JP2011007118A

JP2011007118A - 真空ポンプ

Info

Publication number: JP2011007118A
Application number: JP2009151866A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Takemi; 幸彦竹味
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】排出ガスの脈動による圧力変動を緩和して排気騒音を低減すると共にコストが安く、車両に搭載するにあたり占有空間が小さく且つ耐振性の高い真空ポンプを提供すること。
【解決手段】シリンダ１１の内周面１１ａに往復動自在に挿設したピストン１２と、
駆動室３６に備えられピストン１２を往復動させる駆動手段３０と、ピストン１２とシリンダ１１とシリンダヘッド５とに形成される作動室２０と、作動室２０にそれぞれ接続される吸気弁１３及び排気弁１４とを備えた真空ポンプ１であって、排気弁１４を介在して作動室２０の排出ガスを駆動室３６へ導く排出ガス流路１１ｄをシリンダ１１の内周面１１ａを形成するシリンダ壁１１ｃ内に設け、駆動室３６は順次駆動室側排気ポート４１ｂと機器室４６と機器室４６に設けた緩和室側排気ポート４１ｃを介して大気へ連通する。
【選択図】図４

Description

本発明は、排気脈動の圧力変動を緩和して排気騒音を低減した真空ポンプに関する。

従来技術の排気騒音を低減した真空ポンプとして、図９に示すように吸気弁１０１及び排気弁１０２を有するシリンダ１０３と、ピストンカップ１０４を装着しシリンダ１０３内を往復動するピストン１０５と、クランク１０８とコネクティングロッド１０７とを備えピストン１０５とモータ１１９とを連結するクランク機構１０６と、シリンダ１０３の図９における下端からクランク機構１０６を収納する駆動室１１７を形成するハウジング１０９と、シリンダ１０３の図９における上端に設けたヘッドカバー１１０とを備えた真空ポンプ１００が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この真空ポンプ１００は、ヘッドカバー１１０に備えた吸気ポート１１１及び排気ポート１１２と、ハウジング１０９に設けられ排気ポート１１２からハウジング１０９に排出ガスを導入するハウジング吸気口１１４と、排気ポート１１２とハウジング吸気口１１４とを接続する導管１１３と、ハウジング１０９から排出ガスを放出する為のハウジング排気口１１５と、ハウジング排気口１１５の下流に排出ガス量を制御する絞り弁１１６とを備えている。そして、ピストン１０５を下死点方向に移動させ真空チャンバー１２３の排出ガスを吸気ポート１１１から吸気弁１０１を通過させて作動室１１８へ吸入する。次に、ピストン１０５を上死点方向に移動させ、作動室１１８に吸入した排出ガスを排気弁１０２から順次排気ポート１１２と、導管１１３と、ハウジング吸気口１１４とを通過させて駆動室１１７に導入し、排気脈動による圧力変動を緩和させて絞り弁１１６から大気へ放出している。これにより、真空ポンプ１００の排気騒音が低減される。

また、図１０に示すように特許文献１の背景技術に記載の真空ポンプ１２０では、排気ポート１１２から排出ガスを大気中に放出する際に発生する排気騒音を低減するため、排気ポート１１２に導管１２２を介在して消音器１２１を設けている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２９１９４０号公報

しかしながら、特許文献１によれば、導管１１３と、導管１１３と排気ポート１１２とを接続するコネクターと、導管１１３とハウジング吸気口１１４とを接続するコネクターとが必要になり、真空ポンプ１００のコストが高くなる問題がある。

また、導管１１３はシリンダ１０３の外側に配設しているため真空ポンプ１００の占有空間が増大し、真空ポンプ１００を車両に搭載するに際、導管１１３と他部品との干渉を避けるスペースが必要になる問題がある。

また、導管１１３の振動を抑制するクランプ部品を設けず真空ポンプ１００を車載すると、車両からの振動より導管１１３が破損するおそれがある。

特許文献１の背景技術に記載の真空ポンプ１２０では、消音器１２１と、消音器１２１と導管１２２とを接続するコネクターと、排気ポート１１２と導管１２２とを接続するコネクターとが必要になり、真空ポンプ１２０のコストが高くなる問題がある。

また、真空ポンプ１２０を車両に搭載する際、真空ポンプ１２０は消音器１２１と他部品との干渉を避けるスペースが必要になり、真空ポンプ１２０の占有空間が増大する問題がある。

さらに、車両からの振動よる破損防止のために振動抑制用のクランプ部品を消音器１２１に配設せず真空ポンプ１２０を車両に搭載すると、車両からの振動により消音器１２１が破損する問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来技術よりも排出ガスの脈動による圧力変動を緩和して排気騒音を低減すると共にコストが安く、車両に搭載するにあたり占有空間が小さく且つ耐振性の高い真空ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、シリンダと、シリンダの内周面に往復動自在に挿設したピストンと、ピストンを往復動させる駆動手段を備える駆動室と、シリンダのヘッド側に設けたシリンダヘッドと、シリンダと、ピストンと、シリンダヘッドとにより形成される作動室と、作動室に接続される吸気弁と、作動室に接続される排気弁と、内周面を形成するシリンダ壁内に設けられ排気弁を介在して作動室の排出ガスを駆動室へ導く排出ガス流路と、駆動室に設けられ駆動室の排出ガスを大気へ放出する駆動室側排気ポートとを備え、排出ガス流路を通過して駆動室へ流入する排出ガスの流路断面積が拡大され、駆動室から駆動室側排気ポートへ流入する排出ガスの流路断面積が縮小される。

