JPH10205486A - 真空ポンプ - Google Patents

真空ポンプ

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JPH10205486A
JPH10205486A JP9350533A JP35053397A JPH10205486A JP H10205486 A JPH10205486 A JP H10205486A JP 9350533 A JP9350533 A JP 9350533A JP 35053397 A JP35053397 A JP 35053397A JP H10205486 A JPH10205486 A JP H10205486A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空ポンプにおいて、凝縮した液体や凝固し
た固体がポンプ内に堆積するのを防止することと、高温
によって悪影響を受ける構成部材の過熱を防止すること
との両方を可能にする。 【解決手段】 真空ポンプの全体は、高真空側機構部１
と、背圧側機構部２と、駆動／軸受機構部３との、３つ
の機構部に区分される。これら３つ機構部を互いに断熱
している。その断熱は、旋削によって形成した径方向及
び軸心方向の肉抜き部１５、１６、１７によって、それ
ら機構部どうしの間の接触面の面積を減少させることに
よって達成している。更に、構造的に省略不可能な接触
面は、断熱材料で構成するようにした。加熱エレメン
ト、冷却装置、及び温度センサを設けたため、高真空側
機構部及び背圧側機構部の内部の全域において所望の温
度条件を満たすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空ポンプに関す
るものであり、真空ポンプには例えば、ターボ分子ポン
プ、分子ポンプ、ないしはそれらを組み合わせたものが
ある。より詳しくは、本発明は、互いに協働してポンプ
作用を発生する回転側部材と固定側部材とを有する高真
空側機構部及び背圧側機構部を備え、更に駆動／軸受機
構部を備えた真空ポンプに関する。尚、以下の説明にお
いては、真空ポンプのことをときに摩擦ポンプと呼ぶこ
とがある。
【０００２】
【従来の技術】この種の真空ポンプは、多くの場合、複
数のポンプ段を有する多段ポンプとして構成されてお
り、異なった種類のポンプ段が組み合わされていること
もある。また、各ポンプ段は、ロータ部材とそれに対応
したステータ部材とで構成されている。ポンプ作用を発
生するロータ部材及びステータ部材は、ポンプ作用によ
って輸送する気体の流動方向である軸心方向に列設され
ている。気体流量を最大にしたり、圧縮比を最大にした
りすることのできる、最適ポンプ性能を発揮させるに
は、回転側部材を高速で回転させねばならない。この高
速回転に要する駆動エネルギのうち、気体の運動エネル
ギに変換されるのはほんの一部に過ぎない。駆動エネル
ギの大部分は、損失熱として放散されることになる。更
に、それ以外にも不都合な熱の発生があり、そのような
熱は、軸受からも発生し（ボールベアリングの場合には
摩擦による機械損失熱として発生し磁気軸受の場合には
電気損失熱として発生する）、また、気体が圧縮される
ことによっても発生する。これら熱発生源によって、駆
動／軸受機構部と、ポンプ作用を発生する構成部材を備
えた機構部とに、不都合な温度上昇が発生し、そのよう
な温度上昇がそれら機構部に悪影響を及ぼすことがあ
る。極端な場合には、ロータの回転が停止することもあ
り、更にはポンプが損傷することすらある。そのため、
高い精度を要求される構成部材が過熱するのを防止する
ために、この種のポンプには冷却装置が備えられてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上に説明した種類の
摩擦ポンプは、例えば化学プロセスの工程や半導体製造
の工程などにますます多用されるようになってきてお
り、そのような用途においては、凝縮しやすい気体がポ
ンプに大量に流入してくることがある。更に、そのよう
な用途においては、真空容器を超高真空にまで排気しな
ければならないことがある。そのような場合に、ポンプ
機構部が輸送している気体が、そのポンプ機構部におい
て、層流が支配的になるほどの圧力にまで圧縮されるこ
とがある。この場合、そのポンプ機構部においては、比
較的高い圧力の気体が比較的大量に輸送されることにな
る。その気体が凝縮しやすい気体であった場合には、ま
た特にその気体の温度が低温であった場合には、その気
体のかなりの部分が凝縮して液体になり或いは凝固して
固体になる。これによって侵蝕作用や腐蝕作用が生じる
ため、個々の構成部材が損傷することがあり、更にはポ
ンプ全体が破損することもある。凝固した固体物質が堆
積することによって、特に分子ポンプ機構部においては
元々非常に狭い隙間が更に狭まり、それによって出力低
下が発生し、また最悪の場合には、ポンプの破損にまで
つながることがある。
【０００４】先に述べたように、ここに説明している種
類の真空ポンプは、高い精度を要求される構成部材が過
熱するのを防止するために冷却装置を装備する必要があ
る。ところが一方では、その冷却装置の作用によって、
凝縮した液体や凝固した固体の堆積が助長されてしまう
ということがあり、それによっても、以上に説明したよ
うな、この種のポンプの動作に付随する問題が発生する
ことがある。
【０００５】そのため、上述の種類の真空ポンプを、例
