JP5303114B2 - 駆動装置を有する真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、周辺内に配置されている真空ポンプであって、 真空ポンプが、ハウジング、内部空間および駆動装置を有し、駆動装置は、内部空間内に配置されている電子／電気部品を操作するための電子回路を含み、この場合、内部空間内に負圧が作用し、および 真空ポンプが、内部空間と周辺とを相互に分離する分離要素を有している、駆動装置を有する真空ポンプに関するものである。

真空ポンプは内部空間を有し、内部空間内にきわめて多数の電子部品が配置されている。このような電子部品は、例えば、モータの電気コイル、または軸の回転を検出するホール・センサ等である。真空ポンプの内部に配置されているこれらの部品は、真空ポンプの外部に存在する電子回路によって操作される。これらの回路はしばしば操作装置内に配置されている。このような真空ポンプの内部空間は、大気圧を下回る圧力レベルにある。これは、電子回路と内部空間内に配置されている部品との間に電気接触を形成する導線が、内部空間から外部空間への密閉気密導通部内を案内されなければならないことを意味する。

従来技術において行われている通常の方法は、真空ポンプに密閉気密プラグを設けることである。このプラグは真空ポンプの内部空間の方向にピンを有し、このピンに、電子部品に連絡するケーブルがはんだ付けされる。近年、真空ポンプの大きさおよび形状が重要となってきている。真空ポンプおよび駆動装置の希望の機能が広範囲になってきているにもかかわらず、結果的にますますよりコンパクトな全体装置が形成されなければならない。駆動装置は真空ポンプのハウジングに適合すべきであるので、駆動装置は真空ポンプの周囲に形成されなければならない。言い換えると、真空ポンプのハウジングは駆動装置に対して空間条件を設定する。この場合、従来技術において利用されているプラグは、複雑に構成され且つ大きな場所を占めているので、不利であることは明らかである。

電気信号案内部のフレキシブルな形態を許容し、真空に対して気密で且つ装着エラーがより少ない導通部の構造を可能にする分離要素を内部空間と周辺との間に有する、真空ポンプを提供することが本発明の課題である。

この課題は、請求項１の特徴を有する真空ポンプにより解決される。真空ポンプの内部空間を周辺から分離する分離要素内にプリント回路板が使用されることにより、信号案内部を空間的条件に本質的によりよく適合させることができる。プリント板の装着はより簡単であり、および位置関係はかなり大まかなので、装着誤差は比較的少ない。プリント板上において導通部の位置からプリント板上の他の点へ信号を導き、次にこの点から駆動装置との結合を形成することが可能である。プリント板それ自身は広幅の幾何形状として購入可能であるのでコスト的に有利である。さらに、プリント板は十分に真空に対して気密である。

従属請求項２−１１は本発明の有利な変更形態を示す。
第１の変更態様は、電流／電圧導通手段の形態に関するものである。技術的に簡単で且つコスト的に有利な方法は、プリント回路板に穴を開け、この穴の中にピンを差し込み且つそれをはんだ付けすることである。この場合、真空に対して気密な導通部ははんだ付けにより保証されている。

電流／電圧導通手段の他の変更態様は、プリント板上に密閉気密プラグを設けることにある。プラグは真空ポンプの内部空間の方向に接点ピンを有している。この内部空間から離れた側において、プリント回路板内に接点がはんだ付けされている。この変更態様により、真空気密性がさらに向上される。

本発明は、プリント回路板が少なくとも２つの層から形成されていることにより、改良可能である。これは、プラグ・コネクタを表面上に設けることを可能にし、プラグ・コネクタは、２つの層の間に存在する内部導電層と電気接触を形成する。これは、電流／電圧導通手段のためにプリント回路板内に貫通ホールを設けることを回避させる。このようにして、装置の真空気密性が向上される。

分離要素とハウジングとの間の隙間内にエラストマー・リングを配置することにより、簡単且つ確実なシールが達成可能である。このシールは、プリント回路板上にコーティング面が設けられ、このコーティング面上にエラストマー・リングが当接することによりさらに改善される。この面は平らに形成されているので、エラストマー・リングの当接不良位置はなくなる。コーティングは金または金合金からなっていてもよい。このようなコーティングは、プリント回路板の製造工程内において通常行われることなので、コスト的にも有利である。

