(57)【要約】【課題】  真空ポンプを、小型化および携帯化する。【解決手段】  携帯型の真空ポンプ１では、電動機２とポンプ室４ａが形成された真空ポンプ本体１ａとが軸継手２１を介して接続されている。真空ポンプ本体は、駆動軸１０を有する。この駆動軸を支持する一方の軸受１５ｂはシリンダ４に保持される。他方の軸受１５ａは、このシリンダに気密に取り付けたフランジ５に保持される。シリンダの電動機側の端部は、軸継手を収容するとともに電動機の端部に嵌合し、電動機がシリンダを支持する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機とポンプ室が形成された真空ポンプ本体とを軸継手を介して接続する携帯型の真空ポンプにおいて、前記真空ポンプ本体が有する駆動軸を支持する一方の軸受をシリンダに、他方の軸受をこのシリンダに気密に取り付けたフランジに保持し、前記シリンダの電動機側の端部は前記軸継手を収容するとともに前記電動機の端部に嵌合し、前記電動機が前記シリンダを支持することを特徴とする携帯型の真空ポンプ。
【請求項２】
前記軸継手の一方側に、前記電動機の回転軸に嵌合する丸穴を、他方側に前記シリンダ内を貫通する駆動軸に嵌合する擬似角穴を形成し、前記駆動軸に前記電動機の回転軸に嵌合する穴を形成し、この軸継手と前記電動機の回転軸との止めねじを不要としたことを特徴とする請求項１に記載の携帯型の真空ポンプ。
【請求項３】
前記駆動軸に偏心して外形円筒部を有する樹脂製の偏心軸を設け、外周の一部に板状の延在部を有するピストンをこの偏心軸の外周側に取り付け、前記駆動軸と前記偏心軸との嵌合部であって偏心軸の内周側に軸方向に延びる複数の突起を形成したことを特徴とする請求項２に記載の携帯型の真空ポンプ。
【請求項４】
前記軸継手の材料を樹脂とし、この軸継手に形成した丸穴の内周側に軸方向に延びる複数の突起を形成するか、またはこの丸穴に連通する半径方向に延びる複数の穴を形成したことを特徴とする請求項２に記載の携帯型の真空ポンプ。
【請求項５】
前記板状の延在部の中間を両側から挟持し円弧部を有する１対の摺動円柱を設け、この摺動円柱をシリンダに保持して摺動円柱をシリンダ内で揺動させ、前記シリンダと前記ピストンとを２重円筒に形成し、この２重円筒間に形状が変化するポンプ室を形成したことを特徴とする携帯型の真空ポンプ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の携帯型の真空ポンプであって、排気速度が７０ｍＬ／ｓｅｃ以上、重量が２５０ｇ以下の真空ポンプを有することを特徴とする自動排尿処理装置。
【請求項７】
前記駆動軸に偏心軸を介してピストンを取り付け、このピストンは外径側に延びる板状のブレード部を外周の一部に有し、円弧部を有する摺動円柱がこのブレード部を揺動自在に保持し、前記駆動軸をステンレス鋼とし、前記軸継手をＰＣ樹脂またはＰＯＭ樹脂とし、前記ピストンをＰＳ樹脂またはＰＣ樹脂とし、前記シリンダをＰＢＴ樹脂とし、前記摺動円柱をＰＰＳ樹脂またはＰＢＴ樹脂としたことを特徴とする請求項１に記載の携帯型の真空ポンプ。ここで、ＰＣはポリカーボネード、ＰＯＭはポリアセタール、ＰＳはポリスチレン、ＰＰＳはポリフェニレンサルファイド、ＰＢＴはポリブチレンテレフタートである。
【請求項８】
前記駆動軸の端部には、ピストンおよび偏心軸の偏心量を補償するバランスウェイトが取り付けられており、このバランスウェイトをカバーするカバーを前記フランジに取り付け、このフランジをＰＯＭ樹脂としたことを特徴とする請求項７に記載の携帯型の真空ポンプ。
【請求項９】
前記シリンダと前記ピストンとを２重円筒に形成し、前記ブレード部を揺動させることにより、この２重円筒間に形成されたポンプ室の容積を変化させてポンプ室内のガスを圧縮することを特徴とする請求項７に記載の携帯型の真空ポンプ。
【請求項１０】
前記駆動軸に軸横断面形状がＤ字状の切り落とし部を形成し、このＤ字状に対応する穴を前記偏心軸に形成し、偏心軸に形成したＤ字状穴の内面に軸方向に延びる複数の突起を形成したことを特徴とする請求項７に記載の携帯型の真空ポンプ。
【請求項１１】
前記摺動円柱を保持する保持部をシリンダに形成し、この保持部と２重円筒部との近傍に、前記シリンダにガスを吸入する吸込流路とガスを吐出する吐出流路とを揺動するブレード部にほぼ垂直に設け、吐出流路にこの吐出流路を開閉するシート状の弁と、この弁を押圧する吐出弁押さえとを取り付けたことを特徴とする請求項７に記載の真空ポンプ。
