往復ポンプ
【課題】クランクシャフトの回転運動を、スコッチ・ヨーク機構を介してピストンの往復運動に変換する構成を有する往復ポンプにおいて、前記機構において生じる機械損失の増大を可能な限り抑制しつつ、前記機構で発生する騒音を効果的に低減すること。
【解決手段】スコッチ・ヨーク機構１０において、クランクシャフト１２に偏心して取着されたクランクピン１６に軸受１８，２０が嵌合されている。ヨーク１４は、クランクピン１６の軸と直交する方向に延び、かつ、クランクピン１６を挟んで互いに平行に形成された第１および第２当接面２８，３０有するように構成されている。第１および第２当接面２８，３０が、対応する軸受１８の外輪１８Ｃおよび軸受け２０の外輪２０Ｃの周面に常時接触するように、第１と第２の当接面２８，３０間の、前記ピストンの移動方向における距離が決定されている。
【解決手段】スコッチ・ヨーク機構１０において、クランクシャフト１２に偏心して取着されたクランクピン１６に軸受１８，２０が嵌合されている。ヨーク１４は、クランクピン１６の軸と直交する方向に延び、かつ、クランクピン１６を挟んで互いに平行に形成された第１および第２当接面２８，３０有するように構成されている。第１および第２当接面２８，３０が、対応する軸受１８の外輪１８Ｃおよび軸受け２０の外輪２０Ｃの周面に常時接触するように、第１と第２の当接面２８，３０間の、前記ピストンの移動方向における距離が決定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復ポンプに関し、特に、モータ等の回転駆動源からの回転運動をピストン等の往復運動に変換する機構として、スコッチ・ヨーク機構を採用した往復ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転駆動源からの回転運動をピストン等の往復運動に変換するための機構として採用されるスコッチ・ヨーク機構は、同じ目的が達成できる一般的なクランク機構と比べて、コンロッド等が不要であるためコンパクトで、かつ部品点数が少ないため構成が簡略になるといった利点がある。このため、スコッチ・ヨーク機構は、小型で経済性の要求される真空ポンプ、例えば、製品の組立工場などで用いられる、小ねじその他の小型部品の吸着用の真空ポンプに適している。
【０００３】
従来のスコッチ・ヨーク機構の一例について、図８を参照しながら説明する。なお、図８に示す従来のスコッチ・ヨーク機構２００は、特に往復ポンプ用に限ったものではなく、当該機構の動作を説明するために作図したものである。
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、スコッチ・ヨーク機構２００の正面図であり、図８（ｂ）〜図８（ｄ）は、図８（ａ）に示す状態から、回転軸であるクランクシャフト２０２が矢印Ｍの向きに、所定角度分回転したときの状態を示している。
【０００４】
図８（ｅ）〜図８（ｈ）は、図８（ａ）におけるＮ・Ｎ線に相当する位置で、それぞれ図８（ａ）〜図８（ｄ）に示すスコッチ・ヨーク機構２００を切断した断面図（なお、切断しているのは、後述するヨーク２０４のみである。）である。
スコッチ・ヨーク機構２００は、矢印Ｙの方向に直動案内された板状のヨーク２０４を有する。ヨーク２０４は、長円形の長孔２０６を有しており、長孔２０６内に偏心カムであるクランクピン２０８が収納されている。
【０００５】
クランクピン２０８には、偏心させてクランクシャフト２０２が取り付けられている。クランクシャフト２０２を矢印Ｍの向きに回転させると、クランクピン２０８はクランクシャフト２０２を中心として偏心状態で回転する。当該回転によって、クランクピン２０８の周面がヨーク２０４の長孔２０６内周の上側の直線部（以下、「上部当接面２１０」と言う。）と下側の直線部（以下、「下部当接面２１２」と言う。）に交互に当接し、クランクピン２０８の偏心量に応じたストロークでヨーク２０４が矢印Ｙ方向に往復運動する（スライドする）。これにより、クランクシャフト２０２の回転運動がヨーク２０４の往復運動に変換されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１１９６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述したスコッチ・ヨーク機構２００では、以下に記すように、クランクシャフト２０２の半回転毎に繰り返されるクランクピン２０８とヨーク２０４との衝突音が騒音となって現れるといった問題を有している。
ヨーク２０４が上死点にある図８（ａ）に示す状態からクランクシャフト２０２がさらに矢印Ｍの向きに回転すると、クランクピン２０８の外周面は、上部当接面２１０から離れる（すなわち、クランクピン２０８外周面は、長孔２０６内周面のいずれの部位とも非接触となる。）。さらにクランクシャフト２０２の回転が進むと、クランクピン２０８の外周面は、下側当接面２１２に衝突して（図８（ｃ））後、ヨーク２０４を下方へスライドさせる間、下側当接面２１２に接触状態となる。そして、前記衝突の際に生じる音（衝突音）が騒音となって現れるのである。衝突音は、ヨーク２０４が下死点にある図８（ｄ）の状態から、ヨーク２０４のスライドが上方へと転じる際にも生じる。
【０００８】
上記衝突音を無くすために、クランクピン２０８の直径と上側当接面２１０と下側当接面２１２との間隔を略等しくして、クランクピン２０８と長孔２０６内周面との間隙を無くすことが考えられる。しかしながら、そうすると、クランクピン２０８は、常に上側当接面２１０と下側当接面２１２の両方に接触することとなるため、クランクピン２０８外周面と長孔２０６内周面との間のクランクピン２０８の回転に伴う摩擦抵抗が大きくなり、機械損失が増大してしまう。
【０００９】
本発明は、上記した課題に鑑み、上記機械損失の増大を可能な限り抑制しつつ、効果的に上記騒音を低減できる往復ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明に係る往復ポンプは、クランクシャフトの回転運動を、スコッチ・ヨーク機構を介して、ピストンの往復運動に変換する構成を有する往復ポンプであって、前記スコッチ・ヨーク機構は、クランクシャフトに偏心して取着されたクランクピンと、前記クランクピンの軸方向に並設され、当該クランクピンの軸回りに回転自在な第１および第２の円環部材と、前記クランクピンの軸と直交する方向に延び、かつ、当該クランクピンを挟んで互いに平行に形成された第１および第２の当接面を有するヨーク部材と、を備え、前記第１および第２の当接面の前記クランクピンの軸方向における位置が、それぞれ前記第１および第２の円環部材の位置に対応すると共に、第１および第２の当接面が、対応する第１および第２の円環部材の周面に常時接触するように、前記第１と第２の当接面間の、前記ピストンの移動方向における距離が決定されていることを特徴とする。
【００１１】
また、前記スコッチ・ヨーク機構は、さらに、前記クランクピンの軸方向に、前記第２の円環部材を挟んで前記第１の円環部材と反対側に並設され、当該クランクピンの軸回りに回転自在な第３の円環部材を有し、前記ヨーク部材は、さらに、前記クランクピンの軸と直交する方向に延び、かつ前記第１の当接面と同一平面上に在って、前記第３の円環部材の周面に常時接触する第３の当接面を有し、前記第２の円環部材が前記ピストンの軸心を通る位置に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記ヨーク部材は、前記ピストンの移動方向と直交する方向に長手方向を有する長孔が開設された合成樹脂製の枠体を有し、前記当接面の各々は、前記長孔の長手方向の内周面の一部からなり、前記円環部材の各々は、金属製であって、当該円環部材の各々が、対応する当接面から押圧力を受けるように、前記枠体に圧入されていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記円環部材の各々が、前記クランクピンに嵌合されたころがり軸受の外輪であることを特徴とする往復ポンプ。
また、前記ヨーク部材は、前記ピストンの移動方向と直交する方向に長手方向を有する長孔が開設された合成樹脂製の枠体を有し、前記当接面の各々は、前記長孔の長手方向に伸びる一条の帯状をした内周面部分からなり、前記円環部材の各々は、前記クランクピンに嵌合されたころがり軸受の外輪であって、前記第１の当接面の前記第１の円環部材を構成する外輪との接触幅および第３の当接面の前記第３の円環部材を構成する外輪との接触幅の各々が、前記第２の当接面の前記第２の円環部材を構成する外輪との接触幅の半分であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記の構成からなる往復ポンプによれば、クランクピンの軸回りに回転自在に設けられた第１の円環部材がヨーク部材の第１の当接面と、同じく第２の円環部材が同じく第２の当接面と常時接触しているため、ヨーク部材を往復運動させるための部材の当該ヨーク部材との衝突が生じないため、上記スコッチ・ヨーク機構で発生する騒音を低減することができる。
【００１５】
また、第１の円環部材がヨーク部材を押動している間、ヨーク部材の押動に寄与しない第２の円環部材は第２の当接面を転動でき、第２の円環部材がヨーク部材を押動している間、ヨーク部材の押動に寄与しない第１の円環部材は第１の当接面を転動できるため、すなわち、ヨーク部材の押動に寄与しない方の円環部材とこれに対応する当接面との間で発生する摩擦は転がり摩擦となるため、機械損失の増大を可能な限り抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は実施の形態に係るスコッチ・ヨーク機構の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＡ・Ａ線断面図である。
【図２】上記スコッチ・ヨーク機構の動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態に係る往復ポンプの外観斜視図である。
【図４】上記往復ポンプを正面から見た一部断面図であり、図５におけるＧ・Ｇ線に沿って切断したものである。
【図５】上記往復ポンプを上面となる方向から見た一部断面図であり、図４におけるＥ・Ｅ線に沿って切断したものである。
【図６】上記往復ポンプの一部構成部材の分解斜視図である。
【図７】上記往復ポンプの動作を説明するための図である。
【図８】従来のスコッチ・ヨーク機構の構成および動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る往復ポンプの実施の形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、実施の形態に係る往復ポンプの説明の前に、当該往復ポンプに用いるスコッチ・ヨーク機構について説明する。
＜スコッチ・ヨーク機構＞
図１（ａ）はスコッチ・ヨーク機構１０の概略構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は同正面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）におけるＡ・Ａ線断面図である。なお、図１（ａ）では後述するヨーク１４の一部を切断しており、図１（ｃ）ではヨーク１４のみを切断している。
【００１８】
スコッチ・ヨーク機構１０は、回転軸であるクランクシャフト１２の回転運動をヨーク１４の往復運動に変換する機構である。
クランクシャフト１２には、偏心カムであるクランクピン１６が取り付けられている。クランクピン１６は、円柱状をしており、クランクシャフト１２に偏心して取着されている。すなわち、クランクピン１６は、その軸心がクランクシャフト１２の軸心と平行で、かつ両軸心が一定の間隔を隔てた状態でクランクシャフト１２に取り付けられている。
