JP2010535969A - ポンプ軸受配置 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】本発明は、ターボ分子ポンプのような高速で回転するポンプに特に適しており、ロータ軸に接続されたポンプロータ(10)を有するポンプ軸受配置に関する。ロータ軸(14)は、２個の軸受配置(12)によって軸ハウジング(20)に支持されている。各軸受配置(12)は、ロータ軸(14)に接続された内側軸受リング(16)と軸ハウジング(20)に接続された外側軸受リング(22)とを有する。軸受支持体(24)が２個の軸受リング間に配置されている。本発明によれば、少なくとも１個の振動要素(26)が、外側軸受リング(22)と軸ハウジング(20)との間に設けられており、振動を減衰すべく機能し、更に放熱のために少なくとも0.3W/mK の熱伝導率を有する。

Description

本発明は、例えばターボ分子ポンプのような高速で回転するポンプに特に適したポンプ軸受配置に関する。
例えばターボ分子ポンプのようなポンプは、ロータ軸に接続されたポンプロータを備える。ロータ軸は、２個の軸受配置を介して軸ハウジングに支持されている。前記２個の軸受配置は、通常１個の玉軸受を夫々備えている。２個の玉軸受の内側軸受リング及び軸受シェルは、ロータ軸に固定して接続されている。外側軸受リング及び軸受シェルは、夫々、軸ハウジングに軸方向に接続されているか、又は、例えば軸ハウジングの環状突起に軸方向に接して配置されている。２個の軸受配置に軸方向に付勢されている。外側軸受リングは通常、径方向には軸ハウジングに直接接して配置されてはいない。代わりに、環状間隙が、外側軸受リングと軸ハウジングとの間に設けられている。軸ハウジングに形成されて外側軸受リングを囲む円形溝にＯリングが配置されており、Ｏリングは、２個の軸受配置の振動を夫々減衰し径方向に保持するための振動要素として特に機能する。振動要素として、例えば、シリコンから製造されたＯリングが用いられている。しかしながら、これは、シリコン製のＯリングによってもたされる放熱が不十分であるという問題を引き起こす。
独国特許出願公開第８９１００４０号明細書
放熱を改善するために、独国特許出願公開第８９１００４０号明細書から、例えばＯリングのような前記振動要素に金属粉、好ましくは銅粉を混合することが知られている。しかしながら、特に、金属含有量、具体的には銅含有量を有するこれらのＯリングは、作業中に生じる銅要素の圧縮に起因して自身の機械的特性を変化させる傾向がある。このため、軸受配置の減衰性及び位置に影響を及ぼす場合がある。金属粉又は銅粉をエラストマに混合することにより、更に、粒子の分散が均一ではないという危険性が必然的に伴う。このため、粒子密度が増大した領域、いわゆるネスト（nest）と、粒子密度が減少した領域とが生じる。その結果、熱伝導性がＯリング内で局所的に予測不能に変化する。従って、振動要素の弾性が低下する。特に粒子密度が増大した領域では、振動要素の剛性及び弾性が変化する。ポンプ軸受配置、例えばターボ分子ポンプのような特に高速で回転するポンプのポンプ軸受配置は、常時振動を受ける。その際、最大1.5kHzの振動が生じる場合がある。これは、Ｏリング内の金属粒子具体的には銅粒子の分解又は分離に繋がる場合がある。この影響は、固体の内部摩擦に繋がり、その結果、振動要素の温度が著しく増加する。振動要素の表面でこのような粒子の分解又は分離が生じる場合には、粒子が図らずも振動要素から抜け出て、軸受内に侵入するかもしれない。このような現象により、軸受の寿命が短くなる。前記分解又は分離により、更に、熱的応力が局所的且つ多大に材料に印加されるだけでなく、振動特性が変化する。このため、振動要素の完全な破壊又は塑性変形に繋がる場合がある。
特に、ターボ分子ポンプのような高速で回転するユニットに用いるためのポンプ軸受配置のロータでは、軸受で生成された摩擦によりポンプ軸受配置が多大に加熱されるという問題が存在する。このような高速で回転する要素で生成された温度は、シリコンから形成されたＯリング、又は銅含有量を有するＯリングのような公知の振動要素によっては十分に放散され得ない。これは、特に、ロータの直径に応じた500Hz 乃至1.500Hz のロータ回転数のために一般的に設計された高速で回転するターボ分子ポンプのためのポンプ軸受配置の場合に言えることである。
用いられる玉軸受、好ましくはアンギュラコンタクト玉軸受の軸面が小さく、従って放熱にほんの僅かしか寄与しないので、軸受からの放熱の達成は特に困難である。外側軸受リングは、通常、軸方向の付勢の実現を可能にすべく、径方向に関して軸ハウジングから距離を置いて配置されている。従って、径方向の放熱は十分ではない。特に、軸受が通常１×10-3乃至10-10 mbarの低圧で作動されるので、径方向の放熱は極端に不十分である。
本発明の目的は、特に、放熱が改良されており、高速で回転するポンプに特に適したタイプのポンプ軸受配置を提供することである。
