JP3825538B2 - High vacuum pump - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は分子流域で作動する高真空ポンプに関し、特に、軸流分子ポンプ(ターボ分子ポンプ、モレキュラードラッグポンプ)等の高真空ポンプにおけるロータの破損を未然に防止する機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
高真空ポンプである軸流分子ポンプでは、ケース内において回転自在に支持されたロータの外周面に回転翼を形成し、ケース内周面には当該回転翼と対をなす固定翼を形成し、回転翼が気体分子の運動速度と同程度の周速度となるような回転速度(数万rpm)でロータを電動機等によって回転させることで排気を行うようになっている。
【0003】
このような高真空ポンプでは、継続運転によってロータの強度劣化が進行して、ロータが破損しポンプが使用不能になるおそれがある。このため、従来においては、ケースの肉厚を厚くして、ロータが破損した場合にロータ破片をケース内に封じ込め、ロータ破損による被害がポンプ以外の部分に及ばないようにしている。しかしながら、ポンプの吸気口は、半導体製造装置の反応室等のような高価な真空装置に連通しているので、ロータ破損による被害が真空装置に及ぶおそれがある。このため、ロータの破損を未然に防止することが必要である。
【0004】
ロータの破損を未然に防止するために、従来においては、予めロータ使用時間の上限を設け、使用時間が上限を超えた時点でロータの交換を行う方法を採用している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロータの使用条件、ロータ材料の劣化状況によっては、実際のロータ使用時間が予め設定したロータ使用時間に到る前の時点で突然破損し、ポンプの使用が不能になったり、ポンプに接続されている高価な真空装置までも破損してしまうおそれがある。
【0006】
ロータの破損は、ロータ材料の強度が高速度回転に起因してロータに発生する応力よりも低下すると発生する。ロータ材料の強度低下の要因としては、ロータのクリープ、疲労、腐食等が考えられる。これらのうち、腐食による強度低下に起因したロータ破損については、ポンプが吸引する気体に応じた表面処理をロータに施せば、ロータの腐食を回避でき、従って当該強度低下に起因したロータ破損を回避できる。また、ロータの疲労破壊については、この種の高真空ポンプは、起動・停止頻度が少なく、定常回転数で長期運転されることが多いので、繰り返し応力によりロータ材料が疲労破壊する可能性は少ない。従って、ロータ破損の主要因は、ロータ材料のクリープ特性による強度劣化であると考えられる。
【0007】
しかしながら、クリープによるロータ材料の強度劣化は事前に予測することは困難であり、従って、ロータ破損を未然に防止することは困難である。
【0008】
一方、近年、半導体製造工程の成膜・食刻工程においては、高真空ポンプに吸引されるガスの種類によっては、当該高真空ポンプ内で吸引したガスが凝縮したり、二次的反応により生成された副生成物が当該高真空ポンプ内に堆積してポンプ性能を低下させるおそれがある。場合によっては、ポンプの破損を招くおそれもある。この弊害を回避するために、吸引されるガスの飽和蒸気圧特性に基づき、ポンプ内部温度を強制的に高めて、ガスの凝縮、副反応物の堆積を防止する対策が施されることがある。
【0009】
ポンプ内部温度を上昇させると、当然にそれに伴ってロータ温度も上昇するので、通常のロータ使用条件よりもロータ温度が高くなる。ロータ温度の上昇はロータ材料のクリープ現象を助長させるので、通常のロータ使用条件(ロータを昇温させない場合)に比べて当該ロータの強度劣化速度が早くなる。この結果、予め定めたロータ使用時間の上限値よりも大幅に手前の時点で突然にロータが破損する可能性が高くなってしまう。
【0010】
また、一般的に使用されているロータ材料は高強度アルミニウム合金であるが、このアルミニウム合金は他の金属材料に比べて比較的低温の摂氏100度近傍からクリープ現象が顕著に現れ、強度劣化を生ずることが知られている。この点からも、上記のようにロータ温度が上昇した場合にはロータが破損する可能性が高い。
【0011】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、ロータ破損を確実に防止可能な機構を備えた高真空ポンプを提案することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、ロータの外周面においてロータ回転軸線の方向に向けて所定の間隔で形成された回転翼と、当該回転翼と対をなす状態に形成された固定翼と、前記ロータに対して前記ロータ回転軸線の一方の側に形成された吸気口および他方の側に形成された排気口とを有する高真空ポンプにおいて、前記ロータに発生する変形量を直接検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された変形量を予め設定されている基準量と比較して、前記ロータが定常クリープ領域内のクリープ状態にあるか否かを検出する比較手段とを有することを特徴としている。
