JP3763193B2

JP3763193B2 - 多段式真空ポンプ

Info

Publication number: JP3763193B2
Application number: JP25718397A
Authority: JP
Inventors: 口裕哉谷; 藤喜裕内
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2017-09-22
Also published as: GB2331126A; GB9819495D0; US6196810B1; JPH1193878A; GB2331126B

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多段式真空ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の単段真空ポンプを複数段に構成した多段式真空ポンプとして特開平７−３０５６８９号公報に示されたごときものがある。これは、吸気口及び排気口を備え内部に該吸気口及び該排気口が連通するポンプ室を形成するケーシングとポンプ室内に配置され回転駆動することにより吸気口側の流体を排気口側に圧送可能なロータユニットとを備える複数の単段真空ポンプを備え、隣り合う単段ポンプの吸気口と排気口とを導管により一列に直列接続し、一端に位置する単段真空ポンプの吸気口を真空室に連通させ、他端に位置する単段真空ポンプの排気口を大気開放してなる多段式真空ポンプである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記説明した従来の多段式真空ポンプは、単段真空ポンプを一列に直列接続してなるので、同一性能の単段真空ポンプを使用して排気流量を増加させるためには、各単段真空ポンプのロータユニットの回転数を高くする方法が考えられる。
【０００４】
しかしながら、ポンプの回転数の上昇には限界があり、所定の排気流量を実現することができないことが起こり得るばかりでなく、仮に所定の排気流量を実現できたとしても、高速回転が原因でポンプの寿命を著しく低下させる恐れがある。
【０００５】
ゆえに、本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、多段式真空ポンプにおいて、ポンプの寿命を低下させることなく所定の排気流量を確保することを技術的課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した技術的課題を解決するためになされた請求項１の発明は、吸気口及び排気口を備え内部に該吸気口及び該排気口が連通するポンプ室を形成するケーシングと前記ポンプ室内に配置され回転駆動することにより前記吸気口側の流体を前記排気口側に圧送可能なロータユニットとを備える複数の単段真空ポンプを備え、隣り合う前記単段真空ポンプの吸気口と排気口とを接続して複数段に構成し、一端に位置する単段真空ポンプの吸気口を真空室に連通させ、他端に位置する単段真空ポンプの排気口を大気開放してなる多段式真空ポンプにおいて、真空室側から少なくとも１段目は、単段ポンプを複数個並列に配置し、単段真空ポンプを複数個並列に配置した段より大気側の各段は、一つの単段真空ポンプが直列に接続されていることを特徴とする多段式真空ポンプとしたことである。
【０００７】
これによれば、単段真空ポンプを複数段で構成した多段式真空ポンプにおいて、真空室側から少なくとも１段目の単段ポンプを複数個並列に配置したので、多段式真空ポンプを駆動した際に、真空室内の流体は複数個並列に配置された１段目のポンプのそれぞれから排気されるものである。
【０００８】
従来の多段式真空ポンプにおいて、各段のポンプの掃気容量が同一の場合、各段における真空ポンプの断熱圧縮熱量を均一にするため、真空室側に近い方の段のポンプの回転数を大きく、大気側に近い方の段のポンプの回転数を小さくする必要がある。このため排気流量を大きくすると、真空室側に近い段のポンプの回転数は極めて大きい値に設定しなければならず、ポンプの性能上実現不可能な場合もあり得、またかりに実現されたとしてもポンプの寿命を著しく低下させてしまう。これに対し、本発明では、真空側から少なくとも１段目の単段ポンプを複数個並列に配置しているので、並列配置された段における複数のポンプ全体で所定の排気流量を確保すればよく、相対的に１個あたりのポンプにおける確保すべき排気流量を小さくすることができ、並列配置された段におけるポンプの回転数を小さくすることができる。従って、ポンプの寿命を低下させずに且つ確実に充分な排気流量を得ることができるものである。
