油霧化装置、油霧化方法及び油拡散ポンプ
【課題】加熱によらず、油を霧化できる油霧化装置及び油霧化方法と、油霧化装置を用いた油拡散ポンプを提供する。
【解決手段】油霧化装置Ｓは、油溜め槽１０と、超音波振動子２０と、振動子制御装置３０と、油補給装置４０と、油面レベル制御装置５０とを備えている。そして、油面レベル制御装置５０は、油面レベル及び油温を検出し、この検出結果に基づいて油面レベル及び油温が油の霧化可能な所定範囲に維持する制御を行うものである。
【解決手段】油霧化装置Ｓは、油溜め槽１０と、超音波振動子２０と、振動子制御装置３０と、油補給装置４０と、油面レベル制御装置５０とを備えている。そして、油面レベル制御装置５０は、油面レベル及び油温を検出し、この検出結果に基づいて油面レベル及び油温が油の霧化可能な所定範囲に維持する制御を行うものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油霧化装置、油霧化方法及び油拡散ポンプに係り、特に油を直接加熱しないで油を霧化する油霧化装置、油霧化方法及び油拡散ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
油の霧化を利用した装置の例である真空ポンプの一種としての油拡散ポンプは、真空室の気体分子をポンプ内の油ジェットにより輸送し、圧縮をすることにより排気を行う技術である。この油拡散ポンプは、ケーシング、ジェット、油加熱ヒータ、冷却パイプからなるシンプルな構成で、他の高真空ポンプと比較し、可動部分が少なく、メンテナンスが容易なことから最も一般的な高真空排気ポンプとして真空装置に採用されている。
【０００３】
一般に油拡散ポンプＰは、図５に示すように、壁１１１が冷却できるケーシング１１０、油（作動油）１４３、電熱ヒータ１４１、ジェット１１６、ジェットノズル１１３、エジェクタ（不図示）、粗引きポンプ（不図示）等で構成され、電熱ヒータ１４１により２３０°Ｃ付近まで加熱された作動油１４３が、蒸気化（霧化）され、ジェットノズル１１３からケーシング１１０の壁１１１の内壁面に吹き付けられ、この作動油１４３の噴射により気体が噴流の進行方向へはね飛ばされ、排気口１１４より排気される。図５中、マル（○）は、油が蒸気化（霧化）された粒子の状態を模式的に示すものである。
【０００４】
また、油拡散ポンプＰのケーシング１１０の外壁面は、水冷パイプ１１２により冷却されているので内壁に付着した作動油１４３は、冷却されて凝縮し、油拡散ポンプＰのケーシング１１０の下方の油溜め槽１４６へ戻り、再加熱され再度蒸気化し、循環する仕組みとなっている。
【０００５】
作動油１４３の蒸気化は、電熱ヒータ１４１あるいは油に浸漬した電熱ヒータ（不図示）により油を加熱し、油蒸気を発生させるものである。このように作動油１４３から蒸気を発生させ、作動油１４３の循環サイクルが安定した状態に達するまで、即ち起動させるためには、油を所定温度になるまで加熱時間を要することから、油拡散ポンプＰの起動には、３０分以上の時間を要することになる。そして、油蒸気を安定して噴射することによって初めて真空排気が可能となることから、電熱ヒータ１４１による加熱時間と共に、加熱に多くのエネルギ（電力）が必要になる。なお、作動油１４３の劣化が進むと油温は低くなる傾向があるので、作動油１４３の劣化が進むにつれて、エネルギ（消費電力）が増大することになる。
【０００６】
このため、ヒータ１４１に接続される電力調整器と、この電力調整器に接続されるタイマを設けて、予め入力された制御データに従って、電力調整器をＯＮ／ＯＦＦするようタイマを設定し、このタイマに設定されたＯＮ／ＯＦＦ比及び周期時間が、予め実測したデータに基づいて設定した技術が提案されている（特許文献１）。
【０００７】
特許文献１の技術は、油拡散ポンプの排気性能を考慮しながら油拡散ポンプへの投入電力を断続的に遮断し、この遮断した時間分の消費電力量を削減することで消費電力量という面の性能と排気性能のバランスを向上させることを期待するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２３７７８号公報（段落００１２，００１３，００３８、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１も含めて、従来のヒータ加熱による油蒸気化の技術は、油（作動油）を所定の温度に維持しなければならず、油拡散ポンプの動作中、温度維持のための消費電力が大きくなり、省エネに対して不都合がある。また、循環サイクルを保つため、冷却水による冷却が常に必要であり、省エネに対して不都合がある。例えば、運転中に冷却水が止まると、ポンプ機能の停止ばかりでなく、油拡散ポンプのケーシングが異常加熱されてしまい、油拡散ポンプ自体が損傷してしまう不都合もある。
【００１０】
また、加熱による場合には、油拡散ポンプの循環サイクルを安定させるために、所定温度までの昇温だけでなく、熱平衡状態を作り出す時間が必要であり、同様に停止にも油蒸気の噴出がなくなり、油拡散ポンプに損傷を与えない温度まで冷却するための時間が必要であり、ポンプ機能の作動開始と停止には、それぞれ所定時間が必要となってしまう。このように作動開始及び作動停止に所定時間が掛かると、ポンプ機能としての働きがないときにも加熱や冷却する必要があり、省エネに対して不都合がある。
【００１１】
さらに、外部からの加熱による場合には、油拡散ポンプを配置した底から油溜め槽をヒータ加熱することから、大気側に数百度に加熱された部分が露出することになり、大気側周辺が熱くなってしまうため、床への断熱材の設置や安全対策上の配慮などを行う必要があり、配置環境の選定に制限があり、真空装置等における設計を奪うという不都合があった。油溜め槽の内部にヒータを設ける技術もあるが、油溜め槽が加熱されることは、同様な配慮が必要となる。
【００１２】
その上、油拡散ポンプの動作中に、何らかの原因で大量の大気が流入したときに、高温の油との急激な反応が進み、油拡散ポンプの故障を引き起こすという問題もある。
【００１３】
本発明の目的は、油（作動油）の霧化によって、短時間での作動開始及び作動停止と消費エネルギを抑えることのできる油霧化装置、油霧化方法及び油拡散ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題は、本発明の油霧化装置によれば、油を貯留した油溜め手段と、該油溜め手段内に配置された超音波発振手段と、該超音波発振手段を制御する振動子制御手段と、前記油溜め手段内に油を供給する油供給手段と、前記油溜め手段内に供給された油の油面レベルを制御する油面レベル制御手段と、を備え、前記油面レベル制御手段は、油面レベル及び油温を検出し、該検出結果に基づいて油面レベル及び油温が油の霧化可能な所定範囲に維持する制御を行うこと、により、解決される。
【００１５】
このとき、油面レベル制御手段は、共振点付近の発振周波数で発振させることにより油面から油を霧化し、潤滑油粒子の大きさおよび量を超音波の振幅、周波数の変化により制御するように構成する。
【００１６】
また、油供給手段は、前記油溜め手段に供給された油面レベルの検出結果と、油温の検出結果によって、所定温度で所定量の油を前記油溜め手段に供給するように構成する。
【００１７】
