往復ポンプ
【課題】ピストンパッキンとシリンダ内壁との間の気密性を確保しつつ、温度上昇に起因する両者間の摺動抵抗の増大を可能な限り抑制できる往復ポンプを提供すること。
【解決手段】ピストンパッキン８０は、ピストン径φＰよりも大きくシリンダ径φＣよりも小さい径を有するフランジ部１０２と、フランジ部１０２から遠ざかる程、径が大きくなるスカート部１０４とを有し、スカート部１０４は、フランジ部１０２側端部からシリンダ９２内壁に当接する開口端部にかけ、縮径方向に弾性変形した状態でシリンダ９２に収納されていて、フランジ部１０２の径の大きさφＦとシリンダ９２に収納される前のスカート部１０４の前記開口端部の外径φＳの大きさとが、ピストン７６が径方向に偏心してフランジ部１０２の周面の一部がシリンダ９２内壁に当接した場合でも、偏心方向と反対方向の前記開口端部部分がシリンダ９２内壁と接触状態を維持する関係に設定されている。
【解決手段】ピストンパッキン８０は、ピストン径φＰよりも大きくシリンダ径φＣよりも小さい径を有するフランジ部１０２と、フランジ部１０２から遠ざかる程、径が大きくなるスカート部１０４とを有し、スカート部１０４は、フランジ部１０２側端部からシリンダ９２内壁に当接する開口端部にかけ、縮径方向に弾性変形した状態でシリンダ９２に収納されていて、フランジ部１０２の径の大きさφＦとシリンダ９２に収納される前のスカート部１０４の前記開口端部の外径φＳの大きさとが、ピストン７６が径方向に偏心してフランジ部１０２の周面の一部がシリンダ９２内壁に当接した場合でも、偏心方向と反対方向の前記開口端部部分がシリンダ９２内壁と接触状態を維持する関係に設定されている。
【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、ピストンパッキンの改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
容積形ポンプの一種である往復ポンプは、ピストンの往復運動によりシリンダ内への気体の吸入とシリンダ外への気体の排出を行っている。ピストンがシリンダ内壁と接触せず、かつピストンとシリンダとの間の気密性を確保するため、当該ピストンにはピストンパッキンが取り付けられている。
ピストンパッキンには、種々の形状のものが存在するが、例えば、特許文献１には、図１１に示すようなピストンパッキン３００が開示されている。図１１（ａ）は、特許文献１に開示された往復ポンプにおけるピストンパッキン３００およびその近傍を表した断面図であり、図１１（ｂ）は、ピストンパッキン３００のシリンダ３０２内壁との摺動部分（外周部分）を拡大した図である。
【０００３】
図１１（ａ）に示すように、ピストンパッキン３００は、ピストンロッド３０４の先端部に設けられたピストン３０６に取り付けられている。ピストンパッキン３００は、円板状部３００Ａと円板状部３００Ａの外周から円板状部３００Ａの主面に略垂直方向に延出された円筒部３００Ｂとを有し、合成樹脂からなる。
円筒部３００Ｂの外径はピストン３０６の径よりも十分に大きいため、ピストン３０６とシリンダ３０２の内壁との非接触状態が確保される。また、円筒部３００Ｂの外周面がシリンダ３０２の内壁に弾性的に押圧されているため、この部分での気密性が確保されている。
【０００４】
また、ポンプ運転中、ピストン３０６を往復運動させる機構中に生じるこじれ等が原因で、ピストン３０６に対し、その径方向に大きな力が加わることがあり、ピストン３０６をその径方向に偏心させる要因になる。ピストン３０６がその径方向に偏心すると、偏心方向と反対方向のピストンパッキン３００外周部分がシリンダ３０２内壁から離れて、気密性が損なわれることとなる。特許文献１の往復ポンプでは、円筒状部３００Ｂが上記径方向の力を十分に支えることができるため、ピストン３０６の姿勢が保持され、気密性が損なわれる程の上記偏心を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４４７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１のピストンパッキン３００では、往復ポンプの運転中において、円筒部３００Ｂの外周面とシリンダ３０２の内壁との相対的な摺動により生じる摩擦熱によって、ピストンパッキン３００が径方向に膨張する。シリンダは一般的に金属製であり、ピストンパッキンを形成する合成樹脂よりも熱膨張率が小さい。このため、特に、円板状部３００Ａの膨張に伴い、円筒部３００Ｂのシリンダ３０２内壁に対する押圧力が増大することとなり、ピストンパッキン３００のシリンダ３０２内壁に対する摺動抵抗が増大してしまう。
【０００７】
このため、ピストンパッキン３００は、摺動部分の磨耗の進行が早く、寿命が短くなってしまう。また、ピストン３０６を往復運動させるための動力源であるモータ等に必要なトルクが増大し、当該モータ等の大型化を招来してしまう。
上記した課題に鑑み、本発明は、ピストンパッキンとシリンダ内壁との間の気密性を確保しつつ、温度上昇に起因する両者間の摺動抵抗の増大を可能な限り抑制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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係る往復ポンプは、ピストンの往復運動により、シリンダ内への流体の吸入とシリンダ外への流体の排出を行う往復ポンプであって、前記ピストンの前記往復方向における片側に取り付けられたピストンパッキンを有し、当該ピストンパッキンは、ピストン径よりも大きく、シリンダ径よりも小さい径を有するフランジ部と、前記フランジ部の前記ピストンとは反対側に設けられ、当該フランジ部から遠ざかる程、径が大きくなるスカート部と、を有し、前記スカート部は、前記フランジ部側端部からシリンダ内壁に当接する開口端部にかけ、縮径方向に弾性変形した状態で当該シリンダに収納されていて、前記フランジ部の径の大きさと前記シリンダに収納される前の前記スカート部の前記開口端部の外径の大きさとが、前記ピストンが径方向に偏心して前記フランジ部の周面の一部が前記シリンダ内壁に当接した場合でも、偏心方向と反対方向の前記開口端部部分が前記シリンダ内壁と接触状態を維持する関係に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記スカート部の前記フランジ部側端部の外径が前記フランジ部の径よりも小さいことを特徴とする。
さらに、前記流体は、圧縮性流体であり、前記スカート部が囲繞する空間の前記弾性変形を妨げない領域に、前記空間への前記流体の流入を排除するための部材が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
この場合に、前記部材は、前記ピストンパッキンを前記ピストンに取り付けるための取付部材であることを特徴とする。
また、前記シリンダの軸心を含む断面において、前記スカート部の開口側端面の前記シリンダ内壁面との成す角度が９０度以下であることを特徴とする。
さらに、前記往復ポンプは、モータを有し、ピストンの往復運動を前記モータの回転運動を往復直線運動に変換するスコッチ・ヨーク機構によって得ているポンプであって、前記シリンダと前記ピストンパッキンとで、前記スコッチ・ヨーク機構におけるヨークの直動案内機構が構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構成からなる往復ポンプによれば、縮径方向に弾性変形した状態でシリンダ内に収納されたスカート部の、当該シリンダ内壁に当接する開口端部で気密性が確保される。
また、ピストンを往復運動させる機構中に生じるこじれ等が原因でピストンに対し径方向に力が加わった場合には、ピストンパッキンのフランジ部がシリンダ内壁に当接して、当該フランジ部がピストンの過度の偏心を防止するストッパーとして機能し、ピストンの姿勢が保持される。
【００１２】
