JP2011202603A - 流体ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間段における排気を行うための逆止弁が開弁した時に発生する動力損失を低減することを実現した流体ポンプ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】真空ポンプ１の中間段である第三ポンプ室１３には、内部通路３６を介して逆止弁収容室４１が接続されている。また、逆止弁収容室４１には、内部通路３７を介して第四ポンプ室１４が接続されている。逆止弁収容室４１内のバイパス用逆止弁５１が閉弁している時、第三ポンプ室１３で圧縮されたガスは、内部通路３６、逆止弁収容室４１及び内部通路３７を介して第四ポンプ室１４に移送される。一方、バイパス用逆止弁５１が開弁すると、第三ポンプ室１３で圧縮されたガスは、逆止弁収容室４１から真空ポンプ１の外部に排出される。バイパス用逆止弁５１の開弁時、逆止弁本体５２と一体として形成された吸入量調整部５６は、逆止弁収容室４１から内部通路３７に流入するガスの量を制限する。
【選択図】図４

Description

この発明は流体ポンプ装置に係り、特に、流体ポンプ装置における流体の移送経路の構成に関する。

特許文献１には、流体を移送する流体ポンプ装置として、例えば容器等の真空対象領域の内部を真空とする真空ポンプが開示されている。これによれば、真空ポンプの内部には、第一ポンプ室〜第五ポンプ室からなる五つのポンプ室が形成されている。これらのポンプ室の内部には、共通の回転軸に固定されたロータがそれぞれ収容されており、電動モータで回転軸を駆動して各ロータを回転させると、各ポンプ室で気体の吸入、圧縮及び排出が行われるようになっている。また、各ポンプ室は直列に、すなわち上段側のポンプ室から排出された気体が下段側のポンプ室に吸入されるように接続されている。真空対象領域の内部にある気体は、最も上段側にある第一ポンプ室に吸入されるようになっており、以後、その気体を圧縮しながら最も下段側にある第五ポンプ室まで順次移送することによって、真空対象領域の内部が真空となる。

また、真空ポンプの中間段である第二ポンプ室には中間段排気口が形成されており、この中間段排気口と、第五ポンプ室から真空ポンプの外部に気体を排出するための排気路とが、逆止弁を介して接続されている。ここで、排気路から排出される気体の圧力は大気圧に開放されるため、第二ポンプ室から排出された気体の圧力が既に大気圧を超えている場合、その気体を第三ポンプ室〜第五ポンプ室でさらに圧縮することは、電動モータの動力を無駄に消費していることになる。中間段排出口及び逆止弁は、このような動力の無駄な消費を低減するために設けられている。第二ポンプ室から排出された気体の圧力が所定の圧力を超えた場合に逆止弁を開弁させ、その気体を、中間段排気口及び排気路を介して真空ポンプの外部に直接排出することによって、第三ポンプ室以降に移送される気体の圧力を下げている。

特開２００７−５６７６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の真空ポンプにおける逆止弁が開弁した時、第二ポンプ室と第三ポンプ室とは、逆止弁が閉弁している時と同様に連通したままの状態となっている。また、第一ポンプ室〜第五ポンプ室の内部にある各ロータは、共通の回転軸に固定されて一体として回転するため、第二ポンプ室から排出された気体を第三ポンプ室に吸入しようとする作用は、逆止弁の開弁時においても働いている状態となっている。すなわち、特許文献１に記載の真空ポンプでは、逆止弁の開弁時においても第三ポンプ室に気体が吸入されるようになっており、この気体を第三ポンプ室以降で圧縮するための動力が電動モータの動力損失になっているという問題点を有していた。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、中間段における排気を行うための逆止弁が開弁した時に発生する動力損失を低減することを実現した流体ポンプ装置を提供することを目的とする。

この発明に係る流体ポンプ装置は、直列に接続された複数のポンプ室と、複数のポンプ室の内部にそれぞれ収容されるロータと、複数のポンプ室のうち、隣接するポンプ室同士を連通する移送通路とを備え、ロータを回転させて複数のポンプ室で流体の吸入、圧縮及び排出をそれぞれ行うことにより流体を、上段側のポンプ室から下段側のポンプ室に、移送通路を介して順次移送する流体ポンプ装置において、移送通路に接続される少なくとも一つのバイパス通路と、バイパス通路に設けられ、バイパス通路が接続された移送通路を介して連通するポンプ室同士のうち、上段側のポンプ室から排出される流体の圧力が所定の圧力を超えた場合に開弁して、バイパス通路を開くバイパス用逆止弁と、バイパス通路が接続された移送通路に設けられる吸入量調整弁とをさらに備え、吸入量調整弁は、バイパス用逆止弁の開弁時に、バイパス通路が接続された移送通路を介して連通するポンプ室同士のうち、下段側のポンプ室の内部に吸入される流体の量を制限することを特徴とするものである。

バイパス通路が接続された移送通路を介して連通するポンプ室同士のうち、上段側のポンプ室から排出される流体の圧力が所定の圧力を超えると、バイパス用逆止弁が開弁してバイパス通路が開かれるため、流体がバイパス通路内を流通する。また、バイパス用逆止弁の開弁時において、これらのポンプ室のうちの下段側のポンプ室に吸入される流体の量は吸入量調整弁によって制限されるため、この下段側のポンプ室以降、すなわちバイパス通路以降のポンプ室に流入する流体の量が低減され、流体を圧縮するために要する動力も低減される。したがって、流体ポンプ装置において、中間段における排気を行うためのバイパス用逆止弁が開弁した時に発生する動力損失を低減することが可能となる。

