(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンク内に装着され、羽根、ならびにこれら羽根の間に設けた羽根溝を周囲に配置した回転部材、および前記回転部材を駆動するモータ部を有し、前記回転部材の回転により吸い込んだ燃料を前記燃料タンク外に排出する燃料ポンプであって、
前記羽根溝の隣接角度は少なくとも一部が異なっており、前記回転部材の周囲に隣接角度の異なる前記羽根溝を不規則に配置し、連続して隣接する所定数の前記羽根溝の隣接角度の合計は、前記回転部材の周方向に合計範囲をずらしても、所定の範囲内に入っており、（等しい隣接角度の数／総羽根溝数）≦０．１であり、総羽根溝数をｎとしたとき、連続して隣接するｍ＝ｎ／ｋ（ｋ＝（２、３、４）、ｎ／ｋが整数にならないときは［ｎ／ｋ］または［ｎ／ｋ］＋１のうち少なくとも［ｎ／ｋ］＋１をｍとする）個の羽根溝の隣接角度の合計Ｓmを求め、ある羽根溝から始めて羽根溝を周方向に一つずつずらしながら合計Ｓmをｎ回求め、各回の合計Ｓmはほぼ（３６０／ｋ）−１０≦Ｓm≦（３６０／ｋ）＋１０であることを特徴とする燃料ポンプ。
【請求項２】
発生させた乱数と前記羽根溝とを対応付け、各羽根溝の配置を決定する配置方法で製作されたことを特徴とする請求項１記載の燃料ポンプ。
【請求項３】
前記羽根溝の隣接角度はすべて異な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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、羽根ならびに羽根の間に羽根溝を周囲に設けた回転部材を回転し、流体を吸入および排出する燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、羽根ならびに羽根の間に羽根溝を周囲に設けた回転部材が回転することにより流体を吸入および排出する流体吸排装置が知られている。通常このような回転部材に設けた隣接する羽根溝のピッチおよび羽根溝の幅は等しい。隣接する羽根溝のピッチを等間隔、つまり隣接する羽根のピッチを等間隔にした回転部材が回転すると、流体の吸入口と吐出口との間に設けられ羽根と近接する隔壁を羽根が一定時間毎に通過する度に、羽根の回転方向の前後で発生する圧力差も隔壁を通過するので、羽根数×（回転部材の回転数）に相当する高い周波数の金属音が発生する。回転部材と隔壁との間で発生する金属音が周囲の部品または空間と共鳴すると、発生音が増幅されるので騒音の原因になる。
【０００３】
特開昭６０−８５２８８号公報に開示されたポンプでは、羽根溝幅が異なる複数の羽根溝を一定配列に配置し、一定配列に配置した一定ピッチの羽根溝列を繰り返し回転部材に配置して全体の羽根溝列を構成している。このように羽根溝幅が異なる複数の溝を有することにより、羽根数×（回転部材の回転数）に相当する高い周波数の音圧のピークを低減している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６０−８５２８８号公報に開示されるような構成のポンプでは、高い周波数の金属音の音圧を低減することはできるが、一定配列に配置した一定ピッチの溝列が繰り返し現れるので、一定ピッチ毎に低い周波数の音が発生する。このようなポンプを例えば内燃機関の燃料ポンプとして用いると、低い周波数の音が燃料タンクと共鳴して低周波騒音となることがある。
【０００５】
本発明の目的は、回転部材の回転に伴い発生する音圧のピークを低減する燃料ポンプを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の燃料ポンプによると、羽根溝の隣接角度はすべて異なっていなくても一部が異なっていればよく、回転部材の周囲に隣接角度の異なる羽根溝を不規則に配置し、連続して隣接する所定数の羽根溝の隣接角度の合計は、回転部材の周方向に合計範囲をずらしても、所定の範囲内に入っている。つまり、値の異なる隣接角度を形成する羽根溝が回転部材の周囲に偏在することなく一様に分散されて配置されているので、所定位置、つまり流体の吸入口と吐出口との間に設けられ羽根と近接する隔壁を通過する羽根の時間間隔がばらつく。したがって、高周波域および低周波域において回転部材の回転に伴い発生する音圧のピークを低減し、騒音を低減できる。
