JP2018523780A - 車両用真空ポンプ - Google Patents

Abstract

車両用真空ポンプ(10)は、ポンプロータ(11)が内部で回転して圧縮を行うポンプ室(12)と、ポンプ室(12)から流出した圧縮ガスが流入する排出チャンバ(14)とを備える。真空ポンプ(10)は、ポンプ室(12)を排出チャンバ(14)から隔離する隔壁(22)と、隔壁(22)に設けられてチェックバルブとして構成され、ポンプ室(12)から排出チャンバ(14)内に流入する圧縮ガスが通過する少なくとも１つの排出弁(201,202)とを備える。排出弁(201,202)は、隔壁(22)に設けられた弁開口(241,242)と、弁開口(241,242)の周囲に設けられた弁座(30)と、弁体として設けられたリーフスプリング(401,402)とによって形成される。弁座(30)は、隆起した形状を有して形成される。弁座(30)とリーフスプリング(401,402)とが重なり合う部分の径方向の重なり幅は、１．５ｍｍ未満であり、リーフスプリング(401,402)の径方向の突出量は、１．０ｍｍより大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、ポンプロータが内部で回転して圧縮を行うポンプ室と、前記ポンプ室から流出した圧縮ガスが流入する排出チャンバとを備えた車両用真空ポンプに関する。この真空ポンプは、前記ポンプ室を前記排出チャンバから隔離する隔壁と、前記隔壁に設けられてチェックバルブとして構成され、前記ポンプ室から前記排出チャンバ内に流入する前記圧縮ガスが通過する少なくとも１つの排出弁とを備える。

内燃機関の作動状態に関わらず、車両用真空ポンプは、車両において、例えば１００ミリバールの負圧を生成するものであって、この負圧は、例えば、エアブレーキ用ブースタや、それ以外のエア作動式補助ユニットなどの操作に必要となる。

このような真空ポンプにおいては、単純な構造や信頼性の面から、排出弁の弁体としてリーフスプリングを用いることが多いが、このリーフスプリングは、閉弁状態において、弁開口の周囲に形成された弁座に当接する。排出弁は、油圧または空気圧によって操作される。このような作動に伴う問題として騒音の発生があり、これは、主として油と空気との混合物の膨張に起因するものである。更なる騒音の発生は、閉弁の際に、弁体が抑制されることなく高速で弁座に衝突することによって引き起こされる。

真空ポンプは、特許文献１により公知であり、この真空ポンプでは、騒音低減を目的として、排出弁のリーフスプリングに穴が設けられ、その周辺における圧力差を低減するようにしている。

別の真空ポンプが、特許文献２により公知である。この真空ポンプでは、騒音低減を目的として、弁開口の近傍に通路が形成され、この通路によってポンプ室を排出チャンバに連通させることにより、リーフスプリングの開閉運動を減速させ、周辺の圧力差を低減するようにしている。

欧州特許出願公開第１９５３３８９号明細書 独国特許出願公開第１０２２７７７２号明細書

これら従来の真空ポンプでは、ポンプ室と排出チャンバとが常時連通した状態となる。従って、排出弁の閉弁状態において、真空ポンプが密封されない。このため、これらの手段に起因して真空ポンプに漏れが生じ、それによって真空ポンプの動力効率が著しく悪化するという問題が生じる。

従って、本発明の目的は、高効率で静かな車両用真空ポンプを提供することにある。

このような目的は、独立請求項１に示す車両用真空ポンプによって達成される。

この車両用真空ポンプでは、弁開口の周囲に設けられる弁座が、隆起した形状を有している。ここで、弁座はハウジングの一部であり、弁体を形成しているリーフスプリングのための当接面を形成する。閉弁状態では、リーフスプリングが、弁座に押し付けられて密着状態で当接することにより、真空ポンプに漏れが生じない。これにより、真空ポンプの効率が向上する。本発明で用いている「隆起した」という言葉は、弁座を形成しているハウジングの部分が、そのすぐ近くの部分に対し、少なくとも０．２ｍｍだけ隆起していることを示すものである。隆起した弁座は、当該弁座の境界が、これに隣接するハウジングから明確に区別される点で有利である。油潤滑式真空ポンプの場合、作動中に弁開口から油が射出され、この油が弁座やリーフスプリングの上にも落ちてくる。この油は、開弁動作の際に、弁座とリーフスプリングとの間にかなりの粘着力を発生させる。大きな粘着力は、リーフスプリングが高い排出圧でしか開かなくなってしまう点で問題である。排出圧が高くなることで、弁開口における油とガスとの混合物の膨張が増大することになり、結果として騒音が増大する。従って、隆起した弁座は、当該弁座とリーフスプリングとの間でしか粘着力が発生せず、弁座に隣接する部分で粘着力が更に発生することはないという点で利点がある。これにより、真空ポンプによって生じる騒音が減少する。

