JP2011074892A - Turbo-molecular pump and life determination method of mechanical bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、メカニカルベアリング式のターボ分子ポンプ、および、そのメカニカルベアリングの寿命判定方法に関する。 The present invention relates to a mechanical bearing type turbo molecular pump and a method for determining the life of the mechanical bearing.
分析装置等の用いられるターボ分子ポンプは、一般的に特許文献1に記載のようなボールベアリング式のターボ分子ポンプが用いられている。ボールベアリングは、長期間運転すると摩耗劣化等が生じるため、交換する必要がある。ベアリングの寿命を推定する方法としては、ベアリングの温度をモニタリングし、ベアリングの温度上昇の状況から寿命を判断したり、ポンプの起動時間の増加から寿命を判断したりしている。
As a turbo molecular pump used in an analyzer or the like, a ball bearing type turbo molecular pump as described in
しかしながら、マニュアル等においては、標準的な使用状況に基づいて寿命判定の基準(起動時間や温度上昇)を設定しているが、ユーザ毎にポンプ使用状況が異なる。一方、起動時間やベアリング温度は、ターボ分子ポンプの使用環境によって大きく変動する。例えば、ターボ分子ポンプを運転するにはロータリーポンプ等のバックポンプが必要であるが、このバックポンプの性能によってターボ分子ポンプの排気口の圧力条件が異なる。そのような場合、ベアリングの損傷程度が同じであっても起動時間が異なることになり、正確な寿命予測が困難になる。また、ロータのアンバランス量の違いによっても、ベアリングへの負荷は変動するため、この場合も、ベアリングの損傷程度が同じであっても起動時間が異なることになる。このように、ユーザ毎にポンプ使用状況が異なるにも関わらず、標準的な使用状況を仮定した寿命判定基準に基づいて判定を行うため、ベアリング寿命を充分な精度で判定できないという問題があった。 However, in manuals and the like, the criteria for determining the life (start-up time and temperature rise) are set based on the standard use situation, but the pump use situation differs for each user. On the other hand, the start-up time and the bearing temperature vary greatly depending on the usage environment of the turbo molecular pump. For example, in order to operate the turbo molecular pump, a back pump such as a rotary pump is required. The pressure condition of the exhaust port of the turbo molecular pump varies depending on the performance of the back pump. In such a case, even if the degree of damage of the bearing is the same, the start-up time is different, and accurate life prediction becomes difficult. Further, since the load on the bearing fluctuates due to the difference in the unbalance amount of the rotor, the start-up time also differs in this case even if the degree of damage of the bearing is the same. As described above, although the pump usage status differs for each user, the bearing life cannot be determined with sufficient accuracy because the determination is made based on the life criteria that assumes a standard usage status. .
請求項1の発明は、回転翼が形成されたロータをメカニカルベアリングにより回転自在に支持し、モータによりロータを高速回転させて気体を排気するターボ分子ポンプに適用され、ポンプ使用開始時からの通算の運転時間が所定時間となるまでベアリング状態データを積算し、その積算値に基づいて判定基準データを生成する基準データ生成手段と、所定時間を経過した後のベアリング状態データに基づく寿命判定データを取得する寿命判定データ取得手段と、寿命判定データと判定基準データとの比に基づいて、メカニカルベアリングの交換が必要か否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載のターボ分子ポンプにおいて、ベアリング状態データは、ロータ回転起動動作時の第1の回転数から第2の回転数に達するまでに要する起動時間、および/またはロータ定格回転時に検出されるモータ電流値であり、判定基準データは、起動時間の積算値から算出される起動動作1回あたりの平均起動時間、および/またはモータ電流値の積算値から算出される平均モータ電流値であり、寿命判定データは、所定時間が経過した後における起動時間および/またはモータ電流値であって、判定手段は、寿命判定データのモータ電流値と判定基準データの平均モータ電流値との比、および/または寿命判定データの起動時間と判定基準データの平均起動時間との比から成る劣化判定値を、所定の閾値と比較することにより、メカニカルベアリングの交換が必要か否かを判定することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1に記載のターボ分子ポンプにおいて、ベアリング状態データは、ロータ回転起動動作時の第1の回転数から第2の回転数に達するまでに要する起動時間、および/またはロータ定格回転時に検出されるモータ電流値であり、判定基準データは、起動時間の積算値から算出される起動動作1回あたりの平均起動時間、および/またはモータ電流値の積算値から算出される平均モータ電流値であり、第2のデータ取得手段は、所定判定時間が経過する度に、所定判定時間における起動時間の積算値から算出される起動動作1回あたりの平均起動時間、および/または所定判定時間におけるモータ電流値の積算値から算出される平均モータ電流値を寿命判定データとして取得し、判定手段は、寿命判定データの平均モータ電流値と判定基準データの平均モータ電流値との比、および/または寿命判定データの平均起動時間と判定基準データの平均起動時間との比から成る劣化判定値を、所定の閾値と比較することにより、メカニカルベアリングの交換が必要か否かを判定することを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載のターボ分子ポンプにおいて、判定手段によりメカニカルベアリングの交換が必要と判定されると、ベアリング交換の警報を出力する警報手段を備えたことを特徴とする。
請求項5の発明は、回転翼が形成されたロータをメカニカルベアリングにより回転自在に支持し、モータによりロータを高速回転させて気体を排気するターボ分子ポンプの、メカニカルベアリングの寿命判定方法であって、ポンプ使用開始時からの通算の運転時間が所定時間となるまでベアリング状態データを積算し、その積算値に基づいて判定基準データを生成する第1の工程と、所定時間を経過した後に、ベアリング状態データに基づく寿命判定データを取得する第2の工程と、寿命判定データと判定基準データとに基づいて、メカニカルベアリングの交換が必要か否かを判定する第3の工程と、を有することを特徴とする。
The invention of
