(57)【要約】【課題】簡単な構成で、真空ポンプの温度を適正に制御する。【解決手段】真空ポンプは、真空ポンプの内部または外縁に形成され、真空ポンプの所定の部位を冷却するための流体を流す冷却流路と、冷却流路の少なくとも一部をバイパスするバイパス流路と、冷却流路およびバイパス流路の開閉を切り替える切替弁と、流体と接触しない位置に設けられたバイメタルと、を備える。温度変化に応じて生じる、バイメタルの変形力が、切替弁に機械的に伝達されることによって、切替弁が変位し、開閉の制御が行われる。【選択図】図４
2014001643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空ポンプであって、
前記真空ポンプの内部または外縁に形成され、前記真空ポンプの所定の部位を冷却するための流体を流す冷却流路と、
前記冷却流路の少なくとも一部をバイパスするバイパス流路と、
前記冷却流路および前記バイパス流路の開閉を切り替える切替弁と、
前記流体と接触しない位置に設けられたバイメタルと、
を備え、
温度変化に応じて生じる、前記バイメタルの変形力が、前記切替弁に機械的に伝達されることによって、前記切替弁が変位し、前記開閉の制御が行われる
真空ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の真空ポンプであって、
前記バイメタルは、該バイメタルの一部分が前記所定の部位に接触した状態で前記真空ポンプに取り付けられる
真空ポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載の真空ポンプであって、
さらに、前記バイメタルを取り付けるための取付部材であって、前記バイメタルの一部分、および、前記所定の部位と接触した状態で、前記真空ポンプに取り付けられる取付部材を備え、
前記取付部材は、前記所定の部位の熱伝導率以上の熱伝導率を有する
真空ポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載の真空ポンプであって、
前記取付部材は、前記真空ポンプに対して着脱可能に構成された
真空ポンプ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の真空ポンプであって、
前記切替弁の少なくとも表面は、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である
真空ポンプ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の真空ポンプであって、
さらに、前記切替弁および前記バイメタルに接続され、前記バイメタルの前記変形力を、前記切替弁に機械的に伝達する接続部材を備えた
真空ポンプ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の真空ポンプであって、
さらに、前記切替弁を、前記冷却流路の開閉のいずれか一方側に付勢する付勢部材を備え、
前記バイメタルの前記変形力が、前記付勢の方向と反対の方向に作用することによって、前記切替弁が変位し、前記開閉の制御が行われる
真空ポンプ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７の真空ポンプであって、
前記冷却流路の下流端と、前記バイパス流路の下流端とは、相互に反対の側から合流し、
前記切替弁は、
前記合流の箇所に設けられ、
前記開閉のうちの、開状態および閉状態の両方の状態において、前記冷却流路の下流端における前記流体の流れ方向と、前記バイパス流路の下流端における前記流体の流れ方向と、の両方に交差する方向に位置する
真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空ポンプの冷却制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程等で利用される容積移送型真空ポンプや運動量輸送式真空ポンプにおいては、気体の圧縮や軸受摩擦などによって発熱が生じる。頻繁に大量のガスを排気する用途や、高い圧縮率で設計された真空ポンプでは、これらの発熱によってポンプの温度が過度に上昇し、ポンプケーシングの腐食、真空シール剤の劣化、軸受やタイミングギアの破損、ポンプ装置の故障が生じるおそれがある。このようなことから、冷却が必要な部位に冷却流体（例えば、冷却水）を導入して、冷却を行うタイプの真空ポンプが開発されている。かかるタイプは、特に、ポンプ室内において動作油を使用しないドライ真空ポンプに採用される。かかるタイプは、動作油による冷却効果が見込めないからである。
【０００３】
一方、真空ポンプの排気対象となる気体には、温度が低下すると、気体から固体へ昇華し、反応生成物を生じるものがある。当該反応生成物は、真空ポンプ内部に固着して、真空ポンプに異常を引き起こすおそれがある。かかる固着への対策として、ポンプのケーシングをヒータ等で加熱し、反応生成物の昇華およびポンプ内部への固着を防止する場合がある。また、真空ポンプの安定した運転を行うため、真空排気を行う前に、真空ポンプの温度をある程度上昇させるための暖機運転が必要となる場合もある。
【０００４】
以上のように、真空ポンプは、運転状況や負荷の特性によって、冷却が必要な場合と、温度低下の抑制が必要な場合とがある。また、冷却が必要な部位と、温度低下の抑制が必要な部位とがある。このようなことから、ポンプの内部に冷却水の流路を設け、温度センサの検出温度に応じて、冷却水の流路を切り替える技術が提案されている（例えば、下記の特許文献１）。かかる技術によれば、ポンプのケーシングの温度を適正に制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２８０６８１号公報
