JP2011501037A - Turbo molecular pump - Google Patents

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エングランダー，ハインリッヒ
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オーリコン レイボルド バキューム ゲーエムベーハー
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Abstract

【解決手段】本発明は、ポンプハウジング(14)と、環状ディスク群(18)により構成されている複数の別個の環状静翼ディスク(16)とを備えたターボ分子ポンプ(10)に関する。筒状の摩擦ブッシュ(20)が、環状ディスク群(18)とポンプハウジング(14)との間に直接配置されている。環状ディスク群(18)が回転可能であるように、環状ディスク群(18)とポンプハウジング(14)との間にアキシアル間隙(22)が軸方向に設けられている。The invention relates to a turbomolecular pump (10) comprising a pump housing (14) and a plurality of separate annular vane disks (16) constituted by an annular disk group (18). A cylindrical friction bush (20) is disposed directly between the annular disk group (18) and the pump housing (14). An axial gap (22) is provided in the axial direction between the annular disk group (18) and the pump housing (14) so that the annular disk group (18) can rotate.

Description

本発明は、ポンプハウジングと、環状ディスク群により構成されている複数の別個の環状静翼ディスク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 pump housing and a plurality of separate annular vane disks constituted by an annular disk group.

ターボ分子ポンプは、通常、毎分数万回転の作動回転速度で作動する。従って、ロータは、前記作動回転速度で作動するとき、ロータの衝突又は破裂の場合にかなりの破壊力を生み出す高い運動エネルギを発生させる。実際には、このような破壊力は、ポンプハウジングが破壊される程大きい可能性があり、物理的且つ決定的な致死傷害という実体的な危険性に加えて設備への大規模な損害という危険性をも招く。   Turbomolecular pumps typically operate at an operating rotational speed of tens of thousands of revolutions per minute. Thus, when the rotor operates at the operating rotational speed, it generates high kinetic energy that creates significant destructive forces in the event of a rotor collision or rupture. In practice, such destructive forces can be so great that the pump housing can be destroyed, in addition to the substantial risk of physical and definitive lethal injury, as well as the risk of extensive damage to the equipment. Invite sex.

欧州特許出願公開第１０３００６２号明細書European Patent Application Publication No. 1030062

欧州特許出願公開第１０３００６２号明細書から、環状ディスク群が別個の環状ディスクハウジングによって保持されているターボ分子ポンプが公知である。前記環状ディスクハウジングは、ポンプハウジングに対して回転可能に配置されている。環状ディスクハウジングとポンプハウジングとの間に、吸収部材が配置されている。ロータが衝突又は破裂した場合、運動エネルギの一部が、環状ディスクハウジングの回転運動に変換され、吸収部材の塑性変形によって消散される。このターボ分子ポンプの構造的設計は相対的に複雑である。   From EP 1030062, a turbomolecular pump is known in which an annular disk group is held by a separate annular disk housing. The annular disk housing is rotatably arranged with respect to the pump housing. An absorbent member is disposed between the annular disk housing and the pump housing. When the rotor collides or ruptures, part of the kinetic energy is converted into the rotational movement of the annular disk housing and dissipated by plastic deformation of the absorbing member. The structural design of this turbomolecular pump is relatively complex.

本発明は、上述された欠点を考慮して、構造的に簡素に設計されており、衝突及び破裂エネルギを吸収するための構造を備えたターボ分子ポンプを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a turbo molecular pump that is designed in a simple structure in consideration of the above-described drawbacks and has a structure for absorbing collision and burst energy.

