JP5637035B2

JP5637035B2 - ポンプ

Info

Publication number: JP5637035B2
Application number: JP2011067921A
Authority: JP
Inventors: 亮楳山; 一穂山田; 辰幸星野
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: JP2012202302A

Description

本発明は、ポンプに関する。

一般に、ポンプ（圧縮機を含む）のハウジング内には、駆動源の駆動により回転する回転軸と、回転軸の回転に伴い駆動するポンプ部とが収容されている。回転軸はベアリングを介してハウジングに回転可能に支持されている。また、ポンプのハウジングには、例えば、エンジンルームを形成するボディ（被取付体）の被取付面にポンプを取り付けるための取付脚部がポンプの耐振動性を確保するために少なくとも三つ以上設けられている。そして、各取付脚部を被取付面に対してボルトにより締結することで、ポンプがボディに取り付けられる（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−１５０２３６号公報

ところで、例えば、車両における運転中でのエンジンからの発熱によりエンジンルーム内が高温になり、ボディの被取付面が熱変形する場合がある。被取付面が熱変形すると、被取付面に取り付けられた取付脚部が被取付面の熱変形に追従して変位して、この取付脚部の変位によりハウジングが変形してしまう。すると、ハウジングに設けられたベアリングの位置が変位して、回転軸を支持する複数のベアリングの中心軸がずれてしまう。この軸ずれの状態で回転軸が回転すると、騒音が発生したり、ベアリングの耐久性が低下したりする虞がある。特に、回転軸を２本以上備える噛み合い式のポンプでは、軸同士が平行でなくなるためにポンプ部で干渉が起こり大きな問題となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、耐振動性を確保しつつも、回転軸を支持するベアリングが軸ずれしてしまうことを極力抑えることができるポンプを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、駆動源の駆動により回転する回転軸と、前記回転軸の回転に伴い駆動するポンプ部とがハウジング内に収容されるとともに、前記回転軸がベアリングを介して前記ハウジングに回転可能に支持され、前記ハウジングに設けられる複数の取付脚部に挿通されたボルトが被取付体の被取付面に締結されることで前記被取付体に取り付けられるポンプであって、各取付脚部は、前記ボルトが挿通される挿通孔を有する取付部を備え、前記取付部と前記ハウジングとを連結する部位に、前記被取付面の変形に追従して変形可能な変形部を有する取付脚部を少なくとも一つ有するとともに、前記取付部と前記ハウジングとを連結する部位に、前記変形部よりも剛性が高い剛性部を有する取付脚部を少なくとも二つ有していて、前記変形部における前記回転軸の軸方向に沿った幅は、前記剛性部における前記回転軸の軸方向に沿った幅よりも短いことを要旨とする。

この発明によれば、被取付面の変形により変形部を有する取付脚部の取付部が変位すると、変形部が取付部の変位に追従して変形する。この変形部の変形によりハウジングの変形を抑えることができる。よって、剛性部を有する少なくとも二つの取付脚部によりポンプ自体の耐振動性を確保しつつも、回転軸を支持するベアリングが軸ずれしてしまうことを極力抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ハウジングの一部を構成するとともに前記ベアリングを支持するハウジング構成体を備え、前記剛性部を有する少なくとも二つの取付脚部は、前記ハウジング構成体における前記回転軸の径方向に沿って前記ベアリングを挟んだ位置に設けられていることを要旨とする。

この発明によれば、剛性部を有する少なくとも二つの取付脚部の取付部が被取付面の変形に追従して変位することで、ハウジング構成体が変形したとしても、ベアリングの位置はあまり変位しない。よって、回転軸を支持するベアリングが軸ずれしてしまうことを極力抑えることができる。

この発明によれば、耐振動性を確保しつつも、回転軸を支持するベアリングが軸ずれしてしまうことを極力抑えることができる。

実施形態における電動ルーツ型ポンプの断面図。第１取付脚部、第２取付脚部及び第３取付脚部が被取付面に取り付けられた状態を示す図。被取付面が熱変形する前の状態を示す図。被取付面が熱変形した状態を示す図。

