JP2005537418A - 真空ポンプを固定させるための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、固定構造の壁の関連するねじ穴１５にねじ込まれるねじ１７によって各々を横切られるように設計された貫通穴１６が設けられた同軸の環状フランジ１４を含む固定装置に関する。貫通穴１６は、高い回転速度で動作する真空ポンプロータへの偶発的破損から起こる相当の剪断負荷の影響下で、ねじ心棒の曲げおよび対応する横方向の偏りＤを可能にし、それによってねじ１７が破断することを防止する、構造壁２に隣接するフレア状近位セクション１６ｂに続く円筒遠位セクション１６ａを含む。

Description

本発明は、真空容器または高真空を発生させるためのパイプなどの固定構造に固定され、かつ連結される高速の回転を有する真空ポンプに関する。

電子または超小型機械構成部品業界では、制御された真空気圧を維持することが必要な容器の中で行われる機械加工およびプラズマ処理の方法が使用される。

真空を生成することは、機械加工および処理の方法に適合されるべき、高真空を迅速に生成しそれを維持できるポンプを使用することを必要とする。一般に、使用されるポンプはそのロータが高速、例えば毎分３００００回転（ｒｐｍ）より高い回転数で回転させるように駆動されるポンプ本体を含む、ターボ分子型である。

そのような高速の回転では、ロータは極めて高レベルな運動エネルギーを得る。

ポンプ本体は、真空容器またはパイプなどの固定構造から出口オリフィスに連結された吸引オリフィスを軸上にもつ。通常、ポンプは真空容器またはパイプなどの固定構造だけに固定され、あるいは、それはパイプの吸引オリフィスおよび固定構造の対応するオリフィスを囲むゾーンだけによって支持される。したがって、ねじ穴が出口オリフィスの周りで固定構造の壁に設けられ貫通穴がポンプ本体の同軸環状フランジに設けられた状態で、ポンプ本体は同軸状に吸引オリフィスを囲む環状フランジをもち、したがって、フランジを固定構造の壁に押し付けることによって真空ポンプを固定構造に固定するために、頭付きねじが、フランジ内の貫通穴を通るそれらの軸部に係合し固定構造内の関連するねじ穴にねじ込まれることができる。

従来の方法では、ねじの軸部は、関連するねじ穴にねじ込むために、各々が、軸部およびねじ込まれる端部セグメントの直径よりわずかに大きい直径をもつ貫通穴を通る滑らかなセグメントをもつ円形の円筒である。

基準が、ポンプの直径に応じて、フランジ、ねじおよび必要な穴と、ねじおよび穴の数に対してもそれぞれの大きさを決定する。

したがって、供給業者ＡｌｃａｔｅｌからのＡＴＨＭ型のターボ分子ポンプに対して、ポンプは、各々が約３０ミリメートル（ｍｍ）の長さと１０ｍｍの直径の軸部をもつ１２個のＭ１０型のねじを備えるＤＮ ２５０ ｉｓｏ−Ｆ型のフランジを供給することによって締結され、フランジおよび固定構造の穴は公称直径１１ｍｍをもつ。

そのような締結装置構造は通常の使用状態では十分な満足を与え、したがって、
通常の使用時に真空ポンプの動作によって生成される機械的な力に耐えることができる。

しかし、ポンプのロータが全速力で回転しているとき偶然、破壊された場合、乗り越えられない困難が起こりうることがわかった。そのような状況下では、全速力の回転で動作するロ−タは不平衡になり、ポンプ本体の壁を激しく撃つことがあり、それによって横方向または径方向の変位をそれに与え、またポンプ本体の壁を強くこすることがあり、それによって同軸の回転トルクをそれに与える。高速で回転するときにロータに蓄積された大量のエネルギーのために、ロータに加えられた機械的応力は非常に大きく多方向であり、これらの応力は、真空ポンプを固定構造に締結するためのシステムに伝達される。これは、締結装置ねじに加えられる激しい多方向の剪断力をもたらし、今日の構造では、これらの力がねじの全体的破断に導くことが起こりうる。したがって、ポンプが固定構造から外れ、ポンプが使用される建物を通って激しく動くこともある危険な投射物を構成する。

