JP2009002230A - Vacuum pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポンプ室に配置されたロータを回転駆動することによって吸気口から排気口に気体を圧送する機械式ポンプであって、複数のポンプ室が直列に接続されてなる多段式の真空ポンプに関する。 The present invention is a mechanical pump that pumps gas from an intake port to an exhaust port by rotationally driving a rotor disposed in a pump chamber, and is a multistage vacuum pump in which a plurality of pump chambers are connected in series About.
ポンプ容器に配置されたロータを回転駆動することによって、吸気口から排気口に気体を圧送する機械式ポンプであって、同軸上に配置されて仕切られた複数のポンプ室が直列に接続された多段式のドライ真空ポンプが知られている(特許文献1参照)。この種のドライ真空ポンプとしては、ルーツ形ロータ等を用いて4段から6段程度の複数のポンプ段の構成が実用化されている。 A mechanical pump that pumps gas from an intake port to an exhaust port by rotationally driving a rotor disposed in a pump container, and a plurality of pump chambers arranged coaxially and partitioned are connected in series. A multistage dry vacuum pump is known (see Patent Document 1). As this type of dry vacuum pump, a configuration of a plurality of pump stages of about 4 to 6 stages using a roots type rotor or the like has been put into practical use.
図11に、従来の多段式のドライ真空ポンプの構成例を示し、図12に多段式のドライ真空ポンプの排気速度特性の概略図を示す。図11(A)から図11(D)に、代表的な5段のポンプ室の構成例としている。これらの各構成例は、目的とする真空ポンプの排気容量に応じて、ポンプ室の容積を変化させて組合せた構成例を示している。この多段式のドライ真空ポンプにおいて大排気容量の真空ポンプを達成する一般的な方法は、ドライ真空ポンプのポンプ吸気口51側から1段目ないし2段目のポンプ室の容積を大きく構成することである。基本的には、下流側に位置するポンプ室の容積もできるだけ大きくすることが排気性能的には有利である。しかし、真空ポンプのサイズやモータの所要電力、ロータを支持する回転軸の長さ等を考慮して、下流側のポンプ室の容積は必要最小限の大きさに最適化されて構成されている。 FIG. 11 shows a configuration example of a conventional multi-stage dry vacuum pump, and FIG. 12 shows a schematic diagram of exhaust speed characteristics of the multi-stage dry vacuum pump. FIG. 11A to FIG. 11D show a configuration example of a typical five-stage pump chamber. Each of these configuration examples shows a configuration example in which the volume of the pump chamber is changed according to the exhaust capacity of the target vacuum pump. A general method for achieving a large pump capacity vacuum pump in this multistage dry vacuum pump is to increase the volume of the first or second pump chamber from the pump inlet 51 side of the dry vacuum pump. It is. Basically, it is advantageous in terms of exhaust performance to make the volume of the pump chamber located on the downstream side as large as possible. However, considering the size of the vacuum pump, the required power of the motor, the length of the rotary shaft that supports the rotor, etc., the volume of the downstream pump chamber is optimized to the minimum necessary size. .
図11において、図11(A)は1段目から5段目までの各ポンプ室の容積を等しく構成した場合で、排気容量は比較的小さいポンプ室に採用される構成例である。図11(B)、(C)、(D)は、排気速度を比較的大きく確保し、大排気容量に対応するポンプを構成するために、ポンプ吸気口51側に配置されている1段目ないし2段目のポンプ室の容積を比較的大きく構成した場合の構成例を示している。ここで、後述の説明を理解しやすくするため、図11(B)の1段目、図11(C)の1段目及び2段目のポンプ室の容積は、基本的な構成の図11(A)に示したポンプ室の容積に比較してほぼ2倍程度になるように示している。また図11(D)の1段目のポンプ室の容積は、図11(A)のポンプ室の容積のほぼ3倍程度になっているものと仮定する。 In FIG. 11, FIG. 11 (A) is a configuration example in which the volumes of the pump chambers from the first stage to the fifth stage are configured to be equal and the exhaust capacity is adopted for a relatively small pump chamber. FIGS. 11B, 11C, and 11D show the first stage arranged on the pump intake port 51 side in order to ensure a relatively high exhaust speed and configure a pump corresponding to a large exhaust capacity. In addition, a configuration example in a case where the volume of the second-stage pump chamber is relatively large is shown. Here, for easy understanding of the description to be described later, the volumes of the pump chambers of the first stage in FIG. 11B and the first and second stages in FIG. It is shown to be about twice as large as the volume of the pump chamber shown in (A). Further, it is assumed that the volume of the first-stage pump chamber in FIG. 11D is approximately three times the volume of the pump chamber in FIG.
