JP5622033B2

JP5622033B2 - 流体ポンプ

Info

Publication number: JP5622033B2
Application number: JP2010163167A
Authority: JP
Inventors: 慎二郎鈴木
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: JP2012026294A

Description

本発明は、回転軸の一側に設けられた回転子と、前記回転軸の他側に設けられ、前記回転子と同期回転可能なポンプロータと、前記回転軸、前記回転子、および前記ポンプロータを内包するとともに、前記回転子を駆動する固定子、および、前記回転軸を軸支する軸支部が設けられたハウジングと、を備えた流体ポンプに関する。

このような流体ポンプは固定子によって回転子を駆動し、この回転子に回転軸を介して接続してあるポンプロータが同期回転して流体を圧送する。

これらの回転子・回転軸・ポンプロータは、流体ポンプの内部に装着するためにコンパクトに構成する必要がある。また、経済性の観点からは、少ない部品点数で構成するのが好ましい。そのため、従来のポンプでは、例えば回転子とポンプロータとは、回転軸に圧入して構成するものがあった。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２６９３４５号公報

回転子やポンプロータを回転軸に圧入しようとすると、例えば、ポンプロータに形成した圧入用の孔部が回転軸によって拡径される。このとき、孔部周辺の母材は塑性変形を受けることとなる。よって、回転軸の圧入作業が適切でない場合、ポンプロータの回転面に対して回転軸が傾斜して取り付けられてしまうという不都合が生じる。

その結果、流体ポンプの駆動に際してポンプロータの回転が円滑でなくなり、流体ポンプの性能を十分に発揮できなくなる。
また、回転機能が維持できる場合でもポンプロータがハウジングの何れかの箇所に干渉して異音が生じたり、長期間の使用によって、当該特定箇所の磨耗が進行するなどの不都合も生じ得る。
さらに、圧入作業に際しては、ポンプロータと回転軸とを正確に位置決めしつつ両者を嵌着しなければならず、圧入作業そのものが煩雑である。
このように、流体ポンプの性能を高め、生産効率を向上させるためには、ポンプロータや回転軸等の構造につき未だ改善すべき点がある。

本発明の目的は、構造が簡単で組立作業性に優れ、安定した性能を発揮し得る流体ポンプを提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、回転軸の一側に設けられた回転子と、前記回転軸の他側に設けられ、前記回転子と同期回転可能なポンプロータと、前記回転軸、前記回転子、および前記ポンプロータを内包するとともに、前記回転子を駆動する固定子、および、前記回転軸を軸支する軸支部が設けられたハウジングと、を備え、前記回転軸の回転に際して、前記ポンプロータに対する前記回転軸の延出方向もしくは延在方向を変更可能にする係合孔と係合軸部とを、前記ポンプロータと前記回転軸とに各別に形成し、前記回転軸における前記ポンプロータの側の端面が、前記ポンプロータの表裏面の間に位置し、前記係合孔は、一端側に軸方向に沿う平面部を備えて前記係合軸部に係合可能な第１孔部分と、他端側に前記ハウジングの一部が内挿される断面円形状の第２孔部分とを有する点にある。

本構成によれば、ポンプロータと回転軸との連結を、ポンプロータに設けた係合孔と、回転軸に設けた係合軸部との係合により行なう。このため、回転軸の回転に際して、ポンプロータに対する回転軸の延出方向もしくは延在方向が所定範囲に於いて変更可能となる。通常、ポンプロータはポンプロータハウジングを構成する部材によって回転面の変動が拘束された状態で回転する。よって、本構成の回転軸の取付構造であれば、仮に、ポンプロータの回転平面に対して回転軸の配置方向が僅かに傾斜している場合でも、回転軸からの回転駆動をポンプロータに円滑に伝達することができる。回転動作が円滑であれば、流体ポンプの吐出能力が十分に確保され、異音等の発生も抑制される。

