JP2006144783A - 高速回転ロータを有する真空ポンプのフランジと結合可能な破損防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な手段を用いることなく、したがって全体としてコスト的に有利に、真空ポンプ内部と真空ポンプ周囲との間の著しく改善された磁気減結合を達成する。
【解決手段】本発明は、真空ポンプがそれにより外部空間から磁気減結合される、真空ポンプにより使用される破損防止装置に関するものである。真空ポンプの吸込フランジ開口を覆う破損防止装置の構造部分を、高い相対透磁率係数μ_ｒを有する材料から製作することが提案される。
【選択図】図１

Description

本発明は高速回転ロータを有する真空ポンプで使用される破損防止装置に関するものである。

高速回転ロータを有する真空ポンプは高真空および超高真空の発生においてきわめて有効である。きわめて一般的な構造形式はターボ分子ポンプであり、これはターボ・ポンプとも呼ばれる。ターボ分子ポンプ内には羽根が設けられているロータ・ディスクおよびステータ・ディスクが交互に配置され、この場合、ロータはたいてい１００Ｈｚ−１０００Ｈｚの回転速度で回転する。このような真空ポンプが高磁界環境内で使用された場合、ロータ内に渦電流が発生する。渦電流は、一方で、ロータを加熱させ、したがって縦方向膨張を発生させる。ポンプの隙間を狭くすることが必要とされる場合には縦方向膨張は危険であり、これがロータおよびステータを接触させることがある。他方で、渦電流はロータを制動させるように働き、これにより駆動装置のより高い動力消費量を発生させる。

逆の場合もまた問題である。即ち、真空ポンプの高速回転ロータはしばしば磁気軸受で支持され、即ち磁力が機械的接触なしにロータを支持している。この磁気軸受内に発生された磁界は、その空間的広がり範囲が軸受そのものの空間内に限定されていない。磁界線はポンプの吸込開口から外に出て、これによりその前方に存在する装置に障害を与えることがある。このような装置は例えば電子顕微鏡であることがあり、電子顕微鏡内において磁気軸受の漂遊磁界が電子ビームを偏向させ、これにより解像度を低下させることがある。感度が常により高く且つより良好な解像度が必要とされるので、このビーム偏向はきわめて僅かに許容可能であるにすぎない。

従来技術において、ポンプ・ハウジングおよびロータ軸の遮蔽によりこの問題を解決することが試みられてきた（「雑誌、Ｖａｋｕｕｍ−Ｔｅｃｈｎｉｋ、第２７巻、第１号、６−８頁」）。

特許文献、ドイツ特許公開第３５３１９４２号が他の方法を提案している。この方法は、ロータおよびその構成部品が１０^−４Ωｍ以上の固有抵抗を有する材料から構成されていることにより、渦電流を抑制しようとするものである。材料として特に窒化ケイ素が推奨される。

従来技術において提案されている方法は多数の欠点を有している。即ち、ハウジング遮蔽方法は十分な結果をもたらさず、ロータ軸の追加遮蔽は製作技術的に困難であることが明らかとなった。提案されている材料選択はきわめて高価であり且つ大量生産で広く使用するためには不適切である。

高価な手段を用いることなく、したがって全体としてコスト的に有利に、ポンプ内部とポンプ周囲との間の著しく改善された磁気減結合を達成することが本発明の課題である。

この課題は請求項１に記載の特徴により解決される。従属請求項２−１１の特徴は本発明の有利な変更形態を示す。
本発明による破損防止装置は、材料の選択により、ポンプを異物から保護するのみならず、同時に、ポンプを、吸込開口を通って流入する磁界から遮蔽するように働き、他方で、例えば磁気軸受により発生されることがある漂遊磁界のポンプからの流出を阻止する。これにより、真空ポンプの高速回転ロータをポンプ・ハウジングと共に周囲の磁界から遮蔽し、且つロータ内における渦電流の形成を十分に抑制することが可能となる。当該手段により、存在するポンプを遮蔽すること、即ち、その製作後においても高磁界を有する設置位置へ適合させることもまた可能となる。本発明による破損防止装置により、さらに、磁気軸受により発生される漂遊磁界のポンプからの流出を阻止することが可能である。真空ポンプの吸込開口を覆うために僅かな量の材料が必要であるにすぎないので、この方法は、特にロータの全てを特殊材料から製作することに比較してコスト的に有利である。

真空ポンプの内部空間を真空室から磁気分離する効果は、特に、破損防止装置がさらに良導電性材料層を有しているときに改善可能である。これは、動的磁界即ち時間的に変化する磁界に対する分離効果を向上させる。

本発明を図により詳細に説明する。

図１は、真空室フランジ、真空ポンプ、本発明による破損防止装置および固定のために必要なクランプねじを断面図で示す。破損防止装置１は、構造部分として、心出しリング６と、および破損防止装置１が真空ポンプと結合されたときに吸込フランジ５の開口を覆う網状構造部分４とを含む。破損防止装置１は真空ポンプ２の吸込フランジ５と結合されてもよい。真空ポンプ２の内部に高速回転ロータ３が配置されている。ロータ３上に羽根１０が装着され、羽根１０はハウジングに装着されている羽根１１と向かい合っている。ロータ３はこの例においては磁気軸受により支持され、磁気軸受は磁石１７から構成されている。図示の例においては磁気軸受は受動型磁気軸受であり、能動型磁気軸受もまた考えられる。ロータ３の回転によりポンプ作用が発生される。真空ポンプ２および破損防止装置１は、例えば真空室に付属するフランジ１５と結合され、このとき適切な手段例えばクランプねじ１８により固定される。破損防止装置１の周囲にシール作用をなすエラストマー・リング１２が配置されていてもよく、およびエラストマー・リング１２は外側リング９により支持されてもよい。

