(57)【要約】【課題】インペラの摩耗を抑制できる燃料ポンプを提供する。【解決手段】出力端部３７の外壁面は、互いに平行な一対の第１平面５１、５２を含む。嵌合穴４４の内壁面は、互いに平行であって、回転軸３１が所定の回転方向へ回転するとき一方の第１平面５１または他方の第１平面５２と係合する一対の第２平面６１、６２を含む。二面幅Ｓを出力端部３７の外径Ｄで割った値は０．７５以下である。このように二面幅Ｓを設定することにより、出力端部３７からインペラ３９に作用する拘束力が大きくなって、出力端部３７とインペラ３９との摩擦力が大きくなる。そのため、燃料からインペラ３９にかかる圧力の軸方向差による力が、出力端部３７とインペラ３９との摩擦力よりも大きくなる状況は、起こりにくくなる。したがって、嵌合穴４４と出力端部３７との摺動が抑えられ、インペラ３９の摩耗が抑制できる。【選択図】図５
2016223323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ（２０）と、
前記モータの回転軸（３１）の出力端部（３７）に嵌合している嵌合穴（４４、７１）を有するインペラ（３９）と、
前記インペラを収容しているポンプ室（４１）、前記ポンプ室から軸方向の一方へ貫通している吸入孔（１３）、および、前記ポンプ室から軸方向の他方へ貫通している吐出孔（４７）を有するケース（４８）と、
を備え、
前記出力端部の外壁面は、互いに平行な一対の第１平面（５１、５２）を含み、
前記嵌合穴の内壁面は、前記インペラの軸心に直交する断面において互いに平行であって、前記回転軸が所定の回転方向へ回転するとき一方の前記第１平面または他方の前記第１平面と係合する一対の第２平面（６１、６２、７２、７３）を含み、
一対の前記第１平面間の距離を二面幅（Ｓ）と呼ぶ場合において、前記二面幅を前記出力端部の外径（Ｄ）で割った値は０．７５以下であることを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項２】
一方の前記第１平面と一方の前記第２平面とが接している状態において、他方の前記第１平面と他方の前記第２平面とのクリアランスを前記二面幅で割った値は０．０１１以下であることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
【請求項３】
前記嵌合穴（７１）の内壁面は、互いに平行であって、前記回転軸が前記回転方向とは反対方向へ回転すると一方の前記第１平面または他方の前記第１平面と係合する一対の第３平面（７４、７５）を含み、
一方の前記第３平面と他方の前記第３平面との間隔（Ｗ１）は、一方の前記第２平面と他方の前記第２平面との間隔（Ｗ２）よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータと、モータの回転軸の出力端部に連結されているインペラと、インペラを収容しているケースとを備える燃料ポンプが知られている。ケースは、ポンプ室と、ポンプ室から軸方向の一方へ貫通している吸入孔と、ポンプ室から軸方向の他方へ貫通している吐出孔とを有する。
この種の燃料ポンプでは、インペラの嵌合穴に回転軸の出力端部が嵌合することによりインペラと回転軸とが回転伝達可能に連結される。例えば特許文献１に開示されているように、嵌合穴の横断面形状は、非円形状であって、Ｄ字状または多角形状などである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７３４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の燃料ポンプでは、使用するにつれインペラの嵌合穴が摩耗するという問題があった。本発明者らの研究によると、上記摩耗の主要因は、インペラが回転軸に対して軸方向へ相対移動して嵌合穴と出力端部とが摺動することであると分かった。さらに研究を重ねた結果、燃料からインペラにかかる圧力は吸入孔側と吐出孔側とで差があり、この圧力差による力が、出力端部とインペラとの摩擦力よりも大きいときに、インペラの相対移動が起こることが判明した。特に、燃料ポンプの吐出先に高圧ポンプが設けられ、この高圧ポンプにおいて発生する燃圧の脈動が燃料ポンプに伝わると、上記圧力差が一層大きくなり、インペラの摩耗が発生し易い。