JP4432918B2

JP4432918B2 - インペラ

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Publication number: JP4432918B2
Application number: JP2006061310A
Authority: JP
Inventors: 克彦草谷; 元也伊藤; 雅敏 ▲高▼木; 浩司丸山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP2006170218A

Description

本発明は、車両において燃料タンク内の燃料を燃料噴射装置へ圧送するインペラ及びこれを含むタービン式燃料ポンプに関する。

自動車等の車両において、燃料タンク内の燃料を燃料噴射装置に圧送するために、タービン式燃料ポンプが使用されることがある。タービン式燃料ポンプ（「ウエスコポンプ」とも言う）は、通常、円板状でその外周面に複数の羽根部及び羽根溝が形成されたインペラと、羽根溝に連通するＣ字形状のポンプ流路を持ちインペラを回転可能に収納するポンプハウジングと、インペラを駆動するモータとを含む。
燃料ポンプにおいては、ポンプ効率が良いことが要求される。この要求を満たすためには、（１）燃料がポンプ流路からインペラの羽根溝にスムーズに流入し、羽根溝からポンプ流路にスムーズに流出すること、（２）一側の羽根溝から流出する燃料と他側の羽根溝から流出する燃料との間によどみが生じず、衝突しないこと、（３）羽根溝及び側部溝内をより多量の燃料が旋回すること、（４）側部溝の終端部において燃料に脈動が生じないこと、及び（５）羽根溝の緒元（形状、大きさ）が燃料の昇圧を重視して決定できることが必要である。

ポンプ効率を上昇させるべく、特許文献１に開示された燃料ポンプ（第１従来例）は、羽根溝の回転方向の前方壁面を傾斜させたインペラを含む。図１２及び図１３に示すように、インペラ３００の隔壁３０２の両側に羽根部３０４と羽根溝３０６とが円周方向に交互に形成され、ポンプハウジング３１０には一対の側部溝３１１を含むＣ字形状のポンプ流路３１２が形成されている。インぺラ３００はポンプハウジング３１０内においてｘ方向に回転する。
羽根溝３０６の前方壁面３０７はインペラ３００の側面３０１と直交する平面Ｐに対して回転方向ｘとは反対側（後方側）に傾斜している。これにより、前方壁面３０７付近での渦流をスムーズに流し、その付近での負圧の発生がなくし、乱流の発生を防止せんとしている。

特許文献１に開示された燃料ポンプ（第２従来例）は、図１４に示すように、インペラ３２０には隔壁３２３の両側に羽根部３２１及び羽根溝３２２が交互に形成されている。隔壁３２３の外周面３２３ａの外径は羽根部３２１の外周面３２１ａの外径と等しい。ポンプハウジング３２５は、左右両側の側部溝３２６と、両者を連通する連通溝３２７とから成るＣ字形状のポンプ流路を有する。

燃料は矢印で示すように、側部溝３２６から羽根溝３２２の内周側内に流入する。その後、インペラ３２０の回転に基づく遠心力により隔壁３２３の両側面３２３ｂに案内されつつ羽根溝３２２内を半径方向外向きに流れ、昇圧される。昇圧された燃料は、羽根溝３２２の外周側から連通溝３２７及び側部溝３２６に流出し、後方側の羽根溝３２２内に再度流入する。

図１５に示す燃料ポンプ（第３従来例）では、インペラ３４０の隔壁３４３の外周面３４３ａの外径は羽根部３４１の外周面３４１ａの外径よりも小さく、しかも隔壁３４３の幅は外周面３４３ａにおいて非常に小さくなっている。その結果、左右の羽根溝３４２は隔壁３４３の外周側の環状空間３４４により連通されている。また、ポンプハウジング３４５のポンプ流路は左右両側の側部溝３４６と、両側部溝３４６を連通する連通路３４７とから成る。

側部溝３４６から羽根溝３４２の内周側から流入した燃料は、インペラ３４０の回転に基づく遠心力により隔壁３４３の両側面３４３ｂに案内されつつ羽根溝３４２内を半径方向外向きに流れる。それに伴い昇圧された燃料は、羽根溝３４２の外周側から環状空間３４４及び連通路３４７に流出し、後方側の羽根溝３４２内に再度流入する。

更に、図１６に示す燃料ポンプ（第４従来例）では、インペラ３６０の隔壁３６３の案内面３６３ｂ即ち羽根溝３６２の溝底面の幅が最外周部において漸増し、隔壁３６３及び羽根部３６１の外周側に環状部３６８が形成されている。一方、ポンプハウジング３６５には左右両側の側部溝３６６と、両側部溝３６６を連通する連通路３６７とを含むＣ字形状のポンプ流路が形成されている。

特許文献２に開示されたインペラ及びハウジング（第５従来例）では、ポンプハウジングに連通部を形成せず、インペラに連通孔を形成している。即ち、図１７及び図１８に示すように、インペラ４００の吐出側の一側面４０１及び吸入側の他側面４０６には複数の羽根溝４０２及び４０７が円周方向に隔設されている。これにより隣接する羽根溝４０２及び４０７間に羽根部４０３及び４０８が形成され、またインペラ４００の外周縁には環状部４１１が形成されている。

一側面４０１の羽根溝４０２及び他側面４０６の羽根溝４０７はそれぞれ円弧状の溝底面４０４及び４０９を有する。双方の溝底面４０４及び４０９は軸方向の中間部で交差し、これにより交差部４０５の半径方向外方に、一側面４０１から他側面４０６に軸方向に貫通する連通孔４１３が形成されている。羽根溝４０２と４０７とは連通孔４１３により互いに連通している。

図１７において、ハウジング４１５は吐出側ハウジング４１６、吸入側ハウジング４２１及び外側ハウジング４２６から成る。吐出側ハウジング４１６の内側面の外周寄りに形成された一方の側部溝４１７は、始端部から燃料吐出口に連通された終端部（何れも不図示）までＣ字形状に延びている。

