JP2010144739A - 真空ポンプ防振構造 - Google Patents

Abstract

【課題】真空ポンプの運転に伴う真空装置の微振動の低減を図るのに好適な真空ポンプ防振構造を提供する。
【解決手段】メカニカルダンパＤを介して真空装置ＭのチャンバＣに接続される真空ポンプＰの防振構造において、メカニカルダンパＤは、大気と真空の境界を維持する筒状のベローズ２と、ベローズ２の両端に取り付けたフランジ部３Ａ、３Ｂと、その両端のフランジ部間に介在させた筒状の振動減衰部材４とを備え、一方のフランジ部３ＡがチャンバＣに接続し、他方のフランジ部３Ｂが真空ポンプＰの吸気口部ＰＳに接続されるものとする。そして、フランジ部３Ｂと振動減衰部材４との間には低摩擦部材５を介在させ、この低摩擦部材５を介してフランジ部３Ｂと振動減衰部材４とが振動のエネルギーによって相対的に真空ポンプ径方向にずれる自由度を備えるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子顕微鏡その他の真空装置のチャンバに接続される真空ポンプの防振構造に関する。

例えば、電子顕微鏡には観察試料をセットするためのチャンバが設けられている。このチャンバにはメカニカルダンパを介して真空ポンプが接続され、真空ポンプによってチャンバ内の真空引きが行われる。メカニカルダンパは、真空ポンプの運転によって発生する振動が電子顕微鏡側へ伝わらないようにするために設けられている。

前記のようにメカニカルダンパを介して真空ポンプと電子顕微鏡などの真空装置のチャンバとを接続する接続構造については、例えば特許文献１に開示されている。同文献１で用いるメカニカルダンパは、図７のように、大気と真空の境界を維持する筒状のベローズ２と、ベローズ２の両端に取り付けたフランジ部３Ａ、３Ｂと、その両端のフランジ部３Ａ、３Ｂ間に振動減衰部材４として介在させたシリコーンゴムからなる筒状の弾性部材とにより構成されている。

そして、このメカニカルダンパＤの一方のフランジ部３Ａを真空装置ＭのチャンバＣに接続するとともに、他方のフランジ部３Ｂを真空ポンプＰの吸気口部ＰＳに接続することにより、ベローズ２の内側通路を通じて真空ポンプＰとチャンバＣとが連通し、この状態で真空ポンプＰの運転が行われることにより、チャンバＣ内のガスがベローズ２の内側空間と真空ポンプＰ内部を通って外部へ排気される。

ところで、前記のような従来の接続構造によると、振動減衰部材４として設けられているシリコーンゴムからなる弾性部材のばね定数を小さくすることによって、メカニカルダンパＤによる振動の減衰効果を高めることができる。

しかしながら、メカニカルダンパＤの弾性部材（振動減衰部材４）のばね定数を小さくしすぎると、弾性部材の剛性が低下し、チャンバＣ内およびベローズ２の内側空間の真空度が高まるのに従い、当該弾性部材は大気圧に耐えきれず収縮し、真空ポンプＰがチャンバＣ側へ引き寄せられてしまうという不具合が生じる。

以上のことから、振動の減衰効果を高めることを目的として、メカニカルダンパＤの弾性部材（振動減衰部材４）のばね定数を小さくすることには一定の限界があり、その限界を超えて弾性部材のばね定数を小さくすることはできない。また、このメカニカルダンパＤの弾性部材は、真空ポンプＰの吸気口ＰＳ側に接続される金属性のフランジ部３ＢとチャンバＣ側に接続される金属性のフランジ部３Ａとに張り付き密着しているため、真空ポンプＰの振動が弾性部材を介して真空装置Ｍへ伝わりやすくなっている。このため、前記限界を超える極小のばね定数の弾性部材でなければ十分に減衰させることができない微振動、例えばナノメートルオーダ以下の振幅の微振動をメカニカルダンパＤの弾性部材で減衰させることはできず、そのような微振動がメカニカルダンパＤの弾性部材を介して真空装置Ｍ側へ伝播し、真空装置Ｍが微振動するという問題点がある。

真空ポンプＰの内部にはロータを回転させるためのモータが内蔵されており、そのモータのステータがロータ回転の反力を受けて微振動する。このような微振動が前述のようにメカニカルダンパＤの弾性部材を介して真空装置Ｍ側へ伝播するため、真空ポンプＰを運転している限り、真空装置Ｍの微振動はなくならない。

