(57)【要約】【課題】インペラが回転したときの、インペラとポンプケーシングの接触を防止することによって、摺動損失や磨耗を防止し、ポンプ性能を向上させる。【解決手段】インペラ３６に形成されている溝３６ｃ，３６ｄの外側の端部は、内側の端部に対してインペラ３６の反回転方向側にシフトしている。インペラ３６が回転したとき、溝３６ｃ，３６ｄに流体を引込む粘性力の方向は中心側から外周側へ向かう方向となり、インペラ３６とポンプケーシング３８，４０とのクリアランス内の流体に作用する遠心力の方向と一致する。溝３６ｃ，３６ｄ内を中心側から外周側へ送り出される流体によってポンプケーシング３８，４０内のインペラ３６に揚力を発生させることで、インペラ３６とポンプケーシング３８，４０との間に適切量のクリアランスを形成し、インペラ３６とポンプケーシング３８，４０の接触を効果的に防止する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体をハウジング内に吸入してハウジング外に吐出するウエスコポンプであり、
ポンプケーシングと、
ポンプケーシング内で回転する略円板状のインペラと、を備えており、
インペラの表裏両面の外周部のそれぞれには、周方向に繰返す凹所群が形成されており、
インペラの表面に対向するポンプケーシング内面には、インペラの凹所群に対向する領域を上流端から下流端まで伸びている第１溝が形成されており、
インペラの裏面に対向するポンプケーシング内面には、インペラの凹所群に対向する領域を上流端から下流端まで伸びている第２溝が形成されており、
ポンプケーシングには、凹所群、第１溝及び第２溝によって形成されるポンプ流路の上流端とポンプケーシング外とを連通する燃料吸入流路と、該ポンプ流路の下流端とポンプケーシング外とを連通する燃料吐出流路とが形成されており、
インペラの表裏両面の少なくとも一方には、インペラが回転したときにインペラとポンプケーシングとのクリアランス内の流体をインペラの中心側から外周側に送り出す溝群がさらに形成されていることを特徴とするウエスコポンプ。
【請求項２】
前記インペラに形成されている溝は、(1)中心側から外周側に伸びており、(2)溝の外周側の端部が中心側の端部に対してインペラの反回転方向側にシフトしており、(3)半径方向の位置が中心側から外周側に変化するに伴って、周方向の位置がインペラの反回転方向側に単調に変化していることを特徴とする請求項１のウエスコポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体をハウジング内に吸入してハウジング外に吐出するウエスコポンプに関し、特にインペラが回転したときに、インペラとポンプケーシングとの間に適切な量のクリアランスを形成させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプのハウジング内にインペラを備え、インペラが回転することによって流体をハウジング内に吸入してハウジング外に吐出するウエスコポンプが知られている。ウエスコポンプは、例えば、燃料タンク内の燃料を内燃機関（例えば、自動車のエンジン等）に供給する装置として利用されている。一般的に、ウエスコポンプは、円筒状のハウジングと、ハウジングの一端を閉じるポンプケーシングと、ハウジングの他端を閉じる吐出カバーを備えている。ポンプケーシングの下面には燃料吸入口が設けられ、吐出カバーの上面には燃料吐出ポートが突設されている。ハウジング、ポンプケーシング及び吐出カバーによって囲まれるモータ室内（ハウジング内の空間）にはモータが収容される。モータのシャフトの下端はポンプケーシングに回転可能に支持され、その上端は吐出カバーに回転可能に支持される。ポンプケーシング内にはインペラが収容され、インペラはシャフトの下端近傍に固定されている。このため、モータが回転するとインペラが回転し、ポンプケーシング内に燃料が吸入される。ポンプケーシング内で昇圧された燃料はモータ室に流れ、モータ室を通って燃料吐出ポートより吐出される。
【０００３】
ウエスコポンプでは、インペラに作用する流体圧力の不均一性によって、吸入側のポンプケーシング（以下、吸入側ケーシングとする）又は吐出側のポンプケーシング（以下、吐出側ケーシングとする）のいずれかにインペラが押付けられ、両者が接触することがある。インペラが吸入側ケーシング又は吐出側ケーシングのいずれかと接触した状態で回転すると、摺動損失や磨耗によってポンプ性能が低下してしまう。
