JP2008528853A - 旋回並進サイクル式マルチシャフト真空ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、真空ポンプであって、固定本体（２）にしっかりと連結されていて、螺旋形の要素（１４）を備えた固定ディスク（８）と、固定ディスク（８）に向いていて、固定ディスク（８）の螺旋形要素（１４）と交互に配置された螺旋形の要素（１６）を有する可動ディスク（４）と、固定本体（２）と可動ディスク（４）との間に設けられていて、各々が同一の偏心率で互いにずれた２本のシャフト（２６，２８）を有する少なくとも２つのクランク（１８）を備える連結部と、可動ディスク（４）を円形並進運動させるために用いられ、固定及び可動ディスクの軸線に平行な出力シャフトを備えたモータ（６）を含むモータ手段（６）とを有し、モータ（６）の出力シャフト（３０）は、可動ディスク（４）の軸線上に心出しされ、モータは、クランク（１８）と同じ偏心率を有する結合部品（３２）の助けにより、可動ディスクを駆動する。

Description

本発明は、旋回並進サイクル方式のマルチシャフト真空ポンプに関する。

この種のポンプは、一般に、フェースの一方に螺旋形の突出部を有する固定ディスクを備えた固定本体と、固定ディスクに向いた可動ディスクとを有し、この可動ディスクが、対応する螺旋形突出部を固定ディスクと同一の側に有している。１つは固定され、１つは可動である２つの螺旋体は、同一の角度の振幅を有し、互いに交互に配置されている。固定ディスクに対する可動ディスクの旋回並進運動を生じさせる機構体が設けられている。可動ディスクとポンプの固定本体との間の連結部は、複数本のシャフト、通常は３本のシャフトによって構成される。

このようなポンプは、例えば仏国特許出願公開第２，１４１，４０２号明細書に記載されている。この特許文献に示されているように、このようなポンプは、完全乾式密閉形ポンプである。

このポンプは、優れた結果をもたらすが、多くの部品から成り且つ嵩張っているという欠点を有している。また、この特許文献に記載されたポンプは、部品を冷却するために冷却液を用いる。

したがって、本発明の目的は、構造が単純であり且つコンパクトである新規な乾式密封形であり且つクリーンな真空ポンプ（即ち、排出流体の汚染の恐れがない真空ポンプ）を提供することにある。このポンプは、好ましくは、吸い込まれたガス状流体を大気圧で吐き出して大気圧状態で真空を作ることが必要である。さらに、この新規なポンプの保守は、公知の先行技術ポンプと比較して容易になる。

この目的のため、本発明は、旋回並進サイクル式真空ポンプであって、
固定本体に締結された固定ディスクを有し、固定ディスクのフェースの一方には、螺旋形の突出部が設けられ、
固定ディスクに向いた可動ディスクを有し、可動ディスクは、固定ディスクと同一の側に、固定ディスクの螺旋形突出部と交互に配置された螺旋形の突出部を有し、
固定本体と可動ディスクとの間に設けられ、少なくとも２つのクランクを含む連結部を有し、各クランクは、同一の偏心率で互いにオフセットした２本の互いに平行なシャフトを有し、
固定ディスクに対する可動ディスクの旋回並進運動を生じさせる駆動手段を有する真空ポンプを提案する。

本発明によれば、駆動手段は、固定ディスクの軸線及び可動ディスクの軸線に平行な出力シャフトを備えたモータを有し、
モータの出力シャフトは、可動ディスクの軸線上に実質的に心出しされ、モータは、クランクの偏心率に一致した偏心率を有する結合部品の助けにより、可動ディスクを駆動し、
２つの螺旋形突出部は、互いに非接触状態にあり、２つの螺旋形突出部は、クランクの取付けにより制御される軸方向隙間を有し、
真空ポンプに及ぼされる軸方向力は、本質的にクランクによって吸収される。

この新規なマルチシャフト真空ポンプ構造は、これによりポンプ内、特に種々の転がり軸受内における力の分布状態が向上するので非常に有利である。かかるポンプは、ポンプを通る排出ガス状流体が摩耗作用を受けるどの部品にも、例えば、シール等に接触しないので、クリーンである。

本発明の真空ポンプの好ましい実施形態では、モータは、可動ディスクに平行なプレートに固定され、このプレートは、各クランクの一方のシャフトのためのハウジングを有する。このように、プレートは、ポンプの中心に配置され、モータと可動ディスクの両方を支持している。他方、これによりポンプの構造が単純化され、他方、ポンプが一層コンパクトになる。この実施形態では、プレートは、例えば、モータが収容された円筒形管の端壁を形成する。この場合、固定本体は、例えば、円筒形管を固定ディスクに連結する外部ケーシングを含む。

