JP2024035054A - 排気速度が改善された分子真空ポンプ及び改善された排気速度を達成するように分子真空ポンプを運転する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータシャフトによって駆動される、プロセスガスをポンプ吸気口からポンプ排気口へ圧送するポンプ機構を収容するハウジングを備える、分子真空ポンプにおいて、逆流の問題を減らし、ひいては排気速度を改善する。
【解決手段】ポンプ機構は、ポンプ吸気口とポンプ排気口との間で、ポンプ効果を奏して互いに直列に接続された複数Ｎのポンプ段を有し、ポンプ吸気口に最も近く位置するポンプ段が、第１段のポンプ段であり、ポンプ排気口に最も近く位置する段が、Ｎのポンプ段であり、ハウジング（１１９）は、キャリアガス接続部（２２５）を有し、キャリアガス接続部（２２５）は、ポンプ段Ｍの上流側でポンプ機構に開口する。
【選択図】図６

Description

本発明は、改善された排気速度を達成するように特別に構成された、ここでは単にポンプとも称される分子真空ポンプ、特にターボ分子真空ポンプと、改善された排気速度を達成するように分子真空ポンプを運転する方法とに関する。

分子真空ポンプは、高真空範囲及び超高真空範囲で作動し、その際、高真空範囲の圧力は、１０^－３ｈＰａから１０^－７ｈＰａの間にあり、超高真空範囲の圧力は、１０^－７ｈＰａよりも低い。

この場合、例えばターボ分子ポンプなどの分子真空ポンプでは、ポンプ吸気口からポンプ排気口へポンピングされるべきプロセスガスは、ポンプ吸気口における圧力がポンプ排気口における圧力よりも低いという事実に基づいて、ポンプ排気口からポンプ吸気口へ逆流しがちである。この場合、この逆流傾向は、ポンプ補助圧力、すなわち真空ポンプのポンプ排気口における圧力が高いほどより大きい。これに応じて、ターボ分子ポンプの排気速度は、記述した逆流傾向に基づいて、高い補助圧力の範囲では、補助圧力が比較的低いときのターボ分子ポンプの排気速度よりも低い。

記述した逆流の問題は、特に、比較的低いモル質量を有する、ポンピングされるべきプロセスガスで生じる。このことは、より重いプロセスガスが、より軽いプロセスガスよりも良好に圧送できることに起因する。したがって、例えば水素又はヘリウムなどの比較的軽いプロセスガスでは、補助圧力が同一でその他の周辺条件も同一の場合、より重いプロセスガスのときよりも、ポンプ吸気口とポンプ排気口との間の圧力差がより小さい又は圧力比がより小さく、その結果、より低いモル質量を有するプロセスガスでは、逆流の問題は、より大きなモル質量を有するプロセスガスのときよりも大きい。

したがって、本発明の基礎をなす課題は、例えばターボ分子真空ポンプなどの分子真空ポンプで、記述した逆流の問題を減らし、ひいては排気速度を改善することである。

本発明の第１の観点によれば、この課題は、請求項１の特徴を有する分子真空ポンプによって、特に、ポンプのハウジングがキャリアガス接続部を有し、キャリアガス接続部を通して、分子真空ポンプの運転中、気体をポンプ機構に導入でき、その際、本発明によれば、キャリアガス接続部は、ポンプ段Ｍの上流側でポンプ機構に開口し、ここで、
が成り立つ、ことによって解決される。

この場合、ポンプ吸気口に最も近く位置するポンプ段は、第１段のポンプ段と称され、ポンプ排気口に最も近く位置するポンプ段は、第Ｎ段のポンプ段と称され、この場合、第１段のポンプ段からポンプ排気口へ向かう第Ｎ段のポンプ段までの個々のポンプ段に連続する整数の通し番号が付けられる。

ここでキャリアガス接続部の位置を規定するために、ガウス記号を使用した天井関数が用いられる場合には、この天井関数は、実数ｘについて、
が成り立つ。つまり、例えばターボ分子ポンプが１０のターボ分子ポンプ段（Ｎ＝１０）を有するとき、したがってＭ＝６であり、これは、キャリアガス接続部が第６段のターボ分子ポンプ段の上流側に位置することを意味する。これに対して、例えば８のターボ分子ポンプ段（Ｎ＝８）を有するターボ分子ポンプでは、例えばＭ＝５が成り立ち、これは、キャリアガス接続部が第５段のターボ分子ポンプ段の上流側に位置することを意味する。この場合、この専門用語については、前述したように、ポンプ吸気口に最も近く位置するターボ分子ポンプ段が、第１段のポンプ段であり、ポンプ排気口に最も近く位置するポンプ段が、第Ｎ段のポンプ段であり、この場合、個々のターボ分子ポンプ段に、第１段のポンプ段から第Ｎ段のポンプ段までポンプ排気口へ向けて連続する整数の通し番号が付けられるように選択されている。

ターボ分子ポンプの運転中にキャリアガス接続部を通してプロセスガスとは異なる、以下キャリアガスとも称される気体がターボ分子ポンプのポンプ機構に導入されることによって、ポンプ排気口からポンプ吸気口へのプロセスガスの逆流が減らされる。というのも、プロセスガスの分子が、キャリアガスの分子によって、ポンプ排気口の方へ連行される又は引きずられるからであり、したがって、「キャリアガス」との用語となる。この場合、キャリアガスの分子は、その運動量を、プロセスガスの分子に伝達するので、プロセスガス分子は、キャリアガス分子によってポンプ排気口の方へ連行される。この場合、キャリアガスからプロセスガスへの運動量伝達は、キャリアガスの分子量が大きいほどより大きい。しかし、いずれにせよ、キャリアガスとして、プロセスガスよりも大きいモル質量を有する気体が使用されるべきであり、そのために、例えばヘリウム又は水素がプロセスガスとして使用される場合、窒素及び／又はアルゴンをキャリアガスとして使用できる。

