WO2000058628A1

WO2000058628A1 - Vacuum pump

Info

Publication number: WO2000058628A1
Application number: PCT/JP2000/002061
Authority: WO
Inventors: Akira Yamauchi
Original assignee: Seiko Instruments Inc.
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2000-10-05
Also published as: KR20020001816A; JP2000291586A; EP1167772A1

Description

明細真空ポンプ技術分野

本発明は、ロー夕円筒体とステ一夕円筒体とからなり且つ前記口一夕円筒体の外周面と前記ステ一夕円筒体の内周面のいずれか一方にネジが形成されたネジ溝ポンプ部を具備する真空ポンプに関し、特に口一夕円筒体とステ一夕円筒体との接触防止に関する。背景技術

ネジ溝ポンプ部を具備する真空ポンプとしては、例えば複合型ターボ分子ポンプがある。複合型ターボ分子ポンプは、周知の如く、 1分間に数万回転という高速で回転するロー夕翼とステ一夕翼との速度差によつて分子を叩き落とし、ステ一夕の内周面に形成されたネジ溝部とロー夕外周面とで形成された流路を介してガスを排出するもので、多数段の口一夕翼と多数段のステ一夕翼で構成されたタービン翼部と、平坦な外周面を有する口一夕円筒体とネジ溝付内周面を有するステ一夕円筒体とで構成されたネジ溝ボンプ部との組み合わされて構成されている。ロー夕は、能動型ラジアル磁気軸受と能動型スラスト磁気軸受からなる 5軸制御型磁気軸受等の軸受によって回転自在に支持されている。磁気軸受の故障等の非常時に口一夕シャフトを支承する夕ツチダウンべァリングが設けられている。

ネジ溝ポンプ部を構成する 2つの円筒体間のエアギヤップ、即ちステ一夕円筒体のネジ溝部と口一夕円筒体の外周面とのエアギヤップ（以下必要に応じて、ネジ溝ポンプ部のエアギャップと略記する。）は、ロー夕円筒体の外周面とステ一夕円筒体のネジ溝部とが接触しないようにするため、即ちロー夕側とステ一夕側が接触しないようにするためには或程度広い間隔が望ましい。しかし、ネジ溝ポンプ部のエアギャップは、真空ポンプの吸込み口から吸い込んだガスが前記ネジ溝部で逆流しないようにするため、即ち真空ポンプの排気速度効率の向上を図るためには可能な限り狭い間隔が望ましい。この 2つの相反する条件、並びにその他の条件を考慮して、ネジ溝ポンプ部のエアギヤップの間隔は定められている。

上記の複合型ターボ分子ポンプには、ネジ溝ポンプ部のエアギヤップの他に、磁気軸受とロータシャフトとの間のエアギャップ、口一夕翼とステ一夕翼との間のエアギャップ、夕ツチダウンべァリングの内輪と口一夕シャフトとの間のエアギヤップ（以下必要に応じて、夕ツチダウンベアリングのエアギャップと略記する。）等のエアギャップも形成されている。

これらのエアギヤップも構成部品間に接触が生じないように且つ夫々の機能目的に合致した大きさの間隔に設定されている。この中で、特に夕ツチダウンべァリングのエアギヤヅプは、磁気軸受とロ一タシャフトとの間のエアギャップ、ロー夕翼とステ一夕翼との間のエアギャップ、ネジ溝ポンプ部のエアギヤップ、及びその他のエアギヤップに比べて小さく設定されている。これは、真空ポンプの故障や大気突入、停電等、磁気軸受が機能しなくなった時に、ロータシャフ卜が夕ツチダウンベアリングに支承される際に、口一夕側とステ一夕側が接触しないようにするためである。

しかし、夕ツチダウンベアリングは消耗品であり、口一夕シャフトの夕ツチダウンが繰返される毎に夕ツチダウンべァリングは摩耗していき、夕ツチダウンベアリングのエアギヤップが徐々に広がっていく。夕ツチダウンべァリングのエアギヤップが一定値以上に広がると、夕ツチダウンベアリングとして機能しなくなる。そうなれば、夕ツチダウンの際に、ロー夕側とステ一夕側が接触することが起こる。

