JP2010090861A - 真空ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、圧縮要素の吸気圧力が所定の使用圧力まで低減した際に排気口に発生する騒音を低減できる真空ポンプを提供すること。
【解決手段】ポンプカバー１８に形成された排気口１８ａに、真空タンク内の圧力が通常の使用圧力帯域まで低減した際に、排気口１８ａの開口面積を狭めるチェックバルブ４０を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、負圧供給装置等に使用される真空ポンプに関する。

一般に、圧縮要素を有するケーシングを備えた真空ポンプが知られている。この種の真空ポンプでは、圧縮要素を電動モータで駆動させることにより、他の動力源を必要としないことから、例えば電気自動車の油圧ブレーキ力を増加させるための負圧供給装置に使用されている。
ところで、真空ポンプは、吸気口から吸い込まれた気体を圧縮して排気口から排出する際に大きな騒音を発生することが従来から知られており、電気自動車のような元来騒音レベルの低い車両の負圧供給装置に真空ポンプを搭載するような場合には、真空ポンプ作動時の排気音が耳障りな音となって聞こえるおそれがあった。このため、この騒音を低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１６１８８３号公報

しかしながら、従来の構成では、ポンプ部からモータ部へと排気を導くとともに、この排気をモータ部のハウジングから延びるドレインパイプを通じて排出するようになっているため、機器の構成が煩雑となるとともに、ドレインパイプを設ける分、機器が大型化するといった問題があった。
さらに、近年、圧縮要素の吸気圧力（例えば、真空ポンプの吸気口に接続される真空タンク内の圧力）が所定の使用圧力まで低減した際に排気口付近に発生する騒音が確認されており、この騒音対策が問題となっている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、圧縮要素の吸気圧力が所定の使用圧力まで低減した際に排気口に発生する騒音を低減できる真空ポンプを提供することを目的とする。

本発明は、圧縮要素を有するケーシングを備えた真空ポンプにおいて、前記ケーシングに形成された排気口に、前記圧縮要素の吸気圧力が少なくとも所定の使用圧力まで低減した際に、前記排気口の開口量を狭める絞り弁機構を設けたことを特徴とする。
この構成によれば、絞り弁機構が排気口の開口量を狭めるため、この開口を通じて排出される排気量が低減されることにより、排気音による騒音が低減される。また、絞り弁機構は、圧縮要素の吸気圧力が少なくとも所定の使用圧力まで低減した際に、排気口の開口量を狭めるため、この開口を通じて、負圧となったケーシング内への逆流が抑制されるため、この逆流による騒音を低減することができる。

この構成において、前記絞り弁機構は、前記排気口を流れる排気量が低減するのに伴い、前記開口量を狭める構成としても良い。この構成によれば、排気口を流れる排気量が低減するのに伴い、開口量を狭めるため、開口量を狭めることによる通風抵抗の増加を防止できる。

また、前記絞り弁機構は、前記排気口から気体の流入を防止するチェックバルブである構成としても良い。この構成によれば、排気口を通じて気体の逆流が防止されるため、この逆流による騒音を防止できるとともに、ケーシング内への水の浸入を防止でき、防水性能の向上を図ることができる。

また、前記絞り弁機構は、弾性部材で一体に形成された弁体部を備える構成としても良い。この構成によれば、絞り弁機構の構成を簡素化することができ、簡単な構成で騒音の低減を図ることができる。

本発明によれば、絞り弁機構が排気口の開口量を狭めるため、この排気口を通じて排出される排気量が低減されることにより、排気音による騒音が低減される。また、絞り弁機構は、圧縮要素の吸気圧力が少なくとも所定の使用圧力まで低減した際に、排気口の開口量を狭めるため、この排気口を通じて、負圧となった圧縮要素内への逆流が抑制されるため、この逆流による騒音を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るベーン型真空ポンプについて、この真空ポンプを備えた負圧供給装置に基づいて、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るベーン型真空ポンプを備えた負圧供給装置の側部部分断面図である。また、図２は、図１の負圧供給装置を右側から見た図である。なお、以下の説明において、上下および左右の方向は、図１の状態に基づいて定めたものとする。また、幅方向とは、図１における紙面奥行き方向をいうものとする。

