JP2001304114A

JP2001304114A - 往復動式真空ポンプ

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Publication number: JP2001304114A
Application number: JP2000120995A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Murakami; 義夫村上; Junpei Yuyama; 純平湯山
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: JP4394249B2

Abstract

(57)【要約】【課題】弁板の両側の差圧が数百Ｐａ程度以下におい
ても確実に開閉する弁板を備え、更に弁板を開閉するよ
うに上下されるロッドの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ないドライ型真空ポンプポンプ
を提供すること。【解決手段】吸気弁２０の閉時に弁板４０を弁座３８
へ小さい所定の力で押圧するコイルバネ３６と、開時に
はコイルバネ３６の付勢に抗して弁板４０を押し下げ弁
座３８から離隔させるロッド２２と、ロッド２２の上端
部が挿入されるシリンダー状ガイド２３が遊嵌され、同
ガイド２３の壁を介してロッド２２の先端部の軟鉄片２
１と磁気結合された大気側の環状の永久磁石２４を環状
ディスク２５と共に変位させるアクチュエータ３０とか
らなり、そのソレノイドコイル２８に流す直流電流をオ
ン・オフしてロッド２２を上下させる。

Description

【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１
２０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１４
２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１４
０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１４４
ａ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１４
５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】上記の課題は請求項１の
構成によって解決されるが、その解決手段を説明すれ
ば、請求項１の往復動式真空ポンプは、吸気弁および排
気弁を備えたポンプ室が外力によって内容積を拡大、縮
小されることによりポンプとして作用する往復動式真空
ポンプにおいて、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。このような往復動式真空ポンプは、
１０⁵ Ｐａ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】請求項１に従属する請求項２の往復動式真
空ポンプは、所定の力が、弁板の両側に気体の圧力差が
ない時の弁板の弁座への押圧力で示して５×１０^-2Ｎ以
下とされているものである。このような往復動式真空ポ
ンプは、その押圧力に対応して弁板を含む可動部が軽量
に作製されることもあり、弁板の両側に生じる圧力差が
限界圧力より僅かに大の場合にも弁板は圧力差によって
容易に開閉される。また、弁座への弁板の押圧力が小さ
いので、弁板の両側の圧力差が限界圧力またはそれ以下
においてバネによる付勢に抗して弁板を開閉させるアク
チュエータを小型化させる。請求項１に従属する請求項
３の往復動式真空ポンプは、弁板がロッドの他端部に遊
びを有して取り付けられているか、または他端部とは独
立して設けられており、少なくとも弁板の閉時には弁板
のみがバネによって弁座に押圧されるものである。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】請求項１に従属する請求項４の往復動式真
空ポンプは、永久磁石が環状に形成されており、ロッド
に取り付けられた強磁性体が真空壁内において大気側の
永久磁石と磁気結合されているものである。このような
往復動式真空ポンプは、環状の永久磁石の移動に伴い、
これに磁気結合された強磁性体がロッドと共に円滑に移
動して弁体を開閉する。請求項１に従属する請求項５の
往復動式真空ポンプは、アクチュエータがソレノイドコ
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であり、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ロッ
ドの長さ方向に移動させるものである。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
をタイムラグを生じることなく制御し得る。

【００１２】請求項１に従属する請求項６の往復動式真
空ポンプは、複数個のポンプ室が直列に接続されて、隣
接する上流側のポンプ室の排気弁からの排気が下流側の
ポンプ室の吸気弁へ吸入されるようになっており、かつ
上流側のポンプ室が内容積の縮小期にある時には下流側
のポンプ室は内容積の拡大期にあるように、相互に逆位
相に作動されるものである。このような往復動式真空ポ
ンプは、各ポンプ室によって大気圧からステップ状に真
空排気され１Ｐａ程度の圧力に達する。請求項１に従属
する請求項７の往復動式真空ポンプは、ポンプ室がベロ
ーズポンプのポンプ室として適用されているものであ
る。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 ^-2
Ｎ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１
１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１
６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１
０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４
０の外周には４本の突起４１が形成されており、弁板４
０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４
０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４
０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２
４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の閉状態、図６のＢは図２に対応
する吸気弁２０の開状態を示す。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４
０から離れて上昇され、コイルバネ３６によって弁板４
０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４
２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）×１
０^-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２
１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３
４ｂに当接するまで下降される。この時、コイルバネ３
６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１０⁵ Ｐａ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１０³ Ｐａ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１
０³ Ｐａ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
力によって開閉される。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とシリンダー状カイド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。この磁気結合は弁板４０の両側の圧力差△
ｐが５×１０³ Ｐａになる時の力、すなわち、１．５Ｎ
より大きい力が作用すると外れる。

【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６
６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５
２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７
０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１
０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（≒１×１０
⁵ 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。