日本特許の特開平８−１１４１９６号明細書は、固定部品内の貫通穴と位置を合わせたねじの通る穴を備えるフランジによってターボ分子ポンプを締結することを教示している。締結装置ねじは、締付けナットを受けるために、ねじの通る穴を通り、貫通穴を通る。各ねじの通る穴は、異常な軸ねじれが起こった場合に、対応するねじが一方向に曲がることを可能にするように横方向に偏った長円形のセグメントを含む。一方向だけでかつ異常なトルクの場合にだけ働くこの配置は、ロ−タの偶然的な破壊のときに表れる多方向の力に耐えるようには設計されていないので、そのような状況下ではそれは満足を与えない。

本発明は、現在効力のある基準に合致しながら、固定構造上の真空ポンプを保持する能力を向上させる働きもし、全速力で回転する際にロータが破損した場合、締結装置ねじが破断しポンプが外れるのを回避する真空ポンプ用の締結装置構造の修正形態を作りだそうとする。

これを行うために、本発明は、その中でねじを受けるフランジの貫通穴が曲げの多方向の変形のためにねじの軸部にある量のスペースを与えるとき、ねじの破断のリスクがそれによって減少する考えを利用する。

したがって、この目的および他の目的を達成するために、本発明は、真空ポンプを固定構造の壁に締結するための締結装置システムにおいて、同軸の環状フランジが吸引オリフィスの周りで真空ポンプ本体に設けられ、ねじ穴が固定構造の壁に設けられ、貫通穴が同軸の環状フランジに設けられ、頭部をもつねじが、真空ポンプを固定構造に固定するために、固定構造の壁にフランジを押し付けながら、軸部が貫通穴を通り、かつ軸部が関連するねじ穴にねじ込まれるように嵌合されるシステムを提供し、本発明によれば、各貫通穴が、同じ軸の周りで円形の円筒でありかつ固定構造の壁に隣接する拡大された近位セグメントが続く、円形の円筒遠位セグメントを含み、剪断力が真空ポンプと固定構造の間の連結ゾーンで任意の横方向に加えられた場合に、ねじの軸部が曲がり、貫通穴が関連するねじ穴に対して横方向に偏ることを可能にする。

好ましい実施形態では、
貫通穴の近位セグメントは、貫通穴の近位セグメントの側壁に対して当接するようになるまでねじ軸部が曲がる際に、貫通穴と関連するねじ穴の間で可能な横の偏りが、ねじ軸部の半径より大きくなるような形状である。

貫通穴の近位セグメントが、貫通穴の遠位セグメントの長さより長い長さである。

結果として、ねじの軸部の変形がよりよく分配され、それによって、破断に耐えるその能力が改良される。

実際には、また有利には、貫通穴の近位セグメントは、円形の円錐台遠位部分によって、貫通穴の遠位セグメントに連結された円形の円筒近位部分を含む。

例えば、円錐台遠位部分が約６０°に等しい半円錐角（ｃｏｎｅ ｈａｌｆ−ａｎｇｌｅ）をもち、それによって、製造、具体的には貫通穴の機械加工を容易にする。

破断に耐える能力の改良を、ねじ軸部が、その頭部に隣接して、ねじ穴の遠位セグメントの直径より相当に小さく、かつ壁の関連するねじ穴にねじ込むように形成されたねじ式セグメントで自由端に続く直径の滑らかな軸部セグメントを含むことを保証することによって、得ることができる。

実際には、また有利には、軸部の滑らかなセグメントの直径が、貫通穴の遠位セグメントの直径より小さいか、またはその８０％に等しいように選択されることができる。

ねじ軸部が穴の直径より相当に小さい直径をもつとき、貫通穴の近位セグメントが、貫通穴の遠位セグメントの長さより大きいかまたはその１．５倍の長さに等しい長さをもつことを有利に行える。

好ましくは、ワッシャがねじの頭部とフランジの隣接する外部面の間に挿入される。

ねじ軸部とフランジの対応する貫通穴の間のスペースに挿入されるエラストマ型ダンパ材料を提供することによって、機械強度性質のさらなる改良も得られる。そのような材料は熱の形で散逸され、ロータの破壊からくるエネルギーの部分がそれによってその分だけねじ軸部を緩和する。

別の態様では、本発明は、上で定義されたシステムに適合する貫通穴をもつ締結装置フランジを備える真空ポンプを提供する。

本発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面に関して与えられる具体的な実施形態の以下の説明から明らかになる。

