(57)【要約】  駆動手段(18)と、ロータシャフト(16)により駆動手段(18)と相対回動不能に結合されたポンプホイール(12)と、半径方向内方を向く軸線方向支持フランジ(32)を有する固定の軸受け容器(24;24’)及びロータシャフト(16)の半径方向外側に固定され且つ軸受容器(24;24’)内で軸方向に移動可能に設けられたロータシャフト(16)用のシャフト軸受システム(22;22’)と、を含み、第１玉軸受(28;28’)は支持フランジ(32)の第１軸線側に配置され、第２玉軸受(30;30’)は支持フランジ(32)に対して反対の第２側に配置され、第１玉軸受(28;28’)の外レース(28c;28c’)は支持フランジ(32)に軸方向で接触しており、第２玉軸受(30;30’の外レース(30c;30c’)は予負荷ばね(36)によって支持フランジ(32)から離れる軸方向に予負荷され、玉軸受(28,30;28’,30’)は夫々の外側レース(28c,30c;28c’,30c’)を半径方向で囲う少なくとも一つの弾性支持リング(34)を備え、両玉軸受け(28,30;28’,30’)は支持リング(34)のみによって軸受容器(24;24’)内で半径方向に支持されている、自動車用流体ポンプ(10;10’)。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動手段（１８）と、
ロータシャフト（１６）によって前記駆動手段（１８）と相対回動不能に結合されたポンプホイール（１２）と、
前記ロータシャフト（１６）用のシャフト軸受けシステム（２２；２２’）と、を備え、該シャフト軸受けシステム（２２；２２’）は、
半径方向内方に方向付けられた軸線方向支持フランジ（３２）を有する固定の軸受け容器（２４；２４’）と、
前記ロータシャフト（１６）の半径方向外側に共に固定されたフローティング式の２つの玉軸受け（２８，３０；２８’，３０’）であって、前記軸受け容器（２４；２４’）内で軸線方向に移動可能に設けられた２つの玉軸受け（２８，３０；２８’，３０’）と、を含み、
第１の玉軸受け（２８；２８’）は、前記支持フランジ（３２）の第１の軸線方向側に位置付けられ、第２の玉軸受け（３０；３０’）は、前記支持フランジ（３２）に対して反対の第２の側に位置付けられており、
前記第１の玉軸受け（２８；２８’）の外側レース（２８ｃ；２８ｃ’）は、前記支持フランジ（３２）に軸線方向で接触しており、前記第２の玉軸受け（３０；３０’）の外側レース（３０ｃ；３０ｃ’）は、予負荷ばね（３６）によって、軸線方向において前記支持フランジ（３２）から離れる方向に予負荷されており、
前記玉軸受け（２８，３０；２８’，３０’）はそれぞれ、前記玉軸受け（２８，３０；２８’，３０’）の前記外側レース（２８ｃ，３０ｃ；２８ｃ’，３０ｃ’）を半径方向で取り囲む少なくとも一つの弾性支持リング（３４）を備え、
前記玉軸受け（２８，３０；２８’，３０’）は両方とも、前記支持リング（３４）のみによって、前記軸受け容器（２４；２４’）内で半径方向に支持されている、自動車用流体ポンプ（１０；１０’）。
【請求項２】
前記両玉軸受け（２８，３０）の前記外側レース（２８ｃ、３０ｃ）はそれぞれ、前記支持リング（３４）を収容する少なくとも一つの位置決め溝（２８ｄ、３０ｄ）を備える、請求項１記載の自動車用流体ポンプ（１０；１０’）。
【請求項３】
前記軸受け容器（２４’）は、少なくとも二つの位置決め溝（３８）を備え、
少なくとも一つの位置決め溝（３８）が、前記玉軸受け（２８’，３０’）の各々の前記軸線方向範囲（Ａ１，Ａ２）内に配置されており、
前記位置決め溝（３８）は前記支持リング（３４）を収容する、請求項１又は２記載の自動車用流体ポンプ（１０；１０’）。
【請求項４】
玉軸受け（２８，３０；２８’，３０’；２８’’，３０’’）はそれぞれ、軸線方向において離間した正確に２つの支持リング（３４）を備える、請求項１から３までのいずれか１項記載の自動車用流体ポンプ（１０；１０’）。
【請求項５】
