JP3130853U - Vacuum pump - Google Patents
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Abstract
【課題】 磁性体に不要な応力が作用せず正確に温度測定ができる非接触式温度計を備えた真空ポンプを提供する。
【解決手段】 磁性体M1〜M3は3体に分割された四角矩形体の小片に形成され、フランジ3Pの凹部3Kに固設されている。この分割体化によって応力が低減できる。これら各四角矩形体の磁性体M1〜M3はそれぞれがフランジ3Pの回転中心から等距離に位置するよう円弧状に配設されるのが望ましい。分割体は小さい円筒体にすることもできる。フランジ3Pへの固設は接着剤による方式でもよい。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vacuum pump provided with a non-contact thermometer capable of accurately measuring a temperature without applying unnecessary stress to a magnetic material.
Magnetic bodies M1 to M3 are formed as small pieces of a rectangular rectangular body divided into three bodies, and fixed to a recess 3K of a flange 3P. Stress can be reduced by this division. These quadrangular rectangular magnetic bodies M1 to M3 are preferably arranged in an arc shape so as to be located at an equal distance from the rotation center of the flange 3P. The divided body may be a small cylindrical body. The fixing to the flange 3P may be an adhesive method.
[Selection] Figure 1
Description
本考案はケーシング内にターボ機構を収納し、これを高速回転させて室内を高真空に排気するターボ分子ポンプなどの真空ポンプに関する。 The present invention relates to a vacuum pump such as a turbo molecular pump that houses a turbo mechanism in a casing and rotates the mechanism at high speed to exhaust the room to a high vacuum.
この種のターボ分子ポンプにおいては、ターボ機構を高速回転させる関係でターボ機構を含む回転体が昇温し高温になる。これら回転体の高温化は回転体そのものに歪を生じ、回転体の保持機構にも歪などを生じてポンプ機能の低下を招来することになる。したがって、この種真空ポンプでは内方の回転体の温度を測定監視し対策を講じることが求められている。まず従来におけるターボ分子ポンプTPの一例を示す図9にしたがって説明する。 In this type of turbo molecular pump, the rotating body including the turbo mechanism is heated to a high temperature because the turbo mechanism is rotated at a high speed. When the temperature of the rotating body is increased, the rotating body itself is distorted, and the holding mechanism of the rotating body is also distorted, leading to a decrease in pump function. Therefore, this type of vacuum pump is required to measure and monitor the temperature of the inner rotating body and take measures. First, a description will be given according to FIG. 9 showing an example of a conventional turbo molecular pump TP.
図9は磁気軸受式分子ポンプTPの概略構成を示したものである。3は後述するターボ機構が架設された回転枠体であるロータ2が取り付けられた回転軸で、ベース4に設けられた電磁石8、9、10によって非接触支持されている。回転軸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5、6およびアキシャル変位センサ7によって検出される。ラジアル磁気軸受を構成する電磁石8、9と、アキシャル磁気軸受を構成する電磁石10と、変位センサ5〜7とで5軸制御型磁気軸受が構成される。
FIG. 9 shows a schematic configuration of the magnetic bearing type molecular pump TP.