最初に、真空容器などの固定構造３の壁２に固定されるターボ分子型の真空ポンプ１の構造を示す図１が参照される。

ターボ分子真空ポンプ１は、ロータ５が回転軸Ｉの周りを高速で回転するポンプ本体４を含む。ポンプ本体４は、軸上にポンプ輸送されたガス７がそれを通って浸透する吸引オリフィス６と、出口ガス９がそれを通って排気される排気オリフィス８とをもつ。ロータ５はポンプ本体４の中で内部モータ１０によって回転させられ、それは、磁気または機械ベアリング１１および１２によって横方向に導かれる。

真空容器３の壁２は、真空ポンプ１の吸引オリフィス６に対応する出口オリフィス１３をもち、その中で真空ポンプ１は制御された真空を確立する全体として外部から隔離された閉じた容器を構成する。

同軸の環状フランジ１４を、真空容器によって構成された固定構造３の壁２に真空ポンプ１を締結するために、吸引オリフィス６の周りで真空ポンプ本体４上に設ける。したがって、真空ポンプ１は、出口オリフィス１３や吸引オリフィス６の周辺部の周りで、真空容器などの固定構造３の壁１に締結される。

現在効力のある基準に適合して、オリフィス１３の周りに分布されるねじ穴が、固定構造３の壁２に設けられ、そのねじ穴が出口オリフィス１３の周りに分配され、貫通穴が同軸フランジ１４内に設けられ、固定構造３の壁２にフランジ１４を押し付けることによって真空ポンプ１を固定構造３に固定させるために、ねじの軸部が貫通穴を通りかつ関連するねじ穴にねじ込まれるように頭付きねじが嵌合させられる。

図２および３は、現在効力のある基準に適合する従来技術の締結装置システムを示す。この図は、ポンプ本体４の部分を形成する同軸環状フランジ１４の断片およびねじ穴１５を備える固定構造の壁２を示す。フランジ１４は、円形の円筒貫通穴１６をもつ。頭部１８と軸部１９とを備えるねじ１７は、その軸部１９がフランジ１４の貫通穴１６を通りかつ壁２のねじ穴１５にねじ込まれるように嵌合される。ねじ１７の軸部１９の直径は、フランジ１４の貫通穴１６の直径より幾分小さく、ねじ１７の軸部１９と貫通穴１６の壁の間に約０．５ｍｍの通常の機能的クリアランスだけを残す。

図３は、同じ参照番号で識別された同じ部品を示す。全速力で回転中にロ−タが破壊された場合、ロ−タに蓄積された運動エネルギーが横方向に動く傾向があるポンプ本体４に伝達される。これは、矢印２０および２１で表されるように、ねじ軸部１９に剪断応力を加え、図３に示すように、剪断応力が、ねじ１９の破断を引き起こすことがある。本発明は、全速力で回転中にロータが破壊された場合でも、真空ポンプ１が、固定構造３の壁２に保持され続けることを保証するために、そのような破断を回避しようとする。

この目的のために本発明によって提供された修正形態は、特に有利な実施形態を示す図４および５に示される。

本発明の真空ポンプ締結装置システムでは、吸引オリフィス６の周りに環状形状で、真空容器などの固定構造の壁２に押し付けるためのフランジ１４がポンプ本体上にさらにある。フランジ１４に貫通穴１６、壁２にねじ穴１５、ならびに、頭部１８と軸部１９とを備えるねじ１７がさらにある。

各貫通穴１６は、同じ軸の周りで、Ｄａより大きい直径Ｄｂの円形の円筒でありかつ固定構造の壁２に隣接する拡大された近位セグメント１６ｂに続く直径Ｄａの円形の円筒遠位セグメント１６ａを含む。したがって、剪断応力が、固定構造の壁２に対して任意の方向にポンプ本体４を変位させる傾向にあるとき、拡大された近位セグメント１６ｂがあることが、真空ポンプ１と固定構造３の間の連結ゾーンに、ねじ軸部１９が曲がる余地を残して、貫通穴１６と関連するねじ穴１５の間に対応する横方向の偏りを引き起こすことが理解されるであろう。このように曲がることによって、ねじ１７が破断に耐える能力は、力がかけられる横方向にかかわらず、大幅に増大される。