本発明によれば、上記の目的は請求項１に定義された特徴によって達成される。
本発明によって提供されているように、振動を減衰すべく機能する振動要素は、少なくとも0.3W/mK の熱伝導率を有するように設計及び／又は配置されている。振動要素は、軸受リングと軸ハウジングとの間に位置付けられている。好ましくは、振動要素は外側軸受リングを囲んでおり、従って外側軸受リングと軸ハウジングとの間に配置されている。従って、本発明によれば、振動要素は２つの機能、つまり、一方では軸受リングの運動を減衰し、他方では軸受リングから特には軸ハウジングに放熱する機能を実行する。本発明の振動要素の二重機能により、軸受からの良好な放熱を実現することが可能になる。それにより、軸受の寿命が延長される。
特に好ましくは、少なくとも１個の前記振動要素は、少なくとも0.35W/mKの熱伝導率を有しており、更に好ましくは少なくとも0.4W/mK の熱伝導率を有する。
振動要素は、エラストマ材料を含んでいるか、又はエラストマ材料から形成されていることが好ましい。試験により、エラストジル（Elastosil ）R840の材料が本発明の実現で用いるために特に適していることが示された。
特に好ましくは、少なくとも１個の振動要素のために疑似均質物質が用いられている。この場合、本発明の材料の熱伝導率は、例えば金属粉又は銅粉のような粒子の混合ではなく、代わりにエラストマ材料自体によって保証される。ここでは、材料の性質が、特に高分子の長さ及び構造により影響を受ける。この点に関して、振動性及び熱伝導性が全ての空間方向で略同一である材料であり、特に、温度作用が大きく特に４℃乃至120 ℃の範囲で温度が変化する場合でさえ分解されない材料を選択することが好ましい。ポンプ、特にターボ分子ポンプのような高速で回転するポンプが、最大1.5kHzの高い振動応力に受けるときでさえ、本発明に応じて選択された前記材料は依然として弾性を有する。特に、本適用分野で通常生じる振動数の範囲内、特には１Hz乃至４kHz の範囲内では、材料の性質が変化しないように材料は常時防振性を有する。
好ましくは、使用される材料はシリコーンゴム体を含んでいる。
特に、複数の振動要素が各軸受配置に設けられ得る。２個の環状の振動要素が、径方向の力を吸収するように外側軸受リングを囲んで設けられていることが好ましい。更に、軸方向の運動の減衰のために、振動要素、好ましくはここでも環状の振動要素が更に軸方向に設けられ得る。
好ましい実施形態によれば、好ましくは矩形状又は円形状の断面形状を有する振動要素が、夫々溝に配置されている。軸ハウジングと軸受リングとの間に間隙が常に形成されているように、前記溝は軸ハウジングに配置されており、振動要素が好ましくは溝より外へ延びていることが好ましい。
振動要素は、40乃至80ショアＡのショアＡ硬度を有することが好ましい。
本発明は、更に、少なくとも0.3W/mK の熱伝導率を有する振動要素をポンプ軸受配置に使用する方法に関する。ここでは、振動要素は、上述されたように設計されていることが好ましい。
本発明を、添付図面を参照して好ましい実施形態により更に詳細に以下に説明する。
本発明に係る上部のロータ側軸受配置を示す概略側面図である。
図１には、上部位置に、つまりロータ10に対向して配置された軸受配置12の好ましい実施形態が示されている。ロータ10は、ロータ軸14と共に回転するためにロータ軸14に接続されている。ロータ10と共に回転するロータ軸14に、溝玉軸受の内側軸受リング16が配置されており、ロータ10及びスタブ軸18によって所定の位置に保持されている。
上部の軸受配置12が、図示された実施形態では略筒形状を有する軸ハウジング20に配置されている。外側軸受リング22が軸ハウジング20内に配置されている。前記２個の軸受リング16,22 間に球状の軸受体24が配置されている。
第１実施形態では、外側軸受リング22は、弾性を有するＯリングとして形成された２個の径方向振動要素26を介して軸ハウジング20に接続されている。更に、好ましくは弾性を有するＯリングとして形成された軸方向振動要素28が設けられている。前記２個の径方向振動要素26は、外側軸受リング22の端部領域において夫々の溝30に配置されている。前記溝30は軸ハウジング20に設けられている。Ｏリング26が軸ハウジング20の内面32を超えて突出して外側軸受リング22に接して位置付けられるように、溝30の深さは前記Ｏリング26の直径より小さい。
軸方向振動要素28は、軸ハウジング20に更に設けられた軸方向の環状溝34に配置されている。ここでも、Ｏリング28が外側軸受リング22に向かって突出するように、溝34の深さはＯリング28の直径より小さい。軸方向振動要素28と外側軸受リング22との間に力伝達要素36が設けられている。前記力伝達要素36は、特に摩擦ダンパの機能を有する。力伝達要素36の更なる機能は、剪断力又は径方向の力を軸方向振動要素28に作用させずに、外側軸受リング22の径方向の運動を可能にすることである。少なくとも、生じるこれらの力は著しく低減され得る。
