JP2015025453A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、一つのポンプ入口と、一つのポンプ出口と、回転軸の周りを回転可能な一つのロータと、このポンプ入口に出現するプロセスガスをポンプ入口からポンプ出口に移送する少なくとも一つのプロセスガスポンプ段と、一つのモータ空間と、このモータ空間内に配置された、ロータを回転駆動するように構成された、一つのモータステータを有する一つの駆動モータとを備えた真空ポンプに関する。【解決手段】本発明では、モータ空間を通って延びるとともに、モータステータの所で少なくとも部分的にモータステータに沿って、或いはモータステータを通って延びる、ポンプ入口からポンプ出口までのプロセスガス用の少なくとも一つのガス経路が配備されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、一つのポンプ入口と、一つのポンプ出口と、回転軸の周りを回転可能な一つのロータと、ポンプ入口に出現するプロセスガスを移送する少なくとも一つのプロセスガスポンプ段とを備えた真空ポンプに関する。

真空ポンプは、その時々の処理に必要な真空を実現するために、様々な技術分野で、例えば、半導体製造時において使用されている。真空ポンプは、典型的には、一つのモータ空間と、そのモータ空間内に配置され、一つのモータステータを備え、ロータを回転駆動するように構成された一つの駆動モータとを有する。

周知の真空ポンプでは、プロセスガスが、モータ空間を迂回して真空ポンプの入口から出口に移送される。そのようなガスの移送のためには、ポンプ構造の複雑さ、真空ポンプの製造に必要な負担及び真空ポンプの構造空間を増大させる追加の移送構造と更に別の措置が必要である。

特開２０１４−０３７８０９号公報

以上のことから、本発明の課題は、小さい構造空間と小さい製造負担で実現可能であると同時に、高い吸引能力と高い圧縮率を提供する簡単な構造の真空ポンプを提示することである。

本課題は、請求項１の特徴を有する真空ポンプにより解決される。

この真空ポンプは、一つのポンプ入口と、一つのポンプ出口と、回転軸の周りを回転可能な一つのロータと、このポンプ入口に出現するプロセスガスをポンプ入口からポンプ出口に移送する少なくとも一つのプロセスガスポンプ段と、一つのモータ空間と、このモータ空間内に配置された、一つのモータステータを有する、このロータを回転駆動するように構成された駆動モータとを備えている。このモータ空間を通って延びるとともに、モータステータの所で少なくとも部分的にモータステータに沿って、或いはモータステータを通って延びる、ポンプ入口からポンプ出口までのプロセスガス用の少なくとも一つのガス経路が配備されている。

モータ空間を通して移送するとともに、モータステータの所でモータステータに沿って、或いはモータステータを通してガスを移送することは、モータ空間自体がガスを通す、或いはガスを移送する構造として使用されて、ガスを通す追加構造の負担が軽減されるので、真空ポンプのコンパクトで簡単な構造を保証する。更に、ポンプ出口は、真空ポンプの一つ以上のプロセスガスポンプ段のポンプ作用構造と逆側に配置することでき、そこでは、基本的に、プロセスガスポンプ段の側よりも大きな自由構造空間が得られ、そのため、真空ポンプのより良好な空間活用、そのため、よりコンパクトな構造が保証される。

本発明の有利な実施構成は、従属請求項、本明細書及び図面に記載されている。

本発明の有利な実施構成では、モータステータとロータの間に配置された隙間空間が設けられる。この少なくとも一つのガス経路は、有利には、この隙間空間を迂回して延びる。この隙間空間を迂回して移送されるプロセスガスは、ロータと直接接触しないので、その領域では、移送されるプロセスガスとロータの間の追加的な摩擦が防止される、或いは少なくとも軽減され、さもなければ、隙間空間の構造が狭く、ロータが回転する回転数が高いために、その摩擦が、吸引能力と圧縮率を低減させるとともに、真空ポンプを大きく加熱させて、消費電力を増大させることとなる。

有利には、隙間空間を迂回して延びるガス経路の部分は、モータステータに沿って、モータステータを通って、或いはその両方の形態で延びる。それによって、大幅な所要構造空間又は製造負担の追加無しで、隙間空間を迂回してガスを有利に移送することができる。

基本的に、隙間空間を迂回して延びるガス経路に追加して、隙間空間を通って延びる少なくとも一つの別のガス経路を配備することができる。この場合、モータ空間を通して移送されるプロセスガスの大部分を隙間空間を迂回して移送するのが有利である。

モータステータとロータの互いに対向する側面によって、この隙間空間の境界を画定することができる。有利には、この隙間空間は、一つのモータ間隙、特に、半径方向における一つのモータ間隙を有し、そのモータ隙間は、有利には、軸方向に、即ち、ロータ回転軸の方向に、モータステータを通って延びている。これらのモータステータとロータは、駆動モータが発生する駆動トルクを隙間空間を介してロータに伝達するために、隙間空間を介して磁気的に干渉し合うことができる。

有利には、このガス経路は、モータ空間の入口からモータ空間を通ってモータ空間の出口にまで延びる。この場合、入口と出口は、モータステータとロータの間の隙間空間の異なる側に配置することができる。これらのモータ空間の入口と出口は、軸方向に互いに間隔を開けて配置され、そのため、特に、軸方向に関して隙間空間の上と下に配置することができる。

この隙間空間を迂回して延びるガス経路は、特に、少なくともモータに沿って、モータステータを通って、或いはその両方の形態で延びる部分において、軸方向を向くか、或いは少なくとも軸方向の成分を有することができる。有利には、隙間空間を迂回して、モータに沿って、モータステータを通って、或いはその両方の形態で延びるガス経路の部分は、モータステータの軸方向の全長に渡って延びる。

有利な実施構成では、一つ以上の流路が配備されて、その流路を通って、ガス経路が隙間空間を迂回して延びており、その流路の周囲の一部又は周囲全体が、モータステータによって境界を画定される。それによって、小さい移送抵抗又は高い移送係数で隙間空間を迂回して流路形態によりガスを移送することができる。有利には、少なくとも一つの流路又は各流路がモータステータの空所又は開口により境界を画定される。そのような流路は、それに対応した空所又は開口だけをモータステータに設ければよく、モータステータを通常通り真空ポンプに取り付けた場合に、所望の流路が自動的に得られるので、特に簡単に製造することが可能である。