以下、本発明を電動ルーツ型ポンプに具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。電動ルーツ型ポンプは、燃料電池自動車に搭載されるとともに燃料電池に酸素及び水素を供給して発電させる燃料電池システムに水素を供給するために用いられる。なお、以下の説明において、電動ルーツ型ポンプの「前」及び「後」は、図１に示す矢印Ｙ１の方向を前後方向とし、「左」及び「右」は、図１に示す矢印Ｙ２の方向を左右方向とする。

図１に示すように、電動ルーツ型ポンプ１０は、ポンプ部１１と駆動部１２とから構成されている。電動ルーツ型ポンプ１０のハウジングＨは、鉄製のロータハウジング１３の前側にアルミニウム製のギアハウジング１４が接合固定されるとともに、ギアハウジング１４の前側にアルミニウム製のモータハウジング１７が接合固定されることにより構成されている。ロータハウジング１３は、ハウジング構成体としての第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａと第２ロータハウジング形成用ハウジング１３ｂとを有している。ポンプ部１１は、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａの後側に第２ロータハウジング形成用ハウジング１３ｂが固定ボルト１３ｃにより固定されることによって形成されるとともに、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａと第２ロータハウジング形成用ハウジング１３ｂとの間にはポンプ室１５が形成されている。また、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａの前側にギアハウジング１４が接合固定されるとともに、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａとギアハウジング１４との間にはギア室１６が形成されている。

駆動部１２は、ギアハウジング１４の前側にモータハウジング１７が接合固定されて形成されるとともに、モータハウジング１７とギアハウジング１４との間にはモータ室１８が形成されている。モータ室１８には、駆動源としての電動モータ１９が収容される。モータハウジング１７の内周面にはステータ１９ａ（固定子）が固定されるとともに、ステータ１９ａは、モータハウジング１７の内周面に固定されたステータコア１９１ａのティース（図示せず）にコイル１９２ａが巻回されて構成されている。また、ステータ１９ａの内側にはモータロータ１９ｂ（回転子）が設けられている。モータロータ１９ｂは、回転軸としての駆動軸２１に止着されたロータコア１９１ｂと、ロータコア１９１ｂの周面に設けられた複数の永久磁石１９２ｂとからなる。

駆動軸２１は、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａ及びモータハウジング１７にベアリング２３ａ，２３ｃを介して回転可能に支持されている。駆動軸２１に対して平行に設けられる従動軸２２は、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａにベアリング２３ｂを介して回転可能に支持されている。ベアリング２３ａ，２３ｂは、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａに形成される嵌込孔２４ａ，２４ｂに嵌め込まれることにより、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａに支持されている。また、ギア室１６には、駆動軸２１に固定された駆動ギア２５と、従動軸２２に固定された従動ギア２６とが互いに噛合連結された状態で収容されている。駆動軸２１及び従動軸２２は、駆動ギア２５及び従動ギア２６によってギア連結されている。

駆動軸２１には、ポンプ室１５に収容される鉄製の駆動ロータ２７が取付け固定されている。また、従動軸２２には、ポンプ室１５に収容される鉄製の従動ロータ２８が取付け固定されている。駆動ロータ２７及び従動ロータ２８は、駆動軸２１の軸線Ｍに沿った方向（軸方向）に直交する断面視が双葉状（瓢箪状）に形成されている。そして、駆動ロータ２７及び従動ロータ２８は、駆動ロータ２７の山歯２７ａと従動ロータ２８の谷歯２８ａ、及び駆動ロータ２７の谷歯（図示せず）と従動ロータ２８の山歯（図示せず）とが噛合可能にポンプ室１５に収容されている。また、ロータハウジング１３（第２ロータハウジング形成用ハウジング１３ｂ）には、流体をポンプ室１５に吸引する吸入口３１と、吸入口３１の対向位置にポンプ室１５で移送された流体を吐出する吐出口３２が形成されている。

このように構成された電動ルーツ型ポンプ１０では、電動モータ１９の駆動によって駆動軸２１が回転することにより、駆動ギア２５と従動ギア２６との噛合連結を通じて従動軸２２が駆動軸２１とは異なる方向へ回転する。すると、ポンプ室１５内では、駆動ロータ２７及び従動ロータ２８が、駆動軸２１及び従動軸２２が有する位相差（９０度）をもって同期回転する。そして、流体は、駆動ロータ２７及び従動ロータ２８の同期回転に伴って吸入口３１からポンプ室１５へ吸入される。ポンプ室１５に吸入された流体は、両ロータ２７，２８の外面とポンプ室１５の内周面１５ａとが協働することにより、ポンプ室１５にて移送される。この移送された流体は、吐出口３２からポンプ室１５外へ吐出される。

