JP2011074892A - Turbo-molecular pump and life determination method of mechanical bearing - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbo-molecular pump accurately determining the life of a mechanical bearing. <P>SOLUTION: In the turbo-molecular pump in which a rotor is rotatably supported by a ball bearing, a startup time count value and a motor current count value as bearing state data are integrated by a startup time counter 201 and a motor current integration counter, and a calculation/determination part 200 generates determination reference data based on the integrated values. The calculation/determination part 200 acquires life determination data based on the bearing state data (the startup time count value and the motor current count value) after elapsing a predetermined time period. Then, the calculation/determination part 200 determines whether replacement of the ball bearing is required or not based on the life determination data and the determination reference data. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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 Patent Document 1 is generally used. Ball bearings need to be replaced because they undergo wear deterioration when operated for a long period of time. As a method for estimating the life of the bearing, the temperature of the bearing is monitored, and the life is judged from the state of the temperature rise of the bearing, or the life is judged from the increase in the starting time of the pump.

特開平５−１９５９８２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-195882

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 claim 1 is applied to a turbo-molecular pump in which a rotor on which a rotor blade is formed is rotatably supported by a mechanical bearing, and the rotor is rotated at a high speed by a motor to exhaust gas. The bearing state data is integrated until the operation time reaches a predetermined time, and reference data generating means for generating determination reference data based on the integrated value, and life determination data based on the bearing state data after the predetermined time has elapsed. It is characterized by comprising a life determination data acquisition means to be acquired and a determination means for determining whether or not the mechanical bearing needs to be replaced based on a ratio between the life determination data and the determination reference data.
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.

ボー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。It is a figure which shows schematic structure of a ball bearing type turbo molecular pump. 制御部２０の機能ブロック図である。3 is a functional block diagram of a control unit 20. FIG. 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。It is a flowchart which shows the process sequence of bearing life determination operation | movement. 積算処理１，２の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of the integrating | accumulating processes 1 and 2. FIG.

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 pump unit 1 that performs evacuation and a control unit 2 that drives and controls the pump unit 1. The pump unit 1 is provided with a rotor 11 formed with a plurality of stages of rotating blades 12 and fixed blades 13 arranged alternately with respect to the plurality of stages of rotating blades 12.

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 rotor 11 is rotatably supported by a ball bearing 14. The rotor 11 is rotationally driven by a motor 15. The rotational speed of the rotor 11 is detected by the rotational speed sensor 17. The control unit 2 is provided with a motor drive unit 21 for rotating the motor 15 and a control unit 20 for controlling the motor drive unit 21. A detection signal of the rotation speed sensor 17 is input to the control unit 20. Reference numeral 22 denotes an alarm device. For example, a liquid crystal display device is used, and an alarm sign is displayed according to a command from the control unit 20.

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 control unit 20. The control unit 20 includes a calculation / determination unit 200, a startup time counter 201, an operation time counter 202, a motor current integration counter 203, a motor current detection unit 204, and a storage unit 205. The operation time counter 202 receives information from the rotation speed sensor 17 shown in FIG. 1 and counts the time during which the rotor 11 of the turbo molecular pump 1 is rotating.

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 start time counter 201 counts the time until the rotor rotational speed reaches the rated state (100%) from the stopped state (0%). Here, the time from 0% to 100% is counted, but the setting of the count interval is not limited to this, and the count start point and count end point are fixed in the range from 0% to 100%. If so, the count interval may be set in any way. For example, the count interval may be set to 20% to 80%.

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 current detection unit 204, the motor current integration counter 203 integrates the motor current when the turbo molecular pump is operating at the rated rotation speed (100% rotation speed). For example, the current value is monitored and counted for integration every second. In addition, about the starting method of a motor, it drives by fixed torque so that lifetime judgment can be performed more accurately. The calculation / determination unit 200 is described later based on the operation time from the operation time counter 202 and the information on the start time and the motor current value depending on the bearing state output from the start time counter 201 and the motor current integration counter 203. Thus, the life of the ball bearing 14 is determined.

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 control unit 20. The program relating to this processing operation starts when the power switch of the control unit 2 is turned on and ends when the power switch is turned off. In step S10, it is determined whether or not the rotor 11 has started rotating based on the detection signal of the rotation speed sensor 17, and if it is determined that rotation has started, the process proceeds to step S20. In step S20, operation time counting by the operation time counter 202 is started.

ステップＳ３０では、運転時間のカウント値Ｃ_run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、Ｃ_run＜Ｈ0と判定されるとステップＳ４０へ進み、Ｃ_run≧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 ball bearing 14 can be considered as an initial state, and unless it is an initial failure, there is almost no failure before 1000 hours. If it is determined in step S30 that C _run <H0, the process proceeds to step S40. If it is determined that C _run ≧ H0, the process proceeds to step S50.

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 integration process 1 for initial data acquisition described above is executed. FIG. 4 is a flowchart showing details of the integration process. In addition, also in step S70 mentioned later, the integration process 2 for lifetime determination is performed, and the integration process 1 and the integration process 2 basically perform the same process. Therefore, in FIG. 4, the integration process M (M = 1 or 2) is set, and M = 1 corresponds to the integration process 1, and M = 2 corresponds to the integration process 2.

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Ｃ_startupの積算を開始する。 In step S400 of FIG. 4, it is determined whether the rotation state of the rotor 11 is a rated rotation state, an acceleration state, or a deceleration state. If the acceleration state is determined, the process proceeds to step S410, and it is determined whether or not the detected rotor rotational speed has reached the rotational speed N1 at which the start time counter 201 starts counting. When the rotor rotational speed reaches the rotational speed N1, the process proceeds from step S410 to step S420, where the startup time counter 201 starts to accumulate the _startup time count value C _startup .

