JPH04325794A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１個の円環状のシリン
ダと２個のピストンとを備えて、円環状のシリンダの中
に２個のピストンを循環させて、シリンダの中に空気又
はガスを吸入できるようにした真空ポンプに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、真空ポンプとしては、往復動形式
のもの又はスクリユ形式のものが使用されている。

【０００３】従来の往復動形式のものでは、ピストンロ
ツド、クロスヘツド、コネクチングロツド、クランクシ
ヤフト等の往復動式に必要な構成部品の数が多いこと、
従来のスクリユ形式のものでは、回転運動部分における
摩擦のために動力損失が大きいことなどの問題があつた
。また、ピストンロツド、コネクチングロツド、スクリ
ユシヤフトなどの貫通部分の密封のために複雑な構造を
持つた軸封装置が必要なことは、両形式に共通した大き
な問題であつた。さらに、従来の往復動形式のものでは
、吸入弁及び吐出弁が必要であつた。吸入弁及び吐出弁
は、弁の前後の圧力差によつて開閉する自動弁構造のも
のが使用されたが、高真空になると、吸入弁では、弁の
内側と外側の圧力差が微小なために、弁板の開閉が制限
されるという問題があり、到達真空度に限度があつた。 また、強制弁にすると、構造が複雑になるという問題が
あつた。これらのために、従来の真空ポンプでは、高真
空又は多段化には複雑な構造を必要とし、重量軽減及び
小型化には限度があつた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、構成部品の
数が少ない上に、動力損失が少なく、また、軸封装置を
全く必要としないだけではなく、吸入弁及び吐出弁をも
必要としない、さらに、高真空又は多段化が容易で、重
量軽減及び小型化を計ることができる真空ポンプを提供
することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の真空ポンプは、一定の横断面を有する非
磁性の管状体からできた円環状のシリンダと、前記シリ
ンダに設けられ接近して配置された吸入口及び吐出口と
、前記シリンダの中にそれぞれ移動可能に内嵌された２
個のピストンと、前記ピストンを前記シリンダの中で一
定の方向に移動させて停止させるために、前記シリンダ
に沿つて配置される電磁コイルを用いた装置とからなり
、前記ピストンの一方が、前記電磁コイルを用いた装置
によつて、前記シリンダの前記吸入口と前記吐出口との
間に配置されたピストン停止位置に停止されている間に
、前記ピストンの他方が、前記電磁コイルを用いた装置
によつて、前記吸入口の下流から前記吐出口に向けて移
動されて、空気又はガスが、前記吸入口から、前記シリ
ンダの前記ピストンの他方の上流に新たに形成される空
間の中に吸入されるようにする。

【０００６】本発明の真空ポンプにおいては、前記電磁
コイルを用いた装置が、前記ピストン停止位置及び前記
シリンダに沿つたその他の位置で、前記シリンダに巻か
れた多数のコイルからなること、あるいは、前記ピスト
ン停止位置及び前記シリンダに沿つたその他の位置で、
前記シリンダを挟んで向かい合わせに配置された多数の
電磁石からなることが好ましい。

【０００７】また、本発明の真空ポンプにおいては、シ
リンダが非磁性体で作られて、ピストンは一部又は全部
を磁性体で作られる。ピストンには、永久磁石を取り付
けることができる。シリンダの横断面形状は、円形に作
られることが好ましく、この場合、ピストンは、球形、
直円柱状、部分トーラス状等のものが適用されるが、部
分トーラス状のものが、シリンダの中で回転しないので
好ましい。電磁コイルを用いた装置が、シリンダの周囲
に巻かれた多数のコイルからなる場合は、電磁コイルを
用いた装置及びピストンを、「リニアモータ」の１次側
固定子及び２次側可動子と見なすことができる。従つて
、コイルには、直流、交流又はパルス電流を供給して、
本発明の真空ポンプを運転することができる。「リニア
モータ」に就いては、公知の技術であるので、詳細な説
明を省略する。