さらに、フランジ部（ストッパー）を設けることによって、スカート部の肉厚を薄くすることができる。すなわち、スカート部には、前記ストッパーとしての機能は不要となるため、ピストンに働く径方向の外力を支持する剛性までは不要となり、シリンダ内壁との間の気密性を確保するに足りる弾性（剛性）が備わっていれば十分だからである。
このため、仮に（シリンダ内壁と常時接触する）スカート部にストッパー機能と気密性の確保の機能を持たせる場合と比較して、スカート部（の開口端部）の、シリンダ内壁への押圧力を小さくすることができる。その結果、ピストンの往復に伴う、スカート部のシリンダ内壁に対する摺動抵抗を小さくすることができる。また、スカート部の開口端部がシリンダ内壁を摺動することで発生する摩擦熱も低減できる。
【００１３】
また、さらに、この摩擦熱によりスカート部が膨張しても、スカート部は、その形状に因り、径方向において弾性に富むため、スカート部の開口端部のシリンダ内壁への押圧力が大きく増大することはない。
そして、ピストンが径方向に偏心してフランジ部の周面の一部がシリンダ内壁に当接した場合でも、偏心方向と反対方向の開口端部部分がシリンダ内壁と接触状態を維持するため、気密性が損なわれることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】上記往復ポンプの構成部材であるピストン、ピストンパッキン、およびパッキン押えの分解斜視図である。
【図８】上記ピストンパッキンの断面図である。
【図９】（ａ）は、シリンダ内に収納される前のピストンパッキンの外周部分およびその近傍の拡大図（断面図）であり、（ｂ）は、図４におけるＰ部拡大図であって、シリンダ内に収納された状態のピストンパッキンの外周部分およびその近傍の拡大図（断面図）であり、（ｃ）は、ピストンパッキンのスカート部の開口端部の形状の一例を示す図である。
【図１０】上記往復ポンプの動作を説明するための図である。
【図１１】従来の往復ポンプにおけるピストンパッキンを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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））。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
従来のスコッチ・ヨーク機構は、軸受はクランクピンに１個だけ取着され、ヨークの開口部は単純な長孔（長円形）であり、かつ、長孔の短径は軸受の外径よりも長く設定された構成をしている。すなわち、ヨークの往動中と復動中において、ヨークの移動方向と反対方向のヨーク内周面と軸受外周との間には間隙が生じる設定としている。このため、ヨークが上死点から復動へ移行する際には、ヨーク内周面の下面に軸受が衝突して、衝突音が発生している。
【００２８】
これに対し、上記の通り、本実施の形態では、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ため、軸受とヨークとの上記従来のような衝突が生じない。
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、上記従来のスコッチ・ヨーク機構において、ヨークが下死点から復動へ移行する際に生じていた軸受とヨークとの衝突が生じない。
【００２９】
すなわち、上記従来のスコッチ・ヨーク機構において、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
＜往復ポンプの全体構成＞
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
図７に、第１および第２ピストン７４，７６、後述する第１および第２ピストンパッキン７８，８０、第１および第２パッキン押え８２，８４の分解斜視図を示す。以下、図７も参照しながら説明する。
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。
【００４４】
第１ピストン７４および第２ピストン７６には、それぞれ、全体的にリング状をした第１ピストンパッキン７８（以下、単に「第１パッキン７８」と言う。）および第２ピストンパッキン８０（以下、単に「第２パッキン８０」と言う。）が嵌め込まれている。第１および第２パッキン７８，８０は、ブロンズが充填されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオラエチレン）からなる。第１および第２パッキン７８，８０の詳細については後述する。
【００４５】
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の各々に取り付けられた第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。すなわち、第１および第２シリンダ９０，９２と第１および第２パッキン７８，８０とでスコッチ・ヨーク機構１０におけるヨーク１４の直動案内機構が構成されている。
【００４８】
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。
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
＜ピストンパッキン＞
第１パッキン７８と第２パッキン８０とは、同じ形状をしているので、ここでは、第２パッキン８０を代表に説明する。
【００５８】
図８は、第２パッキン８０の断面図である。
第２パッキン８０は、円環状をしたフランジ部１０２を有する。フランジ部１０２の横断面は、図８に示すように、径方向に長い長方形をしている。
フランジ部１０２の一方の側面には、テーパ状に開き、フランジ部１０２から遠ざかる程、径が大きくなるスカート部１０４が設けられている。フランジ部１０２の中心軸とスカート部１０４の中心軸とは一致している。本例では、フランジ部１０２とスカート部１０４とは一体成型されている。
【００５９】
スカート部１０４のフランジ部１０２側端部の外径は、フランジ部１０２の外径よりも小さく（すなわち、スカート部１０４のフランジ部１０２側端部は、前記側面の外周縁よりも内側に位置しており）、スカート部１０４の開口端部の外径は、フランジ部１０２の外径よりも大きくなっている。
図９（ｂ）に、図４におけるＰ部拡大図を示す。すなわち、図９（ｂ）は、シリンダ９２内に収納された状態の第２パッキン８０の外周部分およびその近傍の拡大図（断面図）である。
【００６０】
図９（ａ）に、シリンダ９２内に収納される前の第２パッキン８０の外周部分およびその近傍の拡大図（断面図）を示す。
図９（ａ）に示すように、フランジ部１０２は、その両側面を第２ピストン７６と第２パッキン押え８４とで挟持されて、第２ピストン７６に取り付けられている。前記両側面の内、第２ピストン７６の外周よりも突出した部分およびスカート部１０４が突出した部分を除いて、第２ピストン７６と第２パッキン押え８４とで挟持されている。
【００６１】
第２パッキン８０の第２ピストン７６への取付部材である第２パッキン押え８４は、スカート部１０４の内側に設けられており、スカート部１０４が囲繞する空間への空気の流入を排除するための部材としても機能している。第２パッキン押え８４は、スカート部１０４が囲繞する空間の内、スカート部１０４の後述する弾性変形を妨げない領域に設けられており、当該空間のほとんどを埋めている。このようにした理由は後述する。
【００６２】
ここで、図９（ａ）に示すように、第２ピストン７６の径（外径）をφＰ、フランジ部１０２の径（外径）をφＦ、フランジ部１０２の厚みをＴ、スカート部１０４の開口端部の外径をφＳ、スカート部１０４の厚みをｔ、スカート部１０４のテーパ角をαとする。また、図９（ｂ）に示すように、第２シリンダ９２の径（内径）をφＣとする。
φＦはφＰよりも大きくφＣよりも小さく（φＰ＜φＦ＜φＣ）設定されている。また、φＳはφＣよりも大きく（φＣ＜φＳ）設定されている。
【００６３】
φＦがφＰよりも大きいため（φＰ＜φＦ）、第２ピストン７６が第２シリンダ９２内壁に接触するのを防止できる。
