JP6475041B2 - 滑り軸受及び電動流体ポンプ - Google Patents

Description

本発明は滑り軸受及びこの滑り軸受を使用した自動車のエンジンルーム内に装着される電動流体ポンプに関するものである。

近年、自動車の低燃費化への要求が高まるにつれ、アイドルストップ機能付きの自動車やハイブリッド車の実用化が進んでいる。これらの車両は、内燃機関の停止時に内燃機関によって駆動される機械式の流体ポンプも停止するため、内燃機関以外の流体ポンプ駆動源が必要となる。また、ハイブリッド車や電気自動車においては、走行用モータやその制御装置、またはバッテリを冷却するための冷却水ポンプが必要とされる。これらの背景から、電動機を使用してインペラが固定されたロータに回転力を付与してポンプ作用を行う電動流体ポンプの使用が増加する傾向にある。

例えば、特開２０１０−１４４６９３号公報（特許文献１）には、インペラが収容されるポンプ室と連通する空間内にロータを収容し、ロータ収容空間から液密に隔成された空間内に巻線を含むステータを収容するすると共に、更に駆動制御部を樹脂で形成された電動機部に固定し、この電動機部と駆動制御部をカバーによって覆う構成の電動流体ポンプが記載されている。

特開２０１０−１４４６９３号公報

ところで、この種の電動流体ポンプは、ロータとインペラを一体化し、このロータとインペラの内部に回転支持軸を介装することによって、ロータとインペラを回転できる構成としている。尚、この時ロータとインペラによって回転支持軸にはラジアル方向とスラスト方向の荷重が作用する。したがって、回転支持軸はロータとインペラに対してラジアル方向とスラスト方向の荷重を受ける軸受が必要である。

一般にはラジアル方向には金属ボールを使用したラジアルボールベアリングが使用され、スラスト方向にはこれも金属ボールを使用したスラストボールベアリングが使用されている。しかしながら、自動車に使用するような電動流体ポンプにこのような金属ボールを使用したボールベアリングを用いることは、ボールベアリングが高価なことから電動流体ポンプの製品コストが高くなる、重量が重いことから電動流体ポンプの出来上がり重量が重くなり、自動車に組み込んだ時に燃費を悪くするという理由で現実的でないという問題があった。

このため、最近では電動流体ポンプの回転支持軸の軸受はラジアル方向とスラスト方向の荷重を受ける滑り軸受が使用されることが多くなっている。この滑り軸受は円筒状の軸受筒部の一方に半径方向外側に拡大したフランジ状受面を形成したものである。この滑り軸受は潤滑性を備えた合成樹脂を金型に射出して製造するのが一般的である。

図４に従来のフランジ状受面を形成した滑り軸受の簡単な製造方法を示している。図４おいて、下金型４０と上金型４１の間に図示しない中子を配置し、外部の合成樹脂注入機によって、下金型４０と上金型４１の間のゲート４２から合成樹脂を射出する。そして、この金型に合成樹脂を射出する導入ゲート４２は、フランジ状受面４５の受圧面４５Ａを含むフランジ状受面の外周側に設けられている。尚、導入ゲート４２の幅は、必要な量の合成樹脂が素早く金型に射出できるように決められ、フランジ状受面の外周面に接続されている。

図４に示す金型によって作られた滑り軸受の構造を図５Ａ、図５Ｂに示している。滑り軸受４３は、円筒状の軸受筒部４４と、軸受筒部４４の一方に半径方向外側に拡大したフランジ状受面４５を備えている。そして、フランジ状受面４５の外周には金型の導入ゲート４２に相当する導入部４６が形成されている。この導入部４６は上述したように、必要な量の合成樹脂が素早く金型に射出できるような幅に対応している。