また、吸入側ハウジング４２１の内側面の外周部に形成された他方の側部溝４２２は、燃料吸引口に連通された始端部から終端部（何れも不図示）まで延びている。外側ハウジング４２６は吐出側ハウジング４１６及び吸入側ハウジング４２１の外周面を覆っている。

吸入側ハウジング４２１の始端部から羽根溝４０７に燃料が流入し、インペラ４００の連通孔４１３を介して反対側の羽根溝４０２の始端部及び吐出側ハウジング４１６の始端部に流れる。回転するインペラ４００の羽根部４０３及び４０８が羽根溝４０２及び４０７内に流入した燃料に円周方向の押出し力を与え、それに伴い発生する遠心力により溝底面４０４及び４０９に沿って半径方向外向きに流す。

その後、インペラ４００の環状部４１１に衝突して軸方向外向きに分流し、側部溝４１７及び４２２に案内されて羽根溝４０２及び４０７に戻る。この羽根溝４０２及び４０７と側部溝４１７及び４２２との間の循環を繰り返しつつ、燃料はポンプ流路内を始端部から終端部に向かって螺旋状に流れる。吸入側ハウジング４２１の終端部に至った昇圧された燃料は連通孔４１３を介して吐出側ハウジング４１６の終端部に流入し、燃料吐出口から吐出される。
特開平６−２７２６８５号公報特許第２９６２８２８号公報

図１２及び図１３に示した第１従来例の羽根溝３０６の構成はポンプ効率を向上させる上で十分とは言えない。即ち、燃料は羽根溝３０６内において、半径方向では図１２に矢印ｙで示すように、羽根溝３０６の内周側から流入し、隔壁３０２の側面３０３に案内されて半径方向外向きに流れ、羽根溝３０６の外周側から流出する。また、円周方向では、図１３に矢印ｚで示すように、前方壁面３０７側から羽根溝３０６内に流入し、後方壁面３０８側から流出する。

羽根溝３０６の前方壁面３０７即ち羽根部３０４の後方壁面を回転方向ｘに対して後方側に傾斜させたことにより、羽根溝３０６への燃料の流入はある程度スムーズになる。しかし、羽根溝３０６の後方壁面３０８即ち羽根部３０４の前方壁面は平面Ｐと平行であるので羽根溝３０６からの燃料の流出が十分にスムーズとは言い難い。また、隔壁３０２の両側からポンプ流路内に流出した燃料の間によどみが生じ、循環する流量が減少し易い。さらに、図１３に示すように、羽根溝３０６の軸方向長さが浅く、多量の燃料が循環するとは言い難い。

図１４に示した第２従来例では、羽根溝３２２内の燃料は隔壁３２３の案内面３２３ｂに案内されて半径方向外向きに流れ、連通溝３２７の端部に衝突し、流れ方向を幅方向外向きに変えられ、連通溝３２７の中間部即ち隔壁３２３の外周縁３２３ａの外方に存在する燃料はよどみ易い。その結果、羽根溝３２２とポンプ流路３２６及び３２７との間を循環する燃料の循環量が減少し易い。

図１５に示した第３従来例では、羽根溝３４２内の燃料は隔壁３４３の案内面３４３ｂに案内されて半径方向外向きに流れ、連通路３４７の中間部に衝突し、その後流れ方向をほぼ幅方向両外向きに変えられる。その結果、燃料の流速が低下し易い。

第１から第３従来例の不具合は、インペラ３００，３２０及び３４０が隔壁３０２、３２３及び３４３の外周部に環状部を備えていないことに原因の一つがあると考えられる。

図１６に示した第４従来例によれば、隔壁３６３の幅が最外周に進むにつれて漸増しているが、十分ではない。また、燃料の脈動の防止及び旋回流量の増大のために特別の工夫がなされていない。

第２従来例のインペラ３２０の羽根溝３２２、第３従来例のインペラ３４０の羽根溝３４１及び第４従来例のインペラ３６０の羽根溝３６２も軸方向長さが浅く、多量の燃料が循環するとは言い難い。

図１７及び図１８に示した第５従来例において、羽根溝４０２及び４０７の諸元（形状や大きさ）は、燃料の最適な昇圧を重視して決定されることが望ましい。しかるに、羽根溝４０２及び４０７の諸元を選定する際、連通孔４１３の諸元を考慮に入れる必要がある。例えば、羽根溝４０２及び４０７を大きくすることは燃料の昇圧の面では有効であるが、連通孔４１３が小さくなり吐出側ハウジング４１６と吸入側ハウジング４２１との間の燃料の円滑な流通が妨げられる。つまり、連通孔４１３の存在が羽根溝４０２及び４０７の諸元の自由な設計を制約する。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、インペラの隔壁の外周に環状部を形成して一側及び他側の羽根溝を独立させ、その上で、インペラ及び／又はポンプハウジングを改良することにより、優れたポンプ効率を持つインペラ及びタービン式燃料ポンプを提供することを目的とする。
具体的には、本発明は、より高いポンプ効率を実現できる羽根溝の諸元を連通手段の諸元から独立して決定でき、圧力のアンバランスに起因するポンプハウジング内でのインペラの移動が防止できるインペラ及び燃料ポンプの提供を目的とする。

本発明の第１インペラは、請求項１に記載したように、円板状を呈し、該外周部は、その一側面に円周方向に隔設された複数の一側の羽根溝と；その他側面に円周方向に隔設され該一側の羽根溝から隔設された複数の他側の羽根溝と；一側及び他側の該羽根溝から半径方向に内方又は外方に外れ、かつ一側及び他側の該羽根溝の半径方向の延長線から円周方向にずれている部分を該一側面から該他側面に貫通し、燃料を吸入側から吐出側に流通させるための複数の連通孔と；を備える。

