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技術 ポンプ

出願人 プファイファー・ヴァキューム・ゲーエムベーハー
発明者 ベルント・コーチヨーナス・ベッカー
出願日 2016年10月5日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2016-196997
公開日 2017年6月8日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-101655
状態 特許登録済
技術分野 圧縮機、真空ポンプ及びそれらの系 回転型ポンプ(1) 回転型圧縮機の応用細部
主要キーワード 摩擦ローラー 硬度検査 断面レベル バランス重り ドライ潤滑剤 ピストン外壁 中心対称的 バンド形状
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

擦られるシールを有するポンプであって、先行技術のデメリットを克服、又は公知の解決策に対する改善を意味し、これによってポンプの寿命延長するというポンプを提供することである。

解決手段

ポンプ10、特に真空ポンプであって、互いに相対的に可動の少なくとも二つの搬送要素13,16を有し、少なくとも一つの搬送室24を形成しつつ密に構成されているよう設けられており、両方の搬送要素の一方に設けられた少なくとも一つのシール20を有し、搬送要素の少なくとも一つに少なくとも領域的に取り付けられた、各シール20と協働する滑り層21を有するポンプにおいて、シール20が、ポリイミド粒子を含み、熱間成形プレス及び焼結によって製造されるポリテトラフルオロエチレン材料を有すること、及び滑り層21が、蓚酸を含む電解液内のアノード酸化によって形成される酸化物層を有することを特徴とするポンプによって解決される。

概要

背景

ポンプ、特に真空ポンプ搬送室シールするため、一般的には油脂やオイルのような流体動員されることが可能である。ピストンポンプは、例えば、搬送室とピストンの間に基本的に間隙を有する。この間隙は、流体をシールする又は流体を塗布された実施においては、ポンプの運転の間、流体(多くの場合オイルや油脂である)によって満たされる。その際、流体はピストンと搬送室の間でシールとして作用する。そのようなポンプのデメリットは、ポンプによって搬送されるガスや上記のような媒体が、シールとして使用される流体によって反応する可能性があるということである。特に真空ポンプにおける別の問題は、使用される流体によるレシーバー汚染である。

この理由から、特に真空ポンプの為に、いわゆるドライ式の解決策が好まれる。ドライ式の解決策においては、媒体は流体と接触しない。ここで、科学的に安定した材料(通常プラスチック)から成る、基本的に滑るまたは引きずるシールが使用される。ピストンポンプにおいては、例えば、そのようなシールは通常、ピストンに設けられる。運転中、シールはシリンダー内壁部において引きずられ(研がれ、擦られ)、生じる搬送室を可能な限り密閉的にシールする。通常同様にドライ式の、つまり流体の潤滑剤を使用しないポンプの他の例は、スクロールポンプ又はスパイラルポンプである。スクロールポンプは、三日月形状の吸い込み室を有する。これらは、断面がスパイラル形状ローターが、同様にスパイラル形状のステーター係合することによって形成される。その際、ローターは、偏心駆動部によって軌道運動へと変換される(移される、独語:versetzt wird)。搬送室のシールの為に、スパイラル正面には、それぞれシールが設けられている。その際、ローターの正面側のシールはステーターに対して引きずられ(研がれ)、そして逆もまたそうである。

そのような滑る、または研がれるシールのデメリットは、これらが通常、絶え間ない滑り摩擦によって、極めて強い摩耗にさらされ、そしてしばしば、制限された寿命しか有さないということである。特に、吸い込み室内には、いくらかの運転時間の後、ちりの形式のシールの摩耗が生じる。このちりは、ポンプの機能も、ポンプに接続される装置の機能も阻害する。

概要

擦られるシールを有するポンプであって、先行技術のデメリットを克服、又は公知の解決策に対する改善を意味し、これによってポンプの寿命を延長するというポンプを提供することである。ポンプ10、特に真空ポンプであって、互いに相対的に可動の少なくとも二つの搬送要素13,16を有し、少なくとも一つの搬送室24を形成しつつ密に構成されているよう設けられており、両方の搬送要素の一方に設けられた少なくとも一つのシール20を有し、搬送要素の少なくとも一つに少なくとも領域的に取り付けられた、各シール20と協働する滑り層21を有するポンプにおいて、シール20が、ポリイミド粒子を含み、熱間成形プレス及び焼結によって製造されるポリテトラフルオロエチレン材料を有すること、及び滑り層21が、蓚酸を含む電解液内のアノード酸化によって形成される酸化物層を有することを特徴とするポンプによって解決される。

