JP2006226267A - 真空ポンプの軸受構造及びこれを用いた真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受の放熱性を確保しつつ、軸受ホルダの損傷を防止した真空ポンプの軸受構造及びこれを用いた真空ポンプを提供することを目的とする。
【解決手段】 ローター２と、ローター２を収納するハウジング３と、ローター２をハウジング３に対して回転可能に支持する転がり軸受４と、ローター２を軸線回りに回転駆動する電動モータ等の駆動装置とを有するターボ分子ポンプ（真空ポンプ）において、転がり軸受４を、熱伝導体からなる軸受ホルダ１６を介してハウジング３に保持する。軸受ホルダ１６の表面において、少なくとも転がり軸受４を受ける円環状平面１７ｂ（当接部）に、硬質の陽極酸化被膜１９を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、真空ポンプの軸受構造及びこれを用いた真空ポンプに関するものである。

一般に、真空ポンプとしては、例えば後記の特許文献１に記載のターボ分子ポンプが知られている。
ターボ分子ポンプは、外周に動翼を有するローターと、ローターを収納するハウジングと、ローターをハウジングに対して回転可能に支持する軸受と、ローターを回転駆動する駆動装置とを有している。

軸受としては、例えばボールベアリングやニードルベアリング等の転がり軸受が用いられている。具体的には、軸受は、ローターを受ける内輪と、ハウジングに支持される外輪と、これら内外輪の間に設けられてこれら内外輪を互いの軸線回りの相対回転を可能にするボール（またはニードル）とを有している。また、内外輪間には、グリースが封入されており、このグリースによって内外輪とボール（またはニードル）との間の潤滑が行われている。

ターボ分子ポンプでは、軸受は、スリーブケース、軸受スリーブ等の軸受ホルダを介してハウジングに保持されている。軸受の外輪は、スプリング等によって軸線方向の端面を軸受ホルダに対して所定の力で押し付けられており、これによって内輪と外輪との供回りが防止されて、ローターの安定した回転が保たれるようになっている。
また、軸受は、径方向においては軸受ホルダに対して若干あそびを持って設けられていて、軸受が軸受ホルダに対して径方向に相対的に変位可能とされている。このように軸受が径方向に変位することによってローターの振動が吸収されて、ローターの異常振動が防止される。

このように構成されるターボ分子ポンプは、ロータリーポンプ等によって予め減圧された雰囲気をさらに高真空状態にするために用いられるものであって、駆動装置によってローターを高速で回転駆動して、ローターの外周に設けられた動翼の速度を気体分子の運動速度よりも早くすることによって、雰囲気中から気体分子を掻き出す方式の真空ポンプである。このため、一般に、ターボ分子ポンプのローターは毎分１万回転以上と、非常に高速で回転駆動される。

このため、ターボ分子ポンプの運転中は、軸受において高速回転するローターを受ける内輪が、ハウジングに支持された外輪に対して高速で回転することとなり、これら内外輪間に設けられたボールが高速回転させられて、ボール（またはニードル）と内外輪との間に摩擦熱が発生する。
軸受内には、前記のようにグリースが封入されているので、軸受の温度があまり高くなると、グリースが蒸発あるいは、溶け出して流出してしまい、十分な潤滑を行えなくなる可能性がある。
このため、従来は、軸受ホルダを銅合金（例えば真鍮）等の熱伝導率の高い材質によって構成し、軸受の熱を軸受ホルダに逃がすことによって軸受温度の異常上昇を防止していた。

特開２００３−１７２２８８号公報（段落［００２６］〜［００３１］，及び図１）

しかし、銅合金は、熱伝導率は高いものの、比較的柔らかい金属であるので、銅合金製の軸受ホルダでは、ローターの振動等によって軸受が軸受ホルダに対して径方向に相対的に変位することで軸受との接触面に磨耗による荒れが生じやすい。このため、ターボ分子ポンプの使用を続けていくうちに、軸受と軸受ホルダとの間の摩擦抵抗が次第に増大することとなり、軸受ホルダに対する軸受の円滑な摺動が困難とならないよう、適宜時期にメンテナンスを行う必要がある。
また、このように軸受ホルダが銅合金であると、軸受との摩擦によって削れてしまい、金属粉を発生させてしまう可能性がある。このような金属粉が軸受内に侵入すると、軸受の磨耗が進行し、寿命が短くなってしまうので、好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、軸受の放熱性を確保しつつ、軸受ホルダが損傷しにくい真空ポンプの軸受構造及びこれを用いた真空ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の真空ポンプの軸受構造及びこれを用いた真空ポンプは以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る真空ポンプの軸受構造は、ローターと、該ローターを収納するハウジングと、前記ローターを前記ハウジングに対して回転可能に支持する転がり軸受と、該転がり軸受を前記ハウジングに保持する軸受ホルダとを有する真空ポンプの軸受構造であって、前記軸受ホルダを熱伝導体によって構成し、該軸受ホルダの表面のうち、少なくとも前記転がり軸受を受ける受け面に、硬質皮膜を形成したことを特徴としている。

