JP4819277B2 - 摩擦真空ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、摩擦真空ポンプであって、静翼列を支持する定置の構成部材と、動翼列を支持する回転する構成部材とが設けられており、静翼列および動翼列が、回転する構成部材の回転軸線に対して同心的に配置されており、静翼列と動翼列とが互いに入り込むように係合している形式のものに関する。
【０００２】
このような形式の摩擦真空ポンプに、国際公開第９４／００６９４号パンフレットから公知のようなターボ分子真空ポンプが属している。このターボ分子真空ポンプは、動翼列と静翼列とを備えたタービンの一種として形成されている。静翼および動翼は、実質的に円筒形に延びていて、かつ回転する構成部材の回転軸線に対して共軸的に配置されている。互いに交互に入り込むように係合する静翼および動翼の長手軸線は、半径方向で延びているので、実質的に軸方向に向いた搬送方向が生じる。動翼列と静翼列との単数または複数の対はポンプ段を形成している。ポンプ段の搬送特性（吸込能力、圧縮）の調節は、翼の構成に関して、有利には翼の調節角としての迎え角（Anstellwinkel）に関して行われる。
【０００３】
従来技術のターボ分子真空ポンプでは、ポンプ段の数は最小数を下回ることができない。これによって従来技術のターボ分子真空ポンプは比較的長く構成されており、特に駆動モータが軸方向長さをさらに増加させる。しかも公知のターボ分子ポンプでは、一方の構成部材（一般的にはロータ）は一体的に形成することができるが、これに対して、互いに入り込むように係合する翼列を組み付けるためには、他方の構成部材（一般的にはステータ）は複数部分から形成しなければならない。
【０００４】
したがって本発明の課題は、冒頭で述べたような形式の摩擦真空ポンプを改良して、軸方向で著しく短い構成を有しているものを提供することである。
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴部に記載した構成手段を有する装置によって解決される。
【０００６】
本発明によれば、軸方向長さ（駆動モータを除く）が静翼および動翼の長さを大幅には越えないような摩擦ポンプが得られる。翼が軸方向で延びているので、ロータおよびステータは一体的に形成することができる。
【０００７】
有利には、本発明に基づく、半径方向で搬送を行うポンプは、搬送されるガスが外側から内側に向かって通流されるように、運転される。この場合翼の種々異なる周速度を利用することが有利であると認められる。なぜならば圧力範囲に応じて摩擦損失を減少させることができるからである。さらに軸方向圧縮機に対して逆流損失は搬送方向で著しく減少させることができる。なぜならばステータを一体的に形成することができ、しかも多数の接合部分による大きな製作誤差連鎖が生じないからである。同様に翼尖端部の環流による逆流損失が最小化される。なぜならばここでも支持体の方向調整によってギャップを著しく減少させることができるからである。
【０００８】
別の利点によれば、記載の翼円板が、旋盤および電蝕機械（Erodiermaschine）による切削加工で製作することができる。これら両方の技術は比較的安価である。部分多様性の実現可能な制限によれば、本発明は、今日における価格圧力に対処するための実際の選択肢となっている。
【０００９】
さらに有利には、公知の軸方向圧縮性のターボ分子真空ポンプを、本発明に基づいて形成された半径方向圧縮性の摩擦真空ポンプと組み合わせることができる。このような形式のポンプ系は、駆動モータを高圧ポンプ側に配置することを可能にし、しかもモータおよび支承部は高圧ポンプに適した材料から形成する必要がない。さらに回転する構成部材の支承部でも利点が得られる。特にロータを片持ち式に支承するのが望ましい場合、長いロータは、支承部に関する大きな手間を必要としており、このような手間は、本発明に基づく摩擦真空ポンプにおける比較的短いロータでは、もはや必要でない。
