(57)【要約】２つの真空装置（１２，１４）を接続するためには真空管路（１０）が使用される。この真空管路（１０）は、真空密なフレキシブルな管区分（２２）と、このフレキシブルな管区分（２２）に対して軸方向で平行に振動減衰器（１６）とを有している。この振動減衰器（１６）は、アクティブに調整される軸方向の磁気軸受けとして形成されている。これによって、良好な減衰特性を備えた振動減衰器が実現される。この振動減衰器は、調整パラメータを変えることよって適合可能であり、機械的な摩耗にさらされない。固体伝播音の伝達は非接触式の振動減衰によって回避される。
2004533582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの真空装置（１２，１４）を接続するための真空管路であって、
真空密なフレキシブルな管区分（２２）と、
フレキシブルな管区分（２２）に対して軸方向で平行に振動減衰器（１６）と
が設けられている形式のものにおいて、
振動減衰器（１６）が、アクティブに調整される軸方向の磁気軸受けとして形成されていることを特徴とする、真空管路。
【請求項２】
磁気軸受けが、軸方向の磁界を発生させるソレノイドコイル（４２）と、軸方向で見て反対の側に位置して、永久的に軸方向で磁化された主磁石（７２）とを有しており、ソレノイドコイル（４２）を制御するための調整装置が設けられている、請求項１記載の真空管路。
【請求項３】
振動減衰器（１６）が、管区分（２２）の軸方向の両端部の軸方向の間隔を測定するための軸方向間隔センサ（８０）を有しており、該軸方向間隔センサ（８０）が、調整装置に接続されており、該調整装置が、ソレノイドコイル（４２）を、測定された軸方向間隔に関連して制御するようになっている、請求項１または２記載の真空管路。
【請求項４】
主磁石（７２）に軸方向で見て反対の側に位置して、ソレノイドコイル（４２）によって発生させられた磁界を収束するためのヨーク（４８）が設けられている、請求項２または３記載の真空管路。
【請求項５】
ソレノイドコイル側に、永久的に軸方向で磁化された対応磁石（７４）が設けられており、該対応磁石（７４）が、主磁石（７２）の磁界と協働するようになっている、請求項２から４までのいずれか１項記載の真空管路。
【請求項６】
軸方向で見て主磁石（７２）とソレノイドコイルとの間でソレノイドコイル側に、導電性の材料から成る渦電流減衰板（７６）が配置されている、請求項２から４までのいずれか１項記載の真空管路。
【請求項７】
磁気軸受けが環状に形成されており、主磁石（７２）と、対応磁石（７４）と、ヨーク（４８，５０）と、ソレノイドコイル（４２，４４，４６）とが、円環状に管区分（２２）を取り囲んで配置されている、請求項２から６までのいずれか１項記載の真空管路。
【請求項８】
別個に制御可能な複数のソレノイドコイル（４２，４４，４６）が、環状に管区分（２２）を取り囲んで傾倒モーメントを補償するために配置されている、請求項２から７までのいずれか１項記載の真空管路。
【請求項９】
傾倒運動を検出するための複数の軸方向間隔センサ（８０）と、半径方向運動を検出するための複数の半径方向間隔センサ（９２）とが設けられており、センサ（８０，９２）が、調整装置に接続されている、請求項２から８までのいずれか１項記載の真空管路。
【請求項１０】
ソレノイドコイル（４２，４４，４６）が、主磁石（７２）および対応磁石（７４）の半径方向外側にまたは半径方向内側に配置されている、請求項２から９までのいずれか１項記載の真空管路。
【請求項１１】
ヨーク（４８，５０）と主磁石（７２）との間のエアギャップ（６８，７０）が、横方向平面に対して傾けられている、請求項２から１０までのいずれか１項記載の真空管路。
【請求項１２】
複数の半径方向間隔センサ（９２）が設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の真空管路。
【請求項１３】
管区分（２２）が、ベローズとして形成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の真空管路。
