JP4703565B2 - ターボ分子ポンプの軸受支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、高速で回転するロータを有して中真空から超高真空にわたる圧力範囲で使用されるターボ分子ポンプに関し、特にグリス潤滑された上下の転がり軸受でロータの回転軸を軸支する方式のターボ分子ポンプの軸受支持構造に関する。

図３に従来のターボ分子ポンプの１例の縦断面図を示した。

即ち、図３においてａはターボ分子ポンプのロータ、ｂは回転軸、ｃがモータである。

モータｃの駆動によって回転軸ｂ及びロータａが高速で回転し、吸気口ｄから吸気をして排気口ｅから排気を行なう。

回転軸ｂは上部の第１玉軸受ｆと下部の第２玉軸受ｇによってハウジングｈ内に軸支されている。

第２玉軸受ｇはハウジングｈに設けられた円穴ｈ１に該第２玉軸受ｇの外周部との間に微小の隙間を存して嵌入されていると共に、該円穴ｈ１部に設置したＯリングｍ２によって断熱的に支承されているが、該第２玉軸受ｇの外輪の下側側面は前記ハウジングｈに密着するように当接している。このため該第２玉軸受ｇの発生熱はハウジングｈに伝達されて放熱する。

一方の第１玉軸受ｆは、軸受スリーブｊの円穴ｊ１に該第１玉軸受ｆの外周部との間に微小の隙間を有して嵌入されていると共に、該円穴ｊ１部に設置したＯリングｍ１によって断熱的に支承されているが、該第１玉軸受ｆの外輪の上側端面は前記軸受スリーブｊの側部の内方に突出したフランジ部ｊ２に密着するように当接している。このため該第１玉軸受ｆの発生熱は前記フランジ部ｊ２を介して軸受スリーブｊにまで伝達される。

しかしながら軸受スリーブｊは、スリーブケースｋに設けられた円穴ｋ１に該軸受スリーブｊの外周部との間に微小の隙間を存して嵌入されていると共に、該円穴ｋ１部に設置したＯリングｎによって断熱的に支承されており、又、該軸受スリーブｊの上側端部はスプリングＰを介してスリーブケースｋに当接しているだけなので、該軸受スリーブｊからスリーブケースｋへの熱伝達が充分に行なわれないという問題があった。

分子ポンプの運転中はモータｃ及び玉軸受ｆ、ｇより熱が発生して回転軸ｂ及び玉軸受ｆ、ｇが昇温するが、ターボ分子ポンプ内部は真空のため、この発生熱は殆ど前記玉軸受ｆ、ｇを介してハウジングｈに伝達され、そこで外気又は冷却水によって冷却されねばならない。このように軸受スリーブｊからの熱伝達が充分に行なわれないと、前記第１玉軸受ｆが過熱を起こすという問題を生ずる。

又、前記両玉軸受ｆ、ｇは、前記スプリングＰにより所定の軸方向推力（予圧）を与えられることによって安定した回転を保つことができるが、前記軸受スリーブｊと前記スリーブケースｋとの間に介在するＯリングｎの摺動抵抗によって前記スプリングＰの軸方向推力が前記玉軸受ｆ、ｇに伝わらない場合があって、玉軸受ｆ、ｇに振動や騒音を生じるという問題があった。

そこで、これらの問題点に対する対策として、分子ポンプの回転軸を該回転軸の上下に各１組ずつ設けた２組の玉軸受によって軸支する方式の分子ポンプにおいて、これら２組の玉軸受の内の一方の玉軸受は、該玉軸受の外輪端面に当接するフランジ部を有する軸受スリーブに、該玉軸受の外周部との間に微小の隙間を有して嵌入され、且つ該軸受スリーブは、前記分子ポンプのハウジングに固定したスリーブケースの円穴に該軸受スリーブの外周部との間に微小の隙間を有して摺動可能に嵌入されていると共に該軸受スリーブの外周部と該スリーブケースの円穴との間にはＯリングを介在させない構造とした例がある（例えば、特許文献１参照。）。

