JP2017089451A - ピストンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】吐出バルブの開弁遅れが小さくなり、シリンダの摺動孔内の流体のサージ圧力が低減され、これにより、ピストンポンプの機構部に伝播して発生する騒音や振動を抑制する。【解決手段】このピストンポンプのポンプボディ５は、バルブ機構の下流側に形成され各摺動孔からの流体が各つなぎ通路２０を介して合流するとともに吐出通路に連通した合流部１９を有している。つなぎ通路２０は、吐出孔と対面した部位に、合流部１９に向かって延び、合流部１９と交差する角度が吐出孔側から測って鋭角に傾斜したテーパ面２１が形成されている。【選択図】図３

Description

この発明は、ピストンの往復運動、及び吸入バルブと吐出バルブとの開閉によって流体を吸入・吐出するピストンポンプに関する。

従来、流体を、吸入孔、シリンダの摺動孔を通じて吐出孔に流動させるピストンポンプがある。
また、近年では、ピストンポンプは、例えば、アイドルストップシステムに用いられている。このアイドルストップシステムは、自動車等の燃費向上や排ガス規制が強化されるなかで、比較的簡便に燃費向上及び排ガス低減の効果が期待できる技術として採用が進んでおり、自動車の一時停止時あるいは低速走行時には、エンジンを停止させ、再発進時には、エンジンを再始動させるシステムである。
ピストンポンプは、このアイドルストップシステムにおいて、エンジン再始動直後の発進ショックを軽減させるために、アイドルストップ時に、トランスミッション内に圧力を発生させるためや、トランスミッション内をオイルで満たすために用いられている。
そして、ピストンポンプには、モータのシャフトの回転運動によって斜板を回転させ、複数のピストンを往復運動に変換する斜板ピストン式ポンプがある。(例えば、特許文献１参照)。

特許第５４３６６４６号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示のピストンポンプは、容積形で且つ、作動流体は非圧縮性流体に近い体積弾性率を持つため、ピストンポンプの吐出流量の増加とともに吸入行程から吐出行程に切替る瞬間の吐出バルブの開弁遅れによって、ピストンで押圧されたシリンダの摺動孔内のサージ圧力が大きくなり、それがピストンポンプの機構部に伝播し騒音や振動が増大するという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、ピストンポンプの作動流体の吐出流量が多い場合でも吐出バルブの開弁遅れを小さくし、ピストンで押圧されたシリンダの摺動孔内の流体のサージ圧を低減することで、ピストンポンプの機構部への伝播による騒音や振動を抑制できるピストンポンプを提供することを目的とする。

この発明に係るピストンポンプは、
ポンプ本体と、このポンプ本体を作動させるモータ部と、を備え、
前記ポンプ本体は、
流体が内部に流入する吸入孔、流体が外部に吐出する吐出通路を有するポンプボディと、
このポンプボディ内に収納され、前記モータ部のシャフトの回転を介してピストンが往復摺動する複数の摺動孔、前記吸入孔から流入した前記流体が吸入される複数の吸入通路を有するシリンダと、
このシリンダの前記モータ部と反対側に前記シリンダと前記ポンプボディとの間に挟まれて設けられ前記吸入通路からの前記流体の流通を制御するバルブ機構と、を含み、
前記バルブ機構は、前記ピストンが前記モータ部の側に移動したときに前記吸入通路の吸入連通孔を開弁し前記吸入通路からの前記流体が前記摺動孔の内部に流入する吸入バルブ、この吸入バルブに重ねて設けられ吐出孔を有するバルブプレート、このバルブプレートに重ねて設けられ前記シリンダが前記モータ部の側と反対側に移動したときに前記吐出孔を開弁し各前記摺動孔の内部の前記流体を前記吐出孔を通じて前記シリンダの外部に吐出する吐出バルブを有し、
前記ポンプボディは、前記バルブ機構の下流側に形成され各前記摺動孔からの前記流体が各つなぎ通路を介して合流するとともに前記吐出通路に連通した合流部を有し、
前記つなぎ通路は、前記吐出孔と対面した部位に、前記合流部に向かって延び、前記合流部と交差する角度が前記吐出孔の側から測って鋭角に傾斜したテーパ面が形成されている。

この発明に係るピストンポンプによれば、バルブ機構の下流側に形成されたポンプボディのつなぎ通路には、吐出孔と対面した部位に、合流部に向かって延び、前記合流部と交差する角度が前記吐出孔側から測って鋭角に傾斜したテーパ面が形成されている。
従って、吐出バルブから前記ポンプボディの前記合流部までのつなぎ通路の圧力損失が低減され、吐出バルブの下流側の面に作用する力が低減されることで、吐出バルブの開弁遅れが小さくなり、シリンダの摺動孔内の流体のサージ圧力が低減される。
これにより、ポンプの機構部に伝播して発生する騒音や振動を抑制することができる。