【０００９】
また、上記技術的課題を解決するにあたり、請求項２の発明のように、
同一段において並列配置した複数の単段ポンプは、それぞれ同一の掃気容積を有することが好ましい。
【００１０】
これによれば、並列配置した複数の単段ポンプはそれぞれ同一掃気容積であり、ポンプの大きさが同じであるので、レイアウトし易く、またコンパクトな配列が可能となるものである。
【００１１】
また、請求項３の発明は、
同一段において並列配置した複数の単段ポンプの前記ロータユニットは、それぞれ同一の回転数に制御されることを特徴とする多段式真空ポンプとしたことである。
【００１２】
これによれば、並列配置した複数の単段ポンプのロータユニットは同一回転数に制御されるので、これらを駆動する駆動源にかかる負荷が小さくなり、ポンプ全体の消費電力を節約することができるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
（第１実施形態例）
図１は、本発明の第１実施形態例である多段式真空ポンプの概略図である。図に示すように、本例における多段式真空ポンプは、５個の単段真空ポンプ（第１−１ポンプ１３ａ、第１−２ポンプ１３ｂ、第２ポンプ１４、第３ポンプ１５、第４ポンプ１６）を備える４段の多段式真空ポンプであり、一端に位置する第１−１ポンプ１３ａ及び第１−２ポンプ１３ｂの吸気口に連通する導管１７ａ及び１７ｂを真空室（図示せず）に連通させ、他端に位置する第４ポンプ１６の排気口に連通する導管２１を大気開放してなり、真空室側から１段目の第１−１ポンプ１３ａ、第１−２ポンプ１３ｂを２個並列に配置したものである。
【００１５】
第１−１ポンプ１３ａ、第２ポンプ１４、第３ポンプ１５、第４ポンプ１６の詳細構成を図３に示す。図３において、真空ポンプは、吸気口１１及び排気口１２を備え内部に該吸気口１１及び該排気口１２が連通するポンプ室３１を形成するケーシング１０と、ポンプ室３１内に配置された駆動ロータ８及び従動ロータ９とよりなるロータユニット８、９と、駆動ロータ８に駆動軸１で連結した駆動側タイミングギア４及び従動ロータ９に従動軸２で連結した従動側タイミングギア５とよりなるタイミングギアユニット４、５と、駆動側タイミングギア４の外周に形成された歯部に噛合して配置された第１ギア６と、第１ギア６にモータ軸３で連結された駆動モータ７とを備えるものである。
【００１６】
駆動ロータ８及び従動ロータ９よりなるロータユニット８、９は、該駆動ロータ８及び従動ロータ９がそれぞれポンプ室３１内で同期回転することで吸気口１１側の流体を排気口１２側に圧送するためのものである。
【００１７】
駆動側タイミングギア４及び従動側タイミングギア５よりなるタイミングギアユニット４、５は、駆動ロータ８及び従動ロータ９をそれぞれ所定の位相差を保った状態で同回転速度で逆回転させるためのものである。
【００１８】
また、図より明らかなように、ポンプ室３１は、図示左側に吸気口１１が、図示右側に排気口１２が連通された断面略楕円状を呈している。略楕円状のポンプ室３１内に繭型の駆動ロータ８及び従動ロータ９が配置され、この駆動ロータ８及び従同ロータ９は互いに９０°位相をずらせた状態とされている。
【００１９】
上記構成の真空ポンプにおいて、駆動モータ７が駆動し、モータ軸３が回転駆動する。すると、この回転駆動力はモータ軸３に連結された第１ギア６に伝達され、第１ギア６が回転駆動する。第１ギア６は、外周に形成された歯部で駆動側タイミングギア４に噛合わされているので、回転駆動力はこの駆動側タイミングギア４に伝達され、駆動側タイミングギア４が第１ギアとは逆方向に回転駆動する。駆動側タイミングギア４が回転駆動することにより、該駆動側タイミングギア４に連結された駆動軸１及び、該駆動軸１に連結固定された駆動ロータ８に駆動力が伝達され、これらは一体に回転する。一方、駆動側タイミングギア４は、外周に形成された歯部で従動側タイミングギア５に噛合わされているので、回転駆動力は駆動側タイミングギア４から従動側タイミングギア５にも伝達され、従動側タイミングギア５が駆動側タイミングギア４とは逆方向に回転駆動する。従動側タイミングギア５が回転駆動することにより、該従動側タイミングギア５に連結された従動軸２及び、該従動軸２に連結固定された従動ロータ９に駆動力が伝達され、これらは一体に回転する。このため、駆動ロータ８及び従動ロータ９は互いに９０°の位相差を保ちながら逆方向に同速度で回転し、吸気口１１側の流体がロータにより掻き出され、排気口１２側に圧送されるものである。
