JP5670095B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の真空ポンプに関するものである。

従来技術において、サイド・チャネル・ポンプ段を備えた真空ポンプが、例えばドイツ特許公開第１９９３０９５２号から既知である。ここで提案された真空ポンプは、大気圧の容器を１０^−４ｍｂａｒより小さい値まで真空にすることを可能にする。これは、複数のサイド・チャネル・ポンプ段を後方に設置することにより達成される。これらのサイド・チャネル・ポンプ段の各々は羽根車を有し、羽根車は、その外周部に、チャネル内において円運動を行う羽根を有している。

従来技術から、さらに、より高い背圧に対して排出可能なように、１つのサイド・チャネル・ポンプ段を追加して設けたターボ分子ポンプが既知である。このような真空ポンプが、例えば欧州特許第１５７６２９２号に示されている。

十分に良好なポンプ能力を達成させるために、一般に、複数の段と、および費用をかけて形成されたサイド・チャネル・ポンプ段の羽根車とが必要である。少なくとも少量生産においては、費用をかけて中実材料から製造されなければならない多数の羽根に多大な費用がかかることは明らかである。ポンプの排気速度および入口および出口間の圧力比のようなサイド・チャネル・ポンプ段の真空特性値は、羽根、チャネルおよび回転部分と固定部分との間の隙間などの形態の関数である。一般に、良好な真空特性値は製造コストを上昇させることになる。

他方で、サイド・チャネル・ポンプのポンプ能動部品の製造コストを低く抑える必要性が存在する。

ドイツ特許公開第１９９３０９５２号 欧州特許第１５７６２９２号

したがって、本発明の課題は、真空ポンプのサイド・チャネル・ポンプ段が、改善された真空特性値と、同時に、ポンプ能動部品の簡単に製造可能な形状とを有する、真空ポンプを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する真空ポンプにより解決される。従属請求項２−４は有利な変更態様を与える。
運動方向に関して後方に位置する後部の外側角部における面取り部は、真空特性値、特に圧力比を改善し、且つ多くの加工方法においてコスト的に有利に製造可能である。改善された圧力比は、真空ポンプ内の他の圧力範囲を包含可能にするために、少ないサイド・チャネル・ポンプ段を用いて作業することを可能にする。さらに、面取り部もまた、少量生産および中量生産において使用される、例えばフライス加工およびのこ引き加工のような加工方法でコスト的に有利に製造可能である。後部および面取り部が平面であるとき、製造はさらに容易となる。

従属請求項の手段により、真空特性値のさらなる改善が達成可能である。これらの形態もまた、フライス加工およびのこ引き加工でコスト的に有利に製造可能である。図示の形状は、分子ポンプ段、例えばホルベック（Ｈｏｌｗｅｃｋ）ポンプ段との組み合わせにおいて有利であることが観察された。本発明によるサイド・チャネル・ポンプ段および分子ポンプ段の作業範囲は有利な範囲内にあるので、全体として、良好に格付けされた真空ポンプが形成される。

これらの変更態様の一実施例により本発明を詳細に説明し、且つそれらの利点を掘り下げることとする。

図１は、サイド・チャネル・ポンプ段を備えた真空ポンプの軸方向断面図を示す。 図２は、線Ｉ−Ｉ′による、サイド・チャネル・ポンプ段の軸中心線に直角な断面図を示す。 図３は、羽根車の代替形態を備えたサイド・チャネル・ポンプ段の断面図を示す。 図４は、線ＩＩ−ＩＩ′による、羽根車の代替形態を備えたサイド・チャネル・ポンプの断面図を示す。 図５は、面取り部を設けた羽根の斜視図を示す。 図６は、第１および第２の羽根を備えた羽根車を見た図を示す。 図７は、線ＩＩＩ−ＩＩＩ′による、第１および第２の羽根を備えた羽根車の断面図を示す。 図８は、本発明の一変更態様における、いくつかの羽根を備えた一部分を見た図を示す。

この実施例の真空ポンプ１は、ガス入口２およびガス出口３、およびハウジングを有している。ハウジングは４つのハウジング部分２０、２１、２２および２３から構成され、これらのハウジング部分は、真空ポンプの構成要素を包囲している。これらの構成要素を以下に説明する。

ガス入口を通過して真空ポンプ内に流入したガスは、はじめに、分子ポンプ段５内に到達する。分子ポンプ段は、内部ねじ山溝５０７が設けられている内部ステータ５０５、および外部ねじ山溝５０８が設けられている外部ステータ５０６を有している。内部ステータと外部ステータとの間に、滑らかな表面を有するシリンダ５０２が設けられ、シリンダはロータ５００と結合されている。したがって、分子ポンプ段はホルベック・ポンプ段として形成されている。図１に示されているホルベック・ポンプ段はステータ構造部分により包囲された第２のシリンダ５０２′と対称に形成され、したがって、複流で作動する。

