JP4191646B2 - 電動燃料ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は，電動モータのモータハウジングの一端部に燃料ポンプのポンプハウジングを結合し，このポンプハウジング内のポンプ室に，電動モータのロータ軸により回転駆動されるポンプインペラを収容してなる電動燃料ポンプ装置の改良に関する。

かゝる電動燃料ポンプ装置は，下記特許文献１に開示されるように既に知られている。
特表平１１−５０６８１７報

従来，この種電動燃料ポンプ装置において，ポンプハウジングの軽量化と耐摩耗性を得るために，そのポンプハウジングをＡｌ合金製として，その内面に硬質アルマイト被膜を形成し，またポンプインペラの軽量化と耐摩耗性及び強度の確保のために，そのポンプインペラを，グラスファイバ等の強化繊維を混入した合成樹脂製としている。しかしながら，こうしたものでもポンプハウジング及びポンプインペラの耐摩耗性が充分とは言えず，長期間の使用によれば，ポンプ性能が低下することになる。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，ポンプハウジング及びポンプインペラが耐摩耗性に優れ，しかも摩擦損失が少なく，良好なポンプ性能を長期間維持することを可能にする前記電動燃料ポンプ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，電動モータのモータハウジングの一端部に燃料ポンプのポンプハウジングを結合し，このポンプハウジング内のポンプ室に，電動モータのロータ軸により回転駆動されるポンプインペラを収容してなる電動燃料ポンプ装置において，前記ポンプハウジングをＡｌ合金製とすると共に，このポンプハウジングの，前記ポンプインペラに対向する回転摺動面にアルマイト被膜を介してダイヤモンド・ライク・カーボン被膜を形成し，前記アルマイト被膜により，前記ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜から前記ポンプハウジングへの燃料の浸透を阻止するようにしたことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記アルマイト被膜を，軟質アルマイト被膜としたことを第２の特徴とする。

さらに本発明は，第１の特徴に加えて，前記アルマイト被膜及び前記ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜間に，その両被膜に対して密着性の良好な中間被膜を形成したことを第３の特徴とする。

また本発明は，電動モータのモータハウジングの一端部に燃料ポンプのポンプハウジングを結合し，このポンプハウジング内のポンプ室に，電動モータのロータ軸により回転駆動されるポンプインペラを収容してなる電動燃料ポンプ装置において，前記ポンプインペラを，強化繊維入りの合成樹脂製とすると共に，このポンプインペラの，前記ポンプハウジングに対向する回転摺動面にポンプインペラ及びダイヤモンド・ライク・カーボン被膜に対して密着性の良好な中間被膜を介してダイヤモンド・ライク・カーボン被膜を形成したことを第４の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，ポンプハウジングに形成されるダイヤモンド・ライク・カーボン被膜は高硬度で低摩擦係数の被膜であるので，摺動性及び耐摩耗性を発揮して，燃料ポンプの摩擦損失を極小に抑えながら，ポンプハウジングは勿論，ポンプインペラの摩耗をも防ぎ，良好なポンプ特性を長期間維持することができる。また，ポンプハウジングをＡｌ合金製とすることで，その軽量化を図ることができる。しかも，ポンプハウジング及びダイヤモンド・ライク・カーボン被膜間にアルマイト被膜を介在させることにより，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜からポンプハウジングへの燃料の浸透を阻止するようにして，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜の燃料浸透性に関係なくＡｌ合金製のポンプハウジングに防蝕性を付与することができる。

さらに本発明の第２の特徴によれば，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜により被覆されるアルマイト被膜には耐摩耗性を必要としないから，これを常温で処理できて比較的簡単に得られる軟質アルマイト被膜とすることで，コストの低減に寄与し得る。

さらにまた本発明の第３の特徴によれば，アルマイト被膜及びダイヤモンド・ライク・カーボン被膜間に介在する中間被膜が，その両側の被膜に強固に密着性することで，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜の剥離強度を高めることができる。

