真空ポンプ
【課題】ピストンを排気方向に作動させた場合に駆動室に対する外気の吸入を抑制する真空ポンプを構成する。
【解決手段】ピストン２の排気方向への作動時に負圧室Ａから空気が送られる排気経路Ｅと、駆動室Ｂの通気口７Ａに連通する通気経路Ｆとが合流空間としてのサイレンサ１８で合流し、このサイレンサ１８はフィルタ空間Ｇのエアーフィルタ１７の外側位置の開放口１５Ａによりポンプ外空間と連通している。ピストン２の排気方向への作動時にはピストンリング３０の変位により連通孔２Ｔが開放し、負圧室Ａの空気を連通孔２Ｔから駆動室Ｂに送り、これと同時に負圧室Ａの空気が排気経路Ｅに送られるため、サイレンサ１８から駆動室Ｂに空気が流れることになり、駆動室Ｂの外気の吸入を抑制する。
【解決手段】ピストン２の排気方向への作動時に負圧室Ａから空気が送られる排気経路Ｅと、駆動室Ｂの通気口７Ａに連通する通気経路Ｆとが合流空間としてのサイレンサ１８で合流し、このサイレンサ１８はフィルタ空間Ｇのエアーフィルタ１７の外側位置の開放口１５Ａによりポンプ外空間と連通している。ピストン２の排気方向への作動時にはピストンリング３０の変位により連通孔２Ｔが開放し、負圧室Ａの空気を連通孔２Ｔから駆動室Ｂに送り、これと同時に負圧室Ａの空気が排気経路Ｅに送られるため、サイレンサ１８から駆動室Ｂに空気が流れることになり、駆動室Ｂの外気の吸入を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの作動により負圧を作り出す真空ポンプに関し、詳しくは、ピストンに備えたピストンリングの作動により流体の流れを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記の真空ポンプとして特許文献１には、シリンダの内部に往復移動自在にピストンを備え、モータの駆動力をクランク機構により往復作動に変換してピストンに伝える駆動手段を備え、シリンダヘッドには吸気弁と排気弁とを有するバルブボディを備えた構成が示されている。この特許文献１ではピストンの外周にピストンリングを備えている。
【０００３】
上記した真空ポンプと異なるものであるが、特許文献２には空気を圧縮するコンプレッサが示され、このコンプレッサには真空ポンプと同様にシリンダの内部に往復移動自在にピストンを備え、このピストンを往復作動させる駆動手段を備えている。
【０００４】
この特許文献２では、ピストンの外周の環状溝に対し、この環状溝の溝幅より狭い幅のピストンリングを幅方向に移動自在に備え、環状溝にはシリンダヘッド側に連通するインレットと、クランクケース側に連通する開口とを形成することで、このピストンリングを開閉弁として構成している。この構成からピストンの圧縮方向への作動時にはピストンリングが開口を閉塞してシリンダヘッド側からクランクケース側への空気の流れを阻止して圧搾を実現し、ピストンの吸気方向への作動時にはピストンリングが開口を開放することでクランクケース側からシリンダヘッド側への空気の流れを許容している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１‐７１１８号公報
【特許文献２】特開平０９‐１４１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
真空ポンプとして、シリンダヘッド側に負圧室を形成し、この負圧室の反対側にクランク機構等を収容する駆動室を形成したものを想定すると、駆動室内への塵埃等の浸入を抑制し、作動時の作動音を抑制する観点から駆動室は閉じた空間であることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、駆動室を閉じた空間として構成した場合にはピストンの作動時に内部の空気の圧縮と減圧とが行われることになり、ピストンを作動させる電動モータ等の駆動トルクの変動を招き安定的な駆動が損なわれるものであった。
【０００８】
そこで、空気の出入りを許すため小径の開口を形成することも考えるが、このように開口を形成した場合には、ピストンの排気方向への作動時には駆動室の減圧に伴い開口から塵埃や湿気を駆動室内に吸入する現象は避けられず、改善の余地がある。
【０００９】
このような不都合に対し、ピストンの排気方向への作動時に負圧室の空気を駆動室に送り出すようにピストンリングを作動させることも考えられるが、特許文献２に記載される構成はピストンの排気方向（圧縮方向）への作動時に空気の流れを阻止する構造であるため単純に組み合わせることができないものであった。
【００１０】
本発明の目的は、ピストンを排気方向に作動させた場合に駆動室に対する外気の吸入を抑制する真空ポンプを合理的に構成する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴は、シリンダと、当該シリンダの内部をシリンダヘッドの側の負圧室と前記負圧室と反対側の駆動室とに仕切りつつ、シリンダの内部で往復作動自在に設けられたピストンと、前記ピストンの外面全周に形成された環状溝に嵌め込まれた前記環状溝の幅よりも狭い幅を有するピストンリングと、前記ピストンの往復作動時に前記負圧室への流体の給排を制御するよう前記シリンダヘッドに設けられた弁ユニットとを備え、前記環状溝の底部と前記駆動室とに亘って連通孔を形成すると共に、前記駆動室と外部空間とに亘る通気口を形成している点にある。
【００１２】
