JP2018523776A - 長手方向シール部材および環状シール部材を備える真空ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、多段真空ポンプに関し、複数のポンプ室を画定し、互いに結合する長手方向延在面１１８，１２０に沿って組み立てられる、第１および第２のハーフシェルステータ部品１０２，１０４と、端部ステータ部品１２２，１２４と第１および第２のハーフシェルステータ部品１０２，１０４とが互いに結合する長手方向端面１２６，１２８において組み立てられる、第１および第２の端部ステータ部品１２２，１２４と、一体的に組み立てられた第１のハーフシェル部品と第２のハーフシェル部品との間をシールする長手方向シール１２と、組み立てられたときに第１および第２の端部ステータ部品と第１および第２のハーフシェル部品との間をシールする環状シール１４６と、を備える。環状シール部材および長手方向シール部材は、それらの間に平坦なシール面を形成している。【選択図】図１

Description

本発明は、真空ポンプ、特に、真空ポンプのステータ部品間をシールする改善されたシール構造を備える多段真空ポンプ、およびそのような真空ポンプのステータに関する。

真空ポンプは、ルーツポンプまたはクローポンプなどの容積式ポンプにより形成することができ、直列に接続された１つ以上のポンプ段を有している。多段ポンプは、直列の複数の単段ポンプと比較して、製造コストおよび組立時間が少ないため望ましい。

本出願人は、真空ポンプのシール構造を含む先の特許出願番号（公開番号ＷＯ２０１２／１２７１９８およびＧＢ２５０８４０５）を出願しており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。先の出願と同様に、本明細書に記載された実施形態に示される本出願は、当該技術分野においてクラムシェルステータ構造と称される構成を有する多段真空ポンプに関する。この種のステータ構造は２つのハーフシェルステータ部品を有し、この２つのハーフシェルステータ部品は、複数のポンプ室を囲む２対の互いに結合する長手方向に延びているシール面に沿ってシールされる。ポンプ室は、高真空チャンバから低真空チャンバへ、真空ポンプの軸線方向寸法内に互いに隣接して配置される。

ハーフシェルステータ部品の各端部には、端部ステータ部品が存在する。１又は２以上の駆動シャフトの軸線方向端部は、端部ステータ部品内に延び、モータにより回転可能にベアリングにより支持されるものであって、典型的には歯車機構でもある。端部ステータ部品は、互いに結合している端部シール面において、組み立てられたハーフシェルステータ部品に対してシールされる。

本出願人の先の出願により開示されたシール構造は、互いに結合する各長手方向延在シール面の間をシールする、２つの長手方向即ち軸線方向に延在するシール部材を有している。シール構造はまた、２つの環状シール部材を有している。この２つの環状シール部材は、ポンプの軸の周囲に延在し、ポンプ室を取り囲み、互いに結合している各端面の間をシールする。

各環状シール部材は、長手方向シール部材の各端部において、長手方向シール部材と２つのシール面を形成する。したがって、合計４つのシール面が存在し、ステータの各端部におけるシール面は、互いに略直径方向に対向している。使用中、真空ポンプの内部は、周囲の圧力よりも低い圧力に維持され、圧力差が生じる。この圧力差は、シール面における真空ポンプへのガスの漏入を招く。このガス流を抑制することが望ましい。

２つの長手方向部分と２つの環状部分とを有するワンピースシール部材を提供する他の公知のシール構造が、米国公開２００２／１５５０１４号明細書に開示されている。しかしながら、このシール部材は、適所に収まるように概してかなり複雑なものになっており、製造コストが高い。

本発明は、複数のポンプ室を画定する第１および第２のハーフシェルステータ部品であって、互いに結合する長手方向延在シール面に沿って一体的に組み立てられる、第１および第２のハーフシェルステータ部品と、第１および第２の端部ステータ部品であって、前記端部ステータ部品と前記第１および第２のハーフシェルステータ部品とが互いに結合する端部シール面において組み立てられる、第１および第２の端部ステータ部品と、互いに結合する長手方向延在シール面の間をシールする長手方向シール部材と、互いに結合する端部シール面の間をシールする環状シール部材と、を備え、前記環状シール部材と前記長手方向シール部材との間のシール面は平坦である、多段真空ポンプを提供する。

