JP3580890B2 - オイルレス真空ポンプ装置とその運転制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複数の真空ポンプを用いて容器内を真空にするオイルレス真空ポンプ装置とその運転制御方法に関する。
【０００２】
真空ポンプには、油を用いるウエット型の油回転ポンプ、油を用いないドライ型のルーフ形、スクロール形、また分子ポンプ等のように機械力により気体を圧縮して外気に排除する機械式ポンプ、油拡散ポンプのように噴射蒸気の勢いで気体を排出する蒸気噴射ポンプ、昇華かスパッタによりゲッタ膜を作り、気体を吸着排除するスパッタイオンポンプのようなドライポンプ等が存在し、真空の所望の動作圧力範囲により、それらを選択し、もしくはそれらの複数を組み合わせて排気系を構成している。
【０００３】
低真空の動作圧力の排気系においては、１個の容器内に油回転ポンプを２個並列に接続して収納して構成されるが、高真空の動作圧力の排気系においては、油拡散ポンプと油回転ポンプとの組み合わせによるウエット系真空ポンプ装置が用いられている。
しかしながら、この装置はボイラ中にヒータにより加熱して蒸発した油の蒸気を吹き出し、この蒸気により拡散した気体を圧縮し、さらに油回転ポンプにより大気圧まで圧縮して外部に排出するものである。
このウエット式排気系によると油蒸気により装置内に付着した油が再蒸発して真空容器内に逆流するという問題があり、コールドトラップ、バッフル、トラップ等を用いて冷却しているため、構成が複雑になり、また、塩素やフッソのような気体と油が反応して油が変質して回転抵抗が増し、能力が低下したり、保守点検がそれだけ面倒になる。
【０００４】
そのために、ドライ式が望まれ、図７に記載したようなターボ分子ポンプとドライ式機械ポンプの組み合わせが用いられる。
この装置は、ターボ分子ポンプ内に設けられた多段翼を高速回転させて圧縮気体を吐出口に集め、この吐出口から補助のドライポンプにて排気するものであって、多段翼が高速回転するので、大気の状態からの運転は多段翼が破損するために１０‐１〜１０ー２Ｔｏｒｒ程度までは補助のあらびきポンプにて密閉容器内の気体を圧縮排気した後にターボ分子ポンプを駆動する。
【０００５】
この密閉容器とターボ分子ポンプ及び補助ポンプをこの順序で直列接続して、最初ターボ分子ポンプを停止状態のまま補助ポンプを駆動すると、補助ポンプはターボ分子ポンプの多段翼という障害物を介して気体を吸引することになり、負荷が大きく、機械損失が大きくなり、効率が低下する。
したがって、通常密閉容器とターボ分子ポンプ及び補助のポンプ間に弁を設けて切り替えて駆動する。
【０００６】
図７は密閉容器１３２の気体吐出口１３２ａとターボ分子ポンプ１３４の吸入口１３２ａ間に三方弁１３８を用いた例である。
この三方弁１３８の残りの出入口はターボ分子ポンプ１３４をバイパスしてドライポンプ１３５の吸入口１３５ａに接続され、電気制御装置１３３の制御のもとに、密閉容器１３２とターボ分子ポンプ１３４もしくはドライポンプ１３５に電磁弁により選択的に切り替え可能に構成されている。
【０００７】
最初は電気制御装置１３３の指令により、三方弁１３８をドライポンプ１３５側に接続し、ターボ分子ポンプ１３４は不作動のままドライポンプ１３５を駆動して、密閉容器１３２内の気体の圧縮排気を行う。
この状態では、ターボ分子ポンプ１３４の吐出口１３４ｂもドライポンプ１３５の吸入口１３５ａと接続されているのでターボ分子ポンプ１３４内の気体も共に圧縮排気される。
密閉容器、ターボ分子ポンプの容量、ドライポンプ１３５の圧縮排気能力等を勘案して、電気制御装置１３３は所定時間経過後にターボ分子ポンプ１３４に駆動信号送出するとともに、三方弁１３８の電磁弁を駆動してターボ分子ポンプの吸入口１３４ａに接続を切り替える。
爾後、ターボ分子ポンプ１３４が高速回転して、密閉容器１３２内に気体を吸い出し、ドライポンプ１３５により圧縮排出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方、密閉容器を真空にする時間を短縮したいという要請がある。上述の技術において、処理時間を短縮するには、ドライポンプの圧縮室の容積を大きくして処理容量を多くすることが考えられるが、圧縮室の容量を大きくした場合は、密閉容器が低真空のときは気体の圧縮排気量が多くなり時間が短縮されるが、高真空のときは圧縮室の容積が大きいために大気圧への圧縮に何回も駆動することが必要となり時間がかかる。
また、処理時間を短縮するためには、圧縮室の容積を大きくしないで、ドライポンプの回転数を上げる方法が考えられる。
しかしながら、低真空時にポンプの回転数を上げるとポンプ内温度も上昇し、ドライポンプの耐久性に影響する。
このような事情に鑑み、本発明は密閉容器を真空にする処理時間を短縮するオイルレス真空ポンプ装置とその運転制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、ポンプ内温度が過度に上昇して耐久性を低下させないオイルレス真空ポンプ装置とその運転制御方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のオイルレス真空ポンプを備え、低真空領域ではそれらのポンプを並列に接続し、高真空領域ではそれらのポンプを直列に接続して駆動することを要旨とするものである。
本第１発明は、複数のオイルレス真空ポンプによって密閉容器内の気体を吸入して排気するオイルレス真空ポンプ装置の制御方法において、
密閉容器と前記複数のオイルレス真空ポンプの一のポンプの吸入口が直接接続され、他のポンプの吸入口と密閉容器との間に第１三方弁が介装され、前記一のポンプの吐出口と第１三方弁のもう一つの出入口との間に第２三方弁を介装し、
前記第１三方弁と第２三方弁を電磁弁とし、制御装置により真空ポンプの回転数と、第１三方弁および第２三方弁を制御し、
密閉容器内が低真空領域においては真空ポンプを並列に接続し、密閉容器内が高真空領域においては真空ポンプを直列に接続するとともに前記一の真空ポンプの回転数を増速することを特徴とする。
そして、本第２発明は、複数のオイルレス真空ポンプによって密閉容器内の気体を吸入して排気するオイルレス真空ポンプ装置において、
密閉容器と前記複数のオイルレス真空ポンプの一のポンプの吸入口が直接接続され、他のポンプの吸入口と密閉容器との間に第１三方弁が介装され、前記一のポンプの吐出口と第１三方弁のもう一つの出入口との間に第２三方弁を介装し、
前記第１三方弁と第２三方弁を電磁弁とし、真空ポンプの回転数と、第１三方弁および第２三方弁を制御する制御装置を備え、
前記制御装置にて密閉容器内が低真空領域においては真空ポンプを並列に接続し、密閉容器内が高真空領域においては真空ポンプを直列に接続するとともに前記一の真空ポンプの回転数を増速するように構成したことを特徴とする。
また、前記複数のオイルレス真空ポンプを同種類のポンプで構成すると好ましい。
【００１０】
【作用】
本発明は、複数のオイルレス真空ポンプを備え、低真空領域ではそれらのポンプを並列に接続し、所定の、例えば１０−２Ｔｏｒｒ程度の真空領域まであらびきが行われる。
複数のポンプを並列に接続しているので、短時間に前記所定の真空領域まで密閉容器を真空にすることができる。
高真空領域ではそれらの複数のポンプを直列に接続して更に前記一の真空ポンプの回転数を増速して駆動するので、１個のポンプで駆動するより高圧縮比をえることができ、短時間において、密閉容器を高真空にすることができる。
【００１１】
そして、複数のポンプの並列及び直列接続の切り替えは弁手段によって行われる。すなわち、密閉容器と前記複数のオイルレス真空ポンプの他のポンプ（以下後段のポンプという）の吸入口間に第１三方弁を接続し、一のポンプ（以下前段のポンプという）の吐出口にも第２三方弁を接続するとともに、これらの第１及び第２三方弁のもう一つの出入口との間をお互いに接続する。
最初は前記第１及び第２三方弁を制御して、前段のポンプからの吐出気体が後段へ送出するのを遮断して外部に吐出するようになすとともに、密閉容器の気体を前段のポンプと並んで後段のポンプにも送出されるようになして前段及び後段のポンプを同時に駆動すると、前段及び後段のポンプは並列接続され密閉容器の気体を吸入圧縮して排気する。
所定の真空領域まで前記前段及び後段ポンプを駆動させた後に、前記第１及び第２三方弁を制御して、前段の吐出気体が後段のポンプに送出されるように接続を切り替え、直列運転がされる。
このとき、前記前段のポンプの回転数は制御装置により並列運転時より高速に制御すると、回転数の増速により前段のポンプ内温度も上昇するが、後段のポンプが前段側のポンプの潜熱を奪い、発熱による耐久性に影響することなく、排気量が増加してより短時間の密閉容器の真空化が可能である。