【0013】
このように構成した本発明の高真空ポンプでは、検出手段によってロータに発生する変形量が常に検出されている。変形量には瞬間的に発生する弾性歪み量とクリープによる歪み量が含まれている。ロータ材料が強度劣化する過程では、時間経過に伴ってクリープによる歪みがほぼ比例関係で増加する定常クリープ領域から急激に歪みが増加する加速クリープ領域を経て歪み量が増加し、ロータ破損に到る。従って、検出手段によって検出された変形量に基づき、ロータが定常クリープ領域内のクリープ状態にあるか否かを検出でき、当該クリープ状態に到ったことが検出された場合にはロータの交換を行うようにすれば、ロータ破壊を未然に防止できる。
【0014】
ここで、前記比較手段により、前記ロータが前記定常クリープ領域内のクリープ状態にあることが検出された場合に、前記ロータの回転を強制停止させる制御手段を有していることが望ましい。
【0015】
また、前記比較手段により、前記ロータが前記定常クリープ領域内のクリープ状態にあることが検出された場合に、警報を発生する警報発生手段を有していることが望ましい。
【0017】
次に、本発明は、ロータの外周面においてロータ回転軸線の方向に向けて所定の間隔で形成された回転翼と、当該回転翼と対をなす状態に形成された固定翼と、前記ロータに対して前記ロータ回転軸線の一方の側に形成された吸気口および他方の側に形成された排気口とを有する高真空ポンプにおけるロータのクリープ破壊防止方法であって、ポンプ内に取り付けた検出手段により、当該ロータに発生する変形量を直接検出し、前記検出手段によって検出された変形量に基づき、前記ロータが定常クリープ領域内のクリープ状態にあるか否かを検出し、当該クリープ状態に至ったことが検出された場合には、前記ロータを強制停止するか、あるいは、警報を発生することを特徴としている。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した複合型ターボ分子ポンプを説明する。
【0020】
図1には本例の複合型ターボ分子ポンプの断面構成を示してある。このターボ分子ポンプ1は、円筒状のポンプケース2を有し、このポンプケース2の上端側開口が吸気口2aとなっている。この吸気口2aに続くポンプケース内周面2bにはポンプ軸線(ロータ回転軸線)1aの方向に向けて所定の間隔で円環状の固定翼3が固定されている。これらの固定翼3は環状スペーサ4によって相互の間隔が保持されている。
【0021】
一方、ポンプケース2の内部には、同軸状に回転軸5が配列されており、この回転軸5の上端側部分5aの外周には、締結ボルト6によってロータ7が同心状に固着されている。ロータ7の外周面にはポンプ軸線(ロータ回転軸線)1aの方向に所定の間隔で円環状の回転翼8が形成されており、これらの回転翼8のそれぞれは上記の固定翼3と対になっており、各固定翼3の間に相互に差し込まれた配置関係となっている。
【0022】
回転軸5の下端側部分5bは、5軸制御方式の磁気軸受け11と、当該磁気軸受け11の上下に配置した保護軸受け12、13を介して、円筒状のスピンドルケース14の内周面に対して回転自在の状態で支持されている。また、上下の磁気軸受け11の間にはモータ21が組み込まれている。
【0023】
スピンドルケース14の下端部分は大径となっており、この部分には、排気通路15が形成されており、この排気通路15はスピンドルケース外周面に形成した排気口16に連通していると共に、その上端側は、固定翼3および回転翼8の間の隙間を通って、上端の吸気口2aに連通している。
【0024】
ここで、ロータ7は、回転翼8が形成されている部分の下側に、ポンプケース2の側に固定した円筒状のステータ17の内周面に対峙している円筒状のスカート部分(円筒部分)7aが形成されている。このスカート部分7aの内側には、下側から上記の回転軸5およびスピンドルケース14の上半部分が同軸状に挿入された状態となっている。また、このスカート部分7aの円形内周面7bの下縁部分に対向しているスピンドルケース14の外周面には検出器19が取り付けられている。この検出器19は、スカート部分の円形内周面7bの変形量(伸び量)を検出するためのものである。検出器19の出力信号は、磁気軸受け11、モータ21等の信号線と同様に、スピンドルケース14の外周に取り付けてあるハーメチックシールコネクタ22を介して取り出される。
【0025】
検出器19は非接触式変位センサであり、例えば、ロータと検出素子との間に発生する渦電流の量を電流、または電圧に変換してロータと検出素子との距離を測定する渦電流方式変位センサを用いている。
【0026】
図2には、本例のターボ分子ポンプ1の制御系の概要を示してある。この図に示すように、ハーメチックシールコネクタ22を介して取り出された検出器19の出力信号19Sは、比較演算回路31に入力される。比較演算回路31では、予め定められている基準値REFと検出器の出力信号19Sによって表される変形量とを比較する。出力信号19Sによって表される変形量が基準値REF以上の場合には、異常信号31Sをポンプ駆動・制御回路32に出力する。