本発明の他の好ましいおよび／または任意の特徴は、添付の特許請求の範囲に定義される。

本発明が十分に理解できるように、本発明のいくつかの実施形態を添付の図面を参照してより詳細に説明する。

図１は、クラムシェルステータの部品の概略を示している。 本発明の一実施形態によるシール構造を有するクラムシェルステータの断面図である。 図２ａは、図２のシール構造の拡大図を示している。 図３は、変更されたシール構造を示している。 図４は、さらに変更されたシール構造を示している。

図１を参照すると、多段真空ポンプのステータがより詳細に示されている。図１に示されるものは、この説明の冒頭で論じた従来の真空ポンプと本発明の実施形態の双方に共通している。簡略化のために図１には示されていないが、真空ポンプはロータ機構を備えており、例えばルーツ機構またはクロー機構を備えていてもよい。ポンプのステータ１００は、複数のポンプ室１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６を共に画定する第１および第２のハーフシェルステータ部品１０２，１０４を備えている。ハーフシェルの各々は、第１および第２の長手方向延在面を有しており、この長手方向延在面は、ハーフシェルが互いに嵌合するときに、他方のハーフシェルのそれぞれの長手方向延在面と互いに結合する。ハーフシェル１０２の２つの長手方向延在面１１８，１２０のみが図に示されている。組立時、２つのハーフシェルは、矢印Ｒで示された略半径方向に一体化される。

ステータ１００は、第１および第２の端部ステータ部品１２２，１２４をさらに備える。ハーフシェルが互いに嵌合されると、第１および第２の端部部品は、矢印Ｌで示される略軸線方向または長手方向に、結合されたハーフシェルのそれぞれの端面１２６，１２８に取り付けられる。端部部品の内面１３０，１３２は、ハーフシェルのそれぞれの端面１２６，１２８と互いに結合する。

各ポンプ室１０６〜１１６は、ハーフシェルの横壁１３４の間に形成されている。ハーフシェル１０２の横壁のみが図１に示されている。ハーフシェルが組み立てられると、横壁は、１つのポンプ室と隣接するポンプ室との間、または端部ポンプ室１０６，１１６と端部ステータ部品との間を軸線方向に分離する。この例は、ルーツポンプ用またはクローポンプ用の典型的なステータ構成を示しており、このルーツポンプまたはクローポンプは、ハーフシェルが互いに嵌合したときに横壁１３４に形成される開口１３６に配置されて長手方向に延びる２つのシャフト（図示せず）を有している。組立に先立って、各ポンプ室に２つのロータが配置されるように、ロータ（図示せず）がシャフトに取り付けられる。簡略化されたこの図面には示されていないが、端部部品の各々は、シャフトが通る２つの開口部を有している。シャフトは、端部部品のベアリングにより支持され、モータおよびギア機構により駆動される。

多段真空ポンプは、ポンプ室内の圧力が大気よりも低く１０^-3ｍｂａｒ程度にもなり得る低圧において、動作する。このため、大気とポンプ内部との間で圧力差が生じる。したがって、ハーフシェルの長手方向延在面１１８，１２０間、および、ハーフシェルの端面１２６，１２８と端部部品の内面１３０，１３２との間に形成される、ステータ部品間の接合部において、ポンプへの周囲ガスの漏入を防止する必要がある。ハーフシェル間や、ハーフシェルと端部部品との間のシールには接着剤が一般的に使用されるが、接着剤は腐食性の排気ガスによる損傷を特に受けやすく、一様に塗布することは困難で時間がかかる。接着剤は、分解やメンテナンスも妨げることがある。

