JP3611574B2 - 気体バラスト装置を有する真空ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、気体バラストをポンプの吸込み室内へ供給可能な遮断可能の導管を有する真空ポンプに関するものである。
内部圧縮式の真空ポンプの場合、吸い込まれた蒸気が吸込み室内で凝縮する危険がある。吸込まれた蒸気が、その飽和蒸気圧に達しない程度に圧縮される限り、凝縮は生じない。例えば水蒸気が飽和蒸気圧以上に圧縮されると、ポンプ内で蒸気が凝縮し、ポンプ油と混合し乳化状態となる。それによって、ポンプ油の潤滑特性が、極めて急速に低下し、ロータのスムーズな動きが阻害される危険性がある。気体、有利には空気−気体バラスト−をポンプの吸込み室へ導入することによって、吸込まれた蒸気は、事実上希釈され、それにより飽和蒸気圧が高まる結果、有害な凝縮は発生しない。気体バラスト装置に手動操作可能な弁を備え、不用な場合には、気体バラストの供給を遮断するようにすることは、公知である。
ドイツ連邦共和国特許第702480号明細書により、気体バラスト装置を備えた真空ポンプが、広く知られている。前記特許明細書の第１図に示された回転翼形油回転真空ポンプには、供給される気体量が吸込み圧に依存する気体バラスト装置が備えられている。吸込み圧が高い場合には、開弁し、吸込み圧が低減すれば、気体バラスト供給量も低減される。この種の真空ポンプの故障時−例えば駆動装置の故障による−には、多少の差はあれ急速に気体バラスト供給を介して排気鐘に空気混入が生じる。
排気鐘への空気混入を、真空ポンプの作動に応じて制御される吸込み接続管弁を用いて防止することは、公知である。しかしこれらの解決策は高価であり、安価な構成の真空ポンプには問題にならない。排気鐘への空気混入を防止する別の措置は、ポンプ故障時に、ポンプ吸込み室を気密にシールするというものである。この解決策は、ドイツ連邦共和国特許第4208194号明細書により公知である。この解決策の場合、ポンプ故障時には、吸込み室への油の供給が阻止され、それによって、油蒸気による排気鐘の汚染が防止される。しかし、この解決策が有効となる前提は、気体バラスト装置を、装備しないでおくか、もしくは、すでにポンプの故障前に手動で閉止することである。公知の、いわゆる気密真空ポンプでは、これまで気体バラスト供給時には、真空の確保はできなかった。
本発明の根底をなす課題は、冒頭に述べたような真空ポンプにおいて、ポンプの故障時にも、気体バラスト供給による排気鐘の給気の危険が生じないようにすることにある。
この課題は、本発明によれば、請求の範囲の各項に記載の特徴を有する手段によって解決された。
真空ポンプ故障時には、真空ポンプの作動に応じて動作する気体バラスト供給制御弁が閉じられるため、気体バラストの供給を介して排気鐘への空気混入が生じることはない。同じく真空ポンプの作動に応じて動作する油ポンプを有する真空ポンプの場合には、この制御弁を、有利には油圧によって操作するようにする。この油圧は、真空ポンプの作動状態の簡単かつ確実な指標となる。また、ポンプは密封式なので、真空確保のための吸込み接続管を必要としない。
以下で、本発明のその他の利点及び詳細を第１図〜第４図に示した実施例について説明する。
第１図は、本発明による気体バラスト供給弁を有する真空ポンプである。
第２図は、第１図に示した気体バラスト供給弁の拡大図である。
第３図は、気体バラスト供給弁の別の実施例を示した図である。
第４図は、気体バラスト供給弁の更に別の実施例を示した図である。
第１図に示した回転翼形油回転真空ポンプ１は、主に、ケーシング２、ロータ３、駆動モータ４から成る構成群を有している。
ケーシング２は、主に、外壁５と、蓋６と、吸込み室8,9及び軸受孔11を備えた内方部分７と、吸込み室8,9の端側を閉じている端ディスク12と軸受片13とを有するポットの形状を有している。軸受孔11の軸線は符号14で示されている。この軸線14に対して、吸込み室8,9の軸線15,16は、偏心的に位置している。外壁５と内方部分７との間には、真空ポンプ作動時に部分的に油が充填される油室17が設けてある。油レベル点検のため、蓋６には、２個の油点検アイ18,19（最高と最低の油レベル）が取り付けられている。油の充填接続管と排出接続管は、図示されていない。
内方部分７内には、ロータ３が配置されている。ロータ３は、一体に構成され、端側に配置された２個の可動部分21,22と、これらの部分の間に配置された軸受部分23とを有している。軸受部分23と可動部分21,22とは、直径が等しい。可動部分21,22は、スライダ27,28用のスリット25,26を有している。これらのスリット25,26は、それぞれ、ロータ３の所属端側から切削加工できるので、簡単に正確なスリット寸法が達成できる。軸受部分23は、可動部分21,22の間に位置している。軸受部分23と軸受孔11とは、ロータ３の唯一の軸受部を形成している。この軸受部は、ロータの揺動を防止するために、十分な軸方向長さを有していなければならない。軸受部の長さは、ロータ全長の少なくとも10％を占めるのが適当だが、有利には少なくとも25％とする。