また、請求項２に記載の発明は、シリンダと、シリンダの内周面に往復動自在に挿設したピストンと、ピストンを往復動させる駆動手段を備える駆動室と、シリンダのヘッド側に設けたシリンダヘッドと、シリンダと、ピストンと、シリンダヘッドとにより形成される作動室と、作動室に接続される吸気弁と、作動室に接続される排気弁と、内周面を形成するシリンダ壁内に設けられ排気弁を介在して作動室の排出ガスを駆動室へ導く排出ガス流路と、駆動室に設けられ駆動室の排出ガスを流出する駆動室側排気ポートと、駆動室側排気ポートを介して駆動室に連通される圧力変動緩和室と、圧力変動緩和室に設けられ圧力変動緩和室の排出ガスを大気へ放出する緩和室側排気ポートとを備え、排出ガス流路を通過して駆動室へ流入する排出ガスの流路断面積が拡大され、駆動室から駆動室側排気ポートへ流入する排出ガスの流路断面積が縮小され、駆動室側排気ポートから圧力変動緩和室へ流入する排出ガスの流路断面積が拡大され、圧力変動緩和室から緩和室側排気ポートへ流入する排出ガスの流路断面積が縮小される。

請求項１に記載の発明では、シリンダ壁内には排気弁を介在して作動室の排出ガスを駆動室へ導く排出ガス流路が設けられ、駆動室は駆動室の排出ガスを大気へ放出する駆動室側排気ポートとを備えている。そして、吸入弁の吸入側を真空チャンバーへ連通することにより、ピストンが下死点方向へ移動すると、吸入弁を介在して真空チャンバーの排出ガスは作動室へ吸引される。作動室へ吸引された排出ガスは、ピストンの上死点方向の移動により大気圧より高い圧力に昇圧され、排気弁から排出ガス流路を通過して駆動室へ流入する。すると、作動室から駆動室へ至る流路の流路抵抗と駆動室の空間容積とが連携し、駆動室において排気脈動による排出ガスの圧力変動が緩和される。また、排出ガスが駆動室へ流入する際の流路断面積拡大と駆動室から駆動室側排気ポートへの流路断面積縮小とにより音響エネルギーが消費され、駆動室側排気ポートから大気へ導かれ放出される。以上により、排気脈動による変動圧力に起因する排気騒音が低減され、低騒音の真空ポンプが提供できる。

また、従来技術の真空ポンプでは、作動室と駆動室とを連通するシリンダの外側に設けた導管とヘッドカバーに設けた排気ポートとを接続するコネクターと、前記の導管とハウジングに設けたハウジング吸気口とを接続するコネクターとを配備しなければならない。また、別の従来技術の真空ポンプでは、シリンダの外側にそれぞれ設けた消音器と導管とを接続するコネクターと、上記の導管とヘッドカバーに設けた排気ポートとを接続するコネクターとが必要になる。しかし、本発明の真空ポンプは、作動室の排出ガスを作動室に導く排出ガス流路がシリンダの内周面を形成するシリンダ壁内に設けられているので、前述の従来技術の真空ポンプで必要とされるコネクターは不要になる。さらに、シリンダ壁内に設けた排出ガス流路はシリンダの内周面を形成するシリンダボアと同時に成形できる。以上により本発明の真空ポンプのコストは、従来技術の真空ポンプに比べて低減される。

また、従来技術の真空ポンプでは、作動室と駆動室とを連通する導管あるいは消音器をシリンダの外側に設けているが、本発明の真空ポンプは、作動室と駆動室とを連通する排出ガス流路をシリンダ壁内に設けている。従って、本発明の真空ポンプを車両に搭載する際の真空ポンプの占有空間は、従来技術の真空ポンプの占有空間より減少する。

さらに、真空ポンプを車両に搭載する際、従来技術の真空ポンプでは、作動室の排出ガスを駆動室へ導く導管、あるいは、ヘッドカバーの排気ポートに導管を介在して設けた消音器はシリンダの外側に設けられているので、振動抑制用のクランプ部品を配備しなけれならない。本発明の真空ポンプは、作動室と駆動室とを連通する排出ガス流路がシリンダ壁内に設けられ、シリンダは従来技術の真空ポンプのシリンダの外側に設けた導管に比べて外径と肉厚が大きいので振動に対する疲労強度が従来技術の導管より大幅に高い。そして、排出ガス流路を形成するシリンダ壁部分は、振動に対する疲労強度の高いシリンダにより補強されている。従って、従来技術の真空ポンプの導管、あるいは、消音器に取付けられる振動抑制用のクランプ部品を配備することなく、車両に搭載可能な耐振性の高い真空ポンプが提供できる。

また、請求項２に記載の発明では、シリンダ壁内には排気弁を介在して作動室の排出ガスを駆動室へ導く排出ガス流路が設けられ、駆動室は駆動室の排出ガスを圧力変動緩和室へ流出する駆動室側排気ポートとを備え、そして、圧力変動緩和室は圧力変動緩和室の排出ガスを大気へ放出する緩和室側排気ポート備えている。これにより、排出ガスが駆動室へ流入すると、作動室から駆動室へ至る流路の流路抵抗と駆動室の空間容積とが連携し、駆動室において排気脈動による排出ガスの圧力変動が緩和される。また、排出ガスが駆動室へ流入する際の流路断面積拡大と駆動室から駆動室側排気ポートへの流路断面積縮小とにより音響エネルギーが消費される。そして、駆動室側排気ポートから圧力変動緩和室へ流入する。上述と同様に、圧力変動緩和室へ流入した排出ガスの排気脈動による圧力変動は、駆動室側排気ポートの流路抵抗と圧力変動緩和室の空間容積との連携により、圧力変動緩和室において緩和される。また、駆動室側排気ポートから圧力変動緩和室への流路断面積拡大と圧力変動緩和室から緩和室側排気ポートへの流路断面積縮小とにより音響エネルギーが消費されて、緩和室側排気ポートから大気へ放出される。以上により、駆動室側で排気騒音が低減された排出ガスは、更に圧力変動緩和室側で排気騒音が低減されるので、請求項１の発明の効果に記載の排気騒音を低減した真空ポンプより、更に排気騒音を低減できる。

