JP2005307971A - 真空ポンプ減衰アダプタ - Google Patents

Abstract

【課題】サービスチャンバ２と真空ポンプ１の間の吸込ダクト内に挿設可能な減衰アダプタ３を提供する。
【解決手段】アダプタ３は、２つの端フランジ４、５に支持された減衰スリーブ７に囲繞されたフレキシブルベローの形状の管状ダクト壁６から成る。フレキシブルベローの襞状部６ａ、６ｂがその外面に、連続襞状部６ａ、６ｂ間に係合の受動減衰エラストマー８ａを受ける。それによって、真空ポンプ１からサービスチャンバ２への振動の伝達が相当に減少し、特に顕微鏡分野における応用を可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空ポンプから発生して伝達される振動が使用に対して負の（ｎｅｇａｔｉｖｅ）効果を有し得る分野において利用するための真空発生ラインに関する。

真空ポンプの数多い用途の中で、ポンプによって出される振動に対して２つの用途、即ち超小形顕微鏡技術およびリソグラフィがとりわけ敏感とされる。

本発明は、特に、圧力計に匹敵する分解能に到達し得る電子顕微鏡寸法分析の分野における真空ポンプ利用に関する。したがって、ごく僅かな振動も観測に有害とされる。しかし、より広くは、真空ポンプが実際に利用されるあらゆる用途が、それに等しい振動条件とともに本発明に関わる。

コストと効率を理由として、特に真空ポンプをサービスチャンバに接続するダクトの数を減らすために、製造者は真空ポンプをサービスチャンバに直接もしくはその至近に組み込むことを試みる。

ポンプにより発生される振動を除去、あるいは少なくとも大幅に少なくするため、フレキシブル減衰ダクトが既に真空ポンプとサービスチャンバの間に挿設されている。これは、玉軸受を備えるターボ分子ポンプには特に必要とされ、その回転速度がきわめて大きく（毎分３千回以上）、それによって著しい振動レベルが発生する。

このような知られているフレキシブル減衰ダクトは、２つの接続フランジ間に挿設可能であり、ベロー、即ち、柔軟性を大きくするために平行襞状部を大きくした柔軟な起伏のある管として具体化される。減衰は、ベローの端フランジに支持されベロー外部を覆う、軸沿いに分断された、円筒状エラストマースリーブによって与えられる。そのため、真空が内部に生じたときにベローの破砕が制限され、接続要素の柔軟性および一方のフランジから他方フランジへの振動伝達の減衰が保証される。

従来のアセンブリでは、真空ポンプは浮遊組立され、エンクロージャから吸込ダクトにより懸吊組立される。防振されたフレキシブル円筒状ベローが真空に抵抗し、したがってポンプの重量を支持する。

しかし、現行の装置では、振動を十分に減衰するには、適切な慣性質量により分離された２つのベローを順次使用して、２段フィルタを生成することが必要とされる。生産および組立コストがしたがって嵩み、軸方向寸法全体がかなり増大する。

真空ポンプ自体によって出される振動を減らすには、既存の磁気軸受ターボ分子ポンプを真空ポンプとして使用することができよう。接触が無く回転質量と静的部分の間に摩擦を生じない磁気軸受を使用することによって、ポンプから出される振動の大半は除去される。しかし、一般的に、依然として振動ピークがポンプの回転頻度に近い頻度で発生すると思われる。この振動ピークは玉軸受真空ポンプの場合より少ないとされるが、それでも二重防振ベローを使用する必要があるとされる。

既存のベローはまた、回転速度がきわめて大きく、したがってポンプが突然かつ偶然に停止した場合に放散されなければならない運動エネルギーを多く含むターボ分子ポンプに使用するのは必ずしも安全ではないとされる。
独国特許出願第１０００１５０９号明細書 米国特許第４８６２６９７号明細書

本発明は、とりわけて、サービスチャンバに伝達されかつターボ分子ポンプから発する振動を、そのポンプがそのエンクロージャから懸吊組立されるにせよ、浮遊組立されるにせよ、非常に際立って減少させ、そして複数のベローを順次置く必要をなくすることによって、旧来システムの欠点を回避しようとするものである。

