JP4250353B2 - 真空ポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子顕微鏡等の機器、容器等に接続され、該機器等の気体を吸引する真空ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子顕微鏡などの機器、容器等の気体を排気するために使用される真空ポンプは、排気機能部を収容したケーシングの一端に吸気口を有する吸気口部を設け他端側に排気口部を設けており、前記吸気口部を配管等を介して外部機器等に接続して外部の気体が吸気口部からケーシングの内部に導入されるようになっている。ケーシングの内部に収容されている上記排気機能部としては、例えばロータ部及びステータ部を配置し、ロータ部とステータ部のうちの一方の外周面を他方の内周面に対向させてロータ部とステータ部との間に気体が移送される気体移送部を形成したものが挙げられる。そして、ロータ部をモータ等の駆動手段によって回転させて、気体移送部の気体を排気側に移送することによって外部の気体を吸引するようになっている。真空ポンプの一種であるターボ分子ポンプでは、例えば、ステータ部にロータ部へ向けて張り出すステータ翼を配設している。一方、ロータ部には、ステータ翼間に張り出すロータ翼を配設する。そして、ロータ翼を回転することにより気体分子を叩いて移送する。また、ねじ溝式ポンプにおいては、ロータ部とステータ部の互いに対向する周面のうち一方にねじ溝が形成されており、ロータを回転することにより、気体の粘性を利用して気体を移送する。また、これらを組み合わせたターボ分子ポンプもある。
【０００３】
ところで、上記真空ポンプではロータ部を回転駆動することによって気体吸引力を得ており、その回転に伴って少なからず振動が発生する。この振動は、ケーシングから吸気口部、配管等を通して外部機器に伝播する。外部機器では、振動によって機能や耐久性に悪影響を受けることがあり、例えば電子顕微鏡では微少な振動によっても顕微鏡画像に大きな影響を受ける。このような振動が真空ポンプから外部機器等に伝播するのを防止するために各種の改善策が講じられており、例えば実願昭５８−１１９６４８号では改良された真空ポンプが提案されている。この真空ポンプは、装置への接続部である吸気口部をケーシングから分離し、これを弾性部材とシール手段を介してケーシングに連接することにより、真空ポンプ本体から装置へ伝達する振動を低減することを特徴としている。また、弾性部材とシール手段としては、夫々ゴム部材とＯリング又はベローズがあげられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる従来の改良された真空ポンプには次のような問題点があった。１−１ 真空ポンプは、外部の機器に接続する際に配管等に吊り下げた状態になるため、吸気口部を装置へ接続すると、吸気口部を除く真空ポンプの重量が弾性部材やベローズに作用し弾性部材等に永久歪みが生じ、最悪の場合には破断するおそれがあるため、吸気口部以外に真空ポンプを外部から支持する支持手段を必要とする。
１−２ 真空ポンプの運転中に、外部からの衝撃や振動、回転体のクリープと腐食、装置から真空ポンプ内への異物混入などに起因して、回転体が破壊し真空ポンプ本体に過大な荷重が作用すると、吸気口部と真空ポンプ本体（ケーシング）を連結している弾性部材とシール手段が破壊し、真空ポンプ内の気密性が損なわれたり、真空ポンプ本体の装置への固定が解除され真空ポンプが暴れ重大な事故を引き起こしたりするおそれがある。
１−３ 弾性部材としてゴム部材を使用する場合においては、真空ポンプの内外圧力差によってゴム部材に圧縮荷重が加わる。このときゴム部材が過度に圧縮される状態になると、ゴム部材特有の性質からゴム部材の縦弾性係数及び横弾性係数が高くなり、振動低減性が低下する。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、弾性部材の振動低減性を良好に保ち、かつ、該弾性部材やシール部材の破断、損傷を防止し、さらには、ポンプの暴れによる事故の発生を防止することをできる真空ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のうち、請求項１記載の真空ポンプは、排気機能部が収納されたケーシングと、外部から気体を吸入する吸気口が設けられ、該吸気口を通して気体が前記排気機能部に送られるように前記ケーシングに接続される吸気口部と、を備えた真空ポンプにおいて、前記吸気口部と前記ケーシングとが離間して弾性部材を介して接続されているとともに両者間の吸気空間がシール手段によって封止されており、前記弾性部材は前記シール手段の外周に円周方向全周に渡って配置された筒形状の部材からなり、さらに前記吸気口部および前記ケーシング間には、両者の相対的な移動により変化する離間量を規制する移動規制部材が設けられており、該移動規制部材には、前記吸気口部および前記ケーシングの一方に固定され、かつ他方に形成された貫通孔を遊動貫通する遊動軸部と、該軸部外周に装着されたカラーと、該軸部の貫通先側に設けられ前記貫通孔を越える大きさを有する係止頭部とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の真空ポンプは、請求項１に記載の真空ポンプにおいて、前記シール手段は、ベローズ筒体からなり、筒壁で前記吸気口部と前記ケーシングとの間の吸気空間を囲むように両端がそれぞれ前記吸気口部と前記ケーシングとに固定されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の真空ポンプは、請求項１または２に記載の真空ポンプにおいて、前記移動規制部材は、前記吸気口部と前記ケーシングとが離間する距離を設定以下に規制するものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の真空ポンプは、請求項１〜３のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記弾性部材は、筒形状のゴム部材からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の真空ポンプは、請求項１〜４のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記弾性部材がゴム部材からなり、該ゴム部材は、そのヤング率Ｅと、真空ポンプの運転中の該真空ポンプ内外の圧力差によって前記ゴム部材に作用する圧縮荷重Ｐの作用面積Ａが下記式を満たす材質及び形状を有することを特徴とする。
【００１１】
【数２】
【００１２】
請求項６記載の真空ポンプは、請求項１〜５のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記移動規制部材は、前記吸気口部と前記ケーシングとが離間する距離を設定値以下に規制するものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の真空ポンプは、請求項１〜６のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記移動規制部材は、更に前記吸気口部と前記ケーシングとが離間する距離を設定値以上に規制するものを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の真空ポンプは、請求項１〜７のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記移動規制部材は、前記吸気口部および前記ケーシングの一方に固定され、両者の離間位置によって他方の部位と係止し合って前記吸気口部と前記ケーシングのそれ以上の相対的な移動を規制する係止部を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の真空ポンプは、請求項７に記載の真空ポンプにおいて、前記移動規制部材は、前記吸気口部と前記ケーシングとにそれぞれ対向して所定の距離を隔てて設けられた対向当接部からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の真空ポンプは、請求項１〜９のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記移動規制部材は、前記弾性部材を貫通していることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の真空ポンプは、請求項１〜１０のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記吸気口部が、前記吸気口の開口部を覆う保護網を具備してなり、該保護網が磁性部材で形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２記載の真空ポンプは、請求項１〜１１のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記ケーシングは磁性部材で形成されていることを特徴とする。
