JP2004536989A - ロータ羽根とステータ羽根とを備えたターボ分子真空ポンプ - Google Patents

Abstract

ターボ分子真空ポンプ（１）であって、流入部（３）と流出部（４）とが設けられており、流入部（３）と流出部（４）との間に位置するロータ羽根およびステータ羽根（５；６）が設けられており、ロータ羽根（６）が、その回転方向に関して前面（１１）と後面（１２）とを有している。ポンプの圧送特性を改善するために、ロータ羽根（６）の少なくとも一部が、吸入側で凸状に形成されていてかつ吐出側で凹状に形成されている後面（１２）を有しているようにするか、またはロータ羽根（６）の少なくとも一部が、吸入側で凹状に形成されていてかつ吐出側で凸状に形成されている前面（１１）を有しているようにすることが、提案される。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式のターボ分子真空ポンプに関する。
【０００２】
ターボ分子真空ポンプは、ステータ羽根とロータ羽根とを備えたタービンの形式で構成されている。有力なポンピング作用は、分子流の領域（ｐ＜１０^−３ｍｂａｒ）でしか達成されない。これに隣接するクヌーセン流の領域では、圧送性能は、圧力の上昇と共に次第に低下する。
【０００３】
ターボ分子真空ポンプのポンピング原理は、ポンプで排出したいガス分子が、ロータ羽根とステータ羽根とに衝突することによりインパルスを圧送方向で維持することに基づいている。この作用は、ロータ羽根の周速度が、ポンピングしたいガス分子の平均熱速度の範囲内である場合にしか達成されない。
【０００４】
ガス分子の平均熱速度は、そのモル質量に依存している。この速度は、Ｈ_２（質量２）については約１７６０ｍ／ｓであり、Ｎ_２（質量２８）については約４７０ｍ／ｓである。これらの数からは、ターボ分子真空ポンプの圧送特性がガスの種類に依存していることがわかる。このことは、吸入能力よりもむしろ圧縮比（ターボ分子真空ポンプの吐出側におけるガス成分の分圧の、前記ポンプの高真空側における前記ガス成分の分圧に対する比）について当てはまる。公知のターボ分子真空ポンプの圧縮比は、前記のガスＨ_２とＮ_２との質量の間では、約１０^３から１０^８まで増大する。
【０００５】
ターボ分子真空ポンプの羽根の一般的な構成は、ドイツ連邦共和国実用新案第７２３７３６２号明細書に基づき公知である。前記羽根は、平たい制限面を有している。この羽根の迎え角（羽根の平面と、回転軸線に対して垂直な平面との間の角度）は、ポンプの吸入側から吐出側へと減少する。
【０００６】
ヨーロッパ特許出願公開第８２９６４５号明細書によれば、制限面がもはや平たくないロータ羽根を植設することが公知である。ロータ羽根の（その回転方向に関して）後面を、湾曲させて構成することが提案される。これにより、平たい制限面を備えたロータ羽根の後面に生じる、駆動モータを負荷する乱流が、回避されるという。
【０００７】
本発明の課題は、僅かな比質量を有するガスに対する、ターボ分子真空ポンプの圧送特性を、改善することである。
【０００８】
この課題は、本発明によれば、請求項の特徴部に記載した特徴によって解決される。
【０００９】
本発明によれば課せられた課題が解決される。すなわち、軽いガスの圧送が改善される。さらに、次のような利点、すなわち、本発明による構成が、比較的に高いモル質量を有するガスのためのポンプの圧縮性能および圧送性能（圧縮、吸入能力、吐出量）に、不都合な影響を及ぼさないという利点が得られる。最後に、本発明に従って構成された羽根は、改善されたその圧送特性を、クヌーセン領域の深く中心部に至るまで維持する。これにより、前記圧送特性を備えたターボ分子ポンプの前真空耐性が、従来技術に比べてはるかに良くなるかもしくは前真空ポンプのためのコストが決定的に低減され得る。
【００１０】
本発明のさらなる利点および詳細を、図示の実施例を用いて説明する。
【００１１】
図１に示したターボ分子真空ポンプ１は、ケーシング・ステータ２と、流入部３と、流出部４と、ステータ羽根５と、ロータ羽根６とを有している。公知の形式（詳細には図示せず）では、ステータ羽根５はステータ羽根列の構成部分であり、このステータ羽根列はケーシング・ステータ２に結合している。ロータ羽根６はロータ羽根列の構成部分であり、このロータ羽根列は回転体７に、例えば軸に固定されているかまたは軸と一体的に形成されている。ロータ羽根列とステータ羽根列とは交互に、互いに反対の方向に向けられた迎え角をもって相互に作用し合い、流入部３から流出部４へとガスを圧送する。
【００１２】
図２〜図５には、本発明に従って構成された羽根の、種々異なる構成を示してある（展開した状態）。前記羽根の、図で見てそれぞれ上側の縁部８は、ポンプ１の吸入側に向けられており、それぞれ下側の縁部９は、吐出側に向けられている。それぞれ羽根５，６の断面図が示されており、しかも、実質的に半径方向に向けられた羽根の縦軸線に対してほぼ垂直方向で示されている。この羽根の縦軸線に対して平行に、図示のように、前面のおよび後面の凸状および／または凹状に形成された領域が延在している。羽根５，６の回転方向は、それぞれ矢印１０によって示してある。
【００１３】
図２および図３には、ロータ羽根６のための実施例を示してあり、このロータ羽根６の前面には符号１１を、後面には符号１２を付与してある。図２による構成では、羽根６の後面１２は、吸入側に凸状の領域１３を有していて、吐出側に凹状の領域１４を有している。前面１１は、その吸入側の領域１５（擦過部、流入部）が平たく形成されていて、その吐出側の領域１６（流出部）が凸状に形成されている。
【００１４】
図３による構成では、羽根６の前面１１が凹状の領域１５（吸入側）と凸状の領域１６（吐出側）とを有しているのに対して、後面１２は吸入側で凸状に形成されていて（領域１３）、吐出側で平たく形成されている（領域１４）。前方の制限面と後方の制限面とは、吸入側および吐出側で互いに鋭角を成して終わっている。これにより、羽根の縁部８，９が形成される。
【００１５】
図４には、やはり展開した状態で、ロータシステム７の構成部分である３つのロータ羽根列と、ステータ２の構成部分である２つのステータ羽根列とを備えた構成を示してある。ロータ羽根６は全て、その前面と後面とがそれぞれ凹状の領域と凸状の領域とを有している形式で形成されている（図５も参照）。上側のステータ羽根列のステータ羽根５が、公知の形式で平たい前面と後面とを有しているのに対して、下側の羽根列のステータ羽根５は、本発明に従って形成されている。この場合、ステータ羽根５の横断面は、隣接するロータ羽根に対してステータ羽根５が実質的に鏡像的であるように、すなわち、反対の方向に向けられた迎え角を有しているように形成され得る。
【００１６】
図５には、羽根６を拡大して示してある。幾つかの接線ｔ_１〜ｔ_５が図示されている。このことから、既に各羽根６が実際に多数の迎え角を有していることがわかる。これに対して従来技術の場合、迎え角は一段一段変化させられる。凹状の領域と凸状の領域との半径は、接線が常に正の迎え角を有しているように選択されている。
【００１７】
接線ｔ_２は、羽根６の後面の制限面の変曲点を通る接線である。さらに、羽根６の（軸方向の）高さｈが図示されている。変曲点１８と、前側に延在している制限面１１の変曲点１９とは、羽根６の高さｈの半分の位置にある。接線ｔ_２は迎え角αを有しており、この迎え角αは、従来技術の場合のように、吸入側から吐出側へと減少していてよい。有利にはステータ羽根５も、相応に鏡像的に形成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ターボ分子真空ポンプを概略的に示す図である。
【図２】
後面が凸状の領域と凹状の領域とを有している、本発明に従って構成されたロータ羽根の構成を示す図である。
【図３】
前面が凸状の領域と凹状の領域とを有している、本発明に従って構成されたロータ羽根の構成を示す図である。
【図４】
両面が凸状の領域と凹状の領域とを有している、本発明に従って構成された羽根を示す図である。
【図５】
両面が凸状の領域と凹状の領域とを有している、本発明に従って構成された羽根を示す図である。