【請求項１４】
管区分（２２）に対して軸方向で平行に行程制限器（４０）が設けられている、請求項１２または１３記載の真空管路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの真空装置を接続するために使用される、振動減衰器を備えた真空管路に関する。
【０００２】
真空ポンプ、特に高速回転型のターボ分子ポンプはその運転の間に不可避の振動を発生させる。真空ポンプは真空管路によって、たとえば敏感な分析機器、電子顕微鏡およびこれに類するものを備えた別の真空装置に接続されている。接続された真空装置の振動・震動感度が大きい場合には、接続する真空管路が振動減衰器を有している。この振動減衰器は、真空ポンプから、接続された真空装置への振動の伝達を十分に回避する。このような形式の振動減衰器は、真空管を形成するベローズ状のばね弾性体を有している。このばね弾性体はエラストマ減衰器周壁によって取り囲まれている。振動減衰器のばね弾性・減衰特性は構造的に規定されていて、あとでもはや難なく変えることはできない。組付け箇所における振動状況への振動減衰器特性の適合は、組み付けられた状態ではもはや行うことはできない。ばね弾性体と減衰器周壁とはある程度の剛性を有しているので、ばね弾性体と減衰器周壁とによる振動と固体伝播音との伝達を完全に回避することはできない。
【０００３】
したがって、本発明の課題は、改善された振動減衰器を備えた真空管路を提供することである。
【０００４】
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴によって解決される。
【０００５】
本発明によれば、振動減衰器が、アクティブに調整される軸方向の磁気軸受けとして形成されている。この磁気軸受けはばね弾性的な特性だけでなく、減衰特性も有しているので、機械的なばねエレメントだけでなく、機械的な減衰装置も省略することができる。したがって、２つの真空装置の間の機械的な接続を、有利な構成では、肉薄のフレキシブルな管区分に制限することができる。この管区分によって、振動は両真空装置の間でほんの僅かしか伝達され得ない。アクティブな磁気軸受けのばね弾性・減衰特性量は、組み付けられた状態でも常に変えることができるので、磁気軸受けを、組み付けられた状態で現場で常に適合させることができるかもしくは変えることができる。これによって、別の真空ポンプにおける磁気軸受け型の振動減衰器の交換および再使用も可能となる。振動減衰器を、アクティブに調整される磁気軸受けとして形成することによって、２つの真空装置相互のほぼ完全な機械的な分離を実現することができる。これによって、真空内でのプロセスのほぼ震動なしの実現が可能となる。
【０００６】
有利な構成によれば、磁気軸受けが、軸方向の磁界を発生させるソレノイドコイルと、軸方向で見て反対の側に位置して、永久的に軸方向で磁化された主磁石とを有しており、ソレノイドコイルを制御するための調整装置が設けられている。ソレノイドコイルを流れる電流の流れ方向を変えることによって、軸方向で見て反対の側に位置する主磁石に引力または斥力を発生させることができる。調整装置は、ソレノイドコイルを取り囲むヨークに対する主磁石の引力が真空ポンプの重量にほぼ相当するようにソレノイドコイルを制御する。ソレノイドコイルと主磁石との間の間隔は常にほぼ同じままである。この場合、同時に振動が可能な限り少なく伝達される。これによって、調整された軸方向の磁気軸受けが簡単に実現される。この磁気軸受けはばね弾性的な特性だけでなく、減衰特性も有していて、真空管路によって互いに接続された真空装置の良好な機械的な分離を保証している。重量が主磁石の引力により相殺されることによって、磁気軸受けの電流・電力要求は少ないままである。
【０００７】
有利な構成によれば、管区分の軸方向の両端部の軸方向の間隔を測定するための軸方向間隔センサが設けられており、該軸方向間隔センサが、調整装置に接続されており、該調整装置が、ソレノイドコイルを、測定された軸方向間隔に関連して制御するようになっている。