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、環状ディスク群とポンプハウジングとの間に接して配置された筒状の摩擦ブッシュを備えている。従って、摩擦ブッシュは、軸線に関して環状ディスク群を少なくとも部分的に囲んでいる。環状ディスク群とポンプハウジングとの間に、環状ディスク群がポンプハウジングに対して回転すべく支持されるように、アキシアル間隙が、環状ディスク群の軸方向の少なくとも一端部に設けられている。本発明の好ましい実施形態によれば、アキシアル調整要素が、環状ディスク群とポンプハウジングとの間に設けられることが可能であり、このようにして行われる調整によって環状ディスク群は軸方向に共に保持される。従って、環状ディスク群は、ポンプハウジング又は別個の環状ディスクハウジング内に固定して軸方向に支持されていないが、弾性を有するアキシアル調整要素により、環状静翼ディスクがポンプの作動中に回転しないように、ポンプハウジング内に軸方向に直接付勢されている。   The turbo molecular pump of the present invention includes a cylindrical friction bush disposed between and in contact with the annular disk group and the pump housing. Thus, the friction bushes at least partially surround the annular disk group with respect to the axis. Between the annular disk group and the pump housing, an axial gap is provided at least at one end in the axial direction of the annular disk group so that the annular disk group is supported to rotate relative to the pump housing. According to a preferred embodiment of the invention, an axial adjustment element can be provided between the annular disk group and the pump housing, and the annular disk group is held together in the axial direction by the adjustment made in this way. Is done. Thus, although the annular disk group is not fixed and axially supported within the pump housing or a separate annular disk housing, the elastic axial adjustment element prevents the annular stator disk from rotating during pump operation. In addition, it is directly biased in the axial direction in the pump housing.

ロータが衝突又は破裂した場合にのみ、環状静翼ディスクと動翼ディスクとが衝突して伝えられる力が、夫々の環状静翼ディスクの回転が引き起こされる程大きくなることがある。夫々の環状静翼ディスクの回転が摩擦ブッシュによって減速されて、摩擦ブッシュは、前記の過程中に、必ずしも環状静翼ディスクに沿って回転する必要はないが回転してもよく、同時に必ずしも塑性変形される必要はないが塑性変形されてもよい。この場合、ポンプロータの運動エネルギの一部が摩擦ブッシュで消散される。   Only when the rotor collides or ruptures, the force transmitted by the collision between the annular stator disk and the rotor disk disk may be so great that the rotation of the respective annular stator disk is caused. The rotation of each annular vane disk is decelerated by the friction bushing, and the friction bushing does not necessarily rotate along the annular vane disk during the above process, but may rotate at the same time and is not always plastically deformed. It need not be done, but may be plastically deformed. In this case, a part of the kinetic energy of the pump rotor is dissipated by the friction bush.

環状ディスク群とポンプハウジングとの間にアキシアル間隙を設けることにより、環状ディスク群の相対的に高い回転の可能性が達成される。相対的に低い衝突力又は破裂力が発生した際にはすぐに、夫々の環状静翼ディスクは回転する。そのために、ポンプハウジングが大きな破壊力を吸収する必要がなく、ほとんど無傷に保たれるように、ポンプハウジングへの大きな力の直接的な伝動が防止される。このようにして、ポンプハウジングは、衝突又は破裂の場合に主要な機能、つまり、周囲からポンプロータを保護する機能を最善に果たすことが可能である。   By providing an axial gap between the annular disk group and the pump housing, a relatively high possibility of rotation of the annular disk group is achieved. As soon as a relatively low impact or rupture force occurs, each annular stator disk rotates. This prevents direct transmission of a large force to the pump housing so that the pump housing does not need to absorb a large destructive force and is kept almost intact. In this way, the pump housing can best perform its main function in the event of a collision or rupture, i.e. the function of protecting the pump rotor from the surroundings.

ポンプハウジングと環状ディスク群との間の環状間隙に筒状の摩擦ブッシュを配置すると共に、ポンプハウジング内に環状ディスク群を直接支持することにより、コスト的に有利な方法で実現することができ、衝突又は破裂の場合にロータの運動エネルギを吸収するための十分な可能性を提示する非常に簡素な構成となる。   By arranging a cylindrical friction bush in the annular gap between the pump housing and the annular disk group and directly supporting the annular disk group in the pump housing, it can be realized in a cost-effective manner, It is a very simple configuration that presents sufficient potential to absorb the kinetic energy of the rotor in the event of a collision or rupture.

