KR101185265B1

KR101185265B1 - 댐퍼 및 진공 펌프

Info

Publication number: KR101185265B1
Application number: KR1020077008491A
Authority: KR
Inventors: 히로타카 나미키; 사토시 오쿠데라
Original assignee: 에드워즈 가부시키가이샤
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2012-09-21
Also published as: EP1811175A1; JPWO2006041113A1; EP1811175B1; EP1811175A4; JP5046647B2; US7993113B2; WO2006041113A1; US20080085202A1; KR20070063003A

Abstract

진공 펌프의 배치 자세의 자유도를 유지하면서, 특정 주파수 대역의 진동의 저감화를 도모할 수 있는 댐퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

벨로즈(44)와 탄성부재(45)를 접촉하지 않는 충분한 간격을 갖고 배치하고, 탄성부재(45)에 스프링 요소(K)와 감쇠 요소(C)를, 벨로즈(44)에 스프링 요소(k)와 매스 요소(m)를 구비시킨다. 이에 의해, 노치 필터형의 진동 절연기를 구성한다. 그리고, 벨로즈(44)와 탄성부재(45)는, 노치 대역의 중심 주파수(fc)가 로터(8)의 회전 주파수의 근방이 되는 각 요소의 정수로 설정된다. 각 요소의 정수에 합치하도록 부재의 재질이나 연장량을 조정한다. 이와 같이, 벨로즈(44)와 탄성부재(45)에 의해 구성되는 노치 필터형의 진동 절연기에 의해, 특정 주파수의 진동, 즉 로터(8)의 회전 주파수 대역의 진동을 적절히 감쇠시킬 수 있다.

Description

댐퍼 및 진공 펌프{DAMPER AND VACUUM PUMP}

본 발명은, 진공 펌프에서 발생한 진동의 전파(전도)를 억제하는 기구를 갖는 댐퍼 및 진공 펌프에 관한 것이다.

진공 펌프를 이용하여 배기 처리를 행하고, 내부가 진공으로 유지되는 진공장치를 이용하는 장치에는, 반도체 제조장치, 전자 현미경, 표면 분석장치, 미세 가공장치 등이 있다.

또, 각종 진공 펌프 중, 고진공 환경을 실현하기 위해 많이 사용되는 것으로, 터보 분자 펌프가 있다.

터보 분자 펌프는, 흡기구 및 배기구를 가지는 케이싱의 내부에서 로터가 고속 회전하도록 구성되어 있다. 케이싱의 내주면에는, 스테이터 날개가 다단으로 배치되어 있고, 한편, 로터에는 로터 날개가 방사상이면서 다단으로 배치되어 있다. 로터가 고속 회전하면, 로터 날개와 스테이터 날개의 작용에 의해 기체가 흡기구로부터 흡인되고, 배기구로부터 배출되도록 되어 있다.

그런데, 터보 분자 펌프는, 로터가 고속 회전하면, 모터의 코깅(cogging) 토크에 의해 진동이 발생한다. 또, 로터는, 완전히 균형이 잡히지 않은 경우에는, 축의 흔들림에 의한 진동이 발생할 우려도 있다.

이러한 진공 펌프에서 발생한 진동이, 진공장치 측으로 전파하게 되면 장치의 성능에 지장을 초래할 우려가 있다. 예를 들면, 전자 현미경이나 표면 분석장치 등은, μ 오더나 나노 오더의 미소 진동이어도 큰 영향을 받을 우려가 있다.

그래서 종래, 진공 챔버와 진공 펌프 사이에 댐퍼를 배치하고, 진공 펌프에서 발생하는 진동(미소 진동을 포함한다)이 진공 챔버로 전파되는 것을 억제하였다.

댐퍼로서는, 예를 들면, 주면을 주름관 형상으로 절곡 형성한 얇은 스테인리스 합금제의 부재(벨로즈, Bellows)를 실리콘 러버 등의 탄성부재로 피복한 것이 이용된다. 진공 펌프 사용시에는, 이 댐퍼에 바깥쪽으로부터 호스밴드 등을 장착하여 댐퍼를 조인다.

이 댐퍼는, 댐핑 특성을 크게 하기 위해, 즉, 진동의 절연성을 향상시키기 위해, 댐퍼의 계 전체의 고유 진동수를 낮게(예를 들면, 100Hz 이하) 설정하는 것이 바람직하다.

고유 진동수의 저하는, 댐퍼의 강성 및 감쇠 계수를 작게 함으로써 실현할 수 있다.

그러나, 댐퍼는, 대기 중에 배치되기 때문에, 진공 배기 유로와 대기의 압력차에 견딜 수 있는 구조가 필요로 된다. 그 때문에, 댐퍼에는, 어느 정도의 높은 강성이 요구된다. 즉, 댐퍼의 강성을 작게 하기 위해서는　한계가 있었다.

진공 펌프 기동시나 정지시 등의 가감속 시에 있어서, 로터 회전수가 댐퍼의 계 전체의 고유 진동수를 통과한다. 이 고유 진동수 통과시에, 즉, 로터 진동수와 댐퍼의 계 전체의 고유 진동수가 일치한 경우에 공진을 일으킨다.

또, 로터를 지지하는 힘이나 배관 등으로부터 전해져 오는 외란에 의해, 이 주파수의 진동이 여기되게 되는 경우가 있다. 특히, 고유 진동수 부근의 대역에 대해서는, 댐퍼를 사용하지 않는 경우보다 진동이 현저히 커지게 되는 경우도 있다.

공진 현상은, 작은 외력에서도 큰 진동을 생기게 하는데, 댐퍼의 계 전체에 있어서의 감쇠 계수를 크게 함으로써, 공진시의 변위(흔들림 폭)를 작게 할 수 있다.

이러한 공진에 의한 영향을 저감시키기 위해, 댐퍼에는, 어느 정도의 높은 감쇠 계수가 요구된다. 즉, 댐퍼의 감쇠 계수를 작게 하는데도 한계가 있었다.

그래서 종래, 댐퍼의 계 전체의 고유 진동수를 저하시키기 위한 기술이, 하기 특허 문헌을 비롯하여, 여러 가지 제안되어 있다.

[특허 문헌 1：일본국 특허 공개공보 소59－221482호]

[특허 문헌 2：일본국 실용신안 등록공보 제 3092699호]

특허 문헌 1에는, 진공 펌프가 받는 흡인력을 상쇄시키기 위한 밸런스용 진공실을 배치하는 기술이 제안되어 있다. 이러한 밸런스용 진공실을 배치함으로써 벨로즈에 작용하는 압축력을 억제할 수 있다. 이에 의해, 벨로즈를 보다 부드러운 부재로 형성해도 대략 자유 길이로 기능시킬 수 있어, 댐퍼의 계 전체의 고유 진동수를 저하시킬 수 있다.

또, 특허 문헌 2에는, 진공 인력을 연선(撚線) 와이어로 받는 기술이 제안되어 있다. 연선 와이어를 이용하여 진공력에 견딜 수 있는 구성으로 함으로써, 댐퍼 의 고유 진동수를 작게 할 수 있다.

그러나, 감쇠 계수를 작게 하여 댐퍼의 계 전체의 고유 진동수를 저하시키는 경우에는, 외란을 받은 경우의 진공 펌프의 안정성이 손상될 우려가 있다.

또, 댐퍼의 강성을 작게 하여 댐퍼의 계 전체의 고유 진동수를 저하시키는 경우에는, 진공 펌프를 도립 자세(흡기구를 아래로 향함)나 수평 자세(옆으로 향함)로 배치했을 때에 진공 펌프의 안정 지지를 할 수 없게 될 우려가 있다. 상세하게는, 진공 펌프를 도립 자세나 수평 자세로 배치한 경우에는, 진공 펌프의 자중에 의해 댐퍼에 휨이나 경사가 생길 우려가 있다. 이러한 휨이나 경사 등의 불량이 생기게 되면, 진공 펌프의 배치 자세의 자유도(유연도)가 제한되게 된다.

그래서, 본 발명은, 진공 펌프의 배치 자세의 자유도(유연도)를 유지하면서, 특정 주파수 대역의 진동의 저감화를 도모할 수 있는 댐퍼 및 진공 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재된 발명은, 진공장치와 상기 진공장치의 배기 처리를 행하는 진공 펌프 사이에 배치되고, 상기 진공 펌프에서 발생한 진동을 상기 진공장치로 전파하는 것을 억제하는 댐퍼로서, 진동 에너지를 억제하는 진동 흡수 해석 모델에 있어서, 스프링 상수(k)의 스프링 요소 및 질량(m)의 매스(질량) 요소를 구비한 제 1 진동 흡수성 부재와, 상기 제 1 진동 흡수성 부재와 접촉하지 않는 위치에 배치되고, 진동 에너지를 억제하는 진동 흡수 해석 모델에 있어서, 스프링 상수(k)의 스프링 요소 및 점성 감쇠 계수(C)의 감쇠 요소를 구비한 제 2 진동 흡수성 부재를 구비하고, 상기 제 1 진동 흡수성 부재 및 상기 제 2 진동 흡수성 부재는, 특정 주파수 대역에 있어서 급격한 감쇠 특성을 가지는 노치 필터형의 진동 절연 구조를 형성함으로써 상기 목적을 달성한다.

