JP3828971B2

JP3828971B2 - 容積型ポンプ

Info

Publication number: JP3828971B2
Application number: JP33999096A
Authority: JP
Inventors: 幸雄村田
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2016-12-19
Also published as: DE19756821A1; JPH10176679A; US5992296A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内を往復動する摺動ピストンによって流体の圧送を行なう容積型ポンプに関するもので、詳しくは、組み立てを容易にすると同時に、吐出効率を向上させるための改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
容積型ポンプは、一般に、シリンダ内を往復動してシリンダ内のポンプ室容積を圧縮・膨張させる摺動ピストンと、前記ポンプ室に装備された吸入口を前記摺動ピストンの膨張工程時に開く吸入弁と、前記ポンプ室の吐出口を前記摺動ピストンの圧縮工程時に開く吐出弁と、前記ポンプ室内の流体が摺動ピストンとシリンダとの間の隙間から漏れないように前記シリンダと摺動ピストンとの間に圧縮状態で装備される弾性シール材とを備えた構成からなり、前記摺動ピストンの往復運動によって流体の圧送を行なう。
【０００３】
このような容積型ポンプの内、シリンダの直径が比較的に大きく、前記摺動ピストンとして有頭筒状のピストンを使用したものは、ピストンポンプと呼ばれている。また、シリンダの直径が比較的に小さく、前記摺動ピストンとして丸棒状のプランジャを使用したものは、プランジャポンプと呼ばれている。
【０００４】
従来の容積型ポンプでは、通常、図６に示すように、シリンダ１の内周に周方向に沿う溝２を形成して、該溝２に嵌合させたリング状の弾性シール材３をピストンやプランジャ等の摺動ピストン４の外周に弾性接触させることで、ポンプ室５内の流体がシリンダ１と摺動ピストン４との間の隙間６から漏れることを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図６に示したような弾性シール材３の装備の仕方では、吐出圧が高圧になる場合、図７に示すように、弾性シール材３は、ポンプ室５内の流体の圧力によって、矢印（イ）に示すように、ポンプ室５から離間する方向に変位、変形して、ポンプ室５の実質的容積を増大させる。そして、このような弾性シール材３の変位や変形によるポンプ室５の容積の増大分は、摺動ピストン４により加圧された流体の逃げ空間となり、吐出量のロスという問題を招く。
このような問題は、前記摺動ピストン４の１回の移動ストロークＸが小さくなるほど影響が大きくなり、ポンプの吐出効率の向上を妨げる重大な欠陥となる虞があった。
【０００６】
以上の弾性シール材３の変位や変形によるポンプ室容積の増大は、溝２と弾性シール材３との嵌合精度を高めたり、シリンダ１と摺動ピストン４との嵌合精度を高めて、弾性シール材３の変位や変形を小さくすれば、低減させることができる。しかし、嵌合精度を高めると、加工コストが増大してコストアップが生じたり、組み立て性が低下するという新たな問題が生じる。
そこで、本発明の目的は上記課題を解消することにあり、シリンダやピストン等の嵌合精度を高めずとも、弾性シール材の変位や変形によるポンプ室容積の増大を防止することができ、組み立て性に優れ、しかも、吐出効率を向上させることのできる容積型ポンプを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る容積型ポンプは、往復動してシリンダ内のポンプ室容積を圧縮・膨張させる摺動ピストンと、前記ポンプ室に装備された吸入口を前記摺動ピストンの膨張工程時に開く吸入弁と、前記ポンプ室の吐出口を前記摺動ピストンの圧縮工程時に開く吐出弁と、前記ポンプ室内の流体が前記摺動ピストンと前記シリンダとの間の隙間から漏れないように前記シリンダと前記摺動ピストンとの間に圧縮状態で装備される弾性シール材とを具備し、前記摺動ピストンの往復運動によって流体の圧送を行なう容積型ポンプであって、前記弾性シール材は、前記摺動ピストンの圧縮工程時に該摺動ピストンの先端面によって圧縮力を受けて、該圧縮力による弾性変形でポンプ室内に膨出してポンプ室容積を低減させるように、前記摺動ピストンの先端側で、かつシリンダ内周面に沿って装備されたことを特徴とするものである。
