JPH102281A - 真空ポンプの改良 - Google Patents

真空ポンプの改良

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JPH102281A
JPH102281A JP4759497A JP4759497A JPH102281A JP H102281 A JPH102281 A JP H102281A JP 4759497 A JP4759497 A JP 4759497A JP 4759497 A JP4759497 A JP 4759497A JP H102281 A JPH102281 A JP H102281A
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JP
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pump
piston
vacuum pump
spring
stages
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JP4759497A
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Ian Stones
ストーンズ イアン
Nigel Paul Schofield
ポール ショーフィールド ナイジェル
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BOC Group Ltd
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    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B25/00Multi-stage pumps
    • F04B25/02Multi-stage pumps of stepped piston type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F04B35/045Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな効率及び改善された真空性能の可能性
をもたらす電磁作動式ピストンの真空ポンプを提供する
ことにある。 【解決手段】 真空ポンプはピストンの往復運動がソレ
ノイド駆動装置(2)及び反作用ばね装置(31)によ
って行われる多段往復ピストン作動モードを有し、ポン
プ段がポンプ入口(27)とポンプ出口(28)との間
で直列に連結され、使用中、ポンプの中を移送されるガ
スが段の中を順に通る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する分野】本発明は真空ポンプに関し、特に
往復ピストンを有するかかるポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】種々の科学及び分析の目的に使用され、
また特にターボ分子ポンプを含む他の真空ポンプのバッ
キングに使用される小型の乾式(即ち運転中オイルな
し)真空ポンプの一般的な要望がある。現在のポンプは
ダイヤフラムポンプを含むが、それらは限られたダイヤ
フラム寿命の見込み(典型的には6000時間)を有す
る。往復ピストン作動モードを有する真空ポンプが知ら
れており、これは、巻線コイル及び鉄心装置及び一端が
電磁石内に位置した磁気部材をもったピストンとからな
るソレノイドアクチエータを有する。交流の半波整流パ
ルス又はパルス直流をコイルに通すことによって電磁石
の磁化と消磁を反復することにより、ピストン装置に固
定された磁気部材を円筒形コイルの中で移動させ、流体
をシリンダに吸い込ませ、次いでそれ自体知られた方法
で逆止弁の使用によって補助される各ピストンサイクル
でシリンダから排出させる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなポンプは、全体の真空性能の一般的な相対的欠如に
より、例えば、絶対圧100ミリバール以下の、低圧力
応用には一般的に適用されなかった。本発明は、一般的
には、このような大きな効率及び改善された真空性能の
可能性をもたらす電磁作動式ピストンの真空ポンプを提
供することに関する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ピスト
ンの往復運動がソレノイド駆動装置及び逆作用ばね装置
によって行われる多段往復ピストン作動モードからな
り、ポンプ段がポンプ入口とポンプ出口との間で直列に
連結され、使用中、ポンプの中を移送されるガスが段の
