JPH025107Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、真空ポンプならびに空気圧縮ポンプ
等に使用される多段式流体機械に関する。

「従来の技術」 従来の、真空ポンプ等として使用されているも
のに、２つのポンプを組み合わせてなるものがあ
る。

これは、排気量が大きいが排気力の小さな１段
目ポンプと、排気量が小さいが排気力の大きな２
段目ポンプとを直列に接続してなるものであつ
て、これらポンプを同時に作動させて気体の排出
を行なうものである。そして、このような構成に
することによつて、この２段式真空ポンプは、吸
入気体の圧力と排出気体の圧力との差が小さい
間、排気速度の大きな１段目ポンプにつて主に排
出を行ない、次いで上記圧力差が大きくなつてか
らは一段目ポンプで若干加圧した気体を２段目ポ
ンプによつて強力に排気することができるもので
ある。

「考案が解決しようとする問題点」 本考案の多段式流体機械は、前述した従来の技
術における次のような問題点を解決せんとするも
のである。

すなわち、前述の２段式真空ポンプにあつて
は、吸入気体と排出気体の圧力差が小さい間、排
出速度の大きな１段目ポンプが主に排出を担当す
るのであるが、この１段目ポンプの排出速度に２
段式ポンプの排出速度が追い付かず、両ポンプの
接続部で圧力が上昇してしまう問題を有してい
た。したがつて、従来では、１段目ポンプと２段
目ポンプとが同程度の排出速度になるまでの間、
上記接続部からガスを放出したりしており、その
間２段目ポンプは無駄に空転してしまい、効率が
悪いという問題を有していた。

「問題点を解決するための手段」 本考案の多段式流体機械は、複数のポンプを直
列に接続する通路および並列に接続する通路と、
上記通路のいずれかを選択的に開通する弁機構と
を備えたものであつて、上記の弁機構は、この多
段式流体機械の吸入口と排出口との圧力差が所定
値以下の時に各ポンプを並列に接続する通路を開
通し、上記圧力差が所定値以上の時には各ポンプ
を直列に接続する通路を開通するものである。

「実施例」 以下、本考案の一実施例を図面を用いて、詳細
に説明する。

第１図および第２図は多段式流体機械の一例と
して２段式真空ポンプの構成を示す構成図であ
る。

これらの図において、符号１は吸入口２と吸気
口３をを有する２段式真空ポンプであつて、この
２段式真空ポンプ１は、１段目ポンプ４と、２段
目ポンプ５と、シヤトル弁６と、逆止弁７とから
なるものである。上記１段目ポンプ４は排気速度
が大きく、排気力が小さいものであり、上記２段
目ポンプ５は排気速度が小さく、排気力が大きな
ものである。そして、これらポンプ４，５として
はベーン型等のポンプが好適に使用される。

上記１段目ポンプ４は、その吸気口８がポンプ
９を経てポンプ吸入口２に接続されており、他
方、その排気口１０はポンプ１１を経てシヤトル
弁６の導入口１２に接続されている。

上記シヤトル弁６は、２つの導出口１３，１４
を有する切替弁であつて。一方の導出口１３はポ
ンプ１５を経て２段目ポンプ５の吸気口１６に接
続されており、他方の導出口１４はポンプ１７を
経て前記排出口３に接続されている。そして、こ
のシヤトル弁６は、後述するように、２段式真空
ポンプ１の吸入気体と排出気体との圧力差が所定
値よりも小さい場合に、その導入口１２から流入
した気体を導出口１４から導出し、また上記圧力
差が所定値よりも大きい場合には流入した気体を
導出口１３から導出するものである。

前記２段目ポンプ５の吸気口１６は、前記の通
りシヤトル弁６の導出口１３に接続されていると
同時に、逆止弁７を介して吸入口２に接続されて
いる。

この逆止弁７は、吸入口２から２段目ポンプ５
への気体の流通を許容するが、その逆方向の流通
を阻止するものである。また、この２段目ポンプ
５の排気口１９はパイプ２０を経て排出口３に接
続されている。

