JP3673743B2

JP3673743B2 - スクリュー式真空ポンプ

Info

Publication number: JP3673743B2
Application number: JP2001296872A
Authority: JP
Inventors: 將士 ▲吉▼村
Original assignee: 大晃機械工業株式会社
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2021-09-27
Also published as: TW588143B; US7214036B2; US20040247465A1; JP2003097480A; KR100602866B1; KR20040035885A; DE10197271T5; WO2003031821A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二軸多段式のスクリューロータを用いて気体を複数の行程で順次圧縮させるスクリュー式真空ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の立場からＣＯ₂を削減するべく真空ポンプの消費電力に関する省エネルギが叫ばれている。また、安全性の面からケミカル用真空ポンプに関してヨーロッパ（ＥＣ）では真空ポンプからの吐出温度を１３５゜Ｃ以下と定めている。一般には温度等級Ｔ₄に相当し、アセトアルデヒド、トリメチルアミン、エチルメチルエーテル、ジエチルエーテル等が本等級に該当し、これらの表面側温度を１３５゜Ｃ以下にする必要がある。
【０００３】
従来のスクリュー式真空ポンプとしては、一軸単段式の一対のスクリューロータを用いたもの（特開昭６３−３６０８５号公報等）や、図５に示すような一軸二段式の一対のスクリューロータを用いたものがある。
【０００４】
この真空ポンプ６１は、ケーシング６２内に右螺旋と左螺旋の左右一対のスクリューロータ６３，６４を回転自在に噛み合わせたものにおいて、各スクリューロータ６３，６４の軸方向に二種類のピッチの螺旋歯６５，６６を形成し、ケーシング６２の吸入口６７のある側に大きなピッチの螺旋歯６５を配し、ケーシング６２の吐出口（図示せず）のある側に小さなピッチの螺旋歯６６を配したものである。
【０００５】
各スクリューロータ６３，６４は両端側をベアリング７３，６８で支持され、一端側のタイミングギヤ６９を介して互いに逆向きに回転自在であり、一方のロータ軸部７０が駆動モータ側に接続される。
【０００６】
各スクリューロータ６３，６４の回転により、吸入口６７から第一の螺旋歯６５側の空室７１に導入されたガスは圧縮されつつ第二の螺旋歯６６側の空室７２に運ばれ、第二の空室７２内でさらに圧縮されて、大気圧の状態で吐出口から排出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の真空ポンプ６１によれば、図６に特性図｛縦軸の下側に軸動力（ｋｗ）、上側に排気速度（ｌ／ｍｉｎ）、横軸に真空度（ＭＰａＡ）｝を示す如く、第二の螺旋歯６６でガスを圧縮する時に図６の下側の曲線の如く大きな馬力（軸動力Ｌａ）を必要とし、吐出温度が２００゜Ｃを越えることがあった。また、この第二行程までガスが圧縮されると、かなりの圧力損失が起こり、一対のスクリューロータ６３，６４の隙間洩れが発生し、図６の上側の線図の如く排気速度Ｓが低下するという問題があった。
【０００８】
このような排気特性の場合、モータ馬力を大きくしなければならないばかりでなく、低真空運転が困難であり、排気ガスの温度上昇（１３５゜Ｃ以上）を起こすと共に、特に大気〜真空の動作を繰り返す場合に多くの排気時間がかかり、性能的に不利であった。