図２は、ハーフシェル１０２の平面図および端部部品１２２，１２４を通る断面を示している。２つの長手方向シール部材１０は、長手方向延在面１１８，１２０に形成されたチャネル１２内に配置されている。チャネル１２は、組立時および圧縮時に、長手方向シール部材をハーフシェル部品間の適切な位置に配置する。チャネルは、１つのハーフシェル部品のみに設けられてもよいし、双方のハーフシェル部品に設けられてもよい。代替的に、互いに結合し長手方向に延在する各面が少なくとも１つのチャネルを有する場合、１つのチャネルが１つのハーフシェル部品に設けられ、別のチャネルが第２のハーフシェル部品に設けられてもよい。

チャネル１２は、長手方向延在面１１８，１２０において、長手方向シール部材の厚みよりも小さい深さまで凹設されるため、ハーフシェルステータ部品が互いに組み立てられる際にシール部材を圧縮して確実なシールを保証する。シール部材は弾性を有し、圧縮されると弾性変形する。

図２に示すように、２つの略環状のシール部材１４が、端部部品１２２，１２４の内面１３０，１３２の略環状のチャネル１６内にそれぞれ配置されている。チャネル１６は、組立時および圧縮時に、シール部材を端部ステータ部品とハーフシェル部品との間の適切な位置に配置する。このチャネルは、この図および後述の図３に示されるように、端部ステータ部品に設けられていてもよく、または、シール部材は、後述の図４に示されるように、組立前にハーフシェルステータ部品の所定の位置に配置されてもよい。図２および図３に示すように、チャネル１６は、シール部材の厚みよりも小さい深さまで端面１３０，１３２に凹設されるため、シール部材は組立時に圧縮されて信頼性の高いシールを提供する。環状シール部材は、圧縮時に弾性変形する。

長手方向シール部材１０は、ハーフシェル部品間の境界の長さに沿って、ポンプへの周囲ガスの漏入を防止する。環状シール部材は、ポンプの軸を囲み、端部部品とハーフシェル部品との間の界面において略半径方向内向きの周囲ガスの漏入を防止する。

この例では、長手方向チャネル１２は、ポンプの軸に直交する方向に配置される直線で囲まれた断面または矩形の断面を有している。断面は、一方の端面１２６，１２８から他方の端面までハーフシェル部品の長さに沿って一様に延在する。長手方向延在シール部材１０は、相補的で一様な断面を有し、この断面は、圧縮時にチャネル内に密接するとともに、チャネルを完全に満たすように寸法決めされている。シール部材の端面は平坦であり、シール部材の長さに直交する平面内に延びている。シール部材の長さは、ハーフシェル部品間における圧縮時に端面が環状シール部材と結合してシール部材間のガス漏入に耐えるシール接続を形成するようなものとなっている。一例では、長手方向シール部材は、端面から外方に突出するように圧縮されて環状シール部材と結合する。長手方向シール部材は、圧縮されたときに弾性変形するプラスチック、ゴムまたは金属材料（ガスケットなど）により形成される。

この例では、環状チャネル１６は円形であり、ポンプの軸に対して略半径方向に取られたときに、直線で囲まれた断面または矩形の断面を有している。断面は、環状チャネルの円周方向の全体に亘って一様または略一様である。チャネルの直径は、環状チャネルの直径方向に対向する２つの位置で組み立てられたときに、環状チャネルが長手方向チャネル１２の端部と交差するかまたは一致するように寸法決めされている。環状シール部材は、環状チャネルと相補的な形状を有し、また、直線で囲まれた断面または矩形の断面を有している。環状シール部材は、端部ステータ部品とハーフシェルステータ部品との間の圧縮時に環状チャネル内に密接するとともに、チャネルを満たすように寸法決めされている。環状シールは、平坦な、または略平坦な環状部を有しており、環状部は、ハーフシェル部品に向かう軸線方向内側を向いている。環状部は、シール部材の内側と外側の同心円の間の領域であり、この例では、端部ステータ部品の端面１３０，１３２から外方に突出している。各環状シール部材は２つの接触面または環状部を有しており、この接触面または環状部は、環状チャネルと長手方向チャネルとの交差部で圧縮されて平坦または略平坦なシール面を形成するときに、長手方向シール部材のそれぞれの端面と結合する。

