JPH0584838B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は再生ポンプ形式のインペラを持ち該イ
ンペラによつて第１段流路と第２段流路の少なく
とも２つの流路を介して流体の圧力を増大させ、
吐出する形式のポンプ装置においてインペラに働
く半径方向圧力を低減してポンプ性能を改善した
ものに関する。

そして、このような再生ポンプ装置は例えば自
動車の燃料をエンジンに供給するのに使用される
ものであるが、その他種々の用途にも使用できる
ものである。

〔従来の技術〕

この種のポンプ装置として、特開昭57−206795
号公報に開示されたものがある。このポンプ装置
は、円盤の周面に多数の羽根溝を有する１つのイ
ンペラが回転すると、流体が第１段流路で昇圧さ
れ、さらに第２段流路に行つて該第２段流路で流
体が増圧されるものである。

このポンプは、吸込口から流体がポンプ室内に
入り、第１段流路の始端を通つて、第１段流路の
終端に至り、さらに第２段流路の始端に流体が導
入され、次に第２段流路の終端に至つて、さら
に、吐出口に流体が吐出されるものである。

そして、この公知のポンプ装置においては、第
１段流路の始端近傍に吸込口が存在するが、この
吸込口の位置と第２段流路の始端とは極めて接近
している。さらに、第１段流路の始端と吐出口と
も極めて接近した位置に配置されている。

このようなポンプ装置においては、インペラに
働く半径方向圧力が大きくなりインペラと該イン
ペラ周辺のポンプ室内壁との摩擦力が大きくなつ
て動力損失が大きいという欠点があつた。

すなわち、上述の従来のポンプ装置において
は、第１段流路と第２段流路とを流れる流体の圧
力によつてインペラに半径方向圧力の不均一が生
じ、この不均一によつてインペラとポンプ室の
間、あるいはインペラと該インペラを駆動する回
転軸との間の摩擦力が増大し、動力損失を生じた
のである。

ここで、特開昭57−193795号公報には、第１段
流路の始端と第２段流路の始端とを相対向させ、
第１段流路の終端と第２段流路の終端とを相対向
させ、さらに、第１段流路の終端と第２段流路の
始端とをインペラの円板上に環状に位置する連通
穴を介して連結させる連結通路を備えるといつた
ポンプ装置が開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記特開昭57−193795号公報では、
インペラの中心部に回転軸の回転を受ける中心穴
がまず形成され、その中心穴よりさらに外周の位
置に連通穴が形成されている。そして、この連通
穴と常に連通する環状溝がポンプケースに形成さ
れている。

このため、上記連通穴と第１段流路、あるいは
第２段流路との間の十分な圧力差を得るためのイ
ンペラとポンプケースとの間のシール長が得られ
ないという問題があつた。

本発明は、上記問題点に鑑み、半径方向圧力の
アンバランスを低減するとともに、確実な圧力シ
ール性を確保できる再生ポンプ装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

本発明は上記目的を達成するために、 円盤の両側面の外周部に複数の羽根溝１が形成
されるインペラ３と、 前記インペラ３を回転させるための回転軸４
と、 前記インペラ３を収納するポンプケース５と、 前記ポンプケースの内壁と前記インペラ３とに
より前記インペラ３の両側面の外周部にそれぞれ
形成された環状の第１段、第２段流路７，８と、 前記第１段、第２段流路７，８の一部をそれぞ
れ仕切る仕切壁９と、 前記第１段流路の始端１０に連結された吸込口
１１と、 前記第１段流路の終端１２と前記第２段流路の
始端１５とを連結する連結通路１３と、 前記第２段流路の終端１６に連結された吐出口
１７とを備えた再生ポンプ装置において、 前記第１段流路の始端１０と前記第２段流路の
始端１５とが前記インペラ３の中心から見て実質
180度反対方向に存在するところの点対称位置に
それぞれ配置されており、 前記第１段流路の終端１２と前記第２段流路の
終端１６とが前記インペラ３の中心から見て実質
180度反対方向に存在するところの点対称位置に
それぞれ配置されており、 かつ前記連結通路１３は、 前記インペラ３の中心部に形成され、このイン
ペラ３の両側面を連通するとともに、前記回転軸
の回転を伝える回転伝達部材２４，４２と係合
し、この回転伝達部材２４，４２の回転を受ける
連通穴２と、 前記第１段流路の終端１２と前記連通穴２とを
結ぶとともに、前記連通穴２に対応するように前
記ポンプケース５に形成される第１段側接続流路
部１８，３９と、 前記第２段流路の始端１５と前記連通穴２とを
結ぶとともに、前記連通穴２に対応するように前
記ポンプケース５に形成される第２段側接続流路
部１９，４１とから成ることを特徴とする再生ポ
ンプ装置という技術的手段を採用する。