また、前記課題は、本発明の油霧化方法によれば、超音波により油を霧化する油霧化方法であって、前記油の油面レベル及び油温を検出する検出ステップと、該検出ステップに基づいて油の油面レベル及び油温が油の霧化可能な所定範囲に維持するステップと、からなること、により、解決される。
【００１８】
また、前記課題は、本発明の油拡散ポンプによれば、請求項１に記載の油霧化装置によって、ケーシング内の油の霧流をジェットから噴射して吸入気体を排気すること、により、解決される。
【００１９】
前記ケーシング内に加熱源を配置して、加熱源の加熱による霧化した油（作動油）の熱膨張によりケーシング内を加圧すると好適である。また、前記ケーシング内に気体を導入してケーシング内を加圧による加圧、或いは、加熱源による加熱と気体の導入を組み合わせると好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、油溜め手段内に配置された超音波発信手段を制御する振動子制御手段と、油溜め手段内に供給された油（作動油）の油面レベルを監視する油面レベル制御手段を備え、油面レベルの制御手段は、油面レベル及び油面を検出し、該検出結果に基づいて油面レベル及び油温が油の霧化に適正な範囲に維持する制御を行うので、従来のような油を直接加熱しないで、超音波発信手段により霧化できる。より詳しくは、油面レベル制御は、共振点付近の発振周波数で発信させることにより油面から油（作動油）を霧化視、噴出油粒子の大きさおよび量を超音波振動子の振幅及び周波数の変化により制御を可能である。
そして、この霧化した油により排気でき、運転コストの低い、新方式の省エネルギ油拡散ポンプを提供することができる。
【００２１】
また、油（作動油）の霧化のために作動油を直接加熱しないので、ヒータ加熱により加熱に比して消費電力が少なくて済み、経済的である。また、配置環境の選定の制限がなく、真空装置等における設計の自由度が確保でき、同時に立ち上げ時間や停止時間を極端に短くすることができる。
さらに、油溜め槽内の作動油を加熱しないため、油の温度を低くでき、油の劣化を少なくすることが可能で、周囲に対しても安全である。
また、霧化現象は、瞬時に行われることから、数秒で油拡散ポンプを起動することができ、停止することができることにより、従来、所定温度に維持するために、継続して常時電力を供給することが必要であったが、真空（排気）するとき、つまり稼働するときのみ電力が必要となり、省エネルギ化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態の油霧化装置及び油拡散ポンプを示す構成断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態の油霧化装置及び油拡散ポンプを示す構成断面図である。
【図３】本発明の更に他の実施形態の油霧化装置及び油拡散ポンプを示す構成断面図である。
【図４】油霧化装置の概略ブロック図である。
【図５】油拡散ポンプの従来例を示す構成断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
【００２４】
図１乃至図４は、本発明の実施形態を示すもので、図１は油霧化装置及び油拡散ポンプを示す構成断面図、図２は他の実施形態の油霧化装置及び油拡散ポンプを示す構成断面図、図３は更に他の実施形態の油霧化装置及び油拡散ポンプを示す構成断面図、図４は油霧化装置の概略ブロック図である。
【００２５】
以下、本発明に係る油霧化装置Ｓの第１の実施形態について、図１及び図４を参照して説明する。本実施形態では、油霧化装置Ｓを油拡散ポンプＰに用いた例を示している。
油拡散ポンプＰは、油霧化装置Ｓを除いて、従来の油拡散ポンプと同様な構成となっている。即ち、本実施形態の油拡散ポンプＰは、壁が冷却できるケーシングＫと、油（作動油）１、ジェット２、ジェットノズル３、エジェクタ（不図示）、粗引きポンプ（不図示）等で構成され、油霧化装置Ｓにより作動油１が、蒸気化（霧化）され、ジェットノズル３からケーシングＫの壁５の内壁面に吹き付けられ、この作動油１の噴射により気体が噴流の進行方向へはね飛ばされ、排気口４より排気される。なお図１中、マル（○）は、油が蒸気化（霧化）された粒子の状態を模式的に示すものである。
【００２６】
つまり、拡散ポンプＰにはジェット２を設置し、この拡散ポンプＰのジェット２内を微粒子状の油液滴で充満させる。油拡散ポンプＰのジェット２に形成されたジェットノズル３より微粒子状の油液滴を噴出することにより、気体が噴流の進行方向へはね飛ばされる。そして、気体分子は、排気口４より排出される。
なお、図示はしていないが、本実施形態の油拡散ポンプＰは、補助ポンプを用いている。補助ポンプとは油拡散ポンプＰの背圧を臨界値以下に維持するための真空ポンプであり粗引きポンプとしても使用される。また、作動油１が、真空室に入り込まないように、ジェット２から油液滴が噴出していることを確認してから、真空室と油拡散ポンプＰとの間の吸入口７を開放する。これらは公知の手段が用いられる。
【００２７】
そして、油液滴を造り出すために、本発明に係る油霧化装置Ｓを用いるものであり、油霧化装置Ｓは、図１で示すように、油溜め槽１０の底面下部に超音波振動子２０を設置する。そして、超音波振動子２０に高周波電圧を印可する。作動油１の液面を超音波振動子２０で振動させる。作動油１から微粒子状の油液滴を作動油１の液面に生じさせる。油拡散ポンプＰのジェット２内を微粒子状の油液滴で充満させるものである。
【００２８】
また、本実施形態では、油拡散ポンプＰのケーシングＫの外壁面は、水冷パイプ６により冷却されている。従って、後述するように、作動油１が蒸気化（霧化）する際（油の蒸気化ではなく）、ジェット内を加圧するときに加熱装置を用いたときには、蒸気化（霧化）した作動油１がケーシングＫの内壁に付着したときに、より速く冷却されて凝縮し、油拡散ポンプＰのケーシングＫの下方の油溜め槽１０へ戻り、油霧化装置Ｓにより再度霧化（蒸気化）し、循環する仕組みとなっている。以下、本発明に係る油霧化装置Ｓの実施形態をより詳細に説明する。
【００２９】
本実施形態の油霧化装置Ｓは、油溜め手段としての油溜め槽１０と、超音波発振手段としての超音波振動子２０と、振動子制御手段としての振動子制御装置３０と、油供給手段としての油補給装置４０と、油面レベル制御手段としての油面レベル制御装置５０等を主要な構成要素としている。
【００３０】
本実施形態の油溜め手段としての油溜め槽１０は、油（作動油）１を貯留するもので、この油溜め槽１０はケーシングＫの下部位置で、ジェット２内に設置される。ここで、油（作動油）１について述べると、一般に、液体の霧化し易さには、液体の粘性が大きく影響する。粘性が低いほど霧化が容易である。油の揚合、粘性があるため、霧化するためには、(ａ)共振点付近で発振周波数を適切なものとする、(ｂ)超音波振動子から油面までの距離を適切な範囲に維持する、(ｃ)油温を適切に制御する、必要がある。そこで、本実施形態で用いる作動油１は、できるだけ蒸気圧が低いもの、粘度の小さいものを選定している。
【００３１】
超音波発振手段としての超音波振動子２０は、油溜め槽１０の作動油１に浸漬するように、油溜め槽１０の底部に取り付けられており、この超音波振動子２０には、後述する振動子制御手段としての振動子制御装置３０から所定の周波数の高周波電圧が印加されるようになっている。
【００３２】