【特許文献２】特開２００６−２７４９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、冷却水の流路を切り替える切替弁の他に、切替弁の制御装置や温度センサなどの電子部品を必要とする。このため、部品点数や配線数が増加し、ポンプ制御装置の構成が複雑になる。構成の複雑化は、故障要因の増加を意味するので、真空ポンプの信頼性の低下を招くおそれがある。あるいは、ポンプの信頼性を保つための、定期的な点検の負荷が増大し、その結果、メンテナンスコストが増加する。また、切替弁を駆動させるための動力や、弁の制御装置への電源供給が必要となるので、省電力化の観点から、改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【０００８】
本発明の第１の形態は、真空ポンプとして提供される。この真空ポンプは、真空ポンプ
の内部または外縁に形成され、真空ポンプの所定の部位を冷却するための流体を流す冷却流路と、冷却流路の少なくとも一部をバイパスするバイパス流路と、冷却流路およびバイパス流路の開閉を切り替える切替弁と、流体と接触しない位置に設けられたバイメタルと、を備える。この真空ポンプでは、温度変化に応じて生じる、バイメタルの変形力が、切替弁に機械的に伝達されることによって、切替弁が変位し、開閉の制御が行われる。
【０００９】
かかる構成の真空ポンプによれば、簡単な構成で、真空ポンプの所定の部位の温度を適正に制御できる。また、切替弁の制御に関して、電力を必要としないので、省電力化に資する。また、切替弁の動力源、温度センサ、および、これらに付随する配線を備える構成と比べて、故障や配線不良のリスクを低減でき、信頼性を向上できる。あるいは、ポンプの信頼性を保つための、定期的な点検の負荷を低減できる。また、バイメタルは、流体と接触しない位置に設けられるので、バイメタルが流体と接触して、バイメタルの温度が低下することがない。したがって、所定の部位の温度がバイメタルに好適に反映され、切替弁の制御を精度良く行うことができる。
【００１０】
本発明の第２の形態として、バイメタルは、バイメタルの一部分が所定の部位に接触した状態で真空ポンプに取り付けられてもよい。かかる構成によれば、所定の部位の保有熱がバイメタルに伝達されやすいので、所定の部位の温度とバイメタルの温度とを、いっそう近づけることができる。その結果、切替弁の制御の精度を向上できる。また、所定の部位の温度変化に対する応答性を向上できる。
【００１１】
本発明の第３の形態として、真空ポンプは、さらに、バイメタルを取り付けるための取付部材であって、バイメタルの一部分、および、所定の部位と接触した状態で、真空ポンプに取り付けられる取付部材を備えていてもよい。この場合、取付部材は、所定の部位の熱伝導率以上の熱伝導率を有していてもよい。かかる構成によれば、所定の部位が、バイメタルから離れた位置にある場合であっても、所定の部位の保有熱がバイメタルに好適に伝達される。したがって、切替弁の制御の精度を向上できる。あるいは、真空ポンプの構成部材の配置の自由度を向上できる。
【００１２】
本発明の第４の形態として、取付部材は、真空ポンプに対して着脱可能に構成されてもよい。かかる構成によれば、バイメタルが取り付けられた取付部材を交換するだけで、切替弁の動作温度を変更することができる。
【００１３】
本発明の第５の形態として、切替弁の少なくとも表面は、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であってもよい。かかる構成によれば、所定の部位から伝達されたバイメタルの保有熱が、切替弁を介して放熱され、バイメタルの温度が低下することを抑制できる。その結果、切替弁の制御の精度を向上できる。
【００１４】
本発明の第６の形態として、真空ポンプは、さらに、切替弁およびバイメタルに接続され、バイメタルの変形力を、切替弁に機械的に伝達する接続部材を備えていてもよい。また、本発明の第７の形態として、真空ポンプは、さらに、切替弁を、冷却流路の開閉のいずれか一方側に付勢する付勢部材を備えていてもよい。この場合、バイメタルの変形力が、付勢の方向と反対の方向に作用することによって、切替弁が変位し、切替弁の制御が行われてもよい。第６または第７の形態によれば、簡単な構成によって、バイメタルが湾曲するときと、もとの形状に戻るときとの両方において、バイメタルの変形力に応じて切替弁を変位させることができる。
【００１５】
本発明の第８の形態として、冷却流路の下流端と、バイパス流路の下流端とは、相互に反対の側から合流してもよい。この場合、切替弁は、合流の箇所に設けられ、開閉のうちの、開状態および閉状態の両方の状態において、冷却流路の下流端における流体の流れ方
向と、バイパス流路の下流端における流体の流れ方向と、の両方に交差する方向に位置してもよい。かかる構成によれば、開状態および閉状態の両方において、切替弁は、冷却流路の下流端と、バイパス流路の下流端との両側から流体の圧力を受ける。つまり、切替弁は、一方向のみに偏って流体の圧力を受けない。したがって、切替弁を変位させるために必要なバイメタルの変形力が、冷却流路、または、バイパス流路を開状態から閉状態に切り替える場合と、閉状態から開状態に切り替える場合のいずれか一方の場合に偏って過剰に大きくなることを抑制できる。つまり、上記の２つの場合の両方において、バイメタルの変形力が過大に要求されないので、切替弁を確実に切り替えることができる。あるいは、バイメタルを小型化することができる。
【００１６】
本発明は、上述した真空ポンプに限らず、真空ポンプに着脱可能な冷却経路切替ユニット、真空ポンプの温度を制御する方法などとしても実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例としてのドライ真空ポンプの概略構成を示す説明図である。
