JP2019132216A - ２段液封式真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】第１段羽根車から排出された気体を第２段羽根車に移送するための連結管を不要とし、かつポンプ１台につきポートシリンダーの個数を１個にすることができるポートシリンダー型の２段液封式真空ポンプを提供する。【解決手段】第１段羽根車４および第２段羽根車５は、それぞれ、円筒状のボス部４１と、複数の羽根４２と、ボス部４１に形成された複数の通気孔４６と、ボス部４１の中心部の中心部空間４７とを備え、第１段羽根車４の中心部空間４７と第２段羽根車５の中心部空間４７とを対向させて形成した空間に、第１段羽根車４の通気孔４６と第１段羽根車４の吸気ポートＰｓとを連通させる吸込通路５２と、第１段羽根車４の排気ポートＰｄと第２段羽根車５の吸気ポートＰｓとを連通させる中間通路５３と、第２段羽根車５の排気ポートＰｄと第２段羽根車５の通気孔４６とを連通させる排気通路５４とを備えたポートシリンダー５０を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、モータの主軸（回転軸）の軸端部に２段のインペラ（羽根車）を取り付けた２段液封式真空ポンプに関するものである。

円形ケーシングと円形ケーシングの中心に対し偏心して取り付けられたインペラ（羽根車）とを備え、ケーシング内に水その他の液体を封入し、インペラの回転による遠心力によりケーシング内壁に沿って液膜を形成し、液膜と隣接する２枚の羽根とによって形成される羽根室の容積変化を利用してポンプ作用を行う液封式真空ポンプが知られている。

高真空の液封式真空ポンプを設計する場合、２段式もしくはエゼクタを使用するが、どちらも寸法、質量が大きくなる。特に２段式の場合、２枚の羽根車を固定した主軸（回転軸）を軸受で両端支持とするケースが多く、全長が長くなる。
小型、高真空のポンプを設計する場合、従来の主軸（回転軸）を両端支持するポンプ構造では大型となってしまうため、直動型モータの主軸（回転軸）の軸端部に羽根車を２段設ける構造とし、真空ポンプの小型、軽量化を図る場合がある。
この種の２段液封式真空ポンプには、吸排気ポート構造の違いにより、吸排気ポートが羽根車の軸方向端面側に設けられているポートプレート型と、吸排気ポートが羽根車の内周側に設けられているポートシリンダー型とがある。

特許文献１（実用新案登録第２５０８６６８号公報）には、上述した直動型モータの主軸の軸端部に羽根車を２段設けた真空ポンプであって、ケーシングと隣接する２枚の羽根と封液（液膜）で羽根室を形成し、吸排気ポートを羽根車の軸方向端面側に設け、羽根車の隣り合う２枚の羽根で形成される空間が軸方向に開口しているポートプレート型の２段液封式真空ポンプが記載されている。

一方、図７は、吸排気ポートを羽根車の内周側に設けたポートシリンダー型の２段液封式真空ポンプを示す断面図である。図７に示すように、ポートシリンダー型の２段液封式真空ポンプは、分割型のケーシング１０１内に、主軸１０２に固定された第１段羽根車１０３と第２段羽根車１０４とを備えている。第１段羽根車１０３および第２段羽根車１０４を収容したケーシング１０１の一端には吸気ケーシング１０５が接続され、他端には排気ケーシング１０６が接続されている。ケーシング１０１と吸気ケーシング１０５と排気ケーシング１０６は、ポンプケーシングを構成している。

図８は、第２段羽根車１０４の詳細を示す断面図である。図８に示すように、第２段羽根車１０４は、主軸１０２が挿通される孔ｈを有したボス部１０８と、ボス部１０８から半径方向外方に延びる複数の羽根１０９と、ボス部１０８の両端面から半径方向外方に延びる円板状の主板１１０および側板１１１とから構成されている。ボス部１０８の円筒部には、吸気ポートＰｓと排気ポートＰｄとが形成されている。吸排気ポートＰｓ，Ｐｄが形成されている円筒部の半径方向内側には、ポートシリンダー収容空間１１２が形成されている。なお、第１段羽根車１０３も第２段羽根車１０４と同様の構成であるため、図示を省略する。第１段羽根車１０３と第２段羽根車１０４とは、互いの主板１１０が対向するように主軸１０２に固定される（図７参照）。