【００２０】
すなわち、請求項１記載の真空ポンプによれば、移動規制部材により、弾性部材やシール部材の塑性変形や損傷が防止され、弾性部材は適正な弾性力を維持することができ、良好な振動低減性を発揮することができる。したがって軸受部やモータ部で発生する振動を該弾性部材で低減して外部の機器、容器等に振動が伝播して外部機器の機能を損なったり、耐久性を損なうのを有効に防止できる。また、機器の耐久性を高めるとともに、不意の事故で真空ポンプが暴れるのを阻止することができる。
【００２１】
なお、本発明の真空ポンプとしては、外部機器等を高真空にするためのターボ分子ポンプが好適であるが、本発明としてはこれに限定されるものではなく、したがって真空ポンプの排気機能部の構造については特に限定されない。また、本発明の真空ポンプは、特に振動が機能に影響する電子顕微鏡用として使用される場合に大きな効果を発揮するが、本発明としては使用用途がこれに限定されるものではなく、種々の用途への適用が可能である。
【００２２】
また、排気機能部は、外部機器等から気体を吸引して真空状態にできるものであればよく、本発明としては上記のように、その構造は限定されない。例えば容積型のものでもターボ式のものでもよい。
真空ポンプの１種であるターボ分子ポンプの排気機能部を例示すると、ロータ部と、ロータ部とともに気体の移送部を形成するステータ部と、ロータ部をステータ部に対してスラスト方向及びラジアル方向に支持する磁気軸受と、ロータ部をステータ部に対して回転させるモータ部とを備えたものが挙げられる。
ケーシングは、上記排気機能部を収納し、内部を気密に保って吸気口と排気口に連通して気体を移動する通路としての機能も果たす。
【００２３】
弾性部材としては種々の材料を利用することができるが、耐熱性が高いゴム部材、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴムが好適な材料として挙げられる。このように耐熱性が高い材料が望ましい理由は、真空ポンプ内部の真空度を向上させるために真空ポンプにベーキングヒータを付設して内部を加熱したり、真空ポンプの運転中に生じる回転翼と排気される気体の摩擦熱や磁気軸受とモータ等の発熱などによって真空ポンプが昇温するが耐熱性が低いゴム部材では弾性が低下して振動低減性が低下するためである。
また弾性部材としては上記ゴム部材に限られるものではなく、ばね部材や、ゲル材によって形成されたゲル部材を使用してもよい。ばね部材としては板ばねやコイルばね、皿ばね等が挙げられ、ゲル部材としては、シリコーン等のゲル材によって形成されたゲル部材等が挙げられる。
【００２４】
なお、上記弾性部材については、請求項４に記載するように、ベローズ筒体の外周に同心に配置された筒形状が望ましい。これは、真空ポンプの運転中に真空ポンプ内外の気体の圧力差により圧縮荷重が生ずるが、この圧縮荷重がゴム部材に作用しても該ゴム部材に永久歪みが生じないようにするには、従来はゴム部材１個当たりに作用する圧縮荷重を小さくするために、ゴム部材の数量を多くしなければならず、真空ポンプの部品と組立工数が増加し真空ポンプがコスト高となっていた。これを上記のように筒形状にすることによりゴム部材の数量を減らすことができ、真空ポンプの部品と組立工数を減らして真空ポンプの製造コストを低減することが可能になる。また、圧縮荷重等を弾性部材で均等に受けることができ、振動低減性がより効果的になる。
【００２５】
さらにゴム部材は、そのヤング率Ｅと、真空ポンプの運転中の該真空ポンプ内外の圧力差によって前記ゴム部材に作用する圧縮荷重Ｐの作用面積Ａが前記式を満たす材質及び形状を有するのが望ましい。該条件を満たすことにより真空ポンプの作動時にゴム部材に圧縮荷重が作用しても、ヤング率が大幅に増大することはなく、したがって弾性部材が良好な弾性特性を示し優れた振動低減性を得ることができる。
【００２６】
また、吸気口を有する吸気口部は、上記弾性部材を介してケーシングに接続されており、ケーシングとは離間することにより弾性部材での弾性変形による振動吸収が可能になる。吸気口部とケーシングとの離間は、通常は吸気方向に沿ってなされる。そして吸気口部とケーシングとの間に形成される吸気空間は、シール手段によって気密に保たれる。シール手段は、弾性部材で兼用してもよく、また、他の部材を使用するものであってもよい。なおシール手段はできるだけ振動伝達率が低いものが望ましい。該シール手段としては請求項２に記載するように好適にはベローズ筒体を示すことができる。該筒体では、その筒壁で上記吸気空間を囲むことによって該空間を気密に保つことができる。ベローズ筒体は、上記振動において容易に弾性変形し、振動を一部吸収する作用も果たす。
【００２７】
このベローズ筒体は、気密性を保つために、吸気口部とケーシングとに溶接等によって接続する。しかし、ケーシング側ではケーシングが大きいために溶接作業性と、溶接後の輸送効率及び真空ポンプの分解組立性が低下し、結果的に真空ポンプの製造コスト高を招きやすい。このため、請求項３に記載するように、ケーシングを、弾性部材およびシール手段が取り付けられたケーシング分離部と、前記排気機能部が収納されたケーシング本体とに分離するのが望ましい。これにより、ベローズ筒体の取り付け作業が容易になり、溶接後の輸送効率及び真空ポンプの分解組立性を向上させて製造コストの低減が可能になる。分離されたケーシング分離部とケーシング本体とは、Ｏリング等を介して気密に連結する。
【００２８】
さらに本発明では、上記吸気口部と上記ケーシングとが相対的に移動して両者の離間量の変化量を規制する移動規制部材を両者間に設ける。両者の相対的な移動としては、
（１）前記吸気口部と前記ケーシングとを外部機器に接続し設置した状態で、通常、これらは吊り下げ状態になり下方に位置するケーシングが自重により下方に移動する。
（２）真空ポンプの作動時には、該真空ポンプ内外の気体の圧力差により前記ケーシングが前記吸気口部側に引き寄せられ、移動する。
（３）不意の事故により前記吸気口部と前記ケーシングを連結している弾性部材やシール手段が破壊されて真空ポンプが暴れるおそれがある。
本発明では、これらの移動状況を想定して、少なくとも一の移動状況に合わせて前記吸気口部と前記ケーシングとの離間量の変化量を規制する。
（１）の場合には、弾性部材に過度の引張力が及ばないように請求項６に記載するように離間量の最大を制限する。これによりケーシングの下方移動量が制限され、弾性部材に不要な荷重がかかって耐久性を損なったり永久歪みを生じ、さらには破断することを防止できる。またベローズ筒体等のシール部材に軸方向の過大引張荷重が作用することがなく、ベローズ筒体等が塑性変形し振動低減性が低下したり破壊したりして真空ポンプ内の気密性が損なわれることを防止できる。また外部から真空ポンプを支持することも不要となる。
（２）の場合には、弾性部材に過度の圧縮力が及ばないように請求項７に記載するように離間量の最小を制限する。これによりケーシングの上方移動量が制限され、弾性部材に圧縮永久歪みを生じ、ひいては圧縮破壊することを防止できる。またベローズ筒体等のシール部材に軸方向の過大圧縮荷重が作用することがなく、ベローズ筒体等が塑性変形し振動低減性が低下したり、破壊したりして真空ポンプ内の気密性が損なわれることを防止できる。
（３）の場合には、吸気口部とケーシングとの分離を防止するように請求項６に記載するようにそれぞれの移動量を制限する。これにより回転体が破壊し真空ポンプに過大な力が作用しても、弾性部材とシール手段が破損し、真空ポンプ内の気密性が損なわれたり、真空ポンプ本体の装置への固定が解除され真空ポンプが暴れ重大な事故を引き起こすことを防止できる。（３）の場合に、上記（１）の制限を利用することもできる。
【００２９】
移動規制部材は、上記の少なくとも一つの作用を得るものであれば、その構造が特定のものに限定されるものではない。移動規制部材は一つで上記の複数の作用を果たすものでもよく、また、複数の移動規制部材を設けてそれぞれ作用を果たすものでもよい。
移動規制部材としては、例えば、請求項８に記載するように移動規制部材を前記吸気口部または前記ケーシングの一方に固定し、両者の離間位置によって他方の吸気口部またはケーシング部位と係止し合って前記吸気口部と前記ケーシングのそれ以上の相対的な移動を規制する係止部を有するものが挙げられる。
【００３０】