少なくとも一つの流路又は各流路は、有利には、モータステータの軸方向の全長又は軸方向の長さの少なくとも一部に渡って延びており、その長さに沿って、モータステータにより境界を画定される。

このモータステータは、各流路により境界を画定された、横断面が閉じた一つの開口、特に、貫通孔を備えることができる。このモータステータは、真空ポンプの隣接する構成要素、例えば、筐体の一部又はモータステータを支持する、或いは固定する収容部分と共に、流路の閉じた横断面の境界を画定する、例えば、溝などの一つの空所を備えることもできる。そのような空所は、有利には、ステータの半径方向に対して外側に配置される。そこでは、一つには、ガスを有利に移送することが可能である。更に、モータステータの動作形態が、空所により生じるモータステータの半径方向に対して外側におけるモータステータの材料の欠落によって、僅かな影響しか受けない。

少なくとも一つの流路又は各流路は、少なくともその長さの一部又はその全長に渡って軸方向成分を有することができる。

このモータステータは、有利には、回転トルクをロータに伝達する駆動電磁界を発生するように構成される。このモータステータは、有利には、モータステータの一つ以上のコイルを支持する一つのコアを備えることができる。有利には、このコアの少なくとも領域が、特に、全体が磁性材料、特に、柔磁性材料及び／又は金属材料から構成される。このコアは、その半径方向に対して内側に一つ以上の溝を有し、その中にコイルを固定することができる。このモータステータが、前述した通り、一つ以上の開口又は空所を有する場合、それは、有利には、モータステータのコア内に形成される。

このコアは、特に、軸方向に、積み重ねられた複数の円板を備えることができ、有利には、これらの円板の少なくとも領域が、特に、全体が磁性材料、特に、柔磁性材料及び／又は金属材料から構成され、これらの円板は、有利には、モータステータの積層板を構成する。この積層板は、バックラック式積層板とすることができる。

有利な実施構成では、一つ以上の流路により境界を画定されたモータステータの空所又は開口は、コアの円板内に形成される。この実施形態は、有利には、所望の流路を作り出すために、個々の円板に空所又は開口だけを設ければよいので、特に小さい負担で実現することが可能である。例えば、打ち抜きによって、円板に空所又は開口を作り出すことができる。この場合、円板は、その製造時に既に所望の空所又は開口を備えた形で未加工品を打ち抜いて作り出すことができ、そのため、特に、打ち抜き工具だけで完成品の円板の製造を行なうことができるので、大きな追加負担無しで真空ポンプを製造することが可能である。

有利な実施構成では、これらの流路は、駆動モータを用いて、回転軸に関する回転角度全体に渡って、ほぼ均一な回転駆動トルクを発生することが可能なように構成、配置される。この場合、特に、モータステータの空所及び／又は開口により生じるモータステータの材料の欠落がコギングトルクを、そのため、駆動モータの不均一な回転状況を引き起こすことが防止される。後で詳しく説明する通り、これらの流路は、例えば、非対称的に構成するか、或いはモータステータの周囲に渡って非対称的に分散することができる。

一つの実施構成では、少なくとも一つの流路、特に、各流路が、半径方向において、流路が配置されていないモータステータの領域と対向する。即ち、有利には、二つの流路は、半径方向において互いに対向し合わない。それによって、典型的には、半径方向において互いに対向するロータの一つの極対の磁極に対する流路の影響が合算されることを防止している。それに代わって、それぞれ一つの極対の一つの磁極だけを一つの流路の直接影響する領域内に配置して、それにより、モータの均一な回転状況を実現する。

一つの実施構成では、奇数の流路が配備される。その場合、流路は、有利には、モータステータの周囲に渡ってほぼ均一に分散して配置される。それによって、同様に駆動モータの回転状況への流路の影響の合算を防止して、均一な回転状況を実現する。

別の実施構成では、少なくとも一つの流路、特に、各流路は、少なくともその長さの一部、特に、その全長に渡って駆動モータの回転軸に対して傾斜した方向を向く。それによって、流路及び駆動モータの回転状況への流路の影響が、回転軸に関する回転角度のより大きな範囲に分散され、そのため、回転角度全体に渡る流路の不連続な特性にも関わらず、均一な回転状況が保証される。更に、そのような流路の傾斜した向きによって、流路の領域内の表面が大きくなるので、モータステータの冷却が改善される。

有利には、モータ空間を通して移送されるプロセスガスの中の隙間空間を迂回して移送される分量は、隙間空間を通して移送される（場合によっては、依然として存在する）プロセスガスの分量よりも多い。隙間空間を通して移送されるプロセスガスの分量を低減するために、隙間空間を液密に密閉するパッキングを配備することができる。このパッキングは、例えば、ダイナミックなラビリンスシールを備えることができる。更に、隙間空間は、出来る限り小さく維持され、例えば、特に狭いモータ間隙を有することができ、それによって、隙間空間を通して移送されるプロセスガスの分量が同様に低減される。それにより、プロセスガスをモータ空間を通して貫流させることによるポンプ吸引能力の低下とポンプの加熱を特に効果的に防止することができる。

有利な実施構成では、モータ空間にプロセスガスを移送するように構成されたジーグバーン式ポンプ段が配備される。

この追加のジーグバーン式ポンプ段は、比較的小さい負担と小さい構造空間で実現することができ、ジーグバーン式ポンプ段により提供される追加のポンプ作用が、モータステータとロータの間の隙間空間内でのガスの摩擦により生じるポンプ吸引能力の低下を補償するのに適しており、そのため、簡単な手段により、モータ空間を通って延びるガス移送部を備えたコンパクトで性能の良い真空ポンプを実現できることが分かった。

