(57)【要約】【課題】  流体を昇圧することにより発生する騒音レベルを低減するインペラおよびそれを用いた燃料ポンプを提供する。【解決手段】  インペラ２０は円板状に形成されており、インペラ２０の外周縁の回転軸方向両端面に羽根溝２２、２４が同数形成されている。羽根溝２２、２４はそれぞれ回転方向に等ピッチで、回転方向に等しい幅で形成されている。羽根溝２２、２４の内周側近傍には、インペラ２０を回転軸方向に貫通して複数の連通孔２６が形成されている。連通孔２６は、回転方向に不等ピッチで設置されており、ピッチの広い箇所の連通孔２６の回転方向の幅は、ピッチの狭い箇所の連通孔２６の回転方向の幅よりも広い。連通孔２６の数は羽根溝２２または羽根溝２４の数よりも多い。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転することによりポンプ通路の流体を昇圧するインペラであって、
前記インペラの外周部において前記インペラの回転軸方向の両端面側に回転方向に形成されている複数の羽根溝と、
前記回転軸方向に前記インペラを貫通し、前記羽根溝に対して径方向にずれて回転方向に設置されている複数の連通孔とを備え、
前記連通孔は、回転方向に不等ピッチで設置されていることを特徴とするインペラ。
【請求項２】
前記連通孔の数は  前記羽根溝の数より多いことを特徴とする請求項１記載のインペラ。
【請求項３】
前記連通孔は、前記羽根溝の内周側に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のインペラ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項記載のインペラと、
前記インペラを回転自在に収容し、燃料入口、燃料出口、ならびに前記燃料入口側から前記燃料出口側に向けて前記回転軸方向の両側に前記羽根溝に沿って回転方向に形成されたポンプ通路を有しているケース部材とを備え、
前記インペラが回転することにより、前記燃料入口から吸入した燃料を前記ポンプ通路で昇圧し前記燃料出口から吐出する燃料ポンプであって、
前記ポンプ通路の前記燃料出口側において、前記回転軸方向の一方の前記ポンプ通路から前記回転軸方向の他方の前記ポンプ通路に前記連通孔を通って燃料が案内されることを特徴とする燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外周部に複数の羽根溝を設けたインペラおよびそれを用いた燃料ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
外周部に複数の羽根溝を設けたインペラを回転し、吸入した燃料を昇圧する燃料ポンプとして、特許文献１に開示されているものが知られている。そして特許文献１には、図６に示すように、インペラ３００の回転軸方向の両端面側に羽根溝３０２、３０４を形成し、羽根溝３０２、３０４の内周側にインペラ３００を回転軸方向に貫通して連通孔３０６が形成されている燃料ポンプが開示されている。
【０００３】
図６においてインペラ３００が回転すると、羽根溝３０２、３０４に沿ってインペラ３００の回転軸方向両側にそれぞれ形成されたポンプ通路の燃料が昇圧される。回転軸方向両側のポンプ通路でそれぞれ昇圧された燃料は、ポンプ通路の出口側で回転軸方向の一方側のポンプ通路の燃料が連通孔を通ることにより他方側のポンプ通路の燃料に合流し、ポンプ通路の出口から吐出される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３６５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、インペラ３００が回転し、羽根溝３０２、３０４によりポンプ通路で燃料が昇圧されると、（羽根溝の数）×（インペラの回転数）で表される周波数の圧力変動が燃料中に生じる。その結果、図７に示すように、この圧力変動に対応する周波数の騒音が発生する。図７において、２箇所の騒音ピークが生じているのは、インペラ３００の両端面側にそれぞれ形成された羽根溝３０２と羽根溝３０４とが回転方向に半ピッチずれているため、上記の２倍の周波数においても騒音のピークが生じているからである。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、流体を昇圧することにより発生する騒音レベルを低減するインペラおよびそれを用いた燃料ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１から４記載の発明によると、インペラの羽根溝に対して径方向にずれて回転方向に設置されている複数の連通孔は、回転方向に不等ピッチで設置されている。この構成によれば、一方の羽根溝側から連通孔を通って他方の羽根溝側の流体に合流する流体の圧力変動の周期がばらつく。その結果、他方の羽根溝側で合流した流体の圧力変動の周期がばらつくので、特定の周波数で騒音がピークになることを抑制し、発生する騒音レベルを低減できる。
