JP2021507174A - Magnetic shield for vacuum pumps - Google Patents
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Abstract
本発明は、ローターキャビティを覆うポンプエンベロープを備える磁気シールド真空ポンプを提供し、磁気シールド真空ポンプは、ポンプエンベロープの少なくとも一部を円周方向に収容する外側磁気シールドと、ポンプエンベロープの収容された部分と少なくとも１つの外側磁気シールドとの間で長手方向に延びる円周チャネルとを備える。長手方向に延びる円周チャネルは、略環状断面を有することができ、エンベロープの収容された部分を円周方向に取り囲む。【選択図】図２The present invention provides a magnetically shielded vacuum pump comprising a pump envelope covering the rotor cavity, the magnetically shielded vacuum pump containing at least a portion of the pump envelope in the circumferential direction and an outer magnetic shield and the pump envelope. It comprises a circumferential channel extending longitudinally between the portion and at least one outer magnetic shield. The circumferential channel extending longitudinally can have a substantially annular cross section and surrounds the contained portion of the envelope in the circumferential direction. [Selection diagram] Fig. 2
Description
本発明は、真空ポンプの磁気シールド、詳細にはターボ分子ポンプの磁気シールドに関する。 The present invention relates to a magnetic shield of a vacuum pump, more specifically to a magnetic shield of a turbo molecular pump.
ターボ分子ポンプは、様々な用途において超高真空を提供するために使用される。 Turbo molecular pumps are used to provide ultra-high vacuum in a variety of applications.
一般的に、ターボ分子ポンプは、ローターキャビティが位置付けられるポンプエンベロープを備えることができる。各ローターキャビティは、一群の１又は２以上のステータ及び対応するインペラ軸上に支持されたローターを収容することができる。最高速度において、インペラは、真空チャンバを排気するために軸線周りに約６０，０００ｒｐｍで回転することになる。 In general, turbo molecular pumps can include a pump envelope in which the rotor cavity is located. Each rotor cavity can accommodate a group of one or more stators and rotors supported on the corresponding impeller shaft. At maximum speed, the impeller will rotate around the axis at about 60,000 rpm to exhaust the vacuum chamber.
一部の用途において、ターボ分子ポンプは、ポンプ機構の正常な作動を妨害するのに十分な強度のＤＣ磁界に近接して配置される場合がある。この点に関しては、マルテンサイトステンレス鋼のポンプエンベロープを有するターボ分子ポンプは、最大３５ｍＴの最大強度を有する放射状ＤＣ磁界で作動するように開発されてきた。一般的に、マルテンサイトステンレス鋼のエンベロープは、ローターキャビティ内の平均磁界強度が６ｍＴを超えないことを保証することができる。 In some applications, the turbomolecular pump may be placed in close proximity to a DC magnetic field of sufficient strength to interfere with the normal operation of the pump mechanism. In this regard, turbomolecular pumps with martensitic stainless steel pump envelopes have been developed to operate in a radial DC magnetic field with a maximum intensity of up to 35 mT. In general, the martensitic stainless steel envelope can ensure that the average magnetic field strength in the rotor cavity does not exceed 6 mT.
しかしながら、質量分析計及び超伝導マグネットに近接して存在するような、１００ｍＴの平均強度の放射状ＤＣ磁界内において最大回転速度で作動することができるターボ分子ポンプがますます必要とされている。 However, there is an increasing need for turbomolecular pumps capable of operating at maximum rotational speed in a radial DC magnetic field with an average intensity of 100 mT, such as those located close to mass spectrometers and superconducting magnets.
本発明は、従来技術に関する上記及び他の問題に取り組むものである。 The present invention addresses the above and other problems with the prior art.
従って、第１の態様において、本発明は、ローターキャビティを覆うポンプエンベロープを備える磁気シールド真空ポンプを提供し、磁気シールド真空ポンプは、ポンプエンベロープの少なくとも一部を円周方向に収容する外側磁気シールドと、ポンプエンベロープの収容された部分と少なくとも１つの外側磁気シールドとの間で長手方向に延びる円周チャネルとを備える。長手方向に延びる円周チャネルは、略環状断面を有することができ、エンベロープの収容された部分を円周方向に取り囲む。 Accordingly, in a first aspect, the invention provides a magnetically shielded vacuum pump comprising a pump envelope covering the rotor cavity, the magnetically shielded vacuum pump being an outer magnetic shield that accommodates at least a portion of the pump envelope in the circumferential direction. And a circumferential channel extending longitudinally between the contained portion of the pump envelope and at least one outer magnetic shield. The circumferential channel extending longitudinally can have a substantially annular cross section and surrounds the contained portion of the envelope in the circumferential direction.
好ましくは、ポンプエンベロープの収容された部分は、少なくともポンプのローターキャビティの長さにわたって延びる。典型的には、ローターキャビティは、ポンプエンベロープの収容された部分の中に完全に位置することになる。 Preferably, the contained portion of the pump envelope extends at least the length of the rotor cavity of the pump. Typically, the rotor cavity will be located entirely within the contained portion of the pump envelope.
好ましくは、使用時、シールドされたポンプは、ポンプ入口の中心が３００ｍＴ以上、好ましくは約３００ｍＴ〜約５００ｍＴの最大強度の、ポンプローターの回転軸に直交する放射状ＤＣ磁界内に配置された状態で作動した場合に最高作動温度を超えないことになる。好ましくは、ローターキャビティ内の平均磁界強度は、真空ポンプのポンプ入口の中心が磁気シールドの外面で３００ｍＴ以上、好ましくは約３００ｍＴ〜約５００ｍＴの最大強度の、ポンプローターの回転軸に直交する放射状ＤＣ磁界内に配置された状態で、６ｍＴ、好ましくは５ｍＴを超えない。 Preferably, in use, the shielded pump is placed in a radial DC magnetic field orthogonal to the axis of rotation of the pump rotor, with the center of the pump inlet at least 300 mT, preferably at maximum intensity of about 300 mT to about 500 mT. When activated, the maximum operating temperature will not be exceeded. Preferably, the average magnetic field strength in the rotor cavity is a radial DC orthogonal to the rotation axis of the pump rotor, with a maximum strength of 300 mT or more, preferably about 300 mT to about 500 mT, at the center of the pump inlet of the vacuum pump on the outer surface of the magnetic shield. When placed in a magnetic field, it does not exceed 6 mT, preferably 5 mT.