前記シャフト軸受けシステム（２２；２２’；２２’’）は、軸線方向において、前記駆動手段（１８）と前記ポンプホイール（１２）との間に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の自動車用流体ポンプ（１０；１０’）。
【請求項６】
前記駆動手段（１８）は電動機のモータ回転子である、請求項１から５までのいずれか１項記載の自動車用流体ポンプ（１０；１０’）。
【請求項７】
前記流体ポンプ（１０；１０’；１０’’）は、ガスポンプ、特に、自動車燃料システムから燃料蒸気を吸い出すパージポンプである、請求項１から６までのいずれか１項記載の自動車用流体ポンプ（１０；１０’）。
【請求項８】
前記玉軸受け（２８’’，３０’’）が両方とも、前記軸受け容器（２４’’）の半径方向内側に固定され、ロータシャフト（１６’’）に対して軸線方向に移動可能に設けられるように、且つ前記軸線方向支持フランジ（３２’’）が、前記ロータシャフト（１６’’）の半径方向外側に設けられるように、上下反転した運動学的概念によって提供される、請求項１から７までのいずれか１項記載の流体ポンプ（１０’’）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用流体ポンプに関し、好ましくは自動車燃料タンクから燃料蒸気を吸い出すための自動車用電気駆動式パージポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
パージポンプは、容積型ポンプではなく、比較的高流速であるが比較的低圧力の連続流体を発生する高速回転ポンプホイールを備えている。ポンプホイールは駆動手段によって駆動され、当該駆動手段は、ロータシャフトによってポンプホイールと相対回動不能に連結されている。ポンプホイール及び駆動手段を支持するロータシャフトは、シャフト軸受けシステムによって回転可能に支持されている。
【０００３】
一般に、シャフト軸受けシステムは軸方向に離間した２つの玉軸受けを備え、当該２つの玉軸受けは、ロータシャフトの安定した支持を提供するとともに、ロータシャフトの高速回転を可能にする。しかしながら、ロータシャフトが高速回転するため玉軸受け内に広範囲に及ぶ応力が生じ、その結果、軸受けシステムにおける不均衡な負荷又は伸張によって、軸受けシステム内に重大な損傷が生じる可能性がある。これにより、流体ポンプのポンプ効率が低下することがあり、又は流体ポンプの損傷や故障を引き起こすことさえある。不均衡な軸受け荷重は、例えば、軸受けシステムに伝達される外部振動によって引き起こされ得る。典型的には、軸受け容器、ロータシャフト、および玉軸受けは、異なる熱膨張係数を有する異なる材料から作られ、ポンプは自動車用途のために−４０℃から１５０℃の雰囲気温度に耐えなければならないので、温度に起因した、軸受けに対するロータシャフトおよび／または軸受け容器の膨張が、軸受けシステムにおける不均衡な軸受け荷重および／または不都合な伸張を引き起こすこともある。温度に起因する膨張は、ロータシャフトの高速回転中に、玉軸受け内に著しく高い熱が発生することによってさらに強調される。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、長期のポンプ寿命にわたって高いポンプ性能を提供する、自動車用流体ポンプを提供することである。
【０００５】
この目的は、請求項１に記載の特徴を有する自動車用流体ポンプで達成される。
【０００６】
本発明に係る流体ポンプは、駆動手段と、ロータシャフトによって駆動手段と相対回動不能に結合されたポンプホイールと、を備える。駆動手段及びポンプホイールは両方ともロータシャフトに相対回動不能に取り付けられており、これによりポンプホイールが駆動手段によって駆動される。典型的には、駆動手段及びポンプホイールは、ロータシャフトの軸線方向両端部に配置されている。駆動手段は例えば、ポンプが機械的に駆動される場合にはタービンホイール、プーリホイール又は歯車ホイールとすることができ、又はポンプが電気的に駆動される場合には電動機のモータ回転子とすることができる。
