真空ポンプ
【課題】大型化することなく、騒音や振動の低減を図った真空ポンプを提供すること。
【解決手段】ケーシング本体２２は、ロータ２７やベーン２８が摺動するシリンダ室Ｓと、このシリンダ室Ｓから排出された圧縮空気を膨張させる膨張室３３と、シリンダ室Ｓと膨張室３３とを接続する排気経路４０とを備え、この排気経路４０に少なくとも一の折り返し部４０Ｃを設けた。
【解決手段】ケーシング本体２２は、ロータ２７やベーン２８が摺動するシリンダ室Ｓと、このシリンダ室Ｓから排出された圧縮空気を膨張させる膨張室３３と、シリンダ室Ｓと膨張室３３とを接続する排気経路４０とを備え、この排気経路４０に少なくとも一の折り返し部４０Ｃを設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシング内に回転圧縮要素を備えた真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ケーシング内に回転圧縮要素を備えた真空ポンプが知られている。この種の真空ポンプでは、回転圧縮要素を電動モータ等の駆動装置で駆動することによって真空を得ることができる。真空ポンプは、例えば、自動車のエンジンルームに搭載されて、ブレーキ倍力装置を作動させるための真空を発生させるために使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２２０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の真空ポンプでは、回転圧縮要素を駆動させてケーシング内に吸込んだ空気を圧縮して排出口から排出することにより、この排気口から排出する際に大きな騒音や振動を発生する。従来の構成では、これら騒音や振動の低減を図るべく、排気口にサイレンサを設けたり、防振ゴムを設けた頑強なブラケットを介して車両に取り付けていたため、部品点数が増加して真空ポンプが大型化してしまうという問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、大型化することなく、騒音や振動の低減を図った真空ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、ケーシング内に回転圧縮要素を備えた真空ポンプにおいて、前記ケーシングは、前記回転圧縮要素を摺動させるシリンダ室と、このシリンダ室から排出された圧縮空気を膨張させる膨張室と、前記シリンダ室と前記膨張室とを接続する排気経路とを備え、この排気経路に少なくとも一の折り返し部を設けたことを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、シリンダ室と膨張室とを接続する排気経路に少なくとも一の折り返し部を設けたため、その分排気経路の経路長を長く形成することができる。このため、シリンダ室から排出された圧縮空気は、経路長の長い排気経路を流れる際に、当該排気経路の壁面にぶつかって乱反射することにより、当該圧縮空気の音エネルギを減衰させることができる。更に、排気経路で減衰された圧縮空気は、膨張室に流入し、この膨張室内で更に膨張、分散してより一層減衰されるため、排気する際の騒音及び振動の低減を図ることができる。
【０００７】
この構成において、前記排気経路及び前記膨張室は、前記ケーシングにおける前記シリンダ室の周縁部に並設されていることを特徴とする。この構成によれば、ケーシングに排気経路、膨張室及びシリンダ室を一体に形成することができ、真空ポンプの大型化を抑制することができる。
【０００８】
また、本発明は、前記排気経路に多孔質材料で形成された消音部材を配置したことを特徴とする。この構成によれば、排気経路を流れる圧縮空気が消音部材を通過する際に整流されるとともに、当該圧縮空気の音エネルギが消音部材に吸収されるため、排気する際の騒音及び振動を一層低減することができる。
【０００９】
また、本発明は、前記ケーシングは、前記シリンダ室を形成するシリンダライナを備え、このシリンダライナは前記排気経路に繋がる排気孔を備え、この排気孔は、前記シリンダ室の内側の孔径が外側よりも大きく、内側から外側に向けて縮径するテーパ孔に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、シリンダライナに形成する排気孔をテーパ孔としたことにより、シリンダ室から排出される圧縮空気の脈動を抑制することができ、この脈動に伴う排気時の騒音及び振動を低減することができる。
【００１０】
また、本発明は、前記回転圧縮要素を駆動する回転軸を備え、この回転軸の先端部を前記ケーシングに設けた軸受けで支持したことを特徴とする。この構成によれば、回転軸の振れが抑制されるため、作動音の低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シリンダ室と膨張室とを接続する排気経路に少なくとも一の折り返し部を設けたため、その分排気経路の経路長を長く形成することができる。このため、シリンダ室から排出された圧縮空気は、経路長の長い排気経路を流れる際に、当該排気経路の壁面にぶつかって乱反射することにより、当該圧縮空気の音エネルギを減衰させることができる。更に、排気経路で減衰された圧縮空気は、膨張室に流入し、この膨張室内で更に膨張、分散してより一層減衰されるため、排気する際の騒音及び振動の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る真空ポンプを使用したブレーキ装置の概要図である。
【図２】真空ポンプの側部部分断面図である。
【図３】真空ポンプをその前側から見た図である。
【図４】シリンダライナに形成した排気孔を示す図２の部分拡大図である。
【図５】各構成に対応する騒音値を記載した表である。
【図６】別の実施形態にかかる真空ポンプの側部部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る真空ポンプ１を負圧源として使用したブレーキ装置１００の概要図である。ブレーキ装置１００は、例えば、自動車等の車両の左右の前輪に取り付けられたフロントブレーキ２Ａ，２Ｂ、及び左右の後輪に取り付けられたリアブレーキ３Ａ，３Ｂを備えている。これらの各ブレーキは、マスターシリンダ４とブレーキ配管９によりそれぞれ接続されており、マスターシリンダ４からブレーキ配管９を介して送られる油圧によって各ブレーキが作動する。
また、ブレーキ装置１００は、ブレーキペダル５と連結されたブレーキブースター（ブレーキ倍力装置）６を備え、このブレーキブースター６には、空気配管８を介して、真空タンク７及び真空ポンプ１が直列に接続されている。ブレーキブースター６は、真空タンク７内の負圧を利用してブレーキペダル５の踏力を倍力するものであり、小さな踏力でマスターシリンダ４のピストン（図示せず）を移動させることにより、十分なブレーキングパワーを引き出せるようになっている。
真空ポンプ１は、車両のエンジンルーム内に配置され、真空タンク７内の空気を車両外部へ排出し、当該真空タンク７内を真空状態とする。なお、自動車等に用いる真空ポンプ１の使用範囲は、例えば、−６０ｋＰａ〜−８０ｋＰａである。
【００１４】
図２は、真空ポンプ１の側部部分断面図であり、図３は、図２の真空ポンプ１をその前側（同図中の右側）から見た図である。ただし、図３は、シリンダ室Ｓの構成を示すべく、ポンプカバー２４，サイドプレート２６等の部材を取り外した状態を図示している。なお、以下では、説明の便宜上、図２および図３の上部にそれぞれ矢印で示す方向が、真空ポンプ１の上下前後左右を示すものとして説明する。また、前後方向については軸方向、左右方向については幅方向ともいう。
【００１５】
図２に示すように、真空ポンプ１は電動モータ（駆動機）１０と、この電動モータ１０を駆動源として作動するポンプ本体２０とを備えており、これら電動モータ１０及びポンプ本体２０が一体に連結された状態で自動車等の車体に固定支持されている。
【００１６】
電動モータ１０は、略円筒形状に形成されたケース１１の一方の端部（前端）の略中心からポンプ本体２０側（前側）に向かって延びる出力軸（回転軸）１２を有している。出力軸１２は、ポンプ本体２０を駆動する駆動軸として機能するものであり、前後方向に延びる回転中心Ｘ１を基準として回転する。出力軸１２の先端部１２Ａはスプライン軸に形成されており、ポンプ本体２０のロータ２７の軸方向に貫通する軸孔２７Ａの一部に形成されたスプライン溝２７Ｄと係合し、出力軸１２とロータ２７とが一体に回転可能に連結される。
