ダイヤフラム真空ポンプ

本発明は、少なくとも１つのダイヤフラムポンプ段を有するダイヤフラム真空ポンプに関する。

ダイヤフラム真空ポンプは、ガス容積の真空引きをするために適しており、適用に応じて、真空引きすべき容積と直接接続するか、流れ方向でダイヤフラム真空ポンプの前に接続された別の真空ポンプ、例えばターボ分子ポンプのための予備真空ポンプとして使用することができる。 所望の出力特性を提供するため、ダイヤフラム真空ポンプは、１つ又は複数のダイヤフラムポンプ段を有することができるが、これらダイヤフラムポンプ段は、流れ方向で相前後して又は互いに並列に接続することができるので、これらダイヤフラムポンプ段は、互いに直列又は並列にポンプ作業を行なう。

公知のダイヤフラム真空ポンプにおいて問題になるのは、真空ポンプのポンプチャンバ（サクションチャンバ）内の水蒸気の凝縮であるが、それは、ポンプチャンバ内に存在する凝縮物が、真空ポンプの機能信頼性を損ないその寿命を短縮するからである。

ダイヤフラム真空ポンプの機能信頼性及び寿命に対する流体の凝縮の影響を低減するため、バラストガス装置を、バラストガス（ガスバラスト）を真空ポンプのポンプチャンバに導入するために使用することができる。 この場合、バラストガスは、凝縮物の形成を防止し、存在する凝縮物をポンプチャンバから除去するために使用される。 しかしながら、公知のバラストガス装置によって、凝縮物形成が、ポンプチャンバ内のどこでも常に確実に防止されるのではなく、供給可能なバラストガスの量は限定されている。 更に、公知のバラストガス装置の使用時に真空ポンプによって達成すべき最終真空圧力が高められる。

加えて、公知のバラストガス装置は、真空ポンプの実現のために必要な構造空間を著しく増大させ、バラストガス供給の時間的な自動制御を可能にしない。

従って、本発明の課題は、前記の欠点を克服し、特に凝縮物形成をいつでも完全かつ確実に防止し、これにより真空ポンプのポンプ特性を悪化させることはない、ダイヤフラム真空ポンプを提供することにある。

この課題は、請求項１の特徴を有するダイヤフラム真空ポンプによって解決される。

ダイヤフラム真空ポンプは、少なくとも１つのダイヤフラムポンプ段と、このダイヤフラムポンプ段に付設された移送すべきプロセスガスのための少なくとも１つの入口弁と、バラストガスを供給するための少なくとも１つのガスバラスト弁とを有する。 ガスバラスト弁を通るバラストガスのための流路が、プロセスガスの流れ方向で入口弁の後でプロセスガスのための流路に接続している。

バラストガス路が、プロセスガスの流れ方向で入口弁の後でプロセスガス路に接続しているので、入口弁は、バラストガスが、プロセスガス流とは反対方向にダイヤフラム真空ポンプのポンプ入口へ流れ、これによりポンプの達成可能な最終真空圧力を高めることを防止する。 同時に、バラストガスは、ダイヤフラム真空ポンプのポンプチャンバ全体に到達することができるので、ポンプチャンバの完全な洗浄を得ること、及び、凝縮物形成をどこでも有効に防止することができる。 ポンプ特性、特に達成可能な最終圧力の悪化は、大量のバラストガスの供給時にも回避され、大量のバラストガスは、凝縮物形成を確実かつ完全に防止する。

本発明の有利な実施形態は、従属請求項、明細書及び図に記載されている。

有利な実施形態によれば、バラストガスのための流路が、入口弁の直後でプロセスガスのための流路に接続している。 これにより、真空ポンプのポンプチャンバ全体が供給されたバラストガスによって洗浄され、ポンプチャンバ内のどこでも凝縮物形成が有効に回避されることが保証される。