【図２】ドライ真空ポンプの概略断面構成を示す説明図である。
【図３】冷却制御機構の概略構成を示す説明図である。
【図４】経路切替ユニットの概略構成と、バイパス流路流通時の状態とを示す説明図である。
【図５】経路切替ユニットの冷却流路流通時の状態を示す説明図である。
【図６】第２実施例としての経路切替ユニットの概略構成と、バイパス流路流通時の状態とを示す説明図である。
【図７】第２実施例としての経路切替ユニットの冷却流路流通時の状態を示す説明図である。
【図８】第３実施例としての経路切替ユニットの概略構成と、バイパス流路流通時の状態とを示す説明図である。
【図９】第３実施例としての経路切替ユニットの冷却流路流通時の状態を示す説明図である。
【図１０】第３実施例としての経路切替ユニットの取り外し時の状態を示す模式図である。
【図１１】変形例としての経路切替ユニットの概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の実施例としての真空ポンプ２０の概略構成を示す。図１では、真空ポンプ２０の概略の外観を示している。本実施例では、真空ポンプ２０は、ルーツ式のドライ真空ポンプである。図示するように、真空ポンプ２０は、ケーシング３０と、モータ５０と、軸受部６０，７０と、タイミングギア部８０とを備えている。また、ケーシング３０の上面には、入口板４１が設けられ、ケーシング３０の下面には、出口板４３が設けられている。入口板４１には、吸気口４２が形成されている。出口板４３には、排気口４４が形成されている。モータ５０には、モータ５０を制御するモータドライバ５１が電気的に接続されている。
【００１９】
図２は、真空ポンプ２０の概略断面を示す。図２では、真空ポンプ２０が有する回転軸方向の断面を示している。図示するように、真空ポンプ２０は、一対のロータ９０（図２では、一方のロータのみ示す）を備えている。このロータ９０は、ケーシング３０に収容されている。本実施例では、ロータ９０は、第１段ロータ９１、第２段ロータ９２および第３段ロータ９３の３段構成を有している。
【００２０】
一対のロータ９０は、その両端部の近傍で軸受６１，７１によって支承されており、２
軸ブラシレス直流モータであるモータ５０によって回転駆動される。また、一対のロータ９０のモータ５０と反対側の軸端には、互いに噛み合う一対のタイミングギア８１（図２では一方のギヤのみ示す）が固定されている。タイミングギア８１は、突発的な外部要因による、一対のロータ９０の同期のずれを防ぐ。
【００２１】
モータ５０を駆動すると、一対のロータ９０は、ケーシング３０の内面およびロータ９０同士の間にわずかな隙間を保持して、非接触で逆方向に回転する。一対のロータ９０の回転につれて、吸込側のガスは、ロータ９０とケーシング３０との間に閉じこめられて、吐出側に移送される。吸気口４２（図１参照）から導入されたガスは、３段のロータ９０により圧縮移送されて、排気口４４（図１参照）から排出される。
【００２２】
各段のロータ９１〜９３を取り囲むケーシング３０の内部には、ケーシング３０を冷却するための流体（ここでは、冷却水）を流通させる冷却流路１３０，２３０，３３０が形成されている。冷却流路１３０，２３０，３３０は、例えば、パイプの鋳包みにより形成することができる。本実施例では、冷却流路１３０，２３０，３３０は、特に、圧縮熱が発生するロータ９０の周辺を冷却するために設けられる。本実施例では、これらの冷却流路１３０，２３０，３３０は、各段のロータ９１〜９３ごとに独立した流路として形成されている。ただし、各段のロータ９１〜９３に共通する１つの冷却流路が形成されていてもよい。
【００２３】
冷却流路１３０，２３０，３３０の上流側には、冷却水供給流路１２０，２２０，３２０がそれぞれ接続されている。冷却水供給流路１２０，２２０，３２０の上流側には、冷却水供給源１１０が接続されている。また、冷却流路１３０，２３０，３３０の下流側には、冷却水排出流路１４０，２４０，３４０が接続されている。冷却水供給源１１０から供給される冷却水は、冷却水供給流路１２０，２２０，３２０を介して、真空ポンプ２０の外部から、冷却流路１３０，２３０，３３０に供給される。そして、この冷却水は、冷却流路１３０，２３０，３３０を流通し、冷却水排出流路１４０，２４０，３４０を介して、真空ポンプ２０の外部に排出される。
【００２４】
図３は、真空ポンプ２０が備える冷却制御機構１００の概略構成を示す。図３では、真空ポンプ２０が有する回転軸と直交する方向の断面を示している。冷却制御機構１００は、真空ポンプ２０の構成要素のうちの、所定の部位（冷却対象部位）の冷却を、電気的な制御を行うことなく、自律的に制御する。図示する冷却制御機構１００は、所定の部位としてのケーシング３０、より具体的には、第１段ロータ９１の周辺のケーシング３０の冷却を制御する。なお、説明および図示は省略するが、第２段ロータ９２の周辺のケーシング３０、第３段ロータ９３の周辺のケーシング３０についても、冷却制御機構１００と同一構成の冷却制御機構によって、冷却制御が行われる。
【００２５】
図３に示すように、冷却制御機構１００は、冷却流路１３０、バイパス流路１５０および経路切替ユニット４００を備えている。冷却流路１３０は、上述の通り、ケーシング３０を冷却する冷却水を流す流路であり、ケーシング３０の外部に位置する冷却水供給流路１２０に接続される。この冷却流路１３０は、ケーシング３０の内部に形成されており、ロータ９０を収容するロータ室９４の外周を周回して、経路切替ユニット４００に通じている。なお、図３では、ロータ室９４に収容されるロータ９０（第１段ロータ９１）の図示を省略している。
【００２６】