付加的に又は代替的に、使用時、ポンプは、シールドされたポンプが、ポンプ入口の中心が１００ｍＴの平均半径方向状磁界強度の、ポンプローターの回転軸に直交する放射状ＤＣ磁界内に配置された状態で作動した場合に、例えば、過熱なしで作動することができるように構成することができる。好ましくは、使用時、真空ポンプのローターキャビティ内の平均磁界強度は、平均約６ｍＴを超えず、好ましくは約５ｍＴを超えない。 In addition or alternatively, when in use, the pump is placed in a radial DC magnetic field where the shielded pump is centered at the pump inlet and has an average radial magnetic field strength of 100 mT, orthogonal to the axis of rotation of the pump rotor. It can be configured so that it can be operated without overheating, for example, when it is operated in a state of being. Preferably, during use, the average magnetic field strength in the rotor cavity of the vacuum pump does not exceed an average of about 6 mT, preferably no more than about 5 mT.
好都合には、ポンプの収容された部分と外側磁気シールドとの間で長手方向に延びる円周チャネルは、シールドとエンベロープが完全に別個であるように空隙がシールドとエンベロープとの間に設けられ、その結果、シールドからエンベロープに伝わる磁束が低減される。従って、結合されたシールド及びエンベロープは、磁束を真空ポンプローターキャビティの周りに案内し、ローターによって誘発された渦電流が低減する。空隙は、典型的には、実質的に環状断面を有する。 Conveniently, the circumferential channel extending longitudinally between the contained portion of the pump and the outer magnetic shield is provided with a gap between the shield and envelope so that the shield and envelope are completely separate. As a result, the magnetic flux transmitted from the shield to the envelope is reduced. Thus, the coupled shield and envelope guide the magnetic flux around the vacuum pump rotor cavity, reducing the rotor-induced eddy currents. The voids typically have a substantially annular cross section.
さらに、真空ポンプを冷却するために、空気などの流体はチャネルに沿ってポンプ圧送することができる。流体は、ポンプの収容された部分の外面を横切って、好ましくはポンプの収容された部分の外面の実質的に全てを、好ましくはポンプエンベロープの外面を横切ってポンプ圧送することができる。典型的には、真空ポンプを冷却する流体は、ポンプエンベロープの外面に接触する。 In addition, fluids such as air can be pumped along the channels to cool the vacuum pump. The fluid can be pumped across the outer surface of the contained portion of the pump, preferably across substantially all of the outer surface of the contained portion of the pump, preferably across the outer surface of the pump envelope. Typically, the fluid that cools the vacuum pump contacts the outer surface of the pump envelope.
好都合には、このことは、真空ポンプの使用時の過熱を防止し、エンベロープ及び／又はシールドでもたらされた断熱をさらに補うことができる。 Conveniently, this can prevent overheating during use of the vacuum pump and further supplement the insulation provided by the envelope and / or shield.
好ましくは、流体は、好ましくはポンプローターの回転軸に実質的に平行な方向に、好ましくは実質的にローターキャビティの入口端部に向う方向に、チャネルの第１の端部から第２の端部にポンプ圧送することができる。付加的に又は代替的に、流体は、重力の作用に実質的に対抗する方向に進むように、第１の端部から第２の端部にポンプ圧送することができる。このような構成は、チャネルを均一に満たすのを助けることができる。 Preferably, the fluid is preferably from the first end to the second end of the channel, preferably in a direction substantially parallel to the axis of rotation of the pump rotor, preferably in a direction substantially towards the inlet end of the rotor cavity. It can be pumped to the part. Additional or alternative, the fluid can be pumped from the first end to the second end in a direction that substantially opposes the action of gravity. Such a configuration can help fill the channel uniformly.
好ましくは、チャネルに入る流体の温度は、約１０℃〜約４０℃、さらに好ましくは、約２０℃〜約３０℃、例えば、２２℃とすることができる。好都合には、これは、さらなる流体加熱／冷却装置の必要性を回避することができる。付加的に又は代替的に、冷却流体の温度及び流量は、ポンプを最大作動温度未満の温度に維持するように選択することができる。 Preferably, the temperature of the fluid entering the channel can be from about 10 ° C to about 40 ° C, more preferably from about 20 ° C to about 30 ° C, for example 22 ° C. Conveniently, this can avoid the need for additional fluid heating / cooling devices. Additional or alternative, the temperature and flow rate of the cooling fluid can be selected to keep the pump below the maximum operating temperature.
好ましくは、流体は、好ましくは、空気などのガスとすることができる。好ましくは、空気は、室温（２２℃）である。 Preferably, the fluid can preferably be a gas such as air. Preferably, the air is at room temperature (22 ° C.).
ポンプエンベロープ及び／又は磁気シールドは、軟磁性材料を含むことができる。 The pump envelope and / or magnetic shield can include soft magnetic material.
本明細書において、軟磁性材料は、１０００Ａ／ｍ未満の保磁力を有する強磁性材料であると理解することができる。付加的に又は代替的に、軟磁性材料は、約４００〜約４５００の比透磁率を有する。好ましくは、軟磁性材料は、少なくとも約１．８Ｔの飽和磁束密度を有する。好都合には、このような軟磁性材料を含む磁気シールドは、比較的コンパクトであるが、それでも高強度磁界内で効果的なシールドをもたらすことができる。 In the present specification, the soft magnetic material can be understood as a ferromagnetic material having a coercive force of less than 1000 A / m. Additional or alternative, the soft magnetic material has a relative permeability of about 400 to about 4500. Preferably, the soft magnetic material has a saturation magnetic flux density of at least about 1.8 T. Conveniently, magnetic shields containing such soft magnetic materials are relatively compact, yet can provide effective shields in high intensity magnetic fields.
