JPH11148487A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

ターボ分子ポンプ

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JPH11148487A
JPH11148487A JP9317117A JP31711797A JPH11148487A JP H11148487 A JPH11148487 A JP H11148487A JP 9317117 A JP9317117 A JP 9317117A JP 31711797 A JP31711797 A JP 31711797A JP H11148487 A JPH11148487 A JP H11148487A
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JP
Japan
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temperature
turbo
molecular pump
moving blade
infrared
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Pending
Application number
JP9317117A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahiko Tanaka
雅彦 田中
Osamu Ashida
修 芦田
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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Publication of JPH11148487A publication Critical patent/JPH11148487A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/04Multi-stage pumps specially adapted to the production of a high vacuum, e.g. molecular pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/001Testing thereof; Determination or simulation of flow characteristics; Stall or surge detection, e.g. condition monitoring

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速回転中の翼車の温度を直接測定すること
ができ、又、高速回転中の翼車の温度をリアルタイムで
求めることができるターボ分子ポンプを提供する。 【解決手段】 少なくとも一部に赤外線の高放射率の表
面部分を有する動翼と、この動翼の高放射率の表面部分
と対向する静止側の部位に赤外線放射温度センサを設け
た構成とする。高放射率の表面部分から放射される赤外
線を赤外線温度センサで検出することによって、動翼の
温度測定を行い、回転中の翼車の温度を直接にリアルタ
イムで求める。高放射率の表面部分を備えることによっ
て、動翼から放射される赤外線の放射量を増やし、表面
部分と対向して赤外線放射温度センサを設けることによ
って温度検出を行い、これによって、ターボ分子ポンプ
内で高速回転する動翼の温度測定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高真空や超高真空
を得る真空ポンプに関し、特にターボ分子ポンプに関す
る。
【0002】
【従来の技術】ターボ分子ポンプは、高速で回転する動
翼によって排気を行っている。一般に、高速で回転する
動翼には遠心力によって高引張応力が発生する。ターボ
分子ポンプの動翼は、アルミニウム合金や炭素繊維強化
合金で作られる。これらの素材の高温での機械強度は、
室温と比較して低下する。一方、ターボ分子ポンプにお
いて、多量のガスを排気する場合、回転する翼車は排気
に伴うガスの圧縮熱や摩擦熱によって高温状態となる。
そのため、ターボ分子ポンプの動翼は、高速回転中では
機械強度が低下する。
【0003】このような高温でかつ高引張応力の状態で
は、動翼にはクリープ変形が生じ、これによって動翼の
実寸法が微増する。この動翼の寸法増加が、動翼と静翼
との間で設定され微少隙間の寸法を超えると、動翼と静
翼とが接触することになる。そのため、動翼と静翼の微
少隙間を一定量に管理するために、動翼の温度を知るこ
とが求められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】クリープ変形は、温度
や張力が減少しても残る塑性変形であるため、ターボ分
子ポンプを安定して動作させるには、高速回転中の動翼
の温度を管理する必要がある。動翼の温度を測定する場
合、赤外線温度センサ等を用いて温度測定を行うことが
できる。しかしながら、ターボ分子ポンプの動翼は非接
触で高速回転させられるため、直接の温度測定が困難な
構造である。又、アルミニウム等で形成される動翼から
の赤外線の放射量は微量であるため、測定値にはノイズ
分が多く含まれ、良好なS/N比が得難い。そのため、
このような動翼の温度測定は、実験室において可能では
あるが、真空装置に設置し、実際に駆動するターボ分子
ポンプの動翼の温度測定には適用することは困難であ
る。
【0005】したがって、従来のターボ分子ポンプで
は、高速で回転する動翼の温度を直接測定することがで
きず、リアルタイムで表示、観察することができない。
そのため、従来のターボ分子ポンプでは、高速で回転す
る翼車を直接的にもあるいは間接的にも測定する手段が
