JP2016048057A - バキュームポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ性能を維持できるバキュームポンプを提供する。【解決手段】本発明の一態様は、負圧が発生するポンプ室２８と、ポンプ室２８内に配置される筒状のロータ３０と、ポンプ室２８内に空気を吸入するための吸入口４０と、ポンプ室２８内から空気を排出するための排出口４２と、を有する電動バキュームポンプ１において、吸入口４０と排出口４２は、それぞれ、ロータ３０の中心軸方向の両端側に配置されるようにして、対をなして形成されており、対をなす吸入口４０同士と対をなす排出口４２同士は、それぞれ、ロータ３０の周方向の同じ位置に配置されている。【選択図】図６

Description

本発明は、負圧を生成するバキュームポンプに関するものであり、例えば自動車等の車両のブレーキブースタで用いられる。

特許文献１のバキュームポンプは、リング状のハウジングの内部にポンプ室が形成されている。そして、ポンプ室内に配置されるロータに対し当該ロータの中心軸方向の一方に配置されるベースプレートに、ポンプ室内へ気体を吸入するための吸入口が形成されている。また、ロータに対し当該ロータの中心軸方向の他方に配置されるカバーに、ポンプ室内から気体を排出するための排出口が形成されている。

米国特許第６４９１５０５号

しかしながら、特許文献１のバキュームポンプにおいては、吸入口がロータに対し当該ロータの中心軸方向の一方側にのみ形成され、かつ、排出口がロータに対し当該ロータの中心軸方向の他方側にのみ形成されている。そのため、吸引動作を行うポンプ作動時において、ポンプ室が吸入口や排気口に開口する際のポンプ室内での圧力変化および気体の流れの影響により、ロータに作用する当該ロータの中心軸方向の荷重の大きさが変動して、ロータの振動が発生するおそれがある。なお、このときのロータに作用する当該ロータの中心軸方向の荷重の変動に関する解析結果を、図１０の第２比較例として示す。

すると、ロータが振動して、カバーやベースプレートに対するロータの摺動が顕著になり、ロータの摩耗が促進されてしまう。そのため、気体漏れなどが生じて、バキュームポンプのポンプ性能（吸引動作の能力）が低下するおそれがある。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ポンプ性能を維持できるバキュームポンプを提供すること、を課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、負圧が発生するポンプ室と、前記ポンプ室内に配置される筒状のロータと、前記ポンプ室内に気体を吸入するための吸入口と、前記ポンプ室内から前記気体を排出するための排出口と、を有するバキュームポンプにおいて、前記吸入口と前記排出口は、それぞれ、前記ロータの中心軸方向の両端側に配置されるようにして、対をなして形成されており、対をなす前記吸入口同士と対をなす前記排出口同士は、それぞれ、前記ロータの周方向について同じ位置に配置されていること、を特徴とする。

この態様によれば、バキュームポンプが吸引動作を行うポンプ作動時に、ポンプ室におけるロータの中心軸方向の両端部にて、同様な圧力変化が生じることになる。そのため、ロータに対して当該ロータの中心軸方向に作用する荷重の変動は、生じ難くなる。したがって、ロータの振動の発生が抑制されるので、ロータの摩耗が抑制される。ゆえに、ポンプ性能が維持される。また、ポンプ作動時に発生する騒音が低減される。

上記の態様においては、筒状のポンプハウジングと、前記ポンプハウジングの中心軸方向の両端に配置される一対のカバー部材と、を有し、前記ポンプ室は、前記ポンプハウジングと前記一対のカバー部材とにより区画されて形成されており、前記吸入口と前記排出口は、前記一対のカバー部材または前記ポンプハウジングに形成されていること、が好ましい。

この態様によれば、より確実に、ポンプ性能が維持される。

上記の態様においては、対をなす前記吸入口同士と対をなす前記排出口同士の少なくとも一方は、前記ポンプハウジングに形成される連通路を介して連通していること、が好ましい。