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、インペラの摩耗を抑制できる燃料ポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らが回転軸の出力端部の形状について検討を重ねた結果、（１）出力端部の外壁面は平行な一対の平面を含むものが好ましく、（２）一対の平面間の距離である二面幅が小さい方が、出力端部からインペラに作用する拘束力が大きくなって、出力端部とインペラとの摩擦力が大きくなることが分かった。回転を伝達するために軸に平行な二面を設ける際、ＪＩＳ  Ｂ  １００２に規定されているように、二面幅は、軸の外径に対して０．８倍くらいに設定するのが通常である。これに対し本発明者らは、出力端部とインペラとの摩擦力を、燃料からインペラにかかる圧力の軸方向差による力よりも大きくすることを狙って、通常よりも出力端部の二面幅を小さくする考えに至り、本発明を完成させた。
【０００７】
本発明による燃料ポンプは、モータと、モータの回転軸の出力端部に嵌合している嵌合穴を有するインペラと、ケースとを備える。ケースは、インペラを収容しているポンプ室、ポンプ室から軸方向の一方へ貫通している吸入孔、および、ポンプ室から軸方向の他方へ貫通している吐出孔を有する。
出力端部の外壁面は、互いに平行な一対の第１平面を含む。嵌合穴の内壁面は、インペラの軸心に直交する断面において互いに平行であって、回転軸が所定の回転方向へ回転するとき一方の第１平面または他方の第１平面と係合する一対の第２平面を含む。一対の第１平面間の距離を二面幅と呼ぶ場合において、二面幅を出力端部の外径で割った値は０．７５以下である。
【０００８】
このように二面幅を設定することにより、出力端部からインペラに作用する拘束力が大きくなって、出力端部とインペラとの摩擦力が大きくなる。そのため、燃料からインペラにかかる圧力の軸方向差による力が、出力端部とインペラとの摩擦力よりも大きくなる状況は、起こりにくくなる。したがって、嵌合穴と出力端部との摺動が抑えられ、インペラの摩耗が抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料ポンプの縦断面を示す図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１のインペラを示す図である。
【図４】図１のＩＶ部分の拡大図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線断面図であって、回転軸の出力端部およびインペラの嵌合穴の拡大図である。
【図６】図５の回転軸の出力端部とインペラとが二箇所で接触して回転する様子を示す図である。
【図７】図５の状態から出力端部の一方の第１平面が嵌合穴の一方の第２平面に接するよう移動した状態を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態による燃料ポンプの縦断面のうち、回転軸の出力端部とインペラとの嵌合部分を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による燃料ポンプは、車両の燃料タンク内に設置されるインタンク式のポンプであり、図１の下部に示す吸入口１４から燃料を吸入して昇圧し、図１の上部に示す吐出口１８から図示しないエンジンに吐出する。
【００１１】
（全体構成）
先ず、燃料ポンプ１０の全体構成について図１〜図３を参照して説明する。
燃料ポンプ１０は、外郭と駆動部と昇圧部とに大別される。外郭は、ハウジング１１、吸入側カバー１２および吐出側カバー１５から構成されている。
【００１２】
ハウジング１１は筒状に形成されている。
吸入側カバー１２は、ハウジング１１の一端部に設けられている。また、吸入側カバー１２は、軸方向へ貫通する吸入孔１３を有する。吸入口１４は、吸入孔１３の入口である。
吐出側カバー１５は、ハウジング１１の他端部に設けられている。また、吐出側カバー１５は、ハウジング１１外へ突き出す筒部１６を形成し、当該筒部１６の内側に形成された吐出流路１７を有する。吐出口１８は、吐出流路１７の出口である。吐出側カバー１５の中央部には軸受１９が設けられている。
【００１３】
駆動部は、モータ２０から構成されており、固定子２１および回転子２２を備える。