バラストガスのための流路は、例えば入口弁とダイヤフラムポンプ段のサクションチャンバの間に配置された接続領域又は接続通路においてプロセスガスのための流路に接続することができるので、この領域もバラストガスによって洗浄可能である。 ダイヤフラムポンプ段のサクションチャンバは、それ自身公知の方法で不動のヘッドカバーと可動のダイヤフラムとによって画成することができる。 この場合、入口弁とサクションチャンバの間の接続領域もしくは接続通路は、完全に又は部分的にヘッドカバーによって画成することができる。

また、バラストガスのための流路を、プロセスガスのための接続通路の直近でサクションチャンバに接続させること、又は、バラストガスのための流路とプロセスガスのための流路を、サクションチャンバの共通の開口の領域で交差させることができる。

バラストガスのための流路は、特に少なくとも部分的に、特に完全にダイヤフラムポンプ段のヘッドカバーによって画成されたバラストガス通路を通ることができる。

弁が電気操作可能な弁であると好ましい。 有利な実施形態によれば、ガスバラスト弁が電磁弁である。 このような弁は、小さい構造空間で実現することがで、電気制御可能であるので、弁の自動操作を行なうことができる。

例えば弁操作の時間的な制御を達成するために、ガスバラスト弁と作用結合され、操作のためにガスバラスト弁を特に電気的に制御可能な特にデジタルの制御装置が設けられていると好ましい。 特にガスバラスト弁は、例えば凝縮物形成をいつでもできるだけ完全に回避するため、真空ポンプのポンプ運転のために設定した依存度でガスバラスト弁の操作が行なわれるように、自動制御可能である。 例えば、真空ポンプのポンプサイクルの最初に、それぞれ自動的に、ポンプチャンバをバラストガスによって洗浄する所定の洗浄サイクルを実施することができる。 この洗浄サイクルに、バラストガスを供給しない出力サイクルを続けることができる。

制御装置は、真空ポンプのセンサ及び／又は外部のセンサによって提供され、真空ポンプの運転又は発生させるべき真空中で実施すべきプロセスに関係する測定値に依存した測定信号に依存してガスバラスト弁を操作するために、装置することができる。

制御ユニットは、プログラミング可能であるので、ガスバラスト弁の所望の自動操作がユーザによって、例えば調整可能な洗浄サイクルの形態で個々に設定可能である。

真空ポンプは、１つのダイヤフラムポンプ段に対して付加的に、少なくとも１つの別のダイヤフラムポンプ段を有することができる。 有利な実施形態によれば、この別のダイヤフラムポンプ段は、プロセスガスの流れ方向で１つのダイヤフラムポンプ段の後に接続されているので、バラストガスは、まず１つのポンプ段によって、次に後続の別のポンプ段によって移送される。 この形態では、第１のダイヤフラムポンプ段のサクションチャンバに供給されたバラストガスが、真空ポンプのポンプ作用の結果として、自動的に後続の別のポンプ段にも到達するので、両ポンプ段が洗浄され、これにより凝縮物形成から保護される。

ダイヤフラムポンプ段は、全体として２つより多くの特に３つ、４つ又は４つより多くのダイヤフラムポンプ段を有することができる。 この場合、ガスバラスト弁が、プロセスガスの流れ方向で見てダイヤフラム真空ポンプの始端に配置された、即ち別のポンプ段を介在させることなくダイヤフラム真空ポンプのポンプ入口に続くポンプ段に付設されている場合が好ましい。 別のダイヤフラムポンプ段は、ガスバラスト弁に付設されたポンプ段の、プロセスガスの流れ方向で後に接続することができるので、第１のポンプ段に供給されるバラストガスは、真空ポンプの運転中に別のポンプ段も経て移送され、これらポンプ段を洗浄する。

ガスバラスト弁を介してポンプに供給可能なバラストガスの流量は、ガスバラスト弁の流れガイド値に依存している。 従って、所望の流量を実現するため、単純に、相応の流れガイド値を有するガスバラスト弁を使用することができる。 所望の流量を実現するための真空ポンプの付加的な絞りは、省略することができる。

有利な実施形態によれば、ガスバラスト弁は、調整可能なガイド値を備える。 この場合、ポンプに供給可能なバラストガスの流量は、単純に、所望の値へのガイド値の調整により調整することができる。

