(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに電気的に絶縁され平板状に配設されている複数のセグメントと、絶縁材で形成され、前記複数のセグメントを支持している支持部材とを有する整流子を備える燃料ポンプであって、
前記セグメントはブラシと摺動する摺動部材を有し、前記摺動部材は、異方性カーボンを一方向に加圧することにより加圧方向において前記支持部材と膨潤率をほぼ一致させて形成されており、加圧方向とほぼ直交する方向への前記支持部材に対する前記摺動部材のずれを規制する凹凸構造を有することを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項２】
前記支持部材は樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料ポンプ。
【請求項３】
前記凹凸構造は、前記整流子の回転方向への前記支持部材に対する前記摺動部材のずれを規制することを特徴とする請求項１または２記載の燃料ポンプ。
【請求項４】
前記凹凸構造は、前記摺動部材の内周壁または外周壁の少なくともいずれか一方に形成されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の燃料ポンプ。
【請求項５】
前記凹凸構造は、前記摺動部材の前記ブラシとの摺動側と反対側に形成されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシと摺動する摺動部材をカーボンで形成している整流子を用いた燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、米国特許番号第５１５７２９９号明細書および図面に開示されているように、ブラシと摺動する摺動部材をカーボンで形成することにより、摺動部材の耐腐食性および耐摩耗性を向上する整流子が知られている。整流子は複数のセグメントから例えば円板状に構成されており、隣接するセグメントの間は溝により互いに電気的に絶縁されている。各セグメントは、摺動部材と、ろう対等の接続材により摺動部材と電気的に接続される金属製の端子部材とにより構成されている。複数のセグメントは樹脂材により固定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述した構成の整流子を整流子が燃料中に浸漬する構成の燃料ポンプに用いる場合、カーボンで形成した摺動部材と樹脂材で形成した支持部材との膨潤率の差により摺動部材と支持部材との間で剥離が生じ、整流子の回転により摺動部材が支持部材から脱落する恐れがある。膨潤率とは、各温度に対し液体中に浸漬されたときの寸法変化率をいう。
本発明の目的は、燃料に浸漬されても支持部材に対し摺動部材がずれることを防止する燃料ポンプを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１、４または５記載の燃料ポンプによると、ブラシと摺動する摺動部材は、異方性カーボンを一方向に加圧することにより加圧方向において支持部材と膨潤率をほぼ一致させて形成されている。燃料中に浸漬されていても加圧方向において摺動部材および支持部材はほぼ同じ割合で膨潤するので、加圧方向において支持部材に対し摺動部材がずれることを防止する。さらに摺動部材は、加圧方向と直交する方向への支持部材に対する摺動部材のずれを規制する凹凸構造を有する。したがって、摺動部材を加圧した方向と直交する方向、つまり支持部材と膨潤率の異なる方向においても支持部材に対する摺動部材のずれを防止できる。
【０００５】
本発明の請求項２記載の燃料ポンプによると、支持部材を樹脂で形成するので、樹脂モールドにより摺動部材を容易に支持できる。
本発明の請求項３記載の燃料ポンプによると、燃料ポンプの稼動中に常に回転力の加わる回転方向への摺動部材のずれを凹凸構造が規制することにより、摺動部材の脱落を防止できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図に基づいて説明する。
本発明の一実施例による燃料ポンプを図４に示す。図４に示す燃料ポンプ１０は、例えば電子式燃料噴射システムの燃料供給システムにおいて車両等の燃料タンク内に収容されるインタンク式燃料ポンプであり、燃料タンクから吸入した燃料をエンジン側に供給するものである。
【０００７】