固定子２１は、ハウジング１１内に設けられており、ステータコア２３、インシュレータ２４、巻線２５および端子２６を有する。ステータコア２３は、磁性材料から成り、筒状のヨーク部２７と、ヨーク部２７から径方向内側に突き出す複数のティース部２８とを形成している。インシュレータ２４は、ステータコア２３のティース部２８に装着されている。巻線２５は、インシュレータ２４に巻回されている。本実施形態では、巻線２５は、Ｕ相巻線部とＶ相巻線部とＷ相巻線部とを含む。端子２６は、３つ設けられ、各相の巻線部を外部の制御装置に接続可能である。
【００１４】
ハウジング１１と固定子２１との間には燃料流路２９が区画形成されている。吐出側カバー１５は、燃料流路２９と吐出流路１７とを接続する図示しない燃料流路を有する。
回転子２２は、固定子２１の内側に設けられており、回転軸３１、ロータコア３２および複数の磁石３３〜３６を有する。回転軸３１は、軸受１９および後述の軸受４３により回転可能に支持されている。ロータコア３２は、筒状であり、回転軸３１に嵌合して固定されている。磁石３３〜３６は、ロータコア３２の外周部に設けられている。各磁石３３〜３６は、径方向外側の極性が周方向で交互に異なるよう設けられている。
【００１５】
このように構成されたモータ２０では、固定子２１の巻線２５の各相巻線部にそれぞれ位相差を持つ電流が流れると回転磁界が発生し、この回転磁界が回転子２２の磁極を引っ張ることによって回転子２２が回転する。
【００１６】
昇圧部は、ケーシング３８、インペラ３９および吸入側カバー１２を備える。吸入側カバー１２は、燃料ポンプ１０の外郭を構成するとともに、昇圧部も構成している。
ケーシング３８は、有底筒状に形成されており、固定子２１と吸入側カバー１２との間に設けられ、吸入側カバー１２と組み合わされている。また、ケーシング３８は、吸入側カバー１２との間にポンプ室４１を区画形成している。ケーシング３８の中央部には通孔４２が形成されている。この通孔４２には軸受４３が嵌め込まれている。回転軸３１の出力端部３７は、軸受４３を挿通してポンプ室４１内に突き出している。
【００１７】
インペラ３９は、円板状の羽根車であり、ポンプ室４１に収容されている。インペラ３９の中央部には嵌合穴４４が形成されている。嵌合穴４４は、回転軸３１からインペラ３９に回転を伝達可能なよう、回転軸３１の出力端部３７に嵌合している。
【００１８】
吸入側カバー１２のうち、インペラ３９と対向する壁部には、周方向へ延びるＣ字状の吸入側昇圧流路４５が形成されている。吸入孔１３は、吸入側昇圧流路４５のうち、インペラ３９の回転方向とは反対側の端部に位置する上流側端部に連通している。ケーシング３８のうち、インペラ３９と対向する壁部には、周方向へ延びるＣ字状の吐出側昇圧流路４６が形成されている。ケーシング３８は、吐出側昇圧流路４６のうち、回転方向の端部に位置する下流側端部に連通している吐出孔４７を有する。吸入孔１３はポンプ室４１から軸方向の一方へ貫通する孔であり、また、吐出孔４７はポンプ室４１から軸方向の他方へ貫通する孔である。ケーシング３８および吸入側カバー１２は、ケース４８を構成している。
【００１９】
このように構成された昇圧部では、回転軸３１と共にインペラ３９が回転すると、吸入口１４から吸入孔１３を経由してポンプ室４１に燃料が吸入される。ポンプ室４１の燃料は、インペラ３９と昇圧流路４５、４６との間を螺旋状に旋回するように流れ、吸入孔１３から吐出孔４７に向かうにしたがって昇圧される。昇圧された燃料は、吐出孔４７および燃料流路２９等を経由して吐出流路１７に導かれ、吐出口１８から吐出される。
【００２０】
（特徴構成）
次に、燃料ポンプ１０の特徴構成について図４〜図７を参照して説明する。なお、図４〜図７は、構成を分かり易くするために模式的に示されている。図面に示された各部の寸法、角度および寸法比は、必ずしも正確なものではない。
【００２１】
ここで、発明者らが行った研究について説明する。発明者らは、インペラの嵌合穴の摩耗を低減したいと考え、この摩耗の要因について解析した。その結果、嵌合穴の摩耗の主要因は、インペラが回転軸に対して軸方向へ相対移動して嵌合穴と出力端部とが摺動することであると分かった。さらに解析した結果、燃料からインペラにかかる圧力は吸入孔側と吐出孔側とで差があり、この圧力差による力が、出力端部とインペラとの摩擦力よりも大きいときに、インペラの相対移動が起こることが判明した。特に、燃料ポンプの吐出先に高圧ポンプが設けられ、この高圧ポンプにおいて発生する燃圧の脈動が燃料ポンプに伝わると、上記圧力差が一層大きくなり、インペラの摩耗が発生し易い。
