JP2014505833A - ステータ要素及び高真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【解決手段】高真空ポンプのためのステータ要素が、搬送方向(26)の最後のロータ要素の下流側に配置されている。ステータ要素はハウジング要素(28)を有しており、ハウジング要素は、高真空ポンプのハウジング(12)に連結されている。周方向に規則的に配列されている複数のステータウェブ(32)が、ハウジング要素(28)の内面(30)に配置されている。

Description

本発明は、高真空ポンプのためのステータ要素と高真空ポンプとに関する。

最近では、多くの高真空ポンプが２段構造であり、第１段が、ターボ分子ポンプによって形成されており、ターボ分子ポンプの後に分子ポンプ又はガス摩擦ポンプが搬送方向に続いている。ターボ分子ポンプは、ハウジング内に配置された複数のロータ要素を備えており、ロータ要素は夫々複数の動翼を有している。個々のロータ要素間に、ハウジングに固定して連結され、複数の静翼を有するステータ要素が配置されている。例えば、ターボ分子ポンプに続く分子ポンプ又はガス摩擦ポンプは、ホルベック(Holweck) 段である。ホルベック段は、例えば、流れ方向の最後のロータ要素と連結されたシリンダを有している。シリンダは、一又は複数の渦巻部に囲まれている。この場合、分子ポンプ又はガス摩擦ポンプの搬送のための断面は、送られるガスの平均自由行程の長さより小さい。その結果、ガス粒子は、実質的には壁とのみ衝突し、互いには衝突しない。

国際公開第2009／153874号パンフレット

このようなホルベック(Holweck) 段は、例えば独国特許出願公開第19632375号明細書に述べられており、このホルベック段は複数の円筒状要素を備えており、円筒状要素は、互いに同心状に配置されており、最後のロータ要素と夫々堅く連結されている。渦巻部を有する回転しない要素が円筒状要素間に配置されており、そのため、ガスが円筒状要素の回転によって渦巻部に送られる。この場合、送られるガスは、最後のロータ要素の開口部を介して、又はロータと連結され、ホルベック段の円筒状要素を支持する穿孔されたディスクを介してホルベック段に導入される。このようにしてガスがディスクの穴を通ってホルベック段に達するので、流れの損失が生じ、その結果、処理量が低下する。

本発明は、処理量の向上を可能にする、高真空ポンプのためのステータ要素を提供することを目的とする。

本発明によれば、前記目的は、請求項１のステータ要素と請求項１１の高真空ポンプとによって夫々達成される。

軸方向である搬送方向に見て、本発明のステータ要素は、高真空ポンプ、特にはターボ分子ポンプの最後のロータ要素の下流側に隣り合って配置されている。この場合、本発明のステータ要素の後に分子ポンプ又はガス摩擦ポンプが搬送方向に続いてもよい。本発明のステータ要素は、高真空ポンプ、特にはターボ分子ポンプのハウジングと連結されたハウジング要素を備えている。このようなハウジング要素の代わりに、ハウジング要素は、ハウジングと連結された支持要素であってもよく、又は別のハウジングによって囲まれてもよい。ステータウェブは、このハウジング又は支持要素の内面に配置されている。ロータ要素間に配置された個々のステータ要素の静翼とは対照的に、ステータウェブは、ロータ要素の全有効幅に亘ってしか延びておらず、ハウジング要素の内面から内側に特には管状のロータハブまで突出していることが好ましい。ロータ要素間に配置された従来の静翼とは対照的に、ステータウェブは内部に開放されていることが好ましい。更に、ステータウェブは、渦巻ウェブのように斜めに又は部分的に螺旋状に配置されていることが好ましい。そのために、従来の静翼でもたらされ、搬送効果をも保ち、戻り流を打ち消すというステータウェブの能動的なポンプ効果が達成され得る。

処理量の向上が、このような静翼の配置及び設計で既に達成されている。ステータ要素が取り付けられた状態では、ステータウェブが円筒状のロータハブを囲んでおり、円筒状のロータハブが、好ましくは最後のロータ要素と連結されており、従って同様に回転することが、この状況では特に好ましい。

好ましい実施形態では、ホルベック(Holweck) 段で、対向する渦巻状の壁と円筒状のロータハブとの間の相互作用が低減されるか、又は回避されるように静翼の設計が選択されていることが本発明の本質的な態様である。本発明によれば、搬送のための大きな断面が渦巻部に設けられていることが好ましく、このため、特にはロータハブの近くの内部領域におけるポンプ効果が保たれる。

