JP3907888B2 - 円周流ポンプ用インペラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のインタンク式燃料ポンプとして使用される円周流ポンプのインペラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車の電子制御式燃料噴射装置用燃料ポンプには、車両搭載性が良く、しかも低騒音で圧力変動が小さいインタンク式の円周流ポンプが使用されている。
【０００３】
図１７〜図１９は、このような自動車用の円周流ポンプ５１を示すものである。これらの図に示す円周流ポンプ５１は、燃料タンク（図示せず）内に設置され、インペラ５２がモータ５３によって回転させられると、インペラ５２の外周に形成された羽根５４で燃料にエネルギーを与え、これにより燃料流入口５５からポンプ流路５６内に流入した燃料を昇圧し、その圧力上昇した燃料を燃料吐出口５７から図外のエンジン側へ吐出するようになっている。
【０００４】
このような円周流ポンプ５１においては、ポンプ効率及び吐出圧を所望の状態に維持するために、インペラ５２の側面５８ａ，５８ｂ側の隙間ｗ１，ｗ２を所定寸法以内にし、漏れ流量を少なくする必要がある。
【０００５】
又、このような円周流ポンプ５１においては、インペラ５２の側面５８ａ，５８ｂ側の隙間ｗ１，ｗ２を適切な寸法に維持することにより、インペラ５２の一方の側面５８ａがポンプケーシング６０に押し付けられたり、インペラ５２の他方の側面５８ｂがポンプカバー６１に押し付けられるのを防止するため、インペラ５２の両側面５８ａ，５８ｂに開口し、インペラ５２の両側面５８ａ，５８ｂ側の隙間ｗ１，ｗ２を連通する調圧孔６２が形成されている。このように構成された円周流ポンプ５１は、インペラ５２の両側面５８ａ，５８ｂ側の圧力のバランスが調圧孔６２によって図られ、インペラ５２がポンプケーシング６０及びポンプカバー６１から僅かに離れた状態で円滑に回動し、インペラ５２の側面５８ａ，５８ｂの磨耗が防止されるため、インペラ５２の側面５８ａ，５８ｂの磨耗に起因する寸法変化が阻止され、長期に亘り良好なポンプ機能を発揮する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の円周流ポンプ５１のインペラ５２は、燃料タンク内で常時燃料に接することになるため、耐溶剤性に優れたフェノール樹脂やＰＰＳ樹脂が使用され、射出成形により所望の形状に形成されるようになっている。そして、上記インペラ５２の調圧孔６２は、キャビティ６３内に立てられたピン６４によって形成されるようになっている（図２０参照）。
【０００７】
しかし、図２０に示すように、調圧孔６２用のピン６４が軸穴形成部６５から離れた位置にあると、射出用ゲート６６からキャビティ６３内に射出された溶融樹脂の流れ６７の一部がピン６４に当たって分流した後、その溶融樹脂の流れ６７がピン６４の下流側で合流することになり、その合流部の面精度が悪化するという不具合（ウエルド現象）を生じる。又、このような従来の構成は、細いピン６４をキャビティ内に複数配置しなければならず、射出成形用金型６８の構造が複雑化するため、射出成形用金型６８が高価なものとなり、インペラ５２の製造コストの低廉化の障害になっていた。
【０００８】