【０００８】
あるいは、上記目的を達成するために、前記弾性シール材は、一端が前記摺動ピストンの先端面に当接すると共に、他端が前記摺動ピストンの先端面に対峙している前記ポンプ室の端面に当接し、かつ外周面が前記シリンダの内周面に接触する円筒状に設けられたことを特徴とするものである。
または、前記弾性シール材は、前記摺動ピストンの先端面に当接する端部に、金属または硬質の樹脂材料で形成された当て板を埋設装備していることを特徴とするものである。
【０００９】
そして、以上の構成によれば、摺動ピストンの圧縮工程時には、弾性シール材がポンプ室容積を低減させるようにポンプ室内に膨出し、該弾性シール材の膨出によってポンプ室容積が低減した分だけ、摺動ピストンの１回の移動ストロークで吐出口から吐出される流体量が増大される。
また、弾性シール材は、一端が摺動ピストンの先端面に当接すると共に、他端が前記摺動ピストンの先端面に対峙しているポンプ室の端面に当接し、かつ外周面が前記シリンダの内周面に接触した円筒状に設けられた構造とした場合には、シリンダ内面や摺動ピストンの外周面に、弾性シール材が嵌合するシール溝を形成する必要がなくなるため、シリンダや摺動ピストンの構造を簡略化して製造コストを低減させることができ、さらに、弾性シール材の組み付け時の位置決め作業等が簡易になり、組み立て性を更に向上させることができる。
さらに、弾性シール材が端部に当て板を埋設装備した構造とした場合には、摺動ピストンによる圧縮工程時、弾性シール材の一部が摺動ピストンとシリンダとの嵌合部の隙間にはみ出すことを確実に防止して、弾性シール材のポンプ室内への膨出量を最大限にすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る容積型ポンプの好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２は本発明に係る容積型ポンプの第１実施形態を示したもので、図１は容積型ポンプの縦断面図、図２は同容積型ポンプの圧縮工程時及び膨張工程時における弾性シール材の挙動を示す要部断面図である。
この容積型ポンプ１０は、例えば、車両のディスクブレーキ装置において、摩擦パッドを円盤状のディスクロータに押し付けるための高油圧を発生する電動式の油圧ポンプとして利用されるものである。
【００１１】
この容積型ポンプ１０は、筒状のシリンダ１３と、シリンダ１３内に往復動可能に装備された摺動ピストン１４と、シリンダ１３内で前記摺動ピストン１４を往復動させてシリンダ１３内のポンプ室１５の容積を圧縮・膨張させる電動式アクチュエータ１６と、この電動式アクチュエータ１６の動作を制御するコントロール・ユニット１８と、前記ポンプ室１５に装備された吸入口１５ａを前記摺動ピストン１４の膨張工程（吸入工程）時に開く吸入弁２０と、前記ポンプ室１５の吐出口１５ｂを前記摺動ピストン１４の圧縮工程（吐出工程）時に開く吐出弁２１と、前記ポンプ室１５内の作動油が摺動ピストン１４とシリンダ１３との間の隙間から漏れないように前記シリンダ１３と摺動ピストン１４との間に圧縮状態で装備される弾性シール材１１とを具備し、前記摺動ピストン１４の往復運動によって流体の圧送を行なう。
【００１２】
この第１実施形態の場合、シリンダ１３は比較的に直径が大きく、摺動ピストン１４はポンプ室１５を圧縮・膨張させるピストンとして往復動する。即ち、この第１実施形態の容積型ポンプ１０は、ピストンポンプとして機能する。
【００１３】
