JPH1061663A - 真空ポンプのロータを支持するための回転組立体 - Google Patents
真空ポンプのロータを支持するための回転組立体Info
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Abstract
作用に対抗できるベアリング組立体を与える。 【解決手段】ロータに固定されたロータディスクとボデ
ィと一体のステータリングを協動させることにより形成
される複数のガスポンピングステージを有する真空ポン
プのロータを支持するための回転組立体であって,ロー
タのシャフトを支持するための,該シャフト内に収容さ
れた回転手段から成る回転組立体。
Description
タを回転支持するためのベアリング組立体に関し,特に
ターボ分子型の真空ポンプ内のロータのシャフトを支持
するためのベアリング組立体に関する。
ポンピングステージを収納する外部ケースにより実質的
に形成されている。概して,ガスポンピングステージ
は,ポンプボディと一体であってかつポンプモーターに
より回転する回転シャフト上に一体的に載置された複数
のロータディスクと協動する複数のステータリングから
成る。該ポンピングステージは,ロータディスク及び対
応するステータディスクの表面が相対的に離隔されてい
るところのポンピングチャンネルとして知られるガス流
路用の領域,及びロータ及び対応するステータディスク
の表面が互いに非常に接近するところの高気密ゾーンを
与える。ロータディスクは平坦なディスクか,または傾
斜し近接配置された複数の羽を有するディスクから形成
される。
及び羽根付きディスクの両方から成り,10-8Paのオーダ
ーの真空レベルを達成することができる。
現状のポンプでは,ロータは100,000 rpm近くの速度
で,少なくとも25,000rpmの速度で回転されなければな
らない。
の譲受人に譲渡された米国特許第5,238,362号"TURBOMOL
ECULAR PUMP"に開示されている。また,真空ポンプ内の
ロータのシャフトを回転支持するためのベアリングを使
用することも周知である。
して,真空ポンプのシャフト1は,シャフト1と真空ポン
プのボディ7の間に配置された一対の回転支持体または
ボールベアリングのようなベアリング2及び3を通じて回
転支持される。図5は,ベアリング2及び3の両方が回転
軸と一体のポンプロータ4に関してポンプと同じ側にあ
るところの従来技術を示している。
一体のポンプロータ4の対向端に配置されているところ
の従来技術の他の実施例を示している。
内へのガスの吸気方向を示している。
ポンプを使用することも周知である。集積回路の製造に
おいて,HCl,HBr,Cl2,F2,NH3のような腐食性の混合ガス
が周知のように採用されている。
ターボ分子ポンプを使用することによる一つの主な欠点
は,無視できない量のガスがポンピングステージからの
拡散によって累積されているという事実によって起き
る。結果として,特にロータベアリングなどのポンプ内
部部品の表面は上記混合ガスによる腐食攻撃に直接さら
される。
分子ポンプの急激なダメージを防止するために,耐食性
または"CP"(防食)ポンプとして知られる,腐食環境に
耐えられるよう特別に設計されたポンプを与える必要が
あった。
製造工程において生成される腐食物質の侵入を防止する
バリアを設置するべく,ベアリングを収容する空間内へ
不活性ガス流が流される。
プ稼働中のガスによるロータシャフトのベアリングへの
腐食作用に対抗する付加的な保護バリアを与えることで
ある。
シャフトの回転支持用に磁気ベアリングが使用されるこ
とも周知である。しかし,ターボ分子ポンプのシャフト
を回転支持するための磁気ベアリングの使用は,ポンプ
の回転中に磁気ベアリングに対し一定の電気供給が必要
であるため不利である。
転中にシャフトを回転支持する磁気ベアリングは突然電
気を切断されることになる。その結果,ポンプロータは
25,000以上の最高速度で回転している時に停止状態に向
かい,ロータベアリングの破損が生じる。
たとえ主電源からの供給がなくても,ポンプロータが停
止するまで,ロータ運動エネルギーを磁気ベアリングに
供給するための電気エネルギーに変換するために従来の
バッテリ及び/または装置が使用される。
両方の点で複雑かつ高価である。さらに,それらは例え
ば配線ケーブルの破損による電力の損失に対して十分な
信頼性を与えられない。