【０００７】
また、本発明による流体ポンプは、ロータシャフト用のシャフト軸受けシステムを備え、このシャフト軸受けシステムは、固定の軸受け容器と、フローティング式の２つの玉軸受けとを備えている。軸受容器は、例えば、固定のポンプハウジングと一体的に設けることができ、又はポンプハウジング内に固定して配置された別個の構成として設けることができる。軸受け容器は、ロータシャフトを半径方向に取り囲んでおり、典型的には、円筒状の内側輪郭を備えている。軸受け容器は、ロータシャフトの軸線方向長さに関連して比較的長い軸線方向長さを有し、好ましくは、軸受け容器の軸線方向長さはロータシャフトの軸線方向長さの少なくとも半分であり、これにより、ロータシャフトの確実な支持を提供し、特にロータシャフトの傾斜を阻止する。軸受け容器には、軸受け容器の半径方向内側から突出する半径方向内向きの軸線方向支持フランジが設けられている。
【０００８】
支持フランジは、軸受け容器の軸線方向両端部に対して軸線方向に間隔を置いて配置される。支持フランジの半径方向の高さは、玉軸受けの外側レースの半径方向の高さと実質的に等しいことが好ましい。
【０００９】
２つの玉軸受けは両方とも、ロータシャフトの半径方向外側に固定されており、つまり、各玉軸受けの内側レースがロータシャフトに直接固定されている。両方の玉軸受けは、軸受け容器内で軸線方向に移動可能に設けられている。第１の玉軸受けは支持フランジの第１の軸線方向側に配置されており、第２の玉軸受けは支持フランジの反対の軸線方向側に配置されている。好ましくは、両玉軸受けは、軸受け容器の互いに反対の軸方向端部又はその近傍に配置され、これによりロータシャフトの安定した支持を提供する。第２の玉軸受けの外側レースは、予負荷ばねによって、軸線方向において支持フランジから離れる方向に予負荷され、その結果、第１の玉軸受けの外側レースは、支持フランジの反対の軸線方向側に接触するように押し込まれる。その結果、両方の玉軸受けは、軸受け容器内で確実に軸線方向に支持され、明確に定められた軸線方向に予負荷される。
【００１０】
両玉軸受けは軸受け容器内で軸線方向に移動可能に設けられているので、玉軸受け及び結果としてロータシャフトは、軸受け容器及び結果としてポンプハウジングに対して軸線方向に移動することができる。これにより、ポンプハウジングからロータシャフトへの軸受けシステムを介した振動の伝達が回避されるか又は少なくとも最小化されるように、軸受けシステム内での軸線方向振動を減衰することができる。また、フローティング式の玉軸受けは、温度差に起因する、ロータシャフト及び軸受け容器の軸線方向の伸張を補償することを可能にする。これにより、玉軸受けの軸線方向荷重が最小になる。
【００１１】
本発明による流体ポンプは弾性支持リングも備えており、各玉軸受けが少なくとも１つの支持リングを有する。支持リングは、玉軸受けの外側レースと軸受け容器の半径方向内側との間に配置され、外側レースを半径方向に取り囲む。支持リングは、弾性材料で作られ、好ましくは弾性プラスチックで作られている。支持リングは例えば、既知であり費用効率の高いＯリングとすることができる。
【００１２】
本発明によれば、両玉軸受けは、支持リングのみによって軸受け容器内で半径方向に支持されている。玉軸受けの外側レースの半径方向外側と軸受け容器の半径方向内側との間には環状の間隙が設けられており、玉軸受けが、半径方向で軸受け容器に直接接触しないようになっている。弾性支持リングは、振動減衰、特に、軸受システム内での半径方向振動の減衰を可能にし、その結果、ロータシャフトの振動を最小化する。玉軸受けの半径方向外側と軸受け容器の半径方向内側には間隙があるため、玉軸受け内に張力や不均衡な荷重を生じさせることなく、玉軸受けは半径方向に膨張することができる。
【００１３】