【０００７】
また、（等しい隣接角度の数／総羽根溝数）≦０．１である。さらに、総羽根溝数をｎとしたとき、連続して隣接するｍ＝ｎ／ｋ（ｋ＝（２、３、４）、ｎ／ｋが整数にならないときは［ｎ／ｋ］または［ｎ／ｋ］＋１のうち少なくとも［ｎ／ｋ］＋１をｍとする）個の羽根溝の隣接角度の合計Ｓmを求め、ある羽根溝から始めて羽根溝を周方向に一つずつずらしながら合計Ｓmをｎ回求めると、各回の合計Ｓmはほぼ（３６０／ｋ）−１０≦Ｓm≦（３６０／ｋ）＋１０である。ここで［ｎ／ｋ］は、ｎ／ｋを越えない最大の整数を表す。したがって、隣接角度の異なる羽根溝が全周にわたって不規則に配置されるので、流体の吸入口と吐出口との間に設けられ羽根と近接する隔壁を通過する羽根の時間間隔がばらつく。したがって、羽根数×（回転部材の回転数）に相当する高周波騒音を低減できる。さらに、隣接角度の異なる複数の羽根溝からなる一定ピッチの配列が繰り返し回転部材に配置されることを防止するので、低周波域での音圧のピークを低減できる。したがって、高周波域および低周波域において回転部材の回転に伴い発生する音圧のピークを低減し、騒音を低減できる。
【０００８】
本発明の請求項２記載の燃料ポンプによると、乱数を発生して羽根溝の配置を決定することにより各羽根溝の配置が容易にできる。さらに、各羽根溝の配置がより不規則になるので、回転板の回転に伴い発生する音圧のピークを低減できる。
本発明の請求項３記載の燃料ポンプによると、羽根溝の隣接角度がすべて異なるので、複数の羽根溝からなる一定角度を有する羽根溝の配列が存在しない。したがって、回転板の回転に伴い発生する音圧をさらに低減できる。
【０００９】
【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面に基づいて説明する。本発明を内燃機関の燃料ポンプに適用した一実施例を図２に示す。燃料ポンプ１０は、例えば車両等の燃料タンク内に装着され、燃料タンクから内燃機関の燃料噴射装置に燃料を供給するものである。
【００１０】
燃料ポンプ１０は、図示しない燃料タンクから燃料を吸入して加圧するポンプ部１０ａ、ポンプ部１０ａを駆動するモータ部１０ｂ、およびポンプ部１０ａで加圧された燃料を燃料ポンプ外に吐出する燃料吐出部１０ｃからなる。
ポンプ部１０ａは、ポンプカバー１２とポンプケーシング１３との間にＣ字状のポンプ室３０を形成し、円板状に形成された燃料加圧用の回転部材としてのインペラ２４がポンプ室３０内に回転可能に収容されている。ポンプカバー１２およびポンプケーシング１３はアルミ製であり、円筒状に形成されたハウジング１１の一端にかしめて固定されている。
【００１１】
図１に示すように、インペラ２４は、外周縁に６７個の羽根２４ａと、羽根２４ａの間に６７個の羽根溝２４ｂとを設けている。羽根２４ａの幅は一定であるが、隣接する羽根２４ａ同士のピッチ、つまり羽根溝２４ｂの幅および羽根溝２４ｂの隣接角度はすべて異なっている。ポンプカバー１２に形成された吸入口３１ａからポンプ室３０に吸入された燃料は、インペラ２４の回転により加圧され、吐出口３１ｂからモータ部１０ｂのモータ室３２に送出される。ポンプケーシング１３に形成された隔壁１３ａはインペラ２４の外周と近接し、吸入口３１ａと吐出口３１ｂとをシールしている。
【００１２】
図２に示すモータ部１０ｂは回転子２０と回転子２０の周囲を囲むマグネット２５とを有し、マグネット２５の磁場中に配設されている回転子２０のコイル２０ａにコネクタ５０のコネクタピン５１から電流が供給されると回転子２０が回転する。回転子２０のスラスト方向側の回転軸２１は、ポンプカバー１２の中央凹部に圧入されているスラスト軸受２２に軸受けされている。回転軸２１は、スラスト軸受２２に軸方向の荷重を支持されているとともにベアリング２６に径方向を支持されている。回転子２０の他方の回転軸２３はベアリング２７に径方向を支持されている。回転軸２１の外周壁に軸方向に切欠き２１ａが設けられ、この切欠き２１ａの形成された部位にインペラ２４が固定されている。
【００１３】
