(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
腐食性の流体をポンピングするためのドライ真空ポンプであって、
高真空度の流体の入口と低真空度の流体の出口の間の流体流路に沿った複数のポンピング段を有するドライポンピング機構を備え、各ポンピング段はそれぞれステーターとローターを備え、前記ポンピング段はルーツポンピング機構又はクローポンピング機構を備え、
前記流路の第１のセクションにおける前記ポンピング機構の材料は、前記第１のセクションの下流側の前記流路の第２のセクションにおける前記ポンピング機構の材料よりも耐腐食性に劣る材料である、ドライ真空ポンプ。
【請求項２】
前記第１のセクションと前記第２のセクションの材料はそれぞれ、前記第１のセクションの腐食層の成長が前記第２のセクションの腐食層の成長と等しいか、それよりも少なくなるようになっている、請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記第１のセクションと前記第２のセクションは、前記複数のポンピング段のそれぞれによって定義される、請求項１又は２記載の真空ポンプ。
【請求項４】
前記第１のセクションは前記流体流路にそって前記第２のセクションに隣接している、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【請求項５】
前記第２のセクションのポンピング段はそれぞれニッケルリッチの鉄から製造された部材を備えている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【請求項６】
前記第１のセクションのポンピング段はそれぞれ球状黒鉛鉄から製造された部材を備えている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【請求項７】
前記ポンピング段の部材は、腐食性気体のポンピングの間の各段における腐食層の成長がお互いにほぼ等しくなるように選択された材料で製造される、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空ポンプに関し、特に腐食性の流体をポンピングするのに適した真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンピング機構５２を有する従来の真空ポンプ５０を図７に示している。このポンピング機構は、高真空度の流体のための入口５８と低真空度から大気圧ほどの流体のための出口６０の間の流体流路５６に沿った複数のポンピング段５４を有する。５段のポンピング段５４が示されている。モーター６２は各ポンピング段５４内で、ステーターＳに対してローターＲを回転駆動する。
【０００３】
くみ出される流体がフッ素のような腐食剤を含む場合、ポンピング機構５２が腐食する。時間が経過すると、ポンピング機構の部材表面に腐食層が成長し、ポンピング段５４のローターＲとステーターＳとの間の運転隙間が減少してしまう。長時間にわたるポンプ動作が続くと、腐食によってポンプ段のローターとステーターが接触するようになり、ポンプが故障してしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
耐腐食性の材料でポンピング機構を製造することにより、真空ポンプ内の腐食を減らすことが可能であるが、一般的にそのような材料は高価である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、腐食性の流体をポンピングするための真空ポンプであって、高真空度の流体の入口と低真空度の流体の出口の間の流体流路に沿った複数のポンピング段を有するポンピング機構を備え、前記流路の第１のセクションにおける前記ポンピング機構の材料は、前記第１のセクションの下流側の前記流路の第２のセクションにおける前記ポンピング機構の材料よりも耐腐食性に劣った材料である。
【０００６】
本発明のその他の好ましい及び／又は任意的な態様は付随する特許請求の範囲で定義されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】真空ポンプの簡略化した断面図である。
【図２】相対的に耐腐食性に劣った材料で製造されたポンピング機構を有するポンプについて、ポンプ参照温度に対し、時間経過による腐食層の成長を示すグラフである。
【図３】相対的に耐腐食性に優れた材料で製造されたポンピング機構を有するポンプについて、ポンプ参照温度に対し、時間経過による腐食層の成長を示すグラフである。
【図４】相対的に耐腐食性に優れた材料と相対的に耐腐食性に劣った材料とで製造されたポンピング機構を有するポンプについて、ポンプ参照温度に対し、時間経過による腐食層の成長を示すグラフである。