【請求項１２】
前記携帯型の真空ポンプの外形が直径３０ｍｍ以下で長さ７０ｍｍ以下であり、重量が２５０ｇ以下であり、前記電動機は４〜９Ｖの出力電圧の乾電池または二次電池で駆動されるものであり、４０００〜６０００ｒｐｍでこの真空ポンプを駆動したときの総排気速度が７０ｍＬ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の携帯型の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯型の真空ポンプに係り、特に自動排尿処理装置に好適な携帯型の真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
自力で排尿場所までの移動が困難な人等を対象にした排尿用の吸引装置の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の尿吸引装置では、尿レシーバから吸引源である吸引ポンプの間に尿溜め容器を介在させている。そして、尿レシーバに排尿されたときには、その排尿を検知して吸引管路から尿溜め容器に吸引している。その際、吸引ポンプは尿溜め容器の圧力の変化を検出する圧力センサーの信号により、吸引状態を制御されている。
【０００３】
吸引ポンプには、多く軽量な真空ポンプが用いられる。このような真空ポンプの例が、特許文献２や特許文献３に記載されている。特許文献２に記載の圧縮機では、摺動特性、延いては効率を向上させるために、自己潤滑作用により潤滑を継続する摺動部材をロータリー圧縮機に設けている。一方、特許文献３に記載の回転ベーン形の圧縮機及び真空ポンプでは、圧縮室とシール液のポンプ室を気密に区画し、ポンプ室から吐出されるシール液をシール部及び潤滑部に送液している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２６２４２号公報
【特許文献２】特開２００２−１９５１８０号公報
【特許文献３】特開平８−２９６５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の従来の尿吸引装置では、尿溜め容器の圧力に応じて吸引源である吸引ポンプの運転状態を変えることが記載されている。しかしながら、この特許文献１では、吸引ポンプの小型化及び低騒音化については十分には考慮されていない。尿吸引装置の可搬性を高めるために、装置全体を小型化するときには、吸引ポンプも小型化が必要である。ポンプを小型化する最も有効な方法はポンプの回転速度を高めることであるが、ポンプの回転速度を高めると、小型ポンプに一般的に使用される容積形のポンプでは、可動部と静止部間の相対隙間が大きくなり、効率が低下する。また、単に高速化すれば、騒音が増大する。尿吸引装置は、野外はもちろん、特に夜間のベッド脇での使用をも考慮しなければならないから、騒音の低減は必須である。
【０００６】
一方、特許文献２や特許文献３に記載の圧縮機では、小型化等により効率が低下するのを防止するために、シール部や潤滑部の信頼性を向上させている。しかしながらこれらの圧縮機は、排尿処理装置等の携帯用の医療用装置に使用することが特定されていないので、小型化が進められているといっても、性能を重視する観点から構造が複雑になっている。また、夜間での使用も期待される装置に用いられるものでもないので、間欠運転等における騒音の発生や寿命の低減についても十分には考慮されていない。
【０００７】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、真空ポンプを小型化するとともに、携帯性を向上させることにある。本発明の他の目的は、可搬性を有する真空ポンプの信頼性を向上させることにある。本発明のさらに他の目的は、夜間や屋外でも真空ポンプを備えた排尿処理装置を使用できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の特徴は、電動機とポンプ室が形成された真空ポンプ本体とを軸継手を介して接続する携帯型の真空ポンプにおいて、真空ポンプ本体が有する駆動軸を支持する一方の軸受をシリンダに、他方の軸受をこのシリンダに気密に取り付けたフランジに保持し、シリンダの電動機側の端部は軸継手を収容するとともに電動機の端部に嵌合し、電動機がシリンダを支持するものである。
【０００９】
