JP2016050582A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、可能な限り簡単かつコンパクトに保たれた構造を保持しつつ、ポンプインレットの領域内に設けられたマグネット支承部室内へのプロセスガスの進入が防止されるものを提供することである。【解決手段】課題は、真空ポンプ（１０）、特にターボ分子ポンプ又はサイドチャネルポンプであって、ローター軸（１４）を有するローター（１２）、ステーター（１６）、及び、ポンプインレット（１８）の領域に設けられたマグネット支承部室（２０）を有し、このマグネット支承部室内に、ローター軸（１４）の回転可能なサポートの為にマグネット支承部（２２）が配置されている真空ポンプにおいて、過剰圧力のシーリングガスによるマグネット支承部室（２０）の付勢の為の手段が設けられていることによって解決される。【選択図】 図１

Description

本発明は、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプ又はサイドチャネルポンプであって、ローター軸を有するローター、ステーター及びポンプインレットの領域に設けられたマグネット支承部室を有するものに関する。このマグネット支承部内には、ローター軸の回転可能なサポートの為に、マグネット支承部室が配置されている。その際、マグネット支承部は、特に永久磁石支承部を有する。

真空ポンプは、各プロセスに対して必要な真空を達成するために、様々な技術的プロセス中で使用される。ローター軸の回転可能なサポートの為に、真空ポンプは様々な支承部を設けられていることが可能である。例えばターボ分子ポンプに対する可能な支承部形は、いわゆるハイブリッド支承部である。この支承部においては、ローター軸は予真空の方の側ではオイル潤滑又は油脂潤滑されたローラー支承部、特にボール支承部（ボールベアリング）で支承されており、そして高真空側、つまりポンプインレットの領域においては永久磁石支承部によって支承されている。マグネット支承部は、振動の少なくかつ非接触に作動し、そして潤滑が必要無いというメリットを有する。これは通常ローター側の支承半部とステーター側の支承半部を有する。これらはそれぞれ、軸方向に互いに積層された永久磁石からなる複数のリングからなる各一つのリング積層部を有している。マグネットリングは、リング間隙を形成しつつ半径方向で互いに向き合っている。このリング間隙は、その半径方向の間隙幅に比較して大きな経路にわたって軸方向に延在しているので、このリング間隙は以下では軸方向のリング間隙とも称される。そのようなマグネット支承部のデメリットは、必要な間隙の為に、マグネットリングが多かれ少なかれ、通常有害であるプロセスガスにさらされるという点にある。これらガスは、マグネットリングの材料を、化学的プロセスによって損傷させ、このことは真空ポンプの予定していたよりも早期の故障に通じる可能性がある。

独国特許第１０２０１３１００８５３Ａ１号明細書

本発明の課題は、冒頭に記載した形式の真空ポンプであって、可能な限り簡単かつコンパクトに保たれた構造を保持しつつ、ポンプインレットの領域内に設けられたマグネット支承部室内へのプロセスガスの進入が防止されるものを提供することである。

この課題は、発明にしたがい、請求項１に記載の特徴を有する真空ポンプによって、および請求項１０に記載の特徴を有する真空ポンプによって解決される。本発明に係る真空ポンプの好ましい実施形は、下位の請求項に記載されている。

特にターボ分子ポンプまたはサイドチャネルポンプであることが可能である真空ポンプは、ローター軸を有するローター、ステーター、およびポンプインレットの領域、または高真空側に設けられたマグネット支承部室を有する。この支承部室内には、ローター軸の回転可能なサポートの為に、マグネット支承部が配置されている。これは特に永久磁石支承部を有することができる。

本発明の第一の観点に従い、真空ポンプはマグネット支承部室を、過剰圧力のシーリングガスでもって付勢するための手段を有している。シーリングガスによるマグネット支承部室のそのような付勢によって、比較的簡単かつ信頼できる方法で、マグネット支承部室内へのプロセスガスの進入が防止される。その際、マグネット支承部室は、低い過剰圧力のシーリングガスによって付勢されれば十分であることができる。シーリングガスとして、清潔なガス、詳しく言うと特にマグネット支承部にとって無害のガス、例えば空気や窒素のようなものが使用されることが可能である。

