DE60030833T2

DE60030833T2 - Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE60030833T2
Application number: DE60030833T
Authority: DE
Inventors: Yoshinobu Narashino-shi Ohtachi; Hirotaka Namiki; Akira Yamauchi
Original assignee: BOC Edwards Japan Ltd
Current assignee: Edwards Japan Ltd
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: DE60030833D1; JP2001241393A; EP1118774A2; EP1118774A3; KR100732275B1; US20010012488A1; US6575713B2; KR20010062597A; EP1118774B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, die mit einem externen Behälter in Verbindung steht, um Gas, das in dem externen Behälter enthalten ist, anzusaugen, und insbesondere eine Vakuumpumpe, die die Fortpflanzung von Vibrationen zu dem externen Behälter ohne Verwendung von Dämpfern unterdrücken kann.
Eine Vakuumpumpe, wie eine Turbomolekularpumpe oder eine Gewindepumpe, ist bekannt, die mit einem externen Behälter in Verbindung steht, um Gas, das in dem externen Behälter enthalten ist, anzusaugen. Die Vakuumpumpe wird allgemein verwendet, um einen Vakuumprozess, in dem ein Prozessgas in einer Kammer während des Trockenätzens, der CVD oder dergleichen, abgesaugt wird, mit einer Halbleiterherstellungsvorrichtung, einer Flüssigkristallherstellungsvorrichtung oder dergleichen auszuführen. Die Vakuumpumpe wird auch in einem Messinstrument für ein elektronisches Mikroskop oder dergleichen verwendet.
Die Vakuumpumpe ist so konstruiert, dass ein äußerer zylindrischer Abschnitt, der mit dem externen Behälter in Verbindung gebracht wird, an einem Ende an einer Basis befestigt ist, so dass das Gas in dem externen Behälter in das Innere des äußeren zylindrischen Abschnitts an dem einen Ende eingeleitet wird. Im Inneren des äußeren zylindrischen Abschnitts sind ein Rotorabschnitt und ein Statorabschnitt angeordnet, die mit der Basis direkt oder durch andere Komponenten verbunden sind. Die äußere Umfangsfläche entweder des Rotorabschnitts oder des Statorabschnitts liegt der inneren Umfangsfläche des anderen gegenüber, um einen Gasübertragungsabschnitt zur Übertragung des Gases zwischen dem Rotorabschnitt und dem Statorabschnitt zu definieren.
Durch die Drehung des Rotorabschnitts wird das Gas in dem Gasübertragungsabschnitt übertragen, und das Gas in dem externen Behälter darin angesaugt.
Im Falle einer Turbomolekularpumpe sind mehrere Abstandshalter an dem Statorabschnitt koaxial zu dem Rotorabschnitt angeordnet, und Statorschaufeln sind jeweils zwischen dem benachbarten Abstandshaltern angeordnet, so dass sie zu dem Rotorabschnitt ragen. Rotorschaufeln sind an dem Rotorabschnitt angeordnet, um jeweils in Abstandshalter zwischen den benachbarten Statorschaufeln zu ragen. Die Rotorschaufeln treffen bei der Drehung auf die Gasmoleküle und befördern diese somit.
Im Falle einer Gewindepumpe ist eine Gewindenut an einer der gegenüberliegenden Umfangsflächen des Rotorabschnitts und des Statorabschnitts gebildet. Wenn daher der Rotor gedreht wird, wird das Gas unter Nutzung der Gasviskosität übertragen.
Die zuvor beschriebene Vakuumpumpe wird zum Beispiel bei einem elektronischen Mikroskop oder anderen Vorrichtungen angewendet, die stark durch geringfügige Vibrationen beeinträchtigt werden.
Nachdem Stand der Technik ist die Vakuumpumpe aus einem Material gebildet, durch das sich Vibrationen leicht fortpflanzen können, das heißt, der Rotorabschnitt und die Basis sind aus einer Aluminiumlegierung gebildet (deren logarithmisches Dämpfungsverhältnis im Bezug auf Vibrationen etwa 0,0002 beträgt), und der äußere zylindrische Abschnitt und Schrauben zur Verbindung der Komponenten sind aus einer SUS-Legierung gebildet (deren logarithmisches Dämpfungsverhältnis im Bezug auf Vibrationen etwa 0,01 beträgt). Folglich pflanzen sich die Vibrationen, die mit der Drehung des Rotorabschnitts in Zusammenhang stehen, durch den Statorabschnitt und den äußeren zylindrischen Abschnitt fort, und beeinflussen die externe Vorrichtung nachteilig, die daran angeschlossen ist.
Aus diesem Grund wurde eine technische Lösung vorgeschlagen, wie in 4 dargestellt, in der ein Dämpfer D zwischen einem Rohr C des externen Behälters und dem äußeren zylindrischen Abschnitt 116 der Vakuumpumpe 100 eingesetzt ist, um zu verhindern, dass Vibrationen, die auf die Drehung des Rotorabschnitts oder dergleichen zurückzuführen sind, sich zu dem externen Behälter fortpflanzen, der an die Vakuumpumpe angeschlossen ist.
Als Beispiel für den Dämpfer D wird ein dünnes zylindrisches Element aus SUS verwendet, dessen Umfangsfläche zu einer Balgform gekrümmt ist, und das mit einem Silikongummi oder dergleichen überzogen ist. Dieser Dämpfer D ist so gestaltet, dass die natürliche Frequenz des gesamten Dämpfersystems D 20 Hz oder weniger ist, so dass eine ausgezeichnete Dämpfungseigenschaft erhalten wird. Während der Verwendung der Vakuumpumpe 100 wird der Dämpfer D mit einer Schlauchschelle oder dergleichen befestigt, die extern an dem Dämpfer D montiert ist.
Die Verwendung des Dämpfers D als Lösung, um das Fortpflanzen der Vibrationen der Vakuumpumpe 100 zu vermeiden, erfordert einen zusätzlichen Raum in der axialen Richtung, der der Länge des Dämpfers D entspricht. Der Raum, der zur Montage des Dämpfers D an der Vakuumpumpe 100 erforderlich ist, beträgt im Allgemeinen etwa 10 cm in axialer Richtung. Dadurch sind auch erhöhte Kosten erforderlich, die dem Dämpfer D entsprechen.
Die Montage und Entfernung des Dämpfers D bedeutet einen Arbeitsaufwand und ist mühsam. Die Eigenschaft des Dämpfers D kann abhängig von dem Montagezustand des Dämpfers D geändert werden.
Zusätzlich können die zuvor beschriebenen, balgförmigen Elemente nicht aus einem hochsteifen Element oder dicken Element gebildet werden, da das balgförmige Element eine ausgezeichnete Vibrationen unterdrückende Eigenschaft aufweisen muss. Wenn die übermäßige Kraft aufgrund des Drehmoments des Rotorabschnitts auf das Element wirkt, kann daher das Element brechen. Es ist denkbar, ein Verstärkungselement, wie ein Drehung verhinderndes Element anzuordnen, um einen Bruch zu vermeiden, aber die Anordnung des Verstärkungselements erfordert zusätzliche Kosten und macht die Struktur der Vorrichtung kompliziert. Folglich wird die Wartungsarbeit, wie die Montage und Entfernung, mühsam.
Ferner ist die natürliche Frequenz der gesamten Pumpe etwa 10 Hz, nahe der natürlichen Frequenz der Präzession des Rotors (mehrere Hz), die erzeugt wird, wenn der Rotorabschnitt der Vakuumpumpe von Magnetlagern gestützt wird. Folglich wird die Rotationsverschiebung des Rotorabschnitts mit Wahrscheinlichkeit aufgrund einer externen Kraft, wie eines Erdbebens, erhöht, und in einigen Fällen wird die Schutzfunktion aktiviert, um den Rotorabschnitt zu stoppen.
Wie zuvor beschrieben, muss bei der verwandten Vakuumpumpe der Dämpfer an dem Verbindungsabschnitt mit dem externen Behälter montiert werden, um die Fortpflanzung der Vibrationen zu dem externen Behälter zu vermeiden, aber die Montage des Dämpfers erhöht die Kosten und den Arbeitsaufwand und erfordert den zusätzlichen Raum, was zu einer Minderung der Handhabbarkeit führt.
Ferner hat die verwandte Vakuumpumpe, wie zuvor beschrieben, einen eingebauten Motor, und ferner verwendet eine bestimmte Art der Vakuumpumpe Magnetlager als Lager. Aus diesem Grund können Magnetflüsse, die durch Magneten des Motors und Magnetlager verursacht werden, nach außen lecken und den angeschlossenen externen Behälter, wie eine Vakuumvorrichtung, nachteilig beeinflussen.
Ferner ist die verwandte Vakuumpumpe, wie zuvor beschrieben, so gestaltet, dass das äußere zylindrische Element, das an der Vakuumvorrichtung befestigt wird, elektrisch an Kerne von Elektromagneten des Motors und Magnetlager angeschlossen ist. Falls ein Schaltverstärker als Antriebsverstärker für die Elektromagneten jedes Motors und der Magnetlager verwendet wird, kann der Strom, der in dem Kern des Elektromagneten erregt wird, wenn die Spannung, die an die Spule des Elektromagneten durch den Umschaltverstärker angelegt wird, verändert wird, durch das äußere zylindrische Element zu der externen Vakuumvorrichtung befördert werden, wodurch ein elektrisches Rauschen verursacht wird, dass die Vakuumvorrichtung nachteilig beeinflusst.
Wie zuvor beschrieben, leidet die verwandte Vakuumpumpe unter den erzeugten Vibrationen, einem Lecken des Magnetflusses und elektrischem Rauschen, wodurch die Leistung, Zuverlässigkeit und Nutzungsdauer der Vakuumvorrichtung sinkt, die an die Vakuumpumpe angeschlossen ist.
Als technische Lösung zur Beseitigung des Leckens des Magnetflusses zu der Vorrichtung, die an die Vakuumpumpe angeschlossen ist, ist eine Technik bekannt, in der das Äußere des äußeren zylindrischen Elements in einem Abschirmungselement aufgenommen ist, das aus einem Material hoher Durchlässigkeit gebildet ist, wie einer Siliziumstahlplatte, um die Magnete des Motors und des Magnetlagers abzuschirmen. Diese technische Lösung hat jedoch das Problem, dass die Vakuumpumpe aufgrund der Bereitstellung des Abschirmungselements größer wird, um den ausreichenden Abschirmungseffekt zu erreichen. Es ist denkbar, ein Abschirmungselement nur um das Äußere des Motors oder Magnetlagers anzuordnen. Da jedoch die Dichte des magnetischen Leckflusses an dieser Stelle hoch ist, ist das dicke Abschirmungselement erforderlich, um den ausreichenden Abschirmungseffekt bereitzustellen, was zu der Größenzunahme und Erhöhung der Kosten der Vakuumpumpe führt.
EP 0768467 offenbart eine Lagereinheit für eine Vakuumpumpe. Ein erstes und zweites Paar axial gegenüberliegender Flächen sind an dem Stator beziehungsweise Rotor bereitgestellt. Das erste Paar der gegenüberliegenden Flächen wird zur Bildung einer Kugeleinheit verwendet, während zwischen den gegenüberliegenden Flächen des zweiten Paares ein Dämpfungselement liegt.
DE 3537822A offenbart eine Vakuumpumpe, in der ein Elastomerring zwischen einer Spindelpinole und einer Basis der Pumpe angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obengenannten Probleme zu lösen. Daher ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Vakuumpumpe, die die Fortpflanzung von Vibrationen zu einem externen Behälter, der an die Vakuumpumpe angeschlossen ist, ohne Verwendung eines Dämpfers unterdrücken kann.
Zusätzlich zu der ersten Aufgabe ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Vakuumpumpe, die das Lecken eines Magnetflusses nach außen vermeiden kann, während die Größenzunahme und die Kostenerhöhung unterdrückt wird.
Zusätzlich zu der ersten Aufgabe ist eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Vakuumpumpe, die die Übertragung eines elektrischen Rauschens zu einem externen Behälter unterdrücken kann, der daran angeschlossen ist.
Zur Lösung der ersten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Vakuumpumpe (erste Anordnung) bereit, umfassend: einen äußeren zylindrischen Abschnitt, der an einen externen Behälter anzuschließen ist, wobei der äußere zylindrische Abschnitt einen Endabschnitt aufweist, der mit einer Einlassöffnung bereitgestellt ist, durch die ein Gas in dem externen Behälter angesaugt wird; einen Rotorabschnitt der drehbar in dem äußeren zylindrischen Abschnitt aufgenommen ist; einen Statorabschnitt, der in dem äußeren zylindrischen Abschnitt angeordnet ist, wobei der Statorabschnitt und der Rotorabschnitt gemeinsam einen Übertragungsabschnitt definieren, um das Gas, das durch die Einlassöffnung angesaugt wird, zu übertragen; ein Magnetlager zum schwebenden Stützen des Rotorabschnitts; einen Motorabschnitt zum drehenden Antreiben des Rotorabschnitts; und eine Basis, die den äußeren zylindrischen Abschnitt und den Statorabschnitt an dem anderen Endabschnitt des äußeren zylindrischen Elements stützt, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren umfasst: ein Vibrationsabsorptionselement, das zwischen mindestens einem von dem äußeren zylindrischen Abschnitt und dem Statorabschnitt und der Basis eingesetzt ist, zum verschiebbaren Stützen von mindestens einem von dem äußeren zylindrischen Abschnitt und dem Statorabschnitt im Bezug auf die Basis, wobei das Vibrationsabsorptionselement eine natürliche Frequenz F hat, die die folgende Formel erfüllt: F = (f1 + f3)/2 ± (f1 – f3)/4wobei f1, f2 und f3 eine natürliche Nutationsfrequenz im konischen Modus, eine natürliche Frequenz im parallelen Modus beziehungsweise eine natürliche Kreisfrequenz im konischen Modus angeben, wenn der Rotorabschnitt bei einer Nenndrehzahl gedreht wird.
In einer Vakuumpumpe, umfassend einen äußeren zylindrischen Abschnitt, der an einen externen Behälter anzuschließen ist, wobei der äußere zylindrische Abschnitt einen Endabschnitt aufweist, der mit einer Einlassöffnung bereitgestellt ist, durch die ein Gas in dem externen Behälter angesaugt wird; einen Rotorabschnitt der in dem äußeren zylindrischen Abschnitt aufgenommen ist; einen Statorabschnitt, der in dem äußeren zylindrischen Abschnitt angeordnet ist, um gemeinsam mit dem Rotorabschnitt einen Übertragungsabschnitt zu definieren; ein Magnetlager zum Stützen des Rotorabschnitts im Bezug auf den Statorabschnitt in die Schub- und axiale Richtung; einen Motorabschnitt zum Drehen des Rotorabschnitts im Bezug auf den Statorabschnitt; und eine Basis, die den äußeren zylindrischen Abschnitt und den Statorabschnitt an dem anderen Endabschnitt des äußeren zylindrischen Abschnitts stützt, pflanzen sich Vibrationen, die an dem Motorabschnitt und dem Magnetlager verursacht werden, durch den Statorabschnitt zu der Basis fort, und pflanzen sich weiter von der Basis durch den äußeren zylindrischen Abschnitt zu dem externen Behälter fort.
