JPS60182383A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、小形で大容量を有する高性能の真空ポンプに
関するものである。

（ロ）従来技術 真空ポンプの代表的なものとして、ベーン形とキュー形
のものがある。前者は、第１図（ａ）に示すように、シ
リンダｈ内で該シリンダ内周面に摺接する伸縮自在のベ
ーンｉを放射状に突設した回転軸ｊを前記シリンダｈと
偏心する軸心０１まわりに回転駆動し、ベーンｉによる
仕切部屋ｋか容積を増す側に介設された吸気ボートＳＩ
から吸気し、仕切部屋ｋが容積を減じる側に開設ネれた
排気ポーｈＰ＋から排気してポンプ機能を営むように構
成したものである。一方後者は、第１図（ｂ）に示すよ
うに、シリンダｌ内にその内周面に内接する回動軸ｍを
配置し、これにシリンダｌ内に臨む吸気ボー）Ｓｚから
出没自在に導出されかつその一側に連通通気口Ｓ２“を
開設した仕切板ｎを密着追従させるとともに、前記回動
軸ｍにその軸心０１が図示のような軌跡で回転する偏心
回動運動を与えて、容積を増す仕切部屋に１に前記通気
口Ｓ？　”から吸気し、反対の容積を減じる仕切部屋に
１から排気ポー）？に排気してポンプ機能を営むように
構成したものである。

しかしながら、これら従来の真空ポンプではいずれも一
長−・短がある。すなわち、ベーン形のものでは構造上
その回転軸を高速回転することができるから比較的小形
のものに設計することができる反面、古川が小さいこと
を否めず、またベーンとシリンダとに高速摺動される厚
耗部分を有するからこの部分での損耗や摩擦熱によるト
ラブルの危険か大きり、耐用性が短い難点がある。−カ
キニー形のものは通常大形ポンプに適用され、大台φを
具備すると共にベーン形のような高速摺動部をもたない
からトラブル発生の少ない長寿命のものか得られる反面
、偏心回動軸とこれに従動するシリンダおよび仕切板の
回転中心に対するアンバランスが大きいという構造」−
の問題で、その回動軸の高速運転には限界があり、この
ため排気能力を確保する上で大形化を免れない欠点があ
る。

（ハ）目的 本発明は、このような賽情に着目してなされたもので、
あたかも上記ベーン形とキュー形真空ポンプのもつそれ
ぞれの欠点を補い合い両者の利点のみを取り入れるよう
にした由期的構造を具備して、小形大容量で高性能を発
揮する真空ポンプを提供することを目的とする。

（ニ）構成 本発明は、かかる目的を達成するためになされ中 たものであって、ゾら軸と、この中心軸にその内周面を
外接させて配置され中心軸との間の空間に両者の接点で
気密に仕切られる第１ポンプ室を形成する内筒シリンダ
と、この内筒シリンダにその内周面を外接させて前記中
心軸と同心に配置され内筒シリンダとの間の空間に両者
の接点で仕切られる第２ポンプ室を形成する外筒シリン
ダと、前記中心軸の外周面と前記外筒シリンダの内周面
との間の半径方向に前記内筒シリンダを貫通して配置さ
れその両側の前記第１ポンプ室と第２ポンプ室とをそれ
ぞれ気密に仕切るベーンとを具備し、前記ベーンまたは
前記内筒シリンダの軸心を前記中心軸の軸心まわりに回
動させて、前記ベーンの一側に位置する第１ポンプ室と
第２ポンプ室とにそれぞれ常に容積を減少していく減容
室を連続的につくり出す一方、その反対側に位置する第
１ポンプ室と第２ポンプ室とにそれぞれ常に容積を増加
していく増容室を連続的につくり出すように構成すると
ともに、吸気ボートを前記第２ポンプ室の増容室に連通
し、該第２ポンプ室の増容室と前記第１ポンプ室の増容
室とを連通し、また前記第２ポンプ室の減容室と前記第
１ポンプ室の減容室とを前記ベーンが前記外筒シリンダ
と内筒シリンダの接点に向かって相対回動するときに開
成されるようにした弁を介して連通し、さらに該第１ポ
ンプ室の減容室を排気ボートにチェ・〉・り弁を介して
連通したことを特徴としている。

