JPH051400B2 - - Google Patents

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
キニー形のものがある。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O₁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ポートS₁から吸気し、
仕切部屋ｋが容積を減じる側に開設された排気ポ
ートP₁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１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１内に臨む吸気
ポートS₂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、前記回転軸ｍにその軸心O₂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k₁に前記通気口S₂′から
吸気し、反対の容積を減じる仕切部屋k₂から排気
ポートP₂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
ずれも一長一短がある。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、容量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の
危険が大きく、耐用性が短い難点がある。一方、
キニ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対するアン
バランスが大きいという構造上の問題で、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ニー形真空ポ
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画期的構造を具備し
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
たものであつて、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
ダの接点に向かつ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エツク弁を介し
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
れた中心軸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１
と外筒シリンダ５との間に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。前記中心軸
１はその内部に一端側から軸方向中途部まで穿設
された排気ポートＰを有している。前記内筒シリ
ンダ４は、中心軸１にその内周面を外接させて配
置され、したがつて中心軸１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Ｉ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１の軸心Ｏ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）５
には、前記内筒シリンダ４にその内周面を外接さ
せてかつ前記中心軸１の軸心Ｏを共通の軸心とす
る同心に配置されている。したがつて、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C₂（軸方向に延びる）でやはり気密に仕切
られる第２ポンプ室を形成している。かかる幾
可学的関係から前記接点C₁，C₂は、軸心Ｏに対
し180度開い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。前記ベーン６は、その基端部６
ａを中心軸１に設けた切欠部１ａに密着させ図示
省略の固定具によつて一体に固着されているとと
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。したがつて、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ポンプ室と
第２ポンプ室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C₂とベーン６
の摺接位置とが一致し第２ポンプ室は瞬間的に
単一の部屋とされている）。このベーン６は、前
記中心軸１の回転と連動してその軸心Ｏのまわり
に回動されるとともに、その一側面を前記割溝４
ａの片側の壁面に形成した円弧面４ｂにその反対
側の壁面から突設したバネ杆９の付勢力で押圧し
つつ密着当接している。したがつて、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ポンプ室はそれぞれ常に容積を減少していく
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ポンプ室はそれぞれ常に容積を
増加していく増容室とされ、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、前記接点C₂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
気ポート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ポンプ室の増容室
ｂに連通されることになる。次に、この第２ポン
プ室の増容室ｂと前記第１ポンプ室の増容
室ｂとは前記ベーン６の通る割溝４ａ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、前記第２ポンプ室の減容室ａと前記
第１ポンプ室の減容室ａとは、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１０介して連通されている。すなわ
ち、この弁１０は第３図に示すように、前記内筒
シリンダ４のベーン６近傍に位置する肉厚内の軸
方向に、適数箇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１０
ｂ，１０ｃを設けたスプール孔１０ａを貫設し、
これに段付きスプール１０ｄを摺動自在に嵌合す
るとともに、このスプール１０ｄの両端が接当さ
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１０ｄが回動すると、これが両側軸受溝７
ａ，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を互いに連通するその段
部１０ｅの位置を変えて周期的に切通状態を切換
る。そして、このスプール弁１０では第３図で実
線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C₂の位置に向かつてベーン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
てある。

さらに、前記第１ポンプ室の減容室ａと前
記中心軸１に内有された排気ポートＰとは、適宜
に作動圧を調整したチエツク弁１１を介して連通
されている。すなわち、中心軸１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エツク弁１０
を介装させるとともに、前記ベーン基端部６ａの
肉厚内に該係止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ａの減容室ａがこの連通孔１３からチエ
ツク弁１１の圧動を介して中心軸１の排気ポート
Ｐに連通されるようにしている。