目的

本発明の課題は、引きずられる(又は研磨される、独語:schleifend)シールを有するポンプであって、上述したデメリットを克服、又は公知の解決策に対する改善を意味し、これによってポンプの寿命を延長するというポンプを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ポンプ(10,100)、特に真空ポンプであって、互いに相対的に可動の少なくとも二つの搬送要素(13,16,102,104)を有し、これらが、少なくとも一つの搬送室(24,124)を形成しつつ密に構成されているよう設けられており、両方の搬送要素(13,16,102,104)の一方に設けられた少なくとも一つのシール(20,120)を有し、そして、搬送要素(13,16,102,104)の少なくとも一つに少なくとも領域的に取り付けられた、各シール(20,120)と協働する滑り層(21,121)を有するポンプにおいて、シール(20,120)が、ポリイミド粒子を含み、熱間成形プレス及び焼結によって製造されるポリテトラフルオロエチレン材料を有すること、及び滑り層(21,121)が、蓚酸を含む電解液内のアノード酸化によって形成される酸化物層を有することを特徴とするポンプ。

請求項2

ポンプが、スパイラルポンプ又はスクロールポンプ(10)、特にスパイラル真空ポンプ又はスクロール真空ポンプであり、その際、搬送要素が、互いに相対的に移動可能な二つのスパイラル要素(13,16)であり、これらが其々キャリア(14,17)上に、一つの自由な正面側(19)を有しかつ軸の周り推移するスパイラル形状の壁部(15,18)を有し、そして壁部(15,18)が、搬送室(24)を形成しつつ互いに密に係合し合うよう設けられており、その際、シール(20)が、壁部(15,18)の自由な正面側(19)に設けられており、そして、滑り層(21)が、少なくとも領域的に、スパイラル要素(13,16)に取り付けら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。

請求項3

ポンプが、ピストンポンプ(100)、特にピストン真空ポンプであり、その際、搬送要素が、シリンダー(102)及びこの中を移動可能なピストン(104)であり、その際、シール(120)がピストン(104)及び/又はシリンダーネイ壁部(103)に設けられており、及び、その際、滑り層(121)が、シリンダー内壁部(103)及び/又はピストン(104)に少なくとも領域的に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のポンプ。

請求項4

ポリテトラフルオロエチレン材料が、材料の乾燥重量に関し、1から25重量%、好ましくは5から20重量%、特に好ましくは7から17重量%、特に8から12重量%のポリイミド粒子の部分を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のポンプ。

請求項5

ポリイミド粒子が、1から50μm、好ましくは、5から40μm、特に好ましくは10から30μm、特に15から25μmの平均粒子サイズを有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のポンプ。

請求項6

ポリイミド粒子が、細かく分散された、基本的に集塊されていない形式でポリテトラフルオロエチレン材料に含まれていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のポンプ。

請求項7

ポリテトラフルオロエチレン材料が、0.1から5%、好ましくは0.1から2%、特に好ましくは1%よりも低い空孔率を有することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のポンプ。

請求項8

滑り層(21,121)が、10から50μm、好ましくは15から40μm、特に好ましくは20から30μmの層厚さを有することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のポンプ。

請求項9

滑り層(21,121)がポリテトラフルオロエチレンによってコーティング又は防水加工されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のポンプ。

請求項10

滑り層(21,121)が、400から600HV0.025、好ましくは500から550HV0.025の見かけ硬さを有することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のポンプ。

請求項11

棒・円板トライメータによって検出した、滑り層(21,121)の摩擦係数が、0.9より低く、好ましくは0.8より低く、特に好ましくは約0.73であることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のポンプ。

請求項12

搬送要素(13,16,102,104)が、ベース材料を有し、このベース材料が、少なくとも部分的にアルミニウムから、又はアルミニウム合金から形成されており、かつこのベース材料に滑り層(21,121)が取り付けられていることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載のポンプ。

請求項13

ベース材料が、AlMgSiの形式のアルミニウム合金であることを特徴とする請求項12に記載のポンプ。

請求項14

ポリイミド粒子を含み、熱間成形プレス及び焼結によって製造されるポリテトラフルオロエチレン材料からなる一または複数のシール(20,120)と、少なくとも領域的に、蓚酸を含む電解液内のアノード酸化によって形成される滑り層によってコーティングされている部材の、請求項1から13のいずれか一項に記載のポンプ(10,100)、特に真空ポンプの為の密に協働する複数の搬送要素(13,16,102,104)の製造のための使用。