청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 제 1 진동 흡수성 부재는, 주면이 주름관 형상의 박육 원통부재에 의해 형성되고, 상기 제 2 진동 흡수성 부재는, 탄성부재에 의해 형성되고, 상기 박육 원통부재의 외주에 배치한다.

청구항 3에 기재된 발명은, 청구항　1 또는 청구항 2에 기재된 발명에 있어서, 상기 진공 펌프는, 흡기구 및 배기구, 또, 상기 흡기구로부터 상기 배기구까지 기체를 이송하는 기체 이송 기구를 구비하고, 상기 기체 이송 기구는, 상기 진공 펌프에 내포된 회전체의 회전 작용에 의해 기체를 이송하고, 상기 노치 필터형의 진동 절연 구조에 있어서의 상기 특정 주파수 대역의 중심 주파수(fc)는, 상기 제 1 진동 흡수성 부재의 고유 진동수에 의해 정해지고, 상기 제 1 진동 흡수성 부재 및 상기 제 2 진동 흡수성 부재에 있어서의 각 요소는, 상기 특정 주파수 대역의 중심 주파수(fc)가 상기 회전체의 회전 주파수와 대략 일치하도록 구성한다.

또한, 상기 제 1 진동 흡수성 부재의 고유 진동수는, 예를 들면, 2차 이상의 고유 진동수를 포함해도 된다.

청구항 4에 기재된 발명은, 청구항　2 또는 청구항 3에 기재된 발명에 있어서, 상기 특정 주파수 대역의 중심 주파수(fc)는, 상기 박육 원통부재의 고유 진동수를 변화시킴으로써 조정한다.

청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 4에 기재된 발명에 있어서, 상기 박육 원통부재는, 그 양단이 각각 제 1 부재 및 제 2 부재에 고정되고, 상기 탄성부재도 또, 그 양단이 각각 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재에 고정되고, 상기 박육 원통부재의 고유 진동수는, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재의 간격을 변화시켜, 상기 박육 원통부재의 연장량을 조절한다.

청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 5에 기재된 발명에 있어서, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재의 간격은, 상기 제 1 부재 또는 상기 제 2 부재의 적어도 한쪽 부재와, 상기 탄성부재 사이에 스페이서 부재를 삽입, 또는, 조정 나사를 이용하여 틈을 형성함으로써 조정한다.

청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 5에 기재된 발명에 있어서, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재의 간격은, 상기 제 1 부재 또는 상기 제 2 부재의 적어도 한쪽 부재와, 상기 탄성부재의 간격을 액추에이터를 이용하여 변화시킴으로써 조정한다.

청구항 8에 기재된 발명은, 청구항 7에 기재된 발명에 있어서, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재의 간격은, 상기 회전체의 회전 주파수에 의거하여 변화시킨다.

청구항 9에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 댐퍼를 구비함으로써 상기 목적을 달성한다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면, 상수(k)의 스프링 요소 및 질량(m)의 매스(질량) 요소를 구비한 제 1 진동 흡수성 부재, 및, 스프링 상수(k)의 스프링 요소 및 점성 감쇠 계수(C)의 감쇠 요소를 구비한 제 2 진동 흡수성 부재를 이용하여 노치 필터형의 진동 절연 구조를 형성함으로써, 적절히 특정 주파수 대역의 진동의 저감화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 관한 댐퍼부를 구비한 터보 분자 펌프의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2a는 종래의 댐퍼 장치의 모델을 나타낸 도면이고, 도 2b는 본 실시형태에 관한 댐퍼부의 모델을 나타낸 도면이다.

도 3은 벨로즈의 고유 진동수와 진동 저감의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 4는 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구를 가지는 댐퍼부를 구비한 터보 분자 펌프의 구성을 나타낸 도면이다.

도 5는 스페이서에 의한 확장 간격을 변화시킨 경우에 있어서의, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 변화 모습의 일례(측정예)를 나타낸 그래프이다.

도 6은 스페이서에 의한 확장 간격을 변화시킨 경우에 있어서의, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 변화 모습의 다른 측정예를 나타낸 그래프이다.

도 7은 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구(변형예 1)를 가지는 댐퍼부를 구비한 터보 분자 펌프의 구성을 나타낸 도면이다.

도 8은 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구(변형예 2)를 가지는 댐퍼부를 구비한 터보 분자 펌프의 구성을 나타낸 도면이다.

도 9는 댐퍼 장치를 별체로 구성한 경우에 있어서의 터보 분자 펌프의 배치예를 나타낸 도면이다.

<부호의 설명>

1 터보 분자 펌프 2 케이싱

3 베이스 4 흡기구

5 플랜지부 6 배기구

7 샤프트 8 로터

9 회전 날개 10 원통부재

11 모터부 12 자기 베어링부

13 자기 베어링부 14 자기 베어링부

15 변위 센서 16 변위 센서

17 변위 센서 18 금속 디스크

19 전자석 20 전자석

21 고정 날개 22 나사홈 스페이서

23 스페이서 24 오목홈

25 볼트구멍 30 제어장치

41 원통부재 42 플랜지부

43 스토퍼부 44 벨로즈

45 탄성부재 46 볼트

47 스페이서 48 관통공

49 주 스페이서 50 조정 스페이서

51 주 스페이서 52 조정 나사

53 나사 구멍 54 조정 액추에이터

55 플랜지 56 오목홈

57 볼트구멍 58 볼트

59 O링 60 진공장치

70 터보 분자 펌프 80 댐퍼 장치

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해, 도 1~도 9를 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시형태에서는, 진공 펌프의 일례로서 터보 분자 펌프를 이용하여 설명한다.

도 1은, 본 실시형태에 관한 댐퍼부(D)를 구비한 터보 분자 펌프(1)의 구성을 나타낸 도면이다. 또한, 도 1은, 축선방향의 단면을 나타낸다.

또, 도 1에는, 터보 분자 펌프(1)에 접속된 진공장치(60)의 일부도 나타낸다.

본 실시형태에 관한 터보 분자 펌프(1)는, 댐퍼부(D)와 펌프부(P)로 이루어진다. 또한, 펌프부(P)는, 터보 분자 펌프부(T)와 나사홈 펌프부(S)를 구비한다.

터보 분자 펌프(1)의 펌프부(P)의 외장체를 형성하는 케이싱(2)은, 대략 원통상의 형상을 하고 있고, 케이싱(2)의 하부(배기구(6) 측)에 배치된 베이스(3)와 함께 펌프부(P)의 케이싱을 구성하고 있다. 그리고, 이 케이싱의 내부에는, 터보 분자 펌프(1)에 배기 기능을 발휘시키는 구조물, 즉, 기체 이송 기구가 수납되어 있다.

이 기체 이송 기구는, 크게 나누어 회전 자유롭게 축지지된 회전부와 케이싱에 대해 고정된 고정부로 구성되어 있다.

케이싱(2)의 단부에는, 터보 분자 펌프(1)의 펌프부(P)로 기체를 도입하기 위한 흡기구(4)가 형성되어 있다. 또, 케이싱(2)의 흡기구(4) 측의 단면에는, 외주측으로 돌출한 플랜지부(5)가 형성되어 있다.

또, 베이스(3)에는, 터보 분자 펌프(1)로부터 기체를 배기하기 위한 배기구(6)가 형성되어 있다.

회전부는, 회전축인 샤프트(7), 이 샤프트(7)에 배치된 로터(8), 로터(8)에 배치된 회전 날개(9), 배기구(6) 측(나사홈 펌프부(S))에 배치된 원통부재(10) 등으로 구성되어 있다.

회전 날개(9)는, 샤프트(7)의 축선에 수직인 평면으로부터 소정의 각도만큼 경사져서 샤프트(7)로부터 방사상으로 연장한 블레이드로 이루어진다.

또, 원통부재(10)는, 로터(8)의 회전축선과 동심의 원통 형상을 한 부재로 이루어진다.

샤프트(7)의 축선방향 중간 정도에는, 샤프트(7)를 고속 회전시키기 위한 모터부(11)가 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 일례로서 모터부(11)는 이하와 같이 구성된 브러시가 없는 DC 브러시리스 모터로 한다.