そしてこの特徴において、軸継手の一方側に電動機の回転軸に嵌合する丸穴を、他方側にシリンダ内を貫通する駆動軸に嵌合する擬似角穴を形成し、駆動軸に電動機の回転軸に嵌合する穴を形成し、この軸継手と電動機の回転軸との止めねじを不要とするのがよい。さらに、軸継手の材料を樹脂とし、この軸継手に形成した丸穴の内周側に軸方向に延びる複数の突起を形成するか、またはこの丸穴に連通する半径方向に延びる複数の穴を形成するのがよい。
【００１０】
上記特徴において、板状の延在部の中間を両側から挟持し円弧部を有する１対の摺動円柱を設け、この摺動円柱をシリンダに保持して摺動円柱をシリンダ内で揺動させ、シリンダとピストンとを２重円筒に形成し、この２重円筒間に形状が変化するポンプ室を形成するのが好ましい。
【００１１】
上記特徴において、駆動軸に偏心軸を介してピストンを取り付け、このピストンは外径側に延びる板状のブレード部を外周の一部に有し、円弧部を有する摺動円柱がこのブレード部を揺動自在に保持し、駆動軸をステンレス鋼とし、軸継手をＰＣ樹脂またはＰＯＭ樹脂とし、ピストンをＰＳ樹脂またはＰＣ樹脂とし、シリンダをＰＢＴ樹脂とし、摺動円柱をＰＰＳ樹脂またはＰＢＴ樹脂とするのがよい。ここで、ＰＣはポリカーボネード、ＰＯＭはポリアセタール、ＰＳはポリスチレン、ＰＰＳはポリフェニレンサルファイド、ＰＢＴはポリブチレンテレフタートである。
【００１２】
また上記特徴において、駆動軸の端部には、ピストンおよび偏心軸の偏心量を補償するバランスウェイトが取り付けられており、このバランスウェイトをカバーするカバーをフランジに取り付け、このフランジをＰＯＭ樹脂とするのがよく、シリンダとピストンとを２重円筒に形成し、ブレード部を揺動させることにより、この２重円筒間に形成されたポンプ室の容積を変化させてポンプ室内のガスを圧縮するのがよい。
【００１３】
また上記特徴において、駆動軸に軸横断面形状がＤ字状の切り落とし部を形成し、このＤ字状に対応する穴を偏心軸に形成し、偏心軸に形成したＤ字状穴の内面に軸方向に延びる複数の突起を形成するがのがよく、摺動円柱を保持する保持部をシリンダに形成し、この保持部と２重円筒部との近傍に、シリンダにガスを吸入する吸込流路とガスを吐出する吐出流路とを揺動するブレード部にほぼ垂直に設け、吐出流路にこの吐出流路を開閉するシート状の弁と、この弁を押圧する吐出弁押さえとを取り付けるのがよい。さらに、携帯型の真空ポンプの外形が直径３０ｍｍ以下で長さ７０ｍｍ以下であり、重量が２５０ｇ以下であり、電動機は４〜９Ｖの出力電圧の乾電池または二次電池で駆動されるものであり、４０００〜６０００ｒｐｍでこの真空ポンプを駆動したときの総排気速度が８０ｍＬ／ｓｅｃ程度であることが望ましい。
【００１４】
本発明の他の特徴は、上記いずれかの特徴を有する携帯型の真空ポンプであって、排気速度が８０ｍＬ／ｓｅｃ程度、重量が２５０ｇ以下の真空ポンプを自動排尿処理装置が有することにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、真空ポンプの構成を簡単化したので、真空ポンプが小型化するとともに携帯性が向上する。また、簡単な構成で各部の位置精度を向上させるとともに、静止部と可動部との間を確実に潤滑するようにしたので、可搬性を有する真空ポンプの信頼性が向上する。また、位置精度が向上したので騒音発生源が減り、排尿処理装置に適用した場合であっても、夜間や屋外でも使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る携帯型の真空ポンプの一実施例を、図面を用いて説明する。本実施例で示した真空ポンプは、主として排尿処理装置に用いられる。図１は、真空ポンプの縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図１に示した真空ポンプの主要部の分解斜視図とそのＢ−Ｂ断面図、図４は、図１に示した真空ポンプの軸端部の分解斜視図、図５は、図１に示した真空ポンプの軸回りの分解斜視図である。
【００１７】
携帯型の真空ポンプ１では、駆動モータ２の一方の側面に、軸継手２１を介して真空ポンプ本体１ａが接続されている。真空ポンプ本体１を、４０００〜７０００ｒｐｍの回転速度で、モータ２が駆動する。モータ２の直径は３０ｍｍ程度、軸方向長さは３５ｍｍ程度である。モータ２は、４〜９Ｖ程度の乾電池や二次電池で駆動される。
【００１８】
