(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口及び排気口が形成された第１の側壁と、前記第１の側壁に対して回動される第２の側壁と、前記第２の側壁の回動中心と対向する畳み込み部とを有し、前記第２の側壁の回動動作に伴う前記畳み込み部の拡張又は畳み込みによって内容積が拡大又は縮小されるポンプ室と、
前記吸気口に形成された第１の弁座と、前記第１の弁座に着離座可能な第１の弁板と、前記第１の弁板を前記第１の弁座へ付勢する第１のバネと、強磁性体を有する第１のロッドと、前記強磁性体に磁気結合された第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石を前記第１のロッドの長さ方向に変位させることで、前記第１のロッドを前記長さ方向へ移動させる第１のアクチュエータとを有し、前記ポンプ室の内容積が拡大される吸気時に、前記第１のアクチュエータにより前記第１のロッドを前記長さ方向へ移動させることで、前記第１の弁板を前記第１のバネの付勢に抗して前記第１の弁座から離座させることが可能な吸気弁機構と、
前記排気口に形成された第２の弁座と、前記第２の弁座に着離座可能な第２の弁板と、前記第２の弁板を前記第２の弁座へ付勢する第２のバネと、強磁性体を有する第２のロッドと、前記強磁性体に磁気結合された第２の永久磁石と、前記第２の永久磁石を前記第２のロッドの長さ方向に変位させることで、前記第２のロッドを前記長さ方向へ移動させる第２のアクチュエータとを有し、前記ポンプ室の内容積が縮小される排気時に、前記第２のアクチュエータにより前記第２のロッドを前記長さ方向へ移動させることで、前記第２の弁板を前記第２のバネの付勢に抗して前記第２の弁座から離座させることが可能な排気弁機構と
を具備する往復動式真空ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の往復動式真空ポンプであって、
前記第１及び第２のアクチュエータは、ソレノイドコイルと、棒状可動鉄心（強磁性体）と、前記棒状可動鉄心を付勢する復帰コイルバネとを含む電磁式アクチュエータであり、前記ポンプ室の内容積の拡大、縮小に同期して前記ソレノイドコイルに流す直流電流をオン・オフして前記棒状可動鉄心を前記復帰コイルバネの付勢に抗して前記第１及び第２のロッドの長さ方向に移動させる
往復動式真空ポンプ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の往復動式真空ポンプであって、
複数個の前記ポンプ室が直列に接続されて、隣接する上流側の前記ポンプ室の前記排気口からの排気が下流側の前記ポンプ室の前記吸気口へ吸入され、かつ上流側の前記ポンプ室が内容積の縮小期にある時には下流側の前記ポンプ室は内容積の拡大期にあるように、相互に逆位相に作動される
往復動式真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は往復動式真空ポンプに関するものであり、更に詳しくは、油回転ポンプに代わるドライポンプとして使用し得る真空ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、真空はあらゆる工業分野で利用されているが、大気圧から排気して圧力１Ｐａ程度の真空を発生させるために使用される粗引きポンプは大部分が油回転ポンプである。しかし、油回転ポンプには高真空側へ油蒸気が逆流して真空系の質を低下させるという欠点があることから、最近では油回転ポンプに代わり、油やグリースを使用しないドライポンプが提案され、その一部は既に商品化されている。
【０００３】
提案されているドライポンプのうち、往復動ポンプにはピストンポンプ、ダイヤフラムポンプ、ベローズポンプ等がある。ピストンポンプは吸気弁と排気弁を備えたシリンダー内でピストンを往復動させて低圧側のガスを高圧側へ圧縮移送するポンプである。ダイヤフラムポンプはピストンの代わりに薄い弾性体からなる浅い椀状のダイヤフラムを往復動させ、これと筐体とで囲まれた容積を変化させてポンプ作用を行わせるものである。ダイヤフラムポンプは摺動部を必要としないが、一般的には容積変化量を大きく取ることは困難である。なお、本願出願人による特開平１１ー１５９４６３号公報の「ベローズ・ポンプ」において、本発明者等が開示したベローズポンプは摺動部がなく、１回の往復動で移送できる容積がダイヤフラムポンプよりも格段に大きいことを特徴とするものである。