プロセスガスの逆流傾向が防止されることによって、補助圧力が同一の場合、ポンプ吸気口における圧力が低下し、これは、ポンプの排気速度の増加を意味する。したがって、ターボ分子ポンプの効果的な高真空側の排気速度は、キャリアガスがポンプ機構に導入されることによって増加させられる。というのも、キャリアガスがポンプ機構に導入されることによって、プロセスガスの逆流傾向が防止されるからである。この場合、この作用は、キャリアガス接続部がポンプ吸気口により近く位置するほどより顕著になる。というのも、この場合、キャリアガス分子がその運動量をプロセスガス分子に伝達できるより多くの期間が提供されるからである。しかも、他方、キャリアガス接続部は、ポンプ吸気口に接近しすぎずに設置されるべきである。というのも、この場合、キャリアガスがポンプ吸気口に存在する真空に基づいて、ポンプ吸気口の方へ逆流するおそれがあるからである。これに応じて、キャリアガス接続部は、ポンプ段数にかかわらず、常に、第１段のポンプ段より下流側に、好ましくは第２段のポンプ段より下流側に設置されるべきであり、これにより、ポンプ吸気口に向かうキャリアガスの逆流が防止される。

４つ以上のポンプ段を有する分子真空ポンプ、特にターボ分子真空ポンプの場合、ＭとＮとの間の関係式に対して、好ましくは、
が成り立つ。つまり、例えば６つのポンプ段（Ｎ＝６）を有するターボ分子真空ポンプでは、キャリアガス吸気口は、好ましくは第３段のポンプ段の上流側に位置し、８つのポンプ段（Ｎ＝８）を有するターボ分子真空ポンプでは、第４段のポンプ段の上流側に位置し、全部で１０のポンプ段（Ｎ＝１０）を有するターボ分子ポンプでは、第５段のポンプ段の上流側に位置する。しかし、いずれの場合でも、キャリアガス接続部は、第１段のポンプ段より下流側に、好ましくは第２段のポンプ段より下流側に設置されるべきであり、これにより、そうしてポンプ吸気口に向かうキャリアガスの逆流が予防される。

特に有利には、６以上のポンプ段を有する分子真空ポンプ、特にターボ分子ポンプでは、ＭとＮとの間の関係式を、
が成り立つように選択することが有利であると判明している。つまり、６つのポンプ段（Ｎ＝６）を有するターボ分子ポンプでは、キャリアガス吸気口は、好ましくは第２段のポンプ段の上流側に位置し、８つのポンプ段（Ｎ＝８）を有するターボ分子ポンプでは、第３段のポンプ段の上流に位置し、１０のポンプ段（Ｎ＝１０）を有するターボ分子真空ポンプでは、第４段のポンプ段の上流側に位置する。しかし、いずれにせよ、ここでもキャリアガス接続部は、第１段のポンプ段より下流側に、好ましくは第２段のポンプ段より下流側に設置されるべきであり、これにより、ポンプ吸気口に向かうキャリアガスの逆流が予防される。

本発明のさらなる観点によれば、本発明の基礎をなす同一の課題は、さらに、分子真空ポンプ、特にターボ分子真空ポンプを運転する方法において、請求項５の特徴を有し、特に、ポンプのポンプ吸気口からポンプ排気口へプロセスガスが圧送される間、ひいてはポンプの電動モータが通電されるポンプの通常の運転状態の間、ポンプ機構に所定量のキャリアガスが導入されることによって達成される。

ここで通常のポンプ運転について述べられる場合には、これは、その間に分子真空ポンプが連続的にその最大許容出力の少なくとも７５％で又はその最大許容回転速度の少なくとも７５％で運転される運転状態であってよい。この場合、好ましくは、キャリアガスは、連続的にこの期間の少なくとも５０％の間ポンプ機構に導入される、つまりその期間の間、分子真空ポンプが、連続的にその最大許容出力の少なくとも７５％で又はその最大許容回転速度の少なくとも７５％で運転されることが想定され得る。

好ましくは、キャリアガスは、連続的にその期間の少なくとも６０％の時間、特にその期間の少なくとも７０％の時間、特に好適にはその期間の少なくとも８０％の時間の間ポンプ機構に導入できる。

通気用吸気口を介してターボ分子真空ポンプを通気するときとは異なり、キャリアガスは、比較的短い期間の間一時的にポンプ機構に導入されるだけでなく、むしろ、本発明によれば、キャリアガスは、ポンプを用いてプロセスガスが圧送される時間の大部分の間ポンプ機構に導入され、これにより、そうしてポンプの排気速度を改善するためにプロセスガスの逆流傾向が減らされる。

この場合、特に、キャリアガスは、プロセスガスをポンプ機構に圧送する間、少なくとも１時間の期間にわたって、特に少なくとも１０時間の期間にわたって、好ましくは２４時間を超える期間にわたって連続的に導入されることが想定され得る。

キャリアガス分子からプロセスガス分子への運動量伝達を最適化するために、前述の形態に応じて、キャリアガスとして、プロセスガスよりも大きいモル質量を有する気体を使用することが有利であると証明できる。これに応じて、具体的には、プロセスガスが例えば水素又はヘリウムなどの比較的軽い気体であるとき、キャリアガスとして例えば窒素及び／又はアルゴンを使用することが特に有利であると証明できる。

