JP2004517243A - ロータとシャフトとを有する機械的動力学的な真空ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、機械的動力学的な真空ポンプであって、アルミニウム合金より成るロータ（６，７）と、該ローラ（６，７）を支持するシャフト（３）とを備えており、シャフト（３）とロータ（６，７）との結合が収縮ばめによって又はねじ結合によって行われる形式のものに関する。ステータとロータとの間の堅固な結合を確実なものにするために、本発明によれば、ロータ（６，７）が、溶射圧縮によって製造されたアルミニウム合金より成っており、該アルミニウム合金の主要な成分がシリコンであって、該アルミニウム合金が、シャフト材料の膨張率にほぼ相当する膨張率を有するように調整されている。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した特徴を有する機械的動力学的（ｍｅｃｈａｎｉｓｃｈｅ ｋｉｎｅｔｉｓｃｈｅ；メカニカルキネティカル）な真空ポンプに関する。
【０００２】
機械的動力学的な真空ポンプには、定義に応じたガスポンプ、ターボ分子ポンプ（アキシャル、ラジアル）及び分子−／ターボ分子ポンプが所属している。このような真空ポンプは、分子流（１０^−３ｍｂａｒよりも低い圧力）の範囲内に、搬送しようとするガス成分を機械的に搬送することができる。さらに、分子ポンプは、ガスをクヌーセン”Ｋｎｕｄｓｅｎ”流（１０^−３〜１ｍｂａｒ）の範囲内に搬送することもできる。有利に使用された機械的動力学的な真空ポンプは、しばしばターボ分子ポンプ段と、このポンプ段に続く分子ポンプ段とを有している（複合ポンプ又はハイブリッドポンプ）。何故ならば、このようなポンプは、ガスを、粘性流の範囲まで圧縮することができるからである。
【０００３】
このような形式のポンプ特にターボ分子ポンプは、１０００００回転／分までの回転数で駆動される。これは、臨界回転数を実施する際にロータダイナミックな要求を満たし、一般的に収縮ばめ又はねじ結合によって製造される、ロータとシャフトとの間の堅固で堅密な結合を前提としている。収縮ばめは、シャフトがロータの孔内に導入されて、温度調節されたロータと冷却されたシャフトとが接合されることによって得られる。材料としては一般的に、比較的高い弾性モジュールを有する鋼が使用される。ロータ材料としては、前記ロータダイナミックな理由により、軽量の材料有利にはアルミニウムが使用される。この場合、溶融冶金的に製造されたアルミニウム合金が適している。しかしながら、鋼とアルミニウムとから成る材料組み合わせにおいては、すべての運転温度において、ロータをシャフトに遊びなしで及びずれなしに固定することは困難である。何故ならば、鋼の膨張率（約１１×１０^−６／ｋ）と、アルミニウムの膨張率（約２２×１０^−１６／ｋ）とは異なっているからである。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許第１９９１５３０７号明細書によれば、アルミニウム製ロータの遊びを生ぜしめる膨張を阻止する補強リングが設けられていることによって、ロータとステータとの間の接合箇所の遊び及びずれのない構造を実現することが公知である。このような手段は技術的に高価である。
【０００５】
本発明の課題は、請求項１の上位概念部に記載した特徴を有する機械的及び動力学的な真空ポンプを改良して、シャフトとロータとの間の堅固な結合が簡単な手段で得られるようなものを提供することである。
【０００６】
本発明によればこの課題は、請求項の特徴部に記載した構成によって解決された。
【０００７】
粉末冶金的に（例えば溶射圧縮によって）製造されたアルミニウム合金は公知である。このようなアルミニウム合金は、合金成分より成る溶融物がノズルによって冷たい表面に溶射されることによって製造される。アルミニウム材料の溶融冶金的な製造に対して溶融物の非常に迅速な硬化が得られ、これによって合金は、変化した特性を有する新たな組織を得る。溶射圧縮によって製造されたアルミニウム合金（その主要な合金成分はシリコンである）は、鋼の膨張率に相当する膨張率を有するように、調整される。
【０００８】
シャフトの膨張率とロータの膨張率との間にはわずかな差しかないことによって、収縮ばめ又はねじ結合によって結合されたシャフトとロータとの結合が、運転状態において温度の影響を受けて解除されることは阻止される。同様に、より簡単な接合及びわずかな材料応力を許容する、低い収縮負荷を有する結合も可能である。また、大きい公差で孔及びシャフトを製造することも可能である。これは（より簡単な接合と同様に）、安価な製造費用及びひいては低いコストで実現される。