具体的には、請求項９に記載するように、移動規制部材を前記吸気口部および前記ケーシングの一方に固定し、かつ他方に形成した貫通孔を遊動貫通する遊動軸部と、該軸部の貫通先側に設けられ貫通孔を越える大きさを有する係止頭部とを備えたものが挙げられる。該移動規制部材はボルト形状とし、例えば前記ケーシングに形成したネジ孔にねじ込み固定し、頭部を吸気口部の貫通孔上部に位置させて係止頭部として利用する。
【００３１】
上記構成によれば前記（１）（３）の移動に対し、移動を規制することができる。移動規制部材は弾性部材を貫通させることによって、吸気口部やケーシングに取り付けのための所要スペースを小さくして、真空ポンプを小型化できる。
他の移動規制部材としては、請求項１０に記載するように、吸気口部とケーシングとにそれぞれ対向して所定の距離を隔てて対向当接部を設けたものが挙げられる。該部材によれば、吸気口部とケーシングとの離間量が設定値にまで減少すると当接部材同士が当たり、それ以上に両者が接近するのを防止する。これにより、弾性部材やシール部材に過度に圧縮力が加わって、塑性変形、破断が生じて、振動低減性が損なわれるのを防止する。なお、上記対向当接部は、吸気口部とケーシングとに、溶接、ネジ止め等によって固定したものでもよく、また、吸気口部とケーシングとにそれぞれ一体に成形されたものでもよい。
【００３２】
また、移動規制部材は、請求項１１に記載するように、弾性部材を貫通するように配置することができる。これにより、移動規制部材を配置すべき余分なスペースを必要とせず、真空ポンプの小型化が可能になる。
【００３３】
また、前記吸気口部は、請求項１２に記載するように、外部装置から真空ポンプ内部へ異物が混入し回転翼が破損するのを防止するために、前記吸気口の開口部を覆う保護網を具備してなり、該保護網はパーマロイなどの磁性部材で形成されているのが望ましい。これにより、真空ポンプ内部のモータ、磁気軸受などからロータ部の軸方向上方へ漏洩する磁束は前記保護網内に拘束され、該磁束が外部装置へ漏洩し該外部装置の性能と信頼性、寿命などが低下するのを防止する事ができる。保護網は、開口部の一部を覆うものであっても良いが、上記効果を確実とするため開口部全体を覆うのが望ましい。また前記保護網は、パーマロイなどの磁性材料の線材で形成しても良いし、前記磁性材料の板材をエッチング等により製作しても良い。上記磁性部材は、パーマロイなどのような強磁性体が望ましい。
【００３４】
また、前記ケーシングは、請求項１３に記載するように、パーマロイなどの磁性部材で形成されても良い。これにより、真空ポンプ内部のモータ、磁気軸受などからロータ部の半径方向へ漏洩する磁束は前記ケーシング内に拘束され、該磁束が外部装置へ漏洩して該外部装置の性能と信頼性、寿命などが低下するのを防止する事ができる。上記磁性部材も上記保護網と同様に、パーマロイなどのような強磁性体が望ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を添付図に基づき説明する。
図１は、本発明の真空ポンプの一実施形態としてのターボ分子ポンプの全体構成を示す軸線方向断面図であり、図２は、吸気口部周辺の拡大断面図、図３は、吸気口部周辺の背面図である。
【００３６】
本実施形態の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）は、外部の容器に連設され該外部の容器内の気体を吸入するための吸気口１ｃが形成された筒状の吸気口部１と、該吸気口部１とは別体からなり、該吸気口部１に一端側が連接する外筒部としてのケーシング分離部３と、該ケーシング分離部３と連接され、ケーシング分離部３とともにケーシングを構成する筒状のケーシング本体４とを有している。
【００３７】
上記吸気口部１はステンレス鋼からなり、その上方は径方向外方へ延設されて取り付け部１ａとなっている。この取り付け部１ａは外部の容器の排気口の周縁部に固定される。また下方はフランジ形状となっており、その周端部に被支持部１ｂが形成されている。この被支持部１ｂは、ケーシング分離部３の軸線方向において取り付け部１ａとケーシング分離部３の間に位置し、ケーシング分離部３の吸気口部支持部３ｂの上方（外部の容器側）に配置されている。ケーシング本体４は、同じくステンレス鋼製で円筒形状を有しており、後述するように排気機能部を内蔵する。なお、ケーシング分離部３とケーシング本体４とは、Ｏリング８を挟んでボルト９で固定されている。上記ケーシング本体４の他端側にはベース５が連接（ベース５にケーシング本体４が固定支持されている）されており、該ベース５は、吸気口部１及びケーシング分離部３、ケーシング本体４とともに吸気口１ｃを介して前記外部の容器内と連続する中空部を形成する。またベース５には、上記中空部内の気体を排出する排気口６が設けられた排気口部７が取り付けられている。なお吸気口部１には、吸気口１ｃの開口部全体を覆う保護網２が配置されており、該保護網２の周端部は、皿子ネジ２ａによって吸気口部１に固定されている。該保護網２はパーマロイなどの磁性部材で形成されている。これにより、外部装置から真空ポンプ内部へ異物が混入するのを防止でき、さらに真空ポンプ内部のモータ、磁気軸受などからロータ部の軸方向上方へ漏洩する磁束を前記保護網２内に拘束して外部装置に上記磁束による影響が及ぶのを防止できる。
【００３８】
上記吸気口部１とケーシング分離部３との間には、吸気空間を囲むようにしてベローズ筒体１０が配置され、その端部がそれぞれ吸気口部１とケーシング分離部３とに溶接固定されている。なお、ベローズ筒体１０は、ケーシング本体４よりも大巾に小さなケーシング分離部３に溶接されるので、溶接作業を効率的に行うことができ、機器の取り回しも容易となる。
また、吸気口部１の被支持部１ｂとケーシング分離部３の吸気口部支持部３ｂとの間には、ベローズ筒体１０と同軸に筒形状の、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムからなる弾性部材１１が配置され、その端部がそれぞれ吸気口部１とケーシング分離部３とに接している。したがって、吸気口部１とケーシング分離部３とは、ベローズ筒体１０と弾性部材１１とによって連接されている。
【００３９】
なお、上記弾性部材１１は、弾性部材のヤング率Ｅと、真空ポンプの運転中の該真空ポンプ内外の圧力差によって前記弾性部材１１に作用する圧縮荷重Ｐの作用面積Ａとによって算出されるＰ／（Ｅ・Ａ）が０．５よりも小さくなるものである。すなわち、弾性部材１１としてシリコーンゴムを用いた場合の一例を示すと、圧縮荷重Ｐは、２４５０Ｎ、ヤング率Ｅは２９４Ｎ／ｃｍ２、作用断面積Ａは、５０ｃｍ２であり、上記による算出結果は、０．１６となる。
【００４０】
また、本実施形態は、吸気口部１のケーシング分離部３に対する離間量を所定範囲内に規制する移動規制部材の一つとして、ケーシング分離部３に遊動軸部１５がねじ込み固定されており、該遊動軸部１５の外周にカラー１６が装着されている。カラー１６を装着した遊動軸部１５は、弾性部材１１筒部に軸方向に沿って形成した貫通孔１２を遊動貫通し、さらに、吸気口部１に形成した貫通孔２０を遊動貫通しており、その先の吸気口部１の上方に係止頭部１７を有している。なお、図示１８は座金、１９は平座金である。該係止頭部１７、座金１８、平座金１９は、貫通孔２０よりも大径に形成されており、貫通孔２０での頭部１７、座金１８、平座金１９の通過が阻止されるようになっている。したがって、吸気口部１とケーシング分離部３とがより離れて離間量がある量にまで達すると、頭部１７が座金１８、平座金１９を介して吸気口部１の上面に当たり、それ以上に吸気口部１とケーシング分離部３とが離れるのを阻止する。
【００４１】
また、吸気口部１とケーシング分離部３との軸方向（真空ポンプにおける）対向面には、それぞれ移動規制部材として対向当接部２１、２２が突出して設けられている。これらの対向当接部２１、２２は、その突出高さを適宜定めることにより、吸気口部１とケーシング分離部３とが接近して離間量がある量にまで減ると互いに当接して、それ以上に吸気口部１とケーシング分離部３とが接近するのを阻止する。
【００４２】
さらに、ケーシング本体４内には、排気機能部の一部をなし、ベース５に支持され中空部内に収納されるステータ部２６と、中空部内に収納されるロータ部３０とを備えている。
また、ロータ部３０をステータ部２６に対して回転可能に支承する磁気軸受部３６，３７と、磁気軸受部３６，３７に支承されるロータ部３０をロータ軸３０ａを介してステータ部２６に対して回転させるモータ３５とを備えている．
【００４３】
ロータ部３０は筒状壁部３２を有しており、該筒状壁部３２の外周に多数のロータ翼３３が放射状に、かつ軸線方向に多段に設けられている。このロータ翼３３は、吸気口側（図面上側）が回転方向側になるように軸線方向に対し所定角度で傾斜している。
