JP2010121503A - Turbo molecular pump and method for adjusting position of center of gravity of rotation body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボ分子ポンプ、およびターボ分子ポンプに用いられる回転体の重心位置調整方法に関する。 The present invention relates to a turbo molecular pump and a method for adjusting the center of gravity of a rotating body used in the turbo molecular pump.
磁気軸受式ターボ分子ポンプの回転体は、回転翼が形成されたロータと、モータや磁気軸受の構成部品が装着されたシャフトとから構成されている(例えば、特許文献1参照)。回転体は高速回転するため、良好な回転特性を得るためには重心位置を最適な位置に設定する必要がある。 A rotating body of a magnetic bearing type turbo molecular pump is composed of a rotor on which rotor blades are formed and a shaft on which components of a motor and a magnetic bearing are mounted (for example, see Patent Document 1). Since the rotating body rotates at a high speed, it is necessary to set the center of gravity position to an optimum position in order to obtain good rotation characteristics.
従来、回転体重心は、ロータやシャフトの形状により調整を行っている。近年は、ターボ分子ポンプの小型化および高性能化に対する要望が大きく、ターボ分子ポンプは高速回転化する傾向にある。高速回転化すると、ロータの内径や外径およびシャフトの外径は、遠心応力による強度上の条件によりほぼ決定されるようになる。また、小型化のために厚さや長さを大きくすることができないため、ロータおよびシャフトによる重心調整が複雑になると共に、調整が困難になるという問題があった。 Conventionally, the center of gravity of the rotating body is adjusted by the shape of the rotor and the shaft. In recent years, there has been a great demand for miniaturization and high performance of turbomolecular pumps, and turbomolecular pumps tend to rotate at high speed. When the rotation speed is increased, the inner diameter and outer diameter of the rotor and the outer diameter of the shaft are substantially determined by the strength condition due to centrifugal stress. Further, since the thickness and length cannot be increased due to the miniaturization, there is a problem that the center of gravity adjustment by the rotor and the shaft is complicated and the adjustment is difficult.
本発明は、回転翼が形成されたロータと回転軸とを締結して成る回転体を備えるターボ分子ポンプに適用され、ロータの比重よりも大きな比重の材料で形成され、回転体の軸に関して回転対称な形状を有する重心位置調整部材を、回転体に設けたことを特徴とする。
重心位置調整部材は、ロータの軸方向最大寸法を規定する両端面と最大外径を規定する円筒面とで囲まれたロータ領域に設けるのが好ましい。例えば、ロータの軸方向端面に凹部を形成し、該凹部内に重心位置調整部材を設ける。
さらに、重心位置調整部材が、回転体の動バランス調整をするためのバランス調整部材を兼ねるようにしても良い。
本発明による回転体の重心位置調整方法は、回転翼が形成されたロータと回転軸とを締結して成る回転体の軸方向重心位置を計算し、軸方向重心位置を所定重心位置へと移動させるための重心位置調整部材を形成し、回転体に重心位置調整部材を固定することを特徴とする。
The present invention is applied to a turbo molecular pump including a rotating body formed by fastening a rotor on which a rotor blade is formed and a rotating shaft, and is formed of a material having a specific gravity larger than the specific gravity of the rotor, and rotates about the axis of the rotating body. The center of gravity position adjusting member having a symmetrical shape is provided on the rotating body.
The center-of-gravity position adjusting member is preferably provided in a rotor region surrounded by both end faces that define the maximum axial dimension of the rotor and a cylindrical surface that defines the maximum outer diameter. For example, a recess is formed in the axial end surface of the rotor, and a center of gravity position adjusting member is provided in the recess.
Furthermore, the gravity center position adjusting member may also serve as a balance adjusting member for adjusting the dynamic balance of the rotating body.