可動部分22とこれに属する吸込み室９とは、吸込み室８を備えた可動部分21よりも長く形成されている。可動部分22と吸込み室９とは、高真空段を形成している。真空ポンプの作動時には、高真空段9,22の入口は、吸込み接続管30と接続されている。高真空段9,22の出口と前真空段8,21の入口とは、吸込み室8,9の軸線15,16と平行に延びる軸線32を有するシーケンス孔31を介して接続されている。前真空段8,21の出口は、油溜め20を有する油室17に開口している。油含有気体は、この油室17で鎮静化し、出口接続管33からポンプ１を出て行く。図面を見やすくするため、双方のポンプ段の出入開口は、第１図には示されていない。
軸受片13は、軸受孔11の軸線14と同軸的な孔35を有している。この孔35は、駆動モータ４の軸36用の孔である。軸受片13に対する軸36のシールは、切欠き56内の軸シールリング55により行われる。ロータ３と駆動モータ軸36との連結は、突起40と対応切欠きとを介して形成接続式に行われる。図示の実施例では、ロータ３は、駆動モータ軸36側の端側に、スライダ28のスリット26に対して直角に延びる長めの切欠き38を有している。駆動モータ軸36は、突起40を介して、切欠き38に係合する。駆動モータ軸36の突起40は、スライダ28を取り囲む切欠き41を有している。
第１図の真空ポンプは、油ポンプを装備している。この油ポンプは、端ディスク12内に設けられた吸込み室45と、吸込み室45内で回転する偏心体46とから成っている。この偏心体46には、コイルばね48の圧力を受けたロックスライダ（Sperrschieber）47が接触している。端ディスク12内に吸込み室45を設けるために、端ディスク12には蓋52が設けられている。ロータ３の前真空側の端側に設けられた突起53を介して、ロータ３、若しくは油ポンプの偏心体46の駆動が行われる。油ポンプ45,46の入口は、孔51を介して油溜め20と接続されている。油を必要とする真空ポンプ１のあらゆる箇所、特に、全体を符号71で示した弁装置は、油ポンプ45,46の出口と接続されている。弁装置71は、同じく端ディスク12内に設けられ、第２図に拡大して示してある。
第２図に拡大して示した弁装置71はダイアフラム弁である。ダイアフラム弁のダイアフラム72は、端ディスク12の凹所73内に配置されている。ダイアフラム72の周縁区域は、外方へ湾曲したキャップ76の縁部75と蓋52とにより、凹所73内に固定されている。ダイアフラム72により外部と遮断された部分空間77へは、管路78が開口し、この管路78には、真空ポンプ１の作動状態に関連する制御圧を負荷できる。図示の実施例（第１図と第２図）の場合、管路78は、油ポンプ45,46の出口と接続されている。この結果、真空ポンプ１の作動時には、切欠き73の部分空間77内の油圧は上昇する。真空ポンプ１の別の制御圧−例えば、ポンプ出口で排出フィルターに対して生じる過圧−を利用することも可能である。
ダイアフラム72には、部分空間77内に延びる円筒形の成形片58が固定されている。成形片58の自由端側には中空ニップル59がはめ込まれている。中空ニップル59を有する成形片58は、シール60を備えた弁の閉止片を形成している。この弁の弁座は、部分空間77の壁部分61（底部）である。中空ニップル59の中心部に当たる壁部分61内には、気体バラスト供給管路63と接続された孔62が開口している。この気体バラスト供給管路63内には、別の弁64が配置されており、この弁64を介して、手動で気体バラスト供給を停止できる。壁部分61には、加えて、吸込み室8,9に接続された孔若しくは管路102が開口している。管路102の開口部は、シール60の外方に位置し、このため、孔62,102は、弁59,60,61を介して相互に接続又は遮断され得る。気体バラスト供給管路63内への油の侵入を防止するためには、ほかに、ケーシングに固定されたエラストマー製成形片65が、閉止片である成形片58と中空ニップル59とを密に取り囲むように配置されている。
ダイアフラム72には、部分空間77の外部に、ほぼダイアフラム72の自由区域の大きさの支持板66が固定されている。キャップ76と支持板66との間には、ばね96が配置されている。支持板66には、さらに、外方へ折り曲げられた縁部67が設けられ、この縁部67には、キャップ76内の段状部68が対応している。段状部68は、縁部67のストッパを形成している。段状部68の位置は、ダイアフラム72に外方への過剰な伸びを生じさせない位置に選定する。