そこで、本発明は、ウエルド現象を生じることがなく、射出成形用金型の構造の簡素化を図ることが可能になる円周流ポンプ用インペラを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、モータで回転させられる合成樹脂製円板状部材の外周側に複数の羽根溝を備え、ポンプケーシングとポンプカバーとの間に形成された略円板状の空間内に回動可能に収容される円周流ポンプ用インペラに関するものである。この発明において、前記円板状部材の前記ポンプケーシングに対向する一方の側面と前記ポンプカバーに対向する他方の側面の少なくとも一方に、回転中心を中心とする所定半径寸法の凹部が形成されている。また、前記一方の側面と前記ポンプケーシングとの隙間（ｔ１）と前記他方の側面と前記ポンプカバーとの隙間（ｔ２）との和（ｔ１＋ｔ２＝２ｔ）と、前記円板状部材の半径方向寸法（Ｒ０）から前記羽根溝の半径方向溝長さ（Ｈ）及び前記凹部の半径寸法（Ｒ１）を引いた寸法（Ｌ＝Ｒ０−Ｈ−Ｒ１）との比（Ｌ／２ｔ）が、６６≦（Ｌ／２ｔ）になるように形成されている。また、前記円板状部材の中央部に前記モータの駆動軸に係合する軸穴が形成され、この軸穴に前記円板状部材の前記一方の側面側と前記他方の側面側に開口する調圧溝が形成されている。
【００１０】
このような構成の本発明は、シール部として機能する側面の寸法（Ｌ）を可能な限り小さくすることができるため、シール部として機能する側面を射出成形のみで高精度に形成することが可能になる。従って、本発明によれば、インペラ側面の研磨可能が不要になり、インペラの製造工数を削減することが可能になる。
また、本発明によれば、軸穴に形成された調圧溝がインペラの両側面側に作用する圧力のバランスを保つように機能する。その結果、インペラは、ポンプケーシングとポンプカバーとの間に僅かな隙間を保った状態で円滑に回動する。
【００１１】
請求項２の発明は、上記請求項１の発明において、前記凹部内で、且つ、前記軸穴の外周側から所定寸法離れた位置に、射出成形用のリングゲートを配置するための環状の凹部が形成されたことを特徴としている。
【００１２】
射出成形用リングゲートを切り離した際にバリが生じても、そのバリを環状の凹部内に収容することができるため、そのバリでインペラ側面の面精度を悪くすることがない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
【００１４】
［第１の実施の形態］
図１〜図２は、本発明の第１の実施の形態に係る円周流ポンプ１を示す図である。このうち図１は、円周流ポンプ１の一部を切断して示す正面図である。又、図２は、図１の一部を拡大して示す断面図である。
【００１５】
これらの図に示すように、本実施の形態の円周流ポンプ１は、ポンプ部２とモータ部３とからなっている。このうち、ポンプ部２は、モータ部３の下端部に配置されるポンプケーシング４と、このポンプケーシング４の下面側に組み付けられるポンプカバー５と、これらポンプケーシング４とポンプカバー５との間に形成された略円板状の空間６内に回動できるように収容される略円板状のインペラ７と、を備えている。
【００１６】
インペラ７は、燃料タンク（図示せず）内に設置されるため、耐溶剤性に優れたフェノール樹脂やＰＰＳ樹脂が使用され、射出成形で所望の形状に形成されている。
【００１７】
このインペラ７は、図５〜図９に詳細を示すように、円板状部材８の外周端部の両側面１０，１１にそれぞれ複数の羽根溝１２が形成されており、羽根溝１２，１２間の羽根１３が一方の側面１０側と他方の側面１１側で半ピッチずれるように形成されている。又、インペラ７の両側面１０，１１には、インペラ７の回転中心を中心とする所定半径寸法の円板状の凹部１４が形成されている。そして、インペラ７の中心部には軸穴１５が形成されており、この軸穴１５の回り止め部１６にはインペラ７の両側面１０，１１の凹部１４，１４に連通する調圧溝１７が形成されている。この調圧溝１７は、インペラ７の両側面１０，１１に作用する圧力のバランスを図るものであり、インペラ７がポンプケーシング４とポンプカバー５に対して僅かに離れた状態で回動するのを可能にする。従って、インペラ７は、ポンプケーシング４又はポンプカバー５に押し付けられて磨耗するようなことがなく、長期間円滑に回動する。
【００１８】
