(57)【要約】【課題】インペラ及びケーシングに凹状溝を形成したポンプにおいて、インペラとケーシングの接触を効果的に抑制することができるポンプを提供する。【解決手段】ウエスコポンプ１０は、略円盤形状のインペラ３６と、インペラ３６を回転可能に収容するケーシングを備えており、インペラ３６が回転することでケーシング内に流体を吸入してケーシング外に流体を吐出する。インペラ３６またはケーシング内面に、インペラ３６が回転したときにインペラ３６とケーシングのクリアランス内の流体を圧縮してインペラ３６とケーシングのクリアランスを大きくする方向の力を発生させる凹状溝３６ｃが形成されており、その凹状溝３６ｃが形成された面とその面と対向する面とのクリアランスが、インペラ３６の中心部からインペラ３６の外周部へ向かうのに応じて大きくなるように形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円盤形状のインペラと、そのインペラを回転可能に収容するケーシングと、を備えており、インペラが回転することでケーシング内に流体を吸入してケーシング外に流体を吐出するポンプであって、
インペラの表裏両面とそのインペラの表裏両面が対向するケーシングの両内面のうちの少なくとも一つの面に、インペラが回転したときにインペラとケーシングのクリアランス内の流体を圧縮してインペラとケーシングのクリアランスを大きくする方向の力を発生させる凹状溝が形成されており、
その凹状溝が形成された面とその面と対向する面とのクリアランスが、ケーシングに対してインペラが傾斜していない状態において、インペラの中心部からインペラの外周部へ向かうのに応じて大きくなるように形成されていることを特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記凹状溝が形成された面とその面が対向する面のうち、一方の面は平坦な平面に形成される一方で、他方の面はインペラの中心部からインペラの外周部へ向かうのに応じてインペラとのクリアランスが大きくなるようなテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記凹状溝が、インペラの中心部から外周部に向かって渦状に伸びる形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリン等の流体を吸込んで昇圧し、昇圧した流体を吐出するポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のポンプは、通常、略円盤形状のインペラと、そのインペラを回転可能に収容するケーシングとを備えている。このポンプでは、インペラが回転すると、ケーシング内に流体が吸入される。ケーシング内に吸入された流体は、インペラの回転に伴って昇圧され、昇圧された流体がケーシング外に吐出される。
この種のポンプでは、インペラの回転に伴って流体が昇圧されるため、インペラの周方向で流体圧力の不均衡が生じる。このため、インペラがケーシングに対して傾き、インペラとケーシング内面とが接触することがある。インペラがケーシングと接触した状態で回転すると、摺動損失によってポンプ性能が低下してしまう。
そこで、特許文献１のポンプでは、インペラの表裏両面に、それぞれＵ字形状をした凹状溝が形成されている。このポンプでは、インペラが回転すると、凹状溝内の流体にインペラの軸方向の速度成分が生じる。これによって、凹状溝内の流体がポンプケーシングを軸方向に押し、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。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２８０７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のポンプでは、凹状溝内の流体にインペラの軸方向の速度成分を発生させ、この流体によってケーシングを軸方向に押すことで、インペラとケーシングとの接触を防止する。凹状溝内の流体がケーシングを軸方向に押す力は、インペラとケーシングとのクリアランスによって変化し、クリアランスが大きいほど小さく、クリアランスが小さいほど大きくなる。したがって、凹状溝内の流体による押す力を大きくするためには、インペラとケーシングのクリアランスを小さくすることが好ましい。しかしながら、インペラとケーシングのクリアランスを小さくし過ぎると、インペラが僅かに傾いただけでもインペラとケーシングが接触してしまう。特に、インペラが僅かに傾いても、インペラの外周側は大きく変位し、インペラの外周部分とケーシングが接触してしまう。このため、インペラとケーシングのクリアランスはある程度大きくしなければならず、凹状溝内の流体による揚力を充分に大きくすることができないという問題があった。
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、インペラ及び／又はケーシングにインペラとケーシングを離間させる方向の力を発生させる凹状溝を形成したポンプにおいて、インペラとケーシングを離間させる方向の力を大きくでき、インペラとケーシングの接触を効果的に抑制することができる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】
【０００５】