図７に示すように、第１段羽根車１０３のボス部１０８に形成されたポートシリンダー収容空間１１２には、第１段ポートシリンダー１１３が収容され、第２段羽根車１０４のボス部１０８に形成されたポートシリンダー収容空間１１２には、第２段ポートシリンダー１１４が収容されている。ポンプケーシングの外側には、第１段羽根車１０３から排出された気体を第２段羽根車１０４に移送するための連結管１２０が設置されている。第１段ポートシリンダー１１３には、吸気口（図示せず）から吸気ケーシング１０５内に吸い込まれた気体を第１段羽根車１０３の吸気ポートＰｓに流すための吸気通路１１３ｐｓと、第１段羽根車１０３の排気ポートＰｄから排出された気体を連結管１２０に流すための排気通路１１３ｐｄとが形成されている。また、第２段ポートシリンダー１１４にも、連結管１２０によって移送された気体を第２段羽根車１０４の吸気ポートＰｓに流すための吸気通路１１４ｐｓと、第２段羽根車１０４の排気ポートＰｄから排出された気体を排気ケーシング１０６の排気口（図示せず）に流すための排気通路１１４ｐｄとが形成されている。

実用新案登録第２５０８６６８号公報

特許文献１に記載されたようなポートプレート型の２段液封式真空ポンプにおいては、ケーシングと隣接する２枚の羽根と封液（液膜）とで羽根室を形成し、吸排気ポートを羽根車の軸方向端面側に設けているため、羽根車の隣り合う２枚の羽根で形成される空間は、軸方向に開口している。羽根室の軸方向の気密性を向上させるためには、羽根車とケーシングの軸方向隙間を極力狭くする必要がある。そのため、部品の機械加工精度を厳しく管理するとともに精細な隙間調整を行う必要があり、加工作業および組立作業が煩雑で手間が掛かるという問題点がある。

これに対して、図７および図８に示すようなポートシリンダー型の２段液封式真空ポンプにおいては、隣接する２枚の羽根と主板および側板と封液（液膜）とで羽根室を形成し、吸排気ポートを羽根車の内周側に設けている。そのため、羽根車における隣り合う２枚の羽根で形成される空間は、軸方向に開口することなく主板および側板で閉塞されている。したがって、主板と側板によって羽根室の軸方向の気密性を確保できるため、羽根車とケーシングの軸方向隙間を大きく設計でき、加工作業および組立作業が容易であるという利点がある。

しかしながら、主板およびボス部は回転部であるため、気体を流すための連通部を設けることが難しく、吸排気を側板側でしか行うことができないため、第１段羽根車から排出された気体を第２段羽根車に移送するための連結管をポンプケーシングの外側に設置する必要があるという問題点がある。
また、第１段羽根車のポートシリンダー収容空間と第２段羽根車のポートシリンダー収容空間とは、それぞれ逆方向に開口しているため、ポンプ１台につき２個のポートシリンダーを必要とするという問題点がある。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、第１段羽根車から排出された気体を第２段羽根車に移送するための連結管を不要とし、かつポンプ１台につきポートシリンダーの個数を１個にすることができるポートシリンダー型の２段液封式真空ポンプを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、第１段ポンプ室内に設けた第１段羽根車と第２段ポンプ室内に設けた第２段羽根車とを主軸に固定した２段液封式真空ポンプにおいて、前記第１段羽根車および前記第２段羽根車は、それぞれ、前記主軸が挿通される孔を有した円筒状のボス部と、前記ボス部から半径方向外方に延びる複数の羽根と、前記ボス部において前記主軸が挿通される孔の周囲に形成され前記主軸と平行に延びる複数の貫通孔からなる通気孔と、前記ボス部の中心部に形成される空間であって前記孔および前記通気孔が開口する中心部空間とを備え、前記第１段羽根車の中心部空間と前記第２段羽根車の中心部空間とを対向させて形成した空間に、前記第１段羽根車の通気孔と前記第１段羽根車の吸気ポートとを連通させる吸込通路と、前記第１段羽根車の排気ポートと前記第２段羽根車の吸気ポートとを連通させる中間通路と、前記第２段羽根車の排気ポートと前記第２段羽根車の通気孔とを連通させる排気通路とを備えたポートシリンダーを設けたことを特徴とする２段液封式真空ポンプである。