（ホ）実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図（Ｃ）に一実施例の概略を従来例と対比して示す
とともに、その詳細な構造を第２図および第３図に示す
。この真空ポンプは、両側の端板部材２ａ、２ｂにそれ
ぞれ軸受３．３を介して支承された中・Ｄ軸１のまわり
に、内筒シリンダ４および外筒シリンダ（ケーシング）
５を配置してつくられる二重のポンプ室を有するととも
に、中心軸ｌと外筒シリンダ５との間の半径方向に共通
の作動部材として働くベーン６を具備する。前記中６輛
１はその内部に一端側から軸方向中途部まで穿設された
排気ボートＰを有している。前記内筒シリンダ４は、中
心＋Ｉｌｌにその内周面を外接させて配置され、したが
って中、ＩＪ輔１との間の空間に両者の接４ｉ　Ｃ＋　
（軸方向に延びる′）で気密に仕切られる第１ポンプ室
■を形成している。なお、この内筒シリンダ４は、前記
端板部材２ａ、２ｂにり・１向Ｉ７て設けた環状の軸受
溝７ａ、’７　ｂにその両端部を嵌合させて、中心軸１
の軸心０から一定の距離を有する偏心位置０′を軸心と
して回転自在に支持されている。前記外筒シリンダ（ケ
ーシング）５には、ｉ（Ｉ記内筒シリンダ４にその内周
面を外接させてかつ前記中心軸ｌの軸心０を共通の軸心
とする同心に配置されている。したがって、この外筒シ
リンダ５は内筒シリンダ４との間の空間に両者の接点Ｃ
？　（軸方向に延びる）でやはり気密に仕切られる第２
ポンプ室ＴＩを形成している。

かかる幾可学的関係から前記接点ｃｌ、ｃ、は、軸心０
に対し１８０度開０た対向位置に保持されることになる
。なお、外筒シリンダ５は前記端板部材２ａ、２ｂにｒ
ｌＩｉｌ−Ｒされているとともに、その底部で台座８に
支持されている。前記ベーン６は、その基端部６ａを中
心軸ｌに設けた切欠部ｌａに密着させ図示省略の固定具
によって一体に固持されているとともに、前記内筒シリ
ンダ４の軸方向に設けた割溝４ａを貫通して半径方向に
突出状に配置され、その先端が前記外筒シリンダ５の内
周面に気密に摺接される。したがって、このベーン６は
前記内筒シリンダ４の内外に形成された第１ポンプ室Ｉ
と第２ポンプ室ＴＩとをその両側でそれぞれ気密に仕切
り、これらのポンプ室を２つの部屋に分別している（第
２図の状態では前記接点Ｃ１とベーン６の摺接位置とが
一致し第２ポンプ室ＴＩは瞬間的に単一の部屋とされて
いる）。

このベーン６は、前記中心軸ｌの回転と連動してその軸
心０のまわりに回動されるとともに、その−側面を前記
割溝４ａの片側の壁面に形成１．た円弧面４ｂにその反
対側の壁面から突設した／ヘネ杆９の付勢力で押圧しつ
つ密Ｔｔ当接している。したがって、このベーン６を回
動すると内筒シリンダ４は前記偏心した軸心Ｏ゛まわり
に従動回転されるとともに、ベーン６は前記円弧面４ｂ
と気密に摺動しながら図示仮想線のように内筒シリンダ
４の外周面から相対的に出没される。そして、このベー
ン６を回動すると、その回動方向に位置する第１ポンプ
室■と第２ポンプ室ＴＩはそれぞれ常に容積を減少して
い〈減容室とされ、一方その反対側に位置する第１ポン
プ室工と第２ポンプ室ＩＩはそれぞれ常に容積を増加し
てい〈増容室とされ、しかもそれらが前記接点Ｃ１また
はＣグを起点として連続的につくり出されることになる
。