この実施形態では、この少なくとも一つのガス経路は、隙間空間を通って延びることができる。この少なくとも一つのガス経路は、前述した通り、隙間空間を迂回して延びることもできる。それぞれモータ空間を通って、有利には、モータステータの所でモータステータに沿って、或いはモータステータを通って延びる複数のガス経路を配備することもでき、その場合、少なくとも一つのガス経路は、隙間空間を通って延び、少なくとも一つのガス経路は、隙間空間を迂回して延びる。

有利には、このジーグバーン式ポンプ段は、少なくとも一つのプロセスガスポンプ段とガスを通す形で繋がる一つの入口と、モータ空間又はその入口とガスを通す形で繋がる一つの出口とを有する。この場合、ジーグバーン式ポンプ段の出口は、別のポンプ段を中間接続すること無くモータ空間内に延びることができる。それによって、真空ポンプの高いポンプ効率と吸引能力が実現される。

有利には、このジーグバーン式ポンプ段は、有利には、円板形状に構成された、特に、ロータと回転しない形で連結された、一つのロータ機構を備える。このジーグバーン式ポンプ段は、有利には、円板形状に構成された、一つのステータ機構を備えることができる。これらのロータ機構とステータ機構は、それぞれジーグバーン式ポンプ段のポンプ作用面を構成することができる。この場合、円板形状のロータ機構及び／又はステータ機構は、それぞれ回転軸に対して半径方向に向けることができる。

有利には、このジーグバーン式ポンプ段の一つのポンプ作用面が構造化された形で構成されるか、或いはこのジーグバーン式ポンプ段の一つのポンプ作用面が平坦又は滑らかに構成される。このジーグバーン式ポンプ段は、有利には、ステータ機構により構成される構造化された表面と、有利には、ロータ機構により構成される平坦又は滑らかな表面とを有することができる。このロータ機構のポンプ作用面の平坦又は滑らかな構成は、ロータ機構を簡単に製造することが可能であり、さもなければ、真空ポンプの動作中に発生する遠心力負荷のために、ロータ機構を損傷させる可能性の有るロータ機構の弱体化が不要であるとの利点を有する。このジーグバーン式ポンプ段は、基本的に構造化されたポンプ作用面を有するロータ機構と、滑らかなポンプ作用面を有するステータ機構とを備えることもできる。しかし、所謂二重壁を配備することもできる。その場合、ロータ機構とステータ機構のポンプ作用面は、それぞれ構造化される。

有利には、これらのポンプ作用面は、ジーグバーン式ポンプ段の少なくとも一つの移送流路とその移送流路を密閉するシール間隙の境界を画定する。この移送流路は、螺旋形状の推移を有し、特に、回転軸に対して半径方向の面内を延びることができる。このシール間隙は、有利には、軸方向におけるシール間隙として構成される。しかし、この移送構造は、対角線に、即ち、回転軸に対して傾斜して延びることもできる。

少なくとも一つのポンプ作用面のシール間隙の境界を画定する領域は、少なくとも部分的に材料を除去する処理によって製作するか、或いは製作可能である。それによって、ポンプ作用面の上下の特に正確な適合とシール間隙の特に小さい間隙幅を保証することができる。

有利な実施構成では、ロータ機構は、同時にプロセスガスポンプ段の回転機構を構成する。それによって、特に簡単に製造可能であると同時に、コンパクトな真空ポンプが実現される。例えば、ロータ機構は、ターボ分子ポンプ段として構成されたプロセスガスポンプ段のロータ円板として構成することができる。その場合、ポンプ作用面は、ロータ円板の内側の領域によって構成することができ、その領域は、有利には、支持リングとして構成されるとともに、その領域から、有利には、半径方向に突き出たロータ円板のブレードを支持する。このロータ機構は、特に、ホルベック式ポンプ段、スクリュウポンプ段、クロススクリュウポンプ段又はダブルクロススクリュウポンプ段として構成されたプロセスガスポンプ段のロータハブとして構成することもできる。そのハブには、複数のポンプ段を配置することもできる。

このジーグバーン式ポンプ段は、有利には、プロセスガスポンプ段のロータ機構内に配置される。有利には、このプロセスガスポンプ段は、少なくとも一つのスリーブ形状、特に、円筒形のロータ機構、特に、ホルベック式ロータスリーブ、或いはスクリュウポンプ段、クロススクリュウポンプ段又はダブルクロススクリュウポンプ段のスリーブを有し、このジーグバーン式ポンプ段は、そのスリーブ形状のロータ機構内に配置される。それによって、真空ポンプの特にコンパクトな構造形状が得られる。

有利な実施構成では、このジーグバーン式ポンプ段のステータ機構は、モータ空間の境界を画定する隔壁によって支持されるか、或いはその隔壁によって構成される。この実施形態は、別個のロータ機構又はロータ機構用の別個の支持構造を配備する必要がないので、特に、簡単に製造可能である。

このジーグバーン式ポンプ段のステータ機構及び／又はロータ機構は、射出成形部品、鍛造部品又は塑性加工部品として構成することができる。

このジーグバーン式ポンプ段のステータ機構及び／又はロータ機構は、少なくとも部分的に、或いは完全に金属、特に、アルミニウムから製作するか、或いはステータ機構及び／又はロータ機構は、少なくとも部分的に、或いは完全にプラスチックから製作することができる。

有利には、このジーグバーン式ポンプ段は、ロータとモータ空間の境界を画定する隔壁との間に形成された、モータ空間内の隙間、特に、半径方向における隙間を通してプロセスガスを移送するように構成される。それは、ジーグバーン式ポンプ段と隔壁の間にガスを通す形の別個の接続部を配備する必要がないので、特に簡単に実現することができる。