この態様によれば、ポンプ作動時において、連通路内に気体が流れる。そのため、ポンプ室内で発生する摩擦熱が冷却される。したがって、ポンプ部が冷却されるので、温度上昇によるポンプ効率の低下が抑制される。

本発明に係るバキュームポンプによれば、ポンプ性能を維持できる。

電動バキュームポンプの断面図（一部外観図）である。 ポンプ部の断面図であり、吸気工程における吸気開始時を示す。 ポンプ部の断面図であり、吸気工程における吸気終了時を示す。 ポンプ部の断面図であり、排気工程における排気開始時を示す。 ポンプ部の断面図であり、排気工程における排気終了時を示す。 実施例１におけるポンプ部を模式化した断面図である。 実施例１におけるロータＺ方向荷重をモデル化して示した解析図である。 第１比較例におけるロータＺ方向荷重をモデル化して示した解析図である。 第２比較例におけるロータＺ方向荷重をモデル化して示した解析図である。 実施例１と第１比較例と第２比較におけるロータの回転角度に対するロータＺ方向荷重を示す図である。 ポンプ室が縦長に形成されている例を示す図である。 実施例１の変形例におけるポンプ部を模式化した断面図である。 実施例２におけるポンプ部を模式化した断面図である。 実施例２の変形例におけるポンプ部を模式化した断面図である。 実施例３におけるポンプ部を模式化した断面図である。

＜電動バキュームポンプの全体構成＞
まず、電動バキュームポンプ１の全体構成について説明する。電動バキュームポンプ１は、円筒形状をなしており、図１に示すように、その側面に吸気ポート２４を備え、その上面に排気ポート４４を備えている。

図１に示すように、電動バキュームポンプ１は、回路部１０と、モータ部１２と、ポンプ部１４と、ポンプ部用ケース１６と、蓋１８と、サイレンサ部２０などを有している。そして、ポンプ部１４は、ポンプ部用ケース１６の内部空間内に配置されている。また、ポンプ部用ケース１６は、蓋１８により閉塞されている。

回路部１０は、モータ部１２へ電力を供給する。モータ部１２は、電動モータ（不図示）と、シャフト２２などを備えている。シャフト２２は、電動モータの回転子（不図示）と一体に取り付けられている。

ポンプ部１４は、ベーン式バキュームポンプにより構成され、ポンプ部用ケース１６内においてモータ部１２の上部に配置されている。そして、ポンプ部１４は、モータ部１２に連動して駆動する。また、ポンプ部用ケース１６は、吸気ポート２４を備えている。吸気ポート２４は、電動バキュームポンプ１の内部へ空気を吸い込むための部分である。

ここで、ベーン式バキュームポンプは、筒状のポンプハウジング２６の内周面２６ａの内側に形成されるポンプ室２８内に偏心状態で配置される円筒状のロータ３０に複数の溝３２を設け、この溝３２に複数のベーン３４がロータ３０の径方向に移動可能に挿入された構造を有している。

また、ポンプハウジング２６に対して当該ポンプハウジング２６の中心軸方向の両端に一対のカバー部材が配置されている。すなわち、ポンプハウジング２６に対してサイレンサ部２０側に第１カバー部材３６が配置され、ポンプハウジング２６に対してモータ部１２側に第２カバー部材３８が配置されている。そして、このようにして、ポンプ室２８は、ポンプハウジング２６と第１カバー部材３６と第２カバー部材３８とにより区画されて形成されている。

そして、ロータ３０が回転すると、遠心力によりベーン３４が溝３２から突出し、ベーン３４がポンプハウジング２６の内周面２６ａと接しながら摺動する。そして、ベーン３４により区画された閉塞空間の容積が増減することで、気体（例えば、空気）の吸入、圧縮、排出が行われ、ポンプ室２８内に負圧が発生するようになっている。

ポンプ室２８の内部は、吸入口４０および排出口４２（図６等参照）を介して外部と連通している。ここで、図１に示す吸入口４０（４０Ａ，４０Ｂ）は一例を示しているに過ぎず、吸入口４０や排出口４２に関する詳細については、後述する。なお、吸入口４０は、ポンプ室２８内に気体を吸入する部分である。また、排出口４２は、ポンプ室２８内から空気を排出する部分である。