好ましくは、エンベロープ及び／又は外側磁気シールドは、０．２％未満炭素、好ましくは約０．２％〜約０．０５％炭素の純鉄又は軟鋼を含むことができる。好適な鋼は、０７０Ｍ２０及びＰＤ９７０−３を含む。好ましくは、鋼は、シールド及び／又はエンベロープが機械加工される前に完全に焼鈍される。しかしながら、典型的には、機械加工の後にさらなる熱処理は用いられない。好都合には、このプロセスは、構成要素のコストを大幅に低減するが、プロセスは、加工硬化の結果として硬磁性表面を残す場合があり、これには、次に、構成要素の特定の半径方向厚さを約２ｍｍだけ増大させることによって対処することができる。 Preferably, the envelope and / or outer magnetic shield can contain less than 0.2% carbon, preferably about 0.2% to about 0.05% carbon pure iron or mild steel. Suitable steels include 070M20 and PD970-3. Preferably, the steel is completely annealed before the shield and / or envelope is machined. However, typically no further heat treatment is used after machining. Conveniently, this process significantly reduces the cost of the component, but the process may leave a hard magnetic surface as a result of work hardening, which in turn is in a particular radial direction of the component. This can be addressed by increasing the thickness by about 2 mm.
好ましくは、エンベロープ及び／又は外側磁気シールドは、無電解ニッケルメッキされる。好都合には、これによって、エンベロープを通るＨ2拡散が低減され、標準的なシーリング幾何形状を使用することができる。 Preferably, the envelope and / or outer magnetic shield is electroless nickel plated. Conveniently, this reduces H 2 diffusion through the envelope and allows standard sealing geometry to be used.
好ましくは、エンベロープ及び外側磁気シールドは、実質的に同じ軟磁性材料を含むことができる。 Preferably, the envelope and outer magnetic shield can contain substantially the same soft magnetic material.
様々に成形された外側磁気シールドを使用して、真空ポンプのローターキャビティを磁気シールドすることができることを理解されたい。一実施形態において、真空ポンプ全体を収容することができるが、実際には、これは常には可能ではない。従って、典型的には、外側磁気シールドは、ポンプエンベロープの周りに適合する、例えば管体である、実質的に環状断面の中空開口の略円筒体である。ポンプエンベロープ及び／又は磁気シールド及び／又はチャネルは、実質的に環状断面とすることができるが、他の断面を使用することもできることを理解されたい。 It should be understood that various shaped outer magnetic shields can be used to magnetically shield the rotor cavity of a vacuum pump. In one embodiment, the entire vacuum pump can be accommodated, but in practice this is not always possible. Thus, typically, the outer magnetic shield is a substantially cylindrical body with a substantially annular cross section of hollow opening that fits around the pump envelope, eg, a tubular body. It should be understood that the pump envelope and / or magnetic shield and / or channel can have a substantially annular cross section, but other cross sections can also be used.
外側磁気シールドの一端又は両端は、長手方向に延びるチャネルに流入／流出する流体の流れを助けるためにキャステレイトされる（castellated）ことができる。 One or both ends of the outer magnetic shield can be castellated to aid the flow of fluid in and out of the longitudinally extending channels.
付加的に又は代替的に、外側磁気シールドは、２又は３以上の長手方向に延びるセクション、好ましくは２つの長手方向に延びるセクションを備える。典型的には、各セクションは、２５ｋｇ未満、好ましくは約１５ｋｇ未満の質量を有する。好都合には、これによって、一人のオペレータが各セクションを運んで組み立てることができる。セグメント化されたシールドによって、シールドは、例えば、パイプ及びケーブル接続部などのシールドを貫通する必要がある設備の周りに適合することができる。 Additional or alternative, the outer magnetic shield comprises two or more longitudinally extending sections, preferably two longitudinally extending sections. Typically, each section has a mass of less than 25 kg, preferably less than about 15 kg. Conveniently, this allows one operator to carry and assemble each section. The segmented shield allows the shield to fit around equipment that needs to penetrate the shield, for example pipes and cable connections.
各セクションのうちの１又は２以上は、半環状断面を有することができる。各セクションは、一緒に配置して、中空円筒体を形成することができる。セクションの合わせ面は、ぴったり合うように構成されており、磁気回路は、その間に延びる接合部を横切って実質的に維持される。 One or more of each section may have a semi-annular cross section. The sections can be arranged together to form a hollow cylinder. The mating surfaces of the sections are configured to fit snugly, and the magnetic circuit is substantially maintained across the junction extending between them.
典型的には、２又は３以上のセクションは、使用に向けて、クランプされるか又は他の方法で互いに非永久的に隣接することになる。使用される場合、非永久的な固定は、各セクションが磁界の作用を受けて分離するのを防止するために十分な力に耐えることができるものである。非永久的な固定は、２又は３以上の部品を約３００Ｎよりも大きな、好ましくは約３５０Ｎ〜約５００Ｎの力で一緒に保持することができる。 Typically, two or more sections will be clamped or otherwise non-permanently adjacent to each other for use. When used, non-permanent fixation is such that each section can withstand sufficient force to prevent it from separating under the influence of a magnetic field. Non-permanent fixation can hold two or more parts together with a force greater than about 300N, preferably about 350N to about 500N.
好ましくは、ポンプエンベロープ壁は、少なくとも約８ｍｍ、好ましくは約１０ｍｍから約２５ｍｍの半径方向厚さを有する。１１ｍｍは、一例である。外側磁気シールドなしでも、１１ｍｍ完全焼鈍軟鋼ポンプエンベロープを有する真空ポンプは、３５ｍＴの最大強度の放射状ＤＣ磁界内に配置された場合、６ｍＴ未満の平均強度、典型的には５ｍＴ未満の平均磁界強度の磁界を含むローターキャビティをもたらすことができる。 Preferably, the pump envelope wall has a radial thickness of at least about 8 mm, preferably about 10 mm to about 25 mm. 11 mm is an example. Even without an outer magnetic shield, a vacuum pump with an 11 mm fully annealed mild steel pump envelope has an average magnetic field strength of less than 6 mT, typically less than 5 mT, when placed in a radial DC magnetic field with a maximum intensity of 35 mT. A rotor cavity containing a magnetic field can be provided.