本発明による流体ポンプはシャフト軸受けシステムを備え、当該シャフト軸受けシステムは、ロータシャフトの振動を最小限に抑え、且つ、軸受け容器に対するロータシャフトおよび／または玉軸受けの温度に起因する膨張を補償し、当該膨張に対する耐性を有し得る。これは、機械的負荷及び結果として軸受システムの摩耗を最小化し、このようにして、本発明による流体ポンプは、長期のポンプ寿命にわたって高いポンプ性能を提供できる。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態では、両方の玉軸受けの外側レースがそれぞれ、支持リングを収容する少なくとも１つの位置決め環状溝を備える。位置決め環状溝は、支持リングを軸線方向に確実に支持し、位置決めする。特に、位置決め溝は、軸受けが軸線方向に移動した場合に、支持リングが玉軸受けと軸受け容器との間の間隙から滑り落ちることを阻止する。
【００１５】
代替的又は追加的に、軸受容器には、支持リングを収容する位置決め環状溝が設けられている。軸受け容器は、少なくとも２つの位置決め溝を有し、各玉軸受けに対して少なくとも１つの位置溝が設けられている。位置決め溝は、少なくとも１つの位置決め溝が各玉軸受けの軸線方向の範囲内に位置するように位置決めされている。
【００１６】
各玉軸受けには、軸方向に離間した正確に２つの支持リングが設けられていることが好ましい。２つの支持リングは、好ましくは互いにできるだけ離間して配置されており、これにより、一方の支持リングは、玉軸受けの外側レースの第１の軸線方向端部に近接して配置され、第２の支持リングは、外側レースの反対側の第２の軸線方向端部に近接して配置される。軸線方向に離間した２つの支持リングは、軸受け容器内における玉軸受けの半径方向の安定した支持を提供し、特に玉軸受けの傾斜を阻止する。それにもかかわらず、２つの支持リングは比較的小さな接触面積しか提供しないので、玉軸受けは、著しく大きな摩擦を発生させることなく、結果として著しく大きな軸線方向の軸受け荷重を発生させることなく、軸受け容器内で軸線方向に動かすことができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態では、シャフト軸受けシステムは、軸線方向において、駆動手段とポンプホイールとの間に配置される。その結果、ロータシャフト、ポンプホイール及び駆動手段を含む完全な回転体装置の質量中心は、軸受けシステムが比較的小さなてこ力のみに耐えなければならないように、軸受システム内に位置している。
【００１８】
駆動手段は、流体ポンプが電動機によって電気的に駆動されるように、当該電動機のモータ回転子であることが好ましい。電動機及び結果として流体ポンプは、極めて正確に制御され得る。また、電動機は、複雑な機械的装置を用いることなく、自動車エンジンから独立して流体ポンプを制御することを可能にする。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、流体ポンプはガスポンプであり、特に、自動車燃料タンクから燃料蒸気を吸い出すためのパージポンプである。
【００２０】
一般に、玉軸受けを回転体に固定して、流体ポンプの組み立てを容易にすることが好ましい。しかしながら、状況によっては、流体ポンプに上下反転した運動学的概念（inverse kinematic concept）を提供することが好ましい場合がある。ここで、玉軸受けは両方とも、軸受け容器の半径方向内側に固定され、ロータシャフトに対して軸線方向に移動可能に設けられ、それによって、軸線方向支持フランジがロータシャフトの半径方向外側に設けられる。両玉軸受けは、それぞれ外側レースで軸受け容器の半径方向内側に固定されている。第１の玉軸受けの内側レースは、軸線方向支持フランジと軸線方向にて接触している。第２の玉軸受けの内側レースは、予負荷ばねによって、軸線方向において支持フランジから離れる方向に予負荷されている。弾性支持リングは、各玉軸受けの半径方向内側に設けられ、玉軸受けの内側レースとロータシャフトの半径方向外側との間に半径方向に配置される。この流体ポンプもまた、ロータシャフトの振動を最小限に抑え、軸受け容器に対するロータシャフトおよび／または玉軸受けの温度に起因する膨張を補償し、且つ当該膨張に対する耐性を有し得る。