【0027】
ポンプ駆動・制御回路32は、ポンプ1の駆動制御を司る回路であり、異常信号31Sを受け取ると、ロータ7の交換を催促する旨の警報表示を表示器33を介して表示させる。あるいは、警報器34を介してその旨を音声、ブザー等により表示する。そして、当該警報を発生した後に、所定の時間内にポンプ停止などの処理が行われない場合には、ポンプ制御出力信号32Sを出力して、自動的にポンプを強制停止させるようになっている。
【0028】
ここで、図3にはロータ材料の一般的なクリープ特性を示してある。クリープ特性曲線Iから分かるように、ロータ材料は、ロータに採用する瞬間応力に応じた弾性的な瞬間歪みが発生する。また、使用時間が長くなると、クリープ現象により歪み量が増加する。クリープによる歪み量は、時間経過に伴って、遷移クリープ領域A、定常クリープ領域Bおよび加速クリープ領域を経て増加し、この後は材料の破壊に到る。加速クリープ領域では歪み量が急激に増加して材料の破壊に到るので、材料がその手前の定常クリープ領域に入った場合に、ポンプ駆動を停止して、ロータ7の交換を行えば、ロータのクリープ破壊を確実に防止できる。従って、典型的な制御形態としては、比較演算回路31の基準値REFとして、定常クリープレベルの歪み量を採用すればよい。
【0029】
このように構成した本例のターボ分子ポンプ1では、ポンプ駆動・制御回路32の制御の下にモータ21、磁気軸受け11を駆動すると、回転軸5はこれらによって磁気的に浮上して高速回転する。従って、回転軸5に連結されているロータ7が高速回転する。ロータ7における遠心力による変形が比較的大きくなる部分、すなわち、そのスカート部分7aの下縁側の部分の変形量が検出器19によって常にモニターされている。ロータ7に発生する変形量が、そのロータ材料の定常クリープレベルを超える量になると、比較演算回路31によってそれが検出され、ポンプ駆動・制御回路32では、警報を発生すると共に、警報を発生した後は、ポンプを強制的に停止する。従って、ロータ7のクリープ破壊を確実に防止できる。
【0030】
また、例えば、ロータ7がモータ21の回転制御系等の異常のために、規定回転速度を超えた回転速度で回転した場合にも、ロータ7に発生する応力は、規定値よりも大きくなる。この場合にも、ロータ破壊に繋がることがあるが、ロータ7は破損前に必ず遠心力の作用を受けて規定値以上に変形する。従って、この場合も検出器19の出力に基づき、ロータ7の破損を未然に防止できる。
【0031】
さらに、前述したようにポンプを強制的に昇温してガスの凝縮、副生成物の堆積を防止する場合や、ポンプの温度制御機構が故障した場合等には、ポンプ内の温度、すなわちロータ温度が上昇して摂氏100度を超えることがある。さらには、ポンプに吸引されるガスの温度が高い場合、規定圧力以上の圧力でポンプが運転される場合等にも、ロータ温度が上昇して摂氏100度を超えることがある。ロータ材料がアルミニウム合金の場合には、摂氏100度を超えるとその強度低下が著しいので、ロータ破損のおそれが高まる。
【0032】
しかしながら、このような温度上昇の場合には、ロータ7には、材料強度低下による伸びと、熱膨張による伸びとが複合されて、大きな変形が生ずる。このような異常なロータ7の伸びも検出器19によって検出できる。よって、このような温度上昇に起因したロータ破損も未然に防止できる。
【0033】
(その他の実施の形態)
なお、検出器19としてはアナログ出力方式のものを採用できる。この代わりに、検出器内に比較演算機能を内蔵した変位スイッチに、予めロータの破損に到る手前の変位量を設定し、この変位量に達した場合に変位スイッチから接点信号を出力すると共に、当該信号出力をポンプ駆動・制御回路に入力して、前述したように警報を発生させたり、ポンプを強制停止させるようにしてもよい。
【0034】
また、検出器19の設置位置は、ロータ7に発生する変形量を検出しやすい部分であればどのような位置であってもよい。例えば、検出器19をロータ7の外周面に対向配置させてその変形量を検出してもよい。
【0035】
更に、本例ではロータ伸び量(変形量)の危険とみなす基準値をロータ材料の定常クリープレベルとしている。しかし、ロータ内に発生する応力に対し、使用するロータ材料のクリープ特性に対する安全率を考慮して、1.0パーセントクリープ以下の変形量を判定の基準値としてもよい。
【0036】
一方、本例のポンプ1は5軸制御方式の磁気軸受けを用いているが、他の磁気軸受けを採用してもよい。さらには、玉軸受け、空気動圧軸受け等といった別の形式の軸受けを採用してもよい。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高真空ポンプはそのロータに発生する変形量を検出する検出器を備えている。従って、当該検出器により検出した変形量に基づき、ロータが破損に到る前にロータ交換等を行うことができる。よって、ロータ破損を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した複合型ターボ分子ポンプの概略縦断面図である。
【図2】図1のポンプの制御系の主要部分を示す概略ブロック図である。