本実施形態において、超音波振動子２０として用いる圧電振動は、直径２０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのもので、発振周波数２．４ＭＨｚで励振される。また、作動油１の油面と、超音波振動子２０までの距離は３０〜５０ｍｍの範囲に保たれるようになっている。発振周波数は、超音波振動子２０の厚さや外径等で異なり、周波数を変えることで作動油１の粒子径を微細化することができる。超音波振動子２０から油面までの距離を変えると、霧化効率が大きく変化し、一定の範囲を越えると霧化されなくなる。
【００３３】
つまり、超音波振動子２０の振動でエネルギを与えるが、振動数で霧化された油粒子の大きさが変わる。また超音波振動子２０から作動油１の油面までの距離、作動油１の種類、作動油１の温度、作動油１の油面の高さを適宜設定することにより、最適な振動で最適な霧化された油粒子を生成することが可能である。油拡散ポンプＰで作動油１として利用するためには、粒子径を10μ以下になるように霧化することで効果的なジェットノズル３からの噴出を行えるものである。
【００３４】
振動子制御手段としての振動子制御装置３０は、超音波発振手段としての超音波振動子２０を制御するものである。振動子制御装置３０は、振動子発振回路３２と、発振停止回路３４と、異常電流検知回路３６とを備えている。振動子発振回路３２には、図１及び図４で示すように、電源３８から電源トランス３９を介して高周波が供給され、発振周波数で高周波電圧を超音波振動子２０に加えて励振する。この場合、振動子発振回路３２は、超音波振動子２０に２．４ＭＨｚの周波数で励振させるものである。
【００３５】
なお、図１で示す発振停止回路３４と異常電流検知回路３６は、振動子発振回路３２を保護する回路である。このうち、発振停止回路３４は、後述するレベルスイッチ５１から液面低下異常検出回路５２を介して油面の異常信号（低レベル信号）が与えられると、発振停止回路３４を介して振動子発振回路３２に発振停止信号を送り、所定範囲のレベル信号が入力されると、超音波振動子２０の発振を再開する信号を出力する。
また、異常電流検知回路３６は、超音波振動子２０での異常電流の発生を検出し、異常検知信号を発振停止回路３４に与える回路である。発振停止回路３４は、この異常検知信号を受けると、振動子制御装置３０の振動子発振回路３２に発振停止信号を送出する。
【００３６】
油供給手段としての油補給装置４０は、油溜め槽１０内に油を供給するものであり、管体４２と、油供給装置４１と、ヒータ４８と、ヒータ制御回路４９を備えている。油供給装置４１は、給油タンク４４と、ポンプ４５と、バルブ４６と、バルブ制御回路４７と、を備えている。
【００３７】
そして、油溜め槽１０と給油タンク４４との間は、管体４２によって連通され、またバルブ４６とヒータ４８は、油溜め槽１０と給油タンク４４との間に配置されており、ヒータ４８をヒータ制御回路４９で制御し、作動油１を所定温度にし、バルブ制御回路４７によってバルブ４６及びポンプ４５を制御して、所定量を油溜め槽１０に供給するように構成されている。なお、本実施形態では、後述する油温検出器５３による油溜め槽１０の作動油１の温度を検出し、油温異常検出回路５５を介してヒータ制御回路４９に作動油１の温度情報をフィードバックするように構成している。これにより、供給する作動油１の温度を適切に制御し、作動油１が供給されても油溜め槽１０の温度を一定としている。
【００３８】
油補給装置４０は、後述するレベルスイッチ５１により、油を供給するもので、本実施形態では、作動油１が霧化可能な範囲の上限の油面レベルを高レベル、下限を低レベルとして、あらかじめ設定されている。油補給装置４０は、レベルスイッチ５１から与えられる低レベル信号を受信すると、油補給装置４０のポンプ４５、バルブ４６、ヒータ４８を、バルブ制御回路４７及びヒータ制御回路４９によって制御して駆動し、高レベル信号を受けるまで運転を継続する。
【００３９】
油面レベル制御手段としての油面レベル制御装置５０は、レベルスイッチ５１（本実施形態ではフロートスイッチ）と、油温検出器５３とを備えている。上記、レベルスイッチ５１は、液面低下異常検出回路５２と接続されており、油温検出器５３は油温異常検出回路５５と接続されている。
本実施形態の油面レベル制御装置５０は、油溜め槽１０内に供給された作動油１の油面レベル及び温度を制御するもので、油溜め槽１０内の油面レベル及び油温を検出し、この検出結果に基づいて油面レベル及び油温が、作動油１の霧化可能な所定範囲に維持する制御を行うものである。
【００４０】
油溜め槽１０には作動油１の油面の上限位置５１ａと下限位置５１ｂとを検出できる位置検出部が設けられており、レベルスイッチ５１が上限位置５１ａと下限位置５１ｂとに近づくと、検出信号を発信するようになっている。そして、液面低下異常検出回路５２は、油溜め槽１０の作動油１の油面が下限位置５１ｂを超えたときに異常信号（低レベル信号）を発信するように構成されている。
【００４１】
また、油温検出器５３は、油溜め槽１０の作動油１の温度を検出するものであり、作動油１の油温の異常な温度上昇・下降を検知し、所定温度の範囲を逸脱したときに、油温異常検出回路５５により、異常信号を発するように構成されている。
【００４２】
油溜め槽１０の作動油１の油面のレベルは、レベルスイッチ５１によって検出され、油面レベルが下がると、油補給装置４０から所定温度で所定量の作動油１が補給されて、常に前記の適正な範囲で一定のレベルが確保されるようになっている。
【００４３】
そして、作動油１の油面レベルの上限位置５１ａ、下限位置５１ｂに対応させて、予めレベルスイッチ５１について、各種設定し、この範囲内で霧化できるように構成させている。上記条件で、超音波振動子２０が振動して超音波を作動油１の油面に向けて発射すると、油面からは油柱が立ち上がり、その表面から微細化した霧状の油が放出される。この結果、油拡散ポンプＰに使用すると、ジェット２内は霧化した作動油１で満たされ、霧化された油の微粒子がジェットノズル３から噴出され、排気ポンプの役目を果たすことができる。
【００４４】
なお、油溜め槽１０内の作動油１の油温が設定温度以上に上昇した場合、油温検出器５３の検出信号から、油温異常検出回路５５は異常な油温上昇を検知し、発振停止回路３４を作動させて超音波振動子２０の振動が停止するようになっている。
また、液面低下異常検出回路５２は、油補給装置４０により作動油１の補給が開始されると、図示されないタイマが作動し、あらかじめ設定された時間を越えても高レベルにならない場合に、図示されない警報器に警報信号を出力するようになっている。このように、超音波振動子２０は空気中に露出して発振しないように、また、油溜め槽１０の油面レベルは作動油１が霧化しやすい適正範囲に保たれるようになっている。
【００４５】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、作動油に浸漬した超音波振動子に高周波電圧を印加し、共振点付近の発振周波数で発振させることにより油面から油を霧化し、潤滑油粒子の大きさおよび量を超音波の振幅、周波数の変化により制御し、この霧化した油を噴出油で排気でき、運転コストの低い新方式の排気法を提供することができる。
【００４６】
次に、上記構成からなる油霧化装置Ｓの動作について説明する。
