(57)【要約】【課題】無給油式真空ポンプにおいて、排気室の高真空度を得るために、簡便な構成でシリンダ内面とピストン外周面とのシール機能を高めると共に、ピストンリング等の熱膨張によるピストンの摺動抵抗の増大を回避する。【解決手段】シリンダ３内面に対面するピストン４の外周面に環状の溝６を刻設し、該環状溝６にピストンリングを装着してなる無給油式真空ポンプにおいて、ピストンリングを１本の紐状体７で構成すると共に、ピストン外周面２１にピストン摺動方向に該紐状体の幅の２倍以上の幅ｈを有する環状溝６を刻設し、該紐状体７を、環状溝６に隣り合う紐状体同士を密着させた状態で複数巻きに巻装固定してなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内面に対面するピストン外周面に環状の溝を刻設し、該環状溝にピストンリングを装着してなる無給油式真空ポンプにおいて、
ピストンリングを１本の紐状体で構成すると共に、ピストン外周面にピストン摺動方向に該紐状体の横断面幅の２倍以上の幅を有する環状溝を刻設し、
該紐状体を、該環状溝に隣り合う紐状体同士を密着させた状態で複数巻きに巻装固定したことを特徴とする無給油式真空ポンプ。
【請求項２】
前記紐状体が自己潤滑性樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の無給油式真空ポンプ。
【請求項３】
前記紐状体を前記環状溝に巻装することによって紐状体の始端部及び終端部に該環状溝との間で楔状の隙間を形成し、該楔状隙間に紐状体の始端部及び終端部を圧入固定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の無給油式真空ポンプ。
【請求項４】
前記環状溝の底面に先端部が鋭角に形成され螺旋状に連なる突起を設け、前記紐状体の内周面を該突起に食い込ませるようにして該紐状体を環状溝に固定してなることを特徴とする請求項２に記載の無給油式真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無給油式真空ポンプにおいて、簡便なる構成で、シリンダ内面とシリンダ内を摺動するピストンの外周面のシール性能を向上させたピストンリングの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、往復動圧縮機等において、シリンダ内面と該シリンダ内を摺動するピストンの外周面との間には、その摺動隙間を介して圧縮ガスが漏洩するのを防止するため、ピストン外周面に設けられた環状溝にピストンリングが装着されている。このピストンリングは耐熱、耐摩耗性に優れた合成樹脂で製作され、一般には、該環状溝への装着を容易にするため、切断された継ぎ目（合い口）を有するものが多用されている。
【０００３】
環状溝に装着された状態のピストンリングは、その内周面及び両側面が環状溝と所定の間隔を保持するように設定されており、ピストンの往復動時に、前記間隔を介して作用するガス圧によってピストンリングを外方に押し広げ、シリンダボアの内周面と気密を保持して摺動するように構成されている。
【０００４】
従来、真空ポンプにより排気室（真空チャンバ）内の空気を吸引して排出させる真空装置は周知である。例えば、真空蒸着装置において、半導体ウエーハの表面に金属蒸着膜を形成する場合、まず装置の蒸着室内の雰囲気を真空ポンプで排気して高真空にし、高真空状態で蒸着を行い、蒸着終了後には蒸着室内の圧力を大気圧に戻すことが行なわれている。
【０００５】
無給油式真空ポンプは、圧縮室内に潤滑油が入り込むことなく、圧縮室から吐出される吐出空気中に潤滑油が含まれないので、圧縮空気中に油分が存在することを嫌う、例えば、医療用、酸素補給用などの領域に用いられる。また、潤滑油を供給する必要がないので、潤滑油の補給管理を行なうわずらわしさがないという利点がある。
【０００６】
以下、従来の無給油式往復動真空ポンプの一例を図５及び図６に基づいて説明する。
図５及び図６において、この無給油式往復動真空ポンプ０１は、左右に２個のシリンダを有するが、右側のシリンダは図示を省略されている。左側シリンダ０３ａ内には、ピストン０４ａが摺動自在に装着され、シリンダボアに圧縮室０５ａが形成される。シリンダ０３ａの内周面に対面するピストン０４ａの外周面には、複数条の環状溝０６ａが刻設され、該環状溝０６ａに夫々リング状のピストンリング０７ａが装着されている。
【０００７】
ピストン０４ａに装着されたピストンピン０８ａには、連接棒０９ａの小端部０１０ａが回動自在に接続され、連接棒０９ａの大端部０１１ａは、クランク軸０１２ａを構成する接続板０１３にボールベアリング０１４を介して回動自在に接続されている。接続板０１３には、ボールベアリング０１４の脱落を防止する円盤状の止め板０１５がボルト０１６で固定されている。