真空ポンプ１の作動時には、部分空間77内の油圧は上昇する。この圧力により、閉止片58,59が、ばね96の力に抗して移動し、孔62と孔102とが連通する。弁64が開くと気体バラストが吸込み室8,9へ流入する。真空ポンプ１のロータ３が停止すると、それにより油ポンプのロータ46も停止し、部分空間77内の油圧が降下する。これにより閉止片58,59が閉じ方向へ移動し、双方の孔62,102が遮断される。従って真空ポンプ１の故障時には、たとえ弁64が開いていても、気体バラスト供給は中止される。
第３図に示した実施例の場合、ダイアフラム72が、弁71の調節部材と閉止片とを兼ねている。ダイアフラム72は、２つの安定的な位置だけを有するように構成されている。第３図には、ダイアフラム72の一方の位置が実線で示され、他方の位置は破線で示されている。２つの安定的位置のみを占めることができるダイアフラム状閉止片72の特性は、クラックフロッグ効果（Knackfroscheffekt）を十分に利用することによって得られる。この効果は、有利には金属製ダイアフラムにより達成出来る。金属製ダイアフラムには、加えて、特に次の場合に、プラスチック製又はエラストマー製のダイアフラムより寿命が長い利点がある。すなわち、金属製ダイアフラムが、閉止片として、プラスチック製又はエラストマー製のシール弁座と協働する場合である。
第３図に示した弁装置71の閉止片であるダイアフラム72は、２つの機能を有している。ダイアフラム72には、−それぞれダイアフラム72の両側に向かい合って−２つの弁座81,82が配属されている。これらの弁座81,82は、エラストマー製ニップル85,86により形成された貫通孔83,84を有している。部分空間77の内側に配置されたニップル86は、ディスク12に支持されこれに対し、部分空間77の外側に配置されたニップル85は、キャップ76に保持されている。部分空間77内の制御圧力値に応じて、ダイアフラム72は、ニップル85又はニップル86に密着する。ダイアフラム72の中心区域には、貫通孔83を貫通する弁棒97が固定されている。閉止片98は、キャップ76の外部の閉じられた室100の内部で、弁棒97により操作される。閉止片98には、キャップ76に設けられたシール弁座99が配属されている。
第１図に示した真空ポンプの場合、この種の弁は、吸込み室8,9への気体バラスト供給及び油供給を、真空ポンプの作動に関連して制御する目的で使用できる。真空ポンプ１の作動時、ダイアフラム72は、実線で示した位置を占める。貫通孔84は開状態となる。このため、気体バラストが、キャップ76の開口93から流入し、ダイアフラム72に対するストッパの機能を有するニップル85の穴101を通り、貫通孔83と室100を通過し、弁103を有し吸込み室と接続されている管路102内へ流入する。弁103が開かれている場合は、気体バラストが吸込み室に達する。気体バラストを遮断する場合は、弁103を閉じる。
ロータ３が停止し、油ポンプのロータ46も停止すると、部分空間77内の油圧が減少する。このため、ダイアフラム72や、ひいては閉止片98が、破線で示した位置へ移動する。これにより、油供給と気体バラスト供給とが中止される。
一方の位置から他方の位置へのダイアフラム72の位置変更は、ダイアフラム72自体の構成と、部分空間77内の圧力とに関連する。昇圧速度には、絞り94を介して影響を与えることができる。絞り94は、貫通孔84に接続されている管路95に設けられている（第２図参照）。加えて、ダイアフラム72の切替え時点には、ダイアフラム72に作用するばね96によって影響を与えることができる。第３図に示した実施例の場合、部分空間77の外部に圧縮ばね96が配置されている。圧縮ばね96は、ニップル85を取り囲み、内側からキャップ76とダイアフラム72とに支えられている。
第４図に示した実施例の場合は、部分空間77を取り囲むポット状ケーシング105が、底部106を端ディスク12に固定されている。ダイアフラム72の縁部74は、キャップ76とケーシング105との間に位置している。ダイアフラム72には、弁棒107が固定されている。弁棒107は、ケーシング105の底部106を貫通し、同じくポット状の、端ディスク12内の凹所108内で終わっている。凹所108の底部109のほぼ中央には、吸込み室と接続された孔102が開口している。凹所108の他の部分は、孔102の開口を取り囲む弁座を形成している。この弁座は、弁棒107に配置されたシール110と協働する。弁109/110の操作は、既述の実施例の場合同様、油圧によって行われる。
