(57)【要約】【課題】低価格製作を可能にする簡単な構造を特徴とする無潤滑軸受支持ガス摩擦ポンプを提供する。【解決手段】ロータ軸が高真空側端部に軸受（５）を有しおよび背圧側端部に軸受装置を有する、固定ポンプ作用構造部分（１４）と、および回転可能ロータ軸（４）上に固定された回転ポンプ作用構造部分（１５）とを備えたガス摩擦ポンプにおいて、高真空側軸受は通常軸受でありおよび背圧側軸受装置は少なくとも１つの気体軸受を含むことを特徴とする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設計され且つ円筒ハウジング部分にはめ合い装着され且つ固定されてもよい。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ軸が高真空側端部に軸受（５）を有しおよび背圧側端部に軸受装置を有する、固定ポンプ作用構造部分（１４）と、および回転可能ロータ軸（４）上に固定された回転ポンプ作用構造部分（１５）とを備えたガス摩擦ポンプにおいて、
高真空側軸受は通常軸受でありおよび背圧側軸受装置は少なくとも１つの気体軸受を含むことを特徴とするガス摩擦ポンプ。
【請求項２】
軸が、背圧側において、半径方向に気体軸受（６）により支持され且つ軸方向に通常軸受（７）により支持され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】
軸が、背圧側において、軸方向に気体軸受（７）により支持され且つ半径方向に通常軸受（６）により支持されることを特徴とする請求項１のガス摩擦ポンプ。
【請求項４】
軸が、背圧側において、半径方向（６）および軸方向（７）に気体軸受により支持されることを特徴とする請求項１のガス摩擦ポンプ。
【請求項５】
軸受の少なくとも１つがモジュールとして形成されていることを特徴とする請求項１のガス摩擦ポンプ。
【請求項６】
駆動装置（９）もまたモジュールとして形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかのガス摩擦ポンプ。
【請求項７】
ラジアル軸受（６）およびアキシアル軸受（７）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１ないし６のいずれかのガス摩擦ポンプ。
【請求項８】
軸受（６、７）の少なくとも１つおよび駆動装置（９）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１ないし４のいずれかのガス摩擦ポンプ。
【請求項９】
モジュールの少なくとも１つがポンプ・ハウジングの円筒形形成部分（１１）にはめ合い装着され且つ固定されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかのガス摩擦ポンプ。
【請求項１０】
気体軸受と低圧側との間にシール手段（１０）が存在することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかのガス摩擦ポンプ。
【請求項１１】
高真空側軸受が永久磁石磁気軸受であることを特徴とする請求項１ないし１０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】
半導体の製造は使用される真空ポンプに高い要求を設定する。この製造工程内に高いガス負荷が発生し且つ真空の純度はできるだけ高いことが必要とされる。特に、炭化水素は確実にプロセス空間から除去可能でなければならない。この要求はガス摩擦ポンプにより十分に満たされる。その理由は、ガス摩擦ポンプにおいては、その機能方式に基づき、圧力比は分子量の増加と共に指数関数的に上昇するからである。今日、市場において、ターボ分子ポンプおよび例えばホルベック・タイプの分子ポンプが使用されている。良好な背圧適合を達成するために、しばしば２つのポンプ・タイプが相互に組み合わされている。これらのポンプにおいては、ロータの軸受位置が問題となる。本来オイル潤滑またはグリース潤滑玉軸受が使用されてきたが、このオイル潤滑またはグリース潤滑玉軸受は上記のような用途に対して欠点がある。ポンプの回転中にオイルおよびグリースから発生する炭化水素がポンプそれ自身により実際に吸引される一方で、ポンプが停止している間に炭化水素はプロセス室内に到達することがある。この問題のほかに、玉軸受は頻繁にメンテナンスされなければならない。
【０００３】
したがって、開発作業の目標設定は、高速回転ロータに対して無潤滑軸受を構成することであった。詳細には２つの方法が研究された。一方で、新規な高級磁気材料が能動および受動磁気軸受を可能にした。受動磁気軸受は永久磁石に基づき、一方、能動磁気軸受はより複雑な構造を有している。センサは軸受内のロータの位置を特定し且つこれを信号として制御電子装置に出力する。制御電子装置は電磁石を操作し、このとき電磁石はロータの位置を変化させる。第２の方法として、ロータに対して気体軸受を使用することが研究された。磁気軸受は高い電子制御費用およびかなり高いコストにもかかわらず使用され且つその間に通常軸受に数えられるようになる一方で、気体軸受は従来実施されなかった。
