JPH07508082A - 気体摩擦真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 気体摩擦真空ポンプ 本発明は、気体摩擦真空ポンプを操作する方法、及びこの方法の実施に適した、 高真空（ＨＶ）域と前圧力（ＶＶ）域とを有するガス摩擦真空ポンプに関するも のである。

ロータの回転速度が高い真空ポンプは、たとえばターボ真空ポンプ（軸流、ラジ アル）又は分子ポンプ、特にターボ分子ポンプである。分子ポンプとターボ分子 ポンプ、及びこれらを組合せたポンプは、気体摩擦真空ポンプの種類に属してい る。分子ポンプのポンプ作用面は、ロータとステータとの対向面により形成され ている。その場合、ロータ及び又はステータには、ねじ山状の構造部が備えられ ている。ターボ分子ポンプは、タービンに似て回転羽根と静止羽根とを有し、こ れらの羽根がポンプ作用面を形成している。入口側に位置するポンプ作用面は高 真空（ＨＶ）域を形成している。出口側に隣接するポンプ作用面は前圧力（ＶＶ ）域と呼ばれる。組合せ気体摩擦ポンプは、通例、ＨＶ域ではターボ分子ポンプ として、ＶＶ域では分子ポンプとして構成されている。

前述の種類の気体摩擦真空ポンプは、高真空（１０〜３バール以下）を発生させ るのに適している。この種のポンプには、ＶＶ域に接続する前圧力ポンプ、たと えばベーン形回転弁が必要とされる。

前述の種類のポンプは、被覆処理又は腐食処理等の化学処理を行なうチャンバ又 は排気鐘ないしフラスコの真空化に次第に頻繁に用いられるようになっている。

その種の用途の場合、比較的多量の気体が発生する。この気体は、同時に必要な 真空を維持する場合には排出せねばならない。多量の気体はポンプ作用面にとっ ては高い熱負荷を意味する。駆動モータやロータ軸受部も、ころがり軸受であれ 磁気軸受であれ、熱発生を助長する。前記用途の場合、プロセスガス自体が熱を 有していることがある。化学処理に用いられる気体摩擦真空ポンプの場合、それ ゆえ、自体公知の形式で冷却装置を備えている必要がある。

前述の用途の場合、気体摩擦真空ポンプの沈澱物による負荷の問題が存在する。

沈澱物の生成は、ポンプで排出される気体成分相互の化学反応、ポンプ作用面の ところでの気体成分の反応、触媒効果のいずれか、又はすべてによって生じるこ とがある。沈澱物の生成により層が形成され、その結果、特に、狭い間隙を有す る真空ポンプ内では、たちまちのうちに間隙が挟まり、ポンプの仕事率が低下す る。また、摩耗、遊びの消失等も生じ、この結果、有効寿命が短くなる。

本発明の根底をなす課題は、冒頭に述べた種類の気体摩擦真空ポンプを次のよう に構成することにある。

すなわち、化学処理の過程でポンプ使用に関連して沈澱物が発生する問題が生じ ることのないように構成することにある。

冒頭に述べた形式の操作方法の場合、この課題は、次のようにすることにより解 決された。すなわち、ＨＶ域とｖＶ域とが異なる使用温度を有するようにし、し かも、ＨＶ域の温度をｖＶ域の温度より低くするようにするのである。ｖＶ域で 冷却が行なわれるターボ分子真空ポンプの通常の操作と異なり、ポンプのｖＶ域 がＨＶ域より高い使用温度となるのである。この措置は、ＨＶ域を低い温度にし ても、圧力が低いため沈澱物の生成は未だ抑制されるという知見にもとづいてい る。重要な点は、ｖＶ域のポンプ作用面がＨＶ域でよりも高温な点である。これ は、沈澱物の発生が圧力の増大と温度の下降につれて助長されるからである。

本発明による気体摩擦真空ポンプの場合、圧力と並んで温度も増大するので、気 体摩擦ポンプ内部では、心配される沈澱物生成は全く、もしくはほとんど生じな い。

特に磁気支承された気体摩擦ポンプの場合、モータとその支承部は、真空ポンプ の熱負荷に対しては僅かしか係わらないので、ＶＶ域に加熱装置を配置し、そこ に比較的高い所望の使用温度を維持するのが有利である。Ｖｖ域に配置されてい る構成部品、たとえばモータ、磁気材料、ころがり軸受、ロータ羽根（遠心力耐 性）等の上限温度を超えないよう保証されねばならない。ｖＶ域の温度が過度に 上昇すれば、ｖｖ域も冷却が必要となる。この冷却の効果は、低く選定して、本 発明の意味での所望温度分布が維持されねばならない。

