Vacuum pump - Shinkuu Pump (English name)

Japanese: 真空ポンプ - しんくうぽんぷ（英語表記）vacuum pump

A device that increases the degree of vacuum in a container by drawing in low-pressure gas below atmospheric pressure, compressing it, and releasing it into the atmosphere. It is a type of compressor. The degree of vacuum is expressed as gauge pressure based on atmospheric pressure and absolute pressure based on absolute vacuum. Traditionally, Torr (absolute pressure expressed as the height of a column of mercury) named after Torricelli and millimeters of mercury were used, but the newly established International System of Units (SI units) uses pascals (Pa) as the unit of pressure (1 Torr = 1 mmHg = 133.322 Pa). In addition, the degree of vacuum may be expressed as 0% atmospheric pressure and 100% absolute vacuum.

[Shigeru Ikeo]

Mechanical Vacuum Pump

Anything that can be used as a compressor can also be used as a vacuum pump. Multi-stage turbo compressors, reciprocating compressors, screw compressors, roots blowers, etc. are used as mechanical vacuum pumps, but the ultimate vacuum is low.

Common mechanical vacuum pumps are of the water-sealed type and the oil-sealed type. In a water-sealed vacuum pump, when water is poured into a cylindrical casing and an eccentrically mounted impeller is rotated, the water adheres concentrically to the outer periphery of the casing due to centrifugal force, and the volume of the space between the two blades and the water surface changes as the impeller rotates. Therefore, the volume of the gas sucked in from the suction port gradually decreases inside the impeller and is released into the atmosphere. The ultimate vacuum of this pump is not high, at about 15 kilopascals absolute pressure, but there is no effect on its operation even if it sucks in air containing water. For this reason, it is widely used as a vacuum pump for priming, which is necessary for medium and large pumps.

In oil rotary vacuum pumps, the sliding parts between the rotor and stator (cylinder) are sealed with oil to prevent leakage, improve volumetric efficiency, and obtain a high degree of vacuum. A vacuum of about 1.3 Pascals absolute pressure can be achieved in one stage, and about 0.13 Pascals in three stages. Cam, vane, and pendulum (Kinney) types are widely used. In cam pumps, the volume of the space surrounded by the partition plate, cylinder, and eccentric rotor, which is pressed against the rotor surface by a spring, changes with the rotation of the rotor, and gas is sucked in from the suction port, compressed, and discharged. The operating principle of vane pumps is exactly the same as that of cam pumps, and a vane inserted into the groove of the eccentric rotor is pressed against the cylinder by a spring, and the change in volume of the space surrounded by the vane, rotor, and cylinder is utilized. Pendulum pumps utilize the swing of the pendulum caused by the rotation of the eccentric rotor. The suction port is made integral with the pendulum, and opens and closes with the rotation of the rotor. Unlike the cam and vane types, there is no risk of failure due to spring breakage, but vibration occurs due to the swinging of the pendulum.

[Shigeru Ikeo]

Diffusion pumps, ion pumps

Diffusion pumps, ion pumps, etc. are used to achieve high vacuums that cannot be achieved by mechanical vacuum pumps. A diffusion pump is an auxiliary vacuum pump that first increases the degree of vacuum to a certain degree, then heats and evaporates oil or mercury, which is then ejected from a nozzle, and gas molecules are discharged along with the jet to the outside. When oil is used, a vacuum of 10 ^-5 Pascals can be achieved. In an ion pump, a high potential difference is applied between the anode and cathode, and the electrons induced thereby collide with gas molecules, ionizing the molecules. The gas molecules that have been ionized by being given a positive charge are collected at the cathode, and the number of gas molecules in the container decreases. At that time, the electrons are forced to draw a long spiral trajectory by a high-density magnetic field, which increases the opportunities for collisions between the electrons and molecules. This pump is used in particle accelerators, X-ray tubes, etc.