バイパス流路１５０は、冷却流路１３０をバイパスする流路である。バイパス流路１５０は、冷却流路１３０の上流端側で、冷却流路１３０から分岐するように形成され、ロータ室９４の外周を周回することなく、経路切替ユニット４００に通じている。なお、バイパス流路１５０は、冷却流路１３０の経路の少なくとも一部をバイパスするものであれば
よい。
【００２７】
経路切替ユニット４００は、冷却流路１３０およびバイパス流路１５０の流通状態（開閉）を切り替える。冷却流路１３０またはバイパス流路１５０を流通した冷却水は、経路切替ユニット４００の下流側に位置する排出口１７０から、真空ポンプ２０の外部に排出される。排出口１７０は、ケーシング３０に形成された開口である。
【００２８】
図４は、経路切替ユニット４００の概略構成、および、その周辺のケーシング３０の構成を示す。水平方向に形成された冷却流路１３０およびバイパス流路１５０は、経路切替ユニット４００の周辺で、上方（ケーシング３０の外側の方向）に立ち上がり、その後、再度、水平方向に湾曲する。そして、冷却流路１３０の下流端と、バイパス流路１５０の下流端とは、合流部１６０において合流する。冷却流路１３０の下流端と、バイパス流路１５０の下流端とが、合流部１６０に流入する方向は、水平方向に沿った、相互に向かい合う方向である。排出口１７０は、合流部１６０の上方に位置している。
【００２９】
図４に示すように、経路切替ユニット４００は、切替弁４１０、バイメタル４２０、接続部材４３０および封止部材４４０を備える。切替弁４１０は、冷却流路１３０およびバイパス流路１５０の流通状態を切り替える。本実施例では、切替弁４１０は、平板状の形状を有している。切替弁４１０は、その一端側が、ケーシング３０の内面３１または内面３２と接触する範囲において、軸４１１を回転軸として回転移動可能に構成される。切替弁４１０の可動域は、その任意の位置において、冷却流路１３０から合流部１６０への流入方向と、バイパス流路１５０から合流部１６０への流入方向との両方に対して、交差する範囲で設定されている。軸４１１は、図示しない断面において、ケーシング３０に支持される。
【００３０】
切替弁４１０が内面３１と接触した状態（図４に示す状態）では、冷却流路１３０と排出口１７０との流通が閉じられ、バイパス流路１５０と排出口１７０との流通が開かれる。一方、切替弁４１０が内面３２と接触した状態（後述する図５に示す状態）では、冷却流路１３０と排出口１７０との流通が開かれ、バイパス流路１５０と排出口１７０との流通が閉じられる。
【００３１】
切替弁４１０の他端側は、上方に向かって形成された冷却流路１３０およびバイパス流路１５０の間に位置するケーシング３０の上方側が凹んだ凹部によって形成された空間４５０内に収容される。この空間４５０は、凹部の開口に設けられた封止部材４４０によって封止されている。封止部材４４０は、切替弁４１０が変位しても封止状態を維持可能な構成を有する。例えば、封止部材４４０は、柔軟性を有する部材からなり、十分な弛みを持たせた状態で、ケーシング３０と切替弁４１０とに接着されていてもよい。かかる部材としては、所要の耐熱性を有する周知のゴムや樹脂、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴムなどを使用することができる。
【００３２】
バイメタル４２０は、第１の金属４２１と、第１の金属４２１よりも熱膨張率が大きい第２の金属４２２とが接合された部材である。このバイメタル４２０は、封止された空間４５０内に設けられる。つまり、バイメタル４２０は、冷却流路１３０またはバイパス流路１５０を流れる冷却水と接触しない状態で設けられる。本実施例では、バイメタル４２０は、平板状の形状を有している。
【００３３】
バイメタル４２０は、第１の金属４２１と第２の金属４２２との熱膨張率の違いに起因して、その温度に応じて、曲りを生じる。より具体的には、バイメタル４２０では、熱膨張率が相対的に大きい第２の金属４２２が相対的に大きく膨張することによって、バイメタル４２０の端部が、第２の金属４２２から第１の金属４２１に向かう側に曲がる。
【００３４】
本実施例では、バイメタル４２０を構成する第１の金属４２１および第２の金属４２２は、それらの同一側の一端がケーシング３０に埋め込まれた状態で設置される。かかる構成によって、バイメタル４２０とケーシング３０との固定および接触を確実に行える。バイメタル４２０の埋め込まれた一端は、ケーシング３０と接触している。第２の金属４２２のうちの、第１の金属４２１と反対側の面は、全面的にケーシング３０と接触している。一方、第１の金属４２１のうちの、第２の金属４２２と反対側の面は、ケーシング３０に埋め込まれた部分のみがケーシング３０と接触している。これらの接触箇所は、ケーシング３０のうちの、冷却流路１３０およびバイパス流路１５０よりも内部側の部位である。当該部位には、外部側の部位よりも、ケーシング３０の内部の温度がより反映される。
【００３５】
このように、バイメタル４２０は、その一部分が、ケーシング３０に接触した状態で設けられるので、バイメタル４２０と、接触箇所付近のケーシング３０との温度は、ほぼ同一となる。このため、バイメタル４２０は、ケーシング３０の温度に応じて、曲りを生じることとなる。
【００３６】
また、バイメタル４２０は、第２の金属４２２の方が、第１の金属４２１と比べて、ケーシング３０との接触面積が大きくなるように設置されている。このため、ケーシング３０の温度は、第１の金属４２１と比べて、第２の金属４２２に伝達されやすい。つまり、熱膨張率が相対的に大きい第２の金属４２２の方が、第１の金属４２１よりも高温になる傾向にある。したがって、バイメタル４２０を効率的に変形させることができる。換言すれば、バイメタル４２０の変形量を大きくすることができる。
【００３７】