また、前記複数のオイルレス真空ポンプを同種類のポンプで構成すると、保守点検時に同じマニュアルで行うことができ、煩雑さが除かれ、経済的である。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１３】
図１は、本発明の実施例に係る基本構成図、図２は、本発明の他の実施例に係る基本構成図、図３は、本発明に用いられるオイルレス・スクロール真空ポンプ本体の一実施例を示す構成図、図４は、スクロール部材と密閉要素を示す斜視図、図５は、スクロールの作用を示す概略図、図６は、ツイン型スクロール真空ポンプを用いた実施例に係る基本構成図、図７は、従来例の真空ポンプ装置を示す基本構成図である。
【００１４】
本発明には、ドライ式真空ポンプであればどのようなポンプであっても用いることができる。
以下に、その代表例として、オイルレス・スクロール式真空ポンプ及びツイン型オイルレス・スクロール真空ポンプの構造及び動作を説明する。
図３はオイルレス・スクロール真空ポンプの一実施例図であり、オイルレス・スクロール真空ポンプ本体１２は、固定スクロール１０、旋回スクロール２０、及びこれらを所定位置に固定又は旋回可能に支持するフレーム４０からなる。
【００１５】
固定スクロール１０は、フレーム４０端面に固定され、配管１４を介して図示しない密閉容器内の気体を吸引する吸入口として機能する吸入ポート１６を有する周壁１１により囲繞された凹状空間内に渦巻形状のラップ１３を直立して形成するとともに、そのほぼ中央に圧縮気体を吐出するための吐出ポート１７が開設されている。
【００１６】
旋回スクロール２０は、フレーム４０内の凹状空間に収納され、固定スクロール１０のラップ１３と実質的に同じ形状の渦巻形のラップ２１を、前記周壁１１と当接する端板の一面上に直立して形成するとともに前記ラップ１３、２１同志を１８０゜ずらして嵌合させる。
尚、前記各スクロール１０、２０の背面側には各々冷却フィン２３、２４が形成され、空冷によりスクロール内部を冷却可能に構成されている。
【００１７】
そして、前記各スクロールのラップ１３、２１は各々他側スクロールと接触する端面に凹設した溝部１３ａ，２１ａに自己潤滑性シール部材３１に嵌入させ、無潤滑で摺動可能に構成するとともに、前記旋回スクロール２０の端板と当接する端面に凹設した溝部にリング状の自己潤滑性を有したダストシール３２を嵌入させ、前記凹状空間１２内の外部との気密性の維持を図る。
【００１８】
一方、フレーム４０は、一端にプーリ４２を取り付けた主駆動クランク軸４１を中心軸上に沿って軸支させるとともに、該主駆動クランク軸４１を中心として各々１２０゜ずつ偏位させた位置に（３カ所）、従動クランク軸４３を軸支させる。
そして、これらのクランク軸４１、４３は、いずれも旋回スクロール２０と一体化されたハウジング体２５に回転可能に軸支されており、前記主駆動クランク軸４１の駆動回転により、旋回スクロール２０が自転を阻止されながら一定の半径で固定スクロール１０のラップ中心の回りを公転運動可能に構成されている。
【００１９】
オイルレス・スクロール真空ポンプ本体１２は、上述したように、周壁１１により囲繞された凹状空間内に、第１のラップ１３を形成した固定スクロール１０と、前記第１のラップ１３に嵌合可能な第２のラップ２１を有する旋回スクロール２０とからなり、前記旋回スクロール２０を自転させることなく固定スクロール１０に対して公転させることにより、前記両ラップ１３、２１間に形成される密閉空間２２の容積を変化可能に構成している。
【００２０】
したがって、圧縮室として機能する前記密閉空間２２を形成する両ラップ間の接点が徐々に中心へ向かって移動するように、旋回スクロール２０を一定の半径で固定スクロール１０のラップ１３の中心の周りを公転運動させることにより、吸入口より取り込まれた気体は第２のラップ２１の巻き終わり端を回り込みながら、両ラップ１３、２１、によって形成される密閉空間２２に取り込まれ、旋回スクロール２０の公転運動とともに徐々にその容積を減小させつつ中心に向かって移動しながら高圧化されて、該密閉空間２２が吐出ポート１７と導通したときに外部へ排出されるものである。
【００２１】
したがって、この実施例の場合は、前記両ラップ１３、２１の間に形成される空間２２の密閉状態を確保することが、圧縮効率を高め真空度を上げる上で極めて重要である。
そこで、図４に示すように、前記ラップの軸方向端面に、対面する摺動面間にコプナ樹脂と呼ばれる熱膨張率が低く且つ耐熱、耐摩耗性の面でも優れた炭素系の樹脂材料のチップシール３１Ａ、３１Ｂを介在させている。
すなわち、図４に示されるように、固定スクロールもしくは旋回スクロールとして機能するスクロール部材１０（２０）の円板状の端板の前面側にインボリュート形状のラップ１３（２１）を突設するとともに、その端面側に中心から周縁側まで連通するラップ溝１３ａ（２１ａ）を凹設し、このラップ溝にチップシール３１Ａ、３１Ｂを連設して嵌合したものである。
【００２２】
このように、構成されたオイルレス・スクロール真空ポンプにおいては、図５（Ａ）の空間ａに取り込まれた気体は吐出ポート１７が設けられた空間ｉの気体の圧力Ｐｉが外部圧力Ｐｏより高くなることにより、外部に排出されるものである。
いま、真空ポンプ本体１２の電源（図示せず）を入れると、旋回スクロ−ル２０が駆動を開始する。
図５（Ａ）の空間ａにあった気体は旋回スクロ−ル２０のラップ２１の駆動により同図（Ｂ）のｂに取り込まれ、以下交互に、（Ａ），（Ｂ）に示されるように、ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈで示される密閉空間に取り込まれるとともに圧縮され、最後に吐出ポ−ト１７が開設されている空間ｉに至り、吐出ポ−ト１７から圧縮気体は外部に排出される。
【００２３】
次に、上述のようなオイルレス真空ポンプを用いた本発明に係るオイルレス真空ポンプ装置を説明する。
図１は、本発明に係るオイルレス真空ポンプ装置の基本構成図である。
同図において、オイルレス真空ポンプ本体１の吸入端１ａは密閉容器２の気体排出端２ａと、気密性を有した配管４及び５を介して接続され、一方、真空ポンプ本体１′の吸入端１′ａは電磁三方弁８を介して配管４、６、及び７により密閉容器２の排出端２ａと接続されている。
【００２４】
真空ポンプ本体１の圧縮気体吐出端１ｂは三方弁９を介して圧縮気体を外部に排出可能に構成され、三方弁９のもう一つの出入口は前記三方弁８のもう一つの出入口に接続され、これらの三方弁８及び９の電磁弁の切り替え操作により、真空ポンプ本体１の圧縮気体が真空ポンプ本体１′の吸入端１′ａに供給され、吐出端１′ｂから外部に排出可能に構成されている。
【００２５】
電気制御装置３は、配線１１０及び１１１を介して真空ポンプ本体１及び１′に接続され、配線１１２及び１１３を介して三方弁９及び８に接続している。 この電気制御装置３は、密閉容器２の容量、真空ポンプ本体１及び１′の容量及び回転数等を勘案して、所定の真空圧力領域に到達する時間を演算して三方弁の電磁弁を制御し、気体の流通方向を制御するとともに、真空ポンプ本体の回転数、駆動等を制御するように構成されている。
尚、図示しない圧力計を密閉容器に設け、その圧力値を測定することによって回転数制御、駆動制御等を行うとともに、三方弁の制御を行うように構成してもよい。
【００２６】
次に、この動作を説明する。まず、電気制御装置３は三方弁９を制御して、吐出端１ｂが外部と導通させるとともに、三方弁８を制御して密閉容器２の排出端２ａと真空ポンプ１′の吸入端１′ａと導通させる。
そして、真空ポンプ本体１及び１′を所定の回転数にて駆動させると、両真空ポンプ本体１および１′は並列に接続され、真空ポンプ１は吸入端１ａから配管４及び５を介して密閉容器２の排出端２ａから直接に気体を吸入し、吐出端１ｂから三方弁９を介して外部に圧縮気体を吐出し、真空ポンプ本体１′は吸入端１′ａから配管４、６、７及び三方弁８を介して密閉容器２の排出端２ａから気体を吸入し、吐出端１′ｂから外部に圧縮気体を吐出する。
【００２７】
所定時間経過し、１０ー２Ｔｏｒｒ程度の真空領域まであらびきが行われると、電気制御装置３は三方弁９に電気信号を送り、真空ポンプ本体１ｂの導通を外部から三方弁８へ切り替えるとともに、三方弁８に電気信号を送り、密閉容器２と吸入端１′ａとの導通を閉鎖し、三方弁９からの導通に切り替える。
これによって、真空ポンプ１と１′とは直列に接続される。
【００２８】
一方、密閉容器内の圧力が低く、高真空領域になるにつれて、真空ポンプ本体の密閉空間内に取り込まれる気体の圧力は低下するため、外部への排出のために圧縮される案分される気体は大気圧にまで圧縮する時間が増加する必要がある。
そのために、密閉容器から直接接続されている真空ポンプ本体１の回転数はこの時点で倍の回転数に増速され、圧縮気体は真空ポンプ１′に送出される。
