JP2015504137A - ターボ分子ポンプ - Google Patents

Abstract

【解決手段】ターボ分子ポンプはロータ要素(18)をハウジング(16)内に備えている。ロータ要素(18)はロータ軸(10)に配置されている。ロータ軸(10)は、２つの軸受要素(12,14) によりハウジング(16)内で支持されている。高真空側の軸受要素(12)は転がり軸受として構成されている。転がり軸受として構成された軸受要素(12)に許容可能な圧力を軸受要素(12)の領域に保証するために、軸受要素(12)はチャンバ(36)に配置されている。チャンバは通路(46)を介してプレ真空領域(38)に連結されており、高真空領域(34)に対してガスケットによりシールされている。

Description

本発明は、ターボ分子ポンプに関する。

ターボ分子ポンプは、少なくとも１つのロータ要素をハウジング内に備えている。ロータ要素は複数の動翼を有しており、ロータ軸に支持されている。ロータ軸は電動機によって駆動され、軸受要素によりハウジング内で支持されている。ターボ分子ポンプは、複数の静翼を有するステータ要素を更に備えている。ステータ要素は、ステータリングによりハウジング内に配置されており、例えば、静翼及び動翼が交互に配置されるように、静翼は動翼間に突出している。ターボ分子ポンプは、このようなロータ要素又はステータ要素を一又は複数備えることが可能である。ターボ分子ポンプは、ロータ要素の流れ方向の下流側に配置されたホルベック（Holweck ）段を備えていることが更に公知である。２つの軸受要素が、高速に回転するロータ軸を支持するために設けられている。この点について、軸受要素の内の一方は一般的に、プレ真空側のロータ軸の端部に配置されている。この軸受要素は、磁気軸受及び転がり軸受の両方がこの領域で使用され得るように比較的低い真空の環境に配置されている。比較的低い真空のため、炭化水素又は他の物質が、一般的にはグリースである潤滑剤から多量にガスを外に放出する危険性がない。軸受要素が高真空側でロータ軸の端部に更に配置される場合、この軸受は常に磁気軸受である。非常に低い圧力又は高真空がこの領域に存在し、真空のために、潤滑剤の成分が、特には炭化水素が潤滑剤から外にガスを放出するので、転がり軸受も封止された転がり軸受もこの領域で使用され得ない。しかしながら、磁気軸受は膨張性の軸受である。更に、構造体が複雑になる。

米国特許第3168977 号明細書

ロータ要素の両方の軸受要素を転がり軸受として実現するために、ロータ軸を浮くように支持することが知られている。そのため、ロータ軸が外側に突出するように、高真空側の軸受要素がプレ真空側の方に変位させられる。それによって、軸受要素は、低圧のために潤滑剤からのガス放出が生じないか、又は許容可能な範囲内でのみ生じる領域に移動させられる。しかしながら、浮くように支持されたロータ軸は、十分な安定性を確保するためにロータ軸が重いという欠点を有する。更に、片持ちされる長さは制限されている。

本発明は、ターボ分子ポンプのロータ軸の経済的な軸受を提供することを目的とする。

前記目的は、本発明によれば請求項１の特徴により解決される。

ターボ分子ポンプの本実施形態では、軸受要素は、ロータ軸の２つの端部領域の夫々に配置されている。ここで、プレ真空側の軸受要素は転がり軸受又は磁気軸受であることが可能であり、より経済的な実施形態では、転がり軸受が好ましい。本発明によれば、転がり軸受が、低圧が存在するにも関わらず高真空側に更に設けられている。本発明によれば、これは、高真空側の軸受要素をチャンバに配置することにより可能である。軸受要素を略完全に囲むチャンバは、より高い圧力が存在する圧力領域に通路を介して連結されている。従って、通路は、高真空領域に設けられたチャンバを低真空が存在する領域と連結する。結果として、チャンバが高真空領域に配置されているにも関わらず、チャンバの圧力は、高真空領域に存在する低圧ではなくより高い圧力である。この圧力は、通路が連結されている圧力領域に存在する圧力に略相当する。本発明によれば、対応する圧力領域に通路を介して連結されたチャンバを設けることにより、高真空側でも転がり軸受によりロータ軸を支持することが可能になる。そのため、コストが著しく削減され得る。特に、転がり軸受が使用されるときも、ロータ軸を浮くように支持する必要がなく、片持ち部の欠点を受け入れる必要がない。