しかして、かかる要素を具備する真空ポンプにおいて、
前記接点Ｃ１の（ベーン回動方向側）近傍には前記外筒
シリンダ５の内周面に開口して吸気ボー）Ｓが設けられ
ている。かくして、この吸気ポートＳは常時前記第２ポ
ンプ室ＩＴの増容室ＩＩｂに連通されることになる。次
に、この第２ポンプ室ＩＴの増容室ＩＩ　ｂと前記第１
ポンプ室■の増容室Ｉｂとは前記ベーン６の通る割溝４
ａおよび前記バネ杆９の挿填孔９ａの部分で連通されて
いる。

また、１ｊ＋記第２ポンプ室ＩＩの派５容室ＩＩ　ａと
前記第１ポンプ室工の減容室Ｉａとは１前記ベーン６の
回動側近傍位置で所定のタイミングで開成するようにし
た弁ｌＯ介して連通ξれている。すなわち、この弁１０
は第３図に示すように、前記内筒Ｖ１．）ンダ４のベー
ン６近傍に位置する肉厚内の軸方向に、適数筒所対面す
る位置で内筒シリンダ４の外周面と内周面とにそれぞれ
開通する通孔１０ｂ、ｌＯＣを設けたスプール孔１０ａ
を貫設し、これに段付きスプールｌＯｄを摺動自在に嵌
合するとともに、このスプールｌＯｄの両端か接当され
るところの前記端板部材２ａ、２ｂに設けた軸受溝７ａ
、７ｂの溝底をその円周方向で図示破線のように軸方向
にシフトさせてなる。つまり、このスプール弁１０では
内筒シリンダ４とともにスプールｌｏｄが回動すると、
これが両側軸受溝７ａ、７ｂの溝底に案内されて軸方向
にシフトし、前記通孔１０ｄと１０ｃをＤ−いに連通ず
るその役部１０ｅの位置を変えて周期的に切通状態を９
Ｊ換る。そして、このスプール弁ｌＯでは第３図で実録
と仮想線で対比するように、１８０度位相がずれた位置
で全閉−全開状態が実現されることになるが、この場合
では前記接点Ｃ１の位置から前記接点Ｃ１の位置に向か
ってベーン６が回動しているときのみ丁度弁開成状態が
得られるように構成しである。

さらに、前記第１ポンプ室■の減容室Ｉａと前記中心軸
ｌに内省された排気ポーＬＰとは、適宜に作動圧を調整
したチェック弁１１を介して連通されている。すなわち
、中心軸ｌの肉厚内に前記排気ポートＰと連通しかつ前
記切欠部１ａに開口する装填孔１２を設け、この孔１２
に前記ベーン基端部６ａの背面を係止面としてチェ・〉
・り弁１０を介装させるとともに、前記ベーン基端部６
ａの肉厚内に該係１Ｆ面とその回動側の側面とを結ぶよ
うにした傾斜連通孔１３を穿設し、前記第１ポンプ室Ｉ
ａの減容室Ｉａがこの連通孔１３からチェック弁１１の
圧動を介して中心軸１の排気ポー）Ｐに連通されるよう
にしている。

１ なお、その他第３図において、１４ａ、ｉ４ｂは中心軸
１の駆動側と従動側とにそれぞれ設けたシール部材とそ
の支持部材とを示し、１５は従動側に設けたオイル貯留
部を示している。また１６は前記従動側（排気側）に＋
１設した排気中からのオイル除去回収機構を１７は外部
への排気系路を示している。