電動モータ１０は、電源（図示略）の投入により、出力軸１２が、図３中の矢印Ｒ方向（反時計回り）に回転し、これによりロータ２７を、回転中心Ｘ１を中心として同方向（矢印Ｒ方向）に回転させるようになっている。
【００１７】
ケース１１は、有底円筒形状に形成されたケース本体６０と、このケース本体６０の開口を塞ぐカバー体６１とを備え、ケース本体６０は、その周縁部６０Ａが外方に折り曲げて形成されている。カバー体６１は、ケース本体６０の開口と略同径に形成された円板部（壁面）６１Ａと、この円板部６１Ａの周縁に連なり、ケース本体６０の内周面に嵌まる円筒部６１Ｂと、この円筒部６１Ｂの周縁を外方に折り曲げて形成した屈曲部６１Ｃとを備えて一体に形成され、円板部６１Ａ及び円筒部６１Ｂがケース本体６０内に進入し、屈曲部６１Ｃが、ケース本体６０の周縁部６０Ａに当接して固定されている。これにより、電動モータ１０には、ケース１１の一方の端部（前端）が内側に窪み、ポンプ本体２０がインロー嵌合により取り付けられる嵌合穴部６３が形成される。
また、円板部６１Ａの略中央には、出力軸１２が貫通する貫通孔６１Ｄと、この貫通孔６１Ｄの周囲にケース本体６０の内側に延びる円環状のベアリング保持部６１Ｅとが形成され、このベアリング保持部６１Ｅの内周面６１Ｆに、上記出力軸１２の前方側を軸支するベアリング６２の外輪が保持される。
【００１８】
ポンプ本体２０は、図２に示すように、電動モータ１０のケース１１の前側に形成された嵌合穴部６３に嵌合されるケーシング本体２２と、このケーシング本体２２内に配置されてシリンダ室Ｓを形成するシリンダライナ２３と、当該ケーシング本体２２を前側から覆うポンプカバー２４とを備えている。本実施形態ではケーシング本体２２、シリンダライナ２３及びポンプカバー２４を備えて、真空ポンプ１のケーシング３１を構成している。
【００１９】
ケーシング本体２２は、例えば、アルミニウム等の熱伝導性の高い金属材料を用いて、図３に示すように、前側から見た形状が上記した回転中心Ｘ１を略中心とした上下方向に長い略矩形に形成されている。ケーシング本体２２の上部には、このケーシング本体２２に設けられたシリンダ室Ｓ内に連通する連通孔２２Ａが形成され、この連通孔２２Ａには吸込ニップル３０が圧入されている。この吸込ニップル３０は、図２に示すように、上向きに延びる直管であり、当該吸込ニップル３０の一端３０Ａには、外部機器（例えば、真空タンク７（図１参照））から負圧空気を供給するための管またはチューブが接続される。
【００２０】
ケーシング本体２２には、前後方向に延びる軸心Ｘ２を基準とした孔部２２Ｂが形成され、この孔部２２Ｂに円筒状に形成されたシリンダライナ２３が圧入されている。なお、シリンダライナ２３をケーシング本体２２の孔部２２Ｂに圧入することに替えて、シリンダライナ２３を鋳込んだ状態でケーシング本体２２を鋳造する構成としても良い。軸心Ｘ２は、上述の電動モータ１０の出力軸１２の回転中心Ｘ１に対して平行で、かつ、図３に示すように、回転中心Ｘ１に対して左側斜め上方に偏心している。本構成では、回転中心Ｘ１を中心とするロータ２７の外周面２７Ｂが、軸心Ｘ２を基準に形成されているシリンダライナ２３の内周面２３Ａに接するように軸心Ｘ２が偏心されている。
【００２１】
シリンダライナ２３は、ロータ２７と同一の金属材料（本実施形態では、鉄）で形成されており、このシリンダライナ２３の内周面２３Ａには、例えば、無電解ニッケルめっき処理等が施され、内周面２３Ａの硬度が高められている。
本実施形態では、ケーシング本体２２に形成された孔部２２Ｂにシリンダライナ２３を圧入する（もしくは鋳込む）ことにより、ケーシング本体２２の前後方向の長さ範囲内でシリンダライナ２３を収容することができるため、このシリンダライナ２３がケーシング本体２２から突出することが防止され、ケーシング本体２２の小型化を図ることができる。
更に、ケーシング本体２２はロータ２７よりも熱伝導性の高い材料で形成されている。これによれば、ロータ２７及びベーン２８が回転駆動した際に発生した熱がケーシング本体２２に速やかに伝達できることにより、ケーシング本体２２から十分に放熱することができる。
【００２２】
シリンダライナ２３には、上記したケーシング本体２２の連通孔２２Ａとシリンダ室Ｓ内とを繋ぐ開口２３Ｂが形成されており、吸込ニップル３０を通じた空気は、連通孔２２Ａ，開口２３Ｂを通じてシリンダ室Ｓ内に供給される。また、ケーシング本体２２及びシリンダライナ２３の下部には、これらケーシング本体２２及びシリンダライナ２３を貫通し、シリンダ室Ｓで圧縮された空気が排出される排気孔２２Ｃ，２３Ｃが設けられている。シリンダライナ２３に設けられた排気孔２３Ｃについては後述する。
【００２３】
シリンダライナ２３の後端および前端には、それぞれシリンダ室Ｓの開口を塞ぐサイドプレート２５，２６が配設されている。これらサイドプレート２５，２６は、その直径がシリンダライナ２３の内周面２３Ａの内径よりも大きく設定されており、ウェーブワッシャー２５Ａ，２６Ａにより付勢されて、シリンダライナ２３の前端及び後端にそれぞれ押し付けられている。これにより、シリンダライナ２３の内側は、吸込ニップル３０に連なる開口２３Ｂ及び排気孔２３Ｃ，２２Ｃを除いて、密閉されたシリンダ室Ｓが形成される。なお、ウェーブワッシャー２５Ａ，２６Ａの替わりにシールリングを設ける構成としても良い。
【００２４】
シリンダ室Ｓには、ロータ２７が配設されている。ロータ２７は、電動モータ１０の回転中心Ｘ１に沿って延びる円柱形状を有し、ポンプ本体２０の駆動軸である出力軸１２が挿通される軸孔２７Ａを有すると共に、この軸孔２７Ａから径方向に離れた位置に、複数のガイド溝２７Ｃが軸孔２７Ａを中心とする等角度間隔で周方向に間隔を空けて設けられる。上記軸孔２７Ａの一部には、出力軸１２の先端部１２Ａに設けられたスプライン軸に係合するスプライン溝２７Ｄが形成され、ロータ２７と出力軸１２とがスプライン連結されるようになっている。
本実施形態では、ロータ２７の前端面には、軸孔２７Ａの周囲に当該軸孔２７Ａよりも拡径した円柱状の凹部２７Ｆが形成され、この凹部２７Ｆ内に延出する出力軸１２の先端にプッシュナット７０が取り付けられ、このプッシュナット７０により、ロータ２７が出力軸１２の先端側へ移動することが規制される。
【００２５】
ロータ２７の前後方向の長さは、シリンダライナ２３のシリンダ室Ｓの長さ、すなわち、上述の２枚にサイドプレート２５，２６の相互に対向する内面間の距離と略等しく設定され、ロータ２７とサイドプレート２５，２６との間は略閉塞されている。
また、ロータ２７の外径は、図３に示すように、ロータ２７の外周面２７Ｂが、シリンダライナ２３の内周面２３Ａのうちの右斜め下方に位置する部分と微小なクリアランスを保つように設定されている。これにより、サイドプレート２５，２６により区画されたシリンダ室Ｓ内は、図３に示すように、ロータ２７の外周面２７Ｂと、シリンダライナ２３の内周面２３Ａとの間には、三日月形状の空間が構成される。
【００２６】
ロータ２７には、三日月形状の空間を区画する複数（本例では５枚）のベーン２８が設けられている。ベーン２８は、板状に形成されていて、その前後方向の長さは、ロータ２７と同様、２枚のサイドプレート２５，２６の相互に対向する内面間の距離と略等しくなるように設定されている。これらベーン２８は、ロータ２７に設けられたガイド溝２７Ｃから出没自在に配設されている。各ベーン２８は、ロータ２７の回転に伴い、遠心力によってガイド溝２７Ｃに沿って外側へ突出し、その先端をシリンダライナ２３の内周面２３Ａに当接させる。これにより、上述の三日月形状の空間は、相互に隣接する２枚のベーン２８，２８と、ロータ２７の外周面２７Ｂと、シリンダライナ２３の内周面２３Ａとによって囲まれる５つの圧縮室Ｐに区画される。これら圧縮室Ｐは、出力軸１２の回転に伴うロータ２７の矢印Ｒ方向の回転に伴い、同方向に回転し、その容積が、開口２３Ｂ近傍で大きく、一方、排気孔２３Ｃで小さくなる。つまり、ロータ２７，ベーン２８の回転により、開口２３Ｂから１つの圧縮室Ｐに吸入された空気は、ロータ２７の回転に伴って回転しつつ圧縮されて、排気孔２３Ｃから吐出される。本構成では、ロータ２７及び複数のベーン２８を備えて回転圧縮要素を構成する。
