流体ポンプ
【課題】 流体ポンプから発生される音をより低減させる技術を提供する。
【解決手段】 燃料ポンプは、インペラの回転によって、流体をポンプケーシング内に吸入するとともに前記ポンプケーシング外に吐出する。この燃料ポンプでは、インペラは、その外周縁にｎ個（ｎは２以上の整数）の羽根溝が形成されている。羽根溝間のピッチ角は不均一であるとともに、各ピッチ角には１個以上の角度が等しいピッチ角が存在する。羽根溝のピッチ角は、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０、０．１５≦Ｃ´≦０．３５を満たす。
【解決手段】 燃料ポンプは、インペラの回転によって、流体をポンプケーシング内に吸入するとともに前記ポンプケーシング外に吐出する。この燃料ポンプでは、インペラは、その外周縁にｎ個（ｎは２以上の整数）の羽根溝が形成されている。羽根溝間のピッチ角は不均一であるとともに、各ピッチ角には１個以上の角度が等しいピッチ角が存在する。羽根溝のピッチ角は、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０、０．１５≦Ｃ´≦０．３５を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、流体ポンプから発生する音を低減する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
外周縁に複数の羽根溝が形成されたインペラを備える流体ポンプが知られている。この種の流体ポンプでは、インペラが回転することによって、ポンプケーシングの吸入口からポンプケーシング内に流体が吸入され、吸入された流体はポンプケーシング内の流体流路を流れる間に昇圧され、昇圧された流体がポンプケーシングの吐出口よりポンプケーシング外に吐出される。吐出口側の流体流路内の流体の圧力は吸入口側の流体流路内の流体の圧力より高いため、吐出口側の流体流路から吸入口側の流体流路に向かって流体が流れることを防止する必要がある。このため、ポンプケーシングにはインペラの外周縁に近接して吐出口側の流体流路と吸入口側の流体流路を隔離する隔壁が設けられている。従って、一定のピッチ角で形成されたインペラを備える流体ポンプでは、インペラが回転すると、羽根溝が隔壁を周期的に通過することとなる。その結果、インペラの回転数と羽根溝のピッチ角θで決定される周波数により、流体ポンプから大きな音が発生する。ここで、ピッチ角θとは、インペラを平面視したときに、インペラの回転中心と隣接する羽根溝の周方向の中心をそれぞれ結んだ２本の線分のなす角度をいう。上記した問題を解決するために、流体ポンプから発生する音を低減する技術が開発されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１の流体ポンプは、羽根溝のピッチ角θが全て異なるインペラを備え、羽根溝のピッチ角θが所定の条件を満たすように形成されている。これによって、羽根が隔壁を通過する周期がばらつき、流体ポンプの音を低減できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−５０９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１の技術でも、ある程度は騒音を低減できるものの、より騒音を低減することができる技術の実現が望まれている。本明細書は、流体ポンプから発生される音をより低減させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは、流体ポンプから発生する音（音圧）を低減するため、鋭意検討した結果、流体ポンプから発生する音と、羽根溝内の流体の圧力変動には相関があることに気付き、流体ポンプから発生する音を低減させるためには、羽根溝内の流体の圧力変動のスペクトルピーク値を低減させることが有効であることを発見した。さらに、発明者らは、流体の圧力変動のスペクトルピーク値と相関の強い指標を見出し、見出した指標と、圧力変動のスペクトルピーク値との関係を検討することによって、圧力変動のスペクトルピーク値が低減される指標の範囲を特定した。
【０００７】
