JP7121416B2 - 多段ルーツ型ドライ真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、真空設備の技術分野に属し、具体的には多段ルーツ型ドライ真空ポンプに関する。

従来の大気へ直接排気する多段ルーツ型ドライ真空ポンプは、全ての各段のルーツロータが順に同じ１対（２本）の軸に配置され、同一のメータにより駆動され、１対の噛合歯車により伝動することにより両軸の一定の運動関係を維持する。各段のルーツロータの間は、軸方向において仕切板により仕切されて独立した作業チャンバを形成し、吸気・排気口の間はエンドツーエンドで機械的に接続されて直列の作業関係を構成する。また、各段のルーツロータ及びその作業チャンバの大きさは、真空ポンプの排気速度、回転速度、段数及び段間圧縮係数の必要に応じて一定の比率関係で形成される必要がある。従来のポンプの歯車箱が潤滑油を使用しているため、汚染を防止するために、歯車箱とロータ作業室は動的シールにより密封される必要がある。しかも、モータ端も、空気の進入を防ぐために密封される必要がある。さらに、従来のポンプの伝動軸の密封は、主にスケルトンオイルシールを使用し、軸、シール材及びそれらの組み合わせに対する要求が高く、故障の主な原因であり、交換が困難である。従来のポンプは、駆動軸と従動軸の一定の運動関係を保持するために、インボリュート歯車による噛合伝動を使用しているので、潤滑及び密封が必要となり、騒音が発生する。

上記問題を解決するために、本発明は、多段ルーツ型ドライ真空ポンプを提供する。本発明では、各対のルーツロータは独立するので、互いに干渉することがなく、設計製造の最適化に広いスペースを提供する。また、各対のルーツロータの独立した電気駆動により、機械的伝動の長さが減少され、機械製造の精度に対する要求が低くなり、騒音の減少が効果的に実現され、機器の使用寿命が長くなる。さらに、磁気歯車による伝動、磁気カップリングによる接続により、潤滑及び騒音が減少され、動的シールの代わりに静的シールを使用することにより、密封状態が改善され、使用性能及び設備寿命が顕著に向上する。

本発明の課題を解決するための手段は以下の通りである。
ポンプ本体と電気駆動機構とを含み、前記ポンプ本体は、一段のルーツシステムを少なくとも含み、前記ルーツシステムは、一段のルーツ作業ユニットを少なくとも含み、前記ルーツ作業ユニットには１対のルーツロータ及びルーツ回転軸が設けられ、前記電気駆動機構は、ルーツ回転軸に伝動接続される多段ルーツ型ドライ真空ポンプ。

好ましくは、噛合機構をさらに含み、前記噛合機構は、磁気カップリングによりルーツ回転軸に接続され、電気駆動機構によりルーツロータと組み合わせて真空作業を行う。

好ましくは、前記噛合機構には、磁気伝動歯車が設けられる。

好ましくは、前記電気駆動機構は、電気駆動ロータと電気駆動ステータを含み、前記電気駆動ロータは、ルーツ回転軸に取り付けられ、電気駆動ロータと電気駆動ステータの磁気ギャップの間にシールスリーブが設けられる。

好ましくは、ポンプ本体内における同じ段又は異なる段のルーツ作業ユニットにおいて、各ルーツ作業ユニットを並列管路又は直列管路により吸気口から排気口まで順に連通させる。

好ましくは、各対のルーツロータはそれぞれ独立したルーツ作業ユニットであり、前記ルーツロータの間のガス流通管路が正常に接続されている場合、ルーツ作業ユニットはポンプ本体に任意に配置される。

好ましくは、前記ルーツシステムは、一段又は複数段のルーツ作業ユニットを含み、
各段のルーツ作業ユニットはそれぞれ独立した作業ユニットであり、１対のルーツロータ及び１対のルーツ回転軸は、いずれも独立してルーツ作業ユニット内に設けられる。

好ましくは、前記ルーツロータは、駆動ルーツロータと従動ルーツロータを含み、前記ルーツ回転軸は、駆動ルーツ回転軸と従動ルーツ回転軸を含み、前記駆動ルーツロータは、駆動ルーツ回転軸に設けられ、前記従動ルーツロータは、従動ルーツ回転軸に設けられる。

