(57)【要約】【課題】  インペラの表裏両面にかかる圧力を効率的に相殺してインペラ、及びケーシングの磨耗を防止し、ポンプ効率の向上させた燃料ポンプを提供する。【解決手段】  インペラ１６とケーシング１７の第１面１７ａと第２面１７ｂのそれぞれにはマグネットが固定されている。インペラ１６の表面とケーシングの第１面１７ａの間には磁気反発力が作用し、インペラ１６に下向きの力を与える。インペラ１６の裏面とケーシングの第２面１７ｂの間にも磁気反発力が作用し、インペラ１６に上向きの力を与える。この作用によって、インペラ１６とポンプカバー９とのクリアランスと、インペラ１６とポンプボディ１５とのクリアランスがともに確保される。【選択図】  図１
2005155405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ部で昇圧した燃料をモータ部を経て外部に送り出す燃料ポンプであり、
ポンプ部は、インペラとケーシングとモータ軸で構成され、
インペラは、中心にモータ軸を相対回転不能に受入れる中心開口が形成された略円板状であり、隔壁によって区分された昇圧溝群が表裏両面の外周近傍に沿って周方向に繰返して形成されており、
ケーシングは、インペラ表面に対向する第１面からインペラ裏面に対向する第２面まで伸びてインペラを収容する略円柱状の空間と、インペラ表面の昇圧溝群に対向する領域をインペラ回転方向に沿って上流端から下流端まで伸びる第１昇圧溝と、インペラ裏面の昇圧溝群に対向する領域をインペラ回転方向に沿って上流端から下流端まで伸びる第２昇圧溝と、第２昇圧溝の上流端に連通する吸入口と、第１昇圧溝の下流端に連通する吐出口と、第１面に開口してモータ軸を受入れる軸口を備えており、
モータ軸は、ケーシングの軸口を貫通してインペラの中心開口に挿入されており、
少なくともインペラ裏面とケーシングの第２面のそれぞれにマグネットが固定されており、インペラ裏面とケーシングの第２面との間に磁気反発力が作用していることを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項２】
さらにインペラ表面とケーシングの第１面のそれぞれにマグネットが固定されており、インペラ表面とケーシングの第１面との間に磁気反発力が作用していることを特徴とする請求項１の燃料ポンプ。
【請求項３】
前記マグネットがモータ軸を中心とするリングであることを特徴とする請求項１または２の燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を吸入して昇圧し、昇圧された燃料を外部に送り出す燃料ポンプに関し、特に燃料ポンプのインペラの表裏両面にかかる力をバランスさせる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料ポンプの一例を図２を参照して説明する。燃料ポンプ１００は、モータ部１０２とポンプ部１２４が共通ハウジング１２０内に収容されて形成されている。モータ部１０２は回転子１０６を有し、回転子１０６は、モータ軸１１０と、モータ軸１１０に固定されている積層鉄芯１１２と、積層鉄芯１１２に巻かれている図示されていないコイルと、そのコイルの端部が接続されている整流子１１８を有している。モータ軸１１０は、共通ハウジング１２０に対して、軸受１２８，１１６によって回転可能に支持されている。共通ハウジング１２０の内側には、回転子１０６を取囲むように、永久磁石１０４が固定されている。共通ハウジング１２０の上部に取り付けられたトップカバー１２２には、図示されない端子が設けられており、モータ部１０２に電気が供給される。ブラシ１０８と整流子１１８を介してコイルに通電すると、回転子１０６とモータ軸１１０が回転する。
