浮上制御の少なくとも何れかが停止すると、第3外輪62の外周面と上記円筒部41の内周面、第4外輪72の外周面と上記円筒部41の内周面、および、第4外輪72の軸方向他方側の端面と上記縮径部43の少なくとも何れかが接触し、回転軸3をハウジング2に対してラジアル方向およびアキシアル方向の少なくとも何れかに機械的に支持することができる。
When at least one of the magnetic levitation control of the radial
上記第1実施形態のターボ分子ポンプによれば、第2のタッチダウン軸受装置11は第1のタッチダウン軸受装置10と同様に、第3総玉軸受60、第4総玉軸受70、第5総玉軸受80および第6総玉軸受90のそれぞれにおいてタッチダウン時に、瞬時に発生する外輪62,72,82,92に対する内輪61,71,81,91の相対回転速度を大幅に抑制することができ、タッチダウン時の回転軸3の回転速度の半分程度の回転速度まで急激に低減することができる。このことにより、第2のタッチダウン軸受装置11の寿命を格段に長くすることができる。
According to the turbo molecular pump of the first embodiment, the second
また、タッチダウン時の回転軸3の回転速度の半分程度の回転速度まで急激に低減することができるため、第2のタッチダウン軸受装置11が、タッチダウンできる回転軸3の回転速度の上限を、格段に大きくすることができる。
In addition, since the rotational speed can be rapidly reduced to about half the rotational speed of the
また、上記第1実施形態のターボ分子ポンプによれば、第3外輪62、第3内輪61および第3の玉63ならびに第4外輪72、第4内輪71および第4の玉73のうちの少なくとも一つの部材が焼付いて、第3外輪62に対して第3内輪61および第4外輪72に対して第4内輪71の少なくとも何れかが正常に回転しなくなったとしても、第5内輪81、第5外輪82および第5の玉83ならびに第6内輪91、第6外輪92および第6の玉93で回転軸3を回転自在にハウジング2に対して支持することができる。また、逆に、第5外輪82、第5内輪81および第5の玉83ならびに第6外輪92、第6内輪91および第6の玉93のうちの少なくとも一つの部材が焼付いて、第5外輪82に対して第5内輪81および第6外輪92に対して第6内輪91の少なくとも何れかが正常に回転しなくなったとしても、第3内輪61、第3外輪62および第3の玉63ならびに第4内輪71、第5外輪72および第5の玉73で回転軸3を回転自在にハウジング2に対して支持することができる。
In addition, according to the turbo molecular pump of the first embodiment, at least one of the third
上記第1実施形態の第2のタッチダウン軸受装置11によれば、第1のタッチダウン軸受装置10と同様に、第3総玉軸受60、第4総玉軸受70、第5総玉軸受80および第6総玉軸受90のそれぞれにおいてタッチダウン時に、瞬時に発生する外輪62,72,82,92に対する内輪61,71,81,91の相対回転速度を大幅に抑制することができ、タッチダウン時の回転軸3の回転速度の半分程度の回転速度まで急激に低減することができる。このことにより、第2のタッチダウン軸受装置11の寿命を格段に長くすることができる。
According to the second
また、タッチダウン時の回転軸3の回転速度の半分程度の回転速度まで急激に低減することができるため、第2のタッチダウン軸受装置11が、タッチダウンできる回転軸3の回転速度の上限を、格段に大きくすることができる。
In addition, since the rotational speed can be rapidly reduced to about half the rotational speed of the
また、上記第1実施形態の第2のタッチダウン軸受装置11では、二つの転がり軸受が共に保持器を有さない総玉軸受60,70,80,90であったが、この発明では、タッチダウン軸受装置が有する二つの転がり軸受のうちの少なくとも一方は、保持器を有さない総玉軸受でなくて、保持器を有する玉軸受であっても良い。また、タッチダウン軸受装置が有する四つの転がり軸受のうちの少なくともいずれかは、玉軸受でなくて、円筒ころ軸受や円錐ころ軸受等の玉軸受以外の転がり軸受であっても良い。
Further, in the second
また、上記第1実施形態の第2のタッチダウン軸受装置11では、強磁性体材料からなる玉63,玉73,玉83および玉93を使用したが、この発明では、第3の玉、第4の玉、第5の玉および第6の玉の内の少なくとも一つとして、窒化ケイ素(Si3N4)等のセラミックス製の非磁性体材料からなる玉を使用しても良い。セラミックス製の玉を使用した場合、玉の耐久性を向上させることができる。また、この発明では、内外輪および玉の材料が全てステンレス鋼であっても良く、この場合、玉軸受のコストを格段に低減することができる。
Further, in the second
図4は、本発明の第2実施形態のターボ分子ポンプの部分模式断面図である。 FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view of a turbo molecular pump according to a second embodiment of the present invention.