【図3】ロータ材料の一般的なクリープ特性曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
1 複合型ターボ分子ポンプ
2 ポンプケース
2a 吸気口
3 固定翼
5 回転軸
7 ロータ
8 回転翼
16 排気口
19 検出器
21 モータ
31 比較演算回路
32 ポンプ駆動・制御回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high vacuum pump that operates in a molecular flow region, and more particularly to a mechanism that prevents damage to a rotor in a high vacuum pump such as an axial flow molecular pump (turbo molecular pump, molecular drag pump).
[0002]
[Prior art]
In the axial flow molecular pump that is a high vacuum pump, a rotor blade is formed on the outer peripheral surface of a rotor that is rotatably supported in the case, and a stationary blade that is paired with the rotor blade is formed on the inner peripheral surface of the case. Exhaust is performed by rotating the rotor with an electric motor or the like at a rotational speed (tens of thousands of rpm) at which the rotor blades have a peripheral speed similar to the movement speed of gas molecules.
[0003]
In such a high vacuum pump, strength deterioration of the rotor proceeds due to continuous operation, and the rotor may be damaged and the pump may not be usable. For this reason, conventionally, the thickness of the case is increased, and when the rotor is broken, the rotor fragments are enclosed in the case so that damage due to the rotor damage does not reach other parts than the pump. However, since the pump intake port communicates with an expensive vacuum device such as a reaction chamber of a semiconductor manufacturing apparatus, there is a possibility that damage due to rotor breakage may reach the vacuum device. For this reason, it is necessary to prevent damage to the rotor.
[0004]
In order to prevent damage to the rotor, conventionally, an upper limit of the rotor usage time is set in advance, and a method of replacing the rotor when the usage time exceeds the upper limit is employed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, depending on the usage conditions of the rotor and the deterioration of the rotor material, the actual rotor usage time suddenly breaks before reaching the preset rotor usage time, making it impossible to use the pump or connecting to the pump Even the expensive vacuum apparatus currently used may be damaged.