バイパス用逆止弁は、バイパス通路を開閉する逆止弁本体を備えており、逆止弁本体と吸入量調整弁とが一体として形成されてもよい。バイパス用逆止弁のみを備えている流体ポンプ装置に対して部品点数が増加しないため、低コストで動力損失を低減することが可能となる。
また、吸入量調整弁は、バイパス用逆止弁とは別体の調整弁本体と、移送通路が開かれる方向に調整弁本体を付勢する調整弁ばねとを備えてもよい。バイパス用逆止弁が開閉するタイミングと吸入量調整弁が開閉するタイミングとを個別に調整可能となるため、例えばこれらが同時に閉弁して流体ポンプ装置内の流体の圧力が高くなることを防止することが可能となる。

吸入量調整弁は、バイパス用逆止弁の開弁時に、バイパス通路が接続された移送通路を遮断してもよい。バイパス通路以降のポンプ室内に吸入される流体がほぼなくなるため、動力損失をほぼなくすことが可能となる。
吸入量調整弁は、バイパス用逆止弁の開弁時に、バイパス通路が接続された移送通路を狭くしてもよい。移送通路を遮断するために吸気量調整弁及びその周辺を精密に加工する必要がないため、バイパス通路以降のポンプ室に吸入される流体の量を絞ることによって動力損失を低減しつつ、製造コストを低減することが可能になる。

この発明によれば、流体ポンプ装置において、中間段における排気を行うための逆止弁が開弁した時に発生する動力損失が低減される。

この発明の実施の形態１に係る流体ポンプ装置の構成を示す断面平面図である。 実施の形態１に係る流体ポンプ装置の構成を示す断面側面図であり、図１のＩＩ−ＩＩを含む平面に沿った断面を示すものである。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩを含む平面に沿った断面図である。 実施の形態１に係る流体ポンプ装置におけるバイパス用逆止弁及び吸入量調整弁周辺の構成を示す部分拡大断面側面図であり、（ａ）はバイパス用逆止弁の閉弁時、（ｂ）はバイパス用逆止弁の開弁時を示すものである。 この発明の実施の形態２に係る流体ポンプ装置におけるバイパス用逆止弁及び吸入量調整弁周辺の構成を示す部分拡大断面側面図であり、（ａ）はバイパス用逆止弁の閉弁時、（ｂ）はバイパス用逆止弁の開弁時を示すものである。 この発明の実施の形態３に係る流体ポンプ装置の構成を示す断面側面図である。 実施の形態３に係る流体ポンプ装置における吸入量調整弁周辺の構成を示す部分拡大断面側面図であり、（ａ）はバイパス用逆止弁の閉弁時、（ｂ）はバイパス用逆止弁の開弁時をしめすものである。 この発明に係る流体ポンプ装置の変形例を説明するための概略図である。

以下に、この発明の実施の形態について添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１に係る流体ポンプ装置を、図１〜４に示される多段ルーツ式ドライ真空ポンプ１（以下、真空ポンプ１と略称する）として適用した場合の構成について説明する。尚、真空ポンプ１における前後方向及び上下方向を図１及び図２に示す各矢印によって規定する。

図１に示すように、真空ポンプ１はロータハウジング２を備えている。ロータハウジング２の前方側の端部にはフロントプレート３が接合されている。また、ロータハウジング２の後方側の端部にはモータハウジング４が接合されており、モータハウジング４の内部には、真空ポンプ１を駆動するための電動モータ５が収容されている。

ロータハウジング２の内部には、前方側から後方側に向かって隔壁２ａ〜２ｅが設けられており、これらの隔壁２ａ〜２ｅに区画された空洞部である第一ポンプ室１１、第二ポンプ室１２、第三ポンプ室１３、第四ポンプ室１４、第五ポンプ室１５及び第六ポンプ室１６が形成されている。これらのポンプ室は、前後方向に沿った長さ、または前後方向に対して垂直となる方向に沿った断面形状（図３参照）の大きさが互いに異なるように形成されており、最も前方側にある第一ポンプ室１１から最も後方側にある第六ポンプ室１６に向かって、容積が順次小さくなっている。

また、ロータハウジング２の内部には、互いに平行となるように配置された駆動側回転軸６ａ及び従動側回転軸６ｂが、隔壁２ａ〜２ｅを貫通して第一ポンプ室１１〜第六ポンプ室１６内に延在するように設けられている。これらの回転軸は、ロータハウジング２の前部に嵌入された一対のラジアル軸受７ａ、及びロータハウジング２の後部に嵌入された一対のラジアル軸受７ｂによって回転可能に支持されている。また、各ラジアル軸受７ａの後方及び各ラジアル軸受け７ｂの前方には、ロータハウジング２内の気密を保つためのシール部材８ａ、８ｂがそれぞれ設けられている。

駆動側回転軸６ａの後方側の端部は、モータハウジング４の内部に延出して電動モータ５に接続されており、電動モータ５に駆動されることによって駆動側回転軸６ａが回転するようになっている。また、駆動側回転軸６ａの外周部及び従動側回転軸６ｂの外周部には、互いに外接して噛み合う駆動ギヤ９ａ及び従動ギヤ９ｂがそれぞれ固定されている。したがって、電動モータ５に駆動されて駆動側回転軸６ａが回転すると、その動力が駆動ギヤ９ａ及び従動ギヤ９ｂを介して従動側回転軸６ｂにも伝達され、駆動側回転軸６ａと従動側回転軸６ｂとが同期回転するようになっている。

第一ポンプ室１１の内部には、一対のロータ２１ａ及びロータ２１ｂ（図３参照）からなるロータ対２１が収容されている。同様に、第二ポンプ室１２〜第六ポンプ室１６の内部には、一対のロータからなるロータ対２２〜ロータ対２６がそれぞれ収容されている。各ロータ対２１〜２６を構成するロータの一方であるロータ２１ａ〜２６ａは駆動側回転軸６ａに固定されており、これらが一体として回転可能となっている。また、他方のロータ２１ｂ〜２６ｂは従動側回転軸６ｂに固定されており、これらが一体として回転可能となっている。

