JP2016109137A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、真空ポンプの異なる要求を簡単に満足することである。【解決手段】この課題は、特に、ローターの軸方向の領域内（この中に側方の接続部が開口していない領域内）に、少なくとも一つの純粋なローター領域が設けられており、このローター領域内において、少なくとも二つのローター部分が、その間に位置するステーター部分を有することなく連続しており、及び／又は、少なくとも一つの純粋なステーター領域が設けられており、このステーター領域内において、少なくとも二つのステーター部分がその間に位置するローター部分を有することなく連続し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に関する。

例示的にターボ分子真空ポンプは、ローター軸を有するローターを有する。ローター軸上には、複数のローターディスクが軸方向にオフセットされて設けられている。各ローターディスクは、周囲方向に分配されて設けられた複数のローター翼を有する。その上、例示的なターボ分子真空ポンプは、複数のステーターディスクを有するステーターを有する。これらは其々、周囲方向に分配して設けられた複数のステーター翼を有する。この例示的なターボ分子真空ポンプにおいては、軸方向において複数のローターディスクとステーターディスクが交互に設けられている。

例示的なターボ分子ポンプは、所定の真空技術的な性能値を有する。これは例えば、吸引性能、及び圧縮比率のようなものである。これらは、ローターの目標回転数において生ずる。真空技術的な性能値に関する顧客要求は、しかし非常に様々である。実践では、異なる要求に対して多様な真空ポンプモデルが維持されるか、または真空ポンプは構造的に複雑に特別な要求に適合されるか、または意図的に対応して開発されすらする。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０１３２１３８１５Ａ１号

本発明の課題は、真空ポンプの異なる要求を簡単に満足することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴に従う真空ポンプによって解決される。特に、ローターの軸方向の領域内（この中に側方の接続部が開口していない領域内）に、少なくとも一つの純粋なローター領域が設けられており、このローター領域内において、少なくとも二つのローター部分が、その間に位置するステーター部分を有することなく連続しており、及び／又は、少なくとも一つの純粋なステーター領域が設けられており、このステーター領域内において、少なくとも二つのステーター部分がその間に位置するローター部分を有することなく連続していることによって解決される。

つまりローター部分及びステーター部分が軸方向において交互に設けられている真空ポンプの通常の構造と異なり、各個々の、又は複数のローター部分及び／又はステーター部分が無い。

換言すると、発明に従い、例えば、発明に係るポンプ構造に対して、各一又は複数のステーター部分又はローター部分が意図的に省略されることが可能である。

ローター部分及びステーター部分は、特に、いわゆるローターディスク又はステーターディスクである。これらは、其々、周囲方向に分配して設けられた複数のローター翼又はステーター翼を有し、そしてこれらは軸方向で計測して、その直径よりも小さい高さ、特に本質的に小さい高さを有するため、ディスク形状を有する。ローター部分及びステーター部分は、特に積層式に互いに重ねて設けられており、先行技術においては交互に、つまり一つのステーターディスクに一つのローターディスクが続き、そしてその逆というように設けられている。発明に係る実施形においては、これと反対に、純粋なローター領域に少なくとも二つのローターディスクが、その間に位置するステーターディスクを有することなく連続し、一方で、純粋なステーター領域においては少なくとも二つのステーターディスクが、その間に位置するローターディスクを有することなく連続することが意図され得る。

更なる明確化の為に、先行技術において公知であるような、交互に設けられるローター部分及びステーター部分を有する例示的なターボ分子ポンプから出発する。このターボ分子ポンプは、所定の真空技術的な性能値を有する。ポンプの真空技術的な性能値と異なり、例えばより小さいターボ分子ポンプに対する要求がなされるとき、個々の又は複数のローター部分及び／又はステーター部分のみが取り外されるか、または組立において省略される。これによって、ターボ分子ポンプの構造の枠内において、ポンプの可能な性能値が変更される、または減少される。しかし、これによって極めて簡単な方法で要求が満たされる一方で、ポンプは構造的に変更される必要が無い。これは、唯一のポンプモデルによって、一つの所定の性能特性が提供されるのみならず、複数の異なる性能特性が、同じポンプモデルによって実現されるということを可能とする。その結果、より少ない異なるポンプモデルが維持される必要があり、そして顧客要求に対してポンプのより少ない構造的な適合が実施される必要がある一方で、異なる顧客要求が対応されることが可能である。