回転軸3の下端には円形のディスク11が設けられており、このディスク11を上下に挟むように電磁石10が設けられている。この電磁石10によりディスク11を吸引することにより、回転軸3がアキシャル方向に浮上する。ディスク11はナット12により回転軸3の下端部に固定されており、回転軸3と一体で回転する。
A
ところで、ターボ分子ポンプTPにおいては、ロータ2には回転軸芯方向に沿って複数段の回転翼Rが形成されている。上下に並んだ回転翼Rの間には固定翼Sがそれぞれ配設されている。これらの回転翼Rと固定翼Sとにより、ターボ分子ポンプTPのターボ機構TKが構成される。各固定翼Sは、スペーサP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Pは、固定翼Sの保持機能とともに固定翼S間のギャップを所定間隔に維持する機能を有している。
By the way, in the turbo molecular pump TP, the
さらに、固定翼Sの後段(図示下方)にはドラッグポンプ(ネジ溝ポンプ)NPを構成するネジステータNSが設けられており、ネジステータNSの内周面とロータ2の円筒部ETとの間にはギャップが形成されている。ロータ2およびスペーサPによって保持された固定翼Sは、吸気口16が形成されたケーシング17内に納められている。ロータ2が取り付けられた回転軸3を電磁石8〜10により非接触支持しつつモータ18により回転駆動すると、吸気口16側のガスは矢印Gのように背圧側の空間SPを経て排気される。背圧側に排気されたガスは、排気口19に接続された補助ポンプにより排出される。なお、図9において20は玉軸受である。なお、13、14は磁性体ターゲットを示している。
Further, a screw stator NS constituting a drag pump (screw groove pump) NP is provided at the rear stage (lower side in the figure) of the fixed blade S, and between the inner peripheral surface of the screw stator NS and the cylindrical portion ET of the
ターボ分子ポンプTPは、コントローラ1によって駆動制御される。コントローラ1には、磁気軸受を駆動制御する磁気軸受駆動制御部1Mおよびモータ18を駆動制御するモータ駆動制御部1Cが設けられている。なお、コントローラ1における1Sは検出器であり、1Kは警報部を示している。
The turbo molecular pump TP is driven and controlled by the
このようなターボ分子ポンプTPは、ターボ機構TKによるターボポンプ機能とネジ溝ポンプNPによるネジ溝ポンプ機能を有機的に結合したものであり、通常ハイブリッド型ターボ分子ポンプと称されている。ターボ分子ポンプTPとしては、このようなハイブリッド型のものが排気特性は良く、よく利用されている。このように排気機構を備えたロータ2は回転軸3と一体化され、全体が電磁石8〜10により非接触で支持されながらモータ18にて回転駆動される。そのために内方のターボ機構TK等の回転体を非接触で測定する技術が使用されている(特許文献1参照)。
Such a turbo molecular pump TP is an organic combination of the turbo pump function by the turbo mechanism TK and the thread groove pump function by the thread groove pump NP, and is usually called a hybrid turbo molecular pump. As the turbo molecular pump TP, such a hybrid type has good exhaust characteristics and is often used. Thus, the
以上の構成において、上記した非接触形温度測定方式は、測定しようとする温度領域においてその透磁率が変化する強磁性体材料からなる磁性体を回転体に装備し、この磁性体と固定体側に固定した強磁性体材料からなる部材とで磁気回路を構成するとともに、この磁気回路の磁気抵抗を測定する手段を備えたものである。
この温度測定装置では、ある物性と温度との間に存在する周知の関連性を利用する。すなわち、真空中で高速回転している回転体においては、測定しようとする温度範囲内にキュリー点が存在している強磁性体材料を利用する。この種の材料は高温になるとその強磁性という物性を失い常磁性体に変化する。その結果、磁気回路中の磁束のうちその材料が寄与している分の磁束が著しく減少し磁気抵抗が大きくなる。この原理によって回転体の温度が非接触方式で実現できる。なお、回転体については後述するとおり、回転軸の場合、ロータの場合そして回転軸に結合される円盤状体の場合がある。以下従来の説明においてはロータを例に説明する。
In the above configuration, the non-contact temperature measurement method described above is equipped with a magnetic body made of a ferromagnetic material whose permeability changes in the temperature range to be measured on the rotating body, and on the magnetic body and the fixed body side. A magnetic circuit is constituted by a member made of a fixed ferromagnetic material, and means for measuring the magnetic resistance of the magnetic circuit is provided.
This temperature measuring device utilizes a well-known relationship that exists between a certain physical property and temperature. That is, for a rotating body that rotates at high speed in a vacuum, a ferromagnetic material having a Curie point in the temperature range to be measured is used. This type of material loses its ferromagnetism at high temperatures and changes to a paramagnetic material. As a result, of the magnetic flux in the magnetic circuit, the magnetic flux contributed by the material is remarkably reduced and the magnetic resistance is increased. By this principle, the temperature of the rotating body can be realized in a non-contact manner. As will be described later, the rotating body may be a rotating shaft, a rotor, and a disk-like body coupled to the rotating shaft. In the following description, the rotor will be described as an example.
