JP5608685B2 - ポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、潤滑油供給用の油圧ポンプが組み込まれたポンプに関する。
真空にする対象の容器等を真空状態にするには、油回転真空ポンプを当該容器等に直接的に接続することで、理想的な排気系が形成され、最も簡単で安価に実現する事が出来る。しかし、この場合、真空容器を真空に保ったまま油回転真空ポンプを停止すると油回転真空ポンプ内も真空状態になっている事から油回転真空ポンプの潤滑油は、ポンプのローター室へ流入しローター室が油で満たされるとポンプ吸入口から上流に向かって油が押し上げられる。
このように油の逆流が生じると真空配管、真空容器が汚染され次の真空排気において油の蒸気により真空容器の雰囲気が炭化水素により汚染され到達圧力が上昇するだけでなく真空処理を行う対象物にカーボンを析出させてしまう等の不具合が生じる。
そこで、このような不具合を避ける為に図1に示す排気系が一般に使用されている。すなわち、油回転真空ポンプ100を停止する前に遮断弁(V1)を閉じることで真空容器101と油回転真空ポンプ100を隔離遮断後、大気導入弁(V2)を開き油回転真空ポンプ100のローター室を大気圧に戻してから停止する。停止の度に大気導入弁(V2)を開き油回転真空ポンプ100のローター室を大気圧に戻すことで潤滑油の逆流を防いでいる。
また、上流に油が逆流することを防止するために、空気の吸入口からポンプのローター室に至るまでの間に遮断弁を設けたポンプがある(例えば、特許文献1参照)。
このようなポンプは、ポンプ本体の駆動により吸入口から空気が導入されて排出口から排出される。またポンプ本体に連動する油圧ポンプが設けられ、油圧ポンプによりポンプ本体に潤滑油が供給される。一方、吸入口からポンプ本体の間の流路には、吸入口を開閉する遮断弁が配設されている。遮断弁は、吸入口を閉じる方向に付勢され、油圧ポンプにより圧送された潤滑油の圧力で吸入口を開くように構成されている。
このような構成のポンプでは、ポンプ本体の動作時には、油圧ポンプも作動し、その作動により潤滑油の圧力で遮断弁が開いた状態となり、吸入口からポンプ本体に空気が導入され真空容器を真空にすることができる。ポンプ本体を停止した際には、油圧ポンプも停止し、潤滑油の圧力が低下するので遮断弁がその付勢力で吸入口を閉じ、潤滑油の逆流を防ぐことができる。
特開平6−200889号公報
しかしながら、図1に示した構成では、油回転真空ポンプ100、遮断弁V1、大気導入弁V2を制御する制御系は真空のもとで運転される為、費用が嵩み且つ、遮断弁V1、大気導入弁V2を設置するスペースを相当程度確保する必要がある。
また、特許文献1に係るポンプでは、ポンプ本体の運転を停止し、遮断弁が吸入口を閉じた状態では、吸入口からポンプ本体までに至る流路は、真空に維持されたままである。ポンプ本体の運転停止時には、潤滑油には大気圧が加わっている。したがって、大気圧により押圧された潤滑油が真空に維持された流路に逆流し、当該流路や遮断弁や吸入口の周辺を汚染してしまうという問題がある。特に、遮断弁と吸入口とが接する面に不具合、例えば錆や部材の疲労破壊や異物が介在することなどにより気密性が保たれていないと、その隙間を通して真空容器側にまで潤滑油が逆流してしまうという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑み、上流側に潤滑油の流入を確実に防止することができ、且つ簡易な構成のポンプを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための第1の態様は、吸入口から空気を吸引し、該空気を排出口に排出するポンプ本体と、前記ポンプ本体の駆動に連動して前記ポンプ本体に潤滑油を圧送する油圧ポンプと、前記吸入口と前記ポンプ本体との間の流路に配設されて前記吸入口を開閉する逆流防止弁と、前記逆流防止弁に真空よりも高圧の気体を導入する大気導入路と、前