【０００９】
本発明は、上記した点に鑑み、省エネルギ化を図り、ＣＯ₂の削減に寄与すると共に、真空ポンプの内部温度（吐出温度）がＥＮ規格（１３５゜Ｃ以下）を満たし、安全性が高く、且つ排気性能に優れた真空ポンプを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るスクリュー式真空ポンプは、軸直角断面形状がエピトロコイド、円弧、擬アルキメデス曲線からなる一対のスクリューロータを噛み合わせてケーシング内に回転自在に収容し、軸方向に沿って気体を排気するスクリュー式真空ポンプにおいて、前記一対のスクリューロータが、理論押し除け量の異なる三種類の螺旋歯を軸方向に順に備え、第一種の螺旋歯と第二種の螺旋歯との間の空間と、第二種の螺旋歯と第三種の螺旋歯との間の空間とが、それぞれ逆止弁を介して吐出側に続くバイパス管に接続され、前記三種類の螺旋歯の押し除け量に関し、第一行程と第二行程の風量比を略１．４、第二行程と第三行程の風量比を略１．４、すなわち第一行程と第三行程の風量比を略２としたことを特徴とする。
【００１１】
上記構成により、ケーシング内に導入されたガスは先ず第一行程の第一種の螺旋歯で圧縮され、この際、ガス圧が規定値（例えば大気圧）以上になると規定値以上のガス圧が逆止弁からバイパス管に排気され、残りのガス圧が第二行程の第二種の螺旋歯で圧縮され、この際も第一行程と同様に規定値以上のガス圧が排気され、残りのガス圧が第三行程の第三種の螺旋歯で圧縮されて外部へ吐出される。各逆止弁はバイパス管からの排気の逆流を阻止する。
【００１２】
これにより、第一行程〜第三の行程に至るまで、スクリューロータに大きな負荷がかからず、軸動力が少なくて済む。また、ケーシング内が従来のような高圧にならないから、排出ガスの温度上昇が抑えられる。また、排気は第一行程と第二行程との間及び第二行程と第三行程との間及び第三行程の吐出口からそれぞれ行われるので、排気速度が第一行程〜第三行程に至るまでほぼ均一に安定し、排気速度の低下が起こらず、排気時間が短縮される。
【００１４】
上記構成により、圧力比Ｐｄ／Ｐｓ＝２であり、Ｐｄ＝７６０Ｔｏｒｒとすれば、Ｐｓ＝Ｐｄ／２＝３８０Ｔｏｒｒである。吐出温度Ｔｄ＝Ｔｓ（Ｐｄ／Ｐｓ）^n-1/nであり、ポリトロープ指数ｎ＝１．６とすれば、Ｔｄ≒１０６゜Ｃで、この値はＥＮ規格の１３５゜Ｃ以下を十分に満足する。
【００１５】
請求項２に係るスクリュー式真空ポンプは、請求項１記載のスクリュー式真空ポンプにおいて、前記第三行程でガスを第一行程の略１／２に圧縮した後に吐出ポートが開いてガスを排出するようにしたことを特徴とする。
上記構成により、請求項１記載の第一行程と第三行程の風量比（略２）が正確に規制される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るスクリュー式真空ポンプ（正確にはスクリュー式ドライ真空ポンプ）の一実施形態を示すものである。
【００１７】
この真空ポンプ１は、金属製のケーシング２内に右螺旋と左螺旋の金属製の一対のスクリューロータ３，４を回転自在に歯合させたものにおいて、各スクリューロータ３，４を軸方向に三種類の螺旋ピッチで形成し、ケーシング２の吸入口５から吐出口６に至るまで第一〜第三の三つの圧縮行程（ステージ）７〜９を設定すると共に、第一行程７と第二行程８との中間の空室１０と、第二行程８と第三行程９との中間の空室１１とをそれぞれ逆止弁１２，１３を介してケーシング外部の配管（バイパス管）１４で連通させ、その配管１４を吐出口６側の配管１５に連通させたことを特徴としている。
【００１８】