好ましくは、デジタル化総合電気駆動システムをさらに含み、前記総合電気駆動システムは、電気駆動機構に電気的に接続され、電気駆動、速度調整、起動・停止及びインターロックの統合制御を行うものである。

本発明は、以下の有益な効果を有する。
本発明では、各対のルーツロータは独立するので、互いに干渉することがなく、設計製造の最適化に広いスペースを提供する。また、各対のルーツロータに対する独立した電気駆動により、機械的伝動の長さが減少され、機械製造の精度に対する要求が低くなり、騒音が減少され、寿命が長くなる。磁気歯車による伝動、磁気カップリングによる接続により、潤滑及び騒音が減少される。動的シールの代わりに静的シールを使用することにより、密封状態が改善され、使用性能及び設備寿命が向上する。本発明は、構造が合理的で、設計が巧みで、経済的で実用的で、効率的で環境にやさしく、使用寿命が長く、生産コストが低いという特徴を有する。

本発明の構造模式図である。 図１のＡ－Ａ面の構造模式図である。

以下、図面及び実施例により本発明をさらに説明する。

本発明の実施形態の目的、技術的解決策、および利点をより明確にするために、本発明の実施形態における技術的解決策を、本発明の実施形態における添付の図面と併せて明確かつ完全に説明する。明らかに、説明される実施形態は、実施形態のすべてではなく、本発明の実施形態の一部である。本明細書の図面に一般的に説明および示される本発明の実施形態の構成要素は、様々な異なる構成で配置および設計され得る。したがって、添付の図面で提供される本発明の実施形態の以下の詳細な説明は、請求される発明の範囲を限定することを意図せず、単に本発明の選択された実施形態を表す。

図１～図２に示すように、本発明は、多段ルーツ型ドライ真空ポンプを提供する。前記多段ルーツ型ドライ真空ポンプは、一段のルーツシステム（図示せず）のポンプ本体１を少なくとも含み、各ルーツシステムは、一段のルーツ作業ユニット２を少なくとも含み、各ルーツ作業ユニット２には１対のルーツロータ３、４、１対のルーツ回転軸２４及び電気駆動機構が設けられ、前記電気駆動機構は、電気駆動ロータ１３及び電気駆動ステータ１０を含む。電気駆動機構は、ルーツ回転軸２４に接続される。本発明では、各段のルーツシステムは、それぞれ１つのルーツ作業ユニット２又は複数のルーツ作業ユニット２から構成され、各ルーツ作業ユニット２は、それぞれ独立した１対の回転軸を含み、これらの回転軸は、特定の関係で運動する。各段のルーツシステムの吸気・排気口はエンドツーエンドで順に直列接続され、具体的には、エンドツーエンドで接続されるか、直接連通するか、又はバイパス管路を介して接続される。各段のルーツシステムのそれぞれの適切なサイズ、回転速度、各ルーツ作業ユニット２の数及び位置に応じて柔軟に配置することができ、これによって、各段のルーツシステム間の圧縮比は、単に容積比で実現される代わりに、容積比、回転速度比、又は回転速度比と容積比の組み合わせで実現され得る。

このようにして、大排気速度チャンバでは、回転速度を上げることにより容積を減少させることができ、小排気速度チャンバでは、回転速度を下げることにより容積を増大させることができる。これによって、各ルーツ作業ユニットのチャンバの容積は均等であり、又はほぼ均等であることで、ポンプは、排気速度が同じである場合では、幾何学的寸法が大排気速度チャンバの減少により減少でき、製造コストの削減、運転エネルギー消費量の削減、排出端の状況の改善という目的が達成される。ポンプは、排気速度が同じである場合では、幾何学的寸法は、小排気速度チャンバの増大により増大し、ポンプの排気端の放熱が改善される。また、大排気速度チャンバの寸法の減少及び小排気速度チャンバの寸法の増大により、ポンプの仕様モデルの範囲は、上限がより大きくなり、下限がより小さくなる可能となる。これにより、各ルーツ回転軸の長さが短くなり、ルーツ回転軸の支持状況が改善され、各段のポンプの各ルーツ回転軸端はいずれも軸受で支持され、密封され得るとともに、これら軸受及び密封はメンテナンスが容易である。現代の加工技術の進歩により、各段間の厳密な比例関係を有する機械的伝動に便利な条件が提供され、以上の各段のルーツ回転軸の独立した分離設計が可能となる。