本発明のポンプは、略円盤形状のインペラと、そのインペラを回転可能に収容するケーシングとを備えており、インペラが回転することでケーシング内に流体を吸入してケーシング外に流体を吐出する。このポンプは、インペラの表裏両面とそのインペラの表裏両面が対向するケーシングの両内面のうちの少なくとも一つの面に、インペラが回転したときにインペラとケーシングのクリアランス内の流体を圧縮してインペラとケーシングのクリアランスを大きくする方向の力を発生させる凹状溝が形成されている。そして、その凹状溝が形成された面とその面と対向する面とのクリアランスが、ケーシングに対してインペラが傾斜していない状態において、インペラの中心部からインペラの外周部へ向かうのに応じて大きくなるように形成されている。
このポンプでは、凹状溝が形成された面とその面に対向する面のクリアランスがインペラの外周部では大きくなっているため、インペラが僅かに傾いただけではインペラの外周部とケーシング内面とが接触しない。一方、インペラの中心部では凹状溝が形成された面とその面に対向する面のクリアランスが小さくなっているため、凹状溝内の流体によるインペラとケーシングを離間させる力（インペラとケーシングのクリアランスを大きくする方向の力）を大きくすることができる。これによって、インペラが大きく傾くことが防止され、インペラとケーシングの接触を抑制することができる。
【０００６】
上記のポンプにおいては、凹状溝が形成された面とその面が対向する面のうち、一方の面は平坦な平面に形成される一方で、他方の面はインペラの中心部からインペラの外周部へ向かうのに応じてインペラとのクリアランスが大きくなるようなテーパ状に形成することが好ましい。
このような構成によると、凹状溝が形成された面とその面が対向する面のうち一方の面は平坦な平面に形成されるので、その面の加工が容易となる。
【０００７】
上記の凹状溝は、インペラの中心部から外周部に向かって渦状に伸びる形状であることが好ましい。
なお、凹状溝は、インペラ側に形成してもよいし、ケーシング側に形成してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１）  略円盤形状のインペラと、そのインペラを回転可能に収容するケーシングとを備えており、インペラが回転することでケーシング内に流体を吸入してケーシング外に流体を吐出するポンプであって、
インペラの表裏両面とそのインペラの表裏両面が対向するケーシングの両内面のうちの少なくとも一つの面に、インペラの中心から外周に向かって伸びる凹状溝が形成されており、
その凹状溝が形成された面とその面と対向する面とのクリアランスが、ケーシングに対してインペラが傾斜していない状態において、インペラの中心部からインペラの外周部へ向かうのに応じて大きくなるように形成されている。
（形態２）前記凹状溝は、インペラの中心部から外周部に向かって螺旋状に伸びる形状に形成されている。
（形態３）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。凹所群は凹状溝群の外周側の端部より外側に形成され、凹状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４）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凹状溝群は形成されていない。
（形態５）インペラの表面に対向するケーシング内面には、インペラの表面に形成された凹所群に対向する領域を、上流側から下流側まで伸びている第１溝が形成されており、インペラの裏面に対向するケーシング内面には、インペラの裏面に形成された凹所群に対向する領域を、上流側から下流側まで伸びている第２溝が形成されている。
（形態６）ケーシングには、第１溝の上流端近傍とケーシング外とを連通する吸入口と、第２溝の下流端近傍とケーシング外とを連通する吐出口とが形成されている。
【実施例】
【０００９】
（実施例１）
本発明を具現化した一実施例を図面を用いて説明する。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。
【００１０】
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３９を備えている。
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の下端が係合している。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。
インペラ３６の上面及び下面はシャフト２０に対して略水平な平面状に形成されている。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凹状溝群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凹状溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・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。
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凹状溝３６ｃは、中心側の端部３７ｃから外周側の端部３７ａに向けて曲線状（螺旋状）に延びている。また、凹状溝３６ｃの外周側の端部３７ａと凹所３６ａとの間には距離Ａが設定されている。即ち、凹状溝群３６ｃ，３６ｃ，・・の外周側の端部３７ａ，３７ａ・・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。