無く、温度管理が不十分であるという問題点がある。
【0006】そこで、本発明は前記した従来の問題点を
解決し、ターボ分子ポンプにおいて、高速回転中の翼車
の温度を直接測定することを目的とし、又、高速回転中
の翼車の温度をリアルタイムで求めることを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のターボ分子ポン
プは、動翼から放射される赤外線の放射量を増やし、こ
の動翼から放射された赤外線をターボ分子ポンプ内に設
置したセンサによって検出するものであり、これによっ
て、ターボ分子ポンプ内で高速回転する動翼の温度測定
を行うものである。
【0008】そこで、本発明のターボ分子ポンプは、少
なくとも一部に赤外線の高放射率の表面部分を有する動
翼と、この動翼の高放射率の表面部分と対向する静止側
の部位に赤外線放射温度センサを設けた構成とし、高放
射率の表面部分から放射される赤外線を赤外線温度セン
サで検出することによって、動翼の温度測定を行い、回
転中の翼車の温度を直接にリアルタイムで求める。
【0009】赤外線を高放射率で放射する表面部分は、
動翼の全表面に設けることも、動翼の一部の表面部分に
設けることもでき、一部の表面部分に設ける場合には、
少なくとも赤外線温度センサと対向する表面部分が含ま
れるものとする。赤外線の高放射率の表面部分は、セラ
ミック材等を用いたコーティング面により構成すること
ができる。
【0010】本発明のターボ分子ポンプによれば、ター
ボ分子ポンプの動翼において、高赤外線放射率の表面部
分から赤外線が放射される。この赤外線の放射量は、動
翼の温度に対応している。高赤外線放射率の表面部分に
対向して設けられた赤外線温度センサは、この放射され
た赤外線を検出する。赤外線温度センサは、ターボ分子
ポンプの静止側に、動翼と間隔を開けて設置されている
ため、動翼が高速回転している場合でも、動翼の表面か
ら放射される赤外線を検出することができる。
【0011】赤外線の放射量は動翼の温度に対応してい
るため、検出した赤外線量から動翼の温度を測定するこ
とができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。図1は本発明のターボ分
子ポンプの一構成例を説明するための概略図である。図
1において、ターボ分子ポンプ1はケースの内側にスぺ
ーサを介して取り付けられた静翼14と、静翼14に対
向して設置されると共に駆動軸に取り付けられて回転す
る動翼12とによりタービン翼を形成し、動翼12を高
速回転させることによって、吸気口18から吸気した気
体分子を排気口19側に移送させる構成としている。こ
のターボ分子ポンプでは、動翼12の回転体の半径方向
に電磁石を設けたラジアル磁気軸受15と、軸方向に電
磁石を設けたスラスト磁気軸受16の磁気軸受を備え、
回転体に回転状態を検出する変位を電磁石とほぼ同位置
に設置してフィードバック系を構成し、各電磁石に流れ
る電流を調節して電磁石の吸引力を調節している。動翼
12等の回転体は、モータ11を含む駆動装置により回
転駆動される。モータ11や電磁石には図示しないレセ
プタクルを介して駆動電力に供給が行われる。なお、停
止時には、回転体はタッチダウンベアリング17によっ
て軸方向の支持が行われる。又、ターボ分子ポンプのベ
ース部分には冷却水を通すためのパイプ(図示していな
い)が配置されている。
【0013】ターボ分子ポンプ1の動翼12の表面に
は、赤外線を高放射率で放射するための表面部分21を
設ける。図1では、高放射率の表面部分21の設置例と
して、動翼12のロータ軸上の表面部分21aとスクリ
ューネジ13の端部の表面部分21bに高放射率のコー
ティングを設けた例を示している。そして、ターボ分子
ポンプ1の静止側には、この表面部分21に対向する位
置に赤外線温度センサ22を設け、これによって、表面
部分21から放射される赤外線の検出を行う。
【0014】図1に示す例では、表面部分21aに対向
する位置に赤外線温度センサ22aを設置し、表面部分
21bに対向する位置に赤外線温度センサ22bを設置
している。赤外線温度センサ22で検出した検出信号
は、センサ信号取り出し口23から外部に取り出すこと
ができ、温度検出手段(図1に示していない)等の信号
処理部分に送信される。
【0015】なお、図1では、赤外線の高放射面を動翼
12の表面部分21a及び表面部分21bに設けた例を
示しているが、赤外線の高放射面を動翼12の他の表面
に設けることも、又動翼12の全表面に設けることもで
きる。又、赤外線温度センサ22についても、表面部分
21a及び表面部分21bに対向する部分に限定される
ものではなく、動翼12に設けられた赤外線の高放射面
に対向する位置であれば、ターボ分子ポンプ1の静止側
の任意の位置に設けることができる。
【0016】図2は本発明のターボ分子ポンプの動翼の
温度検出及び信号処理を行う構成を説明するための概略
構成図である。この図2に示す構成例では、ターボ分子
ポンプ1中のモータ11に電力を供給する電源装置2側
に動翼12の温度を求める機構を設けた例である。な
お、この動翼の温度を求める機構は、電源装置2側に限
らず、ターボ分子ポンプ1側や制御装置7側に設けるこ
とも、又、単独に設けることもできる。
【0017】図2の構成例において、電源装置2はター
ボ分子ポンプ1のモータ11に駆動電力を供給する装置
であり、図示しない外部電源と接続しているモータ駆動
用インバータからケーブルを介してモータ11と接続し
ている。
【0018】以下、電源装置2内に設けた温度検出及び
求めた温度を用いた処理の構成について説明する。な
お、ここでは、温度を用いた処理として、異常温度の検
出と警報の発生、及び高温度で生じるクリープ変形の検
出と警報の発生を例として説明する。
【0019】電源装置2内には、赤外線温度センサ22
からの検出信号を入力して温度検出を行う温度検出手段
