JP5816129B2 - ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明はポンプ装置に関する。

燃料供給装置の筐体内には、地下タンクに貯蔵された液体を汲み上げてノズルに圧送するポンプ装置が搭載されている。ポンプ装置のケーシング内には、ストレーナ、逆止弁、ポンプ、空気分離室、気液分離室、フロート弁等の各機器が収納されており、ポンプには、モータと連結した回転軸により回転駆動される回転部材（ロータ）と、液体を吸込む吸込み口と回転部材の回転により液体を吐出する吐出口と回転部材を収容するための開口部とを有するポンプケーシングと、前記開口部を閉塞する蓋部材とが設けられている（例えば、特許文献１参照）。

また、ポンプとしては、ベーンポンプまたはギヤポンプがあり、いずれも回転部材の回転により液体を加圧してポンプから吐出させるように構成されている。

特開２００９−２６４１４１号公報

ポンプ装置においては、回転部材の回転により生じる吸込み側の圧力（負圧）により液体が吸込まれ、吐出側の圧力（正圧）により液体の吐出が行われる。その際に回転部材とケーシングとのクリアランスに回転部材の吐出側の液が流入することにより当該クリアランス内に背圧が生じる。その結果、回転部材に背圧が作用することにより回転部材が回転軸の軸方向に対し蓋部材側に押圧されることで、回転部材が回転軸の軸方向に対し蓋部材側に変位し、回転部材と蓋部材とが当接した状態となる。回転部材と蓋部材とが当接した状態にて、回転部材が回転すると、回転部材と蓋部材とが磨耗し、この磨耗が進行すればするほど、ポンプ装置の吐出能力の低下、及び、耐久性が低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決したポンプ装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
（１）本発明は、吸込口および吐出口を有し開口部を有したケーシングと、
前記ケーシング内にて回転可能に設けられた回転部材と、
前記回転部材を回転可能に支持する回転軸と、
前記開口部を閉塞する蓋部材と、
を備えたポンプ装置において、
前記蓋部材は、
前記ケーシング内側の面から前記回転部材に向かって突出する内壁と、
前記内壁に設けられ、前記吐出口側に面する吐出口側壁面と、
前記内壁に設けられ、一端が前記吐出口側壁面に開口し、他端が前記内壁の前記回転部材に対向する面に開口し、前記内壁と前記回転部材との間に前記ケーシングの吐出口よりの圧力を導入するための圧力導入孔と、を備える
ことを特徴とする。
（２）また、本発明は、吸込口および吐出口を有し開口部を有したケーシングと、
前記ケーシング内にて回転可能に設けられた回転部材と、
前記回転部材を回転可能に支持する回転軸と、
前記開口部を閉塞する蓋部材と、
を備えたポンプ装置において、
前記蓋部材は、
前記回転軸の基端を支持する軸受部と、
前記ケーシング内側の面から前記回転部材に向かって突出し、前記軸受部を囲む環状凹部を有する内壁と、
前記内壁に設けられ、前記吐出口側に面する吐出口側壁面と、
前記内壁に設けられ、一端が前記吐出口側壁面に開口し、他端が前記環状凹部の内周面に開口し、前記内壁と前記回転部材との間に前記ケーシングの吐出口よりの圧力を導入するための圧力導入孔と、を備える
ことを特徴とする。

本発明によれば、ポンプ室のケーシングの吐出口と、蓋部材と回転部材間に生じるクリアランスとの間を連通させる圧力導入孔を設けたことにより、ポンプ室の吐出口側の圧力（吐出圧）を蓋部材と回転部材との間に供給するため、回転部材が蓋部材より離間する方向に付勢されるように吐出圧を作用させることができる。そのため、回転部材の側面（ケーシング側）に背圧が作用し、回転部材に蓋部材側への付勢力が作用した場合でも、回転部材の反対面（蓋部材側の側面）に作用する蓋部材とは反対方向への付勢力により回転部材が蓋部材側へ移動しようとする力を減少若しくは無くすことができ、その分、回転部材及び蓋部材の摩耗を抑制することができ、その分、ポンプ装置自体の吐出能力の維持を図ることができ、かつ、耐久性を向上させることができる。