また、ネジ溝ポンプ部のエアギヤップは必ずしも設計値通りでなく、実際には部品精度や組立て状態等により製品毎に異なる。また真空ボンプ稼動時には、特にロー夕の円筒体の下部が遠心力や熱により半径方向に膨張し、ネジ溝ポンプ部のエアギャップを狭くするだけでなく、場合によってはステ一夕円筒体のネジ溝部と接触することもある。

上述の如く、ネジ溝ポンプ部のエアギャップの間隔は、正常運転時や夕ツチダウン時にロー夕円筒体の外周面とステ一夕円筒体のネジ溝部とが接触しないで、且つ真空ポンプの吸込み口から吸い込んだガスが前記ネジ溝部で逆流しないような大きさに定められている。従って、上記の複合型ターボ分子ポンプにおいて、磁気軸受が正常に機能しているときは、ネジ溝ポンプ部のエアギャップが異常に狭まったり、或いは口一夕の円筒体とステ一夕円筒体が接触することはない。しかしながら、上述の如く、夕ツチダウンべアリングが摩耗して夕ツチダウンペアリングのエアギヤップの間隔が広がった場合には、ネジ溝ポンプ部のエアギヤップが設計値通りであっても、夕ツチダウンの際に、ロータ側とステ一夕側が接触することが起こる。

夕ツチダウンベアリングのエアギャップの間隔を常時監視して、一定の値以上に間隔が広がった場合には警報を発して部品交換を促したり、或いは真空ポンプの運転を停止したりすればよいが、これは未だに効果的な解決方法が見つかっていない。これは夕ツチダウンベアリングのェァギヤップの間隔が非常に小さいことが大きな原因である。

磁気軸受の作動不良を常時監視する方法は、特開昭 6 3— 2 3 9 3 9 7号公報、特開平 2 - 2 2 1 6 9 7号公報等に開示されている如く、いくつも提案されている。磁気軸受の作動不良を検出して、夕ツチダウンベアリングが受ける衝撃を緩和し、夕ツチダウンベアリングの摩耗を小さくしているのである。このようにした間接的ながら、口一夕側とステ —夕側が接触するのを防止している。

しかしながら、ネジ溝ポンプ部のエアギャップは部品精度や組立て状態等により製品毎に異なること、真空ポンプ稼動時に口一夕の円筒体の下部が遠心力や熱により半径方向に膨張すること等に鑑みれば、磁気軸受の作動不良を常時監視する方法では、口一夕側とステ一夕側が異常接近したり、接触したりすることを防止することはできない。

本発明が解決しょうとする課題は、ロー夕円筒体とステ一夕円筒体とからなり且つ前記ロータ円筒体の外周面と前記ステ一夕円筒体の内周面のいずれか一方にネジが形成されたネジ溝ポンプ部を具備する真空ボンプにおいて、ロータ円筒体とステ一夕円筒体との間の異常接近や接触を確実に防止することである。発明の開示

上記課題を解決するために、ロータ円筒体とステ一夕円筒体とからなり且つ前記ロー夕円筒体の外周面と前記ステ一夕円筒体の内周面のいずれか一方にネジが形成されたネジ溝ポンプ部を具備する真空ポンプに、前記ステ一夕円筒体の内周面の所定位置に前記ロー夕円筒体の外周面と前記ステ一夕円筒体の内周面とのエアギヤップを検出するエアギャップセンサを備えた。

前記エアギヤップセンサは、前記ステ一夕円筒体の内周面に円周方向に所定の間隔を隔てて複数個配設した。また、前記エアギャップセンサは、前記ステ一夕円筒体の下端近傍の内周面に配設した。

前記エアギヤップセンサとして、接触センサと渦電流センサのいずれかを用いた。前記接触センサは、前記ステ一夕円筒体の内周面に円周方向に所定の微少間隔を隔てて配設された一対の接点で構成した。