前述した通り、モータステータとロータの間に配置された隙間空間を設けることができる。

一つの実施構成では、この隙間空間の境界を画定する、モータステータとロータの互いに対向する表面が、この隙間空間を通してプロセスガスを移送するポンプ段のポンプ作用面を構成する。従って、これらのモータステータとロータの互いに対向する表面が、一つのポンプ段を構成して、プロセスガスの移送方向を向いた追加のポンプ作用を提供することができる。この追加のポンプ作用によって、この隙間空間内に生じるガスの摩擦による真空ポンプの吸引能力の低下を防止することができる。それに代わって、この妨げとなるガスの摩擦は、ポンプ作用を発生させる相互作用、そのため、ポンプの吸引能力に必要なプロセスガスとの相互作用によって補償される。それによって、ガス移送部がモータ空間を通して延びる場合に高い吸引能力を有する安価に製造可能なコンパクトな真空ポンプが実現される。

この実施形態では、この少なくとも一つのガス経路は、隙間空間と、この隙間空間の境界を画定する表面により構成されるポンプ段とを通って延びる。更に、前述した通り、隙間空間を迂回して延びる少なくとも一つの別のガス経路を配備することができる。

これらのポンプ作用面の中の少なくとも一つは、有利には、構造化された形で構成される。他方のポンプ作用面は、滑らかに構成することができる。両方のポンプ作用面を構造化された形で構成することもできる。この一方のポンプ作用面は、モータステータのコア又はその半径方向に対して内面によって構成することができる。この他方のポンプ作用面は、ロータシャフトの半径方向に対して外面、ロータシャフト上に配置された駆動モータの永久磁石配列の半径方向に対して外面、或いは永久磁石配列の半径方向に対して外側を取り囲む、永久磁石配列を隙間空間に対して密閉するカプセル部の半径方向に対して外面によって構成することができる。

有利には、このポンプ段は、ホルベック式ポンプ段、スクリュウポンプ段、クロススクリュウポンプ段又はダブルクロススクリュウポンプ段として構成される。

少なくとも一つのポンプ作用面は、有利には、ホルベック式流路を構成する、ロータ軸の周りを螺旋形状に軸方向に延びる一つ以上の流路を備えることができる。ホルベック式ポンプ段では、ホルベック式流路をステータのポンプ作用面内に配置することができ、それと対向するロータのポンプ作用面を滑らかに構成することができる。スクリュウポンプ段では、ホルベック式流路をロータのポンプ作用面内に構成して、それと対向するポンプ作用面を滑らかに構成することができる。両方のポンプ作用面が、例えば、クロススクリュウポンプ段又はダブルクロススクリュウポンプ段を構成するような螺旋形状の流路を備えることもできる。このモータ間隙は、ポンプ段のシール間隙、特に、半径方向におけるシール間隙として、例えば、ホルベック間隙として構成することができる。

この真空ポンプは、有利には、駆動モータとして電気モータを備える。このモータは、ブラシレス直流モータ又は非同期モータとすることができる。このモータステータは、有利には、少なくとも領域を、特に、全体を磁性材料、特に、柔磁性材料及び／又は金属材料から構成された一つのコアを備えることができる。このモータステータは、一つ以上のコイルを備えることができ、これらのコイルは、有利には、コアにより支持され、例えば、モータステータの半径方向に対して内側に配備することができるモータステータの溝内に固定される。このコアは、互いに積み重ねられた複数の円板を備え、例えば、積層板として構成することができる。

この真空ポンプは、ポンプ入口からポンプ出口にプロセスガスを移送する一つ以上のプロセスガスポンプ段を有する。この真空ポンプは、例えば、一つ以上のターボ分子ポンプ段を備えたターボ分子ポンプとすることができる。それに代わって、或いはそれに追加して、この真空ポンプは、プロセスガスポンプ段として、一つ以上のホルベック式ポンプ段、一つ以上のスクリュウポンプ段、一つ以上のクロススクリュウポンプ段又はダブルクロススクリュウポンプ段、一つ以上の側方流路ポンプ段、一つ以上のゲーデポンプ段、或いは一つ以上のジーグバーン式ポンプ段を備えることができる。この真空ポンプは、前述したポンプ段方式を様々な形で互いに組み合わせた複合ポンプとすることもできる。

この真空ポンプのロータは、ロータ軸の周りを回転可能に軸支することができる一つのロータシャフトを備えることができる。このロータシャフトは、有利には、駆動モータの電機子を構成する。このロータは、ロータシャフト上に配置された、一つ以上の極対を有する永久磁石配列を備えることができ、これらの極対は、モータステータの磁気作用領域内に配置されて、一つの極対の磁極は、有利には、半径方向に対して、対向している。更に、このロータは、永久磁石配列用のカプセル部を備えることができ、このカプセル部は、永久磁石配列の半径方向に対して外側を取り囲み、プロセスガスによる永久磁石配列の損傷を防止するために、隙間空間及びその中に有るプロセスガスに対して永久磁石配列を密閉している。

このロータ、特に、高速に回転するロータは、有利には、ロータシャフトを有し、このロータ機構は、ロータシャフトと一体的に構成するか、或いは別個の部品としてロータシャフトと連結することが可能な一つ以上のプロセスガスポンプ段を有する。前述したモータ空間内でプロセスガスを移送する追加のジーグバーン式ポンプ段を備えた実施構成では、前述した通り、プロセスガスポンプ段のロータ機構と同形式とすることができる、ジーグバーン式ポンプ段のロータ機構は、有利には、同じくロータシャフトと一体的に構成されるか、或いは別個の部品としてロータシャフトと連結される。

以下において、添付図面と関連した有利な実施構成に基づき、本発明を例示して説明する。

本発明の実施構成による真空ポンプの断面図 図１に図示された真空ポンプの部分断面図 図１と２に図示された真空ポンプのモータステータの平面図 図３に図示されたモータステータの側面図 代替のモータステータの側面図 本発明の別の実施構成による真空ポンプの断面図 図６に図示された真空ポンプの部分断面図 図６と７に図示された真空ポンプのモータステータの平面図 本発明の別の実施構成による真空ポンプの断面図 図９に図示された真空ポンプの部分断面図