凹所108は、まず段部111に移行し、次いで円錐形部分112に移行して外方へ拡大されている。円錐形部分112の高さのところには、ケーシング105の底部106に、孔114が開口する環状みぞ113が設けられている。この孔114により、気体バラスト供給管路63が環状みぞ113と接続される。環状みぞ113と円錐形部分112とには、ケーシング105と端ディスク12との間に周縁部が固定された環状ダイアフラム115が配属されている。この環状ダイアフラム115は、気体バラスト流の逆止め弁を形成している。気体バラストが所望方向に流れるさい、環状ダイアフラム115は、環状みぞ113を開放する。環状ダイアフラム115の過負荷は、円錐形部分112にダイアフラム115が当てつけられることによって、防止される。休止状態のさい、又は凹所108内が過圧の場合には、ダイアフラム115は環状みぞ113に密着するので、油又は気体が逆流することはできない。

Claims (19)

1. 遮断可能の管路（63,102）を有する真空ポンプ（１）であって、前記管路（63,102）を介して、気体バラストが真空ポンプの吸込み室（8,9）へ供給可能である形式のものにおいて、前記管路（63,102）に、真空ポンプの作動に関連して動作する、気体バラストを供給するための制御弁（59,60,61;98,99;109,110）が設けられており、該制御弁（59,60,61;98,99;109,110）が、真空ポンプの故障時には、前記管路（63,102）を閉じるように動作することを特徴とする、気体バラスト装置を有する真空ポンプ。
2. 油ポンプ（45,46）が設けられており、真空ポンプの作動に関連して動作する、気体バラストを供給するための制御弁（59,60,61;98,99;109,110）が、油圧によって操作可能に構成されている、請求項１記載の真空ポンプ。
3. 前記制御弁（59,60,61;98,99;109,110）が、真空ポンプ（１）の端ディスク（12）の凹所（73,108）内に設けられている、請求項１又は２記載の真空ポンプ。
4. 前記制御弁が、ダイアフラム弁として構成されている、請求項３記載の真空ポンプ。
5. ダイアフラム（72）が、その開位置と閉位置とでだけ安定的位置を有するように構成されている、請求項４記載の真空ポンプ。
6. ダイアフラム（72）が金属製である、請求項５記載の真空ポンプ。
7. ダイアフラム（72）が、例えば圧縮ばね、コイルばね、又はその他のばね（96）の影響下ある、請求項４から６までのいずれか１項に記載の真空ポンプ。
8. ダイアフラム（72）が、閉じられた部分空間（77）を制限している、請求項４から７までのいずれか１項に記載の真空ポンプ。
9. 制御圧を負荷可能な管路（78）が前記部分空間（77）内に開口している、請求項８記載の真空ポンプ。
10. 気体を供給する管路（63）と吸込み室（8,9）への接続管路（102）とが、前記部分空間（77）に開口しており、ダイアフラム（72）が、管路（63,102）の遮断又は接続に役立つ閉止片（58）を支持している、請求項８又は９記載の真空ポンプ。
11. 気体バラスト流に対する逆止め弁（113,115）が備えられている、請求項８から10までのいずれか１項に記載の真空ポンプ。
12. 前記逆止め弁（113,115）が、前記部分空間（77）と端ディスク（12）の凹所（108）との間に設けられている、請求項11記載の真空ポンプ。
13. 弁装置（71）により、真空ポンプ（１）の吸込み室（8,9）への油供給と気体バラスト供給とが同時に制御される、請求項８から12までのいずれか１項に記載の真空ポンプ。
14. 前記部分空間（77）の内部には、油を遮断する弁が配置され、前記部分空間（77）の外部には、気体バラストを遮断する弁が配置されている、請求項１３記載の真空ポンプ。
15. 弁座（82,61）が部分空間（77）内に設けられている、請求項１４記載の真空ポンプ。
16. 別の弁座（99）が前記部分空間（77）の外部に設けられている、請求項15記載の真空ポンプ。
17. ダイアフラム（72）が、弁（98,99）の操作に役立つ調節部材（97）と連結されており、ダイアフラム（72）がシール弁座（82）と共に、第２の弁を形成している、請求項１４記載の真空ポンプ。
18. 油ポンプ（45,46）が備えられており、油ポンプ（45,46）のロータ（46）が、駆動モータ軸又は真空ポンプのロータと連結されており、弁装置（71）の、真空ポンプの作動に関連する制御が、油ポンプから供給される油の圧力に関連して行われる、請求項１３から17までのいずれか１項に記載の真空ポンプ。
19. 油ポンプ（45,46）の出口が部分空間77と接続されている、請求項18記載の真空ポンプ。

Images