JP2007120475A - 往復動型ポンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】往復動型ポンプにおいて、小型化及び高効率化を達成する。
【解決手段】シリンダ17にピストン18を摺動可能に嵌装し、シリンダ17の両端部にコイル22A、22Bを配置する。環状のアウタヨーク19A、19B及びインナヨーク20A、20Bによってコイル22A、22Bの磁路を形成し、これらの間の環状空間29A、29Bによってピストン18に取付けられた環状のプランジャ28A、28Bを吸引する。コイル22A、22Bを交互に通電して励磁し、ピストン18を往復運動させることによってポンプ動作を行う。環状のアウタヨーク19A、19Bとインナヨーク20A、20Bとの間の環状空間29A、29Bによって環状のプランジャ28A、28Bを吸引することにより、磁束の通路を拡大すると共に、漏れ磁束を減少させて、吸引力を増大させることができる。
【選択図】図1
【解決手段】シリンダ17にピストン18を摺動可能に嵌装し、シリンダ17の両端部にコイル22A、22Bを配置する。環状のアウタヨーク19A、19B及びインナヨーク20A、20Bによってコイル22A、22Bの磁路を形成し、これらの間の環状空間29A、29Bによってピストン18に取付けられた環状のプランジャ28A、28Bを吸引する。コイル22A、22Bを交互に通電して励磁し、ピストン18を往復運動させることによってポンプ動作を行う。環状のアウタヨーク19A、19Bとインナヨーク20A、20Bとの間の環状空間29A、29Bによって環状のプランジャ28A、28Bを吸引することにより、磁束の通路を拡大すると共に、漏れ磁束を減少させて、吸引力を増大させることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、自動車の制動装置の気圧式倍力装置の負圧源等として使用することができる往復動型ポンプに関するものである。
一般的に、自動車の制動装置においては、制動力を高めるために気圧式倍力装置が設けられている。気圧式倍力装置は、エンジンの吸気装置、真空ポンプ等の負圧源によって発生した負圧を定圧室(負圧室)に導入し、この負圧と大気圧との差圧によってパワーピストンに推力を発生させて、制動装置の操作力を補助する。
気圧式倍力装置の負圧源として使用される真空ポンプとしては、一般的に、構造が簡単で、堅牢かつ安価であることから、例えば特許文献1に記載されているようなソレノイド駆動の往復動型真空ポンプが使用されている。
特開昭56−20785号公報
上記特許文献1に記載された往復動型真空ポンプは、可動シリンダの内部に固定ピストンを嵌装して、可動シリンダ内の固定ピストンの両側に2つのポンプ室を形成し、可動シリンダの外周部の両側に2つのコイルを配置した構造となっている。これにより、2つのコイルに交互に通電して励磁することよって、可動シリンダを交互に吸引して往復運動させ、2つのポンプ室を拡縮させてポンプ動作を行う。
しかしながら、上記特許文献1に記載された往復動型真空ポンプでは、可動シリンダの外周部にコイルが配置されているため、巻線が長く、電気抵抗が大きいので、作動電圧を大きくする必要があり、車載には適していない。
そこで、本出願人は、図4に示すような往復動型真空ポンプ1を提案している。往復動型真空ポンプ1は、図4に示すように、シリンダ2内にピストン3を摺動可能に嵌装して、シリンダ2内のピストン3の両側にポンプ室4A、4Bを形成し、シリンダ2の両端部に2つのコイル5、6を配置した構造となっている。ポンプ室4A、4Bには、吸気弁7及び排気弁8が設けられている。ピストン3及び2つのコイル5、6の中心には、ガイドロッド9が挿通され、ガイドロッド9に案内されたプランジャ10がピストン3に連結されている。これにより、2つのコイル5、6に交互に通電して励磁することによって、プランジャ10を交互に吸引してピストン3を往復運動させ、ポンプ室4A、4Bを拡縮してポンプ動作を行う。このように、コイル5、6をシリンダ2の両端部に配置したことにより、コイル5、6の小径化が可能になり、巻線を短くして電気抵抗を小さくして、作動電圧を低くすることができる。
