(57)【要約】【課題】  ２気筒以上で同時に吸排気することができ、駆動源に掛かる負荷、樹脂製のピストンリングに掛かる負荷等を軽減できるようにする。【解決手段】  動力源２と、動力源２の出力軸２Ａを取り付けたクランク軸３と、クランク軸３の偏心軸３Ａに取り付けたクランクリンクロータ４と、クランクリンクロータ４外周に揺動可能となるように枢着した複数のコンロッド６と、各コンロッド６の先端にフリー回転可能に取り付けたピストン８と、各ピストン８をスライド可能に収容するよう円周方向に沿って等間隔毎に配置した複数のシリンダ室９を備え、各シリンダ室９の開口端側を個別のチェック弁ヘッド１０の吸排気孔に連通し、片側に配した排気側チェック弁１２Ａ、他側に配した吸気側チェック弁１２Ｂそれぞれによって吸排気を行うシリンダ本体１３とを備える。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源と、動力源の出力軸に取り付けられ、偏心軸を有するクランク軸と、クランク軸の偏心軸に取り付けられるクランクリンクロータと、クランクリンクロータ外周の複数箇所に揺動可能となるように枢着された複数のコンロッドと、各コンロッドの先端にフリー回転可能となるように取り付けられたピストンと、各ピストンをスライド可能に収容するよう円周方向に沿って等間隔毎に配置された複数のシリンダ室を備え、各シリンダ室の開口端側を個別のチェック弁ヘッドの吸排気孔に連通させ、片側に配した排気側チェック弁、他側に配した吸気側チェック弁それぞれによって吸排気を行うものとしたシリンダ本体とを備えて成ることを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
コンロッドは、複数のうち一つがクランクリンクロータ外周に対し非揺動となるように固定されている請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
ピストンは、当該ピストンの周面に嵌着した前後二つのＯリングを介してシリンダ室内に摺接する三点支持構造によるものとしてある請求項１記載の真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏心回転するロータと複数のピストンとによって吸排気を行うことを可能にした真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からこの種の真空ポンプとしては、例えばハンケル式、スクロール式、ローリングピストン式、ベーン式等によるのものがある。これらはいずれもケーシング内に偏心配置にして収納するロータを有し、駆動源によるロータの回転、公転もしくは公転を伴った回転運動でケーシング内面とロータ外周間に形成される単一のポンプ室に体積変化を生じさせて繰り返し吸排気を行うものである。このとき圧縮行程に移ったポンプ室内の気体は排気孔から各排気孔に設けた逆止弁を通り、ドレインパイプを介して外部に放出される。
【特許文献１】特になし
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来における各種の真空ポンプでは、ケーシング内面とロータ外周間に形成される単一のポンプ室に体積変化を生じさせて吸排気を行う物であるため、最大で２気筒でしか吸排気を行うことができないものであった。つまり、３気筒以上で同時に吸排気することができないものであった。また、従来の真空ポンプでは、駆動源に掛かる負荷が大きく、しかもピストン式の場合では樹脂製のピストンリングに掛かる負荷も大きくなってしまうものであった。さらに、従来の真空ポンプでは、加減圧の両方に対応できないものであるのに加えて、弁の構造が流体に使用できず、しかも高振動・高騒音となり、脈流も顕著であり、さらに発熱量も大きく伴うものとなる等の諸々の問題点を有していた。
【０００４】
そこで、本発明は、叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、単数の動力源によってロータを偏心回転させることで複数のピストンの直線運動を可能にした構造とすることで、２気筒以上で同時に吸排気することができ、また駆動源に掛かる負荷、樹脂製のピストンリングに掛かる負荷等を軽減でき、さらに加減圧の両方に対応もできるのに加えて、弁の構造が流体にも使用でき、しかも低振動・低騒音となり、脈流も少なく、さらに発熱量も少なくて済むものとなる真空ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明にあっては、動力源と、動力源の出力軸に取り付けられ、偏心軸を有するクランク軸と、クランク軸の偏心軸に取り付けられるクランクリンクロータと、クランクリンクロータ外周の複数箇所に揺動可能となるように枢着された複数のコンロッドと、各コンロッドの先端にフリー回転可能となるように取り付けられたピストンと、各ピストンをスライド可能に収容するよう円周方向に沿って等間隔毎に配置された複数のシリンダ室を備え、各シリンダ室の開口端側を個別のチェック弁ヘッドの吸排気孔に連通させ、片側に配した排気側チェック弁、他側に配した吸気側チェック弁それぞれによって吸排気を行うものとしたシリンダ本体とを備えて成ることを特徴とする。
