JP2007510853A - Multi-stage friction vacuum pump - Google Patents

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Abstract

少なくとも１つのターボ圧縮機段（１１）を有する多段式の摩擦真空ポンプは、ターボ圧縮機段の吐出し側にサーキュラ圧縮機段（３３）を備えている。このサーキュラ圧縮機段（３３）は僅かな軸方向の寸法を有している。このサーキュラ圧縮機段（３３）によって、スペース要求が著しく高められる恐れなしに、圧縮が増大させられる。  A multi-stage friction vacuum pump having at least one turbo compressor stage (11) comprises a circular compressor stage (33) on the discharge side of the turbo compressor stage. This circular compressor stage (33) has a slight axial dimension. This circular compressor stage (33) increases the compression without fear of significantly increasing space requirements.

Description

本発明は、多段式の摩擦真空ポンプであって、軸方向に圧縮する少なくとも１つのターボ圧縮機段が設けられており、該ターボ圧縮機段が、その軸線を中心として回転するロータを有しており、該ロータが、不動のステータディスクの間に突入したロータディスクを備えている形式のものに関する。   The present invention is a multi-stage friction vacuum pump provided with at least one turbo compressor stage that compresses in the axial direction, and the turbo compressor stage has a rotor that rotates about its axis. And the rotor is of a type having a rotor disk that is inserted between stationary stator disks.

ターボ分子ポンプは、たとえば半導体製作のための真空容器または質量分析計のために高真空を発生させることができる摩擦真空ポンプのグループに属している。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０００４２７１号明細書（Ｌｅｙｂｏｌｄ Ｖａｋｕｕｍ ＧｍｂＨ）に記載された多段式の摩擦真空ポンプは１つまたはそれ以上のターボ圧縮機段を有している。このターボ圧縮機段はそれぞれ、半径方向に突出したロータディスクを備えたロータと、半径方向に突出したステータディスクを備えたステータとから成っている。ロータディスクとステータディスクとは僅かな間隔を置いて櫛状に噛み合っている。両ディスクはロータ軸線に対して軸方向の分子流れを生ぜしめる。ターボ圧縮機段に対して付加的にサーキュラ圧縮機段（円形圧縮機段）が設けられていてよい。このサーキュラ圧縮機段は、円軌道に配置された、軸方向に突出したロータ羽根を備えたロータと、円軌道に配置された、軸方向に突出したステータ羽根を備えたステータとを有している。ロータ羽根とステータ羽根とは交互に噛み合っていて、ロータの回転方向と羽根の取付け角とに応じて半径方向内側にまたは半径方向外側に向けられた分子流れを生ぜしめる。   Turbomolecular pumps belong to the group of friction vacuum pumps that can generate high vacuum, for example for vacuum vessels for semiconductor fabrication or for mass spectrometers. The multistage frictional vacuum pump described in German patent application DE 10004271 (Leybold Vakuum GmbH) has one or more turbo compressor stages. Each turbocompressor stage consists of a rotor with a radially protruding rotor disk and a stator with a radially protruding stator disk. The rotor disk and the stator disk mesh with each other in a comb shape with a slight gap. Both discs produce an axial molecular flow relative to the rotor axis. In addition to the turbo compressor stage, a circular compressor stage (circular compressor stage) may be provided. This circular compressor stage has a rotor with axially protruding rotor blades arranged in a circular track, and a stator with axially protruding stator blades arranged in a circular track. Yes. The rotor blades and the stator blades are alternately meshed to generate a molecular flow directed radially inward or radially outward depending on the rotational direction of the rotor and the mounting angle of the blades.

本発明の課題は、段が流路に直列に配置された、高められた圧縮を供給するようになっている、少なくとも１つのターボ圧縮機段を備えた摩擦真空ポンプを提供することである。   The object of the present invention is to provide a friction vacuum pump with at least one turbocompressor stage adapted to supply enhanced compression, the stages being arranged in series in the flow path.