又、軸受の外輪とハウジングとの間に弾性支持環を介在させて、軸受を弾性的に支持した例として、軸受の外輪とハウジングとの間に装着された弾性支持環を介して軸受を弾性的に支持してなる軸受の弾性支持装置において、弾性支持環は、軸受の外輪と対応する外周面に前記外輪の幅よりも大きい溝幅をもった周溝を有し、かつ少なくともその両側にハウジングに対するはめあい部を備えていることを特徴とした軸受の弾性支持装置（特許文献２参照）や回転体を軸支する軸受部を、グリス又はイラストマを充填した制振部を介して本体部に支持させてなることを特徴とする回転機械（特許文献３参照）が知られている。
特開２００３−１７２２８８号公報 実開昭５６−９７６２１号公報 特開平１０−２８８１９５号公報

前記特許文献１の発明によれば、一方の玉軸受は、該玉軸受の外周部が嵌入する軸受スリーブに微小の隙間を有して嵌入され、且つ該スリーブは、ハウジングに固定されたスリーブケースの円穴に微小の隙間を有して嵌入されており、これら２つの円周隙間では、前記玉軸受に発生する振動を吸収するのに不充分であるという問題点があった。

又、前記特許文献２の技術では、軸受が弾性支持環を介してハウジングに支持されているため、回転軸及び軸受部の熱がハウジング側に伝達されにくく、軸受が過熱することがあるという問題点があった。更に、軸受を支持している弾性支持環の弾性が弱い場合には、回転軸を正しい軸心に支持することができず、ロータの動翼の先端部がハウジングの内壁に接触することがあるという問題点があった。

更に又、前記特許文献２の技術では、軸受外輪の端面に対する抑えを欠いているので、外輪の傾きに対する規制が弱く、高速回転をする回転軸の軸受に用いると早期に軸受破損を起こす危険があるという問題点があった。

又、前記特許文献３の技術でも、グリス又はイラストマを充填した制振部の熱の伝達性が悪く、軸受が過熱することがあるという問題点があった。

更に又、前記特許文献３の技術も軸受に外輪の傾きに対する規制が弱いので、高速回転をする回転軸の軸受に用いると早期に軸受破損を起こす危険があるという問題があった。

本発明は、これらの問題点を解消し、軸受が過熱することがなく、回転軸を正しい軸心に支持することができて、しかも回転軸の振動吸収作用を有するような、転がり軸受式のターボ分子ポンプに適した軸受支持構造を提供することを目的とする。

本発明は前記の目的を達成すべく回転軸を軸支する上下の転がり軸受が、これら各軸受を支承する上下のスリーブに、各軸受の外輪の外周部及び片端面部を当接させて嵌入しており、これら上下のスリーブの内のいずれか一方のスリーブはハウジングに固定され、他方のスリーブは前記ハウジング内に設けたスリーブ挿通穴内に軸方向の摺動自在に嵌入されており、更に前記上下の軸受に軸方向の力を作用する軸受予圧用ばねを具備したターボ分子ポンプの軸受支持構造において、前記上下のスリーブを各々内側スリーブと外側スリーブとからなる内外二重構造に形成し、これら内側スリーブと外側スリーブとの間に、熱伝導ゲルを充填して円環状のゲル層を設けると共に該ゲル層の両端部にそれぞれＯリング等の弾性体を配置して前記ゲル層を密封したことを特徴とする。

本発明によれば、ターボ分子ポンプの軸受が過熱することがなく、回転軸を正しい軸心に支持すると共に、軸受内外輪のアライメントを正確に維持しながら軸方向の予圧を与えて高速回転での軸受耐久性を高めるようにすることができて、しかも回転軸の振動吸収作用を有する軸受支持構造が得られるので、ターボ分子ポンプの運転騒音及び振動を小さくすることができると共に軸受寿命を長く保つことができる効果を有する。