また本発明の第４の特徴によれば，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜が合成樹脂製のポンプインペラの外面に露出した強化繊維を覆い隠して，ポンプハウジングとの接触を遮断し，しかもこのダイヤモンド・ライク・カーボン被膜が高硬度で且つ低摩擦係数の被膜であることから，燃料ポンプの摩擦損失を極小に抑えながら，ポンプインペラは勿論，ポンプハウジングの摩耗をも防ぎ，ポンプ特性の安定性を高めることができる。しかも，合成樹脂製のポンプインペラ及びダイヤモンド・ライク・カーボン被膜間に介在する中間被膜が，その両者に強固に密着することで，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜の剥離強度を高めることができる。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明の第１実施例に係る電動燃料ポンプ装置の縦断面図（図２の１−１線断面図），図２は図１の２部拡大図，図３は図１の３−３線断面図，図４は図３の４−４線断面図，図５は図１の５部拡大図，図６はポンプの最低吐出量の確保に要する電圧について行った本発明品と従来品との比較テスト結果を示すグラフ，図７はポンプハウジング（Ａ）及びポンプインペラ（Ｂ）の耐摩耗性について行った本発明品と従来品との比較テスト結果を示すグラフ，図８は本発明品と従来品との耐久テスト結果を示すグラフ，図９は本発明の第２実施例を示す，図５との対応図である。
〔第１実施例〕
図１〜図５に示す本発明の第１実施例より説明する。

先ず図１により，電動燃料ポンプ装置の一般的構成について説明する。

電動燃料ポンプ装置１は，例えば自動二輪車や自動車のエンジンの燃料供給系に使用されるもので，電動モータ２と，これによって駆動される燃料ポンプ３とからなっている。

電動モータ２は金属製で円筒状のモータハウジング４を備えており，その内周面に永久磁石からなるステータ５が固定され，このステータ５内にロータ６が回転自在に配設される。

円筒状のモータハウジング４には，その一端を塞ぐようにして，ウエスコ型の燃料ポンプ３のポンプハウジング７が結合される。ポンプハウジング７は，外側ハウジング７ａと，この外側ハウジング７ａの内側に対置されて，それとの間に円形のポンプ室８を画成する内側ハウジング７ｂとから構成され，これら外側及び内側ハウジング７ａ，７ｂは，これらをモータハウジング４の一端部内周に回転不能に嵌合した後，該一端部を外側ハウジング７ａの外側面側にカシメることにより，相互に接合されると同時に，モータハウジング４に結合される。

上記ポンプ室８には，ポンプインペラ１０が回転自在に収容され，このポンプインペラ１０の中心部に，電動モータ２のロータ６の中心部に結合したロータ軸６ａが嵌合，連結される。

外側ハウジング７ａには，ポンプ室８に通じる吸入ポート１１が設けられ，内側ハウジング７ｂには，ポンプ室８をモータハウジング４内に通じさせる吐出ポート１２が設けられる。吸入ポート１１は，図示しない燃料タンク内の燃料油面下に連通されるようになっている。

モータハウジング４の他端部には，それを塞ぐように合成樹脂製の端子ホルダ１４が結合される。即ち，端子ホルダ１４は有底円筒状をなすと共に，外周にフランジ１４ｂを有しており，このフランジ１４ｂがモータハウジング４の他端部に嵌合され，該他端部をフランジ１４ｂの外側面側にカシメることにより，端子ホルダ１４はモータハウジング４に結合される。

図１〜図３に示すように，端子ホルダ１４の端壁１４ａには一対の端子孔１５，１５が設けられ，これら端子孔１５，１５に一対の端子１９，１９が圧入により固定される。また同端壁１４ａには，端子１９，１９の外端部を囲繞するカプラ２６が一体に成形される。

さらに前記端壁１４ａには，外方に突出する燃料出口管１６が一体に成形される。この燃料出口管１６には，図示しないエンジンの燃料供給通路が接続されるようになっている。

図１，図３及び図４に示すように，さらにまた前記端壁１４ａの中心部には，モータハウジング４内に開口する有底の軸孔１７ａを有する軸受ボス１７が該端壁１４ａの内面から突出するように一体に成形され，その軸受ボス１７と同軸上に配置される軸受ブッシュ１８が前記ポンプハウジング７の内側ハウジング７ｂに固着され，これら軸受ボス１７及び軸受ブッシュ１８によりロータ軸６ａの両端部が回転自在に支承される。

