JP2002526720A - ステータとロータを有する摩擦真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数のステータ羽根列から成るステータ羽根パッケージを有するステータ（３）と、複数のロータ羽根列から成るロータ羽根パッケージを有するロータとを有し、ステータ羽根列とロータ羽根列とが、運転準備完了状態に組立られた状態で互いに内外に係合する摩擦真空ポンプ（１）に関する。この形式のポンプ（１）を著しく数の少ない部分から製作できるようにするためには、両方の羽根列の一方の羽根がスリット（６１）を備え、該スリット（６１）の配置、深さ及び幅が、ステータ（３）とロータ（８）とが互いに螺入及び螺出可能であるように選択されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、複数のステータ羽根列から成るステータ羽根パッケージを有するス
テータと、複数のロータ羽根列から成るロータ羽根パッケージを有するロータと
を有し、前記ステータ羽根列と前記ロータ羽根列とが、運転準備の完了した組立
状態で内外に係合しあっている摩擦真空ポンプに関する。

【０００２】 この形式の公知の摩擦真空ポンプ（回転分子真空ポンプ）においては、ステー
タとロータは横断面がリング状の搬送室を形成する。この搬送室内はステータ及
びロータ羽根列が内外に係合して突入している。ロータ羽根の取付け角はロータ
羽根の取付け角に対しその羽根列平面に関し反対に向けられている。

【０００３】 このような摩擦真空ポンプのロータは通常の形式で一体に構成されているのに
対し、ステータは多数の部分から成っている。ステータ（スペーサ）リングは有
利には互いに係合し合うプロフィールで、部分リング、有利にはハーフリングか
ら成るステータ羽根リングと交互に配置されかつ接合されて、多数の部分から成
るステータを形成する。製造に関しても、組立もしくは解体に関しても、この種
の摩擦真空ポンプにはきわめて費用がかかる。他の欠点は： −部品の数が多いことでステータとロータとの間に比較的に大きなギャップが
生じ、これが比較的に高い逆流損失をもたらし、 −ポンプが小さいと組立を行っている場合の細かい部品の取扱いに問題があり
、 −部品の寸法を縮小したにも拘わらず小さなポンプでは大きいポンプに較べて
、感じられ得るようなコストの軽減が達成されない ことである。

【０００４】 本発明の課題は、前記欠点をもはや有していない、冒頭に述べた形式の摩擦真
空ポンプを提供することである。

【０００５】 前記課題は、両方の羽根パッケージの１つの羽根がスリットを備え、該スリッ
トの配置、深さ及び幅が、ステータとロータとが互いに螺入及び螺出可能である
ように選択されていることによって解決された。この形式の摩擦真空ポンプにお
いては、ステータを多数の部分から製造することはもはや不要である。ステータ
並びにロータはそれぞれ一体に構成されることができる。組立の間の構成部分の
取扱いは著しく簡便になる。ロータとステータとの間のギャップは驚くほど減少
させられる。何故ならば部品の数が減少することに基づき、公差の連鎖が著しく
小さくなるからである。これにより逆流損失が小さくなるかもしくはポンプ特性
が改善される。ステータを製造するための工具費用は著しく減少するので、フレ
キシブルなステータ形態が費用の特別な上昇に結びつくことはなくなる。

【０００６】 特に有利であるのは、例えば吊鐘状に形成されたロータのロータ内側に内側の
ステータのステータ羽根に対応する羽根を簡便な形式で設けることができること
である。これによって、特に同軸に嵌合させられた羽根円筒を有するポンプの場
合には構成高さの減少が達成される。さらに、この形式の羽根構成で、モータと
軸受室とを、攻撃的な媒体の使用に対し保護するために排気することができるよ
うになる。特別な遮断ガス装置の使用は取止めることができる。

【０００７】 さらに有利であることは、羽根長さを任意に小さくできることである。例えば
羽根長さが、Holweckポンプ段において公知であるねじの深さに相当する長さを
有していると、層流もしくは粘性流の領域で特に有効である新しいポンプ面幾何
学的形状（Engleander−幾何学形状）が生じる。実地においてはロータねじとス
テータねじとの常時の交代が行われるので逆流はHolweck−技術に比較して著し
く減少される。新しいポンプ面幾何学的な形状によるポンプ面は、層流が乱流に
変わってもまだ有効であるので、予備真空持続性が達成される。別の利点はター
ボ原理から連続的にEngleander−幾何学形状に移行されることができ、これによ
り移行損失が回避され、ポンプの総効率を改善することができる。