本発明の最良の実施の形態の実施例を以下に説明する。

図１は、本発明の軸受支持構造を具備したターボ分子ポンプの一部、軸受支持部の縦断面図であり、同図１では、回転軸１の上部に係着されているロータ及び中間ハウジング２の上部に連設されている上部ハウジングを省略して示している。

３はモータで、該モータ３は前記回転軸の外周部に固定されたロータ３ａと、前記中間ハウジング２の内周部に固定されたステータ３ｂとからなっている。

４及び５は玉軸受で、これら玉軸受４、５は前記モータ３を挟んでその上下に設けられており、これら玉軸受４、５はいずれもグリースを封入した自己潤滑式である。

６は第１スリーブで、該第１スリーブ６は内周側の内側第１スリーブ６ａと外周側の外側第１スリーブ６ｂとからなる内外二重構造に形成されている。

該内側第１スリーブ６ａ内に前記玉軸受４が嵌入すると共に、該内側第１スリーブ６ａの上部の内方へ向かって突出したフランジ部６ａ１に前記玉軸受４の外輪の上端部を当接させて前記玉軸受４を係止している。

尚、６ａ２は前記玉軸受４の外周部と前記内側第１スリーブ６ａの内周部との間に僅少な隙間を形成するために介在させたＯリングで、該Ｏリング６ａ２は前記内側第１スリーブ６ａに設けられたＯリング溝に嵌入されている。

前記外側第１スリーブ６ｂは前記中間ハウジング２の上部にボルト締め等の方法で固定されている。

前記内側第１スリーブ６ａと前記外側第１スリーブ６ｂとの間には環状のゲル層６ｃが設けられており、該ゲル層６ｃの両端部にある２つのＯリング即ち第一Ｏリング６ｄと第二Ｏリング６ｅとによって該ゲル層６ｃを前記内外の第１スリーブ６ａ、６ｂ間に密封している。

前記第一Ｏリング６ｄは、前記内側第１スリーブ６ａの上端の外側角部に設けられたＯリング溝に嵌入すると共に、前記外側第１スリーブ６ｂの上部から内方へ向かって突出しているフランジ６ｂ１の下面に該第一Ｏリング６ｄの上面を当接させて下方へ押圧されている。

即ち、前記外側第１スリーブ６ｂは、前記第一Ｏリング６ｄを介して前記内側第１スリーブ６ａが上方へ抜け出るのを防止している。

又、前記第二Ｏリング６ｅは、前記内側第１スリーブ６ａの外周面部と前記外側第１スリーブ６ｂの内周面部との間に介在していて、該第二Ｏリング６ｅの太さによってこれら内側第１スリーブ６ａと外側第１スリーブ６ｂとの間を所定間隔に保持するようになっている。

７は第２スリーブで、該第２スリーブ７は内周側の内側第２スリーブ７ａと外周側の外側第２スリーブ７ｂとからなる内外二重構造に形成されている。

該内側第２スリーブ７ａ内に前記玉軸受５が嵌入すると共に、該内側第２スリーブ７ａの下部の内方へ向かって突出したフランジ部７ａ１に前記玉軸受５の外輪の下端部を当接させて前記玉軸受５を係止している。

７ａ２は前記玉軸受５の外周部と前記内側第２スリーブ７ａの内周部との間に僅少な隙間を形成するために介在させたＯリングで、該Ｏリング７ａ２は前記内側第２スリーブ７ａに設けられたＯリング溝に嵌入されている。

前記外側第２スリーブ７ｂは、下部ハウジング２ｂに設けたスリーブ挿通穴２ｂ１内に軸方向の摺動自在に嵌入されており、更に該外側第２スリーブ７ｂは、前記下部ハウジング２ｂに底面を当接させた皿ばね８の上向きの弾発力によって上向きに加勢されている。この弾発力は後述する第四Ｏリング７ｅを介し、更に玉軸受５、回転軸１、玉軸受４及び前記第一Ｏリング６ｄを介して、前記外側第１スリーブ６ｂのフランジ６ｂ１の押圧力と釣合っている。