本発明によるポンプ装置の一実施例が適用されたポンプユニットを模式的に展開して示す概略構成図である。 ポンプユニットにおける液体の流れを順に示す図である。 ポンプ装置の各部材を示す分解斜視図である。 蓋部材の内側の構成を拡大して示す斜視図である。 ポンプ装置の内部構成を示す縦断面図である。 ポンプ装置のロータ及びピニオンを拡大して示す図である。 図６中Ａ−Ａ線に沿う縦断面図である。 変形例の蓋部材を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

〔ポンプユニットの構成〕
図１は本発明によるポンプ装置の一実施例が適用されたポンプユニットを模式的に示す概略構成図である。図２は本ポンプユニットにおける液体の流れを順に示す図である。尚、図１ではポンプユニットの全体構成を分かりやすく示すため、各部が上下位置及び前後位置、左右位置をずらして記載されており、後述する図３〜図７に示す位置とは異なる箇所に記載されている。

図１及び図２に示されるように、ポンプユニット１０は、例えば、ガソリンや軽油などの液体燃料（以下「液体」という）を供給する燃料供給装置に搭載され、地下タンク１２に貯蔵された燃料を汲み上げると共に、液体に含まれる気泡を分離させて流量計２０へ送液するように設けられている。尚、流量計２０で計測された液体燃料は、燃料供給装置のホース、ノズルを介して車両の燃料タンクに供給される。

ポンプユニット１０は、ケーシング３０の内部に流入室３１、ポンプ室３２、空気分離室３３、流出経路３４、気液分離室３６が形成されている。流入室３１には、ケーシング３０の底部に開口する流入口３７に連通されたストレーナ取付室３８と、ストレーナ取付室３８の下流側（流出側）に隣接された逆止弁取付室３９とが設けられている。尚、ストレーナ取付室３８及び逆止弁取付室３９は、ケーシング３０の同じ側面に隣接して設けられている。さらに、ストレーナ取付室３８の流出側と逆止弁取付室３９の流入側との間は、連通路４５によって連通されている。

ストレーナ取付室３８は、ケーシング３０の側面から加工された第１開口３８ａと、開口３８ａの奥部に形成されたストレーナ受け部３８ｂとを有する。ストレーナ取付室３８には、ストレーナ４４が収納されている。また、ストレーナ４４は、流入口３７から流入された液体に含まれる異物を捕獲する金網からなり、円筒形状に形成されている。

ポンプ駆動により流入口３７から吸引された液体は、ストレーナ４４により濾過された後、連通路４５を通過して逆止弁取付室３９に流入し吸込み側流路４６に流出される。

逆止弁取付室３９の下流側には、ポンプ装置４８の一部を構成するポンプ室３２が設けられ、ポンプ室３２には、吸込み側流路４６に連通する吸込み口３２ａと、吐出側流路４７に連通する吐出口３２ｂとが形成される。ポンプ装置４８は、ギヤポンプからなり、モータの回転駆動力が伝達されて回転するロータ５０と、ロータ５０により回転駆動されるピニオン５２とを有する。尚、本実施例では、ロータ５０及びピニオン５２が本発明の回転部材に相当する。

ポンプ装置４８においては、ロータ５０及びピニオン５２が反時計方向に回転駆動すると、液体は吸込み側流路４６から吸引され、ピニオン５２の各窪み部５２ａの間、及びロータ５０の各係合部５０ａの間に流入し、ポンプ室３２の吐出口３２ｂを介して吐出側流路４７へ吐出される。