また、圧入構成をとらない本構成であれば、ポンプロータの組み付け作業が大幅に簡略化される。さらに、長期間の使用によって圧入部にスリップが生じる恐れがなく、耐久性においても優れたものとなる。
また、本発明の流体ポンプにおいては、係合構造によって回転軸の駆動力がポンプロータに伝達されるから、従来構造のように、回転軸とポンプロータとが強固に固定されている必要はない。そのため、本構成のごとく、回転軸の端面が、ポンプロータの厚みの内部に収まるように構成したとしても、回転伝達機能は担保される。本構成のごとく、回転軸の長さを短く構成すれば、全体の重量が軽減され、回転部分の慣性モーメントが小さくなって回転性能の向上が期待できる。
また、ポンプロータと回転軸との接触面積が縮小することで、ポンプロータの回転面に対して回転軸が僅かに首振り運動を行なうような場合でも摺動抵抗が減少し、結果として滑らかな回転特性を得ることができる。
さらに、回転駆動中に回転軸がポンプロータに対して軸方向にスライドすることがあっても、回転軸がハウジングの壁部等に干渉することが確実に防止され、振動や異音の発生を防止することもできる。

本発明の第２特徴構成は、前記ハウジングに、前記回転軸における前記回転子の側の端面の中心部に当接する一方の球面状の規制部を設けた点にある。

本構成によれば、規制部によって、回転軸の回転を許容しつつ、回転軸が、該回転軸の当接位置からハウジングの側へ移動するのを規制することができる。よって、例えば、固定子に対する回転子の位置が軸方向にずれることで流体ポンプの性能が低下したり、回転軸がハウジングに接触して流体ポンプに異音や衝撃が発生するのを防止することができる。

尚、本構成の規制部は球面状に形成してあるから、当該規制部は回転軸における回転子の側の端面の中心部に点接触する。よって、規制部と回転軸との摺動抵抗を低減して流体ポンプに異音や衝撃が発生することを防止できる。

本発明の第３特徴構成は、前記ハウジングは、前記ポンプロータを収容するポンプ室を有するポンプハウジングと、当該ポンプ室を閉塞可能なカバーとを備えるとともに、当該カバーに、前記ポンプロータの係合孔に内挿する凸部を設けてある点にある。

本発明の流体ポンプでは、ポンプロータと回転軸との間に係合融通が存在する結果、ポンプロータの回転が安定しない状況も生じ得る。そこで、本構成のごとく、ハウジングのカバーにポンプロータの係合孔に内挿する凸部を設けることで、ポンプロータの回転軸心が偏心するのを確実に防止している。この結果、滑らかな回転駆動が可能な流体ポンプを得ることができる。

第１実施形態における流体ポンプを示す断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。第１実施形態における流体ポンプを示す分解断面図である。第１実施形態における流体ポンプを示す分解斜視図である。第２実施形態における流体ポンプを示す断面図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明に係る流体ポンプの一例としての電動オイルポンプ１を図１〜図４に基づいて説明する。図１は、電動オイルポンプの断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。図３は、電動オイルポンプを示す分解断面図である。図４は、電動オイルポンプを示す分解斜視図である。

電動オイルポンプ１は、例えばオイルパンやオイルタンク（図示しない）のオイルを汲み上げてエンジンの潤滑部（図示しない）に圧送するものである。この電動オイルポンプ１は、ポンプハウジング２（ハウジングの一例）にモータハウジング３（ハウジングの一例）を組み付けて構成してある。

ポンプハウジング２は、金属によって構成してあり、一方側（図１の右側）が開口する本体部４と、その開口を開閉可能なカバー５と、を備えている。これにより、本体部４およびカバー５の間に、ポンプロータ６を収容する略円筒状のポンプ室７を形成してある。

本体部４には、回転軸１０の中間部を軸支する軸支部１１が形成されている。本体部４の他側面（図１の左側面）には、円柱状の凸部１２が形成されている。凸部１２の内部には、軸支部１１に隣接してその軸支部１１に供給されるオイルの漏洩を遮断するオイルシール１３が設けられている。

ポンプロータ６は、金属によって構成してあり、回転軸１０の一端部（図１の右端部）に取り付けられたインナロータ２１と、このインナロータ２１の外方側に配置されたリング状のアウタロータ２２と、を備えている。

インナロータ２１の外周部には、複数の外歯２３が形成されている。アウタロータ２２の内周部には、インナロータ２１の複数の外歯２３に噛み合う複数の内歯２４が形成されている。アウタロータ２２は、インナロータ２１の回転軸１０に対して偏心配置されている。アウタロータ２２の外周面は、ポンプ室７の内周面に密接して摺動可能に構成してある。アウタロータ２２の一側面（図１の右側面）は、ポンプ室７の一側面に密接するとともに、アウタロータ２２の他側面は、ポンプ室７の他側面に密接して摺動可能に構成してある。