負圧供給装置１は、車両に搭載されたブレーキ倍力装置の負圧源として用いられるものであり、この負圧供給装置１は、図示は省略したが、真空タンクを介してブレーキ倍力装置に配管接続されている。
負圧供給装置１は、図１に示すように、右下部に位置するベーン型の真空ポンプ１０と、この真空ポンプ１０の左側に配置された電動モータ２０と、真空ポンプ１０の上方に配置された真空吸込ニップル３０と、電動モータ２０の下側に取付部を有するアーム部５０とを備えている。

真空ポンプ１０は、回転式のベーン型真空ポンプであり、図１及び図２に示すように、真空ポンプ１０の外形を構成するシリンダ本体１１と、このシリンダ本体１１の内部に位置するロータ１２と、シリンダ本体１１の左右の両端に位置するサイドプレート１３、１４と、シリンダ本体１１の右端部に取り付けられるポンプカバー１８とを備えている。
この構成では、シリンダ本体１１とポンプカバー１８とを備えてケーシングが構成されている。また、ポンプカバー１８は、右側のサイドプレート１４との間に空間を設けて取り付けられており、この空間が膨張室１９として機能する。この膨張室１９には、不図示のサイレンサが配置されている。
本構成では、ポンプカバー１８の略中央部には、膨張室１９に流入した空気を機外に排出するための排気口１８ａが設けられており、この排気口１８ａには、機外からポンプ内（膨張室１９内）への逆流を防止するためのチェックバルブ（絞り弁機構）４０が取り付けられている。
シリンダ本体１１は、図１に示すように、左右に開口を有する円筒形状をなしており、左右に延びる中心軸Ｘ１（図２参照）に沿って内周壁面１１ａが形成されている。また、シリンダ本体１１には、図１に示すように、上側に位置してシリンダ本体１１内に空気を吸い込む吸入口１６と、下側に位置してシリンダ本体１１から膨張室１９内に空気を吐出する吐出口１７とが形成されている。

ロータ１２は、中心軸Ｘ１から偏心した位置に回転軸Ｘ２を有する円柱形状をなしており、図２に示すように、ロータ１２の左斜め下側の外周面が内周壁面１１ａと接触ながら回転するようになっている。また、ロータ１２の中心には、後述する電動モータ２０の駆動軸２１が嵌合する孔部１２ａが形成されている。
サイドプレート１３、１４は、図１に示すように、シリンダ本体１１の両端の開口を塞いでおり、かつ、ロータ１２の両端部との隙間が空かないように組み立てられている。

また、ロータ１２には、図２に示すように、シリンダ本体１１の内周壁面１１ａに向けて斜めに突出する複数のベーン１５が設けられている。本構成では、このロータ１２と複数のベーン１５とを備えて圧縮要素が構成されている。ベーン１５は、ロータ１２に設けられた摺動溝１２ｂに沿ってロータ１２の外方へ突出し、ベーン１５の先端部が内周壁面１１ａと当接するようにばね（図示せず）で付勢されている。図２のベーン１５の状態について詳細に説明すると、上側部分に位置するベーン１５は、ロータ１２の内側から外方へ突出しており、ベーン１５の先端部がシリンダ本体１１の内周壁面１１ａに当接している。他方、下側部分に位置するベーン１５は、その先端部が内周壁面１１ａに当接してロータ１２の内方へ押されて、ロータ１２の内部に退避している。この構造により、例えば、ロータ１２が時計回りに回転すると、ロータ１２の外壁面、シリンダ本体１１の内周壁面１１ａ、及び隣り合うベーン１５によって仕切られた圧力室Ｐが移動することにより、負圧空気が吸入口１６（圧力室Ｐの体積が大きい箇所に形成される）から吐出口１７（圧力室Ｐの体積が小さい箇所に形成される）まで送り出されるようになっている。