さらに、ポンプ装置４８から吐出された液体は、吐出側流路４７の下流に配された空気分離室３３へ流入される。空気分離室３３では、流入する液体が液体と気体富化液とに分けられ、液体は逆止弁６４を経て流量計２０に供給され、気体富化液は気体富化液流入孔５８を介し、気体分離室３６へ供給される。気体分離室３６では、気体富化液が液体と気体とに分離され、気体が分離された液体は戻し孔６０を通過して吸込み側流路４６に戻され、気体は大気開放口６２を介してポンプユニット１０の外部へ排出される。

〔ポンプ装置４８の構成〕
図５はポンプ装置４８の内部構成を示す縦断面図である。図６はポンプ装置のロータ及びピニオンを拡大して示す図である。尚、図６では、説明の便宜上、細部の構成を簡略化して示している。

図５及び図６に示されるように、ポンプ装置４８は、ポンプ室３２と、ロータ５０及びピニオン５２等の部材をポンプ室３２内に取付けるためにポンプ室３２に形成された開口部３２ｃを閉塞する蓋部材２８と、ロータ軸１００と結合されたロータ５０と、ピニオン５２と、回転軸５３とを有する。
また、ケーシング３０には、ロータ軸１００が挿通される挿通孔１０２、１０４が形成されており、ロータ軸１００は、挿通孔１０２、１０４に挿通され、一端１００ａがケーシング３０内のポンプ室３２に挿入されてロータ５０に結合され、他端１００ｂは、ケーシング３０の外側に突出し、駆動モータの回転駆動力が伝達されるプーリ１１０が結合されている。

なお、本実施例においては、駆動モータの回転駆動力はプーリ１１０を介してロータ軸１００に伝達されるように構成されているが、駆動モータのロータ軸１００への回転駆動力の伝達は、プーリ１１０を介さずに駆動モータの回転駆動軸とロータ軸１００とを直結させて伝達するようにしてもよい。

ポンプ室３２の開口部３２ｃからロータ軸１００が挿通孔１０２、１０４に挿通されることにより、ロータ５０はポンプ装置４８のポンプ室３２に収容される。そして、ポンプ室３２の開口部３２ｃからロータ５０の歯車に係合するようピニオン５２とピニオン５２の回転軸５３とがポンプ室３２内に収容され、ケーシング３０の側面に形成された開口部３２ｃ（ポンプ室３２に形成された開口部３２ｃ）は蓋部材２８を取付ボルト２９により取付けられることにより閉塞される。

図４は蓋部材２８の構造を拡大して示す斜視図である。図７はポンプ装置４８の構造を示す縦断面図である。図４及び図７に示されるように、蓋部材２８には、ロータ５０とピニオン５２との間を仕切るための三日月形状よりなる仕切り部５１と、ピニオン５２を回転可能に支持する回転軸５３とが形成されている。回転軸５３の基端は、蓋部材２８に穿設された軸受部２３に固定して設けられ、回転軸５３の先端は、ケーシング３０のポンプ室３２の内部に向かって突出している。このように、蓋部材２８の軸受孔２３に嵌合固定された回転軸５３は、ピニオン５２側の側面の中央貫通孔に嵌合してピニオン５２を回転可能に支持する。

蓋部材２８の内側には、ピニオン５２の端面５２ｂと対向する内壁２６が突出している。内壁２６の正面側壁面２６ａは、蓋部材２８との微小なクリアランス１５１を介してピニオン５２の端面５２ｂと対向しており、且つ仕切り部５１が側方に突出している。

また、内壁２６の左側には、流入路を形成する溝が吸込み部２８ａとして形成され、内壁２６の右側には、流出路を形成する溝が吐出部２８ｂとして形成されている。吸込み部２８ａ及び吐出部２８ｂは、内壁２６の正面側壁面２６ａより凹んでおり、内壁２６の側壁２６ｂにより画成されている。吸込み部２８ａおよび吐出部２８ｂは、それぞれポンプ室３２の吸込み口３２ａおよび吐出口３２ｂを介しポンプ室３２外へ開口しており、吸込み口３２ａからの液体は、蓋部材２８の吸込み部２８ａを通過してケーシング３０のポンプ室３２内に吸込まれ、ロータ５０及びピニオン５２の回転と共に蓋部材２８の吐出部２８ｂからケーシング３０の吐出口３２ｂへと液体が吐出される。