特許文献１の渦流ポンプでは、インペラ及び／又はポンプケーシングに、それぞれ外周側から中心側へ向かう溝群が形成されている。溝は、インペラが回転すると、インペラとポンプケーシングのクリアランス内の流体（水）が外周側から中心側へ送られるように形成されており、かつ、外周側から中心側に向かって断面積が小さくなるように形成されている。このため、中心側へ送り出された流体は、溝内からインペラとポンプケーシングの隙間内に向けて押し出される。このことによって、特許文献１の渦流ポンプでは、インペラとポンプケーシングのクリアランス内の流体が加圧状態となり、インペラとポンプケーシングの接触が防止されるとしている。
【０００４】
【特許文献１】実開昭５７−１１４１９５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の渦流ポンプでは、インペラ及び／又はポンプケーシングに形成されている溝群は、インペラが回転すると、インペラとポンプケーシングのクリアランス内の流体が外周側から中心側へ送られるように形成されている。しかし、インペラが回転すれば、インペラとポンプケーシングのクリアランス内の流体には遠心力も作用する。即ち、その溝群内を外周側から中心側へ流れようとする流体に、それとは逆向きの遠心力が作用する。従って、その溝群内の流体を外周側から中心側へ送り出す力は遠心力によって弱められてしまう。このことから、中心へ送り出される流体によって発生する力（インペラとポンプケーシングとが接触しないようにする力）が不十分となり、インペラとポンプケーシングの接触を回避することができない。
本発明は、上記問題点に鑑みて創作されたものであり、インペラとポンプケーシングの接触を効果的に防止する。インペラとポンプケーシングとの接触を防止することができれば、摺動損失や磨耗を防止し、ポンプ性能を向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のウエスコポンプは、流体をハウジング内に吸入してハウジング外に吐出する。このウエスコポンプは、ポンプケーシングと、ポンプケーシング内で回転する略円板状のインペラと、を備えている。インペラの表裏両面の外周部のそれぞれには、周方向に繰返す凹所群が形成されている。インペラの表面に対向するポンプケーシング内面には、インペラの凹所群に対向する領域を上流端から下流端まで伸びている第１溝が形成されている。インペラの裏面に対向するポンプケーシング内面には、インペラの凹所群に対向する領域を上流端から下流端まで伸びている第２溝が形成されている。ポンプケーシングには、凹所群、第１溝及び第２溝によって形成されるポンプ流路の上流端とポンプケーシング外とを連通する燃料吸入流路と、該ポンプ流路の下流端とポンプケーシング外とを連通する燃料吐出流路とが形成されている。そして、インペラの表裏両面の少なくとも一方には、インペラが回転したときにインペラとポンプケーシングとのクリアランス内の流体をインペラの中心側から外周側に送り出す溝群がさらに形成されていることを特徴とする。
このウエスコポンプでは、インペラが回転すると、インペラとポンプケーシングとのクリアランス内の流体は、溝群に引込まれて中心側から外周側へ送り出される。この方向は、インペラが回転したときに、インペラとポンプケーシングとのクリアランス内の流体に作用する遠心力の方向と一致する。従って、インペラが回転したときに、溝群内の流体を中心側から外周側へ送り出す力が効率よく発生する。溝群内を中心側から外周側へ送り出される流体によって、ポンプケーシングの内面（インペラの表面又は裏面と対向する面）が押圧され、インペラに揚力が発生し、インペラとポンプケーシングとの間に、適切量のクリアランスを形成することができる。このことによって、インペラとポンプケーシングの接触を防止し、摺動損失や磨耗を低減させることができる。
【０００７】
本発明のウエスコポンプのインペラに形成されている溝は、(1)中心側から外周側に伸びており、(2)溝の外周側の端部が中心側の端部に対してインペラの反回転方向側にシフトしており、(3)半径方向の位置が中心側から外周側に変化するに伴って、周方向の位置がインペラの反回転方向側に単調に変化していることが好ましい。
このような構成によると、インペラが回転したときに、溝群内の流体を中心側から外周側へ送り出す力をより効果的に発生させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のウエスコポンプでは、インペラが回転したときに、溝群内の流体を中心側から外周側へ送り出す力が効率よく発生するため、インペラとポンプケーシングの間に適切量のクリアランスを形成し、ポンプ部摺動面の磨耗や摺動損失を低減させることができる。このことによって、ポンプ性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１）  インペラの外周面から所定の距離を隔てた内側を周方向に伸びる領域には周方向に繰返す凹所群が形成されている。凹所群は溝群の外周側の端部より外側に形成され、溝群の外周側の端部と凹所群との間には平滑面が形成されている。
