JP2002531756A - 真空ポンプ - Google Patents
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
- F04F7/00—Pumps displacing fluids by using inertia thereof, e.g. by generating vibrations therein
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
- Electrophonic Musical Instruments (AREA)
- Saccharide Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
本発明は、一方の側にガスを給送する入口開口（２）、反対側に前記ガスの出口開口（３）、前記ガスを入口（２）から出口（３）へと押しやるよう設けた変位手段（４）とを有する室（１）を備え、前記変位手段（４）が、前記室（１）内で移動する音波を生成する少なくとも１つの振動要素を含み、さらに前記出口（３）付近のガス圧力が入口（２）付近のそれより高い場合に出口開口（３）をクリアするよう、変位手段（４）と同期して協働する手段を備える真空ポンプに関する。
Description
【０００１】 本発明は請求項１の前段部で定義された真空ポンプに関する。
【０００２】 特に、本発明は、現在市販され、１０-1ｍｂａｒから１０ｍｂａｒの圧力範囲
で動作する既存のポンプにおいて、前記圧力範囲で既存のポンプの動作する基本
原理とは全く異なる原理で動作して、大きい利点を呈する新タイプの真空ポンプ
に関する。
で動作する既存のポンプにおいて、前記圧力範囲で既存のポンプの動作する基本
原理とは全く異なる原理で動作して、大きい利点を呈する新タイプの真空ポンプ
に関する。
【０００３】 現在市場で入手可能であり、前記圧力範囲で動作するよう設計された真空ポン
プは、使用する機械的装置に関係なく、気体の容積駆動によって機能する。これ
は、例えば「ルート」ポンプとしても知られるカム・ポンプでもよく、その出口
は１次ポンプの入口に接続され、これは通常ベーン・ポンプか、真空チャンバま
たは分子ポンプの出口で圧力を１０-2ｍｂａｒから１０ｍｂａｒのオーダーに維
持したい場合は回転ピストン・ポンプでよい。
プは、使用する機械的装置に関係なく、気体の容積駆動によって機能する。これ
は、例えば「ルート」ポンプとしても知られるカム・ポンプでもよく、その出口
は１次ポンプの入口に接続され、これは通常ベーン・ポンプか、真空チャンバま
たは分子ポンプの出口で圧力を１０-2ｍｂａｒから１０ｍｂａｒのオーダーに維
持したい場合は回転ピストン・ポンプでよい。
【０００４】 「ルート」ポンプは容積式の機器であり、それにより、周知の原理にしたがっ
て互に反対方向に同期回転する平行な軸を有する２つのカムによって、気体が入
口から気体の圧力が高くなったポンプの出口に向かって移動する際に、低い圧力
で気体を追いやることが可能である。このようなポンプの気密性は、カムのロー
ブとポンプの内壁間の０．０５ｍｍから０．２５ｍｍというオーダーの比較的高
い精度によって保証される。
て互に反対方向に同期回転する平行な軸を有する２つのカムによって、気体が入
口から気体の圧力が高くなったポンプの出口に向かって移動する際に、低い圧力
で気体を追いやることが可能である。このようなポンプの気密性は、カムのロー
ブとポンプの内壁間の０．０５ｍｍから０．２５ｍｍというオーダーの比較的高
い精度によって保証される。
【０００５】 このようなポンプは、以下のように幾つかの欠点を有する。 ・気密性に必要な高精度、およびベアリングおよびカムシャフトの完全な調節
を可能にするため、カムと内壁とを非常に正確に仕上げなければならず、その結
果、費用がかかる。 ・気体を押しやるために消費されるエネルギーと実際に必要なエネルギーとの
比率が、比較的高い。というのは、この知られているポンプでは、比較的高い慣
性で金属部品を動かす必要があり、軸受と継手における摩擦で大量のエネルギー
を損失するからである。 ・カムが過度に加熱した場合、カムの膨張による損傷を防止するため、ポンプ
を停止しなければならない。この問題を回避するため、ポンプの入口と出口との
圧力差は、通常、１０ｍｂａｒに制限される。実際には、この問題を回避するた
め、バイパスを設けるか、圧力が１０ｍｂａｒ以上になると、ポンプが自由回転
するよう設定する。 ・各ローブが交互に、ポンプ出口に高圧領域から後者入口の低圧領域へと通過
するので、ガスが必然的に高圧側から定圧側に押しやられる。ガスは高圧側のロ
ーブの表面で吸収され、ガスの脱着は、ポンプの低圧領域に到達した時にローブ
の表面で生じ、これは必然的にこのタイプのポンプの容量を制限する。
を可能にするため、カムと内壁とを非常に正確に仕上げなければならず、その結
果、費用がかかる。 ・気体を押しやるために消費されるエネルギーと実際に必要なエネルギーとの
比率が、比較的高い。というのは、この知られているポンプでは、比較的高い慣
性で金属部品を動かす必要があり、軸受と継手における摩擦で大量のエネルギー
を損失するからである。 ・カムが過度に加熱した場合、カムの膨張による損傷を防止するため、ポンプ
を停止しなければならない。この問題を回避するため、ポンプの入口と出口との
圧力差は、通常、１０ｍｂａｒに制限される。実際には、この問題を回避するた
め、バイパスを設けるか、圧力が１０ｍｂａｒ以上になると、ポンプが自由回転
するよう設定する。 ・各ローブが交互に、ポンプ出口に高圧領域から後者入口の低圧領域へと通過
するので、ガスが必然的に高圧側から定圧側に押しやられる。ガスは高圧側のロ
ーブの表面で吸収され、ガスの脱着は、ポンプの低圧領域に到達した時にローブ
の表面で生じ、これは必然的にこのタイプのポンプの容量を制限する。
【０００６】 米国特許第５，２９５，７９１号は、請求項１の前段部に記載された圧縮機と
等しい原理により液体を圧縮または移動させることが可能なポンプに関する。
等しい原理により液体を圧縮または移動させることが可能なポンプに関する。
【０００７】 しかし、これらのポンプは、大気圧より低い圧力では動作することができない
。
。
【０００８】 本発明の主要な目的の一つは、知られている容積ポンプまたは米国特許第５，
２９５，７９１号の文書で記載され、表されたポンプの欠点がない真空ポンプを
提供することである。
２９５，７９１号の文書で記載され、表されたポンプの欠点がない真空ポンプを
提供することである。
【０００９】 したがって、本発明によるポンプは、室内にあるガス粒子の弾性衝突間平均自
由行路の少なくとも２倍、好ましくは１００倍の振幅を有する振動を振動素子に