図12は、図11に示した多段式のドライ真空ポンプにおける排気速度特性を概略的に示した図である。図12中の曲線A、B、C及び曲線Dは、それぞれ図11(A)及び(B)、(C)、(D)にそれぞれ示す構成例に対応する排気速度特性を示している。排気速度特性は、厳密には、構成する各ポンプ室の容積や、容積の比率、圧縮性能や相互の回転のタイミング等によって変化するが、図12では、代表的に想定される特性例を概略的に示している。また、図12には、比較参照のために、図11(A)に示す基本的な構成で得られる排気速度特性(S1)をそれぞれ2倍にした曲線(2×S1)、3倍にした曲線(3×S1)を破線で併記している。この排気速度特性は、図11(A)に示した基本的な構成のポンプをそれぞれ2台及び3台で並行して使用した場合に、合計して得られる排気速度特性に相当する。図12に示す結果のように、一般的に真空装置で多く使用されるような減圧領域では、1段目のポンプ室の容積を2倍又は3倍にすることで、比較的小さい容積のポンプ室で構成される多段式のドライ真空ポンプを2台又は3台で並行して使用する場合とほぼ同等の排気速度特性を容易に実現することができる。このような真空ポンプは、大排気容量に対応した有効な構成である。
しかしながら、図12に示す結果から同時に明らかなように、大気圧にほぼ等しい高圧力領域では、ポンプ吸気口側のポンプ室の容積を大きくした多段式のドライ真空ポンプでは、排気速度の改善が十分になされていない。つまり、1段目のポンプ室の容積を例えば2倍、3倍に大きく設定して大排気容量を確保した場合、大気圧にほぼ等しい高圧力領域では、圧力による圧縮の効果がほとんど無いので、排気される気体の容量は主にポンプ室の容積で決まってしまう。このため、1段目である前段(上流側)のポンプ室で2倍、3倍の容積で排気される気体を、後段(下流側)に接続されている容積が比較的小さいポンプ室では排気しきれない。すなわち、比較的大きな容積のポンプ室の後段に接続されているポンプ室の容積が小さいために、この後段のポンプ室の吸気口で気体が過剰となり、結果として圧力が上昇してしまう。そして、前段のポンプ室で維持できる圧縮率を超える気体については、真空ポンプの上流端側のポンプ吸気口側にまで逆流する結果となり、有効に気体が排気されない。加えて、多段式のドライ真空ポンプで一般的に使用されるポンプ室が有する圧縮性能自体が、動作圧力が高い領域で低下することも、真空ポンプ全体の排気性能が大幅に低下することを招いている。 However, as is apparent from the results shown in FIG. 12, in the high pressure region almost equal to the atmospheric pressure, the multi-stage dry vacuum pump with the pump chamber volume on the pump inlet side having a large capacity can sufficiently improve the exhaust speed. It has not been made. In other words, if the volume of the first-stage pump chamber is set to a large value, for example, twice or three times to ensure a large exhaust capacity, there is almost no compression effect due to pressure in a high pressure region almost equal to atmospheric pressure. The volume of the exhausted gas is mainly determined by the volume of the pump chamber. For this reason, the gas exhausted in the first and second (upstream) pump chambers at twice and three times the volume is exhausted in the pump chamber having a relatively small volume connected to the subsequent (downstream) pump chamber. I can't do it. That is, since the volume of the pump chamber connected to the subsequent stage of the pump chamber having a relatively large volume is small, the gas becomes excessive at the intake port of the subsequent pump chamber, resulting in an increase in pressure. And about the gas exceeding the compression rate which can be maintained in the pump chamber of the front | former stage, it will result in flowing back to the pump inlet side of the upstream end side of a vacuum pump, and gas will not be exhausted effectively. In addition, the compression performance itself of the pump chamber generally used in multistage dry vacuum pumps may decrease in a region where the operating pressure is high, which will cause a significant decrease in the exhaust performance of the vacuum pump as a whole. It is.
要するに、ポンプ吸気口に近いポンプ段の容積を大きく確保し、排気性能を2倍、3倍に大きくして大排気容量を実現しようとしても、このポンプ段の後段に位置する容積が比較的小さいポンプ室での排気可能な気体量が律速となってしまう。その結果、排気気体を真空ポンプにおける下流端側のポンプ排気口に十分に移送できなくなる。 In short, even if an attempt is made to achieve a large exhaust capacity by ensuring a large pump stage volume close to the pump inlet and increasing the exhaust performance by two or three times, the volume located at the rear stage of this pump stage is relatively small. The amount of gas that can be exhausted in the pump chamber becomes the rate-limiting factor. As a result, the exhaust gas cannot be sufficiently transferred to the pump exhaust port on the downstream end side of the vacuum pump.