（形態２）  ポンプケーシングには、インペラに揚力を発生させるための、中心側から外周側に延びる溝群は形成されていない。
【実施例】
【００１０】
（実施例１）
本発明を具現化した一実施例を図を用いて説明する。図１に示すように、ウエスコポンプ１０は、モータ部１２とポンプ部１４がハウジング１６内に収容されて構成されている。モータ部１２は回転子１８を有する。回転子１８は、シャフト２０と、シャフト２０に固定されている積層鉄芯２２と、積層鉄芯２２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２４を有している。シャフト２０は、ハウジング１６に対して、軸受２６，２８によって回転可能に支持されている。ハウジング１６の内側には、回転子１８を取囲むように、永久磁石３０が固定されている。ハウジング１６の上部に取り付けられたトップカバー３２には、図示されない端子が設けられており、モータ部１２に電気が供給される。ブラシ３４と整流子２４を介してコイルに通電すると、回転子１８のシャフト２０が回転する。
【００１１】
ハウジング１６の下部にはポンプ部１４が収容されている。ポンプ部１４は、略円板状のインペラ３６と、インペラ３６を収容するポンプケーシングを備えている。インペラ３６の上面には、外周に沿って並ぶ凹所群３６ａ，３６ａ，・・・と、インペラ３６の半径方向の中間部に並ぶ溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・が設けられている。インペラ３６の下面には、外周に沿って並ぶ凹所群３６ｂ，３６ｂ，・・・と、インペラ３６の半径方向の中間部に並ぶ溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・が設けられている。インペラ３６の上面に形成された凹所群３６ａ，３６ａ，・・・と、下面に形成された凹所群３６ｂ，３６ｂ，・・・とは、その底部で連通している。インペラ３６については、後で詳述する。
ポンプケーシングは吐出側ケーシング３８と吸入側ケーシング４０とから構成される。吐出側ケーシング３８の下面には、インペラ３６の上面の外周に沿って設けられた凹所群３６ａに対向する溝３８ａが形成されている。吸入側ケーシング４０の上面には、インペラ３６の下面の外周に沿って設けられた凹所群３６ｂに対向する溝４０ａが形成されている。溝３８ａと溝４０ａは、インペラ３６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。溝４０ａの上流端に連通するように吸入口４２が形成されている。溝３８ａの下流端に連通するように図示されていない吐出口が形成されている。インペラ３６の上面に設けられた凹所群３６ａと吐出側ケーシング３８に形成された溝３８ａによって第１昇圧路４４が形成され、インペラ３６の下面に設けられた凹所群３６ｂと吸入側ケーシング４０に形成された溝４０ａによって第２昇圧路４６が形成されている。第１昇圧路４４と第２昇圧路４６が、請求項にいうポンプ流路に相当する。
インペラ３６の中心には、断面Ｄ字形の貫通孔３６ｆ（図２参照）が形成されており、貫通孔３６ｆにはシャフト２０が係合している。したがって、インペラ３６はシャフト２０の軸方向には移動可能である一方で、シャフト２０に対して相対回転不能となっている。このため、シャフト２０が回転するとインペラ３６も回転する。
【００１２】
インペラ３６がポンプケーシング３８，４０内で回転すると、燃料が吸入口４２からポンプ部１４内に吸引されて昇圧路４４，４６に導入される。昇圧路４４，４６を流れるうちに昇圧された燃料は、吐出口からモータ部１２側に送り出される。モータ部１２に送り出された燃料は、モータ部１２を通過し、トップカバー３２に形成されているポート４８から外部に送り出される。
【００１３】
