JP5303137B2 - 真空ポンプ用軸受モジュールおよび真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の高速回転軸を有する真空ポンプ用軸受モジュールに関するものである。

転がり軸受技術における進歩にもかかわらず、特に高速回転軸に対して、回転を支持する転がり軸受に潤滑剤を供給することが必要である。この潤滑剤は劣化し且つ次第に汚染されてくる。同時に、潤滑しているにもかかわらず、転がり軸受は摩耗により消耗してくる。したがって、転がり軸受および潤滑剤の両方は時々交換されなければならない。

したがって、従来技術においては、いわゆる潤滑剤貯蔵装置を設けることが通常行われ、潤滑剤貯蔵装置内において潤滑剤は例えばスポンジ内に貯蔵されている。転がり軸受は軸端付近に配置され、且つ固定リングにより、たわみ材料からなるリングと共にハウジング部分に対して締め付けられる。転がり軸受を外れた側において軸端を包囲するように潤滑剤貯蔵装置が配置されている。遠心力作用により潤滑剤は転がり軸受内に供給され且つそこから重力作用により滴下して潤滑剤貯蔵装置内に戻る。

完全な軸受機能に対して、上記のたわみ材料の締付け度が重要である。したがって、従来技術の方法においては、軸受の交換後における、軸受装置がその中に組み込まれている装置内への締付が正確に設定されなければならないことが問題である。さらに潤滑剤を戻すためには重力作用は十分ではなく、その理由は、重力作用は地球の重力場内における装置の方向の関数であるからである。従来技術においては、例えばドイツ特許公開第１０３２１３２６号に記載のようなきわめて費用のかかる構造が既知であり、この構造は費用のかかる潤滑剤配管および潤滑剤ポンプを必要としている。この方法は大量の潤滑剤を供給するときにおいてのみ確実に作動する。

したがって、構造が簡単で且つ種々の取付姿勢に適した、転がり軸受への潤滑剤の供給装置を提供することが本発明の課題である。

この課題は請求項１の特徴を有する軸受モジュールにより解決される。
転がり軸受に対して構造とは反対側にラジアル供給手段が配置され、構造は潤滑剤貯蔵装置から軸への潤滑剤流れを可能にする。このラジアル供給手段は、潤滑剤を毛管力により供給して潤滑剤貯蔵装置内に戻す。これにより、重力とは無関係な潤滑剤循環回路が得られることは有利である。これは、転がり軸受の潤滑不良を発生することなく、装置を種々の姿勢において運転することを可能にする。これにより、種々の姿勢が可能であるという利点をもつ簡単な構造が達成される。この装置は、さらに、毛管力を利用することにより、少ない供給量を有する潤滑剤循環回路を保証することが可能である。

従属請求項２−９は有利な変更態様を示す。
ラジアル供給手段が軸受モジュール内に配置されているとき、コンパクトな好ましい構造が得られる。この手段により、軸受モジュールを製造するときに予め供給手段の提供が行われる。

潤滑剤循環回路を形成するときにより多くの自由度を得るために、追加のアキシアル供給手段は有利である。このようにして、潤滑剤貯蔵装置およびラジアル供給手段の相互間に間隔を設けることができる。

請求項４に記載の装置は転がり軸受を２つの構造部分で保持し、２つの構造部分はねじ山を介して相互にねじ込み結合されている。一方の構造部分の外側および他方の構造部分の内側に設けられているこのねじ山は、構造部分の結合と、および相互の相対位置決めとを同時に行っている。これは構造部分間に隙間を形成し、隙間の大きさはねじ込みの程度の関数である。相対位置決めは転がり軸受の姿勢をも決定するので、相対位置決めはねじ込み結合によりきわめて容易且つ正確に設定可能である。

一変更態様においては、隙間が転がり軸受の外輪内の内孔と結合されているので、潤滑剤は転がり軸受から流出し且つ隙間内に流入可能である。これは潤滑剤循環回路の構造を簡単にし且つ軸受からの潤滑剤のより確実な搬送を保証する。

他の変更態様においては、第１および第２の部分は表面コーティングを有し、表面コーティングは潤滑剤との化学反応を阻止するので、これは第１および第２の部分の寿命を延長させるのみでなく、両方の部分の腐食もまた防止する。挿入体の考え方により、コーティングされるべき部分はその他のハウジング構造部分に比較して小さいので、ここでコストが節約可能であるという利点が得られる。