この問題は、真空ポンプに接続され、真空ポンプによって排気される被排気容器の容積が非常に大きい場合に一般的に顕著になる。図示しないが、非常に大きな容積の被排気容器を、大気圧から排気可能な多段式の真空ポンプの到達圧力よりも更に低い到達圧力にまで真空排気するような場合、排気性能がより大きな他の方式の真空ポンプを併用することになる。例えば、一般に知られる大型のルーツブロアポンプや分子ポンプが主ポンプとして用いられるが、これらの真空ポンプは、大気圧から直接ポンプを動作させることができない。 This problem is particularly noticeable when the volume of the exhausted container connected to the vacuum pump and exhausted by the vacuum pump is very large. Although not shown in the figure, when a very large volume of a container to be exhausted is evacuated to an ultimate pressure that is lower than the ultimate pressure of a multistage vacuum pump that can be evacuated from atmospheric pressure, A vacuum pump of the type will be used together. For example, generally known large roots blower pumps or molecular pumps are used as main pumps, but these vacuum pumps cannot operate the pumps directly from atmospheric pressure.
このため、図11に示す多段式のドライ真空ポンプのように、大気圧から排気可能な真空ポンプで一定の真空圧力状態まで予備排気する必要がある。このとき、実用面から見た場合、所望の圧力にまで到達するのに要する排気時間として、通常、大気圧からの予備排気にほとんどの時間を費やされることが多い。装置全体のタクトタイム等を考慮し、所望の圧力にするのに要する排気時間を短縮する場合、予備排気で用いられる真空ポンプの排気速度を大きくして、予備排気時間を短縮することが大きな課題である。 For this reason, it is necessary to pre-evacuate to a certain vacuum pressure state with a vacuum pump that can be evacuated from atmospheric pressure, such as a multistage dry vacuum pump shown in FIG. At this time, from the viewpoint of practical use, as the exhaust time required to reach a desired pressure, usually, most of the time is spent for preliminary exhaust from atmospheric pressure. Considering the takt time of the entire system, when shortening the exhaust time required to achieve the desired pressure, it is a major issue to shorten the preliminary exhaust time by increasing the exhaust speed of the vacuum pump used in the preliminary exhaust. It is.
なお、真空における実質的な気体の排気流量は「容積×圧力」で表される。したがって、真空排気が進行してポンプ吸気口の圧力が十分に低くなってくると、ポンプ吸気口に近い1段目のポンプ室の容積が2倍、3倍であっても、各ポンプ室が有する圧縮性能によって、後段に続くポンプ室内部の圧力が、容易に2倍、3倍に圧縮される。このため、実質的に排気される気体量として過剰になることは無く、図12に示した排気特性のように、実質的に基本構成となる多段式のドライ真空ポンプの排気速度の2倍、3倍の排気速度が得られる。 The substantial gas exhaust flow rate in vacuum is represented by “volume × pressure”. Therefore, when the vacuum exhaust proceeds and the pressure at the pump inlet becomes sufficiently low, even if the volume of the first-stage pump chamber close to the pump inlet is doubled or tripled, The pressure in the pump chamber following the latter stage is easily compressed twice or three times by the compression performance. For this reason, it does not become excessive as the amount of gas to be exhausted substantially, and as the exhaust characteristics shown in FIG. 12, it is substantially twice the exhaust speed of the multi-stage dry vacuum pump as the basic configuration, Three times the exhaust speed can be obtained.
そこで、本発明は、上述の課題を解決することにあり、大気圧にほぼ等しい高圧力領域での排気性能を改善することができる真空ポンプを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vacuum pump that can improve the exhaust performance in a high pressure region substantially equal to the atmospheric pressure.
上述の目的を達成するため、本発明に係る真空ポンプは、吸気口及び排気口が設けられたポンプ容器と、このポンプ容器に配置されたロータとを有しこのロータが回転駆動されることによって吸気口から排気口に気体を圧送する複数のポンプ室を備え、ポンプ室が複数のポンプ段で直列に接続されてなる。また、真空ポンプの上流端側から少なくとも1段目のポンプ室は、下流側のポンプ室よりも容積が大きくされている。また、この真空ポンプは、容積が大きくされたポンプ段における下流端側のポンプ室の排気口側の流路から、ポンプ室の複数のポンプ段の少なくとも1段以上を迂回して下流側のポンプ室の排気口側の流路に連通させて設けられたバイパスバルブ機構を備える。そして、バイパスバルブ機構は、1段目に位置するポンプ室の吸気口の圧力が大気圧にほぼ等しい高圧力領域で開かれるバルブを有し、容積が大きくされたポンプ段における下流端側のポンプ室よりも下流側に位置するポンプ室の排気口側の流路に気体を排気するように構成されている。 In order to achieve the above-described object, a vacuum pump according to the present invention has a pump container provided with an intake port and an exhaust port, and a rotor disposed in the pump container. A plurality of pump chambers for pumping gas from the intake port to the exhaust port are provided, and the pump chambers are connected in series by a plurality of pump stages. Further, at least the first pump chamber from the upstream end side of the vacuum pump has a larger volume than the downstream pump chamber. In addition, the vacuum pump bypasses at least one or more of the plurality of pump stages in the pump chamber from a flow path on the exhaust port side of the pump chamber on the downstream end side in the pump stage having a large volume. A bypass valve mechanism provided in communication with the flow path on the exhaust port side of the chamber; The bypass valve mechanism has a valve that is opened in a high pressure region in which the pressure in the suction port of the pump chamber located in the first stage is almost equal to the atmospheric pressure, and the pump on the downstream end side in the pump stage having a large volume The gas is exhausted to the flow path on the exhaust port side of the pump chamber located downstream of the chamber.