上記構成の電動ルーツ型ポンプ１０のハウジングＨには、取付脚部としての第１〜第３取付脚部４１，４２，４３が設けられている。各取付脚部４１，４２，４３は、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムを形成する被取付体としてのボディＢｄの被取付面Ｂｄ１に電動ルーツ型ポンプ１０を取り付けるために用いられる。

図２に示すように、モータハウジング１７には、その外周面１７ａから右方に向かって延びる第１取付脚部４１が一体形成されている。第１取付脚部４１は、取付部としての第１取付部４１ｂと、第１取付部４１ｂとモータハウジング１７の外周面１７ａとを連結する部位である第１連結部４１ｃとから構成されている。第１取付部４１ｂには、円孔状をなす挿通孔としての第１挿通孔４１ａが形成されるとともに、第１挿通孔４１ａにはボルトとしての第１ボルトＢ１が挿通可能になっている。第１連結部４１ｃは、モータハウジング１７の外周面１７ａから下方に延びた後、右方に向かって延びるように設けられている。

第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａには、その外周面１３１ａから左方に向かって延びる第２取付脚部４２が一体形成されている。第２取付脚部４２は、取付部としての第２取付部４２ｂと、第２取付部４２ｂと第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａの外周面１３１ａとを連結する部位である第２連結部４２ｃとから構成されている。第２取付部４２ｂには、円孔状をなす挿通孔としての第２挿通孔４２ａが形成されるとともに、第２挿通孔４２ａにはボルトとしての第２ボルトＢ２が挿通可能になっている。第２連結部４２ｃは、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａの外周面１３１ａから下方に延びた後、左方に向かって延びるように設けられている。

第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａには、その外周面１３１ａから右方に向かって延びる第３取付脚部４３が一体形成されている。第３取付脚部４３は、取付部としての第３取付部４３ｂと、第３取付部４３ｂと第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａの外周面１３１ａとを連結する部位である第３連結部４３ｃとから構成されている。第３取付部４３ｂには、円孔状をなす挿通孔としての第３挿通孔４３ａが形成されるとともに、第３挿通孔４３ａにはボルトとしての第３ボルトＢ３が挿通可能になっている。第３連結部４３ｃは、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａの外周面１３１ａから下方に延びた後、右方に向かって延びるように設けられている。

図１に示すように、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａにおいて、第２取付脚部４２と第３取付脚部４３とは、ベアリング２３ａ，２３ｂを挟んだ駆動軸２１及び従動軸２２の径方向に対向する位置に配設されている。

図３に示すように、第１連結部４１ｃにおける駆動軸２１の軸方向に沿った幅Ｈ１は、第２連結部４２ｃ及び第３連結部４３ｃにおける駆動軸２１の軸方向に沿った幅Ｈ２よりも短くなっている。具体的には、第１連結部４１ｃの幅Ｈ１は、第２連結部４２ｃ及び第３連結部４３ｃの幅Ｈ２の約半分になっている。よって、第１連結部４１ｃは、第２連結部４２ｃ及び第３連結部４３ｃよりも細長く延びている。このため、第１連結部４１ｃは、第２連結部４２ｃ及び第３連結部４３ｃよりも剛性が低くなっており、第２連結部４２ｃ及び第３連結部４３ｃに比べて変形し易くなっている。よって、本実施形態では、第１連結部４１ｃが変形部として機能する。一方、第２連結部４２ｃ及び第３連結部４３ｃは、第１連結部４１ｃに比べて剛性が高い剛性部として機能する。

