JP6527706B2 - ペンデュラムスライドセルポンプ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載のように、潤滑油に例示される流体を搬送するためのペンデュラムスライドセルポンプに関する。

ペンデュラムスライドセルポンプは、特段精密に制御される必要が無いばかりでなく、搬送対象としての流体を脈動させること無く搬送することもできる。そのため、一般的なペンデュラムスライドセルポンプは、今日では、現代的な自動車においては多岐にわたって使用されており、特に例示すれば、オイルポンプとして使用されている。公知のペンデュラムスライドセルポンプは、トランスミッションオイルポンプ、高圧ポンプ又は圧縮オイルポンプとしても使用され得るものの、使用されるペンデュラムスライドセルポンプの数次第では、そうしたポンプを作動させるためには、少なからずの量のエネルギーが必要となる。

したがって、現代的な自動車を製造する上で、エネルギーを最大限に節約し、ひいては環境を保全することができるような第２のアセンブリを作動可能にすると共に、そうしたシステムの性能を向上させるような取り組みが拡大しつつある。しかしながら、自動車の作動に消費されるエネルギーのうちの少なからずの部分は、動作可能な構成要素の摩擦と、該構成要素が固く取り付けられること（stiff mounting）とに由来する損失であり、それゆえ、自動車を駆動するために利用可能なものではない。したがって、自動車を直接的に駆動するのには消費されないエネルギーの割合を最小限に留め、ひいては、自動車を、概ね、可能な限り効率的に作動させることを目的として、自動車と、自動車の個々の構成要素とを、それらが可及的スムーズに動作するように取り付けることが要求されている。

本発明の課題は、一般的なペンデュラムスライドセルポンプのための、改良された、又は少なくとも代替となる態様を特定し、特に、より少ないエネルギーで作動することができるようにすることである。

本発明によれば、上記の課題は、独立請求項の主題によって解決される。有利な態様は、従属請求項の主題を構成している。

本発明は、一般的なペンデュラムスライドセルポンプにおいて、予てから使用されてきたシャフトとポンプハウジングとの間に配設される簡素な滑り軸受を、転がり軸受に置換するか、或いは、そのために特異的に構成された滑り軸受シェルに置換するか、することによって、軸受の摩擦を低減し、ひいては、ペンデュラムスライドセルポンプ全体を、より少ないエネルギーで作動することができるようにする、という全般的な考えに基づくものである。その上、例えば被膜が設けられた滑り軸受シェルを用いることで、摩擦が一層低減されて、より大きな力を伝えることができるようになるから、より高い性能を求めるような要求に対しても、そうした特異な軸受を用いることによって対応することができる。このペンデュラムスライドセルポンプは、潤滑油又はトランスミッションオイルに例示される流体を搬送するために、公知のように使用されるものであって、ハウジングと、シャフトと、ペンデュラムスライドを介してアウターロータに接続されたインナーロータと、を備える。このアウターロータは、ペンデュラムスライドセルポンプの出力を制御するためのコントロールスライド内に配設される。本発明に従うと、シャフト、インナーロータ及び／又はアウターロータは、少なくとも１つの転がり軸受を介して取り付けられるか、或いは、滑り軸受シェルを有する１つの滑り軸受を介して取り付けられるか、される。シャフトとハウジングとの間の間隙を用いることによって簡素に構成された、先行技術より公知の滑り軸受と比較すると、転がり軸受は、摩擦を低減するばかりでなく、耐摩耗性を向上させることもできるから、維持管理を必要としない耐用年数（maintenance-free servicelife）を増大させることができる。概して、そうした転がり軸受は、比較的大きな荷重を受けることができるばかりでなく、取付スペースの要求量を低減することもできる。取付スペースの要求量を低減することによって、現代的な狭いエンジンルームに搭載する上でも、取り分け有利になる。その上、転がり軸受は、滑り軸受よりも、始動に必要な力のモーメントが低減されるから、本発明に係る転がり軸受は、複合的な、又は、固体状の摩擦領域（mixed or solid body friction ranges）を頻繁に通過することになる、“始動／停止装置”に用いるのにも好適である、という点で、取り分け有利になる。簡素な滑り軸受には、摩擦が十分に低減されるように作動可能とすべく、十分な潤滑用フィルム（sufficient lubricating film）が設けられなければならない、という不都合が存在する。転がり軸受では、こうした問題は、さほど重要にはならず、摩擦を低減するような特別な被膜を有する滑り軸受でさえも、これを大いに補償することができる。