前記ロータの，端子ホルダ１４側の端部には，ロータコイル２０に連なる面型のコンミュテータ２１が固着される。

一方，端子ホルダ１４の端壁１４ａには，前記軸受ボス１７を挟んで並ぶ一対の筒状のブラシガイド２２，２２が一体に成形され，これらブラシガイド２２，２２の一端は，該端壁１４ａの内面から長く突出し，他端は該端壁１４ａの外面から短く突出する。これらブラシガイド２２，２２は，軸受ボス１７の軸孔１７ａと平行でモータハウジング４内に開口する有底で異形断面のガイド孔２２ａ，２２ａを有しており，これらガイド孔２２ａ，２２ａには，前記コンミュテータ２１に摺接する異形断面の一対のブラシ２３，２３が摺動可能に嵌合されると共に，これらブラシ２３，２３をコンミュテータ２１との圧接方向に付勢するコイルばね２４，２４が収納される。一対のブラシ２３，２３は，前記一対の端子１９，１９にリード線２５，２５を介して接続される。

上記ブラシガイド２２，２２及び軸受ボス１７間には，これらを互いに分離独立させる間隙２７，２７が設けられる。

またブラシガイド２２，２２には，軸受ボス１７と反対側で軸方向に延びる第１切欠溝２８，２８と，軸受ボス１７と隣接する側で軸方向に延びる第２切欠溝２９，２９とが形成される。その第１切欠溝２８，２８には，前記リード線２５，２５が移動可能に配置される。

このような電動燃料ポンプ装置１において，ポンプハウジング１０を構成する外側ハウジング７ａ及び内側ハウジング７ｂはＡｌ合金製であり，またポンプインペラ１０は，グラスファイバ等の強化繊維を混入した合成樹脂（例えばＰＰＳ）製である。

図５に示すように，Ａｌ合金製の外側ハウジング７ａ及び内側ハウジング７ｂの，ポンプインペラ１０に対向する内面には，その内面側から厚さ６〜２０μｍの軟質アルマイト被膜３１，厚さ０．２μｍのクロム被膜３２及び厚さ２．５〜３．５μｍのダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３が順次形成される。

前記クロム被膜３２は，アルマイト被膜３１及びダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３に対する密着性が良好なものである。

次に，この第１実施例の作用について説明する。

電動モータ２を起動して，ロータ軸６ａにより燃料ポンプ３のポンプインペラ１０を回転駆動すれば，図示しない燃料タンク内の燃料が吸入ポート１１からポンプ室８に吸入され，ポンプインペラ１０により昇圧されて吐出ポート１２へと吐出され，モータハウジング４内を通過した後，燃料出口管１６から，図示しないエンジンの燃料吸入通路へと圧送される。

上記燃料ポンプ３において，ポンプハウジング１０を構成する外側ハウジング７ａ及び内側ハウジング７ｂはＡｌ合金製，ポンプインペラ１０は強化繊維入りの合成樹脂（ＰＰＳ）製であるので，これらによって燃料ポンプ３，延いては電動燃料ポンプ装置１の軽量化を図ることができる。特に，ポンプインペラ１０を合成樹脂製とすることにより，その慣性モーメントを小さくしてポンプ特性の立ち上がりを良好にすることができ，またその合成樹脂に強化繊維を混入することにより，ポンプインペラ１０の強度を高めると共に，燃料によるポンプインペラ１０の膨潤を防ぐことができる。

また上記外側ハウジング７ａ及び内側ハウジング７ｂには，ポンプインペラ１０に直接接するダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３が形成されるので，このダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３がＨｖ１５００〜５０００の高硬度で，しかも低摩擦係数の被膜であって，優れた摺動性及び耐摩耗性を発揮するので，燃料ポンプ３の摩擦損失を極小に抑えながら，外側ハウジング７ａ及び内側ハウジング７ｂは勿論，ポンプインペラ１０の摩耗をも防ぎ，これにより燃料ポンプ３の良好なポンプ性能を長期間安定させることができる。

前記ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３は，ＲＦプラズマＣＶＤ法，イオンビーム蒸着法，イオンプレーティング法，真空アーク法等により形成することができるが，現在のこれらの手法では，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３にピンホールと呼ばれる貫通孔が形成されることを回避することが困難であり，燃料を浸透させる欠点がある。そこで，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３の内側に防蝕性の高いアルマイト被膜３１が形成されるので，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３の欠点を補って，外側ハウジング７ａ及び内側ハウジング７ｂに優れた防蝕性を付与することができる。