中を順に通る、真空ポンプを提供する。ここで用いられ
ている用語「多段」は最低2段を意味する。しかしなが
ら、好ましくは、本発明のポンプは直列に3段又は4段
もしくはそれ以上の段を有する。好ましくはまた、ポン
プは1つ又はそれ以上の複動ピストンヘッドを有し、か
かるピストンヘッドの各々はピストンを関連させるシリ
ンダ内にピストンヘッドの各側に1つずつ、2つのポン
プ段を構成する。2つの複動ピストンを有する4段のポ
ンプが最も好まれる。
【0005】本発明の好ましい実施の形態では、ポンプ
は同じシリンダブロック内に収容された1つ又は2つも
しくはそれ以上のかかる複動ピストンヘッドを有する。
有利には、かかるピストンはすべて同じピストンシャフ
トにある。ソレノイド駆動装置の好ましい形態は半波整
流AC電流又はパルス直流で作動するソレノイドアクチ
エータであり、電流がソレノイドのコイルの中を流れる
磁化の間中、電流はピストンを取付けた磁気プランジャ
を駆動してコイルを取り巻く鉄心の空隙を橋渡しする。
本発明の一般的な特徴は、ポンプ段がすべてポンプ駆動
装置の一方の側にある好ましい実施形態に特に適してい
る。このような好ましい実施形態では、一般的には、ポ
ンプピストンヘッドの一方又は両方が同じピストンシャ
フトにあり、ピストンシャフトがポンプの主軸線に沿っ
て往復運動可能に位置決めされ、ポンプピストンシャフ
トがソレノイド駆動装置の中心を通るのが有利である。
【0006】上記の有利な特徴により、プランジャ及び
取付けたピストンシャフトの往復運動中軸受面としてソ
レノイドの鉄心極片の内面を利用して軸受をプランジャ
装置に取り付けることができ、それによって、プランジ
ャと鉄心極片との間の同心性を確保する。かかる有利な
特徴はまた、ポンプの真空エンベロープの外側からソレ
ノイドを冷却することの可能性をもたらし、ソレノイド
及び全体としてポンプの寿命が潜在的に長くなる。本発
明のポンプの各段は一般的には、シリンダ内のピストン
ヘッドの関連位置で、ガスをポンプ入口又は前の段から
流入させ、かつ又ガスをその段から排出させ、そして引
き続く段又はポンプ出口に流入させる逆止弁を必要とす
る。ポンプ駆動装置の一方の側にポンプ段を全て位置さ
せた好ましい実施形態では、すべてのかかる逆止弁がシ
リンダブロックの外面に取付けられ、楽な保守のために
取り外すことができる単一のバルブプレートにあるのが
有利であることが分かった。
【0007】好ましくは、かかる単一のバルブプレート
はシリンダブロックとマニホールドとの間に位置決めさ
れ、ポンプ入口、ポンプ出口、種々の通路、並びに各ポ
ンプ段をバルブプレートの逆止弁を介して直列に連結す
るのに必要とされる部品がマニホールドに形成される。
本発明の重要な特徴は、コイルが磁化されないときの、
電磁サイクルの部分で駆動装置に反作用するためにポン
プに使用されるばね装置である。かかるばね装置の使用
は自明の理由で本質的である。しかしながら、かかる反
作用するばね装置に加えて、低い入口圧力でピストン面
の前後の差圧によって発生される力に反作用するために
ソレノイド駆動装置として同じ方向に作用する更なるば
ね装置を使用し、それによって比較的中央のストローク
位置でピストン装置をバランスさせるのが有利であるこ
とがわかった。
【0008】特に上記のタイプのソレノイドアクチエー
タの場合には、かかる反作用するばね装置の使用はソレ
ノイド駆動装置と関連して、共振装置を行わせるように
作用することができることが分かった。かかる装置で
は、2つのばね装置によってプランジャ/ピストンに及
ぼされる力を入念に選択しなければならないことは明ら
かであるが、これは当業者によって容易に達成できる。
ポンプ内に、特にピストンシャフトに設けられた良好な
相互段真空シールがポンプの良好な性能にとって不可欠
である。通常は、周知の設計の複数のシールがシャフト
/ヘッドの長さに沿って使用され、例えば、シャフト/
ヘッド部品の周囲の溝に収容される。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明のより良い理解のために、
今、例示として添付図面を参照する。図面を参照する
と、ソレノイド駆動装置2を一体部品として有する本発
明のピストンポンプ1を示す。実質的に正方形断面の本
体部材3には2つの円形ボア4、5が形成され、該ボア
は更なる円形ボア6によって連結されている。本体部材
3のボア5は特に円周シール8によって円形端板7によ
って密封されている。本体部材3の他端は更なる円周シ
ール10によってソレノイド駆動装置2の第1鉄心極片
9に対して密封されている。極片9と同じほぼ円形断面
寸法の更なる鉄心極片11があり、極片9と11との間
には空隙12が形成される。
【0010】プラスチックボビン14によって支持され