プロセスガスの逆流傾向は、より多くのキャリアガスが導入されるほど、より減らせるが、しかし、キャリアガス量が増加するにつれポンプの消費電力が増加する。その一方、キャリアガス量が少なすぎると、プロセスガスの逆流傾向の低下に関する所望の効果がもたらされない。したがって、プロセスガス量とキャリアガス量との間の最適な比を求めるために試験が行われた。その試験が示すことによれば、ポンプ機構に導入されるキャリアガスの量（毎分標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）で計測される）が、同様に毎分標準立方センチメートルで測定される、圧送されるプロセスガスの量に対して、１：Ｘの比であると有利であると証明され、ここで、５≦Ｘ≦１５、特に７≦Ｘ≦１３、好ましくは９≦Ｘ≦１１、特に好適にはＸはほぼ１０である又は１０に等しい。

以下、本発明を、例示的に有利な実施形態に基づいて、添付の図面を参照して説明する。

公知のターボ分子ポンプの斜視図を示す。 図１のターボ分子ポンプの下面図を示す。 図２に示された切断線Ａ－Ａに沿ったターボ分子ポンプを断面図で示す。 図２に示された切断線Ｂ－Ｂに沿ったターボ分子ポンプを断面図で示す。 図２に示された切断線Ｃ－Ｃに沿ったターボ分子ポンプを断面図で示す。 本発明によるターボ分子ポンプを断面図で示す。 本発明によるキャリアガス効果を説明するための線図を示す。

図１に示されたターボ分子ポンプ１１１は、吸気口フランジ１１３によって取り囲まれたポンプ吸気口１１５を有する。ポンプ吸気口１１５には、それ自体公知のように、図示されていないレシピエントを接続してよい。レシピエントから到来する気体は、ポンプ吸気口１１５を介してレシピエントから吸い込まれ、そしてポンプを通ってポンプ排気口１１７へと圧送できる。ポンプ排気口１１７には、例えばロータリベーンポンプなどの補助真空ポンプを接続してよい。

吸気口フランジ１１３は、図１による真空ポンプの向きでは、真空ポンプ１１１のハウジング１１９の上端部を形成する。ハウジング１１９は、下部分１２１を有する。下部分１２１には、側方にエレクトロニクスハウジング１２３が配置されている。エレクトロニクスハウジング１２３内には、例えば真空ポンプ内に配置された電動モータ１２５（図３も参照）を作動させるための、真空ポンプ１１１の電気的及び／又は電子的な構成要素が収容されている。エレクトロニクスハウジング１２３には、アクセサリに対する複数の接続部１２７が設けられている。さらに、データインタフェース１２９（例えばＲＳ４８５規格に準拠するもの）及び電流供給接続部１３１が、エレクトロニクスハウジング１２３に配置されている。

取り付けられたこの種のエレクトロニクスハウジングを有さずに、外部の駆動エレクトロニクスに接続されるターボ分子ポンプも存在する。

ターボ分子ポンプ１１１のハウジング１１９には、通気用吸気口１３３が、特に通気弁の形態で設けられている。通気用吸気口１３３を介して、真空ポンプ１１１を通気してよい。下部分１２１の領域には、その上さらに、シールガス接続部１３５（パージガス接続部とも称される）が配置されている。シールガス接続部１３５を介して、パージガスを、ポンプによって圧送される気体に対して電動モータ１２５（例えば図３参照）を防護するために、モータ室１３７内に送り込んでよい。モータ室１３７内で、真空ポンプ１１１に、電動モータ１２５が収容されている。下部分１２１には、その上さらに２つの冷却剤接続部１３９が配置されている。この場合、一方の冷却剤接続部は、冷却剤用の吸気口として、そして他方の冷却剤接続部は、排気口として設けられている。冷却剤は、冷却目的で真空ポンプ内に導入可能である。存在する別のターボ分子真空ポンプ（図示されていない）は、専ら空冷式に運転される。

真空ポンプの下面１４１は、ベースとして使用できるので、真空ポンプ１１１は、下面１４１を基準に縦置きで運転してよい。しかも、真空ポンプ１１１は、吸気口フランジ１１３を介してレシピエントに固定し、したがって、いわば懸架した状態で運転してもよい。さらに、真空ポンプ１１１は、図１に示されたのとは別の向きで整向されているときでも運転できるように構成してもよい。下面１４１を下向きではなく、横向きに又は上向きに配置できる真空ポンプの形態も実現可能である。この場合、原則として、任意の角度が考えられる。

特に図示されたポンプよりも大きな、存在する別のターボ分子真空ポンプ（図示されていない）は、縦置きでは運転できない。

図２に示された下面１４１には、様々なねじ１４３がさらに配置されている。これらのねじ１４３によって、ここでは詳細には特定されない真空ポンプの構成部材が互いに固定されている。例えば、軸受カバー１４５が下面１４１に固定されている。

下面１４１には、固定孔１４７がさらに配置されている。固定孔１４７を介して、ポンプ１１１を、例えば設置面に固定できる。このことは、特に図示されたポンプよりも大きな、存在する別のターボ分子真空ポンプ（図示されていない）では、不可能である。

図２から図５には、冷却剤管路１４８が示されている。冷却剤管路１４８内で、冷却剤接続部１３９を介して導入及び導出される冷却剤が循環可能である。

図３から図５の断面図に示されているように、真空ポンプは、複数のプロセスガスポンプ段を有する。プロセスガスポンプ段は、ポンプ吸気口１１５に作用するプロセスガスをポンプ排気口１１７へ圧送するためのものである。

ハウジング１１９内には、ロータ１４９が配置されている。ロータ１４９は、回転軸線１５１を中心に回転可能なロータシャフト１５３を有する。

ターボ分子ポンプ１１１は、ポンピング作用を及ぼすように互いに直列に接続された複数のターボ分子ポンプ段を有する。ターボ分子ポンプ段は、ロータシャフト１５３に固定された半径方向の複数の動翼１５５と、動翼１５５同士の間に配置され、そしてハウジング１１９内に固定された複数の静翼１５７とを有する。この場合、１枚の動翼１５５とこれに隣り合う１枚の静翼１５７とが、それぞれ１つのターボ分子ポンプ段を形成する。静翼１５７は、スペーサリング１５９によって、互いに所望の軸方向の間隔を置いて保持されている。

