(57)【要約】    【課題】構造が非常に単純な小型真空ポンプを提供する。製造が容易でしかも安価な、小型ターボ分子真空ポンプを提供する    【解決手段】小型ターボ分子真空ポンプ１はカップ型モーター８で駆動される。モーターのカップ形の回転子は、好適にはポンプの回転翼１４と一体化されており、例えばホルウェックステージのような対応するポンピングステージを規定していてもよい。前記ポンピングステージの固定子１１、１２は好適には固定子リング１１’、１２’を重ね合わせることで得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ室を規定する本体と、
前記ポンプ室内に配設されたポンプの回転翼（４）と、
前記ポンプの回転翼（４）を回転させるためのカップ型のモーター（８）とを含む小型真空ポンプであって、
前記モーター（８）が、モーター回転子（１４）と、間に中空スペース（１３）を規定して前記モーターの回転子（１４）を収容する内部固定子部材（１１）および外部固定子部材（１２）とを有する真空ポンプ。
【請求項２】
前記モーターの回転子（１４）がアルミニウム合金のような軽量な非磁性材料で作られている、請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記モーターの回転子（１４）が前記ポンプの回転翼（４）と一体である、請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項４】
前記ポンプの回転翼（４）と前記モーターの回転子（１４）とが互いに固定された２個の別の要素である、請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項５】
前記ポンプの回転翼（４）が前記内部固定子部材（１１）を収容する釣り鐘形の軸方向の空洞を有する、請求項３記載の真空ポンプ。
【請求項６】
前記中空スペース（１３）を、ポンピングされる気体が通過する、請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項７】
前記内部および外部の固定子部材（１１、１２）の少なくとも１つが、気体をポンピングするためのチャンネル（１７、１７’、１８）を有する、請求項６記載の真空ポンプ。
【請求項８】
前記内部および外部の固定子部材（１１、１２）の少なくとも１つが、前記モーターの回転子（１４）と共にホルウェックポンピングステージを規定する、請求項７記載の真空ポンプ。
【請求項９】
前記内部および外部の固定子部材（１１、１２）が、前記チャンネル（１７、１８）を備えており、かつ前記モーターの回転子（１４）と共に、ポンピングされる気体がそこを直列的な流れで通過する１対のホルウェックポンピングステージを規定する、請求項７記載の真空ポンプ。
【請求項１０】
前記内部および外部の固定子部材（１１、１２）が、前記チャンネル（１７’、１８）を備えており、かつ前記モーターの回転子（１４）と共に、ポンピングされる気体がそこを並列的に通過する１対のホルウェックポンピングステージを規定する、請求項７記載の真空ポンプ。
【請求項１１】
前記モーター回転子（１４）が、前記２つのホルウェックポンピングステージを連通させる少なくとも１つの穴を有する、請求項７記載の真空ポンプ。
【請求項１２】
前記内部および外部の固定子部材（１１、１２）の少なくとも１つが、重ね合わされたリング（１１’、１２’）を有することを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載の真空ポンプ。
【請求項１３】
前記リングが重ね合わされたときに気体をポンピングするための対応する溝を規定する切り込み（２１、２２）を前記リングが有する、請求項１２記載の真空ポンプ。
【請求項１４】
前記リングが重ね合わされたときに前記切り込みが対応する螺旋形の溝を規定する、請求項１３記載の真空ポンプ。
【請求項１５】
前記切り込み（２１、２２）が矩形の断面を有する、請求項１３記載の真空ポンプ。
【請求項１６】
前記モーター（８）が前記内部および外部の固定子部材（１１、１２）に関連する電源供給巻き線を有する、請求項１５記載の真空ポンプ。
【請求項１７】
ターボ分子ポンピングステージを更に含む、請求項１６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、さらに詳しくは、小型ターボ分子真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のターボ分子真空ポンプは一般に、ポンプ本体と一体化された固定翼（ステータ）リングとポンプのモーターによって回転させられる回転シャフトと一体化された回転翼（ロータ）ディスク（円板）との協働によって得られる気体ポンピングステージを収容する外部ハウジングを備えている。