【００２７】
ポンプカバー２４は、前側のサイドプレート２６にウェーブワッシャー２６Ａを介して配置され、ケーシング本体２２にボルト６６で固定されている。ケーシング本体２２の前面には、図３に示すように、シリンダライナ２３、後述する膨張室３３及び排気経路４０を囲んでシール溝２２Ｄが形成され、このシール溝２２Ｄには環状のシール材６７（図２）が配置されている。ポンプカバー２４には、膨張室３３に対応する位置に排気口２４Ａが設けてある。この排気口２４Ａは、膨張室３３に流入した空気を機外（真空ポンプ１の外部）に排出するためのものであり、この排気口２４Ａは、機外からポンプ内への空気の逆流を防止するためのチェックバルブ２９が取り付けられている。
【００２８】
上記したように、真空ポンプ１は、電動モータ１０とポンプ本体２０とを連結して構成されており、電動モータ１０の出力軸１２に連結されたロータ２７及びベーン２８がポンプ本体２０のシリンダライナ２３内で摺動する。このため、ポンプ本体２０を電動モータ１０の出力軸１２の回転中心Ｘ１に合わせて組み付けることが重要である。
このため、本実施形態では、電動モータ１０は、ケース１１の一端側に出力軸１２の回転中心Ｘ１を中心とした嵌合穴部６３が形成されている。一方、ケーシング本体２２の背面には、図２に示すように、シリンダ室Ｓの周囲に後方へ突出した円筒状の嵌合部２２Ｆが一体に形成されている。この嵌合部２２Ｆは、電動モータ１０の出力軸１２の回転中心Ｘ１と同心に形成されており、電動モータ１０の嵌合穴部６３にインロー嵌合する外径に形成されている。これにより、本構成では、電動モータ１０の嵌合穴部６３にケーシング本体２２の嵌合部２２Ｆを嵌め込むだけで、簡単に中心位置を合わせることができ、電動モータ１０とポンプ本体２０との組み付け作業を容易に行うことができる。また、ケーシング本体２２の背面には、嵌合部２２Ｆの周囲にシール溝２２Ｅが形成され、このシール溝２２Ｅには環状のシール材３５が配置されている。
【００２９】
ところで、ベーン型の真空ポンプ１では、ロータ２７及びベーン２８がシリンダ室Ｓ内を回転することにより空気を圧縮しているため、シリンダ室Ｓの排気孔２３Ｃ、２２Ｃから圧縮空気が間欠的に吐出される。このため、シリンダ室Ｓの排気孔２３Ｃ、２２Ｃでは、一定の基本周波数で圧力脈動が生じることにより、この圧力脈動に起因して、騒音及び振動が発生することがある。
この騒音及び振動を抑制するために、ケーシング本体２２には、シリンダ室Ｓの排気孔２３Ｃ、２２Ｃに連通する排気経路４０と、この排気経路４０に通じて導入された圧縮空気を膨張させる膨張室３３とが形成されている。
本実施形態では、シリンダライナ２３は、図３に示すように、このシリンダライナ２３の軸心Ｘ２が回転中心Ｘ１に対して左側斜め上方に偏心してケーシング本体２２に形成されている。このため、ケーシング本体２２内には、シリンダライナ２３が偏心したのと反対の方向に大きなスペースを確保することができ、このスペースにはシリンダライナ２３の周縁部に沿って上記した排気経路４０と膨張室３３とが形成されている。これによれば、ケーシング本体２２に排気経路４０と膨張室３３とを一体に形成することができるため、当該排気経路４０と膨張室３３をケーシング本体２２の外部に設ける必要がなく、ケーシング本体２２の小型化を図ることができ、ひいては真空ポンプ１の小型化を図ることができる。
【００３０】
膨張室３３は、排気経路４０を通じて流入した圧縮空気を膨張、分散させる空間であり、膨張室３３に流入した圧縮空気は、膨張、分散した後に当該膨張室３３の内壁にぶつかって乱反射することにより、圧縮空気の音エネルギが減衰されるため、排気する際の騒音及び振動の低減が図られる。本実施形態では、膨張室３３は、シリンダライナ２３の下方から出力軸１２の上方に至るまで、当該シリンダライナ２３の周縁部に沿った大きな閉空間として形成され、ポンプカバー２４に形成された排気口２４Ａに連通している。この排気口２４Ａは、排気経路４０及び膨張室３３における空気の流れ方向（矢印Ｍ方向）に対して、排出空気の流れを略垂直に変化させるよう設けられており、空気の流れの向きを変化させることにより、音エネルギを減少させることもできる。
【００３１】
排気経路４０は、膨張室３３よりも経路断面積が小さく形成された空間であり、この排気経路４０に流入する圧縮空気を積極的に当該排気経路４０の内壁にぶつけて音エネルギの減衰を図るものである。本実施形態では、ケーシング本体２２は、シリンダ室Ｓの外側に設けられた隔壁４１を備え、この隔壁４１により区画された空間として排気経路４０が形成される。
具体的には、隔壁４１はシリンダ室Ｓと略同心の円弧状に形成され、隔壁４１の一端４１Ａは排気孔２２Ｃを超えた位置で孔部２２Ｂに連結されている。また、隔壁４１の他端４１Ｂは、排気経路４０としての空間を閉塞しない位置まで延びている。
これにより、排気経路４０は、この隔壁４１とシリンダ室Ｓとの間に形成されて排気孔２２Ｃからの圧縮空気が流入する内側経路４０Ａと、当該隔壁４１の外側に形成されて上記した膨張室３３に接続される外側経路４０Ｂとを備え、この内側経路４０Ａと外側経路４０Ｂとは、隔壁４１の他端４１Ｂ側で連結されて折り返し部４０Ｃを形成する。従って、シリンダ室Ｓから排気孔２２Ｃ、２３Ｃを通じて排出された圧縮空気は、矢印Ｍに示すように、内側経路４０Ａを流れた後に折り返し部４０Ｃで反転して外側経路４０Ｂを流れ、膨張室３３に流入される。
この構成では、排気経路４０は、隔壁４１により形成される折り返し部４０Ｃを備えるため、排気経路４０の経路長を長く形成することができ、当該排気経路４０を流れる圧縮空気は、経路長の長い排気経路４０を流れる際に、当該排気経路４０の壁面にぶつかって乱反射することにより、当該圧縮空気の音エネルギを減衰させることができる。この場合、排気経路４０の経路断面形状を軸方向に延ばした横長形状として、排気経路４０の壁面の表面積をできるだけ大きくすると、この壁面に空気がぶつかる機会が増えて消音効果が増大する。
更に、排気経路４０で減衰された圧縮空気は、その後、膨張室３３に流入し、この膨張室３３内で更に膨張、分散してより一層減衰されるため、排気する際の騒音及び振動の低減を図ることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、排気経路４０は、内側経路４０Ａの入口部と外側経路４０Ｂの出口部とにそれぞれ消音部材４４Ａ，４４Ｂを備える。これら消音部材４４Ａ，４４Ｂは、例えば、銅やステンレス等の金属粒子を焼結させて略矩形に形成した多孔質部材であり、各内側経路４０Ａ、外側経路４０Ｂの側壁に設けた溝部４５，４６にそれぞれ挿し込まれて固定されている。
この構成によれば、排気経路４０を流れる圧縮空気は、各消音部材４４Ａ，４４Ｂの微小空間を通過する際に整流されるとともに、当該圧縮空気の音エネルギが消音部材に吸収されるため、排気経路４０から膨張室３３に流入する圧縮空気の音エネルギを減衰することができ、排気する際の騒音及び振動を一層低減することができる。この場合、一方の消音部材４４Ａを排気孔２２Ｃの近くに、他方の消音部材４４Ｂを膨張室３３の近くに配置するとより大きな消音効果を奏する。
【００３３】
図４は、シリンダライナ２３に形成された排気孔２３Ｃを示す図２の部分拡大図である。上述のように、排気する際に発生する騒音及び振動は、ロータ２７及びベーン２８の回転に伴い、シリンダ室Ｓの排気孔２３Ｃ、２２Ｃから圧縮空気の脈動に起因していることが分かっている。
出願人は、この圧力脈動を低減しようと、排気孔２３Ｃの形状を種々変化させて騒音値を計測したところ、図４に示すように、排気孔２３Ｃは、シリンダ室Ｓの内側の孔径ｄ１が外側の孔径ｄ２よりも大きく、この孔径ｄ１からｄ２に縮径するテーパ面２３Ｃ１を有するテーパ孔に形成すると騒音が抑制されることがわかった。
具体的には、排気孔２３Ｃのシリンダ室Ｓの内側の孔径ｄ１は、ケーシング本体２２の排気孔２２Ｃの孔径ｄ３と略同一（本実施形態では直径１０．５ｍｍ）に設定されている。また、外側の孔径ｄ２は、上記した孔径ｄ１の７０％程度の大きさが望ましく、本実施形態では、直径７ｍｍに設定されている。また、テーパ面２３Ｃ１の角度αは１２０°に設定されている。
