JP2017082760A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】可能な限り少ないコストとエネルギー消費のもとで、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプの吸引側のハウジング部分と反対側のハウジング部分の間の可能な限り大きな温度差が保証されるべきである。【解決手段】真空ポンプ１０、特にターボ分子ポンプであって、ハウジング１６、ステーター及びローター軸を有するローターを有し、このローター軸が、ハウジング１６の吸引側の領域に設けられる第一の支承部によって、及びハウジングの反対側の領域に設けられる別の支承部によって支持されており、その際、吸引側のハウジング部分と、別の支承部を含むハウジング部分との間の熱抵抗を高める為に、ハウジング１６の吸引側と反対の部分７０が、複数の材料空所部６６、６８を設けられており、これらが、ラビリンス状に、複数の方向変化によって延長された熱流パス７２が生じるように、ハウジング１６内に設けられていることを特徴とする真空ポンプ。【選択図】図２

Description

本発明は、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプであって、ハウジング、ステーター、及びローター軸を有するローターを有し、このローター軸が、ハウジングの吸引側の領域に設けられた第一の支承部と、ハウジングの反対側の領域に設けられた別の支承部によって支持されている物に関する。

例えばターボ分子ポンプのような真空ポンプは、異なる領域の技術に使用され、各プロセスのために必要な真空を達成する。ターボ分子ポンプは、ローター軸の方向において連続する複数のステーターディスクを有するステーターと、ステーターに対してローター軸を中心として回転可能に支承されたローターを有する。ローターは、ローター軸と、ローター軸に設けられ、軸方向において連続し、そしてステーターディスクの間に配置ｓれた複数のローターディスクを有する。その際、ステーターディスクとローターディスクは、其々、ポンプ効果を発する構造を有している。

例えばターボ分子ポンプにおいて、ローター軸は、吸引側に、つまり真空領域又は高真空領域（ＵＨＶ）において通常、ＵＨＶに適した永久磁石支承部によって、そして反対の側では、潤滑されるローラー支承部によって支持されている。所定の場合には、真空ポンプの吸引側又は高真空領域内において、ガスの凝縮を防止するため、可能な限り高い温度となっているべきである。これと反対にローラー支承部を有するポンプ部分は、比較的低温であるべきである。ローラー支承部の潤滑のために意図される潤滑剤、特にオイルが、その潤滑特性を失うことを防止するためである。しかし多くの場合、吸引側のハウジング部分と、ボール支承部を含む反対側のハウジング部分は、比較的高い熱伝導性を有するアルミニウム又は良好な熱伝導性を有する他の材料から成っている。

できる限り高く温度調整される吸引側の高真空領域と、これに対して可能な限り低温である真空ポンプの反対側の流域の両方の要求を可能な限り、大きなエネルギー消費の無いよう満たされるのに問題が生じる。

欧州特許出願公開第１５０８７００Ａ２号 特開２０１０−０２５１２２Ａ号

本発明の課題は、上述した問題が除去される冒頭に記載した形式の真空ポンプ、特にターボ分子ポンプを提供することである。その際、可能な限り少ないコストと、可能な限り少ないエネルギー消費のもとで、真空ポンプの吸引側のハウジング部分と反対側のハウジング部分の間の可能な限り大きな温度差が保証されるべきである。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する真空ポンプ、特にターボ分子ポンプによって解決される。発明に係る真空ポンプの好ましい実施形は、下位の請求項、明細書及び図面のより生じる。

発明に係る真空ポンプ、特にターボ分子ポンプは、ハウジング、ステーター及びローター軸を有するローターを有する。ローター軸は、ハウジングの吸引側の領域に設けられる第一の支承部と、ハウジングの反対側の領域に設けられる別の支承部によって支持されている。その際、吸引側のハウジング部分と、別の支承部を含むハウジング部分の間の熱抵抗を高める為に、吸引側と反対のハウジングの部分は、複数の材料空所部を設けられている。これらは、ラビリンス状の、複数の方向変化によって延長された熱流パスが生じるようにハウジング内に組み込まれている。