本発明によれば、大気圧にほぼ等しい高圧力領域における排気速度の低下を改善することが可能になり、大容量排気系に適した真空ポンプを比較的少ない追加コストで実現することができる。 According to the present invention, it is possible to improve a decrease in exhaust speed in a high pressure region substantially equal to the atmospheric pressure, and a vacuum pump suitable for a large capacity exhaust system can be realized at a relatively low additional cost.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各構成及び排気速度特性は、本発明が理解できる程度に代表的な実施形態を概略的に示したものである。したがって、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて様々な形態に変更可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, each structure and exhaust speed characteristic show the typical embodiment roughly to such an extent that this invention can be understood. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be changed into various forms based on the description of the scope of claims.
図1は、第1の実施形態の、多段式のドライ真空ポンプを示す模式図である。第1の実施形態のドライ真空ポンプは、上流端側に配置されて容積が比較的大きく形成されたポンプ室の排気口側の流路が、下流端側に配置されたポンプ室の排気口側の流路にバイパスバルブ機構を介して接続されている。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a multistage dry vacuum pump according to the first embodiment. In the dry vacuum pump according to the first embodiment, the flow path on the exhaust port side of the pump chamber disposed on the upstream end side and having a relatively large volume is disposed on the exhaust port side of the pump chamber disposed on the downstream end side. Is connected to the flow path via a bypass valve mechanism.
第1の実施形態として、図1(A)に、1段目が容積の比較的大きいポンプ室で構成された構成例を示す。また、第1の実施形態として、図1(B)に、1段目及び2段目がそれぞれ、容積の比較的大きいポンプ室で構成された構成例を示す。 As a first embodiment, FIG. 1A shows a configuration example in which the first stage is composed of a pump chamber having a relatively large volume. In addition, as the first embodiment, FIG. 1B shows a configuration example in which the first stage and the second stage are each configured by a pump chamber having a relatively large volume.
図1(A)及び図1(B)に示すように、実施形態のドライ真空ポンプは、1段目のポンプ室3から5段目のポンプ室7を備えている。各ポンプ室3,4,5,6,7は、図示しないが、吸気口及び排気口が設けられたポンプ容器と、このポンプ容器に配置されたロータとを有しており、ロータが回転駆動されることによって吸気口から排気口に気体を圧送するように構成されている。各ポンプ室3,4,5,6,7のロータは、駆動用モータ9によって回転駆動される。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the dry vacuum pump of the embodiment includes a first-
そして、これら各ポンプ室3,4,5,6,7は、同軸上に配置されて仕切られた状態で、各ポンプ室3,4,5,6,7を連通させる配管を介して直列に接続されて構成されている。また、このドライ真空ポンプは、1段目のポンプ室3又は2段目のポンプ室4の排気口側の流路と、ドライ真空ポンプの下流端側に位置するポンプ室7の排気口側の流路とを連通させて設けられたバイパスバルブ機構8を備えている。
The
図1(A)に示す実施形態の構成例では、ドライ真空ポンプの上流端側(以下、ドライ真空ポンプのポンプ吸気口1側とも称する。)に位置する1段目のポンプ室3の容積が、1段目のポンプ室3よりも下流側のポンプ室4,5,6,7の容積よりも2倍程度に大きく形成されている。この構成例のバイパスバルブ機構8は、ポンプ吸気口1側に位置する1段目のポンプ室3の排気口側の流路と、ドライ真空ポンプの下流端側に位置するポンプ室7の排気口2側(以下、ドライ真空ポンプのポンプ排気口2側とも称する。)の流路を連通させて設けられている。
In the configuration example of the embodiment shown in FIG. 1A, the volume of the first-
また、図1(B)に示す実施形態の構成では、ポンプ吸気口1側に位置する1段目及び2段目のポンプ室3,4の容積が、この2段目のポンプ室4よりも下流側のポンプ室5,6,7の容積よりも2倍程度に大きく形成されている。この構成例のバイパスバルブ機構8は、ポンプ吸気口1側に位置する2段目のポンプ室3の排気口側の流路と、ポンプ排気口2側の流路を連通させて設けられている。
Further, in the configuration of the embodiment shown in FIG. 1B, the volume of the first and
図2に、図1(A)及び図1(B)に示した各構成例のドライ真空ポンプにおける排気速度特性を示す。図1(A)及び図1(B)に示した各構成例にそれぞれ対応する排気速度特性を、図2中の曲線A及び曲線Bで示す。図2には比較参照のために、図11(A)に示した従来の多段式のドライ真空ポンプの基本的な構成で得られる排気速度特性(S1)と、この特性を2倍にした曲線(2×S1)を破線で併記している。また、図2には、図1(A)及び図1(B)に示した各構成例で、上述のバイパスバルブ機構8を備えていない構成における排気速度特性を、曲線A及び曲線Bにそれぞれ合わせて破線で示している。