前記電動式アクチュエータ１６は、前記摺動ピストン１４の先端面１４ａと該先端面１４ａに対峙するポンプ室１５の端面１５ｃとの間に圧縮状態で装備されて前記摺動ピストン１４を後退方向（図１では、左方向）に付勢するプリストレスばね２３と、該プリストレスばね２３の付勢力が前記摺動ピストン１４を介して作用するように前記摺動ピストン１４の後端側に装備されて磁界が加えられると磁歪によって長さが変化する超磁歪素子２５と、入力電流に応じた磁界を前記超磁歪素子２５に加える電磁コイル２６とを備えて、超磁歪素子２５の磁歪による伸縮動作によって前記摺動ピストン１４を前後方向に往復動させる。
【００１４】
前記プリストレスばね２３は、超磁歪素子２５を圧縮方向に付勢して、磁界が加えられた時の超磁歪素子２５の歪量を増大させると動時に、超磁歪素子２５の縮長時に摺動ピストン１４が速やかに元の位置に復帰するように付勢するリターンスプリングとして機能する。
前記超磁歪素子２５は摺動ピストン１４の摺動方向に軸線を向けた丸棒状のもので、電磁コイル２６は超磁歪素子２５の周囲を覆う円筒状をなしている。
これらの超磁歪素子２５及び電磁コイル２６は、前記シリンダ１３と一体の筒状のポンプケース部２８に収容保持されている。
【００１５】
前記コントロール・ユニット１８は、前記超磁歪素子２５に加えられる磁界が周期的に変化して該超磁歪素子２５が伸縮動作を繰り返すように前記電磁コイル２６の入力電流を制御するもので、電磁コイル２６へ印加する電流を発生する電源を内蔵している。
【００１６】
前記吸入弁２０及び吐出弁２１は、前記摺動ピストン１４の往復動時に弁体に作用する圧力で自動的に流路を開閉する逆止弁である。
前記弾性シール材１１は、前記摺動ピストン１４の圧縮工程時に該摺動ピストン１４の先端面１４ａによって圧縮力を受けて、該圧縮力による弾性変形でポンプ室１５内に膨出してポンプ室１５の容積を低減させるように、前記摺動ピストン１４の先端側で、シリンダ１３内周面に沿う環状に装備されている。
【００１７】
さらに詳述すると、この第１実施形態における弾性シール材１１は、一端が摺動ピストン１４の先端面１４ａに当接すると共に、他端が前記摺動ピストン１４の先端面１４ａに対峙しているポンプ室１５の端面１５ｃに当接し、かつ外周面が前記シリンダ１３の内周面に接触した円筒状に設けられている。
【００１８】
以上に示した構成の容積型ポンプ１０では、電磁コイル２６に通電されていない状態の時は、超磁歪素子２５が縮長状態にあって、図２の（ａ）に示すように、摺動ピストン１４は、ポンプ室１５の端面１５ｃから一番離れた初期位置に位置している。この状態では、吸入弁２０及び吐出弁２１は、いずれも流路を閉じている。
【００１９】
そして、コントロール・ユニット１８からの通電により電磁コイル２６が磁界を発生すると、その磁界によって超磁歪素子２５がプリストレスばね２３の付勢力に抗して伸張して、摺動ピストン１４を図１及び図２の矢印（ロ）方向に前進させる。
この摺動ピストン１４の前進により、ポンプ室１５が圧縮されて、ポンプ室１５内の作動油が吐出口１５ｂから吐出されることになるが、この摺動ピストン１４による圧縮工程では、弾性シール材１１も、図２の（ｂ）に示すように圧縮を受ける。この圧縮で、ポンプ室１５内の液圧の上昇に伴って弾性シール材１１によるシール圧も高まるようになり、弾性シール材１１によるシール性能が向上する。また、それと同時に、弾性シール材１１は、ポンプ室１５内に向って膨出するように弾性変形して、ポンプ室１５の容積を低減させる。即ち、摺動ピストン１４の圧縮工程時には、弾性シール材１１がポンプ室１５内に膨出して、前記摺動ピストン１４と同様にポンプ室１５内の作動油を吐出口１５ｂに押し出す働きをする。
従って、弾性シール材１１の膨出による作動油の吐出分だけ、摺動ピストン１４の１回の移動ストロークＸ当たりの吐出量が増大して、吐出効率が向上する。
【００２０】
