JP5931824B2 - 真空ポンプを芯出しするための及び／又は真空ポンプの浮遊磁界若しくは真空ポンプ用の回転機器の浮遊磁界を減少させるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプを芯出しするため及び／又は真空ポンプの浮遊磁界若しくは真空ポンプ用の回転機器の浮遊磁界、特にターボ分子ポンプ用の回転機器の浮遊磁界を減少させるための方法に関する。

真空ポンプは、真空技術において重要な役割を果たし、様々な技術用途で、特にガス状の媒体を吸引するためと、中空空間を真空にするためとに使用される。さらに、特にターボ分子ポンプが使用される。このターボ分子ポンプは、分子流領域、すなわち非粘性領域内で稼働し、且つ非常に高い真空度を呈する真空を発生させるために適している。一般に、ターボ分子ポンプは、固定子と、この固定子に対して回転可能な回転子とから構成される回転機器を有する。この場合、この回転子は、高い真空度の真空を発生させるために、通常は非常に高い回転数で回転駆動される。

この非常に高い回転数の場合、固定子に対する回転子の可能な限り摩擦のない軸支が、特に重要になる。この軸支は、通常は２つの軸受によって構成される。これらの軸受は、吸引口の領域内に配置された軸受、すなわち真空ポンプの高真空側に配置された軸受と、気体流出口の近くに配置された軸受、すなわち真空ポンプのいわゆる予備真空側に配置された軸受とを有する。さらに、当該高真空側に設けられている軸受が、真空にすべき容量容器に連結しているので、当該真空にすべき容量容器の汚れ又はこの容量容器内に含まれている媒体を除去するため、この軸受は、可能な限り汚れた箇所なしに形成される必要がある。可能な限り摩擦がなく、同時に汚れ箇所がない軸支に関する要求を満たすため、高真空側に設けられている軸受を永久磁石型磁気軸受として形成することが公知である。この永久磁石型磁気軸受は、例えば固定子に取り付けられたマグネットリングスタックと回転子に取り付けられたマグネットリングスタックとを有してもよい。当該固定子に取り付けられたマグネットリングスタックと当該回転子に取り付けられたマグネットリングスタックとは、入れ子式に配置されていて、且つ双方のマグネットリングスタックの磁気斥力によって回転可能な半径方向の軸支を保証する。

一般に、この公知の種類の真空ポンプは、何らかの偏心を有する。この場合の偏心とは、回転子の位置がずれていることを意味する。この偏心は、真空ポンプの稼働特性を損なわせ、特に回転子の不釣り合いのように、邪魔な振動又は真空ポンプの「偏心駆動」を引き起こしうる。特に、回転子が固定子の中心に存在しないこと、すなわち、例えば回転子の中心軸が固定子の中心軸から外れていることが、偏心を生じさせる。当該偏心は、例えば固定子の、不完全に回転対称な磁界によって引き起こされうる。また、回転子の中心軸がこの回転子の回転中に所望の定常位置から変位していることが、偏心を生じさせうる。その結果、当該回転子は、偏心駆動する。当該偏心は、特に回転子の、不完全に回転対称な磁界によって引き起こされうる。

真空ポンプの存在する偏心に起因して、非常に高い回転数のときは、多くの場合に、真空ポンプの均質でない稼働特性が、もはや保証され得ない。何故なら、例えば、当該偏心を原因とする振動が発生しうるからである。したがって、真空ポンプによって達成可能な吸引力及び達成可能な真空の真空度と同様に、真空ポンプが持続して確実に且つ高い信頼性で駆動され得る最大回転数は、偏心によって制限されている。さらに、例えば電子顕微鏡において真空ポンプが使用され得る特定の用途では、振動が、不利に作用する。この電子顕微鏡の場合、真空ポンプの振動が、電子顕微鏡によって生成された画像の達成可能な解像度及び鮮明度を低下させる。さらに、磁気軸受のほかに、真空ポンプ内に設けられている機械式の軸受の寿命が低下しうる。さらに、例えば、回転子の、不完全に回転対称な質量分布つまり不釣り合いと同様に、振動を発生させうる、真空ポンプの稼働特性を損なう偏心が、回転子と固定子との不完全な相互の軸支によって引き起こされうる、例えば、磁気軸受によって印加された支持力の不完全に回転対称な分布、又は磁気軸受の固定子側の部分及び／又は磁気軸受の回転子側の部分によってそれぞれ生成された磁界分布に起因して引き起こされうる。

さらに、浮遊磁界が、上述した種類の公知の真空ポンプにおける欠点である。永久磁石型磁気軸受が、この永久磁石型磁気軸受の周囲と真空ポンプの周囲とに当該浮遊磁界を発生させる。特に、局所的に経時変化する交番磁界が、問題である。当該交番磁界は、磁気軸受の回転子側の部分の不完全に回転対称な磁界分布に起因して、回転する回転子で生成される。強い交番磁界は、例えば真空ポンプを顕微鏡で使用する場合は、画像の達成可能な解像度を低下させる、又は、強い交番磁界は、電子顕微鏡で使用する場合は、検出器のエネルギー分解能を低下させる。

