(57)【要約】【課題】  第一段の超高速ターボファンと第二段の従来形軸流分子ポンプとを含んだ超高速真空ポンプ排気装置を提供する。【解決手段】  ターボファン１１は排気されるチャンバ３０と直列に接続されるか、又は完全にチャンバ内に設置されている。ターボファンは、流体に超高速排気速度を付与するために、大きな直径の動翼を使用している。第二段の従来形軸流分子ポンプ１８は、第一段のターボファンの下流側に流体的に接続されている。ターボファンは流体粒子に大体積流量での速度を付与しているが中程度の圧縮比である。続いて軸流分子ポンプが、荒引きポンプにより排気するための圧力に流体を圧縮する。【選択図】      図１
2005180438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ターボファンを備えた第一段と、（ｂ）軸流分子ポンプを備えた第二段とを具備する真空ポンプ排気装置において：
該ターボファンが：
（１）流体流れ入口及び流体流れ出口とを有している流体の入るハウジングと、
（２）該ハウジングの中に回転可能に取りつけられ、かつ長手軸を有しているシャフトと、
（３）該ハウジングから該シャフトの該長手軸へ向かって延伸し、かつ該ターボファンの該流体流れ入口と該ターボファンの該流体流れ出口との間で長手方向に離間されている複数の固定された静翼と、
（４）該シャフトから放射状に延伸し、該シャフトの該長手軸周囲で回転可能であり、そして該ターボファンの該流体流れ入口と該ターボファンの該流体流れ出口との間で長手方向に離間されている複数の固定された動翼と、
を具備していて；
該軸流分子ポンプが流体流れ入口と流体流れ出口とを有していて、該軸流分子ポンプの該流体流れ入口が該ターボファンの該流体流れ出口と流体連通しており；
従って、該シャフトが該長手軸周囲で回転するとき、該静翼及び該動翼とが協働して該ターボファンの該流体流れ入口に吸引された流体流れに軸方向速度を付与するようになっており、従って加圧された流体流れを該ターボファンの該流体流れ出口から該軸流分子ポンプの該流体流れ入口へ導入するようになっている；
真空ポンプ排気装置。
【請求項２】
該真空ポンプ排気装置の排気速度が１０，０００ｌ／ｓより大きい、請求項１に記載の真空ポンプ排気装置。
【請求項３】
該真空ポンプ排気装置の排気速度が２０，０００ｌ／ｓより大きい、請求項２に記載の真空ポンプ排気装置。
【請求項４】
該動翼の直径が０．２５ｍより大きい、請求項１に記載の真空ポンプ排気装置。
【請求項５】
該動翼の直径が０．５ｍより大きい、請求項４に記載の真空ポンプ排気装置。
【請求項６】
該第一段の該ターボファンが１０-5Pa未満の先在圧力で作動する、請求項１に記載の真空ポンプ排気装置。
【請求項７】
該第一段の該ターボファンが３００倍未満のガス圧縮比をもたらす、請求項１に記載の真空ポンプ排気装置。
【請求項８】
該第一段の該ターボファンが、少なくとも排気されるチャンバのほぼ内部に設置されている、請求項１に記載の真空ポンプ排気装置。
【請求項９】
該ターボファンが、異常運転状態において該動翼と該静翼との間の接触を防止するために、さらに衝撃保護機構を備えている、請求項１に記載の真空ポンプ排気装置。
【請求項１０】
該衝撃保護機構が、該ハウジングから延伸している複数の同心リングを備えていて、該複数の同心リングは該静翼又は該動翼を取り囲んでいて、該複数の同心リングは該流体を十分に透過するようになっている、請求項９に記載の真空ポンプ排気装置。
【請求項１１】
該ターボファンの該シャフトが、少なくとも一つのほぼ摩擦無し軸受機構により該ハウジングに回転可能に取りつけられている、請求項１に記載の真空ポンプ排気装置。
【請求項１２】
該摩擦無し軸受機構が、少なくとも一つの受動的磁気軸受を備えていて、該磁気軸受は、接触点が該ハウジングに関して該シャフトの該長手軸の方向を維持するようになっている幾何学的形状を有している、請求項１０に記載の真空ポンプ排気装置。
【請求項１３】
該第二段の該軸流分子ポンプの後流側に位置する少なくとも一つの荒引きポンプをさらに具備する、請求項１に記載の真空ポンプ排気装置。
【請求項１４】
加圧された流体流れを軸流分子ポンプに導入するためのターボファンにおいて、ターボファンが：