3と、温度検出手段3からのアナログ信号をディジタル
信号に変換するAD変換手段4と、AD変換手段4から
のディジタル信号を入力して演算処理を行う演算手段5
と、AD変換手段4からのディジタル信号や演算結果の
制御装置7への送信や、制御装置7からの制御信号の受
信等の、演算手段5との間で信号の授受を行う通信ポー
ト6を備える。
【0020】温度検出手段3は、赤外線温度センサ22
からの検出信号を用いて表示を行ったり、設定温度との
比較を行い、検出した温度が設定温度以上の場合に、異
常温度に達したものと判定して、警報を出力することが
できる。なお、図では表示手段は示していない。又、A
D変換手段4は演算手段5によって演算を行わせるため
にアナログ信号をディジタル信号に変換する手段である
が、このAD変換の機能は温度検出手段3あるいは演算
手段5に設けることもできる。
【0021】演算手段5は、温度の検出信号を用いて所
定の演算処理を行う機能部分であり、演算によって、例
えば、クリープ変形量の検出や、クリープ変形量が設定
値を超えた場合の警報等の発生を行うことができる。こ
のクリープについての演算処理では、あらかじめ設定し
た設定温度上限値に対して、測定した動翼の温度が設定
温度上限値を一定時間以上続行して超えている場合、こ
の間の動翼のクリープ変形を算出して積算し、この積産
値が所定の許容量を超えた場合にアラーム表示とのメッ
セージ表示を行う。又、この演算結果は、演算手段5内
の記憶手段(図示していない)に記憶することができ、
通信ポート6を介して制御装置7に送信することができ
る。
【0022】なお、演算手段5は、クリープ変形を算出
するための演算式,演算に用いる係数,経過時間を測定
するタイマ等,演算値を記憶しておく記憶手段等を内部
に備える構成、または、これら他に設けている各手段と
の間で信号の授受が可能な構成としている。
【0023】上記の構成により、高速回転中の翼車の温
度を直接測定することを目的とし、又、高速回転中の翼
車の温度をリアルタイムで求めることができる。
【0024】次に、図3を用いてクリープ変形量を検
出、及び、クリープ変形量が設定値を超えた場合の処理
について、さらに詳細に説明する。
【0025】一般に、クリープは一定の荷重または応力
の下に時間の経過とともにひずみが増加する塑性変形で
ある。このクリープは温度と密接な関係にあり、通常、
材料により定まる所定の温度以上において顕著となる。
【0026】この材料により定まる所定温度以上におい
て、ひずみが成長するクリープ率(ひずみの速度)u
は、u=A・σn で表され、ノートン則から発生するク
リープ変形量εは、クリープ率uと時間tの積(ε=u
・t=A・σn ・t)で表される。なお、σは応力であ
り、A,nは材料及び温度により異なる材料定数であ
る。
【0027】ここで、クリープ変形量の算出を開始する
設定温度,および設定時間をa,Tとし、アラーム表示
を行うクリープ変形量をbとする。図3(a)の温度変
化において、設定温度aを超えている時間はt1とt2
であり、この間のクリープ変形量εはε1=u・t1,
及びε2=u・t2となる。演算手段5は、クリープ率
uと経過時間tとを入力し、このクリープ変形量εの算
出を行う。
【0028】図3(b)はクリープ変形量εの積算を表
しており、図3(a)から得られるクリープ変形量εを
積算した積算値Σε(=ε1+ε2)を示している。こ
の積算値Σεがアラーム表示を行うクリープ変形量bを
超えた時点で、図3(c)に示すアラームを出力する。
【0029】なお、図3(a),(b)では、クリープ
変形量εの算出演算を、温度が設定温度aを超え、設定
時間Tを超える毎に行う場合を示しているが、設定時間
Tよりも長い時間T2を設定し(図示していない)、こ
の時間T2内において、設定温度aを超えた時間を積算
し、この積算時間が設定時間Tを超えた場合に、クリー
プ変形量εの算出演算を行う態様とすることもできる。
【0030】なお、上記例では、温度が設定温度a以下
の場合、及び設定温度aを超えている時間が設定時間T
以下の場合には、クリープ変形量εは無視できる程度に
十分小さいものとしている。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のターボ分
子ポンプによれば、高速回転中の翼車の温度を求めるこ
とができ、又、高速回転中の翼車の温度をリアルタイム
で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のターボ分子ポンプの一構成例を説明す
るための概略図である。
【図2】本発明のターボ分子ポンプの動翼の温度を求め
る構成を説明するための概略構成図である。
【図3】本発明のターボ分子ポンプの動翼の温度及び変
形量の関係を説明するための図である。
【符号の説明】
1…ターボ分子ポンプ、2…電源装置、3…温度検出手
段、4…AD変換手段、5…演算手段、6…通信ポー
ト、7…制御装置、11…モータ、12…動翼、13…
スクリューネジ、14…静翼、15,16…磁気軸受、
17…タッチダウン軸受、18…吸気口、19…排気
口、21…表面部分、22…赤外線温度センサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一部に赤外線の高放射率の表
    面部分を有する動翼と、前記表面部分と対向する静止側
    の部位に設けた赤外線放射温度センサとを備え、前記赤
    外線温度センサによって、動翼から放出される赤外線を
    検出して動翼の温度測定を行うターボ分子ポンプ。
JP9317117A 1997-11-18 1997-11-18 ターボ分子ポンプ Pending JPH11148487A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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