JP2010537121A - Turbo molecular pump - Google Patents

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Abstract

【解決手段】本発明は、少なくとも１つの転がり軸受(16)によりハウジング(12)に取り付けられたロータ(18)を有するターボ分子ポンプ(10)に関する。転がり軸受(16)は非回転軸受環(20)及び回転軸受環(22)を有する。非回転軸受環(20)は、弾性振動リング(14)によりハウジング(12)に取り付けられている。振動リング(14)は、ばね剛性が全周に亘って不均一なように異方性形状となしてある。The invention relates to a turbomolecular pump (10) having a rotor (18) attached to a housing (12) by at least one rolling bearing (16). The rolling bearing (16) has a non-rotating bearing ring (20) and a rotating bearing ring (22). The non-rotating bearing ring (20) is attached to the housing (12) by an elastic vibration ring (14). The vibrating ring (14) has an anisotropic shape so that the spring rigidity is not uniform over the entire circumference.

Description

本発明は、少なくとも１つの転がり軸受によりハウジングに取り付けられているロータと、弾性振動リングによりハウジングに支持されている前記転がり軸受とを備えたターボ分子ポンプに関する。   The present invention relates to a turbomolecular pump comprising a rotor attached to a housing by at least one rolling bearing and the rolling bearing supported by the housing by an elastic vibration ring.

ターボ分子ポンプは、10,000rpm を超える高い回転速度で作動される。ターボ分子ポンプの駆動装置における振動、特に軸受における振動により熱が発生し、その結果、ターボ分子ポンプが一定の回転速度で常時作動する間、及び回転速度が減少又は増加する間の両方で、温度の突然且つ急速な上昇が発生することがある。このような温度の上昇は、関連した構成部品の機械的応力を引き起こし、ひいては一又は複数の転がり軸受の動作寿命を著しく縮める。   Turbomolecular pumps are operated at high rotational speeds exceeding 10,000 rpm. Heat is generated by vibrations in the drive of the turbomolecular pump, in particular in the bearings, so that the temperature is increased both while the turbomolecular pump is always operating at a constant rotational speed and while the rotational speed is decreasing or increasing. Sudden and rapid rises may occur. Such an increase in temperature causes mechanical stresses in the associated components and thus significantly shortens the operating life of one or more rolling bearings.

ターボ分子ポンプでは、ハウジングに対し限られた狭い空間内で、転がり軸受を弾性支持するための振動リング内に転がり軸受を支持することが一般的である。従って、ロータの二次剛体共振周波数以上でターボ分子ポンプを作動することが可能になり、更に、公称回転速度での作動の間だけでなく限界回転速度で作動しているときも軸受力を低く維持することが可能になる。   In the turbo molecular pump, it is general to support the rolling bearing in a vibration ring for elastically supporting the rolling bearing in a narrow space limited to the housing. Therefore, it is possible to operate the turbo molecular pump above the secondary rigid resonance frequency of the rotor, and to lower the bearing force not only during operation at the nominal rotational speed but also when operating at the critical rotational speed. It becomes possible to maintain.

欧州特許出願公開第１６１９４００号明細書European Patent Application No. 1619400

振動リングとして、断面が円形であるリング、断面が矩形であるリング又は他の幾何学的な断面のリングが用いられる。一般的に、公知の振動リングは、緩衝特性及び減衰特性に関してその全周に亘って均一な性質を有する。このため、転がり軸受の非回転軸受環が振動体として機能し、軸受の剛性及び振動リングの剛性がばねとして機能する振動システムを設計することが可能になる。従って、非回転軸受環が、図らずも回転軸受環及びハウジングから独立して動作することになり、その結果、著しい量の熱エネルギーが生成される。   As the vibrating ring, a ring having a circular cross section, a ring having a rectangular cross section, or a ring having another geometric cross section is used. In general, known vibration rings have uniform properties over their entire circumference with respect to damping and damping characteristics. For this reason, it is possible to design a vibration system in which the non-rotating bearing ring of the rolling bearing functions as a vibrating body, and the rigidity of the bearing and the rigidity of the vibrating ring function as a spring. Accordingly, the non-rotating bearing ring may operate independently of the rotating bearing ring and the housing, as a result, and as a result, a significant amount of thermal energy is generated.

上記を考慮して、本発明は、振動挙動が改善されたターボ分子ポンプを提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a turbo molecular pump with improved vibration behavior.

本発明によれば、上記の目的は請求項１に定義された特徴によって達成される。   According to the invention, the above object is achieved by the features defined in claim 1.

本発明のターボ分子ポンプは振動リングを備えており、振動リングは、ばね剛性を周方向に均一に有さないように周方向に異方性となしてある。従って、振動リングは、事実上周方向に均一な弾性効果及び減衰効果を有せず、その代わりに、周方向に不均一な弾性効果及び減衰効果を有する。   The turbo molecular pump of the present invention includes a vibration ring, and the vibration ring is anisotropic in the circumferential direction so as not to have a spring rigidity uniformly in the circumferential direction. Therefore, the vibrating ring has virtually no uniform elastic and damping effect in the circumferential direction, but instead has a non-uniform elastic and damping effect in the circumferential direction.

