JP2020507704A - 多段式ルーツポンプ - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、複数のポンプチャンバ(14)をポンプハウジング(16, 18)内に備えている多段式ルーツポンプに関する。ポンプチャンバはポンプ段(26, 28, 30, 32, 34)を夫々形成しており、各ポンプ段は２つの２葉式回転ピストン(10)を有している。ポンプ段(26, 28, 30, 32, 34)は隔壁(44)によって互いに分離している。実質的に径方向に延びている連結管(48)が隔壁(44)内に配置されている。連結管(48)は流入チャンバ(40)と連結されており、流入チャンバ(40)の流入開口部(42)の断面は連結管(48)の断面より大きい。

Description

本発明は、多段式ルーツポンプに関する。

ルーツポンプは、例えばポンプチャンバ内に配置された２葉式回転ピストンを備えている。ガスが主入口を介して個々のチャンバを通って取り込まれて主出口を介して排出されるように、ポンプチャンバ毎に設けられた２つの回転ピストンは反対方向に駆動される。ここで、主入口及び主出口は径方向に延びて、互いに対向して配置されている。更に、多葉式回転ピストン、特に３つ又は４つの突部を有する回転ピストンが知られている。ここでも、ガスは、径方向に配置された主入口から径方向に配置された主出口に基本的に径方向に送られる。

更に、低圧に達するために多段式ルーツポンプが知られている。このようなルーツポンプは、ポンプ段毎に一対の回転ピストンを備えている。ここで、送られるガスはポンプ段の出口から隣り合うポンプ段の入口に運ばれる。このようなガスの流れは、連結管によって実現される。米国特許出願公開第2010／0158728 号明細書に記載されているように、連結管をルーツポンプのハウジング内に配置することができ、連結管は、回転ピストンが配置されているポンプチャンバを囲むか、又はポンプチャンバの外側に径方向に配置されている。連結管は、ルーツポンプの下側領域に配置されたポンプ段の出口から、ルーツポンプの反対側、例えば上側領域に配置された隣り合うポンプ段の入口にガスを運ぶために必要である。このようなルーツポンプは、ハウジング内の連結管の構成が技術的に複雑である点で不利である。更に、ハウジングの体積は、連結管を収容するために大きくなければならない。このため、ルーツポンプの外形寸法が大きくなるだけでなく、特にコストが高くなる。高いコストは、複雑な製造工程だけでなく、必要な大量の金属にも起因する。

更に、国際公開第2013／023954号パンフレットから、回転ピストンが３つ又は４つの突部を有する多段式ルーツポンプが知られている。ここで、隣り合うポンプチャンバ間の連結管は、隣り合うポンプチャンバを互いに分離する隔壁内に配置されている。回転ピストン毎に３以上の突部が設けられているので、連結管を隔壁内に軸方向のみに配置することが可能である。連結管のこのような軸配置は、３葉式又は多葉式の回転ピストンポンプの場合にのみ可能であるので、このようなポンプは、吸込能力が２葉式回転ピストンを有するルーツポンプの吸込能力より小さい点で不利である。

３葉式回転ピストンを有する別のルーツポンプが、米国特許出願公開第2005／0089424 号明細書で知られている。このルーツポンプは多段式ルーツポンプであり、個々のポンプ段は隔壁によって互いに分離している。ポンプ段間の連結管は隔壁内に配置されている。ここでは、連結管はＺ字形状の構成である。従って、連結管は、入口領域、径方向に延びている連結領域、及び軸方向に延びている出口領域を有している。このため、流量損失が大きくなる。

本発明は、高い吸込能力を達成することができる多段式ルーツポンプを提供することを目的とする。

本発明によれば、この目的は請求項１に係る多段式ルーツポンプによって達成される。

本発明に係る多段式ルーツポンプは、ポンプハウジング内に画定された複数のポンプチャンバを備えている。ポンプチャンバの各々の内部に、ポンプ段を構成するための２つの２葉式回転ピストンが配置されている。隣り合うポンプ段は隔壁によって互いに分離している。隣り合うポンプ段を互いに連結するための連結管が隔壁内に配置されている。本発明によれば、連結管は、少なくとも１つ、好ましくは全ての連結管が軸方向の流入チャンバと連結されているように構成されており、運ばれる媒体は、前記連結管を通って、ポンプ段のポンプチャンバから流入開口部を介して流入チャンバに流入する。本発明によれば、流入開口部の断面が連結管の断面より大きいように、流入開口部は構成されている。本発明に係る２葉式回転ピストンを備えた多段式ルーツポンプの構成を用いると、高い吸込能力を達成することができる。流入開口部が大きい流入チャンバを設けることにより、隔壁内に配置され、ひいてはより短い連結管の場合であっても、流れ抵抗を低下させることができる。このため、ポンプの電力消費量が減少し、ポンプの吸込能力、ひいては効率が高くなる。