したがって、本発明の目的は、１つの特定構造をもち、同時に、大量のエネルギー放散を要する突然かつ偶然のターボ分子ポンプ減速により受ける回転応力に耐え得る減衰ベローにより、振動を制限することにある。

本発明は、通常の形状構成と同様の軸方向減衰エラストマースリーブによって効果的に振動を減衰し、かつまたベローの連続襞状部間の外面に係合の減衰要素に結合された単段ベローを創成することを主たる思想とする。減衰要素の硬さは、求められる減衰に適切な硬さとされる。

本発明は、したがって、サービスチャンバと真空ポンプの間の吸込ダクト内に挿設可能な真空ライン減衰アダプタであり、アダプタが、両端で柔軟なベローの形状の管状壁から成り、管状壁はフレキシブルフローの両端に支持された減衰スリーブに囲繞されており、フレキシブルベローの襞状部がその外面に前記襞状部間に係合の受動減衰エラストマーを受ける真空ライン減衰アダプタを提案する。

内径を同じくするため、単段ベローの内部空間は２基または数基のベローを有する従来構造ほど長くなく、それによって圧送速度が向上すると同時に伝達される振動が２つの標準要素を有する従来アセンブリと同程度に減少される。

１つの有利な解決策によれば、ベローの襞状部間に係合の受動減衰エラストマーが減衰スリーブに継合される。

実際には、受動減衰エラストマーを減衰スリーブに一体とすることが有利とされよう。

良好な結果を生む構造は、フレキシブルベローの２つの連続襞状部間で、休止時に、内径がフレキシブルベローから半径方向に離間した円冠状の減衰エラストマーから成る。

上述の特定ベローフランジ取付を直接組み込むポンプケーシングの使用が可能とされることによって、ポンプの流量性能をさらに最適化すると同時に、吸込ダクト全長の最小化が可能とされる。

別の有利な解決策によれば、回転防止クレビスをベロー周囲に使用することも可能とされ、この回転防止クレビスは、エラストマー軸受パッドを備え、ポンプの正規使用時にエンクロージャフランジを囲繞し、固定ドッグ（ｄｏｇ）には接触しない。ポンプの固定フランジに継合される、それらの径方向に関して正反対位置に置かれるクレビスは、エンクロージャフランジの固定ドッグによってその回転を制止され、ターボ分子ポンプの突然かつ偶然の減速による回転応力に耐えることを可能とする。それによって、装置のフレームに対して防振された機械的取付の必要が回避される。

正規作動においては、ベロー内部に僅かの圧力があり、襞状部がしたがって圧縮される。しかし、ベロー内部が大気圧となることによって襞状部はその初期弛緩状態に戻る。ダクト要素から懸吊のポンプ等の質量を懸吊することにより、襞状部はこの平衡状態を超えて伸張することがあろう。その伸張を制限するため、引張停止装置をダクト内フランジに固定することができる。この装置は、ベローの所定値を超える軸方向延伸に対抗する。内部が低圧となることにより、停止装置の接続が解除され、振動伝達が防止される。

新規なベロー構造により、小径、小質量のターボ分子ポンプの使用も可能となり、ポンプ全体もしくはその一部を同等サイズのベロー内部に挿設可能とされる。それによって、さらにダクトの長さが縮小され、ポンプの圧送速度向上に有利とされる。したがって、軸方向寸法全体および装置容積全体が縮小される。

片持ちアセンブリの場合には、エンクロージャフランジに固定された特定の保持要素により、懸吊質量が弾性的に保持される。

本発明の他の目的、特徴および利点を、以下に添付図面を参照して具体的解決策について説明する。

図１の解決策において、真空ポンプ１がサービスチャンバ２から減衰アダプタ３によって懸吊される。

減衰アダプタ３は、基本的に、同軸であり、かつ圧送ガスをサービスチャンバ２から真空ポンプ１に導くための薄手の多段同軸管状壁６によって相互接続された、入口環状フランジ４および出口環状フランジ５から成る。