特に、電子ビーム等を使って原子レベルで精密な観察を行う電子顕微鏡の分野ではその性能の向上に伴い、前記のような微振動を低減することが課題とされている。このことは同様に精密な作業を行う電子顕微鏡以外の他の真空装置でも同様である。

特開２００２−２９５５８１号公報

本発明は前記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、真空ポンプの運転に伴う真空装置の微振動の低減を図るのに好適な真空ポンプ防振構造を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、メカニカルダンパを介して真空装置のチャンバに接続される真空ポンプの防振構造であって、前記メカニカルダンパは、大気と真空の境界を維持する筒状のベローズと、ベローズの両端に取り付けたフランジ部と、その両端のフランジ部間に介在させた筒状の振動減衰部材とを備え、前記一方のフランジ部を前記チャンバに接続し、前記他方のフランジ部を前記真空ポンプの吸気口部に接続した構造からなり、前記両端のフランジ部のうち少なくともいずれか一方のフランジ部と前記振動減衰部材との間に、低摩擦部材を介在させ、この低摩擦部材を介して前記フランジ部と振動減衰部材とが振動のエネルギーによって相対的に真空ポンプ径方向にずれる自由度を備えるように構成したことを特徴とする。

前記本発明において、前記低摩擦部材は、前記フランジ部と前記振動減衰部材との間にすべり接触部を形成する構成のものを採用することができる。

また、前記低摩擦部材は、前記フランジ部と前記振動減衰部材との間に転がり接触部を形成する構成のものを採用することもできる。

本発明にあっては、前記のように、低摩擦部材を介してフランジ部と振動減衰部材とが振動のエネルギーによって相対的に真空ポンプ径方向にずれる自由度を備えるように構成した。このため、真空装置で発生したナノメートルオーダ以下の振幅の微振動でも、その振動エネルギーによってフランジ部と振動減衰部材とが相対的にずれることで、当該微振動の真空ポンプ径方向成分が真空装置へ伝播する前に減衰されるから、真空ポンプの運転に伴う真空装置の微振動を低減させることができる等の作用効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の真空ポンプ防振構造の一実施形態の説明図、図２は図１の真空ポンプ防振構造で採用したメカニカルダンパの断面斜視図である。本真空ポンプ防振構造は、同図のようにメカニカルダンパＤを介して電子顕微鏡などの真空装置ＭのチャンバＣに接続される真空ポンプＰの防振構造である。

真空ポンプＰについてはターボ分子ポンプＴＰその他の真空ポンプが適用される。本実施形態においては、かかる真空ポンプＰの一例として、周知のターボ分子ポンプＴＰを採用した。

ターボ分子ポンプＴＰは、図示は省略するが、そのポンプケース１内に、モータによって回転駆動されるロータと、ロータの外周面に多段に設けた複数のロータ翼と、ロータ翼間に多段に位置決め配置された固定のステータ翼とを備えている。そして、ロータの回転により、ロータの回転中心軸線周りにロータ翼が旋回し、この旋回するロータ翼と固定のステータ翼とで気体分子を順次移送し排気する。

メカニカルダンパＤは、真空ポンプＰの運転により生じる機械的な振動を減衰する手段であり、本実施形態のメカニカルダンパＤは、真空と大気の境界を維持する筒状のベローズ２と、ベローズ２の上下両端に溶接などで取り付けられたフランジ部３Ａ、３Ｂと、この上下のフランジ部３Ａ、３Ｂ間に介在させた振動減衰部材４と、振動減衰部材４と前記下側のフランジ部３Ｂとの間に介在させた低摩擦部材５とにより構成されている。

また、本実施形態のメカニカルダンパＤは、その上側のフランジ部３Ａが真空装置ＭのチャンバＣに取り付けられ、その下側のフランジ部３Ｂには、真空ポンプＰの吸気口部ＰＳが取り付けられるようになっている。

本実施形態のメカニカルダンパＤの構成要素のうち、ベローズ２とフランジ部３Ａ、３Ｂについては金属で形成され、振動減衰部材４は弾性部材としてのシリコーンゴムで形成したが、これら以外の材料によってベローズ２、フランジ部３Ａ、３Ｂ、振動減衰部材４を形成してもよい。

低摩擦部材５は、下側のフランジ部３Ｂと振動減衰部材４との間にすべり接触部Ａ１を形成し、そのすべり接触部Ａ１を介してフランジ部３Ｂと振動減衰部材４とが振動のエネルギーで真空ポンプ径方向に相対的にずれる自由度を備えることによって、微振動の真空ポンプ径方向成分を減衰させる構造になっている。