【０００８】
有利な構成によれば、主磁石に軸方向で見て反対の側に位置して、ソレノイドコイルによって発生させられた磁界を収束するためのヨークが設けられている。磁界の収束によって、漏れ損失が可能な限り少なく保たれ、磁気軸受けの効率が改善され、調整装置の精度ひいては分離の等級が改善される。
【０００９】
有利な構成によれば、ソレノイドコイル側に、永久的に軸方向で磁化された対応磁石が設けられており、該対応磁石が、主磁石の磁界と協働するようになっている。対応磁石は相関的に極性付与されていて、主磁石に対してほぼ軸方向に配置されているので、主磁石と対応磁石とは相関的に反発する。さらに、主磁石と、軸方向で見て反対の側に位置するヨークとの間の引寄せに抗して作用する。対応磁石に対する主磁石のサイズ比率は、真空管路に対して設けられた真空ポンプの重量が主磁石の合成力によって磁気軸受けのヨークに加えられるように選択される。これによって、減衰装置の軸方向の予荷重もしくはプレロードが回避される。したがって、磁気軸受けによる適宜なプレロード補償を省略することができる。これによって、比較的小さなソレノイドコイルの使用が可能となる。さらに、ソレノイドコイルによって発生させられた熱も著しく減少させられる。
【００１０】
有利な構成によれば、軸方向で見て主磁石とソレノイドコイルとの間でソレノイドコイル側に、導電性の材料から成る渦電流減衰板が配置されている。この減衰板は、半径方向の運動時に減衰板に誘導される渦電流によって半径方向の運動を減衰する。こうして、有効な半径方向の減衰が実現される。この減衰は、半径方向の運動および／または傾倒運動のアクティブな減衰に対して択一的にまたは補足的に行われてよい。
【００１１】
有利な構成によれば、磁気軸受けが環状に形成されており、主磁石と、対応磁石と、ヨークと、ソレノイドコイルとが、円環状に管区分を取り囲んで配置されている。磁気軸受けを管区分の半径方向外側に配置しかつ軸方向で管区分に続けて配置しないことによって、振動減衰器を備えた真空装置の短い構造長さが可能となる。
【００１２】
別個に制御可能な複数のソレノイドコイルが、環状に管区分を取り囲んで傾倒モーメントを補償するために配置されていると有利である。傾倒運動を検出するためには、複数の軸方向間隔センサが設けられており、該軸方向間隔センサが、調整装置に接続されていると有利である。ソレノイドコイルと、対応磁石と、主磁石とは、ほぼ横方向平面に位置している。これによって、減衰装置の構造長さが小さく保たれる。
【００１３】
有利な構成によれば、互いに向かい合って位置する磁極の磁極面が横方向平面に位置しておらず、磁極面と、両磁極面の間のエアギャップ、すなわち、ヨークと主磁石との間のエアギャップとが、横方向平面に対して傾けられている。これによって、磁界貫通されるエアギャップの面が増加させられるので、より大きなかつより強力な主磁石もしくは対応磁石の使用が可能となる。さらに、エアギャップの傾きによって、半径方向の磁力成分が発生させられるので、軸方向の減衰のほかに、アクティブな半径方向の減衰も実現することができる。したがって、適宜な調整のために、半径方向運動を検出するための複数の半径方向間隔センサが設けられていると有利である。
【００１４】
管区分が、ベローズとして形成されていると有利である。この場合、このベローズは、たとえば肉薄の金属ベローズの形で可能な限り弾性的に形成されている。これによって、ベローズにより、実際に固体伝播音または別の振動が、接続された２つの真空装置の間で伝達されないことが確保される。ベローズは専ら真空密なシールのために働き、もはやばね弾性的な作用または減衰作用を有していない。ベローズの内部の圧力が比較的大きい場合にベローズの行程を制限するために、管区分に対して平行に行程制限器が設けられていると有利である。この行程制限器はベローズの軸方向の伸びを制限する。
【００１５】
以下に、本発明の２つの実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１６】
