JP7052101B1 - 真空ポンプ及び真空ポンプの復圧方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より信頼性の高い真空ポンプを提供する。【解決手段】真空ポンプにおいて、シリンダ本体は、吸気口と、上記吸気口を介して気体が吸入される筒状の内部空間と、上記気体を上記内部空間から排気通路を経由して内部空間外へ排出する排気口と、上記内部空間にポンプ油を供給するオイル供給口と、上記内部空間の上方に設けられ、上記排気口を収容し、上記気体とともに上記排気口から排出される上記ポンプ油を貯留することが可能なオイルプールとを有する。ロータ機構は、上記吸気口を介して吸引した上記気体の容積を上記内部空間に形成するとともに、上記容積を上記排気通路にまで移送する。上記排気通路のほか、上記内部空間から上記オイルプールにまで貫通し上記排気通路に比べて孔径が小さいオリフィス経路が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、真空ポンプ及び真空ポンプの復圧方法に関する。

真空ポンプの代表的なものにベーン型真空ポンプがある。この真空ポンプは、ロータと、ロータを内部に収容するシリンダと、ロータを回転させるシャフトと、シリンダ内部の内周面に摺接する複数のベーン部材とを具備する。このようなベーン部材がロータの回転によってシリンダ内部の内周面に摺動することにより、気体（例えば、空気、水蒸気等）がシリンダに形成された吸気口を介してシリンダ内部に吸引され、吸引された気体が排気口を介してシリンダ外に排気される（例えば、特許文献１参照）。

ここで、差圧給油方式を採用している真空ポンプにおいては、ロータ回転中に、例えば、シリンダ内部に給油が行われる。例えば、シリンダ内部の圧力とシリンダ外の圧力との差が所定値以上であるとき、オイルタンクからシリンダ内部にオイルが供給され続ける。

シリンダ内部に供給されたオイルは、シリンダ内部に吸引された気体とともにシリンダ外に排出され、再びオイルタンクに貯留される。そして、オイルタンクに貯留されたオイルは、再びシリンダ内部に供給される。真空ポンプにおいては、この一連のオイル供給が繰り返される。

特表２００８－５４５０９６号公報

ここで、真空ポンプのロータ回転が停止されたときには、例えば、真空ポンプに設けられたリーク経路によってシリンダ内部が大気圧にまで復圧される。但し、復圧までに要される時間が長く続くと、シリンダ内部とシリンダ外との圧力差が所定値以上の状態が長く続くことになり、該圧力差が所定の圧力差となるまでオイルタンクからシリンダ内部にオイルが供給され続ける。

このオイル供給の継続的な供給によってシリンダ内部にオイルが過剰に供給されてしまうと、ロータ回転を再開させたときに、ベーン部材が過剰に供給された非圧縮性流体であるオイルを無理やり加圧することになり、ベーン部材が破損する可能性があった。

これを回避するため、迅速な復圧を可能にする専用の復圧機構を真空ポンプに増設する手法もある。しかし、このような手法は、専用の復圧機構に要される部品点数増加を招来し、真空ポンプのＭＴＢＦ（Mean Time Between Failure）の増加を招き、真空ポンプの信頼性を低減させる要因が新たに増えることになる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、より信頼性の高い真空ポンプ、及び真空ポンプの復圧方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空ポンプは、シリンダ本体と、ロータ機構とを具備する。
上記シリンダ本体は、吸気口と、上記吸気口を介して気体が吸入される筒状の内部空間と、上記気体を上記内部空間から排気通路を経由して内部空間外へ排出する排気口と、上記内部空間にポンプ油を供給するオイル供給口と、上記内部空間の上方に設けられ、上記排気口を収容し、上記気体とともに上記排気口から排出される上記ポンプ油を貯留することが可能なオイルプールとを有する。
上記ロータ機構は、上記吸気口を介して吸引した上記気体の容積を上記内部空間に形成するとともに、上記容積を上記排気通路にまで移送する。
上記排気通路のほか、上記内部空間から上記オイルプールにまで貫通し上記排気通路に比べて孔径が小さいオリフィス経路が設けられている。

このような真空ポンプであれば、専用の復圧機構を真空ポンプに増設する必要がなくなり、部品点数増加が抑えられ、より信頼性の高い真空ポンプが得られる。

上記真空ポンプにおいては、上記オリフィス経路は、上記シリンダ本体において上記排気通路と並んで上記シリンダ本体に内設されてもよい。

このような真空ポンプであれば、シリンダ本体において排気通路と並んで設けられたオリフィス経路によって真空ポンプの復圧がなされることから、部品点数増加が抑えられ、より信頼性の高い真空ポンプが得られる。

上記真空ポンプにおいては、上記ロータ機構を駆動させる原動力が上記ロータ機構に供給されているとき、上記内部空間の圧力が外気圧に比べて減圧に保持されるとともに上記オリフィス経路の少なくとも一部に上記ポンプ油が充填され、上記ロータ機構に供給される上記原動力が遮断されたとき、上記オリフィス経路が開通して上記シリンダ本体の外部から上記オリフィス経路を介して外気が上記内部空間に流入してもよい。

このような真空ポンプであれば、ロータ機構を駆動させる原動力がロータ機構に供給されているとき、オリフィス経路の少なくとも一部にポンプ油が充填され、ロータ機構に供給される原動力が遮断されたとき、オリフィス経路が開通して真空ポンプの復圧がなされることから、部品点数増加が抑えられ、より信頼性の高い真空ポンプが得られる。

上記真空ポンプにおいては、上記排気口を閉塞し、上記オイルプールに収容された逆止弁をさらに具備し、上記オイルプールは、上記逆止弁が配置され、上記内部空間から上記オリフィス経路が到達する底部と、上記底部を囲む壁部とによって構成され、上記原動力が上記ロータ機構に供給されているとき、上記底部に上記ポンプ油が滞留し、上記逆止弁が上記ポンプ油で覆われてもよい。

このような真空ポンプであれば、オイルプールにポンプ油が滞留することから、ロータ機構を駆動させる原動力がロータ機構に供給されているとき、オリフィス経路の少なくとも一部に確実にポンプ油が充填される。

上記真空ポンプにおいては、上記ロータ機構は、上記内部空間に収容され、上記内部空間の中心軸に対し偏心した軸心周りに回転するロータと、上記ロータの回転によって上記ロータの外周面から上記内部空間の内周面に向かって突出し、上記内周面に摺接しながら上記軸心周りに回転する複数のベーン部材と、を有してもよい。
上記内周面には、上記内部空間に連通する、上記オリフィス経路の開口及び上記排気通路の開口が設けられ、上記オリフィス経路の上記開口は、上記複数のベーン部材のそれぞれが上記排気通路の上記開口に重なり始める上記内周面の位置から上記ロータが上記内周面に最も接近する上記内周面の位置までの間に設けられてもよい。

このような真空ポンプであれば、オリフィス経路の開口が複数のベーン部材のそれぞれが排気通路の開口に重なり始める内周面の位置からロータが内周面に最も接近する内周面の位置までの間に設けられることから、ロータ機構を駆動させる原動力がロータ機構に供給されているとき、排気通路を通じた排気が確実に行われ、オリフィス経路の少なくとも一部に確実にポンプ油が充填される。

上記真空ポンプにおいては、上記オリフィス経路の上記開口は、上記複数のベーン部材のそれぞれが上記排気通路の上記開口を通過し始める上記内周面の位置から上記ロータが上記内周面に最も接近する上記内周面の位置までの間に設けられてもよい。

このような真空ポンプであれば、オリフィス経路の開口が複数のベーン部材のそれぞれが排気通路の開口を通過し始める内周面の位置からロータが内周面に最も接近する内周面の位置までの間に設けられることから、ロータ機構を駆動させる原動力がロータ機構に供給されているとき、排気通路を通じた排気が確実に行われ、オリフィス経路の少なくとも一部により確実にポンプ油が充填される。

上記真空ポンプにおいては、上記シリンダ本体には、上記内周面と上記排気通路の上記開口との間に、上記内周面から上記シリンダ本体に掘り下げられ、上記排気通路の上記開口に連通する第１凹部が設けられ、上記内周面と上記オリフィス経路の上記開口との間に、上記内周面から上記シリンダ本体に掘り下げられ、上記中心軸の方向において上記第１凹部と並び、上記オリフィス経路の上記開口に連通する第２凹部が設けられてもよい。

このような真空ポンプであれば、オリフィス経路の開口に連通する第２凹部が設けられることから、ロータ機構を駆動させる原動力がロータ機構に供給されているとき、オリフィス経路の少なくとも一部により確実にポンプ油が充填される。

上記真空ポンプにおいては、上記オリフィス経路の上記開口は、上記複数のベーン部材のそれぞれが上記排気通路の上記開口を通過し始める上記内周面の位置から上記複数のベーン部材のそれぞれが上記第１凹部を通過し始める上記内周面の位置までの間に設けられてもよい。