プリント回路板上に他の電子部品を設けている請求項８の変更態様は、負圧領域内部即ち内部空間内に他の電子部品を配置することなく、真空ポンプに追加機能を与えることを可能にする。真空気密導通部を介して電気信号を導くことなく、エラー・メモリ、ポンプ・タイプ検出、温度測定等のような機能を形成可能である。真空ポンプの低真空範囲内には、例えばモータに対して不可欠な導線のみが導かれるにすぎない。その他の導線は全てプリント板上に配置可能であり、このことはコスト的に有利であり且つ技術的に簡単である。特に、負圧内で作動される電子部品の数が最小にされる。

この考え方の変更態様においては、温度センサがプリント板上に配置され、温度センサは真空ポンプのハウジングと熱接触を形成している。熱接触は直接機械的接触により形成されていてもよく、温度センサとハウジングとの間の機械的に変形可能な伝熱体もまた好ましい形態を示している。真空ポンプの内部空間内における、このセンサの費用のかかる配線は不要となり、故障した温度センサは直ちに交換可能である。ポンプ温度の確実なモニタリング、したがって異常に高い温度の回避が保証される。

有利な変更形態は、駆動装置を真空ポンプに着脱可能に固定することにあり、この場合、駆動装置は分離要素を少なくとも一部被覆する。これにより、コンパクトな全体装置が提供され、且つ同時に分離要素は外部影響から保護される。

本発明は、真空ポンプがターボ分子真空ポンプに使用されることにより改良可能であり、その理由は、ターボ分子真空ポンプは特に多くの電子部品を有し且つ費用のかかる操作を必要とするからである。

図面により本発明を実施例で詳細に説明し且つその利点を考察する。

図１は、真空ポンプに対する例として、ターボ分子真空ポンプ１略してターボ・ポンプを示す。ターボ・ポンプは吸込フランジ３を有し、吸込フランジ３を介して、ターボ・ポンプは、高真空が形成されるべき容器と結合される。吸引ガスは、羽根を支持するロータ・ディスク５および同様に羽根を支持するステータ・ディスク６により圧縮される。このために、ロータ・ディスク５は、ロータ・ディスクがそれに固定されている軸４を介して高速で回転される。たいていの場合常に低真空／微真空範囲内の圧力を有している圧縮ガスは、ガス出口１７を介して粗引き真空ポンプに排出される。軸は軸受７により回転支持され、軸受７は例えば玉軸受または磁気軸受として形成されている。回転は駆動モータ９により行われる。ターボ・ポンプは内部空間８を有し、内部空間８内には、ポンプ周辺に比較して負圧が作用している。この負圧はしばしばガス出口１７に作用している低真空の範囲内にあり、その理由は、内部空間およびガス出口はモータ／軸受隙間を介して相互に結合されているからである。この内部空間内に導線が配置され、導線を介して、回転を形成させるために必要な電力がモータ９に伝送される。

ターボ・ポンプの吸込フランジとは反対側の端部に駆動装置１１が配置され、駆動装置１１は、例えばねじにより、ターボ分子真空ポンプのハウジングと着脱可能に結合されている。この駆動装置内に電子回路１６が設けられている。この回路は、モータのコイルがそれにより操作される電流および電圧の発生を受け持っている。さらに、集積回路および／またはコントローラ、例えばファンのような周辺装置等を操作する電源電圧供給が設けられていてもよい。ターボ・ポンプの運転データがモニタリングされても、または流動過程等が制御されてもよい。ハウジングは外側ガスケット１５を介してシールされてもよい。これにより、電子回路を噴霧水から保護することが可能であるが、外側ガスケットは真空気密性を達成する働きをするものではない。

