JP6118951B2 - ロータディスク、及び真空ポンプのためのロータ - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプのためのロータディスク、及びこのようなロータディスクを有するロータに関する。

特にターボ分子真空ポンプのような真空ポンプは、ポンプハウジングに支持されたロータ軸を備えている。特に電気モータによって駆動されるロータ軸は、ポンプハウジングに配置されたステータに囲まれたロータを支持している。特に、ターボ分子ポンプは複数のロータディスクを備えている。個々のロータディスクは複数の動翼を有している。ロータを囲むステータのステータディスクは、隣り合うロータディスク間に夫々配置されており、ステータディスクも静翼を有している。

独国特許出願公開第102007048703号明細書

ターボ分子ポンプのロータを一体に製造することが知られている。この点について、個々のロータディスクは、固体の塊から特にフライス加工によって製造される。この製造方法は、非常に面倒でコストがかかる方法である。このようなロータでは、ステータディスクが２つの隣り合うロータディスク間に外側から挿入され得るように、ステータディスクはほとんどの場合２つの部分から構成されている。

独国特許出願公開第102007048703号明細書から、ターボ分子ポンプのためのロータを個々のロータディスクから組み立てることが更に知られている。この場合、個々のロータディスクは補強リングを介して互いに結合されており、各ロータディスクは特に動翼面を有している。補強リングは夫々ロータディスクの内側リングを囲んでいる。複数のロータディスクから組み立てられた真空ポンプのロータは、機械的な連結方法を使用して製造されている。このため、ロータディスクの内側リングは補強リングに対してオーバーサイズである。連結は、連結される要素の加熱又は冷却と、その後の押し付けとによって行われる。この連結方法は、連結工程がロータディスクの内側リング又はハブに張力をもたらすという点で不利である。動作中のロータディスク及び補強リングの大きな遠心力と異なる熱膨張とにより、更なる張力が生じる。

本発明は、張力の発生が特にロータディスクの内側リングで減少する、ロータディスク及び複数のロータディスクを有するロータを提供することを目的とする。

前記目的は、本発明によれば、請求項１に定義されているようなロータディスク、及び請求項４に定義されているようなロータによって達成される。

真空ポンプ、特にターボ分子ポンプのための本ロータディスクは、好ましくは実質的に円筒状の内側リングを有している。内側リングは、径方向の外側に延びている翼要素に結合されており、翼要素と特には一体に形成されている。本発明によれば、内側リングは少なくとも１つの伸縮継手又はスロットを有している。このような伸縮継手を設けることにより、熱膨張が補償され得るという利点がある。スロットが設けられているため、接線方向の張力の発生が減少するか、又は場合によっては完全に妨げられる。本発明に従って伸縮継手を設けることにより、接線方向の張力の発生が、特に内側リングの外側領域で、つまり特には内側リング及び翼要素間の移行部分で少なくとも著しく減少する。そのため、このようなロータディスクから組み立てられたロータをより速い回転速度で作動させることが好ましくは可能である。

伸縮継手又はスロットが、翼要素と平行に内側リングの幅全体に亘って延びていることが好ましい。従って、ロータディスクの内側リングにスロットが完全に形成される。スロット又は伸縮継手が傾斜していることが特に好ましい。特に傾斜は、スロットによる翼要素へのあらゆる損傷が回避されるような傾斜である。従って、特に好ましい実施形態では、伸縮継手又はスロットは傾斜して配置されており、特に翼要素と同一の傾きを有する。翼要素の傾きが変わるとき、関連がある態様として、翼基部の領域、つまり翼要素と内側リングとの結合部分の移行領域で翼要素が傾く。

本発明のロータディスクの好ましい実施形態では、複数の伸縮継手又は複数のスロットを設けることが更に可能である。伸縮継手は、内側リングの周辺部分に亘って規則的に分散していることが好ましい。ここで、複数の内側リング部分から組み立てられた内側リングが設けられるように、個々の内側リング部分は場合によっては１つの翼要素のみを支持してもよい。個々の内側リング部分は、結合要素によって互いに結合されてもよい。例えば、エラストマから形成された結合要素がスロット又は伸縮継手に設けられてもよい。更に、個々の内側リング部分をロータに組み立てながら、個々の内側リング部分を結合することが可能である。内側リングを分割することにより、一側に膨張することによって不均衡になる傾向が減少するか又は抑制される。更に、複数の伸縮継手を周辺部分に亘って規則的に分散して設けることにより、張力がより適切に補償され、個々の内側リング部分の変形が夫々、１つのスロットのみを有する内側リング部分全体の変形より小さいという利点がある。