【００１０】
別の利点および詳細は、以下の図面の説明から明らかである。
【００１１】
次に図面につき本発明の実施例を詳しく説明する。
【００１２】
図１には、本発明に基づく摩擦ポンプ１の実施例が示されており、ここでは回転する構成部材の回転軸線４に対して平行に、翼２，３の長手軸線が延びている。翼２，３は、回転軸線４を中心とする同心的な列を成して配置されている。動翼２の列と静翼３の列とは、交互に位置している。これらの静翼列と静翼列とは、互いに入り込むように係合していて、かつ公知の形式で、流れ方向（矢印１６）で変化する迎え角を有している。
【００１３】
図２〜図４には、回転する支持体６または定置の支持体７の構成部分である翼２，３が示されている。図２の実施例では、回転する支持体６および定置の支持体７が円板形状を有している。図３の実施例では、両方の円板６，７の間の間隔が内側に向かって減少するように、ステータ円板７の翼側の表面が円錐形に形成されている。翼２，３の長さも、外側から内側に向かって減少されている。
【００１４】
図４の実施例では、定置の支持体７がホッパ形状を有しているので、両方の支持体６，７の間の間隔は、内側から外側に向かって減少している。翼２，３の長さは、支持体の間隔変化に適合している。
【００１５】
さらに図４に示されているように、定置の支持体７は、ポンプ１のケーシング８の構成部材として形成されている。ケーシング８は、接続フランジもしくは接続管片９を備えた支持体７と、浅いポット状に形成されたケーシング部分１１とから形成されており、このケーシング部分１１は、縁部で、支持体７とフランジ結合されている。ケーシング部分１１の底部１２はロータ円板６に対して平行に延びている。底部１２は駆動モータ１３を支持しており、この駆動モータ１３の軸１４は、底部１２に設けられた開口を貫通係合していて、かつロータ円板６と連結されている。さらにケーシング（底部）１２には、別の接続フランジもしくは接続管片１５が設けられている。
【００１６】
有利には、ガスの搬送方向で搬送室が減少するように、真空ポンプが運転される。このような特性を、本発明に基づく摩擦ポンプ１は、既にガスが外側から内側に向かって搬送される時点で有している（図１〜図３に記入された矢印１６参照）。図３に示された定置の支持体７の構成は、この特性をさらに強化している。翼２，３の幅も外側から内側に向かって減少させることができる（特に図１参照）。
【００１７】
もちろん摩擦ポンプの運転は、逆向きの搬送方向で行うこともできる。このためには、単にロータ６の回転方向を逆転すればよい。このようにして駆動される摩擦ポンプ１の１実施例は、図４に示されている（矢印１８）。接続フランジ９はポンプの入口を形成していて、接続フランジ１５は出口を形成している。両方の支持体６，７の間の間隔ひいては翼２，３の長さが内側から外側に向かって減少していることによって、ガスの搬送方向での搬送室の変化に対して影響が及ぼされる。
【００１８】
図５および図６には、本発明に基づく摩擦ポンプ１の２流式（ダブルフロー式）の実施例が示されている。内側の翼列群は、ガスを半径方向外側に向かって（矢印２１）搬送し、外側の翼列群は、半径方向内側に向かって（矢印２２）搬送する。接続管片９，１５は入口管片である。両方の翼列群の間においてステータ円板７が接続管片２３を備えており、この接続管片２３は出口の機能を有している。回転方向を変向することによって、対流原理を有する漏れ探査器のために使用することができるような、別の配置構成（１つの吸込管片、２つの吐出管片）が形成される。さらに本発明に基づく摩擦ポンプ１を多流式に、つまり複数の翼列群を有して形成することもでき、このような翼列群は、隣接する翼列群に対して逆向きの搬送方向を有している。
【００１９】
図７の実施例では、ケーシング８において半径方向で搬送を行う複数のポンプ段が軸方向で上下に重なっている。回転系は２つのロータ円板６を備えており、これらのロータ円板６は両側でそれぞれ動翼２を支持している。ケーシング８と、両方のロータ円板６の間に存在する、ケーシングに固定された支持体２５とは、対応する静翼３を支持している。