超音波振動子２０を液体中で振動させると、超音波が液面に向けて放射される。この超音波による加圧、減圧の繰り返しに液体が追従できなくなると、キャビテーションが発生する。液面に近い位置で超音波振動子２０を振動させてキャビテーションを起こすと、液面からは液体が水柱状に立ち上がり、その表面から液体が微細な霧滴となって放出される。つまり、作動油１に浸漬した超音波振動子２０に高周波電力を印加し、共振点付近の発振周波数で発振させることにより作動油１の油面から作動油１を霧化するものである。
【００４７】
そして、油拡散ポンプＰに使用する場合、この霧化した作動油１をジェット２内に充満させることにより、高真空排気を行うものである。なお、油霧化装置Ｓを油拡散ポンプＰに用いる場合、凝縮した油は、ポンプ本体底部に溜まってドレン口（不図示）から排出される。このドレン口からは、作動油潤滑手段に油を戻して、循環するようにしてもよい。
【００４８】
次に、図２は、本発明の他の実施形態を示す。油霧化装置Ｓによって霧化した作動油１は、期待された圧力上昇を伴わないことがあるから、油拡散ポンプＰのジェット２内の気圧を上げるために、ジェット２の内部温度を上げる例である。本実施形態を含めて以下の実施形態では、前記実施形態と同様の部材、装置、回路、配置、制御等には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
ジェット２の内側の所定位置、本実施形態では、図２で示すように、ジェット内の中間位置付近に、霧化した作動油１で充満したジェット２内を加圧するためにヒータＨを配設している。またジェット２内には、ジェット２内の圧力測定が可能な圧力測定素子と、ジェット２内の温度測定が可能な温度測定素子がそれぞれ配置されており、これらの各素子からの信号により、不図示の制御回路によって、ヒータＨのＯＮ−ＯＦＦ、或いはヒータＨへの加給電を調節するものである。
【００５０】
ここでのヒータＨによる加熱は、作動油１の霧化のためではなく、ジェット２の内部温度を上げ、圧力を増し、ジェットノズル３から霧化した作動油１を噴出するためである。したがって、油の霧化（蒸気化）のために作動油１を直接加熱するものではなく、同様に油溜め槽１０を加熱するものではなく、ヒータＨには大きな電力を必要としないものである。
【００５１】
さらに、図３は、本発明の他の実施形態を示す。上記実施形態と同様に、油霧化装置Ｓによって霧化した作動油１は、期待された圧力上昇を伴わないことがあるから、油拡散ポンプＰのジェット２内の気圧を上げるために、本実施形態においては、ガスの導入を行う例を示すものである。つまり、圧力上昇を促すために、積極的に常温のガス導入あるいは加熱したガス導入をした例を示すものである。
【００５２】
図３において、符号７０は、ガス源で、このガス源７０からは、バルブ７２及びガス調節装置（コンディショナ）７４を介し、導入管７６によって、ジェット２へガスが供給される。ジェット２の内部には、超音波振動子２０が底に取り付けられた油溜め槽１０が収容されている。従って、ジェット２で霧化した油を利用することが可能である。
【００５３】
次に、本発明に係る実例と比較例について説明する。
[実例]
実例として、次の装置を用いて行った。
排気口の直径２５０ｍｍ
排気速度 ２９００Ｌ／ｓｅｃ
到達圧力 ６．７×１０−６Ｐａ（パスカル）以下
臨界背圧 ０．３Ｐａ
オイルパック量 １×１０−３ｍｇ／ｃｍ２ ｍｉｎ
所要電力 ０．２ＫＷ
冷却水 ２．３Ｌ／ｍｉｎ
作動油 ライオンＳ１Ｌ
補助ポンプ ５００Ｌ／ｍｉｎ
【００５４】
[比較例]
比較例として次の装置を用いて行った。
排気口の直径２５０ｍｍ
排気速度 ２９００Ｌ／ｓｅｃ
到達圧力 ６．７×１０−６Ｐａ（パスカル）以下
臨界背圧 ０．３Ｐａ
オイルパック量 １×１０−３ｍｇ／ｃｍ２ ｍｉｎ
所要電力 １．８ＫＷ（２００Ｖ）
冷却水 ２．３Ｌ／ｍｉｎ
作動油 ライオンＳ１Ｌ 蒸気圧１３３Ｐａのとき２５１℃（拡散ポンプ作動時の温度）
補助ポンプ ５００Ｌ／ｍｉｎ
【００５５】
[実例と比較例の対比]
実例の所要電力は、０．２ＫＷ程度であり、比較例の１．８ＫＷ（２００Ｖのとき）と比して９０％程度削減することが可能となった。また、立ち上げ時間が、比較例では３０分程度掛ったが、実例では１分で済み、また停止時間も従来は３０分程度掛ったが、実例では１分で済んだ。これは、加熱してポンプの作動時には２５１℃程度にする必要があったが、本発明では、加熱しないことによるものと判断できる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 油（作動油）
２ ジェット
３ ジェットノズル
４ 排気口
６ 冷水パイプ
７ 吸入口
１０ 油溜め槽（油溜め手段）
２０ 超音波振動子（超音波発振手段）
３０ 振動子制御装置（振動子制御手段）
３２ 振動子発振回路
３４ 発振停止回路
３６ 異常電流検知回路
４０ 油補給装置（供給手段）
４１ 油供給装置
４２ 管体
４４ 給油タンク
４５ ポンプ
４６ バルブ
４７ バルブ制御回路
４８ ヒータ
４９ ヒータ制御回路
５０ 油面レベル制御装置（油面レベル制御手段）
５１ フロートスイッチ（レベルスイッチ）
５１ａ 上限位置
５１ｂ 下限位置
５２ 液面低下異常検出回路
５３ 油温検出器
５５ 油温異常検出回路
７０ ガス源
７２ バルブ
７４ ガス調節装置（コンディショナ）
７６ 導入管
Ｐ 油拡散ポンプ
Ｈ ヒータ
Ｋ ケーシング
Ｓ 油霧化装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は油霧化装置、油霧化方法及び油拡散ポンプに係り、特に油を直接加熱しないで油を霧化する油霧化装置、油霧化方法及び油拡散ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
油の霧化を利用した装置の例である真空ポンプの一種としての油拡散ポンプは、真空室の気体分子をポンプ内の油ジェットにより輸送し、圧縮をすることにより排気を行う技術である。この油拡散ポンプは、ケーシング、ジェット、油加熱ヒータ、冷却パイプからなるシンプルな構成で、他の高真空ポンプと比較し、可動部分が少なく、メンテナンスが容易なことから最も一般的な高真空排気ポンプとして真空装置に採用されている。
【０００３】
一般に油拡散ポンプＰは、図５に示すように、壁１１１が冷却できるケーシング１１０、油（作動油）１４３、電熱ヒータ１４１、ジェット１１６、ジェットノズル１１３、エジェクタ（不図示）、粗引きポンプ（不図示）等で構成され、電熱ヒータ１４１により２３０°Ｃ付近まで加熱された作動油１４３が、蒸気化（霧化）され、ジェットノズル１１３からケーシング１１０の壁１１１の内壁面に吹き付けられ、この作動油１４３の噴射により気体が噴流の進行方向へはね飛ばされ、排気口１１４より排気される。図５中、マル（○）は、油が蒸気化（霧化）された粒子の状態を模式的に示すものである。
【０００４】
また、油拡散ポンプＰのケーシング１１０の外壁面は、水冷パイプ１１２により冷却されているので内壁に付着した作動油１４３は、冷却されて凝縮し、油拡散ポンプＰのケーシング１１０の下方の油溜め槽１４６へ戻り、再加熱され再度蒸気化し、循環する仕組みとなっている。
【０００５】