Wenn daher das Vibrationsabsorptionselement zwischen dem Statorabschnitt und der Basis eingesetzt ist, so dass der Statorabschnitt zu der Basis verschiebbar gestützt wird, pflanzen sich Vibrationen, die an dem Motorabschnitt und dem Magnetlager verursacht werden, von dem Statorabschnitt zu der Basis fort, nachdem die Vibrationen von dem Vibrationsabsorptionselement absorbiert und abgeschwächt wurden. Daher ist es möglich, das Fortpflanzen der Vibrationen zu dem externen Behälter zu unterdrücken. Wenn das Vibrationsabsorptionselement zwischen dem äußeren zylindrischen Abschnitt und der Basis eingesetzt ist, so dass der zylindrische Abschnitt zu der Basis verschiebbar gestützt wird, pflanzen sich die Vibrationen, die an dem Motorabschnitt und dem Magnetlager verursacht werden, von der Basis zu dem äußeren zylindrischen Abschnitt fort, nachdem die Vibrationen von dem Vibrationsabsorptionselement absorbiert und abgeschwächt wurden. Folglich ist es möglich, das Fortpflanzen der Vibrationen zu dem externen Behälter zu unterdrücken.
In der vorliegenden Erfindung kann durch die Verwendung des Vibrationsabsorptionselements mit der natürlichen Frequenz F, die das obengenannte Verhältnis im Bezug auf die natürlichen Frequenzen f1, f2 und f3 des Magnetlagers erfüllt, die natürliche Frequenz des Vibrationsabsorptionselements nicht so nahe bei den natürlichen Frequenzen der Vakuumpumpe und des Magnetlagers eingestellt werden. Daher kann die Rotationsverschiebung des Rotorabschnitts aufgrund der externen Kraft, wie eines Erdbebens, kaum erhöht werden, und der Rotorabschnitt kann im Bezug auf den Statorabschnitt stabil gehalten werden.
Es ist ausreichend, dass das Vibrationsabsorptionselement teilweise zwischen entweder dem äußeren zylindrischen Abschnitt oder dem Statorabschnitt und der Basis eingesetzt ist. Zum Beispiel ist das Vibrationsabsorptionselement an einem zentralen Abschnitt von jedem der Segmente angeordnet, die durch Teilen eines Zwischenraums zwischen dem äußeren zylindrischen Abschnitt oder dem Statorabschnitt und der Basis in gleiche winkelige Intervalle im Bezug auf die Achse erhalten werden.
Die Vakuumpumpe der ersten Anordnung kann als Vakuumpumpe konstruiert werden, in der das Vibrationsabsorptionselement ein Silikongel enthält (eine zweite Anordnung).
Das Silikongel kann die Rate der Vibrationsfortpflanzung, insbesondere von der niederen Frequenz, um eine oder mehr Größenordnungen verringern, und daher ist es möglich, die Fortpflanzung der Vibrationen deutlich zu unterdrücken.
Jede der Vakuumpumpen der ersten und zweiten Anordnung kann als Vakuumpumpe konstruiert sein, in der das Vibrationsabsorptionselement zwischen dem Statorabschnitt und der Basis eingesetzt ist, und es ist ein Verschiebungsbegrenzungselement zum Begrenzen eines Bereichs bereitgestellt, in dem der Statorabschnitt im Bezug auf die Basis verschiebbar ist (eine dritte Anordnung).
In der Vakuumpumpe, die derart angeordnet ist, dass das Vibrationsabsorptionselement zwischen dem Statorabschnitt und der Basis eingesetzt ist, wird der Statorabschnitt im Bezug auf die Basis verschiebbar gestützt. Aus diesem Grund wird der Stator im Bezug auf die Basis verschoben, wenn die externe Kraft, wie das Erdbeben, auftritt. Der Zwischenraum zwischen dem Statorabschnitt und dem Rotorabschnitt ist so eingestellt, dass er so klein wie möglich ist, um das angesaugte Gas zu der Seite der Einlassöffnung zu übertragen, ohne dass es austritt. Wenn der Statorabschnitt im Bezug auf die Basis aufgrund der externen Kraft verschoben wird, kann der Statorabschnitt aus diesem Grund mit dem Rotorabschnitt in Kontakt gelangen, wobei er Komponenten, wie Rotorschaufeln, beschädigt.
Daher ist bevorzugt, die Vakuumpumpe mit dem Verschiebungsbegrenzungsmittel zum Begrenzen des Bereichs bereitzustellen, in dem der Statorabschnitt im Bezug auf die Basis verschiebbar ist, wodurch der verschiebbare Bereich des Stators begrenzt ist, wenn die externe Kraft auftritt, und der Kontakt zwischen dem Statorabschnitt und dem Rotorabschnitt verhindert wird.
In der dritten Anordnung kann die Vakuumpumpe so konstruiert sein, dass: der Statorabschnitt einen vorstehenden Abschnitt enthält, der im Wesentlichen parallel zu einer Ebene vorsteht, die durch die Basis definiert ist; eine Mehrzahl von Begrenzungsöffnungen um den Umfang in dem vorstehenden Abschnitt ausgebildet sind; das Verschiebungsbegrenzungselement Begrenzungsschrauben und Begrenzungselemente enthält, wobei die Begrenzungsschrauben aus einem Material gebildet sind, das eine höhere Steifigkeit als jenes des Vibrationsabsorptionselements hat, wobei jede der Begrenzungsschrauben lose in die entsprechende Begrenzungsöffnung eingesetzt ist, während ihr vorderes Ende an dem Statorabschnitt befestigt ist; und jedes der Begrenzungselemente einen Begrenzungszylinder hat, der um einen Schaft jeder der Begrenzungsschrauben befestigt ist, und der von einer Umfangsfläche jeder der Begrenzungsöffnungen des vorstehenden Abschnitts beabstandet ist; und zwei Scheibenabschnitte, die sich von den entsprechenden Endabschnitten des Begrenzungszylinders nach außen erstrecken und einander gegenüberliegend im Bezug auf den vorstehenden Abschnitt angeordnet sind, während sie von dem vorstehenden Abschnitt beabstandet sind (eine vierte Anordnung).
Zur Lösung der ersten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Vakuumpumpe (fünfte Anordnung) bereit, umfassend: einen Flanschabschnitt, der an einen externen Behälter anzuschließen ist, wobei der Flanschabschnitt eine Einlassöffnung aufweist, durch die ein Gas in dem externen Behälter angesaugt wird; einen äußeren zylindrischen Abschnitt, von dem eine Endseite mit dem Flanschabschnitt verbunden oder integral ausgebildet ist; eine Basis, die mit der anderen Endseite des äußeren zylindrischen Abschnitts verbunden ist, wobei die Basis, der Flanschabschnitt und der äußere zylindrische Abschnitt gemeinsam einen hohlen Abschnitt definieren, der mit einem Inneren des externen Behälters durch die Einlassöffnung in Verbindung steht; einen Statorabschnitt, der an der Basis gestützt wird und in dem hohlen Abschnitt aufgenommen ist; einen Rotorabschnitt, der in dem hohlen Abschnitt aufgenommen ist; ein Lager, das den Rotorabschnitt im Bezug auf den Statorabschnitt drehbar stützt; einen Motorabschnitt zum drehenden Antreiben des Rotorabschnitts, der von dem Lager gestützt wird, im Bezug auf den Statorabschnitt; und ein Vibrationsabsorptionsmittel, das ein Material mit Vibrationsabsorptionseigenschaft zur Verringerung der Fortpflanzung einer Vibration unter Nutzung elastischer und/oder viskoser Eigenschaften enthält, wobei das Vibrationsabsorptionsmittel mindestens an einem von dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt, der Basis, dem Statorabschnitt und Verbindungsabschnitten, die jeweils zwei Elemente verbinden, die aus dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt, der Basis und dem Statorabschnitt ausgewählt sind, angeordnet ist.
In der Vakuumpumpe der fünften Anordnung ist das Vibrationsabsorptionsmittel, das ein Material mit Vibrationsabsorptionseigenschaft enthält, zur Verringerung der Fortpflanzung einer Vibration unter Nutzung elastischer und/oder viskoser Eigenschaften an mindestens einem von dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt, der Basis, dem Statorabschnitt und den Verbindungsabschnitten angeordnet, die jeweils zwei Elemente verbinden, die ausgewählt sind aus dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt, der Basis und dem Statorabschnitt.
Aus diesem Grund werden die Vibrationen, die an dem Motor und dem Lager im Inneren der Vakuumpumpe verursacht werden, wenn der Rotorabschnitt gedreht wird, sicher durch das Vibrationsabsorptionselement verringert und pflanzen sich mit geringer Wahrscheinlichkeit zu dem Flanschabschnitt fort. Die Vibrationen, die an dem Motor und dem Lager verursacht werden, pflanzen sich zu dem externen Behälter fort, nachdem sie durch das Vibrationsabsorptionsmittel verringert wurden. Daher ist es möglich, das Fortpflanzen der Vibrationen zu dem externen Behälter zu verringern, ohne eine Lösung nach dem Stand der Technik anzuwenden, in der ein Vibrationsabsorptionselement, wie ein Dämpfer, zwischen dem Flanschabschnitt und dem externen Behälter angeordnet ist.
Das Vibrationsabsorptionsmittel kann an dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt, der Basis und/oder dem Statorabschnitt angeordnet sein, und/oder kann an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Flanschabschnitt und dem äußeren zylindrischen Abschnitt, dem Verbindungsabschnitt zwischen dem äußeren zylindrischen Abschnitt und der Basis und/oder dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Statorabschnitt und der Basis angeordnet sein. Wenn das Vibrationsabsorptionsmittel an dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt, der Basis und/oder dem Statorabschnitt angeordnet ist, können diese Elemente teilweise oder vollständig aus einem Material mit der Vibrationsabsorptionseigenschaft gebildet sein, oder das Material mit der Vibrationsabsorptionseigenschaft oder ein Element mit der Vibrationsabsorptionseigenschaft kann einem verfügbaren Flanschabschnitt, äußeren zylindrischen Abschnitt, der Basis und/oder dem Statorabschnitt hinzugefügt werden. Wenn das Vibrationsabsorptionsmittel an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Flanschabschnitt und dem äußeren zylindrischen Abschnitt, dem Verbindungsabschnitt zwischen dem äußeren zylindrischen Abschnitt und der Basis und/oder dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Statorabschnitt und der Basis angeordnet ist, können das oder die Verbindungselement(e) zwischen dem Flanschabschnitt und dem äußeren zylindrischen Abschnitt, zwischen dem äußeren zylindrischen Abschnitt und der Basis und/oder zwischen dem Statorabschnitt und der Basis eingesetzt sein, und das Verbindungselement kann teilweise oder vollständig aus dem Material mit der Vibrationsabsorptionseigenschaft gebildet sein, oder das Material mit der Vibrationsabsorptionseigenschaft oder das Element mit der Vibrationsabsorptionseigenschaft kann dem Verbindungselement hinzugefügt werden. Der Flanschabschnitt, der äußere zylindrische Abschnitt und das dazwischen liegende Vibrationsabsorptionsmaterial können integral gebildet sein, der äußere zylindrische Abschnitt, die Basis und das dazwischen liegende Vibrationsabsorptionsmaterial können integral gebildet sein, und der Statorabschnitt, die Basis und das dazwischen liegende Vibrationsabsorptionsmaterial können integral gebildet sein.
Der externe Behälter kann eine Kammer oder dergleichen einer Halbleiterherstellungsvorrichtung oder eines elektronischen Mikroskops sein, in dem ein Vakuum gehalten wird, oder kann ein Rohr sein, das an einen Behälter, wie eine Kammer angeschlossen ist. Bei dem Flanschabschnitt kann der Einlassabschnitt mit dem Behälter, wie der Kammer, verbunden ist, um das Gas direkt von dem Behälter anzusaugen, oder der Einlassabschnitt kann mit dem Rohr verbunden sein, das mit der Kammer oder dergleichen verbunden ist, um das Gas aus dem Rohr anzusaugen.
Die Vakuumpumpe der fünften Anordnung kann derart konstruiert sein, dass: der äußere zylindrische Abschnitt eine Auslassöffnung aufweist, durch die das Gas in dem hohlen Abschnitt abgegeben wird; und das Vibrationsabsorptionsmittel mindestens an einem von dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt und dem Verbindungsabschnitt, der den äußeren zylindrischen Abschnitt mit dem Flanschabschnitt verbindet, angeordnet ist (eine sechste Anordnung).
Jede der Vakuumpumpen der fünften und sechsten Anordnung kann so konstruiert sein, dass: die Basis eine Auslassöffnung hat, durch die das Gas in dem hohlen Abschnitt abgegeben wird; und das Vibrationsabsorptionsmittel mindestens an einem von dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt, der Basis und Verbindungsabschnitten, die jeweils zwei Elemente verbinden, die aus dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt und der Basis ausgewählt sind, angeordnet ist (eine siebente Anordnung).
Jeder der Vakuumpumpen der fünften bis siebenten Anordnung, kann so konstruiert sein, dass das Vibrationsabsorptionsmittel mindestens eines von einem Federelement, einem Gummielement, das aus einem Gummi gebildet ist, einem Gelelement, das aus einem Gelmaterial gebildet ist, und einem Blasebalg enthält (eine achte Anordnung).
Jeder der Vakuumpumpen der sechsten bis achten Anordnung kann so konstruiert sein, dass: der Flanschabschnitt von dem äußeren zylindrischen Abschnitt getrennt ist; und das Vibrationsabsorptionsmittel an dem Verbindungsabschnitt angeordnet ist, der den Flanschabschnitt mit dem äußeren zylindrischen Abschnitt verbindet (eine neunte Anordnung).
In der Vakuumpumpe der neunten Anordnung werden die Vibrationen, die sich zu dem äußeren zylindrischen Abschnitt fortpflanzen, einschließlich der Vibrationen des Motors und des Lagers, die in der Vakuumpumpe verursacht werden, wenn der Rotorabschnitt gedreht wird, und der Vibrationen aufgrund eines externen Faktors, wie Vibrationen, die sich von einer Rückpumpe fortpflanzen, durch das Vibrationsabsorptionsmittel verringert, und pflanzen sich dann zu dem externen Behälter fort. Daher ist es möglich, die Vibrationen an dem externen Behälter deutlich zu verringern.