図１には、ターボ分子真空ポンプ１２として形成された第１の真空装置と、真空容器１４として形成された第２の真空装置との間の真空管路１０の第１実施例が示してある。完全に図示していない真空ポンプ１２は真空管路１０を介して、完全に図示していない真空容器１４に懸吊している。
【００１７】
真空容器１４は、分析機器、電子顕微鏡または震動に対して敏感な別の機器の測定チャンバとして形成されている。このように敏感な機器の分解能および測定精度は震動および振動によって著しく悪化させられる。
【００１８】
ターボ分子真空ポンプ１２は最大８００００ｒ．ｐ．ｍで運転される。この場合、すでにポンプロータの小さな不釣り合いが不快な振動を生ぜしめる。真空ポンプ１２から真空容器１４へのこの振動の伝達を回避するためには、真空容器１４が、真空管路１０に対応配置された振動減衰器１６によって真空ポンプ１２から機械的に分離される。
【００１９】
真空管路１０は、主として、上側のハウジング部分１８と、下側のハウジング部分２０と、両ハウジング部分１８，２０の間の振動減衰器１６と、ガス密なかつ真空密な金属ベローズ２２により形成されたフレキシブルな管区分とによって形成される。上側のハウジング部分１８はその上側の端部に固定フランジ２４を有している。上側のハウジング部分１８のこの固定フランジ２４は複数のクランプねじ２６によって真空容器フランジ２８に固くかつ真空密に結合されている。また、下側のハウジング部分２０の固定フランジ３０も真空ポンプ１２のポンプフランジ３２に複数のクランプねじ２６によって真空密に結合されている。
【００２０】
両ハウジング部分１８，２０によって取り囲まれた室の内部にはベローズ２２が配置されていて、その軸方向の両ベローズフランジ３４，３６で両固定フランジ２４，３０に固くかつ真空密にねじ締結されている。ベローズ２２の剛性は、ベローズ２２による固体伝播音を介した振動の伝達を可能な限り少なく保つために、可能な限り低く選択されている。閉鎖された端部で互いに内外に係合するほぼＶ字形の２つの鋼薄板３８，３９は行程制限器４０を形成している。この行程制限器４０によって、たとえばベローズ２２の内部の圧力が比較的高い場合の行程、すなわち、真空管路１０もしくはベローズ２２の軸方向の伸びが制限される。
【００２１】
振動減衰器１６は、アクティブにもしくは能動的に調整される軸方向の磁気軸受けとして形成されていて、それぞれ円環体状の磁界を発生させる３つのソレノイドコイル４２，４４，４６を有している。これらのソレノイドコイル４２，４４，４６はそれぞれ強磁性の継鉄もしくはヨーク４８，５０によって貫通されていると同時に取り囲まれている。各ヨーク４８，５０は、主として、図３に示したようにヨーク内側区分５４，５６，５８と、横断面で見てほぼＬ字形のヨーク外側区分６０，６２とから成っている。約１２０゜のセグメントで延びるヨーク内側区分５４，５６，５８の間には、非強磁性の材料から成るそれぞれ１つの分離板６６が設けられている。この分離板６６はヨーク内側区分５４，５６，５８を磁気的に互いに分離している。ヨーク４８，５０は、横断面で見て方形のそれぞれ１つのフレームを形成している。このフレームは半径方向内側の角隅で中断されていて、すなわち、開放していて、そこにエアギャップ６８，７０を形成している。ヨーク４８，５０は、約５％のプラスチック成分を備えた鉄複合材料から成っている。これによって、渦電流の誘導が少なく保たれ、磁気軸受け１６の調整が加速させれる。ヨークのためには、磁化可能な特殊鋼も使用可能である。エアギャップ６８，７０によってヨークの一端から分離されて反対の側に位置して、上側のハウジング部分１８に主磁石７２として、軸方向で磁化された環状の永久磁石が固定されている。ソレノイドコイル４２，４４，４６によって発生させられた磁界は、ソレノイドコイル４２，４４，４６によって発生させられた磁界の極性付与、すなわち、ソレノイドコイル４２，４４，４６における電流方向に応じて、主磁石７２に軸方向で引き寄せられるように（引力の方向に）または突き離されるように（斥力の方向に）作用する。