好ましくは、外側磁気シールドは、少なくとも約１５ｍｍ、好ましくは約２０ｍｍ〜約４０ｍｍの半径方向厚さを有する。２０ｍｍは、一例である。 Preferably, the outer magnetic shield has a radial thickness of at least about 15 mm, preferably about 20 mm to about 40 mm. 20 mm is an example.
好ましくは、長手方向に延びる円周チャネルは、少なくとも約３ｍｍ、好ましくは約５ｍｍ〜約４０ｍｍの半径方向厚さを有する。５ｍｍは、一例である。磁束は、チャネルによってもたらされた空隙を横切るのではなく外側磁気シールドの周りを動く傾向があるので、長手方向に延びる円周チャネルの厚さが厚いほど、ローターキャビティにもたらされる磁気シールドは良好である。 Preferably, the circumferential channel extending longitudinally has a radial thickness of at least about 3 mm, preferably about 5 mm to about 40 mm. 5 mm is an example. The thicker the circumferential channel extending longitudinally, the better the magnetic shield provided to the rotor cavity, as the magnetic flux tends to move around the outer magnetic shield rather than across the voids created by the channel. Is.
当業者であれば、例示された厚さは好ましいが、外側磁気シールド、チャネル、及び／又はエンベロープの半径方向厚の各々は、特定の真空ポンプ、外形形状、及び意図された用途に応じて最適化できることを理解できるはずである。典型的には、ポンプ入口の中心がポンプの回転軸に直交する特定ピークの放射状ＤＣ磁界内に配置された場合、半径方向厚さは、真空ポンプのローターキャビティ内の平均磁界が６ｍＴ、好ましくは５ｍＴの平均磁界強度を超えないことを保証するように最適化されることになる。 Those skilled in the art will appreciate the illustrated thickness, but each of the outer magnetic shield, channel, and / or envelope radial thickness will be optimal for the particular vacuum pump, profile, and intended application. You should understand that it can be transformed. Typically, when the center of the pump inlet is located in a radial DC magnetic field with a specific peak orthogonal to the rotation axis of the pump, the radial thickness is such that the average magnetic field in the rotor cavity of the vacuum pump is 6 mT, preferably. It will be optimized to ensure that the average magnetic field strength of 5 mT is not exceeded.
真空ポンプは、２以上の外側磁気シールド、例えば、各々の直径が徐々に増加する２、３、４、５又は６以上の実質的に同軸に整列された外側磁気シールドを備えることができる。好ましくは、長手方向に延びる円周チャネルは、各外側磁気シールド層とそれらの隣接したシールド層との間に提供される。好ましくは、ガス、例えば空気などの流体は、この長手方向に延びる円周チャネルの各々に沿ってポンプ圧送することができる。好都合には、これは、真空ポンプの使用時の過熱を防止すると共に、エンベロープ及び／又は各磁気シールドによってもたらされた追加の断熱を補償することができる。 The vacuum pump can include two or more outer magnetic shields, for example two, three, four, five or six or more substantially coaxially aligned outer magnetic shields, each of which gradually increases in diameter. Preferably, longitudinally extending circumferential channels are provided between each outer magnetic shield layer and their adjacent shield layers. Preferably, a gas, such as a fluid such as air, can be pumped along each of these longitudinally extending circumferential channels. Conveniently, this can prevent overheating during use of the vacuum pump and compensate for the additional insulation provided by the envelope and / or each magnetic shield.
用語「外側磁気シールド」は、ポンプエンベロープの少なくとも一部を円周方向に収容する磁気シールドと理解されたい。当業者であれば、これは、最外磁気シールドであることを必ずしも意味しないが、これは、実施形態において当てはまる場合があることを理解できるはずである。例えば、真空ポンプが複数の外側磁気シールドを備える構成において、真空ポンプエンベロープから最も遠いもののみが最外である場合があるが、当業者であれば、「外側磁気シールド」は、真空ポンプエンベロープを取り囲むシールド体のいずれかを指すことができることを理解できるであろう。同様に、単一の外側磁気シールドを備える実施形態において、このシールドは、最外磁気シールドとすることができる。 The term "outer magnetic shield" should be understood as a magnetic shield that accommodates at least part of the pump envelope in the circumferential direction. Those skilled in the art will appreciate that this does not necessarily mean that it is the outermost magnetic shield, but this may be the case in embodiments. For example, in a configuration in which a vacuum pump has a plurality of outer magnetic shields, only the one farthest from the vacuum pump envelope may be the outermost, but for those skilled in the art, the "outer magnetic shield" is the vacuum pump envelope. You can see that it can refer to any of the surrounding shields. Similarly, in embodiments with a single outer magnetic shield, this shield can be the outermost magnetic shield.
好ましくは、外側磁気シールドの外面又は複数の外側磁気シールドを有する構成における最外磁気シールドが、最大約５００ｍＴ、好ましくは約３００ｍＴ〜約４００ｍＴの最大放射状ＤＣ磁界強度に晒される場合、ポンプエンベロープ、特にローターキャビティ内の磁界は、平均約６ｍＴを超えない、好ましくは、約５ｍＴを超えない。 Preferably, when the outer surface of the outer magnetic shield or the outermost magnetic shield in a configuration having a plurality of outer magnetic shields is exposed to a maximum radial DC magnetic field strength of up to about 500 mT, preferably about 300 mT to about 400 mT, the pump envelope, especially The magnetic field in the rotor cavity does not exceed an average of about 6 mT, preferably about 5 mT.
さらなる態様において、本発明は、最大３５ｍＴの最大強度を有する放射状ＤＣ磁界内で作動するように既に構成された真空ポンプの磁気シールドを強化する磁気シールド組立体を提供する。典型的には、真空ポンプは、強磁性ポンプエンベロープ、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼ポンプエンベロープ又は無電解ニッケルメッキされた軟鋼ポンプエンベロープを有する。 In a further aspect, the invention provides a magnetic shield assembly that reinforces the magnetic shield of a vacuum pump already configured to operate in a radial DC magnetic field with a maximum intensity of up to 35 mT. Typically, the vacuum pump has a ferromagnetic pump envelope, eg, a martensitic stainless steel pump envelope or a electroless nickel plated mild steel pump envelope.