FIG. 2 shows evacuation speed characteristics in the dry vacuum pump of each configuration example shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B). The exhaust velocity characteristics corresponding to the respective configuration examples shown in FIGS. 1A and 1B are shown by a curve A and a curve B in FIG. For comparison, FIG. 2 shows a pumping speed characteristic (S1) obtained by the basic configuration of the conventional multistage dry vacuum pump shown in FIG. 11A and a curve obtained by doubling this characteristic. (2 × S1) is also indicated by a broken line. Further, FIG. 2 shows the exhaust speed characteristics in the configuration examples shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B) without the above-described
本実施形態によれば、大気圧にほぼ等しい(大気圧に近い)高圧力領域での排気速度をそれぞれ曲線A及び曲線Bで示すように改善することができる。なお、図1(A)に示した構成例と、図1(B)に示した構成例とを比較した場合、排気速度特性としては、図1(B)の構成の方が、性能が改善される度合いが大きい。しかし、図1(A)に示す構成は、2段目のポンプ室4の容積が、図1(B)に示す構成例よりも小さいので、ドライ真空ポンプ全体としてのサイズや製造コストの観点で有利である。
According to the present embodiment, it is possible to improve the exhaust speed in a high pressure region that is substantially equal to atmospheric pressure (close to atmospheric pressure) as shown by curve A and curve B, respectively. When the configuration example shown in FIG. 1A is compared with the configuration example shown in FIG. 1B, the performance of the configuration shown in FIG. The degree to which it is done is large. However, in the configuration shown in FIG. 1A, the volume of the second-
本実施形態では、容積が比較的大きく形成されたポンプ室の排気口の流路側をポンプ排気口2側の流路に連通させるバイパスバルブ機構8が設けられ、ポンプ吸気口2の圧力が高圧力領域でバルブ8aが開かれてバイパスバルブ機構8を介して気体が排気される。この構成によって、容積が比較的大きく形成されたポンプ段で一度に比較的多量に排気される気体が、このポンプ段の後段に接続された容積が比較的小さいポンプ段で律速されて加圧状態になることが抑えられ、気体をドライ真空ポンプの外部に排気することができる。
In the present embodiment, a
真空ポンプのポンプ吸気口側に位置するポンプ室の排気口側の流路を、基本的に大気圧状態である真空ポンプのポンプ排気口側の流路に接続することは、真空ポンプが通常の動作状態で到達圧力に達しているような場合にはあり得ないことではある。しかしながら、ポンプ吸気口の圧力が大気圧にほぼ等しい高圧力領域では、容積が比較的大きく形成されたポンプ段の排気口側の流路が、少なくともポンプ室が大気圧領域で有する圧縮性能に応じた因子で大気圧よりも高い圧力状態を生み出すため、大気圧との差圧に応じて気体を真空ポンプ外部に排気可能である。バイパスバルブ機構の流路の下流側の圧力よりも、バイパスバルブ機構の上流側の圧力が小さくなる前に、バルブを閉じることで、真空ポンプとして問題が生じることは無く、また真空ポンプに接続されている被排気系の真空容器側に悪影響を及ぼすこともない。なお、バイパスバルブ機構の流路の下流側の圧力は、この下流側に位置するポンプ室の排気口がポンプ排気口である場合にはほぼ大気圧となり、後段のポンプ段の吸気口側に迂回させて接続された場合には、そのポンプ段の吸気口の圧力となる。 Connecting the flow path on the exhaust port side of the pump chamber located on the pump intake port side of the vacuum pump to the flow path on the pump exhaust port side of the vacuum pump that is basically at atmospheric pressure This is not possible when the ultimate pressure is reached in the operating state. However, in the high pressure region where the pressure at the pump intake port is almost equal to the atmospheric pressure, the flow path on the exhaust port side of the pump stage formed with a relatively large volume corresponds to at least the compression performance of the pump chamber in the atmospheric pressure region. Because of the above factors, a pressure state higher than atmospheric pressure is generated, so that gas can be exhausted to the outside of the vacuum pump according to the pressure difference from atmospheric pressure. By closing the valve before the pressure on the upstream side of the bypass valve mechanism becomes smaller than the pressure on the downstream side of the flow path of the bypass valve mechanism, there is no problem as a vacuum pump and it is connected to the vacuum pump. It does not adversely affect the vacuum container side of the exhausted system. The pressure on the downstream side of the flow path of the bypass valve mechanism is almost atmospheric pressure when the exhaust port of the pump chamber located on the downstream side is a pump exhaust port, and bypasses to the intake port side of the subsequent pump stage. If they are connected, the pressure at the inlet of the pump stage is obtained.