通路は、少なくとも１・10^-5mbarの圧力が存在し、特には少なくとも１・10^-3mbarの圧力が存在する圧力領域に連結されていることが好ましい。この圧力領域の圧力は１mbarと１・10^-5mbarとの間にあることが好ましい。高真空領域では、１・10^-3mbarより低く、特には１・10^-5mbarより低く、特に好ましくは１・10^-7mbarより低い圧力が存在し得る。

この高真空側の軸受要素はロータ軸をポンプハウジング内で支持している。従って、本発明の好ましい実施形態では、チャンバは、ハウジングと直接的又は間接的に連結された軸受受入要素によって形成されている。軸受受入要素は、星形の支持要素を有しているか、又は、好ましくはそれ自体がハウジングと連結されている星形の支持要素と連結されている。従って、特には星形の支持要素は、送られるべき媒体が送られる開口部を有している。

特には組立を確実に容易にする、本発明の別の好ましい実施形態では、チャンバは、高真空側でカバーにより閉じられている。カバーは、好ましくは軸受受入要素と連結されている。従って、好ましい実施形態では、カバーは、チャンバ内に突出するロータ軸を覆っている。従って、ロータ軸の端部はチャンバ内に配置されている。これは、この領域でロータ軸とカバーとの間にシール要素を設ける必要がない点で有利である。

本発明の好ましい実施形態では、ガスケット要素が軸受受入要素とロータ要素との間に配置されている。好ましい実施形態では、ガスケット要素はラビリンスシールのような非接触型のガスケットである。ガスケット要素は、軸受受入要素とロータ要素とによって形成された環状間隙に好ましくは配置されている。比較的長いシール要素の長さによって、良好な密閉性が達成され得る。特に好ましい実施形態では、シール要素のシール間隙が、通路の断面積より小さな断面積を有する。複数の通路が設けられている場合、シール間隙は、複数の通路の断面積の合計より小さな断面積を有することが好ましい。そのため、通路の開口部の領域の圧力に略相当する圧力、つまり特にはプレ真空領域の圧力に略相当する圧力が、通路を介してガスケット要素の一側に存在し、高真空がガスケット要素の他側に存在するので、好ましいポンプ吐出方向が確保される。

特に好ましい実施形態では、ガスケット要素は能動型のガスケット要素を有している。そのため、より低い圧力が存在する領域からより高い圧力が存在する領域に媒体が送られる。能動型のガスケット要素は、例えば、環状間隙を形成する壁の一方又は両方に形成された螺旋状の溝部であってもよい。特に、能動型のガスケット要素は、ホルベック（Holweck ）ポンプに対応するように構成されてもよい。

本発明を、好ましい実施形態及び添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

本発明に従って構成された軸受を備えたターボ分子ポンプを示す簡略化された断面図である。

簡略化して図示されたターボ分子ポンプはロータ軸10を備えており、ロータ軸10は、高真空側の軸受要素12とプレ真空側の軸受要素14とによりハウジング16内で回転自在に支持されている。ロータ軸10は、複数の動翼20を有するロータ要素18を支持している。静翼22が、隣り合う２つの動翼20毎に動翼20間に設けられている。静翼22はステータリング24によってハウジング16に固定されている。そのため、図示された実施形態では、ステータ要素は静翼22及びステータリング24によって形成されている。

図示された実施形態では、ロータ軸は電動機26によって駆動される。

プレ真空側の軸受要素14は保持要素28によって支持されている。保持要素は、ハウジング16と連結されており、ターボ分子ポンプの出口30を有している。

ターボ分子ポンプに連結された空間（不図示）を排気するため、媒体が、空間から真空ポンプの入口32を介して出口32に向かって送られる。

本発明によれば、軸受要素12は高真空領域34に配置されているが、転がり軸受として設計されている。軸受要素12がチャンバ36に配置されているので、これが可能である。図示された実施形態では、ロータ軸10の高真空側の端部が突出するチャンバ36は、軸受受入要素38によって形成されている。チャンバ36は、入口32の方をカバー40により閉じられている。ロータ軸10の高真空側の端部がカバー40を通って突出しないように、カバー40はロータ軸10の高真空側の端部を覆っている。図示された実施形態では、カバー40は、軸受受入要素38と固定して連結されている。