組立体は、真空ポンプの一部を円周方向に取り囲む外側磁気シールドを備えることができ、外側磁気シールドは、使用時、長手方向に延びる実質的に環状のチャネルの外面を定める内壁を有する。 The assembly may include an outer magnetic shield that surrounds a portion of the vacuum pump in the circumferential direction, which in use has an inner wall that defines the outer surface of a substantially annular channel that extends longitudinally.
好ましくは、外側磁気シールドは、１０００Ａ／ｍ未満の保磁度を有する軟磁性材料を含む。付加的に又は代替的に、比透磁率は４００〜４５００である。好ましくは、飽和磁束密度は少なくとも約１．８Ｔである。 Preferably, the outer magnetic shield comprises a soft magnetic material having a coerciveness of less than 1000 A / m. Additional or alternative, the relative permeability is 400-4500. Preferably, the saturation magnetic flux density is at least about 1.8 T.
使用時、組立体は、ポンプ入口の中心が１００ｍＴの平均半径方向磁界強度のポンプローターの回転軸に直交する放射状ＤＣ磁界内に配置された場合に、シールドされたポンプが作動することができるように構成することができる。好ましくは、使用時、真空ポンプのローターキャビティ内の平均磁界強度は、約６ｍＴの平均を超えない、好ましくは約５ｍＴを超えない。 In use, the assembly allows the shielded pump to operate when the center of the pump inlet is located in a radial DC magnetic field orthogonal to the axis of rotation of the pump rotor with an average radial magnetic field strength of 100 mT. Can be configured in. Preferably, during use, the average magnetic field strength in the rotor cavity of the vacuum pump does not exceed an average of about 6 mT, preferably no more than about 5 mT.
付加的に又は代替的に、使用時、組立体は、シールドされたポンプが、磁気シールドの外面に直接隣接した、最大約５００ｍＴ、好ましくは約３００ｍＴ〜約４００ｍＴの最大半径方向磁界強度のＤＣ磁界内で作動することができるように構成することができる。好ましくは、使用時、真空ポンプのローターキャビティ内の平均磁界強度は、約６ｍＴの平均を超えない、好ましくは、約５ｍＴを超えない。 Additional or alternative, when in use, the assembly is a DC magnetic field with a maximum radial magnetic field strength of up to about 500 mT, preferably about 300 mT to about 400 mT, with the shielded pump directly adjacent to the outer surface of the magnetic shield. It can be configured to be able to operate within. Preferably, during use, the average magnetic field strength in the rotor cavity of the vacuum pump does not exceed an average of about 6 mT, preferably no more than about 5 mT.
外側磁気シールドは、典型的には中空の略円筒体とすることができる。外側磁気シールドは、典型的には、真空ポンプのエンベロープの外径よりも大きな内径を有することができる。付加的に又は代替的に、ポンプエンベロープと外側磁気シールドとの間の直径の差は、両者の間に円周チャネルをもたらす。典型的には、外側磁気シールドは、真空ポンプのローターキャビティと同じか又はローターキャビティよりも大きな軸方向長さを有することができる。 The outer magnetic shield can typically be a hollow, substantially cylindrical body. The outer magnetic shield can typically have an inner diameter larger than the outer diameter of the vacuum pump envelope. Additional or alternative, the difference in diameter between the pump envelope and the outer magnetic shield results in a circumferential channel between the two. Typically, the outer magnetic shield can have an axial length that is the same as or greater than the rotor cavity of the vacuum pump.
外側磁気シールドは、２又は３以上のセクション、例えば、２、３、４、又は５又はそれ以上のセクションを備えることができる。典型的には、各セクションは、シールドの全長にわたって軸方向に延びるが、部分的に円周方向に延びる。好ましい実施形態において、シールドは、少なくとも１つの半環状セクションを備える。典型的には、いずれのセクションの重量も２５ｋｇを超えず、個々のセクションは、好ましくは１５ｋｇの質量を超えない。 The outer magnetic shield can include two or more sections, such as 2, 3, 4, or 5 or more sections. Typically, each section extends axially over the entire length of the shield, but partially circumferentially. In a preferred embodiment, the shield comprises at least one semi-annular section. Typically, the weight of any section does not exceed 25 kg and the individual sections preferably do not exceed a mass of 15 kg.
本発明の別の態様と同様に、チャネルは、冷却流体、好ましくはガス、例えば空気を外側磁気シールドと真空ポンプとの間に導くために使用することができる。好ましくは、冷却流体は、ポンプエンベロープの外面を横切ってポンプ圧送することができる。チャネルは、外側磁気シールドとポンプエンベロープが直接接触した場合と比較すると、外側磁気シールドによってもたらされるシールドを強化する。好都合には、チャネルと冷却流体を組み合わせることで、過熱することなく磁気シールドを強化することができる。 Similar to another aspect of the invention, the channel can be used to guide a cooling fluid, preferably a gas, such as air, between the outer magnetic shield and the vacuum pump. Preferably, the cooling fluid can be pumped across the outer surface of the pump envelope. The channel strengthens the shield provided by the outer magnetic shield as compared to the case where the outer magnetic shield and the pump envelope are in direct contact. Conveniently, the combination of channels and cooling fluids can strengthen the magnetic shield without overheating.
外側磁気シールドは、軟鋼、好ましくは完全焼鈍軟鋼を含むことができる。実施形態において、外側磁気シールドの表面は、機械加工中に加工硬化する場合があるが、典型的には、機械加工後にさらなる熱処理は行わない。 The outer magnetic shield can include mild steel, preferably fully annealed mild steel. In embodiments, the surface of the outer magnetic shield may be work hardened during machining, but typically no further heat treatment is performed after machining.
好ましくは、外側磁気シールドは、少なくとも約１５ｍｍの半径方向厚さを有し、及び／又は、長手方向に延びる円周チャネルは、少なくとも３ｍｍの半径方向厚さを有する。 Preferably, the outer magnetic shield has a radial thickness of at least about 15 mm, and / or the circumferential channel extending longitudinally has a radial thickness of at least 3 mm.