アルマイト被膜には硬質と軟質のものがあるが，本発明では，前記アルマイト被膜３１に耐摩耗性は要求されないので，これを常温で簡単に処理できる軟質アルマイト被膜３１とすることにより，コストの低減を図ることができる。

また上記アルマイト被膜３１及びダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３間には，その両被膜３１，３３に対して密着性が良好なクロム被膜３２が介在するので，このクロム被膜３２が両被膜３１，３３間の強力な繋ぎ役を果たし，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３の，外側ハウジング７ａ及び内側ハウジング７ｂからの剥離強度を高めることができる。

図６は，燃料ポンプの最低吐出流量を確保するための電圧について，本発明の第１実施例に係る電動燃料ポンプ装置１と，Ａｌ合金製のポンプハウジング１０の内面に硬質アルマイト被膜を形成した従来の電動燃料ポンプ装置とを比較テストした結果を示すもので，最低燃料流量確保のための電圧は，本発明の第１実施例の方が従来のものより遥かに低く，摩擦損失が小さいことが同図からわかる。

図７は，ポンプハウジング（Ａ）及びポンプインペラ（Ｂ）の耐摩耗性について，本発明の第１実施例に係る電動燃料ポンプ装置１と，Ａｌ合金製のポンプハウジング１０の内面に硬質アルマイト被膜を形成した従来の電動燃料ポンプ装置とを比較テストした結果を示す。このテストは，粒径９０μｍ以下の鉄粉０．２１ｇを混入したクレンゾル液４．０Ｌ中にテスト対象の電動燃料ポンプ装置を浸漬し，上記液の攪拌状態で該電動燃料ポンプ装置を１５０時間作動させて実施された。その際，電動燃料ポンプ装置への印加電圧は１２．０Ｖ，燃料ポンプの吐出圧は３４３ｋＰａに調整された。

ポンプハウジング及びポンプインペラの摩耗量は，本発明の第１実施例の方が従来のものより遥かに少なく，耐摩耗性が高いことが同図からわかる。この場合，本発明の第１実施例において，ポンプハウジング１０とポンプインペラ１０との摩耗量を比べれば，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３を形成したポンプハウジング１０の方がポンプインペラ１０より摩耗が少ない。

図８は，燃料ポンプの吐出流量性能について，本発明の第１実施例に係る電動燃料ポンプ装置１と，Ａｌ合金製のポンプハウジング１０の内面に硬質アルマイト被膜を形成した従来の電動燃料ポンプ装置とを比較テストした結果を示す。この場合，使用した輸送液は，前記耐摩耗性テスト時に使用した同様の鉄粉入りのクレンゾル液である。

従来のものでは，燃料ポンプの吐出流量がテスト開始から時間の経過と共に減少していくのに対して，本発明の第１実施例では，テスト開始から１５０時間を経過しても，その吐出流量に殆ど変化が見られなかった。この結果からも，本発明の第１実施例のポンプハウジング１０及びポンプインペラ１０が耐摩耗性に優れていることは明らかである。
〔第２実施例〕
次に，図９に示す本発明の第２実施例について説明する。

この第２実施例は，ポンプハウジング１０を構成するＡｌ合金性の外側ハウジング７ａ及び内側ハウジング７ｂの，ポンプインペラ１０に対向する内面には，従来通りの硬質アルマイト被膜３１′が形成される。一方，強化繊維入りの合成樹脂製ポンプインペラ１０の，ポンプハウジング１０に対向する外面には，クロム被膜３２を介してダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３が形成される。その他の構成は前実施例と同様であるので，図９中，前実施例と対応する部分には同一の参照符号を付して，その説明を省略する。

而して，強化繊維入りの合成樹脂製ポンプインペラ１０の外面に順次形成されるクロム被膜３２及びダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３は，ポンプインペラ１０の外面に露出した強化繊維を覆い隠して，ポンプハウジング１０との接触を遮断し，その上，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３が高硬度で且つ低摩擦係数の被膜であることから，前実施例と同様に燃料ポンプ３の摩擦損失を極小に抑えながら，ポンプインペラ１０は勿論，外側ハウジング７ａ及び内側ハウジング７ｂの摩耗をも防ぎ，ポンプ特性の安定性を高めることができる。このような効果は，前実施例と同様なテストにより確認されている。