〔作用〕

これにより、インペラの外周部に作用する流体
の半径方向圧力の分布は次のようになる。すなわ
ちインペラの外周360度の圧力分布を取つた場合
にすなわち吸込口付近のインペラ外周部を角度０
度としてインペラの回転方向に一周した時、つま
り360度終点とした時の圧力分布において、第１
段流路では吸込口から昇圧されて第１段流路の終
点に至り、その終点で総吐出圧Ｐのほぼ1/2だけ
昇圧される。さらに、第２段流路を通つて吐出口
に至り、前記の総吐出圧Ｐにほぼ接近する。この
ような圧力分布においてインペラに働く半径方向
圧力はインペラの外周部での第１段流路圧力と第
２段流路圧力の平均圧力である。すなわちインペ
ラ外周部の特定の部分に働く圧力はそのインペラ
の特定部分に作用する第１段流路の圧力と第２段
流路の圧力との平均圧力である。そしてこの圧力
が加わつている場合にインペラにどのような半径
方向圧力が作用するかといえば、この特定部分の
平均圧力と反対側すなわち180度離れた部分のイ
ンペラの別の部分に作用する平均圧力との差によ
つて生ずる圧力であるということができる。

すなわち、インペラの周面には各流路によつて
圧力の分布が生ずるが、インペラに働く有害な半
径方向押圧力は180度離れた部分に生じる平均圧
力の差によつて発生するということができる。と
ころが、上述の構造とすることによつてこの180
度離れたインペラ外周部に働く平均圧力の差の分
布は極めて少なくなりインペラはポンプ室内で動
力損失の少ない状態で効率よく回転することにな
る。

さらに、インペラの中心部には、インペラ両側
面を連通する連通穴が形成される。この連通穴
は、回転軸の回転を伝える回転伝達部材と係合し
てこの部材の回転を受けるとともに、連通穴に対
応してポンプケースに形成される第１段側接続流
路部、および第２段側接続流路部と連通する。

このように、インペラの中心部で、第１段側接
続流路部と第２段側接続流路部とを連通させるこ
とができるため、連通穴と第１段流路、あるいは
第２段流路との間の十分な圧力差を得るためのイ
ンペラとポンプケースとの間のシール長が確保さ
れる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明においてはインペラ
に大きな半径方向押圧力が作用することがないの
で、インペラに働く摩擦損失が少なくなり再生ポ
ンプ装置の効率を向上させることができる。言い
換えれば、同一の吐出圧力では流量を増加させる
ことができ、小型で高性能な再生ポンプ装置にす
ることができる。

また、インペラの中心部に形成される連通穴は
第１段側接続流路部、および第２段側接続流路部
と連通するとともに、回転軸の回転を伝える回転
伝達部材と係合して、この部材の回転を受ける。