真空ポンプ１は、上述したロータ対２１〜２６を回転させることによって、流体としてのガスの吸入、圧縮及び排出を第一ポンプ室１１〜第六ポンプ室１６でそれぞれ行うものである。また、後述するように、第一ポンプ室１１〜第六ポンプ室１６は直列に、すなわち上段側にあるポンプ室から排出されたガスが下段側にあるポンプ室に吸入されるように接続されており、直列に接続された第一ポンプ室１１〜第六ポンプ室１６においてガスを順次移送するものである。尚、各ポンプ室の内周面と各ロータの外周面との間には微小な隙間が形成されており、それにより、各ポンプ室の内部に潤滑油等を供給することを必要とせずにロータを回転させることが可能となっている。

以下に、真空ポンプ１においてガスが移送される経路の構成について図２を用いて説明する。尚、図２は、駆動側回転軸６ａの軸中心線を含む平面に沿った断面を示すものであるが、真空ポンプ１の構成を理解しやすくするため、以下に説明する吸入口、排出口及び連通孔を同一平面上に示している。

図２に示すように、第一ポンプ室１１の上部には吸入口１１ａが形成されており、この吸入口１１ａに、内部にガスが収容された容器等である真空対象領域が接続されるようになっている。すなわち、真空ポンプ１において、第一ポンプ室１１は最も上段側にあるポンプ室となる。第一ポンプ室１１の底部には、後方側に延在する排出口１１ｂが形成されており、第一ポンプ室１１内で圧縮されたガスが、排出口１１ｂから排出されるようになっている。また、第二ポンプ室１２の上部には前方側に延在する吸入口１２ａが形成されており、第一ポンプ室１１の排出口１１ｂと第二ポンプ室１２の吸入口１２ａとが、隔壁２ａ（図１参照）の内部に形成された連通孔３１を介して連通している。隣接するポンプ室同士である第一ポンプ室１１と第二ポンプ室１２とを連通する排出口１１ｂ、連通孔３１及び吸入口１２ａは、第一ポンプ室１１と第二ポンプ室１２との間における移送通路を構成するものである。

また、他の隣接するポンプ室同士において、第三ポンプ室１３と第四ポンプ室１４との間以外、すなわち、第二ポンプ室１２と第三ポンプ室１３との間、第四ポンプ室１４と第五ポンプ室１５との間、及び第五ポンプ室１５と第六ポンプ室１６との間は、第一ポンプ室１１と第二ポンプ室１２との間における場合と同様に、上段側のポンプ室の排出口（１２ｂ、１４ｂ、１５ｂ）、隔壁（２ｂ、２ｄ、２ｅ）内に形成された連通孔（３２、３４、３５）及び下段側のポンプ室の吸入口（１３ａ、１５ａ、１６ａ）からそれぞれ構成された移送通路を介して連通している。最も下段側にある第六ポンプ室１６の底部には排出通路１６ｂが接続されており、排出通路１６ｂには、第六ポンプ室１６から排出されたガスを真空ポンプ１の外部に排出するための外部排出路３８が接続されている。外部排出路３８の途中には、第六ポンプ室１６から排出されたガスの圧力に応じて外部排出路３８を開閉する逆止弁３９が設けられている。

ここで、図２、４を用いて、第三ポンプ室１３から排出されたガスが流通する経路の構成について詳細に説明する。
図２に示すように、第三ポンプ室１３の底部には、ロータハウジング２の内部を前後方向に沿って延在する内部通路３６の一端が接続されており、第三ポンプ室１３で圧縮されたガスが内部通路３６に排出されるようになっている。内部通路３６の他端は、ロータハウジング２の前部に形成された逆止弁収容室４１に接続されており、逆止弁収容室４１の内部には、第三ポンプ室１３から排出されるガスの圧力に応じて動作するバイパス用逆止弁５１が収容されている。また、逆止弁収容室４１には内部通路３７の一端が接続されており、内部通路３７の他端は、隔壁２ｃ（図１参照）の内部に形成された連通孔３３の下端部に接続されている。連通孔３３の上端部は、第四ポンプ室１４の上部に形成された吸入口１４ａに接続されている。

図４（ａ）に示すように、逆止弁収容室４１は、ロータハウジング２の前面に開口するとともに、その開口部をプレート４０に塞がれた空洞部である第一円筒部４２を有している。第一円筒部４２の後部には、第一円筒部４２より小さい内径を有する第二円筒部４３が形成されており、さらにその後部には、第二円筒部４３より小さい内径を有する第三円筒部４４が形成されている。これらの円筒部のうち、第一円筒部４２は、排出通路４１ａ及び排出通路４１ｂを介して、外部排出路３８における逆止弁３９（図２参照）の下流側の部位に接続されている。また、第二円筒部４３には内部通路３６が接続されており、第三ポンプ室１３と第二円筒部４３とが内部通路３６を介して連通している。さらに、第三円筒部４４には内部通路３７が接続されており、第四ポンプ室１４と第三円筒部４４とが内部通路３７、連通孔３３及び吸入口１４ａを介して連通している。

バイパス用逆止弁５１は、逆止弁本体５２と逆止弁ばね５３とを有している。逆止弁本体５２は、第一円筒部４２の内部に配置される大径部５４と、第三円筒部４４の内部に配置される吸入量調整部５６とを有しており、大径部５４と吸入量調整部５６とが接続部５５を介して一体として形成されている。大径部５４は、前方側の端部が開口した有底の円筒形状を有しており、その底部とプレート４０との間に逆止弁ばね５３が挟持されることによって、逆止弁本体５２が後方側に付勢されている。また、吸入量調整部５６は円筒形状を有しており、第三円筒部４４内を摺動可能となっている。さらに、接続部５５は大径部５４より小さい外径を有しており、大径部５４の後部表面５４ａの一部が第二円筒部４３の前方側で露出した状態となっている。すなわち、大径部５４の後部表面５４ａには、第三ポンプ室１３から排出されて第二円筒部４３に流入したガスの圧力が作用しており、その圧力によって生じる荷重が、逆止弁本体５２を前方側に付勢するようになっている。