上記した原理による非接触形温度測定方式は、ターボ分子ポンプTPの内部において実施する場合は、たとえば図7に示す原理的な構成で実施される。図7は回転体とギャップセンサ15のインダクタンス変化を説明する図であり、ギャップセンサ15とターゲットである磁性体Mで生起する磁気回路の模式図である。ギャップセンサ15は具体的にはターボ分子ポンプTPのステータ側、詳細にはポンプ内の機台部(固定部)に固設されるが、その構造は、珪素鋼板などの透磁率の大きなコアの周囲にコイルを巻いたものである。ギャップセンサ15のコイルには搬送波として一定周波数の高周波電圧が印加され、ギャップセンサ15からターゲットである磁性体Mに向けて高周波磁界が形成される。なお、図7に示すように磁性体Mは回転軸3と一体のフランジ3Pおいて、そのフランジ3Pの下面に形成された凹部3Kに取り付けられている。
When the non-contact type temperature measurement method based on the above-described principle is implemented inside the turbo molecular pump TP, it is implemented, for example, with the basic configuration shown in FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining the inductance change between the rotating body and the
一方、ターゲットである磁性体Mには、そのキュリー温度がロータ2の許容温度とほぼ同一か、またはそれに近い温度を有する磁性体材料を用いる。このように許容温度はロータ2の温度であり、磁性体Mが設置される部材すなわち図示例ではフランジ3Pとなるがこのフランジ3Pと一致するとは限らないことに留意すべきである。なお、図9に示すとおりロータ2がフランジ3Pに架設される場合、フランジ3Pは鋼材等が採用されておりアルミ材が採用されるロータ2とは材質が異なり、両者間の熱伝導度を考慮した設定が必要となる。フランジ3Pの場合には、アルミの場合には120℃〜140℃程度ある。キュリー温度が130℃程度の磁性体材料としては、ニッケル・亜鉛フェライトやマンガン・亜鉛フェライト等がある。
On the other hand, a magnetic material having a Curie temperature substantially equal to or close to the allowable temperature of the
フランジ3Pの温度上昇によりターゲットである磁性体Mの温度が上昇してキュリー温度を越えると、ターゲットである磁性体Mの透磁率が真空の透磁率程度まで急激に低下する。ギャップセンサ15が形成する磁界中でターゲットである磁性体Mの透磁率が変化すると、ギャップセンサ15のインダクタンスが変化することになる。
その結果、搬送波を与えたギャップセンサ15から出力される振幅変調された信号を検波・整流することにより、透磁率の変化に相当する信号変化を検出することができる。このようにして温度を非接触式に検出できる。
When the temperature of the magnetic body M, which is the target, rises due to the temperature rise of the
As a result, a signal change corresponding to a change in magnetic permeability can be detected by detecting and rectifying the amplitude-modulated signal output from the
この方法による温度測定例を示すのが図5である。なお、図5において回転軸3は図9に比して簡略に示されているが、磁性体Mは回転軸3と一体のフランジ3Pの凹部3Kに固設されている。なお、図3において(A)はロータ2全体を正面から見た図であり、図(B)はZZ面から見た図を示している。
An example of temperature measurement by this method is shown in FIG. In FIG. 5, the
基本的には、できるかぎりロータ2の温度を直接測定することが求められる。回転軸の下端では温度勾配によりロータ2の温度との乖離が大きい。そのためにロータ2の近傍に磁性体Mを取り付けることになるが、この磁性体Mは一般的に引張強度が低く、磁性体Mへの応力を低減する方法を検討する必要がある。たとえば、図5の(B)に示すように、取り付け位置の形状および磁性体Mを円弧状とし、取り付け位置の円弧に磁性体Mの円弧を沿わせ、磁性体M自身には遠心力のみかかるようにする等の方法が考えられる。
Basically, it is required to directly measure the temperature of the
しかし、たとえば接着材にて接着し、接着層厚みが薄い場合、磁性体Mの取り付け部材に生じる遠心力による周方向ひずみが緩和されず、磁性体Mにも大きな周方向ひずみが生じ、結果、周方向への引張方向の力が作用する。また、取り付け位置の円弧と磁性体Mの円弧形状の違いや磁性体Mの円弧部と磁性体Mの取り付け位置の円弧部との接点形状により、磁性体Mに対し引張方向の力が働いてしまうようなことがある。 However, for example, when bonding is performed using an adhesive and the thickness of the adhesive layer is thin, the circumferential strain due to the centrifugal force generated in the attachment member of the magnetic body M is not relieved, and a large circumferential strain is generated in the magnetic body M. A force in the tensile direction in the circumferential direction acts. Further, due to the difference in the arc shape of the attachment position and the arc shape of the magnetic body M and the contact shape between the arc portion of the magnetic body M and the arc portion of the attachment position of the magnetic body M, a force in the tensile direction acts on the magnetic body M. There is something that will end up.