本発明によれば、多段式ルーツポンプが２葉式回転ピストンを備えたルーツポンプであるので、２つのポンプ段間の連結管が基本的に特には径方向のみに配置されて、完全に隔壁内を延びていることが好ましい。従って、連結管は、特には径方向にのみ延びている管部分を有している。連結管全体が径方向に配置されており、連結管が、流れ方向に見て上流側の軸方向の流入チャンバと特に好ましくは直接連結されていることが特に好ましい。軸方向の流出チャンバが更に設けられており、好ましくは径方向に延びている連結管と直接連結されていることが特に好ましい。そのため、流出チャンバは流出開口部を介して次のポンプ段と連結されており、流出チャンバの流出開口部は次のポンプ段の入口を構成している。

流入チャンバの流入開口部の断面は、連結管の径方向の管部分の断面より大きく、特に、基本的に径方向のみに延びている連結管の断面より大きいことが好ましい。流入開口部の断面は、連結管の断面より、少なくとも10％、特には少なくとも20％、より好ましくは少なくとも30％大きいことが特に好ましい。

生じる流れ抵抗を更に低下させるために、流入開口部、好ましくは更に流入チャンバと連結管との間の移行部分の好ましくは全ての縁部が流れを高めるように半径の長さ分、丸みを帯びていることが更に好ましい。丸みを帯びている部分の半径は２ミリメートルより大きいことが好ましい。

別の好ましい実施形態によれば、プレチャンバが、流れ方向に見て流入チャンバの上流側に設けられている。従って、検査されるべき運ばれた媒体は、少なくとも部分的にまずプレチャンバに流入し、その後、流入チャンバに流入する。しかしながら、必要に応じて、媒体がポンプチャンバから流入チャンバに直接流入し得るように、プレチャンバ及び流入チャンバが配置され得る。このような構成は流れ抵抗を更に低下させる。プレチャンバを設けることは、流入開口部の断面から独立した独立発明である。

特に好ましい態様によれば、プレチャンバは、対の回転ピストンに対して径方向に配置されている。このため、運ばれる媒体がプレチャンバに流入するとき、媒体の方向を変える必要がないという利点がある。従って、プレチャンバは、回転ピストンが突出しないポンプチャンバの部分として構成されていることが特に好ましい。媒体がプレチャンバに流れ抵抗なく流入し得るように、プレチャンバはポンプチャンバの幅全体に亘って延びていることがより好ましい。

本発明の特に好ましい態様によれば、隔壁内に配置された連結管が流出チャンバに更に連結されている。ここで、連結が直接的な方法で実現され、好ましくは連結管が隔壁内に径方向のみに配置されていることが好ましい。流出チャンバは流出開口部を有していることが好ましい。ここで、流出開口部の断面が連結管の断面より大きいように、流出開口部の断面が構成されていることが好ましい。流出開口部の断面は、連結管の断面より、好ましくは10％、特には20％、より好ましくは30％大きい。更に、この領域でも、縁部は、流入チャンバの領域のように好ましくは丸みを帯びている。

本発明の特に好ましい態様によれば、ポストチャンバが設けられていることが好ましい。ポストチャンバは、流れ方向に見て流出チャンバの下流側に配置されている。ここで、媒体が流出チャンバから流出開口部を通ってポストチャンバに完全に又は部分的にのみ流入するように、ポストチャンバは配置及び構成され得る。従って、媒体は、場合によっては部分的に流出開口部から直接、次のポンプチャンバに流入することができるか、又はまずポストチャンバに完全に若しくは部分的に流入し、その後、ポストチャンバから次のポンプチャンバに流入することができる。ポストチャンバは、プレチャンバに対応するように構成されていることが好ましい。特にポストチャンバは、対の回転ピストンに対して径方向に配置されていることが好ましい。ここで再び、回転ピストンがポストチャンバに突出せず、ポストチャンバが特にポンプ段の幅全体に亘って延びていることが好ましい。

本発明の特に好ましい態様によれば、ハウジングは少なくとも１つの入口カバーを有している。少なくとも１つの入口カバーは、流入チャンバの側壁を特に略完全に構成している。少なくとも１つの入口カバーを開くか又は取り除くことによって、流入チャンバは、例えば清浄化のために容易にアクセス可能になる。更に、少なくとも１つの入口カバーを設けることによって、形態が簡略化されるため、製造が容易になる。