本発明に係る解決策の有利な発展形によると、少なくとも１つの転がり軸受は、アキシャル軸受及び／又はラジアル軸受として構成される。アキシャル軸受又はラジアル軸受のみから構成された場合には、それに対応する転がり軸受は、例えば、ころ軸受又は針軸受として構成され得る一方で、ラジアル軸受／アキシャル軸受の組み合わせとして構成された場合には、玉軸受として構成される。特に玉軸受は、取付スペースが著しくコンパクトでありながらも、著しくスムーズに動作して摩耗を低減するような取り付けを保証する。そうした取り付けは、従来の滑り軸受を用いた構成では、同じようには実現出来ない。もちろん、前述の転がり軸受、つまり、ころ軸受又は玉軸受を、両方個別に且つ同時に使用してもよい。

転がり軸受の転動体（ころ部／針部）が、シャフト上を直接的に転動すれば、好都合である。この場合、シャフトが、転がり軸受周辺で例えば硬質化されることによって、これまで使用されてきた、転がり軸受のためのインナーレースを取り除いてもよい。これに変えて、もちろん、少なくとも１つの転がり軸受の転動体が、シャフトに嵌入された軸受レース上を転動するようにしてもよい。

本発明に係る解決策の別の有利な態様によると、シャフトは、１つの転がり軸受と、１つの滑り軸受と、を介して、ハウジングに取り付けられる。この滑り軸受は、特別な滑り軸受シェルによって構成されており、それによって、摩擦を低減するような作動を可能たらしめると共に、その形状に起因して、より大きな荷重を吸収することができる。滑り軸受シェルは、強固な材料、特に金属材料から構成され、理想的には、摩擦及び摩耗を低減するような被膜が設けられることになるため、そのことで、従来の滑り軸受よりも、明瞭に改良されることになる。特に、摩擦、摩耗及び性能に関しては、この構成によって、十分に改良されることになる。この態様は、従来構成における全ての滑り軸受を、転がり軸受に置き換える必要がある、というのではなく、個々の滑り軸受は、取り付けられたままに保持され得る、ということを示しており、転がり軸受は、従来構成における滑り軸受よりも通常は高価になるという事情を鑑みると、スムーズな動作をもたらす取り付けと、コストの低減との間でバランスを取ることができる。

本発明に係る解決策の別の有利な態様によると、アウターロータは、転がり軸受を介して、コントロールスライド内に取り付けられる。シャフトだけが、転がり軸受を介してハウジングに取り付けられ得るのでなく、関連するコントロールスライド内に配設されたアウターロータも、同様に取り付けられ得る。その結果、従来構成においてこの箇所に使用されてきた滑り軸受は、取り除かれ得ることになって、軸受の摩擦は、多大に軽減され得る。最も良好な場合においては、従来構成において使用されてきた滑り軸受は、全て転がり軸受に置き換えられることになって、そのことで、ペンデュラムスライドセルポンプが作動している最中に、エネルギーを最も節約するポテンシャルを備えた構成が得られる。

アウターロータによって駆動されるペンデュラムスライドセルポンプの場合には、インナーロータを、転がり軸受を介してシャフトに取り付ける、ことも想到され得る。この構成では、シャフトは静止しており回転しないため、“シャフト”という呼称を使用するのは、この場合は、必ずしも正しくはない。

概して、シャフトは、対応する転がり軸受を介することによってハウジングに直接取り付けられたり、或いは、ギアホイールやベルトホイールに例示される駆動要素を介することによってハウジングに間接的に取り付けられたりも、され得る。この場合、転がり軸受は、駆動要素とハウジングとの間に配設されることになり、そのことで、シャフトばかりでなく、駆動要素も、ペンデュラムスライドセルポンプのハウジングに取り付けられることになる。駆動要素には、特に、比較的大きな軸受力（bearing forces）が吸収されなければならないから、ハウジングに対して駆動要素を取り付ける上で、転がり軸受を使用することで、取り分け安定させることができる。

本発明のさらに重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面、及び、図面を用いた図に関連した説明より得られる。

前述の特徴及び以下に説明される特徴は、記載されたそれぞれの組み合わせに限定して用いることができるのではなく、他の組み合わせであっても、又はそれら単独であっても本発明の範囲から逸脱すること無く用いることができる。