【００２２】
上記結果を受けて、燃料ポンプ１０では、出力端部３７とインペラ３９との摩擦力を、燃料からインペラ３９にかかる圧力の軸方向差による力よりも大きくすることを狙って、以下の構成を採用している。
図４〜図６に示すように、出力端部３７の外壁面は、互いに平行な一対の第１平面５１、５２を含む。第１平面５１、５２は回転軸３１の軸心ＡＸ１と平行である。
【００２３】
また、出力端部３７の外壁面は、周方向において一方の第１平面５１と他方の第１平面５２との間に位置し、且つ、径方向の外側へ凸となる一対の第１曲面５３、５４を含む。第１実施形態では、第１曲面５３、５４の曲率中心は軸心ＡＸ１と一致する。さらに、第１曲面５３の半径は第１曲面５４の半径と同じである。すなわち、第１曲面５３と第１曲面５４は、軸心ＡＸ１を中心とする仮想的な円筒面に沿うよう形成されている。
つまり、出力端部３７は、互いに平行な一対の第１平面５１、５２を有する二面取り形状の軸である。この二面取り形状の軸は、Ｉカット軸またはダブルＤカット軸とも称される。
【００２４】
嵌合穴４４の内壁面は、互いに平行な一対の第２平面６１、６２を含む。第２平面６１、６２はインペラ３９の軸心ＡＸ２と平行である。第２平面６１は、径方向において第１平面５１と対向しており、回転軸３１が所定の回転方向へ回転するとき第１平面５１と係合する。第２平面６２は、径方向において第１平面５２と対向しており、回転軸３１が所定の回転方向へ回転するとき第１平面５２と係合する。
【００２５】
また、嵌合穴４４の内壁面は、周方向において一方の第２平面６１と他方の第２平面６２との間に位置し、且つ、径方向の外側へ凹となる一対の第２曲面６３、６４を含む。第１実施形態では、第２曲面６３、６４の曲率中心は軸心ＡＸ２と一致する。さらに、第２曲面６３の半径は第２曲面６４の半径と同じである。すなわち、第２曲面６３と第２曲面６４は、軸心ＡＸ２を中心とする仮想的な円筒面に沿うよう形成されている。
【００２６】
図４および図５に示すように、一対の第１平面５１、５２間の距離を二面幅Ｓと呼ぶ場合において、二面幅Ｓを出力端部３７の外径Ｄで割った値は０．７５以下である。第１実施形態では、二面幅Ｓを外径Ｄで割った値は例えば０．７４である。
図７に示すように、一方の第１平面５１と一方の第２平面６１とが接している状態において、他方の第１平面５２と他方の第２平面６２とのクリアランスＣを二面幅Ｓで割った値は０．０１１以下である。第１実施形態では、クリアランスＣを二面幅Ｓで割った値は０．０１１である。
【００２７】
このように構成された燃料ポンプ１０では、ＪＩＳ  Ｂ  １００２に規定されているように二面幅を軸の外径に対して０．８倍くらいに設定する通常形態と比べて、クリアランスＣおよび伝達トルクが同条件である場合、出力端部３７からインペラ３９に作用する拘束力が大きくなる。図６に示すように、拘束力Ｆｂは、出力端部３７とインペラ３９との接触箇所において、出力端部３７からインペラ３９に作用する力Ｆのうち、第２平面６１、６２に垂直な方向の成分である。
【００２８】
（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、出力端部３７の外壁面は、互いに平行な一対の第１平面５１、５２を含む。嵌合穴４４の内壁面は、互いに平行であって、回転軸３１が所定の回転方向へ回転するとき一方の第１平面５１または他方の第１平面５２と係合する一対の第２平面６１、６２を含む。二面幅Ｓを出力端部３７の外径Ｄで割った値は０．７５以下である。
【００２９】
このように二面幅Ｓを設定することにより、前述の通常形態よりも出力端部３７からインペラ３９に作用する拘束力が大きくなって、出力端部３７とインペラ３９との摩擦力が大きくなる。そのため、燃料からインペラ３９にかかる圧力の軸方向差による力が、出力端部３７とインペラ３９との摩擦力よりも大きくなる状況は、起こりにくくなる。したがって、嵌合穴４４と出力端部３７との摺動が抑えられ、インペラ３９の摩耗を抑制できる。
【００３０】
また、第１実施形態では、一方の第１平面５１と一方の第２平面６１とが接している状態において、他方の第１平面５２と他方の第２平面６２とのクリアランスＣを二面幅Ｓで割った値は０．０１１以下である。