本発明によれば、吸気ケーシングの吸気口から吸気された気体は、第１段羽根車のボス部に形成された通気孔を通った後にポートシリンダーの吸込通路を通り、第１段羽根車の吸気ポートから第１段羽根車内に吸い込まれる。第１段羽根車内に吸い込まれた気体は第１段羽根車で圧縮された後に、第１段羽根車の排気ポートから排出され、排出された気体はポートシリンダーの中間通路を通り、第２段羽根車の吸気ポートから第２段羽根車内に吸い込まれる。第２段羽根車内に吸い込まれた気体は第２段羽根車で圧縮された後に、第２段羽根車の排気ポートから排出され、排出された気体はポートシリンダーの排気通路を通った後に第２段羽根車のボス部に形成された通気孔を通り、排気ケーシングの排気口から排出される。

本発明の好ましい態様は、前記第１段羽根車および前記第２段羽根車は、それぞれ、前記ボス部の一方の端面側にボス部から半径方向外方に延びる円板状の主板を備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１段羽根車および前記第２段羽根車は、それぞれ、前記ボス部の他方の端面側にボス部から半径方向外方に延びる円板状の側板を備えることを特徴する。

本発明の好ましい態様は、前記ポートシリンダーは、中心部に前記主軸が挿通される孔を有して略円筒形状に形成され、前記ポートシリンダーの吸込通路は前記第１段羽根車の通気孔に対向し、前記ポートシリンダーの排気通路は前記第２段羽根車の通気孔に対向していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ポートシリンダーは、略円筒形状の外周部から半径方向外方に延びるフランジ部を有し、該フランジ部が前記第１段羽根車および前記第２段羽根車を収容するケーシングに固定されることを特徴とする。

本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
（１）第１段羽根車のボス部および第２段羽根車のボス部にそれぞれ通気孔を設け、第１段羽根車の中心部空間と第２段羽根車の中心部空間とを対向させて形成した空間に、第１段羽根車から排出された気体を第２段羽根車に移送するための通路を備えたポートシリンダーを設けたため、第１段羽根車から排出された気体を第２段羽根車に移送するための連結管をポンプケーシングの外側に設置する必要がない。
（２）前記ポートシリンダーは、第１段羽根車への吸排気用の通路と、第２段羽根車への吸排気用の通路を備えているため、第１段羽根車と第２段羽根車に共通のポートシリンダーとすることができ、ポンプ１台につきポートシリンダーの個数を１個にすることができる。
（３）第１段羽根車および第２段羽根車は、それぞれ主板および側板を備えているため、主板と側板によって羽根室の軸方向の気密性を確保できるので、羽根車とケーシングの軸方向隙間を大きく設計でき、加工作業および組立作業が容易である。

図１は、本発明に係るポートシリンダー型の２段液封式真空ポンプの実施形態を示す模式的断面図である。 図２は、第１段羽根車の縦断面図である。 図３（ａ）は、第１段羽根車の側面図であり、図３（ｂ）は、図２のＡ−Ａ線断面図であり、図３（ｃ）は、図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図４は、ポートシリンダーの縦断面図である。 図５（ａ）は、ポートシリンダーの側面図であり、図５（ｂ）は、図４のＡ−Ａ線断面図であり、図５（ｃ）は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。 図６は、第１段ポンプ室および第１段ポンプ室内に配置された第１段羽根車の詳細を示す断面図である。 図７は、吸排気ポートを羽根車の内周側に設けたポートシリンダー型の２段液封式真空ポンプを示す断面図である。 図８は、第２段羽根車の詳細を示す断面図である。