図２に示すように、第１挿通孔４１ａに第１ボルトＢ１を挿通して被取付面Ｂｄ１に第１ボルトＢ１を締め付けることで、第１取付脚部４１が被取付面Ｂｄ１に締結される。同様に、第２挿通孔４２ａに第２ボルトＢ２を挿通して被取付面Ｂｄ１に第２ボルトＢ２を締め付けることで、第２取付脚部４２が被取付面Ｂｄ１に締結される。同様に、第３挿通孔４３ａに第３ボルトＢ３を挿通して被取付面Ｂｄ１に第３ボルトＢ３を締め付けることで、第３取付脚部４３が被取付面Ｂｄ１に締結される。これら各取付脚部４１，４２，４３における被取付面Ｂｄ１への締結により、電動ルーツ型ポンプ１０がボディＢｄに取り付けられる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図４に示すように、例えば、燃料電池システムにおいて、燃料電池に酸素と水素を供給して発電させることで、この発電による発熱によりボディＢｄの被取付面Ｂｄ１が熱変形する場合がある。例えば、被取付面Ｂｄ１が、駆動軸２１の軸方向に対して反るように熱変形すると、被取付面Ｂｄ１に取り付けられた第１取付脚部４１の取付部４１ｂが被取付面Ｂｄ１の熱変形に追従して変位する。このとき、第１連結部４１ｃが第１取付部４１ｂの変位に追従して変形する。この第１連結部４１ｃの変形により、モータハウジング１７が変形してしまうことが抑制されている。

また、ボディＢｄの被取付面Ｂｄ１が熱変形すると、被取付面Ｂｄ１に取り付けられた第２及び第３取付脚部４２，４３の取付部４２ｂ，４３ｂが被取付面Ｂｄ１の熱変形に追従して変位する。ここで、第２取付脚部４２及び第３取付脚部４３は、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａにおいて、ベアリング２３ａ，２３ｂを挟んだ駆動軸２１及び従動軸２２の径方向に沿った位置に配設されている。よって、被取付面Ｂｄ１の変形に追従して第２及び第３取付脚部４２，４３の取付部４２ｂ，４３ｂが変位することで、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａが変形しても、ベアリング２３ａ，２３ｂの位置はあまり変位しない。したがって、駆動軸２１及び従動軸２２を支持するベアリング２３ａ，２３ｂ，２３ｃが軸ずれしてしまうことが極力抑えられている。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）第１取付脚部４１を、モータハウジング１７から延びる第１連結部４１ｃと、被取付面Ｂｄ１に第１ボルトＢ１により締結される第１取付部４１ｂとで構成し、第１連結部４１ｃを、被取付面Ｂｄ１の熱変形に追従して変形可能な変形部として機能させた。また、第２及び第３取付脚部４２，４３の連結部４２ｃ，４３ｃを第１連結部４１ｃよりも剛性の高い剛性部として機能させた。よって、被取付面Ｂｄ１の変形により第１取付部４１ｂが変位すると、第１連結部４１ｃが第１取付部４１ｂの変位に追従して変形する。この第１連結部４１ｃの変形により、モータハウジング１７の変形を抑えることができる。よって、第２及び第３取付脚部４２，４３により電動ルーツ型ポンプ１０自体の耐振動性を確保しつつも、駆動軸２１及び従動軸２２を支持するベアリング２３ａ，２３ｂ，２３ｃが軸ずれしてしまうことを極力抑えることができる。

（２）第２取付脚部４２及び第３取付脚部４３は、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａにおいて、ベアリング２３ａ，２３ｂを挟んだ駆動軸２１及び従動軸２２の径方向に沿った位置に配設されている。よって、被取付面Ｂｄ１の変形に追従して第２及び第３取付脚部４２，４３の取付部４２ｂ，４３ｂが変位して第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａが変形しても、ベアリング２３ａ，２３ｂの位置はあまり変位しない。よって、駆動軸２１及び従動軸２２を支持するベアリング２３ａ，２３ｂ，２３ｃが軸ずれしてしまうことを極力抑えることができる。

（３）上記構成の電動ルーツ型ポンプ１０によれば、駆動軸２１及び従動軸２２を支持するベアリング２３ａ，２３ｂ，２３ｃが軸ずれしてしまうことを極力抑えることができ、両ロータ２７，２８同士が干渉してしまうことを抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、第２連結部４２ｃ又は第３連結部４３ｃを変形部として機能させてもよい。これによれば、被取付面Ｂｄ１の変形に追従して第２及び第３取付脚部４２，４３の取付部４２ｂ，４３ｂが変位しても、第２連結部４２ｃ又は第３連結部４３ｃが変形することで、第１ロータハウジング形成用ハウジング１３ａが変形してしまうことを抑制することができる。