【０００８】 逆流損失のさらなる減少は、ステータとロータとが振動技術的に互いに連結さ
れており、ステータユニットとロータユニットとから成るシステムが一緒に振動
部材を介しケーシング内に保持されることで達成される。

【０００９】 以下、本発明の利点と詳細とを図１から６までに基づき説明する。

【００１０】 図１に示された摩擦ポンプ１は、ケーシング２とロータユニット８とステータ
ユニット９とを有するターボ分子ポンプであり、ステータユニット９は同時にケ
ーシングを形成している。ロータユニット８の構成部分はロータ羽根４１、ステ
ータユニット９の構成部分はステータ羽根４２である。これらの羽根４１と４２
は公知の形式で列を成して配置されかつ横断面でリング状の搬送室４０内へ突入
している。これらの羽根４１，４２は入口フランジ６から出口４６へのガス搬送
を行う。

【００１１】 ロータ羽根とステータ羽根との本発明による構成は図２のａ，ｂ，ｃで示され
ている。図２はロータ羽根４１（図２のａ）とステータ羽根４２（図２のｂ）と
運転準備完了した状態に組み立てられたロータ羽根及びステータ羽根（図２のｃ
）とを展開して部分的に断面して示している。ロータ羽根４１はロータユニット
８とステータユニット９とが互いに螺入及び螺出可能であるようにスリット６１
を備えている。ロータ羽根４１におけるスリット６１の深さと幅は、螺動過程の
間にステータ羽根の通過が保証されるように選択されている。すべてのステータ
羽根が同じ取付け角を有していると、スリットは幅狭く保っておくことができる
。有利には対を成すロータ羽根パッケージとステータ羽根パッケージとはすべて
の段に亘って同じ角度を有している。この場合、羽根深さは可変であることがで
きる。１つのパッケージは羽根に、対を成すパッケージの角度を有する。スリッ
ト幅は対を成す羽根の厚さよりもいくらか大きい。このスリットによって両方の
パッケージは互いに螺入させることができる。択一的にロータ羽根４１の代わり
にステータ羽根４２が適当なスリットを備えていることができる。

【００１２】 図３と図４によるポンプ１はそれぞれ外側のケーシング２とその中にあるロー
タ／ステータシステム３とから成っている。このロータ／ステータシステム３は
振動部材４，５を介してケーシング２内に支えられている。ケーシング２は吸込
み側に接続フランジ６を有し、吐出側に接続カバー７を保持している。

【００１３】 ロータユニット８の構成部分は中央の軸１１であって、中央の軸１１は吸込み
側にほぼ吊鐘状に形成されたロータ１２を保持している。吐出側では軸１１は駆
動モータのモータロータ１３を備えている。駆動モータのステータは符号１４で
示されている。該ステータ１４はケーシング２に支えられている。

【００１４】 ステータユニット９の構成部分は３つのスリーブ構成部分１５，１６，１７で
ある。これらの構成部分１５，１６，１７の内、１つの構成部分１５は吐出側に
配置され、別の２つの構成部分１６，１７は吸込み側に（吊鐘状の）ロータ１２
の壁１８の内側と外側とに配置されている。スリーブ１５の吐出側の端部には内
方へ向けられた縁２１が設けられている。該縁２１の内側は吐出側の軸受２３の
ための滑り嵌合部２２として構成されている。さらに縁２１はエラストマ材料か
ら成るＯリング２４の受容部を備えている。これに対応する受容部はケーシング
２の接続カバー７に設けられている。受容部（溝、アングル又はそれに類似した
もの）は、Ｏリング２４がシール作用の他に、吐出側におかれた第１の振動部材
５の機能を持つように構成されている。該振動部材５を介してロータ／ステータ
システム３はケーシング２内で支えられる。Ｏリング２３の代わりに他の振動部
材（例えばシムマリング、扁平リング、ピストンシール）が設けられていること
もできる。