次に、往復動型真空ポンプ1のコイル5、6の磁路について図5を参照して説明する。なお、コイル5、6の磁路は、左右対称であるから、一方のコイル5の磁路についてのみ説明する。図5に示すように、通電時には、強磁性体であるケース11、ヨーク12、プランジャ10及びガイドロッド9によって閉じた磁路が形成され、ヨーク12とガイドロッド9との間でプランジャ10を吸引する。このとき、プランジャ10に作用する吸引力は、プランジャ10とヨーク11との間のギャップ13を通る磁束によって発生し、プランジャ10とガイドロッド9との間のギャップ14(プランジャ10の摺動抵抗を低減するためにガイドロッド9に貼着された低摩擦のフッ素樹脂シート15によってギャップ14が形成されている)では、殆ど発生しない。また、プランジャ10が吸引されるヨーク12とガイドロッド9との間の間隔が狭いため、プランジャ10をバイパスする漏れ磁束Fが多い。更に、プランジャ10の径が小さいため磁束の通路が狭い。これらの理由から、大きな吸引力を発生させることが困難であるという問題がある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、小型かつ高効率の往復動型ポンプを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項1に係る発明は、シリンダと、該シリンダ内に摺動可能に嵌装されたピストンと、前記シリンダの両端部に配置された一対のコイルと、該コイルの磁路を形成するヨークと、前記ピストンに取付けられたプランジャとを備え、前記一対のコイルを交互に励磁して前記ヨークによって前記プランジャを吸引し、前記ピストンを往復運動させてポンプ動作を行う往復動型ポンプにおいて、
前記ヨークは、外周側に配置された環状のアウタヨークと、内周側に配置された環状のインナヨークとを含み、前記プランジャは、前記アウタヨークと前記インナヨークとの間に形成される環状空間内に所定のギャップをもって挿入可能な環状に形成されていることを特徴とする。
請求項2の発明に係る往復動型ポンプは、上記請求項1の構成において、アウタヨークの内径は、前記シリンダの内径とほぼ等しいことを特徴とする。
請求項3の発明に係る往復動型ポンプは、上記請求項1又は2の構成において、前記プランジャには、前記インナヨークの端面に対向する突出部が形成されていることを特徴とする。
前記ヨークは、外周側に配置された環状のアウタヨークと、内周側に配置された環状のインナヨークとを含み、前記プランジャは、前記アウタヨークと前記インナヨークとの間に形成される環状空間内に所定のギャップをもって挿入可能な環状に形成されていることを特徴とする。
請求項2の発明に係る往復動型ポンプは、上記請求項1の構成において、アウタヨークの内径は、前記シリンダの内径とほぼ等しいことを特徴とする。
請求項3の発明に係る往復動型ポンプは、上記請求項1又は2の構成において、前記プランジャには、前記インナヨークの端面に対向する突出部が形成されていることを特徴とする。
請求項1の発明に係る往復動型ポンプによれば、環状のアウタヨーク及びインナヨークによって環状のプランジャを吸引することにより、磁束の通路を拡大すると共に、漏れ磁束を減少させて、吸引力を増大させることができる。
請求項2の発明に係る往復動型ポンプによれば、プランジャの外径を最大限に大きくすることができる。
請求項3の発明に係る往復動型ポンプによれば、プランジャのストロークエンド付近において、インナヨークの端面によってプランジャの突出部が吸引されるので、吸引力を大きくすることができる。
請求項2の発明に係る往復動型ポンプによれば、プランジャの外径を最大限に大きくすることができる。
請求項3の発明に係る往復動型ポンプによれば、プランジャのストロークエンド付近において、インナヨークの端面によってプランジャの突出部が吸引されるので、吸引力を大きくすることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1に示すように、第1実施形態に係る真空ポンプ16(往復動型ポンプ)は、気圧式倍力装置に負圧を供給するための往復動型真空ポンプであって、中央に配置されたシリンダ17内にピストン18が摺動可能に嵌装され、シリンダ17の両端部に、環状のアウタヨーク19A、19B及びインナヨーク20A、20Bを介してコイルケース21A、21Bが取付けられている。コイルケース21A、21B内には、コイル22A、22Bが収容されている(真空ポンプ16は、ほぼ左右対称の構造であるから、左側の構成部材の符号にAを付し、右側の構成部材の符号にBを付して表す。以下同じ。)。