【０００４】
往復動式の真空ポンプは一般的には複数個のポンプ室を連結して所定の到達圧力を得るように作製されているが、各ポンプ室の吸気口と排気口には逆流を防ぐための弁が不可欠である。しかし、これらに使用されている弁の多くは弁板の両側の圧力差で開閉する方式のものであり、差圧が数百Ｐａ程度の限界圧力以下では弁板は開閉しなくなる。そのため、通常、この種の弁を使用した往復動式真空ポンプの到達圧力は数百Ｐａ程度である。
【０００５】
上述のベローズ・ポンプや一部のピストンポンプ、ダイヤフラムポンプでは、数百Ｐａ程度の限界圧力以下でも弁が開閉するように、ベローズ、ピストン、ダイヤフラムの往復動に同期させて開閉を外力で行う方式の弁が採用されており、その駆動にはカム等を利用した機械的方式やソレノイドコイルと強磁性体（または永久磁石）とを組み合わせた電磁的方式があるが、いずれも大型化したりコストがかさむという嫌いがあった。
【０００６】
これに対して、本願出願人は特開平１１ー２８７１８７号公報において、圧力差が数百Ｐａ程度の限界圧力以下においても弁板の開閉を行わしめる駆動部を設けた往復動式真空ポンプを開示した。図１３は、その実施例として示されているベローズポンプのポンプ室１１０の吸気口部分の断面図であり、吸気弁１２０と共に示されている。すなわち、ポンプ室１１０の吸気弁１２０は弁板１４２の開閉をそのシャフト１４３の下端のボビン１４４に巻装されるムービングコイル１４６と、これに交差した磁束を発生させる永久磁石１４７、ヨーク１４８、１４９とを駆動部１４０として構成されているものであり、ポンプ室１１０の側壁１１９を回動中心１１８の回りに拡げ、畳み込む内容積の拡大、縮小に同期させてムービングコイル１４６に流す直流の向きを変えることにより流路１２３を弁板１４２によって開閉するようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の吸気弁１２０および同様な排気弁を有するポンプ室１１０は、弁板１４２を含む可動部が数ｇ以下の重量に作製されているので、１０5 Ｐａから１Ｐａの圧力範囲で作動する真空ポンプを形成させることができ、油回転ポンプに代る小型、低コストのドライ型の真空ポンプとして極めて有用なものであるが、図１３に見られるように、駆動部１４０が気体の流路となる取付短管１２１内に設けられているので、駆動部１４０が排気時の抵抗になるほか、弁板１４２がシャフト１４３、ボビン１４４の陣傘部１４４ａを介して、保持金具１３３に取り付けられたサスペンション１４５と一体化されており、サスペンション１４５の他端側は保持金具１３３に取り付けられているので、弁板１４２を含む可動部は軽量に作製されてはいるが、ムービングコイル１４６における電流の向きの切り換えと実際の弁板１４２の開閉に若干のタイムラグを生じる。
【０００８】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、弁板の両側の圧力差が数百Ｐａ程度の限界圧力以下においても確実に高精度で開閉する弁板を備え、更には、弁板を開閉させるアクチュエータが気体の流路外にあって排気の抵抗とならない小型、低コストの往復動式真空ポンプを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る往復動式真空ポンプは、
吸気口及び排気口が形成された第１の側壁と、前記第１の側壁に対して回動される第２の側壁と、前記第２の側壁の回動中心と対向する畳み込み部とを有し、前記第２の側壁の回動動作に伴う前記畳み込み部の拡張又は畳み込みによって内容積が拡大又は縮小されるポンプ室と、
前記吸気口に形成された第１の弁座と、前記第１の弁座に着離座可能な第１の弁板と、前記第１の弁板を前記第１の弁座へ付勢する第１のバネと、強磁性体を有する第１のロッドと、前記強磁性体に磁気結合された第１の永久磁石と、前記第１の永久磁石を前記第１のロッドの長さ方向に変位させることで、前記第１のロッドを前記長さ方向へ移動させる第１のアクチュエータとを有し、前記ポンプ室の内容積が拡大される吸気時に、前記第１のアクチュエータにより前記第１のロッドを前記長さ方向へ移動させることで、前記第１の弁板を前記第１のバネの付勢に抗して前記第１の弁座から離座させることが可能な吸気弁機構と、
