JP2015117697A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】半径方向に配置されたインレットを有する真空ポンプまたは真空ポンプステージであって、吸引性能がインレットの大きさの変更無しで高められたものを提供すること。
【解決手段】課題は、少なくとも一つのインレット４を有するハウジング２を有する真空ポンプまたは真空ポンプステージであって、一つの軸を有するローターを有し、その際、インレットが当該軸に対して半径方向に配置されている真空ポンプまたは真空ポンプステージにおいて、インレットが、軸の方向に拡張されて形成されていることを特徴とする真空ポンプまたは真空ポンプステージにより解決される。
【選択図】図４

Description

本発明は、真空ポンプまたは真空ポンプステージであって、少なくとも一つのインレットを有するハウジングを有するものに関する。

分子ポンプ原理は、工業的真空の発生の様々な適応範囲に基づく真空技術から除いて考えることができない。最終的に、ポンプ効果は、高速移動する平面のガス分子への運動量移行に基づいている。これによって静的かつ熱的動作に、方向づけられた動作が加えられる。

回転するスリーブは、例えばホルヴェックポンプステージの形式の真空ポンプ内で、（有効であると）実証された。一または複数のスリーブが、ハブに一方側から固定される。このハブは、それらの側では軸に配置されている。そのような構造は例えば特許文献１に記載されている。

いくつかの適用事例では、インレットは先行技術（特許文献１）に属するポンプにおけるように軸に対して軸方向ではなく、軸に対して半径方向に、かつ回転するスリーブに配置される。

先行技術に属するこのポンプまたはポンプステージにおいては、ガス分子の考え得る移動方向を考慮して、分子がホルヴェックチャネルに進入せず、吸入領域を真空チャンバー（またはレシーバー、リアクションチャンバー、独語でいうＲｅｚｉｐｉｅｎｔ）の方へと去るという事態に至り得るというデメリットが生じる。これは、吸入性能に不利に働く。

さらに、先行技術（特許文献２）に、転向要素がインレット領域に設けられている一つの真空ポンプが属する。この転向要素は、ポンプの流れ方向または搬送方向の部分（独語でいうＴｅｉｌｃｈｅｎ）の転向を行うことに作用する。

この先行技術に属する転向要素は、しかしと、これらは技術的に高コストであり、そして真空ポンプに当該要素を組込むのは時間・コスト集中的であるいう不利益を有する。

独国特許出願公開第１０ ２０１１ １１２ ６８９ Ａ１号明細書 独国実用新案登録出願第２０ ２０１０ ０１２ ７９５ Ｕ１号明細書

本発明が基礎とする技術的課題は、半径方向に配置されたインレットを有する真空ポンプまたは真空ポンプステージであって、吸引性能がインレットの大きさの変更無しで高められたものを提供することである。

この技術的課題は、請求項１に記載の特徴を有する真空ポンプまたは真空ポンプステージによって解決される。

発明に係る真空ポンプまたは真空ポンプステージは、少なくとも一つのインレットを有するハウジングを有し、一つの軸を有するローターを有し、その際インレットは当該軸に対して半径方向に設けられているが、インレットが軸の方向で拡張されて形成されている点で際立っている。

インレットおよびこれに伴い吸入開口部の発明に係る形態によって、分子の移動方向が影響を受ける。つまり、これらが、ポンプまたはポンプステージの吸入フランジを、もはや真空チャンバーの方へと去るのではなく、引き続きポンププロセス中に留まるよう影響を受ける。

ガス分子の考え得る移動方向を観察すると、これが回転するシリンダー状のローターと接触した後、ガス分子が、真空ポンプ内または真空ポンプステージ内に進入すると、より高い確率でポンプステージの上でインレットの内壁に当たることが確認される。ガス分子の更なる移動は、通常の確立分配にかかっている。

インレットの発明に係る形態によってつまり軸の方向に拡張された形態によって、この内壁に当たるガス分子は、回転するスリーブの方向で内壁に当たったのち転向され、そして高い確率で真空ポンプ内または真空ポンプステージ内に進入する。これによって、真空ポンプまたは真空ポンプステージのポンプ領域内に直接進入しないガス分子の数量が、拡張されたインレットの内壁に衝突した後、高い確率で真空ポンプまたは真空ポンプステージのポンプ領域に供給されるので、これによって真空ポンプまたは真空ポンプステージの吸引性能が著しく高まる。

同じ原理は、反対方向のローターディスク羽根およびステータディスク羽根を有するターボ分子ポンプステージの半径方向のインレットに対しても有効である。この場合、ガス分子は既に有利な方向を有しポンピング動作を行う領域へと入れられるので、吸引性能はここでもまた高められる。その際、このインレットは、ローターの高真空側で第一のローターディスクの領域またはこのこの領域の前にも、ポンピング動作を行う構造の更なる推移中でスプリットフローポンプの為の追加的なインレットを形成するための任意の箇所にも位置していることが可能である。

