(57)【要約】【課題】  簡素な構成且つコンパクトであって、更には高性能且つ消費電力の小さい多段ピストン式真空ポンプを提供すること。【解決手段】  【請求項１】  少なくとも一つのシリンダ１１０と、該各シリンダ１１０内に夫々独立に往復運動可能に嵌入された複数のピストン１２０と、該複数のピストン１２０を夫々別々にクランク軸１５０に連結するための複数のピストンシャフト１３０及び複数のクランク腕１４０とを備え、クランク軸１５０に対して遠い側のピストンに連結されたピストンシャフト１３１は、クランク軸１５０に対して近い側のピストン１２２を貫通してクランク腕１４１に連結されており、シリンダ１１０には、クランク軸１５０に対して遠い側の壁部１１２に、真空とする対象の閉空間５００内の気体をシリンダ１１０内に吸気するための吸気弁１１２ａが設けられていることを特徴としている。【選択図】  図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのシリンダと、
該各シリンダ内に夫々独立に往復運動可能に嵌入された複数のピストンと、
該複数のピストンを夫々別々にクランク軸に連結するための複数のピストンシャフト及び複数のクランク腕とを備え、
前記クランク軸に対して遠い側のピストンに連結された前記ピストンシャフトは、前記クランク軸に対して近い側の前記ピストンを貫通して前記クランク腕に連結されており、
前記シリンダには、前記クランク軸に対して遠い側の壁部に、真空とする対象の閉空間内の気体を該シリンダ内に吸気するための吸気弁が設けられていることを特徴とする多段ピストン式真空ポンプ。
【請求項２】
シリンダは、吸気弁を介して吸気された気体をクランク軸に対して近い側の壁部より排気することを特徴とする請求項１記載の多段ピストン式真空ポンプ。
【請求項３】
クランク軸に対して遠い側のピストンに連結されたクランク腕のクランク半径、及び該クランク軸に対して近い側のピストンに連結されたクランク腕のクランク半径の両半径は、同一とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多段ピストン式真空ポンプ。
【請求項４】
ピストンには、該ピストンの一の面側から他の面側へ送気するための送気弁が設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の多段ピストン式真空ポンプ。
【請求項５】
シリンダは、クランク軸に対して近い側の端壁部が開放されており
クランク軸に対して最も近い側のピストンに設けられた送気弁は、前記シリンダ内の気体を該シリンダ外へ排気する排気弁を兼ねていることを特徴とする請求項４記載の多段ピストン式真空ポンプ。
【請求項６】
シリンダには、クランク軸に対して近い側の壁部に、前記シリンダ内の気体を排気するための排気弁が設けられていることを特徴とする請求項４記載の多段ピストン式真空ポンプ。
【請求項７】
シリンダには、クランク軸に対して近い側の壁部に、該シリンダ内の気体を排気するための排気弁が設けられていることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の多段ピストン式真空ポンプ。
【請求項８】
複数のピストンの往復摺動運動は、夫々位相がずれていることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の多段ピストン式真空ポンプ。
【請求項９】
ピストンは、第１ピストン及び第２ピストンの二つのピストンにより構成されており、
前記第１ピストンの往復摺動運動の位相、及び第２ピストンの往復摺動運動の位相の両位相が１８０度ずれていることを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の多段ピストン式真空ポンプ。
【請求項１０】
複数のシリンダを並列に接続したことを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の多段ピストン式真空ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内に多段にピストンが設けられることにより構成された、多段ピストン式真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、真空ポンプとしては、種々の方式のものが市販されており、ピストン（レシプロ）式、及びスクリュー式のものが主流である。ここで、既存のピストン式真空ポンプは、単一ピストン式であるため、自動車のエンジンと同様に、一方のバルブから、気体（主として空気）をシリンダとピストンのヘッド面との間に形成される空間内に吸い込んで、他方のバルブから、其の吸い込んだ気体をはき出す構成とされている。他方、スクリュー式のものは、スクリューの回転力によって一方の開口部から気体を吸気し、その吸気した気体をスクリューの外壁面を伝って送気し、最後に他方（反対側）の開口部から排気する構成とされている。
