JP5359204B2 - バキュームポンプ構造 - Google Patents

Description

この発明は、バキュームポンプ構造に関する。

自動車のブレーキシステム等に必要な負圧はエンジンの吸気負圧を利用するのが一般的である。しかし、ディーゼルエンジンや、吸気スロットルの開度ではなく吸気バルブの開弁時期や開弁期間を制御して吸気量を調整するために吸気負圧の発達が小さいガソリンエンジンにおいては、別途負圧生成用のバキュームポンプが必要である。そのようなバキュームポンプは、たとえば特許文献１に開示されている。このバキュームポンプはカム軸を駆動源とし負圧を生成するので、負圧生成専用の駆動軸が不要でエンジンの構造を複雑にしない。
実開平２−６１１３７

しかしながら従来の構造では、カム軸と負圧を生成するピストンとは、クランクアームとコンロッドからなるクランク機構によって連結されているので常にバキュームポンプが駆動される。既に十分な負圧が貯蔵され負圧を生成する必要がない場合であっても、カム軸が回転している間はバキュームポンプも駆動し続けるので、エンジンで発生したエネルギーを無駄に消費してしまう。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、構造を複雑にすることなく負圧が必要なときのみ駆動させ、無駄なエネルギーの消費を低減させるバキュームポンプ構造を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、動力源によって回転駆動されるシャフト（２）と、シャフトの回転の伝達により負圧を生成する負圧生成ポンプ部（４）と、シャフトと負圧生成ポンプ部との間に設けられ、シャフトの回転を負圧生成ポンプ部に断続的に伝達するクラッチ（３）と、前記負圧生成ポンプ部の負圧が不足しているときは前記クラッチを締結し、負圧が発達するにつれて前記クラッチを解放するクラッチ断続制御部と、を備え、前記クラッチ断続制御部は、前記クラッチの負圧生成ポンプ部側クラッチ板が固定されるピストン（７２）と、前記ピストン及びシャフトボディによって形成され、前記負圧生成ポンプ部の負圧が発達するにつれて前記負圧生成ポンプ部側クラッチ板をシャフト側クラッチ板から引き離して前記クラッチを解放するクラッチ板吸引室（７１Ｃ）と、前記クラッチ板吸引室に内蔵され、前記負圧生成ポンプ部側クラッチ板を前記シャフト側クラッチ板に押圧して前記クラッチを締結する弾性部材（７４）と、前記シャフトボディを貫通して形成され、前記クラッチ板吸引室と前記負圧生成ポンプ部の負圧室とを連通する連通路（７１ｄ）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、バキュームポンプの駆動源となるシャフトと負圧を生成し貯蔵する負圧生成ポンプ部との間にクラッチを設ける。そして負圧が必要なときにはクラッチが締結されて動力を伝達し、負圧が不要なときにはクラッチが解放されて動力の伝達を止めるようにするため、無駄なエネルギーの消費を低減することが可能である。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるバキュームポンプ構造の第１実施形態を示す図である。

バキュームポンプ１は、シャフト２と、クラッチ３と、負圧生成ポンプ部４と、吸入口５と、吐出口６と、クラッチ断続制御部７と、を備える。

シャフト２は、動力源によって駆動される。シャフト２は、たとえばエンジンのクランク軸に同期して回転するカム軸である。

クラッチ３は締結面の表面摩擦によって動力を伝達する摩擦クラッチである。クラッチ３は、シャフト側クラッチ板３１と、負圧生成ポンプ部側クラッチ板３２と、を備える。シャフト側クラッチ板３１は、シャフト２の一端(図１では右端)に固設される。負圧生成ポンプ部側クラッチ板３２は、後述するクラッチ断続制御部７に固設される。そしてクラッチ断続制御部７と負圧生成ポンプ部４とは同期する。このような構造になっているので、クラッチ３が締結するとシャフト２の回転力を負圧生成ポンプ部４へ伝達し、クラッチ３が解放するとシャフト２の回転力を負圧生成ポンプ部４へ伝達しない。