このインペラによれば、一側及び他側の羽根溝内には燃料を吸入側から吐出側に流通させるための連通孔は形成されていない。よって、連通孔の形状等の選定から独立して、最適な燃料の昇圧を実現できる一側及び他側の羽根溝の大きさや形状を選定することができる。さらに、連通孔は一側及び他側の該羽根溝の半径方向の延長線から円周方向にずれている部分に形成されるので、円周方向にずらせて（千鳥状に）形成された一側の羽根溝及び他側の羽根溝とが連通孔により連通される。

本発明の第２インペラは、請求項２に記載したように、円板状を呈し、該外周部は、一側面に円周方向において交互に形成された複数の該羽根部及び複数の該羽根溝と；他側面において円周方向に交互に形成され該一側の羽根溝から隔設された複数の羽根部及び複数の羽根溝と；一側及び他側の外周側に位置する外側環状部と；該一側及び他側の羽根溝から半径方向内方又は外方に外れた部分に形成され該一側面から該他側面に貫通し、燃料を吸入側から吐出側に流通させるための複数の連通孔と；を備え、さらに、複数の前記連通孔は前記一側の羽根溝及び前記他側の羽根溝の半径方向の延長線から円周方向にずれている。

このインペラによれば、一側及び他側の羽根溝を区画する隔壁部等には燃料を吸入側から吐出側に流通させるための連通孔は形成されていない。よって、連通孔の形状等の選定から独立して、最適な燃料の昇圧を実現できる一側及び他側の羽根溝の大きさや形状を選定すべく、外側環状部、一側及び他側の羽根部等の緒元を選定することができる。さらに、連通孔は一側及び他側の該羽根溝の半径方向の延長線から円周方向にずれている部分に形成されるので、円周方向にずらせて（千鳥状に）形成された一側の羽根溝及び他側の羽根溝とを連通孔により連通することができる。

請求項３のインペラによれば、少ない圧力脈動で効率的に昇圧できる。請求項４のインペラによれば、一側及び他側の羽根溝が半径方向外周寄りに形成され回転半径が大きくなるので、燃料の圧力が効果的に昇圧される。

請求項５のインペラでは、羽根溝と同数の連通孔は各一側羽根溝と各他側羽根溝とを連通させ、羽根溝の数より少ない数の連通孔が一部の一側の羽根溝と他側の羽根溝とを連通させる。請求項６のインペラでは、一側及び他側の羽根溝が始端部の連通部及び終端部の連通部に対向しない場合でも、一側及び他側の浅溝が一側の羽根溝と他側の羽根溝とを連通する。

請求項７のインペラでは、一側及び他側の羽根溝を連通孔との間にある程度の肉厚が確保され、この部分が破損等し難い。請求項８のインペラでは、一側及び他側の羽根溝が始端部の連通部及び終端部の連通部に対向しない場合でも、一側及び他側突部に形成されたの一側及び他側浅溝が一側の羽根溝と他側の羽根溝とを連通する。

請求項９のインペラでは、連通孔と同数の一側及び他側浅溝は各連通孔と各羽根溝とを連通させ、連通孔よりも少ない数の一側及び他側浅溝は一部の連通孔と一部の羽根溝とを連通させる。請求項１０のインペラでは、一側及び他側浅溝が連通孔とともに千鳥状に形成された一側の羽根溝と他側の羽根溝とを連通する。

以上述べてきたように、本発明のインペラでは隔壁の外周に環状部を形成して一側の羽根溝と他側の羽根溝とを独立させ、その上で、一側面から他側面に貫通する連通孔は羽根溝から半径方向に外れた部分に形成した。その結果、最適なポンプ効率を得る観点から一側及び他側の羽根溝の諸元を選定することができる効果が奏される。このインペラを含む燃料ポンプでは、ポンプハウジングが一側及び他側の側部溝の始端部と終端部とが、インペラの連通孔の開口に対向する連通通路を有する。よって、吸入側の始端部及び終端部において、燃料がインペラの連通孔を介して吐出側に流れる。その結果、高いポンプ効率が達成されるとともに、燃料の圧力によりインペラに半径方向の力が加わることが防止される。

＜インペラ＞
インペラは円板部とその外周側の環状の外周部とから成る。円板部はポンプハウジングにより案内される部分であり、外周部はポンプハウジングと共同して燃料を循環させつつ圧力を上昇させる部分である。外周部は、環状部と、隔壁部と、複数の羽根部及び複数の羽根溝と、を含むことができる。
（１）環状部、隔壁部
環状部は半径方向外側に位置し、軸方向に所定の幅を持ち、円周方向に延びている。隔壁部は、インペラの軸方向中間部において軸方向に所定の厚さを有し、円周方向に延びている。その厚さ（軸方向寸法）は半径方向外向きに進むにつれて始め減少し、その後増加することが望ましい。
（２）羽根溝
隔壁部の一側及び他側の複数の羽根溝は燃料が流入及び流出する空間であり、円周方向に所定ピッチで形成される。一側の羽根溝及び他側の羽根溝の個数は例えば３０個から７０個とでき、列数は１列又は２列とできる。

一側の羽根溝と他側の羽根溝とが軸方向に対向していれば、一側の側部溝内の燃料と他側の側部溝内の燃料とが同様に昇圧され、両者間の圧力バランスが良くなる。これに対して、一側の羽根溝と他側の羽根溝とが円周方向にずれていれば（千鳥状）、一側の側部溝内の圧力変動と他側の側部溝内の圧力変動との位相がずれ、合流部での圧力変動を小さくできる。円周方向のずれ量は、例えば形成ピッチの半分とすることできる。