燃料ポンプ１０はポンプ部２０とこのポンプ部２０を駆動する電磁駆動部としてのモータ部３０とから構成されている。モータ部３０はブラシ付の直流モータであり、円筒状のハウジング１１内に永久磁石を環状に配置し、この永久磁石の内周側に同心円上に電機子３２を配置した構成となっている。
【０００８】
ポンプ部２０は、ケーシング本体２１、ケーシングカバー２２およびインペラ２３等から構成されている。ケーシング本体２１およびケーシングカバー２２により一つのケーシング部材が構成され、その内部に回転体としてのインペラ２３が回転自在に収容されている。ケーシング本体２１およびケーシングカバー２２は、例えばアルミのダイカスト成形により形成されている。ケーシング本体２１はハウジング１１の一方の端部内側に圧入固定されており、その中心に軸受２５が嵌着されている。ケーシングカバー２２は、ケーシング本体２１に被せられた状態でハウジング１１の一端にかしめ等により固定されている。ケーシングカバー２２の中心にはスラスト軸受２６が圧入固定されている。電機子３２の回転シャフト３５の一方の端部は、軸受２５により回転自在に径方向に支持されているとともに、スラスト軸受２６によりスラスト方向の荷重を支持されている。回転シャフト３５の他方の端部は軸受２７により回転自在に径方向に支持されている。
【０００９】
ケーシングカバー２２に燃料吸入口４０が形成されており、周縁部に羽根片を形成したインペラ２３が回転することにより図示しない燃料タンク内の燃料が燃料吸入口４０からポンプ流路４１に吸入される。ポンプ流路４１は、インペラ２３の外周に沿いケーシング本体２１とケーシングカバー２２との間にＣ字状に形成されている。ポンプ流路４１に吸入された燃料はインペラ２３の回転により加圧され、モータ部３０の燃料室３１に圧送される。
【００１０】
電機子３２はモータ部３０内に回転自在に収容され、コイルがコア３２ａの外周に巻回されている。整流子５０は円板状に形成されており、図４において電機子３２の上部に配設されている。図示しない電源から、コネクタ４５に埋設されたターミナル４６、図示しないブラシ、整流子５０を介してコイルに電力が供給される。供給された電力により電機子３２が回転すると、電機子３２の回転シャフト３５とともにインペラ２３が回転する。インペラ２３が回転すると、燃料吸入口４０からポンプ流路４１に燃料が吸入され、この燃料がインペラ２３の各羽根片から運動エネルギーを受けてポンプ流路４１から燃料室３１に圧送される。燃料室３１に圧送された燃料は、電機子３２の周囲を通過し燃料吐出口４３から燃料ポンプ外に吐出される。燃料吐出口４３には逆止弁部材４４が収容されており、この逆止弁部材４４が燃料吐出口４３から吐出された燃料の逆流を防止している。
【００１１】
次に整流子５０の構成を詳細に説明する。
図２および図３に示すように、整流子５０は、等角度間隔に形成された８個のセグメント６０、およびセグメント６０を固定し支持する支持部材５６を有している。各セグメント６０は摺動部材５１および端子部材５４を有し、放射状の溝６１により互いに電気的に絶縁されている。摺動部材５１と端子部材５４とは、はんだ等のろう材からなる接続材５７により電気的に接続されている。
【００１２】
摺動部材５１は異方性を有する天然カーボンで形成されており、ブラシと接触する部分である。端子部材５４は黄銅等の導電性の良い金属で形成されており、外周側に突出する爪５５を有している。この爪５５に電機子３２のコイルがフュージングにより電気的に接続される。このとき、フュージングの主電極はコイルを挟んだ爪５５の外周側から整流子５０の軸中心に向かって爪５５を押さえ、かつ副電極は爪５５から離れた部分で端子部材５４と接触し、主電極と副電極との間に流れるジュール熱によりコイルの被膜を溶かして爪５５とコイルの芯線とを接続する。支持部材５６はフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂でモールド成形されており、摺動部材５１および端子部材５４を固定している。溝６１は摺動部材５１から端子部材５４を通過し支持部材５６にまで達しているので、各セグメント６０は互いに電気的に絶縁されている。図３において、５１ａ、５４ａ、５６ａおよび５７ａは、溝６１に面する摺動部材５１、端子部材５４、支持部材５６および接続材５７の端面を表している。
【００１３】
次に、整流子５０の製造工程について説明する。
