JP4173637B2 - ステータとロータを備えた摩擦真空ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野：
本発明は、それぞれ１つのガス入口を有する少なくとも２つのポンプ段を形成するステータとロータ並びに、接続ポートを有していて前記ポンプ段のガス入口と排気すべき装置とを連通させるためのポンプ段用の接続手段を備えた形式の摩擦真空ポンプに関する。
【０００２】
背景技術：
前記形式の摩擦真空ポンプはドイツ連邦共和国特許出願公開第４３３１５８９号明細書に基づいて公知であり、かつ殊に、スクリーンによって相互に仕切られた室を有する微粒子放射計器（例えば質量分光度計）を排気するために使用され、しかも微粒子放射計器の運転中、前記の仕切られた室内には異なった圧力が支配することになる。この圧力を発生するために別個の真空ポンプを使用することは、それ自体公知である。
【０００３】
また前掲ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３３１５８９号明細書には、ただ１つの真空排気系を用いて、微粒子放射計器によって必要とされる異なった圧力を発生することが開示されている。該排気系は、２つのターボ分子ポンプ段と１つの分子（ホルヴェック）ポンプ段とから成っている。これらのポンプ段は軸方向で相前後して配置されている。各ポンプ段は１つのガス入口（端面側のガス侵入面）を有し、該ガス入口は、接続手段を介して、排気すべき装置の所属室と連通される。ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３３１５８９号明細書に基づく解決手段では接続手段として、ケーシング自体と、側面に配置された付加ケーシングが使用される。ケーシング自体は、第１ポンプ段のガス入口と排気すべき装置とを連通するために端面側に配置された接続ポートを備えている。付加ケーシング内には接続導管が設けられており、該接続導管は、別のポンプ段の所属入口を別の複数の接続ポートと連通する。これらの接続ポート自体は、排気すべき装置の所属室にそれぞれ連通される。付加ケーシング内の接続ポートは第１ポンプ段の接続ポートと共に（ロータ軸線に対して垂直な）共通の平面内に位置しているので、付加ケーシング内に位置する接続導管は比較的長くなければならない。これに基づいて、接続導管内には比較的大きなコンダクタンス損失が生じ、これが特に不利になるのは、中間接続部の領域において高い吸込み能が所望される場合である。
【０００４】
発明の開示：
本発明の課題は、明細書冒頭で述べた形式の摩擦真空ポンプを改良して、中間段の吸込み能を、接続導管内の高いコンダクタンス（案内値）損失によって害なわないように構成することである。
【０００５】
前記課題を解決する本発明の構成手段は、接続ポートの開口が、ポンプ段の側方に位置する同一平面内に位置しており、ひいては前記接続ポートの開口とロータ回転軸線との間の距離をできるだけ小さくするように構成されている点にある。
【０００６】
前記の構成手段によって、中間ポンプ段の各ガス入口と、所属の接続ポート開口との間の間隔もできるだけ小さくすることが保証される。コンダクタンス損失は低い。全てのポンプ段のガス入口の領域で有効に作用する吸込み能は、所属の接続ポートの開口領域でもほぼ一定に働く。
【０００７】
本発明の構成手段の実現に伴って、搬送すべきガスが、第１ポンプ段のガス入口領域において、要するに圧力がまさしく最低になる部位において、変向されねばならないという事態が生じる。しかしながら、これによって生じるコンダクタンス損失は小さく抑えることができる。それというのはガス入口と接続ポートの開口平面との間の距離は依然として比較的小さく、かつこの領域には、より大きな直径を選択するのを妨げるものは何も存在しないからである。また多数の適用例にとって当て嵌まることは、第１の（高真空側）ポンプ段のガス入口領域において格別高い吸込み能係数が要求されないことである。むしろこの部位では往々にして、吸込み能を絞る必要が生じる場合すらある。
【０００８】
第１ポンプ段の主要な目的は、高い圧縮比を得るようにすることである。第１ポンプ段のために選ばれる翼特性（ターボ段の数、翼間隔、傾斜角など）は前記機能を考慮に入れなければならない。重要な点は、両ポンプ段の両作業圧領域を隔離することである。高い吸込み能は一般に概ね単数又は複数の中間ガス入口で始めて所望される。この目的も、特別の幾何学形状の翼を選択することによって達成することができる。本発明の構成手段の適用によって、まさしくこの領域では、吸込み能損失を充分回避することが保証れている。
【０００９】