【００２０】
矢印２７が示しているように、接続管片９が入口の機能を有していて、これに続く半径方向で圧縮を行う段（全部で４つ）が交互に内側から外側に、かつ外側から内側に向かってガス搬送を行う。出口は符号２６で示されている。出口２６は、内側に位置していて、かつ駆動軸１４を取り囲んでいるので、その結果この取り囲まれた領域ではシール手段が必要ではない。入口から出口に向かう翼長さの適合（減少）によって、搬送室の容積に対する影響を及ぼすことができる。
【００２１】
図８には、どのようにして、本発明に基づく半径方向圧縮性の摩擦ポンプ１を、従来技術に基づく軸方向圧縮性の摩擦ポンプ３１と組み合わすことができるか示されている。摩擦ポンプ３１は、吸込側に配置されたターボ分子ポンプ段３２と、圧力側に配置された分子ポンプ段３３とから成っており、この分子ポンプ段は（図示のような）ホルベックポンプ（Holweckpumpe）として形成することができ、しかもゲーデポンプ（Gaedepumpe）、ジークバーンポンプ（Siegbahnpumpe）、エングレンダーポンプ（Englaenderpumpe）またはサイドチャンネルポンプとして形成することもできる。
【００２２】
摩擦ポンプ１および３１は、側方の入口３６を備えたほぼ円筒形の共通のケーシング３５内に存在する。両方の端面に支承された（支承部３７，３８）軸３９は、ポンプ段の回転する各構成部材（半径方向圧縮性のポンプ１のロータ円板６、ターボ分子ポンプ段３２のロータ４１、ホルベックポンプ段３３のシリンダ４２）を支持している。組み合わせ式のポンプの側方の入口３６は、半径方向圧縮性のポンプ段１と軸方向圧縮性のポンプ３１との間で開口している。組み合わせ式のポンプの出口４４は、分子ポンプ段３３の圧力側に存在している。
【００２３】
矢印４５，４６が示しているように、半径方向圧縮性のポンプ段１は、搬送しようとするガスを、ポンプ段の周領域で吸い込み、軸方向圧縮性のポンプ３１は、一般的な形式で、高真空側で吸い込む。ポンプ段１から搬送されるガスは、バイパス４７を介して、直接的にホルベックポンプ段３３の吸込側に到達する。
【００２４】
図８の実施例の特徴によれば、駆動モータ４８が、軸方向で搬送を行うポンプ３１の高真空側に存在している（一般的な形式とは異なり、ホルベックポンプ段３３の圧力側に存在していない）。半径方向圧縮性のポンプ段１が、入口３６と駆動モータ４８との間に存在していることによって、モータ室４９に比較的高い圧力を維持することができる（たとえば１×１０^−２ｍｂａｒ）。高真空に適した材料をモータ室４９に使用する必要はない。さらに半径方向で搬送を行うポンプ段１が、ターボ分子ポンプ段３２の搬送出力を助成しており、しかもこれによってポンプ３１の構造長さが著しく拡大されることはない。
【００２５】
図９〜図１１には、複数の室を有する多室システム（ここでは２室システム）で使用するための、組み合わせ式に使用される摩擦ポンプの実施例が示されている。この場合たとえば種々異なる圧力で排気する必要のある複数の室を備えた分析機器に関する。したがって吸込管片の間に間隔が設けられており、このことによって、従来技術では多くの場合、手間のかかる支承系を必要とするような片持ち式に支承された比較的長いロータ系が必要となる。
【００２６】
図９〜図１１の全ての実施例では、２つの側方の入口３６，３６′が設けられている。これらの入口３６，３６′は、半径方向圧縮性の少なくとも１つのポンプ段１によって互いに分離されている。入口３６には、それぞれ図８の実施例のように、軸方向で搬送を行う摩擦ポンプ３１の入口領域ならびに半径方向で外側から内側に向かって搬送を行う摩擦ポンプ１の入口領域がみられる。
【００２７】
