JP5512913B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は円筒部分およびフランジを有する真空ポンプに関するものである。

超高真空技術（ＵＨＶ技術）において、例えば真空室および真空ポンプのような真空構
成部品のフランジ結合にメタル・シールが使用されなければならない。これは、ＵＨＶ装
置がそれにより加熱され且つエラストマー・シールに対しては高すぎるきわめて高い温度
に基づくものである。このとき、特殊鋼から製作され且つナイフ・エッジを有する特殊フ
ランジが使用される。このナイフ・エッジは、より軟らかい金属内に圧入され、この場合
、特に銅が使用される。このタイプのフランジ構造が、Ｗｕｔｚ，Ａｄａｍ，Ｗａｌｃｈ
ｅｒ著、第８版、６３４頁に記載されている。

この従来技術においては、特殊鋼のようなこのような材料から製作されなければならな
いのは単にフランジそれ自身だけではないことが欠点である。従来技術においては、真空
ハウジング全体を高価な材料から製作することが避けられない。真空室のような大きな装
置においてのみならず真空ポンプのような構成部品においてもまた、このことは著しい出
費を意味する。

著しくコスト的に有利でしかもＵＨＶ（超高真空）に適している真空ポンプを提供することが本発明の課題である。

この課題は請求項１の特徴を有する真空ポンプにより解決される。
真空ハウジングに、ＵＨＶに適しているフランジの全体またはその一部を支持するリン
グを設けることが基本的な考え方である。このリングそれ自身は、真空ハウジングと、Ｕ
ＨＶに対して気密に結合されている。これにより、ハウジングの大部分を価格が安い材料
例えばアルミニウムおよびアルミニウム合金から製作することが可能である。

従属請求項の特徴は本発明の有利な変更形態を示す。
第１の変更態様においては、第１のリングがハウジングと固定結合されている。これは
高い機械荷重に対してより高い安全性を提供する。高い機械荷重は、フランジを介して真
空ハウジングと結合されているかまたは真空ハウジング内に配置されていることもあるタ
ーボ分子真空ポンプのいわゆるロータ／ステータ衝突が起こったときに発生する。

一実施形態においては、この結合は、コスト的に有利でしかも安定なボルト締めにより
行われていてもよい。他の実施形態においては、結合が圧接結合により行われる。結合の
ために摩擦溶接を使用することもまた考えられ、その理由は、摩擦溶接は溶接方法の中で
も特に確実な結合を形成するからである。

他の実施形態においては、第１のリングは、そのフランジ・ナイフ・エッジのほかに、
真空ハウジングの方向に他のナイフ・エッジを有している。これにより、この装置の真空
気密性が著しく改善される。

真空気密性の改善は、第１のリングにおいて半径方向に設けられているナイフ・エッジ
によってもまた提供可能である。
真空気密性の改善は、さらに、第２のリングが第１のリングと真空ハウジングとの間に
配置されていることにより可能である。第２のリングは、ハウジングおよび第１のリング
より軟らかい材料から製作されている。このとき、第２のリングはシールとして働く。第
２のリングを銅から製作することが有利であり、その理由は、銅は、他の通常のフランジ
材料およびハウジング材料への熱膨張の良好な適合を可能にするからである。

さらに、第１のリングを特殊鋼から製作することが有利である。真空ハウジングはアル
ミニウムから製作されることが有利であり、その理由は、アルミニウムは良好な熱伝導性
を有しているからである。良好な熱伝導性は装置の加熱に対して有利である。

一実施態様においては、真空ハウジングは真空室のハウジングである。ハウジングは鋼
から製作される必要はなく、真空室はしばしば大きな寸法を有しているので、この場合、
節約効果は特に大きい。

他の実施形態においては、真空室は真空ポンプのハウジングである。この場合、コスト
低減が可能であるのみならず、真空ポンプ内におけるガスの圧縮において排出されるべき
熱を鋼よりもはるかに良好に伝導可能な材料が使用できることもまた特に有利である。