又、インペラ７の一方の側面１０側の凹部１４には、軸穴１５から所定寸法離れた位置に、環状の凹部１８が形成されている。この環状の凹部１８は、図１０〜図１２に示すように、射出成形用のリングゲート２０を配置するためのものである。ここで、上記軸穴１５から所定寸法とは、軸穴１５の周縁部の強度を確保できる程度の寸法であり、インペラ７の設計条件に応じて適宜変更される寸法である。このように、リングゲート２０の先端がインペラ７の凹部１４よりも更に深い位置にあるため、射出成形が終了し、リングゲート２０をインペラ７から切り離すことによってバリや面荒れを生じても、そのバリや面荒れがインペラ７の側面１０側の面精度に悪影響を与えることがない。
【００１９】
尚、回り止め部１６は、駆動軸２１の切り欠き部２２に係合し、モータ部３から伝達される駆動力を受けるようになっている。又、上記インペラ７の羽根溝１２は、側面側形状及び外周側形状が略矩形状であり、その半径方向内方端部が略円弧状に切り上げられている。
【００２０】
図１５及び図１６は、射出成形されたインペラ７の凹部１４の半径寸法とポンプ性能との関係、換言すれば、シール部Ｓの寸法とポンプ性能との関係を示す図である（図２参照）。これらの図において、横軸はシール部の寸法（Ｌ）とインペラ側面の隙間（２ｔ）の比で表される無次元量である。又、図１５の縦軸が締切吐出圧を示し、図１６の縦軸が吐出流量を示している。尚、図２において、インペラ７の一方の側面１０とポンプケーシング４との隙間をｔ１とし、インペラ７の他方の側面１１とポンプカバー５との隙間をｔ２とした場合、インペラ７の両側面１０，１１の隙間の和（２ｔ）は、（２ｔ）＝（ｔ１）＋（ｔ２）となる。又、円板状部材８の半径寸法をＲ０とし、円板状の凹部１４の半径寸法をＲ１とし、羽根溝１２の半径方向溝長さをＨとした場合、シール部Ｓの寸法（Ｌ）は、（Ｌ）＝（Ｒ０）−（Ｈ）−（Ｒ１）となる。又、図１５のＰ０は燃料ポンプとして要求される締切吐出圧であり、図１６のＶ０は燃料ポンプとして要求される吐出流量である。
【００２１】
即ち、図１５は、（Ｌ／２ｔ）と締切吐出圧との関係を示すものであり、６６≦（Ｌ／２ｔ）となるように数値を設定することにより、ほぼ一定した締切吐出圧（Ｐ０）で燃料をエンジン側に吐出することが可能になる。又、図１６は、（Ｌ／２ｔ）と吐出流量との関係を示すものであり、上記（Ｌ／２ｔ）と締切吐出圧との関係と同様に、６６≦（Ｌ／２ｔ）となるように数値を設定することにより、ほぼ一定した吐出流量（Ｖ０）の燃料を吐出することが可能になる。そこで、本実施の形態においては、６６＝（Ｌ／２ｔ）となるように、インペラ７各部の寸法を設定した。その結果、本実施の形態のインペラ７において、シール部Ｓの寸法Ｌは、インペラ７の側面１０のほぼ全域をシール部とする従来例（図１８及び図１９参照）に比較して、シール部Ｓの寸法Ｌを小さくすることができるため、シール部Ｓの面精度を高精度化することができる。従って、射出成形されたインペラ７は、研磨加工する必要がなく、そのまま使用することが可能になる。尚、従来例（図１８及び図１９参照）は、インペラ５２の両側面５８ａ，５８ｂの面積が大きく、インペラ５２の両側面５８ａ，５８ｂを高精度で成形するのが困難であるため、インペラ５２の両側面５８ａ，５８ｂが研磨加工されている。
【００２２】
図１０〜図１２は、インペラ７の成形方法を示すものである。これらの図に示すように、インペラ成形用のキャビティ２３内に合成樹脂を射出するリングゲート２０は、インペラ７の環状の凹部１８に対応する部分に配置されるようになっている。尚、図１２は、射出成形金型２４の一例を示すものであり、この射出成形金型２４は上型２５と下型２６の２分割金型であり、上型２５と下型２６との合わせ面にインペラ成形用のキャビティ２３が形成されている。そして、上記のリングゲート２０は、上型２５側のキャビティ２３で且つインペラ７の環状の凹部１８に対応する部位に開口するように形成されている。