図１に図示された真空ポンプは、入口フランジ１１により囲まれた一つのポンプ入口１０と、一つのポンプ出口１２と、ポンプ入口１０に出現するプロセスガスをポンプ出口１２に移送する複数のプロセスガスポンプ段とを備えている。この真空ポンプは、一つの筐体６４と、その筐体６４内に配置された、回転軸１４の周りを回転可能に軸支されたロータシャフト１５を有するロータ１６とを備えている。

この実施例では、ポンプは、ターボ分子ポンプとして構成されており、半径方向における複数のロータ円板６６がロータシャフト１５に固定され、複数のステータ円板６８がこれらのロータ円板６６の間に配置されて、筐体６４内に固定されている、互いに直列に接続された、ポンプとして作用する複数のターボ分子ポンプ段を備えており、一つのロータ円板６６と一つの隣接するステータ円板６８が、それぞれ一つのターボ分子ポンプ段を構成している。これらのステータ円板６８は、スペーサリング７０によって、互いに所望の軸方向の間隔を開けて保持されている。

更に、この真空ポンプは、半径方向に重ねて配置された、ポンプとして作用する互いに直列に接続された四つのホルベック式ポンプ段を備えている。これらのホルベック式ポンプ段のロータは、ロータシャフト１５と一体的に構成された一つのロータハブ７２と、そのロータハブ７２に固定され、それにより支持され、ロータ軸１４と同軸の方向を向き、半径方向に対して交互に重ねられた円筒外殻形状の二つのホルベック式ロータスリーブ７４，７６とを有する。更に、同じくロータ軸１４と同軸の方向を向き、半径方向に対して交互に重ねられた二つの円筒外殻形状のホルベック式ステータスリーブ７８，８０が配備されている。第三のホルベック式ステータスリーブが、後述する手法で駆動モータ２０を収容して、固定する役割を果たす筐体６４の収容部分１３２によって構成されている。

このホルベック式ポンプ段のポンプ作用面が、ホルベック式ロータスリーブ７４，７６、ホルベック式ステータスリーブ７８，８０及び収容部分１３２の外殻面、即ち、半径方向における内面と外面によって構成されている。外側のホルベック式ステータスリーブ７８の半径方向における内面は、外側のホルベック式ロータスリーブ７４の半径方向における外面と対向しており、半径方向におけるホルベック間隙８２を構成し、それにより第一のホルベック式ポンプ段を構成している。外側のホルベック式ロータスリーブ７４の半径方向における内面は、内側のホルベック式ステータスリーブ８０の半径方向における外面と対向しており、半径方向におけるホルベック間隙８４を構成し、それにより第二のホルベック式ポンプ段を構成している。内側のホルベック式ステータスリーブ８０の半径方向における内面は、内側のホルベック式ロータスリーブ７６の半径方向における外面と対向しており、半径方向におけるホルベック間隙８６を構成し、それにより第三のホルベック式ポンプ段を構成している。内側のホルベック式ロータスリーブ７６の半径方向における内面は、収容部分１３２の半径方向における外面と対向しており、半径方向のホルベック間隙８７を構成し、それにより第四のホルベック式ポンプ段を構成している。

前記のホルベック式ステータスリーブ７８，８０と収容部分１３２のポンプ作用面は、それぞれロータ軸１４の周りを螺旋形状に軸方向に延びる複数のホルベック溝を有する一方、それと対向するホルベック式ロータスリーブ７４，７６の外殻面は、滑らかに構成されており、真空ポンプの動作時に、ガスが、これらのホルベック溝内を圧縮駆動される。

ロータシャフト１５を回転可能に軸支するために、一つの転がり軸受８８がポンプ出口１２の領域に配備され、一つの永久磁石軸受１０がポンプ入口１０の領域に配備されている。

この転がり軸受８８の領域では、外径が転がり軸受８８に向かって増大して行く円錐形のスプレーナット９２がロータシャフト１５に配備されている。このスプレーナット９２は、作動媒体貯蔵器の少なくとも一つの剥離器と滑り接触している。この作動媒体貯蔵器は、転がり軸受８８用の作動媒体、例えば、潤滑剤を染み込ませた、積み重ねられた吸収性の複数の円板９４を有する。真空ポンプの動作時に、この作動媒体が毛細管作用により作動媒体貯蔵器から剥離器を介して回転するスプレーナット９２に送られ、遠心力のために、スプレーナット９２に沿って、スプレーナット９２の外径が大きくなって行く方向に転がり軸受８８にまで運ばれ、そこで、例えば、潤滑機能を果たす。これらの転がり軸受８８と作動媒体貯蔵器は、真空ポンプの桶形状の嵌込部９６と蓋部材９８によって囲まれている。

この永久磁石軸受は、ロータ側のベアリング半体１００とステータ側のベアリング半体１０２を備えており、それらは、それぞれ軸方向に積み重ねられた複数の永久磁石リング１０４又は１０６から成るリングスタックを有する。これらの磁石リング１０４，１０６は、互いに対向しており、半径方向におけるベアリング間隙１０８を構成し、ロータ側の磁石リング１０４は、半径方向に対して外側に配置され、ステータ側の磁石リング１０６は、半径方向に対して内側に配置されている。このベアリング間隙１０８内に発生する磁界は、ロータシャフト１５を半径方向に対して軸支する作用を果たす、磁石リング１０４，１０６の間の磁気反発力を引き起こす。

このロータ側の磁石リング１０４は、磁石リング１０４の半径方向に対して外側を取り囲む、ロータシャフトの支持部分１１０によって支えられている。このステータ側の磁石リングは、磁石リング１０６を通って延びる、筐体６４の半径方向の支柱１１４に懸架された、ステータ側の支持部分１１２によって支えられている。このロータ側の磁石リング１０４は、ロータ軸１４に対して平行な一方の方向を支持部分１１０と連結された蓋部材１１６により固定され、他方の方向を支持部分１１０の半径方向に突き出たショルダー部により固定されている。このステータ側の磁石リング１０６は、ロータ軸１４に平行な一方の方向を支持部分１１２と連結された固定リング１１８及びその固定リング１１８と磁石リング１０６の間に配置された平準化部材１２０により固定され、他方の方向を支持部分１１２と連結された支持リング１２２により固定されている。

