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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe, wie beispielsweise
eine Turbomolekularpumpe, welche mittels der Drehung ihres Rotors
ein Vakuum erzeugt, und welche bei Halbleiterherstellungsvorrichtungen,
Elektronenmikroskopen, Oberflächenanalysevorrichtungen,
Massenspektrometern, Teilchenbeschleunigern und bei experimentalen Vorrichtungen
zur nuklearen Fusion verwendet wird.
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2. Beschreibung des zugehörigen Fachgebiets
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Ein
Prozess, wie beispielsweise ein Trockenätzverfahren oder Abscheidung
aus der Gasphase (CVD, "chemical
vapor deposition")
von Halbleiterherstellungsverfahren muss z. B. in einer Vakuumumgebung
durchgeführt
werden, und eine Vakuumpumpe, wie beispielsweise eine Turbomolekularpumpe,
welche einen Hochgeschwindigkeits-Rotor aufweist, wird verwendet,
um ein derartiges Vakuum zu erzeugen.
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Eine
herkömmliche
Vakuumpumpe ist z. B. in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung
Nr. Hei 4-52644 (Kokai-Veröffentlichungsnr.
Hei 6-14491) offenbart. Bei dieser Art von Vakuumpumpen steht, wie
in 7 gezeigt, ein Gasansauganschluss 2 im
oberen Abschnitt eines Pumpengehäuses 1 in
Verbindung mit einem Abgasauslass 21 einer Vakuumkammer 200.
Bei dieser Verbundstruktur ist ein Flanschabschnitt 1a,
der um den oberen Rand des Pumpengehäuses 1 vorgesehen
ist, an der Vakuumkammer 200 mit einem Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzen 30 angebracht
und fixiert.
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Insbesondere
sind mehrere Befestigungsbolzenlöcher 22 in
gleichen Abständen
angeordnet und um den Kammer-Abgasauslass 21 der Vakuumkammer 200 gebildet,
während
der Flanschabschnitt 1a der Vakuumpumpe 100 derart
gebildet ist, dass er den Gasansauganschluss 2 umgibt,
und Bolzenlöcher 3 sind
in gleichen Abständen
angeordnet und derart am Flanschabschnitt 1 gebildet, dass
sie mehreren Pumpenbefestigungsbolzenlöchern 22 entsprechen.
Der Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzen 30 wird
von der unteren Seite des Flanschabschnitts 1a eingefügt und durch
jedes Bolzenloch 3 in die Pumpenbefestigungsbolzenlöcher 22 geschraubt,
wodurch er die Vakuumkammer 200 an der Vakuumpumpe 100 anbringt
und fixiert.
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Die
Lücke zwischen
dem Schaft jedes Befestigungsbolzens 30 und der Innenwand
des entsprechenden Befestigungsbolzenlochs 3 wird gemäß den üblichen
standardisierten Größen eines
Bolzens und eines Bolzenloches festgesetzt. Zum Beispiel ist das Bolzenloch 3 so
gebildet, dass es einen Durchmesser von 11 mm aufweist, wenn der
Schaft des Bolzens 30 einen Durchmesser von 10 mm aufweist.
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Ein
Bodenbauteil 4, welches vom Pumpengehäuse 1 getrennt ist,
ist an der Unterseite des Pumpengehäuses 1 vorgesehen. Ähnlich der
Verbundstruktur zwischen der Vakuumpumpe 100 und der Vakuumkammer 200 wird
die Verbindung zwischen dem getrennten Bodenbauteil 4 und
dem Pumpengehäuse 1 dadurch
durchgeführt,
dass ein Bodenbefestigungsabschnitt 1b in Form eines Flansches,
der am unteren Rand des Pumpengehäuses 1 gebildet ist,
durch Bolzen (nicht gezeigt) an dem getrennten Bodenbauteil 4 angebracht
und fixiert ist.
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In
der Vakuumpumpe 100, welche an der Vakuumkammer 200 angebracht
und fixiert ist, dreht sich die Rotorwelle 5 mit hoher
Geschwindigkeit zusammen mit dem Rotor 6 und den Rotorblättern 7, wenn
die Vakuumpumpe 100 in Betrieb ist. Bei dieser Struktur
bewirkt die Interaktion zwischen den Rotorblättern 7, die sich
mit hoher Geschwindigkeit drehen, und den Statorblättern 8,
und die weitere Interaktion zwischen dem Rotor 6, der sich
mit hoher Geschwindigkeit dreht, und dem Schraubenstator 10, welcher
Schraubennuten 10a aufweist, dass Gasmoleküle in der
Vakuumkammer 200 den Gasansauganschluss 2 und
anschließend
das Pumpengehäuse 1 passieren
und schließlich
aus dem Pumpenabgasauslass 11 ausgelassen werden.