ステーター部分が真空ポンプ内においてその真空技術的な機能の他に、構造的な課題を満たす限り、ステーター部分は、例えばスペーサーピースのような構造的な課題の為の代替ピースによって、純粋なローター領域において置き換えられることが可能である。一般的に、特に代替ピースの存在又は非存在に依存することなく、純粋なローター領域における二つのローター部分の間には、つまり軸方向の間隔が設けられていることが可能である。

上述した発展形も後続する発展形も、一または複数の純粋なローター領域の為にのみ記載されているが、相応して純粋なステーター領域に対して適用可能である。これによってバリエーションの多様性が更に改善される。

真空ポンプは、一つの実施形において少なくとも一つの側方の接続部を有する。側方の接続部は、真空ポンプのインレット及びアウトレットと異なっている。本発明は、ポンプ領域の真空技術的な性能値を、接続部の前及び後で調整するために、この実施形で意図的に使用されることが可能である。特にこれによって、側方の接続部に接続されるチャンバー内（例えばより多くの残留ガス量が許容される、または望まれているチャンバー内）の達成可能な圧力が、意図的に調整されることが可能である。真空ポンプの複雑な構造的変更は、その際、必要ない。

側方の接続部は、ローターの少なくとも一つの領域内に設けられていることが可能である。代替として、又は追加的に、側方の接続部が、真空ポンプのインレットとアウトレットの間に設けられていることが可能である。代替として、又は追加的に、純粋なローター領域は、軸方向において、側方の接続部の直前又は直後に設けられているか、または側方の接続部の近傍に設けられていることが可能である。代替として、真空ポンプは、側方の接続部を有さないことも可能である。

一つの実施形においては、軸方向において、ポンプ方向における第一のローター部分とポンプ方向における第二のローター部分の間に一つのステーター部分が設けられている。これによって、更に良好な真空技術的な性能値が達成され、他方でポンプは異なる要求に適合されることが可能である。

別の実施形においては、ローター部分は其々、ローター軸と独立して製造され、そしてローター軸に固定されるローターディスクによって形成されている。換言すると、つまりこれはディスクローターであることが可能である。代替として、フルローターが設けられていることが可能である。このフルローターにおいては、ローター部分が、ローター軸と一体に接続されていることが可能である。

更なる実施形は、従属請求項、明細書及び図面内に記載されている。

本発明を以下に単に例示的に図面を参照しつつ説明する。

純粋なローター領域と純粋なステーター領域を有するターボ分子ポンプ 側方の接続部及び純粋なローター領域を有するターボ分子ポンプ。 側方の接続部及び純粋なローター領域を有する別のターボ分子ポンプ。

図１は、ターボ分子ポンプ１０として形成された真空ポンプを示す。この真空ポンプは、インレットフランジ３１によって取り囲まれたインレット３０と、インレット３０に及ぶガスをアウトレットへと搬送するための複数のポンプ段を有する。アウトレットは、図１に表されていない（例えば、図２に表されたポンプのアウトレット３２を参照されたい）。該ターボ分子ポンプ１０は、側方の接続部を有していない。ターボ分子ポンプ１０は、静的なハウジング３６を有するステーターと、該ハウジング３６内に設けられたローター１２を有する。ローターは、ローター軸Ｒを中心として回転可能に支承されたローター軸１４を有している。

ターボ分子ポンプ１０は、互いにシリアルに接続され、ポンプ作用を奏する複数のターボ分子的ポンプ段を有する。これらポンプ段は、ローター軸１４と接続され、ターボ分子的ローターディスク１６として形成された複数のローター部分を有し、そして軸方向において該ローターディスク１６の間に配置され、そしてハウジング３６に固定された、ターボ分子的ステーターディスク３２として形成された複数のステーター部分を有する。これらは、スペーサーリング４０によって所望の軸方向間隔に互いに保持されている。ローターディスク１６とステーターディスク２２は、吸い込み領域において、ポンプ方向Ｐに向けられた軸方向のポンプ作用を提供する。