図２，３に示すように、インペラ３６の上面に形成されている溝３６ｃは、中心側の端部３７ｃから外周側の端部３７ｄに向けて曲線状（螺旋状）に延びている。溝３６ｃの外周側の端部３７ｄは、中心側の端部３７ｃに対して、インペラ３６の回転方向（矢印Ａ）と反対の方向にシフトしている。すなわち、溝３６ｃの半径方向の位置が中心側から外周側に向かって変化するのに伴って、周方向の位置がインペラの反回転方向に向かって単調に変化（増加）している。図３を参照して具体的に説明する。図３では、インペラ３６の中心を点Ｏ、溝３６ｃの中心側の端部３７ｃを点Ｓ、溝３６ｃの各位置を点Ｐで表している。図３から明らかなように、溝３６ｃの位置（点Ｐ）が中心側の端部３７ｃから外周側の端部３７ｄに向かって変化すると、∠ＳＯＰがインペラ３６の反回転方向に単調に増加している。
なお、溝３６ｃの外周側の端部３７ｄと凹所３６ａとの間には距離Ｂが設定されている。即ち、溝群３６ｃ，３６ｃ，・・の外周側の端部３７ｄ，３７ｄ・・と凹所群３６ａ，３６ａ，・・との間には平滑面が形成されている。さらに、凹所群３６ａ，３６ａ，・・とインペラ３６の外周面３６ｅとの間にも平滑面が形成されている。
【００１４】
図示は省略するが、インペラ３６の下面に形成されている溝３６ｄも、上述した上面の溝３６ｃと同様である。また、溝３６ｄの外周側の端部と凹所群３６ｂとの間にも平滑面が形成されている。さらに、凹所群３６ｂ，３６ｂ，・・・とインペラ３６の外周面３６ｅの間にも平滑面が形成されている。
【００１５】
本実施例のウエスコポンプ１０では、インペラ３６が回転すると、インペラ３６とポンプケーシング３８，４０のクリアランス内の流体が、溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・と、溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・に引込まれる。詳しくは、図３に示すように、インペラ３６に対してクリアランス内の流体が流れる方向（矢印Ｃ）は、インペラ３６の回転方向（矢印Ａ）とは逆となるため、クリアランス内の流体の流れる方向と溝群３６ｃ，３６ｃ，・・が伸びる方向は一致する。このため、クリアランス内の流体は、溝群３６ｃ，３６ｃ，・・にスムーズに引き込まれる。溝群３６ｃ，３６ｃ，・・に引き込まれた流体（溝３６ｃの境界３７ａ側から溝内に引き込まれた流体）は、他方の境界３７ｂに案内されて溝群３６ｃ，３６ｃ，・・の外周側の端部に向かって流れる。インペラ３６の下面においても同様に、クリアランス内の流体が溝群３６ｄ，３６ｄ，・・にスムーズに引き込まれ、溝群３６ｄ，３６ｄ，・・内を外周側の端部に向かって流れる。
溝３６ｃ，３６ｄ内を中心側から外周側に向かって流体が流れると、その流体の流れる向きは流体に作用する遠心力の向きと一致する。このため、溝３６ｃ，３６ｄ内の流体は、中心側から外周側へ効率的に送出される。これによって、溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・と溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・内を、インペラ３６の中心側から外周側に向かって多くの流体を流すことができる。
溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・内と溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・内を中心側から外周側へ送り出される流体は、吐出側ケーシング３８のインペラ３６に対向する面と、吸入側ケーシング４０のインペラ３６に対向する面を押圧し、インペラ３６に揚力を発生させる。このことによって、インペラ３６と吐出側ケーシング３８との間、並びに、インペラ３６と吸入側ケーシング４０との間に、それぞれ適切量のクリアランスを形成することができる。これらのクリアランスを形成することによって、インペラ３６とポンプケーシング３８，４０の接触を防止し、摺動損失や磨耗を低減させることができる。
【００１６】
また、本実施例のウエスコポンプ１０では、溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・と凹所群３６ａ，３６ａ，・・との間に平滑面が形成され、溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・と凹所群３６ｂ，３６ｂ，・・との間に平滑面が形成されている。さらに、ポンプケーシング３８，４０には、インペラ３６に揚力を発生させるための溝が設けられていない。このため、溝３６ｃ，３６ｄによって中心側から外周側に流体を流しても、インペラ３６とポンプケーシング３８，４０とのシール性が保持され、昇圧路４４，４６内の流体が漏れ出てしまうことを抑制することができる。
