(57)【要約】【課題】メンテナンスしやすい構造を有し且つロータの重心付近に配置された軸受が高い剛性を有する、フライング（浮動）軸受支持ロータまたは釣鐘状ロータを備えたガス摩擦ポンプを提供する。【解決手段】ロータ軸（４）および回転ポンプ作用構造部分（５）がロータの構成要素であり、およびロータ軸（４）が、間隔配置された２つのラジアル軸受（８、９）と、および１つのアキシアル軸受（１６）とにより支持され、２つのラジアル軸受（８、９）の一方が他方よりもロータ重心により近くに装着されている、固定ポンプ作用構造部分（６）と、および回転ロータ軸（４）上に固定された回転ポンプ作用構造部分（５）とを備えたガス摩擦ポンプが開示されている。有利な設計においては、気体軸受はモジュールとして形成され且つ円筒ハウジング部分内とはめ合い装着され且つ固定されてもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ軸（４）および回転ポンプ作用構造部分（５）がロータの構成要素であり、およびロータ軸（４）が、間隔配置された２つのラジアル軸受（８、９）と、および１つのアキシアル軸受（１６）とにより支持され、２つのラジアル軸受（８、９）の一方が他方よりもロータ重心により近くに装着されている、固定ポンプ作用構造部分（６）と、および回転ロータ軸（４）上に固定された回転ポンプ作用構造部分（５）とを備えたガス摩擦ポンプにおいて、
ロータ重心により近くに存在するラジアル軸受（９）が気体軸受であることを特徴とするガス摩擦ポンプ。
【請求項２】
アキシアル軸受（１６）が気体軸受であることを特徴とする請求項１のガス摩擦ポンプ。
【請求項３】
少なくとも１つの軸受が独立モジュールからなることを特徴とする請求項１または２のガス摩擦ポンプ。
【請求項４】
駆動装置（１３）もまた独立モジュールからなることを特徴とする請求項３のガス摩擦ポンプ。
【請求項５】
少なくとも２つの軸受が１つのモジュール内に組み込まれていることを特徴とする請求項４のガス摩擦ポンプ。
【請求項６】
少なくとも１つの軸受および駆動手段が１つのモジュール内に組み込まれていることを特徴とする請求項４のガス摩擦ポンプ。
【請求項７】
モジュールの少なくとも１つがポンプ・ハウジングの円筒部分（７）にはめ合い装着され且つ固定されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかのガス摩擦ポンプ。
【請求項８】
気体軸受とガス出口領域（２０）との間にシール手段（１１）が存在することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかのガス摩擦ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念に記載のガス摩擦ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス摩擦ポンプ特にターボ分子ポンプは、低い最終真空圧を達成するために使用されるたいていの適用例においてきわめて成功している。
用語「ターボ分子ポンプ」はタービンに類似することからこのように呼ばれ、即ちブレード・リングがロータおよびステータ上に交互に位置している。ポンプ作用はロータとステータとの協働により発生し且つロータの回転速度の上昇と共に増大する。このロータを構成し且つ支持するために、種々の設計が存在する。一変更態様においては、ロータのポンプ作用構造が軸の一端に位置している。この構造は例えばディスクから製作可能であり、ディスクはブレードにフライス加工され且つそれに続いて軸上に押し込まれる。これにより軸の一端にディスク・パケットが形成される。このディスク・パケットの下側で次に軸は２点で軸受支持され且つモータが設けられ、モータは軸受点の間に位置していることが多い。このタイプの軸受支持構造はフライング（浮動）軸受支持構造と呼ばれ、ロータの重心は軸受点の外部に位置している。
【０００３】
他の変更態様は、ロータを中実材料から一体にフライス加工で形成し且つ内部を中空にすることである。この「釣鐘」は次に軸受装置およびモータの上からかぶせられ且つその中に存在する軸にねじ込まれる。この構造においては、ロータの重心は軸の上部軸受付近または上部軸受内に存在する。
【０００４】
しかしながら、両方の構造において、特にフライング（浮動）軸受支持構造において、上部軸受内に作用する力は高いものである。即ち、そこに使用される軸受は高い剛性を有していなければならない。
【０００５】