設定目標に到達するためには、更に、ＨＶ域とＶＶ域との間に断熱バリヤを配置 しておくのが有利である。このバリヤにより、ＨＶ域に導入される冷却の作用が ｖＶ域では制限されるよ・）にすることができる。この結果、ｖＶ域には、比較 的高い温度を維持することができる。ＨＶ域では冷却が、ｖｖ域では加熱が行な われるようにする場合には、断熱バリヤによって、不必要な温度補償が阻止され 、したがって経済的な温度勾配維持が可能になる。

ここで対象とされる種類の真空ポンプ（たとえばＥＵ−Ａ−４６４５７１参照） に、通常、所属する変換器は、出力部と、制御部と、操作部材とを備えている。

出力部は、とりわけ、電源電圧を、駆動モータが必要とする電圧に変換もしくは 変成する変圧器を含んでいる。真空ポンプと変換器はケーブルを介して接続され ている。

本発明の別の解決策では、駆動モータへの電流供給部に属する変圧器が真空ポン プ出口区域に取付けられている。この措置の利点は、先ず変換器の寸法が約５０ ％だけ縮減できる点にある。真空ポンプへの変圧器の取付けは、現に存在するス ペースを完全利用して行なうことができ、ポンプの直径又は高さは全く変更する 必要がないか、もしくは極く僅か変更するだけでよい。更に、別の利点は、変圧 器の廃熱を利用して、ポンプ出口側を加熱できる点である。こうすることにより 、Ｖｖ域のポンプ作用面がＨＶ域でよりも高温にすることができる。本発明によ る真空ポンプは、したがって、入口側から出口側へ、圧力のみでなく温度も上昇 する結果、気体摩擦ポンプ内部に、気遣われる沈澱物生成が、全く、もしくはほ とんど生じない。特に、モータとその軸受部が真空ポンプの熱負荷を僅かしか助 長しない磁気支承ロータを有するポンプの場合、本発明を用いると有意義である 。その場合には、ｖｖ域の構成部材、たとえばモータ、磁気材料、ころがり軸受 、ロータ羽根（遠心力耐性あり）等の上限温度を超えないことが保証されるだけ でよいからである。

ｖＶ域で上限温度を超える危険がある場合には、付加的に冷却を、それもポンプ のＨＶ域の冷却を行なうのが有利である。この冷却作用は、本発明による所望温 度分布が維持される程度に僅かに選定せねばならない。

本発明のその他の利点を、以下で、図１〜図３に示した実施例につき説明する。

図面は、 図１が本発明により構成されたターボ分子真空ポンプと空冷装置とを示した断面 図、 図２がターボ分子真空ポンプと液冷装置とを示した断面図、 図３がターボ分子真空ポンプと変換器とを示した断面図である。

図１〜図３に示したターボ分子真空ポンプは、ケーシング部１と基部２，３とを 有している。ケーシング部１はステータ４を取囲んでいる。ステータ４は複数の スペーサ環１０から成り、これらスペーサ環１０の間に静止羽根５が保持されて いる。静止羽根５と、ロータ６に取付けられた回転羽根７とは交互に配置され、 環状の気体送り流路８を形成している。この流路８は、接続フランジ１１により 形成されたポンプ人口９（流入側、ＨＶ域）を出口１２に連通させている。出口 １２には、通常、フォアポンプが接続されている（出口側、ｖｖ域）。

ロータ６は軸１３に取付けられ、軸１３のほうは磁気支承部１４．１５を介して ポンプのケーシング内に支えられている。２つの磁気支承部１４．１５の間に配 置された駆動モータ１６は、コイル１７及び、軸１３と共に回転する電機子１８ により形成されている。

駆動モータ１６はキャンドモータとして構成されている。コイル１７と電機子１ ８との間に配置された円筒体（５ｐａｌ　ｔｒｏｈｒ）は符号１９で示されてい る。コイル１７は円筒体１９とケーシング部３とにより形成された空間２１に配 置され、この空間２１へはポンプ１から送られる気体は接近できない。

上方の磁気支承部１４は受動式磁気軸受として構成されている。この磁気軸受は 、軸１３に取付けられた回転リング板２２と、スリーブ２４に取囲まれた固定リ ング板２３とから成っている。他方の磁気支承部１５は、一部が能動式（軸方向 の作用方向）に、一部が受動式（半径方向）に構成されている。この目的のため 、軸１３にリング板２５が取付けられ、これらリング板２５は、バブリング２６ と、永久磁石リング２７と、補強リング２８とから成っている。これらの補強リ ング２８は、高い遠心力による永久磁石リング２７の破壊を防止する役割を有し ている。