真空ポンプの稼働特性を損なう偏心又は不釣り合いと、邪魔な浮遊磁界とを可能な限り減少させるため、真空ポンプの製造時に、既定の仕様を正確に満たす、つまり非常に狭い公差の範囲内で満たす構成要素が使用され得る。特に形状及び質量分布に関する仕様を正確に満たす、つまり非常に狭い公差の範囲内で満たす構成要素が使用され得る。−マグネットリングの場合には−磁気特性に関する、特に上述した特性の回転対称性に関する仕様を正確に満たす、つまり非常に狭い公差の範囲内で満たす構成要素が使用され得る。真空ポンプのための製造コストが、当該使用される構成要素に対するこれらの高い要求によって著しく上昇される。この場合、特に、要求される精度を有するマグネットリングを永久磁石型磁気軸受に対して設けると、相当なコストが必要となる。理想的なマグネットリングが使用されても、取り付けられたマグネットリングと規定の目標位置との偏差に起因して、例えば傾倒、偏心している位置、又はマグネットリングを圧着固定することによって引き起こされる変形若しくは円形度の歪に起因して、偏心又は邪魔な浮遊磁界が発生しうる。したがって、理想的なマグネットリングも、当該マグネットリングを真空ポンプ内に設置した状態では、理想的なマグネットリングを構成しない。したがって、真空ポンプを製造して取り付けるための当該高い経費にもかかわらず、真空ポンプの、偏心又は邪魔な浮遊磁界は完全に回避され得ない。その結果、真空ポンプの稼働特性のこうして達成可能な均質性と、当該真空ポンプの許容駆動回転数と、真空の達成可能な真空度とが、邪魔な浮遊磁界の達成可能な抑制と同様に制限されたままである。真空ポンプによって生成された浮遊磁界に起因する、隣接した構成要素の不利な影響を回避するため、磁気シールドが、真空ポンプのハウジングに設けられてもよい、又は、隣接した構成要素が、真空ポンプからより遠く離れて配置されてもよい。しかし、当該構成は、高いコストを費やすことによってのみ可能であり、別の欠点を伴う。

本発明の課題は、非常に高い回転数でも持続して確実に且つ摩耗なしに稼働され得、且つ稼働時に僅かな浮遊磁界しか発生させない、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプ又は真空ポンプ若しくはターボ分子ポンプ用の回転機器が得られる方法を提供することにある。この場合、同時に、当該方法は、削減された費用で実施され得る。さらに、本発明の課題は、非常に高い回転数でも持続して確実に且つ摩耗なしに稼働され得、且つ稼働時に僅かな浮遊磁界しか発生させず、僅かな費用で構成され得る、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプ又は真空ポンプ若しくはターボ分子ポンプ用の回転機器を提供することにある。

この課題は、請求項１又は１２に記載の特徴を有する方法及び請求項１３に記載の特徴を有する真空ポンプによって解決される。

本発明は、真空ポンプを芯出しするための及び／又は真空ポンプの浮遊磁界、つまり真空ポンプ、特にターボ分子ポンプの永久磁石型磁気軸受の浮遊磁界若しくは真空ポンプ用の回転機器の浮遊磁界、特にターボ分子ポンプ用の回転機器の浮遊磁界を減少させるための方法を提供する。真空ポンプ又は回転機器は、１つの回転子と、少なくとも１つの永久磁石型磁気軸受を有する１つの固定子とを備える。この永久磁石型磁気軸受は、この回転子とこの固定子とを相対的に回転可能に軸支するために形成されている。当該方法によれば、偏心を減少させるように、及び／又は少なくとも前記真空ポンプの稼働中に前記軸受によって生成された浮遊磁界を減少させるように、この軸受によって生成された磁界を変化させるため、すなわち芯出し又は浮遊磁界特性を改良するため、この軸受の形及び／又はこの軸受の材料に固有の永久磁石特性が、偏心の状態に基づいて及び／又は前記真空ポンプの浮遊磁界の状態に基づいて変更される。

本発明によれば、偏心の状態に基づいて又は真空ポンプの浮遊磁界の状態に基づいて、形状が、特に局所的に変更されることによって、及び／又は、例えば材料に固有の残留磁気及び／又は前記軸受の材料の保持力のような材料に固有の永久磁石特性が、特に局所的に変更されることによって、真空ポンプの、稼働特性及び浮遊磁界特性が、有益に変更され得、存在する偏心及び／又は邪魔な浮遊磁界が、減少され、少なくともほぼ完全に排除され得ることが確認された。当該磁気軸受によって生成された磁界と印加された支持力との分布が、当該変更によって調整される。その結果、芯出し特性又は浮遊磁界特性が、直接に且つ非常に効率良く調整される。浮遊磁界と、当該浮遊磁界を通じて当該芯出し特性又は浮遊磁界特性とを、最初の偏心又は最初の浮遊磁界に対して局所的に限定して且つ柔軟に適合させることが可能であることによって、最初の芯出し特性又は浮遊磁界特性に関係なく、当該最初の偏心又は最初の浮遊磁界が排除される、又は、当該最初の偏心又は最初の浮遊磁界が、少なくとも問題のない値に減少される。

偏心又は浮遊磁界特性が、制限されるように、例えばそれぞれの用途に対して必要な閾値に適合されるように、磁気軸受に存在する不均質性の分布が、当該変更によって改善される、又は不均質性を追加することによって補正される。

真空ポンプの偏心とは、上述されているように、真空ポンプの稼働特性を損なう回転子の位置ずれを意味する。したがって、真空ポンプつまり永久磁石型磁気軸受の芯出しとは、この位置ずれを減少させることを意味する、又は真空ポンプの、実際に許容できる円滑な稼働が保証される程度に、少なくともこの位置ずれを排除することを意味する。

特に、固定子側で発生した偏心と同様に回転子側で発生した偏心を排除するため、及び、邪魔な浮遊磁界を阻止するため、上述されている変更は、簡単な手段によって実現され得、回転子側の軸受部分と固定子側の軸受部分との双方で実施され得る。

したがって、双方の偏心間の相互関係又は相互作用が考慮される必要なしに、回転子側の偏心、すなわち特に軸受の回転子側の部分によって生成された磁界の不完全に回転対称な分布によって引き起こされる偏心と、固定子側の偏心、すなわち特に軸受の固定子側の部分によって生成された磁界の不完全に回転対称な分布によって引き起こされる偏心とが、これらのそれぞれの軸受部分を変更することによって、原理的には互いにほぼ独立して排除され得ることが分かる。その結果、真空ポンプ又は回転機器の全体の芯出しが、簡単に実施可能である。