負圧生成ポンプ部４は、負圧を生成する部分である。負圧生成ポンプ部４は、シャフト２からの回転力を受けて駆動して負圧を生成すればよく、一例としてはベーンポンプを挙げることができる。負圧生成ポンプ部４は、駆動軸４１と、ロータ４２と、ベーン４３と、ハウジング４４と、負圧室４５と、を備える。

駆動軸４１は、負圧生成ポンプ部４を駆動する。駆動軸４１は後述するクラッチ断続制御部７のシャフトボディ７１に固定される。そしてクラッチ断続制御部７はクラッチ３の負圧生成ポンプ部側クラッチ板３２と固定されているので、シャフト２の回転力が駆動軸４１に伝達する。駆動軸４１の他端(図１では右端)にはロータ４２が固設される。

ロータ４２は、駆動軸４１とともに回転する。ロータ４２の外周には径方向に溝が延設されている。その溝にベーン４３が摺動自在に配置される。

ベーン４３は、ロータ４２の遠心力を受けて溝から外周方向に移動する。

ハウジング４４は、ロータ４２及びベーン４３を内蔵する。ハウジング４４のロータ４２を内蔵する凹部の内周は、正円ではない長円である。これによりハウジング４４（長円）とロータ４２（正円）との間には空間（隙間）が生まれる。そして負圧生成ポンプ部４が駆動されると、ロータ４２が回転し、ベーン４３は遠心力を受けてロータ４２の溝から外方へ移動しハウジング４４の凹部の内壁に沿って動く。これによりハウジング４４とロータ４２との間の空間はベーン４３によって複数の空間に仕切られる。また長円の長軸上に空気の吸入ポート（図示せず）を設け、短軸上に空気の吐出ポート（図示せず）を設ける。すると仕切られた空間はロータ４２の回転に伴い、吸入側から吐出側に向かって徐々に容積が小さくなる。その容積変化を利用してハウジング４４で負圧が生成される。

負圧室４５は生成される負圧が溜まる空間であり、ロータ４２の吸入ポートに連通する。吸入ポートとの連通路には、逆止弁が設けられる。この逆止弁によって負圧が負圧室４５から逆流（流出）することが防止される。駆動軸４１が負圧生成ポンプ部４を駆動している間、負圧室４５の負圧は発達する。

負圧生成ポンプ部４は、以上のような構造になっており、エンジン回転に同期してシャフト２が駆動されると、その駆動力が負圧生成ポンプ部４の駆動軸４１に伝わる。そしてロータ４２が回転し、その遠心力を受けるベーン４３によってハウジング４４内は複数の空間に仕切られる。そして吸入ポート側から吐出ポート側に向かって空間容積が徐々に小さくなるため空間内に圧力が発生し、吐出ポートから空気が排出される。次に吐出ポート側から吸入ポート側に向かって空間容積は徐々に大きくなるため吸入ポート側は高真空となり空気が流れ込む。この繰り返しにより吸入ポートに連通する負圧室４５の空気が吸引され、負圧が発達する。

吸入口５は、負圧室４５と、負圧を必要とする部品(たとえばマスターバッグ)と、を接続する。吸入口５には逆止弁が設けられる。この逆止弁によって空気が吸入口５から逆流（流出）することが防止される。

吐出口６は、吐出ポートに接続される。

クラッチ断続制御部７は、シャフトボディ７１と、ピストン７２と、蛇腹シール７３と、リターンスプリング７４と、を備える。

シャフトボディ７１は両端が円筒状である。一方の円筒部分（図１では右側、すなわち負圧生成ポンプ部側の円筒部分）７１ａには、負圧生成ポンプ部４の駆動軸４１が挿入されて固定される。このような構造であるので、シャフトボディ７１の回転によって駆動軸４１が回転駆動される。他方の円筒部分（図１では左側、すなわちクラッチ側の円筒部分）７１ｂには、後述のようにピストン７２が挿入される。そしてクラッチ側円筒部７１ｂとピストン７２とでクラッチ板吸引室７１ｃが形成される。またシャフトボディ７１には軸方向に連通路７１ｄが延設される。連通路７１ｄは、クラッチ板吸引室７１ｃと負圧生成ポンプ部４の負圧室４５とを連通する。