また、本発明の真空ポンプは、作動室の排出ガスを作動室に導く排出ガス流路がシリンダの内周面を形成するシリンダ壁内に設けられているので、以下の効果を生じる。即ち、従来技術の真空ポンプで必要とされるコネクターは不要になる。さらに、シリンダ壁内に設けた排出ガス流路はシリンダの内周面を形成するシリンダボアと同時に成形できる。以上により本発明の真空ポンプのコストは、従来技術の真空ポンプに比べて低減される。また、本発明の真空ポンプを車両に搭載する際の真空ポンプの占有空間は、従来技術の真空ポンプの占有空間より減少する。さらに、シリンダは従来技術の真空ポンプのシリンダの外側に設けた導管に比べて振動に対する疲労強度が大幅に高く、排出ガス流路を形成するシリンダ壁部分は振動に対する疲労強度の高いシリンダにより補強されている。従って、従来技術の真空ポンプの導管、あるいは、消音器に取付けられる振動抑制用のクランプ部品を配備することなく、車両に搭載可能な耐振性の高い真空ポンプが提供できる。

本発明の実施例に係る真空ポンプの作動部を分解した斜視図である。図１のＸ方向から見た本発明の実施例に係る真空ポンプの側面図である。図２のＺ−Ｚ断面図である。図２のＹ−Ｙ断面図である。本発明の実施例に係る真空ポンプのバルブボディの説明図である。本発明の実施例に係る真空ポンプのバルブボディの説明図である。図３のＥ部拡大図である。図３に示すバルブボディとヘッドカバーとの間に設けたガスケットの説明図である。従来技術の説明図である。他の従来技術の説明図である。

以下に本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係る真空ポンプ１の作動部２を分解した分解斜視図で、図２は、図１に示すＸ方向から視た真空ポンプ１の側面図である。図３と図４は、それぞれ図２のＺ−Ｚ断面図とＹ−Ｙ断面図である。図１、図２及び図３に示すように真空ポンプ１は、ピストン１２（図３）を往復動させる駆動手段３０（図３）を備える駆動部３と、駆動手段３０を運転制御する制御部４と、往復動するピストン１２により真空チャンバー（図示せず）を真空にする作動部２とにより構成される。

図３及び図４に示すように駆動部３は、ピストン１２を往復動させる駆動手段３０と、駆動手段３０を備えたクランクケース３５とを備える。図３に示すように駆動手段３０は、モータ３１と、モータ３１の軸３１ａに挿嵌固定したクランク３２と、クランク３２とピストン１２とを連結するコネクティングロッド３３とを備える。モータ３１は、ガスケット３４を介在してモータ３１の軸３１ａがクランクケース３５の内側に収納されるように複数本のボルト３７（図２）によりクランクケース３５の図３における下側の端面３５ｃに気密固定される。クランク３２は、モータ３１の軸３１ａを回転中心に回転するクランクピン３２ａと、バランサ３２ｂとを備えている。

図４に示すようにコネクティングロッド３３は、大端部３３ａに圧入された軸受３３ｃと、小端部３３ｂに圧入された軸受３３ｄとを備える。そして、軸受３３ｃの内径側にクランク３２のクランクピン３２ａが圧入され、軸受３３ｄの内径側にはピストン１２に挿着したピストンピン１２ｃが挿入される。これにより、モータ３１の軸３１ａの回転はピストン１２の往復動に変換される。

尚、本実施例の真空ポンプ１の駆動手段３０は、モータ３１の回転をクランク機構によりピストン１２の往復動に変換しているが、ピストン１２を駆動手段であるリニアモータ（図示せず）に接続してリニアモータの往復動を直接ピストン１２へ伝達しても良い。

また、クランクケース３５の図３における左側（シリンダ１１側）の端面３５ａ側にはガスケット１６を介在してシリンダ１１が設けられ、図３における上側の端面３５ｂにはガスケット４３を介在して制御部４のケース４１が設けられる。そして、駆動手段３０が備えられる駆動室３６は、モータ３１とケース４１とに包囲されたクランクケース３５の内側の空間３５ｅ、また空間３５ｅとモータ３１の空間３１ｂとを合わせた空間から形成される。即ち、モータ３１がブラッシを有するモータである場合は、駆動室３６はブラッシの酸化防止の関点からクランクケース３５の空間３５ｅより形成されるのが好ましい。モータ３１がブラッシレスモータである場合は、空間容積増大とモータ３１の冷却の関点から駆動室３６は、モータ３１の側壁３１ｃに一点鎖線で示す孔３１ｄ（図４）が開口されてクランクケース３５の空間３５ｅとモータ３１の空間３１ｂとが連通され、空間３５ｅと空間３１ｂとを合わせた空間より形成されるのが好ましい。尚、本実施例の真空ポンプ１の駆動室３６は、クランクケース３５の空間３５ｅである場合を示す。