前記排気口に形成された第２の弁座と、前記第２の弁座に着離座可能な第２の弁板と、前記第２の弁板を前記第２の弁座へ付勢する第２のバネと、強磁性体を有する第２のロッドと、前記強磁性体に磁気結合された第２の永久磁石と、前記第２の永久磁石を前記第２のロッドの長さ方向に変位させることで、前記第２のロッドを前記長さ方向へ移動させる第２のアクチュエータとを有し、前記ポンプ室の内容積が縮小される排気時に、前記第２のアクチュエータにより前記第２のロッドを前記長さ方向へ移動させることで、前記第２の弁板を前記第２のバネの付勢に抗して前記第２の弁座から離座させることが可能な排気弁機構とを具備する。
このような往復動式真空ポンプは、１０５Ｐａから１Ｐａ程度までの圧力範囲において吸気弁および排気弁が精度高く確実に開閉され、かつアクチュエータが気体の流路外にあって排気抵抗とならず、排気性能の良好な小型のドライポンプとなる。
【００１０】
また、このような往復動式真空ポンプは、弁板の閉時には弁板がバネによって容易に弁座に押圧され、弁板の開時にはバネによる付勢に抗して弁板がロッドを介しアクチュエータによって容易に開とされ、精度の高く開閉される。
【００１１】
上記往復動式真空ポンプにおいて、前記第１及び第２のアクチュエータは、ソレノイドコイルと、棒状可動鉄心（強磁性体）と、前記棒状可動鉄心を付勢する復帰コイルバネとを含む電磁式アクチュエータであり、前記ポンプ室の内容積の拡大、縮小に同期して前記ソレノイドコイルに流す直流電流をオン・オフして前記棒状可動鉄心を前記復帰コイルバネの付勢に抗して前記第１及び第２のロッドの長さ方向に移動させてもよい。このような往復動式真空ポンプは、弁板の開閉を高い精度でタイムラグを生じることなく制御し得る。
【００１２】
上記往復動式真空ポンプにおいて、複数個の前記ポンプ室が直列に接続されて、隣接する上流側の前記ポンプ室の前記排気口からの排気が下流側の前記ポンプ室の前記吸気口へ吸入され、かつ上流側の前記ポンプ室が内容積の縮小期にある時には下流側の前記ポンプ室は内容積の拡大期にあるように、相互に逆位相に作動されてもよい。このような往復動式真空ポンプは、ポンプ室となるベローズに比較的大きい気体移送量を持たせることができるので、排気性能に優れた真空ポンプとなし得る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の往復動式真空ポンプは、上述したように、吸気弁および排気弁のそれぞれが、弁の閉時に弁板を小さい所定の力で弁座に押圧するバネと、一端部に強磁性体が取り付けられており、弁の開時に他端部によってバネの付勢に抗して弁板を弁座から離隔させるロッドと、ロッドの強磁性体に真空壁を介して磁気結合された大気側の永久磁石と、弁板が開閉されるように永久磁石を変位させるアクチュエータとからなり、弁板の両側に生じる気体の圧力差が数百Ｐａ程度の限界圧力より大きい場合には弁板は主として気体の圧力差によって開閉され、圧力差が限界圧力より小さい場合には、弁板は、バネおよびアクチュエータによって、圧力差による弁板の移動方向と同一方向へ移動されて開閉されるものである。
【００１４】
弁板の両側の圧力差が限界圧力より僅かに大きい場合にも、圧力差で弁板を開閉させるには、弁板およびそのロッドを含む可動部が可及的に軽量であり、かつ閉時において弁板を弁座に押圧する力が可及的に小さいことを必要とする。そのような観点から、弁板の両側に気体の圧力差がない時の弁板の押圧力を５×１０-2Ｎ以下とすることが望ましい。そのような押圧力で弁板を弁座に押圧するためには、弁板を含む可動部も必然的に５ｇ以下の軽量であることを要することになる。従って、少なくとも弁板は合成樹脂または比重の小さい金属で作製することが要請される。
【００１５】
上記のような押圧力はバネによって得ることが簡便であり、介装の容易さからはコイルバネが最も好ましい。すなわち、弁板の裏面とその裏面から若干離隔した位置に設ける支持部との間に弾性定数が既知のコイルバネを介装することにより、弁板を所定の力で均等に弁座へ押圧させることができる。勿論、これ以外の方法によって所定の押圧力を得ることは何ら差し支えない。更には、弁板およびそのロッドを含む可動部を軽量化することにより、弁板を開閉させるアクチュエータも小型化される。
【００１６】