この構成では、シリンダライナ２３に形成される排気孔２３Ｃは、シリンダ室Ｓの内側の孔径ｄ１が外側の孔径ｄ２よりも大きく、内側から外側に向けて縮径するテーパ面２３Ｃ１を有するテーパ孔としたことにより、排気孔２３Ｃからの排気抵抗を極端に高めることなく、シリンダ室Ｓからの排気量を絞ることができるため、シリンダ室から排出される圧縮空気の脈動を抑制することができ、この脈動に伴う排気時の騒音及び振動を低減することができる。
【００３４】
次に、上記した構成により騒音値の低減効果について説明する。
図５は、各構成に対応する騒音値を記載したものである。この騒音値は、真空ポンプ１の周囲に複数（例えば１０箇所）の測定用のマイクを配置し、この状態で真空ポンプ１を作動させた際の騒音値をマイク毎に測定し、これら測定値の平均値を算出したものである。
この図５によれば、膨張室３３のみを設けた構成の騒音値（７１．７ｄＢ）に対して、排気経路４０を設けることにより騒音値（６３．４ｄＢ）が８．３ｄＢ（約１２％）低減した。また、排気経路４０に消音部材４４Ａ，４４Ｂを配置することにより騒音値（５９．７ｄＢ）が更に３．７ｄＢ（約６％）低減し、この構成に排気孔２３Ｃをテーパ孔とした構成を加えると、騒音値（５８．６ｄＢ）が更に１．１ｄＢ（約１．９％）低減する結果となった。
このように、各種の工夫を施すことにより、騒音値の低減された真空ポンプ１を実現することができ、この真空ポンプ１を車両に搭載した場合に、真空ポンプ１の騒音による不快感を抑制することができる。
【００３５】
以上、本実施形態によれば、ケーシング本体２２は、ロータ２７やベーン２８が摺動するシリンダ室Ｓと、このシリンダ室Ｓから排出された圧縮空気を膨張させる膨張室３３と、シリンダ室Ｓと膨張室３３とを接続する排気経路４０とを備え、この排気経路４０に少なくとも一の折り返し部４０Ｃを設けたため、この折り返し部４０Ｃにより折り返される分、排気経路４０の経路長を長く形成することができる。このため、シリンダ室Ｓから排出された圧縮空気は、経路長の長い排気経路４０を流れる際に、当該排気経路４０の壁面にぶつかって乱反射することにより、当該圧縮空気の音エネルギを減衰させることができる。更に、排気経路４０で減衰された圧縮空気は、膨張室３３に流入し、この膨張室３３内で更に膨張、分散してより一層減衰されるため、排気する際の騒音及び振動の低減を図ることができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、排気経路４０及び膨張室３３は、ケーシング本体２２におけるシリンダ室Ｓの周縁部に並設されているため、このケーシング本体２２に排気経路４０、膨張室３３及びシリンダ室Ｓを一体に形成することができ、真空ポンプ１の大型化を抑制することができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、排気経路４０に多孔質材料で形成された消音部材４４Ａ，４４Ｂを配置したため、排気経路４０を流れる圧縮空気が消音部材４４Ａ，４４Ｂを通過する際に整流されるとともに、当該圧縮空気の音エネルギが消音部材４４Ａ，４４Ｂに吸収されるため、排気する際の騒音及び振動を一層低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、ケーシング本体２２、シリンダ室Ｓを形成するシリンダライナ２３を備え、このシリンダライナ２３は排気経路４０に繋がる排気孔２３Ｃを備え、この排気孔２３Ｃは、シリンダ室Ｓの内側の孔径ｄ１が外側の孔径ｄ２よりも大きく、内側から外側に向けて縮径するテーパ面２３Ｃ１と有するテーパ孔に形成されているため、シリンダ室Ｓから排出される圧縮空気の脈動を抑制することができ、この脈動に伴う排気時の騒音及び振動を低減することができる。
【００３９】
次に、別の実施形態について説明する。
図６は、別の実施形態にかかる真空ポンプの側部部分断面図である。
この実施形態にかかる真空ポンプ８０は、ロータ２７を回転する出力軸１２の先端部を支持するパイロットベアリングを備える点で上記した実施形態と構成が異なる。同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態では、出力軸１２は、先端部１２Ａにパイロットベアリング８１が取り付けられる軸受取付部１２Ａ１を一体に備え、この軸受取付部１２Ａ１は、前側のサイドプレート２６の貫通孔２６Ｂ、ポンプカバー８４の軸受保持孔８４Ａを貫通してポンプ本体２０の外側に延出している。ポンプカバー８４の内面には、軸受保持孔８４Ａが形成され、この軸受保持孔８４Ａにパイロットベアリング８１が保持されている。この構成では、内面にパイロットベアリング８１を保持できる程度の深さの軸受保持孔８４Ａが形成されるため、ポンプカバー８４の板厚が厚く形成されている。
この構成によれば、出力軸１２の先端部がパイロットベアリング８１により支持されるため、当該出力軸１２の振れが抑制されることにより、ロータ２７及びベーン２８をシリンダ室Ｓ内で安定して回転させることができる。従って、ロータ２７及びベーン２８の作動音の低減を図ることができる。
【００４０】
以上、本発明を実施するための最良の実施の形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。例えば、本実施形態では、排気経路４０は、１つの折り返し部４０Ｃを備える構成としているが、設置できるのであれば、２つ以上の折り返し部を設けても良い。また、本実施形態では、排気経路４０に２つの消音部材４４Ａ，４４Ｂを配置して構成を説明したが、この消音部材は１つでも３つ以上でも構わない。また、消音部材として金属粒子を焼結させた焼結金属性のものを例示したが、温度条件が整えば、焼結樹脂で形成された消音部材を配置することもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１、８０ 真空ポンプ
１０ 電動モータ
１１ ケース
１２ 出力軸（回転軸）
２０ ポンプ本体
２２ ケーシング本体
２２Ａ 連通孔
２２Ｂ 孔部
２２Ｃ 排気孔
２３ シリンダライナ
２３Ｃ 排気孔
２３Ｃ１ テーパ面
２４、８４ ポンプカバー
２７ ロータ（回転圧縮要素）
２８ ベーン（回転圧縮要素）
３１ ケーシング
３３ 膨張室
４０ 排気経路
４０Ａ 内側経路
４０Ｂ 外側経路
４０Ｃ 折り返し部
４１ 隔壁
４１Ａ 一端
４１Ｂ 他端
４４Ａ，４４Ｂ 消音部材
８１ パイロットベアリング
８４Ａ 軸受保持孔
Ｓ シリンダ室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシング内に回転圧縮要素を備えた真空ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ケーシング内に回転圧縮要素を備えた真空ポンプが知られている。この種の真空ポンプでは、回転圧縮要素を電動モータ等の駆動装置で駆動することによって真空を得ることができる。真空ポンプは、例えば、自動車のエンジンルームに搭載されて、ブレーキ倍力装置を作動させるための真空を発生させるために使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２２０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の真空ポンプでは、回転圧縮要素を駆動させてケーシング内に吸込んだ空気を圧縮して排出口から排出することにより、この排気口から排出する際に大きな騒音や振動を発生する。従来の構成では、これら騒音や振動の低減を図るべく、排気口にサイレンサを設けたり、防振ゴムを設けた頑強なブラケットを介して車両に取り付けていたため、部品点数が増加して真空ポンプが大型化してしまうという問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、大型化することなく、騒音や振動の低減を図った真空ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、ケーシング内に回転圧縮要素を備えた真空ポンプにおいて、前記ケーシングは、前記回転圧縮要素を摺動させるシリンダ室と、このシリンダ室から排出された圧縮空気を膨張させる膨張室と、前記シリンダ室と前記膨張室とを接続する排気経路とを備え、この排気経路に少なくとも一の折り返し部を設けたことを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、シリンダ室と膨張室とを接続する排気経路に少なくとも一の折り返し部を設けたため、その分排気経路の経路長を長く形成することができる。このため、シリンダ室から排出された圧縮空気は、経路長の長い排気経路を流れる際に、当該排気経路の壁面にぶつかって乱反射することにより、当該圧縮空気の音エネルギを減衰させることができる。更に、排気経路で減衰された圧縮空気は、膨張室に流入し、この膨張室内で更に膨張、分散してより一層減衰されるため、排気する際の騒音及び振動の低減を図ることができる。