このような真空ポンプであれば、オリフィス経路の開口が複数のベーン部材のそれぞれが排気通路の開口を通過し始める内周面の位置から複数のベーン部材のそれぞれが第１凹部を通過し始める内周面の位置までの間に設けられることから、ロータ機構を駆動させる原動力がロータ機構に供給されているとき、オリフィス経路の少なくとも一部により確実にポンプ油が充填される。

上記真空ポンプにおいては、上記排気通路は、上記中心軸の方向に複数設けられ、上記中心軸の方向において上記複数の排気通路の群の両側に上記オリフィス経路が設けられてもよい。

このような真空ポンプであれば、排気通路が中心軸の方向に複数設けられ、中心軸の方向において複数の排気通路の群の両側にオリフィス経路が設けられることから、ロータ機構を駆動させる原動力がロータ機構に供給されているとき、オリフィス経路の少なくとも一部により確実にポンプ油が充填される。

上記真空ポンプにおいては、上記排気口を閉塞し、上記オイルプールに収容された逆止弁をさらに具備し、上記オリフィス経路は、上記逆止弁を貫通し、上記排気通路の内部に設けられてもよい。

このような真空ポンプであれば、逆止弁にオリフィス経路が付設されることから、専用の復圧機構を真空ポンプに増設する必要がなくなり、部品点数増加が抑えられ、より信頼性の高い真空ポンプが得られる。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る真空ポンプの復圧方法は、上記真空ポンプの上記内部空間を復圧する方法であって、上記排気通路のほか、上記内部空間から上記オイルプールにまで貫通し上記排気通路に比べて孔径が小さいオリフィス経路が形成され、上記ロータ機構を駆動させる原動力を上記ロータ機構に供給しているときには、上記オリフィス経路の少なくとも一部に上記ポンプ油を充填して外気の上記内部空間への流入を抑制し、上記ロータ機構に供給される上記原動力を遮断した後、上記オリフィス経路を経由して上記外気を上記内部空間に流入させる。

このような真空ポンプの復圧方法であれば、専用の復圧機構を真空ポンプに増設する必要がなくなり、部品点数増加が抑えられる。

以上述べたように、本発明によれば、より信頼性の高い真空ポンプ、及び真空ポンプの復圧方法が提供される。

本実施形態の真空ポンプの一例を示す模式的断面図である。 本実施形態の真空ポンプの一例を示す模式的立体図である。 本実施形態の真空ポンプの一例を示す模式的立体図である。 排気通路、オリフィス経路、及び凹部の配置関係を示す模式的平面図である。 参考例に係る真空ポンプを示す模式的断面図である。 本実施形態の真空ポンプの動作を説明する模式的断面図である。 本実施形態の真空ポンプの動作を説明する模式的断面図である。 オリフィス経路に充填されたポンプ油がロータ機構の回転に応じて振動する現象を説明する模式的断面図である。 図（ａ）は、参考例の真空ポンプにおいて流路回路の要部の等価回路図である。図（ｂ）は、本実施形態の真空ポンプにおいて流路回路の要部の等価回路図である。 真空ポンプの変形例を示す模式的断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。

［真空ポンプの構造］

図１は、本実施形態の真空ポンプの一例を示す模式的断面図である。図１では、ロータ機構２０の軸心がＸ軸方向であるとしている。図１では、破線Ａを境に、破線Ａの右側を真空ポンプ１のＹ－Ｚ軸断面とし、左側を真空ポンプ１のＸ－Ｚ軸断面としている。また、ロータ２０１が回転する方向を回転方向Ｒとしている。

また、図１では、ロータ２０１が内部空間１０３の内周面１０３ｓに最も接近する内周面１０３ｓの位置を位置１０３Ｈとし、ロータ２０１が内周面１０３ｓと最も離れる内周面１０３ｓの位置を位置１０３Ｌとする。Ｘ軸方向は、図中の中心軸１０３ｃまたは中心軸２０１ｃが延在する方向に対応し、Ｚ軸方向は、位置１０３Ｌから位置１０３Ｈに向かう方向に対応し、Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に交差する方向（例えば、直交する方向）に対応している。

真空ポンプ１は、容積移送式の油回転ポンプである。真空ポンプ１は、シリンダ本体（ハウジング）１０と、ロータ機構２０と、駆動機構３０と、オイル供給機構４０と、逆止弁（排気弁）５０と、筐体６０とを具備する。真空ポンプ１は、真空槽（不図示）の排気機構として機能し、真空槽に存在する放電ガス、原料ガス、及び残留ガス等の気体を真空槽から吸引して、真空槽を減圧状態にする。真空ポンプ１は、制御装置８０によって制御されている。なお、制御装置８０を真空ポンプ１に含めて、本実施形態の真空ポンプとしてもよい。制御装置８０は、例えば、駆動機構３０を三相誘導電動機として、三相電磁開閉器による直入れ始動回路で構成される。

シリンダ本体１０は、吸気口１０１と、吸気通路１０２と、内部空間１０３と、排気通路１０４と、排気口１０５と、オリフィス経路１０６と、オイルプール１０７と、オイル供給口１０８とを有する。シリンダ本体１０では、ロータ機構２０によって、吸気口１０１、吸気通路１０２、ロータ２０１と内部空間１０３との間の間隙、排気通路１０４、及び排気口１０５の順に気体が移送される。この気体が移送される方向を気体移送方向とする。気体移送方向において、吸気口１０１の側が上流側であり、排気口１０５の側が下流側になっている。

吸気口１０１は、ロータ機構２０よりも上方のシリンダ本体１０の上部に位置する。吸気口１０１は、シリンダ本体１０において気体移送方向の最上流に位置する。吸気口１０１は、シリンダ本体１０の吸気通路１０２と連通している。吸気通路１０２は、気体移送方向において、吸気口１０１の下流に位置する。例えば、吸気通路１０２は、位置１０３Ｈを始点としたときに、回転方向Ｒにおいて、内部空間１０３の前方に位置する。また、吸気通路１０２は、回転方向Ｒにおいて、位置１０３Ｌの前方に位置する。また、吸気口１０１は、筐体６０の吸気通路６０１にも連通している。吸気口１０１と吸気通路１０２とを介して、シリンダ本体１０の内部空間１０３に、真空槽内の気体等が吸入される。真空ポンプ１を作動中、吸気口１０１の圧力は、排気口１０５の圧力よりも低くなっている。

内部空間１０３は、筒状の空間であり、例えば、Ｘ軸方向に延在する円筒状の空間である。内部空間１０３は、吸気通路１０２に連通する。内部空間１０３は、気体移送方向において、吸気通路１０２の下流に位置する。例えば、内部空間１０３は、位置１０３Ｈを始点としたときに、回転方向Ｒにおいて、吸気通路１０２の後方に位置する。内部空間１０３は、ロータ機構２０を収容する。内部空間１０３を内部空間１０３の中心軸１０３ｃに対して直交する方向に切断した場合、内部空間１０３の内周面１０３ｓは、例えば、円形状の曲面を描いている。

Ｘ軸方向に延在する内部空間１０３は、一方の端部（例えば、図１での奥側の端部）がフランジ１１によって閉塞され、他方の端部（例えば、図１での手前側の端部）がフランジ１３（図２）によって閉塞される。

また、内部空間１０３の内周面１０３ｓは、ロータ２０１が内周面１０３ｓに最も接近する位置１０３Ｈと、ロータ２０１が内周面１０３ｓに対して最も離れる位置１０３Ｌとを有する。位置１０３Ｈは、内部空間１０３の最上端であり、位置１０３Ｌは、内部空間１０３の最下端である。気体移送方向において、吸気通路１０２は、位置１０３Ｌよりも上流に位置し、吸気口１０１は、吸気通路１０２のさらに上流に位置している。

排気通路１０４は、ロータ２０１の中心軸２０１ｃよりも上方のシリンダ本体１０の上部に位置する。排気通路１０４は、気体移送方向において、内部空間１０３よりも下流に位置する。排気通路１０４は、位置１０３Ｈを始点としたときに、回転方向Ｒにおいて内部空間１０３の後方に位置する。また、排気通路１０４は、位置１０３Ｌを基準としたときに、回転方向Ｒにおいて位置１０３Ｌの後方に位置する。

排気通路１０４は、内部空間１０３の内周面１０３ｓからオイルプール１０７の底部１０７ｂにまで貫通する。内部空間１０３の内周面１０３ｓには、排気通路１０４の入口となる開口１０４１が設けられている。開口１０４１は、内部空間１０３に連通する。また、排気通路１０４は、Ｙ軸方向において、例えば、吸気通路１０２の上部と並ぶ。ここで、吸気通路１０２の上部とは、Ｚ軸方向においてロータ２０１よりも上方の吸気通路１０２の部分とする。また、排気通路１０４及び吸気通路１０２の上部のそれぞれは、位置１０３Ｌから位置１０３Ｈに向かう方向（Ｚ軸方向）に延在する。