以上のように構成されるバイパス用逆止弁５１において、第三ポンプ室１３から排出されて第二円筒部４３に流入したガスの圧力が低い場合、逆止弁本体５２は、逆止弁ばね５３に付勢されることによって後方側に移動した状態となっている。また、大径部５４の後部表面５４ａは、逆止弁ばね５３のばね力によって第一円筒部４２と第二円筒部４３との段差部に押圧されており、それにより、第一円筒部４２と第二円筒部４３との連通が遮断された状態となっている。この状態において、第三円筒部４４の内部に配置された吸入量調整部５６は、内部通路３７から後方側に外れた位置に配置されており、内部通路３６と内部通路３７とが、第二円筒部４３及び第三円筒部４４を介して連通している。したがって、第三ポンプ室１３から内部通路３６に排出されたガスは、矢印Ｂ１、Ｂ２で示すように、第二円筒部４３及び第三円筒部４４を介して内部通路３７に流入し、次いで、連通孔３３及び第四ポンプ室１４の吸入口１４ａ（図２参照）を介して第四ポンプ室１４に吸入されるようになっている。すなわち、内部通路３６、第二円筒部４３、第三円筒部４４、内部通路３７、連通孔３３及び吸入口１４ａは、上段側の第三ポンプ室１３と下段側の第四ポンプ室１４との間における移送通路を構成するものである。

一方、図４（ｂ）に示すように、第三ポンプ室１３から第二円筒部４３に排出されたガスの圧力が所定の圧力を超え、その圧力によって大径部５４の後部表面５４ａに作用する荷重が逆止弁ばね５３のばね力を上回った場合、矢印Ｃ１で示すように、逆止弁本体５２は前方側に移動する。逆止弁本体５２が前方側に移動すると、第一円筒部４２と第二円筒部４３とが連通するため、第二円筒部４３内のガスは、矢印Ｂ３、Ｂ４で示すように、第一円筒部４２、排出通路４１ａ、４１ｂを順次介して外部排出路３８に流入し、次いで真空ポンプ１の外部に排出される。すなわち、逆止弁本体５２が前方側に移動した状態は、バイパス用逆止弁５１が開弁した状態であり、第一円筒部４２、排出通路４１ａ及び排出通路４１ｂは、真空ポンプ１におけるバイパス通路を構成するものである。

また、バイパス用逆止弁５１の開弁時において、第三円筒部４４の内部に配置された吸入量調整部５６は内部通路３７を塞いでおり、内部通路３６と内部通路３７との連通を遮断している。ここで、真空ポンプ１の運転時において、第四ポンプ室１４内のロータ２４ａ及びロータ２４ｂ（図１参照）は、他のポンプ室内にあるロータと一体として回転している。すなわち、内部通路３７には、ロータ２４ａ及び２４ｂの回転により、内部のガスを第四ポンプ室１４内に吸入しようとする作用が働いたままの状態となっているが、吸入量調整部５６は、内部通路３６と内部通路３７との連通を遮断しているため、第三ポンプ室１３から排出されたガスが第四ポンプ室１４内に吸入されることがない。したがって、真空ポンプ１において、バイパス用逆止弁５１の開弁時に第四ポンプ室１４〜第六ポンプ室１６内でのガスの圧縮が行われないようになっている。このように、吸入量調整部５６は、バイパス用逆止弁５１の開弁時に内部通路３６と内部通路３７との連通を遮断することによって第四ポンプ室１４に吸入されるガスの量を制限しており、真空ポンプ１における吸入量調整弁を構成している。

次に、この発明の実施の形態１に係る真空ポンプ１の動作について説明する。
図３に示すように、駆動側回転軸６ａが電動モータ５（図１参照）に駆動されると、駆動側回転軸６ａ、駆動ギヤ９ａ及びロータ２１ａが、一体として矢印Ａ１で示される方向への回転を始める。また、電動モータ５の駆動力は、互いに噛み合う駆動ギヤ９ａ及び従動ギヤ９ｂを介して従動側回転軸６ｂにも伝えられるため、従動側回転軸６ｂ、従動ギヤ９ｂ及びロータ２１ｂが、一体として矢印Ａ２で示す方向への同期回転を始める。尚、図３では見えないが、駆動側回転軸６ａ及び従動側回転軸６ｂには、第二ポンプ室１２〜第六ポンプ室１６の内部にあるロータ２２ａ〜２６ａ及びロータ２２ｂ〜２６ｂ（図１参照）がそれぞれ固定されており、これらのロータも一体として同期回転を開始する。

ロータ２１ａ及びロータ２１ｂが同期回転を始めると、吸入口１１ａに接続された図示しない真空対象領域の内部にあるガスが、第一ポンプ室１１内の上方側に形成された吸入側空間ＩＮに吸入される。吸入側空間ＩＮに吸入されたガスは、第一ポンプ室１１の内周面とロータ２１ａの外周面との間、または第一ポンプ室１１の内周面とロータ２１ｂの外周面との間でほぼ閉成された空間Ｓに閉じ込められ、第一ポンプ室１１内の下方側に形成された排出側空間ＯＵＴに移動し、圧縮された状態で排出口１１ｂから排出される。排出口１１ｂから排出されたガスは連通孔３１の内部を流通し、吸入口１２ａを介して第二ポンプ室１２（図２参照）に吸入される。