共通ハウジング１２０の下部にはポンプ部１２４が収容されている。ポンプ部１２４は、略円板状で外周部に昇圧溝群１４２，１４４が設けられたインペラ１２６と、インペラ１２６を収容するケーシング１２８，１３０を備えている。インペラ１２６の上面の外周に沿って設けられた昇圧溝群１４２に対向して、ケーシング１２８には第１昇圧溝１３４が形成されている。インペラ１２６の下面の外周に沿って設けられた昇圧溝群１４４に対向して、ケーシング１３０には第２昇圧溝１３６が形成されている。第１昇圧溝１３４と第２昇圧溝１３６は、インペラ１２６の回転方向に沿って上流端から下流端まで略Ｃ字型に形成されている。第２昇圧溝１３６の上流端に連通するように吸入口１３２が形成されている。第１昇圧溝１３４の下流端に連通するように吐出口１３８が形成されている。インペラ１２６の上面に設けられた昇圧溝群１４２とケーシング１２８に形成された第１昇圧溝１３４によって第１昇圧路１３５が形成され、インペラ１２６の下面に設けられた昇圧溝群１４４とケーシング１３０に形成された第２昇圧溝１３６によって第２昇圧路１３７が形成されている。インペラ１２６の中心にはモータ軸１１０と相対回転不能に係合する中心開口が設けられており、モータ軸１１０が回転するとインペラ１２６が回転する。
インペラ１２６がケーシング１２８，１３０内で回転すると、燃料が吸入口１３２からポンプ部１２４内に吸引されて昇圧路１３５，１３７に導入される。昇圧路を流れるうちに昇圧された燃料は、吐出口１３８からモータ部１０２側に送り出される。モータ部１０２に送り出された燃料は、モータ部１０２を通過し、トップカバー１２２に形成されているポート１４０から外部に送り出される。
【０００３】
モータ部１０２に送り出された高圧の燃料の一部は、モータ軸１１０を伝ってケーシング１２８，１３０の内部に還流する。この高圧燃料は、インペラ１２６の上面に作用してインペラ１２６を下方に押し下げる。この結果、インペラ１２６はケーシング１３０に押付けられた状態で回転する。インペラに摩擦力が作用した状態でインペラ１２６が回転するために、インペラ１２６の回転数が低下してポンプ効率が低下する。
特許文献１には、インペラ表面とケーシング内面間、ならびに、インペラ裏面とケーシング内面間に高い圧力を発生させる技術が開示されている。
特許文献２には、インペラ裏面とケーシング内面間の圧力を高め、インペラの表裏両面にかかる圧力差を解消して、インペラがケーシングに押付けられた状態で回転することがないようにする技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２８０７７６号公報
【特許文献２】特開２００１−１５３０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の燃料ポンプでは、インペラ表面とケーシング内面間、ならびに、インペラ裏面とケーシング内面間の両者に高い圧力を発生させる。しかしながら、両者はつりあっており、モータ軸１１０を伝ってケーシング内部に還流する高圧燃料がインペラ上面に作用してインペラを下面側に押し下げることを相殺することができない。
【０００６】
特許文献２の燃料ポンプでは、インペラが回転するとインペラ裏面とケーシング内面間の圧力を高められ、インペラの表裏両面にかかる圧力差を解消することができるはずである。
しかしながら、実際にやってみると、ケーシング内部に還流する高圧燃料の影響を相殺するためには、インペラに多数の貫通孔を形成し、インペラ裏面に多数の圧力バランス溝を形成する必要があり、必要個数が多くなりすぎてかえってポンプ効率が低下してしまうことが判明した。
本発明は上記問題点に鑑みて創作されたものであり、インペラの表裏両面にかかる力を効率的に相殺する。インペラの表裏両面にかかる力をバランスすることができれば、インペラがケーシングに押付けられた状態で回転することがないために、ポンプ効率が向上する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料ポンプは、ポンプ部で昇圧した燃料をモータ部を経て外部に送り出す燃料ポンプである。ポンプ部は、インペラとケーシングとモータ軸で構成されている。インペラは、中心にモータ軸を相対回転不能に受入れる中心開口が形成された略円板状であり、隔壁によって区分された昇圧溝群が表裏両面の外周近傍に沿って周方向に繰返して形成されている。ケーシングには、インペラ表面に対向する第１面からインペラ裏面に対向する第２面まで伸びてインペラを収容する略円柱状の空間が形成されている。