本発明に係るロータディスクの特に好ましい更なる実施形態では、翼要素は翼基部の領域、つまり翼要素及び内側リング間の移行領域でテーパ状になる。テーパ状部分が、特に上面及び下面の両方に設けられた凹部によって形成されている。これらの凹部は、不均衡を避けるように鏡面対称に形成されていることが好ましい。従って、凹部は、翼要素の中心線又は翼の中心面に対して鏡面対称である。翼要素を翼基部の領域でテーパ状にすることにより、場合によっては生じる翼要素の振動に対して好ましい作用がある。このような作用は、特に取り付けられた状態で有利である。

本発明は、真空ポンプ、特にターボ分子ポンプのためのロータに更に関する。ロータは、ロータの長手方向、つまりロータ軸の長手方向に配置された複数のロータディスクを有しており、ロータディスクは上述したように構成されていることが好ましい。

少なくとも１つの内側リングが固定のために保持リングに囲まれていることが好ましい。特に保持リングは、好ましくはCFC のような繊維強化プラスチック材料から形成されている補強リングである。夫々の保持リングがロータディスクの２つの隣り合う内側リングを囲むように、保持リングが少なくとも部分的に構成され配置されていることが好ましい。この点について、保持リングは、２つの隣り合う内側リングを長手方向に少なくとも部分的に囲んでいる。従って、好ましい実施形態では、内側リングが特に２つの保持リングによって固定されている。保持リングは夫々内側リングに亘って部分的に突出している。特に、内側リングの一部は保持リングによって長手方向に囲まれておらず、内側リングのこの領域における翼要素は内側リングと結合されており、特には内側リングと一体に形成されている。

翼要素が翼基部でテーパ状になっているロータディスクの好ましい実施形態では、保持リングを設けることにより減衰がもたらされる場合がある。作動状態に応じて、場合によっては翼要素の振動が生じる。このような振動を保持リングによって減らしてもよい。従って、この実施形態では、保持リングはダンパという更なる機能を有する。

保持リングがテーパ状部分を形成する凹部を覆っていることが特に好ましい。従って、保持リングの一部は翼要素の上面又は下面に接する。そのため、翼要素の振動の十分な減衰が達成されてもよい。この実施形態では、保持リングが繊維強化プラスチックを含有していることが特に好ましく、保持リングをCFC 管として構成することが特に好ましい。

内側リングが複数の部分から構成されている本発明の別の好ましい実施形態では、内側リングの内部に引張要素を設けることが好ましい。内側リング部分の定められた位置が保証されるように、引張要素が個々の内側リング部分を保持リングに押し付ける。

自立型構造のために内側リングが保持リング、場合によっては引張要素と結合されていることが可能である。内側リングの内側に支持要素を更に設けることが好ましい。支持要素は、ロータ軸自体であってもよく、又はロータ軸と結合される要素であってもよい。ロータ軸が中空の円筒体内に少なくとも部分的に突出するように、ロータ軸と結合されるこのような要素は中空の円筒体として構成されていることが好ましく、この場合、中空の円筒体は内側リングを支持している。

好ましい実施形態では、特に中空の円筒体として構成されている支持要素は、径方向の外側に向いた好ましくは環状の保持突出部を有している。更に段差状のこの保持突出部により、特に長手方向に見て外側の内側リングの位置及び／又は長手方向に見て外側の保持リングの位置が定められる。

更に、特に中空の円筒状の支持要素は、カバー要素によって少なくとも部分的に閉じられている開口部を長手方向に有してもよい。カバー要素は、外側の内側リング及び／又は外側の保持リングを固定すべく更に機能してもよい。カバー要素は、段差状の径方向の外側に向いた突出部を有してもよい。カバー要素は具体的には、内側リング及び保持リングを支持要素に位置的に正確に固定すべく機能する。