【０００６】
上記コンロッドは、複数のうち一つがクランクリンクロータ外周に対し非揺動となるように固定されているものとすることができる。
【０００７】
上記ピストンは、当該ピストンの周面に嵌着した前後二つのＯリングを介してシリンダ室内に摺接する三点支持構造によるものとすることができる。
【０００８】
以上のように構成された本発明に係る真空ポンプにあって、動力源の回転駆動によりクランク軸を介してクランクリンクロータが偏心回転すると、クランクリンクロータ外周にコンロッドを介して連繋されている複数のピストンそれぞれが所定のタイムラグを伴ってシリンダ本体のシリンダ室内を往復摺動することにより、上側に配した排気側チェック弁、下側に配した吸気側チェック弁を有する複数のチェック弁ヘッドそれぞれによって個別に吸排気が行われる。
【０００９】
このように単一の動力源によってクランクリンクロータを偏心回転させることで動力源の回転運動を複数のピストンの直線運動に変換させる。しかも、或る一つのピストンに対し、反対側に位置するピストンが同じベクトル方向のモーメントを有するため、動力源に掛かる負荷を軽減させる。
【００１０】
複数のうち一つがクランクリンクロータ外周に対し非揺動となるように固定されているコンロッドは、クランクリンクロータの偏心回転に際し、当該クランクリンクロータ自身の自転方向もしくは上下方向へのガタ付きを阻止させる。
【００１１】
ピストンの周面に嵌着した前後二つのＯリングを介してシリンダ室内に摺接する三点支持構造によるものとしたピストンは、当該ピストンの周面に嵌着した前側のＯリングによって後側のＯリングに掛かる負荷を軽減させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、単数の動力源によってロータを偏心回転させることで複数のピストンの直線運動を可能とすることで、２気筒以上で同時に吸排気することができ、また駆動源に掛かる負荷、樹脂製のピストンリングに掛かる負荷等を軽減でき、さらに加減圧の両方に対応もできるのに加えて、弁の構造が流体にも使用でき、しかも低振動・低騒音となり、脈流も少なく、さらに発熱量も少なくて済むものとすることができる。また、弁構造自体が水密構造となっているため流体の吸排用としても使用できるものとなり、ミスト条件下でも使用が可能となる。
【００１３】
すなわち、これは本発明が、動力源と、動力源の出力軸に取り付けられ、偏心軸を有するクランク軸と、クランク軸の偏心軸に取り付けられるクランクリンクロータと、クランクリンクロータ外周の複数箇所に揺動可能となるように枢着された複数のコンロッドと、各コンロッドの先端にフリー回転可能となるように取り付けられたピストンと、各ピストンをスライド可能に収容するよう円周方向に沿って等間隔毎に配置された複数のシリンダ室を備え、各シリンダ室の開口端側を個別のチェック弁ヘッドの吸排気孔に連通させ、片側に配した排気側チェック弁、他側に配した吸気側チェック弁それぞれによって吸排気を行うものとしたシリンダ本体とを備えて成るからであり、これにより、クランクリンクロータ外周にコンロッドを介して連繋されている複数のピストンそれぞれが所定のタイムラグを伴ってシリンダ本体のシリンダ室内を往復摺動することができ、上側に配した排気側チェック弁、下側に配した吸気側チェック弁を有する複数のチェック弁ヘッドそれぞれによって個別に吸排気が行える。
【００１４】
しかも、或る一つのピストンに対し、反対側に位置するピストンが同じベクトル方向のモーメントを有するため動力源に掛かる負荷を軽減させることができ、したがって互いに対向するチェック弁ヘッド位置で吸気と排気の双方が同時に行われるに際し、対向配置したコンロッドの押し込み乃至引き出し動作が互いにバランス良く行えるものとなる。
【００１５】
また、請求項２によれば、コンロッドは、複数のうち一つがクランクリンクロータ外周に対し非揺動となるように固定されているので、クランクリンクロータの偏心回転に際し、当該クランクリンクロータ自身の自転方向もしくは上下方向へのガタ付きを阻止し、駆動源に掛かる負荷を軽減させると共に、クランクリンクロータの過渡的な振動やこれに伴う騒音、さらにはクランクリンクロータの摺動摩擦による発熱量を軽減させ、加えてピストン往復運動の脈動等を軽減させることができる。