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Üblicherweise
wird eine leichte Legierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung,
als das strukturelle Material des Rotors 6, der Rotorblätter 7, der
Statorblätter 5,
usw. verwendet, die die Vakuumpumpe 100 bilden, da die
Aluminiumlegierung sehr gut maschinell bearbeitbar ist und ohne
Schwierigkeiten präzise
bearbeitet werden kann. Die Härte
einer Aluminiumlegierung ist allerdings verglichen mit anderen Materialien,
die als strukturelle Materialien verwendet werden, relativ niedrig,
und demgemäß kann eine
Aluminiumlegierung in Abhängigkeit
der Betriebsbedingungen einen Dehnungsbruch verursachen. Es kann
ebenfalls ein spröder
Bruch auftreten, der hauptsächlich
dadurch verursacht wird, dass sich eine Beanspruchung im unteren
Abschnitt des Rotors 2 konzentriert, wenn die Vakuumpumpe
in Betrieb ist.
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Bei
der herkömmlichen
Vakuumpumpe 100, welche die oben beschriebene Struktur
aufweist, kann, wenn z. B. in dem sich mit hoher Geschwindigkeit
drehenden Rotor 6 ein spröder Bruch auftritt und ein
Teil des Rotors 6 auf den Schraubenstator 10 aufprallt,
der Schraubenstator 10 eine derartige Stoßbelastung
nicht absorbieren, bewegt sich daher radial und prallt auf ein Bodenbauteil 4 auf,
da der Schraubenstator 10 für eine durch diesen Aufprall
verursachte Stoßbelastung
eine nicht ausreichende Stärke
aufweist. Demgemäß erzeugt
diese Stoßbelastung
ein hohes Rotationsdrehmoment (im Folgenden als "schädliches
Drehmoment" bezeichnet),
welches bewirkt, dass sich die gesamte Vakuumpumpe dreht, und welches
das Problem verursacht, dass das gesamte Pumpengehäuse 1 deformiert
wird, wobei die Befestigungsbolzen 30, die die Vakuumpumpe 100 an
der Vakuumkammer 200 befestigen, durch dieses Verformungsdrehmoment
zerbrochen werden und die Vakuumkammer 200 durch das darauf übertragene
große
schädliche
Drehmoment beschädigt
wird.
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Die
am 13. Oktober 1998 veröffentlichte
japanische Patentanmeldung
JP
10 274189A zeigt eine Turbomolekularpumpe, welche derart
auf einem Vakuumbehälter
montiert ist, dass Kosten und Gewicht verringert sind. Die Turbomolekularpumpe
ist derart gebildet, dass das Gehäuse mittels einer Montage-Spannvorrichtung
auf einer Halterung montiert ist, ein Blattkörper für den Auslass und der Rotor
eines Motors im Gehäuse
angeordnet werden, und wenn der Blattkörper für den Auslass während der Drehung
des Rotors beschädigt
wird, wird die Rotationsenergie des gebrochenen Teils auf das Gehäuse übertragen.
Diese Energie, die möglicherweise
einen Vakuumbehälter
beschädigen
könnte,
wird durch einen Aufprallpuffermechanismus absorbiert.
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In
der am 7. Mai 1996 veröffentlichten
japanischen Patentanmeldung
JP
08 114196A wird ein Verfahren zum Montieren einer Turbomolekularpumpe
an einer Vakuumkammer offenbart. Die Turbomolekularpumpe umfasst
ein Gehäuse,
welches einen Einlassanschluss aufweist, der in einem oberen Abschnitt
gebildet ist, und einen Auslassanschluss, der im unteren Abschnitt
der Seitenwand gebildet ist, und eine Mehrzahl von Statorschaufeln,
welche von einer inneren Randfläche
hervorstehen. Ein Rotor, welcher eine Reihe von Schaufeln aufweist,
die jeweils den Statorschaufeln entsprechen, ist ebenfalls vorgesehen
und drehbar auf einer Lagerbasis gelagert, und ein Motor ist zwischen
der Rotationswelle und der Lagerbasis angeordnet. Ein Bolzenloch,
durch das ein Bolzen geführt
ist, ist sowohl im Pumpengehäuse
als auch in der Vakuumkammerwand vorgesehen. Das im Pumpenflansch
vorgesehene Bolzenloch weist einen länglichen Abschnitt auf, an
dem das Loch auf das Bolzenloch der Vakuumkammer trifft. Das längliche
Loch ermöglicht
es, dass der Bolzen zu einer gebogenen Form deformiert wird, wenn
ein abnormales Drehmoment auf das Gehäuse ausgeübt wird.
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Überblick über die
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben beschriebenen
Probleme zu lösen. Demgemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vakuumpumpe bereitzustellen,
welche ein erzeugtes schädliches
Drehmoment verringert, und die verhindert, dass das schädliche Drehmoment zur
Außenseite übertragen
wird, wenn ein sich mit hoher Geschwindigkeit drehender Rotor auf
einen Schraubenstator oder dergleichen aufprallt, um zu verhindern,
dass eine Vakuumkammer oder dergleichen durch das zur Vakuumkammer
oder dergleichen übertragene
schädliche
Drehmoment beschädigt
wird.