また、弁板はロッドと直接に結合されたものであってもよいが、弁板を弁座に押圧するバネに必要な力がロッド分だけ増大するので、ロッドの他端部と弁板とは遊びを有して連結されているか、または独立したものであることが望ましい。すなわち、後述の図６、図１０に示すように、弁の閉時には、弁板とロッドとが直接に接触していない状態において、バネによって弁板を弁座に押圧し、弁の開時にはロッドの他端部によってバネの付勢に抗して弁板を押し下げるか又は引き上げて弁座から離隔させるように各部材を構成することにより、弁板を弁座に押圧するに要するバネの力も小さくなり、またロッドを上下させるアクチュエータも小型化される。弁板を引き上げて弁座から離隔させる場合には、ロッドと弁板とが連結されていなければならないので、弁板とロッドとを遊びを有する連結とすることが必要であり、そのような連結は、図１０に示した櫓状連結部にロッドの下端部を遊挿させて抜け止めを設けることのほか、それ以外の如何なる方法を採用してもよく、例えばロッドの下端部と弁板とを鎖状に連結することによっても得られる。
【００１７】
ロッドの一端部に取り付けられる強磁性体は端面上に接合してもよく、また一端部の外周面にリング状に嵌め込んでもよい。ロッドは真空壁からなるシリンダ−状ガイド内で移動されるものであることが望ましい。また磁気結合された大気側の永久磁石によって円滑に移動されるには軽量であることを要するので合成樹脂または比重の小さい金属によるものであることが望ましい。また、ロッドを心振れなく移動させるには、ロッドの外周面とシリンダ−状ガイドの内面とのクリアランスを摩擦抵抗が生じない程度に小さくすることを要するので、ロッドの上端部とシリンダ−状ガイドの頂面との間で気体の圧縮が生じないように、ロッドの両端間に通気溝を設けることが望まれる。
また、強磁性体と共にロッドを移動させる大気側の永久磁石はロッドに平行な単数または複数の棒状としてもよいが、ロッドのシリンダー状ガイドが遊挿される環形状としてロッドの長さ方向に変位させることによりロッドが最も安定して移動される。
【００１８】
永久磁石を変位させるアクチュエータは、ソレノイドコイル、棒状可動鉄心（強磁性体）、および復帰コイルバネからなる電磁式アクチュエータのソレノイドコイルに流す直流電流のオン・オフにより弁板を応答性の良く開閉することができるので、好適に使用される。勿論、アクチュエータは電磁式以外の空気圧式、油圧式であってもよく、また、カム機構によって永久磁石を変位させる機械的なアクチュエータであってもよく、アクチュエータの方式は限定されない。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の往復動式真空ポンプを実施例によって図面を参照し具体的に説明する。
【００２０】
図１２はベローズポンプの一例のポンプ室１０を示す斜視図であり、図１２のＡは側壁１１、側壁１９を立てて置いた場合、図１２のＢは図１２のＡのポンプ室１０を横転させた場合を示す。ポンプ室１０は近似的な１２面体からなり、その最大内容積は０．６Ｌ、畳み込まれた時の内容積は０．０３Ｌであり、圧縮比は２０とされている。ポンプ室１０の側壁１１には吸気口１１ａ、排気口１１ｂが形成されており、それらには図示を省略した吸気弁２０、排気弁５０が取り付けられる。そして図示しない駆動機構によって側壁１９が固定の側壁１１との間で畳み込まれ拡げられることにより、ポンプ室１０の内容積が縮小、拡大されてポンプ作用を行う。本発明の往復動式真空ポンプは、通常的には、上記のようなポンプ室１０の複数が直列または直列／並列に連結されて所定の排気速度や到達圧力（真空度）を得るように作製される。
【００２１】
図１はポンプ室１０の吸気時（ベローズの拡大時）における吸気弁２０部分の断面図、図２は排気時（ベローズの縮小時）における同様な断面図である。また、図３は吸気弁２０の破断斜視図である。ポンプ室１０は、図１、図２に示すように、固定された側壁板１１に対して、他方の側壁板１９が図示しない駆動機構によって回動中心１８の回りに拡げられ畳み込まれて内容積の拡大、縮小が行われる。それに伴って屈曲される回動中心１８に近いコーナー部１６、およびコーナー部１６に対向する畳み込み部１７はウレタンゴムで作製され、側壁１１、側壁１９はアルミニウム合金で作製されており、両者は接合部において接着剤で強固かつ気密に接合されている。このウレタンゴムに代えてフッ素ゴムやエチレン・プロピレンゴム、ないしは超高分子量ポリエチレンとしてもよく、またアルミニウム合金に代えてステンレス鋼、チタン、耐蝕性のニッケル合金、ないしは高強度樹脂（エンジニアリングプラスチックス）としてもよい。使用目的に応じて最も適切な材料が選択される。