この磁石軸受内には、真空ポンプの通常動作時に接触せずに空回転し、ステータに対するロータ１６の半径方向における偏位が大きくなり過ぎた場合に漸く係合して、ロータ側の構造とステータ側の構造の衝突を防止するロータ１６用の半径方向におけるストッパを構成するシェークダウン又はリテーナ軸受１２４が配備されている。このリテーナ軸受１２４は、非潤滑式転がり軸受として構成されており、ロータ１６及び／又はステータと共に、通常のポンプ動作時にリテーナ軸受１２４の係合を解除するように作用する半径方向における隙間を形成する。このリテーナ軸受１２４が係合する場合の半径方向の偏位の大きさは、真空ポンプの通常動作時にリテーナ軸受１２４を係合させないように十分に大きくすると同時に、ロータ側の構造とステータ側の構造の衝突を如何なる場合でも防止するように十分に小さくする。

この真空ポンプは、ロータ１６を回転駆動する駆動モータ２０を備えている。この駆動モータ２０と周囲のポンプ部品の詳細が、図２において特に良好に分かる。この駆動モータ２０は、一つのコア３８と、このコア３８の半径方向に対して内側に設けられたコア３８の溝内に固定された、図１に模式的にしか図示されていない一つ以上のコイル４２とを備えたモータステータ２２を有する。

この駆動モータ２０の電機子は、ロータ１６により構成され、そのロータシャフト１５は、モータステータ２２を通って延びている。ロータシャフト１５のモータステータ２２を通って延びる部分には、半径方向に対して外側に永久磁石配列１２８が固定されている。モータステータ２２とロータ１６のモータステータ２２を通って延びる部分の間には、モータステータ２２と永久磁石配列１２８が駆動トルクを伝達するために磁気的に干渉し合うための半径方向におけるモータ間隙を有する隙間空間２４が設けられている。

この永久磁石配列１２８は、軸方向に関して、ロータシャフト１５上に嵌め込まれた固定スリーブ１２６によってロータシャフト１５に固定されている。カプセル部１３０が、永久磁石配列１２８の半径方向に対して外側を取り囲んで、隙間空間２４に対して密閉している。

このモータステータ２２は、筐体６４内おいて、モータステータ２２の半径方向に対して外側を取り囲んで、モータステータ２２を半径方向及び軸方向に対して支持する、筐体に固定された収容部分１３２により固定されている。この収容部分１３２は、ロータハブ７２と共に、駆動モータ２０を収容するモータ空間１８の境界を画定している。

このモータ空間１８は、隙間空間２４の一方の側に配置された、内側に有る第四のホルベック式ポンプ段とガスを通す形で繋がる一つの入口２８と、隙間空間２４のそれと対向する側に配置された、ポンプ出口１２とガスを通す形で繋がる一つの出口３０とを有する。

このモータステータ２２のコア３８は、その半径方向に対して外側の図１と２の左に図示された領域に一つの空所３４を有し、その空所は、収容部分１３２の隣接する領域と共に、モータ空間１８内を移送されるプロセスガスを隙間空間２４を迂回して入口２８から出口３０に移送することが可能な一つの流路３２を構成する。

プロセスガスがポンプ入口１０からポンプ出口１２にまで到達するガス経路は、図１と２に矢印２６で表示されている。このプロセスガスは、ポンプ入口１０から出発して、順番の最初にターボ分子ポンプ段を通り、順番の次に四つのホルベック式ポンプ段を通して移送される。この四番目のホルベック式ポンプ段から出たガスは、モータ空間１８内に到達し、モータ空間１８の入口２８から流路３２を通ってモータ空間１８の出口３０及びポンプ出口１２に移送される。

図３は、図１と２に図示された駆動モータ２０のモータステータ２２を軸方向から見た平面図で図示している。図３には、収容部分１３２が破線により表示されている。図３では、図１と２の図面に対応する断面が断面線Ｉ−Ｉにより示されている。

図３に図示されている通り、モータステータ２２のコア３８は、その半径方向に対して外側に三つの空所３４を有し、これらの空所は、組み立てられた状態で収容部分１３２のそれぞれ隣接する領域と共に、それぞれプロセスガスをモータの隙間空間２４を迂回させてモータ空間の入口２８から出口３０にまで届けるための図１と２に図示された一つの流路３２を構成する。これらの空所３４は、それぞれ半径方向に対してモータステータ２２内に凹んだ、軸方向を向いた溝内に形成されている。

図３から明らかな通り、これらの三つの流路３２は、同時にモータステータ２２の周囲に渡って均一に分散しており、そのため、一つの流路３２は、半径方向に対して常に空所３４が配置されていないモータステータ２２の一つの領域と対向している。それによって、駆動モータ２０の回転の均一性が改善される。

図４は、図１〜３に図示されたモータステータ２２を側面図で図示している。図４に図示されている通り、モータステータ２２のコア３８は、軸方向に積み重ねられた複数の円板４０から構成され、それらの円板は、各流路３２のために半径方向に対して外側にそれぞれ一つの空所１３４を有し、個々の空所１３４は、モータステータ２２の空所３４を構成するために互いに一直線に並んでいる。

図５は、図１と２に図示された真空ポンプにおいて、図３と４に図示されたモータステータ２２の代わりに使用することが可能な代替のモータステータ２２を図示している。以下で述べる特徴を除いて、図５に図示されたモータステータ２２は、図４に図示されたモータステータ２２と同じである。

図４に図示された空所１３４が軸方向に互いに一直線に並んでいるのに対して、図５に図示されたモータステータ２２では、個々の円板４０の順番に並んだ空所１３４は、円周方向に互いにずれた角度で配置されている。そのため、これらの空所１３４は、回転軸１４に対して傾斜した方向に互いに一直線に並んで、回転軸１４に対して傾斜した方向を向いた空所３４と回転軸１４に対して傾斜した方向を向いた流路３２を形成している。従って、この空所３４は、モータステータ２２の周囲のより大きな領域に渡って分散し、それにより、モータの回転の均一性が改善されている。図５に図示されたモータステータ２２も、有利には、モータステータ２２の周囲に渡って均一に分散した、前述した通りの構成の三つの空所３４を有する。