印加するよう手段を設けることを特徴とし、この平均自由行路は、前記振動素子
付近で測定した局所的圧力に相当し、したがって室内の圧力が１０-2から１００
０ｍｂａｒ、特に０．０１から１０ｍｂａｒの状態で、入口開口と出口開口との
間の前記ガスに、連続する圧縮領域と減圧力領域とを形成する音波を生成するこ
とが可能である。
由行路の少なくとも２倍、好ましくは１００倍の振幅を有する振動を振動素子に
印加するよう手段を設けることを特徴とし、この平均自由行路は、前記振動素子
付近で測定した局所的圧力に相当し、したがって室内の圧力が１０-2から１００
０ｍｂａｒ、特に０．０１から１０ｍｂａｒの状態で、入口開口と出口開口との
間の前記ガスに、連続する圧縮領域と減圧力領域とを形成する音波を生成するこ
とが可能である。
【００１０】 各流路の水力直径など、室を通るその入口から出口までの経路の特徴的な寸法
にも、同じことが当てはまり、これも１０-2から１０００ｍｂａｒ、特に０．０
１ｍｂａｒから１０ｍｂａｒのガス圧力では、前記室を流れるガス分子の平均自
由行路の２倍、好ましくは１００倍でなければならない。
にも、同じことが当てはまり、これも１０-2から１０００ｍｂａｒ、特に０．０
１ｍｂａｒから１０ｍｂａｒのガス圧力では、前記室を流れるガス分子の平均自
由行路の２倍、好ましくは１００倍でなければならない。
【００１１】 上述した室は、入口開口から出口開口に向かうようなガスの動作の方向で、断
面が減少すると有利である。
面が減少すると有利である。
【００１２】 特に有利な実施形態によると、上述した室は、ガスの入口開口からガスの出口
開口へと断面が減少するパビリオンの形状を有する。
開口へと断面が減少するパビリオンの形状を有する。
【００１３】 本発明の他の詳細は、添付図面に関していかなる意味でも制限的ではなく、例
示としてのみ本発明の３つの特定の実施形態を提示する以下の説明から明白にな
る。
示としてのみ本発明の３つの特定の実施形態を提示する以下の説明から明白にな
る。
【００１４】 様々な図で、同じ参照番号は同様の、または等しい部品を指す。
【００１５】 本発明は、１０-2ｍｂａｒから１０００ｍｂａｒ、好ましくは１０-2ｍｂａｒ
から１０ｍｂａｒにある圧力領域でガスを給送するよう主として設計された新タ
イプの真空ポンプに関する。これは、１つまたは複数の側に給送されるガスの入
口開口を、反対側に前記ガスの出口開口を有する室、さらにガスを入口開口から
出口開口へと流す手段を備える。
から１０ｍｂａｒにある圧力領域でガスを給送するよう主として設計された新タ
イプの真空ポンプに関する。これは、１つまたは複数の側に給送されるガスの入
口開口を、反対側に前記ガスの出口開口を有する室、さらにガスを入口開口から
出口開口へと流す手段を備える。
【００１６】 上述した変位手段は、少なくとも１つの振動素子を備え、これによって給送さ
れるガスに、前記室内で自然に流れる前記ガスの連続的な圧縮領域と減圧領域を
形成する音波を生成することが可能である。
れるガスに、前記室内で自然に流れる前記ガスの連続的な圧縮領域と減圧領域を
形成する音波を生成することが可能である。
【００１７】 このポンプは、そのままの状態で知られ添付図で図示されていない電磁石など
の手段を設けて、室内にあるガス粒子の弾性衝突間平均自由行路の少なくとも２
倍、好ましくは少なくとも１００倍の振幅を有する振動を振動素子に印加する点
で、既知の真空ポンプとは異なる。
の手段を設けて、室内にあるガス粒子の弾性衝突間平均自由行路の少なくとも２
倍、好ましくは少なくとも１００倍の振幅を有する振動を振動素子に印加する点
で、既知の真空ポンプとは異なる。
【００１８】 自由経路は、局所的圧力、ガスの性質、特にガス粒子の分子または原子直径、
および温度の関数である。
および温度の関数である。
【００１９】 平均自由行路は、特定のガス２つの弾性衝突間でその分子または原子が進む平
均距離であり、Ｔ／Ｐの比率に正比例し、ここでＴは絶対温度、Ｐは局所的圧力
である。
均距離であり、Ｔ／Ｐの比率に正比例し、ここでＴは絶対温度、Ｐは局所的圧力
である。
【００２０】 実際には、ガスの圧力および温度が測定され、このタイプのガスのグラフに基
づき、このガスの自由行路が、測定した圧力および温度について自動的に決定さ
れる。（「Handbook of Physical Vapor Deposition "PVD" Processing」、Dona
ld M. Mattox著、Noyes Publications ISBN 0-8155-1422-0、pp.108-109参照）
。
づき、このガスの自由行路が、測定した圧力および温度について自動的に決定さ
れる。（「Handbook of Physical Vapor Deposition "PVD" Processing」、Dona
ld M. Mattox著、Noyes Publications ISBN 0-8155-1422-0、pp.108-109参照）
。
【００２１】 さらに、出口開口に近いガスの圧力が、ベース圧力ｐ0と呼ばれる入口開口で
優勢な平均圧力より高い場合に、前記出口開口がクリアされるよう、出口開口に
、振動素子と同期的に協働する閉止素子を設けることが好ましい。
優勢な平均圧力より高い場合に、前記出口開口がクリアされるよう、出口開口に
、振動素子と同期的に協働する閉止素子を設けることが好ましい。
【００２２】 出口開口のこのような素子は、必ずしも設ける必要がないが、これによって収
率を改善させることができる。
率を改善させることができる。
【００２３】 室の入口で十分なコンダクタンスを獲得するために、入口開口は可能な限り大
きく、好ましくは室の最大断面と等しい断面を有すると有利である。
きく、好ましくは室の最大断面と等しい断面を有すると有利である。
【００２４】 同じ理由で、入口開口には閉止要素を設けない。これらの予防措置は全て、分
子の流れ、つまりガスが高層気象学の法則に従う流れとは反対に、室入口から室
出口までのガスなどに液体の流れを確保するものとする。
子の流れ、つまりガスが高層気象学の法則に従う流れとは反対に、室入口から室
出口までのガスなどに液体の流れを確保するものとする。
【００２５】 本発明によるポンプは、１つまたは幾つかの等しい、または等しくない段階を
有してよい。
有してよい。
【００２６】 図１および図２は、本発明による真空ポンプの第１の実施形態に関し、１段の
ポンプ、または場合によって幾つかの段を有するポンプの特定の段を模式的に示
す。
ポンプ、または場合によって幾つかの段を有するポンプの特定の段を模式的に示
す。
【００２７】 この段またはこのポンプは、１つの側部に入口開口２を有し、反対側に出口開