発明に係る形成によって、ハウジング内の延長された熱流パスによる考え得る少ないコストとエネルギー消費のもとで、比較的大きな温度差が真空ポンプの吸引側のハウジング部分と反対側のハウジング部分の間で達成される。よって、真空ポンプの吸引側の領域又は高真空領域は、例えば有毒なガスの凝縮を防止するために、比較的強く温度調整される必要が可能であり、その際、これによって反対側のハウジング部分も、特にローター軸のそこに存在する支承部の領域において相応して加熱されることが無い。反対側のハウジング部分は、よって少なくともより少なく冷却される必要があるか、又は全く冷却される必要が無い。よって、反対側のハウジング部分の冷却の為のエネルギーの使用を最小化しつつ比較的低いコストで、反対側のハウジング部分内に含まれるローラー支承部が十分低温に保持されることが可能である結果、この支承部の潤滑の為に必要な潤滑剤が、その潤滑特性を維持するということが保証される。発明に係る材料空所部によってポンプハウジング内に作られる、ラビリンス状の、複数の方向変化によって延長された熱流パスによって、吸引側のハウジング部分と反対側のハウジング部分の間にある種の熱遮断が生じる。

吸引側と反対の、材料空所部を設けられたハウジングの部分は、通常、内壁部によって境界づけられる中央の孔部を有する。その中心軸は、特に、ローター軸の回転軸と一致している。その際、発明に係る真空ポンプの好ましい実践的な実施形に従い、ハウジングの外周面からも、内部壁からも出発してハウジング内へと材料空所部が設けられている。

好ましくは、材料空所部は、ハウジングの軸方向でみて、内部壁から出発し、そしてハウジングの外周面から出発し交互にハウジング内へと設けられている。その際、材料空所部は特にコーム状に入れ子式に介入している。

少なくとも一つの材料空所部、そして好ましくは複数の材料空所部が、少なくとも部分的に半径方向に延在していることが可能である。その際、特に、当該材料空所部又は各材料空所部の半径方向の深さをハウジング直径又はハウジングの壁厚に合わせることによって、ハウジングの大きすぎる機械的な脆弱化が行われず、そしてハウジング又はポンプのいわゆる「クラッシュ安全性」が保証されたままであることが保証される。

その際、材料空所部を設けられたハウジングの部分の半径方向の厚さ又は壁厚は、目的に適って、半径方向に延在する材料空所部の半径方向の寸法又は深さの３倍よりも大きい。

特に、ハウジングの外周面から出発してハウジング内に設けられる、半径方向に延在する材料空所部が、材料空所部を設けられるハウジングの部分の直径の近傍において終了する半径方向の寸法又は深さを有すると、有利である。これは、このハウジング部分の外直径の０．７５倍よりも小さく、このハウジング部分の内直径の１．１倍よりも大きい。

材料空所部は、少なくとも部分的に軸方向に延在することが可能である。この場合にも、ここでもまた、ハウジングの大きすぎる機械的な脆弱化が行われないことが保証される。特に、半径方向に延在する材料空所部と軸方向に延在する材料空所部の組み合わせも考え得る。材料空所部の延在は、例えば半径方向及び／又は軸方向に対して傾斜して推移することも可能であり、そして例えば、ハウジングの長手方向軸に又はローター軸の回転軸に関して傾いた推移を有することも可能である。

例えば、穿孔、又はスリットとして形成された材料空所部の、長手方向及び／又は周囲方向に対して横に測定される幅及び／又は高さ、つまり、半径方向に延在し、軸方向面内に位置するスリットにおいては、例えばその軸方向の高さ又は内法の横幅は、好ましくは約１ｍｍから６ｍｍの領域にあり、しかし基本的には、１ｍｍよりも小さく、又は６ｍｍよりも大きいことも可能である。