ピストン７２は、上述のようにシャフトボディ７１のクラッチ側円筒部７１ｂに挿入される。ピストン７２は、クラッチ側円筒部７１ｂにスプライン嵌合する。このような構造であるので、ピストン７２の回転によってシャフトボディ７１が駆動される。ピストン７２は有蓋円筒形状である。ピストン７２の天蓋７２ａには、クラッチ３の負圧生成ポンプ部側クラッチ板３２が固定される。またピストン７２の円筒面の端縁には蛇腹シール７３が取り付けられている。

蛇腹シール７３は、シャフトボディ７１のクラッチ側円筒部７１ｂの内壁に固定される。そして蛇腹シール７３は、クラッチ板吸引室７１ｃをシールする。蛇腹シール７３は、ピストン７２の移動にあわせて伸縮する。

リターンスプリング７４は、クラッチ板吸引室７１ｃに内蔵される。リターンスプリング７４は、ピストン７２の天蓋７２ａの裏面と、クラッチ板吸引室７１ｃの底面（図１では右側、すなわち天蓋の裏面と相対する面）と、の間に配置される。リターンスプリング７４は、負圧生成ポンプ部側クラッチ板３２をシャフト側クラッチ板３１に押し付ける方向にピストン７２を押圧する。

図２は本発明によるバキュームポンプ構造の第１実施形態の作用を説明する図であり、図２（Ａ）はクラッチが締結された状態を示し、図２（Ｂ）はクラッチが解放された状態を示す。

続いて本実施形態の作用について説明する。

エンジンが停止しているときには、図２（Ａ）に示すように、リターンスプリング７４の押圧力によってピストン７２が前進し、負圧生成ポンプ部側クラッチ板３２がシャフト側クラッチ板３１に押し付けられる。

エンジンが始動すると、シャフト（カム軸）２が回転する。そしてシャフト２の回転がシャフト側クラッチ板３１→負圧生成ポンプ部側クラッチ板３２→ピストン７２→シャフトボディ７１→駆動軸４１と伝達し、負圧生成ポンプ部４が駆動する。するとハウジング４４内で負圧が生成され、負圧室４５の負圧が発達する。

その負圧は、連通路７１ｄを介してクラッチ板吸引室７１ｃに伝わる。負圧室４５の負圧が発達すれば、クラッチ板吸引室７１ｃの負圧も発達する。その負圧によってピストン７２を後進させる吸引力が生ずる。吸引力がリターンスプリング７４の押圧力よりも大きくなると、ピストン７２が後退し、負圧生成ポンプ部側クラッチ板３２がシャフト側クラッチ板３１から離れる。この状態が図２（Ｂ）である。このときクラッチ３が解放状態であるので、シャフト２の回転はピストン７２に伝達しない。すると負圧生成ポンプ部４は駆動せず、負圧の生成が中止される。その間にも負圧室４５の負圧は負圧を必要とする部品へ供給されるため、これまでとは逆に負圧室４５の負圧が徐々に弱まる。そしてクラッチ板吸引室７１ｃの負圧も同様に弱まるので、ピストン７２を後進させる吸引力が小さくなる。吸引力がリターンスプリング７４の押圧力よりも小さくなると、再びリターンスプリング７４の押圧力によってピストン７２が前進し、負圧生成ポンプ部側クラッチ板３２がシャフト側クラッチ板３１に押し付けられ、図２（Ａ）の状態になる。このように図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の状態が繰り返される。

本実施形態によれば、クラッチ３がシャフト２と負圧生成ポンプ部４とを断続する。またクラッチ３の断続を負圧生成ポンプ部４が生成する負圧によって制御する。クラッチ断続制御部７のピストン７２にはリターンスプリング７３の押圧力に抗して吸引力が働き、その吸引力は負圧の発達とともに大きくなる。その吸引力が押圧力を超えたとき、負圧生成ポンプ部側クラッチ板３２がシャフト側クラッチ板３１から引き離される。逆に負圧が弱まると、吸引力も小さくなる。そして吸引力が押圧力を下回ったとき、負圧生成ポンプ部側クラッチ板３２がシャフト側クラッチ板３１に当接し締結される。