記油圧ポンプの作動時には該油圧ポンプにより圧送された潤滑油の圧力で前記大気導入路を閉じ、前記油圧ポンプの非作動時には前記大気導入路を開く大気導入弁と、前記弁体逆流防止弁が前記吸入口を閉じた際に、前記大気導入弁が開放して前記逆流防止弁に導入された大気を前記流路側に導入する真空破壊用流路とを備え、前記逆流防止弁は、シリンダが設けられた弁支持体と該シリンダに収納されて前記吸入口を開閉する弁体とを備え、前記大気導入路は、前記シリンダに大気を導入するように構成され、前記弁体は、前記ポンプ本体の停止時には、前記ポンプ本体が作動していたことにより大気圧以下に減圧された前記流路内の圧力と、前記ポンプ本体の停止に伴う前記油圧ポンプの停止により前記大気導入弁が開放して前記シリンダに導入された大気の圧力との差圧により前記シリンダから突出して前記吸入口を閉じ、前記弁支持体には、前記シリンダと前記流路とを連通する連通流路、及び前記真空破壊用流路が設けられ、前記真空破壊用流路のシリンダ内の開口は、前記弁体が前記吸入口を封止していないときには前記弁体により閉ざされ、前記弁体が前記吸入口を封止しているときには開放される位置に形成されていることを特徴とするポンプにある。
かかる第1の態様では、ポンプ本体及び油圧ポンプが停止すると、大気導入弁が大気導入路を開放し、逆流防止弁に空気が導入される。この空気の圧力は、ポンプ本体の作動により減圧され若しくは真空状態である流路の圧力よりも高い。これにより、流路の圧力と逆流防止弁に導入された空気とに圧力差が生じ、逆流防止弁が吸入口を閉じる。これにより、ポンプ本体の停止により、逆流防止弁により流路が封止されるので潤滑油が上流側に逆流することを確実に防ぐことができる。
また、本態様に係るポンプによれば、逆流防止弁や、この開閉を行うための大気導入弁は全てポンプに設けられているため、真空容器とポンプとの間に真空下で動作する制御系を設ける必要が無く、省スペース化を実現できる。また、逆流防止弁の開閉は、ポンプ本体に油圧ポンプが連動し、さらにこの油圧ポンプに連動して大気導入弁が開閉することにより実現されるため、従来技術のように複雑で電気的な制御系を設ける場合に比して、逆流防止弁の開閉制御を簡易に実現することができる。これにより、装置(排気系)の開発・製造に係る費用を抑えることができる。
また、ポンプ本体の運転停止時には、吸入口が逆流防止弁で閉ざされる。このとき、逆流防止弁からポンプ本体に至る流路は、大気導入路からの空気により真空破壊される。したがって、大気圧により押圧された潤滑油が流路や逆流防止弁や吸入口の周辺を汚染してしまうことを防止できる。
さらに、ポンプの運転停止時における吸入口の封止を簡易な構造の逆流防止弁で実現することができる。
本発明によれば、上流側に潤滑油の流入を確実に防止することができ、且つ簡易な構成の装置(排気系)を設計することができる。
従来技術に係るポンプの基本構成を模式的に説明する図である。 実施形態に係るポンプの要部を展開した図である。 ポンプを構成する油圧ポンプ及びポンプ本体の断面図である。 実施形態に係るポンプの動作を説明する要部断面図である。 実施形態に係るポンプの動作を説明する要部断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図2及び図3に基づいて本発明の実施形態に係るポンプの構成を説明する。これらの図に示すように、ポンプ1は、基台2に設けられた流路部材3を備え、流路部材3にはケース4が設けられている。流路部材3には、減圧若しくは真空とする対象の機器等が接続される吸入部5が設けられ、また、逆流防止弁70(詳細は後述する)が収納される弁収納部6が設けられている。吸入部5には、空気の流路となる吸入口7が形成され、吸入口7と弁収納部6とは連通している。ケース4には、吸入部5から吸入した空気が排出される排出部8が設けられ、排出部8には、ケース4内部と外部とを連通して空気の流路となる排出口9が設けられている。