これによつて、インペラの中心部で、第１段側
接続流路部と第２段側接続流路部とが連通するた
め、連通穴と第１段流路、あるいは第２段流路と
の間のシール長を確保でき、確実な圧力シール性
を得ることができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図乃至第４図は第１実施例を示し、第５図
と第６図は該第１実施例のインペラの表と裏の平
面形状を示すものである。また第７図、第８図は
上記第１実施例の特性と従来ポンプ装置の特性を
示し、第９図は上記第１実施例のポンプ装置と従
来ポンプ装置との効率の変化を示すグラフであ
る。第１図において、１は羽根溝でありインペラ
３の外周面に多数設けられている。２はインペラ
３の中心部に形成された連通穴である。４は連通
穴２の中に一部が挿入された回転軸、５はポンプ
ケースであつて前記インペラ３を取り囲み、該ポ
ンプケース５内にポンプ室を形成するものであ
る。７は吸込口１１に接続された第１段流路であ
つて、全体としてほぼＣ字型の流路を形成してい
る。また、８は第２段流路であつて連結通路１３
を介して第１段流路に接続され、これも全体とし
てＣ字型の流路を形成している。

第２図、第４図には前述の第１段流路７と第２
段流路８ならびにこれらを連結する連結通路１３
の平面形状を示してある。そして、第２図、第４
図において９は仕切壁部分であり、１０は第１段
流路の始端である。そして１２は第１段流路の終
端、１５は第２段流路の始端、１６は第２段流路
の終端であつて吐出口１７に接続されている。

第２図の１８は第１段側接続流路であり第４図
の１９は第２段側接続流路であつてこれらは前述
の連結通路１３の主要部をなすものである。

第１図においてポンプケース５は次の３つの構
成部分からなる。すなわち２０はインレツト側ハ
ウジングであつて、吸込口１１が一体的に設けら
れている。２１はリング形状の壁を構成したサイ
ドハウジング、２２はアウトレツト側ハウジング
である。そしてこれらインレツト側ハウジング２
０とサイドハウジング２１とアウトレツト側ハウ
ジング２２から成るポンプケース５によつてイン
ペラ３の回りを取り囲んでいる。

第１図の２３はインペラ凹部であり、連通穴２
の中の構成部分である。２４は爪型継手であり、
インペラ凹部２３の中に挿入されている。２５は
インペラ凹部２３に隣接して形成されたインペラ
薄肉部であつて、このインペラ薄肉部の中央部に
は貫通穴２６が形成され、この貫通穴２６の周囲
には継手挿入穴２７が複数個設けられている。

この状態は第５図において明らかである。すな
わち、インペラの中央部には貫通穴２６が形成さ
れ、その周囲に４つの継手挿入穴２７が存在す
る。なお、第５図は第１図において上方から見た
平面図であり、インペラ凹部２３は見えていな
い。２８は調心軸受であり、回転軸４を軸支して
いる。２９は軸受保持板であり、弾性力のある金
属板からなり、調心軸受２８を支持しており、軸
受保持板２９内には流体が通る孔を複数個設けて
ある。３０はモータのアーマチヤコア、３１は回
転子、３２は筒形ハウジングであり、モータのヨ
ークを形成する。

３３はモータの界磁をなすマグネツト、３４は
整流子、３５は整流子に摺接するように設けられ
たブラシ、３６は吐出側ハウジングであり、樹脂
により成形され、前述の筒形ハウジング３２内に
保持されている。３７は逆止弁、３８は吐出パイ
プである。

次にインペラ周辺の詳細構造について述べる
と、インペラ３の上部にはポンプケース５を形成
するインレツト側ハウジング２０が設けられ、該
インレツト側ハウジング２０の中心には中心凹部
３９が形成されている。そして、インレツト側ハ
ウジング２０とこれに隣接するサイドハウジング
２１とは位置決めピン４０によつて位置決めされ
ている。アウトレツト側ハウジング２２は前述の
軸受保持板２９ならびに調心軸受２８を支持する
ポンプケースの一部であり、該アウトレツト側ハ
ウジング２２とサイドハウジング２１とはこれも
位置決めピン４０によつて位置決めされている。