第2実施形態のターボ分子ポンプでは、第1実施形態のターボ分子ポンプと共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第1実施形態のターボ分子ポンプと異なる構成および作用効果についてのみ説明を行うことにする。 In the turbo molecular pump of the second embodiment, the description of the operation and effect common to the turbo molecular pump of the first embodiment will be omitted, and the configuration and operation different from the turbo molecular pump of the first embodiment will be omitted. I will only explain.
このターボ分子ポンプは、ハウジング102と、回転軸103と、本発明の第2実施形態のタッチダウン軸受装置110とを備える。
The turbo molecular pump includes a
上記回転軸103は、一方の先端部に筒状部113を有している。また、ハウジング102は、筒状部の113の内部に、筒状部113の軸方向に延在する円柱部112を有している。上記タッチダウン軸受装置110は、筒状部113と、円柱部112との間に配置されている。
The
上記タッチダウン軸受装置110は、第1軌道輪としての第1外輪131、第2軌道輪としての第1内輪132、第1転動体としての複数の第1の玉133、第3軌道輪としての第2内輪151、第4軌道輪としての第2外輪152、および、第2転動体としての複数の第2の玉153を有する。
The
上記第1外輪131は、回転軸103の筒状部113の内周円筒面170に内嵌されて固定されており、第1内輪132は、第1外輪131の径方向の内方に、第1外輪131に径方向に対向するように配置されている。上記複数の第1の玉133は、第1外輪131の軌道溝と第1内輪132の軌道溝との間に周方向に互いに間隔をおいて配置されている。
The first
上記第2内輪151は、ハウジング102の円柱部112の外周円筒面180に外嵌されて固定されている。上記第2外輪152は、第2内輪151の径方向の外方に、第2内輪151に径方向に対向するように配置されている。上記複数の第2の玉153は、第2内輪151の軌道溝と第2外輪152の軌道溝との間に周方向に互いに間隔をおいて配置されている。
The second
上記第2実施形態のターボ分子ポンプによれば、タッチダウン軸受装置110が、回転軸103の外周面190よりも径方向の内方に位置しているから、ターボ分子ポンプを小型化することができる。
According to the turbo molecular pump of the second embodiment, since the
尚、上記第1および第2実施形態では、本発明のタッチダウン軸受装置10,110を、ターボ分子ポンプに搭載した。しかしながら、本発明のタッチダウン軸受装置を、ターボ分子ポンプではなくて、単なる真空ポンプに搭載しても良いことは、言うまでもない。
In the first and second embodiments, the
1 ターボ分子ポンプ本体
2,102 ハウジング
3,103 回転軸
4 モータ
6 アキシアル磁気軸受
7 第1ラジアル磁気軸受
8 第2ラジアル磁気軸受
10 第1のタッチダウン軸受装置
11 第2のタッチダウン軸受装置
30 第1総玉軸受
31,132 第1内輪
32,131 第1外輪
33,133 第1の玉
50 第2総玉軸受
51,151 第2内輪
52,152 第2外輪
53,153 第2の玉
70 内周円筒面
80 外周円筒面
110 タッチダウン軸受装置
170 内周円筒面
180 外周円筒面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbo molecular pump main body 2,102 Housing 3,103
Claims (2)
上記軸に径方向に間隔をおいて対向するハウジングと、
上記軸を上記ハウジングに対して磁気的に非接触支持する磁気軸受と、
上記ハウジングと、上記軸との間に配置されると共に、上記磁気軸受が正常に動作していないときに、上記軸を機械的に支持するタッチダウン軸受装置と、
上記ハウジングに対して上記軸を相対回転駆動するモータと
を備え、
上記タッチダウン軸受装置は、
上記軸に固定された第1軌道部材と、
上記第1軌道部材に対向する第2軌道部材と
上記第1軌道部材と上記第2軌道部材との間に配置された第1転動体と、
上記ハウジングに固定された第3軌道部材と、
上記第3軌道部材に対向する第4軌道部材と
上記第3軌道部材と上記第4軌道部材との間に配置された第2転動体と
を有し、
上記磁気軸受が正常に動作しているときには、上記第2軌道部材と上記第4軌道部材とが非接触な状態である一方、上記磁気軸受が正常に動作していないときには、上記第2軌道部材を上記第4軌道部材で支持することによって、上記軸を上記ハウジングに対して支持するようになっていることを特徴とするターボ分子ポンプ。 The axis,
A housing facing the shaft at a radial interval,
A magnetic bearing for supporting the shaft magnetically in a non-contact manner with respect to the housing;