（ａ）流体流れ入口及び流体流れ出口とを有している流体の入るハウジングと、
（ｂ）該ハウジングに回転可能に取りつけられ、かつ長手軸を有しているシャフトと、
（ｃ）該ハウジングから該シャフトの該長手軸へ向かって延伸し、かつ該ターボファンの該流体流れ入口と該ターボファンの該流体流れ出口との間で長手方向に離間されている複数の固定された静翼と、
（ｄ）該シャフトから放射状に延伸し、該シャフトの該長手軸周囲で回転可能であり、そして該ターボファンの該流体流れ入口と該ターボファンの該流体流れ出口との間で長手方向に離間されている複数の固定された動翼と、
を具備していて；
該ターボファンが少なくとも１０，０００ｌ／ｓの排気速度を有している；
ターボファン。
【請求項１５】
該動翼の直径が少なくとも０．２５ｍである、請求項１４に記載のターボファン。
【請求項１６】
該ターボファンが３００倍未満のガス圧縮比をもたらす、請求項１４に記載のターボファン。
【請求項１７】
該ターボファンの該シャフトが、少なくとも一つのほぼ摩擦無し軸受機構により該ハウジングに回転可能に取りつけられている、請求項１４に記載のターボファン。
【請求項１８】
該摩擦無し軸受機構が、少なくとも一つの受動的磁気軸受を備えていて、該磁気軸受は、接触点が該ハウジングに関して該シャフトの該長手軸の方向を維持するようになっている幾何学的形状を有している、請求項１７に記載のターボファン。
【請求項１９】
真空チャンバから流体流れを排気する方法が：
（ａ）該真空チャンバの下流側にターボファンを設置する段階であって、該ターボファンが：（ｉ）流体流れ入口及び流体流れ出口とを有している流体の入るハウジングと、（ii）該ハウジングに回転可能に取りつけられ、かつ長手軸を有しているシャフトと、（iii）該ハウジングから該シャフトの該長手軸へ向かって延伸し、かつ該ターボファンの該流体流れ入口と該ターボファンの該流体流れ出口との間で長手方向に離間されている複数の固定された静翼と、（iv）該シャフトから放射状に延伸し、該シャフトの該長手軸周囲で回転可能であり、そして該ターボファンの該流体流れ入口と該ターボファンの該流体流れ出口との間で長手方向に離間されている複数の固定された動翼とを具備している、該真空チャンバの下流側にターボファンを設置する段階と；
（ｂ）該ターボファンの下流側に軸流分子ポンプを設置する段階であって、該軸流分子ポンプが流体流れ入口と流体流れ出口とを有していて、該軸流分子ポンプの該流体流れ入口が該ターボファンの該流体流れ出口と流体連通している、該ターボファンの下流側に軸流分子ポンプを設置する段階と；
該シャフトを該長手軸周囲で回転する段階であって、該静翼及び該動翼とが協働して該ターボファンの該流体流れ入口に吸引された流体流れに軸方向速度を付与するようになっており、従って加圧された流体流れを該ターボファンの該流体流れ出口から導入するようになっている、該シャフトを該長手軸周囲で回転する段階と；
を含んでいる方法。
【請求項２０】
該流体流れが、該真空チャンバから１０，０００ｌ／ｓより大きい流量で排気される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気するチャンバ内に超高真空をもたらすための真空ポンプに関する。より詳しくは、本発明は、第一段の高速ターボファンと第二段の軸流分子ポンプとを含んでいる真空ポンプ装置及び真空ポンプ装置の使用方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流分子ポンプ（ＴＭＰｓ；時に軸流ポンプと呼ばれる）は、排気されるチャンバに超高真空をもたらすために広く使用されている。真空ポンプは通常軸流分子ポンプ、ドラッグポンプ（drug pump）、遠心ポンプ、拡散ポンプ、クライオポンプ、チタンスパッタポンプ、ゲッタポンプ等を含んでいる。一般に軸流分子ポンプは、１０-8Pa（１０-10Torr）の水素のような気体を、荒引ポンプを介して排気するための圧力（約１０Pa）に圧縮するために使用されている。軸流分子ポンプにかかわる原理は、残存気体の分子の平均自由行程がチャンバの寸法と比較して長いような高真空において、速度の速いロータがロータと相互作用する流体粒子に線モーメントを付与している。別の回転翼及び静翼とにより流体流れに付与された相対速度が、流体流れを排気される真空チャンバからポンプ排気出口へ吸引する。動翼の各セットが圧力差に耐えることができるようになっている。一連の翼セットに対してゼロ流量における圧縮比は、ほぼ各セットにおける圧縮比を乗算したものになっている。従来形の軸流分子ポンプは、高回転速度で運転することにより、かつ多数の動翼／静翼セットを使用することにより、高圧縮比を達成している。