非常に高い回転数でも、真空ポンプの確実で且つ摩耗のない連続稼働が可能であるように、真空ポンプにおける芯出し特性が、当該芯出しによって最適化される。さらに、より低い精度の、したがって費用のかからない構成要素から構成されている真空ポンプ又は回転機器が、高い回転数で稼働させるために必要になる要求を満たすように、当該真空ポンプ又は回転機器における芯出し特性が、当該方法によって適合され得る。

真空ポンプの浮遊磁界とは、軸受によって生成された、この軸受の外側に存在する磁界を意味する。以下で説明するように、当該浮遊磁界は、特に局所的に経時変化する交番磁界を含みうる。回転子が、真空ポンプの稼働時に回転するときに、当該交番磁界は生成される。

好適な実施の形態は、従属請求項、明細書及び図面に記載されている。

また、本発明は、真空ポンプに関し、さらにこの真空ポンプの回転機器、すなわち回転子と固定子とを有するモジュールに関する。以下では、本発明の好適な実施の形態が、真空ポンプについて説明されているときは、当該説明は、適用可能である限り、本発明を真空ポンプ用の回転機器に適用するときでも成立する。また、真空ポンプ用の回転機器と同様に、特にターボ分子ポンプ用の回転機器と同様に、「装置」について説明されているときは、当該「装置」とは、特にターボ分子ポンプのような真空ポンプを意味する。

好適な実施の形態によれば、公知のように、使用される回転子及び／又は固定子はそれぞれ、磁気軸受の回転子側の部分又は固定子側の部分を形成するために少なくとも１つの永久磁石リング、特にリングスタックを有する。この場合、偏心及び／又は浮遊磁界を減少させるため、特に当該永久磁石リングのうちの少なくとも１つの永久磁石リングが、当該形及び／又は材料に固有の永久磁石特性に関して特に不変に変更される。

このため、回転子リング及び／又は固定子リングは、例えば回転子又は固定子の、ほぼ円筒形のリングスタックを形成してもよい。当該固定子又は回転子では、それぞれのリングが、ほぼ同心状に、且つ好ましくは同軸に前後して積み上げられている。したがって、固定子のリングスタックと回転子のリングスタックとは、特にほぼ同軸に入れ子式に配置されている。この場合、固定子側のリングスタックが、特に回転子側のリングスタックの内側に配置されている。磁気軸受の、好ましくは１つの、特に半径方向のギャップが、当該両リングスタック間に形成されている。このギャップは、一方のリングスタックの半径方向の内面と他方のリングスタックの半径方向の外面とによって形成され得る。その結果、好ましくは、回転子の同極と固定子の同極とが、このギャップの領域内で対向する。すなわち、軸受の固定子側の部分と軸受の回転子側の部分とが、磁気斥力を通じて互いに結合されている。当該軸受は、特に半径方向の正の軸受剛性を発生させる。これらのマグネットリングは、特に軸方向に磁化されている。この場合、軸上の当該磁化の方向は、リングごとに軸方向に変更され得る。

永久磁石型磁気軸受は、特にサマリウムコバルト若しくはネオジム・鉄・ボロンから形成された永久磁石又はサマリウムコバルト及び／若しくはネオジム・鉄・ボロンを含有する永久磁石を有する、例えば固定子側又は回転子側の１つ又は複数の永久磁石リングを有する。当該永久磁石リングは、材料である、サマリウムコバルト若しくはネオジム・鉄・ボロン又はストロンチウムフェライトを母材としたフェライト若しくはバリウムフェライトを母材としたフェライト、又はこれらの材料を組み合わせた材料のうちの少なくとも１つの材料を含有する、又はこれらの材料のうちの１つ若しくは複数の材料から形成されている。上述した材料は、特に軸支するために必要な磁気的な支持力を生成するために適している。

真空ポンプの偏心及び／又は浮遊磁界を減少させるため、磁気軸受の回転子側の部分及び／又は磁気軸受の固定子側の部分によって生成された磁界の回転対称度が、軸受の形及び／又は材料に固有の永久磁石特性を変更することによって上昇され、当該磁界の不均質性が減少される。

当該方法の好適な実施の形態によれば、真空ポンプつまり回転子及び／又は固定子の、偏心状態にある偏心度が測定され、及び／又は、浮遊磁界状態にある浮遊磁界が測定され、この偏心度及び／又はこの浮遊磁界が減少されるように、当該変更が、その測定された偏心度及び／又はその測定された浮遊磁界に応じて実施される。

原理的には、磁気軸受の当該変更は、磁気軸受の回転子側の部分若しくは磁気軸受の固定子側の部分又は磁気軸受の回転子側の部分及び固定子側の部分で実施され得る。

真空ポンプの偏心は、原理的には固定子によって引き起こされた偏心と回転子によって引き起こされた偏心とから構成され得る。この場合、固定子側の偏心又は回転子側の偏心とは、特に、磁気軸受の回転子側の部分又は固定子側の部分の、均質でない分布、特に回転対称でない分布によって発生する偏心を意味する。軸受の固定子側の部分の磁界が不均質であると、例えば回転子の中心つまり中心軸が、固定子の中心つまり中心軸から変位しうる。一方で、軸受の回転子側の部分の磁界が不均質であると、回転子の中心つまり中心軸が、この回転子の回転中に所望の定常位置に対して移動しうる。当該偏心度は、例えば機械式又は光学式の検出装置によって、使用される装置内の永久磁石型磁気軸受の回転子又は固定子の低速回転時に測定され得る。