他の実施形態においては、第１および第２の構造部分が挿入体の構成部分であり、これにより構造グループが統合されるので、装置ハウジングに対する挿入体の相対位置が決定されるだけでよい。挿入体は真空ポンプのハウジング内に挿入され且つ着脱可能に固定されている。これは、挿入体の組立てによって転がり軸受の位置の設定を行うことを可能にする。それに続いて、挿入体はハウジング内に固定される。設定はもはや真空ポンプにおいて行われず、挿入体の製造において行われるので、保守の容易性が向上される。

真空ポンプ特にターボ分子ポンプの成功した構造形態においては、軸の低真空側の転がり軸受が高真空側の永久磁気軸受と組み合わされている。この永久磁気軸受は軸線方向の力を与える。この力は転がり軸受の位置の特に正確な設定を必要とし、このことは、この変更態様の軸受モジュールにより達成可能である。さらに、この真空ポンプに対して、種々の取付姿勢において運転可能であることが重要である。まさに分子ポンプにおけるような軸の高速回転は、さらに、確実な潤滑油循環回路を要求し、この確実な潤滑油循環回路は、提供された装置により達成される。

２つの実施例により本発明を詳細に説明し且つその利点を考察する。

図１は、本発明による軸受モジュールを備えている、以下においてターボ・ポンプと呼ばれるターボ分子真空ポンプを断面図で示している。このターボ・ポンプは、ポンプ装置を含む上部部分１０と、および特に駆動装置６を収容する下部部分１１とを備えたハウジング１２を有している。この駆動装置は、軸２を、ガス摩擦ポンプ特にターボ・ポンプに対して１００００ｒｐｍ以上の範囲内で高速回転させる。軸上に、羽根を支持するロータ・ディスク３が固定されている。ロータ・ディスク３は軸上に間隔配置されている。このように形成された隙間内に、同様に羽根を備えたステータ・ディスク４が存在し、ステータ・ディスク４は、スペーサ・リング５により軸方向に間隔保持され且つハウジングの上部部分によって心出しされる。ポンプ・ハウジングは、さらに、ガス入口１４を包囲するフランジ１３を有し、フランジ１３により、ポンプを容器に着脱可能に固定することができる。ガスはガス入口からロータ・ディスクおよびステータ・ディスク内を通過して供給され且つガス出口１５から排出される。軸を回転可能に支持する軸受７を保持するために、軸受ホルダ８が設けられている。この軸受は例えば軸端に存在し且つ永久磁気軸受として形成されていることが有利である。この軸受を駆動装置の範囲内に配置し、このようにして遊動支持を形成することもまた考えられる。同様に、変更態様として、ロータを釣鐘状に形成し且つ軸受７をこの釣鐘の下に配置することが考えられる。軸受７とは反対側の軸端に他の軸受が配置されている。この軸受は、本発明により形成される軸受モジュール１内に存在し、軸受モジュール１は、ハウジングの下部部分内に設けられている円筒形受入部５０内に挿入され且つ例えばねじ９によりハウジング内に着脱可能に固定されている。他の固定手段も考えられる。

本発明の第１の実施態様における軸受モジュールが図２に詳細に示されている。この軸受モジュール３３は真空ポンプのハウジング３０内に配置されている。このために、軸受モジュール３３は、中空空間内に挿入され且つ例えばねじ９または他の固定手段を介して中空空間内に着脱可能に固定されている。軸受モジュール内に潤滑剤貯蔵装置２１が存在し、潤滑剤貯蔵装置２１は吸収力があり且つ毛管力により供給作用をする材料例えばフェルトから構成されている。構造２２は、軸２上に存在する、遠心力作用により供給する構造と滑り接触をなしている。この構造により、潤滑剤は、高速回転している軸に搬送される。遠心力作用により供給する構造は噴霧ナット２３として形成されている。このような噴霧ナットは軸端のねじ山上にねじ込まれ且つ円錐表面を有している。この円錐の直径は転がり軸受の方向に拡大している。転がり軸受は、外輪２０、内輪１６および転がり本体１７の構造部分から構成されている。内輪は軸２上に配置され且つ噴霧ナット２３により固定されている。噴霧ナットにより潤滑剤は転がり軸受内に供給される。余剰の潤滑剤は矢印方向に沿って転がり軸受から押し出され且つ静止ハウジングに存在する円錐面３６により受け取られる。毛管力に基づき供給作用が発生するようにその幅が決定されている隙間２５内を通過して、潤滑剤は潤滑剤貯蔵装置の部分２１ａに案内される。隙間幅の正確な設定はスペーサ・ディスク３１を介して保証される。潤滑剤貯蔵装置の部分２１ａは数か所においてのみ軸受モジュール３３の正面から突出し且つ隙間内に入り込んでいる。隙間はさらにフェルトまたは類似材料で充填されていてもよく、これにより、ラジアル方向への供給は材料内の毛管力により行われる。これにより、隙間幅はそれほど狭くする必要はなく、このことは製造および装着を簡単にしている。隙間の代わりに、円錐面３６の範囲と潤滑剤貯蔵装置の部分２１ａとの間に内孔が設けられていてもよい。カバー３２により潤滑剤貯蔵装置は所定の位置に保持され且つ装置は真空気密をなして閉鎖される。部分２１ａおよび潤滑剤貯蔵装置２１は一体としてまたは別々の部分から形成されていてもよい。後者は取付を容易にする。転がり軸受の外輪２０はアキシアル遊動リング１８およびラジアル遊動リング１９により遊動可能に支持されている。外輪は固定リング３４により軸受モジュール内に固定される。