口３を有する室または中空本体１を備える。
口３を有する室または中空本体１を備える。
【００２８】 ポンプの駆動ユニットを形成する変位手段は、この特定のケースでは、入口開
口２付近で室１の電機子５によって支持された膜または振動プレート４で形成さ
れる。このプレートまたは幕４により、室１内に音波を発生し、したがって連続
的な圧縮領域と減圧領域を生成することが可能である。
口２付近で室１の電機子５によって支持された膜または振動プレート４で形成さ
れる。このプレートまたは幕４により、室１内に音波を発生し、したがって連続
的な圧縮領域と減圧領域を生成することが可能である。
【００２９】 この特定の実施形態では、中空本体または室１はパビリオンの形状の内部形状
を有し、その断面は入口開口２から出口開口３へと対数関数状に減少する。出口
開口３の閉止手段は、パビリオン１の狭い側、つまり出口開口３付近の圧力Ｐが
ベース圧力Ｐ0より高い場合は開く電機子７で支持された弁６で構成され、した
がってガスの一部が前記出口開口３を介して逃げることができる一方、入口開口
２を介して同量のガスが流入する。
を有し、その断面は入口開口２から出口開口３へと対数関数状に減少する。出口
開口３の閉止手段は、パビリオン１の狭い側、つまり出口開口３付近の圧力Ｐが
ベース圧力Ｐ0より高い場合は開く電機子７で支持された弁６で構成され、した
がってガスの一部が前記出口開口３を介して逃げることができる一方、入口開口
２を介して同量のガスが流入する。
【００３０】 パビリオン１の出口開口３の側で圧力Ｐがベース圧力Ｐ0より低下すると、最
初は高圧側へ、つまり出口開口側へ流れるガスが、入口開口２に近い室１の低圧
側から逆流するのを防止するため、弁６が閉じる。
初は高圧側へ、つまり出口開口側へ流れるガスが、入口開口２に近い室１の低圧
側から逆流するのを防止するため、弁６が閉じる。
【００３１】 したがって、給送の駆動効果は、パビリオンの入口開口２から出口開口３に向
かう爆風波の音速における変位にある。
かう爆風波の音速における変位にある。
【００３２】 図３は、４つの連続的な段Ａ、Ｂ、ＣおよびＤを有する本発明による真空ポン
プを模式的に示す。これらの段は等しく、それぞれが図１および図２に示すポン
プの実施形態に対応する。
プを模式的に示す。これらの段は等しく、それぞれが図１および図２に示すポン
プの実施形態に対応する。
【００３３】 この４段ポンプでは、各段の室１が直列に装着され、これによって特定の段の
出口開口が次の段の入口開口に結合され、以下同様となる。
出口開口が次の段の入口開口に結合され、以下同様となる。
【００３４】 図４は、本発明による真空ポンプの第２の特定の実施形態に関する。
【００３５】 この実施形態では、室１は振動素子４の各側に延在する。
【００３６】 前記素子の各側にある室１の両方の部分にガスが浸透でき、それぞれの出口開
口３に向かって分散できるよう、この振動素子４の近傍に１つの入口開口２を設
ける。
口３に向かって分散できるよう、この振動素子４の近傍に１つの入口開口２を設
ける。
【００３７】 この形状は、給送速度を同じエネルギー消費量の振動素子に対して２倍にでき
るという利点を有する。
るという利点を有する。
【００３８】 図に示す実施形態と同様、この第２の実施形態に対応する真空ポンプは、幾つ
かの段を有するポンプを形成するよう、直列に接続することができる。そのため
には、任意のポンプの出口開口３を、その出口開口３に対して下流に装着された
ポンプの入口開口２に接続するだけでよい。
かの段を有するポンプを形成するよう、直列に接続することができる。そのため
には、任意のポンプの出口開口３を、その出口開口３に対して下流に装着された
ポンプの入口開口２に接続するだけでよい。
【００３９】 圧力振動を増幅することを目的とする本発明によるポンプの室１に、定常音波
が生成されると有利である。そのため、入口開口２を室１の出口開口３から分離
する距離、特に出口弁６を励起膜４から分離する距離、および後者の振動周波数
は、室１に含まれるガスに前記定常音波を生成できるようなものである。振動素
子４の励起周波数は、給送されるガスの音速に適合しなければならない。この周
波数は、特にガスの平均分子質量および温度に依存する。
が生成されると有利である。そのため、入口開口２を室１の出口開口３から分離
する距離、特に出口弁６を励起膜４から分離する距離、および後者の振動周波数
は、室１に含まれるガスに前記定常音波を生成できるようなものである。振動素
子４の励起周波数は、給送されるガスの音速に適合しなければならない。この周
波数は、特にガスの平均分子質量および温度に依存する。
【００４０】 したがって、一定の温度で２つの開口２と３の間に特定の距離がある場合、低
い分子量のガスからそれより高い分子量のガスへと通過すると、ガス中の音速が
減少し、励起周波数が、共振、つまり定常音波の形成のためにそれに応じて減少
する。
い分子量のガスからそれより高い分子量のガスへと通過すると、ガス中の音速が
減少し、励起周波数が、共振、つまり定常音波の形成のためにそれに応じて減少
する。
【００４１】 例えば、原子量４０を有するアルゴンと分子量２を有する水素の間では、励起
振動数は水素がアルゴンの４．５倍高くなる。励起周波数は、概して、給送され
るガスの平均分子または原子量の平方根に反比例する。
振動数は水素がアルゴンの４．５倍高くなる。励起周波数は、概して、給送され
るガスの平均分子または原子量の平方根に反比例する。
【００４２】 パビリオンの形状の室１を有するポンプにより、最小数の段で圧縮比を獲得す
ることが可能になる。パビリオンの入口２から出口への音波の変位の仮説では、
過剰圧力領域が捕捉される体積は、一定の周波数を有する音波の波長の半分と等
しい長さにわたって、問題となるポンプの段の入口開口２から出口開口３まで漸
進的に減少する。その結果、音波がポンプの入口開口２から出口開口３へと変位
するにつれ、その入口と出口で占有された体積の比率に比例して、問題のプラス
の圧力変動が生じる。
ることが可能になる。パビリオンの入口２から出口への音波の変位の仮説では、
過剰圧力領域が捕捉される体積は、一定の周波数を有する音波の波長の半分と等
しい長さにわたって、問題となるポンプの段の入口開口２から出口開口３まで漸
進的に減少する。その結果、音波がポンプの入口開口２から出口開口３へと変位
するにつれ、その入口と出口で占有された体積の比率に比例して、問題のプラス
の圧力変動が生じる。
【００４３】 振動素子４の振動振幅は、少なくとも、前記振動素子における室１内にあるガ
ス粒子の弾性衝突間平均自由行路の少なくとも２倍であると有利である。
ス粒子の弾性衝突間平均自由行路の少なくとも２倍であると有利である。