【００２３】
又、図１３は、射出成形金型２４の他の一例を示すものである。この射出成形金型２４は、インペラ７の一方の側面１０側の凹部１４を形成する第１の上型２７と、この第１の上型２７の外周側に配置される第２の上型２８と、インペラ７の他方の側面１１側の凹部１４を形成する第１の下型３０と、この第１の下型３０の外周側に配置される第２の下型３１とからなっており、第１の上型２７と第２の上型２８との分割面３２及び第１の下型３０と第２の下型３１の分割面３３が凹部１４内に位置するようになっている。そして、第１の上型２７で且つインペラ７の環状の凹部１８に対応する部位にリングゲート２０が形成されている。
【００２４】
このように、本実施の形態によれば、射出成形金型２４の分割面３２，３３が凹部１４に位置すると共に、リングゲート２０が環状の凹部１８に位置することにより、射出成形金型２４の分割面３２，３３に生じるバリや面荒れ部分が凹部１４内に収容され、リングゲート２０の切り離し面に生じるバリや面荒れ部分が環状の凹部１８内に収容されることになり、インペラ７の両側面１０，１１（シール部Ｓ）の面精度を悪化させることがなく、インペラ７の両側面１０，１１側の隙間（ｔ１，ｔ２）を増大させるような不具合を生じることがない。
【００２５】
図１４は、インペラ７の軸穴１５を形成する型形状を示すものであり、図１２のＦ方向及び図１３のＧ方向から見た図である。この図１４に示すように、インペラ７の軸穴１５を形成するために上型２５（第１の上型２７）及び下型２６（第１の下型３０）に形成された軸穴形成部３４は、上型２５及び下型２６のほぼ中央部に位置している。そして、この軸穴形成部３４の回り止め部形成部分３５には、調圧溝１７を形成するための調圧溝形成用凸部３６が一体に形成されている。この調圧溝形成用凸部３６は、回り止め部形成部分３６の幅方向（図１４の上下方向）略中央部に位置しており、断面形状が略円弧状であり、回り止め部１６に接続されるコーナー部分３７が円弧状に面取りされている。
【００２６】
このように、軸穴形成部３４に調圧溝形成用凸部３６を一体に備えた射出成形用金型２４でインペラ７を形成すれば、従来例のような調圧孔形成用のピンをキャビティ内に別途設置する必要がないため、ウエルド現象を生じることがなく、また射出成形用金型２４の構造を簡素化することが可能になる。従って、このような射出成形用金型２４によって形成されたインペラ７は、ウエルド現象に伴う面荒れを生じることがなく、また金型費用の低廉化を図ることができ、ひいては製造コストの削減を図ることが可能になる。
【００２７】
図３は、ポンプケーシング４とポンプカバー５の組み合わせ状態を示す図である。又、図４は、ポンプ流路３８，燃料流入口４０，燃料流出口４１及びインペラ７の関係を示す模式図である。これらの図に示すように、ポンプケーシング４とポンプカバー５の合わせ面には、インペラ７を回動可能に収容する略円板状の空間６が形成されている。そして、この円板状の空間６の外周側に形成されたポンプ流路３８には、ポンプカバー５の燃料流入口４０が連通すると共にポンプケーシング４の燃料流出口４１が連通するようになっている。
【００２８】
このような構成の本実施の形態によれば、図１及び図４に示すように、インペラ７がモータ部３のモータ３ａによって回転駆動されると、燃料タンク内（図示せず）の燃料が燃料流入口４０からポンプ流路３８内に流入する。そして、燃料流入口４０からポンプ流路３８内に流入した燃料が、回転するインペラ７からエネルギーを受け、略環状のポンプ流路３８に沿って燃料流出口４１まで移動する間にインペラ７によって昇圧させられる。そして、十分に昇圧された燃料は、燃料流出口４１からモータ部３の図示しない流路を通過して、燃料吐出口４２から図外のエンジンに供給される。