また合成樹脂製のポンプインペラ１０及びダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３間に中間被膜として介在するクロム被膜３２は，ポンプインペラ１０及びダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３の両者に対して密着性が良好であることから，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜の剥離強度を高めることができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３は，ポンプハウジング１０及びポンプインペラ１０の両方に形成することもでき，そうすれば，ポンプハウジング１０及びポンプインペラ１０の両方の耐摩耗性をより向上させることができる。またポンプハウジング１０のアルマイト被膜３１とダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３間や，ポンプインペラ１０及びダイヤモンド・ライク・カーボン被膜３３間には，クロム被膜３２に代えて，シリコン被膜又はチタン被膜を中間被膜として形成することもできる。

本発明の第１実施例に係る電動燃料ポンプ装置の縦断面図（図２の１−１線断面図）。 図１の２部拡大図。 図１の３−３線断面図。 図３の４−４線断面図。 図１の５部拡大図。 ポンプの最低吐出量の確保に要する電圧について行った本発明品と従来品との比較テスト結果を示すグラフ。 ポンプハウジング（Ａ）及びポンプインペラ（Ｂ）の耐摩耗性について行った本発明品と従来品との比較テスト結果を示すグラフ。 本発明品と従来品との耐久テスト結果を示すグラフ。 本発明の第２実施例を示す，図５との対応図。

符号の説明

１・・・・電動燃料ポンプ装置
２・・・・電動モータ
３・・・・燃料ポンプ
４・・・・モータハウジング
６ａ・・・ロータ軸
７・・・・ポンプハウジング
８・・・・ポンプ室
１０・・・ポンプインペラ
３１・・・軟質アルマイト被膜
３２・・・中間被膜（クロム被膜）
３３・・・ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜

Claims (4)

1. 電動モータ（２）のモータハウジング（４）の一端部に燃料ポンプ（３）のポンプハウジング（７）を結合し，このポンプハウジング（７）内のポンプ室（８）に，電動モータ（２）のロータ軸（６ａ）により回転駆動されるポンプインペラ（１０）を収容してなる電動燃料ポンプ装置において，
   前記ポンプハウジング（７）をＡｌ合金製とすると共に，このポンプハウジング（７）の，前記ポンプインペラ（１０）に対向する回転摺動面にアルマイト被膜（３１）を介してダイヤモンド・ライク・カーボン被膜（３３）を形成し，前記アルマイト被膜（３１）により，前記ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜（３３）から前記ポンプハウジング（７）への燃料の浸透を阻止するようにしたことを特徴とする，電動燃料ポンプ装置。
2. 請求項１記載の電動燃料ポンプ装置において，
   前記アルマイト被膜を，軟質アルマイト被膜（３１）としたことを特徴とする，電動燃料ポンプ装置。
3. 請求項１記載の電動燃料ポンプ装置において，
   前記アルマイト被膜（３１）及び前記ダイヤモンド・ライク・カーボン被膜（３３）間に，その両被膜（３１，３３）に対して密着性の良好な中間被膜（３２）を形成したことを特徴とする，電動燃料ポンプ装置。
4. 電動モータ（２）のモータハウジング（４）の一端部に燃料ポンプ（３）のポンプハウジング（７）を結合し，このポンプハウジング（７）内のポンプ室（８）に，電動モータ（２）のロータ軸（６ａ）により回転駆動されるポンプインペラ（１０）を収容してなる電動燃料ポンプ装置において，
   前記ポンプインペラ（１０）を，強化繊維入りの合成樹脂製とすると共に，このポンプインペラ（１０）の，前記ポンプハウジング（７）に対向する回転摺動面に，ポンプインペラ（１０）及びダイヤモンド・ライク・カーボン被膜（３３）に対して密着性の良好な中間被膜（３２）を介してダイヤモンド・ライク・カーボン被膜（３３）を形成したことを特徴とする，電動燃料ポンプ装置。

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