インペラ表面の昇圧溝群に対向する領域をインペラ回転方向に沿って上流端から下流端まで伸びる第１昇圧溝が第１面に形成されており、インペラ裏面の昇圧溝群に対向する領域をインペラ回転方向に沿って上流端から下流端まで伸びる第２昇圧溝が第２面に形成されている。ケーシングには、第２昇圧溝の上流端に連通する吸入口と、第１昇圧溝の下流端に連通する吐出口と、第１面に開口してモータ軸を受入れる軸口が形成されている。モータ軸は、ケーシングの軸口を貫通してインペラの中心開口に挿入されており、モータ軸が回転するとインペラが回転する。ポンプで昇圧された燃料は、ケーシングの軸口とモータ軸の間隙からケーシング内部に還流してインペラ表面に高い圧力を作用させ、インペラ裏面をケーシングの第２面に押付ける。
本発明の燃料ポンプでは、少なくともインペラ裏面とケーシングの第２面のそれぞれにマグネットが固定されており、インペラ裏面とケーシングの第２面との間に磁気反発力が作用している。
【０００８】
本発明の燃料ポンプでは、インペラ裏面とケーシングの第２面との間に磁気反発力が作用している。ケーシング内に還流する高圧燃料によってインペラ表面に高い圧力がかかると、インペラ裏面をケーシングの第２面に押付けようとする。インペラ裏面とケーシングの第２面との間に作用している磁気反発力は、インペラ裏面とケーシングの第２面との間の距離が短いほど強い。インペラ表面にかかる圧力が高いほど、インペラ裏面とケーシングの第２面との間の距離が短くなるため、より強い磁気反発力が作用してインペラは押し戻される。インペラ裏面はケーシングの第２面に押付けられることなく、軽やかに回転することができ、高いポンプ効率を得ることができる。
【０００９】
さらにインペラ表面とケーシングの第１面のそれぞれにマグネットが固定されており、インペラ表面とケーシングの第１面との間に磁気反発力が作用していることが好ましい。
ことが好ましい。
インペラ裏面とケーシングの第２面との間の反発力と、インペラ表面に作用する圧力とのバランスが崩れて、インペラ表面をケーシングの第１面に押付けようとする力が作用した場合、インペラ表面とケーシングの第１面との間にも磁気反発力が作用していれば、インペラはケーシングの第１面から押し戻される。インペラは、ケーシングの第２面にも、第１面にも押付けられることなく、軽やかに回転することができ、高いポンプ効率を得ることができる。
【００１０】
インペラとケーシングのそれぞれに固定されるマグネットがモータ軸を中心とするリングであることが好ましい。
マグネットがリングであれば、インペラが回転しても一定の磁気反発力を得ることができる。なお、マグネットは、リングの軸方向にＮ極とＳ極が分かれているものであるか、リングの半径方向の内側と外側にＮ極とＳ極が分かれているものであることが好ましい。
【００１１】
（形態１）  インペラとケーシングに固定されるマグネットは、昇圧路と軸口との間の領域に配置されている。
（形態２）  インペラとケーシングに固定されるマグネットは、リングの軸方向にＮ極とＳ極が分かれており、インペラの裏面側の磁極と、ケーシングの第２面側の磁極は同じである。
（形態３）  インペラとケーシングに固定されるマグネットは、リングの軸方向にＮ極とＳ極が分かれており、インペラの表面側の磁極と、ケーシングの第１面側の磁極は同じである。
（形態４）  インペラとケーシングに固定されるマグネットは、リングの半径方向の内側と外側にＮ極とＳ極が分かれており、インペラとケーシングのそれぞれのマグネットの磁極の配置は全て同じである。
【実施例】
【００１２】
本発明を具現化した実施例を図１を用いて説明する。図１は本実施例の燃料ポンプの一部断面図である。
この実施例の燃料ポンプは、自動車用の燃料ポンプであり、燃料タンク内で用いられ、自動車のエンジンヘ燃料を供給するために利用される。図１に示すように、燃料ポンプは、ポンプ部１と、そのポンプ部１を駆動するモータ部２とから構成されている。
【００１３】