そして第１図においてインペラ３の下側と上側
すなわちインペラ３の裏側と表側とはインペラ凹
部２３から貫通穴２６を介して連通している。ま
たインペラ凹部２３から継手挿入孔２７と継手の
先端爪４２との間の隙間をも介して互いに連通し
ている。すなわち、インペラ３中央部には連通穴
２が存在し、この連通穴２によつてインペラの表
と裏が連通するのであるが、この場合の連通穴は
インペラ凹部２３と貫通穴２６と継手挿入孔２７
とで構成されている。

上記構成において作動説明をする。

バツテリー電源によつてブラシ３５に電源が供
給されると、整流子３４を介して回転子３１に電
流が流れ、モータが回転する。そして、回転軸４
が回転し、回転軸４と一体的に連結された爪型継
手２４が回転する。爪型継手２４の先端爪４２に
はインペラ薄肉部２５に形成された継手挿入孔２
７と係合しているため爪型継手２４が回転するこ
とによつてインペラ３が回転する。インペラ３の
周面はポンプケース５との間に微少なクリアラン
スを介して対向しているため、インペラはポンプ
ケース５の中で回転する。

そして、インペラの周面には閉羽根型の構造を
持つ羽根溝１が多数設けられているため、該イン
ペラは再生ポンプとして作動する。

すなわち、第２図において吸込口１１から吸入
された流体、この場合は燃料タンク内のガソリン
がＣ字形状の第１段流路７内に流れる。この流れ
る向きは第２図において矢印で示した通りであ
り、流体は第１段流路の始端１０から第１段流路
終端１２に至り、さらに連結通路１３を成す第１
段側接続流路１８を通つてインレツト側ハウジン
グ２０中央部の中心凹部３９に至る。

中央凹部３９の燃料は連通穴２を介してインペ
ラ３の裏側に到達する。即ち、貫通穴２６、継手
挿入孔２７の間隙部、インペラ凹部２３を介して
インペラ３の裏側に至り、アウトレツト側ハウジ
ング２０中心の中心凹部４１に到達する。そし
て、第２段側接続流路１９から第２段流路の始端
１５を通つて第２段流路の終端１６に至り、吐出
口１７から吐出され燃料はアウトレツト側ハウジ
ング２２の外部であるところの回転子３１の周辺
部に至る。そして回転子３１とマグネツト３３と
の間の隙間を通つて整流子３４周辺に至り、さら
に燃料は逆止弁３７を押し開き、吐出パイプ３８
から図示せぬ吐出配管を介して車両エンジンに至
るものである。そしてこのポンプは燃料タンク内
に収納され、燃料タンク内の燃料を車両エンジン
の燃料噴射装置に供給する高圧型の燃料ポンプと
して使用されている。

次にインペラ３の周面に働く流体圧の分布につ
いて説明する。第７図は縦軸にインペラ３の周面
に働く圧力を取り、横軸にインペラ３の周面の位
置を示す角度を表示したものである。そして、角
度０度は吸込口近傍であり、符号１１で示してい
る。そしてこの角度０度の吸込口１１近傍からイ
ンペラの回転方向に360度回転した、すなわち１
周した圧力分布を示すのが第７図である。１７は
吐出口近傍の圧力、１５は第２段流路の始端、１
２は第１段流路の終端近傍の圧力作用位置を示す
ものである。

曲線１は第１段流路７によつて昇圧される状態
を示すものであり、吸込口１１から徐々に圧力が
立ち上がり、１２の第１段流路の終端においては
圧力の高さはＰ／２となる。ここでＰは吐出口近
傍の圧力である。曲線２は第２段流路８によつて
インペラ周面に作用する圧力分布を示すものであ
り、第２段流路の始端１５ではほぼ圧力はＰ／２
付近であり、この第２段流路の始端１５から昇圧
され吐出口１７では圧力はＰにまで昇圧されてい
る状態を示している。インペラ３の周面は第１段
流路７と第２段流路８とに接しているため、この
インペラ３の周面には曲線１の圧力と曲線２の圧
力とが作用する。よつて、インペラ３の周面では
曲線１と曲線２の平均圧力、すなわち曲線３の圧
力が作用していることになる。