シーリングガスは、マグネット支承部室に様々な方法で供給されることが可能である。

本発明に係る真空ポンプの好ましい実践的な実施形に従い、シーリングガスは、少なくとも部分的にローター軸を通ってマグネット支承部室に供給可能である。その際、シーリングガスによるマグネット支承部室の付勢のために、合目的的には、マグネット支承部室内に開口する少なくとも一つの供給孔が設けられている。この供給孔は、ローター軸を通って、ポンプアウトレットの領域内に設けられるシーリングガスでもって付勢される、真空ポンプの一室まで延在している。供給孔は、よって、いずれにせよシーリングガスでもって付勢される真空ポンプの領域内に供給されることが可能である。これによって、マグネット支承部室のシーリングガスによる付勢は簡単かつ経済的に実現可能である。

本発明に係る真空ポンプの目的に適った実践的な実施形に従い、ローター軸に平行な少なくとも一つの供給孔が設けられている。

唯一の供給孔を介してシーリングガスがマグネット支承部室に供給されるとき、これは、ローター軸内に位置する、つまりローター軸と一致する、つまり供給孔とローター軸の中心軸は一致する。供給が、少なくとも二つの、それぞれローター軸に対して平行な供給孔を介して行われるとき、これらは好ましくはローター軸に対して対称に配置されている。

ローター軸内に供給孔が位置する、または複数の供給孔の場合、これらがローター軸に対して対称に配置されていることによって、回転動的な現実が考慮される。特にアンバランスが生じない。

本発明に係る真空ポンプの別の有利な実践的な実施形に従い、シーリングガスは、少なくとも部分的に、ステーター内、特にステーターの各星状スポーク内に設けられた少なくとも一つの供給孔を介してマグネット支承部室に供給される。その際、一または複数の星状スポーク部は、其々供給孔を設けられていることが可能である。これらを介してマグネット支承部室が、特に外部からシーリングガスを供給可能である。

ポンプインレットの領域又は高真空側に設けられているローターが、マグネット支承部によって支承されている真空ポンプは、通常、追加的に、緊急用又は安全用支承部を設けられている。これは、真空ポンプの通常の運転においては、非接触式に空転し、そしてローターがステーターに対して半径方向に過剰に逸らされた際に初めて係合するにいたり、ローター軸の為の半径方向のストッパーを形成する。このストッパーは、ローター側の構造がステーター側の構造と接触するのを防止する。

発明に係る真空ポンプの別の好ましい実践的な実施形は、シーリングガスが、少なくとも部分的に、緊急用又は安全用支承部インレットを通って貫通している少なくとも一つの孔部を介して供給可能である点で際立っている。安全用支承部インサートは、簡単な方法で孔あけされており、シーリングガスをマグネット支承部室内へと導く。

これは特にスプリットフローポンプにおいて比較的簡単である。というのは、ここでは高真空ポートが側方に設けられており、そしてマグネット支承部インサートが周囲にさらされているからである。スプリットフローポンプは、通常、複数のインレットと複数のポンプ段、例えば二つのインレットと二つのポンプ段を有するハウジングを有している。これらは、ガスが、第一のインレットを通して第一のポンプ段に至り、そして第二のインレットを通して第二のポンプ段に至ったガスが、まず第二のポンプ段によって、そして引き続いて第一のポンプ段によって圧縮されるよう形成されている。スプリットフローポンプとして形成されていない標準ポンプにおいては、シーリングガスの供給は、管等を介して高真空を通して（供給することによって）保証されることが可能である。

マグネット支承部室に供給されるシーリングガスの量の調整の為に、毛細管を有する少なくとも一つの供給孔が設けられていると、特に有利である。

本発明の第二の観点に従い、真空ポンプは、これが、ステーターに対して相対的に回転するローターを使用のもとマグネット支承部室を、真空引きする及び／又は遮断する手段を有している点において際立っている。

その際、好ましくは、マグネット支承部の領域に設けられた、ローターとステーターの間の軸方向のリング間隙が、マグネット支承部室を付勢するポンプ段及び／又はシーリング段として形成されている。