蓋１８は、ポンプ部１４を収容するポンプ部用ケース１６の上部開口端を閉塞する樹脂部材である。蓋１８は、ポンプ部１４の排出口４２に連通する空間が設けられたサイレンサ部２０と、ポンプ部１４から排出された空気を外部へ排出する排気ポート４４などを備えている。

そして、サイレンサ部２０は、蓋１８の内部空間に形成されている。これにより、ポンプ部１４の排出口４２から排出された空気は、サイレンサ部２０を通過した後、排気ポート４４を流れて電動バキュームポンプ１の外部へ排出される。

そして、このような構成を有する電動バキュームポンプ１は、以下のように作用する。ここで、図２〜図５は、ポンプ部１４において当該ポンプ部１４をサイレンサ部２０側から見たときの径方向についての断面図である。図２は、吸気工程における吸気開始時を示す。図３は、吸気工程における吸気終了時を示す。図４は、排気工程における排気開始時を示す。図５は、排気工程における排気終了時を示す。

モータ部１２が駆動してシャフト２２が回転すると、ロータ３０が回転する。そして、このロータ３０の回転に伴い、図２〜図５に示すように、ベーン３４により区画された各閉塞空間の体積が膨張または圧縮する。

このようにして、図２と図３に示す吸気工程において、空気は、吸気ポート２４から吸入口４０を介してポンプ室２８内に吸入される。また、図４と図５に示す排気工程において、空気は、排出口４２からポンプ室２８外のサイレンサ部２０内に排出される。この動作により、ポンプ室２８内に負圧が作り出される。そして、空気は、サイレンサ部２０内に排出された後、排気ポート４４を介して、電動バキュームポンプ１の外部へ排出される。

＜ポンプ部について＞
次に、ポンプ部１４について説明する。

〔実施例１〕
まず、実施例１について説明する。本実施例において、吸入口４０は、ロータ３０の中心軸方向の両端側に配置されるようにして、対をなして形成されている。吸入口４０は、例えば、一対形成されている。具体的には、図６に示すように、吸入口４０は、第１カバー部材３６と第２カバー部材３８の両方の部材に形成されている。すなわち、第１吸入口４０Ａは第１カバー部材３６に形成され、第２吸入口４０Ｂは第２カバー部材３８に形成されている。

そして、対をなす吸入口４０同士は、ロータ３０の周方向について同じ位置に配置されている。具体的には、図６に示すように、第１吸入口４０Ａと第２吸入口４０Ｂは、ロータ３０の中心軸方向に互いに向かい合う位置に配置されている。

また、吸入口４０と同様に、排出口４２は、ロータ３０の中心軸方向の両端側に配置されるようにして、対をなして形成されている。排出口４２は、例えば、一対形成されている。具体的には、図６に示すように、排出口４２は、第１カバー部材３６と第２カバー部材３８の両方の部材に形成されている。すなわち、第１排出口４２Ａは第１カバー部材３６に形成され、第２排出口４２Ｂは第２カバー部材３８に形成されている。

そして、対をなす排出口４２同士は、ロータ３０の周方向について同じ位置に配置されている。具体的には、図６に示すように、第１排出口４２Ａと第２排出口４２Ｂは、ロータ３０の中心軸方向に互いに向かい合う位置に配置されている。

以上のように本実施例によれば、吸入口４０と排出口４２は、それぞれ、ロータ３０の中心軸方向の両端側に配置されるようにして、対をなして形成されている。そして、対をなす吸入口４０同士と対をなす排出口４２同士は、それぞれ、ロータ３０の周方向について同じ位置に配置されている。

