JP5261486B2 - 電動ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータによって駆動される電動ポンプ装置に関し、特に、エタノール等を含んだ粘度の高い燃料をエンジン等に対して供給する燃料供給装置に好適な電動ポンプ装置のブラシ保持構造に関する。

従来より、二輪車や四輪車などの車両用燃料供給装置として、電動モータによって駆動される電動ポンプ装置を使用した燃料供給装置が広く使用されている。例えば、特許文献１の公報には、電動モータが内蔵され、モータとポンプ装置が一体化されたモータ式燃料ポンプが記載されている。特許文献１の燃料ポンプでは、モータの整流装置として、ディスクタイプのコンミテータが使用されている。この整流装置では、円板状に形成されたコンミテータに対し、軸方向からカーボンブラシが摺接している。
特開昭６３−２７２９９４号公報

ところが、ディスクタイプのコンミテータを用いた電動ポンプ装置では、エタノール等のように粘度の高い燃料にそれを用いた場合、ブラシとコンミテータの間の摺動状態が不安定となり、ブラシやコンミテータが大きく摩耗するおそれがあるという問題があった。図１０は、高粘度燃料の場合におけるブラシの挙動を示す説明図である。図１０に示すように、ブラシ５１は、ブラシホルダ５２内に図中上下方向に移動自在に収容されている。ブラシ５１は、ブラシスプリング５４の付勢力によって、コンミテータ５３に押接されている。

図１０のブラシ５１には、モータ作動中は、周方向に沿った押圧力Ｆｃが作用する。この押圧力Ｆｃに対しては、ブラシホルダ５２とブラシ５１の接触点Ｐにて反力Ｆｃ’（＝Ｆｃ）が生じる。この反力Ｆｃ’により、ブラシ５１にモーメント力Ｆ１が作用する。ブラシ５１には、このモーメント力Ｆ１によって、図１０に示すように、ブラシ５１とコンミテータ５３の接触点を中心ＯとするモーメントＭｆが作用する。図１０からも分かるように、ブラシホルダ５２とブラシ５１の接触点（支点）Ｐがブラシ摺動面から遠くなると、ブラシ押圧力ＦｃによるモーメントＭｆの中心Ｏと、ブラシ支点Ｐとの距離（Ｌｃ：モーメントＭｆの腕の長さ）が長くなる。このため、支点Ｐが遠くなるほど、ブラシに発生するモーメントＭｆも大きくなる。

一方、ブラシ５１には、ブラシスプリング５４による荷重Ｆｓも作用している。ブラシ５１は、この荷重Ｆｓによって、コンミテータ５３の摺動面に押し付けられている。この荷重Ｆｓにより、ブラシ５１の上端Ｑ（スプリング接触部）にはモーメント力Ｆ２が作用する。このモーメント力Ｆ２によって、ブラシ５１には、Ｏを中心とするモーメントＭｓ（腕の長さ：Ｌｓ）が作用する。このモーメントＭｓは、先のモーメントＭｆとは逆回りのモーメントである。両モーメントＭｓ,ＭｆがＭｓ≧Ｍｆの場合は、ブラシ５１はコンミテータ５３に押接された状態で保持される。

ところが、燃料の粘度や流速（モータ回転速度）が高くなると、押圧力Ｆｃが大きくなり、それに伴ってＭｆも増大して行く。そして、Ｍｆが大きくなってＭｆ＞Ｍｓとなり、ブラシ５１に対する図１０において左回りのモーメントが勝ると、ブラシ５１が図１０のように左側（モータ回転方向前方側）に傾く。このようにブラシ５１が傾くと、コンミテータ５３との接触面積が減少するため、その分、ブラシ−コンミテータ間の接触抵抗が増加する。また、この接触抵抗は、流速変動に伴うブラシ５１の傾斜量変化によっても変動し、この変動は、燃料の粘度や流速が大きいほど顕著となる。さらに、コンミテータ５３には、各セグメント間にスリット５５があり、ブラシ５１のスリット通過によっても接触抵抗が脈動する。

ブラシ−コンミテータ間の接触抵抗が変動し、しかも、それが急激な場合、電動モータのコイルインダクタンスが変化し、コイルに誘起電圧が生じる。すると、ブラシ−コンミテータ間にアークが発生し、これが断続的に続くと、ブラシやコンミテータの摩耗が進行する。特に、エタノール等のように粘度の高い燃料では、ブラシ−コンミテータ間の接触抵抗の変化が大きくなるという課題があった。

本発明の目的は、エタノール等のように粘度の高い燃料に使用した場合でも、ブラシやコンミテータが大きく摩耗しにくい電動ポンプ装置を提供することにある。

本発明の電動ポンプ装置は、ブラシ付の電動モータからなり、軸方向から前記ブラシが接触するディスクタイプのコンミテータと、前記ブラシを軸方向に沿って移動可能に保持するブラシ収容部が形成されたブラシホルダとを有するモータ部と、前記モータ部によって回転駆動されるポンプ部とを有する電動ポンプ装置であって、前記ブラシ収容部の前記コンミテータ側の端部又は端部近傍に、前記電動モータ作動時に前記ブラシが前記ブラシ収容部から受ける押圧力によって前記ブラシに生じる、前記ブラシと前記コンミテータとの接触点Ｏを中心とするモーメントＭｆが小さくなるよう、前記ブラシの回転方向後方側と当接し前記ブラシの支点となるブラシ当接部を設けたことを特徴とする。