この発明の実施の形態１のピストンポンプの全体構成を模式的に示す断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 図１のポンプボディの要部拡大図である。 図１のポンプボディの比較例であるポンプボディの要部拡大図である。 実施の形態１のピストンポンプ、比較例のピストンポンプにおいて、ピストンポンプの吐出流量に対するつなぎ通路の断面積の比と、つなぎ通路の圧力損失との関係を示した図である。 この発明の実施の形態２のピストンポンプのポンプボディを示す断面図である。 図６の左側面図である。

以下、この発明の各実施の形態のピストンポンプを図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はピストンポンプの全体構成を模式的に示す断面図、図２は、図１の要部拡大断面図である。
このピストンポンプは、トランスミッションに接続され、アイドルストップシステムにおいて、エンジン再始動直後の発進ショックを軽減させるために、アイドルストップ時に、トランスミッション内に圧力を発生させ、またトランスミッション内をオイルで満たして用いられるものである。
このピストンポンプは、ポンプ本体１と、このポンプ本体１を作動させるモータ部２と、を備えている。
ポンプ本体１では、ポンプボディ５に吸入孔３及び吐出通路４が形成されている。片側が開口した有底円筒形状のポンプボディ５には、ばね７の弾性力によりモータ部２と反対側の方向に押圧されたシリンダ６が収納されている。このシリンダ６は、周方向に等角ピッチで三か所に摺動孔８及び吸入通路９がそれぞれ形成されている。シリンダ６とポンプボディ５の底面部との間には、流体の流通を制御するバルブ機構１０が設けられている。
各摺動孔８内には、ピストン１１が軸線方向に摺動可能に設けられている。ピストン１１のモータ部２側の端面には、斜板１２が当接している。また、各摺動孔８内には、ピストン１１を斜板１２側に付勢したスプリング（図示せず）が設けられている。

バルブ機構１０は、吸入バルブ１３と、吐出孔１８を有するバルブプレート１５と、吐出バルブ１６とを有している。
吸入バルブ１３は、シリンダ６とバルブプレート１５との間に挟持されている。この吸入バルブ１３は、弾性部材であり、吸入通路９と連通する吸入連通孔１７と対面する弁部を有している。
バルブプレート１５は、吸入バルブ１３と、吐出バルブ１６との間に挟持されている。
吐出バルブ１６は、弾性部材であり、吐出孔１８と対面する弁部を有している。
各摺動孔８に対応してバルブプレート１５に形成された各吐出孔１８は、吐出バルブ１６の弁部を介して各つなぎ通路２０に連通している。この各つなぎ通路２０は、合流部１９に連通している。
なお、バルブ機構１０は、例えば特許第４５１２１５２号公報の図５に記載されており、周知技術である。
また、シリンダ６と、吸入バルブ１３と、バルブプレート１５と、吐出バルブ１６とにより増圧室１４が形成されている。

図３は、図１のポンプボディ５を示す部分拡大断面図である。
つなぎ通路２０は、吐出孔１８と対面した部位に、合流部１９に向かって延び、合流部１９と交差する角度が吐出孔１８側から測って鋭角θに傾斜したテーパ面２１が形成されている。
また、テーパ面２１は、合流部１９側の端部に流体を合流部１９に導く曲面部２１ａが形成されている。

モータ部２では、モータケース２２がシール部材２３を介してポンプボディ５と連結されている。モータケース２２の内壁面には、ステータコアにコイルが巻装されたステータ２４が固定されている。このモータケース２２の中心軸線上には、第１の軸受２５及び第２の軸受２６で回転自在に支持されたシャフト２７が設けられている。
このシャフト２７の中間部には、シャフト２７とともに回転子を構成する複数の永久磁石２８が設けられている。シャフト２７は、第２の軸受２６からシリンダ６側に突出した部位では、第３の軸受２９を介して斜板１２が設けられている。

この実施の形態のピストンポンプでは、電力が外部コネクタ（図示せず）を介してステータ２４のコイルに供給され、コイルに回転磁界が与えられると永久磁石２８の作用により、シャフト２７も回転磁界に連動して回転する。
そして、斜板１２は、各ピストン１１の先端面に傾斜した状態で当接してシャフト２７を中心に回転し、その結果、各ピストン１１は、各ピストン１１の背面に配置されたスプリング（図示せず）の付勢力と対抗して摺動孔８内をシャフト２７の軸線方向に往復移動する。
この各ピストン１１の往復移動に伴い、流体は、吸入孔３、吸入室４０、吸入通路９、増圧室１４、つなぎ通路２０、合流部１９を通じて吐出通路４からピストンポンプの外部に流出する。

