JP5268925B2 - 振動絶縁装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプによる装置の排気中に装置への振動の伝達を阻止するための振動絶縁装置に関する。

装置の排気中に、例えばターボ分子ポンプなどの高真空ポンプから装置に伝達される振動を減少させるために、振動絶縁装置が使用される。排気中の装置が機械的振動に敏感な場合、振動絶縁装置を使用することが特に望ましい。例えば、電子顕微鏡への振動の伝達は、顕微鏡の解像度の喪失を招く可能性があり、一方、プロセスツールへの振動の伝達は、ツール内に置かれた製品における製造誤差を招く可能性がある。

図１を参照すると、通常、排気される装置１２の流体排出口と真空ポンプ１４の流体入口との間に振動絶縁装置１０が接続される。

図２は、公知の振動絶縁装置１０の一例をより詳細に示す図である。絶縁装置１０は、絶縁装置１０を貫いて装置１２からポンプ１４によりポンピングされた流体のための流路を定めるスチール製の蛇腹２０を備える。絶縁装置１０を排気される装置１２に接続するための第１の環状フランジ２２が蛇腹２０の一方の端部に溶接され、絶縁装置１０をポンプ１４に接続するための第２の環状フランジ２４が蛇腹２０の他方の端部に溶接される。

蛇腹２０は、第２のフランジ２４に装着された弾性シリンダ２６で取り巻かれ、この弾性シリンダ２６は、蛇腹２０内の流体が準大気圧にある場合、蛇腹２０が圧壊するのを防ぐとともにポンプ１４の使用中に発生する振動を減衰させる。

絶縁装置１０は一対の連結部材をさらに備え、この連結部材は、装置が排気中でない時に、第２のフランジ２４に接続されたポンプ１４の重みで蛇腹２０が延びるのを防ぐ。個々の連結部材は、Ｖ字形の金属ストラップの形状であり、第１のストラップ２８が第１のフランジ２２に溶接され、第２のストラップ３０が第２のフランジ２４に溶接されることにより、ストラップ２８、３０が連結されるようになる。図示の例では、絶縁装置１０が任意の他の構成部品にも接続されていない時、ストラップ２８、３０は、蛇腹２０の軸に沿って延びる距離ｘだけ間隔を空けている。

ポンプ１４から装置１２への振動の伝達を左右するパラメータは、絶縁装置１０の剛性である。蛇腹２０は、通常、比較的低い固有の軸方向剛性を有するため、蛇腹２０を通じて装置１２へ最小限の振動が伝達される。さらに、装置の排気中、絶縁装置１０は圧縮されているため、ストラップ２８、３０は接触していない。この結果、装置の排気中、装置１２へ振動を伝達するための主なルートは、フランジ２２、２４間に挟まれた弾性シリンダ２６を通り抜けるルートとなる。しかしながら、弾性シリンダ２６がこのようにして圧縮された場合、非線形の漸進的な剛性特性を反映したその超弾性により、弾性シリンダ２６の軸方向剛性が徐々に増大する。シリンダ２６の軸方向剛性が増大することにより、絶縁装置１０の能力が低下してたわみ、これによって装置１２への振動の伝達が徐々に高まるようになる。

第１の態様では、本発明は、ポンプによる装置の排気中に装置への振動の伝達を阻止するための振動絶縁装置を提供し、この絶縁装置は、第１及び第２の開放端部を有する、装置から引かれた流体をポンプへ搬送するための蛇腹と、蛇腹とほぼ同軸上にありかつこの蛇腹で取り囲まれた弾性要素とを備え、弾性要素は、第１及び第２の開放端部の一方に接続された第１の端部と、第１及び第２の開放端部の他方に接続された第２の端部とを有する、。

従って、本発明は、比較的簡単な構造を有していながら、軸方向剛性、剪断剛性及び傾斜剛性が比較的低い振動絶縁装置を提供することができる。

蛇腹の第２の開放端部をポンプの本体に接続した状態で、蛇腹をポンプと一体にすることができる。例えば、ポンプのハウジングと一体になった環状フランジに、蛇腹のこの開放端部を接続することができる。或いは、弾性要素の一方の端部を第２のフランジに接続した状態で、蛇腹のこの第２の開放端部に別個のフランジを接続して、絶縁装置をポンプに取り付けることができる。いずれの場合にも、弾性要素の他方の端部を第１のフランジに接続した状態で、別のフランジを蛇腹の第１の開放端部に接続して、排気される装置に絶縁装置を取り付けることが好ましい。