本明細書が提供する技術は、インペラの回転によって、ポンプケーシング内に流体を吸入するとともに昇圧し、昇圧した流体をポンプケーシング外に吐出する流体ポンプである。この流体ポンプでは、インペラは、その外周縁にｎ個の羽根溝が形成されている。インペラを平面視したときに、インペラの回転中心とｉ番目（ｉ＝１〜ｎの整数）の羽根溝の周方向の中心を結んだ線分と、インペラの回転中心とｉ＋１番目（但し、ｉ＋１＝ｎ＋１となる場合はｉ＋１＝１）の羽根溝の周方向の中心とを結んだ線分とのなす角度をピッチ角θｉとし、隣接するピッチ角の差をσｉ＝θｉ＋１−θｉとしたときに、ピッチ角θｉは不均一であるとともに、各ピッチ角θｉには角度が等しい他のピッチ角θｋ（ｋ＝１〜ｎのいずれかの整数で、かつ、ｉ以外の整数）が１個以上存在する。そして、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０、０．１５≦Ｃ´≦０．３５を満たす。但し、σ´、θの平均及びＣ´は以下に定義される。なお、羽根溝の番号は、複数の羽根溝のいずれか１個の羽根溝を１番目と設定し、インペラの回転方向又は反回転方向に並んでいる順番に、昇順で設定する。
【０００８】
【数１】
【０００９】
【数２】
【００１０】
【数３】
【００１１】
【数４】
【００１２】
【数５】
【００１３】
【数６】
【００１４】
本発明者らは、（σ´／θの平均）及びＣ´が羽根溝内の流体の圧力変動のスペクトルピーク値と相関が強いことを見出した。そして、（σ´／θの平均）及びＣ´が上記した範囲を満たす場合に、従来技術と比較して、流体ポンプから発生する音を低減させることができることを見出した。また、上記したインペラの羽根溝の各ピッチ角θｉ（ｉ＝１〜ｎ）には、角度が等しい１個以上の他のピッチ角θｋ（ｋ＝１〜ｎのいずれかの整数で、かつ、ｉ以外の整数）が存在するように形成されている。ピッチ角θｉが一個しかない場合は、インペラが回転すると、そのピッチ角θｉによる圧力変動が発生し、そのピッチ角θｉによる圧力変動が低減されない。すなわち、ピッチ角にθｉによる音成分が低減されない。一方、角度が等しいピッチ角が複数ある場合、例えば、ピッチ角θｉとピッチ角θｋが同一の場合は、ピッチ角θｉで形成された羽根溝が隔壁を通過することによって発生する音成分を、他のピッチ角θｋで形成された羽根溝が隔壁を通過することによって発生する音成分によって減衰させることが可能となる。この条件と上記した（σ´／θの平均）及びＣ´の条件を満足させることにより、特定のピッチ角θｉに起因する騒音を低減させることができる。
【００１５】
このインペラは、０．１＜（ピッチ角が等しいピッチ角の数）／ｎ＜０．５を満たすことが好ましい。この構成によれば、流体ポンプのポンプ効率を大幅に低下させることなく、流体ポンプから発生する音を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本明細書が提供する技術によれば、流体ポンプから発生する音を低減することができる。例えば、本明細書が提供する流体ポンプは、自動車の燃料をエンジンに供給する燃料ポンプに好適に用いることができる。この流体ポンプは、静寂性が要求される自動車において、音を低減するために有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】燃料ポンプの縦断面図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】解析結果と実験結果との相関関係を示すグラフ。
【図４】（σ´／θの平均）及びＣ´と圧力変動のスペクトルピーク値との相関関係を示す等値線図。
【図５】ピッチ角が等しい羽根溝の数と圧力変動のスペクトルピーク値との相関関係を示す等値線図。
【図６】ピッチ角が等しい羽根溝の数とポンプ効率との相関関係を示す等値線図。
【図７】等ピッチインペラを備える燃料ポンプが発生する音圧の実験結果を示すグラフ。
【図８】不等ピッチインペラを備える燃料ポンプが発生する音圧の実験結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書が提供する技術を具現化した実施例を図面を用いて説明する。本実施例の燃料ポンプは、自動車用の燃料ポンプであり、燃料タンク内で用いられ、自動車のエンジンへ燃料を供給するために利用される。図１に示すように、燃料ポンプ１０は、モータ部１２とポンプ部１４を備えている。モータ部１２とポンプ部１４はハウジング１６内に収容されて構成されている。モータ部１２は回転子１８を有している。回転子１８は、シャフト２０と、シャフト２０に固定されている積層鉄芯２２と、積層鉄芯２２に巻かれている図示されていないコイルと、そのコイルの端部が接続されている整流子２４を有している。シャフト２０は、ハウジング１６に対して、軸受２６，２８によって回転可能に支持されている。ハウジング１６の内側には、回転子１８を取囲むように、永久磁石３０が固定されている。ハウジング１６の上部に取り付けられたトップカバー３２には、図示されない端子が設けられており、モータ部１２に電気が供給される。ブラシ３４と整流子２４を介してコイルに通電すると、回転子１８とシャフト２０が回転する。