接続部材４３０は、切替弁４１０とバイメタル４２０とに接続される。切替弁４１０との接続箇所は、切替弁４１０のうちの、空間４５０に収容された端部側の部位であって、軸４１１よりも当該端部側の部位である。バイメタル４２０との接続箇所は、バイメタル４２０のうちの、ケーシング３０に埋め込まれる側と反対の側の端部である。かかる接続部材４３０は、バイメタル４２０の変形力を切替弁４１０に機械的に伝達する。この伝達された変形力によって、切替弁４１０は、軸４１１を回転軸として変位する。
【００３８】
バイメタル４２０と接続部材４３０との接続箇所は、湾曲量が大きくなる、バイメタル４２０の端部に位置することによって、バイメタル４２０の変形力を効率的に切替弁４１０に伝達することができる。また、バイメタル４２０と接続部材４３０との接続箇所と、軸４１１との距離は、軸４１１と、冷却水の流路に露出する側の切替弁４１０の端部との距離よりも小さい。このため、バイメタル４２０の変形量と比べて、冷却水の流路に露出する側の切替弁４１０の変位量が大きくなるので、切替弁４１０を効率的に変位させることができる。
【００３９】
かかる経路切替ユニット４００では、真空ポンプ２０の運転前、つまり、ケーシング３０の温度が、真空ポンプ２０の設置場所の環境温度と同じときには、バイメタル４２０に大きな湾曲が生じておらず、切替弁４１０は、図３に示すように、内面３１に接触した位置にある。このとき、切替弁４１０によって、冷却流路１３０は完全に閉じられた状態であり、また、バイパス流路１５０は完全に開かれた状態である。かかる状態を第１の状態とも呼ぶ。第１の状態で冷却水を真空ポンプ２０に供給した場合、全ての冷却水は、バイパス流路１５０を流通するので、ケーシング３０は、ほとんど冷却されない。
【００４０】
次に、真空ポンプ２０の運転が開始され、ケーシング３０の温度が上昇し、さらに、それに伴って４２０の温度が上昇すると、バイメタル４２０が、第２の金属４２２から第１の金属４２１に向かう第１の方向に湾曲するように変形する。その変形力を受けた接続部材４３０は、切替弁４１０の接続箇所を、第１の方向に押圧する。これによって、切替弁
４１０は、バイメタル４２０の変形量に応じた距離だけ変位する。その結果、切替弁４１０は、冷却流路１３０が開かれ、かつ、バイパス流路１５０が閉じられる方向に移動する。移動の当初、切替弁４１０が、内面３１と内面３２との中間に位置することによって、冷却流路１３０およびバイパス流路１５０の両方が開かれた状態になる。かかる状態を第２の状態とも呼ぶ。第２の状態では、内面３１および内面３２の間における冷却流路１３０およびバイパス流路１５０の流路断面は、完全に開かれた状態と比べて、小さくなる。より具体的には、ケーシング３０（バイメタル４２０）の温度が上昇するほど、冷却流路１３０の開度が大きくなることによって、ケーシング３０の冷却が、ケーシング３０の温度に応じた程度に制御される。
【００４１】
かかる制御にもかかわらず、ケーシング３０およびバイメタル４２０の温度がさらに上昇すると、バイメタル４２０の変形量がさらに大きくなり、その変形力を受けた接続部材４３０は、切替弁４１０の接続箇所を、第１の方向にさらに押圧する。これによって、切替弁４１０は、さらに変位して、最終的には、図５に示すように、内面３２と接触する位置まで移動する。このとき、切替弁４１０によって、冷却流路１３０は、完全に開かれた状態となり、バイパス流路１５０は、完全に閉じられた状態になる。かかる状態を第３の状態とも呼ぶ。
【００４２】
第３の状態になると、冷却流路１３０に冷却水が最大限流通するので、ケーシング３０の温度は、次第に低下する。ケーシング３０の温度が低下し、バイメタル４２０が、その湾曲が解消される方向に変形すると、その変形力を受けた接続部材４３０は、切替弁４１０の接続箇所を、第１の方向と反対の第２の方向に引っ張る。これによって、切替弁４１０は、バイメタル４２０の湾曲を解消する方向への変形量に応じた距離だけ変位する。これによって、切替弁４１０は、冷却流路１３０が閉じられ、かつ、バイパス流路１５０が開かれる方向に移動する。これによって、第３の状態は、第２の状態に移行する。
【００４３】
そして、ケーシング３０の温度が再び大幅に上昇した場合には、第２の状態は、第３の状態に移行する。一方、ケーシング３０の温度が十分に低下した場合には、第２の状態は、第１の状態に移行する。
【００４４】
以上説明した冷却制御機構１００によれば、ケーシング３０の温度を、所定の上限値と下限値との間で、適正に制御できる。ケーシング３０の適正温度は、例えば、上限値として３００℃、下限値として３０℃としてもよい。かかる場合、第２の状態から第３の状態に移行する温度が、上記の上限値よりも低い温度、例えば、２５０℃となるように、冷却制御機構１００を構成してもよい。また、第２の状態から第１の状態に移行する温度が、上記の下限値よりも高い温度、例えば、１５０℃となるように、冷却制御機構１００を構成してもよい。
【００４５】
かかる冷却制御機構１００は、バイメタル４２０の変形力を利用して、電気的な制御を行うことなく、温度制御を行えるので、構成が簡単である。また、切替弁の動作を電力制御する場合と比べて、切替弁の動力源、温度センサ、および、これらに付随する配線が不要となり、故障や配線不良のリスクを低減でき、信頼性を向上できる。あるいは、信頼性を保つための、定期的な点検の負荷を低減できる。また、冷却制御機構１００は、省電力化にも資する。さらに、バイメタル４２０は、封止された空間４５０内に、冷却水と接触しない位置に設けられているので、バイメタル４２０が冷却水と接触して、バイメタル４２０の温度が低下することがない。つまり、バイメタル４２０は、ケーシング３０とほぼ同一の温度となる。したがって、切替弁４１０の動作制御を精度良く行うことができる。また、真空ポンプ２０の暖機運転中にも冷却水を供給する場合、冷却水は、バイパス流路１５０のみを流通することとなるので、冷却水の経路制御を行わない構成と比べて、暖機時間を短縮できる。