The method of adjusting the center of gravity position of a rotating body according to the present invention calculates the axial center of gravity position of a rotating body formed by fastening a rotor on which a rotor blade is formed and a rotating shaft, and moves the axial center of gravity position to a predetermined center of gravity position. The center-of-gravity position adjustment member is formed, and the center-of-gravity position adjustment member is fixed to the rotating body.
本発明によれば、重心位置調整部材を設けたことにより、回転体の小型化を図りつつ、回転体の重心位置調整を容易に行うことができる。 According to the present invention, by providing the center of gravity position adjusting member, it is possible to easily adjust the center of gravity of the rotating body while reducing the size of the rotating body.
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は磁気軸受式ターボ分子ポンプ1の概略構成を示す断面図である。ターボ分子ポンプ1のケーシング13内には、回転翼8および円筒部12が形成されたロータ2と、固定翼9およびネジステータ11,23とが設けられている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a magnetic bearing type turbo
回転翼8はロータ2の回転軸方向に沿って複数段形成されており、各固定翼9は上下に並んだ回転翼8の間にそれぞれ配設されている。各固定翼9は、スペーサ10によって上下に挟持されるように保持されている。スペーサ10は、固定翼9の保持機能とともに、固定翼9間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。これらの回転翼8と固定翼9とにより、ターボ分子ポンプ1のタービン翼段が構成される。
The
一方、タービン翼段の後段(図示下方)には、ロータ2の円筒部12と、円筒部12の外周側および内周側に設けられたネジステータ11,23とにより構成されるドラッグポンプ段が設けられている。吸気口13aから吸入されたガスは、タービン翼段およびドラッグポンプ段の順に送られ、ベース4に形成された排気口4aからポンプ外へと排出される。排気口4aには油回転ポンプ等の補助ポンプが接続される。
On the other hand, a drag pump stage composed of a
ロータ2はボルト27によってシャフト3の上端に形成されたフランジ部3aに締結されている。シャフト3は、ベース4に設けられたラジアル電磁石51,52およびスラスト電磁石53によって非接触支持されている。スラスト電磁石53は、シャフト3の下部に設けられたロータディスク76を隙間を介して上下から挟むように配置されている。シャフト3の浮上位置は、ベース4に設けられたラジアル変位センサ71,72およびスラスト変位センサ73によって検出される。ベース4には、ロータ2を回転駆動するモータ6、保護ベアリング28が設けられている。保護ベアリング28にはメカニカルベアリングが用いられ、電磁石51〜53によるシャフト3の磁気浮上がオフされたときにシャフト3を支持する。
The
図2は、回転体100を示す断面図である。回転体100は、ロータ2,シャフト3,重心位置調整部材101,ロータディスク76およびターゲット75により構成される。ロータ2の上端(吸気側の端部)には凹部20が形成され、凹部20内には、重心位置調整部材101がボルト102により固定されている。重心位置調整部材101は、円柱形状のように、回転体101の軸に対して回転対称な形状を有している。ロータ2の材料には一般的にアルミニウム合金が用いられるが、重心位置調整部材101にはロータ部材よりも比重の大きな材料、例えば、ステンレス材(SUS304)や鉄系(S45CやSCM435)などが用いられる。鉄系の材料を用いる場合には、腐食防止のためにニッケルメッキ等のメッキ処理が施される。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the
本実施の形態における重心位置調整部材101は、回転体100の軸方向の重心位置を調整するために設けられたものである。前述したように、近年はターボ分子ポンプの小型化および高性能化に対する要望が大きく、ターボ分子ポンプは高速回転化する傾向にある。高速回転化に対応するためにシャフト3は短くなり、回転体100の重心が下がる傾向になる。そのため、ロータ2の形状を決定する際には、回転体100の重心を上側(ポンプ吸気口側)に上げるように設計される。
The center-of-gravity
従来は、締結フランジ部2aやシャフト3のフランジ部3aの厚みを調整したり、ロータ2の内径・外径やフランジ部3aの外径を調整したり、シャフト3の長さを調整したりして、回転体100の重心位置を調整していた。しかし、回転翼8および円筒部12の形状は排気設計によって決まってしまうため、回転体100が大型化しないように、ロータ2やシャフト3の各寸法を調整して重心位置の調整を行う必要があり、調整が複雑になるという問題があった。また、そのような複雑さを避ける方法としては、従来の場合、ロータ2の締結フランジ部2aを厚くする程度しか方法がなかった。そのため、重心位置調整の余裕代が小さく、重心位置調整が困難な場合も生じる。