作動部２は、シリンダ１１と、シリンダ１１の内周面１１ａに往復動自在に挿設したピストン１２と、シリンダ１１のヘッド１１ｂ側に設けたバルブボディ５（シリンダヘッド）と、バルブボディ５に配設した吸気弁１３及び排気弁１４と、ガスケット１８を介在してバルブボディ５の図３における左端面側を包囲するヘッドカバー１５と、ガスケット１６、１７、１８とを備える。そして、図１に示すように作動部２は、順次ガスケット１６と、シリンダ１１と、ガスケット１７と、バルブボディ５と、ガスケット１８と、ヘッドカバー１５とが、軸方向へ積層され複数本のボルト２１によってクランクケース３５に固定される。

ピストン１２は、外周側に装着されるピストンリング１２ａと、ライダーリング１２ｂと、ピストンピン１２ｃとを備え、ピストンリング１２ａ及びライダーリング１２ｂは、例えば充填材入り四フッ化樹脂などの無潤滑摺動材から形成される。そして、ピストン１２と、シリンダ１１と、バルブボディ５とに包囲され、吸気弁１３から吸入される真空チャンバーの排出ガス（例えば、空気）を圧縮する作動室２０が形成される。

図４に示すようにシリンダ１１のシリンダ壁１１ｃ内には、軸に平行な排出ガス流路１１ｄが設けられる。また、クランクケース３５の端面３５ａには、作動室２０から排出され排出ガス流路１１ｄを通過した排出ガスを駆動室３６へ導入する流路３５ｄが開口され、駆動室３６は駆動室側排気ポート４１ｂ（図３）を介して機器室４６（圧力変動緩和室）へ連通される。

ここで、作動室２０から駆動室３６に至る流路の流路抵抗をＲ_１、駆動室３６の空間容積をＶ_１とする。流路抵抗Ｒ_１は、排出ガスの圧力（＝一定圧力＋排気脈動による変動圧力）の吸気弁１３と排気弁１４の開閉によって生じる排気脈動による変動圧力（以下、脈動圧力）の振れの緩和（圧力振幅の減少）と、一定圧力の圧力降下とを生じさせるように機能する。駆動室３６の空間容積Ｖ_１は、駆動室３６に流入した排出ガスの脈動圧力の振れを緩和させるように機能する。そして、上記の流路抵抗Ｒ_１と駆動室３６の空間容積Ｖ_１とが連携して、駆動室３６で脈動圧力の振れが緩和される。駆動室３６の脈動圧力の振れ値は、流路抵抗Ｒ_１と、空間容積Ｖ_１と、脈動圧力の角速度ω（＝２πｆ、π：円周率、ｆ：脈動圧力の周波数）との相乗値Ｒ_１Ｖ_１ωが大きいほど減少される。従って、駆動室３６は、作動室２０から駆動室３６に至る流路の流路抵抗Ｒ_１と駆動室３６の空間容積Ｖ_１とが連携して、駆動室３６は排気脈動による駆動室３６の圧力変動を緩和する圧力変動緩和室として機能する。

また、クランクケース３５の端面３５ｃ（図３）側の外周面には、真空ポンプ１を支持する支持部３５ｆが設けられ、支持部３５ｆには防振ブッシュ３８が装着される。

尚、本実施例の真空ポンプ１では、排出ガス流路１１ｄはクランクケース３５に設けた流路３５ｄを介して駆動室３６へ連通されるが、排出ガス流路１１ｄを直接、駆動室３６へ連通しても良い。また、排出ガス流路１１ｄは、シリンダ壁１１ｃ内に２個設けているが、１個以上であれば良い。

図３に示すように制御部４は、モータ３１の回転を制御する駆動回路４２と、駆動回路４２を収納する機器室４６を形成するケース４１と、ガスケット４３、４４と、蓋４５とを備え、クランクケース３５の図３における上部のスペースに配設される。

ケース４１は、図３における下端側に底壁４１ａを有し、上端側が開口されたカップ形状をなしている。そして制御部４は、クランクケース３５の端面３５ｂに順次ガスケット４３と、ケース４１と、ガスケット４４と、蓋４５とが積層され、複数本のボルト４７によりクランクケース３５に気密固定される。

ケース４１の底壁４１ａには駆動室側排気ポート４１ｂが設けられ、ケース４１の外周側には機器室４６の排出ガスを大気へ放出する緩和室側排気ポート４１ｃ（図２、図３）が設けられる。これにより、駆動室３６は、順次駆動室側排気ポート４１ｂと、機器室４６と、緩和室側排気ポート４１ｃとを経由して大気へ連通される。

ここで、駆動室側排気ポート４１ｂの流路抵抗を流路抵抗Ｒ_２、機器室４６の空間容積をＶ_２とする。流路抵抗Ｒ_２は、駆動室側排気ポート４１ｂを流れる排出ガスの圧力（＝一定圧力＋排気脈動による変動圧力）の脈動圧力の振れの緩和と、一定圧力の圧力降下とを生じさせるように機能する。機器室４６の空間容積Ｖ_２は、機器室４６に流入した排出ガスの脈動圧力の振れを緩和させるように機能する。そして、上記の流路抵抗Ｒ_２と、機器室４６の空間容積Ｖ_２とが連携して、機器室４６では脈動圧力の振れが緩和される。機器室４６の脈動圧力の振れ値は、流路抵抗Ｒ_２と、空間容積Ｖ_２と、脈動圧力の角速度ωとの相乗値Ｒ_２Ｖ_２ωが大きいほど減少する。従って、機器室４６は、駆動室側排気ポート４１ｂの流路抵抗Ｒ_２と機器室４６の空間容積Ｖ_２とが連携して、機器室４６は排気脈動による機器室４６の圧力変動を緩和する圧力変動緩和室として機能する。