以下、本発明に係る２段液封式真空ポンプの実施形態を図１乃至図６を参照して説明する。図１乃至図６において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明に係るポートシリンダー型の２段液封式真空ポンプの実施形態を示す模式的断面図である。図１に示すように、２段液封式真空ポンプは、第１段ポンプ室１と第２段ポンプ室２とを内部に形成するケーシング３を備えている。第１段ポンプ室１には第１段羽根車４が設けられ、第２段ポンプ室２には第２段羽根車５が設けられている。第１段羽根車４と第２段羽根車５とは、直動型モータ６の主軸（回転軸）７に固定されている。ケーシング３の中央部には、半径方向内方に延びる仕切壁３ｐが形成されており、この仕切壁３ｐによって第１段ポンプ室１と第２段ポンプ室２とを仕切っている。

ケーシング３の前端側の開口部は吸気ケーシング８によって閉塞されており、この吸気ケーシング８により密閉された空間としての第１段ポンプ室１を形成している。ケーシング３の後端側の開口部は排気ケーシング９によって閉塞されており、この排気ケーシング９により密閉された空間としての第２段ポンプ室２を形成している。ケーシング３と吸気ケーシング８と排気ケーシング９は、ポンプケーシングを構成している。吸気ケーシング８には吸気口８ｓが形成されており、吸気口８ｓから気体（たとえば、空気）を第１段ポンプ室１内に吸入するようになっている。また、排気ケーシング９には排気口９ｄが形成されており、第２段ポンプ室２から排出された気体を排気口９ｄから外部に排出するようになっている。主軸７が排気ケーシング９を貫通する部分には、軸封装置としてのメカニカルシール１０が装着されている。排気ケーシング９の開口部はモータフランジ１２によって閉塞されている。

図２および図３（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、第１段羽根車４の詳細を示す図である。図２は第１段羽根車４の縦断面図である。図３（ａ）は第１段羽根車４の側面図であり、図３（ｂ）は図２のＡ−Ａ線断面図であり、図３（ｃ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。
図２および図３（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に示すように、第１段羽根車４は、主軸７が挿通される孔ｈを有した円筒状のボス部４１と、ボス部４１から半径方向外方に延びる複数の羽根４２と、ボス部４１の両端面から半径方向外方に延びる円板状の主板４３および側板４４とから構成されている。ボス部４１の円筒部には、吸気ポートＰｓと排気ポートＰｄとが形成されている。前記ボス部４１には、前記主軸７が挿通される孔ｈの周囲に形成され主軸７と平行に延びる複数の貫通孔からなる通気孔４６と、ボス部４１の中心部に形成される空間であって前記孔ｈおよび前記通気孔４６が開口する中心部空間４７とを備えている。複数の貫通孔からなる通気孔４６は、孔ｈの周囲に間隔をおいて形成されている。本実施形態では、通気孔４６は略矩形状の孔からなるが、円形状の孔または他の形状の孔であってもよい。なお、第２段羽根車５も第１段羽根車４と同様の構成であるため、図示を省略する。

図１に示すように、第１段羽根車４と第２段羽根車５とは、互いの側板４４が対向するように主軸７に固定される。したがって、第１段羽根車４の中心部空間４７と第２段羽根車５の中心部空間４７とが互いに対向し、第１段羽根車４と第２段羽根車５の中心部に２つの中心部空間４７が合わさった大きな空間が形成され、この空間に第１段羽根車４と第２段羽根車５に共通の単一のポートシリンダー５０が設置されている。ポートシリンダー５０は、中心部に主軸７が挿通される孔５５を有して概略円筒形状に形成され、ポートシリンダー５０の軸方向中心部に半径方向外方に延びるフランジ部５１が形成されている。フランジ部５１がケーシング３の仕切壁３ｐに固定されることにより、ポートシリンダー５０は第１段羽根車４および第２段羽根車５の中心部に装着されている。ポートシリンダー５０には、第１段羽根車４の通気孔４６と第１段羽根車４の吸気ポートＰｓとを連通させる吸込通路５２と、第１段羽根車４の排気ポートＰｄと第２段羽根車５の吸気ポートＰｓとを連通させる中間通路５３と、第２段羽根車５の排気ポートＰｄと第２段羽根車５の通気孔４６とを連通させる排気通路５４とが形成されている。