図1に示すように、第1実施形態に係る真空ポンプ16(往復動型ポンプ)は、気圧式倍力装置に負圧を供給するための往復動型真空ポンプであって、中央に配置されたシリンダ17内にピストン18が摺動可能に嵌装され、シリンダ17の両端部に、環状のアウタヨーク19A、19B及びインナヨーク20A、20Bを介してコイルケース21A、21Bが取付けられている。コイルケース21A、21B内には、コイル22A、22Bが収容されている(真空ポンプ16は、ほぼ左右対称の構造であるから、左側の構成部材の符号にAを付し、右側の構成部材の符号にBを付して表す。以下同じ。)。
シリンダ17は、非磁性体であり、かつ、絶縁体である合成樹脂製で、その側壁には、径方向に貫通する吸気通路23及び軸方向に貫通されて径方向外側に開口部を有する排気通路24が形成されている。シリンダ17内には、ピストン18、アウタヨーク19A、19B及びインナヨーク20A、20Bによって、ピストン18の両側にポンプ室25A、25Bが形成されている。
ピストン18は、軸方向中央部が小径とされて、吸気通路23に常時連通する環状の吸気弁室26を形成している。ピストン18のシリンダ17への嵌合部には、ピストンリング27A、27Bが取付けられている。ピストンリング27A、27Bは、シリンダ17とピストン18との間をシールすると共に、吸気弁室26からポンプ室25A、25Bへの流体の流通を許容する逆止弁(吸気弁)として機能する。ピストンリング27A、27Bは、シリンダ17の内壁に対する摩擦力及び吸気弁室26とポンプ室25A、25Bとの間の差圧によって移動して吸気弁室26とポンプ室25A、25Bと間の流路を開閉するようになっている。ピストン18は、非磁性体であり、その両端部に強磁性体である環状のプランジャ28A、28Bが取付けられている。プランジャ28A、28Bは、アウタヨーク19A、19Bとインナヨーク20Aとの間の環状空間29A、29Bに対向する位置に配置されており、ピストン18の移動によってこれらの環状空間29A、29Bに所定のギャップをもって挿入されるようになっている。
コイルケース21A、21Bは、強磁性体からなる有底円筒状の部材であり、その底部にガイド部30A、30Bが突出されてE字形の断面形状を有しており、側壁とガイド部30A、30Bとの間の環状空間内にコイル21A、22Bが収容されている。コイルケース21A、21Bの開口端の側壁内周部には、アウタヨーク19A、19B及び仕切部材31A、31Bが嵌合され、ガイド部30A、30Bの先端外周部には、インナヨーク20A、20Bが嵌合されており、アウタヨーク19A、19B、仕切部材31A、31B及びインナヨーク20A、20Bによって環状の排気弁室32A、32Bが形成されている。排気弁室32A、32Bは、アウタヨーク19A、19Bとインナヨーク20A、20Bとの間の環状空間29A、29Bを介してポンプ室25A、25Bに連通されている。なお、プランジャ28A、28Bの外周部には、環状空間29A、29Bによるポンプ室25A、25Bと排気弁室32A、32Bとの連通を確保するために切欠が設けられている。また、排気弁室32A、32Bは、アウタヨーク19A、19Bに設けられた通路33A、33Bを介して排気通路24に連通されている。インナヨーク20A、20Bと仕切部材31A、31Bとの間にディスク状の逆止弁34A、34Bがクランプされている。逆止弁34A、34Bは、合成樹脂製のバルブシートとゴム等の可撓性の弁体とを含み、ポンプ室25A、25Bから排気弁室32A、32Bへの流通のみを許容するようになっている。
コイルケース21A、21Bのガイド部30A、30Bの先端部には、非磁性体からなるガイドロッド35A、35Bがねじ込まれており、ガイドロッド35A、35Bは、ピストン18の両端部に摺動可能に挿入されて、ピストン18を案内している。ピストン18とガイドロッド35A、35Bとの間には、バネ36A、36Bが介装されている。コイルケース21A、21Bと、アウタヨーク19A、19B及びインナヨーク20A、20Bとは磁気的に密着されてコイル22A、22Bの磁路を形成しており、アウタヨーク19A、19Bとインナヨーク20A、20Bとの間の環状空間29A、29Bでプランジャ28A、28Bを吸引する。