１つのポンプ段の吸込み能にとって決定的な点は、ガス入口（有効なガス侵入面）へのガス分子の接近し易さである。この目的を達成するために、１つの中間ポンプ段において、先行ポンプ段とそのガス入口との間に比較的大きな間隔を設けることは公知である。この間隔はロータ直径の少なくとも１／４、殊にロータ直径の約１／３であるのが特に有利である。
【００１０】
本発明のその他の利点及び細部は、図１及び図２に示した実施例の説明に基づいて明らかである。
【００１１】
発明を実施するための最良の形態：
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【００１２】
図１及び図２では、摩擦真空ポンプ自体は符号１で、該摩擦真空ポンプのポンプケーシングは符号２で、該摩擦真空ポンプのステータ系は符号３で、また該摩擦真空ポンプのロータ系は符号４で示されている。該ロータ系４には軸５が所属し、該軸５自体は、前記ポンプケーシング２と結合された軸受ケーシング８内に軸受６，７を介して支持されている。更にまた前記軸受ケーシング８内には駆動モータ９，１０が位置している。前記ロータ系４の回転軸線は符号１５で示されている。
【００１３】
全部で３つのポンプ段１２，１３，１４が設けられており、そのうち２つのポンプ段１２，１３はターボ分子真空ポンプ段として、また１つのポンプ段１４は分子（ホルヴェック；Holweck）ポンプ段として構成されている。該ポンプ段１４にはポンプ出口１７が接続している。
【００１４】
高真空側に位置する第１ポンプ段１２は、４対の動翼列２１と静翼列２２から成っている。第１ポンプ段のガス入口（有効ガス侵入面）は符号２３で示されている。第１ポンプ段１２には第２ポンプ段１３が続き、該ポンプ段は３対の動翼列２１と静翼列２２から成っている。第２ポンプ段１３のガス入口は符号２８で示されている。
【００１５】
第２ポンプ段１３は第１ポンプ段１２から隔てられている。選択された間隔（高さ）ａは、ガス入口２８への被圧送ガス分子の自由流入を保証する。有利には間隔ａはロータ系４の直径の１／４よりも大であり、該直径の１／３よりも大であるのが殊に有利である。
【００１６】
第２ポンプ段に続くホルヴェック・ポンプ段１４は、回転する円筒体区分２９を有し、該円筒体区分の内外には、公知の形式でそれぞれねじ溝３０，３１を備えたステータエレメント３２，３３が対置している。
【００１７】
ポンプ段１２，１３，１４のロータ側部分は、運転体勢の整った状態では軸５と結合された１つのユニットを形成している。第１ポンプ段１２と第２ポンプ段１３との間の中間室の高さレベルでは中心孔２５を軸５が貫通しているので、軸受室と中間室との間には直接的な継手は存在せず、従って潤滑剤蒸気が逆拡散するリスクは排除されている。この目的を達成するためにもロータ系４の片持ち式支承が役立つ。コンダクタンス値を害なう構成部品（軸受支持体）を伴った軸受装置を高真空側に配置する不都合を省くことが可能になる。ロータ系４のモータ近傍部分をベル形に構成することによって、ロータの重心点からの軸受６，７の距離が小さくなるのは勿論のことである。潤滑剤蒸気の逆拡散は、より好ましい部位に配置することのできる磁気軸受の使用によっても回避することが可能である。
【００１８】
本発明による接続手段を実現するためにはポンプケーシング２自体が役立つ。図１に示した実施例ではポンプケーシングは、全ての接続ポート３６，３７の開口平面がロータの回転軸線１５に対して平行に位置するように構成されている。これによって特に接続ポート３７と、これに所属する（第２ポンプ段の）ガス入口２８との距離が著しく小さく、従ってポンプ段１３の吸込み能を害なうコンダクタンス損失は無視することが可能になる。このことは、接続ポート３７／ガス入口２８の下流側に位置するその他の各中間接続部についても当て嵌まる。因みに接続ポート３７の直径は、高さａの約２倍分だけ上回っている。この手段も、第２ポンプ段のガス入口２８と接続ポート３７との間のコンダクタンス損失を低下させるのに役立つ。
【００１９】
図示の摩擦真空ポンプ１、もしくはそのポンピングに有効な作用を及ぼすエレメント（静翼、動翼、ねじ山段）は、接続ポート３６の領域では１０^-4〜１０^-7ｍｂａｒの圧力、殊に有利には１０^-5〜１０^-6ｍｂａｒの圧力を発生し、かつ接続ポート３７の領域では約１０^-2〜１０^-4ｍｂａｒの圧力を発生するように構成されているのが有利である。これによって第１ポンプ段１２の圧縮比は、１０²〜１０⁴、殊に１００より大きくなるようにする必要がある。第２ポンプ段１３では高い吸込み能（例えば２００ｌ／ｓ）が発生されねばならない。これに続く２段式のホルベック・ポンプ段（２９，３０；２９，３１）は高い予真空耐性を保証するので、通常のように第２ポンプ段の吸込み能は、予真空圧には無関係になる。
【００２０】