作動油１４３の蒸気化は、電熱ヒータ１４１あるいは油に浸漬した電熱ヒータ（不図示）により油を加熱し、油蒸気を発生させるものである。このように作動油１４３から蒸気を発生させ、作動油１４３の循環サイクルが安定した状態に達するまで、即ち起動させるためには、油を所定温度になるまで加熱時間を要することから、油拡散ポンプＰの起動には、３０分以上の時間を要することになる。そして、油蒸気を安定して噴射することによって初めて真空排気が可能となることから、電熱ヒータ１４１による加熱時間と共に、加熱に多くのエネルギ（電力）が必要になる。なお、作動油１４３の劣化が進むと油温は低くなる傾向があるので、作動油１４３の劣化が進むにつれて、エネルギ（消費電力）が増大することになる。
【０００６】
このため、ヒータ１４１に接続される電力調整器と、この電力調整器に接続されるタイマを設けて、予め入力された制御データに従って、電力調整器をＯＮ／ＯＦＦするようタイマを設定し、このタイマに設定されたＯＮ／ＯＦＦ比及び周期時間が、予め実測したデータに基づいて設定した技術が提案されている（特許文献１）。
【０００７】
特許文献１の技術は、油拡散ポンプの排気性能を考慮しながら油拡散ポンプへの投入電力を断続的に遮断し、この遮断した時間分の消費電力量を削減することで消費電力量という面の性能と排気性能のバランスを向上させることを期待するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２３７７８号公報（段落００１２，００１３，００３８、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１も含めて、従来のヒータ加熱による油蒸気化の技術は、油（作動油）を所定の温度に維持しなければならず、油拡散ポンプの動作中、温度維持のための消費電力が大きくなり、省エネに対して不都合がある。また、循環サイクルを保つため、冷却水による冷却が常に必要であり、省エネに対して不都合がある。例えば、運転中に冷却水が止まると、ポンプ機能の停止ばかりでなく、油拡散ポンプのケーシングが異常加熱されてしまい、油拡散ポンプ自体が損傷してしまう不都合もある。
【００１０】
また、加熱による場合には、油拡散ポンプの循環サイクルを安定させるために、所定温度までの昇温だけでなく、熱平衡状態を作り出す時間が必要であり、同様に停止にも油蒸気の噴出がなくなり、油拡散ポンプに損傷を与えない温度まで冷却するための時間が必要であり、ポンプ機能の作動開始と停止には、それぞれ所定時間が必要となってしまう。このように作動開始及び作動停止に所定時間が掛かると、ポンプ機能としての働きがないときにも加熱や冷却する必要があり、省エネに対して不都合がある。
【００１１】
さらに、外部からの加熱による場合には、油拡散ポンプを配置した底から油溜め槽をヒータ加熱することから、大気側に数百度に加熱された部分が露出することになり、大気側周辺が熱くなってしまうため、床への断熱材の設置や安全対策上の配慮などを行う必要があり、配置環境の選定に制限があり、真空装置等における設計を奪うという不都合があった。油溜め槽の内部にヒータを設ける技術もあるが、油溜め槽が加熱されることは、同様な配慮が必要となる。
【００１２】
その上、油拡散ポンプの動作中に、何らかの原因で大量の大気が流入したときに、高温の油との急激な反応が進み、油拡散ポンプの故障を引き起こすという問題もある。
【００１３】
本発明の目的は、油（作動油）の霧化によって、短時間での作動開始及び作動停止と消費エネルギを抑えることのできる油霧化装置、油霧化方法及び油拡散ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題は、本発明の油霧化装置によれば、油を貯留した油溜め手段と、該油溜め手段内に配置された超音波発振手段と、該超音波発振手段を制御する振動子制御手段と、前記油溜め手段内に油を供給する油供給手段と、前記油溜め手段内に供給された油の油面レベルを制御する油面レベル制御手段と、を備え、前記油面レベル制御手段は、油面レベル及び油温を検出し、該検出結果に基づいて油面レベル及び油温が油の霧化可能な所定範囲に維持する制御を行うこと、により、解決される。
【００１５】
このとき、油面レベル制御手段は、共振点付近の発振周波数で発振させることにより油面から油を霧化し、潤滑油粒子の大きさおよび量を超音波の振幅、周波数の変化により制御するように構成する。
【００１６】
また、油供給手段は、前記油溜め手段に供給された油面レベルの検出結果と、油温の検出結果によって、所定温度で所定量の油を前記油溜め手段に供給するように構成する。
【００１７】
また、前記課題は、本発明の油霧化方法によれば、超音波により油を霧化する油霧化方法であって、前記油の油面レベル及び油温を検出する検出ステップと、該検出ステップに基づいて油の油面レベル及び油温が油の霧化可能な所定範囲に維持するステップと、からなること、により、解決される。
【００１８】
また、前記課題は、本発明の油拡散ポンプによれば、請求項１に記載の油霧化装置によって、ケーシング内の油の霧流をジェットから噴射して吸入気体を排気すること、により、解決される。
【００１９】
前記ケーシング内に加熱源を配置して、加熱源の加熱による霧化した油（作動油）の熱膨張によりケーシング内を加圧すると好適である。また、前記ケーシング内に気体を導入してケーシング内を加圧による加圧、或いは、加熱源による加熱と気体の導入を組み合わせると好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、油溜め手段内に配置された超音波発信手段を制御する振動子制御手段と、油溜め手段内に供給された油（作動油）の油面レベルを監視する油面レベル制御手段を備え、油面レベルの制御手段は、油面レベル及び油面を検出し、該検出結果に基づいて油面レベル及び油温が油の霧化に適正な範囲に維持する制御を行うので、従来のような油を直接加熱しないで、超音波発信手段により霧化できる。より詳しくは、油面レベル制御は、共振点付近の発振周波数で発信させることにより油面から油（作動油）を霧化視、噴出油粒子の大きさおよび量を超音波振動子の振幅及び周波数の変化により制御を可能である。
そして、この霧化した油により排気でき、運転コストの低い、新方式の省エネルギ油拡散ポンプを提供することができる。
【００２１】
また、油（作動油）の霧化のために作動油を直接加熱しないので、ヒータ加熱により加熱に比して消費電力が少なくて済み、経済的である。また、配置環境の選定の制限がなく、真空装置等における設計の自由度が確保でき、同時に立ち上げ時間や停止時間を極端に短くすることができる。
さらに、油溜め槽内の作動油を加熱しないため、油の温度を低くでき、油の劣化を少なくすることが可能で、周囲に対しても安全である。
また、霧化現象は、瞬時に行われることから、数秒で油拡散ポンプを起動することができ、停止することができることにより、従来、所定温度に維持するために、継続して常時電力を供給することが必要であったが、真空（排気）するとき、つまり稼働するときのみ電力が必要となり、省エネルギ化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態の油霧化装置及び油拡散ポンプを示す構成断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態の油霧化装置及び油拡散ポンプを示す構成断面図である。
【図３】本発明の更に他の実施形態の油霧化装置及び油拡散ポンプを示す構成断面図である。
【図４】油霧化装置の概略ブロック図である。
