JP7632918B2 - 消音器および真空排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空ポンプが組み込まれた真空排気装置などから排出される排気に起因する振動、騒音を低減するために用いられる消音器に関する。更に詳しくは、排気流路に一段あるいは多段の消音用の拡張室が形成されている消音器、および当該消音器を備えた真空排気装置に関する。

機械装置、例えば、真空ポンプは、排気に起因して振動、騒音を発生する騒音源となる。排気に起因する騒音を抑制するために、騒音源となる機械装置の排気側には消音器が取り付けられる。消音器としては、騒音源となる機械装置の内部に組み込まれ、排気が消音器を通った後に外部に排出される組み込みタイプのもの、機械装置の排気口に外付けされている外付けタイプのものが知られている。また、消音のための機構としては、排気通路に沿って、１つ、または複数の消音用の拡張室を配置したものが知られている。特許文献１、２には外付けタイプの消音器を備えた真空ポンプが提案されている。特許文献１に記載の消音器は、逆止弁を介して真空ポンプの排気口から外気を導入して消音用の膨張室（拡張室）を介して排気を外部に排出している。特許文献２に記載の消音器では、逆止弁を介して排出される真空ポンプの排気を、絞り弁機構を介して消音器内部に導入しており、絞り弁機構により消音器特性が調整できるようになっている。

国際公開第２０１８／２２０９４３号 特開２００１－２８９１６７号公報

組み込みタイプの消音器は、消音器取付け用のスペースを機械装置の外周に確保する必要がない。外付けタイプの消音器は、消音器取付け用のスペースを機械装置の外周に確保する必要があり、設置場所によっては消音器の設置スペースの確保が困難な場合がある。いずれの消音器においても、所定の消音効果が得られるように、騒音源である組み込み対象の機械装置が発生する騒音の周波数などに応じて予め排気流路径、拡張室の容積などの消音特性が設定される。消音器を交換することなく、その消音特性、性能を変えるためには、特許文献２に記載されているような絞り弁機構等を付設する必要がある。

本発明の目的は、このような点に鑑みて、消音特性・性能を簡単に変更でき、設置スペースも比較的少なくて済むコンパクトな構成の消音器を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、真空ポンプなどの機械装置から排出される排気に起因する騒音を低減する消音器であって、
前記排気を流す排気流路と、
前記排気流路が内部に形成されている消音器ケースと、
を有しており、
前記排気流路は、上流側流路部分と、下流側流路部分と、前記上流側流路部分と前記下流側流路部分の間に形成した消音用の拡張室とを備えており、
前記消音器ケースは、前記機械装置の構成部品に一体形成あるいは固定された装置側ケースと、前記装置側ケースに対して、取り外し可能に連結された外付け側ケースとを備えており、
前記上流側流路部分は前記装置側ケースの内部に形成されており、
前記下流側流路部分は前記外付け側ケースの内部に形成されており、
前記拡張室は、前記装置側ケースの内部、前記外付け側ケースの内部、または、前記装置側ケースと前記外付け側ケースとの間のケース連結部分の内部に形成されていることを特徴としている。

本発明の消音器では、外付け側ケースの内部に、排気流路の下流側流路部分が形成されている。また、外付け側ケースの内部には、例えば、拡張室の一部あるいは全部が形成される。消音器の取り付け対象となる機械装置の騒音周波数等に応じて、所定の流路径および流路長の下流側流路部分を備えた外付け側ケース、あるいは、所定容積の拡張室を形成可能な外付け側ケースを用いることで、高い消音効果を得ることができる。必要に応じて、外付け側ケースを交換することで、簡単に消音器の消音特性を変更できる。

また、消音器ケースの装置側ケースが、騒音源である機械装置の構成部品に一体形成あるいは固定されているので、消音器のコスト低減に有効である。取付対象の機械装置の外側には、消音器の残りの部分を構成する外付け側ケースを取り付けるために必要な設置スペースを確保できればよい。

本発明の消音器において、装置側ケースと外付け側ケースの間のケース連結部分は例えば次のように構成される。前記装置側ケースは、端面が開口した第１筒状端部を備えており、前記外付け側ケースは、端面が開口した第２筒状端部を備えており、前記第１筒状端部および前記第２筒状端部のうちの一方は、外周面に雄ネジが形成されており、他方は、前記雄ネジをねじ込み可能な雌ネジが内周面に形成されており、前記第１筒状端部に前記第２筒状端部がねじ込み固定される。
この場合には、ボルト、ビス等の締結具を別途必要とせずに、装置側ケースに外付け側ケースを取り付けることができ、その交換作業も容易である。

