JP2000110714A - 電動式ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リザーバに貯留されてポンプ部に供給される
被吐出流体の、液通路等での圧力損失を補完してポンプ
性能の向上が得られる電動式ポンプを得る。 【解決手段】 ハウジング３に収容したピストン５の往
復動で流体の吐出を行うポンプ部７と、電流印加により
伸長動作する超磁歪素子９を用いて前記ピストン５を往
復動作ささせるピストン駆動部１１と、前記ポンプ部７
に被吐出流体を供給するリザーバ２４とを備える電動式
ポンプにおいて、前記リザーバ２４には、前記リザーバ
２４を加圧して前記被吐出流体を前記ポンプ部７に送出
する加圧手段２５が設けてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電動式ポンプに関
し、詳しくは、往復動作によって流体を吐出するピスト
ンの駆動源として、伸縮動作が電気的に制御可能な固体
素子を使用した電動式ポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の車両用のブレーキ装置は、アンチ
ロックブレーキシステムの装備や、トラクションコント
ロールシステムの装備など、ブレーキ機能のインテリジ
ェント化が活発に行われている。そして、このようなイ
ンテリジェント化に伴い、油圧発生源としてブレーキ装
置に組み込まれるポンプの電動化や小型化が必要不可欠
になってきている。

【０００３】このような背景から、ハウジングに収容し
たピストンの往復動で流体の吐出を行うポンプ部と、ピ
ストンを往復動させる駆動源として伸縮動作を電気的に
制御可能な固体素子を使用したピストン駆動部とを備え
た電動式ポンプが提案されている。この場合に、伸縮動
作を電気的に制御可能な固体素子としては、圧電セラミ
ックスや超磁歪素子等が提案されている（特開平７−１
６７３２７号公報、特開平８−３３４０８２号公報等参
照）。

【０００４】これらの固体素子を用いた電動式ポンプで
は、機構及び制御系が比較的簡単、且つ、小型に実現で
きること、あるいは、応答性に優れていることなどから
車両用ブレーキ装置の油圧発生源として利用されるよう
になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の固体素子を用いた電動式ポンプでは、ハウジング内に
ピストンを備えたポンプ部とこのポンプ部の吸入口に供
給する被吐出流体を貯留するリザーバとを液通路で繋ぐ
ため、この液通路で発生する管路抵抗や形状損失に起因
した圧力損失がポンプ性能の低下を招いた。また、ピス
トンポンプでは、固体素子の振動周波数が高すぎると、
被吐出流体の吸入時に液室圧力が過剰に低下して、被吐
出流体よりも、液室内のシール性能を越えてエアを引き
込もうとしてしまう。そのため、ピストンの最大駆動周
波数は、約５０Hz程度とするに止まり、ポンプ性能の限
界となっていた。本発明は上記事情に鑑みなされたもの
で、液通路での圧力損失が生じても十分なポンプ性能が
得られて、しかも、ピストンの駆動周波数を高めて被吐
出流体の吐出圧を上げることでポンプ性能の向上も図れ
る電動式ポンプを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る電動式ポンプは、ハウジングに収容した
ピストンの往復動で流体の吐出を行うポンプ部と、電流
印加により伸縮動作する固体素子を用いて前記ピストン
を往復動作させるピストン駆動部と、前記ポンプ部の吸
入口に供給する被吐出流体を貯留するリザーバとを具備
する電動式ポンプにおいて、前記リザーバを加圧して前
記被吐出流体を前記ポンプ部に送出する加圧手段が設け
られたことを特徴とする。

【０００７】そして、上記構成によれば、リザーバに貯
留した被吐出流体は加圧してポンプ部に送出されるの
で、ポンプ部の吸入口に至る液通路で圧力損失が起こっ
ても、ポンプ部への吸入効率を低下させない。また、ポ
ンプ部の液室の最低圧力は、液室が加圧手段により加圧
された被吐出流体を受給することによってリザーバ圧力
で補完されるので、液室内へのシール性能を越えるエア
の混入が防止される。さらに、被吐出流体は加圧されて
ポンプ部に供給されるので、ピストンの駆動周波数を高
めてもキャビテーションの発生を抑えてこの駆動周波数
に追従できるので、ポンプ部より吐出される被吐出流体
の吐出圧を上げることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電動式ポンプ
の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動式ポンプを油圧発生源として
組み込んだ車両用のブレーキ装置の一実施形態を示す縦
断面図である。ブレーキ装置５０は、本発明に係る電動
式ポンプ１の発生する油圧が供給されて制動力を発生す
る構成で、油圧が、ブレーキユニット５２のシリンダ部
５４に形成した液室５６に供給されると、その液圧によ
ってシリンダ部５４のピストン５８が変位して、摩擦パ
ッド６０をロータ６２に押圧する。