振動リングの前記周方向の不均一性によって、非回転軸受環の振動又は不規則な動作の増加が回避される。従って今度は、軸受の構成部品、特に非回転軸受環及び回転軸受環の熱によって引き起こされる応力が著しく低減されるように、熱発生の著しい減少が達成される。   The circumferential non-uniformity of the vibration ring avoids an increase in vibration or irregular movement of the non-rotating bearing ring. In turn, a significant reduction in heat generation is thus achieved so that the stress caused by the heat of the bearing components, in particular the non-rotating bearing rings and the rotating bearing rings, is significantly reduced.

異方性振動リング及び該振動リングの異方性が、技術的に様々な方法で実現され得る。   Anisotropic vibrating rings and anisotropy of the vibrating rings can be realized in various technical ways.

好ましくは、振動リングが一体的に形成されており、振動リングの外形が周方向に異方性となしてあり、つまり、外形は常に一定又は規則的ではなく、不規則である。振動リングは、例えば、周方向に不規則に配置された放射状の複数の支持部を含むことが可能である。この構成では、支持部から一側で隣り合う支持部までの距離が、他側で隣り合う支持部までの距離と異なる。支持部は、非回転軸受環がハウジングに対して直接固定されて支持されている振動リング上の位置としてここで理解されるべきである。言うまでもなく、支持部の周方向の長さを変えることも可能であり、これは、支持部間の非支持領域の相互距離にも当てはまる。   Preferably, the vibration ring is integrally formed, and the outer shape of the vibration ring is anisotropic in the circumferential direction, that is, the outer shape is not always constant or regular but irregular. The vibration ring can include, for example, a plurality of radial support portions that are irregularly arranged in the circumferential direction. In this configuration, the distance from the support part to the support part adjacent on one side is different from the distance to the support part adjacent on the other side. The support is to be understood here as the position on the vibrating ring where the non-rotating bearing ring is supported fixedly to the housing. Needless to say, it is also possible to change the circumferential length of the support part, and this also applies to the mutual distance of the non-support areas between the support parts.

振動リングは、好ましくはエラストマから構成された弾性体によって形成されていることが好ましく、前記弾性体は、ハウジング側で連設されており、軸受側で支持部を互いに分離する軸方向溝によって分断されている。少なくとも３個の支持部が設けられているが、支持部の数は少なくとも５個であることが好ましい。   The vibration ring is preferably formed by an elastic body preferably made of an elastomer, and the elastic body is connected to the housing side, and is separated by an axial groove that separates the support portions from each other on the bearing side. Has been. Although at least three support portions are provided, the number of support portions is preferably at least five.

代わりに又は加えて、振動リングは、周方向で異なる振動特性及び減衰特性を有するように異なる材料から形成され得る。このような振動リングは、その全周に亘って同一の断面を有することが可能であるが、周方向で異なる振動特性及び減衰特性を有する異なる材料により、振動リングはこれらの特性に関して不均一且つ異方性な構成を有する。   Alternatively or additionally, the vibrating ring may be formed from different materials to have different vibration and damping characteristics in the circumferential direction. Such a vibrating ring can have the same cross-section over its entire circumference, but due to different materials having different vibration and damping characteristics in the circumferential direction, the vibrating ring is non-uniform with respect to these characteristics and It has an anisotropic configuration.

更なる他の実施形態によれば、振動リングは更に、例えば、均一なばね線から形成されて、様々なピッチに応じて部分的に異なる振動特性及び減衰特性を有する螺旋状コイルから構成され得る。   According to yet another embodiment, the oscillating ring can further comprise, for example, a helical coil formed from a uniform spring wire and having partially different oscillating and damping characteristics according to various pitches. .

転がり軸受によりハウジングに支持されたロータを備えたターボ分子ポンプを示す断面略図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a turbo molecular pump provided with a rotor supported by a housing by a rolling bearing.

本発明の実施形態を、添付図面を参照して以下に更に詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings.

図１には、10,000rpm を遥かに超える公称回転速度で作動すべく設計されたターボ分子ポンプ10が示されている。   FIG. 1 shows a turbomolecular pump 10 designed to operate at nominal rotational speeds well above 10,000 rpm.

前記ターボ分子ポンプ10は、転がり軸受16を含むハウジング12を備えており、前記転がり軸受16は、振動リング14によってハウジング12に保持されており、言い換えるとロータ18を支持している。転がり軸受16は、外側の非回転軸受環20、内側の回転軸受環22、ローラ体24及びローラ体保持器26を含む。   The turbo-molecular pump 10 includes a housing 12 including a rolling bearing 16, and the rolling bearing 16 is held by the housing 12 by a vibration ring 14, in other words, supports a rotor 18. The rolling bearing 16 includes an outer non-rotating bearing ring 20, an inner rotating bearing ring 22, a roller body 24, and a roller body holder 26.