本発明による多段式の摩擦真空ポンプは、請求項１の特徴を有している。真空ポンプは、ターボ圧縮機段と、流路において後置されたサーキュラ圧縮機段とを有している。ターボ圧縮機段は、高真空を発生させるために適しているのに対して、後置されたサーキュラ圧縮機段は、増圧を生ぜしめるために働く。したがって、サーキュラ圧縮機段は、圧縮によって低減されるガス体積のため、僅かな寸法を有していてよい。サーキュラ圧縮機段は僅かな軸方向の延在長さを有している。なぜならば、サーキュラ圧縮機段は主に半径方向で通流されるからである。摩擦ポンプの全寸法はサーキュラ圧縮機段によって著しく増加させられない。しかし、圧縮は単段式の摩擦真空ポンプに比べて著しく高められる。前置された１つのターボ圧縮機段と、後置された１つのサーキュラ圧縮機段とから成る本発明による組合せは、僅かなスペース要求と同時に高い圧縮出力の利点を提供する。   The multistage frictional vacuum pump according to the present invention has the features of claim 1. The vacuum pump has a turbo compressor stage and a circular compressor stage placed downstream in the flow path. A turbocompressor stage is suitable for generating a high vacuum, whereas a post-circular compressor stage serves to produce a pressure increase. Thus, the circular compressor stage may have few dimensions due to the gas volume reduced by compression. The circular compressor stage has a slight axial extension length. This is because the circular compressor stage is mainly circulated in the radial direction. The overall dimensions of the friction pump cannot be increased significantly by the circular compressor stage. However, compression is significantly enhanced compared to single stage friction vacuum pumps. The combination according to the invention consisting of one turbo compressor stage in the front and one circular compressor stage in the rear provides the advantages of a high compression output as well as a small space requirement.

本発明の有利な構成によれば、ターボ圧縮機段とサーキュラ圧縮機段とが、ロータとステータとから成る共通の組合せ内に組み込まれている。このことは、両圧縮機段のロータがただ１つの全ロータから成っており、両圧縮機段のステータが同じくただ１つの全ステータから成っていることを意味している。こうして、寸法と重量とを一層減少させることができる。   According to an advantageous configuration of the invention, the turbo compressor stage and the circular compressor stage are integrated in a common combination of rotor and stator. This means that the rotors of both compressor stages consist of only one full rotor, and the stators of both compressor stages also consist of only one full stator. Thus, the size and weight can be further reduced.

本発明による摩擦真空ポンプは、有利にはマルチインレットポンプ（多入口ポンプ）として形成されている。このマルチインレットポンプは、軸方向に間隔を置いて配置された、連続して圧縮する少なくとも２つのターボ圧縮機段を有している。これらのターボ圧縮機段の間には、中間入口が位置している。第１のターボ圧縮機段のかつ／または第２のターボ圧縮機段の圧縮機側には、サーキュラ圧縮機段が配置されている。このようなポンプは、特に質量分析計に相俟って使用するために適している。この質量分析計の分析装置に接続された中間入口における高められるガス流によって、高真空入口における圧力に不利な影響が与えられることなしに、ガス流が中間入口で高められる。この中間入口でのガス流の増大は、質量分析計に対して感度の向上を意味している。   The friction vacuum pump according to the invention is preferably designed as a multi-inlet pump. The multi-inlet pump has at least two turbocompressor stages that are axially spaced apart and that compress in succession. An intermediate inlet is located between these turbocompressor stages. A circular compressor stage is arranged on the compressor side of the first turbo compressor stage and / or the second turbo compressor stage. Such a pump is particularly suitable for use in conjunction with a mass spectrometer. The increased gas flow at the intermediate inlet connected to the analyzer of this mass spectrometer increases the gas flow at the intermediate inlet without adversely affecting the pressure at the high vacuum inlet. This increase in gas flow at the intermediate inlet means improved sensitivity for the mass spectrometer.

サーキュラ圧縮機段として、圧縮比に応じて、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０００４２７１号明細書に記載したように、種々異なるタイプおよび構成を使用することができる。   Different types and configurations can be used as the circular compressor stage, depending on the compression ratio, as described in DE 10004271.