接続ポート３６の領域において格別高い吸込み能が要求されない場合には、この目的は、第１ポンプ段１２の翼を適当に形成することによって達成することができる。また別の態様では、第１ポンプ段１２のガス入口２３の手前に、所望の吸込み能を決定する内径を有するスクリーン３８を配置することも可能である。
【００２１】
図２に示した実施例が、図１の実施例と相異している点は、第１ポンプ段１２に後続するポンプ段１３及び１４の直径が第１ポンプ段１２の直径よりも大であることである。この所与の条件に接続ポート３６，３７の開口平面は適合されており、かつ該開口平面は、接続ポート３６，３７と所属のガス入口２３，２８との距離ができるだけ小さくなるように、ロータ系４の回転軸線１５に対して傾斜されている。ロータ系の回転軸線１５に対する接続ポート３６，３７の開口平面の傾斜角αは、ポンプ段の直径の増大に対応する。最適に有利な間隔関係がこれによって得られる。図示の実施例における傾斜角αは約５゜である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例による摩擦真空ポンプの縦断面図である。
【図２】 本発明の第２実施例による摩擦真空ポンプの縦断面図である。
【符号の説明】
１ 摩擦真空ポンプ
２ ポンプケーシング
３ ステータ系
４ ロータ系
５ 軸
６，７ 軸受
８ 軸受ケーシング
９，１０ 駆動モータ
１２，１３ ターボ分子真空ポンプ段としてのポンプ段
１４ 分子（ホルヴェック）ポンプ段としてのポンプ段
１５ ロータ回転軸線
１７ ポンプ出口
２１ 動翼列
２２ 静翼列
２３ 第１ポンプ段のガス入口（有効ガス侵入面）
２５ 中心孔、 ２８ 第２ポンプ段のガス入口
２９ 円筒体区分
３０，３１ ねじ溝
３２，３３ ステータエレメント
３６，３７ 接続ポート
３８ スクリーン
ａ 間隔又は高さ
α 傾斜角

Claims (11)

1. それぞれ１つのガス入口（２３，２８）を有する少なくとも２つのポンプ段（１２，１３，１４）を形成するステータ（３）とロータ（４）並びに、各ガス入口（２３，２８）のための接続ポート（３６，３７）を有しており、前記接続ポート（３６，３７）の開口が、共通の平面内に位置していて、かつポンプ段のガス入口（２３，２８）と排気すべき装置とを接続しており、全ての接続ポート（３６，３７）の開口および接続ポートの開口の共通の平面が、ポンプ段（１２，１３，１４）の側方に位置しており、前記接続ポート（３６，３７）の開口が、ロータ回転軸線（１５）にできるだけ近づけて配置されている形式の摩擦真空ポンプ（１）において、
   高真空側に位置する先行ポンプ段（１２，１３）の直径よりも、後続ポンプ段（１３，１４）の直径が大であり、ロータ（４）の回転軸線（１５）の方向を基準とする接続ポート（３６，３７）の開口平面の傾斜度が、前記直径の増大に適合されていることを特徴とする、ステータとロータを備えた摩擦真空ポンプ。
2. 接続ポート（３６，３７）が、摩擦真空ポンプ（１）のポンプケーシング（２）の構成部分である、請求項１記載の摩擦真空ポンプ。
3. 最初の２つのポンプ段（１２，１３）がターボ分子ポンプ段として構成されている、請求項１又は２記載の摩擦真空ポンプ。
4. 第１と第２のポンプ段（１２，１３）が相互に隔てられており、かつその間隔（ａ）がロータを成す動翼列（２１）の直径（ｂ）の１／４よりも大である、請求項３記載の摩擦真空ポンプ。
5. 接続手段を介して第２ポンプ段（１３）のガス入口（２８）と連通された接続ポート（３７）の開口直径が、間隔（ａ）よりも大であり、殊に前記間隔（ａ）の約２倍である、請求項４記載の摩擦真空ポンプ。
6. 両ポンプ段（１２，１３）には２段式のホルベック・ポンプ段が接続している、請求項３から５までのいずれか１項記載の摩擦真空ポンプ。
7. ロータ（４）が予真空側で駆動されて片持ち式に支承されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の摩擦真空ポンプ。
8. 軸自由端部がロータ（４）内の中心孔（２５）を貫通しており、かつ前記ロータ（４）が前記の軸自由端部に固定されている、請求項７記載の摩擦真空ポンプ。
9. ロータ（４）のモータ近傍部分がベル形に形成されている、請求項７又は８記載の摩擦真空ポンプ。
10. 第１ポンプ段（１２）のガス入口（２３）に、吸込み能を制限するためのスクリーン（３８）が配設されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の摩擦真空ポンプ。
11. ロータ（４）の支承部分に磁気軸受が設けられている、請求項７記載の摩擦真空ポンプ。

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