また、φＳはφＣよりも大きいため（φＣ＜φＳ）、第２パッキン８０は、第２シリンダ９２内に収納された状態で、スカート部１０４の開口端部が第２シリンダ９２内壁に当接しており、スカート部１０４は、フランジ部１０２側端部から前記開口端部にかけて、縮径方向に弾性変形している。よって、スカート部１０４は、第２シリンダ９２内に収納された状態で、拡径方向に復元しようとして、前記開口端部（の外周部分）が第２シリンダ９２内壁を押圧する（復元力を作用する）。これにより当該開口端部（の外周部分）が第２シリンダ９２内壁に密着して気密性が確保される。また、密着するのは、テーパ状に開いたスカート部１０４の開口端部であるため、第２シリンダ９２内壁との接触部分（密着部分）は、線接触に近い形になる。
【００６４】
また、スカート部１０４の前記開口端部は、第２シリンダ９２の内壁から、前記復元力に対する反力を受ける。スカート部１０４と第２シリンダ９２内壁とは共に円形断面をしているため、前記反力は、スカート部１０４の全周に渡ってほぼ均等に作用する。これにより、外力が働かない限り、スカート部１０４は、第２シリンダ９２内において径方向に偏心せず中央に位置決めされる。
【００６５】
このため、通常は、フランジ部１０２の周面は、第２シリンダ９２内壁と非接触状態である（φＦ＜φＣ）。しかし、ヨーク１４の往復運動中に、ヨーク１４のこじれ等が原因で、第２ピストン７６（第１ピストン７４についても同様であるが）に対し、その径方向に力が加わることがあり、第２ピストン７６はその径方向に偏心する。この場合、偏心方向のフランジ部１０２の周面部分が第２シリンダ９２内壁に当接して、それ以上の偏心を規制する。よって、フランジ部１０２は、径方向に働く外力に抗し、第２ピストン７６の姿勢を保持するためのストッパーとして機能する。
【００６６】
また、フランジ部１０２（ストッパー）を設けることによって、スカート部１０４の肉厚を薄くすることができる。すなわち、スカート部１０４には、前記ストッパーとしての機能は不要となるため、第２ピストン７６に働く径方向の外力を支持する剛性までは不要となり、第２シリンダ９２内壁との間の気密性を確保するに足りる弾性（剛性）が備わっていれば十分だからである。
【００６７】
このため、仮に（シリンダ内壁と常時接触する）スカート部にストッパー機能と気密性の確保の機能を持たせる場合と比較して、スカート部（の開口端部）の、シリンダ内壁への押圧力を小さくすることができる。その結果、ピストンの往復に伴う、スカート部のシリンダ内壁に対する摺動抵抗を小さくすることができる。また、スカート部１０４の開口端部が第２シリンダ９２内壁を摺動することで発生する摩擦熱も低減できる。
【００６８】
また、スカート部１０４のフランジ部１０２側端部（スカート部１０４の基部）の外径は、フランジ部１０２の外径よりも小さい、すなわち、スカート部１０４の基部はフランジ部１０２の周面よりも軸心寄りに後退しているため、フランジ部１０２の周面が第２シリンダ９２内壁に当接しても、スカート部１０４の第２シリンダ９２内壁との接触範囲をその開口端部およびその近傍の狭い範囲に規制することができる。その結果、フランジ部１０２の周面が第２シリンダ９２内壁に当接している間においても、スカート部１０４の第２シリンダ９２内壁に対する摺動抵抗が過度に大きくなるのが抑制される。
【００６９】
さらに、上記摩擦熱によりスカート部１０４が膨張しても、スカート部１０４は、その形状に因り、径方向において弾性に富むため、スカート部１０４の開口端部の第２シリンダ９２内壁への押圧力が大きく増大することはない。
なお、フランジ部１０２は、摩擦熱の主たる発生箇所（スカート部１０４の開口端部）から離れているため、当該摩擦熱による温度上昇は、前記開口端部よりも少ない。しかし、少ないながらも温度は上昇して、径方向に膨張する。このため、往復ポンプ４０の運転中の昇温に伴う膨張によっては、フランジ１０２の外周面が第２シリンダ９２内壁に接触しないように、φＦとφＣの寸法関係が設定されている。
【００７０】
また、第２ピストン７６が上記したように径方向に偏心すると、偏心方向とは反対方向における第２パッキン８０のスカート部１０４部分は、第２シリンダ９２内壁から離れる向き（偏心方向）に変位する。この変位により、前記スカート部１０４部分において、第２シリンダ９２内壁との間の気密性が損なわれないよう、φＦ、φＳ、およびφＣの寸法は、以下の関係になるように設定されている。
【００７１】
{（φＣ−φＦ）／２}＜{（φＳ−φＣ）／２} … （１）
すなわち、φＦ（フランジ部１０２の外径）とφＳ（第２シリンダ９２に収納される前のスカート部１０４の開口端部の径）とφＣ（第２シリンダ９２の内径）とが、
第２ピストン７６が径方向に偏心してフランジ部１０２の外周面の一部が第２シリンダ９２内壁に当接した場合でも、偏心方向と反対方向の（スカート部１０４の）開口端部部分が第２シリンダ９２内壁との接触状態を維持する関係に設定されているのである。
【００７２】
式（１）における各寸法の一例は、以下の通りである。
φＦ＝２９.８５[ｍｍ]、φＳ＝３０.２[ｍｍ]、φＣ＝３０.０[ｍｍ]
これ以外の寸法の一例は、以下の通りである。
Ｔ＝１.６[ｍｍ]、ｔ＝約０.５[ｍｍ]、α＝１０[°]
なお、図９（ｃ）に示す、第２シリンダ９２の軸心（不図示）を含む断面において、スカート部１０４の開口端面１０４Ａと第２シリンダ９２内壁との成す角度βは、９０°以下が好ましい。
【００７３】
これは、空気の吸引に伴って、シリンダ室９２Ａ（図４）に万一、異物が混入したとしても、スカート部１０４の開口端面１０４Ａにスクレーパの機能を持たせ、第２シリンダ９２内壁とスカート部１０４との間に異物が挟まって、気密性が失われるのを防ぐためである。
以上、第２パッキン８０、第２ピストン７６、および第２シリンダ９２について説明したが、上記した内容は、第１パッキン７８、第１ピストン７４、および第１シリンダ９０にも当てはまるものである。
＜往復ポンプの動作＞
上記の構成からなる往復ポンプ４０の動作について、図１０を参照しながら説明する。
【００７４】
図１０（ａ）、図１０（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１０（ａ）、図１０（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１０（ａ）、図１０（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１０（ａ）、図１０（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。
【００７５】
ここで、図１０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１０（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１０（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１０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。
【００７６】
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１０（ｂ））から上死点（図１０（ａ））に至る間、図１０（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。
【００７７】
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。
【００７８】
一方、上死点（図１０（ａ））から下死点（図１０（ｂ））に至る間は、図１０（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。
【００７９】
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。
【００８０】
上記したように、本実施の形態によれば、通常は、第１および第２パッキン７８，８０のスカート部１０４各々の開口端部が、第１および第２シリンダ９０，９２の内壁に密着状態で摺接して、気密性が確保されると共に、ヨーク１４の往復運動の直動案内がなされる。