排気口１０５は、内部空間１０３から排気通路１０４を経由して気体を内部空間１０３の外へ排出する。排気口１０５は、ロータ機構２０よりも上方のシリンダ本体１０の上部に位置する。排気口１０５は、気体移送方向において、排気通路１０４よりも下流に位置する。排気口１０５は、位置１０３Ｈを始点としたときに、回転方向Ｒにおいて内部空間１０３の後方に位置する。また、排気口１０５は、位置１０３Ｌを基準としたときに、回転方向Ｒにおいて位置１０３Ｌの後方に位置する。排気口１０５は、シリンダ本体１０において気体移送方向の最下流に位置する。排気口１０５は、Ｙ軸方向において、吸気通路１０２の上部と並ぶ。排気口１０５は、吸気口１０１に対して平行に配置されている。ここで、「平行」とは、実質的な平行を意味し、完全な平行と、完全な平行から若干ずれた誤差範囲を含む。なお、排気口１０５は、逆止弁５０によって閉塞されている。

また、シリンダ本体１０には、排気通路１０４のほか、排気通路１０４に比べて孔径が小さいオリフィス経路１０６が設けられている。オリフィス経路１０６は、排気通路１０４と並んでシリンダ本体１０に内設されている。オリフィス経路１０６は、気体移送方向において、内部空間１０３よりも下流に位置する。オリフィス経路１０６は、位置１０３Ｈを始点としたときに、回転方向Ｒにおいて、内部空間１０３の後方に位置する。また、オリフィス経路１０６は、位置１０３Ｌを基準としたときに、回転方向Ｒにおいて位置１０３Ｌの後方に位置する。

オリフィス経路１０６は、内部空間１０３からオイルプール１０７の底部１０７ｂにまで到達している。オリフィス経路１０６は、内部空間１０３の内周面１０３ｓからオイルプール１０７の底部１０７ｂにまで貫通する。シリンダ本体１０において、オリフィス経路１０６の一方の開口１０６１は、内部空間１０３の内周面１０３ｓに設けられ、他方の開口１０６２は、オイルプール１０７の底部１０７ｂに設けられる。開口１０６２は、底部１０７ｂにおいて、排気口１０５に並ぶ。なお、オリフィス経路１０６は、Ｚ軸方向にストレート状に延在してもよく、途中で歪曲したり、屈曲したりしてもよい。

オイルプール１０７は、内部空間１０３及びロータ機構２０の上方に設けられる。オイルプール１０７は、Ｙ軸方向において、例えば、吸気通路１０２の上部と並ぶ。オイルプール１０７は、底部１０７ｂと、壁部１０７ｗと、孔部１０７ｈとを有する。底部１０７ｂは、中心軸２０１ｃと平行になるように配置される。底部１０７ｂには逆止弁５０、排気口１０５、及び開口１０６２が設けられる。壁部１０７ｗは、Ｘ－Ｙ軸平面において環状の壁であり、底部１０７ｂに連設され、底部１０７ｂから上方に延在し、底部１０７ｂを囲む。孔部１０７ｈは、壁部１０７ｗに設けられる。

オイルプール１０７は、排気口１０５、オリフィス経路１０６の開口１０６２、及び逆止弁５０を収容する。また、オイルプール１０７は、気体とともに排気口１０５から排出されるポンプ油（潤滑油）９０を貯留することができる。

例えば、ロータ機構２０に原動力が供給されているとき、ポンプ油９０は底部１０７ｂに滞留する。オイルプール１０７において、ポンプ油９０は、逆止弁５０またはオリフィス経路１０６を覆う程度の油層を形成する。オイルプール１０７に貯留され、余剰分となるポンプ油９０は、壁部１０７ｗに設けられた孔部１０７ｈから流出し、シリンダ本体１０外であって筐体６０の内部の筐体下部に貯留される。孔部１０７ｈの底部１０７ｂからの高さは、底部１０７ｂに滞留する油層の厚み以上に設定されている。換言すれば、孔部１０７ｈは、逆止弁５０の厚みより高い箇所に位置している。なお、逆止弁５０は、固定部材５１によって底部１０７ｂに固定されている。

ロータ機構２０は、内部空間１０３に収容される。ロータ機構２０は、シリンダ本体１０の内周面１０３ｓと協働して、吸気口１０１から吸引した気体を圧縮しながら、排気通路１０４にまで気体を移送する。例えば、ロータ機構２０は、吸気口１０１を介して吸引した気体の容積を内部空間１０３に形成するとともに、この容積を排気通路１０４にまで移送する。ロータ機構２０は、ロータ２０１と、複数のベーン部材２０２と、シャフト２０３とを有する。

ロータ２０１は、Ｘ軸方向に延在する円柱体である。ロータ２０１の外径は、内部空間１０３の内径よりも小さい。これにより、ロータ２０１の外周面２０１ｓは、内部空間１０３を隔ててシリンダ本体１０の内周面１０３ｓに対向する。ロータ２０１は、シャフト２０３に軸支されている。ロータ２０１は、中心軸２０１ｃを中心に、例えば、１５００ｒｐｍ～１８００ｒｐｍの回転数で回転する。

シャフト２０３は、Ｘ軸方向に延在する円柱体である。シャフト２０３の外径は、ロータ２０１の外径よりも小さい。シャフト２０３の中心軸は、ロータ２０１の中心軸２０１ｃと一致し、ロータ２０１及びシャフト２０３の中心軸２０１ｃは、内部空間１０３の中心軸１０３ｃに対し偏心している。例えば、中心軸２０１ｃと、中心軸１０３ｃとは、平行になっているものの、中心軸２０１ｃは、内部空間１０３の中心軸１０３ｃから上方にずれている。これにより、ロータ２０１は、内部空間１０３の中心軸１０３ｃに対し偏心した中心軸２０１ｃの軸心周りに回転する。

なお、シャフト２０３の一方の端部は、軸受部材１２を介して、フランジ１１に固定されている。シャフト２０３の他方の端部は、軸受部材（不図示）を介して、内部空間１０３の手前側に配置されたフランジ１３（図２）に固定されている。

複数のベーン部材２０２は、ロータ２０１に設けられたベーン溝２０４に収納されている。ベーン部材２０２は、例えば、樹脂複合材料で構成される。複数のベーン溝２０４は、回転方向Ｒに周期的に配置され、それぞれの深さが同じに構成されている。複数のベーン部材２０２のそれぞれは、ベーン溝２０４が延在する方向に延在しているとともに、中心軸２０１ｃの方向に延在している。複数のベーン溝２０４のそれぞれに収容されたベーン部材２０２は、ロータ２０１から受ける遠心力によって自在にベーン溝２０４から突出する。

例えば、ロータ２０１が回転方向Ｒの方向に回転すると、ベーン溝２０４に収納された複数のベーン部材２０２のそれぞれがロータ２０１の遠心力によって外周面２０１ｓから内部空間１０３の内周面１０３ｓに向かって突出する。そして、複数のベーン部材２０２のそれぞれの先端がロータ２０１の回転によって内周面１０３ｓに接し、該先端が内周面１０３ｓに摺接しながら中心軸２０１ｃの軸心周りに回転する。

複数のベーン部材２０２のそれぞれによる各摺接箇所には、ロータ２０１の回転中にポンプ油９０による油膜が形成される。この油膜がベーン部材２０２の先端と内周面１０３ｓとの間におけるシール部材となって、回転方向Ｒに隣り合うベーン部材２０２と、隣り合うベーン部材２０２との間に位置する、内周面１０３ｓ及び外周面２０１ｓとによって形成される仕切空間が気密に保たれる。

また、位置１０３Ｈと逆止弁５０とオイルプール１０７の底部１０７ｂに形成される油膜は、仕切空間の最後の圧縮時における気密を保つ。逆止弁５０は、仕切空間の内部の圧力が大気圧以上となると開弁して、排気口１０５から内部の気体を筐体６０へと排気する。各仕切空間では、気体移送方向の下流側ほど高圧になる圧力差が生まれ、ロータ機構２０による吸気、圧縮、及び排気が繰り返される。

駆動機構３０は、典型的には、モータである。駆動機構３０は、フランジ１１に固定される。駆動機構３０は、ロータ２０１を回転方向Ｒに駆動させる原動力をロータ機構２０のシャフト２０３に供給する。これにより、ロータ２０１及び複数のベーン部材２０２が内部空間１０３内で中心軸２０１ｃ中心に回転する。

オイル供給機構４０は、循環ライン４０１と、冷却機構４０２と、フィルタ４０３と、逆止弁４０４とを有する。冷却機構４０２は、循環ライン４０１の途中に設けられ、フィルタ４０３は、循環ライン４０１において冷却機構４０２の上流に設けられる。逆止弁４０４は、循環ライン４０１のいずれか途中に設けられる。冷却機構４０２は、内部空間１０３で加熱されたポンプ油９０の温度を調節する。フィルタ４０３は、ロータ機構２０の回転によってポンプ油９０に生じる金属粉、樹脂粉等の切粉を除去する。