次に、前記シヤトル弁６の構成を詳細に説明す
る。第３図は、このシヤトル弁６の一例の断面図
であつて、符号２１は円柱状のケースである。こ
のケース２１の内部には、ケース２１と同軸状に
円柱状の２つの弁室２２，２３がそれぞれ離間し
て形成されており、また、ケース２１内部中央に
は、上記の２つの弁室２２，２３を連通する、こ
れら弁室２２，２３よりも細径の円柱状の導入路
２４が形成されている。そして、上記ケース２１
には、上記弁室２２に連通する導出口１４、弁室
２３に連通する導出口１３、導入路２４に連通す
る導入口１２がそれぞれケース２１を貫通して形
成されている。

上記弁室２２、弁室２３ならび導入路２４によ
つて形成された空間には、弁体２５がケースの軸
線方向に移動可能に収容されている。この弁体２
５は、棒部２６の両端に円盤状の弁部２７，２８
が垂直に形成された形状であつて、上記棒部２６
は、導入路２４よりも長くされている。また、上
記２つの弁部２７，２８の外径はそれぞれの弁室
２２，２３の内径と略等とされており、したがつ
て導入路２４の内径よりも大きい。また、それぞ
れの弁部２７，２８には、それらの周縁部に切欠
２７ａ…，２８ａ…が複数形成されており、この
切欠２７ａ…，２８ａ…によつて各弁室２２，２
３内周面と各弁部２７，２８周縁との間を気体が
通過できるようにされている。そして、上記弁体
２５は、その棒部２６が導入路２４内に収容さ
れ、弁部２７が弁室２３に、弁部２８が弁室２２
にそれぞれ収容されている。

上記弁室２３はその一端側が円柱状の調節ネジ
２９によつて封止されている。この調節ネジ２９
はケース２１の端面に、螺合して嵌入されたもの
である。

この調節ネジ２９と、弁部２７との間には、ス
プリング３０が圧縮されて取り付けられており、
このスプリング３０によつて、弁体２５は弁室２
２側に付勢されている。そして、上記調節ネジ２
９をケース２１に締め込むと上記スプリング３０
の付勢力は増大し、調節ネジ２９を緩めるとスプ
リング３０の付勢力は減少するようにされてい
る。

また、導入路２４と弁室２２との境の端面３１
（リング状の部分）には、弁部２８の周縁部に当
接することのできるリング状の弾性体３２が嵌入
されている。

他方、同様に導入路２４と弁室２３との境の端
面３３には、弁部２７の周縁部に当接することの
できるリング状の弾性体３４が嵌入固定されてい
る。したがつて、弁体２５がスプリング３０の力
で弁室２２側に押されている場合には、弁部２８
と弾性体３２の間が離間されており、導入口１２
は導出口１４と連通され、他方導出口１３とは遮
断されている。また、弁体２５が弁室２３側に移
動された場合には、弁部２７と弾性体３４との間
が離間され、導入口１２は導出口１３と連通さ
れ、他方導出口１２とは遮断されるものである。

この実施例においては、シヤトル弁６と、逆止
弁７によつて弁機構を構成している。

次に、本実施例の作用を詳細に説明する。すな
わち、２段式真空ポンプの吸入口２は図示しない
被脱気容器には接続されており、他方排出口３は
大気中に開放されている。

まず、２つのポンプ４，５を作動させる。両
ポンプ始動直後は各部内の圧力が大気圧とほぼ
等しく、シヤトル弁６の弁体２５にかかる力は
スプリング３０の付勢力のみであつて、弁体２
５は弁室２２側に押し付けられ、弁部２８と弾
性体３２とが難間されており、導入口１２と導
出口１４が連通されている。したがつて、１段
目ポンプ４の排気口１０から排気される空気
は、第１図のように、シヤトル弁６を通過して
排出口３から排出される。また、２段目ポンプ
５は、１段目ポンプ４同様に、吸入口２から逆
止弁７を介して吸気し、排出口３に排気する。
つまり、１段目ポンプ４と２段目ポンプ５は並
列に作動することとなる。