入口弁の後でのプロセスガスの流れ方向のバラストガスの導入の結果として、ポンプの出力特性を悪化させることなく、ポンプチャンバ全体の確実な洗浄を保証する高いバラストガス量で作動させることができる。 例えば、ガスバラスト弁を介して供給可能なバラストガス流量は、ダイヤフラム真空ポンプのポンプ入口において達成可能な最終圧力が支配的でガス負荷がない場合、これが真空ポンプの吸引能力の１０％以上、好ましくは２０％以上、特に好ましくは３０％以上となるように調整することができる。

原理的に、ガスバラスト弁が少なくとも２つの切換え位置を備える場合が好ましく、ガスバラスト弁の一方の切換え位置では、真空ポンプのポンプチャンバにバラストガスが供給可能であり、他方の切換え位置では、ガスバラスト弁がポンプチャンバのためのガス密の閉栓を構成する。

ガスバラスト弁は、特に３方２位置弁である。 ガスバラスト弁は、これに応じて特に２つの入口と１つの出口を備え、この出口は、ガスバラスト弁の切換えにより選択的に、両入口の一方にガスを導くように接続可能である。 ガスバラスト弁の出口は、特にポンプのポンプチャンバにガスを導くように接続されているが、入口の一方には、特にバラストガスが供給可能であり、他方の入口は、特にガス密にシールされている。 従って、一方の切換え位置で、ポンプチャンバにバラストガスが供給可能であるが、ガスバラスト弁は、他方の切換え位置でポンプチャンバのためのガス密の閉栓を構成する。

ダイヤフラムポンプ段の入口弁及び／又はダイヤフラムポンプ段の出口弁は、これが、ガス流を、プロセスガスの所望の流れ方向にのみ通過させ、逆ガス流を防止するように形成することができる。 例えば、ダイヤフラムポンプ段の入口弁及び／又は出口弁は、ガス流制御式の弁、例えばガス流制御式のフラッター弁として形成することができる。 従って、流れ方向で入口弁の後でのバラストガスの供給により、プロセスガスの流れ方向とは反対のバラストガスの逆流が回避される。

有利な実施形態によれば、バラストガスを濾過するためにフィルタ、特にファインフィルタが設けられている。 このフィルタは、特にバラストガスの流れ方向でバラストガスの流路がプロセスガスの流路に接続する接続部の前に配置されている。 フィルタは、バラストガスの流れ方向でガスバラスト弁の前に配置することができる。 これにより、真空ポンプのガスバラスト弁とポンプチャンバは、外部からの汚染から保護される。

別の実施形態では、真空ポンプの駆動ユニット及びガスバラスト弁が、例えば２４ボルトのような、同じ値の電圧で操作可能である。 これに応じて、駆動ユニット及びガスバラスト弁のための電力供給を提供するために共通の電力供給ユニットを設けることができる。 これにより、真空ポンプの製造のために必要な費用が低減される。

本発明の更なる対象は、前記説明による少なくとも１つのダイヤフラム真空ポンプと、このダイヤフラム真空ポンプンの上流に、ガスを導くようにこのダイヤフラムポンプと直列に接続された少なくとも１つの別の真空ポンプとを有するポンプ装置である。 別の真空ポンプは、例えばターボ分子ポンプ、１段又は多段のルーツポンプ、回転ベーンポンプ、スクロールポンプ、クローポンプ、スクリューポンプ、回転ピストンポンプ又はイオンゲッターポンプとすることができる。

ダイヤフラム真空ポンプは、特に前に接続される別の真空ポンプのための予備真空ポンプとして使用される。 ガスバラスト弁により、ダイヤフラム真空ポンプでの凝縮物形成が防止されるので、ダイヤフラム真空ポンプの運転信頼性、確実度及び運転寿命が高められ、これによりダイヤフラム真空ポンプによって別の真空ポンプのために提供可能な予備真空圧力が高められることはない。