発明に係る真空ポンプの好ましい実践的な実施形に従い、材料除去部は、少なくとも部分的に穿孔、スリット及び／又は孔部の形式でハウジング内へと設けられている。

発明に係る真空ポンプの好ましい実施形に従い、少なくとも一つの材料空所部が、完全に、部分的に又は段階的に、はハウジングの長手方向軸を中心として推移する穿孔又はスリットとして設けられている。

その様な穿孔又はスリットは、例えばディスク旋盤等によって作られることが可能である。

比較的簡単な場合、材料空所部は、少なくとも部分的に単に空気又はガスのみによって満たされた自由空間を形成することが可能である。

しかしこの場合、材料空所部内に、少なくとも部分的に熱隔離する固体が組み込まれていると有利である可能性がある。その際、当該固体は、目的に適って、ハウジングの材料及び空気又はガスよりも低い熱伝導性を有する。

吸引側のハウジング部分の領域内加熱装置が設けられていることが可能である。好ましくは、そのような加熱装置は、少なくとも一つの加熱バンド等を有する。

本発明を以下に図面を参照しつつ実施例に基づいて詳細に説明する。

本発明が適用可能な真空ポンプの例示的な実施形の簡略図 発明に係る真空ポンプの例示的な実施例の、吸引側と反対のハウジングの材料空所部を設けられた部分の簡略図

図１に示される真空ポンプ１０は、インレットフランジ１２によって取り囲まれるポンプインレット１４と、ポンプインレット１４に及ぶガスを図１には示されていないポンプアウトレットへと搬送するための複数のポンプ段を有する。真空ポンプ１０は、固定的なハウジング１６を有するステーターと、ハウジング１６内に設けられ、回転軸１８を中心として回転可能に支承されたローター軸２０を有するローターを有している。

真空ポンプ１０は、ターボ分子ポンプとして形成されており、互いに直列に接続されたポンプ作用を奏する複数のターボ分子的ポンプ段を有する。これは、ローター軸２０と接続された複数のターボ分子ローターディスク２２と、軸方向においてローターディスク２２の間に設けられ、かつハウジング１６内に固定されている複数のステーターディスク２４を有する。これらは、スペーサーリング２６によって、所望の軸方向間隔に互いに保持されている。ローターディスク２２とステーターディスク２４は、吸込み領域２８内に矢印３０の方向に向けられた軸方向のポンプ効果を提供する。

真空ポンプ１０は、更に、半径方向に互いに入れ子式に配置され、かつポンプ作用を奏する、互いに直接に接続された三つのホルベックポンプ段を有する。ホルベックポンプ段のローター側の部分は、ローター軸２０と接続されたローターハブ３２と、ローターハブ３２に固定され、かつこれによって担持されるシリンダー側面形状の二つのホルベックロータースリーブ３４，３６を有している。これらは、ローター軸１８に対して同軸に向けられ、そして半径方向に互いに入れ子式に接続されている。更に、シリンダー側面形状の二つのホルベックステータースリーブ３８，４０が設けられている。これらは、同様にローター軸１８に対して同軸に向けられており、そして半径方向において入れ子式に接続されている。ホルベックポンプ段のポンプ効果を発する表面は、それぞれ、ホルベックロータースリーブ３４，３６とホルベックステータースリーブ３８，４０の半径方向の狭いホルベック間隙を互いに形成しつつ向き合っている半径方向の側面によって形成されている。その際、ポンプ効果を発する表面の各一方は滑らかに形成されている。これは本件においては例えばホルベックロータースリーブ３４または３６内に形成されている。その際、各ホルベックステータースリーブ３８または４０内の向かい合ったポンプ効果を発する表面は、ねじ線形状に回転軸１８の周りを軸方向に推移する溝を有する構造化部を有する。これらの中をローターの回転によってガスが搬送され、これによってポンピングが行われる。