모터부(11)에서는, 샤프트(7)의 주위에 영구자석이 고착되어 있다. 이 영구 자석은, 예를 들면 샤프트(7)의 둘레에 N극과 S극이 180°마다 배치되도록 고정되어 있다. 이 영구자석의 주위에는, 샤프트(7)로부터 소정의 클리어런스를 거쳐, 예를 들면 6개의 전자석이 60°마다 샤프트(7)의 축선에 대해 대칭적으로 대향하도록 배치되어 있다.

또, 터보 분자 펌프(1)에는, 회전수 센서가 배치되어 있다. 제어장치(30)는, 이 회전수 센서의 검출 신호에 의해 샤프트(7)의 회전수를 검출할 수 있도록 되어 있다.

또한, 터보 분자 펌프(1)에는, 예를 들면, 모터부(11)의 근방에, 샤프트(7)의 회전의 위상을 검출하는 위상 센서가 배치되어 있다. 제어장치(30)는, 이 위상 센서와 회전수 센서의 검출 신호를 함께 이용하여 영구자석의 위치를 검출하도록 되어 있다.

제어장치(30)는, 검출한 자극의 위치에 따라, 샤프트(7)의 회전이 지속하도록 전자석의 전류를 차례로 전환한다. 즉, 제어장치(30)는, 6개의 전자석의 여자 전류를 전환함으로써 샤프트(7)에 고정된 영구자석 둘레에 회전 자계를 생성하고, 영구자석을 이 회전 자계에 추종시킴으로써 샤프트(7)를 회전시킨다.

샤프트(7)의 모터부(11)에 대해 흡기구(4) 측, 및 배기구(6) 측에는, 샤프트(7)를 래디얼 방향(직경 방향)으로 축지지하기 위한 자기 베어링부(12, 13), 샤프트(7)의 하단에는, 샤프트(7)를 축선방향(축선(axial) 방향)으로 축지지하기 위한 자기 베어링부(14)가 배치되어 있다.

이들 자기 베어링부(12~14)는, 이른바 5축 제어형의 자기 베어링을 구성한 다.

샤프트(7)는, 자기 베어링부(12, 13)에 의해 래디얼 방향(샤프트(7)의 직경 방향)으로 비접촉으로 지지되고, 자기 베어링부(14)에 의해 스러스트 방향(샤프트(7)의 축방향)으로 비접촉으로 지지되어 있다.

또, 자기 베어링부(12~14)의 근방에는, 각각 샤프트(7)의 변위를 검출하는 변위 센서(15~17)가 배치되어 있다.

자기 베어링부(12)에서는, 4개의 전자석이 샤프트(7)의 주위에, 90°마다 대향하도록 배치되어 있다. 샤프트(7)는, 고투자율재(철 등) 등에 의해 형성되고, 이들 전자석의 자력에 의해 흡인되도록 되어 있다.

변위 센서(15)는, 샤프트(7)의 래디얼 방향의 변위를 소정의 시간 간격으로 샘플링하여 검출한다. 그리고 제어장치(30)는, 변위 센서(15)로부터의 변위 신호에 의해 샤프트(7)가 래디얼 방향으로 소정의 위치로부터 변위한 것을 검출하면, 각 전자석의 자력을 조절하여 샤프트(7)를 소정의 위치로 되돌리도록 동작한다. 이 전자석의 자력의 조절은, 각 전자석의 여자 전류를 피드백 제어함으로써 행해진다.

제어장치(30)는, 변위 센서(15)의 신호에 의거하여 자기 베어링부(12)를 피드백 제어하고, 이에 의해 샤프트(7)는, 자기 베어링부(12)에 있어서 전자석으로부터 소정의 클리어런스를 사이에 두고 래디얼 방향으로 자기 부상하고, 공간 중에 비접촉으로 유지된다.

자기 베어링부(13)의 구성과 작용은, 자기 베어링부(12)와 동일하다. 제어장치(30)는, 변위 센서(16)의 신호에 의거하여 자기 베어링부(13)를 피드백 제어하 고, 이에 의해 샤프트(7)는, 자기 베어링부(13)에서 래디얼 방향으로 자기 부상하고, 공간 중에 비접촉으로 유지된다.

이와 같이, 샤프트(7)는, 자기 베어링부(12, 13)의 작용에 의해, 래디얼 방향으로 소정의 위치에서 유지된다.

또, 자기 베어링부(14)는, 원판형상의 금속 디스크(18), 전자석(19, 20)을 구비하고, 샤프트(7)를 스러스트 방향으로 유지한다.

금속 디스크(18)는, 철 등의 고투자율재로 구성되어 있고, 그 중심에 있어서 샤프트(7)에 수직으로 고정되어 있다. 금속 디스크(18) 위에는 전자석(19)이 배치되고, 아래에는 전자석(20)이 배치되어 있다. 전자석(19)은, 자력에 의해 금속 디스크(18)를 위쪽으로 흡인하고, 전자석(20)은, 금속 디스크(18)를 아래쪽으로 흡인한다. 제어장치(30)는, 이 전자석(19, 20)이 금속 디스크(18)에 미치는 자력을 적당하게 조절하고, 샤프트(7)를 스러스트 방향으로 자기 부상시켜, 공간에 비접촉으로 유지하도록 되어 있다.

변위 센서(17)는, 샤프트(7)의 스러스트 방향의 변위를 샘플링하여 검출하고, 이를 제어장치(30)로 송신한다. 제어장치(30)는, 변위 센서(17)로부터 수신한 변위 검출 신호에 의해 샤프트(7)의 스러스트 방향의 변위를 검출한다.

샤프트(7)가 스러스트 방향의 어느 쪽인가로 이동하여 소정의 위치로부터 변위한 경우, 제어장치는, 이 변위를 수정하도록 전자석(19, 20)의 여자 전류를 피드백 제어하여 자력을 조절하고, 샤프트(7)를 소정의 위치로 되돌리도록 동작한다. 제어장치(30)는, 이 피드백 제어를 연속적으로 행한다. 이에 의해 샤프트(7)는 스 러스트 방향으로 소정의 위치에서 자기 부상하고, 유지된다.

이상으로 설명한 바와 같이, 샤프트(7)는, 자기 베어링부(12, 13)에 의해 래디얼 방향으로 유지되고, 자기 베어링부(14)에 의해 스러스트 방향으로 유지되기 때문에, 샤프트(7)의 축선 둘레로 회전하도록 되어 있다.

케이싱의 내주 측에는, 고정부가 형성되어 있다. 이 고정부는, 흡기구(4) 측(터보 분자 펌프부)에 배치된 고정 날개(21)와, 케이싱(2)의 내주면에 배치된 나사홈 스페이서(22) 등으로 구성되어 있다.

고정 날개(21)는, 샤프트(7)의 축선에 수직인 평면으로부터 소정의 각도만큼 경사져. 케이싱의 내주면으로부터 샤프트(7)를 향해 연장한 블레이드로 구성되어 있다.

각 단의 고정 날개(21)는, 원통 형상을 한 스페이서(23)에 의해 서로　사이를 두고 있다.

터보 분자 펌프부(T)에서는, 고정 날개(21)가 축선방향으로, 회전 날개(9)와 번갈아 복수단 형성되어 있다.

나사홈 스페이서(22)에는, 원통부재(10)와의 대향면에 나선홈이 형성되어 있다. 나사홈 스페이서(22)는, 소정의 클리어런스(틈)를 사이에 두고 원통부재(10)의 외주면에 대면하도록 되어 있다. 나사홈 스페이서(22)에 형성된 나선홈의 방향은, 나선홈 내를 샤프트(7)의 회전 방향으로 가스가 수송된 경우, 배기구(6)를 향하는 방향이다.

또, 나선홈의 깊이는, 배기구(6)에 가까워짐에 따라 얕아지도록 되어 있고, 나선홈이 수송되는 가스는 배기구(6)에 가까워짐에 따라 압축되도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 터보 분자 펌프(1)의 펌프부(P)에 의해, 진공장치(60) 내의 진공 배기 처리를 행하도록 되어 있다.

진공장치(60)는, 예를 들면 반도체 장치를 에칭하기 위한 챔버 등의 프로세스 가스의 배출이 필요한 것이나, 전자 현미경의 관찰 시료를 배치하는 챔버 등의 고진공을 요하는 것이다. 이러한 진공장치(60)에 있어서는, 장치의 성능에 지장을 초래할 우려가 있기 때문에, 터보 분자 펌프(1)의 펌프부(P)에서 발생한 진동의 전파가 바람직하지 않다.

그래서, 본 실시형태에 관한 터보 분자 펌프(1)는, 댐퍼부(D)를 통해 진공장치(60)에 접속한다. 댐퍼부(D)는, 터보 분자 펌프(1)의 펌프부(P)에서 발생한 진동(예를 들면, μ 오더나 나노 오더 등의 미소 진동을 포함한다)을 흡수하는 목적으로 배치되어 있다.