【００４６】
また、冷却制御機構１００は、バイメタル４２０（ケーシング３０）の温度によっては、冷却流路１３０とバイパス流路１５０との両方が開いた状態で、その開度も制御可能に構成される。このため、冷却制御機構１００は、きめ細かい温度制御が可能となる。
【００４７】
また、冷却制御機構１００において、ケーシング３０の温度変化は、速やかにバイメタル４２０に伝達されるので、切替弁４１０の動作は、ケーシング３０の温度変化に対する応答性に優れたものとなる。その結果、ケーシング３０の過度な温度上昇および温度低下を確実に防止し、真空ポンプ２０の性能を良好に保つことができる。また、バイメタル４２０は、金属からなり、耐熱性が高いので、運転によって大きな熱量を生じる真空ポンプ２０にも好適に適用できる。
【００４８】
冷却制御機構１００において、切替弁４１０の少なくとも表面は、熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料で構成されることが望ましい。切替弁４１０は、表面のみが当該材料で被覆されていてもよいし、当該材料で全体が構成されていてもよい。こうした材料としては、例えば、ＳＵＳ３０４（λ＝２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度）を例示できる。当該材料の熱伝導率は、低いほど望ましく、例えば、シリコンゴム（λ＝０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下）などを使用してもよい。これらの構成とすれば、冷却水と接触する切替弁４１０を介して、空間４５０内の熱が奪われ、その結果、バイメタル４２０の温度が、ケーシング３０の温度よりも低下することを抑制できる。つまり、切替弁４１０の制御の精度を向上できる。封止部材４４０についても、切替弁４１０と同様に、熱伝導率が低い材料を使用することが望ましい。
【００４９】
また、冷却制御機構１００において、冷却流路１３０の下流端と、バイパス流路１５０の下流端とは、相互に反対の側から合流する。また、切替弁４１０は、この合流部１６０に設けられる。そして、切替弁４１０は、上述の第１の状態と、第３の状態との両方の状態において、冷却流路１３０の下流端における冷却水の流れ方向と、バイパス流路１５０の下流端における冷却水の流れ方向と、の両方に交差する方向に位置する。かかる構成により、切替弁４１０は、可動領域内での任意の位置において、冷却流路１３０の下流端と、バイパス流路１５０の下流端との両側から、冷却水の圧力を受ける。換言すれば、切替弁４１０は、冷却流路１３０およびバイパス流路１５０の開閉を切り替える際に、開閉のいずれか一方の側のみに偏って圧力を受けることがない。そのため、バイメタル４２０に必要な変形力を低減できる。具体的には、バイメタル４２０は、開閉のいずれか一方の側のみに偏った圧力に抗って、切替弁４１０を変位させることができるほどの変形力を要しない。その結果、切替弁４１０を確実に変位させることができる。あるいは、バイメタル４２０を小型化できる。
【００５０】
また、真空ポンプ２０においては、多段のロータ９１〜９３のそれぞれに対して、冷却制御機構が個別に設けられる。真空ポンプ２０の運転時における多段のロータ９１〜９３での圧力は、それぞれ異なるため、多段のロータ９１〜９３に対応するそれぞれの位置で発生する圧縮熱も異なる。真空ポンプ２０によれば、このようなケーシング３０の局所的な偏りに対しても、精度良く温度制御を行える。
【００５１】
Ｂ．第２実施例：
図６および図７は、第２実施例としての真空ポンプが備える経路切替ユニット５００の構成を示す。経路切替ユニット５００は、接続部材４３０に代えて、バネ５３０を備えている点のみが、第１実施例としての経路切替ユニット４００と異なる。その他の点は、第１実施例と共通している。図６および図７では、第１実施例（図４および図５）と共通する構成要素には、図４および図５と同一の符号を付している。以下、第１実施例と異なる点についてのみ説明する。
【００５２】
図６に示すように、経路切替ユニット５００は、付勢部材の一種としてのバネ５３０を備えている。このバネ５３０の一端は、空間４５０内において、切替弁４１０に対してバイメタル４２０と反対側のケーシング３０の内面に接合されている。バネ５３０の他端は、切替弁４１０のうちの、空間４５０内に収容される側の端部（以下、収容側端部とも呼ぶ）に接合されている。かかるバネ５３０は、切替弁４１０との接合箇所を、第１の金属４２１から第２の金属４２２に向かう方向に付勢している。また、ケーシング３０の温度が所定の程度よりも低く、バイメタル４２０が所定程度以上に曲がっていない状態においては、バイメタル４２０と、切替弁４１０の収容側端部との間には、僅かな隙間が形成されている。このため、切替弁４１０は、冷却流路１３０が閉じられ、かつ、バイパス流路１５０が開かれた位置に維持される。なお、バイメタル４２０と収容側端部とは、図６に示す切替弁４１０の位置が維持される程度に接触していてもよい。
【００５３】
一方、図７に示すように、ケーシング３０の温度が所定の程度よりも高く、バイメタル４２０が所定程度以上に曲がった状態においては、曲がったバイメタル４２０が、切替弁４１０の収容側端部と接触し、さらに、その変形力によって、収容側端部を、バネ５３０の付勢力に抗って押圧する。このため、収容側端部が、第２の金属４２２から第１の金属４２１に向かう方向に変位し、それに応じて、切替弁４１０は、内面３１に接触する位置から内面３２に接触する位置に向かって変位する。そして、切替弁４１０が内面３２に接触する位置まで変位すると、冷却流路１３０が開かれ、かつ、バイパス流路１５０が閉じられた状態になる。
【００５４】