【００１５】 内部の真空密なケーシングを形成するためにはスリーブ１５は吸込み側に外へ
向けられた縁２６を備えている。この縁２６には別の両方のスリーブ１６，１７
が固定されている。これは吐出側から外側のスリーブ１７に螺合可能である袋ナ
ット２７で行われる。この袋ナット２７はスリーブ１５における外側の縁２６と
内側のスリーブ１６の構成部分である外側の縁２８とを緊定する。

【００１６】 接続フランジ６は吸込み側に別のＯリング３２又は他の振動部材を受容する、
内方へ向けられた段部３１を備えている。この受容部に対応する受容部はスリー
ブ１６の端面の領域にある。Ｏリング３２はシール機能の他にロータ／ステータ
システム３をケーシング２にて支える第２の振動部材４を形成する。ケーシング
２はカバー７と接続フランジ６と一緒にロータ／ステータシステム３を緊定する
。付加的にスリーブ１６はスリーブ１５における段状の拡大部２９に支えられる
。

【００１７】 内側のスリーブ１６の吸込み側の端部は内方へ向けられた縁３４を備えている
。この縁３４の内側には吸込み側の軸受３６のための滑り嵌合部３５が形成され
ている。さらにこの領域には必要な軸受取付け力を生ぜしめるリングばね３７が
ある。

【００１８】 両実施例では、ロータユニット８とステータユニット９は軸受２３，２６と滑
り嵌合２２，３５とを介して互いに不動に連結されている。これによりステータ
とロータとの間に所望される遊びの縮小が達成される。振動部材４と５を介して
ロータ／ステータシステム３はケーシング２にて支えられる。振動部材をＯリン
グとして構成することは、振動部材が同時にシール機能を引受けるという利点を
持つ。この振動部材は内におかれた搬送室と大気との間の真空密な分離を行う。
有利には別のＯリング３８が、内側のスリーブ１６を保持する縁２８の外周を取
囲んでいる。これにより袋ナット２７の領域においても真空密性が保証される。
ステータユニット９は実質的に第２の内部のケーシングを形成する。このケーシ
ングは真空密であるので、外側のケーシング２は空気スリット３９を備えている
ことができる。

【００１９】 図３の実施例は吸込み側から吐出側に向かって先細になった搬送室４０を有す
る単流のターボ分子ポンプとして構成されている。外側のスリーブ１７は内側に
ステータ羽根列４２を保持し、ロータ壁の外側はロータ羽根列４１を保持する。
搬送されたガスの流路は矢印４３で示されている。ガスは接続フランジ６を通っ
て、羽根４１，４２を備えた搬送室内へ流入し、内側のスリーブ１６における開
口を通って軸１１に沿ってかつ縁２１における開口４５を通って出口開口４６へ
流れる。

【００２０】 例えば図２に示されているように、ロータ羽根はスリット６１を備えており、
ロータとステータとが互いにねじ込み結合される。これは図３のポンプにおいて
はロータ１２が吸込み側でステータもしくはスタータスリーブ１７の吐出側へね
じ込まれることで行われる。このあとで残ったスリーブ部分の取付けとその相互
固定とが行われる。したがってステータ／ロータ結合はケーシング２にて緊定さ
れることができる。

【００２１】 解体は逆の順序で行われる。

【００２２】 図４の実施例は同軸に組合わされた３つのポンプ段を有する摩擦真空ポンプで
ある。搬送室４０，４０′，４０″内にはガスを搬送するロータ羽根４１，４１
′及び４１″並びに本発明にしたがって（例えば図２に示されたように）構成さ
れたステータ羽根４２，４２′，４２″が突入している。スリーブ１６の領域に
て拡大された直径を有する軸１１の外側とスリーブ１６の内側で、羽根長さはHo
lweckの分子ポンプの場合のねじ高さに相当する寸法級を有している。この場合
には２つの互いに向き合った、内外で係合するねじから成りかつ記述した利点を
有する完全に新しいポンプ面構造（Engleander−幾何学形状）のポンプ面が与え
られる。