【０００３】
高回転速度及び多数の動翼及び／又は静翼セットはポンプの製造と、保守補修とが著しく困難となり運転コスト全体の増大を招いている。
【０００４】
数千ｌ／ｓまでの排気速度を必要とする軸流分子ポンプは市場で入手可能である。しかしながら、従来形軸流分子ポンプは超高排気速度を達成するにはふさわしいものではない。超高排気速度には、非常に大直径のポンプを必要とする。大直径ポンプは、高圧縮比を達成するには経済的に見合うものではない。
【０００５】
軸流分子ポンプの軸受は高真空下において高速で回転するローターを軸支しなければならない。軸流分子ポンプの起動時に、出力ステージは高トルクと高動力とを必要とする。これらの要求を大直径の軸流分子ポンプに適合させることは困難である。しかしながら、必要とされる排気速度がローターの直径寸法を規定し、超高速が必要とされる大直径ポンプを要求している。
【０００６】
これらの相反する要求が軸受構造の選択を限定し、軸受の短寿命化あるいは複雑なエレクトロニクスの信頼性例えば磁気軸受安定化をもたらしている。
【０００７】
現在のポンプは多くの軸受構造を使用していて、その軸受は、オイル又はグリース潤滑の金属製あるいはセラミック製の主軸受；能動的あるいは受動的磁気軸受；及びそれらを組合せを含んでいる。従って軸流分子ポンプは複雑で高価なものである。
【０００８】
ある用途においては、著しい高排気速度と超低圧とが要求される。例としては宇宙空間模擬チャンバ、核融合炉、粒子加速器及び検出器、ミラーコータのような大きな処理チャンバ及びＬＩＧＯ干渉計アームあるいはｋａｏｎ減衰パイプのような実験用チャンバが含まれている。
【０００９】
軸流分子ポンプはこれらの用途に対して選択されるポンプである。しかしながら、従来形の軸流分子ポンプは高圧縮比と中程度の排気速度で設計されている。というのは、超高排気速度にスケールアップする場合、それらの設計が非常に困難だからである。そのような状況において軸流分子ポンプを使用することの欠点には、取得コスト、軸受の改造あるいは取替えの必要性、軸受交換のようなメンテナンスコスト、及びプロセスチャンバの汚染が含まれている。
【００１０】
これらの欠点のために、代りに拡散ポンプ、クライオポンプ、チタンスパッタポンプ及びゲッタポンプが使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、超高真空を達成可能な超高排気速度の真空排気用機器、装置及び方法とが必要とされる。さらに、そのような真空ポンプ排気装置は低コストであって、補修が少なく、高信頼性で、寿命が長いことも必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述及び他の欠点は、本発明における超高速真空ポンプターボファン、従来形軸流分子ポンプにより後続されている超高速ターボファンの入力ステージを含んでいる真空ポンプ装置、及びその使用方法により克服されている。これに限定されるものではないが、本発明における真空ポンプ装置の実施形態は、以下のいくつかの利点のある機能的な特徴を含んでいる。
（ａ）超高速排気速度；
（ｂ）低回転速度及び小さな遠心力；
（ｃ）先在する低圧において使用可能であり、従って流体に対して小さな抵抗である；
（ｄ）小さな抵抗及び小さな遠心力とに基づく簡単で低価な軸受とロータ構造；
（ｅ）高信頼性、高清浄度及び小さなガス放出；
（ｆ）プロセスチャンバ内に十分に設置できること；
（ｇ）高圧下への急速な露出に耐えることのできる衝撃保護機構；
（ｈ）従来形軸流分子ポンプと組合わせた前段ポンプあるいは前段コンプレッサポンプとして、又は他のターボファンと組合わせたバックアップポンプとして使用できること。
【００１３】