一側の羽根溝及び他側の羽根溝の前方壁面及び後方壁面はインペラの一側面及び他側面に対して直角を成しても良いし、回転方向において後方に、即ち奥側が入口側よりも回転方向後方となるように傾斜していても良い。一側の羽根溝及び他側の羽根溝の幅（円周方向の長さ）は全長に亘って均一でも良いし、側面から軸方向中間部に進むにつれて漸変しても良い。軸方向（深さ方向）の断面形状は例えば半円形状又はこれに近似する形状を持つことができる。

一側の羽根溝及び他側の羽根溝の軸方向先端部（最奥部）はインペラの軸方向中間部より手前まで延びても、中間部に延びても、中間部を超えて延びても良い。中間部を超えて延びた場合、両方の羽根溝は軸線を含む断面でオーバラップ（重複）する。
（３）羽根部
複数の一側の羽根部及び他側の羽根部は、一側の及び他側の羽根溝内に流入した燃料に円周方向の力を与えるものである。一側及び他側の羽根部の形状は一側及び他側の羽根溝の形状に関連し、隔壁部の一側及び他側にそれぞれ所定ピッチで形成され、内側環状部と外側環状部との間に延び、内側環状部の外周面及び外側環状部の内周面と共に一側及び他側の羽根溝を区画する。

羽根部の前方壁面の外周部の側面からの傾斜角度は５０度より大きく、望ましくは６０から７０度の範囲で選択できる。一方、後方壁面の内周部の側面からの傾斜角度は５０度よりも小さく、望ましくは３０から４０度の範囲で選択できる。また、前方壁面の内周部の側面からの傾斜角度は５０から６０度の範囲で、後方壁面の外周部の側面からの傾斜角度は３５から５０度の範囲で、それぞれ選択できる。
（４）連通孔
複数の連通孔は、インペラの一側面から他側面に貫通し、吸入側の第１連通溝から吐出側の第３連通溝への燃料の流入、及び吸入側の第２連通溝から吐出側の第４連通溝への燃料の流入を可能にする。複数の連通孔は、一側及び他側の羽根溝から少し半径方向内方に離れて、又は一側及び他側の羽根溝の内側ぎりぎりに形成できる。前者の場合、各羽根溝と連通孔との間に軸方向に少し突出した突部が形成される。

連通孔の個数は、燃料の吸入及び吐出の際の圧力損失や生産性等考慮して選定され、一側及び他側の羽根溝の個数と同数又はこれより少ない。側面形状（幅、高さ）は燃料の吸入及び吐出の際の圧力損失や生産性等を考慮して選定され、矩形状又は円形状にできる。幅、高さは全長に亘って均一にできる。
（５）突部、浅溝
複数の一側及び他側浅溝は複数の一側及び他側の羽根溝と複数の連通孔とを連通する。例えば、一側及び他側の羽根溝と連通孔との間の突部に形成され、半径方向に延びる。一側及び他側浅溝の個数は連通孔の個数と同じか、又はこれよりも少ない。但し、羽根溝と連通孔を連通させる役割上、連通孔が形成されていない円周方向の部分には浅溝は形成しない。尚、一側及び他側浅溝の個数や幅及び深さは、連通孔との接続部における圧力損失等を考慮して選定される。
＜ポンプハウジング＞
ポンプハウジングは、一側及び他側の略Ｃ字形状の側部溝、燃料吸入口、及び燃料吐出口及び内周面を有する。ポンプハウジングは、インペラの一側（吸入側）の第１ハウジングと、他側（吐出側）の第２ハウジングとから成る。第１ハウジングと第２ハウジングとはほぼ対称の容器形状を持つこともできるし、何れか一方が容器形状で他方が蓋形状を持つこともできる。

一側の側部溝が第１ハウジングに、他側の側部溝が第２ハウジングに形成される。一側の側部溝は一側始端部から一側終端部まで延び、一側の羽根溝の側方に位置し、他側の側部溝は他側始端部から他側終端部まで延び、他側の羽根溝の側方に位置する。他側の側部溝の始端部が燃料吸入口に連通され、一側の側部溝の終端部が燃料吐出口に連通される。他側の側部溝の始端部と他側の側部溝の始端部と、及び一側の側部溝の終端部と他側の側部溝の終端部とはポンプハウジングに形成された連通路又はインペラに形成された連通孔により連通される。
インペラが連通孔を備えていない場合、ポンプハウジングは、始端部及び終端部の外周側に軸方向に形成され一側の側部溝の始端部と他側の側部溝の始端部とを連通する始端側の連通通路と、外周側に軸方向に形成され一側の側部溝の終端部と他側の側部溝の終端部とを連通する終端側の連通通路とを有する。
インペラが連通孔を備えている場合、始端部及び終端部における第１から第４連通部は連通孔に対向して、始端部及び終端部の内周側に形成される。例えば、第１及び第２連通部は一側の始端部及び終端部の半径方向内側に形成され、第３及び第４連通部は、他側の始端部及び終端部の半径方向内側に形成される。

＜第１実施例＞
以下、本発明の実施例を添付図面を基にして説明する。
（構成）
タービン式燃料ポンプの全体図である図１に示すように、燃料ポンプは筒状ポンプハウジング１３０と、該筒状ポンプハウジング１３０内に収容されたモータ部１３５及びポンプ部１４０とから成る。

筒状ポンプハウジング１３０はケーシング１３１及びホルダ１３６を含む。ホルダ１３６には燃料噴射装置に燃料を供給する燃料供給部１３７が形成されている。ケーシング１３１の内周面に環状の永久磁石１３３が取り付けられ、その内側にアーマチュア１３４が配置されている。アーマチュア１３４から上方に突出した軸１３８ａがホルダ１３６により回転可能に支承され、下方に突出した軸１３８ｂは次述するポンプハウジング１４１により回転可能に支承されている。永久磁石１３３及びアーマチュア１３４がモータ部１３５を構成する。