図示は省略するが、インペラ３６の下面に形成されている凹状溝３６ｄも、上述した上面の凹状溝３６ｃと同様である。また、凹状溝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。
【００１１】
ポンプケーシング３９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のケーシング面３８ｂは、インペラ３６の中心部からインペラ３６の外周部へ向かうのに応じてインペラ３６とのクリアランスが大きくなるようなテーパ状に形成されている。ケーシング面３８ｂには、インペラ３６の上面に設けられた凹所群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のケーシング面４０ｂも、インペラ３６の中心部からインペラ３６の外周部へ向かうのに応じてインペラ３６とのクリアランスが大きくなるようなテーパ状に形成されている。ケーシング面４０ｂには、インペラ３６の下面に設けられた凹所群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。吸入側ケーシング４０には、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。吐出側ケーシング３８には、溝３８ａの下流端に連通するように吐出口５０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。なお、図１、図４では、図の見易さを考慮してケーシング面３８ｂ及びケーシング面４０ｂのテーパ角度を大きく示した。実際には、ケーシング面３８ｂ及びケーシング面４０ｂのテーパ角度は非常に小さい。
【００１２】
インペラ３６がポンプケーシング３９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５０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】
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燃料が、凹状溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・と、凹状溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・に引込まれる。凹状溝群３６ｃ，３６ｃ，・・に引き込まれた燃料は、凹状溝群３６ｃ，３６ｃ・・の一方の壁３７ｂに案内されて凹状溝群３６ｃ，３６ｃ，・・の外周側の端部３７ａに向かって流れる（図３参照）。インペラ３６の下面においても同様に、クリアランス内の燃料が凹状溝群３６ｄ，３６ｄ，・・に引き込まれ、凹状溝群３６ｄ，３６ｄ，・・内を外周側の端部に向かって流れる。凹状溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・内と凹状溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・内を中心側から外周側へ送り出される燃料は、ケーシング面３８ｂと、ケーシング面４０ｂを押圧し、インペラ３６に揚力（ケーシング面３８ｂ，４０ｂとのクリアランスを大きくする方向の力）を発生させる。この揚力によって、インペラ３６とケーシング面３８ｂ又はケーシング面４０ｂとの接触が防止される。インペラ３６の揚力は、インペラ３６とポンプケーシング３８，４０のクリアランスが小さいほど大きくなる。本実施例のウエスコポンプ１０では、ケーシング面３８ｂ及びケーシング面４０ｂが、インペラ３６の中心部からインペラ３６の外周部へ向かうのに応じてインペラ３６とのクリアランスが大きくなるようなテーパ状に形成されている。すなわち、凹状溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・と、凹状溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・が形成されている箇所では、インペラ３６とポンプケーシング３８，４０のクリアランスが小さくなっている。従って、インペラ３６にはより大きな揚力が作用する。これによって、摺動損失や磨耗をより低減させることができる。
【００１４】
ここで、インペラ回転時に凹状溝群３６ｃ，３６ｃ・・，３６ｄ，３６ｄ，・・により発生する揚力の作用について詳細に説明する。インペラ３６が回転すると、上述のように、燃料が吸入口４２から昇圧路４４，４６に導入されて、昇圧路４４、４６を流れるに伴って昇圧される。従って、昇圧路４４、４６の上流側では燃料の圧力が低く、昇圧路４４、４６の下流側では燃料の圧力が高い。また、昇圧路４４、４６はインペラ３６の上下面に形成されているので、インペラ３６は第１昇圧路４４と第２昇圧路４６を流れる燃料の圧力差によってスラスト方向に力を受ける。第１昇圧路４４と第２昇圧路４６を流れる燃料の圧力差はインペラ３６の周方向の位置によって異なるので、インペラ３６が受ける力は不均一な力となり、インペラ３６がわずかに傾こうとする。一方、ポンプケーシング３９のケーシング面３８ｂ、４０ｂはインペラ３６の中心部からインペラ３６の外周部へ向かうのに応じてインペラ３６とのクリアランスが大きくなるようなテーパ状に形成されている。