測定された偏心度を減少させるため、測定された偏心度の変位量が相殺されるように、軸受によって生成された磁界が変更される。例えば、マグネットリングのギャップ、すなわち回転子スタックと固定子スタックとの間のギャップの過度に大きい幅が、この回転子の半径方向の所定の位置で常に発生することが確認された場合は、磁気軸受の固定子側の部分に対する斥力を減少させるため、すなわち対応する偏心を排除するため、この磁気軸受の回転子側の部分によって生成された磁界が、対応する地点で当該変更によって弱められる。同様に、回転子と固定子との間の特により大きいギャップが、この固定子の半径方向の所定の位置で常に発生することが確認された場合は、この磁気軸受の固定子側の部分によって生成された磁界が適切に減少される。

好ましくは、回転子の偏心度が算出され、軸受の回転子側の部分の、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が変更される結果、この回転子によって引き起こされる偏心が減少される。さらに、好ましくは上述されている回転子の偏心の補正に加えて、固定子の偏心度が算出され、軸受の固定子側の部分の、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が変更される結果、この固定子の偏心が減少される。その結果、当該回転子又は固定子の偏心は、特に、磁気軸受の回転子側又は固定側の部分によって生成された磁界の、起こりうる不完全に回転対称な分布によって発生している。

さらに、回転子の偏心と固定子の偏心とは、互いにほぼ独立して排除され得る。原理的には、当該回転子の偏心度と固定子の偏心度とは、互いに別々に実施された異なる偏心度測定によって算出され得る。しかし、当該回転子の偏心度と固定子の偏心度とは、偏心度を一緒に測定することによっても算出され得る。

特に、偏心度の測定後に、当該測定された偏心度に応じて、変位量が算出され、当該測定された偏心度を少なくともほぼ完全に排除するために必要である変更が実施される。また、当該芯出し工程は、原理的には繰り返し実施され得る。すなわち、永久磁石型磁気軸受の形及び／又は永久磁石型磁気軸受の材料に固有の永久磁石特性が、何度も変更され得る。この場合、特に各変更の直前に、偏心度が測定される。

浮遊磁界は、局所的に経時変化する交番磁界を含みうる。回転子が、真空ポンプの稼働時に回転するときに、当該回転磁界は、特に軸受の回転子側の部分の不均質性と不完全性とによって引き起こされる。当該生成された交番磁界の周波数は、回転子の回転数の整数倍になりうる。好ましくは、この交番磁界を減少させるため、軸受が変更される。当該軸受の変更によって、例えば顕微鏡又はその他の測定機器のような、真空ポンプに接続されている構成要素に対する当該交番磁界の悪影響が阻止される。

１つの実施の形態によれば、浮遊磁界を減少させるため、軸受の回転子側の部分の、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性、特に軸受の１つ又は複数の回転子リングの形及び／又は特性が変更される。その結果、軸受の回転子側の部分の磁気的な回転対称性が向上され得、当該軸受の回転子側の部分の磁気的な不均質性が減少され得る。こうして、回転子の回転によって真空ポンプの稼働中に引き起こされる邪魔な交番磁界が有効に阻止され得る。

好適な１つの実施の形態によれば、偏心を減少させるため、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が、軸受のそれぞれの他方の部分に向いている表面を形成する、この軸受の回転子側の部分の領域内で及び／又はこの軸受の固定子側の部分の領域内で変更される。例えば、軸受の回転側の部分及び／又は軸受の固定子側の部分がそれぞれ、当該磁気軸受の半径方向のギャップを形成する、半径方向の内面又は外面の領域内で変更され得る。当該領域内の変更によって、磁気的な支持力、すなわち偏心が、特に有利に変更される。当該変更は、特に軸受の少なくとも１つの回転子リング又は固定子リングで実施される、つまりこれらのリングの半径方向の内面又は外面で実施される。

別の実施の形態によれば、浮遊磁界を減少させるため、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が、軸受の固定子側の部分に向いていない表面を形成する、この軸受の回転子側の部分の領域内で変更される。例えば、軸受の回転子側の部分が、この軸受の他方の部分、特にこの軸受の半径方向の軸受ギャップから面しない当該軸受の回転子側の部分の半径方向の内面又は外面の領域内で変更され得る。当該変更によって、軸受ギャップにわたって伝達される支持力が不利に作用することなしに、軸受によってこの軸受の外側の領域内で生成された浮遊磁界が有利に作用する。このため、当該浮遊磁界の減少が偏心を不利に増大させることが阻止される。

本発明の範囲内では、当該芯出し及び／又は浮遊磁界の減少は、軸受の形の変更だけによって又は軸受の材料に固有の磁気特性の変更だけによって実施され得る、又は双方の手段を組み合わせて実施され得る。同様に、以下で説明されている、形を変更するための具体的な手段及び／又は材料を固有に変更する具体的な手段は、当該芯出しのためにそれぞれ単独で又は互いに任意に組み合わせて使用され得る。

好適な１つの実施の形態によれば、浮遊磁界を変更するため、材料が、軸受から除去される、特に少なくとも１つの回転子リングから除去される、及び／又は少なくとも１つの固定子リングから除去される。当該材料の除去は、最初に偏心又は最初の浮遊磁界に応じて磁界を変更して適合させることによって、真空ポンプ若しくは回転機器を芯出しする若しくは磁気的に釣り合わせる又は浮遊磁界を減少させるための、特に簡単で且つ同時に有益な方法を提供する。したがって、芯出し特性又は浮遊磁界特性の局所的に限定され且つ精密に調整された適合が、簡単な手段によって達成され得る。例えば、軸受の、対応する領域内の両マグネットリング間の過度な磁気斥力を排除するため、又は、邪魔な浮遊磁界に起因する当該磁界の磁束密度を零にするため、当該磁界が、材料を除去することによって局所的に弱められ得る。