電動モータ２０は、図１に示すように、その駆動軸２１がキー２２を介してロータ１２の孔部１２ａに嵌合している。この駆動軸２１の回転軸は、ロータ１２の回転軸Ｘ２と同一軸線となっている。また、図１における電動モータ２０の右上部には、電動モータ２０の幅方向の両側にそれぞれ延びる取付座２３、２３（図２参照）が形成されている。また、電動モータ２０の上部には、Ｌ字形状に曲げ形成されたブラケット２４がねじ２５で取り付けられている。

真空吸込ニップル３０は、図１に示すように、左右方向にほぼ水平に延びる吸込管部３１と、この吸込管部３１に連なり左斜め下側に延びる供給管部３２とからなる。
吸込管部３１の右側端部に位置する吸込口３１ａには、外部（例えば、真空タンク（図示略））から負圧空気を供給するための管またはチューブを接続可能にするための突部３１ｂが形成されている。詳細には、この突部３１ｂは、吸込口３１ａの外周縁部から吸込管部３１の外側に向けて突出しており、円周方向に連続して膨らんだ形状になっている。
供給管部３２の終端部は、管部３３を介して真空ポンプ１０の吸入口１６に連結されており、吸込管部３１を通過する負圧空気を真空ポンプ１０に供給するようになっている。

アーム部５０は、図１において全体が略Ｕ字形状に形成された取付アーム５１と、この取付アーム５１に電動モータ２０を支持するための支持ピン５２、５３とを備えている。
取付アーム５１は、板金を折り曲げ加工して形成され、図１に示すように、水平な底面部５１ａと、この底面部５１ａの左側端部から上方に向けて延びる壁部５１ｂと、当該底面部５１ａの右側において、底面部５１ａを挟んだ幅方向の両側から上方に向けて延びる腕部５１ｃとがそれぞれ形成されている。
壁部５１ｂの上部は、ダンパ５５を介して支持ピン５２によってブラケット２４の起立面部２４ａに取り付けられている。この支持ピン５２は、図１に示すように、負圧供給装置１の長手方向に沿って挿入されており、従って、ダンパ５５は負圧供給装置１の長手方向における振動を吸収するようになっている。
また、腕部５１ｃの上部は、ダンパ５６、５６を介して支持ピン５３によって電動モータ２０の取付座２３にそれぞれ取り付けられている。この支持ピン５３は、図２に示すように、負圧供給装置１の幅方向に沿って挿入されており、従って、ダンパ５６、５６は、負圧供給装置１の幅方向における振動を吸収するようになっている。

次に、ポンプカバー１８の排気口１８ａに取り付けたチェックバルブ４０について説明する。図３は、チェックバルブ４０の平面図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ断面図であり、図５は、図３のＶ−Ｖ断面図である。
これら図３乃至図５に示すように、チェックバルブ４０は、円筒状に形成された本体部４０ａと、この本体部４０ａの先端に形成された弁体部４０ｂとを備え、シリコンゴム等の弾性部材によって一体に形成されている。
本体部４０ａは、弁体部４０ｂとは反対側に位置する基端部の周囲に、排気口１８ａと略同一径に形成されて当該排気口１８ａに嵌る嵌合部４１と、この嵌合部４１の上下にそれぞれ形成され、当該嵌合部４１よりも拡径した第１拡径部４２及び第２拡径部４３とを備える。弁体部４０ｂ側に形成された第１拡径部４２は、第２拡径部４３よりも大径に形成されており、嵌合部４１の高さは、ポンプカバー１８の板厚よりもわずかに低く形成されている。
チェックバルブ４０を排気口１８ａに取り付ける場合には、弁体部４０ｂを、ポンプカバー１８の内側（膨張室１９側）から機外に向けて排気口１８ａを貫通させ、ポンプカバー１８の外側に第１拡径部４２を延在させる。これにより、第１拡径部４２及び第２拡径部４３の弾性力によって、チェックバルブ４０が排気口１８ａに気密性及び水密性が高い状態で取り付けられる。

