JP7185606B2 - 燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、燃料ポンプ、特にハウジング内に、モータ部と、そのモータ部で駆動されるポンプ部とが設けられ、モータ部が、ハウジングに固定されたステータコアと、ステータコアに付設されたコイルと、それらステータコア及びコイルと協働して回転力を生じさせる磁石付きのロータと、そのロータと共に回転するモータ軸とを備え、ポンプ部が、ハウジングに固定されるポンプケースと、そのポンプケース内のインペラ収容室に回転摺動可能に収容されるインペラと、ポンプケースに固定される筒状の軸受とを備え、モータ軸の一端部が、軸受を介してポンプケースに回転自在に嵌合、支持されると共にインペラに相対回転不能に挿入される燃料ポンプに関する。

上記燃料ポンプは、例えば特許文献１に開示されるように従来公知であり、このものでは、ロータが、磁石とモータ軸間に介在して磁石をモータ軸に結合する合成樹脂製の中間部材を有していて、その中間部材と軸受との相対向面間に金属製のワッシャが所定の挟持力（例えばロータの自重、ステータコアが磁石を軸受側に吸引する力に由来）で挟持される構造となっている。

特開２０１８－１９７５００号公報

ところで、特許文献１の燃料ポンプでは、中間部材とワッシャ相互の接触部の外径が、軸受とワッシャ相互の接触部の外径よりも大きいこともあって、ロータの回転中、ワッシャと中間部材間で働く摩擦トルクの方が、ワッシャと軸受間で働く摩擦トルクよりも大きくなり易い。この場合、金属製のワッシャは、合成樹脂製の中間部材と共回りし易くなる一方で、金属製の軸受に対しては摺動回転し易くなるため、その摺動回転に伴い軸受が削れて金属摩耗片が発生する可能性があり、その金属摩耗片が燃料ポンプの可動部に侵入することで悪影響（例えば、可動部の機械効率低下や偏摩耗）を及ぼす虞れがある。そして、軸受が金属粉を焼結して形成される場合には、上記金属摩耗片が生じ易くなる傾向がある。

本発明は、上記に鑑み提案されたもので、上記問題を簡単な構造で解決可能な燃料ポンプ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、ハウジング内に、モータ部と、そのモータ部で駆動されるポンプ部とが設けられ、前記モータ部は、前記ハウジングに固定されたステータコアと、前記ステータコアに付設されたコイルと、それらステータコア及びコイルと協働して回転力を生じさせる磁石付きのロータと、そのロータと共に回転するモータ軸とを備え、前記ポンプ部は、前記ハウジングに固定されるポンプケースと、そのポンプケース内のインペラ収容室に回転摺動可能に収容されるインペラと、前記ポンプケースに固定される筒状の軸受とを備えていて、前記モータ軸の一端部が、前記軸受を介して前記ポンプケースに回転自在に嵌合、支持されると共に前記インペラに相対回転不能に挿入されており、前記ロータは、前記磁石と前記モータ軸間に介在して該磁石を該モータ軸に結合する合成樹脂製の中間部材を有していて、該中間部材と前記軸受との相対向面間に金属製のワッシャが挟持される燃料ポンプにおいて、前記軸受は、金属粉を焼結して形成され、前記ワッシャと前記中間部材間の摩擦係数をμ１とし、前記ワッシャと前記軸受間の摩擦係数をμ２とし、前記ワッシャと前記中間部材相互の接触部の外径をＤ１とし、前記ワッシャと前記軸受相互の接触部の外径をＤ２としたときに、 Ｄ１／Ｄ２＜μ２／μ１の関係を満たすように前記ワッシャ、前記中間部材及び前記軸受が構成され、前記中間部材の、前記軸受側の先端部は、前記ワッシャと接触する先端面から軸方向で所定範囲に亘り外径一定の円筒状に形成されていて、該円筒状の先端部が所定量摩耗するまでは前記ワッシャと前記中間部材相互の接触部の外径が一定であることを第１の特徴としている。