技術分野

0001

本発明は、ポンプ、特に真空ポンプに関する。このポンプは、少なくとも二つの、互いに相対的に可動搬送要素、両搬送要素の一方に設けられた少なくとも一つのシール、及び搬送要素の少なくとも領域的に設けられた滑り層を有する。更に、本発明は、滑り層を有する複数の部材と、少なくとも一つのシールの、ポンプ、特に真空ポンプの製造の為の使用に関する。

背景技術

0002

ポンプ、特に真空ポンプの搬送室をシールするため、一般的には油脂やオイルのような流体動員されることが可能である。ピストンポンプは、例えば、搬送室とピストンの間に基本的に間隙を有する。この間隙は、流体をシールする又は流体を塗布された実施においては、ポンプの運転の間、流体(多くの場合オイルや油脂である)によって満たされる。その際、流体はピストンと搬送室の間でシールとして作用する。そのようなポンプのデメリットは、ポンプによって搬送されるガスや上記のような媒体が、シールとして使用される流体によって反応する可能性があるということである。特に真空ポンプにおける別の問題は、使用される流体によるレシーバー汚染である。

0003

この理由から、特に真空ポンプの為に、いわゆるドライ式の解決策が好まれる。ドライ式の解決策においては、媒体は流体と接触しない。ここで、科学的に安定した材料(通常プラスチック)から成る、基本的に滑るまたは引きずるシールが使用される。ピストンポンプにおいては、例えば、そのようなシールは通常、ピストンに設けられる。運転中、シールはシリンダー内壁部において引きずられ(研がれ、擦られ)、生じる搬送室を可能な限り密閉的にシールする。通常同様にドライ式の、つまり流体の潤滑剤を使用しないポンプの他の例は、スクロールポンプ又はスパイラルポンプである。スクロールポンプは、三日月形状の吸い込み室を有する。これらは、断面がスパイラル形状ローターが、同様にスパイラル形状のステーター係合することによって形成される。その際、ローターは、偏心駆動部によって軌道運動へと変換される(移される、独語:versetzt wird)。搬送室のシールの為に、スパイラル正面には、それぞれシールが設けられている。その際、ローターの正面側のシールはステーターに対して引きずられ(研がれ)、そして逆もまたそうである。

0004

そのような滑る、または研がれるシールのデメリットは、これらが通常、絶え間ない滑り摩擦によって、極めて強い摩耗にさらされ、そしてしばしば、制限された寿命しか有さないということである。特に、吸い込み室内には、いくらかの運転時間の後、ちりの形式のシールの摩耗が生じる。このちりは、ポンプの機能も、ポンプに接続される装置の機能も阻害する。

先行技術

0005

特開2001−165072A

発明が解決しようとする課題

0006

よって、本発明の課題は、引きずられる(又は研磨される、独語:schleifend)シールを有するポンプであって、上述したデメリットを克服、又は公知の解決策に対する改善を意味し、これによってポンプの寿命を延長するというポンプを提供することである。

課題を解決するための手段

0007

この課題の解決は、発明に従い請求項1に記載の特徴を有するポンプによって行われる。

0008

発明に係るポンプ(好ましくは真空ポンプである)は、
互いに相対的に移動可能な少なくとも二つの搬送要素を有し、これらは、少なくとも一つの搬送室を形成しつつ密に構成されるよう設けられており、
両方の搬送要素に設けられた少なくとも一つのシールを有し、そして、
複数の搬送要素の少なくとも一つに少なくとも領域的に取り付けられた、各シールと協働する滑り層を有する。

0009

ポンプは特に、シールが、ポリイミド粒子を含み、熱間成形プレス及び焼結によって製造されたポリテトラフルオロエチレン材料を有する点において際立っている。特にシールは、ポリテトラフルオロエチレン材料から成っている。

0010

更に、滑り層が、蓚酸を含む電解液内のアノード酸化によって形成される酸化物層を有する点において際立っている。特に滑り層は酸化物層である。

0011

驚くべきことに、発明に従い使用されるポリテトラフルオロエチレン材料と、滑り層の滑り接触の組み合わせは、一般的にポンプの寿命を延長するのみでなく、シールの交換の為に意図されるメンテナンス間隔も延長することが分かった。

0012

これは、特に、発明に従いシールとして使用されるポリテトラフルオロエチレン材料の特性に帰する。この材料は、ポリイミド粒子を含み、そして熱間成形プレス又は射出成形又は押出成形によって製造され、そして追加的に焼結プロセスにさらされる。シールは、極めて高い形状安定性と、これに伴う摩耗強度高温化において有する。この事は、一方で極めて短い空孔率有孔率、独語:Porositaet)に、そして他方では細かく分散された、集塊されていないポリイミド粒子に帰する。