ローター軸２０の回転可能な支承は、ポンプアウトレットの領域のローラー支承部４２によってと、ポンプインレット１４の領域の永久磁石支承部４４によって行われる。

永久磁石支承部４４は、ローター側の支承半部４６とステーター側の支承半部４８を有する。これらは、それぞれ、軸方向に互いに積層された永久磁石の利複数のリング５０，５２から成るリング積層部を有する。その際、マグネットリング５０，５２は、半径方向の支承間隙５４を形成しつつ互いに向かい合っている。

永久磁石支承部４４の内部には、緊急用又は安全用支承部５６が設けられている。これは、ローラー支承部として形成されており、そして真空ポンプの通常の運転中は、非接触で空転し、そしてローターがステーターに対して半径方向に過剰に変位した際に初めて介入し、ローターの為の半径方向のストッパーを形成する。これは、ローター側の構造がステーター側の構造と衝突するのを防止する。

ローラー支承部４２の領域内には、ローター軸２０にスプラッシュナット５８が設けられている。これはローラー支承部４２の方に向かって増加する外直径を有している。スプラッシュナットは、例えば潤滑剤のような運転媒体を含まされた吸収性の複数のディスク６０のスキマーを有する運転媒体貯蔵部と滑り接触状態にある。運転中、運転媒体は毛細管効果によって運転媒体貯蔵部からスキマーを介して回転するスプラッシュナット５８へと伝達され、そして遠心力によってスプラッシュナット５８に沿って、スプラッシュナット５８の大きくなる外直径の方向へとローラー支承部４２に向かって搬送され、そこで例えば潤滑機能を発揮する。

真空ポンプは、ローターの回転駆動の為の駆動モーター６２を有する。その回転子は、ローター軸２０によって形成されている。制御ユニット６４は、駆動モーター６２を駆動する。

ターボ分子ポンプ段は、吸込み領域２８内に矢印３０の方向のポンプ効果を提供する。

図２は、発明に係る真空ポンプ１０の例示的な実施形の吸引側と反対の、材料空所部６６，６８を設けられたハウジング１６の部分の簡略図を示す。これは特に図１に表されたターボ分子ポンプの形式であることが可能である。

相応して、発明に係る真空ポンプ１０は、ハウジング１６、ステーター及びここでは図示されないローターを有する。ローターはローター軸を有し、ローター軸は、ハウジング１６の吸引側の領域に設けられる第一の支承部と、ハウジング１６の反対側の領域に設けられる別の支承部によって支持されている。その際、両方のここでは図示されていない支承部は、図１に相応して、例えばここでもまた、吸引側の永久磁石支承部と、反対側に設けられるローラー支承部であることが可能である。このローラー支承部は、例えば図２に表された中央の孔部７６の領域内に設けられていることが可能である。

発明に従い、吸引側のハウジング部分とハウジング１６の吸引側と反対の部分７０のローラー支承部を保持するハウジング部分の間の熱抵抗を高める為に、材料空所部６６，６８が設けられている。これらは、複数の方向変化によって延長されたラビリンス式の熱流パス７２が生じるように、ハウジング１６内に設けられている。

これによって、ポンプの運転の間、比較的大きな温度差が、真空ポンプの吸引側のハウジング部分と反対側のハウジング部分の間に保持されることが可能である。すでに上述したように、本発明は、例えば図１に表された形式の真空ポンプにおいて適用可能である。発明に係る材料空所部によって、真空ポンプの吸引側のハウジング部分は、ガスの凝縮の防止の為に、相応して、適温化されることが可能であり、その際、これによって、別の支承部を有するポンプの反対側のハウジング部分７０が相応して加熱されることが無い。ローラー支承部を含むハウジング部分７０は、よって最小限の冷却、又は場合によっては、冷却無しで十分冷たく保たれることが可能であり、ローラー支承部の潤滑の為に必要なオイルがその潤滑特性を維持することを確実とする。相応して、これまで冷却の為に必要であったエネルギー労力は、少なくとも減少される。

