(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプハウジングに配置されてロータ軸に接続されており、少なくとも２つの搬送要素を有するロータ要素と、
２つの隣り合う搬送要素間に配置されており、単一の渦巻き状の流路を有するステータ要素と
を備えたホルヴェック（Holweck ）真空ポンプにおいて、
前記ロータ軸は中空軸として設計されており、それにより、搬送されるべきガスが少なくとも部分的に前記中空軸を通って搬送され、前記中空軸を通って搬送されたガスは、前記ロータ要素と前記ステータ要素との相対的な移動により、前記渦巻き状の流路の内側から外側に更に搬送されることを特徴とするホルヴェック真空ポンプ。
【請求項２】
前記搬送要素は円盤状をなし、互いに略平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のホルヴェック真空ポンプ。
【請求項３】
前記搬送要素は前記ロータ軸に対して略径方向に延びていることを特徴とする請求項２に記載のホルヴェック真空ポンプ。
【請求項４】
前記渦巻き状の流路の２つの軸方向の側面が２つの隣り合う搬送要素によって形成され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ホルヴェック真空ポンプ。
【請求項５】
前記流路の幅が、２つの隣り合う搬送要素間の距離に相当することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のホルヴェック真空ポンプ。
【請求項６】
外側の搬送要素と前記ポンプハウジングの内壁との間に配置された追加の流路を更に備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のホルヴェック真空ポンプ。
【請求項７】
対応する追加のステータ要素が、前記ポンプハウジングに接続されていることを特徴とする請求項６に記載のホルヴェック真空ポンプ。
【請求項８】
前記搬送要素及び／又は前記中空軸は炭素繊維強化プラスチックから形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のホルヴェック真空ポンプ。
【請求項９】
前記ステータ要素は、複数のねじ山を有する渦巻き状の単一の流路を備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のホルヴェック真空ポンプ。
【請求項１０】
前記ロータ要素は、電動機によって駆動されるロータ軸に支持されており、前記ステータ要素は固定されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のホルヴェック真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプ、特にはホルヴェック（Holweck ）真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
真空ポンプは、ポンプハウジングに配置されたロータ要素を備えている。ホルヴェック真空ポンプでは、ロータ要素は、例えばロータ軸に同心状に配置された管状の搬送要素を有している。搬送要素は、螺旋状の流路を有するステータ要素に囲まれている。搬送要素の回転により、摩擦真空ポンプの搬送機構が、搬送されるべきガス分子を運ぶべく作用する。回転動作により、ステータ要素の方に面する搬送要素の面が個々のガス分子にパルスを伝える。このような摩擦真空ポンプの性能は、摩擦面間の相対速度と搬送されるべきガスのタイプとにより略決まる。
【０００３】
特別に設計されたホルヴェック真空ポンプが、独国特許出願公開第19632375号明細書に述べられている。この文献に述べられているホルヴェック真空ポンプのロータ要素は、ロータ軸に接続された円盤状の保持要素を備えている。保持要素は、ロータ軸に同心状に複数の管状の搬送要素に囲まれている。従って、隣り合う搬送要素は１つの環状の流路を形成している。これらの流路に、ステータ要素が夫々配置されている。各ステータ要素は、それ自体で閉じて搬送要素と平行に延びる管状壁を備えている。管状壁の両側には、各ステータ要素が２つの螺旋状の流路を形成するように螺旋状のウェブが夫々配置されている。従って、２つの隣り合う管状の搬送要素間に、２つの流路が形成されている。このような構造では、流路の一方の側壁が搬送要素によって常に形成されており、流路の他の３つの側壁がステータ要素によって形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第19632375号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、特には経済的に更に有利な製造を可能にし、及び／又は搬送容量を増大させるように、真空ポンプの、特にはホルヴェック真空ポンプの設計を簡素化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、上記の目的は請求項１に定義された特徴によって達成される。
