JPH06229388A - 再生ポンプおよびインペラの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インペラの形状を改良し、羽根溝への流入
と、羽根溝からの流出との両方を改善し、ポンプ効率を
向上させる。 【構成】 インペラ２８の外周部に、多数の羽根片３９
と、各羽根片３９間の羽根溝４０を二分割する隔壁４１
とを形成する。羽根片３９は湾曲しており、インペラ２
８の回転方向Ｒに対して羽根片３９の根元部を後傾させ
ると共に、羽根片３９の先端側を回転方向Ｒに向けて前
傾させる。羽根片３９の根元部を後傾させることで、羽
根溝４０に側面側から流れ込む旋回流と羽根片３９の根
元部とのなす角度が小さくなり、旋回流が羽根溝４０内
にスムーズに流れ込むようになる。しかも、羽根片３９
の先端側を回転方向Ｒに向けて前傾させることで、羽根
溝４０に流れ込んだ燃料に羽根片３９から効率良く運動
エネルギーが与えられるようになり、ポンプ効率が効果
的に高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インペラの形状を改良
した再生ポンプおよび再生ポンプのインペラの製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、再生ポンプは、粘度が低い液体
を少量送って高揚程にする小型ポンプとして利用され、
例えば自動車用の燃料ポンプとして使用されている。こ
のような燃料ポンプは、モータを内蔵している。そし
て、オルタネータで発電された電力によって駆動され
る。このため、近年の省資源化・地球環境保護という社
会的要求から、ポンプ効率向上による燃費改善（オルタ
ネータ負荷低減）が近年の重要な技術的課題となってい
る。

【０００３】従来の再生ポンプを図３４、図３５に示
す。インペラ１１はケーシング１２内のポンプ流路１３
内に収容され回転する。インペラ１１の外周には多数の
羽根片１４が形成され、各羽根片１４間の羽根溝１５を
隔壁１６で軸方向に二分割する構成となっている。そし
て、インペラ１１を矢印Ｒ方向に回転させると、ポンプ
流路１３内に吸い込まれた流体が各羽根片１４から運動
エネルギを受けてポンプ流路１３内を吐出口側に圧送さ
れる。この際、各羽根溝１５内の流体は、回転遠心力を
受けて矢印Ｂ1 で示すように各羽根溝１５内を外周側に
流れ出す。そして、矢印Ｂ２で示すようにポンプ流路１
３の内壁に衝突して流れ方向を反転する。さらに、矢印
Ｂ２で示す流れは下流側（反回転方向側）の別の羽根溝
１５内に側面側から流れ込み、再び外周側に流れだす。
このような流れを繰り返すことで旋回流が形成され、流
体はポンプ流路１３内を旋回しながら吐出口側に向かっ
て昇圧されてゆく。尚、図３４に矢印Ｂ1 ，Ｂ2 で示さ
れている流れは、インペラ１１に固定した回転座標で見
たときの流れを示している。

【０００４】上述したような再生ポンプにおいては、ポ
ンプ流路内の旋回流がポンプ性能に大きな影響を与える
ことが知られており、ポンプ流路内の旋回流をスムーズ
に発生させ、持続、強化することがポンプ効率を高める
ために重要である。しかしながら、上記従来構成では、
矢印Ｂ2 で示す旋回流が羽根溝１５に側面側から流れ込
む際に、旋回流が羽根片１４の根元部に垂直に近い角度
で衝突することになるため、旋回流の流勢が羽根片１４
の根元部で大きく弱められて、旋回流が羽根溝１５内に
スムーズに流れ込むことができない。

【０００５】また、矢印Ｂ２で示す旋回流はインペラの
回転方向および燃料の流れ方向が矢印Ｒの方向であるに
もかかわらずインペラの径方向に向けて羽根溝１５から
流出してゆくため、羽根溝１５から流出する際の遠心力
を燃料の流れ方向へ効率よく作用させることができな
い。さらにまた、隔壁１６の先端面がインペラ１１の最
外周まで延在しているため、隔壁１６の先端面とポンプ
流路壁面との間に旋回流が及ばない領域が発生し、この
領域に逆流が発生してポンプ効率を低下させていた。

【０００６】図３４、図３５に図示したような再生ポン
プを利用した燃料ポンプとして、例えば特公昭６３−６
３７５６号公報のものが知られている。上記のごとき再
生ポンプの問題点を解決する技術として従来から種々の
形状のインペラが提案されている。例えば、特開昭５７
−９９２９８号には羽根溝を回転方向と反対の方向に傾
斜させる構成、すなわち羽根溝全体を後傾させる構成が
開示されている。

【０００７】また、特開昭５７−２０６７９５号には羽
根溝を傾斜させる構成と羽根溝を螺旋状に形成する構成
とが開示されている。また、特開昭６１−２１０２８８
号には隔壁高さを羽根片より低くした構成が開示されて
いる。さらに、特開昭５７−８１１９１号、特開昭５７
−９７０９７号、および特開平４−２２８８９９号に
は、送風機のインペラが開示されており、ブレードの先
端部を回転方向に向けて前傾させた構成と、隔壁の高さ
をブレード先端面より低くした構成とが開示されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが特開昭５７−
９９２９８号あるいは特開昭５７−２０６７９５号に開
示されるように羽根溝の全体が後傾した形状では、羽根
溝からの流出方向が回転方向に対して後ろ向きとなり、
吐出口へと向かう運動エネルギーを流体に効率的に与え
ることが困難であった。

【０００９】また、特開昭５７−２０６７９５号に開示
される螺旋状の羽根溝も、羽根溝からの流出方向が回転
方向に対して後ろ向きとなるため、吐出口へと向かう運
動エネルギーを流体に効率的に与えることが困難であっ
た。また、特開昭６１−２１０２８８号に開示される構
成では依然として平板状の羽根片を採用しているため、
上述の従来技術と同様に羽根溝への流入と、羽根溝から
の流出が非効率的であった。