好ましい実施形態では、弾性要素の第１の端部を蛇腹の第１の開放端部の近くに配置して蛇腹の第２の開放端部に接続し、弾性要素の第２の端部を蛇腹の第２の開放端部の近くに配置して蛇腹の第１の開放端部に接続する。

絶縁装置は、装置及びポンプの両方に取り付けた構成部品の形であってもよいため、第２の態様では、本発明は、ポンプによる装置の排気中に装置への振動の伝達を阻止するための振動絶縁装置を提供し、この絶縁装置は、装置から引かれた流体をポンプへ搬送するための蛇腹と、蛇腹の一方の端部に接続した、絶縁装置を装置に取り付けるための第１のフランジと、蛇腹の他方の端部に接続した、絶縁装置をポンプに取り付けるための第２のフランジと、蛇腹と同軸上にありかつこの蛇腹で取り囲まれた弾性要素と、を備え、弾性要素は、第１のフランジの近くに配置されて第２のフランジに接続した第１の端部と、第２のフランジの近くに配置されて第１のフランジに接続した第２の端部とを有する。

振動絶縁装置は、第１のフランジに接続した第１のコネクタと、第２のフランジに接続した第２のコネクタとを備え、弾性部材の第１の端部を第２のコネクタに取り付け、弾性部材の第２の端部を第１のコネクタに取り付けることが好ましい。これらのコネクタは重なり合うことが好ましく、ひいては角度的にオフセットされることが好ましい。好ましい実施形態では、第１のコネクタは、第２のコネクタに対してほぼ直角となる。コネクタのそれぞれのフランジに接続した端部と弾性要素に取り付けた中心部分とを有するアーチ型のコネクタにより個々のコネクタを構成することができる。

絶縁装置は、弾性要素の揺れ又は振動を減衰させるための減衰手段を備えることができる。減衰手段は、使用中に弾性要素の少なくとも一部と接触するプラスチック要素を備えることができると好適である。

減衰手段は、弾性部材の個々の端部と弾性部材のそれぞれのコネクタとの間に配置することができる。これとは別に、或いはこれに加えて、弾性スリーブで蛇腹を取り囲むことができる。

絶縁装置は補助質量を含むことができ、前記蛇腹内の流体が準大気圧にある場合、この補助質量を配置して、前記蛇腹の軸方向の圧縮に対する抵抗力を増大させることができる。第２のフランジは、前記補助質量をこの第２のフランジに接続するための接続手段を備えることが好ましい。

弾性要素は引張状態にあることが好ましく、このためらせん状の引張ばねによって構成することができる。引張ばねは予張力が与えられていることが好ましい。

本発明の第２の態様に関する上述の特徴を第１の態様に同様に適用することができ、逆もまた同様である。

ここで、添付の図面を参照しながら例示のみの目的で本発明について説明することにする。

ポンプと、ポンプにより排気される装置との間に接続された絶縁装置を示す図である。 公知の振動絶縁装置の断面図である。 本発明による振動絶縁装置の例を示す平面図である。 線Ａ−Ａに沿って見た図３の絶縁装置の断面図である。 線Ｂ−Ｂに沿って見た図３の絶縁装置の断面図である。 図３の絶縁装置の等角背面図である。

図３は、排気される装置の流体排出口と真空ポンプの流体入口との間に接続するための振動絶縁装置５０を示す図である。絶縁装置５０は、第１の開放端部６２と第２の開放端部６４とを有するほぼ円筒形のスチール製の蛇腹６０を備える。蛇腹６０は、装置からポンプによりポンピングされた流体のための、絶縁装置５０を通る流路を定める。第１の環状フランジ６６を蛇腹６０の第１の開放端部６２に溶接して、絶縁装置５０を排気される装置に接続し、第２の環状フランジ６８を蛇腹６０の第２の開放端部６４に溶接して、絶縁装置５０をポンプに接続する。