本発明の弁座とリーフスプリングとが重なり合う部分の径方向の重なり幅は、１．５ｍｍ未満、好ましくは１．０ｍｍ未満、特に好ましくは０．７ｍｍ未満である。このような重なり幅は、弁座の周の大半、即ち５０％を超える部分に適用可能である。開閉動作が実質的に生じず、弁座とリーフスプリングとの間で油膜が離脱することもないリーフスプリングの固定部分では、リーフスプリングが、より大きな重なり幅を有していてもよい。本発明の場合の重なり合う部分とは、閉弁状態にあるときのリーフスプリングと接する弁座の部分を意味する。このような接する部分において、リーフスプリングが弁座と重なり合う。また、本発明の場合の径方向とは、弁座が延在する平面において、弁座の周方向と直交する方向のことを意味する。重なり幅を低減することで、リーフスプリングと弁座との間の粘着力が減少し、開弁の際の流出が円滑に行われる。また、重なり幅を低減することで、より低い排出圧でもリーフスプリングが開くことになる。放出された油とガスとの混合物の膨張は排出圧に依存するが、このようにすることにより、放出された油とガスとの混合物の膨張が低減される。この結果、発生する騒音も減少し、作動中の真空ポンプの音が静かになる。

リーフスプリングの径方向への突出量は、１．０ｍｍより大きい。但し、径方向への突出量は全域で均一とせず、部分的に１．０ｍｍ未満となるようにしてもよい。本発明の場合、径方向への突出量が１．０ｍｍより大きいとは、径方向への突出量の平均値が１．０ｍｍより大きいことを意味する。また、本発明の場合、径方向への突出量とは、径方向外方に向け、弁座よりもリーフスプリングが突き出ている長さを示すものである。このような構成により、リーフスプリングとハウジングとの間に、更にエアクッションを形成することができる。このようなエアクッションにより、閉弁動作時におけるリーフスプリングの更なる減速が得られ、発生する騒音をより一層低減することができる。

従来は、リーフスプリング及び弁座の製造時や、真空ポンプの組み立て時には、リーフスプリングが弁座の上に正確に位置するように、一般的に厳格な許容誤差を守る必要があった。突出部分を設けることにより、不都合が生じてもリーフスプリングが依然として弁座を覆うようになる範囲が拡大することになる。従って、より緩和された許容誤差で、リーフスプリング及び弁座の製造及び組立を行うことが可能となる。この結果、より経済的にリーフスプリング及び弁座を製造可能となり、組立も容易になる。

真空ポンプに用いるリーフスプリングは、０．１５〜０．２ｍｍの厚みを有するのが好ましい。リーフスプリングに用いる素材は、ウッデホルム社製のＵＨＢ７１６ステンレス鋼が好ましい。

好ましい態様において、弁座は、隣接する少なくとも１つの傾斜面によって縁取られている。本発明において用いる「傾斜面」という言葉は、工作物の縁部に形成される円弧状の縁部切欠または面取りの傾斜面を示すものである。この場合、傾斜面は、工作物の２つの異なる面を接続する面となる。

リーフスプリングの閉弁動作の際、傾斜面とリーフスプリングとの間に、高圧の環状エアクッションが形成され、このエアクッションが、リーフスプリングを減速させ、弁座とリーフスプリングとの間での騒音の発生を最小限に抑えるというのが、この傾斜面の効果である。これにより、弁座へのリーフスプリングの衝突によって生じる騒音は、大幅に減少する。

傾斜面は、隆起した弁座の内周部分に形成されるのが好ましい。傾斜面は、弁座に続いて内側に、即ち弁座に隣接して設けられる。このような傾斜面は、傾斜面形成のための構造的変更を必要としないという点で有利である。従って、隆起した弁座に、後から傾斜面を形成することも可能である。好ましい更なる態様として、隆起した弁座の内周部分に代えて、または隆起した弁座の内周部分に加えて、隆起した弁座の外周部分に傾斜面を形成するようにしてもよい。

本発明の好ましい態様において、弁開口及びリーフスプリングは腎臓形の形状を有し、リーフスプリングは、長手方向の一端で固定される。このような構成は、場所をとらずにハウジング内に排出弁を収容できる点で有利である。