一つの実施形態において、好ましくは従来形軸流分子ポンプと組合わせた入力ステージとして使用されるターボファンは、超高排気速度であって、好ましくは大きな直径であり、中程度の圧縮比である。ターボファンは、非透過性のハウジングの内部又は真空チャンバ自体の内部に入っている、一つ以上の静翼と動翼とのセットを備えている。動翼は長手方向の回転軸から放射状に延伸している。動翼と交互になっている静翼は固定されポンプハウジングから回転シャフトへ向かって延伸している。静翼は動翼の間で軸方向に離間している。動翼と静翼とは、流体流れの方向付けを促進するために、輪郭が合っているか又は溝付きとなっている。
【００１４】
本発明におけるターボファンの動翼は、流体流れに対して超高排気速度を付与するために高速の線速度で回転可能になっていているものの、安定化されていてかつ翼を作動するために大きな動力源を必要としていない。
【００１５】
本発明のターボファンは、好ましくは先在の低圧力雰囲気で使用される。そのような雰囲気において、このことが排気される流体流れにより動翼に作用する軸力を小さくしている。軸力が小さいので、本発明のターボファンは好ましくは点接触によりシャフトの長手方向位置決め安定化される幾何学的形状の受動的な磁気軸受を使用している。従って、比較的簡単な軸受コンポネントが使用されるので、ターボファンは非常に信頼性のあるものとなり、従って、十分かつ完全にプロセスチャンバ内部に設置することができる。
【００１６】
さらに、動翼及び静翼とはそれらの表面上に一連の同心の緩衝ワイヤリングを備えていてもよい。例えば急激な多量の流体流入の場合、真空容器の破損あるいは運転員の誤操作により、翼が大きな力で上流側に押しつけられるかも知れない。続いて、動翼は緩衝ワイヤと接触し、緩衝ワイヤが支持及び迅速な減速とを提供する。
【００１７】
超高速ターボファンは、限定するものではないが好ましくは前述したように、一つ以上の第二段の軸流分子ポンプの上流側に一つ以上の第一段のターボファンを備えた真空ポンプ排気装置に使用される。荒引きポンプ及び／又は前段ポンプが真空ポンプ排気装置に使用されてもよい。
【００１８】
もう一つの実施形態は真空チャンバの排気方法であって、その方法は；
第一段のターボファンと流体連通する従来形軸流分子ポンプを設置する段階と；
前述したように、真空チャンバの下流側にターボファンを設置する段階と；
動翼が、ターボファンの入口から軸流分子ポンプの出口へ導入される流体流れに対して速度を付与するために、静翼と協働するようにシャフトを回転する段階と；を含んでいる。
【００１９】
本出願において、流体流れは気体流れ、液体流れ、固体粒子が混合されあるいは分散されている液体流れ、及び／又は、液滴及び／又は固体粒子が混合されあるいは分散されている気体流れを意味するものとして規定されている。本特許は、好ましくはほぼあるいは完全にガス状流体流れに基づくものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、超高速真空ポンプターボファン１１の一つの実施形態を図示していて、そのターボファン１１は、好ましくは超高速インプットステージとして使用されていて、従来形の軸流分子ポンプにより後続されている。ターボファン１１は流体流れをターボファン入口１２に吸引し、ターボファン出口１３へ通過させている。好ましくは、図４及び５に図示するように、ターボファン出口は追加のターボファン又は軸流分子ポンプの少なくとも一つに流体連通している。好ましくは、図４及び５に図示するようにターボファン入口１２は真空排気すなわちプロセスチャンバ３０と流体連通している。ターボファン１１は、超高排気速度でかつ中程度の圧縮比の特性を有している。
【００２１】
通常排気速度は１０，０００ｌ／ｓより大きい。より好ましくは、排気速度は１０，０００ｌ／ｓ〜４０，０００ｌ／ｓである。好適な実施形態において、ターボファン１１は１ｍの直径のターボファンに対して２５，０００ｌ／ｓの排気速度である。
【００２２】
図４に図示するように、ターボファン１１は、好ましくは第二段としての軸流分子ポンプ１８を備えた真空ポンプ排気装置１０における第一段として使用される場合、中程度の圧縮比である。通常の圧縮比は約１０００倍−１０倍の圧縮比である。より好ましくは圧縮比は２００倍−５０倍の範囲である。
【００２３】