図２は、最終組立前およびシール部材の圧縮前の、シール部材が所定位置にあるステータ部品の図である。シール面の配置は、図中の数字１８により全体的に示されている。図２ａは、図２のＩＩａ部の拡大図であり、矢印で示された方向にステータ部品を一体化することによりシール部材を圧縮した後の１つの例示的なシール面１８が示されている。図２ａに示すように、圧縮により、長手方向シール部材１０および環状シール部材１４が拡張して長手方向チャネル１２および環状チャネル１６をそれぞれ満たし、シール部材１０，１４に亘る漏入に抵抗する信頼性の高いシールを形成する。長手方向シール部材および／または環状シール部材は、シール部材間の漏入に抵抗するシール面１８を形成するように互いに向かって拡張する。シール部材の寸法決めおよび他の構成は、シール面で確実なシールを生じさせるのに十分な力が一方のシール部材から他方に加えられるように選択される。この力は、ポンプの使用中にシール部材が熱膨張および収縮するにつれて変化し、構成は使用中に確実なシールが維持されることを保証する。

出願人の先の出願では、ガスの漏入に抵抗するために、界面におけるシール部材間の十分な接触を生じさせ維持する様々な解決策が開示されている。開示された環状シール部材はＯリングを有しており、このＯリングは曲線形状の断面を有し、端部ステータ部品の直線環状チャネル内に受容される。長手方向シール部材の端部と環状シール部材の湾曲した断面との間の緊密な嵌合の確保には問題があり、従来の設計では、長手方向シール部材の端部をシール面よりも延在するように成形し、湾曲した端面を設けるなどして解決していた。また、シール部材間の力が過大であると、座屈などの問題が発生し、さらに、シール部材の材料が劣化することがある。例えば、長手方向シール部材が金属製のガスケットである場合、シール部材間の接触点が小さいため、過大な力によりゴム製の環状シールが裂かれる可能性がある。

したがって、本実施形態では、シール部材間の界面は、シール面でシールするために利用可能な接触面積を増加させるために、平坦となっている。増大した面積は、より大きな領域に亘って荷重を分散させ、これにより、ガスがシール部材間で漏入し得る領域がさらに広がる。この例では、平坦なシール面が、長手方向シール部材の平坦な端部と、環状シール部材の平坦な環状部と、の間に形成される。他の構成では、環状部は、シール部材間の交差部のみで平坦であり、円周の残りの部分は異なる形状であってもよい。図示のように、環状シール部材は、交差部で直線断面を有していることが好ましく、より好ましくは、シール部材の全周に亘って一様で、環状チャネル１６の直線断面に相補的な直線断面を有している。

ステータ部品間での圧縮時または熱膨張時に長手方向シール部材が長手方向に延びると、環状シール部材による反力が長手方向シール部材に作用する。この反力は、長手方向シール部材の長さに沿って座屈を生じさせ、確実なシールを損なう可能性がある。図３は、変更されたシール構造を図２ａと同様の視点から示しており、長手方向のシール部材が端部で支持されている。この変更された配置における他の３つのシール面は同様の構造を有していてもよい。

図３では、長手方向チャネル２２が、ハーフシェルステータ部品１０２，１０４の各対向面の長手方向延在面１１８，１２０の少なくとも１つに形成されている。各長手方向チャネル２２は、２つの平行な長手方向チャネル部分２４を有している。２つの平行な長手方向チャネル部分２４は、面１２０に凹設され、中央ランド２６により分離されている。中央ランド２６は、面の残りの部分と面一となっている。チャネルの端部２８は、ポンプの各端部で２つのチャネルを接続し、一対の外向きの肩部３０を提供している。