【００１９】
クランクシャフト１２のクランクピン１６への取り付けは、例えば、クランクピン１６の軸心から偏心した位置に厚み方向に貫通孔を開設し、当該貫通孔にクランクシャフト１２を圧入して行われる。
クランクピン１６の外周面（円筒面）には、３個のころがり軸受（本例では、玉軸受）１８，２０，２２がクランクピン１６の軸方向に、この順に並設されている。なお、図１（ａ）では、煩雑さを避けるため、各ころがり軸受（以下、単に「軸受」という。）１８，２０，２２の外輪、内輪、および両輪の間に在る複数の玉等を一体のものとして描いている。ここで、軸受１８，２０，２２をそれぞれ、第１軸受１８、第２軸受２０、第３軸受２２と呼ぶこととする。なお、本例では、この３個の軸受は全て同じもの（同じ仕様のもの）である。
【００２０】
図１（ｂ）では、第１〜第３軸受１８，２０，２２の内、第１軸受１８が現れている。第１軸受１８は、その内輪１８Ａがクランクピン１６に嵌合されて（圧入されて）取り付けられている。これにより、金属製（本例では、ステンレス製）の円環部材である外輪１８Ｃは、クランクピン１６の軸回りに回転自在に取り付けられていることになる。残りの第２および第３軸受２０，２２も、第１軸受１８と同様、各々の内輪（図１では不図示）がクランクピン１６に圧入されて取り付けられている。
【００２１】
ここで、第１〜第３軸受１８，２０，２２の外輪の各々を第１外輪１８Ｃ、第２外輪２０Ｃ、第３外輪２２Ｃ（図１（ｃ））と呼ぶこととする。
ヨーク１４は、開口部が長孔２４に形成されている枠体２６からなる。ヨーク１４は、金属と比べて弾性を有する材料、例えば、６ナイロンその他の合成樹脂からなる。
長孔２４において長手方向に延びる２つの内周面の内、一方の内周面（図１における上側の内周面）は、図１（ｃ）に示す横断面に現れているように、第２外輪２０Ｃに対応する部分のみが突出している。この突出面が、前記長手方向に一条の帯状に延びていて、第２外輪２０Ｃ外周との当接面３０（以下、「第２当接面３０」という）を形成している。第２当接面３０の幅は、第２外輪２０Ｃの最大幅と略等しい。第２当接面３０は、第２外輪２０Ｃとのみ接触し、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃとは常に非接触である。
【００２２】
長孔２４において長手方向に延びる２つの内周面の内の他方の内周面（図１における下側の内周面）は、図１（ｃ）に示す横断面に現れているように、第２外輪２０Ｃに対応する部分のみが窪んでいる（前記長手方向に溝が形成されている。）。換言すると、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃに対応する部分のみが突出している。この両突出面の各々が、前記長手方向に一条の帯条に延びていて、それぞれ第１外輪１８Ｃの外周面および第３外輪２２Ｃの外周面との当接面２８，３２を形成している。第１外輪１８Ｃに対応する当接面２８を第１当接面２８、第３外輪２２に対応する当接面３２を第３当接面３２と称することとする。第１当接面２８と第３当接面３２は、それぞれ、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃとのみ接触し、第２外輪２０Ｃとは常に非接触である。第１当接面２８と第３当接面３２とは、同一平面上に在る。
【００２３】
第１当接面２８と第３当接面３２の各々の幅は、第２当接面３０の幅の半分としている。すなわち、第１当接面２８の第１外輪１８Ｃとの接触幅および第３当接面３２の第３外輪２２Ｃとの接触幅の各々は、第２当接面３０の第２外輪２０Ｃとの接触幅の半分としている。このようにした理由については後述する。
また、第１〜第３軸受１８，２０，２２が取着されたクランクピン１６が組み込まれる前のヨーク１４における第２当接面３０と第１当接面２８および第３当接面３２との間の前記長手方向と直交する方向の距離Ｄ（図１（ｃ））は、第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃの直径よりも若干短く設定している。したがって、第１〜第３軸受１８，２０，２２が取着されたクランクピン１６を、枠体２６に組み込む際には、第１〜第３軸受１８，２０，２２を、枠体２６に圧入することとなる。すなわち、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃは、それぞれ第１当接面２８および第３当接面３２から押圧力を受け、第２外輪２０Ｃは第２当接面３０から押圧力を受けるように、枠体２６に圧入されている。このようにした理由についても後述する。
【００２４】
ヨーク１４は、往復ポンプの構成部材として組み込まれた状態で、長孔２４の長手方向と直交する方向（第１〜第３当接面２８，３０，３２と直交する方向）に直動案内されているのであるが、当該直動案内の機構については後述することとし、以下、ヨーク１４が前記直動案内をされているとの前提の下で、スコッチ・ヨーク機構１０の動作について、図２を参照しながら説明する。
【００２５】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、スコッチ・ヨーク機構１０の正面図であり、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）は、図２（ａ）に示す状態から、クランクシャフト１２が矢印Ｒの向きに、９０度ずつ回転したときの状態を示している。
図２（ｅ）は、図２（ａ）におけるＢ・Ｂ線断面図であり、図２（ｆ）、図２（ｇ）は、それぞれ、図２（ｅ）の場合と同様に切断した断面図であり、図２（ｈ）は、図２（ｄ）におけるＣ・Ｃ線断面図である。図２（ｅ）〜図２（ｈ）では、ヨーク１４のみを切断している。
【００２６】
なお、便宜上、図２に向って紙面上側を上方、紙面下側を下方として説明する。
クランクシャフト１２の軸心に対し、偏心したクランクピン１６の外周が最も上方に張り出し、ヨーク１４が最も上方に位置する上死点の状態（図２（ａ）、図２（ｅ））から、クランクシャフト１２が矢印Ｒの向きに回転されると、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃの外周が、それぞれ、ヨーク１４の第１当接面２８および第３当接面３２を押下する（図２（ｆ））。
【００２７】
これにより、ヨーク１４は下方へ移動する（便宜上、ヨーク１４の下方への移動を「往動」とする）。そして、クランクピン１６の外周が最も下方に張り出し、ヨーク１４が最も下方に位置する下死点（図２（ｃ）、図２（ｇ））に至るまで、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃの外周が、それぞれ、ヨーク１４の第１当接面２８および第３当接面３２を押下し続ける。
【００２８】
下死点の状態（図２（ｃ）、図２（ｇ））から、さらに、クランクシャフト１２が矢印Ｒの向きに回転されると、今度は、第２外輪２０Ｃの外周が、ヨーク１４の第２当接面３０を押し上げる（図２（ｈ））。
これにより、ヨーク１４は上方へ移動する（便宜上、ヨーク１４の上方への移動を「復動」とする。）。そして、クランクピン１６の外周が最も上方に張り出し、ヨーク１４が最も上方に位置する上死点（図２（ａ）、図２（ｅ））に至るまで、第２外輪２０Ｃの外周が、それぞれ、ヨーク１４の第２当接面３０を押し上げ続ける。
【００２９】
以上、クランクシャフト１２が１回転するとヨーク１４が上下方向に１往復する。
この間、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃは、それぞれ、第１当接面２８および第３当接面３２と常時接触している。このため、従来、ヨークが上死点から往動へ移行する際に生じていた偏心円板とヨークとの衝突が生じない。
また、第２外輪２０Ｃは、第２当接面３０と常時接触している。このため、従来、ヨークが下死点から復動へ移行する際に生じていた偏心円板とヨークとの衝突が生じない。
【００３０】
すなわち、従来、ヨークが１往復する間に（クランクシャフトが１回転する間に）、２回発生していた衝突音が、本実施の形態に係るスコッチ・ヨーク機構ではほとんど発生しないため、当該衝突音に起因する騒音を抑制することができる。
なお、第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃを対応する当接面と常時接触させているが、これによる問題は、以下の理由によりほとんど生じない。
【００３１】
ヨークの往動中、当該往動に寄与しない第２外輪２０Ｃが第２当接面３０と接触し続ける。上死点（図２（ａ））からクランクシャフト１２が矢印Ｒの向きに９０度回転する間、第２外輪２０Ｃは、第２当接面３０と接触しつつ左向きに移動するが、第２外輪２０Ｃは、クランクピン１６に対し、回転自在に設けられているため、クランクシャフト１２の回転方向とは逆向きに回転して、第２当接面３０上を転動することができる。このため、第２外輪２０Ｃと第２当接面３０との間の摩擦抵抗を可能な限り抑制できるため、スコッチ・ヨーク機構における機械損失の増大を可能な限り抑制することができる。
【００３２】
ヨークの復動中も、同様、当該復動に寄与しない第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃが、それぞれ第１当接面２８および第３当接面３２と接触し続ける。下死点（図２（ｃ））からクランクシャフト１２が矢印Ｒの向きに９０度回転する間、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃは、それぞれ、第１当接面２８および第３当接面３２と接触しつつ右向きに移動するが、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃは、クランクピン１６に対し、回転自在に設けられているため、クランクシャフト１２の回転方向とは逆向きに回転して、それぞれ第１当接面２８および第３当接面３２上を転動することができる。このため、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃと第１当接面２８および第３当接面３２との間の摩擦抵抗を可能な限り抑制できるため、スコッチ・ヨーク機構における機械損失の増大を可能な限り抑制することができる。
【００３３】
また、スコッチ・ヨーク機構１０を後述する往復ポンプに用いる場合、クランクシャフト１２は、例えば、回転数４５００［ｒｐｍ］の速さで回転される。この場合、スコッチ・ヨーク機構１０を構成する各部材間等の摩擦熱等に起因して、スコッチ・ヨーク機構１０全体が昇温する。ヨーク１４を形成する合成樹脂は、第１〜第３軸受１８，２０，２２を形成する金属よりも、一般に、熱膨張係数が大きい。このため、何ら手当てしない場合は、ヨーク１４における長孔２４の短径（第２当接面３０と第１当接面２８および第３当接面３２との間の長孔２４の長手方向と直交する方向の距離（図１（ｃ）の「Ｄ」に相当）が、第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃの外径よりも大きくなり、第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃが対応する当接面２８，３０，３２と常には接触しなくなるおそれが生じる。
【００３４】
しかしながら、本実施の形態では、上述したように、第１〜第３軸受１８，２０，２２を、枠体２６に圧入している。このときの上記距離Ｄ（図１（ｃ））を、スコッチ・ヨーク機構１０の動作中に生じる、ヨーク１４と第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃとの熱膨張差を考慮して設定しておくことで、第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃが対応する当接面２８，３０，３２と非接触状態となる事態を可能な限り防止することができる。
