JPS60182384A - 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、１台で従来の２台分に相当する機能を発揮す
ることができる小杉で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が容積を増す側に介設された吸気ボー←Ｓ１
から吸気し、仕切部Ｊｌｋか容積を減じる側に開設され
た排気ポートＰＩ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〉′夕ｌ内に臨む吸気ポートＳ？
かう出没自在に導出されかつその一側に連通通気１」Ｓ
？　”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０７か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Ｓ１　°から吸気し、反対の容積を減じる仕
切部７１　ｋ　？から排気ポート１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り１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、６鱗が小さいこ
とを台めず、またベーンとシリンダとに高速摺動される
摩耗部分を有するからこの部分での損耗や摩擦熱による
トラブル発生の危険が犬さぐ、耐用性が（７い難点かあ
る。一方、キュー形のものは通常大形ポンプに適用され
、大容量を具備するととも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が
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だ−１するアンバランスが大き
いという構造−１−の問題で、その回ａＪ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一Ｌで大
形化を免れない欠点がある。

（ハ）目的 本発明は、このような事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各々
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
た画期的構造を具備せしめて、１台で２段ポンプの機能
を果し、従来のものに比較すると高真空が達成でき、ま
た必要に応じては１台のポンプを別個の２台のポンプと
して使用することも可能な便利で利用価値の高い高性能
の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たもので
あって、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同
、Ｕ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気密に貫通して配置さ
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〈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〈増容室を連続的につくり出すように構成すると
ともに、前記第１ポンプ室の増容室と前記第２ポンプ室
の増容室にそれぞれ独ｉｒした吸気ポートを連通１−１
また前記第１ポンプ室の減容室と前記第２ポンプ室の減
容室にそれぞれ独立した損気ポートを？１！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明して説明する。

第２図と第３図は、一実施例の要部構成を図示している
。しかして　この真空がンプは、中心軸ｌのまわりに内
筒シリンダ２および外筒シリンダ（ケージ〉′グ）３を
配置してつくられるＴ、市のポ〉・プ室を有するととも
に、中心軸ｌと外筒シリンダ３との間の平径方向に共通
の作ｖ１部材として働イベーン４を具備する。前記中心
軸１は、この場合その一端側から回転動力が伝達されて
駆動軸とされ、両側の端板部材５ａ、５ｂにそれぞれ軸
受６．６を介して支承されているとともに、その内部に
は従動側から軸方向中途部まで穿設して中空部を形成し
、ここに後述する第１ポンプ室の排気ボートＰ■を内有
せしめている。前記内筒シリンダ２は、中心軸ｌにその
内周面を外接させて配置され、したがって中心軸ｌとの
間の空間に両者の接点Ｃ１（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２は、前記端板部材５ａ、５ｂに対向して
設けた環状の軸受溝７ａ、７ｂにその両端部を嵌合させ
て、中心軸ｌの軸心０から一定の距離を有する偏心位置
Ｏ”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）３は、前記内筒シリンダ２にそ
の内周面を外接させてかつ前記中心軸１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３は内筒シリンダ２との間の空間に両者の
接点Ｃｔ　（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ＩＩを形成している。かかる幾可学的関
係から前記接点ｃ１．ｃ、は、軸心Ｏに対し１８０度開
５た対向位置に保持されることになる。なお、外筒シリ
ンダ３は前記端板部材５ａ、５ｂに固着されているとと
もに、その底部で台座８に支持されている。前記へ−７
４は、その基端部４ａを中心軸１に設けた切欠部１ａに
Ｖ：看させ図示省略の固定具によって一体に固着されて
いるとともに、前記内筒シリンダ２の軸方向に設けた割
溝２ａを気密に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３の内周面に気密に摺接さ
れる。したがって、このベーン４は前記内筒シリンダ２
の内外に形成された第１ポンプ室Ｉと第２ポンプ室ＩＩ
相ガ間の気密性を保持しつつ、その両側で各ポンプ電工
、ＩＩをそれぞれ気密に什切り、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Ｃ
７とベーン４の摺接位置とが一致し第２ポンプ室ＩＩは
瞬間的に単一の部屋とされている）。このベーン４は、
前記中心軸１の回転と連動してその軸心０のまわりに回
動し、このときその両側で気密に当接している内筒シリ
ンダ２を押動して、これをその軸心Ｏ′のまわりに従動
回転させながら図示仮想線のように内筒シリンダ２の外
周面から相対的に出没されることになる。一方、このベ
ーン４が貫通される内筒シリンダ２の前記割溝２ａには
、その対向する壁面に断面半円形の一対のベーン受板９
，９をその円弧面側を内筒シリンダ２の肉厚内に嵌入さ
せて揺動自在に配設しである。すなわち、このベーン受
板９．９は、その平滑面９ａ、９ａで前記ベーン４の側
面を気密性を保持しつつ摺動自在に挟持しているととも
に、その円弧面９ｂ、９ｂで前記内筒シリンダ２に対し
揺動自在であり、これによってベーン回動時にベーン４
と内筒シリンダ２の交差角が変動してもベーン４の運動
を妨げることなく気密性が完全に保持される機構を与え
ている。かくして、前記ベーン４を回動すると、この気
密性が保持されている第１ポンプ■と第２ポンプＩＩに
おいては、その回動方向に位置する側はそれぞれ常に容
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■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Ｃ２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、
まず第２ポンプＴＩには、前記接点Ｃ１のベーン回動方
向側の近傍とその反対側の近傍位置でそれぞれ前記外筒
シリンダ３の内周面に開口する吸気ポー）　Ｓ　ＩＩと
排気ボートｐＨとが設けられている。この吸気ポートＳ
　ＴＩは常時前記第２ポンプ室ＴＩの増容室ｎｂに連通
され、一方排気ボートＰ　ＩＩは常時前記第２ポンプ室
ＩＩの減容室ＩＩ　ａに連通されている。