インナロータ２１の外歯２３の歯数は、アウタロータ２２の内歯２４の歯数よりも一つ少ない。これにより、インナロータ２１の外歯２３とアウタロータ２２の内歯２４との間に、複数の作動室２５が形成される。各作動室２５の容積はインナロータ２１及びアウタロータ２２の回転に伴って変化する。

カバー５には、上側の作動室２５ａ（図２における略上半分の領域に位置する作動室２５ａ）に連通するカバー側の吸入室２６と、下側の作動室２５ｂ（図２における略下半分の領域に位置する作動室２５ｂ）に連通するカバー側の吐出室２７とがそれぞれ形成されている。
尚、詳述しないが、カバー側の吸入室２６には、吸入路が接続され、カバー側の吐出室２７には、吐出路が接続されている。

本体部４には、上側の作動室２５ａに連通する本体側の吸入室２８と、下側の作動室２５ｂに連通する本体側の吐出室２９とがそれぞれ形成されている。

図２に示すようにインナロータ２１及びアウタロータ２２が反時計方向に回転する場合、上側の作動室２５ａは、ロータ２１、２２の回転に伴って容積が増大する。これにより、上側の作動室２５ａ内に負圧が発生し、エンジンの潤滑部のオイルが、吸入路を通って上側の作動室２５ａおよび吸入室２６，２８に吸入される。

また、下側の作動室２５ｂは、ロータ２１、２２の回転に伴って容積が減少する。これにより、下側の作動室２５ｂ内に正圧が発生し、下側の作動室２５ｂおよび吐出室２７，２９のオイルが、吐出路を通ってエンジンの潤滑部に所定の吐出圧で吐出される。

モータハウジング３は、樹脂によって構成してあり、モータ４１を収容するモータカバー４２と、モータ４１の動作制御を行うドライバ４３を収容するドライバ収容部４４と、を備えている。

モータカバー４２の内周部には、モータ４１の固定子４５が設置されている。モータカバー４２は、一方側が開口してあり、本体部４の凸部１２にモータカバー４２の開口を外挿してある。モータカバー４２と本体部４とカバー５とをボルトにより共締め連結してある。これにより、本体部４およびモータカバー４２の間に、モータ４１の回転子４６を収容する略円筒状のモータ室４７を形成してある。

固定子４５の内周側に回転子４６が位置しており、固定子４５によって回転子４６を駆動可能に構成してある。回転子４６を駆動すると、回転子４６およびポンプロータ６が同期回転して、オイルが圧送される。

回転子４６は、回転軸１０の他端部（図１の左端部）に取り付けられた金属製のバックヨーク４８と、そのバックヨーク４８の外周部に取り付けられた永久磁石４９と、を備えている。回転子４６に回転軸１０の他端部を圧入して回転軸１０を取り付けてある。

モータハウジング３の底部の中心部には、凹部５０が形成され、その凹部５０には、回転軸４６の他端面（図１の左端面）の中心部に当接する他方の鋼球５１（他方の規制部の一例）が設けられている。

これにより、鋼球５１によって、回転軸１０の回転を許容しつつその回転軸１０の当接位置からモータハウジング３の底部の側への移動を規制する。よって、固定子４５と回転子４６とが軸方向にずれて流体ポンプの性能が低下したり、回転軸１０がモータハウジング３に接触して流体ポンプに異音や衝撃が発生したり、金属製のバックヨーク４８が樹脂製のモータハウジング３に摺接してモータハウジング３が磨耗することを防止できる。

以下、回転軸にポンプロータを取り付ける構成について説明する。
回転軸１０の一端部には、係合軸部６１が形成され、インナロータ２１の中心部には、係合軸部６１が係合する係合孔６２が形成されている。また、カバー５の他側面に、インナロータ２１の係合孔６２に内挿する凸部６５を設けてある。

具体的には、係合軸部６１は、回転軸１０の一端部を矩形状に切り欠いて、断面形状がＤ字状に構成してある。係合軸部６１は、軸方向に沿う第１平面部６１ａと、軸方向に交差する第２平面部６１ｂと、第１周面部６１ｃと、端面部６１ｄとを備えている。