【００３５】
次に、第１当接面２８の第１外輪１８Ｃとの接触幅および第３当接面３２の第３外輪２２Ｃとの接触幅の各々を、第２当接面３０の第２外輪２０Ｃとの接触幅の半分としている理由について説明する。
これは、ヨーク１４を押動するために必要最小限の接触幅とし、ヨーク１４全体の重量の増加を抑制するためである。
【００３６】
すなわち、上記の構成とすることで、ヨーク１４の往動中において第１および第３当接面２８，３２と第１および第３外輪１８Ｃ，２２Ｃとの間で生じる接触面圧と、復動中において第２当接面３０と第２外輪２０Ｃとの間で生じる接触面圧とが略等しくなる。これにより、第１および第３当接面２８，３２の幅が過剰に大きくなることを回避し、もって、ヨーク１４全体の重量が無用に大きくなることを防止できるからである。
【００３７】
なお、第１および第３軸受１８，２２は、第１および第３当接面２８，３２の幅に合致した幅の外輪を有するものを用いても構わない。すなわち、第１および第３軸受１８，２２を、第２軸受２０の半分の幅のものとしても構わない。
＜往復ポンプ＞
図３は、スコッチ・ヨーク機構１０（図１）が組み込こまれた往復ポンプ４０の外観を示す斜視図である。
【００３８】
往復ポンプ４０は、スコッチ・ヨーク機構１０や後述する第１および第２ピストン７４，７６等が収納されたアルミ製のシリンダブロック４２と、シリンダブロック４２を挟むように設けられた第１吸・排気ブロック４４および第２吸・排気ブロック４６（内部構造は、後で詳述する）を有し、第１および第２ピストン７４，７６の往復運動により、後述する吸気ポートに取り付けられた管継ぎ手４８から空気を吸い込み、吸い込んだ空気を後述する排気ポートに取り付けられたサイレンサ５０から吐き出す真空ポンプである。当該真空ポンプは、例えば、管継ぎ手４８に接続されたチューブ（不図示）を、小ねじその他の小型部品を吸着する真空チャック装置（不図示）に配管して用いられる。
【００３９】
第１吸・排気ブロック４４および第２吸・排気ブロック４６は、それぞれシリンダブロック４２に、ガスケット５２、仕切板５４、ガスケット５６、およびガスケット５８、仕切板６０、ガスケット６２を間に挟み、不図示のねじで取り付けられている。
また、シリンダブロック４２の下側には、Ｌ字断面を有するアングルブラケット６４を挟んでモータ６６が取り付けられている。アングルブラケット６４は、往復ポンプ４０を、例えば、壁面その他の構造物に取り付けるためのものである。
【００４０】
往復ポンプ４０を正面から見た一部断面図を図４に、上面となる方向から見た一部断面図を図５に示す。なお、図４に示す断面は、図５におけるＧ・Ｇ線に沿って切断したものであり、図５に示す断面は、図４におけるＥ・Ｅ線に沿って切断したものである。また、図５では、スコッチ・ヨーク機構１０、後述する第１および第２ピストン７４，７６、第１および第２パッキン７８，８０は切断していない。
【００４１】
また、図６に、第１吸・排気ブロック４４、ガスケット５６、仕切板５４、ガスケット５２、シリンダブロック４２、ガスケット５８、仕切板６０、ガスケット６２、および第２吸・排気ブロック４６の分解斜視図を示す。
なお、上述したスコッチ・ヨーク機構１０の構成要素については、図１に用いたのと同じ符号を図４、図５、および図６でも使用し、必要に応じて言及するに止める。
【００４２】
図４に示すように、本例では、モータ６６の出力軸がクランクシャフト１２となっている。クランクシャフト１２の先端部は、シリンダブロック４２の内壁凹所に取り付けられた玉軸受６８に回転自在に軸支されている。
クランクピン１６よりもモータ６６本体寄りのクランクシャフト１２部分には、バランスウエイト７０が取り付けられている。バランスウエイト７０は、金属製（例えば、ステンレス製）の円柱体からなり、当該円柱体の軸心と平行に当該軸心から偏心させて貫通孔を開設したものである。また、径方向において厚肉部分には、当該径方向に雌ねじが形成されている。バランスウエイト７０は、前記貫通孔にクランクシャフト１２を挿入した後、前記雌ねじに止めねじ７２を螺合させてクランクシャフト１２に固定されている。バランスウエイト７０は、クランクシャフト１２に対する偏心の向きがクランクピン１６と反対になるように取り付けられている。これにより、バランスウエイト７０は、クランクシャフト１２の回転の際のクランクピン１６に対するカウンターバランスとして機能する。
【００４３】
ヨーク１４には、長孔２４（図５）の長手方向と直交する方向の両端部の各々に第１ピストン７４および第２ピストン７６が一体的に形成されている。第１および第２ピストン７４，７６は射出成型などによりヨーク１４と一体的に形成されている。よって、第１および第２ピストン７４，７６は、ヨーク１４と同じ６ナイロンその他の合成樹脂からなる。
【００４４】
第１および第２ピストン７４，７６は、略同じ形状をしており、それぞれ、円板部７４Ａ，７６Ａ、円板部７４，７６中心から突出した円柱部７４Ｂ，７６Ｂ、および円柱部７４Ａ，７６Ａと同心円上に円柱部７４，７６を取り囲む円筒部７４Ｃ，７６Ｃを有している。また、円柱部７４Ａ，７６Ａには、その軸心方向に雌ねじ７４Ｄ，７６Ｄが形成されている。第１および第２ピストン７４，７６の中心（すなわち、円板部７４Ａ，７６Ａの中心軸）は同一軸心上に在って、当該軸心（以下、「ピストン軸」と言う。）は第２軸受２０（第２外輪２０Ｃ）を通っている。
【００４５】
第１ピストン７４および第２ピストン７６には、それぞれ、横断面が略「Ｌ」字のリング状をした第１パッキン７８および第２パッキン８０が嵌め込まれている。第１および第２パッキン７８，８０はフッ素樹脂からなる。
第１パッキン７８および第２パッキン８０にはそれぞれ、円形の皿状をした第１パッキン押え８２および第２パッキン押え８４が被せられている。第１および第２パッキン押え８２，８４の各々の中心には、テーパー状をした貫通孔８２Ａ，８４Ａが開設されている。第１および第２パッキン押え８２，８４の各々は、貫通孔８２Ａ，８４Ａに挿入され、雌ねじ７４Ｄ，７６Ｄにそれぞれ螺合したさら小ねじ８６，８８で、第１ピストン７４および第２ピストン７６に固定されている。第１および第２パッキン押え８２，８４は、６ナイロンその他の合成樹脂からなる。
【００４６】
図６に示すように、シリンダブロック４２には、スコッチ・ヨーク機構１０、第１および第２ピストン７４，７６、第１および第２パッキン７８，８０、第１および第２パッキン押え８２，８４などを収納する貫通孔４２Ａが開設されている。貫通孔４２Ａの両開口端部部分には、円筒形をした第１シリンダ９０および第２シリンダ９２が圧入されている（図６では、第２シリンダ９２のみが現れている）。第１シリンダ９０によって、第１ピストン７４等の移動空間である第１シリンダ室９０Ａが創出され、第２シリンダ９２によって、第２ピストン７６等の移動空間である第２シリンダ室９２Ａが創出される。第１および第２シリンダ９０，９２は、焼入れ鋼からなる。
【００４７】
第１および第２ピストン７４，７６（第１および第２パッキン７８，８０）は、それぞれ第１および第２シリンダ９０．９２内周面で、前記ピストン軸方向に直動案内されている。これにより、第１および第２ピストン７４，７６と一体的に形成されたヨーク１４も同様に直動案内されている。
第１および第２吸・排気ブロック４４，４６は、アルミニウムからなる。
【００４８】
第１吸・排気ブロック４４は、直方体状に窪んだ第１排気室４４Ａおよび第１吸気室４４Ｂを有する。第１排気室４４Ａと第１吸気室４４Ｂとは、隔壁４４Ｃで仕切られている。第１吸気室４４Ｂの下部には、雌ねじの形成された吸気ポート４４Ｄが開設されている。管継ぎ手４８（図４）は、当該雌ねじにねじ込まれて取り付けられている。
第２吸・排気ブロック４６も、第１吸・排気ブロック４４と同様、直方体状に窪んだ第２排気室４６Ａおよび第２吸気室４６Ｂを有する、第２排気室４６Ａと第２吸気室４６Ｂとは隔壁４６Ｃで仕切られている。第２排気室４６Ａの下部には、雌ねじの形成された排気ポート４６Ｄが開設されている。サイレンサ５０は、当該雌ねじにねじ込まれて取り付けられている。
【００４９】
仕切板５４，６０は、アルミニウムからなる。
仕切板５４は、第１排気室４４Ａおよび第１吸気室４４Ｂと第１シリンダ室９０Ａとを仕切るものである。仕切板５４は、その中央領域に開設された４個の貫通孔５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄを有する。また、仕切板５４は、上部コーナーに２個の貫通孔５４Ｅ，５４Ｆを有する。
【００５０】
仕切板６０は、第２排気室４６Ａおよび第２吸気室４６Ｂと第２シリンダ室９２Ａとを仕切るものである。仕切板６０は、その中央領域に開設された４個の貫通孔６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄを有する。また、仕切板６０は、上部コーナーに２個の貫通孔６０Ｅ，６０Ｆを有する。
ガスケット５６，５２，５８，６２は、ポリエチレンからなり、厚み０.３［ｍｍ］の可撓性を有するシート状をしている。
【００５１】
第１吸・排気ブロック４４と仕切板５４との間に設けられたガスケット５６は、第１排気室４４Ａと第１吸気室４４Ｂの各々に対応した方形の窓５６Ａ，５６Ｂを有する。第１排気室４４Ａに対応する窓５６Ａの中央に向って、両窓５６Ａ，５６Ｂを区切る枠部５６Ｃから、舌片状をした一対の排気弁５６Ｄ，５６Ｅが延出されている。
排気弁５６Ｄ，５６Ｅは、それぞれ、貫通孔５４Ａ，５４Ｂに対応する。排気弁５６Ｄ，５６Ｅは、後述するように、貫通孔５４Ａ，５４Ｂを閉塞し、または貫通孔５４Ａ，５４Ｂを開放する。
【００５２】
仕切板５４とシリンダブロック４２との間に設けられたガスケット５２は、シリンダブロック４２の貫通孔４２Ａに対応した円形の窓５２Ａを有する。窓５２Ａの周縁から、舌片状をした一対の吸気弁５２Ｂ，５２Ｃが延出されている。吸気弁５２Ｂ，５２Ｃは、それぞれ、貫通孔５４Ｃ，５４Ｄに対応する。吸気弁５２Ｂ，５２Ｃは、後述するように、貫通孔５４Ｃ，５４Ｄを閉塞し、または貫通孔５４Ｃ，５４Ｄを開放する。
【００５３】
ガスケット５２は、また、上部コーナーに２個の貫通孔５２Ｄ，５２Ｅを有する。
第２吸・排気ブロック４６と仕切板６０との間に設けられたガスケット６２は、第２排気室４６Ａと第２吸気室４６Ｂの各々に対応した方形の窓６２Ａ，６２Ｂを有する。第２排気室４６Ａに対応する窓６２Ａの中央に向って、両窓６２Ａ，６２Ｂを区切る枠部６２Ｃから、舌片状をした一対の排気弁６２Ｄ，６２Ｅが延出されている。
【００５４】
排気弁６２Ｄ，６２Ｅは、それぞれ、貫通孔６０Ａ，６０Ｂに対応する。排気弁６２Ｄ，６２Ｅは、後述するように、貫通孔６０Ａ，６０Ｂを閉塞し、または貫通孔６０Ａ，６０Ｂを開放する。
仕切板６０とシリンダブロック４２との間に設けられたガスケット５８は、シリンダブロック４２の貫通孔４２Ａに対応した円形の窓５８Ａを有する。窓５８Ａの周縁から、舌片状をした一対の吸気弁５８Ｂ，５８Ｃが延出されている。吸気弁５８Ｂ，５８Ｃは、それぞれ、貫通孔６０Ｃ，６０Ｄに対応する。吸気弁５８Ｂ，５８Ｃは、後述するように、貫通孔６０Ｃ，６０Ｄを閉塞し、または貫通孔６０Ｃ，６０Ｄを開放する。
【００５５】
ガスケット５８は、また、上部コーナーに２個の貫通孔５８Ｄ，５８Ｅを有する。
シリンダブロック４２は、上部コーナーに２個の貫通孔４２Ｂ、４２Ｃを有する。
第１吸・排気ブロック４４、ガスケット５６、仕切板５４、ガスケット５２、シリンダブロック４２、ガスケット５８、仕切板６０、ガスケット６２、および第２吸・排気ブロック４６が組み立てられた状態（図３、図４、図５）で、第１排気室４４Ａと第２排気室４６Ａとは、窓５６Ａ、貫通孔５４Ｅ、貫通孔５２Ｄ、貫通孔４２Ｂ、貫通孔５８Ｄ、貫通孔６０Ｅ、および窓６２Ａを介して連通されている。すなわち、第１排気室４４Ａから第２排気室４６Ａにいたる上記一連の開口部で排気室連絡路９４が構成されている。