【００１９】
ハウジング１６の下部にはポンプ部１４が収容されている。ポンプ部１４は、略円板状のインペラ３６を備えている。図２に示すように、インペラ３６の中心には貫通孔３９が設けられており、貫通孔３９にはシャフト２０が相対回転不能に係合している。このため、シャフト２０が回転するとインペラ３６も回転する。インペラ３６の外周縁には、ｎ個（ｎ＝４１個）の羽根溝３７が形成されている。図２において、羽根溝３７（１）で示す羽根溝３７は、１番目の羽根溝３７を意味する。同様に、羽根溝３７（２），３７（ｎ）で示す羽根溝３７は、それぞれ、２番目、ｎ（４１）番目の羽根溝３７を意味する。即ち、本実施例では、１番目の羽根溝３７からインペラ３６の回転方向（図の矢印６０）に並ぶ順に昇順で順番が設定されている。ｎ（４１）個の羽根溝３７は、インペラ３６の外周縁に並んで配置され、インペラ３６の外周縁を一巡している。隣接する２個の羽根溝３７の間には、羽根３７ａが形成されている。即ち、インペラ３６では、羽根溝３７と同数の羽根３７ａが形成されている。ｎ（４１）個の羽根３７ａは、全て同一形状で形成されている。羽根溝３７は、隣接する２個の羽根溝３７間のピッチ角θが不均一となるように形成されている。ピッチ角θは、隣接する２個の羽根溝３７において、各羽根溝３７のインペラ３６の外周縁に沿った中点からインペラ３６の回転中心に直線を引いた場合の、２本の直線間の角度である。インペラ３６では、ｉ番目の羽根溝３７とｉ＋１番目（ｉは１〜ｎの整数、但しｉ＝ｎの場合、ｉ（ｎ）＋１＝１）の羽根溝３７とのピッチ角をθｉとすると、ｉ＝１〜ｎのそれぞれにおいて、ピッチ角θｉ＝θｍ（ｍは１以上の整数、かつ、ｍ≠ｉ）を満たすピッチ角θｍが１個以上存在する。さらに、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０、及び、０．１５≦Ｃ´≦０．３５を満足している。但し、σ´、θの平均及びＣ´は、以下に定義される。
【００２０】
【数１】
【００２１】
【数２】
【００２２】
【数３】
【００２３】
【数４】
【００２４】
【数５】
【００２５】
【数６】
【００２６】
ここで、σ´は、隣接するピッチ角の差σｉ＝θｉ＋１−θｉの標準偏差を意味する。（σ´／θの平均）は、隣接するピッチ角のばらつきを評価する指標である。（σ´／θの平均）が大きいほど、隣接するピッチ角のばらつきが大きいことを示している。（σ´／θの平均）は、主に基本周波数（（総羽根溝数）×（インペラの回転数））の音の大きさに寄与する。また、Ｃ´は、インペラの全周に亘るピッチ角のばらつきを評価する指標である。Ｃ´が０に近いほど、インペラの全周に亘るピッチ角のばらつきが大きいことを示している。Ｃ´は、主に基本周波数よりも低い周波数の音の大きさに寄与する。
【００２７】
さらに、羽根溝３７は、０．１＜（ピッチ角が等しいピッチ角の数／総羽根溝数ｎ（＝４１））＜０．５を満足している。
【００２８】
インペラ３６を収容するポンプケーシングは、吐出側ケーシング３８と吸入側ケーシング４０とから構成される。吐出側ケーシング３８には、インペラ３６の外周縁に対向する領域に、溝３８ａが形成されている。溝３８ａは、インペラ３６の外周面及び外周縁の上面に対向している。溝３８ａは、インペラ３６の回転方向に沿って上流端から下流端まで伸びる略Ｃ字型に形成されている。吐出側ケーシング３８には、溝３８ａの下流端から吐出側ケーシング３８の上面に至る吐出口５０が形成されている。吐出口５０は、ポンプケーシングの内部と外部（モータ部１２の内部空間）とを連通させている。
【００２９】
吸入側ケーシング４０には、インペラ３６の外周縁に対向する領域に、溝４０ａが形成されている。溝４０ａは、その一部がインペラ３６の外周縁の下面に対向し、インペラ３６の外周側で溝３８ａと接続している。溝４０ａも溝３８ａと同様に、インペラ３６の回転方向に沿って上流端から下流端まで伸びる略Ｃ字型に形成されている。吸入側ケーシング４０には、吸入側ケーシング４０の下面から溝４０ａの上流端に至る吸入口４２が形成されている。吸入口４２は、ポンプケーシングの内部と外部（燃料ポンプの外部）とを連通させている。羽根溝３７、溝３８ａ、溝４０ａによって、インペラ３６の外周縁を覆うようにポンプ流路４４が形成されている。
【００３０】
ケーシング３８，４０には、吸入口４２と吐出口５０との間に、隔壁４１が設けられている。隔壁４１は、吐出口５０側から吸入口４２側に向かって燃料が流れることを防止するために設けられている。従って、隔壁４１のインペラ３６の外周縁に対向する面は、インペラ３６の外周縁に対向するケーシング３８，４０のその他の面と比較して、インペラ３６の外周縁との距離が近くされている。