噛合機構（図示せず）はルーツ回転軸２４に接続され、電気駆動機構によりルーツロータと連動して真空作業を行う。噛合機構とルーツ回転軸２４との間に１セットの磁気カップリングが取り付けられ、各磁気カップリングの磁気ギャップの間にはシールスリーブが設けられる。噛合機構は、磁気伝動歯車を含む。本発明は、代替従来のインボリュート歯車の代わりに磁気伝動技術を使用することにより、同段ポンプチャンバにおける駆動ロータと従動ロータのカップリング伝動を達成することによって、機械歯車伝動による衝撃と騒音が解消されるため、潤滑が省略される。また、磁気カップリングにより駆動部品と作業部品との間の動力伝達を行うことにより、機械的カップリングの剛性又は半剛性接続は電磁の柔軟な接続に変換され、伝動精度に対する要求が低くなり、伝動衝撃が低減され、騒音汚染が改善される。さらに、本発明は、磁気カップリングの磁気ギャップの間において磁力に影響を与えない容器を使用する。本発明の磁力に影響を与えない容器は、磁力に影響を与えないシールスリーブを含む。磁気カップリングの磁気ギャップの間において磁力に影響を与えない容器を使用して作業部品と外部空間を隔離することにより、動的シールから静的シールへの変換が実現され、シール性能及び寿命が改善される。本発明は、上述した磁気カップリングの駆動端の代わりに総合電気駆動機構の駆動具（即ち、モータステータ）を使用し、従動端の代わりにそれに対応するロータを使用し、磁気カップリングの代わりにモータを直接使用することにより、構造がさらに簡単化され、寸法がさらに小さくなり、コストがさらに低くなり、信頼性がさらに向上する。

本発明のデジタル化総合電気駆動システム８は、各電気駆動機構に接続され、電気駆動、速度調整、起動・停止及びインターロックの統合制御を行う。デジタル化総合電気駆動技術を使用し、１つの駆動器により各段のプンプ、各ルーツ作業ユニットを駆動して厳しい要求に従って起動、稼働、停止を行う。即ち、起動時に、各段が同時に起動し、それぞれの許容負荷、作業状況に応じて正常稼働になるまで徐々に加速する。稼働時に、それぞれ厳しい圧縮関係に規定の排気速度が要求する速度に応じて稼働し、負荷の変化に応じて自動的に調節する。停止時に、送電網に対する汚染が最も少なく、ポンプ自体及びそれが属する機器に対して最も安全で、最もエネルギー効率が良く、最も環境に優しい方法で停止する。

本発明の電気駆動機構は、電気駆動ロータ、電気駆動ステータを含む。電気駆動ロータは、ルーツ回転軸２４に取り付けられ、電気駆動ロータと電気駆動ステータの磁気ギャップの間にはシールスリーブが設けられる。本発明は、従来のモータとロータとのシャフト接続のような機械的カップリングを省略し、各独立したルーツ作業ユニット２の電気駆動機構のロータを対応するルーツ回転軸２４に直接取り付け、ステータを関連する部品に取り付けることを特徴とする。また、ロータとステータの磁気ギャップの間には磁気伝動に影響を与えないシールスリーブが設けられ、ルーツロータ及びその作業ユニットと外部を隔離することにより、動的シールから静的シールへの変換が達成されるとともに、磁力駆動に影響を与えない。