図６と７は、以下において詳しく説明する特徴を除いて、図１と２に図示された真空ポンプと同じである本発明の別の実施構成による真空ポンプを図示している。基本的に、全ての図面において、同じ又は互いに対応する構成要素は同じ符号で表示されている。

図６と７に図示された真空ポンプでは、モータステータ２２は、収容部分１３２の隣接する領域と共に、それぞれ一つの流路３２の境界を画定する空所３４の代わりに、モータステータ２２を貫通して延びる横断面が閉じた開口３６を有し、それらの開口は、それぞれガスを隙間空間２４を迂回させてモータ空間１８の入口２８から出口３０まで移送することが可能な一つの流路３２の境界を画定している。

図８は、図６と７に図示された駆動モータ２０のモータステータ２２を軸方向から見た平面図で図示している。図６と７の図面に対応する断面は、図８の断面線ＩＩ−ＩＩで表示されている。図８に図示されている通り、モータステータ２２は、全体として七つの貫通する横断面が閉じた開口３６を有し、それらは、それぞれプロセスガス用の一つの流路３２の境界を画定している。これらの開口３６は、モータステータ２２の周囲に渡って均一に分散しており、その結果、開口３６の数が奇数であるために、各開口３６が半径方向に対してモータステータ２２の開口３６の無い部分と対向しており、それによって、駆動モータ２０の回転の均一性が改善されている。

図９は、以下において説明する特徴を除いて、基本的に図１、２、６及び７に図示された真空ポンプと同じである本発明の別の実施構成による真空ポンプを図示している。図９には、駆動モータ２０を駆動することが可能な真空ポンプの電子制御ユニット１３６が図示されている。更に、真空ポンプの使用開始前に取り除かれる、ポンプ出口１２用の閉鎖部材１３８が配備されている。

図９と１０に図示された真空ポンプでは、モータ空間１８は、隔壁５８によって真空ポンプの吸入空間から分離されている。このロータシャフト１５は、隔壁５８を通って延びて、半径方向における間隙５９を形成しており、この間隙５９は、同時にモータ空間１８の入口２８を構成している。この実施例では、四番目のホルベック式ポンプ段が配備されていないが、同様に配置することもできる。

この真空ポンプは、両方のホルベック式ロータスリーブ７４，７６内に配置された、三番目のホルベック式ポンプ段とガスを通す形で繋がった入口４６と間隙５９に合流する一つの出口４８を有する一つのジーグバーン式ポンプ段４４を備えており、それにより、プロセスガスを真空ポンプの吸入空間からモータ空間１８内に移送することが可能である。

この実施例では、ロータシャフト１５と回転しない形で連結された別個の部品として構成されたホルベック式ポンプ段のロータハブ７２は、同時にジーグバーン式ポンプ段のロータ機構５０を構成し、この隔壁５８は、同時にジーグバーン式ポンプ段４４のステータ機構５２を構成している。これらのロータ機構５０とステータ機構５２は、それぞれ互いに対向して軸方向におけるシール間隙６３を形成する、半径方向に対してほぼ回転軸１４の方向を向いたジーグバーン式ポンプ段４４の二つのポンプ作用面５４，５６の中の一つを構成している。この場合、ロータ機構５０のポンプ作用面５４は、滑らかに構成される一方、ステータ機構５２のポンプ作用面５６は、構造化された形で構成されている。

ステータ機構５２のポンプ作用面５６は一つの隆起部１４０を有し、その隆起部は、半径方向における面内を螺旋形状にジーグバーン式ポンプ段４４の半径方向に対して外側の入口４６から半径方向に対して内側の出口４８にまで延びる、ジーグバーン式ポンプ段の移送流路１４２の境界を画定しており、この移送流路内において、真空ポンプの動作時にプロセスガスが圧縮駆動される。

図９と１０に図示された真空ポンプの動作時に、プロセスガスは、モータ空間１８内において、矢印２６の通り順番にターボ分子ポンプ段、三つのホルベック式ポンプ段及びジーグバーン式ポンプ段４４を移送される。この実施例では、モータ空間１８内を移送されるガスは、隙間空間２４を通って、モータ空間１８の出口３０にまで移送される。それに代わって、この実施構成では、プロセスガスを隙間空間２４を迂回させてモータ空間１８の入口２８から出口３０にまで移送することが可能な、モータステータ２２により境界を画定された流路を配備することもできる。

更に、図１〜１０に図示された真空ポンプは、隙間空間２４の境界を画定する、モータステータ２２とロータ１６の互いに対向する表面が、隙間空間２４を通してプロセスガスを能動的に移送するポンプ構造を構成するように部分的に変更することができる。それによって、ポンプの吸引能力を一層向上させることができる。更に、そのような真空ポンプの実施形態は、図１〜１０に図示された実施構成から独立させることも可能である。

１０ ポンプ入口
１１ 入口フランジ
１２ ポンプ出口
１４ ロータ軸
１５ ロータシャフト
１６ ロータ
１８ モータ空間
２０ 駆動モータ
２２ モータステータ
２４ 隙間空間
２６ 矢印、ガス経路
２８ 入口
３０ 出口
３２ 流路
３４ 空所
３６ 開口
３８ コア
４０ 円板
４２ コイル
４４ ジーグバーン式ポンプ段
４６ 入口
４８ 出口
５０ ロータ機構
５２ ステータ機構
５４，５６ ポンプ作用面
５８ 隔壁
５９ 間隙
６３ シール間隙
６４ 筐体
６６ ロータ円板
６８ ステータ円板
７０ スペーサリング
７２ ロータハブ
７４，７６ ホルベック式ロータスリーブ
７８，８０ ホルベック式ステータスリーブ
８２，８４，８６，８７ ホルベック間隙
８８ 転がり軸受
９０ 永久磁石軸受
９２ スプレーナット
９４ 吸収性の円板
９６ 桶形状の嵌込部
９８ 蓋部材
１００ ロータ側のベアリング半体
１０２ ステータ側のベアリング半体
１０４，１０６ 磁石リング
１０８ ベアリング間隙
１１０，１１２ 支持部分
１１４ 支柱
１１６ 蓋部材
１１８ 固定リング
１２０ 平準化部材
１２２ 支持リング
１２４ リテーナ軸受
１２６ 固定スリーブ
１２８ 永久磁石配列
１３０ カプセル部
１３２ 収容部分
１３４ 空所
１３６ 制御ユニット
１３８ 閉鎖部材
１４０ 隆起部
１４２ 移送流路