このため、フランジ状受面４５の受圧面４５Ａの導入ゲート４２が位置する領域は、フランジ状受面４５の外周側の一部が直線状に形成されている。そして、この部分に射出が終了した後の導入ゲート４２に対応する導入部４６（所謂、「ゲートバリ」と呼ばれる無用な合成樹脂）が残ることになる。このため、この無用な導入部４６を除去する必要があり、一般的には切断工具で無用な導入部４６を削除している。

したがって、図５Ａに示すようにフランジ状受面４５の受圧面４５Ａの面積は、この無用な導入部４６を切断するために狭くなる。このため、フランジ状受面４５の受圧面４５Ａに作用するスラスト荷重によって、受圧面４５の単位面積当たりの面圧が大きくなることになる。このように、受圧面４５Ａの面積が狭くなることによって、フランジ状受面４５の摩耗が大きくなり、滑り軸受４３の寿命を短くするという不具合があった。

本発明の目的は、フランジ状受面の受ける面圧が大きくなるのを抑制することができる新規な滑り軸受、及びこの滑り軸受を使用した新規な電動流体ポンプを提供することにある。

本発明の特徴は、受圧面を除くフランジ状受面と軸受筒部の先端部の間で、しかもフランジ状受面の軸受筒部側の面と同一面に、金型の導入ゲートから送られる合成樹脂の導入部が形成されている、ところにある。

本発明によれば、受圧面を除くフランジ状受面と軸受筒部の先端部の間で、しかもフランジ状受面の軸受筒部側の面と同一面に、金型の導入ゲートから送られる合成樹脂の導入部が形成されていることによって受圧面を削除しなくて良くなる。このため、スラスト荷重による単位面積当たりの面圧が大きくなることを抑制でき滑り軸受の寿命を長くすることができる。

本発明が適用される内燃機関に使用される電動流体ポンプの軸方向断面図である。 本発明の第１の実施形態になる滑り軸受の製作方法を説明する説明図である。 図２に示す製作方法によってつくられた滑り軸受の正面図である。 図２に示す製作方法によってつくられた滑り軸受の側面図である。 図２に示す製作方法によってつくられた滑り軸受の斜視図である。 従来の滑り軸受の製作方法を説明する説明図である。 図４に示す製作方法によってつくられた滑り軸受の正面図である。 図４に示す製作方法によってつくられた滑り軸受の側面図である。

本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

以下、本発明の代表的な実施形態になる電動流体ポンプを図面に基づいて説明する。図１は電動流体ポンプの全体構成を示す断面図である。図１に示す電動流体ポンプは、作動流体として冷却水を用い、熱交換器であるラジエータに接続された冷却水循環回路中に組み込まれる冷却用ポンプであり、例えばハイブリッド自動車において内燃機関や駆動用モータ、インバータ等に冷却水を供給するウォーターポンプである。

本実施例になる電動流体ポンプ１０は、ポンプ部１１と、ポンプ部１１を駆動する駆動部としての電動機部１２と、電動機部１２の作動を制御する駆動制御部１３とを一体化した１つの組立体として構成されている。

ポンプ部１１は、ポンプ室１４を形成するポンプハウジング１５と、ポンプ室１４内に回転自在に収容されたインペラ１６とを有している。

ポンプハウジング１５は、ポンプ室１４内に開口する吸入口(図示せず)と、ポンプ室１４の外周部からポンプ室１４外に開口する吐出口(図示せず)とを有している。ポンプ部１１は、インペラ１６が回転することで冷却水に対して径方向に圧力を与える遠心ポンプである。インペラ１６が回転することにより、冷却水は、吸入口からポンプ室１４内に吸入され、インペラ１６の外周側の吐出流路を経て、吐出口から吐出（圧送）される。

インペラ１６は、複数の羽根１７を有する羽根車であり、電動機ハウジング部１２のロータ部１８の一端にロータ部１８と同軸一体に形成され、ポンプ室１４内に設置されている。各羽根１７は、ロータ部１８の中心軸を中心として放射状に配置されている。各羽根１７は、例えば、外径側に向かうにつれてインペラ１６の回転方向とは反対側に傾斜するように配置され、全体として渦巻き状に設置されている。