以下で、添付図に関係させた有利な実施形態に基づいて模範的に本発明を説明する。

本発明の一実施形態によるダイヤフラム真空ポンプの横断面図

図１に示したダイヤフラム真空ポンプは、第１のダイヤフラムポンプ段１２と第２のダイヤフラムポンプ段１４を有し、これらダイヤフラムポンプ段は、流れ方向に相前後して接続され、直列にポンプ作業を行なう。 第１のポンプ段は、入口１８を有し、この入口は、同時にポンプのポンプ入口を構成する。 入口１８に、移送すべきプロセスガスのための供給ライン６０が接続されている。 供給ライン６０は、ダイヤフラム真空ポンプを、例えば前に接続されるターボ分子ポンプの出側に接続することができるので、ダイヤフラム真空ポンプは、ターボ分子ポンプのための予備ポンプとして使用される。

入口１８から、ポンプのハウジング１６内に形成された入口通路２４は、ポンプ段１２の入口弁２０に通じる。 入口弁２０は、弁プレート６４を有するガス流制御式の弁として形成され、図１に矢印５６で指示したプロセスガスの流れ方向にのみガスフローを可能にする。 入口弁２０は、特に、入口通路２４を画成するハウジング１６のハウジングカバーと、ポンプ段１２のサクションチャンバ３０を画成する、図１では簡単にするために別個の部分としては図示してないハウジング１６のヘッドカバーの間に配置されている。

入口弁２０の出側に、ヘッドカバーを経て延在する接続通路２６が配置され、この接続通路は、入口弁２０の出側をポンプ段１２のサクションチャンバ３０にガスを導くように接続する。 サクションチャンバ３０は、ヘッドカバーとダイヤフラム３２によって画成され、このダイヤフラムは、連接棒３４を介して回転駆動可能なクランク軸３５に支承されている。

加えて、図１に示したポンプは、ガスバラスト弁２２を有し、このガスバラスト弁は、供給ライン６２を介してバラストガスを供給される。 ガスバラスト弁は、３方２位置弁として形成され、１つの出口と２つの入口を有する。 ガスバラスト弁２２の出口は、ポンプ段１２のヘッドカバーによって画成されたバラストガス通路２８にガスを導くように接続され、このバラストガス通路は、接続通路２６に接続している。

ガスバラスト弁２２の入口の一方は、バラストガスのための供給ライン６２に接続されているので、ガスバラスト弁２２の相応の切換え位置で供給ライン６２が接続され、バラストガスが、矢印５８に従ってバラストガス通路２８に移送され、そこから接続通路２６を介してサクションチャンバ３０に移送される。 ガスバラスト弁２２の他方の入口は、ガス密にシールされているので、ガスバラスト弁２２は、図１に図示した相応の切換え位置で、ポンプチャンバのためのガス密の閉栓を構成する。

ガスバラスト弁２２は、電磁弁として形成され、特に図１に図示してない電子制御ユニットに接続され、この電子制御ユニットは、ガスバラスト弁２２を自動制御する。 ガスバラスト弁２２は、図１の概略図において、バラストガスのための別個の供給ライン６２内に図示されている。 ガスバラスト弁２２は、実際にはダイヤフラム真空ポンプのハウジング１６、特にハウジングカバー又は第１のポンプ段１２のヘッドカバーに不動に結合され、特にハウジング１６に統合することができる。 例えば、ガスバラスト弁２２は、バラストガス通路２８の入口において直接的にハウジング１６に結合することができる、及び／又は、ガスバラスト弁２２は、完全に又は部分的にバラストガス通路２８内に配置することができる。

更に、ポンプ段１２は、ガス流制御式の出口弁３６を有し、この出口弁は、入口側を、ヘッドカバー内に配置された接続通路を介してサクションチャンバにガスを導くように接続され、移送されるガスを、サクションチャンバから離れる方向の流れ方向５６にのみ通過させるために形成されている。 出口弁３６は、出口側を、ポンプ段１２の出口３８に接続されている。