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。この実施例は、これによって、本発明の保護範囲が制限されるように解釈され得ない。この保護範囲は、むしろ、等価のものを含む特許請求の範囲により規定される。   In the following, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the drawings. This embodiment cannot be construed as limiting the protection scope of the present invention. Rather, the scope of protection is defined by the claims, including equivalents.

図１に示した摩擦真空ポンプはハウジング１０を有している。このハウジング１０はほぼ円筒状に形成されていて、一方の端部に高真空接続部ＨＶを有している。ハウジング壁には、側方で開放した中間入口ＺＥ１が位置している。この中間入口ＺＥ１はウェブ１８によって橋渡しされている。このウェブ１８はステータ部分を互いに結合している。   The friction vacuum pump shown in FIG. 1 has a housing 10. The housing 10 is substantially cylindrical and has a high vacuum connection HV at one end. An intermediate inlet ZE1 opened laterally is located on the housing wall. The intermediate entrance ZE1 is bridged by the web 18. This web 18 joins the stator parts together.

ハウジング１０の前方の部分１０ａには、ステータ１２とロータ１３とから成る第１のターボ圧縮機段１１が位置している。ステータ１２は、周壁１４から半径方向内側に向けられた複数のステータディスク１５を有している。ロータ１３は、ステータディスク１５の間に突入した、半径方向外向きに突出した複数のロータディスク１６を有している。ロータ１３は、高速回転する電動モータを有する駆動装置１７によって３００００〜６００００ｒｐｍの回転数で駆動される。   A first turbo compressor stage 11 including a stator 12 and a rotor 13 is located in a front portion 10 a of the housing 10. The stator 12 has a plurality of stator disks 15 that are directed radially inward from the peripheral wall 14. The rotor 13 has a plurality of rotor disks 16 that protrude between the stator disks 15 and project outward in the radial direction. The rotor 13 is driven at a rotational speed of 30000 to 60000 rpm by a drive device 17 having an electric motor that rotates at a high speed.

第２のターボ圧縮機段２１が第１のターボ圧縮機段１１の圧縮機側に配置されていて、入口側で中間入口ＺＥ１に接続されている。ターボ圧縮機段２１はステータ２２とロータ２３とから成っている。ステータ２２は、周壁２４から半径方向内側に向けられた複数のステータディスク２５を有している。ロータ２３は、ステータディスク２５の間に突入した、半径方向外向きに突出した複数のロータディスク２６を有している。ロータ１３，２３は互いに固く結合されていて、駆動装置１７によって一緒に駆動される。   A second turbo compressor stage 21 is arranged on the compressor side of the first turbo compressor stage 11 and is connected to the intermediate inlet ZE1 on the inlet side. The turbo compressor stage 21 includes a stator 22 and a rotor 23. The stator 22 has a plurality of stator disks 25 directed radially inward from the peripheral wall 24. The rotor 23 has a plurality of rotor disks 26 that protrude between the stator disks 25 and project outward in the radial direction. The rotors 13 and 23 are firmly connected to each other and are driven together by the driving device 17.

第２のターボ圧縮機段２１には、ハウジング１０内で別の圧縮機段３０が続いている。この圧縮機段３０は付加的に中間入口ＺＥ２に接続されている。圧縮機段３０は、たとえばホルベック段または別の分子ポンプ、たとえばゲーデポンプ、ジーグバーンポンプ、エングレンダーポンプまたはサイドチャンネルポンプである。   The second turbo compressor stage 21 is followed by another compressor stage 30 in the housing 10. This compressor stage 30 is additionally connected to the intermediate inlet ZE2. The compressor stage 30 is, for example, a Holbeck stage or another molecular pump, for example a Göde pump, Ziegburn pump, Engrender pump or side channel pump.