前記電動ポンプ装置にあっては、電動モータ作動時に、ブラシ収容部のコンミテータ側の端部又は端部近傍にブラシ当接部が形成されるため、ブラシの支点がコンミテータ近くに設定される。従って、ブラシ押圧力Ｆｃによってブラシ５１に作用する、ブラシとコンミテータの接触点を中心ＯとしたモーメントＭｆが小さくなる。このため、高粘度燃料の場合でもブラシが傾きにくくなる。

前記電動ポンプ装置において、前記ブラシ収容部の周方向の内寸が前記コンミテータ側の端部から軸方向に沿って拡大するように、前記ブラシ収容部の回転方向後方側の内壁をテーパ状に形成し、前記ブラシ収容部の前記コンミテータ側の端部開口縁を前記ブラシ当接部としても良い。また、前記ブラシ当接部として、前記ブラシ収容部の端部の回転方向後方側に周方向に向かって突出する当接突起を設けても良い。さらに、前記ブラシ当接部として、前記ブラシ収容部の回転方向後方側の内壁に周方向に向かって突出する突き当て部を設けても良い。

一方、本発明の他の電動ポンプ装置は、ブラシ付の電動モータからなり、軸方向から前記ブラシが接触するディスクタイプのコンミテータと、前記ブラシを軸方向に沿って移動可能に保持するブラシ収容部が形成されたブラシホルダとを有するモータ部と、前記モータ部によって回転駆動されるポンプ部とを有する電動ポンプ装置であって、前記ブラシの前記コンミテータ側の端部近傍に、前記電動モータ作動時に前記ブラシが前記ブラシ収容部から受ける押圧力によって前記ブラシに生じる、前記ブラシと前記コンミテータとの接触点Ｏを中心とするモーメントＭｆが小さくなるよう、前記ブラシ収容部の回転方向後方側の内壁と当接し前記ブラシの支点となるブラシ当接部を設けたことを特徴とする。

前記電動ポンプ装置にあっては、電動モータ作動時に、ブラシのコンミテータ側の端部近傍にブラシ当接部が形成されるため、ブラシの支点がコンミテータ近くに設定される。従って、ブラシ押圧力Ｆｃによってブラシ５１に作用する、ブラシとコンミテータの接触点を中心ＯとしたモーメントＭｆが小さくなる。このため、高粘度燃料の場合でもブラシが傾きにくくなる。

前記電動ポンプ装置において、前記ブラシの周方向寸法が前記コンミテータ側の端部から軸方向に沿って縮小するように、前記ブラシの回転方向後方側端面をテーパ状に形成し、前記ブラシの前記コンミテータ側の端部近傍を前記ブラシ当接部としても良い。また、前記ブラシ当接部として、前記ブラシの端部近傍の回転方向後方側に、周方向に向かって延びる拡大部を設けても良い。さらに、前記ブラシ当接部として、前記ブラシの回転方向後方側端面に、周方向に向かって突出する突き当て部を設けても良い。

一方、前記電動ポンプ装置において、前記ブラシを前記コンミテータに押接させる力によって前記ブラシに生じる、前記接触点Ｏを中心とするモーメントＭｓが、前記モーメントＭｆよりも大きくなるよう（Ｍｓ≧Ｍｆ）、前記ブラシホルダと前記ブラシとの接触点と、前記ブラシと前記コンミテータとの接触面との距離Ｈｐと、前記ブラシの周方向の幅Ｗ、前記ブラシと前記コンミテータとの摺動摩擦係数μとの間の関係を（Ｗ／２Ｈｐ）≧μに設定しても良い。これにより、ブラシとコンミテータの接触が安定的に維持される。また、前記ブラシの前記コンミテータとの接触面に、前記ブラシと前記コンミテータの間に燃料が流入し、該燃料によるくさび作用によって前記ブラシが前記コンミテータから浮き上がらないように周方向に沿って延びる溝を形成したことを特徴とする電動ポンプ装置。これにより、接触面とコンミテータとの間に燃料が入り込んでも、燃料が溝を通って後方側へと抜ける。このため、燃料によるくさび作用が起こらず、摺動面を押し上げる力が減少し、接触抵抗の乱れも小さくなる。

加えて、本発明の他の電動ポンプ装置は、ブラシ付の電動モータからなり、軸方向から前記ブラシが接触するディスクタイプのコンミテータと、前記ブラシを軸方向に沿って移動可能に保持するブラシ収容部が形成されたブラシホルダとを有するモータ部と、前記モータ部によって回転駆動されるポンプ部とを有する電動ポンプ装置であって、前記ブラシ収容部の周方向の内寸が前記コンミテータ側の端部から軸方向に沿って拡大するように、前記ブラシ収容部の回転方向前方側と後方側の内壁をテーパ状に形成し、前記テーパ状の内壁によって前記ブラシ収容部の内寸が最も小さい寸法となる前記コンミテータ側の端部開口縁に、前記電動モータ作動時に、前記ブラシの回転方向後方側と当接する鋭角エッジ状のブラシ当接部を設けたことを特徴とする燃料供給用の電動ポンプ装置であっても良い。

