JP6129271B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に係る真空ポンプに関する。

分子ポンプ、特にターボ分子ポンプは、動的な真空ポンプに属する。構造はタービンのそれに類似している。ハウジング内で、ブレード化されたディスクを有する多段式でタービン形式のローターが回転する。タービン又はコンデンサーの羽根の全体がブレードと称される。ローターディスクの間には、類似した形状を有する同様にブレード化された複数のステーターディスクが、鏡像的に（独語：ｓｐｉｅｇｅｌｖｅｒｋｅｈｒｔ）配置されている。

二つのボール支承部によるローターの支承の際には、潤滑剤の為に、両方の支承部は、予真空側に配置される必要がある。これは、大きな重量を有するローターの一方側のみの（片持ちの）支承部を意味する。

ローター及びステーター羽根からなる装置のポンプ作用は、高速に回転する羽根からポンピングすべき気体分子への運動量伝達に基づいている。羽根に衝突する分子は、そこで吸収され、そして所定の時間の後、再び羽根から去る。その際、羽根速度は、熱的分子速度に加算される。羽根によって伝達される速度要素が、他の分子との衝突によって失われないように、ポンプ内の分子流れを統治する必要がある、つまり、平均的な自由経路長さは、羽根間隔よりも大きい必要がある。

特許文献１および２には、駆動軸がハウジングに対して相対的に、一つの支承装置によって回転可能に支持されているハウジングを有する真空ポンプが属している。該真空ポンプは、ハウジングに取り付けられておりステーター要素と、ステーター要素の軸方向近傍で駆動軸に配置されたローター要素を有するポンプ機構を有している。支承装置は、先行技術に従い、一つの支承部を有している。この支承部は、金属の弾性的な支持部によって、半径方向にも軸方向にも支持されている。これは、内側及び外側のリング形状の部材を有している。

先行技術に属する支承部サポートは、金属の弾性的支持部が、製造面において比較的複雑であるというデメリットを有する。というのは、これは、柔軟で、細長く、アーチ形状の要素を有し、これら要素が、基本的に内側リング及び外側リングと同心に形成されているからである。

欧州特許第２ １２６ ３５６ Ｂ１号明細書 欧州特許第２ ０６４ ４４８ Ｂ１号明細書

本発明の技術的課題は、半径方向で発生するローターの振動を確実に吸収し、そしてローターの軸方向の支持および配置を保証する支承部サポートを有する真空ポンプを提供することである。これは、更にその上、簡単に構成されており、そして強度に関してフレキシブルであり、そしてローターの緩衝に関してもフレキシブルである。

この技術的課題は、請求項１に記載の特徴を有する真空ポンプによって解決される。

ハウジング、少なくとも一つの支承装置によってハウジングに対して相対的に回転可能に支持されている駆動軸、およびハウジングに設けられたステーター要素とステーター要素の軸方向近傍で駆動軸に設けられているローター要素を有するポンプ機構を有する発明に係る真空ポンプであって、支承装置が、少なくとも一つの支承部及び少なくとも一つの支承部サポートを有する発明に係る真空ポンプは、支承部サポートが、少なくとも三つのスウィングロッドを有する点において際立っている。

この発明に係る態様によって、半径方向に発生するローターの振動が吸収されることが可能である。スウィングロッドは、支承部、例えばボール支承部の外側の支承部ケージ、又は支承部を収容する支承部受け部を収容する。複数のスウィングロッドは、弾性的に、つまり変形可能な要素として形成されている。本発明は、選択可能なスウィングロッドの断面、長さ、材料の種類、および数量によって、ローターの強度と吸収性を調整可能であるというメリットを有する。支承部、例えばボール支承部の外側の支承部ケージ又は支承部受け部は、有利には、弾性の要素、つまりスウィングロッドに固定的に設けられる。