(1) セグメントに分割する前の摺動部材のカーボン母材１００を図１に示す。図１の（Ａ）は端子部材５４との接続側である底面１００ａ側から見たカーボン母材１００を示している。カーボン母材１００の底面１００ａ側の外周壁に凸部１０１および凹部１０２が周方向に交互に波状に形成されている。さらに、カーボン母材１００の底面１００ａ側の内周壁に凸部１０３および凹部１０４が周方向に交互に波状に形成されている。凸部１０１および凹部１０２、ならびに凸部１０３および凹部１０４は凹凸構造を形成している。
【００１４】
カーボン母材１００は、異方性を有する天然カーボンを図１に示す形状に成形した後、図１の（Ｂ）に示す矢印Ｐ方向、つまり整流子５０の回転軸方向に加圧し、燒結することにより形成される。燒結後に切削等で図１に示す形状に成形してもよい。
【００１５】
異方性を有する天然カーボンを加圧すると、加圧方向における膨潤率が増加する。加圧後の加圧方向におけるカーボン母材１００の膨潤率は約０．２％であり、加圧方向と直交する方向における膨潤率は約０．０５％である。
(2) カーボン母材１００の底面１００ａと端子部材５４の金属母材との間にはんだ等の接続材５７を充填し、カーボン母材１００と金属母材とをろう付けする。
【００１６】
(3) 樹脂を充填して支持部材５６を形成する。支持部材５６はカーボン母材１００の内周壁および外周壁に形成した凹凸構造を覆っている。カーボン母材側から金属母材を通過し支持部材５６に達するまで溝６１を形成し、等間隔に８個のセグメント６０を形成することにより、図２および図３に示す整流子５０を形成する。
このように形成した整流子５０を電機子３２の上部に組付け、各爪５５に電機子３２のコイルの端部を引っかけフュージングする。
【００１７】
本実施例では、図１の（Ｂ）に示す矢印Ｐ方向に異方性を有する天然カーボンを加圧しカーボン母材１００を形成することにより、整流子１０の回転軸方向における摺動部材５１の膨潤率が、アルコールおよび水分を含有した燃料中に温度６０℃の条件で浸漬したときの寸法変化飽和値で約０．２％になり樹脂でモールド成形した支持部材５６の膨潤率０．３％とほぼ一致するので、燃料中に浸漬された摺動部材５１および支持部材５６が膨潤しても、支持部材５６に対し摺動部材５１が剥離せず回転軸方向にずれない。
【００１８】
さらに、図１に示すような形状にカーボン母材１００を形成することにより、カーボン母材１００を８個のセグメントに分割しても、摺動部材５１の外周壁および内周壁に凹凸構造が形成されている。したがって、支持部材５６に対しカーボン母材１００の加圧方向と直交する整流子１０の回転方向への摺動部材５１のずれが防止される。
【００１９】
したがって、支持部材５６に対し整流子１０の回転方向および回転軸方向への摺動部材５１のずれを防止できるので、支持部材５６から摺動部材５１が脱落することを防止できる。
【００２０】
本実施例では、樹脂を充填してから溝６１を形成し各セグメント６０に分割したが、予め摺動部材５１および端子部材５４を形成しておき、接続材５７により電気的に接続してから溝６１が形成されるようにセグメント６０を円板状に配設し、溝６１が埋まらないように樹脂を充填してもよい。
【００２１】
本実施例では、回転軸方向に加圧してカーボン母材１００を形成したことにより、回転軸方向において摺動部材５１と支持部材５７との膨潤率が接近する。したがって、燃料中に浸漬された摺動部材５１および支持部材５７が膨潤しても膨潤率の差により支持部材５７に対し摺動部材５１が剥離することを防止し、摺動部材５１が回転軸方向にずれることを防止する。
【００２２】
さらに、底面１００ａ側の外周壁および内周壁に波状の凹凸構造を形成したことにより、支持部材５７に対し摺動部材５１が回転方向にずれることを防止する。本実施例では、摺動部材５１の内周壁および外周壁に凹凸構造を形成したが、内周壁および外周壁のいずれか一方に凹凸構造を形成してもよい。
【００２３】
次に、カーボン母材の変形例を示す。
（変形例１）
図５に示す変形例１のカーボン母材１１０は、整流子の回転軸方向である矢印Ｐ方向に加圧して形成されている。凸部１１１および凹部１１２は底面１１０ａ側の外周縁を除く外周壁の周方向に、凸部１１３および凹部１１４は底面１１０ａ側の内周縁を除く内周壁の周方向に、それぞれ交互に波状に形成されている。凸部１１１および凹部１１２、ならびに凸部１１３および凹部１１４は凹凸構造を形成している。
【００２４】
（変形例２）
図６に示す変形例２のカーボン母材１２０は、整流子の回転軸方向である矢印Ｐ方向に加圧して形成されている。凸部１２１および凹部１２２は底面１２０ａおよび摺動面１２０ｂの外周縁に周方向に交互にギア状に形成されている。さらに、周方向位置において、底面１２０ａの凸部１２１と摺動面１２０ｂの凹部１２２とが対応し、底面１２０ａの凹部１２２と摺動面１２０ｂの凸部１２１とが対応している。