Claims (9)

1. ターボ分子真空ポンプ（１）であって、流入部（３）と流出部（４）とが設けられており、流入部（３）と流出部（４）との間に位置するロータ羽根およびステータ羽根（５；６）が設けられており、ロータ羽根（６）が、その回転方向に関して前面（１１）と後面（１２）とを有している形式のものにおいて、ロータ羽根（６）の少なくとも一部が、吸入側で凸状に形成されていてかつ吐出側で凹状に形成されている後面（１２）を有していることを特徴とする、ロータ羽根とステータ羽根とを備えたターボ分子真空ポンプ。
2. ロータ羽根（６）の前面（１１）が、吸入側で平たく形成されていて、吐出側で凸状に形成されている、請求項１記載のターボ分子ポンプ。
3. ターボ分子真空ポンプ（１）であって、流入部（３）と流出部（４）とが設けられており、流入部（３）と流出部（４）との間に位置するロータ羽根およびステータ羽根（５；６）が設けられており、ロータ羽根（６）が、その回転方向に関して前面（１１）と後面（１２）とを有している形式のものにおいて、ロータ羽根（６）の少なくとも一部が、吸入側で凹状に形成されていてかつ吐出側で凸状に形成されている前面（１１）を有していることを特徴とする、ロータ羽根とステータ羽根とを備えたターボ分子真空ポンプ。
4. ロータ羽根（６）の後面（１２）が、吸入側で凸状に形成されていて、吐出側で平たく形成されている、請求項３記載のターボ分子ポンプ。
5. ターボ分子真空ポンプ（１）であって、流入部（３）と流出部（４）とが設けられており、流入部（３）と流出部（４）との間に位置するロータ羽根およびステータ羽根（５；６）が設けられており、ロータ羽根（６）が、その回転方向に関して前面（１１）と後面（１２）とを有している形式のものにおいて、ロータ羽根（６）の少なくとも一部が、請求項１記載の後面（１２）と、請求項３記載の前面（１１）とを有していることを特徴とする、ロータ羽根とステータ羽根とを備えたターボ分子真空ポンプ。
6. 羽根の前方の制限面と後方の制限面とが、羽根の側方の縁部の領域で鋭角的に終わっている、請求項１から５までのいずれか１項記載のターボ分子ポンプ。
7. 凹状の領域と凸状の領域との半径が、凹状の領域と凸状の領域との範囲における接線（ｔ_１〜ｔ_５）が正の迎え角を有しているように選択されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のターボ分子ポンプ。
8. 制限面の変曲点（１８，１９）が、羽根（５，６）の高さ（ｈ）の半分の位置にある、請求項１から７までのいずれか１項記載のターボ分子ポンプ。
9. 接線（ｔ_２）が、１つまたは複数の変曲点（１８，１９）を通って、吸入側から吐出側へと減少している迎え角（α）を有している、請求項８記載のターボ分子ポンプ。