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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