真空ポンプは、半径方向で互いに内外に配置され、そしてポンピング作用を及ぼすように互いに直列に接続されたホルベックポンプ段をさらに有する。ホルベックポンプ段を有しない別のターボ分子真空ポンプ（図示されていない）が存在する。

ホルベックポンプ段のロータは、ロータシャフト１５３に配置されたロータハブ１６１と、ロータハブ１６１に固定され、そしてこのロータハブ１６１によって支持される円筒側面状の２つのホルベックロータスリーブ１６３、１６５とを有する。ホルベックロータスリーブ１６３、１６５は、回転軸線１５１に対して同軸に配向されていて、そして半径方向で互いに内外に係合している。円筒側面状の２つのホルベックステータスリーブ１６７、１６９がさらに設けられている。ホルベックステータスリーブ１６７、１６９は、同様に、回転軸線１５１に対して同軸に配向されていて、そして半径方向で見て互いに内外に係合している。

ホルベックポンプ段の、ポンピング作用を奏する表面は、側面によって、つまりホルベックロータスリーブ１６３、１６５及びホルベックステータスリーブ１６７、１６９の半径方向の内側面及び／又は外側面によって形成されている。外側のホルベックステータスリーブ１６７の半径方向の内側面は、半径方向のホルベック間隙１７１を形成しつつ、外側のホルベックロータスリーブ１６３の半径方向の外側面に対向していて、そしてこの外側面と共に、ターボ分子ポンプに後続する第１段のホルベックポンプ段を形成する。外側のホルベックロータスリーブ１６３の半径方向の内側面は、半径方向のホルベック間隙１７３を形成しつつ、内側のホルベックステータスリーブ１６９の半径方向の外側面に対向していて、そしてこの外側面と共に、第２段のホルベックポンプ段を形成する。内側のホルベックステータスリーブ１６９の半径方向の内側面は、半径方向のホルベック間隙１７５を形成しつつ、内側のホルベックロータスリーブ１６５の半径方向の外側面に対向していて、そしてこの外側面と共に、第３段のホルベックポンプ段を形成する。

ホルベックロータスリーブ１６３の下端部には、半径方向に延びるチャネルが設けられてよい。チャネルを介して、半径方向外側に位置するホルベック間隙１７１が、中央のホルベック間隙１７３に接続されている。内側のホルベックステータスリーブ１６９の上端部には、半径方向に延びるチャネルがさらに設けられてよい。チャネルを介して、中央のホルベック間隙１７３が、半径方向内側に位置するホルベック間隙１７５に接続されている。これにより、互いに内外に係合する複数のホルベックポンプ段が、互いに直列で接続される。半径方向内側に位置するホルベックロータスリーブ１６５の下端部には、排気口１１７に通じる接続チャネル１７９がさらに設けられてよい。

ホルベックステータスリーブ１６７、１６９の、前述のポンピング作用を奏する表面は、回転軸線１５１を中心に螺旋状に周回しつつ軸方向に延びる複数のホルベック溝をそれぞれ有する。その一方で、ホルベックロータスリーブ１６３、１６５の、これに対向する側面は、滑らかに形成されていて、そして真空ポンプ１１１の運転のための気体をホルベック溝内において前方へ送り出す。

ロータシャフト１５３の回転可能な軸支のために、ポンプ排気口１１７の領域に転がり軸受１８１が設けられていて、ポンプ吸気口１１５の領域に永久磁石式の磁気軸受１８３が設けられている。

転がり軸受１８１の領域には、ロータシャフト１５３に、円錐形のスプラッシュナット１８５が設けられている。スプラッシュナット１８５は、転がり軸受１８１の方へ増大する外径を有する。スプラッシュナット１８５は、作動媒体貯蔵部の少なくとも１つの掻落とし部材と滑り接触している。存在する別のターボ分子真空ポンプ（図示されていない）では、スプラッシュナットの代わりに、スプラッシュねじが設けられてよい。これにより、様々な構成が実現可能であるので、上記関係において、「スプラッシュ尖端」との用語も用いられる。

作動媒体貯蔵部は、上下にスタックされた吸収性の複数のディスク１８７を有する。これらのディスク１８７には、転がり軸受１８１用の作動媒体、例えば潤滑剤が含浸されている。

真空ポンプ１１１の運転時、作動媒体は、毛管現象によって、作動媒体貯蔵部から掻落とし部材を介して、回転するスプラッシュナット１８５へと伝達され、そして、遠心力に基づいて、スプラッシュナット１８５に沿って、スプラッシュナット１８５の、増大していく外径の方へと、転がり軸受１８１に向かって送られる。そこでは、例えば潤滑機能が満たされる。転がり軸受１８１及び作動媒体貯蔵部は、真空ポンプ内で槽状のインサート１８９と軸受カバー１４５とによって囲繞されている。

永久磁石式の磁気軸受１８３は、ロータ側の軸受半部１９１と、ステータ側の軸受半部１９３とを有する。これらは、それぞれ１つのリングスタックを有し、リングスタックは、軸方向に上下にスタックされた永久磁石の複数のリング１９５、１９７からなる。リング磁石１９５、１９７は、互いに半径方向の軸受間隙１９９を形成しつつ、対向していて、この場合、ロータ側のリング磁石１９５は、半径方向外側に、そしてステータ側のリング磁石１９７は、半径方向内側に配置されている。軸受間隙１９９内に存在する磁界は、リング磁石１９５、１９７の間に磁気的反発力を引き起こす。その反発力は、ロータシャフト１５３の半径方向の軸支を実現する。ロータ側のリング磁石１９５は、ロータシャフト１５３の支持部分２０１によって支持されている。支持部分２０１は、リング磁石１９５を半径方向外側で取り囲む。ステータ側のリング磁石１９７は、ステータ側の支持部分２０３によって支持されている。支持部分２０３は、リング磁石１９７を通って延びていて、そしてハウジング１１９の半径方向の支材２０５に懸架されている。回転軸線１５１に対して平行に、ロータ側のリング磁石１９５が、支持部分２０３に連結されたカバー要素２０７によって固定されている。ステータ側のリング磁石１９７は、回転軸線１５１に対して平行に１つの方向で、支持部分２０３に結合された固定リング２０９と支持部分２０３に結合された固定リング２１１とによって固定されている。固定リング２１１とリング磁石１９７との間に、皿ばね２１３がさらに設けられてよい。

