JP2007247634A - 燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ケーシングとインペラ上下面との隙間を狭める方向へのインペラの膨潤をより小さくする。
【解決手段】 燃料ポンプの樹脂製インペラ２０は、シャフト７８に連結される略円板状のコア部材２１と羽根溝群を有する外周部材２２とからなる。コア部材２１は略インペラ軸線方向に配向するガラス繊維を含んだ樹脂材で形成されており、インサート成形によってコア部材２１に外周部材２２が後付けされている。コア部材２１はガラス繊維によって略インペラ軸線方向への膨潤が抑制されるので、インペラ２０とケーシングとの隙間を小さく設定でき、ポンプの効率を高めることが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料ポンプに関し、詳しくは燃料ポンプのインペラに関する。

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）に圧送する燃料ポンプが知られている。この種の燃料ポンプは、ケーシング内で略円板状のインペラが回転することによって外部から燃料を吸込んで昇圧し、昇圧した燃料を吐出する。インペラの外周部には羽根溝群が設けてある。それらの羽根溝は曲面で構成されるためインペラを成形容易な樹脂にて製造するのが一般的である。インペラを樹脂の射出成形によって製造することで、軽量化と生産コストの低減が可能となる。樹脂材としては、たとえば、ガラス繊維で強化されたフェノール樹脂が用いられる。特許文献１には、射出成形で比較的寸法精度のよい樹脂製インペラを製造する技術が記載されている。
特開２００３−１８１８８４号公報

樹脂材は燃料に浸漬しているとわずかながら膨潤する。このためインペラが膨潤するのを見込んでケーシングを設計せざるを得ず、ポンプの高効率化が妨げられていた。本願の発明者らは、ポンプの高効率化を検討する過程で、ケーシングとインペラ上下面（インペラの軸線方向側面）との隙間に着目した。すなわち、ケーシングとインペラ上下面との隙間をより小さくして所定寸法内に管理することができれば、漏れ流量を従来のものより減少せしめてポンプの効率アップに寄与することが可能になるからである。
ところで、金型キャビティ内にガラス繊維を含む樹脂材を充填する際、おおむね樹脂の流れの向きにガラス繊維が配向する。このことから、略円板状の製品を射出成形する場合においては、樹脂材に含まれるガラス繊維が円板の上下両面とほぼ平行な姿勢をとり易いことがわかる。しかも、成形後の樹脂が膨潤するときは、ガラス繊維の延びる方向よりガラス繊維に直行する方向に膨潤し易い性質がある。したがって、樹脂成形品であるインペラは、円板の径方向より中心軸線の延びる方向に膨潤し易くなっている。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ケーシングとインペラ上下面との隙間に寸法変化をきたす方向へのインペラの膨潤をより小さく抑えることであり、これによってポンプの効率を高めることである。

本発明の第１の燃料ポンプは、略円板状のインペラと、そのインペラを回転可能に収容するケーシングを備えている。インペラは、駆動軸に連結されるコア部と、羽根溝群が形成された外周部と、を有している。そして、コア部と外周部がともに樹脂材で形成されるとともに、コア部の樹脂材が外周部の樹脂材より少なくとも略インペラ軸線方向には寸法変化の小さい低膨潤性を有している。
なお、本明細書において、軸線方向とは軸線の延びる方向をいう。

この燃料ポンプでは、コア部の樹脂材が外周部の樹脂材より少なくとも略インペラ軸線方向には寸法変化の小さい低膨潤性を有している。このため、ケーシングとインペラのコア部の上下面との隙間をより小さく設定して、この隙間を所定寸法内に管理することが容易になる。したがって、インペラの外周部（羽根溝が形成された部位）からインペラの中心側への燃料の漏れが防止される。これによって、インペラとケーシングの隙間からの漏れ流量を従来のものより減少せしめてポンプの効率アップに寄与することができる。
なお、上記の燃料ポンプにおいては、インペラのコア部は、補強材（例えば、ガラス繊維等）を含有する樹脂材によって形成することができる。この場合、インペラのコア部においては、補強材の配向を抑制、あるいは、補強材を略インペラ軸線方向に強く配向することで、略インペラ軸線方向に寸法変化の小さい低膨潤性を有することができる。
また、インペラの外周部には、成形性のよい樹脂材で形成することができる。例えば、インペラの外周部を補強材を含有する樹脂材によって形成する場合、補強材の配向性が良い樹脂材を用いることで、外周部を良好に成形することができる。

また、本発明の第２の燃料ポンプは、略円板状のインペラと、そのインペラを回転可能に収容するケーシングを備えている。インペラは、駆動軸に連結されるコア部と、羽根溝群が形成された外周部と、を有している。インペラのコア部がガラス繊維を含む樹脂材で形成されるとともに、そのガラス繊維が略インペラ軸線方向に配向している。