【００２９】
尚、図４に示すように、燃料流入口４０と燃料流出口４１との間に隔壁部４３が形成されている。そして、この隔壁部４３の周面４３ａとインペラ７の外周面４４の隙間ｔ３は、ポンプ流路３８の周面３８ａとインペラ７の外周面４４との隙間ｔ４よりも小さく設定されている。又、隔壁部４３の両側面４３ｂ，４３ｃとインペラ７の両側面１０，１１との隙間は、前記インペラ７のシール部Ｓの隙間寸法（ｔ１，ｔ２）と等しい寸法に設定されている。即ち、インペラ７の外周面４４側と両側面１０，１１側の隙間が隔壁部４３で急激に絞られることになり、昇圧した燃料が燃料流出口４１側から燃料流入口４０側に漏出するのが阻止されるようになっている。又、ポンプ流路３８内の燃料が半径方向内方へ漏出するのは、インペラ７のシール部Ｓで阻止されるようになっている。
【００３０】
以上のように本実施の形態のインペラ７は、軸穴１５の回り止め部１６に調圧溝１７が形成されるようになっており、調圧孔形成用のピンをキャビティ２３内に別途設置する必要がないため、ウエルド現象が生じることがなく、射出成形した状態のままで使用することが可能になる。
【００３１】
又、本実施の形態は、上記のように、調圧孔形成用のピンをキャビティ２３内に別途設置する必要がなく、射出成形用金型２４の構造が簡単化するため、射出成形用金型２４の費用の低廉化を図ることができ、ひいてはインペラ７の製造コストを低減できる。
【００３２】
又、本実施の形態は、射出成形用のリングゲート２０を配置するための環状の凹部１８がインペラ７側面に形成された凹部１４内に形成される態様であるため、リングゲート２０を切り離す際にバリが生じても、そのバリが環状の凹部１８内又は凹部１４内に収容されることになり、側面１０の面精度を悪化させることがない。
【００３３】
尚、上記実施の形態において、調圧溝１７は、軸穴１５と一体に形成されるものであり、且つ両側面１０，１１側を連通するものであればよく、断面略円弧状のものに限られず、断面略矩形状や断面略Ｖ字形状のもの等でもよい。
【００３４】
又、調圧溝１７は、回り止め部１６の幅方向略中央に形成されているが、これに限られず、軸穴１５の強度を損なわない範囲で適当な箇所に形成するようにしてもよい。加えて、調圧溝１７は、複数個形成するようにしてもよい。
【００３５】
又、凹部１４の半径寸法（Ｒ１）は、上記の各実施の形態に限定されるものではなく、６６≦（Ｌ／２ｔ）となる範囲において、シール部Ｓの面精度を考慮して適宜設定される。
【００３６】
又、上記の実施の形態において、凹部１４は、インペラ７の両側面１０，１１に対称に形成されているが、これに限られず、要求されるポンプ性能を満たす限り、インペラ７の両側面１０，１１のうちの少なくとも一方の側面側に形成されていればよい。また、凹部１４は、凹部１４の半径寸法（Ｒ１）が６６≦（Ｌ／２ｔ）の条件を満たす限り、非対称に形成するようにしてもよい。
【００３７】
又、本発明は、例えば特開平９−７９１７０号公報に開示された側流式タービンポンプや特開平１０−８９２９２号公報に開示された流動ポンプのインペラにも適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のインペラは、軸穴の回り止め部に調圧溝が形成されるようになっており、調圧孔形成用のピンをキャビティ内に別途設置する必要がないため、ウエルド現象に基づくインペラ側面の面精度の悪化を生じることがなく、研磨加工する必要がなくなり、製造コストの低廉化を図ることが可能になる。。
【００３９】
又、本発明のインペラは、調圧孔形成用のピンをキャビティ内に別途設置する必要がなく、射出成形用金型の構造が簡単化するため、射出成形用金型の費用の低廉化を図ることができ、上記研磨加工が不要になる効果と相俟って、インペラの製造コストを低減できる。