【００２３】 搬送されたガス路は矢印５１で示されている。ガスは接続フランジ６を通って
外側のポンプ段に侵入する。外側の第１のポンプ段をあとにしたガスはロータ壁
１８とスリーブ１６との間の第２のポンプ段に侵入する。該ポンプ段をガスは第
１のポンプの搬送方向段とは反対の方向で流過する。さらなる方向転換のあとで
ガスは縁３５における開口５３を通って第３のポンプ段へかつそこから図１です
でに述べた形式で出口開口４６へ達する。

【００２４】 図３と４に示された実施例ではさらに、モータステータとモータロータとがポ
ンプ作用を有する表面構造、有利にはEngleander−幾何学形状を有していると、
駆動モータの高さにおける軸区分がガスの搬送に関与させられる。図４による実
施例は簡単な形式で単段の摩擦真空ポンプに変更することができる。スリーブ１
７、ロータ吊鐘体１８及び袋ナット２７なしでは第３のポンプ段しか存在せずか
つ有効ではない。さらに縁部２６と２８並びにねじ４８も不要になる。別の前提
は、振動兼シール部材４，３２並びにスリーブ１６の直径が互いに相応し、ロー
タ／ステータシステム３が弾性的にケーシング２，７に支えられることである。

【００２５】 図３の実施例では、ステータユニット９とロータユニット８は振動技術的に剛
性に互いに連結されている滑り嵌合（３５，２２）。

【００２６】 図４の実施例では上方の軸受３６と縁３４との間には、Ｏリング２４，３２の
直径に比し著しく小さい直径を有するＯリング６３が存在する。このＯリング６
３は、嵌合遊びを橋絡するためだけに役立つ。ロータユニットとステータユニッ
トとの間のギャップの選択に対する著しい影響は前記Ｏリング６３は持たない。

【００２７】 図５と図６の実施例では、搬送室のリング状の横断面が連続的に減少し、羽根
長さも吸込み側から吐出側へ減少している搬送室４０が設けられている。ポンプ
面構造は連続的にターボ分子原理からEngleander構造へ移行している。さらにこ
の実施例は他の実施例とは、ステータ羽根４２（ロータ羽根４１ではない）がス
リット６１を備えている（図６）ことで異なっている。さらにステータ羽根４２
の厚さはロータ羽根４１の厚さよりも大きい。

【００２８】 図６は（図２に相応して）ガスを搬送する、搬送室４０内へ突出する、展開さ
れた突起を断面して示している。

【００２９】 更に図５からは、ターボ分子ポンプにおいてステータ３とケーシング２とを一
体に構成することが可能であることが判る。構成スペースが小さくなるという利
点と構成部材の数が著しく減じられるという利点の他に、内側から外側への妨げ
られない熱伝達、ひいてはポンプ１の改善された冷却が達成される。

【００３０】 本発明の実現は小さなターボ分子ポンプの場合に特に有利である。構成寸法が
小さくなるにつれて、搬送されるガス流に関する逆流の有害な作用は増大し、ポ
ンプの真空技術的な特性は超比例的に劣化する。ロータとステータとの間のギャ
ップが新しい構想で本発明にしたがって減少させられることで、真空技術的なデ
ータははっきりと改善される。これは反対に、この大きさのポンプがより経済的
に有意義な費用で製造可能であることを意味する。これにはポンプが相対的に数
の少ない構成部分から製作できることが原因の１つになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 回転分子真空ポンプの概略図。