【００５６】
また、第１吸気室４４Ｂと第２吸気室４６Ｂとが、窓５６Ｂ、貫通孔５４Ｆ、貫通孔５２Ｅ、貫通孔４２Ｃ、貫通孔５８Ｅ、貫通孔６０Ｆ、および窓６２Ｂを介して連通されている。すなわち、第１吸気室４４Ｂから第２吸気室４６Ｂに至る上記一連の開口部で吸気室連絡路９６が構成されている。
上記の構成からなる往復ポンプ４０の動作について、図７を参照しながら説明する。
【００５７】
図７（ａ）、図７（ｂ）は、往復ポンプ４０を上面となる方向から見た一部断面図であり、図５と同様に切断した図である。なお、排気室連絡路９４と吸気室連絡路９６とは、その全部は図７（ａ）、図７（ｂ）における断面には現れないのであるが、説明上必要なため、便宜上、図７（ａ）、図７（ｂ）において一点鎖線で表すこととする。また、煩雑さを避けるため、図７（ａ）、図７（ｂ）では、第１および第２シリンダ９０，９２の図示を省略している。
【００５８】
ここで、図７では、ヨーク１４は水平方向に往復運動するのであるが、便宜上、クランクシャフト１２の軸心に対し、クランクピン１６の外周が最も左側に張り出し、ヨーク１４が最も左側に位置する状態（図７（ａ））を上死点、この反対に、クランクピン１６の外周が最も右側に張り出し、ヨーク１４が最も右側に位置する状態（図７（ｂ））を下死点として説明する。また、図６に記した吸気弁、排気弁、貫通孔の内、図７に現れないものについては、その符号に括弧をつけて説明に用いることとする。
【００５９】
クランクシャフト１２が矢印Ｒの向きに回転して、下死点（図７（ｂ））から上死点（図７（ａ））に至る間、図７（ａ）に示すように、第１シリンダ室９０Ａ内の空気が第１ピストン７４により押し出され、排気弁５６Ｄ（５６Ｅ）が開き、押し出される空気が、貫通孔５４Ａ（５４Ｂ）から、第１排気室４４Ａに流入する。そして、排気室連絡路９４内を空気が矢印の向きに移動して、第２排気室４６Ａに流入し、排気ポート４６Ｄを通過して、サイレンサ５０（図４）から往復ポンプ４０外へ排出される。
【００６０】
また、第２シリンダ室９２Ａ内には、ピストン７６によって空気が導入される。すなわち、第２ピストン７６の左方への移動によって第２シリンダ室９２Ａが負圧になるため、吸気弁５８Ｂ（５８Ｃ）が開く。そして、貫通孔６０Ｃ（６０Ｄ）、第２吸気室４６Ｂ、吸気室連絡路９６、第１吸気室４４Ｂ、吸気ポート４４Ｄを介して、外部の空気が第２シリンダ室９２Ａに導入される。
【００６１】
一方、上死点（図７（ａ））から下死点（図７（ｂ））に至る間は、図７（ｂ）に示すように、第２シリンダ室９２Ａ内の空気が第２ピストン７６により押し出され、排気弁６２Ｄ（６２Ｅ）が開く。押し出される空気は、貫通孔６０Ａ（６０Ｂ）から第２排気室４６Ａに流入し、排気ポート４６Ｄを通過して、サイレンサ５０（図４）から往復ポンプ４０外へ排出される。
【００６２】
また、第１ピストン７４の右方への移動によって第１シリンダ室９０Ａが負圧になるため、吸気弁５２Ｂ（５２Ｃ）が開く。そして、吸気ポート４４Ｄ、第１吸気室４４Ｂ、貫通孔５４Ｃ（５４Ｄ）を介して、外部の空気が第１シリンダ室９０Ａに導入される。
以上の動作を繰り返して、往復ポンプ４０は、吸気ポート４４Ｄから往復ポンプ４０外部の空気を継続して吸引する。
【００６３】
本実施の形態によれば、往復ポンプ４０は、ヨーク１４の下死点から上死点に至る往動中のみならず上死点から下死点に至る復動中も吸引する（負圧を発生させる）。
図８に示す従来のスコッチ・ヨーク機構２００を用いた場合は、ヨーク２０４が下死点から往動に転じるまでと、上死点から復動に転じるまでの間は、上述した通り、クランクピン２０８がヨーク２０４の長孔２０６の内周面から離間する期間（図８（ｂ））が生じるため、その間、ヨーク２０４の動きが止まり、ひいては、ピストンの動きが止まって、吸引動作が中断することとなる。
【００６４】
したがって、従来のスコッチ・ヨーク機構２００を用いた往復ポンプを、例えば、製品の組立工場などで用いられる、小ねじその他の小型部品を吸着する真空チャック用の真空ポンプに使用した場合、上記吸引動作の中断時に吸引力が低下して小型部品が真空チャックから脱落するおそれがある。
これに対し、本実施の形態に係る往復ポンプ４０によれば、ヨーク１４は、クランクピン１６が、図７（ａ）と図７（ｂ）に示す回転位置にある一瞬のみその動きが停止するだけであって、ほとんど間断なく吸引動作は続くこととなる。よって、往復ポンプ４０を真空チャック用の真空ポンプに使用した場合、小型部品が真空チャックから脱落することを可能な限り抑制することができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、前記ピストン軸が、第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃの内の真ん中の第２外輪２０Ｃを通っているため、第１および第２ピストン７４，７６に、余分な力（モーメント）がほとんど作用することがない。すなわち、第２外輪２０Ｃが第２当接面３０を押圧してヨーク１４を押動しているときは、第２外輪２０Ｃがピストン軸上にあるため、第１および第２ピストン７４，７６にほとんどモーメントが作用することがない。一方、第１および第３外輪１８Ｃ，２２Ｃが、それぞれ第１および第３当接面２８，３２を押圧してヨーク１４を押動しているときは、第１および第３外輪１８Ｃ，２２Ｃ間の真ん中にピストン軸が通っている関係上、第１および第３外輪１８Ｃ，２２Ｃの押圧力の合力ベクトルが当該ピストン軸に存するため、第１および第２ピストン７４，７６にほとんどモーメントが作用することがないのである。これにより、第１および第２ピストン７４，７６のスムーズな往復運動が確保される。
【００６６】
なお、本実施の形態に係る往復ポンプ４０の運転中において、スコッチ・ヨーク機構で発生する騒音が低減できるのは、上述した通りである。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下の形態とすることもできる。
（１）上記の実施の形態では、軸受を３個用いたが、軸受の個数は、これに限らず２個または４個以上でも構わない。要は、軸受を複数個用い、当該複数個の内、少なくとも１個をヨークの往動用とし、残余の軸受をヨークの復動用として、上記実施の形態のように構成すればよいのである。
【００６７】
また、４個以上用いる場合は、上記実施の形態の場合（軸受を３個用いる場合）と同様、ピストンにモーメントが作用しないように構成することが好ましい。すなわち、ピストン軸を中心として、クランクピンの軸方向に、往動用の軸受の配列および復動用の軸受の配列が対称になる構成とするのが好ましい。
（２）上記実施の形態では、軸受として玉軸受けを用いたが、これに限らず、ころ軸受を用いても構わない。
【００６８】
（３）上記実施の形態では、クランクピンの軸回りに回転自在な円環部材を、当該クランクピンに嵌合されたころがり軸受の外輪で構成したが、当該円環部材はこれに限らない。
例えば、クランクピンの外周面の周方向に沿った溝をクランクピンの軸方向に複数条形成し、当該溝の各々に、当該クランクピンの軸回りに回転自在に文字通りの円環部材をはめ込んだ構成としても構わない。
【００６９】
この場合には、複数の溝の各々に、円環部材の回転を滑らかにするための潤滑剤を塗布するのが好ましい。
（４）上記実施の形態では、クランクシャフトとしてモータの出力軸を用いたがこれに限らず、クランクシャフトは、モータの出力軸とは別個のものとし、当該出力軸からの回転動力を周知の動力伝達機構を介して、当該クランクシャフトに伝達することとしても構わない。
【００７０】
（５）上記実施の形態では、ヨークとピストンとを一体的に形成しているが、これに限らず、別個に作製したものを、バー材等の連結部材で連結する構成としても構わない。
（６）上記実施の形態では、ピストンを２個用いて往復ポンプを構成したが、ピストン１個で構成しても構わない。
（７）上記実施の形態では、ヨークを、開口部が長孔に形成されている枠体で構成し、当該長孔の長手方向に延びる内周面部分を、軸受の外輪が当接する当接面として構成した。
【００７１】
しかし、上記当接面は、必ずしも長孔の内周面で構成する必要はない。例えば、平行に配された角材の対向する２面を外輪の当接面とすることもできる。この場合、両角材の両端部同士は、バー材等により連結することとする。なお、当接面を形成する部材は、角材に限らないことは言うまでもない。
（８）上記実施の形態に係る往復ポンプは、吸・排気の対象が空気であったが、吸・排気の対象は、空気に限らず他の気体でも構わない。
【００７２】
また、本発明に係る往復ポンプは、気体の吸・排気用のみならず、液体の吸込み・吐出し用の往復ポンプにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明に係る往復ポンプは、例えば、小ねじその他の小型部品を吸着する真空チャック用の真空ポンプとして好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ スコッチ・ヨーク機構
１２ クランクシャフト
１４ ヨーク
１６ クランクピン
１８Ｃ 第１外輪
２０Ｃ 第２外輪
２８ 第１当接面
３０ 第２当接面
４０ 往復ポンプ
７４ 第１ピストン
７６ 第２ピストン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復ポンプに関し、特に、モータ等の回転駆動源からの回転運動をピストン等の往復運動に変換する機構として、スコッチ・ヨーク機構を採用した往復ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転駆動源からの回転運動をピストン等の往復運動に変換するための機構として採用されるスコッチ・ヨーク機構は、同じ目的が達成できる一般的なクランク機構と比べて、コンロッド等が不要であるためコンパクトで、かつ部品点数が少ないため構成が簡略になるといった利点がある。このため、スコッチ・ヨーク機構は、小型で経済性の要求される真空ポンプ、例えば、製品の組立工場などで用いられる、小ねじその他の小型部品の吸着用の真空ポンプに適している。
【０００３】
従来のスコッチ・ヨーク機構の一例について、図８を参照しながら説明する。なお、図８に示す従来のスコッチ・ヨーク機構２００は、特に往復ポンプ用に限ったものではなく、当該機構の動作を説明するために作図したものである。
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、スコッチ・ヨーク機構２００の正面図であり、図８（ｂ）〜図８（ｄ）は、図８（ａ）に示す状態から、回転軸であるクランクシャフト２０２が矢印Ｍの向きに、所定角度分回転したときの状態を示している。
【０００４】
図８（ｅ）〜図８（ｈ）は、図８（ａ）におけるＮ・Ｎ線に相当する位置で、それぞれ図８（ａ）〜図８（ｄ）に示すスコッチ・ヨーク機構２００を切断した断面図（なお、切断しているのは、後述するヨーク２０４のみである。）である。
スコッチ・ヨーク機構２００は、矢印Ｙの方向に直動案内された板状のヨーク２０４を有する。ヨーク２０４は、長円形の長孔２０６を有しており、長孔２０６内に偏心カムであるクランクピン２０８が収納されている。
【０００５】