図２から図５を参照しつつポンプ部１４０について説明する。ポンプ部１４０はポンプハウジング１４１とインペラ１６０とに大別される。ポンプハウジング１４１は吐出側（上側）のポンプケーシング（第２ハウジング）１５５と、該ポンプケーシング１５５に一体化された吸入側（下側）のポンプカバー（第１ハウジング）１４２とから成る。モータ部１３５とポンプ部１４０との間にチャンバ１３９が形成されている。

図２及び図４に示すように、吸入側のポンプカバー１４２は容器形状を有し、円形の底壁部１４３とその周りの周壁部１４４とから成る。底壁部１４３の内側面（底面）１４３ａの外周部に所定形状の溝底面を持つ一方の側部溝１４６が形成されている。図２に示すように、側部溝１４６は始端部１４７、終端部１４８、及び始端部１４７から終端部１４８まで延びるＣ字形溝部１４９を持ち、始端部１４７において燃料吸入口（不図示）に連通されている。始端部１４７及び終端部１４８はそれぞれ半径方向内側に第１及び第２の連通くぼみ１４７ａ及び１４８ａを備えている。

図３及び図４に示すように、吐出側のポンプケーシング１５５は平板状を呈し、その内側面１５５ａの外周部に所定形状の溝底面を持つ他方の側部溝１５６が形成され、上記側部溝１４６と対向している。図３に示すように、側部溝１５６は、始端部１５７、終端部１５８、及び始端部１５７から終端部１５８まで延びるＣ字形溝部１５９を持ち、始端部１５７において燃料吐出口に連通されている。始端部１５７及び終端部１５８はそれぞれ半径方向内側に第３及び第４の連通くぼみ１５７ａ及び１５８ａを備えている。

ポンプカバー１４２の内側面１４３ａとポンプケーシング１５５の内側面１５５ａとが一定幅で円形状のインペラ収納空間を形成している。また、ポンプカバー１４２の側部溝１４６とポンプケーシング１５５の側部溝１５６とが、始端部１４７及び１５７から終端部１４８及び１５８まで延びるＣ字形状のポンプ流路を形成している。

図４、図５及び図６から明かのように、合成樹脂から成るインペラ１６０は円形状の本体部１６１と、その外周側の環状の外周部１６５とから成る。本体部１６１は上記ポンプカバーの本体１４３の内側面１４３ａに案内される一側面１６１ａと、ポンプケーシング１５５の内側面１５５ａに案内される他側面１６１ｂとを有する。外周部１６５の一側面１６５ａ及び他側面１６５ｂには、外周面１６５ｃから少し半径方向内側にずれた部分に、多数の羽根溝１６６及び１７１が、円周方向に等しいピッチで隔設されている。

図６から明かのように、一方の羽根溝１６６の開口部の側面形状は概ね半径方向に細長い矩形状である（より正確には外周側の幅（円周方向の寸法）が内周側のそれよりも少し大きい）。図４から明かのように、羽根溝１６６の深さ方向における断面形状は概ね半円形状で、径方向の長さは側部溝１４６の径方向の長さとほぼ等しい。羽根溝１６６の深さはインペラ１６０の板厚の半分よりも小さい。

図７から明らかなように、羽根溝１６６と１７１とはこれらの形成ピッチの１／２に相当する距離だけ円周方向にずれて形成されている。その結果、図７から明らかなように、羽根溝１６６と１７１とは千鳥状に配置され、また羽根部１６８と１７３とは千鳥状に配置されている。

羽根溝１６６はインペラ１６０の回転方向Ｙに対して奥側が入口（開口）側よりも後方となるように傾斜し、奥側に進むにつれて幅が狭くなっている。より詳しくは、外周部１６５の一側面１６５ａに対して羽根部の後方壁面（羽根溝１６６の前方壁面）１６７ａが成す角度θ１の方が、一側面１６５ａに対して羽根部１６８の前方壁面（羽根溝１６６の後方壁面）１６７ｂが成す角度θ２よりも小さくなっている。上記事情は他方の羽根溝１７１についても同じである。

図４及び図６に示すように、千鳥状に配置された一側面１６５ａ上の羽根溝１６６と他側面１６５ｂ上の羽根溝１７１とは互いに隔絶され、しかも羽根溝１６６及び１７１はインペラ１６０の外周面１６５ｃにおいて開口していない。その結果、図５及び図６から明かのように、外周部１６５の一側面１６５ａ上では隣接する羽根溝１６６間に羽根溝１６６と同数の羽根部１６８が形成されている。羽根部１６８の厚さ及び高さは羽根溝１６６の幅及び高さと同じである。これと同様に、他側面１６５ｂでは隣接する羽根溝１７１間に羽根溝１７１と同数の羽根部１７３が形成されている。

また、外周部１６５には羽根溝１６６及び１７１の外周側には軸方向及び円周方向に延びる外側環状部１８１が形成されている。更に、一方の羽根溝１６６と他方の羽根溝１７１との間で、半径方向及び円周方向に延びる隔壁部１８３が形成されている。

図５及び図６から明らかなように、羽根溝１６６及び１７１から少し半径方向内方に外れ、かつ円周方向（時計方向）にずれた位置に、一側面１６５ａから他側面１６５ｂに向かって軸方向に貫通する連通孔１７６が形成され、一側面１６５ａ及び他側面１６５ｂにおいてそれぞれ開口している。各連通孔の各羽根溝からのずれ量は、羽根溝の形成ピッチの１／２である。

連通孔１７６の個数は羽根溝１６６及び１７１の個数と等しい。各連通孔１７６の側面形状は、幅方向寸法よりも高さ方向（半径方向）寸法が少し長い矩形状であり、外周側の幅は羽根溝１６６及び１７１の内周側の幅より少し小さく、内周側の幅は該外周側の幅よりも少し狭い。隣接する連通孔１７６間の距離が上記側部溝１４６の始端部１４７及び終端部１４８の連通くぼみ１４７ａ及び１４８ａの円周方向の長さとほぼ等しい。