【０００８】
請求項２記載の発明によると、羽根溝の数よりも連通孔の数が多いので、羽根溝の数と連通孔の数が等しい場合よりも、一方の羽根溝側から連通孔を通って他方の羽根溝側の流体に合流する流体の圧力変動の周波数が高くなる。一般に、人間は周波数が高くなると音が聞こえにくくなるので、圧力変動の周波数が高くなることにより、体感する騒音レベルを低減できる。ここで羽根溝の数とは、インペラの両端面側に形成されている羽根溝の合計ではなく、片方の端面側に形成されている羽根溝の合計である。
【０００９】
ところで、インペラの中心から羽根溝が形成されている位置までの径方向長さが同じであり、羽根溝に沿って回転方向に形成されているポンプ通路の長さが同じであれば、ポンプの昇圧性能はほぼ等しくなる。そこで、請求項３記載の発明によると、羽根溝の内周側に連通孔が形成されているので、ポンプの昇圧性能であれば、羽根溝の外周側に連通孔を形成する場合よりも、インペラを小径化できる。
請求項４記載の発明によると、請求項１から３のいずれか一項記載のインペラを使用するので、燃料ポンプから発生する音を低減できる。特に、自動四輪車の場合、燃料ポンプから車室内に伝わる音が低減し、静寂性が向上するので好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料ポンプを図３に示す。燃料ポンプ１０は、例えば車両等の燃料タンク内に装着されるインタンク式ポンプである。
燃料ポンプ１０は、ポンプ部１３と、ポンプ部１３のインペラ２０を回転駆動するモータ部１４と、エンドサポートカバー２８とを備えている。ハウジング１２は、ポンプ部１３およびモータ部１４の外周を囲み、ポンプ部１３およびモータ部１４の共通のハウジングである。エンドサポートカバー２８は、モータ部１４のポンプ部１３と反対側を覆い、燃料の吐出口１０２を形成している。
【００１１】
ポンプ部１３は、ポンプカバー１６、ポンプケーシング１８、およびインペラ２０を有しているウエスコポンプである。ポンプカバー１６およびポンプケーシング１８は、インペラ２０を回転自在に収容するケース部材である。
図１に示すように、回転部材としてのインペラ２０は円板状に形成されており、インペラ２０の外周縁の回転軸方向両端面に羽根溝２２、２４が同数形成されている。環状部２１は、羽根溝２２、２４の外周側に羽根溝２２、２４を囲んで形成されている。インペラ２０の外径は２５ｍｍ〜３５ｍｍ、板厚は３ｍｍ〜４ｍｍである。羽根溝２２、２４はそれぞれ回転方向に等ピッチで、回転方向に等しい幅で形成されている。また、羽根溝２２と羽根溝２４とは、互いに回転方向に半ピッチずれた千鳥配列に形成されており、互いに直接燃料が流通しないように分離されている。ポンプカバー１６およびポンプケーシング１８には、インペラ２０の羽根溝２２、２４に沿って回転方向にポンプ通路９２、９４（図３参照）が形成されている。
【００１２】
羽根溝２２、２４の内周側近傍には、インペラ２０を回転軸方向に貫通して複数の連通孔２６が形成されている。連通孔２６は、回転方向に不等ピッチで設置されており、ピッチの広い箇所の連通孔２６の回転方向の幅は、ピッチの狭い箇所の連通孔２６の回転方向の幅よりも広い。また、連通孔２６の数は羽根溝２２または羽根溝２４の数よりも多い。
【００１３】
図３に示すように、インペラ２０の回転によりポンプカバー１６の燃料入口９０から吸入された燃料は、インペラ２０の羽根溝２２、２４からの流出、羽根溝２２、２４への流入を次々と繰り返すことにより旋回流となる。この旋回流となった燃料のエネルギーにより、ポンプ通路９２、９４の燃料は昇圧される。ポンプ通路９２、９４で昇圧された燃料は、ポンプケーシング１８の燃料出口９８（図２参照）から流出し、永久磁石３０の内周面と電機子４０の外周面との間に形成された燃料通路１００を通り、エンドサポートカバー２８に形成された吐出口１０２から吐出される。燃料ポンプ１０の吐出圧は２５０ｋＰａ〜５００ｋＰａである。インペラ２０の回転数は４０００ｒｐｍ〜７０００ｒｐｍである。燃料吐出量はインペラ２０の回転数に比例し、５０Ｌ／ｈ〜２００Ｌ／ｈである。
【００１４】