本発明の有利な実施形に従い、第一の支承装置は、少なくとも一つの固定支承部を有する。その際、固定支承部においては、少なくとも三つのスウィングロッドがハウジングに固定的に、又は支承部に固定的に設けられている。固定支承部は、軸の軸方向に真空ポンプ内で固定的に配置されている。少なくとも三つのスウィングロッドは、ローターの半径方向に発生する振動が吸収されることが可能であることを保証する。例えば、少なくとも三つのスウィングロッドは、ボール支承部の外側の支承部ケージに設けられている。

本発明の別の有利な実施形に従い、第二の支承装置が、少なくとも一つの軸方向に可動な可動部材を有した可動支承装置として形成される。可動支承装置においては、少なくとも三つのスウィングロッドが弾性的に支承されて形成されている。つまり、少なくとも三つのスウィングロッドと可動部材の間に弾性的な支承が設けられることを意味する。ボール支承部については、少なくとも三つのスウィングロッドは有利には弾性的に、支承部受け部又は外側の支承部ケージの中に設けられるか、又はこれらの一方に設けられている。これによって、可動部材は、軸方向で可動であることが可能である。有利には、少なくとも三つのスウィングロッドは、支承部（例えば外側の支承部ケージ又は支承部受け部）内を滑動するよう、または支承部上を滑動するよう設けられている。ハウジングの固定的部分、例えば支承部遮蔽部（この中に少なくとも三つのスウィングロッドが設けられている）と、支承部の軸方向に可動の部材（例えば外側の支承部ケージ又は支承部受け部）の間に、有利にはばね等の弾性部材が長さ補償の為に設けられており、ローターの加熱の際に、支承部の必要な予負荷を保証する。

有利な実施形に従い、少なくとも三つのスウィングロッドは、軸方向に弾性的に支承されている、つまり軸方向において支承部に必要な予負荷が与えられることが可能である。

別の有利な実施形に従い、少なくとも一つの可動支承部は軸方向においてスライド可能に形成されている。支承部内（例えば外側の支承部ケージ内又は外側の支承部ケージを収容する支承部受け部内）で滑動するよう設けられている少なくとも三つのスウィングロッドを有する装置によって、必要な予負荷が支承部に及ぼされる。

別の有利な実施形に従い弾性的に支承される（複数の）スウィングロッドは、少なくとも一つの可動支承部に軸方向の予負荷を及ぼす（複数の）スウィングロッドとして形成されている。

可動支承部は、弾性的な支承部サポートによって可動支承部に予負荷が及ぼされることが可能である点において際立っている。

本発明の好ましい実施形に従い、スウィングロッドは、可動支承部の支承部受け部内に可動に支承されているか、またはスウィングロッドは外側の支承部ケージ内に可動に支承されている。しかしまた、基本的に、外側の支承部ケージを支承部受け部内に設け、そして支承部受け部がスウィングロッドを滑動するよう収容することも可能である。

本発明の別の実施形に従い、少なくとも三つのスウィングロッドの其々に、及び／又はこれらの周りに、支承部の予負荷の発生の為の各一つのばねが設けられている。

支承部の予負荷は有利には複数のばねによって発生される。二つのスウィングロッドに複数のばねが設けられていると十分である。対称性の為に、複数のばねが少なくとも二つのスウィングロッドに設けられているべきである。二つよりも多くのスウィングロッドに各一つのばねが設けられているという可能性も存在する。

本発明の別の有利な実施形に従い、軸を取り囲む少なくとも一つのばね、またはエラストマー材料、例えば少なくとも一つのＯリングからなる軸を取り囲む少なくとも一つの部材が、支承部の予負荷の発生の為に設けられている。

スウィングロッドの領域に設けられている少なくとも二つのばねのかわりに、軸を取り囲み、そして支承部の予負荷を発生させる一つのばねが設けらていることも可能である。

本発明の別の有利な実施形に従い、少なくとも三つのスウィングロッドが放射相称に軸の周りに分配されて設けられている。

この実施形は、軸の放射相称の支承が意図されているというメリットを有する。

好ましくはスウィングロッドは、回転対称に形成されている。スウィングロッドは、例えばシリンダー形状に形成されていることが可能である。この実施形は、スウィングロッドが特に簡単に製造されることが可能であるというメリットを有する。