アリングはベアリングの破損を防止するために過剰な負
荷供給,磁気ベアリングの誤動作,またはこれらがもは
や供給されないか若しくは同様の条件のときにのみ介在
するものである。
アップベアリングとして知られ,概して図5(A)及び(B)
に示される配置に従って,バックアップ支持体の回転リ
ングとポンプのロータの間にギャップを画成する。
と干渉せずに動作するとき,そのようなギャップにより
ポンプロータは自由に回転することができる。しかし,
これらのバックアップベアリングの選択は,ポンプのロ
ータが高速で回転している際には特に厳密である。
非常に高速で回転する表面と静止面との突然の接触は,
回転ボディに対し大きな負荷及び非常に大きな加速度を
伝え,また互いに動く部分間で焼付きを発生させ非常に
大きなパワーの散逸が生じる。
るために,小さいサイズのバックアップベアリングを使
用することが好適である。例えば,2つのベアリングの
内のひとつが真空ポンプのロータ内に収容されていると
ころの図5(B)に示された実施例では,これが重要であ
る。しかし,この周知のアプローチは,上記問題を部分
的に解決するに過ぎず,さらに,図5(B)において矢印6
で示すポンプガスが入るところの吸入口を部分的に妨げ
る,ロータ内に配置されたベアリングを固定するための
複雑な装置が必要になるという付加的な欠点をもたら
す。さらに,ポンプの入口側に配置されたそのようなバ
ンクアップベアリングが滑らかでなければ,ポンプ部品
表面からの塵及びパーティクルによって排気されるべき
容積を汚染してしまう。
積に面するポンプ側に配置されたバックアップベアリン
グが,処理工程において使用される可能腐食ガスの攻撃
にさらされ,その結果急速にダメージを受けるという事
実から生じる。
点のない小さいサイズの補助ベアリングを与えることで
ある。
空ポンプのロータを支持するためのベアリング組立体を
有する真空ポンプが与えられる。ポンプのロータは,回
転支持手段が内部に配置されるところの中空の回転シャ
フトから成る。
リング組立体は,真空ポンプのボディと一体であってか
つ実質的にシャフトと同軸の支持ジャーナル及びブロッ
キング・スリーブ・カラーを有する。ブロッキング・ス
リーブ・カラーは支持ジャーナル上に回転支持手段を維
持する。剛性スリーブが回転支持手段の間に挿入され
る。中空シャフト内に配置された軸制限リングが,回転
支持手段を支持ジャーナル上へ適当に配置するために使
用され得る。
ンプのロータを支持するためのベアリング組立体は,中
空シャフト,シャフトを支持するための磁気回転手段,
及びシャフト内に配置された補助的機械的回転手段とか
ら成る。ベアリング組立体は,さらに補助的機械的回転
手段に近接して配置された軸予圧手段から成る。軸予圧
手段及び補助的機械的回転手段はボールまたはローラベ
アリングから形成され,ポンプガスの入口側と反対側の
ポンプ側に載置される。
子ポンプに応用可能である。
面に示された本発明の好適であるが唯一でない実施例の
説明から理解可能である。
う回転ベアリング組立体は,真空ポンプのボディのベー
ス13に回転可能に固定され,かつロータ3(図1(A)には
一部しか示されていない)がきつく固定されているとこ
ろの実質的に円筒形の内部キャビティ14を有する回転中
空シャフト2により包囲されるジャーナル部材1と,該ジ
ャーナル部材とジャーナル部材を収容する回転中空シャ
フト2の円筒形キャビティ14の内側面の間に挿着された
一対のボールまたはローラーベアリング4及び5から成
る。
の閉止端及び開放端またはベース付近のジャーナル部材
1の対向端に締め付けられた2つのスリーブカラー6及び
7のそれぞれの側であって,またベアリング4及び5の間
に配置されたスリーブ8の側の支持ジャーナル上の所望
の位置に維持される。
がることによって回転中空シャフト2及びロータ3がポン
プの静止部分と接触することを防止するべく,ジャーナ
ル部材1を強化しかつ剛性化するために使用される。
の内側キャビティの円環状の溝11及び12内に部分的に収
容された軸制限リング9及び10が与えられる。
が中空シャフト2に関して回転する際に中空シャフト2が
ジャーナル部材1から脱落することを防止する。
示す図1(A)を参照して,回転中空シャフト2内の内側キ
ャビティ14の円筒形断面は,ジャーナル部材1の自由端
に隣接するキャビティ端部において直径減少部分16を有
し,それによってボールベアリング5用の突き合わせ段