【００２１】
本発明の異なる実施形態は添付図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明に係る流体ポンプの長手方向断面を示す。
【図２】図２は、図１の流体ポンプにおける軸受けシステムの拡大断面を示し、玉軸受けの外側レースには位置決め溝が設けられている。
【図３】図３は、図１の流体ポンプにおける別の軸受けシステムの拡大断面を示し、軸受け容器に位置決め溝が設けられている。
【図４】図４は、図１の流体ポンプにおける更に別の軸受けシステムの拡大断面を示すが、上下反転した運動学的概念を有する。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は流体ポンプ１０を示し、当該流体ポンプ１０は、本発明の実施形態において、自動車用燃料システム（図示せず）から燃料蒸気を吸い出すためのパージポンプである。
【００２４】
流体ポンプは、ポンプホイール１２及び駆動手段１８を備え、当該ポンプホイール１２は、ロータシャフト１６の第１の近位軸端部１４に相対回動不能に取り付けられており、駆動手段１８は、ロータシャフト１６の第２の遠位軸端部２０に直接固定されている。ロータシャフト１６は、実質的にポンプの軸線方向に延在している。本発明の実施形態では、駆動手段１８は、電動機の磁気モータ回転子である（図示せず）。
【００２５】
ロータシャフト１６及び結果的にロータシャフト１６に取り付けられているポンプホイール１２及び駆動手段１８は、軸受けシステム２２によって、ポンプハウジング２６内で軸線方向及び半径方向に支持されている。軸受けシステム２２は、固定の軸受け容器２４を備え、当該軸受け容器２４は、本発明の実施形態では、固定されたポンプハウジング２６と一体的に設けられている。軸受けシステム２２はまた、軸受け容器２４内において半径方向且つ軸線方向に配置された２つの玉軸受け２８，３０を備える。軸受け容器２４は、半径方向内側に方向付けられた軸線方向支持フランジ３２を備える。第１の玉軸受け２８は支持フランジ３２の第１の近位軸線方向側に位置し、第２の玉軸受け３０は、支持フランジ３２の反対側における第２の遠位軸線方向側に位置する。
【００２６】
両方の玉軸受け２８、３０には、それぞれ、内側レース２８ａ、３０ａ、いくつかの軸受け用ボール２８ｂ、３０ｂ、および外側レース２８ｃ、３０ｃが設けられている。各玉軸受け２８，３０の内側レース２８ａ，３０ａは、ロータシャフト１６の半径方向外側に固定されている。各玉軸受け２８，３０の外側レース２８ｃ，３０ｃには、軸線方向に離間した２つの位置決め環状溝２８ｄ，３０ｄが設けられており、当該位置決め環状溝２８ｄ，３０ｄのそれぞれは、弾性の支持リング３４を収容する。位置決め溝２８ｄ、３０ｄは、支持リング３４を軸受けシステム２２内で軸線方向に確実に支持し、且つ位置決めする。本発明の実施形態では、弾性の支持リング３４は、従来型のＯリングである。
【００２７】
両方の玉軸受け２８、３０、特に、それらの外側レース２８ｃ、３０ｃはそれぞれ、支持リング３４によってのみ軸受け容器２４内で半径方向に支持されている。すなわち、外側レース２８ｃ、３０ｃは、軸受け容器２４の半径方向内側に半径方向において直接接触していない。第２の玉軸受け３０の外側レース３０ｃは、予負荷ばね３６によって、軸線方向において支持フランジ３２から離れる方向に予負荷されている。予負荷ばね３６は、支持フランジ３２の遠位軸線方向側に接触しており、外側レース３０ｃを支持フランジ３２から遠位ポンプ軸線方向に押し離す。その結果、第１の玉軸受け２８の外側レース２８ｃが支持フランジ３２に対して軸方向に押し付けられ、これにより、外側レース２８ｃが支持フランジ３２の近位軸線方向側に軸線方向で接触する。結果として、両方の玉軸受け２８、３０が確実に軸線方向に支持され、明確に軸線方向に予負荷され、これにより、ロータシャフト１６、結果的にポンプホイール１２および駆動手段１４は、ポンプハウジング２６内において確実に支持され、且つ位置決めされる。
