(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の真空ポンプを直列に配置して設け、負荷用密閉空間に接続されて高真空を得るようにした多段真空ポンプの運転方法において、
吸込み初段側の真空ポンプの吐出流路から吐出ガスの一部を分岐させ、該分岐ガスを、該分岐ガスの逆流を防止する逆止弁が介設されるとともに、真空ポンプ間を接続する中間流路径より小さい内径を有する管路からなる粘性流ラインを有する分岐流路に流し、
前記逆止弁によって、低真空運転領域においては前記吸込み初段側の真空ポンプからの分岐ガスを大気雰囲気に通過可能であり、高真空運転領域においては前記吸込み初段側の真空ポンプ側への大気からの逆流を通過困難とされる前記粘性流ラインに通して、大気圧雰囲気に放出させるようにし、
さらに、前記逆止弁を、分岐ガス圧が低真空運転領域における吸込み初段側真空ポンプの吐出ガス圧以下で大気圧以上の場合のみ開放するように圧力設定し、
さらに、前記分岐流路をポンプケーシングの外部に導設し、ポンプケーシングの外部で該分岐流路を冷却することを特徴とする多段真空ポンプの運転方法。
【請求項２】
前記分岐ガスを前記粘性流ラインを通した後、最終段真空ポンプの吐出流路に合流させ、最終段真空ポンプの吐出ガスと共に、該吐出流路から大気圧雰囲気に排気させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の多段真空ポンプの運転方法。
【請求項３】
複数の真空ポンプを直列に配置して設け、負荷用密閉空間に接続されて高真空を得るようにした多段真空ポンプにおいて、
吸込み初段側の真空ポンプの吐出流路から分岐し大気圧雰囲気に開口する分岐流路と、
該分岐流路に介設された逆止弁と、
該分岐流路に介設され、真空ポンプ間を接続する中間流路径より小さい内径を有する管路からなり、前記逆止弁によって、低真空運転領域においては前記吸込み初段側の真空ポンプからの分岐ガスを大気雰囲気に通過可能であり、高真空運転領域においては前記吸込み初段側の真空ポンプ側への大気からの逆流を通過困難とされる粘性流ラインと、を備え、
吸込み初段側の真空ポンプの吐出流路から吐出ガスの一部を分岐させ、該分岐流路を通して大気圧雰囲気に放出させるように構成し、
さらに、前記分岐流路をポンプケーシングの外部に導設し、ポンプケーシングの外部で該分岐流路を冷却する手段を設けたことを特徴とする多段真空ポンプ。
【請求項４】
前記分岐流路の前記粘性流ラインを挟んでその上流側と下流側に２個の逆止弁を介設し、上流側逆止弁を開放する圧力設定値を下流側逆止弁を開放する圧力設定値より小とし、
該分岐流路に吐出された分岐ガスを一旦該粘性流ラインに貯留するように構成したことを特徴とする請求項３に記載の多段真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低真空時の省エネ運転を可能にした多段真空ポンプの構成及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空ポンプでは、運転初期で負荷用密閉容器内の気圧が大気圧付近の低真空運転領域で最大動力を要し、負荷用密閉容器内の気圧が下がるに従って徐々に必要動力が小さくなる。そして、所期真空値に到達した時点で必要動力が最小になる。
従来、真空ポンプの省エネ運転方法として、到達圧力付近で真空ポンプの回転数制御を行なっているやり方もあるが、この場合、省エネ効果が僅かである。
【０００３】
例えば、負荷用密閉容器内が大気圧の場合、真空ポンプの起動時に、最大動力と起動動力の両方が必要となり、定格出力が大きい電動機を必要とし、設備費が増大してしまう。従って、低真空運転領域での省エネが可能になれば、真空ポンプの省エネ効果は大きなものとなり、設備費を低減できる。
【０００４】
特許文献１（特開昭６２−４８９７９号公報）には、起動時の負荷低減構造をもつスクロール圧縮機が開示されている。このスクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとで形成する第１空間内の圧縮ガス圧が次の第２空間内の圧力より高くなると、弁手段を介してその圧縮ガスを第２に空間に排出し、該第２空間が外部へ連通する吐出ポートと連通した時に、その圧縮ガスを外部に排出するという構成である。
【０００５】
特許文献１に開示された手段を多段真空ポンプに適用し、前段側ポンプで発生した高圧ガスを後段側ポンプに排出するようにした場合、後段側ポンプのガス流路内が高圧となってしまい、動力の節減にはならない。また、該高圧ガスにより後段側ポンプで高熱が発生するという問題がある。