さらに、本実施例のウエスコポンプ１０では、凹所群３６ａ，３６ａ，・・（及び凹所群３６ｂ，３６ｂ，・・）をインペラ３６の外周面３６ｅから所定距離だけ内側に隔てた領域に形成している。このことによっても、昇圧路４４，４６のシール性を確保することができる。
【００１７】
上述のように、本実施例のウエスコポンプ１０では、インペラ３６とポンプケーシング３８，４０との間に、摺動損失や磨耗を低減することができる適切量のクリアランスを確保するとともに、昇圧路４４，４６内の流体の漏れを抑制することができる。本実施例のウエスコポンプ１０によれば、摺動損失や磨耗を抑制し、かつ昇圧路４４，４６内からの流体の漏れをも抑制することができる。これによって、ポンプ性能を効果的に向上させることが可能となる。
【００１８】
また、本実施例のウエスコポンプ１０では、揚力を発生させるための溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・と溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・が、回転するインペラ３６に形成されている。このため、揚力を発生させるための溝群をポンプケーシング（非回転面）に形成する場合と比較して、インペラに作用する揚力を大きくすることができる。
インペラに作用する揚力を大きくできる理由は、下記のように推測される。すなわち、インペラ（回転面）に溝群を形成した場合、溝内を流れる流体には遠心力（図４に示すＦ１）が作用し、遠心力Ｆ１の向きは溝内を流れる流体の粘性力（図４に示すＦ２）の向きと一致する（すなわち、遠心力Ｆ１及び粘性力Ｆ２ともインペラの中心側から外周側に向かっている）。このため、多くの流体が溝内に流れ込み、発生する揚力を大きくすることに寄与すると推測される。また、溝内を流れる流体には慣性力（図５に示すＦ３）が作用し、慣性力Ｆ３の向きも溝の内周端から外周端に向かう方向となる。したがって、慣性力Ｆ３の向きも上述した遠心力Ｆ１及び粘性力Ｆ２と同様の向きとなる。これによっても、より多くの流体が溝内に流れ込み、発生する揚力を大きくすることに寄与していると推測される。特に、作動流体が気体ではなく液体である場合は、液体の密度は大きいため、作動流体に作用する遠心力や慣性力も大きく、上述した作用がより顕著となる。
【００１９】
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、インペラに形成される溝の本数、長さ、断面積形状等については適宜選択することができる。
また、上述した実施例では、インペラの外周面から内側に所定の距離を隔てた位置に凹所群を形成したが、インペラの外周に凹所群（羽根溝群）を形成するようにしてもよい。
また、ポンプケーシング内への燃料吸入とポンプケーシング外への燃料吐出は、種々の態様で実施することができる。例えば、ポンプケーシング（インペラ）の一方の面（例えば、上面又は下面）からポンプケーシング内に燃料を吸入し、その燃料を吸入した面と同一の面側に吐出するようにしてもよい。あるいは、ポンプケーシングの側面から燃料を吸入し、その燃料をポンプケーシングの側面に吐出することもできる。
さらに、インペラに揚力を発生させるための溝群はインペラの表裏両面に形成される必要は必ずしも無く、インペラの片側の面にのみ溝群を形成するようにしてもよい。
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】
【００２０】
【図１】本実施例のウエスコポンプの縦断面図。
【図２】同ウエスコポンプのインペラの平面図（吐出側の面）。
【図３】インペラの吐出側の面に形成された溝の形状を説明するための模式図。
【図４】インペラの溝内を流れる流体に作用する遠心力Ｆ１の方向と粘性力Ｆ２の方向を説明するための図。
【図５】インペラの溝内を流れる流体に作用する慣性力Ｆ３の方向を説明するための図。
【符号の説明】
【００２１】
１０：ウエスコポンプ
１２：モータ部
１４：ポンプ部
１６：ハウジング、１６ａ：段部、１６ｂ：端部
１８：回転子
２０：シャフト
２２：積層鉄芯
２４：整流子
２６：軸受
２８：軸受、２８ａ：外周面
３０：永久磁石
３２：トップカバー
３４：ブラシ
３６：インペラ、３６ａ，３６ｂ：凹所、３６ｃ，３６ｄ：溝
３８：吐出側ケーシング、３８ａ：溝
４０：吸入側ケーシング、４０ａ：溝
４２：吸入口
４４：第１昇圧路
４６：第２昇圧路
４８：ポート
５０：吐出口
【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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