0013

硬質アノード酸化(独語:hartanodische Oxidation)によって、特に低温の蓚酸電解液内に形成される酸化物層の特性との組み合わせにおいて、特別なメリットが生ずる。

0014

蓚酸電解液内に形成される酸化物層と比較して、発明に係る層は、極めて低い層厚公差を有する。これは、最大で±5μm、特に約±3μmの範囲にある。つまり、形成される酸化物層は、極めて平らな表面を有する。これによって一方では、発明に係るシールとの組み合わせで極めて正確なシールが、そして他方では極めて低い摩擦が生じる。というのは両方の搬送要素の互いに相対的な移動の際、より小さな非平坦性が克服される必要があるのみだからである。

0015

更に、滑り層は、より低いエッジ効果のみを示す。層のエッジ部におけるボーン形状の隆起である。これは、理想的なシールの為に必要な滑り層にけるシールの正確な位置決めを阻害するものである。隆起は、基本的に非平坦性であるから、これは同様に、両方の搬送要素の互いに相対的な移動の間の摩擦を高める。小さなエッジ効果もまた、それゆえに、発明に係るシールの形状安定性との組み合せにおいて、滑り層とシールの特に低い摩耗率へと通じる。

0016

ポンプがスパイラルポンプ又はスクロールポンプ、特にスパイラル真空ポンプ又はスクロール真空ポンプであるとき特に有利であることが分かった。搬送要素は、その際、互いに相対的に移動可能な二つのスパイラル要素である。これらは、其々キャリア上に、軸を中心としてスパイラル形状に推移する壁部(自由な端部を有する壁部)を有し、そして壁部が、搬送室を形成しつつ密に互いに係合し合うよう設けられている。シールは、この実施形において壁部の自由な正面側に設けられ、そして滑り層は少なくとも領域的にスパイラル要素上に取り付けられている。

0017

よって二つの滑り層コンビネーションが存在する。これらは其々、正面側に設けられたシールと、反対側に位置し、滑り層を設けられているキャリアの領域から形成される。

0018

好ましくは、スパイラル要素の為に一つのシールが使用される。その際、シールは、好ましくは一体式に形成され、そして特にバンド形状に形成されている。シールは、例えば接着剤またはねじによって壁部の自由な正面側と接続されていることが可能である。シールが、壁部の自由な正面側に設けられる溝内に延在しているとき特に有利である。場合によっては、その際、接着剤又はねじによる別の固定が行われることが可能である。

0019

滑り層は、好ましくは、搬送室の方に向けられたキャリアの面上に、特に全面にわたって取り付けられている。更に好ましくは、その上、両方のスパイラル要素のスパイラル形状に推移する壁部が、少なくとも部分的に滑り層によってカバーされているとき有利である。スパイラル要素は、完全に滑り層を設けられていることも可能である。

0020

発明に係るポンプの別の有利な形態は、ピストンポンプ、特にピストン真空ポンプである。搬送要素は、相応してシリンダーと、その中を移動可能なピストンである。その際、シールはピストン及び/又はシリンダー内壁部に設けられており、そしてその際、滑り層は、少なくとも領域的にシリンダー内壁部及び/又はピストンに取り付けられている。

0021

滑り接触の組み合わせは、ここでは好ましくは、ピストン側のシールと、滑り層を設けられるシリンダー内壁部から形成されている。

0022

好ましくはシールは、周囲方向で、ピストンの外壁部に設けられている。シールは、好ましくは一体に形成されており、そして例えば接着又はねじによって固定されることが可能である。ピストン外壁が溝を有し、この溝がシールを部分的に収容するとき特に有利である。溝内においてシールは場合によっては、ピストン又はねじによって更に固定されることが可能である。ピストンは、一つより多くのシールを有する。その際、シールが、ピストン外壁部の上方の端部に取り付けられており、そしてピストン外壁部の下方の端部に別のシールが取り付けられているとき有利である。

0023

滑り層は、好ましくは、シリンダーの内側面のみに取り付けられている。しかし基本的に、ピストンの外壁部もシリンダーの内側面も滑り層を設けられていることが可能である。更に、シリンダー内壁部もシールを有することが考え得る。その際、固定に関して、上述の説明が参照されることが可能である。

0024

一つの実施形においては、シールのポリテトラフルオロエチレン材料は、1から25重量%、好ましくは5から20重量%、特に好ましくは7から15重量%、特に8から12重量%の間のポリイミド粒子の割合を有する。この記載は、材料の乾燥重量に関する。