Die Vakuumpumpe der neunten Anordnung kann als Vakuumpumpe konstruiert sein, die Folgendes umfasst: einen äußeren zylindrischen Abschnitt, der einen hohlen Abschnitt definiert, in dem ein Statorabschnitt und ein Rotorabschnitt, der im Bezug auf den Statorabschnitt drehbar ist, aufgenommen sind; einen zylindrischen Flanschabschnitt, der vom dem äußeren zylindrischen Abschnitt getrennt ist und eine Einlassöffnung für ein Gas aufweist, das in dem externen Behälter enthalten ist; ein elastisches Stützmittel, das an dem äußeren zylindrischen Abschnitt befestigt ist, um den Flanschabschnitt elastisch verschiebbar im Bezug auf den äußeren zylindrischen Abschnitt zu stützen; ein Verbindungselement zur Verbindung der Einlassöffnung des Flanschabschnitts mit dem hohlen Abschnitt des äußeren zylindrischen Abschnitts; und einen Motor zum Drehen des Rotorabschnitts im Bezug auf den Statorabschnitt, um das Gas, das in dem externen Behälter enthalten ist, von der Einlassöffnung des Flanschabschnitts durch das Verbindungselement zu dem hohlen Abschnitt des äußeren zylindrischen Abschnitts zu saugen. Das heißt, die Vakuumpumpe ist mit dem elastischen Stützelement bereitgestellt, das als Vibrationsabsorptionsmittel dient, zur Verringerung der Fortpflanzung der Vibrationen von dem äußeren zylindrischen Abschnitt zu dem externen Behälter. Daher wird der erforderliche Raum in axiale Richtung im Vergleich zu einer Lösung nach dem Stand der Technik, bei der ein Vibrationsabsorptionsmittel, wie ein Dämpfer zwischen dem Flansch, der mit dem äußeren zylindrischen Abschnitt integral gebildet ist, und dem externen Behälter angeordnet ist, nicht vergrößert. Durch die Anordnung des elastischen Stützelements an der äußeren Umfangsfläche des äußeren zylindrischen Abschnitts kann der Raum in die axiale Richtung ferner klein gestaltet werden.
In der Vakuumpumpe der neunten Anordnung kann das Vibrationsabsorptionsmittel auch als Verbindungselement verwendet werden, das die Einlassöffnung des Flanschabschnitts mit dem hohlen Abschnitt des äußeren zylindrischen Abschnitts verbindet. Wenn in diesem Fall das Vibrationsabsorptionsmittel direkt an der Umfangsfläche des äußeren zylindrischen Abschnitts befestigt ist, muss ein hermetischer Dichtungszustand zwischen dem äußeren zylindrischen Abschnitt und dem elastischen Stützmittel hergestellt werden. Wenn das Vibrationsabsorptionsmittel im Bezug auf den äußeren zylindrischen Abschnitt durch ein zusätzliches Element befestigt wird, muss der hermetische Dichtungszustand zwischen dem zusätzlichen Element und dem äußeren zylindrischen Abschnitt und zwischen dem zusätzlichen Element und dem Vibrationsabsorptionsmittel hergestellt werden.
In der Vakuumpumpe der neunten Anordnung kann das Vibrationsabsorptionsmittel ein elastisches Element enthalten, das den äußeren Umfang des äußeren zylindrischen Abschnitts mit dem Flanschabschnitt verbindet, und einen Blasebalg, der neben dem elastischen Element liegt, um den äußeren Umfang des äußeren zylindrischen Abschnitts mit dem Flanschabschnitt zu verbinden. Wenn bei dieser Vakuumpumpe die Vakuumpumpe aktiviert wird, um den Innendruck in dem äußeren zylindrischen Abschnitt zu verringern, zieht sich der Blasebalg in die axiale Richtung zusammen. Der Blasebalg zieht sich auch gemeinsam mit dem elastischen Element, abhängig von der Verschiebung des Flanschabschnitts im Bezug auf den äußeren zylindrischen Abschnitt aufgrund der Vibrationen und dergleichen zusammen. Dies ermöglicht die Definition eines Gasdurchlasses, der sich von dem Flanschabschnitt zu dem äußeren zylindrischen Abschnitt erstreckt und der zu der Außenseite hermetisch abgedichtet ist, wodurch das Einmischen von anderen Elementen und Außengas außerhalb des Blasebalgs in die Vakuumpumpe beseitigt wird. In diesem Fall ist bevorzugt, das elastische Element außerhalb des Blasebalgs anzuordnen, da Molekulargas, das in dem elastischen Element enthalten ist, durch den Blasebalg sicher daran gehindert werden kann, in die Vakuumpumpe eingemischt zu werden und einzudringen. Es ist bevorzugt, dass eine Federkonstante des Blasebalgs in die axiale Richtung kleiner als jene des elastischen Elements in die axiale Richtung ist. Dies ermöglicht, den Bruch des Blasebalgs selbst dann zu verhindern, wenn der Druck innerhalb des äußeren zylindrischen Abschnitts erhöht oder gesenkt wird, oder eine externe Schlagwirkung ausgeübt wird.
Die Vakuumpumpe der neunten Anordnung kann ein Begrenzungsmittel zum Begrenzen einer Position des Flanschabschnitts auf einen vorbestimmten Bereich im Bezug auf den äußeren zylindrischen Abschnitt enthalten (eine zehnte Anordnung).
In der Vakuumpumpe der zehnten Anordnung grenzt das Begrenzungsmittel die Position des Flanschabschnitts auf den vorbestimmten Bereich im Bezug auf den äußeren zylindrischen Abschnitt ein. Selbst wenn daher eine heftige Schlagwirkung, wie der Bruch des Rotorabschnitts, eintritt, sind das elastische Element und der Blasebalg vor einem Bruch geschützt, wodurch wiederum eine Möglichkeit eines Unfalls sinkt, bei dem die Vakuumpumpe von dem externen Behälter oder dem Rohr, das an den externen Behälter angeschlossen ist, entfernt wird. Somit kann ein hohes Maß an Sicherheit garantiert werden.
Die vorliegende Erfindung löst die zweite Aufgabe durch Bereitstellung der Vakuumpumpe jeder der fünften bis zehnten Anordnung, die ferner ein blattförmiges magnetisches Abschirmungsmaterial enthält, das radial nach außen an dem Statorabschnitt und dem Rotorabschnitt angeordnet ist, um den Statorabschnitt und den Rotorabschnitt zu umschreiben, und das entlang einer inneren Umfangsfläche des äußeren zylindrischen Abschnitts angeordnet ist (eine elfte Anordnung).
In der Vakuumpumpe der elften Anordnung ist das magnetische Abschirmungsmaterial außerhalb des Statorabschnitts und des Rotorabschnitts angeordnet, um ein externes Lecken der Magnetflüsse zu verhindern, die durch Elektromagneten, Permanentmagneten und dergleichen verursacht werden, die den Motor und das Magnetlager bilden. Dieses magnetische Abschirmungsmaterial ist außerhalb des Statorabschnitts und des Rotorabschnitts angeordnet und mit vorbestimmten Abständen von den Elektromagneten und Permanentmagneten getrennt, die die Magnetflüsse erzeugen. Daher kann das magnetische Abschirmungsmaterial effektiv das Lecken der Magnetflüsse beseitigen, während seine Dicke verringert ist, und somit können die Kosten für das magnetische Abschirmungsmaterial und sein Installationsraum verringert werden.
Da das magnetische Abschirmungsmaterial im Inneren des äußeren zylindrischen Abschnitts angeordnet ist, ist es durch den äußeren zylindrischen Abschnitt geschützt und die Wahrscheinlichkeit, dass es beschädigt wird, ist gering.
Die vorliegende Erfindung löst die dritte Aufgabe durch die Bereitstellung der Vakuumpumpe der fünften bis elften Anordnung, die des Weiteren umfasst: einen Isolierabschnitt, der aus einem stark elektrisch isolierenden Widerstandsmaterial gebildet ist, das an dem Verbindungsabschnitt angeordnet ist, der den äußeren zylindrischen Abschnitt mit dem Flanschabschnitt verbindet (eine zwölfte Anordnung).
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand nur eines weiteren Beispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, von welchen:
1 eine Schnittansicht ist, die die gesamte Anordnung einer Turbomolekularpumpe zeigt, die eine erste Ausführungsform einer Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine radiale Schnittansicht entlang einer Pfeillinie A-A in 1 ist, die einen feststehenden Abschnitt einer Statorwelle in der in 1 dargestellten Turbomolekularpumpe zeigt;
3A bis 3C axiale Schnittansichten sind, die Hauptteile eines feststehenden Abschnitts 15b der in 1 dargestellten Turbomolekularpumpe zeigen;
4 eine erklärende Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem eine Vakuumpumpe nach dem Stand der Technik verwendet wird;
5 eine axiale Schnittansicht ist, die die gesamte Anordnung einer Turbomolekularpumpe zeigt, die eine zweite Ausführungsform der Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine vergrößerte axiale Schnittansicht ist, die Hauptteile einer Struktur zur Verringerung der Fortpflanzung von Vibrationen und elektrischem Rauschen in einem Flanschabschnitt der Turbomolekularpumpe zeigt, die in 5 dargestellt ist; und
7 eine Draufsicht ist, die die in 5 dargestellte Turbomolekularpumpe zeigt, betrachtet von der Seite ihrer Einlassöffnung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 3C ausführlich beschrieben.
1 ist eine Schnittansicht, die die gesamte Anordnung einer Turbomolekularpumpe zeigt, die eine Ausführungsform (eine erste Ausführungsform) einer Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 1 dargestellt, enthält die Vakuumpumpe (die Turbomolekularpumpe) gemäß der ersten Ausführungsform: ein Gehäuse 16, das als äußerer zylindrischer Abschnitt dient, der an einen äußeren Behälter (nicht dargestellt) angeschlossen wird und eine Einlassöffnung 38 zum Ansaugen von Gas, das in dem externen Behälter enthalten ist, aufweist; eine Rotorwelle 12 und einen Rotorkörper 14, die als Rotorabschnitt dienen, die drehbar in einem hohlen Abschnitt des Gehäuses 16 aufgenommen sind; einen Statorkörper 18 und eine Statorwelle 15, die als Statorabschnitt dienen, die in dem hohlen Abschnitt des Gehäuses 16 koaxial im Bezug auf die Rotorwelle 12 und den Rotorkörper 14 aufgenommen sind, und die das Gas, das von dem Einlassabschnitt 38 angesaugt wird, gemeinsam mit dem Rotorkörper 14 übertragen; und eine Basis 19 zum Stützen des Gehäuses 16, des Statorkörpers 18 und der Statorwelle 15.
Das Gehäuse 16 hat einen Flansch 161, der an dem externen Behälter so befestigt wird, dass der Einlassabschnitt 38, der im Inneren des Flansches 161 gebildet ist, an eine Auslassöffnung des externen Behälters für eine Verbindung zwischen dem Inneren des externen Behälter und dem Inneren des Gehäuses 16 angeschlossen wird.
Ein Endabschnitt 163 des Gehäuses 16, der dem Flansch 161 gegenüberliegt, ist mit Schrauben 162 an die Basis 19 geschraubt.
Die Rotorwelle 12 befindet sich innerhalb der Statorwelle 15 und wird drehbar gestützt, so dass ein Endabschnitt (ein oberer Abschnitt) oben frei aus dem Inneren der Statorwelle 15 ragt. Ein Magnet oder Magnete 33, die als angetriebenes Teil eines Motors dienen, sind an dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt der Rotorwelle 12 in axialer Richtung befestigt.
Der Rotorkörper 14 hat einen im Wesentlichen zylindrischen Umfangswandabschnitt 14a, der so angeordnet ist, dass er den äußeren Umfang der Statorwelle 15 umschreibt, einen Stützabschnitt 14b, der einen hohlen Abschnitt des Umfangswandabschnitts 14a verschließt, und Rotorschaufeln 141, die an dem äußeren Umfang des Umfangswandabschnitts 14a befestigt sind. Der Stützabschnitt 14b ist an dem oberen Abschnitt der Rotorwelle 12 befestigt, der frei aus der Statorwelle 15 ragt, so dass er gemeinsam mit der Rotorwelle 12 gedreht wird.
Die Rotorschaufeln 141 sind als mehrfache Stufen in axialer Richtung an dem Umfangswandabschnitt 14a angeordnet, und jede der Rotorschaufeln 141 ist mit einer Mehrzahl radial vorstehender Schaufeln (Flügeln) gebildet. Jeder der Flügel ist in einem vorbestimmten Winkel geneigt, so dass die Seite des Einlassabschnitts 38 (die obere Seite in der Zeichnung) die Drehungsrichtungsseite ist und jeder Flügel gegen die Gasmoleküle prallt, so dass sie nach unten bewegt werden.
Der Statorkörper 18 hat Abstandshalter 180 und Statorschaufeln 181, von welchen jede an ihrer äußeren Umfangsseite von und zwischen entsprechenden benachbarten Abstandshaltern 180 gestützt wird, die zwischen entsprechenden benachbarten Stufen der Rotorschaufeln 141 angeordnet sind.
Die Abstandshalter 180, von welchen jeder die Form eines Zylinders mit einem abgestuften Abschnitt aufweist, sind im Inneren des Gehäuses 16 gestapelt.
Die Statorschaufel 181 enthält einen äußeren ringförmigen Abschnitt, der teilweise von und zwischen den Abstandshaltern 180 in Umfangsrichtung festgeklemmt wird, einen inneren ringförmigen Abschnitt, der innerhalb von und koaxial zu dem äußeren ringförmigen Abschnitt angeordnet ist, und eine Mehrzahl von radialen Statorschaufelenden, die jeweils von dem äußeren und inneren ringförmigen Abschnitt mit einem vorbestimmten Winkel gestützt werden. Der Innendruchmesser des inneren ringförmigen Abschnitts ist größer als der Außendurchmesser des Umfangswandabschnitts 14a, so dass die innere Umfangsfläche des inneren ringförmigen Abschnitts der äußeren Umfangsfläche des Umfangswandabschnitts 14a mit einem dazwischenliegenden Zwischenraum gegenüberliegt.
Die Statorschaufel 181 ist um den Umfang in zwei Teile geteilt, so dass die Statorschaufel 181 zwischen den Rotorschaufeln 141 benachbarter Stufen angeordnet ist. Die Statorschaufel 181 wird durch Herstellen einer dünnen Platte, die zum Beispiel aus rostfreiem Stahl oder Aluminiumstahl besteht, und Teilen in zwei Teile, Ausschneiden oder Abtrennen von jedem Teil eines Elements mit einem halbkreisförmigen Außendurchmesserabschnitt und Abschnitten, die den Flügeln der Statorschaufeln entsprechen, durch einen Ätzprozess oder dergleichen, und Biegen der Abschnitt, die den Flügeln der Statorschaufeln entsprechen, so dass sie einen vorbestimmten Winkel haben, durch einen Pressprozess, gebildet.
Jede der Statorschaufeln 181 wird an ihrem äußeren ringförmigen Abschnitt von und zwischen den benachbarten Abstandshaltern 180 festgeklemmt, so dass sie zwischen den Rotorschaufeln 141 gehalten wird.
Die Statorwelle 15 ist mit einem zylindrischen Abschnitt 15a bereitgestellt, der koaxial zu der Rotorwelle 12 angeordnet ist, und einem feststehenden Abschnitt (einem vorragenden Abschnitt) 15b, der an der äußeren Umfangswand des zylindrischen Abschnitts 15a angeordnet ist.
Der zylindrische Abschnitt 15a ist zwischen dem Umfangswandabschnitt 14a des Rotorkörpers 14 und der Rotorwelle 12 angeordnet. Eine Spule oder Spulen 32, die als Antriebsteil des Motors dienen, sind an der inneren Umfangswand des zylindrischen Abschnitts 15a befestigt, so dass sie dem Magnet oder den Magneten 33 gegenüberliegen. Folglich bringt (bringen) die Spule(n) 32, durch die Strom fließt, den (die) Magneten 33 dazu, die Rotorwelle 12 zu drehen.