【０００９】電動式ポンプ１は、円筒状の内部ハウジン
グ３に収容保持されたピストン５の往復動で流体の吐出
を行うポンプ部７と、ポンプ部７に設けられたピストン
５に当接し電気的に制御可能な固体素子である超磁歪素
子９の伸縮動作によってこのピストン５を往復動させる
ピストン駆動部１１とを備えて構成される。なお、電気
的に制御可能な固体素子としては、超磁歪素子の他に、
圧電セラミックス等を利用することもできる。

【００１０】ポンプ部７は、内部ハウジング３及び後述
する有底筒状の外部ハウジング３１の開口端を塞ぐ端壁
材４によって、この端壁材４とポンプ部７のピストン５
との間に液室１２が画成されている。端壁材４は、円柱
状で、且つ、外端側から内端側に向かって外径が大、
中、小の三つの円柱状のボス部４１、４２、４３を同軸
上に配置した形態で、中径のボス部４２が、内部ハウジ
ング３の開口端に内嵌して、この開口端を塞いでいる。
なお、中径のボス部４２の外周部には、内部ハウジング
３との嵌合部を気密にするシールリング４４が配置され
ている。

【００１１】端壁材４の小径のボス部４３は、内部ハウ
ジング３内に突出しており、ピストン５の中心部に突出
形成された円筒部１３内に摺動可能に嵌合して、前記し
た液室１２を画成する。円筒部１３と小径のボス部４３
との間は、円筒部１３の内側に嵌合装備されたリング状
のシール材１５により気密状態に封止されている。

【００１２】小径のボス部４３には、液室１２に連通す
る吐出口１２ａと吸入口１２ｂとが貫通形成されてい
る。そして、これらの吐出口１２ａ及び吸入口１２ｂに
は、それぞれチェック弁１６、１７、１８が装備されて
いる。吐出口１２ａのチェック弁１６は、ピストン５の
吐出行程時に流路を開き、吸入行程時には流路を閉じ
る。一方、吸入口１２ｂのチェック弁１７、１８は、吸
入口１２ｂに対して直列に装備されていて、それぞれ、
吸入行程時に流路を開き、吐出行程時には流路を閉じ
る。

【００１３】ポンプ部７のピストン５は、小径のボス部
４３と内部ハウジング３との間に形成されたリング状の
空隙に配備した戻しスプリング１９によって、端壁材４
から離間する方向（即ち、固体素子である超磁歪素子９
に当接する方向）に付勢されている。

【００１４】端壁材４の大径のボス部４１は、内部ハウ
ジング３の外周を覆うように配置された有底筒状の外部
ハウジング３１の開口端に内嵌されている。外部ハウジ
ング３１の底壁部３２は、内部ハウジング３の他方の開
口端を塞いでいる。また、大径のボス部４１の外周部に
は、外部ハウジング３１との嵌合部を気密にするシール
リング４５が装備されている。すなわち、端壁材４は、
内部ハウジング３と外部ハウジング３１とを同軸上に配
置して、大径のボス部４１が、内部ハウジング３の外周
と外部ハウジング３１との間に円環状の空隙２０を画成
するように、内部ハウジング３と外部ハウジング３１と
を所定位置に位置決めする機能を併せ有する。

【００１５】そして、空隙２０内には、加圧手段である
ばね２５によって端壁材４側に付勢されるリザーバピス
トン２１が装備されている。このリザーバピストン２１
と、端壁材４の大径のボス部４１と、内外のハウジング
３、３１とで囲まれた空間が、ポンプ部７の液室１２に
被吐出流体を供給するための、被吐出流体を貯留するリ
ザーバ２４となっている。なお、先のリザーバピストン
２１には、リング状のシール材２３が嵌合装備されてい
て、内外のハウジング３、３１とリザーバピストン２１
との間をシールしている。