【００２２】
ポンプ室１０の側壁１１に設けられている吸気弁２０は、図１に示すように、ポンプ室１０内へ面して設けられた弁座３８に対し、弁板４０がポンプ室１０側において押圧され離隔されるように構成されている。すなわち、側壁１１の吸気口１１ａに弁板受け３４が設けられており、その上のカラー３３を押え込むように吸気弁２０の取付Ｌ字管３１が取り付けられている。そして、取付Ｌ字管３１はＯ−リング３２を介してポンプ室１０の側壁１１に図示を省略したボルトによって固定されており、取付Ｌ字管３１には弁座３８が形成されている。図４は弁板受け３４を示す拡大図であり、図４のＡは平面図、図４のＢは図４のＡにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方向の断面図である。すなわち、弁板受け３４は大略円筒形状に作製され、その上面には弁板４０のストッパー３４ａ、下面にはコイルスプリング３６の支持部３４ｂが設けられており、その中央部は通気路３５とされている。
【００２３】
図５は弁板４０の平面図であるが、弁板４０の外周には４本の突起４１が形成されており、弁板４０の上面にはＯ−リング４２が片側を露出させて嵌め込まれている。そして、４本の突起４１に挟まれる４か所の空間は弁板４０の開時における通気路４５となる。弁板４０はポリカーボネートで作製されており、突起４１を含む弁板４０の重量は約６×１０-4ｋｇと極めて軽量である。また、弁板４０と弁板受け３４の支持部３４ｂとの間にはコイルバネ３６が両端部を係止されることなくフリーに介装されており、図２に示すように、弁板４０はコイルバネ３６によっては付勢されて弁座３８に押圧され吸気口１１ａを閉とする。なお、コイルバネ３６の押圧力は（３〜５）×１０-2Ｎである。
更に、弁板４０の上方には弁板４０と独立したロッド２２が設けられており、このロッド２２は、図１に示すように、コイルバネ３６による付勢に抗して下降されて弁板４０を弁座３８から離隔させ、弁板受け３４のストッパー３４ａに当接するまで押し下げて吸気口１１ａを開とする。なお、これらの時の各要素の動きは後述する。
【００２４】
ロッド２２はポリカーボネート製であり軽量とされているが、その上半部２２ａは太径とされて取付Ｌ字管３１と一体的な深絞り加工のシリンダー状ガイド２３内に挿入されており、ロッド２２の上端面には強磁性体である軟鉄片２１が接合され、下端部には十字脚２２ｃが設けられている。また、軟鉄片２１およびロッド２２の上半部２２ａには、それらの上下を連通させるる２本の通気溝２２ｔが形成されている。更には取付Ｌ字管３１から突出するシリンダー状ガイド２３の外周面にはロッド２２の軟鉄片２１と磁気結合された環状の永久磁石２４を保持する環状ディスク２５が遊嵌されており、環状ディスク２５が永久磁石２４と共にアーム２７によって上下されてロッド２２を上下させるようになっている。そして、アーム２７は図３に示すように、電磁式アクチュエータ３０によって上下される。すなわち、電磁式アクチュエータ３０はそのケーシング３０ｃ内に、ソレノイドコイル２８と棒状可動鉄心２９とが設けられており、アーム２７は十字孔ネジ２９ｂによって棒状可動鉄心２９の上端部に固定されている。また、棒状可動鉄心２９の上端部と十字孔ネジ２９ｂとの周囲には、ケーシング３０ｃの上面とアーム２７との間に復帰バネ２６が介装されている。
【００２５】
そして、ソレノイドコイル２９に直流電流を流すスイッチをオンにすると、棒状可動鉄心２８が復帰バネ２６に抗してアーム２７、永久磁石２４と共に引き下げられて、図１に示すように、永久磁石２４に磁気結合されている軟鉄片２１と共にロッド２２が下降されて弁板４０を押し下げることにより、吸気弁２０は開けられる。また、スイッチをオフにすると、図３において、復帰バネ２６が働いてアーム２７および永久磁石２４を押し上げ、軟鉄片２１と共にロッド２２を上昇させるので、図２に示すように、コイルバネ３６が弁板４０を押し上げて吸気弁２０は閉じられる。このような吸気弁２０のこのような開閉が、ポンプ室１０の内容積の拡大、縮小に同期して行われる。
【００２６】