軸継手２１を介してモータ軸２ａに接続された駆動軸１０の軸方向中間部は、円柱形の偏心軸１１の内部に偏心して形成された穴に嵌合し、偏心軸１１をモータ軸２ａ回りに偏心運動させる。偏心軸１１の外周側には、ニードル軸受１２が嵌合されている。偏心軸１１の軸方向左右両側は、玉軸受１５ａ、１５ｂで回転支持される。偏心軸１１の反モータ側の当接面１０ｆ、すなわち図１の左端部には、バランスウエイト当接面１０ｅを基準として、バランスウエイト１３が取り付けられている。バランスウエイト１３は、止め具１４で偏心軸１１に保持される。
【００１９】
円筒状の玉軸受保持部５ａに保持した玉軸受１５ａに塗布した図示しない潤滑剤の飛散を防止するため、玉軸受保持部５ａの周囲に、円錐状の潤滑剤溜り皿５ｂを取り付けた。同様に、玉軸受１５ｂの保持部にも、円錐状の潤滑剤溜り皿４ｆを取り付けた。ピストン３と偏心軸１１間にニードル軸受１２を用いる場合は、ニードル軸受１２の内輪側を軸方向に押してニードル軸受１２を保持するニードル軸受固定部１１ｄを形成する。
【００２０】
駆動軸１０のバランスウエイト１３側の部分は、フランジ５に嵌合するカバー６で覆われている。シリンダ４の一側面４ｃには、この真空ポンプ１を排尿処理装置に取り付ける取付け板４ｄが設けられている。さらに、シリンダ４のモータ２側の端部は円筒状に形成されており、軸継手２１を収容して、電動機２に形成した嵌合部に嵌合する。これにより、シリンダ４を直接モータ２が支持可能になっている。ポンプ室４ａ部に対応するシリンダの外周部は２重に形成されており、この２重部のモータ２側の端部には、モータ２の外周を保持するモータベース２０が取り付けられている。したがって、モータベース２０によっても、シリンダ４はモータ２に保持される。
【００２１】
玉軸受１５ｂは、一方の側面、図１の左側の側面が開放された雪だるま形の容器であるケーシング一体型のシリンダ４に、保持される。一方左側の玉軸受１５ａは、フランジ５に形成した玉軸受保持部５ａに保持される。フランジ５はシリンダ４の開放側の面を覆う板状の部材であり、専用シート１７をシリンダとの間に配置して、シリンダ４と気密に嵌合する。専用シート１７はＰＴＦＥ製のシートであり、樹脂材料で構成されたシリンダ４、偏心軸１１、以下に詳細を示すピストン３および摺動円柱７ａ、７ｂの成形誤差および組み立て誤差を吸収する。
【００２２】
専用シート１７上をシリンダ４が摺動するので、専用シート１７には摺動性に富む材料を用いている。専用シート１７は、シリンダ４の摺動時に変形可能である。ニードル軸受１２の外径側には、リングとこのリングの周方向の１箇所を外方に延ばして形成したブレード３ａとを有するピストン３が取り付けられている。シリンダ４内には、偏心軸１１及びニードル軸受１２、ピストン３が収容される。
【００２３】
ブレード３ａの中間部を、円柱の一部を形成する摺動円柱７ａ、７ｂが左右から挟持している。この摺動円柱７ａ、７ｂは、摺動円柱７ａ、７ｂの外形形状に合わせた内面形状をしたシリンダ４の突起部に保持される。ブレード３ａの先端部は、シリンダ４の突起部の内周面に形成された楕円筒状の空間に突き出ている。ピストン３の下部は円筒形状をしており、その外周面３ｂは、円筒形に形成されたシリンダ４下部の内周面４ａに対向する。そして、ピストン３とシリンダ４との間は、最も狭いところでもシール性を保持できるように微小隙間を形成している。ピストン３は、シリンダ４内を旋回運動する。ピストン３が一定半径で旋回運動すると、シリンダ４の内周面４ａとピストン３間に形成される三日月状の空間４ｂも追従して移動する。そして、気体は吸込流路８から吸入され、吐出流路９へ吐出される。
【００２４】
シリンダ４の摺動円柱７ａ、７ｂの保持部近傍には、駆動軸４に直交する方向であって水平方向に、吸込流路８及び吐出流路９が形成されている。吸込流路８及び吐出流路９は、ポンプ室４ｂに開口している。吐出流路９には弁座９ｂが形成されており、この弁座９ｂには吐出弁９ａが当接している。吐出弁９ａは、厚さ０．５ｍｍのシリコンシートである。吐出弁９ａを、吐出弁押え１９が反吐出側に押圧している。吐出流路９に取り付ける吐出弁９ａは、デッドボリュームを少なくするため、できるだけシリンダ内周面４ａであってブレード３ａに近い位置に設ける。本実施例では、吐出側のシリンダ側面４ｃに、吐出流路９よりも大径の穴を形成して弁座９ｂとした。
【００２５】