本実施例では、第１のターボ圧縮機段１１に続いてサーキュラ圧縮機段（円形圧縮機段）３３が設けられている。このサーキュラ圧縮機段３３は、ターボ圧縮機段１１のロータ１３の構成要素であるロータディスク３４と、ステータ１２の構成要素であるステータディスク３２とを有している。ロータディスク３４はロータ羽根３５を有している。このロータ羽根３５は同心的な円に配置されている。ステータディスク３２はステータ羽根３６を有している。このステータ羽根３６も同じく同心的な円に配置されていて、図２に示したように、ロータ円の間の空所に係合している。ステータ羽根とロータ羽根とは半径方向に関して逆方向の傾斜位置を有している。ロータの回転方向に関連して、サーキュラ圧縮機段３３は半径方向外向きに媒体圧送するかまたは半径方向内向きに媒体圧送する。圧送方向は、本実施例では、矢印３７によって示してある。ガス搬送は高真空入口ＨＶからターボ圧縮機段１１を通って、このターボ圧縮機段１１の周面から半径方向内向きにサーキュラ圧縮機段３３を通って、そこからギャップ３８を通って中間入口ＺＥ１に進行する。この中間入口ＺＥ１から、ターボ圧縮機段２１がガスを圧縮機段３０に圧送する。この圧縮機段３０には、第２の中間入口ＺＥ２も開口している。圧縮機段３０は出口（図示せず）に媒体圧送する。   In the present embodiment, a circular compressor stage (circular compressor stage) 33 is provided following the first turbo compressor stage 11. The circular compressor stage 33 includes a rotor disk 34 that is a constituent element of the rotor 13 of the turbo compressor stage 11 and a stator disk 32 that is a constituent element of the stator 12. The rotor disk 34 has rotor blades 35. The rotor blades 35 are arranged in concentric circles. The stator disk 32 has stator blades 36. The stator blades 36 are also arranged in concentric circles, and are engaged with voids between the rotor circles as shown in FIG. The stator blades and the rotor blades have inclined positions in opposite directions with respect to the radial direction. Depending on the direction of rotation of the rotor, the circular compressor stage 33 feeds the media radially outward or medians radially inward. The pumping direction is indicated by an arrow 37 in this embodiment. The gas is conveyed from the high vacuum inlet HV through the turbo compressor stage 11, through the circular compressor stage 33 radially inward from the peripheral surface of the turbo compressor stage 11, and from there through the gap 38 to the intermediate inlet. Proceed to ZE1. From this intermediate inlet ZE1, the turbo compressor stage 21 pumps the gas to the compressor stage 30. The compressor stage 30 is also open with a second intermediate inlet ZE2. The compressor stage 30 pumps the medium to the outlet (not shown).

ターボ圧縮機段１１のロータディスク１６の１つは、サーキュラ圧縮機段３３のロータ羽根のための支持ディスクである。サーキュラ圧縮機段のステータ羽根は、同時にターボ圧縮機段１１の吐出し側の端部のための端壁を形成している。   One of the rotor disks 16 of the turbo compressor stage 11 is a support disk for the rotor blades of the circular compressor stage 33. The stator blades of the circular compressor stage simultaneously form an end wall for the end of the turbo compressor stage 11 on the discharge side.

特別な利点は、サーキュラ圧縮機段３３がターボ圧縮機段１１内にいわば組み込まれていることにある。付加的に必要となる唯一の手間は、ターボ圧縮機段のロータとステータとに付加的に設けられたロータ羽根３５とステータ羽根３６とにある。   A special advantage is that the circular compressor stage 33 is integrated in the turbo compressor stage 11. The only additional effort required is the rotor blades 35 and stator blades 36 additionally provided for the rotor and stator of the turbo compressor stage.

本実施例に対して択一的には、サーキュラ圧縮機段３３が第２のターボ圧縮機段２１の後方に設けられていてもよい。各ターボ圧縮機段の吐出し側に設けられた、このターボ圧縮機段内に組み込まれたサーキュラ圧縮機段によって、ガス流が吐出し側で高められる。接続された質量分析計に対して、このことは、感度の向上を意味している。   As an alternative to this embodiment, a circular compressor stage 33 may be provided behind the second turbo compressor stage 21. The gas flow is enhanced on the discharge side by a circular compressor stage incorporated in the turbo compressor stage provided on the discharge side of each turbo compressor stage. For a connected mass spectrometer, this means an increase in sensitivity.