Der feststehende Abschnitt 15b steht derart vor, dass er radial von der äußeren Umfangswand des zylindrischen Abschnitts 15a vorragt, und erstreckt sich über die Deckenfläche der Basis 19 und ist von dieser getrennt.
2 ist eine radiale Schnittansicht, die den feststehenden Abschnitt 15b der Statorwelle 15 zeigt, die entlang einer Pfeillinie A-A von 1 gemacht wurde. 3A bis 3C sind axiale Schnittansichten, die Hauptabschnitte des feststehenden Abschnitts 15b zeigen. 3A ist eine Schnittansicht an einer Stelle, wo ein Befestigungsloch angeordnet ist, 3B ist eine Schnittansicht an einer Stelle, wo ein erstes Führungsloch angeordnet ist, und 3C ist eine Schnittansicht an einer Stelle, wo ein zweites Führungsloch angeordnet ist.
Der feststehende Abschnitt 15b ist mit Befestigungslöchern an vier Stellen gebildet, die gleichmäßig in die Umfangsrichtung verteilt sind. Wie auch in 2 dargestellt ist, sind Schrauben 51 jeweils lose in die Befestigungslöcher eingesetzt. Jedes vordere Ende der Befestigungsschrauben 51 ist mit der Basis 19 verschraubt und somit an dieser befestigt, wie in 3A dargestellt ist. Ein Dämpfer 50 ist an jeder und um jede der Befestigungsschrauben 51 als Vibrationsabsorptionselement montiert.
Der Dämpfer 50 besteht aus einem Silikongelmaterial mit einem zylindrischen Abschnitt 50a und zwei kreisförmigen Scheibenabschnitten 50b, die sich in gleichem Abstand radial von den entsprechenden Endabschnitten des zylindrischen Abschnitts 50a erstrecken. Der zylindrische Abschnitt 50a wird in das Befestigungsloch des feststehenden Abschnitts 15b eingesetzt, so dass er einen Raum zwischen der Umfangsfläche des Befestigungslochs des feststehenden Abschnitts 15b und der Befestigungsschraube 51 füllt. Die kreisförmigen Scheibenabschnitte 50b des Dämpfers 50 füllen jeweils einen Raum zwischen dem feststehenden Abschnitt 15b und dem Schraubenkopf und einen Raum zwischen dem feststehenden Abschnitt 15b und der Basis 19.
Der feststehende Abschnitt 15b wird mit ersten Führungslöchern (Begrenzungslöchern) 15c an drei Stellen gebildet, die gleichmäßig in die Umfangsrichtung verteilt sind, und zweiten Führungslöchern an vier Stellen, die die Stellen nicht überlappen, wo die Befestigungslöcher und die ersten Führungslöcher bereitgestellt sind. Wie in 2 dargestellt ist, ist ein erstes Führungselement 53, das als Verschiebungsbegrenzungselement dient, an jedem der ersten Führungslöcher montiert. Ferner ist ein zweites Führungselement 55, das als Verstärkungselement dient, um ein Drehmoment aufzunehmen, wenn der Rotorabschnitt verriegelt ist, an jedem der zweiten Führungslöcher montiert.
Wie in 3B dargestellt ist, enthält das erste Führungselement 53 eine Begrenzungsschraube 53a, von welchen das vordere Ende an der Deckenfläche der Basis 19 befestigt ist, und ein Begrenzungselement 53b, das an dem Schaft der Begrenzungsschraube 53a befestigt ist. Das Begrenzungselement 53b hat einen Begrenzungszylinder 53c, der an dem Schaft der Begrenzungsschraube 53a montiert ist, und zwei Flanschabschnitte (Plattenabschnitte) 53d, die sich mit gleichem Abstand radial von den entsprechenden Endabschnitten des Begrenzungszylinders 53c erstrecken. Der Begrenzungszylinder 53c ist lose in das erste Führungsloch 15c des feststehenden Abschnitts 15b eingesetzt, so dass die äußere Umfangsfläche des Begrenzungszylinders 53c von der inneren Umfangsfläche des ersten Führungslochs 15c des feststehenden Abschnitts 15b mit einem winzigen Zwischenraum δr getrennt ist. Jeder der Flanschabschnitte 53d ist von einer Oberfläche des feststehenden Abschnitts 15b mit einem winzigen Zwischenraum δz getrennt.
Mit dieser Anordnung wird das erste Führungsloch 15c mit dem Begrenzungselement 53b in Kontakt gebracht, um die Verschiebung des Begrenzungselements 53b zu begrenzen. Folglich wird die Verschiebung der Statorwelle 15 im Bezug auf die Basis 19 so begrenzt, dass die Statorwelle 15 nur δz vertikal sowohl in die Aufwärts- als auch Abwärtsrichtung (axiale Richtung) verschoben werden kann, und δr radial in die Einwärts- und Auswärtsrichtung.
Wie in 3C dargestellt ist, ist das zweite Führungselement 55 als Schraube mit einem Gewindeabschnitt konstruiert, dessen Außendurchmesser größer als jener der Begrenzungsschraube 53a ist. Der Schaft des zweiten Führungselements 55 wird lose in das zweite Führungsloch eingesetzt, und sein vorderes Ende ist an der Deckenfläche der Basis 19 in einem Zustand befestigt, dass ein winziger Spielraum δr' zwischen dem Schaft des zweiten Führungselements 55 und der inneren Umfangsfläche des zweiten Führungslochs definiert ist. Der Zwischenraum δr' zwischen dem Schaft des zweiten Führungselements 55 und der inneren Umfangsfläche des zweiten Führungslochs ist kleiner als der Zwischenraum δr zwischen dem Schaft der Befestigungsschraube 53a und der inneren Umfangsfläche des ersten Führungslochs. Aus diesem Grund kann die Statorwelle 15 nur um δr' sowohl in die Einwärts- als auch Auswärtsrichtung radial im Bezug auf die Basis 19 verschoben werden. Daher ist das zweite Führungselement 55 dazu bestimmt, sowohl als Verstärkungselement zum Aufnehmen des Drehmoments, falls der Rotorabschnitt verriegelt ist, als auch als Verschiebungsbegrenzungselement zu dienen.
Daher ist die Verschiebung der Statorwelle 15 im Bezug auf die Basis 19 durch die ersten Führungselemente 53 und die zweiten Führungselemente 55 begrenzt, so dass die Statorwelle 15 nur um δz sowohl in die Aufwärts- als auch Abwärtsrichtung vertikal (in die axiale Richtung), δr' sowohl in die Einwärts- als auch Auswärtsrichtung radial, und δr sowohl in die Vorwärts- als auch Rückwärtsrichtung um den Umfang verschoben werden kann.
Die Basis 19, die in 1 dargestellt ist, ist mit einer Auslassöffnung 49 versehen, von der Gas, das zwischen den Rotorschaufeln 141 und den Statorschaufeln 181 übertragen wird, nach außen abgegeben wird. Wie in 1 dargestellt, ist die Basis 19 mit einem Schaltungsplattenaufnahmeabschnitt 40 zur Aufnahme einer Schaltungsplatte gebildet. In dem Schaltungsplattenaufnahmeabschnitt 40 sind ein Drehzahlsensor 41 zum Erfassen einer Drehzahl der Rotorwelle 12 und andere Komponenten eingebaut. Die Basis 19 ist mit einem Verbinder 42 ausgestattet, so dass ein Signal von dem Drehzahlsensor 41 zu einem Steuersystem 36 übertragen wird, das durch ein Kabel 43 angeschlossen ist. Auf der Basis dieses Signals steuert das Steuersystem 36 die Drehung der Rotorwelle 12.
Die Turbomolekularpumpe dieser Ausführungsform ist ferner mit einem Magnetlager 20 zum Stützen der Rotorwelle 12 durch Magnetkraft bereitgestellt.
Das Magnetlager 20 ist als dreiachsiges gesteuertes Magnetlager gestaltet und hat einen radialen Elektromagneten 22 zum Anlegen einer radialen Magnetkraft an die Rotorwelle 12, einen radialen Sensor 30 zum Erfassen einer radialen Positionsverschiebung der Rotorwelle 12, einen axialen Elektromagneten 26 zum Anlegen einer axialen Magnetkraft an die Rotorwelle 12, eine Metallscheibe 31, auf die die axiale Kraft durch die axialen Elektromagneten 26 wirkt, und einen axialen Sensor 34, der im Inneren des Schaltungsplattenaufnahmeabschnitts 40 angeordnet ist, um eine axiale Verschiebung der Rotorwelle 12 zu erfassen.
Der radiale Elektromagnet 22 enthält zwei Paare von Elektromagneten (nur ein Paar ist in der Zeichnung dargestellt), die fest an der inneren Umfangsfläche der Statorwelle 15 angeordnet sind, so dass sie orthogonal zu dem anderen Paar liegen. Die Elektromagneten in jedem Paar sind an dem oberen Abschnitt der Rotorwelle 12 über einem Motor 21 angeordnet, und liegen einander gegenüber, wobei die Rotorwelle 12 dazwischen liegt.
Über den radialen Elektromagneten 22 sind zwei Paare radialer Sensoren 30 (von welchen nur ein Paar in der Zeichnung dargestellt ist), derart bereitgestellt, dass die radialen Sensoren 30 in jedem Paar einander gegenüber liegen, wobei die Rotorwelle 12 dazwischen liegt. Die zwei Paare der radialen Sensoren 30 sind derart angeordnet, dass ein Paar zu dem anderen Paar orthogonal ist, entsprechend den zwei Paaren der radialen Elektromagneten 22.
Durch Zuleiten von Erregerstrom zu dem radialen Elektromagneten 22 wird die Rotorwelle 12 magnetisch im Schwebezustand gehalten. Während des magnetischen Schwebezustandes wird dieser Erregerstrom auf der Basis der Verschiebungsdetektionssignale von den radialen Sensoren 30 so gesteuert, dass die Rotorwelle 12 an einer vorbestimmten Position radial gehalten wird.
Die kreisförmige Metallscheibe 31, die aus einem magnetischen Material gebildet ist, ist an dem unteren Abschnitt der Rotorwelle 12 befestigt. Über der Metallscheibe 31 ist der axiale Elektromagnet 26 feststehend auf der Basis 19 befestigt. Ein axialer Sensor 34 ist innerhalb des Schaltungsplatteaufnahmeabschnitts 40 angeordnet, so dass er dem unteren Endabschnitt der Rotorwelle 12 gegenüber liegt und die axiale Position der Rotorwelle 12 erfasst.
Der Erregerstrom zu dem axialem Elektromagneten 26 wird auf der Basis des Verschiebungsdetektionssignals von dem axialen Sensor 34 gesteuert, so dass die Rotorwelle 12 an einer vorbestimmten Position axial gehalten wird.
Das Magnetlager 20 ist mit einem Magnetlagersteuermittel bereitgestellt, das die Rotorwelle 12 durch eine Rückkopplungssteuerung von Erregerströmen zu dem radialen Elektromagneten 22 und dem axialen Elektromagneten 26 auf der Basis der Detektionssignale von dem radialen Sensor 30 und dem axialen Sensor 34 magnetisch in einen Schwebezustand bringt, und das in dem Steuersystem 36 installiert ist, das durch den Verbinder 42, der auf der Basis 19 angeordnet ist, und das Kabel 43 angeschlossen ist.
Da dieses Magnetlager die Rotorwelle 12 an der vorbestimmten Position halten kann, wird der Rotorabschnitt (die Rotorwelle 12 und der Rotorkörper 14) mit geringer Wahrscheinlichkeit mit der Statorwelle 15 und dem Statorkörper 18 in mechanischen Kontakt gebracht, wodurch die Erzeugung von Partikeln unterdrückt wird. Ferner kann durch die Verwendung dieses Magnetlagers auf Dichtungsöl oder dergleichen verzichtet werden, wodurch die Erzeugung von Gas beseitigt wird. Daher kann ein drehender Antrieb des Rotorabschnitts in einer sauberen Umgebung realisiert werden. Aus diesem Grund ist die Turbomolekularpumpe, die das Magnetlager verwendet, für den Fall geeignet, dass eine hohe Sauberkeit erforderlich ist, wie bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
In der Turbomolekularpumpe dieser Ausführungsform sind Fanglager 39a und 39b an dem unteren beziehungsweise oberen Abschnitt der Rotorwelle 12 angeordnet.
Normalerweise werden die Rotorwelle 12 und die daran montierten Komponenten zur Bildung des Rotorkörpers 14 von dem Magnetlager 20 während der Drehung in einem kontaktlosen Zustand gehalten. Die Fanglager 39a und 39b dienen als Schutzlager für die gesamte Vorrichtung, die den Rotorabschnitt anstelle des Magnetlagers 20 stützen, wenn es zu einem Aufprall kommt.
Daher ist jedes der Fanglager 39a und 39b so angeordnet, dass seine innere Lauffläche mit der Rotorwelle 12 in einem kontaktlosen Zustand ist.
Wenn in der Turbomolekularpumpe dieser Ausführungsform, die wie oben konstruiert ist, die Rotorwelle 12 gedreht wird, wird die Drehung der Rotorwelle 12 auf den Rotorkörper 14 übertragen, um den Rotorkörper 14 bei hoher Geschwindigkeit bei einem Nennwert (20000 bis 50000 U/min) zu drehen, und somit die Rotorschaufeln 141 bei hoher Geschwindigkeit zu drehen. Dadurch kann das Gas von der Einlassöffnung 38 durch die Rotorschaufeln 141 übertragen und aus der Auslassöffnung 49 abgegeben werden.
Während des drehenden Antriebs der Turbomolekularpumpe werden die Vibrationen durch das Versetzen des drehenden Magnetfeldes aufgrund der Erregung der Motorspule verursacht. Ferner können die Rotorwelle 12 und der Rotorkörper 14 aufgrund der Prozession und Nutation im konischen Modul beim Starten und Stoppen vibrieren. Die Vibrationen der Rotorwelle 12 werden im Allgemeinen durch das Magnetlager 20 korrigiert. Wenn jedoch das Rotorgleichgewicht nicht gut ist und die Rotationsverschiebung erhöht ist, versucht das Magnetlager die Rotationsverschiebung zu unterdrücken, wodurch eine große Steuerungsreaktion verursacht wird, die auf den Stator wirkt.
Da in diesem Fall die Statorwelle 15 an der Basis 16 mit einem dazwischen liegenden Zwischenraum befestigt ist, werden die Vibrationen zu der Basis 19 nur durch den Dämpfer 50 übertragen, der zwischen der Statorwelle 15 und der Basis 19 eingesetzt ist. Wenn die Statorwelle 15 an der Grenzfläche zu dem Dämpfer 50 vibriert wird, wird der Dämpfer 50 abhängig von den Vibrationen elastisch verformt, und die Verschiebung der Statorwelle 15 pflanzt sich nicht zu der Basis 19 fort. Das heißt, die Vibrationen werden von dem Dämpfer 50 absorbiert, um die Fortpflanzung der Vibrationen zu verringern. Daher wird die Basis 19 kaum durch die Vibrationen beeinträchtigt und in einem stationären Zustand gehalten.