好ましくは、スライドリングディスクが環状ディスク群とポンプハウジングとの間に設けられており、前記環状ディスク群の軸方向の調整が調整要素によって行われている。スライドリングディスクは、環状ディスク群の回転の可能性を改善すべく効果的であり、更に、ポンプハウジングに対する環状ディスク群の粘着摩擦の調整機能を改善すべく効果的である。粘着摩擦は、小さく設定されることが可能なため、ロータの公称回転速度で環状ディスク群が、固定されるが、他方では、ロータとステータとの相対的に小さな衝突の場合にはすぐに回転させられる。従って、摩擦ブッシュを介したエネルギの散逸が可能になる。   Preferably, a slide ring disk is provided between the annular disk group and the pump housing, and the axial adjustment of the annular disk group is performed by an adjustment element. The slide ring disk is effective to improve the possibility of rotation of the annular disk group, and further effective to improve the function of adjusting the adhesive friction of the annular disk group with respect to the pump housing. The sticking friction can be set small, so that the annular disc group is fixed at the nominal rotational speed of the rotor, but on the other hand, it rotates immediately in the case of a relatively small collision between the rotor and the stator. Be made. Therefore, energy can be dissipated through the friction bush.

好ましい実施形態によれば、調整要素は弾性調整リングによって形成されている。調整リングは、例えばエラストマから形成され得るが、螺旋状のばね線リングからも構成され得る。スライドリングディスクが設けられる場合、調整要素は、環状ディスク群又はスライドリングディスクのいずれかに軸方向に直接作用する。   According to a preferred embodiment, the adjustment element is formed by an elastic adjustment ring. The adjustment ring can be formed from, for example, an elastomer, but can also be formed from a helical spring wire ring. If a slide ring disk is provided, the adjustment element acts directly in the axial direction on either the annular disk group or the slide ring disk.

好ましくは、ポンプロータが駆動モータを収容するための空隙部を備えている。少なくとも部分的には、前記ポンプロータの空隙部の軸方向の外側領域に摩擦ブッシュが設けられていない。ロータの衝突又は（続いて起こる）ロータの破裂の場合の最も際立った危険が、ロータベルとも呼ばれる空隙部の領域におけるロータの分解にある。この領域では、ロータは比較的不十分な寸法を有しており、径方向に支持されていない。従って、ロータの分解の危険性があるのはロータベルの領域である。従って、全体的な構造を簡素化するためには、ロータベル、すなわちロータの空隙部の領域にのみ摩擦ブッシュが軸方向に配置されてもよい。   Preferably, the pump rotor has a gap for accommodating the drive motor. At least partially, a friction bush is not provided in the axially outer region of the gap of the pump rotor. The most significant danger in the case of a rotor collision or (following) rotor rupture lies in the disassembly of the rotor in the region of the gap, also called the rotor bell. In this region, the rotor has relatively insufficient dimensions and is not supported radially. Accordingly, it is the area of the rotor bell that is at risk of rotor disassembly. Therefore, in order to simplify the overall structure, the friction bush may be arranged in the axial direction only in the region of the rotor bell, that is, the gap of the rotor.

好ましくは、潤滑剤が、摩擦ブッシュとポンプハウジング及び／又は環状ディスク群との間に備えられる。潤滑剤は、衝突又は破裂の場合に、ロータの運動エネルギが、関連する要素の塑性変形が始まる前にまず熱に変換されるので、滑り摩擦に加えて粘着摩擦も低減する。   Preferably, a lubricant is provided between the friction bushing and the pump housing and / or annular disk group. In the case of a collision or rupture, the lubricant first reduces the cohesive friction in addition to sliding friction because the kinetic energy of the rotor is first converted to heat before plastic deformation of the associated element begins.

好ましい実施形態によれば、ポンプハウジングはアルミニウムから形成されており、摩擦ブッシュは鋼又はチタンから形成されている。これらの材料の組み合わせにより、衝突又は破裂の場合に所望のエネルギ散逸に関する良好な滑り及び安定性の特徴が提供される。   According to a preferred embodiment, the pump housing is made of aluminum and the friction bushing is made of steel or titanium. The combination of these materials provides good slip and stability characteristics for the desired energy dissipation in the event of a collision or rupture.