本発明の消音器は、前記上流側流路部分と前記拡張室との間を連通する連通路が形成された連通路形成部品を備え、前記連通路形成部品は、前記装置側ケースあるいは前記外付け側ケースの内部に、取り外し可能な形態で装着されている場合がある。
この場合には、機械装置の騒音低減に適した流路径、流路長の連通路を備えた連通路形成部品を取り付けることで、高い消音効果を得ることができる。取り付けられている連通路形成部品を、異なる流路径、流路長の連通路を備えた連通路形成部品と交換することで、消音器の消音特性・性能を変更できる。

本発明の消音器は、前記上流側流路部分と前記拡張室との間を連通する連通路を、前記拡張室の側から封鎖可能な逆止弁を備え、前記逆止弁は、前記拡張室の内部に配置した球状弁体を備えている場合がある。
例えば、機械装置が、半導体製造システムに用いられる真空排気装置等の場合において、別途、逆止弁を取り付けることなく、機械装置内部の真空を保つことができる。

本発明を適用した実施の形態に係る消音器が取り付けられたドライ真空ポンプを示す説明図である。 図１の消音器を示す概略縦断面図である。 図１の消音器の主要部分を示す半断面斜視図である。 図１の消音器の主要部品を示す分解図である。

以下に、図面を参照して本発明を適用した消音器の実施の形態を説明する。なお、以下に述べる実施の形態は本発明の一例を示すものであり、本発明を実施の形態に限定することを意図したものではない。

図１は実施の形態に係る消音装置を備えた真空排気装置を示す説明図である。真空排気装置１は、直方体形状の装置筐体２の内部に、直列に接続した２台のドライ真空ポンプを備えている。例えば、真空排気装置１は、前段のメカニカルブースターポンプ３と後段のドライ真空ポンプ４を備えている。ドライ真空ポンプにはスクリュー式真空ポンプ、ルーツ式、クロー式、スクロール式等の各種のドライ真空ポンプを用いることができることは勿論である。

真空排気装置１の吸気口５および排気口６は、例えば、装置筐体２の筐体上面２ａの部位に配置されている。吸気口５には不図示の吸気口ジョイントを介して吸気管８が接続される。排気口６には、実施の形態に係る消音器１０が取り付けられている。排気口６からの排気は、消音器１０を経由した後に、消音器１０に接続した排気管９を介して排出される。

図２は消音器１０を示す概略縦断面図であり、図３は消音器１０の主要部分を示す半断面斜視図であり、図４は消音器１０の主要部品を示す分解図である。消音器１０は、排気口６から排出される排気が流れる排気流路１１が内部に形成されている消音器ケース１０Ａを備えている。消音器ケース１０Ａは、筒状の装置側ケース２０と、この装置側ケース２０に取り外し可能な形態で同軸に連結した筒状の外付け側ケース３０とから構成されている。

排気流路１１には、排気の流れ方向に沿って、排気口６に連通した流入口１２、流入路１３、上流側拡張室１４、連通路１５、下流側拡張室１６、流出路１７および流出口１８が形成されている。装置側ケース２０の内部には上流側流路部分（流入口１２、流入路１３、上流側拡張室１４および連通路１５）が形成されている。本例では、連通路１５は、装置側ケース２０の内部に装着した連通路形成板４０（連通路形成部品）に形成した貫通穴によって規定されている。一方、外付け側ケース３０の内部には、下流側拡張室１６と、下流側流路部分（流出路１７および流出口１８）とが形成されている。

また、本例の消音器１０は逆止弁付きの消音装置であり、流入路１３と上流側拡張室１４との間を、上流側拡張室１４の側から封鎖可能な上流側逆止弁５０、および、連通路１５と拡張室１６との間を下流側拡張室１６の側から封鎖可能な下流側逆止弁６０が備わっている。

装置側ケース２０に外付け側ケース３０を取り付けると、外部から密閉された拡張室１６が形成され、装置側ケース２０から外付け側ケース３０を取り外すと下流側拡張室１６が外部に開口するように、装置側ケース２０と外付け側ケース３０との間のケース連結部分が構成されている。また、装置側ケース２０から外付け側ケース３０を取り外すと、装置側ケース２０から連通路形成板４０を取り出すことができる。