図２に示すように、第二ポンプ室１２に吸入されたガスは、回転するロータ２２ａ及びロータ２２ｂ（図１参照）によって、第一ポンプ室１１における場合と同様に圧縮され、排出口１２ｂ、連通孔３２及び吸入口１３ａを順次介して第三ポンプ室１３の内部に吸入される。第三ポンプ室１３の内部でも同様に、ロータ２３ａ及びロータ２３ｂの回転によるガスの圧縮が行われ、圧縮されたガスが内部通路３６内に排出される。第三ポンプ室１３から内部通路３６に排出されたガスは、バイパス用逆止弁５１が収容されている逆止弁収容室４１の第二円筒部４３（図４（ａ）参照）に流入する。

ここで、図４（ａ）を用いて、第二円筒部４３に流入したガスの圧力が低く、その圧力によって逆止弁本体５２を前方側に付勢する荷重が、逆止弁ばね５３のばね力を上回っていない場合について説明する。この場合、大径部５４の後部表面５４ａは、逆止弁ばね５３のばね力によって第一円筒部４２と第二円筒部４３との段差部に押圧されている。したがって、第一円筒部４２と第二円筒部４３との連通は大径部５４によって遮断され、バイパス用逆止弁５１が閉弁した状態となる。また、バイパス用逆止弁５１の閉弁時、逆止弁本体５２の吸入量調整部５６は、内部通路３７から後方側に外れた位置に配置されており、内部通路３６と内部通路３７とが、第二円筒部４３及び第三円筒部４４を介して連通した状態となっている。したがって、第三ポンプ室１３から内部通路３６に排出されたガスは、矢印Ｂ１、Ｂ２で示されるように、第二円筒部４３及び第三円筒部４４を通って内部通路３７に流入し、次いで、連通孔３３及び吸入口１４ａ（図２参照）を順次介して第四ポンプ室１４内に吸入される。

このように、バイパス用逆止弁５１の閉弁時には、上段側の第三ポンプ室１３から下段側の第四ポンプ室１４へのガスの移送が行われる。第四ポンプ室１４内に移送されたガスは、以後、第五ポンプ室１５の内部及び第六ポンプ室１６の内部で順次圧縮され、外部排出路３８に排出される。第六ポンプ室１６から外部排出路３８に排出されたガスの圧力が逆止弁３９を開弁可能な圧力まで上昇すると、ガスは外部排出路３８及び逆止弁３９を介して真空ポンプ１の外部に排出され、圧縮されたガスの圧力が大気圧に開放される。このように、真空対象領域の内部にあるガスを、最も上流側にある第一ポンプ室１１から最も下段側にある第六ポンプ室１６に向かって、各ポンプ室で圧縮しながら移送することによって、真空対象領域の内部が真空となる。

以上のように動作する真空ポンプ１において、例えば真空ポンプ１の運転開始直後等、真空対象領域の内部にあるガスの圧力が高い場合において、第三ポンプ室１３で圧縮されたガスの圧力が大気圧を超えることがある。この場合、真空ポンプ１は、最も下段側にある第六ポンプ室１６から排出されるガスの圧力を大気圧に開放するものであるため、第三ポンプ室１３から排出されたガスを第四ポンプ室１４〜第六ポンプ室１６でさらに圧縮することは、電動モータ５（図２参照）の動力を無駄に消費していることになる。以下に、第三ポンプ室１３から排出されたガスの圧力が所定の圧力を超えた場合の真空ポンプ１の動作について説明する。

図４（ｂ）に示すように、第三ポンプ室１３から排出されるガスの圧力が所定の圧力を超え、第二円筒部４３に流入したガスの圧力の作用によって逆止弁本体５２を前方側に付勢する荷重が逆止弁ばね５３のばね力を上回った場合、矢印Ｃ１で示されるように、逆止弁本体５２が前方側に移動し、バイパス用逆止弁５１が開弁される。バイパス用逆止弁５１が開弁されると、第一円筒部４２と第二円筒部４３とが連通するため、矢印Ｂ３、Ｂ４で示すように、ガスが第一円筒部４２、排出通路４１ａ、排出通路４１ｂを介して外部排出路３８内に流通し、次いで真空ポンプ１の外部に排出される。

ここで、図４（ｂ）に示される状態、すなわち逆止弁本体５２が前方側に移動してバイパス用逆止弁５１が開弁した状態において、逆止弁本体５２の吸入量調整部５６は、第三円筒部４４内で内部通路３７を塞いでいる。したがって、内部通路３６と内部通路３７との連通は、吸入量調整部５６によって遮断された状態となっており、第三ポンプ室１３から内部通路３６に排出されたガスが、第二円筒部４３及び第三円筒部４４を介して内部通路３７に流入することがない。すなわち、バイパス用逆止弁５１の開弁時において、第三ポンプ室１３から排出されたガスが第四ポンプ室１４内に吸入されることがなく、第四ポンプ室１４〜第六ポンプ室１６でガスの圧縮を行うことに伴って発生する動力損失が低減される。

このように、逆止弁収容室４１が第一円筒部４２、第二円筒部４３及び第三円筒部４４を有するように構成するとともに、第三ポンプ室１３と第四ポンプ室１４とを、内部通路３６、第二円筒部４３、第三円筒部４４、内部通路３７、連通孔３３及び吸入口１４ａを順次介して連通させたので、上段側の第三ポンプ室１３から排出されるガスの圧力が所定の圧力を超えると、バイパス用逆止弁５１が開弁し、ガスが第一円筒部４２を介して排出される。また、バイパス用逆止弁５１の開弁時において、吸入量調整部５６は内部通路３７を塞ぐことによって第四ポンプ室１４内に吸入されるガスの量を制限するため、第四ポンプ室１４〜第六ポンプ室１６でガスを圧縮することに伴って発生する電動モータ５の動力損失が低減される。したがって、真空ポンプ１において、中間段である第三ポンプ室１３から真空ポンプ１の外部への排気を行うためのバイパス用逆止弁５１が開弁した時に発生する動力損失が低減される。