えば化学プロセスや半導体製造等の用途に使用する場合
であって、しかもその用途において、その真空ポンプが
広い圧力範囲に亙って機能しなければならない場合に
は、その真空ポンプの構造は、両立が完全に不可能では
ないまでも、本質的に相反する２つの条件を満たさねば
ならないことになる。
【０００６】ヨーロッパ特許公報ＥＰ−Ｏ−３５２６８
８号には、高温の構成部材から低温の構成部材への熱伝
達を防止するために、それら高温の構成部材と低温の構
成部材との間に付加部材として熱抵抗の大きな部材を配
設した構造が示されている。しかしながら、このような
構造には、外形寸法が大きくなるという欠点がある。こ
れに加えて、パッキングや連結部材も付加する必要があ
る。それら付加部材はいずれも高い精度を要求される構
成部材であり、また、それら付加部材のために全体の構
造が複雑化している。更に、以上の欠点は、ポンプの多
数の機構部を互いに熱的に分離しようとするときには倍
加することになる。
【０００７】従って本発明の目的は、広い圧力範囲に亙
って動作可能な摩擦ポンプ形の真空ポンプであって、凝
縮した液体ないし凝固した固体の堆積を高度に防止し得
ると共に、高温によって悪影響を受ける構成部材の過熱
を防止し得る真空ポンプを提供することにある。また、
これらを可能にする上で、真空ポンプの外形寸法が増大
したり、高い精度を要求される構成部品を余分に必要と
したりすることがないようにすることも重要である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項１の
特徴部分に記載した構成要件によって達成される。ま
た、請求項２乃至１０は、本発明の実施の形態にかかる
具体的な構成を記載したものである。
【０００９】請求項１の特徴部分に記載した構成要件を
備えた真空ポンプの構成によれば、また、請求項１に従
属する夫々の従属請求項に記載した真空ポンプの構成に
よれば、この種のポンプの構造に関する基本的条件であ
る互いに相反する２つの条件が共に満足される。真空ポ
ンプ３つの機構部である高真空側機構部、背圧側機構
部、及び駆動／軸受機構部は、旋削によって形成した径
方向及び軸心方向の逃げ部、即ち肉抜き部によってそれ
ら機構部どうしの間の接触面の面積を減少させること
で、互いに熱的に分離されている。更に、構造的に省略
不可能な接触面は、断熱材料で構成するようにした。高
真空側機構部に対しては、背圧側機構部からも、また駆
動／軸受機構部からも独立して、温度調節操作を加える
ことができ、即ち、個々の用途において必要とされる、
或いは、その用途プロセスの各段階において必要とされ
る、冷却や加熱の制御を行うことができる。このこと
は、背圧側機構部についても同様である。例えば、圧力
が上昇するために凝縮した液体や凝固した固体が盛んに
堆積するという事態は、温度を意図的に上昇させること
で防止することができる。更に、駆動／軸受機構部にお
いて動作中に発生する熱は冷却によって除去されるた
め、この駆動／軸受機構部からその他の機構部への無規
制な或いは不都合な熱伝導が防止される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照しつつ、本発明
を、その実施の形態に即して更に詳細に説明して行く。
図示した真空ポンプは３つの機構部を連結した構造を有
するものであり、それら３つの機構部とは、高真空側機
構部１、背圧側機構部２、それに駆動／軸受機構部３で
ある。高真空側機構部１は、図示した実施の形態では、
ターボ分子ポンプとして構成されており、複数のロータ
側羽根車９と、複数のステータ側羽根車１０とを有し、
吸気口１３を備えている。背圧側機構部２は、図示した
実施の形態では、ホルベックポンプ形の分子ポンプとし
て構成されている。この分子ポンプは、回転する円筒部
材１１と、螺旋溝を形成したステータ側部材１２とを備
えている。尚、参照番号１４は排気口である。駆動／軸
受機構部３は、実質的に一体化されて駆動モータ４とし
て構成されており、この駆動モータ４は軸８を回転駆動
する。軸８には、高真空側機構部１及び背圧側機構部２
の夫々の回転側構成部材が取り付けられており、また、
この軸８を軸支するための軸受機構も取り付けられてい
る。この軸受機構は、図示した実施の形態では、アキシ
ャル磁気軸受５とラジアル機器軸受６とで構成されてい
る。また更に、パッシブ形のラジアル磁気軸受７が、高
真空側機構部１に配設されている。ただし、これら磁気
軸受の一部または全てを、例えばボールベアリング等の
その他の種類の軸受に替えてもよく、そのように変更し
ても、本発明の本質は変わることはない。
【００１１】高真空側機構部１と背圧側機構部２との間
には、それら機構部を互いに断熱することを目的とし
て、旋削によって形成した径方向及び軸心方向の逃げ
部、即ち肉抜き部１５を設けてある。同様に、背圧側機
構部２と駆動／軸受機構部３との間にも、旋削によって
形成した径方向及び軸心方向の逃げ部、即ち肉抜き部１
６を設けてある。また、高真空側機構部１を駆動／軸受
機構部３から断熱するために、図示の実施の形態では、
軸８に、旋削によって切欠き部、即ち肉抜き部１７を形
成している。更に、構造的に肉抜き部を形成することが
できない部位や、構造的に接触面をなくすことができな
い部位においては、熱伝導率の小さな材料、即ち熱不良
導体材料で、その接触面を構成するようにすればよい。
そのために、例えば高真空側機構部１と背圧側機構部２