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Eine
Vakuumpumpe gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst einen Rotor und
ein Pumpengehäuse,
welches den Rotor umgibt, und ist gekennzeichnet durch einen Flanschabschnitt,
welcher um den oberen Rand des Pumpengehäuses herum gebildet ist; eine
Mehrzahl von Pumpenbefestigungslöchern,
welche an einem Rand eines Abgasauslasses einer Vakuumkammer gebildet
sind und der oberen Fläche
des Flanschabschnitts zugewandt sind; eine Mehrzahl von Vakuumkammer-Befestigungsbolzenlöchern, welche
im Flanschabschnitt so vorgesehen sind, dass sie den Pumpenbefestigungslöchern entsprechen,
wobei durch die Vakuumkammer-Befestigungsbolzenlöcher ein Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzen
geführt wird;
einen Bodenbefestigungsabschnitt, welcher um den unteren Rand des
Pumpengehäuses
gebildet ist; ein Bodenbauteil, welches die untere Seite des Rotors
bedeckt und der unteren Fläche
des Bodenbefestigungsabschnitts zugewandt ist; eine Mehrzahl von
Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungslöchern, welche
so vorgesehen sind, dass sie dem Bodenbefestigungsabschnitt bzw.
dem Boden entsprechen; und eine Mehrzahl von Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzen
zum Befestigen des Pumpengehäuses
und des Bodens, wobei die Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzen
in die Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungslöcher eingefügt und eingeschraubt
werden; wobei die Größenverhältnisse
zwischen dem Durchmesser jedes Bolzen lochs und dem des Schaftes
des entsprechenden Bolzens entweder eine oder beide der folgenden
Bedingungen (a) und (b) erfüllen:
- (a) ein Vakuumkammer-Befestigungsbolzenloch weist
einen Durchmesser auf, welcher um 20% oder mehr größer ist
als der Schaftdurchmesser des entsprechenden Pumpenkammer-Befestigungsbolzens;
und
- (b) ein Bolzenloch, welches eines der im Bodenbefestigungsabschnitt
und dem Boden vorgesehenen Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzenlöchern ist,
weist einen Durchmesser auf, welcher um 20% oder mehr größer ist
als der Schaftdurchmesser des entsprechenden Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzens.
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Die
Lücke zwischen
jedem Befestigungsbolzen und dem entsprechenden Bolzenloch kann
entweder eine oder beide der folgenden Bedingungen (a) und (b) erfüllen:
- (a) ein Pufferbauteil ist in die Lücke zwischen
jedem Pumpenkammer-Befestigungsbolzen und dem entsprechenden Vakuumpumpen-Befestigungsbolzenloch
eingefügt;
und
- (b) ein Pufferbauteil ist in die Lücke zwischen jedem Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzen
und dem entsprechenden Befestigungsbolzenloch eingefügt.
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Bei
dieser Konfiguration absorbieren die Pufferbauteile 50 das
schädliche
Drehmoment.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können die
Befestigungsbolzen entweder eine oder beide der folgenden Bedingungen
(a) und (b) erfüllen:
- (a) der Pumpenkammer-Befestigungsbolzen ist ein
Bolzen mit einem Schaft verringerten Durchmessers; und
- (b) der Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzen
ist ein Bolzen mit einem Schaft verringerten Durchmessers.
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Bei
dieser Konfiguration trägt
die Eigenschaft des Bolzens mit einem Schaft verringerten Durchmessers
zur Absorption eines schädlichen Drehmoments bei.
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In
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Verbundstruktur
einer Vakuumpumpe: eine Mehrzahl von Pumpenbefestigungsbolzenlöchern, welche
an einem Rand eines Abgasauslasses einer Vakuumkammer vorgesehen
sind; einen Flanschabschnitt, welcher um den oberen Rand des Pumpengehäuses herum
gebildet ist, welches den Rotor der Vakuumpumpe umgibt; eine Mehrzahl
von Vakuumkammer-Befestigungsbolzenlöchern, welche im Flanschabschnitt
so vorgesehen sind, dass sie den Pumpenbefestigungsbolzenlöchern entsprechen;
und eine Mehrzahl von Pumpenkammer-Befestigungsbolzen, welche durch
die Pumpenbefestigungsbolzenlöcher
und die Vakuumkammer-Befestigungsbolzenlöcher geführt sind, wobei der Rand des
Abgasauslasses einer Vakuumkammer und der Flanschabschnitt durch
Muttern aneinander gesichert werden, welche an den jeweiligen vorstehenden
Abschnitten der Befestigungsbolzen vorgesehen sind; dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchmesser von entweder den Pumpenbefestigungslöchern oder
den Vakuumkammer-Befestigungslöchern
um 20% oder mehr größer ist
als der Schaftdurchmesser des entsprechenden Pumpenkammer-Befestigungsbolzens.
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Bei
der Verbundstruktur einer Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung
kann ein Pufferbauteil in die Lücke
zwischen jedem Pumpenkammer-Befestigungsbolzen und dem entsprechenden Bolzenloch
eingefügt
sein, welches das Vakuumkammer-Befestigungsloch oder das Pumpenbefestigungsloch
ist. Bei dieser Anordnung tragen die Pufferbauteile zur Absorption
des schädlichen
Drehmoments bei.
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Bei
der Verbundstruktur einer Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung
kann der Pumpenkammer-Befestigungsbolzen ein Bolzen mit einem Schaft
verringerten Durchmessers sein. Bei dieser Anordnung trägt die Ausdehnungseigenschaft des
Bolzens mit einem Schaft verringerten Durchmesser zur Absorption
des schädlichen
Drehmoments bei, wodurch das schädliche
Drehmoment verringert wird.