かかる経路切替ユニット５００は、第１実施例と同様の効果をする。上述の例では、切替弁４１０が湾曲する際の変形力が、バネ５３０の付勢力に抗って切替弁４１０を押圧する構成としたが、かかる構成は例示に過ぎない。冷却流路１３０、バイパス流路１５０、バイメタル４２０、バネ５３０の配置によっては、切替弁４１０が湾曲を解消する際の変形力が、バネ５３０の付勢力に抗って切替弁４１０を押圧する構成としてもよい。
【００５５】
Ｃ．第３実施例：
図８および図９は、第３実施例としての真空ポンプが備える経路切替ユニット６００の構成を示す。経路切替ユニット６００は、取付部材６６０を備えている点、経路切替ユニット６００がケーシング３０に対して着脱可能な点、および、それらに付随する点が、第１実施例としての経路切替ユニット４００と異なる。その他の点は、第１実施例と共通している。図８および図９では、第１実施例（図４および図５）と共通する構成要素には、図４および図５と同一の符号を付している。以下、第１実施例と異なる点についてのみ説明する。
【００５６】
図８は、冷却流路１３０が閉じられ、バイパス流路１５０が開かれた状態を示す。図９は、冷却流路１３０が開かれ、バイパス流路１５０が閉じられた状態を示す。図８および図９に示すように、経路切替ユニット６００は、切替弁４１０、バイメタル４２０、接続部材４３０、封止部材４４０、ユニットケーシング６３０および取付部材６６０を備えている。切替弁４１０、バイメタル４２０、接続部材４３０および封止部材４４０の構成は、第１実施例と同様である。
【００５７】
ユニットケーシング６３０は、経路切替ユニット６００用のケーシングである。このユニットケーシング６３０の内部には、冷却流路１３０およびバイパス流路１５０の下流部と、合流部１６０とが形成される。また、ユニットケーシング６３０の内部には、合流部１６０と連通し、空間４５０を形成するための凹部が形成される。ユニットケーシング６３０の形状は、取付部材６６０を取り付ける部位を除いて、第１実施例としてのケーシング３０の対応箇所と同一である。
【００５８】
取付部材６６０は、バイメタル４２０を取り付けるための部材である。本実施例では、取付部材６６０は、板状形状を有している。取付部材６６０は、空間４５０と連通するユニットケーシング６３０の凹部に取り付けられる。ユニットケーシング６３０に、取付部材６６０と封止部材４４０とが取り付けられた状態では、空間４５０は、封止部材４４０と、ユニットケーシング６３０の内面と、取付部材６６０とによって封止された空間となる。バイメタル４２０は、空間４５０内において、その一部分が取付部材６６０と接触した状態で、取付部材６６０に取り付けられる。本実施例では、バイメタル４２０は、取付部材６６０に形成された凹部に埋め込まれている。
【００５９】
かかる経路切替ユニット６００は、ケーシング３０に形成された凹部に取り付けられる。経路切替ユニット６００がケーシング３０に取り付けられた状態において、取付部材６６０は、ケーシング３０と接触する。また、ユニットケーシング６３０に形成された冷却流路１３０およびバイパス流路１５０が、ケーシング３０に形成された冷却流路１３０およびバイパス流路１５０とそれぞれ連通する。
【００６０】
本実施例では、取付部材６６０は、ケーシング３０の熱伝導率以上の熱伝導率を有している。例えば、ケーシング３０の材質が鋳鉄である場合、取付部材６６０の材質として、銅やアルミを採用してもよい。かかる構成によれば、ケーシング３０がバイメタル４２０から離れた位置にあっても、あるいは、ケーシング３０のうちの最も温度管理すべき部位（ここでは、ロータ９０側、つまり、ケーシング３０の内部側の部位）がバイメタル４２０から離れた位置にあっても、当該部位の保有熱がバイメタル４２０に好適に伝達される。したがって、切替弁４１０の制御の精度を向上できる。あるいは、経路切替ユニット６００の構成部材の配置の自由度を向上できる。
【００６１】
取付部材６６０は、板状の形状に限らず、任意の形状とすることができる。例えば、取付部材６６０をケーシング３０の内部方向に延びる形状（例えば、柱形状）とすれば、ケーシング３０（真空ポンプ２０）の内部側の温度に応じて、切替弁４１０の動作を好適に制御できる。高温化は、ケーシング３０の内部側で生じやすいので、かかる構成とすれば、切替弁４１０の制御の精度を向上できる。
【００６２】
本実施例においては、上述した経路切替ユニット６００とケーシング３０とは、着脱可能に構成される。同様に、ユニットケーシング６３０と取付部材６６０との間、取付部材６６０とバイメタル４２０との間、バイメタル４２０と接続部材４３０との間についても、それぞれ、着脱可能に構成される。かかる着脱可能な構成は、例えば、ネジ留めや、嵌め合い構造によって実現可能である。
【００６３】
図１０は、経路切替ユニット６００の着脱可能な各部材を取り外した状態を模式的に示す。このように各部位を着脱可能にすることによって、保守点検が容易となり、また、消耗などによって、一部の部材の交換が必要となる際に、全ての部材を交換する必要がない。また、バイメタル４２０が取り付けられた取付部材６６０を、別の特性を有するバイメタル４２０が取り付けられた取付部材６６０に交換するだけで、切替弁４１０が、冷却流路１３０およびバイパス流路１５０の流通を切り替える温度を変更することができる。あるいは、バイメタル４２０を取付部材６６０から取り外して交換するだけで、当該温度を変更することができる。本実施例の構成は、上述した第２実施例にも適用できる。
【００６４】
Ｄ．変形例：
Ｄ−１．変形例１：
切替弁４１０の構成は、上述した平板状の弁体が、回転する構成に限られず、適宜設定可能である。例えば、弁体が１つの方向に往復運動する構成を採用してもよい。
【００６５】