ケーシング２は外側が略長円形に形成され、内側に二つの断面円形の空室を径方向にラップ（連通）させた略眼鏡形状のロータ収容室１６，１７を有し、外側に冷却（水冷）用のジャケット１８を有している。二つの並列な収容室１６，１７に左右一対のスクリューロータ３，４が回転自在に収容され、各スクリューロータ３，４の外周面は若干の隙間を存して収容室１６，１７の内周面に近接し、各スクリューロータ３，４同士も若干の隙間を存して非接触で位置している。
【００１９】
各スクリューロータ３，４の軸部１９，２０はケーシング２の長手方向前後の隔壁２１，２２を貫通して外側の各サイドケース２３，２４内のベアリング２５，２６で回動自在に支持されている。軸部１９，２０とスクリューロータ３，４とはキー等で固定されている。吐出口６は隔壁２２側の吐出ポート６ａに続いている。
【００２０】
吸入口５側のサイドケース２３内には一対のコロ軸受２５が配設固定され、吐出口６側のサイドケース２４内には一対のボール軸受２６が配設固定されると共に、その外側のカバー２７内に一対のタイミングギヤ２８が配設され、各軸部１９，２０は隔壁２２側でシール部材で気密に封止され、各タイミングギヤ２８は相互に歯合して両軸部１９，２０を逆方向に回転自在に連結している。
【００２１】
一方の軸部１９はカバー２７の外側に延長され、継手を介してモータ（図示せず）に接続される。モータの駆動で駆動側のスクリューロータ３は矢印Ａの如く右回りに回転し、従動側のスクリューロータ４は左回りに回転する。
【００２２】
各スクリューロータ３，４は吸入口５側において大きな螺旋ピッチで形成され、吐出口６側において小さな螺旋ピッチで形成され、吸入口５と吐出口６との軸方向中間位置において中位の大きさの螺旋ピッチで形成されている。吸入口５側の大きなピッチの螺旋歯（第一種の螺旋歯）２９で第一の行程７が構成され、軸方向中間の中位のピッチの螺旋歯（第二種の螺旋歯）３０で第二の行程８が構成され、吐出口６側の小さなピッチの螺旋歯（第三種の螺旋歯）３１で第三の行程９が構成されている。
【００２３】
本形態において第一行程７の空室（収容室）３２は軸方向に長く、第二行程８の空室３３は第一行程７の空室３２と同程度ないしそれよりもやや短く、第三行程９の空室３４は第二行程８の空室３３よりも短く形成されている。
【００２４】
吸入口５は第一行程７の空室３２に連通して第一行程７の螺旋歯２９の一巻き目に対応して位置し、吐出口６のポート６ａは第三行程９の空室３４に連通して第三行程９の螺旋歯３１の終端面３１ｂに対応して位置し、吐出管１５で外部に続いている。吐出ポート６ａはスクリューロータ４の回動に伴って螺旋歯３１の終端面３１ｂで塞がれて閉じ、終端面３１ｂの移動によって開放されて開く。吐出ポート６ａの形状は例えば略三日月状である（例えば小径の内側円弧と大径の外側円弧と両円弧の一端を結ぶ直線とで構成され、他端は交差している）。
【００２５】
吐出管１５は途中で分岐され、その分岐された配管１４が、ケーシング長手方向に沿って位置し、第二行程８と第三行程９との中間位置の空室１１と、第一行程７と第二行程８の中間位置の空室１０とにそれぞれ逆止弁１３，１２を介して連通している。配管１４の始端側の部分１４ａがほぼ直角に屈曲して第一の逆止弁１２に続き、配管１４の長手方向中間部が短い配管１４ｂで第二の逆止弁１３に続いている。
【００２６】
各逆止弁１２，１３はケーシング２の外壁面に固定されてシールリングで密封されつつ、ケーシング２の孔部３５，３６を経て各中間室１０，１１に続いている。各逆止弁１２，１３は各中間室１０，１１から配管１４へのガス（気体）の流出を可能とし、配管１４から各中間室１０，１１へのガスの逆流を阻止する。各逆止弁１２，１３は、中間室１０，１１の圧力が規定圧（例えば大気圧）以上になると開弁してガスを一方向にのみ流出させる。