インペラ２０に対し回転軸方向両側にそれぞれ独立したＣ字状のポンプ通路９２、９４が形成されている。ポンプ通路９２は、インペラ２０に対し燃料入口９０側に形成され、ポンプ通路９４は、インペラ２０に対し燃料出口９８（図２参照）側に形成されている。そして、ポンプ通路９２、９４は、インペラ２０の回転軸方向の両端面側にそれぞれ形成された羽根溝２２、２４と連通している。ここで、インペラ２０に対し回転軸方向両側にポンプ通路９２、９４が独立して形成されているとは、インペラ２０の外周側にポンプ通路が形成されていないことを表している。ただし、インペラ２０の外周側面とポンプケーシング１８の内周側面との間には微小な摺動クリアランスが形成されている。
【００１５】
図２に示すように、ポンプケーシング１８に形成されているポンプ通路９４の始端部９５は、羽根溝２４から内周側の連通孔２６まで広がっており、羽根溝２４および連通孔２６を連通する幅に形成されている。ポンプカバー１６に形成されたポンプ通路９２の始端部９３（図３参照）も、羽根溝２２から内周側の連通孔２６まで広がっており、羽根溝２２および連通孔２６を連通する幅に形成されている。
【００１６】
ポンプ通路９４の終端部９６は燃料出口９８と連通している。終端部９６の内周側位置はインペラ２０の連通孔２６の内周側位置２０２とほぼ一致し、終端部９６の外周側位置はインペラ２０の羽根溝２４の外周側位置２００とほぼ一致している。つまり終端部９６は、インペラ２０の羽根溝２４から内周側の連通孔２６まで広がっており、羽根溝２４および連通孔２６と連通している。ポンプ通路９２の図示しない終端部は、羽根溝２２側から滑らかに内周側の連通孔２６に向かっている。始端部と終端部との間のポンプ通路９２、９４は、連通孔２６の外周側に位置し、羽根溝２２、２４とだけ連通している。空気抜き穴９９は、ポンプ通路９２と連通しており、ポンプ通路９２の燃料に混入した空気を燃料ポンプ１０の外に排出する。
【００１７】
図３に示すように、モータ部１４は、永久磁石３０、電機子４０および整流子７０を有している。４分の１の円弧状に形成されている永久磁石３０は、ハウジング１２の内周面に円周上に４個取り付けられている。永久磁石３０は回転方向に極の異なる磁極を４個形成している。
電機子４０は、回転中央部に中央コア４６を有している。シャフト４２は中央コア４６に圧入されており、軸受け４４、４５により両端部を軸受けされている。中央コア４６は断面六角形の筒状に形成されている。６個の磁極コア５０は中央コア４６の外周に回転方向に設置されている。各磁極コア５０にはボビン６０が嵌合し、このボビン６０の外周に巻線を集中巻きしてコイル６２が形成されている。磁極コア５０の内周側端部は、中央コア４６の外周壁に嵌合している。
【００１８】
各コイル６２の整流子７０側の端部はコイル端子６４と電気的に接続している。コイル端子６４は整流子７０側の整流子端子７４と嵌合して電気的に接続している。コイル６２の整流子７０と反対側であるインペラ２０側の端部はコイル端子６６と電気的に接続している。６個のコイル端子６６は、カバー端子６８により電気的に接続している。つまり、６個のコイル６２はスター結線されている。
【００１９】
整流子７０は、電機子４０のインペラ２０と反対側の軸方向端部側に組み付けられており、回転方向に設置された６個のセグメント７２を有している。各セグメント７２は整流子端子７４と電気的に接続している。セグメント７２は例えばカーボンで形成されており、回転方向に隣接するセグメント７２同士は電気的に絶縁されている。セグメント７２は中間端子７３を介して整流子端子７４と電気的に接続している。
調圧弁８０は、燃料ポンプ１０内の圧力が所定圧以上になると開弁し、燃料ポンプ１０内の圧力を低下させる。
【００２０】
次に、燃料ポンプ１０の作動について説明する。
インペラ２０が電機子４０とともに回転することにより燃料入口９０に負圧が発生するので、燃料入口９０からポンプ通路９２の始端部９３に燃料が吸入される。ポンプ通路９２の始端部９３は羽根溝２２および連通孔２６と連通し、ポンプ通路９４の始端部９５は、羽根溝２４および連通孔２６と連通しているので、燃料入口９０からポンプ通路９２の始端部９３に吸入された燃料は、連通孔２６からポンプ通路９４の始端部９５に流入する。そして、インペラ２０の回転により羽根溝２２、２４に生じた渦流が順次回転方向後方の羽根溝２２、２４に流入する。これを回転方向に設置された多数の羽根溝２２、２４で繰り返すことにより、羽根溝２２、２４、ポンプ通路９２、９４に燃料の旋回流が形成され、燃料が昇圧される。ポンプ通路９２、９４の燃料は燃料入口９０側から燃料出口９８側に向けてそれぞれ独立して昇圧される。
【００２１】