本発明の電動ポンプ装置によれば、ディスクタイプのコンミテータと、ブラシを保持するブラシ収容部が形成されたブラシホルダとを有するモータ部と、モータ部によって回転駆動されるポンプ部とを有する電動ポンプ装置にて、ブラシ収容部のコンミテータ側の端部又は端部近傍に、電動モータ作動時にブラシの回転方向後方側と当接するブラシ当接部を設けたので、ブラシの支点がコンミテータ近くに設定され、ブラシ押圧力Ｆｃによってブラシ５１に作用する、ブラシとコンミテータの接触点を中心ＯとしたモーメントＭｆが小さくなる。このため、高粘度燃料の場合でもブラシが傾きにくくなり、接触面積減少によるブラシ−コンミテータ間の接触抵抗増加を抑えることができる。また、接触抵抗の急変によるブラシ−コンミテータ間のアーク発生を抑えることが可能となる。従って、ブラシやコンミテータの摩耗が抑えられ、エタノール等のように粘度の高い燃料に当該電動ポンプ装置を使用しても、ブラシやコンミテータの摩耗を低減させることが可能となる。

本発明の他の電動ポンプ装置によれば、ディスクタイプのコンミテータと、ブラシを保持するブラシ収容部が形成されたブラシホルダとを有するモータ部と、モータ部によって回転駆動されるポンプ部とを有する電動ポンプ装置にて、ブラシのコンミテータ側の端部近傍に、電動モータ作動時にブラシ収容部の回転方向後方側の内壁と当接するブラシ当接部を設けたので、ブラシの支点がコンミテータ近くに設定され、ブラシ押圧力Ｆｃによってブラシ５１に作用する、ブラシとコンミテータの接触点を中心ＯとしたモーメントＭｆが小さくなる。このため、高粘度燃料の場合でもブラシが傾きにくくなり、接触面積減少によるブラシ−コンミテータ間の接触抵抗増加を抑えることがでる。また、接触抵抗の急変によるブラシ−コンミテータ間のアーク発生を抑えることが可能となる。従って、ブラシやコンミテータの摩耗が抑えられ、エタノール等のように粘度の高い燃料に当該電動ポンプ装置を使用しても、ブラシやコンミテータの摩耗を低減させることが可能となる。

本発明の実施例１である電動ポンプ装置の構成を示す断面図である。 図１の電動ポンプ装置におけるブラシ保持構造を示す説明図である。 本発明の実施例２である電動ポンプ装置のブラシ保持構造を示す説明図である。 本発明の実施例３である電動ポンプ装置のブラシ保持構造を示す説明図である。 本発明の実施例４である電動ポンプ装置のブラシ保持構造を示す説明図である。 本発明の実施例５である電動ポンプ装置のブラシ保持構造を示す説明図である。 本発明の実施例６である電動ポンプ装置のブラシ保持構造を示す説明図である。 ブラシを傾斜配置して斜め方向からコンミテータに押接する構造のモータに本発明を適用した変形例を示す説明図である。 実施例１の電動ポンプ装置におけるブラシ当接部の変形例を示す説明図である。 従来の電動ポンプ装置を高粘度燃料に使用した場合のブラシの挙動を示す説明図である。

１ 電動ポンプ装置 ２ 電動モータ（モータ部）
３ 燃料ポンプ（ポンプ部） ４ シェルケース
５ アウトレットカバー ６ インレットカバー
７ ブラシホルダ ８ ポンプケース
９ ブラシ収容部 １０ カーボンブラシ
１０ａ 周方向端面 １０ｂ 摺動面（接触面）
１１ ブラシスプリング １２ コンミテータ
１３ チェックバルブ １４ 燃料吐出口
１５ 永久磁石 １６ アーマチュア
１７ スロット １８ コア
１９ 回転軸 ２０ 軸受部
２１ 軸受 ２２ インペラ
２３ インペラ収容部 ２４ ポンプ室
２５ 燃料吸入口 ２６ 内壁
２７ 開口 ２８ 開口縁（ブラシ当接部）
２９ セレーション溝 ３１ ブラシ
３１ａ 端面 ３２ 周方向端面
３３ 当接突起（ブラシ当接部） ３４ ブラシ
３５ 拡大部（ブラシ当接部）
３６ 突き当て部（ブラシ当接部）
３７ ブラシ ３８ 周方向端面
３９ 突き当て部（ブラシ当接部） ４１ ブラシ
５１ ブラシ ５２ ブラシホルダ
５３ コンミテータ ５４ ブラシスプリング
５５ スリット

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１である電動ポンプ装置の構成を示す断面図である。図１の電動ポンプ装置１は、例えば、自動二輪車用の燃料供給装置に適用され、エンジンの燃料噴射弁に対し燃料供給を行うために使用される。電動ポンプ装置１は、電動モータ２（モータ部、以下、モータ２と略記する）と燃料ポンプ（ポンプ部）３を、鋼製のシェルケース４内に一体に収容した構成となっている。

円筒状のシェルケース４の両端には、合成樹脂製のアウトレットカバー５と、アルミダイキャスト製のインレットカバー６が取り付けられている。アウトレットカバー５とインレットカバー６は、シェルケース４の端部にそれぞれカシメ固定されている。アウトレットカバー５は、シェルケース４の一端側に取り付けられる。アウトレットカバー５の内側には、合成樹脂製のブラシホルダ７が配置されている。インレットカバー６は、シェルケース４の他端側に取り付けられる。インレットカバー６の内側には、ポンプケース８が配置されている。