クランクピン２０８には、偏心させてクランクシャフト２０２が取り付けられている。クランクシャフト２０２を矢印Ｍの向きに回転させると、クランクピン２０８はクランクシャフト２０２を中心として偏心状態で回転する。当該回転によって、クランクピン２０８の周面がヨーク２０４の長孔２０６内周の上側の直線部（以下、「上部当接面２１０」と言う。）と下側の直線部（以下、「下部当接面２１２」と言う。）に交互に当接し、クランクピン２０８の偏心量に応じたストロークでヨーク２０４が矢印Ｙ方向に往復運動する（スライドする）。これにより、クランクシャフト２０２の回転運動がヨーク２０４の往復運動に変換されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１１９６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述したスコッチ・ヨーク機構２００では、以下に記すように、クランクシャフト２０２の半回転毎に繰り返されるクランクピン２０８とヨーク２０４との衝突音が騒音となって現れるといった問題を有している。
ヨーク２０４が上死点にある図８（ａ）に示す状態からクランクシャフト２０２がさらに矢印Ｍの向きに回転すると、クランクピン２０８の外周面は、上部当接面２１０から離れる（すなわち、クランクピン２０８外周面は、長孔２０６内周面のいずれの部位とも非接触となる。）。さらにクランクシャフト２０２の回転が進むと、クランクピン２０８の外周面は、下側当接面２１２に衝突して（図８（ｃ））後、ヨーク２０４を下方へスライドさせる間、下側当接面２１２に接触状態となる。そして、前記衝突の際に生じる音（衝突音）が騒音となって現れるのである。衝突音は、ヨーク２０４が下死点にある図８（ｄ）の状態から、ヨーク２０４のスライドが上方へと転じる際にも生じる。
【０００８】
上記衝突音を無くすために、クランクピン２０８の直径と上側当接面２１０と下側当接面２１２との間隔を略等しくして、クランクピン２０８と長孔２０６内周面との間隙を無くすことが考えられる。しかしながら、そうすると、クランクピン２０８は、常に上側当接面２１０と下側当接面２１２の両方に接触することとなるため、クランクピン２０８外周面と長孔２０６内周面との間のクランクピン２０８の回転に伴う摩擦抵抗が大きくなり、機械損失が増大してしまう。
【０００９】
本発明は、上記した課題に鑑み、上記機械損失の増大を可能な限り抑制しつつ、効果的に上記騒音を低減できる往復ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明に係る往復ポンプは、クランクシャフトの回転運動を、スコッチ・ヨーク機構を介して、ピストンの往復運動に変換する構成を有する往復ポンプであって、前記スコッチ・ヨーク機構は、クランクシャフトに偏心して取着されたクランクピンと、前記クランクピンの軸方向に並設され、当該クランクピンの軸回りに回転自在な第１および第２の円環部材と、前記クランクピンの軸と直交する方向に延び、かつ、当該クランクピンを挟んで互いに平行に形成された第１および第２の当接面を有するヨーク部材と、を備え、前記第１および第２の当接面の前記クランクピンの軸方向における位置が、それぞれ前記第１および第２の円環部材の位置に対応すると共に、第１および第２の当接面が、対応する第１および第２の円環部材の周面に常時接触するように、前記第１と第２の当接面間の、前記ピストンの移動方向における距離が決定されていることを特徴とする。
【００１１】
また、前記スコッチ・ヨーク機構は、さらに、前記クランクピンの軸方向に、前記第２の円環部材を挟んで前記第１の円環部材と反対側に並設され、当該クランクピンの軸回りに回転自在な第３の円環部材を有し、前記ヨーク部材は、さらに、前記クランクピンの軸と直交する方向に延び、かつ前記第１の当接面と同一平面上に在って、前記第３の円環部材の周面に常時接触する第３の当接面を有し、前記第２の円環部材が前記ピストンの軸心を通る位置に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、前記ヨーク部材は、前記ピストンの移動方向と直交する方向に長手方向を有する長孔が開設された合成樹脂製の枠体を有し、前記当接面の各々は、前記長孔の長手方向の内周面の一部からなり、前記円環部材の各々は、金属製であって、当該円環部材の各々が、対応する当接面から押圧力を受けるように、前記枠体に圧入されていることを特徴とする。
【００１３】
また、前記円環部材の各々が、前記クランクピンに嵌合されたころがり軸受の外輪であることを特徴とする往復ポンプ。
また、前記ヨーク部材は、前記ピストンの移動方向と直交する方向に長手方向を有する長孔が開設された合成樹脂製の枠体を有し、前記当接面の各々は、前記長孔の長手方向に伸びる一条の帯状をした内周面部分からなり、前記円環部材の各々は、前記クランクピンに嵌合されたころがり軸受の外輪であって、前記第１の当接面の前記第１の円環部材を構成する外輪との接触幅および第３の当接面の前記第３の円環部材を構成する外輪との接触幅の各々が、前記第２の当接面の前記第２の円環部材を構成する外輪との接触幅の半分であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記の構成からなる往復ポンプによれば、クランクピンの軸回りに回転自在に設けられた第１の円環部材がヨーク部材の第１の当接面と、同じく第２の円環部材が同じく第２の当接面と常時接触しているため、ヨーク部材を往復運動させるための部材の当該ヨーク部材との衝突が生じないため、上記スコッチ・ヨーク機構で発生する騒音を低減することができる。
【００１５】
また、第１の円環部材がヨーク部材を押動している間、ヨーク部材の押動に寄与しない第２の円環部材は第２の当接面を転動でき、第２の円環部材がヨーク部材を押動している間、ヨーク部材の押動に寄与しない第１の円環部材は第１の当接面を転動できるため、すなわち、ヨーク部材の押動に寄与しない方の円環部材とこれに対応する当接面との間で発生する摩擦は転がり摩擦となるため、機械損失の増大を可能な限り抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）は実施の形態に係るスコッチ・ヨーク機構の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＡ・Ａ線断面図である。
【図２】上記スコッチ・ヨーク機構の動作を説明するための図である。
【図３】実施の形態に係る往復ポンプの外観斜視図である。
【図４】上記往復ポンプを正面から見た一部断面図であり、図５におけるＧ・Ｇ線に沿って切断したものである。
【図５】上記往復ポンプを上面となる方向から見た一部断面図であり、図４におけるＥ・Ｅ線に沿って切断したものである。
【図６】上記往復ポンプの一部構成部材の分解斜視図である。
【図７】上記往復ポンプの動作を説明するための図である。
【図８】従来のスコッチ・ヨーク機構の構成および動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る往復ポンプの実施の形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、実施の形態に係る往復ポンプの説明の前に、当該往復ポンプに用いるスコッチ・ヨーク機構について説明する。
＜スコッチ・ヨーク機構＞
図１（ａ）はスコッチ・ヨーク機構１０の概略構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は同正面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）におけるＡ・Ａ線断面図である。なお、図１（ａ）では後述するヨーク１４の一部を切断しており、図１（ｃ）ではヨーク１４のみを切断している。
【００１８】
スコッチ・ヨーク機構１０は、回転軸であるクランクシャフト１２の回転運動をヨーク１４の往復運動に変換する機構である。
クランクシャフト１２には、偏心カムであるクランクピン１６が取り付けられている。クランクピン１６は、円柱状をしており、クランクシャフト１２に偏心して取着されている。すなわち、クランクピン１６は、その軸心がクランクシャフト１２の軸心と平行で、かつ両軸心が一定の間隔を隔てた状態でクランクシャフト１２に取り付けられている。
【００１９】
クランクシャフト１２のクランクピン１６への取り付けは、例えば、クランクピン１６の軸心から偏心した位置に厚み方向に貫通孔を開設し、当該貫通孔にクランクシャフト１２を圧入して行われる。
クランクピン１６の外周面（円筒面）には、３個のころがり軸受（本例では、玉軸受）１８，２０，２２がクランクピン１６の軸方向に、この順に並設されている。なお、図１（ａ）では、煩雑さを避けるため、各ころがり軸受（以下、単に「軸受」という。）１８，２０，２２の外輪、内輪、および両輪の間に在る複数の玉等を一体のものとして描いている。ここで、軸受１８，２０，２２をそれぞれ、第１軸受１８、第２軸受２０、第３軸受２２と呼ぶこととする。なお、本例では、この３個の軸受は全て同じもの（同じ仕様のもの）である。
【００２０】
図１（ｂ）では、第１〜第３軸受１８，２０，２２の内、第１軸受１８が現れている。第１軸受１８は、その内輪１８Ａがクランクピン１６に嵌合されて（圧入されて）取り付けられている。これにより、金属製（本例では、ステンレス製）の円環部材である外輪１８Ｃは、クランクピン１６の軸回りに回転自在に取り付けられていることになる。残りの第２および第３軸受２０，２２も、第１軸受１８と同様、各々の内輪（図１では不図示）がクランクピン１６に圧入されて取り付けられている。
【００２１】
ここで、第１〜第３軸受１８，２０，２２の外輪の各々を第１外輪１８Ｃ、第２外輪２０Ｃ、第３外輪２２Ｃ（図１（ｃ））と呼ぶこととする。
ヨーク１４は、開口部が長孔２４に形成されている枠体２６からなる。ヨーク１４は、金属と比べて弾性を有する材料、例えば、６ナイロンその他の合成樹脂からなる。
長孔２４において長手方向に延びる２つの内周面の内、一方の内周面（図１における上側の内周面）は、図１（ｃ）に示す横断面に現れているように、第２外輪２０Ｃに対応する部分のみが突出している。この突出面が、前記長手方向に一条の帯状に延びていて、第２外輪２０Ｃ外周との当接面３０（以下、「第２当接面３０」という）を形成している。第２当接面３０の幅は、第２外輪２０Ｃの最大幅と略等しい。第２当接面３０は、第２外輪２０Ｃとのみ接触し、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃとは常に非接触である。
【００２２】
長孔２４において長手方向に延びる２つの内周面の内の他方の内周面（図１における下側の内周面）は、図１（ｃ）に示す横断面に現れているように、第２外輪２０Ｃに対応する部分のみが窪んでいる（前記長手方向に溝が形成されている。）。換言すると、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃに対応する部分のみが突出している。この両突出面の各々が、前記長手方向に一条の帯条に延びていて、それぞれ第１外輪１８Ｃの外周面および第３外輪２２Ｃの外周面との当接面２８，３２を形成している。第１外輪１８Ｃに対応する当接面２８を第１当接面２８、第３外輪２２に対応する当接面３２を第３当接面３２と称することとする。第１当接面２８と第３当接面３２は、それぞれ、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃとのみ接触し、第２外輪２０Ｃとは常に非接触である。第１当接面２８と第３当接面３２とは、同一平面上に在る。
【００２３】
第１当接面２８と第３当接面３２の各々の幅は、第２当接面３０の幅の半分としている。すなわち、第１当接面２８の第１外輪１８Ｃとの接触幅および第３当接面３２の第３外輪２２Ｃとの接触幅の各々は、第２当接面３０の第２外輪２０Ｃとの接触幅の半分としている。このようにした理由については後述する。
