JP5813370B2 - 真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の真空ポンプに関するものである。

工業的真空を発生するための真空ポンプのきわめて多くの構造タイプにおいて、例えば分子ポンプにおいて、ときには数万ｒｐｍのきわめて高い回転速度を有する回転構造部分が使用される。この回転構造部分は軸受により回転可能に支持されなければならない。このために、きわめてしばしば、潤滑される転がり軸受が使用される。潤滑のために、グリース潤滑のほかにオイル潤滑が使用され、オイル潤滑においては、一般に、潤滑剤は貯蔵装置から取り出され且つ転がり軸受に供給される。次に、潤滑剤は軸受から貯蔵装置内に流れて戻るので、循環回路が形成される。このような循環回路がドイツ特許公開第１０２００６０５３２３７号に開示されている。

潤滑剤量は時間の経過と共に減少することが観察され、これにより、貯蔵装置の補充または交換が必要となる。一方で、より長い保守間隔への要望が存在する。

ドイツ特許公開第１０２００６０５３２３７号

したがって、本発明の課題は、上記の損失を低減することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する真空ポンプにより解決される。請求項２−１１は有利な変更態様を与える。
請求項１に記載の真空ポンプは凝縮要素を有し、凝縮要素は、潤滑される軸受のポンプ作用構造部分に向けられた側に配置されている。この表面は、潤滑剤が凝縮する温度に存在している。これにより、軸受内において潤滑剤の蒸発により発生する損失が低減される。潤滑剤蒸気はポンプ作用構造部分の方向へ軸に沿って圧力降下に基づいて上昇し、凝縮要素において凝縮し、および滴下して液体として軸受の方向に戻る。同時に、この潤滑剤蒸気がポンプ作用構造部分の範囲内および入口および出口の範囲内における真空を低下させることが阻止される。この場合、ポンプ作用構造部分は、ターボ分子構造タイプのディスク・ロータ、ターボ分子構造タイプの釣鐘ロータ、ホルベック・ポンプ要素およびサイド・チャネル・ポンプ要素等を含んでいてもよい。この軸受のほかに、ポンプ作用構造部分の遊動支持が得られるように、軸端に第２の軸受が設けられている。

第１の変更態様により、凝縮要素は軸受と駆動装置との間に配置されているので、駆動装置領域は潤滑剤により汚染されない。さらに、軸とモータ・コイルとの間の隙間が低コンダクタンスの形の他のシールとして利用される。

他の一変更態様は、凝縮要素をリング状に形成し、これにより軸線に関して対称的な作用を達成するように設計され、このことは種々の姿勢において真空ポンプの運転を可能にする。

一変更態様は、それが電熱変換器を含むような凝縮要素の形態に関するものである。これは簡単な構造を与え、さらに、既に存在する電源の利用を可能にする。その上に、この方法は、振動源の介入を回避させる。

電熱変換器は、それがリング状に軸を包囲するように形成されていることにより、さらに改善される。これにより、潤滑剤が凝縮する表面の均等な冷却が達成される。
請求項６に記載の次の変更態様は、潤滑剤が凝縮する表面上に排出構造が設けられているように設計されている。これは凝縮された潤滑剤の排出を容易にさせる。

他の一変更態様は、凝縮された潤滑剤を潤滑剤貯蔵装置に戻す戻し通路が設けられていることにより、損失を低減させる。請求項８に記載の方法により、軸受と潤滑剤貯蔵装置との間にも戻し供給手段が使用されたとき、この利点が高められる。

真空ポンプが請求項９または１０に記載のポンプ作用構造部分を有しているとき、この利点は特に顕著となる。凝縮要素により潤滑剤蒸気をポンプ作用構造部分の領域から遠ざけることは、第２の無潤滑軸受としての永久磁気軸受との協働において特に有利である。