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Wenn
ein Bolzen zwischen dem Bolzenkopf und dem Außengewindeabschnitt desselben
einen Schaft aufweist, ist bei der vorliegenden Erfindung ein Schaftdurchmesser
durch den Durchmesser des Schafts definiert, der kein Gewinde daran
aufweist, und wenn der Bolzen keinen Schaft zwischen dem Bolzenkopf
und dem Außengewindeabschnitt
desselben aufweist, ist ein Schaftdurchmesser durch den Durchmesser
einer Gewindespitze des Außengewindeabschnitts
definiert. Ein Schaftdurchmesser eines Bolzens mit einem Schaft
verringerten Durchmessers ist durch den Durchmesser seines Abschnitts
verringerten Durchmessers definiert. Es ist für Fachleute offensichtlich,
dass Bolzen nicht nur streng definierte Bolzen umfassen, sondern
ebenfalls stabartige Schrauben, wie beispielsweise eine Maschinenschraube.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine vertikale Schnittansicht einer Ausführungsform einer Vakuumpumpe
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine vertikale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Vakuumpumpe
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
eine partielle vertikale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4(a) und 4(b) illustrieren
Befestigungsbolzen und Bolzenlöcher
einer anderen Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ist
eine vertikale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Vakuumpumpe
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 ist
eine partielle vertikale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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7 ist
eine vertikale Schnittansicht einer herkömmlichen Vakuumpumpe.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Bevorzugte
Ausführungsformen
einer Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine vertikale Schnittansicht einer Ausführungsform einer Vakuumpumpe
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Eine Vakuumpumpe 100, wie in 1 gezeigt,
weist einen zylinderförmigen Rotor 6 auf,
der drehbar in einem zylinderförmigen Pumpengehäuse 1 derart
angeordnet ist, dass der obere Endabschnitt des Rotors 6 einem
Gasansauganschluss 2 zugewandt ist, der oben am Pumpengehäuse 1 angeordnet
ist.
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Mehrere
bearbeitete Rotorblätter 7 und
mehrere Statorblätter 8 sind
zwischen der Außenumfangsfläche des
oberen Abschnitts des Rotors 6 und der Innenwand des oberen
Abschnitts des Pumpengehäuses 1 derart
angeordnet, dass diese Blätter 7 und 8 in
einer Richtung entlang der Rotationsmittelachse des Rotors 6 abwechselnd
angeordnet sind.
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Das
Rotorblatt 7 ist integral mit dem Rotor 6 ausgebildet
und an der Außenumfangsfläche des oberen
Abschnitts des Rotors 6 derart angeordnet, dass es sich
zusammen mit dem Rotor 6 dreht. Andererseits ist das Statorblatt 8 zwischen
benachbarten oberen und unteren Rotorblättern 7 positioniert und
angeordnet, mittels eines Abstandhalters 12, der an einem
oberen Abschnitt der Innenwand des Pumpengehäuses 1 positioniert
ist, und ist ebenfalls an der Innenwand des Pumpengehäuses 1 mittels
des Abstandhalters 12 gesichert.
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Ein
Schraubenstator 10 ist derart angeordnet, dass er der Außenumfangsfläche 6a des
unteren Abschnitts des Rotors 6 zugewandt ist. Der gesamte Schraubenstator 10 ist
zylinderförmig,
so dass er die Außenumfangsfläche des
unteren Abschnitts des Rotors 6 umgibt, und ist integral
an einem Bodenbauteil 4 befestigt, das unterhalb des Pumpengehäuses 1 vorgesehen
ist.
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Zusätzlich ist
eine Schraubennut 10a an der Oberfläche des Schraubenstators 10 derart
gebildet, dass sie einer Außenumfangsfläche 6a des
unteren Abschnitts des Rotors 6 zugewandt ist.
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Eine
Rotorwelle 5 ist integral am Rotor 6 entlang der
Rotationsmittelachse des Rotors 6 fixiert. Obwohl eine
Auswahl von Lagermitteln, umfassend Magnetlager und Luftlager, zur
drehbaren Lagerung der Rotorwelle 5 verwendet werden können, ist
die Rotorwelle 5 in der Figur durch Magnetlager 13 drehbar
gelagert. Weiterhin werden Kugellager 14, welche als Hilfslager
dienen, dazu verwendet, die Rotorwelle 5 vorübergehend
zu lagern, wenn die Magnetlager 13 nicht gut funktionieren.
Die Rotorwelle 5 wird durch einen Antriebsmotor 15 zur
Rotation angetrieben.
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Der
Antriebsmotor 15 und die Magnetlager 13 weisen
jeweils Statoren auf einer Statorsäule 16 auf, welche
dazu vorgesehen ist, aufgestellt zu werden, und welche innerhalb
des Rotors 6 am Bodenbauteil 4 fixiert ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird eine Aluminiumlegierung als das Material für das Bodenbauteil 4,
den Rotor 6, das Rotorblatt 7, das Statorblatt 8 und den
Abstandhalter 12 verwendet, und ein Stahl wird als das
Material für
das Pumpengehäuse 1,
die Rotorwelle 5 und Bolzen 19 und 30 verwendet.