ポンプハウジング１５には、ロータ部１８及びインペラ１６の軸向側への移動を規制する、移動規制部材１９がポンプハウジング１５と一体に形成されている。この移動規制部材１９には中央にロータ部１８の回転支持軸２０の一端が挿入されており、これによって回転支持軸２０の一端を支持している。

電動機部１２は、所謂、インナーロータ型のＤＣブラシレスモータであり、筒状のステータ部２１と、ステータ部２１の内周側に設けられたロータ部１８と、これらを収納する電動機室２２を形成する電動機ハウジング２３と、電動機ハウジング２３に設けられロータ部１８を回転自在に支持する回転支持軸２０とを有している。

電動機部１２を構成する電動機ハウジング２３は合成樹脂から作られており、この電動機ハウジング２３はステータ部２１がインサート成型によって一体化されている。同様に、回転支持軸２０もインサート成型によって一体化されている。電動機ハウジング２３は上述したように合成樹脂で形成されており、有底の円筒状の形状を有している。そして、円形の底面部２３Ａの中心付近に回転支持軸２０が植立するように合成樹脂内に埋設されている。

ステータ２１は複数の巻線２４を有しており、巻線２４への通電により内周側に磁束を生じさせる。ロータ部１８は磁極保持部２５と軸部２６を一体的に有しており、例えば合成樹脂材料を射出成形することでインペラ１６と一体に形成されている。磁極保持部２５は永久磁石より構成されており、合成樹脂によってロータ部１８内に強固に取り付けられている。ロータ部１８は冷却水と接触するため磁極保持部２５は合成樹脂で覆われている。尚、インペラ１６をロータ部１８とは別部材としてこれをロータ部１８に固定することとしても良い。

磁極保持部２５は、ステータ２１の内周面と僅かな隙間（エアギャップ）を介して対向するように設置される円柱状の部材であり、その内部にはステータ部２１の複数の巻線２４に対応して複数の磁極（周方向で交互にＮ極Ｓ極が並ぶ永久磁石）が保持されている。

軸部２６は、インペラ１６を回転させるための動力を伝達する軸部材であり、磁極保持部２５と同軸に中空に設けられている。ロータ部１８の磁極保持部２５付近とインペラ１６付近には第１軸受保持部と第２軸受保持部が形成され、これらの軸受保持部には第１軸受２７と第２軸受２８が夫々設置され、各軸受２７、２８はインペラ１６やロータ部１８に対して固定されている。軸受２７、２８は共に潤滑性のある合成樹脂から作られた滑り軸受であり、各軸受２７、２８の内周面の直径は、回転支持軸２０の直径よりも僅かに大きく設けられている。

この滑り軸受２７、２８は、本実施例に対象となる滑り軸受であり、円筒状の軸受筒部の一方に半径方向外側に拡大したフランジ状受面を形成したものである。滑り軸受２７のフランジ状受面はポンプハウジグ１５の一端と接触してスラスト荷重を受けている。滑り軸受２８のフランジ状受面はロータ部１８の端面と接触してスラスト荷重を受けている。これらの滑り軸受２７、２８の詳細な構造は図３Ａ〜図３Ｃに示しているが、これについては後述する。

回転支持軸２０はロータ２８の軸中心に形成された支持孔を貫通し、ロータ部１８が回転支持軸２０に設置された状態で、ロータ部１８に固定された軸受２７、２８の内周面と回転支持軸２０の外周面との間には僅かな隙間が存在する。すなわち、各軸受２７、２８は回転支持軸２０に対して摺動可能に設けられており、インペラ１６やロータ部１８は各軸受２７、２８を介して回転支持軸２０に回転自在に支持される。