また、第１〜第３軸受１８，２０，２２が取着されたクランクピン１６が組み込まれる前のヨーク１４における第２当接面３０と第１当接面２８および第３当接面３２との間の前記長手方向と直交する方向の距離Ｄ（図１（ｃ））は、第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃの直径よりも若干短く設定している。したがって、第１〜第３軸受１８，２０，２２が取着されたクランクピン１６を、枠体２６に組み込む際には、第１〜第３軸受１８，２０，２２を、枠体２６に圧入することとなる。すなわち、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃは、それぞれ第１当接面２８および第３当接面３２から押圧力を受け、第２外輪２０Ｃは第２当接面３０から押圧力を受けるように、枠体２６に圧入されている。このようにした理由についても後述する。
【００２４】
ヨーク１４は、往復ポンプの構成部材として組み込まれた状態で、長孔２４の長手方向と直交する方向（第１〜第３当接面２８，３０，３２と直交する方向）に直動案内されているのであるが、当該直動案内の機構については後述することとし、以下、ヨーク１４が前記直動案内をされているとの前提の下で、スコッチ・ヨーク機構１０の動作について、図２を参照しながら説明する。
【００２５】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、スコッチ・ヨーク機構１０の正面図であり、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）は、図２（ａ）に示す状態から、クランクシャフト１２が矢印Ｒの向きに、９０度ずつ回転したときの状態を示している。
図２（ｅ）は、図２（ａ）におけるＢ・Ｂ線断面図であり、図２（ｆ）、図２（ｇ）は、それぞれ、図２（ｅ）の場合と同様に切断した断面図であり、図２（ｈ）は、図２（ｄ）におけるＣ・Ｃ線断面図である。図２（ｅ）〜図２（ｈ）では、ヨーク１４のみを切断している。
【００２６】
なお、便宜上、図２に向って紙面上側を上方、紙面下側を下方として説明する。
クランクシャフト１２の軸心に対し、偏心したクランクピン１６の外周が最も上方に張り出し、ヨーク１４が最も上方に位置する上死点の状態（図２（ａ）、図２（ｅ））から、クランクシャフト１２が矢印Ｒの向きに回転されると、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃの外周が、それぞれ、ヨーク１４の第１当接面２８および第３当接面３２を押下する（図２（ｆ））。
【００２７】
これにより、ヨーク１４は下方へ移動する（便宜上、ヨーク１４の下方への移動を「往動」とする）。そして、クランクピン１６の外周が最も下方に張り出し、ヨーク１４が最も下方に位置する下死点（図２（ｃ）、図２（ｇ））に至るまで、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃの外周が、それぞれ、ヨーク１４の第１当接面２８および第３当接面３２を押下し続ける。
【００２８】
下死点の状態（図２（ｃ）、図２（ｇ））から、さらに、クランクシャフト１２が矢印Ｒの向きに回転されると、今度は、第２外輪２０Ｃの外周が、ヨーク１４の第２当接面３０を押し上げる（図２（ｈ））。
これにより、ヨーク１４は上方へ移動する（便宜上、ヨーク１４の上方への移動を「復動」とする。）。そして、クランクピン１６の外周が最も上方に張り出し、ヨーク１４が最も上方に位置する上死点（図２（ａ）、図２（ｅ））に至るまで、第２外輪２０Ｃの外周が、それぞれ、ヨーク１４の第２当接面３０を押し上げ続ける。
【００２９】
以上、クランクシャフト１２が１回転するとヨーク１４が上下方向に１往復する。
この間、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃは、それぞれ、第１当接面２８および第３当接面３２と常時接触している。このため、従来、ヨークが上死点から往動へ移行する際に生じていた偏心円板とヨークとの衝突が生じない。
また、第２外輪２０Ｃは、第２当接面３０と常時接触している。このため、従来、ヨークが下死点から復動へ移行する際に生じていた偏心円板とヨークとの衝突が生じない。
【００３０】
すなわち、従来、ヨークが１往復する間に（クランクシャフトが１回転する間に）、２回発生していた衝突音が、本実施の形態に係るスコッチ・ヨーク機構ではほとんど発生しないため、当該衝突音に起因する騒音を抑制することができる。
なお、第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃを対応する当接面と常時接触させているが、これによる問題は、以下の理由によりほとんど生じない。
【００３１】
ヨークの往動中、当該往動に寄与しない第２外輪２０Ｃが第２当接面３０と接触し続ける。上死点（図２（ａ））からクランクシャフト１２が矢印Ｒの向きに９０度回転する間、第２外輪２０Ｃは、第２当接面３０と接触しつつ左向きに移動するが、第２外輪２０Ｃは、クランクピン１６に対し、回転自在に設けられているため、クランクシャフト１２の回転方向とは逆向きに回転して、第２当接面３０上を転動することができる。このため、第２外輪２０Ｃと第２当接面３０との間の摩擦抵抗を可能な限り抑制できるため、スコッチ・ヨーク機構における機械損失の増大を可能な限り抑制することができる。
【００３２】
ヨークの復動中も、同様、当該復動に寄与しない第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃが、それぞれ第１当接面２８および第３当接面３２と接触し続ける。下死点（図２（ｃ））からクランクシャフト１２が矢印Ｒの向きに９０度回転する間、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃは、それぞれ、第１当接面２８および第３当接面３２と接触しつつ右向きに移動するが、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃは、クランクピン１６に対し、回転自在に設けられているため、クランクシャフト１２の回転方向とは逆向きに回転して、それぞれ第１当接面２８および第３当接面３２上を転動することができる。このため、第１外輪１８Ｃおよび第３外輪２２Ｃと第１当接面２８および第３当接面３２との間の摩擦抵抗を可能な限り抑制できるため、スコッチ・ヨーク機構における機械損失の増大を可能な限り抑制することができる。
【００３３】
また、スコッチ・ヨーク機構１０を後述する往復ポンプに用いる場合、クランクシャフト１２は、例えば、回転数４５００［ｒｐｍ］の速さで回転される。この場合、スコッチ・ヨーク機構１０を構成する各部材間等の摩擦熱等に起因して、スコッチ・ヨーク機構１０全体が昇温する。ヨーク１４を形成する合成樹脂は、第１〜第３軸受１８，２０，２２を形成する金属よりも、一般に、熱膨張係数が大きい。このため、何ら手当てしない場合は、ヨーク１４における長孔２４の短径（第２当接面３０と第１当接面２８および第３当接面３２との間の長孔２４の長手方向と直交する方向の距離（図１（ｃ）の「Ｄ」に相当）が、第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃの外径よりも大きくなり、第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃが対応する当接面２８，３０，３２と常には接触しなくなるおそれが生じる。
【００３４】
しかしながら、本実施の形態では、上述したように、第１〜第３軸受１８，２０，２２を、枠体２６に圧入している。このときの上記距離Ｄ（図１（ｃ））を、スコッチ・ヨーク機構１０の動作中に生じる、ヨーク１４と第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃとの熱膨張差を考慮して設定しておくことで、第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃが対応する当接面２８，３０，３２と非接触状態となる事態を可能な限り防止することができる。
【００３５】
次に、第１当接面２８の第１外輪１８Ｃとの接触幅および第３当接面３２の第３外輪２２Ｃとの接触幅の各々を、第２当接面３０の第２外輪２０Ｃとの接触幅の半分としている理由について説明する。
これは、ヨーク１４を押動するために必要最小限の接触幅とし、ヨーク１４全体の重量の増加を抑制するためである。
【００３６】
すなわち、上記の構成とすることで、ヨーク１４の往動中において第１および第３当接面２８，３２と第１および第３外輪１８Ｃ，２２Ｃとの間で生じる接触面圧と、復動中において第２当接面３０と第２外輪２０Ｃとの間で生じる接触面圧とが略等しくなる。これにより、第１および第３当接面２８，３２の幅が過剰に大きくなることを回避し、もって、ヨーク１４全体の重量が無用に大きくなることを防止できるからである。
【００３７】
なお、第１および第３軸受１８，２２は、第１および第３当接面２８，３２の幅に合致した幅の外輪を有するものを用いても構わない。すなわち、第１および第３軸受１８，２２を、第２軸受２０の半分の幅のものとしても構わない。
＜往復ポンプ＞
図３は、スコッチ・ヨーク機構１０（図１）が組み込こまれた往復ポンプ４０の外観を示す斜視図である。
【００３８】
往復ポンプ４０は、スコッチ・ヨーク機構１０や後述する第１および第２ピストン７４，７６等が収納されたアルミ製のシリンダブロック４２と、シリンダブロック４２を挟むように設けられた第１吸・排気ブロック４４および第２吸・排気ブロック４６（内部構造は、後で詳述する）を有し、第１および第２ピストン７４，７６の往復運動により、後述する吸気ポートに取り付けられた管継ぎ手４８から空気を吸い込み、吸い込んだ空気を後述する排気ポートに取り付けられたサイレンサ５０から吐き出す真空ポンプである。当該真空ポンプは、例えば、管継ぎ手４８に接続されたチューブ（不図示）を、小ねじその他の小型部品を吸着する真空チャック装置（不図示）に配管して用いられる。
【００３９】
第１吸・排気ブロック４４および第２吸・排気ブロック４６は、それぞれシリンダブロック４２に、ガスケット５２、仕切板５４、ガスケット５６、およびガスケット５８、仕切板６０、ガスケット６２を間に挟み、不図示のねじで取り付けられている。
また、シリンダブロック４２の下側には、Ｌ字断面を有するアングルブラケット６４を挟んでモータ６６が取り付けられている。アングルブラケット６４は、往復ポンプ４０を、例えば、壁面その他の構造物に取り付けるためのものである。
【００４０】
往復ポンプ４０を正面から見た一部断面図を図４に、上面となる方向から見た一部断面図を図５に示す。なお、図４に示す断面は、図５におけるＧ・Ｇ線に沿って切断したものであり、図５に示す断面は、図４におけるＥ・Ｅ線に沿って切断したものである。また、図５では、スコッチ・ヨーク機構１０、後述する第１および第２ピストン７４，７６、第１および第２パッキン７８，８０は切断していない。
【００４１】
また、図６に、第１吸・排気ブロック４４、ガスケット５６、仕切板５４、ガスケット５２、シリンダブロック４２、ガスケット５８、仕切板６０、ガスケット６２、および第２吸・排気ブロック４６の分解斜視図を示す。
なお、上述したスコッチ・ヨーク機構１０の構成要素については、図１に用いたのと同じ符号を図４、図５、および図６でも使用し、必要に応じて言及するに止める。
【００４２】
図４に示すように、本例では、モータ６６の出力軸がクランクシャフト１２となっている。クランクシャフト１２の先端部は、シリンダブロック４２の内壁凹所に取り付けられた玉軸受６８に回転自在に軸支されている。