【００１６】
さらに、請求項３によれば、ピストンは、当該ピストンの周面に嵌着した前後二つのＯリングを介してシリンダ室内に摺接する三点支持構造によるので、当該ピストンの周面に嵌着した前側のＯリングによって後側のＯリングに掛かる負荷を軽減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の一形態を説明すると、図において示される符号１は、後述する偏心回転するクランクリンクロータ４と複数のピストン８とによって複数気筒で吸排気を行うことを可能にした真空ポンプであり、本形態においては、６気筒の場合について説明してあるが、本発明はこれによって限定されるものではなく、６気筒以外の複数気筒であっても良いことはもちろんである。
【００１８】
すなわち、図２以下に詳しく示すように、真空ポンプ１は、例えばブラッシレスモータ等の単数の動力源２と、下側の中心軸孔に動力源２の出力軸２Ａが取り付けられ、上側に偏心軸３Ａを有するクランク軸３と、クランク軸３の偏心軸３Ａに取り付けられる円板状のクランクリンクロータ４と、クランクリンクロータ４外周の複数箇所、例えば円周上の等間隔６箇所に形成された取付孔にクランクピン５を介して、一つを除くそれぞれが揺動可能となるように枢着された例えば６個のコンロッド６と、各コンロッド６の先端にピストンピン７を介してフリー回転可能となるように取り付けられた６個のピストン８と、各ピストン８をスライド可能に収容するよう円周方向に沿って等間隔毎に配置された６個のシリンダ室９を備え、各シリンダ室９の開口端側を個別のチェック弁ヘッド１０の吸排気孔１１に連通させ、上側に配した排気側チェック弁１２Ａ、下側に配した吸気側チェック弁１２Ｂそれぞれによって吸排気を行うものとした略ドーナツ状のシリンダ本体１３とから概ね構成されている。
【００１９】
動力源２は、例えばブラッシレスモータ等を使用し、ケーシング１４内のブラケット１５によって上部のギヤーヘッド１６側を固定支持した状態で立設されている。そして、ギヤーヘッド１６から突出しているキー突起状の出力軸２Ａを、クランク軸３の下端側中央に形成されているキー溝３Ｂに嵌挿して一体となって回転できるようにしてある。なお、このクランク軸３は、出力軸２Ａに挿入された同心軸用止め輪、同心穴用止め輪の上に配置されているソリッド形針状コロ軸受等公知の各部材によって回転可能に支持されている。
【００２０】
クランク軸３の上端側には、当該クランク軸３の回転中心からずらした突起状の偏心軸３Ａが一体形成されており、この偏心軸３Ａに円板状のクランクリンクロータ４の中心孔部が同心穴用止め輪、ソリッド形針状コロ軸受等の各部材それぞれを介して相互に回転可能となるようにネジ体２４によって固定してある。
【００２１】
クランクリンクロータ４は、その中心孔部周囲を薄板円盤状に形成されており、この部分の円周上に沿って６０°間隔毎に等間隔に形成された６個の取付孔それぞれにクランクピン５を介して、一つを除くそれぞれが揺動可能となるようにコンロッド６の一端側が枢着されている。このとき、クランクピン５の先端側をＤカット形状にしてコンロッド６挿通後にクランクリンクロータ４の取付孔に先端側を嵌合させ、外周側面側からネジ１７をねじ込んでＤカット平面側を係止させることでクランクピン５とクランクリンクロータ４とが一体となるようにしてある。
【００２２】
また、６個のコンロッド６のうちの一つは、クランクリンクロータ４外周の取付孔に対し非揺動となるように、クランクピン５のコンロッド６挿通箇所にネジ部を形成し、これに対向してコンロッド６に形成されたネジ孔にクランクピン５のネジ部をねじ込むことによって固定されている。なお、この固定されるクランクピン５の頭部は、幅厚に形成され、中央には六角レンチ装着用の孔部が設けられることで、クランクピン５のねじ込み操作を容易にしている。
【００２３】
さらに、コンロッド６の他端側は、円柱形状のピストン８の後部平面側に形成された横長矩形状の凹部に嵌挿され、コンロッド６の他端側に形成されている孔部と、ピストン８の後部平面側の上下を貫通するように形成されている孔部とを合致させてから両孔部に長目のピストンピン７を貫挿し、上下に突出しているピストンピン７の両端部に形成されている環状溝部にＥ形止め輪１８を嵌着することによって固定してある。
【００２４】
ピストン８の周面の前後二つの箇所にはＯリング１９を嵌装するための環状溝部１９Ａが形成されており、これらに嵌装されたにＯリング１９を介してシリンダ本体１３の６個のシリンダ室９内で６個のピストン８それぞれが摺動可能となっている。これによって、当該各ピストン８は、前記コンロッド６による支持を加えた三点支持構造となっている。