[Shigeru Ikeo]

[Reference item] | Compressor | Diffusion pump

The structural principle of mechanical vacuum pumps
©Shogakukan ">

The structural principle of mechanical vacuum pumps

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

大気圧以下の低圧の気体を吸引し、圧縮して大気中に放出することにより、容器内の真空の度合いを高める装置。圧縮機の一種である。真空度合いの表示方法は、大気圧を基準としたゲージ圧と、絶対真空を基準とした絶対圧が用いられる。従来、トリチェリにちなんだトルTorr（水銀柱高さで表した絶対圧力）や水銀柱ミリメートルが用いられたが、新しく制定された国際単位系（SI単位）では圧力の単位としてパスカルPaを用いることになっている（1Torr＝1mmHg＝133.322Pa）。そのほかに、大気圧を0％、絶対真空を100％とする真空度が用いられることもある。

［池尾　茂］

機械的真空ポンプ

圧縮機として使用可能なものは、すべて真空ポンプとして利用でき、多段ターボ圧縮機、往復圧縮機、ねじ圧縮機、ルーツブロワーroots blowerなどが、機械的真空ポンプとして用いられているが、到達真空度は低い。

　一般的な機械的真空ポンプには、水封式と油回転式がある。水封式真空ポンプでは、円筒形ケーシングに水を入れ、偏心して取り付けられた羽根車を回転させると、水は遠心力でケーシングの外周部に同心円状に付着し、2枚の羽根と水面との間の空間の容積は羽根車の回転とともに変化する。したがって、吸込み口から吸入された気体は羽根車内で体積が徐々に減少していき、大気中に放出される。このポンプの到達真空度は絶対圧で15キロパスカル程度で高くないが、水を含んだ空気を吸い込んでも作動上まったく影響がない。そのため、中形や大形ポンプに必要な呼び水用真空ポンプとして広く用いられている。

　油回転式真空ポンプは、ローターとステーター（シリンダー）との間の摺動(しゅうどう)部を油でシールすることにより、漏れを防ぎ、体積効率を高め、高真空度を得られる。1段で絶対圧1.3パスカル、3段で0.13パスカル程度の真空が達成できる。広く用いられているものにカム式、ベーン式、振り子式（キニー式）がある。カム式ポンプは、ばねでローター面に押し付けられている仕切り板、シリンダー、偏心ローターとに囲まれた空間の容積がローターの回転とともに変化し、気体は吸込み口から吸入され、圧縮され、排出される。ベーン式ポンプの作動原理はカム式とまったく同じで、偏心ローターの溝に挿入されたベーンをばねでシリンダーに押し付け、ベーンとローターとシリンダーとに囲まれた空間の容積変化を利用している。振り子式ポンプは、偏心ローターの回転に伴う振り子の揺動を利用している。吸込み口は振り子と一体につくられており、ローターの回転により開閉する。カム式やベーン式と異なり、ばねの破損による故障はないが、振り子の揺動により振動が生ずる。

［池尾　茂］

拡散ポンプ、イオンポンプ

機械的真空ポンプでは到達できない高真空を実現するために、拡散ポンプ、イオンポンプなどが用いられる。拡散ポンプは、補助真空ポンプで、ある程度真空度を高め、その後、油または水銀を加熱、蒸発させてノズルから噴出させ、その噴流とともに気体分子を外部へ排出するもので、油を使用した場合10^-5パスカルの真空を実現できる。イオンポンプでは、陽極と陰極との間に高い電位差を与え、それによって誘導された電子を気体分子と衝突させ、分子をイオン化させる。正の電荷を与えられてイオン化した気体分子は陰極に集められ、容器内の気体分子は少なくなる。その際、高密度の磁場によって電子が長い螺旋(らせん)状の軌道を描き、電子と分子の衝突の機会が多くなるようくふうされている。このポンプは粒子加速器、X線管などに用いられている。

［池尾　茂］

[参照項目] | 圧縮機 | 拡散ポンプ

機械的真空ポンプの構造原理

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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