クランクピン１６よりもモータ６６本体寄りのクランクシャフト１２部分には、バランスウエイト７０が取り付けられている。バランスウエイト７０は、金属製（例えば、ステンレス製）の円柱体からなり、当該円柱体の軸心と平行に当該軸心から偏心させて貫通孔を開設したものである。また、径方向において厚肉部分には、当該径方向に雌ねじが形成されている。バランスウエイト７０は、前記貫通孔にクランクシャフト１２を挿入した後、前記雌ねじに止めねじ７２を螺合させてクランクシャフト１２に固定されている。バランスウエイト７０は、クランクシャフト１２に対する偏心の向きがクランクピン１６と反対になるように取り付けられている。これにより、バランスウエイト７０は、クランクシャフト１２の回転の際のクランクピン１６に対するカウンターバランスとして機能する。
【００４３】
ヨーク１４には、長孔２４（図５）の長手方向と直交する方向の両端部の各々に第１ピストン７４および第２ピストン７６が一体的に形成されている。第１および第２ピストン７４，７６は射出成型などによりヨーク１４と一体的に形成されている。よって、第１および第２ピストン７４，７６は、ヨーク１４と同じ６ナイロンその他の合成樹脂からなる。
【００４４】
第１および第２ピストン７４，７６は、略同じ形状をしており、それぞれ、円板部７４Ａ，７６Ａ、円板部７４，７６中心から突出した円柱部７４Ｂ，７６Ｂ、および円柱部７４Ａ，７６Ａと同心円上に円柱部７４，７６を取り囲む円筒部７４Ｃ，７６Ｃを有している。また、円柱部７４Ａ，７６Ａには、その軸心方向に雌ねじ７４Ｄ，７６Ｄが形成されている。第１および第２ピストン７４，７６の中心（すなわち、円板部７４Ａ，７６Ａの中心軸）は同一軸心上に在って、当該軸心（以下、「ピストン軸」と言う。）は第２軸受２０（第２外輪２０Ｃ）を通っている。
【００４５】
第１ピストン７４および第２ピストン７６には、それぞれ、横断面が略「Ｌ」字のリング状をした第１パッキン７８および第２パッキン８０が嵌め込まれている。第１および第２パッキン７８，８０はフッ素樹脂からなる。
第１パッキン７８および第２パッキン８０にはそれぞれ、円形の皿状をした第１パッキン押え８２および第２パッキン押え８４が被せられている。第１および第２パッキン押え８２，８４の各々の中心には、テーパー状をした貫通孔８２Ａ，８４Ａが開設されている。第１および第２パッキン押え８２，８４の各々は、貫通孔８２Ａ，８４Ａに挿入され、雌ねじ７４Ｄ，７６Ｄにそれぞれ螺合したさら小ねじ８６，８８で、第１ピストン７４および第２ピストン７６に固定されている。第１および第２パッキン押え８２，８４は、６ナイロンその他の合成樹脂からなる。
【００４６】
図６に示すように、シリンダブロック４２には、スコッチ・ヨーク機構１０、第１および第２ピストン７４，７６、第１および第２パッキン７８，８０、第１および第２パッキン押え８２，８４などを収納する貫通孔４２Ａが開設されている。貫通孔４２Ａの両開口端部部分には、円筒形をした第１シリンダ９０および第２シリンダ９２が圧入されている（図６では、第２シリンダ９２のみが現れている）。第１シリンダ９０によって、第１ピストン７４等の移動空間である第１シリンダ室９０Ａが創出され、第２シリンダ９２によって、第２ピストン７６等の移動空間である第２シリンダ室９２Ａが創出される。第１および第２シリンダ９０，９２は、焼入れ鋼からなる。
【００４７】
第１および第２ピストン７４，７６（第１および第２パッキン７８，８０）は、それぞれ第１および第２シリンダ９０．９２内周面で、前記ピストン軸方向に直動案内されている。これにより、第１および第２ピストン７４，７６と一体的に形成されたヨーク１４も同様に直動案内されている。
第１および第２吸・排気ブロック４４，４６は、アルミニウムからなる。
【００４８】
第１吸・排気ブロック４４は、直方体状に窪んだ第１排気室４４Ａおよび第１吸気室４４Ｂを有する。第１排気室４４Ａと第１吸気室４４Ｂとは、隔壁４４Ｃで仕切られている。第１吸気室４４Ｂの下部には、雌ねじの形成された吸気ポート４４Ｄが開設されている。管継ぎ手４８（図４）は、当該雌ねじにねじ込まれて取り付けられている。
第２吸・排気ブロック４６も、第１吸・排気ブロック４４と同様、直方体状に窪んだ第２排気室４６Ａおよび第２吸気室４６Ｂを有する、第２排気室４６Ａと第２吸気室４６Ｂとは隔壁４６Ｃで仕切られている。第２排気室４６Ａの下部には、雌ねじの形成された排気ポート４６Ｄが開設されている。サイレンサ５０は、当該雌ねじにねじ込まれて取り付けられている。
【００４９】
仕切板５４，６０は、アルミニウムからなる。
仕切板５４は、第１排気室４４Ａおよび第１吸気室４４Ｂと第１シリンダ室９０Ａとを仕切るものである。仕切板５４は、その中央領域に開設された４個の貫通孔５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ，５４Ｄを有する。また、仕切板５４は、上部コーナーに２個の貫通孔５４Ｅ，５４Ｆを有する。
【００５０】
仕切板６０は、第２排気室４６Ａおよび第２吸気室４６Ｂと第２シリンダ室９２Ａとを仕切るものである。仕切板６０は、その中央領域に開設された４個の貫通孔６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄを有する。また、仕切板６０は、上部コーナーに２個の貫通孔６０Ｅ，６０Ｆを有する。
ガスケット５６，５２，５８，６２は、ポリエチレンからなり、厚み０.３［ｍｍ］の可撓性を有するシート状をしている。
【００５１】
第１吸・排気ブロック４４と仕切板５４との間に設けられたガスケット５６は、第１排気室４４Ａと第１吸気室４４Ｂの各々に対応した方形の窓５６Ａ，５６Ｂを有する。第１排気室４４Ａに対応する窓５６Ａの中央に向って、両窓５６Ａ，５６Ｂを区切る枠部５６Ｃから、舌片状をした一対の排気弁５６Ｄ，５６Ｅが延出されている。
排気弁５６Ｄ，５６Ｅは、それぞれ、貫通孔５４Ａ，５４Ｂに対応する。排気弁５６Ｄ，５６Ｅは、後述するように、貫通孔５４Ａ，５４Ｂを閉塞し、または貫通孔５４Ａ，５４Ｂを開放する。
【００５２】
仕切板５４とシリンダブロック４２との間に設けられたガスケット５２は、シリンダブロック４２の貫通孔４２Ａに対応した円形の窓５２Ａを有する。窓５２Ａの周縁から、舌片状をした一対の吸気弁５２Ｂ，５２Ｃが延出されている。吸気弁５２Ｂ，５２Ｃは、それぞれ、貫通孔５４Ｃ，５４Ｄに対応する。吸気弁５２Ｂ，５２Ｃは、後述するように、貫通孔５４Ｃ，５４Ｄを閉塞し、または貫通孔５４Ｃ，５４Ｄを開放する。
【００５３】
ガスケット５２は、また、上部コーナーに２個の貫通孔５２Ｄ，５２Ｅを有する。
第２吸・排気ブロック４６と仕切板６０との間に設けられたガスケット６２は、第２排気室４６Ａと第２吸気室４６Ｂの各々に対応した方形の窓６２Ａ，６２Ｂを有する。第２排気室４６Ａに対応する窓６２Ａの中央に向って、両窓６２Ａ，６２Ｂを区切る枠部６２Ｃから、舌片状をした一対の排気弁６２Ｄ，６２Ｅが延出されている。
【００５４】
排気弁６２Ｄ，６２Ｅは、それぞれ、貫通孔６０Ａ，６０Ｂに対応する。排気弁６２Ｄ，６２Ｅは、後述するように、貫通孔６０Ａ，６０Ｂを閉塞し、または貫通孔６０Ａ，６０Ｂを開放する。
仕切板６０とシリンダブロック４２との間に設けられたガスケット５８は、シリンダブロック４２の貫通孔４２Ａに対応した円形の窓５８Ａを有する。窓５８Ａの周縁から、舌片状をした一対の吸気弁５８Ｂ，５８Ｃが延出されている。吸気弁５８Ｂ，５８Ｃは、それぞれ、貫通孔６０Ｃ，６０Ｄに対応する。吸気弁５８Ｂ，５８Ｃは、後述するように、貫通孔６０Ｃ，６０Ｄを閉塞し、または貫通孔６０Ｃ，６０Ｄを開放する。
【００５５】
ガスケット５８は、また、上部コーナーに２個の貫通孔５８Ｄ，５８Ｅを有する。
シリンダブロック４２は、上部コーナーに２個の貫通孔４２Ｂ、４２Ｃを有する。
第１吸・排気ブロック４４、ガスケット５６、仕切板５４、ガスケット５２、シリンダブロック４２、ガスケット５８、仕切板６０、ガスケット６２、および第２吸・排気ブロック４６が組み立てられた状態（図３、図４、図５）で、第１排気室４４Ａと第２排気室４６Ａとは、窓５６Ａ、貫通孔５４Ｅ、貫通孔５２Ｄ、貫通孔４２Ｂ、貫通孔５８Ｄ、貫通孔６０Ｅ、および窓６２Ａを介して連通されている。すなわち、第１排気室４４Ａから第２排気室４６Ａにいたる上記一連の開口部で排気室連絡路９４が構成されている。
【００５６】
また、第１吸気室４４Ｂと第２吸気室４６Ｂとが、窓５６Ｂ、貫通孔５４Ｆ、貫通孔５２Ｅ、貫通孔４２Ｃ、貫通孔５８Ｅ、貫通孔６０Ｆ、および窓６２Ｂを介して連通されている。すなわち、第１吸気室４４Ｂから第２吸気室４６Ｂに至る上記一連の開口部で吸気室連絡路９６が構成されている。
上記の構成からなる往復ポンプ４０の動作について、図７を参照しながら説明する。
【００５７】
図７（ａ）、図７（ｂ）は、往復ポンプ４０を上面となる方向から見た一部断面図であり、図５と同様に切断した図である。なお、排気室連絡路９４と吸気室連絡路９６とは、その全部は図７（ａ）、図７（ｂ）における断面には現れないのであるが、説明上必要なため、便宜上、図７（ａ）、図７（ｂ）において一点鎖線で表すこととする。また、煩雑さを避けるため、図７（ａ）、図７（ｂ）では、第１および第２シリンダ９０，９２の図示を省略している。
【００５８】
ここで、図７では、ヨーク１４は水平方向に往復運動するのであるが、便宜上、クランクシャフト１２の軸心に対し、クランクピン１６の外周が最も左側に張り出し、ヨーク１４が最も左側に位置する状態（図７（ａ））を上死点、この反対に、クランクピン１６の外周が最も右側に張り出し、ヨーク１４が最も右側に位置する状態（図７（ｂ））を下死点として説明する。また、図６に記した吸気弁、排気弁、貫通孔の内、図７に現れないものについては、その符号に括弧をつけて説明に用いることとする。
【００５９】
クランクシャフト１２が矢印Ｒの向きに回転して、下死点（図７（ｂ））から上死点（図７（ａ））に至る間、図７（ａ）に示すように、第１シリンダ室９０Ａ内の空気が第１ピストン７４により押し出され、排気弁５６Ｄ（５６Ｅ）が開き、押し出される空気が、貫通孔５４Ａ（５４Ｂ）から、第１排気室４４Ａに流入する。そして、排気室連絡路９４内を空気が矢印の向きに移動して、第２排気室４６Ａに流入し、排気ポート４６Ｄを通過して、サイレンサ５０（図４）から往復ポンプ４０外へ排出される。
【００６０】
また、第２シリンダ室９２Ａ内には、ピストン７６によって空気が導入される。すなわち、第２ピストン７６の左方への移動によって第２シリンダ室９２Ａが負圧になるため、吸気弁５８Ｂ（５８Ｃ）が開く。そして、貫通孔６０Ｃ（６０Ｄ）、第２吸気室４６Ｂ、吸気室連絡路９６、第１吸気室４４Ｂ、吸気ポート４４Ｄを介して、外部の空気が第２シリンダ室９２Ａに導入される。
【００６１】
一方、上死点（図７（ａ））から下死点（図７（ｂ））に至る間は、図７（ｂ）に示すように、第２シリンダ室９２Ａ内の空気が第２ピストン７６により押し出され、排気弁６２Ｄ（６２Ｅ）が開く。押し出される空気は、貫通孔６０Ａ（６０Ｂ）から第２排気室４６Ａに流入し、排気ポート４６Ｄを通過して、サイレンサ５０（図４）から往復ポンプ４０外へ排出される。
【００６２】
また、第１ピストン７４の右方への移動によって第１シリンダ室９０Ａが負圧になるため、吸気弁５２Ｂ（５２Ｃ）が開く。そして、吸気ポート４４Ｄ、第１吸気室４４Ｂ、貫通孔５４Ｃ（５４Ｄ）を介して、外部の空気が第１シリンダ室９０Ａに導入される。
以上の動作を繰り返して、往復ポンプ４０は、吸気ポート４４Ｄから往復ポンプ４０外部の空気を継続して吸引する。
【００６３】
本実施の形態によれば、往復ポンプ４０は、ヨーク１４の下死点から上死点に至る往動中のみならず上死点から下死点に至る復動中も吸引する（負圧を発生させる）。
図８に示す従来のスコッチ・ヨーク機構２００を用いた場合は、ヨーク２０４が下死点から往動に転じるまでと、上死点から復動に転じるまでの間は、上述した通り、クランクピン２０８がヨーク２０４の長孔２０６の内周面から離間する期間（図８（ｂ））が生じるため、その間、ヨーク２０４の動きが止まり、ひいては、ピストンの動きが止まって、吸引動作が中断することとなる。