入口環状フランジ４は、ドッグ４ａおよび４ｂ等の径方向に関して正反対に位置する締付ドッグによりフランジ２ａと同軸結合され、サービスチャンバ２に接続される。フランジ４および２ａは、したがってガスケット２ｂを介して相互に締付けされる。

同軸管状壁６は、半径方向突出部により襞状部６ａおよび６ｂ等の連続襞状部を形成の多段襞フレキシブル金属ベローとされる。管状壁６の端部６ｃおよび６ｄが、それぞれ入口フランジ４および出口フランジ５に例えば溶接により接合される。
管状壁６は、フレキシブルベローとされ、同軸の減衰スリーブ７に囲繞され、同スリーブの端部７ａおよび７ｂが入口フランジ４および出口フランジ５にそれぞれ当接支持される。減衰スリーブ７は、エラストマー製とされる。そのショア硬さ数約７０を選択することにより、良好な結果が得られる。

管状壁６を形成するフレキシブルベローの襞状部は、その外面で、襞状部６ａおよび６ｂのように隣り合う襞状部の間に係合のエラストマー８ａ等の受動減衰エラストマーを受ける。

図１に示す解決策においては、受動減衰エラストマー８ａは、減衰スリーブ７と一体とされる。

その代替としては、減衰スリーブ７に接合しても、しなくてもよい円冠状の受動減衰エラストマー８ａを連続襞状部６ａおよび６ｂの間に係合させることができる。受動減衰エラストマー８ａは、したがって、減衰スリーブ７を構成するエラストマーと別のものを選択することにより、減衰アダプタ３の全体的減衰特性を最適化することが可能とされる。

図において分かるように、そのような受動減衰エラストマー８ａは、管状壁６の２つの連続襞状部を隔てる間隔のそれぞれ内に係合される。

また、図１に示す解決策においては、管状壁６を形成するフレキシブルベローの２つの連続襞状部６ａおよび６ｂの間で、減衰エラストマー８ａは休止時には円冠状とされ、その内径とフレキシブルベローが半径方向に離間する間に環状空間９ａが生じる。

図２の解決策においては、本発明によれば、減衰スリーブ７に能動振動制御装置をも含み、それによって振動の減衰が最適化される。この図において分かるように、図１の解決策と同じ諸要素があり、それらの同じ要素には同じ符号を付してある。この場合、能動振動制御装置は、減衰スリーブ７の端部７ｂと出口フランジ５の間に係合の圧電横方向薄膜１３から成り、それによって真空ポンプ１の接続が保証される。圧電薄膜１３は、適切な方法で配置の振動センサ、真空ポンプ１磁気軸受制御装置、あるいは真空ポンプ１の駆動モータ動力供給装置のいずれかから生じる信号によって作動する制御装置によって動力を供給されよう。

図３および４に示す解決策にも、図１の解決策と同じ諸要素を見出すことができ、それらの同じ要素には同じ符号を付してある。管状壁６の外側には、入口フランジ４と出口フランジ５の所定の回転しきいを超える相対回転に対抗するための回転防止装置を使用することも可能とされる。

例えば、回転防止装置には、第１端１０ａにより出口フランジ５に継合され、入口フランジ４と出口フランジ５の間に相対回転が生じた場合に入口フランジ４の締付ドッグ４ａに係合可能な、少なくとも１つの回転防止クレビス１０を含めることができる。しかし、正規作動においては、振動の伝達を防止するため、クレビス１０が入口フランジ４の締付ドッグ４ａに接触することはない。また、入口フランジ４と出口フランジ５の間に相対回転が生じた場合には、図４で一層明らかに見ることができる２つのエラストマーサイドベアリングパッド１０ｂおよび１０ｃを回転防止クレビス１０に使用し、回転防止クレビス１０が締付ドッグ４ａに当接支持される面を形成することが可能とされる。

