JP6485874B2 - バックアップ軸受接触センサ付きの真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプに関する。

真空ポンプは、駆動シャフトによって回転可能に支持されたロータ、駆動シャフトの回転中にロータの通常の位置から遠ざかるロータの運動を制御する第１の軸受組立体、及びこの運動を制限するバックアップ軸受組立体を含む真空ポンプ輸送機構体を有する。真空ポンプは、性能低下又は故障を回避するための保守及び点検整備を定期的に必要とする。

本発明は、改良型真空ポンプを提供する。

本発明は、真空ポンプであって、駆動シャフトによって回転可能に支持されたロータと、駆動シャフトの回転中にロータの運動を制御する第１の軸受組立体と、運動を制限するバックアップ軸受組立体と、運動がバックアップ軸受組立体によって制限された時点を検出するセンサとを含む真空ポンプ輸送機構体を有することを特徴とする真空ポンプを提供する。

駆動シャフトの運動は、全体として、半径方向の運動であるのが良い。

バックアップ軸受組立体は、ロータ又は駆動シャフトとの接触によって運動を制限するよう構成されるのが良く、センサは、バックアップ軸受組立体とロータ又は駆動シャフトとの各接触イベントを検出するよう構成されている。

第１の軸受組立体は、ロータ又は駆動シャフトに接触することなく運動を制御する非接触型軸受組立体であるのが良い。

第１の軸受組立体は、磁気軸受組立体であるのが良い。

第１の軸受組立体は、バックアップ軸受組立体をロータ又は駆動シャフトから隔てる距離よりも長い距離だけロータ又は駆動シャフトから間隔を置いて配置するのが良い。

センサは、バックアップ軸受体が力に起因して生じる運動を制限するようにするのに十分な、ロータ又は駆動シャフトに加えられる力を検出するよう構成されているのが良い。

センサは、加速度計であるのが良い。

センサは、ポンプハウジングに対して固定されているのが良い。

センサは、バックアップ軸受組立体が運動を制限したイベントの回数を計数する計数器に信号を出力するよう構成されているのが良い。

真空ポンプは、イベントの回数がバックアップ軸受組立体の破損を予測する所定の値を超えた時点をユーザに指示する指示器を有するのが良い。指示器は、イベントの回数を表示するディスプレイであるのが良い。

指示器は、イベントの回数をワイヤード又はワイヤレス接続方式により遠隔の場所に送信する送信機から成るのが良い。

センサは、真空ポンプに加えられた力の大きさを検出し、検出した力の大きさに応じてバックアップ軸受組立体について生じる損傷を関連付けるよう構成されているのが良い。

真空ポンプは、ターボ分子真空ポンプ輸送機構体を有するのが良い。

次に、本発明を良好に理解することができるようにするため、例示として与えられているに過ぎない本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。

真空ポンプの略図である。 真空ポンプの軸受組立体を詳細に示す図である。 真空ポンプの駆動シャフトの運動を制限するバックアップ軸受組立体を示す図である。

図１〜図３を参照すると、真空ポンプ輸送機構体１２を有する真空ポンプ１０が示されており、この真空ポンプ輸送機構体は、この場合、ターボ分子真空ポンプ輸送機構体であるが、このポンプは、他の真空ポンプ輸送機構体を有していても良い。ポンプ輸送機構体は、駆動シャフト１６によって回転可能に支持された４つのアレイをなすロータブレード１４を有するロータを含む。ロータブレードは、それぞれ対応のアレイをなすステータブレード１８に対して回転する。任意適当な数の段を設けることができる。モータ２０が駆動シャフトを駆動するよう配置されている。