댐퍼부(D)는, 중공 원통형상의 원통부재(41)을 구비한다. 이 원통부재(41)의 펌프부(P) 측 단면에는, 외주측으로 돌출한 플랜지부(42)가 형성되어 있다. 또한, 이 플랜지부(42)와 펌프부(P)의 플랜지부(5)는 대향하고 있다.

원통부재(41)는, 펌프부(P)의 케이싱(2)과 동일한 재질의 금속(예를 들면, 알루미늄 합금이나 스테인리스강 등)으로 형성되어 있다.

또, 원통부재(41)의 타단측은, 진공장치(60)의 배기구의 둘레 가장자리부에 고정되어 있다.

이 원통부재(41)의 플랜지부(42)와 펌프부(P)의 플랜지부(5)에 끼워져 장착 되는 상태로, 탄성부재(45)(엘라스토머)가 배치되어 있다. 또한, 이 탄성부재(45)는, 제 2 진동 흡수성 부재로서 기능한다. 또, 원통부재(41)는 제 1 부재로서 기능하고, 플랜지부(5)는 제 2 부재로서 기능한다.

탄성부재(45)는, 환상의 부재(원통 형상의 부재)이며, 실리콘 고무 등의 고무재로 형성되어 있다. 또한, 탄성부재(45)는, 겔재로 형성하도록 해도 된다.

펌프부(P)의 플랜지부(5)에는, 댐퍼부(D)의 플랜지부(42)와의 대향면 상에 환상의 오목홈(24)이 형성되어 있다.

탄성부재(45)의 일단측은, 이 오목홈(24)에 끼워 넣어져 고정되어 있다. 그리고, 탄성부재(45)의 다른 일단측은, 댐퍼부(D)의 플랜지부(42)에 의해 가압되어 있다.

또한, 플랜지부(42)의 외주 가장자리에는, 펌프부(P) 방향으로 돌출하는 스토퍼부(43)가 형성되어 있다. 이 스토퍼부(43)는, 탄성부재(45)가 플랜지부(42)의 외주측으로 어긋나게 되는 것을 억제하기 위한 위치 어긋남 방지부재이다.

또한, 이 스토퍼부(43)는, 플랜지부(42)와 플랜지부(5)에 의해 탄성부재(45)를 끼고 유지할 때의 위치 결정 부재로서도 기능하고 있다.

여기에서, 댐퍼부(D)를 펌프부(P)로 고정하는 방법에 대해 설명한다. 댐퍼부(D)의 펌프부(P)로의 고정에는, 볼트(46), 스페이서(47), 관통공(48), 볼트구멍(25)을 이용한다.

볼트(46)는, 둥근 봉의 일단에 두부를 갖고, 타단 측에 나사가 형성되어 있는 체결 부재이다.

스페이서(47)는, 댐퍼부(D)를 펌프부(P)로 고정할 때에, 볼트(46)에 의해 탄성부재(45)를 너무 조이지 않도록 하기 위한 위치 결정 부재이다.

이 스페이서(47)는, 중공 원통형상의 부재이고, 그 내경은, 볼트(46)의 직경보다 크고, 볼트(46) 두부의 직경보다 작다. 스페이서(47)의 길이 방향의 거리를 바꿈으로써, 댐퍼부(D)의 플랜지부(42)와 펌프부(P)의 플랜지부(5)의 간격을 조절할 수 있다.

관통공(48)은, 플랜지부(42)에 형성된 스루홀(바보 구멍)이고, 그 직경은, 스페이서(47)의 외경보다 크다. 또, 관통공(48)은, 탄성부재(45)의 배치되는 위치보다 내주측에 형성되어 있다.

볼트구멍(25)은, 펌프부(P)의 플랜지부(5)에 형성된 나사구멍이고, 그 크기는 볼트(46)의 형상에 대응하고 있다. 또, 볼트구멍(25)은, 관통공(48)과 대향하는 위치에 형성되어 있다.

조립시에는, 우선, 스페이서(47)를 관통공(48)에 헐겁게 끼운다. 그리고, 이 스페이서(47)에 볼트(46)를 관통시킨다. 볼트(46)를 볼트구멍(25)에 끼워넣고, 볼트(46)를 조인다. 이와 같이 하여, 댐퍼부(D)는 펌프부(P)에 고정된다.

또한, 볼트(46)는, 댐퍼부(D)의 플랜지부(42)와 펌프부(P)의 플랜지부(5)가 너무 떨어지는 것을 규제하는 기능도 가지고 있다.

즉, 댐퍼부(D)의 플랜지부(42)와 펌프부(P)의 플랜지부(5)의 간격은, 스페이서(47)의 움직임에 의해 너무 가까워지지 않도록, 또한, 볼트(46)의 움직임에 의해 너무 떨어지지 않도록 규제되어 있다.

또, 댐퍼부(D)의 원통부재(41)의 내측에는, 벨로즈(44)가 배치되어 있다. 또한, 이 벨로즈(44)는, 제 1 진동 흡수성 부재로서 기능한다.

벨로즈(44)는, 스테인리스강에 의해 형성된, 주름형상의 매끄러운 산형의 연속 단면을 가지는 박육의 관이다. 벨로즈(44)는, 산형으로 형성된 측면이 신축함으로써 탄력성을 발휘한다. 또한, 벨로즈(44)는, 일체 성형 타입이어도, 산마다 용접된 용접 성형 타입이어도 된다.

또, 벨로즈(44)의 양단의 개구부는, 각각 원통부재(41)의 내주벽, 펌프부의 플랜지부(5)와 접합되어 있다. 이들 접합부는, 예를 들면, 납땜 또는 용접에 의해 형성되어 있다. 그리고, 접합부에 있어서의 기밀성을 확보함과 동시에, 펌프부(P)의 진동에 대해서도 충분한 강도를 구비하도록 되어 있다.

다음으로, 이와 같이 구성된 본 실시형태에 관한 댐퍼부(D)의 기능에 대해 상세하게 설명한다.

본 실시형태에 관한 댐퍼부(D)에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 벨로즈(44)는, 탄성부재(45)의 내측에 간격을 갖고 배치되어 있다. 또한, 벨로즈(44)와 탄성부재(45)는, 벨로즈(44)가 압축된 경우에 있어서도, 양자가 접촉하지 않는 간격을 갖고 배치되어 있다.

그리고, 이 벨로즈(44)와 탄성부재(45)에 의해, 노치 필터형의 진동 절연기를 구성한다.

노치 필터란, 특정 주파수에 급격한 감쇠를 주는 필터이다. 즉, 노치 필터형의 진동 절연기란, 특정 주파수 대역의 진동을 감쇠시키는 댐퍼(진동 흡수) 장치이 다.

본 실시형태에 관한 댐퍼부(D)에서는, 노치 필터형의 진동 절연기가 가지는 특성을 이용하여, 특히 커지는 로터(8)(샤프트(7))의 회전 주파수 근방의 진동을 적절히 저감(절연) 시킨다.

여기에서, 본 실시형태에 관한 댐퍼부(D)와 종래의 댐퍼 장치를 비교하면서, 댐퍼부(D)의 특징을 설명한다. 여기에서, 종래의 댐퍼 장치란, 벨로즈를 탄성부재로 피복한 타입의 것이다.

도 2(a)는 종래의 댐퍼 장치의 모델을 나타낸 도면이고, (b)는 본 실시형태에 관한 댐퍼부(D)의 모델을 나타낸 도면이다.

또한, 도 2(a) 및 (b)는, 펌프부(P)로부터 진공장치(60)로의 진동 전달을 모델화한 것이다.

도 2 중에 나타낸 부호는,

m：진공장치(60)의 질량 요소

m：벨로즈(44)의 질량 요소

m：펌프부(P)의 질량 요소

k：벨로즈를 탄성부재로 피복한 것의 스프링 상수

c：벨로즈를 탄성부재로 피복한 것의 감쇠 계수

k, k：벨로즈(44)의 스프링 상수

k：탄성부재(45)의 스프링 상수

c, c：벨로즈(44)의 감쇠 계수

c：탄성부재(45)의 감쇠 계수

fin：터보 분자 펌프(1)의 펌프부(P)에서 발생하는 진동

fout：진공장치(60)에 전해지는 진동

x：m의 변위

x：m의 변위를 나타낸다.

또, x'' 및 x''는, 각각 x 및 x의 2층의 시간 미분을 나타낸다.

또한, 도 2에 나타낸 모델 도는, 도시하기 쉽도록 축선방향에 있어서의 상태를 나타내는데, 래디얼 방향에 대해서도 동일한 특성을 나타낸다.