【図２】 ステータ羽根とロータ羽根の展開の部分断面図。

【図３】 横断面にて先細になった搬送室を有するターボ分子真空ポンプの断面図。

【図４】 同軸に嵌合させられた羽根円筒を有する３段ポンプの実施形態の断面図。

【図５】 横断面にて先細になった搬送室と種々異なる高さの、搬送室へ突入する摩擦真
空ポンプの断面図。

【図６】 ガス搬送を行う、搬送室内に突入する突起の展開の部分断面図。

【符号の説明】

１ ポンプ、 ２ ケーシング、 ３ ロータ／ステータシステム、 ４，５ 振動部材、 ６ 接続フランジ、 ７ 接続カバー、 ８ ロータユニット、 ９ ステータユニット、 １１ 軸、 １２ ロータ、 １３ モータロータ
、 １４ モータステータ、 １５，１６，１７ スリーブ構成部分、 １８
壁、 ２１ 縁、 ２２ 滑り嵌合、 ２３ 軸受、 ２４ Ｏリング、 ２６ 縁、 ２７ 袋ナット、 ２８ 縁、 ２９ 拡大部、 ３１ 段部、 ３２ Ｏリング、 ３４ 縁、 ３５ 滑り嵌合、 ３６ 軸受、 ３７ リングば
ね、 ３８ Ｏリング、 ３９ 空気スリット、 ４０ 搬送室、 ４１ ロー
タ羽根列、 ４２ ステータ羽根列、 ４３ 矢印、 ４４，４５ 開口、４６ 出口開口、 ６１ スリット、 ６３ Ｏリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 Ｂｏｎｎｅｒ ｓｔｒａＢｅ 498，Ｄ− 50968 Ｋｏｌｎ，ＢＲＤ (72)発明者 ハンス−ルドルフ フィッシャー ドイツ連邦共和国 エルフトシュタット ドリーシュシュトラーセ 63 Ｆターム(参考） 3H031 DA02 EA06 FA01 FA31