この構成によると、ピストンが吸気方向に作動した場合には、ピストンリングが連通孔を閉塞する位置に変位するため負圧室に負圧を作り出すと共に、駆動室の圧力上昇に伴い駆動室の流体を通気口から送り出す。これとは逆にピストンが排気方向に作動した場合には、ピストンリングが連通孔への流体の流れを許す位置に変位するため負圧室の流体が駆動室に流れることになり負圧室の圧力の低下が制限される。これにより、ピストンが往復作動する際に駆動室の圧力変動を抑制して通気口から外気の吸引を抑制すると共に、駆動室の圧力変動の抑制からピストンを駆動するアクチュエータに作用する負荷変動も抑制して安定的な駆動を実現する。
その結果、ピストンを排気方向に作動させた場合に駆動室に対する外気の吸入を抑制し、塵埃や湿気を駆動室に吸引することがなく、安定的な駆動が可能な真空ポンプが構成された。
【００１３】
本発明は、前記弁ユニットが、前記ピストンの吸気方向への作動時に閉塞し、前記ピストンの排気方向への作動時に開放する排気弁を備え、前記排気弁に連通する排気経路と、前記通気口に連通する通気経路とを備えると共に、前記排気経路と前記通気経路とを合流空間で合流させ、この合流空間をポンプ外の空間に連通させる開放口を備え、前記合流空間と開放口との中間に流体フィルタを備えても良い。
【００１４】
これによると、ピストンが排気方向に作動した場合には、負圧室の流体が排気弁から排気経路に送り出され、合流空間から流体フィルタを通過し、開放口からポンプ外に送り出される。また、ピストンが排気方向に作動した場合には、ピストンリングの変位により負圧室の流体が駆動室に流れるため駆動室の圧力低下が抑制されるが、負圧が完全に解消されない場合には、通気口から流体が駆動室に吸い込まれる。通気口は通気経路を介して合流空間と連通しているため、通気口から流体を吸い込む場合には、排気経路から合流空間に送られた流体を吸い込むことになり外気を吸引することは少ない。また、駆動室に外気を吸引する場合でも、開放口から吸引した空気に含まれる塵埃や湿気が流体フィルタで取り除かれ、塵埃や湿気が駆動室に吸引される不都合が抑制される。
【００１５】
本発明は、前記ピストンの吸気方向への作動時に前記駆動室の流体を前記通気口から送り出し、前記ピストンの排気方向への作動時に前記通気口から前記駆動室への流体の流れを抑制するチェック弁を備えても良い。
【００１６】
これによると、ピストンが吸気方向に作動し駆動室の圧力が上昇した場合には、チェック弁が駆動室の流体を通気経路に送り出す。これとは逆に、ピストンが排気方向に作動し駆動室が負圧になった場合でも、チェック弁が駆動室への流体の流入を抑制するため駆動室に対する流体の吸引が抑制される。これにより、駆動室に対する塵埃や湿気の吸引を阻止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】真空ポンプの断面図である。
【図２】ピストンが排気方向と吸気方向とに移動する際のピストンリングと連通孔との位置関係を示す断面図である。
【図３】別実施形態の真空ポンプの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、シリンダ１の内部に往復移動自在にピストン２を備え、このピストン２を基準にしてシリンダヘッド側に負圧室Ａを備え、ピストン２を基準にして負圧室Ａと反対側にピストン２に駆動力を伝えるクランク機構Ｃを収容した駆動室Ｂを備えてレシプロ型の真空ポンプが構成されている。
【００１９】
この真空ポンプは、自動車のブレーキブースター（図示せず）の負圧源として使用されるものであり、ピストン２を吸気方向（図１で右側）に作動させることにより、負圧室Ａに負圧を作り出し、ピストン２を排気方向（図１で左側）に作動させることにより、流体としての空気を負圧室Ａから外部に排出する。尚、この真空ポンプは自動車に使用されるものに限らず、負圧を必要とする他の機器にも使用可能であり、流体として空気以外のガスを対象にしても良い。
【００２０】
〔具体構成〕
この真空ポンプは、シリンダ１の一方の端部（シリンダヘッド側）に弁ユニットＶを配置することにより、この弁ユニットＶとピストン２との間に負圧室Ａが形成される。また、シリンダ１の他方の端部側にポンプハウジング３を配置し、このポンプハウジング３の内部空間によって駆動室Ｂが形成される。
【００２１】
ポンプハウジング３に電動モータ４が備えられ、この電動モータ４の出力軸４Ａと一体的に回転するクランクアーム５にコネクティングロッド６の基端を連結し、このコネクティングロッド６の先端にピストン２が連結している。このようにクランク機構Ｃは、クランクアーム５とコネクティングロッド６とを備えて構成されている。この構成から、電動モータ４の出力軸４Ａの回転駆動力をクランク機構Ｃが往復作動力に変換してピストン２に伝え、このピストン２を往復作動させる。
【００２２】
駆動室Ｂは、ポンプハウジング３において側方に開放する空間をプレート状の閉塞部材７で閉塞した構造を有しており、閉塞部材７には通気口７Ａが穿設されている。この通気口７Ａと連通する内部空間を有する経路ブロック１５が閉塞部材７の外側に配置され、この経路ブロック１５と閉塞部材７とが固定ボルト８によりポンプハウジング３に連結固定されている。また、経路ブロック１５には、内部空間に連通する筒状部１６が弁ユニットＶの方向に突設している。
【００２３】