【図５】油拡散ポンプの従来例を示す構成断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する部材，配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
【００２４】
図１乃至図４は、本発明の実施形態を示すもので、図１は油霧化装置及び油拡散ポンプを示す構成断面図、図２は他の実施形態の油霧化装置及び油拡散ポンプを示す構成断面図、図３は更に他の実施形態の油霧化装置及び油拡散ポンプを示す構成断面図、図４は油霧化装置の概略ブロック図である。
【００２５】
以下、本発明に係る油霧化装置Ｓの第１の実施形態について、図１及び図４を参照して説明する。本実施形態では、油霧化装置Ｓを油拡散ポンプＰに用いた例を示している。
油拡散ポンプＰは、油霧化装置Ｓを除いて、従来の油拡散ポンプと同様な構成となっている。即ち、本実施形態の油拡散ポンプＰは、壁が冷却できるケーシングＫと、油（作動油）１、ジェット２、ジェットノズル３、エジェクタ（不図示）、粗引きポンプ（不図示）等で構成され、油霧化装置Ｓにより作動油１が、蒸気化（霧化）され、ジェットノズル３からケーシングＫの壁５の内壁面に吹き付けられ、この作動油１の噴射により気体が噴流の進行方向へはね飛ばされ、排気口４より排気される。なお図１中、マル（○）は、油が蒸気化（霧化）された粒子の状態を模式的に示すものである。
【００２６】
つまり、拡散ポンプＰにはジェット２を設置し、この拡散ポンプＰのジェット２内を微粒子状の油液滴で充満させる。油拡散ポンプＰのジェット２に形成されたジェットノズル３より微粒子状の油液滴を噴出することにより、気体が噴流の進行方向へはね飛ばされる。そして、気体分子は、排気口４より排出される。
なお、図示はしていないが、本実施形態の油拡散ポンプＰは、補助ポンプを用いている。補助ポンプとは油拡散ポンプＰの背圧を臨界値以下に維持するための真空ポンプであり粗引きポンプとしても使用される。また、作動油１が、真空室に入り込まないように、ジェット２から油液滴が噴出していることを確認してから、真空室と油拡散ポンプＰとの間の吸入口７を開放する。これらは公知の手段が用いられる。
【００２７】
そして、油液滴を造り出すために、本発明に係る油霧化装置Ｓを用いるものであり、油霧化装置Ｓは、図１で示すように、油溜め槽１０の底面下部に超音波振動子２０を設置する。そして、超音波振動子２０に高周波電圧を印可する。作動油１の液面を超音波振動子２０で振動させる。作動油１から微粒子状の油液滴を作動油１の液面に生じさせる。油拡散ポンプＰのジェット２内を微粒子状の油液滴で充満させるものである。
【００２８】
また、本実施形態では、油拡散ポンプＰのケーシングＫの外壁面は、水冷パイプ６により冷却されている。従って、後述するように、作動油１が蒸気化（霧化）する際（油の蒸気化ではなく）、ジェット内を加圧するときに加熱装置を用いたときには、蒸気化（霧化）した作動油１がケーシングＫの内壁に付着したときに、より速く冷却されて凝縮し、油拡散ポンプＰのケーシングＫの下方の油溜め槽１０へ戻り、油霧化装置Ｓにより再度霧化（蒸気化）し、循環する仕組みとなっている。以下、本発明に係る油霧化装置Ｓの実施形態をより詳細に説明する。
【００２９】
本実施形態の油霧化装置Ｓは、油溜め手段としての油溜め槽１０と、超音波発振手段としての超音波振動子２０と、振動子制御手段としての振動子制御装置３０と、油供給手段としての油補給装置４０と、油面レベル制御手段としての油面レベル制御装置５０等を主要な構成要素としている。
【００３０】
本実施形態の油溜め手段としての油溜め槽１０は、油（作動油）１を貯留するもので、この油溜め槽１０はケーシングＫの下部位置で、ジェット２内に設置される。ここで、油（作動油）１について述べると、一般に、液体の霧化し易さには、液体の粘性が大きく影響する。粘性が低いほど霧化が容易である。油の揚合、粘性があるため、霧化するためには、(ａ)共振点付近で発振周波数を適切なものとする、(ｂ)超音波振動子から油面までの距離を適切な範囲に維持する、(ｃ)油温を適切に制御する、必要がある。そこで、本実施形態で用いる作動油１は、できるだけ蒸気圧が低いもの、粘度の小さいものを選定している。
【００３１】
超音波発振手段としての超音波振動子２０は、油溜め槽１０の作動油１に浸漬するように、油溜め槽１０の底部に取り付けられており、この超音波振動子２０には、後述する振動子制御手段としての振動子制御装置３０から所定の周波数の高周波電圧が印加されるようになっている。
【００３２】
本実施形態において、超音波振動子２０として用いる圧電振動は、直径２０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのもので、発振周波数２．４ＭＨｚで励振される。また、作動油１の油面と、超音波振動子２０までの距離は３０〜５０ｍｍの範囲に保たれるようになっている。発振周波数は、超音波振動子２０の厚さや外径等で異なり、周波数を変えることで作動油１の粒子径を微細化することができる。超音波振動子２０から油面までの距離を変えると、霧化効率が大きく変化し、一定の範囲を越えると霧化されなくなる。
【００３３】
つまり、超音波振動子２０の振動でエネルギを与えるが、振動数で霧化された油粒子の大きさが変わる。また超音波振動子２０から作動油１の油面までの距離、作動油１の種類、作動油１の温度、作動油１の油面の高さを適宜設定することにより、最適な振動で最適な霧化された油粒子を生成することが可能である。油拡散ポンプＰで作動油１として利用するためには、粒子径を10μ以下になるように霧化することで効果的なジェットノズル３からの噴出を行えるものである。
【００３４】
振動子制御手段としての振動子制御装置３０は、超音波発振手段としての超音波振動子２０を制御するものである。振動子制御装置３０は、振動子発振回路３２と、発振停止回路３４と、異常電流検知回路３６とを備えている。振動子発振回路３２には、図１及び図４で示すように、電源３８から電源トランス３９を介して高周波が供給され、発振周波数で高周波電圧を超音波振動子２０に加えて励振する。この場合、振動子発振回路３２は、超音波振動子２０に２．４ＭＨｚの周波数で励振させるものである。
【００３５】
なお、図１で示す発振停止回路３４と異常電流検知回路３６は、振動子発振回路３２を保護する回路である。このうち、発振停止回路３４は、後述するレベルスイッチ５１から液面低下異常検出回路５２を介して油面の異常信号（低レベル信号）が与えられると、発振停止回路３４を介して振動子発振回路３２に発振停止信号を送り、所定範囲のレベル信号が入力されると、超音波振動子２０の発振を再開する信号を出力する。
また、異常電流検知回路３６は、超音波振動子２０での異常電流の発生を検出し、異常検知信号を発振停止回路３４に与える回路である。発振停止回路３４は、この異常検知信号を受けると、振動子制御装置３０の振動子発振回路３２に発振停止信号を送出する。
【００３６】
油供給手段としての油補給装置４０は、油溜め槽１０内に油を供給するものであり、管体４２と、油供給装置４１と、ヒータ４８と、ヒータ制御回路４９を備えている。油供給装置４１は、給油タンク４４と、ポンプ４５と、バルブ４６と、バルブ制御回路４７と、を備えている。
【００３７】