これにより、電動バキュームポンプ１が吸引動作を行うポンプ作動時に、ロータ３０の中心軸方向の両側からポンプ室２８内に空気が吸入され、ロータ３０の中心軸方向の両側からポンプ室２８外に空気が排出されることになる。そのため、ポンプ室２８内におけるロータ３０の中心軸方向の両端部にて、同様の圧力変化が生じることになるので、ロータ３０に対して当該ロータ３０の中心軸方向に作用する荷重の変動は、生じ難くなる。したがって、ロータ３０の振動の発生が抑制されるので、第１カバー部材３６や第２カバー部材３８に対するロータ３０の摺動が抑制される。ゆえに、ロータ３０の摩耗が抑制されるので、ポンプ性能（吸引能力）が維持される。また、ポンプ作動時に発生する騒音が低減される。

ここで、ロータ３０に対して当該ロータ３０の中心軸方向に作用する荷重（以下、「ロータＺ方向荷重」ともいう。）に関する解析結果について説明する。図７〜図９は、ロータ３０に対して作用するロータＺ方向荷重をモデル化して（ハッチングを施した部分として）示した解析図である。そして、図７は、本実施例を示す。また、図８は、第１比較例であり、吸入口４０と排出口４２がともに第１カバー部材３６のみに形成されている例を示す。また、図９は、第２比較例であり、吸入口４０が第２カバー部材３８のみに形成され、かつ、排出口４２が第１カバー部材３６のみに形成されている例（前記の特許文献１の例）を示す。さらに、図１０は、ロータ３０の回転角度に対するロータＺ方向荷重の変動を示している。

図１０に示すように、本実施例によれば、ロータＺ方向荷重の変動が第１比較例や第２比較例よりも非常に小さくなった。このように、本実施例によれば、ポンプ作動時に、ロータ３０の振動の発生が抑制されることが確認された。

また、図１１に示すようにポンプ室２８が前記の図６に示す例よりも縦長に形成されてポンプハウジング２６の内径が小さい場合においても、本実施例によれば、対をなす吸入口４０同士と対をなす排出口４２同士は、それぞれ、ロータ３０の中心軸方向に互いに向かい合う位置に配置されているので、吸入口４０と排出口４２のポンプ室２８に対する開口面積を十分に確保できる。そのため、ポンプ部１４における吸排気のタイミングを、ポンプ性能を確保するための最適なタイミングに設定することができる。

また、本実施例によれば、一対の吸入口４０を構成する第１吸入口４０Ａと第２吸入口４０Ｂは、それぞれ、単独で、ポンプ性能を維持できる空気の吸入量を確保できるようにポンプ室２８に対して十分な開口面積を有している。また、一対の排出口４２を構成する第１排出口４２Ａと第２排出口４２Ｂは、それぞれ、単独で、ポンプ性能を維持できる空気の排出量を確保できるようにポンプ室２８に対して十分な開口面積を有している。これにより、第１吸入口４０Ａと第２吸入口４０Ｂのいずれか一方、および／または、第１排出口４２Ａと第２排出口４２Ｂのいずれか一方が異物などにより塞がった場合であっても、ポンプ性能を維持できる。

なお、変形例として、図１２に示すように、吸入口４０と排出口４２は、ポンプハウジング２６に形成されていてもよい。すなわち、図１２に示すように、吸入口４０と排出口４２は、それぞれ、ポンプハウジング２６におけるロータ３０の中心軸方向の両端側に配置されるようにして、対をなして形成されている。なお、図１２に示す例においても、対をなす吸入口４０同士と対をなす排出口４２同士は、それぞれ、ロータ３０の周方向の同じ位置に配置されている。

〔実施例２〕
次に、実施例２について説明するが、実施例１と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に述べる。

本実施例では、図１３に示すように、ポンプハウジング２６に、連通路４６が形成されている。連通路４６は、第１吸入口４０Ａと第２吸入口４０Ｂとを連通させている。

また、図１３に示すように、ポンプハウジング２６に、連通路４８が形成されている。連通路４８は、第１排出口４２Ａと第２排出口４２Ｂとを連通させている。

なお、図１３に示す例においても、吸入口４０と排出口４２は、それぞれ、ロータ３０の中心軸方向の両端側に配置されるようにして、対をなして形成されている。すなわち、吸入口４０と排出口４２は、それぞれ、一対のカバー部材を構成する第１カバー部材３６と第２カバー部材３８の両方の部材に形成されている。そして、対をなす吸入口４０同士と対をなす排出口４２同士は、それぞれ、ロータ３０の周方向の同じ位置に配置されている。