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のステータ羽根列から成るステータ羽根パッケージを有
   するステータと、複数のロータ羽根列から成るロータ羽根パッケージを有するロ
   ータとを有し、前記ステータ羽根列と前記ロータ羽根列とが、運転準備の完了し
   た組立状態で内外に係合しあっている摩擦真空ポンプ（１）において、両方の前
   記羽根パッケージの一方の羽根がスリット（６１）を備えており、該スリットの
   配置、深さ及び幅が、ステータ（９）とロータ（８）とが互いに螺入及び螺出可
   能であるように選択されていることを特徴とする、ステータとロータを有する摩
   擦真空ポンプ。
2. 【請求項２】 ステータ（９）とロータ（８）とを互いに螺入又は螺出させ
   る間、他方の羽根パッケージの羽根のスリット（６１）に羽根が侵入する羽根パ
   ッケージの羽根の取付け角が同一である、請求項１記載のポンプ。
3. 【請求項３】 ロータ（８）とステータ（９）がそれぞれ一体に構成されて
   いる、請求項１又は２記載のポンプ。
4. 【請求項４】 ステータ（９）とケーシング（２）とが一体に構成されてい
   る、請求項１，２又は３記載のポンプ。
5. 【請求項５】 ロータ（８）が吊鐘状に構成されておりかつその内側にロー
   タ羽根（４１）を備えている、請求項１から４までのいずれか１項記載のポンプ
   。
6. 【請求項６】 ポンプが２段に構成され、ロータ（８）がその内側とその外
   側にロータ羽根（４１，４１′）を保持しかつ１つの内側のステータスリーブ（
   １６）と外側のステータスリーブ（１７）とが設けられ、前記ステータスリーブ
   （１６，１７）が対応するステータ羽根（４２，４２′）を保持している、請求
   項５記載のポンプ。
7. 【請求項７】 両方のポンプ段に第３のポンプ段（４１″，４２″）が接続
   し、該第３のポンプ段（４１″，４２″）が軸（１１）と前記内側スリーブ（１
   ６）との間にある、請求項６記載のポンプ。
8. 【請求項８】 前記第３のポンプ段（４１″，４２″）に接続して、その高
   さに駆動モータ（１３，１４）が存在する区分があり、モータステータ（１４）
   とモータロータ（１３）がポンプアクティブな表面形状で装備されている、請求
   項７記載のポンプ。
9. 【請求項９】 モータステータ（１４）とモータロータ（１３）とがエング
   レンダ（Engleander）−幾何学形状を有している、請求項８記載のポンプ。
10. 【請求項１０】 前記羽根（４１，４２）が少なくとも圧力側の領域に、Ho
    lweckポンプにて公知であるねじ深さに（Engleander−幾何学形状）に相応する
    長さを有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のポンプ。
11. 【請求項１１】 羽根形状が−有利には連続的に−ターボ原理からEngleand
    er構造へ移行している、請求項１０記載のポンプ。
12. 【請求項１２】 ロータ羽根（４１）の厚さがステータ羽根（４２）の厚さ
    とは異なり、厚さの大きい方の羽根がスリット（６１）を備えている、請求項１
    から１１までのいずれか１項記載のポンプ。
13. 【請求項１３】 ステータとロータとが振動技術的に互いに連結されており
    、ステータユニットとロータユニットとから成るシステム（３）が共通して振動
    部材（４，５）を介しケーシング（２，７）内に保持されている、請求項１から
    １２までのいずれか１項記載のポンプ。
14. 【請求項１４】 機械式の軸受（２３，２６）が設けられており、ロータと
    ステータとが該機械的な軸受を介して互いに連結されている、請求項１３記載の
    ポンプ。
15. 【請求項１５】 ステータ（９）とロータ（８）とが振動技術的に剛性的に
    互いに連結されている、請求項１３又は１４記載のポンプ。
16. 【請求項１６】 ロータユニット（８）と軸受（２３，３６）との間及び／
    又は軸受（２３，３６）とステータユニット（９）との間に軸方向の滑り嵌合（
    ２２，３５）が設けられている、請求項１５記載のポンプ。
17. 【請求項１７】 一方の軸受とステータユニットとの間に嵌合遊びを橋絡す
    るために役立つＯ−リング（６３）が存在する、請求項１４記載のポンプ。
18. 【請求項１８】 ケーシング（２）が、端面側のカバー（７）と一緒にロー
    タ／ステータシステム（３）を緊定する緊定スリーブを形成している、請求項１
    ３から１７までのいずれか１項記載のポンプ。
19. 【請求項１９】 ロータユニット（８）の構成部分が中央の軸（１１）並び
    ロータ（１２）であり、ロータユニット（８）が軸受（２３，２６）を介しステ
    ータユニット（９）内で支えられている、請求項１３から１８までのいずれか１
    項記載のポンプ。
20. 【請求項２０】 ステータユニット（９）の構成部分がスリーブ（１５，１
    ６，１７）並びに振動部材（４，５，２４，３２）の受容部であり、振動部材（
    ４，５，２４，３２）を介しロータ／ステータシステム（３）がケーシング（２
    ，７）に支えられている、請求項１３から１９までのいずれか１項記載のポンプ
    。
21. 【請求項２１】 ステータユニット（９）が第２の内側のケーシングを形成
    している、請求項２０記載のポンプ。
22. 【請求項２２】 内側のケーシングが真空密であり、外側のケーシング（２
    ）空気スリット（３９）を備えている、請求項２１記載のポンプ。
23. 【請求項２３】 ロータ（１２）が吊鐘状に構成されており、３つのポンプ
    段が存在している、請求項１９又は２０記載のポンプ。
24. 【請求項２４】 ステータ（９）が３つのスリーブ（１５，１６，１７）を
    有し、該スリーブ（１５，１６，１７）の１つが圧力側にかつ２つが吸込み側に
    配置され、しかもそれぞれ１つがロータ壁（１８）の外側と内側とに配置されて
    いる、請求項２３記載のポンプ。
25. 【請求項２５】 圧力側のスリーブ（１５）と内側の吸込み側のスリーブ（
    １６）とが外側の縁部（２６，２８）を備えており、該縁部（２６，２８）が外
    側のスリーブの圧力側に螺合可能な袋ナット（２７）を用いて互いに緊定されて
    いる、請求項２４記載のポンプ。
26. 【請求項２６】 複数のステータ羽根列（４２，４２′，４２″）から成る
    ステータ羽根パッケージを有するステータ（８）と複数のロータ羽根列から成る
    ロータ羽根パッケージを有するロータとを有し、ステータ羽根列とロータ羽根列
    とが運転準備の完了した組立状態で内外に係合しており、両方の羽根パッケージ
    の一方の羽根がスリット（６１）を備え、該スリット（６１）の配置、深さ及び
    幅がステータとロータとが互いに螺入及び螺出可能に選択された摩擦真空ポンプ
    を組み立てる方法において、ステータ（９）とロータ（８，１２）とを互いにね
    じ結合することでステータ／ロータシステムの組立を行う、摩擦真空ポンプを組
    み立てる方法。