図６は図１、図２に示した弁板４０の開閉に伴うコイルバネ３６の伸縮、ロッド２２の上昇と下降を拡大して示す部分拡大断面図であり、図６のＡは図１に対応する吸気弁２０の開状態、図６のＢは図２に対応する吸気弁２０の閉状態を示す。すなわち、図６のＡに示すように、ポンプ室１０の内容積が拡大される吸気時には、弁板４０がロッド２２によって押し下げられ弁座３８から離隔されて吸気弁２０は開となり、気体は取付Ｌ字管３１から弁板４０の外周側の通気路４５、および弁板受け３４の通気路３５を経由してポンプ室１０内へ流入する。また、図６のＢに示すように、ポンプ室１０の内容積が縮小される排気時には、ロッド２２が弁板４０から離れて上昇され、コイルバネ３６によって弁板４０がＯ−リング４２を介して弁座３８に押圧されて吸気弁２０は閉とされ、ポンプ室１０から取付Ｌ字管３１への気体の逆流が阻止される。このような弁板４０の開閉は、弁板４０の両側の圧力差が大である時には主として圧力差またはそれによる気体の流れによって行われ、圧力差が小である時には、上記の圧力差による弁板４０の移動方向と同一の方向へ移動するように、ポンプ室１０の内容積の拡大、縮小に同期してアクチュエータ３０のソレノイドコイル２８に矩形波の直流電流を流すことによって行われる。
【００２７】
すなわち、大気圧（≒１×１０5 Ｐａ）から数百Ｐａまでの圧力範囲では、弁板４０は軽量であり、コイルバネ３６の押圧力も小さいので、弁板４０の両側に生ずる圧力差によって弁板４０は容易に開閉される。例えば、弁板４０に嵌め込まれているＯ−リング４２で囲まれた部分の面積をＳｍ2 とし、弁板４０の両側の圧力差を△ｐＰａとすると、弁板４０には（式１）で示す力Ｆ1 Ｎが加わる。
Ｆ1   ＝  △ｐ・Ｓ                    （式１）
通常の往復動式ドライポンプでは、Ｓは（１〜３）×１０-4ｍ2 に設定されるので、△ｐが１０3 Ｐａの時に弁板４０には（１〜３）×１０-1Ｎの力が作用する。これに対しコイルバネ３６による弁板４０の押圧力は（３〜５）×１０-2Ｎであるから、上記の△ｐが１０3 Ｐａの時に弁板４０に作用する力の１／５から１／１０である。このことから、大気圧から数百Ｐａまでの圧力範囲内にある場合には、弁板４０はその両側の圧力差によって容易に開閉されることが理解されるであろう。
【００２８】
他方、数百Ｐａ以下の圧力では、弁板４０の両側の圧力差による弁板４０の開閉は期待できず、上述したソレノイドコイル２８に直流電流を流した時に発生する電磁力によって開閉させる。ポンプ室１０の排気時には、図６のＢに示すように、ロッド２２が上昇され、弁板４０がコイルバネ３６によって付勢されＯ−リング４２を介し弁座３８に押圧されて吸気弁２０は閉とされる。この時、コイルバネ３６は伸張状態にあり、弁板４５とロッド２２の下端部の十字脚２２ｃとは離隔されている。すなわち、コイルバネ３６は弁板４０のみを付勢して弁座３８に押圧している。
【００２９】
そして、ポンプ室１０の吸気時には、上述したように、図３に示したアクチュエータ３０のソレノイドコイル２８に流す直流電流のスイッチがオンとされて棒状可動鉄心２９が引き込まれ、アーム２７を介して永久磁石２４を下降させることから、図６のＡに示すように、この永久磁石２４に磁気結合されている軟鉄片２１と共にロッド２２が下降され、弁板４０はロッド２２の下端部の十字脚２２ｃに押されることから、コイルバネ３６による付勢に抗して弁板受け３４のストッパー３４ｂに当接するまで下降される。この時、コイルバネ３６は圧縮された状態となり、弁板４０とロッド２２の下端部の十字脚２２ｃとは接触する。なお本実施例のアクチュエータ３０は、電圧２４Ｖで、０．２Ａの直流電流を流した時に、１〜２Ｎの力を発生する。弁板４０を開ける場合には、ソレノイドコイル２８の直流電流のスイッチをオフとして棒状可動鉄心２９を上昇させることは勿論である。
【００３０】