ステータ部２１は、鉄心２９に一体的に形成した複数の突極部２９Ａに合成樹脂のボビンを介して巻線２４が巻回されており、突極部２９Ａに形成した円弧状のティースの内周にロータ部１８が位置している。したがって巻線２４に順次電力を与えることによってロータ部１８が回転することになる。

電動機ハウジング２３の底面部２３Ａのロータ部１８が位置する側の反対面には駆動制御部１３が取り付けられている。駆動制御部１３は電動機部１２の駆動電流を供給するドライバであり、基板収容室３０を形成する制御部カバー３１と、基板収容室３０に収容される電子部品が搭載された制御基板３２等を有している。制御部カバー３１はアルミ合金等からなる金属製のカバーであり、駆動制御部１３から発生した熱を外部に放出する放熱板として機能している。

制御基板３２には、電子回路素子（ＣＰＵやトランジスタ等）が搭載されており、これらの回路素子とキャパシタ等により変換器及び制御回路が構成されている。変換器は、直流電源であるバッテリから電力供給を受けて電動機部１２の巻線２４へ交流電力を供給する。制御回路は変換器を構成するＭＯＳＦＥＴのオン-オフを制御するものであり、マイクロコンピュータ等から構成されている。

ステータ部２１とロータ部１８の間には隔壁部材３３が配置されている。この隔壁部材３３は薄い断面を有した金属薄板からなっている。隔壁部材３３は両端が開口した開口端３３Ａ、３３Ｂを有する直管の円筒状に形成されおり、ロータ部１８の軸方向に沿って延びている。隔壁部材３３の一方の開口端３３Ａはインペラ１６側の電動機ハウジング２３の側面部２３Ｂと接合され、隔壁部材３３の他方の開口端３３Ｂは電動機ハウジング２３の底面部２３Ａに埋め込まれるように埋設されている。もちろん、隔壁部材３３の一方の開口端３３Ａもインペラ１６側の電動機ハウジング２３の側面部２３Ｂに埋め込まれるように埋設されていても良いものである。要は、隔壁部材３の両端の開口端３３Ａ、３３Ｂが直接的に電動機ハウジング２３の合成樹脂と液密的に結合されていれば良いものでる。

そして、図からわかるように、ロータ部１８はこの隔壁部材３３の内部に収納され、かつ隔壁部材３３内部には冷却水が導入されてくるものである。更に、ステータ部２１の突極部２９Ａに形成した円弧状のティースの内周面は、隔壁部材３３の外周面と一致する円弧形状に形成されており、隔壁部材３３の外周面と金属接触している。これによって、巻線２４の銅損による熱や周囲環境から入熱する内燃機関の熱は突極部２９Ａを介して隔壁部材３３に伝熱され、更に冷却水に伝熱されて放熱されるようになっている。

以上のような構成の電動流体ポンプ１０において、上述したように、従来の滑り軸受の構造は図５Ａ、図５Ｂに示しているものである。図５Ａ、図５Ｂに示している滑り軸受１３は、円筒状の軸受筒部４４と、軸受筒部４４の一方に半径方向外側に拡大したフランジ状受面４５を備えている。そして。フランジ状受面４５の外周には金型の導入ゲート４２に相当する導入部４６が形成されている。この導入部４６は上述したように、必要な量の合成樹脂が素早く金型に射出できるように幅を備えている。

このため、フランジ状受面４５の導入ゲート４２が位置する領域は、フランジ状受面４５の外周側の一部が直線状に切り欠いて形成される。そして、この部分に射出が終了した後の導入ゲート４２に対応する導入部４６、所謂、「ゲートバリ」と呼ばれる無用な合成樹脂が残ることになる。このため、この無用な導入部４２を除去する必要があり、一般的には切断工具で無用な導入部４６を削除している。

したがって、図５Ａに示すようにフランジ状受面４５の受圧面４５Ａの面積は、この無用な導入部４６を切断するために狭くなる。したがって、フランジ状受面４５の受圧面４５Ａに作用するスラスト荷重によって、受圧面４５Ａの単位面積当たりの面圧が大きくなることになる。このため、フランジ状受面４５の摩耗が大きくなり、滑り軸受４３の寿命を短くするという不具合があった。