ステータウェブは、ハウジング要素の内面に沿って周方向に延びていることが好ましい。この場合、個々のステータウェブは夫々周面の一部に沿ってのみ延びている部分的な渦巻部であることが好ましい。ステータウェブは、全周の少なくとも６分の１、特には少なくとも５分の１、特に好ましくは少なくとも４分の１の長さを周方向に有していることが好ましい。しかしながら、ステータウェブは、全周の２分の１未満、特には３分の１未満の長さを常時有している。この場合、ステータウェブは、ポンプの長手方向、つまり搬送方向に対して傾いている。

ステータウェブは、送られるガス粒子の平均自由行程の長さより大きい径方向の奥行を有していることが好ましい。特には、径方向の奥行は、送られるガス粒子の平均自由行程の長さの少なくとも1.2 倍、好ましくは1.5 倍、特に好ましくは少なくとも2.5 倍である。そのために、処理量は更に向上し得る。好ましい実施形態では、ステータウェブの径方向の奥行は、少なくとも10mmであり、特には少なくとも15mmであり、特に好ましくは少なくとも20mmである。最大の径方向の奥行は、多くとも40mmであり、特には多くとも30mmであり、特に好ましくは多くとも20mmである。

処理量を更に増大させるために、流路高さ、つまり２つの隣り合うステータウェブ間の距離が、大きいように選択されており、好ましくはステータウェブの翼の奥行の30乃至60%であり、特には45乃至55%である。

更に、隣り合うステータウェブは、少なくとも10乃至70%、好ましくは20乃至70%、特に好ましくは30乃至60%周方向に重なり合っていることが好ましい。

更に、２つの隣り合うステータウェブ間に設けられている全ての入口開口部が同一の入口面にあるように、ステータ要素が設計されていることが好ましい。従って、ターボ分子ポンプの最後のステータ要素を出るガス粒子は、ステータウェブの入口開口部の内の１つに直ちに入る。好ましくは入口面にある入口開口部は、周方向に見て周面の少なくとも10乃至15%の開口幅を有していることが好ましい。好ましくは少なくとも４つの、特には６つの、特に好ましくは８つのステータウェブが周方向に設けられている。更に、ステータウェブが径方向の内側に減少する奥行を有していることが好ましい。従って、ステータウェブの奥行は搬送方向に減少することが好ましい。好ましくは、ステータウェブは同一の内径を有しており、その結果、円筒状のロータハブへの連続的な短い距離が実現される。

ステータ要素の上記に述べた好ましい実施形態は全て、特にはこれらの特徴の様々な組み合わせで処理量を向上させる。

本発明は、特にはターボ分子ポンプを備えた高真空ポンプに更に関しており、上述したようなステータウェブを備えたステータ要素が、搬送方向に見て最後のロータ要素の下流側に配置されている。この状況では、ステータ要素が最後のロータ要素の直後に続き、ターボ分子ポンプの従来のステータが本発明の最後のロータ要素とステータ要素との間に設けられていないことが特に好ましい。円筒状のロータハブが最後のロータ要素と連結されており、ロータハブは、ステータ要素又はステータ要素の個々のステータウェブに囲まれていることが更に好ましい。この共に回転する円筒状のロータハブは、戻りガスの量を可能な限り少なく維持し、シリンダの近くの領域に搬送機構を支持するために、ステータウェブの内面を密閉する機能を果たす。

本発明を、添付図面を参照して好ましい実施形態により以下に更に詳細に説明する。

本発明の高真空ポンプを示す概略断面図である。 本発明のステータ要素の好ましい実施形態を示す概略斜視断面図である。

図示された実施形態では、高真空ポンプはターボ分子ポンプ10を備えている。ハウジング12内に、ターボ分子ポンプ10は、軸受14上に設けられたロータ16を備えている。ロータ16は複数のロータ要素18を有しており、ロータ要素は夫々複数の動翼を有している。ロータ要素18間に、ステータリング22によってハウジング12に固定されたステータ要素20が配置されている。ターボ分子ポンプ10によって、ガスがポンプ入口24を通って搬送方向26に搬送される。

ハウジング要素28が、ターボ分子ポンプ10のハウジング12と連結されている。ハウジング要素の内面30に、ハウジング要素28は複数のステータウェブ32を有している。ステータウェブ32は、搬送方向26に見て最後のロータ要素の直ぐ近くに配置されており、そのため、最後のロータ要素18とステータウェブ32との間に、更なる中間要素、特にはステータ要素が設けられていない。

円筒状に形成されたロータハブ38が、最後のロータ要素18と固定して連結されており、そのため、ロータハブ38はロータ16と共に回転する。ステータウェブ32はロータハブ38を囲んでいる。