真空排気装置１の排気は、排気口６から消音器１０の排気流路１１における流入口１２から流入路１３に流れ込み、上流側逆止弁５０を介して上流側拡張室１４に流れ込む。上流側拡張室１４は流入路１３よりも流路面積が広い所定の容積を備えている。排気は上流側拡張室１４から流路面積を絞った連通路１５および下流側逆止弁６０を介して、再び流路面積を広くした所定容積の下流側拡張室１６に流れ込む。下流側拡張室１６に流れ込んだ排気は、流路面積を絞った流出路１７を介して流出口１８から排出される。流出口１８から流出する排気は、当該流出口１８に接続される排気管９に排出される。真空排気装置１の排気を、二段式の消音用拡張室構造を備えた消音器１０を介して排気管９に排出することで、排気に起因する振動、騒音が抑制される。また、上流側逆止弁５０および下流側逆止弁６０によって、排気の逆流を防止でき、真空排気装置１が稼働していない状態などにおいて上流側の真空を保つことができる。

次に、図２～図４を参照して、装置側ケース２０、外付け側ケース３０および連通路形成板４０について説明する。まず、装置側ケース２０は、真空排気装置１の装置筐体２の筐体上面２ａを規定している筐体構成部品、筐体内部に配置されている後段のドライ真空ポンプ４のポンプ筐体構成部品などの装置構成部品１９に一体形成された部分、あるいは、当該装置構成部品１９に固定した部品である。この装置側ケース２０は、排気流れ方向の上流側から下流側に向けて、上流側筒部２１、中間筒部２２および下流側筒部２３を備えている。

上流側筒部２１の上流側の端面には流入口１２が開口しており、上流側筒部２１の内部には流入路１３が形成されている。中間筒部２２の内部には、流入路１３よりも流路面積を広くした所定容積の直方体形状をした上流側拡張室１４が形成されている。上流側筒部２１において、流入路１３と上流側拡張室１４との間の内周面部分には、流入路１３から上流側拡張室１４に向かって内径が漸増しているテーパー状の着座面５１が形成されている。着座面５１と、上流側拡張室１４に移動自在の状態で挿入されている球状弁体５２とによって、上流側逆止弁５０が構成される。

装置側ケース２０の下流側筒部２３には、その下流側に端面２３ａに開口する所定深さのネジ穴２３ｂが形成されている。すなわち、下流側筒部２３の円形内周面には端面２３ａの側から所定の範囲に亘って雌ネジ２６が形成されている。また、ネジ穴２３ｂの底には、ネジ穴内周面を一定幅で内側に突出させることによって、連通路形成板４０の受け部２７が形成されている。

連通路形成板４０は、ネジ穴２３ｂに挿入可能な大きさなの円板の中心部分に、その厚さ方向に貫通する貫通穴を備えており、この貫通穴によって連通路１５が規定される。連通路形成板４０は、装置側ケース２０の下流側筒部２３の端面２３ａに開口しているネジ穴２３ｂに挿入され、その底に形成されている受け部２７に当接して位置決めされる。連通路形成板４０には、その下流側端面４３に、連通路１５を取り囲む状態に下流側に向かって広がっているテーパー状の着座面６１が形成されている。着座面６１と、下流側拡張室１６に移動自在に挿入される球状弁体６２とによって、下流側逆止弁６０が構成される。

次に、外付け側ケース３０は、装置側ケース２０に取り付けることで下流側拡張室１６を形成可能な上流側筒部３１と、流出路１７が内部に形成され流出口１８が下流側の端面に開口している下流側筒部３２とを備えている。下流側筒部３２の下流側端の外周には、円環状の取付用フランジ３３が形成されており、ここに、排気管９を連結できるようになっている。

外付け側ケース３０の上流側筒部３１の端面３１ａからは、同軸に、連結用円筒部３４が突出している。連結用円筒部３４（第２筒状端部）はその端面３４ａが開口部となっており、その円形外周面には雄ネジ３５が形成されている。雄ネジ３５は、装置側ケース２０の下流側筒部２３（第１筒状端部）のネジ穴２３ｂに同軸にねじ込み固定可能である。本例では、外付け側ケース３０の上流側筒部３１の長さは、装置側ケース２０の下流側筒部２３のネジ穴２３ｂの深さよりも短い。ネジ穴２３ｂにねじ込まれた連結用円筒部３４の端面３４ａと、装置側ケース２０のネジ穴２３ｂの底に形成されている円環状の受け部２７との間に、連通路形成板４０を挟み込むことで、連通路形成板４０が装置側ケース２０の内部に装着される。