吐出弁押え１９の詳細を図９に示す。同図（ａ）はその正面図であり、同図（ｂ）はその側面図である。吐出弁押え１９は、丸棒を加工して成形している。すなわち、丸棒の中心部に貫通穴１９ｙを加工するとともに背面側を軸方向に吐出弁跳ね上げ幅１９ｄだけ段付形状にする。段の一部は、図９で高さ方向に斜めに切り欠かれている。丸棒の前面側には直径方向に切り欠いた溝であるすり割り１９ｊが形成されており、貫通穴１９ｙより大径の丸穴１９ｘが軸方向中間部まで形成されている。この丸穴１９ｘの背面側には、六角レンチでこの吐出弁押え１９を取り付けるための六角穴１９ｉが形成されている。吐出弁押え１９の外径１９ａは５．０ｍｍである。
【００２６】
吐出弁押え１９の背面側には、吐出弁押え１９とほぼ同径の吐出弁９ａが配置されている。吐出弁９ａは、厚さ０．１ｍｍのＰＴＦＥ製の円板シートであり、吐出弁押え１９の形状に合わせて、上端から段付部までだけが吐出弁押え１９で押えられている。したがって、段付部から下部は、吐出流路９の圧力により左右に折れ曲がる。ここで、上端部から段付部までの長さである弁押え長さ１９ｂは、１．１５ｍｍである。段付部の切り欠き角度である弁開口角１９ｃは４５度である。吐出弁９ａは切り欠き部の両端である弁開口支点部１９ｅ、１９ｆを支点として折れ曲がる。吐出弁９ａの下端側を弁開口支点部１９ｆでさらに折れ曲がるようにしたので、吐出弁９ａが、折れ曲がったときに吐出弁押え１９の前面側と吐出弁９ａの背面側が連通する連通路を確保できる。
【００２７】
すなわち、吐出弁押え１９に形成した貫通穴１９ｙにより形成されるリングの肉厚１９ｇ部分の内側に、排気口高さ１９ｈを確保したので、貫通穴１９ｙから溝幅１９ｋのすり割り１９ｊに連通する流路が形成される。これにより、真空ポンプの据付状態に関わらず、吐出弁を確実に動作させることができる。なお、段付部を斜めに切り欠く形状としたので、吐出弁９ａの開閉による騒音が低減される。
【００２８】
図４に詳細を示すように、駆動軸１０とモータ２の回転軸２ａとは、軸継手２１を介して接続される。軸継手２１は、円柱形をしており、モータ２の回転軸２ａが嵌合する側には、丸穴２１ａが形成されている。一方、駆動軸１０が嵌合する側は、円の２面を面落としした擬似長方形状の穴（角穴）２１ｂが形成されている。この角穴２１ｂに対応して、駆動軸１０には互いに平行な平面１０ｂ、１０ｃを有するフィレットが形成されている。駆動軸１０の中心部には、モータの回転軸が嵌合可能な丸穴１０ａが形成されている。
【００２９】
このように構成した真空ポンプ１では、シリンダ４にフランジ５及び専用シート１７が気密に取り付けられて、ポンプ室４ｂが形成される。シリンダ４のフランジ５に対向する面には突起４ｅが形成されており、フランジ５をシリンダ４に取り付けるときにこの突起４ｅが潰され突起４ｅと専用シート１７がフランジ５に密着する。これにより、ポンプ室４ｂのシール性を高めている。
【００３０】
モータ軸２ａが回転すると、偏心シャフト１１が偏心運動し、この偏心シャフトの外径側に取り付けたピストン３も偏心運動する。その際、ピストン３のブレード３ａが摺動円柱７ａ、７ｂによりその動きを規制され、ピストン３の自転が阻止される。なお、ブレード３ａの自転を防止する摺動円柱７ａ、７ｂは、ブレード３ａの動きが円滑になるように、摺動性のよい材料及び形状（円柱の一部）としている。
【００３１】
本実施例では、モータ２の回転駆動力をモータの回転軸２ａと丸穴２１ａとの間の静摩擦を用いて駆動軸１０に伝達する。軸継手２１が回転すると、軸継手２１に形成した角穴２１ｂから、駆動軸１０のフィレットの平面１０ｂ、１０ｃに回転力が伝達され、駆動軸１０が回転する。ところで、従来、締付けねじ等を用いて軸継手２１を軸１０に固定していたが、本実施例では締付けねじ等を使用しない。その理由は、締め付けねじ等を使用すると、締め付けねじの重量がアンバランス荷重として作用し、振動を発生するおそれがあるからである。締め付けねじを使用しないので、駆動軸１０と軸継手２１の嵌合を密にする。しかも、駆動軸１０と軸継手２１との分解も必要であるから、軸継手２１にＰＣ（ポリカーボネート）等の樹脂を用いて、軽量化及び高摩擦係数化している。
【００３２】
本実施例では、上記の理由からポリカーボネートの軸継手２１を使用しているが、樹脂製の軸継手２１は、金属製のものと同様な成形精度を達成するのが困難である。成形の誤差により、モータ２の回転軸２ａと駆動軸１０との同軸度が狂うのを防止するために、モータ２の回転軸２ａを駆動軸１０の丸穴１０ａに挿入可能にした。これにより、モータ２の回転軸２ａと駆動軸１０の軸心が微妙にずれたことに起因する高速回転時の振動を低減できるとともに、機械効率の低下を防止できる。また、真空ポンプ１の軸方向軸長さを低減でき、真空ポンプ１を小型化できる。