Wenn die Statorwelle 15 dazu neigt, um mehr als δz axial an der Grenzfläche zu dem Dämpfer 50 verschoben zu werden, wird der feststehende Abschnitt 15b der Statorwelle 15 mit dem Flanschabschnitt 53d des ersten Führungselements 53 in Kontakt gebracht, wodurch die axiale Verschiebung der Statorwelle 15 begrenzt wird. Wenn die Statorwelle 15 dazu neigt, um mehr als δr' radial an der Grenzfläche zu dem Dämpfer 50 verschoben zu werden, wird der feststehende Abschnitt 15b der Statorwelle 15 mit dem zweiten Führungselement 55 in Kontakt gebracht, wodurch die radiale Verschiebung der Statorwelle 15 begrenzt wird.
Wie zuvor beschrieben, ist in der Turbomolekularpumpe dieser Ausführungsform der Dämpfer 50 als Vibrationsabsorptionselement zwischen dem feststehenden Abschnitt 15b der Statorwelle 15 und der Basis 19 eingesetzt, um die Statorwelle 15 verschiebbar im Bezug auf die Basis 19 zu stützen. Daher werden die Vibrationen, die durch die Spule 32 des Motors und das Magnetlager verursacht werden, von dem Dämpfer 50 von der Statorwelle 15 absorbiert und abgeschwächt, und pflanzen sich dann zu der Basis 19 und dem externen Behälter fort. Folglich ist es gemäß dieser Ausführungsform möglich, die Fortpflanzung der Vibrationen zu dem externen Behälter zu unterdrücken. Da es nicht notwendig ist, einen Dämpfer oder dergleichen hinzuzufügen, der in der verwandten Vorrichtung zwischen dem äußeren zylindrischen Abschnitt 16 und dem externen Behälter eingesetzt werden muss, kann die Fortpflanzung der Vibrationen auf raumsparende Weise unterdrückt werden. Da es des Weiteren unnötig ist, den Dämpfer während des Betriebs zu montieren und zu entfernen, können der höhere Arbeitsaufwand und die Kosten, die Instabilität in der Gasansaugleistung und die Minderung der Haltbarkeit, die mit der Verwendung des Dämpfers oder dergleichen verbunden sind, beseitigt werden.
In dieser Ausführungsform wird als Vibrationsabsorptionselement (Dämpfer 50) jenes verwendet, das eine natürliche Frequenz f hat, die die folgende Formel erfüllt: F = (f1 + f3)/2 ± (f1 – f3)/4wobei die natürlichen Frequenzen des Magnetlagers durch f1, f2 und f3 dargestellt sind.
Daher können die natürlichen Frequenzen so eingestellt werden, dass sie der natürlichen Frequenz des Dämpfers 50 nicht nahe sind. Daher ist es gemäß dieser Ausführungsform schwierig, die Rotationsverschiebung der Rotorwelle 12 im Bezug auf die externe Kraft, wie einem Erdbeben, zu erhöhen, und die Rotorwelle 12 und der Rotorkörper 14 können stabil im Bezug auf die Statorwelle 15 und den Statorkörper 18 gestützt werden.
In dieser Ausführungsform wird als Vibrationsabsorptionselement (Dämpfer 50) jenes verwendet, das aus Silikongel besteht, und daher kann die Rate der Vibrationsfortpflanzung, insbesondere von der niederen Frequenz, um eine oder mehr Größenordnungen verringert werden, und es ist möglich, die Fortpflanzung der Vibrationen deutlich zu unterdrücken.
Gemäß dieser Ausführungsform begrenzen das erste Führungselement 53 und das zweite Führungselement 55, die als Verschiebungsbegrenzungselement dienen, die Verschiebung der Statorwelle 12 im Bezug auf die Basis 19, und die Statorwelle 15 kann vertikal nur um δz sowohl in die Aufwärts- als auch Abwärtsrichtung (axiale Richtung) verschoben werden, und um δr' radial sowohl in die Einwärts- als auch Auswärtsrichtung. Selbst wenn die externe Kraft aufgrund eines Erdbebens oder anderer Faktoren wirken kann, wird die Statorwelle 15 im Bezug auf die Basis 19 nicht stark geneigt oder verschoben, wodurch die Kontaktbeschädigung zwischen Komponenten, wie der Kontakt der Statorschaufeln 181 mit den Rotorschaufeln 141, um diese zu beschädigen, beseitigt wird.
Übrigens sollte die Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die obengenannte Ausführungsform begrenzt sein, und kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung Abstand zu nehmen.
Obwohl zum Beispiel der Dämpfer 50, der als Vibrationsabsorptionselement dient, zwischen der Statorwelle 15 und der Basis 19 in der ersten, zuvor beschriebenen Ausführungsform eingesetzt ist, kann der Dämpfer 50 zwischen dem äußeren zylindrischen Abschnitt 16 und der Basis 19, nicht zwischen der Statorwelle 15 und der Basis 19 eingesetzt sein. In der Modifizierung, in der der Dämpfer 50 zwischen dem äußeren zylindrischen Abschnitt 16 und der Basis 19 eingesetzt ist, werden alle Vibrationen, die sich zu der Basis fortpflanzen durch das Vibrationsabsorptionselement abgeschwächt. Selbst wenn daher die Vibrationen sich von einer externen Vorrichtung, wie eine Rückpumpe, dorthin fortpflanzen, werden die fortgepflanzten Vibrationen abgeschwächt und pflanzen sich dann zu dem äußeren zylindrischen Abschnitt 16 fort. Daher können die Vibrationen, die nicht die Vibrationen an der Statorwelle 15 sind, abgeschwächt werden.
In der ersten Ausführungsform und der zuvor beschriebenen Modifizierung, sind die Dämpfer 50, die als Vibrationsabsorptionselement dienen, an mehreren Stellen angeordnet, die gleichmäßig um den Umfang zwischen dem feststehenden Abschnitt 15b der Statorwelle 15 und der Basis 19 verteilt sind. Das Vibrationsabsorptionselement kann jedoch vollständig zwischen dem feststehenden Abschnitt 15b und der Basis 19 eingesetzt sein.
In der ersten Ausführungsform und den zuvor beschriebenen Modifizierungen, besteht der Dämpfer 50, der als Vibrationsabsorptionselement dient, aus einem Silikongel, sollte aber nicht darauf beschränkt sein. Zum Beispiel kann der verwendete Dämpfer 50 aus einem Silikongummi, einer Vibrationen verhindernden Legierung, einem O-Ring, einer Feder oder dergleichen bestehen. Ferner kann er aus einem solchen Material bestehen, in dem eine Fluorbeschichtung auf das Silikongelmaterial laminiert ist. Da eine Acrylbeschichtung ausgezeichnete Wärmebeständigkeitseigenschaften hat, ist die Beschichtung kaum durch Wärme von der Motorspule 32 oder durch die Reibungswärme, die durch die Drehung der Rotorschaufeln 141 oder anderer Rotorabschnitte verursacht wird, zu beschädigen, wodurch eine ausgezeichnete Haltbarkeit geboten wird.
In der ersten Ausführungsform und den zuvor beschriebenen Modifizierungen, ragen die Rotorschaufeln 141 von der äußeren Umfangsfläche des Umfangswandabschnitts 14a nach außen. Die Rotorschaufeln können jedoch von der inneren Umfangsfläche des Umfangswandabschnitts 14a nach innen ragen, und der Statorkörper 18 kann radial innerhalb des Rotorkörpers 14 angeordnet sein.
Ferner wird in der ersten Ausführungsform und den zuvor beschriebenen Modifizierungen die Rotorwelle 12 von dem Magnetlager gestützt, aber die vorliegende Erfindung sollte nicht darauf beschränkt sein. Die Rotorwelle 12 kann von einem dynamischen Drucklager, einem statischen Drucklager oder jedem anderen Lager gestützt werden.
In der ersten Ausführungsform und den zuvor beschriebenen Modifizierungen ist die Vakuumpumpe als Turbomolekularpumpe mit den Rotorschaufeln 141 und den Statorschaufeln 181 konstruiert. Die Vakuumpumpe kann als Gewindepumpe konstruiert sein, in der eine Gewindenut in dem Rotorkörper 14 oder dem Statorkörper 18 angeordnet ist, um das Gas unter Nutzung der Viskosität des Gases zu übertragen, wenn der Rotorabschnitt gedreht wird, oder kann als zusammengesetzte Pumpe konstruiert sein, in der die Turbomolekularpumpe mit der Gewindepumpe kombiniert ist.
Anschließend wird eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf 5 bis 7 beschrieben.
5 ist eine axiale Schnittansicht, die die gesamte Anordnung einer Turbomolekularpumpe zeigt, die eine Ausführungsform (eine zweite Ausführungsform) der Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 5 dargestellt, enthält die Ausführungsform der Vakuumpumpe (der Turbomolekularpumpe): ein Flanschelement 71, das als Flanschabschnitt dient, das an einen externen Behälter angeschlossen wird und mit einer Einlassöffnung 71c zum Ansaugen des Gases ausgebildet ist, das in dem externen Behälter enthalten ist; ein äußeres zylindrisches Element 16, das als äußerer zylindrischer Abschnitt dient, von dem eine Seite an das Flanschelement 71 angeschlossen ist; eine Basis 19, die mit dem Ende an der anderen Seite des äußeren zylindrischen Elements 16 verbunden ist und gemeinsam mit dem Flanschelement 71 und dem äußeren zylindrischen Element 16 einen hohlen Abschnitt definiert, der mit dem Inneren des externen Behälters durch die Einlassöffnung 71c in Verbindung steht; eine Statorwelle 15 und einen Statorkörper 18, die als Statorabschnitt dienen, die von der Basis 19 gehalten werden, so dass sie in dem hohlen Abschnitt aufgenommen werden; und eine Rotorwelle 12 und einen Rotorkörper 14, die als Rotorabschnitt dienen, die in dem hohlen Abschnitt aufgenommen werden. Die Statorwelle 15 und die Basis 19 sind integral gebildet und das äußere zylindrische Element 16 wird feststehend von der Basis 19 gestützt.
Ein Magnetlager 20 ist bereitgestellt, das die Rotorwelle 12 und den Rotorkörper 14 im Bezug auf die Statorwelle 12 und den Statorkörper 18 drehbar stützt. Ein Motor 21 ist bereitgestellt, der die Rotorwelle 12 und den Rotorkörper 14, der von dem Magnetlager 20 gestützt wird, im Bezug auf die Statorwelle 15 und den Statorkörper 18 dreht.
In der Turbomolekularpumpe dieser Ausführungsform sind ein elastisches und/oder viskoses Element 54 und ein Blasebalg 57, der als Vibrationsabsorptionsmittel dient, das ein Vibrationsabsorptionsmaterial enthält, und ein Stützelement 73 zum Stützen des Vibrationsabsorptionsmittels an einem Verbindungsabschnitt angeordnet, der das Flanschelement 71 mit dem äußeren zylindrischen Element 16 verbindet. Die Elastizität und/oder Viskosität des Vibrationsabsorptionsmittels schwächt die fortgepflanzten Vibrationen.
Zur ausführlichen Beschreibung dieser Ausführungsform wird eine Auslassöffnung 49, die als Auslassöffnung zur Abgabe des Gases dient, das in dem hohlen Abschnitt enthalten ist, an der Basis 19 befestigt. Das elastische und/oder viskose Element 54 ist ein Gummielement, das aus einem Gummi besteht.
Das Flanschelement 71 ist als separates Element von dem äußeren zylindrischen Abschnitt 16 gebildet, und das Stützelement 73, das elastische und/oder viskose Element 54, das als Vibrationsabsorptionsmittel dient, und der Blasebalg 57, sind an dem Verbindungsabschnitt angeordnet, der das Flanschelement 71 mit dem äußeren zylindrischen Element 16 verbindet. Das Flanschelement 71 und das äußere zylindrische Element 16 sind durch das Stützelement 73, das elastische und/oder viskose Element 54 und den Blasebalg 57 miteinander verbunden.
Ferner ist in dieser Ausführungsform als Begrenzungsmittel zum Begrenzen einer Position des Flanschelements 71 auf einen vorbestimmten Bereich im Bezug auf das äußere zylindrische Element 16 eine Begrenzungsschraube 58 bereitgestellt, die fest in das Stützelement 73 geschraubt ist, sowie ein Kranz 59, der um den Schaft der Begrenzungsschraube 58 montiert ist und zwischen dem Kopf der Gewindeschraube 58 und dem Stützelement 73 angeordnet ist.
Der Statorkörper 18 und der Rotorkörper 14 werden von einem blattförmigen magnetischen Abschirmungselement 66 umschrieben, das radial außerhalb angeordnet ist. Das magnetische Abschirmungselement 66 ist entlang der inneren Umfangsfläche des äußeren zylindrischen Elements 16 angeordnet.
In der Folge wird diese Ausführungsform ausführlich beschrieben.
Das äußere zylindrische Element 16 besteht aus rostfreiem Stahl und ist so gestaltet, dass es einen Basisbefestigungsabschnitt 16a und einen Flanschelementstützabschnitt 16b hat, die jeweils radial von einem Umfang eines entsprechenden, anderen Endabschnitts eines hohlen Zylinders vorragen. Der Basisbefestigungsabschnitt 16a ist mit Schrauben an der Basis 19 befestigt.
6 ist eine axiale Schnittansicht, die Hauptabschnitte einschließlich des Flanschelements 71 zeigt.
Wie auch in 6 dargestellt, besteht das Flanschelement 71 aus einem Material, das dem Material (rostfreiem Stahl) des äußeren zylindrischen Elements 16 gleich oder ähnlich ist, und der Umfang von einem Endabschnitt in Zylinderform ragt radial nach außen und dient als Montageabschnitt 71a. Dieser Montageabschnitt 71a ist an dem Umfangsabschnitt des Auslassabschnittes des externen Behälters befestigt. Der Umfang des anderen Endabschnitts ist zu einem gestützten Abschnitt 71b gebildet. Der gestützte Abschnitt 71b ist zwischen dem Montageabschnitt 71a und dem äußeren zylindrischen Element 16 und über dem Flanschelementstützabschnitt 16b (der externen Behälterseite) des äußeren zylindrischen Elements 16 in axialer Richtung des Rotorelements und des äußeren zylindrischen Elements 16 angeordnet.
Ein peripherer Endabschnitt eines länglichen Abschnitts 73b des Stützelements 73 ist unter einem Auslassabschnitt 71c, einem peripheren Endabschnitt des Flanschelements 71 (d.h., in einer Basisseite in axialer Richtung des Rotorelements), angeordnet, und ein Durchgangsloch ist gebildet, das von dem peripheren Endabschnitt des länglichen Abschnitts 73b umschrieben wird. Dieses Durchgangsloch ist im Wesentlichen von derselben Größe wie die Auslassöffnung 71c des Flanschelements 71.