【０００８】
右側の図示しないシリンダにピストンピンが装着され、該ピストンピンに連接棒０９ｂの図示しない小端部が回動自在に接続されると共に、連接棒０９ａの大端部０１１ｂが接続板０１３にボールベアリング０１７を介して回動自在に接続されている。接続板０１３には図示しない駆動モータの出力軸０１８が嵌合固定された連結盤０１９にボルト０２０によって連結されている。
【０００９】
図６は、図５の無給油式真空ポンプ０１に装着された従来のピストン０４を示す。図６において、ピストン０４にピストンピン０８を介して連接棒０９が接続され、ピストン０４の外周面０２１には、複数のリング状の環状溝に夫々ピストンリング０７が装着されている。従来のピストンリング０７には、環状溝への装着を容易にするため、合い口０２２を有する。
【００１０】
そして、合い口０２２からの圧縮ガスの漏洩を少なくするため、２段のピストンリングの場合は合い口０２２の位置を１８０°をずらし、３段のピストンリングの場合は、合い口０２２の位置を１２０°ずつずらして装着している。
【００１１】
真空ポンプでは、排気室内の高真空度を得るために、圧縮機以上に気密性が要求される。そのため、合い口のないピストンリングが望ましいが、無給油式真空ポンプの場合は、冷却機能が乏しいために、合い口のないピストンリングでは、熱膨張により摺動抵抗が増加し、そのため、消費電力が増加するという問題がある。
【００１２】
特許文献１（特開平１０−３７８５７号公報）には、ピストンの上下端側にピストンリングを挟んでピストンのガイド機能を有するライダリングを設け、該ライダリングによってシリンダ内でのピストンの傾きやガタ付き、さらにはピストンの焼付きを防止した構成が開示されている。該ライダリングの表面には螺旋状通路が刻設され、ピストンの上動により圧縮されたガスの一部を該螺旋状通路を通してライダリングの下面側に流入させる構成が開示されている。これによって、ライダリングの上面側と下面側との圧力を均等化し、上下面に加わる圧力差によるライダリングの変形を防止するようにしている。
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−３７８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
無給油式真空ポンプのシリンダ内部では、潤滑油等によるシール性が期待できないため、ガスシール性を損なうといった問題がある。特許文献１に開示された前記構成は、この問題を解決するための手段ではなく、逆に、圧縮されたガスの一部を螺旋状通路を通してライダリングの下面側に流入させる構成であるため、シール性向上とは逆行するものである。
【００１５】
また、真空ポンプでは、シリンダ内の圧縮ガスの圧縮度が高くならないために、ピストンリングを内側から外方に押し広げる圧縮ガス圧の作用によるシール機能をあまり期待できない。
特に、無給油式真空ポンプでは、潤滑油による冷却効果やシール性を期待できないため、シリンダ内面に対する、ピストンリング等の熱膨張による摺動抵抗の増大を回避する必要がある。
【００１６】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、無給油式真空ポンプにおいて、排気室の高真空度を得るために、簡便な構成でシリンダ内面とピストン外周面とのシール機能を高めることができるピストンリングを実現することを目的とする。また、ピストンリング等の熱膨張に起因したシリンダ内面に対するピストンの摺動抵抗の増大を回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
かかる目的を達成するため、本発明の無給油式真空ポンプは、
シリンダ内面に対面するピストン外周面に環状の溝を刻設し、該環状溝にピストンリングを装着してなる無給油式真空ポンプにおいて、
ピストンリングを１本の紐状体で構成すると共に、ピストン外周面にピストン摺動方向に該紐状体の横断面幅の２倍以上の幅を有する環状溝を刻設し、
該紐状体を、該環状溝に隣り合う紐状体同士を密着させた状態で複数巻きに巻装固定したものである。
【００１８】
本発明では、１本の紐状体を環状溝に複数巻きにすることで、合い口のないピストンリング構造を実現するものである。即ち、１本の紐状体を用い、該紐状体を環状溝に隣り合う紐状体を密着させた状態で複数巻きにする。ピストンリングを１本の長い紐状体とするため、該紐状体の変形可能とする。この紐状体を環状溝に巻装することで、環状溝への装着を容易にすることができる。
【００１９】