また、第四ポンプ室１４に吸入されるガスの量を制限する吸入量調整部５６を、大径部５４及び接続部５５とともに一体の逆止弁本体５２として形成したので、バイパス用逆止弁のみを備えていた従来の真空ポンプに対して部品点数が増加することがなく、低コストで動力損失を低減できる。
吸入量調整部５６は、バイパス用逆止弁５１の開弁時に内部通路３７を塞ぎ、それにより、第三ポンプ室１３と第四ポンプ室１４との連通を遮断するため、第四ポンプ室１４以降に吸入されるガスがほぼなくなる。したがって、バイパス用逆止弁５１の開弁時に発生する動力損失をほぼなくすことが可能となる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る流体ポンプ装置について、図５に要部を示す真空ポンプとして適用した場合を例として説明する。この実施の形態２に係る真空ポンプは、実施の形態１に係る真空ポンプ１におけるバイパス用逆止弁５１に代えて、以下に説明するバイパス用逆止弁１５１を用いるように構成したものである。尚、以下の実施の形態において、図１〜４の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。

図５（ａ）に示すように、バイパス用逆止弁１５１は、逆止弁本体１５２と逆止弁ばね５２とを有している。逆止弁本体１５２は、実施の形態１における逆止弁本体５２と同様に、大径部１５４、接続部１５５及び吸入量調整部１５６を一体として形成した部材であり、吸入量調整部１５６が実施の形態２に係る真空ポンプにおける吸入量調整弁を構成している。吸入量調整部１５６は、その前後方向に沿った長さＬが、実施の形態１における吸入量調整部５６に対して短くなるように形成されている。逆止弁本体１５２の大径部１５４及び接続部１５５は、実施の形態１における大径部５４及び接続部５５と同様の構成を有している。

図５（ｂ）に示すように、第三ポンプ室１３から排出されるガスの圧力が所定の圧力を超えると、逆止弁本体１５２が矢印Ｃ１で示す前方側に移動してバイパス用逆止弁１５１が開弁する。この状態において、吸入量調整部１５６は、その長さＬが短くなるように形成されているため、内部通路３７を完全には塞がず、隙間ｄが形成された状態となっている。すなわち、吸入量調整部１５６は、第三ポンプ室１３と第四ポンプ室１４との間における移送通路の一部を構成する内部通路３７の開口部を、バイパス用逆止弁１５１の開弁時に狭くするものである。

バイパス用逆止弁１５１が開弁すると、第三ポンプ室１３から内部通路３６に排出されて第二円筒部４３に流入したガスの大部分は、矢印Ｂ３、Ｂ４で示すように、第一円筒部４２、排出通路４１ａ、排出通路４１ｂ及び外部排出路３８を順次介して真空ポンプ１の外部に排出される。ここで、バイパス用逆止弁１５１の開弁時において、逆止弁本体１５２の吸入量調整部１５６は内部通路３７を完全に塞いでいないため、第二円筒部４３に流入したガスの残りの一部は、矢印Ｂ１１、Ｂ１２で示されるように、第三円筒部４４を介して内部通路３７に流入する。

内部通路３７に流入したガスは、連通孔３３及び吸入口１４ａ（図２参照）を介して第四ポンプ室１４内に吸入されるが、第三円筒部４４から内部通路３７へのガスの流れは、吸入量調整部１５６が形成した隙間ｄによって絞られるため、第四ポンプ室１４に吸入されるガスの量が制限される。したがって、バイパス用逆止弁１５１の開弁時に、第四ポンプ室１４〜第六ポンプ室１６（図２参照）で圧縮されるガスの量が低減され、このガスを圧縮するために要する電動モータ５（図２参照）の動力も低減される。その他の構成については実施の形態１と同様である。

このように、バイパス用逆止弁１５１の開弁時において、吸入量調整部１５６が内部通路３７の開口を狭くすることによって形成された隙間ｄでガスの流れを絞り、それにより、第四ポンプ室１４に吸入されるガスの量を制限するので、第四ポンプ室１４〜第六ポンプ室１６でガスを圧縮することに伴って発生する電動モータ５の動力損失を低減することができる。また、吸入量調整部１５６によって内部通路３７を完全に塞ぐ必要がないため、吸入量調整部１５６及びその周辺を精密に加工する必要もなく、真空ポンプ１の製造コストを低減できる。すなわち、電動モータ５の動力損失を低減しつつ、真空ポンプの製造コストを低減することが可能となる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る流体ポンプ装置について、図６、７に示される真空ポンプ２０１として適用した場合を例として説明する。この実施の形態３に係る真空ポンプ２０１は、実施の形態１に係る真空ポンプ１における吸入量調整弁が、バイパス用逆止弁の逆止弁本体と一体として形成されていたのに対し、これらを別体の部材としたものである。

図６に示すように、真空ポンプ２０１は、第一ポンプ室１１〜第六ポンプ室１６が内部に形成されたロータハウジング２０２を備えている。第三ポンプ室１３の底部には、内部通路２３６の一端が接続されており、内部通路２３６の他端は、ロータハウジング２０２の前部に形成された逆止弁収容室２４１に接続されている。逆止弁収容室２４１の内部には、内部通路２３６を開閉する逆止弁本体２５２と、内部通路２３６が閉じられる方向に逆止弁本体２５２を付勢する逆止弁ばね２５３とを有するバイパス用逆止弁２５１が収容されている。第三ポンプ室１３から内部通路２３６に排出されたガスの圧力が所定の圧力を超えると、逆止弁本体２５２は逆止弁ばね２５３のばね力に抗して移動し、それにより、内部通路２３６と逆止弁収容室２４１とが接続される。また、逆止弁収容室２４１には、排出通路４１ａ及び排出通路４１ｂを介して外部排出路３８が接続されている。