例として、中程度の１００倍の圧縮比で１ｍの直径のターボファン１１は空気に対して約２５，０００ｌ／ｓの排気速度であって、１５cm口径以下の遮断弁１５の下流に設置された２５０ｌ／ｓの軸流分子ポンプ１８によりバックアップされていてもよい。本設計により十分に１０-8Torr未満の圧力を達成できる。
【００２４】
好ましくは、ターボファン１１は先在する高真空雰囲気で使用される。異なる雰囲気における例外的な運転については後述する。例えば、ターボファン１１は、少なくとも約１０-3Pa未満に保持された圧力下において十分に又は全体的にプロセスチャンバ内に設置されるか、又はプロセスチャンバと流体的に接続されていてもよい。より好ましくは、先在する低圧力が１０-5Pa未満に保持されている。最も好ましくは、先在する低圧力が１０-6Pa未満である。本超高速ターボファン、真空ポンプ排気装置及び方法は、さらにチャンバを１０-8Pa未満の圧力に排気することができる。
【００２５】
先在する高真空雰囲気において、動翼１７に作用する流体力は著しく小さいものである。流体力は通常１Ｎ／ｍ2の百万分の一以下である。特定の理論のいずれにも限定するものではないが、この条件は、後述するような、フレキシブルあるいは半フレキシブルな薄いフォイル構造体を特徴とする動翼１７の構造体を使用することを可能にしていて、その動翼１７は、回転する場合に遠心力の作用により所定の形状に延伸され維持されている。この構造体は、別にターボファンの軽量化と低コスト化をもたらしている。
【００２６】
動翼１７に作用する小さな軸力は比較的単純で、安価で、信頼性のある軸受の使用を可能にしていて、以下に説明する。
【００２７】
さらに、動翼に作用する小さな流体力のために、ターボファン１１は従来形の軸流分子ポンプより大直径のものを使用することが可能となっている。一般的なターボファン１１の直径は約０．１ｍ−３．０ｍである。より好ましくは、ターボファン１１の直径は０．５−１．５ｍである。最も好ましくは、ターボファン１１の直径は約１ｍである。ガスを荒引きポンプのポンプ容量に見合った圧力に圧縮する必要性による妨げがないので、そのようなターボファンは超高速排気速度とするためにより大きな直径としようとする場合コスト面あるいは複雑性の面で大きな障害はない。軸流ポンプに必要とされる大きなブレードの線速度は直径がより大きくなるに従ってより低速の回転速度となり、ブレードにおける応力は低減される。
【００２８】
ターボファン１１の他の利点は、少なくとも部分的に小さな流体力のために、低出力モータ及び安価で比較的簡単な安定化コンポーネントを使用することができる。以下に説明する。
【００２９】
図１におけるターボファン１１は、軸流分子ポンプの様な、又はタービンの様な、又はファンの様な一つ以上の静翼１６と、動翼１７とを備えていて、静翼１６及び動翼１７とは、真空排気すなわちプロセスチャンバ３０と隣接して設置された非透過性のハウジング１４の中に収容されている。代りにターボファン１１は、図６に図示するように真空排気すなわちプロセスチャンバ３０の中に直接設置されてもよい。ターボファン１１が比較的簡単で、安価で、ガス放出は無視でき、そして信頼性のあるコンポーネントであるので、図６に図示するようにターボファン１１は全体的に真空排気すなわちプロセスチャンバ３０の中で使用することができる。この場合、ターボファンは１ｍ口径の超高速真空（ＵＨＶ）弁と比較してさえ著しく低コストとなっている。
【００３０】
動翼１７は回転式長手シャフト１５上に放射状に取り付けられている。動翼１７は、動翼における回転軸から半径の半分に到るまでの部分は、流体の逆流を防止するために流体に対して非透過性であってもよいことを除いて、好ましくはファンの様な、又は軸流分子ポンプの様な、又はタービンの様なものである。シャフト１５は、好ましくは低摩擦の又は摩擦なしの少なくとも一つの軸受２８により保持されている。シャフト１５が完全にハウジング内に収容されていることも好適なことである。
【００３１】
一方、静翼１６はポンプハウジング１４から回転シャフト１５へ向かって延伸している固定翼である。図２に図示するように、静翼１６は動翼１７の間で軸方向に離間している。静翼１６は、指向性の流体流れを促進するために等高的及び／又は傾斜的になっている。溝付き静翼の例が図３に図示されている。