外付け側ケース３０の取り付けに際しては、装置側ケース２０の上流側拡張室１４に球状弁体５２を挿入する。装置側ケース２０の下流側筒部２３のネジ穴２３ｂに、連通路形成板４０を挿入して円環状の受け部２７に載せ、球状弁体６２を挿入して連通路形成板４０の着座面６１に載せる。次に、連通路形成板４０を挟み、外付け側ケース３０の連結用円筒部３４（第２筒状端部）を装置側ケース２０の下流側筒部２３（第２筒状端部）のネジ穴２３ｂに同軸にねじ込み固定する。この結果、外付け側ケース３０の上流側筒部３１の内部空間が外部から封鎖され、上流側筒部３１の内周面と、装置側ケース２０に装着した連通路形成板４０の下流側端面４３との間に、下流側拡張室１６が形成される。また、下流側拡張室１６の内部に、球状弁体６２を備えた下流側逆止弁６０が組み込まれた状態になる。

なお、連通路形成板４０の上流側端面４２の外周縁部、および、装置側ケース２０の下流側筒部２３の端面２３ａには、それぞれ、Ｏリング装着溝４４、２８が形成されている。Ｏリング装着溝４４、２８にそれぞれＯリング７１、７２を装着した状態で、装置側ケース２０に外付け側ケース３０がねじ込み固定されている。これにより、装置側ケース２０と外付け側ケース３０との間のケース連結部分のネジ締結面がシールされ、排気流路１１の気密性が確保される。

以上説明したように、本例の消音器１０の消音器ケース１０Ａは、真空排気装置１の構成部品の側に形成あるいは固定されている装置側ケース２０と、この装置側ケース２０に取り外し可能に連結した外付け側ケース３０とから構成されている。装置側ケース２０から外付け側ケース３０を外すと、排気流路１１は、下流側拡張室１６の部分で分離されて下流側拡張室１６が外部に開口した状態になる。すなわち、装置側ケース２０の下流側の端面２３ａの開口部および外付け側ケース３０の上流側の端面３４ａの開口部がそれぞれ外部に露出した状態になる。装置側ケース２０の端面２３ａの開口部を介して、上流側逆止弁５０の球状弁体５２の出し入れが可能であり、また、連通路形成板４０の出し入れが可能になる。外付け側ケース３０の側の端面３４ａの開口部を介して、下流側逆止弁６０の球状弁体６２の出し入れが可能になる。

装置側ケース２０に対して、連通路形成板４０を挟み、外付け側ケース３０を取り付けることで、上流側拡張室１４に連通路１５を介して下流側拡張室１６が連通した消音用の排気流路１１が得られる。騒音源である真空排気装置１の側の騒音周波数等に応じて、装置側ケース２０に対して、適切な消音特性が得られる外付け側ケース３０および連通路形成板４０を取り付けることができる。また、必要に応じて、外付け側ケース３０を交換することで下流側拡張室１６を異なる容積の拡張室に変更できる。連通路形成板４０を交換することで、連通路１５を異なる流路径あるいは流路長に変更できる。

例えば、外付け側ケース３０として、その連結用円筒部３４の外周面に形成した雄ネジ３５が共通で、その下流側拡張室１６を形成している部分の内径および長さの異なるもの、その流出路１７の内径、長さが異なる複数種類の交換用外付け側ケースを用意しておく。この場合には、これらの交換部品の中から、消音対象の機械装置の騒音低減に最も効果のあるものを選択して、装置側ケース２０に取り付けるようにすればよい。

また、本例の消音器１０では、外付け側ケース３０を装置側ケース２０に対して着脱可能に締結するための機構として、ネジ締結を採用している。ボルト、ナット等の締結金具を用いる締結機構に比べて、部品点数が少なくて済み、消音器１０の寸法の増加、コストの増加も抑制できる。また、ネジ部にシールテープを貼り付け、シール剤を塗布することで、気密性も確保できる。