【００１０】さらに、特開昭５７−８１１９１号、特開
昭５７−９７０９７号および特開平４−２２８８９９号
の形状では、ブレードの先端部のみを回転方向に対して
前傾させた形状であるため、羽根溝への流入が滑らかで
はないという問題点があった。また、これらの形状は送
風機として用いた場合には高い効率を発揮するが、燃料
のように非圧縮性の流体では高い効率を発揮できないも
のであった。

【００１１】さらに、隔壁高さを羽根片より低くした場
合、羽根片の強度が低下する。特に、インペラを樹脂に
より成形する場合、インペラの外径研削において羽根片
が欠損し、歩留りが低下するおそれがあった。また、羽
根片の先端面を回転方向に対して後傾、あるいは前傾さ
せた場合、インペラの外径研削において羽根片にかかる
応力が大きくなり羽根片が欠損し、歩留りが低下するお
それがあった。

【００１２】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みな
されたもので、羽根溝への流体の流入と、羽根溝からの
流体の流出との両方を改善することで、ポンプ流路内に
おける旋回流を妨げることがなく、しかもポンプ流路内
の流体に効率よく運動エネルギを与え、ポンプ効率を向
上させることを目的とする。また本発明は、羽根溝から
の流体の流出を改善してポンプ流路内の流体に効率よく
運動エネルギを与えることができるインペラを羽根片の
欠損を低減して製造することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、吸込口，吐出口及びこれら両者をつなぐ
円弧状のポンプ流路が形成されたケーシングと、円板状
の外周部に多数の羽根片が形成され、前記ケーシング内
に回転自在に収納されるインペラとを備えた再生ポンプ
において、前記各羽根片の上流側、または下流側の羽根
面が、前記羽根片の根元側に位置し前記インペラの回転
方向に対して後傾した面と、前記羽根片の外周側に位置
し前記インペラの回転方向に対して前傾した面とを有し
て形成されていることを特徴とする再生ポンプという技
術的手段を採用する。

【００１４】また本発明は、円板状の外周部に多数の羽
根片を有し、各羽根片の外周部が一方の円周方向に向け
て傾斜してなるインペラを樹脂により成形する樹脂成形
工程と、前記樹脂成形工程により成形されたインペラの
前記羽根片の先端面に対して、該羽根片の傾斜方向に向
けて工具を相対的に移動させ、インペラの先端面を研削
加工する外径研削工程とを有する再生ポンプのインペラ
の製造方法という技術的手段を採用する。

【００１５】

【作用】上記構成によれば、インペラの回転方向に対し
て各羽根片の根元部を後傾させているので、羽根溝に側
面側から流れ込む旋回流が羽根片の根元部に衝突する際
に、羽根片の根元部と旋回流とのなす角度θ0 （図８参
照）が小さくなり、旋回流が羽根溝内にスムーズに流れ
込むようになる。

【００１６】更に、各羽根片の先端部を回転方向に向け
て前傾させることで、羽根溝に流れ込んだ流体に羽根片
から効率良く回転方向に向かう運動エネルギが与えられ
るようになり、ポンプ効率が効果的に高められる。一方
本発明のインペラの製造方法によると、インペラの羽根
片の先端面に対して、該羽根片の傾斜方向に向けて工具
を相対的に移動させ、インペラの先端面が研削加工され
るため、研削加工時に羽根片にかかる応力がインペラの
傾斜によって低減され、羽根片の欠損が低減される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を自動車用の燃料ポンプに適用
した第１実施例について、図面を参照して説明する。図
１は自動車のエンジン１の燃料供給装置２を模式的に示
す構成図である。燃料供給装置２は、燃料タンク３内に
設けられた燃料ポンプ４と、この燃料ポンプ４から吐出
された燃料の圧力を調整するレギュレータ５と、燃料を
エンジン１の各気筒に噴射供給するインジェクタ６と、
これらを接続する配管を有する。燃料ポンプ４は車載バ
ッテリ７から給電されて作動し、フィルタ８を通して燃
料を吸引し、吐出管９に吐出する。一方、レギュレータ
５から放出された余剰燃料はリターン管１０により燃料
タンク３内に戻される。

【００１８】次に、燃料ポンプ４の構成を説明する。図
２は燃料ポンプ４の縦断面図である。燃料ポンプ４はポ
ンプ部２１とこのポンプ部２１を駆動するモータ部２２
とから構成されている。このモータ部２２はブラシ付き
の直流モータであり、円筒状のハウジング２３内に永久
磁石２４を環状に配置し、この永久磁石２４の内周側に
同心状に電機子２５を配置した構成となっている。

【００１９】次に、ポンプ部２１の構成を説明する。図
３はポンプ部２１の拡大図、図４はケーシング本体２６
の斜視図、図５はケーシングカバー２７の斜視図、図６
は図２のＡ−Ａ断面断面矢視図である。図３において、
ポンプ部２１は、ケーシング本体２６，ケーシングカバ
ー２７及びインペラ２８等から構成され、ケーシング本
体２６とケーシングカバー２７は、例えばアルミのダイ
カスト成形により形成されている。ケーシング本体２６
は、ハウジング２３の一端に圧入固定され、その中心に
嵌着された軸受３０に電機子２５の回転シャフト３１が
貫通支持されている。一方、ケーシングカバー２７は、
ケーシング本体２６に被せられた状態でハウジング２３
の一端にかしめ付け等により固定される。このケーシン
グカバー２７の中心にはスラスト軸受３２が固定され、
これによって回転シャフト３１のスラスト荷重が受けら
れるようになっている。これらケーシング本体２６とケ
ーシングカバー２７とで密閉された１つのケーシングが
構成され、その内部にインペラ２８が回転自在に収納さ
れている。