尚、本実施例の真空ポンプ１は、駆動室３６へ流入する排出ガスを駆動室側排気ポート４１ｂと、機器室４６を介在して緩和室側排気ポート４１ｃから大気へ放出しているが、駆動室３６へ流入する排出ガスを駆動室側排気ポート４１ｂから大気へ放出しても良い。この場合も、作動室２０から駆動室３６に至る流路の流路抵抗Ｒ_１と駆動室３６の空間容積Ｖ_１とが連携して、駆動室３６では脈動圧力の振れが緩和される。即ち、流路抵抗Ｒ_１の流路の入口の脈動圧力をΔＰ_０、駆動室３６の脈動圧力をΔＰ_１、気体定数をＲ、排出ガス温度Ｔとし、上記の流路抵抗Ｒ_１及び駆動室側排気ポート４１ｂの流路抵抗Ｒ_２を線形の流路抵抗、脈動圧力ΔＰ_０を略正弦波形とする。脈動圧力ΔＰ_１も略正弦波形となり、ΔＰ_１とΔＰ_０との比（ΔＰ_１／ΔＰ_０）は、（ΔＰ_１／ΔＰ_０）≒１／√｛（Ｒ_１Ｖ_１ω／ＲＴ）^２＋（１+Ｒ_１／Ｒ_２）^２｝＜１となる。従って、流路抵抗Ｒ_１と、空間容積Ｖ_１と、脈動圧力の角速度ωとの相乗値Ｒ_１Ｖ_１ωが大きいほど、駆動室３６の脈動圧力の振れは減少され、駆動室３６は圧力緩和室として機能する。

また、機器室４６には駆動回路４２が備えられているが、駆動回路４２等何も設けず空洞でも良い。

また、前述したようにモータ３１がブラッシレスモータである場合は、モータ３１の空間３１ｂは孔３１ｄ（図４）を介してクランクケース３５の空間３５ｅと連通して駆動室３６の一部として利用できるが、上述の機器室４６と同様に圧力変動緩和室として利用できる。即ち、モータ３１がブラッシレスモータである場合は、孔３１ｄ（駆動室側排気ポート）を駆動室側排気ポートとして機能させてクランクケース３５の空間３５ｅとモータ３１の空間３１ｂとを連通し、空間３１ｂに図示していないが一端が大気へ開放する緩和室側排気ポートを空間３１ｂへ接続する。これにより、モータ３１の空間３１ｂ（圧力変動緩和室）は、機器室４６と同じように圧力変動緩和室として機能する。そして、孔３１ｄの流路抵抗と、空間３１ｂの容積とが連携して、空間３１ｂで脈動圧力の振れが緩和される。

図５と図６は共にバルブボディ５の説明図であり、図５（ａ）は図３に示す矢印Ａ方向からの矢視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣＣ断面図を示し、そして、図６（ａ）は図３に示す矢印Ｂ方向からの矢視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤＤ断面図を示す。図５と図６に示すようにバルブボディ５は、吸気弁１３を介在して真空チャンバーの排出ガスを作動室２０へ吸引する吸入流路系５ａと、作動室２０で圧縮された排出ガスを排気弁１４を介在して排出する排出流路系５ｂとを備える。

図５に示すように吸入流路系５ａは、吸入流路５ａｂと、複数個の流路孔５ａｃと、吸気弁１３を配設する吸気弁室５ａｄとにより形成される。即ち、吸入流路５ａｂの一端側は真空チャンバーへ連通される吸気ポート５ａａを形成し、他端側は吸入流路５ａｂの一部を形成する隔壁５ｃに設けた複数個の流路孔５ａｃの一端へ連通される。流路孔５ａｃの他端は吸気弁室５ａｄへ連通され、吸気弁室５ａｄは略六角形状に開口されて作動室２０（図３）へ連通される。

図７は、図３のＥ部拡大図である。図７に示すように、吸気弁１３は略傘型形状でゴム材により成形され、中心に設けた突起部１３ｂと、突起部１３ｂから略円錐状に拡がるリップ部１３ａとを備える。ガスケット１７は、複数個の開口部１７ａと、複数個の開口部１７ｂと、複数個の開口部１７ｃ（図４）を備えると共に、吸気弁１３のリフト量の規制による応力緩和機能と吸気弁１３の抜け防止機能とを備える。開口部１７ａは排出ガスが作動室２０へ流入し、開口部１７ｂは排出ガスが作動室２０から流入し、そして開口部１７ｃは排出ガスが排出ガス流路１１ｄへ流入する。

図５と図７に示すように、吸気弁室５ａｄの隔壁５ｃの中央に孔５ｃａが開口され、孔５ｃａに吸気弁１３の突起部１３ｂが気密に装着され、吸気弁１３の抜け防止のため吸気弁１３の図７における右端面をガスケット１７に当接させている。吸気弁１３の閉状態では、吸気弁１３のリップ部１３ａに作用する作動室２０と流路孔５ａｃとの排出ガスの差圧とリップ部１３ａの弾性力とにより、リップ部１３ａの外周側端面が流路孔５ａｃの開口部分を包囲するように隔壁５ｃの弁座５ｃｂに当接する。これにより、作動室２０と流路孔５ａｃとの連通が断たれる。吸気弁１３の開状態では、リップ部１３ａに作用する流路孔５ａｃと作動室２０との排出ガスの差圧による力が、リップ部１３ａの弾性力より大きくなり、リップ部１３ａが作動室２０側へリフトして隔壁５ｃの弁座５ｃｂから離間する。この時、リップ部１３ａの一部はガスケット１７に当接し、リップ部１３ａの応力が緩和される。そして、流路孔５ａｃと作動室２０とが連通され、吸入流路５ａｂは流路孔５ａｃと吸気弁室５ａｄとガスケット１７の開口部１７ａとを経由して作動室２０へ連通される。