図７（ａ）に示すように、内部通路２３６の側部には、円筒状の空洞部である調整弁収容室２１３が形成されており、内部通路２３６と調整弁収容室２１３とが接続口２１２を介して接続されている。また、調整弁収容室２１３は、その上部に形成された接続口２１４及び接続口２１４の上部に形成された空間部２１５を介して連通孔３３に接続されている。すなわち、真空ポンプ２０１において、第三ポンプ室１３から第四ポンプ室１４へのガスの移送は、内部通路２３６の一部、接続口２１２、調整弁収容室２１３、接続口２１４、空間部２１５、連通孔３３及び吸入口１４ａ（図６参照）を順次介して行われるようになっており、これらが第三ポンプ室１３と第四ポンプ室１４との間の移送通路を構成している。また、上述したように、第三ポンプ室１３から内部通路２３６に排出されたガスの圧力が所定の圧力を超えた場合、ガスは内部通路２３６、逆止弁収容室２４１、排出通路４１ａ及び排出通路４１ｂを介して真空ポンプ２０１の外部に排出されるようになっており、これらが真空ポンプ２０１におけるバイパス通路を構成している。

調整弁収容室２１３の内部には、調整弁収容室２１３の内部を摺動する調整弁本体２２２と調整弁ばね２２３とを有する吸入量調整弁２２１が収容されている。調整弁本体２２２は、下方側に開口した有底の円筒形状を有する本体部２２４を有しており、本体部２２４の底部と調整弁収容室２１３の底部との間に調整弁ばね２２３が挟持されることによって、調整弁本体２２２が上方側に付勢されている。また、本体部２２４の上部には、接続口２１４を貫通して空間部２１５内に突出する接続部２２５と、接続部２２５の上端部で径方向外側に拡大した拡大頭部２２６とが一体として形成されている。拡大頭部２２６は、調整弁ばね２２３が調整弁本体２２２を上方側に移動させた状態において空間部２１５内に配置されており、それにより、接続口２１４の内周面と接続部２２５の外周面との間に隙間が形成され、この隙間と空間部２１５とを介して調整弁収容室２１３と連通孔３３とが連通した状態となっている。また、拡大頭部２２６は、接続口２１４の内径とほぼ同一寸法となる外径を有しており、図７（ｂ）に示すように、調整弁本体２２２が調整弁ばね２２３のばね力に抗して下方側に移動すると、拡大頭部２２６によって接続口２１４が塞がれるようになっている。その他の構成については、実施の形態１と同様である。

次に、この実施の形態３に係る真空ポンプ２０１の動作について説明する。
図７（ａ）に示すように、第三ポンプ室１３から排出されるガスの圧力が所定の圧力より低い場合、ガスの圧力によってバイパス用逆止弁２５１が開弁することはない。また、ガスの圧力は、調整弁ばね２２３のばね力に抗して吸入量調整弁２２１の調整弁本体２２２を下方側に移動させることもない。したがって、第三ポンプ室１３から内部通路２３６に排出されたガスは、矢印Ｂ２１、Ｂ２２で示すように、接続口２１２、調整弁収容室２１３、接続口２１４、空間部２１５を順次介して連通孔３３に流入し、吸入口１４ａ（図６参照）から第四ポンプ室１４に吸入される。第四ポンプ室１４内に吸入された流体は、実施の形態１における場合と同様に、第五ポンプ室１５及び第六ポンプ室１６（図６参照）内で順次圧縮され、外部排出路３８（図６参照）を介して真空ポンプ２０１の外部に排出される。

一方、図７（ｂ）に示すように、第三ポンプ室１３から内部通路２３６に排出されるガスの圧力が所定の圧力を超えると、その圧力によってバイパス用逆止弁２５１が開弁される。バイパス用逆止弁２５１が開弁されると、内部通路２３６内のガスは、矢印Ｂ２３、Ｂ２４で示されるように逆止弁収容室２４１（図６参照）に向かって流通し、排出通路４１ａ、排出通路４１ｂ及び外部排出路３８を順次介して真空ポンプ２０１の外部に排出される。また、内部通路２３６内のガスは、矢印Ｂ２５で示されるように、接続口２１２を介して調整弁収容室２１３内にも流入し、その圧力が吸入量調整弁２２１の調整弁本体２２２にも作用する。調整弁本体２２２は、その本体部２２４の上部表面２２４ａに作用するガスの圧力によって、矢印Ｃ２で示されるように下方側に移動し、それにより、接続口２１４が拡大頭部２２６に塞がれる。拡大頭部２２６が接続口２１４を塞ぐため、第三ポンプ室１３から排出されたガスが第四ポンプ室１４に吸入されることはなく、したがって、第四ポンプ室１４以降でガスの圧縮が行われることに伴って発生する動力損失が低減される。

ここで、吸入量調整弁２２１はバイパス用逆止弁２５１とは別体の部材であり、個別の調整弁本体２２２及び調整弁ばね２２３をそれぞれ有している。すなわち、吸入量調整弁２２１の調整弁ばね２２３とバイパス用逆止弁２５１の逆止弁ばね２５３とのばね特性を互いに異なったものとすること、調整弁本体２２２の本体部２２４の断面積と拡大頭部２２６の断面積との比率を変更すること等によって、吸入量調整弁２２１が開閉するタイミングと、バイパス用逆止弁２５１が開閉するタイミングとを個別に調整可能となっている。したがって、例えば、吸入量調整弁２２１とバイパス用逆止弁２５１とが同時に閉弁し、第三ポンプ室１３から排出されたガスが内部通路２３６内に閉じ込められて圧力が上昇してしまうこと等を容易に防止できるようになっている。

このように、吸入量調整弁２２１とバイパス用逆止弁２５１とを別体の部材としても、実施の形態１と同様に、第四ポンプ室１４〜第六ポンプ室１６でガスの圧縮が行われることに伴って発生する電動モータ５の動力損失を低減することができる。
また、吸入量調整弁２２１とバイパス用逆止弁２５１とを別体の部材とすることによって、これらが開閉するタイミングを個別に調整可能となるため、ガスが内部通路２３６内に閉じ込められて圧力が高くなること等を容易に防止することが可能となる。