図３は軸受モジュールの第２の実施例を示す。この例においては、軸受モジュール１は第１の部分４１および第２の部分４２から構成され、これらはねじ山４４を介して相互にねじ込み結合されている。両方の部分の間に隙間２５が形成される。両方の部分間にさらにシール４５が配置され、シール４５は、一方でこの隙間をシールし、他方で例えば振動による部分の相対回転に抵抗する軸方向張力を発生する。他の固定手段も考えられる。

部分４１および４２はラジアル１９およびアキシアル１８遊動リングを介して転がり軸受の外輪２０を保持する。アキシアル遊動リングと外輪との間にディスク４８が配置され、ディスク４８は潤滑剤遮断装置として働く。部分４１および４２は軸２の端部領域を包囲し、軸２の端部にねじ山が設けられ、このねじ山上に、円錐外面を有する噴霧ナット２３がねじ込まれる。転がり軸受の内輪１６は軸と噴霧ナットとの間に固定され、転がり軸受の内部に転がり本体１７が存在する。部分４２の内部に潤滑剤貯蔵装置２１が配置され、潤滑剤貯蔵装置２１は、噴霧ナットと滑り接触をなす構造２２を有している。この例においては、潤滑剤貯蔵装置は、吸収可能で且つ毛管力により供給作用をする材料の複数の層から構成されている。この潤滑剤貯蔵装置から、潤滑剤は構造２２を介して噴霧ナットの円錐に到達し、および軸の高速回転において発生する遠心力により転がり軸受の内部に供給される。この外輪内に内孔４６が設けられ、内孔４６は隙間２５と接触しているので、余剰の潤滑剤は内孔を通過して転がり軸受から隙間２５内に到達する。この隙間は毛管力が発生するように形成されていても、または供給作用をする材料で充填されていてもよいので、潤滑剤は半径方向外方へ供給される。ここで次に、潤滑剤は、アキシアル供給手段４７により受け取られ且つ毛管力により供給されて潤滑剤貯蔵装置内に戻される。一変更態様においては、中心軸の周りに複数の供給手段４７が配置されていてもよく、これにより、軸受モジュールしたがって真空ポンプを実際に種々の空間方向に向けることが可能となる。供給手段それ自身は多孔性焼結プラスチック、フェルト状またはその他の材料を含み、この材料は、潤滑剤をその内部に受け取り且つ供給することが可能である。供給手段は棒状に形成されていてもよい。

代替態様として、隙間２５の代わりに、ラジアル供給手段として作用する内孔が設けられていてもよい。この場合、「ラジアル」とは、例えば中心軸から外方への供給作用と理解されるべきである。この場合、ラジアル供給手段は、図において中心軸に対して傾斜された供給方向が形成されるように軸方向にオフセットを有していてもよい。

