JP2008151125A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ヒート・バランスに不利な影響を与えない真空ポンプに対する保護装置を提供する。
【解決手段】本発明は、その中にポンプ装置およびモータが装着されているハウジングと、ガス入口およびガス出口とを備えた真空ポンプに関するものである。高温ハウジング面への接触からの保護を達成するために、本発明は、フードがハウジングを少なくとも一部包囲することを提案する。
【選択図】図１

Description

本発明は、その中にポンプ装置およびモータが装着されているハウジングと、ガス入口およびガス出口とを備えた真空ポンプに関するものである。

真空ポンプは、その内部において、ポンピングされたガスの圧縮に基づいて熱を発生する。しかしながら、これだけが唯一の熱源ではない。たいていの構造形式において、真空ポンプは駆動装置により運動が継続される可動構造部分を有している。この駆動装置は効率を有し、即ち損失動力が発生し、損失動力は一般に熱として排出されなければならない。これに、さらに、軸受内の摩擦およびその他のものが加えられる。熱は真空ポンプの周辺に排出され且つ真空ポンプのユーザに対して危険源を提供する。

ここで、真空ポンプのユーザを保護する必要が生ずる。従来技術においては、グリップが提案され、グリップを使ってユーザは、運転直後においても即ち高温状態においても真空ポンプを移動させることができる。しかしながら、このことは接触から保護せず、したがって不十分である。欧州特許公開第１６９６１３２号による他の提案は、真空ポンプ全体を、本来のポンプ・ハウジングを包囲する外側ハウジング内に組み込むことである。この方法は高い費用を意味し、および操作要素へのアクセスにおいて問題を発生させる。さらに、この方法は、真空ポンプのヒート・バランスに著しく影響を与え、特に過熱の危険が存在する。
欧州特許公開第１６９６１３２号

ヒート・バランスに不利な影響を与えない真空ポンプに対する保護装置を提供することが本発明の課題である。

この課題は、請求項１の特徴を有する真空ポンプにより解決される。従属請求項２−１０は有利な変更形態を示す。
真空ポンプ・ハウジングを少なくとも一部包囲するフードにより、熱を発生する構造部分との接触が阻止されるので、真空ポンプのユーザは保護される。即ち、ハウジングの高温部分の範囲内において、それに接触しても危険ではない面が提供される。これにより、不必要に大きなフードの形態によって発生するコストを節約することができる。フードは簡単であり、且つコスト的に有利に製作された切欠部により、全ての操作要素へのアクセスを保証することができる。

第１の変更態様において、ハウジングおよびフードの間に中間部材が配置されているので、ハウジングおよびフードは平面で接触していない。これにより、フードへの熱の流入は低減される。同時に、中間部材により、ハウジングおよびフードの間に間隔が形成され、この間隔は中間空間を形成している。この中間空間は空気で充満され、この空気は、強制通風により空気の交換が行われないときには断熱エア・クッションとして働く。

この考え方の一変更態様において、中間部材は、中間部材内に導かれた機械的振動を減衰させる材料成分を含んでいる。これにより、フードが振動することが阻止され、この結果、全体として真空ポンプの静かな運転特性が得られる。周辺への騒音発生は少ないので、このことは実験室の周辺に使用するためにも有利であり、その理由は、実験室にはオペレータが存在するからである。

この変更態様は、中間部材が、熱的障壁として働く材料成分を含むことによってさらに改良される。これにより、フードへの熱の流入はさらに低減される。
上記の変更態様の利点は、中間部材がエラストマー成分を有するときに達成され、その理由は、エラストマー成分は振動を減衰させるように働くのみならず、熱的障壁をも提供するからである。

上記の全ての変更態様は、フードが、ファンのガス流れを、ハウジングに配置されている冷却フィンの少なくとも一部内に転向させるようにフードが形成且つ配置されることにより改善される。これにより、ハウジングの冷却はより効率的となり、この場合、同時にフードの内側冷却も行われる。

この変更態様は、ファンがフードの下側に配置され、これにより、冷却フィンおよびフードの間の通路の通気がさらに効果的となるときに改善される。
この形態の次の変更態様は、フードが少なくとも１つの開口を有し、開口を通してファンが空気を吸い込み、それに続いて通路内に供給可能なように形成されている。この開口は空気の吸込みを効果的にし、且つ同時にファンの配置における形状の自由度を提供する。例えば、ファンは冷却フィンの近くに配置されてもよく、必ずしもフードの端部に設けられている必要はない。

上記の変更態様の利点は、そのハウジングが複数のセクションを有し、この場合、ポンプ装置および制御電子装置が異なるセクション内に配置されている真空ポンプにおいてさらに増大される。このことはヒート・バランスを改善し、その理由は、ポンプ装置が熱源を提供し、一方で制御ユニットは、熱から遠ざけられるべき電子部品を有しているので、もし電子部品が熱から遠ざけられていない場合、電子部品は早期に劣化することになるからである。