一方、曲線４は曲線３を基に作成したものであ
り、曲線４は曲線３に比べて180度離れた部分の
インペラの外周面に作用する半径方向圧力を示し
ている。この曲線４は曲線３から容易に作図でき
るものであり、曲線３の任意の角度の位置におい
てその位置から180度進んだ部分の圧力をプロツ
トすれば描かれるものである。すなわち曲線３は
インペラ外周の任意の角度に作用する圧力を表
し、曲線４はその任意の位置と180度離れた反対
側の部分に作用する圧力を表している。そして、
実際にインペラ３に作用する半径方向圧力、すな
わちインペラ３をポンプケース５の内周壁に押し
つけたり、インペラ３とこれを駆動する回転軸４
側の爪型継手２４との間に働く有害な半径方向圧
力は曲線３と曲線４との合成圧力となる。すなわ
ち任意のインペラ３の外周の部分に働く圧力から
これと反対側の位置に働く圧力を差し引いた圧力
がインペラに作用する半径方向圧力となる。そし
て、この圧力は第７図においてハツチングを施し
た部分に相当し、極めて小さな圧力となることが
判明する。

一方、第８図は従来装置の半径方向圧力を示す
曲線図である。この第８図において、１１′，１
５′で示される部分は従来装置の吸入口相当部お
よび第２段流路の始端相当部であり、これらはほ
ぼ同一の角度位置に存在する。また１２′，１
７′で示される部分は従来装置の第１段流路の終
端相当部ならびに吐出口相当部を示しています。
この第８図において曲線１′は第１段流路がイン
ペラ外周部に作用する圧力を示している。すなわ
ち曲線１′に示されるように吸込口１１′から圧力
はしだいに高くなり、第１段流路の終端相当部１
２′において圧力はほぼＰ／２に相当する。また
曲線２′は第２段流路がインペラ３の外周部に及
ぼす圧力を示している。すなわち曲線２′で示さ
れるように吐出口１７′相当部分では圧力はほぼ
Ｐに相当し、第２段流路の始端相当部１５′では
圧力はＰ／２である。次に曲線４′は曲線３′を基
にして作成した曲線であり、曲線３′よりも180度
進んだ部分の圧力を描いたものである。そして第
８図の従来装置においてはインペラに作用する有
害な半径方向圧力は曲線３′と曲線４′との差に相
当する図示の大きなハツチング部分に相当する。
すなわち従来ポンプにおいては、大きな半径方向
圧力がインペラに発生し、インペラとポンプケー
スとの間に大きな摩擦力が発生する。

第９図は第７図、第８図で示したポンプ装置の
効率の変化を示すものであり、図中ηは効率％を
示し、P₀は吐出圧力Kg／cm²を示している。そし
て、実線は第７図に示した本発明実施例、破線は
第８図に示した従来装置を示している。そして横
軸に流量Ｑ〔／Hr〕を示している。この第９図
から明らかなように、本発明においては効率が非
常に良く、かつ同一流量における吐出圧力も従来
装置よりは上まわつている。