図１１は、Ｓ＝３×１０−４ｍ２とした場合の、弁板４０の両側の圧力差△ｐを横軸とし、弁板４０に作用する力Ｆを縦軸として示す図である。図１１に示すように、弁板４０にはコイルバネ３６による押圧力と、これとは向きが異なる力として、弁板４０の両側の圧力差△ｐによって生ずる力、および電磁式のアクチュエータ３０による力がそれぞれ破線で示すように作用する。従って、弁板４０には実線で示すような力が作用し、圧力差△ｐが１０５Ｐａから１Ｐａまでの全領域で、弁板４０はコイルバネ３６による押圧力よりも十分に大きい力で開閉される。すなわち、弁板４０は圧力差△ｐが１０３Ｐａより大きい場合（高圧側）には主として圧力差によって生じる力で開閉され、圧力差△ｐが１０３Ｐａより小であり、圧力差によって開閉されない場合（低圧側）には、主としてアクチュエータ３０の電磁力によって開放される。アクチュエータ３０の棒状可動鉄心２９によって上下される永久磁石２４はロッド２２の軟鉄片２１とシリンダー状ガイド２３の真空壁を隔てて磁気結合されており、機械的には結合されていないが、軟鉄片２１は永久磁石２４に殆ど遊びなしに追従して上下する。弁板４０の両側の圧力差△ｐが５×１０３Ｐａになる時の力、すなわち、１．５Ｎより大きい力が作用すると、ロッド２２は弁体４０から離れる。
【００３１】
図７はポンプ室１０の吸気時（ベローズの拡大時）における排気弁５０部分の断面図、図８は排気時（ベローズの縮小時）における同様な断面図である。また、図９は排気弁５０の破断斜視図である。ポンプ室１０側から見て、排気弁５０は弁体７０と弁座６８との位置関係が吸気弁２０とは逆になっており、そのことに基づく若干の差異はあるが、基本的には同様に構成され、各構成要素も同様な材料からなっている。すなわち、弁座６８は側壁１１の外面側に形成されており、弁板７０は弁座６８の外側において押圧され離隔される。図７に示すように、ポンプ室１０の排気口１１ｂとの間にカラー６３を挟んで、図４に示した弁板受け３４と同様な弁板受け６４が設けられている。そして、取付Ｌ字管６１がカラー６３を押え込むと共に、ポンプ室１０の側壁１１に対して０−リング６２を介し図示を省略したボルトによって固定されている。
【００３２】
排気弁５０の弁板７０は、図５に示した弁板４０と基本的には同様であるが、弁板７０の開時には持ち上げる必要があることから、上方のロッド５２によって、吊り上げられるが固定はされないように連結されている。すなわち、図７、図８または後述の図１０のＡ、Ｂを参照して、弁板７０の上面にはロッド５２の下端部を遊挿させる櫓状連結部７３が形成されており、同連結部７３へ挿入されたロッド５２の下端部には抜け止め５２ｃが取り付けられている。それ以外は吸気弁２０の弁板４０と同様に構成されている。そして、弁板７０と弁板受け６４の支持部６４ａとの間にはコイルバネ６６が両端部を係止されることなくフリーに介装されている。
【００３３】
そして、ロッド５２はその先端部に軟鉄片５１が接合されており、取付Ｌ字管６１から突出して設けられたシリンダー状カイド５３内へ挿入されている。そしてシリンダー状ガイド５３の外周面には、ロッド５２の軟鉄片５１と磁気結合された環状の永久磁石５４を保持する環状ディスク５５が遊嵌されており、図９に示すソレノイドコイル５８と棒状可動鉄心５９とからなるアクチュエータ６０によってロッド５２が上下されることは吸気弁２０の場合と同様である。
【００３４】
また、図１０は図７、図８に示した弁板７０の開閉に伴うコイルバネ６６の伸縮、ロッド５２の上昇と下降を拡大して示す部分拡大断面図であり、図１０のＡは図７に対応する排気弁５０の開状態、図１０のＢは図８に対応する排気弁５０の閉状態を示す。すなわち、図１０のＡに示すように、ポンプ室１０の内容積が拡大される吸気時には、ロッド５２が下降されて櫓状連結部７３では遊びを生じる状態とされ、弁板７０は伸長するコイルバネ６６によって弁座６８に押圧されて排気弁５０は閉とされることから、取付Ｌ字管６１からポンプ室１０内への気体の逆流が阻止される。
【００３５】
また図１０のＢに示すように、ポンプ室１０の内容積が縮小される排気時にはロッド５２が上昇され、ロッド５２の抜け止め５２ｃが弁板７０の櫓状連結部７３を引上げるので、弁板７０がコイルバネ６６による付勢に抗して弁座６８から離隔されて排気弁５０は開となり、ポンプ室１０内の気体は弁板７０の外周側から弁板受け６４の通気路を経て取付Ｌ字管６１内へ排気される。
そして、このような弁板７０の開閉が、弁板７０の両側の圧力差が数百Ｐａ程度の限界圧力以上の時には主として圧力差によって行われ、弁板７０の両側の圧力差が限界圧力以下の時にはアクチュエータ６０によって行われることは、吸気弁２０の場合と同様である。
【００３６】