長手方向シール部材３２は、チャネル２２の形状に対応する形状を有しており、ランド２６のいずれかの側のチャネル部分２４への配置を可能にする一対の長手方向部分３４を有している。部分３４は端部３６により接続されている。端部は、一対の外向きの肩部３８を有している。圧縮時および熱膨張時、チャネルの肩部３０は停止部として作用し、シール部材の肩部３８は、長手方向シール部材の端部が環状シール部材から遠ざかるように移動することに抗するように、肩部３０を押す。移動に対する抵抗は、界面１８におけるシール部材の平坦なシール面４０，４２間の圧力を維持し、シールの信頼性を向上させる。同様に、ランド２６は端壁４４を有しており、中央部４６は、長手方向シール部材の端部が環状シール部材から遠ざかるように移動することに抗してシールの信頼性を向上するように、この端壁４４に当接する。

図３では、環状シール部材１４は、端部ステータ部品１２２の環状チャネル１６内に受容されている。チャネルは、シール部材を長手方向シール部材に対して所定の位置に配置し、環状シール部材は、圧縮時に長手方向シール部材の端面と結合してシール面１８を形成するために、チャネルから突出している。図４に示す別の構成では、少なくとも一方、好ましくは双方の端部ステータ部品において環状チャネルが省略され、代わりにハーフシェルステータ部品が環状シール部材を受容している。

図４は、図３と同様の視点から示しており、１つのシール面１８を示している。本構成の他の３つのシール面は、同様の構造を有していてもよい。より詳細には、組み立てられたハーフシェル部品１０２，１０４の端面１２８と互いに結合する端面１３０を有する端部ステータ部品１２２の一部が示されている。端面１３０は平坦であり、図２および図３に示す環状チャネル１６を省略している。代わりに、長手方向チャネル２２は、組立時に環状シール部材を受容するように構成されている。長手方向チャネルの端部２８は、組み立てられたハーフシェル部品の端面に凹設された環状チャネルの一部を（各ハーフシェル部品内の２つの半円形チャネルにより）形成する。環状チャネルは、直線状または矩形状であり、環状シール部材１４の形状を補完する形状をしている。このようにして、環状チャネルは、機能および構成においてチャネル１６と同様であり、環状シール部材１４を受容するように構成されている。一例では、図４に示すように、長手方向シール部材３２の中央接続部３６は、環状シール部材を収容するスペースを提供するために、図３と比較してサイズが縮小されている。上記の変更を除いて、図４の実施形態は図３の実施形態と同様である。

Claims (8)

1. 複数のポンプ室を画定する第１および第２のハーフシェルステータ部品であって、互いに結合する長手方向延在シール面に沿って一体的に組み立てられる、第１および第２のハーフシェルステータ部品と、
   第１および第２の端部ステータ部品であって、前記端部ステータ部品と前記第１および第２のハーフシェルステータ部品とが互いに結合する端部シール面において組み立てられる、第１および第２の端部ステータ部品と、
   互いに結合する長手方向延在シール面の間をシールする長手方向シール部材と、
   互いに結合する端部シール面の間をシールする環状シール部材と、を備え、
   前記環状シール部材と前記長手方向シール部材との間のシール面は平坦である、多段真空ポンプ。
2. 前記環状シール部材は、前記長手方向シール部材の略平坦な端部シール面に対してシールする略平坦なシール面部分を有している、請求項１に記載の多段真空ポンプ。
3. 前記略平坦なシール面部分の断面形状は、直線状である、請求項１または２に記載の多段真空ポンプ。
4. 前記環状シール部材の断面形状は、その全周に亘って直線状である、請求項３に記載の多段真空ポンプ。
5. 前記端部ステータ部品は、１つの前記環状シール部材を受容する環状チャネルを前記端部シール面に有している、請求項１から４のいずれか一項に記載の多段真空ポンプ。
6. 前記組み立てられたハーフシェルステータ部品は、端部シール面に、１つの前記環状シール部材を受容する環状チャネルを有している、請求項１から５のいずれか一項に記載の多段真空ポンプ。
7. 前記環状チャネルは、前記環状シール部材と相補するように形成され且つ寸法付けられている、請求項５または６に記載の多段真空ポンプ。
8. 前記環状チャネルは、その全周に亘って一様に直線状である、請求項１から７のいずれか一項に記載の多段真空ポンプ。

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