図３には、サーキュラ圧縮機段３３を通って半径方向外側から内方に流れるガス流４０が示してある。   FIG. 3 shows a gas stream 40 flowing from the radially outer side to the inner side through the circular compressor stage 33.

図４の実施例では、ロータディスク３４の羽根面が円錐形である。ロータ羽根３５は、円軌道の、より小さくなる半径と共に減少させられる軸方向の長さを有している。   In the embodiment of FIG. 4, the blade surface of the rotor disk 34 is conical. The rotor blades 35 have an axial length that is reduced with a smaller radius of the circular orbit.

一般的にドイツ連邦共和国特許出願公開第１０００４２７１号明細書の図７に示されているように、複数のディスクと、交互に外側にかつ内側に向けられた流れ経過とを備えたサーキュラ圧縮機段を使用することも可能である。   Circular compressor stage with a plurality of discs and alternating flow courses outwardly and inwardly, as generally shown in FIG. 7 of DE 10004271 Can also be used.

本発明による摩擦真空ポンプの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the friction vacuum pump by this invention. サーキュラ圧縮機段を示す図である。It is a figure which shows the circular compressor stage. サーキュラ圧縮機段の別の構成の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of another structure of the circular compressor stage. サーキュラ圧縮機段のさらに別の構成の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of another configuration of the circular compressor stage.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ハウジング、 １０ａ 部分、 １１ ターボ圧縮機段、 １２ ステータ、 １３ ロータ、 １４ 周壁、 １５ ステータディスク、 １６ ロータディスク、 １７ 駆動装置、 １８ ウェブ、 ２１ ターボ圧縮機段、 ２２ ステータ、 ２３ ロータ、 ２４ 周壁、 ２５ ステータディスク、 ２６ ロータディスク、 ３０ 圧縮機段、 ３２ ステータディスク、 ３３ サーキュラ圧縮機段、 ３４ ロータディスク、 ３５ ロータ羽根、 ３６ ステータ羽根、 ３７ 圧送方向、 ３８ ギャップ、 ４０ ガス流、 ＨＶ 高真空接続部、 ＺＥ１，ＺＥ２ 中間入口   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Housing, 10a part, 11 Turbo compressor stage, 12 Stator, 13 Rotor, 14 Circumferential wall, 15 Stator disk, 16 Rotor disk, 17 Drive apparatus, 18 Web, 21 Turbo compressor stage, 22 Stator, 23 Rotor, 24 Circumferential wall , 25 Stator disc, 26 Rotor disc, 30 Compressor stage, 32 Stator disc, 33 Circular compressor stage, 34 Rotor disc, 35 Rotor blade, 36 Stator blade, 37 Pumping direction, 38 Gap, 40 Gas flow, HV High vacuum Connection part, ZE1, ZE2 Intermediate entrance

Claims (8)