【０００７】
この構成において、前記排気経路及び前記膨張室は、前記ケーシングにおける前記シリンダ室の周縁部に並設されていることを特徴とする。この構成によれば、ケーシングに排気経路、膨張室及びシリンダ室を一体に形成することができ、真空ポンプの大型化を抑制することができる。
【０００８】
また、本発明は、前記排気経路に多孔質材料で形成された消音部材を配置したことを特徴とする。この構成によれば、排気経路を流れる圧縮空気が消音部材を通過する際に整流されるとともに、当該圧縮空気の音エネルギが消音部材に吸収されるため、排気する際の騒音及び振動を一層低減することができる。
【０００９】
また、本発明は、前記ケーシングは、前記シリンダ室を形成するシリンダライナを備え、このシリンダライナは前記排気経路に繋がる排気孔を備え、この排気孔は、前記シリンダ室の内側の孔径が外側よりも大きく、内側から外側に向けて縮径するテーパ孔に形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、シリンダライナに形成する排気孔をテーパ孔としたことにより、シリンダ室から排出される圧縮空気の脈動を抑制することができ、この脈動に伴う排気時の騒音及び振動を低減することができる。
【００１０】
また、本発明は、前記回転圧縮要素を駆動する回転軸を備え、この回転軸の先端部を前記ケーシングに設けた軸受けで支持したことを特徴とする。この構成によれば、回転軸の振れが抑制されるため、作動音の低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、シリンダ室と膨張室とを接続する排気経路に少なくとも一の折り返し部を設けたため、その分排気経路の経路長を長く形成することができる。このため、シリンダ室から排出された圧縮空気は、経路長の長い排気経路を流れる際に、当該排気経路の壁面にぶつかって乱反射することにより、当該圧縮空気の音エネルギを減衰させることができる。更に、排気経路で減衰された圧縮空気は、膨張室に流入し、この膨張室内で更に膨張、分散してより一層減衰されるため、排気する際の騒音及び振動の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る真空ポンプを使用したブレーキ装置の概要図である。
【図２】真空ポンプの側部部分断面図である。
【図３】真空ポンプをその前側から見た図である。
【図４】シリンダライナに形成した排気孔を示す図２の部分拡大図である。
【図５】各構成に対応する騒音値を記載した表である。
【図６】別の実施形態にかかる真空ポンプの側部部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る真空ポンプ１を負圧源として使用したブレーキ装置１００の概要図である。ブレーキ装置１００は、例えば、自動車等の車両の左右の前輪に取り付けられたフロントブレーキ２Ａ，２Ｂ、及び左右の後輪に取り付けられたリアブレーキ３Ａ，３Ｂを備えている。これらの各ブレーキは、マスターシリンダ４とブレーキ配管９によりそれぞれ接続されており、マスターシリンダ４からブレーキ配管９を介して送られる油圧によって各ブレーキが作動する。
また、ブレーキ装置１００は、ブレーキペダル５と連結されたブレーキブースター（ブレーキ倍力装置）６を備え、このブレーキブースター６には、空気配管８を介して、真空タンク７及び真空ポンプ１が直列に接続されている。ブレーキブースター６は、真空タンク７内の負圧を利用してブレーキペダル５の踏力を倍力するものであり、小さな踏力でマスターシリンダ４のピストン（図示せず）を移動させることにより、十分なブレーキングパワーを引き出せるようになっている。
真空ポンプ１は、車両のエンジンルーム内に配置され、真空タンク７内の空気を車両外部へ排出し、当該真空タンク７内を真空状態とする。なお、自動車等に用いる真空ポンプ１の使用範囲は、例えば、−６０ｋＰａ〜−８０ｋＰａである。
【００１４】
図２は、真空ポンプ１の側部部分断面図であり、図３は、図２の真空ポンプ１をその前側（同図中の右側）から見た図である。ただし、図３は、シリンダ室Ｓの構成を示すべく、ポンプカバー２４，サイドプレート２６等の部材を取り外した状態を図示している。なお、以下では、説明の便宜上、図２および図３の上部にそれぞれ矢印で示す方向が、真空ポンプ１の上下前後左右を示すものとして説明する。また、前後方向については軸方向、左右方向については幅方向ともいう。
【００１５】
図２に示すように、真空ポンプ１は電動モータ（駆動機）１０と、この電動モータ１０を駆動源として作動するポンプ本体２０とを備えており、これら電動モータ１０及びポンプ本体２０が一体に連結された状態で自動車等の車体に固定支持されている。
【００１６】
電動モータ１０は、略円筒形状に形成されたケース１１の一方の端部（前端）の略中心からポンプ本体２０側（前側）に向かって延びる出力軸（回転軸）１２を有している。出力軸１２は、ポンプ本体２０を駆動する駆動軸として機能するものであり、前後方向に延びる回転中心Ｘ１を基準として回転する。出力軸１２の先端部１２Ａはスプライン軸に形成されており、ポンプ本体２０のロータ２７の軸方向に貫通する軸孔２７Ａの一部に形成されたスプライン溝２７Ｄと係合し、出力軸１２とロータ２７とが一体に回転可能に連結される。
電動モータ１０は、電源（図示略）の投入により、出力軸１２が、図３中の矢印Ｒ方向（反時計回り）に回転し、これによりロータ２７を、回転中心Ｘ１を中心として同方向（矢印Ｒ方向）に回転させるようになっている。
【００１７】
ケース１１は、有底円筒形状に形成されたケース本体６０と、このケース本体６０の開口を塞ぐカバー体６１とを備え、ケース本体６０は、その周縁部６０Ａが外方に折り曲げて形成されている。カバー体６１は、ケース本体６０の開口と略同径に形成された円板部（壁面）６１Ａと、この円板部６１Ａの周縁に連なり、ケース本体６０の内周面に嵌まる円筒部６１Ｂと、この円筒部６１Ｂの周縁を外方に折り曲げて形成した屈曲部６１Ｃとを備えて一体に形成され、円板部６１Ａ及び円筒部６１Ｂがケース本体６０内に進入し、屈曲部６１Ｃが、ケース本体６０の周縁部６０Ａに当接して固定されている。これにより、電動モータ１０には、ケース１１の一方の端部（前端）が内側に窪み、ポンプ本体２０がインロー嵌合により取り付けられる嵌合穴部６３が形成される。
また、円板部６１Ａの略中央には、出力軸１２が貫通する貫通孔６１Ｄと、この貫通孔６１Ｄの周囲にケース本体６０の内側に延びる円環状のベアリング保持部６１Ｅとが形成され、このベアリング保持部６１Ｅの内周面６１Ｆに、上記出力軸１２の前方側を軸支するベアリング６２の外輪が保持される。
【００１８】
ポンプ本体２０は、図２に示すように、電動モータ１０のケース１１の前側に形成された嵌合穴部６３に嵌合されるケーシング本体２２と、このケーシング本体２２内に配置されてシリンダ室Ｓを形成するシリンダライナ２３と、当該ケーシング本体２２を前側から覆うポンプカバー２４とを備えている。本実施形態ではケーシング本体２２、シリンダライナ２３及びポンプカバー２４を備えて、真空ポンプ１のケーシング３１を構成している。
【００１９】