【００３３】
一方、軸継手２１をモータ２の回転軸２ａに取り付ける際にも、締め付けねじを使用しないで、軸継手２１をモータ２から取り外し可能にしている。そのため、本実施例では、軸継手２１の丸穴２１ａの内周面に、図６に詳細を示す軸方向に延びる突起２１ｃを形成している。突起２１ｃは、軸継手２１ｃの内周面の周方向に、間隔を置いて複数形成されている。図６（ａ）は、軸継手２１単体の側面図であり、同図（ｂ）は軸継手２１をモータ２の回転軸２ａに取り付けた状態の断面図である。回転軸２ａを軸継手２１に挿入したので、樹脂製の軸継手２１の突起２１ｃが弾性変形している。
【００３４】
軸継手２１の内周面に複数の突起２１ｃを形成したので、モータ２の回転軸２ａの回転トルクが、摩擦力により確実に軸継手２１に伝達される。また、突起２１ｃの変形により、モータ２の回転軸２ａの位置決め、つまり同心度が保たれる。また突起２１ｃの変形により、トルク伝達に必要なモータ２の回転軸２ａとの接触面積も確保される。突起２１ｃの高さは、モータ２の回転軸２ａが挿入されたときに、突起２１ｃと回転軸２ａとの間に嵌合すき間がない状態になるように設定される。したがって、丸穴２１ａの寸法が多少異なっていたり精度がばらついていても、また回転軸２ａと軸継手２１の材質が違っていて熱変形量に差が生じても、突起２１ｃと回転軸２ａ間に隙間がないので、回転トルクが確実に伝達される。
【００３５】
駆動軸１０には、軸継手２１の角穴２１ｂの側面および駆動軸１０のフィレットの平行平面１０ｂ、１０ｃから、回転トルクが伝達される。これらの角穴２１ｂやフィレットは、トルク伝達だけではなく、組立て時の位置決めにも利用される。角穴の２１ｂの２側面にフィレットの平面１０ｂ、１０ｃを合わせれば、軸継手２１を駆動軸１０に対して水平方向と垂直方向に位置決めできる。また、モータ２の回転軸２ａと駆動軸１０の丸穴１０ａを、フィレットを軸継手２１の角穴２１ｂ挿入するだけで自動的に位置決めできる。
【００３６】
図７に、軸継手の他の実施例を示す。上記実施例では、軸方向に延びる突起２１ｃとフィレットで軸継手２１を、回転軸２ａおよび駆動軸１０ａに固定している。本実施例では、軸継手２２に半径方向に延びる軟化穴２２ｃをほぼ軸対称位置に複数個形成している。軸継手２２の材料が樹脂であるから、軟化穴２２ｃの加工において軟化穴２２ｃの内周面部が内側に塑性変形する。この変形により、丸穴２２ａに回転軸２ａを挿入すると、丸穴２２ａの内面が、回転軸２ａにより押し広げられ、回転軸２ａと軸継手２２との間の嵌合すき間が無い部分が周方向に形成される。駆動軸１０側は、擬似角溝の代わりに、駆動軸１０の端部形状に対応した外周まで延びる溝２２ｂとした。軸継手２２をこのように形成することによっても、上記実施例と同様に簡易にモータ軸２ａと駆動軸１０の位置決めできるとともに、熱変形にも対応できる。
【００３７】
次にポンプ部の作用を、図３および図５を用いて説明する。駆動軸１０の外周の１箇所には切り欠き面１０ｄが形成されており、断面切頭円形状をしている。この切り欠き面１０ｄ部における断面軸形状と同様の断面形状の穴（駆動軸用穴）１１ａが偏心軸１１に形成されているので、駆動軸用の穴１１ａに駆動軸１０を挿入すれば、偏心軸１１の周方向位置が位置決めされる。駆動軸１０が回転すると、この切り欠き面１０ｄから駆動用軸の穴１１ａの平面１１ｂに回転トルクが伝達され、偏心軸１１が回転する。このとき、偏心軸１１の軸心と駆動軸１０の軸心とは異なっているから、偏心軸１１は、偏心した回転運動をする。
【００３８】
このとき、偏心軸１１と駆動軸１０との間の組立て誤差や隙間等により偏心軸１１に振動が生じる、偏心軸１１は偏心運動するので振動が増幅される。その結果、効率の低下およびシリンダ４やピストン３における摺動面の摩擦や摩耗を引き起こす。そして、摩耗や熱変形により、真空ポンプ１の寿命の低下を引き起こす。このような不具合を回避するために、本実施例ではＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）の偏心軸１１を用いている。ＰＰＳ製の偏心軸１１を用いると、軽量で耐摩耗性や耐熱性に優れ、樹脂の中では熱膨張率が小さいので、長寿命で真空ポンプ１を運転できる。
【００３９】
