JP3914974B2 - 円弧状並進サイクルを有する真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、円弧状並進サイクルを有する真空ポンプに関する。
より正確に言えば、本発明は、円弧状並進サイクルを有する真空ポンプであって、この真空ポンプが、その一側部にうず巻状突出部を備えた少なくとも１つの静止ディスクを有する静止本体部と、静止ディスクに対向し且つ静止ディスクのうず巻状突出部にはさみ込まれて同様な角度領域を有する少なくとも１つのうず巻状突出部を備えた可動ディスクと、ポンプの作動中に本体部に対して可動ディスクの円弧状並進動作を駆動するために可動ディスクを本体部に固定して支持する機構と、ポンプ軸により可動ディスクを駆動して円弧状並進動作を生じさせる駆動手段とを有し、ポンプがさらに相対的な円弧状並進動作を制限する装置を有し、その円弧状並進動作において可動ディスクをガイドし且つねじりを防止するようにした真空ポンプに関する。
この種のポンプは、例えば、FR-A-2 141 402に記載されている。この文献に記載されたポンプは、優れたものであったが、多くの部品を有し且つかさばるという欠点がある。特に、上記機構が結合された３つのクランクから構成され、互いに同期し、さらに、ポンプの周囲に配置されていたため、半径方向にかさばる。これらのクランクは、それ自体で、相対的な円弧状並進動作の制限を行っている。
本発明の目的は、これらの欠点を解決した上記のタイプのポンプを提供することにある。
従って、本発明は、円弧状並進サイクルを有する真空ポンプであって、この真空ポンプが、その一側部にうず巻状突出部を備えた少なくとも１つの静止ディスクを有する静止本体部と、静止ディスクに対向し且つ静止ディスクのうず巻状突出部にはさみ込まれて同様な角度領域を有する少なくとも１つのうず巻状突出部を備えた可動ディスクと、ポンプの作動中に上記本体部に対して可動ディスクの円弧状並進動作を駆動するために可動ディスクを上記本体部に固定して支持する機構と、ポンプ軸により可動ディスクを駆動して上記円弧状並進動作を生じさせる駆動手段とを有し、上記ポンプがさらに相対的な円弧状並進動作を制限する装置を有し、上記機構が上記ポンプ軸により支持された少なくとも一つのブッシュを有する真空ポンプにおいて、上記ポンプ軸は静止本体部と同心状に位置されており、上記機構は円弧状並進動作で移動するように設けられたクランクシャフトを有し、このクランクシャフトは駆動側の一端で可動ディスクに結合され且つ駆動手段に近い側の一端で上記ブッシュに支持されており、上記相対的な円弧状並進動作を制限する装置が金属性のベローであり、このベローの一端は静止本体部に取り付けられ他端はクランクシャフトに取り付けられ、このベローがクランクシャフトを取り囲んでいることを特徴としている。
経験では、上記のような種類のベローは、ポンプがせいぜい毎時３５ｍ³に等しい容積を発生させるときに、問題なく特に疲労することなく、相対的な動作制限（アンチ・トーション）機能を保証することができる。また、上記のような種類のベローは、外側から且つポンプの多くの可能な用途を増大させるポンプの残部から、その内部で真空が形成されるポンプの囲いを全て隔離することを保証する。この種のポンプは、そのために、ドライ・ポンプと呼ばれ、その動作部品は、外部から隔離され且つどのような潤滑油、オイル又はグリースも使用しない。この種のポンプは、明らかに構造が簡単で全体の大きさがコンパクトであり、そのためにコストが低くなる。
優れた効果を奏するように、本発明のポンプは、２つの可動プレートから構成された可動ディスクを有し、可動ディスクのうず巻状突出部はこれらの可動プレートの対向する面上に設けられ、可動ディスクは静止環状ディスクとフランジとの間に配置され、これらの静止環状ディスクとフランジの対向面がうず巻状突出部を支えている。
優れた効果を奏するように、上記フランジは、中央側うず巻状突出部に沿ってポンプ軸に向かって延びた外周側うず巻状突出部を備え、中央側うず巻状突出部の軸方向長さは外周側うず巻状突出部より短く、これらの外周側突出部と中央側突出部は共通の横方向面において自由端を有し、フランジに対向する可動プレートの一つが、フランジの外周側突出部にはさみ込まれ且つ外周側突出部と同じ角度領域を有するうず巻状突出部を有すると共にフランジの中央側突出部にはさみ込まれ且つ中央側突出部と同じ角度領域を有するうず巻状突出部を有する。