マグネット支承部室の適当な構造によって、軸方向に十分大きなリング間隙がローター及びステーターの間に生じる。好ましくは、この軸方向のリング間隙は、ホルベックポンプ段又は十字ねじ山ポンプ段の形成の為に、ローター側及び／又はステーター側に構造化を付与されたポンプ効果を発する面を設けられている。構造化付与されたポンプ効果を発する各面は、特に一又は複数の搬送チャネルを有することが可能である。これら搬送チャネルは、例えばねじ線形状にローター軸の周りを軸方向に推移している。真空ポンプの運転の間、マグネット支承部室は、ホルベックポンプ段又は十字ねじ山ポンプ段によってポンプ排出される。マグネット支承部室内へのプロセスガスの進入はこれによって防止される。典型的には少なくとも２の圧縮比を有することが可能であるそのようなポンプ段は、マグネットリングの領域に、より低い圧力が存在し、これによってより少ない有害分子の粒子濃度が存在するということに供する。これは、プロセスガスによるマグネットリングのより少ない損傷に通じ、そしてこれに伴い、運転中損傷を発生させるポンプ媒体によるマグネット支承部のより長期の耐久性に通じる。

本発明に係る真空ポンプの別の有利な実施形に従い、軸方向のリング間隙はゲーデ段又はジーグバーン段として形成されている。これは、比較的狭くかつ一定に軸方向間隙を生じさせる。

別の有利な実施形に従い、リング間隙はターボ翼構造を有する。このターボ翼構造は、軸方向間隙中に実現されているので、比較的小さく寸法決めされている。そのようなターボ翼構造は、特に少ない労力で実現可能である。

別の代替的な実施形に従い、マグネット支承部室の遮断の為に、シーリング段が設けられていることが可能である。これは、例えば、ローターとステーターの間に設けられる動的なラビリンスシール又はジーグバーン段を有する。

以下に本発明を、添付の図面を参照しつつ実施例に基づき詳細に説明する。

発明に係る真空ポンプの例示的な実施形の異なるバリエーションの簡略部分図。ポンプインレットの領域に設けられたマグネット支承部室は、シーリングガスによって付勢可能である。 発明に係る真空ポンプの別の例示的な実施形の簡略部分図。ポンプインレットの領域に設けられたマグネット支承部室は、ステーターに対して相対的に回転するローターの使用のもと真空引き又は遮断される。 発明に係る真空ポンプの別の例示的な実施形の簡略図。ポンプインレットの領域に設けられたマグネット支承部室は、ステーターに対して相対的に回転するローターの使用のもと遮断される。

図１から３は、発明に係るポンプの様々な例示的実施形を、簡略部分図として示す。真空ポンプは、ターボ分子ポンプである。しかしその際、このポンプタイプは、本発明の実現又は適用の為に必須ではない。マグネット支承部の発明に係る保護は、他のポンプタイプにおいても使用することができる。

真空ポンプはローター軸１４を有するローター１２、ステーター１６、およびポンプインレット１８の領域に設けられたマグネット支承部室２０を有する。この中に、ローター軸１４の回転可能なサポートの為に、マグネット支承部２２が配置されている。マグネット支承部２２は、特に永久磁石支承部を含むことが可能である。

マグネット支承部２２は、ローター側の支承半部２４とステーター側の支承半部２６を有する。これらは其々、軸方向に互いに積層された永久磁石の複数のリング２８，３０からなるリング積層部を有する。マグネットリング２８，３０は、狭い支承間隙３２を形成しつつ互いに半径方向でむきあっており、その際ローター側のマグネットリング２８は半径方向外側、そしてステーター側のマグネットリング３０は半径方向内側に配置されている。支承間隙３２内に存在する磁場は、マグネットリング２８，３０の間の磁気的な反発力を引き起こす。これは、ローター軸１４の半径方向の支承を行う。

図１は、本発明に係る真空ポンプ１０の例示的実施形の、個々に又は組み合わせて実現されることが可能である異なるバリエーションを示す。ポンプインレット１８の領域内に設けられたマグネット支承部室２０はシーリングガス３４により付勢されている。

その際、シーリングガスはマグネット支承部室２０に、少なくとも部分的に、例えばローター軸１４を通って供給可能であることができる。

別のバリエーションに従い、マグネット支承部室２０をシーリングガス３４でもって付勢するために、マグネット支承部室２０内に開口する少なくとも一つの供給孔３６，３８が設けられていることが可能である。この供給孔は、ポンプアウトレットの領域に設けられる、シーリングガス３４でもって付勢される真空ポンプ１０の一室まで、ローター軸１４を通って延在している。その際、ローター軸４０に対して平行な少なくとも一つの供給孔３６，３８が設けられることが可能である。

第一のバリエーションに従い、ローター軸４０内に位置する供給孔３６が設けられる。その中心軸は、よってローター軸４０と一致する。

別のバリエーションに従い、ローター軸４０に対して半径方向の間隔を有し、かつこれに対して対称に配置された少なくとも二つの供給孔３８が設けられている。これらの内、図１の部分図には一つのみが見て取ることができる。