さらに、蓋部材２８には、一端開口２７ａが吐出口３２ｂ側の側壁２６ｂに開口し、他端開口２７ｂが内壁２６の正面側壁面２６ａに開口する圧力導入孔２７が設けられている。尚、圧力導入孔２７は、一端開口２７ａが内壁２６の側面から半径方向に形成され、他端開口２７ｂが内壁２６の正面側壁面２６ａから軸方向に形成されており、内壁２６の内部でＬ字状に形成されている。

蓋部材２８の内壁２６に圧力導入孔２７が設けられているので、クリアランス１５１（図７に示す正面側壁面２６ａとピニオン５２の端面５２ｂとの微小隙間）と吐出口３２ｂとの間は、圧力導入孔２７を介して連通されており、吐出部２８ｂ側の圧力（吐出圧）が圧力導入孔２７を介して圧力導入孔２７を介してクリアランス１５０に供給される。

尚、圧力導入孔２７は、少なくとも蓋部材２８の内壁２６の１箇所に設けられていれば良いが、異物による目詰まりを考慮して複数箇所に設けても良いし、あるいは孔内径を大きくして目詰まりしにくい形状としても良いのは勿論である。

〔ロータ５０及びピニオン５２の構成〕
図６に示されるように、ポンプ装置４８では、ロータ５０及びピニオン５２の回転により、液体がケーシング３０の吸込み口３２ａを介して蓋部材２８の吸込み部２８ａへ吸込まれ、ポンプ室３２から蓋部材２８の吐出部２８ｂを介してケーシング３０の吐出口３２ｂへと液体が吐出される。

ロータ５０は、ポンプ室３２の内径に対応した円盤形状に形成されており、円盤状の平面には半円形状の各係合部５０ａが回転方向（周方向）に所定のピッチ（間隔）で複数個設けられている。また、ピニオン５２は、回転軸５３により回転可能に支持されており、外周にはロータ５０の各係合部５０ａに対応する半円形状の各窪み部５２ａが所定のピッチ（間隔）で複数個設けられている。

また、ロータ５０の回転中心とピニオン５２の回転中心とは、上下方向に偏心している。ピニオン５２の外周とロータ５０の内周との間には、偏心量に応じた三日月形状の仕切り部５１が設けられている。仕切り部５１の内周面５１ａは、ピニオン５２の外周が摺接するピニオン摺接面であり、仕切り部５１の外周面５１ｂは、ロータ５０の各係合部５０ａが摺接するロータ摺接面である。

ポンプ運転時は、ロータ５０の係合部５０ａがピニオン５２の各窪み部５２ａに係合することにより、ロータ５０がモータにより反時計方向に回転駆動されると共に、ピニオン５２も同一方向に回転駆動され、吸込み口３２ａ側と吐出口３２ｂ側にはそれぞれ圧力（負圧と吐出圧）が生じる。そして、ポンプ室３２の吸込み口３２ａ側に負圧が発生することにより流入側逆止弁４０（図１参照）が開弁し、ストレーナ４４を通過した液体がポンプ室３２の吸込み口３２ａに吸引される。その後、ピニオン５２の窪み部５２ａに液体が流入し、吐出側の圧力（吐出圧）により吐出口３２ｂへ吐出される。