第１の軸受組立体２２は、回転軸線Ａ回りの駆動シャフトの回転の際に方向Ｒにおけるロータ及び駆動シャフトの運動を制御する。方向Ｒは、主として、半径方向の運動であり、ただし、この運動は、軸方向における僅かな要素又は成分を有している。というのは、以下に詳細に説明するように、駆動シャフトは、下側軸受組立体２７回りに角度的に変位するからである。図示の実施形態では、真空ポンプ輸送機構体は、毎分約２０，０００〜９０，０００回転の回転速度で回転するターボ分子ポンプ輸送機構体であり、第１の軸受組立体とポンプの回転部品との摩擦を減少させるため、第１の軸受組立体２２は、ロータ又は駆動シャフトに接触することなく、半径方向運動を制御する非接触型軸受組立体である。非接触型軸受の一例は、互いに逆の全体として環状の磁極２３，２５がそれぞれ回転部品（シャフト／ロータに接続されている）及び固定部品（ステータに接続されている）に設けられた磁気軸受組立体である。この例では、固定磁極に向かう駆動シャフトに設けられている回転磁極の運動により、増大した磁力が駆動シャフトの半径方向に回転磁極に加えられ、それにより駆動シャフトを正確な位置合わせ状態に戻す。この構成は、摩擦が低く、従って、かかる高速ポンプに適しているが、軸受が非接触型なので、特に真空ポンプが外部からの衝撃又は打撃を受けた場合、この軸受は、ロータ及び駆動シャフトの或る程度の半径方向運動を許容する。

駆動シャフト１６の運動が図２に通常の状態で、図３では変位した位置で示されている。第２の軸受組立体２７が駆動シャフトの下端部を支持した状態でポンプハウジングに対して固定されている。真空ポンプが打撃を受けると、駆動シャフトの軸線Ａは、第２の軸受２７回りに軸線Ａ１まで角度的に変位する。この角度的変位により、軸線Ａ，Ａ１の半径方向変位Ｒ１が生じる。

バックアップ軸受組立体２４は、例えばロータ及び駆動シャフトの半径方向運動を制限してポンプの回転部品とポンプの静止部品との衝突を阻止する。衝突が生じると、ポンプ輸送機構体の損傷が起こり、また、衝突は、特にロータブレード１４が最高９０，０００ｒｐｍの速度で回転しているので、危険な場合がある。バックアップ軸受組立体２４は、ロータ又は駆動シャフトとの接触によって半径方向運動を制限するよう構成されている。図２及び図３に示されているバックアップ軸受組立体の一例は、回転部品の方へ半径方向内方に向いた内レース２９及び静止状態の外レース３１を有する転がり軸受機構体を含む。転がり部材３３、例えばセラミックボールが内レースと外レースとの間に配置され、それにより相対回転運動が可能である。図３に示されているように、ポンプ輸送機構体の回転部品が所定の距離だけ半径方向に動くと、この回転部品は、内レース２９に接触し、それにより内レースと外レースの相対回転が生じ、ついには、回転部品は、その通常の作動位置に戻る。各かかる接触イベント（出来事）により、バックアップ軸受組立体は、摩耗し又は劣化状態になり、バックアップ軸受は、経時的に交換を必要とする。というのは、もしそうでなければ、バックアップ軸受は、使用中に破損してポンプ輸送機構体を損傷させる場合があるからである。この点に関し、バックアップ軸受は、代表的には、真空ポンプの入口のところに配置され、従って、このバックアップ軸受は、ポンプ輸送されたガス流の順滑剤による汚染を回避するよう潤滑が行われないドライベアリング（乾燥軸受）である。バックアップ軸受組立体が交換されず、使用中に破損した場合、ポンプが損傷して不作動状態になる場合があり、それにより真空加工機器の破損が生じ又は真空環境を必要とする手技が中止になる。したがって、好ましくは、バックアップ軸受組立体は、破損に先立って安全限界（安全マージン）に従って交換され又は補修される。

図１〜図３に示されているように、第１の軸受組立体は、バックアップ軸受組立体をロータ又は駆動シャフトから隔てる距離Ｒ３よりも長い距離Ｒ２だけロータ又は駆動シャフトから間隔を置いて配置されている。この構成により、駆動シャフト又はロータが交換されているときに第１の軸受組立体につつい損傷が生じることがない。というのは、バックアップ軸受組立体は、図３に示されている箇所３５でロータ又は駆動シャフトに接触し、第１の軸受組立体に向かうそれ以上の変位を阻止するからである。