別のバリエーションに従い、シーリングガス３４は少なくとも部分的に、ステーター１６の各星状スポーク部４２内に設けられる少なくとも一つの供給孔４４を通ってマグネット支承部２０に供給可能である。

同様に図１の図に見て取ることができる別のバリエーションに従い、シーリングガス３４は少なくとも部分的に、緊急用または安全用支承部インサート４６を通って貫通する供給孔４８を介してマグネット支承部２０に供給可能である。

異なるバリエーションにおいては、マグネット支承部室２０に供給されるシーリングガス３４の量の制御の為に、其々、毛細管を有する少なくとも一つの供給孔３６，３８，４４または４８が設けられていることが可能である。

図１に示唆されているように、マグネット支承部室２０から流出するシーリングガス流６０は、この場合では、例えば半径方向外側に向かって向けられている。

図２および３内に表された、本発明に係る真空ポンプ１０の別の例示的実施形は、ステーター１６に対して相対的に回転するローター１２の運転の間に利用しつつ、マグネット支承部室を真空引きする、及び／又は、遮断するための手段を有する。

その際、図２の実施形においては、マグネット支承部２０の領域内に設けられた軸方向の、ローター１２とステーター１６の間のリング間隙５０が、マグネット支承部室２０に付勢されるポンプ段又はシーリング段５２として形成されている。この為、軸方向のリング間隙５０が、例えばホルベックポンプ段又は十字ねじ山ポンプ段（独語：Ｋｒｅｕｚｇｅｗｉｎｄｅｐｕｍｐｓｔｕｆｅ）の形成の為に、ローター側及び／又はステーター側に、特に構造化を付与されたポンプ効果を発する面を有する。そのような構造化を付与された面は、特に、一又は複数の搬送チャネルを形成することが可能である。搬送チャネルは、ねじ線形状に、又はねじ山状にローター軸４０の周りを軸方向に推移している。

軸方向のリング間隙５０は、つまりローター側及び／又はステーター側に、ローター軸４０の周りにねじ山の形式で設けられていることが可能である。

例えば最小２の圧縮比率を有することが可能である、その様なポンプ段は、このポンプ段を有さない場合にそうであるよりも、マグネットリング２８、３０の領域内により低い圧力と、これに伴いより低い粒子密度が有害分子（独語：Ｓｃｈａｄｍｏｌｅｋｕｅｌｅｎ）について存在していることに供する。これは、プロセスガスによるマグネットリング２８，３０のより低い被害（独語：Ａｎｇｒｉｆｆ）へと通じ、そしてこれに伴い、運転中、腐食性のポンプ媒体環境下においてマグネット支承部２２がより長く保たれる。

代替として、リング間隙５０は、例えば、ゲーデ段、又はジーグバーン段（独語：Ｇａｅｄｅ− ｏｄｅｒ Ｓｉｅｇｂａｈｎｓｔｕｆｅ）として形成されていることも可能である。その上、軸方向のリング間隙５０が、空間的な比率に相応する小さなターボ翼構造を有する実施形も考え得る。

図３は、発明に係る真空ポンプの別の例示的な実施形を示す。この実施形は、マグネット支承部室２０の遮断の為に、シーリング段５４を有する。このシーリング段は、特に、ローター１２とステーター１６の間に設けられる、動的なラビリンスシール又はジーグバーン段を有することができる。

本実施例においては、当該シーリング段５４は、インレット側のローラーディスク５８とステーター１６に付設された、真空ポンプ１０のインレットフランジの間に配置されている。

図３の図においては、更にその上、マグネット支承部２２、緊急用又は安全用支承部４６並びにステーターディスク６２及び別のローターディスク６４が見て取れる。

１０ 真空ポンプ
１２ ローター
１４ ローター軸
１６ ステーター
１８ ポンプインレット
２０ マグネット支承部室
２２ マグネット支承部
２４ ローター側の支承半部
２６ ステーター側の支承半部
２８ ローター側のマグネットリング
３０ ステーター側のマグネットリング
３２ 支承間隙
３４ シーリングガス
３６ 供給孔
３８ 供給孔
４０ ローター軸
４２ 星状スポーク部
４４ 供給孔
４６ 緊急用または安全用支承部インサート
４８ 供給孔
５０ リング間隙
５２ ポンプ段、シーリング段
５４ シーリング段
５６ インレットフランジ
５８ ローターディスク
６０ シーリングガス流
６２ ステーターディスク
６４ ローターディスク
６６ プロセスガス