【００３２】
静翼１６及び動翼１７は好ましくは軽量で強度のある材料で作られている。そのような静翼及び動翼はこれに限定するものではないが、チタンと、アルミニウムと、ファンに基づくタービン、産業用ファン及び軸流分子ポンプに使用されている他の材料とで作られていてもよい。動翼１７は、好ましくは停止された場合に形状を維持し、そして遠心加速度及び回転加速度とによる力と、流体流れ及び流体圧力差とによる力とに耐える材料で作られている。
【００３３】
もしモータ２９が、小さな摩擦力に対してシャフト１５及び動翼１７を起動するのに十分なトルクを有しているなら、動翼１７は静翼１６アセンブリと接触していてもよい。さらに、動翼１７は、好ましくは回転時に遠心力により安定化することができるように薄くてフレキシブルなものである。さらに、動翼１７は、好ましくは軸受の仕様を満足するために十分に釣合いのとれたものである。
【００３４】
回転シャフト１５及び動翼１７とに作用する小さな流体力と小さな軸力とのために、ターボファンは、低出力モータ２９により駆動することが可能である。例えば、回転シャフト１５及び動翼１７は、ハウジング２４内部に吊り下げられ細い鋼管で冷却されたモータアセンブリにより駆動することができる。より好ましくは、回転シャフト１５及び動翼１７は、交流（ＡＣ）モータ２９により駆動されていてもよくて、その交流モータ２９は真空包囲体の外側にあって、かつ真空で静止しているコンポーネントの内側にあるシャフト１５の下流端部に閉じられた又は密閉された回転コンポーネントを備えている。この形状は、真空包囲体の内側に非接触で受動的要素のみを残し、ガス放出が小さく、信頼性の高い長寿命を可能とする利点がある。選択的に、高真空を維持することを保証するために十分なハーメチックシールを使用している外部モータが使用され、備えられてもよい。好ましくは、モータ２９は可変速度で運転可能である。代りにモータが固定速度で運転されてもよい。
【００３５】
本ターボファンの動翼１７は、高排気速度を実現するために翼の高線速度における回転を可能にする一方で安定化を維持しかつ安定化のために大容量の動力源を必要としない。従来形軸流分子ポンプは、一般にポンプの高圧側にベントされているオイル式又はグリース式軸受を使用している。能動的又は受動的磁気軸受を備えたポンプは市場で入手可能であり、かつ一般にオイルフリー用途に使用されている。そのような磁気軸受は高価であり、時に潤滑式軸受と比較して信頼性のあるものではない。というのは、回転シャフト及び動翼を芯合わせするために通常使用されている能動的フィードバック装置が複雑であるからである。さらに受動的磁気軸受を使用して作られた軸流分子ポンプは、すべての自由度において一般に安定なものではない。従って磁気軸受には、能動的フィードバック装置又は従来形潤滑式軸受が磁気軸受を安定化する構造のどちらかが使用されている。
【００３６】
特定の理論に限定されるものではないが、動翼に作用する小さな流体力と回転式ターボファンシャフト１５及び動翼１７とにおける小さな軸力とのために、受動的な磁気軸受２８が使用されてもよくて、その磁気軸受２８は、点接触（限定するものではないがダイヤモンドプレートにおける鋼を含んでいる）が回転式ターボファンシャフト１５の長手方向位置決めを安定化している幾何学的形状を採用している。小さな軸力の安定化は、炭素のような反磁性体材料を使用して行なわれてもよい。
【００３７】
ここに記載された技術に使用してもよい他のオプションは、導電リングを使用した磁場の動的反発作用である。特に好適な構造は、大きな力の発生に対して点接触により後退される反磁性スタビライザ又は動的反発スタビライザを採用している。点接触は、真空排気ポンプ装置への空気のラッシュ又は物理的衝撃のような非常に大きな力に対して、乾式スライドリング（dry slide ring）又は乾球軸受（dry ball bearing）により支持されている。
【００３８】
ターボファンシャフト１５は、好ましくは永久磁気軸受２８により所定位置に保持されている。通常はシャフトに接触していない補助的なスリップリングは異常な力が作用する際におけるシャフトのずれを拘束するために使用されてもよい。
【００３９】