図により本発明を実施例において詳細に説明するが、その利点もまた考察する。

図１は高真空装置を略原理図で示す。超高真空室１、略してチャンバは、超高真空ポン
プ、略してポンプと結合されている。チャンバおよびポンプはそれぞれハウジング３ない
しは４を有している。ポンプは、この場合、略図でターボ分子真空ポンプとして示され、
ターボ分子真空ポンプは、軸および軸に固定された羽根からなるロータ１０と、およびス
ペーサ・リングおよび羽根ディスクがその中に配置されているステータ１１とを有してい
る。ロータは軸受１２内に支持され、および駆動装置１３により高速で回転される。ポン
プはフランジ６を有し、チャンバはフランジ５を有している。これらのフランジは接触さ
せられ且つ複数のフランジ・ボルト７により相互に着脱可能に結合されている。

図２は本発明による真空ハウジングの第１の実施例を示し、この真空ハウジングはポン
プのハウジングであってもまたはチャンバのハウジングであってもよい。円筒部分２０は
第１の材料例えばアルミニウム合金から製作されている。円筒部分２０と同心に第１のリ
ング２１が位置し、第１のリング２１はより硬い材料例えば特殊鋼から製作されている。
円筒部分２０および第１のリング２１の両方は溶接継目３０により相互に結合されている
。この結合を形成するために、種々の溶接方法が使用可能である。この場合、摩擦溶接が
使用されることが有利であるが、必ずしもこれに限定されない。第１のリングはナイフ・
エッジ２３を有し、ナイフ・エッジ２３はフランジ面２６の一部を示す面上に位置し、且
つこの面上においてリング状に貫通開口を包囲している。ナイフ・エッジは、フランジを
結合したとき、メタル・シール・リング３５内に圧入される。このシール・リングに対し
て、機械的に軟らかいメタル、たいていの場合銅３５が使用される。

図３は次の改善実施例を示す。この実施例においては、第１のリング２１は円筒部分２
０の切欠部の内部に位置している。シール・リング３５内に食い込んでいる、フランジ面
上のナイフ・エッジ２３のほかに、リングは、真空ハウジングの方向に追加のナイフ・エ
ッジ２４を有している。リングの周囲において半径方向外側に向かって他のナイフ・エッ
ジ２５が配置されている。他のナイフ・エッジの１つのみによっても気密性および機械的
安定性が向上される。この機械的安定性には、例えば、リングおよび円筒部分の結合が、
チャンバ・フランジとポンプ・フランジとの間のフランジ結合が解放されたときにおいて
も確実に形成されたままであることが付属する。両方の有利性の向上は協働して得られる
。この例においては、第１のリングが圧入されている。

図４は最後に記載の例よりも改善された例を示す。第１のリング２１は切欠部３２内に
位置し且つ３辺が円筒部分２０の材料により包囲されている。この円筒部分の突起部３３
はリング２１の内側内に突出している。突起部３３は、軸方向において、フランジ面２６
で終端している。溶接継目３０がリング２１および部分２０を結合する。溶接継目３０は
一方で装置を固定し、他方でガスの侵入に対して装置をきわめて良好にシールする。溶接
継目はその前面配置により特に簡単に形成可能である。この場合もまた、同様に、種々の
溶接方法が使用可能である。突起部３３と第１のリング２１との間に溶接継目を配置する
ことは、溶接継目がリングの内側に配置されているので有利である。これにより、場合に
よっては第１のリングと部分２０との間の空間内に存在するガスが高真空領域内に到達す
ることが回避される。

図５に示す実施例においては、第１のリング２１が、同様に、円筒部分２０と同心に位
置しているが、この場合には切欠部内には位置していない。メタル・シール・リング３５
内に食い込んでいるナイフ・エッジ２３はフランジ面２６上に設けられている。円筒部分
の方向に２つのナイフ・エッジ２４が設けられているが、高い気密性を達成するために、
場所的な関係に応じてそれぞれ、２つより多くのナイフ・エッジが設けられてもよい。こ
の例においては、第１のリングは、溶接継目３０を介して円筒部分と結合されている。種
々の溶接方法が使用可能である。摩擦溶接が使用されることが有利であり、摩擦溶接は、
特に安定な、したがって機械的に確実な溶接継目を形成する。場所に応じてそれぞれ、円
筒部分とリングとの間の接触位置の内側にも溶接継目が設けられてもよい。