そして、油溜め槽１０と給油タンク４４との間は、管体４２によって連通され、またバルブ４６とヒータ４８は、油溜め槽１０と給油タンク４４との間に配置されており、ヒータ４８をヒータ制御回路４９で制御し、作動油１を所定温度にし、バルブ制御回路４７によってバルブ４６及びポンプ４５を制御して、所定量を油溜め槽１０に供給するように構成されている。なお、本実施形態では、後述する油温検出器５３による油溜め槽１０の作動油１の温度を検出し、油温異常検出回路５５を介してヒータ制御回路４９に作動油１の温度情報をフィードバックするように構成している。これにより、供給する作動油１の温度を適切に制御し、作動油１が供給されても油溜め槽１０の温度を一定としている。
【００３８】
油補給装置４０は、後述するレベルスイッチ５１により、油を供給するもので、本実施形態では、作動油１が霧化可能な範囲の上限の油面レベルを高レベル、下限を低レベルとして、あらかじめ設定されている。油補給装置４０は、レベルスイッチ５１から与えられる低レベル信号を受信すると、油補給装置４０のポンプ４５、バルブ４６、ヒータ４８を、バルブ制御回路４７及びヒータ制御回路４９によって制御して駆動し、高レベル信号を受けるまで運転を継続する。
【００３９】
油面レベル制御手段としての油面レベル制御装置５０は、レベルスイッチ５１（本実施形態ではフロートスイッチ）と、油温検出器５３とを備えている。上記、レベルスイッチ５１は、液面低下異常検出回路５２と接続されており、油温検出器５３は油温異常検出回路５５と接続されている。
本実施形態の油面レベル制御装置５０は、油溜め槽１０内に供給された作動油１の油面レベル及び温度を制御するもので、油溜め槽１０内の油面レベル及び油温を検出し、この検出結果に基づいて油面レベル及び油温が、作動油１の霧化可能な所定範囲に維持する制御を行うものである。
【００４０】
油溜め槽１０には作動油１の油面の上限位置５１ａと下限位置５１ｂとを検出できる位置検出部が設けられており、レベルスイッチ５１が上限位置５１ａと下限位置５１ｂとに近づくと、検出信号を発信するようになっている。そして、液面低下異常検出回路５２は、油溜め槽１０の作動油１の油面が下限位置５１ｂを超えたときに異常信号（低レベル信号）を発信するように構成されている。
【００４１】
また、油温検出器５３は、油溜め槽１０の作動油１の温度を検出するものであり、作動油１の油温の異常な温度上昇・下降を検知し、所定温度の範囲を逸脱したときに、油温異常検出回路５５により、異常信号を発するように構成されている。
【００４２】
油溜め槽１０の作動油１の油面のレベルは、レベルスイッチ５１によって検出され、油面レベルが下がると、油補給装置４０から所定温度で所定量の作動油１が補給されて、常に前記の適正な範囲で一定のレベルが確保されるようになっている。
【００４３】
そして、作動油１の油面レベルの上限位置５１ａ、下限位置５１ｂに対応させて、予めレベルスイッチ５１について、各種設定し、この範囲内で霧化できるように構成させている。上記条件で、超音波振動子２０が振動して超音波を作動油１の油面に向けて発射すると、油面からは油柱が立ち上がり、その表面から微細化した霧状の油が放出される。この結果、油拡散ポンプＰに使用すると、ジェット２内は霧化した作動油１で満たされ、霧化された油の微粒子がジェットノズル３から噴出され、排気ポンプの役目を果たすことができる。
【００４４】
なお、油溜め槽１０内の作動油１の油温が設定温度以上に上昇した場合、油温検出器５３の検出信号から、油温異常検出回路５５は異常な油温上昇を検知し、発振停止回路３４を作動させて超音波振動子２０の振動が停止するようになっている。
また、液面低下異常検出回路５２は、油補給装置４０により作動油１の補給が開始されると、図示されないタイマが作動し、あらかじめ設定された時間を越えても高レベルにならない場合に、図示されない警報器に警報信号を出力するようになっている。このように、超音波振動子２０は空気中に露出して発振しないように、また、油溜め槽１０の油面レベルは作動油１が霧化しやすい適正範囲に保たれるようになっている。
【００４５】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、作動油に浸漬した超音波振動子に高周波電圧を印加し、共振点付近の発振周波数で発振させることにより油面から油を霧化し、潤滑油粒子の大きさおよび量を超音波の振幅、周波数の変化により制御し、この霧化した油を噴出油で排気でき、運転コストの低い新方式の排気法を提供することができる。
【００４６】
次に、上記構成からなる油霧化装置Ｓの動作について説明する。
超音波振動子２０を液体中で振動させると、超音波が液面に向けて放射される。この超音波による加圧、減圧の繰り返しに液体が追従できなくなると、キャビテーションが発生する。液面に近い位置で超音波振動子２０を振動させてキャビテーションを起こすと、液面からは液体が水柱状に立ち上がり、その表面から液体が微細な霧滴となって放出される。つまり、作動油１に浸漬した超音波振動子２０に高周波電力を印加し、共振点付近の発振周波数で発振させることにより作動油１の油面から作動油１を霧化するものである。
【００４７】
そして、油拡散ポンプＰに使用する場合、この霧化した作動油１をジェット２内に充満させることにより、高真空排気を行うものである。なお、油霧化装置Ｓを油拡散ポンプＰに用いる場合、凝縮した油は、ポンプ本体底部に溜まってドレン口（不図示）から排出される。このドレン口からは、作動油潤滑手段に油を戻して、循環するようにしてもよい。
【００４８】
次に、図２は、本発明の他の実施形態を示す。油霧化装置Ｓによって霧化した作動油１は、期待された圧力上昇を伴わないことがあるから、油拡散ポンプＰのジェット２内の気圧を上げるために、ジェット２の内部温度を上げる例である。本実施形態を含めて以下の実施形態では、前記実施形態と同様の部材、装置、回路、配置、制御等には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
ジェット２の内側の所定位置、本実施形態では、図２で示すように、ジェット内の中間位置付近に、霧化した作動油１で充満したジェット２内を加圧するためにヒータＨを配設している。またジェット２内には、ジェット２内の圧力測定が可能な圧力測定素子と、ジェット２内の温度測定が可能な温度測定素子がそれぞれ配置されており、これらの各素子からの信号により、不図示の制御回路によって、ヒータＨのＯＮ−ＯＦＦ、或いはヒータＨへの加給電を調節するものである。
【００５０】
ここでのヒータＨによる加熱は、作動油１の霧化のためではなく、ジェット２の内部温度を上げ、圧力を増し、ジェットノズル３から霧化した作動油１を噴出するためである。したがって、油の霧化（蒸気化）のために作動油１を直接加熱するものではなく、同様に油溜め槽１０を加熱するものではなく、ヒータＨには大きな電力を必要としないものである。
【００５１】
さらに、図３は、本発明の他の実施形態を示す。上記実施形態と同様に、油霧化装置Ｓによって霧化した作動油１は、期待された圧力上昇を伴わないことがあるから、油拡散ポンプＰのジェット２内の気圧を上げるために、本実施形態においては、ガスの導入を行う例を示すものである。つまり、圧力上昇を促すために、積極的に常温のガス導入あるいは加熱したガス導入をした例を示すものである。
【００５２】
図３において、符号７０は、ガス源で、このガス源７０からは、バルブ７２及びガス調節装置（コンディショナ）７４を介し、導入管７６によって、ジェット２へガスが供給される。ジェット２の内部には、超音波振動子２０が底に取り付けられた油溜め槽１０が収容されている。従って、ジェット２で霧化した油を利用することが可能である。