ブラシホルダ７には、ブラシ収容部９が設けられている。ブラシ収容部９内には、モータ２のカーボンブラシ１０（以下、ブラシ１０と略記する）が収容・保持されている。ブラシ１０は、ブラシスプリング１１によって、モータ２のコンミテータ１２に押接されている。図１に示すように、モータ２は、ブラシ付の直流モータであり、いわゆるフラットタイプ（偏平型）のコンミテータ１２が使用されている。ブラシ１０は、ブラシスプリング１１の付勢力によって、軸方向（図１において上下方向）からコンミテータ１２に接触している。また、アウトレットカバー５には、燃料吐出口１４が形成されている。燃料吐出口１４には、燃料逆流防止用のチェックバルブ１３が設けられている。

シェルケース４は、モータ２のヨークを兼ねている。シェルケース４の内周面には、複数の永久磁石１５が固定されている。永久磁石１５の内側には、アーマチュア１６が回転自在に配置されている。アーマチュア１６は、鋼製のコアプレートを積層して形成したコア１８を有している。コア１８には、軸方向に延びる複数のスロット１７が形成されている。コア１８のスロット１７内には、モータコイルが巻装されている。アーマチュア１６は、回転軸１９に固定されている。回転軸１９は、ブラシホルダ７に設けられた軸受部２０と、ポンプケース８に取り付けられた軸受２１によって回転自在に支持されている。

燃料ポンプ３は非容積型の再生式ポンプとなっており、ポンプケース８とインペラ２２とから形成されている。ポンプケース８の下端側には、円筒孔状のインペラ収容部２３が形成されている。インペラ収容部２３内には、インペラ２２が配置されている。インペラ２２は、モータ２の回転軸１９と連結されている。回転軸１９にはＤカット部が形成されており、インペラ２２はこのＤカット部に取り付けられている。これにより、インペラ２２は、回転軸１９と一体に回転する。インペラ２２の外周寄りには、ポンプ室２４が周方向に沿って多数設けられている。ポンプ室２４は、インペラ２２を軸方向に貫通するように形成されている。

ポンプ室２４に対応して、インレットカバー６には、燃料吸入口２５が設けられている。ポンプケース８には、インペラ収容部２３とシェルケース４の内部とを連通する図示しない連通孔が設けられている。連通孔は、一端側がインペラ収容部２３の上端面に開口し、他端側がシェルケース４内に臨んで開口している。この連通孔により、インペラ２２の回転に伴って、シェルケース４内に燃料が送出される。シェルケース４内に送出された燃料は、シェルケース４内を流通して燃料吐出口１４から吐出される。

このような構成を備えた電動ポンプ装置１は次のように機能する。まず、モータ２が駆動され燃料ポンプ３が作動すると、燃料タンク内の燃料が燃料吸入口２５から吸い込まれる。この際、燃料ポンプ３では、回転軸１９と共にインペラ２２が回転する。インペラ２２の回転に伴い、燃料吸入口２５からポンプ室２４内に燃料が吸い込まれる。ポンプ室２４内の燃料は、インペラ２２の回転によりシェルケース４内に送出される。シェルケース４内に送り込まれた燃料は、シェルケース４の内部を流れ、燃料吐出口１４から吐出される。これにより、電動ポンプ装置１から図示しない燃料流路へと燃料が供給される。

ところで、近年、地球環境への影響等の観点から、自動車燃料として、エタノール等を含んだ粘度の高い燃料の使用が増加している。ところが、高粘度の燃料を使用すると、前述のように、ブラシ−コンミテータ間の摺動抵抗が高くなり、ブラシやコンミテータの摩耗が大きくなるおそれがある。そこで、当該電動ポンプ装置１では、モータ動作時におけるブラシ１０の挙動を安定させるべく、ブラシ摺動時に、ブラシ１０がブラシホルダ７の回転方向後方側の開口端に当たるような寸法設定を採用している。図２は、電動ポンプ装置１におけるブラシ保持構造を示す説明図である。

図２に示すように、ブラシホルダ７では、ブラシ収容部９の周方向両端側の内壁２６がテーパ状（テーパの角度０.５°以上）に形成されている。なお、図２では、本発明の特徴を明確に示すためテーパ角度を強調して記載している。対向する内壁２６間の寸法（ブラシ収容部の周方向内寸）Ｘは、コンミテータ１２側の開口２７から軸方向に沿って拡大している。すなわち、ブラシ収容部９は、開口２７の部分が最も小さい寸法となっている。そして、コンミテータ１２から離れるに従って（図中上方向に向かって）、ブラシ収容部９の内寸（寸法Ｘ）が増加する。ブラシ収容部９内にはブラシ１０が収容されているが、軸方向（図中上下方向）にブラシ１０が移動可能なように、ブラシ１０とブラシホルダ７との間には若干のクリアランスが設けられている。

このようなブラシ保持構造を有するモータ２では、モータ２が駆動され図２の矢示のようにコンミテータ１２が回転すると、ブラシ１０には周方向に沿った押圧力Ｆｃが作用する。この押圧力Ｆｃにより、ブラシ１０は周方向に沿って押され、ブラシ１０の周方向端面１０ａがブラシ収容部９の開口縁（ブラシ当接部）２８に当接する（図２の状態）。すなわち、モータ２の作動に伴い、ブラシ１０は、開口縁２８のうち、ブラシホルダ７側から見て、コンミテータ１２の回転方向の後位置側（図２において右側：回転方向後方側）に位置する部位（接触点Ｐ）に当接する。この場合、ブラシ１０は特定の接触点Ｐのみにて回転方向後方側の内壁２６と接触しており、この接触点Ｐがブラシ１０の支点となる。