発明に係る形態によって、ガス分子が効果的にポンピング動作を行う領域に進入する確率のみならず、ポンピング動作を行う領域中にすでに存在するガス分子が、インレットチャネル内のポンピング動作を行う領域から期せずして排出された際にも、その後、再びポンピング動作を行う領域内へと戻って導かれるので、それにもかかわらず搬送されることができ、そしてこれによって吸引性能が追加的に高められる。

本発明の有利な実施形に従い、真空ポンプは、一体式の軸と取り巻くステータを有する少なくとも一つのホルヴェックステージを有し、その際、搬送構造は、両方の部材の一方に位置するか、または一体式の軸を有する少なくとも一つのクロススクリュー・ホルヴェックステージを有し、その際搬送構造は反対方向のスクリュー構造であり、またはターボポンプのターボローターを有し、その際、搬送構造は少なくとも一つのターボローターディスクとターボステータディスクを含んでいる。軸の方向に拡張するインレットを有する発明に係る実施形は、これら真空ポンプにおいて特に有利に使用可能である。

本発明の他の有利な実施形は、真空ポンプステージが、一体式の軸と取り囲むステータを有するホルヴェックステージとして形成されており、その際、搬送構造が両方の部品の一方に位置しているか、または一体式の軸を有するクロススクリュー・ホルヴェックステージとして形成されており、その際、搬送構造が反対方向のスクリュー構造であり、またあはターボポンプのターボローターを有し、その際、搬送構造が少なくとも一つのターボローターディスクおよびターボステータディスクを含むことを意図する。この真空ポンプステージにおいても、軸の方向で拡張されたインレットを有する発明に係る実施形が、特に有利には使用可能である。

本発明の別の可能な実施形は、真空ポンプまたは真空ポンプステージが少なくとも一つのホルヴェックポンプステージを有し、これがローターを有し、このローターが一つの軸、この軸と接続されたハブ、およびこのハブと接続され、かつ軸に対して同軸なスリーブを有すること、およびインレットがスリーブの方向で拡張されて形成されていることを意図する。この実施形においては、この内壁に当たるガス分子が、回転するスリーブの方向で、内壁に当たったのち方向転換され、そして高い確率で真空ポンプまたは真空ポンプステージ内に進入する。

本発明の有利な実施形にしたがい、インレットは、ガスをインレットを通して、ローターの回転方向に配置されたローターのチャネル内へと導くインレットとして形成されている。この実施形は、吸入開口部を通って進入するガス分子が、例えばホルヴェックステータの、ローターの回転方向に配置されたチャネル内へと直接搬送されるという利点を有する。この直接の供給は、真空ポンプまたは真空ポンプステージの吸引性能を同様に高める。

本発明の特に好ましい実施形に従い、インレットはローターの回転方向で拡張して形成されている。

というのはガス分子は、回転するスリーブと接触するとき、回転方向に方向転換されるので、インレットをこの方向で拡張して形成することは十分である。インレットフランジの向かい合っている側は、先行技術から公知のように、部分シリンダー形状に形成されていることが可能である。

本発明の別の有利な形態に従い、インレットは、丸められた外輪郭によって、断面において拡張して形成されている。インレットは、基本的に、直線的な外輪郭によって拡張されて形成されていることも可能である。しかし丸められた外輪郭は、ガス分子が外輪郭に衝突した後、高い確率で回転するスリーブの方へと方向転換され、そして反対の方向へは行かないよう、輪郭が適合されることが可能であるという長所を有する。同時に、丸められた輪郭は、直線的な外輪郭の場合そうであるよりも、ポンプ室の方への、より少ないインレットの拡張部を可能とする。

インレットは、既に説明したように、断面において直線的にすい形に拡張されて形成されていることが可能である。この実施形は、簡単に製造可能であり、そして真空ポンプまたは真空ポンプステージの吸引性能はそれにも拘わらず高められる。

本発明の別の可能な実施形に従い、インレットは全ての方向において拡張して形成されている。しかしまた、インレットがローターの回転方向においてのみ拡張して形成されることも可能である。インレットが、単に、ローターの回転方向に配置される側のみ拡張されて形成されているとき、インレットの拡張された形態の為のコストが減少する。

有利には、真空ポンプは、分子真空ポンプとして、特にホルヴェックポンプとして形成されている。同様に、真空ポンプステージは、有利には分子真空ポンプステージとして、有利にはホルヴェックポンプステージとして形成されている。