【００３１】
インペラ３６がポンプケーシング３８，４０内で回転すると、燃料が吸入口４２からポンプ部１４内に吸引されてポンプ流路４４に導入される。ポンプ流路４４を流れるうちに昇圧された燃料は、吐出口５０からモータ部１２側に送り出される。モータ部１２に送り出された燃料は、モータ部１２を通過し、トップカバー３２に形成されているポート４８から外部に送り出される。
【００３２】
燃料ポンプ１０では、インペラ３６の羽根溝３７は、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０、及び、０．１５≦Ｃ´≦０．３５を満足している。このため、燃料ポンプ１０では、羽根溝のピッチ角θが均一に形成されているインペラを備える燃料ポンプと比較して、発生する音が低減される。
【００３３】
また、燃料ポンプ１０では、インペラ３６の羽根溝３７は、０．１＜（ピッチ角が等しいピッチ角の数／総羽根溝数ｎ（＝４１））＜０．５を満たす。このため、燃料ポンプ１０では、羽根溝のピッチ角θが均一に形成されているインペラを備える燃料ポンプと比較して、発生する音が低減され、かつ、ポンプ効率の低減が抑制される。
【００３４】
また、燃料ポンプ１０では、ピッチ角θｉ＝θｋを満たすピッチ角θｋ（ｉ≠ｋ）が１個以上存在する。これにより、ピッチ角θｉに対応する羽根溝３７に起因して発生する音成分が、ピッチ角θｋに対応する羽根溝３７によって減衰される。これにより、ピッチ角θｉに対応する羽根溝３７に起因して発生する音を低減することができる。
【００３５】
（羽根溝のピッチ角と燃料ポンプから発生する音との関係を検討する解析）
以下、本発明者らが行った解析結果について説明する。まず、羽根溝３７のピッチ角θと、燃料ポンプ１０から発生する音との関係を検討した解析結果について説明する。
【００３６】
（羽根溝のピッチ角の配列の決定方法）
最初に、本解析で用いられるインペラ３６の羽根溝３７の配列をどのように決定したかを説明する。本解析では、インペラ３６の羽根溝３７の個数、最小ピッチ角θｍｉｎ、最大ピッチ角θｍａｘ及びピッチ角の差分を決定し、ピッチ角ごとの個数を決定した。表１は、羽根溝３７の個数が４１個、θｍｉｎが８．０度、θｍａｘが１０．５度、かつ、ピッチ角の差分が０．５度と決定された場合に、決定された各ピッチ角θの個数の一例を示している。
【００３７】
【表１】
【００３８】
上記の方法によって、１万通りの組合せを決定した。続いて、ピッチ角の配列、即ち、個数が決定された各ピッチ角を、どのようにインペラ３６に配列させるかを決定した。この方法によって、上記した１万通りの組合せのそれぞれについて、平均して１０万通りのピッチ角の配列を決定した。即ち、本解析では、１万×１０万通りのピッチ角の配列の異なるインペラ（以下では不等ピッチインペラと呼ぶ）３６について、解析を行った。
【００３９】
（解析方法）
本解析では、最初に、均一なピッチ角θ＝７．５度で配列された羽根溝が形成されたインペラ（以下では等ピッチインペラと呼ぶ）３６を備える燃料ポンプについてＣＡＥ解析を実施した。このＣＡＥ解析では、時間に対する燃料の圧力変動を算出した。燃料の圧力変動とは、インペラ３６の羽根溝３７が隔壁４１の吐出口５０側より吸入口４２側に通過する際の、羽根溝３７内の燃料圧力の経時変化を意味する。次いで、圧力変動の算出結果を利用して、決定されたピッチ角の配列に合わせて、各不等ピッチインペラ３６における時間に対する燃料の圧力変動を算出した。具体的には、算出された圧力変動の経時変化を、配列されたピッチ角の大きさに合せて時間軸を調整し、不等ピッチインペラ３６が１回転したときの圧力波形を算出した。
【００４０】
続いて、ピッチ角の配列に合わせて算出された時間に対する燃料の圧力変動波形に対して、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析を実行して、圧力変動をスペクトル分解し、圧力変動のスペクトルピーク値を算出した。
【００４１】
（解析と実験との相関関係の検討）