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Ｃ_startupの積算を停止する。ステップＳ４５０では、起動回数を表すＬm（Ｃ_run＜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 activation time counter 201 ends. When the rotor rotational speed reaches the rotational speed N2, the process proceeds from step S430 to step S440, and the integration of the _startup time count value C _startup is stopped. In step S450, Lm representing the number of activations (m = 1 in the case of C _run <H0) is increased by 1. That is, each time the processing from step S410 to step S450 is executed once, the number of activations Lm is counted. The initial value of Lm (the value at the time of product shipment) is set to zero. When the process of step S450 ends, a series of processes related to the integration process 1 ends.

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Ｃ_motor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Ｃ_motor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 current accumulation counter 203. In step S404, it is determined whether or not the operation is at the rated rotation (rated operation), that is, whether or not the rated operation is continued. If it is determined NO in step S404, the process proceeds to step S406, and the integration of the motor current count value C _motor is stopped.

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Ｃ_run＜Ｈ0か否かを判定し、Ｃ_run≧Ｈ0と判定されるまでステップＳ４０の積算処理１を実行し、Ｃ_run≧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 integration process 1 ends. Usually, it is determined that the decelerated rotation state is when the turbo molecular pump enters a stop operation. Each integrated value is held in the storage unit 206 shown in FIG. 2, and when the turbo molecular pump is started again to start each integrated value, the corresponding integrated value held in the storage unit 206 is read and the integrated value is read. Start integration from the value. When the integration process 1 is thus completed, the process returns to step S30 in FIG. That is, it is determined whether again or C _{the run} <H0, executes the integration processing 1 in step S40 until it is determined that C _{the run} ≧ H0, if it is determined that C _{the run} ≧ H0, the process proceeds to step S50.

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Ｃ_startupの平均値Ｃ_startup0および正規化されたモータ電流積算カウント値Ｃ_motor0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Ｃ_startup0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Ｃ_startup0は、Ｃ_startup0＝Ｃ_startup／Ｌ１で算出される。なお、右辺のＣ_startup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 ball bearing 14 is deteriorated, the start-up time becomes long. Therefore, the deterioration of the ball bearing 14 can be determined by comparing the start-up times. The start-up operation is performed many times from the start of pump use until time H0, and the average value _Cstartup0 is used as a reference value for deterioration determination by the start-up time. Since Lm (m = 1) calculated in step S450 in FIG. 4 represents the number of times of startup from the start of pump use to the time H0, the average value C _startup0 per time is C _startup0 = C _startup / Calculated by L1. C _{startup on} the right side represents an integrated value of the startup time count values.

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 rotor 11. The load of the rotor 11 mainly includes a load due to exhausting gas (gas load) and a load due to the resistance of the ball bearing 14. In an analyzer or the like, a high vacuum is maintained, the gas load is very small, and it may be considered that the load due to the bearing resistance is the main. Therefore, it is possible to determine the deterioration of the ball bearing 14 by monitoring the change in the motor current value during the rated operation.

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Ｃ_motor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Ｃ_motor0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Ｃ_motor0は正規化係数Ｔ_normalを用いてＣ_motor0＝Ｃ_motor／Ｔ_normalのように表すことにする。右辺のＣ_motor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Ｃ_motorに１／９（正規化係数Ｔ_normal＝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Ｔ_normal＝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Ｃ_startup0および正規化モータ電流積算カウント値Ｃ_motor0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Ｃ_run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Ｃ_runが２Ｈ0、３Ｈ0、・・・のタイミングになると、Ｃ_run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Ｃ_run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 integration process 2 is executed.

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Ｃ_motorの積算値と、起動時間カウント値Ｃ_startup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 integration process 2 in step S70 is the same as that of the integration process 1 except that step S440 in FIG. 4 is L2 = L2 + 1. As a result, the same processing as the integration processing 1 is performed, and the integration value of the motor current count value C _motor , the integration value of the startup time count value C _startup , and the startup count L2 are obtained from the operation time H0 to the operation time 2H0. Is done. When the integration process 2 is completed, the process returns to step S60 of FIG. That is, the calculation process 2 is executed every operation time H0.

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Ｃ_startupの平均値Ｃ_startup1および正規化されたモータ電流積算カウント値Ｃ_motor1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＝Ｃ_motor1／Ｃ_motor0＋Ｃ_startup1／Ｃ_startup0」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 ball bearing 14 and neither the motor current value nor the starting time changes, the first term = second term = 1 and J = 2. That is, when J = 2, the bearing state is not changed at all. On the other hand, when the ball bearing 14 is deteriorated, the motor current value and the start-up time are increased, so that the first term> 1 and the second term> 1, and the deterioration determination value J is also increased as J> 2. That is, the degree of deterioration can be determined by the value of J.

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 alarm device 22. For example, a warning is displayed on the display device, an alarm sound is generated, or a warning signal is output to the host controller (analyzer controller). On the other hand, if it is determined in step S130 that J> δ2, the process proceeds to step S140 where an alarm is issued and the turbo molecular pump is disabled. If the process of step S130, S140 is complete | finished, it will return to step S60.

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Ｃ_startupと、モータ電流カウント値Ｃ_motor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Ｃ_startup0および正規化されたＣ_motor0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Ｃ_startup1および正規化されたモータ電流積算カウント値Ｃ_motor1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 ball bearing 14 needs to be replaced based on a deterioration determination value J represented by a ratio between the average value C _startup1 of the time count values and the normalized motor current integrated count value C _motor1. did.

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Ｃ_startup1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Ｃ_motor1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Ｃ_startup1およびＣ_motor1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)

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、モータにより前記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おいて、
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. 請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
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. 請求項１に記載のターボ分子ポンプにおいて、
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. 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、
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. 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、モータにより前記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、前記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、
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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