もう１つの態様として、隔壁には、２つの排出弁が設けられるのが好ましい。第１排出弁は、ポンプロータの正回転時に流出経路を形成し、第２排出弁は、ポンプロータの逆回転時に流出経路を形成する。このような構成は、ポンプロータの両方向の回転で真空ポンプが作動可能である点で有利である。この場合、これら排出弁の２つのリーフスプリングは、単一の共用スプリング体で形成される。従って、真空ポンプの部品点数が減り、組立が容易になると共に、複数のリーフスプリングの間での取り違いがなくなる。

本発明の好ましい更なる態様において、弁座は、少なくとも０．５ｍｍ、好ましくは少なくとも１．０ｍｍ、特に好ましくは１．５ｍｍの高さに隆起する。本発明で用いる「隆起」の言葉は、弁座と当該弁座が突設されるハウジング面との間に距離を設けることを示すものである。これにより、弁座の周囲に傾斜面を形成することが可能となる。

本発明の更なる詳細構成及び利点は、以下において図面に関連して行う実施形態の説明により明らかとなる。

本発明の車両用真空ポンプを示す図である。 図１の車両用真空ポンプにおける排出弁を通る断面図である。 第２の実施形態として示す、図１の車両用真空ポンプにおける排出弁の平面図である。

図１は、本発明による車両用真空ポンプ（以下、単に真空ポンプとする）１０を示す。真空ポンプ１０は、ポンプロータ１１を回転させることにより、内部でガスの圧縮が行われるポンプ室１２を形成する。ポンプ室１２は、隔壁２２によって排出チャンバ１４から隔離されている。隔壁２２には、腎臓形の形状をした正回転用の弁開口２４_１と、腎臓形の形状をした逆回転用の弁開口２４_２とが形成されている。ポンプ室１２と排出チャンバ１４とを連通させるために、真空ポンプ１０は、チェックバルブの形式の正回転用の排出弁２０_１と、チェックバルブの形式の逆回転用の排出弁２０_２とを備えている。排出弁２０_１は、弁体として腎臓形の形状のリーフスプリング４０_１を有しており、閉弁時に、このリーフスプリング４０_１が弁開口２４_１を閉じる。また、排出弁２０_２は、弁体として腎臓形の形状のリーフスプリング４０_２を有しており、閉弁時に、このリーフスプリング４０_２が弁開口２４_２を閉じる。

図２は、正回転用の排出弁２０_１を通る断面を示す。正回転用の排出弁２０_１は、腎臓形の形状のリーフスプリング４０_１と、ポンプハウジングの隆起部として形成された弁座３０と、腎臓形の形状を有してポンプ室１２と排出チャンバ１４とを連通させる弁開口２４_１とによって形成される。高さＥで隆起して形成された弁座３０は、弁座３０に最も隣接するポンプハウジングの領域よりも高くなっている。弁開口２４_１は、図２に示すように、リーフスプリング４０_１によって閉じられる。閉弁状態において、リーフスプリング４０_１は、重なり幅Ｕをもって弁座３０に密着状態で当接する。開弁状態では、リーフスプリング４０_１が、弁座３０から離間するように湾曲する。リーフスプリング４０_１の動きは、リーフスプリング４０_１の移動方向において弁座３０から距離を置いて設けられた弁ストッパ４５によって制限される。発生する騒音の抑制のため、弁開口２４_１の内周面には傾斜面５０が、また弁開口２４_１の外周面には傾斜面５１が、それぞれ設けられている。従って、図２の実施形態では、隆起した弁座３０が、全周にわたり、２つの傾斜面５０，５１で縁取られている。リーフスプリング４０_１は、弁座３０を越えて横方向に延設されるようになっている。これにより、リーフスプリング４０_１は、径方向に突出量ＵＨだけ突き出している。従って、リーフスプリング４０_１の縁部は、流体の流動方向において、隆起した弁座３０に隣接するポンプハウジングの領域の上方に位置している。