図６に示すように排出流路系５ｂは、複数個の流路孔５ｂａと、排気弁室５ｂｂと、流路５ｂｃと、室５ｂｄと、流路孔５ｂｅとから形成される。複数個の流路孔５ｂａは隔壁５ｄに設けられ、一端は作動室２０（図３）へ開口され、他端は排気弁室５ｂｂへ開口される。排気弁室５ｂｂは、円柱形状でヘッドカバー１５側が開口され、外周から図６（ａ）における左右に延在する溝からなる流路５ｂｃを備え、排気弁１４が配設される。流路５ｂｃの延在先端は、排気弁室５ｂｂの図６（ａ）における上側半円を包囲するように設けた室５ｂｄへ連通される。室５ｂｄは、略三角形状の溝でヘッドカバー１５側が開口され、室５ｂｄを形成する略三角形状の隔壁５ｅに流路孔５ｂｅが設けられる。流路孔５ｂｅの一端は、排出ガス流路１１ｄに接続される排気ポート５ｂｆを形成する。そして、排気弁室５ｂｂと、流路５ｂｃと、室５ｂｄとは、ガスケット１８（図７）を介在してヘッドカバー１５（図７）により大気に対し気密が確保される。

図７に示すように排気弁１４は、断面が略凸型形状でゴム材よりなる弁体１４ａと圧縮バネ１４ｂとを備え、前述したように排気弁室５ｂｂに配設される。図８はガスケット１８の説明図を示し、（ａ）は図３に示す矢印Ａ方向からの矢視図で、（ｂ）は（ａ）のＦＦ断面図である。図８に示すようにガスケット１８は、排気弁１４の設置位置を確保するガイド部１８ａと、両面に大気側との気密を確保するシール部１８ｂ、１８ｂとを備える。圧縮バネ１４ｂはガスケット１８と弁体１４ａとの間に設けられると共に、圧縮バネ１４ｂの図７における左端の外周側がガイド部１８ａに内接する。これにより、排気弁１４の作動中においても、排気弁１４の設置位置がずれることなく確保される。

排気弁１４の閉状態では、圧縮バネ１４ｂの付勢力と弁体１４ａに作用する排気弁室５ｂｂと作動室２０との間の差圧とにより弁体１４ａの端面１４ａａが弁座５ｅａに当接する。これにより、流路孔５ｂａと排気弁室５ｂｂとの間の気密が確保される。排気弁１４の開状態は、弁体１４ａに作用する作動室２０と排気弁室５ｂｂとの間の差圧による力が圧縮バネ１４ｂの付勢力より大きくなり、弁体１４ａの端面１４ａａが弁座５ｅａから離間して、流路孔５ｂａと排気弁室５ｂｂとが連通される。従って、排気弁１４の開状態においては、図４および図７に示すように作動室２０は、順次ガスケット１７の開口部１７ｂ（図７）と、排出流路系５ｂ（流路孔５ｂａ、排気弁室５ｂｂ、流路５ｂｃ、室５ｂｄと、流路孔５ｂｅ）と、ガスケット１７の開口部１７ｃと、シリンダ１１の排出ガス流路１１ｄと、クランクケース３５の流路３５ｄとを経由して駆動室３６へ連通される。

次に、本発明の実施例に係る真空ポンプ１の作動と効果について説明する。駆動回路４２によりモータ３１の軸３１ａを回転させると、クランク３２のクランクピン３２ａは軸３１ａを回転中心に回転する。この回転によりピストン１２は、コネクティングロッド３３を介してシリンダ１１の内周面１１ａを往復動する。そして、ピストン１２が上死点から下死点方向に僅か移動した位置において、排気弁１４は既に閉じられている。一方、吸気弁１３は、吸気弁１３のリップ部１３ａに作用する流路孔５ａｃと作動室２０との排出ガスの差圧により、リップ部１３ａが作動室２０側へリフトして隔壁５ｃの弁座５ｃｂから離間し自動的に開かれる。これにより、吸気ポート５ａａに接続された真空チャバー内の排出ガスが作動室２０へ吸引され始め、ピストン１２の下死点方向への移動により真空チャンバーの真空度は徐々に上昇する。

そして、ピストン１２が下死点を通過し、下死点から僅か上死点方向へ移動した位置で、作動室２０の圧力は流路孔５ａｃの圧力より高くなり、吸気弁１３のリップ部１３ａが弁座５ｃｂに当接し、吸気弁１３は自動的に閉じられる。更に、ピストン１２が上死点方向へ僅か移動した位置で、作動室２０の圧力は排気弁室５ｂｂの圧力より高くなる。これにより、弁体１４ａに作用する作動室２０と排気弁室５ｂｂとの間の差圧による力が圧縮バネ１４ｂの付勢力より大きくなり、弁体１４ａの端面１４ａａが弁座５ｅａから離間して排気弁１４は自動的に開かれる。これにより、作動室２０に吸引された排出ガスは、図４の太破線の矢印に示すように、順次ガスケット１７の開口部１７ｂと、バルブボディ５の排出流路系５ｂと、ガスケット１７の開口部１７ｃと、シリンダ壁１１ｃ内の排出ガス流路１１ｄと、クランクケース３５の流路３５ｄとを通過して、駆動室３６へ流入する。更に、駆動室３６へ流入した排出ガスは、ケース４１の駆動室側排気ポート４１ｂと、機器室４６とを通過して緩和室側排気ポート４１ｃから大気へ放出される。