【０００６】
特許文献２（特開平８−２７０５８２号公報）には、特許文献１に開示された手段の問題点を解消し、低真空の粘性流域でも発熱を低減することを目的とする２段スクロール式真空ポンプが開示されている。この構成は、前段スクロールポンプの吐出口と後段スクロールポンプの吸込口とを連絡する中間通路から後段スクロールポンプの吐出口に連絡するバイパス路を設け、該バイパス路に所定圧力以下で閉じる圧力制御弁を設けたものである。
【０００７】
かかる構成によって、始動初期において負荷用密閉容器内の気圧が大気圧に近い状態の時に、前段スクロールポンプの吐出圧が所定圧、例えば外部圧力より高くなると、前記圧力制御弁が開き、高圧力の圧力ガスを後段スクロールポンプに送らずに、前記バイパス路を通して外部に吐出するようにしている。これによって、後段スクロールポンプでの過度の圧力による発熱を防止し、発熱による真空ポンプの耐久性低下や焼付きを防止するようにしている。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−４８９７９号公報
【特許文献２】特開平８−２７０５８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に開示された構成では、前段スクロールポンプの吐出口と後段スクロールポンプの吸込口とを連絡する中間通路と後段スクロールポンプの吐出口とを連絡するバイパス路を設けているが、後段スクロールポンプの吐出口は外部の大気圧雰囲気に開口するため、大気圧に近い圧力となっている。
【００１０】
そのため、負荷用密閉容器内が高真空圧となるに従って真空ポンプ内のガス流路と後段スクロールポンプの吐出口との間に圧力差が生じる。これによって、該圧力制御弁を通して外部のガスが前記バイパス路を通って真空ポンプ内に逆流するおそれがある。この逆流が生じると、真空ポンプの運転効率が低下するという問題がある。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、多段真空ポンプの省エネ運転を達成すると共に、特許文献２に開示された手段等によって真空ポンプから外部に排出したガスが真空ポンプ内に逆流するのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的を達成するため、本発明の多段真空ポンプの運転方法は、
複数の真空ポンプを直列に配置して設け、負荷用密閉空間に接続されて高真空を得るようにした多段真空ポンプの運転方法において、
吸込み初段側の真空ポンプの吐出流路から吐出ガスの一部を分岐させ、該分岐ガスを、該分岐ガスの逆流を防止する逆止弁が介設されるとともに、真空ポンプ間を接続する中間流路径より小さい内径を有する管路からなる粘性流ラインを有する分岐流路に流し、
前記逆止弁によって、低真空運転領域においては前記吸込み初段側の真空ポンプからの分岐ガスを大気雰囲気に通過可能であり、高真空運転領域においては前記吸込み初段側の真空ポンプ側への大気からの逆流を通過困難とされる前記粘性流ラインに通して、大気圧雰囲気に放出させるようにし、
さらに、前記逆止弁を、分岐ガス圧が低真空運転領域における吸込み初段側真空ポンプの吐出ガス圧以下で大気圧以上の場合のみ開放するように圧力設定し、
さらに、前記分岐流路をポンプケーシングの外部に導設し、ポンプケーシングの外部で該分岐流路を冷却することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明方法では、低真空運転領域での動力低減を図るために、低真空運転領域で、吸込み初段側（２〜３段に亘ってもよい。）の真空ポンプの吐出側でかつ次段真空ポンプの吸入口の上流側で吐出ガスの一部を分岐して真空ポンプのケーシング外に排出させるようにする。これによって、次段真空ポンプで吸込みガスの高圧化を避けることができ、真空ポンプの必要動力を低減できる。
【００１４】
本発明方法では、分岐ガスを、分岐ガスの逆流を防止する逆止弁が介設されるとともに、真空ポンプ間を接続する中間流路径より小さい内径を有する管路からなる粘性流ラインを有する分岐流路に通して大気圧雰囲気に吐出させるようにする。初期の低真空運転領域から高真空運転領域に移行するに従って、大気圧付近の外部雰囲気と真空ポンプ内のガス圧との差が大きくなるが、分岐ガスを逆止弁を介設した分岐流路を通して外部に排出させることで、分岐ガスの逆流を防止できる。従って、真空ポンプの運転効率を低下させない。
【００１５】
粘性流ラインにおいては、比較的高圧の粘性ガスの場合は、圧損があっても高圧であれば通過が可能である。