次いで、実験結果（実製品での測定結果）と、その実験に用いたインペラに対して上記解析方法を実行した解析結果との相関関係について検討し、上記解析方法の有効性の確認を行った。ここでは、本解析で得られた燃料の圧力変動のスペクトルピーク値と、実験で得られた燃料ポンプ１０から発生する音圧のスペクトルピーク値との相関関係を検討した。図３は、実験によって得られた音圧のスペクトルピーク値と、本解析によって得られた圧力変動のスペクトルピーク値との相関関係を示すグラフを示している。図３の横軸は本解析によって得られた圧力変動のスペクトルピーク値を示し、縦軸は実験によって得られた音圧のスペクトルピーク値を示している。図３のグラフから分かるように、実験で得られた音圧のスペクトルピーク値は、解析で得られた圧力変動のスペクトルピーク値に略比例していた。さらに、実験で得られた音圧のスペクトルピーク値と解析で得られた圧力変動のスペクトルピーク値との相関係数は、０．７９であった。以上から、実験で得られた音圧のスペクトルピーク値と解析で得られた圧力変動のスペクトルピーク値とは、相関が強いことが分かり、上記解析方法の有効性が確認できた。また、以上の検討結果から、解析で得られる圧力変動のスペクトルピーク値が小さい方が、実製品において、燃料ポンプ１０から発生する音が小さいことが分かった。
【００４２】
（圧力変動に対する（σ´／θの平均）及びＣ´の検討）
次に、本解析によって得られた解析結果から、上記した（σ´／θの平均）及びＣ´と、燃料の圧力変動のスペクトルピーク値との相関関係を検討した。図４は、（σ´／θの平均）及びＣ´と圧力変動のスペクトルピーク値との関係を示す等値線図を示している。図４の横軸は（σ´／θの平均）を示し、縦軸はＣ´を示している。図４では、２０ｌｏｇ１０（ＰＩ／ＰＲ）（但し、ＰＲは上記した等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０の圧力変動のスペクトルピーク値の解析結果（一定値）であり、ＰＩは不等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０の圧力変動のスペクトルピーク値の解析結果である）の値の等値線を示している。
【００４３】
図４に示されるように、圧力変動のスペクトルピーク値は、（σ´／θの平均）及びＣ´に強い相関関係を有していることが分かった。さらに、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０かつ０．１５≦Ｃ´≦０．３５であれば、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプと比較して、圧力変動のスペクトルピーク値を低減できることが分かった。このことから、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０かつ０．１５≦Ｃ´≦０．３５であれば、燃料ポンプ１０が発生する音を低減できることが分かった。図４より明らかなように、特に、０．２０≦（σ´／θの平均）≦０．３０かつ０．２０≦Ｃ´≦０．３０の場合、音を低減する効果が高くなっている。
【００４４】
（圧力変動に対する等しいピッチ角の個数の検討）
続いて、本解析によって得られた解析結果から、等しいピッチ角の個数と、燃料の圧力変動のスペクトルピーク値との関係を検討した。ここでは、等しいピッチ角の個数をＮ個とし、Ｎの最小値をＮｍｉｎ、最大値をＮｍａｘと定義した場合に、Ｎｍｉｎ／ｎ（但し、ｎ＝総羽根溝数）とＮｍａｘ／ｎとを指標として、圧力変動のスペクトルピーク値を評価した。上記した表１を例にすると、ピッチ角θ＝８度の場合、Ｎ＝５個となる。同様に、ピッチ角８．５，９，９．５，１０，１０．５度の場合、それぞれ、Ｎ＝６，８，１０，６，４となる。この場合、Ｎｍｉｎ＝４となり、Ｎｍａｘ＝１０となる。図５は、Ｎｍｉｎ／ｎとＮｍａｘ／ｎとを指標として、燃料ポンプ１０から発生する圧力変動のスペクトルピーク値との関係を示す等値線図を示している。図５の横軸はＮｍｉｎ／ｎを示し、縦軸はＮｍａｘ／ｎを示している。図５では、図４と同様に、２０・ｌｏｇ１０（ＰＩ／ＰＲ）の値の等値線を示している。なお、ＮｍｉｎとＮｍａｘとが同一であっても、ピッチ角の配列によって、圧力変動のスペクトルピーク値（＝ＰＩ）が異なる場合があった。このため、２０ｌｏｇ１０（ＰＩ／ＰＲ）は、ＮｍｉｎとＮｍａｘとが同一である場合の複数の圧力変動のピークスペクトル値の平均値を採用して、算出した。
【００４５】
図５に示されるように、Ｎｍａｘ／ｎ≦０．５の場合に、２０・ｌｏｇ１０（ＰＩ／ＰＲ）の値が小さくなった。このことから、Ｎ／ｎ≦０．５を満たすインペラ３６を備える燃料ポンプ１０であれば、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０と比較して、圧力変動のスペクトルピーク値を大きく低減できるということができる。即ち、本解析結果から、Ｎ／ｎ≦０．５であれば、燃料ポンプ１０が発生する音を低減できる。
【００４６】
（ポンプ効率に対する等しいピッチ角の個数の検討）