別の態様において、本発明は、真空ポンプのための磁気シールドを提供し、シールドは、真空ポンプの一部を取り囲むように構成された本体と、真空ポンプを冷却する流体を受け入れるように構成されたチャネルとを備える。典型的には、チャネルは、冷却流体をポンプの外面を横切って、好ましくはシールドと真空ポンプとの間に導く。典型的には、チャネルは、シールドによって取り囲まれた真空ポンプの一部を円周方向に取り囲む。典型的には、外側磁気シールドの内面は、冷却チャネルの外面を形成し、及び／又は、ポンプの外面は、冷却チャネルの内面を形成する。典型的には、流体は、好ましくは室温の空気などのガスである。好ましくは、真空ポンプは、ターボ分子ポンプである。典型的には、冷却流体温度及び流量は、ポンプを好ましい作動温度に維持するように選択される。 In another aspect, the invention provides a magnetic shield for the vacuum pump, the shield configured to receive a body configured to surround a portion of the vacuum pump and a fluid to cool the vacuum pump. It has a channel. Typically, the channel directs the cooling fluid across the outer surface of the pump, preferably between the shield and the vacuum pump. Typically, the channel circumferentially surrounds a portion of the vacuum pump surrounded by a shield. Typically, the inner surface of the outer magnetic shield forms the outer surface of the cooling channel and / or the outer surface of the pump forms the inner surface of the cooling channel. Typically, the fluid is preferably a gas, such as air at room temperature. Preferably, the vacuum pump is a turbo molecular pump. Typically, the cooling fluid temperature and flow rate are selected to keep the pump at a favorable operating temperature.
好ましくは、本体は、少なくとも約１５ｍｍの半径方向厚さを有し、及び／又は、冷却チャネルは、少なくとも約３ｍｍの半径方向厚さを有する。 Preferably, the body has a radial thickness of at least about 15 mm and / or the cooling channel has a radial thickness of at least about 3 mm.
別の態様において、本発明は、真空ポンプのための磁気シールドを製造する方法を提供する。 In another aspect, the invention provides a method of making a magnetic shield for a vacuum pump.
この方法は、軟鋼半製品を準備するステップと、この半製品を完全焼鈍するステップと、この完全焼鈍製品から磁気シールド又はそのセグメントを機械加工するステップとを含み、機械加工するステップ後、磁気シールド又はそのセグメントを真空ポンプに取り付ける前にさらなる熱処理は行わない。 This method includes the steps of preparing a mild steel semi-finished product, completely annealing the semi-finished product, and machining a magnetic shield or its segment from this fully annealed product, and after the machining step, the magnetic shield Or no further heat treatment is performed before attaching the segment to the vacuum pump.
本出願のほかの場所で説明するように、このプロセスは、ターボ分子ポンプのエンベロープ、及び／又は、ターボ分子ポンプのエンベロープを取り囲む外側磁気シールドを製造するために使用することができる。 As described elsewhere in this application, this process can be used to manufacture the envelope of a turbomolecular pump and / or the outer magnetic shield that surrounds the envelope of a turbomolecular pump.
鋼を完全焼鈍するステップは、鋼を、その中に含有された全てのフェライトがオーステナイトに変わる温度に加熱するステップを含むことができる。その後、材料は、平衡微細構造を得て、全てのオーステナイトが粗い粒状組織を有するパーライト及びフェライトに変わるのを確実にするように室温（例えば、２２℃）に非常にゆっくりと冷却させる。 The step of completely annealing the steel can include heating the steel to a temperature at which all the ferrites contained therein are converted to austenite. The material is then cooled very slowly to room temperature (eg, 22 ° C.) to obtain an equilibrium microstructure and ensure that all austenites are transformed into pearlite and ferrite with a coarse granular structure.
磁気シールドがターボ分子ポンプのエンベロープである場合、エンベロープは、その後、無電解ニッケルメッキすることができる。 If the magnetic shield is the envelope of a turbo molecular pump, the envelope can then be electroless nickel plated.
従って、本発明は、上記プロセスに従って製造された磁気シールドを備える真空ポンプも提供する。 Therefore, the present invention also provides a vacuum pump with a magnetic shield manufactured according to the above process.
本明細書で説明する本発明の全ての態様及び実施形態は、変更すべき点を変更して組み合わせることができることを理解されたい。 It should be understood that all aspects and embodiments of the invention described herein can be combined with varying points to be modified.
本発明の好ましい特徴は、以下に添付図面を参照して例示的に説明される。 Preferred features of the present invention are exemplified below with reference to the accompanying drawings.
本発明は、磁気シールドを備える真空ポンプを提供する。 The present invention provides a vacuum pump with a magnetic shield.
図１に示すように、一実施例において、ターボ分子ポンプ（１）は、外側磁気シールド（２）、ポンプエンベロープ（３）、及び長手方向に延びる円周チャネル（４）を備える。ポンプエンベロープ（３）、外側磁気シールド（２）、及びチャネル（４）は、ターボ分子ポンプの長手軸（Ａ）の周りに実質的に同軸に整列する。 As shown in FIG. 1, in one embodiment, the turbo molecular pump (1) comprises an outer magnetic shield (2), a pump envelope (3), and a circumferential channel (4) extending in the longitudinal direction. The pump envelope (3), outer magnetic shield (2), and channel (4) are substantially coaxially aligned around the longitudinal axis (A) of the turbomolecular pump.
本発明において、「軸方向の」「軸方向に」、及び「軸方向」は、ターボ分子ポンプの軸線「Ａ」に平行な方向を指す。この方向は、一般的に、ポンプエンベロープ（３）、チャネル（４）、及び／又は外側磁気シールド（２）の半径方向厚さに対して直交しかつポンプエンベロープの外面及びシールドの内面に略平行とすることができる。 In the present invention, "axial", "axial", and "axial" refer to directions parallel to the axis "A" of the turbo molecular pump. This direction is generally orthogonal to the radial thickness of the pump envelope (3), channel (4), and / or outer magnetic shield (2) and substantially parallel to the outer surface of the pump envelope and the inner surface of the shield. Can be.