ポンプ運転時、吐出側の液体がロータ５０とケーシング３０とのクリアランス１５０（図７に示す）に流入することにより当該クリアランス１５０内に背圧が生じる。そして、背圧が作用することにより、ロータ５０がロータ軸１００に沿って蓋部材２８側（Ｘａ方向）へ押付けられる付勢力がロータ５０のケーシング３０側の側面（ポンプ室３２の内壁）に作用する。そこで、ロータ５０およびピニオン５２とケーシング３０との各部材間のクリアランス１５０には、蓋部材２８側のクリアランス１５１を狭くするＸａ方向の付勢力が働き、ロータ５０は回転軸１００に沿って蓋部材２８側へ移動する。

このようなロータ５０の移動に伴い、ピニオン５２も回転軸５３に沿って蓋部材２８側（Ｘａ方向）へ移動してしまう。その際、蓋部材２８には、圧力導入孔２７（図４及び図６に示す）が設けられているため、吐出口３２ｂ側の吐出圧が吐出部２８ｂから圧力導入孔２７の一端開口２７ａに導入され、さらに内壁２６の正面側端面２６ａの他端開口２７ｂを経て蓋部材２８とピニオン５２とのクリアランス１５１（図７に示す）へ導入される。そのため、吐出圧がピニオン５２の蓋部材２８側の内壁２６の正面側端面２６ａに対し作用することで蓋部材２８とは反対方向（Ｘｂ方向）への付勢力が発生する。

これにより、クリアランス１５０、１５１の圧力が共に吐出圧力に維持されて軸方向の圧力がバランスするため、ロータ５０及びピニオン５２を蓋部材２８側に押し付ける力が低下する。その分、ピニオン５２及びロータ５０が蓋部材２８側（Ｘａ方向）へ移動しようとする付勢力を低減若しくは無くすことができる。

その結果、クリアランス１５１におけるピニオン５２と蓋部材２８との摺動抵抗を低減させることができ、ピニオン５２と蓋部材２８の磨耗を抑制することによるポンプ装置４８自体の吐出能力の維持かつ、耐久性向上が図られる。

〔変形例〕
図８は変形例の蓋部材を示す斜視図である。図８に示されるように、蓋部材２８にはピニオン５２側の側面の中央部に回転軸５３の基端が嵌合するよう設けられた軸受孔２３（図７参照）と、軸受孔２３と内壁２６との間に基端が軸受孔２３と嵌合した回転軸５３の外周を囲むよう形成された環状凹部２４とを有している。この環状凹部２４は、蓋部材２８における軸受部２３の段差部分となっており、環状に形成開口側がピニオン５２の端面５２ｂと対向する面積が大きくなるように形成されている。

そして、圧力導入孔２７は、一端開口２７ａが吐出口３２ｂに連通された吐出部２８ｂに開口し、他端開口２７ｂが環状凹部２４の内周面に開口するように内壁２６を半径方向に貫通している。すなわち、圧力導入孔２７は、環状凹部２４と吐出口３２ｂとを連通する連通孔であり、ポンプ運転時に吐出圧力を環状凹部２４に供給する通路となる。また、環状凹部２４は、圧力導入孔２７により吐出圧力が導入されるため、ポンプ運転時の吐出圧力が供給されており、ピニオン５２の端面５２ｂに対して吐出圧力を作用させる圧力室として機能する。

このように、本変形例では、ピニオン５２の端面５２ｂに対向する蓋部材２８の内壁２６に環状凹部２４を設けたため、ポンプ駆動時、背圧によりロータ５０のケーシング３０側のクリアランス１５０に蓋部材２８側（Ｘａ方向）への押付ける力が作用した場合であっても、吐出口３２ｂの吐出圧力が圧力導入孔２７を通して環状凹部２４に供給される。これにより、環状凹部２４の開口と対向するクリアランス１５１に吐出圧力を作用させることができ、クリアランス１５１に接するピニオン５２の端面５２ｂに対し環状凹部２４の開口に対向する環状領域の全面積に吐出圧力を均一に作用させることができる。