[0006]
Rotor failure occurs when the strength of the rotor material decreases below the stress generated in the rotor due to high speed rotation. Possible causes of the strength reduction of the rotor material include rotor creep, fatigue, corrosion, and the like. Of these, rotor damage due to strength reduction due to corrosion can be avoided if the rotor is surface-treated according to the gas sucked by the pump, and therefore rotor damage due to the strength reduction is avoided. it can. Also, for rotor fatigue failure, this type of high vacuum pump has a low start / stop frequency and is often operated for a long time at a steady rotational speed, so the possibility of fatigue failure of the rotor material due to repeated stress is low. . Therefore, it is considered that the main cause of rotor breakage is strength deterioration due to the creep characteristics of the rotor material.
[0007]
However, it is difficult to predict the strength deterioration of the rotor material due to creep in advance, and therefore it is difficult to prevent the rotor from being damaged.
[0008]
On the other hand, in recent years, in the film formation / etching process of the semiconductor manufacturing process, depending on the type of gas sucked into the high vacuum pump, the gas sucked in the high vacuum pump may be condensed or generated by a secondary reaction. There is a possibility that the by-product formed may accumulate in the high vacuum pump and deteriorate the pump performance. In some cases, the pump may be damaged. In order to avoid this harmful effect, measures may be taken to forcibly increase the internal temperature of the pump based on the saturated vapor pressure characteristics of the sucked gas to prevent gas condensation and side reaction product accumulation. .
[0009]
When the pump internal temperature is raised, naturally the rotor temperature also rises accordingly, so that the rotor temperature becomes higher than the normal rotor use conditions. Since the increase in the rotor temperature promotes the creep phenomenon of the rotor material, the strength deterioration rate of the rotor becomes faster compared to the normal rotor use conditions (when the temperature of the rotor is not raised). As a result, there is a high possibility that the rotor will be suddenly damaged at a time far before the predetermined upper limit value of the rotor usage time.
[0010]
In addition, the commonly used rotor material is a high-strength aluminum alloy, but this aluminum alloy exhibits a remarkable creep phenomenon at a relatively low temperature of around 100 degrees Celsius compared to other metal materials, resulting in strength deterioration. It is known to occur. Also from this point, when the rotor temperature rises as described above, there is a high possibility that the rotor is damaged.
[0011]
In view of these points, an object of the present invention is to propose a high vacuum pump provided with a mechanism capable of reliably preventing rotor breakage.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a rotor blade formed at a predetermined interval in the direction of the rotor rotation axis on the outer peripheral surface of the rotor, and a fixed member formed in a pair with the rotor blade. In a high vacuum pump having blades and an intake port formed on one side of the rotor rotation axis with respect to the rotor and an exhaust port formed on the other side, the amount of deformation generated in the rotor is directly detected. Detecting means for comparing, and comparing means for detecting whether or not the rotor is in a creep state within a steady creep region by comparing a deformation amount detected by the detecting means with a preset reference amount. It is characterized by that.
[0013]
In the high vacuum pump of the present invention configured as described above, the amount of deformation generated in the rotor is always detected by the detecting means. The amount of deformation includes the amount of elastic strain generated instantaneously and the amount of strain due to creep. In the process of strength deterioration of the rotor material, the amount of strain increases from the steady creep region where the strain due to creep increases almost proportionally over time to the accelerated creep region where the strain suddenly increases, leading to rotor breakage. . Therefore, based on the amount of deformation detected by the detecting means, it can be detected whether or not the rotor is in the creep state within the steady creep region. If it is detected that the creep state has been reached, the rotor should be replaced. If this is done, the rotor can be prevented from being destroyed.
[0014]
Here, it is preferable that the control unit includes a control unit that forcibly stops the rotation of the rotor when the comparison unit detects that the rotor is in a creep state within the steady creep region.
[0015]
In addition, it is preferable that the comparator includes an alarm generation unit that generates an alarm when the comparison unit detects that the rotor is in a creep state within the steady creep region.