好ましい態様によれば、追加の入口カバーが設けられ、例えばプレチャンバの側壁を構成する。この側面カバーも、プレチャンバが例えば清浄化のために容易にアクセス可能になるように、壁を完全に構築すべく構成されていることが好ましい。そのため、更に形態が簡略化され、ひいては、より安価な製造が可能になる。更に、プレチャンバの入口カバーを介して、ポンプチャンバが容易にアクセス可能になる。

側面カバーが流入チャンバの側壁及びプレチャンバの側壁の両方を構成していることが特に好ましい。特に好ましい態様によれば、入口カバーが、多段式ルーツポンプの少なくとも２つの隣り合うポンプ段に亘って延びており、より好ましくは全てのポンプ段に亘って延びている。

好ましい態様によれば、ハウジングは、流出チャンバの側壁を構成する少なくとも１つの出口カバーを有している。ここで、出口カバーは、入口カバーに対応するように構成されていることが好ましく、特にポストチャンバのための出口カバーが設けられており、特に好ましい実施形態によれば、出口カバーは、一又は複数のポンプ段に亘って、特に全てのポンプ段に亘って延びている。

以下に、本発明を、添付図面を参照して好ましい実施形態に基づき詳細に説明する。

本発明に係る二段式ルーツポンプを対の回転ピストンの様々な回転位置で概略的に示す断面図である。 本発明に係る多段式ルーツポンプを示す斜視長手断面略図である。 流入チャンバの入口領域を概略的に示す平面図である。

本発明に係る多段式ルーツポンプの各ポンプ段は一対の転動ピストンを有している。一対の転動ピストンは２つの２葉式回転ピストン10を有している。２葉式回転ピストン10は、軸12に夫々配置されており、媒体を運ぶために反対方向に回転する。ルーツポンプが２本の軸12を備えるように、連続的に配置されたポンプ段の個々の転動ピストンは共通の軸に夫々配置されている。各対の転動ピストン10は、ポンプ段を構成するポンプチャンバ14内に配置されている。ポンプチャンバは、２つの部分から構成されたハウジング16, 18によって形成されている。ここで、単一の組立体が可能であるように、ハウジングの分割線20が２本の軸12の中心に設けられている。更に、ハウジングは入口カバー24及び出口カバー22を有している。

図２に示されている図１の線II-II に沿った長手断面略図から、本発明に係るルーツポンプが多段式ルーツポンプとして構成され、軸方向に複数のポンプ段26, 28, 30, 32, 34が設けられていることが分かる。個々のポンプ段のチャンバの体積は、ポンプ段26からポンプ段34に向かって減少する。第１のポンプ段26は主入口36と連結されている。主入口36は、真空状態にするチャンバなどに連結されている。従って、運ばれる媒体が、主入口36を通って第１のポンプ段26のポンプチャンバ14に径方向に流入する。

主入口36に径方向に対向して、プレチャンバ38が形成されている。プレチャンバ38は、ポンプ段26の軸方向の幅全体に亘って延びており、従って第１のポンプ段26の転動ピストン10と基本的に同一の幅を有している。

更に、流入チャンバ40が設けられている。流入チャンバ40は、一方ではプレチャンバ38に隣り合って配置されており、図示された例示的な実施形態ではポンプチャンバ14と直接連結されている流入開口部42を更に有している。

隔壁44の内側に配置された連結管48が流入チャンバ40に隣り合って配置されている。図２では、運ばれる媒体が連結管48内を底部から最上部に流れる。

図示された例示的な実施形態では径方向のみに延びている連結管48に隣り合って、流入チャンバ40に対応するように構成された流出チャンバ50が配置されており、流出チャンバ50に隣り合って、プレチャンバ38に対応するように構成されたポストチャンバ52が配置されている。流出チャンバ50は流出開口部54を有しており、流出開口部54の外形及び構成は、図示された例示的な実施形態では流入開口部42の外形及び構成と一致する。

図示された例示的な実施形態では、全てのポンプ段が互いに対応するように構成されており、ポンプ段は隔壁44によって夫々互いに分離しており、図示された例示的な実施形態では、径方向に延びている連結管48が各隔壁44内に配置されている。各連結管48は、流入チャンバ40及び流出チャンバ50と、プレチャンバ38及びポストチャンバ52とに夫々連結されている。

特に、流れ抵抗を低下させるために、流入チャンバ40の流入開口部42、好ましくは流出チャンバ50の流出開口部54も、連結管48の断面より大きい断面を有するように構成されている。

更に、流入チャンバ40及びプレチャンバ38の両方が共通の入口カバー24と連結されている。相応して、流出チャンバ50及びポストチャンバ52が共通の出口カバー22と連結されている。