Conventionally, the thickness of the
そのような問題を解消するために、本実施形態では、ロータ2の大きさを規定する外形面、すなわち、図2に示すロータ2の上端面P1,下端面P2および側面(回転翼8の先端を含む円筒面)P3で囲まれた空間内に、ロータ2に用いられている材料の比重よりも大きな比重を有する重心位置調整部材101を設けた。図2に示す例では、重心位置調整部材101はロータ2の凹部20内に固定されており、重心位置調整部材101を設けない場合に比べて、回転体100の重心位置が軸方向上側に移動している。図2では、ボルト102のボルト頭が重心位置調整部材101の上面に突出しているが、座グリを形成してボルト頭が重心位置調整部材101内に沈み込むようにすることもできる。そうすることで、ロータ2の上端面ぎりぎりまで重心位置調整部材101を大きくすることができ、重心位置調整の幅が広がる。
In order to solve such a problem, in the present embodiment, the outer surface that defines the size of the
図3は、重心位置調整部材101の他の例を示す図である。重心位置調整部材101aはリング形状をしており、凹部20内に圧入にて固定する。また、重心位置調整部材101bの場合には、ロータ2の外周に巻き付けるように設けられている。いずれの場合も回転軸に関して回転対称な形状を有しており、回転体100の外形寸法を大きくすることなく、回転体100の重心位置を軸方向上側に調整することができる。
FIG. 3 is a diagram illustrating another example of the gravity center
重心位置調整部材101の形状の設定は、次のような手順で行われる。ポンプとしての排気性能、および、回転体100としての機械的な性能を満足するように、ロータ2およびシャフト3が設計される。ここでは、回転体100として最適な重心位置に関しては、最終的に重心位置調整部材101で調整することを前提とし、排気性能および小型化を優先して設計を行う。この場合、ロータ2の締結フランジ部2aに凹部20を設けず、ロータ上端面が平面となるように設計しても良いし、重心位置調整部材101の調整を前提として、最初から凹部20を設けた形状としても良い。
The shape of the gravity center
第2に、ロータ2とシャフト3とを締結した状態における重心位置を求め、その重心位置を目標とする所定重心位置へ移動させるのに必要な重心位置調整部材101を設計する。重心位置調整部材101の径寸法および厚さ寸法は、使用する材料の比重に応じて設定される。また、ロータ上端面が平面となるようにロータ2が設計されている場合には、ロータ2の上端中央部のアルミ材を重心位置調整部材101に用いるステンレス材に置き換えた場合に、どれだけの体積(径寸法および厚さ寸法)を置き換えれば必要な重心位置移動量となるかを計算する。その結果、重心位置調整部材101の形状が決定される。
Secondly, the center-of-gravity position in a state in which the
そして、実際に、図2に示すように回転体100を組み立てたならば、従来の場合と同様に回転体100の動バランス調整を行う。なお、この動バランス調整作業では、バランス調整のためにロータ2の一部を削除するが、重心位置調整部材101の一部を削除するようしにても良い。重心位置調整部材101の比重はロータ部材に比べて大きいので、より少ない削除量でバランス調整を行うことができる。
When the
以上説明したように、本実施の形態では、ロータ材よりも比重の大きな材料で形成された重心位置調整部材101,101a,101bをロータ2に設け、それらの径方向寸法や厚さ寸法を調整することで、回転体100を小型化しつつ、回転体100の重心位置を簡単に調整することができる。
As described above, in this embodiment, the
その場合、図2に示すように、ロータ2の軸方向最大寸法を規定する両端面P1,P2と最大外径を規定する円筒面P3とで囲まれたロータ領域に、重心位置調整部材101を設けるのが好ましい。例えば、ロータ2の軸方向端面に凹部20を形成し、その凹部20内に重心位置調整部材101を設けることで、ロータ外形を小さく抑えることができる。
In that case, as shown in FIG. 2, the center of gravity
なお、以上の説明はあくまでも一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、磁気軸受式のターボ分子ポンプを例に説明したが、磁気軸受式に限らず適用可能であり、また、ドラッグポンプ段を有しないタービン翼段のみのターボ分子ポンプにも適用することができる。さらに、重心位置調整部材101,101a,101bを組み合わせて用いても良い。
In addition, the above description is an example to the last, and this invention is not limited to the said embodiment at all unless the characteristic of this invention is impaired. For example, in the above-described embodiment, a magnetic bearing type turbo molecular pump has been described as an example. However, the present invention is not limited to a magnetic bearing type, and can be applied to a turbo molecular pump having only a turbine blade stage without a drag pump stage. Can also be applied. Furthermore, the center-of-gravity