図３は、本発明の第２の実施形態を示しており、この第２の実施形態では、２つの排出弁２０_１，２０_２が設けられる。一方の排出弁２０_１は、ポンプロータ１１の正回転の際に流出経路を形成し、他方の排出弁２０_２は、ポンプロータ１１の逆回転の際に流出経路を形成する。流体の流動方向に見た場合に、排出弁２０_１の弁開口２４_１は、固定部材７０の左方に設けられ、排出弁２０_２の弁開口２４_２は、固定部材７０の右方に設けられている。この固定部材７０は、腎臓形の形状を有したリーフスプリング４０_１及びリーフスプリング４０_２を形成するスプリング体７２と、流体の流出方向においてリーフスプリング４０_１及びリーフスプリング４０_２の上方に配置された一体形の弁ストッパ４５とを、弁開口２４_１と弁開口２４_２との間の隔壁２２に固定する。弁ストッパ４５は、流体の流動方向に見た場合の固定部材７０の右方及び左方に、腎臓形の形状を有した２つのストッパ開口７４が設けられており、これらストッパ開口７４は、流体の流出方向においてリーフスプリング４０_１及びリーフスプリング４０_２の上方に位置すると共に、リーフスプリング４０_１及びリーフスプリング４０_２の縁部が、これらストッパ開口７４よりも横方向に突出している。これらのストッパ開口７４により、閉弁動作の際に、リーフスプリング４０_１及びリーフスプリング４０_２が弁ストッパ４５から離れやすくなる。

１０ 車両用真空ポンプ
１１ ポンプロータ
１２ ポンプ室
１４ 排出チャンバ
２０_１ 正回転用の排出弁
２０_２ 逆回転用の排出弁
２２ 隔壁
２４_１ 正回転用の弁開口
２４_２ 逆回転用の弁開口
３０ 弁座
４０_１ 正回転用のリーフスプリング
４０_２ 逆回転用のリーフスプリング
４５ 弁ストッパ
５０，５１ 傾斜面
７０ 固定部材
７２ スプリング体
７４ ストッパ開口
Ｅ 高さ
Ｕ 重なり幅
ＵＨ 突出量

Claims (7)

1. ポンプロータ（１１）が内部で回転して圧縮を行うポンプ室（１２）と、
   前記ポンプ室（１２）から流出した圧縮ガスが流入する排出チャンバ（１４）と、
   前記ポンプ室（１２）を前記排出チャンバ（１４）から隔離する隔壁（２２）と、
   前記隔壁（２２）に設けられてチェックバルブとして構成され、前記ポンプ室（１２）から前記排出チャンバ（１４）内に流入する前記圧縮ガスが通過する少なくとも１つの排出弁（２０_１，２０_２）とを備え、
   前記排出弁（２０_１，２０_２）は、
   前記隔壁（２２）に設けられた弁開口（２４_１，２４_２）と、
   前記弁開口（２４_１，２４_２）の周囲に設けられた弁座（３０）と、
   弁体として設けられたリーフスプリング（４０_１，４０_２）とによって形成され、
   前記リーフスプリング（４０_１，４０_２）は、前記リーフスプリング（４０_１，４０_２）が前記弁座（３０）に当接する前記排出弁（２０_１，２０_２）の閉弁状態と、前記リーフスプリング（４０_１，４０_２）が前記弁座（３０）から離間する前記排出弁（２０_１，２０_２）の開弁状態との間で移動可能であり、
   前記弁座（３０）は、隆起した形状を有して形成され、
   前記弁座（３０）と前記リーフスプリング（４０_１，４０_２）とが重なり合う部分の径方向の重なり幅は、１．５ｍｍ未満であり、
   前記リーフスプリング（４０_１，４０_２）の径方向の突出量は、１．０ｍｍより大きい
   ことを特徴とする車両用真空ポンプ。
2. 前記弁座（３０）は、隣接する少なくとも１つの傾斜面（５０，５１）によって縁取られていることを特徴とする請求項１に記載の車両用真空ポンプ。
3. 前記傾斜面（５０）は、隆起した前記弁座（３０）の内周部分に形成されることを特徴とする請求項２に記載の車両用真空ポンプ。
4. 前記傾斜面（５１）は、隆起した前記弁座（３０）の外周部分に形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の車両用真空ポンプ。
5. 前記弁開口（２４_１，２４_２）及び前記リーフスプリング（４０_１，４０_２）は、腎臓形の形状を有し、前記リーフスプリング（４０_１，４０_２）は、長手方向の一端で固定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用真空ポンプ。
6. 前記隔壁（２２）には、２つの排出弁（２０_１，２０_２）が設けられ、
   前記２つの排出弁（２０_１，２０_２）の２つのリーフスプリング（４０_１，４０_２）は、単一の共用スプリング体（７２）で形成される
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両用真空ポンプ。
7. 前記弁座（３０）の高さ（Ｅ）は、少なくとも０．５ｍｍ、好ましくは少なくとも１．０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の車両用真空ポンプ。

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