更にまた、ロー夕円筒体とステ一夕円筒体とで構成されたはネジ溝ボンプ部を具備する真空ポンプに、前記口一夕円筒体の外周面と前記ステ —夕円筒体の内周面とのエアギヤップを検出するエアギヤップセンサと、前記エアギヤップセンサが検出したエアギヤップ値を記憶するメモリと、前記検出したエアギヤップ値を設定値と比較する判別器と、前記判別器が前記検出したエアギヤップ値が設定値以下であると判別したときにィンターロックを作動させるィン夕一口ック回路とからなる接触防止装置を備えた。図面の簡単な説明

図 1は、本発明を適用して構成した真空ポンプであって、夕一ビン翼部とネジ溝ポンプ部を組み合わせた複合型ターボ分子ポンプの一実施例の縦断面である。

図 2は、ネジ溝ポンプ部の口一夕円筒体とステ一夕円筒体の部分拡大断面図である。

図 3は、ネジ溝ポンプ部のステ一夕円筒体の内周面の部分斜視図である。

図 4は、接触防止装置の一実施例のブロック図である。

図 5は、接触防止装置の動作の流れ図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の好適な実施の形態を図 1から図 5を参照して詳細に説明する。

図 1は本発明が適用された複合型ターボ分子ポンプの一実施例の縦断面図である。この複合型夕一ボ分子ポンプは、タービン翼部とネジ溝ポンプ部を組み合わせた大流量型夕一ボ分子ポンプであり、口一夕 1 0、ステ一夕 2 0、及び口一夕 1 0を回転自在に支持する磁気軸受装置 3 0 とから構成されている。ロー夕 1 0は多数段のロー夕翼 1 1 と平坦な外周面 1 2 aを有する口一夕円筒体 1 2を含む。ステ一夕 2 0は多数段のステ一夕翼 2 1 とネジ溝付内周面 2 2 aを有するステ一夕円筒体 2 2を含む。多数段の口一夕翼 1 1 と多数段のステ一夕翼 2 1は上記タービン翼部を構成し、平坦な外周面 1 2 aを有するロータ円筒体 1 2とネジ溝付内周面 2 2 aを有するステ一夕円筒体 2 2は上記ネジ溝ポンプ部を構成する。

前記磁気軸受装置は、いわゆる 5軸制御型磁気軸受装置であって、口 —夕シャフト 3 1、半径方向電磁石 3 2 aと半径方向変位センサ 3 2 b とからなる第 1ラジアル磁気軸受 3 2、半径方向電磁石 3 3 aと半径方向変位センサ 3 3 bとからなる第 2ラジアル磁気軸受 3 3、軸方向電磁石を含む第 1スラスト磁気軸受 3 4、軸方向電磁石を含む第 2スラスト磁気軸受 3 5、軸方向変位センサ 3 6、夕ツチダウンべァリング 3 7、及び高周波モータ 3 8で構成されている。

本発明に係るギヤップセンサ 4 0は、平坦な外周面 1 2 aを有する口 —夕筒体 1 2 とネジ溝付内周面 2 2 aを有するステ一夕円筒体 2 2 とで構成されたはネジ溝ポンプ部のエアギャップを検出するものである。即ち、ネジ溝ポンプ部の口一夕円筒体とステ一夕円筒体の部分拡大断面図である図 2に示すエアギヤップ gを検出するものである。この図 2 と、ネジ溝ポンプ部のステ一夕円筒体の内周面の部分斜視図である図 3とから明らかな如く、エアギャップ gはロー夕円筒体 1 2の外周面 1 2 aとステ一夕円筒体 2 2の内周面 2 2 aとの間の略円筒状隙間に、螺旋状をなして形成されている。図 1の複合型ターボ分子ポンプにおいては、エアギャップセンサ 4 0 は、図 3に示す如くステ一夕円筒体 2 2のネジ溝付内周面 2 2 aに設置される。エアギャップセンサ 4 0は、例えば接触センサや渦電流センサが用いられる。