マグネット２５は回転子２０の外周に設けられ、回転子２０と所定のエアギャップを形成している。回転子２０の回転軸２３側に、八個のセグメントに分割された銅製の整流子４０が設置されている。
吐出ケース１４はハウジング１１の他端にかしめて固定されている。コネクタピン５１は、吐出ケース１４に設けられたコネクタ５０に先端を露出して埋設されている。コネクタピン５１は、ブラシ、整流子４０を介し回転子２０に巻回されたコイル２０ａに接続するとともに、チョークコイル５２に接続されている。チョークコイル５２はコイル２０ａに供給される電流から交流成分を除くために接続されている。
【００１４】
吐出部１０ｃは吐出ケース１４に形成される吐出口３３に逆止弁３４を収容し、この逆止弁３４が吐出口３３から吐出した燃料の逆流を防止している。
次に、燃料ポンプ１０の作動について説明する。
コイル２０ａに電流が供給されると、回転子２０は、スラスト軸受２２およびベアリング２６に回転軸２１を支持されるとともにベアリング２７に回転軸２３を支持されて回転する。燃料タンクから図示しないフィルタを通してポンプ室３０に吸い上げられた燃料は、回転軸２１とともに回転するインペラ２４によりポンプ室３０内で加圧され、モータ室３２に送出される。モータ室３２に送出された燃料は、吐出口３３の逆止弁３４を押し上げ、吐出口３４から図示しない燃料配管により燃料タンク外に吐出される。
【００１５】
インペラ２４が回転すると、各羽根２４ａの回転方向の前後に発生する圧力差がインペラ２４の外周に近接するポンプケーシング１３の隔壁１３ａに衝突する。インペラ２４に設けられた羽根溝２４ｂの隣接角度の設定の仕方によって、ポンプカバ−１２およびポンプケーシング１３の隔壁１３ａに圧力差を有する燃料が衝突すると大きな音が発生することがある。
【００１６】
次に、インペラ２４の６７個の羽根溝２４ｂの配置について説明する。
(1) まず、隣接する羽根溝２４ｂのピッチ（羽根溝の中心間角度、つまり隣接角度）の最大値θmax （°）および最小値θmin （°）を決定し、その差を羽根溝２４ｂの総数で６７等分して隣接角度の増分Δ（°）を求める。隣接角度の最大値θmax と最小値θmin との差が大きすぎると、モータ部１０ｂに供給する電力に対する燃料吐出量の割合、つまり燃料ポンプ１０の効率が低下する。隣接角度の最大値θmax と最小値θmin との差が小さすぎると、羽根溝の隣接角度を等しく設定したインペラに構成が近づき、羽根数×（インペラの回転数）に相当する高い周波数の音圧が上昇する。適切な隣接角度の最大値θmax と最小値θmin との差は燃料ポンプ毎に実験や解析等により割り出すことができる。
【００１７】
(2) 羽根溝２４ｂの総数ｎ、本実施例では６７個の乱数を順番に発生し、各乱数に発生順にしたがって発生番号ｉを昇順に付与する。この発生番号ｉをインペラの外周全体に昇順または降順で割り当てる。乱数の昇順または降順に応じ発生番号ｉと１対１に対応させて１から６７までの配列番号ｊを各乱数に付与する。インペラの外周に割り当てられた発生番号ｉに対応する位置に割り当てられる羽根溝の隣接角度をθi （ｉ＝１、２・・・ｎ）とすると、θi （°）は次式(1) で表される。
【００１８】
θi ＝θmin ＋Δ×（ｊ−１）    ・・・(1)
(3) このように設定された羽根溝２４ｂの配置の内、連続して隣接するｍ＝ｎ／ｋ（ｋ＝（２、３、４）、ｎ／ｋが整数にならないときは［ｎ／ｋ］または［ｎ／ｋ］＋１のうち少なくとも［ｎ／ｋ］＋１をｍとする）個の羽根溝２４ｂの隣接角度の合計Ｓm （°）を求め、ある羽根溝２４ｂから始めて羽根溝２４ｂを周方向に一つずつずらしながら合計Ｓm をｎ回求め、各回の合計Ｓm が次式(2) をほぼ満たす配置を採用する。
【００１９】
（３６０／ｋ）−１０≦Ｓm ≦（３６０／ｋ）＋１０  ・・・(2)
ｋ＝（２、３、４）を含み、ｋ＝（整流子４０のセグメント数）までの範囲内で合計Ｓm を求めて検討すれば、さらに良好にインペラの回転に伴い発生する音圧を低減できる。