前記内側第２スリーブ７ａと前記外側第２スリーブ７ｂとの間には環状のゲル層７ｃが設けられており、該ゲル層７ｃの両端部にある２つのＯリング即ち第三Ｏリング７ｄと第四Ｏリング７ｅとによって該ゲル層７ｃを前記内外の第２スリーブ７ａ、７ｂ間に密封している。

前記第三Ｏリング７ｄは、前記内側第２スリーブ７ａの外周面部と前記外側第２スリーブ７ｂの内周面との間に介在していて、該第三Ｏリング７ｄの太さによってこれら内側第２スリーブ７ａと外側第２スリーブ７ｂとの間を所定間隔に保持するようになっている。

又、前記第四Ｏリング７ｅは、前記内側第２スリーブ７ａの下端の外側角部に設けられたＯリング溝に嵌入すると共に、前記外側第２スリーブ７ｂの下部から内方へ向かって突出しているフランジ７ｂ１の上面に該第四Ｏリング７ｅの下面を当接させている。

前記ゲル層６ｃ及び７ｃは熱伝導ゲルからなり、少なくとも１Ｗ／ｍ・ｋの熱伝導率を持ったペースト状で、例えばＤＰ−１００（商品名）や熱伝導性ＨＴシート（商品名）等が用いられる。

ここで熱伝導ゲルは、合成樹脂のゲル材に熱伝導率の高い金属粉末等を添加して、高い熱伝導性が得られるようにしたゲルである。

該ＤＰ−１００の物理的性質を図２の表に示した。

次に本実施例のターボ分子ポンプの軸受支持構造の作動及び効果について説明する。

ターボ分子ポンプの駆動は、図１のモータ３によって行なわれ、該モータ３の駆動によって回転軸１が高速で回転すると共に、該回転軸１の上部に係着されているロータ（図示せず）も高速回転をして、排気を行なう。

前記回転軸１は前記モータ３の上下に設置した２つの玉軸受４、５によって回動自在に軸支されており、前記回転軸１に生ずる上下方向の推力、及び左右方向の振動も、すべてこれら玉軸受４、５が支承する。又、皿ばね８はこれら玉軸受４、５に軸方向の予圧を与えて、高速回転に対して耐久性を有するようにしている。

しかし、ロータと共に高速回転する回転軸１の回転中心は、必ずしも前記玉軸受４、５の中心と一致しておらず、前記回転軸１は微小な偏心を有して回転しようとするので、この偏心に対応するために、前記玉軸受４、５も微小な左右への振れが必要となる。

この振れは、これら玉軸受４、５の外周部にある第１スリーブ６又は第２スリーブ７にそれぞれ設けられた環状のゲル層６ｃ又は７ｃによって吸収され、これら玉軸受４、５が破損することなく回転を続けることができる。

又、前記玉軸受４、５には回転に伴う発熱があり、更に前記回転軸１も、前記モータ３の駆動に伴う発熱があって、該回転軸１からの熱もこれら玉軸受４、５に伝えられる。

ターボ分子ポンプは真空状態での作動が主体であり、このため、回転軸１や玉軸受４、５の周りも真空状体なので、前記玉軸受４、５の冷却は、前記第１スリーブ６又は前記第２スリーブ７を介した熱伝導に頼ることになる。

これら第１スリーブ６及び第２スリーブ７の内部には、前記玉軸受４、５の振動を吸収するためのゲル層６ｃ又は７ｃがあるが、これらゲル層を熱伝導性の良いものとしたので、前記玉軸受４、５の熱を容易に外部の中間ハウジング２又は下部ハウジング２ｂに放熱して、前記玉軸受４、５を冷却することができる。