【００２０】インペラ２８の中心には、図６に示すよう
に、ほぼＤ字形の嵌合孔３３が形成され、この嵌合孔３
３が回転シャフト３１のＤカット部３１ａに嵌合されて
いる。これにより、インペラ２８は、回転シャフト３１
と一体的に回転するが、軸方向にはわずかに移動可能と
なっている。また、嵌合孔３３のモータ側には僅かなが
らテーパ面３３ａが形成され、インペラ２８の表裏を識
別するために利用される。

【００２１】図４、図５に示すように、ケーシング本体
２６とケーシングカバー２７の内側面には、円弧状のポ
ンプ流路３４が形成されている。さらに、ケーシングカ
バー２７に、ポンプ流路３４の一端に連通する吸込口３
５が形成され、ケーシング本体２６に、ポンプ流路３４
の他端に連通する吐出口３６が形成されている。これら
吸込口３５と吐出口３６との間には、燃料の逆流を防止
する仕切部３７が形成されている。上記吐出口３６は、
ケーシング本体２６を貫通してモータ部２２内の空間に
連通している。従って、吐出口３６から吐出された燃料
は、モータ部２２内の空間部を通過して、ハウジング２
３の他端側に設けられた燃料吐出口４３（図２参照）か
ら吐出されるようになっている。一方、吸込口３５の外
側にはフィルタ８（図１参照）が装着されている。

【００２２】次に、本発明の特徴部分であるインペラ２
８の形状を説明する。図７はインペラ２８の一部破断斜
視図である。図８は、ケーシング内にインペラが装着さ
れた状態での一部を拡大した平面図であり、図９は図８
のＢ−Ｂ断面矢視図である。インペラ２８は、例えばガ
ラス繊維入りのフェノール樹脂やＰＰＳ等により形成さ
れている。このインペラ２８は、樹脂の型成形により成
形され、その両端面と、外周面とが切削されて製造され
る。

【００２３】図７に図示されるように、インペラ２８の
外周部には、多数の羽根片３９が形成される。さらに、
各羽根片３９間の羽根溝４０を軸方向に二分割する隔壁
４１とが形成されている。この隔壁４１は、インペラの
一方の端面に面する第１溝と、インペラの他面の端面に
面する第２溝と、これら第１溝と第２溝とを外周部にお
いて、軸方向に連通する連通溝とを区画形成しており、
この結果、羽根溝４０は図９のようにコ字状に形成され
ている。各羽根片３９は、インペラ回転方向の下流側の
羽根面３９ａと上流側の羽根面３９ｂとの両方が図７及
び図８に示すように、円弧状に湾曲している。しかもこ
れら羽根面３９ａ、３９ｂの外周端と根元端とは、イン
ペラ２８の中心Ｏを通る直径上に位置している。

【００２４】特に、各羽根面３９ａ、３９ｂの根元部を
インペラ２８の回転方向Ｒに対して後傾させ、各羽根面
３９ａ、３９ｂの根元部とインペラー２８の円周方向接
線とのなす角度θ1 を９０°よりも大きくしている。ま
た、各羽根面３９ａ、３９ｂの先端側を回転方向Ｒに向
けて前傾させて、各羽根面３９ａ、３９ｂの先端側とイ
ンペラー２８の円周方向接線とのなす角度θ2 を９０°
よりも小さくしている。

【００２５】また、各羽根溝４０の横幅が内周側と外周
側で等しくなるように、各羽根片３９の肉厚が外周側に
向かって徐々に厚くなるように形成されている。さら
に、隔壁４１の先端面４１ａは各羽根片３９の先端面３
９ｃより内周側に位置しており、隔壁４１の両側の底面
４１ｂ、４１ｃに沿って流れる燃料を羽根面３９ａ上で
合流させている。しかも、隔壁４１の先端面４１ａは羽
根面３９ａの最も深くなる中央部３９ｄより外周側に位
置するとともに、羽根面３９ｂの最も突出する中央部３
９ｅより外周側に位置している。

【００２６】この第１実施例において、再生ポンプの各
部寸法は、下記表１、表２のとおりである。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】 なお、図８に図示されるように、羽根溝幅ｆは羽根溝４
０の径方向の幅を示し、曲率半径ｒは羽根面３９ａ、３
９ｂの曲率半径を示し、曲率高さｉは羽根面３９ａの両
端部をむすぶ直線から羽根面３９ａの中央部（最深部）
３９ｄへの垂直距離を示す。また、図９に図示されるよ
うに、直径Ｄはインペラ２８の直径を示し、厚さｔはイ
ンペラ２８の軸方向の厚さを示し、羽根連通部長さＬ１
は隔壁４１の先端面４１ａより外周側へ延びる羽根片３
９の径方向の長さを示し、羽根全長Ｌ２は羽根片３９の
根元部と外周面３９ｃとの間の径方向の長さを示す。ま
た、図９に図示されるように、隔壁高さｈは羽根片３９
の根元部と隔壁４１の先端面４１ａとの間の径方向の距
離を示し、中央部距離ｃは羽根面３９ａの最も深くなる
中央部３９ｄと羽根片３９の根元部との間の径方向の距
離を示し、羽根溝深さｂは底面４１ｃの先端とインペラ
２８の側端面との軸方向の距離を示す。さらに、図９に
図示されるように、軸方向間隙ｄはインペラ２８の側端
面とポンプ流路３４の底面との距離を示し、径方向間隙
ｅはインペラ２８の羽根片３９の外周面３９ｃとポンプ
流路３４の外周面との距離を示している。

【００２９】次に、上記実施例の作用について説明す
る。モータ部２２に給電し、電機子２５を回転させる
と、この電機子２５の回転シャフト３１と一体的にイン
ペラ２８が矢印Ｒ方向に回転する。これにより、インペ
ラ２８の外周部の羽根片３９が円弧状のポンプ流路３４
に沿って移動してポンプ作用を生じる。このポンプ作用
により燃料タンク３内の燃料はフィルタ８を通って吸込
口３５からポンプ流路３４内に吸い込まれ、このポンプ
流路３４を流れて吐出口３６へ達し、モータ部２２内を
経由して吐出口４３から吐出される。