【００４４】 ガスの通路断面の最小寸法は、少なくとも、前記通路におけるガス粒子の弾性
衝突間平均自由行路の２倍であることが好ましい。
衝突間平均自由行路の２倍であることが好ましい。
【００４５】 本発明によるポンプ、つまり高い給送温度の獲得を可能にする添付図に示すよ
うなポンプは、振動素子４の励起周波数で作動し、これは概ね２０，０００Ｈｚ
より低く、２０Ｈｚから５，０００Ｈｚであることが好ましい。
うなポンプは、振動素子４の励起周波数で作動し、これは概ね２０，０００Ｈｚ
より低く、２０Ｈｚから５，０００Ｈｚであることが好ましい。
【００４６】 本発明による真空ポンプのパビリオン１は、非常に異なる形状および寸法でも
よい。
よい。
【００４７】 したがって、これらパビリオンの縦断面の曲線に関する限り、このリストに制
限されず、獲得された交差線は、指数、直線、さらには双曲線の形状を有するこ
とができる。さらに、この線は、例えば指数変動した部分の後に直線部分がある
など、異なる形状の連続部分で形成することが可能である。
限されず、獲得された交差線は、指数、直線、さらには双曲線の形状を有するこ
とができる。さらに、この線は、例えば指数変動した部分の後に直線部分がある
など、異なる形状の連続部分で形成することが可能である。
【００４８】 さらに、ポンプおよび特にその室１は、必ずしも入口開口３と出口開口４間の
直線軸にしたがって設計する必要はない。例えば、角笛の形状をとるよう湾曲す
ることができる。
直線軸にしたがって設計する必要はない。例えば、角笛の形状をとるよう湾曲す
ることができる。
【００４９】 さらに、本発明による真空ポンプの１つまたは複数のパビリオンは、ガスが流
れる方向に対して垂直に、円形、楕円形または多角形、特に長方形の断面を有す
ることができる。
れる方向に対して垂直に、円形、楕円形または多角形、特に長方形の断面を有す
ることができる。
【００５０】 以下は、図３に示すように４つの段を備える、本発明による真空ポンプの実施
形態に実際的例である。
形態に実際的例である。
【００５１】 これは、４つの段それぞれと同等の、いわゆる指数パビリオンで機能するポン
プであり、パビリオンには、それぞれＰＶＤＦで作成した吐出弁６および励起膜
４を装備し、その中央には電磁石（図示せず）が固定され、吐出弁６に向かって
配向されながら、電機子５によって所定の位置に維持される。この励起膜の直径
は４１９ｍｍであり、これによってポンプ１の本体とその周辺の間をガスが通過
するのに有用な開口面積を獲得することが可能であり、これは２５０ｍｍの呼び
直径を有する入口開口の面積と等しい。この方法で、励起膜４の表面は、パビリ
オンの最大開口表面の７３％以上になる。膜は、中心励起によって振動すること
ができ、これは上述した電磁石によって実現され、したがって電機子５と連帯す
る電気力学的装置を形成し、これによってその周波数は、電気力学的装置の振動
周波数によって直接固定される。
プであり、パビリオンには、それぞれＰＶＤＦで作成した吐出弁６および励起膜
４を装備し、その中央には電磁石（図示せず）が固定され、吐出弁６に向かって
配向されながら、電機子５によって所定の位置に維持される。この励起膜の直径
は４１９ｍｍであり、これによってポンプ１の本体とその周辺の間をガスが通過
するのに有用な開口面積を獲得することが可能であり、これは２５０ｍｍの呼び
直径を有する入口開口の面積と等しい。この方法で、励起膜４の表面は、パビリ
オンの最大開口表面の７３％以上になる。膜は、中心励起によって振動すること
ができ、これは上述した電磁石によって実現され、したがって電機子５と連帯す
る電気力学的装置を形成し、これによってその周波数は、電気力学的装置の振動
周波数によって直接固定される。
【００５２】 パビリオンの内径は、各段の出口弁６までの励起膜４における合計長さ１ｍに
わたり、狭い側、つまり出口開口３側で４０ｍｍになり、反対側の広い側、つま
り各段の入口開口２側で４８８ｍｍになる。
わたり、狭い側、つまり出口開口３側で４０ｍｍになり、反対側の広い側、つま
り各段の入口開口２側で４８８ｍｍになる。
【００５３】 膜４を各段において３００Ｈｚで励起すると、段ごとに２．５４の最大圧縮比
が獲得され、その結果、ポンプの４段の合計最大圧縮比は４１．６になる。
が獲得され、その結果、ポンプの４段の合計最大圧縮比は４１．６になる。
【００５４】 さらに同じ状態で、ポンプの給送速度は、合計毎時７，３１０ｍ3になる。
【００５５】 したがって、これは、１次ポンプと分子ポンプの間に接続され、したがってい
わゆる「高真空」ポンプ・グループの一部を形成するのに完全に適している。
わゆる「高真空」ポンプ・グループの一部を形成するのに完全に適している。
【００５６】 したがって、このポンプの第１段の入口で１ｍｂａｒの圧力が維持されると、
最後の段の出口を１次ポンプに接続した場合、そこで１２ｍｂａｒの圧力が観察
され、これは６００ｍ3／時の給送速度の獲得を可能にする。実際の圧縮比は、
この場合は１２である。
最後の段の出口を１次ポンプに接続した場合、そこで１２ｍｂａｒの圧力が観察
され、これは６００ｍ3／時の給送速度の獲得を可能にする。実際の圧縮比は、
この場合は１２である。
【００５７】 これらの状態で、液体のように挙動するガス中で音波を生成することが可能で
あり、したがって、これは分子の流れと異なる。
あり、したがって、これは分子の流れと異なる。
【００５８】 液体の流れではガス分子間に相互作用があり、分子の流れでは、分子が、相互
から多いに独立した粒子のように挙動する。
から多いに独立した粒子のように挙動する。
【００５９】 上述したデータに基づき、ガスが空気で構成される場合、職人は上述した結果
を獲得するため、以下の計算をすることができる。
を獲得するため、以下の計算をすることができる。
【数１】 ■指数パビリオンの直接圧力変動 ΔＰ＝パビリオンの局所的圧力変動 Ｐ0＝パビリオンの入口でのベース圧力 ａ＝膜の振動の振幅 ｘ＝励起膜４で測定したパビリオン入口からの距離 ｖ＝励起膜の振動周波数 ｔ＝時間 ω＝２πｖ γ＝１，４（空気） μ＝５ｍ-1
【数２】 ここでｃはガス中での音速を表す。 ｃ＝√γｋBＴ／Ｍ これにより、 ＫB＝１．３８０７．１０-23ＪＫ-1はボルツマン定数を表す。 Ｔ＝絶対温度 Ｍ＝ガス粒子の平均分子量 パビリオンはその長さＬ＝１ｍ（パビリオン入口の励起膜とパビリオン出口間の
距離）および膜（入口断面）から距離ｘにおける断面積の表面Ｓによって画定さ
れ、これによりＳ＝Ｓ0ｅμ(L-x) Ｓ0＝パビリオン出口における断面の表面 上述した例の場合は、振動振幅ａ＝０．０４ｍで励起膜の振動周波数ｖ−３００
Ｈｚと仮定した。この例は、Ｔ＝３００Ｋにおいて空気中で作動するポンプに関