弁体部４０ｂは、図５に示すように、対称に形成された一対のシート状の弁部材４５ａ、４５ｂを側部で重ね合わせて一体に形成されている。これにより、弁体部４０ｂの先端の略中央には、本体部４０ａを介して膨張室１９と機外とを連通する開口部４６が形成される。この開口部４６は、弁部材４５ａ、４５ｂの弾性力によって、通常、閉じる方向に付勢されているため、この開口部４６を通じて膨張室１９内に、気体、液体、コンタミネーション及び塵埃等が侵入することはなく、チェックバルブとしての機能を確保している。
一方、チェックバルブ４０内を膨張室１９側から機外に向けて気体が通過すると、この気体が弁部材４５ａ、４５ｂの内面にぶつかって風圧として作用する。このため、この風圧が開口部４６における弁部材４５ａ、４５ｂの付勢力に抗って、この開口部４６を開放することにより、膨張室１９内の気体が機外に排出される。
通風量が多くなれば風圧は大きくなるため、この風圧に応じて開口部４６の開口面積（開口量）が変化する。本構成では、機外に排出される排気量が大きくなれば開口部４６の開口面積が徐々に大きくなり、排気量が少なくなれば開口部４６の開口面積が徐々に小さくなるようになっている。
また、弁体部４０ｂは、図４及び図５に示すように、本体部４０ａ側から開口部４６に向けて開口面積が小さくなるように形成されている。これにより、チェックバルブ４０を通過する風量が低減した場合であっても、弁部材４５ａ、４５ｂの内面にある程度の風圧をかけることができ、機外への排気を確実に行うことができる。

次に、本実施形態の動作について説明する。
図６は、ブレーキ動作、真空タンク内の圧力変化、及び真空ポンプの動作状態を示すタイムチャートであり、図７は、真空タンク内の圧力変化と真空ポンプの排気口付近での騒音値との関係を示すグラフである。
上述したように、本実施形態の負圧供給装置１は、車両に搭載されたブレーキ倍力装置の負圧源として用いられるものである。このため、ブレーキが動作するたびに、真空タンク内の負圧が使用されることにより、この真空タンク内の圧力は上昇する。
一方、真空タンク内の圧力が所定の上限値（本実施形態では−５０ｋＰａ）まで上昇すると、負圧供給装置１の真空ポンプ１０が作動することにより、この真空タンク内の圧力は低下し、この圧力が所定の下限値（本実施形態では−８０ｋＰａ）に至ると真空ポンプ１０の動作を停止するようになっている。
このように、本実施形態では、負圧供給装置１の真空ポンプ１０は、真空タンク内の圧力（圧縮要素の吸気圧力）が通常の使用圧力帯域（−８０ｋＰａ〜−５０ｋＰａ）となるように使用されている。また、本明細書において、所定の使用圧力とは、通常の使用圧力帯域の上限値をいう。

真空タンク内の圧力を上記した通常の使用圧力帯域（−８０ｋＰａ〜−５０ｋＰａ）まで低減させるように真空ポンプ１０が動作すると、真空タンク内が略真空状態に近づくにつれ、排気口１８ａを通過する排気量が低減する。
本実施形態では、上述したように、真空ポンプ１０の排気口１８ａに、排気量が低減するのに伴い、開口部４６の開口面積を狭めるチェックバルブ４０を設けているため、真空タンク内の圧力が通常の使用圧力帯域にある状態では、チェックバルブ４０の開口部４６の開口面積は狭められている。これによれば、排気量の低減により、排気音による騒音が低減されるとともに、開口面積を狭められた開口部４６を通じて、負圧となった真空ポンプ１０内への気体の逆流が抑制されるため、この逆流による騒音を低減することができる。

具体的には、図７に示すように、チェックバルブ４０を設けない真空ポンプでは、通常の使用圧力帯域（−８０ｋＰａ〜−５０ｋＰａ）における騒音値が、６８．２ｄＢＡ〜７３．２ｄＢＡであったのに対し、チェックバルブ４０を設けたことにより、騒音値が６２．１ｄＢＡ〜６４．６ｄＢＡとなり、６〜８ｄＢＡ程度の騒音の低減化を実現することができた。