【００４０】
又、本発明のインペラは、射出成形用のリングゲートを配置するための環状の凹部がインペラ側面に形成された凹部内に形成される態様であるため、リングゲートを切り離す際にバリが生じても、そのバリが環状の凹部内又は凹部内に収容されることになり、側面の面精度を悪化させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る円周流ポンプの一部を破断して示す正面図である。
【図２】図１の一部を拡大して示す図である。
【図３】ポンプケーシングとポンプカバーの組み合わせ状態を示す断面図である。
【図４】円周流ポンプの作動状態説明図である。図４（ａ）は円周流ポンプの作動状態を説明するための模式的平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図である。
【図５】インペラの上面図（図７のＣ方向矢視図）である。
【図６】インペラの下面図（図７のＤ方向矢視図）である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す断面図である。
【図８】インペラの外周面側から見た羽根溝形状図である。
【図９】インペラの外周端部の一部外観斜視図である。
【図１０】インペラとリングゲートとの関係を示す断面図（図１１のＥ−Ｅ線に沿って切断して示す断面図）である。
【図１１】インペラとリングゲートとの関係を示す平面図である。
【図１２】射出成形金型の第１の例を示す断面図である。
【図１３】射出成形金型の第２の例を示す断面図である。
【図１４】射出成形金型の軸穴形成部の平面形状を示す図である。
【図１５】無次元量（Ｌ／２ｔ）と締切吐出圧との関係を示す図である。
【図１６】無次元量（Ｌ／２ｔ）と吐出流量との関係を示す図である。
【図１７】従来の円周流ポンプの一部を破断して示す正面図である。
【図１８】図１７の一部を拡大して示す図である。
【図１９】従来例のインペラの側面図である。
【図２０】従来例の不具合（ウエルド現象）発生状態を示す図である。
【符号の説明】
１……円周流ポンプ、３ａ……モータ、４……ポンプケーシング、５……ポンプカバー、６……空間、７……インペラ、８……円板状部材、１０，１１……側面、１２……羽根溝、１５……軸穴、１７……調圧溝、１８……環状の凹部、２０……リングゲート、２１……駆動軸

Claims (2)

1. モータで回転させられる合成樹脂製円板状部材の外周側に複数の羽根溝を備え、ポンプケーシングとポンプカバーとの間に形成された略円板状の空間内に回動可能に収容される円周流ポンプ用インペラにおいて、
   前記円板状部材の前記ポンプケーシングに対向する一方の側面と前記ポンプカバーに対向する他方の側面の少なくとも一方に、回転中心を中心とする所定半径寸法の凹部が形成され、
   前記一方の側面と前記ポンプケーシングとの隙間（ｔ１）と前記他方の側面と前記ポンプカバーとの隙間（ｔ２）との和（ｔ１＋ｔ２＝２ｔ）と、前記円板状部材の半径方向寸法（Ｒ０）から前記羽根溝の半径方向溝長さ（Ｈ）及び前記凹部の半径寸法（Ｒ１）を引いた寸法（Ｌ＝Ｒ０−Ｈ−Ｒ１）との比（Ｌ／２ｔ）が、６６≦（Ｌ／２ｔ）になるように形成され、
   前記円板状部材の中央部に前記モータの駆動軸に係合する軸穴が形成され、
   この軸穴に前記円板状部材の前記一方の側面側と前記他方の側面側に開口する調圧溝が形成された、
   ことを特徴とする円周流ポンプ用インペラ。
2. 前記凹部内で、且つ、前記軸穴の外周側から所定寸法離れた位置に、射出成形用のリングゲートを配置するための環状の凹部が形成された、
   ことを特徴とする請求項１に記載の円周流ポンプ用インペラ。

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