【００３０】ここで、上記ポンプ作用は、羽根片３９の
移動による燃料の移送と、羽根溝４０内の燃料が遠心力
によって運動エネルギを与えられながら移動することと
によって得られる。各羽根溝４０内の燃料は、遠心力を
受けて各羽根溝４０内を外周側に流れ出し、ポンプ流路
３４の内壁に衝突して２つの流れに分かれる。そして、
ポンプ流路３４の内壁に沿って流れた後、再び羽根片３
９根元側から羽根溝４０内に流れ込み、さらに遠心力を
受ける。こうしてインペラ２８の隔壁４１の底面４１
ｂ、４１ｃに沿った２つの旋回流が形成され、これらの
旋回流は羽根溝４０への流入、流出を繰り返すうちに強
化されてゆく。

【００３１】このような再生ポンプにおいて、ポンプ効
率を高めるには、燃料が各羽根溝４０に側面側から流れ
込み易くして、各羽根片３９から燃料に回転方向Ｒの運
動エネルギを効率良く付与する必要がある。この観点か
ら、本実施例では、図８に示すように、インペラ２８の
回転方向Ｒに対して各羽根片３９の根元部を後傾させ
て、羽根片３９の根元部とインペラ２８の円周方向との
なす角度θ1 を９０°よりも大きくすると共に、各羽根
片３９の先端側を回転方向Ｒに向けて前傾させて、羽根
片３９の先端側とインペラ２８の円周方向とのなす角度
θ2 を９０°よりも小さくしている。この場合、各羽根
片３９の根元部を後傾させることにより、羽根溝４０に
側面側から流れ込む旋回流と羽根片３９の根元部とのな
す角度θ0 （図８参照）が小さくなり、旋回流が羽根溝
４０内にスムーズに流れ込むようになる。しかも、各羽
根片３９の先端側を回転方向Ｒに向けて前傾させること
により、羽根溝４０に流れ込んだ燃料が羽根溝４０から
外周側へ向けて流出するときに、インペラ２８の回転方
向前方へ向けて流出する。このため、ポンプ流路３４内
における吸入口から吐出口へ向かう燃料の流速をよりイ
ンペラ２８の回転速度に近づけることができる。即ち、
羽根溝４０に流れ込んだ燃料に羽根片３９から効率良く
運動エネルギが与えられるようになり、ポンプ効率が効
果的に高められる。

【００３２】本発明者らは、上記第１実施例に示した最
適寸法を決定するにあたり、数多くの試作品を試験し、
それらの効果を検討して第１実施例の寸法を決定した。
以下、数多くの試作品の寸法とそれらの効果を説明し、
本発明の特徴をより明らかにする。なお、試験ではポン
プ効率の算出にあたり、ポンプ入力は負荷トルクと回転
数との積から求め、ポンプ出力は吐出圧力と吐出流量と
の積から求めた。また、吐出圧力はアドバンテスト社製
デジタルマルチメータおよび豊田工機社製半導体小型圧
力センサを使用して測定し、吐出流量は小野測器社製デ
ジタルフローメータを使用して測定した。

【００３３】図１０により、羽根片３９の曲率半径を変
更したＤ１ないしＤ７の試作品の試験結果を説明する。
この試験に使用した再生ポンプの寸法は、羽根全長Ｌ２
を２．４ｍｍとし、曲率ｒを変化させたことを除いて上
記表１、表２に示した寸法と同じである。図１０（ａ）
は、羽根片３９の羽根面３９ａ、３９ｂの曲率半径ｒと
ポンプ効率との関係を示すグラフである。この図１０
（ａ）から明らかなように、羽根片３９の側面の曲率半
径ｒが無限大（羽根面が平板状の従来品に相当）ではポ
ンプ効率が約３４％と低いが、曲率半径ｒを小さくする
に従って徐々に効率が上昇し、約２．２ｍｍで効率が最
大になっている。特に、ｒ＝約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲
でポンプ効率向上の効果が顕著である。ところが、曲率
半径ｒをそれ以下に小さくすると急激に効率が低下して
いる。このような急激な効率の低下を避けるため、曲率
半径ｒは約２ｍｍ以上に設定することが望ましい。そこ
で、上記実施例では曲率半径ｒを最大効率が得られる約
２．２ｍｍより大きい２．５ｍｍとしている。

【００３４】図１０（ｂ）はＤ１ないしＤ７の試作品の
羽根片根元部角度θ１とポンプ効率との関係を示すグラ
フである。この図１０（ｂ）から明らかなように、θ1
＝９０°（従来品に相当）ではポンプ効率が低いが、θ
1 ＝約１００°〜約１２７°の範囲でポンプ効率向上の
効果が顕著である。ただしここでも羽根片根元部角度が
約１２５°付近より大きくなると効率が急激に低下して
いる。このため、上記実施例では根元部角度θ１を最大
効率が得られる約１１６°より小さい１１１°としてい
る。

【００３５】図１０（ｃ）はＤ１ないしＤ７の試作品の
羽根片先端部角度θ２とポンプ効率との関係を示すグラ
フである。この図１０（ｃ）から明らかなように、θ２
＝９０°（従来品に相当）では、ポンプ効率が低いが、
θ２＝約４５°〜約７６°の範囲でポンプ効率向上の効
果が顕著である。図１０（ｄ）は、Ｄ１ないしＤ７の試
作品の羽根片曲率高さｉとポンプ効率との関係を示すグ
ラフである。この図１０（ｄ）から明らかなように、ｉ
＝０（従来品に相当）ではポンプ効率が低いが、羽根曲
率高さｉが大きくなるに従って徐々に効率が高くなって
いる。ただし、ポンプ効率が最大値となるｉ＝０．３１
ｍｍを超えるとポンプ効率が急激に低下しており、羽根
曲率高さｉは高いポンプ効率が得られる範囲（ｉ＝０．
１ｍｍ〜０．４５ｍｍ）内でも最大効率が得られるｉ＝
０．３１ｍｍより小さい側に設定されることが望まし
い。