上記の利点は、ポンプ装置が、ガスを低真空または中真空範囲から圧縮し且つ大気に向けて排出するように適合されているとき、特に顕著となる。
一実施例により本発明を詳細に説明する。その他の利点も同時に示される。

以下の図において同じ符号は同じ部品を示す。

図１は、４つのセクションから構成され且つフード１により包囲されている真空ポンプを示す。このフードは、図ａ）においては取り外された状態において示され、一方、図ｂ）においてはフードが真空ポンプに装着され且つこの真空ポンプのハウジングの一部を包囲している。真空ポンプそれ自身はベース１０上に据え付けられている。

真空ポンプのセクションは種々の機能ユニットを含む。制御セクション２は制御電子装置を含み、制御電子装置は、駆動装置のコイルに通電するために電源電圧を供給する。中間セクション３内にファン６が配置され、ファンは空気を吸い込み且つハウジングに設けられている冷却フィン８の間の空間内に供給し、これにより冷却効果が達成される。ファンの吸込および供給作用は破線矢印により示されている。周辺セクション４はガス接続口即ちガス入口９およびガス出口を有している。周辺セクションにはさらにベース１０が配置されている。ベースは緩衝材例えばエラストマー本体を有し、これにより、真空ポンプおよび床の間の振動伝達が低減される。ポンプ・セクション５内に、ガスがそれにより大気に排出可能なように圧縮される部品が配置されている。これらの４つのセクションは軸方向に連続して配置され、この場合、周辺セクションおよび制御セクションの間に中間セクションが存在する。周辺セクションの、中間セクションとは反対側にポンプ・セクションが設けられている。

真空ポンプのセクションは少なくとも一部フード１により包囲されている。フードは、例えば、それが真空ポンプの下側部分を覆うように形成されている。ここでは、真空ポンプのベースが装着されている方向に下側が覆われている。制御セクションおよび中間セクションは完全に覆われているようにフードが形成されている一方で、ポンプ・セクションの範囲内においてはフードの高さは低いので、フードは下側部分のみを覆っているにすぎない。この下側部分内に冷却フィン８が設けられ、この場合、冷却フィンは上側部分内にも設けられていてもよい。フードは冷却フィンの少なくとも一部を覆っているので、フード、ハウジングおよび冷却フィンにより囲まれた通路が形成される。保護機能に対しては、この下側部分を覆うだけで十分なことがあり、その理由は、ポンプ・セクションおよび周辺セクションの下側部分内にそれぞれ、潤滑剤およびコイルのような熱伝達要素が設けられているからである。フードの形態においては、デザインの問題もまた大きな役目を果たすことがあるのは当然である。フードはさらにファンも覆っている。ファンが空気を吸い込み且つそれに続いて空気を通路内に供給可能なように、フードは開口を有している。例えば、開口は複数の通気スリット７として形成されている。通気スリットの数および形は、真空ポンプと、およびファンのガス流れに対する要求とに応じてそれぞれ変化されてもよい。

図２は真空ポンプの縦断面図により制御セクションおよび中間セクションの構造を示す。制御セクション２は密閉ハウジングを有し、密閉ハウジングは冷却フィン１１を備えている。冷却フィンを介して自然対流による冷却が行われる。制御セクションの内部に電子部品が配置され、電子部品は制御電子装置１２を形成し且つ例えば基板上に装着されている。この電子部品は、電圧および電流が適切な形で駆動装置のコイルに印加され、この結果、駆動軸の回転を達成可能にするように供給電圧を変換する。この場合、供給電圧は５０Ｈｚを有する２２０Ｖのような通常の電源電圧であっても、または４８Ｖのような通常の工業電圧であってもよい。特に熱を発生する、制御電子装置のこのような部品は、それらが制御セクションのハウジングの内壁と接触するように配置されていてもよい。これらは冷却フィン１１の範囲内に形成されることが好ましい。同様に、制御電子装置を完全にまたは一部シーリング・コンパウンド内に埋め込むことが考えられる。これは同様に熱伝導を増大させる。さらに、これにより、より高い機械的安全性が達成される。