弁ユニットＶは、弁ボディ２１の吸気空間２１Ａと連通する部位に吸気弁２２を備え、この弁ボディ２１の排気空間２１Ｂと連通する部位に排気弁２３を備えている。また、この弁ユニットＶは、吸気空間２１Ａと排気空間２１Ｂとを外部空間から隔絶するカバープレート２４を備え、このカバープレート２４には外部のブレーキブースターに負圧を作用させるチューブ２５が接続している。吸気弁２２はゴムや樹脂のように柔軟に変形し得る素材を用いて構成され、空気の流れを阻止する場合には外周のリップ部が弁ボディ２１に密着し、空気の流れを許す場合にはリップ部が弁ボディ２１から浮き上がり空気の流れを許す空間を形成する。また、排気弁２３は、バネ２３Ｓで閉塞方向に付勢される構成を有しており、空気の流れを阻止する場合にはバネ２３Ｓの付勢力により外周が弁ボディ２１に密着し、空気の流れを許す場合には、バネ２３Ｓの付勢力に抗して外周部分が弁ボディ２１から浮き上がり空気の流れを許す空間を形成する。尚、吸気弁２２と排気弁２３として、バネで閉じ方向に付勢されたボールやポペット等を用いることや、ヒンジによって作動する板状の部材を用いても良い。
【００２４】
弁ボディ２１には、排気空間２１Ｂに連通する筒状の突出部２６がポンプハウジング３の方向に向けて突設されている。この突出部２６と筒状部１６とを連通状態で接続する筒状の接続管９が備えられ、この接続管９は、一端を突出部２６に外嵌し、他端を筒状部１６とに外嵌する形態で備えられる。
【００２５】
弁ユニットＶは、弁ボディ２１とカバープレート２４との貫通孔に挿通する連結ボルト１０の先端をポンプハウジング３の雌ネジ部に螺合させる形態でポンプハウジング３に連結している。この連結は複数の連結ボルト１０により行われるものであり、連結時に弁ユニットＶとポンプハウジング３との間にシリンダ１を挟み込み、弁ユニットＶと経路ブロック１５との間に接続管９を挟み込むことで、これらが一体化される。
【００２６】
通気口７Ａから経路ブロック１５の内部空間を通過し、経路ブロック１５の外面に穿設された開放口１５Ａに亘って通気経路Ｆ形成されている。また、弁ボディ２１の排気空間２１Ｂから接続管９を介して経路ブロック１５の内部空間に亘って排気経路Ｅが形成されている。通気経路Ｆは、フィルタ空間Ｇを介して開放口１５Ａに連通しており、このフィルタ空間Ｇにエアーフィルタ１７（流体フィルタの一例）が備えられている。
【００２７】
特に、経路ブロック１５の内部にはフィルタ空間Ｇを取り囲むドーナツ状となる空洞型のサイレンサ１８が形成されている。サイレンサ１８を構成する空間と、フィルタ空間Ｇとは、閉塞部材７の外壁と経路ブロック１５の内壁との間に形成され、サイレンサ１８が排気経路Ｅと通気経路Ｆとを合流させる合流空間として機能する。フィルタ空間Ｇには閉塞部材７の外壁と経路ブロック１５の内壁とに密接する状態でエアーフィルタ１７が備えられている。このエアーフィルタ１７は除塵性能を有する羊毛フェルトや、紙材、ウレタンフォーム等が使用される。
【００２８】
〔ピストンリング〕
図２に示すように、ピストン２の外面の全周に環状溝２Ｇが形成され、この環状溝２Ｇの溝幅より狭い幅で、環状溝２Ｇの内部で幅方向（ピストン２の作動方向）に変位自在にピストンリング３０が嵌め込まれている。また、ピストン２の外周にはピストンガイドブッシュ３１が嵌め込まれ、シリンダ１の内周面にはピストンリング３０とピストンガイドブッシュ３１とが接触し、ピストン２の両端の外周がシリンダ１の内周面に接触しないように構成されている。環状溝２Ｇは、負圧室側の第１側壁２Ｇａと駆動室側の第２側壁２Ｇｂと、これらに挟まれる位置の環状溝２Ｇの底部となる底壁２Ｇｃとを有している。ピストンリング３０は、内リング３０Ａと中間リング３０Ｂと外リング３０Ｃとの３種を重ね合わせた３重構造を有している。
【００２９】
内リング３０Ａは、ステンレス鋼で成りリング部にスリットが形成されている。中間リング３０Ｂと外リング３０Ｃとは４フッ化エチレン樹脂で成り、リング部にスリットが形成されている。尚、内リング３０Ａと中間リング３０Ｂと外リング３０Ｃとのスリットは環状溝２Ｇに嵌め込む際に内径の拡大を容易にするために一般的に形成されるものと変わりはない。また、内リング３０Ａのスリットに対し中間リング３０Ｂのスリットの位置を１８０度異なる位置に配置し、この中間リング３０Ｂのスリットの位置に対し外リング３０Ｃのスリットを１８０度異なる位置に配置することでシール性能の向上が図られている。
【００３０】
このピストンリング３０は、内リング３０Ａが半径を拡大する方向に付勢力を作用させており、この付勢力により外リング３０Ｃの外周をシリンダ１の内周面に接触させると共に、内リング３０Ａの内周面と環状溝２Ｇの底壁２Ｇｃとの間に隙間を形成している。
【００３１】
環状溝２Ｇの底壁２Ｇｃとピストン２の内部とを連通させる複数の連通孔２Ｔが形成され、この連通孔２Ｔは駆動室Ｂに連通している。そして、ピストン２が吸気方向へ作動した場合には、図２（ｂ）に示すように、ピストンリング３０が第１側壁２Ｇａの方向に変位して第１側壁２Ｇａに当接し、負圧室Ａから連通孔２Ｔへの空気の流れを阻止する。これとは逆に、ピストン２が排気方向へ作動した場合には、図２（ａ）に示すように、ピストンリング３０が第２側壁２Ｇｂの方向に変位して第２側壁２Ｇｂに当接し、このピストンリング３０と第１側壁２Ｇａとの間に隙間を形成するため負圧室Ａから連通孔２Ｔへの空気の流れを許す。
【００３２】
〔作動形態〕
このような構成のため、ピストン２が吸気方向に作動する場合には、ピストンリング３０が第１側壁２Ｇａに当接（密接）する位置に変位するため負圧室Ａから駆動室Ｂへの空気の流れが阻止される。このピストン２の作動により吸気弁２２が開放してチューブ２５からの空気を負圧室Ａに吸引して負圧を作用させることになり、駆動室Ｂの空気が通気口７Ａから通気経路Ｆに送られ開放口１５Ａからポンプ外に排出される。
【００３３】