According to a second aspect of the present invention, in the turbo molecular pump according to the first aspect, the bearing state data includes a starting time required to reach the second rotational speed from the first rotational speed during the rotor rotational starting operation, and / or Or it is a motor current value detected at the time of rotor rated rotation, and the judgment reference data is calculated from the average starting time per starting operation calculated from the integrated value of the starting time and / or the integrated value of the motor current value. The life determination data is a start time and / or a motor current value after a predetermined time has elapsed, and the determination means is an average motor of the motor current value of the life determination data and the determination reference data. The deterioration judgment value comprising the ratio of the current value and / or the start time of the life judgment data and the average start time of the judgment reference data is compared with a predetermined threshold value. It makes and judging whether replacement of the mechanical bearing is necessary.
According to a third aspect of the present invention, in the turbo molecular pump according to the first aspect, the bearing state data includes a start time required to reach the second rotation speed from the first rotation speed during the rotor rotation start operation, and / or Or it is a motor current value detected at the time of rotor rated rotation, and the judgment reference data is calculated from the average starting time per starting operation calculated from the integrated value of the starting time and / or the integrated value of the motor current value. The average motor current value, and the second data acquisition means calculates the average start time per start operation calculated from the integrated value of the start time at the predetermined determination time each time the predetermined determination time elapses, and / or Alternatively, an average motor current value calculated from the integrated value of the motor current values at a predetermined determination time is obtained as life determination data, and the determination means determines the average mode of the life determination data. Degradation judgment value consisting of the ratio of the current value and the average motor current value of the judgment reference data and / or the ratio of the average starting time of the life judgment data and the average starting time of the judgment reference data is compared with a predetermined threshold. Thus, it is determined whether or not replacement of the mechanical bearing is necessary.
According to a fourth aspect of the present invention, in the turbomolecular pump according to any one of the first to third aspects, when the determination unit determines that the mechanical bearing needs to be replaced, an alarm unit that outputs a bearing replacement alarm is provided. It is characterized by having.
The invention of claim 5 is a method for determining the life of a mechanical bearing of a turbo molecular pump in which a rotor on which rotor blades are formed is rotatably supported by a mechanical bearing and gas is exhausted by rotating the rotor at a high speed by a motor. The first step of integrating the bearing state data until the total operation time from the start of pump use reaches a predetermined time, and generating the determination reference data based on the integrated value, and after the predetermined time has elapsed, the bearing A second step of acquiring life determination data based on the state data, and a third step of determining whether or not the mechanical bearing needs to be replaced based on the life determination data and the determination reference data. Features.
本発明によれば、メカニカルベアリングの寿命判定をより精度良く行うことができる。 According to the present invention, the life of a mechanical bearing can be determined with higher accuracy.