図４および図５（ａ）,（ｂ）,（ｃ）は、ポートシリンダー５０の詳細を示す図である。図４はポートシリンダー５０の縦断面図である。図５（ａ）はポートシリンダー５０の側面図であり、図５（ｂ）は図４のＡ−Ａ線断面図であり、図５（ｃ）は図４のＢ−Ｂ線断面図である。
図４および図５（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に示すように、ポートシリンダー５０は、中心部に主軸７が挿通される孔５５を有して概略円筒形状に形成され、ポートシリンダー５０の軸方向中心部には半径方向外方に延びるフランジ部５１が形成されている。上述したように、ポートシリンダー５０には、第１段羽根車４の通気孔４６と第１段羽根車４の吸気ポートＰｓとを連通させるための吸込通路５２と、第１段羽根車４の排気ポートＰｄと第２段羽根車５の吸気ポートＰｓとを連通させるための中間通路５３と、第２段羽根車５の排気ポートＰｄと第２段羽根車５の通気孔４６とを連通させるための排気通路５４とが形成されている。

図４および図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、吸込通路５２は、ポートシリンダー５０の端面側にある扇形の開口５２ａと、ポートシリンダー５０の外周側にある平面形状が矩形の開口５２ｂとを連通させる略扇形断面の通路である。中間通路５３は、ポートシリンダー５０の外周側にある平面形状が矩形の開口５３ａと、ポートシリンダー５０の外周側にある平面形状が矩形の開口５３ｂとを連通させる略扇形断面の通路である。排気通路５４は、ポートシリンダー５０の外周側にある平面形状が矩形の開口５４ａと、ポートシリンダー５０の端面側にある扇形の開口５４ｂとを連通させる略扇形断面の通路である。

図１乃至図５に示すように、本発明は、第１段羽根車４のボス部４１および第２段羽根車５のボス部４１にそれぞれ通気孔４６を設け、第１段羽根車４の中心部空間４７と第２段羽根車５の中心部空間４７とを対向させて形成した空間に吸込通路５２と中間通路５３と排気通路５４とを備えたポートシリンダー５０を設置することにより、以下のポンプ作用を行う。吸気ケーシング８の吸気口８ｓから吸気された気体は、第１段羽根車４のボス部４１に形成された通気孔４６を通った後にポートシリンダー５０の吸込通路５２を通り、第１段羽根車４の吸気ポートＰｓから第１段羽根車４内に吸い込まれる。第１段羽根車４内に吸い込まれた気体は第１段羽根車４で圧縮された後に、第１段羽根車４の排気ポートＰｄから排出され、排出された気体はポートシリンダー５０の中間通路５３を通り、第２段羽根車５の吸気ポートＰｓから第２段羽根車５内に吸い込まれる。第２段羽根車５内に吸い込まれた気体は第２段羽根車５で圧縮された後に、第２段羽根車５の排気ポートＰｄから排出され、排出された気体はポートシリンダー５０の排気通路５４を通った後に第２段羽根車５のボス部４１に形成された通気孔４６を通り、排気ケーシング９の排気口９ｄから排出される。