２個の径方向振動要素26間に、横方向孔として形成された排気口38が設けられ得る。
図示された実施形態で提供された環状の振動要素26,28 は、軸受配置12から放熱するために機能する。特に球24の転がり摩擦によって生じた熱が、振動要素26,28 を介して放散されるだけでなく、更に外側軸受リング22を介しても軸ハウジング20内へ放散される。この目的のために、振動要素26,28 は良好な熱伝導性を有しており、好ましくは0.3W/mK より高い熱伝導率を有する。
図示された上部の軸受配置12に加えて、別の玉軸受がロータ軸14の下端部を支持するために設けられている。前記２個の軸受は、ロータ軸14の長手方向に軸方向の付勢を提供するために張力が加えられている。

Claims (15)

  1. ポンプロータ(10)に接続されたロータ軸(14)と、
    内側軸受リング(16)、外側軸受リング(22)、及び前記内側及び外側軸受リング間に配置された軸受支持体(24)を夫々含んでいる２個の軸受配置(12)によって、前記ロータ軸(14)が支持されている軸ハウジング(20)と、
    前記外側軸受リング(22)及び軸ハウジング(20)に接して配置されており、ひいては前記ロータ軸(14)に隣り合って配置されており、放熱すべく機能する減衰用振動要素(26,28) と
    を備えており、特に、例えばターボ分子ポンプのような高速で回転するポンプのためのポンプ軸受配置において、
    前記振動要素は、少なくとも0.3W/mK の熱伝導率を有することを特徴とするポンプ軸受配置。
  2. 前記振動要素(26,28) の熱伝導率は、0.35W/mKより高く、好ましくは0.4W/mK より高いことを特徴とする請求項１に記載のポンプ軸受配置。
  3. 前記振動要素(26,28) は、エラストマ材料を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプ軸受配置。
  4. 前記振動要素(26,28) は、シリコンを含んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のポンプ軸受配置。
  5. 前記振動要素は、エラストジル（Elastosil ）を含んでおり、好ましくはエラストジル（Elastosil ）R840を含んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のポンプ軸受配置。
  6. 前記外側軸受リング(22)と前記軸ハウジング(20)との間に間隙が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のポンプ軸受配置。
  7. 前記振動要素(26,28) は金属粒子を含んでいないことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のポンプ軸受配置。
  8. 前記振動要素(26,28) は、40乃至85ショアＡのショアＡ硬度を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のポンプ軸受配置。
  9. 前記振動要素(26,28) は環形状を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のポンプ軸受配置。
  10. 前記振動要素(26,28) は、矩形状又は円形状の断面を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のポンプ軸受配置。
  11. 前記振動要素(26)は、径方向の運動を減衰するために、前記外側軸受リング(22)を囲んでおり、好ましくは前記外側軸受リングの全周を囲んでいることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のポンプ軸受配置。
  12. 前記振動要素(26,28) は、前記軸ハウジング(20)に設けられた溝(30,34) に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のポンプ軸受配置。
  13. 複数の前記振動要素(26,28) が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のポンプ軸受配置。
  14. 特に高速で回転するポンプのためのポンプ軸受配置に振動要素(26,28) を使用する方法であり、該振動要素は少なくとも0.3W/mK の熱伝導率を有することを特徴とする方法。
  15. 請求項１乃至１３のいずれかに係る前記振動要素が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
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