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図1はメカニカルベアリング式ターボ分子ポンプの概略構成を示す図である。図1には、メカニカルベアリングとしてボールベアリングを用いた例を示しているが、本発明は、ボールベアリング以外のメカニカルベアリングを備えるターボ分子ポンプにも適用できる。ターボ分子ポンプは、真空排気を行うポンプユニット1と、ポンプユニット1を駆動制御するコントロールユニット2とを備えている。ポンプユニット1には、複数段の回転翼12が形成されたロータ11と、複数段の回転翼12に対して交互に配置される固定翼13とが設けられている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a mechanical bearing type turbo molecular pump. Although FIG. 1 shows an example in which a ball bearing is used as the mechanical bearing, the present invention can also be applied to a turbo molecular pump including a mechanical bearing other than the ball bearing. The turbo molecular pump includes a
ロータ11の軸は、ボールベアリング14によって回転自在に支持されている。ロータ11は、モータ15によって回転駆動される。ロータ11の回転速度は、回転数センサ17によって検出される。コントロールユニット2には、モータ15を回転駆動させるためのモータ駆動部21と、モータ駆動部21を制御する制御部20が設けられている。回転数センサ17の検出信号は、制御部20に入力される。22は警報装置であり、例えば、液晶表示装置が用いられ、制御部20の指令により警報標識を表示する。
The shaft of the
上述したように、ボールベアリング式ターボ分子ポンプにおいては、ボールベアリングの寿命によるターボ分子ポンプの予期しない停止を防止する必要がある。ところで、分析装置等の計測機器においては、ターボ分子ポンプは高真空状態において定格運転状態で使用されることが殆どであり、定格運転状態においてはモータに流れる電流も非常に小さい。本実施の形態では、モータ負荷変動が少ないこのような使用条件における、ベアリング状態の変化によるモータ負荷の増加に着目し、以下に説明するような寿命判定動作を行うことにより、ベアリングの寿命を精度良く推定できるようにした。 As described above, in the ball bearing type turbo molecular pump, it is necessary to prevent an unexpected stop of the turbo molecular pump due to the life of the ball bearing. By the way, in a measuring instrument such as an analyzer, the turbo molecular pump is mostly used in a rated operation state in a high vacuum state, and a current flowing through the motor is very small in the rated operation state. In this embodiment, paying attention to the increase in the motor load due to the change of the bearing state under such usage conditions where the motor load fluctuation is small, the life of the bearing is accurately determined by performing the life judgment operation as described below. I was able to estimate well.
図2は、制御部20の機能ブロック図である。制御部20は、演算・判定部200、起動時間カウンタ201、運転時間カウンタ202、モータ電流積算カウンタ203、モータ電流検出部204、記憶部205を備えている。運転時間カウンタ202は、図1に示した回転数センサ17からの情報を受け、ターボ分子ポンプ1のロータ11が回転している間の時間をカウントする。
FIG. 2 is a functional block diagram of the
起動時間カウンタ201は、ロータ回転数が停止状態(0%)から定格状態(100%)に到達するまでの時間をカウントする。なお、ここでは0%から100%までの時間をカウントするようにしているが、カウント区間の設定はこれに限らず、カウント開始ポイントとカウント終了ポイントが0%から100%までの範囲に固定されていれば、カウント区間をどのように設定しても良い。例えば、20%〜80%のようにカウント区間を設定しても良い。
The
モータ電流積算カウンタ203は、モータ電流検出部204からの検出信号に基づいて、ターボ分子ポンプが定格回転数(100%回転数)で運転している状態でのモータ電流を積算する。例えば、1秒毎に電流値をモニタして積算カウントする。なお、モータの起動方法についは、寿命判断がより精度良く行えるように、一定トルクにより駆動する。演算・判定部200は、運転時間カウンタ202からの運転時間と、起動時間カウンタ201およびモータ電流積算カウンタ203から出力されるベアリング状態に依存する起動時間およびモータ電流値に関する情報とに基づいて、後述するようにボールベアリング14の寿命判定を行う。
Based on the detection signal from the motor
図3は、制御部20によって行われるベアリング寿命判定動作の、処理手順を示すフローチャートである。この処理動作に関するプログラムは、コントロールユニット2の電源スイッチがオンされると開始し、電源スイッチがオフされると終了する。ステップS10では、回転数センサ17の検出信号に基づいてロータ11が回転を開始したか否かを判定し、回転開始したと判定するとステップS20へ進む。ステップS20では、運転時間カウンタ202による運転時間のカウントを開始する。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the bearing life determination operation performed by the
ステップS30では、運転時間のカウント値Crunが所定の時間H0よりも小か否かを判定する。本実施形態では、それぞれのユーザの使用環境や使用状況を考慮して寿命判定を行うために、ターボ分子ポンプを初めて使用開始してから所定時間H0までの間を、基準データ取得期間としている。この期間に取得された基準データを基準として、所定時間H0経過以降における寿命判定を行う。所定時間H0としては、例えば1000時間とする。この程度の時間であれば、ボールベアリング14の状態は初期状態と考えることができ、初期不良でない限り、1000時間以前に故障が発生するようなことは殆どない。ステップS30において、Crun<H0と判定されるとステップS40へ進み、Crun≧H0と判定されるとステップS50へ進む。