次に、この真空ポンプの作動について説明する。このポ
ンプではその中心軸ｌを駆り１軸として回転駆動し運転
される。そこで、第４図に示すように、中心軸ｌと一体
に右回りに回動されるベーン６の動きを追って、このポ
ンプの１サイクルの運動を説明する。いま（ａ）のよう
に、前記接点Ｃ２にベーン６が位置する状態を便宜的に
起点と想定すると、この状態では、ベー７６の回動側の
第１ポンプ室■に減容室Ｉａが、一方尺対側の第１ポン
プ室Ｉと第２ポンプ室ＩＩにそれぞれ増容室Ｉｂと増容
室ＩＩ　ｂとかつくり出されている（この場合第２ポン
プ室ＩＩの減容室が消滅して新たにつくり出される直前
にある）。しかＩ−て、その外側２ にｇ／Ｈシ吸気ポートＳと連通している増容室ＩＩ　ｂ
は略吸入完了の状態にあり、この増容室ＩＴ　ｂと前記
割溝４ａを介して連通している内側の増容室■ｂは吸入
工程中にある。一方、前記減容室Ｉｂは丁度前記弁９が
閉成されて圧縮工程に移行する。

次に、（ｂ）のようにベー７６が吸気ポートＳを通過し
た第１象現（図中中心軸の軸心を原点として考える。以
下同じ）の位置にくると、第２ポンプ室ＴＩには新たに
ベーン６の回動側に減容室ＩＩ　ａが、反対側に増容室
ＩＩ　ｂがつイリ出される。このさい、吸気ポー）Ｓに
連通し互いに連通している増容室ＩＩ　ｂとＩｂは吸入
工程中にあり、一方減容室ＩａとＩＩ　ａは圧縮工程中
にある。そして、（Ｃ）のようにベーン６が第４象現の
ある位置まで回動してくると、このとき内側の十分小さ
くなった減容室Ｉａの圧力が前記チェ・ンク弁１０の作
動圧を超えてこれを押し開く結果排気ポートＰと連通さ
れて排気が開始され１次の（ｄ）の状態で排気完了する
。ベー７６が丁度前記接点Ｃ１の位置に到ると内側の減
容室Ｉａか消減し、（ｅ）のように第３象現に入ると今
度はそのベーン６の回動側と反対側に新たな減容室Ｉａ
と増容室Ｉｂをつくり出す。このとき、その内側の増容
室Ｉｂは吸気ポートＳと連通している外側の増容室Ｉｌ
　ｂと連通し、共に吸入工程中におかれる。一方、ベー
ン回動側の減容室ＩＩ　ａとＩａは、Ｃ１を通過した後
に前記弁１０が開成されるようにしであるから、外側の
減容室ＩＩ　ａはさらに圧縮されつつ一部内側の減容室
Ｉａに排気開始し、内側の減容室Ｉａは吸入工程中にお
かれる。そして、第２象現までこの状態を持続し、（ｆ
）のようにベーン６が前記接点Ｃ１に近接していくと、
外側の減容室ＩＩ　ａが次第に小さくなり、該減容室Ｉ
Ｉ　ａから内側の減容室Ｔａへの圧縮排気と外側の増容
室Ｉｌ　ｂの吸入工程が完了すると同時に元の（ａ）の
状態に帰る。

このような作動を有する真空ポンプでは、単一の回動ベ
ーンの１サイクルの運動で内筒シリンダ４の内外に形成
された第１ポンプ室■と第２ポンプ室ＩＩが別個に吸排
動作を果し、かつそれらの佳力が加初されるように構成
しであるから２段ポンプと同様の機能を発揮して高い圧
縮比を得て高真空が達成できるとともに、コンパクトで
大容是のものが得られる。例えば、比較のために第１図
に対比して示すように、その外筒シリンダ５とその第２
ポンプ室ＩＩの６駿を従来のベーン形やキュー形のもの
の容品Ａｃｆｆ１’に等しイした場合では、このもので
はその第１ポンプ室Ｔの容量Ｂｃｍ１だけ容品が犬きく
、これだけで既存の同一寸法のものに比べると約１．５
倍の排気能力アップが図られる。また、この真空ポンプ
では、前記ベーン形やキュー形ポンプのもつ欠点を有効
に除去したものである。すなわち、その回動ベーンは通
常一枚でもｆ分であり、しかもベーン形のもののように
それがシリンダ内周面に圧接状に密着される構造のもの
ではないから（気密性が確保される程度に摺接するよう
にすればよい）、その摺動部分での摩耗や発熱の心配が
なく、この点耐用寿命が十分確イ♀できることになる。

