(57)【要約】ピストン真空ポンプがシリンダ（１４）とピストン（１２）とを有しており、該ピストン（１２）がシリンダ（１４）と共に圧縮室（２８）を形成している。ピストン（１２）はシリンダ（１４）内で圧縮行程と吸込行程とによって往復運動するようになっている。シリンダ（１４）のシリンダ側壁（１６）にはガス吸気部（３０）が設けられており、この場合、該ガス吸気部（３０）は吸込行程の開始時ではピストン（１２）によって閉鎖されていて、吸込行程の終了時では開いている。さらに、補償流路と弁とが設けられており、吸込行程の開始時にガスが前記補償流路と前記弁とを通ってガス吸気部（３０）から圧縮室（２８）に流入するようになっている。課題は、弁を備えた補償流路の簡単な装置を設けることにあった。本発明によれば、主としてピストンが前記補償流路と前記弁とを形成している。これにより、弁はピストン端面壁の範囲で作用し得るようになるので、デッドボリュームは最小限に抑えられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン真空ポンプであって、
シリンダ（１４）とピストン（１２）とが設けられており、該ピストン（１２）がシリンダ（１４）と共に圧縮室（２８）を形成していて、シリンダ（１４）内で圧縮行程と吸込行程とによって往復運動するようになっており、
シリンダ（１４）のシリンダ側壁（１６）にガス吸気部（３０）が設けられており、該ガス吸気部（３０）が、吸込行程の開始時ではピストン（１２）によって閉鎖されていて、吸込行程の終了時では開いており、
弁を備えた補償流路が設けられており、吸込行程の開始時にガスが前記ガス吸気部（３０）から前記補償流路と前記弁とを通って圧縮室（２８）に流入するようになっている
形式のものにおいて、
ピストン（１２）が前記補償流路と前記弁とを形成していることを特徴とするピストン真空ポンプ。
【請求項２】
前記補償流路が、ピストン（１２）に設けられたピストン側壁開口（３２）とピストン端面壁開口（３６）との間に形成されており、該ピストン端面壁開口（３６）とガス吸気部（３０）とが吸込行程の開始時に互いに接続されている、請求項１記載のピストン真空ポンプ。
【請求項３】
前記弁が、ガス吸気部（３０）の方向では遮断しかつ圧縮室（２８）の方向では開く逆止弁（４０）である、請求項１または２記載のピストン真空ポンプ。
【請求項４】
前記逆止弁（４０）がピストン端面壁（２６）に配置されている、請求項３記載のピストン真空ポンプ。
【請求項５】
ガス吸気部（３０）に、シリンダ側壁（１６）および／またはピストン側壁（２４）に設けられた環状溝（５２，６２）が対応配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のピストン真空ポンプ。
【請求項６】
前記補償流路の途中でピストン（１２）に貯え室（３４）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載のピストン真空ポンプ。
【請求項７】
前記補償流路および前記弁が、ピストン側壁（７３）とシリンダ側壁（７５）との間のギャップ（７２）により形成されており、該ギャップのギャップ幅が１０〜１００μｍである、請求項１記載のピストン真空ポンプ。
【請求項８】
前記補償流路および前記弁が、ピストン側壁（８４）またはシリンダ側壁に設けられた、ほぼ軸方向の溝（８２）によって形成されている、請求項１記載のピストン真空ポンプ。
【請求項９】
前記弁が絞りとして形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のピストン真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ側壁にガス吸気部を備えたピストン真空ポンプに関する。
【０００２】
ピストン真空ポンプおよび特に４ｍ３／ｈよりも小さなポンプ出力を有する小型のピストン真空ポンプでは、ガス吸気部の構造およびこれに関連したデッドボリューム（死容積）がポンプの構成サイズもしくは効率にとって極めて重要となる。特に小型のピストン真空ポンプでは構成スペース不足に基づきガス吸気部がシリンダ底部の範囲に配置され得ないので、ガス吸気部は側壁に配置される。このようなピストン真空ポンプはドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３４５１７号明細書に記載されている。吸込行程の開始時における圧力補償のために、排気部と圧縮室との間には補償流路が設けられている。この場合、圧縮室における補償孔の開口部はシリンダ底部の近傍に配置されている。補償流路の途中には、逆止弁が配置されており、この逆止弁は構成スペースを必要とする。逆止弁はシリンダ壁平面には配置されていないので、補償流路には効率を悪化させるデッドボリュームが形成される。