【００３６】なお、図１０の各グラフにおいては、各グ
ラフ中の試作品の対応関係を符号Ｄ１〜Ｄ７を付して示
している。次に、上記第１実施例の各部寸法のうち羽根
全長Ｌ２を２．４ｍｍとし、隔壁高さを変更した試作品
Ｄ８ないしＤ１１を説明する。図１１は隔壁高さｈを羽
根全長Ｌ２と等しくした試作品Ｄ８のインペラの部分平
面図である。

【００３７】図１２は隔壁高さｈを１．９ｍｍとし、羽
根連通路長さＬ１を０．５ｍｍとした試作品Ｄ９のイン
ペラの部分平面図である。図１３は隔壁高さｈを１．５
ｍｍとし、羽根連通路長さＬ１を０．９ｍｍとした試作
品Ｄ１０のインペラの部分平面図である。図１４は隔壁
高さｈを０．９ｍｍとし、羽根連通路長さＬ１を１．５
ｍｍとした試作品Ｄ１１のインペラの部分平面図であ
る。

【００３８】以上の試作品Ｄ８ないしＤ１１のポンプ効
率を図１５に実線として示す。この図１５の特性に示さ
れるように隔壁高さｈを１．５ｍｍとし、羽根連通路長
さＬ１を０．９ｍｍとした試作品Ｄ１０において最も高
い効率が得られている。隔壁高さｈを図１１から図１３
の方向へ低くするほどポンプ効率が高くなっている。こ
れは、隔壁先端の外周に発生する逆流域が縮小するため
と考えられる。ところが、隔壁を図１４のように低くし
すぎると、効率は再び低下する。これは、羽根溝の底面
が小さくなりすぎて、羽根溝内の燃料を外周に向けて案
内する作用が減少し、旋回流の生成に支障を来すためと
考えられる。また、図１４に隔壁先端部における流れ方
向を矢印で図示するように、図１４のように隔壁高さを
低くしたものでは、羽根溝の底面で充分に案内されない
流れが湾曲した羽根板に急角度で衝突するため、損失が
大きいと考えられる。また、インペラの羽根板を平板状
として隔壁高さのみを変化させた場合のポンプ効率を図
１５に破線で示す。この破線の特性と上述の実線の特性
とを比較してわかるように、羽根板を湾曲させることで
得られるポンプ効率の上昇割合は隔壁高さが高いほど大
きい。このことから、羽根板への衝突角度を考慮した場
合、隔壁先端は湾曲した羽根板の最深部より外周側、す
なわち回転方向に対して前傾した面の領域にあることが
望ましい。

【００３９】なお、インペラの羽根片を平板状としたも
のは、特願平５−３５４０５号に開示されている。本発
明の再生ポンプは、直流モータと組み合わせることによ
って、特に車両用燃料噴射装置に燃料を供給する燃料ポ
ンプに用いられる。この燃料ポンプには、通常、燃料圧
力が２〜５ｋｇｆ／ｃｍ² において５０〜２００Ｌ／ｈ
の吐出量が要求される。燃料圧力はプレッシャレギュレ
ータ５（図１参照）によって設定され、その燃料圧力は
エンジンの運転状態によって変動する。例えば、アイド
リング時には約２．５ｋｇｆ／ｃｍ² でも全負荷時には
約３ｋｇｆ／ｃｍ² になる。従って、燃料ポンプには吐
出圧力の変動に対する吐出量の変動が鈍感であることが
望まれる。

【００４０】しかし、一般の車両用電動式燃料ポンプは
直流モータによって駆動され、この直流モータは車両に
搭載されたバッテリによって作動する。この電動式燃料
ポンプはバッテリの一定電圧で作動するため、直流モー
タの特性から高負荷（燃料噴射装置のシステム圧力が高
圧）になるとモータ部分の回転数が低下し、吐出量が低
下する（図１６参照）。更に、ポンプ部に関しては一定
回転数を維持したとしても、圧力を上げると内部の洩れ
が増加するため吐出量は低下する。しかし、このポンプ
部の低下分に関しては羽根と流路との間隙つまり流路代
表寸法Ｒｍを小さくしたり、羽根長さを短くすることに
よって少なくすることができる。但し、極端にＲｍを小
さくしたり、羽根長さを短くするとインペラ一回転当た
りの吐出量が少なくなるため高回転で作動させる必要が
出てくるため、必要以上に極端にＲｍを小さくしたり、
羽根長さを短くすることができないのは言うまでもな
い。

【００４１】上述の第１実施例のインペラを使用した燃
料ポンプの圧力特性の評価結果を図１７に示す。なお、
破線は従来品を、実線は第１実施例のものを示す。この
図から分かるように第１実施例では従来品に対し、電流
値はほぼ同じで吐出量がほぼ平行に増加する。ここで、
燃料ポンプの要求吐出量が従来と変わりなければ前述し
たようにＲｍを小さくしたり、羽根長さを短くすること
によって、吐出量を従来品と同じに合わせ、圧力を上げ
たときの吐出量低下を少なく、つまり、図１８に示すよ
うにＰ−Ｑ勾配を小さくしたいわゆる鈍感な特性とする
ことができる。

【００４２】また、燃料ポンプの吐出流量はエンジンの
排気量や出力によって異なり、小排気量、低出力エンジ
ンでは５０〜１００Ｌ／ｈ程度（以下低流量と呼ぶ）、
中排気量、中出力エンジンでは８０〜１５０Ｌ／ｈ程度
（以下中流量と呼ぶ）、大排気量、高出力エンジンでは
１３０〜２００Ｌ／ｈ程度（以下高流量と呼ぶ）の流量
が要求される。各エンジン・各車種に使用する燃料ポン
プを共通で使用出来れば、燃料ポンプの製造コストは低
く抑えることが出来るが、近年の省資源化・地球環境保
護という社会的要求から少しでも無駄を省き、ポンプ効
率を向上しようと考えると、各エンジン・各車種に必要
最低限の吐出量の燃料ポンプを設定する必要がある。