ヨーク１４の往復運動中に生じるヨーク１４のこじれ等が原因で、第１および第２ピストン７４，７６に対し径方向に力が加わった場合には、第１および第２パッキン７８，８０のフランジ部１０２が第１および第２シリンダ９０，９２内壁に当接して第１および第２ピストン７４，７６の過度の偏心が防止され、第１および第２ピストン７４，７６の姿勢が保持される。フランジ部１０２は、その外周端部部分を僅かに突出させた状態で、第１および第２ピストン７４，７６と第１および第２パッキン押え８２，８４とで、その厚み方向両側から挟持されている。このため、第１および第２ピストン７４，７６の往復運動中に、フランジ部１０２が第１および第２シリンダ９０，９２内壁に当接したとしても、フランジ部１０２が当該往復方向に撓むのを防止できる。
【００８１】
第１および第２ピストン７４，７６が偏心したとしても、フランジ部１０２の外径(φＦ）と第１および第２シリンダ９０，９２に収納される前のスカート部１０４の開口端部の径（φＳ）と第１および第２シリンダ９０，９２の内径(φＣ）とが、上記のように設定されているため、スカート部１０４の開口端部と第１および第２シリンダ９０，９２内壁との接触状態が維持され、気密性が確保できる。
【００８２】
また、第１および第２パッキン７８，８０のスカート部１０４の各々が囲繞する空間には、第１および第２パッキン押え８２，８４が上述した態様で配されている。これは、圧縮性流体である空気を第１および第２ピストン７４，７６のストロークに見合った分、第１および第２シリンダ室９０Ａ，９２Ａから押し出すため（排気するため）である。
さらに、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）。
【００８３】
上述した従来のスコッチ・ヨーク機構を用いた場合は、ヨーク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、軸受外周がヨークの長孔の内周面から離間する期間が生じるため、その間、ヨークの動きが止まり、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。
したがって、従来のスコッチ・ヨーク機構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。
【００８４】
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１０（ａ）と図１０（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。
【００８５】
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。
【００８６】
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）上記実施の形態では、第１および第２パッキン７８，８０のスカート部１０４の厚みを一様にしたが、これに限らず、例えば、フランジ部から開口端部に行くにしたがって、厚みが漸減するようにしても構わない。
【００８７】
（２）上記実施の形態では、フランジ部を円環状にしたが、これに限らず、例えば、円板状にしても構わない。
（３）上記実施の形態では、第１および第２パッキン７８，８０をブロンズが充填されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオラエチレン）で形成したが、これに限らず、他の合成樹脂で形成しても良い。
【００８８】
（４）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。
（５）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。
（６）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（圧縮性流体）でも構わない。
【００８９】
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、非圧縮性流体である液体の吸込み・吐出し用の往復ポンプにも適用可能である。
（７）上記実施の形態では、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。
【００９０】
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。
（８）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。
【００９１】
（９）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。
【００９２】
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。
（１０）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。
【００９３】
（１１）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。
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。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
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】
【００９５】
４０ 往復ポンプ
７４ 第１ピストン
７６ 第２ピストン
７８ 第１ピストンパッキン
８０ 第２ピストンパッキン
９０ 第１シリンダ
９２ 第２シリンダ
１０２ フランジ部
１０４ スカート部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、往復ポンプに関し、特に、ピストンパッキンの改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
容積形ポンプの一種である往復ポンプは、ピストンの往復運動によりシリンダ内への気体の吸入とシリンダ外への気体の排出を行っている。ピストンがシリンダ内壁と接触せず、かつピストンとシリンダとの間の気密性を確保するため、当該ピストンにはピストンパッキンが取り付けられている。
ピストンパッキンには、種々の形状のものが存在するが、例えば、特許文献１には、図１１に示すようなピストンパッキン３００が開示されている。図１１（ａ）は、特許文献１に開示された往復ポンプにおけるピストンパッキン３００およびその近傍を表した断面図であり、図１１（ｂ）は、ピストンパッキン３００のシリンダ３０２内壁との摺動部分（外周部分）を拡大した図である。
【０００３】
図１１（ａ）に示すように、ピストンパッキン３００は、ピストンロッド３０４の先端部に設けられたピストン３０６に取り付けられている。ピストンパッキン３００は、円板状部３００Ａと円板状部３００Ａの外周から円板状部３００Ａの主面に略垂直方向に延出された円筒部３００Ｂとを有し、合成樹脂からなる。
円筒部３００Ｂの外径はピストン３０６の径よりも十分に大きいため、ピストン３０６とシリンダ３０２の内壁との非接触状態が確保される。また、円筒部３００Ｂの外周面がシリンダ３０２の内壁に弾性的に押圧されているため、この部分での気密性が確保されている。
【０００４】