また、ピストン２が排気方向に作動する際には、排気弁２３が開放して負圧室Ａからの空気が排気経路Ｅに送られる。これと同時に、ピストンリング３０が第２側壁２Ｇｂに当接する位置に変位するため負圧室Ａの空気がピストンリング３０と第１側壁２Ｇａとの間の隙間から連通孔２Ｔに送られる。この作動では駆動室Ｂが負圧状態に達するが、連通孔２Ｔから駆動室Ｂに空気が送り込まれるため負圧の程度は低く、通気口７Ａから駆動室Ｂに吸引される空気量は低減される。特に、通気口７Ａに空気を送る通気経路Ｆはサイレンサ１８の空間で排気経路Ｅと合流しているため、通気経路Ｆに対して排気経路Ｅからの空気を送ることが可能となり、負圧により駆動室Ｂに空気が吸引される場合でも、排気経路Ｅの空気と、開放口１５Ａで吸引された空気とが混合することになり、外気の吸引量を低減できる。尚、開放口１５Ａから空気が吸引される場合にはエアーフィルタ１７で濾過された空気が吸引されることになるので、塵埃や湿気（水分）がエアーフィルタ１７で除去され駆動室Ｂに浸入することがない。
【００３４】
更に、排気方向にピストン２が作動する場合に、負圧室Ａの空気が連通孔２Ｔを介して直接的に駆動室Ｂに流れるため、この駆動室Ｂが負圧化を抑制して駆動負荷の変動を少なくして電動モータ４の駆動トルクを安定させる。また、電動モータ４を一定の負荷で駆動することにより電動モータ４に供給される電力を変動させず電動モータ４の耐久性を向上させる。ピストン２の往復作動時には排気経路Ｅと通気経路Ｆとの空気が間歇的に流れ、圧力変動に伴い騒音を発生させるが、サイレンサ１８が騒音を抑制する。
【００３５】
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（この別実施形態では前記実施形態と同じ機能を有するものには、前記実施形態と共通の番号、符号を付している）。
【００３６】
（ａ）図３に示すように、駆動室Ｂから空気が送り出される場合には開放し、駆動室Ｂに空気を吸引する場合には閉塞するチェック弁３５が通気口７Ａに備えられ、このチェック弁３５を保持する保持部材３６が取り付けられている。このチェック弁３５は、前述した実施形態の吸気弁２２と同様にゴムや樹脂のように柔軟に変形し得る素材を用いて構成され、空気の流れを阻止する場合には外周のリップ部が閉塞部材７に密着し、空気の流れを許す場合には外周のリップ部が閉塞部材７から浮き上がり空気の流れを許す空間を形成する。尚、このチェック弁３５として、バネで閉じ方向に付勢されたボールやポペット等を用いることや、ヒンジによって作動する板状の部材を用いて構成しても良い。
【００３７】
このように構成することにより、ピストン２が吸気方向に作動した場合には駆動室Ｂからの空気の排出を可能にしながら、ピストン２が排気方向に作動して駆動室Ｂが負圧状態に達した場合でも駆動室Ｂに対して外部からの空気の吸引を阻止し、駆動室Ｂへの塵埃や湿気の吸引を阻止でき、電動モータ４の駆動トルクの安定も実現する。
【００３８】
（ｂ）別実施形態（ａ）のチェック弁３５に代えて、ピストン２が排気方向に作動した場合に、駆動室Ｂに対する空気の流入を制限する構成の弁体を備える。その一例として別実施形態（ａ）のチェック弁３５の一部にオリフィスとして機能する開口を形成した構成が考えられる。このような構成を採用することにより、ピストン２が吸気方向に作動した場合には駆動室Ｂからの空気の排出を実現しながら、ピストン２が排気方向に作動して駆動室Ｂが負圧状態に達した場合にはチェック弁３５のオリフィスが駆動室Ｂへの空気の吸気量を制限する作動が実現する。
【００３９】
尚、この弁体として、バネで閉じ方向に付勢されたボールやポペット等の部材を用いることや、ヒンジによって作動する板状の部材を用いることも可能であり、何れの構成であっても完全な閉じ状態に達しない構成が採用される。これにより、ピストン２が吸気方向に作動した場合には駆動室Ｂからの空気の排出を可能にしながら、ピストン２が排気方向に作動して駆動室Ｂが負圧状態に達した場合には駆動室Ｂに対して外部から吸引する空気量を低減することで駆動室Ｂへの塵埃や湿気の吸引を抑制し、電動モータ４の駆動トルクの安定も実現する。
【００４０】
（ｃ）本発明の真空ポンプは弁ユニットＶの構成や配置は任意に設定でき、排気経路Ｅと通気経路Ｆをとポンプハウジング３と一体的に形成する等、各部材の構成や配置は任意に設定できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、シリンダの内部でピストンが作動する構成の真空ポンプ全般に利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ シリンダ
２ ピストン
２Ｇ 環状溝
２Ｇｃ 底部（底壁）
２Ｔ 連通孔
７Ｔ 通気口
１５Ａ 開放口
１７ 流体フィルタ（エアーフィルタ）
１８ 合流空間（サイレンサ）
２３ 排気弁
３０ ピストンリング
３５ チェック弁
Ａ 負圧室
Ｂ 駆動室
Ｅ 排気経路
Ｆ 通気経路
Ｖ 弁ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンの作動により負圧を作り出す真空ポンプに関し、詳しくは、ピストンに備えたピストンリングの作動により流体の流れを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記の真空ポンプとして特許文献１には、シリンダの内部に往復移動自在にピストンを備え、モータの駆動力をクランク機構により往復作動に変換してピストンに伝える駆動手段を備え、シリンダヘッドには吸気弁と排気弁とを有するバルブボディを備えた構成が示されている。この特許文献１ではピストンの外周にピストンリングを備えている。
【０００３】
上記した真空ポンプと異なるものであるが、特許文献２には空気を圧縮するコンプレッサが示され、このコンプレッサには真空ポンプと同様にシリンダの内部に往復移動自在にピストンを備え、このピストンを往復作動させる駆動手段を備えている。