【００２７】
第一の中間室１０は第一行程７の螺旋歯２９の終端面２９ｂと第二行程８の螺旋歯３０の始端面３０ａとの間に位置し、第二の中間室１１は第二行程８の螺旋歯３０の終端面３０ｂと第三行程９の螺旋歯３１の始端面３１ａとの間に位置している。各中間室１０，１１の軸方向長さは螺旋歯３０の半周程度の軸方向長さであり、各中間室１０，１１内にスクリューロータ１９，２０の谷部３７と同じ径の円筒形の中間軸３８が位置している。軸部１９，２０は中間軸３８や谷部３７よりも小径でスクリューロータ３，４の径方向中心部を貫通している。各中間室１０，１１に続く孔部３５，３６に対して１８０゜反対側に設けられた孔部３９，４０は蓋とシールリングで密閉されている。
【００２８】
一対のスクリューロータ３，４は逆ねじ形状であるだけでなく、駆動側の右螺旋のスクリューロータ３が軸方向に第三行程９の小ピッチの螺旋歯３１→第二行程８の中ピッチの螺旋歯３０→第一行程７の大ピッチの螺旋歯２９と続くのに対し、従動側の左回りのスクリューロータ４は軸方向に第一行程７の大ピッチの螺旋歯２９→第二行程８の中ピッチの螺旋歯３０→第三行程９の小ピッチの螺旋歯３１と続く点で全体形状が相違している。各螺旋歯２９〜３１ごとの形状は両スクリューロータ３，４で同じである。
【００２９】
参考までに図２に一対のスクリューロータ３，４を噛み合わせた状態の軸直角方向断面を示す如く、各螺旋歯２９〜３１（図では中間の螺旋歯３０を示す）は、谷部３７の外周を構成する小径のほぼ１／４周の円弧４３と、円弧４３の一方に続く擬アルキメデス曲線４４と、円弧４３の他方に続くエピトロコイド曲線４５と、螺旋歯外周の大きな円弧４６とで構成され、擬アルキメデス曲線４４の裾側とエピトロコイド曲線４５の裾側は大きな円弧４６に滑らかに続いている。図２で符号４７は回転中心を示す。
【００３０】
一対のスクリューロータ３，４がケーシング２内で矢印の如く逆向きに回転し、あるところまで圧縮なしで等容積で移動し、サイドケース２４側の隔壁２２に設けた吐出ポート６ａ（図１）がスクリューロータ４の終端面で閉止された状態から開になる直前の１／２回転のところでガスが圧縮されて、吐出ポート６ａの開と同時に排出される。詳細については特開昭６３−３６０８５号公報参照。
【００３１】
以下に上記真空ポンプの作用及び理論構成を説明する。
図１で一対のスクリューロータ３，４の回転により、ケーシング２の吸入口５から吸引されたガス（気体）は第一行程７の左右一対の螺旋歯２９により圧縮されつつ第二行程８へ送られる。ここで、第二行程８の排気容量は第一行程７の排気容量よりも小さい（例えばケーシング内２で第二行程８の螺旋歯３０のつくり出す空間は第一行程７の螺旋歯２９のつくり出す空間よりも小さい）から、当然ガスの圧縮が起こる。この圧縮圧が吐出圧力（本形態の場合は大気圧）よりも大きい場合、ガスは、第一の中間室１０から逆止弁１２を経て配管１４を通って吐出されるものと、第二行程８に進むものとに分岐される。
【００３２】
第一行程７と第二行程８の中間圧力すなわち第一の中間室１０の圧力をＰｍ₁とすれば、
Ｐｍ₁＝Ｐｓ₁×Ｑｓ₁／Ｑｓ₂×Ｔｍ₁／Ｔｓ₁ ……（１）
ここで、Ｐｓ₁；吸入口５の圧力
Ｑｓ₁；第一行程７の吸込排気速度
Ｑｓ₂；第二行程８の吸込排気速度
Ｔｍ₁；第一行程７と第二行程８間のガスの温度
Ｔｓ₁；吸入口５のガスの温度（絶対温度）である。
【００３３】
Ｐｍ₁が（１）式で上記各値を代入して得られる値になるまで｛（１）式の値を満足するまで｝、ガスは逆止弁１２を介して吐出口６側へ配管１４を経て排出されるものと、第二行程８に進行するものとに分岐され、Ｐｍ₁が（１）式の値を満足すると、逆止弁１２は閉となり、吸入口５から吸引されたガスは全て第二行程８へ進行する。