一方、ステータ部２６には、ロータ翼３３の各段の間に配置されるステータ翼２７を備えている。このステータ翼２７は、軸線方向に対し所定角度で傾斜している。ロータ部３０がモータ３５により回転駆動されると、ロータ翼３３とステータ翼２７との作用により気体分子を排気口６側に叩き落とすようになっている。
【００４４】
ロータ部３０を磁力により支持する磁気軸受は、３軸制御の磁気軸受であり、ロータ部３０は、磁気軸受部３６によってラジアル方向（ロータ軸３０ａの径方向）に磁気浮上し非接触で支持され、磁気軸受部３７によってスラスト方向（ロータ軸３０ａの軸方向）に磁気浮上し非接触で支持される。
【００４５】
磁気軸受部３６では、４つの半径方向電磁石４０がロータ軸３０ａの周囲に、９０度ごとに対向するように配置されている（図では２つを図示）。これら電磁石に対向するロータ軸３０ａは高透磁率材により形成され、これらの電磁石の磁力を受ける。
【００４６】
ロータ軸３０ａの下部には、磁性体で形成された円盤状の金属ディスク４３が固定されており、この金属ディスク４３の上方には、軸方向電磁石４１がベース５に固定配置されている。
そして、半径方向電磁石４０と軸方向電磁石４１それぞれに励磁電流が供給されることによって、ロータ部３０が磁気浮上される。
【００４７】
また、本実施形態のターボ分子ポンプでは、ロータ部３０の上部及び下部側に、保護用ベアリング４５、４６が配置されている。
通常時、ロータ部３０は、回転している間、上記磁気軸受により非接触状態で軸支される。保護用ベアリング４５、４６は、タッチダウンが発生した場合に磁気軸受に代わってロータ部３０を軸支することで装置全体を保護する。
なおこの実施形態においてはロータ部３０は磁気軸受により軸支されているが、これに限られるものではなく、動圧軸受、静圧軸受、その他の軸受によってもよい。
【００４８】
次に、本実施形態の作用について説明する。
ターボ分子ポンプは、吸気口部１の取り付け部１ａを介して外部の容器に固定し、モータ３５を駆動する。モータ駆動によりロータ部３０とともにロータ翼３３が高速回転する。これにより、吸気口１ｃからの気体が、ロータ翼３３およびステータ翼２７によって移送され、排気口６から排出される。
【００４９】
ターボ分子ポンプの駆動中、ロータ部３０の不釣り合い、モータ３５のコギング等に起因して振動が発生する。これらの振動はケーシング本体４およびケーシング分離部３に伝播される。
また、このターボ分子ポンプの排気口部７にバックポンプが接続されている場合等には、バックポンプの振動等が接続配管等を介して同じくケーシング本体４およびケーシング分離部３に伝播される。
これらの振動は、ケーシング分離部３から弾性部材１１およびベローズ筒体１０に伝達されると、弾性部材１１およびベローズ筒体１０の弾性変形によって振動が大幅に減衰された後、吸気口部１に伝達される。
【００５０】
この様に、この実施形態では、ケーシングと別体として形成された吸気口部１が、弾性部材１１とベローズ筒体１０で支持されているので、ターボ分子ポンプの駆動時にポンプ内部のモータや、ロータ部３０の不釣り合いによって磁気軸受に生じる振動、バックポンプや他部材から伝播された振動等の外因による振動等はいずれも弾性部材１１とベローズ筒体１０によって減衰された後、吸気口部１に伝播される。その結果、外部の容器等への伝播が低減され、外部の容器等の振動が抑えられる。
【００５１】
また、本実施形態では、移動規制部材によって吸気口部１のケーシングに対する変位が所定範囲内に規制されるので、弾性部材１１やベローズ筒体１０の変形が良好な振動低減性を示す弾性変形範囲内に収められ、優れた振動低減性を常に発揮することができる。また、弾性部材１１、ベローズ筒体１０が塑性変形するなどして破壊されたり、耐久性が損なわれるのを防止する。
さらには、ロータ部が回転中に破壊する等によって大きな荷重が作用しても、吸気口部１がケーシングからはずれ難く、ターボ分子ポンプが暴れる危険が少なく、高い安全性を確保することが可能となる。
【００５２】
なお、この実施形態においては、真空ポンプは、ロータ翼とステータ翼が配設されたターボ分子ポンプとなっているが、ロータ本体またはステータ本体にねじ溝を配設し、ロータ部を回転して気体の粘性を利用して気体を移送するねじ溝式のポンプや、ターボ分子ポンプとねじ溝式ポンプの複合ポンプとすることもできる。
【００５３】
また、この実施形態では、移動規制部材として係止頭部を有する遊動軸部と、当接部材について説明したが、本発明としては移動規制部材の構造、形状がこれらに限定されないことは詳述するまでもない、さらに、この実施形態では、弾性部材としてゴム部材、シール部材としてベローズ筒体について説明したが、これらの構造、材質等についても限定されないことは上記と同様である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の真空ポンプによれば、排気機能部が収納されたケーシングと、外部から気体を吸入する吸気口が設けられ、該吸気口を通して気体が前記排気機能部に送られるように前記ケーシングに接続される吸気口部と、を備えた真空ポンプにおいて、前記吸気口部と前記ケーシングとが離間して弾性部材を介して接続されているとともに両者間の吸気空間がシール手段によって封止されており、前記弾性部材は前記シール手段の外周に円周方向全周に渡って配置された筒形状の部材からなり、さらに前記吸気口部および前記ケーシング間には、両者の相対的な移動により変化する離間量を規制する移動規制部材が設けられており、該移動規制部材には、前記吸気口部および前記ケーシングの一方に固定され、かつ他方に形成された貫通孔を遊動貫通する遊動軸部と、該軸部外周に装着されたカラーと、該軸部の貫通先側に設けられ前記貫通孔を越える大きさを有する係止頭部とを備えているので、前記弾性部材は適正な弾性力を保持して良好な振動低減性を得ることができ、外部機器等の機能や耐久性を損なうのを防止する。また、前記弾性部材や前記シール部材の塑性変形や損傷を防止し、機器の耐久性を高めるとともに、不意の事故で真空ポンプが暴れるのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の真空ポンプを示す正面断面図である。
【図２】 同じく吸気口部およびケーシング分離部を示す拡大断面図である。
【図３】 図１の吸気口部を示す背面図である。
【符号の説明】
１ 吸気口部
１ａ 取り付け部
１ｂ 被支持部
１ｃ 吸気口
２ 保護網
３ ケーシング分離部
３ｂ 吸気口部支持部
４ ケーシング本体
５ ベース
６ 排気口
７ 排気口部
１０ ベローズ筒体
１１ 弾性部材
１２ 貫通孔
１５ 遊動軸部
１７ 係止頭部
２０ 貫通孔
２１ 対向当接部
２２ 対向当接部
２６ ステータ部
２７ ステータ翼
３０ ロータ部
３０ａ ロータ軸
３２ 筒状壁部
３３ ロータ翼
３５ モータ
３６ 磁気軸受部
４０ 半径方向電磁石
４１ 軸方向電磁石
４５ 保護用ベアリング
４６ 保護用ベアリング
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子顕微鏡等の機器、容器等に接続され、該機器等の気体を吸引する真空ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子顕微鏡などの機器、容器等の気体を排気するために使用される真空ポンプは、排気機能部を収容したケーシングの一端に吸気口を有する吸気口部を設け他端側に排気口部を設けており、前記吸気口部を配管等を介して外部機器等に接続して外部の気体が吸気口部からケーシングの内部に導入されるようになっている。ケーシングの内部に収容されている上記排気機能部としては、例えばロータ部及びステータ部を配置し、ロータ部とステータ部のうちの一方の外周面を他方の内周面に対向させてロータ部とステータ部との間に気体が移送される気体移送部を形成したものが挙げられる。そして、ロータ部をモータ等の駆動手段によって回転させて、気体移送部の気体を排気側に移送することによって外部の気体を吸引するようになっている。真空ポンプの一種であるターボ分子ポンプでは、例えば、ステータ部にロータ部へ向けて張り出すステータ翼を配設している。一方、ロータ部には、ステータ翼間に張り出すロータ翼を配設する。そして、ロータ翼を回転することにより気体分子を叩いて移送する。また、ねじ溝式ポンプにおいては、ロータ部とステータ部の互いに対向する周面のうち一方にねじ溝が形成されており、ロータを回転することにより、気体の粘性を利用して気体を移送する。また、これらを組み合わせたターボ分子ポンプもある。
【０００３】