インレットフランジの発明に係る形成は、ポンピングを行う面がステータ内に設けられているホルヴェックポンプステージに適用可能である。同様に、本発明は、ポンピング動作を行う構造がスリーブ、つまりローターに設けられているホルヴェックポンプステージに適用可能である。更に本発明は、ポンピング動作を行う構造がローターにもステータにも設けられているクロススクリュー・ホルヴェックポンプステージに適用可能である。また、本発明は、ポンピング動作を行う構造がロータ羽根とステータ羽根からなるターボ分子ポンプステージにも適用可能である。

本発明の更なる特徴および利点は、添付の図面に基づき生じる。図面中には、本発明に係るインレットの実施例が例示的にのみ表されている。図は以下の内容を示している。

真空ポンプの断面図。 先行技術に係るインレット内のガス分子の動きの図。 先行技術に属するインレット内でのガス分子の動きの図。 インレットの発明に係る形態の断面図。 インレットの変更された実施例の断面図。 一つのローターを有するターボ分子ポンプのインレットの変更された実施例の断面図。 図６のターボポンプステージの簡略的な長手方向断面図。

図１は先行技術に属する真空ポンプ１の長手方向断面を示す。真空ポンプ１のハウジング２内には吸入開口部４が設けられている。これを通してガスが真空ポンプ１内に吸入される。圧縮の後、ガスは、アウトレット６を通って真空ポンプ１から排出される。

真空ポンプ１の内部には、ローター１０が設けられている。このローターはステータ３０と共にポンプ作用を発生する。ローター１０は、一つの軸１２を有している。この軸の吸入開口部４の方の端部が永久磁石支承部１４によって担持されている。反対側の端部は、転がり支承部１６によってサポートされている。この支承装置は、吸入開口部と向かい合った側の転がり支承部を有する浮遊支承部のような、同様に可能である他の支承方式に対して、潤滑剤を用いない支承部が吸入側に使用され、そしてローターダイナミクス的に簡単な支承部に基づいて、狭い間隙とより短い構造長さが達成されるという利点を有している。

軸上には永久磁石２０が設けられている。この永久磁石は通電された駆動コイルと協働する。これによってローター１０は十分高速な回転数とされる。これは、使用されるポンプ原理に応じて算定され、そして分子原理においては、通常、毎分数１０，０００回転である。

ステータ３０は、その、ローターの方の表面に位置または複数のねじ線状のチャネル３０を有してる。

軸１２にはハブ４０が固定されている。これは、第一の側４２と、この第一の側４２に向かい合った側の第二の面４４を有しいる。第二の側４４は、吸入開口部の方を向いている。第一の側には、第一のスリーブ５０が固定されている。第二の側には第二のスリーブ５２が固定されている。両方のスリーブ５０，５２は、ホルヴェックに応じたポンプ作用の発生のためステータ３０およびそのねじ線状のチャネルと協働する。ガス流は、吸入開口部を通って、スリーブ５２とステータ３０の間の間隙Ｓ内に通じる。第一のスリーブ５０は、第二のスリーブ５２のガス流内で後続して配置されており、そしてこれによってスリーブ圧に対してシールを行う。上述したガス案内と共にスリーブ５０および５２を使用することによって、より少ない程度の製造公差が、間隙Ｓに対して作用するので、これが、それらの長さが、両方のスリーブＬ１およびＬ２の長さの合計に相当する比較可能な個々のスリーブにおいてよりも狭く実際される。

図２には、ハウジング２が表されている。これはインレット４を有している。その上、回転するスリーブ５２とポンピング動作を行う構造３２が示されている。

図２には、ガス分子６０が、スリーブ６０にどのように表れるかを簡略的に表す。ガス分子６０の考え得る移動方向に基づいて、ここでは、分子が、ホルヴェックチャネル３２内に進入せず、吸入領域６２に再び真空チャンバーの方向へ、つまり矢印Ａと反対の方向へと去るに至り得る。生じる速度は、矢印８０で表されている。

図３は、実践から公知のインレットフランジ４を示す。このインレットフランジは、非対称に穴あけされたインレットチャネルとして形成されている。この実施形は、ガス分子６０をインレット４の異なる方向へと向ける。生じる速度は、矢印８０で表されている。

図４は、発明に係るインレット形状を示している。これは先行技術に対して、更なる改良をあらわしている。インレット４はスリーブ５２の方向へ拡大するよう形成されている。これによって分子の移動方向は、これらが、ポンプ１の吸入フランジをできる限り真空チャンバー１の方向へと、つまり矢印Ａの方向と反対に去ることができず、引き続いてポンププロセス中に留まるよう影響される。

図４に従いガス分子６０の考え得る移動方向が観察されると、これらが回転するスリーブ３２と接触した後、これらがホルヴェックポンプステージ内へと入るとき、より高い確率でポンプステージの上でハウジング壁部６４に当たるということが確認される。分子の更なる移動は、通常の確立分配にかかっている。