【０００４】
この特許文献２では、ピストンの外周の環状溝に対し、この環状溝の溝幅より狭い幅のピストンリングを幅方向に移動自在に備え、環状溝にはシリンダヘッド側に連通するインレットと、クランクケース側に連通する開口とを形成することで、このピストンリングを開閉弁として構成している。この構成からピストンの圧縮方向への作動時にはピストンリングが開口を閉塞してシリンダヘッド側からクランクケース側への空気の流れを阻止して圧搾を実現し、ピストンの吸気方向への作動時にはピストンリングが開口を開放することでクランクケース側からシリンダヘッド側への空気の流れを許容している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１‐７１１８号公報
【特許文献２】特開平０９‐１４１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
真空ポンプとして、シリンダヘッド側に負圧室を形成し、この負圧室の反対側にクランク機構等を収容する駆動室を形成したものを想定すると、駆動室内への塵埃等の浸入を抑制し、作動時の作動音を抑制する観点から駆動室は閉じた空間であることが望ましい。
【０００７】
しかしながら、駆動室を閉じた空間として構成した場合にはピストンの作動時に内部の空気の圧縮と減圧とが行われることになり、ピストンを作動させる電動モータ等の駆動トルクの変動を招き安定的な駆動が損なわれるものであった。
【０００８】
そこで、空気の出入りを許すため小径の開口を形成することも考えるが、このように開口を形成した場合には、ピストンの排気方向への作動時には駆動室の減圧に伴い開口から塵埃や湿気を駆動室内に吸入する現象は避けられず、改善の余地がある。
【０００９】
このような不都合に対し、ピストンの排気方向への作動時に負圧室の空気を駆動室に送り出すようにピストンリングを作動させることも考えられるが、特許文献２に記載される構成はピストンの排気方向（圧縮方向）への作動時に空気の流れを阻止する構造であるため単純に組み合わせることができないものであった。
【００１０】
本発明の目的は、ピストンを排気方向に作動させた場合に駆動室に対する外気の吸入を抑制する真空ポンプを合理的に構成する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴は、シリンダと、当該シリンダの内部をシリンダヘッドの側の負圧室と前記負圧室と反対側の駆動室とに仕切りつつ、シリンダの内部で往復作動自在に設けられたピストンと、前記ピストンの外面全周に形成された環状溝に嵌め込まれた前記環状溝の幅よりも狭い幅を有するピストンリングと、前記ピストンの往復作動時に前記負圧室への流体の給排を制御するよう前記シリンダヘッドに設けられた弁ユニットとを備え、前記環状溝の底部と前記駆動室とに亘って連通孔を形成すると共に、前記駆動室と外部空間とに亘る通気口を形成している点にある。
【００１２】
この構成によると、ピストンが吸気方向に作動した場合には、ピストンリングが連通孔を閉塞する位置に変位するため負圧室に負圧を作り出すと共に、駆動室の圧力上昇に伴い駆動室の流体を通気口から送り出す。これとは逆にピストンが排気方向に作動した場合には、ピストンリングが連通孔への流体の流れを許す位置に変位するため負圧室の流体が駆動室に流れることになり負圧室の圧力の低下が制限される。これにより、ピストンが往復作動する際に駆動室の圧力変動を抑制して通気口から外気の吸引を抑制すると共に、駆動室の圧力変動の抑制からピストンを駆動するアクチュエータに作用する負荷変動も抑制して安定的な駆動を実現する。
その結果、ピストンを排気方向に作動させた場合に駆動室に対する外気の吸入を抑制し、塵埃や湿気を駆動室に吸引することがなく、安定的な駆動が可能な真空ポンプが構成された。
【００１３】
本発明は、前記弁ユニットが、前記ピストンの吸気方向への作動時に閉塞し、前記ピストンの排気方向への作動時に開放する排気弁を備え、前記排気弁に連通する排気経路と、前記通気口に連通する通気経路とを備えると共に、前記排気経路と前記通気経路とを合流空間で合流させ、この合流空間をポンプ外の空間に連通させる開放口を備え、前記合流空間と開放口との中間に流体フィルタを備えても良い。
【００１４】
これによると、ピストンが排気方向に作動した場合には、負圧室の流体が排気弁から排気経路に送り出され、合流空間から流体フィルタを通過し、開放口からポンプ外に送り出される。また、ピストンが排気方向に作動した場合には、ピストンリングの変位により負圧室の流体が駆動室に流れるため駆動室の圧力低下が抑制されるが、負圧が完全に解消されない場合には、通気口から流体が駆動室に吸い込まれる。通気口は通気経路を介して合流空間と連通しているため、通気口から流体を吸い込む場合には、排気経路から合流空間に送られた流体を吸い込むことになり外気を吸引することは少ない。また、駆動室に外気を吸引する場合でも、開放口から吸引した空気に含まれる塵埃や湿気が流体フィルタで取り除かれ、塵埃や湿気が駆動室に吸引される不都合が抑制される。
【００１５】
本発明は、前記ピストンの吸気方向への作動時に前記駆動室の流体を前記通気口から送り出し、前記ピストンの排気方向への作動時に前記通気口から前記駆動室への流体の流れを抑制するチェック弁を備えても良い。
【００１６】
これによると、ピストンが吸気方向に作動し駆動室の圧力が上昇した場合には、チェック弁が駆動室の流体を通気経路に送り出す。これとは逆に、ピストンが排気方向に作動し駆動室が負圧になった場合でも、チェック弁が駆動室への流体の流入を抑制するため駆動室に対する流体の吸引が抑制される。これにより、駆動室に対する塵埃や湿気の吸引を阻止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】真空ポンプの断面図である。