当該材料は、好ましくは機械加工によって除去される、例えば切削加工法によって除去される。特に当該方法は、制御可能に且つ局所的に精密に調整可能に、磁界を変更するために適している。当該変更は、対応する完全な芯出し及び／又は邪魔な浮遊磁界の完全な減少を可能にする。当該切削加工法は、例えば、切削加工、穴ぐり加工及び旋盤加工のグループから選択され得る。標準的な釣合法が、芯出し後又は浮遊磁界の減少後にさらに必要ならば、当該形の変更又は材料の除去によって発生しうる回転子の質量分布又は重量特性の変化が、その後に実施される標準的なこの釣合法で補正され得る。

この代わりに又はこれに加えて、軸受が、１つの領域内で少なくとも減磁されてもよい、特に少なくとも１つの回転子リング及び／又は少なくとも１つの固定子リングが、１つの領域内で少なくとも減磁されてもよい。当該減磁とは、軸受の材料の永久磁石特性の少なくとも一部が持続して消失するように、当該軸受の材料が処理されることを意味する。こうして、当該芯出し特性又は浮遊磁界特性が、存在する偏心及び／又は存在する磁界に対して有益に精密調整可能に且つ局所的に柔軟に適合可能に作用し得る。

例えば、軸受の材料を局所的に減磁するため、軸受つまり少なくとも１つの回転子リング及び／又は少なくとも１つの固定子リングが、照射によって加工され得る、特に光学照射によって加工され得る、つまり短パルスレーザー加工によって加工され得る。

１つの実施の形態によれば、軸受つまり少なくとも１つの回転子リング及び／又は少なくとも１つの固定子リングが、１つの領域内で少なくとも加熱される、つまり特に或る温度に加熱される。この温度より上では、軸受の永久磁石材料が、その永久磁石特性の少なくとも一部を持続して消失する。

当該加熱は、例えば熱処理によって実施され得る。特に、軸受が、光学照射による熱線を通じて加熱される、特にレーザー照射による熱線を通じて加熱される。レーザー照射を使用する場合は、加熱箇所の分布及びその温度が、特に限定的に調整され、且つ正確に制御され得る。その結果、特に正確な芯出し又は浮遊磁界の適合が可能になる。

要するに、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が、永久磁石型磁気軸受の材料を加工することによって変更され得る、特に上述されている材料の除去及び／又は減磁によって変更され得る。本発明の範囲内では、真空ポンプの偏心及び／又は邪魔な浮遊磁界が、永久磁石型磁気軸受の構造によって既にほとんど回避されるように、この永久磁石型磁気軸受は、個々の磁石からさらに構成され得る。この永久磁石型磁気軸受の、回転子側の部分と固定子側の部分とがそれぞれ、前後して積み上げられた複数のマグネットリングから構成される場合、例えば、これらのマグネットリングの相対配置と方角とが決定され得る。これらのマグネットリングの当該相対配置及び方角は、一定の僅かな偏心及び一定の僅かな浮遊磁界を発生させる。当該構成の決定には、存在する複数のマグネットリングのそれぞれによって生成される磁界の場所分布が測定され、最適な構成が、当該測定に応じて決定されることが含まれ得る。当該適切な構成が決定された後に、引き続き、偏心又は浮遊磁界をさらに減少させるため、これらのマグネットリングの材料が加工され得る。

さらに、本発明は、本発明の方法によって製造される又は製造可能である、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプ、及び真空ポンプ用の回転機器、特にターボ分子ポンプ用の回転機器に関する。

本発明の真空ポンプ、特にターボ分子ポンプ、又は、真空ポンプ用の回転機器、特にターボ分子ポンプ用の回転機器は、１つの回転子と、少なくとも１つの永久磁石型磁気軸受を有する１つの固定子とを備える。この永久磁石型磁気軸受は、この回転子とこの固定子とを相互に回転可能に軸支するために形成されている。このため、当該軸受の形及び／又は当該軸受の材料に固有の永久磁石特性が、偏心の状態に基づいて及び／又は浮遊磁界の状態に基づいて変更されてあり、当該変更によって、真空ポンプ又は回転機器が芯出しされてある、及び／又は当該真空ポンプ又は回転機器の浮遊磁界特性に関して改良されてある。

高い回転数のときでも常に確実で且つ摩耗のない稼働を保証する、本発明により芯出しされた真空ポンプ又は回転機器は、これに対応する芯出しされていない真空ポンプに比べて改良された稼働特性を有し、しかも、特にここで説明されている本発明の方法によって少ない経費で提供され得る。浮遊磁界特性に関して改良された当該真空ポンプは、過度に邪魔な浮遊磁界を有さず、それ故に当該浮遊磁界に対して敏感である用途で使用するために適している。したがって、適応可能である限り、本発明の方法に関して上述されている利点及び好適な実施の形態は、当該真空ポンプ又は回転機器に対して成立する。

本発明の方法に関して既に上述されているように、回転子及び／又は固定子はそれぞれ、磁気軸受を形成するために少なくとも１つの永久磁石リング、特にリングスタックを有してもよい。

好適な１つの実施の形態によれば、材料が、軸受から除去されてある、特に少なくとも１つの回転子リングから除去されてある、及び／又は少なくとも１つの固定子リングから除去されてある。当該材料は、例えば切削加工法によって除去され得る。この場合、切削加工、穴ぐり加工及び旋盤加工のグループから、特に１つの方法が使用された。

さらに、軸受、特に軸受の少なくとも１つの回転子リング及び／又は軸受の少なくとも１つの固定子リングが、１つの領域内で或る温度に少なくとも加熱されてある。この温度より上では、軸受の最初の材料が、その永久磁石特性の少なくとも一部を持続して消失する。その結果、例えば、その残りの材料が、加熱処理前の当該最初の材料より少ない残留磁気及び／又は保持力を有する。したがって、例えば、当該加熱は、光学照射による、例えばレーザー照射による軸受への熱放射を通じて実施されてある。

好適な１つの実施の形態によれば、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が、軸受のそれぞれの他方の部分に向いている表面を形成する、この軸受の回転子側の部分及び／又はこの軸受の固定子側の部分の１つの領域内で、特に少なくとも１つの回転子リング及び／又は少なくとも１つの固定子リングの１つの領域内で変更されてある。当該真空ポンプは、特に有益に適合された偏心を有する。