従って、低真空運転領域で初段側真空ポンプ側から粘性ガスを通過させることができると共に、高真空運転領域で粘性流ライン出口側の大気圧雰囲気からの逆流を阻止することができる。
【００１６】
粘性流ラインの構成は、例えば、圧力損失を大きくするため、内径が小さく管長が長い流路を用いる。例えば、流路内径を４〜５ｍｍ以下とする。このように、逆止弁と粘性流ラインとによる逆流防止機能によって、ガスの微量の逆流をも高精度で防止できる。  
【００１７】
本発明方法において、分岐ガスを粘性流ラインを通した後、最終段真空ポンプの吐出流路に合流させ、最終段真空ポンプの吐出ガスと共に、該吐出流路から大気圧雰囲気に排気させるようにするとよい。高真空運転領域では、最終段真空ポンプの吐出ガスは、分子流や中間流に近いガス圧となり、それが大気圧雰囲気に排出される。そのため、粘性流ラインを最終段真空ポンプの吐出流路に合流させることによって、高真空運転領域では、粘性流ラインの下流側は大気圧雰囲気若しくはそれより低いガス圧となるので、粘性流ライン内へ出口側の大気圧雰囲気からの逆流発生を一層効果的に防止できる。  
【００１８】
また、本発明方法は、粘性流ラインに設けた逆止弁を、分岐ガス圧が低真空運転領域における吸込み初段側真空ポンプの吐出ガス圧以下で大気圧以上の場合のみ開放するように圧力設定するので、これによって、低真空運転領域で、吸込み初段側の真空ポンプの吐出ガス圧が大気圧以上になった場合に、粘性流ラインから吐出ガスの一部を放出して、該吐出ガス圧を大気圧以下に低減できる。そのため、次段真空ポンプの吸込口のガス圧を低下させ、所要ポンプ動力を低減できる。
また、本発明方法は、前記分岐流路をポンプケーシングの外部に導設し、ポンプケーシングの外部で該分岐流路を冷却するので、高圧力による発熱に対し、ポンプ全体の熱負荷を軽減し、真空ポンプの耐久性低下や焼付きを防止できる。
【００１９】
また、本発明方法を実施可能な本発明の多段真空ポンプは、
複数の真空ポンプを直列に配置して設け、負荷用密閉空間に接続されて高真空を得るようにした多段真空ポンプにおいて、
吸込み初段側の真空ポンプの吐出流路から分岐し大気圧雰囲気に開口する分岐流路と、該分岐流路に介設された逆止弁と、該分岐流路に介設され、真空ポンプ間を接続する中間流路径より小さい内径を有する管路からなり、前記逆止弁によって、低真空運転領域においては前記吸込み初段側の真空ポンプからの分岐ガスを大気雰囲気に通過可能であり、高真空運転領域においては前記吸込み初段側の真空ポンプ側への大気からの逆流を通過困難とされる粘性流ラインと、を備え、
吸込み初段側の真空ポンプの吐出流路から吐出ガスの一部を分岐させ、該分岐流路を通して大気圧雰囲気に放出させるように構成し、さらに、前記分岐流路をポンプケーシングの外部に導設し、ポンプケーシングの外部で該分岐流路を冷却する手段を設けたことを特徴とする。
【００２０】
かかる構成によって、低真空運転領域に、吸込み初段側の真空ポンプの吐出流路から吐出ガスの一部を分岐させ、大気圧雰囲気に放出させることにより、次段真空ポンプの吸入ガス圧を低下できる。これによって、次段真空ポンプの吸込口のガス圧を低下させ、所要ポンプ動力を低減できる。
また、分岐流路を逆止弁を介設した粘性流ラインで構成しているので、該粘性流ラインを通した大気圧雰囲気からのガスの逆流を防止できる。
【００２１】
また、本発明は、分岐流路をポンプケーシングの外部に導設し、ポンプケーシングの外部で該分岐流路を冷却する手段を設ける。これによって、高圧力による発熱に対し、ポンプ全体の熱負荷を軽減し、真空ポンプの耐久性低下や焼付きを防止できる。冷却手段として、例えば、空冷又は水冷による冷却手段を採用できる。
【００２２】
空冷手段としては、例えば、分岐流路の外周面に冷却フィンを付設し、該分岐流路にファンで冷風を送る等の手段を採用できる。あるいは冷却フィンによる自然放熱でもよい。水冷手段としては、分岐流路を冷却水槽内に敷設するか、分岐流路に冷却ジャケットを設け、該冷却ジャケット内に冷却水を導入する等の手段を採用できる。
【００２３】
また、本発明の多段真空ポンプにおいて、分岐流路の粘性流ラインを挟んでその上流側と下流側に２個の逆止弁を介設し、上流側逆止弁を開放する圧力設定値を下流側逆止弁を開放する圧力設定値より小とし、該分岐流路に吐出された分岐ガスを一旦該粘性流ラインに貯留するように構成してもよい。
【００２４】
かかる構成により、２個の逆止弁間の粘性流ラインに分岐ガスを一旦貯留できるバッファゾーンを形成できるので、該バッファゾーンによりガスの逆流を一層効率的に阻止できると共に、該バッファゾーンで分岐ガスの冷却効果を増大させることができる。さらには、該バッファゾーンの存在により真空ポンプの駆動装置の負荷変動が緩和される利点がある。