調整要素によって軸方向に付勢されて、摩擦ブッシュに囲まれた環状ディスク群を備えたターボ分子ポンプの第１実施形態を示す図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of the turbo-molecular pump provided with the annular disc group urged | biased to the axial direction by the adjustment element, and was enclosed by the friction bush. 図１に示されたターボ分子ポンプと同様に構成されており、追加のスライドリングディスクを備えたターボ分子ポンプの第２実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the turbo-molecular pump comprised similarly to the turbo-molecular pump shown by FIG. 1, and provided with the additional slide ring disk. 摩擦ブッシュが、ロータの空隙部の外側の軸方向の一部には設けられていない図２に係るターボ分子ポンプを示す図である。It is a figure which shows the turbo-molecular pump which concerns on FIG. 2 in which the friction bush is not provided in a part of the axial direction outside the space | gap part of a rotor.

本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して以下に更に詳細に説明する。   Preferred embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings.

図１乃至３は、ターボ分子ポンプ10,40,50を夫々示す縦断面図であり、ターボ分子ポンプ10,40,50は、ポンプハウジング14に回転すべく配置されたポンプロータ13を含むロータ12を備えている。ポンプロータ13は複数の動翼ディスク15を含んでいる。各対の前記動翼ディスク15間のアキシアル間隙に、対応する環状静翼ディスク16が夫々延びている。本実施形態では、６つの動翼ディスク15及び６つの静翼ディスク16が設けられている。   1 to 3 are longitudinal sectional views showing turbomolecular pumps 10, 40, 50, respectively. The turbomolecular pumps 10, 40, 50 include a rotor 12 including a pump rotor 13 arranged to rotate in a pump housing 14. It has. The pump rotor 13 includes a plurality of blade disks 15. A corresponding annular stator disk 16 extends in the axial gap between each pair of the rotor disks 15. In the present embodiment, six rotor blade disks 15 and six stationary blade disks 16 are provided.

軸方向に組み立てられた静翼ディスク16は、環状ディスク群18により構成されている。圧力側では、前記環状ディスク群18は、横断面に設けられた対応する環状接触面19に支持されている。環状ディスク群18の軸方向の他端部は、ポンプハウジングに軸方向に接して配置されていない。ポンプハウジング14と環状ディスク群18との間には、環状ディスク群18がポンプハウジング14内での軸方向の変位に一般的に適合されるようにアキシアル間隙22が設けられている。   The stationary blade disk 16 assembled in the axial direction is constituted by an annular disk group 18. On the pressure side, the annular disk group 18 is supported on a corresponding annular contact surface 19 provided in the cross section. The other axial end of the annular disk group 18 is not disposed in contact with the pump housing in the axial direction. An axial gap 22 is provided between the pump housing 14 and the annular disk group 18 so that the annular disk group 18 is generally adapted to axial displacement within the pump housing 14.

ポンプハウジング側には、弾性Ｏリングとして形成された調整要素26が、連続したアキシアル環状溝24内のアキシアル間隙22の領域に配置されている。調整要素26は、環状ディスク群18を軸方向に付勢し、環状ディスク群18を軸方向に共に保持するために効果的である。環状ディスク群18と軸方向の環状面19との間の粘着摩擦、及び調整要素26の粘着摩擦に加えて環状静翼ディスク16間の粘着摩擦によって、環状静翼ディスク16は、周方向にも十分に固定されており、公称回転速度で回転変位しない。   On the pump housing side, an adjusting element 26 formed as an elastic O-ring is arranged in the region of the axial gap 22 in the continuous axial annular groove 24. The adjusting element 26 is effective for biasing the annular disk group 18 in the axial direction and holding the annular disk group 18 together in the axial direction. In addition to the adhesive friction between the annular disk group 18 and the axial annular surface 19 and the adhesive friction of the adjusting element 26, the annular stator blade disk 16 is also circumferentially affected by the adhesive friction between the annular stator blade disks 16. It is sufficiently fixed and does not displace at the nominal rotational speed.