【図５】耐腐食性に優れた材料と耐腐食性に劣った材料の特性を示す表である。
【図６】耐腐食性に優れた材料の組成の一例を示す表である。
【図７】従来の真空ポンプの簡略化した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明がより理解されるよう、あくまでも例示にすぎない本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１に腐食性の流体をポンピングするための複数段の真空ポンプ１０を示している。ポンピング機構１２は、高真空度の流体のための入口１８と低真空度から大気圧ほどの流体のための出口２０の間の流体流路１６に沿った、流体をポンピングするための複数のポンピング段１４を有している。この例では５段のポンピング段が示されている。モーター２２は各ポンピング段１４内で、ステーターＳに対してローターＲを回転駆動する。
【００１０】
本発明に至るまでに、図７に示しているような従来技術の解析が行われ、図２に従来のポンプについて、ポンプ参照温度に対する、時間経過（この例では１００００時間である）による腐食層の成長をプロットしたグラフを示している。グラフ中の第１の線は流路５６に沿った中間部のポンピング段のローター及びステーターの表面の成長を示し、第２の線は流路５６に沿った最終ポンピング段のローター及びステーターの表面の成長を示している。この例における中間ポンピング段は第３段である。腐食層の成長はミクロン単位で測定され、温度はセ氏温度で測定されている。グラフ中で使用されている温度は最終ポンピング段で測定されたポンプ参照温度である。中間ポンピング段における温度はグラフに示された温度より低いが、簡略化のために示されていないことがわかる。ポンプ参照温度は動作中に上昇し、この上昇は吸引される流体のタイプやポンプにより実行される仕事、といった多くの要素に依存する。
【００１１】
図７において、ポンピング機構の材料は、比較的耐腐食性に劣るものである。このような材料の例として、球状黒鉛鉄（ＳＧ  ｉｒｏｎ）がある。図２から分かるように、最終段の腐食層の成長は中間のポンピング段の成長よりも相当大きく、ポンプ参照温度が２００℃のとき特に大きい。この参照温度において、中間段の腐食層の成長が５０μｍあまりにすぎないのに対し、最終段の腐食層の成長はちょうど４００μｍに満たない程になっている。
【００１２】
図３には、図２に示されたグラフと同等のものであるが、ポンプの材料が比較的耐腐食性に優れている場合を示している。このような材料の例としてニッケルリッチの球状黒鉛鉄（Ｎｉ−ｒｉｃｈ  ＳＧ  ｉｒｏｎ）がある。図３において、中間ポンピング段および最終ポンピング段のどちらにおいても腐食層の成長が減少しているが、中間ポンピング段における成長が約３０μｍ減少して約２０μｍとなったのにすぎないのに対し、最終ポンピング段における成長は約３００μｍ減少して、ちょうど１００μｍを下回る程度になっている。
【００１３】
図７に示されたポンプでは、流路５６に沿った流体の圧力は、典型的には流路に沿ってひとつのポンピング段から次のポンピング段へと圧縮比が上がっていくような各ポンピング段５４によって流体が圧縮されるため、入口５８から出口６０にかけて上昇していく。流体とポンピング機構の温度もまた流路に沿って上昇していく。
【００１４】
このため、くみ出される流体がフッ素のような腐食剤を含む場合、ポンピング機構５２に生じる腐食の量は、温度や圧力が上昇するため、流路５６に沿って増加する。圧力上昇によって、ポンピング機構を腐食する腐食性分子の量は増加し、温度上昇によって腐食性の反応が増加する。従って、腐食層の成長は中間のポンピング段よりも最終ポンピング段の方がより大きくなる。このため、成長が最大になるポンピング機構の最終段で運転隙間が減少し、ポンプの故障が発生してしまう。図３に示しているように耐腐食性が向上する一方で、ポンピング機構の最終段でしばしば故障が発生する。
【００１５】
図１に示しているポンプにおいて、ポンピング機構は第１のセクション２４と第２のセクション２６とを有している。第２のセクション２６は第１のセクション２４の下流にある。動作の間、下流のセクション２６の温度と圧力は上流のセクション２４の温度と圧力よりも高くなっている。従って、腐食性の流体をポンピングするとき、セクション２４の腐食はセクション２６の腐食よりも少ない。セクション２４のローターとステーター上への腐食層の成長はセクション２６よりも少ないため、第１のセクション２４は第２のセクション２６よりも耐腐食性に劣ったものにする。このため、第２のセクションの材料よりも相対的に安価な材料で第１のセクションを製造することができる。
【００１６】