そこで、本実施例では、フランジ状受面のスラスト荷重を受ける受圧面を除くフランジ状受面と軸受筒部の先端部の間に、導入ゲートから送られる導入部を形成する構成とした。これによれば、フランジ状受面のスラスト荷重を受ける受圧面を除くフランジ状受面と軸受筒部の先端部の間に、導入ゲートから送られる合成樹脂の導入部を形成することによって受圧面を削除しなくて良くなる。このため、スラスト荷重による単位面積当たりの面圧が大きくなることを抑制でき滑り軸受１３の寿命を長くすることができる。

以下、本実施例を図２、図３Ａ〜図３Ｃに基づき詳細に説明する。

図２は、本実施になるフランジ状受面を形成した滑り軸受の簡単な製造方法を示している。図２おいて、下金型５０と上金型５１の間に図示しない中子を配置し、外部の合成樹脂注入機によって、下金型５０と上金型５１の間の導入ゲート５２から合成樹脂を射出する。そして、この金型に合成樹脂を射出する導入ゲート５２は、フランジ状受面５５の外周側で、フランジ状受面５５の受圧面５５Ａに干渉しないように、フランジ状受面５５の受圧面５５Ａと軸受筒部５４の先端部５４Ａの間に設けられている。

この構成については図３Ａ〜図３Ｃで説明する。尚、導入ゲート５２の幅は、従来と同様に必要な量の合成樹脂が素早く金型に射出できる幅に設定している。したがって、合成樹脂注入機から潤滑性を備えた合成樹脂を金型５０、５１内に射出して、図３Ａ〜図３Ｃに示す滑り軸受が製造されるものである。

図２に示す金型によって作られた滑り軸受の構造を図３Ａ、図３Ｂに示している。滑り軸受５３は、円筒状の軸受筒部５４と、軸受筒部５４の一方に半径方向外側に拡大したフランジ状受面５５を備えている。そして、合成樹脂を射出する導入ゲート５２は、フランジ状受面５５の外周側で、フランジ状受面５５の受圧面５５Ａに干渉しないように、フランジ状受面５５の受圧面５５Ａと軸受筒部５４の先端部５４Ａの間に設けられている。

更に本実施例では、射出が終了して形成された導入部５６の面は、フランジ状受面５５の軸受筒部５４側の面と同一面（＝面一）となっている。このため、射出が終了した後の無用の合成樹脂である導入部５６の面は、フランジ状受面５５の軸受筒部５４側の面と同じ平面上に位置する。

上述したように、フランジ状受面５５の受圧面５５Ａと軸受筒部５４の先端部５４Ａの間には、金型の導入ゲート５２に相当する導入部５６が形成されている。この導入部５６は、必要な量の合成樹脂が素早く金型に射出できるような幅を備えている。このため、フランジ状受面５５の導入ゲート５２が位置する領域は、フランジ状受面５５の外周側で、フランジ状受面５５の受圧面５５Ａに干渉しないように、フランジ状受面５５の受圧面５５Ａと軸受筒部５４の先端部５４Ａの間に設けられている。

したがって、フランジ状受面５５の受圧面５５Ａの面積は導入ゲート５２によって狭くなることがなくなり、フランジ状受面５５の受圧面５Ａに作用するスラスト荷重によって単位面積当たりの面圧が大きくなるのを抑制することが可能となる。このため、フランジ状受面４５の摩耗を抑制できて、滑り軸受４３の寿命を長く保つことができるようになる。

そして、射出が終了した後の導入ゲート５２に対応する導入部５６である「ゲートバリ」と呼ばれる無用な合成樹脂が残るようになる。導入部５６を残すと脱落の危険性がある場合は、切断工具によって取り除くことになる。