係合孔６２は、他方側の断面形状がＤ字状の第１孔部分６３と、一方側の円筒状の第２孔部分６４と、を備えている。第１孔部分６３は、軸方向に沿う第３平面部６３ａと、第２周面部６３ｂとを備えている。第２孔部分６４は、第３周面部６４ａと、底面部６４ｂとを備えている。凸部６５は、第４周面部６５ａと、端面部６５ｂとを備えている。

係合軸部６１の外径は、第１孔部分６３の内径よりもわずかに小さく設定してある。これにより、係合軸部６１の第1周面部６１ｃと係合孔６２の第１孔部分６３の第２周面部６３ｂとの間に、インナロータ２１に対する回転軸１０の延在方向を変更可能な係合融通を形成してある。

このように、係合軸部６１と係合孔６２の第１孔部分６３との係合により、インナロータ２１と回転軸１０とを連結するので、仮に、インナロータ２１の回転平面に対して回転軸１０の配置方向が僅かに傾斜している場合でも、回転軸１０からの回転駆動をインナロータ２１に円滑に伝達することができる。回転動作が円滑であれば、流体ポンプの吐出能力が十分に確保され、異音等の発生も抑制される。

また、係合軸部６１と係合孔６２の第１孔部分６３との間に係合融通を形成してあるので、インナロータ２１をポンプハウジング２のポンプ室７に収容する際に、仮に、インナロータ２１の回転平面に対して回転軸１０の配置方向が僅かに傾斜している場合でも、係合軸部６１と係合孔６２の第１孔部分６３とを係合し易くなる。

図１に示すごとく、回転軸１０の一端面（図１の右端面）は、インナロータ２１の表裏面の間に位置するように構成してある。回転軸１０の他方側は鋼球５１に当接し、図中左方向への移動が阻止される。一方、回転軸１０の他方への軸移動は、回転軸１０の段部がインナロータ２１に当接することで阻止される。この状態で、回転軸１０のインナロータ２１の側の端部は、インナロータ２１の厚みの中に留まるように設定してある。

本発明の流体ポンプにおいては、係合構造によって回転軸１０の駆動力がインナロータ２１に伝達されるから、従来構造のように、回転軸１０とインナロータ２１とが強固に固定されている必要はない。そのため、本構成のごとく、回転軸１０の端面が、インナロータ２１の厚みの内部に収まるように構成したとしても、回転伝達機能は担保される。本構成のごとく、回転軸１０の長さを短く構成すれば、全体の重量が軽減され、回転部分の慣性モーメントが小さくなって回転性能の向上が期待できる。
また、インナロータ２１と回転軸１０との接触面積が縮小することで、インナロータ２１の回転面に対して回転軸１０が僅かに首振り運動を行なうような場合でも摺動抵抗が減少し、結果として滑らかな回転特性を得ることができる。
さらに、回転駆動中に回転軸１０がインナロータ２１に対して軸方向にスライドすることがあっても、回転軸１０がハウジングのカバー５等に干渉することが確実に防止され、振動や異音の発生を防止することもできる。

さらに、回転軸１０とインナロータ２１との接続部の詳細は次のように構成してある。
図４に示すごとく、係合軸部６１の第２平面部６１ｂがインナロータ２１の他側面に当接することで、回転軸１０の軸方向への移動が阻止される。一方、カバー５の側には凸部６５が形成されるが、この端面部６５ｂと係合軸部６１の端面部６１ｄとの間には、第１隙間が形成される。これにより、回転軸１０がカバー５に当接することが確実に防止される。

一方、係合孔６２の第２孔部分６４の底面部６４ｂと、凸部６５の端面部６５ｂとの間には第２隙間が形成してある。インナロータ２１は、カバー５に対して凸部６５の周囲で当接し、軸心方向に沿う位置が特定されている。よって、凸部６５とインナロータ２１とを当接させないことで、インナロータ２１の回転抵抗を僅かでも低減することができる。
尚、図１において、回転軸１０の端部６１ｄはインナロータ２１の第１孔部６３を完全に貫通しており、回転軸１０の駆動力を確実にインナロータ２１に伝達できるよう構成してある。