【００４３】そこで、図１０で説明した試験結果により
得られたインペラ形状を用いて、低流量〜高流量の各吐
出量の燃料ポンプに適した各部寸法を決定するために試
作された試作品と、その実験結果を説明し、インペラ形
状とケーシングの流路形状という僅かな変更によって従
来技術の燃料ポンプに対しはるかに良好なポンプ効果が
得られることを説明する。

【００４４】まず、以下の表３に示すような複数のイン
ペラと流路形状との組み合わせを試作し、ポンプ効率を
測定した。

【００４５】

【表３】 上記表３の試作品では、軸方向間隙ｄの寸法を変化させ
て、流路代表寸法Ｒｍの水準を振った。また、吐出量を
低流量〜高流量まで変化させるためにそれぞれの試作品
について回転数を低流量；６０００ｒｐｍ、中流量；７
０００ｒｐｍ、高流量；８０００ｒｐｍと変化させ、実
験を行った。

【００４６】上記表３の各試作品Ｄ１２〜Ｄ１９のポン
プ効率を図１９に示す。低流量においては試作品Ｄ１５
（Ｒｍ０．６７）、中流量においては試作品Ｄ１７（Ｒ
ｍ０．７３）、高流量においては試作品Ｄ１８（Ｒｍ
０．７６）がそれぞれ最も高い効率を示した。つまり、
低流量の場合はＲｍを小さく、高流量の場合はＲｍを大
きくすることによって、それぞれ高い効率を得ることが
できる。

【００４７】また、インペラの羽根形状については、表
４のように羽根長さ寸法Ｌを変化させて実験を行った。

【００４８】

【表４】 また、先の実験と同様に、吐出量を低流量から高流量ま
で変化させるためにそれぞれの試作品について回転数を
低流量；６０００ｒｐｍ、中流量；７０００ｒｐｍ、高
流量；８０００ｒｐｍと変化させ、実験を行った。

【００４９】上記表４の各試作品のポンプ効果を図２０
に示す。低流量においては試作品Ｄ２１、中流量におい
ては試作品Ｄ２２、高流量においては試作品Ｄ２３がそ
れぞれ最も高い効率を示している。つまり、低流量の場
合は羽根全長寸法Ｌ２を小さく、高流量の場合は羽根全
長寸法Ｌ２を大きくすることよって、それぞれ高い効率
を得ることができる。

【００５０】以上の実験結果から考察した結果、エンジ
ン要求流量に対して燃料ポンプの効率が最も高くなるよ
うに設定するためには、流路代表寸法Ｒｍかインペラ羽
根全長を変化させればよい。しかし、インペラ羽根全長
を各流量毎に設定すると、インペラは通常フェノール樹
脂等の成形材料から作られるため、その種類数分だけイ
ンペラの成形型が必要になる。従って、インペラ羽根全
長は低流量〜高流量までそこそこの効率を有するＬ２＝
２．１ｍｍを採用し、流路代表寸法Ｒｍを各吐出量に合
わせて設定した。低流量はＲｍ＝０．６７、中流量と高
流量は流路形状を共通化し、Ｒｍ＝０．７６に設定し
た。

【００５１】中流量の燃料ポンプに第１実施例のインペ
ラを用い、Ｒｍを０．７６に設定した時の圧力特性を図
２１に示す。この場合、燃料ポンプの要求吐出量は従来
品と同等であり、特にＰ−Ｑ勾配を小さくする必要性も
ないものとして、モータ部の巻線仕様を変更し回転数を
下げることによって吐出量を従来品とほぼ同じに合わせ
てある。本発明の効果によって従来の燃料ポンプに比
べ、ポンプ効率が向上し、電流値を約１Ａ（約２０％）
低減することができる。なお、図２１ではモータへの印
加電圧を１２Ｖ一定とし、実線に第１実施例のインペラ
を採用したポンプを、破線に従来のインペラを用いたポ
ンプを示している。

【００５２】以上に説明したように、２〜５ｋｇｆ／ｃ
ｍ² の燃料圧力の下で、５０〜２００ｌ／ｈの吐出量が
要求され、インペラ直径が２０〜６５ｍｍ程度であり、
インペラ厚さｔが２〜５ｍｍ程度であり、羽根全長Ｌ２
が２〜５ｍｍ程度であり、さらに流路代表寸法Ｒｍが
０．４ｍｍから２ｍｍ程度に設定される燃料ポンプにあ
っては、羽根片を２〜４ｍｍ程度の曲率半径をもって湾
曲させることで羽根片の根元部、および先端部において
良好な燃料流れが得られ高い効率が得られる。これは換
言すれば、根元部角度θ１を約１００〜約１２７°とす
る一方、先端部角度θ２を約４５〜約７６°としたこと
で得られる効果であり、さらに羽根曲率高さｉは０．１
〜０．４５ｍｍとすることが望ましいと思われる。

【００５３】さらに隔壁高さｈは羽根全長Ｌ２のＬ２／
２を超える高さとすることが望ましく、この寸法に設定
することで湾曲した羽根面への流れの衝突を低減してさ
らに高いポンプ効率が得られるようになる。次に、第１
実施例のインペラの製造方法を図２２を参照しながら順
を追って説明する。

【００５４】図２２はインペラの製造行程を説明する流
れ図である。まず、成形工程Ｓ１ではインジェクション
成形又はコンプレッション成形によりインペラを型成形
する。図２３は成形型の一部省略断面図である。成形型
７２は、インペラ２８を軸方向に２分割する型合わせ面
７３を有し、上型７４と下型７５とからなる。成形型７
２の内部は、インペラ２８の最終形状より若干大きく形
成されている。図２３にはインペラ２８の最終形状が二
点鎖線７６として図示されている。インペラ２８の中心
部に対応して上型７４には、嵌合孔３３を形成するため
の断面Ｄ字状の柱部７７が形成されており、その付け根
にはテーパ面３３ａを形成するための円錐面７８が形成
されている 一方、下型７５には樹脂注入用のスプール
部７９が形成されている。