ところで、上記真空ポンプではロータ部を回転駆動することによって気体吸引力を得ており、その回転に伴って少なからず振動が発生する。この振動は、ケーシングから吸気口部、配管等を通して外部機器に伝播する。外部機器では、振動によって機能や耐久性に悪影響を受けることがあり、例えば電子顕微鏡では微少な振動によっても顕微鏡画像に大きな影響を受ける。このような振動が真空ポンプから外部機器等に伝播するのを防止するために各種の改善策が講じられており、例えば実願昭５８−１１９６４８号では改良された真空ポンプが提案されている。この真空ポンプは、装置への接続部である吸気口部をケーシングから分離し、これを弾性部材とシール手段を介してケーシングに連接することにより、真空ポンプ本体から装置へ伝達する振動を低減することを特徴としている。また、弾性部材とシール手段としては、夫々ゴム部材とＯリング又はベローズがあげられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる従来の改良された真空ポンプには次のような問題点があった。１−１ 真空ポンプは、外部の機器に接続する際に配管等に吊り下げた状態になるため、吸気口部を装置へ接続すると、吸気口部を除く真空ポンプの重量が弾性部材やベローズに作用し弾性部材等に永久歪みが生じ、最悪の場合には破断するおそれがあるため、吸気口部以外に真空ポンプを外部から支持する支持手段を必要とする。
１−２ 真空ポンプの運転中に、外部からの衝撃や振動、回転体のクリープと腐食、装置から真空ポンプ内への異物混入などに起因して、回転体が破壊し真空ポンプ本体に過大な荷重が作用すると、吸気口部と真空ポンプ本体（ケーシング）を連結している弾性部材とシール手段が破壊し、真空ポンプ内の気密性が損なわれたり、真空ポンプ本体の装置への固定が解除され真空ポンプが暴れ重大な事故を引き起こしたりするおそれがある。
１−３ 弾性部材としてゴム部材を使用する場合においては、真空ポンプの内外圧力差によってゴム部材に圧縮荷重が加わる。このときゴム部材が過度に圧縮される状態になると、ゴム部材特有の性質からゴム部材の縦弾性係数及び横弾性係数が高くなり、振動低減性が低下する。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、弾性部材の振動低減性を良好に保ち、かつ、該弾性部材やシール部材の破断、損傷を防止し、さらには、ポンプの暴れによる事故の発生を防止することをできる真空ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のうち、請求項１記載の真空ポンプは、排気機能部が収納されたケーシングと、外部から気体を吸入する吸気口が設けられ、該吸気口を通して気体が前記排気機能部に送られるように前記ケーシングに接続される吸気口部と、を備えた真空ポンプにおいて、前記吸気口部と前記ケーシングとが離間して弾性部材を介して接続されているとともに両者間の吸気空間がシール手段によって封止されており、前記弾性部材は前記シール手段の外周に円周方向全周に渡って配置された筒形状の部材からなり、さらに前記吸気口部および前記ケーシング間には、両者の相対的な移動により変化する離間量を規制する移動規制部材が設けられており、該移動規制部材には、前記吸気口部および前記ケーシングの一方に固定され、かつ他方に形成された貫通孔を遊動貫通する遊動軸部と、該軸部外周に装着されたカラーと、該軸部の貫通先側に設けられ前記貫通孔を越える大きさを有する係止頭部とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の真空ポンプは、請求項１に記載の真空ポンプにおいて、前記シール手段は、ベローズ筒体からなり、筒壁で前記吸気口部と前記ケーシングとの間の吸気空間を囲むように両端がそれぞれ前記吸気口部と前記ケーシングとに固定されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の真空ポンプは、請求項１または２に記載の真空ポンプにおいて、前記移動規制部材は、前記吸気口部と前記ケーシングとが離間する距離を設定以下に規制するものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４記載の真空ポンプは、請求項１〜３のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記弾性部材は、筒形状のゴム部材からなることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の真空ポンプは、請求項１〜４のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記弾性部材がゴム部材からなり、該ゴム部材は、そのヤング率Ｅと、真空ポンプの運転中の該真空ポンプ内外の圧力差によって前記ゴム部材に作用する圧縮荷重Ｐの作用面積Ａが下記式を満たす材質及び形状を有することを特徴とする。
【００１１】
【数２】
請求項６記載の真空ポンプは、請求項１〜５のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記移動規制部材は、前記吸気口部と前記ケーシングとが離間する距離を設定値以下に規制するものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の真空ポンプは、請求項１〜６のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記移動規制部材は、更に前記吸気口部と前記ケーシングとが離間する距離を設定値以上に規制するものを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の真空ポンプは、請求項１〜７のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記移動規制部材は、前記吸気口部および前記ケーシングの一方に固定され、両者の離間位置によって他方の部位と係止し合って前記吸気口部と前記ケーシングのそれ以上の相対的な移動を規制する係止部を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の真空ポンプは、請求項７に記載の真空ポンプにおいて、前記移動規制部材は、前記吸気口部と前記ケーシングとにそれぞれ対向して所定の距離を隔てて設けられた対向当接部からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の真空ポンプは、請求項１〜９のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記移動規制部材は、前記弾性部材を貫通していることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の真空ポンプは、請求項１〜１０のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記吸気口部が、前記吸気口の開口部を覆う保護網を具備してなり、該保護網が磁性部材で形成されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２記載の真空ポンプは、請求項１〜１１のいずれかに記載の真空ポンプにおいて、前記ケーシングは磁性部材で形成されていることを特徴とする。
【００２０】
すなわち、請求項１記載の真空ポンプによれば、移動規制部材により、弾性部材やシール部材の塑性変形や損傷が防止され、弾性部材は適正な弾性力を維持することができ、良好な振動低減性を発揮することができる。したがって軸受部やモータ部で発生する振動を該弾性部材で低減して外部の機器、容器等に振動が伝播して外部機器の機能を損なったり、耐久性を損なうのを有効に防止できる。また、機器の耐久性を高めるとともに、不意の事故で真空ポンプが暴れるのを阻止することができる。
【００２１】
なお、本発明の真空ポンプとしては、外部機器等を高真空にするためのターボ分子ポンプが好適であるが、本発明としてはこれに限定されるものではなく、したがって真空ポンプの排気機能部の構造については特に限定されない。また、本発明の真空ポンプは、特に振動が機能に影響する電子顕微鏡用として使用される場合に大きな効果を発揮するが、本発明としては使用用途がこれに限定されるものではなく、種々の用途への適用が可能である。
【００２２】
また、排気機能部は、外部機器等から気体を吸引して真空状態にできるものであればよく、本発明としては上記のように、その構造は限定されない。例えば容積型のものでもターボ式のものでもよい。
真空ポンプの１種であるターボ分子ポンプの排気機能部を例示すると、ロータ部と、ロータ部とともに気体の移送部を形成するステータ部と、ロータ部をステータ部に対してスラスト方向及びラジアル方向に支持する磁気軸受と、ロータ部をステータ部に対して回転させるモータ部とを備えたものが挙げられる。