環状ディスク群18は、外側に略筒状の周面を含んでいる。環状ディスク群18の前記周面とポンプハウジング14の対応する内周面との間に、筒状のラジアル間隙32が存在する。前記ラジアル間隙32は、環状ディスク群18に取り付けられて、ポンプハウジング14に向かって介在する空間を残しながら環状ディスク群18に設けられた摩擦ブッシュ20によって塞がれている。従って、摩擦ブッシュ20は、ラジアル間隙32を完全ではないが大部分塞いでいる。環状ディスク群18に向かって小さな間隙が実現されていることにより、摩擦ブッシュ20が環状ディスク群18に亘って緩く移動することが可能になる。更に、（より大きな）間隙が摩擦ブッシュとポンプハウジングとの間に実現されており、そのため、摩擦ブッシュが、ほんの僅かな変形で環状間隙に嵌め込まれてそれ以上回転しないことが防止される。摩擦ブッシュは鋼又はチタンから形成されている。ポンプハウジング14はアルミニウムから形成されている。   The annular disk group 18 includes a substantially cylindrical peripheral surface on the outside. A cylindrical radial gap 32 exists between the peripheral surface of the annular disk group 18 and the corresponding inner peripheral surface of the pump housing 14. The radial gap 32 is attached to the annular disk group 18 and is closed by a friction bush 20 provided in the annular disk group 18 while leaving a space interposed toward the pump housing 14. Accordingly, the friction bush 20 largely closes the radial gap 32, though not completely. By realizing a small gap toward the annular disk group 18, the friction bush 20 can move loosely over the annular disk group 18. Furthermore, a (larger) gap is realized between the friction bushing and the pump housing, which prevents the friction bushing from being fitted into the annular gap with only a slight deformation and no further rotation. The friction bush is made of steel or titanium. The pump housing 14 is made of aluminum.

摩擦ブッシュ20とポンプハウジング14及び／又は環状ディスク群18との間に、潤滑剤が、摩擦ブッシュ20とポンプハウジング14及び／又は環状ディスク群18との間の粘着摩擦及び滑り摩擦を低減するために設けられ得る。この目的に適切な潤滑剤は、真空グリース又はモリコート（Molykote、登録商標）である。摩擦ブッシュ20の材料として、更にケブラー（Kevlar、登録商標）が用いられ得る。摩擦ブッシュ20は、一体化された鋳造部材から構成され得るか、代わりに、巻いた金属シートから構成され得る。   Lubricant between the friction bush 20 and the pump housing 14 and / or the annular disc group 18 reduces adhesive friction and sliding friction between the friction bush 20 and the pump housing 14 and / or annular disc group 18. Can be provided. Suitable lubricants for this purpose are vacuum grease or Molykote®. As a material for the friction bush 20, Kevlar (registered trademark) may be used. Friction bushing 20 can be constructed from an integral cast member or alternatively from a rolled metal sheet.

ポンプロータ13の領域では、ロータ12は、支持体と駆動カートリッジ30とが挿入された空隙部28を含んでいる。空隙部28の領域内のポンプロータ13は、ロータベルとも呼ばれる。   In the area of the pump rotor 13, the rotor 12 includes a gap 28 into which the support and the drive cartridge 30 are inserted. The pump rotor 13 in the region of the gap 28 is also called a rotor bell.

第２実施形態によれば、図２に示されているように、ターボ分子ポンプ40は、図１に示されたターボ分子ポンプ10における間隙より軸方向に大きなサイズのアキシアル間隙42に配置された２つの連続したスライドリングディスク44,45 を備えている。更に、環状ディスク群18の軸方向の他端部には、２つの連続したスライドリングディスク46,47 が設けられている。スライドリングディスク44,45,46,47 により、環状ディスク群18の長手方向の両端部における環状ディスク群18とポンプハウジング14との間の粘着摩擦及び滑り摩擦が著しく低減される。   According to the second embodiment, as shown in FIG. 2, the turbo molecular pump 40 is disposed in the axial gap 42 having a size larger in the axial direction than the gap in the turbo molecular pump 10 shown in FIG. Two continuous slide ring discs 44 and 45 are provided. Furthermore, two continuous slide ring disks 46 and 47 are provided at the other axial end of the annular disk group 18. The sliding ring disks 44, 45, 46, 47 significantly reduce the sticking friction and sliding friction between the annular disk group 18 and the pump housing 14 at both longitudinal ends of the annular disk group 18.