実施の形態１〜３において、真空ポンプは、第三ポンプ室と第四ポンプ室との間における移送通路にバイパス通路が接続されるように構成されたが、バイパス通路が接続される通路を限定するものではない。例えば第一ポンプ室と第二ポンプ室との間等、他の隣接するポンプ室同士を連通する移送通路にバイパス通路を接続することも可能である。また、バイパス通路、バイパス用逆止弁及び吸入量調整弁の数を限定するものでもなく、これらを複数の移送通路にそれぞれ設けることも可能である。

また、実施の形態１〜３は、複数のポンプ室を内部に有する単体の真空ポンプとして説明したものであるが、吸入量調整弁を設けることによってバイパス用逆止弁が開弁した時に発生する動力損失を低減するという構成は、複数の真空ポンプを直列に接続した場合においても適用可能である。例えば、図８に示される真空ポンプＰ１、Ｐ２を、実施の形態１に係る真空ポンプ１の上段側に直列に接続する。ここで、真空ポンプＰ１、Ｐ２は、電動モータ３０５に駆動されて回転する回転軸３０６と、回転軸３０６に固定されたロータ３２１とを備え、ロータ３２１を回転させることによって、吸入口３１１ａから吸入されたガスを圧縮して排出口３１１ｂから排出するものである。

真空ポンプＰ１の排出口３１１ｂと真空ポンプＰ２の吸入口との間、及び真空ポンプＰ２の排出口３１１ｂと真空ポンプ１の吸入口１１ａとの間は、接続用ハウジング３４１を介してそれぞれ接続されている。接続用ハウジング３４１の内部には、真空ポンプ１のバイパス用逆止弁５１と同様の構成、すなわち吸入量調整部５６が逆止弁本体５２と一体として形成された構成を有するバイパス用逆止弁３５１が収容されている。バイパス用逆止弁３５１は、上段側の真空ポンプから排出されたガスの圧力が所定の圧力を超えていない場合は、接続用ハウジング３４１の内部に形成された移送通路３４１ａを介して下段側の真空ポンプにガスを移送する。一方、上段側の真空ポンプから排出されるガスの圧力が所定の圧力を超えるとバイパス用逆止弁３５１は開弁し、接続用ハウジング３４１の内部に形成された排出通路３４１ｂ、排出通路３４１ｂに接続された外部排出路３３８を介して接続用ハウジング３４１の外部にガスを排出する。下段側の真空ポンプへの移送通路３４１ａは、バイパス用逆止弁３５１によって塞がれ、それにより、下段側の真空ポンプへのガスの移送が制限される。したがって、下段側の真空ポンプでガスの圧縮が行われることがなく、動力損失が低減される。このように、複数の真空ポンプを直列に接続した場合においても、バイパス用逆止弁及び吸入量調整弁を設けることにより、動力損失を低減することが可能となる。

１，２０１ 真空ポンプ、１１，１２，１３，１４，１５，１６ ポンプ室、１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ 吸入口（移送通路）、１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，１５ｂ 排出口（移送通路）、２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ ロータ、３１，３２，３３，３４，３５ 連通孔（移送通路）、３６，３７ 内部通路（移送通路）、４１ａ，４１ｂ 排出通路 （バイパス通路）、４２ 第一円筒部（バイパス通路）、４３ 第二円筒部（移送通路）、４４ 第三円筒部（移送通路）、５１，２５１ バイパス用逆止弁、５２，１５２，２５２ 逆止弁本体、５６，１５６ 吸入量調整部（吸入量調整弁）、２２１ 吸入量調整弁、２２２ 調整弁本体、２２３ 調整弁ばね、２３６ 内部通路（バイパス通路）、２４１ 逆止弁収容室（バイパス通路）。

Claims (5)

1. 直列に接続された複数のポンプ室と、
   前記複数のポンプ室の内部にそれぞれ収容されるロータと、
   前記複数のポンプ室のうち、隣接するポンプ室同士を連通する移送通路と
   を備え、
   前記ロータを回転させて前記複数のポンプ室で流体の吸入、圧縮及び排出をそれぞれ行うことにより、前記流体を、上段側のポンプ室から下段側のポンプ室に、前記移送通路を介して順次移送する流体ポンプ装置において、
   前記移送通路に接続される少なくとも一つのバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路が接続された前記移送通路を介して連通するポンプ室同士のうち、上段側のポンプ室から排出される前記流体の圧力が所定の圧力を超えた場合に開弁して、前記バイパス通路を開くバイパス用逆止弁と、
   前記バイパス通路が接続された前記移送通路に設けられる吸入量調整弁と
   をさらに備え、
   前記吸入量調整弁は、前記バイパス用逆止弁の開弁時に、前記バイパス通路が接続された前記移送通路を介して連通する前記ポンプ室同士のうち、下段側のポンプ室の内部に吸入される流体の量を制限することを特徴とする流体ポンプ装置。
2. 前記バイパス用逆止弁は、前記バイパス通路を開閉する逆止弁本体を備えており、前記逆止弁本体と前記吸入量調整弁とが一体として形成されている請求項１に記載の流体ポンプ装置。
3. 前記吸入量調整弁は、前記バイパス用逆止弁とは別体の調整弁本体と、前記移送通路が開かれる方向に前記調整弁本体を付勢する調整弁ばねとを備えている請求項１に記載の流体ポンプ装置。
4. 前記吸入量調整弁は、前記バイパス用逆止弁の開弁時に、前記バイパス通路が接続された前記移送通路を遮断する請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体ポンプ装置。
5. 前記吸入量調整弁は、前記バイパス用逆止弁の開弁時に、前記バイパス通路が接続された前記移送通路を狭くする請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体ポンプ装置。

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