ロータは軸８と結合され、軸は転がり軸受１０および１１内において回転可能に支持されている。転がり軸受の代わりに、受動的および能動的磁気軸受が使用されてもよい。軸に少なくとも１つの永久磁石１３が配置され、永久磁石は固定コイル１２と協働し、且つ固定コイルと共に駆動装置７を形成している。転がり軸受１０、駆動装置７および分子ポンプ段５はハウジング部分２０および２１内に配置されている。

軸は、サイド・チャネル・ポンプ段４を含むハウジング部分２２を貫通する。サイド・チャネル・ポンプ段はサイド・チャネル４０１および羽根車４００から形成され、この場合、羽根車に少なくとも１つの羽根４０２が配置され、羽根はサイド・チャネル内において軸の回転により円運動を行い、これによりポンプ作用を発生する。ガスは移送チャネル２４を通過して分子ポンプ段５からサイド・チャネル・ポンプ段内に到達し、且つ他の移送チャネル２５を通過して排出される。

サイド・チャネル・ポンプ段から、ガスは、移送チャネル２５を通過して背圧ポンプ段６内に到達する。背圧ポンプ段は同様にサイド・チャネル・ポンプとして形成され、この場合、羽根車６００に配置され且つサイド・チャネル６０１内において円運動を行う羽根６０２の形状は、羽根４０２の形状とは異なっている。このポンプ段から、ガスは、ガス出口を通過して真空ポンプから排出される。

羽根車４００および６００と、ハウジング部分２１、２２および２３との間に隙間が存在する。この隙間は、当該羽根車の自由な回転を可能にするが、回転を妨害するガス流れが発生しないように狭く形成されている。

図２は、線Ｉ−Ｉ′によるハウジング部分２２の断面図を示す。軸８上に羽根車４００が装着されている。羽根車は外周部４０３を有し、外周部に、周囲に沿って均等に分布された羽根４０２が配置されている。サイド・チャネル４０１は羽根車を包囲し、この場合、サイド・チャネルは、ほぼリング状に、羽根車の羽根領域を包囲している。周囲の一部においてのみ、ハウジングは羽根車に密接している。この部分は中断部４０４を形成し、中断部は吸込側と排出側とを相互に分離し、且つ中断部において、サイド・チャネル内において形成され且つ羽根車の回転に追従するガス流れは、羽根車から切り離され且つ移送チャネル２５に移送される。

図１および２に示す例において、羽根は羽根車の外周部において半径方向に配置されている。図３および４がこの配置の代替態様を示している。
したがって、図３は代替態様として形成されたハウジング部分２２′を示し、ハウジング部分はサイド・チャネル・ポンプ段を受け入れ且つ軸８′により貫通されている。この場合、サイド・チャネル４０１′は羽根車４００′の面内に配置されてなく、軸方向にオフセットされて羽根車の横に配置されている。羽根４０２′はほぼディスク形状の羽根車から半径方向に突出してなく、羽根車から面に直角な方向に突出している。

図４に、図３に示すハウジング部分２２′および軸８′を有する配置の線ＩＩ−ＩＩ′による断面図が示されている。羽根４０２′は羽根車上に位置し且つリング状の自由空間４０９を通過してサイド・チャネル４０１′内に突出している。サイド・チャネルはリング状自由空間４０９とは異なり、閉じたリングを形成せず、中断部４０４′により中断される。移送チャネル２４′を通過してサイド・チャネル内に流入し且つ羽根によりサイド・チャネルに沿って移動されたガスは、中断部において、移送チャネルの方向に次のポンプ段に向けて転向される。

図１および３においては、図を見やすくするために、サイド・チャネル・ポンプ段に入り且つそれから出る移送チャネルは、羽根車の周囲に関して向かい合って示されている。しかしながら、これらの移送チャネルは、中断部４０４および４０４′のみによって分離されるように、小さい角度間隔で相互に配置することが好ましい。

図５には、ただ１つの羽根４０２が示されている。この羽根は、図１および２に示す配置においてのみならず、図３および４に示す配置においてもまた羽根４０２′として使用可能である。この羽根は、運動方向４０７に関して後方に位置する、外側角部４０８を設けた後部４０５を有している。この外側角部に面取り部４０６が配置されている。この面取り部により、真空特性値、特に羽根車により達成可能な圧力比が決定的に改善される。

一変更態様において、後部４０５および面取り部４０６はそれぞれ１つの平面を含む。このような平面は、のこ引き加工によりコスト的に有利に形成可能である。
製造ができるだけ簡単になるように、羽根の全ての表面が平面として形成されていることにより、有利な形態が可能となる。

羽根および羽根車の一変更態様が図６に示されている。第１の羽根４２０および第２の羽根４１２が運動方向４０７に相互に間隔をなして配置されている。これらの羽根の間に中間ウェブ４３０が形成されている。第１および第２の羽根は同じ形状に形成されている。これらの羽根は２つの羽根部分４２１および４２２を有し、一方、これらの羽根部分はそれぞれ、部分後部４２５および４２６を有している。各部分の部分後部に面取り部４１６が設けられている。羽根部分は、運動方向４０７と、運動方向に測定されて、９０°より小さい角度４１５を形成している。この角度により羽根部分のＶ形状配置が得られ、この場合、Ｖは運動方向に開いている。羽根部分のこの位置は、面取り部と協働して、羽根車により達成可能な圧力比を改善する。図２および４に示されているように、複数の羽根が、規則的な間隔で、羽根車の周囲に沿って分布されて設けられている。