多くの応用において、ポンプは可能な限り小さな寸法、特に軸方向の寸法が小さいことが求められる。質量分析計やガスクロマトグラフのような分析機器がそのような応用の例である。
【０００３】
これまでに、いくつかの小型ターボ分子真空ポンプが提案されてきた。
下記特許文献１は釣り鐘形の回転翼、すなわち軸方向の空洞が回転翼の長さのある部分にわたって延びるような回転翼を有するターボ分子真空ポンプを開示している。それに対応する固定翼は、前記空洞の外側にある部分を有し、回転翼のディスクと協働してポンピングステージを形成する固定翼ディスクと、前記空洞に入り込みかつモーターの回転子（ロータ）部分を支持する内側部分とを備えている。モーターの回転子は、ポンプモーターと一体に形成されたシャフトの中央に開けた穴の中に配設された永久磁石である。
【０００４】
下記特許文献２は釣り鐘形の回転翼を有するポンプを開示しているが、その空洞には「反転」モーター、すなわち内部の固定子と外部の回転子とを有するモーターであるポンプモーターが収容されている。モーター固定子はポンプ本体と一体となっており、モーターの回転子はキャビティの内部表面と結合されている。
下記特許文献３は反転モーター付きポンプの他の例を開示しているが、そのモーター回転子はポンプハウジングの内部の空洞のほぼ全体にわたって軸方向に延びており、やはりポンプの回転翼を形成している。
【０００５】
従来の構成のモーターを採用する方法および反転モーターを採用する方法の両方とも、ポンプの回転翼が重くてバランスの問題をもたらし、更に回転する磁性部品が存在するという欠点を有している。下記特許文献１で開示された真空ポンプの場合は、回転子がシャフトの中にある改造されたモーターが特に必要であるが、しかし構造が複雑になると考えられる。
【特許文献１】米国特許第５,５４２,８２５号明細書
【特許文献２】米国特許第６,１５８,９８６号明細書
【特許文献３】米国特許第６,１７９,９５３号明細書
【特許文献４】米国特許第２,６５３,２５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の利点は、構造が非常に単純な小型真空ポンプを提供することである。
本発明の別の目的は、製造が容易でしかも安価な、小型ターボ分子真空ポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、回転翼がいわゆるカップ型の電気モーターの回転子と結合され好適にはそれと一体化された小型真空ポンプを提供する。この電気モーターは、モーターの回転子がその中に配設された中空スペースによって分離された、内部の固定子部材と外部の固定子部材とを含み、後者は軽量で電気伝導性のある非磁性材料でできた釣り鐘形の中空円筒の形をしている。
【０００８】
カップ型のモーターは既知である（例えば上記特許文献４）が、しかし、それらは通常、回転速度の低い磁気タコメータやジャイロスコープなどの小さな機器を駆動するために使用されている。本発明によれば、これらのタイプのモーターを真空ポンプ、特に回転速度が非常に高い（場合によっては１０００００ｒｐｍまでの）ターボ分子ポンプに適用することが可能となる。
【０００９】
本発明によれば、モーターの回転子は、モーターの固定子部材の間の中空スペース内に配設されたポンプ回転翼の釣り鐘形の付属物内に配置するのが有利である。その場合、ポンピングステージの回転翼ディスクは、中空スペースの外側に軸方向に配置されたポンプの回転翼部分の上にのみ設けられる。
本発明の別の局面によれば、モーターの固定子部材の少なくとも一方、好適には両方がカップ型モーターの回転子と共にポンピングステージ、例えばホルウェックステージを形成するように構成されている。
【００１０】
本発明の他の特徴は、限定的でない例として添付の図面を参照して以下に述べる好適な実施形態の説明から、より明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照して、本発明による真空ポンプは、排出口３と他のポンプ部品の取付座とが形成されたベース２を有し金属で作られた本体１を備えている。これらの部品は従来技術で既知のものであるから、詳細な説明は省略する。
真空ポンプは更に、ポンプ本体と一体化された固定翼（ステータ）リングと協働して複数のポンピングステージを形成するようになされた回転翼（ロータ）ディスク５を備えた回転翼４を有する。固定翼リングと、それらが一体化されている本体１の外側部分は図に示してない。回転翼４は好適には軽量金属、例えばアルミニウム合金で作られている。