도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 종래의 댐퍼 장치는, 감쇠 계수(c)와 스프링 상수(k)만을 가지는 요소로 구성되어 있다. 종래의 댐퍼 장치는, 벨로즈에 감쇠 계수(c)를 갖게 하기 위해, 벨로즈와 탄성부재를 접촉시킨다.

도 2(a)에 나타낸 것과 같은 모델 구조를 가지는 진동 절연기는, 기본형이라 불리는 것이다.

또한, 감쇠 요소란, 점성 감쇠 계수(감쇠 계수(c))를 가지는 요소이고, 스프링 요소란, 스프링 상수(k)를 가지는 요소이다.

도 2(b)에 나타낸 모델은, 벨로즈(44)와 탄성부재(45)를 접촉하지 않도록 충분한 간격을 갖고 배치함으로써 실현할 수 있다.

다음으로, 급격한 감쇠를 주는 주파수 대역(이하, 노치 대역이라 한다)의 중심 주파수(fc)의 도출 방법에 대해 도 2를 참조하면서 설명한다.

도 2(a)에 나타낸 종래의 댐퍼는, 벨로즈와 탄성부재를 접촉시켜 벨로즈와 탄성부재를 일체로 간주하거나, 혹은, 벨로즈의 스프링 상수를 무시할 수 있는 정도까지 작게 설정하거나 하여, 기본형의 진동 절연기를 구성하였다.

이에 대해, 도 2(b)에 나타낸 본 실시형태에 관한 댐퍼(D)에서는, 벨로즈(44)의 스프링 상수를 종래의 댐퍼보다 크게 설정하고, 벨로즈(44) 자신에 의한 진동 전달률로의 영향을 고려한다.

여기에서, 본 실시형태에 관한 댐퍼(D)의 진동 전달률, 즉, fout/fin를 구한다.

우선, 진동 전달 모델의 운동 방정식을 라플라스 연산자(s)를 이용하여 나타내면,

이 된다.

단, X, X, Fout, Fin는, 각각 x, x, fout, fin의 라플라스 변환값이다.

그리고 상기 식을 Fout/Fin에 대해 풀면,

가 된다.

여기에서, 벨로즈(44) 자신의 감쇠는 충분히 작다고 생각하고, c=c=0이라 하 면,

이 된다.

수학식 3에 대해, k=0이라 간주할 수 있는 경우,

이 된다. 이는, ms＋k=0일 때, 입력 Fin의 크기에 관계없이, 출력 Fout=0이 되는 노치 필터 특성을 나타낸다.

그리고, 후술하는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 실측에 의해서도 노치 필터 특성이 관측된다.

라플라스 연산자(s)를 주파수 영역에서 고려하면,

s=2πfj(단, f는 주파수［Hz］, j는 허수 단위라 한다)

이기 때문에, 노치 필터의 중심 주파수(fc)는,

-(2πfc)m+k=0으로부터 구해진다.

즉, 중심 주파수(fc)는,

이 된다. 이와 같이 fc는, k, c, m에 의존하지 않고, 즉, 벨로즈(44)의 특성(m 및 k)으로 정해지는 고유 진동수이다.

수학식 5에 나타낸 바와 같이, 중심 주파수(fc)는, 벨로즈(44)의 자중인 질량(매스) 요소와 관계된다.

벨로즈(44)의 자중은, 펌프부(P)나 진공장치(60)의 질량과 비교하면, 매우 작은 것이다. 그러나, 댐퍼부(D)에 있어서 저감(감쇠)의 대상으로 하는 진동이, μ 오더나 나노 오더 등의 미소 진동이기 때문에, 충분히 감쇠 효과를 얻을 수 있다.

도 3은, 고유 진동수를 실측한 결과를 나타낸 그래프이다.

또한, 이 fc의 측정시에는, k 및 c의 영향을 없애기 위해, 탄성부재(45) 대신에 금속제의 스페이서를 이용한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, fc는, 벨로즈(44)의 연장량을 금속 스페이서의 두께에 의해 조정함으로써 변화한다.

또한, 도 3, 도 5 및 도 6에 나타낸 실측 결과는, 진공장치(60) 측에 별도 배치된 진동 흡수 요소 등의 특성을 포함한다.

도 1에 나타낸 본 실시형태에 관한 댐퍼부(D)에서는, 노치 대역의 중심 주파수(fc)가 펌프부(P)에 있어서의 로터(8)의 회전 주파수와 일치하도록, 벨로즈(44) 및 탄성부재(45)에 있어서의 각 요소의 정수가 설정되어 있다.

또한, 노치 대역의 중심 주파수(fc)와 로터(8)의 회전 주파수는, 일치시키는 것이 바람직한데, 노치 대역의 중심 주파수(fc)는, 로터(8)의 회전 주파수의 ±40% 이내이면, 충분히 노치 대역에 있어서의 감쇠를 기대할 수 있다.

이는, 실제의 시스템에 있어서는, 감쇠가 0(제로)이 되는 일은 없고, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 주변에, 어느 정도의 폭(대역)을 갖고 진동 저감 효과의 대역이 나타난다. 이 대역폭은, 감쇠의 크기에 의존하는 것인데, 제 1 진동 흡수 부재로서 벨로즈(44)를 그대로 사용하는 경우는, 로터(8)의 회전 주파수의 ±40% 이내이면, 진동의 저감 효과를 충분히 기대할 수 있다(실기(實機) 확인 완료). 또한, 로터(8)의 회전 주파수와 중심 주파수(fc)가 가까워질수록 진동 저감의 효과는 커진다.

이와 같이, 도 1에 나타낸 본 실시형태에서는, 벨로즈(44)와 탄성부재(45)를 접촉하지 않는 충분한 간격을 갖고 배치하고, 탄성부재(45)에 스프링 요소(K)와 감쇠 요소(C)를, 벨로즈(44)에 스프링 요소(k)와 매스 요소(m)를 구비시킨다. 이에 의해 노치 필터형의 진동 절연기를 구성한다.

그리고, 벨로즈(44)와 탄성부재(45)는, 노치 대역의 중심 주파수(fc)가 로터(8)의 회전 주파수의 근방(±40% 이내)이 되는 각 요소의 정수로 설정된다. 각 요소의 정수에 합치하도록 부재의 재질이나 연장량을 조정한다.

예를 들면, 로터(8)의 회전수가 30,000rpm인 경우에는, 로터(8)의 회전 주파수는 500Hz가 된다. 이 경우 벨로즈(44) 및 탄성부재(45)는, 노치 대역의 중심 주파수(fc)가 300Hz~700Hz의 범위에 들어가는 정수로 설정된다.

이와 같이, 벨로즈(44)와 탄성부재(45)에 의해 구성되는 노치 필터형의 진동 절연기에 의해, 특정 주파수의 진동, 즉 로터(8)의 회전 주파수 대역의 진동을 적절히 감쇠시킬 수 있다.

단, 벨로즈(44)의 연장 범위는, 일체 성형 타입의 벨로즈(44)가 손상하지 않는 범위로 한다. 그 기준으로서 예를 들면, 벨로즈(44)의 자연길이의 ±50% 이내로 한다.

또, 펌프부(P)와 댐퍼부(D)를 일체화한 터보 분자 펌프(1)에 있어서는, 구조적으로 이들 부위를 별체로 구성한 경우와 비교하여 소형화할 수 있다. 또한, 진공장치(60)로의 배치시의 작업성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 예를 들면, 터보 분자 펌프(1)의 파괴시 등의 이상시에 있어서의 배치 강도를 확보하는 것이 용이 해진다.

그러나, 상술한 노치 대역의 중심 주파수(fc)를 구하는 계산식으로부터 알 수 있듯이, 중심 주파수(fc)는, 벨로즈(44)의 고유 진동수를 변화시킴으로써 변화한다.

벨로즈(44)의 고유 진동수는, 벨로즈(44)의 재질이나 형상, 혹은 벨로즈(44)의 연장량(장력의 변형이나 형상의 변화)에 의해서도 변화한다.

일반적으로, 현이나 박막은 장력이 높을수록 복원력이 커지기 때문에 고유 진동수가 높아지는 성질(특성)을 가지고 있다. 본 실시형태에 있어서의 벨로즈(44)에 있어서도 이러한 성질을 가지는 것이 실측으로 확인할 수 있었다.

또한, 장력을 직접 조정하는 것은 곤란하기 때문에, 본 실시형태에서는 벨로 즈(44)의 연장량을 기계적 수단 등으로 조정하도록 하였다.

다음으로, 이 벨로즈(44)의 연장량에 의거하여 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 주파수가 변화하는 특성을 이용한, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구를 가지는 댐퍼부(D)를 구비한 진공 펌프에 대해 설명한다.