そして電気的に絶縁された巻線コイル13が上記の鉄心
極片9、11と、積層鉄ケージ15とからなる鉄心によ
って包囲され、それによって、以下に説明するプランジ
ャとともに、ソレノイド駆動装置2を完成する。ポンプ
はプラスチックリボン14と鉄心極片9、11との間の
円周シールNによってソレノイドの端が大気から密封さ
れ、有毒プロセスガスを扱うのに適した、入口から排出
部まで全体の気密ユニットを提供する。電磁プランジャ
16は中空円筒形状のものであり、鉄心極片9、11の
円筒内面にぴったりと嵌まるように外径が寸法決めさ
れ、従って、鉄心極片9、11の円筒内面で軸線方向に
往復運動するようになっている。プランジャ16と同じ
手段に取り付けられたソレノイドベアリングXはプラン
ジャと極片9、11との間に同心性をもたらす。ベアリ
ングXの作動面の質を維持するために、そして鉄構成部
品の腐食を回避するために、鉄心極片9、11及びプラ
ンジャ16の面は適当なコーティング、例えば、硬質ク
ロームで被覆されるのが有利である。
【0011】プランジャ16はプランジャキャリヤ17
に取付けられ、プランジャキャリヤ17はそれ自体ボル
ト18によってピストンシャフト19に固定される。ピ
ストンシャフト19は極片9の円形ボア20の中を延
び、そしてピストンシャフト19の外面の複数の円周溝
内に収容された一連のシャフトシール21によって円形
ボア20内で密封的に軸線方向に往復運動可能になって
いる。ピストンシャフト19は更に本体部材3の円形ボ
ア6の中を延び、そしてピストンシャフト19の外面の
複数の円周溝内に収容された一連のシャフトシール22
によって円形ボア20内で密封的に軸線方向に往復運動
可能になっている。複動ピストンヘッド23がピストン
シャフト19と一体に形成され、そして本体部材3のボ
ア4内で密封的に往復運動するようになった円筒形外側
部分を有する。ピストンヘッド23のこの円筒形外側部
分の外面の複数の円周溝内には中央ベアリング24
(b)及び外側シール24(a)が収容されている。
【0012】ピストンシャフトにはまたボルト25によ
って更なるピストンヘッド26が取り付けられ、該ピス
トンヘッドは又本体部材3のボア5内で密封的に往復運
動するようになった円筒形外側部分を有する。ピストン
ヘッド26のこの円筒形外側部分の外面の3つの円周溝
内には一連のシール26(b)が収容されている。従っ
て、ピストンヘッド23はポンプの第1の2段を構成
し、その1つはピストンヘッド23の左(図示するよう
に)にあり、もう1つはピストンヘッド23の右(図示
するように)にある。ピストンヘッド26はポンプの第
3及び第4段を構成し、その第3段はピストンヘッド2
6の左(図示するように)にあり、第4段はピストンヘ
ッド26の右(図示するように)にある。
【0013】図1では、ピストン装置は左の位置で示さ
れており、従って第2及び第4段と関連した容積は「開
放」しており、第1及び第3段と関連した容積は「閉
鎖」される。従って、本体部材3は一端が端板7で密封
され、外端が極片9で密封されたポンプの単一シリンダ
ブロックと見ることができる。ポンプは入口27及び出
口28を有し、これら入口と出口との間には入口27に
吸引されたガスが4段の中を通る通路が設けられ、引き
続いてガスは出口28から排出される。本発明の好まし
い実施の形態によれば、マニホールド29には入口27
と出口28が形成され、マニホールドは又、本体部分3
とマニボールド29との間に挟まれた単一のバルブプレ
ート30と関連してポンプの4段の中にガスを伝達する
のに必要な通路を提供し、単一のバルブプレートには、
逆止め弁があって、ピストンサイクル中関連した時間に
各室に流入流出させるようになっている。かかるマニホ
ールド及びバルブプレートの使用はポンプの構造をより
簡単にし、その後の保守をより容易にする。
【0014】2つのコイルばね31、32がプランジャ
キャリヤ17と関連する。ばね31はプランジャキャリ
ヤ17に、それ故に、全体としてピストン装置19に力
を及ぼすのに必要とされ、コイル13に電流が通らない
場合に、即ちソレノイドアクチエータが作動していない
ときに、ピストン装置を図1に示す位置に押し戻す。低
圧力では、この力はピストン面に同じ方向に作用する差
圧力によって補足される。アクチエータが作動している
ときのサイクルのその部分では、極片9、11の空隙1
2を橋渡しするプランジャの運動はばね31に圧縮力を
及ぼす。ばね32はソレノイド駆動装置2の電磁力を補
足する方向に作用する。このばねによってプランジャキ
ャリヤ17に及ぼされる、プランジャ16に作用する磁
気力と結合される運動力がばね31及び差圧力によって
反対方向に及ぼされる運動力に対してバランスする最適