偏心軸１１が軽量であるから、偏心による回転時のアンバランス力（遠心力）を低減でき、バランスウエイト１３の質量を低減できる。これにより、真空ポンプを小型化できる。なお、本実施例では駆動軸１０と偏心軸１１とを嵌合する構造としているが、インサート成形により一体化してもよい。インサート成形するときは、駆動軸１０を金型に位置決めしこの金型に偏心軸を形成する樹脂を流し込む。偏心軸１１をインサート成形すれば、駆動軸１０との同心度が保たれ、圧縮機の性能が向上するとともに、加工工数を低減できる。
【００４０】
これに対して、駆動軸１０には機械的強度に優れた金属材料を用いる。駆動軸１０が金属製であるから、樹脂製の偏心軸１１と熱膨張率が異なる。運転中にこの熱膨張差により、偏心軸１１が駆動軸１０に対して周方向に変位しやすくなる。そこで、偏心軸１１の平面１１ｂに軸方向に延びる複数の突起１１ｃを形成した。図８は、偏心軸１１に形成した駆動軸用穴１１ａ部の輪郭を示した図である。同図（ａ）は、駆動軸用穴１１ａだけの輪郭であり、同図（ｂ）は駆動軸１０を挿入した状態を断面で示した図である。
【００４１】
先に説明したモータ２の回転軸２ａと軸継手２１の場合と同様に、駆動軸１０を駆動軸用穴１１ａに挿入すると、軸方向に延びる突起１１ｃが弾性変形または塑性変形し、駆動軸１０と偏心軸１１間の隙間がなくなる。そして駆動軸が１０が回転運動して発生した熱により、駆動軸１０および偏心軸１１が熱変形しても、突起１１ｂの変形により常に駆動軸１０と偏心軸１１との間の隙間がない状態に保たれる。これにより、偏心軸１１の駆動軸１０に対する周方向の相対変位の発生も防止できる。
【００４２】
本実施例では、断面Ｄ型の平面１１ｂ部に、軸方向に延びる３本の突起１１ｃを形成した。また、駆動軸１０の平面１０ｄと偏心軸１０の平面１１ｂの軸方向長さが長いので、組立て性や分解性を考慮して、これらの平面１０ｄ、１１ｂを軸方向に傾斜させた。その勾配は、約１度である。このように駆動軸１０と偏心軸１１との間の隙間に起因する振動を抑制したので、バランスウェイト１３の重量を軽減することができる。
【００４３】
次に、上述した小型の真空ポンプ１を、自動排尿処理装置に適用する場合について、以下に説明する。自動排尿処理装置では、衛生面の要求から、真空ポンプ１を含めた全ての部品を定期的に交換しなければならない。そこで、交換部品をリサイクル可能とするため、真空ポンプ１を材料別に容易に分解できる部品形状とした。容易な組立ておよび分解形状と、望ましい材料の選定結果を、表１に示す。
【００４４】
【表１】
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駆動軸１０および偏心軸１１には、上述の理由から、それぞれステンレス鋼およびＰＢＴ／ＰＰＳを用いた。ピストン３には、軽量で、耐熱性および耐摩耗性に富み、耐薬品性の中の耐弱酸性および耐弱アルカリ性を有する材料おＰＳ／ＰＣを用いた。これらの材料は、成形性にも富む。
【００４５】
真空ポンプ１を動作させると、真空ポンプ１の各部が熱膨張する。そこで、シリンダ４や偏心軸１１、ピストン３のブレード部３ａをガイドする摺動円柱７ａ、７ｂの材質を、ほぼ同じにして、熱膨張に起因する応力の増加を回避する。本実施例では、これら各部品の材料を、ＰＳ（ポリスチレン）に統一している。なお、偏心軸１１と駆動軸１０との間にニードル軸受１２を用いて摺動性を向上させる場合には、偏心軸１１にニードル軸受１２の端面を保持するニードル軸受保持部３ｃを形成する。
【００４６】
玉軸受１５ａ、１５ｂがシリンダ４に保持される位置に対応して、偏心軸１１には玉軸受１５ａ、１５ｂの内輪側を軸方向に押し付ける玉軸受位置決め座１１ｇ、１１ｈを形成した。この玉軸受位置決め座１１ｇ、１１ｈは、円筒形状をしており、軸方向長さが約０．５ｍｍである。偏心軸１１の軸方向の寸法は、ピストン３やポンプ室４ｂの幅とほぼ同じである。
【００４７】
シリンダ４には、耐摩耗性や耐熱性に優れ、耐弱酸性及び耐弱アルカリ性を有し、成形性に富む材料を選定する。シリンダ４はピストン３と摺動するので、ピストン３材料との摺動特性を考慮し、ピストン３と同程度の熱膨張率を有するＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）またはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）を使用した。ピストン３のブレード部３ａをガイドする摺動円柱７ａ、７ｂは、耐摩耗性や耐熱性に優れ、また熱膨張率がピストン３にと同程度の材料を選定する。成形性をも考慮して、本実施例ではＰＰＳまたはＰＢＴを選択した。
