JP4805515B2 - 動力学的なシール部材 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、回転する構成部材と固定された構成部材との間に設けられる動力学的なシール部材であって、前記構成部材のうち少なくとも一方に、シール間隙内に突入する凸部が設けられている形式のものに関する。
【０００２】
真空ポンプにおいて特に、しばしば、異なる圧力を有する２つの室の間に設けられた仕切り壁を貫通するシャフトをシールする必要が生じる。このためには通常、ラビリンスシールが使用され、これは、たとえば米国特許第３３９９８２７号明細書からも公知である。
【０００３】
ほぼ半径方向に延びる間隙シーリングでは、洗浄ガス（Spuelgas、窒素、アルゴンまたはこれに類するもの）を使用することが公知であり（欧州特許公開第４０８７９１号明細書、図５の間隙シール部材４３参照）、これにより、たとえば軸受け・モータ室は、有害なガスの進入から保護される。洗浄ガスは、軸受け・モータ室に流入せしめられて、間隙シール部材を通って搬送室へ到達する。これにより、搬送室からのガスは、モータ室へは到達不能となることが保証される。
【０００４】
本発明の課題は、回転する構成部材と固定された構成部材との間にほぼ半径方向に延びる間隙のための、効果的な動力学的なシール部材を得ることである。
【０００５】
この課題は、本発明の請求項の特徴部に記載された構成によって解決される。
【０００６】
互いに内外に入り込む翼列として形成されている凸部を使用することによって、所望のシール作用が向上するばかりでなく、さらに、それぞれの応用に対して有利である搬送特性をシール部材に付与する手段も得られる。たとえば室を、ガスの進入から保護することが望まれる場合には、翼列もしくはこれらの翼列を形成する翼の設定角度が、シール部材が、有害なガスの流れ方向とは反対側を向いた搬送方向を有するように選択されていてよい。
【０００７】
本発明の別のさらなる利点および詳細を、図１から図９に基づき説明する。
【０００８】
図１および図２に、本発明によるシール部材１を示す。このシール部材１は、固定された翼列２と回転する翼列３とを有しており、これらの翼列の長手方向軸線は、回転する構成部材の回転軸線４に対して平行に延びている。翼列は、回転軸線４を中心とした同心的な列になるように配置されていて、シールされるべき間隙５内へと延びている。シール間隙５によって分離される、互いにシールされるべき室は、全体を通じて符号８，９で示される。ロータ翼２の列およびステータ翼３の列は、交互に並んでいる。これらの翼列は、シールされるべき間隙５の領域で互いに内外に入り組んでおり、搬送作用が所望される場合には、自体公知の形式で、流れ方向で異なる設定角度を有している。図２より、翼２，３が、構成部材を制限している構成部材、すなわち回転する構成部材６および固定された構成部材７であることが分かる。これらの構成部材６，７の間に、シールされるべき間隙５が存在する。
【０００９】
図３および図４に、本発明によるシール部材１のダブルフロー型の構成を示す。翼列の内側のグループは、ガスを半径方向に内方に向かって（矢印１１）搬送し、翼列の外側のグループは、ガスを内方から外方に向かって（矢印１２）搬送する。これによって、同様に、シールされるべき室８，９が効果的に分離される。この配置により得られる利点は、保護されるべき室（たとえば室８）内で、この室内の成分の蒸気圧が所定の基準値を下回ることがないということである。さらに、この分離は、不活性ガスを両グループの間に流入させることによって補助されてよい。この不活性ガスの搬送は、固定された構成部材６を介して行われる。流入孔を図示し（複数の流入孔が設けられていてもよい）、これを符号１４により表す。
【００１０】
図５には、ブロワ２０において本発明が使用されている実施例を示す。ブロア２０は、駆動部分２１と、ガス搬送部分２２とから成っており、駆動部分２１内には、駆動モータ（図示せず）が設けられている。この駆動モータは、シャフト２３を駆動し、このシャフト２３は、できるだけガス密に（ラビリンスシール２４）、駆動ケーシングのフランジ２５を貫通して案内されている。シャフト２３の自由な端部には、ブロワホイール２６が固定されている。ラビリンスシール２４の補助のために、ブロワホイール２６の下側とフランジ２５との間の間隙５には、本発明によるシール部材１が実現されている。フランジ２５は、ステータ翼列２を有していて、ブロワホイール２６は、回転する翼列３を有している。これらの翼列は、シャフト２３の周りに同心的に配置されていて、間隙５の領域では、互いに内外に入り組んでいる。ブロワホイール２６から搬送されるガスがモータ室内に到達できないようにする作用を、シール部材１が有することが望ましいのであれば、シール部材が、半径方向に外方に向かう搬送作用を有しているように構成されると有利である。