モータ部２の構成や動作については公知であり、図示および詳細な説明は省略するが、簡単にモータ部２の構成について説明する。モータ部２は、ブラシ付きの直流モータであり、金属製でほぼ円筒形状のハウジング４内に、マグネットと、アーマチュアが配設されている。アーマチュアのモータ軸７の下部は、ハウジング４の下端部に取付けられたポンプカバー９に軸受１０を介して回転可能に支持されている。モータ軸７の下部には後述するポンプ部１のインペラ１６が係合している。インペラ１６とモータ軸７は相対回転不能であり、同一の回転数で回転する。また、モータ軸７の上部は、ハウジング４の上端部に取付けられたモータカバーに軸受を介して回転可能に支持されている。
上記の構成において、外部電源に接続されたブラシに電圧が印加されると、ブラシから整流子を介してコイルに電流が流れ、アーマチュアが回転する。この回転によりインペラ１６が回転する。
【００１４】
ポンプ部１の構成について説明する。ポンプ部１は、ポンプカバー９とポンプボディ１５とインペラ１６等から構成されている。ポンプカバー９とポンプボディ１５は、例えばアルミのダイカスト成形により形成されており、両者が組み合わされることによって、内部にインペラ１６を収容するケーシング１７が構成される。
【００１５】
インペラ１６は樹脂成形により略円板状に形成され、インペラ外周面１６ｄから所定距離を隔てた内側を周方向に伸びる領域において、昇圧溝１６ａが形成されている。昇圧溝１６ａは周方向に繰返されて昇圧溝１６ａ群を形成している。昇圧溝１６ａ群はインペラ１６の表裏両面に形成されており、表裏の昇圧溝１６ａの底部同士は連通しており、連通口１６ｃが形成されている。
インペラ１６の中心に形成されている断面Ｄ字形の係合孔に、モータ軸７の下端部の断面Ｄ字形の係合軸部７ａが係合している。これにより、インペラ１６がモータ軸７に対して追従回転可能で軸方向に僅かに移動可能に連結されている。インペラ１６の外周面１６ｄは凹凸のない円周面となっている。
【００１６】
ポンプカバー９の下面（ケーシング１７の第１面１７ａ）には、インペラ１６の上面の昇圧溝１６ａ群に対向する領域において、インペラ回転方向に沿って上流端から下流端まで連続して伸びる昇圧溝３１が形成されており、昇圧溝３１の下流端からポンプカバー９の上面に至る図示しない吐出孔が形成されている。吐出孔は、ケーシング１７の内部と外部（モータ部２の内部空間２ａ）を連通させている。
ポンプカバー９の周壁９ｂの内周面９ｃは、インペラ外周面１６ｄに微小なクリアランスを隔てて向い合う。図１では、図示の明瞭化のために、各所のクリアランスが拡大されて表示されている。
【００１７】
ポンプボディ１５には、下面からケーシング１７の内部に至る吸入孔２２が形成されている。ポンプボディ１５の上面（ケーシング１７の第２面１７ｂ）には、インペラ１６の下面の昇圧溝１６ａ群に対向する領域において、インペラ回転方向に沿って上流端から下流端まで連続して伸びる昇圧溝２０が形成されている。吸入孔２２は、昇圧溝２０の上流端に開口しており、ケーシング１７の内部と外部を連通させている。
図１に示すように、ポンプボディ１５は、ポンプカバー９に重ねた状態でハウジング４の下端部にかしめ付け等により固定されている。ポンプボディ１５の中心部にスラストベアリング１８が固定されている。スラストベアリング１８によって、モータ軸７のスラスト荷重が受けられる。
【００１８】
ポンプカバー９の周方向に伸びる昇圧溝３１と、ポンプボディ１５の周方向に伸びる昇圧溝２０は、インペラ１６の回転方向に沿って、吸入孔２２から吐出孔に至るまで伸びており、燃料の流路の一部を成している。モータ部２の駆動によってインペラ１６が回転すると、燃料タンク内の燃料は吸入孔２２からケーシング１７内に吸入される。吸入孔２２から吸入された燃料の一部は、昇圧溝２０に沿って流れる。吸入孔２２から吸入された燃料の残部は、インペラ１６の昇圧溝１６ａに入り、昇圧溝１６ａ内で旋回流を発生させながら連通口１６ｃを通過して昇圧溝３１に入り、昇圧溝３１に沿って流れる。燃料は昇圧溝２０，３１に沿って流れるうちに昇圧される。昇圧溝３１を流れて昇圧された燃料は、吐出孔からモータ部２に送り出される。昇圧溝２０を流れて昇圧された燃料は吐出孔からモータ部２に送り出される。モータ部２に送り出された高圧燃料は、モータ部２内部を通過して吐出孔からポンプ外に送り出される。
【００１９】