In step S30, it is determined whether or not the count value C run of the operation time is smaller than a predetermined time H0. In the present embodiment, in order to determine the life in consideration of the usage environment and usage status of each user, the reference data acquisition period is from the first use of the turbo molecular pump to the predetermined time H0. Based on the reference data acquired during this period, the lifetime is determined after a predetermined time H0 has elapsed. The predetermined time H0 is, for example, 1000 hours. If it is this time, the state of the
ステップS40では、上述した初期データ取得のための積算処理1が実行される。図4は積算処理の詳細を示すフローチャートである。なお、後述するステップS70においても、寿命判定のための積算処理2が行われ、積算処理1も積算処理2も基本的には同様の処理を行う。そのため、図4では、積算処理M(M=1or2)とし、M=1の場合が積算処理1に対応し、M=2の場合が積算処理2に対応する。
In step S40, the
図4のステップS400では、ロータ11の回転状態が、定格回転状態,加速状態および減速状態のいずれであるかを判定する。加速状態と判定された場合には、ステップS410へ進んで、検出されたロータ回転数が、起動時間カウンタ201によるカウントを開始する回転数N1に達したか否かを判定する。ロータ回転数が回転数N1に達すると、ステップS410からステップS420へ進み、起動時間カウンタ201による起動時間カウント値Cstartupの積算を開始する。
In step S400 of FIG. 4, it is determined whether the rotation state of the
ステップS430では、ロータ回転数が、起動時間カウンタ201によるカウントを終了する回転数N2に達したか否かを判定する。ロータ回転数が回転数N2に達すると、ステップS430からステップS440へ進み、起動時間カウント値Cstartupの積算を停止する。ステップS450では、起動回数を表すLm(Crun<H0の場合は、m=1)を1だけ増加させる。すなわち、ステップS410からステップS450までの処理が1回実行される度に、起動回数Lmがカウントされることになる。なお、Lmの初期値(製品出荷時の値)はゼロに設定されている。ステップS450の処理が終了すると、積算処理1に関する一連の処理が終了する。
In step S430, it is determined whether or not the rotor rotational speed has reached the rotational speed N2 at which the counting by the
一方、ステップS400において定格回転状態と判定されると、ステップS402へ進んで、モータ電流積算カウンタ203によるモータ電流カウント値Cmotorの積算を開始する。ステップS404では、定格回転での運転(定格運転)か否か、すなわち定格運転が継続されているか否かを判定する。ステップS404でNOと判定されると、ステップS406へ進んでモータ電流カウント値Cmotorの積算を停止する。
On the other hand, if it is determined in step S400 that the motor is in the rated rotation state, the process proceeds to step S402, and the motor current count value C motor is started to be accumulated by the motor
また、ステップS400において減速回転状態であると判定された場合には、積算処理1を終了する。通常、この減速回転状態と判定されるのは、ターボ分子ポンプが停止動作に入ったときである。各積算値は図2に示した記憶部206に保持され、再びターボ分子ポンプが起動されて各積算値を開始する際に、記憶部206に保持されていた該当の積算値を読み込み、その積算値から積算を開始する。このようにして積算処理1が終了したならば、図3のステップS30へ戻る。すなわち、再びCrun<H0か否かを判定し、Crun≧H0と判定されるまでステップS40の積算処理1を実行し、Crun≧H0と判定されると、ステップS50へ進む。
If it is determined in step S400 that the vehicle is in the decelerating rotation state, the
ステップS50では、ポンプ使用開始時から時間H0までにおける、起動時間カウント値Cstartupの平均値Cstartup0および正規化されたモータ電流積算カウント値Cmotor0を算出する。ボールベアリング14が劣化してくると起動時間も長くなるので、この起動時間を比較することによりボールベアリング14の劣化を判定することができる。ポンプ使用開始時から時間H0までには何回も起動動作が行われるが、その平均値Cstartup0を起動時間による劣化判定の基準値とする。図4のステップS450で算出されるLm(m=1)は、ポンプ使用開始時から時間H0までの起動回数を表しているので、1回あたりの平均値Cstartup0は、Cstartup0=Cstartup/L1で算出される。なお、右辺のCstartupは起動時間カウント値の積算値を表す。
In step S50, the average value C startup0 of the startup time count value C startup and the normalized motor current integrated count value C motor0 from the start of pump use to the time H0 are calculated. When the
また、定格運転中のモータ電流値は、ロータ11に加わる負荷によって変化する。ロータ11の負荷としては、主に、気体を排気することによる負荷(ガス負荷)と、ボールベベアリング14の抵抗による負荷とがある。分析装置等においては高真空が維持されていてガス負荷は非常に小さく、ベアリング抵抗による負荷がメインになると考えても良い。そのため、定格運転中のモータ電流値の変化をモニタすることによって、ボールベアリング14の劣化を判定することができる。
Further, the motor current value during the rated operation varies depending on the load applied to the