磁気軸受内に、非常用軸受又は安全軸受２１５が設けられている。非常軸受又は安全軸受２１５は、真空ポンプの通常運転時には、非接触で空転し、そしてロータ１４９がステータに対して相対的に半径方向に過剰に変位するとようやく係合し、これにより、ロータ側の構造とステータ側の構造との衝突が阻止されるように、ロータ１４９に対する半径方向のストッパが形成される。安全軸受２１５は、非潤滑式の転がり軸受として構成されていて、そしてロータ１４９及び／又はステータと共に半径方向の間隙を形成する。間隙によって、安全軸受２１５は、通常のポンプ運転時には係合しないようになる。半径方向の変位に際して安全軸受２１５が係合し、半径方向の変位は、十分に大きく寸法付けられているので、安全軸受２１５は、真空ポンプの通常運転時は係合せず、そして同時に十分に小さいので、ロータ側の構造とステータ側の構造との衝突があらゆる状況で阻止される。

真空ポンプ１１１は、ロータ１４９を回転駆動する電動モータ１２５を有する。電動モータ１２５の電機子は、ロータ１４９によって形成されている。ロータ１４９のロータシャフト１５３は、モータステータ２１７を通って延びる。ロータシャフト１５３の、モータステータ２１７を通って延びる部分には、半径方向外側に又は埋入して、永久磁石アセンブリが配置されてよい。モータステータ２１７と、ロータ１４９の、モータステータ２１７を通って延びる部分との間には、中間室２１９が配置されている。中間２１９は、半径方向のモータ間隙を有する。モータ間隙を介して、モータステータ２１７と永久磁石アセンブリとは、駆動トルクを伝達するために、磁気的に影響を及ぼしてよい。

モータステータ２１７は、ハウジング内で、電動モータ１２５に対して設けられたモータ室１３７内に固定されている。シールガス接続部１３５を介して、シールガス（パージガスとも称され、これは例えば空気や窒素であってよい）が、モータ室１３７に到達し得る。シールガスを介して、電動モータ１２５を、プロセスガス、例えばプロセスガスの腐食性の部分に対して保護できる。モータ室１３７は、ポンプ排気口１１７を介して真空引きしてもよい。つまりモータ室１３７内に、少なくとも近似的に、ポンプ排気口１１７に接続された補助真空ポンプによって実現される真空圧が作用する。

ロータハブ１６１と、モータ室１３７を画成する壁部２２１との間には、それ自体公知のいわゆるラビリンスシール２２３がさらに設けられてよい。これにより、特に、半径方向外側に位置するホルベックポンプ段に対するモータ室２１７のより良好なシールが達成される。

ここで以下、図６を参照して、本発明によるターボ分子ポンプ１１１について記述する。図６に示された本発明によるターボ分子ポンプ１１１は、以前の図１から図５を参照して構成されたターボ分子ポンプ１１１とほぼ同一に構成されている。したがって、図６に示された本発明によるターボ分子ポンプ１１１の基本構造について、図１から図５に示されたターボ分子ポンプ１１１の前述の説明を参照できる。しかし、図１から図５を参照して前述されたターボ分子ポンプ１１１と比較して、図６に示された本発明によるターボ分子ポンプ１１１は、キャリアガス接続部２２５を付加的に有する。キャリアガス接続部２２５の位置及び機能について、以下により詳しく説明する。

前述したように、前述のターボ分子ポンプ１１１は、ポンプ１１１のホルベックポンプ段に開口する通気用吸気口１３３を有する。しかも、同様に、直列に接続されたターボ分子ポンプ段の領域に通気用吸気口１３３を設けてもよく、この場合、通気用吸気口１３３は、通常、直列に接続されたターボ分子ポンプ段によって形成されるポンプ機構の下流側の領域に位置する。例えば１０のターボ分子ポンプ段を有するターボ分子ポンプでは、通気用吸気口１３３は、例えば第７段のポンプ段の領域に位置してよい。ポンプ１１１が運転停止した後又は電動モータ１２５への給電が中断された後に、そのような通気用吸気口１３３を介して、ポンプ１１１に例えば空気が通気できる。

本発明によれば、ターボ分子真空ポンプ１１１は、通気用吸気口１３３に加えて又は通気用吸気口１３３の代わりに、図６に単に概略的に符号「２２５」によって見分けられるキャリアガス接続部を有することが想定されている。この場合、キャリアガス接続部２２５は、ハウジング開口であり、このハウジング開口を通って、キャリアガスを、ターボ分子ポンプ段によって形成されるポンプ機構に導入できる。この場合、キャリアガス接続部２２５のハウジング開口２２７は、例えばここでは図示されていないねじ閉鎖部によって閉鎖可能であり、ねじ閉鎖部は、必要に応じて取り外すことができ、これにより、キャリアガス接続部２２５に供給管路を接続でき、供給管路を介して、キャリアガス接続部２２５にキャリアガスを供給できる。これに対して代替的に、キャリアガス接続部２２５のハウジング開口２２７にここでは図示されていない流量制御弁が接続されてよく、流量制御弁の通流断面は無段階に変化可能であり、これにより、キャリアガス接続部２２５に供給されるキャリアガスの量を無段階に調整、特に制御できる。