【００１６】リザーバ２４は、貯留している被吐出流体
を、端壁材４に穿設の液通路４６により、吸入口１２ｂ
に接続しているチェック弁１７とチェック弁１８との中
間部に供給する。被吐出流体を供給する際、リザーバピ
ストン２１には、ばね２５によって予負荷が与えられて
いるので、リザーバピストン２１は、被吐出流体をリザ
ーバ圧で加圧した状態で送出する。なお、リザーバ圧
は、ばね２５の設定により任意に選択できる。

【００１７】ピストン駆動部１１は、磁界が加えられる
と伸長する特性を有する超磁歪素子９と、電流が印加さ
れると超磁歪素子９に磁界を加えるコイル２２とから構
成されている。コイル２２は棒状をなす超磁歪素子９の
外周を覆う円筒構造である。そして、コイル２２と超磁
歪素子９は、内部ハウジング３内のピストン５と外部ハ
ウジング３１の底壁部３２とで画成された空間内に収容
保持されている。従って、本実施形態では、リザーバ２
４が、内部ハウジング３を介してコイル２２の外周部に
位置する構成となっている。

【００１８】超磁歪素子９は、その伸縮動作がポンプ部
７のピストン５に伝達するように、一端をピストン５に
当接させると共に、他端を外部ハウジング３１の底壁部
３２に当接させている。

【００１９】ポンプ部７のピストン５、内部ハウジング
３及び外部ハウジング３１の底壁部３２が、既述したよ
うに、超磁歪素子９とコイル２２とを収容保持する収容
空間を画成すると共に、これらの周囲を覆う閉磁気回路
を構成するヨークとして機能する。また、ピストン５の
戻しスプリング１９は、超磁歪素子９の伸長動作を最適
化する予負荷ばねを兼ねている。

【００２０】超磁歪素子９の伸縮動作は、コイル２２へ
の印加電流を制御する制御装置３３によって制御され
る。この制御装置３３は、ブレーキユニット５２のシリ
ンダ部５４に形成された液室５６とポンプ部７のチェッ
ク弁１８とを連通するバイパス液通路４７に装備された
常閉型の電磁弁３５の切換制御も行う。

【００２１】すなわち、制御装置３３は、制動動作時に
ピストン５を適正に往復動させるために、コイル２２へ
の電流印加によって超磁歪素子９を所定周期で伸縮動作
させる不図示のポンプ動作制御回路と、非制動時又は制
動解除時に電磁弁３５を開栓状態に切り換えて、シリン
ダ部５４の液圧をリザーバ２４に戻す不図示の電磁弁制
御回路とを有している。

【００２２】超磁歪素子９の伸縮量は、コイル２２より
加えられる磁界の強さに比例する。従って、ポンプ部７
のピストン５による吐出行程は、コイル２２の発生する
磁界を初期値から所定値まで上昇させて、超磁歪素子９
に所定の伸長動作をさせることで行い、また、吸入行程
は、コイル２２の発生する磁界を所定値から初期値まで
降下させて、超磁歪素子９に所定の収縮動作をさせるこ
とで行う。

【００２３】制御装置３３のポンプ動作制御回路は、ピ
ストン５による吐出行程の時は、コイル２２が発生する
磁界が初期値から所定値まで上昇するように、コイル２
２に印加する電流を制御し、また、吸込行程の時は、コ
イル２２が発生する磁界が所定値から初期値まで降下す
るように、コイル２２に印加する電流を制御する。ポン
プ動作制御回路は、このような吐出行程と吸込行程の繰
り返しを、コイル２２に供給する電流を所定周期の交流
電流とすることで実現する。

【００２４】次に、上述したブレーキ装置５０の動作に
ついて説明する。制動動作時、例えば不図示のブレーキ
ペダルが踏まれると、制御回路３３は、ペダル踏力に応
じた電気信号に基づいてコイル２２に電流を印加して磁
界を発生させ、超磁歪素子９を伸縮動作させる。