なお、その他第３図において、１４ａ，１４ｂ
は中心軸１と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）に付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を一体に右回りに回動されるベー
ン６の動きを追つて、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、ベーン６の回動側の第１
ポンプ室に減容室ａが、一方反対側の第１ポ
ンプ室と第２ポンプ室にそれぞれ増容室ｂ
と増容室ｂとがつくり出されている（この場合
第２ポンプ室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、その外側に位
置し吸気ポートＳと連通している増容室ｂは略
吸入完了の状態にあり、この増容室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ｂ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のようにベーン６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
には新たにベーン６の回動側に減容室ａが、反
対側に増容室ｂがつくり出される。このさい、
吸気ポートＳに連通し互いに連通している増容室
ｂとｂは吸入工程中にあり、一方減容室ａ
と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つた減容室ａ
の圧力が前記チエツク弁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、次のｄの状態で排気完了する。ベー
ン６が丁度前記接点C₁の位置に到ると内側の減
容室ａが消滅し、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ａと増容室ｂをつくり出す。このとき、
その内側の増容室ｂは吸気ポートＳと連通して
いる外側の増容室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ａと
ａは、C₁を通過した後に前記弁１０が開成さ
れるようにしてあるから、外側の減容室ａはさ
らに圧縮されつつ一部内側の減容室ａに排気開
始し、内側の減容室ａ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C₂に近接していく
と、外側の減容室ａが次第に小さくなり、該減
容室ａから内側の減容室ａへの圧縮排気と外
側の増容室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
プ室が別個に吸排動作を果し、かつそれらの能
力が加算されるように構成してあるから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、コンパクトで大容量の
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ポンプ室の容量を従来のベーン形やキニー
形のものの容量Ａcm³に等しくした場合では、この
ものではその第１ポンプ室の容量Ｂcm³だけ容量
が大きく、これだけで既存の同一寸法のものに比
べると約1.5倍の排気能力アツプが図られる。ま
た、この真空ポンプでは、前記ベーン形やキニー
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
るようにすればよく）、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、キニ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、これによつて小形のもので一
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、所期の動作を常むものであれ
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１ではなく、前記接点C₁近傍
（ベーン回動側と反対側）に位置して前記端板２
ａまたは２ｂに開設するようにしてもよい。ま
た、第２ポンプ室の減容室ａと第１ポンプ室
の減容室ａとを所定のタイミングで連通する
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
ブロツク弁をベーン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に必要な運動を与える駆動手段
は、中心軸１を回転駆動する変りに、内筒シリン
ダ４とその偏心軸心O′のまわりに駆動回転し、
これに引動されるベーン６を介して中心軸１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の方に固定して該外筒シリンダ５を回転駆動す
るようにしても原理的には同様である。もつと
も、その場合には吸気ポートＳと第１ポンプ室
の増容室ｂとの連動機構等を実施例のものと別
のものに改変工夫する必要がある。

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、いずれにしても一定の位
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（中心軸１と外筒シリンダ５
の軸心Ｏ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
と第２ポンプ室とにそれぞれ所要の減容室
ａ，ａと増容室ｂ，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，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
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O′を偏心する中心軸１の軸心Ｏまわり
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ａ，ａを、反対側
に増容室ｂ，ｂを連続的につくり出すサイク
ル運動を常ませることができる。しかし、この場
合内筒シリンダの軸心O′nの位置に対し、吸気ポ
ートは対応するSn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O′の回動運動に同期して内筒シリンダ４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ポンプ室の減容室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
置を変える弁機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４
の軸心O′に中心軸１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。

したがつて、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を所定の配置
状態におけば、実施上ベーン６を回動させても内
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。

(ヘ) 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、小形で大容量を有し、しかも従来のベ
ーン形とキニー形ポンプのもつそれぞれの欠点を
的確に解消して、高速運動可能でかつ耐用性にも
優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
を追つ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摸式的横断面図である。 １……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）、６…
…ベーン、１０……弁、１１……チエツク弁、１
３……連通孔、……第１ポンプ室、……第２
ポンプ室、ａ，ａ……減容室、ｂ，ｂ…
…増容室、Ｓ……排気ポート、Ｓ……吸気ポー
ト、C₁，C₂……接点、Ｏ，O′……軸心。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   かつ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エツク弁を介して連通したこ
   とを特徴とする真空ポンプ。