次いで、しだいに吸入する気体の圧力が低下
すると、シヤトル弁６の弁体２５にスプリング
３０の付勢力に抗する押圧力がかかり始める。
すなわち、第３図において、導入路２４内の圧
力P₂は弁室２２内の圧力Pa（＝大気圧）と等し
くなつており（連通している）、他方弁室２３
内の圧力P₁は、この弁室２３が逆止弁７を介
して吸入口２に接続されているので、ほぼ吸入
口２の圧力P₀と等しくなつている。よつて、
弁体２５にかかる押圧力は、弁部２７が弾性体
３４によつて囲まれている面積S₁にこの弁部２
７両面の圧力差（P₂−P₁）を乗じたものであ
る。

押圧力＝S₁（P₂−P₁）＝S₁（Pa−Po） したがつて、この押圧力は吸入口２の圧力
Poが低くなるにつれ増大していく。

やがて吸入口２の圧力Poが所定値（調節ネ
ジ２９によつて設定される）よりも低くなる
と、上記の押圧力がスプリング３０の付勢力に
打ち勝つ。すると弁体２５は弁室２３側に移動
され、弁部２７と弾性体３４とが離間し、他方
弁部２８は弾性体３２に当接する。

そのため、シヤトル弁６の導入口１２と導出
口１３が連通し、１段目ポンプ４の排気口１０
は２段目ポンプ５の吸気口１６と連通される。
また、この時逆止弁７は、吸入口２における圧
力よりも、２段日ポンプ５の吸気口における圧
力の方が高い（１段目ポンプ４によつて加圧さ
れている）ため閉鎖される。したがつて、両ポ
ンプ４，５の接続は第２図に示すように直列と
され、１段目ポンプ４によつて排気した空気を
さらに、２段目ポンプ５を通して排気するた
め、強力な排気力を得ることができる。

ところで、この状態においては、弁部２８に押
圧力がかかつている。これは、弁部２８が弾性体
３２によつて囲まれている面積S₂に弁部２８の両
面にかかる圧力差（Pa−P₂）を乗じたものであ
る。

押圧力＝S₂（Pa−P₂）＝S₂（Pa−P₁） ここで、弁室２２内の圧力P₁は吸入口２にお
ける圧力Poよりも、１段目ポンプ４で加圧され
ている分だけ高くなつており、然、弁体２５が移
動した直後の上記圧力差（Pa−P₁）はの状態
における弁部２７の両面にかかる圧力差よりも小
さくなる。したがつて、スプリング３０の付勢力
に打ち勝つて弁部２８を弾性体３２に当接させて
おくためには、S₂をS₁よりも大きくしておく必要
があり、具体的には、リング状の弾性体３２の直
径を、１段目ポンプ４の排気性能を考慮して、弾
性体３４の直径よりも大きくする。

第４図はこの２段式真空ポンプ１の作動特性を
示す吸入圧力とポンプ１の排気量とのグラフであ
つて、横軸は吸入圧力、縦軸は排気量を示してい
る。図中Q₁は、吸入圧力が大気圧Paの場合の１
段目ポンプ４の排気量、Q₂は吸入圧力が大気圧
Paの場合の２段目ポンプの排気量である。

従来の２段式真空ポンプの作動特性を鎖線Ａで
示す。従来のポンプでは作動開始時に２段目ポン
プは空転しているため、この時の排気量はQ₁で
あつて、やがて吸入圧力がP₂に達したときに排
気量が０となる。また、１段目ポンプと２段目ポ
ンプとを並列に接続した場合を一点鎖線Ｂで示
す。