好ましくは、ポンプ本体内における同じ段又は異なる段のルーツ作業ユニット２において、各ルーツ作業ユニットのチャンバを並列管路又は直列管路により吸気口から排気口まで順に連通させる。各１対のルーツロータはそれぞれ独立したルーツ作業ユニット２である。各ルーツロータの間のガス流通管路が正常に接続されている場合、各ルーツ作業ユニット２はポンプ本体に任意に配置され得る。ルーツシステムは、一段又は複数段のルーツ作業ユニット２を含む。各段のルーツ作業ユニット２はそれぞれ独立した作業ユニットであり、１対のルーツロータ及び１対のルーツ回転軸２４はそれぞれ独立してルーツ作業ユニット２内に設けられる。本発明は、多段のルーツシステムから構成され、各段のルーツシステムは、１つのルーツ作業ユニット２又は複数のルーツ作業ユニット２を含む。各対のルーツロータはそれぞれ独立したルーツ作業ユニット２（１つの独立した真空作業チャンバ及びそこに取り付けられた１対の独立したルーツロータ及びその軸などの付属品）である。つまり、ガス流通管路が規則に従って接続されれば、これらの独立したルーツ作業ユニット２は、ポンプ本体において任意に配置され得る。

本発明の噛合機構は、伝動歯車を含み、この伝動歯車は、主伝動歯車と副伝動歯車を含む。ルーツロータは、駆動ルーツロータと従動ルーツロータを含む。ルーツ回転軸２４は、駆動ルーツ回転軸と従動ルーツ回転軸を含む。各独立したルーツ作業ユニット２は１対の歯車によりカップリングされ、この１対の歯車は磁気伝動歯車である。また、磁気伝動歯車と主従動ルーツ回転軸との間に１セットの磁気カップリングを取り付けてトルクを伝達し、磁気カップリングの磁気ギャップの間に磁力伝動に影響を与えないシールスリーブを設けることでルーツロータ及びその作業ユニットと外部を隔離することにより、動的シールから静的シールへの変換が達成される。構造をさらに最適化するには、本発明の各独立したルーツ作業ユニットはそれぞれ独立した電気駆動機構を有し、これらの独立した電気駆動機構は、１つのデジタル化総合電気駆動システム８により協調制御される。

実施例
図１－２に示すように、本実施例の１対のロータ回転軸が独立した大気へ直接排気する多段ルーツ型ドライ真空ポンプは、ポンプ本体１、ルーツシステム（図示せず）、ルーツ作業ユニット２、駆動ルーツロータ３、従動ルーツロータ４、主伝動歯車５、副伝動歯車６、気流通路７、総合電気駆動制御室８、電気駆動端蓋９、電気駆動ステータ１０、駆動端磁気ギャップの静的シールスリーブ１１、軸受１２、電気駆動ロータ１３、シールリング１４、電気駆動端仕切板１６、ポンプ本体シールリング１７、右仕切板１８、磁気カップリング内盤１９、磁気カップリング磁気ギャップの静的シールスリーブ２０、磁気カップリング外盤２１、伝動歯車軸受２２、歯車カバー２３を含む。ルーツロータは、駆動ルーツロータ３及び従動ルーツロータ４を含む。噛合機構として設けられた伝動歯車は、主伝動歯車５、副伝動歯車６、伝動歯車軸受２２及び歯車カバー２３を含む。電気駆動機構は、電気駆動端蓋９、電気駆動ステータ１０、駆動端磁気ギャップ静のシールスリーブ１１及び電気駆動ロータ１３を含む。磁気カップリングは、磁気カップリング内盤１９、磁気カップリング磁気ギャップの静的シールスリーブ２０及び磁気カップリング外盤２１を含む。本発明は、主にポンプ本体部品、各ルーツ作業ユニット２、主副伝動歯車５、６、総合電気駆動制御システム８から構成される。ポンプ本体部品は、１つのポンプ本体１（複数の真空チャンバのルーツ作業ユニット２、気流通路７、吸気・排気口などを含む）、複数対のルーツロータ３、４、１つの電気駆動端仕切板１６及び軸受１２、１つの右仕切板１８及び軸受１２、複数のポンプ本体シールリング１７などから構成される。各ルーツ作業ユニット２、ルーツロータが噛み合う駆動・従動伝動歯車５、６は、複数対の磁気伝動歯車５、６、複数対の磁気ギャップの静的シールスリーブ２０付き磁気カップリング、複数のシールリング１４、１つの歯車カバー２３などから構成される。総合電気駆動制御システム８は、１つのデジタル電気駆動制御室、１つのマンマシン対話インターフェース、複数の電気駆動機構（励起ステータ、磁気ギャップシールスリーブ、電気駆動ロータ及びシールリングを含む）及び制御ボックスなどから構成される。システム全体は、インテリジェント全体であり、完全な静的シールであり、放熱が良好で、騒音が小さい。