また、ポンプ運転中、ピストン３０６を往復運動させる機構中に生じるこじれ等が原因で、ピストン３０６に対し、その径方向に大きな力が加わることがあり、ピストン３０６をその径方向に偏心させる要因になる。ピストン３０６がその径方向に偏心すると、偏心方向と反対方向のピストンパッキン３００外周部分がシリンダ３０２内壁から離れて、気密性が損なわれることとなる。特許文献１の往復ポンプでは、円筒状部３００Ｂが上記径方向の力を十分に支えることができるため、ピストン３０６の姿勢が保持され、気密性が損なわれる程の上記偏心を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１４４７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１のピストンパッキン３００では、往復ポンプの運転中において、円筒部３００Ｂの外周面とシリンダ３０２の内壁との相対的な摺動により生じる摩擦熱によって、ピストンパッキン３００が径方向に膨張する。シリンダは一般的に金属製であり、ピストンパッキンを形成する合成樹脂よりも熱膨張率が小さい。このため、特に、円板状部３００Ａの膨張に伴い、円筒部３００Ｂのシリンダ３０２内壁に対する押圧力が増大することとなり、ピストンパッキン３００のシリンダ３０２内壁に対する摺動抵抗が増大してしまう。
【０００７】
このため、ピストンパッキン３００は、摺動部分の磨耗の進行が早く、寿命が短くなってしまう。また、ピストン３０６を往復運動させるための動力源であるモータ等に必要なトルクが増大し、当該モータ等の大型化を招来してしまう。
上記した課題に鑑み、本発明は、ピストンパッキンとシリンダ内壁との間の気密性を確保しつつ、温度上昇に起因する両者間の摺動抵抗の増大を可能な限り抑制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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係る往復ポンプは、ピストンの往復運動により、シリンダ内への流体の吸入とシリンダ外への流体の排出を行う往復ポンプであって、前記ピストンの前記往復方向における片側に取り付けられたピストンパッキンを有し、当該ピストンパッキンは、ピストン径よりも大きく、シリンダ径よりも小さい径を有するフランジ部と、前記フランジ部の前記ピストンとは反対側に設けられ、当該フランジ部から遠ざかる程、径が大きくなるスカート部と、を有し、前記スカート部は、前記フランジ部側端部からシリンダ内壁に当接する開口端部にかけ、縮径方向に弾性変形した状態で当該シリンダに収納されていて、前記フランジ部の径の大きさと前記シリンダに収納される前の前記スカート部の前記開口端部の外径の大きさとが、前記ピストンが径方向に偏心して前記フランジ部の周面の一部が前記シリンダ内壁に当接した場合でも、偏心方向と反対方向の前記開口端部部分が前記シリンダ内壁と接触状態を維持する関係に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
また、前記スカート部の前記フランジ部側端部の外径が前記フランジ部の径よりも小さいことを特徴とする。
さらに、前記流体は、圧縮性流体であり、前記スカート部が囲繞する空間の前記弾性変形を妨げない領域に、前記空間への前記流体の流入を排除するための部材が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
この場合に、前記部材は、前記ピストンパッキンを前記ピストンに取り付けるための取付部材であることを特徴とする。
また、前記シリンダの軸心を含む断面において、前記スカート部の開口側端面の前記シリンダ内壁面との成す角度が９０度以下であることを特徴とする。
さらに、前記往復ポンプは、モータを有し、ピストンの往復運動を前記モータの回転運動を往復直線運動に変換するスコッチ・ヨーク機構によって得ているポンプであって、前記シリンダと前記ピストンパッキンとで、前記スコッチ・ヨーク機構におけるヨークの直動案内機構が構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構成からなる往復ポンプによれば、縮径方向に弾性変形した状態でシリンダ内に収納されたスカート部の、当該シリンダ内壁に当接する開口端部で気密性が確保される。
また、ピストンを往復運動させる機構中に生じるこじれ等が原因でピストンに対し径方向に力が加わった場合には、ピストンパッキンのフランジ部がシリンダ内壁に当接して、当該フランジ部がピストンの過度の偏心を防止するストッパーとして機能し、ピストンの姿勢が保持される。
【００１２】
さらに、フランジ部（ストッパー）を設けることによって、スカート部の肉厚を薄くすることができる。すなわち、スカート部には、前記ストッパーとしての機能は不要となるため、ピストンに働く径方向の外力を支持する剛性までは不要となり、シリンダ内壁との間の気密性を確保するに足りる弾性（剛性）が備わっていれば十分だからである。
このため、仮に（シリンダ内壁と常時接触する）スカート部にストッパー機能と気密性の確保の機能を持たせる場合と比較して、スカート部（の開口端部）の、シリンダ内壁への押圧力を小さくすることができる。その結果、ピストンの往復に伴う、スカート部のシリンダ内壁に対する摺動抵抗を小さくすることができる。また、スカート部の開口端部がシリンダ内壁を摺動することで発生する摩擦熱も低減できる。
【００１３】
また、さらに、この摩擦熱によりスカート部が膨張しても、スカート部は、その形状に因り、径方向において弾性に富むため、スカート部の開口端部のシリンダ内壁への押圧力が大きく増大することはない。
そして、ピストンが径方向に偏心してフランジ部の周面の一部がシリンダ内壁に当接した場合でも、偏心方向と反対方向の開口端部部分がシリンダ内壁と接触状態を維持するため、気密性が損なわれることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】上記往復ポンプの構成部材であるピストン、ピストンパッキン、およびパッキン押えの分解斜視図である。
【図８】上記ピストンパッキンの断面図である。
【図９】（ａ）は、シリンダ内に収納される前のピストンパッキンの外周部分およびその近傍の拡大図（断面図）であり、（ｂ）は、図４におけるＰ部拡大図であって、シリンダ内に収納された状態のピストンパッキンの外周部分およびその近傍の拡大図（断面図）であり、（ｃ）は、ピストンパッキンのスカート部の開口端部の形状の一例を示す図である。
【図１０】上記往復ポンプの動作を説明するための図である。
【図１１】従来の往復ポンプにおけるピストンパッキンを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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））。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
従来のスコッチ・ヨーク機構は、軸受はクランクピンに１個だけ取着され、ヨークの開口部は単純な長孔（長円形）であり、かつ、長孔の短径は軸受の外径よりも長く設定された構成をしている。すなわち、ヨークの往動中と復動中において、ヨークの移動方向と反対方向のヨーク内周面と軸受外周との間には間隙が生じる設定としている。このため、ヨークが上死点から復動へ移行する際には、ヨーク内周面の下面に軸受が衝突して、衝突音が発生している。
【００２８】
これに対し、上記の通り、本実施の形態では、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ため、軸受とヨークとの上記従来のような衝突が生じない。
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、上記従来のスコッチ・ヨーク機構において、ヨークが下死点から復動へ移行する際に生じていた軸受とヨークとの衝突が生じない。
【００２９】
すなわち、上記従来のスコッチ・ヨーク機構において、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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
＜往復ポンプの全体構成＞
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