ケース4内部には、第1のポンプ本体10と、第2のポンプ本体20とが配設されている。第1のポンプ本体10は、第1のポンプ室13が設けられた第1のケーシング11と、第1のポンプ室13内に偏心して配設された第1のローター12とを備えている。第1のローター12には、ベーン40が第1のポンプ室13の内周に摺動するように取り付けられており、第1のポンプ室13は、ベーン40により複数個の空間に仕切られている。
同様に、第2のポンプ本体20は、第2のポンプ室23が設けられた第2のケーシング21と、第2のポンプ室23内に偏心して配設された第2のローター22とを備えている。第2のローター22には、ベーン40が第2のポンプ室23の内周に摺動するように取り付けられており、第2のポンプ室23は、ベーン40により複数個の空間に仕切られている。
第1のケーシング11及び第2のケーシング21はケース4内に固定され、第1のローター12及び第2のローター22は第1のポンプ室13及び第2のポンプ室23内で回転するように共通軸45に軸支されている。
第1のケーシング11には、第1のポンプ室13と弁収納部6とに連通する第1の気体導入路14が設けられ、第1のポンプ室13とケース4内部とに連通する第1の気体排出路15が設けられている。また、第2のケーシング21には、第1のポンプ室13と第2のポンプ室23とを連通する第2の気体導入路24が設けられ、第2のポンプ室23とケース4内部とに連通する第2の気体排出路25が設けられている。
また、第1の気体排出路15及び第2の気体排出路25には、それぞれ吐出弁41が設けられている。各吐出弁41は、各第1、第2のポンプ室13、23側に付勢するスプリング42により各第1、第2の気体排出路15、25を閉じており、各第1、第2のポンプ室13、23で圧縮された気体の圧力が所定値を超えたときに開くようになっている。
これらの流路部材3、第1のポンプ本体10、第2のポンプ本体20には、吸入口7、弁収納部6、第1の気体導入路14、第2の気体導入路24、第1の気体排出路15、第2の気体排出路25、ケース4内部、排出口9からなる気体の流路が形成されている。これにより、第1のローター12及び第2のローター22が駆動することにより、吸入口7から気体が導入され、弁収納部6、第1の気体導入路14を経由して第1のポンプ室13に気体が導入される。その気体の一部は、第1のローター12の回転により圧縮されて第1の気体排出路15及びケース4内部を介して排出口9から外部に排出される。その気体の残りは第2の気体導入路24を経由して第2のポンプ室23に導入され、第2のローター22の回転により圧縮されて第2の気体排出路25及びケース4内部を介して排出口9から外部に排出される。
また、ケース4内には、油圧ポンプ30が配設されている。油圧ポンプ30は、第3のポンプ室33が設けられた第3のケーシング31と、第3のポンプ室33内に偏心して配設された第3のローター32とを備えている。第3のローター32には、ベーン40が第3のポンプ室33の内周に摺動するように取り付けられており、第3のポンプ室33は、ベーン40により複数個の空間に仕切られている。
第3のケーシング31は、取付部材50を介して第2のポンプ本体20に取り付けられ、押さえ部材51により固定されている。第3のローター32は、共通軸45に取り付けられ、第1のローター12及び第2のローター22と連動するように構成されている。
第3のケーシング31には、第3のポンプ室33と外部とを連通する潤滑油導入路36が形成されている。潤滑油導入路36は、ケース4の下部に開口しており、第3のローター32の回転によりケース4下部に貯留された潤滑油62は、潤滑油導入路36を経由して第3のポンプ室33に吸引される。第3のポンプ室33に吸引されて昇圧された潤滑油62は、第3のケーシング31、取付部材50、第2のケーシング21及び第1のケーシング11にそれぞれ形成された潤滑油62の流路となる潤滑油流路55に圧送され、共通軸45や第1、第2のポンプ室13、23に供給される。