【００３４】
第二行程８においても、第一行程７と同様に、第二行程８と第三行程９の中間圧力すなわち第二の中間室１１の圧力をＰｍ₂とすれば、

ここで、Ｑｓ₃；第三行程の吸込排気速度
Ｔｍ₂；第二行程と第三行程間のガスの温度
Ｐｓ₁，Ｑｓ１，Ｑｓ₂，Ｔｍ₁，Ｔｓ₁は上記同様である。
【００３５】
Ｐｍ₂が（２）式の値を満足するまで、ガスは逆止弁１３を介して吐出口６側へ配管１４を通って排出されるものと、第三行程９へ進行するものとに分岐される。Ｐｍ₂が（２）式の値を満足すると、逆止弁１３は閉となり、吸入口５から吸引されたガスは全て第三行程９へと移行する。
【００３６】
図３に、従来と本発明の真空ポンプのＰ−Ｖ（仕事）線図を比較して示す如く、従来品のＰ−Ｖ線図は、図３で０−Ｖ₁−１−ｍ−４−Ｐｄを結ぶ線図となり、本発明の真空ポンプ１のＰ−Ｖ線図は、０−Ｖ₁−１−２−３−４−Ｐｄを結ぶ線図となる。
【００３７】
図３で、Ｐは圧力、Ｖは比体積、Ｐｄは吐出圧、Ｐｍ₁は第一行程７と第二行程８との中間（第一の中間室１０）の圧力、Ｐｍ₂は第二行程８と第三行程９との中間（第二の中間室１１）の圧力、Ｖ₁は吸入側（圧縮開始点）における比体積、Ｖ₂は第一の中間室１０における比体積、Ｖ₃は第二の中間室１１における比体積、Ｖ₄は吐出側における比体積をそれぞれ示す。
【００３８】
従来の真空ポンプにおいては吸入側（図３の符号１）から吐出側（図３の符号４）に至るまで圧力が直線に近い二次曲線で増加するのに対して、本発明の真空ポンプ１（図１）によれば、第一行程７の空室３２内のガス圧力が大気圧以上になった際に、中間室１０から逆止弁１２を経てバイパス管１４に排出されるから、図３の符号１〜２の如く第一行程７の空室３２内で圧力が一定（Ｐｍ₁）に保たれ、次いで第二行程８の空室３３内でガスが圧縮されて符号２〜ｍの如く縦方向にＰｍ₂まで高められ、第二行程８の空室３３内のガス圧力が大気圧以上になった際に、中間室１１から逆止弁１３を経てバイパス管１４に排出されるから、図３の符号ｍ〜３の如く第二行程８の空室３３内で圧力が一定（Ｐｍ₂）に保たれ、次いで第三行程９の空室３４内で吐出側に至るまで図３の符号３〜４の如く略二次曲線的に圧力が高められる。
【００３９】
このように、従来型に較べて本発明品の場合は、図３でハッチングを施した部分の面積に相当する分だけ動力が節約される（省エネルギ化される）ことになる。
【００４０】
吐出温度に関しては、吸入温度Ｔｓ₁を４０゜Ｃ（絶対温度で３１３Ｋ）とすれば、第一行程を出たところの温度すなわち第一行程での吐出温度ｔｍ₁は、

ここで、ｎ；ポリトロープ指数
第一行程での吐出温度ｔｍ₁は８２゜Ｃ＜１３５゜Ｃであり、ＥＮ規格を満足している。
【００４１】
同じく第二行程での吐出温度ｔｍ₂は、

第二行程での吐出温度ｔｍ₂は１３０゜Ｃ＜１３５゜Ｃであり、同じくＥＮ規格を満足している。
【００４２】
第三行程では、真空状態での熱量授受から計算すると、殆どの熱量すなわちモータ動力はケーシングジャケット部１８（図１）の冷却水の温度上昇として変換されるので、第二行程の吐出温度ｔｍ₂≒第三行程の吐出温度ｔｄと考えられる。
従って、第一行程〜第三行程を通過した全てのガスはＥＮ規格を満足して１３５゜Ｃ以下で排出されることになる。
【００４３】
以下に本発明の真空ポンプ１の特徴を総括して記載する。
従来技術では最終段まで一度に圧縮するため、第一行程と第二行程の中間圧がスクリューロータに作用して馬力を消費していた。本発明の実施形態においてもバイパス管としての配管１４や逆止弁１２，１３を用いなければ、従来と同様に第一行程７と第二行程８の中間圧や第二行程８と第三行程９の中間圧がスクリューロータ３，４に作用して馬力を消費してしまうことになる。そうならないために、各行程間で中間圧を抜いてやり、大気以上の圧力が発生しないような構造とした。