吸引側と反対の材料空所部６６，６８を設けられたハウジング１６の部分７０は、内壁部７４によって境界づけられる中央の孔部７６を有する。その際、材料空所部６６，６８は、図２の例におけるように、ハウジング１６の内壁部７４から出発ハウジング１６内に設けられていることも、ハウジング１６の外周面７８から出発してハウジング１６内に設けられていることも可能である。

材料空所部６６，６８は、図２に表されているように、ハウジング１７の軸方向に見て、特に交互に、ハウジング１７の内壁部７４から出発し、そしてハウジング１６外周面７８から出発し、ハウジング１６内へと設けられていることが可能である。同様に表されているように、材料空所部６６，６８は、この場合特に、コーム状に入れ子式に介入していることが可能である。

基本的に、材料空所部６６，６８は、少なくとも部分的に半径方向に、及び／又は少なくとも部分的に軸方向に延在していることが可能である。その際、例えば、半径方向に延在する材料空所部６６，６８と軸方向に延在する材料空所部６６，６８の組み合わせも考え得る。図２に表されたケースでは、材料空所部６６，６８は、其々半径方向に延在し、つまり図示されていないローター軸の回転軸１８に関して異なる高さレベルに位置している。

材料空所部６６、６８は、少なくとも部分的に穿孔、スリット及び／又は孔部の形式でハウジング１６内の設けられていることが可能である。その際、材料空所部６６，６８は、完全に回転軸１８の周りに推移する穿孔として又はスリットとして設けられていることが可能である。図２の例では、両方の空所部６６，６８は、それぞれ、そのような穿孔又はスリットとして形成されている。

図２の図においてハウジング１６の吸引側と反対の部分７０が、軸方向で連続する二つの空所部６６，６８のみを設けられている一方で、この、ハウジング１６の吸引側と反対側の部分内にも、二以上の材料空所部が設けられていることが可能である。その際、この場合においても、材料空所部は、ハウジング１６の軸方向でみて、特にここでもまた、ハウジング１６の内壁部７４から出発してと、ハウジング１６の外周面から出発して、交互ににハウジング１６内へと設けられていることが可能であり、かつ、コーム状に入れ子式に介入していることが可能である。

図２において外側から設けられた空所部６８において表されているように、材料空所部６６，６８は、少なくとも部分的に、空気又はガスによってのみ満たされた自由空間を形成することが可能である。図２において別の、内側から設けられた空所部６６において表されているように、材料空所部内には、しかしまた、少なくとも部分的に熱隔離固体も組み込まれていることが可能である。これは、目的に適って、空気又はガス及びハウジング１６が形成される材料よりも高い熱隔離性。ハウジング材料は特にアルミニウムである。

図２に表された空所部６６，６８が其々達する半径方向の深さは、純粋に例示荷的に表されており、そして具体的な適用例では、例えばハウジング部分７０の壁厚に応じて、及び孔部７６の領域の内直径とハウジング部分７０の外直径の比率に応じて選択され、詳しく言うとこの場合、ポンプの「クラッシュ安全性」が補償されるように選択される。空所部６６，６８の可能な寸法に関して、ここでもまた、導入部分が参照される。

その他、発明に係る真空ポンプ１０は、例えば図１に基づいて説明されたように形成されていることが可能である。更に、吸入側のハウジング部分の領域には、加熱装置が設けられていることが可能である。そのような加熱装置は、例えば少なくとも一つの加熱バンド等を含むことが可能である。

１０ 真空ポンプ
１２ インレットフランジ
１４ ポンプインレット
１６ ハウジング
１８ 回転軸
２０ ローター軸
２２ ローターディスク
２４ ステーターディスク
２６ スペーサーリング
２８ 吸い込み領域
３０ 矢印
３２ ローターハブ
３４ ホルベックロータースリーブ
３６ ホルベックロータースリーブ
３８ ホルベックステータースリーブ
４０ ホルベックステータースリーブ
４２ ローラー支承部
４４ 永久磁石支承部
４６ 支承半部
４８ 支承半部
５０ 永久磁石リング
５２ 永久磁石リング
５４ 半径方向の支承間隙
５６ 緊急用又は安全用支承部
５８ 円すい形のスプラッシュナット
６０ 吸収性のディスク
６２ 駆動モーター
６４ 制御ユニット
６６ 材料空所部
６８ 材料空所部
７０ ハウジングの吸入側と反対の部分
７２ 熱流パス
７４ 内壁部
７６ 中央の孔部
７８ 外周面