ブラシ１０がブラシ収容部９の開口縁２８と当接すると、図２に示すように、押圧力Ｆｃに対して、図１０の場合と同様に、接触点Ｐにて反力Ｆｃ’が生じる。これにより、ブラシ１０には、モーメント力Ｆ１が作用する。ブラシ１０には、このモーメント力Ｆ１によって、ブラシ１０とコンミテータ１２の接触点を中心ＯとするモーメントＭｆ（腕の長さ：Ｌｃ）が作用する。

また、電動ポンプ装置１においても、ブラシ１０にはブラシスプリング１１による荷重Ｆｓが作用している。ブラシ１０は、この荷重Ｆｓによって、コンミテータ１２の摺動面に押し付けられている。この荷重Ｆｓにより、ブラシ１０の上端Ｑには、モーメント力Ｆ２が作用する。このモーメント力Ｆ２によって、ブラシ１０には、Ｏを中心とするモーメントＭｓ（腕の長さ：Ｌｓ）が作用する。モーメントＭｓは、モーメントＭｆとは逆回りのモーメントである。前述同様、モーメントＭｓ,ＭｆがＭｓ≧Ｍｆの場合は、ブラシ１０はコンミテータ１２に押接された状態で保持される。

一方、電動ポンプ装置１では、図２から明らかなように、ブラシホルダ７とブラシ１０の接触点Ｐ（ブラシホルダ７の開口縁２８）とブラシ摺動面（ブラシ１０とコンミテータ１２との接触面）との距離Ｈｐ（ブラシ飛び出し量）が、図１０に比して小さい。つまり、ブラシ押圧力ＦｃによるモーメントＭｆの中心Ｏと、ブラシ支点Ｐとの距離Ｌｃが、図１０の構成に比して小さい。このため、ブラシに発生するモーメントＭｆは、図１０の場合よりも小さくなる。前述のように、燃料の粘度や流速（回転速度）が高くなると、押圧力Ｆｃが大きくなり、それに伴ってＭｆも増大する。そして、Ｍｆ＞Ｍｓとなると、ブラシ１０が回転方向前方側に傾く。これに対し、電動ポンプ装置１では、前述のブラシ保持条件Ｍｓ≧Ｍｆにおいて、右辺のＭｆが小さくなるため、ＭｆがＭｓよりも大きくなるＦｃの境界値が大きくなる。つまり、より高い粘度や流速においてもＭｓ≧Ｍｆが維持される。

また、当該電動ポンプ装置１においては、前記距離Ｈｐは、ブラシ１０の周方向の幅（ブラシ１０の図２において左右方向の寸法）をＷ、ブラシ１０とコンミテータ１２との摺動摩擦係数をμとすると、（Ｗ／２Ｈｐ）≧μの関係が成り立つように設定されている。この場合、図２から分かるように、Ｍｆ，Ｍｓには次の関係がある。
Ｍｆ＝Ｆ１×Ｌｃ （１）
Ｍｓ＝Ｆ２×Ｌｓ （２）
また、Ｆ１，Ｆｃ、Ｆ２，ＦＳの間には、それぞれ次の関係がある。
Ｆ１／Ｆｃ＝Ｈｐ／Ｌｃ （３）
Ｆ２／Ｆｓ＝（Ｗ／２）／Ｌｓ （４）

そこで、Ｍｓ≧Ｍｆに（１）,（２）の関係を代入すると、
Ｆ２×Ｌｓ≧Ｆ１×Ｌｃ （５）
となる。（３）をＦ１について解いて（５）式右辺に代入すると、
Ｆ２×Ｌｓ≧｛（Ｆｃ・Ｈｐ）／Ｌｃ｝×Ｌｃ＝Ｆｃ・Ｈｐ となる。

次に、（４）をＦ２について解いて（５）式辺に代入すると、
[｛（Ｗ／２）×Ｆｓ｝／Ｌｓ]×Ｌｓ≧Ｆｃ・Ｈｐ
（Ｗ／２）×Ｆｓ≧Ｆｃ・Ｈｐ
Ｆｓ×（Ｗ／２Ｈｐ）≧Ｆｃ （６）

さらに、Ｆｃ＝μ×Ｆｓであることから、これを（６）式に代入すると、
Ｆｓ×（Ｗ／２Ｈｐ）≧μ×Ｆｓ となる。これから、Ｍｓ≧Ｍｆが成立する条件として、
（Ｗ／２Ｈｐ）≧μ が求められる。そして、このような関係にＨｐを設定することにより、Ｍｓ≧Ｍｆの条件をさらに良好に維持することが可能となる。

このように、本発明の電動ポンプ装置１にあっては、モータ作動中、ブラシ１０が、ブラシホルダ７の開口縁２８の回転方向後方側に当接するようにブラシ収容部９を形成したので、燃料の粘度や流速が大きくなってもブラシ１０が傾きにくくなる。また、Ｈｐ、つまり、ブラシ１０が開口縁２８と当接する位置を（Ｗ／２Ｈｐ）≧μが成立するように設定することにより、Ｍｓ≧Ｍｆを良好に満たすことが可能となり、ブラシ１０の傾きを抑えることが可能となる。なお、Ｍｓ≧Ｍｆをより成立させ易くするため、右辺側の低減のみならず、左辺側の増大を図っても良い。すなわち、ブラシスプリング１１による荷重Ｆｓを増加させてＭｓを大きくし、ＭｆがＭｓを超えにくい設定を併せて採用しても良い。