そして、コントロール・ユニット１８からの電磁コイル２６への通電が解除されると、電磁コイル２６の磁界が消えて、超磁歪素子２５は元の長さ寸法に縮長する。このとき、プリストレスばね２３の付勢力で、摺動ピストン１４は超磁歪素子２５の縮長に伴って後進する。この摺動ピストン１４の後進により、ポンプ室１５はそれまでの圧縮工程から膨張工程に替って、図示略のリザーバタンクの作動油を吸入弁２０を介して吸い上げる。また、同時に、弾性シール材１１は摺動ピストン１４による圧縮が開放されるため、図１及び図２の（ａ）に示した元の状態に戻る。
【００２１】
即ち、前記した第１実施形態の容積型ポンプ１０では、摺動ピストン１４による圧縮工程時には、弾性シール材１１がポンプ室１５の容積を低減させるようにポンプ室１５内に膨出し、この弾性シール材１１の膨出によってポンプ室１５の容積が低減した分だけ、摺動ピストン１４の１回の移動ストロークで吐出口１５ｂから吐出される吐出量が増大し、吐出効率が向上する。
しかも、このような弾性シール材１１による作用効果は、弾性シール材１１の装備位置を改善したことによって得たものであり、シリンダ１３やピストン等の嵌合精度を高めずとも、圧縮工程時に弾性シール材の変位や変形によってポンプ室の容積が増大するという不都合を防止することができる。
従って、組み立て性が良く、しかも、吐出効率を向上させることができる。
【００２２】
また、弾性シール材１１は、一端が摺動ピストン１４の先端面１４ａに当接すると共に、他端が前記摺動ピストン１４の先端面１４ａに対峙しているポンプ室１５の端面１５ｃに当接し、かつ外周面が前記シリンダ１３の内周面に接触した円筒状に設けられていて、ポンプ室１５内に弾性シール材１１を押し入れた後、この弾性シール材１１の端部に摺動ピストン１４を当接させるという簡単な操作で、弾性シール材１１を所定位置に位置決めすることができる。
従って、シリンダ１３内面や摺動ピストン１４の外周面に、弾性シール材１１が嵌合するシール溝を形成する必要がなくなり、シリンダ１３や摺動ピストン１４の構造を簡略化して製造コストを軽減させることができ、さらに、弾性シール材１１の組み付け時の位置決め作業等が簡易になり、組み立て性をさらに向上させることができる。
【００２３】
図３及び図４は本発明に係る容積型ポンプの第２実施形態を示したもので、図３は第２実施形態の容積型ポンプの要部断面図、図４は同容積型ポンプの圧縮工程時における弾性シール材の挙動を示す要部断面図である。
この第２実施形態の容積型ポンプ３０は、摺動ピストン１４とシリンダ１３との間をシールする弾性シール材１１の構造を一部改善したものである。
この第２実施形態における弾性シール材１１では、摺動ピストン１４の先端面１４ａに当接する弾性シール材１１の端部に、金属または硬質の樹脂材料で形成された当て板３１を埋設装備した構成になっている。
【００２４】
前記当て板３１は、摺動ピストン１４とシリンダ１３との嵌合部の隙間３２を塞ぐように装備されている。
このように、当て板３１を装備したことで、摺動ピストン１４による圧縮工程時には、図４に示すように、弾性シール材１１の一部が摺動ピストン１４とシリンダ１３との嵌合部の隙間３２にはみ出すことを確実に防止して、圧縮工程時における弾性シール材１１のポンプ室１５内への膨出量を、最大限にすることができる。
【００２５】
なお、以上の各実施形態では、弾性シール材１１は、ポンプ室１５の奥行の全長に渡る筒状にしたが、図５に示すように、ポンプ室１５の奥行の全長よりも短いリング状として、弾性シール材１１の先端側はシリンダ１３内に組み付けた止め輪３４に当接させるようにしても良い。
【００２６】
また、上記の各実施形態は、シリンダ１３径が比較的に大きく摺動ピストン１４としてピストンを使用したピストンポンプの場合を示したが、本発明は、シリンダ１３径が比較的に小さく、摺動ピストン１４が丸棒状のプランジャを使用したプランジャポンプとしても利用できるものである。
また、本発明の容積型ポンプで吐出する流体は、ブレーキオイル等の液体に限るものではなく、気体も扱うことができ、本発明の容積型ポンプは、オイルポンプやエアーコンプレッサーなど、多様な用途に適用可能である。
【００２７】