この燃料ポンプのインペラのコア部においては、樹脂材を補強するガラス繊維が略インペラ軸線方向に配向している。このため、インペラのコア部は、径方向に膨潤し易く、略インペラ軸線方向には膨潤し難くなる。したがって、ケーシングとインペラのコア部の上下面との隙間を従来より小さく設定することができる。これによって、インペラの外周部から中心側への燃料の漏れが防止されるため、ポンプの効率アップが図られる。
なお、上記の燃料ポンプにおいては、インペラの外周部もガラス繊維等の補強材を含む樹脂材によって形成することができる。この場合、外周部においては、ガラス繊維等の補強材はインペラの径方向に配向させることができる。ガラス繊維等の補強材をインペラの径方向に配向させることで、外周部はインペラの径方向に膨潤し難く、インペラの軸方向に膨潤し易くなる。したがって、コア部がインペラの径方向に膨潤し易い一方で、外周部がインペラの径方向に膨潤し難くなるため、コア部と外周部を強固に結合することができる。

本発明の実施例に係る燃料ポンプ１０について、図面を参照しながら説明する。燃料ポンプ１０は自動車用であり、燃料タンク中の燃料に浸漬された状態で動作し、エンジンに燃料を圧送する。図１に示すように、燃料ポンプ１０は、モータ部７０、ポンプ部１２から構成されている。なお、図１の上下は、燃料ポンプ１０が燃料タンク内に装着された状態における上下と一致している。
モータ部７０は、ハウジング７２、アッパーボディ７３、モータ７６を備えている。ハウジング７２は略円筒状であり、内部にモータ７６を収容している。アッパーボディ７３は、ハウジング７２の上端７２ａが内側にカシメられることによって、ハウジング７２の上部に固定されている。モータ７６のシャフト７８は、その下部がポンプカバー１４（後述する）に装着されたベアリング８２によって回転可能に支持されている。シャフト７８の上部も、ハウジング７２内の上部に装着されたベアリング（図示省略）によって回転可能に支持されている。モータ７６は、アッパーボディ７３に設けられているコネクタ（図示省略）に外部から電力が供給されると回転する。

ポンプ部１２は、ケーシング１８と、ケーシング１８に収容されるインペラ２０等を備えている。先ず、インペラ２０から説明すると、樹脂製であるインペラ２０は、図２に示すように、コア部材（コア部ともいう）２１の外周にリング状の外周部材（外周部ともいう）２２が固着した構成であり、全体として略円板状の外観を有している。インペラ２０の中心部（すなわち、コア部材２１の中心部）には略Ｄ字状の係合孔２０ｅが設けられている。インペラ２０の上面２０ａには、インペラ２０の外周面（すなわち、外周部材２２の外周面）２０ｃから所定距離内側を周方向に伸びる領域に、半径方向に伸びるフィン２３に隔てられて、周方向に繰り返す上面側凹所２４群が形成されている。図３に示すように、インペラ２０の下面２０ｂにも、上面側凹所２４と対称形状の下面側凹所２６が形成されている。上面側凹所２４群と下面側凹所２６群は、外周壁２０ｄによって外周面２０ｃと隔てられている。上面側凹所２４と下面側凹所２６の底部同士は、連通孔２８によって連通されている。なお、上面側凹所２４群と下面側凹所２６群が本発明でいう羽根溝群である。これらの凹所群は、上述したように、全て外周部材２２に形成されている。上記コア部材２１と外周部材２２は、共に、ガラス繊維を含んだ樹脂（例えばフェノール樹脂）を用いて成形されている。インペラ２０の製造工程については後述する。

ケーシング１８は、ポンプカバー１４とポンプボディ１６から構成されている。ポンプカバー１４はアルミニウム製である。図４に示すように、ポンプカバー１４には、インペラ２０を受け入れる平面形状が円形な凹部３０が設けられている。ポンプカバー１４の凹部３０がインペラ２０を受け入れた状態では、インペラ２０の上面２０ａがカバー内面３１と対向する。インペラ２０は、矢印３６の方向に回転する。カバー内面３１には、インペラ２０の上面側凹所２４群に対向する領域を、インペラ２０の回転方向３６に沿って、上流端３２ａから下流端３２ｂまで伸びるカバー溝３２が形成されている。カバー溝３２の下流端３２ｂは、ポンプカバー１４を上下に貫通する吐出流路３３によってハウジング７２内と連通されている。なお、ポンプカバー１４を樹脂製とすることもできる。ポンプカバー１４を樹脂製とする場合、例えば、スーパーエンプラ（例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド））を用いることができる。