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Ein
Gasansauganschluss 2, der an dem Pumpengehäuse 1 vorgesehen
ist, ist mit einem Abgasauslass 21 einer Vakuumkammer 200 verbunden, welche
hoch evakuiert werden soll, während
ein Gasauslassanschluss (in der Fig. nicht gezeigt), der im Bodenbauteil 4 vorgesehen
ist, mit der Niedrigdruckseite verbunden ist.
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Die
Verbundstruktur zwischen der Vakuumkammer 200 und der Vakuumpumpe 100 und
diejenige zwischen dem Pumpengehäuse 1 und
dem Bodenbauteil 4, welche die Merkmale der vorliegenden Erfindung
sind, werden detaillierter beschrieben.
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Ein
Flanschabschnitt 1a, welcher den Gasansauganschluss 2 umgibt,
ist um den oberen Rand des Pumpengehäuses 1 gebildet und
weist eine Mehrzahl von Vakuumkammer-Befestigungsbolzenlöchern (Vakuumkammerbefestigungsloch) 3 auf.
Die obigen Vakuumkammer-Befestigungsbolzenlöcher 3 sind vorgesehen,
um von einem Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzen 30 im Flanschabschnitt 1a durchlöchert zu
werden, damit sie einer Mehrzahl von Pumpenbefestigungslöchern 22 entsprechen,
die an der Umfangsseite eines Abgasauslasses 21 der Vakuumkammer 200 vorgesehen
sind, welche die obere Fläche
des Flanschabschnitts 1a berührt. Bei dieser Ausführungsform
sind die Pumpenbefestigungsbolzenlöcher 22 der Vakuumkammer 200 mit
einem Gewinde versehen. Daher werden die Vakuumpumpe 100 und
die Vakuumkammer 200 befestigt, indem der Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzen 30 in
die Vakuumkammerbefestigungsbolzenlöcher 3 der Vakuumpumpe 100 von
unten eingefügt
und eingeschraubt wird.
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In
diesem Fall wird ein Bolzen 30 mit einem Schaft verringerten
Durchmessers als ein Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzen 30 verwendet.
Wie gut bekannt ist, umfasst der Bolzen 30 mit einem Schaft
verringerten Durchmessers einen Bolzenkopf 30b, einen Außengewindeabschnitt 30c und
einen Abschnitt 30d verringerten Durchmessers als Teil
eines Schafts zwischen dem Bolzenkopf 30b und dem Außengewindeabschnitt 30c.
Der Durchmesser des Abschnitts 30d verringerten Durchmessers
ist derart gebildet, dass er kleiner ist als der Gewindegrund-Durchmesser
des Außengewindeabschnitts 30c,
so dass sich der Abschnitt 30d verringerten Durchmessers
dehnt und entsprechend verhindert, dass Komponenten in der Nähe des Bolzens
beschädigt
werden, wenn eine außergewöhnliche
Last auf den Bolzen 30 ausgeübt wird.
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Der
Bolzen 30 mit einem Schaft verringerten Durchmessers wird
in das entsprechende Pumpen-Kammer-Befestigungsloch 22 derart
eingeschraubt, dass die Grenze zwischen dem Abschnitt 30d verringerten
Durchmessers und dem Außengewindeabschnitt 30c in
das Pumpen-Kammer-Befestigungsloch 22 um die Länge von
ein oder zwei Windungen des Bolzens 30 eintritt.
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Das
Vakuumkammerbefestigungsbolzenloch 3 ist derart gebildet,
dass es einen ausreichend großen
Durchmesser aufweist, nämlich
einen um 20% oder mehr größeren Durchmesser
als der Schaftdurchmesser 30d des entsprechenden Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzens 30,
der in das Vakuumkammerbefestigungsbolzenloch 3 eingefügt werden
soll.
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Eine ähnliche
Verbundstruktur zu der zwischen der Vakuumkammer 200 und
der Vakuumpumpe 100 wird angenommen, um das Pumpengehäuse 1 und
das Bodenbauteil 4 zu verbinden.
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Insbesondere
ist ein flanschförmiger
Bodenbefestigungsabschnitt 1b um den unteren Rand des Pumpengehäuses 1 gebildet.
Das Bodenbauteil 4 berührt
die untere Fläche
des Bodenbefestigungsabschnitts 1b und umgibt den unteren
Abschnitt eines sich drehenden Körpers,
umfassend den Rotor 6, welcher im Pumpengehäuse 1 angeordnet
ist.
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Der
Bodenbefestigungsabschnitt 1b und das Bodenbauteil 4 weisen
mehrere darin gebildete von Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungslöchern 17 und 18 auf,
welche zum Befestigen des Pumpengehäuses 1 am Bodenbauteil 4 derart
verwendet werden, dass sie einander entsprechen. Daher werden das
Pumpengehäuse 1 und
das Bodenbauteil 4 durch Einfügen und Schrauben von Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzen
(Bolzen mit einem Schaft verringerten Durchmessers) 19 befestigt.
Bei dieser Ausführungsform
ist das Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsloch 17 eines
Bodenbefestigungsabschnitts 1b als ein Bolzenloch gebildet
und das Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsloch 18 des
Bodens 4 ist ein Gewindeloch, wodurch die Vakuumpumpe 100 kompakt wird,
und was es ermöglicht,
das Pumpengehäuse 1 und
das Bodenbauteil 4 einfach zusammenzubauen.