次に、第１ポンプ室Ｉについては、その減容室Ｉａが前
述の中心軸ｌに内有せしめた排気ボートＰＩと以下のよ
うにして連通ごれている。すなわち　中心軸ｌの肉厚内
に前記排気ボートＰＩと連通しかつ前記切欠部１ａに開
口する装填孔１１を設け、この孔１１に前記ベーン基端
部４ａの背面を係止面としてチェック弁１０を介装させ
るとともに、前記ベーン基端部４ａの肉厚内に該係止部
とその回動側の側面とを結ぶようにした傾斜連通孔１２
を穿設し、前記第１ポンプ室Ｉａの減容室Ｉａがこの連
通孔１２からチェック弁１．０の圧動を介して中心軸ｌ
の排気ボートＰＩに連通されるようにしている。一方、
第１ポンプエの増容室■ｂは、第２図に示すように（第
３図では図示省略している）、前記接点Ｃ１のベーン回
動側における近傍位置で軸方向の両側を封閉している前
記端板部材５ａまたは５ｂから開口せしめた吸気ボート
ＳＩと連通している。この位置に設けられた吸気ボート
Ｓ■は、ベーン４が…１記接点Ｃ，との間に位置すると
きを除いては、その増容室Ｉｂのみに連通されている。

このようにして、その分離された第１ポンプ室Ｉと第２
ポンプ室ＩＩとにそれぞれ独ひした吸気ボートＳ１．Ｓ
ＩＩと排気ボートＰＩ、ＰＴＩを所要の状態で連通せし
めたものにおいて、第２図に示すように、前記第２ポン
プ室ＩＩの排気ポー）　Ｐ　ＩＩと前記第１ポンプ室■
の吸気ボー）ＳＩとは、必要なチェック弁１３．１４と
ともに蓄圧器（アキュムレータ）１５を介して連通され
ている。