ターボ分子ポンプ１０は、その上、半径方向において入れ子式に（独語：ｉｎｅｉｎａｎｄｅｒ）設けられた、そしてシリアルに接続され、ポンプ作用を奏する三つのホルベックポンプ段を有している。ホルベックポンプ段のローター側の部材は、ローター軸１４に固定され、そしてこれによって担持されたシリンダー側面形状の二つのホルベックロータースリーブ４６，４８を有している。これらは、回転軸Ｒに対して同軸に向けられており、そして入れ子式に接続されている。更に、シリンダー側面形状のホルベックステータースリーブ５０，５２が設けられている。これらは、同様に回転軸Ｒに対して同軸に向けられており、そして入れ子式に接続されている。ホルベックポンプ段のポンプ効果を発する表面は、其々、半径方向の狭いホルベック間隙を形成しつつ互いに向かい合った半径方向の側面によって、つまり、ホルベックロータースリーブ４６，４８とホルベックステータースリーブ５０，５２の各側面によって形成されている。その際、ポンプ効果を発する表面の一方、この場合例えばホルベックロータースリーブ４６または４８のそれは滑らかに形成されており、その際、各ホルベックステータースリーブ５０，５２の向かい合ったポンプ効果を発する表面は、回転軸Ｒの周りをねじ線形状に軸方向に推移する複数の溝を有する構造化部を有している。これら溝の中をローター１２の回転によってガスが搬送され、これによってポンピングが行われる。

回転可能なローター軸１４の支承は、アウトレットの領域のローラー支承部５４によって、そしてインレット３０の領域の永久磁石支承部５６によって行われる。

永久磁石支承部５６は、ローター側の支承半部６０とステーター側の支承半部５８を有する。これらは、其々リング積層部を有している。リング積層部は、軸方向に互いに積層された永久磁石の複数のリングから成る。その際、磁石リングは、半径方向の支承間隙を形成しつつ互いに向き合っている。

永久磁石支承部５６の内部には、緊急用又は安全用支承部６２が設けられている。これは、潤滑されないローラー支承部として形成されており、そして通常の真空ポンプの作動では、非接触で空転する。そして、ローター１２がステーターに対して半径方向に過剰に偏向した際に初めて係合するに至り、ローター１２のため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衝突するのを防止する。

ローラー支承部５４の領域においては、ローター軸１４に円すい形のスプラッシュナット（独語：Ｓｐｒｉｔｚｍｕｔｔｅｒ）６４が設けられている。スプラッシュナットは、ローラー支承部５４に向かって増加する外径を有する。これは作動媒体、例えば潤滑媒体を浸された吸収性の複数のディスク６６を有する作動媒体貯蔵部のスキマー（独語：Ａｂｓｔｒｅｉｆｅｒ）とすべり接触している。運転中、作動媒体は毛細管効果によって作動媒体貯蔵部からスキマーを介して回転するスプラッシュナット６４へと伝達される。そして遠心力によってスプラッシュナット６４にそって、大きくなるスプラッシュナット６４の外直径の方向にローラー支承部５４へと搬送され、そこで例えば潤滑機能を満たす。

ターボ分子ポンプ１０は、複数の駆動モーター６８を有する。これはローターの回転駆動の為のものであり、その回転子はローター軸１４によって形成されている。図示されていない制御ユニットが駆動モーター６８を駆動する。

図１のターボ分子グループ１０は、純粋なローター領域２８と純粋なステーター領域２９を有する。純粋なローター領域２８内においては、二つのローターディスク１６が、その間にステーターディスク２２を有することなく連続している。ローターディスク１６の間には、ステーターディスク２２が存在しない。純粋なステーター領域２９内においては二つのステーターディスク２２がその間にローターディスク１６を有することなく連続している。ここではつまり相応して、ステーターディスク２２の間にローターディスク１６が存在しない。純粋なローター領域２８内の両方のローターディスク１６と、純粋なステーター領域２９内の両方のステーターディスク２２は、其々、互いに軸方向の間隔をあけて設けられている。

各ステーターディスク２２は、二つの半リングの形式で形成されている。これらは、側方から、つまり半径方向において、ローターディスク１６の間に置かれていることが可能である。その際、ステーターディスク２２は、スペーサーリング４０上に置かれており、そしてこれによって担持される。ステーターディスク２２は、これによって特に簡単に引き離される、または取り外され、ターボ分子ポンプ１０を、真空技術的な性能値において所定の要求に適合する。

図２には別のターボ分子ポンプ１０が示されている。しかしこれは側方の接続部２６を有している。側方の接続部２６は、図示されていない追加的な真空チャンバーの接続の為に設けられている。この内部では、インレット３０に接続されているチャンバー内におけるのと異なる品質の真空が達成される必要がある。側方の接続部２６は、ローター１２の接続部領域３４を定義する。この中に側方の接続部２６は開口している。接続部領域３４内には、ステーターディスク２２が設けられていない。接続部領域を境界づけるローターディスク１６の間には、大きな軸方向間隔が設けられている。この間隔は、基本的に、接続部領域３４の軸方向の延在に相当する。接続部領域３４は、つまりポンプ効果を発する要素によって空けておかれる状態である。