Claims (16)

1. 真空ポンプ（１０）、特にターボ分子ポンプ又はサイドチャネルポンプであって、ローター軸（１４）を有するローター（１２）、ステーター（１６）、及び、ポンプインレット（１８）の領域に設けられたマグネット支承部室（２０）を有し、このマグネット支承部室内に、ローター軸（１４）の回転可能なサポートの為にマグネット支承部（２２）が配置されている真空ポンプにおいて、
   過剰圧力のシーリングガスによるマグネット支承部室（２０）の付勢の為の手段が設けられていることを特徴とする真空ポンプ。
2. シーリングガスが、少なくとも部分的にローター軸（１４）を通してマグネット支承部室（２０）に供給可能であることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. マグネット支承部室（２０）のシーリングガス（３４）による付勢の為に、マグネット支承部室（２０）内に開口する少なくとも一つの供給孔（３６，３８）が設けられており、当該供給孔が、ポンプアウトレットの領域内に設けられ、シーリングガス（３４）でもって付勢される真空ポンプ（１０）の一室までローター軸（１４）を通って延在していることを特徴とする請求項１または２に記載の真空ポンプ。
4. ローター軸（４０）に対して平行な少なくとも一つの供給孔（３６，３８）が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
5. ローター軸（４０）と一致する供給孔（３６）が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の真空ポンプ。
6. ローター軸（４０）に対して半径方向に間隔を有し、そしてこれに対して対称に配置された少なくとも二つの供給孔（３８）が設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の真空ポンプ。
7. シーリングガス（３４）が、少なくとも部分的に、ステーター（１６）内、特に、ステーター（１６）の各星状スポーク部（４２）内に設けられた供給孔（４４）を通してマグネット支承部（２０）に供給可能であ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。
8. シーリングガス（３４）が、少なくとも部分的に、緊急用又は安全用支承部インサート（４６）を通過している供給孔（４８）を介してマグネット支承部室（２０）に供給可能であ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。
9. マグネット支承部室（２０）に供給されるシーリングガス（３４）の量の調整の為に、少なくとも一つの供給孔（３６，３８，４４または４８）が毛細管を設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
10. 真空ポンプ（１０）、特にターボ分子ポンプまたはサイドチャネルポンプであって、ローター軸（１４）を有するローター（１２）、ステーター（１６）、及び、ポンプインレット（１８）の領域に設けられたマグネット支承部室（２０）を有し、このマグネット支承部室内に、ローター軸（１４）の回転可能なサポートの為にマグネット支承部（２２）が設けられている、特に請求項１から９のいずれ一項に記載の真空ポンプにおいて、
    ステーター（１６）に対して相対的に回転するローター（１２）の使用の下、マグネット支承部室（２０）を真空引きする、及び／又は、遮断するための手段（５３，５４）が設けられていることを特徴とする真空ポンプ。
11. マグネット支承部（２０）の領域内に設けられたリング間隙（５０）が、ローター（１２）とステーター（１６）の間において、マグネット支承部室（２０）を付勢するポンプ段及び／又はシーリング段（５２）として形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. リング間隙（５０）が、ホルベックポンプ段又は十字ねじ山ポンプ段を形成するために、ローター側及び／又はステーター側に、構造化を付与されたポンプ効果を発する面を有することを特徴とする請求項１１に記載の真空ポンプ。
13. 構造化を付与されたポンプ効果を発する面が、一または複数の搬送チャネルを形成し、当該搬送チャネルが、ねじ線形状またはねじ山状にローター軸（４０）の周りを軸方向に推移していることを特徴とする請求項１２に記載の真空ポンプ。
14. リング間隙（５０）が、ゲーデ段又はジーグバーン段として形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の真空ポンプ。
15. 軸方向のリング間隙（５０）がターボ翼構造を有することを特徴とする請求項１１に記載の真空ポンプ。
16. マグネット支承部室（２０）の遮断の為に、シーリング段（５４）が設けられており、このシール段が、ローター（１２）とステーター（１６）の間に設けられた動的なラビリンスシール又はジーグバーン段を有することを特徴とする請求項１０に記載の真空ポンプ。

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