オイル供給機構４０は、シリンダ本体１０の外側であって、筐体６０内の下部に貯留されたポンプ油９０を圧力差を用いて吸引し、ポンプ油９０をオイル供給口１０８から内部空間１０３に供給する。オイル供給口１０８は、位置１０３Ｌよりも上流の内部空間１０３の内周面１０３ｓに位置している。

例えば、ロータ２０１の回転に起因する吸気通路１０２が減圧された条件下で、オイル供給口１０８と吸気通路１０２とが内部空間１０３を通じて連通すると、吸気通路１０２の圧力と大気圧との圧力差によってオイル供給口１０８からポンプ油９０が内部空間１０３に流れこむ。

筐体６０は、シリンダ本体１０、ロータ機構２０、駆動機構３０、オイル供給機構４０及び逆止弁５０を収容する。シリンダ本体１０と筐体６０との間の空間は、大気圧になっている。筐体６０内の下部には、ポンプ油９０が貯留している。筐体６０に設けられた吸気通路６０１には、真空配管、継ぎ手等を介して真空槽（不図示）が接続される。排気口１０５から排出された気体は、筐体６０の排気口６０２から排出される。

また、真空ポンプ１には、真空ポンプ１の稼働中に発生する音を消音する目的で、常設された極細のガスバラストライン７０が設けられている。ガスバラストライン７０の一方の開口端７０１は、内部空間１０３に連通し、他方の開口端７０２は、筐体６０内で大気に開放されている。ガスバラストライン７０は、真空ポンプ１で連続的な経路になっている。

なお、真空ポンプ１には別途、ポンプ油９０への水蒸気の混入を抑制する目的等で用いるガスバラストラインが（不図示）並列的に設けられている。この配管のコンダクタンスは、水蒸気の混入を抑制する目的のために、ガスバラストライン７０に比べ数倍以上の値となっている。この別途設けられているガスバラストラインは、真空ポンプの付加機能（オプション）として利用される。付加機能であるため、真空ポンプの標準使用時（定格排気能力での使用時）では常時閉塞されている。この付加機能は、真空ポンプの使用者が定格排気能力での到達圧力に達しないことを許容した上で、水蒸気の混入を抑止する意図で用いられる。つまり、ガスバラストライン７０は真空ポンプの定格排気能力（定格到達圧力）の阻害とならずに消音機能が発揮されるように、ガスバラストライン７０の配管径は極細、つまり真空ポンプ１の稼働中における流入気体量が少量となるように設けられている。

なお、真空ポンプ１には、真空ポンプ１外の圧力及び吸気通路１０２の圧力を計測する圧力センサ（不図示）が設けられていてもよい。

図２は、本実施形態の真空ポンプの一例を示す模式的立体図である。図２には、真空ポンプ１のオイルプール１０７付近を斜め上から眺めた状態が示されている。また、図２に示すように、Ｘ軸方向は、ロータ２０１及びシャフト２０３の中心軸２０１ｃと平行になっている。

オイルプール１０７において、排気口１０５は、中心軸２０１ｃの方向（Ｘ軸方向）に複数設けられている。図２の例では、合計６個の排気口１０５が中心軸２０１ｃの方向に並設されている。また、オイルプール１０７においては、排気口１０５に連通する排気通路１０４が中心軸２０１ｃの方向に複数設けられている。

さらに、オイルプール１０７においては、中心軸２０１ｃの方向に並ぶ複数の排気口１０５の群の両側に一対の開口１０６２が設けられている。また、中心軸２０１ｃの方向において、複数の排気通路１０４の群の両側に、開口１０６２に連通する一対のオリフィス経路１０６が設けられている。なお、一対の開口１０６２がオイルプール１０７に設けられるに限らず、複数の排気口１０５の群のいずれかの側のみに開口１０６２及びオリフィス経路１０６が設けられてもよい。

図３は、本実施形態の真空ポンプの一例を示す模式的立体図である。図３には、真空ポンプ１の内周面１０３ｓを斜め下から上方へ眺めた状態が示されている。

真空ポンプ１の内周面１０３ｓにおいては、排気通路１０４の開口１０４１に連通する溝状の凹部１０４５（第１凹部）が設けられてもよい。凹部１０４５は、内周面１０３ｓと排気通路１０４の開口１０４１との間において、内周面１０３ｓからシリンダ本体１０に掘り下げられている。凹部１０４５は、ロータ２０１の回転方向Ｒの方向に延在する。凹部１０４５は、中心軸２０１ｃの方向に複数設けられる。

また、真空ポンプ１の内周面１０３ｓにおいては、オリフィス経路１０６の開口１０６１に連通する溝状の凹部１０６５（第２凹部）が設けられてもよい。凹部１０６５は、内周面１０３ｓとオリフィス経路１０６の開口１０６１との間において、内周面１０３ｓからシリンダ本体１０に掘り下げられている。凹部１０６５は、中心軸２０１ｃの方向において凹部１０４５と並ぶ。凹部１０６５は、回転方向Ｒの方向に延在する。

図４は、排気通路、オリフィス経路、及び凹部の配置関係を示す模式的平面図である。図４は、真空ポンプ１の内周面１０３ｓを円筒の展開図として示した状態が示されている。

オリフィス経路１０６の開口１０６１は、回転方向Ｒにおいて排気通路１０４の開口１０４１の後方に設けられる。開口１０６１の孔径よりも孔径が大きい開口１０４１が開口１０６１よりも前方に設けられることで、ベーン部材２０２によって掻き揚げられた気体とポンプ油９０とが排気通路１０４を経由して優先的にシリンダ本体１０外へと排出される。なお、排気通路１０４を経由して排出され切れなったポンプ油９０は、オリフィス経路１０６に開口１０６１を経由して注入される。

また、凹部１０４５においては、開口１０４１の中心を基準として、回転方向Ｒの後方よりも前方に長く延在する。凹部１０６５においては、開口１０６１の中心を基準として、回転方向Ｒの後方よりも前方に長く延在する。

例えば、凹部１０４５の位置１０３Ｈ側の端部１０４６と凹部１０４５の中心との間の距離は、凹部１０４５の端部１０４６とは反対側の端部１０４７と凹部１０４５の中心との間の距離よりも短い。凹部１０６５の位置１０３Ｈ側の端部１０６６と凹部１０６５の中心との間の距離は、凹部１０６５の端部１０６６とは反対側の端部１０６７と凹部１０４５の中心との間の距離よりも短い。また、凹部１０４５は、凹部１０６５よりも回転方向Ｒの前方に長く延在する。

これにより、ベーン部材２０２によって掻き揚げられたポンプ油９０が排気通路１０４に通じる凹部１０４５に優先的に収集され、ポンプ油９０が気体とともに、排気通路１０４を経由してシリンダ本体１０外へ排出される。

また、凹部１０６５は、中心軸２０１ｃの方向に並ぶ複数の凹部１０４５の両側に設けられる。凹部１０６５が設けられることで、排気通路１０４を経由して排出され切れなったポンプ油９０が凹部１０６５に収集され、ポンプ油９０がより確実にオリフィス経路１０６に注入される。なお、凹部１０４５、１０６５の平面形状は、図示された長方形に限らず、長円、楕円でもよい。また、複数の端部１０４６及び一対の端部１０６６は、中心軸２０１ｃ方向に揃ってもよく、揃っていなくてもよい。複数の端部１０４７は、中心軸２０１ｃ方向に揃ってもよく、揃っていなくてもよい。

ベーン部材２０２によって掻き揚げられた気体及びポンプ油９０を効率よく排気通路１０４を経由してシリンダ本体１０外に排出するには、オリフィス経路１０６の開口１０６１が以下に示す領域１に配置されていればよく、より好ましくは領域２に配置されていればよく、さらに好ましくは領域３に配置されていればよい。

（領域１）
オリフィス経路１０６の開口１０６１は、位置Ｐ１から、ロータ２０１が内周面１０３ｓに最も接近する内周面１０３ｓの位置１０３Ｈまでの間に設けられることが好ましい。ここで、位置Ｐ１とは、ロータ２０１が回転方向Ｒに回転中に複数のベーン部材２０２のそれぞれが排気通路１０４の開口１０４１に重なり始める内周面１０３ｓの位置である。

回転方向Ｒにおいて開口１０６１が位置１０３Ｈよりも前方に設けられることで、ロータ機構２０が回転中に位置１０３Ｈにて保持する油膜の圧力が一様にＸ軸上に維持されることで、オリフィス経路１０６の存在に基づく一部の油膜を気体が貫通する現象（オリフィス経路１０６にポンプ油９０が入り込み、クサビ状にポンプ油９０入り込む圧力上昇が減退し、気体が貫通することで到達圧力が悪化する現象）による内部空間１０３への無用なリークが防止される。また、回転方向Ｒにおいて開口１０６１が開口１０４１の前方に位置しないことにより、オリフィス経路１０６よりも排気通路１０４を通じた気体及びポンプ油９０の優先的な排出が可能になる。仮に回転方向Ｒにおいて開口１０６１が開口１０４１の前方に位置すると、圧縮されつつある気体圧力は逆止弁５０に作用するより先にオリフィス経路１０６に作用してしまい、気体の圧縮について不利な構成となってしまう。