したがって、そのような剪断応力の間、ポンプ本体４は、ねじ１７の軸部１９が、固定構造の壁２に隣接する部分の貫通穴１６の側壁に当接するまで横方向に移動することができることが理解されるであろう。例えば、図４で、ポンプ本体４が右に変位する間に、ねじ１７の軸部１９は、軸部１９が貫通穴１６の側壁の左側の面１６ｃに寄りかかるまで曲がることができる。言い換えれば、ポンプ４は、貫通穴１６の左側の面１６ｃが壁２のねじ穴１５の付近にくるまで移動することができる。この変位は、図４で矢印Ｄによって表される。この変位Ｄが、貫通穴１６と関連するねじ穴１５の間で可能な横方向の偏りの量を示す。

この可能な横方向の偏りＤは、貫通穴１６の近位セグメント１６ｂの形状に依存することが理解されるであろう。

近位セグメント１６ｂの形状は、好ましくは、ねじ軸部１９が、近位セグメント１６ｂの側壁１６ｃに当接するようになるまで曲がるとき、横方向の偏りＤがねじ軸部１９の半径（すなわち、その直径Ｄｔの半分）より大きいようである。同時に、近位セグメント１６ｂは、有利には、遠位セグメント１６ａの長さＬａより大きい長さＬｂであるべきである。これは、軸部の長い長さにわたって、ねじ軸部１９が変形できることを保証する。

図４に示される実施形態では、近位セグメント１６ｂは、円形の円錐台形状の遠位部分２１６ｂによって、遠位セグメント１６ａに連結される、直径Ｄｂをもつ円形の円筒形状の近位部分１１６ｂを含む。円錐台の遠位部分２１６ｂは、約６０°に等しい半円錐角をもつ。

さらに軸部１９の曲げ能力を向上させるために、図４に図示されている特別の形状のねじを提供することが可能である。そのような状況下では、ねじ軸部１９は、頭部１８に近接し、貫通穴１６の遠位セグメント１６ａの直径Ｄａより相当に小さい直径Ｄｔの滑らかなねじ軸部セグメント１９ａを含む。滑らかな軸部セグメント１９ａは、壁２の関連するねじ穴１５にねじ込まれるために形成されたねじ式セグメント１９ｂによって、軸部１９の自由端１９ｃに延ばされる。滑らかな軸部セグメント１９ａの直径Ｄｔは、好ましくは、貫通穴１６の遠位セグメント１６ａの直径Ｄａより小さい、またはその８０％に等しい。７０％から８０％にある直径比が適切である傾向がある。

貫通穴１６の近位セグメント１６ｂも、貫通穴１６の遠位セグメント１６ａの長さＬａより長いかまたはその１．５倍に等しい長さＬｂである。

ワッシャ２２が、ねじ１７の頭部１８とフランジ１４の隣接する外部面１４ａの間に挿入されてもよい。

図５に示される実施形態では、フランジ１４は、各々が２つの連続するセグメント１６ａおよび１６ｂを同じ軸にもつ、穴１６のような１２個の貫通穴をもち、穴は、真空ポンプ１の吸引オリフィス６の周りの環状フランジ１４に規則的に分配される。現在効力のある基準に従うＤＮ ２５０型のフランジ１４によって保持される真空ポンプ１では、貫通穴１６の数は、効力のある基準に適合する。

図２および３に示されたようなねじを通すそのような標準化された１２の穴のフランジによって保持されたターボ分子ポンプでは、テストは、真空ポンプのロータの破壊が、ねじ１７の剪断破断を引き起こすことを示した。これに対比して、図４に示されたような本発明の修正形態では、テストは、第１に、１２個の貫通穴１６に係合された１２個のねじは、ロータが破壊された場合に、ねじが剪断破断を引き起こさずに、真空ポンプを保持する働きをすることを示した。さらに、同じテストが、９個だけのねじで行われたとき、本発明による修正形態は、全速力で動くロータが破壊された場合、９個のねじを破断することなく、ポンプをなお保持できることを示した。

したがって、本発明によって提供された修正は、安全率が少なくとも３０％で、全速力で動作しているロータが破壊に近づく場合、真空ポンプが固定構造に保持されることを保証できると考えることができる。

システムは、ねじ軸部１９とフランジ１４の対応する貫通穴１６の間のスペースにエラストマ型ダンパ材料を挿入することによってさらに改良されることができる。

当然、本発明は、１２個のねじのＤＮ２５０ フランジによって締結された真空ポンプだけでなく、それらの寸法に適合された他の標準化されたフランジによって締結された、他の寸法の真空ポンプにも適用される。