Claims (13)

1. 真空ポンプ（１０）、特にターボ分子ポンプであって、ハウジング（１６）、ステーター及びローター軸を有するローターを有し、このローター軸が、ハウジング（１６）の吸引側の領域に設けられる第一の支承部によって、及びハウジングの反対側の領域に設けられる別の支承部によって支持されており、その際、吸引側のハウジング部分と、別の支承部を含むハウジング部分との間の熱抵抗を高める為に、ハウジング（１６）の吸引側と反対の部分（７０）が、複数の材料空所部（６６，６８）を設けられており、これらが、ラビリンス状に、複数の方向変化によって延長された熱流パス（７２）が生じるように、ハウジング（１６）内に設けられていることを特徴とする真空ポンプ。
2. 吸引側と反対の、材料空所部（６６，６８）を設けられているハウジング（１６）の部分が、内壁部（７４）によって境界づけられる中央の孔部（７６）を有し、そして材料空所部（６６，６８）が、ハウジング（１６）の内壁部（７４）からもハウジング（１６）の外周面（７８）からも出発してハウジング（１６）内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 材料空所部（６６，６８）が、ハウジング（１６）の軸方向でみて、ハウジング（１６）の内壁部（７４）から出発して、及びハウジング（１６）の外周面（７８）から出発して交互にハウジング（１６）内へと設けられていることを特徴とする請求項２に記載の真空ポンプ。
4. 材料空所部（６６，６８）がコーム状に入れ子式に介入する請求項３に記載の真空ポンプ。
5. 少なくとも一つの材料空所部（６６，６８）が、少なくとも部分的に半径方向に延在していることを特徴とする請求項１から４の少なくとも一項に記載の真空ポンプ。
6. 材料空所部（６６，６８）を設けられたハウジング（１６）の部分（７０）の半径方向の壁厚が、半径方向に延在する材料空所部の深さの３倍よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の真空ポンプ。
7. ハウジング（１６）の外周面（７８）から出発してハウジング（１６）内に設けられた、半径方向に延在する材料空所部（６８）が、材料空所部（６６，６８）を設けられたハウジング（１６）の部分の直径において終了する深さを有し、これが、材料空所部（６６，６８）を設けられたハウジング（１６）の部分の内直径の１．１倍よりも大きく、外直径の０．７５倍よりも小さいことを特徴とする請求項５または６に記載の真空ポンプ。
8. 材料空所部（６６，６８）が、少なくとも部分的に軸方向に延在していることを特徴とする請求項１から７の少なくとも一項に記載の真空ポンプ。
9. 材料空所部（６６，６８）が、少なくとも部分的に、穿孔、スリット及び／又は孔部の形式でハウジング（１６）内に設けられていることを特徴とする請求項１から８の少なくとも一項に記載の真空ポンプ。
10. 少なくとも一つの材料空所部（６６，６８）が、完全に、部分的に、又は段階的に、ハウジング（１６）の長手方向軸を中心として推移する穿孔又はスリットとして設けられていることを特徴とする請求項１から９の少なくとも一項に記載の真空ポンプ。
11. 材料空所部（６６，６８）が、少なくとも部分的に空気又はガスのみによって満たされた自由空間を形成することを特徴とする請求項１から１０の少なくとも一項に記載の真空ポンプ。
12. 材料空所部（６６，６８）内に少なくとも部分的に、熱隔離固体が組み込まれていることを特徴とする請求項１から１１の少なくとも一項に記載の真空ポンプ。
13. 吸引側のハウジング部分の領域に加熱装置が設けられていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の真空ポンプ。

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