図３に、ｋ＝２、３、４、８としたときの羽根溝２４ｂの隣接角度の合計Ｓm のばらつきを示す。本実施例ではｎ＝６７であるから、ｍ＝（３３、３４）、（２２、２３）、（１６、１７）、（８、９）であるときの各隣接角度の合計Ｓm を求めている。図３から判るように、ｋ＝２、３、４、８としたときの６７回の隣接角度の合計Ｓm は（３６０／２＝１８０）±１０、（３６０／３＝１２０）±１０、（３６０／４＝９０）±１０、（３６０／８＝４５）±１０の範囲内にほぼ入っている。本実施例によれば、各羽根溝２４ｂの隣接角度は全て異なっているので高周波音の発生を抑制することができる。しかも羽根溝２４ｂの隣接角度が周方向に偏在することなく一様に分散して配置されているので、隔壁１３ａを通過する羽根群の通過時間間隔を一様に分散させることができる。したがって、低周波音の発生も抑制することができる。
【００２０】
さらに種々の乱数を発生させ、図３よりも隣接角度の合計Ｓm のばらつきが小さい隣接角度の配列をその中から選択して求めたものを図４に示す。図４に示すように合計Ｓm のばらつきが小さい配列は、発生する音圧の低い配列になる。つまり、隣接角度の異なる羽根溝２４ｂがより不規則に配置されているのである。このときの周波数に対する発生音圧を図５に示す。図６に示す測定結果は、図２に示す燃料ポンプとほぼ同じ構成でインペラに配置する羽根溝の隣接角度を全て等しくしたものである。図４に示すように隣接角度の合計Ｓm がほぼ平坦なばらつきになるように羽根溝を配置すると、図６に示す従来例に比べ、ピーク音圧が低減していることが判る。つまり、全周波数においてインペラ２４の回転に伴い発生する音圧が低減している。なお、図５、６において縦軸の音圧は液中で測定した値であり、便宜上１μＰａを０ｄＢとしている。
【００２１】
以上説明した本発明の実施の形態を示す上記実施例では、羽根溝２４ｂの隣接角度を全て異なるようにし、発生した乱数に各羽根溝２４ｂを対応させて不規則に羽根溝２４ｂを配置したことにより、高周波および低周波においてもインペラ２４の回転に伴い発生する音圧のピークを低減することができるので、インペラ２４の回転に伴い燃料ポンプ１０から発生する騒音を低減できる。乱数による羽根溝２４ｂの配置方法は本実施例で述べた方式に限らず、乱数の不規則性を利用していればどのような方法を用いてもよい。
【００２２】
さらに、発生音の音圧の差である脈動の発生を抑制できるので、脈動によりインペラ２４の回転速度が変化することを抑制できる。これにより、モータ部１０ｂに供給する電力に応じ所定の燃料量を吐出する高効率な燃料ポンプを提供できる。
本実施例では、連続して隣接するｍ＝ｎ／ｋ個の羽根溝２４ｂの隣接角度の合計Ｓｍを求めるときに、ｋ＝（２、３、４、８）とし、ｎ／ｋが整数にならない場合にはｍ＝（３３、３４）、（２２、２３）、（１６、１７）、（８、９）として［ｎ／ｋ］および［ｎ／ｋ］＋１の両方について合計Ｓｍを求めた。これに対し、ｋ＝（２、３、４）とし、ｍ＝３４、２３、１７、つまり［ｎ／ｋ］＋１についてだけ合計Ｓｍを求めてばらつきを検討しても、十分に音圧を低下することができる。
【００２３】
また本実施例では全ての隣接角度を異なるようにしたが、（等しい隣接角度の数／総羽根溝数）≦０．１であれば、隣接角度の等しい羽根溝が存在してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による燃料ポンプのインペラを示す平面図である。
【図２】本実施例の燃料ポンプを示す断面図である。
【図３】本実施例における隣接角度の合計Ｓm のばらつきを示す特性図である。
【図４】変形例における隣接角度の合計Ｓm のばらつきを示す特性図である。
【図５】変形例における周波数と音圧との関係を示す特性図である。
【図６】従来例における周波数と音圧との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１０      燃料ポンプ
１１      ハウジング
１３ａ    隔壁
２４      インペラ（回転部材）
２４ａ    羽根
２４ｂ    羽根溝
【図１】
0003826508.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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