する。これらの状態では、音速ｃは３５２ｍ／ｓである。 ■パビリオンの遮断周波数（Ｖc）
距離）および膜（入口断面）から距離ｘにおける断面積の表面Ｓによって画定さ
れ、これによりＳ＝Ｓ0ｅμ(L-x) Ｓ0＝パビリオン出口における断面の表面 上述した例の場合は、振動振幅ａ＝０．０４ｍで励起膜の振動周波数ｖ−３００
Ｈｚと仮定した。この例は、Ｔ＝３００Ｋにおいて空気中で作動するポンプに関
する。これらの状態では、音速ｃは３５２ｍ／ｓである。 ■パビリオンの遮断周波数（Ｖc）
【数３】 ■パビリオンの共振周波数（Ｖr） Ｃ／４Ｌ＝８８Ｈｚは、ガスの基本振動モードに対応する。このモードは許容さ
れない。この周波数がパビリオンの遮断周波数、つまり１４０Ｈｚより劣るから
である。したがって、最も有用でない共振周波数は２６２Ｈｚになる。 上述した計算は、ガスがポンプの形状および寸法に関して、分子の流れではなく
液体の流れに従って挙動した場合にのみ有効である。つまり、例えば空気分子（
Ｎ2またはＯ2）の場合、２つの弾性衝突間の平均距離は、励起膜の振動振幅（ａ
）を含め、その動作に必要な前記ポンプに特徴的な最小幾何学的寸法（ｄ）の少
なくとも２分の１、好ましくは１００分の１でなければならない。これは、例え
ば入口開口の直径、パビリオンの局所的内径などに関する。 ■クヌーセン数Ｋｎによるガス流のタイプの特徴付け Ｋｎ＝（例えばJ.M.LaffertyによるFoundations of Vacuum Science and Techno
logy ed.(John Wiley & Sons, 1998-ISBN N0 O-471-17593-5)参照)。 Ｋｎ＝λ／ｄ ｄ＝幾何学的寸法（例えばダクトの直径またはガス粒子の通路の最小寸法） λ＝ガス粒子の２つの弾性衝突間平均自由行路
れない。この周波数がパビリオンの遮断周波数、つまり１４０Ｈｚより劣るから
である。したがって、最も有用でない共振周波数は２６２Ｈｚになる。 上述した計算は、ガスがポンプの形状および寸法に関して、分子の流れではなく
液体の流れに従って挙動した場合にのみ有効である。つまり、例えば空気分子（
Ｎ2またはＯ2）の場合、２つの弾性衝突間の平均距離は、励起膜の振動振幅（ａ
）を含め、その動作に必要な前記ポンプに特徴的な最小幾何学的寸法（ｄ）の少
なくとも２分の１、好ましくは１００分の１でなければならない。これは、例え
ば入口開口の直径、パビリオンの局所的内径などに関する。 ■クヌーセン数Ｋｎによるガス流のタイプの特徴付け Ｋｎ＝（例えばJ.M.LaffertyによるFoundations of Vacuum Science and Techno
logy ed.(John Wiley & Sons, 1998-ISBN N0 O-471-17593-5)参照)。 Ｋｎ＝λ／ｄ ｄ＝幾何学的寸法（例えばダクトの直径またはガス粒子の通路の最小寸法） λ＝ガス粒子の２つの弾性衝突間平均自由行路
【表１】
【００６０】 これらの計算に基づき、μ＝５ｍ-1、Ｌ＝１ｍ、ｖ＝３００Ｈｚというパラメ
ータ値について、パビリオンの位置の関数として相対的な局所圧力変動Δｐ／ｐ 0 を表す図５によるグラフを作成することが可能であった。ポンプの幾何学的寸
法は、Ｋｎが常に厳密に０．５より低くなるような寸法である。したがって、分
子流は、ポンプのいかなる部分でも実現されない。このように、同じことが励起
膜４の振動振幅にも当てはまる。というのは、ａ＝４０ｍｍでポンプの最低圧力
、つまりＰ＝０．０１の場合、ａＰ＝０．４＞０．１３３ｍｂａｒ．ｍｍという
値が獲得されるからである。この値は、膜の変位の結果として生じる摂動流が分
子でないことを示す。
ータ値について、パビリオンの位置の関数として相対的な局所圧力変動Δｐ／ｐ 0 を表す図５によるグラフを作成することが可能であった。ポンプの幾何学的寸
法は、Ｋｎが常に厳密に０．５より低くなるような寸法である。したがって、分
子流は、ポンプのいかなる部分でも実現されない。このように、同じことが励起
膜４の振動振幅にも当てはまる。というのは、ａ＝４０ｍｍでポンプの最低圧力
、つまりＰ＝０．０１の場合、ａＰ＝０．４＞０．１３３ｍｂａｒ．ｍｍという
値が獲得されるからである。この値は、膜の変位の結果として生じる摂動流が分
子でないことを示す。
【００６１】 本発明によると、真空ポンプは、圧力が１０００ｍｂａｒ未満の場合に少なく
とも２段ごとに２を超える合計圧縮比を実現できねばならないようなポンプであ
ることが好ましい。
とも２段ごとに２を超える合計圧縮比を実現できねばならないようなポンプであ
ることが好ましい。
【００６２】 高い圧縮比、特に２を超える場合、これは励起膜の振動振幅が、圧縮比が１に
近い場合よりはるかに高いことを示す。
近い場合よりはるかに高いことを示す。
【００６３】 これは、ポンプが大気圧より低い圧力で、特に１０ｍｂａｒ未満で作動できる
ようにするために、非常に重要である。
ようにするために、非常に重要である。
【００６４】 実際、本発明によるポンプが作動できるため、ガスは液体のように挙動する必
要がある。
要がある。
【００６５】 そのために、ガス粒子の２つの弾性衝突間平均自由行程は、ポンプ中のガスの
全行程断面に特徴的な幾何学的寸法、つまり音波が生成される後者の室、特に励
起膜４と前記室１のパビリオン入口との間に配置されたガスの行程断面の水力直
径より大幅に小さくなければならない。この自由行路は、励起膜の振動振幅より
大幅に小さくなければならない。
全行程断面に特徴的な幾何学的寸法、つまり音波が生成される後者の室、特に励
起膜４と前記室１のパビリオン入口との間に配置されたガスの行程断面の水力直
径より大幅に小さくなければならない。この自由行路は、励起膜の振動振幅より
大幅に小さくなければならない。
【００６６】 この状態は、当然、大気圧に等しいか、それ以上の圧力で満たされる。しかし
、これは、比較的低い圧力、例えば１００ｍｂａｒ未満の圧力には当てはまらず
、これによりポンプの中空本体の特定の位置における入口で液体の流出、特に分
子流を回避するため、特に膜の振動振幅に関して、特定の幾何学的予防措置、よ
り一般的には物理的予防措置を執らなければならない。
、これは、比較的低い圧力、例えば１００ｍｂａｒ未満の圧力には当てはまらず
、これによりポンプの中空本体の特定の位置における入口で液体の流出、特に分
子流を回避するため、特に膜の振動振幅に関して、特定の幾何学的予防措置、よ
り一般的には物理的予防措置を執らなければならない。
【００６７】 より具体的には、コンダクタンスは、特にポンプの入口で可能な限り高くなけ
ればならない。この理由から、励起膜に近い入口開口の断面は、可能な限り大き
くし、弁によって妨害されてはならない。液体流は、膜で、したがって出口開口