【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、単一ピストン式のものは、気体の逆流等を原因とする空気漏れが起きやすく、高真空度に到達しにくいという不具合があった。【０００４】
そして、これに対処する方式としては、２台を直列に接続し、１台分の作業（２段吸気）を行わせる方式がある。しかしながら、この方式とすると、サイズ及び重量が大きくなるし、また、仕事量（即ち性能）の割に負荷も大きいという不具合があった。【０００５】
他方、スクリュー式真空ポンプは、高精度で高度な技術を用いて製造されているために、機構が精密且つ複雑となり、部品点数や加工点数の増加をまねき、高価となってしまうという不具合があった。また、機構が精密且つ複雑であるが故に煩雑なメンテナンスを要し、ランニングコストが高いという不具合もあった。【０００６】
本発明は、上述の不具合を解決するためになされたものであり、簡素な構成且つコンパクトであって、更には高性能且つ消費電力の小さい多段ピストン式真空ポンプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成する発明のうち、代表的なもの（独立請求項に記載のもの）について説明する。【０００８】
請求項１記載の多段ピストン式真空ポンプは、少なくとも一つのシリンダと、該各シリンダ内に夫々独立に往復運動可能に嵌入された複数のピストンと、該複数のピストンを夫々別々にクランク軸に連結するための複数のピストンシャフト及び複数のクランク腕とを備え、前記クランク軸に対して遠い側のピストンに連結された前記ピストンシャフトは、前記クランク軸に対して近い側の前記ピストンを貫通して前記クランク腕に連結されており、前記シリンダには、前記クランク軸に対して遠い側の壁部に、真空とする対象の閉空間内の気体を該シリンダ内に吸気するための吸気弁が設けられていることを特徴としている。【０００９】
上記ピストン式真空ポンプによれば、シリンダ内に夫々独立に往復摺動運動可能に嵌入された複数のピストンにより、気体が多段階に吸気される。これにより、連続吸気が可能とされる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の多段ピストン式真空ポンプによれば、シリンダ内に複数のピストンが夫々独立に往復摺動運動可能に嵌入されているので、気体を多段階に吸気することができる、ひいては、一のシリンダのみによっても連続吸気を実現し、単一ピストン式等の従来タイプに比べて短時間に真空状態とすることができるという効果がある。また、機械的に空気漏れを無くすことが可能となり、容易に高真空度を実現することが可能とすることができるという効果もある。更には、クランク軸に対して遠い側のピストンに接続されたピストンシャフトがクランク軸に近い側のピストンを貫通するように設けられているので、クランク軸を一つにまとめること（クランク機構を片側に集約すること）ができ、ひいては、機構の簡素化を実現することができるという効果もある。更には、上述の通り、シリンダ内に複数のピストンが嵌入されることにより、気体を多段階に吸気可能とする構成とされているので、コンパクト化を実現することができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の代表的な実施例である真空ポンプを示す概略図である。
【図２】上記真空ポンプの動作（第１段階）を説明するための図である。
【図３】上記真空ポンプの動作（第２段階）を説明するための図である。
【図４】上記真空ポンプの動作（第３段階）を説明するための図である。
【図５】上記真空ポンプの動作（第４段階）を説明するための図である。
【図６】上記真空ポンプの動作を吸排気により説明するための図である。
【符号の説明】
【００１２】
１００    真空ポンプ
１１０    シリンダ
１１１    周壁部
１１１ａ  他方の底部
１１２    遠クランク側底壁部
１１２ａ  吸気弁
１１３    配管接続部
１２０    ピストン
１２１    第１ピストン
１２１ａ  第１送気弁
１２２    第２ピストン
１２２ａ  第２送気弁