また、連通孔１７６の高さは羽根溝１６６及び１７１のそれの半分程度であり、上記ポンプカバー１４２の側部溝１４６の始端部１４７及び終端部１４８の連通くぼみ１４７ａ及び１４８ａの半径方向寸法とほぼ等しい。尚、連通孔１７６の幅及び高さは全長に亘って均一である。

羽根溝１６６及び１７１の半径方向内方に一対の突部１７８及び１７９が形成されている。一側面１６１ａでは突部１７８に浅溝１８６が形成され、他側面１６１ｂでは突部１７９に浅溝１８７が形成されている。ここで、羽根溝１６６と、一側面１６１ａ側から見たとき該羽根溝１６６に対して１／２ピッチだけ時計方向にずれている羽根溝１７１とに注目する。羽根溝１６６の半径方向内方には該羽根溝１６６の幅よりも少し小さな幅を持つ浅溝１８６が１／４ピッチだけ時計方向にずれて形成されている。また、羽根溝１７１の半径方向内方には該羽根溝１７１の幅よりも少し小さな幅を持つ浅溝１８７が１／４ピッチだけ反時計方向にずれて形成されている。

その結果、一側面１６５ａから見た（平面視）とき、浅溝１８６と１８７とはそれぞれの円周方向の相当部分において重複している。この重複部分の半径方向内側に連通孔１７６が形成されている。よって、羽根溝１６６と羽根溝１７１とは、浅溝１８６、連通孔１７６及び浅溝１８７によって互いに連通されている。

また、千鳥状に配置された羽根溝１６６と１７１とが浅溝１８６、１８７及び連通孔１７６により連通されている。浅溝１８６の幅は羽根溝１６６の内周側の幅即ち連通孔１７６の外周側の幅とほぼ等しく、深さは羽根溝１６６の深さの数分の一程度である。その結果、浅溝１６６は一側面１６１ａからその深さ分凹んでいる。この事情は他側面１６１ｂの突部１７９、及びその上に形成された浅溝１８７についても同様である。

インペラ１６０は、互いに対向する面に所定形状の凹部を持ち互い接近・離間する方向に移動可能な一対の金型（不図示）により成形された。一方の金型はキャビティの内壁面に、羽根溝１６６、連通孔１７６の左半分及び浅溝１８６を形成するための凸部を持ち、他方の金型は羽根溝１７１、連通孔１７６の右半分及び浅溝１８７を形成するための凸部を持つ。

以上の構成になるインペラ１６０は、図４から明らかなように、ポンプハウジング１４１のインペラ収納空間内に回転可能に収納され、その一側面１６１ａをポンプカバー１４２の内側面１４３ａに、その他側面１６１ｂをポンプケーシング１５５の内側面１５５ａにそれぞれ案内されている。この状態では、軸方向において多数の羽根溝１６６及び羽根部１６８が側部溝１４６に対向し、多数の羽根溝１７１及び羽根部１７３が側部溝１５６に対向している。また、連通孔１７６の一側面１６１ａ側の開口がポンプカバー１４２の始端部１４７及び終端部１４８の連通くぼみ１４７ａ及び１４８ａに対応し、他側面１６１ｂ側の開口がポンプケーシング１５５の始端部１５７及び終端部１５８の連通くぼみ１５７ａ及び１５８ａに対応している。

インペラ１６０の一側面１６１ａとポンプカバー１４２の内側面１４３ａとの間、及び他側面１６１ｂとポンプケーシング１５５の内側面１５５ａとの間には、浅溝１８６及び１８７の空間により隙間（図４参照）が形成されている。この隙間は羽根溝１６６及び１７１と連通孔１７６とをそれぞれ連通している。
（作用）
第１実施例の燃料ポンプにおいて、ポンプカバー１４２の燃料吸入口１５４から供給される燃料は、側部溝１４６の始端部１４７からインペラ１６０の羽根溝１６６に流入する。これと同時に、始端部１４７内の燃料は連通孔１７６を介してインペラ１６０の一側面１６１ａ側から他側面１６１ｂ側に流れ、側部溝１５６の始端部１５７及びインペラ１６０の羽根溝１７１に流入する。

羽根溝１６６及び１７１の内周寄りの部分に流入した燃料は、回転するインペラ１６０の羽根部１６８及び１７３から円周方向の力を受け、それに基づく遠心力により図４において羽根溝１６６及び１７１内を半径方向外向きに流れる。その後、羽根溝１６６及び１７１の外周寄りの部分に案内されて、燃料は軸方向外向き（左右方向）に分流され、側部溝１４６及び側部溝１５６内に流入し、半径方向内向き及び軸方向内向きに案内されて羽根溝１６６及び１７１に戻る。これと同時に、燃料は図６において、羽根溝１６６及び１７１内に羽根部１６８及び１７３の前方壁面１６７ｂ側から流入し後方壁面１６７ａ側から流出する。

こうして、ポンプカバー１４２側に流入した燃料は、羽根溝１６６と側部溝１４６との間で循環を繰り返しつつ、ポンプ流路内を始端部１４７から終端部１４８に向かって螺旋状に流れる。また、ポンプケーシング１５５側に流入した燃料は、羽根溝１７１と側部溝１５６との間で循環を繰り返しつつ、ポンプ流路内を始端部１５７から終端部１５８に向かって螺旋状に流れる。こうして終端部１４８及び１５８に燃料が次々に送り込まれ、その圧力が上昇する。