図3は、第1の実施形態の更に他の構成例を示している。この構成例のドライ真空ポンプでは、ポンプ吸気口1側に位置する1段目のポンプ室3が、図11(A)に示した従来の多段式のドライ真空ポンプの基本的な構成における1段目のポンプ室の容積のほぼ3倍程度の容積に形成されている。また、図4に、この構成例のドライ真空ポンプにおける排気速度特性を示す。図4では、図2と同様に、比較参照のため、図11(A)に示した従来のドライ真空ポンプの基本的な構成で得られる排気速度特性(S1)と、この特性を3倍にした曲線(3×S1)を破線で併記している。また、図4には、図3に示した構成例で、上述のバイパスバルブ機構8を備えていない構成における排気速度特性を、曲線Aに合わせて破線で示している。この構成例においても、大気圧にほぼ等しい高圧力領域での排気速度をそれぞれ曲線Aで示すように改善することができる。
FIG. 3 shows still another configuration example of the first embodiment. In the dry vacuum pump of this configuration example, the first-
図5は、第2の実施形態の多段式のドライ真空ポンプを示している。本実施形態のドライ真空ポンプでは、ポンプ吸気口1側に位置する1段目のポンプ室3の容積が、1段目よりも下流側のポンプ室4,5,6,7の容積よりも大きく形成されている。このドライ真空ポンプは、容積が比較的大きい1段目のポンプ室の排気口側の流路と、この1段目よりも下流側に連続して接続される容積が小さいポンプ室の少なくとも1段以上を迂回して下流側のポンプ室の排気口側の流路に連通させて設けられたバイパスバルブ機構8を備えている。
FIG. 5 shows a multistage dry vacuum pump according to the second embodiment. In the dry vacuum pump of this embodiment, the volume of the first-
図5(A)及び図5(B)に示す構成例では、ポンプ吸気口1側の1段目のポンプ室を、図11(A)に示す従来の多段式のドライ真空ポンプの基本的な構成の1段目のポンプ室の容積のほぼ3倍程度の容積にそれぞれ形成されている。
In the configuration example shown in FIGS. 5A and 5B, the first-stage pump chamber on the side of the
図5(A)に示す構成例では、バイパスバルブ機構8の流路の下流側が、4段目のポンプ室6と5段目のポンプ室7との間に接続されている。図5(B)に示す構成例では、バイパスバルブ機構8の流路の下流側が、3段目のポンプ室5と4段目のポンプ室6との間に接続されている。
In the configuration example shown in FIG. 5A, the downstream side of the flow path of the
また、図6に、図5(A)及び図5(B)に示した各構成例にそれぞれ対応するドライ真空ポンプにおける排気速度特性を示す。図6には、図2、図4と同様に、比較参照のため、図11(D)に示す従来の多段式のドライ真空ポンプの基本的な構成で得られる排気速度特性(S1)と、この特性を3倍した曲線(3×S1)を破線で併記している。また、各構成例の効果の違いを示すため、図5に示した構成例と同様に、1段目のポンプ室の容積が、図11(A)に示した従来の多段式のドライ真空ポンプの基本的な構成である1段目のポンプ室の容積のほぼ3倍程度に構成されて、バイパスバルブ機構8がドライ真空ポンプのポンプ排気口2に接続された、図3に示した第1の実施形態の構成例の排気速度特性(排気特性は図4に例示)を破線で示している。バイパスバルブ機構8の流路の下流側の流路(ポンプ排気口2により近い側)を接続する位置によって、得られるポンプ特性の改善特徴が異なる。したがって、必要とされる排気性能により適した構成を選択することも可能である。また、物理的なスペースと製造コストが増えることが許容される場合には、複数のバイパスバルブ機構を備え、これら複数のバイパスバルブ機構を最適に連動させることで、最大の排気特性を得ることも可能である。
FIG. 6 shows evacuation speed characteristics in the dry vacuum pump corresponding to the respective structural examples shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B). 6, as in FIGS. 2 and 4, for comparison and reference, an exhaust speed characteristic (S1) obtained by the basic configuration of the conventional multistage dry vacuum pump shown in FIG. A curve (3 × S1) obtained by multiplying this characteristic by 3 is shown with a broken line. Further, in order to show the difference in the effect of each configuration example, the volume of the first-stage pump chamber is the same as the configuration example shown in FIG. 5, and the conventional multistage dry vacuum pump shown in FIG. The first configuration shown in FIG. 3 is configured to be approximately three times the volume of the first-stage pump chamber, which is the basic configuration of FIG. 3, and the
図7は、第3の実施形態の多段式のドライ真空ポンプを示している。図7に示すように、本実施形態のドライ真空ポンプは、圧力測定手段としての圧力測定器10を備えている。本実施形態では、圧力測定器10による測定結果に基づいてバイパスバルブ機構8のバルブ8aを制御して開閉動作させることで、ポンプ吸気口1の圧力が大気圧にほぼ等しい高圧力領域でバルブ8aを自動的に開閉可能に構成されている。
FIG. 7 shows a multistage dry vacuum pump according to a third embodiment. As shown in FIG. 7, the dry vacuum pump of the present embodiment includes a