この実施の形態では、各ピストン１１においてバルブプレート１５から離れる方向に移動する流体の吸入行程では、増圧室１４内の圧力が低下し、吸入連通孔１７を閉じていた吸入バルブ１３の弁部が開くと、吸入孔３を通じて吸入室４０内に流入した流体は、引き続き吸入通路９、吸入連通孔１７を通じて摺動孔８内に流入する。
一方、ピストン１１が、図２の矢印Ｘに示すように、バルブプレート１５に接近する方向に移動する流体の吐出行程では、増圧室１４内の圧力Ｐ１が上昇し、吸入バルブ１３の弁部が吸入連通孔１７を閉じるとともに、その圧力Ｐ１がつなぎ通路２０内の吐出側圧力Ｐ２よりも大きくなると、吐出バルブ１６が開弁する。
その結果、摺動孔８内の流体は、図２の矢印Ｙに示すように、増圧室１４、吐出孔１８、つなぎ通路２０、合流部１９、吐出通路４を通じてポンプボディ５の外部に流出する。

ところで、吐出バルブ１６の開弁に影響するつなぎ通路２０内の吐出孔１８側の圧力Ｐ２は、ヒートポンプの制御圧力と吐出バルブ１６からポンプボディ５のつなぎ通路２０までの圧力損失ΔＰとの和となる。
ここで、図４に示すように、ポンプボディ５のつなぎ通路２０が、シャフト２７の軸線方向に対して垂直方向に向かって延びた例の場合には、複数の増圧室１４でそれぞれ加圧された各流体は、シャフト２７の軸線方向に対して垂直方向に向かって流れた後急峻に軸線方向に流れ方向が変化するため乱流が生じてしまう。
従って、つなぎ通路２０での圧力損失ΔＰが大きくなり、それだけ吐出バルブ１６の下流側の圧力が大きくなり吐出バルブ１６の開弁が遅れる要因となる。

つなぎ通路２０を通過する際の圧力損失ΔＰに影響する因子としては、ピストンポンプの流体の吐出流量Ｑと各つなぎ通路２０の通路断面積Ａの影響が支配的であり、流体の吐出流量Ｑが大きい程、また通路断面積Ａが小さい程前記圧力損失ΔＰは大きくなる。
ここで、つなぎ通路２０の圧力損失ΔＰは、例えば簡略的に下記に示すオリフィスの式で求めることができる。

Ｑ＝ＣＡ√(２ΔＰ/ρ)・・・・・・・・（１）
但し、Ｃは流量係数(実験値より算出)、Ｑはピストンポンプの流体の吐出流量、Ａはつなぎ通路２０の断面積、ΔＰはつなぎ通路２０の圧力損失、ρは流体の密度である。

図５は、上記（１）式より算出した、ピストンポンプの流体の吐出流量Ｑに対するつなぎ通路２０の断面積Ａの比と、つなぎ通路２０の圧力損失ΔＰとの関係を示している。
図５において、実線は、図３に示したこの実施の形態１のポンプボディ５のつなぎ通路２０の場合であり、破線は、実施の形態１のピストンポンプの比較例である図４に示したポンプボディ５のつなぎ通路２０の場合である。

図５から分かるように、例えば、図４のポンプボディ５のつなぎ通路２０の圧力損失ΔＰが、ピストンポンプの流体の吐出流量Ｑに対するつなぎ通路２０の断面積Ａの比が「ａ」と同等の図３のポンプボディ５のつなぎ通路２０の圧力損失ΔＰとなるのは、「ａ’」の値である。
即ち、この実施の形態１のつなぎ通路２０は、両者においてつなぎ通路２０の断面積を同じとしたとき、流体の吐出流量Ｑが、図４のものと比較して２倍程度まで大きくした場合と同程度の圧力損失ΔＰになる。