真空ポンプが例えば使用中にユーザによって打撃を受け又は真空ポンプが据え付けられているとき若しくは輸送されているときに真空ポンプに力が加わる場合がある。幾つかの真空ポンプ輸送用途では、真空ポンプは、例えば病院内での互いに異なる場所において装置、例えば癌治療用の加速器内で或る場所から別の場所に容易に輸送される必要がある。したがって、真空ポンプを運搬装置、例えばトロリ又は他の可搬式若しくは車輪付ユニットに取り付けることが好都合であるが、真空ポンプをこのように輸送すると、真空ポンプは、偶発的な衝突又は凸凹の表面上における輸送に起因して打撃を受けやすくなる。バックアップ軸受を使用状態にするのに必要な力は、真空ポンプの特性、例えば第１の軸受組立体によって生じる場合のある磁力の制御に応じて様々である。バックアップ軸受組立体の作動を生じさせるのに十分な代表的な力は、全体として半径方向及び／又は軸方向において真空ポンプに加えられる１０〜１００Ｎである。

ロータ又は駆動シャフトの半径方向運動がバックアップ軸受組立体によって制限される時点を検出するセンサ２６が配置されている。図示の構成例では、センサは、ポンプハウジング２８に対して、例えばポンプハウジングの外面に対して固定されており、このセンサは、ポンプハウジングに加わる力を検出する。センサは、加えられた力に起因して生じるポンプハウジングの加速度を検出する加速度計であるのが良い。毎秒毎秒“ｘ”メートルの加速度がバックアップ軸受組立体の機能実行を生じさせるということが作動に先立って決められ、従って、センサが“ｘ”以上の加速度を検出したときに接触イベントが起こったと判定される。

他の構成例では、センサは。ロータ又は駆動シャフトとバックアップ軸受組立体との衝突を検出する手段を有するのが良い。かかる一構成例は、接触時に閉路する電気回路を含むのが良い。別の構成例は、近接スイッチを含むのが良い。更に別の構成例は、バックアップ軸受組立体の内レースと外レースの相対運動を検出する手段を含むのが良い。接触イベントの発生を判定する全てのセンサ構成例が本発明の範囲に含まれる。

加速度計の構成は、幾つかの実施形態では好ましいと言える。というのは、加速度計は、衝撃それ自体の検出に加えて衝撃の大きさを検出することができるからである。センサが真空ポンプに加えられる力の大きさを検出するよう構成されている場合、検出された大きさをバックアップ組立体について生じる損傷に関連付けることができる。例えば、バックアップ軸受組立体は、５００回超の強い衝撃後又は１０００回未満の弱い衝撃後に破損する場合がある。以下に詳細に説明するように、バックアップ軸受組立体の交換は、検出された衝撃の回数が所定の場合、例えば１０，０００回の衝撃を超えた場合にトリガされる。強い衝撃は、上述の実施例では、２回の弱い衝撃に匹敵すると言え、従って、強い衝撃が検出された場合、検出された衝撃が１回だけであっても、衝撃の全回数が２だけ増やされる。この構成例は、強い又は弱い衝撃を表す２つの値を有するのが良く、弱い衝撃が検出された場合には計数を１つ増し、強い衝撃が検出された場合には計数に２を加える。衝撃の強度は、当然のことながら、高い精度を得るために３つ以上の互いに異なる強度に分割される場合がある。

別の構成例では、真空ポンプに加えられた全集積力を測定することができ又は真空ポンプの受ける全加速度を測定することができる。例えば、５０Ｎの力の衝撃により１回の衝撃が生じ、そして１０，０００回のかかる衝撃は、バックアップ軸受の交換が必要であることを意味している場合、真空ポンプに加えられる全力は、５００，０００Ｎである。したがって、検出された全力が５００，０００Ｎを超えた場合、交換がトリガされる。