伸縮継手を有する内側リングを組み立てるために、内側リングが固有の張力によって保持リングに固定されるように、内側リングを僅かに圧縮して内側リングを保持リングに挿入することが可能である。内側リングが複数の部分から構成されている場合、個々の内側リング部分が引張要素によって保持リングの内面に押し付けられる。

本発明を、好ましい実施形態及び添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

ロータディスクを示す平面略図である。 図１に示されているロータディスクを図１の矢印II−IIの方向に示す断面略図である。 図１及び２に示されているロータディスクを複数有するロータを示す断面略図である。 複数の内側リング部分を有するロータの更なる好ましい実施形態を示す断面略図である。 本発明に従って構成されたロータの別の好ましい実施形態の詳細を示す拡大断面図である。

本発明のロータディスク10は、内側リング12と、周辺部分に亘って規則的に分散するように内側リング12の外面14に配置された複数の翼要素16とを有している。翼要素16は、内側リング12と特には一体に結合されている。断面図（図２）では、内側リング12は２つの実質的に円筒状のリング要素18を有しており、翼要素16は夫々、２つのリング要素18間の内側リング12と結合されている。

ロータの第１の好ましい実施形態（図３）では、図１及び２に示されているロータディスクが複数、支持要素22に長手方向20に配置されている。図示された実施形態では、支持要素22が本明細書では図示されていないロータ軸に差し込まれて固定され得るように、支持要素22は中空の円筒状である。

支持要素22は、段差26を有する段差状の保持突出部24を図３における下端部に有している。図示された実施形態では、長手方向20に見ると、５つのロータディスク10が支持要素の外面28に長手方向に配置されている。ロータディスク10は夫々スロット又は伸縮継手30（図１）を有している。ロータディスク10の内側リング12は、取り付けられた状態で保持リング、つまり補強リング32によって囲まれている。組立てのために、スロット30を有する内側リング12は、閉じたリングとして構成されている保持リング32内に圧縮されて取り付けられる。各保持リング32は、２つの外側の内側リング12を除いて２つの隣り合う内側リング12の２つのリング要素18を囲んでいる。図３に示されている下側の保持リングは、下側の内側リング12のリング要素18と支持要素22の保持突出部24の段差26とを両方囲んでいる。

保持リング32と共に場合によっては予め組み立てられたロータディスク10は、図３における上側から支持要素22に差し込まれてもよい。この場合、ロータディスク10間に配置されたステータディスクは、閉じたリングとして構成されて、ロータディスクの組立て中にロータディスク間に既に配置されていてもよい。更に、ステータディスクが２つの部分から構成されたステータディスクであり、例えばロータが完全に組み立てられた後、２つの隣り合うロータディスク10間に外側から挿入されることが可能である。

図３に示されている上側のロータディスク10は、上側の保持リングを介してカバー要素34に結合されている。このため、カバー要素34は、図示された実施形態では段差38を有する保持突出部36を有している。

従って、上側の保持リング32は、上側の内側リング12のリング要素18、及びカバー要素34の保持突出部36の段差38と接する。カバー要素34は、中空の円筒状の支持要素22の開口部40内に取り付けられる。図示された実施形態では、カバー要素34は孔42を有している。孔42を通って、ロータが、支持要素22に挿入されたロータ軸の前端部に、例えばねじによって固定されてもよい。

動作中、１つのロータディスクの力のみが、図３における上側の保持リング32及び図３における下側の保持リングに作用する。従って、特に張力及び荷重が生じることによってロータディスク10が傾くことを回避するために、これらの保持リングが別の構成を有することが場合によっては適切な場合がある。例えば、上側の保持リング32及び下側の保持リング32の幅を減らす、特には半分にすることによって、保持リングの別の構成がもたらされ得る。

図４に示されている本発明に係るロータの更なる好ましい実施形態では、同様の要素又は同一の要素が同一の参照番号によって特定されている。

この実施形態では、個々のロータ部分、つまり内側リング部分が設けられるように、ロータディスクが１つのスロット30だけではなく、複数のスロットを有していることが本質的な差異である。個々のロータ部分42が、組み立てられた状態で、ここでもロータディスク10に機能的に相当するロータディスクを形成する。ロータディスクのロータ部分42の内側リング部分の確実な配置を保証するために、凹部が内側リング部分44の内面に設けられており、凹部内に、引張要素46が配置されている。引張要素の形状は、特に環状である。その他の点については、個々の要素の組立て及び配置は、図３を参照して記載されている実施形態に相当する。