までに直接獲得するとよい。これは、膜の真上に位置する入口開口の付近では、
特に困難である。
ればならない。この理由から、励起膜に近い入口開口の断面は、可能な限り大き
くし、弁によって妨害されてはならない。液体流は、膜で、したがって出口開口
までに直接獲得するとよい。これは、膜の真上に位置する入口開口の付近では、
特に困難である。
【００６８】 したがって、本発明によると、段ごとに、したがって当然直列に接続された段
全体で考えられる圧縮比は、例えば前段部で説明の中で既に上述した米国特許第
５，２９５，７９１号に記載されたような熱音響用途に必要な比率よりはるかに
高い。したがって、０．０１ｍｂａｒと１０ｍｂａｒの間に位置する圧力範囲で
は、本発明による真空ポンプが、例えば「ルート」圧縮機と都合よく置換できる
ため、少なくとも１０の最大圧縮比が必要である（収率はゼロ）。
全体で考えられる圧縮比は、例えば前段部で説明の中で既に上述した米国特許第
５，２９５，７９１号に記載されたような熱音響用途に必要な比率よりはるかに
高い。したがって、０．０１ｍｂａｒと１０ｍｂａｒの間に位置する圧力範囲で
は、本発明による真空ポンプが、例えば「ルート」圧縮機と都合よく置換できる
ため、少なくとも１０の最大圧縮比が必要である（収率はゼロ）。
【００６９】 このような圧縮比は、数ミリメートルからすうセンチメートル、例えば５ｍｍ
から１０ｃｍという高い振動振幅を励起膜に印加することによって可能であるの
で有利である。
から１０ｃｍという高い振動振幅を励起膜に印加することによって可能であるの
で有利である。
【００７０】 特に、２つの弾性衝突間平均自由行路の長さλと振動振幅との関係は、０．５
より低く、好ましくは１％より低くする。
より低く、好ましくは１％より低くする。
【００７１】 同じことが、λと水力直径ＤＨとの関係（問題の面におけるガス通路の表面積
の４倍を前記断面の周で割った値）にも当てはまり、これはポンプを使用する圧
力範囲で、厳密に０．５未満、好ましくは１％未満でなければならない。この関
係は、クヌーセン数として知られている。
の４倍を前記断面の周で割った値）にも当てはまり、これはポンプを使用する圧
力範囲で、厳密に０．５未満、好ましくは１％未満でなければならない。この関
係は、クヌーセン数として知られている。
【００７２】 パビリオンを使用すると、ポンプの入口開口から出口開口へとガスの通路表面
を減少させることにより、ポンプの各段の圧縮比を増加させることが可能になり
、ますます断面のこの変動が重要になる。しかし、この場合、励起膜の振動周波
数は、その状態かつパビリオン中で波を伝達するのが不可能になる遮断周波数よ
り高くなければならない。
を減少させることにより、ポンプの各段の圧縮比を増加させることが可能になり
、ますます断面のこの変動が重要になる。しかし、この場合、励起膜の振動周波
数は、その状態かつパビリオン中で波を伝達するのが不可能になる遮断周波数よ
り高くなければならない。
【００７３】 ポンプは、厳密にパビリオンの遮断周波数より高い最低調波において、共振モ
ードで作動し、したがって圧縮比は、膜の変位を打ち消す慣性力を減少すること
によって増加する。同じ理由から、後者は、例えば炭素繊維で強化したポリマー
の膜など、密度が低く機械抵抗が高い材料で作成される。したがって、上述した
実際的な例では、８７．５Ｈｚという基本共振モードを使用することができない
。というのは、この特定の場合に１４０Ｈｚとなるパビリオンの遮断周波数より
低いからである。しかし、ポンプの各段の第１調波は、２６２．５Ｈｚで、これ
を使用して定常音波を形成し、圧縮比を増加させることができる。
ードで作動し、したがって圧縮比は、膜の変位を打ち消す慣性力を減少すること
によって増加する。同じ理由から、後者は、例えば炭素繊維で強化したポリマー
の膜など、密度が低く機械抵抗が高い材料で作成される。したがって、上述した
実際的な例では、８７．５Ｈｚという基本共振モードを使用することができない
。というのは、この特定の場合に１４０Ｈｚとなるパビリオンの遮断周波数より
低いからである。しかし、ポンプの各段の第１調波は、２６２．５Ｈｚで、これ
を使用して定常音波を形成し、圧縮比を増加させることができる。
【００７４】 既に上述したように、コンダクタンスが少なくともポンプの給送速度の１０倍
となるよう、入口と出口の接続部は可能な限り短く、その断面は可能な限り大き
いことも重要である。
となるよう、入口と出口の接続部は可能な限り短く、その断面は可能な限り大き
いことも重要である。
【００７５】 ポンプが円形ではなく長方形の断面を有し、その軸にしたがって断面の振動が
同一であり、その一方で出口開口３と入口開口２との間の長さ、さらに励起膜４
の表面積が維持される場合、両タイプのポンプは同じ容量を有する。しかし、励
起膜４が長方形である場合、後者は、電機子５によって支持された圧電サンドイ
ッチ薄膜で作成できると有利である。この場合、膜は、組み立てる前に各面に金
属コーティングを施し、導電性接着剤によって相互に固定された２枚のＰＶＤＦ
薄膜のアセンブリで構成されたサンドイッチ構造を形成する。このように形成さ
れたアセンブリは、圧電サンドイッチ構造の中心の導電性コーティングに、構造
外面の金属コーティングのポテンシャルに対して交流のポテンシャル振動を印加
することにより、振動させることができる。さらに、前記ポテンシャルはシステ
ム質量のそれであることが好ましい。システムが適切に作動するため、一方の薄
膜が膨張すると他方が収縮し、その逆も生じて、電機子５によって支持されたサ
ンドイッチ構造が全体として曲線を形成し、電気励起周波数と等しい周波数で横
断面に対して垂直の方向に振動するよう、２枚の圧電薄膜を設けるとよい。
同一であり、その一方で出口開口３と入口開口２との間の長さ、さらに励起膜４
の表面積が維持される場合、両タイプのポンプは同じ容量を有する。しかし、励
起膜４が長方形である場合、後者は、電機子５によって支持された圧電サンドイ
ッチ薄膜で作成できると有利である。この場合、膜は、組み立てる前に各面に金
属コーティングを施し、導電性接着剤によって相互に固定された２枚のＰＶＤＦ
薄膜のアセンブリで構成されたサンドイッチ構造を形成する。このように形成さ
れたアセンブリは、圧電サンドイッチ構造の中心の導電性コーティングに、構造
外面の金属コーティングのポテンシャルに対して交流のポテンシャル振動を印加
することにより、振動させることができる。さらに、前記ポテンシャルはシステ
ム質量のそれであることが好ましい。システムが適切に作動するため、一方の薄
膜が膨張すると他方が収縮し、その逆も生じて、電機子５によって支持されたサ
ンドイッチ構造が全体として曲線を形成し、電気励起周波数と等しい周波数で横