このとき、真空ポンプ１側では回転数の増速により高圧縮され、発熱温度が上昇し、真空ポンプ１′側に排出される。
【００２９】
一方、直列接続に切り替えられた当初の真空ポンプ本体１′側の吸入ポートには、密閉容器２から取り込まれた気体は低圧の気体が存在し、この吸入ポートと導通する真空ポンプ本体１の吐出ポートには低圧の気体が存在し、そこに回転数の増速により高圧縮した気体が排出されるために、膨張して潜熱を奪うこととなる。
したがって、温度の上昇は継続することとはならずに、発熱は問題なく排気量が増え、密閉容器２を高真空領域に気体を排出が行われる。
尚、真空ポンプ本体１及び１′の回転速度は、発熱により耐久性に問題が発生しない範囲において、密閉容器内の真空状態を考慮して可変して制御すると真空化を達成する時間が短縮される。
【００３０】
図２は、本発明に係る他の実施例の基本構成図であり、図１と共通部品は同じ符号を用いる。図１との相違点は真空ポンプ本体を３個、三方弁を４個用いた点にある。
同図において、オイルレス真空ポンプ本体１の吸入端１ａは密閉容器２の気体排出端２ａと、気密性を有した配管４及び５を介して接続され、真空ポンプ本体１′の吸入端１′ａは電磁三方弁８を介して配管４、６、及び７により密閉容器２の排出端２ａと接続され、真空ポンプ本体１″の吸入端１″ａは電磁三方弁８′を介して配管４、１１７、及び１１８により密閉容器２の排出端２ａと接続されている。
【００３１】
真空ポンプ本体１の圧縮気体吐出端１ｂは三方弁９を介して圧縮気体を外部に排出可能に構成され、三方弁９のもう一つの出入口は前記三方弁８のもう一つの出入口に接続され、これらの三方弁８及び９の電磁弁の切り替え操作により、真空ポンプ本体１の圧縮気体が真空ポンプ本体１′の吸入端１′ａに供給され、吐出端１′ｂから外部に排出可能に構成されている。
また、真空ポンプ本体１′の圧縮気体吐出端１′ｂは三方弁９′を介して圧縮気体を外部に排出可能に構成され、三方弁９′のもう一つの出入口は前記三方弁８′のもう一つの出入口に接続され、これらの三方弁８′及び９′の電磁弁の切り替え操作により、真空ポンプ本体１′の圧縮気体が真空ポンプ本体１″の吸入端１″ａに供給され、吐出端１″ｂから外部に排出可能に構成されている。
【００３２】
電気制御装置３′は、配線１１０、１１１及び１１６を介して真空ポンプ本体１、１′及び１″に接続され、配線１１２、１１３、１１４及び１１５を介して三方弁９、８、９′及び８′に接続している。
この電気制御装置３′は、密閉容器２の容量、真空ポンプ本体１、１′及び１″の容量及び回転数等を勘案して、所定の真空圧力領域に到達する時間を演算して三方弁の電磁弁を制御し気体の流通方向を制御するとともに、真空ポンプ本体の回転数、駆動等を制御するように構成されている。
尚、図示しない圧力計を密閉容器に設け、その圧力値を測定することによって回転数制御、駆動制御等を行うとともに、三方弁の制御を行うように構成してもよい。
【００３３】
次に、この動作を説明する。まず、電気制御装置３′は三方弁９を制御して、吐出端１ｂが外部と導通させるとともに、三方弁８を制御して密閉容器２の排出端２ａと真空ポンプ１′の吸入端１′ａと導通させる。
そして、三方弁９′を制御して、吐出端１′ｂが外部と導通させるとともに、三方弁８′を制御して密閉容器２の排出端２ａと真空ポンプ１″の吸入端１″ａと導通させる。
【００３４】
真空ポンプ本体１、１′及び１″を所定の回転数にて駆動させると、これらの真空ポンプ本体１、１′及び１″は並列に接続され、真空ポンプ１は吸入端１ａから配管４及び５を介して密閉容器２の排出端２ａから直接に気体を吸入し、吐出端１ｂから三方弁９を介して外部に圧縮気体を吐出し、真空ポンプ本体１′は吸入端１′ａから配管４、６、７及び三方弁８を介して密閉容器２の排出端２ａから気体を吸入し、吐出端１′ｂから外部に圧縮気体を吐出し、真空ポンプ本体１″は吸入端１″ａから配管４、１１７、１１８及び三方弁８′を介して密閉容器２の排出端２ａから気体を吸入し、吐出端１″ｂから外部に圧縮気体を吐出する。
【００３５】
所定時間経過し、１０ー２Ｔｏｒｒ程度の真空領域まであらびきが行われると、電気制御装置３′は三方弁９に電気信号を送り、真空ポンップ本体１ｂの導通を外部から三方弁８へ切り替えるとともに、三方弁８に電気信号を送り、密閉容器２と吸入端１′ａとの導通を閉鎖し、三方弁９からの導通に切り替える。
また、三方弁９′に電気信号を送り、真空ポンプ本体１′ｂの導通を外部から三方弁８′へ切り替えるとともに、三方弁８′に電気信号を送り、密閉容器２と吸入端１″ａとの導通を閉鎖し、三方弁９′からの導通に切り替える。
これによって、真空ポンプ１、１′及び１″とは直列に接続される。
【００３６】
一方、密閉容器内の圧力が低く、高真空領域になるにつれて、真空ポンプ本体の密閉空間内に取り込まれる気体の圧力は低下するため、外部への排出のために圧縮される案分される気体は大気圧にまで圧縮する時間が増加する必要がある。
そのために、密閉容器から直接接続されている真空ポンプ本体１の回転数はこの時点で倍の回転数に増速され、圧縮気体は真空ポンプ１′に送出される。
このとき、真空ポンプ１側では回転数の増速により高圧縮され、発熱温度が上昇し、真空ポンプ１′側に排出される。
【００３７】
一方、直列接続に切り替えられた当初の真空ポンプ本体１′側の吸入ポートには、密閉容器２から取り込まれた気体は低圧の気体が存在し、その吸入ポートと真空ポンプ本体１側の吐出ポートとは導通していて、低圧の気体が存在し、そこに回転数の増速により高圧縮した気体が排出されるために、膨張して潜熱を奪うこととなる。
したがって、温度の上昇は継続することとはならずに、発熱は問題なく排気量が増え、密閉容器２を高真空領域に気体を排出が行われる。
【００３８】
真空ポンプ本体１′からの吐出気体は次に、真空ポンプ本体１″に吸入され、そこで圧縮された吐出端１″ｂから外部に吐出される。
この２段目の真空ポンプ本体１′の回転数は、密閉容器２の内部圧力が前段の真空ポンプの動作により順次高真空領域化するので、前段の真空ポンプ本体より高回転数で駆動する必要はなく、前段の真空ポンプ本体１の回転数を越えない範囲で適宜設定することができる。
前述した、前段の真空ポンプ本体の発熱を防止できる範囲において、前段のポンプより低速で、第３段のポンプより高速で回転してもよく、また第２及び第３段のポンプを同じ回転数で第１段のポンプより低速で回転してもよい。
したがって、１段目、２段目及び３段目の真空ポンプ本体の回転速度は、発熱により耐久性に問題が発生しない範囲において、密閉容器内の真空状態を考慮して可変して制御すると真空化を達成する時間が短縮される。
【００３９】
図６は、ツイン形オイルレス・スクロール真空ポンプを用いた真空ポンプ装置の一実施例である。
この種の真空ポンプは、一方の固定スクロールと他方の固定スクロールとの間に、端板の左右の面にラップを植設した旋回スクロールを配置し、前記ラップを前記両固定スクロールの片面に植設されたラップと噛合させるとともにスラスト方向に移動可能に構成される。
【００４０】
本実施例においては、各固定スクロールの鏡面と対峙する旋回スクロールの左右両ラップ端面との間及び、旋回スクロールの鏡面と対峙する各固定スクロールのラップ端面との間に、インボリュート状の自己潤滑性を有し、スラスト方向に弾性力を有したシール部材を配置して、前記各スクロールの鏡面と各ラップ端面間を弾性的に封止可能に構成されている。
このような構成であるため、各スクロールの組立若しくは加工誤差に起因して前記旋回スクロールのスラスト力に不均一化が生じても前記弾性力により自動的に位置修正され、したがって、旋回スクロールに軸振れが生じてもこれを容易に吸収し得る。
【００４１】
以下、本実施例の構成を詳細に説明する。図６において、ツイン形オイルレス・スクロール真空ポンプ本体２６は、結合して一つの囲繞された空間を形成する一方の固定スクロール２７Ａ及び他方の固定スクロール２７Ｂ内にツイン型旋回スクロール２８が配置されている。
固定スクロール２７Ａは渦巻状に植立されラップ３７及び、固定スクロール２７Ｂは同じくラップ３８が設けられ、旋回スクロール２８端板の左右には、これらのラップ３７もしくは３８と１８０°ずらして嵌合するラップ３９が植設されている。
【００４２】
固定スクロールの端板と当接する旋回スクロール２８のラップ３９端面に凹設した溝部、また、旋回スクロールの端板と当接する固定スクロール２７のラップ３７及び３８端面に凹設した溝部にはインボリュート状の自己潤滑性を有したチップシール３１が嵌入され、圧縮される密閉空間と隣接する密閉空間との気密性の維持を図る。
また、旋回スクロール２８の端板と当接し、これらのラップを囲繞する壁面を形成する固定スクロールの端面に溝部を凹設し、この溝部にリング状の自己潤滑性を有したダストシール３２を嵌入させ、前記ラップを囲繞する密閉空間と外部との気密性に維持を図るとともに、ゴミ等の侵入を防止している。