この場合、本発明によれば、キャリアガス接続部２２５は、ターボ分子ポンプ段Ｍの上流側で、Ｎのターボ分子ポンプ段によって形成されたポンプ機構に開口し、この場合、
が成り立つ。この場合、用語について、ポンプ吸気口１１５の最も近くに位置するターボ分子ポンプ段は、第１段のポンプ段と称され、ポンプ排気口１１７の最も近くに位置するターボ分子ポンプ段は、第Ｎ段のポンプ段と称されるように選択されていて、この場合、個々のターボ分子ポンプ段は、ポンプ排気口１１７へ向けて１からＮまで連続する整数の通し番号が付けられている。したがって、例えば１０のターボ分子ポンプ段の場合、キャリアガス接続部は、第６段のターボ分子ポンプ段の上流側で、ターボ分子ポンプ段によって形成されたポンプ機構に開口する。これに対してターボ分子ポンプが例えば８のターボ分子ポンプ段を有するとき、キャリアガス接続部２２５は、第５段のターボ分子ポンプ段の上流側で、ターボ分子ポンプ段によって形成されたポンプ機構に開口する。

しかし、基本的に、キャリアガス接続部２２５を、ターボ分子ポンプ機構の上流側の端部の付近に、特に複数のターボ分子ポンプ段によって形成されたポンプ機構の上流側の１／３に設けることが有利であると証明されていて、これについては、例えば関係式
によって表すことができ、ここで、Ｎは、ターボ分子ポンプ段の数であり、Ｍは、ポンプ段の数であり、その上流側で、キャリアガス接続部２２５がポンプ機構に開口するのが望ましい。この場合、有利には、関係式に
が適用され、しかもこの場合、ポンプ吸気口１１５へ向かうキャリアガスの逆流を防止するには、キャリアガス接続部２２５は、全てのケースで第１段のターボ分子ポンプ段より下流側に、好ましくは第２段のターボ分子ポンプ段より下流側に設けられるべきである。

通気用吸気口１３３とは異なり、キャリアガス接続部２２５を介して、キャリアガスは、ポンプの遮断を行った後でようやくポンプ機構に導入されるのではなく、むしろ、本発明によれば、キャリアガス接続部２２５を介して、ターボ分子ポンプ１１１の運転中に、ひいてはプロセスガスの圧送中にポンプ吸気口１１５からポンプ排気口１１７へキャリアガスがポンプ機構に導入されることが想定されている。さらに換言すると、要するにキャリアガスは、電動モータ１２５が通電されている間にポンプ機構に導入される。

したがって、キャリアガスは、キャリアガス接続部２２５を介して、ターボ分子ポンプ１１１の通常のポンプ運転中にポンプ機構に導入される。この場合、この通常のポンプ運転とは、その間にターボ分子真空ポンプ１１１が連続的にその最大許容出力の少なくとも７５％及び／又はその最大許容回転速度の少なくとも７５％で運転される期間として定義されてよい。この場合、特に、そのように定義された期間の少なくとも５０％の時間の間、キャリアガスは、キャリアガス接続部２２５を通じてポンプ機構に導入される。この場合、例えば、キャリアガスは、連続的に、プロセスガスを圧送する間、少なくとも１時間の期間にわたって、特に１０時間の期間にわたって、好ましくは２４時間を超える期間にわたってポンプ機構に導入されることが想定され得る。

この場合、キャリアガス接続部２２５を介して導入されるキャリアガスは、ポンプ吸気口１１５からポンプ排気口１１７へ圧送されるプロセスガスを引き込み又は運び、その際、特に、プロセスガスがポンプ排気口１１７からポンプ吸気口１１５へ逆流し得るのを防止する。したがって、ポンプ吸気口における圧力は、所望の形で低下するので、ポンプの排気速度は、所望の形で増加する。

図６を参照してここで記述するターボ分子真空ポンプ１１１は、前述の形でターボ分子ポンプ段の下流側にホルベックポンプ段を有する。しかし、ホルベックポンプ段は、通気用吸気口１３３と全く同様に任意選択的であり、本発明によるキャリアガス効果を得るためには必要とされない。要するに、本発明に係るターボ分子真空ポンプ１１１は、ホルベックポンプ段を有してよいが、必須ではない。

以下、図７を参照して、ホルベックポンプ段を有しないターボ分子ポンプで観察された試験結果を紹介する。ここでは、ターボ分子ポンプは、１０のターボ分子ポンプ段（Ｎ＝１０）を有する。図７の線図では、ポンプの吸気口１１５における圧力がＹ軸上に記入されていて、ポンプ排気口１１７における補助圧力がＸ軸上に記入されている。この場合、試験に際して使用されたターボ分子ポンプは、第７段のターボ分子ポンプ段の領域に通気用吸気口を有するとともに、第４段のターボ分子ポンプ段の領域にキャリアガス接続部を有する。

この場合、線図の最も上の線は、気体が、通気用吸気口を介してもキャリアガス接続部を介してもポンプ機構に導入されなかったポンプの運転状態を示す。これに対して、線図の中央の線は、第７段のターボ分子ポンプ段の領域にある通気用吸気口を介して、ポンプの運転中に窒素がポンプ機構に導入された運転状態に関する。これに対して、線図の最も下の線は、第４段のターボ分子ポンプ段の領域にあるキャリアガス接続部を介して窒素がポンプ機構に導入されたポンプの運転状態に関する。この場合、ポンプは、３つの全ての運転状態の間、１０００ｓｃｃｍの水素ガスがプロセスガスとしてポンプ吸気口１１５からポンプ排気口１１７へ圧送されるように運転された。