ケーシングは、上記排気機能部を収納し、内部を気密に保って吸気口と排気口に連通して気体を移動する通路としての機能も果たす。
【００２３】
弾性部材としては種々の材料を利用することができるが、耐熱性が高いゴム部材、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴムが好適な材料として挙げられる。このように耐熱性が高い材料が望ましい理由は、真空ポンプ内部の真空度を向上させるために真空ポンプにベーキングヒータを付設して内部を加熱したり、真空ポンプの運転中に生じる回転翼と排気される気体の摩擦熱や磁気軸受とモータ等の発熱などによって真空ポンプが昇温するが耐熱性が低いゴム部材では弾性が低下して振動低減性が低下するためである。
また弾性部材としては上記ゴム部材に限られるものではなく、ばね部材や、ゲル材によって形成されたゲル部材を使用してもよい。ばね部材としては板ばねやコイルばね、皿ばね等が挙げられ、ゲル部材としては、シリコーン等のゲル材によって形成されたゲル部材等が挙げられる。
【００２４】
なお、上記弾性部材については、請求項４に記載するように、ベローズ筒体の外周に同心に配置された筒形状が望ましい。これは、真空ポンプの運転中に真空ポンプ内外の気体の圧力差により圧縮荷重が生ずるが、この圧縮荷重がゴム部材に作用しても該ゴム部材に永久歪みが生じないようにするには、従来はゴム部材１個当たりに作用する圧縮荷重を小さくするために、ゴム部材の数量を多くしなければならず、真空ポンプの部品と組立工数が増加し真空ポンプがコスト高となっていた。これを上記のように筒形状にすることによりゴム部材の数量を減らすことができ、真空ポンプの部品と組立工数を減らして真空ポンプの製造コストを低減することが可能になる。また、圧縮荷重等を弾性部材で均等に受けることができ、振動低減性がより効果的になる。
【００２５】
さらにゴム部材は、そのヤング率Ｅと、真空ポンプの運転中の該真空ポンプ内外の圧力差によって前記ゴム部材に作用する圧縮荷重Ｐの作用面積Ａが前記式を満たす材質及び形状を有するのが望ましい。該条件を満たすことにより真空ポンプの作動時にゴム部材に圧縮荷重が作用しても、ヤング率が大幅に増大することはなく、したがって弾性部材が良好な弾性特性を示し優れた振動低減性を得ることができる。
【００２６】
また、吸気口を有する吸気口部は、上記弾性部材を介してケーシングに接続されており、ケーシングとは離間することにより弾性部材での弾性変形による振動吸収が可能になる。吸気口部とケーシングとの離間は、通常は吸気方向に沿ってなされる。そして吸気口部とケーシングとの間に形成される吸気空間は、シール手段によって気密に保たれる。シール手段は、弾性部材で兼用してもよく、また、他の部材を使用するものであってもよい。なおシール手段はできるだけ振動伝達率が低いものが望ましい。該シール手段としては請求項２に記載するように好適にはベローズ筒体を示すことができる。該筒体では、その筒壁で上記吸気空間を囲むことによって該空間を気密に保つことができる。ベローズ筒体は、上記振動において容易に弾性変形し、振動を一部吸収する作用も果たす。
【００２７】
このベローズ筒体は、気密性を保つために、吸気口部とケーシングとに溶接等によって接続する。しかし、ケーシング側ではケーシングが大きいために溶接作業性と、溶接後の輸送効率及び真空ポンプの分解組立性が低下し、結果的に真空ポンプの製造コスト高を招きやすい。このため、請求項３に記載するように、ケーシングを、弾性部材およびシール手段が取り付けられたケーシング分離部と、前記排気機能部が収納されたケーシング本体とに分離するのが望ましい。これにより、ベローズ筒体の取り付け作業が容易になり、溶接後の輸送効率及び真空ポンプの分解組立性を向上させて製造コストの低減が可能になる。分離されたケーシング分離部とケーシング本体とは、Ｏリング等を介して気密に連結する。
【００２８】
さらに本発明では、上記吸気口部と上記ケーシングとが相対的に移動して両者の離間量の変化量を規制する移動規制部材を両者間に設ける。両者の相対的な移動としては、
（１）前記吸気口部と前記ケーシングとを外部機器に接続し設置した状態で、通常、これらは吊り下げ状態になり下方に位置するケーシングが自重により下方に移動する。
（２）真空ポンプの作動時には、該真空ポンプ内外の気体の圧力差により前記ケーシングが前記吸気口部側に引き寄せられ、移動する。
（３）不意の事故により前記吸気口部と前記ケーシングを連結している弾性部材やシール手段が破壊されて真空ポンプが暴れるおそれがある。
本発明では、これらの移動状況を想定して、少なくとも一の移動状況に合わせて前記吸気口部と前記ケーシングとの離間量の変化量を規制する。
（１）の場合には、弾性部材に過度の引張力が及ばないように請求項６に記載するように離間量の最大を制限する。これによりケーシングの下方移動量が制限され、弾性部材に不要な荷重がかかって耐久性を損なったり永久歪みを生じ、さらには破断することを防止できる。またベローズ筒体等のシール部材に軸方向の過大引張荷重が作用することがなく、ベローズ筒体等が塑性変形し振動低減性が低下したり破壊したりして真空ポンプ内の気密性が損なわれることを防止できる。また外部から真空ポンプを支持することも不要となる。
（２）の場合には、弾性部材に過度の圧縮力が及ばないように請求項７に記載するように離間量の最小を制限する。これによりケーシングの上方移動量が制限され、弾性部材に圧縮永久歪みを生じ、ひいては圧縮破壊することを防止できる。またベローズ筒体等のシール部材に軸方向の過大圧縮荷重が作用することがなく、ベローズ筒体等が塑性変形し振動低減性が低下したり、破壊したりして真空ポンプ内の気密性が損なわれることを防止できる。
（３）の場合には、吸気口部とケーシングとの分離を防止するように請求項６に記載するようにそれぞれの移動量を制限する。これにより回転体が破壊し真空ポンプに過大な力が作用しても、弾性部材とシール手段が破損し、真空ポンプ内の気密性が損なわれたり、真空ポンプ本体の装置への固定が解除され真空ポンプが暴れ重大な事故を引き起こすことを防止できる。（３）の場合に、上記（１）の制限を利用することもできる。
【００２９】
移動規制部材は、上記の少なくとも一つの作用を得るものであれば、その構造が特定のものに限定されるものではない。移動規制部材は一つで上記の複数の作用を果たすものでもよく、また、複数の移動規制部材を設けてそれぞれ作用を果たすものでもよい。
移動規制部材としては、例えば、請求項８に記載するように移動規制部材を前記吸気口部または前記ケーシングの一方に固定し、両者の離間位置によって他方の吸気口部またはケーシング部位と係止し合って前記吸気口部と前記ケーシングのそれ以上の相対的な移動を規制する係止部を有するものが挙げられる。
【００３０】
具体的には、請求項９に記載するように、移動規制部材を前記吸気口部および前記ケーシングの一方に固定し、かつ他方に形成した貫通孔を遊動貫通する遊動軸部と、該軸部の貫通先側に設けられ貫通孔を越える大きさを有する係止頭部とを備えたものが挙げられる。該移動規制部材はボルト形状とし、例えば前記ケーシングに形成したネジ孔にねじ込み固定し、頭部を吸気口部の貫通孔上部に位置させて係止頭部として利用する。
【００３１】
上記構成によれば前記（１）（３）の移動に対し、移動を規制することができる。移動規制部材は弾性部材を貫通させることによって、吸気口部やケーシングに取り付けのための所要スペースを小さくして、真空ポンプを小型化できる。
他の移動規制部材としては、請求項１０に記載するように、吸気口部とケーシングとにそれぞれ対向して所定の距離を隔てて対向当接部を設けたものが挙げられる。該部材によれば、吸気口部とケーシングとの離間量が設定値にまで減少すると当接部材同士が当たり、それ以上に両者が接近するのを防止する。これにより、弾性部材やシール部材に過度に圧縮力が加わって、塑性変形、破断が生じて、振動低減性が損なわれるのを防止する。なお、上記対向当接部は、吸気口部とケーシングとに、溶接、ネジ止め等によって固定したものでもよく、また、吸気口部とケーシングとにそれぞれ一体に成形されたものでもよい。
【００３２】
また、移動規制部材は、請求項１１に記載するように、弾性部材を貫通するように配置することができる。これにより、移動規制部材を配置すべき余分なスペースを必要とせず、真空ポンプの小型化が可能になる。
【００３３】
また、前記吸気口部は、請求項１２に記載するように、外部装置から真空ポンプ内部へ異物が混入し回転翼が破損するのを防止するために、前記吸気口の開口部を覆う保護網を具備してなり、該保護網はパーマロイなどの磁性部材で形成されているのが望ましい。これにより、真空ポンプ内部のモータ、磁気軸受などからロータ部の軸方向上方へ漏洩する磁束は前記保護網内に拘束され、該磁束が外部装置へ漏洩し該外部装置の性能と信頼性、寿命などが低下するのを防止する事ができる。保護網は、開口部の一部を覆うものであっても良いが、上記効果を確実とするため開口部全体を覆うのが望ましい。また前記保護網は、パーマロイなどの磁性材料の線材で形成しても良いし、前記磁性材料の板材をエッチング等により製作しても良い。上記磁性部材は、パーマロイなどのような強磁性体が望ましい。