好ましくは、上記可動ディスクの２つのプレートは、Ｕ字状の断面を持つ環状リングにより連結され、この環状リングの壁部は２つのプレートが互いにそれぞれ軸方向に移動できるような厚みを有し、２つのプレートの間に配置されたバネがプレートを互いに離れる方向に付勢している。
優れた効果を奏するように、上記プレート、それらのうず巻状突出部及び環状リングは、可動ディスクと一方では金属性の静止ディスクとの接触及び他方では金属性のフランジとの接触を可能とする材料から一体物で成形され、この接触が最小限の摩擦力を持って行われる。好ましくは、上記静止ディスクのうず巻状突出部及び上記可動ディスクのうず巻状突出部は、ポンプ作動中に摩擦し合う状態である。
優れた効果を奏するように、上記クランクシャフトは、円錐台状の中央部を備え、この中央部の小さい方のベース端が長手方向のスプラインを持つ円筒状のスリーブを支え、このスリーブは、上記フランジに対向する可動プレートにより支えられているスカートの内側面の長手方向のスプラインと相補的に作用するようになっている。
好ましくは、上記スカートも、可動ディスクと一体的に作られている。
優れた効果を奏するように、上記ポンプシャフトは、中空シャフトであり、この中空シャフトは、それがベアリング手段を介して本体部により支持される円筒状外側ベアリング面を有すると共にそれとベアリングとの間にブッシュを受け入れる円筒状ボアを有し、上記円筒状外側ベアリング面は、上記円筒状ボアに対して軸がオフセットされ、円筒状ボアの直径は円筒状外側ベアリング面の直径より大きい。
好ましくは、上記金属性のベローは、円筒状中央領域の軸方向両側に２つの波形状領域を備えている。
本発明の特徴及び効果は、添付図面を参照して説明する実施形態により明瞭となる。
図１は、本発明によるポンプの長手方向の部分断面図である。
図２は、図１のII−II線に沿って見た分離状態の二重可動プレートを示す端部の図である。
図１及び図２に示すように、円弧状並進サイクルを有する真空ポンプは、静止本体部１０を備えている。この静止本体部１０は、４つの構成要素１１乃至１４、即ち、スリーブ１１、中間プレート１２、静止環状ディスク１３及びフランジ１４から組み立てられ、これらの構成要素は、この順序で軸方向に沿って連続的に配置されている。これらの構成要素は、環状に配置されたネジ、即ち、ネジ１５により組み立てられ、環状シール１６，１７は、中間プレート１２と環状ディスク１３との間及び環状ディスク１３とフランジ１４との間にそれぞれ配置されている。
静止環状ディスク１３はフランジ１４に向いた側にうず巻状突出部２３を備え、フランジ１４は環状ディスク１３に向いた側に外周側うず巻状突出部２４を備え、この外周側突出部２４は、中央側うず巻状突出部２５に沿ってポンプ軸に向かって延びている。中央側うず巻状突出部２５の軸方向長さは、外周側突出部２４より短く、これらのうず巻状突出部２４，２５は、共通の横方向面（１８）において自由端を有する。
可動ディスク３０が、静止環状ディスク１３と（同様に静止している）フランジ１４との間に配置されている。この可動ディスク３０は、第１プレート３１を有し、この第１プレート３１は、静止ディスク１３に向かい合っており且つ静止ディスク１３の突出部２３にはさみ込まれたうず巻状突出部３３を備え、このうず巻状突出部３３は突出部２３と同じ角度領域を有している。同様に、可動ディスク３０は、フランジ１４に向いた第２プレート３２を有しており、この第２プレート３２は、フランジ１４の突出部２４にはさみ込まれ且つこの突出部２４と同じ角度領域を有するうず巻状突出部３４、及び、フランジ１４の突出部２５にはさみ込まれ且つこの突出部２５と同じ角度領域を有するうず巻状突出部３５を備えている。
これらの２つのプレート３１，３２は、ポンプ軸に関して外側に開いたＵ字状の断面を持つ環状リング３６により連結されている。この環状リング３６の壁部のＵ字状の断面の厚みは、プレート３１，３２が互いにそれぞれ軸方向に移動できるように比較的に薄く形成されている。また、プレート３１，３２の間にはコイルバネ３７が配置され、このバネによりプレート３１，３２が離れる方向に付勢されている。