第１の特徴によれば、ワッシャと中間部材間の摩擦係数をμ１とし、ワッシャと軸受間の摩擦係数をμ２とし、ワッシャと中間部材相互の接触部の外径をＤ１とし、ワッシャと軸受相互の接触部の外径をＤ２としたときに、 Ｄ１／Ｄ２＜μ２／μ１の関係を満たすようにワッシャ、中間部材及び軸受が構成されるので、ロータの回転中、ワッシャと中間部材間で働く摩擦トルクを、ワッシャと軸受間で働く摩擦トルクよりも小さくできる。これにより、軸受が金属粉を焼結して形成されても、金属製であるワッシャは、軸受上に保持されて、合成樹脂製である中間部材がワッシャに対し摺動回転するため、その摺動回転に因る金属摩耗片は殆ど発生せず、その結果、金属摩耗片が燃料ポンプの可動部に悪影響を及ぼすのを効果的に防止可能となる。

また、中間部材の、軸受側の先端部は、ワッシャと接触する先端面から軸方向で所定範囲に亘り外径一定の円筒状に形成されるので、中間部材の、軸受側の先端部が、金属製ワッシャに対する摺動回転で摩耗しても、ワッシャと中間部材相互の接触部の外径を長期間（即ち少なくとも上記所定範囲が摩耗するまでは）一定に保つことができる。これにより、上記したＤ１／Ｄ２＜μ２／μ１の関係が長期に亘り保たれるから、第１の特徴による上記効果を長期間、発揮し続けることができる。

本発明の一実施形態に係る燃料ポンプを示す全体縦断面図 （Ａ）は、ポンプケース本体の底面図（図１の２Ａ－２Ａ線拡大断面図）、（Ｂ）は、ポンプカバーの上面図（図１の２Ｂ－２Ｂ線拡大断面図） インペラの上面図 図１の４矢視部拡大断面図 比較例を示す、図４に対応した拡大断面図

本発明の実施形態を添付図面に基づいて以下に説明する。

先ず、図１～図４を参照して、一実施形態について説明する。燃料ポンプＰＵは、車両（例えば自動車、自動二輪車等）に搭載のエンジンの燃料供給系に設けられて燃料をエンジンの燃料噴射装置に圧送するために使用されるものであって、例えば車載の燃料タンク（図示せず）内に、図１に示すような起立姿勢で設置、固定される。

燃料ポンプＰＵの一例を説明するに、それは、上下両端が開放した略円筒状に形成された金属製のハウジング１０と、このハウジング１０の開放上端を閉塞する合成樹脂製のカバー部材１１と、ハウジング１０の下部内周に嵌装されるポンプ部２０と、そのポンプ部２０の上側に隣接配置されると共にハウジング１０の中間部の内周に嵌装されるモータ部３０とを備えている。次にポンプ部２０およびモータ部３０について、順に具体的に説明する。

ポンプ部２０としては、従来周知のカスケードポンプが採用され、それは、例えばハウジング１０の下方側の開放端を閉じるようにハウジング１０の下端部内周に嵌合、固定されるポンプケース２１と、ポンプケース２１内に回転摺動可能に収納されると共に後述するモータ軸３１に連動回転する円板状のインペラ２４とを備える。そのインペラ２４の中心孔２４ｈ１には、モータ軸３１の、回り止め用面取り３１ｃを施された下端部が相対回転不能且つ抜差可能に挿入される。而して、モータ軸３１の回転軸線Ｘは、インペラ２４の回転軸線と一致する。

尚、ポンプ部２０は、カスケードポンプに限定されず、それ以外のポンプを使用してもよい。

ポンプケース２１は、例えば円盤状のポンプケース本体２２と、ポンプケース本体２２の下面に隣接する円盤状のポンプカバー２３とで分割構成されており、その両者２２，２３の対向面間に、インペラ２４を回転摺動可能に収容したインペラ収容室２５が画成される。

ポンプケース２１は、例えばハウジング１０下部の下向き内周段部１０ｓと、ハウジング１０の開放下端を上向きにカシメ加工して形成された係止爪部１０ａとの間で、軸方向に挟圧、固定されており、その挟圧力でポンプケース本体２２とポンプカバー２３との接合面間が油密にシールされる。尚、その接合面間には、シール性を高めるために必要に応じて環状シールを介装してもよい。