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Anstelle
der oben beschriebenen Konfiguration können die Löcher 3 und 22 jeweils
ein Gewindeloch und ein Bolzenloch sein, wie in 4(a) gezeigt. Alternativ
können,
wie in 4(b) gezeigt, beide der Löcher 3 und 22 Bolzenlöcher sein.
In diesem Fall werden die Vakuumpumpe 100 und die Vakuumkammer 200 befestigt,
indem die Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzen 30 in die Löcher 3 und 22 derart eingefügt werden,
dass ein Abschnitt jedes Bolzens 30 aus dem entsprechendem
Bolzenloch 3 hervorsteht, und indem eine Mutter 31 an
den hervorstehenden Abschnitten des Befestigungsbolzens 30 festgeschraubt
wird. Das gleiche trifft auf die Befestigungsstruktur des Pumpengehäuses 1 und
des Bodenbauteils 4 mittels der Löcher 17 und 18,
des Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzens 19 und
der Mutter 31 zu. Wenn die Muttern 31 verwendet
werden ist es bei irgendeiner der Gruppen von Bolzenlöchern 3 und 22 und
bei irgendeiner der Gruppen von Bolzenlöchern 17 und 18 nicht
erforderlich, dass diese besonders große Durchmesser aufweisen, und
diese können
demgemäß Standard-Durchmesser
aufweisen.
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Selbst
wenn der Bolzen mit einem Schaft verringerten Durchmessers nicht
als der Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzen 30 oder der Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzen 19 verwendet
wird, d. h. wenn ein Standardbolzen verwendet wird, der einen Schaft
aufweist, dessen Durchmesser ungefähr gleich dem Durchmesser seines
Gewindes ist, ist ein größeres der
Bolzenlöcher 3 und 22 oder
ein größeres der
Bolzenlöcher 17 und 18 derart
gebildet, dass es jeweils einen um 20% oder mehr größeren Durchmesser
als der Schaft 30d des Befestigungsbolzens 30 oder
der Schaft 19d des Befestigungsbolzens 19 aufweist.
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Anschließend wird
ein Absorptionsprozess eines schädlichen
Drehmoments beschrieben, welches in der in 1 gezeigten
Vakuumpumpe 100 erzeugt ist, die die oben beschriebene
Struktur aufweist. Wenn der sich mit einer hohen Geschwindigkeit
drehende Rotor 6 durch irgendwelche Probleme beschädigt wird,
während
die Vakuumpumpe 100 in Betrieb ist, wird ein großes Drehmoment,
welches eine Rotation der gesamten Vakuumpumpe 100 bewirkt,
erzeugt und auf das Pumpengehäuse 1 und das
Bodenbauteil 4 ausgeübt.
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Da
das Pumpengehäuse 1 mit
der großen Vakuumkammer 200 verbunden
ist, wird eine große Scherkraft
auf die Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzen 30 ausgeübt, die
die Vakuumkammer 200 mit dem Pumpengehäuse 1 verbinden, auf
das das schädliche
Drehmoment ausgeübt
wird. Das mit dem Pumpengehäuse 1 verbundene
Bodenbauteil 4 hängt
davon nach unten. Da es weniger wahrscheinlich ist, dass der beschädigte Rotor 6 oder
dergleichen auf das Bodenbauteil aufprallt statt auf das Pumpengehäuse 1,
wird auf das Bodenbauteil 4 ein kleines schädliches
Drehmoment direkt von dem beschädigten
Rotor 6 oder dergleichen ausgeübt, und stattdessen erhält es ein
großes
schädliches
Drehmoment direkt vom Pumpengehäuse 1.
Anders ausgedrückt,
wird auch auf die Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzen 19,
welche das Pumpengehäuse 1 mit
dem Bodenbauteil 4 verbinden, eine große Scherkraft ausgeübt.
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Gemäß der oben
beschriebenen Ausführungsform
wird das schädliche
Drehmoment, das bewirkt, dass auf den Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzen 30 und
den Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzen 19 die
jeweiligen Scherkräfte ausgeübt werden,
absorbiert und verringert, wie im Folgenden beschrieben.
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Wie
oben beschrieben weisen die Bolzenlöcher 3 und 17 jeweils
um 20% oder mehr größere Durchmesser
auf als die Schaftdurchmesser (d. h. die Durchmesser der Abschnitte 30d und 19d verringerten
Durchmessers) der Befestigungsbolzen 30 und 19.
Daher weisen jedes Bolzenloch 3 und der entsprechende Bolzen 30,
sowie jedes Bolzenloch 17 und der entsprechende Bolzen 19 ausreichende Lücken dazwischen
auf. Demgemäß wird ermöglicht, dass
die Flanschabschnitte 1a und der Bodenbefestigungsabschnitt 1b jeweils
relativ zur Vakuumkammer 200 und dem Bodenbauteil 4 um
die Längen
verrutschen, die den jeweiligen Lücken entsprechen. Demgemäß wird das
schädliche
Drehmoment durch diesen Schlupf absorbiert und verringert.