１３０    ピストンシャフト
１３１    第１ピストンシャフト
１３２    第２ピストンシャフト
１４０    クランク腕
１４１    第１クランク腕
１４２    第２クランク腕
１５０    クランク軸
５００    タンク
５０１    配管
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態の例（実施例）について説明する。勿論、これは代表的な例を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲は、下記実施例そのものに何ら限定されるものではない。例えば、下記実施例においては、２段ピストン式の真空ポンプについて説明するが、本発明の技術的範囲には、３段ピストン式のものも、４段ピストン式のもの、複数段のピストン式のものであれば含まれる（当然、本実施例のように２段式のものも含まれる。）ただし、機構が簡素で且つコンパクトであるにもかかわらず、消費電力が少なく、更には、十分な性能（具体的には、真空に達するまでの時間を短縮できるとともに、高真空度を達成できる。）を有する点という点において、２段式の方が好ましい。【００１４】
図１に示すように、本発明の代表的な実施例である真空ポンプ１００は、シリンダ１１０と、ピストン１２０と、ピストンシャフト１３０と、クランク腕１４０とによって構成されている。【００１５】
シリンダ１１０は、円筒状に形成された周壁部１１１と、その周壁部１１１の両底のうち一方を覆う遠クランク側底壁部１１２と、遠クランク側底壁部１１２側に設けられた配管接続部１１３とによって構成されている。周壁部１１１の他方の底部１１１ａは、開口とされている。この遠クランク側底壁部１１２は、この後述するクランク軸１５０に対して遠い側に配設されている。配管接続部１１３は、遠クランク側底壁部１１３の外方に設けられ、この配管接続部１１３には、真空とする対象である閉空間を構成するタンク５００に繋がる配管５０１を接続可能とされている。【００１６】
遠クランク側底壁部１１２には、真空とする対象の閉空間を構成するタンク５００内の気体（通常、多くの場合は空気）を吸気するための吸気弁１１２ａが設けられている。このように、遠クランク側底壁部１１２に吸気弁１１２ａが設けられる構成、すなわち、シリンダ１１０の底壁部に吸気弁１１２ａが設けられる構成とされているので、シリンダ１１０内の内腔部を最大限に吸気のために活用することが可能となる。勿論、この場合、ピストン１２０が遠クランク側底壁部１１２に最大限に近づくように構成しなければ意味が薄れる。なお、特許請求の範囲における吸気弁が設けられる壁部は、遠クランク側底壁部１１２は勿論のこと、遠クランク側底壁部１１２に近い周壁部１１１に設けられることも含まれるが、シリンダ１１０内の空間を最大限に活用するという理由により、遠クランク側底壁部１１２に吸気弁１１２ａを設けた方が好ましい。【００１７】
ピストン１２０は、シリンダ１１０内に配設されるものであって、複数設けられている。ここで、本実施例においては、ピストン１２０は、第１ピストン１２１、及び第２ピストン１２２の二つによって構成されている。そして、第１ピストン１２１には、第１送気弁１２１ａが設けられる一方、第２ピストン１２２には、第２送気弁１２２ａが設けられている。第１送気弁１２１ａ及び第２送気弁１２２ａは、各ピストン１２１，１２２の一の面側（クランク軸１５０に対して遠い面側、言い換えれば、吸気弁１１２ａに近い面側）から他の面側（クランク軸１５０に対して近い面側、言い換えれば、吸気弁１１２ａに遠い面側）へ、ピストン１２１，１２２を通過させることにより気体を送気するためのものである。【００１８】
ここで、上述のように、シリンダ１１０のクランク軸１５０に対して近い側の底部１１１ａは、開口とされている。このため、第２ピストン１２２に設けられた第２送気弁１２２ａは、本真空ポンプ１００の排気弁も兼ねている。そして、このように構成されているので、構成をより簡素化することができるのである。また、ピストン１２０は、夫々独立に往復運動可能に嵌入されているので、気体を２段階に吸気することができる、ひいては、一のシリンダのみによっても連続吸気を実現し、単一ピストン式等の従来タイプに比べて短時間に真空状態とすることができる。また、各ピストンに送気弁が設けられる構成とされているので、従来方式であるバルブを介した気体の吸排気方式に比べて、機械的構成を要因とする空気漏れを大幅に無くすことが可能となり、容易に高真空度を実現することが可能とすることができる。更に、シリンダ１１０内に複数のピストン１２０（本実施例では二つ）が嵌入されることにより、気体を多段階（本実施例では２段階）に吸気可能とする構成とされているので、コンパクト化を実現することができる。更に、各ピストン１２０自体に送気弁１２１ａ，１２２ａが設けられる構成とされているので、シリンダ１２０の外側に配管（バイパス管）を設けて送気する場合に比べて、機構の簡素化、空気漏れの原因の解消、送気損失（ロス）の低減を実現することができる。【００１９】