プレート３１，３２及びそれらのうず巻状突出部３３，３４，３５は、環状リング３６と共に、可動ディスク３０と一方では静止ディスク１３との接触及び他方ではフランジ１４との接触を可能とする材料から一体物でモールドされるか又は機械加工により成形される。この材料は、金属、例えばステンレス鋼又はアルミニウム合金であり、上記接触は、最小限の摩擦力を持って行われる。この種の材料の一例とて、マーリン・インターナショナル(MARLIN INTERNATIONAL)から販売されているビスコント(VESCONITE)（商品名）がある。この材料は、ポリエチレン・テレフタレートをベースとし液体シリコンと二流化モリブデンを含み、金属部分に対する摩擦力を最小限としている。他の同等な材料も、当然に、可動ディスク３０の材料として使用することができる。同様に、全てのパーツを金属と接触させ、それらのパーツの少なくとも１つ例えば可動パーツにフルオロテクニーク(FLUOROTECHNIQUE）のフルオリミド10ピー(FLUORIMID 10P)（商品名）のような適当な樹脂を例えば数ミクロンの薄い層を被覆することも可能である。このような構成により、ポンプ効率は、そのサイズに対して高効率となる。
可動ディスク３０を静止本体部１０に結合し可動ディスク３０を支持するために、以下の機構が設けられている。この機構は、クランクシャフト４０を有している。クランクシャフト４０は、ほぼ円錐台状の中央部４５を備え、この小さい方のベース端で、長手方向のスプライン４２を持つ円筒状のスリーブ４１を支えている。スリーブ４１は、その外側面で第２プレート３２により支えされているスカート部３９の内側面の長手方向のスプライン３８と相補的に作用するようになっている。スカート部３９も可動ディスク３０と一体的に作られる。クランクシャフト４０は、円錐台状の中央部４５の他端に、中央部４５の大きな方のベース端よりも大きな直径を有するフランジ４３を備えている。フランジ４３からは、円錐台状端部４４が延びており、この円錐台状端部４４のコーン角度は、中央部４５のコーン角度と逆になっている。この円錐台状端部４４は、ネジ４６によりブッシュ４７に取り付けられている。内側と外側から支持されているベアリング４８を、ポンプの中心駆動軸即ちこの例ではポンプの軸５５を中心とする中空シャフト５０の円筒状ボア５１内にブッシュ４７を挿入することにより、支持している。ブッシュ４７は、軸５５からオフセット軸６５を中心とし且つクランクシャフト４０が取り付けられるクランクを構成している。中空シャフト５０は、円筒状外側ベアリング面５２を備えている。ベアリング手段１９が、中空シャフト５０の円筒状外側ベアリング面５２とスリーブ１１の内側円筒状ボアとの間に配置され、本体部１０に対して中空シャフト５０を支持している。円筒状外側ベアリング面５２は円筒状ボア５１に対して軸がオフセットされ、円筒状ボア５１の直径は、円筒状外側ベアリング面５２の直径より大きい。このような特徴的な構成及びブッシュ４７により構成されたクランクが静止ディスク１３及び可動ディスク３０と軸がオフセットされていることから、ポンプは半径方向にその寸法がコンパクト化される利点を有している。
中空シャフト５０は、駆動フランジ２６に取り付けられ、この駆動フランジ２６のフィンガ２７とモータ２０の駆動軸２１にキー２２により締結されたナット２９のフィンガ２８とが図１にその一部を示すように円周状にはさみ込まれている。
本発明においては、クランクシャフト４０の中央部４５は、金属性のベロー６０により取り囲まれている。金属性のベロー６０は、円筒状中央領域６０Ｂの軸方向両側に２つの波形状領域６０Ａ，６０Ｂを備えている。ベロー６０の一端はクランクシャフト４０のフランジ４３に固定されている。ベロー６０の他端は、本体部１０の中間プレート１２に取り付けられたベル５３の他端に固定されている。このとき、ベロー６０の他端は可動ディスク３０の第２プレート３２のスカート３９にできるだけ接近するように固定され、これにより、ベロー６０の長さが大きくなる。このような構成により、ベロー６０の作動時のたわみ角度は小さくなり、これにより、ベロー６０の波形状領域６０Ａ，６０Ｂの疲労が制限される。金属性のベロー６０は、ベロー上をシャフト４０が回転することを防止すること即ち好ましくない捩じり効果を防止することにより、その円弧状並進動作において可動ディスク３０のガイドを良好に行う。