【図２】ピストンが排気方向と吸気方向とに移動する際のピストンリングと連通孔との位置関係を示す断面図である。
【図３】別実施形態の真空ポンプの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、シリンダ１の内部に往復移動自在にピストン２を備え、このピストン２を基準にしてシリンダヘッド側に負圧室Ａを備え、ピストン２を基準にして負圧室Ａと反対側にピストン２に駆動力を伝えるクランク機構Ｃを収容した駆動室Ｂを備えてレシプロ型の真空ポンプが構成されている。
【００１９】
この真空ポンプは、自動車のブレーキブースター（図示せず）の負圧源として使用されるものであり、ピストン２を吸気方向（図１で右側）に作動させることにより、負圧室Ａに負圧を作り出し、ピストン２を排気方向（図１で左側）に作動させることにより、流体としての空気を負圧室Ａから外部に排出する。尚、この真空ポンプは自動車に使用されるものに限らず、負圧を必要とする他の機器にも使用可能であり、流体として空気以外のガスを対象にしても良い。
【００２０】
〔具体構成〕
この真空ポンプは、シリンダ１の一方の端部（シリンダヘッド側）に弁ユニットＶを配置することにより、この弁ユニットＶとピストン２との間に負圧室Ａが形成される。また、シリンダ１の他方の端部側にポンプハウジング３を配置し、このポンプハウジング３の内部空間によって駆動室Ｂが形成される。
【００２１】
ポンプハウジング３に電動モータ４が備えられ、この電動モータ４の出力軸４Ａと一体的に回転するクランクアーム５にコネクティングロッド６の基端を連結し、このコネクティングロッド６の先端にピストン２が連結している。このようにクランク機構Ｃは、クランクアーム５とコネクティングロッド６とを備えて構成されている。この構成から、電動モータ４の出力軸４Ａの回転駆動力をクランク機構Ｃが往復作動力に変換してピストン２に伝え、このピストン２を往復作動させる。
【００２２】
駆動室Ｂは、ポンプハウジング３において側方に開放する空間をプレート状の閉塞部材７で閉塞した構造を有しており、閉塞部材７には通気口７Ａが穿設されている。この通気口７Ａと連通する内部空間を有する経路ブロック１５が閉塞部材７の外側に配置され、この経路ブロック１５と閉塞部材７とが固定ボルト８によりポンプハウジング３に連結固定されている。また、経路ブロック１５には、内部空間に連通する筒状部１６が弁ユニットＶの方向に突設している。
【００２３】
弁ユニットＶは、弁ボディ２１の吸気空間２１Ａと連通する部位に吸気弁２２を備え、この弁ボディ２１の排気空間２１Ｂと連通する部位に排気弁２３を備えている。また、この弁ユニットＶは、吸気空間２１Ａと排気空間２１Ｂとを外部空間から隔絶するカバープレート２４を備え、このカバープレート２４には外部のブレーキブースターに負圧を作用させるチューブ２５が接続している。吸気弁２２はゴムや樹脂のように柔軟に変形し得る素材を用いて構成され、空気の流れを阻止する場合には外周のリップ部が弁ボディ２１に密着し、空気の流れを許す場合にはリップ部が弁ボディ２１から浮き上がり空気の流れを許す空間を形成する。また、排気弁２３は、バネ２３Ｓで閉塞方向に付勢される構成を有しており、空気の流れを阻止する場合にはバネ２３Ｓの付勢力により外周が弁ボディ２１に密着し、空気の流れを許す場合には、バネ２３Ｓの付勢力に抗して外周部分が弁ボディ２１から浮き上がり空気の流れを許す空間を形成する。尚、吸気弁２２と排気弁２３として、バネで閉じ方向に付勢されたボールやポペット等を用いることや、ヒンジによって作動する板状の部材を用いても良い。
【００２４】
弁ボディ２１には、排気空間２１Ｂに連通する筒状の突出部２６がポンプハウジング３の方向に向けて突設されている。この突出部２６と筒状部１６とを連通状態で接続する筒状の接続管９が備えられ、この接続管９は、一端を突出部２６に外嵌し、他端を筒状部１６とに外嵌する形態で備えられる。
【００２５】
弁ユニットＶは、弁ボディ２１とカバープレート２４との貫通孔に挿通する連結ボルト１０の先端をポンプハウジング３の雌ネジ部に螺合させる形態でポンプハウジング３に連結している。この連結は複数の連結ボルト１０により行われるものであり、連結時に弁ユニットＶとポンプハウジング３との間にシリンダ１を挟み込み、弁ユニットＶと経路ブロック１５との間に接続管９を挟み込むことで、これらが一体化される。
【００２６】
通気口７Ａから経路ブロック１５の内部空間を通過し、経路ブロック１５の外面に穿設された開放口１５Ａに亘って通気経路Ｆ形成されている。また、弁ボディ２１の排気空間２１Ｂから接続管９を介して経路ブロック１５の内部空間に亘って排気経路Ｅが形成されている。通気経路Ｆは、フィルタ空間Ｇを介して開放口１５Ａに連通しており、このフィルタ空間Ｇにエアーフィルタ１７（流体フィルタの一例）が備えられている。
【００２７】
特に、経路ブロック１５の内部にはフィルタ空間Ｇを取り囲むドーナツ状となる空洞型のサイレンサ１８が形成されている。サイレンサ１８を構成する空間と、フィルタ空間Ｇとは、閉塞部材７の外壁と経路ブロック１５の内壁との間に形成され、サイレンサ１８が排気経路Ｅと通気経路Ｆとを合流させる合流空間として機能する。フィルタ空間Ｇには閉塞部材７の外壁と経路ブロック１５の内壁とに密接する状態でエアーフィルタ１７が備えられている。このエアーフィルタ１７は除塵性能を有する羊毛フェルトや、紙材、ウレタンフォーム等が使用される。
【００２８】