これによって、合い口をなくすことができると共に、環状溝に隣り合う紐状体同士を密着させた状態で複数巻きに巻装することで、高いシール機能を得ることができる。また、１本の紐状体であるため、精密加工が不要であり、製作が容易である。さらに、長い紐状体は変形しやすいので、環状溝への装着が容易である。
【００２０】
本発明において、紐状体を自己潤滑性樹脂で構成するとよい。紐状体を柔軟性を有する自己潤滑性樹脂で構成することにより、シリンダ内面との間でなじみ性を良くして、シール効果を向上できると共に、自己潤滑性樹脂自体の弾性力で紐状体をシリンダ内面に押圧力を作用できるので、シール効果を向上させることができる。紐状体を耐熱性のある自己潤滑性樹脂で構成するとなお好ましい。
【００２１】
また、本発明において、紐状体を環状溝に巻装することによって紐状体の始端部及び終端部に該環状溝との間で楔状の隙間を形成し、該楔状隙間に紐状体の始端部及び終端部を圧入固定するように構成するとよい。かかる構成とすることによって、紐状体の環状溝への装着が容易になると共に、紐状体の熱膨張分を該隙間で吸収できるので、紐状体の熱膨張に起因したシリンダ内面に対する摺動抵抗の増大をなくすことができる。
【００２２】
さらに、本発明において、環状溝の底面に先端部が鋭角に形成され螺旋状に連なる突起を設け、自己潤滑性樹脂からなる紐状体の内周面を該突起に食い込ませるようにして、該紐状体を環状溝に固定するようにするとよい。かかる構成とすることによって、紐状体の環状溝底面への固定を強固にできると共に、紐状体と環状溝底面との間に隙間をもうけて、該隙間にシリンダの圧縮室の圧縮ガスを容易に導入することができる。
【００２３】
これによって、ピストンの往復動時に、前記隙間を介して作用する圧縮ガス圧によってピストンリングを外方に押し広げ、ピストンリングの外周面とシリンダボアの内周面との気密性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、シリンダ内面に対面するピストン外周面に環状の溝を刻設し、該環状溝にピストンリングを装着してなる無給油式真空ポンプにおいて、ピストンリングを１本の紐状体で構成すると共に、ピストン外周面にピストン摺動方向に該紐状体の幅の２倍以上の横断面幅を有する環状溝を刻設し、該紐状体を、該環状溝に隣り合う紐状体同士を密着させた状態で複数巻きに巻装固定したことにより、合い口のない高いシール効果を有するピストンリング構造を実現することができる。
【００２５】
また、ピストンリングを１本の紐状体で構成するため、精密加工が不要であり、製作が容易であると共に、変形が可能となり、環状溝への装着も容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（実施形態１）
【００２７】
次に本発明の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１及び図２は本実施形態の無給油式真空ポンプに装備されるピストン構造を示す立面図である。なお、図１はピストンリングを構成する紐状体を装着したときのピストンを示し、図２は該紐状体を装着しないときのピストンを示す。
【００２８】
図１及び図２において、ピストン４にはピストンピン８を介して連接棒９の小端部が接続されている。ピストン４の頭部付近には、ピストン摺動方向の幅が大きい環状溝６が刻設されている。環状溝６のピストン摺動方向幅ｈは、環状溝６に装着される紐状体７の２倍以上の寸法を有する。これによって、図１に示すように、紐状体７を環状溝６内で２巻き以上の複数巻きにすることができる。なお、紐状体７の巻き数を多くするほど，シリンダ内面とのシール効果を向上させることができるので、所望のシール性能に応じて紐状体７の長さを決定するとよい。
【００２９】
紐状体７の横断面は略正方形をなす。しかし、紐状体７の横断面を正方形以外としてもよい。例えば、長方形にしてもよい。紐状体７は耐熱性の自己潤滑性樹脂からなる。例えば、複合材熱硬化性縮合多環芳香族と、黒鉛その他の摺動性を高める耐熱材料とを含む自己潤滑性複合材（例えば、テフロン（登録商標）を主材とする混合樹脂部材）をもって形成されている。この材質以外に、ポリイミド樹脂、ニトリルゴム、フッ素ゴム等を使用できる。このため、紐状体７の摩耗は少なく、かつ放熱も良好であると共に、シリンダ内面とのなじみ性が良くなり、これによって、シリンダ内面とのシール効果を向上できる。
【００３０】
紐状体７を環状溝６に上方又は下方から螺旋状に巻回していくと、図１に示すように、紐状体７の始端部（又は終端部）７ａ及び終端部（又は始端部）７ｂに楔状の隙間ｓ１及びｓ２が形成される。これら楔状の隙間ｓ１及びｓ２に紐状体７の始端部７ａ及び終端部７ｂを圧入することにより、紐状体７を環状溝６に固定することができる。紐状体７をこの方法で環状溝６に嵌合固定した状態で、ピストン４をシリンダの内側に装着することにより、そのままの固定状態で真空ポンプを運転することができる。