続いて、本解析によって得られた解析結果から、等しいピッチ角の個数とポンプ効率との関係を検討した。ここでは、Ｎｍｉｎ／ｎとＮｍａｘ／ｎとを指標として、燃料ポンプ１０のポンプ効率を評価した。図６は、Ｎｍｉｎ／ｎとＮｍａｘ／ｎとを指標として、燃料ポンプ１０のポンプ効率の関係を示す等値線図を示す。図６の横軸はＮｍｉｎ／ｎを示し、縦軸はＮｍａｘ／ｎを示している。図６では、（ηＩ／ηＲ）（但し、ηＲは上記した等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０のポンプ効率の解析結果（一定値）であり、ηＩは不等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０のポンプ効率の解析結果である）の値の等値線を示している。
【００４７】
図６に示されるように、０．１＜Ｎｍｉｎ／ｎの場合に、２０・ｌｏｇ１０（ηＩ／ηＲ）の値が比較的に大きいことがわかった。このことから、０．１≦Ｎ／ｎを満たすインペラ３７を備える燃料ポンプ１０であれば、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０と比較して、ポンプ効率が低下することを抑制することができるということができる。以上の結果から、０．１≦Ｎ／ｎ≦０．５であれば、ポンプ効率の低下を抑制しながら、燃料ポンプが発生する音圧を低減できることがわかった。
【００４８】
（等ピッチインペラを備える燃料ポンプと不等ピッチインペラを備える燃料ポンプの実製品での比較）
等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０と、不等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０とを用いて、実際に燃料ポンプ１０が使用される回転数である３０００〜９０００ｒｐｍの中間の６０００ｒｐｍでインペラ３６を回転させた場合に、燃料ポンプ１０から発生する音を比較する実験を実施した。
【００４９】
本実験で準備した等ピッチインペラ３６では、ピッチ角が７．５度であった。また、本実験で準備した不等ピッチインペラ３６では、表２に示すピッチ角で羽根溝３７が形成されていた。不等ピッチインペラ３６の羽根溝３７のピッチ角は、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０かつ０．１５≦Ｃ´≦０．３５を満足している。
【００５０】
【表２】
【００５１】
図７は、等ピッチインペラを備える燃料ポンプ１０から発生する音の測定結果を示す。なお、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０については、５個の燃料ポンプ１０を準備し、各燃料ポンプ１０について測定を実施した。等ピッチインペラ３６を備える５個の燃料ポンプ１０の測定結果が含まれている。図８は、上記した表２のピッチ角で羽根溝３７が形成されたインペラ３６を備える燃料ポンプ１０から発生する音の測定結果を示している。図７，８の横軸は音の周波数を示し、縦軸は音の大きさ（ｄＢ）を示している。図８の破線１００は、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０から発生する音のピーク値を示している。図７，８から、不等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０では、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０と比較して、発生する音の周波数が分散されており、音のピーク値は、小さくなっていた。このことから、不等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０では、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０と比較して、発生する音が小さくなることがわかった。
【００５２】
本解析結果から、燃料ポンプ１０では、インペラ３６の羽根溝３７が０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０、及び、０．１５≦Ｃ´≦０．３５を満たすことによって、燃料ポンプ１０が発生する音を低減することができることが分かった。また、燃料ポンプ１０では、インペラ３６の羽根溝３７が０．１＜（ピッチ角が等しいピッチ角の数／総羽根溝数（＝４３））＜０．５を満たすことによって、羽根溝のピッチ角θが均一に形成されているインペラ３６を備える燃料ポンプ１０と比較して、ポンプ効率の低減を抑制するとともに、燃料ポンプ１０が発生する音を低減することができることが分かった。