回転防止装置には、少なくとも径方向に関して正反対位置に置かれた２つの回転防止クレビス１０および１０ｄを含めることにより、回転制止応力を打ち消すことが好ましい。

出口フランジ５および入口フランジ４には、ギャップ制止装置も備えられる。

図１から４に示す解決策においては、入口フランジ４に、管状壁６を形成するフレキシブルベローの内側空間に伸長するダイヤメトラル（ｄｉａｍｅｔｒａｌ）入口アーチ１１を含む。同様に、出口フランジ５には、管状壁６の内側空間に伸長する入口アーチ１１の面に対して垂直な面に、ダイヤメトラル出口アーチ１２を含む。２つのアーチ１１および１２は、入口アーチ１１と出口アーチ１２が相互に交差するように重ねられる。さらに、正規使用状態では、言い換えれば、減衰アダプタ内部の真空の存在のため外気圧の及ぼす圧縮効果によって、フランジ４および５が相対的に近寄り、その状態で２つのアーチ１１および１２の頂点１１ａおよび１２ａが、図１に示すように相互に離間される。それは即ち、内部が真空でない場合には、フランジ４および５が真空ポンプ１の重量の影響により離れようとするが、アーチ１１および１２の頂点１１ａおよび１２ａが相互に支持し合って、フランジ４および５が所定値を超えて離間することが防止される。アーチ１１および１２は、したがってギャップ制止装置を構成する。

図１から４の解決策において、本発明には、真空ポンプ１とサービスチャンバ２の間の真空ダクトに減衰アダプタ３が介挿された真空ラインを含む。

次に図５から７に示す解決策について説明する。

図５から７においても、先の図１の解決策と同じ諸要素を見出すことができ、それらの同じ要素には同じ符号を付してある。

図５から７の解決策においては、真空ポンプ１を小型とし、その全体もしくは一部が管状壁６を形成するフレキシブルベロー内部に係合されることに相違点がある。それによって、アセンブリ全体の寸法が縮小され、かつ特にポンプ容量が小さくなる。

ポンプ１を挿設するため、入口アーチ１１はより短く、管状壁６内部を貫通しない。

しかし、出口アーチ１２はより高く、出口フランジ５の同軸管状突出部により管状壁６内に形成された挿設ケーシング５ａから成る軸方向延長部によって出口フランジ５に接続される。挿設ケーシング５ａは、ポンプ１を管状壁６の実際上全長沿いに受けるものとされる。出口アーチ１２は、挿設ケーシング５ａ上流側端から半径方向に伸長して、入口アーチ１１と交錯する。

図５の解決策においては、懸吊装置も使用され、それによってアセンブリが水平方向組立、言い換えればポンプ１を水平方向回転軸沿いに向けて組立可能とされる。懸吊装置１４は、水平方向上部ロッド１４ａから成り、その第１端により締付ドッグ４ａに固定され、かつその第２端により弾性要素１４ｂを支持し、弾性要素自体はねじ１４ｃにより出口フランジ５に固定される。懸吊装置１４は、サービスチャンバ２の出口に片持ち支持され、ポンプ１の重量を支持可能とされる。

図６の解決策においては、減衰装置は、懸吊装置１４の存在を除いて図５の解決策のものと同じ諸要素から成る。確かに、この場合、ポンプはサービスチャンバ２上部縦方向に向けられ、側部の懸吊装置を要さない。

図７の解決策においては、図６の解決策のものと同じ装置が使用されるが、ポンプ１がサービスチャンバ２の下に懸吊される。

図８および９の解決策は、全体寸法がさらに縮小された構造に関する。ポンプを管状壁６内部に係合の先の図５から７の解決策のものと同じ諸要素が見出されるが、こちらには入口フランジ４をサービスチャンバ２に固定する締付ドッグが無い。この場合、入口フランジ４が、例えば円錐形等の先細形状とされ、縮小径４ｅによりサービスチャンバ２に固定される。そのような構造は、例えば電子顕微鏡カラム沿い等の小容積の箇所、もしくは小容積チャンバ器具において使用し、なおポンプの性能レベルを維持するのに適するとされる。