多段式の摩擦真空ポンプであって、軸方向に圧縮する少なくとも１つのターボ圧縮機段（１１，２１）が設けられており、該ターボ圧縮機段（１１，２１）が、その軸線を中心として回転するロータ（１３）を有しており、該ロータ（１３）が、不動のステータディスク（１５）の間に突入したロータディスク（１６）を備えている形式のものにおいて、
ターボ圧縮機段（１１）の圧縮機側に、半径方向に圧縮するサーキュラ圧縮機段（３３）が配置されており、該サーキュラ圧縮機段（３３）が、円軌道に配置された、軸方向に突出したロータ羽根（３５）を備えたロータ（３４）と、円軌道に配置された、軸方向に突出したステータ羽根（３６）を備えたステータ（３２）とを有していることを特徴とする、多段式の摩擦真空ポンプ。 A multi-stage frictional vacuum pump is provided with at least one turbo compressor stage (11, 21) that compresses in the axial direction, and the turbo compressor stage (11, 21) is centered on its axis. In a type having a rotating rotor (13), and the rotor (13) is provided with a rotor disk (16) inserted between stationary stator disks (15),
A circular compressor stage (33) for compressing in the radial direction is arranged on the compressor side of the turbo compressor stage (11), and the circular compressor stage (33) is arranged in a circular orbit. And a rotor (34) having a rotor blade (35) protruding in the direction of the rotor and a stator (32) having a stator blade (36) protruding in the axial direction and arranged in a circular orbit. Multi-stage friction vacuum pump. サーキュラ圧縮機段のロータ羽根（３５）が、ターボ圧縮機段（１１）の、ロータディスク（１６）を支持するロータボディに配置されている、請求項１記載の摩擦真空ポンプ。   2. The friction vacuum pump according to claim 1, wherein the rotor blades (35) of the circular compressor stage are arranged on the rotor body of the turbo compressor stage (11) that supports the rotor disk (16). ステータ羽根（３６）が、ターボ圧縮機段（１１）の、ステータ羽根（１５）を支持するステータボディに配置されている、請求項１または２記載の摩擦真空ポンプ。   The friction vacuum pump according to claim 1 or 2, wherein the stator blades (36) are arranged on a stator body of the turbo compressor stage (11) that supports the stator blades (15). マルチインレットポンプとしての請求項１から３までのいずれか１項記載の摩擦真空ポンプにおいて、軸方向に間隔を置いて配置された、連続して圧縮する少なくとも２つのターボ圧縮機段（１１，２１）が設けられており、該ターボ圧縮機段（１１，２１）の間に中間入口（ＺＥ１）が位置しており、サーキュラ圧縮機段（３３）が、第１のターボ圧縮機段（１１）の圧縮機側に配置されていることを特徴とする、マルチインレットポンプとしての請求項１から３までのいずれか１項記載の摩擦真空ポンプ。   4. The frictional vacuum pump according to claim 1, wherein the at least two turbo compressor stages (11, 21) are arranged in axially spaced fashion and are continuously compressed. ), An intermediate inlet (ZE1) is located between the turbo compressor stages (11, 21), and the circular compressor stage (33) is connected to the first turbo compressor stage (11). The friction vacuum pump according to any one of claims 1 to 3, wherein the friction vacuum pump is disposed as a multi-inlet pump. マルチインレットポンプとしての請求項１から３までのいずれか１項記載の摩擦真空ポンプにおいて、軸方向に間隔を置いて配置された、連続して圧縮する少なくとも２つのターボ圧縮機段（１１，２１）が設けられており、該ターボ圧縮機段（１１，２１）の間に中間入口（ＺＥ１）が位置しており、サーキュラ圧縮機段（３３）が、第２のターボ圧縮機段（２１）の圧縮機側に配置されていることを特徴とする、マルチインレットポンプとしての請求項１から３までのいずれか１項記載の摩擦真空ポンプ。   4. The frictional vacuum pump according to claim 1, wherein the at least two turbo compressor stages (11, 21) are arranged in axially spaced fashion and are continuously compressed. ), An intermediate inlet (ZE1) is located between the turbo compressor stages (11, 21), and the circular compressor stage (33) is connected to the second turbo compressor stage (21). The friction vacuum pump according to any one of claims 1 to 3, wherein the friction vacuum pump is disposed as a multi-inlet pump. サーキュラ圧縮機段（３３）が、半径方向内向きに圧縮するようになっている、請求項１から５までのいずれか１項記載の摩擦真空ポンプ。   6. The friction vacuum pump according to claim 1, wherein the circular compressor stage (33) is adapted to compress radially inward. サーキュラ圧縮機段（３３）が、少なくとも２段式に形成されていて、交互に半径方向内向きにかつ半径方向外向きに（または逆の順序で）圧縮するようになっている、請求項１から６までのいずれか１項記載の摩擦真空ポンプ。   The circular compressor stage (33) is formed in at least two stages and is adapted to alternately compress radially inward and radially outward (or in reverse order). The friction vacuum pump according to any one of claims 1 to 6. ロータ羽根（３５）が、圧縮方向に先細りにされた軸方向の長さを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の摩擦真空ポンプ。   8. The friction vacuum pump according to claim 1, wherein the rotor blade (35) has an axial length that is tapered in the compression direction.
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