この場合、図8に示すような亀裂Hが入り、磁性体M自身が粉砕するなどし、経時的な温度検出誤差を生じる原因となる。
そのため、強度を増すために、磁性体Mの材料を変更するなどが考えられる。しかし、磁性体Mはキュリー温度をロータ2の上限温度付近に設定する必要があり材料を変更するとキュリー温度も変化してしまうため材料を変更することは難しい。
In this case, a crack H as shown in FIG. 8 is generated, and the magnetic body M itself is crushed, which causes a temperature detection error over time.
Therefore, in order to increase the strength, it is conceivable to change the material of the magnetic body M. However, it is difficult to change the material of the magnetic body M because the Curie temperature needs to be set near the upper limit temperature of the
また、遠心力が低減し、結果として磁性体Mへの応力が低減されるロータ2の中央部に設置する等の方法が考えられるが、たとえば、図6に示すように回転軸3の下方における小径軸STの下短面に磁性体Mを設置することも行われている。図6(A)は正面図で(B)はZZから見た下方端面図である。この場合、実際のロータ2の最高温度部と温度差があり、たとえばモータ電流等、ロータ温度測定用ギャップセンサからの信号に補正情報を追加するなどの温度推測・補正手段を設けることが必要な場合もある。本考案はこのような問題を解決する真空ポンプを提供するものである。
Moreover, although the method of installing in the center part of the
本考案が提供するターボ分子ポンプは上記課題を解決するために、磁性体を分割して、小片化し、これらを並設したものである。したがって、回転体の温度測定に影響を与えず、磁性体取り付け部材の周方向ひずみにより発生する磁性体の周方向ひずみが緩和する。 In order to solve the above problems, the turbo molecular pump provided by the present invention is obtained by dividing a magnetic material into small pieces and arranging them in parallel. Therefore, the circumferential strain of the magnetic body generated by the circumferential strain of the magnetic body mounting member is alleviated without affecting the temperature measurement of the rotating body.
磁性体の割れを防ぐことができる。また、推測手段を用いる必要がなく、精度の高い回転体温度の測定が可能である。回転体の温度測定を可能とし、信頼性の高いポンプを提供できる。 Magnetic material can be prevented from cracking. In addition, it is not necessary to use an estimation means, and it is possible to measure the rotating body temperature with high accuracy. The temperature of the rotating body can be measured, and a highly reliable pump can be provided.
回転体の回転によって生起する遠心力の作用により磁性体にかかる円周方向歪みにより生じる引張力により磁性体が破損しないようにするために可能なかぎり小さいこと、および磁気回路における磁束の変化が行われるだけの大きさを有することを満足する大きさに設定されることが望ましい。単数もしくは温度依存性の異なる複数種類の磁性体を回転体の一部に配置し、磁性体の温度変化を検出するためにステータに前記磁性体に対向するように前記磁性体の温度変化によるインダクタンス変化を検出するインダクタンス式ギャップセンサを配置し、磁性体の温度による透磁率の変化を検出する真空ポンプにおいて図1または図2に示すように同一材料の磁性体を小片に分割し、並べて配置することにより、モニタ機能の感度を下げることなく、各磁性体に生じる応力を分散することができる。これにより磁性体の破損を防ぐことができる。 In order to prevent the magnetic body from being damaged by the tensile force generated by the circumferential strain applied to the magnetic body by the action of the centrifugal force generated by the rotation of the rotating body, it is as small as possible and the magnetic flux in the magnetic circuit is changed. It is desirable that the size is set so as to satisfy that the size is as large as possible. A single or a plurality of types of magnetic bodies having different temperature dependence are arranged in a part of the rotating body, and in order to detect a temperature change of the magnetic body, an inductance due to a temperature change of the magnetic body so that the stator faces the magnetic body An inductance type gap sensor for detecting a change is arranged, and a magnetic material of the same material is divided into small pieces and arranged side by side as shown in FIG. As a result, the stress generated in each magnetic body can be dispersed without lowering the sensitivity of the monitoring function. Thereby, damage to the magnetic material can be prevented.