本発明の真空ポンプでは、可動ディスクの周囲を密封的に真空ポンプの固定本体に連結するのに金属ベローを用いるのが良い。かかるベローは、並進（旋回並進）状態で動くことができる部品と固定本体との間のシールとなる。真空ポンプが円筒形管を有している場合、金属ベローは、好ましくは、円筒形管を包囲する。このように、ベローは、比較的大きなサイズのものであるのが良く、したがって、これに加わる応力は、小形ベローの場合の応力よりも低い。

本発明は、有利には、第１の金属ベローを包囲するよう可動ディスクの周囲と固定本体との間にこれ又密封的に取り付けられた第２の金属ベローを提供する。これにより、２つの金属ベロー相互間に空間が生じる。この空間内の圧力をモニタすることにより、いずれかのベローの故障を即座に検出することができる。その結果、ポンプの密閉に対して完全な制御を保証することができる。真空ポンプが円筒形管を有する実施形態では、円筒形管がプレートと反対側で通風ユニットを受け入れるようにし、モータのハウジングの通風を可能にするオリフィスをプレートに設けるのが良い。

真空ポンプは、可動ディスクと反対側の固定ディスクのフェースを冷却する通風手段を更に有するのが良い。

ポンプがかかる通気手段を備えている場合、動作中におけるポンプの過熱を阻止するのに冷却液回路を設けることは、必要ではない。これにより、本発明のポンプにより排出されたガス状流体の１つの考えられる汚染源が回避される。

本発明のディスクの更に良好な冷却のため、ディスク上に螺旋体を形成する少なくとも１つの突出部を螺旋体の中心の付近に穿孔するのが良い。

排出ガス状流体を大気圧で吐き出すために、固定ディスクは、例えば、螺旋形突出部の実質的に中心に、螺旋形突出部と反対側のフェース上に吐き出す吐出しオリフィス（４４）を有し、この吐出しオリフィスは、吐出し弁を備えるのが良い。

大気圧での排出流体の吐出しを促進するため、螺旋体を形成する突出部の厚さは、螺旋体の中心部が、螺旋体の球状端部を形成するよう漸増する厚さを含む。

本発明の細部及び利点は、添付の図面を参照して行われる以下の説明から一層明らかになろう。

図１には、旋回並進サイクル式真空ポンプが示されている。このポンプは、特に、固定本体２、可動ディスク４及びモータ６を有している。

図１に示された好ましい実施形態では、固定本体２は、本質的に、３つの要素、即ち、固定ディスク８と、ケーシング１０と、円筒形管１２とから成っている。

固定ディスク８は、その内側フェースに螺旋形の突出部１４を有している。この突出部の形状は、図２に見える。可動ディスク４は、固定ディスク８に向いている。可動ディスクも又、固定ディスク８の方へ差し向けられたそのフェースに、螺旋形の突出部１６を有している。可動ディスク４の螺旋体１６は、図２においても示されているように、固定ディスク８の螺旋体１４と交互に配置されている（図面を単純化するため、図３は、固定螺旋体１４もケーシング１０も示していない）。螺旋体１４，１６は、固定ディスク８に対する可動ディスク４との位置とは無関係に、一定の軸方向隙間だけ互いに離されている。この隙間は、例えば、５／１００ｍｍのオーダーのものである。また、螺旋体相互間に半径方向の隙間が生じている。この半径方向隙間は、軸方向隙間と同一オーダーのもの（約０．０５ｍｍ）のものである。

固定本体には、等しい偏心率Ｅの３つのクランク１８を介在させた状態で可動ディスク４を支持しており、これらクランクは、ポンプが稼働しているとき、固定本体２、特にその固定ディスク８に対する可動ディスク１４の旋回並進運動を生じさせるよう互いに連結されると共に同期されている。

クランク１８は、一方において、可動ディスク４が螺旋形突出部１４，１６のところの軸方向隙間に対する事実上完全な制御を得るために完全に案内され、他方、これら２つのディスク相互間の軸方向力がこれらクランクにより吸収されるように可動ディスク４を固定ディスク８に連結している。螺旋形突出部１４，１６に関して本明細書で用いられる軸方向隙間は、一方の螺旋体１４，１６の頂点と向かい合ったディスク４，８との間に実質的に一定の隙間１９（０．０５ｍｍのオーダーのもの）が存在することを示している。