内孔４６の代わりに、ディスク４８に、ラジアル通路、または内部から外部へ伸長するスパイラル通路が設けられていてもよい。
この軸受モジュールは、部分４１および４２のねじ込み結合を介して寸法Ｘを設定可能であることにより他の利点を達成する。この寸法は、まさに永久磁気軸受との協働においてきわめて重要である。真空ポンプの運転の間に、軸は潤滑剤貯蔵装置とは反対方向に移動される。これにより、遊動リング１８は圧着される。したがって、軸の空間内における姿勢は、特に構造部分４１の位置により決定される。部分４２に対するこの位置、したがって真空ポンプ・ハウジングに対するこの位置、および最終的には永久磁気軸受に対するこの位置は、ねじ山４４を介してきわめて正確に設定される。この設定が軸受モジュールの製造において行われ、および真空ポンプの取付においてはもはや行われないこともまた有利である。

本発明による軸受モジュールを有する真空ポンプの断面図である。 本発明による第１の軸受モジュールの断面図である。 本発明による第２の軸受モジュールの断面図である。

符号の説明

１、３３ 軸受モジュール
２ 回転軸
３ ロータ・ディスク
４ ステータ・ディスク
５ スペーサ・リング
６ 駆動装置
７ 永久磁気軸受
８ 軸受ホルダ
９ ねじ
１０ ハウジング上部部分
１１ ハウジング下部部分
１２、３０ ハウジング
１３ フランジ
１４ ガス入口
１５ ガス出口
１６ 内輪
１７ 転がり本体
１８ アキシアル遊動リング
１９ ラジアル遊動リング
２０ 外輪
２１ 潤滑剤貯蔵装置
２１ａ アキシアル供給手段（潤滑剤貯蔵装置の部分）
２２ 構造
２３ 軸側供給構造（噴霧ナット）
２５ ラジアル供給手段（隙間）
３１ スペーサ・ディスク
３２ カバー
３４ 固定リング
３６ 円錐面
４１ 第１の構造部分
４２ 第２の構造部分
４４ ねじ山
４５ シール
４６ ラジアル供給手段（内孔）
４７ アキシアル供給手段
４８ ディスク
５０ 円筒形受入部
Ｘ 寸法

Claims (9)

1. 軸受モジュール（１）が転がり軸受の外輪（２０）および潤滑剤貯蔵装置（２１）を含み、この場合、潤滑剤貯蔵装置は構造（２２）を有し、構造（２２）は軸側供給構造（２３）と滑り接触をなし、軸側供給構造（２３）は遠心力により潤滑剤を転がり軸受内に供給する、高速回転軸（２）を有する真空ポンプ用軸受モジュール（１）において、
   転がり軸受に対して構造とは反対側にラジアル供給手段（２５；４６）が配置され、ラジアル供給手段（２５；４６）は、潤滑剤貯蔵装置内への潤滑剤の戻し供給を行うことを特徴とする真空ポンプ用軸受モジュール（１）。
2. ラジアル供給手段（２５；４６）が軸受モジュール（１）内に配置されていることを特徴とする請求項１の軸受モジュール。
3. さらに、潤滑剤循環回路内において、ラジアル供給手段（２５；４６）と潤滑剤貯蔵装置（２１）との間にアキシアル供給手段（２１ａ、４７）が配置され、アキシアル供給手段（２１ａ、４７）は潤滑剤の搬送を可能にすることを特徴とする請求項１または２の軸受モジュール。
4. 軸受モジュール（１）が第１（４１）および第２の構造部分（４２）を含み、およびラジアル供給手段が第１および第２の構造部分の間に隙間（２５）を含むことを特徴とする請求項１または２の軸受モジュール。
5. 軸受の外輪（２０）が内孔（４６）を有し、内孔（４６）は隙間（２５）と結合されているので、潤滑剤が転がり軸受の内部から外部へ流動可能であることを特徴とする請求項４の軸受モジュール。
6. 第１（４１）および第２の部分（４２）の少なくとも１つが潤滑剤貯蔵装置（２１）を受け入れるように適合されていることを特徴とする請求項４の軸受モジュール。
7. 第１（４１）および第２の部分（４２）が、少なくとも潤滑剤と接触するに至るこれらの表面の部分にコーティングを有し、このようにして、潤滑剤との反応によるそれらの材料の化学変化を阻止可能であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの軸受モジュール。
8. 軸受モジュール（１）が、ターボ分子ポンプ・ハウジングの円筒形受入部（５０）内に、着脱可能に固定されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの軸受モジュール。
9. 請求項１ないし８に記載の軸受モジュール（１）および永久磁気軸受（７）が共同で軸（２）を回転可能に支持することを特徴とする軸を有する真空ポンプ。

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