【０００７】
特にはホルヴェック真空ポンプである本発明の真空ポンプは、ポンプハウジングに配置されて好ましくはロータ軸に支持されているロータ要素を備えている。ロータ要素は少なくとも２つの搬送要素を備えており、搬送要素は、本発明の第１の好ましい実施形態によれば、互いに同心状に配置されており、管状をなしている。本実施形態では、前記管状の搬送要素はロータ軸に対しても同心状に配置されていることが特に好ましい。ここではガスが、搬送要素の側方面で生じる摩擦によって搬送されており、搬送要素はガス粒子に衝撃を与えている。２つの隣り合う搬送要素間に、ステータ要素が形成されている。ステータ要素は、媒体が搬送方向に搬送される螺旋状の流路を備えている。媒体は、ステータ要素とロータ要素又はロータ要素の搬送要素との相対的な移動によって搬送される。その過程で、ロータ軸に接続されたロータ要素が通常回転させられる。しかしながら、ステータ要素が回転されられることも可能であり、特には、ステータ要素及びロータ要素の両方が好ましくは相互に反対方向に回転させられることも可能である。
【０００８】
本発明によれば、ステータ要素は単一の螺旋状の流路を備えている。
【０００９】
従って、独国特許出願公開第19632375号明細書とは対照的に、２つの流路ではなく１つの流路のみが２つの隣り合う搬送要素間に径方向に配置されている。従って、ステータ要素は、螺旋状のウェブを有する中央の管状壁を備えていない。螺旋状のウェブを有する中央の管状壁とは異なり、本発明のステータ要素は好ましくは自立して平坦な螺旋状の帯である。任意には、安定化ウェブを更に設けることが可能であるが、２つの別個の流路への分離にはならない。
【００１０】
従って、本発明によれば、単一の螺旋状の流路が２つの隣り合う搬送要素間に径方向に配置されている。複数のねじ山を有する螺旋状の流路が設けられているように、相互に平行な複数の流路を搬送方向及び軸方向に設けることも可能である。
【００１１】
流路の２つの側方面が２つの隣り合う搬送要素によって形成されていることが好ましい。従って、流路の径方向の幅は、２つの隣り合う搬送要素間の距離に略相当することが好ましい。
【００１２】
流路の発明性がある設計により、流路の断面積が同一であれば、他の限界条件も同一であるという前提条件下で、搬送容量がより大きくなる。これは、図１及び２に表された概略図間の比較から明らかである。
【００１３】
現状の技術（図１）によれば、流路10はステータ要素12によって形成されており、３つの側方面14,16,18が、固定されたステータ要素12によって形成されている。流路10の４番目の内側面20が、回転する管状の搬送要素22によって形成されている。図面の面で垂直方向の速度分布v が前記概略図の下に概略的に示されている。簡単な方法で検討すると、つまり「滑り流れ」条件を無視すると、図表に示されているように、速度分布は略線形である。速度は、流路10の側方面16で０であり、搬送要素22の内側面20で最大である。この速度は、回転する搬送要素22の接線方向の速度に略相当する。圧縮がK=1 である前提条件下では、搬送されるガス容積は、表面積と速度に関する積分とに比例する。
【００１４】
本発明の第１の好ましい実施形態によれば、２つの相互に同心状をなす管状の搬送要素24が設けられている。２つの搬送要素24間に、螺旋状のステータ要素26が配置されている。従って、流路28が、一方ではステータ要素26の２つの固定された内壁30によって、他方では搬送要素24の２つの動く内壁32によって形成されている。図２の図表に示されているように、図面の面で垂直方向の速度分布v は、速度が２つの内壁32で最大になるように表されている。簡単な方法で検討すると、速度分布はここでも線形である。従って、簡単に表現すると、曲線下の表面積は、現状の技術に係る速度分布に基づく表面積の２倍である。
【００１５】
２つの図表では、やや分かりにくい速度推移が破線で表わされている。しかしながら、速度推移から、本発明に係る構造（図２）での搬送容積（曲線下の表面積）が、現状の技術に係る構造（図１）より相当大きいことが明らかである。
【００１６】
好ましい実施形態によれば、ロータ要素は、ロータ軸に接続された好ましくは円盤状の保持要素を備えている。少なくとも２つの管状の搬送要素が、保持要素に接続されている。これに関連して、保持要素は、搬送要素に取り付けられるか又は搬送要素に挿入されることが可能な好ましくは環状の突起部を有していることが好ましい。搬送要素は、圧入、接着等によって保持要素に接続されている。
【００１７】