本実施例の排気圧力は１つの大気圧よりもやや高く、吸気端の作業圧力及び限界圧力は使用要求に応じて決定される。その排気速度もシリーズ・スペクトルの要求に応じて決定される。

本発明は、多段のルーツ作業ユニット２から構成される。各段のルーツ作業ユニット２は１つであってもよく、複数接続して構成されてもよい。各ルーツ作業ユニット２には独立した１対のルーツ回転軸２４が設けられ、これらのルーツ回転軸は特定の関係で運動する。各段のルーツ作業ユニット２は、特定の規則に従ってガス圧縮方向において順に吸気口から排気口まで管路により直列接続される。

ルーツシステムの段数は、ポンプが達する必要がある限界圧力（真空度）及び段間の圧縮比によって異なる。各段のルーツ作業ユニット２の数は、必要（例えば、ポンプの大きさ、構造寸法、所望及び達する可能な適切な回転速度、及び製造コストなど）に応じて決定されるが、基本的な原則は、各段の各ルーツ作業ユニット２の各回転で封入可能なガスの幾何容積と回転速度との積の和と、隣り合うこの数値との比が、各自の圧縮比と一致することである。即ち、

Ａは、ａ段とｂ段の間の圧縮比であり、ａとｂは隣り合う段の番号（例えば、ｂ＝ａ＋１）であり、Ｎはルーツロータの回転速度であり、Ｖはルーツ作業ユニット２のチャンバ内における各回転で封入可能なガスの幾何容積であり、ｉ、ｍ、ｎはいずれも正整数である。

全てのルーツ作業ユニット２は、同じ段又は異なる段にも関わらず、全て同一のポンプ本体内にあり、そのチャンバは、並列又は直列管路により規則に従って吸気口から排気口まで順に連通する。それらは、機械的位置と幾何学的位置のいずれにおいても１つの独立した小さいシステムであり、総合電気駆動システム８により直接制御される１つの独立した電気駆動機構、独立して稼働する１対のルーツロータ、１つの独立した噛合機構、及び吸気管路、排気管路が他の室に関連する以外、他の管路が全て独立した作業チャンバを有する。これらのルーツ作業ユニット２は、いずれも使用の必要及び設計に応じて任意に配置することができる。

以上説明した吸気口及び排気口は、真空ポンプシステム管路全体の始まりと終わりであり、システム全体は、吸気端にのみ１つの吸気口を有し、排気端にのみ１つの排気口を有する。

以上に説明した管路は、吸気口、各ルーツ作業ユニット２、排気口に連通し、真空引き作業をスムーズに進めるための通路である。これらの通路は、ポンプ本体内に直接加工して形成されてもよく、ポンプ本体外に接続されてもよい。作業室の異なる配置によって、これらの通路は並列分岐を有する可能性があり、真っ直ぐであっても良いが、湾曲してもよい。

以上に説明したルーツロータは、ルーツ型ポンプの機能実行素子である。

各ルーツロータのガスを圧縮する作業部分は異形柱体であり、この柱体の径方向断面の輪郭は、複数セグメントのルーツ曲線及び円弧、複数セグメントの円弧曲線、複数セグメントのサイクロイド、又はこれらの曲線を組み合わせて形成された凹凸形状を有する閉曲線であり、３葉ルーツ又は２葉ルーツなどであってもよい。ここで曲線及び羽の数は制限されないが、回転作業する際にポンプチャンバの内壁とロータとが良好な組み合わせ及び密封を有し、ガス圧縮効率が高く、省エネで環境に優しいことを保証できればよい。

ルーツロータの軸方向の両端には、それぞれ軸受に取り付けられて支持に用いられる軸及び伝動に用いられる軸を有する。この２つの軸は、中間の異形柱体の母線に平行であり、かつ中心軸線が異形柱体の幾何中心線と重なり合い、両軸は、それぞれショルダーを介して中間の異形柱体に接続され、ショルダーは中心軸線に垂直であり、かつ両ショルダーは互いに平行である。