口一夕 1 0の才差運動に起因するステ一夕円筒体 2 2と口一夕円筒体 1 2との接触を防止するためには、同一円周上の複数箇所でエアギヤップを検出することが望ましい。そこで、ギャップ検出の精度を高めるために複数のエアギヤップセンサ 4 0を用いる場合は、これらはステ一夕円筒体 2 2のネジ溝付内周面 2 2 aに円周方向に所定の間隔を隔てて配設される。

また、ロー夕円筒体 1 2の下端部は、ロー夕シャフト 3 1から最も離れているから、異常な触れ回りが生じた場合には他の部分に比べて大きく変位し、ステ一夕側と接触する可能性が高い。そこで、エアギャップセンサ 4 0はステ一夕円筒体 2 2の下端近傍の内周面に配設し、これによってもギャップ検出の信頼性を高めた。

エアギヤヅプセンサ 4 0に接触センサ 4 1を用いた場合は、接触センサ 4 1を構成する一対の接点 4 1 a と 4 l b を、図 3に示す如くステ一夕円筒体 2 2の内周面 2 2 aに円周方向に所定の微少間隔を隔てて配設した。即ち、第 1接点 4 1 aを有するエアギヤップセンサをネジ溝部 B に配置し、第 2接点 4 1 bを有するエアギャップセンサをネジ山部 Aに配置している。尚、接点部分が夫々、ステ一夕円筒体 2 2 とロテ一夕円筒体 1 2との隙間内において同一円周上、即ち、ステ一夕円筒体 2 2の中心軸線から夫々の接点まで同一距離になるようにステ一夕円筒体 2 2 の内周面 2 2 aに配設されている。従って、第 2接点 4 l b がネジ山 A から若干突出しており、第 1接点 4 1 a がネジ溝 Bからかなり突出している。これによつて、ロー夕 1 0が正規位置で支持されているとき、口 —夕円筒体 1 2の外周面と各接点間の間隔が同一となるようになつてい

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接触センサ 4 1は、上述の如く配設されているので、アルミニウム等の金属製ロー夕 1 0の円筒体 1 2がステ一夕円筒体 2 2側の接触センサ 4 1に接触すると、接触センサ 4 1の各接点 4 1 aと 4 l b間が導通し、検出信号を発生させる。この検出信号は、ネジ溝ポンプ部のエアギヤップが異常に小さくなつたこと、従ってロータ円筒体の内周面とステ一夕円筒体 2 2の内周面との接触の危険性が大きくなつたことを表している _c エアギャップセンサ 4 0に渦電流センサ 4 2を用いることができる。この場合、渦電流センサ 4 2は接触センサ 4 1 と同様にステ一夕円筒体 2 2のネジ溝付内周面 2 2 aに設置される。渦電流センサ 4 2は、接触センサ 4 1 と異なり、エアギャップ gの大きさエアギヤップ値を検出できる。

図 4はエアギャップセンサ 4 0として渦電流センサ 4 2を用いて構成した接触防止装置のプロック図、そして図 5はその動作の流れ図である。図 4において、接触防止装置はエアギヤップを検出する渦電流センサ 4 2、プログラムに従って各種演算や制御を行う C P U 4 3、プログラムやデータを記憶するメモリ 44、設置値等を設置する入力手段である設定器 4 5、及び真空ポンプの作動を緊急停止させるィン夕一ロック回路 4 6とで構成されている。

接触防止装置がス夕一ト（ 1 0 1 ) すると、 C P U 4 3は渦電流センサ 42からエアギヤプ値を読み込み、メモリ 4 4に格納する（ 1 0 2 ) 。次に、 C PU 4 3はメモリ 4 4から設定値とエアギヤップ値を読み出し、これらを比較する（ 1 0 3 ) 。比較の結果、エアギャップ値が設定値以下であると判断した場合は、インターロック回路を作動させ、真空ボンプの作動を緊急停止させ（ 1 0 4 ) 、終了する（ 1 0 5 ) 。なお、接触防止装置に警報器を設け、エアギヤップ値が設定値以下になった場合に、警報を発するようにしてもよい。また、エアギャップセンサに接触センサ 4 1を用い、センサ部の接点 4 1 aと 4 1 bに口一夕円筒体 1 2の内周面 1 2 aが接触したことを検出して警報を発生させる簡易型の接触防止装置も構成できる。