搬送要素は、保持要素の一側にのみ配置されていることが好ましく、保持要素は、搬送方向に見たときに搬送要素の上流側に設けられていることが特に好ましい。このため、保持要素が、ポンプで送られるべきガスを搬送要素の方に搬送するロータブレードを更に備えることが可能であるという利点がある。
【００１８】
可能な限り小型の真空ポンプを実現するために、外側の搬送要素とポンプハウジングの内壁との間に追加の流路を配置することが利点である。この場合、対応する追加のステータ要素が、ポンプハウジングに直接接続されるか、又はポンプハウジングと一体に形成され得る。
【００１９】
更に、内側の搬送要素は、ロータ軸の外側面によって直接取り替えられ得る。
【００２０】
特に好ましい実施形態によれば、搬送要素及び／又は保持要素、つまり好ましくはロータ要素全体が、軽量であると同時に、非常に安定した材料から形成されている。特に、プラスチック、好ましくは炭素繊維強化プラスチック（CFRP）の構成要素を作製することが可能である。それにより、製造コストは著しく低減され得る。更に、このような軽量の構成要素の使用は、生じる慣性モーメントが著しく小さくなるという利点を有する。従って、特には磁気軸受である軸受の構造は簡素化され得る。これは、更なるコスト削減になる。
【００２１】
本発明の第２の好ましい実施形態によれば、円盤状の搬送要素が、管状の搬送要素の代わりに設けられている。このような少なくとも２つの円盤状の搬送要素は、好ましくは互いに略平行に配置されており、特に好ましい実施形態によれば、ロータ軸に対して略径方向に延びている。第１の好ましい実施形態によれば、ステータ要素は、２つの隣り合う搬送要素間に配置されており、それ自体が複数のねじ山を有するように設計され得る単一の螺旋状の流路を備えている。搬送原理は、第１の実施形態に関して述べられている搬送原理に相当し、ガスは、略径方向に搬送される。これに関連して、ロータ軸は、中空軸として形成されており、好ましくは軸方向の流路を備えていることが特に好ましい。ここでは、ガスの搬送は、例えば、ロータ軸を貫いて形成された流路を介してガスを吸い込むように取り入れて、隣り合う搬送要素間に配置された渦巻き状の流路を介してガスを径方向に外部に搬送することにより行われ得る。また、逆の搬送方向が可能である。更に例えば、断面図で見たときに蛇行した搬送流が形成されるように、ガスが、隣り合う流路を介して好ましくは径方向の内側と径方向の外側とに交互に搬送されることが可能である。
【００２２】
通常はガス状である流体が、ロータ要素とステータ要素との相対的な移動によって搬送される。特にロータ要素とステータ要素との相対的な移動は、ステータ要素に対するロータ要素の搬送要素の相対的な移動である。好ましい実施形態によれば、ロータ要素の駆動がロータ軸によってのみ行なわれるように、ステータ要素は固定されており、従って動かない。
【００２３】
しかしながら、上記に説明した実施形態ではロータ要素として述べられている構成要素が固定されており、従って動かず、螺旋状又は渦巻き状の流路を形成するステータ要素が、例えばステータ要素を駆動軸に接続することによって駆動されることも可能である。
【００２４】
更に、ロータ要素及びステータ要素の両方が駆動されるべく配置されており、例えば、対応する駆動軸に接続されていることが可能である。ステータ要素に対して反対方向にロータ要素を回転させることによって、流体が搬送される相対的な移動が生成される。
【００２５】
本発明を、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態により説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】現状の技術に係る真空ポンプの一部を示す基本的な概略図である。
【図２】本発明の第１の好ましい実施形態に係る真空ポンプの一部を示す基本的な概略図である。
【図３】本発明の第１の好ましい実施形態に係る発明性がある真空ポンプのホルヴェック段を示す略斜視断面図である。
【図４】本発明の第１の好ましい実施形態に係るステータ要素を示す略斜視図である。
【図５】本発明の第２の好ましい実施形態を示す略断面図である。
【図６】渦巻き状のステータ要素を示す略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に応じて構成されたロータ要素が、ポンプハウジング34に配置されている（図３）。ロータ要素は、略円盤状の保持要素36を備えている。保持要素36は、中央のピン38によってロータ軸（不図示）に接続されている。説明のために、ロータ軸の中心線58が示されている。円盤状の保持要素36の内部領域が閉円盤40として形成されている。閉円盤40は放射状のロータブレード42に続いている。搬送方向44に面する保持要素36の底側に、環状の突起部46が配置されており、突起部46は好ましくは保持要素36と一体に形成されている。