0025

別の実施形においては、ポリイミド粒子は、1から50μm、好ましくは5から40μm、特に好ましくは10から30μm、特に15から25μmの平均粒子ンサイズを有する。

0026

粒子サイズの決定は、レーザー光散乱又はレーザー回折によって行われる。更に、粒子サイズの決定は、走査型電子顕微鏡撮像の測定によっても行われる。

0027

ポリイミド粒子は、特に細かく分散され、そして基本的に集塊していない形式でポリテトラフルオロエチレン材料内に存在している。その際、「基本的に」とは、材料中、極めて少ない数量のポリイミド粒子のみが二よりも多くのポリイミド粒子のアグロメレート集積、独語:Agglomerat)として存在すると解されるべきである。換言すると、ポリイミド粒子は、均質に、ポリテトラフルオロエチレンから成る一つのマトリックス中に埋め込まれている。その際、二よりも多くのポリイミド粒子からアグロメレートは生じない。アグロメレートの数量の決定は、走査型電子顕微鏡の撮像の評価によって行われる。

0028

更に、ポリテトラフルオロエチレン材料が、0.1から5%の間、好ましくは0.1から2%の間、特に好ましくは1%より少ない空孔率を有する。空孔率の決定は、一方では光学顕微鏡の撮像によって、そして他方では、電子顕微鏡の撮像によって行われる。

0029

ポリテトラフルオロエチレンマトリクス中のポリイミド粒子の均質な分配と、ポリテトラフルオロエチレン材料の低い空孔率は、特にその摩耗強度に責任を有する。両方のパラメーターは、熱間成形プレス方法(この方法においてポリテトラフルオロエチレン材料の原材料が直接、制御されて熱せられたツール内において圧力下で加熱される)によって及びこれに続く焼結方法によって制御されることが可能である。空孔率が1%よりも低いとき、ポリテトラフルオロエチレン材料は、2.10g/cm3までの密度・濃度を有する。

0030

発明に係るポンプの一つの別の実施形においては、滑り層は、10から50μmの間、好ましくは15から40μmの間、特に好ましくは20から30μmの間の層厚さを有する。層厚さの決定は、電子顕微鏡の断面撮像に基づいて行われる。

0031

特に有利な形態においては、滑り層は追加的にドライ潤滑剤、特にポリテトラフルオロエチレン材料によって防水加工されている。ドライ潤滑剤は、その際、層内に沈積され、そして追加的な層構築は行われない。ドライ潤滑剤は、シールのポリテトラフルオロエチレン材料との結びつきで、より良好な滑り態様を引き起こし、そしてこれによって摩擦を減少させる。ドライ潤滑剤を沈積することによって、滑り層の研磨的な摩耗において、滑り特性が基本的に保持されるというメリットが得られる。

0032

同様に、滑り層が、ドライ潤滑剤、特にポリテトラフルオロエチレンによってコーティングされていることも好ましくあり得る。その際、ここで追加的な層構築が行われる。追加されるドライ潤滑剤は、滑り層のドライ潤滑特性を改善し、その寿命を延長する。ポリテトラフルオロエチレンは、非粘着性の特性を有し、そして滑り層表面の摩擦を軽減する。

0033

代替的に、滑り層は、塩水によって、又は高温の、特に脱塩した水(湯)によって後処理されることも可能である。そのような処理は、滑り層内の孔を摩耗させ、そしてその腐食耐性を向上させる。

0034

滑り層は、好ましくは400から600HV0.025、特に500から550HV0.025の見かけ硬さ(シャイン硬さ、独語:Scheinhaerte)を有する。高度の測定は、ビッカース(Vickers、HV)の硬度検査原理に従い行われる。その際、まっすぐなピラミッドの形式の浸入体が、上述した検査力によって垂直に当該プローブの表面内へと押し込まれる。ピラミッドのベース面は正方形であるので、検査痕の表面からビッカース硬さが計算されることが可能である。現在のところ、0.2452ニュートン(HV0.025)の検査力によって測定される。滑り層は上述のように0.1から5%の間の空孔率を有することが可能であるので、硬度はこの場合、見かけ硬さ、又は混合硬さ(独語:Mischhaerte)と称される。