ピストン１２が上死点を通過して僅か下死点方向へ移動した位置で、作動室２０の圧力は排気弁室５ｂｂの圧力より低くなる。これにより、弁体１４ａに作用する排気弁室５ｂｂと作動室２０との間の差圧による力は圧縮バネ１４ｂの付勢力より小さくなり、弁体１４ａの端面１４ａａが弁座５ｅａに当接して、排気弁１４は自動的に閉じられ作動室２０からの排気は停止される。更にピストン１２が下死点方向へ僅か移動すると、前述したように吸気弁１３が再び開かれる。以上により、真空ポンプ１の１サイクルが形成される。そして、この１サイクルが多数回繰り返されることにより、真空チャンバーは所定の真空度に到達する。

ところで、流路３５ｄから排出ガスが駆動室３６へ流入する際の流路断面積の急拡大と、駆動室３６から駆動室側排気ポート４１ｂへ流入する際の流路断面積の急縮小とにより、駆動室３６内において排出ガスの音響エネルギーが消費される空洞型消音器が形成される。前述したようにピストン１２の往復動により、吸入弁１３から作動室２０へ吸引された排出ガスは、排気弁１４から排出され、排出流路系５ｂと、排出ガス流路１１ｄと、流路３５ｄを通過して駆動室３６へ流入する。この時、作動室２０から駆動室３６へ至る流路の流路抵抗と駆動室３６の空間容積とが連携して、駆動室３６へ流入した排出ガスは排気脈動による圧力変動が緩和され、且つ、上述の空洞型消音器による流路断面積の急拡大と急縮小とにより音響エネルギーが消費されて、駆動室側排気ポート４１ｂから機器室４６へ流入する。これにより、排気脈動による変動圧力に起因する駆動室３６から発生する排気騒音は低減される。

同様に、駆動室３６の排出ガスが駆動室側排気ポート４１ｂから機器室４６へ流入する際の流路断面積の急拡大と、機器室４６から緩和室側排気ポート４１ｃへ流入する際の流路断面積の急縮小とにより、機器室４６内において排出ガスの音響エネルギーが消費される空洞型消音器が形成される。そして駆動室３６側の空洞型消音器と同様に、駆動室側排気ポート４１ｂの流路抵抗と機器室４６の空間容積とが連携して、機器室４６へ流入した排出ガスは排気脈動による圧力変動が緩和され、且つ、機器室４６側の空洞型消音器の流路断面積の急拡大と急縮小とにより音響エネルギーが消費されて、緩和室側排気ポート４１ｃから大気へ放出される。これにより、排気脈動による変動圧力に起因する機器室４６から発生する排気騒音は更に低減される。即ち、駆動室３６側の空洞型消音器と機器室４６側の空洞型消音器とが直列に配備されることにより、駆動室３６側の空洞型消音器のみによる排出ガスの騒音低減に比べて、騒音低減効果は更に増大する。

以上により、低騒音の真空ポンプ１が提供できる。例えば、本実施例の真空ポンプ１は作動室２０の排出ガスをバルブボディ５の排気ポート５ｂｆから大気へ放出した場合と比べて、略２０ｄＢ排気騒音が低減される。

また、機器室４６に配備した駆動回路４２は、機器室４６を流動する排出ガスにより冷却される。

尚、本実施例の真空ポンプ１は、駆動室３６へ流入する排出ガスを駆動室側排気ポート４１ｂと、機器室４６を介在して緩和室側排気ポート４１ｃから大気へ放出しているが、駆動室３６へ流入する排出ガスを駆動室側排気ポート４１ｂから大気へ放出しても良い。この場合、作動室２０から駆動室３６へ至る流路の流路抵抗と駆動室３６の空間容積とが連携して、駆動室３６へ流入した排出ガスは排気脈動による圧力変動が緩和され、且つ、上述の空洞型消音器による流路断面積の急拡大と急縮小とにより音響エネルギーが消費されて、駆動室側排気ポート４１ｂから大気へ放出される。これにより、作動室２０の排出ガスをバルブボディ５の排気ポート５ｂｆから大気へ放出した場合と比べて、排気脈動による変動圧力に起因する駆動室３６から発生する排気騒音は低減され、また、本実施例の真空ポンプ１に比べて真空ポンプの構成が簡素になるが、真空ポンプ１に比べて排気騒音は若干増大する。

また、モータ３１がブラッシレスモータであり、モータ３１の空間３１ｂを圧力変動緩和室として利用する場合も、機器室４６の場合と同様に、モータ３１の空間３１ｂと、駆動室側排気ポート３１ｄと、緩和室側排気ポート（図示せず）とにより空洞型消音器が形成される。そして、機器室４６の場合と同様の作用により同様の効果を生じると共に、真空ポンプ１の構成が簡素になる。