【００４３】
固定スクロール２７Ａの外周には、気体を吸入する吸入ポート２９が開設されるとともに、中心部近傍には圧縮された気体を吐出する吐出ポート３５が開設されている。
また、固定スクロール２７Ｂの外周には、気体を吸入する吸入ポート３０が開設されるとともに、中心部近傍には圧縮された気体を吐出する吐出ポート３６が開設されている。
【００４４】
ツイン型旋回スクロール２８は、モータ４４のロータに連結する偏心した回転軸４５及び、該回転軸４５を中心として各々１２０°づつ偏位させた位置（３箇所）に、クランクピン４３′を軸支させて配設し、回転軸４５の駆動回転により該旋回スクロール２８が自転を阻止されながら一定の半径で、前記固定スクロール２７Ａ及び下固定スクロール２７Ｂのラップ中心の周りを公転運動可能に構成されている。
【００４５】
そして、回転軸４５には、固定スクロール２７Ａに設けられた冷却フィン２７Ａａを介して固定スクロール２７Ａを冷却するファン４６が設けられ、また、固定スクロール２７Ｂに設けられた冷却フィン２７Ｂａを介して固定スクロール２７Ｂを冷却するファン４７が設けられている。
【００４６】
ツイン型オイルレス・スクロール本体２６は、このように構成されているために、モータ４４を駆動して回転軸４５を回転させると、吸入ポート２９及び３０から気体を吸入し、吸入ポート２９から取り込まれた気体は固定スクロール２７Ａと旋回スクロール２８の一方のラップ３９により形成される密閉空間により順次圧縮され、吐出ポート３５より排出される。
また、吸入ポート３０から取り込まれた気体は、固定スクロール２７Ｂと旋回スクロール２８の他方のラップ３９により形成される密閉空間により順次圧縮され、吐出ポート３６より排出される。
このとき、並列運転される左右の圧縮比は同じであるため、スラスト方向の力は互いにキャンセルされる。
【００４７】
固定スクロール２７Ａの吸入ポート２９は、配管５が嵌入され、この配管５と導通する配管４を介して密閉容器２と接続している。
また、固定スクロール２７Ｂの吸入ポート３０は、配管７が嵌入され、この配管７は三方弁８と連接し、連通する配管６及び４を介して密閉容器２と接続している。
固定スクロール２７Ｂの吐出ポート３６には配管１２１が連通し、圧縮気体を外部に排出可能に構成されている。
また、固定スクロール２７Ａの吐出ポート３５には配管１１９が連通し、三方弁９を介して圧縮気体を外部に排出可能に構成されている。
そして、三方弁８及び９のもう一つの出入口同士は配管１２０でお互いに連通している。
【００４８】
電気制御装置３″の出力端は配線１１２を介して三方弁８の電磁弁に、配線１１３を介して三方弁９の電磁弁に、また、モータ４４に配線１１０′を介して接続し、三方弁の開閉及びモータ４４の制御が可能に構成されている。
【００４９】
次に、ツイン型オイルレス・スクロール本体２６を用いた本実施例の動作を詳細に説明する。
図６において、まず、電気制御装置３″は三方弁９を制御して、吐出ポート３５を外部と導通させるとともに、三方弁８を制御して密閉容器２の排出端２ａと固定スクロール２７Ａの吸入ポート２９と導通させる。
そして、モータ４４を所定の回転数にて駆動させると、旋回スクロール２８と固定スクロール２７Ａとで構成される前段の真空ポンプ部分と、旋回スクロール２８と固定スクロール２７Ｂとで構成される後段の真空ポンプ部分とは並列に接続され、スクロール本体２６は、吸入ポート２９から配管４及び５を介して密閉容器２の排出端２ａから直接に気体を吸入し、吐出ポート３５から三方弁９を介して外部に圧縮気体を吐出し、また、吸入ポート３０から配管４、６、７及び三方弁８を介して密閉容器２の排出端２ａから気体を吸入し、吐出ポート３６から配管１２１を介して外部に圧縮気体を吐出する。
【００５０】
所定時間経過し、１０ー２Ｔｏｒｒ程度の真空領域まであらびきが行われると、電気制御装置３″は三方弁９に電気信号を送り、スクロール本体２６の導通を外部から三方弁８へ切り替えるとともに、三方弁８に電気信号を送り、密閉容器２と吸入ポート３０との導通を閉鎖し、三方弁９からの導通に切り替える。
これによって、旋回スクロール２８と固定スクロール２７Ａとで構成される前段の真空ポンプ部分と、旋回スクロール２８と固定スクロール２７Ｂとで構成される後段の真空ポンプ部分とは直列に接続される。
【００５１】
一方、密閉容器内の圧力が低く、高真空領域になるにつれて、真空ポンプ本体の密閉空間内に取り込まれる気体の圧力は低下するため、外部への排出のために圧縮される気体は大気圧にまで圧縮するのに、高段の圧縮比が要求される。
本実施例においては、上述したように前段の真空ポンプ部分と後段の真空ポンプ部分が直列に接続されているので、２倍の圧縮比となり短時間で大気圧まで圧縮でき、外部に排出できる。
【００５２】
一方、直列接続に切り替えられた当初の真空ポンプ本体２６は前段及び後段の真空ポンプ部分ともに同じモータ４４の回転軸４５で駆動されるために両部分ともに速度は一定であり、前段のポンプの増速による発熱の問題は発生しない。 尚、発熱により耐久性が低下しない範囲において、密閉容器２内の真空状態の程度を考慮して直列接続時にモータ４４を増速させると、さらに真空状態に達する時間が短縮される。
【００５３】
尚、本実施例のツインタイプにおいては、二つの固定スクロール間に旋回スクロールを介在するタイプをあげて説明したが、モータ軸芯の両端に別個の旋回スクロールを設けて、その旋回スクロールに対応する固定スクロールもしくは従動スクロールを嵌合させるタイプにおいても適用可能である。
【００５４】
すでに上述した、本実施例のシングルタイプの例は、固定スクロールと旋回スクロールを一個ずつ設けたドライ真空ポンプのシングルタイプの２個の例と３個の例を挙げて説明したが、４個以上を並列及び直列に切り替え接続して運転してもよい。
また、複数のオイルレス真空ポンプを、並列と直列に切り替え運転しているので、短時間で容器の真空化が容易である。
そして、直列切り替え後に複数のポンプの回転数を増速制御することにより、さらに時間短縮が可能である。
また、前段のポンプを増速しても後段のポンプで発熱を押さえることができオイルレス真空ポンプの耐久性の低下を防止することができる。
【００５５】
【効果】
以上、記載したごとく、本発明においては、複数のオイルレス真空ポンプを備え、低真空領域ではそれらのポンプを並列に接続し、高真空領域ではそれらのポンプを直列に接続して駆動しているので、密閉容器を真空にする処理時間を短縮するオイルレス真空ポンプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る基本構成図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る基本構成図である。
【図３】本発明に用いられるオイルレス・スクロール真空ポンプ本体の一実施例を示す構成図である。
【図４】スクロール部材と密閉要素を示す斜視図である。
【図５】スクロールの作用を示す概略図である。
【図６】ツイン型スクロール真空ポンプを用いた実施例に係る基本構成図である。
【図７】従来例の真空ポンプ装置を示す基本構成図である。
【符号の説明】
１ 真空ポンプ本体
２ 密閉容器
３ 電気制御装置
８、９ 三方弁
１０ 固定スクロール
１２ オイルレス・スクロール真空ポンプ本体
１３ ラップ
１６ 吸入ポ−ト
１７ 吐出ポ−ト
２０ 旋回スクロ−ル
２１ ラップ
２３、２４ 冷却フィン
２５ ハウジング体
２６ ツイン型オイルッレス・スクロール真空ポンプ本体
２７ ツイン型固定スクロール
２８ ツイン型旋回スクロール
２９、３０ 吸入ポート
３１ チップシ−ル
３２ ダストシール
３５、３６ 吐出ポート
３７、３８、３９ ラップ
４４ モータ
４５ 回転軸
４６、４７ ファン
【産業上の利用分野】
本発明は、複数の真空ポンプを用いて容器内を真空にするオイルレス真空ポンプ装置とその運転制御方法に関する。
【０００２】
真空ポンプには、油を用いるウエット型の油回転ポンプ、油を用いないドライ型のルーフ形、スクロール形、また分子ポンプ等のように機械力により気体を圧縮して外気に排除する機械式ポンプ、油拡散ポンプのように噴射蒸気の勢いで気体を排出する蒸気噴射ポンプ、昇華かスパッタによりゲッタ膜を作り、気体を吸着排除するスパッタイオンポンプのようなドライポンプ等が存在し、真空の所望の動作圧力範囲により、それらを選択し、もしくはそれらの複数を組み合わせて排気系を構成している。
【０００３】
低真空の動作圧力の排気系においては、１個の容器内に油回転ポンプを２個並列に接続して収納して構成されるが、高真空の動作圧力の排気系においては、油拡散ポンプと油回転ポンプとの組み合わせによるウエット系真空ポンプ装置が用いられている。