例示するように、外側磁気シールド（２）は、ポンプエンベロープ（３）の半径方向厚さ（ｂ）及びチャネル（４）の半径方向厚さ（ｃ）よりも大きい半径方向厚さ（ａ）を有することができる。典型的に、外側磁気シールド（２）は、少なくとも１５ｍｍ、好ましくは、少なくとも２０ｍｍの半径方向厚さ（ａ）を有する。 As illustrated, the outer magnetic shield (2) has a radial thickness (a) greater than the radial thickness (b) of the pump envelope (3) and the radial thickness (c) of the channel (4). Can have. Typically, the outer magnetic shield (2) has a radial thickness (a) of at least 15 mm, preferably at least 20 mm.
例示の外側磁気シールド（２）は、ローターキャビティ（５）の軸方向長さ（ｙ）よりも長い軸方向長さ（ｘ）を有する。好都合には、このことは、実質的に全てのローターキャビティ（５）が周囲の磁界からシールドされることを保証する。好ましくは、シールドされたローターキャビティ（５）の内部の平均磁界強度は６ｍＴ、好ましくは５ｍＴを超えない。例示のターボ分子ポンプ（１）において、外側磁気シールド（２）は、ころ軸受（７）を備える下部ポンプ体（６）を取り囲む。外側磁気シールド（２）は、ジュビリークリップ（１５）の締め付け作用及び本体（６）の基部に取り付けられたプレート（１６）によって所定の位置に保持される。 The exemplary outer magnetic shield (2) has an axial length (x) that is longer than the axial length (y) of the rotor cavity (5). Conveniently, this ensures that virtually all rotor cavities (5) are shielded from the ambient magnetic field. Preferably, the average magnetic field strength inside the shielded rotor cavity (5) does not exceed 6 mT, preferably 5 mT. In the exemplary turbo molecular pump (1), the outer magnetic shield (2) surrounds the lower pump body (6) with roller bearings (7). The outer magnetic shield (2) is held in place by the tightening action of the jubilee clip (15) and the plate (16) attached to the base of the body (6).
チャネル（４）は、ポンプエンベロープ（３）の外面を横切って室温空気（約２２℃）を導くために使用される。冷却空気は、ポンプの基部の入口（１１）を通ってチャネル（４）にポンプ圧送され、ポンプの反対端の出口を通って流出し、例えば、出口は、外側磁気シールド（２）の上面のキャスタレーション（１０）の間の隙間（９）であり、これらのキャスタレーション（castellation）は、使用時、ポンプエンベロープ（３）の半径方向に延びるフランジ（８）に係合する。これによって、ローターキャビティ（５）内の温度を好ましい範囲に維持することができ、ポンプエンベロープ（３）及び外側磁気シールド（２）の比較的良くない熱伝達特性が補われる。 Channel (4) is used to guide room temperature air (about 22 ° C.) across the outer surface of the pump envelope (3). Cooling air is pumped through the inlet (11) at the base of the pump to the channel (4) and out through the outlet at the opposite end of the pump, eg, the outlet is on the top surface of the outer magnetic shield (2). The gaps (9) between the castellations (10), which, in use, engage the radially extending flanges (8) of the pump envelope (3). This allows the temperature in the rotor cavity (5) to be maintained in a preferred range, compensating for the relatively poor heat transfer properties of the pump envelope (3) and outer magnetic shield (2).
例示の長手方向に延びる円周チャネル（４）は、全長にわたって少なくとも３ｍｍの半径方向厚さ（ｃ）を有する。 The exemplary longitudinally extending circumferential channel (4) has a radial thickness (c) of at least 3 mm over its entire length.
図２により良く示すように、実施例において、管状の外側磁気シールド（２）は、２つの長手方向に延びるセクション（１２、１３）を備えるが、組み立てを助けるために、特定の真空ポンプの幾何形状に応じてより多くのセクションを使用することができる。各セクションは、拘束手段によって所定の位置に保持され、本実施例において、拘束手段は、外側磁気シールド（２）の円周に巻回されたジュビリークリップ（１５）及び下部ポンプ本体（６）に取り付けられたプレート（１６）を含む。ジュビリークリップ（１５）は、少なくとも３５０Ｎの力に対応する。ポンプ（１）及び／又は磁気シールド（２）は、使用時に磁界の影響を受けて移動しないように実質的に静止した表面又は物体に固定することができる。 As better shown in FIG. 2, in the embodiment, the tubular outer magnetic shield (2) comprises two longitudinally extending sections (12, 13), but the geometry of a particular vacuum pump to aid assembly. More sections can be used depending on the shape. Each section is held in place by a restraint means, in this embodiment the restraint means is attached to a jubilee clip (15) and a lower pump body (6) wound around the circumference of the outer magnetic shield (2). Includes attached plate (16). The jubilee clip (15) corresponds to a force of at least 350 N. The pump (1) and / or the magnetic shield (2) can be fixed to a substantially stationary surface or object so that it does not move under the influence of a magnetic field during use.
例示のポンプエンベロープ（３）及び外側磁気シールド（２）の両方は、機械加工された完全焼鈍軟鋼（例えば、０７０Ｍ２０、ＰＤ９７０−３）を含む。両者は無電解ニッケルメッキされたが、機械加工後にさらなる熱処理を行わなかった。エンベロープ（３）は、水素透過を防ぐために無電解ニッケルメッキすることができる。一方で、外側磁気シールド（２）は、シールドセグメント（１２、１３）に接近して取り付けてそれらの接合部の磁気抵抗を低減することができるように、無電解ニッケルプレートの薄くて頑丈でさらに磁気的性質の恩恵を受ける。 Both the illustrated pump envelope (3) and outer magnetic shield (2) include machined fully annealed mild steel (eg, 070M20, PD970-3). Both were electroless nickel plated but did not undergo further heat treatment after machining. The envelope (3) can be electroless nickel plated to prevent hydrogen permeation. On the other hand, the outer magnetic shield (2) is thin, sturdy and even more of an electroless nickel plate so that it can be mounted close to the shield segments (12, 13) to reduce the reluctance of their joints. Benefit from magnetic properties.