しかしまた、複数のスウィングロッドが非対称に形成されており、そして非対称のスウィングロッドが組み立てられた状態で共に一つの放射相称の支承部サポートを形成するという可能性も存在する。

非対称の複数のスウィングロッドは、例えば少なくとも一つのくびれ個所及び／又は隆起箇所を有することが可能である。スウィングロッドが一方の側にくびれ個所を有し、そして反対の側に隆起箇所を有するという可能性も存在する。これによって強度と、これに伴いローターの支承の緩衝性が調整されることが可能である。

スウィングロッドは、好ましくは金属及び／又はプラスチックから成る。

金属として例えばばね鋼、アルミニウム、銅又は真鍮が使用されることができる。プラスチックとして好ましくは、トーロン（原語：ＴＯＲＬＯＮ）（ソルベイ（原語：ＳＯＬＶＡＹ Ｓ．Ａ．）の登録商標、１１２０ ブリュッセル、ベルギー（会社名））

プラスチックとしてポリエーテルケトン（独語：Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎ、ＰＥＥＫ）を使用する可能性も存在する。

スウィングロッドの材料は、熱によって長さの延伸が発生しない、または可能な限り少ない延伸が発生するよう選択される。支承部内は、例えば摂氏６０度までの温度であるので、いずれにせよこの温度領域までは長さの延伸が無視されることが可能である必要がある。

複数のロッドは他方で、これらが長期にわたって弾性的な領域にあるか、または主として弾性的な領域にあり、そして塑性変形しないような材料から成る必要がある。

スウィングロッドは、固定支承部内に設けられる場合、有利には支承部受け部内又は支承部ケージ内で遊びを有さない。しかし有利には、スウィングロッドは取り外し可能（独語：ｄｅｍｏｎｔｉｅｒｂａｒ）である。固定支承部内のロッドは、軸を正確にセンタリングする（中心出しする）ことに使用される。

ハウジング内、例えば支承部遮蔽部内においてロッドは有利には焼き嵌めされている（独語：ｅｉｎｓｃｈｒｕｍｐｆｅｎ）、または接着されている（独語：ｅｉｎｋｌｅｂｅｎ）。

本発明の有利な実施形に従い、スウィングロッドは支承部受け部内に偏心部を有するねじを使って固定可能に形成されている。この実施形は、複数のロッドが偏心によって支承部受け部又は支承部ケージ内の適当な位置に配置されることが可能であることによって、軸が正確にセンタリングされることが可能であるというメリットを有する。

取り外し不可能な接続においては、複数のロッドは例えばプレス嵌めされることが可能である。この場合、支承部の取り外しによって、ロッドは交換されよう。

既に説明したように、有利な実施形に従い、スウィングロッドはハウジング内及び／又は支承部受け部内、及び／又は支承部ケージ内に焼き嵌めされ、または接着されて形成されている。これは固定の特に簡単な形式である。

支承部受け部は、所定の値分だけ振動してもよい。このため、支承部受け部とハウジングの間に所定の部分が設けられている。支承部受け部は、ここでは基本的に緊急用支承部の特性を有する。例えば０．２から０．５ミリメートルの値である半径方向間隙が越えられると、支承部受け部はハウジングに衝突し、そして支承部はそれ以上振動できない。

本発明の別のメリットは、運転中の共振を回避するために、形状寸法及び材料特性によって支承の固有振動数が適合されることが可能であるという点にある。

スウィングロッドの強度は、有利には、当接（独語：Ａｎｓｃｈｌａｇ）が行われないよう検討されている。

発明に係る支承は、基本的に全ての形式の真空ポンプに使用されることができる。特に有利には、これは、分子ポンプ又はターボ分子ポンプにおいて使用される。

本発明の別の特徴およびメリットは、添付の図面に基づいて生じる。図面中には、発明に係る支承の複数の実施例が例示的にのみ表されている。図は、以下を示す。

ターボ分子ポンプの長手方向断面図 固定支承部の横断方向断面図 可動支承部の横断方向断面図 可動支承部の変更された実施例の横断方向断面図 スウィングロッドの長手方向断面図 スウィングロッドの長手方向断面図 スウィングロッドの長手方向断面図