しかしながら、この装置はボイラ中にヒータにより加熱して蒸発した油の蒸気を吹き出し、この蒸気により拡散した気体を圧縮し、さらに油回転ポンプにより大気圧まで圧縮して外部に排出するものである。
このウエット式排気系によると油蒸気により装置内に付着した油が再蒸発して真空容器内に逆流するという問題があり、コールドトラップ、バッフル、トラップ等を用いて冷却しているため、構成が複雑になり、また、塩素やフッソのような気体と油が反応して油が変質して回転抵抗が増し、能力が低下したり、保守点検がそれだけ面倒になる。
【０００４】
そのために、ドライ式が望まれ、図７に記載したようなターボ分子ポンプとドライ式機械ポンプの組み合わせが用いられる。
この装置は、ターボ分子ポンプ内に設けられた多段翼を高速回転させて圧縮気体を吐出口に集め、この吐出口から補助のドライポンプにて排気するものであって、多段翼が高速回転するので、大気の状態からの運転は多段翼が破損するために１０‐１〜１０ー２Ｔｏｒｒ程度までは補助のあらびきポンプにて密閉容器内の気体を圧縮排気した後にターボ分子ポンプを駆動する。
【０００５】
この密閉容器とターボ分子ポンプ及び補助ポンプをこの順序で直列接続して、最初ターボ分子ポンプを停止状態のまま補助ポンプを駆動すると、補助ポンプはターボ分子ポンプの多段翼という障害物を介して気体を吸引することになり、負荷が大きく、機械損失が大きくなり、効率が低下する。
したがって、通常密閉容器とターボ分子ポンプ及び補助のポンプ間に弁を設けて切り替えて駆動する。
【０００６】
図７は密閉容器１３２の気体吐出口１３２ａとターボ分子ポンプ１３４の吸入口１３２ａ間に三方弁１３８を用いた例である。
この三方弁１３８の残りの出入口はターボ分子ポンプ１３４をバイパスしてドライポンプ１３５の吸入口１３５ａに接続され、電気制御装置１３３の制御のもとに、密閉容器１３２とターボ分子ポンプ１３４もしくはドライポンプ１３５に電磁弁により選択的に切り替え可能に構成されている。
【０００７】
最初は電気制御装置１３３の指令により、三方弁１３８をドライポンプ１３５側に接続し、ターボ分子ポンプ１３４は不作動のままドライポンプ１３５を駆動して、密閉容器１３２内の気体の圧縮排気を行う。
この状態では、ターボ分子ポンプ１３４の吐出口１３４ｂもドライポンプ１３５の吸入口１３５ａと接続されているのでターボ分子ポンプ１３４内の気体も共に圧縮排気される。
密閉容器、ターボ分子ポンプの容量、ドライポンプ１３５の圧縮排気能力等を勘案して、電気制御装置１３３は所定時間経過後にターボ分子ポンプ１３４に駆動信号送出するとともに、三方弁１３８の電磁弁を駆動してターボ分子ポンプの吸入口１３４ａに接続を切り替える。
爾後、ターボ分子ポンプ１３４が高速回転して、密閉容器１３２内に気体を吸い出し、ドライポンプ１３５により圧縮排出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方、密閉容器を真空にする時間を短縮したいという要請がある。上述の技術において、処理時間を短縮するには、ドライポンプの圧縮室の容積を大きくして処理容量を多くすることが考えられるが、圧縮室の容量を大きくした場合は、密閉容器が低真空のときは気体の圧縮排気量が多くなり時間が短縮されるが、高真空のときは圧縮室の容積が大きいために大気圧への圧縮に何回も駆動することが必要となり時間がかかる。
また、処理時間を短縮するためには、圧縮室の容積を大きくしないで、ドライポンプの回転数を上げる方法が考えられる。
しかしながら、低真空時にポンプの回転数を上げるとポンプ内温度も上昇し、ドライポンプの耐久性に影響する。
このような事情に鑑み、本発明は密閉容器を真空にする処理時間を短縮するオイルレス真空ポンプ装置とその運転制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、ポンプ内温度が過度に上昇して耐久性を低下させないオイルレス真空ポンプ装置とその運転制御方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のオイルレス真空ポンプを備え、低真空領域ではそれらのポンプを並列に接続し、高真空領域ではそれらのポンプを直列に接続して駆動することを要旨とするものである。
本第１発明は、複数のオイルレス真空ポンプによって密閉容器内の気体を吸入して排気するオイルレス真空ポンプ装置の制御方法において、
密閉容器と前記複数のオイルレス真空ポンプの一のポンプの吸入口が直接接続され、他のポンプの吸入口と密閉容器との間に第１三方弁が介装され、前記一のポンプの吐出口と第１三方弁のもう一つの出入口との間に第２三方弁を介装し、
前記第１三方弁と第２三方弁を電磁弁とし、制御装置により真空ポンプの回転数と、第１三方弁および第２三方弁を制御し、
密閉容器内が低真空領域においては真空ポンプを並列に接続し、密閉容器内が高真空領域においては真空ポンプを直列に接続するとともに前記一の真空ポンプの回転数を増速することを特徴とする。
そして、本第２発明は、複数のオイルレス真空ポンプによって密閉容器内の気体を吸入して排気するオイルレス真空ポンプ装置において、
密閉容器と前記複数のオイルレス真空ポンプの一のポンプの吸入口が直接接続され、他のポンプの吸入口と密閉容器との間に第１三方弁が介装され、前記一のポンプの吐出口と第１三方弁のもう一つの出入口との間に第２三方弁を介装し、
前記第１三方弁と第２三方弁を電磁弁とし、真空ポンプの回転数と、第１三方弁および第２三方弁を制御する制御装置を備え、
前記制御装置にて密閉容器内が低真空領域においては真空ポンプを並列に接続し、密閉容器内が高真空領域においては真空ポンプを直列に接続するとともに前記一の真空ポンプの回転数を増速するように構成したことを特徴とする。
また、前記複数のオイルレス真空ポンプを同種類のポンプで構成すると好ましい。
【００１０】
【作用】
本発明は、複数のオイルレス真空ポンプを備え、低真空領域ではそれらのポンプを並列に接続し、所定の、例えば１０−２Ｔｏｒｒ程度の真空領域まであらびきが行われる。
複数のポンプを並列に接続しているので、短時間に前記所定の真空領域まで密閉容器を真空にすることができる。
高真空領域ではそれらの複数のポンプを直列に接続して更に前記一の真空ポンプの回転数を増速して駆動するので、１個のポンプで駆動するより高圧縮比をえることができ、短時間において、密閉容器を高真空にすることができる。
【００１１】
そして、複数のポンプの並列及び直列接続の切り替えは弁手段によって行われる。すなわち、密閉容器と前記複数のオイルレス真空ポンプの他のポンプ（以下後段のポンプという）の吸入口間に第１三方弁を接続し、一のポンプ（以下前段のポンプという）の吐出口にも第２三方弁を接続するとともに、これらの第１及び第２三方弁のもう一つの出入口との間をお互いに接続する。
最初は前記第１及び第２三方弁を制御して、前段のポンプからの吐出気体が後段へ送出するのを遮断して外部に吐出するようになすとともに、密閉容器の気体を前段のポンプと並んで後段のポンプにも送出されるようになして前段及び後段のポンプを同時に駆動すると、前段及び後段のポンプは並列接続され密閉容器の気体を吸入圧縮して排気する。
所定の真空領域まで前記前段及び後段ポンプを駆動させた後に、前記第１及び第２三方弁を制御して、前段の吐出気体が後段のポンプに送出されるように接続を切り替え、直列運転がされる。
このとき、前記前段のポンプの回転数は制御装置により並列運転時より高速に制御すると、回転数の増速により前段のポンプ内温度も上昇するが、後段のポンプが前段側のポンプの潜熱を奪い、発熱による耐久性に影響することなく、排気量が増加してより短時間の密閉容器の真空化が可能である。
また、前記複数のオイルレス真空ポンプを同種類のポンプで構成すると、保守点検時に同じマニュアルで行うことができ、煩雑さが除かれ、経済的である。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１３】
図１は、本発明の実施例に係る基本構成図、図２は、本発明の他の実施例に係る基本構成図、図３は、本発明に用いられるオイルレス・スクロール真空ポンプ本体の一実施例を示す構成図、図４は、スクロール部材と密閉要素を示す斜視図、図５は、スクロールの作用を示す概略図、図６は、ツイン型スクロール真空ポンプを用いた実施例に係る基本構成図、図７は、従来例の真空ポンプ装置を示す基本構成図である。
【００１４】
本発明には、ドライ式真空ポンプであればどのようなポンプであっても用いることができる。
以下に、その代表例として、オイルレス・スクロール式真空ポンプ及びツイン型オイルレス・スクロール真空ポンプの構造及び動作を説明する。