【００１２】
回転翼ディスク５は扁平なディスク、または傾斜し近接して隙間を空けた羽根を有するディスクで、かかるポンプに便利な形状であってもよい。
回転翼４は、ポンプ本体１のベース２に向けられたその側部に釣り鐘形をした軸方向の空洞６を有し、その中央には回転翼４を支持する回転シャフト７が配設されている。軸方向の空洞６は回転翼４のカップ形の部分１４の内部に規定されているが、この部分はポンプ１を駆動する全体が８で示されるモーターの回転子（ロータ）として機能する。シャフト７は、ベース２から回転翼４に向かって上向きに延びるベース２の中空円筒形部分９の中に形成された取付座に配設されており、転がり軸受け１０のような回転支持部材で支持されている。
【００１３】
本発明によれば、モーター８はカップ型モーターで、回転子４の部分１４が配設された中空スペース１３によって分離されている内部固定子（ステータ）１１と外部固定子１２とを含む。
図１に示す実施形態では、モーター８の回転子として機能するポンプの回転翼部分１４は、真空ポンプの回転翼４と一体に作られており、モーター８の内部固定子１１を収容する空洞６を規定する概略釣り鐘形をした中空の付属物からなる。
【００１４】
別の構成では、ポンプの回転翼４とモーター８の回転子として機能する回転翼部分１４とは分離した２つの部材として構成され、任意の適切な仕方で互いに結合することができる。この２番目のケースでも、モーターの回転子１４は真空ポンプの回転翼４と同様に、好適には軽量な非磁性材料、例えばアルミニウム合金で作られている。
モーター８の固定子１１、１２はハウジング１５内に設置されており、その一方には固定子１１、１２に電力を供給する巻き線１６が備えられている。図面では、巻き線は外部固定子１２に備えられている。別の実施形態では、内部回転子１１上に巻き線が備えられていても良い。
【００１５】
図１に示した実施形態では、回転翼のリングはモーター８の外側の上部回転翼部分内にのみ備えられている。
ポンプの回転翼の全表面を活用し、また性能を改善するために、モーター８は、一方はモーター８の外部固定子１２とモーターの回転子１４との間にあり、また他方はモーターの回転子１４とモーターの内部固定子１１との間にある、１対の縦続（直列的に）接続されたホルウェックポンピングステージを形成するように構成されている。
【００１６】
この実施形態によれば、気体は、外部固定子１２と回転子１４との間の中空スペースを通って下向きに移動させられ、次に回転子１４と内部固定子１１との間の中空スペースを通って上向きに移動させられ、そしてチャンネル２０と排気口３とを通って排気される。
図２には、上から下に向かって、ポンプモーター８の回転子１４の断面、モーター８の外部固定子１２の断面、およびモーター８の内部固定子１１の外部表面を示す。
【００１７】
固定子１１の外部表面と固定子１２の内面（すなわち回転子１４と対向する表面）とは、各々気体のポンピングのために１組の概略螺旋形をした溝１７および１８を有する。螺旋形の溝１７、１８の旋回方向は、図２において矢印Ｆ１で示されるモーター回転子の回転方向に依存することが理解される。
真空ポンプに求められる性能に依存するが、モーターの内部固定子または外部固定子によって規定される単独のホルウェックポンピングステージを備えていてもよい。同様に、求められる性能に依存するが、追加の１つまたは複数の縦続接続されたポンピングステージを備えていてもよい。
【００１８】
溝１７および１８はまた、回転子１４の外側表面および／または内側表面に形成されていてもよいことが理解される。
溝１７、１８は、明らかに、異なる実施形態では、例えば可変ピッチ螺旋に応じて、矩形でない（例えば台形）断面の溝、変化する溝寸法などを有して形成することができる。
図２では、分かりやすくするために固定子巻き線１６は図示してない。更にモーターの回転子１４は真空ポンプの回転翼４とは違うユニットであることが前提されている。
【００１９】
モーターの固定子１１、１２は、積み重ねられた複数のリングで形成されるのが有利である。その構造によれば、モーター８がホルウェックポンピングステージからなるときに、溝１７および／または１８を非常に容易に形成することができる。
より具体的には、図３および４に示すように、固定子１１の各リング１１’および／または固定子１２の各リング１２’は、それぞれその内部表面および外部表面に複数の切り込み２１および２２を有することができる。前記リング１１’および１２’は、プレス加工で形成するのが有利である。組立の際、次々と重ねられるリングを角度をずらして積み重ねることにより、それぞれの切り込みが螺旋形の溝１７、１８を形成する。