従って、インペラ３６がわずかに傾いても、インペラ３６の外周部はケーシング面３８ｂ、４０ｂに接触しない（図４）。また、インペラ３６がわずかに傾くと、凹状溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・の一部（図４の右側の部分）とケーシング面３８ｂとが近接し、凹状溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・の一部（図４の左側の部分）とケーシング面４０ｂとが近接する。すると、その近接した箇所では、凹状溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・と、凹状溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・の内部の燃料が圧縮される度合が大きくなるので、ケーシング面３８ｂと、ケーシング面４０ｂを押圧する力が増大する。この増大した力は、インペラ３６の傾きを防止する方向に作用し、インペラ３６を水平な状態に戻そうとする。従って、インペラ３６がわずかに傾いても、凹状溝群３６ｃ，３６ｄによって発生する揚力によってインペラ３６が水平方向に戻ろうとするため、インペラ３６とケーシング面３８ｂ、４０ｂとの接触が防止され、摺動損失や磨耗を低減させることができる。
【００１５】
上述の通り、本実施例のウエスコポンプ１０によれば、インペラ３６の揚力がより大きくなるので、摺動損失や磨耗を抑制することができる。また、インペラ３６がわずかに傾いた場合でも、インペラ３６の外周部とケーシング面３８ｂ及び４０ｂとの接触を防止でき、また、凹状溝３６ｃ，３６ｄによって発生する揚力によってインペラ３６を水平方向に戻そうとする力が作用する。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。
【００１６】
また、本実施例のウエスコポンプ１０では、インペラ３６に揚力を発生させるための凹状溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・と凹状溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・が、回転するインペラ３６に形成されている。このため、凹状溝群３６ｃ，３６ｃ，・・・と、凹状溝群３６ｄ，３６ｄ，・・・内の燃料には、遠心力と粘性力に加え、慣性力も作用する。これらの力の相乗効果によって、揚力を発生させるための凹状溝群をポンプケーシングに形成する場合に比して、さらに効果的に揚力を発生させることができる。
また、本実施例のウエスコポンプ１０では、凹状溝群３６ｃ、３６ｄがインペラ３６の中心側から外周部へ向けて曲線状（螺旋状）に延びている。このため、その内部に引き込まれた燃料が、より効率的に外周方向へ流されるので、より大きな揚力を得ることができる。
【００１７】
なお、上述したウエスコポンプ１０では、インペラ３６に形成されている凹状溝群３６ｃ、３６ｄはインペラ３６の中心側から外周部へ向けて曲線状（螺旋状）に延びているが、本発明はこのような形態に限られず、インペラに形成される凹状溝の本数、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、凹状溝群３６ｃ、３６ｄをケーシング面３８ｂ、４０ｂに形成してもよい。
また、本実施例では、ケーシング面３８ｂ及びケーシング面４０ｂがインペラ３６の中心部からインペラ３６の外周部へ向かうのに応じてインペラ３６とのクリアランスが大きくなるようなテーパ状に形成されていたが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、インペラ３６の上面及び下面を、インペラ３６の中心部からインペラ３６の外周部へ向かうのに応じて、ケーシング面３８ｂ、４０ｂとのクリアランスが大きくなるようなテーパ状に形成してもよい。
【００１８】
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。
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】
【００１９】
【図１】本実施例のポンプの縦断面図。
【図２】同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】ポンプ部の断面図。
【符号の説明】
【００２０】
１０：ウエスコポンプ
１２：モータ部
１４：ポンプ部
１６：ハウジング
１８：回転子
２０：シャフト
２２：積層鉄芯
２４：整流子
２６：軸受
２８：軸受
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：凹状溝
３６ｅ：外周面
３６ｆ：貫通孔
３８：吐出側ケーシング
３８ａ：溝
３８ｂ：ケーシング面
３９：ポンプケーシング
４０：吸入側ケーシング
４０ａ：溝
４０ｂ：ケーシング面
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】
2007146751.tif 000003
【図２】
2007146751.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007146751.tif 000006