モータ２０の駆動軸２１はポンプの軸５５にその中心があり、ブッシュ４７の軸とクランクシャフト４０の軸はポンプの軸５５に対して偏心している。
図１には、ポンプの入口５６と逆止弁５９の下流側に設けられた出口５７が示されている。うず巻状突出部により形成された複数の可変端部チャンバは、プレート３１，３２に設けられた凹部例えば図２に示されたプレート３１の凹部５８により、互いに連通している。入口５６と出口５７は半径方向に配置され互いに９０度の位置に配置されている。ポンプが始動すると直ぐに、ポンプに注入されたガスは、静止うず巻状突出部に対する可動うず巻状突出部の円弧状並進動作による連続的且つ漸進的な圧力効果に従うことになる。
図示されているように、その内部が真空となるポンプの囲いは、外部及びポンプの残りの部分からベロー６０により隔離されている。通気ユニット５４が、フランジ１４の横方向外側面を冷却する。ここで、フランジ１４は、ポンプにより生じた熱を吸収してその熱を冷却空気に伝達させるために比較的に大きな容量で作られている。
このように構成されたポンプは明らかに簡易なものとなり、せいぜい毎時３５ｍ³に等しい容積を発生させるのに適している。勿論、半径方向の寸法をどうしても最小限とする必要がない場合には、金属性のベロー６０をそれと同様にその両端が固定された第２の金属性のベローにより取り囲むことにより、より大きな容積を発生させることができる。
小さなサイズの突出部２５，３５により構成されるポンプの最終段により、出口の流体圧はほぼ大気圧に等しくなる。

Claims (11)

1. 円弧状並進サイクルを有する真空ポンプであって、この真空ポンプが、その一側部にうず巻状突出部（２３，２４，２５）を備えた少なくとも１つの静止ディスク（１３，１４）を有する静止本体部（１０）と、静止ディスク（１３，１４）に対向し且つ静止ディスク（１３，１４）のうず巻状突出部（２３，２４，２５）にはさみ込まれて同様な角度領域を有する少なくとも１つのうず巻状突出部（３３，３４，３５）を備えた可動ディスク（３０）と、ポンプの作動中に上記本体部（１０）に対して可動ディスク（３０）の円弧状並進動作を駆動するために可動ディスク（３０）を上記本体部（１０）に固定して支持する機構と、ポンプ軸（５０）により可動ディスク（３０）を駆動して上記円弧状並進動作を生じさせる駆動手段（２０）とを有し、上記ポンプがさらに相対的な円弧状並進動作を制限する装置を有し、上記機構が上記ポンプ軸(５０)により支持された少なくとも一つのブッシュ（４７）を有する真空ポンプにおいて、
   上記ポンプ軸（５０）は静止本体部（１０）と同心状に位置されており、上記機構は円弧状並進動作で移動するように設けられたクランクシャフト(４０)を有し、このクランクシャフト（４０）は駆動側の一端（４１）で可動ディスク（３０）に、相対回転不能に結合され且つ駆動手段（２０）に近い側の一端（４４）で上記ブッシュ（４７）に支持されており、上記相対的な円弧状並進動作を制限する装置が金属性のベロー（６０）であり、このベロー（６０）の一端は静止本体部（１０）に取り付けられ他端はクランクシャフト（４０）に取り付けられ、このベロー（６０）がクランクシャフト（４０）を取り囲み、
   上記ポンプ軸（５０）は、中空シャフトであり、円筒状外側ベアリング面（５２）を有し、それを通じて上記ポンプ軸（５０）がベアリング手段（１９）を介して上記静止本体部（１０）によって支持され、さらに上記ポンプ軸（５０）は、上記ブッシュ（４７）を受け入れる円筒状ボア（５１）を有し、上記ブッシュ（４７）と該円筒状ボア（５１）との間にベアリング（４８）が設けられる、
   ことを特徴とする真空ポンプ。