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Wenn
das verringerte schädliche
Drehmoment weiter anliegt, kommen die Schäfte der Bolzen 30 und 19 jeweils
in Berührung
mit den Wänden
der Bolzenlöcher 3 und 17.
Bei dieser Anordnung ermöglichen
es die Lücken
zwischen den Schäften 30d und 19d und
den Bolzenlöchern 3 und 17,
dass sich jeweils die Schäfte 30d und 19d der
Bolzen 30 und 19 ausdehnen und verbiegen, und
auch in einigen Fällen
zerbrechen. Da die Verformungen der Abschnitte 30d und 19d verringerten
Durchmessers das meiste des schädlichen
Drehmoments absorbieren, wird demzufolge verhindert, dass die Gewindeabschnitte der
Gewindeabschnitte 22 und 18 verformt werden. Demgemäß behalten
diese Verbundstrukturen einen Zustand bei, bei dem die Bolzen 30 und 18 jeweils aus
den Bolzenlöchern 3 und 17 entfernt
werden können,
wodurch es einfach gemacht wird, die Verbundstrukturen auseinanderzunehmen,
wenn Reparaturarbeiten durchgeführt
werden.
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Da
das große
schädliche
Drehmoment durch den oben beschriebenen Schlupf und die Verformungen
verringert wird, und daher verhindert wird, dass es auf die Vakuumkammer 200 übertragen
wird, wird verhindert, dass die Vakuumkammer 200 beschädigt wird.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist es nicht unerlässlich, dass die Bolzen mit
einem Schaft verringerten Durchmessers verwendet werden, und eine ähnliche
Wirkung kann erzielt werden, indem Standardbolzen verwendet werden,
wenn die Verbindungsstrukturen richtig ausgelegt sind. Die Bolzen mit
einem Schaft verringerten Durchmessers können bei irgendeiner der Verbindungsstrukturen
zwischen der Vakuumpumpe 100 und der Vakuumkammer 200 und
zwischen dem Pumpengehäuse 1 und
dem Bodenbauteil 4 angewandt werden, um das schädliche Drehmoment
durch die Verformungen derselben zu absorbieren, und um die Übertragung
von schädlichem
Drehmoment nicht nur auf die Vakuumkammer 200, sondern
auch auf das Bodenbauteil 4 zu verringern.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Vakuumpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung. Eine in 2 gezeigte Vakuumpumpe 100 ist an
einem Pumpenhaltebauteil 60 an einem Bodenabschnitt derselben
mit einem Pumpenhaltebolzen 61 fixiert, wodurch sie durch
ein Pumpenhaltebauteil 60 gehalten wird. Die restliche
Struktur ist die gleiche wie die in 1 gezeigte.
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Da
das Bodenbauteil 4, wie in 2 gezeigt, an
dem Pumpenhaltebauteil 60 fixiert ist, kann das schädliche Drehmoment
bewirken, dass die Pumpenhaltebolzen 61 verbogen oder zerbrochen
werden, wenn das schädliche
Drehmoment auf das Bodenbauteil 4 ausgeübt wird. Wenn der Pumpenhaltebolzen 61 und
andere Elemente in der Nähe
des Haltebolzens 61 beschädigt werden, werden notwendige Arbeiten
zum Auseinandernehmen und Ersetzen schwierig. Bei der vorliegenden
Erfindung werden allerdings, wie in der in 1 gezeigten
ersten Ausführungsform
beschrieben, der Haltebolzen 61 und die anderen Elemente
in der Nähe
des Bolzens 61 nicht beschädigt, da das schädliche Drehmoment
durch die Verformungen des Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzens 19 absorbiert
wird.
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Wie
aus der die oben beschriebenen Ausführungsformen betreffenden Beschreibung
ersichtlich, spielt die Lücke
zwischen dem Bolzen und dem Bolzenloch eine wichtige Rolle beim
Absorbieren des schädlichen
Drehmoments. Daher tragen Verbesserungen der Lückenstrukturen dazu bei, das
schädliche
Drehmoment effektiver zu absorbieren. Eine Verbesserung der Lückenstrukturen
wird nun beschrieben.
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3 zeigt
eine Struktur, bei der ein Pufferbauteil, das aus Gummimaterial
oder dergleichen hergestellt ist, ähnlich einem O-Ring, in eine
Lücke zwischen
dem Bolzen und dem Bolzenloch, wie in 1 oder 2 gezeigt,
eingefügt
ist. Wie in 3 gezeigt, ist ein Pufferbauteil 50 in
die Lücke
zwischen dem Bolzenloch 3 des Flanschabschnitts 1a und
einem Schaft des Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzens 30 eingefügt. In diesem
Fall ist eine Federscheibe 40 an dem Schaft des Bolzens
angeordnet.
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Wenn
das auf das Pumpengehäuse 1 ausgeübte schädliche Drehmoment
bewirkt, dass der Flanschabschnitt 1a relativ zur Vakuumkammer 200 verrutscht
und der Bolzen 30 sich seitlich im Bolzenloch 3 bewegt,
wird das Pufferbauteil 50 elastisch verformt, was eine
weitere erhebliche Verringerung des schädlichen Drehmoments zur Folge
hat.