【００３４】
また、前記ケーシングは、請求項１３に記載するように、パーマロイなどの磁性部材で形成されても良い。これにより、真空ポンプ内部のモータ、磁気軸受などからロータ部の半径方向へ漏洩する磁束は前記ケーシング内に拘束され、該磁束が外部装置へ漏洩して該外部装置の性能と信頼性、寿命などが低下するのを防止する事ができる。上記磁性部材も上記保護網と同様に、パーマロイなどのような強磁性体が望ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を添付図に基づき説明する。
図１は、本発明の真空ポンプの一実施形態としてのターボ分子ポンプの全体構成を示す軸線方向断面図であり、図２は、吸気口部周辺の拡大断面図、図３は、吸気口部周辺の背面図である。
【００３６】
本実施形態の真空ポンプ（ターボ分子ポンプ）は、外部の容器に連設され該外部の容器内の気体を吸入するための吸気口１ｃが形成された筒状の吸気口部１と、該吸気口部１とは別体からなり、該吸気口部１に一端側が連接する外筒部としてのケーシング分離部３と、該ケーシング分離部３と連接され、ケーシング分離部３とともにケーシングを構成する筒状のケーシング本体４とを有している。
【００３７】
上記吸気口部１はステンレス鋼からなり、その上方は径方向外方へ延設されて取り付け部１ａとなっている。この取り付け部１ａは外部の容器の排気口の周縁部に固定される。また下方はフランジ形状となっており、その周端部に被支持部１ｂが形成されている。この被支持部１ｂは、ケーシング分離部３の軸線方向において取り付け部１ａとケーシング分離部３の間に位置し、ケーシング分離部３の吸気口部支持部３ｂの上方（外部の容器側）に配置されている。ケーシング本体４は、同じくステンレス鋼製で円筒形状を有しており、後述するように排気機能部を内蔵する。なお、ケーシング分離部３とケーシング本体４とは、Ｏリング８を挟んでボルト９で固定されている。上記ケーシング本体４の他端側にはベース５が連接（ベース５にケーシング本体４が固定支持されている）されており、該ベース５は、吸気口部１及びケーシング分離部３、ケーシング本体４とともに吸気口１ｃを介して前記外部の容器内と連続する中空部を形成する。またベース５には、上記中空部内の気体を排出する排気口６が設けられた排気口部７が取り付けられている。なお吸気口部１には、吸気口１ｃの開口部全体を覆う保護網２が配置されており、該保護網２の周端部は、皿子ネジ２ａによって吸気口部１に固定されている。該保護網２はパーマロイなどの磁性部材で形成されている。これにより、外部装置から真空ポンプ内部へ異物が混入するのを防止でき、さらに真空ポンプ内部のモータ、磁気軸受などからロータ部の軸方向上方へ漏洩する磁束を前記保護網２内に拘束して外部装置に上記磁束による影響が及ぶのを防止できる。
【００３８】
上記吸気口部１とケーシング分離部３との間には、吸気空間を囲むようにしてベローズ筒体１０が配置され、その端部がそれぞれ吸気口部１とケーシング分離部３とに溶接固定されている。なお、ベローズ筒体１０は、ケーシング本体４よりも大巾に小さなケーシング分離部３に溶接されるので、溶接作業を効率的に行うことができ、機器の取り回しも容易となる。
また、吸気口部１の被支持部１ｂとケーシング分離部３の吸気口部支持部３ｂとの間には、ベローズ筒体１０と同軸に筒形状の、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムからなる弾性部材１１が配置され、その端部がそれぞれ吸気口部１とケーシング分離部３とに接している。したがって、吸気口部１とケーシング分離部３とは、ベローズ筒体１０と弾性部材１１とによって連接されている。
【００３９】
なお、上記弾性部材１１は、弾性部材のヤング率Ｅと、真空ポンプの運転中の該真空ポンプ内外の圧力差によって前記弾性部材１１に作用する圧縮荷重Ｐの作用面積Ａとによって算出されるＰ／（Ｅ・Ａ）が０．５よりも小さくなるものである。すなわち、弾性部材１１としてシリコーンゴムを用いた場合の一例を示すと、圧縮荷重Ｐは、２４５０Ｎ、ヤング率Ｅは２９４Ｎ／ｃｍ２、作用断面積Ａは、５０ｃｍ２であり、上記による算出結果は、０．１６となる。
【００４０】
また、本実施形態は、吸気口部１のケーシング分離部３に対する離間量を所定範囲内に規制する移動規制部材の一つとして、ケーシング分離部３に遊動軸部１５がねじ込み固定されており、該遊動軸部１５の外周にカラー１６が装着されている。カラー１６を装着した遊動軸部１５は、弾性部材１１筒部に軸方向に沿って形成した貫通孔１２を遊動貫通し、さらに、吸気口部１に形成した貫通孔２０を遊動貫通しており、その先の吸気口部１の上方に係止頭部１７を有している。なお、図示１８は座金、１９は平座金である。該係止頭部１７、座金１８、平座金１９は、貫通孔２０よりも大径に形成されており、貫通孔２０での頭部１７、座金１８、平座金１９の通過が阻止されるようになっている。したがって、吸気口部１とケーシング分離部３とがより離れて離間量がある量にまで達すると、頭部１７が座金１８、平座金１９を介して吸気口部１の上面に当たり、それ以上に吸気口部１とケーシング分離部３とが離れるのを阻止する。
【００４１】
また、吸気口部１とケーシング分離部３との軸方向（真空ポンプにおける）対向面には、それぞれ移動規制部材として対向当接部２１、２２が突出して設けられている。これらの対向当接部２１、２２は、その突出高さを適宜定めることにより、吸気口部１とケーシング分離部３とが接近して離間量がある量にまで減ると互いに当接して、それ以上に吸気口部１とケーシング分離部３とが接近するのを阻止する。
【００４２】
さらに、ケーシング本体４内には、排気機能部の一部をなし、ベース５に支持され中空部内に収納されるステータ部２６と、中空部内に収納されるロータ部３０とを備えている。
また、ロータ部３０をステータ部２６に対して回転可能に支承する磁気軸受部３６，３７と、磁気軸受部３６，３７に支承されるロータ部３０をロータ軸３０ａを介してステータ部２６に対して回転させるモータ３５とを備えている．
【００４３】
ロータ部３０は筒状壁部３２を有しており、該筒状壁部３２の外周に多数のロータ翼３３が放射状に、かつ軸線方向に多段に設けられている。このロータ翼３３は、吸気口側（図面上側）が回転方向側になるように軸線方向に対し所定角度で傾斜している。
一方、ステータ部２６には、ロータ翼３３の各段の間に配置されるステータ翼２７を備えている。このステータ翼２７は、軸線方向に対し所定角度で傾斜している。ロータ部３０がモータ３５により回転駆動されると、ロータ翼３３とステータ翼２７との作用により気体分子を排気口６側に叩き落とすようになっている。
【００４４】
ロータ部３０を磁力により支持する磁気軸受は、３軸制御の磁気軸受であり、ロータ部３０は、磁気軸受部３６によってラジアル方向（ロータ軸３０ａの径方向）に磁気浮上し非接触で支持され、磁気軸受部３７によってスラスト方向（ロータ軸３０ａの軸方向）に磁気浮上し非接触で支持される。
【００４５】
磁気軸受部３６では、４つの半径方向電磁石４０がロータ軸３０ａの周囲に、９０度ごとに対向するように配置されている（図では２つを図示）。これら電磁石に対向するロータ軸３０ａは高透磁率材により形成され、これらの電磁石の磁力を受ける。
【００４６】
ロータ軸３０ａの下部には、磁性体で形成された円盤状の金属ディスク４３が固定されており、この金属ディスク４３の上方には、軸方向電磁石４１がベース５に固定配置されている。
そして、半径方向電磁石４０と軸方向電磁石４１それぞれに励磁電流が供給されることによって、ロータ部３０が磁気浮上される。
【００４７】
また、本実施形態のターボ分子ポンプでは、ロータ部３０の上部及び下部側に、保護用ベアリング４５、４６が配置されている。
通常時、ロータ部３０は、回転している間、上記磁気軸受により非接触状態で軸支される。保護用ベアリング４５、４６は、タッチダウンが発生した場合に磁気軸受に代わってロータ部３０を軸支することで装置全体を保護する。
なおこの実施形態においてはロータ部３０は磁気軸受により軸支されているが、これに限られるものではなく、動圧軸受、静圧軸受、その他の軸受によってもよい。
【００４８】
次に、本実施形態の作用について説明する。
ターボ分子ポンプは、吸気口部１の取り付け部１ａを介して外部の容器に固定し、モータ３５を駆動する。モータ駆動によりロータ部３０とともにロータ翼３３が高速回転する。これにより、吸気口１ｃからの気体が、ロータ翼３３およびステータ翼２７によって移送され、排気口６から排出される。