また、本発明の容積型ポンプにおいて、摺動ピストン１４をシリンダ１３内で往復動させる駆動源は、上記の実施形態に示した超磁歪素子に限らない。超磁歪素子の代わりに圧電素子を利用したり、あるいは、従来のピストンポンプやプランジャポンプに使用されている公知の駆動源・駆動機構を利用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の容積型ポンプでは、摺動ピストンの圧縮工程時には、弾性シール材がポンプ室容積を低減させるようにポンプ室内に膨出し、前記弾性シール材の膨出によってポンプ室容積が低減した分だけ、摺動ピストンの１回の移動ストロークで吐出口から吐出される流体量が増大し、吐出効率が向上する。
しかも、弾性シール材による作用効果は、弾性シール材の装備位置を改善したことによって得たものであり、シリンダやピストン等の嵌合精度を高めずとも、圧縮工程時に弾性シール材の変位や変形によってポンプ室容積が増大するという不都合を防止することができる。
従って、組み立て性が良く、しかも、吐出効率の良い容積型ポンプを提供することができる。
また、弾性シール材は、一端が摺動ピストンの先端面に当接すると共に、他端が前記摺動ピストンの先端面に対峙しているポンプ室の端面に当接し、かつ外周面が前記シリンダの内周面に接触した円筒状に設けられた構造とした場合には、シリンダ内面や摺動ピストンの外周面に、弾性シール材が嵌合するシール溝を形成する必要がなくなるため、シリンダや摺動ピストンの構造を簡略化して製造コストを軽減させることができ、さらに、弾性シール材の組み付け時の位置決め作業等が簡易になり、組み立て性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る容積型ポンプの第１実施形態の縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の容積型ポンプの圧縮工程時及び膨張工程時における弾性シール材の挙動を示す要部断面図である。
【図３】本発明に係る容積型ポンプの第２実施形態の要部断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の容積型ポンプの圧縮工程時における弾性シール材の挙動を示す要部断面図である。
【図５】本発明に係る容積型ポンプの第３実施形態の要部断面図である。
【図６】従来の容積型ポンプにおける弾性シール材の装備構造を示す要部断面図である。
【図７】図６に示した従来の容積型ポンプの圧縮工程時における弾性シール材の挙動を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１０容積型ポンプ
１１弾性シール材
１３シリンダ
１４摺動ピストン
１５ポンプ室
１５ａ吸入口
１５ｂ吐出口
１６電動式アクチュエータ
１８コントロール・ユニット
２０吸入弁
２１吐出弁

Claims

往復動してシリンダ内のポンプ室容積を圧縮・膨張させる摺動ピストンと、前記ポンプ室に装備された吸入口を前記摺動ピストンの膨張工程時に開く吸入弁と、前記ポンプ室の吐出口を前記摺動ピストンの圧縮工程時に開く吐出弁と、前記ポンプ室内の流体が前記摺動ピストンと前記シリンダとの間の隙間から漏れないように前記シリンダと前記摺動ピストンとの間に圧縮状態で装備される弾性シール材とを具備し、前記摺動ピストンの往復運動によって流体の圧送を行う容積型ポンプであって、
前記弾性シール材は、前記摺動ピストンの圧縮工程時に該摺動ピストンの先端面によって圧縮力を受けて、該圧縮力による弾性変形でポンプ室内に膨出してポンプ室容積を低減させるように、前記摺動ピストンの先端側で、かつシリンダ内周面に沿って装備されたことを特徴とする容積型ポンプ
前記弾性シール材は、一端が前記摺動ピストンの先端面に当接すると共に、他端が前記摺動ピストンの先端面に対峙している前記ポンプ室の端面に当接し、かつ外周面が前記シリンダの内周面に接触する円筒状に設けられたことを特徴とする請求項１記載の容積型ポンプ。
前記弾性シール材は、前記摺動ピストンの先端面に当接する端部に、金属または硬質の樹脂材料で形成された当て板を埋設装備していることを特徴とする請求項１又は２記載の容積型ポンプ。