前記振動リング14は１個のエラストマから形成されており、周方向に異方性形状となしてある。振動リング14は、ハウジング側で周方向に連設されている合成樹脂体15から構成されている。振動リング14は、周方向に不規則に配置されて、放射状に内部に面する支持パッドとして形成された８個の支持部30を含む。該支持部30、すなわち支持パッド30は、断面が円形である軸方向溝32によって互いに分離されている。前記軸方向溝32は全て同一の幅、同一の深さ及び同一の形状を有しているが、互いに異なるように設計されることも可能であり、特に、異なる溝幅、異なる溝の深さ及び異なる溝の断面を有することも可能である。   The vibration ring 14 is formed of one elastomer and has an anisotropic shape in the circumferential direction. The vibration ring 14 is composed of a synthetic resin body 15 provided in a circumferential direction on the housing side. The vibration ring 14 includes eight support portions 30 that are irregularly arranged in the circumferential direction and are formed as support pads facing radially inside. The support portion 30, that is, the support pad 30, is separated from each other by an axial groove 32 having a circular cross section. The axial grooves 32 all have the same width, the same depth, and the same shape, but may be designed to be different from each other, in particular, different groove widths, different groove depths. It is also possible to have different groove cross sections.

軸方向溝32の溝幅n は全ての軸方向溝32で同一であってもよいが、同一である必要もない。溝幅と対照的に、支持部の幅s は周方向で変わる。いかなる場合も、支持部30から一側で隣り合う支持部までの距離a1は、他側で隣り合う支持部までの距離a2と異なる。これらの距離は、支持部すなわち支持パッド30の周方向の中心を夫々参照している。 The groove width n of the axial grooves 32 may be the same for all the axial grooves 32, but need not be the same. In contrast to the groove width, the support width s varies in the circumferential direction. In any case, the distance a 1 from the support part 30 to the support part adjacent on one side is different from the distance a 2 to the support part adjacent on the other side. These distances refer to the support portion, that is, the center in the circumferential direction of the support pad 30, respectively.

Claims (7)

転がり軸受(16)によりハウジング(12)に支持されたロータ(18)を備えており、前記転がり軸受(16)は非回転軸受環(20)及び回転軸受環(22)を含み、前記非回転軸受環(20)は弾性振動リング(14)により前記ハウジング(12)に支持されているターボ分子ポンプにおいて、
前記振動リング(14)は、ばね剛性が全周に亘って不均一なように異方性形状となしてあることを特徴とするターボ分子ポンプ。 A rotor (18) supported by a housing (12) by a rolling bearing (16), the rolling bearing (16) includes a non-rotating bearing ring (20) and a rotating bearing ring (22), the non-rotating The bearing ring (20) is a turbo molecular pump supported on the housing (12) by an elastic vibration ring (14).
The turbo molecular pump according to claim 1, wherein the vibration ring (14) has an anisotropic shape so that the spring rigidity is not uniform over the entire circumference. 前記振動リング(14)は一体型であり、前記振動リングの形状が周方向に異方性となしてあることを特徴とする請求項１に記載のターボ分子ポンプ(10)。   The turbo-molecular pump (10) according to claim 1, wherein the vibration ring (14) is an integral type, and the shape of the vibration ring is anisotropic in a circumferential direction. 前記振動リング(14)は、周方向に不均一に配置された複数の支持部(30)を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ分子ポンプ(10)。   The turbo-molecular pump (10) according to claim 1 or 2, wherein the vibration ring (14) includes a plurality of support portions (30) arranged unevenly in a circumferential direction. 前記支持部(30)から一側で隣り合う支持部までの距離(a1)は、他側で隣り合う支持部(30)までの距離(a2)と異なることを特徴とする請求項３に記載のターボ分子ポンプ(10)。 The distance (a 1 ) from the support part (30) to the support part adjacent on one side is different from the distance (a 2 ) to the support part (30) adjacent on the other side. The turbomolecular pump according to (10). 前記振動リング(14)は一体の弾性体によって形成されており、該弾性体は、ハウジング側で連設されており、軸受側で前記支持部(30)を互いに分離する軸方向溝(32)によって分断されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のターボ分子ポンプ(10)。   The vibration ring (14) is formed by an integral elastic body, and the elastic body is continuously provided on the housing side, and the axial groove (32) separating the support portions (30) from each other on the bearing side. The turbo-molecular pump (10) according to any one of claims 1 to 4, wherein the turbo-molecular pump (10) is divided by the following. 前記振動リングは、周方向で異なる材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボ分子ポンプ(10)。   The turbo-molecular pump (10) according to claim 1, wherein the vibration ring is made of a material different in a circumferential direction. 前記振動リングは、均一なばね線から形成された螺旋状コイルから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボ分子ポンプ(10)。   The turbo-molecular pump (10) according to claim 1, wherein the vibration ring is constituted by a helical coil formed of a uniform spring wire.
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