最後のポンプ段34は不図示の主出口と更に連結されており、運ばれる媒体は主出口を通って排出される。

図３には、一方ではプレチャンバ38と連結され、他方では連結管48と連結されている流入チャンバ40の平面略図が示されている。図示された例示的な実施形態では、流入開口部42は湾曲した縁部54によって形成されている。従って、流入開口部は破線56によって示された断面を有している。

更に分かるように、流入チャンバ40は、一方では対応するポンプチャンバ14と直接連結されており、他方ではプレチャンバ38と直接連結されている。同一のことが流出開口部54に当てはまる。

Claims (19)

1. ポンプハウジング(16, 18)によって画定された複数のポンプチャンバ(14)を備えており、前記ポンプチャンバ内に、２つの２葉式回転ピストン(10)がポンプ段(26, 28, 30, 32, 34)を構成するために配置されており、
   隣り合う前記ポンプ段(26, 28, 30, 32, 34)を互いに分離する隔壁(44)、及び
   前記隔壁(44)内に配置されて、隣り合う前記ポンプ段(26, 28, 30, 32, 34)を互いに連結する連結管(48)
   を更に備えており、
   前記連結管(48)は軸方向の流入チャンバ(40)と連結されており、運ばれる媒体が、ポンプ段(26, 28, 30, 32, 34)の前記ポンプチャンバ(14)から流入開口部(42)を通って前記流入チャンバ(40)に流入し、
   前記流入開口部(42)の断面は前記連結管(48)の断面より大きいことを特徴とする多段式ルーツポンプ。
2. 前記連結管(48)は、基本的に特には径方向のみに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の多段式ルーツポンプ。
3. 前記連結管(48)は、前記流入チャンバ(40)と直接連結されていることを特徴とする請求項２に記載の多段式ルーツポンプ。
4. 前記流入開口部(42)の断面は、前記連結管(48)の断面より、少なくとも10％、特には少なくとも20％、より好ましくは少なくとも30％大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の多段式ルーツポンプ。
5. 前記流入開口部(42)の好ましくは全ての縁部が、流れを高めるように丸みを帯びていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の多段式ルーツポンプ。
6. 流れ方向に見て前記流入チャンバ(40)の上流側に配置されたプレチャンバ(38)を更に備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の多段式ルーツポンプ。
7. 前記プレチャンバ(38)は、対の回転ピストン(10)に対して径方向に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の多段式ルーツポンプ。
8. 前記プレチャンバ(38)は、前記回転ピストン(10)が突出しない前記ポンプチャンバ(14)の部分であることを特徴とする請求項６又は７に記載の多段式ルーツポンプ。
9. 前記連結管(48)は、特には流出チャンバ(50)と直接連結されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の多段式ルーツポンプ。
10. 前記流出チャンバ(50)の流出開口部(54)の断面は前記連結管(48)の断面より大きく、運ばれる媒体は前記流出開口部(54)を通って流出して前記ポンプチャンバ(14)に流入することを特徴とする請求項９に記載の多段式ルーツポンプ。
11. 前記流出開口部(54)の断面は、前記連結管(48)の断面より、少なくとも10％、特には少なくとも20％、より好ましくは少なくとも30％大きいことを特徴とする請求項９又は１０に記載の多段式ルーツポンプ。
12. 前記流出開口部(54)の好ましくは全ての縁部が、流れを高めるように丸みを帯びていることを特徴とする請求項１１に記載の多段式ルーツポンプ。
13. 流れ方向に見て前記流出チャンバ(50)の下流側に配置されたポストチャンバ(52)を更に備えていることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１つに記載の多段式ルーツポンプ。
14. 前記ポストチャンバ(52)は、前記回転ピストン(10)に対して径方向に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の多段式ルーツポンプ。
15. 前記ポストチャンバ(52)は、前記回転ピストン(10)が突出しない前記ポンプチャンバ(14)の部分であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の多段式ルーツポンプ。
16. 前記ポンプハウジング(16, 18)は、前記流入チャンバ(40)の側壁を構成する少なくとも１つの入口カバー(24)を有していることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の多段式ルーツポンプ。
17. 前記入口カバー(24)は、前記プレチャンバ(38)の側壁を構成していることを特徴とする請求項１６に記載の多段式ルーツポンプ。
18. 前記ポンプハウジング(16, 18)は、前記流出チャンバ(50)の側壁を構成する少なくとも１つの出口カバー(22)を有していることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１つに記載の多段式ルーツポンプ。
19. 前記出口カバー(22)は、前記ポストチャンバ(52)の側壁を構成していることを特徴とする請求項１８に記載の多段式ルーツポンプ。

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