ケーシング本体２２は、例えば、アルミニウム等の熱伝導性の高い金属材料を用いて、図３に示すように、前側から見た形状が上記した回転中心Ｘ１を略中心とした上下方向に長い略矩形に形成されている。ケーシング本体２２の上部には、このケーシング本体２２に設けられたシリンダ室Ｓ内に連通する連通孔２２Ａが形成され、この連通孔２２Ａには吸込ニップル３０が圧入されている。この吸込ニップル３０は、図２に示すように、上向きに延びる直管であり、当該吸込ニップル３０の一端３０Ａには、外部機器（例えば、真空タンク７（図１参照））から負圧空気を供給するための管またはチューブが接続される。
【００２０】
ケーシング本体２２には、前後方向に延びる軸心Ｘ２を基準とした孔部２２Ｂが形成され、この孔部２２Ｂに円筒状に形成されたシリンダライナ２３が圧入されている。なお、シリンダライナ２３をケーシング本体２２の孔部２２Ｂに圧入することに替えて、シリンダライナ２３を鋳込んだ状態でケーシング本体２２を鋳造する構成としても良い。軸心Ｘ２は、上述の電動モータ１０の出力軸１２の回転中心Ｘ１に対して平行で、かつ、図３に示すように、回転中心Ｘ１に対して左側斜め上方に偏心している。本構成では、回転中心Ｘ１を中心とするロータ２７の外周面２７Ｂが、軸心Ｘ２を基準に形成されているシリンダライナ２３の内周面２３Ａに接するように軸心Ｘ２が偏心されている。
【００２１】
シリンダライナ２３は、ロータ２７と同一の金属材料（本実施形態では、鉄）で形成されており、このシリンダライナ２３の内周面２３Ａには、例えば、無電解ニッケルめっき処理等が施され、内周面２３Ａの硬度が高められている。
本実施形態では、ケーシング本体２２に形成された孔部２２Ｂにシリンダライナ２３を圧入する（もしくは鋳込む）ことにより、ケーシング本体２２の前後方向の長さ範囲内でシリンダライナ２３を収容することができるため、このシリンダライナ２３がケーシング本体２２から突出することが防止され、ケーシング本体２２の小型化を図ることができる。
更に、ケーシング本体２２はロータ２７よりも熱伝導性の高い材料で形成されている。これによれば、ロータ２７及びベーン２８が回転駆動した際に発生した熱がケーシング本体２２に速やかに伝達できることにより、ケーシング本体２２から十分に放熱することができる。
【００２２】
シリンダライナ２３には、上記したケーシング本体２２の連通孔２２Ａとシリンダ室Ｓ内とを繋ぐ開口２３Ｂが形成されており、吸込ニップル３０を通じた空気は、連通孔２２Ａ，開口２３Ｂを通じてシリンダ室Ｓ内に供給される。また、ケーシング本体２２及びシリンダライナ２３の下部には、これらケーシング本体２２及びシリンダライナ２３を貫通し、シリンダ室Ｓで圧縮された空気が排出される排気孔２２Ｃ，２３Ｃが設けられている。シリンダライナ２３に設けられた排気孔２３Ｃについては後述する。
【００２３】
シリンダライナ２３の後端および前端には、それぞれシリンダ室Ｓの開口を塞ぐサイドプレート２５，２６が配設されている。これらサイドプレート２５，２６は、その直径がシリンダライナ２３の内周面２３Ａの内径よりも大きく設定されており、ウェーブワッシャー２５Ａ，２６Ａにより付勢されて、シリンダライナ２３の前端及び後端にそれぞれ押し付けられている。これにより、シリンダライナ２３の内側は、吸込ニップル３０に連なる開口２３Ｂ及び排気孔２３Ｃ，２２Ｃを除いて、密閉されたシリンダ室Ｓが形成される。なお、ウェーブワッシャー２５Ａ，２６Ａの替わりにシールリングを設ける構成としても良い。
【００２４】
シリンダ室Ｓには、ロータ２７が配設されている。ロータ２７は、電動モータ１０の回転中心Ｘ１に沿って延びる円柱形状を有し、ポンプ本体２０の駆動軸である出力軸１２が挿通される軸孔２７Ａを有すると共に、この軸孔２７Ａから径方向に離れた位置に、複数のガイド溝２７Ｃが軸孔２７Ａを中心とする等角度間隔で周方向に間隔を空けて設けられる。上記軸孔２７Ａの一部には、出力軸１２の先端部１２Ａに設けられたスプライン軸に係合するスプライン溝２７Ｄが形成され、ロータ２７と出力軸１２とがスプライン連結されるようになっている。
本実施形態では、ロータ２７の前端面には、軸孔２７Ａの周囲に当該軸孔２７Ａよりも拡径した円柱状の凹部２７Ｆが形成され、この凹部２７Ｆ内に延出する出力軸１２の先端にプッシュナット７０が取り付けられ、このプッシュナット７０により、ロータ２７が出力軸１２の先端側へ移動することが規制される。
【００２５】
ロータ２７の前後方向の長さは、シリンダライナ２３のシリンダ室Ｓの長さ、すなわち、上述の２枚にサイドプレート２５，２６の相互に対向する内面間の距離と略等しく設定され、ロータ２７とサイドプレート２５，２６との間は略閉塞されている。
また、ロータ２７の外径は、図３に示すように、ロータ２７の外周面２７Ｂが、シリンダライナ２３の内周面２３Ａのうちの右斜め下方に位置する部分と微小なクリアランスを保つように設定されている。これにより、サイドプレート２５，２６により区画されたシリンダ室Ｓ内は、図３に示すように、ロータ２７の外周面２７Ｂと、シリンダライナ２３の内周面２３Ａとの間には、三日月形状の空間が構成される。
【００２６】
ロータ２７には、三日月形状の空間を区画する複数（本例では５枚）のベーン２８が設けられている。ベーン２８は、板状に形成されていて、その前後方向の長さは、ロータ２７と同様、２枚のサイドプレート２５，２６の相互に対向する内面間の距離と略等しくなるように設定されている。これらベーン２８は、ロータ２７に設けられたガイド溝２７Ｃから出没自在に配設されている。各ベーン２８は、ロータ２７の回転に伴い、遠心力によってガイド溝２７Ｃに沿って外側へ突出し、その先端をシリンダライナ２３の内周面２３Ａに当接させる。これにより、上述の三日月形状の空間は、相互に隣接する２枚のベーン２８，２８と、ロータ２７の外周面２７Ｂと、シリンダライナ２３の内周面２３Ａとによって囲まれる５つの圧縮室Ｐに区画される。これら圧縮室Ｐは、出力軸１２の回転に伴うロータ２７の矢印Ｒ方向の回転に伴い、同方向に回転し、その容積が、開口２３Ｂ近傍で大きく、一方、排気孔２３Ｃで小さくなる。つまり、ロータ２７，ベーン２８の回転により、開口２３Ｂから１つの圧縮室Ｐに吸入された空気は、ロータ２７の回転に伴って回転しつつ圧縮されて、排気孔２３Ｃから吐出される。本構成では、ロータ２７及び複数のベーン２８を備えて回転圧縮要素を構成する。
【００２７】
ポンプカバー２４は、前側のサイドプレート２６にウェーブワッシャー２６Ａを介して配置され、ケーシング本体２２にボルト６６で固定されている。ケーシング本体２２の前面には、図３に示すように、シリンダライナ２３、後述する膨張室３３及び排気経路４０を囲んでシール溝２２Ｄが形成され、このシール溝２２Ｄには環状のシール材６７（図２）が配置されている。ポンプカバー２４には、膨張室３３に対応する位置に排気口２４Ａが設けてある。この排気口２４Ａは、膨張室３３に流入した空気を機外（真空ポンプ１の外部）に排出するためのものであり、この排気口２４Ａは、機外からポンプ内への空気の逆流を防止するためのチェックバルブ２９が取り付けられている。
【００２８】
上記したように、真空ポンプ１は、電動モータ１０とポンプ本体２０とを連結して構成されており、電動モータ１０の出力軸１２に連結されたロータ２７及びベーン２８がポンプ本体２０のシリンダライナ２３内で摺動する。このため、ポンプ本体２０を電動モータ１０の出力軸１２の回転中心Ｘ１に合わせて組み付けることが重要である。
このため、本実施形態では、電動モータ１０は、ケース１１の一端側に出力軸１２の回転中心Ｘ１を中心とした嵌合穴部６３が形成されている。一方、ケーシング本体２２の背面には、図２に示すように、シリンダ室Ｓの周囲に後方へ突出した円筒状の嵌合部２２Ｆが一体に形成されている。この嵌合部２２Ｆは、電動モータ１０の出力軸１２の回転中心Ｘ１と同心に形成されており、電動モータ１０の嵌合穴部６３にインロー嵌合する外径に形成されている。これにより、本構成では、電動モータ１０の嵌合穴部６３にケーシング本体２２の嵌合部２２Ｆを嵌め込むだけで、簡単に中心位置を合わせることができ、電動モータ１０とポンプ本体２０との組み付け作業を容易に行うことができる。また、ケーシング本体２２の背面には、嵌合部２２Ｆの周囲にシール溝２２Ｅが形成され、このシール溝２２Ｅには環状のシール材３５が配置されている。
【００２９】