図７に、第１および第２ピストン７４，７６、後述する第１および第２ピストンパッキン７８，８０、第１および第２パッキン押え８２，８４の分解斜視図を示す。以下、図７も参照しながら説明する。
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。
【００４４】
第１ピストン７４および第２ピストン７６には、それぞれ、全体的にリング状をした第１ピストンパッキン７８（以下、単に「第１パッキン７８」と言う。）および第２ピストンパッキン８０（以下、単に「第２パッキン８０」と言う。）が嵌め込まれている。第１および第２パッキン７８，８０は、ブロンズが充填されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオラエチレン）からなる。第１および第２パッキン７８，８０の詳細については後述する。
【００４５】
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の各々に取り付けられた第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。すなわち、第１および第２シリンダ９０，９２と第１および第２パッキン７８，８０とでスコッチ・ヨーク機構１０におけるヨーク１４の直動案内機構が構成されている。
【００４８】
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。
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
＜ピストンパッキン＞
第１パッキン７８と第２パッキン８０とは、同じ形状をしているので、ここでは、第２パッキン８０を代表に説明する。
【００５８】
図８は、第２パッキン８０の断面図である。
第２パッキン８０は、円環状をしたフランジ部１０２を有する。フランジ部１０２の横断面は、図８に示すように、径方向に長い長方形をしている。
フランジ部１０２の一方の側面には、テーパ状に開き、フランジ部１０２から遠ざかる程、径が大きくなるスカート部１０４が設けられている。フランジ部１０２の中心軸とスカート部１０４の中心軸とは一致している。本例では、フランジ部１０２とスカート部１０４とは一体成型されている。
【００５９】
スカート部１０４のフランジ部１０２側端部の外径は、フランジ部１０２の外径よりも小さく（すなわち、スカート部１０４のフランジ部１０２側端部は、前記側面の外周縁よりも内側に位置しており）、スカート部１０４の開口端部の外径は、フランジ部１０２の外径よりも大きくなっている。
図９（ｂ）に、図４におけるＰ部拡大図を示す。すなわち、図９（ｂ）は、シリンダ９２内に収納された状態の第２パッキン８０の外周部分およびその近傍の拡大図（断面図）である。
【００６０】
図９（ａ）に、シリンダ９２内に収納される前の第２パッキン８０の外周部分およびその近傍の拡大図（断面図）を示す。
図９（ａ）に示すように、フランジ部１０２は、その両側面を第２ピストン７６と第２パッキン押え８４とで挟持されて、第２ピストン７６に取り付けられている。前記両側面の内、第２ピストン７６の外周よりも突出した部分およびスカート部１０４が突出した部分を除いて、第２ピストン７６と第２パッキン押え８４とで挟持されている。
【００６１】
第２パッキン８０の第２ピストン７６への取付部材である第２パッキン押え８４は、スカート部１０４の内側に設けられており、スカート部１０４が囲繞する空間への空気の流入を排除するための部材としても機能している。第２パッキン押え８４は、スカート部１０４が囲繞する空間の内、スカート部１０４の後述する弾性変形を妨げない領域に設けられており、当該空間のほとんどを埋めている。このようにした理由は後述する。
【００６２】
ここで、図９（ａ）に示すように、第２ピストン７６の径（外径）をφＰ、フランジ部１０２の径（外径）をφＦ、フランジ部１０２の厚みをＴ、スカート部１０４の開口端部の外径をφＳ、スカート部１０４の厚みをｔ、スカート部１０４のテーパ角をαとする。また、図９（ｂ）に示すように、第２シリンダ９２の径（内径）をφＣとする。
φＦはφＰよりも大きくφＣよりも小さく（φＰ＜φＦ＜φＣ）設定されている。また、φＳはφＣよりも大きく（φＣ＜φＳ）設定されている。
【００６３】
φＦがφＰよりも大きいため（φＰ＜φＦ）、第２ピストン７６が第２シリンダ９２内壁に接触するのを防止できる。
また、φＳはφＣよりも大きいため（φＣ＜φＳ）、第２パッキン８０は、第２シリンダ９２内に収納された状態で、スカート部１０４の開口端部が第２シリンダ９２内壁に当接しており、スカート部１０４は、フランジ部１０２側端部から前記開口端部にかけて、縮径方向に弾性変形している。よって、スカート部１０４は、第２シリンダ９２内に収納された状態で、拡径方向に復元しようとして、前記開口端部（の外周部分）が第２シリンダ９２内壁を押圧する（復元力を作用する）。これにより当該開口端部（の外周部分）が第２シリンダ９２内壁に密着して気密性が確保される。また、密着するのは、テーパ状に開いたスカート部１０４の開口端部であるため、第２シリンダ９２内壁との接触部分（密着部分）は、線接触に近い形になる。
【００６４】
また、スカート部１０４の前記開口端部は、第２シリンダ９２の内壁から、前記復元力に対する反力を受ける。スカート部１０４と第２シリンダ９２内壁とは共に円形断面をしているため、前記反力は、スカート部１０４の全周に渡ってほぼ均等に作用する。これにより、外力が働かない限り、スカート部１０４は、第２シリンダ９２内において径方向に偏心せず中央に位置決めされる。
【００６５】
このため、通常は、フランジ部１０２の周面は、第２シリンダ９２内壁と非接触状態である（φＦ＜φＣ）。しかし、ヨーク１４の往復運動中に、ヨーク１４のこじれ等が原因で、第２ピストン７６（第１ピストン７４についても同様であるが）に対し、その径方向に力が加わることがあり、第２ピストン７６はその径方向に偏心する。この場合、偏心方向のフランジ部１０２の周面部分が第２シリンダ９２内壁に当接して、それ以上の偏心を規制する。よって、フランジ部１０２は、径方向に働く外力に抗し、第２ピストン７６の姿勢を保持するためのストッパーとして機能する。
【００６６】
また、フランジ部１０２（ストッパー）を設けることによって、スカート部１０４の肉厚を薄くすることができる。すなわち、スカート部１０４には、前記ストッパーとしての機能は不要となるため、第２ピストン７６に働く径方向の外力を支持する剛性までは不要となり、第２シリンダ９２内壁との間の気密性を確保するに足りる弾性（剛性）が備わっていれば十分だからである。
【００６７】
このため、仮に（シリンダ内壁と常時接触する）スカート部にストッパー機能と気密性の確保の機能を持たせる場合と比較して、スカート部（の開口端部）の、シリンダ内壁への押圧力を小さくすることができる。その結果、ピストンの往復に伴う、スカート部のシリンダ内壁に対する摺動抵抗を小さくすることができる。また、スカート部１０４の開口端部が第２シリンダ９２内壁を摺動することで発生する摩擦熱も低減できる。
【００６８】
また、スカート部１０４のフランジ部１０２側端部（スカート部１０４の基部）の外径は、フランジ部１０２の外径よりも小さい、すなわち、スカート部１０４の基部はフランジ部１０２の周面よりも軸心寄りに後退しているため、フランジ部１０２の周面が第２シリンダ９２内壁に当接しても、スカート部１０４の第２シリンダ９２内壁との接触範囲をその開口端部およびその近傍の狭い範囲に規制することができる。その結果、フランジ部１０２の周面が第２シリンダ９２内壁に当接している間においても、スカート部１０４の第２シリンダ９２内壁に対する摺動抵抗が過度に大きくなるのが抑制される。
【００６９】
さらに、上記摩擦熱によりスカート部１０４が膨張しても、スカート部１０４は、その形状に因り、径方向において弾性に富むため、スカート部１０４の開口端部の第２シリンダ９２内壁への押圧力が大きく増大することはない。