図３はオイルレス・スクロール真空ポンプの一実施例図であり、オイルレス・スクロール真空ポンプ本体１２は、固定スクロール１０、旋回スクロール２０、及びこれらを所定位置に固定又は旋回可能に支持するフレーム４０からなる。
【００１５】
固定スクロール１０は、フレーム４０端面に固定され、配管１４を介して図示しない密閉容器内の気体を吸引する吸入口として機能する吸入ポート１６を有する周壁１１により囲繞された凹状空間内に渦巻形状のラップ１３を直立して形成するとともに、そのほぼ中央に圧縮気体を吐出するための吐出ポート１７が開設されている。
【００１６】
旋回スクロール２０は、フレーム４０内の凹状空間に収納され、固定スクロール１０のラップ１３と実質的に同じ形状の渦巻形のラップ２１を、前記周壁１１と当接する端板の一面上に直立して形成するとともに前記ラップ１３、２１同志を１８０゜ずらして嵌合させる。
尚、前記各スクロール１０、２０の背面側には各々冷却フィン２３、２４が形成され、空冷によりスクロール内部を冷却可能に構成されている。
【００１７】
そして、前記各スクロールのラップ１３、２１は各々他側スクロールと接触する端面に凹設した溝部１３ａ，２１ａに自己潤滑性シール部材３１に嵌入させ、無潤滑で摺動可能に構成するとともに、前記旋回スクロール２０の端板と当接する端面に凹設した溝部にリング状の自己潤滑性を有したダストシール３２を嵌入させ、前記凹状空間１２内の外部との気密性の維持を図る。
【００１８】
一方、フレーム４０は、一端にプーリ４２を取り付けた主駆動クランク軸４１を中心軸上に沿って軸支させるとともに、該主駆動クランク軸４１を中心として各々１２０゜ずつ偏位させた位置に（３カ所）、従動クランク軸４３を軸支させる。
そして、これらのクランク軸４１、４３は、いずれも旋回スクロール２０と一体化されたハウジング体２５に回転可能に軸支されており、前記主駆動クランク軸４１の駆動回転により、旋回スクロール２０が自転を阻止されながら一定の半径で固定スクロール１０のラップ中心の回りを公転運動可能に構成されている。
【００１９】
オイルレス・スクロール真空ポンプ本体１２は、上述したように、周壁１１により囲繞された凹状空間内に、第１のラップ１３を形成した固定スクロール１０と、前記第１のラップ１３に嵌合可能な第２のラップ２１を有する旋回スクロール２０とからなり、前記旋回スクロール２０を自転させることなく固定スクロール１０に対して公転させることにより、前記両ラップ１３、２１間に形成される密閉空間２２の容積を変化可能に構成している。
【００２０】
したがって、圧縮室として機能する前記密閉空間２２を形成する両ラップ間の接点が徐々に中心へ向かって移動するように、旋回スクロール２０を一定の半径で固定スクロール１０のラップ１３の中心の周りを公転運動させることにより、吸入口より取り込まれた気体は第２のラップ２１の巻き終わり端を回り込みながら、両ラップ１３、２１、によって形成される密閉空間２２に取り込まれ、旋回スクロール２０の公転運動とともに徐々にその容積を減小させつつ中心に向かって移動しながら高圧化されて、該密閉空間２２が吐出ポート１７と導通したときに外部へ排出されるものである。
【００２１】
したがって、この実施例の場合は、前記両ラップ１３、２１の間に形成される空間２２の密閉状態を確保することが、圧縮効率を高め真空度を上げる上で極めて重要である。
そこで、図４に示すように、前記ラップの軸方向端面に、対面する摺動面間にコプナ樹脂と呼ばれる熱膨張率が低く且つ耐熱、耐摩耗性の面でも優れた炭素系の樹脂材料のチップシール３１Ａ、３１Ｂを介在させている。
すなわち、図４に示されるように、固定スクロールもしくは旋回スクロールとして機能するスクロール部材１０（２０）の円板状の端板の前面側にインボリュート形状のラップ１３（２１）を突設するとともに、その端面側に中心から周縁側まで連通するラップ溝１３ａ（２１ａ）を凹設し、このラップ溝にチップシール３１Ａ、３１Ｂを連設して嵌合したものである。
【００２２】
このように、構成されたオイルレス・スクロール真空ポンプにおいては、図５（Ａ）の空間ａに取り込まれた気体は吐出ポート１７が設けられた空間ｉの気体の圧力Ｐｉが外部圧力Ｐｏより高くなることにより、外部に排出されるものである。
いま、真空ポンプ本体１２の電源（図示せず）を入れると、旋回スクロ−ル２０が駆動を開始する。
図５（Ａ）の空間ａにあった気体は旋回スクロ−ル２０のラップ２１の駆動により同図（Ｂ）のｂに取り込まれ、以下交互に、（Ａ），（Ｂ）に示されるように、ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈで示される密閉空間に取り込まれるとともに圧縮され、最後に吐出ポ−ト１７が開設されている空間ｉに至り、吐出ポ−ト１７から圧縮気体は外部に排出される。
【００２３】
次に、上述のようなオイルレス真空ポンプを用いた本発明に係るオイルレス真空ポンプ装置を説明する。
図１は、本発明に係るオイルレス真空ポンプ装置の基本構成図である。
同図において、オイルレス真空ポンプ本体１の吸入端１ａは密閉容器２の気体排出端２ａと、気密性を有した配管４及び５を介して接続され、一方、真空ポンプ本体１′の吸入端１′ａは電磁三方弁８を介して配管４、６、及び７により密閉容器２の排出端２ａと接続されている。
【００２４】
真空ポンプ本体１の圧縮気体吐出端１ｂは三方弁９を介して圧縮気体を外部に排出可能に構成され、三方弁９のもう一つの出入口は前記三方弁８のもう一つの出入口に接続され、これらの三方弁８及び９の電磁弁の切り替え操作により、真空ポンプ本体１の圧縮気体が真空ポンプ本体１′の吸入端１′ａに供給され、吐出端１′ｂから外部に排出可能に構成されている。
【００２５】
電気制御装置３は、配線１１０及び１１１を介して真空ポンプ本体１及び１′に接続され、配線１１２及び１１３を介して三方弁９及び８に接続している。 この電気制御装置３は、密閉容器２の容量、真空ポンプ本体１及び１′の容量及び回転数等を勘案して、所定の真空圧力領域に到達する時間を演算して三方弁の電磁弁を制御し、気体の流通方向を制御するとともに、真空ポンプ本体の回転数、駆動等を制御するように構成されている。
尚、図示しない圧力計を密閉容器に設け、その圧力値を測定することによって回転数制御、駆動制御等を行うとともに、三方弁の制御を行うように構成してもよい。
【００２６】
次に、この動作を説明する。まず、電気制御装置３は三方弁９を制御して、吐出端１ｂが外部と導通させるとともに、三方弁８を制御して密閉容器２の排出端２ａと真空ポンプ１′の吸入端１′ａと導通させる。
そして、真空ポンプ本体１及び１′を所定の回転数にて駆動させると、両真空ポンプ本体１および１′は並列に接続され、真空ポンプ１は吸入端１ａから配管４及び５を介して密閉容器２の排出端２ａから直接に気体を吸入し、吐出端１ｂから三方弁９を介して外部に圧縮気体を吐出し、真空ポンプ本体１′は吸入端１′ａから配管４、６、７及び三方弁８を介して密閉容器２の排出端２ａから気体を吸入し、吐出端１′ｂから外部に圧縮気体を吐出する。
【００２７】
所定時間経過し、１０ー２Ｔｏｒｒ程度の真空領域まであらびきが行われると、電気制御装置３は三方弁９に電気信号を送り、真空ポンプ本体１ｂの導通を外部から三方弁８へ切り替えるとともに、三方弁８に電気信号を送り、密閉容器２と吸入端１′ａとの導通を閉鎖し、三方弁９からの導通に切り替える。
これによって、真空ポンプ１と１′とは直列に接続される。
【００２８】
一方、密閉容器内の圧力が低く、高真空領域になるにつれて、真空ポンプ本体の密閉空間内に取り込まれる気体の圧力は低下するため、外部への排出のために圧縮される案分される気体は大気圧にまで圧縮する時間が増加する必要がある。
そのために、密閉容器から直接接続されている真空ポンプ本体１の回転数はこの時点で倍の回転数に増速され、圧縮気体は真空ポンプ１′に送出される。
このとき、真空ポンプ１側では回転数の増速により高圧縮され、発熱温度が上昇し、真空ポンプ１′側に排出される。
【００２９】
一方、直列接続に切り替えられた当初の真空ポンプ本体１′側の吸入ポートには、密閉容器２から取り込まれた気体は低圧の気体が存在し、この吸入ポートと導通する真空ポンプ本体１の吐出ポートには低圧の気体が存在し、そこに回転数の増速により高圧縮した気体が排出されるために、膨張して潜熱を奪うこととなる。
したがって、温度の上昇は継続することとはならずに、発熱は問題なく排気量が増え、密閉容器２を高真空領域に気体を排出が行われる。
尚、真空ポンプ本体１及び１′の回転速度は、発熱により耐久性に問題が発生しない範囲において、密閉容器内の真空状態を考慮して可変して制御すると真空化を達成する時間が短縮される。
【００３０】
図２は、本発明に係る他の実施例の基本構成図であり、図１と共通部品は同じ符号を用いる。図１との相違点は真空ポンプ本体を３個、三方弁を４個用いた点にある。