回転永久磁石リング２７には固定コイル２９が配属されている。リング２７とコ イル２９とにより形成される磁界は、コイルを流れる電流によって変化させるこ とができる。コイル電流の変更は、図示されていないアキシアルセンサの信号に 応じて行なわれる。

軸と一緒に回転するリング板２５の間隙には、高い導電率を有する磁化不能の材 料製の固定リング板３１が配置されている。この材料は、効果的に渦電流を減衰 させることにより軸受を安定させる。

図１に示したターボ分子ポンプは、空冷袋ｒ１１３５を備えている。この装置の 構成要素は送風機３６である。送風機３６からの冷却空気流は、図示のポンプの ＨＶ域にのみ向けられている。所望の冷却は、したがって、この域にのみ作用す る。冷却空気は、先ずケーシング１のＨＶ側部分と、ケーシング１に接するステ ータ４のＨＶ域とを冷却する。回転羽根７を有するロータ６の冷却は輻射により 行なわれる。冷却作用はｖｖ側へ向って低下するので、作動中、ｖＶ側はＨＶ域 より高い温度となる。

たとえば、ケーシング１が、高級鋼製で不良導体であり、ステータリング１０が 、アルミニウム製で良導体である場合には、断熱バリヤ３７を備えておくのが有 利である。この断熱バリヤは、熱の不良導材料製リングとして構成され、ステー タリングのパッケージの構成要素である。断熱バリヤ３７は、またステータのＨ Ｖ側をＶＶ側から熱的に隔離するので、ＶＶ側がより高い温度となる。

図１の実施例の場合、断熱バリヤ３７は断面が単純なリングの形状を有している 。別のリングによりステータリングの横断面形状が補完される。また、１つのス テータリング１０全体を断熱材料製にして、熱抵抗３７（図２参照）を形成する ようにすることもできる。更にまた、断熱バリヤを形成するために、ステータリ ングの端側を断熱層で被覆することもできる。

図２の実施例の場合、図示のターボ分子ポンプは、ＨＶ側に冷却管４１が備えら れ、この冷却管が、ろう付は又は溶接によりケーシングｌと結合されている。

作動中、冷却管４１には適当な冷却媒体（たとえば水）が貫流する。同時に、■ ｖ側には加熱部材４２が備えられており、これによりＶｖ側は所望温度に高めら れる。ｖＶ側からＨＶ側への一定の温度勾配を監視し維持するため、調整器４３ が備えられている。調整器４３は、冷却管４１を流れる冷却媒体の温度又は流量 、及び又は加熱部材４２へ供給される電流を、単数又は複数の温度センサから送 られて来る信号に応じて調整する。センサは符号４４で示されている。センサ４ ４によりｖＶ域の温度が監視される。この温度は、既述の温度限界内で出来るだ け高い温度にされる。

図２の実施例の場合、ステータの熱抵抗３７のほかに、ケーシング１にも、はび 同じ高さのところに熱抵抗４６が備えられている。この措置が必要なのは、ケー シング１が熱良導材料製、たとえばアルミニウム製の場合である。ｖＶ側をＨＶ 側から効果的に熱的に分離することが、それによって達成される。必要とあれば 、ロータ６と磁気支承部１４のスリーブ２４にも断熱バリア（破線にて示す）を 備えておくことができる既述の種類のターボ分子真空ポンプには、出力部と、制 御部と、通例はポンプ操作部材とを有する変換器（詳細には図示せず）が属して いる。本発明によれば、通常、変換器の構成要素である変圧器５２が、ポンプに 、それも出口側の基部フランジ３のところに取付けられている。変圧器５２（− 次コイル５３及び２次コイル５４）は、リング状（トロイダルコア形式）に構成 され、ケーシング５５内に収容されている。ケーシングは、干渉遮断に役立ち、 かつ利用者が電圧の加わっている部材に接触せぬように保護している。ケーシン グ５５の下方のカバー５６を外すことにより変圧器５２に接近可能である。

ケーシング５５は、同じくリング状に構成されており、基部フランジ３から下方 へ突出する磁気支承部１５を取囲み、はぼポンプのケーシング部分２に等しい外 径を有している。ポンプの寸法は、それによって僅かしか変らず、他方、図示さ れていない変換器の組付体積は著しく低減される。