（領域２）
オリフィス経路１０６の開口１０６１は、位置Ｐ２から位置１０３Ｈまでの間に設けられることがより好ましい。ここで、位置Ｐ２とは、複数のベーン部材２０２のそれぞれが排気通路１０４の開口１０４１を通過し始める内周面１０３ｓの位置である。

このような配置関係であれば、回転方向Ｒにおいて、開口１０６１が開口１０４１の後方に位置することになり、オリフィス経路１０６でなく排気通路１０４による気体及びポンプ油９０の優先的な排出がより確実になる。

（領域３）
オリフィス経路１０６の開口１０６１は、位置Ｐ２から位置Ｐ３までの間に設けられることがさらに好ましい。ここで、位置３とは、複数のベーン部材２０２のそれぞれが凹部１０４５を通過し始める内周面１０３ｓの位置である。

このようにすることで、領域１で説明した位置１０３Ｈにて保持する油膜の圧力がより一様にＸ軸上に維持することが可能となる。オリフィス経路１０６の開口１０６１はロータ２０１が回転することにより発生する油膜の圧力を減じる効果を奏するため、位置１０３Ｈから離れた位置に設けることが望ましい。これにより最後の圧縮について気密を保つ部位である位置１０３Ｈに存する油膜の能力を最大に保つことが可能となる。

また、ベーン部材２０２が位置Ｐ３至る以前に開口１０６１を設けたことにより、余剰となるポンプ油９０について無用の圧縮を経てオリフィス経路１０６に導くことがなく、動力損失や騒音を発生させることもなく、効率的にポンプ油９０をオリフィス経路１０６へと導くことが可能となる。また、開口１０４１より開口１０６１が後方に位置することで、次の仕切り空間（減圧空間）に晒される開始時間が最も遅い領域であり、オリフィス経路１０６内に充填されたポンプ油９０が吸引される時間も最小となることで、充填量すなわちオリフィス経路長等を少なくする設計も可能とすることがきる。

［真空ポンプの動作］

本実施形態に係る真空ポンプの動作を図５に示す参考例を例に説明する。図５に示す真空ポンプ５においては、オリフィス経路１０６が設けられていない。真空ポンプ５においてオリフィス経路１０６が設けられていない以外の構成は、真空ポンプ１と同じである。

真空ポンプ５では、制御装置８０によってロータ機構２０を駆動させる原動力がロータ機構２０に供給されて真空ポンプ５が作動し始める。これにより、ロータ機構２０が回転方向Ｒに回転し、吸気通路６０１に連通した真空槽（不図示）を減圧状態にする。

ロータ機構２０の回転中には、回転方向Ｒに隣り合うベーン部材２０２と、シリンダ本体１０の内周面１０３ｓと、ロータ２０１の外周面２０１ｓとによって仕切り空間が形成される。この仕切り空間がロータ機構２０によって回転方向Ｒに移送されることにより、吸気口１０１を介した気体の吸気、仕切り空間による気体の圧縮、及び、気体及び潤滑油の排出が繰り返される。内部空間１０３の圧力は、真空ポンプ５外の外気圧に比べて減圧に保持される。なお、本実施形態では、大気は、外気とも呼称され、大気圧は外気圧とも呼称される。また、減圧とは、大気圧以下を指し、陰圧または真空状態とも呼称される。

ロータ機構２０の回転に伴う減圧は、オイル供給機構４０に、循環ライン４０１とオイル供給口１０８とを介して筐体６０の底部から内部空間１０３にポンプ油９０を給油させる。例えば、真空ポンプ５外の大気の圧力と、吸気通路１０２の圧力との差が５０ｋＰａ以上であることをオイル供給条件として設定された逆止弁４０４が開状態となることによって、筐体６０の底部からポンプ油９０が内部空間１０３に自動的に給油される。つまり原動力がロータ機構２０に供給されると、自動的に給油が成される。

このポンプ油９０は、気体とともに仕切り空間で圧縮・移送され、気体とともに排気通路１０４及び排気口１０５を介してオイルプール１０７に排出される。排気口１０５は逆止弁５０で塞がれているため、気体及びポンプ油９０がオイルプール１０７に排出された後では、気体及びポンプ油９０は、排気通路１０４に逆流しない。

この後、気体は、筐体６０の排気口６０２を経由して真空ポンプ５外に排出される。気体は、吸気口１０１において上方から下方に流れるのに対し、排気口１０５において下方から上方に流れる。すなわち、吸気口１０１と排気口１０５とにおいて、気体の流れる向きが逆になっている。

一方、ポンプ油９０は、排気通路１０４の上方のオイルプール１０７に貯留され、オイルプール１０７の底部１０７ｂに滞留して逆止弁５０を覆う。例えば、オイルプール１０７内のポンプ油９０の容積は、５０ｍｌ以上２００ｍｌ以下である。孔部１０７ｈは、オイルプール１０７内のポンプ油９０の体積を前述した容積程度になるように設けられる。余剰分となったポンプ油９０は、孔部１０７ｈを介して筐体６０の底部に落下する。これにより、ポンプ油９０は、筐体６０の底部に再び貯留される。また、最終の圧縮位置における仕切り空間の容積から考慮すると、オイルプール１０７内のポンプ油９０の容積は、その仕切空間の容積に対し１／２以下とするのが好ましい。

次に、制御装置８０によって真空ポンプ５が停止すると、ロータ機構２０の回転が停止される。これにより、真空ポンプ５による、気体の吸引、及び、気体及びポンプ油９０の排出が停止される。但し、逆止弁５０は排気口１０５を封止しているため、外気及びポンプ油９０が排気通路１０４を経由して内部空間１０３に入ることができず、内部空間１０３は暫くの間、減圧状態（真空状態）を維持する。また、吸気口１０１近傍に図示しない逆止弁が設けられている場合は、この逆止弁が動作することで、真空槽の復圧等に関わらず、しばらくの間減圧状態が維持される。この逆止弁は、気相化したポンプ油９０について、吸気通路６０１に連通した不図示の真空槽への逆流を阻止する目的で一般的に設けられる。

この後、真空ポンプ５外の外気がガスバラストライン７０の開口端７０２から、ガスバラストライン７０を経由してガスバラストライン７０の開口端７０１から内部空間１０３に流れ込み、内部空間１０３が大気圧に復圧される。なお、内部空間１０３における大気圧とは、真空ポンプ５外の大気圧、及び真空ポンプ５外の大気圧より若干低圧の圧力を含む。

但し、真空ポンプ５の作動中には、吸気通路１０２の圧力が目的の真空度に到達することが要される。つまり、ガスバラストライン７０から導かれる流入気体量は、吸気通路１０２の圧力が真空ポンプの定格到達圧力に達することと消音効果とが両立するように設定される。例えば、気体流入量は、真空ポンプ５の吸気口１０１近傍に前述した図示しない逆止弁が設けられている条件で、大気圧迄に至る復圧時間が約１５秒となるように設けられる。

なお、ガスバラストライン７０の開口端７０１における径は０．５ｍｍである。ガスバラストライン７０のコンダクタンスが復圧時間が１５秒となるように設けられていれば、配管径は何れの値でもよい。なお、消音について満足する効果が得られるのであれば、復圧時間を増減させても不都合はなく、より高い到達真空度とすべく、その時間を延長してもよい。

このようにガスバラストライン７０内を流通する外気にとっては、ガスバラストライン７０の流路抵抗が大きく（コンダクタンス値が小さく）なる。この結果、復圧は瞬時に実行されず、例えば、復圧に要される時間が１０秒以上３０秒以下に及ぶ場合がある。

一方、復圧に要される時間がこのように長くなると、大気の圧力と、吸気通路１０２の圧力との差が５０ｋＰａ以上の状態が長く続くことになる。従って、この圧力差が５０ｋＰａ以上である限り、逆止弁４０４の開状態が続き、内部空間１０３へのポンプ油９０の供給が続けられることなる。

ポンプ油９０の供給量は、定格回転速度に応じた流入量として設計されているため、ロータ機構２０の回転によってポンプ油９０が排出されることを前提とした流入量としている。しかし、ロータ機構２０の回転が停止に起因しポンプ油９０の排出も停止され、結果として排出されない量が供給過剰となり内部空間１０３に貯留（蓄積）されていく。この過剰なオイル供給によって、内部空間１０３に供給されたポンプ油９０の容量（体積）が最終の圧縮位置における仕切り空間の容積を超えてしまうと、ポンプ油９０は非圧縮性流体であるため、供給されたポンプ油９０の体積に応じた仕切り空間を形成した後にベーン部材２０２を含めた仕切り区画の構成部材に対して過剰な応力がかかる。