インペラ２４は、これの外周部寄りの径方向中間部位に、周方向に並ぶ多数の放射状の羽根２４ｂを一体に有しており、相隣なる羽根２４ｂ間に放射状の羽根溝ｇが形成される。各羽根２４ｂは、例えばインペラ２４の径方向外方側から見てインペラ２４の回転方向前側に拡開するＶ字状に形成され、従って、各羽根溝ｇは、インペラ２４の両側面に開口する傾斜溝となる。即ち、その溝ｇの開口方向は、インペラ２４の回転方向ａに向かってインペラ２４の外側方側に傾斜した向きとなる。

尚、インペラ２４の羽根２４ｂは、図示例ではインペラ２４の外周部寄りの径方向中間部位に設けたが、インペラ２４の外周部に設けてもよい。またインペラ２４の羽根２４ｂは、図示例ではインペラ２４の回転方向ａに対し傾斜させたものを示したが、その回転方向ａに対し直交させた羽根を用いてもよい。

ポンプカバー２３及びポンプケース本体２２の相対向面には、インペラ収容室２５側に開口する溝状の第１，第２ポンプ流路Ｐ１，Ｐ２が凹設される。第１，第２ポンプ流路Ｐ１，Ｐ２は、インペラ２４の羽根２４ｂの配列方向に沿ってＣ字状に各々形成されていて、インペラ２４を挟んで相対向している。

そして、ポンプカバー２３は、第１ポンプ流路Ｐ１の上流端に開口し且つ外部燃料（即ち燃料タンク内の燃料）を吸入可能な燃料吸入口２３ｉと、第１ポンプ流路Ｐ１の途中に開口して第１ポンプ流路Ｐ１内の燃料中の気泡を外部（即ち燃料ポンプＰＵ外）に排出するための脱気孔２６とを備える。またポンプケース本体２２は、第２ポンプ流路Ｐ２の下流端に一端が開口し且つ他端がハウジング１０内のモータ部３０側に連通する燃料吐出口２２ｏを備える。

そして、後述するように第１，第２ポンプ流路Ｐ１，Ｐ２は、回転するインペラ２４の羽根２４ｂと協働して、燃料吸入口２３ｉからの吸入燃料を燃料吐出口２２ｏ側に押し込むように加圧するための流路であり、その加圧燃料を燃料吐出口２２ｏからハウジング１０内のモータ部３０内に導入する。

ポンプケース本体２２の中心孔には金属製の第１軸受５１が嵌着（例えば圧入）される。その第１軸受５１は、金属粉（例えば洋白粉）を圧粉成形したものを焼結して円筒状に形成される。そして、第１軸受５１には、モータ軸３１の下端部が抜差可能に嵌合、支持される。また、モータ軸３１の上端部は、カバー部材１１の内壁中央部に第２軸受５２を介して回転自在に嵌合、支持される。

更にポンプケース本体２２及びポンプカバー２３の相対向面の中央部には、インペラ２４を挟んで相対向する中央凹部２２ａ，２３ａがそれぞれ形成される。それら中央凹部２２ａ，２３ａは、インペラ２４を貫通する連通孔２４ｈ２を通して相互間が連通し、またモータ軸３１の下端部や第１軸受５１の下端部とも連通する。

次にモータ部３０の一例について説明する。モータ部３０としては、従来周知のブラシレスモータが採用され、それは、例えばハウジング１０に外周部が固定（例えば圧入）された金属製のステータコア３２と、そのステータコア３２に固定されてステータコア３２の少なくとも両端部を被覆する合成樹脂製のインシュレータ３３と、そのインシュレータ３３を介してステータコア３２に巻回されたコイル３４と、それらステータコア３２及びコイル３４と協働して回転力を生じさせる磁石３５付きのロータ３６と、そのロータ３６と共に回転する前記モータ軸３１とを備える。

ロータ３６は、磁石３５とモータ軸３１間に介在して磁石３５をモータ軸３１に一体的に結合する合成樹脂製の円筒状の中間部材３７を備える。この中間部材３７としては、耐摩耗性に優れた合成樹脂材、例えばポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂が選定される。