【０００３】
本発明の課題は、シリンダ側壁にガス吸気部を備えた、改善されたピストン真空ポンプを提供することである。
【０００４】
この課題は、本発明によれば請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。
【０００５】
本発明によれば、主としてピストンが補償流路および弁を形成する。このことは、ピストンが補償流路および弁をいかなる場合にも部分的に形成すること、つまり必ずしもピストンが単独で補償流路および弁を形成するわけではないことを意味する。補償流路がピストンにより形成されるので、補償流路のためにシリンダ底部またはシリンダ側部の範囲におけるスペースが不要となる。これにより、シリンダのコンパクトな構造が可能となる。また弁も主としてピストンにより形成されるので、弁作用はピストン端面壁で、またはピストン端面壁のすぐ近くで得られる。これにより、シリンダ室の外部のデッドボリューム（死容積）が回避されるので、ポンプの効率は悪化されなくなる。補償流路および弁はピストンによって種々様々に形成され得る。弁は機械的な逆止弁、あるいはまたガス絞りとして形成されていてもよい。補償流路はピストンによって単独に形成されているか、あるいはまたピストンとシリンダとが一緒になって形成されていてもよい。
【０００６】
本発明の有利な構成では、前記補償流路が、ピストンに設けられたピストン端面壁開口とピストン底部壁開口との間に形成されており、この場合、ピストン側壁開口とガス吸気部とが吸込行程の開始時に互いに接続されている。これにより、吸込行程の開始時では、ピストンがまだガス吸気部の高さに位置していて、ガス吸気部から圧縮室へのガスの直接的な流出を許さないけれども、ガス吸気部から圧縮室への接続が形成される。
【０００７】
前記弁が、ガス吸気部の方向では遮断しかつ圧縮室の方向では開く逆止弁であると有利である。これにより、圧縮行程の間、圧縮されたガスが補償流路を介して逆流することが阻止される。この逆止弁は、ピストン端面壁が位置する平面に配置されていてよいので、デッドボリュームは実質的にゼロに等しくなる。
【０００８】
本発明の別の有利な構成では、ガス吸気部に、シリンダ側壁および／またはピストン側壁に設けられた環状溝が対応配置されている。これにより、ガス吸気部の増大が生ぜしめられるか、もしくは案内されていないピストンにおいてピストンの各回転位置でシリンダとピストンとの間でのガス引渡しが可能となる。この環状溝はガス吸気部に対して軸方向の延在方向で拡幅されていてもよく、これにより吸込行程時におけるガス流入が延長される。
【０００９】
前記補償流路および前記弁が、ピストン側壁とシリンダ側壁との間のギャップにより形成されており、該ギャップのギャップ幅が１０〜１００μｍであると有利である。すなわち、前記補償流路および前記弁はピストン側壁とシリンダ側壁とによって仕切られる。ギャップ幅は、吸込行程時ではガス吸気部と圧縮室との間で十分なガス流が実現されるように、そして圧縮行程時では圧縮室からガス吸気部へのガス流が、ポンプの効率を著しく悪化させない程度に低くなるように設定される。ピストン側壁とシリンダ側壁との間のギャップは同時に補償流路および弁でもある。このことは１０〜１００μｍのギャップ幅において保証されている。この場合、ギャップ幅は１００ｍｂａｒよりも大きな差圧の場合には５０μｍよりも下になければならない。
【００１０】
補償流路の途中でピストンに貯え室が設けられていると有利である。この貯え室は吸込行程と圧縮行程との間の死点前後のピストン位置で充填されるので、直接に吸込行程の開始時にピストン端面壁によって貯え室と圧縮室との間での圧力補償が行われ得ると同時にガス吸気部が閉じられる。
【００１１】
前記補償流路および前記弁が、ピストン側壁またはシリンダ側壁に設けられた、ほぼ軸方向の溝によって形成されていると有利である。この溝は軸方向に延びているが、しかし螺線の形で斜めにピストン側壁またはシリンダ側壁に形成されていてもよい。こうして同じく、機械的なエレメントなしで十分となる、簡単に製造され得る補償流路が形成される。弁作用は前記溝の横断面の適宜な設定から得られる。溝の横断面は、吸込行程時では十分な圧力補償が保証されるように、ただし圧縮行程時では過度に大きな逆流損失が生じないように設定される。
【００１２】
本発明のさらに別の有利な構成では、前記弁が絞りとして形成されている。すなわち、この弁は可動部分なしに実現され、これにより高い信頼性が達成され、僅かな製造コストが実現される。
【００１３】
以下に、本発明の複数の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１４】