【００２２】
開放したヨーク一端の軸方向の端面には、対応磁石７４として、軸方向で磁化された環状の永久磁石が固定されている。この永久磁石は主磁石７２に対して相関的に極性付与されているので、この主磁石７２と対応磁石７４とは突き離される。こうして、主磁石７２とヨーク４８，５０との間に発生させられた磁気的な引力が、主磁石７２と対応磁石７４との間のほぼ相応に大きな斥力によって相殺される。対応磁石７４を設けることによって、ほぼ予荷重なしのもしくはプレロードなしの軸方向の中心位置を中心とした軸方向の位置の調整を行うことができる。したがって、軸方向の中心位置を調整するためには、比較的小さな調整力しか必要とならない。これによって、小さなソレノイドコイル４２，４４，４６が可能となる。さらに、比較的少ない所要の調整出力によって発熱も制限される。
【００２３】
軸方向で見て対応磁石７４の前方には、良導電性の材料、たとえば銅から成る円形の渦電流減衰板７６が固定されている。すなわち、この減衰板７６は軸方向で見て主磁石７２と対応磁石７４との間に位置している。この場合、エアギャップ６８，７０は減衰板７６と主磁石７２との間に配置されている。真空ポンプ１２が半径方向に運動しかつ振動する場合には、主磁石７２によって減衰板７６に渦電流が誘導される。これによって、真空ポンプ１２の機械的な運動エネルギが減衰板７６に誘導的に伝達され、そこで熱に変換される。こうして、真空ポンプ１２の半径方向の運動および振動も減衰され、にもかかわらず、ほんの僅かしか真空容器１４に伝達されない。
【００２４】
ヨーク４８，５０の領域には、エアギャップ６８，７０によって分離されて上側のハウジング部分１８の環状フランジ１９とは反対の側に位置して、軸方向の３つの間隔センサ８０が配置されている。これらの間隔センサ８０によって、上側のハウジング部分１８の環状フランジ１９からの下側のハウジング部分２０のヨーク６０，６２の軸方向の間隔が測定される。間隔センサ８０は誘導式のセンサとして形成されている。このセンサは間隔信号を制御装置（図示せず）に供給する。全周にわたって均一に分配された全部で３つの間隔センサ８０を設けることによって、真空ポンプ１２と真空容器１４との間の傾倒運動も検出され、制御装置によるソレノイドコイル４２，４４，４６の適宜な制御によって補償することができるかもしくは真空ポンプ１２から真空容器１４への傾倒運動の伝達を回避することができる。
【００２５】
図４に示した、減衰装置９０の第２の構成では、主磁石７２′、対応磁石７４′、減衰板７６′ひいてはエアギャップ６８′もディスク状に横方向平面に位置しておらず、この横方向平面に対して約１５゜の角度を成して傾けられているので、長手方向軸線に対するエアギャップ６８′の角度αは、図１〜図３に示した第１の構成のように９０゜に設定されておらず、約７５゜に設定されている。軸方向の３つの間隔センサ８０に対して補足的に半径方向の３つの間隔センサ９２が全周にわたって均一に分配されて配置されている。同じく誘導式センサとして形成された半径方向の間隔センサ９２は、円筒状の周壁９４に対する半径方向の間隔を検出する。この周壁９４は上側のハウジング部分１８′の環状フランジ１９′の外周面に続いている。エアギャップ６８′の傾きによって、永久磁石７２′，７４′とヨーク４８′の横断面とを増加させることができるので、これによって、発生させられた磁力および発生可能な磁力を増加させることもできる。さらに、エアギャップ６８′の傾きによって、エアギャップ平面に対して垂直に伝達される磁力が、軸方向の成分と、（より小さな）半径方向の成分とに分割される。ソレノイドコイル４２′の適切な調整および制御によって、真空ポンプ１２に対する真空容器１４の軸方向の位置だけでなく半径方向の位置も調整することができる。こうして、真空ポンプ１２から真空容器１４への軸方向の振動および震動の伝達だけでなく、半径方向の振動および震動の伝達も最小限に制限することができる。
【００２６】