図９の実施例では、半径方向で搬送を行うポンプ１の出口は、第２のターボ分子ポンプ段３２′の入口領域に開口しており、このターボ分子ポンプ段３２′に第２の入口３６′が接続されている。入口３６における圧力が入口３６′における圧力よりもより低くなるように、ポンプ１が作用している。ターボ分子ポンプ段３２′の圧力側には、駆動モータ４８が存在する。この圧力側は、バイパス４７を介して、分子ポンプ段３３の吸込側と接続されている。
【００２８】
入口３６から入口３６′の領域への部分流の搬送が所望されない場合、入口３６と入口３６′とを分離するための、軸方向圧縮性の別の摩擦ポンプ１′を設けることができる（図１０）。摩擦ポンプ１′は、入口３６′に到達するガスの部分流を搬送する。両方の摩擦ポンプ１，１′の出口は、バイパス４７と接続されている。
【００２９】
図１１の実施例は、ターボ分子ポンプ段３２′の代わりに、軸方向で搬送を行う別の摩擦ポンプ１′′を備えている。このような構成は、生じるガス量が高くない場合に、使用することができる。
【００３０】
図９〜図１１の実施例では、２つの高真空ポンプ系３２，３２′もしくは３２，１′′は、それぞれ入口３６もしくは３６′を備えている。選択された配置形式は、別の高真空ポンプ系も共通の軸３９に配置することを許容していいて、かつ入口を、それぞれ半径方向で搬送を行う本発明に基づくポンプ段によってそれぞれ分離することを許容している。バイパスを介して、各高真空ポンプ段（原則としてターボ分子ポンプ段）も、半径方向で搬送を行うポンプ段の出口も、共通の分子ポンプ段と接続することができる。
【００３１】
例示された実施例が示唆しているように、ポンプ段の組み合わせおよびポンプ段の順番は任意であり、適用条件に応じた対象に適合させることができる。ポンプ段の配置形式は、両側の軸端部に支承部を備えたコンパクトな構成を許容している。これによって軸は任意の剛性を有するようにすることができる。したがって追加的に良好なバランス特性も有している、ロータ動力学的に問題のない構成がもたらされる。一種の組木ブロック系（Baukastensystem）の構成部分に基づいて形成された、ほぼ任意の数の段部を１つの軸に取り付けることができることによって、大気に対して圧縮を行う高真空ポンプを簡単な形式で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づく摩擦真空ポンプの翼を示す半径方向断面図である
【図２】 翼の１実施例の軸方向断面図である。
【図３】 翼の１実施例の軸方向断面図である。
【図４】 翼の１実施例の軸方向断面図である。
【図５】 ２流式の摩擦ポンプの実施例の断面図である。
【図６】 ２流式の摩擦ポンプの実施例の断面図である。
【図７】 多流式の摩擦ポンプの実施例を示す断面図である。
【図８】 軸方向で搬送を行う摩擦ポンプ段と、半径方向で搬送を行うポンプ段との組み合わせを示す図である。
【図９】 多室システムのための摩擦ポンプの組み合わせを示す図である。
【図１０】 多室システムのための摩擦ポンプの組み合わせを示す図である。
【図１１】 多室システムのための摩擦ポンプの組み合わせを示す図である。
【符号の説明】
１ 摩擦ポンプ、 ２，３ 翼、 ４ 回転軸線、 ６，７ 支持体、 ８ ケーシング、 ９ 接続管片、 １１ ケーシング部分、 １２ 底部、 １３ 駆動モータ、 １４ 軸、 １５ 接続管片、 １６，１８，２１，２２ 矢印、 ２３ 接続管片、 ２５ 支持体、 ２６ 出口、 ２７ 矢印、 ３１ 摩擦ポンプ、 ３２，３２′ ターボ分子ポンプ段、 ３３ 分子ポンプ段、 ３５ ケーシング、 ３６，３６′ 入口、 ３７，３８ 支承部、 ３９ 軸、 ４１ ロータ、 ４２ シリンダ、 ４４ 出口、 ４５，４６ 矢印、 ４７ バイパス、 ４８ 駆動モータ、 ４９ モータ室

Claims (16)

1. 摩擦ポンプ（１）であって、静翼列を支持する定置の構成部材（７）と、動翼列を支持する回転する構成部材（６）とが設けられており、静翼列および動翼列が、回転する構成部材（６）の回転軸線（４）に対して同心的に配置されており、静翼列と動翼列とが互いに入り込むように係合している形式のものにおいて、