作業する際に、形状及びサイズが同じであるルーツロータは、軸線が平行であり、径方向が特定の位相関係となるように同一のルーツ作業ユニット２内に取り付けられ、ペアとして組み合わせて使用される。そのうちの一方は、直接電気駆動される駆動具であり、他方は従動具であり、両者のカップリング（位相）関係は、それらの同一端の回転軸にそれぞれ取り付けられ、直接噛み合い、かつモジュールも歯数も同じである１対の精密歯車により達成される。そのため、この２つのルーツロータは、回転方向が反対であり、回転速度が同じである。

ここでいう噛合機構とは、２つのルーツロータのカップリング関係を保証するモジュール及び歯数がいずれも同じである直接噛み合う１対の精密歯車をいう。本実施例の精密歯車は、従来のインボリュート機械歯車の代わりに磁気歯車を使用することにより、潤滑及び騒音を減少させる。

ここでいう１対の磁気歯車と対応する１対のルーツ回転軸との間の接続は、２つの磁気カップリングにより達成され、ことの２つの磁気カップリングの磁気ギャップの間において、磁力に影響を与えない容器によりルーツ回転軸及びその付属品と外部とを隔離することにより、動的シールを静的シールに変換する。

ここでいうルーツ作業ユニット２のポンプチャンバの内壁は、直径がルーツインペラの長軸方向における外縁の回転直径であり、中心距離がルーツインペラの最大寸法と最小寸法の和の二分の一である２つの円柱孔が連通して形成される。この孔の長さは、このルーツ真空室内におけるルーツインペラのガス圧縮セグメントの長さとこの機構の両端の総嵌め隙間との和である。

ここでいうポンプ本体は、上述した全てのルーツロータが依存するルーツ型真空ポンプチャンバであり、規則に従ってこれらのルーツ作業ユニット２、吸気口及び排気口を接続するポンプの主部品を含む。ポンプ本体には放熱装置、取付接続装置等がさらに設けられる。ポンプ本体の両端には、それぞれ電気駆動端仕切板、右仕切板及びそのシールリングなどが取り付けられ、この仕切板など及びポンプ本体は密閉なルーツ作業ユニット２を構成する。２つのルーツロータの支持軸受は、この２つの仕切板に取り付けられ、ルーツロータの作業セクション両端のショルダーと２つの仕切板の内壁は組み合わせて、各段の真空室の吸気側、被輸送ガス密閉箇所、及び排気側を隔離し、圧縮排気を達成する。

ここでいうデジタル化総合電気駆動制御システム８とは、各ルーツ作業ユニット２のルーツロータは、１つの電気駆動機構によって直接駆動され、この電気駆動機構は、いずれも総合電気駆動制御室によって直接電気エネルギーを分配され、駆動され、速度調整され、起動・停止を制御され、前記駆動、速度調整、起動・停止、インターロックなどは厳密な論理関係に従って行われる。電気駆動ロータ１３は、駆動ルーツ回転軸に直接接続され、電気駆動ステータ１０と電気駆動ロータ１３の磁気ギャップにおいては、同様に磁力に影響を与えない容器によってルーツ回転軸及びその付属品と外部とが隔離されることにより、動的シールは静的シールに変換する。このようにして、吸気・排気口以外のポンプの作業部分は、全て静的シールにより密封される。この総合電気駆動制御システム８は、ポンプの一端に位置し、ポンプ本体に接続される。