この発明の実施の形態１のピストンポンプによれば、つなぎ通路２０は、吐出孔１８と対面した部位に、合流部１９に向かって延び、合流部１９と交差する角度が吐出孔１８側から測って鋭角θに傾斜したテーパ面２１が形成されている。
従って、吐出バルブ１６からポンプボディ５の合流部１９までのつなぎ通路２０の圧力損失が図４に示したものと比較して低減され、吐出バルブ１６の下流側の面に作用する力が低減されることで、吐出バルブ１６の開弁遅れが小さくなり、シリンダ６の摺動孔８内の流体のサージ圧力が低減される。
これにより、ピストンポンプの機構部に伝播して発生する騒音や振動を抑制することができる。
また、つなぎ通路２０のテーパ面２１は、合流部１９側の端部に流体を合流部１９に導く曲面部２１ａを有しているので、流体は、より円滑に、吐出バルブ１６からポンプボディ５の合流部１９に流れ、つなぎ通路２０の圧力損失がより低減される。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２のピストンポンプのポンプボディ５を示す断面図、図７は図６の左側面図である。
この実施の形態では、ポンプボディ５は、シリンダ６及びバルブ機構１０を収納したポンプボディ本体３３と、このポンプボディ本体３３と別体であってテーパ面３２を有するつなぎ通路３１が形成された板状の通路部材３０とから構成されている。このテーパ面３２も、実施の形態１と同様に、合流部１９側の端部に流体を合流部１９に導く曲面部３２ａを有している。
他の構成は、実施の形態１のピストンポンプと同じである。

この実施の形態２によるピストンポンプによれば、上述した実施の形態１のヒートポンプと同様にピストンポンプの騒音や振動を抑制できる。
さらに、通路部材３０は、板状であり、つなぎ通路３１が比較的複雑な形状であっても、例えば、樹脂成形、またはプレス加工等で容易に製造可能となる。
併せて、ポンプボディ本体３３の形状は、簡素化できるため、ピストンポンプの生産性が向上する。

なお、上記各実施の形態のピストンポンプでは、摺動孔８が周方向に等間隔で３か所に形成されていたが、２箇所または４箇所以上に形成され、各摺動孔にそれぞれピストンが摺動孔内に往復移動するピストンポンプであってもよい。
また、斜板１２を用いてシャフト２７の回転運動をピストンの往復運動に変換していたが、この斜板の代りのものを用いてシャフトの回転運動をピストンの往復運動に変換するようにしてもよい。
また、上記各実施の形態のピストンポンプは、自動車のトランスミッションに接続されており、流体をトランスミッションに圧送した例について説明したが、これ以外のものにも適用することができるのは勿論である。
例えば、医療分野において患者へ輸送する流体の流速や輸送量を精密に制御するピストンポンプにも適用できる。

１ ポンプ本体、２ モータ部、３ 吸入孔、４ 吐出通路、５ ポンプボディ、６ シリンダ、７ ばね、８ 摺動孔、９ 吸入通路、１０ バルブ機構、１１ ピストン、１２ 斜板、１３ 吸入バルブ、１４ 増圧室、１５ バルブプレート、１６ 吐出バルブ、１７ 吸入連通孔、１８ 吐出孔、１９ 合流部、２０ つなぎ通路、２１ テーパ面、２２ モータケース、２３ シール部材、２４ ステータ、２５ 第１の軸受、２６ 第２の軸受、２７ シャフト、２８ 永久磁石、２９ 第３の軸受、３０ 通路部材、３１ つなぎ通路、３２ テーパ面、３３ ポンプボディ本体、４０ 吸入室。

この発明に係るピストンポンプは、
ポンプ本体と、このポンプ本体を作動させるモータ部と、を備え、
前記ポンプ本体は、
流体が内部に流入する吸入孔、流体が外部に吐出する吐出通路を有するポンプボディと、
このポンプボディ内に収納され、前記モータ部のシャフトの回転を介してピストンが往復摺動する複数の摺動孔、前記吸入孔から流入した前記流体が吸入される複数の吸入通路を有するシリンダと、
このシリンダの前記モータ部と反対側に前記シリンダと前記ポンプボディとの間に挟まれて設けられ前記吸入通路からの前記流体の流通を制御するバルブ機構と、を含み、
前記バルブ機構は、前記ピストンが前記モータ部の側に移動したときに前記吸入通路の吸入連通孔を開弁し前記吸入通路からの前記流体が前記摺動孔の内部に流入する吸入バルブ、この吸入バルブに重ねて設けられ吐出孔を有するバルブプレート、このバルブプレートに重ねて設けられ前記シリンダが前記モータ部の側と反対側に移動したときに前記吐出孔を開弁し各前記摺動孔の内部の前記流体を前記吐出孔を通じて前記シリンダの外部に吐出する吐出バルブを有し、
前記ポンプボディは、前記バルブ機構の下流側に形成され各前記摺動孔からの前記流体が各つなぎ通路を介して合流するとともに前記吐出通路に連通した合流部を有し、
前記つなぎ通路は、前記吐出孔と対面した部位に、前記合流部に向かって延び、前記合流部と交差する角度が前記吐出孔の側から測って鋭角に傾斜したテーパ面が形成され、前記テーパ面は、前記合流部側の端部に前記流体を前記合流部に導く曲面部を有している。