従って、本発明の電動ポンプ装置１によれば、従来の装置に比して、ブラシ１０の挙動が安定するため、接触面積の減少によるブラシ−コンミテータ間の接触抵抗の増加を抑えることができる。また、接触抵抗の急変によるブラシ−コンミテータ間のアーク発生を抑えることが可能となる。これにより、ブラシやコンミテータの摩耗が抑えられ、エタノール等のように粘度の高い燃料に当該電動ポンプ装置１を使用しても、ブラシやコンミテータの摩耗を低減させることが可能となる。従って、地球環境に配慮した燃料選択が可能となると共に、電動ポンプの用途拡大を図ることが可能となる。

なお、発明者らの実験では、モータ動作中のみならず、静止状態においてもブラシ１０が傾き、回転方向前方側が浮き上がる現象が見られる。このような浮き上がりの原因としては、まず第１に、寸法公差や幾何公差の累積によってブラシ１０とブラシホルダ７がぶつかり、ブラシ摺動面がコンミテータ１２に密着しないことが挙げられる。また、第２に、使用初期の状態では、ブラシ摺動面のうねりにより、コンミテータ１２と接触しない部分がブラシ１０にできてしまう場合があることも挙げられる。すなわち、ブラシ１０とコンミテータ１２が馴染む前の状態では、ブラシ１０とコンミテータ１２が部分的に当接し、それがブラシ１０の浮き上がりの原因となる場合がある。

このような浮き上がりは、断続的なアーク発生の原因となる。ブラシ１０の回転方向前方側が浮き上がると、モータ動作により、浮き上がり部分に燃料がくさび状に入り込む。すると、ブラシ１０の下に入り込んだ燃料によって、ブラシ１０を押し上げる力が発生し、コンミテータ１２との接触面積減少が生じる。燃料の流れは、コンミテータ１２の回転に伴って生じ、ブラシ１０を押し上げる力は、燃料が高流速、高密度になる程大きくなる。このため、エタノール燃料などでは浮き上がりの影響も大きくなる。そこで、電動ポンプ装置１では、このような浮き上がりによる摩耗、特に、初期馴染み前の摩耗を抑えるため、ブラシ１０の摺動面（接触面）１０ｂにセレーション溝２９を設けられている。

セレーション溝２９は、図２に破線にて示したように、コンミテータ１２の周方向に沿って形成されている。セレーション溝２９は、摺動面１０ｂに所定間隔で複数個形成されており、摺動面１０ｂの径方向（図２において紙面に垂直な方向）全体に亘って設けられている。ブラシ１０が浮いた状態でモータ２が作動すると、ブラシ１０の入り側（回転方向前方側）の隙間に燃料が入り込む。この際、セレーション溝２９のないブラシでは、この燃料のくさび効果により、ブラシがさらに浮き上がり易くなる。これに対し、当該電動ポンプ装置１では、摺動面１０ｂとコンミテータ１２との間に燃料が入り込んでも、燃料は摺動面１０ｂのセレーション溝２９を通って後方側へと抜ける。このため、燃料によるくさび作用が起こらず、摺動面を押し上げる力が減少し、接触抵抗の乱れも小さくなる。従って、アーク発生も抑えられ、この点によってもブラシやコンミテータの摩耗の低減が図られる。

次に、本発明の実施例２である電動ポンプ装置について説明する。図３は、そのブラシ保持構造を示す説明図である。なお、以下の実施例の電動ポンプ装置は、ブラシ保持構造以外の部分は実施例１の電動ポンプ装置１と同様であり、実施例１と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。

図３に示すように、実施例２の電動ポンプ装置では、実施例１とは逆に、ブラシ３１の周方向端面３２がテーパ形状となっている。ブラシ３１では、コンミテータ１２側の端面（摺動面）３１ａが最大幅となっている。ブラシ３１のテーパ角は、０.５°以上に形成されている。図３の電動ポンプ装置においても、モータ２が駆動され、矢示のようにコンミテータ１２が回転すると、ブラシ１０の周方向端面３２が、ブラシ収容部９の開口縁２８の回転方向後方側に当接する。そして、この当接点Ｐがブラシ当接部となる（図３の状態）。

すなわち、実施例２の電動ポンプ装置においても、ブラシホルダ７の最先端（コンミテータ１２との最近接部）がブラシ３１との当接点Ｐとなる。このため、モーメントＭｆの中心Ｏと、ブラシ支点Ｐとの距離Ｌｃが図１０の構成に比して小さくなり、モーメントＭｆが小さく抑えられる。従って、より高い粘度や流速においてもＭｓ≧Ｍｆが維持され、ブラシ３１が傾きにくくなり、接触抵抗の急変によるブラシ−コンミテータ間のアーク発生を抑えることが可能となる。これにより、ブラシやコンミテータの摩耗が抑えられ、エタノール等のように粘度の高い燃料に当該電動ポンプ装置を使用しても、ブラシやコンミテータの摩耗を低減させることが可能となる。

図４は、本発明の実施例３である電動ポンプ装置のブラシ保持構造を示す説明図である。図４に示すように、実施例３の電動ポンプ装置では、ブラシ収容部９の端部が段差形状となっている。ブラシ収容部９の開口端には、当接突起（ブラシ当接部）３３が突出形成されている。当接突起３３は、ブラシ収容部９の周方向両端側の内壁２６の端部に形成されており、内壁２６から周方向に向かって突出している。ブラシ収容部９は、当接突起３３の部位が最小幅となっている。ブラシ収容部９の当接突起３３よりも奥側の部分は、ブラシ１０の幅よりも大きな寸法となっている。