【００３１】
本実施形態によれば、合い口のないピストンリング構造となり、シリンダ内面間のシール性能を向上できる。無給油式真空ポンプでは、通常、シリンダはアルミ合金で製作される。本実施形態では、紐状体７を耐熱性の自己潤滑性樹脂で構成するため、アルミ合金で製造されたシリンダとのなじみ性が良く、これによって、シール効果をさらに向上させることができる。
【００３２】
また、１本の長い自己潤滑性樹脂からなる紐状体７を環状溝６に巻回する場合、紐状体７が軟質で変形可能であるため、装着が容易であると共に、紐状体７の製作に精密加工を必要としない。従って、ピストンリングを低コストで製作できる。
【００３３】
さらに、紐状体７の始端部７ａ及び終端部７ｂを環状溝６との間に形成された楔状隙間ｓ１及びｓ２に圧入して固定するようにしているので、装着が容易であると共に、該隙間ｓ１及びｓ２で紐状体７の熱膨張分を吸収できるので、シリンダ内面に対して、紐状体７の熱膨張に起因したシリンダ内面に対する摺動抵抗の増大を招かない。
【００３４】
（実施形態２）
次に本発明の第２実施形態を図３及び図４に基づいて説明する。図３及び図４において、ピストン４の頭部付近に刻設された環状溝６の底面６ａに、先端部が鋭角に形成され螺旋状に連なる突起２３を突設している。そして、紐状体７の内周面を該突起２３に食い込ませるようにして紐状体７を環状溝６に巻装する。また、環状溝６のピストン摺動方向幅ｈを紐状体７との間で隙間ｓを形成できる寸法をしておく。
【００３５】
これによって、環状溝６に巻装された紐状体７の側面及び内周面と環状溝６の側面６ｂ、６ｃ及び環状溝６の底面６ａとの間に隙間ｓを形成することができる。隙間ｓを形成することで、シリンダ３の圧縮室５内のガスｇを隙間ｓに導入することができる。これによって、紐状体７に対して紐状体７の内周面から圧縮室５内のガス圧Ｐ１を付与できるので、紐状体７とシリンダ３の内面とのシール効果を向上させることができる。
【００３６】
なお、螺旋状に連続して形成された突起２３の途中に、切欠きを設け、該切欠きからガスを流通させるようにすれば、圧縮室５内のガスｇのガス圧Ｐ１をさらに効果的に紐状体７の内周面に付与することができる。
【００３７】
本実施形態によれば、ピストンリングとして紐状体７を装着することによるシリンダ内面とのシール効果の向上、製作の容易さ、低コスト化及びシリンダ内面に対する摺動抵抗の抑制等に加えて、紐状体７を突起２３に食い込ませることによって、紐状体７を環状溝６に強固に固定することができる。また、紐状体７と環状溝６の間で隙間ｓを形成できるので、該隙間ｓから紐状体７にシリンダ３の圧縮室５内のガス圧Ｐ１をシリンダ３の内面に向かって作用させることができるので、紐状体７とシリンダ内面とのシール効果をさらに向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、無給油式真空ポンプにおいて、排気室の高真空度を得るために、簡便な構成でシリンダ内面とピストン外周面とのシール機能を高めることができると共に、ピストンリング等の熱膨張によるピストンの摺動抵抗の増大を回避できるピストンリングを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るピストンの構成を示す立面図である。
【図２】図１のピストンで紐状体を装着しない場合の立面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るピストンの構成を示す立面図である。
【図４】前記第２実施形態に係るピストンの一部断面図である。
【図５】従来の無給油式真空ポンプの一部縦断面図である。
【図６】図５の無給油式真空ポンプのピストンの立面図
【符号の説明】
【００４０】
０１          無給油式真空ポンプ
０３ａ、３    シリンダ
０４ａ、４    ピストン
５            シリンダ圧縮室
６            環状溝
７            紐状体
２１          ピストン外周面
２３          螺旋状突起
ｇ            シリンダ圧縮室内ガス
ｈ            環状溝６のピストン摺動方向幅
ｓ            隙間
ｓ１，ｓ２      楔状隙間
【図１】
2009133231.tif 000003
【図２】
2009133231.tif 000004
【図３】
2009133231.tif 000005
【図４】
2009133231.tif 000006
【図５】
2009133231.tif 000007
【図６】
2009133231.tif 000008