【００１１】
図６に、ターボ分子ポンプ３１の部分的な断面図を示し、そのベース部分を、符号３２で表す。駆動モータ３３を備えたこのベース部分３２には、シャフト３４が、軸受け３５により支持されている。このシャフト３４は、ロータ翼３７を備えたロータ３６を有しており、これらのロータ翼３７は、搬送室３９に設けられたステータ翼３８と共に設けられている。この搬送室３９を、モータ・軸受け室４１から効果的に分離するために、本発明によって構成されたシールシステム１が設けられている。このシールシステム１は、２つの平面に配置されたステータ翼２を有していて、このステータ翼２は、ケーシングに固定されていて断面がＬ字形であってシャフト３４の周りを取り囲んでいる環状構成部材４２に設けられている。ロータ３６には、環状構成部材４２の形状に適合する切欠き４３が設けられている。ロータ３６には、ステータ翼２が配設されたロータ翼３が固定されている。このような構成において、室３９と室４１との確実な分離を得ようとする場合には、内側（上側）の翼列グループ２，３が、モータ室４１の方向への搬送作用を有するように、かつ外側（下側）の翼列グループ２，３が、搬送室３９の方向に搬送方向を有するように、シール部材１が構成されていると有利である。両方の翼列グループの間に不活性ガスを流入させると、この分離作用がさらに向上せしめられる。モータ・軸受け室４１から搬送室３９への炭化水素の進入、および搬送室３９からモータ室４１への有害な（たとえば腐食性のまたは有害な）ガスの進入を、確実に回避できる。図３および図４に関連して述べた利点は同様に得られる。
【００１２】
図７は、本発明によるシール部材が、従来技術に基づく軸方向に圧縮を行う摩擦ポンプ５１で使用されている図である。この摩擦ポンプ５１は、吸込側に配置されたターボ分子ポンプ段５２と、吐出側に配置された分子ポンプ段５３とから成る。この分子ポンプ段５３は、図示のようなホルヴェックポンプ（Holweckpumpe）として、またはゲーデ型（Gaede-）、ジークバーン型（Siegbahn-）、エングレンダー型（Englaender-）ポンプまたはサイドチャネルポンプとしても形成されていてよい。
【００１３】
シール部材１および摩擦ポンプ５１は、側面に設けられた流入口５６を備えたほぼ円筒状の共通のケーシング５５内に設けられている。両端面に（軸受け５７，５８により）支承されたシャフト５９は、それぞれ回転する構成部材（シール部材１のロータ板６、ターボ分子ポンプ段５２のロータ６１およびホルヴェックポンプ段５３のシリンダ６２）を有している。ポンプ５１の側方に設けられた流入口５６は、シール部材１と軸方向に圧縮を行うポンプ段５２，５３との間に通じている。ポンプ５１の流出口６４は、分子ポンプ段５３の吐出側に設けられている。
【００１４】
図７による解決方法の特別な点は、駆動モータ６８が、軸方向に搬送が行われるポンプ５１の高真空側に存在すること（通常のようにホルヴェックポンプ段５３の吐出側でないこと）である。シール部材１が流入口５６と駆動モータ６８との間に存在することによって、モータ室４１内で比較的より高い圧力を保持することができる（たとえば１×１０^−２ｍｂａｒ）。したがって、モータ室４１内で、高真空での使用が可能な材料を使用する必要はない。
【００１５】
図８に示した構成は、シール部材１が、半径方向に外方から内方に向かって搬送作用を有しているという点で、図７に基づく構成と相違する。さらに、バイパス６７が、モータ室４１に接続されており、このバイパス６７は、分子ポンプ段６２の吸込側と接続されている。図示された矢印６９にしたがって、シール部材１から搬送されたガスは、モータ室４１を通って、バイパス６７へ、さらにそこから分子ポンプ段５３へ到達する。モータ室４１内の前真空圧の保持は、これにより保証される。さらに、シール部材１は、ターボ分子ポンプ段５２の搬送導管を補助し、これにより、ポンプ５１の構成長さはあまり大きくならずに済む。
【００１６】