このように構成される真空ポンプの軸受構造では、軸受ホルダが熱伝導体によって構成されていて、かつ、軸受ホルダの表面のうち、少なくとも転がり軸受を受ける受け面に硬質皮膜が形成されているので、軸受ホルダを介した転がり軸受の熱の放出を可能にしながら、軸受ホルダの磨耗が防止される。
ここで、硬質皮膜は、例えば、軸受ホルダが金属である場合にはその表面に酸化被膜を形成することによって得ることができる。
また、硬質皮膜は、軸受ホルダにＣＶＤ処理やＰＶＤ処理等の被膜形成処理を施すことによって硬質被膜を形成してもよい。この場合には、軸受ホルダを熱伝導率の高い任意の材質（例えば真鍮等の銅合金）によって構成することができる。

この真空ポンプの軸受構造において、前記軸受ホルダがアルミニウムまたはアルミニウム基合金製とされ、前記硬質皮膜が、前記軸受ホルダをアルマイト処理して得られる陽極酸化被膜とされていてもよい。

この場合には、軸受ホルダが熱伝導率の高いアルミニウムまたはアルミニウム基合金とされているので、転がり軸受の放熱効果が高い。さらに、陽極酸化被膜は、摩擦係数が小さいので、軸受ホルダに対する転がり軸受の摺動がより円滑に行われることとなり、ローターの異常振動をより効果的に防止することができる。
ここで、軸受ホルダの材質としてアルミニウム基合金を用いる場合には、強度や加工性の高いＡ５０００系のアルミニウム基合金を用いることが好ましい。

本発明にかかる真空ポンプは、上記の真空ポンプの軸受構造を備えたことを特徴とする。
このように構成される真空ポンプでは、軸受ホルダが熱伝導体によって構成されていて、かつ、軸受ホルダの表面のうち、少なくとも転がり軸受を受ける受け面に硬質皮膜が形成されているので、軸受ホルダを介した転がり軸受の熱の放出を可能にしながら、軸受ホルダの磨耗が防止される。

本発明に係る真空ポンプの軸受構造及びこれを用いた真空ポンプによれば、軸受ホルダを介した転がり軸受の熱の放出が可能でありながら、軸受ホルダが損傷しにくいので、転がり軸受によるローターの支持を良好に行うことができる。

以下に、本発明の一実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るターボ分子ポンプ（真空ポンプ）１は、ローター２と、ローター２を収納するハウジング３と、ローター２をハウジング３に対して回転可能に支持する転がり軸受４と、ローター２を軸線回りに回転駆動する電動モータ等の駆動装置５とを有している。

ローター２は、外周に複数の動翼２ａが設けられた略円筒形状の翼部２ｂと、翼部２ｂの下部に翼部２ｂと同軸にして設けられるシャフト部２ｃとを有している。
ハウジング３は、上端が開口された略有底円筒形状をなしており、その内面においてローター２の翼部２ｂの外周に対向する部位には、複数の静翼３ａが設けられている。なお、ハウジング３の上端は、気体取入口を構成している。

転がり軸受４は、ローター２のシャフト部２ｃを支持するものである。本実施形態では、ターボ分子ポンプ１には、転がり軸受４として、ハウジング３に固定的に保持される固定側転がり軸受４ａと、ハウジング３に対して軸線方向に摺動可能にして保持される非固定側転がり軸受４ｂとが設けられている。本実施形態では、シャフト２ｃの上部を固定側転がり軸受４ａによって支持し、シャフト２ｃの下部を非固定側転がり軸受４ｂによって支持した例を示している（なお、固定側転がり軸受４ａと非固定側転がり軸受４ｂとの配置を入れ替えてもよい）。
固定側転がり軸受４ａは、後述する軸受ホルダ１６を介してハウジング３に保持されており、非固定側転がり軸受４ｂは、外輪１２の外周面を、ハウジング３の下部内周面に設けられたＯリングＳを介してハウジング３に保持されている。

これら転がり軸受４としては、例えば、ローター２から受けるラジアル荷重とスラスト荷重の両方を受けるアンギュラ玉軸受が用いられている。
これら転がり軸受４は、図２に示すように、シャフト部２ｃを受ける内輪１１と、ハウジング３に支持される外輪１２と、これら内外輪１１，１２の間に設けられてこれら内外輪１１，１２を互いの軸線回りの相対回転を可能にするボール１３とを有している。また、内外輪１１、１２間にはグリースが封入されており、このグリースによって内外輪１１，１２とボール１３との間の潤滑が行われている。なお、図２では、例として、固定側転がり軸受４ａを示している。

軸受ホルダ１６は、シャフト部２ｃが挿通される円環状の部材であって、本実施形態では、Ａ５０００系のアルミニウム合金によって構成されている。
軸受ホルダ１６の内周部には、下面側に、固定側転がり軸受４ａの外輪１２を収納する切り欠き状の凹部１７が設けられている。凹部１７は、軸受ホルダ１６の軸線に略平行な内周面１７ａと、軸受ホルダ１６の軸線に略直交する下向きの円環状平面１７ｂとを有している。