磁石３５は、周方向で交互に並ぶＮ極・Ｓ極を有していて、中間部材３７にこれの外周部を取り囲むように装着される。また中間部材３７の内周部はモータ軸３１の外周に固定される。そして、磁石３５及びモータ軸３１を中間部材３７に固定する手段としては、例えば、圧入、接着等が採用可能である。また磁石３５とモータ軸３１とを金型内に挿入し、磁石３５とモータ軸３１間に合成樹脂材を注入するインサート成形により中間部材３７を成形し、その中間部材３７で磁石３５とモータ軸３１間を連結してもよい。

また中間部材３７と第１軸受５１との相対向面間には金属（例えばステンレス）製のワッシャ４０が所定の挟持力（本実施形態では磁石３５付きロータ３６及びモータ軸３１の総重量、並びにステータコア３２が磁石３５を第１軸受５１側に吸引する力に相当するスラスト力）で挟持される。

ところでワッシャ４０と中間部材３７間の摩擦係数をμ１とし、ワッシャ４０と軸受５１間の摩擦係数をμ２とし、ワッシャ４０と中間部材３７相互の接触部の外径をＤ１とし、ワッシャ４０と軸受５１相互の接触部の外径をＤ２としたときに、本実施形態では、
Ｄ１／Ｄ２＜μ２／μ１ の関係を満たすようにワッシャ４０、中間部材３７及び軸受５１が構成（より具体的には各部品４０，３７，５１の材料・形状・サイズ、表面粗さ等が選定）される。

しかも中間部材３７の、軸受５１側の先端部３７ａは、ワッシャ４０と接触する先端面から軸方向で所定範囲に亘り外径一定の円筒状に形成される。その円筒状の先端部３７ａは、中間部材３７の中間胴部の外径よりも小径に形成されており、該先端部３７ａが所定量摩耗するまでは、ワッシャ４０と中間部材３７相互の接触部の外径Ｄ１が一定に保たれる。

また上部のインシュレータ３３からは、コイル３４に通じる接続端子３８が上方に延出している。そして、この接続端子３８は、中間部がカバー部材１１の貫通孔に圧入され、且つ上端部がカバー部材１１の上方に突出して外部配線に着脱可能に接続できるようになっている。

またカバー部材１１の上面には、モータ部３０内の加圧燃料をエンジンの前記燃料噴射装置側に外部配管を介して吐出可能な燃料出口筒１１ｏが上向きに突設される。この吐出口１１ｏ内には、モータ部３０内から外部配管側への一方向のみの燃料流動を許容する逆止弁４１が設けられる。

カバー部材１１は、これの下端がハウジング１０上部の上向き内周段部１０ｓ′に係合するまでハウジング１０の上部内周に油密に嵌合、固定（例えば圧入）される。そして、ハウジング１０の開放上端を下向きにカシメ加工して形成された係止爪部１０ａ′が、カバー部材１１の外周段部に係合することで、カバー部材１１のハウジング１０からの離脱が阻止される。

次に前記実施形態の作用を説明する。

燃料ポンプＰＵのモータ部３０に通電してモータ軸３１を回転させると、ポンプ部２０では、モータ軸３１に連動してインペラ２４が回転駆動される。すると、インペラ２４の各羽根２４ｂが燃料に及ぼす回転方向押圧力や遠心力により、第１，第２ポンプ流路Ｐ１，Ｐ２内では燃料が渦流を発生させながら下流側に流動すると共に徐々に加圧される。それに伴い、燃料吸入口２３ｉに負圧が生じて、燃料タンク内の燃料が燃料吸入口２３ｉから第１，第２ポンプ流路Ｐ１，Ｐ２の上流部に連続的に吸入され、これまたインペラ２４により加圧される。

かくして、モータ部３０でポンプ部２０のインペラ２４を回転駆動すれば、燃料タンク内の燃料が燃料吸入口２３ｉからポンプケース２１内に吸入され、第１，第２ポンプ流路Ｐ１，Ｐ２を流れる間に徐々に加圧される。そして、その加圧燃料は、燃料吐出口２２ｏよりモータ部３０内へ吐出され、そこから更に逆止弁４１を経て燃料出口筒１１ｏより外部配管、延いてはエンジンの燃料噴射装置に圧送される。