次にその他の実施例について説明する。

第１０図乃至第１２図に示すものは、本発明の
第２実施例を示すものであり、連結通路１３を構
成する第１段側接続流路１８と第２段側接続流路
１９とが共に湾曲した形状で構成されるものであ
る。すなわち第１２図で示される如く、第１段側
接続流路は流れこんできた流体が第１段流路の終
端から滑らかに中心凹部３９側に移動するように
流路が湾曲されている。また第１０図に示すよう
に、中心凹部４１から流れ出る流路が滑らかに第
２段流路に流れ込むように第２段側接続流路１９
も湾曲した形状となつている。すなわちこの第２
実施例の如く構成すれば、第１段流路７と第１段
側接続流路とを結ぶ連結部も角度が緩やかにな
り、流体は急激な変化をさけられ、滑らかに流れ
ることになる。また、第２段流路８と第２段側接
続流路１９とを連結する部分の流路の角度も緩や
かになりここを流れる流体の摩擦損失が少なくな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる再生ポンプ装置の第１実
施例を示す縦断面図、第２図は第１図の−線
に沿う一部断面部、第３図は第１図に示したイン
ペラ部分の立面図、第４図は第１図に示した矢印
−線に沿う一部断面図である。第５図および
第６図は上記第１図に示したポンプ装置のインペ
ラの上面図および下面図である。第７図は上記第
１実施例のポンプ装置のインペラに作用する半径
方向圧力の分布を示す曲線、第８図は従来装置の
半径方向圧力の分布を示す曲線、第９図は上記第
１実施例と従来装置を比較して示すポンプ効率と
吐出圧力の流量に対する変化割合を示すグラフで
ある。第１０図ないし第１２図は本発明装置の第
２実施例を示すもので、第１０図は前述の第４図
に相当する一部断面図、第１１図は第３図に相当
する立面図、第１２図は第２図に相当する一部断
面図である。 １……羽根溝、２……連通穴、３……インペ
ラ、４……回転軸、５……ポンプケース、６……
第１段流路、７……第２段流路、９……仕切壁、
１０……第１段流路の始端、１１……吸込口、１
２……第１段流路の終端、１３……連結通路、１
５……第２段流路の始端、１６……第２段流路の
終端、１７……吐出口、１８……第１段側接続流
路、１９……第２段側接続流路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円盤の両側面の外周部に複数の羽根溝１が形
   成されるインペラ３と、 前記インペラ３を回転させるための回転軸４
   と、 前記インペラ３を収納するポンプケース５と、 前記ポンプケースの内壁と前記インペラ３とに
   より前記インペラ３の両側面の外周部にそれぞれ
   形成された環状の第１段、第２段流路７，８と、 前記第１段、第２段流路７，８の一部をそれぞ
   れ仕切る仕切壁９と、 前記第１段流路の始端１０に連結された吸込口
   １１と、 前記第１段流路の終端１２と前記第２段流路の
   始端１５とを連結する連結通路１３と、 前記第２段流路の終端１６に連結された吐出口
   １７とを備えた再生ポンプ装置において、 前記第１段流路の始端１０と前記第２段流路の
   始端１５とが前記インペラ３の中心から見て実質
   180度反対方向に存在するところの点対称位置に
   それぞれ配置されており、 前記第１段流路の終端１２と前記第２段流路の
   終端１６とが前記インペラ３の中心から見て実質
   180度反対方向に存在するところの点対称位置に
   それぞれ配置されており、 かつ前記連結通路１３は、 前記インペラ３の中心部に形成され、このイン
   ペラ３の両側面を連通するとともに、前記回転軸
   の回転を伝える回転伝達部材２４，４２と係合
   し、この回転伝達部材２４，４２の回転を受ける
   連通穴２と、 前記第１段流路の終端１２と前記連通穴２とを
   結ぶとともに、前記連通穴２に対応するように前
   記ポンプケース５に形成される第１段側接続流路
   部１８，３９と、 前記第２段流路の始端１５と前記連通穴２とを
   結ぶとともに、前記連通穴２に対応するように前
   記ポンプケース５に形成される第２段側接続流路
   部１９，４１とから成ることを特徴とする再生ポ
   ンプ装置。 ２ 前記回転伝達部材２４，４２は、前記回転軸
   の回転中心から偏心する位置に設けられる爪部４
   ２であり、 前記連通穴２は、前記爪部４２と係合しこの爪
   部の回転を受ける挿入孔２７と、前記回転軸の端
   面に対向した部分に位置し、前記インペラ３の両
   側面を連通する貫通穴２６とから成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の再生ポンプ装
   置。 ３ 前記第１段側接続流路部１８，３９ならびに
   前記第２段側接続流路部１９，４１は燃料の流れ
   に沿う湾曲した形状を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の再生ポンプ装置。