円筒形管１２は、固定ディスク８及び可動ディスク４の軸線に平行な長手方向軸線を備えた本体及び横方向端壁２０を有し、この横方向端壁は、したがって、ディスクの平面に平行な平面内に位置している。この端壁２０は、各々がクランク１８を受け入れる３つのボア２２を有している。各クランク１８は、ジャーナル２４、下側シャフト２６及び上側シャフト２８を有している。各ジャーナル２４は、端壁２０と可動ディスク４との間のインターフェイスのところに位置している。各クランク１８の下側シャフト２６は、対応の軸受により端壁２０に設けられたボア２２内に収容され、上側シャフト２８の各々は、対応の軸受により、この目的のために可動ディスク４内に設けられたハウジング内に収容されている。下側シャフト２６の軸線と上側シャフト２８の軸線は、互いに平行であり、偏心率Ｅに一致した距離だけ互いにオフセットしている。

各ボア２２は、クランク１８の下側シャフト２６を案内する玉軸受を支持した肩を有している。ジャーナル２４は、この肩と反対側の側でこれら玉軸受で支持されている。可動ディスク４内に設けられたハウジングについても同様な構成が用いられている。これらハウジングは各々、クランク１８の上側シャフト２８を受け入れる玉軸受が当接する肩を有し、ジャーナル２４は、この肩と反対側で玉軸受で支持されている。これら軸受は、ねじ２９により保持されたリングの助けにより、可動ディスク４及び端壁２０のこれらのハウジング内に保持されている。

この種の組立体は、可動ディスク４が固定ディスク８に向かって軸方向に動く傾向のある真空ポンプに相当している。

固定ディスク８に対する可動ディスク４の旋回並進運動は、モータ６により生じる。モータは、円筒形管１２内に配置されると共にその端壁２０に固定されている。図示の本発明の好ましい実施形態では、モータ６の出力シャフト３０は、結合部品３２によって可動ディスク４に連結されている。この場合、結合部品は、偏心率Ｅに一致した距離だけ互いにオフセットした２つの整列した筒状円形ハウジングを含むスリーブの形態をしている。モータと同一側の円筒形ハウジングは、モータの出力シャフト３０を受け入れ、可動ディスク４と同一側の円筒形ハウジングは、螺旋体１６と反対側の可動ディスク４のフェースから突き出たクランクピン３４及びニードルころ軸受を収容している。図示のこの実施形態では、クランクピン３４は、可動ディスク４に対して心出しされている。ニードルころ軸受は、本質的に、モータシャフトに加わる半径方向力を吸収する。図において、出力シャフト３０の付近の玉軸受に注目されたい。この軸受の唯一の機能は、モータが保守又は修理のために取り外される場合又は交換される場合、モータシャフトを保持することにある。

図１及び図３において、クランクピン３４の高さ位置で結合部品３４の周りに釣り合わせ質量又は塊体３６が設けられていることに注目されたい。この質量は、ポンプが稼働しているとき、ポンプの動的釣り合わせを可能にするよう計算されると共に位置決めされる。

図１で理解できる実施形態では、固定本体のケーシング１０は、端壁２０と反対側の端のところで、固定ディスク８の周囲と円筒形管１２の自由縁部を連結している。

また、図１には２つの金属ベロー３８，３８′が設けられていることに注目されたい。これらベロー３８，３８′は各々、一方において、可動ディスク４の周辺リムに、他方においては、ケーシング１０に密着された状態でこれらに取り付けられている。ベロー３８，３８′は、例えばこれらを溶接することにより固定されている。

したがって、２つのベロー３８，３８′は、モータ６を収納した円筒形管（固定状態の円筒形管）１２を包囲し、ベロー３８′は、ベロー３８を包囲している。単一のベローを設けても、本発明の真空ポンプの良好な作動を達成するのに十分である。ここでは、安全性の理由で第２のベローが設けられている。２つのベローの相互間の空の空間に結合された圧力センサは、ベローのいずれかの最も僅かな漏れでも即座に検出し、この場合、他方のベローは、依然としてポンプの密閉又は密封を保証する。

金属ベロー３８，３８′は、ポンプを完全密閉状態にするために用いられる。これらベローは、駆動システムの動力学的挙動により引き起こされる捩じりを生じないよう保護されている。これらベローに加わる応力を制限するため、これらベローは、図１で理解できるように、実質的にポンプの高さ全体にわたって延びている。短いベロー（又は単一の）であっても、同じように適しているといえる。