도 4는, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구를 가지는 댐퍼부(D)를 구비한 터보 분자 펌프(1)의 구성을 나타낸 도면이다.

또한, 상술한 도 1에 나타낸 터보 분자 펌프(1)와 동일 부분(중복하는 개소)에는, 동일한 부호를 이용하여 상세한 설명을 생략한다.

도 4에 나타낸 터보 분자 펌프(1)는, 댐퍼부(D)에 있어서, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구를 구비한다.

이 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구는, 주 스페이서(49)와 조정 스페이서(50)에 의해 구성되어 있다.

주 스페이서(49)는, 금속제의 환상 부재이며, 탄성부재(45)와 펌프부(P)의 플랜지부(5) 사이에 삽입함으로써, 원통부재(41)의 플랜지부(42)와 펌프부(P)의 플랜지부(5)의 간격(거리)을 확장시키는 작용을 한다.

조정 스페이서(50)는, 원통부재(41)의 플랜지부(42)와 펌프부(P)의 플랜지부(5)의 간격(거리)을 확장시킬 때의 미세 조정을 하기 위한 금속제의 환상 부재이며, 주 스페이서(49)와 플랜지부(5)의 사이에 삽입한다.

도 4에 나타낸 실시형태에 있어서는, 조정 스페이서(50)를 1개 삽입하도록 하였지만, 원통부재(41)의 플랜지부(42)와 펌프부(P)의 플랜지부(5)의 간격(거리) 이 소정의 값에 미치지 않는 경우에는, 조정 스페이서(50)를 복수 개 삽입하여 조정을 행하도록 한다.

이와 같이, 주 스페이서(49) 및 조정 스페이서(50)를 이용하여, 원통부재(41)의 플랜지부(42)와 펌프부(P)의 플랜지부(5)의 간격(거리)을 확장함으로써, 벨로즈(44)의 연장량이 변화한다.

벨로즈(44)의 연장량이 변화함으로써, 노치 대역의 중심 주파수(fc)가 변화한다. 상세하게는, 노치 대역의 중심 주파수(fc)가 높아지는 방향으로 변화한다.

도 5는, 스페이서에 의한 확장 간격을 변화시킨 경우에 있어서의, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 변화 모습의 일례(측정예)를 나타낸 그래프이다.

또, 도 6은, 스페이서에 의한 확장 간격을 변화시킨 경우에 있어서의, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 변화 모습의 다른 측정예를 나타낸 그래프이다.

도 6에 나타낸 다른 측정예는, 도 5에 나타낸 측정을 행할 때에 이용한 파라미터와 다른 파라미터로 설계된 벨로즈를 이용하여 측정한 것이다.

또한, 스페이서에 의한 확장 간격은, 주 스페이서(49)와 조정 스페이서(50)의 합계값을 나타낸다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 스페이서에 의한 확장 간격을 5㎜, 7㎜, 9㎜로 넓힘에 따라, 노치 대역의 중심 주파수(fc)는, 포인트 A, 포인트 B, 포인트 C로 고주파측으로 변화하는 것을 알 수 있다.

또, 도 6에 나타낸 바와 같이, 스페이서에 의한 확장 간격을 O㎜, 5㎜, 7㎜로 넓힘에 따라, 노치 대역의 중심 주파수(fc)는, 포인트 D, 포인트 E로 고주파측 으로 변화하는 것을 알 수 있다.

또한, 도 5 및 도 6에 나타낸 그래프로부터, 노치 대역의 중심 주파수(fc)가 고주파측으로 변화한 경우라도, 저주파측의 응답은 크게 변화하지 않는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 노치 대역의 중심 주파수(fc)는, 플랜지부(42)와 플랜지부(5)의 간격(거리)을 확장함으로써 용이하게 변화시킬 수 있다.

그러나, 예를 들면, 제 1 진동 흡수성 부재(벨로즈(44))와 제 2 진동 흡수성 부재(탄성부재(45))를 떨어져 배치한 경우라도, 종래와 같이 벨로즈(44)의 스프링 상수를 작게 설정한 경우에는, 노치 특성이 비교적 저주파의 대역에 나타난다.

또한, 노치 대역으로부터 크게 떨어진 주파수대의 응답은 크게 변화하지 않기 때문에, 이와 같이 노치 특성이 저주파 대역에 나타나는 댐퍼에 있어서는, 노치 특성에 의한 로터(8)의 회전 주파수 대역의 진동의 감쇠(저감) 효과를 충분히 얻을 수　 없다. 즉, 종래는, 노치 특성에 의한 로터(8)의 회전 주파수 대역의 진동의 감쇠(저감)를 고려한 설계는 이루어지지 않았다고 말할 수 있다.

이와 같이, 주 스페이서(49) 및 조정 스페이서(50)에 의해 확장되는, 플랜지부(42)와 플랜지부(5)의 간격(거리)을 조정함으로써, 즉, 벨로즈(44)의 연장량(장력이나 형상)을 바꾸어 벨로즈(44)의 고유 진동수를 조정함으로써, 용이하게 노치 대역의 중심 주파수(fc)를 로터(8)의 회전 주파수의 근방으로 할 수 있다. 이에 의해, 적절히, 로터(8)의 회전 주파수 대역의 진동을 감쇠(저감)시킬 수 있다.

이와 같이, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정에 있어서, 조정 스페이서 (50)의 매수를 바꾸는 것에 의한 고정 방식을 이용하는 경우에는, 터보 분자 펌프(1) 출하시에 노치 대역의 중심 주파수(fc)를 설정해 둠으로써, 수송시나 사용시의 느슨해짐 등을 억제할 수 있다.

다음으로, 상술한(도 4) 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구의 변형예에 대해 설명한다.

도 7은, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구(변형예 1)를 가지는 댐퍼부(D)를 구비한 터보 분자 펌프(1)의 구성을 나타낸 도면이다.

또한, 상술한 도 1 및 도 4에 나타낸 터보 분자 펌프(1)와 동일 부분(중복하는 개소)에는, 동일한 부호를 이용하여 상세한 설명을 생략한다.

도 7에 나타낸 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정기구의 변형예에서는, 도 4에 나타낸 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구에 있어서, 조정 스페이서(50)가 담당하고 있는 플랜지부(42)와 플랜지부(5)의 확장 간격(거리)의 미세 조정을 조정 나사(52)를 이용하여 행한다.

상세하게는, 도 7에 나타낸 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정기구(변형예 1)는, 주 스페이서(51), 조정 나사(52) 및 나사구멍(53)에 의해 구성되어 있다.

주 스페이서(51)는, 도 4에서 이용되는 주 스페이서(49)와 동일한 금속제의 환상 부재이며, 탄성부재(45)와 원통부재(41)의 플랜지부(42) 사이에 삽입함으로써, 원통부재(41)의 플랜지부(42)와 펌프부(P)의 플랜지부(5)의 간격(거리)을 확장시키는 작용을 한다.

조정 나사(52)는, 플랜지부(42)의 외주부에 있어서의 주 스페이서(51)와 대 향하는 위치에 형성된 나사구멍(53)에 끼워 넣는다. 그리고, 조정 나사(52)의 선단부를 주 스페이서(51)의 진공장치(60)와 대향하는 면에 맞닿게 한 상태에서 나사의 조임량을 조절함으로써, 주 스페이서(51)와 플랜지부(42)의 간격의 조절을 행한다.

조정 나사(52)는, 오른쪽 나사 방향으로 조임으로써, 나사구멍(53)에 끼워 넣어진 선단 부분이 나사구멍(53)을 관통하고, 주 스페이서(51)에 가압된다. 여기에서는, 나사구멍(53)을 관통한 조정 나사(52)의 선단 부분의 길이를 조절함으로써, 주 스페이서(51)와 플랜지부(42)의 간격을 변화시킨다.

즉, 조정 나사(52)의 조임량을 변화시킴으로써, 벨로즈(44)의 연장량을 조절하도록 한다.

이와 같이, 주 스페이서(51)와 플랜지부(42)의 간격의 조정을 조정 나사(52)를 이용하여 행하는 경우에는, 간격의 조정값을 연속적으로 변화시킬 수 있기 때문에, 조정 스페이서(50)를 이용하여 행하는 경우보다 보다 미세한 조절이 가능해진다.

또, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정에 있어서, 조정 나사(52)의 조임량을 변화시키는 것에 의한 반 고정방식을 이용하는 경우에는, 댐퍼부(D)를 조립하고 나서 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정을 용이하게 행할 수 있기 때문에, 조립성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 사용중의 경시 변화에 맞춰 조정을 할 수 있을 뿐 아니라, 진공장치(60)에 배치한 후에, 장치 특성에 적합한 적절한 조정을 용이하게 행할 수 있다.