【００２８】
図示された実施形態では、３つの管状又は円筒状の搬送要素24が、差し込み式の取付によって前記突起部46に密に接続されている。従って、保持要素36の回転により、搬送要素24が回転させられる。２つの隣り合う搬送要素24間に、本発明に応じて設計されたステータ要素26が夫々配置されており、図示された実施形態では、２つのステータ要素26が設けられている。
【００２９】
特に図４から明らかなように、ステータ要素26は螺旋状をなしている。この構成では、単一の螺旋状要素が設けられるか、又は互いの内側に配置された複数の螺旋状要素が設けられることが可能である。図４に図示されたステータ要素26の実施形態では、合計で５つの相互に係合するステータ部材52が設けられており、ステータ部材52は、部分的な螺旋状要素として夫々形成されている。個々の隣り合うステータ部材52間に、螺旋状の流路が夫々形成されており、複数の相互に係合するステータ部材52が設けられている場合、搬送方向又は軸方向に互いに平行に延びる複数の流路が設けられている。個々の流路28の機能性は図２に見られ得る。
【００３０】
従って、図４に示されたステータ要素26は、軸方向又は搬送方向44に互いに平行に配置された複数の流路28を備えている。しかしながら、図２を参照して述べたように、相当大きな略２倍の搬送容積が得られるように、流路28は径方向には重なり合っていない。
【００３１】
図示された実施形態（図３）では、追加の流路48が、外側の搬送要素24とポンプハウジング34との間に設けられている。前記追加の流路48は、同様の螺旋状の追加のステータ要素50によって形成されており、図示された実施形態では、前記追加のステータ要素50は、ポンプハウジング34の内壁54に密に接続されているか又はポンプハウジング34と一体に形成されている。
【００３２】
個々の流路28,48 を通って搬送される媒体は、開口部56を介して吐出されるか又は更なる搬送段階に供給される。更に、隣り合う流路28,48 に共通の吐出口を設けることが可能である。
【００３３】
更なる好ましい実施形態（図５）では、図２を参照して説明された発明性がある搬送原理が原則としてここでも実現されている。しかしながら、ロータ軸60の長手軸58に対するガスの搬送が径方向に行なわれる。
【００３４】
概略的に図示されたポンプハウジング62の内部に、ロータ軸60が配置されており、図示された実施形態では、ロータ軸60は中空軸として構成されている。円盤状の搬送要素64が、前記中空軸60に接続されている。ここで、ロータ軸60を囲む搬送要素64は、突起部66によって固定されることが可能であり、突起部66は、環状をなし、中空軸60の外側面に接続されている。２つの隣り合う円盤状の搬送要素64間に、流路28が形成されている。流路28内に、ステータ要素68が配置されている。第２の好ましい実施形態（図５）では、前記ステータ要素68は螺旋状ではなく渦巻き状をなしており、そのため、流路も渦巻き状をなし、径方向に延びている。従って、図５に図示された実施形態では、ガスは流路28内で渦巻き状に、つまり内側から外側に搬送される。
【００３５】
本発明の第２の実施形態の図５に示された好ましい変形例では、搬送されるべき媒体が、中空軸60の内部室74に入るように矢印72の方向にポンプハウジング62の吸込口70を介して吸込まれる。ガスは、内部室74から矢印によって示されているように、中空軸60の開口部76を通って流路28内に搬送される。ガスは、ポンプハウジング62の吐出口78を通って矢印81の方向に吐出される。
【００３６】
図示された実施形態では、追加のステータ要素82が、ポンプハウジング62の内壁80に配置されており、好ましくはポンプハウジング62に固定して接続されているか又はポンプハウジング62と一体に形成されており、それにより、ガスが２つの外側の搬送要素64とポンプハウジング62の内壁80との間にも搬送される。
【００３７】
中空軸60は、駆動部84に接続された軸ジャーナル86によって支えられている。
【００３８】
ステータ要素68は渦巻き状に構成されている。そのため、ステータ要素68は、図５では例えば内側から外側に延びている個々の流路を形成することが可能である。更に、図６の断面図に概略的に示されているように渦巻き状のステータ要素68を設計することが可能である。図６に示された渦巻き状のステータ要素68は複数のねじ山を有しており、図示された実施形態では、３つの流路88が互いに平行に延びている。図示された実施形態では、流路の入口が規則的に配置されており、流路が３つの場合には、流路の入口は互いに120°ずつずれている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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