【００２５】
シリンダ本体１３は、全体形状が略ドーナツ状となって形成され、６個のピストン８に対向して６個のシリンダ室９が円周上に沿って６０°間隔毎に等間隔に形成されている。そして、ドーナツ形状のシリンダ本体１３の内周面側にシリンダ室９の一端開口側が配置され、外周面側にシリンダ室９の他端開口側が配置されている。前記ピストン８は内周面側のシリンダ室９の一端開口側から挿入されている。
【００２６】
チェック弁ヘッド１０は、各シリンダ室９の外側開口端側において、当該チェック弁ヘッド１０に穿設されたＴ字型を呈する吸排気孔１１の一方の孔側を臨ませるようにそれぞれ個別に配置されており、チェック弁ヘッド１０の吸排気孔１１に連通した上側の排気側チェック弁１２Ａ、下側の吸気側チェック弁１２Ｂそれぞれによって吸排気を行うものとしてある。これら両チェック弁１２Ａ、１２Ｂは、弁座２０と弁押え２１の間に円筒状のスペーサーカラー２２を介装させ、これら各部材の内部に球体状の弁体２３が挿入された構成となっている。
【００２７】
次に、本発明の構成による使用動作について説明すると、先ず動力源２が回転駆動すると、クランク軸３を介してクランクリンクロータ４が偏心回転する。このとき、クランクリンクロータ４外周にコンロッド６を介して連繋されている複数のピストン８それぞれが所定のタイムラグを伴ってシリンダ本体１３のシリンダ室９内を往復摺動する。
【００２８】
すなわち、図３乃至図５に示すように、動力源２の回転駆動によってクランク軸３を介してクランクリンクロータ４が偏心回転するに際し、複数のうち一つのピストン８（図３中左側の１番目のピストン８）がシリンダ室９内に最大限に押し込み摺動し、同時にこのピストン８に対向位置する反対側のピストン８（図３中右側の４番目のピストン８）がシリンダ室９内から最大限に引き出し摺動している状態を初期位置状態とする。
【００２９】
次に、この初期位置状態からクランクリンクロータ４が時計方向へ例えば１２０°だけ偏心回転した状態では、時計回転方向に沿って隣接配置した３番目のピストン８がシリンダ室９内に最大限に押し込み摺動し、同時にこのピストン８に対向位置する反対側の６番目のピストン８がシリンダ室９内から最大限に引き出し摺動する（図４参照）。
【００３０】
また、初期位置状態からクランクリンクロータ４が時計方向へ例えば２４０°だけ偏心回転した状態では、時計回転方向に沿って隣接配置した５番目のピストン８がシリンダ室９内に最大限に押し込み摺動し、同時にこのピストン８に対向位置する反対側の２番目のピストン８がシリンダ室９内から最大限に引き出し摺動する（図５参照）。
【００３１】
このように単一の動力源２によってクランクリンクロータ４を偏心回転させることで動力源２の回転運動を複数のピストン８の直線運動に変換する。このとき或る一つのピストン８に対し、反対側に位置するピストン８が同じベクトル方向のモーメントを有するため、動力源２に掛かる負荷が軽減される。これにより上側に配した排気側チェック弁１２Ａ、下側に配した吸気側チェック弁１２Ｂを有する複数のチェック弁ヘッド１０それぞれによって個別のシリンダ室９毎に吸排気が行われるのである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明を実施するための最良の形態を示す真空ポンプの斜視図である。
【図２】同じく真空ポンプの縦断面図である。
【図３】同じくロータの偏心回転初期状態の平面図である。
【図４】同じくロータの偏心回転初期位置から１２０°偏心回転した状態を示す平面図である。
【図５】同じくロータの偏心回転初期位置から２４０°偏心回転した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１      真空ポンプ
２      動力源
３      クランク軸
４      クランクリンクロータ
５      クランクピン
６      コンロッド
７      ピストンピン
８      ピストン
９      シリンダ室
１０    チェック弁ヘッド
１１    吸排気孔
１２Ａ  排気側チェック弁
１２Ｂ  吸気側チェック弁
１３    シリンダ本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005256793.tif 000005
【図４】
2005256793.tif 000006
【図５】
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