出力端部３７からインペラ３９に作用する拘束力は、二面幅Ｓが小さいほど大きくなるとともに、クリアランスＣが小さいほど大きくなる。そのため、インペラ３９の摩耗をさらに抑制できる。
【００３１】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、図８に示すように、嵌合穴７１の内壁面は、第２平面７２、７３、第３平面７４、７５および第２曲面６３、６４を含む。
第２平面７２および第２平面７３は互いに平行である。第２平面７２は、径方向において第１平面５１と対向しており、回転軸３１が所定の回転方向へ回転するとき第１平面５１と係合する。第２平面７３は、径方向において第１平面５２と対向しており、回転軸３１が所定の回転方向へ回転するとき第１平面５２と係合する。
【００３２】
第３平面７４および第３平面７５は互いに平行である。第３平面７４は、周方向において第２平面７２と第２曲面６４との間に形成されている。第２平面７２と第３平面７４は、軸心ＡＸ２側に凸となる凸面を形成している。第３平面７４は、回転軸３１が回転方向とは反対方向へ回転すると第１平面５１と係合する。第３平面７５は、周方向において第２平面７３と第２曲面６３との間に形成されている。第２平面７３と第３平面７５は、軸心ＡＸ２側に凸となる凸面を形成している。第３平面７５は、回転軸３１が回転方向とは反対方向へ回転すると第１平面５２と係合する。
【００３３】
一方の第３平面７４と他方の第３平面７５との間隔Ｗ１は、一方の第２平面７２と他方の第２平面７３との間隔Ｗ２よりも大きい。間隔Ｗ２は、二面幅Ｓよりも僅かに大きい程度である。一方、間隔Ｗ１は、二面幅Ｓよりも十分に大きい。
【００３４】
第２実施形態では、二面幅Ｓを出力端部３７の外径Ｄで割った値は０．７５以下である。そのため、第１実施形態と同様に、嵌合穴７１と出力端部３７との摺動が抑えられ、インペラ３９の摩耗が抑制できる。
また、第２実施形態では、回転軸３１とインペラ３９とが組み付けられるときは、一方の第３平面７４と他方の第３平面７５との間に出力端部３７が挿入される。そして、回転軸３１からインペラ３９に回転が伝達されるときは、第１平面５１、５２と第２平面７２、７３とが係合する。そのため、組み付け性を犠牲にすることなく、回転伝達時の出力端部３７と嵌合穴７１とのクリアランスを可及的に小さくして、出力端部３７からインペラ３９に作用する拘束力を大きくすることができる。したがって、嵌合穴７１と出力端部３７との摺動を一層抑えることができる。
【００３５】
［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、出力端部の外壁面は、一対の第１平面および一対の第１曲面から構成されるのみならず、一対の第１平面と、１または複数の他の平面とから構成されてもよい。要するに、出力端部の外壁面は一対の第１平面を含んでいればよい。
本発明の他の実施形態では、出力端部の外壁面の平面と曲面との角部、または、平面と平面との角部は、丸みを帯びていてもよい。
本発明の他の実施形態では、インペラは、樹脂製に限らず、例えば金属等の他の材料から構成されてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１３・・・吸入孔                          ２０・・・モータ
３１・・・回転軸                          ３７・・・出力端部
３９・・・インペラ                        ４１・・・ポンプ室
４４・・・嵌合穴                          ４７・・・吐出孔
４８・・・ケース                          ５１、５２・・・第１平面
６１、６２、７２、７３・・・第２平面      Ｄ・・・外径
Ｓ・・・二面幅
【図１】
2016223323.tif 000003
【図２】
2016223323.tif 000004
【図３】
2016223323.tif 000005
【図４】
2016223323.tif 000006
【図５】
2016223323.tif 000007
【図６】
2016223323.tif 000008
【図７】
2016223323.tif 000009
【図８】
2016223323.tif 000010