図１は、ころ軸受として構成された２つの転がり軸受を介してハウジングに取り付けられたシャフトを備えた、本発明に係るペンデュラムスライドセルポンプを概略的に示す断面図である。 図２は、玉軸受及びころ軸受としてそれぞれ構成された２つの転がり軸受を介してハウジングに取り付けられたシャフトを備えた、ペンデュラムスライドセルポンプの第１の変形例を概略的に示す図１相当図である。 図３は、玉軸受及び滑り軸受としてそれぞれ構成された２つの転がり軸受を介してハウジングに取り付けられたシャフトを備えた、ペンデュラムスライドセルポンプの第２の変形例を概略的に示す図２相当図である。 図４は、シャフトに設けた軸受レースと駆動要素とを用いて構成された、ペンデュラムスライドセルポンプの第３の変形例を概略的に示す図１相当図である。 図５は、ハウジングに対してシャフトが直接的に取り付けられた、ペンデュラムスライドセルポンプの第４の変形例を概略的に示す平面図である。 図６は、転がり軸受を介してコントロールスライドに取り付けられたアウターロータを備えた、本発明に係るペンデュラムスライドセルポンプの別断面を概略的に示す断面図である。 図７は、滑り軸受を介してコントロールスライドに取り付けられたアウターロータを備えた、本発明に係るペンデュラムスライドセルポンプの図６相当図である。

本発明の好ましい例示としての実施形態は、図面に示されており、以下の記載によってさらに詳細に説明される。各図において同じ又は類似の若しくは機能的に同じ部品には、同じ符号を付している。

図１乃至図６に示すように、潤滑油及びトランスミッションオイルなどに例示される流体を搬送するための、本発明に係るペンデュラムスライドセルポンプ１は、ハウジング２と、シャフト３と、ペンデュラムスライド５を介してアウターロータ６に接続されるインナーロータ４と、を備えている。そして、アウターロータ６は、コントロールスライド７内に配設されており、このコントロールスライド７を用いることによって、シャフト２に対する偏芯度という点について調整することができる。そうした調整によって、ペンデュラムスライドセルポンプ１の出力を設定することができる。本発明によると、シャフト３、インナーロータ４及び／又はアウターロータ６は、少なくとも１つの転がり軸受８を介して取り付けられている。転がり軸受８を介して取り付けることによって、取り分けスムーズに動作して摩耗を低減するような取り付けがもたらされ、その結果、長期にわたって、ベーンポンプ１を、より少ないエネルギーで作動させることができる。それに加えて、そうした転がり軸受８は、従来構成における滑り軸受よりも大きな荷重を受けることができるため、小型化を図り、ひいては、絶え間なく荷重を受ける取付スペースに最適化させることができる。そうした転がり軸受８により取り付けられたペンデュラムスライドセルポンプ１は、頻繁な始動が必要とされる、いわゆる始動／停止装置に用いるのにも好適である。転がり軸受８は、従来の滑り軸受と比較すると、静止摩擦係数が著しく低減されており、そのため、始動に必要なエネルギーが低減されることになる。なお、ここでいう転がり軸受８には、後述の「第２の転がり軸受８’」も含まれる。

図１に示すように、ペンデュラムスライドセルポンプ１は、シャフト３を有している。シャフト３は、ハウジング２に対して、ころ軸受として構成された２つの転がり軸受８を介して取り付けられている。紙面右手側の縦方向端部には、シャフト３上に、ペンデュラムスライドセルポンプ１を駆動するための、駆動要素９、例えばギアホイール／ベルトホイールが配設されている。この場合、紙面右手側の転がり軸受８は、駆動要素９と、ハウジング２との間に配設されている一方、紙面左手側の転がり軸受８は、シャフト３とハウジング２との間に配設されている。必要なトルクを伝えることを目的として、インナーロータ４は、例えば、嵌合接続（form fit）を用いることによって、シャフト３に対して回転方向に固定されるように接続されている。同様に、駆動要素９も、シャフト３に対して回転方向に固定されるように接続され得る。

左手側の転がり軸受８については、転がり軸受８の転動体１０が、シャフト３上を直接的に転動する一方、紙面右手側の転がり軸受８については、駆動要素９上を直接的に転動する。紙面左手側及び紙面右手側の転がり軸受８は、双方とも、アウター軸受レース１１によって、外方向から保持されている。駆動要素９は、より高度な耐摩耗性を備えることを目的として、少なくとも、転がり軸受８の転動体１０が前述したように駆動要素９上で転動する箇所が、硬質化及び／又は研磨されていれば好ましい。同様の処理は、紙面左手側の転がり軸受８、及び、シャフト３に対しても施されており、それぞれ、この領域では硬質化又は研磨されている。