図１は、フランジ４を有するターボ分子ポンプ１を示す。このフランジは、真空引きすべきチャンバー（図示せず）のフランジに取り外し可能に固定されている。吸引開口部６を通して、気体がポンプ１内に吸引され、そしてアウトレット８を通して排出される。ハウジング２内には、ローター１０とステーター２０が配置されている。これらの相互作用によって搬送効果が達成される。

ローター１０は、軸１２を有している。この軸上には、予真空側のローターディスク１４と、中央のローターディスク１６と高真空側のローターディスク１８が設けられている。その際、ローターディスク１４，１６，１８は、其々、複数の羽根から成る羽根カラー部を有している。軸１２は、高真空側では永久磁石支承部４０によって、そして予真空側ではローラー支承部４２によって回転可能に支持されている。駆動部４４は、ローター１０に毎分数１０，０００回転の高速回転を行わせる。

ステーター２０は、予真空側のステーターディスク２４、中央のステーターディスク２６、および高真空側のステーターディスク２８を有する。これらは、スペーサーリング３０，３２および３４によって軸１２上に互いに軸方向の間隔を有し、そしてローターディスク１４，１６，１８と交互に配置されている。ステーターディスク２４，２６，２８は、同様に羽根カラー部を有している。

ローターディスクとステーターディスクの数量は、吸引能力や吸引開口部６とアウトレット８の間の圧力比率のような望まれる真空技術的パラメーターに依存する。ローター１０は、ディスクに替えて、先行技術においても公知のベル型構造で構成されていることが可能であり、及び／又は追加的にホルベック段（独語：Ｈｏｈｌｗｅｃｋｓｔｕｆｅ）及び／又はジーグバーンポンプ段（独語：Ｓｉｅｇｂａｈｎ−Ｐｕｍｐｓｔｕｆｅ）を有することが可能である。更に、両方の支承部４０，４２は、予真空側に配置されていることが可能である。その上、永久磁石支承部４０に替えて、ローラー支承部、特にボール支承部を設けられていることも可能である。

予真空側に配置されているアウトレット８は、軸方向でみて予真空側の方向で最終のステーターディスクの後に配置されている。その上、アウトレットは、ステーターディスク２４の方向の開口部２２を設けられている。

ローラー支承部４２は、図１では単に簡略的にのみ表されている。発明に係る装置は図２に表されている。

図２は、固定支承部の支承装置４５を示す。軸１２はローラー支承部４２によって回転可能にサポートされている。支承部４２は、内側の支承部ケージ４６と外側の支承部ケージ４７を有する。内側の支承部ケージ４６と外側の支承部ケージ４７の間には、球部４８の形式のローラー要素が配置されている。外側の支承部ケージ４７は、支承部受け部４９内に配置されている。支承部受け部４９は、スウィングロッド５０を介して支承部遮蔽部５１に支承されている。スウィングロッド５０は、半径方向に発生するローター１２の振動が吸収されることを保証する。スウィングロッド５０は、ローター１２の周りに放射相称（独語：ｒａｄｉａｌｓｙｍｍｅｔｒｉｓｃｈ）に分配されて配置されている。図２の固定支承部の実施形においては、スウィングロッド５０は支承部受け部４９内に固定的に、かつ支承部遮蔽部５１内に固定的に配置されている。

スウィングロッド５０は、これによって支承部受け部４９内及び遮蔽部５１内において遊びを有さない。しかし有利には、これらが分解可能である。スウィングロッド５０は、軸１２を正確にセンタリングするために使用される。スウィングロッドは、支承部受け部４９内および遮蔽部５１内において、例えば焼き嵌めされている（独語：ｅｉｎｓｃｈｒｕｍｐｆｅｎ）、または接着されている（独語：ｅｉｎｋｌｅｂｅｎ）。