軸受支持構造の最も簡単な変更態様は玉軸受である。上部軸受内の高い力および高い回転速度により、オイル潤滑およびオイル冷却が不可欠である。それにもかかわらず、玉軸受の寿命は制限され且つ定期的間隔で交換が行われなければならない。
【０００６】
ポンプの構造によっては、ロータ重心の近くに配置された上部軸受の玉軸受はポンプ内部のきわめて深い位置に存在する。したがって、オイルの供給が困難であるばかりでなく交換もまためんどうである。他の問題点は、玉軸受のオイルから発生する炭化水素蒸気である。炭化水素蒸気はポンプの回転中においては確かに原理的に有効にポンピング排出されるが、ポンプの停止中に排出されるべき容器内に到達することがある。半導体の製造において使用される場合、これは望ましいものではない。
【０００７】
従来技術において、特に上部軸受内の玉軸受を磁気軸受に置換することが既知である。要求される高い剛性を達成するために、一般に能動ラジアル磁気軸受が必要となる。このような軸受の技術設計は高度であり、即ち、最初に可変位置決め（電流により制御される）を可能にする電磁石が必要とされる。それに追加して、ロータの位置を特定し且つこれを制御電子装置への入力信号として与える位置決めセンサが必要である。制御電子装置は、電磁石がそれにより駆動される電流を制御する。軸受剛性の増加と共に、使用されるべき電流は上昇する。追加の熱が発生し、この熱は排出されなければならない。玉軸受と比較して明らかにより高度な技術設計はより高い製造コストの原因となり、よりよいモニタ特性および軸受特性を得るために、このより高い製造コストはやむを得ないものである。
【０００８】
ある適用分野特に半導体工業においては、磁気軸受支持ポンプが使用されてきた。大量生産され且つ長年にわたり市場で販売されている軸受を通常軸受と呼ぶならば、磁気軸受構造もまた通常軸受として挙げられなければならない。
【０００９】
既に１９７３年に、ドイツ特許公開第２２５５６１８号の公開文献に他の方法が開示されている。この文献はターボ分子ポンプ内に気体軸受を使用することを教示し、この場合、（回転以外の）全ての自由度が気体軸受により支持される。気体軸受においては、軸と軸受ステータとの間の隙間がきわめて小さいときにのみ高い剛性が達成される。しかしながら、隙間の低減というこの特徴により、特にステータ部分およびロータ部分の組込みにおいて精度が問題となるときには、すぐに限界に突き当たることになる。例えば相互にある間隔をなして装着された２つのラジアル軸受を使用する場合、一方の軸受内のきわめて僅かな位置決め誤差がそれぞれ他方の軸受内のきわめて狭い隙間を著しく変化させるので、たとえ不可能ではないにしても、必要な高精度調節を行うことはきわめて困難である。この問題点を解決するために、例えばドイツ特許公開第１９９１５９８３号に開示されているように、ポンプ・ハウジング内に軸受ユニットを適切に懸架することが行われてきた。しかしながら、使用例を追跡してみても、従来、商業的に成功した気体軸受支持ターボ分子ポンプは見当たらない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
メンテナンスしやすい構造を有し且つロータの重心付近に配置された軸受が高い剛性を有する、フライング（浮動）軸受支持ロータまたは釣鐘状ロータを備えたガス摩擦ポンプを提供することが本発明の課題である。この構造は高精度位置決めの問題を解決すべきものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は請求項１の特徴により解決される。
釣鐘状ロータまたはフライング（浮動）軸受支持ロータを備えたガス摩擦ポンプは、ロータの重心付近の位置に気体軸受が使用されるとき、重心付近に配置された軸受内において高い荷重を良好に支持することができる。気体軸受は高い剛性を有し、および高い回転速度が要求されたときにおいても運転可能である。気体軸受はきわめて摩耗しにくく、したがって点検間隔を延長させ、この結果コストを著しく低減させる。ラジアル気体軸受のみを使用することにより、軸受点の高精度位置決めの必要性が回避される。他方で、請求項３−６に記載の構造方式により、この高精度位置決めが可能となり、したがって他の軸受にも気体軸受を使用することが可能となる。本発明を変換するために、あらゆるタイプの気体軸受特に動圧軸受および静圧軸受が使用可能である。
【００１２】
図面により本発明を説明し且つ有利なその他の形態を開示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