【００２０】
尚、第１−２ポンプ１３ｂの構成は、基本的には上記で説明した単段真空ポンプと同じであるが、このポンプ１３ｂ自体に駆動モータは備えておらず、第１−１ポンプ１３ａの駆動モータ７により駆動される第１ギア６の回転駆動力を第２ギア２３で受け、この第２ギアと真空ポンプ１３ｂの駆動側タイミングギア４ｂとを噛み合わすことによって駆動力を得るものである。このように構成することによって、第１−１ポンプ１３ａ及び第１−２ポンプ１３ｂ内のロータユニットの回転数は、それぞれ同一の回転数になるように第１ギア６と第２ギア２３との噛合いで制御されるものである。
【００２１】
次に、上記構成の各ポンプを備えた多段式真空ポンプ全体の配置構成について図１に基づいて説明する。図示せぬ真空室は導管１７ａにより第１−１ポンプ１３ａの吸気口に連通されるとともに、導管１７ｂにより第１−２ポンプ１３ｂの吸気口にも連通される。第１−１ポンプ１３ａの排気口に連通する導管１８ａ及び第１−２ポンプ１３ｂの排気口に連通する導管１８ｂとはその下流側で合流し、導管１８として第２ポンプ１４の吸気口に連通する。第２ポンプ１４の排気口と第３ポンプ１５の吸気口は導管１９により連通され、第３ポンプ１５の排気口と第４ポンプ１６の吸気口は導管２０により連通されている。そして、第４ポンプ１６の排気口は導管２１で大気に開放されているものである。
【００２２】
また、第１段目において並列配置した第１−１ポンプ１３ａと第１−２ポンプ１３ｂとは同じ単段真空ポンプ、つまり同じ掃気容量を持ったポンプを使用する。
【００２３】
上記構成の多段式真空ポンプにおいて、各ポンプを駆動させると、各ポンプのロータが所定の回転数で回転する。そして、図示せぬ真空室内の流体はまず第１−１ポンプ１３ａにより導管１７ａから導管１８ａに入るとともに、第１−２ポンプ１３ｂにより導管１７ｂから導管１８ｂに入る。導管１８ａ及び導管１８ｂに導入された流体はその下流で合流して導管１８に入り、さらに第２ポンプ１４によって導管１９へ、導管１９から第３ポンプ１５によって導管２０に、導管２０から第４ポンプによって導管２１へと順次圧送され、導管２１から大気に放出される。このようにして順次真空室内の流体が外部に運び込まれ、真空室内を真空にすることができるものである。
【００２４】
一般的に、多段真空ポンプにおいて、各段のポンプの掃気容積が等しい場合、各段のポンプにおける仕事量、即ち断熱圧縮熱量をできるだけ均一にするため、真空室に近い側のポンプ程回転数を大きくする必要がある。即ち、各段のポンプの回転数を真空室側に近い段からＮ₁、Ｎ₂、Ｎ₃、Ｎ₄、・・・とすると、Ｎ₁＞Ｎ₂＞Ｎ₃＞Ｎ₄＞・・・という関係となる。このため真空室に最も近い第１段目のポンプの回転数Ｎ₁が最も大きくなる。ここで、多段式真空ポンプの排気流量を例えば２倍にしようとすると、各段のポンプの回転数を約２倍（厳密にいうと２倍以上？）にしなければならない。従って、第１段目のポンプの回転数は２Ｎ₁となり、極めて高い回転数となる。この極めて高い回転数は、ポンプの性能上実現できない場合もあり、また仮に実現できたとしても、ポンプの寿命を著しく低下させることにもなる。
【００２５】
一方、本例では、最も真空室側寄りである第１段目のポンプを第１−１ポンプ１３ａと第１−２ポンプ１３ｂとで並列に配置しているので、２つのポンプで所定の排気流量を確保すればよく、相対的に１個あたりのポンプにおける確保すべき排気流量を半分にすることができ、各ポンプの回転数も半分でよいことになる。つまり、各段のポンプの回転数を真空室側に近い段からＮ₁、Ｎ₂、Ｎ₃、Ｎ₄とすると、２Ｎ₁＞Ｎ₂＞Ｎ₃＞Ｎ₄という関係となり、第１段目のポンプ、つまり第１−１ポンプ１３ａ及び第１−２ポンプ１３ｂの回転数はそれぞれ従来の半分の回転数でよいことになる。従って、排気流量を例えば２倍にしても、第１段目のポンプ（第１−１ポンプ１３ａ及び第１−２ポンプ１３ｂ）の回転数はそれほど高回転にしなくてもよく、充分な排気流量を確保できるとともに、高速回転によるポンプの寿命の低下も起こらないものである。