さにより、共振し、好ましくはストローク特性をもたら
す駆動機構装置を提供する。このような共振装置は本発
明の特徴、特に好ましい実施形態の使用によって補助さ
れる。
【0015】本発明のポンプの使用において、ピストン
の半サイクル中半波整流ACパルス電流がソレノイド駆
動装置、好ましくはソレノイドアクチエータに加えら
れ、特にばね32によって及ぼされる力によって補助さ
れ、ピストンの他の半サイクル中ばねによって反対方向
に及ぼされる力を利用してピストンの及び全体としてポ
ンプの共振作用の設定の機会を与え、これは高いポンプ
効率をもたらす。図面に図示してないが、ばね31、3
2のいずれか又は両方についてばね調整装置を組込んで
ばねによって及ぼされる力を現場で調整できるようにし
てもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】バルブプレート及びマニホールドをより明瞭に
示すために若干分解して、本発明のポンプの概略斜視図
である。
【図2】バルブプレート及びマニホールドを適所にした
図1のII−III 線における図1のポンプの概略断面図で
ある。
【符号の説明】
1 ポンプ 2 電磁駆動装置 16 プランジャ 19 ピストンシャフト 23 ピストンヘッド 26 ピストンヘッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナイジェル ポール ショーフィールド イギリス ウェスト サセックス アール エイチ13 5エスジェイ ホーシャム ク ラレンス ロード 33

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ピストンの往復運動がソレノイド駆動装
    置及び逆作用ばね装置によって行われる多段往復ピスト
    ン作動モードを有し、ポンプ段がポンプ入口とポンプ出
    口との間で直列に連結され、使用中、ポンプの中を移送
    されるガスが段の中を順に通る、真空ポンプ。
  2. 【請求項2】 少なくとも3段を直列に有する、請求項
    1に記載の真空ポンプ。
  3. 【請求項3】 1つ又はそれ以上の複動ピストンヘッド
    を有し、かかるピストンヘッドの各々はピストンを関連
    させるシリンダ内に2つのポンプ段を構成する、請求項
    1又は2に記載の真空ポンプ。
  4. 【請求項4】 ポンプ段はふべてポンプ駆動装置の一方
    の側にある、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の真
    空ポンプ。
  5. 【請求項5】 ポンプピストンヘッドがすべて同じピス
    トンシャフトにあり、ピストンシャフトがポンプの主軸
    線に沿って往復運動可能に位置決めされている、請求項
    1乃至4のいずれか1項に記載の真空ポンプ。
  6. 【請求項6】 ポンプピストンシャフトがソレノイド駆
    動装置の中心を通る、請求項1乃至5のいずれか1項に
    記載の真空ポンプ。
  7. 【請求項7】 ピストンサイクルの関連した時間に各段
    に流入させ、各段から排出させる1つの逆止弁」がある
    バルブプレートを有する、請求項1乃至6のいずれか1
    項に記載の真空ポンプ。
  8. 【請求項8】 第1ばね装置が駆動装置の電磁力を補足
    し、第2ばね装置が駆動装置に反対方向に作用して共振
    装置を作る、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の真
    空ポンプ。
JP4759497A 1996-03-01 1997-03-03 真空ポンプの改良 Pending JPH102281A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9604645:3 1996-03-01
GBGB9604645.3A GB9604645D0 (en) 1996-03-01 1996-03-01 Improvements in vacuum pumps

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Publication Number Publication Date
JPH102281A true JPH102281A (ja) 1998-01-06

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JP (1) JPH102281A (ja)
GB (1) GB9604645D0 (ja)

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