ところでモータ部３０が作動してロータ３６（従ってモータ軸３１）が回転する際に、ワッシャ４０と中間部材３７間で働く摩擦トルクをＴ１とし、またワッシャ４０と軸受５１間で働く摩擦トルクをＴ２とした場合に、 Ｔ１＜Ｔ２……………（１）
であれば、中間部材３７がワッシャ４０に対しては摺動回転する一方で、ワッシャ４０が軸受５１に対しては摺動回転せずに保持される。

ここでワッシャ４０と中間部材３７間の摩擦係数をμ１とし、ワッシャ４０と軸受５１間の摩擦係数をμ２とし、ワッシャ４０と中間部材３７相互の接触部の外径をＤ１とし、ワッシャ４０と軸受５１相互の接触部の外径をＤ２とし、ワッシャ４０に作用する中間部材３７及び軸受５１間の挟持力（スラスト）をＦとしたときに、摩擦トルクＴ１，Ｔ２は、次の関係式で表されることがよく知られている。

Ｔ１＝μ１×Ｆ×（Ｄ１）／２……………（２）
Ｔ２＝μ２×Ｆ×（Ｄ２）／２……………（３）
従って、式（１）を満たして、ワッシャ４０を軸受５１上で摺動回転させずに保持するための条件式は、式（２）及び式（３）を式（１）に入れて整理して得られた、次の式（４）の通りとなる。

Ｄ１／Ｄ２＜μ２／μ１…………（４）
そして、本実施形態の燃料ポンプＰＵにおいては、前述の如く、上記式（４）を満たすようにワッシャ４０、中間部材３７及び軸受５１が構成されている。

このため、ロータ３６の回転中、ワッシャ４０と中間部材３７間で働く摩擦トルクＴ１を、ワッシャ４０と軸受５１間で働く摩擦トルクＴ２よりも小さくできる。これにより、軸受５１が金属粉を焼結して形成されても、金属製であるワッシャ４０は、軸受５１上に摺動回転しないで保持されて、合成樹脂製である中間部材３７がワッシャ４０に対し摺動回転するため、その摺動回転に因る金属摩耗片は殆ど発生しない。その結果、金属摩耗片が燃料ポンプＰＵの可動部に悪影響を及ぼすのを効果的に防止可能となる。

しかも中間部材３７の、軸受５１側の先端部３７ａは、ワッシャ４０と接触する先端面から軸方向で所定範囲に亘り外径一定の円筒状に形成され、しかもその円筒状の先端部３７ａは、中間部材３７の中間胴部の外径よりも小径に形成される。これにより、中間部材３７の、軸受５１側の先端部３７ａが、金属製ワッシャ４０に対する摺動回転で摩耗しても、ワッシャ４０と中間部材３７相互の接触部の外径Ｄ１を長期間（即ち少なくとも上記所定範囲が摩耗するまでは）一定に保つことができる。

その結果、上記式（４）の Ｄ１／Ｄ２＜μ２／μ１の関係が長期間に亘り維持されるから、この関係に基づく前記効果を長期間、有効に発揮可能となる。

尚、図５には、本実施形態に対する比較例が示されており、この比較例は、中間部材３７の先端部３７ａ′の外径だけが本実施形態のそれよりも大きく設定される。従って、比較例は、特許文献１と同様、Ｄ１がＤ２よりもかなり大きくなっている。

ここで本実施形態におけるμ１，μ２の実際値の一例（例えばμ１＝0.165 ，μ２＝0.182 ）をμ２／μ１の式に適用すれば、μ２／μ１＝1.1 となる。この場合、比較例では、Ｄ１／Ｄ２＞1.1 となって、式（４）を満たさないので、軸受５１上でワッシャ４０が摺動回転してしまい、その摺動部から金属摩耗片が発生し易くなる。

これに対し、本実施形態では、Ｄ１／Ｄ２＜1.1 となって、式（４）を満たすので、軸受５１上でワッシャ４０が摺動回転しないようにすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、実施形態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、前記実施形態では、燃料ポンプＰＵを車載エンジン用の燃料噴射装置への燃料圧送に使用し且つ車載の燃料タンク内に配備したものを示したが、本発明の燃料ポンプを、車両に非搭載のエンジン用燃料噴射装置への燃料圧送に使用してもよく、また燃料タンク外に配備してもよい。