蛇腹６０は弾性要素７０を取り囲み、この弾性要素７０は、通常の無負荷状態で引張状態にあることが好ましく、従って、らせん状の引張ばねの形状であることが好ましい。引張ばねは、予張力を付与されたばねであることが好ましい。弾性要素７０は、蛇腹６０とほぼ同軸上にある。弾性要素７０は、第１のフランジ６６の近くに位置する第１の端部７２と、第２のフランジ６８の近くに位置する第２の端部７４とを有する。

弾性要素７０を蛇腹６０の第１の開放端部６２に接続するための第１のコネクタ７６を設け、弾性要素７０を蛇腹６０の第２の開放端部６４に接続するための第２のコネクタ７８を設ける。この例では、第１のコネクタ７６はアーチ型コネクタの形状であり、弾性要素７０の第２の端部７４に取り付けられた中心部８０と、第１のフランジ６６に溶接され、或いは別の方法で接続された端部８２とを有する。第２のコネクタ７８も同様にアーチ型コネクタの形状であり、弾性要素７０の第１の端部７２に取り付けられた中心部８４と、第２のフランジ６８に溶接され、或いは別の方法で接続された端部８６とを有する。第１及び第２のコネクタ７６、７８は角度的にオフセットされ、この例ではほぼ直角である。

排気中に弾性要素７０の揺れ又は振動を減衰するための減衰要素（図示せず）を配置することができる。減衰要素は、高真空における使用に適したバイトン（登録商標）又はＰＴＦＥなどのプラスチックから作製することができる。減衰要素は、排気中に弾性要素の少なくとも一部と接触して、必要な減衰効果を達成することが好ましい。

減衰要素は、弾性部材７０の個々の端部７２、７４と弾性部材のそれぞれのコネクタ７６、７８との間に配置することができる。例えば、弾性Ｏリング又はその他の弾性部材を弾性要素７０の周囲に設けて、弾性要素７０のサージ周波数を減衰させ及び／又はコネクタ７６、７８の横振動を減衰させることができる。別の配置では、減衰要素は、弾性要素７０の外周囲のスリーブ、弾性要素のボアを貫いて延びる要素、又は使用中に弾性要素と接触するように第１及び第２のコネクタ７６、７８により支持されたＯリングを備える。これとは別に、或いはこれに加えて、蛇腹６０の周りに弾性スリーブ（図示せず）を配置することができる。このようなスリーブは、公知の絶縁装置１０の弾性シリンダ２６と比較して相対的に薄いものであるため、スリーブは、絶縁装置５０の剛性に対して最低限の貢献しか行わない。

弾性要素７０は、絶縁装置５０の通常の無負荷状態の場合と、真空ポンプと排気される装置との間に絶縁装置５０を接続した場合、すなわちポンプに作用する重力により蛇腹６０が広がる傾向がある場合との両方において、蛇腹６０の軸方向の延びを制限する軸方向の制約を与える。

装置の排気中、外部の大気圧と内部の準大気圧との間の差の結果として大きな静的負荷がポンプに作用し、この静的負荷が、絶縁装置５０を軸方向に圧縮するように作用する。絶縁装置５０のフランジ６６、６８が共に付勢され、次にこれらが、弾性部材７０の端部７２、７４を別々に付勢する。これに応じて、弾性部材７０は、絶縁装置５０が受ける圧縮力のある軸方向負荷に対して抵抗力を与えるべく引張状態で作用する。

エンドストップを設けて、第１のフランジ６６に接続された装置の排気中、弾性要素７０に不具合が生じた際に蛇腹６０の圧縮を制限し、及び／又は弾性要素７０をコイル限界になった際に蛇腹６０の伸張を制限することができる。例えば、コネクタ７６、７８上に配置した連動タブにより適当なエンドストップを構成することができる。第２のフランジ６８の第１のフランジ６６に対する回転を引き起こす傾向のある、第２のフランジ６８に接続されたポンプの壊滅的な故障の場合、互いに角度が変位したコネクタ６６、６８が、ポンプの不具合により発生するエネルギーに関与し、これを消散させることになる。