ピストンシャフト１３０は、ピストン１２０をクランク腕１４０を介してクランク軸１５０に連結させるものであり、第１ピストン１２１には第１ピストンシャフト１３１が接続される一方、第２ピストン１２２には第２ピストンシャフト１３２が接続されている。勿論、ピストンシャフト１３０は、ピストン１２０の数に応じた分だけ設ける必要がある。そして、第１ピストンシャフト（即ち、クランク軸１５０に対して遠い側のピストン（第１ピストン）１２１に連結されたピストンシャフト）１３１は、第２ピストン１２２（クランク軸１５０に対して近い側のピストン（第２ピストン）１２２を摺動可能に貫通してクランク腕１４０に連結されている。このため、クランク軸１５０を一つにまとめること（クランク機構（ピストンシャフト１３、クランク腕１４０及びクランク軸１５０）を片側に集約すること）ができ、機構（構成）の簡素化を実現することができるという効果がある。付言すると、上述の通り、クランク軸１５０に対して遠い側の第１ピストン１２１に連結される第１ピストンシャフト１３１の長さは、クランク軸１５０に対して近い側の第２ピストン１２２に連結される第２ピストンシャフト１３２の長さよりも長くされている。更に、第１ピストンシャフト１３１及び第２ピストンシャフト１３２は、後述するクランク腕１４０のクランク半径を考慮して往復摺動運動するピストン１２１，１２２相互が干渉せず、更には、接近時には接触する直前まで最大限に近づくような長さとされる。そして、ピストン１２０の数が３以上となった場合（ピストンシャフト１３０の数が３以上となった場合）も同様である。【００２０】
クランク腕１４０は、ピストンシャフト１３０をクランク軸１５０に連結するものであり、第１ピストンシャフト１３１には第１クランク腕１４１が接続される一方、第２ピストンシャフト１３２には第２クランク腕１４２が接続されている。そして、クランク軸１５０は、図示しない電動モータに接続されている。ここで、第１クランク腕１４１のクランク半径と第２クランク腕１４２のクランク半径とは同一なるようにされている。これにより、シリンダ内の吸気体積を最大とすることができるとともに、連続吸気の際の吸気量を一定として安定した運転を実現することができるのである。【００２１】
次に、図２から図５までを参照して、上記のように構成された真空ポンプ１００の動作について説明する。【００２２】
前提条件として、第１ピストン１２１及び第２ピストン１２２は、クランク軸１５０の回転によって往復摺動運動している。勿論、クランク軸１５０の回転運動は、クランク腕１４０及びピストンシャフト１３０によって、往復摺動運動に変換される。【００２３】
まず、図２は、真空ポンプ１００の動作（第１段階）を説明するための図であり、更に具体的には、シリンダ１１０内への吸気が終わり、これから新たな吸排気動作が始まる直前の図である。第１段階における吸排気動作においては、新たな吸排気が開始されるので、遠クランク側底壁部１１２に設けられた吸気弁１１２ａが開かれており、第１ピストン１２１に設けられた第１送気弁１２１ａが閉じられており、第２ピストン１２２に設けられた第２送気弁１２２ａが開かれている。この状態でクランク軸１５０が回転運動することにより、各ピストン１２１，１２２が摺動運動すると、吸気弁１１２ａを介して第１段階の吸気が為される。同時に、前段階において吸気された気体が第２送気弁１２２ａを介してシリンダ１１０外へ排気される。【００２４】
図３は、真空ポンプ１００の動作（第２段階）を説明するための図であり、更に具体的には、第２段階の吸気動作を示す図である。第２段階における吸気動作においては、第１吸気弁１１２ａは開かれた状態のまま、第１送気弁１２１ａは開かれ、第２送気弁１２２ａは閉じられる。この状態で各ピストン１２１，１２２が摺動運動すると、シリンダ１１０内に気体が一杯になる。【００２５】
図４は、真空ポンプ１００の動作（第３段階）を説明するための図であり、更に具体的には、第３段階における吸排気動作を示す図である。第３段階における吸排気動作においては、第１吸気弁１１２ａは開かれた状態のまま、第１送気弁１２１ａは閉じられ、第２送気弁１２２ａは開かれる。この状態で第１ピストン１２１及び第２ピストン１２２が摺動運動すると、第１段階及び第２段階において吸気された気体が一気にシリンダ１１０外へ排気されるとともに、第３段階の吸気動作が為される。【００２６】