同図において、オイルレス真空ポンプ本体１の吸入端１ａは密閉容器２の気体排出端２ａと、気密性を有した配管４及び５を介して接続され、真空ポンプ本体１′の吸入端１′ａは電磁三方弁８を介して配管４、６、及び７により密閉容器２の排出端２ａと接続され、真空ポンプ本体１″の吸入端１″ａは電磁三方弁８′を介して配管４、１１７、及び１１８により密閉容器２の排出端２ａと接続されている。
【００３１】
真空ポンプ本体１の圧縮気体吐出端１ｂは三方弁９を介して圧縮気体を外部に排出可能に構成され、三方弁９のもう一つの出入口は前記三方弁８のもう一つの出入口に接続され、これらの三方弁８及び９の電磁弁の切り替え操作により、真空ポンプ本体１の圧縮気体が真空ポンプ本体１′の吸入端１′ａに供給され、吐出端１′ｂから外部に排出可能に構成されている。
また、真空ポンプ本体１′の圧縮気体吐出端１′ｂは三方弁９′を介して圧縮気体を外部に排出可能に構成され、三方弁９′のもう一つの出入口は前記三方弁８′のもう一つの出入口に接続され、これらの三方弁８′及び９′の電磁弁の切り替え操作により、真空ポンプ本体１′の圧縮気体が真空ポンプ本体１″の吸入端１″ａに供給され、吐出端１″ｂから外部に排出可能に構成されている。
【００３２】
電気制御装置３′は、配線１１０、１１１及び１１６を介して真空ポンプ本体１、１′及び１″に接続され、配線１１２、１１３、１１４及び１１５を介して三方弁９、８、９′及び８′に接続している。
この電気制御装置３′は、密閉容器２の容量、真空ポンプ本体１、１′及び１″の容量及び回転数等を勘案して、所定の真空圧力領域に到達する時間を演算して三方弁の電磁弁を制御し気体の流通方向を制御するとともに、真空ポンプ本体の回転数、駆動等を制御するように構成されている。
尚、図示しない圧力計を密閉容器に設け、その圧力値を測定することによって回転数制御、駆動制御等を行うとともに、三方弁の制御を行うように構成してもよい。
【００３３】
次に、この動作を説明する。まず、電気制御装置３′は三方弁９を制御して、吐出端１ｂが外部と導通させるとともに、三方弁８を制御して密閉容器２の排出端２ａと真空ポンプ１′の吸入端１′ａと導通させる。
そして、三方弁９′を制御して、吐出端１′ｂが外部と導通させるとともに、三方弁８′を制御して密閉容器２の排出端２ａと真空ポンプ１″の吸入端１″ａと導通させる。
【００３４】
真空ポンプ本体１、１′及び１″を所定の回転数にて駆動させると、これらの真空ポンプ本体１、１′及び１″は並列に接続され、真空ポンプ１は吸入端１ａから配管４及び５を介して密閉容器２の排出端２ａから直接に気体を吸入し、吐出端１ｂから三方弁９を介して外部に圧縮気体を吐出し、真空ポンプ本体１′は吸入端１′ａから配管４、６、７及び三方弁８を介して密閉容器２の排出端２ａから気体を吸入し、吐出端１′ｂから外部に圧縮気体を吐出し、真空ポンプ本体１″は吸入端１″ａから配管４、１１７、１１８及び三方弁８′を介して密閉容器２の排出端２ａから気体を吸入し、吐出端１″ｂから外部に圧縮気体を吐出する。
【００３５】
所定時間経過し、１０ー２Ｔｏｒｒ程度の真空領域まであらびきが行われると、電気制御装置３′は三方弁９に電気信号を送り、真空ポンップ本体１ｂの導通を外部から三方弁８へ切り替えるとともに、三方弁８に電気信号を送り、密閉容器２と吸入端１′ａとの導通を閉鎖し、三方弁９からの導通に切り替える。
また、三方弁９′に電気信号を送り、真空ポンプ本体１′ｂの導通を外部から三方弁８′へ切り替えるとともに、三方弁８′に電気信号を送り、密閉容器２と吸入端１″ａとの導通を閉鎖し、三方弁９′からの導通に切り替える。
これによって、真空ポンプ１、１′及び１″とは直列に接続される。
【００３６】
一方、密閉容器内の圧力が低く、高真空領域になるにつれて、真空ポンプ本体の密閉空間内に取り込まれる気体の圧力は低下するため、外部への排出のために圧縮される案分される気体は大気圧にまで圧縮する時間が増加する必要がある。
そのために、密閉容器から直接接続されている真空ポンプ本体１の回転数はこの時点で倍の回転数に増速され、圧縮気体は真空ポンプ１′に送出される。
このとき、真空ポンプ１側では回転数の増速により高圧縮され、発熱温度が上昇し、真空ポンプ１′側に排出される。
【００３７】
一方、直列接続に切り替えられた当初の真空ポンプ本体１′側の吸入ポートには、密閉容器２から取り込まれた気体は低圧の気体が存在し、その吸入ポートと真空ポンプ本体１側の吐出ポートとは導通していて、低圧の気体が存在し、そこに回転数の増速により高圧縮した気体が排出されるために、膨張して潜熱を奪うこととなる。
したがって、温度の上昇は継続することとはならずに、発熱は問題なく排気量が増え、密閉容器２を高真空領域に気体を排出が行われる。
【００３８】
真空ポンプ本体１′からの吐出気体は次に、真空ポンプ本体１″に吸入され、そこで圧縮された吐出端１″ｂから外部に吐出される。
この２段目の真空ポンプ本体１′の回転数は、密閉容器２の内部圧力が前段の真空ポンプの動作により順次高真空領域化するので、前段の真空ポンプ本体より高回転数で駆動する必要はなく、前段の真空ポンプ本体１の回転数を越えない範囲で適宜設定することができる。
前述した、前段の真空ポンプ本体の発熱を防止できる範囲において、前段のポンプより低速で、第３段のポンプより高速で回転してもよく、また第２及び第３段のポンプを同じ回転数で第１段のポンプより低速で回転してもよい。
したがって、１段目、２段目及び３段目の真空ポンプ本体の回転速度は、発熱により耐久性に問題が発生しない範囲において、密閉容器内の真空状態を考慮して可変して制御すると真空化を達成する時間が短縮される。
【００３９】
図６は、ツイン形オイルレス・スクロール真空ポンプを用いた真空ポンプ装置の一実施例である。
この種の真空ポンプは、一方の固定スクロールと他方の固定スクロールとの間に、端板の左右の面にラップを植設した旋回スクロールを配置し、前記ラップを前記両固定スクロールの片面に植設されたラップと噛合させるとともにスラスト方向に移動可能に構成される。
【００４０】
本実施例においては、各固定スクロールの鏡面と対峙する旋回スクロールの左右両ラップ端面との間及び、旋回スクロールの鏡面と対峙する各固定スクロールのラップ端面との間に、インボリュート状の自己潤滑性を有し、スラスト方向に弾性力を有したシール部材を配置して、前記各スクロールの鏡面と各ラップ端面間を弾性的に封止可能に構成されている。
このような構成であるため、各スクロールの組立若しくは加工誤差に起因して前記旋回スクロールのスラスト力に不均一化が生じても前記弾性力により自動的に位置修正され、したがって、旋回スクロールに軸振れが生じてもこれを容易に吸収し得る。
【００４１】
以下、本実施例の構成を詳細に説明する。図６において、ツイン形オイルレス・スクロール真空ポンプ本体２６は、結合して一つの囲繞された空間を形成する一方の固定スクロール２７Ａ及び他方の固定スクロール２７Ｂ内にツイン型旋回スクロール２８が配置されている。
固定スクロール２７Ａは渦巻状に植立されラップ３７及び、固定スクロール２７Ｂは同じくラップ３８が設けられ、旋回スクロール２８端板の左右には、これらのラップ３７もしくは３８と１８０°ずらして嵌合するラップ３９が植設されている。
【００４２】
固定スクロールの端板と当接する旋回スクロール２８のラップ３９端面に凹設した溝部、また、旋回スクロールの端板と当接する固定スクロール２７のラップ３７及び３８端面に凹設した溝部にはインボリュート状の自己潤滑性を有したチップシール３１が嵌入され、圧縮される密閉空間と隣接する密閉空間との気密性の維持を図る。
また、旋回スクロール２８の端板と当接し、これらのラップを囲繞する壁面を形成する固定スクロールの端面に溝部を凹設し、この溝部にリング状の自己潤滑性を有したダストシール３２を嵌入させ、前記ラップを囲繞する密閉空間と外部との気密性に維持を図るとともに、ゴミ等の侵入を防止している。
【００４３】
固定スクロール２７Ａの外周には、気体を吸入する吸入ポート２９が開設されるとともに、中心部近傍には圧縮された気体を吐出する吐出ポート３５が開設されている。
また、固定スクロール２７Ｂの外周には、気体を吸入する吸入ポート３０が開設されるとともに、中心部近傍には圧縮された気体を吐出する吐出ポート３６が開設されている。
【００４４】
ツイン型旋回スクロール２８は、モータ４４のロータに連結する偏心した回転軸４５及び、該回転軸４５を中心として各々１２０°づつ偏位させた位置（３箇所）に、クランクピン４３′を軸支させて配設し、回転軸４５の駆動回転により該旋回スクロール２８が自転を阻止されながら一定の半径で、前記固定スクロール２７Ａ及び下固定スクロール２７Ｂのラップ中心の周りを公転運動可能に構成されている。
【００４５】