例示のポンプエンベロープ（３）は、全長にわたって少なくとも１１ｍｍの半径方向の厚さ（ｂ）を有する。 The illustrated pump envelope (3) has a radial thickness (b) of at least 11 mm over its entire length.
例示したような外側磁気シールド、チャネル及びエンベロープを有する変更されたＥｄｗａｒｄｓ ｎＥＸＴ４００（商標）を、入口（１４）の中心が磁石に最も近い磁気シールドの外面で１００ｍＴの平均強度及び３００ｍＴの最大ピークを有する、ポンプの回転軸に直交したＤＣ磁界内に位置した状態で配置した場合、ポンプのローターキャビティ内の平均磁界強度は、５ｍＴを超えなかった。ポンプは、過熱することなく最大作動速度で作動した。磁界強度は、Ｌａｋｅｓｈｏｒｅ４６０型３チャンネルホール効果ガウスメーターを使用して測定した。 A modified Edwards nEXT400 ™ with an outer magnetic shield, channel and envelope as illustrated, with an average intensity of 100 mT and a maximum peak of 300 mT on the outer surface of the magnetic shield with the center of the inlet (14) closest to the magnet. When placed in a DC magnetic field orthogonal to the rotation axis of the pump, the average magnetic field strength in the rotor cavity of the pump did not exceed 5 mT. The pump operated at maximum operating speed without overheating. The magnetic field strength was measured using a Lakesore 460 type 3-channel Hall effect Gauss meter.
様々な変更は、特許法の下で解釈される特許請求の範囲に定義されたような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく示された実施形態に行うことができることが認識されるであろう。 It will be appreciated that various modifications can be made to the embodiments shown without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the claims as defined under patent law. Let's go.
１ ターボ分子ポンプ、
２ 外側磁気シールド
３ ポンプエンベロープ
４ 長手方向に延びる円周チャネル
５ ローターキャビティ
６ 下部ポンプ本体
７ ころ軸受
８ 半径方向に延びるフランジ
９ 隙間
１０ キャスタレーション
１１ 入口
１２ 外側磁気シールドセクション（１）
１３ 外側磁気シールドセクション（２）
１４ ポンプ入口
１５ ジュビリークリップ
１６ プレート
1 turbo molecular pump,
2 Outer magnetic shield 3 Pump envelope 4 Longitudinal
13 Outer magnetic shield section (2)
14
Claims (33)
ａ）前記真空ポンプのローターキャビティを取り囲むポンプエンベロープと、
ｂ）前記ポンプエンベロープの少なくとも一部を円周方向に収容する外側磁気シールドと、
ｃ）前記ポンプエンベロープの前記収容された部分と前記外側磁気シールドとの間で長手方向に延びる円周チャネルと、
を備える、真空ポンプ。 A magnetically shielded vacuum pump
a) The pump envelope surrounding the rotor cavity of the vacuum pump and
b) An outer magnetic shield that accommodates at least a portion of the pump envelope in the circumferential direction.
c) A circumferential channel extending longitudinally between the contained portion of the pump envelope and the outer magnetic shield.
Equipped with a vacuum pump.
及び／又は、
ｉｉ）前記外側磁気シールドは、少なくとも約１５ｍｍの半径方向厚さを有し、
及び／又は、
ｉｉｉ）前記長手方向に延びるチャネルは、少なくとも約３ｍｍの半径方向厚さを有する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の真空ポンプ。 i) The pump envelope has a radial thickness of at least about 10 mm.
And / or
ii) The outer magnetic shield has a radial thickness of at least about 15 mm.
And / or
iii) The longitudinally extending channel has a radial thickness of at least about 3 mm.
The vacuum pump according to any one of claims 1 to 3.
及び／又は、
ｉｉ）前記長手方向に延びる円周チャネルは、少なくとも約３ｍｍの半径方向の厚さを有する、請求項１４から２１のいずれか一項に記載の組立体。 i) The outer magnetic shield has a radial thickness of at least about 15 mm.
And / or
ii) The assembly according to any one of claims 14 to 21, wherein the circumferential channel extending in the longitudinal direction has a thickness of at least about 3 mm in the radial direction.
及び／又は、
ｉｉ）前記冷却チャネルは、少なくとも約３ｍｍの半径方向厚さを有する、請求項２３から２５に記載の磁気シールド。 i) The body has a radial thickness of at least about 15 mm.
And / or
ii) The magnetic shield of claims 23-25, wherein the cooling channel has a radial thickness of at least about 3 mm.
ａ）ターボ分子真空ポンプを準備するステップと、
ｂ）前記真空ポンプの少なくとも一部を１又は２以上の磁気シールドで取り囲むステップと、
を含み、
前記磁気シールドのうちの１又は２以上は、使用中に前記真空ポンプを冷却する流体を受け入れるように構成されたチャネルをもたらす、方法。 A method of assembling a vacuum pump used in a radial DC magnetic field with a maximum magnetic field strength of over 35 mT.
a) Steps to prepare a turbo molecular vacuum pump,
b) A step of surrounding at least a part of the vacuum pump with one or more magnetic shields.
Including
A method in which one or more of the magnetic shields provide a channel configured to receive a fluid that cools the vacuum pump during use.
ａ）軟鋼半製品を準備するステップと、
ｂ）前記半製品を焼鈍するステップと、
ｃ）前記ステップｂ）の前記製品から真空ポンプのための磁気シールド又はそのセグメントに機械加工するステップと、
を含み、
前記ステップｃ）の後で、前記磁気シールド又はそのセグメントが前記真空ポンプに取り付けられる前にさらなる熱処理を行わない、方法。 A method of manufacturing magnetic shields for vacuum pumps,
a) Steps to prepare semi-finished mild steel products,
b) The step of annealing the semi-finished product and
c) The step of machining from the product in step b) into a magnetic shield or segment thereof for a vacuum pump.
Including
A method in which after step c) no further heat treatment is performed before the magnetic shield or segment thereof is attached to the vacuum pump.
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