吸込フランジ２および排出開口３を有するポンプ・ハウジング１内に固定ポンプ作用構造部分がステータ・ディスク６として装着されている。回転ポンプ作用構造部分はロータ・ディスク５としてロータ軸４と固定結合されている。ロータ軸４は駆動装置１３により回転される。
【００１４】
円筒ハウジング部分７内には、駆動装置のほかに、ロータ軸を支持するための下部ラジアル軸受ユニット８および上部ラジアル軸受ユニット９が存在する。軸受１６はロータ軸を軸方向に支持する。図示の例においては、この軸受はロータ軸の下端部に配置されているが、このアキシアル軸受は他の位置例えば上部ラジアル軸受９の付近に存在していてもよい。上部軸受ユニットとガス出口領域２０との間にシール手段１１が存在している。上部軸受ユニットは気体軸受として形成され、およびガス供給通路１０を介して上部軸受ユニットにガスが供給される。この上部軸受ユニットは２つの軸受ユニットのうちでロータの重心に最も近くに位置し且つ最大軸受力を支持しなければならない。フライング（浮動）軸受支持構造においては、この軸受力は動的な力であり、釣鐘状ロータにおいても、特にポンプが垂直に据え付けられていないとき、荷重はこの位置において最高となる。したがって、この軸受は、高い剛性を有する気体軸受として形成されている。同時に、気体軸受は原理的にきわめて摩耗が少なく、したがって、軸受交換がきわめてまれであることによりメンテナンス・コストが低減される。
【００１５】
下部軸受ユニットは、この位置では力が比較的小さいので、オイル潤滑玉軸受またはその他の通常軸受であってもよい。軸受交換はこの位置においてはほとんど問題がなく、したがってコスト増とはならない。気体軸受から、支持されるべき物体がその上に浮遊するガス・フィルムを形成する作業ガスが流出する。このガスは低圧領域内に到達してはならず、且つ適切なシール手段１１により圧縮室およびガス出口２０から隔離されなければならない。このシール手段は例えばラビリンス・シールまたは軸受９とガス出口２０との間のガス吸引手段であってもよい。
【００１６】
有利な形態においては、上部軸受ユニットは気体軸受と共にモジュールとして形成され、この場合、モジュールとは軸受の必要な全ての構成要素を含む構造ユニットであると理解されるべきである。このモジュールは次にハウジングの円筒部分内にはめ込まれ且つそこに固定される。これにより、気体軸受は固有ユニットとして形成可能である。小さい隙間寸法およびレーザにより開けられた細孔を有するこのような気体軸受の製作はエラーが発生しやすい。製作において軸受モジュールが必要な基準に適合しない場合、この軸受モジュールは単に組み込まなければよいのである。モジュール構造方式を使用しない場合、それはポンプの大部分に該当するので、ポンプをもはや使用できなくなる。即ち、モジュール構造方式により、製造コストを削減することが可能である。
【００１７】
この原理をさらに考察すると、本発明の他の有利な形態に到達する。この形態においては、全軸受ユニット８、９および駆動装置１３もまたモジュールとして形成される。このモジュールは個別に製作することができる。それに続いて、モジュールは円筒ハウジング部分内に押し込まれ且つ固定される。これにより個々の軸受要素のきわめて良好な隙間が得られ且つ製造コストはさらに低下される。さらにポンプはメンテナンスしやすくなる。さらに、このようにしてアキシアルおよびラジアル気体軸受が設けられた一体ポンプを製作することも考えられるが、この原理はこれに限定されない。受動または能動磁気軸受もまた、玉軸受と同様に、固有モジュール内に組み込むことが可能であり、固有モジュールは次にその他のモジュールと組み合わされる。軸受構成要素の全体およびモータを共に組み込み且つモジュール内に統合し、モジュールを１回の作業行程においてポンプ内に組み込むことも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】フライング（浮動）軸受支持ロータを有するターボ分子ポンプの例を示したガス摩擦ポンプの断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１    ポンプ・ハウジング
２    吸込フランジ
３    排出開口
４    ロータ軸
５    回転ポンプ作用構造部分（ロータ・ディスク）
６    固定ポンプ作用構造部分（ステータ・ディスク）
７    円筒ハウジング部分
８、９    ラジアル軸受
１０    ガス供給通路
１１    シール手段
１３    駆動装置
１６    アキシアル軸受
２０    ガス出口領域
【図１】
2005214193.tif 000003