ところで、ベーン型の真空ポンプ１では、ロータ２７及びベーン２８がシリンダ室Ｓ内を回転することにより空気を圧縮しているため、シリンダ室Ｓの排気孔２３Ｃ、２２Ｃから圧縮空気が間欠的に吐出される。このため、シリンダ室Ｓの排気孔２３Ｃ、２２Ｃでは、一定の基本周波数で圧力脈動が生じることにより、この圧力脈動に起因して、騒音及び振動が発生することがある。
この騒音及び振動を抑制するために、ケーシング本体２２には、シリンダ室Ｓの排気孔２３Ｃ、２２Ｃに連通する排気経路４０と、この排気経路４０に通じて導入された圧縮空気を膨張させる膨張室３３とが形成されている。
本実施形態では、シリンダライナ２３は、図３に示すように、このシリンダライナ２３の軸心Ｘ２が回転中心Ｘ１に対して左側斜め上方に偏心してケーシング本体２２に形成されている。このため、ケーシング本体２２内には、シリンダライナ２３が偏心したのと反対の方向に大きなスペースを確保することができ、このスペースにはシリンダライナ２３の周縁部に沿って上記した排気経路４０と膨張室３３とが形成されている。これによれば、ケーシング本体２２に排気経路４０と膨張室３３とを一体に形成することができるため、当該排気経路４０と膨張室３３をケーシング本体２２の外部に設ける必要がなく、ケーシング本体２２の小型化を図ることができ、ひいては真空ポンプ１の小型化を図ることができる。
【００３０】
膨張室３３は、排気経路４０を通じて流入した圧縮空気を膨張、分散させる空間であり、膨張室３３に流入した圧縮空気は、膨張、分散した後に当該膨張室３３の内壁にぶつかって乱反射することにより、圧縮空気の音エネルギが減衰されるため、排気する際の騒音及び振動の低減が図られる。本実施形態では、膨張室３３は、シリンダライナ２３の下方から出力軸１２の上方に至るまで、当該シリンダライナ２３の周縁部に沿った大きな閉空間として形成され、ポンプカバー２４に形成された排気口２４Ａに連通している。この排気口２４Ａは、排気経路４０及び膨張室３３における空気の流れ方向（矢印Ｍ方向）に対して、排出空気の流れを略垂直に変化させるよう設けられており、空気の流れの向きを変化させることにより、音エネルギを減少させることもできる。
【００３１】
排気経路４０は、膨張室３３よりも経路断面積が小さく形成された空間であり、この排気経路４０に流入する圧縮空気を積極的に当該排気経路４０の内壁にぶつけて音エネルギの減衰を図るものである。本実施形態では、ケーシング本体２２は、シリンダ室Ｓの外側に設けられた隔壁４１を備え、この隔壁４１により区画された空間として排気経路４０が形成される。
具体的には、隔壁４１はシリンダ室Ｓと略同心の円弧状に形成され、隔壁４１の一端４１Ａは排気孔２２Ｃを超えた位置で孔部２２Ｂに連結されている。また、隔壁４１の他端４１Ｂは、排気経路４０としての空間を閉塞しない位置まで延びている。
これにより、排気経路４０は、この隔壁４１とシリンダ室Ｓとの間に形成されて排気孔２２Ｃからの圧縮空気が流入する内側経路４０Ａと、当該隔壁４１の外側に形成されて上記した膨張室３３に接続される外側経路４０Ｂとを備え、この内側経路４０Ａと外側経路４０Ｂとは、隔壁４１の他端４１Ｂ側で連結されて折り返し部４０Ｃを形成する。従って、シリンダ室Ｓから排気孔２２Ｃ、２３Ｃを通じて排出された圧縮空気は、矢印Ｍに示すように、内側経路４０Ａを流れた後に折り返し部４０Ｃで反転して外側経路４０Ｂを流れ、膨張室３３に流入される。
この構成では、排気経路４０は、隔壁４１により形成される折り返し部４０Ｃを備えるため、排気経路４０の経路長を長く形成することができ、当該排気経路４０を流れる圧縮空気は、経路長の長い排気経路４０を流れる際に、当該排気経路４０の壁面にぶつかって乱反射することにより、当該圧縮空気の音エネルギを減衰させることができる。この場合、排気経路４０の経路断面形状を軸方向に延ばした横長形状として、排気経路４０の壁面の表面積をできるだけ大きくすると、この壁面に空気がぶつかる機会が増えて消音効果が増大する。
更に、排気経路４０で減衰された圧縮空気は、その後、膨張室３３に流入し、この膨張室３３内で更に膨張、分散してより一層減衰されるため、排気する際の騒音及び振動の低減を図ることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、排気経路４０は、内側経路４０Ａの入口部と外側経路４０Ｂの出口部とにそれぞれ消音部材４４Ａ，４４Ｂを備える。これら消音部材４４Ａ，４４Ｂは、例えば、銅やステンレス等の金属粒子を焼結させて略矩形に形成した多孔質部材であり、各内側経路４０Ａ、外側経路４０Ｂの側壁に設けた溝部４５，４６にそれぞれ挿し込まれて固定されている。
この構成によれば、排気経路４０を流れる圧縮空気は、各消音部材４４Ａ，４４Ｂの微小空間を通過する際に整流されるとともに、当該圧縮空気の音エネルギが消音部材に吸収されるため、排気経路４０から膨張室３３に流入する圧縮空気の音エネルギを減衰することができ、排気する際の騒音及び振動を一層低減することができる。この場合、一方の消音部材４４Ａを排気孔２２Ｃの近くに、他方の消音部材４４Ｂを膨張室３３の近くに配置するとより大きな消音効果を奏する。
【００３３】
図４は、シリンダライナ２３に形成された排気孔２３Ｃを示す図２の部分拡大図である。上述のように、排気する際に発生する騒音及び振動は、ロータ２７及びベーン２８の回転に伴い、シリンダ室Ｓの排気孔２３Ｃ、２２Ｃから圧縮空気の脈動に起因していることが分かっている。
出願人は、この圧力脈動を低減しようと、排気孔２３Ｃの形状を種々変化させて騒音値を計測したところ、図４に示すように、排気孔２３Ｃは、シリンダ室Ｓの内側の孔径ｄ１が外側の孔径ｄ２よりも大きく、この孔径ｄ１からｄ２に縮径するテーパ面２３Ｃ１を有するテーパ孔に形成すると騒音が抑制されることがわかった。
具体的には、排気孔２３Ｃのシリンダ室Ｓの内側の孔径ｄ１は、ケーシング本体２２の排気孔２２Ｃの孔径ｄ３と略同一（本実施形態では直径１０．５ｍｍ）に設定されている。また、外側の孔径ｄ２は、上記した孔径ｄ１の７０％程度の大きさが望ましく、本実施形態では、直径７ｍｍに設定されている。また、テーパ面２３Ｃ１の角度αは１２０°に設定されている。
この構成では、シリンダライナ２３に形成される排気孔２３Ｃは、シリンダ室Ｓの内側の孔径ｄ１が外側の孔径ｄ２よりも大きく、内側から外側に向けて縮径するテーパ面２３Ｃ１を有するテーパ孔としたことにより、排気孔２３Ｃからの排気抵抗を極端に高めることなく、シリンダ室Ｓからの排気量を絞ることができるため、シリンダ室から排出される圧縮空気の脈動を抑制することができ、この脈動に伴う排気時の騒音及び振動を低減することができる。
【００３４】
次に、上記した構成により騒音値の低減効果について説明する。
図５は、各構成に対応する騒音値を記載したものである。この騒音値は、真空ポンプ１の周囲に複数（例えば１０箇所）の測定用のマイクを配置し、この状態で真空ポンプ１を作動させた際の騒音値をマイク毎に測定し、これら測定値の平均値を算出したものである。
この図５によれば、膨張室３３のみを設けた構成の騒音値（７１．７ｄＢ）に対して、排気経路４０を設けることにより騒音値（６３．４ｄＢ）が８．３ｄＢ（約１２％）低減した。また、排気経路４０に消音部材４４Ａ，４４Ｂを配置することにより騒音値（５９．７ｄＢ）が更に３．７ｄＢ（約６％）低減し、この構成に排気孔２３Ｃをテーパ孔とした構成を加えると、騒音値（５８．６ｄＢ）が更に１．１ｄＢ（約１．９％）低減する結果となった。
このように、各種の工夫を施すことにより、騒音値の低減された真空ポンプ１を実現することができ、この真空ポンプ１を車両に搭載した場合に、真空ポンプ１の騒音による不快感を抑制することができる。
【００３５】