【発明の効果】
【００２５】
本発明方法によれば、複数の真空ポンプを直列に配置して設け、負荷用密閉空間に接続されて高真空を得るようにした多段真空ポンプの運転方法において、低真空運転領域で吸込み初段側の真空ポンプの吐出流路から吐出ガスの一部を分岐させ、該分岐ガスを、該分岐ガスの逆流を防止する逆止弁が介設されるとともに、真空ポンプ間を接続する中間流路径より小さい内径を有する管路からなる粘性流ラインを有する分岐流路に流して大気圧雰囲気に放出させるようにしたことにより、低真空運転領域での所要動力を低減できると共に、分岐ガスの逆流を微小流まで防止できるので、真空ポンプの運転効率の低下を防止できる。
【００２６】
また、本発明装置によれば、複数の真空ポンプを直列に配置して設け、負荷用密閉空間に接続されて高真空を得るようにした多段真空ポンプにおいて、吸込み初段側の真空ポンプの吐出流路から分岐し大気圧雰囲気に開口すると共に、粘性流ラインを有する分岐流路と、該分岐流路に介設された逆止弁と、を備え、吸込み初段側の真空ポンプの吐出流路から吐出ガスの一部を分岐させ、該分岐流路を通して大気圧雰囲気に吐出させるように構成したことにより、前記本発明方法と同様の作用効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２８】
（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る多段真空ポンプを断面で示す構成図である。図１において、この多段真空ポンプ１では、ポンプケーシング１ａの内部に３段の真空ポンプ２〜４が配置され、またこれら真空ポンプの吸入口と吐出口を連絡するガス流路が形成されている。第１段真空ポンプ２の吸入流路５は、図示しない負荷用密閉容器（被真空空間）に接続されている。
【００２９】
該負荷用密閉容器内のガスｇは吸入流路５を介して第１段真空ポンプ２の吸入口６に吸入される。そして、第１段真空ポンプ２で圧縮された圧縮ガスｇは、吐出口７から第１の中間流路８に吐出される。第１中間流路８は第２段真空ポンプ３の吸入口９に接続されている。そして、第１中間流路８に吐出された圧縮ガスｇは、第２段真空ポンプ３に吸入される。第２段真空ポンプ３内に吸入された圧縮ガスｇは、第２段真空ポンプ３の吐出口１１から第２中間流路１２に吐出される。
【００３０】
第２中間流路１２に吐出された圧縮ガスｇは、第３段真空ポンプ４の吸入口１３から第３段真空ポンプ４に吸入される。そして、第３段真空ポンプ４の吐出口１４から吐出流路１５に吐出され、吐出流路１５から大気側に排気される。このように、各段真空ポンプ２〜４は第１中間流路８及び第２中間流路１２を介して直列に接続されている。
【００３１】
第１段〜第３段真空ポンプ２〜４は、同一駆動軸で駆動され、第１段真空ポンプ２から第３段真空ポンプ４に向うにつれて、圧縮比が高く形成されている。即ち、真空ポンプのハウジングの奥行きが第１段から第３段に向うにつれて、排除容積を少なくするように、奥行き寸法を縮小している。
【００３２】
第１の中間流路８には、分岐流路２１が分岐しており、分岐流路２１はポンプケーシング１ａの外部に導設されている。そして、分岐流路２１には、上流側から順に第１逆止弁２２と第２逆止弁２３が介設されている。分岐流路２１の下流側端は吐出流路１５に接続されている。第１逆止弁２２と第２逆止弁２３間の分岐流路２１は、低コンダクタンスを有する粘性流ライン２４で構成されている。
【００３３】
粘性流ライン２４は、低コンダクタンスを有するように、内径が小さくかつ管長を長くしている。例えば、１０００リットル容積クラスの多段真空ポンプでは、第１中間流路８及び第２中間流路１２の内径を２０〜３０ｍｍとするのに対し、粘性流ライン２４の内径は４ｍｍとする。これによって、粘性流ライン２４にガスが流れにくい低コンダクタンス特性を付与する。従って、比較的高圧のガスが粘性流ライン２４を流れる場合は、圧損を生じるが通過可能である。
【００３４】
また、第１逆止弁２２は、第１中間流路８から大気圧雰囲気側への流れに対して、分岐ガス圧が低真空運転領域における第１段真空ポンプ２の吐出ガス圧以下で大気圧以上の場合に、分岐流路２１を開放するように圧力設定がなされている。例えば分岐ガス圧が０．１２〜０．１５ＭＰａのときに開となるように設定されている。第２逆止弁２３は第１逆止弁２２の圧力設定値より一定値だけ大きい圧力設定値で開となるように設定されている。
【００３５】