前記のような低摩擦部材５の構造の具体例として、本実施形態では、図２のようにすべり軸受けの材料に使われるプラスチック材、又はフッ素コーティング等の低摩擦コーティングを施した材料等のような、低摩擦素材で形成したスペーサ５Ａ、５Ｂを上下に２枚重ね合わせた構造を採用した。この場合、重ねた２枚のスペーサ５Ａ、５Ｂの対向面が低摩擦のすべり面となって前記すべり接触部Ａ１を形成する。

図示は省略するが、前記２枚のスペーサ５Ａ、５Ｂのうち、いずれか一方のスペーサ５Ａ又は５Ｂを省略することもできる。この場合、当該他方のスペーサ５Ａ又は５Ｂと下側のフランジ部３Ｂとの対向面がすべり面となって前記すべり接触部Ａ１を形成するようになる。

また、図示は省略するが、前記スペーサ５Ａ、５Ｂを２枚以上重ねるように構成することもできる。例えば、当該スペーサを３枚重ねた構成の場合は、上段と中段のスペーサ間および中断と下段のスペーサ間、下段のスペーサとフランジ部３Ｂとの間に、前記のようなすべり接触部が形成され、計３層のすべり接触部が設けられる構造になる。

次に、前記の如く構成された真空ポンプ防振構造の作用などについて図１を基に説明する。

真空ポンプＰの運転を開始し、同真空ポンプＰ内において図示しないモータによりロータが高速回転すると、ロータと一体に旋回するロータ翼と固定のステータ翼とで気体分子を順次移送し排気する動作が行われる。

これにより、真空ポンプＰの吸気口部ＰＳ側が低圧となり、真空装置ＭのチャンバＣ内の気体分子は、メカニカルダンパＤのベローズ２の内側空間を通って真空ポンプＰの吸気口部ＰＳへ移行し、真空ポンプＰによって外部へ排気される。

ところで、真空ポンプＰの運転中にそのロータの回転に伴う微振動が真空ポンプＰで発生することは避けられず、その微振動は、真空ポンプＰの吸気口部ＰＳからメカニカルダンパＤのフランジ部３Ｂを介して振動減衰部材４へ伝播しようとする。しかし、その微振動の伝播経路の途中、具体的にはフランジ部３Ｂと振動減衰部材４との間には低摩擦部材５が介在し、この低摩擦部材５を境に、フランジ部３Ｂと振動減衰部材４が微振動のエネルギーによって相対的に真空ポンプ径方向にずれる自由度を有するから、かかる微振動の真空ポンプ径方向成分は減衰し、真空ポンプＰから振動減衰部材４を介して真空装置Ｍ側へ伝播する微振動は減少し、真空装置Ｍの微振動が減る。

図３および図４は、図２の低摩擦部材５と同種のすべり接触部Ａ１を形成する他の低摩擦部材の構造例を示したものである。

特に、図３の低摩擦部材５は、表面をラップ（研磨）した金属製のスペーサ５Ａ、５Ｂを上下に２枚重ね合わせ、そのスペーサ５Ａ、５Ｂ間に潤滑剤５Ｃを介在させるように構成したものである。この場合、重ねた２枚のスペーサ５Ａ、５Ｂの対向面が潤滑剤５Ｃを介してすべり面となって前記すべり接触部Ａ１を形成する。

また、図３において、２枚のスペーサ５Ａ、５Ｂのうち、いずれか一方のスペーサ５Ａ又は５Ｂを省略し、他方のスペーサ５Ａ又は５Ｂと下側のフランジ部３Ｂとの間に潤滑剤５Ｃを介在させる構成を採用することもできる。この場合、他方のスペーサ５Ａ又は５Ｂと下側のフランジ部３Ｂとの対向面が潤滑剤５Ｃを介してすべり面となって前記すべり接触部Ａ１を形成するようになる。さらに、この図３のスペーサも、図２のスペーサと同じく２枚以上重ね、それぞれのスペーサ間に前記潤滑剤５Ｃを介在させるように構成することもできる。

図４の低摩擦部材５は、２つのスペーサ５Ａ、５Ｂの重ね合わせ面に溝５Ｄを設けるとともに、この溝５Ｄ内にグリースＧを入れることで、２つのスペーサ５Ａ、５Ｂの対向面がグリースＧを介してすべり面となって前記すべり接触部Ａ１を形成するように構成したものである。