制御装置（図示せず）には調整アルゴリズムおよび／またはテーブル（表）がファイルされている。この調整アルゴリズムおよび／またはテーブルは、あらゆる振動状況に対してソレノイドコイル４２〜４６；４２′の制御を行う。この制御によって、真空容器への真空ポンプ振動の伝達が十分に回避される。
【００２７】
単純な構成（図示せず）では、同心的なただ１つのソレノイドコイルしか設けられていなくてもよい。このソレノイドコイルは、閉じられた円で全周にわたって延びている。しかし、このような形式の装置では、軸方向での減衰しか実現することができず、傾倒モーメントまたは半径方向の運動の減衰は実現することができない。基本的に振動減衰器は、対応磁石または減衰板を設けることなしに実現することもできる。
【００２８】
永久磁石、つまり、主磁石および対応磁石は半径方向でソレノイドコイルの外部に配置されてもよい。この配置によって、より大きな磁力を発生させる、全体的により大きな永久磁石が可能となる。
【００２９】
アクティブに調整される電磁式の振動減衰器の使用によって、真空ポンプから、接続された真空装置への振動伝達が最小限に抑えられる。これによって、より少ない重量級の真空ポンプの使用も可能となるかもしくは接続された真空装置の振動自由度が改善される。これによって、たとえば接続された真空容器に結合されている敏感な分析機器でも、より高い分解能もしくはより正確な測定結果が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１の構成の振動減衰器を備えた真空管路の縦断面図である。
【００３１】
【図２】図１の真空管路の振動減衰器の拡大図である。
【００３２】
【図３】図１の振動減衰器の、所属のヨークを備えた３つのソレノイドコイルを示す図である。
【００３３】
【図４】傾けられた磁極面とエアギャップとを備えた振動減衰器の第２の構成の拡大図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  真空管路、  １２  真空ポンプ、  １４  真空容器、  １６  振動減衰器、  １８，１８′  ハウジング部分、  １９，１９′  環状フランジ、  ２０  ハウジング部分、  ２２  ベローズ、  ２４  固定フランジ、  ２６  クランプねじ、  ２８  真空容器フランジ、  ３０  固定フランジ、  ３２  ポンプフランジ、  ３４  ベローズフランジ、  ３６  ベローズフランジ、  ３８  鋼薄板、  ３９  鋼薄板、  ４０  行程制限器、  ４２，４２′  ソレノイドコイル、  ４４  ソレノイドコイル、  ４６  ソレノイドコイル、  ４８，４８′  ヨーク、  ５０  ヨーク、  ５４  ヨーク内側区分、  ５６  ヨーク内側区分、  ５８  ヨーク内側区分、  ６０  ヨーク外側区分、  ６２  ヨーク外側区分、  ６６  分離板、  ６８，６８′  エアギャップ、  ７０  エアギャップ、  ７２，７２′  主磁石、  ７４，７４′  対応磁石、  ７６，７６′  減衰板、  ８０  間隔センサ、  ９０  減衰装置、  ９２  間隔センサ、  ９４  周壁
【国際公開パンフレット】
2004533582.tif 000003
2004533582.tif 000004
2004533582.tif 000005
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2004533582.tif 000011
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2004533582.tif 000020
2004533582.tif 000021
2004533582.tif 000022
【国際調査報告】
2004533582.tif 000023
2004533582.tif 000024
2004533582.tif 000025
2004533582.tif 000026
2004533582.tif 000027
2004533582.tif 000028