1:ターボ分子ポンプ、2:ロータ、2a:締結フランジ部、3:シャフト、8:回転翼、9:固定翼、20:凹部、100:回転体、101,101a,101b:重心位置調整部材、
1: turbo molecular pump, 2: rotor, 2a: fastening flange portion, 3: shaft, 8: rotating blade, 9: fixed blade, 20: recessed portion, 100: rotating body, 101, 101a, 101b: gravity center position adjusting member,
Claims (5)
前記ロータの比重よりも大きな比重の材料で形成され、前記回転体の軸に関して回転対称な形状を有する重心位置調整部材を、前記回転体に設けたことを特徴とするターボ分子ポンプ。 In a turbo molecular pump comprising a rotor formed by fastening a rotor formed with rotor blades and a rotating shaft,
A turbo-molecular pump, characterized in that a centroid position adjusting member formed of a material having a specific gravity larger than that of the rotor and having a rotationally symmetric shape with respect to the axis of the rotator is provided on the rotator.
前記ロータの軸方向最大寸法を規定する両端面と最大外径を規定する円筒面とで囲まれたロータ領域に、前記重心位置調整部材を設けたことを特徴とするターボ分子ポンプ。 The turbo-molecular pump according to claim 1,
A turbo-molecular pump characterized in that the center-of-gravity position adjusting member is provided in a rotor region surrounded by both end faces defining the maximum axial dimension of the rotor and a cylindrical surface defining a maximum outer diameter.
前記ロータの軸方向端面に凹部を形成し、該凹部内に前記重心位置調整部材を設けたことを特徴とするターボ分子ポンプ。 The turbo-molecular pump according to claim 2,
A turbo-molecular pump, wherein a concave portion is formed on an end surface in the axial direction of the rotor, and the center-of-gravity position adjusting member is provided in the concave portion.
前記重心位置調整部材は、前記回転体の動バランス調整をするためのバランス調整部材を兼ねることを特徴とするターボ分子ポンプ。 In the turbomolecular pump according to any one of claims 1 to 3,
The turbo molecular pump, wherein the center-of-gravity position adjusting member also serves as a balance adjusting member for adjusting a dynamic balance of the rotating body.
前記軸方向重心位置を所定重心位置へと移動させるための重心位置調整部材を形成し、
前記回転体に前記重心位置調整部材を固定することを特徴とする回転体の重心位置調整方法。 Calculate the axial center-of-gravity position of the rotating body formed by fastening the rotor on which the rotor blades are formed and the rotating shaft,
Forming a center-of-gravity position adjusting member for moving the axial center-of-gravity position to a predetermined center-of-gravity position;
A center-of-gravity position adjustment method for a rotating body, wherein the center-of-gravity position adjusting member is fixed to the rotating body.
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