吸気弁２０と排気弁５０は、上述したように、気体の圧力が１０5 Ｐａから１Ｐａまでの広い圧力範囲で開閉可能となっているが、ポンプ室１０の圧縮比は上述したように２０であることから、ポンプ室１０が単独の往復動式真空ポンプの場合は大気圧（≒１×１０5 Ｐａ）からの到達圧力は５×１０3 Ｐａ程度となる。しかし、このようなポンプ室１０の４基を直列に連結した往復動式真空ポンプ、すなわち隣接する上流側のポンプ室１０1 の排気口を下流側のポンプ室１０2 の吸気口に連結された真空ポンプを、一方のポンプ室１０1 が内容積の拡大期にある時は他方のポンプ室１０2 は内容積の縮小期にあるように作動させることにより、到達圧力は１Ｐａ程度となり、油回転ポンプに十分に代替が可能な能力を示す。
【００３７】
本発明の実施の形態による往復動式真空ポンプは以上のように構成され作用するが、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３９】
また本実施の形態においては、ポンプ室が直列に連結された往復動式真空ポンプを例示したが、ポンプ室を並列に連結したものや、直列かつ並列に連結したものも本発明の往復動式真空ポンプに含まれる。
また本実施の形態においては、ポンプ室の内容積の拡大、縮小に同期させて、ロッドを上下させるアクチュエータのソレノイドコイルに流す直流電流のスイッチをオン・オフさせるとしたが、具体的には、ポンプ室の内容積の拡大、縮小を光電センサーや圧力センサーによって検出し、それに同期させて直流電流をオン・オフするスイッチを備えた制御回路を設けることによって行われる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の往復動式真空ポンプは以上に説明したような形態で実施され、次ぎに記載するような効果を奏する。
【００４１】
本発明によれば、弁板の両側の圧力差が数百Ｐａ程度の限界圧力より小さい場合にもポンプ室の内容積の拡大、縮小に同期して確実に開閉される吸気弁、排気弁を備えているので、ポンプ室は１０５Ｐａから１Ｐａの圧力領域において真空排気が可能であり、また吸気弁、排気弁の弁板のロッドの作動を大気側のアクチュエータで行なうようにしているので、アクチュエータが排気の抵抗となることなく、これらのポンプ室を直列に連結することにより、油回転ポンプに代わり得る小型、低コストで到達圧力が１Ｐａ程度のドライ型真空ポンプが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】べローズポンプのポンプ室の吸気時における吸気弁部分の断面図である。
【図２】ポンプ室の排気時における吸気弁部分の断面図である。
【図３】吸気弁の破断斜視図である。
【図４】弁板受けを示す図であり、Ａは平面図、ＢはＡにおける［Ｂ］−  ［Ｂ］線方向の断面図である。
【図５】弁板の平面図である。
【図６】吸気弁の部分拡大断面図であり、Ａは吸気時、Ｂは排気時を示す。
【図７】ポンプ室の吸気時における排気弁部分の断面図である。
【図８】ポンプ室の排気時における排気弁部分の断面図である。
【図９】排気弁の破断斜視図である。
【図１０】排気弁の部分拡大断面図であり、Ａは吸気時、Ｂは排気時を示す。
【図１１】弁板の両側の圧力差と弁板に作用する力との関係を示す図である。
【図１２】べローズポンプのポンプ室の一例を示す斜視図であり、Ａは側壁を立てて置いた場合、ＢはＡの姿勢を横転させた場合を示す。
【図１３】従来例のべローズポンプにおけるポンプ室の吸気弁部分の断面図である
【符号の説明】
１０  ポンプ室
１１  側壁
１９  側壁
２０  吸気弁
２１  軟鉄片
２２  ロッド
２３  シリンダー状ガイド
２４  永久磁石
２６  復帰バネ
２７  アーム
２８  ソレノイドコイル
２９  棒状可動鉄心
３０  アクチュエータ
３１  取付Ｌ字管
３４  弁板受け
３６  コイルバネ
３８  弁座
４０  弁板
５０  排気弁
５１  軟鉄片
５２  ロッド
５３  シリンダー状ガイド
５４  永久磁石
５６  復帰バネ
５７  アーム
５８  ソレノイドコイル
５９  棒状可動鉄心
６０  アクチュエータ
６１  取付Ｌ字管
６４  弁板受け
６６  コイルバネ
６８  弁座
７０  弁板
７３  櫓状連結部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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