差またはショルダ15が形成される。
と,回転中空シャフト2の円筒キャビティ内に与えられ
る円環状溝内に部分的に受設された単一のシーリングリ
ング17との間の協働により,ジャーナル部材1に関して
回転中空シャフト2の軸制限が得られる。
組立体の他の実施例であり,中空シャフト2を回転し補
助的に支持するための主な手段は磁気ベアリング及び機
械的ベアリングから成る。図2(A)において,磁気ベア
リングは18及び19で示され,機械的ベアリング組立体は
4'及び5'として示されている。
いて,メイン磁気ベアリング18及び19の作動時に中空シ
ャフト2の回転が補助ベアリング4'及び5'により邪魔さ
れないように,また同時に磁気ベアリング18及び19が故
障した場合またはそれらに過剰な負荷がかけられた時に
中空シャフト2の内側キャビティ14の内側面が補助ベア
リング4'及び5'と接触するように,補助ベアリング4'及
び5'と中空シャフト2の間にギャップ20が形成されてい
る。
リング4'及び5'が,軸予圧(axial preloading)を得るべ
くそれぞれベアリング21及び22と結合されている。
ベアリングと接触する際のロータのより厳密な制限のた
めに,及びローリング部材がローリングレースに関して
とる位置による補助ベアリング4'及び5'のダメージを防
止するために有用である。
中空シャフト2がジャーナル部材1から引っ込むのを防止
するべく与えられた軸制限手段の3つの実施例が示され
ている。
は,ベアリング4'及び5'が補助ベアリングとして動作
し,図3の実施例と同様の軸予圧を有するところの装置
に関する。しかし,図4(A),(B)及び(C)の装置は,軸
予圧を与えない実施例においてもまたそのようなベアリ
ングがポンプシャフトの主支持を構成するところの実施
例においても使用可能である。
4'及び21の対と真空ポンプの回転中空シャフト2との間
の回転中空シャフト2の内側キャビティ14内に配置され
た円筒スリーブ23を有する軸制限手段の一つの実施例を
示す。
に配置された円筒スリーブ23の自由端は,最も内側のベ
アリング対5'及び22に対して軸停止ショルダを画成し,
それによってベアリング4'及び21並びに5'及び22を担持
するジャーナル部材1からの回転中空シャフト2の引き込
みが防止される。
円筒スリーブ23の自由端は90°に外側に折られたリム26
を有し,それを通過するネジ25によって,リム26が中空
シャフト2のベース上に形成された補強リム24へ固く締
め付けられる。
て,中空シャフト2の内側キャビティ14の狭い部分16'
は,最も外側のベアリング21及び4'付近に配置され,ベ
アリング4'及び21と真空ポンプの中空シャフト2の間の
中空シャフト2の内側キャビティ14内に配置された円筒
スリーブ23'に対して突き合わせ段差15'を画成する。内
側キャビティ14内に配置された円筒スリーブ23'の自由
端は内側に90°折れたリムを有し,最も外側のベアリン
グ4'及び21に対する軸停止ショルダを画成する。
強リム24へネジ25により固定されたキャップ28は,中空
シャフト2の内側キャビティ14のショルダ15'により形成
される段差に対して円筒スリーブ23'を強く押し,ベア
リング4',21,5'及び22が載置されるジャーナル部材1か
らの中空シャフト2の引き込みを防止する。
はさらに円筒スリーブ23'の自由端を受設するための円
形溝29を有する。
を示し,シャフト2の内側キャビティ14は,最も内側の
ベアリング5'及び22に配置された第1の狭い部分16と,
最も外側のベアリング4'及び21に配置された第2の狭い
部分16'を有し,またそれぞれ突き合わせ段差15及び15'
を画成する。
な断面を有するリア部分を有する円筒スリーブ23''は,
ベアリング4'及び21と真空ポンプの中空シャフト2との
間の中空シャフト2の内側キャビティへ進入する。
置された自由端に関して,そのような円筒スリーブ23''
は,ベアリング4',21,5'及び22が載置された支持ジャー
ナル部材1からのシャフト2の引き込みを防止する,最も
内側のベアリング5'及び22用の軸停止ショルダを画成す
る。
いて,そのような円筒スリーブ23''は,さらに外側に90
°折り曲がったリム30を有し,該リム30を通じるネジ25
によってリム30はシャフト2のベース上に与えられる補
強リム24へきつく固定される。
アリング4',21,5'及び22が補助支持体として使用される