【０００８】

【作用】上記のように構成された真空ポンプにおいては
、円環状のシリンダに内嵌された２個のピストンが、電
磁コイルを用いた装置によつてそれぞれ移動され、交互
に、円環状のシリンダの中を一定方向に移動されるので
、ピストンは、往復運動をすることなくシリンダの中を
移動するように働く。また、ピストンの一方が、吸入口
と吐出口との間に配置された停止位置に停止されている
間に、ピストンの他方が、吸入口の下流から吐出口の上
流に向けて移動されるので、空気又はガスが、吸入口か
らシリンダのピストンの他方の上流に新たに形成される
空間の中に吸入されるように働く。また、ピストンの他
方が吐出口の上流に移動された時に、ピストン停止位置
に停止されていたピストンの一方が移動され始めるよう
にして、ピストンの他方が吐出口を覆う時、同時に、ピ
ストンの一方が吸入口を覆うようにできるので、吸入弁
及び吐出弁を必要としないように働く。さらに、吸入口
と吐出口とが、互いに接近してシリンダに設けられるこ
とは、吸入行程を長くして、多量の空気又はガスがシリ
ンダの中に吸入されるように働く。

【０００９】

【実施例１】図１乃至図５を参照して、実施例１を説明
する。図１に示されたように、本例の真空ポンプは、円
環状のシリンダ１０と、シリンダ１０に設けられた吸入
口１２及び吐出口１３と、シリンダ１０に内嵌された２
個のピストン２０、２０と、ピストン２０、２０をシリ
ンダ１０の中で移動させて停止させるために、シリンダ
１０に沿つて配置される電磁コイルを用いた装置３０と
からなつている。

【００１０】シリンダ１０は、円形の横断面を有する非
磁性の金属の管状体から作られて、環状の形状をして、
環状の中心１１を持つ。シリンダ１０には、接近させて
配置された吸入口１２と吐出口１３とが設けられ、また
、吸入口１２と吐出口１３との間には、ピストン停止位
置１４が設けられている。２個のピストン２０、２０は
、それぞれ、全体を磁性体から作られて、部分トーラス
状の形状を持ち、シリンダ１０に移動可能に内嵌されて
いる。電磁コイルを用いた装置３０は、ピストン停止位
置１４に配置されたコイル３０１と、シリンダ１０に沿
つたその他の位置に配置された多数のコイル３０２乃至
３１４とからなつている。コイル３０１乃至３１４は、
図２に示されたように、それぞれ、シリンダ１０の周囲
に巻かれて、個別的に励磁又は解励されることができる
ようになつている。

【００１１】図１乃至図５を参照して説明する。説明を
分かり易くするために、２個のピストン２０、２０を、
ピストンの一方２１及びピストンの他方２２と呼ぶこと
にする。図１には、停止位置１４に停止されているピス
トンの一方２１と、矢印２３の方向に吐出口１３に向け
て移動されて、現在、コイル３０７とコイル３０８との
間を進行中のピストンの他方２２とが示されている。コ
イル３０１とコイル３０８とが励磁されて、その他のコ
イルは解磁されている。ピストンの他方２２の移動につ
いて説明を補足すると、ピストンの他方２２は、図１に
示された時以前に、ピストンの他方２２の前端がコイル
３０７の中央部に到着した時に、その時まで励磁されて
いたコイル３０７が解磁されて、コイル３０８が新たに
励磁されたことによつて、コイル３０７からコイル３０
８に向けて移動され、図１に示された位置に来たもので
ある。図３には、停止位置１４に停止中のピストンの一
方２１と、その前端がコイル３１２の中央部に到着した
進行中のピストンの他方２２とが示されている。ピスト
ンの他方２２の前端がコイル３１２の中央部に到着した
時、ピストンの他方２２が移動され続けるように、その
時まで励磁されていたコイル３１２が解磁されて、コイ
ル３１３が新たに励磁される。また、停止中のピストン
の一方２１が移動され始めるように、その時まで励磁さ
れていたコイル３０１が解磁されて、コイル３０２が励
磁される。このようして、ピストンの他方２２がコイル
３１３に向けて移動され、ピストンの一方２１がコイル
３０２に向けて移動される。図４には、コイル３０３を
進行中のピストンの一方２１と、コイル３１３を進行中
のピストンの他方２２とが示されている。図４には、ま
た、ピストンの一方２１が吸入口１２を覆い、ピストン
の他方２２が吐出口１３を覆つていることが示される。 その後、ピストンの他方２２が、停止位置１４のコイル
３０１の中央部に停止されるための操作が行われる。す
なわち、ピストンの他方２２の前端がコイル３１４の中
央部に到着した時に、コイル３１４が励磁されたままに
され、コイル３０１が解磁されたままにされて、ピスト
ンの他方２２がコイル３０１の中央部に到着した時に、
コイル３１４が解励され、コイル３０１が励磁される。 このようにして、ピストンの他方２２が、コイル３０１
の中央部、すなわち停止位置１４に停止される。ピスト
ンの一方２１は、ピストンの他方２２について述べたと
おりに、ピストンの一方２１の前端がコイル３０３の中
央部に到着した時に、コイル３０３が解磁され、コイル
３０４が励磁されることによつて、コイル３０４に向け
て移動されるものである。かくして、図５には、停止位
置１４に停止中のピストンの他方２２と、コイル３０４
とコイル３０５との間を移動中のピストンの一方２１と
が示されている。このようにして、ピストンの一方２１
又は他方２２が停止位置１４に停止されている間に、ピ
ストンの他方２２又は一方２１が、吸入口１２の下流か
ら吐出口１３に向けて移動されることになる。