【００２０】
かかる方法により、チャンネル（溝）をフライス加工で形成する必要が無くなることが理解される。その理由により、ポンピングステージがポンプの電気モーターの固定子としても作用するという事実とは別に、この方法が有利となる。
明らかに、切り込み２１、２２の形状と配列が溝１７、１８の特性を規定する。図示の実施形態では、前記切り込み２１、２２は等間隔で配置されて矩形の断面を有し、また溝１７、１８は同じ特性を有する。しかし、切り込みを、リング１１’、１２’の周囲に沿って異なる配置がなされ、かつ／または矩形でない（例えば台形）断面を有する切り込み２１、２２として、それに対応する溝１７、１８を得ることも可能である。
【００２１】
ここで図５および６を参照して、本発明の第二の実施形態を示す。
第二の実施形態では、図２と同様の方式で図６に分解図で示されるモーター８は、一方は外部固定子１２と回転子１４との間にあり、他方は回転子１４と内部固定子１１との間にある、並列に配置された１対のホルウェックポンピングステージを形成するように構成されている。
【００２２】
内部および外部固定子１１、１２の上方で、回転子１４の中に複数の貫通穴１９が形成されており、これらの穴は、外部固定子１２と回転子１４との間の中空スペースを、回転子１４と内部固定子１１との間の中空スペースと連通させている。これにより、気体の一部は外部固定子１２と回転子１４との間の中空スペースを通って下向きに流れるようにポンピングされ、残りの部分は回転子１４と内部固定子１１との間の中空スペースを通って下向きに流れるようにポンピングされる。
【００２３】
前に述べた実施形態では、気体が直列的に流れるようにホルウェックポンピングステージが形成されていたが、第二の実施形態では、気体はどちらかのホルウェックポンピングステージを通るように流される。
第二の実施形態では排出口３に概略対応して既に形成されているチャンネル２３のために、ポンピングされる気体は空洞６の下側部分内で排出されるので、構造が単純となる。
【００２４】
図６は、１対のホルウェックポンピングステージを並列に形成するように構成されたモーター８を示す。従って、固定子１１の外部表面と固定子１２の内部表面（すなわち回転子１４と対向する表面）は、各々排出口３に向かって気体をポンピングするための１組の概略螺旋形をした溝１７’および１８’を有する。螺旋形の溝１７’および１８’の旋回方向は、図６において矢印Ｆ２で示したモーター回転子の回転方向に依存することが理解される。
【００２５】
本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の様々な側面または詳細を変更することができることが理解される。また上の説明は単に例示を目的とするものであり、限定的なものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一の実施形態による真空ポンプの軸方向の断面図である。
【図２】図１に示したポンプのモーターであって、ホルウェックステージを形成するように構成されたものの軸方向の分解断面図である。
【図３】図２に示したモーターの内部固定子および外部固定子を形成する１対のリングの内部固定子の平面図である。
【図４】図２に示したモーターの内部固定子および外部固定子を形成する１対のリングの外部固定子の平面図である。
【図５】本発明の第二の実施形態による真空ポンプの軸方向の断面図である。
【図６】図５に示したポンプのモーターであって、ホルウェックステージを形成するように構成されたものの軸方向の分解断面図である。
【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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【外国語明細書】
2004360698.tif 000009
2004360698.tif 000010
2004360698.tif 000011
2004360698.tif 000012
2004360698.tif 000013
2004360698.tif 000014
2004360698.tif 000015
2004360698.tif 000016
【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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