Ein Stützenbefestigungsabschnitt 73a des Stützelements 73 weist die Form eines Zylinders auf und ist auf dem oberen Abschnitt des Flanschelementstützabschnitts 16b des äußeren zylindrischen Elements 16 durch eine erste Isolierschicht 55 angeordnet, die als Isolierabschnitt dient. Der Stützenbefestigungsabschnitt 73a ist mit axialen Gewindelöchern an mehreren Stellen um den Umfang ausgebildet, und die erste Isolierschicht 55 ist mit Durchgangslöchern gebildet, deren Stellen den Gewindelöchern entsprechen. Kurze Schrauben 61, durch die Durchgangslöcher, die in der ersten Isolierschicht 55 gebildet sind, ohne mit dem Flanschelementstützabschnitt 16b in Kontakt zu gelangen, sind mit den Gewindelöchern verschrauben und in diesen befestigt, die durch den Stützenbefestigungsabschnitt 73a gebohrt sind. Eine zweite Isolierschicht 56 ist zwischen dem Kopf jeder kurzen Schraube 61 und dem Flanschelementstützabschnitt 16b eingesetzt. Bei dieser Anordnung ist die kurze Schraube 61 mit dem Stützelement 73 verschraubt, während sie von dem äußeren zylindrischen Element 16 elektrisch isoliert ist, wodurch der Stützenbefestigungsabschnitt 73a des Stützelements 73 an dem Flanschelementstützabschnitt 16b des äußeren zylindrischen Elements 16 befestigt wird.
Eine Endfläche des Stützenbefestigungsabschnitts 73a, gegenüber dem Flanschelementstützabschnitt 16b liegt dem gestützten Abschnitt 71b des Flanschelements 71 über dessen gesamtem Umfang gegenüber. Das ringförmige elastische und viskose Element 53 ist zwischen dem Stützenbefestigungsabschnitt 73a und dem gestützten Abschnitt 71b des Flanschelements 71 eingeklemmt. Als elastisches und viskoses Element 54 kann ein Silikongummi oder dergleichen verwendet werden.
Der Stützenbefestigungsabschnitt 73a des Stützelements 73 ist mit Gewindelöchern für den Gewindeeingriff mit den Begrenzungsschrauben ausgebildet, und sowohl das elastische und viskose Element 54 wie auch der gestützte Abschnitt 71b des Flanschelements 71 ist mit Löchern an Stellen gebildet, die den Stellen (denselben Stellen um den Umfang) entsprechen, wo die Gewindelöcher in dem Stützenbefestigungsabschnitt 73a gebildet sind. Die Löcher haben einen größeren Durchmesser als die Gewindelöcher. Eine Mehrzahl von ringförmigen, zusätzlichen elastischen und viskosen Elementen 64 sind an dem oberen Abschnitt des gestützten Abschnitts 71b des Flanschelements 71 gebildet, so dass ein Loch jedes zusätzlichen elastischen und viskosen Elements 64 mit zugehörigen Löchern des elastischen und viskosen Element 54 und des gestützten Elements 71b des Flanschelements 71 ausgerichtet ist.
Zylindrische Kränze 59 aus rostfreiem Stahl sind bereitgestellt, die jeweils lose in die Innenseiten der zugehörigen Löcher des zusätzlichen elastischen und viskosen Elements 64, des gestützten Elements 71b des Flanschelements 71 und des elastischen und viskosen Elements 54 eingesetzt sind.
7 ist eine Draufsicht, die die Turbomolekularpumpe dieser Ausführungsform von der Seite der Einlassöffnung 71 betrachtet zeigt.
Wie in 7 dargestellt, ist die Begrenzungsschraube 58 in das Gewindeloch des Stützenbefestigungsabschnitts 73a des Stützelements 73 eingeschraubt, während sie durch den Kranz 59 nach unten geht. Wie in 6 dargestellt, steht der Schraubenkopf durch einen Federring 75 und eine ebene Unterlegscheibe 74 mit dem Kranz 59 in Kontakt, so dass das Ausmaß, in dem die Begrenzungsschraube 58 eingeschraubt ist, begrenzt ist. Ein Abstand zwischen der ebenen Unterlegscheibe 74 und dem Stützenbefestigungsabschnitt 73a wird durch die axiale Länge des Kranzes 59 sichergestellt.
Daher ist der gestützte Abschnitt 71b des Flanschelements 71 so begrenzt, dass seine radiale Position innerhalb eines vorbestimmten Bereichs durch den zugehörigen Kranz 59 und die Begrenzungsschraube begrenzt ist, die lose in dessen Loch eingesetzt ist, und seine axiale Aufwärtsverschiebung (die Verschiebung zu dem externen Behälter) wird durch die ebene Unterlegscheibe 74 begrenzt. Das elastische und viskose Element 54, das zwischen dem gestützten Abschnitt 71b des Flanschelements 71 und dem Stützenbefestigungsabschnitt 73a des Stützelements 73 eingesetzt ist, stützt das Flanschelement 71 elastisch, so dass die viskose Reibung auf das Flanschelement 71 abhängig von dessen Bewegungsgeschwindigkeit im Bezug auf den Stützenbefestigungsabschnitt 73a wirkt.
Der Umfangsendabschnitt des länglichen Abschnitts 73b des Stützelements 73 befindet sich unter dem Umfangsabschnitt der Einlassöffnung 71c des Flanschelements 71 (d.h., in der Seite der Basis 19 in die axiale Richtung des Rotorelements), und ein Durchgangsloch ist definiert, das von dem Umfangsendabschnitt des länglichen Abschnitts 73b umschrieben ist. Dieses Durchgangsloch ist im Wesentlichen so groß wie die Einlassöffnung 71c des Flanschelements 71.
Ein O-Ring 62 ist zwischen dem Verbindungsabschnitt 73c, der in einer Wurzel (d.h., der Seite des Stützenbefestigungselements 37a) des länglichen Abschnitts 73 des Stützelements 73 ausgebildet ist, und dem Endabschnittsumfang des äußeren zylindrischen Elements 16 eingesetzt. Das Stützelement 73 ist mit dem äußeren zylindrischen Element 16 nur durch den O-Ring 62 und die erste Isolierschicht 55 verbunden, und andere Abschnitte des Stützelements 73 sind von dem äußeren zylindrischen Element 16 getrennt. Daher sind in dieser Ausführungsform das äußere zylindrische Element 16 und das Stützelement 73 durch den O-Ring 62, die erste Isolierschicht 55 und die zweiten Isolierschichten 56 elektrisch voneinander isoliert, wodurch das äußere zylindrische Element 16 elektrisch von dem externen Behälter isoliert wird.
Der Blasebalg 57 ist zwischen der Einlassöffnung 71c, dem Umfangsendabschnitt des Flanschelements 71 und dem Umfangsendabschnitt des Durchgangslochs des länglichen Abschnitts 73b angeordnet. Die Federkonstante des Blasebalgs 57 in die axiale Richtung des Rotorelements ist kleiner als die Federkonstante des elastischen und viskosen Elements 54 in die axiale Richtung des Rotorelements.
Die Einlassöffnung 71c des Flanschelements 71 ist mit dem hohlen Abschnitt des äußeren zylindrischen Elements 16 durch den Blasebalg 57, den länglichen Abschnitt 73b des Stützelements 73 und den O-Ring 62 verbunden.
Wie in 5 dargestellt, befindet sich die Rotorwelle 12 innerhalb der Statorwelle 15, und ist drehbar derart gestützt, dass ein Ende (ein oberer Abschnitt) frei aus dem Inneren der Statorwelle 15 ragt. Ein Magnet oder Magneten 33 eines Motors 21 sind an dem im Wesentlichen zentralen Abschnitt der Rotorwelle 12 in axialer Richtung befestigt.
Der Rotorkörper 15 hat einen im Wesentlichen zylindrischen Umfangswandabschnitt 14a, der so angeordnet ist, dass er den äußeren Umfang der Statorwelle 15 umschreibt, einen Stützabschnitt 14b, der einen hohlen Abschnitt des Umfangswandabschnitts 14a verschließt, und Rotorschaufeln 141, die an dem äußeren Umfang des Umfangswandabschnitts 14a befestigt sind. Der Stützabschnitt 14b ist an dem oberen Abschnitt der Rotorwelle 12 befestigt, der außerhalb der Statorwelle 15 frei liegt, so dass er gemeinsam mit der Rotorwelle 12 gedreht wird.
Die Rotorschaufeln 141 sind als mehrfache Stufen in axialer Richtung an dem Umfangswandabschnitt 14a angeordnet, und jede der Rotorschaufeln 141 ist mit einer Mehrzahl radial vorragender Schaufeln (Flügeln) gebildet. Jeder der Flügel ist in einem vorbestimmten Winkel geneigt, so dass die Seite des Einlassabschnittes 38 (die obere Seite in der Zeichnung) die Drehrichtungsseite ist und jeder Flügel auf die Gasmoleküle prallt, die zu der Seite der Auslassöffnung 49 bewegt werden sollen.
Die Statorwelle 15 ist mit einem zylindrischen Abschnitt 15a bereitgestellt, der integral auf der Basis 19 gebildet ist, so dass er im Bezug auf die Rotorschaufeln 141 koaxial ist.
Der zylindrische Abschnitt 15a erstreckt sich länglich von der Basis 19 in einen Zwischenraum zwischen dem Umfangswandabschnitt 14a des Rotorkörpers 14 und der Rotorwelle 12. Eine oder mehrere Spulen 32 des Motors sind an der inneren Umfangswand des zylindrischen Abschnitts 15a befestigt, so dass sie dem oder den Magneten 33 gegenüber liegen, und die Spule(n) 32, durch die Strom fließt, veranlasst (veranlassen) den beziehungsweise die Magneten 33, gemeinsam mit der Rotorwelle 12 zu drehen.
Der Statorkörper 18 hat Abstandshalter 180 und Statorschaufeln 181, von welchen jede an ihrer äußeren Umfangsseite von und zwischen entsprechenden benachbarten Abstandshaltern 180 gestützt wird, die zwischen entsprechenden benachbarten Stufen der Rotorschaufeln 141 angeordnet sind.
Die Abstandshalter 180, jeweils in Form eines Zylinders mit einem abgestuften Abschnitt, sind im Inneren des äußeren zylindrischen Elements 16 gestapelt.
In der Turbomolekularpumpe dieser Ausführungsform ist das magnetische Abschirmungselement 66 mit einer Dicke in der Größenordnung von 1/100 bis 1/10 mm zwischen dem äußeren zylindrischen Element 16 und den Abstandshaltern 180 angeordnet, um die Abstandshalter 180 zu umschreiben. Als magnetisches Abschirmungselement 66 kann jenes verwendet werden, das eine amorphe Legierung oder eine Nanokristalllegierung als weiches magnetisches Material verwendet. Das magnetische Abschirmungselement 66 kann zum Beispiel so gebildet werden, dass eine Mehrzahl von dünnen Magnetbändern, die aus der amorphen Legierung oder der Nanokristalllegierung bestehen, mit ihren Endabschnitten parallel angeordnet sind, die teilweise miteinander überlappen, um eine integrale Anordnung mit Harz zu bilden, und ein leitendes Element auf mindestens einer Oberfläche der integralen Anordnung angeordnet ist (siehe Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 1-87989).
Als ein Beispiel für die amorphe Legierung kann ein Material aus Cu1-Nb3-Si15-B6 (Atom-%), wobei der Rest Fe ist, ein Material aus Fe2-Mn2-Cr3-Si13-B9 (Atom-%), wobei der Rest Co ist, oder ein Material, das erhalten wird, indem jede dieser amorphen Legierungen einer Wärmebehandlung von nicht mehr als einer Kristallisierungstemperatur unterzogen wird, verwendet werden. Ein Beispiel für die Nanokristalllegierung ist ein Material, das erhalten wird, wenn die zuvor beschriebene amorphe Legierung der Wärmebehandelung von nicht weniger als der Kristallisierungstemperatur zur Bildung eines Feinkristalls unterzogen wird.
Die Statorschaufel 181 enthält einen äußeren ringförmigen Abschnitt, dessen äußerer Umfangsabschnitt teilweise von den Abstandshaltern 180 in Umfangsrichtung festgeklemmt wird, einen inneren ringförmigen Abschnitt, der innerhalb und koaxial zu dem äußeren ringförmigen Abschnitt ist, und eine Mehrzahl von Statorschaufeln (Flügeln), deren radiale Enden jeweils von dem äußeren und inneren ringförmigen Abschnitt radial mit einem vorbestimmten Winkelabstand dazwischen gestützt werden. Der Innendurchmesser des inneren ringförmigen Abschnitts ist größer als der Außendurchmesser des Umfangswandabschnitts 14a, so dass die innere Umfangsfläche des inneren ringförmigen Abschnitts der äußeren Umfangsfläche des Umfangswandabschnitts 14a mit einem Zwischenraum dazwischen gegenüber liegt.
Die Statorschaufel 181 ist um den Umfang in zwei Teile geteilt, so dass die Statorschaufel 181 zwischen den Rotorschaufeln 141 und 141 der benachbarten Stufen angeordnet werden kann. Die Statorschaufel 181 wird durch Herstellen einer dünnen Platte gebildet, die zum Beispiel aus rostfreiem Stahl oder Aluminiumstahl besteht und in zwei Teile geteilt wird, wobei aus jedem Teil ein Element mit einem halbkreisförmigen Außendurchmesserabschnitt und Abschnitte, die den Flügeln der Statorschaufel entsprechen, durch ein Ätzverfahren oder dergleichen herausgeschnitten oder abgetrennt werden, und die Abschnitte, die den Flügeln der Statorschaufel entsprechen, durch ein Pressverfahren gekrümmt werden, um einen vorbestimmten Winkel zu erreichen.
Die Statorschaufel 181 in jeder Stufe ist an ihrem äußeren ringförmigen Abschnitt durch die benachbarten Abstandshalter 180 um den Umfang festgeklemmt, so dass sie zwischen den Rotorschaufeln 141 gehalten wird.
In der Basis 19 ist eine Auslassöffnung 49 angeordnet, von welcher das Gas, das zwischen den Rotorschaufeln 141 und den Statorschaufeln 181 übertragen wird, nach außen abgegeben wird. Die Basis 19 ist mit einem Schaltungsplattenaufnahmeabschnitt 40 zur Aufnahme einer Schaltungsplatte ausgebildet. In dem Schaltungsplattenaufnahmeabschnitt 40 sind ein Drehzahlsensor 41 zum Erfassen einer Drehzahl der Rotorwelle 12 und anderer Komponenten eingebaut. Die Basis 19 ist mit einem Verbinder 42 ausgestattet, so dass ein Signal von dem Drehzahlsensor 41 zu einem Steuersystem 36 übertragen wird, das durch ein Kabel 43 angeschlossen ist.
Auf der Basis dieses Signals steuert das Steuersystem 36 die Drehung der Rotorwelle 12.
Die Turbomolekularpumpe dieser Ausführungsform ist ferner mit einem Magnetlager 20 zum Stützen der Rotorwelle 12 durch Magnetkraft bereitgestellt.
Das Magnetlager 20 ist als dreiachsiges gesteuertes Magnetlager gestaltet und hat einen radialen Elektromagneten 22 zum Anlegen einer radialen Magnetkraft an die Rotorwelle 12, einen radialen Sensor 30 zum Erfassen einer radialen Positionsverschiebung der Rotorwelle 12, einen axialen Elektromagneten 26 zum Anlegen einer axialen Magnetkraft an die Rotorwelle 12, eine Metallscheibe 31, auf die die axiale Kraft durch die axialen Elektromagneten 26 wirkt, und einen axialen Sensor 34, der im Inneren des Schaltungsplattenaufnahmeabschnitts 40 angeordnet ist, um eine axiale Verschiebung der Rotorwelle 12 zu erfassen.