図面の中央の線から看取されるように、既に通気用吸気口を通る窒素ガスの導入によって、線図の最も上の線によるポンプ機構にキャリアガスがポンプ機構に導入されない運転状態に対してポンプ吸気口における圧力の低下が生じる。

したがって、既に通気用吸気口を介して窒素を導入することによって、ポンプの排気速度が改善され、しかも線図の最も下の線から看取できるように、ポンプ吸気口圧力は、キャリアガスとして窒素が第７段のターボ分子ポンプ段の領域にある通気用吸気口を介してではなく、第４段のターボ分子ポンプの領域にあるキャリアガス接続部を介してポンプ機構に導入されると、その上さらに低下する。

前述の試験結果では、ポンプを、ポンプが連続的に１０００ｓｃｃｍＨ^２を圧送するように運転した。その際、通気用吸気口又はシールガス接続部２２５を介して１００ｓｃｃｍの窒素をポンプ機構に導入した。したがって、要するに試験によって、約１０：１（毎分標準立方センチメートルのプロセスガス：毎分標準立方センチメートルのキャリアガス）の比で、前述の逆流問題を確実に減らせ、したがって、ポンプの消費電力の過剰な負担をもたらすことなく、ポンプの排気速度を増加できることが分かった。

１１１ ターボ分子ポンプ
１１３ 吸気口フランジ
１１５ ポンプ吸気口
１１７ ポンプ排気口
１１９ ハウジング
１２１ 下部分
１２３ エレクトロニクスハウジング
１２５ 電動モータ
１２７ アクセサリ接続部
１２９ データインタフェース
１３１ 電流供給接続部
１３３ 通気用吸気口
１３５ シールガス接続部
１３７ モータ室
１３９ 冷却剤接続部
１４１ 下面
１４３ ねじ
１４５ 軸受カバー
１４７ 固定孔
１４８ 冷却剤管路
１４９ ロータ
１５１ 回転軸線
１５３ ロータシャフト
１５５ 動翼
１５７ 静翼
１５９ スペーサリング
１６１ ロータハブ
１６３ ホルベックロータスリーブ
１６５ ホルベックロータスリーブ
１６７ ホルベックステータスリーブ
１６９ ホルベックステータスリーブ
１７１ ホルベック間隙
１７３ ホルベック間隙
１７５ ホルベック間隙
１７９ 接続チャネル
１８１ 転がり軸受
１８３ 永久磁石式の磁気軸受
１８５ スプラッシュナット
１８７ ディスク
１８９ インサート
１９１ ロータ側の軸受半部
１９３ ステータ側の軸受半部
１９５ リング磁石
１９７ リング磁石
１９９ 軸受間隙
２０１ 支持部分
２０３ 支持部分
２０５ 半径方向の支柱
２０７ カバー要素
２０９ 支持リング
２１１ 固定リング
２１３ 皿ばね
２１５ 非常用軸受又は安全軸受
２１７ モータステータ
２１９ 中間室
２２１ 壁部
２２３ ラビリンスシール
２２５ キャリアガス接続部
２２７ ハウジング開口

前述の試験結果では、ポンプを、ポンプが連続的に１０００ｓｃｃｍＨ^２を圧送するように運転した。その際、通気用吸気口又はシールガス接続部２２５を介して１００ｓｃｃｍの窒素をポンプ機構に導入した。したがって、要するに試験によって、約１０：１（毎分標準立方センチメートルのプロセスガス：毎分標準立方センチメートルのキャリアガス）の比で、前述の逆流問題を確実に減らせ、したがって、ポンプの消費電力の過剰な負担をもたらすことなく、ポンプの排気速度を増加できることが分かった。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の態様として以下を含む。
１．
分子真空ポンプ（１１１）であって、
ロータシャフト（１５３）によって駆動される、プロセスガスをポンプ吸気口（１１５）からポンプ排気口（１１７）へ圧送するポンプ機構を収容するハウジング（１１９）を備え、
ポンプ機構は、ポンプ吸気口（１１５）とポンプ排気口（１１７）との間で、ポンプ効果を奏して互いに直列に接続された複数Ｎのポンプ段を有し、ポンプ吸気口（１１５）に最も近く位置するポンプ段が、第１段のポンプ段であり、ポンプ排気口（１１７）に最も近く位置する段が、第Ｎ段のポンプ段であり、
ハウジング（１１９）は、キャリアガス接続部（２２５）を有し、キャリアガス接続部（２２５）は、ポンプ段Ｍの上流側でポンプ機構に開口し、ここで、
が成り立つ、分子真空ポンプ（１１１）。
２．
が成り立ち、さらにＮ≧４が成り立つ、上記１の分子真空ポンプ（１１１）。
３．
が成り立ち、さらにＮ≧６が成り立つ、上記１の分子真空ポンプ（１１１）。
４．
分子真空ポンプ（１１１）は、ターボ分子真空ポンプ（１１１）であって、ターボ分子真空ポンプは、ポンプ効果を奏して互いに直列に接続された複数Ｎのターボ分子ポンプ段を有し、各ターボポンプ段は、ロータシャフト（１５３）に取り付けられた動翼（１５５）と定位置の静翼（１５７）とをそれぞれ有する、上記１から３のいずれか一つの分子真空ポンプ（１１１）。
５．
分子真空ポンプ（１１１）を運転する方法であって、
分子真空ポンプ（１１１）は、電動モータを用いて、ロータシャフト（１５３）によって駆動される、プロセスガスをポンプ吸気口（１１５）からポンプ排気口（１１７）へ圧送するポンプ機構を収容するハウジング（１１９）を備え、
ポンプ機構は、ポンプ吸気口（１１５）とポンプ排気口（１１７）との間に、ポンプ効果を奏して互いに直列に接続された複数Ｎのポンプ段を有し、ポンプ吸気口（１１５）に最も近く位置するポンプ段が、第１段のポンプ段であり、ポンプ排気口（１１７）に最も近く位置する段が、Ｎのポンプ段であり、
方法は、プロセスガスをポンプ吸気口（１１５）からポンプ排出口（１１７）へ圧送する間に、ポンプ機構に所定量のキャリアガスを導入することを特徴とする、方法。
６．
電動モータが通電されている間に、キャリアガスをポンプ機構に導入する、上記５の方法。
７．
毎分標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）で測定される、ポンプ機構に導入されるキャリアガスの量と、毎分標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）で測定される、圧送されるプロセスガスの量との比は、１：Ｘであり、この場合、５≦Ｘ≦１５、特に７≦Ｘ≦１３、好ましくは９≦Ｘ≦１１が成り立ち、特に好ましくはＸはほぼ１０である又は１０に等しい、上記５及び／又は６の方法。
８．
方法を、上記１から４のいずれか一つの分子真空ポンプ（１１１）を用いて実施する、上記５から７のいずれか一つの方法。
９．
キャリアガスとして、プロセスガスよりも大きいモル質量を有する気体を使用し、特に、キャリアガスとして窒素及び／又はアルゴンを用いる、上記５から８のいずれか一つの方法。
１０．
キャリアガスを、プロセスガスを圧送する間、少なくとも１時間の期間にわたって、特に少なくとも１０時間の期間にわたって、好ましくは２４時間を超える期間にわたって連続的に導入する、上記５から９のいずれか一つの方法。
１１．
キャリアガスを、分子真空ポンプ（１１１）を最大許容出力の少なくとも７５％又は最大許容回転速度の少なくとも７５％で連続的に運転する期間の少なくとも５０％の時間の間、連続的に導入する、上記５から１０のいずれか一つの方法。