【０００４】
ドイツ特許公開第２２５５６１８号およびドイツ特許公開第２３５９４５６号の文献に、種々の変更態様を有する気体軸受を備えたターボ分子ポンプが開示されている。これらにより、機械軸受および磁気軸受の上記の欠点は一部回避される。しかしながら、これらが実際使用において成功しなかったことは、きわめて多量のガス流量、ロータ・ディスクとステータ・ディスクとの間の妨害となるむだ空間、ポンプのきわめて大きな構造長さ、安定性の不足、組立における全構造長さにわたる不十分な精度等の理由からである。
【０００５】
気体軸受がさらに開発されて、これらの欠点の一部を排除可能なシステムが形成された（ドイツ特許第４４３６１５６号）。レーザ技術を使用することにより、軸受面内に多数のマイクロ・ホールを開けることが可能となった。これは通常の気体軸受の少数の大きなノズルにとって替わった。これにより、安定な軸受支持構造が形成され、ガス流量およびむだ空間は低減され且つ狭い隙間により剛性を向上させることが可能となった。
【０００６】
気体軸受支持ガス摩擦ポンプの構造における上記の方法は２つのカテゴリーに分類可能である。この場合、決定的な特徴はロータの軸受支持構造タイプである。これは、一方ではドイツ特許公開第２３５９４５６号に記載の釣鐘状ロータの軸受支持構造であり、他方ではドイツ特許公開第１９９１５９８３号に開示されているようなフライング（浮動）軸受支持構造である。
【０００７】
例えばドイツ特許公開第２２５５６１８号に開示されているような釣鐘状ロータは今日ターボ分子ポンプに広く使用され、特に磁気軸受支持ポンプはこのように形成される。気体軸受支持ポンプに対してもこの構造は同様にきわめて有効であり、その理由は、この軸受支持構造の利点は、２つの軸受位置がロータ内部に存在することにある。ロータがその上に浮遊するガス・フィルムを形成するガスは、この構造においては高真空領域内に到達することはない。この場合、ハブの直径が大きいために、ロータ・ブレードをロータ・ディスクの形で中空軸上にはめ込むことができないというこのロータの大きな欠点は回避できない。むしろこのロータを一体品で製作しなければならず、これは製作に著しい要求を課することになる。加工時間はディスクを利用するときよりも明らかに長くなり、製作工程中の小さな誤差は、ロータ全体を廃棄させなければならないことを意味する。即ち、釣鐘状ロータの製作はきわめて高価である。
【０００８】
ドイツ特許公開第１９９１５９８３号に記載されたタイプのロータのフライング（浮動）軸受支持構造はこの問題点を有していない。しかしながら、この軸受支持構造タイプはロータ動特性の観点から好ましいものではない。一方で、ロータの固有共振がより低い周波数へ移動する。これは達成可能な最大回転速度を低減させ、これによりポンプ特性を低下させる。しかしながら、軸受荷重特にロータに近い軸受の荷重に関して、特に軸受力が明らかにより高いことが欠点である。これは軸受に対する要求を高くし且つ例えば高いガス負荷の適合を低下させる。さらに、この軸受原理は本来気密性がなく、即ちガスが軸受から高真空領域内に到達しないように配慮することが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
無潤滑軸受支持ガス摩擦ポンプを提供することが本発明の課題である。無潤滑軸受支持ガス摩擦ポンプは、低価格製作を可能にする簡単な構造を特徴としなければならない。さらに、軸受支持構造は好ましいロータ動特性を有していなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は請求項１の特徴項に記載の特徴により解決される。しかしながら、有機性潤滑剤を使用しない２つの異なる軸受原理を使用することは、無潤滑軸受支持構造の利点（メンテナンス・フリー、炭化水素フリー）を、ロータの高い動的安定性および著しく低い製作コストの利点と結合させることを可能にする。ロータ軸の高真空側端部に無潤滑通常軸受が使用され、および背圧側にロータを軸方向および半径方向に支持する気体軸受支持構造が使用される。ロータ軸の両側端部における軸受支持は、軸受力が低く保持され且つ軸の固有共振が高い回転速度を可能にするので、ロータの可能なかぎり最善の動特性を形成する。
【００１１】
図面により本発明を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ガス摩擦ポンプ内にロータの支持体として含まれている軸は６自由度を有している。これが図１に示されている。自由度の１つは回転自由度であり、回転自由度はポンプ機能に対して重要であり且つモータにより影響される。軸方向自由度がＺで表わされ、さらに、軸の下方の背圧側端部に転倒自由度Ｘ１、Ｙ１が存在し、軸の上方の高真空側端部に転倒自由度Ｘ２、Ｙ２が存在する。これらの半径方向および軸方向自由度は軸受位置により支持されなければならない。