【００１２】

【実施例２】図６乃至図８を参照して、実施例２を説明
する。図６に示されたように、本例の真空ポンプは、円
環状のシリンダ１０と、シリンダ１０に設けられた吸入
口１２及び吐出口１３と、シリンダ１０に内嵌された２
個のピストン２０Ａ、２０Ａと、２個のピストン２０Ａ
、２０Ａをシリンダ１０の中で移動させて停止させるた
めに、シリンダ１０に沿つて配置される電磁コイルを用
いた装置４０とからなつている。

【００１３】実施例２は、実施例１に比較して、ピスト
ン２０、２０がピストン２０Ａ、２０Ａに取り替えられ
ている点と、電磁コイルを用いた装置３０が電磁コイル
を用いた装置４０に取り替えられている点とが相違する
ので、ピストン２０Ａと、電磁コイルを用いた装置４０
とについて説明する。図８に示されたように、ピストン
２０Ａ（一方のピストン２１Ａ、他方のピストン２２Ａ
）は、部分トーラス状の形状を持ち、磁性体から作られ
た本体２０１の中央に、永久磁石２０２が取り付けられ
ている。本体２０１に関する永久磁石２０２の取り付け
方向は、シリンダ１０に関する電磁コイルを用いた装置
４０の取り付け方向と同じ方向になるように決められる
。電磁コイルを用いた装置４０は、ピストン停止位置１
４に配置された電磁石４０１と、シリンダ１０に沿つた
その他の位置に配置された多数の電磁石４０２乃至４１
４からなつている。電磁石４０１乃至４１４は、図７に
示された電磁石４０６と同様に、それぞれ、シリンダ１
０を挟んで向かい合わせに配置された両端を持つ鉄心４
３と、巻線４２とからなる。上述のシリンダ１０に関す
る電磁コイルを用いた装置４０の取り付け方向とは、鉄
心４３のシリンダ１０を挟んで向かい合わせに配置され
た両端を結んだ方向を意味するものである。巻線４２は
、巻線部分４２１と巻線部分４２２とに分けられて、例
えば、巻線部４２１が励磁された時には吸引力が発生し
て、巻線部分４２２が励磁された時に反発力が発生する
ようにしている。図６には、停止位置１４に停止中のピ
ストンの一方２１Ａと、電磁石４０７と電磁石４０８と
の間を進行中のピストンの他方２２Ａとが示されている
が、この場合、ピストンの他方２２Ａは、電磁石４０８
の吸引力を受けて電磁石４０８の方に移動されると共に
、電磁石４０７の反発力を受けて電磁石４０８に向けて
移動される。その他の点については、実施例１において
説明されたとおりである。最後に、実施例２は、巻線４
２を一方の巻線部分（例えば、巻線部分４２１）だけに
して、電流を逆方向に流すことによつて、反発力が起き
るように、変更されることができること、及び、電流の
方向を逆転させることによつて吸引力のみならず反発力
もまた得ようとする方法は、実施例１においてもまた実
施できることを、付言する。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の真空ポン
プは、円環状のシリンダの中に２個のピストンを設けて
、ピストンの一方が、吸入口と吐出口との間に設定され
たピストン停止位置に停止されている間に、ピストンの
他方が、吸入口の直ぐ下流から吸入行程を経て吐出口ま
で移動されることによつて、移動されるピストンの他方
の上流では、シリンダの中に新しい空間が形成されて拡
大され、この拡大されて行く空間の中に、吸入口から、
空気又はガスが吸入されるようにする。同時に、移動さ
れるピストンの他方の下流では、シリンダの中の空間が
縮小されて、この縮小されて行く空間の中に既に吸入さ
れていた空気又はガスが、吐出口から吐出されるように
する。このように、往復運動部分が全くない上に、従来
のスクリユ形式の真空ポンプにおけるような摩擦が全く
ない。従つて、動力損失が極めて少ない上に、ピストン
ロツド、コネクチングロツド、スクリユシヤフトなどの
貫通穴部が全くないので、貫通穴部を密封するための軸
封装置を全く必要としない。また、ピストンの一方及び
ピストンの他方が、同時に吸入口及び吐出口を覆つて通
過するようにして、吸入弁及び吐出弁が不用になつたの
で、高真空のもとの微小な圧力差によつて開閉されなけ
ればならないという従来の吸入弁（自由弁）の問題が完
全に解決される。従つて、従来の真空ポンプと比較して
、構成部品点数が大幅に少なくなる。また、構成部品点
数が少ないことによつて、故障の確率を減少すると共に
、製作並びに組立、加工等の所要時間が少なくなる。さ
らに、シリンダを上下に積み重ねるだけで多段化できる
ので、多段式が簡単に製作でき、真空ポンプの性能向上
が可能になる上に、駆動手段は、従来の駆動装置と全く
異なり、騒音を発生することが全くない。本発明の真空
ポンプは、上述のように、構成部品点数が少なく、容易
に多段化ができ、また、フライホイールを必要としない
ので、製品重量及び製品容量を小さくすることができ、
電力の大幅な逓減を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す略図（平面図）の
説明図である。