図５は、真空ポンプ１００の動作（第４段階）を説明するための図であり、更に具体的には、第４段階における吸気動作を示す図である。第４段階における吸気動作においては、第２段階における吸気動作においては、第１吸気弁１１２ａは開かれた状態のまま、第１送気弁１２１ａは開かれ、第２送気弁１２２ａは閉じられる。この状態で各ピストン１２１，１２２が摺動運動すると、シリンダ１１０内に気体が一杯になる。そして、第１〜４段階の動作が第５段階以降も繰り返されることにより、タンク５００内が真空とされるのである。【００２７】
図６は、真空ポンプ装置１００の動作を吸排気により説明するための図であるが、図６に示すように、第１段階及び第２段階において吸気された気体は、第３段階において吸気と同時に排気され、第３段階及び第４段階において吸気された気体は、第５段階において吸気と同時に排気される。第５〜第８段階でも同様である。【００２８】
以上のように、真空ポンプ１００においては、第３段階及び第４段階の動作は、第１段階と第２段階の動作と同一である（第５〜第８段階においても同様）。そして、第１段階及び第２段階の動作のいずれの場合においても、吸気弁１１２ａは開いた状態のままであり、常時吸気状態が保持され、連続吸気が実現可能となることが分かる。また、排気動作は、間欠的に行われるが、二つの吸気段階で吸気された気体を一気に残すことなく排気できるとともに、吸気動作と同時に行われる。このように構成されている点も、連続吸気を実現可能な要因となっている。そして、連続吸気を可能とすることにより、真空状態に達するまでの所要時間を短縮することができる。また、構成が簡素であるために、気体の流れ、ピストン１２０の動作に無理がないため、発熱量を低減することができるし、クランク機構が一つであることも起因して、消費電力を低減することができる。発熱量が低減できるということは、材料の選定がし易くなり、消費電力が低減できるということは、定格容量の小さいモータを使用することができる。これらは、低コスト化、及びコンパクト化に繋がる。【００２９】
他方、排気時においては、吸気弁１１２ａ及び第２送気弁１２２ａは開いているが、その間に配設される第１送気弁１２１ａは閉じている。このため、吸気弁１１２ａと第２送気弁１２２ａが連通することが防止され、空気の逆流、即ち空気漏れが防止される。よって、簡素な機構であるにもかかわらず高真空度を実現可能となることが分かる。【００３０】
なお、上述の真空ポンプ１００の動作説明における第１〜８段階における第１、第２等の番号は、説明の便宜上使用しているに過ぎず、真空ポンプ１００の始動開始直後の動作に限定されるものではない。【００３１】
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、勿論、本発明の実施例は、上記実施例に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることはいうまでもない。そして、本発明の技術的範囲には、それらの改良変形も含まれる。【００３２】
例えば、上記実施例においては、シリンダ１１０が一つのタイプであるが、シリンダ１１０を複数、並列（言い換えれば、多気筒状）を有する真空ポンプであっても良い。この場合においても、クランク機構を片側に集約することができるので、消費電力は小さいし、構成も簡素で且つコンパクトである。勿論、上述のシリンダ１１０が一つの場合の真空ポンプ１００の奏する作用・効果と同一の作用・効果を有することはいうまでもない。【００３３】
また、上記実施例においては、シリンダ１１０の他の底部１１１ａ（クランク軸１５０に対して近い側の底部）は開口とされているが、近クランク側底壁部（図示せず）を設けることによって、他の底部１１１ａを覆うように構成しても良い。この場合には、近クランク側底壁部に排気弁（図示せず）を設けるように構成する。この場合には、第２ピストン１２２に設けられる第２送気弁１２２ａは排気弁を兼ねないこととなる。これにより、第２ピストン１２２と第１ピストンシャフト１３１との間の隙間等からの空気の逆流をより防止することができると考えられる。
【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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2006027848.tif 000009