ケーシング１０は、図示の実施形態では、固定ディスク８及び可動ディスク４の付近にガス状流体のための半径方向入口となる入口開口部４２を有している。排気されるべきエンクロージャ（図示せず）が、ポンプの入口開口部４２に連結されている（図示していない手段によって）。ポンプを始動させるやいなや、排出されるべきガス状流体は、２つの螺旋体１４，１６相互間の相対運動により得られる連続していて且つ次第に高くなる圧縮効果を受ける。先行技術（例えば、仏国特許第２，１４１，４０２号明細書を参照されたい）で知られている仕方では、外側ベロー３８′とケーシング１０との間の空間内のガス状流体は、固定ディスク８の螺旋体１４の中心のところに設けられた吐出しオリフィス４４に向かって駆動される。この吐出しオリフィス４４は、ガス状流体を大気圧で吐き出す弁４６を備えている。

螺旋体は、作動中加熱状態になる傾向がある。図１に非常に概略的に示された第１の通風ユニット４８が、螺旋体１４を支持したフェースと反対側の固定ディスク８のフェースに設けられている。矢印５０は、固定ディスク８を通風するための空気の運動の一例を表している。

第２の通風ユニット又は装置５２が、モータ６及び可動ディスク４を冷却するために円筒形管１２内に設けられている。極めて概略的に示されたこの第２の通風ユニット５２は、空気をポンプの外部から吸い込んでこの空気を例えば矢印５４で示された経路に沿ってポンプ内に送り込む。かかる空気の流れを可能にするため、円筒形管の端壁２０及び固定本体２にはオリフィスが設けられており、それにより、外部空気は、円筒形管１２の外面と内側ベロー３８の内部との間に入り込むことができる。

固定ディスク８及び可動ディスク４の冷却を一段と促進するため、図面で理解できるように、空所５６が螺旋体１４，１６の各々に設けられている。螺旋体１４，１６は各々、実質的に対応のディスクの中心のところに位置するこれらの端部に、対応の螺旋体を形成する突出部をディスクの中心に向かって拡大することにより得られた球状部分５７を有している。かくして、通風ユニットにより運動状態になった空気は、空所５６に入り、それにより、螺旋体１４，１６の冷却、したがって、対応のディスク８，４の冷却を向上させることができる。

上述の真空ポンプは、油を用いず且つ冷却液を用いないで動作する完全乾式ポンプである。このポンプは又、特に２つのベローによりシールの完全制御で全体が密閉されている。

本明細書において説明するポンプは、いわゆるクリーンなポンプである。排出された流体は、入口オリフィス４２から出口オリフィス４４までの摩耗作用を受けるどの部品（シール等）にも触れない。螺旋形突出部１４，１６相互間の軸方向隙間の制御は、各螺旋体とこの螺旋体に見たディスクとの間に通常見られるシールを使用しないで済ますことができるということを意味している。摩耗を生じる部品が排出流体の経路の全体に沿って存在しないことにより、排出流体は汚染から保護される。

ポンプ、例えば上述したポンプを比較的低い流量について用いることができる。純粋に例示であって非限定的な例を挙げると、かかるポンプは、例えば３０ｍ³／ｈのオーダーの量を生じさせることができる。

本発明の真空ポンプは、原子力分野、例えば、電子部品の製造分野、医薬品業界、食品業界等に利用できる。当然のことながら、利用分野としてはここに挙げたものが全てではない。この種のポンプは、運搬される流体の汚染を回避するのに多大な注意が必要な場合にはどの分野においても使用できる。

同等なサイズの先行技術のポンプに関し、通常、一次ポンプへの結合を行うことが必要であるが、本明細書において説明したポンプは、大気圧で直接吐出しを行うことができる。大気圧でのこの直接的な吐出しは、この場合、特に出口のところに弁４６が設けられていることによるが、螺旋体の端部のところに球状部分５７が設けられていることによっても得ることができる。この球状部分の付近における空所５６によっても促進されるポンプの良好な通風は、かかる放熱を可能にする上でも重要である。事実、圧力の変動が所与の場合、ポンプにおける加熱効果は、比較的強力であり、適当な冷却措置が施さなければならない。

上述したポンプの構造は、たとえこれが４本のシャフトを有している場合であっても簡単である。さらに、この構造により、コンパクトなポンプが得られる。さらに、このポンプの保守は、単純化される。摩耗を受けるシール及び部品の数は、非常に少ない。

中央駆動シャフト及び周辺シャフトに関して上述した構造の重要な利点は、これが如何に半径方向力を吸収するかにある。かかる半径方向力は、本質的に、上述したニードルころ軸受によって吸収される。周辺シャフトの軸受に加わる荷重は、制限され、これにより、同等レベルの先行技術のポンプで用いられている軸受よりも高い軸方向剛性を備えた軸受を使用することができる。