以上、本実施形態によれば、ケーシング本体２２は、ロータ２７やベーン２８が摺動するシリンダ室Ｓと、このシリンダ室Ｓから排出された圧縮空気を膨張させる膨張室３３と、シリンダ室Ｓと膨張室３３とを接続する排気経路４０とを備え、この排気経路４０に少なくとも一の折り返し部４０Ｃを設けたため、この折り返し部４０Ｃにより折り返される分、排気経路４０の経路長を長く形成することができる。このため、シリンダ室Ｓから排出された圧縮空気は、経路長の長い排気経路４０を流れる際に、当該排気経路４０の壁面にぶつかって乱反射することにより、当該圧縮空気の音エネルギを減衰させることができる。更に、排気経路４０で減衰された圧縮空気は、膨張室３３に流入し、この膨張室３３内で更に膨張、分散してより一層減衰されるため、排気する際の騒音及び振動の低減を図ることができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、排気経路４０及び膨張室３３は、ケーシング本体２２におけるシリンダ室Ｓの周縁部に並設されているため、このケーシング本体２２に排気経路４０、膨張室３３及びシリンダ室Ｓを一体に形成することができ、真空ポンプ１の大型化を抑制することができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、排気経路４０に多孔質材料で形成された消音部材４４Ａ，４４Ｂを配置したため、排気経路４０を流れる圧縮空気が消音部材４４Ａ，４４Ｂを通過する際に整流されるとともに、当該圧縮空気の音エネルギが消音部材４４Ａ，４４Ｂに吸収されるため、排気する際の騒音及び振動を一層低減することができる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、ケーシング本体２２、シリンダ室Ｓを形成するシリンダライナ２３を備え、このシリンダライナ２３は排気経路４０に繋がる排気孔２３Ｃを備え、この排気孔２３Ｃは、シリンダ室Ｓの内側の孔径ｄ１が外側の孔径ｄ２よりも大きく、内側から外側に向けて縮径するテーパ面２３Ｃ１と有するテーパ孔に形成されているため、シリンダ室Ｓから排出される圧縮空気の脈動を抑制することができ、この脈動に伴う排気時の騒音及び振動を低減することができる。
【００３９】
次に、別の実施形態について説明する。
図６は、別の実施形態にかかる真空ポンプの側部部分断面図である。
この実施形態にかかる真空ポンプ８０は、ロータ２７を回転する出力軸１２の先端部を支持するパイロットベアリングを備える点で上記した実施形態と構成が異なる。同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この実施形態では、出力軸１２は、先端部１２Ａにパイロットベアリング８１が取り付けられる軸受取付部１２Ａ１を一体に備え、この軸受取付部１２Ａ１は、前側のサイドプレート２６の貫通孔２６Ｂ、ポンプカバー８４の軸受保持孔８４Ａを貫通してポンプ本体２０の外側に延出している。ポンプカバー８４の内面には、軸受保持孔８４Ａが形成され、この軸受保持孔８４Ａにパイロットベアリング８１が保持されている。この構成では、内面にパイロットベアリング８１を保持できる程度の深さの軸受保持孔８４Ａが形成されるため、ポンプカバー８４の板厚が厚く形成されている。
この構成によれば、出力軸１２の先端部がパイロットベアリング８１により支持されるため、当該出力軸１２の振れが抑制されることにより、ロータ２７及びベーン２８をシリンダ室Ｓ内で安定して回転させることができる。従って、ロータ２７及びベーン２８の作動音の低減を図ることができる。
【００４０】
以上、本発明を実施するための最良の実施の形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。例えば、本実施形態では、排気経路４０は、１つの折り返し部４０Ｃを備える構成としているが、設置できるのであれば、２つ以上の折り返し部を設けても良い。また、本実施形態では、排気経路４０に２つの消音部材４４Ａ，４４Ｂを配置して構成を説明したが、この消音部材は１つでも３つ以上でも構わない。また、消音部材として金属粒子を焼結させた焼結金属性のものを例示したが、温度条件が整えば、焼結樹脂で形成された消音部材を配置することもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１、８０ 真空ポンプ
１０ 電動モータ
１１ ケース
１２ 出力軸（回転軸）
２０ ポンプ本体
２２ ケーシング本体
２２Ａ 連通孔
２２Ｂ 孔部
２２Ｃ 排気孔
２３ シリンダライナ
２３Ｃ 排気孔
２３Ｃ１ テーパ面
２４、８４ ポンプカバー
２７ ロータ（回転圧縮要素）
２８ ベーン（回転圧縮要素）
３１ ケーシング
３３ 膨張室
４０ 排気経路
４０Ａ 内側経路
４０Ｂ 外側経路
４０Ｃ 折り返し部
４１ 隔壁
４１Ａ 一端
４１Ｂ 他端
４４Ａ，４４Ｂ 消音部材
８１ パイロットベアリング
８４Ａ 軸受保持孔
Ｓ シリンダ室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に回転圧縮要素を備えた真空ポンプにおいて、
前記ケーシングは、前記回転圧縮要素を摺動させるシリンダ室と、このシリンダ室から排出された圧縮空気を膨張させる膨張室と、前記シリンダ室と前記膨張室とを接続する排気経路とを備え、この排気経路に少なくとも一の折り返し部を設けたことを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
前記排気経路及び前記膨張室は、前記ケーシングにおける前記シリンダ室の周縁部に並設されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記排気経路に多孔質材料で形成された消音部材を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の真空ポンプ。
【請求項４】
前記ケーシングは、前記シリンダ室を形成するシリンダライナを備え、このシリンダライナは前記排気経路に繋がる排気孔を備え、この排気孔は、前記シリンダ室の内側が外側よりも径が大きく、内側から外側に向けて縮径するテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空ポンプ。
【請求項５】
前記回転圧縮要素を駆動する回転軸を備え、この回転軸の先端部を前記ケーシングに設けた軸受けで支持したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の真空ポンプ。
【請求項１】
ケーシング内に回転圧縮要素を備えた真空ポンプにおいて、
前記ケーシングは、前記回転圧縮要素を摺動させるシリンダ室と、このシリンダ室から排出された圧縮空気を膨張させる膨張室と、前記シリンダ室と前記膨張室とを接続する排気経路とを備え、この排気経路に少なくとも一の折り返し部を設けたことを特徴とする真空ポンプ。
【請求項２】
前記排気経路及び前記膨張室は、前記ケーシングにおける前記シリンダ室の周縁部に並設されていることを特徴とする請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記排気経路に多孔質材料で形成された消音部材を配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の真空ポンプ。
【請求項４】
前記ケーシングは、前記シリンダ室を形成するシリンダライナを備え、このシリンダライナは前記排気経路に繋がる排気孔を備え、この排気孔は、前記シリンダ室の内側が外側よりも径が大きく、内側から外側に向けて縮径するテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空ポンプ。
【請求項５】
前記回転圧縮要素を駆動する回転軸を備え、この回転軸の先端部を前記ケーシングに設けた軸受けで支持したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の真空ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６７５８９（Ｐ２０１２−１６７５８９Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８４８０（Ｐ２０１１−２８４８０）
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（５１００６３５０２）ナブテスコオートモーティブ株式会社 (34)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（５１００６３５０２）ナブテスコオートモーティブ株式会社 (34)
【Ｆターム（参考）】
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