現場で使用される真空ポンプは、文字通り真空（大気圧よりも低い状態）を作り出すために活用されています。
原理なんて知らなくても・・・と思われるかもしれませんが、いざ突発的に不調になった時、対処方法がわからないと困りますよね。原理を知っていれば、不調の予測や対処法の考案にもつながるかもしれません。
真空ポンプは原理ごとに分けると大きく３種類あり、かつそれぞれ数種類のタイプがあるため、構造は多岐に渡ります。
今回は、真空ポンプの３つの種類について解説してみたいと思います。
機械式真空ポンプ
機械式真空ポンプは、ポンプ内部に回転運動など機械的に動く部品が存在し、吸気と排気を繰り返すことにより真空を生み出す仕組みをしています。
ピストンをイメージしていただくとわかりやすいかと思います。こうした仕組みですので、ポンプ本体の近くに必ず回転機が存在します。
このタイプで最も多く耳にするのは、油回転式と呼ばれるものかと思います。1900年台の初めに開発されてからずっと使用され続けています。
ポンプ内部に翼板やベーンと呼ばれる羽があり、ポンプ内壁に押さえつけられながら回転することで、空間容積の変化を起こします。
回転軸が中央ではなく、偏った位置にある偏心構造のため、吸気と排気の時間を交互に生み出す構造をしています。
潤滑性能やシール性のためにオイルが使われています。安価で小型という長所があります。仕組みは以下の動画がわかりやすいです。
他の型式としては、
- 複数の回転翼を持ちオイルを用いないドライ真空ポンプ
- 高速回転する動翼で真空を生み出すターボ分子ポンプ
- 往復するダイヤフラム（金属の膜）の動作を利用したダイヤフラムポンプ
などがあります。
運動量移送式真空ポンプ
高速で流れるジェット流が、吸気対象の気体に運動量を与えて、排気するという構造をしています。
付随装置としては、油を帰化させる加熱装置があったり、蒸気配管がつながっていたり、液体用のポンプがあったり様々です。
その中でもエジェクタポンプとは、エジェクタと呼ばれる機器内に蒸気などの流体が流れる際のジェット流を利用します。
ノズルの効果によって流体が高速になる部分に、吸気口を設けることで目的の気体を吸い上げ、真空を作り出します。使われる流体は、蒸気や空気など気体だけでなく、水などの液体が使われることもあります。
他にも油拡散式ポンプと呼ばれる型式も、このタイプに含まれます。こちらは油を加熱し発生した油蒸気が、ジェット部と呼ばれる狭い隙間を高速で流れます。油蒸気とともに吸気した気体を排気口まで運びます。
これらのタイプは、大型化しやすいので排気速度を得やすい、可動部がないので故障が少ないというのが特徴です。
溜込式ポンプ
こちらのタイプはご存じない方も多いかもしれませんが、歴史も一番新しいタイプです。
超高真空を生み出すために使用されます。大まかな原理としては、気体を吸着させたり凝縮させたりすることにより、気体を排気する仕組みをしています。
- 冷凍機で極低温を作り出し、気体を凝縮させるクライオポンプ
- 液体窒素などで冷却し、気体を活性炭などに吸着させるソープションポンプ
- 電場を生み出し、チタンイオンに気体を吸着させるスパッタイオンポンプ
などがあります。
まとめ
- 真空ポンプには機械式、運動量移送式、溜込式の３種類がある。
- 用途や目的が分かれており、得意・不得意がある。
参考になりましたでしょうか。ざっくりと技術的な大枠を掴んでおくことが、機器選定や故障対応につながると思いますので、ぜひ勉強してみてください。
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