好適な１つの実施の形態によれば、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が、軸受の固定子側の部分に向いていない表面を形成する、この軸受の回転子側の部分の１つの領域内で、特に少なくとも１つの固定子リングの１つの領域内で変更されてある。当該真空ポンプは、特に有益に適合された磁界を有する。

以下に、本発明を好適な実施の形態に基づいて、添付された図面を参照して例示的に説明する。

真空ポンプの投影図である。 図１に示された真空ポンプの横断面図である。 図１及び２に示された真空ポンプの磁気軸受の詳細な断面図である。

図１は、ターボ分子ポンプとして形成された真空ポンプ１０を投影図で示す。

真空ポンプ１０は、複数の部分から成るポンプハウジング１４の一部を含む固定子と、この固定子に対して回転駆動可能に軸支されている回転子１６とを有する。

真空ポンプ１０は、その高真空側に、吸引フランジ１８によって包囲されている、真空にすべき容量容器に連結するための吸引口２０と、この真空ポンプ１０の予備真空側の領域内に配置された、予備真空フランジ２２によって包囲されている、予備排気室に連結するための気体流出口２４とを有する。

当該固定子と回転子１６とは一緒に、真空ポンプ１０の回転機器２６を構成する。この回転機器２６は、この真空ポンプ１０のベース部材つまり下部材２８に取り外し可能に連結されている。

図２は、図１の真空ポンプ１０を、この真空ポンプ１０の回転軸３０に沿った部分断面図で示す。固定子が、複数の固定子盤３２を有する。これらの固定子盤３２は、ハウジング１４内に配置されていて、且つ離間要素３４を介して所定の間隔で互いに保持されている。

固定子１６は、複数の回転子盤３８を支持する回転軸３６を有する。この場合、それぞれ１つの回転子盤３８が、２つの固定子盤３２の間の中間空間内に配置されている。これらの固定子盤３２及び回転子盤３８はそれぞれ、複数の翼を包囲する、ポンプとして稼働する構造を成す。その結果、それぞれ１つの固定子盤３２が、隣接した回転子盤３８と一緒にターボ分子ポンプのポンプ段を構成する。

駆動装置４０が、下部材２８内に配置されている。この駆動装置４０は、例えば電動機でもよく、且つポンプ作用を提供するために回転子１６と一緒に回転駆動可能である。

さらに、真空ポンプ１０は、予備真空側の軸受４２を有する。この軸受４２は、下部材２８とこの下部材２８に結合されている固定子とに対して回転子１６を回転可能に軸支するために形成されている。当該予備真空側の軸受４２は、半径方向の支持力と軸方向の支持力とを吸収するために備えられていて、且つ油潤滑式の転がり軸受として形成されている。

真空ポンプ１０は、その高真空側に、永久磁石型磁気軸受４４として形成された別の軸受４４を有する。この軸受４４は、回転子側の軸受半分と固定子側の軸受半分とを有する。また、この軸受４４は、回転子１６を固定子に対して回転可能に軸支させる。

図３は、図２に示された真空ポンプ１０の、永久磁石型磁気軸受４４を含む部分を詳細な部分断面図で示す。当該軸受４４は、複数の固定子マグネットリング４８から成る固定子側のマグネットリングスタック４６と、複数の回転子マグネットリング５２から成る回転子側のマグネットリングスタック５０とを有する。さらに、１つのスタック４６，５０のマグネットリング４８，５２が、軸方向に前後して積み上げられていて、且つ当該それぞれのスタック４６，５０の、少なくともほぼ円筒形の基本形を成す。

さらに、固定子側のマグネットリングスタック４６と回転子側のマグネットリングスタック５０とはそれぞれ、真空ポンプ１０の回転軸３０に対してほぼ同軸に配置されている。この場合、回転子リング４８の半径方向の外面が、固定子リング５２の半径方向の内面に対向しているように、且つ、少なくともほぼ円筒形のギャップ５４の半径方向の延在部分によって形成された僅かなギャップ幅を有する当該ギャップ５４が、当該外面と当該内面との間に形成されているように、固定子側のスタック４６が、回転子側のスタック５０の内部に配置されている。

当該固定子は、支持部材５６を有する。この支持部材５６は、吸引口２０の中心に配置されていて、この実施の形態では、図１に示されたように、この吸引口２０内に配置された放射状の複数のブレースを介してハウジング１４に結合されている。この支持部材５６は、軸方向に延在する、ほぼ円筒形の保持部材６０を有する。この保持部材６０は、固定子側のスタック４６の内側に挿入されているように延在する。この場合、当該固定子リング４６はそれぞれ、その半径方向の内面によって保持部材６０の半径方向の外面に密接し、且つこの保持部材６０によって保持される。

同様に、回転子１６が、ほぼ円筒形の保持部材６２を有する。この場合、回転子リング５２が、その半径方向の外面によってこの保持部材６２の半径方向の内面に密接し、且つこの保持部材６２によって保持される。

さらに、真空ポンプ１０は、安全軸受６４を有する。この安全軸受６４は、回転子１６用の回転可能なエンドストップを形成し、固定子と回転子１６との相互の半径方向の運動を相対的に制限する。当該半径方向の運動は、例えば真空ポンプ１０に作用する衝撃又は真空ポンプ１０の稼働中に発生する振動によって引き起こされる。このため、両スタック４６，５０の複数のリング４８，５２が、当該半径方向の相対運動の結果として互いに機械的に接触し、永久磁石型磁気軸受４４が損傷されることが阻止される。