図６に示されている他の例は、２つの他の有利な手段を表わすものである。はじめに、
第１の手段として、円筒部分２０と第１のリング２１との間の切欠部内に第２のリング２
２が設けられる。第２のリング２２は円筒部分および第１のリングよりも機械的に軟らか
い材料例えば銅からなっている。第２のリング２２内にナイフ・エッジが圧入され、ナイ
フ・エッジは、第１のリング上のみならず円筒部分上にも設けられていてもよい。第２の
手段として、第１のリング２１が、複数のボルト３１を介して円筒部分と結合されている
。図において、ボルトは、円筒部分内に存在する内孔内に挿入され且つ第１のリング内の
ねじ山内にねじ込まれるように示されている。幾何比に応じてそれぞれ、第１のリング内
に内孔を、および円筒部分内にねじを設けることが有意義な場合もある。

最後の実施例において、図７は簡単な解決方法を示す。円筒部分２０内に切欠部３２が
設けられている。第１のリング２１が切欠部３２に圧着され、これにより、真空気密性を
向上させる段が形成されている。第１のリングはボルト３１により固定され、ボルト３１
は、上記の例と同様に、図示されているように第１のリング内にねじ込まれても、または
フランジ側からとは逆方向にねじ込まれてもよい。同様に、ナイフ・エッジ２３がフラン
ジ面２６上に設けられている。

記載された手段をコーティングにより仕上げることが考えられる。これは、接触面上の
全てまたは一部、特にナイフ・エッジ上に設けられる。これはこれらのナイフ・エッジ面
を硬化させるので、機械的安定性および気密性がさらに改善される。ナイフ・エッジに対
向する面を適切にコーティングすることもまた当然に考えられる。

実施例に記載され且つ請求項において提案された手段は、適切に組み合わされ且つ使用
されてもよい。この意味において、図示の例は、制約として理解されるものではなく、提
案として理解されるべきである。

超高真空用真空装置の原理図である。 第１の実施例のフランジの断面図である。 第２の実施例のフランジの断面図である。 第３の実施例のフランジの断面図である。 第４の実施例のフランジの断面図である。 第５の実施例のフランジの断面図である。 第６の実施例のフランジの断面図である。

１ 真空室（超高真空室、チャンバ）
２ 真空ポンプ（超高真空ポンプ、ポンプ）
３、４ 真空ハウジング
５、６ フランジ
７ フランジ・ボルト
１０ ロータ
１１ ステータ
１２ 軸受
１３ 駆動装置
２０ 円筒部分
２１ 第１のリング
２２ 第２のリング
２３、２４、２５ ナイフ・エッジ
２６ フランジ面
３０ 溶接継目
３１ ボルト
３２ 切欠部
３３ 突起部
３５ メタル・シール・リング

Claims (5)

1. 真空ハウジング（３、４）を備えた真空ポンプであって、前記真空ハウジングが、真空室（１）に向いた真空ハウジングの側にフランジ（６）と、ならびにこのフランジに接続した円筒部分（２０）とを備えている真空ポンプにおいて、
   リング状で且つ軸方向で真空ポンプ（１）から反対の方向に向いたナイフ・エッジ（２３）を、少なくともその一部がフランジ面（２６）を形成する面上に有する第１のリング（２１）が、円筒部分と同心に配置され、および第１のリング（２１）が、高い機械荷重に対して安全性を得るために真空ポンプのハウジングより硬い材料からなり、第２のリング（２２）が、真空ポンプの軸方向において、第１のリング（２１）と円筒部分（２０）との間に配置され、およびシールとして働く第２のリング（２２）が、円筒部分および第１のリングの材料より軟らかい材料からなり、
   円筒部分（２０）と第１のリング（２１）との間の結合が、摩擦溶接、ボルト止め及び圧接結合のいずれか１つにより形成されることを特徴とする真空ポンプ。
2. 第１のリング（２１）が、軸方向に且つ真空ハウジングを向く第２のナイフ・エッジ（
   ２４）を有することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 第２のリング（２２）が銅合金からなることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
4. 第１のリング（２１）が特殊鋼からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の真空ポンプ。
5. 円筒部分（２０）がアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の真空ポンプ。

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