〔ピストンリング〕
図２に示すように、ピストン２の外面の全周に環状溝２Ｇが形成され、この環状溝２Ｇの溝幅より狭い幅で、環状溝２Ｇの内部で幅方向（ピストン２の作動方向）に変位自在にピストンリング３０が嵌め込まれている。また、ピストン２の外周にはピストンガイドブッシュ３１が嵌め込まれ、シリンダ１の内周面にはピストンリング３０とピストンガイドブッシュ３１とが接触し、ピストン２の両端の外周がシリンダ１の内周面に接触しないように構成されている。環状溝２Ｇは、負圧室側の第１側壁２Ｇａと駆動室側の第２側壁２Ｇｂと、これらに挟まれる位置の環状溝２Ｇの底部となる底壁２Ｇｃとを有している。ピストンリング３０は、内リング３０Ａと中間リング３０Ｂと外リング３０Ｃとの３種を重ね合わせた３重構造を有している。
【００２９】
内リング３０Ａは、ステンレス鋼で成りリング部にスリットが形成されている。中間リング３０Ｂと外リング３０Ｃとは４フッ化エチレン樹脂で成り、リング部にスリットが形成されている。尚、内リング３０Ａと中間リング３０Ｂと外リング３０Ｃとのスリットは環状溝２Ｇに嵌め込む際に内径の拡大を容易にするために一般的に形成されるものと変わりはない。また、内リング３０Ａのスリットに対し中間リング３０Ｂのスリットの位置を１８０度異なる位置に配置し、この中間リング３０Ｂのスリットの位置に対し外リング３０Ｃのスリットを１８０度異なる位置に配置することでシール性能の向上が図られている。
【００３０】
このピストンリング３０は、内リング３０Ａが半径を拡大する方向に付勢力を作用させており、この付勢力により外リング３０Ｃの外周をシリンダ１の内周面に接触させると共に、内リング３０Ａの内周面と環状溝２Ｇの底壁２Ｇｃとの間に隙間を形成している。
【００３１】
環状溝２Ｇの底壁２Ｇｃとピストン２の内部とを連通させる複数の連通孔２Ｔが形成され、この連通孔２Ｔは駆動室Ｂに連通している。そして、ピストン２が吸気方向へ作動した場合には、図２（ｂ）に示すように、ピストンリング３０が第１側壁２Ｇａの方向に変位して第１側壁２Ｇａに当接し、負圧室Ａから連通孔２Ｔへの空気の流れを阻止する。これとは逆に、ピストン２が排気方向へ作動した場合には、図２（ａ）に示すように、ピストンリング３０が第２側壁２Ｇｂの方向に変位して第２側壁２Ｇｂに当接し、このピストンリング３０と第１側壁２Ｇａとの間に隙間を形成するため負圧室Ａから連通孔２Ｔへの空気の流れを許す。
【００３２】
〔作動形態〕
このような構成のため、ピストン２が吸気方向に作動する場合には、ピストンリング３０が第１側壁２Ｇａに当接（密接）する位置に変位するため負圧室Ａから駆動室Ｂへの空気の流れが阻止される。このピストン２の作動により吸気弁２２が開放してチューブ２５からの空気を負圧室Ａに吸引して負圧を作用させることになり、駆動室Ｂの空気が通気口７Ａから通気経路Ｆに送られ開放口１５Ａからポンプ外に排出される。
【００３３】
また、ピストン２が排気方向に作動する際には、排気弁２３が開放して負圧室Ａからの空気が排気経路Ｅに送られる。これと同時に、ピストンリング３０が第２側壁２Ｇｂに当接する位置に変位するため負圧室Ａの空気がピストンリング３０と第１側壁２Ｇａとの間の隙間から連通孔２Ｔに送られる。この作動では駆動室Ｂが負圧状態に達するが、連通孔２Ｔから駆動室Ｂに空気が送り込まれるため負圧の程度は低く、通気口７Ａから駆動室Ｂに吸引される空気量は低減される。特に、通気口７Ａに空気を送る通気経路Ｆはサイレンサ１８の空間で排気経路Ｅと合流しているため、通気経路Ｆに対して排気経路Ｅからの空気を送ることが可能となり、負圧により駆動室Ｂに空気が吸引される場合でも、排気経路Ｅの空気と、開放口１５Ａで吸引された空気とが混合することになり、外気の吸引量を低減できる。尚、開放口１５Ａから空気が吸引される場合にはエアーフィルタ１７で濾過された空気が吸引されることになるので、塵埃や湿気（水分）がエアーフィルタ１７で除去され駆動室Ｂに浸入することがない。
【００３４】
更に、排気方向にピストン２が作動する場合に、負圧室Ａの空気が連通孔２Ｔを介して直接的に駆動室Ｂに流れるため、この駆動室Ｂが負圧化を抑制して駆動負荷の変動を少なくして電動モータ４の駆動トルクを安定させる。また、電動モータ４を一定の負荷で駆動することにより電動モータ４に供給される電力を変動させず電動モータ４の耐久性を向上させる。ピストン２の往復作動時には排気経路Ｅと通気経路Ｆとの空気が間歇的に流れ、圧力変動に伴い騒音を発生させるが、サイレンサ１８が騒音を抑制する。
【００３５】
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（この別実施形態では前記実施形態と同じ機能を有するものには、前記実施形態と共通の番号、符号を付している）。
【００３６】
（ａ）図３に示すように、駆動室Ｂから空気が送り出される場合には開放し、駆動室Ｂに空気を吸引する場合には閉塞するチェック弁３５が通気口７Ａに備えられ、このチェック弁３５を保持する保持部材３６が取り付けられている。このチェック弁３５は、前述した実施形態の吸気弁２２と同様にゴムや樹脂のように柔軟に変形し得る素材を用いて構成され、空気の流れを阻止する場合には外周のリップ部が閉塞部材７に密着し、空気の流れを許す場合には外周のリップ部が閉塞部材７から浮き上がり空気の流れを許す空間を形成する。尚、このチェック弁３５として、バネで閉じ方向に付勢されたボールやポペット等を用いることや、ヒンジによって作動する板状の部材を用いて構成しても良い。
【００３７】