一変更態様において、少なくとも面取り部および部分後部が平面として形成され、且つ羽根が、羽根車内に存在して、羽根車から半径方向に突出するように、羽根が羽根車の外周部に配置されているとき、この形状は、特にコスト的に有利に製造可能である。このとき、中間ウェブは、外周部において羽根車の周りを伸長するように位置決めされている。この変更態様により形成された羽根車は、中実ディスクからのこ引き加工によりコスト的に有利に製造可能である。

図７は、図６からの配置を、線ＩＩＩ−ＩＩＩ′による断面図で示す。この図において、羽根４２０および４１２の間に設けられた中間ウェブ４３０が横断面図で示されている。中間ウェブは、少なくとも部分的に、羽根高さ４３２より小さい中間ウェブ高さ４３１を有している。これにより、中間ウェブの両側の羽根の間の空間は相互に結合される。これは、同様に、達成可能な圧力比の改善をもたらす。

他の有利な形態特徴が図８により示されている。図８は羽根車の外周部を見た図を示す。羽根４５０は、それぞれ１つの部分後部４５３および４５４を設けた２つの羽根部分４５１および４５２を有している。部分後部において、外側角部にそれぞれ、面取り部４５６が配置されている。羽根部分は運動方向にオフセット量４６１だけ相互にオフセットされている。羽根部分の部分後部は羽根車外周部の中心線４６０を超えて伸長している。さらに、少なくとも１つの羽根部分は、運動方向と、９０°より小さい角度４１５′を形成している。この羽根の形態および形態要素の組み合わせは、同様に、改善された真空特性値を有している。

１ 真空ポンプ
２ ガス入口
３ ガス出口
４ サイド・チャネル・ポンプ段
５ 分子ポンプ段
６ 背圧ポンプ段
７ 駆動装置
８、８′ 軸
１０、１１ 転がり軸受
１２ 固定コイル
１３ 永久磁石
２０、２１、２２、２２′、２３ ハウジング部分
２４、２４′ 移送チャネル
２５ 他の移送チャネル
４００、４００′、６００ 羽根車
４０１、４０１′、６０１ サイド・チャネル
４０２、４０２′、４１２、４２０、４５０、６０２ 羽根
４０３ 外周部
４０４、４０４′ 中断部
４０５ 後部
４０６、４１６、４５６ 面取り部
４０７ 運動方向
４０８ 外側角部
４０９ 自由空間
４１５、４１５′ 角度
４２１、４２２、４５１、４５２ 羽根部分
４２５、４２６、４５３、４５４ 部分後部
４３０ 中間ウェブ
４３１ 中間ウェブ高さ
４３２ 羽根高さ
４６０ 中心線
４６１ オフセット量
５００ ロータ
５０２、５０２′ シリンダ
５０５ 内部ステータ
５０６ 外部ステータ
５０７ 内部ねじ山溝
５０８ 外部ねじ山溝

Claims (4)

1. ガス入口（２）、ガス出口（３）およびサイド・チャネル・ポンプ段（４）を備えた真空ポンプ（１）であって、前記サイド・チャネル・ポンプ段は、外周部（４０３）と半径方向又は軸方向に突出する羽根（４０２、４０２′；４２０；４５０）とを設けた回転運動させられる羽根車（４００、４００′）を含む、真空ポンプにおいて、
   各羽根が、互いに平行な平面として形成された、運動方向（４０７）に関する前部及び後部を有し、後部（４０５；４２５、４２６；４５３、４５４）の外側角部（４０８）に平面として形成された面取り部（４０６；４１６；４５６）を有すること、
   真空ポンプが、ガス入口の領域にホルベック・ポンプ段（５）を含み、前記サイド・チャネル・ポンプ段（４）の下流に別のサイド・チャネル・ポンプ段（６）を含むこと
   を特徴とする真空ポンプ。
2. 各羽根（４２０；４５０）が、半径方向に突出し、互いに連結された第１の羽根部分（４２１；４５１）および第２の羽根部分（４２２；４５２）を有し、各羽根部分（４２１、４２２；４５１、４５２）が、羽根の運動方向（４０７）と、９０°より小さい角度（４１５；４１５′）を形成することを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 第１および第２の羽根部分（４２１、４２２）が周方向にオフセットされることなく配置され、前記羽根（４２０；４１２）の間において羽根車（４００）の周方向に中間ウェブ（４３０）が配置され、中間ウェブ高さ（４３１）は、羽根高さ（４３２）より小さく、羽根の運動方向（４０７）に減少することを特徴とする請求項２に記載の真空ポンプ。
4. 第１および第２の羽根部分（４５１、４５２）が、運動方向（４０７）において相互にオフセット配置され、各羽根部分（４５１、４５２）の後部は羽根車の中心線（４６０）を超えて伸長することを特徴とする請求項２に記載の真空ポンプ。

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