特に図１を参照すると、センサは、接触イベントの検出、真空ポンプに加えられた力又は真空ポンプの受ける加速度と関連した信号３０を出力するよう構成されている。センサ信号３０がプロセッサ３２に出力され、このプロセッサは、この出力を処理するよう構成されている。図示の構成例は、プロセッサは、加速度計により検出された加速度を記憶装置３６に記憶されている値と比較して加速度が記憶された値よりも大きい場合には２進数の「１」を出力し、加速度が記憶された値よりも小さい場合、２進数の「０」を出力する比較器３４を有する。強い衝撃及び弱い衝撃を表す２つ以上の記憶値が存在するのが良い。２進数の「０」は、接触が生じなかったことの判定であり、従って、読みは、ステップ３８のところに置かれる。２進数の「１」は、バックアップ軸受組立体がロータ又は駆動シャフトの半径方向運動を制限したとき、イベントの回数を計数する計数器４０に出力される。計数器の読みは、ユーザによる読み取りのためにディスプレイ４２上に表示されるのが良い。図示のように、ディスプレイは、１５回のイベントを表示している。ユーザにはバックアップ軸受組立体の交換が必要とされる下限値が提供されるのが良く、従ってディスプレイが例えば１０００回のイベント又は５０００回のイベントを表示した場合、ユーザは、ポンプの保守を要求しなければならない。変形例として、計数は、この計数を最大許容イベント回数の値と比較する比較器４４に出力されても良い。正の比較結果が警告指標、例えば可聴又は可視警告を発生させるユニット４６に出力される。ユニット４６は、警告指標を真空ポンプから離れたところに位置していてポンプ保守の要求を決定することができるポンプ供給業者にワイヤード又はワイヤレス接続方式により送信するための送信機を含むのが良い。

Claims (13)

1. 真空ポンプであって、駆動シャフトによって回転可能に支持されたロータと、前記駆動シャフトの回転中に前記ロータの運動を制御する第１の軸受組立体と、前記運動を制限するバックアップ軸受組立体と、前記運動が前記バックアップ軸受組立体によって制限された時点を検出するセンサとを含む真空ポンプ輸送機構体を有し、
   前記センサは、前記ロータ又は前記駆動シャフトに外部からの衝撃または打撃によって加えられた力の大きさであって、前記バックアップ軸受組立体が前記力に起因して生じる前記運動を制限するのに十分な力の大きさを検出するように構成され、
   前記センサは、前記バックアップ軸受組立体が前記運動を制限したイベントの回数を計数する計数器に信号を出力するよう構成されている、
   ことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記駆動シャフトの運動は、全体として、前記駆動シャフトの軸線に対して半径方向の運動である、
   請求項１記載の真空ポンプ。
3. 前記バックアップ軸受組立体は、前記ロータ又は前記駆動シャフトとの接触によって前記運動を制限するよう構成され、前記センサは、前記バックアップ軸受組立体と前記ロータ又は前記駆動シャフトとの各接触イベントを検出するよう構成されている、
   請求項１又は２記載の真空ポンプ。
4. 前記第１の軸受組立体は、前記ロータ又は前記駆動シャフトに接触することなく前記運動を制御する非接触型軸受組立体である、
   請求項１〜３のうちいずれか一に記載の真空ポンプ。
5. 前記第１の軸受組立体は、磁気軸受組立体である、
   請求項４記載の真空ポンプ。
6. 前記第１の軸受組立体は、前記バックアップ軸受組立体を前記ロータ又は前記駆動シャフトから隔てる距離よりも長い距離だけ前記ロータ又は前記駆動シャフトから間隔を置いて配置されている、
   請求項１〜５のうちいずれか一に記載の真空ポンプ。
7. 前記センサは、加速度計である、
   請求項１記載の真空ポンプ。
8. 前記センサは、ポンプハウジングに対して固定されている、
   請求項１〜７のうちいずれか一に記載の真空ポンプ。
9. 前記イベントの回数が前記バックアップ軸受組立体の破損を予測する所定の値を超えた時点をユーザに指示する指示器を更に有する、
   請求項１記載の真空ポンプ。
10. 前記指示器は、前記イベントの回数を表示するディスプレイである、
    請求項９記載の真空ポンプ。
11. 前記指示器は、前記イベントの回数をワイヤード又はワイヤレス接続方式により遠隔の場所に送信する送信機である、
    請求項９記載の真空ポンプ。
12. 前記センサは、前記真空ポンプに加えられた力の大きさを検出し、前記検出した力の大きさに応じて前記バックアップ軸受組立体について生じる損傷を関連付けるよう構成されている、
    請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の真空ポンプ。
13. ターボ分子真空ポンプ輸送機構体を有する、
    請求項１〜１２のうちいずれか一に記載の真空ポンプ。

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