また、以上説明した低摩擦部材５は、いずれもフランジ部３Ａ又は３Ｂと振動減衰部材４との間にすべり接触部Ａ１を形成する構造のものであったが、この種の低摩擦部材５については、例えば、図５のように、フランジ部３Ａ又は３Ｂと振動減衰部材４との間に転がり接触部Ａ２を形成し、この転がり接触部Ａ２を介してフランジ部３Ａ又は３Ｂと振動減衰部材４とが振動のエネルギーで真空ポンプ径方向に相対的にずれる自由度を備えることによって、微振動の真空ポンプ径方向成分を減衰させるように構成してもよい。

特に、この図５の低摩擦部材５は、振動減衰部材４側に当接する上板６Ａと下側のフランジ部３Ｂ側に当接する下板６Ｂとを対向配置し、その上下両板６Ａ、６Ｂ間にボール状の転動体６Ｃを介在させた構造であって、転動体６Ｃによって前記転がり接触部Ａ２が形成されるようになっている。転動体６Ｃとしてはコロ状のものを採用してもよい。

以上説明した実施形態の真空ポンプ防振構造は、いずれも、下側のフランジ部３Ｂと振動減衰部材４との間に低摩擦部材５を介在させた例であったが、この種の低摩擦部材５は図６のように上側のフランジ部３Ａと振動減衰部材４との間に介在させるようにしてもよい。尚、図６は図２の低摩擦部材５を上側のフランジ部３Ａと振動減衰部材４との間にも介在させた構成例である。

ところで、以上説明した本実施形態の真空ポンプ防振構造は、低摩擦部材５を介してフランジ部３Ａ又は３Ｂと振動減衰部材４とが振動のエネルギーによって相対的に真空ポンプ径方向にずれる自由度を備えるように構成したものである。このため、真空装置Ｐで発生したナノメートルオーダ以下の振幅の微振動でも、その振動エネルギーによってフランジ部３Ａ又は３Ｂと振動減衰部材４とが相対的にずれることで、当該微振動の真空ポンプ径方向成分が真空装置Ｍへ伝播する前に減衰されるから、真空ポンプＰの運転に伴う真空装置Ｍの微振動を低減させることができる。

なお、前記実施形態では、真空ポンプＰの一例としてターボ分子ポンプＴＰを採用した構成例を説明したが、本発明の真空ポンプ防振構造は、たとえばネジ溝ポンプなどのようにターボ分子ポンプ以外の真空ポンプにも適用することができる。

本発明の一実施形態である真空ポンプ防振構造の断面図。 図１の真空ポンプ防振構造で採用したメカニカルダンパの断面斜視図。 低摩擦部材の他の実施形態（すべり接触）の断面図。 低摩擦部材の他の実施形態（すべり接触）の断面図。 低摩擦部材の他の実施形態（ころがり接触）の断面図。 図２の低摩擦部材を上側のフランジ部と振動減衰部材との間にも介在させた構成例の説明図。 メカニカルダンパを介して真空ポンプと真空装置のチャンバとを接続する従来の接続構造の説明図。

符号の説明

１ ポンプケース
２ ベローズ
３Ａ、３Ｂ フランジ部
４ 振動減衰部材
５ 低摩擦部材
５Ａ、５Ｂ スペーサ
５Ｃ 潤滑剤
５Ｄ 溝
６Ａ 上板
６Ｂ 下板
６Ｃ 転動体
Ａ１ すべり接触部
Ａ２ ころがり接触部
Ｃ チャンバ
Ｇ グリース
Ｄ メカニカルダンパ
Ｍ 真空装置
Ｐ 真空ポンプ
ＰＳ 吸気口部
ＴＰ ターボ分子ポンプ

Claims (3)

1. メカニカルダンパを介して真空装置のチャンバに接続される真空ポンプの防振構造であって、
   前記メカニカルダンパは、大気と真空の境界を維持する筒状のベローズと、ベローズの両端に取り付けたフランジ部と、その両端のフランジ部間に介在させた筒状の振動減衰部材とを備え、前記一方のフランジ部を前記チャンバに接続し、前記他方のフランジ部を前記真空ポンプの吸気口部に接続した構造からなり、
   前記両端のフランジ部のうち少なくともいずれか一方のフランジ部と前記振動減衰部材との間に、低摩擦部材を介在させ、この低摩擦部材を介して前記フランジ部と振動減衰部材とが振動のエネルギーによって相対的に真空ポンプ径方向にずれる自由度を備えるように構成したこと
   を特徴とする真空ポンプ防振構造。
2. 前記低摩擦部材は、前記フランジ部と前記振動減衰部材との間にすべり接触部を形成すること
   を特徴とする真空ポンプ防振構造。
3. 前記低摩擦部材は、前記フランジ部と前記振動減衰部材との間に転がり接触部を形成すること
   を特徴とする真空ポンプ防振構造。

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