本発明は明確に説明された実施形態に限定されず、それは以下の特許請求の範囲の範囲内に含まれる変形形態および一般化を含む。

ターボ分子ポンプ構造およびそれが真空容器などの固定構造に固定される方法を示す概略縦断面図である。 ターボ分子ポンプを保持するために従来から使用されている締結装置手段の従来技術の構造を示す図１の詳細Ａを示す拡大図である。 全速力で回転している際のロータの偶発的破壊の場合に図２の締結装置構造に加えられた剪断力を示す図である。 本発明の実施形態を構成する修正された締結装置構造を示す概略断面図である。 環状フランジおよび修正された形状の締結装置穴を示す、本発明による修正がされたターボ分子ポンプを示す平面図である。

Claims (10)

1. 真空ポンプ（１）を固定構造（３）の壁（２）に締結する締結装置システムであって、同軸の環状フランジ（１４）が吸引オリフィス（６）の周りで真空ポンプ本体（４）に設けられ、ねじ穴（１５）が固定構造（３）の壁（２）に設けられ、貫通穴（１６）が同軸の環状フランジ（１４）に設けられ、頭部（１８）をもつねじ（１７）が、真空ポンプ（１）を固定構造（３）に固定するために、固定構造（３）の壁（２）にフランジ（１４）を押し付けながら、軸部（１９）が貫通穴（１６）を通り、かつ軸部（１９）が関連するねじ穴（１５）にねじ込まれるように嵌合され、各貫通穴（１６）が、同じ軸の周りで円形の円筒でありかつ固定構造の壁（２）に隣接する拡大された近位セグメント（１６ｂ）が続く、円形の円筒遠位セグメント（１６ａ）を含み、剪断力（２０、２１）が真空ポンプ（１）と固定構造（３）の間の連結ゾーンで横方向に加えられた場合に、ねじの軸部が曲がり、貫通穴が関連するねじ穴（１５）に対して横方向に（Ｄ）偏ることを可能にすることを特徴とするシステム。
2. 貫通穴（１６）の近位セグメント（１６ｂ）が、貫通穴（１６）の近位セグメント（１６ｂ）の側壁（１６ｃ）に対して当接するようになるまでねじ軸部（１９）が曲がる際に、貫通穴（１６）と関連するねじ穴（１６）の間で可能な横方向の偏り（Ｄ）が、ねじ軸部（１９）の半径より大きくなるような形状であり、かつ貫通穴（１６）の近位セグメント（１６ｂ）が、貫通穴（１６）の遠位セグメント（１６ａ）の長さ（Ｌａ）より長い長さ（Ｌｂ）であるような形状であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 貫通穴（１６）の近位セグメント（１６ｂ）が、円形の円錐台遠位部分（２１６ｂ）によって、貫通穴（１６）の遠位セグメント（１６ａ）に連結された円形の円筒近位部分（１１６ｂ）を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシステム。
4. 円錐台遠位部分（２１６ｂ）が約６０°に等しい半円錐角をもつことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
5. ねじの軸部（１９）が、その頭部（１８）に隣接して、ねじ穴（１６）の遠位セグメント（１６ａ）の直径（Ｄａ）より相当に小さく、かつ壁（２）の関連するねじ穴（１５）にねじ込むように形成されたねじ式セグメント（１９ｂ）が自由端（１９ｃ）に続く、直径（Ｄｔ）の滑らかな軸部セグメント（１９ａ）を含むことを特徴とする請求項１から４に記載のいずれか一項に記載のシステム。
6. 滑らかな軸部セグメント（１９ａ）の直径（Ｄｔ）が、貫通穴（１６）の遠位セグメント（１６ａ）の直径（Ｄａ）より小さいか、またはその８０％に等しいことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 貫通穴（１６）の近位セグメント（１６ｂ）が、貫通穴（１６）の遠位セグメント（１６ａ）の長さ（Ｌａ）より大きいかまたはその１．５倍に等しい長さ（Ｌｂ）であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のシステム。
8. ワッシャ（２２）がねじ（１７）の頭部（１８）とフランジ（１４）の隣接する外部面（１４ａ）の間に挿入されることを特徴とする請求項１から７に記載のいずれか一項に記載のシステム。
9. エラストマ型ダンパ材料が、ねじの軸部（１９）とフランジ（１４）の対応する貫通穴（１６）の間のスペースに挿入されることを特徴とする請求項１から８に記載のいずれか一項に記載のシステム。
10. 請求項１から９のシステムによる貫通穴（１６）をもつ締結装置フランジ（１４）を備える真空ポンプ（１）。

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