際には,主要な磁気支持体が作動しているとき補助ベア
リングに関して中空シャフト2が自由に回転できるよう
に,動く部品とベアリング4',21,5'及び22の間にはギャ
ップ20が与えられる。
3'より大きな断面を有するリア部がより大きな直径を有
するシャフト2の内側キャビティ14部内に収容され,支
持ジャーナル部材1が真空ポンプのボディに固定される
領域を弱めるようなより細い支持ジャーナル部材1を要
求することなく,図4(A)に示される実施例に比べより
大きな外側ベアリング4'及び21の載置が可能になる。
持ジャーナル部材1の自由端は狭い部分31を有し,最も
外側のベアリングと等しいかより小さいサイズを有する
最も内側のベアリング5'及び22がそこに載置されてい
る。
助支持の両方の機械的支持体は従来に比べより小さいサ
イズを有し,それらはロータシャフト内に収容されるた
め,それらは排気されるべきガスが流れるポンプゾーン
から分離され続け,その結果それらはガス侵食作用から
保護されている。
械的ベアリングの挿着によって生成されるパーティクル
は,排気される領域から分離され続ける。
計である。ロータシャフトは部分的に中空であるため,
曲げ応力に対してより大きな抵抗を示し,また急激なロ
ータの回転にしばしば有用なフレキシブルな剛性/質量
比を増加させるより小さい質量を示す。
スは,ベアリングが載置された支持ジャーナルがシャフ
トを解体することなくポンプのロータシャフトから引き
抜くことによって簡単に交換できることから時間の浪費
もより少ない。
側のポンプのベース上に配置することにより,より効果
的な熱放散が得られる。
転ベアリングの配置を示した真空ポンプの部分断面図で
ある。図1(B)は,本発明の第2の実施例に従う,回転
ベアリングの配置を示した真空ポンプの部分断面図であ
る。
転ベアリングの配置を示した真空ポンプの部分断面図で
ある。図2(B)は,本発明の第4の実施例に従う,回転
ベアリングの配置を示した真空ポンプの部分断面図であ
る。
アリングの配置を示した真空ポンプの部分断面図であ
る。
軸制限手段を示した真空ポンプの部分断面図である。図
4(B)は,本発明の他の実施例に従う,軸制限手段を示
した真空ポンプの部分断面図である。図4(C)は,本発
明のさらに他の実施例に従う,軸制限手段を示した真空
ポンプの部分断面図である。
う,回転ベアリングの配置を示した真空ポンプの部分断
面図である。図5(B)は,従来技術の他の実施例に従
う,回転ベアリングの配置を示した真空ポンプの部分断
面図である。
Claims (23)
- 【請求項1】真空ポンプのロータを支持するためのベア
リング組立体であって,前記真空ポンプは前記ロータと
一体のロータディスク及び前記真空ポンプのボディと一
体のステータリングにより形成される複数のガスポンピ
ングステージから成り,内部にキャビティを形成する前
記ロータの中空シャフトと,前記シャフト内に収容され
た回転支持手段と,から成るベアリング組立体。 - 【請求項2】請求項1に記載のベアリング組立体であっ
て,さらに真空ポンプの前記ボディと一体でありかつ実
質的に前記中空シャフトと同軸である支持ジャーナルか
ら成り,前記回転支持手段が,前記支持ジャーナルの外
側表面と前記キャビティの内側表面との間に挿着され,
排気されるガスの吸気側と反対側のポンプ側に載置され
ている,ところのベアリング組立体。 - 【請求項3】請求項1に記載のベアリング組立体であっ
て,前記回転支持手段が複数のボールまたはローラーベ
アリングから形成される,ところのベアリング組立体。 - 【請求項4】請求項2に記載のベアリング組立体であっ
て,さらに前記回転支持手段を前記支持ジャーナル上に
維持するためのブロッキング・スリーブ・カラーから成
る,ベアリング組立体。 - 【請求項5】請求項4に記載のベアリング組立体であっ
て,さらに前記回転支持手段の間に挿着された剛性スリ
ーブから成る,ベアリング組立体。 - 【請求項6】請求項5に記載のベアリング組立体であっ
て,前記中空シャフトは前記回転支持手段に隣接する突
き合わせ段差またはショルダを形成する半径の小さい端
部を有する,ところのベアリング組立体。 - 【請求項7】請求項5に記載のベアリング組立体であっ
て,前記中空シャフトは,前記キャビティの内側面内に
少なくとも一つの円環溝を有し,また前記円環溝内に部
分的に収容される少なくとも一つの軸制限リングを有す