スウィングロッドは、また、プレス嵌め（独語：ａｕｆｐｒｅｓｓｅｎ）されることも可能である。支承部受け部４９は、スウィングロッド５０の弾性に基づいて、所定の値分だけ振動することができる。この為、支承部受け部４９と支承部遮蔽部５１の間に間隔Ａが設けられている。支承部受け部４９は、ここでは基本的に緊急用支承部の特性を有する。半径方向間隙Ａが越えられると、支承部受け部４９は、ハウジングの支承部遮蔽部５１に衝突し、そして支承部はこれ以上振動することができない。スウィングロッド５０の強度は、通常運転中に激突が行われないよう検討されている。

スウィングロッド５０は、長期にわたってこれが弾性領域にあるような、または主として弾性領域にあるような、および塑性変形しないような材料から形成されている。

図３は、可動支承部（独語：Ｌｏｓｌａｇｅｒ）である支承部装置５２を示す。軸１２は、ここでもまた、ローラー支承部４２によって支承部遮蔽部５１内に回転可能に支承されている。ローラー支承部は、内側の支承部ケージ４６と外側の支承部ケージ４７と複数のローラー要素４８を有している。外側の支承部ケージ４７は、支承部受け部４９内に固定されている。支承部受け部４９は、複数の孔５３を有する。これらの中にスウィングロッド５０が埋没している。スウィングロッド５０は、支承部遮蔽部５１内に固定的に配置されている。支承部４２の為に必要な予負荷を発生させるために、スウィングロッドは、ばね５４によって支承部受け部４９内に可動に支承されている。ばね５４は、長さ補償の為に使用される。ローター１２の加熱の際に、支承部４２の必要な予負荷を保証するためである。

ばね５４は、支承部受け部４９内の収容部５５内に支承されている。

図４は、可動支承部の別の実施形の為の支承装置５６を示す。軸１２は、ローラー支承部４２によって回転可能に支承部遮蔽部５１内に支承されている。ローラー支承部は、内側の支承部ケージ４６、外側の支承部ケージ４７と複数のローラー要素４８を有する。外側の支承部ケージ４７は、支承部受け部４９内に固定的に配置されている。支承部受け部４９の弾性的な支承の為に、スウィングロッド５０が設けられている。これは支承部遮蔽部５１内に固定的に配置されており、かつ、支承部受け部４９内に固定的に配置されている。必要な予負荷を支承部４２に対して発生させるために、ばね５７が設けられている。このばねは軸１２を取り囲んでいる。ばね５７は、一方では、支承部受け部４９に支持されており、そして外側の支承部ケージ４７に力結合的に係合している。

図２から４内では、スウィングロッド５０は回転対称な躯体、この場合はシリンダー状の躯体として形成されている。

しかしまた、図５に表されているようにスウィングロッド５０は他の断面を有しうる。図５のスウィングロッド５０は、くびれ個所５８と隆起箇所５９を有する。

スウィングロッド５０が図５のように非対称に形成されているとき、スウィングロッド５０を有する装置が、全体として回転対称の形を生じることが必要である。これは、例えば全てのスウィングロッドの隆起箇所５９が、支承装置４５，５２，５６内の配置において軸１２の方向に向けられていることを意味する。

図６のスウィングロッド５０は、回転対称なくびれ個所５８を有する。

図７のスウィングロッド５０は、同様に回転対称なくびれ個所５８を有する。スウィングロッド５０は、その上、ねじ穴６０を有する。この中にネジ、好ましくは偏心部を有するねじ（図示せず）が配置されることが可能である。偏心部を有するねじを介してスウィングロッド５０の向きが変更されることができるので、ローター１２がセンタリングされることができる。

１ ターボ分子ポンプ
２ ハウジング
４ フランジ
６ 吸引開口部
８ アウトレット
１０ ローター
１２ 軸
１４ ローターディスク
１６ ローターディスク
１８ ローターディスク
２０ ステーター
２２ 開口部
２４ ステーターディスク
２６ ステーターディスク
２８ ステーターディスク
３０ スペーサーリング
３２ スペーサーリング
３４ スペーサーリング
４０ 永久磁石支承部
４２ ローラー支承部
４４ 駆動部
４５ 支承装置 固定支承部
４６ 内側の支承部ケージ
４７ 外側の支承部ケージ
４８ ローラー要素
４９ 支承部受け部
５０ スウィングロッド
５１ 支承部遮蔽部
５２ 支承装置 可動支承部
５３ 孔
５４ ばね
５５ 収容部
５６ 支承装置 可動支承部
５７ ばね
５８ くびれ個所
５９ 隆起箇所
６０ ねじ穴
Ａ 間隔