Claims (15)

1. 一つのポンプ入口（１０）と、一つのポンプ出口（１２）と、回転軸（１４）の周りを回転可能な一つのロータ（１６）と、このポンプ入口（１０）に出現するプロセスガスをポンプ入口（１０）からポンプ出口（１２）に移送する少なくとも一つのプロセスガスポンプ段と、一つのモータ空間（１８）と、このモータ空間（１８）内に配置された、ロータ（１６）を回転駆動するように構成された、一つのモータステータ（２２）を有する一つの駆動モータ（２０）とを備えた真空ポンプであって、
   モータ空間（１８）を通って延びるとともに、モータステータ（２２）の所で少なくとも部分的にモータステータ（２２）に沿って、或いはモータステータを通って延びる、ポンプ入口（１０）からポンプ出口（１２）までのプロセスガス用の少なくとも一つのガス経路が配備されている真空ポンプ。
2. モータステータ（２２）とロータ（１６）の間に配置された隙間空間（２４）が設けられており、当該のガス経路が、この隙間空間（２４）を迂回して延びていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 一つ以上の流路（３２）が配備されており、この流路を通って、当該のガス経路が隙間空間（２４）を迂回して延びており、モータステータ（２２）が、この流路の周囲の一部に渡って、或いはその周囲全体に渡って境界を画定しており、モータステータ（２２）の空所（３４）又は開口（３６）が、少なくとも一つの流路（３２）又は各流路（３２）の境界を画定していることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空ポンプ。
4. 当該のモータステータ（２２）が、一つのコア（３８）とこのコア（３８）により支持された少なくとも一つのコイル（４２）とを備えており、このコア（３８）が、重なり合った複数の円板（４０）を有し、これらの円板（４０）の空所（１３４）又は開口が少なくとも一つの流路（３２）又は各流路（３２）の境界を画定していることを特徴とする請求項３に記載の真空ポンプ。
5. 駆動モータ（２０）を用いて、回転軸（１４）に関する回転角度全体に渡ってほぼ均一な回転駆動トルクを発生することが可能なように、当該の流路（３２）が構成、配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の真空ポンプ。
6. 少なくとも一つの流路（３２）、特に、各流路（３２）が、半径方向に対して、流路（３２）が配置されていないモータステータ（２２）の領域と対向していることと、
   奇数の流路（３２）が配備されており、これらの流路（３２）が、有利には、モータステータ（２２）の周囲に渡ってほぼ均一に分散して配置されていることと、
   少なくとも一つの流路（３２）、特に、各流路（３２）が、少なくともその長さの一部に渡って、特に、その全長に渡って駆動モータ（２０）の回転軸（１４）に対して傾斜した方向を向いていることと、
   の中の一つ以上を特徴とする請求項３から５までのいずれか一つに記載の真空ポンプ。
7. 当該の隙間空間（２４）を液密に密閉する少なくとも一つのパッキングが配備されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の真空ポンプ。
8. モータ空間（１８）内にプロセスガスを移送するように構成されたジーグバーン式ポンプ段（４４）が配備されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の真空ポンプ。
9. 当該のジーグバーン式ポンプ段が、当該の少なくとも一つのプロセスガスポンプ段とガスを通す形で繋がった一つの入口（４６）と、モータ空間（１８）とガスを通す形で繋がった一つの出口（４８）とを有することを特徴とする請求項８に記載の真空ポンプ。
10. 当該のジーグバーン式ポンプ段（４４）が、有利には、それぞれジーグバーン式ポンプ段（４４）の一つのポンプ作用面（５４，５６）を構成する一つのロータ機構（５０）、特に、円板形状の一つのロータ機関と、一つのステータ機構（５２）、特に、円板形状の一つのステータ機構とを有することを特徴とする請求項８又は９に記載の真空ポンプ。
11. 当該のロータ機構（５０）が、同時にプロセスガスポンプ段の一つの回転機構を構成するとともに、有利には、ターボ分子ポンプ段として構成されたプロセスガスポンプ段の回転円板（６６）として構成されているか、或いはホルベック式ポンプ段、スクリュウポンプ段、クロススクリュウポンプ段又はダブルクロススクリュウポンプ段として構成されたプロセスガスポンプ段のロータハブ（７２）として構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の真空ポンプ。
12. 当該のジーグバーン式ポンプ段（４４）のステータ機構（５２）が、モータ空間（１８）の境界を画定する隔壁（５８）によって支持されているか、或いはその隔壁（５８）によって構成されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の真空ポンプ。
13. ロータ（１６）とモータ空間（１８）の境界を画定する隔壁（５８）の間に構成された間隙（５９）を通って、プロセスガスがモータ空間（１８）内を移送されるように、当該のジーグバーン式ポンプ段（４４）が構成されていることを特徴とする請求項８から１２までのいずれか一つに記載の真空ポンプ。
14. モータステータ（２２）とロータ（１６）の間に配置された隙間空間（２４）が設けられており、この隙間空間（２４）の境界を画定する、モータステータ（２２）とロータ（１６）の互いに対向する表面が、隙間空間（２４）を通してプロセスガスを移送するポンプ段のポンプ作用面を構成していることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一つに記載の真空ポンプ。
15. 当該のポンプ段が、ホルベック式ポンプ段、スクリュウポンプ段、クロススクリュウポンプ段又はダブルクロススクリュウポンプ段として構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の真空ポンプ。

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