実施例に基づき、本発明を詳細に説明し且つそれらの利点を解明することとする。

図１は、凝縮要素を有する真空ポンプの断面図を示す。 図２は、第１の例による凝縮要素の軸線に直角な断面図を示す。 図３は、第１の例による凝縮要素の軸線に沿った断面図を示す。 図４は、第２の例による凝縮要素の軸線に沿った断面図を示す。 図５は、第２の例による凝縮要素の軸線に直角な平面図を示す。

図１に、真空ポンプ１００が軸線１１２に沿った断面図で示されている。ガスは入口１０２から真空ポンプ内に流入し、真空ポンプ内で圧縮され、それに続いて出口１０４から排出される。真空ポンプのハウジング１０６内に軸１１０が設けられている。入口に付属された軸端は永久磁気軸受１３０により回転可能に支持され、永久磁気軸受内において、ロータ側磁気リング１３２およびステータ側磁気リング１３４が協働している。反対側軸端は玉軸受として形成された軸受１５０により支持される。軸は駆動装置１２０により数万ｒｐｍの高速で回転される。駆動装置は、電気コイル１２４と、および軸上に配置され且つコイルの回転磁界と協働するモータ磁石１２２とを含む。

軸上にポンプ作用構造部分が配置され、ポンプ作用構造部分は、ステータ側構造部分例えば羽根を設けたディスク１４８と協働してポンプ作用を発生する。図示の例においては、軸側ポンプ作用構造部分は、ターボ分子構造タイプに基づく羽根を設けたディスク１４０および平滑スリーブ１４２であり、平滑スリーブは、ねじ山状に形成されたチャネルを有するステータ構成要素１４４により、ホルベック段を形成する。スリーブはハブ１４６により支持される。これらの両方のポンプ原理のほかに、他のポンプ構造例えばゲーデ段またはサイド・チャネル・ポンプ段が使用されてもよい。

ハウジングは下部部分１０８を含み、下部部分内に軸受１５０の支持構造部分が受け入れられている。さらに、下部部分は潤滑剤貯蔵装置１５２を埋め込んでいる。潤滑剤貯蔵装置内に潤滑剤が貯蔵され、潤滑剤は、潤滑剤供給装置１５４を介して、軸上に配置された噴霧ナット１５６に供給される。噴霧ナットは円錐表面を有し、円錐表面の直径は軸受の方向に増大しているので、潤滑剤は遠心力作用により軸受内に供給される。図示の例においては、潤滑剤貯蔵装置はフェルト層からなるパッキン（詰め物）として形成されている。潤滑剤供給装置は芯を含み、芯は少なくとも１つのフェルト層と結合され且つ噴霧ナットと接触している。潤滑剤の移送は毛管作用により行われる。代替態様として、潤滑剤供給装置は噴霧ノズルとして形成されていてもよく、噴霧ノズルにより、潤滑剤は潤滑剤ポンプから噴霧ナットに供給される。

軸受のポンプ作用構造部分に向けられた側に、凝縮要素１８０が配置されている。ポンプ作用構造部分の作用により熱が発生し、熱は軸を介して軸受１５０に供給される。これにより潤滑剤が加熱されるので、一部が蒸発する。この潤滑剤蒸気は、真空ポンプの内部の圧力勾配に基づいてポンプ作用構造部分の方向に移動し、このとき凝縮要素と軸との間の軸隙間１６０を通過する。この軸隙間は低コンダクタンスとして作用することが有利である。凝縮要素は、潤滑剤が再び液状に移行する温度に存在している。液化された潤滑剤は、次に、滴下して軸受の方向に戻る。潤滑剤損失のこのような低減により、ポンプ作用構造部分の領域の汚染もまた低減されるので、無潤滑永久磁気軸受と協働してきわめて純粋な真空が得られる。

凝縮要素の軸受とは反対側に捕獲室１６２が設けられていることが有利であり、捕獲室により、戻し通路１７２から、捕集された潤滑剤が潤滑剤貯蔵装置に戻る。この戻し通路はチャネルとして形成されていてもよいが、多孔材料例えばフェルトを利用することが有利であり、多孔材料は毛管作用により潤滑剤を供給する。