【００５５】次に、バリ取り工程Ｓ２では、インペラの
外周に発生したバリが除去される。図２４はバリ取り工
程Ｓ２を説明する模式図である。インペラ８０の外周に
型合わせ面７３に沿って発生したバリ８１をインペラ８
０を矢印８３方向に回転させながら、金属ブラシ８２を
矢印８４方向に往復させて除去する。次に、スプール研
削工程Ｓ３では、下型７５のスプール部７９により成形
されたスプールが除去、研削される。

【００５６】次に、両端面研削工程Ｓ４では、インペラ
の両端面が砥石によって研削される。図２５は両端面研
削工程Ｓ４を説明する模式図である。インペラ８５は治
具８６に支持され、上側砥石８７と下側砥石８８との間
を通過することで両端面が研削される。なお、治具８
６、上側砥石８７、および下側砥石８８は図中の矢印方
向へそれぞれ回転する。なお、この両面研削工程Ｓ４で
は、治具上に固定したインペラを平面研削盤を使用して
片面ずつ研削加工してもよい。

【００５７】次に、外径研削工程Ｓ５では、インペラの
外周面が砥石によって研削される。図２６は外径研削工
程Ｓ５を説明する模式図であり、図２７はその一部拡大
図である。砥石８９は円筒形の回転砥石であり、矢印９
０方向に回転する。これに対し、断面Ｄ字状の回転軸９
１に支持されたインペラ９２は本来の回転方向Ｒとは逆
の矢印９３方向に回転駆動され、砥石８９の円筒面によ
り研削される。このため、砥石８９の砥面９４は羽根片
９５の先端面９６上をインペラ９２の本来の回転方向に
向けて移動する。このため、研削により羽根片９５に作
用する応力が羽根片９５の湾曲によりしなやかに吸収さ
れ、羽根片９５の欠損が低減される。なお、インペラ９
２は砥石８９の回転より充分遅い速度でＲ方向に回転し
てもよい。また、複数のインペラを回転軸９１上に支持
して同時に加工してもよい。この外径研削工程において
は、円周方向Ｒに向けて傾斜した羽根片の先端面９６を
研削するにあたり、工具である砥面９４が先端面９６上
を傾斜方向（Ｒ）に向けて移動することが重要である。

【００５８】以上の工程によりインペラ２８の形が形成
される。そして外観検査工程Ｓ６により羽根片の欠損な
どが検査され、表裏識別工程Ｓ７で表裏を識別した上で
組立工程Ｓ８において燃料ポンプ内に組付けられる。こ
こで、インペラ２８の表裏はテーパ面３３ａにより簡単
に識別することができる。しかも、このテーパ面３３ａ
が嵌合孔３３へのシャフト３１の挿入側に設けられてい
ることで、シャフト３１の挿入を容易にすることができ
る。さらに、組立時のシャフト３１の差し込み易さの違
いから表裏の逆組付けを容易に発見、訂正することが可
能である。

【００５９】次に、本発明を適用した他の実施例を説明
する。図２８は第２実施例のインペラの部分拡大図であ
る。インペラの羽根面は燃料を滑らかに流すためには曲
面であることが望ましいが、図２８に図示されるインペ
ラ１２８のように複数の平面で構成されてもよい。この
図２８の第２実施例では羽根片１３９の羽根面１３９
ａ、１３９ｂは、羽根片１３９の根元側から順に、イン
ペラ１２８の回転方向Ｒに対して後傾した面と、インペ
ラ１２８の回転方向Ｒに対して直交する面と、インペラ
１２８の回転方向Ｒに対して前傾した面とで構成されて
いる。このような形状においては、第１実施例で説明し
た数値のうち、曲率半径を除く数値を満たしていること
が重要であろうと思われる。特に羽根面外周と根元との
角度、深さｉ、隔壁先端面の位置などはポンプ作用に大
きな影響を与えるであろうと思われる。

【００６０】図２９は第３実施例のインペラの部分拡大
図である。図２９の第３実施例ではインペラ２２８の羽
根片２３９の羽根面２３９ａ、２３９ｂは、羽根片２３
９の根元側から順に、インペラ２２８の回転方向Ｒに対
して後傾した面と、インペラ２２８の回転方向Ｒに対し
て前傾した面とで構成されている。

【００６１】図３０は第４実施例のインペラの部分拡大
図である。インペラの羽根片はその両面が本発明が規定
する形状に形成されることが望ましいが、図３０のイン
ペラ３２８では上流側羽根面３３９ａのみを曲面状に形
成している。図３１は第５実施例のインペラの部分拡大
図である。

【００６２】図３１のインペラ４２８では下流側羽根面
４３９ａのみを曲面状に形成している。図３２は第６実
施例のインペラの部分拡大図である。図３２のインペラ
５２８は羽根片５３９の外周側角部５３９ｆ、５３９ｇ
を型成形時に斜面状に成形している。これにより、研削
工程での羽根片５３９の欠損が低減される。

【００６３】図３３は第７実施例のインペラの部分拡大
図である。図３３のインペラ６２８は羽根片６３９は第
１実施例の羽根片３９と同じ形状寸法であるが、隔壁６
４１の先端面６４１ａが羽根片６３９の外周まで延在し
ている。このため、この第７実施例では外径研削工程に
おいては羽根片６３９の外周面だけでなく、隔壁６４１
の先端面６４１ａも同時に研削される。

【００６４】なお、以上に述べた実施例以外にも本発明
の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、例
えば羽根片の曲率中心を第１実施例に比べて若干移動さ
せること、あるいは羽根面を楕円形とすることなどの変
形が可能である。また、本発明は自動車の燃料ポンプに
限定されず、水等の種々の流体を圧送するポンプとして
広く適用できる。