さらに、本例では、上流側拡張室１４と下流側の拡張室１６を連通する連通路１５を規定している連通路形成板４０を、外付け側ケース３０と装置側ケース２０との間に挟持するようにしている。これにより、連通路形成板４０を、装置側ケース２０に固定するための構造を簡素化できるので、消音器１０のコストを低減でき、寸法増加を抑制できる。また、連通路形成板４０は所定厚さの円板状の部品であるので、消音器１０の寸法増加の抑制に有効である。

一方、本例の消音器１０は、真空排気装置１の排気口６に取り付けて用いられる。真空排気装置１に排気が逆流することを防止するために、消音器１０の上流側拡張室１４および下流側拡張室１６には、それぞれ上流側逆止弁５０、下流側逆止弁６０を構成するための球状弁体５２、６２を挿入してある。球状弁体５２、６２が、テーパー状の着座面５１、６１に下流側から着座することで、排気の逆流が防止あるいは抑制される。上流側拡張室１４および下流側拡張室１６の内部空間を、球状弁体５２、６２の設置スペースとして利用し、これらの着座面５１、６１を、上流側拡張室１４の上流端内周面、連通路形成板４０の下流側端面に形成してある。よって、排気口６と消音器１０の間に、別途、逆止弁を取り付ける必要がないので、真空排気装置１が稼働していない状態でも真空を保つことができる小型でコンパクトな逆止弁機構を実現できる。

（その他の実施の形態）
（１）上記の消音器１０は、その内部に形成した上流側拡張室１４、下流側拡張室１６に、球状弁体５２、６２を挿入して、逆止弁として機能させている。真空排気装置以外の流体機械等に用いる場合には、逆止弁を省略できる。
（２）消音器１０では、連通路形成板４０を交換可能な部品としてあるが、連通路１５を装置側ケース２０に一体形成しておくこともできる。
（３）消音器１０は二段拡張室構造の消音器であるが、一段の拡張室を備えた消音器、三段以上の拡張室を備えた消音器に対しても本発明を同様に適用可能である。
（４）消音器１０では、排気の流れ方向において、排気流路１１が、下流側拡張室１６の部分で、上流側と下流側に二分割できる構造となっている。これに加えて、外付け側ケース３０の側も分割構造のケースとすることも可能である。

Claims (5)

1. 機械装置の排気に起因する騒音を低減する消音器であって、
   前記排気を流す排気流路と、
   前記排気流路が内部に形成されている消音器ケースと、
   を有しており、
   前記排気流路は、上流側流路部分と、下流側流路部分と、前記上流側流路部分と前記下流側流路部分の間に形成した消音用の拡張室とを備えており、
   前記消音器ケースは、前記機械装置の構成部品に一体形成あるいは固定された装置側ケースと、前記装置側ケースに対して、取り外し可能に連結された外付け側ケースとを備えており、
   更に、
   前記上流側流路部分と前記拡張室との間を連通する連通路が形成された連通路形成部品と、前記連通路を、前記拡張室の側から封鎖可能な逆止弁とを備え、前記逆止弁は、前記拡張室の内部に配置した球状弁体を備えており、
   前記拡張室は、前記装置側ケースと前記外付け側ケースとの間のケース連結部分の内部に形成されており、
   前記連通路形成部品は、前記装置側ケースの内部に取り外し可能に装着されており、
   前記装置側ケースは、下流側の端面が開口した第１筒状端部を備え、前記外付け側ケースは、上流側の端面が開口した第２筒状端部を備え、前記第１筒状端部および前記第２筒状端部のうちの一方の外周面には雄ネジが形成され、他方の内周面には、前記雄ネジに螺合可能な雌ネジが形成されており、前記第１筒状端部に前記第２筒状端部がねじ込み固定されることで、前記ケース連結部分が構成されている消音器。
2. 請求項１に記載の消音器において、
   前記外付け側ケースとして、容積の異なる前記拡張室を形成可能な複数の交換用外付け側ケースを備えており、
   前記交換用外付け側ケースのうちの一つを選択的に前記装置側ケースに取り付け可能である消音器。
3. 請求項１に記載の消音器において、更に、
   前記上流側流路部分の途中に形成した消音用の上流側拡張室を備えている消音器。
4. 請求項１に記載の消音器において、
   前記連通路形成部品として、流路径の異なる前記連通路を備えた複数の交換用連通路形成部品を備えており、
   前記交換用連通路形成部品のうちの一つを選択的に前記装置側ケースに取り付け可能である消音器。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれか一つの項に記載の前記消音器が排気口に取り付けられていることを特徴とする真空排気装置。

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