図示された実施形態では、ハウジング要素28はフランジ34を有しており、フランジ34を介して、ハウジング要素28は、ターボ分子ポンプのハウジング12とねじによって連結されている。

図示された実施形態では、６個のステータウェブ（図２）が、ハウジング要素28の内面30に規則的に配列されている。部分的な渦巻部のように傾斜したステータウェブ32は夫々、ハウジング要素の全周の約４分の１乃至３分の１に亘って延びており、隣り合うステータウェブ32は、互いに約55%夫々重なり合っている。

ステータウェブ32は、送られるガス粒子の平均自由行程の長さより大きな径方向の奥行ｔ（図１）を有している。図示された実施形態では、奥行ｔは10乃至20mmである。図示された好ましい実施形態では、奥行ｔは搬送方向に減少する。従って、最後のロータ要素に直接隣り合う、複数のステータウェブ32の内の一部の奥行t₁は、この一部から更に離れた一部の奥行t₂より長い。互いに対する個々のステータウェブ32の傾斜又は方向は、２つの隣り合うステータウェブ32間の流路高さｈ（図２）がステータウェブの翼の奥行ｔの少なくとも30乃至60%であるように選択されている。

夫々の入口開口部40が、２つの隣り合うステータウェブ間に形成されている。全ての入口開口部40は、搬送方向26の最後のロータ要素18のより低い翼面に直接隣り合う共通の入口面にあることが好ましい。周方向に見て、入口開口部40は、全周の10乃至15%の開口幅を有している。

Claims (13)

1. 搬送方向(26)の最後のロータ要素の下流側に配置された、高真空ポンプのためのステータ要素であって、
   前記高真空ポンプ(10)のハウジング(12)と連結されるべく構成されているハウジング要素(28)と、
   該ハウジング要素(28)の内面(30)に配置された複数のステータウェブ(32)と
   を備えていることを特徴とするステータ要素。
2. 前記ステータウェブ(32)は、前記内面(30)に沿って周方向に延びており、全周の少なくとも６分の１、特には少なくとも５分の１、特に好ましくは少なくとも４分の１、好ましくは２分の１未満、特には３分の１未満の長さを有していることを特徴とする請求項１に記載のステータ要素。
3. 前記ステータウェブ(32)は、送られるガス粒子の平均自由行程の長さより大きい径方向の奥行(t) を有しており、該径方向の奥行(t) は特には、送られるガスの平均自由行程の長さの少なくとも1.2 倍であり、好ましくは1.5 倍であり、特に好ましくは少なくとも2.5 倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載のステータ要素。
4. 前記ステータウェブ(32)は、少なくとも10mm、好ましくは少なくとも15mm、特に好ましくは少なくとも20mmの径方向の奥行(t) を有しており、最大の径方向の奥行(t) は多くとも40mmであり、特には30mm未満であり、特に好ましくは20mm未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のステータ要素。
5. ２つの隣り合うステータウェブ(32)間の流路高さ(h) は、前記ステータウェブの奥行(t) の30乃至60%であり、好ましくは45乃至55%であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のステータ要素。
6. 隣り合うステータウェブ(32)は、少なくとも10乃至70%、好ましくは20乃至70%、特に好ましくは30乃至60%周方向に重なり合っていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のステータ要素。
7. 隣り合うステータウェブ(32)間に設けられた全ての入口開口部(40)が、同一の入口面にあることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のステータ要素。
8. 好ましくは少なくとも４つの、特には６つの、特に好ましくは８つのステータウェブ(32)が周方向に設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のステータ要素。
9. ステータウェブ(32)間に設けられた入口開口部(40)が、周方向に見て全周の少なくとも10乃至15%の開口幅を好ましくは有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のステータ要素。
10. 前記ステータウェブ(32)の径方向の奥行(t) は、搬送方向に且つ径方向に減少していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のステータ要素。
11. 高真空ポンプ、特にはターボ分子ポンプにおいて、
    複数のロータ要素(18)を有するロータ(16)と、
    搬送方向(26)の最後のロータ要素(18)の下流側に配置された請求項１乃至１０のいずれかに記載のステータ要素と
    を備えていることを特徴とする高真空ポンプ。
12. 前記ステータ要素、特には前記ステータウェブ(32)は、前記最後のロータ要素(18)に直接隣り合っていることを特徴とする請求項１１に記載の高真空ポンプ。
13. 前記搬送方向(26)の最後のロータ要素(18)は、前記ステータ要素、特には前記ステータウェブ(32)に囲まれた円筒状のロータハブ(38)と連結されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の高真空ポンプ。

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