第1のポンプ本体10、第2のポンプ本体20が駆動することにより、油圧ポンプ30も連動する。この油圧ポンプ30の作動により、第1のポンプ室13、第2のポンプ室23及び共通軸45に潤滑油62が供給されるため、各第1、第2のポンプ本体10、20が円滑に作動し、ポンプ1の能力が安定的に提供される。
ここで、図4及び図5に基づいて、逆流防止弁70の開閉について説明する。
流路部材3の弁収納部6(吸入口7と第1のポンプ本体10との間の流路)には、逆流防止弁70が配設されている。逆流防止弁70は、弁体71と弁支持体72とから構成されている。弁支持体72にはシリンダ74が設けられ、弁体71にはピストン部75が設けられている。弁体71は吸入口7の開口を閉ざすことができるように形成され、ピストン部75がシリンダ74内に摺動自在に配設されている。このような構成により、弁体71は、弁支持体72から突出して吸入口7を閉じ、また、吸入口7から離隔して吸入口7を開放することが可能となっている。
また、弁支持体72には、シリンダ74に連通して空気の流路となる連通流路76が形成され、連通流路76は、大気導入路19及び弁支持体72外部に連通している。また、弁支持体72には、シリンダ74と外部とを連通する真空破壊用流路73が形成されている。真空破壊用流路73は、詳細は後述するが、弁体71が吸入口7を封止していないときには弁体71により真空破壊用流路73の開口が閉ざされ、弁体71がシリンダ74から突出して吸入口7を閉じたときには真空破壊用流路73の開口が開放される位置に形成されている。
第1のケーシング11には、円筒状の導入弁収納部16が設けられ、導入弁収納部16には、ケース4内に連通する潤滑油排出口17と大気導入口18とが設けられている。また、導入弁収納部16は、第3のケーシング31に設けられた導入弁用潤滑油流路37(図2参照)、取付部材50に設けられた潤滑油流路56(図2参照)、及び第2のケーシング21に設けられた潤滑油流路26を介して第3のポンプ室33に連通しており、第3のポンプ室33から潤滑油が圧送されるようになっている。
また、流路部材3及び第1のケーシング11には、大気導入口18からの空気が導入される大気導入路19が設けられており、大気導入口18は、導入弁収納部16、大気導入路19を介して弁支持体72のシリンダ74に連通している。
導入弁収納部16には、大気導入弁60が摺動自在に配設されている。大気導入弁60は、大気導入路19を開閉する弁である。具体的には、大気導入弁60は、その第1の位置においては、その側面で大気導入口18を閉じ(図4参照)、その第2の位置においては、その側面は大気導入口18を開放する(図5参照)ように構成されている。さらに、大気導入弁60は、第2の位置に位置するようにスプリング61により付勢されている。なお、このスプリング61の付勢力は、後述するように、潤滑油流路26から圧送された潤滑油の圧力で大気導入弁60が第1の位置に位置するように調整されている。
図4に示すように、大気導入弁60が第1の位置にある場合には、大気導入口18と大気導入路19とは大気導入弁60で分断され、また潤滑油流路26と潤滑油排出口17とが連通する。一方、図5に示すように、大気導入弁60が第2の位置にある場合には、大気導入口18と大気導入路19とは連通し、また潤滑油流路26と潤滑油排出口17とは大気導入弁60で分断される。
このように構成された逆流防止弁70は、ポンプ1の動作時においては、図4に示すように、吸入口7を開放した状態となる。このことを詳細に説明する。ポンプ1の動作前においては、第1のポンプ本体10、第2のポンプ本体20及び油圧ポンプ30は何れも動作していない。したがって、導入弁収納部16には、油圧ポンプ30により潤滑油が圧送されることはなく、大気導入弁60は、第2の位置に位置している。