다음으로, 상술한(도 4) 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구의 다른 변형예에 대해 설명한다.

도 8은, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구(변형예 2)를 가지는 댐퍼부(D)를 구비한 터보 분자 펌프(1)의 구성을 나타낸 도면이다.

도 8에 나타낸 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정기구의 변형예에서는, 도 4에 나타낸 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구에 있어서, 조정 스페이서(50)가 담당하고 있는 플랜지부(42)와 플랜지부(5)의 확장 간격(거리)의 미세 조정을 조정 액추에이터(54)를 이용하여 행한다.

상세하게는, 도 8에 나타낸 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구(변형예 2)는, 주 스페이서(49) 및 조정 액추에이터(54)에 의해 구성되어 있다.

조정 액추에이터(54)는, 전기나 유체 등으로부터 주어진 에너지를 기계적인 동력으로 변환하여 부하를 구동하는 조정 소자이다. 즉, 조정 액추에이터(54)는, 제어장치(30)로부터의 신호에 의거하여 간격을 변화시키는 것이 가능한 액티브 스페이서로서 기능한다.

또한, 조정 액추에이터(54)의 제어부를, 펌프부(P)의 제어장치(30)에 탑재함으로써, 케이블이나 전원부를 생략할 수 있어 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 또 , 조정 액추에이터(54)의 제어부를 펌프부(P)의 제어장치(30)에 탑재함으로써, 펌프부(P)의 제어 시퀀스와 동기한 제어가 용이해진다.

조정 액추에이터(54)는, 예를 들면, 전기식, 유압식, 공기압식의 어느 에너지 형태이어도 된다.

전기식의 에너지 형태를 이용한 액추에이터의 일례로서, 피에조 소자를 이용한 압전 액추에이터가 있다. 이 압전 액추에이터는, 유전체에 전압을 가하면 변형을 발생하는 역압전 효과를 이용한 액추에이터이다. 세라믹 압전 재료의 대표적인 것으로는, 티탄산바륨이나 지르콘 티탄산 납이 있다.

이 압전 액추에이터는, 얻어지는 변위가 지극히 작기 때문에, 간격의 미세 조정에 적합하다.

또, 전기식 에너지 형태를 이용한 액추에이터의 다른 예로서, 전자력(보이스 코일)을 이용한 전자력 액추에이터가 있다.

조정 액추에이터(54)를 이용한 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정기구는, 상술한 조정 스페이서(50)나 조정 나사(52)에 의한 간격 조정과 달리 액티브 제어를 행할 수 있다.

따라서, 조정 액추에이터(54)를 이용한 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정기구는, 터보 분자 펌프(1)의 가동시(운전시)에 있어도 조정을 행할 수 있다.

그러나, 로터(8)의 회전수는, 기동/정지시에 있어서 가속/감속(가감속)을 행한다. 이 가감속 시에는, 회전수가 변화한다. 즉, 로터(8)의 가감속 시에는, 회전 주파수의 변화에 따라, 진동 주파수도 변화한다.

그래서, 조정 액추에이터(54)에 의한 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정을, 로터(8)의 회전수, 즉 회전 주파수의 변화에 동기시켜 행함으로써, 로터(8)의 가감속 시에 발생하는 진동을 적절히 저감(감쇠)시킬 수 있다.

예를 들면, 원통부재(41)의 플랜지부(42)와 펌프부(P)의 플랜지부(5)의 간격(거리)을 4㎜ 확장함으로써 노치 대역의 중심 주파수(fc)가 약 600Hz로부터 약 700Hz까지 약 100Hz 변화한다.

터보 분자 펌프(1)에 있어서의 로터(8)의 가감속이, 예를 들면, 100Hz/20초인 경우에는, 4㎜/20초 정도의 동(動) 특성을 가지는 조정 액추에이터(54)를 이용한다.

그러면, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정이 로터(8)의 가감속에 추종할 수 있기 때문에, 이 주파수 범위에 있어서, 적절한 진동의 저감(감쇠)을 도모할 수 있다.

이와 같이, 조정 액추에이터(54)를 이용하여 노치 대역의 중심 주파수(fc) 조정을 행함으로써, 터보 분자 펌프(1)의 상태에 따라 감쇠 특성을 변화시킬 수 있다.

예를 들면, 가감속 시와 정상 운전시로 노치 대역의 중심 주파수(fc)를 변화시키거나, 로터(8)의 회전 주파수에 추종하여 노치 대역의 중심 주파수(fc)를 변화시키거나 하여 진동 절연기에 있어서의 감쇠 특성을 변화시킬 수 있다.

또, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 변화는, 진공장치(60) 측의 시퀀스에 따라 변화시키도록 해도 된다.

또한, 본 실시형태에 관한 조정 액추에이터(54)에 있어서는, 댐퍼부(D)(진동 절연기)에 있어서의 진동 감쇠 특성(노치 필터 특성)의 주파수를 능동적(액티브)으로 제어하기 위해, 로터(8)의 회전 주파수를 직접 제어하는 고속성(고응답성)은 반드시 필요로 하지는 않다.

본 실시형태에 의하면, 조정 액추에이터(54)의 제어 회로는, 펌프부(P)를 제어하는 제어장치(30) 내에 탑재하도록 되어 있지만, 조정 액추에이터(54)의 제어는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 펌프부(P)의 제어장치(30)와는 별도로 독립한 조정 액추에이터(54) 전용의 제어장치를 배치하도록 해도 된다.

이와 같이, 조정 액추에이터(54) 전용의 제어장치를 배치하고, 이 제어장치로부터 필요한 신호나 정보를 취득함으로써 장치를 실장할 때의 자유도(실장 설계 자유도)를 향상시킬 수 있다.

도 9는, 댐퍼 장치(80)을 별체로 구성한 경우에 있어서의 터보 분자 펌프(70)의 배치예를 나타낸 도면이다.

상술한 터보 분자 펌프(1)에 있어서는, 댐퍼부(D)를 구비한, 즉, 댐퍼부(D)를 일체 구성한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 실시형태는 이에 한정되는 것은 아니다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 댐퍼부(D) 및 펌프부(P)를 각각 별체의 댐퍼 장치(80) 및 터보 분자 펌프(70)로 구성하도록 해도 된다.

이 경우, 댐퍼 장치(80)에 환상의 플랜지(55)를 배치하고, 벨로즈(44) 및 탄성부재(45)를 이 플랜지(55)와 원통부재(41) 사이에 배치한다.

그리고, 플랜지(55)에 오목홈(56) 및 볼트구멍(57)을 형성하고, 일체형의 터보 분자 펌프(1)의 플랜지부(5)에 형성되어 있는 오목홈(24) 및 볼트구멍(25)과 동일한 기능을 갖게 한다.

벨로즈(44)의 양단의 개구부는, 각각 원통부재(41)의 내주벽, 플랜지(55)와 접합되어 있다. 이들 접합부는, 예를 들면, 납땜 또는 용접에 의해 형성되어 있다.

탄성부재(45)의 일단측은, 오목홈(56)에 끼워 넣어져 고정되어 있다. 그리고, 탄성부재(45)의 다른 일단측은, 플랜지부(42)에 의해 가압되어 있다.

또한, 댐퍼 장치(80) 및 터보 분자 펌프(70)는 볼트(58)를 이용하여 체결한다. 상세하게는, 댐퍼 장치(80)의 플랜지(55)와 터보 분자 펌프(70)의 플랜지부(5)를 볼트(58)를 이용하여 결합한다.

이때, 댐퍼 장치(80)와 터보 분자 펌프(70)의 결합부(접합부)에 있어서의 기밀성을 확보하기 위해, 플랜지(55)와 플랜지부(5) 사이에 O링(59)을 배치한다.

댐퍼 장치(80)와 터보 분자 펌프(70)의 결합부의 기밀성을 확보하는 방법은, O링(59)을 배치하는 방법에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 가스켓 씰(gasket seal) 등의 다른 밀봉 처리를 실시하도록 해도 된다.

본 실시형태에 의하면, 이러한 댐퍼 장치(80)를 통해 터보 분자 펌프(70)를 진공장치(60)에 배치함으로써, 특정 주파수의 진동, 즉 로터(8)의 회전 주파수 대역의 진동을 적절히 감쇠시킬 수 있다.

또한, 도 4에 나타낸 조정 스페이서(50)를 이용한 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구를 가지는 터보 분자 펌프(1)에 대해서도, 댐퍼부(D) 및 펌프부(P)를 도 9에 나타낸 댐퍼 장치(80) 및 터보 분자 펌프(70)와 동일하게 별체로 구성하도록 해도 된다.