第１のセクション２４と第２のセクション２６はそれぞれ複数のポンピング段１４を有している。第１のセクションは流体流路に沿って第２のセクションと隣接している。図１では、第１のセクションは第１、第２、第３のポンピング段を有し、第２のセクションは第４、第５のポンピング段を有している。他の配置では、第１のセクションと第２のセクションの一方を単一のポンピング段にしてもよい。例えば、第１のセクションが第１ないし第４のポンピング段を有するようにして、第２のセクションが第５のポンピング段を有するようにしてもよい。第１ないし第４段は耐腐食性に劣った材料で製造してもよいが、最終の下流ポンピング段において温度と圧力は最大となるため、この段は耐腐食性の材料で作るのが望ましい。代替として、第１のセクションが第１のポンピング段を有し、第２のセクションが第２ないし第５のポンピング段を有するようにしてもよい。  
【００１７】
図２および図３に示したグラフと同等のグラフを図４に示している。このグラフは図１に示したポンプにおけるポンプ参照温度に対して腐食層の成長をプロットしたものである。図４によると、２００℃においてポンピング機構の最終段の腐食層の成長が、図２に示されていた約４００μｍから、図３に示した耐腐食性ポンプの場合と同様にちょうど１００μｍを下回る程度にまで減少している。しかしながら、図４においては、中間のもしくは第３段の腐食層の成長が、図２に示した非耐腐食性のポンプについてのものと同様となっている。この点について、中間段が非耐腐食性の材料（例えば球状黒鉛鉄）で製造され、最終段が耐腐食性の材料（例えばニッケルリッチの鉄）で製造されていながらも、中間段の腐食層の成長が最終段のものよりも小さい約５０μｍとなっている。従って、ポンピング機構の第１のセクションと第２のセクションをともに耐腐食性の材料で製造することには利点がなく、このようにするとポンプの無用のコスト増を招くことになる。
【００１８】
第１のセクションと第２のセクションの材料は、第１のセクションにおける腐食層の成長が第２のセクションにおける腐食層の成長と等しいか、それよりも小さくなるように選択するべきである。腐食性ガスをポンピングする間の各段における腐食層の成長が、各段の間で互いにほぼ等しくなるように選択された材料で、前記ポンピング段の部材が製造されるのが好ましい。このようにすると、様々なポンピング段のための材料をコスト効率よく選択することができ、同時に耐腐食性も受容できる水準を維持できる。 図１では、第２のセクション２６の各ポンピング段１４のローターＲとステーターＳはニッケルリッチ鉄で製造され、第１のセクション２４の各ポンピング段１４のローターＲとステーターＳは球状黒鉛鉄（ＳＧ  ｉｒｏｎ、ｓｐｈｅｒｏｉｄａｌ  ｇｒａｐｈｉｔｅ  ｉｒｏｎ）で製造されている。
【００１９】
これらの材料の例を図５に示しているが、要求に応じて他の材料を選択することも可能である。例えば、ニッケルはフッ素に対する耐性があるが、くみ出される流体が他の腐食剤を含んでいるときは、適切な耐性材料を選択することが望ましい。さらに、ポンピング機構の第１のセクションは球状黒鉛鉄以外の材料で製造してもよい。
【００２０】
このポンプが特に腐食性の強い流体をポンピングするのに用いられる場合、第１のセクションをニッケルリッチ球状黒鉛鉄のような耐腐食性の材料で製造してもよく、第２のセクションを鋳造ステンレス鋼やニッケル合金などの更に耐腐食性に優れた材料で製造してもよい。
【００２１】
球状黒鉛鉄とニッケルリッチ球状黒鉛鉄の例をそれぞれ３例ずつ、図５に示している。第１のセクションの材料と第２のセクションの材料として、線膨張係数が同様の材料を選ぶのが好ましい。この点について、Ｎｉ−ｒｅｓ  Ｄ−５Ｓは、その線膨張係数が１２．６ｍ／ｍＫと、球状黒鉛鉄の係数１２．５ｍ／ｍＫと似ているため、好ましい耐腐食材料である。
【００２２】
ニッケルリッチ球状黒鉛鉄材料の組成で、良好な耐腐食性を示すとともに、高温度条件下で良好な強度と剛性を示すものを図６に示している。このような材料において、ニッケルの組成は２４ないし３２重量％と相対的に高いことがわかる。
【００２３】
部材が異なる熱膨張率を有することに伴う問題を避けるため、各セクションのローターＲとステーターＳに、同一の又は類似した材料を用いるのが好ましい。
【００２４】
真空ポンプ１０が図１に簡略化された形で示されている。真空ポンプはクロータイプのポンピング機構を有してもよく、ルートタイプのポンピング機構やその他のタイプのドライポンピング機構、特に効率向上のためにポンピング機構の部材間の運転隙間を小さくする必要のあるポンピング機構を有するようにしてもよい。
【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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【図７】
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