圧力測定器10をドライ真空ポンプ内部に内蔵させる場合、図7(B)に示すように、容積が比較的大きい1段目のポンプ室の排気口側、つまりバイパスバルブ機構8の上流側に圧力測定器10が配置される構成が、バイパスバルブ機構8を制御する上で最も簡単である。基本的には、圧力測定器10による測定圧力がポンプ排気口2の圧力よりも高い条件範囲で、バイパスバルブ機構8のバルブ8aが開かれるように制御すればよい。
When the
なお、図示しないが、望ましくは、ポンプ排気口2にも同様な圧力測定器10が設けられ、この圧力測定器10で差圧を測定することで制御を更に確実に行うことができる。ポンプ吸気口1の圧力に対するドライ真空ポンプ内部の圧力、特にバイパスバルブ機構8のバルブ8aに対する上流側の圧力と下流側の圧力との関係を予め測定しておけば、図7(A)に示すように、ポンプ吸気口1の近傍に圧力測定器10が配置されても良い。また、図7(C)に示すように、ドライ真空ポンプに接続される被排気系の真空容器11に設けられた圧力測定器10による測定結果に基づいて、バイパスバルブ機構8のバルブ8aを制御して開閉させる構成でもよい。
Although not shown, desirably, the
図8は、第4の実施形態の多段式のドライ真空ポンプで用いられるバイパスバルブ機構8を示す模式図である。図8に示すように、本実施形態におけるバイパスバルブ機構8は、バルブ8aに対する上流側の圧力と下流側の圧力とが所定の差圧になったときに、バルブ8aを自動的に開閉させるバルブ開閉機構8bを有している。このバルブ開閉機構8bは、ポンプ吸気口1の圧力が大気圧にほぼ等しい高圧力領域で、バルブ8aを制御して自動的に開閉させることが可能に構成されている。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a
図8(A)に、バルブ8aとしてボール形状のバルブシール12を用いたバルブ開閉機構8bの構成例を示す。図8(A)に示すように、バルブ開閉機構8bは、流路を開閉可能に配置されたバルブシール12と、このバルブシール12を流路に沿って移動可能に支持するバルブピストン14とを有している。また、このバルブ開閉機構8bは、バルブピストン14の移動方向をガイドする一組のバルブガイド15,16と、バルブシール12によって流路が閉じられる方向に付勢するバルブスプリング13と、バルブシール12が圧接されるシール面部17とを有している。
FIG. 8A shows a configuration example of a valve opening /
また、図8(B)に、バルブ8aとしてOリング形状のバルブシール18が設けられたバルブピストン14を用いたバルブ開閉機構8bの他の構成を示す。図8(B)に示すように、バルブ開閉機構8bは、流路を開閉可能に配置されたバルブ部14aを有するバルブピストン14と、バルブ部14aに設けられたバルブシール18と、このバルブシール18が圧接されるシール面部17とを有している。また、このバルブ開閉機構8bは、バルブピストン14の移動方向をガイドするバルブガイド15と、バルブ部14aによって流路が閉じられる方向に付勢するバルブスプリング13とを有している。
FIG. 8B shows another configuration of the valve opening /
以上の各構成例のバルブ開閉機構8bは、バルブ8aの上流側の圧力が、バルブ8aに対する下流側の圧力にバルブスプリング13の付勢力による圧力を加えた圧力よりも大きいときに、バルブ8aが開かれる。
When the pressure on the upstream side of the
図9は、第5の実施形態のドライ真空ポンプで用いられるバイパスバルブ機構8を示している。図9に示すように、本実施形態におけるバイパスバルブ機構8は、バルブ8aが配置された流路を構成する配管の外周部に、この配管を加熱するための加熱機構19が設けられている。この加熱機構19によれば、凝縮性を有した生成物がバルブ8a付近に堆積することを防止できる。図示しないが、例えば温度測定器等を併用してバルブ8a周辺の温度が制御されるように構成するのが望ましい。制御温度は、ドライ真空ポンプを使用する外部装置(不図示)からの流入が予想される反応生成物の種類に応じて適正に選定する必要がある。
FIG. 9 shows a
図10は、第6の実施形態のドライ真空ポンプで用いられるバイパスバルブ機構を示している。図10に示すように、本実施形態におけるバイパスバルブ機構8は、バルブ8aが配置された流路を例えばN2等の不活性気体で希釈パージするパージ手段としてのパージ機構20を有している。このパージ機構20によれば、凝縮性を有した生成物が流路の内壁やバルブ8a付近に堆積することを防止できる。不活性気体は、パージ用配管21の導入口から導入され、流量調節バルブ20a、20bで流量を適正に制御されて、バイパスバルブ機構8のバルブ8a周辺に導入される。なお、バルブ8aが開かれた状態で不活性気体を流通させるか否かについては、真空ポンプの用途に応じて適宜設定されるべきである。
FIG. 10 shows a bypass valve mechanism used in the dry vacuum pump of the sixth embodiment. As shown in FIG. 10, the
以上、各実施形態のドライ真空ポンプを説明したが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、1段目又は2段目のポンプ室の容積が、下流側のポンプ室の容積よりも比較的大きく形成された構成例を挙げたが、真空ポンプの仕様に応じて、1段目から3段目のポンプ室までを容積が大きいポンプ室として構成されてもよい。また、真空ポンプ全体におけるポンプ室の段数としては、上述の実施形態とポンプ室の段数を異ならせ、例えば4段や6段で構成する場合等でも同様の効果が得られる。 Although the dry vacuum pump of each embodiment has been described above, the present invention is not limited to these configurations. For example, in the above-described embodiment, the configuration example in which the volume of the pump chamber of the first stage or the second stage is formed to be relatively larger than the volume of the pump chamber on the downstream side is given, but depending on the specifications of the vacuum pump The first to third pump chambers may be configured as a pump chamber having a large volume. Further, the number of pump chamber stages in the entire vacuum pump is different from that in the above-described embodiment, and the same effect can be obtained even when, for example, the pump chamber is composed of four stages or six stages.