駆動装置は周辺と同じ条件を有し、即ち通常の場合、大気圧の空気に露出されている。駆動装置内部の回路１６から、ターボ・ポンプの内部空間８内に、電流／電圧が供給されなければならない。このとき、周辺と内部空間との間の圧力差が保持されなければならない。このために分離要素が使用され、分離要素は電流／電圧導通手段１２を備え且つターボ・ポンプのハウジング内の開口２３を被覆している。この分離要素の一部がプリント回路板１０である。この回路板には幾つかの位置で穴が開けられている。内孔を貫通して導電ピンが差し込まれ且つそれに続いてはんだ付けされ、これにより、内孔は真空に対して気密に閉鎖されている。ピンは、駆動装置に向く側において導線と結合され、導線は回路１６と電気接触を形成している。これらの導線は、相互に間隔をなしている種々の接点位置２５ａ、２５ｂにおいて終端している。ピンと導線との間の直接結合を形成する代りに、必要な結合の一部に対して導体路１２ｆが設けられていてもよく、導体路１２ｆを介して電流／電圧がプリント回路板の他の点に供給される。これは、駆動装置内の種々の回路部分の最適且つフレキシブルな空間的配置を可能にする。導線とピンとの間の接触形成に対して、例えば簡単なプラグ接点が使用されてもよい。ターボ・ポンプの内部空間に向く側において、プラグは、導線２１の端部に設けられているピン上にかぶせられる。この導線はターボ・ポンプの内部空間内の電子／電気部品例えばモータに連絡している。このようなプラグ接点は分離要素とポンプとの着脱を容易にする。分離要素のプリント回路板は、ねじにより、ポンプ・ハウジング２に固定されている。装置の真空気密性を向上させるために、エラストマー・シール・リング１３が開口２３を包囲している。エラストマー・シール・リングがプリント回路板上に当接する範囲内にコーティングが設けられていることにより、真空気密性がさらに改善可能である。

図２は分離要素の第２の例を示し、図２内には、ポンプの下部部分および駆動装置の上部部分のみが断面図で示されている。ここでは、分離要素は、プリント回路板１０と、および電流／電圧導通手段としての密閉気密プラグ１２ｃとを有している。このプラグは接点ピンを有し、接点ピンは、回路板の内孔内に位置し且つ内孔内にはんだ付けされている。接点ピンは開口２３に向く側に伸長し且つそこで導線２１と結合されている。エラストマー・シール・リング２４がプラグとターボ・ポンプのハウジング２との間に配置され且つ内部空間をシールしている。機械的安全性および真空気密性を保証するために、プラグそれ自身はポンプ・ハウジングにねじで固定されている。プリント回路板は、同様に、真空ポンプのハウジングとねじにより結合されている。回路板上に他の電子部品３１が配置されている。電子部品３１は、例えば、ポンプ・タイプ、製造番号等のようなポンプに関するデータを記憶するために使用されてもよい。

図３は分離要素の他の例を示し、図３内には、ポンプの上部部分および駆動装置の下部部分のみが断面図で示されている。ここでは、分離要素内に含まれているプリント回路板１０は２つの層１０ａおよび１０ｂから形成され、この場合、さらに多い層数が使用されてもよい。２つの層の間に内部導電層が設けられ、即ち、層１０ａおよび１０ｂの間に導体路が存在している。ここでは、電流／電圧導通手段はプリント回路板の表面上に装着されたプラグ・コネクタ１２ｆであり、プラグ・コネクタ１２ｆは例えば「表面実装技術」（ＳＭＴ）で製造されている。このプラグ・コネクタは、負圧に露出されているプリント板の範囲内で使用される。機械的安定性に対する要求はこの場合低いものである。一般に、「表面実装デバイス」（ＳＭＤ）プラグは、高い機械的安定性が問題とならない、いたるところで使用可能である。プラグ・コネクタ１２ｆ上にはめ合いプラグ２０がかぶせられ、はめ合いプラグ２０は、ターボ分子ポンプの内部空間内の電気／電子部品に連絡する導線２１の端部に位置している。層１０ａまたは１０ｂのみを貫通する袋穴１２ｄは、２つの層の間に存在する導体路１２ｂと電気結合を形成する。この導体路から、他のブラインド・ホールおよび袋穴を介して、回路板の駆動装置に向く表面に電気結合を案内可能である。プラグ・コネクタが、駆動装置に向く表面上で使用されるべきとき、電流／電圧を、はじめに、導体路１２ｂを介してエラストマー・リング１３の範囲から導き出し且つ貫通内孔内にはんだ付けされているピン１２ｅに導くことが有利である。このとき、導体路１２ｂは、層１０ａおよび１０ｂの表面上のガス圧力間に差が存在しない範囲、ないしは表面が負圧に露出されていない範囲内において終端する。この範囲内においては、貫通内孔が使用されても問題はない。これにより、回路１６との結合のために、機械的に大きな荷重を与えることが可能なプラグ・コネクタを製造することが可能である。この例において提供された手段を用いて、エラストマー・シール・リング１３内部の真空技術的に重要な範囲内にある全プリント回路板を貫通する内孔を回避させることが可能である。この例において提供された分離要素の真空気密性はきわめて高い。同時に、駆動装置側の接点が、空間的に近い、駆動装置内回路部分の接点位置２５ａ、２５ｂ、２５ｃに接続されるように、２つの層の間に導体路を設置することが容易に可能である。