弾性部材７０が与える抵抗力に加え、重力の影響下で作用するポンプの質量が、蛇腹６０の軸方向圧縮に対する抵抗力を与える。ポンプの質量ほどではないにせよ、下部フランジ６８、コネクタ７８及び蛇腹６０の質量もまた、このような軸方向圧縮に抵抗する。ポンプの質量が相対的に低い場合、蛇腹６０に加わる軸方向圧縮力が、蛇腹を曲げるのに十分なものである可能性がある。蛇腹６０の軸方向圧縮に抵抗するためにポンプ又は絶縁装置の一方に固定できる補助質量（図示せず）を与えることが望ましい場合もある。絶縁装置の下部フランジ６８には、下部フランジに補助質量を接続するための接続手段を設けることが好ましい。

装置の排気中におけるポンプの振動に関連する振動力の装置への伝達の阻止作用は、絶縁装置５０の軸方向剛性、剪断剛性及び傾斜剛性により決定される。絶縁装置５０の軸方向剛性は、蛇腹６０の軸方向剛性及び弾性要素７０の軸方向剛性により決定される。弾性要素７０は、公知の絶縁装置１０の弾性シリンダ２６と比較して軸方向剛性を非常に低くすることができるので、絶縁装置５０の軸方向剛性を、公知の絶縁装置１０の軸方向剛性よりも著しく低く、例えば約１０倍ほど低くすることができる。

絶縁装置５０の剪断剛性及び傾斜剛性は、絶縁装置５０の軸周りの蛇腹６０及び弾性要素７０の径方向位置により決定される。公知の絶縁装置１０の蛇腹２０を取り囲む絶縁装置１０の弾性シリンダ２６は、公知の絶縁装置１０の剪断剛性及び傾斜剛性に対して実質的に貢献するが、弾性要素７０は、蛇腹６０内の弾性要素７０の軸方向位置に起因して、絶縁装置１０の剪断剛性及び傾斜剛性に対してほとんど貢献しない。

この結果、絶縁装置５０は、公知の絶縁装置１０の剪断剛性及び傾斜剛性よりも著しく低い剪断及び傾斜剛性を有するようになる。

絶縁装置１０、５０が同程度の内径の蛇腹２０、６０を有する場合、蛇腹６０内に弾性要素７０が存在することにより、公知の絶縁装置１０と比較して絶縁装置５０の伝導性に悪影響が生じる可能性がある一方で、蛇腹６０の外側に径方向に位置するどのような要素が存在しても、絶縁装置５０の蛇腹６０の内径が制約を受けることはないという点に留意されたい。これとは逆に、公知の絶縁装置１０の外径に制限がある場合、絶縁装置の蛇腹２０の内径は、弾性シリンダ２６の存在、ひいてはこの厚さに制約を受ける。この場合、蛇腹６０の内径は、公知の絶縁装置１０の蛇腹２０の内径より大きくてもよく、絶縁装置５０の伝導性が絶縁装置１０の伝導性よりも大きくなるようなものであってもよい。結果として、蛇腹６０の内径を適当に選択することにより、ポンプ及び絶縁装置５０により一部が形成される排気システムの要件に適合するように絶縁装置５０の伝導性を選択する際に、より大きな自由度が存在するようになる。

上述の事項は本発明の１つの実施形態を表わすものであるということを理解すべきであり、当業者であれば、本明細書に添付する特許請求の範囲で定めるように、本発明の真の範囲から逸脱することなくその他の実施形態を想到するであろう。

例えば、弾性部材７０を圧縮ばねによって構成し、これをスリーブ又はその他の拘束部材で取り囲むこともできる。この場合、弾性部材７０の第１の端部７２は、別の形状のコネクタにより第１のフランジ６６に接続され、弾性部材７０の第２の端部７４は、同様の形状のコネクタにより第２のフランジ６８に接続されることになる。

Claims (20)