このように構成することにより、ピストン２が吸気方向に作動した場合には駆動室Ｂからの空気の排出を可能にしながら、ピストン２が排気方向に作動して駆動室Ｂが負圧状態に達した場合でも駆動室Ｂに対して外部からの空気の吸引を阻止し、駆動室Ｂへの塵埃や湿気の吸引を阻止でき、電動モータ４の駆動トルクの安定も実現する。
【００３８】
（ｂ）別実施形態（ａ）のチェック弁３５に代えて、ピストン２が排気方向に作動した場合に、駆動室Ｂに対する空気の流入を制限する構成の弁体を備える。その一例として別実施形態（ａ）のチェック弁３５の一部にオリフィスとして機能する開口を形成した構成が考えられる。このような構成を採用することにより、ピストン２が吸気方向に作動した場合には駆動室Ｂからの空気の排出を実現しながら、ピストン２が排気方向に作動して駆動室Ｂが負圧状態に達した場合にはチェック弁３５のオリフィスが駆動室Ｂへの空気の吸気量を制限する作動が実現する。
【００３９】
尚、この弁体として、バネで閉じ方向に付勢されたボールやポペット等の部材を用いることや、ヒンジによって作動する板状の部材を用いることも可能であり、何れの構成であっても完全な閉じ状態に達しない構成が採用される。これにより、ピストン２が吸気方向に作動した場合には駆動室Ｂからの空気の排出を可能にしながら、ピストン２が排気方向に作動して駆動室Ｂが負圧状態に達した場合には駆動室Ｂに対して外部から吸引する空気量を低減することで駆動室Ｂへの塵埃や湿気の吸引を抑制し、電動モータ４の駆動トルクの安定も実現する。
【００４０】
（ｃ）本発明の真空ポンプは弁ユニットＶの構成や配置は任意に設定でき、排気経路Ｅと通気経路Ｆをとポンプハウジング３と一体的に形成する等、各部材の構成や配置は任意に設定できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、シリンダの内部でピストンが作動する構成の真空ポンプ全般に利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ シリンダ
２ ピストン
２Ｇ 環状溝
２Ｇｃ 底部（底壁）
２Ｔ 連通孔
７Ｔ 通気口
１５Ａ 開放口
１７ 流体フィルタ（エアーフィルタ）
１８ 合流空間（サイレンサ）
２３ 排気弁
３０ ピストンリング
３５ チェック弁
Ａ 負圧室
Ｂ 駆動室
Ｅ 排気経路
Ｆ 通気経路
Ｖ 弁ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
当該シリンダの内部をシリンダヘッドの側の負圧室と前記負圧室と反対側の駆動室とに仕切りつつ、シリンダの内部で往復作動自在に設けられたピストンと、
前記ピストンの外面全周に形成された環状溝に嵌め込まれた前記環状溝の幅よりも狭い幅を有するピストンリングと、
前記ピストンの往復作動時に前記負圧室への流体の給排を制御するよう前記シリンダヘッドに設けられた弁ユニットとを備え、
前記環状溝の底部と前記駆動室とに亘って連通孔を形成すると共に、前記駆動室と外部空間とに亘る通気口を形成してある真空ポンプ。
【請求項２】
前記弁ユニットが、前記ピストンの吸気方向への作動時に閉塞し、前記ピストンの排気方向への作動時に開放する排気弁を備え、
前記排気弁に連通する排気経路と、前記通気口に連通する通気経路とを備えると共に、前記排気経路と前記通気経路とを合流空間で合流させ、この合流空間をポンプ外の空間に連通させる開放口を備え、前記合流空間と開放口との中間に流体フィルタを備えている請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記ピストンの吸気方向への作動時に前記駆動室の流体を前記通気口から送り出し、前記ピストンの排気方向への作動時に前記通気口から前記駆動室への流体の流れを抑制するチェック弁を備えている請求項１又は２記載の真空ポンプ。
【請求項１】
シリンダと、
当該シリンダの内部をシリンダヘッドの側の負圧室と前記負圧室と反対側の駆動室とに仕切りつつ、シリンダの内部で往復作動自在に設けられたピストンと、
前記ピストンの外面全周に形成された環状溝に嵌め込まれた前記環状溝の幅よりも狭い幅を有するピストンリングと、
前記ピストンの往復作動時に前記負圧室への流体の給排を制御するよう前記シリンダヘッドに設けられた弁ユニットとを備え、
前記環状溝の底部と前記駆動室とに亘って連通孔を形成すると共に、前記駆動室と外部空間とに亘る通気口を形成してある真空ポンプ。
【請求項２】
前記弁ユニットが、前記ピストンの吸気方向への作動時に閉塞し、前記ピストンの排気方向への作動時に開放する排気弁を備え、
前記排気弁に連通する排気経路と、前記通気口に連通する通気経路とを備えると共に、前記排気経路と前記通気経路とを合流空間で合流させ、この合流空間をポンプ外の空間に連通させる開放口を備え、前記合流空間と開放口との中間に流体フィルタを備えている請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
前記ピストンの吸気方向への作動時に前記駆動室の流体を前記通気口から送り出し、前記ピストンの排気方向への作動時に前記通気口から前記駆動室への流体の流れを抑制するチェック弁を備えている請求項１又は２記載の真空ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２５１５０１（Ｐ２０１２−２５１５０１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２５５５３（Ｐ２０１１−１２５５５３）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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