また、キュー形のものにおける回動軸とこれに密着追従
する仕切板のように高速運転に不都合な接触部分をもた
ないから高速回転も支障なく行なえ、これによって小形
のもので一層の容量増大を図ることができる。

なお、前記実施例において、所要の弁機構の構成や連通
部位の連通通路形成手段等は、図示例のものに限られず
、所期の動作を営むものであれば、その他種々変更可能
である。例えば、排気ポートＰは中心軸ｌではなく、前
記接点Ｃ５近傍（ベーン回動側と反対側）に位置して前
記端板２ａまたは２ｂに開設するようにしてもよい。ま
た、第２ポンプ室Ｉ■の減容室ＩＩ　ａと第１ポンプ室
■の減容室Ｉａとを所定のタイミングで連通ずる前記の
弁１０は、前記スプール方式のものに代えて、内筒シリ
ンダ４の割溝４ａ近傍に枢着されたブロック弁をベーン
６の相対摺動動作に連動させて自動的に開閉するように
構成したものを採用してもよい。

また、ベーン６に必要な運動を榮える駆動手段は、中心
軸ｌを回転駆動する変りに、内筒シリンダ４をその偏心
軸心Ｏ′のまわりに駆動回転し、５ これに引動されるベーン６を介して中心軸ｌを従動回転
させるようにしても同様の結果が得られることになる。

あるいは、ベーン６を外筒シリンダ５の方に固定して核
外筒シリンダ５を回転駆動するようにしても原理的には
同様である。もっとも、その場合には吸気ポートＳと第
１ポンプ室■の増容室Ｉｂとの連通機構等を実施例のも
のと別のものに改変Ｊ−失する必要がある。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

前記実施例の場合では、いずれに１−でも一定の位置関
係にある中心軸１、内筒シリンダ４および外筒シリンダ
５に対しく中心軸ｌと外筒シリンダ５の軸心０と内筒シ
リンダ４の軸心Ｏ′は不動である）、ベーン６を回動さ
せて、その第１ポンプ室工と第２ポンプ室ＴＩとにそれ
ぞれ所要の減容室工ａ、ＩＩ　ａと増容室Ｉｂ、ｎ　ｂ
とを連続的につくり出すように構成したものである。し
かし、かかる内外ポンプ室１．ＩＩ内における連続的な
容積の変更は、固定されたベーンに対し、内筒シリンダ
４の方を相対的に回動させても実現される。すなわ６ ち、第５図に示すように固定された中心軸１、ベーン６
および外筒シリンダ５に対し、内筒シリンダの軸心０゛
を偏心する中心軸１の軸心０まゎりに図示矢印の如く回
動させ、これに図の４−１から４−５に向けて順次移行
する偏心回動運動を与えてやれば、固定ベーン６と相対
運動する内筒シリンダ４とで片側に減容室Ｉａ、ＩＩ　
ａを、反対側に増容室ｒｂ、ＩＩ　ｂを連続的につくり
出すサイクル連動を営ませることができる。しかし、こ
の場合内筒シリノダの軸心０゛４の位置に対し、吸気ポ
ートは対応するＳ、の位置に移動しなければ所定の吸排
機能を発揮できなくなるから、簡単には軸心０°の回動
運動に同期して外筒シリンダ４をその軸心０のまわりに
回転する必要がある。