更に又、前記第１スリーブ６及び前記第２スリーブ７には、それぞれ内側スリーブと外側スリーブとの間に介在するＯリング６ｅ又は７ｄがあって、これらＯリングの介在によって前記内側スリーブと外側スリーブの間に所定の間隔を保持して、ロータの翼の安全を保っている。

又、これらＯリング６ｅ、７ｄは適度の弾性を有しており、前記環状のゲル層６ｃ又は７ｃと共に前記玉軸受４、５の振動を吸収する役目も果している。

尚、本実施例では玉軸受４及び玉軸受５をグリースを封入した自己潤滑式の玉軸受としたが、これはグリース封入式でなくてもよく、又、ローラベアリング等の転がり軸受であってもよい。

又、ゲル層６ｃは、これを円環状に形成した可撓性を有する薄肉の袋内に密封してから、前記内側スリーブ６ａと前記外側スリーブ６ｂとの間、及び又は、前記内側スリーブ７ａと前記外側スリーブ７ｂとの間に密着するようにしてもよい。

これにより、ゲルの漏れ防止がより確実になり、又組立作業性が向上する。

本発明は、玉軸受等の転がり軸受を有するターボ分子ポンプの軸受支持構造に利用される。

本発明のターボ分子ポンプの軸受支持構造の実施例１の縦断面図である。 前記実施例１の一部、ゲル層の一例の物理的性質を示す表である。 従来の軸受支持構造のターボ分子ポンプの一例の縦断面図である。

符号の説明

１ 回転軸
２、２ａ ハウジング（中間ハウジング、下部ハウジング）
２ｂ１ スリーブ挿通穴
４、５ 軸受（玉軸受）
６、７ スリーブ（第１スリーブ、第２スリーブ）
６ａ、７ａ 内側スリーブ
６ｂ、７ｂ 外側スリーブ
６ｃ、７ｃ ゲル層
６ａ２、６ｄ、６ｅ、７ａ２、７ｄ、７ｅ 弾性体（Ｏリング）
８ 軸受予圧用ばね

Claims (5)

1. 上下の転がり軸受によってロータの回転軸を軸支する方式のターボ分子ポンプにおいて、前記上下の転がり軸受を各々内外二重の円筒構造からなる上下のスリーブ内にそれぞれ支承し、これら上下のスリーブを構成する各内側スリーブと外側スリーブとの間に間隙を設けて、該間隙に熱伝導ゲルを充填して円環状のゲル層を形成すると共に、該ゲル層の両端部にそれぞれＯリング等の弾性体を配置して前記ゲル層を密封したことを特徴とするターボ分子ポンプの軸受支持構造。
2. 前記内側スリーブと前記外側スリーブとは、前記ゲル層の両端部に配置した前記Ｏリング等の弾性体の一方又は双方の介在により、これら内側スリーブと外側スリーブとの間に所定の間隔を保持するように形成したことを特徴とする請求項１に記載のターボ分子ポンプの軸受支持構造。
3. 前記上下の転がり軸受が、これら各軸受を支承する上下の前記二重のスリーブの内の各内側スリーブに各軸受の外輪の外周部及び片端面部を当接させて嵌入しており、これら上下のスリーブのいずれか一方の外側スリーブはハウジングに固定され、他方の外側スリーブは前記ハウジング内に設けたスリーブ挿通穴内に軸方向の摺動自在に嵌入されており、更に前記上下の軸受に軸方向の力を作用する軸受予圧用ばねを具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のターボ分子ポンプの軸受支持構造。
4. 前記ゲル状体を、円環状に形成した可撓性を有する薄肉の袋内に密封して、前記内側スリーブと前記外側スリーブとの間に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載のターボ分子ポンプの軸受支持構造。
5. 前記熱伝導ゲルは、少なくとも１Ｗ／ｍ・ｋの熱伝導率を有するものとしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載のターボ分子ポンプの軸受支持構造。

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