1. ポンプによる装置の排気中に該装置への振動の伝達を阻止するための振動絶縁装置であって、
   第１の開放端部及び第２の開放端部を有し且つ前記装置から引かれた流体を前記ポンプへ搬送するための蛇腹と、
   前記蛇腹とほぼ同軸上にありかつ該蛇腹で取り囲まれた弾性要素と、を含み、
   前記弾性要素は、前記第１の開放端部及び第２の開放端部の一方に接続された第１の端部と、前記第１及び第２の開放端部の他方に接続された第２の端部とを有する、
   を備えることを特徴とする振動絶縁装置。
2. 前記蛇腹の前記第１の開放端部に接続され、前記絶縁装置を排気される装置に取り付けるためのフランジを備え、前記弾性要素の前記第１の端部及び第２の端部の一方は、前記第１のフランジに接続される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動絶縁装置。
3. 前記蛇腹の前記第２の開放端部に接続され、前記絶縁装置をポンプに取り付けるための第２のフランジを備え、前記弾性要素の前記第１の端部及び第２の端部の他方は、前記第２のフランジに接続される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の振動絶縁装置。
4. 前記弾性要素は引張状態にある、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の振動絶縁装置。
5. 前記弾性要素はらせん状の引張ばねである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の振動絶縁装置。
6. 前記引張ばねは予張力を付与されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の振動絶縁装置。
7. 前記弾性要素の前記第１の端部を前記蛇腹の前記第１の開放端部の近くに配置して、前記蛇腹の前記第２の開放端部に接続し、前記弾性要素の前記第２の端部を前記蛇腹の前記第２の開放端部の近くに配置して、前記蛇腹の前記第１の開放端部に接続した、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の振動絶縁装置。
8. ポンプによる装置の排気中に該装置への振動の伝達を阻止するための振動絶縁装置であって、
   前記装置から引かれた流体を前記ポンプへ搬送するための蛇腹と、
   前記蛇腹の一方の端部に接続した、前記絶縁装置を前記装置に取り付けるための第１のフランジと、
   前記蛇腹の他方の端部に接続した、前記絶縁装置を前記ポンプに取り付けるための第２のフランジと、
   前記蛇腹とほぼ同軸にありかつ該蛇腹で取り囲まれた弾性要素と、を含み、
   前記弾性要素は、前記第１のフランジの近くに配置して前記第２のフランジに接続した第１の端部と、前記第２のフランジの近くに配置して前記第１のフランジに接続した第２の端部とを有する、
   を備えることを特徴とする振動絶縁装置。
9. 前記弾性要素は引張状態にある、
   ことを特徴とする請求項８に記載の振動絶縁装置。
10. 前記弾性要素はらせん状の引張ばねである、
    ことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の振動絶縁装置。
11. 前記引張ばねは、予張力が付与されている、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の振動絶縁装置。
12. 前記第２のフランジに接続された第１のコネクタと、前記第１のフランジに接続された第２のコネクタとを備え、前記弾性部材の前記第１の端部が前記第１のコネクタに取り付けられ、前記弾性部材の前記第２の端部が前記第２のコネクタに取り付けられる、
    ことを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の振動絶縁装置。
13. 前記コネクタは角度的にオフセットされる、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の振動絶縁装置。
14. 前記第１のコネクタは、前記第２のコネクタに対してほぼ直角である、
    ことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の振動絶縁装置。
15. 個々のコネクタは、該コネクタのそれぞれのフランジに接続された端部と、前記弾性要素に接続された中心部とを有するアーチ型コネクタを備える、
    ことを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の振動絶縁装置。
16. 前記弾性要素の揺れ又は振動を減衰させるための減衰手段を備える、
    ことを特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の振動絶縁装置。
17. 前記減衰手段は、使用中に前記弾性要素の少なくとも一部と接触するプラスチック要素を備える、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の振動絶縁装置。
18. 前記減衰手段は、前記弾性部材の個々の端部と該弾性部材のそれぞれのコネクタとの間に配置される、
    ことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の振動絶縁装置。
19. 前記蛇腹内の流体が準大気圧にある場合、前記蛇腹の軸方向圧縮に対する抵抗力を増大させるように配置することができる補助質量を含む、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の振動絶縁装置。
20. 前記第２のフランジは、前記補助質量を前記第２のフランジに接続するための接続手段を備える、
    ことを特徴とする請求項１９に記載の振動絶縁装置。

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