以上のように本実施例によれば、対をなす吸入口４０同士は、ポンプハウジング２６に形成される連通路４６を介して連通している。さらに、対をなす排出口４２同士は、ポンプハウジング２６に形成される連通路４８を介して連通している。

これにより、ポンプ作動時において、連通路４６内に空気（吸気）が流れ、かつ、連通路４８内に空気（排気）が流れる。そのため、特に連通路４６内を流れる空気（吸気）によりポンプハウジング２６が冷却されるので、ベーン３４とポンプハウジング２６の内周面２６ａとの間で発生する摩擦熱が冷却される。したがって、ポンプ部１４が冷却されるので、温度上昇によるポンプ効率の低下が抑制される。

また、変形例として、図１４に示すように、ポンプハウジング２６に、吸入口４０と排出口４２が形成され、かつ、連通路４６と連通路４８が形成されていていてもよい。なお、このとき、第２カバー部材３８は、連通路４６をポンプ部１４の外部（例えば、吸気ポート２４）に連通させる連通路５０を備えている。また、第１カバー部材３６は、連通路４８をポンプ部１４の外部（例えば、サイレンサ部２０）に連通させる連通路５２を備えている。

〔実施例３〕
次に、実施例３について説明するが、実施例１，２と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に述べる。

本実施例では、ポンプハウジング２６に、連通路４６と連通路４８のいずれか一方のみが形成されている。具体的には、例えば、図１５に示すように、ポンプハウジング２６に、連通路４８が形成されているが、前記の連通路４６は形成されていない。

なお、図１５に示す具体例の他に、ポンプハウジング２６に、連通路４６が形成されているが、連通路４８は形成されていないという例も考えられる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ 電動バキュームポンプ
１４ ポンプ部
１６ ポンプ部用ケース
２４ 吸気ポート
２６ ポンプハウジング
２６ａ 内周面
２８ ポンプ室
３０ ロータ
３２ 溝
３４ ベーン
３６ 第１カバー部材
３８ 第２カバー部材
４０ 吸入口
４０Ａ 第１吸入口
４０Ｂ 第２吸入口
４２ 排出口
４２Ａ 第１排出口
４２Ｂ 第２排出口
４４ 排気ポート
４６ 連通路
４８ 連通路
５０ 連通路
５２ 連通路

Claims (3)

1. 負圧が発生するポンプ室と、前記ポンプ室内に配置される筒状のロータと、前記ポンプ室内に気体を吸入するための吸入口と、前記ポンプ室内から前記気体を排出するための排出口と、を有するバキュームポンプにおいて、
   前記吸入口と前記排出口は、それぞれ、前記ロータの中心軸方向の両端側に配置されるようにして、対をなして形成されており、
   対をなす前記吸入口同士と対をなす前記排出口同士は、それぞれ、前記ロータの周方向について同じ位置に配置されていること、
   を特徴とするバキュームポンプ。
2. 請求項１のバキュームポンプにおいて、
   筒状のポンプハウジングと、
   前記ポンプハウジングの中心軸方向の両端に配置される一対のカバー部材と、を有し、
   前記ポンプ室は、前記ポンプハウジングと前記一対のカバー部材とにより区画されて形成されており、
   前記吸入口と前記排出口は、前記一対のカバー部材または前記ポンプハウジングに形成されていること、
   を特徴とするバキュームポンプ。
3. 請求項２のバキュームポンプにおいて、
   対をなす前記吸入口同士と対をなす前記排出口同士の少なくとも一方は、前記ポンプハウジングに形成される連通路を介して連通していること、
   を特徴とするバキュームポンプ。

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