JP6215291B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ローター軸を有するローター、ローター軸のための支承部、支承部のための潤滑剤を供給するための潤滑剤源を有する真空ポンプに関する。その際、ローター軸は、搬送部分を有し、この搬送部分は、潤滑剤源から生ずる潤滑剤を、少なくとも一つの軸方向要素を有する搬送方向に支承部に向かって搬送するよう形成されている。

そのような真空ポンプは例えば特許文献１から既知である。この真空ポンプにおいては、搬送部分は、独立した部材として設けられるナット（独語：Ｍｕｔｔｅｒ）として形成されている。このナットは、ローター軸の軸端部にねじ止めされている。ナットは、円錐形状の周囲面を有し、この周囲面は、潤滑剤源から生ずる儒滑材を支承部へと搬送するよう形成されている。ナットは、その際同時に、支承部を軸方向でローター軸に固定する機能を有する。そのようなナットはスプラッシュナットとも称されている。

その際、ナットは有利には複数の機能、つまり潤滑剤の搬送及び支承部の固定という機能を統合的に有する一方で、ローター軸にナットをねじ止めすることによって、くずまたは作動片が生じる可能性があるということが示された。これらは、支承部に至り、支承部の機能及び耐久性に影響を与える可能性がある。

特許文献２では、この問題が、ローター軸の、そのようなナットの方の軸端部に、ナットのねじ接続から生じるくず及び作動片の収容のための収集空間が設けられていることによって対応される。ただし、これによってくずまたは作動片のネガティブな影響は減少されるが、場合によっては完全に防止することは不可能であることが示された。

欧州特許出願公開第２７４０９５６Ａ２号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０５３２３７Ａ１号明細書

この発明の課題は、冒頭に記載した形式の真空ポンプにおいて、ローター軸のエラーのない支承を保証することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する真空ポンプによって、特に、支承部が、搬送部分と独立してローター軸に固定されていることによって解決される。

発明に従い、つまり支承部は、もはや追加的なねじ止め要素（たとえばスプラッシュナットのようなもの）によって、ローター軸（例えば軸方向で軸ショルダー部に対して）に固定される必要がない。これによって、支承部の近傍のねじ（該ねじは有害なくずまたは作動片の源泉を意味する可能性がある）が省略されることが可能である。

同時に、先行技術において記載されているような搬送部分を形成するナットは、複雑に形成される特別部材である。発明にしたがい支承部が搬送部分から独立して、特にスプラッシュナットから独立して固定されているとき、そのようなナットは省略可能である。これによって真空ポンプは全体として安価に製造されることが可能でである。これによってローター軸に形成されたねじも省略されることが可能であり、このことは同様に真空ポンプを製造する際のコスト削減に通じる。

一つの実施形に置いては、支承部が力結合的にローター軸に固定されている。これによって追加的な固定手段、例えば支承部の単なる形状結合的な固定の為のものが省略可能である。

支承部は、特にローター軸にプレス嵌めされている。代替として、支承部が、例えばローター軸に焼き嵌めされていることが可能である。支承部の軸方向の固定は、スプラッシュナットによって行われるので、先行技術においてはとまり嵌めが軸の支承部と支承部座の間に設けられている一方で、発明に係る真空ポンプにおいては、ローター軸の支承部座と支承部の間にしまり嵌めが意図されることが可能であり、これによって、支承部は、取り付けられた（又は組み立てられた）状態でそれ自体力結合的にローター軸上に保持される。

別の実施形においては、搬送部分は、ローター軸の端部側の部分を形成する。搬送部分は、ローター軸と一体に形成されていることが可能である。これによって真空ポンプの個々の部材の数量が削減される。その上、搬送部分とローター軸の間の追加的な固定手段が省略されることが可能である。例えば、搬送部分は、ローター軸に旋削及び／又は研磨によって形成されることが出来る。これは、特別簡単でコストが安いローター軸及びこれに伴い真空ポンプの製造を保証する。