安全軸受６４は、永久磁石型磁気軸受４４の内側に配置された、玉軸受として形成された転がり軸受６６を有する。この転がり軸受６６は、エンドストップとして働くベアリングスリーブ６８に支持部材５６を回転可能に連結させる。回転子１６が、タペット部材７０を有する。このタペット部材７０は、ベアリングスリーブ６８内に挿入されている。全ての回転角度を網羅する軸受ギャップ７２が、真空ポンプ１０の停止状態中に又は正常稼働中にベアリングスリーブ６８とタペット部材７０との間に形成されている。その結果、ベアリングスリーブ６８とピボット部材７０とが、この状態で接触していなく、さらに回転子１６が、この玉軸受６６に非接触式に嵌合している。回転子１６の半径方向の偏向時に初めて、ベアリングスリーブ６８とピボット部材７０とが接触する。その結果、回転子１６が、玉軸受６６に接触式に嵌合し、当該転がり軸受６６は、ベアリングスリーブ６８と一緒にこの回転子１６のためのエンドストップを形成する。このエンドストップは、マグネットリングスタック４６とマグネットリングスタック５０との衝突を阻止する。そのため、軸受ギャップ７２は、ギャップ５４より狭い半径方向のギャップ幅を有してもよい。玉軸受６６によって形成されたこのエンドストップは、回転子１６の回転する相対運動を可能にするので、安全軸受６４の接触式の嵌合時の、この回転子１６の急激な減速が阻止される。この玉軸受６６は、油潤滑式の軸受として形成されていない。その結果、真空ポンプ１０によって生成された真空度が、この玉軸受６６のために低下することがない。

永久磁石型磁気軸受４４の機能は、固定子リング４８と回転子リング５２とによって生成された、互いに反発し合う磁界と、当該磁界によって生成された、半径方向に指向された、固定子リング４８と回転子リング５２との間の磁気斥力とを利用している。当該半径方向の斥力としての支持力は、回転子１６を固定子に対して回転可能に半径方向に軸支させる。当該支持力の、回転軸３０に対して不完全に回転対称な分布、つまり磁界に起因した当該不完全に回転対称な分布と、回転子１６の、不完全に回転対称な質量分布とが、真空ポンプ１０を偏心させる。当該偏心は、真空ポンプ１０の稼働時に振動を発生させる。当該振動は、真空ポンプ１０の摩耗を増大させ、この真空ポンプ１０の信頼性を低下させ、且つこの真空ポンプ１０の最大許容回転数を低下させる。さらに、永久磁石型磁気軸受４４の回転子側の部分５０の磁気特性の、不完全に回転対称な分布が、この永久磁石型磁気軸受４４の、局所的に経時変化する浮遊磁界を発生させる。当該浮遊磁界は、真空ポンプ１０に結合されている構成要素に対して不利に作用しうる。

図３には、複数の固定子リング４８の複数の領域７４と複数の回転子リング５２の複数の領域７４とが示されている。これらの領域７４は、レーザー照射によって、マグネットリング４８，５２の材料の減磁が発生する温度に加熱してある。その結果、これらの領域７４から発生した永久磁石の磁束密度つまり残留磁気が減少されてあり、永久磁石型磁気軸受４４の、磁界によって生成された支持力が、当該対応する領域内で弱められてある。これらの領域７４は、或る構成部分を有する。実施された加熱が、この構造部分に基づいて明確に認識され得る。また、当該実施された加熱は、マグネットリング４８，５２の対応する「焼結箇所」として外側からも明確に認識可能である。

さらに、図３には、マグネットリング４８，５２の領域７６が、破線によって示されている。永久磁石型磁気軸受４４によって生成された支持力を当該対応する領域内で弱めるため、これらの領域７６は、例えば材料の切削加工法のような機械加工によってマグネットリング４８，５２から除去され得る。このとき、当該材料は、例えばそれぞれのマグネットリング４８，５２の或るピッチ角にわたって、例えば４５°〜９０°のピッチ角にわたって除去され得る。除去された１つの領域が、軸方向から見ると、例えば三日月形を成し得る。当該機械加工部分及び材料除去部分は、形成されているマグネットリング４８，５２の表面の、対応する加工トラックとして、例えば対応する研削トラック、穴ぐりトラック又は円形トラックとして、マグネットリング４８，５２で明確に目視可能である。図３では、これらの領域７６は、見やすくするために大きく誇張して示されている。

当該領域７４及び７６はそれぞれ、回転子側の軸受部分５０と固定子側の軸受部分４６との、ギャップ５４を包囲し且つ互いに対向する表面に配置されている、すなわち回転側の軸受部分５０つまり回転リング５２の半径方向の内面と、固定子側の軸受部分４６つまり固定子リング４８の半径方向の外面とに配置されている。

さらに、回転子側の軸受部分５０は、図３に破線でハッチングされて示された領域７７を有する。これらの領域７７では、当該回転子側の軸受部分５０の永久磁石特性が、領域７４，７６に関して上述されているように材料の除去又は減磁によって変更され得る。これらの領域７７は、半径方向の外面に配置されている、すなわち固定子側の軸受部分４６に面しない回転子側の軸受部分５０の表面に配置されている。これらの領域７７における変化部分が、永久磁石型磁気軸受４４の浮遊磁界を変化させ、特に真空ポンプ１０の稼働時の邪魔な交番磁界を回避する、又はこの交番磁界を減少させる。

当該領域７４，７６，７７内の上述されている熱処理又は機械加工によって、真空ポンプ１０又は回転機器２６の最初の偏心が減少され、当該真空ポンプ１０又は回転機器２６が芯出しされ、邪魔な交番磁界が最小限に抑えられるように、磁気軸受４４によって生成された支持力と、生成された浮遊磁界とが、場所を適切にして且つ柔軟に適合される。したがって、当該最初の偏心及び最初の浮遊磁界を考慮することなしに、望ましくて均質な稼働特性を呈する真空ポンプ１０又は回転機器２６が、高い回転数時でも、望ましい浮遊磁界特性で提供され得る。本発明の当該追加の芯出し及び浮遊磁界の変更には、より大きい製造公差で済み、それ故に当該製造公差の、より粗い要求精度だけで十分である、例えば固定子マグネットリング４８及び／又は回転子マグネットリング５２のような構成要素も使用され得るという利点がある。このため、望ましくて有益な稼働特性及び浮遊磁界特性を維持しつつ、対応する真空ポンプ１０又は回転機器２６のための製造コストが削減され得る。