ターボ分子ポンプ50の第３実施形態では、図３に示されているように、摩擦ブッシュ52が、環状ディスク群18の軸方向の全長に及ばないように短くしてある。摩擦ブッシュ52は、環状ディスク群18がポンプロータ13の空隙部28と軸方向に重ならない環状ディスク群18の領域には設けられていない。   In the third embodiment of the turbo-molecular pump 50, as shown in FIG. 3, the friction bushing 52 is shortened so as not to reach the entire length of the annular disk group 18 in the axial direction. The friction bushing 52 is not provided in the region of the annular disk group 18 where the annular disk group 18 does not overlap the gap 28 of the pump rotor 13 in the axial direction.

Claims (8)

ターボ分子ポンプ(10)において、
ポンプハウジング(14)と、環状ディスク群(18)により構成されている複数の別個の環状静翼ディスク(16)とを備えており、
筒状の摩擦ブッシュ(20)が、前記環状ディスク群(18)と前記ポンプハウジング(14)との間に接して配置されており、
前記環状ディスク群(18)が回転可能であるように、アキシアル間隙(22)が、前記環状ディスク群(18)とポンプハウジング(14)との間に軸方向に設けられていることを特徴とするターボ分子ポンプ。 In the turbo molecular pump (10)
A pump housing (14) and a plurality of separate annular stator blade disks (16) constituted by an annular disk group (18);
A cylindrical friction bush (20) is disposed between the annular disk group (18) and the pump housing (14),
An axial gap (22) is provided between the annular disk group (18) and the pump housing (14) in an axial direction so that the annular disk group (18) is rotatable. Turbo molecular pump. 前記環状ディスク群(18)とポンプハウジング(14)との間に、前記環状ディスク群(18)の軸方向の調整を行うためのアキシアル調整要素(26)が設けら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)。   An axial adjustment element (26) for adjusting the axial direction of the annular disk group (18) is provided between the annular disk group (18) and the pump housing (14). The turbomolecular pump (10) according to claim 1. 前記環状ディスク群(18)とポンプハウジング(14)との間に、スライドリングディスク(44,45,46,47) が軸方向に設けられている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)。   3. A slide ring disk (44, 45, 46, 47) is provided between the annular disk group (18) and the pump housing (14) in the axial direction. Turbo molecular pump (10). 前記環状ディスク群(18)は前記調整要素(26)によって軸方向に付勢されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のターボ分子ポンプ(10)。   The turbo-molecular pump (10) according to claim 2 or 3, wherein the annular disk group (18) is urged in the axial direction by the adjusting element (26). 前記調整要素(26)は、弾性調整リングによって形成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 turbo molecular pump (10) according to any one of claims 1 to 4, wherein the adjusting element (26) is formed by an elastic adjusting ring. ポンプロータ(13)が空隙部を含んでおり、前記摩擦ブッシュ(52)は、前記空隙部の外側の軸方向の少なくとも一部には設けられていないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のターボ分子ポンプ(10)。   The pump rotor (13) includes a gap portion, and the friction bush (52) is not provided in at least a part of the axial direction outside the gap portion. The turbomolecular pump (10) according to any one of the above. 潤滑剤が、前記摩擦ブッシュ(20)と前記ポンプハウジング(14)及び／又は前記環状ディスク群(18)との間に備えられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のターボ分子ポンプ(10)。   7. Lubricant is provided between the friction bush (20) and the pump housing (14) and / or the annular disk group (18). Turbo molecular pump (10). 前記摩擦ブッシュ(20)は鋼、チタン又はアラミッド繊維から形成されており、前記ポンプハウジング(14)はアルミニウムから形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のターボ分子ポンプ(10)。   The turbomolecule according to any one of claims 1 to 7, wherein the friction bush (20) is made of steel, titanium or aramid fiber, and the pump housing (14) is made of aluminum. Pump (10).
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