一つの実施形においては、搬送部分は、一つの、好ましくは部分的に円すい形状又はコーン形状の周囲面を有する。これは、支承部への方向にむかって拡張している。円錐形及びコーン形状の概念は、円錐台の形状又は一般的にリファレンス円錐（独語：Ｔｅｉｌｋｅｇｅｌ）の形状を含む。代替として、搬送部分が、例えば、他の、支承部の半径方向に拡張する形状によって形成されていることも可能である。例えば、搬送部分は、周囲面によって形成されていることが可能である。これは、ローター軸の回転軸を中心として回転するカーブによって定義される。その際、曲線は、ゼロよりも大きな半径方向の要素を有する少なくとも一つの接線（独語：Ｔａｎｇｅｎｔｅ）を有する。曲線は、楕円、放物線、又は双曲線の少なくとも一部を含むことが可能である。特に、曲線は、軸方向に支承部に向かって、回転軸に対して常に増加する間隔を有している。特に、潤滑剤を放出するためのエッジと関係して、例えば以下に詳細に説明する方法で、これによって、潤滑剤滴の放出角度が、搬送部分によって影響を受けることが可能であり（又は搬送部分からの潤滑剤の放出角度が影響を受けることが可能であり）、特に支承部の方へと向けられる。

ローター軸は、搬送部分から潤滑剤を放出するための少なくとも一つのエッジをエッジに有するか、又は回転するローター軸における支承部の方向に有することが可能である。これによって、支承部内への潤滑剤の供給は改善される。エッジは、潤滑剤滴を搬送部分から遠心分離するための遠心分離エッジ（Ａｂｓｃｈｌｅｕｄｅｒｋａｎｔｅ）として、形成されていることが可能である。

一つの実施形においては、ローター軸内に形成された切欠き部の領域内にエッジは配置されている。特に、エッジは、一方の側、特に軸方向の側で切欠き部を境界付ける。代替として、又は追加的に、刺入部の形状、又は周回する溝若しくは筋の形状の切欠き部を設けられていることが可能である。これによって、潤滑剤の放出は更に改善される。他方で、切欠き部及びエッジは、特に簡単な方法で軸に形成されることが可能である。別の実施形においては、エッジは軸方向において搬送部分と支承部の間に設けられている。

更なる発展形では、搬送部分は、支承部の為のローター軸のシートに直接隣接している。ローター軸の製造は、これによって更に簡易化される。支承座は、しかし、その周囲面に、円形シリンダーと異なる部分を有することが可能である。この部分は、支承座への支承部のスライドオン（独語：Ａｕｆｓｃｈｉｅｂｅｎ）、又はプレス嵌めを簡易化する。

本発明の課題は、更に、真空ポンプの為のローターのローター軸の製造の為の方法によって解決される。この方法においては、ローター軸の端部側の部分に、円すい形状又はコーン形状の周囲面であって、ローター軸の端部から離れる方向に拡張する周囲面が形成される。その結果、ローター軸の端部側の部分は、ローター軸と一体の搬送部分を形成し、この部分は、真空ポンプの運転の間、真空ポンプの潤滑剤源から供給される潤滑剤を、少なくとも一つの軸方向の要素を有する搬送方向に、ローター軸の支承部の方に向かって搬送する。

本方法の発展形においては、ローター軸における周囲面の拡張された端部に接して、周囲方向に推移する一つの切欠き部が形成され、この切欠き部は、周囲面に対して、潤滑剤の放出の為のエッジを形成する。

本発明の課題は、更に、真空ポンプの組立の為の方法によって解決される。該真空ポンプは、ローター軸を有するローターを有する。ローター軸は、発明に従い形成されたものであるか、及び／又は発明に従い製造された者である。ここで支承部は、真空ポンプの運転中に搬送部分によって潤滑剤を供給されるが、これは、搬送部分と独立して無関係にローター軸に固定される。これは特に、プレス嵌めによって、搬送部分に引き続くローター軸のシート部（座）へと固定される。

発明に係る方法は、方法及び真空ポンプのこの出願の枠内に記載された実施形に相応して、発展可能であり、そして逆に、発明に係る真空ポンプは、ここに記載された方法の実施形に相応して発展可能である。

本発明の更なる実施形は、従属請求項、明細書及び図中にも記載されている。

本発明を以下に、添付の簡略図を参照しつつ単に例示的にのみ説明する。

先行技術における真空ポンプ 発明に係る真空ポンプの支承部とローター軸 発明に係る真空ポンプの別の実施形の支承部とローター軸 発明に係る真空ポンプの更に別の実施形の支承部とローター軸

図１に示されたターボ分子ポンプ１０として形成された先行技術の真空ポンプは、発明に従い発展し、そして図１の真空ポンプの個々の特徴が、発明にかかる真空ポンプまたは発明にかかる方法の発展のために引用されることが可能である。

ターボ分子ポンプ１０は、インレットフランジ３１によって取り囲まれるインレット３０と、インレット３０に及ぶガスを図１にあらわされていないアウトレットへと搬送するための複数のポンプ段を有する。ターボ分子ポンプ１０は、静的な（静止している）ハウジング３６を有するステーターと、該ハウジング３６に設けられているローター１２を有する。ローターは、回転軸Ｒを中心として回転可能に師匠されたローター軸１４を有する。