このように構成したので、負圧生成ポンプ部４の負圧がブレーキ作動などに利用されて不足したときには、クラッチ３が締結され、シャフト２から負圧生成ポンプ部４へ動力を伝達して負圧が生成される。そして負圧が発達するとクラッチ３が解放され、シャフト２から負圧生成ポンプ部４へ動力が伝達されなくなり、負圧の生成が中止される。

負圧生成が不要なときにはバキュームポンプ１の稼働を中止するので、無駄なエネルギーの消費を低減することが可能である。またクラッチ３の断続の制御はクラッチ断続制御部７を設けて負圧生成ポンプ部４の負圧自身が行うので、制御のためのセンサーやコントローラを必要とせず、バキュームポンプ構造が簡素である。

（第２実施形態）
図３は、本発明によるバキュームポンプ構造の第２実施形態を示す図である。なお前述した内容と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

本実施形態のバキュームポンプ１は、クラッチ３ａが咬み合いクラッチである点で、クラッチ３が摩擦クラッチである第１実施形態と相違する。

クラッチ３ａのシャフト側クラッチ板３１ａは、締結面に凹凸が設けられる。さらに負圧生成ポンプ部側クラッチ板３２ａにも締結面に凹凸が設けられる。そして双方の凹凸が咬み合うことで動力を伝達する。この構成により締結面のすべりが生じるのを防ぎ、動力をさらによく伝達することができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。例えば、弾性部材はリターンスプリングに代えて同等の弾性特性を持つものにしてもよい。負圧の生成方法はベーンポンプに代えてシャフトからの動力をクランクアームとコンロッドとを介して伝達するピストンポンプにしてもよい。さらに駆動源はカム軸に限らず、電動モーター等を用いてもよい。またクラッチ断続の手段は、生成された負圧が直接クラッチを制御するものではなく、バキュームセンサー等からの信号によりクラッチを制御するものであってもよい。

本実施形態１のバキュームポンプ構造を示す図である。 本実施形態１のバキュームポンプ構造を示す図である。 本実施形態２のバキュームポンプ構造を示す図である。

符号の説明

１ バキュームポンプ
２ シャフト
３ クラッチ
３１ シャフト側クラッチ板
３２ 負圧生成ポンプ部側クラッチ板
４ 負圧生成ポンプ部
７ クラッチ断続制御部
７１ｃ クラッチ板吸引室
７４ リターンスプリング（弾性部材）

Claims (3)

1. 動力源によって回転駆動されるシャフトと、
   前記シャフトの回転の伝達により負圧を生成する負圧生成ポンプ部と、
   前記シャフトと前記負圧生成ポンプ部との間に設けられ、前記シャフトの回転を前記負圧生成ポンプ部に断続的に伝達するクラッチと、
   前記負圧生成ポンプ部の負圧が不足しているときは前記クラッチを締結し、負圧が発達するにつれて前記クラッチを解放するクラッチ断続制御部と、
   を備え、
   前記クラッチ断続制御部は、
   前記クラッチの負圧生成ポンプ部側クラッチ板が固定されるピストンと、
   前記ピストン及びシャフトボディによって形成され、前記負圧生成ポンプ部の負圧が発達するにつれて前記負圧生成ポンプ部側クラッチ板をシャフト側クラッチ板から引き離して前記クラッチを解放するクラッチ板吸引室と、
   前記クラッチ板吸引室に内蔵され、前記負圧生成ポンプ部側クラッチ板を前記シャフト側クラッチ板に押圧して前記クラッチを締結する弾性部材と、
   前記シャフトボディを貫通して形成され、前記クラッチ板吸引室と前記負圧生成ポンプ部の負圧室とを連通する連通路と、
   を備えることを特徴とするバキュームポンプ構造。
2. 前記クラッチは、締結面の表面摩擦によって動力を伝達する摩擦クラッチである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のバキュームポンプ構造。
3. 前記クラッチは、締結面の凹凸の嵌合によって動力を伝達する咬み合いクラッチである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のバキュームポンプ構造。

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