図５に示すように、ポンプボディ１６は、ボディ本体３５、スラストベアリング４２を備えている。ボディ本体３５は、ポンプカバー１４と同様にアルミニウム製である。なお、ポンプカバー１４と同様に、ボディ本体３５を樹脂製とすることもできる。ケーシング１８（ポンプカバー１４、ポンプボディ１６）がインペラ２０を収容している状態では、ボディ本体３５のボディ内面３７が、インペラ２０の下面２０ｂと対向する。ボディ内面３７には、インペラ２０の下面側凹所２６群に対向する領域を、インペラ２０の回転方向３６に沿って上流端３８ａから下流端３８ｂまで伸びるボディ溝３８が形成されている。ボディ溝３８の上流端３８ａは、ポンプボディ１６を上下に貫通する吸込流路３９によって外部と連通されている。ボディ溝３８の内側境界３８ｃの中流部には、燃料ポンプ１０の外部と連通するベーパ排出流路４１が開口している。スラストベアリング４２は、ボディ本体３５の中心部に固定されている。

図１に示すように、ケーシング１８は、インペラ２０を収容した状態で、ハウジング７２の下端７２ｂが内側にカシメられることによって、ハウジング７２下部に固定されている。モータ７６のシャフト７８は、ベアリング８２によって支持されている部分よりもさらに下方で、インペラ２０の係合孔２０ｅに係合している。モータ７６が駆動されてシャフト７８が回転すると、それにともなってインペラ２０も回転する。スラストベアリング４２はシャフト７８の下端と当接しており、モータ７６のスラスト荷重を受け止める。

インペラ２０が回転すると、インペラ２０の下面側凹所２６とポンプボディ１６のボディ溝３８との間に燃料の旋回流が発生する。燃料は、旋回しながらボディ溝３８の上流から下流に向かって流れ、その過程で昇圧される。燃料が昇圧されると、それにともなって外部の燃料がポンプボディ１６の吸込流路３９に吸い込まれる。吸込流路３９に吸い込まれた燃料の圧力は、一時的に低下する。圧力が低下した燃料中にはベーパ（泡）が発生する。ベーパは、ベーパ排出流路４１を通過して外部に排出される。インペラ２０の上面側凹所２４とポンプカバー１４のカバー溝３２との間にも、燃料の旋回流が発生する。燃料は、カバー溝３２の上流から下流に向かって流れながら昇圧される。ボディ溝３８側の燃料は、昇圧されながら下面側凹所２６から連通孔２８を通過して上面側凹所２４に流れ、カバー溝３２側の燃料と合流する。昇圧された燃料は、ポンプカバー１４の吐出流路３３からハウジング７２内に吐出される。なお、図１では、吐出流路３３の図示を省略している。ハウジング７２内に吐出された燃料はハウジング７２内を通過し、アッパーボディ７３に設けられている送出ポート（図示省略）から燃料ポンプ１０の外部に送り出される。

ところで、寸法的に微細なため図１における図示を省略したが、ポンプカバー１４の内面３１とインペラ２０の上面２０ａとの間、およびインペラ２０の下面２０ｂとボディ本体３５のボディ内面３７との間には所定の隙間（以下、スラスト隙間という）が設定されている。このスラスト隙間によって部品の寸法誤差や部材の膨張等を吸収し、インペラ２０とケーシング１８（ポンプカバー１４、ポンプボディ１６）との接触を回避しているが、同時にこのスラスト隙間を通って燃料が所定流路外に漏れる。したがって、ポンプ効率及び吐出圧を所望の状態にして運転するために、インペラ２０の上下にあるスラスト隙間を所定寸法以内に維持管理して漏れ流量を少なくする必要がある。対応策の一つは部品の加工精度や組立て精度を上げてスラスト隙間を小さく設定することであり、もう一つは、燃料に浸漬された状態で動作する樹脂製インペラ２０のインペラ軸線方向への膨潤を抑えてスラスト隙間をより小さく設定できるようにすることである。この観点から、インペラ２０の構造と製造工程について、以下説明する。

図６は、コア部材２１とコア部材２１の素材中間形状を説明する図である。先ず、所定の金型にガラス繊維２１Ａを含んだ樹脂材（本例では、ガラス繊維を含んだフェノール樹脂）２１Ｂを充填して円柱状の中間体（母材）２１Ｃを成形する。その際、金型キャビティの略円柱軸線方向に樹脂を流すことで、同図に模式的に示すように、ガラス繊維２１Ａは樹脂流れに沿った略円柱軸線方向に配向する。その後、得られた中間体２１Ｃを切断加工して、コア部材２１を製造する。図中の２１ｄは外周部材２２との結合を強固にする目的でコア部材２１の外周部に設けられた係合部である。係合部２１ｄは図示した凸形状に限るものではなく凹部や段差形状にしてもよい。また、図中の係合孔２０ｅは、中間体２１Ｃの成形時に同時成形しておいてもよいし、中間体２１Ｃからコア部材２１を切り出すときに機械加工してもよい。このコア部材２１に含まれるガラス繊維２１Ａは、円板の略軸線方向に配向している。