断面に対して垂直の方向に振動するよう、２枚の圧電薄膜を設けるとよい。
【００７６】 以上の結果、本発明による真空ポンプは回転する要素を一切含まず、その結果
、キャンプ・ポンプの装着時に考慮する必要がある機械的予防措置がない。した
がって、その設計により、本発明によるポンプは、動作要素との接触による損傷
の危険も、可動要素による吸収のためにポンプの出口から入口にむかってガスが
押しやられる危険もない。
、キャンプ・ポンプの装着時に考慮する必要がある機械的予防措置がない。した
がって、その設計により、本発明によるポンプは、動作要素との接触による損傷
の危険も、可動要素による吸収のためにポンプの出口から入口にむかってガスが
押しやられる危険もない。
【００７７】 さらに、本発明による真空ポンプの駆動ユニットを形成する振動要素は、非常
に異なる設計および構造を呈する。概して、例えば電気機械、電磁石、圧電素子
または磁気歪素子など、何らかの適切な装置によって振動させることができる軽
量の可動要素が、振動要素として適切である。
に異なる設計および構造を呈する。概して、例えば電気機械、電磁石、圧電素子
または磁気歪素子など、何らかの適切な装置によって振動させることができる軽
量の可動要素が、振動要素として適切である。
【００７８】 既知の容積ポンプに対する本発明によるポンプの別の利点は、摩擦による漏れ
やエネルギー損失を生じやすい密な移動通路を必要としないことであり、したが
って知られている真空ポンプと比較すると消費エネルギーが非常に少ない。最後
に、例えば容量ドライブによって操作するポンプなどとは反対に、バイパスを必
要としない。
やエネルギー損失を生じやすい密な移動通路を必要としないことであり、したが
って知られている真空ポンプと比較すると消費エネルギーが非常に少ない。最後
に、例えば容量ドライブによって操作するポンプなどとは反対に、バイパスを必
要としない。
【００７９】 当然、本発明は上述し、添付図面で示した様々な実施形態に制限されるもので
はなく、反対に、特に室１、弁６および変位手段の構造および形状に関する限り
、特に振動要素は、本発明の範囲内にある限り、他の幾つかの変形が可能である
。
はなく、反対に、特に室１、弁６および変位手段の構造および形状に関する限り
、特に振動要素は、本発明の範囲内にある限り、他の幾つかの変形が可能である
。
【００８０】 したがって、特定のケースで、室はその入口開口と出口開口の間に一定の断面
を有してもよい。
を有してもよい。
【図１】 本発明による真空ポンプの第１の実施形態の模式的直立投影図である。
【図２】 図１の線ＩＩ−ＩＩによる断面を示す。
【図３】 直列に装着した本発明の第１の実施形態による幾つかの真空ポンプの模式的直
立投影図である。
立投影図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態の直立投影図である。
【図５】 振動素子の距離の関数として、図１によるパビリオンの相対的圧力変動Δｐ／
ｐ0の様子を示す。
ｐ0の様子を示す。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１１月１２日（２００１．１１．１２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】 したがって、本発明によるポンプは、出口開口付近のガス圧力が入口開口付近 の平均圧力、つまりベース圧力より高い場合に、出口開口がクリアされるよう、 振動要素と同期して協働する閉止手段を出口開口に設けることを特徴とする 。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】 さらに、出口開口に近いガスの圧力が、ベース圧力ｐ0と呼ばれる入口開口で
優勢な平均圧力より高い場合に、前記出口開口がクリアされるよう、出口開口に
、振動素子と同期的に協働する閉止素子を設ける。
優勢な平均圧力より高い場合に、前記出口開口がクリアされるよう、出口開口に
、振動素子と同期的に協働する閉止素子を設ける。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】 出口開口のこのような素子は、収率を改善させることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４８】 さらに、ポンプおよび特にその室１は、必ずしも入口開口２と出口開口３間の
直線軸にしたがって設計する必要はない。例えば、角笛の形状をとるよう湾曲す
ることができる。
直線軸にしたがって設計する必要はない。例えば、角笛の形状をとるよう湾曲す
ることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５９】 上述したデータに基づき、ガスが空気で構成される場合、職人は上述した結果
を獲得するため、以下の計算をすることができる。
を獲得するため、以下の計算をすることができる。
【数１】 ■指数パビリオンの直接圧力変動 ΔＰ＝パビリオンの局所的圧力変動 Ｐ0＝パビリオンの入口でのベース圧力 ａ＝膜の振動の振幅 ｘ＝励起膜４で測定したパビリオン入口からの距離 ｖ＝励起膜の振動周波数 ｔ＝時間 ω＝２πｖ γ＝１，４（空気） μ＝５ｍ-1
【数２】 ここでｃはガス中での音速を表す。 ｃ＝√γｋBＴ／Ｍ これにより、 ＫB＝１．３８０７．１０-23ＪＫ-1はボルツマン定数を表す。 Ｔ＝絶対温度 Ｍ＝ガス粒子の平均分子量 パビリオンはその長さＬ＝１ｍ（パビリオン入口の励起膜とパビリオン出口間の
距離）および膜（入口断面）から距離ｘにおける断面積の表面Ｓによって画定さ
れ、これによりＳ＝Ｓ0ｅμ(L-x) Ｓ0＝パビリオン出口における断面の表面 上述した例の場合は、振動振幅ａ＝０．０４ｍで励起膜の振動周波数ｖ−３００
Ｈｚと仮定した。この例は、Ｔ＝３００Ｋにおいて空気中で作動するポンプに関
する。これらの状態では、音速ｃは３５２ｍ／ｓである。 ■パビリオンの遮断周波数（Ｖc）
距離）および膜（入口断面）から距離ｘにおける断面積の表面Ｓによって画定さ
れ、これによりＳ＝Ｓ0ｅμ(L-x) Ｓ0＝パビリオン出口における断面の表面 上述した例の場合は、振動振幅ａ＝０．０４ｍで励起膜の振動周波数ｖ−３００
Ｈｚと仮定した。この例は、Ｔ＝３００Ｋにおいて空気中で作動するポンプに関
する。これらの状態では、音速ｃは３５２ｍ／ｓである。 ■パビリオンの遮断周波数（Ｖc）
【数３】 ■パビリオンの共振周波数（Ｖr） これ は、ガスの基本振動モードに対応する。上述した計算は、ガスがポンプの形
状および寸法に関して、分子の流れではなく液体の流れに従って挙動した場合に