内周面１７ａの直径は、外輪１２がその径方向に若干のあそびを持って保持されるよう、外輪１２の外径よりもわずかに大きく設定されている。このように固定側転がり軸受４ａが軸受ホルダ１６に対して径方向に相対的に変位可能とされていることで、ローター２の振動が吸収されて、ローター２の異常振動が防止される。
また、内周面１７ａには、その全周にわたって溝１７ｃが形成されており、この溝１７ｃ内には、外輪１２の外周面を弾性的に支持するＯリング１８が嵌め込まれている。
これにより、外輪１２がローター２の振動によって軸線に略直交する方向に変位した際に、外輪１２を変位させる力がＯリング１８の弾性力によって緩衝されて、ローター２の振動が減衰されるようになっている。

円環状平面１７ｂには、硬質アルマイト処理が施されて、硬質の陽極酸化被膜１９が形成されている。この円環状平面１７ｂは、外輪１２の上端面を受ける受け面とされている。
固定側転がり軸受４ａは、コイルスプリング等の図示せぬ付勢部材によって外輪１２の上端面を円環状平面１７ｂに対して所定の圧力で押し付けられており、これによって内輪１１と外輪１２との供回りが防止されて、ローター２の安定した回転が保たれるようになっている。

このように構成されるターボ分子ポンプ１では、軸受ホルダ１６が熱伝導率の高い熱伝導体であるアルミニウム基合金によって構成されていて、軸受ホルダ１６を介した固定側転がり軸受４ａの熱を効果的に放出することができる。
さらに、軸受ホルダ１６において固定側転がり軸受４ａの外輪１２の上端面を受ける円環状平面１７ｂ（受け面）には、硬質皮膜である陽極酸化被膜１９が形成されているので、固定側転がり軸受４ａとの摺動による軸受ホルダ１６の磨耗が生じにくい。

このように、このターボ分子ポンプ１では、軸受ホルダ１６を介した固定側転がり軸受４ａの熱の放出が可能でありながら、軸受ホルダ１６が損傷しにくいので、転がり軸受４によるローター２の支持を良好に行うことができる。
さらに、陽極酸化被膜１９は、アルミニウム基合金の地金に比べて摩擦係数が小さいので、軸受ホルダ１６に対する固定側転がり軸受４ａの摺動がより円滑に行われることとなり、ローター２の異常振動をより効果的に防止することができる。

なお、軸受ホルダ１６には、円環状平面部１７ｂ以外の領域にも陽極酸化被膜１９を形成してもよい。ここで、例えば例えば転がり軸受４以外の他の部材との係合部等、寸法公差の厳しい部分には、その形状精度を維持するために、陽極酸化被膜１９を形成しないことが好ましい。この場合には、例えば寸法公差の厳しい部分にマスキングを施した状態で軸受ホルダ１６に硬質アルマイト処理を施すことで、寸法公差の厳しい部分の形状精度を維持したまま、所望の領域に陽極酸化被膜１９を形成することができる。

ここで、上記実施の形態では、軸受ホルダ１６をアルミニウム基合金とした例を示したが、これに限られることなく、軸受ホルダ１６は、熱伝導率の高い材質であれば、アルミニウムや銅、銅合金等の任意の材質を用いることができる。
また、硬質皮膜は、上記のように軸受ホルダ１６にアルマイト処理を施して得られる陽極酸化被膜１９によって構成する以外にも、例えば任意の熱伝導体からなる軸受ホルダ１６の表面にＣＶＤ処理やＰＶＤ処理等の被膜形成技術によって硬質被膜を形成してもよい。

本発明の一実施形態に係るターボ分子ポンプ（真空ポンプ）の構成を示す縦断面図である。 図１の一部拡大図である。

符号の説明

１ ターボ分子ポンプ（真空ポンプ）
２ ローター
３ ハウジング
４ 転がり軸受
１６ 軸受ホルダ
１７ｂ 円環状平面（受け面）
１９ 陽極酸化被膜（硬質皮膜）

Claims (3)

1. ローターと、該ローターを収納するハウジングと、前記ローターを前記ハウジングに対して回転可能に支持する転がり軸受と、該転がり軸受を前記ハウジングに保持する軸受ホルダとを有する真空ポンプの軸受構造であって、
   前記軸受ホルダを熱伝導体によって構成し、該軸受ホルダの表面のうち、少なくとも前記転がり軸受を受ける受け面に、硬質皮膜を形成した真空ポンプの軸受構造。
2. 前記軸受ホルダがアルミニウムまたはアルミニウム基合金製とされ、
   前記硬質皮膜が、前記軸受ホルダをアルマイト処理して得られる陽極酸化被膜とされている請求項１記載の真空ポンプの軸受構造。
3. 請求項１または２に記載の真空ポンプの軸受構造を備えた真空ポンプ。

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