Claims (15)

1. ハウジング、少なくとも一つの支承装置によってハウジングに対して相対的に回転可能に支持されている駆動軸、およびハウジングに設けられたステーター要素とステーター要素の軸方向近傍で駆動軸に設けられているローター要素を有するポンプ機構を有する真空ポンプであって、支承装置が、少なくとも一つの支承部及び少なくとも一つの支承部サポートを有する真空ポンプにおいて、支承装置（５２，５６）は、支承部が軸方向に可動な少なくとも一つの可動部材を有した可動支承装置（５２）として形成され、支承部サポートが、少なくとも三つのスウィングロッド（５０）を有し、ハウジングの固定的な部分と、支承部の可動部材との間に、支承部の軸方向の予負荷を保証するために、長さ補償のための弾性部材が設けられ、スウィングロッド（５０）は、軸方向の一端の半径方向の位置が可動部材に対して不変且つ他端の半径方向の位置がハウジングに対して不変に設けられていて可動部材の半径方向の移動とともに弾性変形する一方、可動部材の軸方向の移動を可能にするように、スウィングロッド（５０）がハウジング又は可動部材の少なくともいずれか一方に対して軸方向に可動に設けられていることを特徴とする真空ポンプ。
2. 少なくとも三つのスウィングロッド（５０）がハウジング（５１）に固定的に、および支承部（４９）に固定的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 少なくとも三つのスウィングロッド（５０）が弾性的に支承されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
4. 少なくとも三つのスウィングロッド（５０）が軸方向において弾性的に支承されていることを特徴とする請求項３に記載の真空ポンプ。
5. 少なくとも三つのスウィングロッド（５０）が、ケーシングの固定的部分とされた支承部遮蔽部（５）内において軸方向に可動に、または可動部材とされた支承部受け部（４９）内において軸方向に可動に、または可動部材とされた外側の支承部ケージ（４７）内において軸方向に可動に設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の真空ポンプ。
6. 弾性的に支承されたスウィングロッド（５０）が、少なくとも一つの可動部材に軸方向の予負荷を及ぼすスウィングロッド（５０）として形成されていることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
7. 少なくとも三つのスウィングロッド（５０）に、又は少なくとも三つのスウィングロッド（５０）の周りに、支承部の予負荷を発生させるための各一つのばね（５４）が設けられていることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
8. 軸（１２）を取り囲む少なくとも一つのばね（５７）、またはエラストマー材料から形成される少なくとも一つの部材が、支承部の予負荷の発生の為に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
9. 少なくとも三つのスウィングロッド（５０）が軸（１２）の周りに放射相称に分配されて設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
10. 複数のスウィングロッド（５０）が回転対称に形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
11. 複数のスウィングロッド（５０）が、非対称に形成されていること、および非対称の複数のスウィングロッド（５０）が組み立てられた状態で、共に一つの放射相称の支承部サポートを形成することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
12. スウィングロッド（５０）が、シリンダー状に形成されている、又は少なくとも一つのくびれ個所（５８）を有して形成されている、及び／又は少なくとも一つの隆起箇所（５９）を有して形成されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
13. スウィングロッド（５０）が、金属及び／又はプラスチックから形成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
14. スウィングロッド（５０）が、支承受け部（４９）及び／又は支承部ケージ（４７）内に偏心部を有するねじで固定可能かつ整向可能に形成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の真空ポンプ。
15. スウィングロッド（５０）が、ハウジング（５１）内、及び／又は支承部受け部（４９）内、及び／又は支承部ケージ（４７）内に焼き嵌めされ、及び／又は接着され、及び／又は圧入されて形成されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の真空ポンプ。

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