なお、その他第３図において、１６ａ、１６ｂは中心軸
Ｉの駆動側と従動側とにそれぞれ設けたンール部材とそ
の支持部材とを示し、１７は従動側に設けたオイル貯留
部を示している。また１８は前記従動側（排気側）に付
設した排気中からのオイル除去回収機構を、１９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１を駆動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１と一体に
右回りに回動Ｓれるベーン４の動きを追って、このポン
プの１サイクルの回動を説明する。いま（ｔｌＬ）のよ
うに、前記接点Ｃ２にベーン４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、ベーン４の回動側
の第１ポンプ室■に減容室Ｉａが、一方反対側の第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とがつくり出されている（この場合第２ポ
ンプ室ＴＩの減容室が消滅して新たにつくり出される直
前にある）。しかして、このとき外側に位置し吸気ポー
トＳ　ＩＩと連通している増容室ＩＩ　ｂは略吸入完了
の状態にある。一方、内側に位置し吸気ポー）ＳＩに連
通している増容室Ｉｂは前記蓄圧器１５と連通して吸入
工程中にあり、才た内側の減容室Ｉａは圧縮工程中ある
。次に、（ｂ）のようにベーン４が吸気ポー）　Ｓ　Ｉ
Ｉ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■
Ｉには新たにベーン４の回動側に減容室ＩＴ　ａが、反
対側に増容室ＩＴ　ｂがつくり出される。このさい、外
側の吸気ボー）　Ｓ　ＩＩと連通している増容室ＩＩ　
ｂは吸入工程に入り、また減容室１１ａは圧縮工程を開
始する。一方、内側の吸気ボートＳＩと連通している増
容室Ｉｂは吸入を、減容室Ｉａは圧縮をそれぞれ持続す
るｉそして、（Ｃ）のようにベー７４が第４象現のある
位置まで回動してくると、第２ポンプ室ＩＩの各室は（
ｂ）と同様の工程を持続している一方、第１ポンプ室工
の減容室Ｉａは十分小さくなって前記チェック弁１０を
圧動し、前記排気ボー）ＰＩに排気を開始する。

ベー７４が（ｄ）に示す前記接点ＣＩ％の位置に到２ ると、今までへ一ン回動側に存在した内側の減容室Ｉ’
　ａが消滅して第１ポンプ室Ｉの排気を完了するととも
に、内側の増容室Ｉｂは略吸入完了の状態に達する。次
に、（ｅ）のようにベーン４が第３象現に入ると、外側
の減容室ＩＩ　ａは圧縮、増容室ＩＩ　ｂは吸入の各工
程を持続している一方、内側の第１ポンプ■には新たに
ベーン回動側に減容室Ｉａが、その反対側に増容室Ｉｂ
がつくり出される。そして、その減容室Ｉａは圧縮工程
を開始するする一方、増容室Ｉｂはベーン４か吸気ポー
トＳＩを通過すると同時にこれと連通して前記蓄圧器１
５からの吸入工程を開始する。ベーン４がさらに回動し
て、第２象現のある位置まで到ると、今度は外側の第２
ポンプＩＩの減容室Ｈａが十分小さぐなって前記チェッ
ク弁１３を圧動し、前記蓄圧器１５に排気を開始する。

そして、ベーン４が元の０１の位置まで帰ると同時に、
今までベーン回動側に存在した外側の減容室Ｉａか消滅
して第２ポンプ室ＩＩの排気を完了する。

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７４の１サイクルの連動で内筒シリンダ２の内外に分
離して形成された第１ポンプ室工と第２ポンプ室ＴＩが
半周期その位相をずらしてそれぞれ別個に吸排動作を果
し、しかも蓄圧器１５を介してそれらの能力が安定的に
加算されるように構成しであるから、これ１台で従来２
台のポンプを連結して構成していた２段のポンプの働き
をさせることができる。具体的には、１台で１Ｏ−４Ｔ
ｏｒｒ程度の高真空を達成することもできる。

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十分であり、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保
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＊運転に不都
合な接触部分をもたないから高速器５ 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、所要の気密機構の構成や各
ポンプ室の部屋とそれに対応する吸排ボートとの連通手
段等は、勿論図示例のものに限られず、所期の機能、作
用を営むものであれば、その他種々の構成が採用可能で
ある。例えば、排気ボー）ＰＩは中・ｂ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５ａまたは５ｂに開設するようにしてもよい。

また、ベーン４に必要な運動を４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２をその偏心
軸心Ｏ°のまわりに駆動回転し、これに引動されるベー
ン４を介して中・し！ｌｌｌ１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４を外筒シリンダ３の方に固定して該外筒シリンダ
３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、その場合には第１ポンプ室■に対する必要な
吸排ボートの連通機構等を実施例のものと別のも６ のに改変１失する必要があるかもしれない。

ところで、前記実施例の場合では、第２ポンプ室Ｈの排
気ポートＰ　ＩＩと第１ポンプ■の吸気ボートＳ工とを
蓄圧器１５を介して連通し、２段ポンプとして機能させ
るように構成しているが、この真空ポンプでは内外のポ
ンプ室■、ＩＩは木質的にそれぞれ単独で吸排機部を有
しており、しかも各ポンプ■、ＩＩにはその減容室Ｉａ
、ＩＩ　ａと増容室Ｉｂ、Ｉｌｂとに連通それぞれ独立
した吸気ボートＳＩ、Ｓ　ＩＩと排気ポートＰＩ、ＰＨ
を設けて構成しであるから各ポンプエ、ＴＩの吸排ボー
トに別個の排気系路を接続するようにすれば、これを同
時に作動する２台のポンプに分離して使用することも勿
論可能である。そして、このようにすれば、２つの独立
した真空室をつくるために使用するポンプを１台でまか
なうことができる。