0035

従来の層、特に硫酸を含む電解液内アノード酸化によって形成される層の見かけ硬さは、通常、少なくとも50HV0.025だけ低い。より高い見かけ硬さにより、より高い摩耗強度が得られる。これは、テーバー摩耗試験機試験(独語:Taber−Abraser test、当該試験によって異なる材料の摩耗耐性が測定されることが可能である)によって示されることが可能であろう。試験の際、二つの摩擦ローラー(これらは、所定の力で回転するプローブへと押付けられる)の摩耗要求(性能)が生じる。発明に係る滑り層は、10N(摩擦ローラーCS10)の力において、プローブが90000回転を越えた後、初めて12.5μmの磨滅を示した。従来の層は、同じ条件でこの磨滅を、すでに60000回転の後に示していた。

0036

発明に係る層の、従来の層と比較して、特に、硫酸を含む電解液のアノード酸化によって形成される層と比較して改善された化学的耐性は、ソルトスプレーフォグテスト(塩分噴霧試験、独語:Salzspruehnebelpruefung)によって証明されることが可能であろう。これは、DIN EN ISO 9227に従い標準化された、コーティングの腐食保護作用の評価の為の試験である。発明に係る層は、2000時間の作用時間の後、初めて、確認可能な腐食発生が起こり、他方で従来の層は、当該時間の半分の時間の後、既にこれを示した。

0037

滑り層の摩擦係数は、好ましくは0.9よりも低く、特に好ましくは0.8よりも低く、特に約0.73である。その際、摩擦係数の特定は、棒・円板トライメータにより行われる。トライボメータの押圧力は、その際、6m/分及び9000回転/分において6ニュートンである。

0038

滑り層は、極めて高い表面品質を有する。通常、真空ポンプにおいて互いに反対に移動可能な表面は、発明に係る滑り層無しで、約0.2μmの平均粗さ値(Mittenrauwert)Raを有し、そして約1.4μmの平均粗さ深さ(独語:Rautiefe)Rzを有する。約20μmの典型的な層厚さを有する発明に係る滑り層は、特に、平均粗さ値Raが、滑り層を取付けた後、1.0μmを越えて増加せず、好ましくは約0.5μmである点において際立っている。従来の層においては、典型的には少なくとも1.5μmの平均粗さ値Raの増加がある。平均の粗さ深さRzは、層厚さ約20μmの滑り層を取付けた後、好ましくは0.3μmよりも少なく、特に好ましくは0.2μmよりも少なく、特に0.1μmよりも少なく増加する。典型的には、比較可能な厚さの従来の層においては、平均の粗さ深さRzは少なくとも0.3μmのだけ増加する。

0039

発明に係るポンプの好ましい実施形においては、搬送要素はベース材料を有する。このベース材料は、少なくとも部分的にアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されており、そしてこのベース材料に滑り層が取り付けられている。好ましくは、搬送要素はアルミニウム又はアルミニウム合金から成っている。特に好ましくはベース材料はAlMgSiの形式のアルミニウム合金である。更に好ましくは、AlMgSiMn,AlMgSiPbまたはAlZnMgの形式のアルミニウム合金である。アルミニウム及びアルミニウム合金は、蓚酸を含む電解液中でアノード酸化にさらされること、及び発明に係る滑り層を形成することに、特に適して製造される。

0040

本発明の別の観点は、ポリイミド粒子から成る一または複数のシールの使用に関する。当該使用は、熱間成形プレス及び焼結によって製造されたポリテトラフルオロエチレン材料と、少なくとも領域的に、蓚酸を含む電解液中のアノード酸化によって形成される酸化物層によってコーティングされた部材を含み、ポンプ、特に真空ポンプの為の密に協働する複数の搬送要素の製造の為のものである。

0041

特に、搬送要素は、その際、スパイラルポンプ又はスクロールポンプのスパイラル要素であり、又はその中を移動可能なピストンポンプのピストンである。

0042

本発明の上述した特徴及び別の特徴とメリットは、添付の図面を参照しつつ後述する例示的な実施形の説明に基づいて詳細に説明される。図面中において、同じ要素の説明には同じ参照符号が付されている。

図面の簡単な説明

0043

本発明の一つの実施形に従う一方向のスパイラルポンプ又はスクロールポンプの簡略断面図。
図1のスパイラルポンプ又はスクロールポンプの詳細図。
本発明の一つの実施形に従うスパイラルポンプ又はスクロールポンプの部分図を簡略図、軸に対して垂直な断面図として表した図。
本発明の一つの実施形に従う二方向のスパイラルポンプ又はスクロールポンプの部分図を簡略図として表した図。
本発明の一つの実施形に従うピストンポンプの簡略部分図。

実施例

0044

図1に示されたスパイラルポンプ又はスクロールポンプ10は、ハウジング12によって取り囲まれた作動室23(作動領域26を有する)を有する。作動室23内には、インレット11が開口している。このインレットにレシーバー又は別のポンプ段が接続されていることが可能である。