[0017]
Next, the present invention relates to a rotor blade formed at a predetermined interval on the outer peripheral surface of the rotor in the direction of the rotor rotation axis, a fixed blade formed in a pair with the rotor blade, and the rotor. A method for preventing creep destruction of a rotor in a high-vacuum pump having an intake port formed on one side of the rotor rotation axis and an exhaust port formed on the other side, the detection unit being installed in the pump Thus, the amount of deformation generated in the rotor is directly detected, and based on the amount of deformation detected by the detecting means, it is detected whether the rotor is in a creep state within a steady creep region, and the creep state is reached. When it is detected, the rotor is forcibly stopped or an alarm is generated.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a composite turbo molecular pump to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of the composite turbomolecular pump of this example. The turbo-molecular pump 1 has a cylindrical pump case 2, and the upper end side opening of the pump case 2 serves as an intake port 2a. An annular fixed blade 3 is fixed to the inner circumferential surface 2b of the pump case following the intake port 2a at a predetermined interval in the direction of the pump axis (rotor rotation axis) 1a. These fixed blades 3 are maintained at an interval by an annular spacer 4.
[0021]
On the other hand, the rotary shaft 5 is coaxially arranged inside the pump case 2, and the rotor 7 is concentrically fixed to the outer periphery of the upper end side portion 5 a of the rotary shaft 5 by fastening bolts 6. . On the outer peripheral surface of the rotor 7, annular rotor blades 8 are formed at predetermined intervals in the direction of the pump axis (rotor rotation axis) 1a. Each of these rotor blades 8 is paired with the fixed blade 3 described above. Thus, they are arranged in a mutually inserted relationship between the fixed wings 3.
[0022]
The lower end side portion 5b of the rotary shaft 5 is connected to the inner peripheral surface of the cylindrical spindle case 14 via a 5-axis control type magnetic bearing 11 and protective bearings 12 and 13 disposed above and below the magnetic bearing 11. And is supported in a freely rotatable state. A motor 21 is incorporated between the upper and lower magnetic bearings 11.
[0023]
The lower end portion of the spindle case 14 has a large diameter, and an exhaust passage 15 is formed in this portion. The exhaust passage 15 communicates with an exhaust port 16 formed on the outer peripheral surface of the spindle case. The upper end side communicates with the intake port 2a at the upper end through a gap between the fixed blade 3 and the rotary blade 8.
[0024]
Here, the rotor 7 has a cylindrical skirt portion (cylindrical) facing the inner peripheral surface of a cylindrical stator 17 fixed to the pump case 2 side below the portion where the rotor blades 8 are formed. Part) 7a is formed. Inside the skirt portion 7a, the rotary shaft 5 and the upper half portion of the spindle case 14 are coaxially inserted from below. A detector 19 is attached to the outer peripheral surface of the spindle case 14 facing the lower edge portion of the circular inner peripheral surface 7b of the skirt portion 7a. The detector 19 is for detecting the deformation amount (elongation amount) of the circular inner peripheral surface 7b of the skirt portion. The output signal of the detector 19 is taken out through a hermetic seal connector 22 attached to the outer periphery of the spindle case 14 in the same manner as the signal lines of the magnetic bearing 11, the motor 21 and the like.
[0025]
The detector 19 is a non-contact type displacement sensor, for example, an eddy current method for measuring the distance between the rotor and the detection element by converting the amount of eddy current generated between the rotor and the detection element into a current or a voltage. A displacement sensor is used.
[0026]
FIG. 2 shows an outline of a control system of the turbo molecular pump 1 of this example. As shown in this figure, the output signal 19S of the detector 19 taken out through the hermetic seal connector 22 is input to the comparison operation circuit 31. The comparison operation circuit 31 compares a predetermined reference value REF with the deformation amount represented by the detector output signal 19S. When the amount of deformation represented by the output signal 19S is greater than or equal to the reference value REF, an abnormal signal 31S is output to the pump drive / control circuit 32.
[0027]
The pump drive / control circuit 32 is a circuit that controls the drive of the pump 1. When receiving the abnormal signal 31 </ b> S, the pump drive / control circuit 32 displays an alarm display for prompting replacement of the rotor 7 via the display 33. Alternatively, the fact is displayed by voice, buzzer or the like via the alarm device 34. When the pump is not stopped within a predetermined time after the alarm is generated, a pump control output signal 32S is output to automatically forcibly stop the pump. .