これによって、分岐ガス圧が第１逆止弁２２が開となる圧力設定値と第２逆止弁２３が開となる圧力設定値の間のときに、第１逆止弁２２が開となり、一方、第２逆止弁２３は閉じているので、分岐ガスが粘性流ライン２４に貯留される状態となる。
【００３６】
また、粘性流ライン２４の外周面には多数の冷却フィン２５が植設され、かつ粘性流ライン２４の近傍に該冷却フィン２５に冷風を送るファン２６が配設されている。また、分岐流路２１の下流側端を吐出流路１５に接続している。
【００３７】
かかる構成の本実施形態において、図示しない負荷用密閉容器内のガスｇは、多段真空ポンプ１の各段真空ポンプ２〜４によって吸入され、吐出流路１５から大気側に排気される。負荷用密閉容器内が大気圧又は大気圧に近い起動時又は低真空運転領域で、第１段真空ポンプ２から吐出される吐出ガスの圧力が第１逆止弁２２の圧力設定値より高いと、第１逆止弁２２が開となり、吐出ガスの一部が分岐流路２１に進入する。
【００３８】
これによって、第２段真空ポンプ３に吸入されるガス圧が高圧化するのを避けることができるので、起動時又は低真空運転領域での所要動力を低減することができる。
また、分岐流路２１には分岐ガスｇの逆流を防止する第１逆止弁２２及び第２逆止弁２３を介設し、かつ低コンダクタンスを有する粘性流ライン２４を設けているので、分岐ガスｇの微小な逆流を防止することができる。
【００３９】
さらには、粘性流ライン２４の外周面に冷却フィン２５を植設し、かつファン２６で冷却フィン２５に冷風を送るようにして粘性流ライン２４を流れる分岐ガスを冷却しているので、多段真空ポンプ１全体の熱負荷を軽減でき、各真空ポンプ２〜４の焼付きを防止できる。
【００４０】
また、第１逆止弁２２の圧力設定値を第２逆止弁２３の圧力設定値より高くしているので、第１逆止弁２２が開状態となり、第２逆止弁２３が閉状態となるガス圧領域を設定できる。そのため、該ガス圧領域では、粘性流ライン２４に分岐ガスｇを一旦貯留できるバッファゾーンを形成できるので、該バッファゾーンによりガスの逆流を一層効率的に阻止できると共に、該バッファゾーンで分岐ガスの冷却効果を増大させることができる。さらには、第２逆止弁２３に逆流を少なくした低リーク仕様のものを使用した場合に、第２逆止弁２３の開閉回数が減るので、弁の寿命と信頼性が向上する。
【００４１】
なお、本実施形態において、分岐流路２１の下流側端を吐出流路１５に接続するようにしたが、分岐流路２１を吐出流路１５に合流させないで夫々別々に大気圧雰囲気に開口させるようにしてもよい。
【００４２】
（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る多段真空ポンプを断面で示す構成図である。図２において、本実施形態では、分岐流路２１に粘性流ライン２４の下流側に１個の逆止弁３１のみを介設したものである。即ち、前記第１実施形態において第１逆止弁２２を取り払ったものである。その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００４３】
本実施形態においても、分岐流路２１への吐出流路１５側からのガスの逆流を十分阻止することができる。また、分岐流路２１に１個の逆止弁のみを介設しているので、設備費を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、多段真空ポンプの省エネ運転を達成すると共に、真空ポンプから外部に排出したガスが真空ポンプ内のガス流路に逆流するのを精度良く防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る多段真空ポンプの断面構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る多段真空ポンプの断面構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１          多段真空ポンプ
１ａ        ポンプケーシング
２          第１段真空ポンプ
３          第２段真空ポンプ
４          第３段真空ポンプ（最終段真空ポンプ）
８          第１中間流路
１２        第２中間流路
１５        最終段真空ポンプ吐出流路
２１        分岐流路
２２        第１逆止弁
２３        第２逆止弁
２４        粘性流ライン（低コンダクタンス流路）
２５        冷却フィン
２６        ファン
３１        逆止弁
ｇ          ガス
【図１】
0005438279.tif 000002
【図２】
0005438279.tif 000003