Der radiale Elektromagnet 22 enthält zwei Paare von Elektromagneten (nur ein Paar ist in der Zeichnung dargestellt), die fest an der inneren Umfangsfläche der Statorwelle 15 angeordnet sind, so dass sie orthogonal zu dem anderen Paar liegen. Die Elektromagneten in jedem Paar sind an dem oberen Abschnitt der Rotorwelle 12 über dem Motor 21 angeordnet, und liegen einander gegenüber, wobei die Rotorwelle 12 dazwischen liegt.
Über den radialen Elektromagneten 22 sind zwei Paare radialer Sensoren 30 (von welchen nur ein Paar in der Zeichnung dargestellt ist), derart bereitgestellt, dass die radialen Sensoren 30 in jedem Paar einander gegenüber liegen, wobei die Rotorwelle 12 dazwischen liegt. Die zwei Paare der radialen Sensoren 30 sind derart angeordnet, dass ein Paar zu dem anderen Paar orthogonal ist, entsprechend den zwei Paaren der radialen Elektromagneten 22.
Durch Zuleiten von Erregerstrom zu dem radialen Elektromagneten 22 und dem axialen Elektromagneten 26 wird die Rotorwelle 12 magnetisch im Schwebezustand gehalten. Während des magnetischen Schwebezustandes wird der Erregerstrom zu dem radialen Elektromagneten 22 auf der Basis der Verschiebungsdetektionssignale von den radialen Sensoren 30 so gesteuert, dass die Rotorwelle 12 an einer vorbestimmten Position radial gehalten wird.
Die kreisförmige Metallscheibe 31, die aus einem magnetischen Material gebildet ist, ist an dem unteren Abschnitt der Rotorwelle 12 befestigt. Über der Metallscheibe 31 ist der axiale Elektromagnet 26 feststehend auf der Basis 19 befestigt. Der axiale Sensor 34 ist innerhalb des Schaltungsplatteaufnahmeabschnitts 40 angeordnet, so dass er dem unteren Endabschnitt der Rotorwelle 12 gegenüber liegt und die axiale Position der Rotorwelle 12 erfasst.
Der Erregerstrom zu dem axialem Elektromagneten 26 wird auf der Basis des Verschiebungsdetektionssignals von dem axialen Sensor 34 gesteuert, so dass die Rotorwelle 12 an einer vorbestimmten Position axial gehalten wird.
Das Magnetlager 20 ist mit einem Magnetlagersteuermittel bereitgestellt, das die Rotorwelle 12 durch eine Rückkopplungssteuerung von Erregerströmen zu dem radialen Elektromagneten 22 und dem axialen Elektromagneten 26 auf der Basis der Detektionssignale von dem radialen Sensor 30 und dem axialen Sensor 34 magnetisch in einen Schwebezustand bringt, und das in dem Steuersystem 36 installiert ist, das durch den Verbinder 42, der auf der Basis 19 angeordnet ist, und das Kabel 43 angeschlossen ist.
Da dieses Magnetlager die Rotorwelle 12 an der vorbestimmten Position halten kann, wird der Rotorabschnitt (die Rotorwelle 12 und der Rotorkörper 14) mit geringer Wahrscheinlichkeit mit der Statorwelle 15 und dem Statorkörper 18 während der Aktivierung des Magnetlagers in mechanischen Kontakt gebracht, wodurch die Erzeugung von Partikeln verhindert wird. Ferner kann durch die Verwendung dieses Magnetlagers auf Dichtungsöl oder dergleichen verzichtet werden, wodurch die Erzeugung von Gas beseitigt wird. Daher kann ein drehender Antrieb des Rotorabschnitts in einer sauberen Umgebung realisiert werden. Aus diesem Grund ist die Turbomolekularpumpe, die das Magnetlager verwendet, für den Fall geeignet, dass eine hohe Sauberkeit erforderlich ist, wie bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
In der Turbomolekularpumpe dieser Ausführungsform sind Fanglager 38 und 39 an den Seiten des unteren beziehungsweise oberen Abschnitts der Rotorwelle 12 angeordnet.
Normalerweise werden die Rotorwelle 12 und die daran montierten Komponenten zur Bildung des Rotorkörpers 14 von dem Magnetlager 20 während der Drehung in einem kontaktlosen Zustand gehalten. Die Fanglager 38 und 39 dienen als Schutzlager für die gesamte Vorrichtung, die den Rotorabschnitt anstelle des Magnetlagers 20 stützen, wenn es zu einem Aufprall kommt.
Daher ist jedes der Fanglager 38 und 39 so angeordnet, dass seine innere Lauffläche mit der Rotorwelle 12 in einem kontaktlosen Zustand ist.
In der Turbomolekularpumpe dieser Ausführungsform, die wie oben konstruiert ist, ist der Befestigungsabschnitt 71a des Flanschelements 71 an dem externen Behälter befestigt, und dann wird der Motor 21 angetrieben, um die Rotorwelle 12 und den Rotorkörper 14 gemeinsam zu drehen. Der Rotorkörper 14 wird bei hoher Geschwindigkeit bei einem Nennwert (20000 bis 50000 U/min) gedreht, und somit werden die Rotorschaufeln 141 bei hoher Geschwindigkeit gedreht. Dadurch kann das Gas von der Einlassöffnung 71c durch die Rotorschaufeln 141 übertragen und aus der Auslassöffnung 49 abgegeben werden.
Während des drehenden Antriebs der Turbomolekularpumpe werden die Vibrationen an der Spule 32 des Motors 21 und dem Kern der Spule 32 aufgrund des drehenden Magnetfeldes des Motors 21 erzeugt, und Vibrationen werden an der Spule des radialen Elektromagneten 22 und dem Kern der Spule aufgrund des Rotorungleichgewichts und eines dimensionalen Fehlers erzeugt. Diese Vibrationen pflanzen sich von der Statorwelle 15, an der die Spule 32, der Kern der Spule 32, die Spule des radialen Elektromagneten 22 und der Kern der Spule befestigt sind, zu der Basis 19 fort, und pflanzen sich weiter von der Basis 19 direkt oder durch Schrauben 161 zu dem äußeren zylindrischen Element 16 fort.
Wenn eine Rückpumpe an die Auslassöffnung 49 der Turbomolekularpumpe oder dergleichen angeschlossen ist, pflanzen sich Vibrationen oder dergleichen der Rückpumpe zu der Basis 19 durch ein Verbindungsrohr und die Auslassöffnung 49 oder durch den Boden, auf dem diese Pumpen errichtet sind, fort, und pflanzen sich weiter von der Basis 19 direkt oder durch die Schrauben 161 zu dem äußeren zylindrischen Element 16 fort.
Wenn diese Vibrationen von dem äußeren zylindrischen Element 16 zu dem Stützelement 73 übertragen werden, werden sie von dem elastischen und viskosen Element 54 und dem Blasebalg 57 abgeschwächt, und dann zu dem Flanschelement 71 übertragen.
Da das Flanschelement 71, wie zuvor beschrieben, das als separates Element von dem äußeren zylindrischen Element 16 gebildet ist, in dieser Ausführungsform an dem äußeren zylindrischen Element 16 durch das elastische und viskose Element 54 und den Blasebalg 57 gehalten wird, werden sowohl die Vibrationen, die durch den Motor und das Magnetlager innerhalb der Pumpe während des Antriebs der Turbomolekularpumpe erzeugt werden, wie auch die Vibrationen, die durch die externen Faktoren, wie Vibrationen, die sich von der Rückpumpe oder anderen Elementen fortpflanzen, erzeugt werden, durch das elastische und/oder viskose Element 54 und den Blasebalg 57 abgeschwächt und pflanzen sich dann zu dem Flanschelement 71 fort. Folglich kann das Fortpflanzen von Vibrationen von dem äußeren zylindrischen Element 16 zu dem externen Behälter verringert werden, um dadurch die Vibrationen an dem externen Behälter zu unterdrücken.
In dieser Ausführungsform ist das Flanschelement 71 als separates Element von dem äußeren zylindrischen Element 16 gebildet und wird durch das Stützelement 73 und dem elastischen und/oder viskosen Element 54 durch das äußere zylindrische Element 16 gestützt. Daher ist in dieser Ausführungsform ein Element (das elastische und/oder viskose Element 54) zur Abschwächung der Vibrationen von dem äußeren zylindrischen Element 16 zu dem externen Behälter angeordnet, und das Flanschelement 71 wird im Bezug auf den äußeren zylindrischen Abschnitt 16 an der außen liegenden Stelle in radialer Richtung des Rotorelements gehalten. Daher ist die Größe in axialer Richtung im Vergleich zu einem Fall nicht erhöht, in dem ein elastisches und/oder viskoses Element, wie ein Dämpfer, zwischen dem Flansch, der an dem äußeren zylindrischen Element 16 ausgebildet ist, und dem externen Behälter angeordnet ist, wie nach dem Stand der Technik.
Da in dieser Ausführungsform die Fortpflanzung der Vibrationen von dem äußeren zylindrischen Element 16 durch das elastische und/oder viskose Element 54 in der Turbomolekularpumpe verringert ist, ist es nicht notwendig, ein Vibrationsunterdrückungselement anzubringen. Daher kommt es zu keiner Erhöhung im Arbeitsaufwand und in den Kosten zur Befestigung des Vibrationsabschwächungselements zwischen dem externen Behälter und der Turbomolekularpumpe, zu keiner Instabilität der Gasansaugleistung und Abnahme in der Haltbarkeit in Verbindung mit der Befestigung des Vibrationsschwächungselements zwischen dem externen Behälter und der Turbomolekularpumpe oder dergleichen.
Durch gemeinsame Verwendung eines Vibrationsabsorptionselements zwischen dem externen Behälter und der Turbomolekularpumpe kann die Fortpflanzung der Vibrationen weiter verringert werden.
In dieser Ausführungsform sind das elastische und/oder viskose Element 54, das aus dem elastischen und viskosen Material besteht, und der Blasebalg 57, der aus dem elastischen Element besteht, zwischen dem Flanschelement 71 und dem äußeren zylindrischen Abschnitt 16 nebeneinander angeordnet und die Fortpflanzung der Vibrationen von dem äußeren zylindrischen Abschnitt 16 zu dem Flanschelement 71 wird durch ein Feder-Dämpfer-System der Vibrationstechnik verringert.
Da in dieser Ausführungsform zwei Arten elastischer Mechanismen (das elastische und/oder viskose Element 54 und der Blasebalg 57) mit entsprechenden verschiedenen Federkonstanten nebeneinander angeordnet sind, und der Blasebalg 57 in der Gasdurchgangsseite angeordnet ist, kann das Flanschelement 71 an dem äußeren zylindrischen Abschnitt 16 von dem Feder-Dämpfer-System gestützt werden, das durch das elastische und/oder viskose Element 54 und den Blasebalg 57 konstruiert ist, während die Gasdurchgangsseite von der Außenseite durch den Blasebalg 57 hermetisch abgedichtet ist. Folglich ist es möglich, die Fortpflanzung der Vibrationen von dem äußeren zylindrischen Abschnitt 16 zu dem externen Behälter zu verringern, während eine ausgezeichnete Vakuumeffizienz aufrecht erhalten bleibt. Ferner sind in dieser Ausführungsform das elastische und/oder viskose Element 54 mit einer großen Federkonstante und der Blasebalg 57 mit einer kleinen Federkonstante nebeneinander angeordnet. Selbst wenn daher der Motor 21 angetrieben wird, um den Druck innerhalb des äußeren zylindrischen Abschnitts 16 zu verringern, und die axiale Last aufgrund des atmosphärischen Drucks auf den Blasebalg 57 wirkt, wird ein Zusammenziehen des Blasebalgs 57 über ein annehmbares Maß verhindert, und somit kann die Beschädigung des Blasebalgs 57 vermieden werden. Ferner sind die Einlassöffnung 71c des Flanschelements 71 und der längliche Abschnitt 73b des Stützelements 73 mit dem Blasebalg 57 in einem hermetisch abgedichteten Zustand durch Schweißen oder dergleichen verbunden. Daher ist der abgedichtete Gasdurchgang zwischen dem Flanschelement 71 und dem Stützelement 73 ausgebildet, wodurch sicher verhindert wird, dass die Moleküle des elastischen und/oder viskosen Elements 54 und anderer Komponenten, und das externe Gas in das Innere der Pumpe eingemischt werden.
In dieser Ausführungsform ist die Verschiebung des Flanschelements 71 im Bezug auf das äußere zylindrische Element 16 auf einen vorbestimmten Bereich beschränkt. Selbst wenn daher eine große Last aufgrund zum Beispiel des Bruchs des Rotorelements (der Rotorschaufeln 141, des Umfangswandabschnitts 14a und der Rotorwelle 12 in dieser Ausführungsform) während der Drehung verursacht wird, wird das Flanschelement 71 kaum von dem Stützelement 73 wegbewegt, und die Turbomolekularpumpe dieser Ausführungsform wird mit geringerer Wahrscheinlichkeit von dem externen Behälter entfernt und unabhängig herumbewegt. Somit kann eine hohe Sicherheit garantiert werden.
Da in dieser Ausführungsform das blattförmige Abschirmungselement 66 zwischen dem äußeren zylindrischen Abschnitt 16 und den Abstandshaltern 180 angeordnet ist, ist es möglich, das externe Lecken der Magnetfelder durch die Spule 32 des Motors 21, die auf der Statorwelle 15 angeordnet ist, des radialen Elektromagneten 22 des Magnetlagers 20, des radialen Sensors 30 und des Magneten 33 des Motors 21, der an der Rotorwelle 12 befestigt ist, zu beseitigen. Da ferner das magnetische Abschirmungselement 66 außerhalb des Statorelements und Rotorelement angeordnet ist und zu den zuvor beschriebenen Komponenten, die die Magnetfelder erzeugen, mit einem bestimmten Abstand liegt, kann das Lecken der Magnetfelder effektiv beseitigt werden, während die Dicke verringert ist. Daher können die Kosten des magnetischen Abschirmungselements 66 und des dafür bestimmten Einbauabstandshalters verringert werden. In dieser Ausführungsform ist das magnetische Abschirmungselement unter Verwendung eines Zwischenraums angeordnet, der zwischen dem äußeren zylindrischen Element 16 und den Abstandshaltern 180 nach dem Stand der Technik vorhanden ist. Da ferner das magnetische Abschirmungselement 66 innerhalb des äußeren zylindrischen Elements 16 angeordnet ist, wird das äußere zylindrische Element 16 vor der Außenseite der Pumpe durch das äußere zylindrische Element 16 geschützt und somit mit geringerer Wahrscheinlichkeit beschädigt.
In dieser Ausführungsform isolieren der O-Ring 62, die erste Isolierschicht 55 und die zweite Isolierschicht 56 das äußere zylindrische Element 16 elektrisch von dem Stützelement 73, wodurch das äußere zylindrische Element 16 von dem Flanschelement 71 elektrisch isoliert ist. Daher ist es möglich, die Fortpflanzung elektrischen Rauschens zu dem externen Behälter zu unterdrücken, das durch Änderungen von Strömen, die durch die Spule 32 des Motors und den radialen Elektromagneten 22 und den axialen Elektromagnet 26 des Magnetlagers 20 fließen, oder durch das rotierende Magnetfeld des Magneten 33 induziert wird.