【００５３】
次に、本発明に係る実例と比較例について説明する。
[実例]
実例として、次の装置を用いて行った。
排気口の直径２５０ｍｍ
排気速度 ２９００Ｌ／ｓｅｃ
到達圧力 ６．７×１０−６Ｐａ（パスカル）以下
臨界背圧 ０．３Ｐａ
オイルパック量 １×１０−３ｍｇ／ｃｍ２ ｍｉｎ
所要電力 ０．２ＫＷ
冷却水 ２．３Ｌ／ｍｉｎ
作動油 ライオンＳ１Ｌ
補助ポンプ ５００Ｌ／ｍｉｎ
【００５４】
[比較例]
比較例として次の装置を用いて行った。
排気口の直径２５０ｍｍ
排気速度 ２９００Ｌ／ｓｅｃ
到達圧力 ６．７×１０−６Ｐａ（パスカル）以下
臨界背圧 ０．３Ｐａ
オイルパック量 １×１０−３ｍｇ／ｃｍ２ ｍｉｎ
所要電力 １．８ＫＷ（２００Ｖ）
冷却水 ２．３Ｌ／ｍｉｎ
作動油 ライオンＳ１Ｌ 蒸気圧１３３Ｐａのとき２５１℃（拡散ポンプ作動時の温度）
補助ポンプ ５００Ｌ／ｍｉｎ
【００５５】
[実例と比較例の対比]
実例の所要電力は、０．２ＫＷ程度であり、比較例の１．８ＫＷ（２００Ｖのとき）と比して９０％程度削減することが可能となった。また、立ち上げ時間が、比較例では３０分程度掛ったが、実例では１分で済み、また停止時間も従来は３０分程度掛ったが、実例では１分で済んだ。これは、加熱してポンプの作動時には２５１℃程度にする必要があったが、本発明では、加熱しないことによるものと判断できる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 油（作動油）
２ ジェット
３ ジェットノズル
４ 排気口
６ 冷水パイプ
７ 吸入口
１０ 油溜め槽（油溜め手段）
２０ 超音波振動子（超音波発振手段）
３０ 振動子制御装置（振動子制御手段）
３２ 振動子発振回路
３４ 発振停止回路
３６ 異常電流検知回路
４０ 油補給装置（供給手段）
４１ 油供給装置
４２ 管体
４４ 給油タンク
４５ ポンプ
４６ バルブ
４７ バルブ制御回路
４８ ヒータ
４９ ヒータ制御回路
５０ 油面レベル制御装置（油面レベル制御手段）
５１ フロートスイッチ（レベルスイッチ）
５１ａ 上限位置
５１ｂ 下限位置
５２ 液面低下異常検出回路
５３ 油温検出器
５５ 油温異常検出回路
７０ ガス源
７２ バルブ
７４ ガス調節装置（コンディショナ）
７６ 導入管
Ｐ 油拡散ポンプ
Ｈ ヒータ
Ｋ ケーシング
Ｓ 油霧化装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
油を貯留した油溜め手段と、該油溜め手段内に配置された超音波発振手段と、該超音波発振手段を制御する振動子制御手段と、前記油溜め手段内に油を供給する油供給手段と、前記油溜め手段内に供給された油の油面レベルを制御する油面レベル制御手段と、を備え、
前記油面レベル制御手段は、油面レベル及び油温を検出し、該検出結果に基づいて油面レベル及び油温が油の霧化可能な所定範囲に維持する制御を行うことを特徴とする油霧化装置。
【請求項２】
前記油面レベル制御手段は、共振点付近の発振周波数で発振させることにより油面から油を霧化し、潤滑油粒子の大きさおよび量を超音波の振幅、周波数の変化により制御してなることを特徴とする請求項１記載の油霧化装置。
【請求項３】
前記油供給手段は、前記油溜め手段に供給された油面レベルの検出結果と、油温の検出結果によって、所定温度で所定量の油を前記油溜め手段に供給することを特徴とする請求項１記載の油霧化装置。
【請求項４】
超音波により油を霧化する油霧化方法であって、
前記油の油面レベル及び油温を検出する検出ステップと、該検出ステップに基づいて油の油面レベル及び油温が油の霧化可能な所定範囲に維持するステップと、からなることを特徴とする油霧化方法。
【請求項５】
請求項１に記載の油霧化装置によって、ケーシング内の油の霧流をジェットから噴射して吸入気体を排気することを特徴とする油拡散ポンプ。
【請求項６】
前記ケーシング内に加熱源を配置して、加熱源の加熱による霧化した油の熱膨張によりケーシング内を加圧することを特徴とする請求項５記載の油拡散ポンプ。
【請求項７】
前記ケーシング内に気体を導入してケーシング内を加圧してなることを特徴とする請求項５記載の油拡散ポンプ。
【請求項８】
前記ケーシング内に加熱源を配置して、加熱源の加熱による霧化した油の熱膨張によりケーシング内を加圧と、前記ケーシング内に気体を導入してケーシング内を加圧とを組み合わせてなることを特徴とする請求項５記載の油拡散ポンプ。
【請求項１】
油を貯留した油溜め手段と、該油溜め手段内に配置された超音波発振手段と、該超音波発振手段を制御する振動子制御手段と、前記油溜め手段内に油を供給する油供給手段と、前記油溜め手段内に供給された油の油面レベルを制御する油面レベル制御手段と、を備え、
前記油面レベル制御手段は、油面レベル及び油温を検出し、該検出結果に基づいて油面レベル及び油温が油の霧化可能な所定範囲に維持する制御を行うことを特徴とする油霧化装置。
【請求項２】
前記油面レベル制御手段は、共振点付近の発振周波数で発振させることにより油面から油を霧化し、潤滑油粒子の大きさおよび量を超音波の振幅、周波数の変化により制御してなることを特徴とする請求項１記載の油霧化装置。
【請求項３】
前記油供給手段は、前記油溜め手段に供給された油面レベルの検出結果と、油温の検出結果によって、所定温度で所定量の油を前記油溜め手段に供給することを特徴とする請求項１記載の油霧化装置。
【請求項４】
超音波により油を霧化する油霧化方法であって、
前記油の油面レベル及び油温を検出する検出ステップと、該検出ステップに基づいて油の油面レベル及び油温が油の霧化可能な所定範囲に維持するステップと、からなることを特徴とする油霧化方法。
【請求項５】
請求項１に記載の油霧化装置によって、ケーシング内の油の霧流をジェットから噴射して吸入気体を排気することを特徴とする油拡散ポンプ。
【請求項６】
前記ケーシング内に加熱源を配置して、加熱源の加熱による霧化した油の熱膨張によりケーシング内を加圧することを特徴とする請求項５記載の油拡散ポンプ。
【請求項７】
前記ケーシング内に気体を導入してケーシング内を加圧してなることを特徴とする請求項５記載の油拡散ポンプ。
【請求項８】
前記ケーシング内に加熱源を配置して、加熱源の加熱による霧化した油の熱膨張によりケーシング内を加圧と、前記ケーシング内に気体を導入してケーシング内を加圧とを組み合わせてなることを特徴とする請求項５記載の油拡散ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２５５２５０（Ｐ２０１１−２５５２５０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９１１３（Ｐ２０１０−１２９１１３）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（３９０００７２１６）株式会社シンクロン (52)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（３９０００７２１６）株式会社シンクロン (52)
【Ｆターム（参考）】
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