選択的に安定化した点接触で受動的磁気軸受を採用することにより、非接触で受動的でガス放出の少ないコンポーネントが真空チャンバ内部に設置されている。このことはチャンバーの汚染を少なくし、高信頼性及びより長い運転寿命をもたらしている。さらに、これらの軸受のオプションは、従来形の軸流分子ポンプに使用されているものと比較してよい安価でより信頼性が高い。
【００４０】
特別な構造及び材料との動翼にもかかわらず、真空ポンプが通常運転では生じないような、かつ流体力が大きくかつ破壊的であるような急激で予想できない流体流入にも耐えるべく作られることは好適なことである。そのような事例は非透過性のハウジング又はポンプ又は真空排気チャンバ及び／又はその付属機器における故障あるいは損傷である。
【００４１】
超高速排気速度を提供することが可能な好ましくは大直径のターボファン１１は、例えばターボファン１１が運転速度で回転している際に多量の流体質量がターボファン１１に流入するような場合の異常状態において発生するこれらの流体力により損傷されやすい。
【００４２】
ターボファンは、図３に図示するように、衝撃保護装置によりそのような異常状態に基づく損傷を防止することができる。ターボファンが、衝撃保護装置なしでうまく機能しかつ使用できる場合でも、そのような装置を備えていることは好適なことである。
【００４３】
異常運転時に、主な流体力は大きなものでほとんどの設計の翼は超過応力となる。ターボファンの好適な実施形態は、これらの力に対して破損するというよりは十分にフレキシビリティーがあってたわむ翼を有している。翼がたわむ場合、それらは静翼と接触する。動翼及び静翼はからみ合い破損するかもしれない。
【００４４】
このことは、図３に図示するような衝撃保護装置により防止することができる。この装置は、各動翼１７と静翼アセンブリ１６との間に滑り面を提供することにより作動している。たわんだ動翼１７は短時間の間滑り面に乗り、動翼１７が支えられる。滑り面は、好ましくは流体に対してほぼ透過性であって、かつ好ましくは真空に対して適合性のある材料で作られている。一つの適切な実施形態は、図３に図示するような複数の円形同心ワイヤリングであって、そのワイヤリングは自立式スクリーンか、又は静翼アセンブリに取り付けられかつ支持されている。
【００４５】
ターボファン１１における前述の実施形態及び特徴を頭において、図４は、第二段の従来形軸流分子ポンプ１８の上流における第一段（すなわち前段圧縮あるいは前段ポンプ）の超高速真空ポンプとして装置１０に好適に使用されているターボファン１１を図示している。第一段のターボファン１１は前述したように中程度の圧縮で超高排気速度を提供していて、一方、第二段の従来形軸流分子ポンプ１８は高圧縮ポンプ駆動を提供している。図４に図示する装置は、前述したように真空排気されるチャンバ３０と流体的に接続された第一段のターボファン１１を備えている。ハーメチックバルブがターボファン入口１２と真空チャンバ出口との間の接続点に使用されてもよい。オプションとして、第一段のターボファン１１は真空排気されるチャンバの中に設置されてもよくて、出口ポート１３は真空チャンバから延伸している。
【００４６】
ターボファン１１の下流に、第二段の従来形の軸流分子ポンプ１８がターボファン１１と流体連通して接続されている。ハーメチックバルブあるいはハーメチックシールがターボファン出口１３と軸流分子ポンプ入り口１９との間の接続部に使用されている。軸流分子ポンプ１８は、図５に図示するように荒引きポンプ２４と流体連通して接続されるか、又は第二チャンバ若しくは大気へベントされてもよい。ハーメチックバルブ又はハーメチックシールが軸流分子ポンプ出口２０と荒引きポンプ２５との間の接続部に使用されている。荒引きポンプは、好ましくは荒引ポンプ出口２６において大気にベントしている。
【００４７】
オプションとして、図５に図示するように、真空ポンプ排気装置１０は真空排気チャンバ３０とターボファン１１との間に設置可能な追加の前段ポンプ又は前段圧縮ポンプ２１を使用してもよい。さらに、真空ポンプ排気装置１０は、従来形軸流分子ポンプの下流側に追加の後段ポンプ２６を使用してもよい。ハーメチックバルブ又はハーメチックシール又は前段ポンプ入口２２と真空チャンバ３０との間及び／又は前段ポンプ出口２３とターボファン入口１２との間の接続部分に使用されてもよい。