次に、樹脂材を用いたインサート成形でコア部材２１に外周部材２２を後付けすることによって略円板状のインペラ２０を成形する。樹脂材は、上記と同じガラス繊維を含んだフェノール樹脂とする。形成される外周部材２２はリング状であるので、樹脂材に含まれるガラス繊維が略周方向に配向し易い。このように製造されたインペラ２０は、コア部材２１に含まれるガラス繊維２１Ａが円板の略軸線方向に配向し、外周部材２２に含まれるガラス繊維は主に円板の略周方向に配向している。すなわち、このインペラ２０は、燃料に浸漬された際、コア部材２１がインペラ軸線方向には比較的膨潤し難いという低膨潤性を有している。したがって、従来のインペラを使った場合よりインペラの上下面とケーシングとの隙間を小さく設定でき、その分、ポンプ効率を高めることが可能になる。また、インペラ２０のコア部材２１は径方向に膨潤し易いことから、コア部材２１が径方向に膨潤することでコア部材２１と外周部材２２の結合がより強固となる。なお、外周部材２２の樹脂材は必ずしもガラス繊維を含むものでなくても構わない。必要強度を保つことができて、かつ、羽根溝群の成形に好適なものがよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これは例示にすぎず、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。
［別例］図７は別例に係る燃料ポンプのケーシングとインペラを示す一部拡大断面図である。同図において、インペラ２０は前述したものと同一構成であり、コア部材２１と外周部材２２が一体に形成されている。インペラ２０は軸線１００を中心に回転する。なお、シャフトの図示が省略されている。ケーシング１１８はポンプカバー１１４とポンプボディ１１６とからなる。ポンプカバー１１４にはインペラ２０の上面と対向する位置に、若干盛り上がった山部１１５がインペラ２０と同心の環状に形成されている。また、ポンプボディ１１６にも、インペラ２０の下面と対向する位置に、若干盛り上がった山部１１７がインペラ２０と同心の環状に形成されている。カバー溝１３２およびボディ溝１３８の構成は前述したものとほぼ同様である。

この例では、インペラ２０の上下面に対向する部位が平坦ではなく、稜線でインペラとケーシングとの隙間の寸法Ｃを規定できるようになっている。したがって、平面度が必要とならないので加工が容易である。また、万一接触しても接触面積（抵抗）が比較的小さいので致命的な損傷を受け難いという利点がある。なお、インペラ２０のコア部材２１は、ガラス繊維が略軸線１００の延びる方向に配向していることからインペラ軸線方向には比較的膨潤し難い低膨潤性を有している。この点、前述の実施形態で説明したのと同様の作用効果が得られる。

なお、上述した実施例では、コア部材２１及び外周部材２２をガラス繊維を含んだフェノール樹脂で成形したが、コア部材２１及び外周部材２２は他の樹脂によって成形することもできる。例えば、コア部材２１及び外周部材２２をガラス繊維を含んだＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）によって成形することができる。

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合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合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。

実施形態に係る燃料ポンプの縦断面図。 実施例に係るインペラの平面図。 図２のIII−III線断面図。 実施形態に係るポンプカバーの平面図。 実施形態に係るポンプボディの平面図。 実施形態に係るコア部材とその素材中間形状を説明する斜視図。 別例に係る燃料ポンプのケーシングとインペラ間の隙間を説明する一部拡大断面図。

符号の説明

２０：インペラ
２１：コア部材
２１Ａ：ガラス繊維
２１Ｂ：樹脂材
２１Ｃ：中間体
２２：外周部材
７８：シャフト

Claims (2)

1. 略円板状のインペラと、そのインペラを回転可能に収容するケーシングを備えた燃料ポンプであり、
   インペラは、駆動軸に連結されるコア部と、羽根溝群が形成された外周部と、を有しており、
   コア部と外周部がともに樹脂材で形成されるとともに、コア部の樹脂材が外周部の樹脂材より少なくとも略インペラ軸線方向には寸法変化の小さい低膨潤性を有していることを特徴とする燃料ポンプ。
2. 略円板状のインペラと、そのインペラを回転可能に収容するケーシングを備えた燃料ポンプであり、
   インペラは、駆動軸に連結されるコア部と、羽根溝群が形成された外周部と、を有しており、
   インペラのコア部がガラス繊維を含む樹脂材で形成されるとともに、そのガラス繊維が略インペラ軸線方向に配向していることを特徴とする燃料ポンプ。

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