【００２５】超磁歪素子９の伸縮動作により、ポンプ部
７はピストン５が変位してリザーバ２４内の被吐出流体
を、液通路４６、チェック弁１７、吸入口１２ｂを経由
して液室１２内に吸い込んだ後、作動油（被吐出流体）
を吐出口１２ａ、チェック弁１６を経由してシリンダ部
５４の液室５６に送出する。なお、このポンプ部７の駆
動動作時、電磁弁３５は閉栓状態となってバイパス液通
路４７を遮断している。シリンダ部５４は、作動油が液
室５６に供給されると、ピストン５８が変位して摩擦パ
ッド６０をロータ６２に押圧させて、制動力が得られ
る。

【００２６】ところで、上述した被吐出流体をポンプ部
７に供給する吸込行程において、リザーバ２４より送出
される被吐出流体は、液通路４６での圧力損失、チェッ
ク弁１７のチェック圧、及び超磁歪素子９が収縮動作し
てピストン５が変位することで発生する液室１２内の圧
力降下等の圧力低下を受ける。

【００２７】具体的には、例えば、ばね２５設定により
リザーバピストン２１に５００kPaのリザーバ圧が与え
られていたとすると、このリザーバ圧５００kPa は、管
径等を適切に設定して液通路４６で圧力損失が最小限と
なるように抑えられているものの、圧力損失により液通
路４６通過後の液圧が例えば４００kPa となる。次に、
この液圧は、吸入側のチェック弁１７を通過するが、チ
ェック圧が仮に１００kPa とすると、液室１２に到達し
たとき液圧が３００kPa となる。さらに、到達液圧が超
磁歪素子９の収縮動作で低下するので、液室圧力は、到
達時の液圧３００kPa から約１００kPa 低いピストンス
トロークと仮定することができる。言い換えれば、同様
の状態でリザーバ圧が付与されていない場合を想定した
とき、圧力低下の合計が３００kPa 以下となるため、被
吐出流体の大気圧下での吸入が難しく、結果として液の
キャビテーションや液室１２内のシール性を越えてエア
の混入を引き起こす。

【００２８】しかし、上述のような圧力損失等があった
としても、本実施形態の電動式ポンプは、リザーバ圧で
加圧された被吐出流体の供給により、液室１２の最低圧
力をこのリザーバ圧で補完することができるので、実質
的に、エアの混入が生じない大気圧下で被吐出流体を吸
引して、吐出することができる。従って、吐出されるポ
ンプ流量は、図２に示すように、液室１２の最低圧力を
越えてリザーバ圧が上昇すれば、この上昇に伴って増加
する。

【００２９】また、ピストン５の駆動周波数が増加する
と、液室１２への被吐出流体の流速が早まるが、従来構
造のようにリザーバ圧が付与されない場合、図３中の破
線で示すように、最大駆動周波数が低めにされてポンプ
性能の限界となっていたのに対し、リザーバ圧が付与さ
れた被吐出流体の供給により、図３中の実線で示すよう
に、キャビテーションの発生を抑えて最大駆動周波数を
高めることができ、高周波数下でのピストン駆動によっ
てポンプ流量を上げ、ポンプ性能の向上を図ることがで
きる。

【００３０】次に、制動動作の解除時、制御回路３３は
ピストン駆動部１１への電流印加を止めてポンプ部７の
駆動を停止させると共に、電磁弁３５を開栓状態に切り
換えて、シリンダ部５４に送出された作動油を、バイパ
ス液通路４７、電磁弁３５、チェック弁１８、液通路４
６を経由させてリザーバ２４に戻す。これにより、シリ
ンダ部５４のピストン５８は、ロータ６２から離間する
方向に押し戻されて、制動力を解除する。なお、この制
動解除時、直列に装備された２つのチェック弁１７、１
８は、チェック弁１８よりもチェック弁１７のチェック
圧が高く設定してあるので、作動油を吸入口１２ｂに戻
さないでリザーバ２４のみに戻す。そして、作動油が十
分にリザーバ２４内に吸収された時点で、電磁弁３５は
閉じられて、定常状態（非制動状態）になる。

【００３１】以上の電動式ポンプ１では、被吐出流体
が、ばね付勢されて変位するリザーバピスント２１によ
り付与されるリザーバ圧で加圧されてポンプ部７の液室
１２に供給されるので、ポンプ部７の液通路４６等で圧
力損失が起こっても、被吐出流体の液室１２への吸入効
率は低下しない。また、リザーバ圧が付与された被吐出
流体の供給により、液室１２の最低圧力がこのリザーバ
圧で補完されるので、液室のシールを越えたエアの混入
をなくすことができる。