【００５３】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
例えば、本明細書が提供する技術は、燃料を吸入し吐出する燃料ポンプ以外に、様々な流体ポンプに適用することができる。
また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【００５４】
本発明者らは、（σ´／θの平均）及びＣ´が羽根溝内の流体の圧力変動のスペクトルピーク値と相関が強いことを見出した。そして、（σ´／θの平均）及びＣ´が上記した範囲を満たす場合に、従来技術と比較して、流体ポンプから発生する音を低減させることができることを見出した。また、上記したインペラの羽根溝の各ピッチ角θｉ（ｉ＝１〜ｎ）には、角度が等しい１個以上の他のピッチ角θｋ（ｋ＝１〜ｎのいずれかの整数で、かつ、ｉ以外の整数）が存在するように形成されている。ピッチ角θｉが一個しかない場合は、インペラが回転すると、そのピッチ角θｉによる圧力変動が発生し、そのピッチ角θｉによる圧力変動が低減されない。すなわち、ピッチ角にθｉによる音成分が低減されない。一方、角度が等しいピッチ角が複数ある場合、例えば、ピッチ角θｉとピッチ角θｋが同一の場合は、ピッチ角θｉで形成された羽根溝が隔壁を通過することによって発生する音成分を、他のピッチ角θｋで形成された羽根溝が隔壁を通過することによって発生する音成分によって減衰させることが可能となる。この条件と上記した（σ´／θの平均）及びＣ´の条件を満足させることにより、特定のピッチ角θｉに起因する騒音を低減させることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０：燃料ポンプ
１２：モータ部
１４：ポンプ部
３６：インペラ
３７：羽根溝
４１：隔壁
４２：吸入口
５０：吐出口
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、流体ポンプから発生する音を低減する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
外周縁に複数の羽根溝が形成されたインペラを備える流体ポンプが知られている。この種の流体ポンプでは、インペラが回転することによって、ポンプケーシングの吸入口からポンプケーシング内に流体が吸入され、吸入された流体はポンプケーシング内の流体流路を流れる間に昇圧され、昇圧された流体がポンプケーシングの吐出口よりポンプケーシング外に吐出される。吐出口側の流体流路内の流体の圧力は吸入口側の流体流路内の流体の圧力より高いため、吐出口側の流体流路から吸入口側の流体流路に向かって流体が流れることを防止する必要がある。このため、ポンプケーシングにはインペラの外周縁に近接して吐出口側の流体流路と吸入口側の流体流路を隔離する隔壁が設けられている。従って、一定のピッチ角で形成されたインペラを備える流体ポンプでは、インペラが回転すると、羽根溝が隔壁を周期的に通過することとなる。その結果、インペラの回転数と羽根溝のピッチ角θで決定される周波数により、流体ポンプから大きな音が発生する。ここで、ピッチ角θとは、インペラを平面視したときに、インペラの回転中心と隣接する羽根溝の周方向の中心をそれぞれ結んだ２本の線分のなす角度をいう。上記した問題を解決するために、流体ポンプから発生する音を低減する技術が開発されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１の流体ポンプは、羽根溝のピッチ角θが全て異なるインペラを備え、羽根溝のピッチ角θが所定の条件を満たすように形成されている。これによって、羽根が隔壁を通過する周期がばらつき、流体ポンプの音を低減できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−５０９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１の技術でも、ある程度は騒音を低減できるものの、より騒音を低減することができる技術の実現が望まれている。本明細書は、流体ポンプから発生される音をより低減させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは、流体ポンプから発生する音（音圧）を低減するため、鋭意検討した結果、流体ポンプから発生する音と、羽根溝内の流体の圧力変動には相関があることに気付き、流体ポンプから発生する音を低減させるためには、羽根溝内の流体の圧力変動のスペクトルピーク値を低減させることが有効であることを発見した。さらに、発明者らは、流体の圧力変動のスペクトルピーク値と相関の強い指標を見出し、見出した指標と、圧力変動のスペクトルピーク値との関係を検討することによって、圧力変動のスペクトルピーク値が低減される指標の範囲を特定した。