0045

作動室23内には、固定的なスパイラル要素13(ポンプ10のハウジング12と接続されている)と回転するスパイラル要素16が設けられている。スパイラル要素13,16は、各一つのキャリア14,17及びこれと接続され、各軸の周りをスパイラル形状に推移する壁部15,18を有している。スパイラル要素13の固定的なキャリア14は、ポンプハウジング12の一部としても形成されていることが可能である。ポンプ10のアウトレット22は、固定的なスパイラル要素13を通って軸方向に推移する。スパイラル要素は、壁部15,18が搬送室24を形成しつつ互いに密に係合し合うよう設けられている。スパイラル形状の壁部15,18は、各一つの正面側19を有する。これにシール20が設けられている。シール20は、それぞれ向かい合うキャリア14,17に接している。これに滑り層21が取り付けられている。滑り層21は、追加的に、ポリテトラフルオロエチレンによって撥水加工されている(独語:impraegniert)。

0046

図2は、図1のスパイラルポンプ又はスクロールポンプの詳細図(シール20が、滑り層21を設けられたキャリア14,17と接触する領域の詳細図)を示す。特に、スパイラル要素13,16の形成は、シール20がキャリア14,17に対して押圧されるよう行われる。滑り層21の撥水処理は、表されていない。というのは、ポリテトラフルオロエチレンは滑り層内に沈積されて存在しているからである。追加的な層構築は行われない。撥水処理は、滑り層21のドライ潤滑特性を上昇させ、そして追加的にその摩耗を防止する。

0047

キャリア14,17と、スパイラル形状の壁部15.18は、其々一体に形成されており、そしてAlMgSiの形式のアルミニウム合金から成る。滑り層21は、アノード酸化によって蓚酸電解質(独語:OxalsauureElektrolyten)内に作られる酸化アルミニウム層(AluminiumOxidschicht)である。滑り層21は、特に、搬送室24と向かい合った、スパイラル要素13,16の全ての面に設けられている。シール20は、ポリテトラフルオロエチレン(独語:Polytetrafluorethylen)である。これは、(シールの乾燥重量に関して)、ポリイミド粒子10重量%を含み、そして熱間成形プレス(Heissformpressen)と、これに続く焼結により製造される。平均粒子サイズは、25μmである。

0048

ポンプ10の作動領域26内には、電動モーター31が存在している。この電動モーターは、モーターステーター30(コイル)とモーターローター32(回転子)を有している。電動モーター31は、シャフト33を駆動する。このシャフトは、軸AWを定義する。回転するスパイラル要素16は、偏心軸AEを定義する偏心シャフト35によってシャフト35と連結されている。シャフト33の軸AWと偏心軸AEは互いに平行に推移する。シャフト33,35は、支承部34によって支持されている。シャフト33は、更にバランス重り36を有する。ポンプ10の最適な運転安定性(独語:Laufruhe)を保証する為である。

0049

ポンプ10の運転中、シャフト33は回転し、そしてこれと接続される偏心シャフト35はシャフト33の軸AWを中心とした回転運動を実施する。スパイラル要素16は、相応して軸AWを中心とした円形状の軌道上の中心対称的振動運動を実施する。その際、スパイラル要素16は、独自の軸AEを中心として回転しない。このことは、当業者に公知の回転防止機構によって達成される。この運動によって、互いに係合し合うスパイラル要素13,16の間に閉じられた三日月形の(独語:sichelfoermig)搬送室24が生じる。これは、その容量を内側に向かってポンプアウトレット22の方向へと更に縮小する。このようにして、インレット11を介して吸引されるガスの圧縮が行われる。

0050

搬送室の形状は、図3から見て取ることができる。この図は、スパイラルポンプのシャフト33に対して垂直な断面図を示す。断面レベルは、その際、スパイラル要素13,16の互いに係合し合うスパイラル形状の壁部15,18を通って推移している。

0051

図1のポンプ10は、移動するスパイラル要素16を有するので、そのキャリア17は、一方のみでスパイラル形状の壁部18を設けられており、一方のポンプシステムである。これは、シングルラップポンプシステムとも称される。