さらに、従来技術の真空ポンプ１００では、シリンダ１０３の外側に設けた導管１１３と排気ポート１１２とを接続するコネクターと、導管１１３とハウジング吸気口１１４とを接続するコネクターとが必要になる。また、従来技術の真空ポンプ１２０では、シリンダ１０３の外側に設けた消音器１２１と導管１２２とを接続するコネクターと、排気ポート１１２と導管１２２とを接続するコネクターとが必要になる。しかし、本実施例の真空ポンプ１は、作動室２０の排出ガスが流れる排出ガス流路１１ｄがシリンダ壁１１ｃ内に設けられている。従って、従来技術の真空ポンプ１００あるいは１２０に必要な前述のコネクターは不要になる。さらに、排出ガス流路１１ｄは、シリンダ１１の内周面１１ａを形成するシリンダボアと同時に成形される。以上により、本実施例の真空ポンプ１のコストは低減される。

また、従来技術の真空ポンプ１００は作動室１１８と駆動室１１７とを連通する導管１１３をシリンダ１０３の外側に設けており、従来技術の真空ポンプ１２０はシリンダ１０３の外側に消音器１２１を設けている。しかし、本実施例の真空ポンプ１は、流路３５ｄを介して作動室２０と駆動室３６とを連通する排出ガス流路１１ｄをシリンダ壁１１ｃ内に設けている。また、駆動室３６側の空洞型消音器はクランクケース３５を利用し、機器室４６側の空洞型消音器はクランクケース３５外側のスペースを利用している。以上により、真空ポンプを車両に搭載する際、本実施例の真空ポンプ１の占有空間は、従来技術の真空ポンプ１００あるいは１２０の占有空間より減少する。

また、吸入流路系５ａと排出流路系５ｂは、共にバルブボディ５に設けられ、排出流路系５ｂの排気ポート５ｂｆは、ガスケット１７を介在してシリンダ１１に設けた排出ガス流路１１ｄに接続されているので、本実施例の真空ポンプ１は小型になる。

さらには、真空ポンプを車両に搭載する際、従来技術の真空ポンプ１００あるいは１２０では、作動室の排出ガスを駆動室へ導く導管１１３、あるいは導管１２２を介在してヘッドカバー１１０の排気ポート１１２に設けた消音器１２１に振動抑制用のクランプ部品を配備しなけれならない。しかし、本実施例の真空ポンプ１では、作動室２０の排出ガスを駆動室３６へ導く排出ガス流路１１ｄはシリンダ壁１１ｃ内に設けられ、シリンダ１１は従来技術の導管１１３に比べて外径と肉厚とが大きいので振動に対する疲労強度が従来技術の導管より大幅に高い。そして、排出ガス流路１１ｄを形成するシリンダ壁１１ｃ部分は、振動に対する疲労強度の高いシリンダ１１により補強されている。従って、本実施例の真空ポンプ１は、従来技術の真空ポンプ１００の導管１１３、あるいは、真空ポンプ１２０の消音器１２１に取付けられる振動抑制用のクランプ部品を配備することなく、車両に搭載可能な耐振性の高い真空ポンプ１が提供できる。

１真空ポンプ
５バルブボディ（シリンダヘッド）
１１シリンダ
１１ｃシリンダ壁
１１ａ内周面
１１ｂヘッド
１１ｄ排出ガス流路
１２ピストン
１３吸気弁
１４排気弁
２０作動室
３０駆動手段
３１ｂ空間（圧力変動緩和室）
３１ｄ孔（駆動室側排気ポート）
３６駆動室
４１ｂ駆動室側排気ポート
４１ｃ緩和室側排気ポート
４６機器室（圧力変動緩和室）

Claims

シリンダと、
前記シリンダの内周面に往復動自在に挿設したピストンと、
前記ピストンを往復動させる駆動手段を備える駆動室と、
前記シリンダのヘッド側に設けたシリンダヘッドと、
前記シリンダと、前記ピストンと、前記シリンダヘッドとにより形成される作動室と、
前記作動室に接続される吸気弁と、
前記作動室に接続される排気弁と、
前記内周面を形成するシリンダ壁内に設けられ前記排気弁を介在して前記作動室の排出ガスを前記駆動室へ導く排出ガス流路と、
前記駆動室に設けられ前記駆動室の排出ガスを大気へ放出する駆動室側排気ポートとを備え、
前記排出ガス流路を通過して前記駆動室へ流入する排出ガスの流路断面積が拡大され、前記駆動室から前記駆動室側排気ポートへ流入する排出ガスの流路断面積が縮小される、ことを特徴とする真空ポンプ。
シリンダと、
前記シリンダの内周面に往復動自在に挿設したピストンと、
前記ピストンを往復動させる駆動手段を備える駆動室と、
前記シリンダのヘッド側に設けたシリンダヘッドと、
前記シリンダと、前記ピストンと、前記シリンダヘッドとにより形成される作動室と、
前記作動室に接続される吸気弁と、
前記作動室に接続される排気弁と、
前記内周面を形成するシリンダ壁内に設けられ前記排気弁を介在して前記作動室の排出ガスを前記駆動室へ導く排出ガス流路と、
前記駆動室に設けられ前記駆動室の排出ガスを流出する駆動室側排気ポートと、
前記駆動室側排気ポートを介して前記駆動室に連通される圧力変動緩和室と、
前記圧力変動緩和室に設けられ前記圧力変動緩和室の排出ガスを大気へ放出する緩和室側排気ポートとを備え、
前記排出ガス流路を通過して前記駆動室へ流入する排出ガスの流路断面積が拡大され、前記駆動室から前記駆動室側排気ポートへ流入する排出ガスの流路断面積が縮小され、
前記駆動室側排気ポートから前記圧力変動緩和室へ流入する排出ガスの流路断面積が拡大され、前記圧力変動緩和室から前記緩和室側排気ポートへ流入する排出ガスの流路断面積が縮小される、ことを特徴とする真空ポンプ。