インレット４が、図４に表されるよう、ここに当たるガス分子が再びポンプ内へと戻るよう形成されると、この措置によって吸引性能が上昇する。

図５は、本発明の変更された実施例を示す。インレット６４は、図５に従い直線的にすい形に拡大して形成されている。このインレット形状に従い、インレットフランジ４の拡張部６４の内壁に衝突するガス分子は、再びポンプ室の方向へと戻るので、これによってポンプの吸引性能は明らかに上昇する。

図６は、吸入開口部６２を有するターボポンプステージ（独語でいうＴｕｒｂｏｐｕｍｐｓｔｕｆｅ）６６を示す。ターボポンプステージは、ローター羽根７０を有するローター６８を有している。（図示されていない）ガス分子は、矢印Ａの方向で真空ポンプステージ６６に進入する。ガス分子が、ローター羽根７０によってアウトレットの方へと方向転換されると、これは、吸入開口部６２の拡張部６４の内壁に衝突し、そして再びローター６８の方向へと導かれる。

図７は、簡略的に表された、ローター６８を有するポンプステージ６６を示す。ローター６８は、ローターディスク７２，７４並びにステータディスク７６，７８を有している。その際、ローターディスク７２，７４とステータディスク７６，７８は、反対方向のローター羽根およびステータ羽根を有している。

矢印Ａの方向に吸入開口部６２内へと進入するガス分子は、吸入開口部６２の拡張部６４によって適当に方向転換され、そしてポンプステージ（独語でいうＰｕｍｐｓｔｕｆｅ）６６を「通過」し、そして矢印Ｂの方向へポンプステージ６６から排出される。

１ 真空ポンプ
２ ハウジング
４ 吸入開口部
６ アウトレット
１０ ローター
１２ 軸
１４ 永久磁石支承部
１６ 転がり支承部
２０ 永久磁石
３０ ステータ
３２ ステータ内のチャネル
４０ ハブ
４２ ハブの第一の側
４４ ハブの第二の側
５０ 第一のスリーブ
５２ 第二のスリーブ
６０ 分子
６２ 吸入開口部
６４ インレットフランジの拡張部
６６ ターボポンプステージ
６８ ローター
７０ ローター羽根
７２ ローターディスク
７４ ローターディスク
７６ ステータディスク
７８ ステータディスク
８０ 矢印（生じる速度）
Ａ 矢印
Ｂ 矢印

Claims (13)

1. 少なくとも一つのインレットを有するハウジングを有する真空ポンプまたは真空ポンプステージであって、一つの軸を有するローターを有し、その際、インレットが当該軸に対して半径方向に配置されている真空ポンプまたは真空ポンプステージにおいて、
   インレット（４）が、軸（１２）の方向に拡張されて形成されていることを特徴とする真空ポンプまたは真空ポンプステージ。
2. 真空ポンプが、一部品式の軸を有する少なくとも一つのホルヴェックステージと、取り囲むステータを有し、または一部品式の軸を有する少なくとも一つのクロススクリュー・ホルヴェックステージを有し、その際、搬送構造が、反対方向のスクリュー構造でり、またはターボポンプのターボローターを有し、その際、搬送構造が、少なくとも一つのターボローターディスク（７２，７４）とターボステータディスク（７６，７８）を有することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 真空ポンプステージが、一部品式の軸と取り囲むステータを有するホルヴェックステージとして形成されているか、または一部品式の軸を有するクロススクリュー・ホルヴェックステージとして形成されており、その際、搬送構造が、反対方向のスクリュー構造であり、またはターボポンプのターボローターを有し、その際、搬送構造が、少なくとも一つのターボローターディスク（７２，７４）とステータディスク（７６，７８）を有することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
4. 真空ポンプまたは真空ポンプステージが、少なくとも一つのホルヴェック・ポンプステージを有し、軸、軸と接続されるハブおよびハブと接続され、かつ軸に同軸なスリーブ（５２）を有するローターを有すること、およびインレット（４）がスリーブ（５２）の方向で拡張されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
5. インレット（４）が、ガスをインレット（４）を通してローターの回転方向に配置されたチャネル（３２）内へと導くインレット（４）として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプまたは真空ポンプステージ。
6. インレット（４）が、ローターの回転方向で拡張されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプまたは真空ポンプステージ。
7. インレット（４）がローターの回転方向においてのみ拡張して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプまたは真空ポンプステージ。
8. インレット（４）が断面において丸められた輪郭（６４）を有し拡張されて形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の真空ポンプまたは真空ポンプステージ。
9. インレット（４）が、断面において直線的にすい形に拡張されて形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の真空ポンプまたは真空ポンプステージ。
10. 真空ポンプ（１）が分子真空ポンプとして形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
11. 真空ポンプ（１）が、ホルヴェックポンプとして形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
12. 真空ポンプステージが分子真空ポンプステージとして形成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
13. 真空ポンプステージが、ホルヴェックポンプステージとして形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の真空ポンプ。

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