そして、回転軸４５には、固定スクロール２７Ａに設けられた冷却フィン２７Ａａを介して固定スクロール２７Ａを冷却するファン４６が設けられ、また、固定スクロール２７Ｂに設けられた冷却フィン２７Ｂａを介して固定スクロール２７Ｂを冷却するファン４７が設けられている。
【００４６】
ツイン型オイルレス・スクロール本体２６は、このように構成されているために、モータ４４を駆動して回転軸４５を回転させると、吸入ポート２９及び３０から気体を吸入し、吸入ポート２９から取り込まれた気体は固定スクロール２７Ａと旋回スクロール２８の一方のラップ３９により形成される密閉空間により順次圧縮され、吐出ポート３５より排出される。
また、吸入ポート３０から取り込まれた気体は、固定スクロール２７Ｂと旋回スクロール２８の他方のラップ３９により形成される密閉空間により順次圧縮され、吐出ポート３６より排出される。
このとき、並列運転される左右の圧縮比は同じであるため、スラスト方向の力は互いにキャンセルされる。
【００４７】
固定スクロール２７Ａの吸入ポート２９は、配管５が嵌入され、この配管５と導通する配管４を介して密閉容器２と接続している。
また、固定スクロール２７Ｂの吸入ポート３０は、配管７が嵌入され、この配管７は三方弁８と連接し、連通する配管６及び４を介して密閉容器２と接続している。
固定スクロール２７Ｂの吐出ポート３６には配管１２１が連通し、圧縮気体を外部に排出可能に構成されている。
また、固定スクロール２７Ａの吐出ポート３５には配管１１９が連通し、三方弁９を介して圧縮気体を外部に排出可能に構成されている。
そして、三方弁８及び９のもう一つの出入口同士は配管１２０でお互いに連通している。
【００４８】
電気制御装置３″の出力端は配線１１２を介して三方弁８の電磁弁に、配線１１３を介して三方弁９の電磁弁に、また、モータ４４に配線１１０′を介して接続し、三方弁の開閉及びモータ４４の制御が可能に構成されている。
【００４９】
次に、ツイン型オイルレス・スクロール本体２６を用いた本実施例の動作を詳細に説明する。
図６において、まず、電気制御装置３″は三方弁９を制御して、吐出ポート３５を外部と導通させるとともに、三方弁８を制御して密閉容器２の排出端２ａと固定スクロール２７Ａの吸入ポート２９と導通させる。
そして、モータ４４を所定の回転数にて駆動させると、旋回スクロール２８と固定スクロール２７Ａとで構成される前段の真空ポンプ部分と、旋回スクロール２８と固定スクロール２７Ｂとで構成される後段の真空ポンプ部分とは並列に接続され、スクロール本体２６は、吸入ポート２９から配管４及び５を介して密閉容器２の排出端２ａから直接に気体を吸入し、吐出ポート３５から三方弁９を介して外部に圧縮気体を吐出し、また、吸入ポート３０から配管４、６、７及び三方弁８を介して密閉容器２の排出端２ａから気体を吸入し、吐出ポート３６から配管１２１を介して外部に圧縮気体を吐出する。
【００５０】
所定時間経過し、１０ー２Ｔｏｒｒ程度の真空領域まであらびきが行われると、電気制御装置３″は三方弁９に電気信号を送り、スクロール本体２６の導通を外部から三方弁８へ切り替えるとともに、三方弁８に電気信号を送り、密閉容器２と吸入ポート３０との導通を閉鎖し、三方弁９からの導通に切り替える。
これによって、旋回スクロール２８と固定スクロール２７Ａとで構成される前段の真空ポンプ部分と、旋回スクロール２８と固定スクロール２７Ｂとで構成される後段の真空ポンプ部分とは直列に接続される。
【００５１】
一方、密閉容器内の圧力が低く、高真空領域になるにつれて、真空ポンプ本体の密閉空間内に取り込まれる気体の圧力は低下するため、外部への排出のために圧縮される気体は大気圧にまで圧縮するのに、高段の圧縮比が要求される。
本実施例においては、上述したように前段の真空ポンプ部分と後段の真空ポンプ部分が直列に接続されているので、２倍の圧縮比となり短時間で大気圧まで圧縮でき、外部に排出できる。
【００５２】
一方、直列接続に切り替えられた当初の真空ポンプ本体２６は前段及び後段の真空ポンプ部分ともに同じモータ４４の回転軸４５で駆動されるために両部分ともに速度は一定であり、前段のポンプの増速による発熱の問題は発生しない。 尚、発熱により耐久性が低下しない範囲において、密閉容器２内の真空状態の程度を考慮して直列接続時にモータ４４を増速させると、さらに真空状態に達する時間が短縮される。
【００５３】
尚、本実施例のツインタイプにおいては、二つの固定スクロール間に旋回スクロールを介在するタイプをあげて説明したが、モータ軸芯の両端に別個の旋回スクロールを設けて、その旋回スクロールに対応する固定スクロールもしくは従動スクロールを嵌合させるタイプにおいても適用可能である。
【００５４】
すでに上述した、本実施例のシングルタイプの例は、固定スクロールと旋回スクロールを一個ずつ設けたドライ真空ポンプのシングルタイプの２個の例と３個の例を挙げて説明したが、４個以上を並列及び直列に切り替え接続して運転してもよい。
また、複数のオイルレス真空ポンプを、並列と直列に切り替え運転しているので、短時間で容器の真空化が容易である。
そして、直列切り替え後に複数のポンプの回転数を増速制御することにより、さらに時間短縮が可能である。
また、前段のポンプを増速しても後段のポンプで発熱を押さえることができオイルレス真空ポンプの耐久性の低下を防止することができる。
【００５５】
【効果】
以上、記載したごとく、本発明においては、複数のオイルレス真空ポンプを備え、低真空領域ではそれらのポンプを並列に接続し、高真空領域ではそれらのポンプを直列に接続して駆動しているので、密閉容器を真空にする処理時間を短縮するオイルレス真空ポンプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る基本構成図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る基本構成図である。
【図３】本発明に用いられるオイルレス・スクロール真空ポンプ本体の一実施例を示す構成図である。
【図４】スクロール部材と密閉要素を示す斜視図である。
【図５】スクロールの作用を示す概略図である。
【図６】ツイン型スクロール真空ポンプを用いた実施例に係る基本構成図である。
【図７】従来例の真空ポンプ装置を示す基本構成図である。
【符号の説明】
１ 真空ポンプ本体
２ 密閉容器
３ 電気制御装置
８、９ 三方弁
１０ 固定スクロール
１２ オイルレス・スクロール真空ポンプ本体
１３ ラップ
１６ 吸入ポ−ト
１７ 吐出ポ−ト
２０ 旋回スクロ−ル
２１ ラップ
２３、２４ 冷却フィン
２５ ハウジング体
２６ ツイン型オイルッレス・スクロール真空ポンプ本体
２７ ツイン型固定スクロール
２８ ツイン型旋回スクロール
２９、３０ 吸入ポート
３１ チップシ−ル
３２ ダストシール
３５、３６ 吐出ポート
３７、３８、３９ ラップ
４４ モータ
４５ 回転軸
４６、４７ ファン
Claims (4)
- 複数のオイルレス真空ポンプによって密閉容器内の気体を吸入して排気するオイルレス真空ポンプ装置の制御方法において、
密閉容器と前記複数のオイルレス真空ポンプの一のポンプの吸入口が直接接続され、他のポンプの吸入口と密閉容器との間に第１三方弁が介装され、前記一のポンプの吐出口と第１三方弁のもう一つの出入口との間に第２三方弁を介装し、
前記第１三方弁と第２三方弁を電磁弁とし、制御装置により真空ポンプの回転数と、第１三方弁および第２三方弁を制御し、
密閉容器内が低真空領域においては真空ポンプを並列に接続し、密閉容器内が高真空領域においては真空ポンプを直列に接続するとともに前記一の真空ポンプの回転数を増速することを特徴とするオイルレス真空ポンプ装置の運転制御方法。 - 複数のオイルレス真空ポンプによって密閉容器内の気体を吸入して排気するオイルレス真空ポンプ装置において、
密閉容器と前記複数のオイルレス真空ポンプの一のポンプの吸入口が直接接続され、他のポンプの吸入口と密閉容器との間に第１三方弁が介装され、前記一のポンプの吐出口と第１三方弁のもう一つの出入口との間に第２三方弁を介装し、
前記第１三方弁と第２三方弁を電磁弁とし、真空ポンプの回転数と、第１三方弁および第２三方弁を制御する制御装置を備え、
前記制御装置にて密閉容器内が低真空領域においては真空ポンプを並列に接続し、密閉容器内が高真空領域においては真空ポンプを直列に接続するとともに前記一の真空ポンプの回転数を増速するように構成したことを特徴とするオイルレス真空ポンプ装置。 - 前記複数のオイルレス真空ポンプは、同種類のポンプであることを特徴とする請求項２記載のオイルレス真空ポンプ装置。
- 前記複数のオイルレス真空ポンプは、スクロール真空ポンプであることを特徴とする請求項３記載のオイルレス真空ポンプ装置。
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