Wie zuvor beschrieben, ist diese Ausführungsform so gestaltet, dass die Fortpflanzung aller Vibrationen, das Lecken der Magnetfelder, und das elektrische Rauschen zu einer Vakuumvorrichtung unterdrückt werden, die zu einer Senkung der Leistung, der Zuverlässigkeit und der Nutzungsdauer der Vakuumvorrichtung führen können, wenn die Turbomolekularpumpe an die Vakuumvorrichtung eines elektronischen Mikroskops oder dergleichen angeschlossen ist.
Zusätzlich sollte die Vakuumpumpe der vorliegenden Erfindung nicht auf die obengenannte zweite Ausführungsform beschränkt sein, und die Konfiguration, die Größe, das Material, die Anordnung oder dergleichen jeder Komponente/jedes Mittels können passend modifiziert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung Abstand zu nehmen.
Obwohl zum Beispiel das Stützelement 73, das als Stützmittel dient, in der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform an der äußeren Umfangsseite des äußeren zylindrischen Elements 16 befestigt ist, kann das Stützmittel an der inneren Umfangsseite des äußeren zylindrischen Elements 16 befestigt sein. In diesem Fall können unter Verwendung eines Raums, der nach dem Stand der Technik vorhanden ist und sich von der Einlassöffnung zu dem Rotorabschnitt und dem Statorabschnitt erstreckt, das Stützelement 73, das elastische und viskose Element 54 und das Verbindungselement (der Blasebalg 57) angeordnet werden, um die Größenzunahme in axialer Richtung zu unterdrücken.
In der zweiten Ausführungsform und deren zuvor beschriebener Modifizierung werden das Stützelement 73 und das elastische und viskose Element 54, das aus dem elastischen und viskosen Material besteht, als Stützmittel verwendet, und der Blasebalg 57 wird als Verbindungsmittel verwendet. Der Blasebalg 57 bräuchte jedoch nicht verwendet werden, und statt dessen können das Stützelement 73 und das elastische und viskose Element 54 zusätzlich die Funktion des Verbindungselements haben. Ferner könnte nur der Blasebalg verwendet werden, ohne das elastische und viskose Element 54 zu verwenden.
In der zweiten Ausführungsform und deren zuvor beschriebenen Modifizierungen ragen die Rotorschaufeln 141 von der äußeren Umfangsfläche des Umfangswandabschnitts 14a nach außen. Die Rotorschaufeln können jedoch von der inneren Umfangsfläche des Umfangswandabschnitts 14a nach innen ragen, und der Statorkörper 18 kann radial innerhalb des Rotorkörpers 14 angeordnet sein.
Ferner wird in der zweiten Ausführungsform und deren zuvor beschriebenen Modifizierungen die Rotorwelle 12 von dem Magnetlager gestützt, aber die vorliegende Erfindung sollte nicht darauf beschränkt sein. Die Rotorwelle 12 kann durch ein dynamisches Drucklager, ein statisches Drucklager oder jedes andere Lager gestützt werden.
In der zweiten Ausführungsform und deren zuvor beschriebenen Modifizierungen ist die Vakuumpumpe als Turbomolekularpumpe mit den Rotorschaufeln 141 und den Statorschaufeln 181 konstruiert. Die Vakuumpumpe kann als Gewindepumpe konstruiert sein, in der eine Gewindenut in dem Rotorkörper 14 oder dem Statorkörper 18 angeordnet ist, um das Gas unter Nutzung der Viskosität des Gases zu übertragen, wenn der Rotorabschnitt gedreht wird, oder kann als zusammengesetzte Pumpe konstruiert sein, in der die Turbomolekularpumpe mit der Gewindepumpe kombiniert ist.
In der zweiten Ausführungsform und deren zuvor beschriebenen Modifizierungen werden das elastische und/oder viskose Element 54, das aus einem Gummi gebildet ist, und der Blasebalg 57 als Vibrationsabsorptionsmittel verwendet, aber das Vibrationsabsorptionsmittel sollte nicht darauf beschränkt sein. Ein Federelement oder ein Gelelement, das aus einem Gelmaterial gebildet ist, kann als Vibrationsabsorptionsmittel verwendet werden. Als Federelement kann eine Blattfeder, eine Schraubenfeder, eine Scheibenfeder oder dergleichen verwendet werden. Als Gelelement kann ein Gelelement, das aus einem Gelmaterial, wie Silikon, oder dergleichen gebildet ist, verwendet werden.
In der zweiten Ausführungsform und deren zuvor beschriebenen Modifizierungen werden das Flanschelement 71, das als Flanschabschnitt dient, und das äußere zylindrische Element 16, das als äußerer zylindrischer Abschnitt dient, als einzelne Elemente gebildet, und das elastische und viskose Element 54, das als Vibrationsabsorptionsmittel dient, ist an dem Verbindungsabschnitt angeordnet, wo das Flanschelement 71 mit dem äußeren zylindrischen Abschnitt 16 verbunden ist. Das Vibrationsabsorptionsmittel kann zusätzlich zu dem Verbindungsabschnitt oder anstelle desselben zwischen dem Flanschelement und dem äußeren zylindrischen Abschnitt, an einer oder mehren Stellen angeordnet sein, einschließlich des Flanschabschnitts, des äußeren zylindrischen Abschnitts, der Basis, des Statorabschnitts, des Verbindungsabschnitts zwischen dem äußeren zylindrischen Abschnitt und der Basis, und dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Statorabschnitt und der Basis. In dem Fall, wo das Vibrationsabsorptionsmittel an einer oder mehreren Stellen angeordnet ist, die nicht der Verbindungsabschnitt zwischen dem Flanschabschnitt und dem äußeren zylindrischen Abschnitt sind, können der Flanschabschnitt und der äußere zylindrische Abschnitt integral miteinander gebildet sein.
Wie zuvor beschrieben kann gemäß der Vakuumpumpe des ersten bis zwölften Aspekts der vorliegenden Erfindung die Fortpflanzung der Vibrationen zu dem externen Behälter verringert werden, ohne den Dämpfer zu verwenden, der außerhalb der Vakuumpumpe bereitgestellt ist.
Gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Fortpflanzung der Vibrationen von dem äußeren zylindrischen Abschnitt zu dem Flanschabschnitt zu unterdrücken, und die Verschiebung des Flanschelements auf den vorbestimmten Bereich im Bezug auf den äußeren zylindrischen Abschnitt zu begrenzen. Selbst wenn eine große Schlagkraft, wie der Bruch des Rotorelements, während der Drehung auftritt, ist daher die Wahrscheinlichkeit, dass das Flanschelement von dem Stützelement verschoben wird, geringer, und die Turbomolekularpumpe wird mit geringerer Wahrscheinlichkeit von dem externen Behälter entfernt und unabhängig herumbewegt. Somit kann eine hohe Sicherheit garantiert werden.
Gemäß dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das externen Lecken des Magnetflusses zu beseitigen, währen eine Größenzunahme und Kostenerhöhung unterdrückt wird.
Gemäß dem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Fortpflanzung des elektrischen Rauschens zu dem externen Behälter zu unterdrücken.

Claims

Vakuumpumpe, umfassend: einen äußeren zylindrischen Abschnitt (16), der an einen externen Behälter anzuschließen ist, wobei der äußere zylindrische Abschnitt einen Endabschnitt aufweist, der mit einer Einlassöffnung (38) bereitgestellt ist, durch die ein Gas in dem externen Behälter angesaugt wird; einen Rotorabschnitt (12, 14), der drehbar in dem äußeren zylindrischen Abschnitt aufgenommen ist; einen Statorabschnitt (15, 18), der in dem äußeren zylindrischen Abschnitt angeordnet ist, wobei der Statorabschnitt und der Rotorabschnitt gemeinsam einen Übertragungsabschnitt definieren, um das Gas, das durch die Einlassöffnung angesaugt wird, zu übertragen; ein Magnetlager (20) zum schwebenden Stützen des Rotorabschnitts; einen Motorabschnitt (32, 33) zum drehenden Antreiben des Rotorabschnitts; und eine Basis (19), die den äußeren zylindrischen Abschnitt und den Statorabschnitt an dem anderen Endabschnitt des äußeren zylindrischen Elements stützt, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren umfasst: ein Vibrationsabsorptionselement (50), das zwischen mindestens einem von dem äußeren zylindrischen Abschnitt und dem Statorabschnitt und der Basis eingesetzt ist, zum verschiebbaren Stützen von mindestens einem von dem äußeren zylindrischen Abschnitt und dem Statorabschnitt im Bezug auf die Basis, dadurch gekennzeichnet, dass das Vibrationsabsorptionselement (50) eine natürliche Frequenz F hat, die die folgende Formel erfüllt: F = (f1 + f3)/2 ± (f1 – f3)/4wobei f1, f2 und f3 eine natürliche Nutationsfrequenz im konischen Modus, eine natürliche Frequenz im parallelen Modus beziehungsweise eine natürliche Kreisfrequenz im konischen Modus angeben, wenn der Rotorabschnitt bei einer Nenndrehzahl gedreht wird.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1, wobei das Vibrationsabsorptionselement ein Silikongel enthält.
Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Vibrationsabsorptionselement zwischen dem Statorabschnitt und der Basis eingesetzt ist, und die Vakuumpumpe des Weiteren ein Verschiebungsbegrenzungselement zum Begrenzen eines Bereichs enthält, in dem der Statorabschnitt im Bezug auf die Basis verschiebbar ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 3, wobei: der Statorabschnitt einen vorstehenden Abschnitt (15b) enthält, der im Wesentlichen parallel zu einer Ebene vorsteht, die durch die Basis definiert ist; eine Mehrzahl von Begrenzungsöffnungen um den Umfang in dem vorstehenden Abschnitt ausgebildet sind; das Verschiebungsbegrenzungselement Begrenzungsschrauben (51) und Begrenzungselemente (53b) enthält, wobei die Begrenzungsschrauben aus einem Material gebildet sind, das eine höhere Steifigkeit als jenes des Vibrationsabsorptionselements hat, wobei jede der Begrenzungsschrauben lose in die entsprechende Begrenzungsöffnung eingesetzt ist, während ihr vorderes Ende an dem Statorabschnitt befestigt ist; und jedes der Begrenzungselemente Folgendes aufweist: einen Begrenzungszylinder (53c), der um einen Schaft jeder der Begrenzungsschrauben befestigt ist, und der von der Umfangsfläche jeder der Begrenzungsöffnungen des vorstehenden Abschnitts beabstandet ist; und zwei Scheibenabschnitte (53d), die sich von den entsprechenden Endabschnitten des Begrenzungszylinders nach außen erstrecken und einander gegenüberliegend im Bezug auf den vorstehenden Abschnitt angeordnet sind, während sie von dem vorstehenden Abschnitt beabstandet sind.
Vakuumpumpe, umfassend: einen Flanschabschnitt (71), der an einen externen Behälter anzuschließen ist, wobei der Flanschabschnitt eine Einlassöffnung (71c) aufweist, durch die ein Gas in dem externen Behälter angesaugt wird; einen äußeren zylindrischen Abschnitt (16), von dem eine Endseite mit dem Flanschabschnitt (71) verbunden oder integral ausgebildet ist; eine Basis (19), die mit der anderen Endseite des äußeren zylindrischen Abschnitts verbunden ist, wobei die Basis (19), der Flanschabschnitt (71) und der äußere zylindrische Abschnitt (16) gemeinsam einen hohlen Abschnitt definieren, der mit einem Inneren des externen Behälters durch die Einlassöffnung in Verbindung steht; einen Statorabschnitt (15, 18), der an der Basis gestützt wird und in dem hohlen Abschnitt aufgenommen ist; einen Rotorabschnitt (12, 14), der in dem hohlen Abschnitt aufgenommen ist; ein Lager (20), das den Rotorabschnitt im Bezug auf den Statorabschnitt drehbar stützt; einen Motorabschnitt (21) zum drehenden Antreiben des Rotorabschnitts, der von dem Lager gestützt wird, im Bezug auf den Statorabschnitt; dadurch gekennzeichnet, dass ein Vibrationsabsorptionsmittel (54, 57), das ein Material mit Vibrationsabsorptionseigenschaft zur Verringerung der Fortpflanzung einer Vibration unter Nutzung elastischer und/oder viskoser Eigenschaften, enthält, wobei das Vibrationsabsorptionsmittel mindestens an einem von dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt, der Basis, dem Statorabschnitt und Verbindungsabschnitten, die jeweils zwei Elemente verbinden, die aus dem Flanschabschnitt (71), dem äußeren zylindrischen Abschnitt (16) und der Basis (19) ausgewählt sind, angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 5, wobei der äußere zylindrische Abschnitt eine Auslassöffnung aufweist, durch die das Gas in dem hohlen Abschnitt abgegeben wird; und das Vibrationsabsorptionsmittel mindestens an einem von dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt und an dem Verbindungsabschnitt, der den äußeren zylindrischen Abschnitt mit dem Flanschabschnitt verbindet, angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 5 oder 6, wobei: die Basis eine Auslassöffnung hat, durch die das Gas in dem hohlen Abschnitt abgegeben wird; und das Vibrationsabsorptionsmittel mindestens an einem von dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt, der Basis und Verbindungsabschnitten, die jeweils zwei Elemente verbinden, die aus dem Flanschabschnitt, dem äußeren zylindrischen Abschnitt und der Basis ausgewählt sind, angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 5, wobei das Vibrationsabsorptionsmittel mindestens eines von einem Federelement, einem Gummielement, das aus einem Gummi gebildet ist, einem Gelelement, das aus einem Gelmaterial gebildet ist, und einem Blasebalg enthält.
Vakuumpumpe nach Anspruch 5, wobei: der Flanschabschnitt von dem äußeren zylindrischen Abschnitt getrennt ist; und das Vibrationsabsorptionsmittel an dem Verbindungsabschnitt angeordnet ist, der den Flanschabschnitt mit dem äußeren zylindrischen Abschnitt verbindet.
Vakuumpumpe nach Anspruch 9, des Weiteren umfassend: Begrenzungsmittel (58) zum Begrenzen einer Position des Flanschabschnitts auf einen vorbestimmten Bereich im Bezug auf den äußeren zylindrischen Abschnitt.
Vakuumpumpe nach Anspruch 5, des Weiteren umfassend: ein magnetisches Abschirmungselement (66) in Form eines Blattes, das radial nach außen an dem Statorabschnitt und dem Rotorabschnitt angeordnet ist, um den Statorabschnitt und den Rotorabschnitt zu umschreiben, und das entlang einer inneren Umfangsfläche des äußeren zylindrischen Abschnitts angeordnet ist.
Vakuumpumpe nach Anspruch 5, des Weiteren umfassend: einen Isolierabschnitt (55), der aus einem stark elektrisch isolierenden Widerstandsmaterial gebildet ist, das an dem Verbindungsabschnitt angeordnet ist, der den äußeren zylindrischen Abschnitt mit dem Flanschabschnitt verbindet.