そこで、ポンプ使用開始時から時間H0までに積算されたモータ電流カウント値Cmotorを所定の定格回転時間当たりのモータ電流カウント値に正規化して、その正規化されたモータ電流積算カウント値Cmotor0を比較の際の基準値とする。ここでは、正規化されたモータ電流積算カウント値Cmotor0は正規化係数Tnormalを用いてCmotor0=Cmotor/Tnormalのように表すことにする。右辺のCmotorは、モータ電流カウント値の積算値を表す。例えば、ポンプ使用開始時から時間H0までにおけるモータ電流値積算のトータル時間が900時間であって、これを100時間あたりの積算値に正規化する場合には、モータ電流カウント値Cmotorに1/9(正規化係数Tnormal=9)を乗算すればよい。また、1時間あたりで正規化する場合には、正規化係数Tnormal=900となる。 Therefore, the motor current count value C motor accumulated from the start of pump use to the time H0 is normalized to the motor current count value per predetermined rated rotation time, and the normalized motor current count value C motor0 is obtained. This is the reference value for comparison. Here, the normalized motor current integrated count value C motor0 is expressed as C motor0 = C motor / T normal using the normalization coefficient T normal . C motor on the right side represents an integrated value of the motor current count value. For example, when the total time of motor current value integration from the start of pump use to time H0 is 900 hours, and this is normalized to the integrated value per 100 hours, the motor current count value C motor is reduced to 1 / 9 (normalization coefficient T normal = 9) may be multiplied. Further, when normalizing per hour, the normalization coefficient T normal = 900.
ステップS50で算出された起動時間平均値Cstartup0および正規化モータ電流積算カウント値Cmotor0は、基準データとして記憶部25に保持される。 The average startup time value C startup0 and the normalized motor current integrated count value C motor0 calculated in step S50 are held in the storage unit 25 as reference data.
ステップS60では、運転時間カウント値Crunを所定時間H0で割ったあまりがゼロか否かを判定する。すなわち、運転時間のカウント値Crunが2H0、3H0、・・・のタイミングになると、Crunを時間H0で割ったあまりがゼロとなり、ステップS60からステップS80へと進む。一方、運転時間のカウント値Crunが2H0、3H0、・・・でない場合には、ステップS60からステップS70で進んで積算処理2を実行する。
In step S60, it is determined whether or not the value obtained by dividing the operation time count value Crun by the predetermined time H0 is zero. That is, when the count value C run of the operation time reaches the timing of 2H0, 3H0,..., The remainder obtained by dividing C run by the time H0 becomes zero, and the process proceeds from step S60 to step S80. On the other hand, if the count value C run of the operation time is not 2H0, 3H0,..., The process proceeds from step S60 to step S70 and the
なお、ステップS70における積算処理2の処理は、図4のステップS440がL2=L2+1となる以外は、積算処理1と同様である。その結果、積算処理1と同様の処理が行われ、運転時間H0から運転時間2H0までのモータ電流カウント値Cmotorの積算値と、起動時間カウント値Cstartupの積算値と、起動回数L2が取得される。積算処理2の処理が終了すると、図3のステップS60へ戻る。すなわち、運転時間H0毎に演算処理2が実行される。
In addition, the process of the
一方、ステップS60からステップS80に進んだ場合には、ステップS80において、上述したステップS50と同様の演算を行うことにより、運転時間H0から運転時間2H0までの、起動時間カウント値Cstartupの平均値Cstartup1および正規化されたモータ電流積算カウント値Cmotor1が算出される。ステップS90では、起動回数を表すL2をゼロに初期化する。ステップS100では、劣化判定値Jを算出する。劣化判定値Jは、モータ電流値に関する項と起動時間に関する項とから成り、「J=Cmotor1/Cmotor0+Cstartup1/Cstartup0」のように表される。 On the other hand, when the process proceeds from step S60 to step S80, the average value of the startup time count value C startup from the operation time H0 to the operation time 2H0 is calculated by performing the same calculation as in step S50 described above in step S80. C startup1 and normalized motor current integrated count value C motor1 are calculated. In step S90, L2 representing the number of activations is initialized to zero. In step S100, a deterioration determination value J is calculated. The deterioration determination value J includes a term relating to the motor current value and a term relating to the startup time, and is expressed as “J = C motor1 / C motor0 + C startup1 / C startup0 ”.