[0028]
Here, FIG. 3 shows general creep characteristics of the rotor material. As can be seen from the creep characteristic curve I, the rotor material generates an elastic instantaneous strain corresponding to the instantaneous stress employed in the rotor. Further, as the usage time becomes longer, the amount of distortion increases due to the creep phenomenon. The amount of strain due to creep increases with the passage of time through the transition creep region A, the steady creep region B, and the accelerated creep region, and thereafter the material is destroyed. In the accelerated creep region, the amount of strain increases suddenly, leading to the destruction of the material. Therefore, when the material enters the steady creep region in front of it, the pump drive is stopped and the rotor 7 is replaced. Can be reliably prevented from creeping. Therefore, as a typical control mode, the distortion amount of the steady creep level may be adopted as the reference value REF of the comparison operation circuit 31.
[0029]
In the turbo molecular pump 1 of this example configured as described above, when the motor 21 and the magnetic bearing 11 are driven under the control of the pump drive / control circuit 32, the rotary shaft 5 is magnetically levitated by these to rotate at high speed. . Accordingly, the rotor 7 connected to the rotating shaft 5 rotates at a high speed. The amount of deformation of the portion of the rotor 7 where the deformation due to the centrifugal force is relatively large, that is, the portion on the lower edge side of the skirt portion 7 a is constantly monitored by the detector 19. When the amount of deformation generated in the rotor 7 exceeds the steady creep level of the rotor material, this is detected by the comparison operation circuit 31 and the pump drive / control circuit 32 generates an alarm and an alarm. After that, the pump is forcibly stopped. Therefore, the creep destruction of the rotor 7 can be reliably prevented.
[0030]
Further, for example, even when the rotor 7 rotates at a rotational speed exceeding the specified rotational speed due to an abnormality in the rotation control system of the motor 21, the stress generated in the rotor 7 becomes larger than the specified value. In this case as well, the rotor may be destroyed, but the rotor 7 is always subjected to the action of centrifugal force before being damaged and is deformed to a specified value or more. Therefore, in this case as well, the rotor 7 can be prevented from being damaged based on the output of the detector 19.
[0031]
Further, as described above, when the temperature of the pump is forcibly increased to prevent gas condensation and by-product accumulation, or when the temperature control mechanism of the pump fails, the temperature inside the pump, that is, the rotor The temperature may rise and exceed 100 degrees Celsius. Furthermore, when the temperature of the gas sucked into the pump is high, or when the pump is operated at a pressure higher than a specified pressure, the rotor temperature may rise and exceed 100 degrees Celsius. In the case where the rotor material is an aluminum alloy, when the temperature exceeds 100 degrees Celsius, the strength is significantly reduced, so that the risk of rotor breakage increases.
[0032]
However, in the case of such a temperature rise, the rotor 7 undergoes a large deformation due to a combination of elongation due to a decrease in material strength and elongation due to thermal expansion. Such abnormal elongation of the rotor 7 can also be detected by the detector 19. Therefore, it is possible to prevent the rotor from being damaged due to such a temperature rise.
[0033]
(Other embodiments)
The detector 19 can be an analog output type. Instead, a displacement switch with a built-in comparison calculation function in the detector is set in advance with a displacement amount before the rotor is damaged, and when this displacement amount is reached, a contact signal is output from the displacement switch. The signal output may be input to the pump drive / control circuit to generate an alarm or forcibly stop the pump as described above.
[0034]
Further, the installation position of the detector 19 may be any position as long as the deformation amount generated in the rotor 7 is easily detected. For example, the detector 19 may be disposed opposite the outer peripheral surface of the rotor 7 to detect the amount of deformation.
[0035]
Further, in this example, the reference value that is regarded as a danger of the rotor elongation amount (deformation amount) is the steady creep level of the rotor material. However, in consideration of the safety factor with respect to the creep characteristics of the rotor material to be used with respect to the stress generated in the rotor, a deformation amount of 1.0% creep or less may be used as a reference value for determination.