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Die
Wirkung der Pufferbauteile 50 zum Absorbieren des schädlichen
Drehmoments kann nicht nur auf den Verbindungsabschnitt zwischen
der Vakuumpumpe 100 und der Vakuumkammer 20 angewandt
werden, sondern ebenfalls auf denjenigen zwischen dem Pumpengehäuse 1 und
dem Bodenbauteil 4.
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5 ist
eine andere Ausführungsform
einer Vakuumpumpe, bei der ein Bolzenloch, das einen um 20% oder
mehr größeren Durchmesser
aufweist als der Schaft des Befestigungsbolzens, an dem Vakuumpumpen-Vakuumkammer-Befestigungsabschnitt vorgesehen
ist, und ein Bolzen mit einem Schaft verringerten Durchmessers als
Befestigungsbolzen verwendet wird, während eine Kombination eines
Standard-Bolzenlochs und -Bolzens bei dem Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsabschnitt
verwendet wird. Die restliche Konfiguration der Vakuumpumpe ist
die gleiche wie die in 1 gezeigte.
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Durch
Anwenden von einer der Verbundstrukturen, welche im Folgenden beschrieben
werden, nur bei dem Vakuumpumpen-Vakuumkammer-Befestigungsabschnitt, wird das schädliche Drehmoment
durch die Verformung oder das teilweise Zerbrechen des Befestigungsabschnitts
absorbiert, wodurch verhindert wird, dass das schädliche Drehmoment
auf die Vakuumkammer 200 übertragen wird und die Vakuumpumpe
sich von der Vakuumkammer 200 löst. Das heißt, die Verbindungsstrukturen
umfassen (1) eine Struktur, bei der jedes Bolzenloch einen um 20%
oder mehr größeren Durchmesser
als der Schaftdurchmesser eines Bolzens aufweist, (2) eine Struktur,
bei der die vorangehende Struktur (1) mit einem Pufferbauteil
kombiniert ist, und (3) eine Struktur, bei der der Bolzen mit dem Schaft
ver ringerten Durchmessers bei der vorangehenden Struktur (1)
verwendet wird.
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6 ist
eine weitere Ausführungsform
einer Vakuumpumpe, bei der ein Bolzenloch, das einen um 20% oder
mehr größeren Durchmesser
als der Schaft eines Befestigungsbolzens aufweist, an dem Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsabschnitt
vorgesehen ist, und ein Bolzen mit einem Schaft verringerten Durchmessers
als ein Befestigungsbolzen verwendet wird, während eine Kombination eines
Standard-Bolzenlochs und -Bolzens bei dem Pumpen-Bodenbauteil-Befestigungsabschnitt verwendet
wird. Die restliche Konfiguration der Vakuumpumpe ist die gleiche
wie die in 2 gezeigte.
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Durch
Anwenden einer der vorangehenden Verbindungsstrukturen, umfassend
(1) bis (3) nur an dem Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsabschnitt,
wird das Pumpengehäuse 1 zuerst
beschädigt,
und das Bodenbauteil 4 bleibt unbeschädigt. Demgemäß wird das
schädliche
Drehmoment durch die Verformungen oder durch partielles Zerbrechen
des Befestigungsabschnitts absorbiert, wodurch verhindert wird,
dass das schädliche
Drehmoment auf die Vakuumkammer 200 übertragen wird, und dass die
Pumpe 130 von der Vakuumkammer 200 abgelöst wird.
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Wie
oben beschrieben ist jede Lücke
zwischen dem Flanschabschnitts-Befestigungsbolzenloch
und dem entsprechenden Pumpen-Kammer-Befestigungsbolzen oder jede
Lücke zwischen
dem Befestigungsbolzenloch des unteren Flanschabschnitts und dem
entsprechenden Pumpengehäuse-Bodenbauteil-Befestigungsbolzen
so ausgelegt, dass sie einen um 20% oder mehr größeren Durchmesser als der Schaftdurchmesser
aufweist. Wenn bei dieser Konfiguration spröde Brüche im sich mit hoher Geschwindigkeit
drehenden Rotor auftreten, und somit ein schädliches Drehmoment erzeugt
wird, das bewirkt, dass sich die gesamte Vakuumpumpe dreht, verrutscht
das Pumpengehäuse
der Vakuumpumpe, welches dem schädlichen
Drehmoment direkt ausgesetzt ist, relativ zur Vakuumkammer und zu
dem Bodenbauteil mittels der Lücken
zwischen den Bolzen und den entspre chenden Bolzenlöchern, was
demgemäß bewirkt,
dass das schädliche
Drehmoment absorbiert und verringert wird, und wodurch verhindert
wird, dass das schädliche
Drehmoment zur Kammer usw. übertragen
wird.
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Wenn
das Pufferbauteil in die vorangehende Lücke eingefügt wird, wird das schädliche Drehmoment
durch elastische Verformung des Pufferbauteils weiter erheblich
verringert.
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Wenn
der Bolzen mit einem Schaft verringerten Durchmessers als der vorangehende
Befestigungsbolzen verwendet wird, wird das schädliche Drehmoment durch Verformung
des Bolzens mit einem Schaft verringerten Durchmessers durch das schädliche Drehmoment
weiter erheblich verringert.