【００４４】
また、吸入側から第一行程７の螺旋歯２９、第二行程８の螺旋歯３０、第三行程９の螺旋歯３１と配列した場合に、吐出温度（内部温度）の限界を１３５゜Ｃ以下と考え、第一行程７→第二行程８→吐出（第三行程９）の順で吸引ガスが流れ始める時の圧力比を２とした。
【００４５】
第一行程７と第二行程８の間の中間圧をＰｍ₁、第二行程８と第三行程９の間の中間圧をＰｍ₂、吸入圧をＰｓ、吐出圧をＰｄ、第一行程７の空室３２の容積をＱ₁、第二行程８の空室３３の容積をＱ₂、空室３２内の温度をＴ₁、空室３３内の温度をＴ₂、第一行程７と第二行程８の風量比をＲ₁、第二行程８と第三行程の風量比をＲ₂とすると、
Ｒ₁＝Ｐｍ₁／Ｐｓ＝Ｑ₁／Ｑ₂×Ｔ₂／Ｔ₁ ……（３）
Ｒ₂＝Ｐｍ₂／Ｐｍ₁＝Ｑ₂／Ｑ₃×Ｔ₃／Ｔ₂ ……（４）
従って、
Ｒ₁×Ｒ₂＝Ｐｍ₂／Ｐｓ＝Ｑ₁／Ｑ₃×Ｔ₃／Ｔ₁≒Ｑ_th1／Ｑ_th3 ……（５）
【００４６】
（５）式を計算すると、Ｒ₁×Ｒ₂＝２である。
すなわち、第三行程９の螺旋歯３１による理論押し除け量Ｑ_th3を第一行程７の螺旋歯２９による理論押し除け量Ｑ_th1の１／２とする。
【００４７】
また、Ｒ₁×Ｒ₂＝Ｒ²＝２より、
Ｒ₁＝Ｒ₂＝Ｒ＝√２≒１．４となり、
第一行程７と第二行程８の理論押し除け量は１．４、すなわち第二行程８の理論押し除け量を第一行程７の１／１．４、第三行程９の１．４倍とすればよい。理論押し除け量の比率は第一行程：第二行程：第三行程＝２：１．４：１である。
【００４８】
このように、第一行程７と第二行程８の風量比を略１．４、第二行程８と第三行程９の風量比を略１．４とする。すなわち、第一行程７と第三行程９の風量比を略２とする。第三行程９において吐出ポート６ａ（図１）の形状を、ガスが略１／２圧縮後にポート６ａが開いて排出されるような形状とする。
【００４９】
圧力比Ｐｄ／Ｐｓ＝２と言うことは、
Ｐｄ＝７６０Ｔｏｒｒ（０．１ＭＰａＡ又は１ＡＴＭ）とすれば、
Ｐｓ＝Ｐｄ／２＝３８０Ｔｏｒｒ（０．０５ＭＰａＡ）である。
ここで、Ｐｄは吐出圧、Ｐｓは吸入圧である。
一般に、吐出温度Ｔｄ＝Ｔｓ（Ｐｄ／Ｐｓ）^n-1/n
ここで、ｎはポリトロープ指数であり、ｎ＝１．６とすれば、
Ｔｄ＝２９３×２^0.375
≒１０６（゜Ｃ）
１０６゜Ｃ＜１３５゜ＣでＥＮ規格を満足する。
【００５０】
３８０Ｔｏｒｒ以上の高真空域については熱量授受による吐出温度計算をすると、１３５゜Ｃ以下となり得る。吸引側を締め切って使用する時には、送冷却ガスをロータ吐出側に導入して真空ポンプ内を冷却するものとする。送冷却ガスはケーシング内周に設けたポート（図示せず）から螺旋歯による開閉動作でケーシング内に供給される。この点については特開昭６３−３６０８５号参照。
【００５１】
また、図４に性能特性を示す｛縦軸の下側に軸動力Ｌａ（ｋｗ）、上側に排気速度（流量）Ｓ（ｌ／ｍｉｎ）、横軸に真空度（ＭＰａＡ）を示す｝如く、消費電力（軸動力）も従来の一軸単段式のスクリューロータで到達まで運転するより（図６参照）遙かに少ない動力で運転でき、省エネ型となる。
【００５２】
図４で、軸動力Ｌａの符号１〜２の区間は第一行程７の螺旋歯２９でガスを圧縮する際の軸動力、符号２〜３の区間は第二行程８の螺旋歯３０でガスを圧縮する際の軸動力、符号３〜４の区間は第三行程９の螺旋歯３１でガスを圧縮する際の軸動力をそれぞれ示している。従来と違ってバイパス管１４による排気作用で特に第二行程８におけるガス圧縮時の軸動力が低く抑えられ、全体としてフラットな略台形状の軸動力線図となっている。
【００５３】