また前記実施形態では、燃料ポンプＰＵを起立姿勢で使用するものを示したが、本発明では、燃料ポンプＰＵを他の姿勢（例えば傾斜姿勢、横向き姿勢）で使用してもよい。

また、前記実施形態では、中間部材３７の、軸受５１側の先端部３７ａが、ワッシャ４０と接触する先端面から軸方向で所定範囲に亘り外径一定の円筒状に形成されるもの示したが、その先端部３７ａの外周面を先細りのテーパ面に形成してもよい。但し、この場合、テーパ面とすることで先端部３７ａの摩耗に伴いＤ１が最大限増大した場合でも、前記式（４）の関係を満たすようなテーパ形状に先端部３７ａを形成することが望ましい。

ＰＵ・・・・・・燃料ポンプ
Ｄ１・・・・・・ワッシャと中間部材相互の接触部の外径
Ｄ２・・・・・・ワッシャと軸受相互の接触部の外径
μ１・・・・・・ワッシャと中間部材間の摩擦係数
μ２・・・・・・ワッシャと軸受間の摩擦係数
１０・・・・・・ハウジング
２０・・・・・・ポンプ部
２１・・・・・・ポンプケース
２４・・・・・・インペラ
２５・・・・・・インペラ収容室
３０・・・・・・モータ部
３１・・・・・・モータ軸
３２・・・・・・ステータコア
３４・・・・・・コイル
３５・・・・・・磁石
３６・・・・・・ロータ
３７・・・・・・中間部材
３７ａ・・・・・中間部材の円筒状の先端部
４０・・・・・・ワッシャ
５１・・・・・・軸受としての第１軸受

Claims (1)

1. ハウジング（１０）内に、モータ部（３０）と、そのモータ部（３０）で駆動されるポンプ部（２０）とが設けられ、
   前記モータ部（３０）は、前記ハウジング（１０）に固定されたステータコア（３２）と、前記ステータコア（３２）に付設されたコイル（３４）と、それらステータコア（３２）及びコイル（３４）と協働して回転力を生じさせる磁石（３５）付きのロータ（３６）と、そのロータ（３６）と共に回転するモータ軸（３１）とを備え、
   前記ポンプ部（２０）は、前記ハウジング（１０）に固定されるポンプケース（２１）と、そのポンプケース（２１）内のインペラ収容室（２５）に回転摺動可能に収容されるインペラ（２４）と、前記ポンプケース（２１）に固定される筒状の軸受（５１）とを備えていて、前記モータ軸（３１）の一端部が、前記軸受（５１）を介して前記ポンプケース（２１）に回転自在に嵌合、支持されると共に前記インペラ（２４）に相対回転不能に挿入されており、
   前記ロータ（３６）は、前記磁石（３５）と前記モータ軸（３１）間に介在して該磁石（３５）を該モータ軸（３１）に結合する合成樹脂製の中間部材（３７）を有していて、該中間部材（３７）と前記軸受（５１）との相対向面間に金属製のワッシャ（４０）が挟持される燃料ポンプにおいて、
   前記軸受（５１）は、金属粉を焼結して形成され、
   前記ワッシャ（４０）と前記中間部材（３７）間の摩擦係数をμ１とし、前記ワッシャ（４０）と前記軸受（５１）間の摩擦係数をμ２とし、前記ワッシャ（４０）と前記中間部材（３７）相互の接触部の外径をＤ１とし、前記ワッシャ（４０）と前記軸受（５１）相互の接触部の外径をＤ２としたときに、
   Ｄ１／Ｄ２＜μ２／μ１の関係を満たすように前記ワッシャ（４０）、前記中間部材（３７）及び前記軸受（５１）が構成され、
   前記中間部材（３７）の、前記軸受（５１）側の先端部（３７ａ）は、前記ワッシャ（４０）と接触する先端面から軸方向で所定範囲に亘り外径一定の円筒状に形成されていて、該円筒状の先端部（３７ａ）が所定量摩耗するまでは前記ワッシャ（４０）と前記中間部材（３７）相互の接触部の外径（Ｄ１）が一定であることを特徴とする燃料ポンプ。

Images