【００６５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、インペラの回転方向に対して各羽根片の根元
部を後傾させているので、羽根溝に側面側から流れ込む
旋回流と羽根片の根元部とのなす角度が小さくなり、旋
回流が羽根溝内にスムーズに流れ込むようになるととも
に、各羽根片の先端側を回転方向に向けて前傾させてい
るので、羽根溝に流れ込んだ流体に羽根片から効率良く
吐出口へ向かう運動エネルギーを与えることができて、
ポンプ効率をより一層高めることができる。

【００６６】また、本発明のインペラの製造方法による
と、インペラを樹脂により成形しても、その羽根片の欠
損を低減して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は車両用燃料供給装置の構成を示す構成図

【図２】図２は本発明を適用した第１実施例の燃料ポン
プの縦断面図

【図３】図３は図２の燃料ポンプのポンプ部を拡大した
断面図

【図４】図４はケーシング本体の斜視図

【図５】図５はケーシングカバーの斜視図

【図６】図６は図２のＡ−Ａ矢視断面図

【図７】図７は第１実施例のインペラの一部破断斜視図

【図８】図８はケーシング内にインペラが装着された状
態での一部を拡大した平面図

【図９】図９は図８のＢ−Ｂ断面矢視図

【図１０】図１０（ａ）は羽根片の羽根面の曲率半径ｒ
とポンプ効率との関係を示すグラフ、図１０（ｂ）は羽
根片の根元部とインペラーの円周方向とのなす角度θ1
とポンプ効率との関係を示すグラフ、図１０（ｃ）は羽
根片の先端側とインペラーの円周方向とのなす角度θ2
とポンプ効率との関係を示すグラフ、図１０（ｄ）は羽
根片の曲率高さｉとポンプ効率との関係を示すグラフ

【図１１】図１１は試作品のインペラの一部を拡大した
平面図

【図１２】図１２は試作品のインペラの一部を拡大した
平面図

【図１３】図１３は試作品のインペラの一部を拡大した
平面図

【図１４】図１４は試作品のインペラの一部を拡大した
平面図

【図１５】図１５は連通部羽根長さＬ１とポンプ効率と
の関係を示すグラフ

【図１６】図１６は車両用燃料ポンプの負荷と回転数と
の一般的な関係を示すグラフ

【図１７】図１７は第１実施例（実線）と従来品（破
線）との吐出量特性と電流特性とを示すグラフ

【図１８】図１８は望ましい吐出量特性への変更を説明
するグラフ

【図１９】図１９は第１実施例のインペラを利用した燃
料ポンプの流路代表寸法Ｒｍとポンプ効率との関係を示
すグラフ

【図２０】図２０は第１実施例のインペラの羽根長さＬ
２とポンプ効率との関係を示すグラフ

【図２１】図２１は第１実施例のインペラを利用した燃
料ポンプ（実線）と従来品（破線）との吐出量特性と電
流特性とを示すグラフ

【図２２】図２２は第１実施例の製造工程を説明する流
れ図

【図２３】図２３は成形型の一部を省略した断面図

【図２４】図２４はバリ取り工程を説明する模式図

【図２５】図２５は両端面研削工程を説明する模式図

【図２６】図２６は外径研削工程を説明する模式図

【図２７】図２７は外径研削工程を説明する一部を拡大
した平面図

【図２８】図２８は第２実施例のインペラの一部を拡大
した平面図

【図２９】図２９は第３実施例のインペラの一部を拡大
した平面図

【図３０】図３０は第４実施例のインペラの一部を拡大
した平面図

【図３１】図３１は第５実施例のインペラの一部を拡大
した平面図

【図３２】図３２は第６実施例のインペラの一部を拡大
した平面図

【図３３】図３３は第７実施例のインペラの一部を拡大
した平面図

【図３４】図３４は従来技術の燃料ポンプの要部を拡大
した断面図

【図３５】図３５は従来技術の燃料ポンプの要部を拡大
した断面図

【符号の説明】

２１ ポンプ部 ２２ モータ部 ２６ ケーシング本体（ケーシング） ２７ ケーシングカバー（ケーシング） ２８ インペラー ３４ ポンプ流路 ３５ 吸込口 ３６ 吐出口 ３７ 仕切部 ３９ 羽根片 ４０ 羽根溝 ４１ 隔壁

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸込口，吐出口及びこれら両者をつなぐ
   円弧状のポンプ流路が形成されたケーシングと、 円板状の外周部に多数の羽根片が形成され、前記ケーシ
   ング内に回転自在に収納されるインペラとを備えた再生
   ポンプにおいて、 前記各羽根片の上流側、または下流側の羽根面が、前記
   羽根片の根元側に位置し前記インペラの回転方向に対し
   て後傾した面と、前記羽根片の外周側に位置し前記イン
   ペラの回転方向に対して前傾した面とを有して形成され
   ていることを特徴とする再生ポンプ。
2. 【請求項２】 前記インペラは、隣接する前記羽根片の
   間の溝内に形成され、前記溝を前記インペラの両面に分
   割する隔壁を備え、該隔壁の先端面は前記インペラの先
   端面より内側に位置することを特徴とする請求項１記載
   の再生ポンプ。
3. 【請求項３】 前記隔壁の先端面は、前記羽根片の外周
   側に位置し前記インペラの回転方向に対して前傾した面
   にまで延在していることを特徴とする請求項２記載の再
   生ポンプ。
4. 【請求項４】 前記羽根面は、曲面であることを特徴と
   する請求項１記載の再生ポンプ。
5. 【請求項５】 円板状の外周部に多数の羽根片を有し、
   各羽根片の外周部が一方の円周方向に向けて傾斜してな
   るインペラを樹脂により成形する樹脂成形工程と、 前記樹脂成形工程により成形されたインペラの前記羽根
   片の先端面に対して、該羽根片の傾斜方向に向けて工具
   を相対的に移動させ、インペラの先端面を研削加工する
   外径研削工程とを有する再生ポンプのインペラの製造方
   法。