〔第２実施形態〕
この実施形態では、第１実施形態の構成と異なる構成についてのみ説明し、同じ構成については説明を省略する。

図５に示すように、回転軸１０の一端部には、スプライン軸形状の係合軸部７１および円柱状の挿入部７２が形成され、インナロータ２１の中心部には、係合軸部７１が係合する係合孔７３が形成されている。係合軸部７１の外径は、係合孔７３の内径よりもわずかに小さく設定してある。これにより、係合軸部７１と係合孔７３との間に、インナロータ２１に対する回転軸１０の延出方向を変更可能な係合融通を形成してある。

カバー５の他側面には、挿入部７２を挿入する挿入孔７４が形成されている。挿入孔７４の外径を、挿入部７２の外径とほぼ同じに設定してある。挿入孔７４には、回転軸１０の一端面の中心部に当接する一方の鋼球７５（一方の規制部の一例）を設けてある。これにより、双方の鋼球５１，７５によって、回転軸１０が駆動に際して軸心方向に偏位するのを確実に防止できる。このため、回転軸１０とカバー５との衝突による振動や異音の発生が防止される。

挿入孔７４が鋼球７５を収容する機能だけでなく、回転軸１０のラジアル軸受としての機能を有するので、ポンプハウジング２に設けられた軸支部１１とともに回転軸１０を２点支持することができる。このため、回転軸１０の回転に伴って回転軸１０には回転ブレが生じない。

〔別実施形態〕
（１）第１実施形態において、回転軸１０の一端部に断面形状がＤ字状の係合軸部６１を形成し、インナロータ２１に、係合軸部６１が係合する係合孔６２を形成する構成に代えて、回転軸１０の一端部にスプライン軸形状の係合軸部を形成し、インナロータ２１に、係合軸部が係合する係合孔を形成する構成としてもよい。

また、第２実施形態において、回転軸１０の一端部にスプライン軸形状の係合軸部７１を形成し、インナロータ２１に、係合軸部７１が係合する係合孔７３を形成する構成に代えて、回転軸１０の一端部に断面形状がＤ字状の係合軸部を形成し、インナロータ２１に、係合軸部が係合する係合孔を形成する構成としてもよい。

要するに、係合軸部および係合孔の断面形状は、非円形状であればよく、回転軸の回転をインナロータに伝達するものであれば、断面形状は特に限定されない。

（２）凸部６５を省略して、係合孔６２がＤ字状の第１孔部分６３のみを備える構成としてもよい。

（３）必ずしも、回転子４６を回転軸１０の他端部に取り付ける必要はなく、回転子４６を回転軸１０の他側に取り付ける構成であればよい。また、インナロータ２１を回転軸１０の一端部に取り付ける必要はなく、インナロータ２１を回転軸１０の一側に取り付ける構成であればよい。

本発明は、オイルポンプの他、液体を圧送する各種ポンプに適用可能である。

２，３ハウジング
５カバー
６ポンプロータ
１０回転軸
１１軸支部
４５固定子
４６回転子
５１，７５規制部
６１，７１係合軸部
６２，７３係合孔
６５凸部

Claims

回転軸の一側に設けられた回転子と、
前記回転軸の他側に設けられ、前記回転子と同期回転可能なポンプロータと、
前記回転軸、前記回転子、および前記ポンプロータを内包するとともに、前記回転子を駆動する固定子、および、前記回転軸を軸支する軸支部が設けられたハウジングと、
を備え、
前記回転軸の回転に際して、
前記ポンプロータに対する前記回転軸の延出方向もしくは延在方向を変更可能にする係合孔と係合軸部とを、前記ポンプロータと前記回転軸とに各別に形成し、
前記回転軸における前記ポンプロータの側の端面が、前記ポンプロータの表裏面の間に位置し、
前記係合孔は、一端側に軸方向に沿う平面部を備えて前記係合軸部に係合可能な第１孔部分と、他端側に前記ハウジングの一部が内挿される断面円形状の第２孔部分とを有する流体ポンプ。
前記ハウジングに、前記回転軸における前記回転子の側の端面の中心部に当接する一方の球面状の規制部を設けてある請求項１に記載の流体ポンプ。
前記ハウジングは、前記ポンプロータを収容するポンプ室を有するポンプハウジングと、当該ポンプ室を閉塞可能なカバーとを備えるとともに、当該カバーに、前記ポンプロータの係合孔に内挿する凸部を設けてある請求項１又は２に記載の流体ポンプ。