本発明の背景技術に関連する従来技術は、以下の欠陥が存在する。（１）全てのロータは同じ１対の伝動軸に位置するため、その回転速度が一致しなければならず、その結果、互いに牽制し合う。各段は、それぞれの違いに応じてそれぞれに必要な回転速度を選択することができず、各段の容積の変化のみにより各段間の圧縮比を達成することができるため、ポンプの排気速度の範囲が制約される。つまり、大容積が必要である段は容積をさらに大きくしにくいため、大排気量ポンプの設計製造が制限される一方、小容積が必要である段は容積をさらに小さくしにくいため、小排気量ポンプの設計製造が制限される。（２）各段が同軸であるため、軸が比較的長い。各段間の仕切板にいずれも軸受を設けると、過剰拘束により干渉が発生する。また、この軸受のメンテナンスが困難である。各段間の仕切板のいずれにも軸受を設けないと、軸はその長さのため振動し、さらには共振する可能性があり、ポンプの稼働に不利であり、ポンプの寿命に影響を与える。（３）従来のポンプの伝動軸の密封は、主にスケルトンオイルシールを使用し、軸、シール材及びそれらの組み合わせに対する要求が高く、故障の主な原因であり、交換が困難である。（４）従来のポンプは、駆動軸と従動軸の一定の運動関係を保持するために、インボリュート歯車による噛合伝動を使用している。そのため、潤滑及び密封が必要となり、騒音が発生する。（５）インボリュート精密歯車による伝動は、精度に対する要求が高く、取り外しが困難で、伝動騒音が大きい。（６）同軸のため回転速度が同じ、ポンプの段間圧縮比は、容積比のみにより達成されるため、５段、６段又はそれ以上の段数が多いポンプは、最後の排出段の幾何学的寸法が極めて小さく、放熱が非常に困難である。

従来技術では、全てのロータが同じ１対の伝動軸に配置されているため、その回転速度が一致しなければならず、その結果、互いに牽制し合う。各段は、それぞれの違いに応じてそれぞれに必要な回転速度を選択することができず、各段の容積の変化のみにより各段間の圧縮比を達成することができるため、ポンプの最適化が制限される。また、駆動噛合歯車及び従動噛合歯車はインボリュート歯車であり、オイルで潤滑し、動的シールで密封し、ポンプとモータとは機械的カップリングに接続され、モータに接続される軸もコームにより動的シールされるため、騒音が大きく、漏れる恐れがある。

改良された本発明は、多段ルーツシステムから構成される。多段ルーツシステムは、１つのルーツ作業ユニット又は複数のルーツ作業ユニットを含む。各ルーツ作業ユニットには、独立した１対の回転軸が設けられ、これらの回転軸は、特定（所定）の関係で運動する。各段のルーツシステムの吸気・排気口はエンドツーエンドで順に直列接続され、具体的には、エンドツーエンドで接続されるか、直接連通するか、又はバイパス管路を介して接続される。複数のルーツ作業ユニット間の吸気・排気口は、並列接続され、この並列接続は、吸気口と吸気口が連通し、排気口と排気口が連通することである。これによって、ルーツロータ作業ユニットのガス流通管路における並列配置が実現される。このようにして、各段のルーツシステム及び各ルーツ作業ユニットをそれぞれの適切なサイズ、回転速度、各ルーツ作業ユニットの数及び位置に応じて柔軟に組み合わせることがで、幾何学的寸法と回転速度の関連付けが実現され、幾何学的位置は任意設定することができる。噛合機構は、磁気伝動歯車を含む。本発明は、代替従来のインボリュート歯車の代わりに磁気伝動技術を使用することにより、同段ポンプチャンバにおける駆動ロータと従動ロータのカップリング伝動を達成することによって、機械歯車伝動による衝撃と騒音が解消され、潤滑が省略される。また、磁気カップリングにより駆動部品と作業部品との間の動力伝達を行うことにより、機械的カップリングの剛性又は半剛性接続は電磁の柔軟な接続に変換される。