第1、第2のポンプ10、20を動作させると、弁収納部6は真空状態(大気圧以下)になる。また、シリンダ74内も連通流路76を介して弁収納部6と連通しているので真空状態になる。このとき、第1、第2のポンプ10、20に連動する油圧ポンプ30により潤滑油が導入弁収納部16に圧送され、この潤滑油の圧力がスプリング61の付勢力に勝ると、大気導入弁60が第1の位置に移動する。この結果、弁収納部6、シリンダ74、及び大気導入路19は大気導入口18(大気)から遮断されて封止された空間となり、弁収納部6及びシリンダ74内の圧力は第1、第2のポンプ10、20により真空状態となる。つまり、弁収納部6及びシリンダ74内では圧力差が生じない。したがって、弁体71はシリンダ74から突出せず、吸入口7を封止しない。なお、導入弁収納部16に圧送された潤滑油は潤滑油排出口17を介してケース4内に排出される。
一方、ポンプ1の非動作時においては、図5に示すように、吸入口7が逆流防止弁70で封止された状態になる。このことを詳細に説明する。動作しているポンプ1(図4参照)の第1、第2のポンプ10、20を停止すると、これに連動して油圧ポンプ30も停止する。油圧ポンプ30の停止により、導入弁収納部16には潤滑油が圧送されなくなり、スプリング61の付勢力により大気導入弁60は第2の位置に移動する。
大気導入弁60の第2の位置への移動により、大気導入路19は、大気導入口18に連通し、大気導入口18から導入された大気は、大気導入路19を介してシリンダ74に導入される。このとき、弁収納部6は真空状態であり、シリンダ74は大気圧となり、弁収納部6が負圧、シリンダ74側が正圧となるため、弁体71はシリンダ74から突出して、吸入口7を閉じる。
弁体71がシリンダ74から突出すると、真空破壊用流路73が開放されるため、シリンダ74内に導入された空気は真空破壊用流路73及び連通流路76を介して弁収納部6に導入される。この結果、弁収納部6の真空状態は破壊され、大気圧となり、第1のポンプ室13、第2のポンプ室23も大気圧となる。
このような状態では、弁体71により封止された吸入口7よりも上流側(真空にする対象の機器等が存在する側)は真空に維持され、弁収納部6は大気圧であるため、この圧力差により弁体71は吸入口7を封止した状態が維持される。
なお、逆流防止弁70は、大気導入路19から導入された大気が連通流路76を介して弁収納部6に導入されても、弁収納部6全体が大気圧となってシリンダ74と差圧が無くなる前に、吸入口7を閉じられるように構成されている。例えば、ピストン部75の径や弁体71の重量を調整してある。
以上に説明したように、本実施形態に係るポンプ1では、第1のポンプ本体10、第2のポンプ本体20、油圧ポンプ30とが動作する際には、シリンダ74に大気を導入する大気導入路19が油圧ポンプ30により圧送された潤滑油の圧力で閉じられる。これにより、弁収納部6(吸入口7と第1のポンプ本体10との間の第1の気体導入路14を含む気体の流路)とシリンダ74との圧力差がなくなるため、逆流防止弁70は吸入口7を封止しない。
一方、ポンプ1の停止、すなわち第1のポンプ本体10、第2のポンプ本体20、及び油圧ポンプ30とが停止すると、大気導入弁60が大気導入路19を開放し、シリンダ74に大気が導入される。これにより、弁収納部6とシリンダ74とに圧力差が生じ、弁体71が吸入口7を閉じる。そして、この弁体71が吸入口7を閉じて真空容器側を遮断する一方で、弁収納部6側は真空破壊される。
このような本実施形態に係るポンプ1によれば、真空容器側と第1、第2のポンプ本体10、20側とを遮断する逆流防止弁70や、この開閉を行うための大気導入弁60は全てポンプ1に設けられているため、省スペース化を実現できる。また、逆流防止弁70の開閉は、各第1のポンプ本体10、第2のポンプ本体20に油圧ポンプ30が連動し、さらにこの油圧ポンプ30に連動して大気導入弁60が開閉することにより実現されるため、従来技術のように複雑で電気的な制御系を設ける場合に比して簡易な逆流防止弁70の開閉制御が可能となる。これにより、ポンプ1を採用することにより装置(排気系)の開発・製造に係る費用を抑えることができる。