【００３８】例えば本実施の形態においては、直列に連
結した全てのポンプ室の吸気弁と排気弁が、弁板を閉じ
るためのコイルバネ、弁板を開けるための強磁性体を備
えたロッド、強磁性体に磁気結合された永久磁石および
永久磁石を変位させる電磁的アクチュエータを備えてい
る場合を例示したが、大気側となるポンプ室において弁
板の両側の圧力差が数百Ｐａの限界圧力以上であること
が明白である場合には、弁板を開閉させるコイルバネや
ロッド、永久磁石やアクチュエータを省略してもよい。
また本実施の形態においては、１０⁵ Ｐａから１Ｐａの
圧力領域において開閉可能な吸気弁および排気弁をベロ
ーズポンプのポンプ室に適用した場合を例示したが、実
施例で説明したような吸気弁および排気弁が適用された
往復動式のダイヤフラムポンプやピストンポンプも本発
明の往復動式真空ポンプに含まれる。

【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】請求項１の往復動式真空ポンプによれば、
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１０⁵ Ｐａ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。

【００４２】請求項２の往復動式真空ポンプによれば、
バネによる弁板の弁座への押圧力を弁板の両側に圧力差
がない時の値で示して５×１０^-2Ｎ以下としているの
で、それに応じて弁板は軽量とされ、バネの付勢力に抗
して弁板を弁座から離隔させるロッド、およびロッドを
移動させるアクチュエータを小型化させる。請求項３の
往復動式真空ポンプによれば、弁板がロッドに遊びを有
して取り付けられているか、またはロッドと独立して設
けられており、少なくとも弁板の閉時には弁板のみがバ
ネによって押圧されるのでバネの押圧力を更に小とする
ことができ、それに伴ってバネの付勢力に抗して弁板を
弁座から離隔させるロッド、およびロッドを移動させる
アクチュエータを更に小型化させる。

【００４３】請求項４の往復動式真空ポンプによれば、
ロッドに取り付けられた強磁性体と磁気結合されている
永久磁石を、ロッドのシリンダー状ガイドが挿通される
環状となっているので、ロッドが安定して円滑に移動さ
せる。請求項５の往復動式真空ポンプによれば、ロッド
を移動させるアクチュエータがソレノイドコイルと棒状
可動鉄心との組み合わせからなる電磁的なものとされて
いるので、ポンプ室の内容積の拡大、縮小に同期してコ
イルに流す直流電流の向きを変えることよって、弁を容
易に精度高く開閉し得る。

【００４４】請求項６の往復動式真空ポンプによれば、
複数個のポンプ室が直列に連結されているので、各ポン
プ室では大気圧から順にステップ状に真空排気されて到
達圧力が１Ｐａ程度の油回転ポンプに代わるドライ型の
真空ポンプとなる。請求項７の往復動式真空ポンプによ
れば、ポンプ室としてのベローズは比較的大きい圧縮比
とすることができるので、到達圧力が１Ｐａ程度の油回
転ポンプに代わるドライ型ポンプが比較的容易に得られ
るる。

【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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気弁および排気弁を備えたポンプ室が
外力によって内容積を拡大、縮小されることによりポン
プとして作用する往復動式真空ポンプにおいて、前記吸気弁および前記排気弁のそれぞれが、前記弁の閉
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、前記弁の開時に
他端部によって前記バネの付勢に抗して前記弁板を前記
弁座から離隔させるロッドと、前記ロッドの前記強磁性
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、前記弁板が開閉されるように前記永久磁石を変位さ
せるアクチュエータとからなり、前記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前記弁板は主として気体の
圧力差によって開閉され、前記圧力差が前記限界圧力よ
り小さい場合には、前記弁板は、前記バネおよび前記ア
クチュエータによって、圧力差による前記弁板の移動方
向と同一方向に移動されて開閉されることを特徴とする
往復動式真空ポンプ。
【請求項２】前記所定の力が前記弁板の両側に気体の
圧力差がない時の前記弁板の前記弁座への押圧力で示し
て５×１０^-2Ｎ以下とされている請求項１に記載の往復
動式真空ポンプ。
【請求項３】前記弁板が前記ロッドの他端部に遊びを
有して取り付けられているか、または前記他端部とは独
立して設けられており、少なくとも前記弁板の閉時には
前記バネによって前記弁板のみが前記弁座に押圧される
請求項１または請求項２に記載の往復動式真空ポンプ。
【請求項４】前記永久磁石が環状に形成されており、
前記ロッドに取り付けられた前記強磁性体が前記真空壁
内において前記永久磁石と磁気結合されている請求項１
から請求項３までの何れかに記載の往復動式真空ポン
プ。
【請求項５】前記アクチュエータがソレノイドコイ
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
ロッドの長さ方向に移動させる請求項１から請求項４ま
での何れかに記載の往復動式真空ポンプ。
【請求項６】複数個の前記ポンプ室が直列に動続され
て、隣接する上流側の前記ポンプ室の前記排気弁からの
排気が下流側の前記ポンプ室の前記吸気弁へ吸入される
ようになっており、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請求項
１から請求項５までの何れかに記載の往復動式真空ポン
プ。
【請求項７】前記ポンプ室がベローズポンプのポンプ
室として適用されている請求項１から請求項６までの何
れかに記載の往復動式真空ポンプ。