以上、ネジ溝がステ一夕側に形成されているネジ溝ポンプ部を備える真空ポンプに適用して本発明を説明したが、ネジが口一夕の円筒体の外周面に形成され、このネジ溝付外周面がステ一夕の円筒体の平坦な内周面に対向し、この間に所定のエアギヤップを保つようなネジ溝ポンプ部を具備する真空ポンプにも本発明を適用できる。

また、本発明はロー夕が転がり軸受ゃ滑り軸受等の機械式軸受によつて支持されている真空ポンプにも適用することができる。本発明は夕一ボ分子ポンプやドラッグポンプ等を含む真空ポンプ全般に適用できることは言うまでもない。産業上の利用可能性

本発明は、ネジ溝ポンプ部を具備する真空ポンプにおいて、ステ一夕円筒体の内周面の所定位置にエアギヤップセンサを備えたので、口一夕円筒体の外周面とステ一夕円筒体の内周面とのエアギヤップの間隔を直接に且つ確実に検出することができるようになった。また、このエアギヤップセンサの出力信号を利用してィン夕一口ックを作動させることによって、口一夕側とステ一夕側との接触を確実に防止できるようになつた。従って、ネジ溝ポンプ部を具備する真空ポンプの信頼性と耐久性の向上が図られた。

更に、エアギャップセンサ自体は容易に入手できるものであり、且つこれをネジ溝ポンプ部に設置するための工数は少なくてすむから、本発明を適用した真空ポンプの製造コストを増加させることは殆どなく実用上の効果が大きい。

Claims

請求の範囲

1 . 口一夕円筒体とステ一夕円筒体とからなり且つ前記ロー夕円筒体の外周面と前記ステ一夕円筒体の内周面のいずれか一方にネジが形成されたネジ溝ポンプ部を具備する真空ポンプにおいて、前記ステ一夕円筒体の内周面の所定位置に前記ロー夕円筒体の外周面と前記ステ一夕円筒体の内周面とのエアギヤップを検出するエアギヤップセンサを備えたことを特徴とする真空ポンプ。

2 . 前記エアギャップセンサは前記ステ一夕円筒体の内周面に円周方向に所定の間隔を隔てて複数個配設されていることを特徴とする請求項 1に記載の真空ポンプ。

3 . 前記エアギヤップセンサは前記ステ一夕円筒体の下端近傍の内周面に配設されていることを特徴とする請求項 1に記載の真空ポンプ。

4 . 前記エアギャップセンサは前記ステ一夕円筒体の内周面に円周方向に所定の微少間隔を隔てて配設された一対の接点を有する接触センサであることを特徴とする請求項 1に記載の真空ポンプ。

5 . 前記エアギヤップセンサは渦電流センサであることを特徴とする請求項 1に記載の真空ポンプ。

6 . 口一夕円筒体とステ一夕円筒体とからなり且つ前記口一夕円筒体の外周面と前記ステ一夕円筒体の内周面のいずれか一方にネジが形成されたネジ溝ポンプ部を具備する真空ポンプにおいて、前記口一夕円筒体の外周面と前記ステ一夕円筒体の内周面とのエアギヤップを検出するェァギャップセンサと、前記エアギャップセンサが検出したエアギャップ値を記憶するメモリと、前記検出したエアギャップ値を設定値と比較する判別器と、前記判別器が前記検出したエアギヤップ値が設定値以下であると判別したときにイン夕一ロックを作動させるインターロック回路とからなる接触防止装置を備えたことを特徴とする真空ポンプ。