ところで本考案はこの回転体の温度測定にかかるものであるが、温度測定の対象となる回転体の具体的実施態様については、本考案はつぎの3つの例を挙げる。
第1は「回転軸」である。より具体的には、回転軸に一体的に形成されたフランジである。このフランジは回転軸の頂部に一体的に設けられるのが一般的である。
第2は「ロータ」である。このロータは回転軸の上方に架設された回転枠体でターボ機構が設置され、さらにはハイブリッド型ターボ分子ポンプの場合は図示例に示されるとおりねじ溝ポンプを構成する円筒体もこの「ロータ」に含まれる。
By the way, the present invention is related to the temperature measurement of this rotating body, but the present invention gives the following three examples for specific embodiments of the rotating body that is the object of temperature measurement.
The first is a “rotating shaft”. More specifically, the flange is formed integrally with the rotating shaft. This flange is generally provided integrally with the top of the rotary shaft.
The second is a “rotor”. This rotor is a rotating frame body that is installed above the rotating shaft, and a turbo mechanism is installed. Further, in the case of a hybrid turbo molecular pump, as shown in the illustrated example, a cylindrical body constituting a thread groove pump is also this “rotor”. include.
第3は「回転軸に結合された円盤状体」である。すなわち回転軸に結合または、接合された円盤状体である。結合または接合の仕方としては回転軸と円盤状体をネジにて結合する方法あるいは互いの接合面に凹凸部を形成してこの凹凸部を組み合わせる方法や嵌合などが挙げられる。
本考案が実用新案登録請求の範囲で特定するこれら「回転軸」と「ロータ」および「回転軸に結合された円盤状体」は上記のとおり解釈するものとする。
The third is “a disk-like body coupled to a rotating shaft”. That is, it is a disk-like body coupled or joined to the rotating shaft. As a method of coupling or joining, there are a method of coupling a rotating shaft and a disk-like body with a screw, a method of forming an uneven portion on each joint surface, and a method of combining the uneven portion or fitting.
These “rotating shaft”, “rotor”, and “disc-like body coupled to the rotating shaft” specified in the claims of the utility model registration shall be interpreted as described above.
以下、図面に示す実施例にしたがって本考案の構造を説明する。
図1は本考案による第1の実施例を示す図で、磁性体M1〜M3は3体に分割された四角矩形体の小片に形成され、回転軸3に一体的に形成されたフランジ3Pの凹部3Kに固設されている。この分割体化によって応力が低減できる。これら各四角矩形体の磁性体M1〜M3はそれぞれがフランジ3Pの回転中心から等距離に位置するよう円弧状に配設されるのが望ましい。なお、磁性体M1〜M3の大きさの一例を示すと一辺が数mm程度の矩形体である。なお、図1において図(B)は正面を示す図(A)をZZ面から見た図である。
Hereinafter, the structure of the present invention will be described according to embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is a view showing a first embodiment according to the present invention. Magnetic bodies M1 to M3 are formed as small rectangular rectangular pieces divided into three bodies, and a
本考案による第2の実施例は図2に示すとおりで、分割された各磁性体M4〜M6は円筒状をなしており、さらに応力を低減することができる。なお、図2において図(B)は正面を示す図(A)をZZ面から見た図である。各磁性体M4とM5、M5とM6の取り付け位置、および各磁性体M4〜M6間の接触する部分が1点となることにより径の大きい凹の外側の壁面による歪みの影響を低減し、応力がさらに低減することできる。なお、第2の実施例における磁性体M4〜M6の直径の大きさの一例を示すと数mm程度である。この第2の実施例の磁性体M4〜M6が固設される対象はフランジ3Pまたは円盤状体あるいは後述する第3の実施例に示すロータなどである。