【００１３】
上記の方法に対して、本発明により、自由度Ｘ２、Ｙ２は無潤滑通常軸受例えば永久磁石磁気軸受により支持される。これにより、高真空範囲内にオイル・フリーおよびメンテナンス・フリー軸受が使用される。
【００１４】
自由度Ｘ１、Ｙ１およびＺは、本発明により気体軸受により支持され、これにより、能動磁気軸受よりも簡単且つ低コストの軸受支持構造が達成される。軸受点は、気体軸受支持ガス摩擦ポンプに対する既知の設計とは異なり軸の端部に位置し、これにより、ロータ動特性の観点から可能なかぎり最善の支持が行われる。両側で軸受支持されたロータの固有共振はより高い回転速度を可能にし、これにより、ポンプのポンピング特性は改善される。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。
【００１５】
ガス摩擦ポンプ内におけるこの新規原理の使用が図２にターボ分子ポンプの例で示されている。吸込開口２およびガス流出開口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１４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１５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９により回転される。
【００１６】
ロータ軸４は、高真空側においてラジアル軸受５により支持され、および背圧側においてラジアル軸受６およびアキシアル軸受７により支持される。軸受５は無潤滑通常軸受として例えば永久磁石磁気軸受として形成されている。円筒ハウジング１１内に、下部ラジアル気体軸受６、アキシアル気体軸受７および駆動装置９が装着されている。ガス供給通路８を介して、存在する気体軸受へ作業ガスが供給される。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この作業ガスが、流出する。作業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１０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・シールであってもよい。軸受６および７を同じ直径として設計し、次に軸受６および７をスリーブ１１内に挿入することが有利である。回転ポンプ作用構造部分１５が個別に製作され且つそれに続いてパケットとしてロータ軸上に組込み可能であるので、ロータの低コスト製作が可能である。
【００１７】
気体軸受においては、僅かな製作誤差があってもポンプ内で使用できなくなることがあるので、寸法保持に高い要求が設定されることになる。気体軸受のモジュラ構造は、エラーを有する構造部分がポンプ全体を廃棄させることにならないので、製作コストを低減させる。以下において、モジュールとは、軸受の必要構造部分を含む構造ユニットと理解されるべきである。即ち、ラジアル気体軸受が、またはアキシアル気体軸受およびラジアル気体軸受の組み合わせがただ１つのモジュール内に組み込まれてもよい。このモジュールが、次にポンプ・ハウジングの下部部分においてスリーブ１１内に装着される。モジュール原理の使用は単に気体軸受に制限されず、即ち他の軸受原理もまたモジュールとして形成することができる。例えば磁気軸受および気体軸受が１つのモジュールまたは複数のモジュール内に組み合わされてもよい。さらに、駆動ユニット９もまた適切なモジュール内に組み込むこと、および他のモジュールと共にスリーブ内に装着することが有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ロータ軸およびその自由度の略図である。
【図２】本発明の教示により形成されたターボ分子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    吸込開口
３    ガス流出開口
４    ロータ軸
５    軸受
６    半径方向（ラジアル軸受）
７    軸方向（アキシアル軸受）
８    ガス供給通路
９    駆動装置
１０    シール手段
１１    円筒形形成部分（円筒ハウジング）
１４    固定ポンプ作用構造部分（ステータ・ディスク）
１５    回転ポンプ作用構造部分（ロータ・ディスク）
２０    ガス出口
Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２    ロータ軸端部の自由度
Ｚ    軸方向自由度
【図１】
2005214192.tif 000003
【図２】
2005214192.tif 000004