ターボ分子ポンプ１０は、互いにシリアルに接続され、ポンプ作用を奏するターボ分子的な複数のポンプ段を有する。ポンプ段は、ローター軸１４と接続され、ターボ分子的ローターディスク１６として形成された複数のローター部分と、軸方向においてローターディスク１６の間に配置され、そしてハウジング３６内に固定され、ターボ分子的ステーターディスク２２として形成された複数のステーター部分を有する。これらは、スペーサーリング４０によって互いに所望の軸方向間隔に保持されている。ローターディスク１６とステーターディスク２２は、吸い込み領域内に、ポンプ方向Ｐに向けられた軸方向のポンプ作用を提供する。

ターボ分子ポンプ１０は、さらに、半径方向で入れ子式（独語：ｉｎｅｉｎａｎｄｅｒ）に設けられ、そして互いにシリアルに接続され、ポンプ作用を奏する三つのホルベックポンプ段を有する。ホルベックポンプ段のローター側の部材は、ローター軸１４に固定され、これによって担持されたシリンダー側面形状の二つのホルベックロータースリーブ４６，４８を有する。これらは回転軸Ｒに同軸に向けられており、入れ子式に接続されている。さらに、シリンダー側面形状の二つのホルベックステータースリーブ５０，５２が設けられており、これらが、同様に回転軸Ｒに同軸に向けられており、そして入れ子式に接続されている。ホルベックポンプ段のポンプ効果を発する表面は、半径方向の狭いホルベック間隙を形成しつつ互いに向かい合っている半径方向のカバー側面（又は単に側面、独語：Ｍａｎｔｅｌｆｌａｅｃｈｅ）、つまりホルベックロータースリーブ４６，４８とホルベックステータースリーブ５０，５２の各カバー側面によって形成されている。その際、ポンプ効果を発する表面の各一方（この場合、例えばホルベックロータースリーブ４６または４８のそれ）は滑らかに形成されており、その際、各ホルベックステータースリーブ５０または５２の向かい合ったポンプ効果を発する表面は、回転軸Ｒの周りを軸方向にねじ線形状に推移する複数の溝を有する構造化部を有する。これら溝内を、ローター１２の回転によってガスが搬送され、そしてこれによってポンピングが行われる。

ローター軸１４の回転可能な支承は、アウトレットの領域においてはローラー支承部５４によって行われ、そしてインレット３０の領域においては永久磁石支承部５６によって行われる。

永久磁石支承部５６は、ローター側の支承半部６０とステーター側の支承半部５８を有する。これらは各一つのリング積層部を有している。リング積層部は、軸方向に互いに積層された複数の永久磁石のリングを有する。その際、磁石リングは、半径方向の支承間隙を形成しつつ互いに向かい合っている。

永久磁石支承部５６の内部には緊急用又は安全用支承部６２を設けられている。これは、潤滑されていないローラー支承部として形成されており、そして真空ポンプの通常の運転状態では非接触で空転し、そしてローター１２がステーター２０に対して半径方向に過剰に傾倒した際にはじめて係合するに至り、ローター１２のための半径方向のストッパーを形成する。このストッパーはローター側の構造がステーター側の構造と接触するのを防止する。

ローラー支承部５４の領域内には、ローター軸１４に一つの円錐形のスプラッシュナット６４が設けられている。これは、ローラー支承部５４の方に向かって増加する外直径を有する。スプラッシュナット（独語：Ｓｐｒｉｔｚｍｕｔｔｅｒ）は、例えば潤滑剤のような作動媒体を含まされた吸収性の複数のディスク６６を有する作動媒体貯蔵部のスクレーパー（独語：Ａｂｓｔｒｅｉｆｅｒ）とすべり接触している。運転中、作動媒体は毛細管効果によって作動媒体貯蔵部から、スクレーパーを介して回転するスプラッシュナット６４へと伝達され、そしてその後、遠心力によってスプラッシュナット６４にそって、大きくなるスプラッシュナット６４の外直径の方向へ、ローラー支承部５４に向かって搬送され、そこで例えば潤滑機能を発揮する。

ターボ分子ポンプ１０は、ローターの回転駆動のための駆動モーター６８を有する。その回転子はローター軸１４によって形成されている。あらわされていない制御ユニットが駆動モーター６を駆動する。