側方の接続部２６を介してポンプ内に至るガスは、ポンプ方向Ｐ（図２ではつまり下に向かって）にポンピングされ、そして最終的にアウトレット３２に至る。

接続部領域３４の外側には、ローター領域２８が、ローター１２の軸方向の間隔で設けられている。この中には接続部が開口していない。純粋なローター領域２８は、三つの連続するローターディスク１６を有する。これらの間にはステーターディスク２２は無い状態である。純粋なローター領域２８は、ポンプ方向Ｐにおいて接続部領域３４の直前に設けられている。その上、ポンプ方向Ｐにおいて第一のローターディスク１６と第二のローターディスク１６の間には、ステーターディスク２２が設けられている。ポンプ方向Ｐにおいて接続部領域３４の直後に、ターボ分子ポンプ１０は軸方向で交互に設けられたローターディスク１６とステーターディスク２２を有する。

図３においては別のターボ分子ポンプ１０が側方の接続部と共に示されている。側方の接続部は、しかし図示では見て取ることが出来ない。側方の接続部は、接続部領域３４を定義する。この中にはステーターディスク２２は設けられていない。ポンプ方向において接続部領域３４の直前には、純粋なローター領域２８が設けられている。この中には、同様にステーターディスク２２が設けられていない。ポンプ方向においてローターディスク１６の第一の対の間には、反対にステーターディスク２２が設けられている。接続部領域３４の直後には、ローターディスク１６とステーターディスク２２が公知の交互に入れ替わる配置で設けられている。

１０ ターボ分子ポンプ
１２ ローター
１４ ローター軸
１６ ローターディスク
１８ ローター翼
２２ ステーターディスク
２４ ステーター翼
２６ 側方の接続部
２８ 純粋なローター領域
２９ 純粋なステーター領域
３０ インレット
３１ インレットフランジ
３２ アウトレット
３４ 接続部領域
３６ ハウジング
４０ スペーサーリング
４６ ホルベックロータースリーブ
４８ ホルベックロータースリーブ
５０ ホルベックステータースリーブ
５２ ホルベックステータースリーブ
５４ ローラー支承部
５６ 永久磁石支承部
５８ ステーター側の永久磁石支承半部
６０ ローター側の永久磁石支承半部
６２ 安全用支承部
６４ スプラッシュナット
６６ 吸収性のディスク
６８ 駆動モーター
Ｐ ポンプ方向
Ｒ 回転軸

Claims (8)

1. 真空ポンプ（１０）、特にターボ分子ポンプであって、
   少なくとも一つのローター（１２）を有し、該ローターが、ローター軸（１４）及び該ローター軸（１４）に設けられた少なくとも一つのローター部分（１６）を有し、該ローター部分が、周囲方向に分配して設けられた複数のローター翼（１８）を有し、そして、
   ローター（１２）に付設された少なくとも一つのステーターを有し、該ステーターが、軸方向においてローター部分（１６）に続く少なくとも一つのステーター部分（２２）を有し、該ステーター部分が、周囲方向に分配して設けられた複数のステーター翼（２４）を有し、
   その際、ローター（１２）の軸方向の領域であって、この中に側方の接続部（２６）が開口していない領域内に、少なくとも一つの純粋なローター領域（２８）が設けられており、該ローター領域内に、少なくとも二つのローター部分（１６）が、その間に位置するステーター部分（２２）を有さず連続しており、及び／又は、少なくとも一つの純粋なステーター流域（２２）が設けられており、該ステーター領域内に、少なくとも二つのステーター部分（２２）が、その間に位置するローター部分（１６）を有さず連続していることを特徴とする真空ポンプ。
2. 純粋なローター領域（２８）の二つのローター部分（１６）の間に軸方向の間隔が設けら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（１０）。
3. 側方の接続部（２６）が、ローターの少なくとも一つの領域内に設けられ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（１０）。
4. 側方の接続部（２６）が、真空ポンプ（１０）のインレット（３０）とアウトレット（３２）の間に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（１０）。
5. 純粋なローター領域（２８）が、軸方向において、接続部（２６）の直前又は直後に設けられているか、又は側方の接続部（２６）の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の真空ポンプ（１０）。
6. 真空ポンプが、側方の接続部を有さない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（１０）。
7. 軸方向において、ポンプ方向（Ｐ）における第一及びポンプ方向（Ｐ）における第二のローター部分（１６）の間に、ステーター部分（２２）が設けら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（１０）。
8. ローター部分（１６）が、其々、ローター軸（１４）から独立して製造され、そしてローター軸（１４）に固定されている一つのローターディスクによっ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（１０）。

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