2. 上記可動ディスク（３０）は２つの可動プレート（３１，３２）から構成され、可動ディスク（３０）のうず巻状突出部（３３，３４，３５）はこれらの可動プレート（３１，３２）の対向する面上に設けられ、可動ディスク(３０)は静止環状ディスク（１３）とフランジ（１４）との間に配置され、これらの静止環状ディスク（１３）とフランジ（１４）の対向面がうず巻状突出部（２３，２４，２５）を支えていることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
3. 上記フランジ（１４）は、中央側うず巻状突出部（２５）に沿ってポンプ軸に向かって延びた外周側うず巻状突出部（２４）を備え、中央側うず巻状突出部（２５）の軸方向長さは外周側うず巻状突出部（２４）より短く、これらの外周側突出部（２４）と中央側突出部（２５）は共通の横方向面（１８）において自由端を有し、フランジ（１４）に対向する可動プレート（３２）の一つが、フランジ（１４）の外周側突出部（２４）にはさみ込まれ且つ外周側突出部（２４）と同じ角度領域を有するうず巻状突出部（３４）を有すると共にフランジ（１４）の中央側突出部（２５）にはさみ込まれ且つ中央側突出部（２５）と同じ角度領域を有するうず巻状突出部（３５）を有することを特徴とする請求項２記載の真空ポンプ。
4. 上記可動ディスク（３０）の２つのプレート（３１，３２）は、Ｕ字状の断面を持つ環状リング（３６）により連結され、この環状リング（３６）の壁部は２つのプレート（３１，３２）が互いにそれぞれ軸方向に移動できるような厚みを有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の真空ポンプ。
5. 上記２つのプレート（３１，３２）の間に配置されたバネ（３７）がプレート（３１，３２）を互いに離れる方向に付勢していることを特徴とする請求項４記載の真空ポンプ。
6. 上記プレート（３１，３２）、それらのうず巻状突出部（３３，３４，３５）及び環状リング（３６）は、可動ディスク（３０）と一方では金属性の静止ディスク（１３）との接触及び他方では金属性のフランジ（１４）との接触を可能とする材料から一体物で成形されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の真空ポンプ。
7. 上記静止ディスク（１３，１４）のうず巻状突出部（２３，２４，２５）及び上記可動ディスク（３０）のうず巻状突出部(３３，３４，３５)は、ポンプ作動中に摩擦し合う状態であることを特徴とする請求項６記載の真空ポンプ。
8. 上記クランクシャフト（４０）は、円錐台状の中央部（４５）を備え、この中央部（４５）の小さい方のベース端が長手方向のスプライン（４２）を持つ円筒状のスリーブ（４１）を支え、このスリーブ（４１）は、上記フランジ（１４）に対向する可動プレート（３２）により支えられているスカート(３９)の内側面の長手方向のスプライン（３８）と相補的に作用するようになっていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の真空ポンプ。
9. 上記スカート（３９）も、可動ディスク（３０）と一体的に作られていることを特徴とする請求項６又は請求項８に記載の真空ポンプ。
10. 上記ポンプシャフト（５０）は、中空シャフトであり、この中空シャフトは、それがベアリング手段（１９）を介して本体部（１０）により支持される円筒状外側ベアリング面（５２）を有すると共にそれとベアリング（４８）との間にブッシュ（４７）を受け入れる円筒状ボア（５１）を有し、上記円筒状外側ベアリング面（５２）は、上記円筒状ボア（５１）に対して軸がオフセットされ、円筒状ボア（５１）の直径は円筒状外側ベアリング面（５２）の直径より大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の真空ポンプ。
11. 上記金属性のベロー（６０）は、円筒状中央領域（６０Ｂ）の軸方向両側に２つの波形状領域（６０Ａ，６０Ｂ）を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項10の何れか１項に記載の真空ポンプ。

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