【００４８】
フランジ５には、成形性に富み、ピストン３やシリンダ４と熱膨張率が同程度の材料を選定する。他の摺動部品ほどではないにしても、耐摩耗性もある程度必要である。そこで、本実施例では、ＰＯＭ（ポリアセタール）のホモポリマーを選択した。モータベース２０およびカバー６には、成形性を考慮して、ＰＯＭのコポリマーを選択した。
【００４９】
真空ポンプのサイズは、排出尿量に基づいて決定した。各年代における尿流量（単位時間当たりの排尿量）の調査結果が示された泌尿紀要 ３３巻 ４号 （１９８７年４月）５２１〜５２６ページを参照して、成人の排出尿量を求めた。この文献によれば、若年成人（１９〜３９歳）での最大尿流量は毎秒２８．２±４．６ｍＬであり、他のいずれの年代よりもその量は多い。そこで、余裕を考慮して最大尿流量を毎秒４０ｍＬに設定した。空気の巻き込みやその他の損失を考慮し、真空ポンプの総排出速度を毎秒７０ｍＬとした。したがって、例えばシリンダの直径１７．２ｍｍ、長さ１３．６ｍｍ、ピストンの直径１４．０ｍｍとすると、ピストン１回転の排出量は約１．０６６ｍＬであり、毎分４３００回転で真空ポンプ１を駆動すれば、毎秒７６．４ｍＬの尿を排出できる。約１０％の損失があると仮定して、毎秒約７０ｍＬが排出可能である。
【００５０】
本実施例では、真空ポンプの各部の寸法および回転速度を上述のように定めたが、総排出速度が毎秒７０ｍＬを満足するものであれば、異なる寸法や回転速度でも良い。真空ポンプを小型化および軽量化できたので、モータと組み合わせた真空ポンプ装置の外形を直径３０ｍｍ、長さ７０ｍｍ以下とし、重量２５０ｇ以下とすることができた。これにより、太陽電池や燃料電池等を含め、４〜９Ｖ程度の電圧を有する乾電池や二次電池等の電源の使用が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る携帯型の真空ポンプの一実施例の側断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１に示した真空ポンプのロータ部の分解斜視図。
【図４】図１に示した真空ポンプの軸継手部の分解斜視図。
【図５】図１に示した真空ポンプに用いる駆動軸部の分解斜視図。
【図６】図１に示した真空ポンプに用いる軸継手部の側面図。
【図７】図１に示した真空ポンプに用いる軸継手の他の実施例の分解斜視図。
【図８】図１に示した真空ポンプに用いる駆動軸の端部の側面図。
【図９】図１に示した真空ポンプに用いる吐出弁押え１９の正面図及び側面図。
【符号の説明】
【００５２】
１…真空ポンプ、１ａ…真空ポンプ本体、２…モータ（電動機）、２ａ…回転軸、３…ピストン、３ａ…ブレード部、３ｂ…ピストン外周面、３ｃ…ニードル軸受保持部、４…シリンダ、４ａ…シリンダ内円周面、４ｂ…ポンプ室（三日月状の空間）、４ｃ…吐出側ケーシング側面、４ｄ…取り付け板、４ｅ…突起、４ｆ…潤滑剤溜り皿、５…フランジ、５ａ…玉軸受保持部、５ｂ…潤滑剤溜り皿、６…カバー、７ａ、７ｂ…摺動円柱、８…吸気流路、９…吐出流路、９ａ…吐出弁、９ｂ…弁座、１０…駆動軸、１０ａ…丸穴、１０ｂ、１０ｃ…トルク伝達フィレット、１０ｄ…切り欠き面、１０ｅ…バランスウェイト位置決め面、１０ｆ…当接面、１１…偏心軸、１１ａ…駆動軸挿入穴、１１ｂ…偏心軸位置決め面、１１ｃ…突起、１１ｇ、１１ｈ…玉軸受位置決め座、１２…ニードル軸受、１３…バランスウェイト、１３ａ…駆動軸挿入穴、１４…止め具、１５ａ、１５ｂ…玉軸受、１７…専用シート、１９…吐出弁押え、１９ａ…弁押え径、１９ｂ…弁押え長さ、１９ｃ…弁開口角、１９ｄ…吐出弁跳ね上げ幅、１９ｅ、１９ｆ…弁開口支点部、１９ｇ…弁押さえ厚さ、１９ｈ…排気口高さ、１９ｉ…六角穴、１９ｊ…すり割り、１９ｋ…溝幅、２０…モータベース、２１…軸継手、２１ａ…丸穴、２１ｂ…（擬似）角穴、２１ｃ…突起、２２…軸継手、２２ａ…丸穴、２２ｂ…溝、２２ｃ…軟化穴。
【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】
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【図８】
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【図９】
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