る,ところのベアリング組立体。 - 【請求項8】真空ポンプのロータを支持するためのベア
リング組立体であって,前記真空ポンプは前記ロータ及
び前記真空ポンプのボディとそれぞれ一体のロータディ
スク及びステータリングにより形成される複数のガスポ
ンピングステージから成り,内部に軸キャビティを形成
する前記ロータの中空シャフトと,前記中空シャフトを
支持するための磁気回転手段と,前記シャフト内に配置
された,前記中空シャフトを支持するための補助機械的
回転手段と,から成るベアリング組立体。 - 【請求項9】請求項8に記載のベアリング組立体であっ
て,さらに真空ポンプの前記ボディと一体でありかつ実
質的に前記ロータの前記中空シャフトと同軸である支持
ジャーナルから成り,前記補助機械的回転手段が,前記
支持ジャーナルの外側表面と前記軸キャビティの内側表
面との間に挿着され,前記補助回転支持手段と前記軸キ
ャビティの前記内側面との間にギャップが与えられる,
ところのベアリング組立体。 - 【請求項10】請求項8に記載のベアリング組立体であ
って,前記回転支持手段は複数のボールまたはローラー
ベアリングで形成されている,ところのベアリング組立
体。 - 【請求項11】請求項8に記載のベアリング組立体であ
って,さらに前記補助機械的回転手段に隣接する軸予圧
手段から成る,ベアリング組立体。 - 【請求項12】請求項11に記載のベアリング組立体で
あって,前記軸予圧手段は複数のボールまたはローラー
ベアリングから形成される,ところのベアリング組立
体。 - 【請求項13】請求項9に記載のベアリング組立体であ
って,さらに前記補助機械的回転手段を前記支持ジャー
ナル上に配置するための間隔スリーブカラーから成る,
ベアリング組立体。 - 【請求項14】請求項13に記載のベアリング組立体で
あって,さらに前記補助機械的回転手段の間に挿着され
た剛性スリーブから成る,ベアリング組立体。 - 【請求項15】請求項11に記載のベアリング組立体で
あって,前記ロータの前記中空シャフトは,前記補助機
械的回転手段に隣接する突き合わせ段差またはショルダ
を形成する半径の小さい端部を有する,ところのベアリ
ング組立体。 - 【請求項16】請求項9に記載のベアリング組立体であ
って,前記中空シャフトは前記キャビティの前記内側面
内に少なくとも一つの円形溝を有し,また前記補助機械
的回転手段を制限するための,その溝内部に部分的に収
容された少なくとも一つの軸制限リングを有する,とこ
ろのベアリング組立体。 - 【請求項17】請求項9に記載のベアリング組立体であ
って,前記中空シャフトの前記キャビティは実質的に円
筒形である,ところのベアリング組立体。 - 【請求項18】請求項8に記載のベアリング組立体であ
って,前記磁気回転手段及び補助機械的回転手段は,排
気されるガスの吸気側と反対側のポンプ側に載置されて
いる,ところのベアリング組立体。 - 【請求項19】請求項9に記載のベアリング組立体であ
って,さらに前記補助機械的回転手段のための軸制限手
段から成り,該軸制限手段は,前記中空シャフトの前記
軸キャビティの前記内側面と前記補助機械的回転手段と
の間に配置され,かつ外側で前記中空シャフトのベース
に固定されたスリーブにより形成されている,ところの
ベアリング組立体。 - 【請求項20】請求項19に記載のベアリング組立体で
あって,前記スリーブは,前記補助機械的回転手段に対
してショルダを画成するべく約90°内側に曲げられたリ
ムを有する,ところのベアリング組立体。 - 【請求項21】請求項19に記載のベアリング組立体で
あって,フロント部及びリア部を有し,前記フロント部
の断面は前記リア部の断面より小さく,前記中空シャフ
トの前記キャビティは第1内側狭部及び第2外側狭部を
有し,前記スリーブの前記フロント部は第1内側狭部に
おいて前記キャビティ内に収容され,かつ前記スリーブ
の前記リア部は第2外側狭部において前記キャビティ内
に収容されている,ところのベアリング組立体。 - 【請求項22】請求項9に記載のベアリング組立体であ
って,前記支持ジャーナルは前記ポンプの前記ボディか
ら取り外し可能である,ところのベアリング組立体。 - 【請求項23】請求項22に記載のベアリング組立体で
あって,前記ポンプはターボ分子ポンプである,ところ
のベアリング組立体。
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