ケーシング５５は、熱良導性材料から成り、ねじを介して基部フランジ３に取付 けられている。変圧器内に発生する熱は、したがって妨げられることなしにポン プのｖｖ側へ伝えられ、所望の温度上昇を生せしめる。別の用途の場合、■Ｖ域 の温度上昇が望ましくないとなれば、図示されていない熱不良導性材料製リング 板を基部フランジ３とケーシング３５との間に配置すればよい。

重要なことは、冒頭に述べた用途の場合、ポンプ内を気体が流過する間に圧力と 同時に温度も上昇することである。それゆえ、ポンプをＨＶ域で冷却するのが有 利である。たとえば冷却管４１を備えてお（。ＶＶ域の冷却も、同じように冷却 し、温度の調整を迅速に行なうことができる。

Ｖｖ域からの一定の温度勾配を監視するために、略示されている調整器４３を備 えておく。調整器４３は、冷却管４１を流れる冷却媒体の温度又は流量を、それ も、単数又は複数の温度センサからの宿号に応じて調整する。センサは符号４４ で示されている。センサ４４により■■域内の温度が監視され、既述の温度限界 内で出来るだけ高い温度が維持される。

、−−−−−−１ＰＣＴ／ＥＰ９３１０１３６８フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、ＪＰ、ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高真空（ＨＶ）域と前圧力（ＶＶ）域とを有する気体摩擦真空ポンプを操作 する方法において、ＨＶ域とＶＶ域とが異なる使用温度を有しており、しかもＨ Ｖ域の温度がＶＶ域の温度より低いことを特徴とする、気体摩擦真空ポンプを操 作する方法。 ２．請求項１記載の方法を実施するのに適した真空ポンプであって、高真空（Ｈ Ｖ）域と、前圧力（ＶＶ）域と、冷却装置（３５，４１）とを有する形式のもの において、冷却装置がＨＶ域に導入されることを特徴とする真空ポンプ。 ３．ＶＶ域に加熱装置（４２）が備えられていることを特徴とする、請求項２記 載の真空ポンプ。 ４．ＶＶ域からＨＶ域を熱的に隔離するため、単数又は複数の断熱バリヤ（３７ ，４６）が備えられていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の真空ポン プ。 ５．ＨＶ域に空冷装置（３５，３６）又は液冷装置（４１）が設けられているこ とを特徴とする、請求項２から４までのいずれか１項に記載の真空ポンプ。 ６．調整器（４３，４４）が備えられており、この調整器により冷却装置（３５ ，３６，４１）及び又は加熱装置（４２）が、単数又は複数の温度センサ（４４ ）からの信号に応じて調整されることを特徴とする、請求項２から５までのいず れか１項に記載の真空ポンプ。 ７．ケーシング（１）とステータ（４）とを有するターボ分子ポンプとして構成 され、ステータが複数のスペーサリング（１０）を有することを特徴とする、請 求項２から６のいずれか１項記載の真空ポンプ。 ８．ケーシング（１）、ステータ（４）、ロータ（６）、支承部（１４）のスリ ーブ（２４）のいずれか、又はすべてが、断熱バリヤを備えていることを特徴と する、請求項４から７のいずれか１項に記載の真空ポンプ。 ９．ステータ（４）のスペーサリング（１０）の１つが熱不良導性材料から成る ようにされているか、もしくは前記材料により被覆されていることを特徴とする 、請求項８記載の真空ポンプ。 １０．請求項１記載の方法を実施するのに適した真空ポンプであって、入口側と 出口側とを有し、更に、高回転数で作動するロータと、ロータ用の駆動モータと 、変圧器を含む駆動モータ用給電部とを有する形式のものにおいて、変圧器（５ ２）が真空ポンプの出口側に取付けられていることを特徴とする真空ポンプ。 １１．変圧器がリング状に構成されており、ポンプのケーシングの外径にほぼ合 致する外径を有することを特徴とする請求項１０記載の真空ポンプ。 １２．変圧器（５２）がポンプの基部フランジ（３）のところに取外し可能に取 付けられていることを特徴とする、請求項１０又は１１記載の真空ポンプ。 １３．変圧器（５２）が熱良導性材料から成るケーシング（５５）に収納されて いることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の真空ポンプ 。 １４．入口側の区域に冷却装置（４１）が備えられていることを特徴とする、請 求項１０から１３のいずれか１項に記載の真空ポンプ。 １５．調整器が備えられており、この調整器により、単数又は複数の温度センサ （４４）からの信号に応じて冷却装置が調整されることを特徴とする、請求項５ 記載の真空ポンプ。