中間セクション３はそのハウジング内に複数の構成部品を有している。スイッチ１５は真空ポンプを起動／停止するために使用される。例えば予備への切換または回転速度設定がそれにより実行可能なその他のスイッチがそこに配置されていてもよい。同様に、ここに、電源がそれに接続されるソケット１６が配置されている。この電圧は、一方で制御電子装置に、他方で小電源１７に供給され、小電源は適切な電気結線を介して補助電子装置１８に作動電圧を供給する。補助電子装置はスイッチ１５の投入状態を制御信号に変換する働きをし、制御信号は同様に適切な電気結線を介して制御電子装置に供給される。補助電子装置は、ファン・モータ６ａにそれにより電圧が供給され且つファン・モータ６ａがそれにより起動／停止される手段もまた有している。中間セクション３のハウジングおよび制御セクション２の間にシール１４が設けられている。シールは、一方で内部空間を湿気および塵埃から保護するためにシールする働きをし、他方でシールは熱的障壁を示すので、中間セクションの方向から制御セクションへの熱伝導が遮断される。このようなシールは中間セクションおよび周辺セクション４の間にもまた設けられているので、ここでもまた気密性および断熱性が与えられている。中間セクションの一部内において支持構造１９がファンを支持し、ファンはファン・モータ６ａおよびファン・ブレード６ｂを有している。破線矢印はファンにより発生されるガス流れを示す。空気は吸い込まれ且つ冷却フィン８の間に供給される。

図３に、中間セクション、制御セクションおよび周辺セクションの一部が、線Ｂ−Ｂ′による真空ポンプの横断面図により示されている。この図において、真空ポンプの、制御セクション側正面に配置されている冷却フィン１１が断面図で示されている。冷却フィンは、自然対流を最適化するために、その縦軸が重力方向に向けられている。制御セクションの冷却フィンは、自然対流の空気流れを妨害しないために、フード１によって覆われないことが好ましい。制御電子装置１２から、中間セクション内に設けられているケーブル・ダクト２０内を通過して周辺セクション４まで、電気結線が伸長している。このケーブル・ダクトは両端においてダクト・シール２１および２２により湿気および熱伝達から保護されている。特にモータ制御の側にケーブル引込み２７が設けられている。周辺セクション４の内部に駆動装置のコイル２６が配置されている。このコイルの通電は制御電子装置１２により行われる。回転対称分離要素２３がコイルの内部に設けられ且つコイルを分離要素の内部から密閉分離している。分離要素内に軸２４の端部が突出し、軸の端部上に永久磁石２５が固定されている。この図内においてもまた破線矢印はファンから発生されたガス流れを示している。吸込みは通気スリット７を通して行われ、ガスは次に周辺セクションの方向に供給される。一変更態様においては、このような通気スリットが真空ポンプの底部内にも設けられている。真空ポンプのベースは、このとき、それを通して空気を吸込み可能な隙間を形成するという課題もまた有している。

図４は真空ポンプの周辺セクションおよびポンプ・セクション５の断面図を示す。この例は単段の潤滑剤シール式回転翼形油回転真空ポンプを示す。これはポンプ・セクション内にポンプ装置３０を有している。ポンプ装置３０は正面側の広い面で周辺セクション４と結合されているので、そこには良好な熱伝導が存在する。ポンプ・セクション５のハウジングは良好な熱伝導を有して周辺セクションと結合されているので、熱は周辺セクションから本体に広い面積で伝達される。このポンプ装置内に設けられている円筒内孔は軸２４により偏心して貫通される。軸は１つの部品または複数の部品から形成されていてもよい。軸は第１の滑り軸受３１および第２の滑り軸受３２により回転可能に支持される。これらの滑り軸受は潤滑剤により潤滑され、潤滑剤はポンプ装置を包囲する潤滑剤タンク３５から供給される。円筒内孔内において翼板３３が回転し、この場合、翼板および円筒内孔壁の間に吸込室３４が形成される。ガスはガス入口９を介してこの吸込室内に到達する。滑り軸受３１とは反対側において周辺セクション４内に突出している軸端に永久磁石２５が固定され、永久磁石は周辺セクション内に設けられているコイル２６と協働し、これにより軸は回転させられる。永久磁石およびコイルは共に電動機を形成する。この例においては、電動機はブラシレス直流電動機である。このタイプのモータを用いることにより本発明の利点は特に顕著となるが、本発明はこのタイプの駆動装置に限定されていない。潤滑剤、たいていの場合オイルは、軸受の潤滑のほかに翼板の潤滑およびシールにも使用される。

図５に、ポンプ・セクションが線Ａ−Ａ′による断面図で示されている。この図において、軸２４の偏心位置および翼板３３の位置が示されている。翼板の間に、図示されていないばねが設けられている。ポンプ・セクションのハウジングは冷却フィン８を有している。フード１は冷却フィンを覆い、これにより流動通路４２が形成される。相互に結合されていてもよいこの流動通路内を、ファンから供給されたガスが流動し、ハウジングから熱を奪い且つこの結果熱をハウジングから搬出する。この熱はポンプ装置３０内において発生し且つ潤滑剤タンクを介してハウジングに排出される。ハウジングは、通路がその端部において開放しているように形成されていることが好ましい。これは、フードが真空ポンプのポンプ・セクションの正面側を覆わないことによりきわめて簡単に達成される。フードおよびハウジングの間に中間部材４０が配置され、中間部材は例えば高いエラストマー成分を有している。この中間部材は、フードおよびハウジングが相互に結合されている、フードおよびハウジングの間の位置に配置されていることが有利である。材料選択および配置は、熱的障壁としてのみならず、ポンプ・ハウジングからフードへの振動伝達を低減させるためにも有効である。固定手段例えばねじ４１がフードを固定している。