Claims (11)

1. 分子真空ポンプ（１１１）であって、
   ロータシャフト（１５３）によって駆動される、プロセスガスをポンプ吸気口（１１５）からポンプ排気口（１１７）へ圧送するポンプ機構を収容するハウジング（１１９）を備え、
   ポンプ機構は、ポンプ吸気口（１１５）とポンプ排気口（１１７）との間で、ポンプ効果を奏して互いに直列に接続された複数Ｎのポンプ段を有し、ポンプ吸気口（１１５）に最も近く位置するポンプ段が、第１段のポンプ段であり、ポンプ排気口（１１７）に最も近く位置する段が、第Ｎ段のポンプ段であり、
   ハウジング（１１９）は、キャリアガス接続部（２２５）を有し、キャリアガス接続部（２２５）は、ポンプ段Ｍの上流側でポンプ機構に開口し、ここで、
   が成り立つ、分子真空ポンプ（１１１）。
2. が成り立ち、さらにＮ≧４が成り立つ、請求項１に記載の分子真空ポンプ（１１１）。
3. が成り立ち、さらにＮ≧６が成り立つ、請求項１に記載の分子真空ポンプ（１１１）。
4. 分子真空ポンプ（１１１）は、ターボ分子真空ポンプ（１１１）であって、ターボ分子真空ポンプは、ポンプ効果を奏して互いに直列に接続された複数Ｎのターボ分子ポンプ段を有し、各ターボポンプ段は、ロータシャフト（１５３）に取り付けられた動翼（１５５）と定位置の静翼（１５７）とをそれぞれ有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の分子真空ポンプ（１１１）。
5. 分子真空ポンプ（１１１）を運転する方法であって、
   分子真空ポンプ（１１１）は、電動モータを用いて、ロータシャフト（１５３）によって駆動される、プロセスガスをポンプ吸気口（１１５）からポンプ排気口（１１７）へ圧送するポンプ機構を収容するハウジング（１１９）を備え、
   ポンプ機構は、ポンプ吸気口（１１５）とポンプ排気口（１１７）との間に、ポンプ効果を奏して互いに直列に接続された複数Ｎのポンプ段を有し、ポンプ吸気口（１１５）に最も近く位置するポンプ段が、第１段のポンプ段であり、ポンプ排気口（１１７）に最も近く位置する段が、Ｎのポンプ段であり、
   方法は、プロセスガスをポンプ吸気口（１１５）からポンプ排出口（１１７）へ圧送する間に、ポンプ機構に所定量のキャリアガスを導入することを特徴とする、方法。
6. 電動モータが通電されている間に、キャリアガスをポンプ機構に導入する、請求項５に記載の方法。
7. 毎分標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）で測定される、ポンプ機構に導入されるキャリアガスの量と、毎分標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）で測定される、圧送されるプロセスガスの量との比は、１：Ｘであり、この場合、５≦Ｘ≦１５、特に７≦Ｘ≦１３、好ましくは９≦Ｘ≦１１が成り立ち、特に好ましくはＸはほぼ１０である又は１０に等しい、請求項５及び／又は６に記載の方法。
8. 方法を、請求項１から４のいずれか一項に記載の分子真空ポンプ（１１１）を用いて実施する、請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
9. キャリアガスとして、プロセスガスよりも大きいモル質量を有する気体を使用し、特に、キャリアガスとして窒素及び／又はアルゴンを用いる、請求項５から８のいずれか一項に記載の方法。
10. キャリアガスを、プロセスガスを圧送する間、少なくとも１時間の期間にわたって、特に少なくとも１０時間の期間にわたって、好ましくは２４時間を超える期間にわたって連続的に導入する、請求項５から９のいずれか一項に記載の方法。
11. キャリアガスを、分子真空ポンプ（１１１）を最大許容出力の少なくとも７５％又は最大許容回転速度の少なくとも７５％で連続的に運転する期間の少なくとも５０％の時間の間、連続的に導入する、請求項５から１０のいずれか一項に記載の方法。