【００４９】
ターボ分子ポンプの駆動中、ロータ部３０の不釣り合い、モータ３５のコギング等に起因して振動が発生する。これらの振動はケーシング本体４およびケーシング分離部３に伝播される。
また、このターボ分子ポンプの排気口部７にバックポンプが接続されている場合等には、バックポンプの振動等が接続配管等を介して同じくケーシング本体４およびケーシング分離部３に伝播される。
これらの振動は、ケーシング分離部３から弾性部材１１およびベローズ筒体１０に伝達されると、弾性部材１１およびベローズ筒体１０の弾性変形によって振動が大幅に減衰された後、吸気口部１に伝達される。
【００５０】
この様に、この実施形態では、ケーシングと別体として形成された吸気口部１が、弾性部材１１とベローズ筒体１０で支持されているので、ターボ分子ポンプの駆動時にポンプ内部のモータや、ロータ部３０の不釣り合いによって磁気軸受に生じる振動、バックポンプや他部材から伝播された振動等の外因による振動等はいずれも弾性部材１１とベローズ筒体１０によって減衰された後、吸気口部１に伝播される。その結果、外部の容器等への伝播が低減され、外部の容器等の振動が抑えられる。
【００５１】
また、本実施形態では、移動規制部材によって吸気口部１のケーシングに対する変位が所定範囲内に規制されるので、弾性部材１１やベローズ筒体１０の変形が良好な振動低減性を示す弾性変形範囲内に収められ、優れた振動低減性を常に発揮することができる。また、弾性部材１１、ベローズ筒体１０が塑性変形するなどして破壊されたり、耐久性が損なわれるのを防止する。
さらには、ロータ部が回転中に破壊する等によって大きな荷重が作用しても、吸気口部１がケーシングからはずれ難く、ターボ分子ポンプが暴れる危険が少なく、高い安全性を確保することが可能となる。
【００５２】
なお、この実施形態においては、真空ポンプは、ロータ翼とステータ翼が配設されたターボ分子ポンプとなっているが、ロータ本体またはステータ本体にねじ溝を配設し、ロータ部を回転して気体の粘性を利用して気体を移送するねじ溝式のポンプや、ターボ分子ポンプとねじ溝式ポンプの複合ポンプとすることもできる。
【００５３】
また、この実施形態では、移動規制部材として係止頭部を有する遊動軸部と、当接部材について説明したが、本発明としては移動規制部材の構造、形状がこれらに限定されないことは詳述するまでもない、さらに、この実施形態では、弾性部材としてゴム部材、シール部材としてベローズ筒体について説明したが、これらの構造、材質等についても限定されないことは上記と同様である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の真空ポンプによれば、排気機能部が収納されたケーシングと、外部から気体を吸入する吸気口が設けられ、該吸気口を通して気体が前記排気機能部に送られるように前記ケーシングに接続される吸気口部と、を備えた真空ポンプにおいて、前記吸気口部と前記ケーシングとが離間して弾性部材を介して接続されているとともに両者間の吸気空間がシール手段によって封止されており、前記弾性部材は前記シール手段の外周に円周方向全周に渡って配置された筒形状の部材からなり、さらに前記吸気口部および前記ケーシング間には、両者の相対的な移動により変化する離間量を規制する移動規制部材が設けられており、該移動規制部材には、前記吸気口部および前記ケーシングの一方に固定され、かつ他方に形成された貫通孔を遊動貫通する遊動軸部と、該軸部外周に装着されたカラーと、該軸部の貫通先側に設けられ前記貫通孔を越える大きさを有する係止頭部とを備えているので、前記弾性部材は適正な弾性力を保持して良好な振動低減性を得ることができ、外部機器等の機能や耐久性を損なうのを防止する。また、前記弾性部材や前記シール部材の塑性変形や損傷を防止し、機器の耐久性を高めるとともに、不意の事故で真空ポンプが暴れるのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の真空ポンプを示す正面断面図である。
【図２】 同じく吸気口部およびケーシング分離部を示す拡大断面図である。
【図３】 図１の吸気口部を示す背面図である。
【符号の説明】
１ 吸気口部
１ａ 取り付け部
１ｂ 被支持部
１ｃ 吸気口
２ 保護網
３ ケーシング分離部
３ｂ 吸気口部支持部
４ ケーシング本体
５ ベース
６ 排気口
７ 排気口部
１０ ベローズ筒体
１１ 弾性部材
１２ 貫通孔
１５ 遊動軸部
１７ 係止頭部
２０ 貫通孔
２１ 対向当接部
２２ 対向当接部
２６ ステータ部
２７ ステータ翼
３０ ロータ部
３０ａ ロータ軸
３２ 筒状壁部
３３ ロータ翼
３５ モータ
３６ 磁気軸受部
４０ 半径方向電磁石
４１ 軸方向電磁石
４５ 保護用ベアリング
４６ 保護用ベアリング
Claims (12)
- 排気機能部が収納されたケーシングと、外部から気体を吸入する吸気口が設けられ、該吸気口を通して気体が前記排気機能部に送られるように前記ケーシングに接続される吸気口部と、を備えた真空ポンプにおいて、前記吸気口部と前記ケーシングとが離間して弾性部材を介して接続されているとともに両者間の吸気空間がシール手段によって封止されており、前記弾性部材は前記シール手段の外周に円周方向全周に渡って配置された筒形状の部材からなり、さらに前記吸気口部および前記ケーシング間には、両者の相対的な移動により変化する離間量を規制する移動規制部材が設けられており、該移動規制部材には、前記吸気口部および前記ケーシングの一方に固定され、かつ他方に形成された貫通孔を遊動貫通する遊動軸部と、該軸部外周に装着されたカラーと、該軸部の貫通先側に設けられ前記貫通孔を越える大きさを有する係止頭部とを備えていることを特徴とする真空ポンプ。
- 前記シール手段は、ベローズ筒体からなり、その筒壁で前記吸気口部と前記ケーシングとの間の吸気空間を囲むように両端がそれぞれ前記吸気口部と前記ケーシングとに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
- 前記ケーシングは、前記弾性部材および前記シール手段が取り付けられたケーシング分離部と、前記排気機能部が収納されたケーシング本体とからなり、前記ケーシング分離部と前記ケーシング本体とが気密に連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の真空ポンプ。
- 前記弾性部材はゴム部材からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の真空ポンプ。
- 前記弾性部材がゴム部材からなり、該ゴム部材は、そのヤング率Ｅと、真空ポンプの運転中の該真空ポンプ内外の圧力差によって前記ゴム部材に作用する圧縮荷重Ｐの作用面積Ａが下記式を満たす材質及び形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の真空ポンプ。
- 前記移動規制部材は、前記吸気口部と前記ケーシングとが離間する距離を設定値以下に規制するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の真空ポンプ。
- 前記移動規制部材は、更に前記吸気口部と前記ケーシングとが離間する距離を設定値以上に規制するものを備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の真空ポンプ。
- 前記移動規制部材は、前記吸気口部および前記ケーシングの一方に固定され、両者の離間位置によって他方の部位と係止し合って前記吸気口部と前記ケーシングのそれ以上の相対的な移動を規制する係止部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の真空ポンプ。
- 前記移動規制部材は、前記吸気口部と前記ケーシングとにそれぞれ対向して所定の距離を隔てて設けられた対向当接部からなることを特徴とする請求項７に記載の真空ポンプ。
- 前記移動規制部材は、前記弾性部材を貫通していることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の真空ポンプ。
- 前記吸気口部は、前記吸気口の開口部を覆う保護網を具備してなり、該保護網が磁性部材で形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の真空ポンプ。
- 前記ケーシングは磁性部材で形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の真空ポンプ。
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