インペラ１６の昇圧溝１６ａ群と軸中心にある係合孔との間の領域に、インペラ１６と同心のリング形状のマグネット３０が固定されている。ポンプカバー９の、インペラ１６内のマグネット３０と対向する箇所に、インペラ１６と同心のリング形状のマグネット３２が固定されており、ポンプボディ１５の、インペラ１６内のマグネット３０と対向する箇所に、インペラ１６と同心のリング形状のマグネット３４が固定されている。これらのマグネット３０，３２，３４は、リングの軸方向にＮ極とＳ極が分かれている。インペラ１６の表面側の磁極と、ケーシングの第１面１７ａ側の磁極は同じであり、インペラ１６の裏面側の磁極と、ケーシングの第２面１７ｂ側の磁極は同じである。例えば、インペラ１６のマグネット３０の表面側がＮ極で、裏面側がＳ極であれば、ケーシングの第１面１７ａ側はＮ極であり、ケーシングの第２面１７ｂ側はＳ極となる。
インペラ１６の表面とケーシングの第１面１７ａは互いに反発し合い、インペラ１６の裏面とケーシングの第２面１７ｂも互いに反発し合う。この磁気反発力によって、インペラ１６はポンプカバー９から遠ざかろうとし、また、インペラ１６はポンプボディ１５からも遠ざかろうとする。この結果、インペラ１６とポンプカバー９とのクリアランスと、インペラ１６とポンプボディ１５とのクリアランスがともに確保される。
【００２０】
モータ軸７は、ケーシング１７の軸口を貫通してインペラ１６の係合孔に挿入されており、インペラ１６とモータ軸７は相対回転不能となっている。ケーシング１７の軸口とモータ軸７は相対回転であり、僅かなクリアランスが存在し、そこから燃料が漏れ出ることが避けられない。モータ部２に送り出された高圧燃料の一部はモータ軸７を伝ってケーシング１７内に還流する。還流した高圧燃料は、インペラ１６の表面に高い圧力を作用させてインペラ１６を下方に押し下げようとする。
【００２１】
本実施例の燃料ポンプでは、インペラ１６とポンプカバー９とポンプボディ１５にそれぞれマグネット３０，３２，３４が固定されている。インペラ１６の表面とケーシングの第１面１７ａは互いに反発し合い、インペラ１６に下向きの力を与える。インペラ１６の裏面とケーシングの第２面１７ｂも互いに反発し合い、インペラ１６に上向きの力を与える。インペラ１６に強い上向きの力がかかって上側に移動すると、インペラ１６により強い下向きの力がかかる。インペラ１６に強い下向きの力がかかって下側に移動すると、インペラ１６により強い上向きの力がかかる。結局インペラ１６は、ケーシングの第１面１７ａにも、ケーシングの第２面１７ｂにも押付けられることなく、軽快に回転することができる。インペラ１６とケーシング１７の磨耗を未然に防止し、燃料の昇圧効率を維持し、耐久性を向上させることができる。
【００２２】
本実施例では、インペラ１６とケーシング１７のそれぞれに固定されるマグネット３０，３２，３４は、リングの軸方向にＮ極とＳ極が分かれているものであった。これに代えて、インペラ１６とケーシング１７のそれぞれに固定されるマグネットは、リングの半径方向の内側と外側にＮ極とＳ極が分かれているものでもよい。例えば、インペラ１６のマグネットが内側がＮ極で外側がＳ極となっているものであれば、ケーシング１７にも内側がＮ極で外側がＳ極となっているマグネットを用いる。このとき、軸方向にＮ極とＳ極の領域が揃うようにすることによって磁気反発力を効果的に利用することができる。
【００２３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、マグネットはインペラやケーシングに表面に露出するものであってもよいし、埋没しているものであってもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施例の燃料ポンプの一部断面図。
【図２】従来の燃料ポンプの一部断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１：ポンプ部
２：モータ部
９：ポンプカバー
１５：ポンプボディ
１６：インペラ
１７：ケーシング
２０：昇圧溝
３０：マグネット
３１：昇圧溝
３２：マグネット
３４：マグネット
【図１】
2005155405.tif 000003
【図２】
2005155405.tif 000004