尚、本実施例では、図３Ｃにあるように、この無用な導入部５６は、フランジ状受面５５の軸受筒部５４側の面と同一面（＝面一）になっているのであえて取り除く必要もないものである。ただ、フランジ状受面５５の外周側より外側に突出していれば取り除く必要があるが、フランジ状受面５５の外周側より内側であれば取り除く必要がないものである。

以上述べた通り、本発明によれば、フランジ状受面のスラスト荷重を受ける受圧面を除くフランジ状受面と軸受筒部の先端部の間に、導入ゲートから送られる合成樹脂の導入部を形成した構成とした。これによれば、フランジ状受面のスラスト荷重を受ける受圧面を除くフランジ状受面と軸受筒部の先端部の間に、導入ゲートから送られる合成樹脂の導入部を形成することによって受圧面を削除しなくて良くなる。このため、スラスト荷重による単位面積当たりの面圧が大きくなることを抑制でき、滑り軸受の寿命を長くすることができる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０…電動流体ポンプ、１１…ポンプ部、１２…電動機部、１３…制御部、１４…ポンプ室、１５…ポンプハウジング、１６…インペラ、１７…羽根、１８…ロータ部、１９…移動規制部材、２０…回転支持軸、２１…ステータ部、２２…モータ室、２３…電動機ハウジング、２４…巻線、２５…磁極保持部、２６…軸部、２７、２８…滑り軸受、２９…鉄心、２９Ａ…突極部、３１…制御部カバー、３２…制御基板、３３…隔壁部材、５０…下金型、５１…上金型５１、５２…導入ゲート、５３…滑り軸受、５４…軸受筒部、５４Ａ…軸受筒部の先端部、５５…フランジ状受面、５５Ａ…受圧面、５６…導入部。

Claims (4)

1. 円筒状の軸受筒部と、前記軸受筒部の一方の先端部に半径方向外側に拡大したスラスト荷重を受ける受圧面を有するフランジ状受面を備え、合成樹脂で作られた滑り軸受において、
   前記受圧面を除く前記フランジ状受面と前記軸受筒部の前記先端部の間で、しかも前記フランジ状受面の前記軸受筒部側の面と同一面に、金型の導入ゲートから送られる合成樹脂の導入部が形成されていることを特徴とする滑り軸受。
2. 請求項１に記載の滑り軸受において、
   前記導入部が前記フランジ状受面と前記軸受筒部の前記先端部の間から削除されて使用されることを特徴とする滑り軸受。
3. 冷却水を搬送するポンプハウジングで覆われたポンプ部と、少なくともロータ部とステータ部から構成され合成樹脂によって一体化された電動機部と、前記電動機部の前記ロータ部の回転を駆動制御する制御基板と、前記制御基板を覆う金属製の制御部カバーと、前記制御基板からの駆動信号を前記ステータ部に巻回された巻線に供給することによって前記電動機部の前記ロータ部を回転させて前記ポンプ部を駆動する電動流体ポンプにおいて、
   前記ポンプ部を構成するインペラと前記電動機部の前記ロータ部を一体的に結合し、前記インペラと前記ロータ部の内部を回転支持部によって回転自在に支持すると共に、
   前記回転支持部が挿通される円筒状の軸受筒部と、前記軸受筒部の一方の先端部に半径方向外側に拡大した、スラスト荷重を受ける受圧面を有するフランジ状受面を有し、且つ前記受圧面を除く前記フランジ状受面と前記軸受筒部の前記先端部の間で、しかも前記フランジ状受面の前記軸受筒部側の面と同一面に、金型の導入ゲートから送られる合成樹脂の導入部が形成されている滑り軸受を、前記回転支持部と前記ポンプハウジングの間に設けたことを特徴とする電動流体ポンプ。
4. 請求項３に記載の電動流体ポンプにおいて、
   前記導入部が前記フランジ状受面と前記軸受筒部の前記先端部の間から削除されて使用されることを特徴とする電動流体ポンプ。

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