図４の電動ポンプ装置では、矢示のようにコンミテータ１２が回転すると、ブラシ１０の周方向端面１０ａが、回転方向後方側の当接突起３３に当接する（図４の状態）。すなわち、この場合もブラシホルダ７の先端部が、ブラシ１０との当接点Ｐ（支点）となる。従って、前述同様、モーメントＭｆが小さく抑えられ、ブラシ１０が傾きにくくなる。このため、ブラシ−コンミテータ間のアーク発生が抑えられ、ブラシやコンミテータの摩耗を低減させることが可能となる。

図５は、本発明の実施例４である電動ポンプ装置のブラシ保持構造を示す説明図である。図５に示すように、実施例４の電動ポンプ装置では、実施例３とは逆に、ブラシ３４が段差形状となっている。ブラシ３４には、コンミテータ１２側の端部に、階段状に拡大部（ブラシ当接部）３５が形成されている。拡大部３５は、ブラシ３４の周方向両端側に形成されており、周方向に向かって突出形成されている。ブラシ３４は、拡大部３５の部位が最大幅となっている。拡大部３５の幅は、ブラシ収容部９の内寸よりも若干小さく形成されている。ブラシ３４の拡大部３５よりも奥側の部分は、拡大部３５よりも小さな寸法となっている。

図５の電動ポンプ装置では、矢示のようにコンミテータ１２が回転すると、ブラシ３４の拡大部３５が、ブラシ収容部９の回転方向後方側の内壁２６に当接する（図５の状態）。すなわち、ブラシホルダ７の最先端が、ブラシ３４との当接点Ｐ（支点）となる。このため、前述同様、ブラシ３４が傾きにくくなり、ブラシ−コンミテータ間のアーク発生が抑えられ、ブラシやコンミテータの摩耗を低減させることが可能となる。

図６は、本発明の実施例５である電動ポンプ装置のブラシ保持構造を示す説明図である。図６に示すように、実施例５の電動ポンプ装置では、ブラシ収容部９の周方向両端側の内壁２６に突き当て部（ブラシ当接部）３６が設けられている。突き当て部３６は、内壁２６の開口２７の近傍に形成されており、内壁２６から周方向に向かって突出している。ブラシ収容部９は、突き当て部３６の部位が最小幅となっている。ブラシ収容部９の突き当て部３６の前後は、テーパ状に拡大されている。

図６の電動ポンプ装置では、矢示のようにコンミテータ１２が回転すると、ブラシ１０の周方向端面１０ａが、回転方向後方側の突き当て部３６に当接する（図６の状態）。すなわち、この場合もブラシホルダ７の先端近傍が、ブラシ１０との当接点Ｐ（支点）となる。従って、前述同様、モーメントＭｆが小さく抑えられ、ブラシ１０が傾きにくくなる。このため、ブラシ−コンミテータ間のアーク発生が抑えられ、ブラシやコンミテータの摩耗を低減させることが可能となる。

図７は、本発明の実施例６である電動ポンプ装置のブラシ保持構造を示す説明図である。図７に示すように、実施例６の電動ポンプ装置では、実施例５とは逆に、ブラシ３７の周方向端面３８に突き当て部（ブラシ当接部）３９が設けられている。突き当て部３９は、ブラシ３７の周方向両端側に形成されており、周方向に向かって突出形成されている。ブラシ３７は、突き当て部３９の部位が最大幅となっている。突き当て部３９の幅は、ブラシ収容部９の内寸よりも若干小さく形成されている。ブラシ３４の突き当て部３９の前後は、テーパ状に縮小されている。

図７の電動ポンプ装置では、矢示のようにコンミテータ１２が回転すると、ブラシ３７の突き当て部３９が、ブラシ収容部９の回転方向後方側の内壁２６に当接する（図７の状態）。すなわち、ブラシホルダ７の先端近傍が、ブラシ３４との当接点Ｐ（支点）となる。このため、前述同様、ブラシ３７が傾きにくくなり、ブラシ−コンミテータ間のアーク発生が抑えられ、ブラシやコンミテータの摩耗を低減させることが可能となる。

本発明は前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変更可能であることは言うまでもない。
例えば、各実施例の構成は、前述のように各々単独に使用されるのみならず、それらを適宜組み合わせて使用することも可能である。例えば、実施例１と実施例４を組み合わせた構成など、種々の組み合わせが想定可能である。また、前述の実施例では、テーパ状の内壁２６及び周方向端面３２や、当接突起３３、拡大部３５、突き当て部３６,３９を回転方向の前後に設けた構成を示したが、モータ２の回転方向が一定の場合には、それらを回転方向後方側のみに設けても良い。

さらに、図８に示すように、ブラシ４１を傾斜配置し、斜め方向からコンミテータ１２に押接する構造のモータに本発明を適用することも可能である。加えて、実施例１においてブラシ当接部を形成する開口縁２８の形状は、図２のような鋭角エッジ状の構成のみならず、図９（ａ）のような段付きのバリ逃げ形状や、同（ｂ）のような曲面（Ｒ）形状とすることも可能である。