以上説明したように、本実施形態によれば、ポンプカバー１８に形成された排気口１８ａに、真空タンク内の圧力が通常の使用圧力帯域まで低減した際に、排気口１８ａの開口面積を狭めるチェックバルブ４０を設けたため、このチェックバルブ４０の開口部４６を通じて、負圧となった真空ポンプ１０内への気体の逆流が抑制されるため、この逆流による騒音を低減することができる。

また、本実施形態によれば、チェックバルブ４０は、排気口１８ａを流れる排気量が低減するのに伴い、開口部４６の開口面積を狭める構成としているため、開口面積を狭めることによる通風抵抗の増加を防止できる。

また、本実施形態によれば、真空ポンプ１０の排気口１８ａに当該排気口１８ａから気体の流入を防止するチェックバルブ４０を設けているため、排気口１８ａを通じて気体の逆流が防止されるため、この逆流による騒音を防止できるとともに、真空ポンプ１０内への水の浸入を防止でき、防水性能の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、チェックバルブ４０は、弾性部材で一体に形成された弁体部４０ｂを備えるため、このチェックバルブ４０の構成を簡素化することができ、簡単な構成で騒音の低減を図ることができる。

以上、本発明を実施するための最良の実施の形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
本実施の形態では、本実施の形態では、排気口１８ａにチェックバルブ４０を設ける構成について説明したが、排気口１８ａの開口面積を狭めることができるのであれば、例えば、排気口１８ａに開度の調整が可能な電動弁を設け、この電動弁の開度を真空タンク内の圧力に応じて調整する構成としても良い。
また、本実施形態では、圧縮要素の吸気圧力として、真空タンク内の圧力を用いているが、これに限るものではなく、負圧供給装置１が接続される吸引対象物に応じて変更可能であることは勿論である。
また、本実施形態では、通常の使用圧力帯域として、真空タンク内の圧力を−８０ｋＰａ〜−５０ｋＰａの範囲で使用する構成について説明したが、負圧の範囲内であればどのような圧力帯域を用いても良い。
また、本実施形態では、真空ポンプとして、ベーン型の真空ポンプを用いているが、圧縮要素を備えるものであれば、例えば、スクロール型のものを用いても良い。

本発明の実施の形態に係る真空ポンプを備えた負圧供給装置の側部部分断面図である。 図１に示す負圧供給装置を右側から見た図である。 チェックバルブの平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図３のＶ−Ｖ断面図である。 ブレーキ動作、真空タンク内の圧力変化、及び真空ポンプの動作状態を示すタイムチャートである。 図７は、真空タンク内の圧力変化と真空ポンプの排気口付近での騒音値との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 負圧供給装置
１０ 真空ポンプ
１１ シリンダ本体（ケーシング）
１２ ロータ（圧縮要素）
１５ ベーン（圧縮要素）
１８ ポンプカバー（ケーシング）
１８ａ 排気口
１９ 膨張室
２０ 電動モータ
４０ チェックバルブ
４０ａ 本体部
４０ｂ 弁体部
４１ 嵌合部
４２ 第１拡径部
４３ 第２拡径部
４５ａ、４５ｂ 弁部材
４６ 開口部

Claims (4)

1. 圧縮要素を有するケーシングを備えた真空ポンプにおいて、
   前記ケーシングに形成された排気口に、前記圧縮要素の吸気圧力が少なくとも所定の使用圧力まで低減した際に、前記排気口の開口量を狭める絞り弁機構を設けたことを特徴とする真空ポンプ。
2. 前記絞り弁機構は、前記排気口を流れる排気量が低減するのに伴い、前記開口量を狭めることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
3. 前記絞り弁機構は、前記排気口から気体の流入を防止するチェックバルブであることを特徴とする請求項１または２に記載の真空ポンプ。
4. 前記絞り弁機構は、弾性部材で一体に形成された弁体部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空ポンプ。

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