図５に示されている更なる実施形態では、同様の要素又は同一の要素が同一の参照番号によって特定されている。この実施形態の本質的な差異は、ロータディスクの構成にある。ここでも、ロータディスクは翼要素16と結合された内側リング12を有している。内側リング12の代わりに、内側リング44（図４）の構成に相当する内側リングが設けられてもよい。翼基部48の領域、つまり内側リング12及び翼要素16間の移行領域に、テーパ状部分が設けられている。図示された実施形態では、テーパ状部分が、２つの対向する凹部50によって各翼要素16に形成されている。凹部50は、周方向に環状の窪み状の凹部として形成されている。凹部50は、翼要素16の中心線52に対して鏡面対称であるように構成されている。

保持リング32が凹部50を完全に覆うように、保持リング32の径方向の幅が選択されており、保持リング32は特にはCFC 管である。特に、保持リング32は翼要素の上面54及び下面56と接する。この接触部分は、数ミリメートル以上延びていることが好ましい。保持リング32が翼要素16の上面54及び下面56に接することにより、保持リング32は減衰要素として更に機能する。

図５に示されている実施形態における組立ては、図３を参照して記載された組立てに相当する。

Claims (18)

1. 真空ポンプ、特にターボ分子ポンプのためのロータディスクであって、
   内側リングと、
   径方向の外側に延びており、前記内側リングと結合されている複数の翼要素と
   を備えており、
   前記内側リングは少なくとも１つのスロットを有していることを特徴とするロータディスク。
2. 前記少なくとも１つのスロットは、前記内側リングの径方向の幅全体に亘って延びており、好ましくは斜めに特に前記翼要素の傾きに対応して延びていることを特徴とする請求項１に記載のロータディスク。
3. 前記内側リングは、前記内側リングの周辺部分に亘って規則的に分散している複数のスロットを有しており、該複数のスロットにより形成された前記内側リングの複数の部分は相互に結合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータディスク。
4. 前記翼要素は、翼基部でテーパ状になっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のロータディスク。
5. 前記翼要素は、テーパ状のために上面及び下面に凹部を有しており、該凹部は、好ましくは鏡面対称であることを特徴とする請求項４に記載のロータディスク。
6. 真空ポンプ、特にターボ分子ポンプのためのロータであって、
   該ロータの長手方向に配置された請求項１乃至５のいずれかに記載の複数のロータディスクを有していることを特徴とするロータ。
7. 前記内側リングを固定するために前記内側リングを囲む少なくとも１つの保持リングを有していることを特徴とする請求項６に記載のロータ。
8. 前記保持リングの内の少なくとも１つは、２つの隣り合うロータディスクの前記内側リングを囲んでいることを特徴とする請求項７に記載のロータ。
9. 前記保持リングは、翼基部に設けられているテーパ状部分を覆っていることを特徴とする請求項７又は８に記載のロータ。
10. 前記保持リングは、振動を減衰するために前記翼要素の上面及び下面と接していることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のロータ。
11. 前記保持リングは、繊維強化プラスチックを有しており、特にCFC 管として構成されていることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載のロータ。
12. 前記内側リングが複数の部分から構成されている場合、前記内側リングの内部に引張要素が設けられていることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載のロータ。
13. 前記内側リングを支持する支持要素が設けられていることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれかに記載のロータ。
14. 前記支持要素は中空の円筒体として構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のロータ。
15. 前記支持要素は、径方向の外側に向いた、特には環状の保持突出部を有していることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のロータ。
16. 前記支持要素の開口部がカバー要素によって少なくとも部分的に閉じられており、前記カバー要素は好ましくは前記内側リングを固定しており、前記保持リングは、特に前記内側リングを前記保持突出部に押し付けていることを特徴とする請求項１５に記載のロータ。
17. 前記内側リングが複数の部分から構成されている場合、前記内側リングの内部に引張要素が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のロータ。
18. 前記内側リングを支持する支持要素が設けられていることを特徴とする請求項６に記載のロータ。

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