もっとも、第２ポンプ室ＴＩの増容室ＩＩ　ｂと常に連
通されることが必要なこの吸気ポートＳを、例えば前記
スプール弁のような回転位相に連動して弁開成位置を変
える弁穆構を介して外筒シリンダ５内の前記端板２ａ、
２ｂ側に配設するなどすれば、この場合でも外筒シリン
ダ５を回転することは必須条件ではない。そして、この
ように内筒シリンダ４０軸心０“に中心軸ｌの軸心０ま
わりの回動連動を与える場合でも、前記実施例のものと
同様の作用、効果が得られることになる。

したかって、本発明では中心軸１、内筒シリンダ４外筒
シリンダ５およびベーン６を所ずの配置状態におけば、
実施１−ベーン６をｃｒ！７動させても内筒シリンダ４
の軸心Ｏ′を回動させても同等であり、いずれの方式に
よるかは自由に選択できることになる。

（へ）効果 本発明は、以北のような構成を具備するものであるから
、小形で大容敏を有し、しかも従来のベーン形とキュー
形ポンプのもつそれぞれの欠弗を的確に解消して、高速
運転可能でかつ耐用性にも漬れる高性能の真空ポンプを
を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各種真空ポンプの概略
構成を対比して示す各要部横断面図であ９ る。第２図は本発明の実施例を示すポンプの横断面図で
あり、第３図は第２図の縦断面図である。 第４図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ
）は実施例ポンプのベーン動作を追って示す作動説明図
である。第５図は本発明の他の実施例を示す模式的横断
面図である。 ｌ−壷番中心軸 ４・・・内筒シリンダ ４ａ・・・割溝 ５・・・外筒シリンダ（ケーシング） ６１・ベーン　１０・・・升 ｔｉ・・・チェック弁　１３・・・連通孔■・・・第１
ポンプ室 ＩＩ・・・第２ポンプ室 Ｉａ、１１　ａ　ａ書１１減容室 Ｉｂ、■■ｂ＠豐・憎容室 Ｓ・・・排気ポー）Ｐ・・・排気ボートＣ，、Ｃ，Φ・
ψ接点 ０、ｏ’−・・軸心 代理人　弁理士　赤澤−博 ０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中心軸と、この中心軸にその内周面を外接させて配置さ
   れ中心軸との間の空間に両者の接点で気密に仕切られる
   第１ポンプ室を形成する内筒シリンダと、この内筒シリ
   ンダにその内周面を外接させて前記中心軸と回心に配置
   され内筒シリンダとの間の空間に両者の接点で仕切られ
   る第２ポンプ室を形成する外筒シリンダと　前記中心軸
   の外周面と前記外筒シリンダの内周面との間の半径方向
   に前記内筒シリンダを貫通して配置されその両側の前記
   第１ポンプ室と第２ポンプ室とをそれぞれ気密に仕切る
   ベーンとをＪｔｉＬ、ｎｆｆｆｆ−ンまたは前記内筒シ
   リンダの軸心を前記中心軸の軸心まわりに回動させて、
   前記ベーンの一側に位置する第１ポンプ室と第２ポンプ
   室とにそれぞれ常に容積を減少してい〈減容室を連続的
   につくり出す一方、その反対側に位置する第１ポンプ室
   と第２ポ／プ室とにそれぞれ常に容積を増加していイ増
   容室を連続的につイリ出すように構成するとともに、暖
   気ポートを前記第２ポンプ室の増容室に連通し、該第２
   ポンプ室の増容室と前記第１ポンプ室の増容室とを連通
   し、また前記第２ポンプ室の減容室と前記第１ポンプ室
   の減容室とを前記ベーンが前記外筒シリンダと内筒シリ
   ンダの接点に向かって相対回動するときに開成されるよ
   うにした弁を介して連通し、さらに該第１ポンプ室の減
   容室を排気ポートにチェック弁を介して連通したことを
   特徴とする真空ポンプ。