この発明に係るピストンポンプは、
ポンプ本体と、このポンプ本体を作動させるモータ部と、を備え、
前記ポンプ本体は、
流体が内部に流入する吸入孔、流体が外部に吐出する吐出通路を有するポンプボディと、
このポンプボディ内に収納され、前記モータ部のシャフトの回転を介してピストンが往復摺動する複数の摺動孔、前記吸入孔から流入した前記流体が吸入される複数の吸入通路を有するシリンダと、
このシリンダの前記モータ部と反対側に前記シリンダと前記ポンプボディとの間に挟まれて設けられ前記吸入通路からの前記流体の流通を制御するバルブ機構と、を含み、
前記バルブ機構は、前記ピストンが前記モータ部の側に移動したときに前記吸入通路の吸入連通孔を開弁し前記吸入通路からの前記流体が前記摺動孔の内部に流入する吸入バルブ、この吸入バルブに重ねて設けられ吐出孔を有するバルブプレート、このバルブプレートに重ねて設けられ前記シリンダが前記モータ部の側と反対側に移動したときに前記吐出孔を開弁し各前記摺動孔の内部の前記流体を前記吐出孔を通じて前記シリンダの外部に吐出する吐出バルブを有し、
前記ポンプボディは、前記バルブ機構の下流側に形成され各前記摺動孔からの前記流体が各つなぎ通路を介して合流するとともに前記吐出通路に連通した合流部を有し、
前記つなぎ通路は、前記吐出孔と対面した部位に、前記合流部に向かって延び、前記合流部と交差する角度が前記吐出孔の側から測って鋭角に傾斜したテーパ面が形成され、前記ポンプボディは、前記シリンダ及び前記バルブ機構を収納したポンプボディ本体と、このポンプボディ本体と別体であって前記つなぎ通路を有する通路部材とから構成されている。

Claims (7)

1. ポンプ本体と、このポンプ本体を作動させるモータ部と、を備え、
   前記ポンプ本体は、
   流体が内部に流入する吸入孔、流体が外部に吐出する吐出通路を有するポンプボディと、
   このポンプボディ内に収納され、前記モータ部のシャフトの回転を介してピストンが往復摺動する複数の摺動孔、前記吸入孔から流入した前記流体が吸入される複数の吸入通路を有するシリンダと、
   このシリンダの前記モータ部と反対側に前記シリンダと前記ポンプボディとの間に挟まれて設けられ前記吸入通路からの前記流体の流通を制御するバルブ機構と、を含み、
   前記バルブ機構は、前記ピストンが前記モータ部の側に移動したときに前記吸入通路の吸入連通孔を開弁し前記吸入通路からの前記流体が前記摺動孔の内部に流入する吸入バルブ、この吸入バルブに重ねて設けられ吐出孔を有するバルブプレート、このバルブプレートに重ねて設けられ前記ピストンが前記モータ部の側と反対側に移動したときに前記吐出孔を開弁し各前記摺動孔の内部の前記流体を前記吐出孔を通じて前記シリンダの外部に吐出する吐出バルブを有し、
   前記ポンプボディは、前記バルブ機構の下流側に形成され各前記摺動孔からの前記流体が各つなぎ通路を介して合流するとともに前記吐出通路に連通した合流部を有し、
   前記つなぎ通路は、前記吐出孔と対面した部位に、前記合流部に向かって延び、前記合流部と交差する角度が前記吐出孔の側から測って鋭角に傾斜したテーパ面が形成されているピストンポンプ。
2. 前記テーパ面は、前記合流部側の端部に前記流体を前記合流部に導く曲面部を有している請求項１に記載のピストンポンプ。
3. 前記ポンプボディは、前記シリンダ及び前記バルブ機構を収納したポンプボディ本体と、このポンプボディ本体と別体であって前記つなぎ通路を有する通路部材とから構成されている請求項１または２に記載のピストンポンプ。
4. 前記通路部材は、板状であり、成型加工で構成されている請求項３のピストンポンプ。
5. 前記通路部材は、板状であり、プレス加工で構成されている請求項３のピストンポンプ。
6. 前記シャフトの端部に、前記シャフトに対して傾斜した斜板が前記ピストンの端部に当接して取り付けられ、前記斜板は、前記シャフトの回転運動を前記ピストンの往復運動に変換する請求項１〜５の何れか１項に記載のピストンポンプ。
7. 前記ピストンポンプは、自動車のトランスミッションに接続される請求項１〜６の何れか１項に記載のピストンポンプ。

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