[0036]
On the other hand, although the pump 1 of this example uses a 5-axis control type magnetic bearing, other magnetic bearings may be adopted. Furthermore, another type of bearing such as a ball bearing or an air dynamic pressure bearing may be employed.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, the high vacuum pump of the present invention includes a detector that detects the amount of deformation generated in the rotor. Therefore, based on the deformation amount detected by the detector, the rotor can be replaced before the rotor is damaged. Therefore, damage to the rotor can be reliably prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a composite turbo molecular pump to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic block diagram showing a main part of a control system of the pump of FIG.
FIG. 3 is a graph showing a general creep characteristic curve of a rotor material.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite type turbo molecular pump 2 Pump case 2a Inlet 3 Fixed blade 5 Rotating shaft 7 Rotor 8 Rotating blade 16 Exhaust port 19 Detector 21 Motor 31 Comparison operation circuit 32 Pump drive / control circuit

Claims (4)

ロータの外周面においてロータ回転軸線の方向に向けて所定の間隔で形成された回転翼と、当該回転翼と対をなす状態に形成された固定翼と、前記ロータに対して前記ロータ回転軸線の一方の側に形成された吸気口および他方の側に形成された排気口とを有する高真空ポンプにおいて、
前記ロータに発生する変形量を直接検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された変形量を予め設定されている基準量と比較して、前記ロータが定常クリープ領域内のクリープ状態にあるか否かを検出する比較手段と、
を有することを特徴とする高真空ポンプ。
A rotor blade formed on the outer peripheral surface of the rotor at a predetermined interval in the direction of the rotor rotation axis; a fixed blade formed in a pair with the rotor blade; and the rotor rotation axis with respect to the rotor. In a high vacuum pump having an intake port formed on one side and an exhaust port formed on the other side,
Detection means for directly detecting the amount of deformation generated in the rotor;
Comparing means for detecting whether or not the rotor is in a creep state within a steady creep region by comparing a deformation amount detected by the detecting means with a preset reference amount;
A high vacuum pump characterized by comprising:
請求項1において、
前記比較手段により、前記ロータが前記定常クリープ領域内のクリープ状態にあることが検出された場合に、前記ロータの回転を強制停止させる制御手段を有していることを特徴とする高真空ポンプ。
In claim 1,
A high vacuum pump comprising: control means for forcibly stopping rotation of the rotor when the comparison means detects that the rotor is in a creep state within the steady creep region.
請求項1において、
前記比較手段により、前記ロータが前記定常クリープ領域内のクリープ状態にあることが検出された場合に、警報を発生する警報発生手段を有していることを特徴とする高真空ポンプ。
In claim 1,
A high vacuum pump comprising: an alarm generating means for generating an alarm when the comparison means detects that the rotor is in a creep state within the steady creep region.
ロータの外周面においてロータ回転軸線の方向に向けて所定の間隔で形成された回転翼と、当該回転翼と対をなす状態に形成された固定翼と、前記ロータに対して前記ロータ回転軸線の一方の側に形成された吸気口および他方の側に形成された排気口とを有する高真空ポンプにおけるロータのクリープ破壊防止方法であって、
ポンプ内に取り付けた検出手段により、当該ロータに発生する変形量を直接検出し、
前記検出手段によって検出された変形量に基づき、前記ロータが定常クリープ領域内のクリープ状態にあるか否かを検出し、
当該クリープ状態に至ったことが検出された場合には、前記ロータを強制停止するか、あるいは、警報を発生する、
ことを特徴とする高真空ポンプのロータのクリープ破壊防止方法。
A rotor blade formed on the outer peripheral surface of the rotor at a predetermined interval in the direction of the rotor rotation axis; a fixed blade formed in a pair with the rotor blade; and the rotor rotation axis with respect to the rotor. A method for preventing creep destruction of a rotor in a high vacuum pump having an intake port formed on one side and an exhaust port formed on the other side,
The amount of deformation generated in the rotor is directly detected by detection means installed in the pump,
Based on the deformation amount detected by the detection means, it is detected whether the rotor is in a creep state within a steady creep region,
When it is detected that the creep state has been reached, the rotor is forcibly stopped or an alarm is generated.
A method of preventing creep destruction of a rotor of a high vacuum pump.
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