同様に、潤滑剤を軸受それ自身から潤滑剤貯蔵装置に供給して戻す戻し供給手段１７４を設けることが有利である。
戻し通路および戻し供給手段により２つの循環回路が形成され、循環回路は使用された潤滑剤を潤滑剤貯蔵装置に移送して戻すので、損失は明らかに低減され、したがって、真空ポンプの保守間隔は明らかに延長される。特に、このようにして、真空ポンプはあらゆる取付姿勢において運転可能であり、且つこのとき潤滑剤は戻し通路および戻し供給手段を通過して潤滑剤貯蔵装置に到達して戻る。

凝縮要素が軸受と駆動装置との間で軸を包囲するように配置されているので、コイル１２４と軸１１０との間のモータ隙間１６４が他のシール隙間として作用することが有利である。

凝縮要素は例えば冷却水循環回路への接続を介して十分に冷却可能である。このために、冷却水または他の液体冷媒を真空ポンプの外部から凝縮要素に供給し、凝縮要素を通過して次に再び真空ポンプの外部へ供給する対応する冷却水チャネルまたは組み込まれた銅管が必要である。

凝縮要素の有利な実施態様が図２および図３に詳細に示されている。
はじめに、図２は、凝縮要素の軸線に直角な断面図を示す。凝縮要素１８０は冷却体１８４を含む。冷却体はリング状に形成されているので、取付状態において、真空ポンプの軸はリングの中央開口内を貫通する。冷却体は周囲に分配された凹部を有し、凹部内に電熱変換器１８２が配置されている。少なくとも１つの変換器が必要ではあるが、均等な温度分布を達成するためには複数の変換器が有利である。冷却体とハウジングとの間に断熱要素例えば不良熱伝導層が設けられていてもよい。これにより、冷却体の温度低下が容易となる。このような層は例えば酸化シリコンを含んでいてもよい。代替態様として、冷却体とハウジングとの接触面積が低減されるように、凹部が設けられている。

図３に、凝縮要素１８０が軸線に沿った断面図で示されている。捕獲室１６２に向けられた側は斜面１８６を有し、斜面に沿って潤滑剤は中心開口から離れる方向に流れることが可能である。潤滑剤はこのようにして戻し通路１７２に到達する。戻し通路は、潤滑剤を戻すために、例えば十分に狭い隙間として、細い内孔として、または多孔材料からなる少なくとも１つの要素として、毛管作用を得るように形成されている。戻し通路は凝縮要素をリング状に包囲して且つ潤滑剤貯蔵装置まで到達する棒状要素と協働してもよい。斜面とは反対側に、真空ポンプのハウジングの下部部分１０８に向けられている冷却体の表面が存在する。電熱変換器１８２と下部部分１０８との間の接触面１８８において、電熱変換器が、下部部分を、冷却体を冷却するための吸熱源として利用可能なように、良好な熱伝達が形成されている。

図４および図５に、図１に示す真空ポンプに対する第２の実施例による凝縮要素２８０が示されている。軸線に沿った断面図が図４に示されている。凝縮要素はリング状冷却体２８４を有し、冷却体は捕獲室１６２の方向に円錐表面２８６を有している。円錐は、冷却体の厚さを軸線１１２から半径方向外側に向けて低減させることにより形成されている。表面上に排出構造２９０が設けられ、排出構造は軸線から離れて戻し通路１７２への潤滑剤の排出を支援する。冷却体２８４とハウジングの下部部分１０８との間に、軸１１０を包囲するリング状電熱変換器２８２が設けられている。電熱変換器は、それに電流が流されると直ちに、温表面２９４および冷表面２９２を有し、温表面はハウジング１０８と熱伝導接触を形成し、冷表面は冷却体と熱伝導接触を形成する。電流の供給は、例えば駆動装置のために既に存在している電源により行われる。