또, 도 7에 나타낸 조정 나사(52)를 이용한 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구, 도 8에 나타낸 조정 액추에이터(54)를 이용한 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구를 가지는 터보 분자 펌프(1)에 대해서도, 댐퍼부(D) 및 펌프부(P)를 도 9에 나타낸 댐퍼 장치(80) 및 터보 분자 펌프(70)와 동일하게 별체로 구성하도록 해도 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 벨로즈(44)와 탄성부재(45)에 의해, 노치 필터형의 진동 절연기를 구성함으로써, 특정 주파수(예를 들면, 로터(8)의 회전 주파수)의 진동을 효과적으로 저감(감쇠)시킬 수 있다. 벨로즈(44)와 탄성부재(45)는, 종래의 댐퍼에도 구비되어 있던 요소이다. 벨로즈(44)는 박육 부재로 형성되어 있기 때문에 질량은 크지 않지만, 미소 진동의 저감에는 충분하다. 즉, 본 실시형태에 있어서는,구성 요소를 추가하는 일 없이, 특정 주파수의 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또, 상술한 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 기구를 구비함으로써, 용이하게 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정을 할 수 있다. 노치 대역의 중심 주파수(fc)를, 예를 들면, 로터(8)의 회전 주파수 근방으로 설정함으로써, 로터(8)의 회전 주파수로 동기하는 진동을 적절히 저감(감쇠)시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서의 진동 절연기(댐퍼부(D)나 댐퍼 장치(80))에서는, 진동 절연기의 계 전체에 있어서의 고유 진동수를 작게 하는 일 없이 진동의 저감(감쇠)을 도모할 수 있다.

따라서, 진동 절연기에 있어서의 저주파 강성을 작게 할 필요가 없기 때문에, 외란에 대한 강성을 충분히 유지할 수 있다. 또한, 진동 절연기에 있어서의 저주파 강성을 충분히 유지할 수 있기 때문에, 터보 분자 펌프(1, 70)의 배치 자세의 자유도(유연도)를 향상시킬 수 있다.

장치마다 저감(감쇠)을 희망하는 주파수 대역이 다른 경우라도, 본 실시형태에 의하면, 노치 대역의 중심 주파수(fc)를, 저감(감쇠)을 희망하는 주파수 대역 근방으로 설정함으로써 유연하게 대응할 수 있다. 또한, 저감(감쇠)을 희망하는 주파수 대역으로서는, 예를 들면, 로터(8)의 회전 주파수 대역이나, 로터(8)의 회전 주파수의 고차(2차, 3차 등) 성분을 포함하는 주파수 대역이 있다.

또한, 복수의 주파수 대역의 진동을 동시에 저감(감쇠)시키는 것을 희망하는 경우에는, 각각 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 설정 영역이 다른 진동 절연기를 복수단 겹쳐 결합(접합)함으로써 대응할 수 있다. 이 경우에 있어서도 각각의 진동 절연기의 결합부에 있어서의 기밀성을 확보하기 위해 적절한 씰 처리를 실시하도록 한다.

또, 벨로즈(44)의 고유 진동수는, 래디얼 방향에도 축선방향에도 존재하고, 또한, 2차 이상의 고차의 고유 진동수도 존재한다. 따라서, 고유 진동수의 방향과 주파수를 적절히 설정함으로써, 래디얼 방향이나 축선방향 등 저감(감쇠)을 희망하 는 진동의 방향이나 주파수에 유연하게 대응할 수 있다.

또한, 자기(磁氣) 베어링식 터보 분자 펌프와 같이, 래디얼 방향의 진동과 축선방향의 진동이 밀접하게 관계하는 장치에 있어서는, 래디얼 방향의 진동 저감으로 축선방향도 진동 저감하거나, 축선방향의 진동 저감으로 래디얼 방향도 진동 저감하거나 하는 효과가 얻어지는 경우도 있다.

본 실시형태에 있어서는, 벨로즈(44)의 연장량을 변화시킴으로써 노치 대역의 중심 주파수(fc)를 조정하도록 하였지만, 노치 대역의 중심 주파수(fc)의 조정 방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 벨로즈(44)의 판 두께나 산수(山數)(단 수)를 변경하거나, 벨로즈(44)에 추를 추가하여 질량을 변경하거나 함으로써 노치 대역의 중심 주파수(fc)를 조정하거나, 중심 주파수(fc)를 복수 설정해도 된다(예를 들면, fc1, fc2...).

그 외, 예를 들면, 진동 절연기(댐퍼부(D), 댐퍼 장치(80))나, 터보 분자 펌프(1)(펌프부(P))의 내부 또는 외부에, 보(beam)나 용수철 등의 부재를 배치하고, 이러한 자중 또는 질량 요소와 조합하는 등 하여, 이들 고유 진동수를 이용하여 노치 대역의 중심 주파수(fc)를 조정하도록 해도 된다. 또한, 이 경우에도, 복수의 부재를 배치하고, 복수의 중심 주파수(fc)를 설정해도 된다.

또한, 예를 들면, 탄성부재(45) 대신 스프링(용수철)재를 원주형상으로 배치하고, 이 스프링재의 고유 진동수를 변화시킴으로써 노치 대역의 중심 주파수(fc)를 조정하도록 해도 된다.

본 발명은, 진공 펌프에서 발생한 진동의 전파(전도)를 억제하는 기구를 갖는 댐퍼 및 진공 펌프에 적용가능하다.

Claims

진공장치와 상기 진공장치의 배기 처리를 행하는 진공 펌프 사이에 배치되고, 상기 진공 펌프에서 발생한 진동을 상기 진공장치로 전파하는 것을 억제하는 댐퍼로서,

진동 에너지를 억제하는 진동 흡수 해석 모델에 있어서, 스프링 상수(k)의 스프링 요소 및 질량(m)의 매스(질량) 요소를 구비한 제 1 진동 흡수성 부재와,

상기 제 1 진동 흡수성 부재와 접촉하지 않는 위치에 배치되고, 진동 에너지를 억제하는 진동 흡수 해석 모델에 있어서, 스프링 상수(k)의 스프링 요소 및 점성 감쇠 계수(C)의 감쇠 요소를 구비한 제 2 진동 흡수성 부재를 구비하고,

상기 제 1 진동 흡수성 부재 및 상기 제 2 진동 흡수성 부재는, 특정 주파수 대역에 있어서 급격한 감쇠 특성을 가지는 노치 필터형의 진동 절연 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
청구항 1에 있어서,

상기 제 1 진동 흡수성 부재는, 주면이 주름관 형상의 박육 원통부재에 의해 형성되고,

상기 제 2 진동 흡수성 부재는, 탄성부재에 의해 형성되고, 상기 박육 원통부재의 외주에 배치되는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 진공 펌프는, 흡기구 및 배기구, 또한, 상기 흡기구로부터 상기 배기구까지 기체를 이송하는 기체 이송 기구를 구비하고,

상기 기체 이송 기구는, 상기 진공 펌프에 내포된 회전체의 회전 작용에 의해 기체를 이송하고,

상기 노치 필터형의 진동 절연 구조에 있어서의 상기 특정 주파수 대역의 중심 주파수(fc)는, 상기 제 1 진동 흡수성 부재의 고유 진동수에 의해 정해지고,

상기 제 1 진동 흡수성 부재 및 상기 제 2 진동 흡수성 부재에 있어서의 각 요소는, 상기 특정 주파수 대역의 중심 주파수(fc)가 상기 회전체의 회전 주파수와 대략 일치하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
청구항 2에 있어서,

상기 특정 주파수 대역의 중심 주파수(fc)는, 상기 박육 원통부재의 고유 진동수를 변화시킴으로써 조정하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
청구항 4에 있어서,

상기 박육 원통부재는, 그 양단이 각각 제 1 부재 및 제 2 부재에 고정되고,

상기 탄성부재도 또, 그 양단이 각각 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재에 고정되고,

상기 박육 원통부재의 고유 진동수는, 상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재의 간격을 변화시켜, 상기 박육 원통부재의 연장량을 조절하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
청구항 5에 있어서,

상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재의 간격은, 상기 제 1 부재 또는 상기 제 2 부재의 적어도 한쪽의 부재와, 상기 탄성부재 사이에 스페이서 부재를 삽입, 또는, 조정 나사를 이용하여 틈을 형성함으로써 조정하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
청구항 5에 있어서,

상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재의 간격은, 상기 제 1 부재 또는 상기 제 2 부재의 적어도 한쪽의 부재와, 상기 탄성부재의 간격을 액추에이터를 이용하여 변화시킴으로써 조정하는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
청구항 7에 있어서,

상기 제 1 부재 및 상기 제 2 부재의 간격은, 상기 회전체의 회전 주파수에 의거하여 변화시키는 것을 특징으로 하는 댐퍼.
청구항 1, 2, 4 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 댐퍼를 구비한 것을 특징으로 하는 진공 펌프.