高真空側の軸受要素12の外側軸受環を支持するために、軸受受入要素38はハウジング16と連結されている必要がある。図示された実施形態では、これは、星形に設計された支持要素42により達成される。支持要素42を星形に設計することにより、支持要素42は、媒体が動翼22によってターボ分子ポンプに引き込まれる開口部44を有する。

本発明によれば、転がり軸受を高真空領域34に配置するためにチャンバ36のみが設けられている。更に、チャンバ36は、ロータ要素に配置された通路46を介してプレ真空領域48と連結されている。チャンバ36が通路46を介してプレ真空領域48と連結されているため、チャンバ36に存在する圧力と略同一の圧力がプレ真空領域48に確実に存在する。チャンバの圧力が低下せず、転がり軸受の潤滑剤が外にガスを放出しないために、ガスケット要素50が更に設けられている。このために、軸受受入要素は、ポンプの長手方向に又はロータ軸10と平行に延びる肩部又は接触面52を有している。従って、接触面52は円筒の外側面である。円筒状の外側面54が、接触面52に対向して接触面52と平行にロータ要素18に更に形成されている。従って、２つの接触面52及び外側面54が円筒状の環状間隙56を形成している。図示された実施形態では、ラビリンスシールが環状間隙56内にガスケット要素50として配置されている。ラビリンスシールに加えて、又はラビリンスシールの代わりに、ホルベック（Holweck ）段のような能動型のガスケットが環状間隙56に形成されることができ、このガスケットは、高真空領域34からプレ真空領域48に向かって媒体を送る。

Claims (12)

1. ターボ分子ポンプにおいて、
   ロータ軸(10)によりハウジング(16)内で支持され、複数の動翼(20)を有する少なくとも１つのロータ要素(18)と、
   前記動翼(20)間に突出する複数の静翼を有する少なくとも１つのステータ要素(22,24) と、
   前記ロータ軸(10)の端部領域に配置された少なくとも２つの軸受要素(12,14) と
   を備えており、
   高真空側の前記軸受要素(12)は少なくとも、転がり軸受として形成されており、高真空領域(34)より高い圧力が存在する圧力領域(48)に少なくとも１つの通路(46)を介して連結されたチャンバ(36)に配置されていることを特徴とするターボ分子ポンプ。
2. より高い圧力が存在する前記圧力領域(48)では、存在する圧力は少なくとも１・10^-5mbarであり、特には１・10^-3mbarであることを特徴とする請求項１に記載のターボ分子ポンプ。
3. 前記高真空領域(34)では、１・10^-3mbarより低く、特には１・10^-5mbarより低く、特に好ましくは１・10^-7mbarより低い圧力が存在することを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ分子ポンプ。
4. 前記チャンバ(36)は、前記ハウジング(16)と直接的に又は間接的に連結された軸受受入要素(38)によって少なくとも部分的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のターボ分子ポンプ。
5. 前記チャンバ(36)は、好ましくは軸受受入要素(38)と連結されたカバー(40)により前記高真空側で閉じられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のターボ分子ポンプ。
6. 前記軸受受入要素(38)は、特には星形の支持要素(42)を介して前記ハウジング(16)と連結されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のターボ分子ポンプ。
7. ガスケット要素(50)が、前記軸受受入要素(38)と前記ロータ要素(18)との間に配置されていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載のターボ分子ポンプ。
8. 前記ガスケット要素(50)は、前記軸受受入要素(38)及び前記ロータ要素(18)によって形成された環状間隙(56)に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のターボ分子ポンプ。
9. 前記ガスケット要素(50)はラビリンスシールを有していることを特徴とする請求項７又は８に記載のターボ分子ポンプ。
10. 前記ガスケット要素(50)のシール間隙が、前記通路(46)の断面積又は複数の通路(46)の断面積の合計より小さな断面積を有していることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のターボ分子ポンプ。
11. 前記ガスケット要素は能動型のシール要素を有しており、該能動型のシール要素は特には、ホルベック（Holweck ）段を有するか、又はホルベック段として設計されていることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載のターボ分子ポンプ。
12. 前記少なくとも１つの通路(46)は、プレ真空領域(48)と連結されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のターボ分子ポンプ。

Images