【００２５】
凸部１２３および凹部１２４は底面１２０ａおよび摺動面１２０ｂの内周縁に周方向に交互にギア状に形成されている。さらに、周方向位置において、底面１２０ａの凸部１２３と摺動面１２０ｂの凹部１２４とが対応し、底面１２０ａの凹部１２４と摺動面１２０ｂの凸部１２３とが対応している。
凸部１２１および凹部１２２、ならびに凸部１２３および凹部１２４は凹凸構造を形成している。
【００２６】
（変形例３）
図７に示す変形例３のカーボン母材１３０は、整流子の回転軸方向である矢印Ｐ方向に加圧して形成されている。ブラシとの摺動側と反対側の底面１３０ａに凸部１３１および凹部１３２が放射状に周方向に交互に形成されている。凸部１３１および凹部１３２は凹凸構造を形成している。
【００２７】
以上説明した変形例１、変形例２および変形例３では、本実施例と同様に回転軸方向に加圧してカーボン母材を形成しているので、回転軸方向における摺動部材と支持部材との膨潤率が接近し、燃料中に浸漬された摺動部材および支持部材が膨潤しても膨潤率の差により支持部材に対し摺動部材が剥離することを防止し、摺動部材が回転軸方向にずれることを防止する。さらに、凹凸構造により支持部材に対し摺動部材が回転方向にずれることを防止する。
【００２８】
（変形例４）
図８に示す変形例４のカーボン母材１４０は、図８に示す矢印Ｐ方向、つまり内周側と外周側との間で扶持する方向に加圧して形成されている。
【００２９】
外周壁に環状の凸部１４１および凹部１４２が回転軸方向に交互に形成されている。さらに、内周壁に環状の凸部１４３および凹部１４４が回転軸方向に交互に形成されている。凸部１４１および凹部１４２、ならびに凸部１４３および凹部１４４は凹凸構造を形成している。
【００３０】
変形例４では、カーボン母材１４０が内周側と外周側との間で扶持する方向に加圧して形成されているので、整流子の径方向において摺動部材と支持部材との膨潤率が接近し、支持部材に対し摺動部材が回転方向に剥離することを防止し、摺動部材が回転方向にずれることを防止する。さらに、外周壁および内周壁に形成した環状の凸部１４１、１４３および凹部１４２、１４４により支持部材に対し回転軸方向に摺動部材が脱落することを防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は端子部材との接続側から見た本発明の一実施例によるカーボン母材を示す底面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】ブラシとの摺動側から見た本実施例の整流子を示す平面図である。
【図３】図２のIII −III 線断面図である。
【図４】本実施例の燃料ポンプを示す断面図である。
【図５】（Ａ）は本実施例の変形例１によるカーボン母材を示す底面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】（Ａ）は本実施例の変形例２によるカーボン母材を示す底面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】（Ａ）は本実施例の変形例３によるカーボン母材を示す底面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】（Ａ）は本実施例の変形例４によるカーボン母材を示す底面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１０      燃料ポンプ
５０      整流子
５１      摺動部材
５４      端子部材
５６      支持部材
５７      接続材
６０      セグメント
６１      溝
１００、１１０、１２０、１３０、１４０カーボン母材
１０１、１０３、１１１、１１３、１２１、１２３、１３１、１４１、１４３凸部（凹凸構造）
１０２、１０４、１１２、１１４、１２２、１２４、１３２、１４２、１４４凹部（凹凸構造）
【図１】
0004228158.tif 000002
【図２】
0004228158.tif 000003
【図３】
0004228158.tif 000004
【図４】
0004228158.tif 000005
【図５】
0004228158.tif 000006
【図６】
0004228158.tif 000007
【図７】
0004228158.tif 000008
【図８】
0004228158.tif 000009