A touchdown bearing device disposed between the housing and the shaft and mechanically supporting the shaft when the magnetic bearing is not operating normally;
A motor for rotating the shaft relative to the housing;
The touchdown bearing device is
A first track member fixed to the shaft;
A second race member facing the first race member, a first rolling element disposed between the first race member and the second race member,
A third track member fixed to the housing;
A fourth track member facing the third track member; a second rolling element disposed between the third track member and the fourth track member;
When the magnetic bearing is operating normally, the second track member and the fourth track member are not in contact with each other, whereas when the magnetic bearing is not operating normally, the second track member is A turbo molecular pump characterized in that the shaft is supported with respect to the housing by supporting the shaft with the fourth track member.
上記第1軌道部材に対向する第2軌道部材と
上記第1軌道部材と上記第2軌道部材との間に配置される第1転動体と、
ハウジングに固定される第3軌道部材と、
上記第2軌道部材に間隔をおいて非接触に対向すると共に、上記第3軌道部材に対向する第4軌道部材と
上記第3軌道部材と上記第4軌道部材との間に配置される第2転動体と
を有し、
上記軸と上記ハウジングとの相対位置が変化することで、上記第2軌道部材と上記第4軌道部材とが接触したときに、上記第2軌道部材を上記第4軌道部材で支持することによって、上記軸を上記ハウジングに対して支持することを特徴とするタッチダウン軸受装置。 A first track member fixed to the shaft;
A second race member facing the first race member, a first rolling element disposed between the first race member and the second race member,
A third track member fixed to the housing;
The second raceway member is disposed between the fourth raceway member, the fourth raceway member facing the third raceway member, the fourth raceway member facing the third raceway member, and the second raceway member. Rolling elements,
By changing the relative position between the shaft and the housing, when the second track member and the fourth track member are in contact, the second track member is supported by the fourth track member, A touch-down bearing device, wherein the shaft is supported with respect to the housing.
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
JP2007047204A JP2008208942A (en) | 2007-02-27 | 2007-02-27 | Turbo-molecular pump and touchdown bearing device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110916557A (en) * | 2019-12-23 | 2020-03-27 | 刘慕华 | Dust collector |
-
2007
- 2007-02-27 JP JP2007047204A patent/JP2008208942A/en not_active Withdrawn
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