1 ポンプ吸気口
2 ポンプ排気口
3 1段目のポンプ室
4 2段目のポンプ室
5 3段目のポンプ室
6 4段目のポンプ室
7 5段目のポンプ室
8 バイパスバルブ機構
8a バルブ
10 圧力測定器(圧力測定手段)
11 真空容器
19 加熱機構(加熱手段)
20 パージ機構(パージ手段)
20a、20b 流量調節バルブ
21 パージ用配管
DESCRIPTION OF
11 Vacuum container 19 Heating mechanism (heating means)
20 Purge mechanism (purge means)
20a, 20b
Claims (6)
前記真空ポンプの上流端側から少なくとも1段目の前記ポンプ室は、下流側の前記ポンプ室よりも容積が大きくされ、
前記容積が大きくされたポンプ段における下流端側の前記ポンプ室の前記排気口側の流路から、前記ポンプ室の複数のポンプ段の少なくとも1段以上を迂回して下流側の前記ポンプ室の前記排気口側の流路に連通させて設けられたバイパスバルブ機構を備え、
前記バイパスバルブ機構は、前記1段目に位置する前記ポンプ室の前記吸気口の圧力が大気圧にほぼ等しい高圧力領域で開かれるバルブを有し、前記容積が大きくされたポンプ段における下流端側の前記ポンプ室よりも下流側に位置する前記ポンプ室の前記排気口側の流路に前記気体を排気するように構成されていることを特徴とする真空ポンプ。 A plurality of pump chambers having a pump container provided with an intake port and an exhaust port, and a rotor disposed in the pump container, and pumping gas from the intake port to the exhaust port by being driven to rotate A vacuum pump in which the pump chamber is connected in series with a plurality of pump stages,
The pump chamber at least at the first stage from the upstream end side of the vacuum pump has a larger volume than the pump chamber on the downstream side,
From the flow path on the exhaust port side of the pump chamber on the downstream end side in the pump stage with the increased volume, bypassing at least one stage of the plurality of pump stages in the pump chamber, A bypass valve mechanism provided in communication with the flow path on the exhaust port side;
The bypass valve mechanism has a valve opened in a high pressure region in which the pressure of the intake port of the pump chamber located in the first stage is substantially equal to atmospheric pressure, and a downstream end in the pump stage having the increased volume A vacuum pump configured to exhaust the gas to a flow path on the exhaust port side of the pump chamber located downstream of the pump chamber on the side.
前記バイパスバルブ機構は、前記圧力測定手段による測定結果に基づいて前記バルブが自動的に開閉可能にされている、請求項1又は2に記載の真空ポンプ。 Pressure measuring means for measuring the pressure of the gas,
The vacuum pump according to claim 1 or 2, wherein the bypass valve mechanism is configured such that the valve can be automatically opened and closed based on a measurement result by the pressure measuring unit.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118673733A (en) * | 2024-08-22 | 2024-09-20 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | Design method of self-balancing system of high-flow multistage centrifugal vacuum pump and self-balancing system |
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2007
- 2007-06-21 JP JP2007163883A patent/JP2009002230A/en active Pending
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