なお、フランジ部１０２は、摩擦熱の主たる発生箇所（スカート部１０４の開口端部）から離れているため、当該摩擦熱による温度上昇は、前記開口端部よりも少ない。しかし、少ないながらも温度は上昇して、径方向に膨張する。このため、往復ポンプ４０の運転中の昇温に伴う膨張によっては、フランジ１０２の外周面が第２シリンダ９２内壁に接触しないように、φＦとφＣの寸法関係が設定されている。
【００７０】
また、第２ピストン７６が上記したように径方向に偏心すると、偏心方向とは反対方向における第２パッキン８０のスカート部１０４部分は、第２シリンダ９２内壁から離れる向き（偏心方向）に変位する。この変位により、前記スカート部１０４部分において、第２シリンダ９２内壁との間の気密性が損なわれないよう、φＦ、φＳ、およびφＣの寸法は、以下の関係になるように設定されている。
【００７１】
{（φＣ−φＦ）／２}＜{（φＳ−φＣ）／２} … （１）
すなわち、φＦ（フランジ部１０２の外径）とφＳ（第２シリンダ９２に収納される前のスカート部１０４の開口端部の径）とφＣ（第２シリンダ９２の内径）とが、
第２ピストン７６が径方向に偏心してフランジ部１０２の外周面の一部が第２シリンダ９２内壁に当接した場合でも、偏心方向と反対方向の（スカート部１０４の）開口端部部分が第２シリンダ９２内壁との接触状態を維持する関係に設定されているのである。
【００７２】
式（１）における各寸法の一例は、以下の通りである。
φＦ＝２９.８５[ｍｍ]、φＳ＝３０.２[ｍｍ]、φＣ＝３０.０[ｍｍ]
これ以外の寸法の一例は、以下の通りである。
Ｔ＝１.６[ｍｍ]、ｔ＝約０.５[ｍｍ]、α＝１０[°]
なお、図９（ｃ）に示す、第２シリンダ９２の軸心（不図示）を含む断面において、スカート部１０４の開口端面１０４Ａと第２シリンダ９２内壁との成す角度βは、９０°以下が好ましい。
【００７３】
これは、空気の吸引に伴って、シリンダ室９２Ａ（図４）に万一、異物が混入したとしても、スカート部１０４の開口端面１０４Ａにスクレーパの機能を持たせ、第２シリンダ９２内壁とスカート部１０４との間に異物が挟まって、気密性が失われるのを防ぐためである。
以上、第２パッキン８０、第２ピストン７６、および第２シリンダ９２について説明したが、上記した内容は、第１パッキン７８、第１ピストン７４、および第１シリンダ９０にも当てはまるものである。
＜往復ポンプの動作＞
上記の構成からなる往復ポンプ４０の動作について、図１０を参照しながら説明する。
【００７４】
図１０（ａ）、図１０（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１０（ａ）、図１０（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１０（ａ）、図１０（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１０（ａ）、図１０（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。
【００７５】
ここで、図１０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１０（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１０（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１０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。
【００７６】
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１０（ｂ））から上死点（図１０（ａ））に至る間、図１０（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。
【００７７】
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。
【００７８】
一方、上死点（図１０（ａ））から下死点（図１０（ｂ））に至る間は、図１０（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。
【００７９】
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。
【００８０】
上記したように、本実施の形態によれば、通常は、第１および第２パッキン７８，８０のスカート部１０４各々の開口端部が、第１および第２シリンダ９０，９２の内壁に密着状態で摺接して、気密性が確保されると共に、ヨーク１４の往復運動の直動案内がなされる。
ヨーク１４の往復運動中に生じるヨーク１４のこじれ等が原因で、第１および第２ピストン７４，７６に対し径方向に力が加わった場合には、第１および第２パッキン７８，８０のフランジ部１０２が第１および第２シリンダ９０，９２内壁に当接して第１および第２ピストン７４，７６の過度の偏心が防止され、第１および第２ピストン７４，７６の姿勢が保持される。フランジ部１０２は、その外周端部部分を僅かに突出させた状態で、第１および第２ピストン７４，７６と第１および第２パッキン押え８２，８４とで、その厚み方向両側から挟持されている。このため、第１および第２ピストン７４，７６の往復運動中に、フランジ部１０２が第１および第２シリンダ９０，９２内壁に当接したとしても、フランジ部１０２が当該往復方向に撓むのを防止できる。
【００８１】
第１および第２ピストン７４，７６が偏心したとしても、フランジ部１０２の外径(φＦ）と第１および第２シリンダ９０，９２に収納される前のスカート部１０４の開口端部の径（φＳ）と第１および第２シリンダ９０，９２の内径(φＣ）とが、上記のように設定されているため、スカート部１０４の開口端部と第１および第２シリンダ９０，９２内壁との接触状態が維持され、気密性が確保できる。
【００８２】
また、第１および第２パッキン７８，８０のスカート部１０４の各々が囲繞する空間には、第１および第２パッキン押え８２，８４が上述した態様で配されている。これは、圧縮性流体である空気を第１および第２ピストン７４，７６のストロークに見合った分、第１および第２シリンダ室９０Ａ，９２Ａから押し出すため（排気するため）である。
さらに、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）。
【００８３】
上述した従来のスコッチ・ヨーク機構を用いた場合は、ヨーク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、軸受外周がヨークの長孔の内周面から離間する期間が生じるため、その間、ヨークの動きが止まり、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。
したがって、従来のスコッチ・ヨーク機構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。
【００８４】
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１０（ａ）と図１０（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。
【００８５】
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。
【００８６】
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）上記実施の形態では、第１および第２パッキン７８，８０のスカート部１０４の厚みを一様にしたが、これに限らず、例えば、フランジ部から開口端部に行くにしたがって、厚みが漸減するようにしても構わない。
【００８７】
（２）上記実施の形態では、フランジ部を円環状にしたが、これに限らず、例えば、円板状にしても構わない。
（３）上記実施の形態では、第１および第２パッキン７８，８０をブロンズが充填されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオラエチレン）で形成したが、これに限らず、他の合成樹脂で形成しても良い。