つまり、真空ポンプ５の停止後における制御装置８０による真空ポンプ５の始動時（再始動時）、ロータ機構２０の回転開始時に過剰な応力がかかる現象が発生する。この際、ベーン部材２０２が変形または破損したり、シリンダ本体１０の内周面１０３ｓまたはフランジ１１、１３に過剰な圧力がかかったりする場合がある。特に制御装置８０にソフトスタート機能を持たない直入れ始動回路を採用している場合は、始動初期より定格トルクが加わることから、顕著にこの現象が現れる。

また、内部空間１０３に供給されたポンプ油９０の容量が最終の圧縮位置における仕切り空間の容積に満たないとしても、ベーン部材２０２が排気通路１０４を通過する度に、内部空間１０３に過剰に供給されたポンプ油９０が突発的に排気口１０５から排出される。このため、逆止弁５０が変形または破損したり、ロータ機構２０が異常に振動したりする場合がある。

このように、参考例では、内部空間１０３への過剰なポンプ油９０の供給によって、ベーン部材２０２の変形または破損、内周面１０３ｓまたはフランジ１１、１３への過剰な圧力負荷、逆止弁５０の変形または破損、またはロータ機構２０の異常振動が発生するおそれがある。

このような参考例で生じる現象を回避するために、例えば、ガスバラストライン７０のほかに、瞬時の復圧を可能にする専用の復圧機構を真空ポンプ５に取り付ける方法がある。例えば、前述した図示しないガスバラストラインに対し、通電時に閉となる電磁弁を設け、これを前述した三相電磁開閉器の励磁コイルと同期して通電および電源の遮断を行う回路とすれば、制御装置８０によって真空ポンプ５が停止（動力遮断）したと同時に電磁弁が開となることで内部空間１０３の大気圧へ至る復圧時間を短くすることが可能となる。但し、このような復圧機構は、電磁弁、配管、継手、電気配線、電磁弁を制御する制御回路等で構成しなければならず、真空ポンプの部品点数増加を招来する。この結果、真空ポンプのＭＴＢＦの増加を招き、結果的に真空ポンプの信頼性が低下する。

これに対して、本実施形態では、真空ポンプ１の復圧方法として、以下の方法を採用する。本実施形態では、真空ポンプ１の内部空間１０３を復圧する方法として、排気通路１０４のほかに、排気通路１０４に比べて孔径が小さいオリフィス経路１０６をシリンダ本体１０に予め形成し、ロータ機構２０を駆動させる原動力をロータ機構２０に供給するときに、オリフィス経路１０６の少なくとも一部にポンプ油９０を充填して外気の内部空間１０３への流入を抑制し、ロータ機構２０に供給される原動力を遮断した後には、オリフィス経路１０６を経由して外気を内部空間１０３に流入させて真空ポンプの復圧を行う。以下に、その詳細を説明する。

図６（ａ）、（ｂ）及び図７は、本実施形態の真空ポンプの動作を説明する模式的断面図である。図６（ａ）では、破線Ａの右側が示され、図６（ｂ）及び図７では、オリフィス経路１０６付近が示されている。

本実施形態の真空ポンプ１においても、ロータ機構２０を駆動させる原動力がロータ機構２０に供給されると、内部空間１０３の圧力が外気圧に比べて減圧に保持されると共に、ロータ機構２０の回転に伴い気体及びポンプ油９０が排気口１０５を経由してオイルプール１０７に排出される。但し、真空ポンプ１においては、排気通路１０４のほか、オリフィス経路１０６が位置１０３Ｈ付近に設けられている。

このため、真空ポンプ１の作動中には、内部空間１０３の圧力が外気圧に比べて減圧に保持されるとともに、オリフィス経路１０６の少なくとも一部にポンプ油９０が充填される（図６（ｂ））。

例えば、ロータ機構２０の回転によって、ポンプ油９０が排気口１０５から排出され、ポンプ油９０がオイルプール１０７の底部１０７ｂに滞留すると、ポンプ油９０の自重によって、ポンプ油９０が開口１０６２からオリフィス経路１０６に流入する。または、オリフィス経路１０６に通じる仕切り空間と大気圧との圧力差（仕切り空間の圧力＜大気圧）によって、底部１０７ｂに滞留したポンプ油９０が開口１０６２からオリフィス経路１０６に吸引される場合もある。あるいは、ロータ機構２０の回転中、排気通路１０４を経由してオイルプール１０７に排出されなかった余剰のポンプ油９０が開口１０６１からオリフィス経路１０６に注入される場合もある。

このように、ロータ機構２０の回転中には、オリフィス経路１０６の少なくとも一部がポンプ油９０によって閉塞される。つまり、原動力がロータ機構２０に供給されているときには、外気にとっては、オリフィス経路１０６の流路抵抗が中空状態のオリフィス経路１０６であるときよりも高くなる。正確には、閉塞しているポンプ油中を拡散して移動する気体以外は通過させない程度の高い流路抵抗が実現される。これにより、ロータ機構２０の回転中には、外気がオリフィス経路１０６を経由して内部空間１０３に逆流せず、吸気通路１０２が所望の真空度を維持しながら、気体及びポンプ油９０が排気通路１０４及び排気口１０５を経由してオイルプール１０７に排出され続ける。言い換えれば、ロータ機構２０の回転中は、オリフィス経路１０６へのポンプ油９０の供給量は排出量よりも多いため、動的平衡の状態がオリフィス経路１０６の少なくとも一部がポンプ油９０による閉塞状態となる。

一方、ロータ機構２０に供給される原動力が遮断されると、内部空間１０３は減圧状態を維持するため、オイルプール１０７に滞留したポンプ油９０がオリフィス経路１０６を経由して内部空間１０３に吸引される。特に、ポンプ油９０は所定の粘性を有するため、オリフィス経路１０６の上方のポンプ油９０が局所的に内部空間１０３に吸引される。この結果、オリフィス経路１０６内のポンプ油９０が内部空間１０３に吸引されて、オリフィス経路１０６が中空状態となって開通する。言い換えれば、原動力の遮断はロータ機構２０の停止であり、オリフィス経路１０６へのポンプ油９０の供給量は排出量よりも少ないため、静的平衡の状態がオリフィス経路１０６の開通状態となる。

これにより、シリンダ本体１０の外部からオリフィス経路１０６を介して外気が内部空間１０３に瞬時に流入し、ガスバラストライン７０を利用した復圧よりも短い時間で内部空間１０３が大気圧にまで復圧される。図７には、開放されたオリフィス経路１０６を介して、外気がシリンダ本体１０の外部から内部空間１０３に流入する様子が示されている。

例えば、外気は、オリフィス経路１０６を経由して、位置１０３Ｈにおける内周面１０３ｓとロータ２０１との間のクリアランス、または、内周面１０３ｓとベーン部材２０２との間を通り抜けて、内部空間１０３の全体に拡散していく。真空ポンプ１における復圧に要される時間は、例えば、２秒以上４秒以下（例えば、３秒）である。

従って、ロータ機構２０に供給される原動力が遮断された後、瞬時に大気の圧力と吸気通路１０２の圧力との差が５０ｋＰａよりも小さくなって、逆止弁４０４が迅速に開状態から閉状態になる。この結果、真空ポンプ１では、内部空間１０３へのポンプ油９０の過剰な供給が抑制されて、ベーン部材２０２の変形または破損、内周面１０３ｓまたはフランジ１１、１３への過剰な圧力負荷、逆止弁５０の変形または破損、または、ロータ機構２０の異常な振動が防止される。

また、本実施形態の真空ポンプ１によれば、専用の復圧機構を要さない。オリフィス経路１０６は、例えば、ドリル加工等の簡便な機械加工で形成され得る。これにより、真空ポンプ１では、部品点数の増加が起きず、真空ポンプ１のＭＴＢＦの増加が抑えられる。これにより、本実施形態によれば、信頼性の高い真空ポンプ１が提供される。

また、真空ポンプ１においては、ロータ機構２０の回転中、ポンプ油９０がベーン部材２０２によって内周面１０３ｓに沿って掻き揚げられると、一般的なポンプ油はニュートン性流体であることから内部空間１０３の両サイド（Ｘ軸方向での両サイド側）にポンプ油９０が集中する場合がある。真空ポンプ１では、複数の排気通路１０４の群の両側の少なくとも一方にオリフィス経路１０６が設けられるため、オリフィス経路１０６に効率よくポンプ油９０が注入される。