図１１は、上述した実施例とは別の形態を有する経路切替ユニット７００の概略構成を示す。切替弁７１０は、２つの弁体７１１，７１２と、シャフト７１３とを備えている。弁体７１１は、シャフト７１３の一端に連結され、弁体７１２は、シャフト７１３の他端側に連結されている。弁体７１１は、冷却流路１３０内に配置され、弁体７１２は、バイパス流路１５０内に配置されている。冷却流路１３０とバイパス流路１５０とは、その間に位置する合流部７６０で合流し、合流部７６０は、排出口７７０に接続されている。シャフト７１３の他端には、冷却水の流路と接触しない位置で、接続部材７３０を介して、バイメタル７２０が接続されている。バイメタル７２０の変形方向は、シャフト７１３の延びる方向と同一である。
【００６６】
かかる切替弁７１０は、バイメタル７２０の変形力によって、水平方向（シャフト７１３の延びる方向）に往復動可能に構成される。弁体７１２が、ケーシング７９０に接触し、バイパス流路１５０を閉じたときには、弁体７１１とケーシング７９０とは離間し、冷却流路１３０が開かれる。弁体７１１が、ケーシング７９０に接触し、冷却流路１３０を閉じたときには、弁体７１２とケーシング７９０とは離間し、バイパス流路１５０が開かれる。かかる構成によっても、好適な温度制御を行える。なお、バイメタル７２０の変形力が作用する方向は、ギヤ機構などを用いて、異なる方向に変換され、切替弁７１０に伝達されてもよい。
【００６７】
Ｄ−２．変形例２：
切替弁４１０の設置位置は、冷却流路１３０とバイパス流路１５０との合流位置に限らず、適宜設定可能である。例えば、冷却流路１３０とバイパス流路１５０とが分岐する位置に、切替弁４１０を設けてもよい。
【００６８】
また、上述した経路切替ユニット４００，５００，６００における冷却流路１３０、バイパス流路１５０および排出口１７０の配置は、一例にすぎず、真空ポンプ２０の形状や、ケーシング３０における冷却流路１３０およびバイパス流路１５０の引き回しに応じて、任意の配置が可能である。
【００６９】
Ｄ−３．変形例３：
バイメタル４２０は、必ずしも、ケーシング３０や取付部材６６０に埋め込まれる必要はなく、単に接触しているだけであってもよい。もとより、バイメタル４２０は、必ずしも、冷却対象としてのケーシング３０や、ケーシング３０以上の熱伝導率を有する取付部材６６０と接触していなくてもよい。例えば、バイメタル４２０とケーシング３０との間に、熱伝導率がある程度高い部材が介在しているような場合には、上述の実施例の効果をある程度奏する。
【００７０】
Ｄ−４．変形例４：
真空ポンプ２０の冷却対象部位は、ケーシング３０に限定されるものではない。例えば、冷却対象部位は、モータ５０、タイミングギア部８０、軸受６１，７１、出口板４３、モータドライバ５１などとしてもよい。かかる場合、冷却対象部位と接触するように、あるいは、冷却対象部位の付近に、バイメタル４２０を取り付けてもよい。また、冷却流路１３０やバイパス流路１５０は、必ずしもケーシング３０の内部に形成されている必要はない。例えば、冷却対象部位用のケーシングの内部に形成されてもよいし、冷却対象部位の外部にパイプなどで構成された流路が接合されていてもよい。冷却対象部位をケーシング３０とする場合にも同様である。
【００７１】
モータ５０は、例えば、１２０℃以下に温度制御されてもよい。タイミングギア部８０や軸受６１，６２は、例えば、使用する潤滑油の耐熱性に応じて定まる１２０℃以下の温
度で温度制御されてもよい。出口板４３は、例えば、２５０℃以下に温度制御されてもよい。モータドライバ５１は、例えば、１００℃以下に温度制御されてもよい。バイメタル４２０は、耐熱性に優れているため、冷却対象部位の周辺の発熱特性に応じて、５０〜３００℃の任意の範囲で温度制御を行うことができる。
【００７２】
Ｄ−５．変形例５：
バイメタル４２０の形状は、上述した平板形状に限らず、任意の形状とすることができる。例えば、Ｕ字形状や、螺旋形状のバイメタルを使用してもよい。
【００７３】
Ｄ−６．変形例６：
上述の実施例は、ドライ真空ポンプに限らず、流体を流通させて温度制御を行う種々の真空ポンプ、例えば、ターボ分子ポンプや、大型のロータリーポンプ（油回転ポンプ）に適用可能である。
【００７４】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題および効果の少なくとも一部を奏する範囲で適宜、組合せ、または、省略が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
２０…真空ポンプ
３０，７９０…ケーシング
３１，３２…内面
４１…入口板
４２…吸気口
４３…出口板
４４…排気口
５０…モータ
５１…モータドライバ
６０，７０…軸受部
６１，７１…軸受
８０…タイミングギア部
８１…タイミングギア
９０…ロータ
９１…第１段ロータ
９２…第２段ロータ
９３…第３段ロータ
９４…ロータ室
１００…冷却制御機構
１１０…冷却水供給源
１２０…冷却水供給流路
１３０…冷却流路
１４０…冷却水排出流路
１５０…バイパス流路
１６０，７６０…合流部
１７０，７７０…排出口
４００，５００，６００，７００…経路切替ユニット
４１０，７１０…切替弁
４１１…軸
４２０，７２０…バイメタル
４２１…第１の金属
４２２…第２の金属
４３０，７３０…接続部材
４４０…封止部材
４５０…空間
５３０…バネ
６３０…ユニットケーシング
６６０…取付部材
７１１，７１２…弁体
７１３…シャフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014001643.tif 000009
【図８】
2014001643.tif 000010
【図９】
2014001643.tif 000011
【図１０】
2014001643.tif 000012
【図１１】
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