【００２８】
それにもかかわらず、両方の玉軸受け２８，３０は、それらの外側レース２８ｃ，３０ｃが軸受け容器２４に固定されていないので、軸受け容器２４に対して軸線方向に移動可能である。これは、ポンプハウジング２６の軸線方向振動を補償することを可能にし、玉軸受け２８，３０内に著しく大きな軸線方向荷重を発生させることなく、軸受け容器２４に対するロータシャフト１６の温度差に起因する軸線方向膨張を補償することを可能にする。玉軸受け２８、３０は、弾性支持リング３４によってのみ半径方向に支持されるので、軸受けシステム２２はポンプハウジングの半径方向振動を補償することもでき、軸受け容器に対するロータシャフト１６及び／又は玉軸受け２８、３０の温度差に起因する半径方向膨張を補償することもできる。
【００２９】
図４は、別のシャフト軸受けシステム２２’を示しており、軸受け容器２４’の半径方向内側には、軸線方向に間隔を置いた４つの位置決め環状溝３８が設けられており、これらの位置決め環状溝はそれぞれ支持リング３４を収容する。２つの位置決め溝３８が第１の玉軸受け２８’の半径方向範囲Ａ１内に位置決めされ、２つの位置決め溝３８が第２の玉軸受け３０’の半径方向範囲Ａ２内に位置決めされるように、位置決め溝３８は軸受け容器２４’内に配置されている。位置決め溝３８は、軸受システム２２’内において支持リング３４を確実に軸線方向に支持し、且つ位置決めする。
【００３０】
図４は、上下反転した運動学的概念を有する更に別のシャフト軸受けシステム２２’’を示す。玉軸受け２８’’、３０’’は両方とも軸受け容器２４’’の半径方向内側に固定されており、ロータシャフト１６’’に対して軸線方向に移動可能に設けられている。軸線方向の支持フランジ３２’’はロータシャフト１６’’の半径方向外側に設けられ、半径方向外方に向かってに延びている。両方の玉軸受け２８’’、３０’’の内側レース２８ａ’’、３０ａ’’はそれぞれ、軸線方向に離間した２つの位置決め環状溝２８ｄ’’、３０ｄ’’を備え、これらの位置決め環状溝はそれぞれ弾性支持リング３４を収容する。両方の玉軸受け２８’’、３０’’はそれぞれ、支持リング３４のみによってロータシャフト１６’’に半径方向に支持されている。第２の玉軸受け３０’’の内側レース３０ａ’’が予負荷ばね３６’’によって支持フランジ３２’’から離れるように軸線方向に予負荷され、これにより第１の玉軸受け２８’’の内側レース２８ａ’’が支持フランジ３２’’に対して軸線方向で押し付けられる。
【符号の説明】
【００３１】
１０;１０';１０’’  流体ポンプ
１２  ポンプホイール
１４  第１の近位軸線方向ロータシャフト端部
１６;１６’’  ロータシャフト
１８  駆動手段
２０  第２の遠位軸線方向ロータシャフト端部
２２;２２';２２’’  軸受けシステム
２４;２４';２４’’  軸受け容器
２６  ポンプハウジング
２８;２８',２８’’  第１の玉軸受け
２８ａ，２８ａ’’  内側レース
２８ｂ  軸受け用ボール
２８ｃ;２８ｃ',２８ｃ’’  外側レース
２８ｄ,２８ｄ’’  位置決め溝
３０;３０',３０’’  第２の玉軸受け
３０ａ，３０ａ’’  内側レース
３０ｂ  軸受け用ボール
３０ｃ,３０ｃ',３０ｃ’’  外側レース
３０ｄ,３０ｄ’’  位置決め溝
３２;３２’’  軸線方向支持フランジ
３４  支持リング
３６;３６’’  予負荷ばね
３８  位置決め溝
Ａ１，Ａ２  軸線方向範囲
【図１】
2021526198.tif 000003
【図２】
2021526198.tif 000004
【図３】
2021526198.tif 000005
【図４】
2021526198.tif 000006
【国際調査報告】
2021526198.tif 000007
2021526198.tif 000008