一方、前述の実施の形態では、本発明による電動ポンプ装置を自動二輪車用の燃料供給装置に用いた例を示したが、その用途はこれには限定されず、四輪自動車等、種々の車両の燃料供給装置として使用することも可能である。なお、本発明の構成は、燃料ポンプのみならず、水や薬品などの液体や空気等の気体などのポンプにも適用可能である。

Claims (11)

1. ブラシ付の電動モータからなり、軸方向から前記ブラシが接触するディスクタイプのコンミテータと、前記ブラシを軸方向に沿って移動可能に保持するブラシ収容部が形成されたブラシホルダとを有するモータ部と、前記モータ部によって回転駆動されるポンプ部とを有する電動ポンプ装置であって、
   前記ブラシ収容部の前記コンミテータ側の端部又は端部近傍に、前記電動モータ作動時に前記ブラシが前記ブラシ収容部から受ける押圧力によって前記ブラシに生じる、前記ブラシと前記コンミテータとの接触点Ｏを中心とするモーメントＭｆが小さくなるよう、前記ブラシの回転方向後方側と当接し前記ブラシの支点となるブラシ当接部を設けたことを特徴とする電動ポンプ装置。
2. 請求項１記載の電動ポンプ装置において、前記ブラシ収容部の周方向の内寸が前記コンミテータ側の端部から軸方向に沿って拡大するように、前記ブラシ収容部の回転方向後方側の内壁をテーパ状に形成し、前記ブラシ収容部の前記コンミテータ側の端部開口縁を前記ブラシ当接部としたことを特徴とする電動ポンプ装置。
3. 請求項１記載の電動ポンプ装置において、前記ブラシ当接部として、前記ブラシ収容部の端部の回転方向後方側に、周方向に向かって突出する当接突起を設けたことを特徴とする電動ポンプ装置。
4. 請求項１記載の電動ポンプ装置において、前記ブラシ当接部として、前記ブラシ収容部の回転方向後方側の内壁に、周方向に向かって突出する突き当て部を設けたことを特徴とする電動ポンプ装置。
5. ブラシ付の電動モータからなり、軸方向から前記ブラシが接触するディスクタイプのコンミテータと、前記ブラシを軸方向に沿って移動可能に保持するブラシ収容部が形成されたブラシホルダとを有するモータ部と、前記モータ部によって回転駆動されるポンプ部とを有する電動ポンプ装置であって、
   前記ブラシの前記コンミテータ側の端部近傍に、前記電動モータ作動時に前記ブラシが前記ブラシ収容部から受ける押圧力によって前記ブラシに生じる、前記ブラシと前記コンミテータとの接触点Ｏを中心とするモーメントＭｆが小さくなるよう、前記ブラシ収容部の回転方向後方側の内壁と当接し前記ブラシの支点となるブラシ当接部を設けたことを特徴とする電動ポンプ装置。
6. 請求項５記載の電動ポンプ装置において、前記ブラシの周方向寸法が前記コンミテータ側の端部から軸方向に沿って縮小するように、前記ブラシの回転方向後方側端面をテーパ状に形成し、前記ブラシの前記コンミテータ側の端部近傍を前記ブラシ当接部としたことを特徴とする電動ポンプ装置。
7. 請求項５記載の電動ポンプ装置において、前記ブラシ当接部として、前記ブラシの端部近傍の回転方向後方側に、周方向に向かって延びる拡大部を設けたことを特徴とする電動ポンプ装置。
8. 請求項５記載の電動ポンプ装置において、前記ブラシ当接部として、前記ブラシの回転方向後方側端面に、周方向に向かって突出する突き当て部を設けたことを特徴とする電動ポンプ装置。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載の電動ポンプ装置において、前記ブラシを前記コンミテータに押接させる力によって前記ブラシに生じる、前記接触点Ｏを中心とするモーメントＭｓが、前記モーメントＭｆよりも大きくなるよう（Ｍｓ≧Ｍｆ）、前記ブラシホルダと前記ブラシとの接触点と、前記ブラシと前記コンミテータとの接触面との距離Ｈｐと、前記ブラシの周方向の幅Ｗ、前記ブラシと前記コンミテータとの摺動摩擦係数μとの間の関係を（Ｗ／２Ｈｐ）≧μに設定したことを特徴とする電動ポンプ装置。
10. 請求項１又は５記載の電動ポンプ装置において、前記ブラシと前記コンミテータの間に燃料が流入し、該燃料によるくさび作用によって前記ブラシが前記コンミテータから浮き上がらないように、前記ブラシの前記コンミテータとの接触面に、周方向に沿って延びる溝を形成したことを特徴とする電動ポンプ装置。
11. ブラシ付の電動モータからなり、軸方向から前記ブラシが接触するディスクタイプのコンミテータと、前記ブラシを軸方向に沿って移動可能に保持するブラシ収容部が形成されたブラシホルダとを有するモータ部と、前記モータ部によって回転駆動されるポンプ部とを有する電動ポンプ装置であって、
    前記ブラシ収容部の周方向の内寸が前記コンミテータ側の端部から軸方向に沿って拡大するように、前記ブラシ収容部の回転方向前方側と後方側の内壁をテーパ状に形成し、
    前記テーパ状の内壁によって前記ブラシ収容部の内寸が最も小さい寸法となる前記コンミテータ側の端部開口縁に、前記電動モータ作動時に、前記ブラシの回転方向後方側と当接する鋭角エッジ状のブラシ当接部を設けたことを特徴とする燃料供給用の電動ポンプ装置。

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