また、図４で上側に排気速度線図を示す如く、バイパス管１４を設けたことにより、従来（図６の上側の線図）のように排気量が吐出側で損なわれることなく、第一行程７の螺旋歯２９による排気速度（流量）が第三行程９で大気圧に至るまで維持されるので、大気〜真空を繰り返す運転の場合、排気時間が大幅に短縮され、運転が効率良く行われる。
【００５４】
なお、上記真空ポンプ１（図１）の他の実施形態として、一対のスクリューロータ３，４を左右一対ではなく、上下一対配置することも可能である。また、スクリューロータ３，４の各行程における螺旋歯を別体に製造して組み立てて一体化させることも可能である。また、タイミングギヤ２８を吐出側ではなく吸入側に配置することも可能である。また、ガスの圧縮を三つ行程７〜９で行わせる構成は、図２の曲線形状以外のスクリューロータを使う真空ポンプにも適用可能である。また、上記ガスは空気であってもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１記載の発明によれば、三種類の螺旋歯とバイパス管と逆止弁の作用で、第一行程〜第三の行程に至るまで、スクリューロータに大きな負荷がかからず、軸動力（消費電力）が少なくて済むから、省エネルギ化が達成され、火力発電等におけるＣＯ₂の削減が可能となる。また、ケーシング内が従来のような高圧にならないから、排出ガスの温度上昇が抑えられ、例えばケミカル用真空ポンプにおける安全性が高まる。また、排気速度が第一行程の状態で維持されるから、特に大気〜真空を繰り返す運転の場合に排気時間が大幅に短縮され、運転効率がアップする。
【００５６】
また、排出ガスの温度上昇が抑えられ、ケミカル用真空ポンプにおけるＥＣの温度規格を満足して、ケミカルガスの引火等の危険が回避され、安全性が高まる。
請求項２記載の発明によれば、各行程の風量比が正確に規制され、上記請求項１記載の効果が一層確実に達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスクリュー式真空ポンプの一実施形態を示す断面図である。
【図２】同じく真空ポンプの一対のスクリューロータの形状を示す軸直角断面図である。
【図３】本発明の真空ポンプと従来の真空ポンプの仕事量を比較して示すＰＶ線図である。
【図４】本発明の真空ポンプの排気速度と軸動力を示す性能線図である。
【図５】従来の真空ポンプを示す断面図である。
【図６】従来の真空ポンプの排気速度と軸動力を示す性能線図である。
【符号の説明】
１スクリュー式真空ポンプ
２ケーシング
３，４スクリューロータ
６吐出口
６ａ吐出ポート（ポート）
７第一行程
８第二行程
９第三行程
１０中間室（空間）
１１中間室（空間）
１２，１３逆止弁
１４配管（バイパス管）
２９第一種の螺旋歯
３０第二種の螺旋歯
３１第三種の螺旋歯

Claims

軸直角断面形状がエピトロコイド、円弧、擬アルキメデス曲線からなる一対のスクリューロータを噛み合わせてケーシング内に回転自在に収容し、軸方向に沿って気体を排気するスクリュー式真空ポンプにおいて、
前記一対のスクリューロータが、理論押し除け量の異なる三種類の螺旋歯を軸方向に順に備え、第一種の螺旋歯と第二種の螺旋歯との間の空間と、第二種の螺旋歯と第三種の螺旋歯との間の空間とが、それぞれ逆止弁を介して吐出側に続くバイパス管に接続され、
前記三種類の螺旋歯の押し除け量に関し、第一行程と第二行程の風量比を略１．４、第二行程と第三行程の風量比を略１．４、すなわち第一行程と第三行程の風量比を略２としたことを特徴とするスクリュー式真空ポンプ。
前記第三行程でガスを第一行程の略１／２に圧縮した後に吐出ポートが開いてガスを排出するようにしたことを特徴とする請求項１記載のスクリュー式真空ポンプ。