ポンプ通路９２は終端部において羽根溝２２から内周側の連通孔２６に滑らかに向きを変えているので、羽根溝２２がポンプカバー１６によりポンプ通路９２の終端部側で順次閉塞されるにしたがい、ポンプ通路９２の羽根溝２２側の燃料は内周側の連通孔２６に向かう。ポンプ通路９２から連通孔２６に向かった燃料は、連通孔２６を通りポンプ通路９４の終端部９６に案内される。そして、終端部９６において、ポンプ通路９２の燃料とポンプ通路９４の燃料とが合流し、燃料出口９８から電機子４０側に吐出される。
【００２２】
このとき、前述したように、連通孔２６は回転方向に不等ピッチで設置されているので、ポンプ通路９２から連通孔２６を通りポンプ通路９４の終端部９６に流入する燃料の圧力変動の周期はばらついている。この圧力変動の周期がばらついている燃料が、ポンプ通路９４で羽根溝２４により昇圧された燃料と終端部９６において合流することにより、終端部９６における燃料の圧力変動の周期がばらつく。したがって、図４に示すように、燃料の圧力変動により発生する音のレベルが特定の周波数で大きくなることを防止できる。
【００２３】
また、羽根溝２２と羽根溝２４とは回転方向に半ピッチ位置がずれているので、ポンプ通路９２で昇圧された燃料の圧力脈動と、ポンプ通路９４で昇圧された燃料の圧力脈動とは位相がずれている。このように圧力脈動の位相のずれた燃料が終端部９６で合流すると、互いの圧力変動をうち消し合う。したがって、燃料ポンプ１０から発生する音のレベルをさらに低減できる。
【００２４】
また、第１実施形態では、羽根溝２２または羽根溝２４の数よりも連通孔２６の数を多くしたので、羽根溝２２、２４と同数の連通孔２６を形成した場合よりも、燃料出口９８側においてポンプ通路９２から連通孔２６を通りポンプ通路９４に合流する燃料の圧力変動の周波数が高くなる。したがって、燃料の圧力変動により発生する音の周波数が高くなる。一般に、人間の聴力は周波数が高くなると低下するので、燃料の圧力変動の周波数が高くなることにより、体感する騒音レベルを低減できる。
また第１実施形態では、羽根溝２２、２４をそれぞれ回転方向に等ピッチで形成しているので、ポンプ通路９２、９４でそれぞれ昇圧される燃料の旋回流が乱れず、ポンプの昇圧性能の低下を防止している。
【００２５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。第２実施形態のインペラ１１０では、羽根溝１１２の数は連通孔１１４の数よりも少ない。
（他の実施形態）
上記複数の実施形態では、羽根溝の内周側に連通孔を形成したが、羽根溝の外周側に連通孔を形成してもよい。
【００２６】
また、連通孔の回転方向のピッチを不等にするとともに、連通孔の回転方向の幅も変化させたが、連通孔の回転方向のピッチが不等であれば、連通孔の回転方向の幅を等しくしてもよい。また、連通孔の回転方向のピッチが不等であれば、羽根溝および連通孔を同数にしてもよい。
上記複数の実施形態では、燃料ポンプのポンプ部に本発明のインペラを用いたが、燃料ポンプに限らず、流体を昇圧するインペラとして本発明のインペラを用いることにより、流体昇圧時に発生する騒音レベルを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態によるインペラを燃料入口側からみた図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図２】第１実施形態のポンプケーシングをインペラ側から見た図である。
【図３】第１実施形態の燃料ポンプを示す断面図である。
【図４】燃料ポンプから発生する音の周波数と音圧レベルとの関係を示す特性図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるインペラを燃料入口側からみた図である。
【図６】従来のインペラを燃料入口側からみた図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】従来の燃料ポンプから発生する音の周波数と音圧レベルとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  燃料ポンプ、１３  ポンプ部、１４  モータ部、２０、１１０  インペラ、２２、２４、１１２  羽根溝、２６、１１４  連通孔、９０  燃料入口、９２、９４  ポンプ通路、９８  燃料出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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