図２は、発明にかかる真空ポンプのローター軸１４の領域を示す。ローター軸は、ローラー支承部５４によって支承されている。ローター軸１４は、円錐形状の搬送部分２４と円形シリンダー形状の支承座２９を有する。搬送部分２４は、軸１４と一体に接続されており、そして製造過程「旋削（独語：Ｄｒｅｈｅｎ）」によって、ローター軸１４のアウトレット側の端部に形成される、つまり旋削によって製造される。搬送部分２４は、支承座２９に直接隣接している。

ローラー支承部５４は、内側リング５５が支承座２９上にシートしている。支承座２９と内側リング５５の間にはしまりばめが設けられている。ローター軸１４へのローラー支承部５４の組つけのために、ローラー支承部５４は軸方向（図の上に向かって）ローター軸１４の支承座２９上にプレス嵌めされている。ローラー支承部５４は、さらに保持部７０を有する。該保持部は、軸方向におて、ローラー支承部５４の支承体から出発して搬送部分２４の方向に延在している。

真空ポンプの運転中、図２のローター軸１４の搬送部分２４は、例えば図１の吸収性の複数のディスクによって潤滑剤を供給される。この潤滑材は、搬送部分２４の周囲面の潤滑を行い、そして、ローター軸１４の回転の結果、これによって引き起こされる遠心力に基づいて軸方向に上に向かって搬送される。これによって潤滑剤はローラー支承部５４に至る。保持部７０は、同様に、軸方向上に向かって拡張された円錐形の内側面を有する。搬送部分２４から出発し、その後、半径方向外側に向かって噴射される潤滑剤は、保持部７０のこの内側面によって捕らえられる。保持部７０は、ローター軸１４よりも低い回転数で回転するにもかかわらず、潤滑剤は、保持部７０の円錐形の内側面にそって支承部へと搬送される。その上、潤滑剤も搬送部分２４の軸方向上端部で集められ、これは、そこから、ローラー支承部５４の内側リングの下側の縁部を湿潤させ、そして保持部７０に向かって半径方向に、そしてこれによって支承部内側へと搬送される。

これによって、簡単な手段で、ローラー支承部５４の周囲潤滑が、例えば摩耗片やくずがローラー支承部５４内に至ることなく保証される。

図３には、発明にかかる真空ポンプのローラー軸１４の代替的な実施形が示されている。これは、図２のローター軸１４のように保持部７０を有するローラー支承部５４によって支承座２９に支承されている。円錐形状の搬送部分２４は、軸と一体に接続されている。搬送部分２４と支承座２９の間には、刺入部２８として形成された周囲方向の切り欠き部を設けられている。刺入部２８によって、搬送部分２４の、軸方向でローラー支承部５４の方の側には、周囲方向のエッジ２６が形成され、該エッジは、ローラー支承部の軸方向の領域の外側に設けられている。

エッジ２６は、搬送部２４からの潤滑剤の放出を改善する。これは、潤滑剤の搬送部２４からの遠心分離が容易化されることによって行われる。エッジ２６は、つまり遠心分離エッジとして使用される。エッジは、例えば、刺入部２８の寸法のバリエーションによって意図的に、潤滑剤が、最適に保持部７０へと、そしてローラー支承部５４内へと運搬されるように変更可能である。

図４内には、発明にかかるローター軸１４の別の実施形が示されている。この実施形は、同様に周囲方向のエッジ２６を、搬送部分２４からの潤滑剤の良好な放出のために有している。搬送部分２４は、円錐形状に形成されていないが、軸方向でローラー支承部５４に向かって、つまり図の上に向かって拡張している。搬送部２４のカバー側面または周囲面は、回転軸Ｒを中心として回転する曲線によって定義されている。この曲線は、軸方向でローラー支承部５４に向かって大きくなる、回転軸Ｒに対する間隔を有している。これによって、搬送部分２４は、エッジ２６の領域において急角度に形成されていることが可能で、これによって、搬送部分２４からの潤滑剤の放出が改善される一方で、搬送部分の十分な構造上の長さが保証される。さらに、そのようにして潤滑剤の遠心分離の方向が影響され、特に正確に調整されることが可能である。図４の搬送部分２４が有するような、丸められたカバー側面は、特許文献１に相当するねじ留めされる噴射先端部におけるカバー側面としても使用されることが可能である。