同様に、プリント板上に温度センサ３０が設けられている。この温度センサはポンプ温度の確実なモニタリングを可能にするので、ポンプのきわめて高い運転温度を検出し且つその防止手段をとることが可能である。例えば、駆動装置内に供給される電力が低減されても、またはポンプが停止されてもよい。温度センサはハウジングと熱接触を形成している。この接触は種々の方法で達成可能である。即ち、温度センサをハウジングに圧着させるように、温度センサを直接機械的に接触させることが考えられる。温度センサとハウジングとの間に良熱伝導手段３２を設けることもまた考えられる。この手段を、機械的に弾性変形が可能なように形成することが好ましく、これにより、温度センサから手段へ、および手段からハウジングへの確実な熱伝達が形成される。

第１の実施例による、駆動装置を有するターボ分子真空ポンプの断面図である。 第２の実施例による、真空ポンプ内部空間と大気との間の分離要素の範囲の断面図である。 第３の実施例による、真空ポンプ内部空間と大気との間の分離要素の範囲の断面図である。

符号の説明

１ 真空ポンプ（ターボ分子真空ポンプ）
２ ハウジング
３ 吸込フランジ
４ 軸
５ ロータ・ディスク
６ ステータ・ディスク
７ 軸受
８ 内部空間
９ 電子／電気部品（駆動モータ）
１０ プリント回路板
１０ａ、１０ｂ 層
１１ 駆動装置
１２ 電流／電圧導通手段
１２ｂ 内部導電層（導体路）
１２ｃ 密閉気密プラグ
１２ｄ 袋穴
１２ｅ ピン
１２ｆ 導体路（図１）、プラグ・コネクタ（図３）
１３、２４ エラストマー・リング（エラストマー・シール・リング）
１４ コーティング面
１５ ガスケット
１６ 電子回路
１７ ガス出口
２０ はめ合いプラグ
２１ 導線
２３ 開口
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 接点位置
３０ 温度センサ
３１ 電子部品
３２ 良熱伝導手段

Claims (11)

1. 周辺内に配置されている真空ポンプ（１）であって、
   真空ポンプ（１）が、ハウジング（２）、内部空間（８）および駆動装置（１１）を有し、駆動装置（１１）は、内部空間（８）内に配置されている電子／電気部品（９）を操作するための電子回路（１６）を含み、この場合、内部空間内に負圧が作用し、および真空ポンプ（１）が、内部空間と周辺とを相互に分離する分離要素を有している、真空ポンプ（１）において、
   分離要素が内部空間と周辺とを分離するプリント回路板（１０）を含み、プリント回路板（１０）は電流／電圧を内部空間内に導通するための手段（１２）を有することを特徴とする真空ポンプ（１）。
2. 前記導通手段（１２）が、プリント回路板（１０）の内孔内にはんだ付けされたピンを含むことを特徴とする請求項１の真空ポンプ（１）。
3. 前記導通手段が密閉気密プラグ（１２ｃ）を含むことを特徴とする請求項１の真空ポンプ（１）。
4. プリント回路板（１０）が少なくとも２つの層（１０ａ、１０ｂ）を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの真空ポンプ（１）。
5. 前記導通手段が、プリント回路板の表面上に固定されたプラグ・コネクタ（１２ｆ）を含み、プラグ・コネクタ（１２ｆ）はプリント回路板の２つの層間に配置された内部導電層（１２ｂ）と電気接触を形成することを特徴とする請求項４の真空ポンプ（１）。
6. 分離要素はエラストマー・リング（１３）によりハウジング（２）に対してシールされていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの真空ポンプ（１）。
7. エラストマー・リング（１３）は分離要素のコーティング面（１４）上に当接することを特徴とする請求項６の真空ポンプ（１）。
8. 分離要素は、ハウジング（２）に向く側に、少なくとも１つの他の電子部品（３１）を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの真空ポンプ（１）。
9. 前記他の電子部品が温度センサ（３０）であり、温度センサ（３０）はハウジング（２）と熱接触を形成していることを特徴とする請求項８の真空ポンプ（１）。
10. 駆動装置（１１）が真空ポンプ（１）に着脱可能に固定され且つ分離要素を少なくとも一部被覆することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの真空ポンプ（１）。
11. 真空ポンプ（１）がターボ分子ポンプであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかの真空ポンプ（１）。

Images