図９に、複数の室を備えたシステム、ここでは２つの室を備えたシステムの場合のポンプ５１の構成を示す。これは、たとえば種々異なる圧力になるように排気しなくてはならない複数の室を備えた分析装置である。したがって、吸い込み管片の間に間隔が設けられている。このことは、従来の技術においてはしばしば、コストのかかる支承システムを必要としていてかつ片持ち式に支承される比較的長いロータシステムが必要となってしまう。
【００１７】
図９の構成は、２つの側方の流入口５６，５６′を有している。これらの流入口５６，５６′は、少なくとも１つのシール部材１によって互いに分離されている。シール部材１は、外方から内方に向かって搬送作用を有するように形成されている。流入口５６は、軸方向に搬送を行う摩擦ポンプ５１の入口領域および半径方向に外方から内方に向かって搬送を行うシール部材１の周辺部に設けられている。半径方向に搬送を行うシール部材１の流出口は、第２のターボ分子ポンプ５２′の流入領域に開口しており、このターボ分子ポンプ５２′には、第２の流入口５６′が接続されている。シール部材１により、流入口５６での圧力が、流入口５６′での圧力よりも小さくなるようになる。ターボ分子ポンプ段５２′の吐出側には、駆動モータ６８が設けられている。この吐出側は、バイパス６７を介して分子ポンプ段５３の吸込側と接続されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるシール部材の構成の断面図である。
【図２】 図１のシール部材の構成の別の断面図である。
【図３】 ダブルフロー型の構成の断面図である。
【図４】 図３の構成の別の断面図である。
【図５】 単に片持ち式に支承されたロータを備えた機械で本発明のシール部材が使用された実施例の図である。
【図６】 単に片持ち式に支承されたロータを備えた機械で本発明のシール部材が使用された別の実施例の図である。
【図７】 両端面で支承されたロータシステムを備えた真空ポンプで本発明のシール部材が使用された実施例の図である。
【図８】 両端面で支承されたロータシステムを備えた真空ポンプで本発明のシール部材が使用された別の実施例の図である。
【図９】 両端面で支承されたロータシステムを備えた真空ポンプで本発明のシール部材が使用されたさらに別の実施例の図である。

Claims (9)

1. 回転する構成部材と固定された構成部材との間に設けられるシール部材であって、少なくとも１つの構成部材に、シール間隙内に突入する凸部が設けられている形式のものにおいて、
   シール間隙（５）がほぼ半径方向に延びており、両方の構成部材が凸部を備えていて、これらの凸部が、軸方向に延びていて、回転する構成部材の回転軸線と同心的に配置されていてかつ互いに内外に入り込んでおり、さらに、翼列として形成されており、該翼列（２，３）が搬送作用を有しており、当該シール部材が、ダブルフロー型に形成されており、シール部材を形成している翼列（２，３）の特性が、外側に位置する翼列が、内側に位置する翼列とは反対の方向に搬送を行うように選択されていることを特徴とする、動力学的なシール部材。
2. 内側に位置する翼列は、ガスを半径方向内方（矢印１１）に向かって搬送し且つ外側に位置する翼列は、ガスを半径方向外方（矢印１２）に向かって搬送する、請求項１記載のシール部材。
3. ダブルフロー型のシール部材（１）を形成する両翼列グループの間に、不活性ガス流入口（１４）が設けられている、請求項１記載のシール部材。
4. 当該シール部材が、ブロワ（２０）またはポンプ（３１）の構成部材であって、搬送室とモータ室との間に位置している、請求項１から３までのいずれか１項記載のシール部材。
5. 当該シール部材が、搬送作用を、吸込み室の方向に有している、請求項４記載のシール部材。
6. 当該シール部材が、ターボ分子真空ポンプの構成部材であって、さらに、モータ室の方向に搬送作用を有しており、モータ室が、バイパス（６７）を介して前真空ポンプ段と接続されている、請求項４記載のシール部材。
7. モータ室（４１）が、ターボ分子真空ポンプの吸込側に位置している、請求項６記載のシール部材。
8. 当該シール部材が、少なくとも２つの流入口（５６，５６′）を備えたターボ分子真空ポンプの構成部材であって、これらの流入領域の間に位置している、請求項１から３までのいずれか１項記載のシール部材。
9. 当該シール部材が搬送作用を有しており、シール部材の周辺部が第１の流入領域と接続されていて、シール部材の中心部が第２の流入領域と接続されている、請求項８記載のシール部材。

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