１０ ターボ分子ポンプ
１２ ローター
１４ ローター軸
１６ ローターディスク
２２ ステーターディスク
２４ 搬送部分
２６ 遠心分離エッジ
２８ 刺入部
２９ 支承座
３０ インレット
３１ インレットフランジ
３６ ハウジング
４０ スペーサーリング
４６ ホルベックロータースリーブ
４８ ホルベックロータースリーブ
５０ ホルベックステータースリーブ
５２ ホルベックステータースリーブ
５４ ローラー支承部
５５ ローラー支承部内側リング
５６ 永久磁石支承部
５８ ステーター側の永久磁石支承半部
６０ ローター側の永久磁石支承半部
６２ 安全用支承部
６４ スプラッシュナット
６６ 吸収性のディスク
６８ 駆動モーター
７０ 保持部
Ｐ ポンプ方向
Ｒ 回転軸

Claims (11)

1. ローター軸（１４）を有するローター（１２）、ローター軸（１４）のための少なくとも一つの支承部（５４）、支承部（５４）のための潤滑剤を提供するための潤滑剤源を有する真空ポンプ（１０）であって、ローター軸（１４）が、搬送部分（２４）を有し、この搬送部分が、潤滑剤源から発生する潤滑剤を、少なくとも一つの軸方向の要素を有する搬送方向に、支承部（５４）の方へと搬送するよう形成されており、支承部（５４）が、搬送部分（２４）と独立してローター軸（１４）に固定されており、
   搬送部分（２４）が、支承部（５４）の方向に向かって拡張している周囲面を有しており、
   回転するローター軸（１４）の、搬送部分（２４）から支承部（５４）の方向への、または支承部（５４）の方向への、潤滑剤の放出のための少なくとも一つのエッジ（２６）を、ローター軸（１４）が有し、
   エッジ（２６）が、ローター軸（１４）の周囲に形成された切り欠き部（２８）の領域内に形成されていること、
   支承部（５４）が保持部（７０）を有し、この保持部が、支承部（５４）の軸方向において、搬送部分（２４）の方へと延在しているので、搬送部分（２４）から半径方向外側に向かって噴射された潤滑剤が、保持部（７０）の内側面によって捕えられることを特徴とする真空ポンプ（１０）。
2. 支承部（５４）が、ローター軸（１４）に力結合的に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ（１０）。
3. 支承部（５４）が、ローター軸（１４）にプレス嵌めされていることを特徴とする請求項１または２に記載の真空ポンプ（１０）。
4. 搬送部分（２４）が、ローター軸（１４）の一方の端部側の部分を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の真空ポンプ（１０）。
5. 搬送部分（２４）が、ローター軸（１４）と一体に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の真空ポンプ（１０）。
6. エッジ（２６）が、切り欠き部（２８）を一方の側で境界づけていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の真空ポンプ（１０）。
7. 切り欠き部（２８）が、周回する溝または筋の形式で設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の真空ポンプ（１０）。
8. エッジ（２６）が、軸方向で搬送部分（２４）と支承部（５４）の間に設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の真空ポンプ（１０）。
9. 搬送部分（２４）が、支承部（５４）のためのローター軸（１４）のシート（２９）と直接隣接していることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の真空ポンプ（１０）。
10. 真空ポンプ（１０）のためのローター（１２）のローター軸（１４）の製造のための方法であって、ローター軸（１４）の一方の端部側の部分に、ローター軸の端部から離れる方向で拡張する周囲面が形成されるので、ローター軸（１４）の端部側の部分が、ローター軸（１４）と一体式の搬送部分（２４）を形成し、この部分が、真空ポンプ（１０）の運転中に、真空ポンプの潤滑剤源から発生する潤滑材を、少なくとも一つの軸方向の要素を有する搬送方向に、ローター軸（１４）の支承部（５４）に向かって搬送し、
    ローター軸（１４）の周囲に、周囲面の拡張した端部に接して、周囲方向に推移する切り欠き部（２８）が形成され、この切り欠き部が、周囲面に向かって潤滑剤を放出するためのエッジ（２６）を形成すること、
    支承部（５４）が保持部（７０）を有し、この保持部が、支承部（５４）の軸方向において、搬送部分（２４）の方へと延在しているので、搬送部分（２４）から半径方向外側に向かって噴射された潤滑剤が、保持部（７０）の内側面によって捕えられること、
    を特徴とする方法。
11. 真空ポンプ（１０）の組み立てのための方法であって、該真空ポンプが、ローター軸（１４）を有するローター（１２）を有し、ローター軸は、請求項１から９のいずれか一項に従い形成され、および／または請求項１０に記載の方法に従い形成されている方法において、
    真空ポンプ（１０）の運転中に、搬送部分（２４）を使って潤滑剤が供給される支承部（５４）が、搬送部分（２４）と独立してローター軸（１４）に固定され、特に、プレス嵌めによって、搬送部分（２４）に続く、ローター軸（１４）のシート（２９）に固定されることを特徴とする方法。

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