【００２６】
以上説明したように、本例では、吸気口１１及び排気口１２を備え内部に該吸気口１１及び該排気口１２が連通するポンプ室３１を形成するケーシング１０とポンプ室３１内に配置され回転駆動することにより吸気口１１側の流体を排気口１２側に圧送可能なロータユニット８、９とを備える複数の単段真空ポンプを備え、隣り合う単段ポンプの吸気口と排気口とを導管を介して接続して複数段とし、一端に位置する単段真空ポンプの吸気口を真空室に連通させ、他端に位置する単段真空ポンプの排気口を大気開放してなる多段式真空ポンプにおいて、真空室側から１段目の第１−１ポンプ１３ａ及び第１−２ポンプ１３ｂを並列に配置した多段式真空ポンプとしたので、並列配置された１段目におけるポンプにおいて１個のポンプあたりにおける排気流量を少なくすることができ、このためポンプの回転数を小さくすることができる。従って、ポンプの寿命を低下させずに且つ確実に充分な排気速度を得ることができるものである。
【００２７】
また、同一段において並列配置した複数の単段ポンプは、それぞれ同一の掃気容積を有する構成としたので、同じ大きさのポンプで構成可能となり、レイアウト（配置）し易く、コンパクト化を図ることができるものである。
【００２８】
また、同一段において並列配置した複数の単段ポンプの前記ロータユニットは、それぞれ同一の回転数に制御されるようにしたので、これらのポンプを駆動させる例えばモータ等に係る負荷が小さくなり、消費電力が小さくなり、電力を節約することができるものである。
【００２９】
（第２実施形態例）
次に、本発明の第２実施形態例について説明する。本例は、多段式真空ポンプにおいて、真空室側寄りの第１段目のポンプと第２段目のポンプとを並列配置した構成であり、その他の構成は上記第１実施形態例と同じである。以下、相違点を中心に説明する。
【００３０】
図２は、本発明の第２実施形態例である多段式真空ポンプの概略図である。図に示すように、本例は真空ポンプを６個用い、並列配置及び直列配置を組み合わせた構造である。図示せぬ真空室は導管１７ａにより第１−１ポンプ１３ａの吸気口に連通されるとともに、導管１７ｂにより第１−２ポンプ１３ｂの吸気口にも連通される。第１−１ポンプ１３ａの排気口と第２−１ポンプ１４ａの吸気口は導管１８ａにより連通され、また第１−２ポンプ１３ｂの排気口と第２−２ポンプ１４ｂの吸気口は導管１８ｂにより連通される。第２−１ポンプ１４ａの排気口に連通する導管１９ａ及び第２−２ポンプ１４ｂの排気口に連通する導管１９ｂとはその下流側で合流し、導管１９として第３ポンプ１５の吸気口に連通する。第３ポンプの排気口と第４ポンプの吸気口は導管２０により連通され、第４ポンプの排気口は導管２１で大気に開放されているものである。
【００３１】
その他の各ポンプの詳細な構造は上記第１実施形態例で説明したものと同一であるので、その説明を省略する。
【００３２】
上記構成の多段式真空ポンプにおいて、各ポンプを駆動させると、各ポンプのロータが所定の回転数で回転する。そして、図示せぬ真空室内の流体はまず第１−１ポンプ１３ａにより導管１７ａから導管１８ａに入るとともに、第１−２ポンプ１３ｂにより導管１７ｂから導管１８ｂに入る。導管１８ａ内の流体は第２−１ポンプ１４ａにより導管１９ａに、導管１８ｂ内の流体は第２−２ポンプ１４ｂにより導管１９ｂに導入される。導管１９ａ及び導管１９ｂに導入された流体はその下流で合流して導管１９に入り、さらに第３ポンプ１５によって導管２０へ、導管２０から第４ポンプ１６によって導管２１に、導管２１から大気に放出される。このようにして順次真空室内の流体が外部に運び込まれ、真空室内を真空にすることができるものである。
【００３３】