のみ有効である。つまり、例えば空気分子（Ｎ2またはＯ2）の場合、２つの弾性
衝突間の平均距離は、励起膜の振動振幅（ａ）を含め、その動作に必要な前記ポ
ンプに特徴的な最小幾何学的寸法（ｄ）の少なくとも２分の１、好ましくは１０
０分の１でなければならない。これは、例えば入口開口の直径、パビリオンの局
所的内径などに関する。 ■クヌーセン数Ｋｎによるガス流のタイプの特徴付け Ｋｎ＝（例えばJ.M.LaffertyによるFoundations of Vacuum Science and Techno
logy ed.(John Wiley & Sons, 1998-ISBN N0 O-471-17593-5)参照)。 Ｋｎ＝λ／ｄ ｄ＝幾何学的寸法（例えばダクトの直径またはガス粒子の通路の最小寸法） λ＝ガス粒子の２つの弾性衝突間平均自由行路
状および寸法に関して、分子の流れではなく液体の流れに従って挙動した場合に
のみ有効である。つまり、例えば空気分子（Ｎ2またはＯ2）の場合、２つの弾性
衝突間の平均距離は、励起膜の振動振幅（ａ）を含め、その動作に必要な前記ポ
ンプに特徴的な最小幾何学的寸法（ｄ）の少なくとも２分の１、好ましくは１０
０分の１でなければならない。これは、例えば入口開口の直径、パビリオンの局
所的内径などに関する。 ■クヌーセン数Ｋｎによるガス流のタイプの特徴付け Ｋｎ＝（例えばJ.M.LaffertyによるFoundations of Vacuum Science and Techno
logy ed.(John Wiley & Sons, 1998-ISBN N0 O-471-17593-5)参照)。 Ｋｎ＝λ／ｄ ｄ＝幾何学的寸法（例えばダクトの直径またはガス粒子の通路の最小寸法） λ＝ガス粒子の２つの弾性衝突間平均自由行路
【表１】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７３】 ポンプは、厳密にパビリオンの遮断周波数より高い最低調波において、共振モ
ードで作動し、したがって圧縮比は、膜の変位を打ち消す慣性力を減少すること
によって増加する。同じ理由から、後者は、例えば炭素繊維で強化したポリマー
の膜など、密度が低く機械抵抗が高い材料で作成される。
ードで作動し、したがって圧縮比は、膜の変位を打ち消す慣性力を減少すること
によって増加する。同じ理由から、後者は、例えば炭素繊維で強化したポリマー
の膜など、密度が低く機械抵抗が高い材料で作成される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
Claims (13)
- 【請求項１】 一方の側にガスを給送する入口開口（２）、および反対側に
前記ガスの出口開口（３）、前記入口開口（２）ガスが出口開口（３）に向かっ
て移動する際ガスを移動させるため、入口開口（２）の付近に設けた少なくとも
１つの振動要素（４）を有する室（１）を備える音響圧縮機で主に形成された真
空ポンプであって、室内にあるガス粒子の弾性衝突間平均自由行路の少なくとも
２倍、好ましくは１００倍の振幅を有する振動を振動要素（６）に印加するよう
手段を設け、前記平均自由行路は、振動要素付近で測定した局所的圧力に相当し
、したがって室（１）内の圧力が１０-2から１０００ｍｂａｒ、特に０．０１か
ら１０ｍｂａｒの状態で、入口開口（２）と出口開口（３）との間の前記ガスに
、連続する圧縮領域と減圧力領域とを形成する音波を生成することが可能である
ことを特徴とする真空ポンプ。 - 【請求項２】 上述した室（１）が、入口開口（２）から出口開口（３）に
向かうガスの移動方向で減少する断面を有することを特徴とする、請求項１に記
載のポンプ。 - 【請求項３】 上述した室（１）が、ガスの入口開口（２）からガスの出口
開口（３）に向かって断面が減少するパビリオンの形状を有することを特徴とす
る、請求項２に記載のポンプ。 - 【請求項４】 上述した変位手段（４）が、ガスが上述した室（１）の入口
開口（２）と出口開口（３）との間で変位する方向に対して横断する面に延在す
る膜（４）を備えることを特徴とする、請求項１から３いずれか１項に記載のポ
ンプ。 - 【請求項５】 上述した変位手段（４）が、圧電および／または磁気歪振動
容量を有する電気機械的電磁振動機構を備えることを特徴とする、請求項１から
３いずれか１項に記載のポンプ。 - 【請求項６】 ２０，０００Ｈｚ未満、好ましくは２０から５，０００Ｈｚ
の周波数を有する少なくとも１つの振動要素（４）を含むことを特徴とする、請
求項１から５いずれか１項に記載のポンプ。 - 【請求項７】 室（１）の入口開口（２）と出口開口（３）とを分離する距
離、および上述した振動要素（４）の振動周波数が、室（１）内に含まれるガス
に定常波を生成することが可能であるような距離および周波数であることを特徴
とする、請求項１から６いずれか１項に記載のポンプ。 - 【請求項８】 上述した閉止手段（６）が、室（１）内で優勢な圧力が入口
開口（２）の上流のベース圧力より高い場合に弁（６）を開き、前記圧力が前記
ベース圧力以下の場合は弁（６）を閉止することができる制御手段と協働する吐
出弁（６）を備え、この弁（６）が、整数比で振動要素（４）の周波数より小さ
い周波数にほぼ対応する周波数で開閉することが好ましいことを特徴とする、請
求項１から７いずれか１項に記載のポンプ。 - 【請求項９】 上述したタイプの室（１）が振動要素の各側に延在し、ガス
が前記室の両方の部分に貫入して、それぞれの出口開口に向かって分布できるよ
う、この要素（４）の付近に少なくとも１つの入口開口（２）を設けることを特
徴とする、請求項１から８いずれか１項に記載のポンプ。 - 【請求項１０】 １つの室の出口開口（３）が、第１の室と直列に設けた別
の室の入口開口（２）と接続されることを特徴とする、請求項１から９いずれか
１項に記載のポンプ。 - 【請求項１１】 上述した入口開口（２）が、振動要素（４）に近い上述し
た室内の、後者が室（１）の出口開口（３）に向かう側で開くことを特徴とする
、請求項１から１０いずれか１項に記載のポンプ。 - 【請求項１２】 前記開口（３）付近のガス圧力が出口開口付近のそれ以上
である場合に、出口開口（３）がクリアされるよう、振動要素（４）と同期して
協働する出口開口（３）の閉止手段（６）を設けることを特徴とする、請求項１
から１１いずれか１項に記載のポンプ。 - 【請求項１３】 入口開口（２）と出口開口（３）との間の距離が、振動要
素（４）によって、室（１）の遮断周波数のすぐ上にあるガスの最低共振周波数
で定常波を生成できることを特徴とする、請求項１から１２いずれか１項に記載
のポンプ。
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