【図２】図１の実施例のＡ−Ａ線に沿つた断面を示す拡
大断面図である。

【図３】図１の実施例の吸入行程の終わりを示す略図（
平面図）の説明図である。

【図４】図１の実施例の２個のピストンが吸入口と吐出
口とにそれぞれ到着した時を示す略図（平面図）の説明
図である。

【図５】図１の実施例のピストン停止位置に停止された
ピストンが入れ替わつたことを示す略図（平面図）の説
明図である。

【図６】本発明の別の実施例の構成を示す略図（平面図
）の説明図である。

【図７】図６の実施例のＢ−Ｂ線に沿つた断面を示す拡
大断面図である。 「図８」 図６の実施例のピストンの拡大した略図（平面図）の説
明図である。

【符合の説明】

１０　　シリンダ １２　　吸入口 １３　　吐出口 １４　　ピストン停止位置 ２０　　ピストン ２０Ａ　　ピストン ２１　　ピストンの一方 ２１Ａ　　ピストンの一方 ２２　　ピストンの他方 ２２Ａ　　ピストンの他方 ３０　　電磁コイルを用いた装置 ３０１乃至３１４　　コイル ４０　　電磁コイル用いた装置 ４０１乃至４１４　　電磁石

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一定の横断面を有する非磁性の管状体
   からできた円環状のシリンダと、前記シリンダに設けら
   れ接近して配置された吸入口及び吐出口と、前記シリン
   ダの中にそれぞれ移動可能に内嵌された２個のピストン
   と、前記２個のピストンを前記シリンダの中で一定の方
   向に移動させて停止させるために、前記シリンダに沿つ
   て配置される電磁コイルを用いた装置とからなり、前記
   ピストンの一方が、前記電磁コイルを用いた装置によつ
   て、前記シリンダの前記吸入口と前記吐出口との間に設
   定されたピストン停止位置に停止されている間に、前記
   ピストンの他方が、前記電磁コイルを用いた装置によつ
   て、前記吸入口の下流から前記吐出口に向けて移動され
   て、空気又はガスが、前記吸入口から、前記シリンダの
   前記ピストンの他方の上流に新たに形成される空間の中
   に吸入されるようにした真空ポンプ。
2. 【請求項２】　　前記電磁コイルを用いた装置が、前記
   ピストン停止位置及び前記シリンダに沿つたその他の位
   置で、前記シリンダの周囲に巻かれた多数のコイルから
   なる請求項１記載の真空ポンプ。
3. 【請求項３】　　前記電磁コイルを用いた装置が、前記
   ピストン停止位置及び前記シリンダに沿つたその他の位
   置で、前記シリンダを挟んで向かい合わせに配置された
   多数の電磁石からなる請求項１記載の真空ポンプ。