本発明は、上述した磁気カップリングの駆動端の代わりに総合電気駆動機構の駆動具（即ち、モータステータ）を使用する。各独立したルーツ作業ユニットは、それぞれ独立した駆動機構を有し、これらの独立した駆動機構は、全て同一のデジタル化総合電気駆動システム８により協調制御される。また、従動端の代わりにそれに対応するロータを使用し、磁気カップリングの代わりにモータを直接使用することにより、構造がさらに簡単化され、寸法がさらに小さくなり、コストがさらに低くなり、信頼性がさらに向上する。本発明は、１つの総合電気駆動器により各段のポンプの各ルーツ作業ユニットを駆動して厳しい要求に従って起動、稼働、停止を行う。即ち、起動時に、各段が同時に起動し、それぞれの許容負荷、作業状況に応じて正常稼働になるまで徐々に加速する。稼働時に、それぞれ厳しい圧縮関係に規定の排気速度が要求する速度に応じて稼働し、負荷の変化に応じて自動的に調節する。停止時に、送電網に対する汚染が最も少なく、ポンプ自体及びそれが属する機器に対して最も安全で、最もエネルギー効率が良く、最も環境に優しい方法で停止する。本発明では、各対のルーツロータは独立するので、互いに干渉することがなく、設計製造の最適化に広いスペースを提供する。また、各対のルーツロータに対する独立した電気駆動により、機械的伝動の長さが減少され、機械製造の精度に対する要求が低くなり、騒音が減少され、寿命が長くなる。磁気歯車による伝動、磁気カップリングによる接続により、潤滑及び騒音が減少される。動的シールの代わりに静的シールを使用することにより、密封状態が改善され、使用性能及び設備寿命が向上する。本発明は、構造が合理的で、設計が巧みで、経済的で実用的で、効率的で環境にやさしく、使用寿命が長く、生産コストが低いという特徴を有する。従って、本発明は、実用性、経済性及び技術性がいずれも優れた製品である。

以上の実施例は、本発明の好ましい実施形態だけであり、本発明には他の実施形態も含まれる。本発明の趣旨から逸脱しない限り、当業者は同等の変形又は置換を行うことができ、これらの同等の変形又は置換は、全て本出願の特許請求の範囲に含まれれる。

Claims (6)

1. ポンプ本体と電気駆動機構と噛合機構とを含み、
   前記ポンプ本体は、一段のルーツシステムを少なくとも含み、前記ルーツシステムは、一段のルーツ作業ユニットを少なくとも含み、前記ルーツ作業ユニットには１対のルーツロータ及びルーツ回転軸が設けられ、前記電気駆動機構は、前記ルーツ回転軸に直接接続され、前記ポンプ本体内における同じ段又は異なる段の前記ルーツ作業ユニットにおいて、各前記ルーツ作業ユニットを並列管路又は直列管路により吸気口から排気口まで順に連通させ、前記噛合機構は、磁気カップリングによりルーツ回転軸に接続され、電気駆動機構によりルーツロータと連動して真空作業を行い、
   前記噛合機構は、主伝動歯車と副伝動歯車とを含み、前記主伝動歯車と前記副伝動歯車の回転方向は互い反対である、ことを特徴とする多段ルーツ型ドライ真空ポンプ。
2. 前記主伝動歯車と前記副伝動歯車は、磁気伝動歯車であることを特徴とする請求項１に記載の多段ルーツ型ドライ真空ポンプ。
3. 前記電気駆動機構は、電気駆動ロータと電気駆動ステータを含み、
   前記電気駆動ロータは、前記ルーツ回転軸に取り付けられ、前記電気駆動ロータと前記電気駆動ステータの磁気ギャップの間にシールスリーブが設けられることを特徴とする請求項１に記載の多段ルーツ型ドライ真空ポンプ。
4. 前記ルーツシステムは、複数段のルーツ作業ユニットを含み、
   各前記ルーツ作業ユニットはそれぞれ独立した作業ユニットであり、
   １対の前記ルーツロータ及び前記ルーツ回転軸は、いずれも独立して前記ルーツ作業ユニット内に設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の多段ルーツ型ドライ真空ポンプ。
5. 前記ルーツロータは、駆動ルーツロータと従動ルーツロータを含み、
   前記ルーツ回転軸は、駆動ルーツ回転軸と従動ルーツ回転軸を含み、
   前記駆動ルーツロータは、前記駆動ルーツ回転軸に設けられ、前記従動ルーツロータは、前記従動ルーツ回転軸に設けられることを特徴とする請求項４に記載の多段ルーツ型ドライ真空ポンプ。
6. デジタル化総合電気駆動システムをさらに含み、
   前記総合電気駆動システムは、前記電気駆動機構に電気的に接続され、電気駆動、速度調整、起動・停止及びインターロックの統合制御を行うものであることを特徴とする請求項４に記載の多段ルーツ型ドライ真空ポンプ。

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