図２は破損防止装置１のきわめて簡単な実施形態を示し、ここでは、図１において破線で示された、真空ポンプ２のフランジ５の周囲内の範囲のみが示されている。網状構造部分４は、それが真空ポンプ開口内にはめ込み可能なように形成され、したがって真空ポンプ開口を覆っている。即ち、必要な構造部分の数は低減され且つ真空ポンプと真空室との間の追加空間の必要性が回避される。網状構造部分４は、さらに、良導電性の層２０を有し、この層２０は例えば銅であってもよい。これにより、時間的に変化する磁界（動的磁界）のより良好な遮蔽が行われる。この構造は、例えば、Ｍｕ−Ｍｅｔａｌｌ箔および銅箔からなるサンドイッチ構造により製作される。これらの層を結合したのちに穴構造が形成される。

磁界に対する遮蔽特性は材料の厚さおよびその相対透磁率係数μ_ｒの関数である。同時に構造部分４を薄く（１０分の数ミリが代表例である）保持可能にするために、本発明により、高い相対透磁率係数μ_ｒを有する材料が使用される。１０００以上のμ_ｒを有している構造部分であれば、スチールのような材料よりも薄く形成可能である。

１００００より多いμ_ｒを有する材料が使用された場合、構造部分厚さのさらなる低減が達成可能である。
有利な設計においては、構造部分４は２５０００より大きい相対透磁率係数μ_ｒを有する材料から製作されている。この高い透磁率係数は、構造部分４をより小さい軸方向厚さで製作し、これにより排出されるべきガスに対する流動抵抗を低く保持することを可能にする。

ある設計においては、商品名″Ｍｕ−Ｍｅｔａｌｌ″として既知の金属が使用される。記号Ｍｕは、″Ｍａｇｎｅｔｆｅｌｄ ｕｎｄｕｒｃｈｌａｅｓｓｉｇ（不浸透の磁界）″から出ている。この金属はニッケルおよび鉄からなる合金を基礎としている。

他のニッケル−鉄合金もまた使用可能であり、この場合、ニッケルの組成は少なくとも７０％の値であり、および鉄の組成は少なくとも１０％の値である。
有利な設計においては、破損防止装置１を真空ポンプ２と結合したときに接触する表面７、８および１６は特定の一定摩擦係数を有している。したがって、反復された組立および分解後においても、破損防止装置１と真空ポンプ２との確実な結合を保証することが可能である。さらに、表面７、８および１６に、特定の一定摩擦係数を有するコーティングが設けられていてもよい。

分子真空ポンプ（例えばホルベック・ポンプ）および特殊なターボ分子真空ポンプにおいては、きわめて小さい隙間のもとでロータの高い回転速度が必要とされることは当然である。しばしば磁気軸受が使用される。ここでは、本発明による破損防止装置が有利であることは明らかである。

真空室フランジ、真空ポンプ、破損防止装置およびクランプねじの断面図である。 破損防止装置の簡単な実施形態の断面図である。

符号の説明

１ 破損防止装置
２ 真空ポンプ
３ ロータ
４ 構造部分（網状構造部分）
５ 吸込フランジ
６ 心出しリング
７、８、１６ 表面
９ 外側リング
１０、１１ 羽根
１２ エラストマー・リング
１５ 真空室フランジ
１７ 磁石
１８ クランプねじ
２０ 良導電性材料層

Claims (11)

1. 真空ポンプ（２）の吸込フランジ（５）開口を覆う少なくとも１つの構造部分（４）を含む、高速回転ロータ（３）を有する真空ポンプ（２）の吸込フランジ（５）と結合可能な破損防止装置（１）において、
   少なくとも１つの構造部分（４）が、１０００より大きい相対透磁率係数μ_ｒを有する材料から製作されていることを特徴とする高速回転ロータを有する真空ポンプの吸込フランジと結合可能な破損防止装置。
2. それが心出しリング（６）を有することを特徴とする請求項１の破損防止装置。
3. 構造部分（４）が、１００００より大きい相対透磁率係数μ_ｒを有する材料から製作されていることを特徴とする請求項１の破損防止装置。
4. 構造部分（４）が、２５０００より大きい相対透磁率係数μ_ｒを有する材料から製作されていることを特徴とする請求項１の破損防止装置。
5. 材料が、少なくとも７０％組成のニッケルおよび少なくとも１０％組成の鉄を含有する合金であることを特徴とする請求項１の破損防止装置。
6. 材料がＭｕ−Ｍｅｔａｌｌであることを特徴とする請求項４の破損防止装置。
7. 開口を覆う構造部分（４）が、良導電性材料からなる層（２０）を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの破損防止装置。
8. 表面（７、８、１６）が特定の一定摩擦係数を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの破損防止装置。
9. 表面（７、８、１６）に、特定の一定摩擦係数を有するコーティングが設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの破損防止装置。
10. 真空ポンプが分子ポンプであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの破損防止装置。
11. 分子ポンプがターボ分子真空ポンプであることを特徴とする請求項１０の破損防止装置。

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