従って、ピニオン５２の端面５２ｂは、環状凹部２４の開口に対向する環状領域の全面積で圧力導入孔２７を通して供給された吐出圧力を受けてＸｂ方向に押し戻そうとする付勢力が作用する。これにより、クリアランス１５０、１５１の圧力が共に吐出圧力に維持されて軸方向の圧力がバランスするため、ロータ５０及びピニオン５２を蓋部材２８側に押し付ける力が低下する。よって、ピニオン５２及びロータ５０が蓋部材２８側（Ｘａ方向）へ移動しようとする力をより低減若しくは無くすことができる。

その結果、更なるピニオン５２と蓋部材２８との磨耗が抑制され、ポンプ装置４８自体の吐出能力の維持かつ、耐久性向上が図られる。なお、環状凹部２４の形状としては、円形に限らず、四角形状でも良い。

また、上記実施例のように圧力導入孔２７のみを蓋部材２８の内壁２６に設けることで、環状凹部２４の開口と対向するピニオン５２の端面５２ｂに吐出圧力を作用させることが可能ではあるが、ピニオン５２への均一な吐出圧力を作用させるためには環状凹部２４を圧量導入孔２７と共に設ける方が好ましい。

尚、上記実施例では、ギヤポンプを例に挙げて説明したが、これに限らず、本発明をベーンポンプに適用しても良いのは勿論である。

１０ ポンプユニット
２３ 軸受孔
２４ 環状凹部
２６ 内壁
２６ａ 正面側端面
２７ 圧力導入孔
２７ａ 一端開口
２７ｂ 他端開口
２８ 蓋部材
２８ａ 吸込み部
２８ｂ 吐出部
３０ ケーシング
３１ 流入室
３２ ポンプ室
３２ａ 吸込み口
３２ｂ 吐出口
３３ 空気分離室
３４ 流出経路
３６ 気液分離室
３７ 流入口
４０ 流入側逆止弁
４４ ストレーナ
４６ 吸込み側流路
４７ 吐出側流路
４８ ポンプ装置
５０ ロータ
５１ 仕切り部
５２ ピニオン
５２ａ 窪み部
５２ｂ 端面
５３ 回転軸
１００ ロータ軸
１５０、１５１ クリアランス

Claims (2)

1. 吸込口および吐出口を有し開口部を有したケーシングと、
   前記ケーシング内にて回転可能に設けられた回転部材と、
   前記回転部材を回転可能に支持する回転軸と、
   前記開口部を閉塞する蓋部材と、
   を備えたポンプ装置において、
   前記蓋部材は、
   前記ケーシング内側の面から前記回転部材に向かって突出する内壁と、
   前記内壁に設けられ、前記吐出口側に面する吐出口側壁面と、
   前記内壁に設けられ、一端が前記吐出口側壁面に開口し、他端が前記内壁の前記回転部材に対向する面に開口し、前記内壁と前記回転部材との間に前記ケーシングの吐出口よりの圧力を導入するための圧力導入孔と、を備える
   ことを特徴とするポンプ装置。
2. 吸込口および吐出口を有し開口部を有したケーシングと、
   前記ケーシング内にて回転可能に設けられた回転部材と、
   前記回転部材を回転可能に支持する回転軸と、
   前記開口部を閉塞する蓋部材と、
   を備えたポンプ装置において、
   前記蓋部材は、
   前記回転軸の基端を支持する軸受部と、
   前記ケーシング内側の面から前記回転部材に向かって突出し、前記軸受部を囲む環状凹部を有する内壁と、
   前記内壁に設けられ、前記吐出口側に面する吐出口側壁面と、
   前記内壁に設けられ、一端が前記吐出口側壁面に開口し、他端が前記環状凹部の内周面に開口し、前記内壁と前記回転部材との間に前記ケーシングの吐出口よりの圧力を導入するための圧力導入孔と、を備える
   ことを特徴とするポンプ装置。

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