この実施例に示されている真空ポンプは好ましいヒート・バランスを有している。第１の強力な熱源は、圧縮熱に基づき、ポンプ・セクション５内に存在する。その他の強力な熱源は周辺セクションであり、その理由は、周辺セクション内には駆動装置のコイルが配置され、コイル内において損失動力が熱に変換されるからである。さらに、ポンプ装置３０の正面側を介して熱が周辺セクション内に導かれ、その理由は、この位置においてポンプ装置および周辺セクションは大きな面で相互に接触しているからである。これらの熱源は、中間セクションによって制御セクションから遠ざけられている。セクションの順序に基づき、間隔が最大にあけられている。中間セクションおよびそれに隣接するセクションの間に設けられているシールの熱抵抗がこれに追加される。これらの受動的手段はきわめて好ましいヒート・バランスを形成させる。これに、１つまたは複数のファンによる能動的冷却が重ねられる。中間セクション内にファンを配置することにより、大部分の熱を放出する真空ポンプのセクションに冷却空気が直接吹き付けられる。冷却空気はさらにフード内を通して供給され、フードは、一方で接触保護として働き、他方でファンにより供給される冷却空気を、熱源であるポンプ・セクションおよび周辺セクションに最適に導入する。フードの下側において、空気の運動が強制されない範囲内においては、空気はエア・クッションとして働き、且つ周辺の熱を、その下に存在する部分例えば制御セクションから遠ざけることができる。要するに、提案された真空ポンプの冷却は、従来技術に比較して決定的に改善されている。

ａ）はフードが取り外された状態における、ｂ）はフードが装着されている状態における、フードを備えた真空ポンプの側面図である。 真空ポンプの中間セクションおよび制御セクションの縦断面図である。 線Ｂ−Ｂ′による真空ポンプの横断面図である。 ポンプ・セクションおよび周辺セクションの縦断面図である。 線Ａ−Ａ′による図１の真空ポンプの断面図である。

符号の説明

１ フード
２ 制御セクション
３ 中間セクション
４ 周辺セクション
５ ポンプ・セクション
６ ファン
６ａ ファン・モータ
６ｂ ファン・ブレード
７ 開口（通気スリット）
８、１１ 冷却フィン
９ ガス入口
１０ ベース
１２ 制御電子装置
１３、１４、２１、２２ シール
１５ スイッチ
１６ ソケット
１７ 小電源
１８ 補助電子装置
１９ 支持構造
２０ ケーブル・ダクト
２３ 分離要素
２４ 軸
２５ 永久磁石
２６ コイル
２７ ケーブル引込み
３０ ポンプ装置
３１、３２ 滑り軸受
３３ 翼板
３４ 吸込室
３５ 潤滑剤タンク
４０ 中間部材
４１ ねじ
４２ 流動通路

Claims (10)

1. その中にポンプ装置（３０）およびモータが装着されているハウジングと、ガス入口（９）およびガス出口とを備えた真空ポンプにおいて、
   フード（１）がハウジングを少なくとも一部包囲することを特徴とする真空ポンプ。
2. ハウジングおよびフード（１）の間に中間部材（４０）が配置されていることを特徴とする請求項１の真空ポンプ。
3. 中間部材（４０）の材料は、それが機械的振動を減衰させるように選択されていることを特徴とする請求項２の真空ポンプ。
4. 中間部材（４０）の材料は、それがハウジングおよびフード（１）の間の熱的障壁として働くように選択されていることを特徴とする請求項２または３の真空ポンプ。
5. 中間部材（４０）がエラストマー成分を有することを特徴とする請求項２ないし４のいずれかの真空ポンプ。
6. ハウジングが冷却フィン（８）を有し、およびフード（１）は、ファン（６）のガス流れを、少なくとも冷却フィンの部分内に転向させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの真空ポンプ。
7. ファン（６）がフード（１）の下側に配置されていることを特徴とする請求項６の真空ポンプ。
8. フード（１）が少なくとも１つの開口（７）を有し、開口を通してファン（６）により空気を吹込み可能であることを特徴とする請求項７の真空ポンプ。
9. ハウジングが複数のセクション（２、３、４、５）を有し、この場合、ポンプ装置（３０）および制御電子装置（１２）が異なるセクション内に配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの真空ポンプ。
10. ポンプ装置（３０）は、ガスを低真空または中真空範囲から圧縮し且つ大気に向けて排出するように適合されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの真空ポンプ。

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