【００６４】
したがって、従来のスコッチ・ヨーク機構２００を用いた往復ポンプを、例えば、製品の組立工場などで用いられる、小ねじその他の小型部品を吸着する真空チャック用の真空ポンプに使用した場合、上記吸引動作の中断時に吸引力が低下して小型部品が真空チャックから脱落するおそれがある。
これに対し、本実施の形態に係る往復ポンプ４０によれば、ヨーク１４は、クランクピン１６が、図７（ａ）と図７（ｂ）に示す回転位置にある一瞬のみその動きが停止するだけであって、ほとんど間断なく吸引動作は続くこととなる。よって、往復ポンプ４０を真空チャック用の真空ポンプに使用した場合、小型部品が真空チャックから脱落することを可能な限り抑制することができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、前記ピストン軸が、第１〜第３外輪１８Ｃ，２０Ｃ，２２Ｃの内の真ん中の第２外輪２０Ｃを通っているため、第１および第２ピストン７４，７６に、余分な力（モーメント）がほとんど作用することがない。すなわち、第２外輪２０Ｃが第２当接面３０を押圧してヨーク１４を押動しているときは、第２外輪２０Ｃがピストン軸上にあるため、第１および第２ピストン７４，７６にほとんどモーメントが作用することがない。一方、第１および第３外輪１８Ｃ，２２Ｃが、それぞれ第１および第３当接面２８，３２を押圧してヨーク１４を押動しているときは、第１および第３外輪１８Ｃ，２２Ｃ間の真ん中にピストン軸が通っている関係上、第１および第３外輪１８Ｃ，２２Ｃの押圧力の合力ベクトルが当該ピストン軸に存するため、第１および第２ピストン７４，７６にほとんどモーメントが作用することがないのである。これにより、第１および第２ピストン７４，７６のスムーズな往復運動が確保される。
【００６６】
なお、本実施の形態に係る往復ポンプ４０の運転中において、スコッチ・ヨーク機構で発生する騒音が低減できるのは、上述した通りである。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下の形態とすることもできる。
（１）上記の実施の形態では、軸受を３個用いたが、軸受の個数は、これに限らず２個または４個以上でも構わない。要は、軸受を複数個用い、当該複数個の内、少なくとも１個をヨークの往動用とし、残余の軸受をヨークの復動用として、上記実施の形態のように構成すればよいのである。
【００６７】
また、４個以上用いる場合は、上記実施の形態の場合（軸受を３個用いる場合）と同様、ピストンにモーメントが作用しないように構成することが好ましい。すなわち、ピストン軸を中心として、クランクピンの軸方向に、往動用の軸受の配列および復動用の軸受の配列が対称になる構成とするのが好ましい。
（２）上記実施の形態では、軸受として玉軸受けを用いたが、これに限らず、ころ軸受を用いても構わない。
【００６８】
（３）上記実施の形態では、クランクピンの軸回りに回転自在な円環部材を、当該クランクピンに嵌合されたころがり軸受の外輪で構成したが、当該円環部材はこれに限らない。
例えば、クランクピンの外周面の周方向に沿った溝をクランクピンの軸方向に複数条形成し、当該溝の各々に、当該クランクピンの軸回りに回転自在に文字通りの円環部材をはめ込んだ構成としても構わない。
【００６９】
この場合には、複数の溝の各々に、円環部材の回転を滑らかにするための潤滑剤を塗布するのが好ましい。
（４）上記実施の形態では、クランクシャフトとしてモータの出力軸を用いたがこれに限らず、クランクシャフトは、モータの出力軸とは別個のものとし、当該出力軸からの回転動力を周知の動力伝達機構を介して、当該クランクシャフトに伝達することとしても構わない。
【００７０】
（５）上記実施の形態では、ヨークとピストンとを一体的に形成しているが、これに限らず、別個に作製したものを、バー材等の連結部材で連結する構成としても構わない。
（６）上記実施の形態では、ピストンを２個用いて往復ポンプを構成したが、ピストン１個で構成しても構わない。
（７）上記実施の形態では、ヨークを、開口部が長孔に形成されている枠体で構成し、当該長孔の長手方向に延びる内周面部分を、軸受の外輪が当接する当接面として構成した。
【００７１】
しかし、上記当接面は、必ずしも長孔の内周面で構成する必要はない。例えば、平行に配された角材の対向する２面を外輪の当接面とすることもできる。この場合、両角材の両端部同士は、バー材等により連結することとする。なお、当接面を形成する部材は、角材に限らないことは言うまでもない。
（８）上記実施の形態に係る往復ポンプは、吸・排気の対象が空気であったが、吸・排気の対象は、空気に限らず他の気体でも構わない。
【００７２】
また、本発明に係る往復ポンプは、気体の吸・排気用のみならず、液体の吸込み・吐出し用の往復ポンプにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明に係る往復ポンプは、例えば、小ねじその他の小型部品を吸着する真空チャック用の真空ポンプとして好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ スコッチ・ヨーク機構
１２ クランクシャフト
１４ ヨーク
１６ クランクピン
１８Ｃ 第１外輪
２０Ｃ 第２外輪
２８ 第１当接面
３０ 第２当接面
４０ 往復ポンプ
７４ 第１ピストン
７６ 第２ピストン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの回転運動を、スコッチ・ヨーク機構を介して、ピストンの往復運動に変換する構成を有する往復ポンプであって、
前記スコッチ・ヨーク機構は、
クランクシャフトに偏心して取着されたクランクピンと、
前記クランクピンの軸方向に並設され、当該クランクピンの軸回りに回転自在な第１および第２の円環部材と、
前記クランクピンの軸と直交する方向に延び、かつ、当該クランクピンを挟んで互いに平行に形成された第１および第２の当接面を有するヨーク部材と、
を備え、
前記第１および第２の当接面の前記クランクピンの軸方向における位置が、それぞれ前記第１および第２の円環部材の位置に対応すると共に、
第１および第２の当接面が、対応する第１および第２の円環部材の周面に常時接触するように、前記第１と第２の当接面間の、前記ピストンの移動方向における距離が決定されていることを特徴とする往復ポンプ。
【請求項２】
前記スコッチ・ヨーク機構は、さらに、前記クランクピンの軸方向に、前記第２の円環部材を挟んで前記第１の円環部材と反対側に並設され、当該クランクピンの軸回りに回転自在な第３の円環部材を有し、
前記ヨーク部材は、さらに、前記クランクピンの軸と直交する方向に延び、かつ前記第１の当接面と同一平面上に在って、前記第３の円環部材の周面に常時接触する第３の当接面を有し、
前記第２の円環部材が前記ピストンの軸心を通る位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の往復ポンプ。
【請求項３】
前記ヨーク部材は、前記ピストンの移動方向と直交する方向に長手方向を有する長孔が開設された合成樹脂製の枠体を有し、
前記当接面の各々は、前記長孔の長手方向の内周面の一部からなり、
前記円環部材の各々は、金属製であって、
当該円環部材の各々が、対応する当接面から押圧力を受けるように、前記枠体に圧入されていることを特徴とする請求項１または２に記載の往復ポンプ。
【請求項４】
前記円環部材の各々が、前記クランクピンに嵌合されたころがり軸受の外輪であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の往復ポンプ。
【請求項５】
前記ヨーク部材は、前記ピストンの移動方向と直交する方向に長手方向を有する長孔が開設された合成樹脂製の枠体を有し、
前記当接面の各々は、前記長孔の長手方向に伸びる一条の帯状をした内周面部分からなり、
前記円環部材の各々は、前記クランクピンに嵌合されたころがり軸受の外輪であって、
前記第１の当接面の前記第１の円環部材を構成する外輪との接触幅および第３の当接面の前記第３の円環部材を構成する外輪との接触幅の各々が、前記第２の当接面の前記第２の円環部材を構成する外輪との接触幅の半分であることを特徴とする請求項２に記載の往復ポンプ。
【請求項１】
クランクシャフトの回転運動を、スコッチ・ヨーク機構を介して、ピストンの往復運動に変換する構成を有する往復ポンプであって、
前記スコッチ・ヨーク機構は、
クランクシャフトに偏心して取着されたクランクピンと、
前記クランクピンの軸方向に並設され、当該クランクピンの軸回りに回転自在な第１および第２の円環部材と、
前記クランクピンの軸と直交する方向に延び、かつ、当該クランクピンを挟んで互いに平行に形成された第１および第２の当接面を有するヨーク部材と、
を備え、
前記第１および第２の当接面の前記クランクピンの軸方向における位置が、それぞれ前記第１および第２の円環部材の位置に対応すると共に、
第１および第２の当接面が、対応する第１および第２の円環部材の周面に常時接触するように、前記第１と第２の当接面間の、前記ピストンの移動方向における距離が決定されていることを特徴とする往復ポンプ。
【請求項２】
前記スコッチ・ヨーク機構は、さらに、前記クランクピンの軸方向に、前記第２の円環部材を挟んで前記第１の円環部材と反対側に並設され、当該クランクピンの軸回りに回転自在な第３の円環部材を有し、
前記ヨーク部材は、さらに、前記クランクピンの軸と直交する方向に延び、かつ前記第１の当接面と同一平面上に在って、前記第３の円環部材の周面に常時接触する第３の当接面を有し、
前記第２の円環部材が前記ピストンの軸心を通る位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の往復ポンプ。
【請求項３】
前記ヨーク部材は、前記ピストンの移動方向と直交する方向に長手方向を有する長孔が開設された合成樹脂製の枠体を有し、
前記当接面の各々は、前記長孔の長手方向の内周面の一部からなり、
前記円環部材の各々は、金属製であって、
当該円環部材の各々が、対応する当接面から押圧力を受けるように、前記枠体に圧入されていることを特徴とする請求項１または２に記載の往復ポンプ。
【請求項４】
前記円環部材の各々が、前記クランクピンに嵌合されたころがり軸受の外輪であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の往復ポンプ。
【請求項５】
前記ヨーク部材は、前記ピストンの移動方向と直交する方向に長手方向を有する長孔が開設された合成樹脂製の枠体を有し、
前記当接面の各々は、前記長孔の長手方向に伸びる一条の帯状をした内周面部分からなり、
前記円環部材の各々は、前記クランクピンに嵌合されたころがり軸受の外輪であって、
前記第１の当接面の前記第１の円環部材を構成する外輪との接触幅および第３の当接面の前記第３の円環部材を構成する外輪との接触幅の各々が、前記第２の当接面の前記第２の円環部材を構成する外輪との接触幅の半分であることを特徴とする請求項２に記載の往復ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１１１８３（Ｐ２０１３−１１１８３Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４２８６６（Ｐ２０１１−１４２８６６）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００２２７４６７）日東精工株式会社 (263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００２２７４６７）日東精工株式会社 (263)
【Ｆターム（参考）】
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