○ 実施形態では、被取付面Ｂｄ１が、駆動軸２１の軸方向に対して反るように熱変形した場合に、第１連結部４１ｃの変形により、モータハウジング１７が変形してしまうことを抑制したが、これに限らない。例えば、被取付面Ｂｄ１が、駆動軸２１の軸方向に直交する方向に対して反るように熱変形した場合であっても、第１連結部４１ｃは、被取付面Ｂｄ１の熱変形に追従して変形する。これによれば、被取付面Ｂｄ１が、駆動軸２１の軸方向に直交する方向に対して反るように熱変形したとしても、モータハウジング１７が変形してしまうことを抑制することができる。

○ 本発明を電動ルーツ型ポンプ１０に具体化したが、これに限らず、その他のポンプ又は圧縮機（例えばスクロール式、スクリュー式、又はピストン式の圧縮機等）に具体化してもよい。

○ 本発明を駆動源として電動モータ１９を用いる電動ルーツ型ポンプ１０に具体化したが、これに限らず、例えば、駆動源としてエンジンを用いるポンプに具体化してもよい。この場合、ポンプは、ハイブリッド自動車や、エンジンのみで駆動する自動車などに搭載され、それら自動車のエンジンや、エンジンルームを形成するボディ等に取り付けられる。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記ハウジングには、前記取付脚部が三つ設けられるとともに、前記取付脚部のうちの一つの取付脚部には前記取付部と前記ハウジングとを連結する部位に前記変形部を有しており、残りの二つの取付脚部には前記取付部と前記ハウジングとを連結する部位に前記剛性部を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポンプ。

（ロ）前記ポンプは電動ルーツ型ポンプであることを特徴とする請求項１又は請求項２、及び前記技術的思想（イ）のいずれか一項に記載のポンプ。
（ハ）前記ポンプは、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムを形成するボディに取り付けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２、及び前記技術的思想（イ）、（ロ）のいずれか一項に記載のポンプ。

Ｂ１…ボルトとしての第１ボルト、Ｂ２…ボルトとしての第２ボルト、Ｂ３…ボルトとしての第３ボルト、Ｂｄ…被取付体としてのボディ、Ｂｄ１…被取付面、Ｈ…ハウジング、１０…ポンプとしての電動ルーツ型ポンプ、１１…ポンプ部、１３ａ…ハウジング構成体としての第１ロータハウジング形成用ハウジング、１９…駆動源としての電動モータ、２１…回転軸としての駆動軸、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…ベアリング、４１…取付脚部としての第１取付脚部、４１ａ…挿通孔としての第１挿通孔、４１ｂ…取付部としての第１取付部、４１ｃ…変形部として機能する第１連結部、４２…取付脚部としての第２取付脚部、４２ａ…挿通孔としての第２挿通孔、４２ｂ…取付部としての第２取付部、４２ｃ…剛性部として機能する第２連結部、４３…取付脚部としての第３取付脚部、４３ａ…挿通孔としての第１挿通孔、４３ｂ…取付部としての第３取付部、４３ｃ…剛性部として機能する第３連結部。

Claims

駆動源の駆動により回転する回転軸と、前記回転軸の回転に伴い駆動するポンプ部とがハウジング内に収容されるとともに、前記回転軸がベアリングを介して前記ハウジングに回転可能に支持され、前記ハウジングに設けられる複数の取付脚部に挿通されたボルトが被取付体の被取付面に締結されることで前記被取付体に取り付けられるポンプであって、
各取付脚部は、前記ボルトが挿通される挿通孔を有する取付部を備え、
前記取付部と前記ハウジングとを連結する部位に、前記被取付面の変形に追従して変形可能な変形部を有する取付脚部を少なくとも一つ有するとともに、
前記取付部と前記ハウジングとを連結する部位に、前記変形部よりも剛性が高い剛性部を有する取付脚部を少なくとも二つ有していて、
前記変形部における前記回転軸の軸方向に沿った幅は、前記剛性部における前記回転軸の軸方向に沿った幅よりも短いことを特徴とするポンプ。
前記ハウジングの一部を構成するとともに前記ベアリングを支持するハウジング構成体を備え、
前記剛性部を有する少なくとも二つの取付脚部は、前記ハウジング構成体における前記回転軸の径方向に沿って前記ベアリングを挟んだ位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。