【０００９】
以下に本発明を図面に示した当該形式のポンプを用いて具体的に説明する。図示のポンプは、内方に突入する中央の軸受ブシュ２を備えた外側のケーシング１を有している。軸受ブシュ２内でシャフト３はスピンドル軸受４によって支えられている。シャフト３には、駆動モータ５とロータシステム６，７とが連結されている。
【００１０】
一体的なロータは、異なって構成された２つのロータ区分６，７を有している。ロータ区分６は、滑らかな外側及び内側の表面８，９を備えた円筒形に構成されている。表面８の領域内において、ケーシング１はその内側でねじ山１０を備えていて、それによって同時に１つのねじポンプ段のステータを形成している。表面８とねじ山１０とは、公知のねじポンプ段（ポンプギャップ１１内に達した分子を排出口１２に向かって送り出す）のポンプ作用を有する面である。
【００１１】
ロータ区分６の内側の表面９の領域内で、軸受ブシュ２の外側はねじ山１３を備えていて、それによって別のねじポンプ段のステータを形成している。ねじ山１３と内側の表面９とは、ポンプギャップ１４を備えた別のねじポンプ段のポンプ作用を有する面である。ポンプギャップ１４によって下方から上方に御クララれるガスは、軸受ブシュ２内の孔１５を通って排出口１２に流れる。
【００１２】
ねじポンプ段８，１０の前方に、別のポンプ段が接続されている。この別のポンプ段８，１０はロータ区分７を有しており、このロータ区分７は、円錐形に成形されたボス部分２３とウエブ２４とから成っている。ウエブ２４は、このウエブ２４を包囲するステータ壁２５と共に、ケーシング１内でポンプ段７，２５を形成している。各ウエブ２４間に又はギャップ２６内に達するガス分子は、ポンプ段２４，２５から分子ポンプ段６，１９のポンプギャップ１１に向かって送られる。
【００１３】
シャフト３はロータ区分７を支持しており、このロータ区分７自体はロータ区分６を支持している。円筒形状のロータ区分６は、ロータ区部７と同じ材料より成っていてよいが、必ずしもそうでなくてもよい。例えば炭素繊維より成る円筒形区分を、分子ポンプ段のロータとして設けることも同様に可能である。シャフト３とロータ区分７との間の結合は収縮ばめによって形成される。
【００１４】
シャフト３が鋼より成っていて、ロータシステム６，７（又は少なくともロータ区分７）が本発明による合金より成っていれば、シャフト３及びロータ６，７の膨張率は同じであるか、又はほぼ同じである。特に当該のポンプを半導体工業において使用する場合に発生する、ロータの高い温度負荷時においても、ロータとシャフトとの間の確実な結合が保証される。
【００１５】
本発明による材料は、ＤＩＳＰＡＬ（例えばＤＩＳＰＡＬ Ａ／Ｓ ２３０，ＤＩＳＰＡＬ Ｓ２４１，Ａ及びＳ２５０）の名称で市販されている。本発明による材料は、アルミニウムの他に、主要な合金成分として１６〜２２質量％のシリコン、並びにその他の合金成分、例えば０．３〜８質量％の鉄、ニッケル、銅、マグネシウム及び／又はジルコンを含有している。
【００１６】
比較可能な特性を有する材料においては、ベース材料としてアルミニウムの代わりに、別の軽量材料つまりマグネシウムを使用してもよい。これによって、粉末冶金的に製造される合金を使用した場合の前記利点が、ベース金属としてｍｇを有する合金においても得られる。膨張率は、適当な添加合金例えばＳｉによって調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の１実施例によるポンプの縦断面図である。

Claims (4)

1. 機械的動力学的な真空ポンプであって、アルミニウム合金より成るロータ（６，７）と、該ローラ（６，７）を支持するシャフト（３）とを備えており、シャフト（３）とロータ（６，７）との結合が収縮ばめによって又はねじ結合によって行われる形式のものにおいて、
   ロータ（６，７）が、溶射圧縮によって製造されたアルミニウム合金より成っており、該アルミニウム合金の主要な成分がシリコンであって、該アルミニウム合金が、シャフト材料の膨張率にほぼ相当する膨張率を有するように調整されていることを特徴とする、ロータとシャフトとを有する機械的動力学的な真空ポンプ。
2. シリコンの割合が１６〜２２質量％である、請求項１記載のポンプ。
3. ロータ材料が別の合金成分、つまり鉄、ニッケル、銅及び／又はジルコンを含有している、請求項１又は２記載のポンプ。
4. 合金より成るロータを備えた機械的動力学的な真空ポンプにおいて、ロータ材料が粉末冶金的に製造されたマグネシウム合金であることを特徴とする、機械的動力学的な真空ポンプ。