これらの減衰アダプタ構造に関して実施した試験において、振動減衰が半径方向で約４．４、軸方向で１．９増加したことが示された。

本発明は、本書に明文で記載の解決策に限定されず、諸変形および当業者領域内の用途一般に及ぶ。

本発明の第１解決策による、受動減衰アダプタ構造の正面断面図であり、減衰アダプタの端に軸方向懸吊のターボ分子ポンプを結合した様を示す図である。 第２解決策による、能動薄膜減衰アダプタの正面断面図であり、減衰アダプタの端に軸方向懸吊のターボ分子ポンプを結合した様を示す図である。 回転防止装置を含む、図１と同様の受動減衰アダプタを示す正面断面図である。 図３の減衰アダプタを示す側面図である。 ポンプが減衰アダプタ内部で水平軸沿いに向かうように構成された別の解決策による受動減衰アダプタ構造を示す長手方向正面断面図である。 ポンプを減衰アダプタ内部に係合かつサービスチャンバ上部に縦軸沿いに向けた受動減衰アダプタ構造を示す図である。 ポンプを減衰アダプタ内部に組み込み、かつサービスチャンバ下部に縦軸沿いに向けた減衰アダプタ構造を示す図である。 ポンプを減衰アダプタ内部に、縦軸沿いに、サービスチャンバを上部に組み込んだ、全体寸法を縮小した解決策における別の受動減衰アダプタ構造を示す図である。 ポンプを減衰アダプタ内部に、縦軸沿いに、サービスチャンバを下部に組み込んだ、全体寸法を縮小した解決策における別の受動減衰アダプタ構造を示す図である。

符号の説明

１ 真空ポンプ
２ サービスチャンバ
３ 減衰アダプタ
６ 管状ダクト壁
６ａ、６ｂ 襞状部
７ 減衰スリーブ
８ａ 受動減衰エラストマー
１０、１０ｄ 回転防止クレビス
１３ 能動振動制御装置、圧電薄膜

Claims (9)

1. サービスチャンバ（２）と真空ポンプ（１）の間の吸込ダクト内に挿設可能な真空ライン減衰アダプタ（３）であり、アダプタが、両端で柔軟なベローの形状の管状壁（６）から成り、管状壁はフレキシブルベローの両端に支持された減衰スリーブ（７）に囲繞されており、フレキシブルベローの襞状部（６ａ、６ｂ）がその外面に前記襞状部（６ａ、６ｂ）間に係合の受動減衰エラストマー（８ａ）を受ける減衰アダプタ。
2. ベローの襞状部（６ａ、６ｂ）間に係合の受動減衰エラストマー（８ａ）が減衰スリーブ（７）に継合される請求項１に記載の減衰アダプタ（３）。
3. 受動減衰エラストマー（８ａ）が減衰スリーブ（７）と一体である請求項２に記載の減衰アダプタ（３）。
4. フレキシブルベローの２つの連続襞状部（６ａ、６ｂ）間で、休止時に、減衰エラストマー（８ａ）が、内径がフレキシブルベローから半径方向に離間した円冠状の形状を有する請求項１に記載の減衰アダプタ（３）。
5. 真空ポンプ（１）とプロセスチャンバ（２）の間の相対回転応力に対抗するように、径方向に関して正反対に位置する回転防止クレビス（１０、１０ｄ）がベロー周囲に配置され、正規使用においては接触することがない請求項１に記載の減衰アダプタ（３）。
6. 減衰スリーブ（７）が、振動減衰を最適化する能動振動制御装置（１３）をも含む請求項１に記載の減衰アダプタ（３）。
7. 能動振動制御装置が、減衰スリーブ（７）の一端（７ｂ）と真空ポンプ（１）接続フランジの間に係合され、かつ適切な振動センサ、真空ポンプ（１）磁気軸受制御装置、あるいは真空ポンプ（１）の駆動モータ動力供給装置から生じる信号によって作動する制御装置によって動力を供給される圧電横方向薄膜（１３）から成る請求項６に記載の減衰アダプタ（３）。
8. 真空ポンプ（１）とサービスチャンバ（２）の間の真空ダクト内に挿設された、請求項１に記載の減衰アダプタ（３）を含む真空ライン。
9. 真空ポンプ（１）が少なくとも一部、管状壁（６）を形成するフレキシブルベロー内部に係合される請求項８に記載の真空ライン。

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