本例は、排気流量が上記第１実施形態例よりも大きい場合に有効である。つまり、上記第１実施形態例において、各段のポンプの回転数を、真空室に近い側からＮ₁、Ｎ₂、Ｎ₃、Ｎ₄とすると、２Ｎ₁＞Ｎ₂＞Ｎ₃＞Ｎ₄という関係となる。通常第１段目のポンプの回転数と第２段目のポンプの回転数との減速比は０．５以上であるので、Ｎ₂＞０．５Ｎ₁となり、２段目のポンプの回転数Ｎ₂が最も大きくなる。ここで、排気流量を例えば３倍にしようとすると、２段目のポンプの回転数は３Ｎ₂となり、極めて高い回転数となる。この極めて高い回転数は、ポンプの性能上実現できない場合もあり、また仮に実現できたとしても、ポンプの寿命を著しく低下させることにもなる。
【００３４】
一方、本例では、第１段目のポンプを第１−１ポンプ１３ａと第１−２ポンプ１３ｂとで並列に配置し、かつ第２段目のポンプも第２−１ポンプ１４ａと第２−２ポンプ１４ｂとで並列に配置しているので、例えば各段のポンプの回転数を真空室側に近い段からＮ₁、Ｎ₂、Ｎ₃、Ｎ₄とすると、２Ｎ₁＞２Ｎ₂＞Ｎ₃＞Ｎ₄という関係となり、第１段目及び第２段目のポンプの回転数は従来の半分の回転数でよいことになる。従って、排気流量を例え３倍にしても、第１段目のポンプの回転数は１．５Ｎ₁、第２段目のポンプの回転数は１．５Ｎ₂と、それほど高回転にしなくてもよく、充分な排気流量を確保できるとともに、ポンプの寿命を低下させることもないものである。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態例では４段に構成した多段真空ポンプについて説明したが、５段でも、６段でも、必要に応じて段数を変化させてもさしつかえない。また、本例では真空室側から１段目のポンプを並列配置したもの及び１段目と２段目のポンプを並列配置したものを説明したが、使用すべき排気流量に応じて並列配置する段数を適宜決定すればよい。また、本例では並列配置すべき段数において、ポンプを２個並列配置したものを説明したが、ポンプの性能、又は排気流量に応じて３個並列に配置するものでも、あるいはそれ以上のポンプを並列に配置するものであってもよい。本発明は、排気流量を増加させる手段として真空室側から少なくとも１段目のポンプを複数個並列配置させたものであり、この趣旨を逸脱しない限りにおいて、如何なる態様も適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ポンプの寿命を低下させずに且つ確実に充分な排気流量を得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例における多段式真空ポンプの配置構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態例における多段式真空ポンプの配置構成を示す図である。
【図３】本発明の第１及び第２実施形態例における各真空ポンプの構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１・・・駆動軸
２・・・従動軸
３・・・モータ軸
４・・・駆動側タイミングギア
５・・・従動側タイミングギア
６・・・第１ギア
７・・・駆動モータ
８・・・駆動ロータ（ロータユニット）
９・・・従動ロータ（ロータユニット）
１０・・・ケーシング
１１・・・吸気口
１２・・・排気口
１３ａ・・・第１−１ポンプ、１３ｂ・・・第１−２ポンプ
１４・・・第２ポンプ、１４ａ・・・第２−１ポンプ、１４ｂ・・・第２−２ポンプ
１５・・・第３ポンプ
１６・・・第４ポンプ

Claims

吸気口及び排気口を備え内部に該吸気口及び該排気口が連通するポンプ室を形成するケーシングと前記ポンプ室内に配置され回転駆動することにより前記吸気口側の流体を前記排気口側に圧送可能なロータユニットとを備える複数の単段真空ポンプを備え、隣り合う前記単段真空ポンプの吸気口と排気口とを接続して複数段に構成し、一端に位置する単段真空ポンプの吸気口を真空室に連通させ、他端に位置する単段真空ポンプの排気口を大気開放してなる多段式真空ポンプにおいて、
真空室側から少なくとも１段目は、単段真空ポンプを複数個並列に配置し、単段真空ポンプを複数個並列に配置した段より大気側の各段は、一つの単段真空ポンプが直列に接続されていることを特徴とする多段式真空ポンプ。
請求項１において、
同一段において並列配置した複数の単段真空ポンプは、それぞれ同一の掃気容積を有することを特徴とする多段式真空ポンプ。
請求項１又は２において、
同一段において並列配置した複数の単段ポンプの前記ロータユニットは、それぞれ同一の回転数に制御されることを特徴とする多段式真空ポンプ。