図６は、第１段ポンプ室１および第１段ポンプ室１内に配置された第１段羽根車４の詳細を示す断面図である。図６に示すように、ケーシング３は内部に円形の内部空間を有し、この内部空間が第１段ポンプ室１になっている。主軸７には第１段羽根車４が固定されており、第１段羽根車４はケーシング３の円形の内部空間（第１段ポンプ室１）に対して偏心している。上述したように、第１段羽根車４の中心部には、吸込通路５２と中間通路５３と排気通路５４（図６では図示せず）とを備えたポートシリンダー５０が設置されている。図６において、第１段羽根車４は矢印で示すように、反時計回りに回転する。ケーシング３の内部空間には、その約半分の容積を満たす量の液体（例えば、水）が供給される。第１段羽根車４が回転すると、複数の羽根４２が第１段羽根車４の外周方向に液体を掻き出し、液体は、遠心力によってケーシング３の内面に沿って周回し、環状の液膜（封液）ＬＦを形成する。第１段ポンプ室１では、液膜ＬＦと隣接する２枚の羽根４２とによって形成される各羽根室Ｒｂの容積変化を利用して気体を圧縮しポンプ作用を行う。図６では、第１段ポンプ室１および第１段羽根車４を図示したが、第２段ポンプ室２および第２段羽根車５も同様の構成になっている。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１ 第１段ポンプ室
２ 第２段ポンプ室
３ ケーシング
３ｐ 仕切壁
４ 第１段羽根車
５ 第２段羽根車
６ モータ
７ 主軸（回転軸）
８ 吸気ケーシング
８ｓ 吸気口
９ 排気ケーシング
９ｄ 排気口
１０ メカニカルシール
１２ モータフランジ
４１ ボス部
４２ 羽根
４３ 主板
４４ 側板
４６ 通気孔
４７ 中心部空間
５０ ポートシリンダー
５１ フランジ部
５２ 吸込通路
５３ 中間通路
５４ 排気通路
５５ 孔
ｈ 孔
Ｐｓ 吸気ポート
Ｐｄ 排気ポート
ＬＦ 液膜（封液）
Ｒｂ 羽根室
１０１ メカニカルシール
１０２ 主軸
１０３ 第１段羽根車
１０４ 第２段羽根車
１０５ 吸気ケーシング
１０６ 排気ケーシング
１０８ ボス部
１０９ 羽根
１１０ 主板
１１１ 側板
１１２ ポートシリンダー収容空間
１１３ 第１段ポートシリンダー
１１３ｐｓ 吸気通路
１１３ｐｄ 排気通路
１１４ 第２段ポートシリンダー
１１４ｐｓ 吸気通路
１１４ｐｄ 排気通路
１２０ 連結管

Claims (5)

1. 第１段ポンプ室内に設けた第１段羽根車と第２段ポンプ室内に設けた第２段羽根車とを主軸に固定した２段液封式真空ポンプにおいて、
   前記第１段羽根車および前記第２段羽根車は、それぞれ、前記主軸が挿通される孔を有した円筒状のボス部と、前記ボス部から半径方向外方に延びる複数の羽根と、前記ボス部において前記主軸が挿通される孔の周囲に形成され前記主軸と平行に延びる複数の貫通孔からなる通気孔と、前記ボス部の中心部に形成される空間であって前記孔および前記通気孔が開口する中心部空間とを備え、
   前記第１段羽根車の中心部空間と前記第２段羽根車の中心部空間とを対向させて形成した空間に、前記第１段羽根車の通気孔と前記第１段羽根車の吸気ポートとを連通させる吸込通路と、前記第１段羽根車の排気ポートと前記第２段羽根車の吸気ポートとを連通させる中間通路と、前記第２段羽根車の排気ポートと前記第２段羽根車の通気孔とを連通させる排気通路とを備えたポートシリンダーを設けたことを特徴とする２段液封式真空ポンプ。
2. 前記第１段羽根車および前記第２段羽根車は、それぞれ、前記ボス部の一方の端面側にボス部から半径方向外方に延びる円板状の主板を備えることを特徴する請求項１記載の２段液封式真空ポンプ。
3. 前記第１段羽根車および前記第２段羽根車は、それぞれ、前記ボス部の他方の端面側にボス部から半径方向外方に延びる円板状の側板を備えることを特徴する請求項２記載の２段液封式真空ポンプ。
4. 前記ポートシリンダーは、中心部に前記主軸が挿通される孔を有して略円筒形状に形成され、前記ポートシリンダーの吸込通路は前記第１段羽根車の通気孔に対向し、前記ポートシリンダーの排気通路は前記第２段羽根車の通気孔に対向していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の２段液封式真空ポンプ。
5. 前記ポートシリンダーは、略円筒形状の外周部から半径方向外方に延びるフランジ部を有し、該フランジ部が前記第１段羽根車および前記第２段羽根車を収容するケーシングに固定されることを特徴とする請求項４記載の２段液封式真空ポンプ。

Images