以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
吸気通路23を気圧式倍力装置の負圧室(図示せず)に接続し、排気通路24を大気に開放する。コイル22A、22Bを駆動回路(図示せず)に接続して、コイル22A、22Bに所定の周期で交互に通電する。
吸気通路23を気圧式倍力装置の負圧室(図示せず)に接続し、排気通路24を大気に開放する。コイル22A、22Bを駆動回路(図示せず)に接続して、コイル22A、22Bに所定の周期で交互に通電する。
一方のコイル22Aに通電すると、コイル22Aが励磁されて、図2に示すように、コイルケース21A、アウタヨーク19A、プランジャ28A及びインナヨーク20Aによって形成される磁路を通る磁束(図2中の矢印参照)が生じ、プランジャ28Aがアウタヨーク19Aとインナヨーク20Aとの間の環状空間29Aに吸引されて、ピストン18がコイル21A側へストロークしてポンプ室25Aを圧縮すると共にポンプ室25Bを拡大する。これにより、圧縮されるポンプ室25A側では、ピストンリング27Aがピストン18のシール面に押付けられて吸気通路23とポンプ室25Aとを遮断し、また、逆止弁34Aが開いてポンプ室25Aの空気が排気通路24を介して大気へ排出される。拡大されるポンプ室25B側では、ピストンリング27Bがピストン18のシール面から離間して吸気通路23とポンプ室25Bとを連通させ、また、逆止弁34Bが閉じて、吸気通路23からポンプ室25Bへ流体を吸入する。
次にコイル22Aの通電を停止して他方のコイル22Bに通電すると、コイル22Bが励磁されて、コイルケース21B、アウタヨーク19B、プランジャ28B及びインナヨーク20Bによって形成される磁路を通る磁束が生じ、プランジャ28Bがアウタヨーク19Bとインナヨーク20Bとの間の環状空間29Bに吸引されて、ピストン18がコイル22B側へストロークしてポンプ室25Bを圧縮すると共にポンプ室25Aを拡大する。これにより、圧縮されるポンプ室25B側では、ピストンリング27Bがピストン18のシール面に押付けられて吸気通路23とポンプ室25Bとを遮断し、また、逆止弁34Bが開いてポンプ室25Bの空気が排気通路24を介して大気へ排出される。拡大されるポンプ室25A側では、ピストンリング27Aがピストン18のシール面から離間して吸気通路23とポンプ室25Aとを連通させ、また、逆止弁34Aが閉じて、吸気通路23からポンプ室25Aへ流体を吸入する。
そして、駆動回路によってコイル22A、22Bに交互に通電することにより、ピストン18が往復運動して、ポンプ室25A、25Bの流体を交互に給排することによって、気圧式倍力装置の負圧室を吸引(負圧を供給)することができる。ピストン13の両方向のストロークに対して、給排が可能であることから、必要な流量を確保しつつ、ポンプの小型化、省動力化が可能であり、また、脈動の発生を軽減することができる。また、2つのコイル22A、22Bに交互に通電して交番駆動を行うことにより、リップル電流を低減することができる。ピストン18が往復運動する際、バネ36A、36Bの反発力によって、ピストン18の運動方向を反転でき、振動及び衝突音を軽減し、また、運動方向の反転によるエネルギーの損失を減少させて消費電力を低減することができる。なお、バネ36A、36Bの代わりに他のクッション材を用いてもよい。
アウタヨーク19A、19Bとインナヨーク20A、20Bとの間の環状空間29A、29Bでプランジャ28A、28Bを吸引することにより、図2に示すように(図2には符号にAを付した左側の部材のみを示す)、アウタヨーク19A、19Bとプランジャ28A、28Bとの間のギャップG1に加えてインナヨーク20A、20Bとの間のギャップG2の磁束によってプランジャ28A、28Bを吸引することができる。プランジャ28A、28Bの径を大きくして磁束の通路の大きくすることができる。また、アウタヨーク19A、19Bとインナヨーク20A、20Bとの隙間を大きくすることにより、プランジャ28A、28Bをバイパスする漏れ磁束37を減少させることができる。これにより、吸引力を増大させることができる。図示の例では、アウタヨーク19A、19Bの内径をシリンダ17の内径にほぼ等しくすることによって最大限に大きくし、インナヨーク20A、20Bの外径を適当に設定することにより必要な吸引力を得るようにしている。