例えば、ボールベアリング14に全く変化が無く、モータ電流値も起動時間も変化しない場合には、第1項=第2項=1となり、J=2となる。すなわち、J=2の場合には、ベアリング状態が全く変化していないことになる。一方、ボールベアリング14が劣化すると、モータ電流値も起動時間も増加するので、第1項>1、第2項>1となり、劣化判定値Jも、J>2のように増加する。すなわち、Jの値で劣化の程度を判定することができる。
For example, when there is no change in the
本実施の形態では、劣化判定値Jに対して、劣化の程度に応じて2種類の閾値δ1,δ2(δ1<δ2)を予め設定しておく。閾値δ2はアラームを発報する否かを判定するための閾値であり、閾値δ1は、アラームの前段階であるウォーニングを発報する否かを判定するための閾値である。 In the present embodiment, two types of threshold values δ1, δ2 (δ1 <δ2) are set in advance for the deterioration determination value J in accordance with the degree of deterioration. The threshold value δ2 is a threshold value for determining whether or not to issue an alarm, and the threshold value δ1 is a threshold value for determining whether or not to issue a warning that is the previous stage of the alarm.
ステップS110では、J>δ1か否かを判定し、NOと判定されるとステップS60へ戻り、運転時間2H0〜3H0のステージに進む。一方、ステップS110でYESと判定されるとステップS120へ進み、J>δ2か否かを判定する。ステップS120でNOと判定されると、すなわちδ1<J≦δ2と判定されると、ステップS130へ進んで警報装置22を用いてウォーニングを発報する。例えば、表示装置にウォーニング表示をしたり、警報音を発したり、上位コントローラ(分析装置のコントローラ)にウォーニング信号を出力したりする。一方、ステップS130でJ>δ2と判定されると、ステップS140に進んでアラームを発報するとともに、ターボ分子ポンプを起動不可とする。ステップS130,S140の処理が終了したならば、ステップS60へ戻る。
In step S110, it is determined whether or not J> δ1, and if NO is determined, the process returns to step S60 and proceeds to the stage of the operation time 2H0 to 3H0. On the other hand, if YES is determined in the step S110, the process proceeds to a step S120 so as to determine whether J> δ2. If it is determined NO in step S120, that is, if it is determined that δ1 <J ≦ δ2, the process proceeds to step S130 and a warning is issued using the
以上説明したように、本実施の形態では、ポンプ使用開始時からの通算の運転時間が所定時間H0となるまでベアリング状態データである起動時間カウント値Cstartupと、モータ電流カウント値Cmotorとを積算し、その積算値に基づいて判定基準データとしての平均値Cstartup0および正規化されたCmotor0を生成し、それらと、所定時間H0経過した後のベアリング状態データに基づく寿命判定データである起動時間カウント値の平均値Cstartup1および正規化されたモータ電流積算カウント値Cmotor1との比で表される劣化判定値Jに基づいて、ボールベアリング14の交換が必要か否かを判定するようにした。
As described above, in the present embodiment, the start time count value C startup that is the bearing state data and the motor current count value C motor are calculated until the total operation time from the start of pump use reaches the predetermined time H0. Based on the integrated value, an average value C startup0 and normalized C motor0 are generated as determination reference data, and the start value which is life determination data based on the bearing state data after a predetermined time H0 has elapsed. It is determined whether or not the
このような判定基準データを取得することで、ユーザ毎にポンプ使用状況が異なっていた場合であっても、各々のポンプ使用状況に応じた判定基準データが設定される。その結果、判定基準データ取得後に行われるベアリング寿命判定においては、ポンプ使用状況に応じた寿命判定が可能となり、精度良い寿命判定を行うことができる。 By acquiring such determination criterion data, even if the pump usage status differs for each user, determination criterion data corresponding to each pump usage status is set. As a result, in the bearing life determination performed after acquisition of the determination reference data, it is possible to determine the life according to the pump usage status, and it is possible to perform the life determination with high accuracy.
また、2H0経過後、3H0経過後のように、所定判定時間(H0)経過する度に寿命判定を行う際に、所定判定時間における起動時間の積算値から算出される起動動作1回あたりの平均起動時間Cstartup1と、所定判定時間におけるモータ電流値の積算値から算出される正規化されたモータ電流積算カウント値Cmotor1とを寿命判定データとして用いることで、一時的なデータ変動の影響を小さくでき、より信頼性の高い寿命判定データを取得することができる。 In addition, the average per activation operation calculated from the integrated value of the activation time at the predetermined determination time when the life is determined every time the predetermined determination time (H0) elapses, such as after 2H0 has elapsed and after 3H0 has elapsed. By using the startup time C startup1 and the normalized motor current integrated count value C motor1 calculated from the integrated value of the motor current value at the predetermined determination time as the life determination data, the influence of temporary data fluctuation is reduced. More reliable life determination data can be acquired.