図１は、ピストンに配置された補償流路と弁とを備えたピストン真空ポンプの第１実施例を圧縮行程と吸込行程との間でのピストンの死点で示す断面図であり、
図２は、図１に示したピストン真空ポンプを吸込行程の間の位置で示す断面図であり、
図３は、環状のガス吸気溝を備えたピストン真空ポンプの第２実施例を示す断面図であり、
図４は、ピストン側壁に設けられた環状のガス吸気溝を備えたピストン真空ポンプの第３実施例を示す断面図であり、
図５は、ピストン側壁とシリンダ側壁との間の、補償流路と弁とを形成するギャップを備えたピストン真空ポンプの第４実施例を示す断面図であり、
図６は、補償流路と弁とが、ピストン側壁に設けられた軸方向の溝によって形成される、ピストン真空ポンプの第５実施例を示す断面図である。
【００１５】
図１〜図６には、それぞれピストン真空ポンプのピストンシリンダ装置１０，５０，６０，７０，８０が図示されている。この場合、主としてピストンおよびシリンダの範囲しか図示されておらず、ピストン駆動装置は図示されていない。
【００１６】
図示のピストン真空ポンプは単段式に形成されていてよい。すなわち、図示のピストン真空ポンプは唯１つのピストンと唯１つのシリンダとを備えている。しかし、ピストン真空ポンプは、１つのピストンボディにより形成された２つのピストンを装備していてもよい。その場合、両ピストンは２つの圧縮室を形成する。これらの圧縮室は直列に接続されて２段式のピストン真空ポンプを形成することができるが、しかし互いに並列に接続されていてもよい。図示のピストン真空ポンプは小さなポンプ容積、つまり４.０ｍ３／ｈよりも小さなポンプ容積および５０ｍｍよりも小さなピストン直径もしくはシリンダ直径を有するピストン真空ポンプである。
【００１７】
図１および図２に示したピストンシリンダ装置１０は主として横断面円形のピストン１２により形成される。このピストン１２は円形のシリンダ１４内で軸方向可動に配置されている。ピストンシリンダ装置１０は１つの横方向平面に対して対称的に形成されているので、唯一つのピストンボディにより２つのピストン１２，１２´が形成される。両ピストン１２，１２´ならびに両ピストン１２，１２´にそれぞれ対応するシリンダ１４は中心横方向平面に対して鏡像対称的に形成されている。
【００１８】
シリンダ１４は主としてシリンダ側壁１６とシリンダ排気弁１８とにより形成される。シリンダ排気弁１８はシリンダ底部を形成する。シリンダ排気弁１８は平坦な弁ヘッドもしくは弁板２０と圧縮ばね２２とにより形成される。この圧縮ばね２２は弁板２０にその閉鎖位置へ向かってプリロードもしくは予荷重をかけている。
【００１９】
ピストン１２は中空体であって、円筒状のピストン側壁２４と平坦なピストン端面壁２６とを有している。ピストン１２はシリンダ１４内で吸込行程と圧縮行程との間もしくは圧縮行程と吸込行程との間の２つの死点の間を往復運動する。圧縮行程と吸込行程との間の死点は図１に示されている。
【００２０】
シリンダ側壁１６には、２つのガス吸気部３０が設けられている。両ガス吸気部３０はシリンダ底部から、つまり弁板２０から、軸方向で規定の距離だけ遠ざけられて配置されている。互いに向かい合って位置する両ガス吸気部３０は、ピストンが吸込行程と圧縮行程との間の死点に到達しない限りは、図２に示したように両ガス吸気部３０が吸込行程および圧縮行程の間、ピストンによって閉鎖されるような距離だけシリンダ底部から遠ざけられて配置されている。この死点に到達してはじめてピストン１２のピストン端面壁２６はガス吸気部３０を完全に通過しているので、ガスはガス吸気部３０から直接に、ピストン１２とシリンダ１４とにより形成された圧縮室２８内へ流入することができる。ピストン１２が圧縮行程を開始するやいなや、ピストン１２のピストン側壁２４は再びガス吸気部３０を閉鎖する。
【００２１】
ピストン１２のピストン側壁２４は２つのピストン側壁開口３２を有している。両ピストン側壁開口３２はピストン中空室に開口しており、このピストン中空室は貯え室３４を形成している。ピストン端面壁２６の軸方向の中心には、端面壁開口３６が設けられている。この端面壁開口３６は、ピストン端面壁２６の外側に取り付けられたばね舌片３８と共に逆止弁４０を形成している。貯え室３４内のガス圧が圧縮室２８内のガス圧よりも高くなるやいなや、逆止弁４０は開く。このことは、図２に示したピストン１２の吸込行程の際に云える。これにより、吸込行程の間、貯え室３４と圧縮室２８との間で圧力補償が行われる。ピストン１２の圧縮行程の間、逆止弁４０は閉鎖されたままとなる。
【００２２】
ピストンシリンダ装置１０の機能形式は以下の通りである：