との間の番号１８で示した部位には、その種の材料で形
成した装着部材を介装してあり、また、背圧側機構部２
と駆動／軸受機構部３との間の番号１９で示した部位に
も、同様の装着部材を介装してある。高真空側機構部１
と駆動／軸受機構部３とは、例えば軸８の番号２０で示
した部位に、熱不良導体材料で形成した装着部材を介装
することで、互いに熱的に分離することができる。
【００１２】高真空側機構部１の温度調節即ち温度制御
を行うために、冷却装置２１と加熱装置２３とを備えて
いる。更に、温度センサ２５を使用して、高真空側機構
部１の温度をモニタして加熱動作ないし冷却動作を制御
できるようにしている。また背圧側機構部２を加熱する
ために、複数の棒状の加熱エレメント２４を備えてお
り、それら加熱エレメント２４は、ハウジングの外部か
らハウジングを貫通して内部へ径方向に突出している。
更に、温度センサ２６を使用して、背圧側機構部２の温
度をモニタして加熱エレメント２４を制御できるように
している。駆動／軸受機構部３は、その内部で発生した
熱を排除するための冷却装置２２を備えている。
【００１３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、真空ポンプが取り扱う気体が凝縮して液体と
なったり、更に凝固して固体となって真空ポンプ内に堆
積することを効果的に防止し得ると共に、真空ポンプの
構成部材のうち高温によって悪影響を受ける構成部材の
過熱を防止し得るという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる真空ポンプの縦断
面図である。
【符号の説明】
１ 高真空側機構部 ２ 背圧側機構部 ３ 駆動／軸受機構部 １５、１６、１７ 肉抜き部 １８、１９、２０ 装着部材（断熱部材）
フロントページの続き (72)発明者 マティアス・メートラー ドイツ連邦共和国デー−35759 ドリード ルフ，ヘルボルナー・シュトラーセ 19 (72)発明者 ハインツ・ライヒハルト ドイツ連邦共和国デー−35614 アスラー, シュールシュトラーセ 19 (72)発明者 イェルク・シュタンツェル ドイツ連邦共和国デー−35583 ヴェッツ ラー，ベルクシュトラーセ ４

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに協働してポンプ作用を発生する回
    転側部材と固定側部材とを有する高真空側機構部（１）
    及び背圧側機構部（２）を備え、更に駆動／軸受機構部
    （３）を備えた真空ポンプにおいて、 前記３つの機構部を、それら機構部に対して個別に温度
    調節操作を加え得るように構成すると共に、前記３つの
    機構部のうちの少なくとも２つの機構部の間を適宜な手
    段により互いに断熱したことを特徴とする真空ポンプ。
  2. 【請求項２】 前記機構部どうしが、それら機構部の構
    成部材の間に形成されてそれら機構部の構成部材の間の
    接触面の面積を減少させる肉抜き部（１５、１６、１
    ７）によって、互いに断熱されていることを特徴とする
    請求項１記載の真空ポンプ。
  3. 【請求項３】 前記機構部どうしが、構造的に省略不可
    能な接触面の全体または一部を構成する熱不良導体材料
    で形成した部材（１８、１９、２０）によって、互いに
    断熱されていることを特徴とする請求項１または２記載
    の真空ポンプ。
  4. 【請求項４】 前記高真空側機構部（１）に冷却装置
    （２１）を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何
    れか１項記載の真空ポンプ。
  5. 【請求項５】 前記高真空側機構部（１）に加熱装置
    （２３）を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何
    れか１項記載の真空ポンプ。
  6. 【請求項６】 前記駆動／軸受機構部（３）に冷却装置
    （２２）を備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何
    れか１項記載の真空ポンプ。
  7. 【請求項７】 前記背圧側機構部（２）に加熱装置（２
    ４）を備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか
    １項記載の真空ポンプ。
  8. 【請求項８】 前記加熱装置（２４）が、前記背圧側機
    構部（２）のハウジングの内部へ径方向または軸心方向
    に突出した棒状の加熱エレメントで構成されていること
    を特徴とする請求項７記載の真空ポンプ。
  9. 【請求項９】 前記高真空側機構部（１）に、該高真空
    側機構部の温度をモニタして前記加熱装置（２３）ない
    し前記冷却装置（２１）を制御するための温度センサ
    （２５）を配設したことを特徴とする請求項４または５
    記載の真空ポンプ。
  10. 【請求項１０】 前記背圧側機構部（２）に、該背圧側
    機構部の温度をモニタして前記加熱装置（２４）を制御
    するための温度センサ（２６）を配設したことを特徴と
    する請求項７または８記載の真空ポンプ。
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