0052

図4は、これと反対に二方向のポンプシステムを有するスパイラルポンプ又はスクロールポンプの部分図を示す。作動領域を含む全ハウジングの図は省略されている。図1の一方側の形成と異なり、回転するスパイラル要素16は、キャリア17を有する。これは、両側に、スパイラル形状に推移する壁部18を設けられている。更に、固定的なスパイラル要素13は、スパイラル形状の壁部15を有する別のキャリア14を有している。回転する二方向のスパイラル要素16の両壁部18は、搬送室24を形成しつつ、固定的なスパイラル要素13の壁部と入れ子式に係合し合う。壁部15,18の正面側19は、其々、シール20を設けられている。搬送室24に向けられた、キャリア14,17の表面は、滑り層21を設けられている。その際、滑り層21は、追加的にポリテトラフルオロエチレンによって防水加工されている。スパイラル要素13,16の材料と、滑り層21及びシールの構成に関して、並びにポンプの機能方法に関して、図1及び2の説明が参照されることが可能である。一方向のポンプシステムと比較して、二方向のポンプシステムにおいては流体の搬送の為、二倍の数量の搬送室24が設けられている。

0053

図5は、発明に係るピストンポンプ100の簡略断面図を示す。ピストンロッド105に固定されたピストン104は、シリンダー102内に可動に支承されている。ピストン104とシリンダー102は、共に搬送室124を形成する。ピストン104は、下方の縁部106にも情報の縁部108にもシール120を有する。シリンダー内壁部103は、滑り層121を設けられている。この滑り層は、追加的にポリテトラフルオロエチレンによって防水加工されている。シール120は、幅の狭いバンドの形式に形成されており、このバンドは、ピストン104の周りに周囲方向に延在している。シール120のより内側のシール脚部120bは、ピストン104の上方及び下方の縁部106,108に其々設けられた溝109によって収容されている。自由なシール脚部120aは、溝109の外側を推移し、そして曲げられている。というのは、これが既にシリンダー内壁部103とピストン104の間の間隔よりも幅広だらかである。シリンダー102もピストン104も、AlMgSiの形式のアルミニウム合金から形成されている。シール120と滑り層121は、発明に従い、上述したように特に図2に基づいて説明したように形成されている。

0054

ポンプ100の運転中、ポンプ104は上昇及び下降し、その際、搬送室104は相応して縮小し、そして拡大され、そして図示されないバルブ時間的に調和して開きそして閉じつつ、流体を吸引又は排出される。

0055

ピストン104の上昇運動及び下降運動に基づいて、シリンダー内壁部103に当接する、シール120の自由な脚部120aが絶え間ない摩擦にさらされる。特別な滑り層121(これは極めて滑らかな表面を有する)と、特別な摩擦性ポリテトラフルオロエチレンシールの発明に係る材料の組み合わせは、この摩擦の減少を行う。一つには、シール120の側での摩耗が減少し、この事は、シールのより長い寿命及びこれに伴い延長されたメンテナンス間隔へと通じる。他方では、シリンダー内壁部103の側の摩耗は最小化され、そしてポンプ100の寿命は、全体として延長される。

0056

一年を超えての長期テストの際、ピストンポンプ(発明に従い形成されたシールと滑り層を有する)が、構造が同じ従来のピストンポンプと比較された。従来のポンプは、硫酸を含む電解液内のアノード酸化によって形成される標準コーティングを有した。従来のポンプのシールは、焼結されていないポリテトラフルオロエチレン材料、又はポリテトラフルオロエチレン材料から成っていた。これは、ポリイミド比率及び/又はポリイミド粒子サイズに関して発明に係る実施形と異なっている。

0057

一年後、シールと滑り層の摩耗が決定された。発明に係る材料の組み合わせは、最も少ない摩耗の発生、つまり最も少ない層磨耗及びシール摩耗を示すことが分かった。従来のポンプのいくつかは、更に、既にテスト終了の前に摩耗が原因で中止となった。

0058

10スパイラル又はスクロールポンプ
11インレット
12ハウジング
13 固定的なスパイラル要素
14 固定的なスパイラル要素のキャリア
15 固定的なスパイラル要素のスパイラル形状の壁部
16 回転するスパイラル要素(オービター(独語:Orbiter))
17 回転するスパイラル要素のキャリア
18 回転するスパイラル要素のスパイラル形状の壁部
19正面側
20シール
21滑り層
22アウトレット
23作動室
24搬送室
26作動領域
30モーターステーター
31電動モーター
32モーターローター
33シャフト
34 支承部
35偏心部
36バランス重り
AW シャフトの軸
AE偏心軸
100ピストンポンプ
102シリンダー
103シリンダー内壁部
104ピストン
105ピストンロッド
106 下方の縁部
108 上方の縁部
109 溝
120 シール
120a 自由なシール脚部
120b 内側のシール脚部
121 滑り層
124 搬送室

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