ピストン１２の圧縮行程の間、逆止弁４０は閉鎖されており、ガスは圧縮室２８内で圧縮される。圧縮室２８内のガス圧が排気圧に達するやいなや、シリンダの排気弁１８が開き、圧縮室２８からガスが流出する。ピストン１２の圧縮行程の終了時にピストン１２は図１に示した死点に到達する。このピストン位置では、両ガス吸気部３０がピストン側壁開口３２と合致するので、圧力補償が行われ、ガスが貯え室３４に流入する。その後に、図２に示した吸込行程が開始する。ガス吸気部３０とピストン側壁開口３２とはもはや互いに合致しなくなるので、ガスはもはや貯え室３４内に後流入し得ない。圧縮室２８内のガス圧が貯え室３４内のガス圧よりも明らかに下にまで低下するやいなや、逆止弁４０が開くので、ガスは貯え室３４から圧縮室２８内へ流入する。これにより、吸込行程中に圧縮室２８内に著しい負圧が形成されることが回避されるので、吸込行程のために必要となる駆動出力は比較的小さくなる。吸込行程の終了時および吸込行程を終了させる死点への到達時に、ピストン１２はもはやガス吸気部３０を閉鎖していないので、ガスはガス吸気部３０から直接に圧縮室２８内へ流入する。吸込行程の終了と共に圧縮行程が開始させると、ピストン１２はガス吸気部３０を圧縮室２８に関して再び閉鎖する。引き続き圧縮行程が行われる間、逆止弁４０は再び閉鎖されている。
【００２３】
図３に示した実施例では、唯一つのガス吸気部３０しか設けられていない。このガス吸気部３０は環状溝５２に開口している。この環状溝５２はシリンダ側壁１６に全周にわたって加工成形されている。図４には、類似のピストンシリンダ装置６０が図示されているが、図３に示した実施例とは異なり、環状溝６２がピストン側壁２４に加工成形されている。環状溝５２，６２は軸方向で、ガス吸気部３０の幅もしくは口径の数倍に相当する長さにわたって延びている。これにより、なおピストン１２の、図３および図４に示した吸込行程の間、ガス吸気部３０と貯え室３４との間に接続が形成される。
【００２４】
図１〜図４に示したピストンシリンダ装置のピストン側壁開口３２および貯え室３４は、ピストン１２の吸込行程の間、圧縮室２８内の（負）圧力を補償するための補償流路を形成する。
【００２５】
図５および図６に示したピストンシリンダ装置７０，８０では、補償流路が、図１〜図４に示したピストンシリンダ装置１０，５０，６０の場合とは異なって形成されている。
【００２６】
図５に示したピストンシリンダ装置７０では、補償流路がピストン７４のピストン側壁７３とシリンダのシリンダ側壁７５との間のギャップ７２として形成されている。このギャップ７２は約５０μｍのギャップ幅を有している。しかしギャップ幅はこれよりも大きいかまたは小さくてもよく、ガス吸気部３０と圧縮室２８との間の圧力差がどれぐらいの大きさであるのかに関連している。ギャップ７２はその絞り作用に基づき弁をも形成しているので、ギャップ７２は補償流路をも、弁をも形成している。ギャップ幅は、ピストン７４の圧縮行程時の逆流損失ができるだけ少なくなるように小さく設定される。しかしギャップ幅は、吸込行程時にガス吸気部３０と圧縮室２８との間である程度の圧力補償が行われるような大きさに設定される。
【００２７】
図６に示したピストンシリンダ装置８０の実施例では、補償流路および弁がピストン側壁８４に設けられた軸方向の溝８２として形成されている。択一的に補償流路および弁はシリンダ側壁に設けられた軸方向の溝として形成されていてもよい。
【００２８】
軸方向の溝８２の横断面は、ピストン８６の吸込行程の間、ガス吸気部３０と圧縮室２８との間で十分な圧力補償が行われるように、ただしピストン８６の圧縮行程の間に、圧縮室２８から溝８２を介してガス吸気部３０へガスが逆流することによる逆流損失が少なくなるように設定されている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ピストンに配置された補償流路と弁とを備えたピストン真空ポンプの第１実施例を圧縮行程と吸込行程との間でのピストンの死点で示す断面図である。
【図２】図１に示したピストン真空ポンプを吸込行程の間の位置で示す断面図である。
【図３】環状のガス吸気溝を備えたピストン真空ポンプの第２実施例を示す断面図である。
【図４】ピストン側壁に設けられた環状のガス吸気溝を備えたピストン真空ポンプの第３実施例を示す断面図である。
【図５】ピストン側壁とシリンダ側壁との間の、補償流路と弁とを形成するギャップを備えたピストン真空ポンプの第４実施例を示す断面図である。
【図６】補償流路と弁とが、ピストン側壁に設けられた軸方向の溝によって形成される、ピストン真空ポンプの第５実施例を示す断面図である。
【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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【国際調査報告】
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