このような並列接続の場合、作動直後の排気量
は（Q₁＋Q₂）であるが、１段目ポンプの排気力
が小さいために、吸入圧力がP₁に達した時に既
に排気量がＯとなつてしまう。一方、本実施例の
２段式真空ポンプ１では、作動直後の排気量が
（Q₁＋Q₂）であつて、一点鎖線Ｂにそつて排気量
が変化する。そして、切り替え圧力Poに達した
時に各ポンプ４，５の接続が直列とされ、以後鎖
線Ａにそつて排気し、やがて吸入圧力がP₂に達
した時に排気量が０となる。

このような構成からなる本実施列の２段式真空
ポンプ１にあつては、この２段式真空ポンプ１の
吸入口２と排出口３との圧力差が所定値以下の時
に各ポンプ４，５を並列に接続する通路を開通
し、上記圧力差が所定値以上の時にはポンプ４，
５を直列に接続する通路を開通するように構成し
たものなので、吸入圧と排気圧との差が小さいう
ちは各ポンプ４．５を直列に接続して、迅速な排
気を行うことができ、また上記圧力差が大きくな
つた場合には、各ポンプ４，５を直列に接続して
排気力の大きな排気を行なうことができる。した
がつて、この２段式真空ポンプ１にあつては、各
ポンプ４，５を無駄なく作動させることができ、
排気能率を高めることが可能である。

なお、上述の２段式真空ポンプ１は、上記と全
く同一の原理によつてそのまま空気圧縮ポンプと
しても使用することができ、その場合には調節ネ
ジ２９を調節して、各ポンプの直列・並列切り替
え圧力差を変えれば良い。

また、本考案の多段式流体機械は上記実施列に
限られるものではなく、他にも種々の変形が可能
である。例えば、上記実施列の２段式真空ポンプ
１を１つのポンプとして、この２段式真空ポンプ
を２つ用いて第１図に示すように構成のポンプに
することも可能であり、このようにした場合に
は、吸入口と排出口の圧力差が小さい間は４つの
ポンプが並列に接続されて極めて迅速な排気を行
ない、上記圧力差が所定の値に達した時には４つ
のポンプが直列に接続されて強力な排気を行なう
ことができる。

また、前記実施列で示したシヤトル弁６に関し
ても、他に種々の変形が可能である。例えば、ダ
イアフラム弁等を用いることも可能であつて、そ
の場合には、より精度の高いポンプの接続切り換
えを行なうことができる。

「考案の効果」 本考案の多段式流体機械は、各ポンプの接続を
切に替える機械を備えたものであつて、上記の弁
機械は、この多段式流体機械の吸入口と排出口と
の圧力差が所定値以下の時に各ポンプを並列に接
続する通路を開通し、上記圧力差が所定値以上の
時には各ポンプを直列に接続する通路を開通する
ように構成したものなので、吸入圧と排気圧との
差が小さいうちは各ポンプを直列に接続して、迅
速な排気を行なうことができ、また上記圧力差が
大きくなつた場合には、各ポンプを直列に接続し
て排気力の大きな排気を行なうことができる。し
たがつて、この多段式流体機械にあつては、各ポ
ンプを無駄なく作動させることができ、排気能率
を高めることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本考案の一実施列の２
段式真空ポンプの構成を示す構成図、第３図は上
記実施列の要部を示す断面図、第４図は本考案の
効果を示すグラフである。 １……２段式真空ポンプ、２……吸入口、３…
…排出口、４……１段目ポンプ、５……２段目ポ
ンプ、６……シヤトル弁、７……逆止弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複数のポンプと、これらポンプをおのおの直列
   に接続する通路および並列に接続する通路と、上
   記通路のいずれかを選択的に開通する弁機構とか
   らなる多段式流体機械であつて、上記弁機構は、
   この多段式流体機械の吸入口と排出口との圧力差
   が所定値以下の時に各ポンプを並列に接続する通
   路を開通し、上記圧力差が所定値以上の時には各
   ポンプを直列に接続する通路を開通することを特
   徴とする多段式流体機械。