ここで、インナヨーク20A、20Bの外径及びプランジャ28A、28Bの内径については、大きくすればプランジャ28A、28Bの質量が減少するが吸引力も減少することになり、また、漏れ磁束37が増大する。一方、プランジャ28A、28Bの内径を小さくすれば、プランジャ28A、28Bの質量が増大して高速作動が困難になるが吸引力が増大し、また、漏れ磁束37は減少することになる。
なお、図2に示すように、プランジャ28A、28Bの基端側内周部にインナヨーク20A、20Bの端面に対向する突出部38A、38Bを設けることにより、ピストン18のストロークエンド付近での推力を増大させることができる(図2には、プランジャ28A側の突出部38Aのみを示す)。
磁路を形成するコイルケース21A、21B、アウタヨーク19A、19B及びインナヨーク20A、20B及びプランジャ28A、28Bは、体積抵抗の大きい(導電率の小さい)圧粉磁心材を使用することにより、渦電流の影響を大幅に軽減することができ、また、シリンダ17、ピストン18等の非磁性体として絶縁体である合成樹脂を用いることにより、誘導電流の発生を防止することができ、作動効率を高めることがきる。
次に、本発明の第2実施形態について、図3を参照して説明する。なお、上記第1実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を付して異なる部分についてのみ詳細に説明する。
図3に示すように、本実施形態に係る真空ポンプ39では、コイルケース21A、21Bの案内部がインナヨーク20A、20Bと一体化されている。ガイドロッド40は、ピストン18側に取付けられ、案内部と一体化されたインナヨーク20A、20Bに摺動可能に挿入されてピストン18を案内している。また、ガイドロッド40の両端部とコイルケース21A、21Bとの間にバネ36A、36Bが設けられている。更に、吸気側の逆止弁41A、41Bは、ピストンリング27A、27Bとは別体とされ、ピストン18に形成された通路42A、42Bに設けられて吸気弁室26からポンプ室25A、25Bへの流体の流通のみを許容する。
このように構成したことにより、圧粉磁心材からなる案内部と一体化されたインナヨーク20A、20Bを容易に成形することができる。また、バネ36A、36Bの長さを長くすることにより、バネ特性の設定の自由度を広くすることができる。
なお、上記第1及び第2実施形態では、一例として、本発明を真空ポンプに適用した場合について説明しているが、本発明は、これに限らず、他の往復動型ポンプにも同様に適用することができる。
16 真空ポンプ(往復動型ポンプ)、17 シリンダ、18 ピストン、19A、19B アウタヨーク、22A、22B コイル、28A、28B プランジャ、29A、29B 環状空間
Claims (3)
- シリンダと、該シリンダ内に摺動可能に嵌装されたピストンと、前記シリンダの両端部に配置された一対のコイルと、該コイルの磁路を形成するヨークと、前記ピストンに取付けられたプランジャとを備え、前記一対のコイルを交互に励磁して前記ヨークによって前記プランジャを吸引し、前記ピストンを往復運動させてポンプ動作を行う往復動型ポンプにおいて、
前記ヨークは、外周側に配置された環状のアウタヨークと、内周側に配置された環状のインナヨークとを含み、前記プランジャは、前記アウタヨークと前記インナヨークとの間に形成される環状空間内に所定のギャップをもって挿入可能な環状に形成されていることを特徴とする往復動型ポンプ。 - 前記アウタヨークの内径は、前記シリンダの内径とほぼ等しいことを特徴とする請求項1に記載の往復動型ポンプ。
- 前記プランジャには、前記インナヨークの端面に対向する突出部が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の往復動型ポンプ。
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