A second embodiment according to the present invention is as shown in FIG. 2, and each of the divided magnetic bodies M4 to M6 has a cylindrical shape and can further reduce stress. In FIG. 2, FIG. (B) is a view of the front view (A) as viewed from the ZZ plane. The mounting position of each magnetic body M4 and M5, M5 and M6, and the contact portion between each magnetic body M4 to M6 become one point, thereby reducing the influence of distortion due to the outer wall surface of the large diameter concave, Can be further reduced. An example of the diameter of the magnetic bodies M4 to M6 in the second embodiment is about several mm. The object to which the magnetic bodies M4 to M6 of the second embodiment are fixed is a
本考案による第3の実施例は前記磁性体M4〜M6が固設される対象の回転体に関するものである。上記実施例では回転体は回転軸すなわち回転軸に一体的に形成されたフランジ3Pであるが、第3の実施例は図3に示すとおりである。第3の実施例は図3から明らかなとおり、ロータ2に磁性体M1が固設されている。この磁性体M1は上述した磁性体M4の形態でもよい。図示例では回転軸3に一体的に取り付けられたフランジ3Pには貫通孔3Hが穿設され、その上方のロータ2の部位に凹部2Kが形成されている。そして磁性体M1(あるいはM4)がこの凹部2Kの天井側に固設されている。そしてこの磁性体M1に対応して固定側であるベース4と一体の側にギャップセンサGSが設置されている。なお図3において図9と同一の符号で示される部位は図9と同一の機能を有するものであり詳細な説明は省略する。
The third embodiment according to the present invention relates to a rotating body to which the magnetic bodies M4 to M6 are fixed. In the above embodiment, the rotating body is the rotating shaft, that is, the
本考案による第4の実施例は回転軸3に固設された円盤状体に磁性体M1〜M3を取り付ける実施例である。この実施例は図4に示すとおりで、(A)は正面図であり(B)が図(A)をZZ方向から見た図である。図において円盤状体3Bはボス部3Wを介して溶接などにより回転軸3に固定されている。なお、図4において4はベースである。
The fourth embodiment according to the present invention is an embodiment in which magnetic bodies M1 to M3 are attached to a disk-like body fixed to the
本考案が提供する真空ポンプにおける回転体の非接触形温度測定装置の構造は上記したとおりであるが、本考案は上記ならびに図示例に限定されるものではなく、種々の変形例を包含するものである。
たとえば、磁性体を単数もしくは温度依存性の異なる複数種類の磁性体で構成することもできる。さらに磁性体を粉体とし、取り付け位置にてこれをエポキシ樹脂と混合させた小片体とすることにより磁性体が破損し、飛散することを防ぐことができる。また小片の磁性体を固設する個数も図示例のように3個に限定されるものではなく、4個以上あるいは2個以下でもよい。本考案はこれら種々の変形例を包含する。
The structure of the non-contact temperature measuring device for the rotating body in the vacuum pump provided by the present invention is as described above. However, the present invention is not limited to the above and illustrated examples, and includes various modifications. It is.
For example, the magnetic material can be composed of a single magnetic material or a plurality of types of magnetic materials having different temperature dependencies. Furthermore, it can prevent that a magnetic body is damaged and scattered by making a magnetic body into powder and making this into the small piece body which mixed this with the epoxy resin in the attachment position. Further, the number of the small pieces of magnetic bodies fixed is not limited to three as shown in the drawing, and may be four or more or two or less. The present invention includes these various modifications.
1 コントローラ
1C モータ駆動制御部
1K 警報部
1M 磁気軸受駆動制御部
1S 検出部
2 ロータ
2K 凹部
3 回転軸
3B 円盤状体
3H 貫通孔
3K 凹部
3P フランジ
3W ボス部
4 ベース
5 ラジアル変位センサ
6 ラジアル変位センサ
7 アキシャル変位センサ
8 電磁石
9 電磁石
10 電磁石
11 ディスク
12 ナット
13 磁性体ターゲット
14 磁性体ターゲット
15 ギャップセンサ
16 吸気口
17 ケーシング
18 モータ
19 排気口
20 玉軸受
ET 円筒部
GS ギャップセンサ
H 亀裂
M 磁性体
M1 磁性体
M2 磁性体
M3 磁性体
M4 磁性体
M5 磁性体
M6 磁性体
NP ネジ溝ポンプ
NS ネジステータ
P スペーサ
SP 空間
R 回転翼
S 固定翼
ST 小径軸
TK ターボ機構
TP ターボ分子ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
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