羽根溝１６６及び側部溝１４６で昇圧され終端部１４８に至った燃料は、終端部１４８の壁面により流れ方向をほぼ９０度変更される。その後、インペラ１６０の連通孔１７６を一面面１６１ａ側から他側面１６１ｂ側に流れる。羽根溝１７１及び側部溝１５６で昇圧され終端部１５８に至った燃料は、終端部１４８の壁面により流れ方向をほぼ９０度変更される。こうして吸入側と吐出側とで別個独立に加圧され、その後合流した燃料は燃料吐出口（不図示）から上記チャンバ１３９を経て燃料供給部１３７に供給される。
（効果）
第１実施例によれば、第１に、羽根溝１６６内にも羽根溝１７１内にも、インペラ１６０の一側面１６１ａと他側面１６１ｂとを連通する連通手段は存在しない。また、インペラ１６０の最外周には外側環状部１８１が存在し、羽根溝１６６も羽根溝１７１も外周面１６５ｃにおいて開口していない。しかも、ポンプカバー１４２にもポンプケーシング１５５にもインペラ１６０の最外周において羽根溝１６６と１７１とを連通する連通手段は形成されていない。その結果、一方の羽根溝１６６及び側部溝１４６内での燃料の昇圧と、他方の羽根溝１７１及び側部溝１５６での燃料の昇圧とは別個独立になされる。

従って、羽根溝１６６及び１７１の形状、大きさ及び個数は燃料の昇圧を重視して選定することができる。そこで、羽根溝１６６及び１７１を全体的にインペラ１６０の回転方向前方に傾斜させ、しかも羽根溝１６６及び１７１の開口側から奥側に進むにつれて幅が狭くなるように選定している。これにより、燃料は一方の羽根溝１６６と側部溝１４６との間、及び他方の羽根溝１７１と側部溝１５６との間を螺旋状に循環しその間に圧力が効率よく上昇する。

第２に、連通孔１７６は羽根溝１６６及び１７１から半径方向内方に外れた部分に形成されている。よって、吸入側の始端部１４７の連通くぼみ１４７ａから吐出側の始端部１５７の連通くぼみ１５７ａへの燃料の最適な流通、及び吸入側の終端部１４８の連通くぼみ１４８ａから吐出側の終端部１４８の連通くぼみ１５８ａへの燃料の最適な流通を重視して連通孔１７６の形状、大きさ及び個数を決定することができる。

これに関連して、羽根溝１６６及び側部溝１４６と羽根溝１７１及び側部溝１５６とを連通させる連通孔１７６をインペラ１６０自身に形成している。そのため、連通孔１７６の内壁面に作用する燃料の圧力によってインペラ１６０が何れかの半径方向に移動することが防止される。

第３に、突部１７８及び１７９には羽根溝１６６又は１７１と連通孔１７６とを連通する、羽根溝１６６又は１７１と同数の浅溝１８６及び１８７が形成されている。これにより、連通孔１７６の一方の開口が側部溝１４６の始端部１４７及び終端部１４８に対向せず、連通孔１７６の他方の開口が側部溝１５６の始端部１５７及び終端部１５８に対向しないときでも、羽根溝１６６及び側部溝１４６と羽根溝１７１及び側部溝１５６とは浅溝１８６、連通孔１７６及び１８７を介して互いに連通されている。従って、何らかの理由により、羽根溝１６６及び側部溝１４６内の燃料の圧力と羽根溝１７１及び側部溝１５６内の燃料の圧力とがアンバランスになったときは、圧力の高い方から低い方に燃料が流れ、これにより双方の圧力がバランスされ、インペラ１６０の軸方向における微妙なずれが防止される。

第４に、一対の金型によるインペラ１６０の成形時に突部１７８及び１７９に破損が生じ難い。連通孔１７６は羽根溝１６６及び１７１から半径方向内方に少し離れて形成されており、両者の間に残存する突部１７８及び１７９がある程度の厚さ（半径方向長さ）を持つからである。
（インペラの変形例）
第１実施例のインペラ１６０の第１変形例を図８に示す。このインペラが上記実施例と異なる点は、上記浅溝１８６，１８７が形成されていない点である。即ち、羽根溝１９１及び１９４と連通孔１９８との間に突部１９２及び１９５が存在するが、その突出端に浅溝は形成されていない。

第１変形例では上記第１実施例における第３の効果は得られない。しかし、上記第１、第２及び第４の効果が享受でき、従来例に比べると種々の面で優れている。

インペラの第２変形例を図９に示す。このインペラが第１実施例と異なる点は、上記突部１７８、１７９及び浅溝１８６、１８７が形成されていない点である。即ち、連通孔２０５が羽根溝２０１及び２０３の半径方向内側にぎりぎりに形成されており、上記突部１７８及び１７９に相当する部分は存在しない。

第２変形例では上記第１実施例における第３及び第４の効果は得られない。しかし、上記第１及び第２効果が享受でき、従来例に比べると種々の面で優れている。
＜第４実施例＞
（構成）
本発明の第２実施例の要部（インペラ）を図１０及び図１１に示す。第２実施例は、インペラ２２０の羽根溝２３０及び２３５の半径方向内側に連通孔２２３が形成され、ポンプハウジング（不図示）には連通部が形成されていない点は、上記第１実施例と共通している。しかし、一側及び他側の羽根溝２３０及び２３５の構成（特に軸方向長さ）が異なる。

詳述すると、インペラ２２０の外周部は、外側環状部２５２、隔壁部２５４及び複数の羽根部２４０、２４５を含み、複数の羽根部２４０、２４５により複数の羽根溝２３０、２３５が区画されている。
一側の羽根溝２３０の開口部の側面形状は概ね半径方向に細長い矩形状で、深さ方向における断面形状は概ね半円形状で、径方向の長さは側部溝２６１及び２６２の径方向の長さとほぼ等しい。ここで、一側面２２１ａ側の羽根溝２３０の軸方向長さ即ち深さに注目されたい。深さはインペラ２２０の軸方向中央部を超えて他側面２２１ｂ側に延びており、板厚の半分よりも深くなっている。
羽根溝２３０は、インペラ２２０の回転方向Ｘに対して奥側が入口（開口）側よりも後方となるように傾斜し、奥側に進むにつれて幅が狭くなっている。より詳しくは、一側面２２１ａに対して羽根溝２３０の前方壁面２３１が成す角度θ１の方が、後方壁面２３２が成す角度θ２よりも小さくなっている。尚、他側の羽根溝２３５は一側の羽根溝２３０と同様の構成を持つ。