【００８８】
（４）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。
（５）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。
（６）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（圧縮性流体）でも構わない。
【００８９】
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、非圧縮性流体である液体の吸込み・吐出し用の往復ポンプにも適用可能である。
（７）上記実施の形態では、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。
【００９０】
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。
（８）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。
【００９１】
（９）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。
【００９２】
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。
（１０）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。
【００９３】
（１１）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。
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。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
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】
【００９５】
４０ 往復ポンプ
７４ 第１ピストン
７６ 第２ピストン
７８ 第１ピストンパッキン
８０ 第２ピストンパッキン
９０ 第１シリンダ
９２ 第２シリンダ
１０２ フランジ部
１０４ スカート部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの往復運動により、シリンダ内への流体の吸入とシリンダ外への流体の排出を行う往復ポンプであって、
前記ピストンの前記往復方向における片側に取り付けられたピストンパッキンを有し、
当該ピストンパッキンは、
ピストン径よりも大きく、シリンダ径よりも小さい径を有するフランジ部と、
前記フランジ部の前記ピストンとは反対側に設けられ、当該フランジ部から遠ざかる程、径が大きくなるスカート部と、
を有し、
前記スカート部は、前記フランジ部側端部からシリンダ内壁に当接する開口端部にかけ、縮径方向に弾性変形した状態で当該シリンダに収納されていて、
前記フランジ部の径の大きさと前記シリンダに収納される前の前記スカート部の前記開口端部の外径の大きさとが、前記ピストンが径方向に偏心して前記フランジ部の周面の一部が前記シリンダ内壁に当接した場合でも、偏心方向と反対方向の前記開口端部部分が前記シリンダ内壁と接触状態を維持する関係に設定されていることを特徴とする往復ポンプ。
【請求項２】
前記スカート部の前記フランジ部側端部の外径が前記フランジ部の径よりも小さい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】
前記流体は、圧縮性流体であり、
前記スカート部が囲繞する空間の前記弾性変形を妨げない領域に、前記空間への前記流体の流入を排除するための部材が設けら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】
前記部材は、前記ピストンパッキンを前記ピストンに取り付けるための取付部材であることを特徴とする請求項３に記載の往復ポンプ。
【請求項５】
前記シリンダの軸心を含む断面において、前記スカート部の開口側端面の前記シリンダ内壁面との成す角度が９０度以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の往復ポンプ。
【請求項６】
前記往復ポンプは、モータを有し、ピストンの往復運動を前記モータの回転運動を往復直線運動に変換するスコッチ・ヨーク機構によって得ているポンプであって、
前記シリンダと前記ピストンパッキンとで、前記スコッチ・ヨーク機構におけるヨークの直動案内機構が構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の往復ポンプ。
【請求項１】
ピストンの往復運動により、シリンダ内への流体の吸入とシリンダ外への流体の排出を行う往復ポンプであって、
前記ピストンの前記往復方向における片側に取り付けられたピストンパッキンを有し、
当該ピストンパッキンは、
ピストン径よりも大きく、シリンダ径よりも小さい径を有するフランジ部と、
前記フランジ部の前記ピストンとは反対側に設けられ、当該フランジ部から遠ざかる程、径が大きくなるスカート部と、
を有し、
前記スカート部は、前記フランジ部側端部からシリンダ内壁に当接する開口端部にかけ、縮径方向に弾性変形した状態で当該シリンダに収納されていて、
前記フランジ部の径の大きさと前記シリンダに収納される前の前記スカート部の前記開口端部の外径の大きさとが、前記ピストンが径方向に偏心して前記フランジ部の周面の一部が前記シリンダ内壁に当接した場合でも、偏心方向と反対方向の前記開口端部部分が前記シリンダ内壁と接触状態を維持する関係に設定されていることを特徴とする往復ポンプ。
【請求項２】
前記スカート部の前記フランジ部側端部の外径が前記フランジ部の径よりも小さい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】
前記流体は、圧縮性流体であり、
前記スカート部が囲繞する空間の前記弾性変形を妨げない領域に、前記空間への前記流体の流入を排除するための部材が設けら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】
前記部材は、前記ピストンパッキンを前記ピストンに取り付けるための取付部材であることを特徴とする請求項３に記載の往復ポンプ。
【請求項５】
前記シリンダの軸心を含む断面において、前記スカート部の開口側端面の前記シリンダ内壁面との成す角度が９０度以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の往復ポンプ。
【請求項６】
前記往復ポンプは、モータを有し、ピストンの往復運動を前記モータの回転運動を往復直線運動に変換するスコッチ・ヨーク機構によって得ているポンプであって、
前記シリンダと前記ピストンパッキンとで、前記スコッチ・ヨーク機構におけるヨークの直動案内機構が構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項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９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−６８１９８（Ｐ２０１３−６８１９８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８９７８（Ｐ２０１１−２０８９７８）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【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４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００２２７４６７）日東精工株式会社 (263)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]