なお、上述した実施の形態では、2H0経過後、3H0経過後のように、H0経過する度にそのH0時間内の積算値に基づいてCstartup1およびCmotor1を算出し、それらを用いて劣化判定値Jを求めるようにしているが、H0時間内で積算した値ではなく、H0経過の直前に得られるモータ電流カウント値と、その期間内で得られた最新の起動時間カウント値を使用するようにしても良い。また、2H0経過後、3H0経過後のように期間を設けずに、リアルタイムに検出されるモータ電流カウント値(ただし所定時間の平均値を用いる)および起動時間カウント値、または、それらを複数回検出して平均化した値を使用しても良い。 In the embodiment described above, C startup1 and C motor1 are calculated based on the integrated values within the H0 time each time H0 elapses, such as after 2H0 elapses and after 3H0 elapses, and deterioration determination is performed using them. Although the value J is obtained, the motor current count value obtained immediately before the lapse of H0 and the latest start time count value obtained within that period are used instead of the value accumulated within the H0 time. Anyway. In addition, the motor current count value (which uses an average value for a predetermined time) and the startup time count value that are detected in real time without detecting a period, such as after 3H0 has elapsed, or the startup time count value, or these are detected multiple times. Then, an averaged value may be used.
また、上述した例では、寿命判定に起動時間カウント値とモータ電流カウント値との両方を用いているが、いずれか一方を用いるようにしても良い。 In the above-described example, both the startup time count value and the motor current count value are used for the life determination, but either one may be used.
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、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。 Each of the embodiments described above may be used alone or in combination. This is because the effects of the respective embodiments can be achieved independently or synergistically. In addition, the present invention is not limited to the above embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired.
1:ポンプユニット、2:コントロールユニット、11:ロータ、12:回転翼、14:ボールベアリング、15:モータ、17:回転数センサ、20:制御部、21:モータ駆動部、22:警報装置、200:演算・判定部、201:起動時間カウンタ、202:運転時間カウンタ、203:モータ電流積算カウンタ、204:モータ電流検出部、205:記憶部 1: pump unit, 2: control unit, 11: rotor, 12: rotor blade, 14: ball bearing, 15: motor, 17: rotational speed sensor, 20: control unit, 21: motor drive unit, 22: alarm device, 200: calculation / determination unit, 201: start-up time counter, 202: operation time counter, 203: motor current integration counter, 204: motor current detection unit, 205: storage unit
Claims (5)
ポンプ使用開始時からの通算の運転時間が所定時間となるまでベアリング状態データを積算し、その積算値に基づいて判定基準データを生成する基準データ生成手段と、
前記所定時間を経過した後のベアリング状態データに基づく寿命判定データを取得する寿命判定データ取得手段と、
前記寿命判定データと前記判定基準データとに基づいて、前記メカニカルベアリングの交換が必要か否かを判定する判定手段と、を備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。 In a turbo molecular pump that rotatably supports a rotor formed with rotor blades by a mechanical bearing and exhausts gas by rotating the rotor at a high speed by a motor,
Reference data generating means for integrating the bearing state data until the total operation time from the start of pump use reaches a predetermined time, and generating determination reference data based on the integrated value;
Life determination data acquisition means for acquiring life determination data based on bearing state data after elapse of the predetermined time;
A turbo molecular pump comprising: a determination unit that determines whether or not the mechanical bearing needs to be replaced based on the life determination data and the determination reference data.
前記ベアリング状態データは、ロータ回転起動動作時の第1の回転数から第2の回転数に達するまでに要する起動時間、および/またはロータ定格回転時に検出されるモータ電流値であり、
前記判定基準データは、前記起動時間の積算値から算出される起動動作1回あたりの平均起動時間、および/または前記モータ電流値の積算値から算出される平均モータ電流値であり、
前記寿命判定データは、前記所定時間が経過した後における前記起動時間および/または前記モータ電流値であって、
前記判定手段は、前記寿命判定データのモータ電流値と前記判定基準データの平均モータ電流値との比、および/または前記寿命判定データの起動時間と前記判定基準データの平均起動時間との比から成る劣化判定値を、所定の閾値と比較することにより、前記メカニカルベアリングの交換が必要か否かを判定することを特徴とするターボ分子ポンプ。 The turbo-molecular pump according to claim 1,
The bearing state data is a start time required to reach the second rotation speed from the first rotation speed during the rotor rotation start operation, and / or a motor current value detected during the rotor rated rotation,
The determination reference data is an average start time per start operation calculated from the integrated value of the start time, and / or an average motor current value calculated from the integrated value of the motor current value,
The life determination data is the start time and / or the motor current value after the predetermined time has elapsed,
The determination means is based on a ratio between a motor current value of the life determination data and an average motor current value of the determination reference data and / or a ratio of a start time of the life determination data and an average start time of the determination reference data. A turbo molecular pump characterized in that it is determined whether or not the mechanical bearing needs to be replaced by comparing a deterioration determination value comprising a predetermined threshold value.