接続ライン４０は、第１のポンプ段１２に出口３８を、第２のポンプ段１４の入口４２に接続するので、ポンプ段１２，１４は、流れ方向５６に相前後して接続され、互いに直列にポンプ作業を行なう。 原理的に、両ポンプ段を互いに並列に接続することも可能であるので、両ポンプ段は、互いに並列にポンプ作業を行なう。 このため、両ポンプ段の入口をそれぞれ真空ポンプのポンプ入口に接続し、両ポンプ段の出口をそれぞれ真空ポンプのポンプ出口に接続することが可能である。

第２のポンプ段１４は、実質的に第１のポンプ段１２と同一に形成されている。 第２のポンプ段の入口４２に、弁プレート６８を有するガス流制御式の入口弁４４が続き、この入口弁は、入口４２を第２のポンプ段１４のサクションチャンバ４６に接続する。 サクションチャンバ４６は、先に第１のポンプ段１２に関して説明したように、図１で別個の部分として図示してないハウジング１６のヘッドカバーとダイヤフラム４８によって画成され、このダイヤフラムは、連接棒５０を介して回転駆動可能なクランク軸３５に連結されている。 第２のポンプ段１４は、弁プレート７０を有する出口弁５２を有し、この出口弁を介して、サクションチャンバ４６から排出されたガスが、第２のポンプ段１４の出口５４に供給可能であり、この出口は、同時にダイヤフラム真空ポンプのポンプ出口を構成する。

図１に示した真空ポンプの機能方式を以下で説明する。

真空ポンプの運転中、クランク軸３５が回転駆動されるので、連接棒３４，５０は、これらに固定された両ポンプ段１２，１４のダイヤフラム３２，４８と共に周期的に上下運動させられる。 サイクルは、各ポンプ段１２，１４のために、移送すべきガスをそれぞれの入口弁２０，４４を介してサクションチャンバ３０，４６に吸い込む吸込み段階と、移送すべきガスをそれぞれの出口弁３６，５２を介してサクションチャンバ３０，４６から排出し、これによりポンプ作業を行なう引続く排出段階を有する。 接続ライン４０により、直列のポンプ運転が保証され、このポンプ運転において、入口１８に滞っている移送すべきガスが、矢印５６の方向にまず第１のポンプ段１２と引き続く第２のポンプ段１４を介して出口５４に圧送される。

ポンプサイクルの最終段階で、ガスバラスト弁２２は、それぞれ図１に示した切換え位置にある。 ガスバラスト弁２２のこの位置で、ガスバラスト弁２２は、ポンプチャンバのためのガス密の閉栓を構成するので、バラストガスは、ポンプチャンバに達しない。

真空ポンプのポンプチャンバ内での凝縮物の形成を回避し、存在する凝縮物を除去するため、規則的に、特にポンプの各ポンプサイクルの最初に、洗浄サイクルが実施されるが、その間、ガスバラスト弁２２は、第２の切換え位置にある。

ガスバラスト弁２２の第２の切換え位置で、バラストガスのための供給ライン６２は通過可能であるので、ポンプ段１２，１４は、入口１８に滞っている移送すべきガスに対して付加的にバラストガスをバラストガス通路２８を介してダイヤフラム真空ポンプのポンプチャンバに移送する。 バラストガスの流路は、接続通路２６の領域、従ってプロセスガスの流れ方向で入口弁２０の直後でプロセスガスの流路に接続している。 従って、ポンプ段１２，１４の、入口弁２０の後に配置されたポンプチャンバ全体が、バラストガスによって洗浄されるので、凝縮物形成は、どこでも有効に回避される。

１２，１４ ポンプ段 １６ ハウジング １８ 入口 ２０ 入口弁 ２２ ガスバラスト弁 ２４ 入口通路 ２６ 接続通路 ２８ バラストガス通路 ３０ サクションチャンバ ３２ ダイヤフラム ３４ 連接棒 ３５ クランク軸 ３６ 出口弁 ３８ 出口 ４０ 接続ライン ４２ 入口 ４４ 入口弁 ４６ サクションチャンバ ４８ ダイヤフラム ５０ 連接棒 ５２ 出口弁 ５４ 出口 ５６，５８ 矢印 ６０ プロセスガスの供給ライン ６２ バラストガスの供給ライン ６４，６６，６８，７０ 弁プレート