なお、真空ポンプ１の作動中、オリフィス経路１０６内に充填されたポンプ油９０の油面（上面）９０ｓは、ロータ機構２０の回転に応じて上下に振動する場合がある。

図８（ａ）、（ｂ）は、オリフィス経路に充填されたポンプ油がロータ機構の回転に応じて振動する現象を説明する模式的断面図である。

例えば、図８（ａ）には、気体とポンプ油９０とが排気通路１０４を経由してオイルプール１０７に排出される工程かつ最終の圧縮時の状態が示され、図８（ｂ）には、回転方向Ｒにおけるベーン部材２０２の位置が図８（ａ）の状態よりも手前にある状態が示されている。図８（ａ）に示す仕切り空間１０３ａの容積は、図８（ｂ）に示す仕切り空間１０３ｂの容積よりも小さい。なお、仕切り空間１０３ａ、１０３ｂのそれぞれは、回転方向Ｒに隣り合うベーン部材２０２と、シリンダ本体１０の内周面１０３ｓと、ロータ２０１の外周面２０１ｓとによって形成される。

例えば、図８（ａ）に示す仕切り空間１０３ａ内の圧力は、気体またはポンプ油９０が排気口１０５から排出される寸前であるために、大気圧以上になっている。一方、図８（ｂ）に示す仕切り空間１０３ｂ内の圧力は、気体またはポンプ油９０を大気圧に圧縮する途中であるため、大気圧よりも低い減圧状態にある。このような現象は真空ポンプに吸入する気体体積が少ない場合に発生する。

従って、図８（ｂ）の状態では、オリフィス経路１０６に充填されたポンプ油９０が仕切り空間１０３ｂに吸引されて、ポンプ油９０の油面９０ｓが開口１０６２の位置よりも下方に降下する。そして、ロータ機構２０が再び図８（ａ）の状態になると、仕切り空間の圧力上昇（大気圧以上への圧力上昇、逆止弁５０が開となる程度の圧力への上昇）とともにオリフィス経路１０６に充填されたポンプ油９０が上方に押し上げられて、油面９０ｓが元の位置に戻る。このように、オリフィス経路１０６に充填されたポンプ油９０の油面９０ｓは、ロータ機構２０の回転に応じて振動する。

例えば、ロータ機構２０が３個のベーン部材２０２を有し、ロータ２０１の回転速度が１７００ｒｐｍであるとき、ベーン部材２０２は、約８５回／秒の頻度で排気通路１０４を通過する。すなわち、油面９０ｓは、約８５回／秒の周期で上下に振動する。

ここで、オリフィス経路１０６の経路長においては、油面９０ｓが約８５回／秒の周期で振動する振動幅（振動における最高位置と最低位置との間の距離）よりも長く設計される。例えば、ロータ２０１の回転速度（ｒｐｍ）について、定格回転速度を１とした場合、１／１００～１の範囲の回転速度で運転した場合においてもオリフィス経路がポンプ油９０で常時閉塞されるように設計される。このため、真空ポンプ１が作動中には、オリフィス経路１０６が常時ポンプ油９０で閉塞され、外気がオリフィス経路１０６を経由して内部空間１０３に流入することが回避される。例えば、オリフィス経路１０６の孔径（内径）が４ｍｍ以下のとき、オリフィス経路１０６の経路長は、２０ｍｍ以上に設定される。また、オリフィス経路１０６の孔径および経路長は、内部空間１０３及びオイルプール１０７の双方の大気圧の条件下における油面９０ｓからの重力滴下方法によって定めてもよく、ポンプ油９０の油温が３７±３℃の実施例としては、１Ｌの滴下に要する時間を５００ｓｅｃから４００ｓｅｃの範囲として設定される。

また、オリフィス経路１０６にて閉塞に用いられるポンプ油９０（閉塞油）について考察すると、閉塞油の上面の圧力は大気圧で一定である。閉塞油の下面の圧力は前述したように変動している。つまり差圧に応じた力すなわち加速度が閉塞油に作用する。閉塞油に加速度が加わるので閉塞油は速度を持ち移動を開始する。その速度はオリフィス経路１０６内壁と閉塞油との間にせん断力に基づく粘性抵抗を生じさせ、この移動に抵抗する。

つまり、閉塞油はショックアブソーバーのように振る舞い、オリフィス経路１０６内において、差圧による振動が閉塞油の粘性抵抗によって吸収される。これにより、真空ポンプ１の作動中には、常時、オリフィス経路１０６がポンプ油９０によって閉塞された状態が続き、外気がオリフィス経路１０６を経由して内部空間１０３に流入する現象が起きにくくなる。なお、閉塞油には常時重力加速度が印加され、この重力加速度に伴う移動は閉塞油の常時排出を招く。主に上方からこの排出を上回るポンプ油９０の供給が存在するために、閉塞油は枯渇しない。

図９（ａ）は、参考例の真空ポンプにおいて流路回路の要部（逆止弁５０に関する）の等価回路図である。図９（ｂ）は、本実施形態の真空ポンプにおいて流路回路の要部の等価回路図である。ここで、実線は、気体の流路とされ、破線は、ポンプ油９０の流路とされている。なおオリフィス経路１０６部は破線で示されているが、気体の流路ともなる。また、実線矢印は、気体が流れる向きを示し、破線矢印は、ポンプ油９０が流れる向きを示している。

図９（ａ）に示すように、参考例の真空ポンプ５には、内部空間１０３とオイルプール１０７との間に逆止弁５０が設けられているものの、内部空間１０３とオイルプール１０７との間にオリフィス経路１０６が設けられていない。これに対して、図９（ｂ）に示す本実施形態の真空ポンプ１では、内部空間１０３とオイルプール１０７との間に、オリフィス経路１０６を通過する流路と、逆止弁５０を通過する流路とが並列して設けられている。

オリフィス経路１０６部に閉塞油が存在する状態では、この経路に気体を連通させることは出来ないため、図９（ａ）と図９（ｂ）とは同一の回路となる。しかし閉塞油が除かれた状態ではオリフィス経路に気体を連通させることが可能となり、オリフィス経路１０６は逆止弁５０をバイパスする回路となる。つまりオリフィス経路１０６は、ロータ機構２０に供給される原動力が遮断されると、逆止弁５０のバイパス回路となって、内部空間１０３に排気口６０２の大気を導入させる構成となっている。

（変形例）

図１０は、真空ポンプの変形例を示す模式的断面図である。図１０では、排気通路１０４付近が示されている。

図１０に示す真空ポンプでは、オリフィス経路１０６の代わりに、オリフィス経路１１６が逆止弁５０に付設されている。オリフィス経路１１６は、例えば、樹脂製の筒状パイプである。オリフィス経路１１６は、内部空間１０３側の開口端１１６１と、オイルプール１０７側の開口端１１６２とを有する。オリフィス経路１１６は、逆止弁５０を貫通し、排気通路１０４の内部に向けて延在する。オリフィス経路１１６は、排気通路１０４の中心部に位置する。

オリフィス経路１１６の開口端１１６２は、逆止弁５０から突出しなくてもよく、逆止弁５０から若干突出してもよい。開口端１１６２が逆止弁５０から突出していない場合には、逆止弁５０の上面５０ｕと開口端１１６２とにより平端面が形成される。オリフィス経路１１６の長さは、排気通路１０４の内径の１／２以下、または、逆止弁５０のＹ軸方向における長さの１／４以下に設定される。オリフィス経路１１６の内径は、オリフィス経路１０６の孔径と同じとする。

このようなオリフィス経路１１６であっても、ロータ機構２０の回転時には逆止弁５０の上面５０ｕを覆うポンプ油９０が開口端１１６２からオリフィス経路１１６の内部に流入する。これにより、ロータ機構２０の回転時には、ポンプ油９０がオリフィス経路１１６の少なくとも一部に充填されて、外気の内部空間１０３への流れ込みが回避される。また、ロータ機構２０の回転が停止された場合には、オリフィス経路１１６に充填されたポンプ油９０が内部空間１０３に吸引されて、オリフィス経路１１６が開通する。これにより、外気が内部空間１０３に流れ込み、内部空間１０３が大気圧にまで復圧される。

また、ロータ機構２０の回転中には逆止弁５０が開閉動作を繰り返すことから、逆止弁５０とオリフィス経路１１６とが接合した部分には開閉動作にともなう応力がかかる。オリフィス経路１１６の長さが排気通路１０４の内径の１／２以下または逆止弁５０の長さの１／４以下に設定され、オリフィス経路１１６の材料が軽い樹脂であれば、逆止弁５０が開閉動作を繰り返したとしても、逆止弁５０とオリフィス経路１１６とが接合した部分への負荷（応力）が低減される。

また、オリフィス経路１１６の開口端１１６２が逆止弁５０から突出してなければ、ポンプ油９０は開口端１１６２が障壁とならず、ポンプ油９０が逆止弁５０の上面５０ｕから効率よくオリフィス経路１１６に流入する。