【００３２】さらに、上記した実施形態では、リザーバ
２４が、内部ハウジング３を介してコイル２２の外周部
に隣接配置されている。つまり、コイル２２に隣接する
部位は、コイル２２への通電時におけるコイル２２の発
熱により加熱される加熱領域となるため、リザーバ２４
は、コイル２２の加熱領域内に存在する。これにより、
本実施形態の電動式ポンプ１では、リザーバ２４はコイ
ル２２の通電時の発熱により加熱されるため、寒冷地等
での使用時にも、リザーバ２４に貯留された被吐出流体
の温度低下に伴う粘度増大を排除して、ポンプ機能の低
下を防止することができる。

【００３３】また、リザーバ２４の位置は、コイル２２
の加熱領域内で、実質的には、ポンプ部７にも近接した
位置となるため、リザーバ２４とポンプ部７との間を連
絡する液通路４６の短縮に適し、更に、ポンプ部７のハ
ウジングの構造等を工夫すれば、リザーバ２４とポンプ
部７との間を連絡する液通路４６がポンプ部７の外部に
露出することを回避することができる。従って、リザー
バ２４とポンプ部７との間の液通路４６の圧力損失によ
るポンプ性能の低下や、外部に露出した液通路への飛び
石等による障害の発生が防止でき、車両用ブレーキ装置
に利用した場合、安定したポンプ機能によって制動性能
やブレーキ操作性の向上を図ることができる。

【００３４】なお、上記実施形態では、リザーバをポン
プ部と一体構造としたが、加圧手段を設けて別体化され
ていても構わない。その場合、上述した加熱効果を期待
するためには、加熱用に専用の加熱手段を装備する必要
がある。また、上記実施形態では、伸縮動作を電気的に
制御可能な固体素子として、超磁歪素子を使用したが、
伸縮動作を電気的に制御可能な固体素子として圧電セラ
ミックスを利用するようにしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明の電動式ポンプによれば、リザー
バは被吐出流体を加圧してポンプ部に供給しているの
で、液通路等において圧力損失が起こっても、被吐出流
体の液室への吸入効率を低下させない。従って、電動式
ポンプは、ポンプ性能を充分に発揮することができる。
また、被吐出流体がリザーバ圧で加圧されているので、
液室の最低圧力がこのリザーバ圧で補完されることとな
り、ポンプ部は液室のシール性能を越えてエアを混入す
ることがなくなる。従って、ピストンの駆動周波数を高
めても被吐出流体を吸引することができるので、被吐出
流体の吐出圧を上げてポンプ性能の向上を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動式ポンプを用いた車両用のブ
レーキ装置の縦断面図である。

【図２】電動式ポンプのリザーバ圧とポンプ流量との関
係を示す特性図である。

【図３】電動式ポンプのピストン周波数とポンプ流量と
の関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 電動式ポンプ ３ 内部ハウジング ５ ピストン ７ ポンプ部 ９ 超磁歪素子 １１ ピストン駆動部 １２ 液室 １６、１７、１８ チェック弁 ２１ リザーバピストン ２２ コイル ２２ 電源 ２４ リザーバ ２５ ばね（加圧手段） ３１ 外部ハウジング ３３ 制御装置 ４６ 液通路 ５０ ブレーキ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D046 BB17 BB28 CC02 CC04 EE01 LL15 LL23 LL29 LL40 LL43 LL47 LL50 3H069 AA01 BB02 CC10 DD01 DD41 DD42 EE05 EE14 EE33 EE47 3H075 AA02 BB03 CC25 CC34 CC35 DA03 DA04 DA05 DA30 DB02 DB49 EE12

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに収容したピストンの往復動
   で流体の吐出を行うポンプ部と、 電流印加により伸縮動作する固体素子を用いて前記ピス
   トンを往復動作させるピストン駆動部と、 前記ポンプ部の吸入口に供給する被吐出流体を貯留する
   リザーバとを具備する電動式ポンプにおいて、 前記リザーバを加圧して前記被吐出流体を前記ポンプ部
   に送出する加圧手段が設けられたことを特徴とする電動
   式ポンプ。