図１１から明らかなように、羽根溝２３０と２３５とはこれらの形成ピッチの１／２に相当する距離だけ円周方向にずれて千鳥状に形成され、羽根部２４０と２４５とは千鳥状に配置されている。その結果、図１０から明らかなように、インペラ２２０の軸線を含む平面で切断したとき、一側の羽根溝２３０の先端部（最奥部）と他側の羽根溝２３５の先端部（最奥部）とは重なっている。重なり量はインペラ２３０の厚さの数分の一である。

羽根溝２３０及び２３５の半径方向内側には連通孔２２３が形成され、一対の突部２２４及び２２７にはそれぞれ浅溝２２５及び２２８が形成されている。その他の点は、上記第１実施例のインペラ１６０及び燃料ポンプと同じである。

これらに加えて、以下の特有の効果が得られる。燃料は羽根溝２３０及び２３５の半径方向において内側から外側に流れ（図１０参照）、羽根溝２３０及び２３５の円周方向では前方壁面２３１側から流入して、後方壁面２３２側から流出する（図１１参照）。このとき、羽根溝２３０及び２３５は軸方向に深いため、先端部が軸方向の中央部よりも手前又は中央部にあるインペラに比べて、羽根溝２３０、２３５と側部溝２６１，２６２との間で燃料の運動量を増加させることができる。その結果、燃料ポンプのポンプ効率が上昇する。

本発明の実施例による燃料ポンプを示す縦断面図である。ポンプカバーの平面図である。ポンプケーシングの平面図である。図１のＡ部の拡大図で、本発明のインペラ及びその周辺を示す。図１における１８−１８断面図である。図５におけるＢ部拡大図である。図１におけるＣ矢視図である。インペラの第１変形を示す要部断面図である。インペラの第２変形例を示す要部断面図である。本発明の第２実施例によるインペラを示す縦断面図である図１０における２４−２４断面図である第１従来例の要部縦断面図である。同じく横断面図である。第２従来例を示す要部断面図である。第３従来例を示す要部断面図である。第４従来例を示す要部断面図である。第５従来例を示す要部縦断面図である。インペラの側面図である。

符号の説明

１３０：筒状ポンプハウジング１４６、１５６：側部溝
１４０：ポンプ部１６８、１７３：羽根部
１６０：インペラ１６６、１７１：羽根溝
１７６：連通孔１８１：外側環状部
１７８：突部１８６、１８７：浅溝
１４１：ポンプハウジング
１４２：第１ハウジング（ポンプカバー）
１５５：第２ハウジング（ポンプケーシング）

Claims

円板状を呈し、外周部に円周方向に沿って複数の羽根部と複数の羽根溝を有するタービン式燃料ポンプのインペラにおいて、
その一側面において円周方向に隔設された複数の一側の該羽根溝と、
その他側面において円周方向に隔設され該一側の羽根溝から隔設された複数の他側の該羽根溝と、
一側及び他側の該羽根溝から半径方向に内方又は外方に外れた部分を該一側面から他側面に貫通し、燃料を吸入側から吐出側に流通させるための複数の連通孔と、
を備え、
複数の前記連通孔は前記一側の羽根溝及び前記他側の羽根溝の半径方向の延長線から円周方向にずれていることを特徴とするインペラ。
円板状を呈し、外周部に円周方向に沿って複数の羽根部と複数の羽根溝を有するタービン式燃料ポンプのインペラにおいて、
一側面において円周方向に交互に形成された複数の該羽根部及び複数の該羽根溝と、
他側面において円周方向に交互に形成され一側の該羽根溝から隔設された複数の該羽根部及び複数の該羽根溝と、
一側及び他側の該羽根部の外周側に位置する外側環状部と、
一側及び他側の該羽根溝から半径方向内方又は外方に外れた部分に形成され該一側面から該他側面に貫通し、燃料を吸入側から吐出側に流通させるための複数の連通孔と、
を備え、
複数の前記連通孔は前記一側の羽根溝及び前記他側の羽根溝の半径方向の延長線から円周方向にずれていることを特徴とするインペラ。
複数の前記一側の羽根溝と複数の前記他側の羽根溝とは円周方向にずれている請求項１又は２に記載のインペラ。
複数の前記連通孔は複数の前記一側の羽根溝及び複数の前記他側の羽根溝の半径方向内側に形成されている請求項１に記載のインペラ。
前記連通孔の個数は前記一側の羽根溝及び前記他側の羽根溝の個数と同じ又はそれ以下である請求項１又は２に記載のインペラ。
複数の前記一側の羽根溝及び複数の前記他側の羽根溝と複数の前記連通孔とを連通する
複数の一側浅溝及び複数の他側浅溝が形成されている請求項１に記載のインペラ。
複数の前記一側の羽根溝及び複数の前記他側の羽根溝と前記連通孔との間に、軸方向に突出した複数の一側突部及び複数の他側突部が形成されている請求項１に記載のインペラ。
複数の前記一側突部及び複数の前記他側突部に、複数の前記一側の羽根溝及び複数の前記他側の羽根溝と複数の前記連通孔とを連通する複数の一側浅溝及び複数の他側浅溝が形成されている請求項７に記載のインペラ。
前記一側浅溝及び前記他側浅溝の個数は、複数の前記連通孔の個数と同じ又はそれ以下である請求項６又は８に記載のインペラ。
複数の前記一側浅溝及び複数の前記他側浅溝は、複数の前記一側の羽根溝及び複数の前記他側の羽根溝の半径方向の延長線、及び前記連通孔の半径方向の延長線に対して円周方向にずれている請求項６又は８に記載のインペラ。