１０ 真空ポンプ
１４ ハウジング
１６ 回転子
１８ 吸引フランジ
２０ 吸引口
２２ 予備真空フランジ
２４ 気体流出口
２６ 回転機器
２８ 下部材
３０ 回転軸
３２ 固定子盤
３４ 離間要素
３６ 回転軸
３８ 回転子盤
４０ 駆動装置
４２ 転がり軸受
４４ 永久磁石型磁気軸受
４６ 固定子側のマグネットリングスタック
４８ 固定子側のマグネットリング
５０ 回転子側のマグネットリングスタック
５２ 回転子側のマグネットリング
５４ ギャップ
５６ 支持部材
５８ ブレース
６０，６２ 保持部材
６４ 安全軸受
６６ 転がり軸受
６８ ベアリングスリーブ
７０ ピボット部材
７２ 軸受ギャップ
７４，７６，７７ 領域

Claims (14)

1. 真空ポンプ（１０）を芯出しするため及び／又は真空ポンプ（１０）の浮遊磁界若しくは真空ポンプ（１０）用の回転機器（２６）の浮遊磁界を減少させるための方法であって、
   前記真空ポンプ（１０）又は前記回転機器（２６）は、１つの回転子（１６）と、少なくとも１つの永久磁石型磁気軸受（４４）を有する１つの固定子とを備え、この永久磁石型磁気軸受（４４）は、この回転子（１６）とこの固定子とを相対的に回転可能に軸支するために形成されている当該方法において、
   偏心を、及び／又は少なくとも前記真空ポンプ（１０）の稼働中に前記軸受（４４）によって生成された浮遊磁界を減少させるように、この軸受（４４）によって生成された磁界を変化させるため、この軸受（４４）の形及び／又はこの軸受の材料に固有の永久磁石特性が、偏心の状態に基づいて及び／又は浮遊磁界の状態に基づいて変更されることを特徴とする方法。
2. 前記回転子（１６）及び前記固定子はそれぞれ、前記磁気軸受（４４）を形成するために少なくとも１つの永久磁石リング（４８，５２）を有し、偏心及び／又は浮遊磁界を減少させるため、前記永久磁石リング（４８，５２）のうちの少なくとも１つの永久磁石リングが、当該形及び／又は材料に固有の永久磁石特性に関して変更されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 偏心度及び／又は浮遊磁界が測定され、この測定された偏心度に依存して、及び／又はこの測定された浮遊磁界に依存して、この偏心度及び／又はこの浮遊磁界が減少されるように、当該変更が実施されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記回転子（１６）の偏心度が検出され、この回転子（１６）の偏心度が減少されるように、前記軸受（４４）の回転子側の部分（５０）の、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が変更されること、及び
   前記固定子の偏心度が検出され、この固定子の偏心度が減少されるように、前記軸受（４４）の固定子側の部分（４６）の、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が変更されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 浮遊磁界を減少させるため、前記軸受（４４）の回転子側の部分（５０）の、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が変更されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 偏心を減少させるため、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が、前記軸受（４４）のそれぞれの他方の部分（４６，５０）に向いている表面を形成する、この軸受（４４）の回転子側の部分（５０）の領域内（７４，７６）で及び／又はこの軸受（４４）の固定子側の部分（４６）の領域内で変更されること、及び／又は
   浮遊磁界を減少させるため、形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が、前記軸受（４４）の固定子側の部分（４６）とは反対側の表面を形成する、この軸受（４４）の回転子側の部分（５０）の領域内で変更されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 浮遊磁界を変更するため、材料が、前記軸受（４４）から除去されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記材料は、切削加工法によって除去されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記軸受（４４）は、少なくとも１つの領域（７４）内で減磁されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記軸受（４４）が、少なくとも１つの領域（７４）内で加熱され、この温度より上では、前記軸受（４４）の永久磁石材料が、その永久磁石特性の少なくとも一部を持続して消失することを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記軸受（４４）は、レーザー照射による熱線を通じて加熱されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法により製造されるか又は製造可能である真空ポンプ（１０）又は真空ポンプ用（１０）の回転機器（２６）。
13. 真空ポンプ（１０）又は、真空ポンプ（１０）用の回転機器（２６）であって、
    前記真空ポンプ（１０）又は前記回転機器（２６）は、１つの回転子（１６）と、少なくとも１つの永久磁石型磁気軸受（４４）を有する１つの固定子とを備え、この永久磁石型磁気軸受（４４）は、この回転子（１６）とこの固定子とを相対的に回転可能に軸支するために形成されている当該真空ポンプ又は前記回転機器において、
    前記軸受（４４）の形及び／又は前記軸受（４４）の材料に固有の永久磁石特性が、偏心の状態に基づいて及び／又は浮遊磁界の状態に基づいて変更されていることを特徴とする真空ポンプ又は回転機器。
14. 形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が、前記軸受（４４）のそれぞれの他方の部分（４６，５０）に向いている表面を形成する、この軸受（４４）の回転子側の部分（５０）の領域内（７４，７６）で及び／又はこの軸受（４４）の固定子側の部分（４６）の領域内で変更されていること、及び／又は
    形及び／又は材料に固有の永久磁石特性が、前記軸受（４４）の固定子側の部分（４６）とは反対側の表面を形成する、この軸受（４４）の回転子側の部分（５０）の領域内で変更されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の装置真空ポンプ又は回転機器。

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