本発明は、非限定的な例により上述した好ましい実施形態には限定されない。本発明は、均等範囲として、本発明の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で当業者には明らかな全ての変形例を含む。

例えば、本発明の範囲から逸脱しないでシャフト（クランク）の数を変更することができる。例えば固定本体の形状、部品の冷却（場合によっては、冷却液の使用）、モータの取付け、ベロー等に関する他の変更は、本発明の範囲から逸脱しないで均等例として行うことができる。

本発明の真空ポンプの縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。

Claims (12)

1. 旋回並進サイクル式真空ポンプであって、
   −固定本体（２）に締結された固定ディスク（８）を有し、前記固定ディスクのフェースの一方には、螺旋形の突出部（１４）が設けられ、
   −前記固定ディスク（８）に向いた可動ディスク（４）を有し、前記可動ディスクは、前記固定ディスク（８）と同一の側に、前記固定ディスク（８）の前記螺旋形突出部（１４）と交互に配置された螺旋形の突出部（１６）を有し、
   −前記固定本体（２）と前記可動ディスク（４）との間に設けられ、少なくとも２つのクランク（１８）を含む連結部を有し、各クランク（１８）は、同一の偏心率で互いにオフセットした２本の互いに平行なシャフト（２６，２８）を有し、
   −前記固定ディスク（８）に対する前記可動ディスクの旋回並進運動を生じさせる駆動手段（６）を有する、真空ポンプにおいて、
   前記駆動手段は、前記固定ディスク（８）の軸線及び前記可動ディスク（４）の軸線に平行な出力シャフト（３０）を備えたモータ（６）を有し、
   前記モータ（６）の前記出力シャフト（３０）は、前記可動ディスク（４）の前記軸線上に実質的に心出しされ、前記モータは、前記クランク（１８）の偏心率に一致した偏心率を有する結合部品（３２）の助けにより、前記可動ディスクを駆動し、
   ２つの前記螺旋形突出部（１４，１６）は、互いに非接触状態にあり、２つの前記螺旋形突出部（１４，１６）は、前記クランク（１８）の取付けにより制御される軸方向隙間を有し、
   前記真空ポンプに及ぼされる軸方向力は、本質的に前記クランク（１８）によって吸収される、真空ポンプ。
2. 前記モータ（６）は、前記可動ディスク（４）に平行なプレート（２０）に固定され、前記プレート（２０）は、各クランク（１８）の一方のシャフト（２６）のためのハウジング（２２）を有している、請求項１記載の真空ポンプ。
3. 前記プレートは、前記モータ（６）が収容された円筒形管（１２）の端壁（２０）を形成している、請求項２記載の真空ポンプ。
4. 前記固定本体（２）は、前記円筒形管（１２）を前記固定ディスク（８）に連結する外部ケーシング（１０）を含む、請求項３記載の真空ポンプ。
5. 金属ベロー（３８）が、前記可動ディスク（４）の周囲を密封的に前記真空ポンプの前記固定本体（２）に連結している、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の真空ポンプ。
6. 前記金属ベロー（３８）は、前記円筒形管（１２）を包囲している、請求項３又は５記載の真空ポンプ。
7. 前記可動ディスク（４）の周囲と前記固定本体（２）との間にこれ又密封的に取り付けられた第２の金属ベロー（３８′）が、前記第１の金属ベロー（３８）を包囲している、請求項５又は６記載の真空ポンプ。
8. 前記円筒形管（１２）は、前記プレート（２０）と反対側で通風ユニット（５２）を受け入れ、前記モータ（６）の前記ハウジングの通風を可能にするオリフィスが前記プレート（２０）に設けられている、請求項３記載の真空ポンプ。
9. 前記可動ディスク（４）と反対側の前記固定ディスク（８）のフェースを冷却する通風手段（４８）が設けられている、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の真空ポンプ。
10. 前記固定ディスク（８）は、前記螺旋形突出部（１４）の実質的に中心に、前記螺旋形突出部と反対側のフェース上に吐き出す吐出しオリフィス（４４）を有し、前記吐出しオリフィス（４４）は、吐出し弁（４６）を備えている、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の真空ポンプ。
11. ディスク（８，４）上に螺旋体（１４，１６）を形成する少なくとも１つの突出部が、前記螺旋体（１４，１６）の中心の付近が穿孔されている、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の真空ポンプ。
12. 前記螺旋体（１４，１６）を形成する前記突出部の厚さは、前記螺旋体（１４，１６）の中心部が、前記螺旋体の球状端部（５７）を形成するよう漸増する厚さを含む、請求項１〜１１のうちいずれか一に記載の真空ポンプ。

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