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、いずれにしても一定の位置関係
にある中心軸ｌ、内筒シリンダ２および外筒シリンダ３
に対しく中心軸ｌと外筒シリンダ３の軸心０と内筒シリ
ンダ２の軸心０°は不動である）、ベーン４を回動させ
て、その第１ポンプ室■と第２ポンプ室ＩＩとにそれぞ
れ所要の減容室■ａ、ＩＩ　ａと増容室Ｉｂ、Ｉｌｂ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■、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２
の方を相対的に回動させても実現される。すなわち、第
５図に示すように固定された中心軸ｌ、ベーン４および
外筒シリンダ３に対し、内筒シリンダの軸心０°を偏心
する中心軸ｌの軸心０まゎりに図示矢印の如く回動させ
、これに図の２−１から２−６に向けて順次移行する偏
心回動運動を４えてやれば、固定ベーン４と相対運動す
る内筒シリンダ２とで片側に減容室Ｉａ、ＩＩａを、反
対側に増容室ｒｂ、ＩＩ　ｂを連続的につくり出すサイ
クル運動を営ませることができる。しかし、この場合で
は第１ポンプ室Ｉの増容室Ｉｂに連通される吸気ボート
ｓＩは１図示のように、前記接点ｃｊに近接する側の位
置に設置する。また、内筒シリンダ２の軸心０°□の位
置に対し、第２ポンプ室ＩＩの吸気ポー）　Ｓ　Ｈと排
気ポートＰ　ＴＩは対応するＳ　Ｉｌ、、とＰ　Ｈの位
置に移動しなければ所定の吸排機能を発揮できなどなる
から、簡単には軸心０°の回動連動に同期して外筒シリ
ンダ３をその軸心Ｏのまわりに回転する必要がある。も
つとも、第２ポンプ室ＴＩのそれぞれの部屋に常に連通
されることが必要なこれらのポートを、回転位相に連動
して弁開成位置を変えるように構成した適宜の弁機構を
介して外筒シリンダ３内の前記端板５ａ、５ｂ側に配設
するなどすれば、この場合でも外筒シリンダ３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２の軸心Ｏ゛に中心軸ｌの軸心Ｏまわりの回動運
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。

したがって、本発明では中心軸ｌ、内筒シリンダ２、外
筒シリンダ３およびベーン４を所定の配置状態におけば
、実施上ベーン４を回動させても内筒シリンダ２の軸心
０′を回動させても同等で９ 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、以上のような構成を具備するものであるから
、コンパクトな１台のポンプで高真空の得られる２段ポ
ンプとして機能させることもできるし、また２つの排気
系路に接続可能な独立した２台のポンプとして使用する
こともできる有用かつ便利な使用特性を備え、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点を
的確に解消して、高速運転可能でかつ耐用性にも優れる
高性能の真空ポンプを提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、従来の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０ 他の実施例を示す模式的横断面図である。 ｌ・・・中心軸 ２・φ・内筒シリンダ ２ａ・・・割溝 ３・・・外筒シリンダ（ケーシング） ４１１・・ベーン エ・・ＩＩ第１ポンプ室 ＩＴ・舎・第２ポンプ室 Ｉａ、Ｉｌａ・舎・減容室 Ｉｂ、ＩＩｂ・・・増容室 ＳＩ、Ｓ　ＩＩ・・・吸気ボート ＰＩ、　ＰＩＩ・φ・排気ポート 代理人　弁理士　赤澤−博

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夙密に仕切られる
   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気密に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〈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〈増
   容室を連続的につくり出すように構成するとともに、前
   記第１ポンプ室の増容室と前記第２ポンプ室の増容室に
   それぞれ独立した吸気ボーＩ・を連通し、また前記第１
   ポンプ室の減容室と前記第２ポンプ室の減容室にそれぞ
   れ独マｆした排気ボートを連通したことを特徴とする真
   空ポンプ。