さらに、従来技術においては、吸入口からポンプ本体までに至る流路は、真空に維持されたままであるのに対し、本実施形態に係るポンプは、ポンプ本体の運転停止時には、当該流路に相当する弁収納部6や第1の気体導入路14は真空破壊される。したがって、大気圧により押圧された潤滑油が当該流路や遮断弁や吸入口の周辺を汚染してしまうことを防止できる。
また、従来技術においては、吸入口を開閉する遮断弁は潤滑油により開閉されていたが、本実施形態に係る逆流防止弁は、圧力差で開閉する。したがって、本実施形態に係る逆流防止弁は、逆流防止弁を開閉するための潤滑油の漏洩でその周辺が汚染されるということを回避できる。
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
例えば、大気導入弁60は、第1のケーシング11に設けられていたがこれに限られず、逆流防止弁70のシリンダ74に大気を導入する大気導入路19の開閉を行いうるものであればよい。
また、逆流防止弁70は、弁体71と弁支持体72から構成されていたがこれに限られず、弁収納部6側の圧力と大気導入路19からの大気の圧力との差圧で吸入口を閉じられるものであればよい。また、逆流防止弁70は流路部材3に設けられていたがこれに限られず、吸入口7と第1のポンプ本体10との間の流路であって、第1のポンプよりも上流側に配設されていればよい。
さらに、第1のポンプ本体10及び第2のポンプ本体20をポンプ本体として例示したが、これに限らず、1つ又は2以上であってもかまわない。
また、本実施形態では、ベーンポンプを例に挙げたが、これに限らず、本発明は、ポンプ本体に連動し、ポンプ本体に潤滑油を供給する油圧ポンプを備えるポンプに広く適用することができる。
V1 遮断弁
V2 大気導入弁
1 ポンプ
6 弁収納部(流路)
7 吸入口
9 排出口
10 第1のポンプ本体
16 導入弁収納部
17 潤滑油排出口
18 大気導入口
19 大気導入路
20 第2のポンプ本体
30 油圧ポンプ
36 潤滑油導入路
37 導入弁用潤滑油流路
45 共通軸
55 潤滑油流路
60 大気導入弁
70 逆流防止弁
71 弁体
72 弁支持体
73 真空破壊用流路
74 シリンダ
75 ピストン部
76 連通流路

Claims (1)

  1. 吸入口から空気を吸引し、該空気を排出口に排出するポンプ本体と、
    前記ポンプ本体の駆動に連動して前記ポンプ本体に潤滑油を圧送する油圧ポンプと、
    前記吸入口と前記ポンプ本体との間の流路に配設されて前記吸入口を開閉する逆流防止弁と、
    前記逆流防止弁に真空よりも高圧の気体を導入する大気導入路と、
    前記油圧ポンプの作動時には該油圧ポンプにより圧送された潤滑油の圧力で前記大気導入路を閉じ、前記油圧ポンプの非作動時には前記大気導入路を開く大気導入弁と
    前記弁体逆流防止弁が前記吸入口を閉じた際に、前記大気導入弁が開放して前記逆流防止弁に導入された大気を前記流路側に導入する真空破壊用流路とを備え、
    前記逆流防止弁は、シリンダが設けられた弁支持体と該シリンダに収納されて前記吸入口を開閉する弁体とを備え、
    前記大気導入路は、前記シリンダに大気を導入するように構成され、
    前記弁体は、前記ポンプ本体の停止時には、前記ポンプ本体が作動していたことにより大気圧以下に減圧された前記流路内の圧力と、前記ポンプ本体の停止に伴う前記油圧ポンプの停止により前記大気導入弁が開放して前記シリンダに導入された大気の圧力との差圧により前記シリンダから突出して前記吸入口を閉じ、
    前記弁支持体には、前記シリンダと前記流路とを連通する連通流路、及び前記真空破壊用流路が設けられ、
    前記真空破壊用流路のシリンダ内の開口は、前記弁体が前記吸入口を封止していないときには前記弁体により閉ざされ、前記弁体が前記吸入口を封止しているときには開放される位置に形成されている
    ことを特徴とするポンプ。
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