図５に、冷却体２８４の平面図が示されている。排出構造２９０が螺旋状に伸長する***として形成されている。排出構造により、冷表面上で凝縮した潤滑剤が適切に戻し通路１７２に供給される。真空ポンプの種々の取付姿勢を可能にするために、冷却体の周囲に沿って複数の戻し通路構造部分が設けられている。代替態様として、***の代わりに、溝またはスロットが設けられていてもよい。螺旋は複数のコースを含んでいてもよい。円錐表面の内縁領域から外縁領域へ到達する複数の円弧部分または直線が設けられていてもよい。

１００ 真空ポンプ
１０２ 入口
１０４ 出口
１０６ ハウジング
１０８ ハウジングの下部部分
１１０ 軸
１１２ 軸線
１２０ 駆動装置
１２２ モータ磁石
１２４ 電気コイル
１３０ 永久磁気軸受
１３２ ロータ側磁気リング
１３４ ステータ側磁気リング
１４０ 羽根を設けたディスク（ロータ側）（ポンプ作用構造部分）
１４２ 平滑スリーブ（ポンプ作用構造部分）
１４４ ステータ構成要素
１４６ ハブ
１４８ 羽根を設けたディスク（ステータ側）
１５０ 軸受
１５２ 潤滑剤貯蔵装置
１５４ 潤滑剤供給装置
１５６ 噴霧ナット
１６０ 軸隙間
１６２ 捕獲室
１６４ モータ隙間
１７２ 戻し通路
１７４ 戻し供給手段
１８０、２８０ 凝縮要素
１８２、２８２ 電熱変換器
１８４、２８４ 冷却体
１８６ 斜面
１８８ 接触面
２８６ 円錐表面
２９０ 排出構造
２９２ 冷表面
２９４ 温表面

Claims (10)

1. 軸（１１０）と、潤滑剤で潤滑され且つ軸を回転可能に支持する軸受（１５０）と、軸上
   に配置されたポンプ作用構造部分（１４０、１４２）とを備えた真空ポンプ（１００）に
   おいて、
   前記軸受のポンプ作用構造部分に向けられた側に、凝縮要素（１８０；２８０）が配置さ
   れており、前記凝縮要素（１８０；２８０）が電熱変換器（１８２；２８２）を含むことを特徴とする真空ポンプ（１００）。
2. 前記凝縮要素（１８０；２８０）が軸受（１５０）と駆動装置（１２０）との間に配置さ
   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（１００）。
3. 前記凝縮要素（１８０；２８０）がリング状に軸（１１０）を包囲するように形成されて
   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（１００）。
4. 前記凝縮要素（１８０；２８０）がリング状電熱変換器（２８２）を含むことを特徴とす
   る請求項１に記載の真空ポンプ（１００）。
5. 前記凝縮要素（１８０；２８０）が排出構造（２９０）を含むことを特徴とする請求項１
   ないし４のいずれかに記載の真空ポンプ（１００）。
6. 前記凝縮要素（１８０；２８０）によって捕集された潤滑剤がそれにより潤滑剤貯蔵装置
   （１５２）に戻される戻し通路（１７２）が設けられていることを特徴とする請求項１な
   いし５のいずれかに記載の真空ポンプ（１００）。
7. 戻し供給手段（１７４）が潤滑剤を軸受（１５０）から潤滑剤貯蔵装置（１５２）に供給
   することを特徴とする請求項６に記載の真空ポンプ（１００）。
8. 前記ポンプ作用構造部分（１４０、１４２）がターボ分子構造タイプ（１４０）に従って
   形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の真空ポンプ（１０
   ０）。
9. 前記ポンプ作用構造部分（１４０、１４２）が、軸（１１０）上に配置されている、羽根
   を設けたディスク（１４０）を含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載
   の真空ポンプ（１００）。
10. 前記軸（１１０）が、軸受（１５０）とは反対側端部において永久磁気軸受（１３０）に
    より回転可能に支持されていることを特徴とする請求項９に記載の真空ポンプ（１００
    ）。

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