また、オリフィス経路１１６が逆止弁５０に付設される構成であれば、逆止弁５０とともにオリフィス経路１１６を簡便に交換することができる。

オリフィス経路１１６は、単数であっても機能する。オリフィス経路１１６は、異物による閉塞による機能喪失を考慮する場合は複数設けることが好ましい。この視点から逆止弁５０にオリフィス経路１１６を設けることは、シリンダ本体１０にオリフィス経路１０６を複数設けることに比べて、加工等製造面から見て容易であることから、より好ましい手法といえる。

オリフィス経路１０６の数やその径、経路長は、ポンプ油９０の温度特性すなわち動粘度を用いて決定されてもよい。例えば、寒冷地域における真空ポンプが冷え切った状態からの運転開始であるコールドスタート時のポンプ油９０の油温時と、コールドスタートから始動させてポンプ油９０の温度が温まり安定となった定格運転状態での油温時について、コールドスタート時のコンダクタンスＣ１と定格運転状態のコンダクタンスＣ２との比（Ｃ１：Ｃ２）が１：４から１：７の範囲となるようオリフィス経路１０６のコンダクタンスを定めることで決定される。ポンプ油９０の動粘度は100℃：10.09(mm²/s)、 40℃：68.22(mm²/s)の特性であり、使用環境は１０℃～３０℃である。このように各温度における動粘度に対し、オリフィス経路１０６のコンダクタンスを定めた真空ポンプとすることで、真空ポンプの周囲環境等に関わらず、信頼性の高い復圧機構を提供することができる。

真空ポンプ１は、不図示の真空槽に連通しており、例えばこの真空槽がロータ機構２０の動力遮断と同時に大気圧へと即時に復圧する構成であれば、オリフィス経路１０６を必要としない。また、オリフィス経路１０６に存在する閉塞油は、その振動を粘性抵抗で減衰させている。よって、オリフィス経路による復圧機能が不要であり、かつこの損失を嫌う場合は経路を容易に閉塞させる機能を真空ポンプ１に付与しておくことが望ましい。具体的にはオリフィス経路の開口部にネジ溝を設け、必要に応じて閉塞を可能とする構成が考えられる。

以上、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のみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。

１、５…真空ポンプ
１０…シリンダ本体
１１、１３…フランジ
１２…軸受部材
２０…ロータ機構
３０…駆動機構
４０…オイル供給機構
５０、４０４…逆止弁
５０ｕ…上面
５１…固定部材
６０…筐体
７０…ガスバラストライン
８０…制御装置
９０…ポンプ油
９０ｓ…油面
１０１…吸気口
１０２…吸気通路
１０３…内部空間
１０３ａ、１０３ｂ…仕切り空間
１０３Ｈ、１０３Ｌ…位置
１０３ｃ、２０１ｃ…中心軸
１０３ｓ…内周面
１０４、６０１…吸気通路
１０５、６０２…排気口
１０６、１１６…オリフィス経路
１０７…オイルプール
１０７ｗ…壁部
１０７ｂ…底部
１０７ｈ…孔部
１０８…オイル供給口
２０１…ロータ
２０１ｓ…外周面
２０２…ベーン部材
２０３…シャフト
２０４…ベーン溝
４０１…循環ライン
４０２…冷却機構
４０３…フィルタ
７０１、７０２、１１６６、１１６７…開口端
１０４１、１０６１、１０６２…開口
１０４５、１０６５…凹部
１０４６、１０４７、１０６６、１０６７…端部

Claims (11)

1. 吸気口と、前記吸気口を介して気体が吸入される筒状の内部空間と、前記気体を前記内部空間から排気通路を経由して内部空間外へ排出する排気口と、前記内部空間にポンプ油を供給するオイル供給口と、前記内部空間の上方に設けられ、前記排気口を収容し、前記気体とともに前記排気口から排出される前記ポンプ油を貯留することが可能なオイルプールとを有するシリンダ本体と、
   前記吸気口を介して吸引した前記気体の容積を前記内部空間に形成するとともに、前記容積を前記排気通路にまで移送し、前記内部空間に収容されたロータ機構と、
   を具備し、
   前記排気通路のほか、前記内部空間の前記気体が圧縮される側から前記オイルプールにまで貫通し前記排気通路に比べて孔径が小さいオリフィス経路が設けられている
   真空ポンプ。
2. 請求項１に記載された真空ポンプであって、
   前記オリフィス経路は、前記シリンダ本体において前記排気通路と並んで前記シリンダ本体に内設されている
   真空ポンプ。
3. 請求項１または２に記載された真空ポンプであって、
   前記ロータ機構を駆動させる原動力が前記ロータ機構に供給されているとき、前記内部空間の圧力が外気圧に比べて減圧に保持されるとともに前記オリフィス経路の少なくとも一部に前記ポンプ油が充填され、
   前記ロータ機構に供給される前記原動力が遮断されたとき、前記オリフィス経路が開通して前記シリンダ本体の外部から前記オリフィス経路を介して外気が前記内部空間に流入する
   真空ポンプ。
4. 請求項３に記載された真空ポンプであって、
   前記排気口を閉塞し、前記オイルプールに収容された逆止弁をさらに具備し、
   前記オイルプールは、前記逆止弁が配置され、前記内部空間から前記オリフィス経路が到達する底部と、前記底部を囲む壁部とによって構成され、
   前記原動力が前記ロータ機構に供給されているとき、前記底部に前記ポンプ油が滞留し、前記逆止弁が前記ポンプ油で覆われる
   真空ポンプ。
5. 請求項１～４のいずれか１つに記載された真空ポンプであって、
   前記ロータ機構は、
   前記内部空間に収容され、前記内部空間の中心軸に対し偏心した軸心周りに回転するロータと、
   前記ロータの回転によって前記ロータの外周面から前記内部空間の内周面に向かって突出し、前記内周面に摺接しながら前記軸心周りに回転する複数のベーン部材と、
   を有し、
   前記内周面には、前記内部空間に連通する、前記オリフィス経路の開口及び前記排気通路の開口が設けられ、
   前記オリフィス経路の前記開口は、前記複数のベーン部材のそれぞれが前記排気通路の前記開口に重なり始める前記内周面の位置から前記ロータが前記内周面に最も接近する前記内周面の位置までの間に設けられている
   真空ポンプ。
6. 請求項５に記載された真空ポンプであって、
   前記オリフィス経路の前記開口は、前記複数のベーン部材のそれぞれが前記排気通路の前記開口を通過し始める前記内周面の位置から前記ロータが前記内周面に最も接近する前記内周面の位置までの間に設けられている
   真空ポンプ。
7. 請求項５または６に記載された真空ポンプであって、
   前記シリンダ本体には、
   前記内周面と前記排気通路の前記開口との間に、前記内周面から前記シリンダ本体に掘り下げられ、前記排気通路の前記開口に連通する第１凹部が設けられ、
   前記内周面と前記オリフィス経路の前記開口との間に、前記内周面から前記シリンダ本体に掘り下げられ、前記中心軸の方向において前記第１凹部と並び、前記オリフィス経路の前記開口に連通する第２凹部が設けられている
   真空ポンプ。
8. 請求項７に記載された真空ポンプであって、
   前記オリフィス経路の前記開口は、前記複数のベーン部材のそれぞれが前記排気通路の前記開口を通過し始める前記内周面の位置から前記複数のベーン部材のそれぞれが前記第１凹部を通過し始める前記内周面の位置までの間に設けられている
   真空ポンプ。
9. 請求項７または８に記載された真空ポンプであって、
   前記排気通路は、前記中心軸の方向に複数設けられ、
   前記中心軸の方向において前記複数の排気通路の群の両側に前記オリフィス経路が設けられている
   真空ポンプ。
10. 請求項１に記載された真空ポンプであって、
    前記排気口を閉塞し、前記オイルプールに収容された逆止弁をさらに具備し、
    前記オリフィス経路は、前記逆止弁を貫通し、前記排気通路の内部に設けられている
    真空ポンプ。
11. 吸気口と、前記吸気口を介して気体が吸入される筒状の内部空間と、前記気体を前記内部空間から排気通路を経由して内部空間外へ排出する排気口と、前記内部空間にポンプ油を供給するオイル供給口と、前記内部空間の上方に設けられ、前記排気口を収容し、前記気体とともに前記排気口から排出される前記ポンプ油を貯留することが可能なオイルプールとを有するシリンダ本体と、前記吸気口を介して吸引した前記気体の容積を前記内部空間に形成するとともに、前記容積を前記排気通路にまで移送するロータ機構とを具備する真空ポンプの前記内部空間を復圧する方法であって、
    前記排気通路のほか、前記内部空間から前記オイルプールにまで貫通し前記排気通路に比べて孔径が小さいオリフィス経路を形成し、
    前記ロータ機構を駆動させる原動力を前記ロータ機構に供給しているときには、前記オリフィス経路の少なくとも一部に前記ポンプ油を充填して外気の前記内部空間への流入を抑制し、前記ロータ機構に供給される前記原動力を遮断した後、前記オリフィス経路を経由して前記外気を前記内部空間に流入させる
    真空ポンプの復圧方法。

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