紙面右手側の転がり軸受８が、駆動ホイール９とハウジング２との間に配設されているのは、これらが一体的に取り付けられ得ることを意味しており、この箇所では大きな軸受力が吸収されなければならないため、転がり軸受８を使用することで取り分け有利となる。

ペンデュラムスライドセルポンプ１の第１の変形例では、図２から見て取れるように、紙面左手側の転がり軸受８は、玉軸受として構成されており、それによって、ラジアル軸受とアキシャル軸受とが、どちらも実現されている。一方で、紙面右手側の転がり軸受８は、図１に示した一例と同じように構成されており、ラジアル軸受を担っている。

ペンデュラムスライドセルポンプ１の第２の変形例では、図３から見て取れるように、紙面右手側の軸受は、滑り軸受１２として構成されている一方、紙面左手側の軸受は、転がり軸受８、特に玉軸受として構成されており、そうした構成によって、アキシャル軸受とラジアル軸受とが、どちらも実現されている。紙面右手側の軸受、つまり、滑り軸受１２の摩擦を低減することを目的として、該軸受は、滑り被膜（sliding coating）、又は、例えばポリイミド、アクリル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）若しくはエポキシ樹脂から構成されたポリマー被膜を有し得る。滑り被膜又はポリマー被膜は、１％乃至１５％の体積分率で（in a concentration from 1to 15% in by volume）金属粒子及び／又はポリテトラフルオロエチレン粒子も有し得るため、この軸受は、さらに改良され得る。つまり、複合的な摩擦領域、及び、潤滑が不足した領域において、滑り軸受に耐荷重性潤滑用フィルムを設けずとも、特に摩擦及び摩耗の低減がなされることになる。

ペンデュラムスライドセルポンプ１の第３の変形例では、図４から見て取れるように、図１の構成とほぼ対応しているものの、転がり軸受８の転動体１０は、駆動要素９又はシャフト３上をもはや直接的には転動しておらず、駆動要素９又はシャフト３上に配設されたインナー軸受レース１１’上を転動している。硬質化された材料は、軸受に係る性質が向上されており、そうした軸受レース１１’や、転がり軸受８を外方向から保持している軸受レース１１にも使用され得る。

図１乃至図４に示したものとは対照的に、ペンデュラムスライドセルポンプ１の第４の変形例では、図５から見て取れるように、シャフト３は、ハウジング２に対しては、２つの転がり軸受８を介して直接的に取り付けられており、少なくとも１つの転がり軸受８上では、駆動要素９を介して間接的に取り付けられている。この例では、転がり軸受８の転動体１０は、この場合は針軸受又はころ軸受として構成されており、シャフト３上を直接的に繰り返し転動する。ころ軸受を用いて構成した場合には、少なくともこの領域が硬質化されていれば好ましい。

図６は、本発明に係るペンデュラムスライドセルポンプの別断面を示しており、同図では、アウターロータ６は、コントロールスライド７に対して、第２の転がり軸受８’を介して取り付けられている。対照的に、図７では、アウターロータ６は、コントロールスライド７に対して、第２の滑り軸受１２’を介して取り付けられており、この場合、本発明を実現することを目的として、少なくとも一側では、シャフト３は、ハウジング２に対して、転がり軸受８を介して取り付けられている。また、ペンデュラムスライドセルポンプ１を、駆動要素９及びシャフト３によって駆動させずに、アウターロータ６によって駆動させることも、純粋な理論上は、想到され得る。この場合、シャフト３は、静止している一方で、インナーロータ４は、転がり軸受により取り付けられた状態で（in a rolling-bearing-mounted manner）、シャフト３上を転動する。こうした実施形態は、図示されていない。

本発明に係る、転がり軸受により取り付けられたペンデュラムスライドセルポンプ１によって得られる利点としては、以下のものが想到され得る。第１に、比較的小さい転がり軸受８は、より大きな荷重を受けることができるから、その結果、軸受自体が必要とする取付スペースが、軸方向については低減される、ということである。同様に、図１乃至図４に例示したように、駆動要素９のための軸受を、シャフト３のための軸受に一体化することができる。転がり軸受８を用いることで、耐用年数の増大と、摩耗の低減とが実現されると共に、軸受の摩擦が低減されることによって、ペンデュラムスライドセルポンプ１の駆動に必要な出力も低減することができる。そのことで、ペンデュラムスライドセルポンプ１のエネルギー効率が向上する。そうしたペンデュラムスライドセルポンプ１は、例えば潤滑油又はトランスミッションオイルのためのポンプとして構成可能であり、頻繁な始動、ひいては静止摩擦状態からの頻繁な動作が要求される、始動／停止装置に用いるのに好適である。