   動翼列を支持する構成部材（６）および静翼列を支持する構成部材（７）が、実質的にポンプ半径方向で延びており、翼（２，３）の長手軸線が、実質的に軸方向で延びており、翼（２，３）を支持する構成部材（６，７）が、円板状に形成されており、当該摩擦ポンプ（１）が、外側から内側に向かってガスの貫流を行うように形成されており、翼長さが、ポンプ外側から内側に向かって減少していることを特徴とする、摩擦ポンプ。
2. 翼幅が、ポンプ外側から内側に向かって減少している、請求項１記載の摩擦ポンプ。
3. 静翼（３）を支持する定置の構成部材（７）が、当該摩擦ポンプ（１）のケーシング（８）の構成部材である、請求項１または２記載の摩擦ポンプ。
4. 当該摩擦ポンプ（１）が、２流式または多流式に形成されている、請求項１記載の摩擦ポンプ。
5. 半径方向で搬送を行う複数のポンプ段が、軸方向で上下に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の摩擦ポンプ。
6. 回転する構成部材（６）および／または定置の構成部材（７）が、両側で、動翼（２）もしくは静翼（３）を支持している、請求項５記載の摩擦ポンプ。
7. 当該摩擦ポンプ（１）の出口が、半径方向内側に配置されていて、かつ回転する構成部材（６）のための駆動軸（１４）を取り囲んでいる、請求項５または６記載の摩擦ポンプ。
8. 請求項１から７までのいずれか１項記載の、半径方向で搬送を行う摩擦ポンプ（１）と、軸方向で搬送を行う、ポンプ段（３２，３３）を備えた別の少なくとも１つの摩擦ポンプ（３１）とを組み合わせた、摩擦真空ポンプ。
9. 別の摩擦ポンプ（３１）が、高真空側に配置されたターボ分子ポンプ段（３２）としてのポンプ段（３２）と圧力側に配置された分子ポンプ段（３３）としてのポンプ段（３３）とを有している、請求項８記載の摩擦真空ポンプ。
10. 摩擦ポンプ（１）の回転する構成部材（６）が、別の摩擦ポンプ（３１）のポンプ段（３２，３３）の回転する構成部材（４１，４２）と共に１つの軸（３９）に配置されており、摩擦ポンプ（１）の回転する構成部材（６）と別の摩擦ポンプ（３１）の回転する構成部材（４１，４２）との共通の駆動モータ（４８）が設けられている、請求項８または９記載の摩擦真空ポンプ。
11. 摩擦ポンプ（１）が、別の摩擦ポンプ（３１）の高真空側と、共通の駆動モータ（４８）のモータ室（４９）との間に配置されており、該モータ室（４９）と摩擦ポンプ（１）の出口とが接続されている、請求項１０記載の摩擦真空ポンプ。
12. 摩擦ポンプ（１）の出口が、分子ポンプ段（３３）の入口と接続されている、請求項１０記載の摩擦真空ポンプ。
13. それぞれ１つの入口（３６，３６′）を備えた２つまたは３つ以上のターボ分子ポンプ段（３２，３２’）が設けられており、これらの入口（３６，３６’）の間に少なくとも１つの摩擦ポンプ（１，１′）が配置されており、前記入口（３６，３６’）が、それぞれ摩擦ポンプ（１，１′）によって互いに分離されている、請求項１０記載の摩擦真空ポンプ。
14. ２つのターボ分子ポンプ段（３２，３２′）が、それぞれ１つの入口（３６，３６′）を備えており、摩擦ポンプ（１，１′）の入口が、両方の前記入口のうちの一方の入口（３６）と接続されていて、かつ摩擦ポンプ（１，１′）の出口が、両方の前記入口のうちの他方の入口（３６′）と接続されている、請求項１３記載の摩擦真空ポンプ。
15. ２つの摩擦ポンプ（１，１′）が、複数の入口（３６，３６′）を互いに分離している、請求項１３記載の摩擦真空ポンプ。
16. ターボ分子ポンプ段（３２，３２′）と、摩擦ポンプ（１，１′，１’’）とのために、ガスを継続案内する共通の分子ポンプ段（３３）が設けられている、請求項１３記載の摩擦真空ポンプ。

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