【００４８】
真空ポンプ排気装置は、バックアップとして又は多段として又は予備ファンとして一つより多いターボファン１１を使用してもよい。というのはそのようなターボファンの材料コストが比較的低価格だからである。追加のターボファンは真空ポンプ排気装置と直列的に使用してもよいし、又はハーメチックバイパスバルブを備えるか若しくは備えていない並列コンポーネントとして使用してもよい。
【００４９】
運転において、前述のターボファン及び真空ポンプ排気装置は、真空チャンバを以下の様にして排気する。第一に、超高速ターボファン１１が、排気されるチャンバ３０の下流側又はほぼ若しくは完全にチャンバ３０の中にチャンバ３０と流体連通的に設置される。好ましくは、続いて排気されるチャンバ及び超高速ターボファンは、前述したように先在の低圧に維持される。次に軸流分子ポンプ１８がターボファン１１の後流側に設置され、そして軸流分子ポンプの入口ポート１９とターボファン１３の出口ポートとが流体的に接続される。好ましくは、この軸流分子ポンプ１８はハーメチックバルブによりターボファン１１と離間されている。好ましくは、装置が運転されていない場合、ターボファン及び排気されるチャンバとにおける先在真空を維持するためにこのバルブは閉止されている。代りに、ターボファン１１自体はターボファンが起動される前に排気されてもよい。
【００５０】
ターボファン１１の起動時、ターボファン入口１２を介して吸引されかつターボファン出口１３において排出される流体流れに速度を付与するべく、動翼１７が静翼１６と協働するように、シャフト１５はその長手軸周囲で回転されるその後流体流れは、さらに圧縮され軸流分子ポンプ１８により下流側に送り出される。追加の前段ポンプ及び／又は後段ポンプは前述したように使用されてもよい。
【００５１】
本発明における特定のステップ、構成要素、実施形態及び用途とが図示され説明されてきたが、当然のことであるが、当業者においては前述の教示に照らし合わせて修正を行なうことができることから、本発明はこれに限定されるものではないことは理解されるであろう。特許請求の範囲にはそのような修正を含むことが意図されており本発明の範囲に係わるこれらのステップ構成要素を含むことが意図されているものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明の装置と使用方法との一つの実施形態におけるターボファンの内部構造体の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の装置と使用方法との少なくとも一つの実施形態における、ターボファン内の静翼と動翼との空間的関係を示す部分断面図である。
【図３】図３は、本発明の装置と使用方法との少なくとも一つの実施形態における、衝撃保護リングを使用しているターボファンの内部構造体の斜視図である。
【図４】図４は、本発明の装置と使用方法との少なくとも一つの実施形態における、高真空ポンプ装置のブロックダイアグラムであって、真空排気チャンバ及び後段の軸流分子ポンプと流体連通しているターボファンステージを図示している。
【図５】図５は、本発明の装置と使用方法との少なくとも一つの実施形態における、高真空ポンプ装置の部分的な概略ブロック図であって、真空排気チャンバ、前段ポンプ、軸流分子ポンプ及び荒引きポンプと流体連通しているターボファンステージを図示している。
【図６】図６は、本発明の装置と使用方法との少なくとも一つの実施形態における、高真空ポンプ装置の部分的な概略ブロック図であって、真空排気チャンバ内に設置されたターボファンステージを図示している。
【符号の説明】
【００５３】
１０    真空ポンプ排気装置
１１    ターボファン
１４    ハウジング
１５    回転シャフト
１６    静翼
１７    動翼
３０    真空チャンバ
【図１】
2005180438.tif 000003
【図２】
2005180438.tif 000004
【図３】
2005180438.tif 000005
【図４】
2005180438.tif 000006
【図５】
2005180438.tif 000007
【図６】
2005180438.tif 000008
【外国語明細書】
2005180438000001.pdf