１ ペンデュラムスライドセルポンプ
２ ハウジング
３ シャフト
４ インナーロータ
５ ペンデュラムスライド
６ アウターロータ
７ コントロールスライド
８ 転がり軸受
９ 駆動要素
１０ 転動体
１１’ 軸受レース
１２ 滑り軸受
１３ 滑り軸受シェル

Claims (9)

1. ハウジング（２）と、シャフト（３）と、ペンデュラムスライド（５）を介してアウターロータ（６）に接続されるインナーロータ（４）と、前記シャフト（３）に対する前記アウターロータ（６）の偏芯度を調整するようにスライドするコントロールスライド（７）と、を備え、前記アウターロータ（６）が前記コントロールスライド（７）内に配設された、潤滑油に例示される流体を搬送するためのペンデュラムスライドセルポンプ（１）において、
   前記シャフト（３）及び／又は前記インナーロータ（４）は、少なくとも１つの転がり軸受（８）を介して前記ハウジング（２）に取り付けられるか、或いは、前記ハウジング（２）内に設けられた滑り軸受シェル（１３）を有する、少なくとも１つの滑り軸受（１２）を介して前記ハウジング（２）に取り付けられるか、され、
   前記アウターロータ（６）は、第２の転がり軸受（８’）、又は、前記コントロールスライド（７）内に設けられた滑り軸受シェル（１３）を有する第２の滑り軸受（１２’）を介して、該第２の転がり軸受（８’）又は第２の滑り軸受（１２’）とともにスライド可能な状態で前記コントロールスライド（７）内に取り付けられる、ペンデュラムスライドセルポンプ。
2. 請求項１に記載のペンデュラムスライドセルポンプにおいて、
   前記少なくとも１つの転がり軸受（８）、又は、前記少なくとも１つの滑り軸受（１２）は、アキシャル軸受及び／又はラジアル軸受として構成される、ペンデュラムスライドセルポンプ。
3. 請求項１又は請求項２に記載のペンデュラムスライドセルポンプにおいて、
   前記少なくとも１つの転がり軸受（８）は、ころ軸受又は玉軸受として構成される、ペンデュラムスライドセルポンプ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のペンデュラムスライドセルポンプにおいて、
   前記シャフト（３）は、２つの転がり軸受（８）を介して前記ハウジング（２）に取り付けられる、ペンデュラムスライドセルポンプ。
5. 請求項４に記載のペンデュラムスライドセルポンプにおいて、
   前記２つの転がり軸受（８）は、双方ともころ軸受として構成されるか、或いは、一方がころ軸受として構成され且つ、他方が玉軸受として構成されるか、される、ペンデュラムスライドセルポンプ。
6. 請求項４又は請求項５に記載のペンデュラムスライドセルポンプにおいて、
   前記２つの転がり軸受（８）の転動体（１０）は、前記シャフト（３）上を直接的に転動するか、或いは、該シャフト（３）に嵌入された軸受レース（１１’）上を直接的に転動するか、する、ペンデュラムスライドセルポンプ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のペンデュラムスライドセルポンプにおいて、
   前記シャフト（３）は、駆動要素（９）、特にギアホイール又はベルトホイールを介して、前記ハウジング（２）に対して転がり軸受により取り付けられ、
   前記転がり軸受（８）は、前記駆動要素（９）と前記ハウジング（２）との間に配設される、ペンデュラムスライドセルポンプ。
8. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のペンデュラムスライドセルポンプにおいて、
   前記シャフト（３）は、１つの転がり軸受（８）と、前記ハウジング（２）内に設けられた滑り軸受シェル（１３）を有する、１つの滑り軸受（１２）と、を介して前記ハウジング（２）に取り付けられる、ペンデュラムスライドセルポンプ。
9. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のペンデュラムスライドセルポンプにおいて、
   前記インナーロータ（４）は、１つの転がり軸受（８）、又は、前記ハウジング（２）内に設けられた滑り軸受シェル（１３）を有する、１つの滑り軸受（１２）を介して前記シャフト（３）に取り付けられる、ペンデュラムスライドセルポンプ。