前記ベアリング状態データは、ロータ回転起動動作時の第1の回転数から第2の回転数に達するまでに要する起動時間、および/またはロータ定格回転時に検出されるモータ電流値であり、
前記判定基準データは、前記起動時間の積算値から算出される起動動作1回あたりの平均起動時間、および/または前記モータ電流値の積算値から算出される平均モータ電流値であり、
前記寿命判定データ取得手段は、所定判定時間が経過する度に、前記所定判定時間における前記起動時間の積算値から算出される起動動作1回あたりの平均起動時間、および/または前記所定判定時間における前記モータ電流値の積算値から算出される平均モータ電流値を前記寿命判定データとして取得し、
前記判定手段は、前記寿命判定データの平均モータ電流値と前記判定基準データの平均モータ電流値との比、および/または前記寿命判定データの平均起動時間と前記判定基準データの平均起動時間との比から成る劣化判定値を、所定の閾値と比較することにより、前記メカニカルベアリングの交換が必要か否かを判定することを特徴とするターボ分子ポンプ。 The turbo-molecular pump according to claim 1,
The bearing state data is a start time required to reach the second rotation speed from the first rotation speed during the rotor rotation start operation, and / or a motor current value detected during the rotor rated rotation,
The determination reference data is an average start time per start operation calculated from the integrated value of the start time, and / or an average motor current value calculated from the integrated value of the motor current value,
The life determination data acquisition unit is configured to calculate an average activation time per activation operation calculated from an integrated value of the activation times at the predetermined determination time and / or at the predetermined determination time every time the predetermined determination time elapses. An average motor current value calculated from an integrated value of the motor current value is acquired as the life determination data,
The determination means includes a ratio between an average motor current value of the life determination data and an average motor current value of the determination reference data, and / or an average start time of the life determination data and an average start time of the determination reference data. A turbo molecular pump characterized in that it is determined whether or not the mechanical bearing needs to be replaced by comparing a deterioration determination value comprising a ratio with a predetermined threshold value.
前記判定手段により前記メカニカルベアリングの交換が必要と判定されると、ベアリング交換の警報を出力する警報手段を備えたことを特徴とするターボ分子ポンプ。 In the turbo molecular pump according to any one of claims 1 to 3,
A turbo-molecular pump comprising an alarm means for outputting a bearing replacement alarm when the determination means determines that the mechanical bearing needs to be replaced.
ポンプ使用開始時からの通算の運転時間が所定時間となるまでベアリング状態データを積算し、その積算値に基づいて判定基準データを生成する第1の工程と、
前記所定時間を経過した後に、ベアリング状態データに基づく寿命判定データを取得する第2の工程と、
前記寿命判定データと前記判定基準データとに基づいて、前記メカニカルベアリングの交換が必要か否かを判定する第3の工程と、を有するターボ分子ポンプのメカニカルベアリングの寿命判定方法。 A method for determining the life of a mechanical bearing of a turbo molecular pump that supports a rotor formed with rotor blades rotatably by a mechanical bearing and exhausts gas by rotating the rotor at a high speed by a motor,
A first step of integrating the bearing state data until the total operation time from the start of pump use reaches a predetermined time, and generating determination reference data based on the integrated value;
A second step of acquiring life determination data based on bearing state data after the predetermined time has elapsed;
And a third step of determining whether or not the mechanical bearing needs to be replaced based on the life determination data and the determination reference data.
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JP2009229860A JP2011074892A (en) | 2009-10-01 | 2009-10-01 | Turbo-molecular pump and life determination method of mechanical bearing |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2619964A (en) * | 2022-06-24 | 2023-12-27 | Edwards Ltd | Method for detection of a bearing condition of a vacuum pump |
-
2009
- 2009-10-01 JP JP2009229860A patent/JP2011074892A/en active Pending
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GB2619964A (en) * | 2022-06-24 | 2023-12-27 | Edwards Ltd | Method for detection of a bearing condition of a vacuum pump |
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