【０００７】
本明細書が提供する技術は、インペラの回転によって、ポンプケーシング内に流体を吸入するとともに昇圧し、昇圧した流体をポンプケーシング外に吐出する流体ポンプである。この流体ポンプでは、インペラは、その外周縁にｎ個の羽根溝が形成されている。インペラを平面視したときに、インペラの回転中心とｉ番目（ｉ＝１〜ｎの整数）の羽根溝の周方向の中心を結んだ線分と、インペラの回転中心とｉ＋１番目（但し、ｉ＋１＝ｎ＋１となる場合はｉ＋１＝１）の羽根溝の周方向の中心とを結んだ線分とのなす角度をピッチ角θｉとし、隣接するピッチ角の差をσｉ＝θｉ＋１−θｉとしたときに、ピッチ角θｉは不均一であるとともに、各ピッチ角θｉには角度が等しい他のピッチ角θｋ（ｋ＝１〜ｎのいずれかの整数で、かつ、ｉ以外の整数）が１個以上存在する。そして、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０、０．１５≦Ｃ´≦０．３５を満たす。但し、σ´、θの平均及びＣ´は以下に定義される。なお、羽根溝の番号は、複数の羽根溝のいずれか１個の羽根溝を１番目と設定し、インペラの回転方向又は反回転方向に並んでいる順番に、昇順で設定する。
【０００８】
【数１】
【０００９】
【数２】
【００１０】
【数３】
【００１１】
【数４】
【００１２】
【数５】
【００１３】
【数６】
【００１４】
本発明者らは、（σ´／θの平均）及びＣ´が羽根溝内の流体の圧力変動のスペクトルピーク値と相関が強いことを見出した。そして、（σ´／θの平均）及びＣ´が上記した範囲を満たす場合に、従来技術と比較して、流体ポンプから発生する音を低減させることができることを見出した。また、上記したインペラの羽根溝の各ピッチ角θｉ（ｉ＝１〜ｎ）には、角度が等しい１個以上の他のピッチ角θｋ（ｋ＝１〜ｎのいずれかの整数で、かつ、ｉ以外の整数）が存在するように形成されている。ピッチ角θｉが一個しかない場合は、インペラが回転すると、そのピッチ角θｉによる圧力変動が発生し、そのピッチ角θｉによる圧力変動が低減されない。すなわち、ピッチ角にθｉによる音成分が低減されない。一方、角度が等しいピッチ角が複数ある場合、例えば、ピッチ角θｉとピッチ角θｋが同一の場合は、ピッチ角θｉで形成された羽根溝が隔壁を通過することによって発生する音成分を、他のピッチ角θｋで形成された羽根溝が隔壁を通過することによって発生する音成分によって減衰させることが可能となる。この条件と上記した（σ´／θの平均）及びＣ´の条件を満足させることにより、特定のピッチ角θｉに起因する騒音を低減させることができる。
【００１５】
このインペラは、０．１＜（ピッチ角が等しいピッチ角の数）／ｎ＜０．５を満たすことが好ましい。この構成によれば、流体ポンプのポンプ効率を大幅に低下させることなく、流体ポンプから発生する音を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本明細書が提供する技術によれば、流体ポンプから発生する音を低減することができる。例えば、本明細書が提供する流体ポンプは、自動車の燃料をエンジンに供給する燃料ポンプに好適に用いることができる。この流体ポンプは、静寂性が要求される自動車において、音を低減するために有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】燃料ポンプの縦断面図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】解析結果と実験結果との相関関係を示すグラフ。
【図４】（σ´／θの平均）及びＣ´と圧力変動のスペクトルピーク値との相関関係を示す等値線図。
【図５】ピッチ角が等しい羽根溝の数と圧力変動のスペクトルピーク値との相関関係を示す等値線図。
【図６】ピッチ角が等しい羽根溝の数とポンプ効率との相関関係を示す等値線図。
【図７】等ピッチインペラを備える燃料ポンプが発生する音圧の実験結果を示すグラフ。
【図８】不等ピッチインペラを備える燃料ポンプが発生する音圧の実験結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書が提供する技術を具現化した実施例を図面を用いて説明する。本実施例の燃料ポンプは、自動車用の燃料ポンプであり、燃料タンク内で用いられ、自動車のエンジンへ燃料を供給するために利用される。図１に示すように、燃料ポンプ１０は、モータ部１２とポンプ部１４を備えている。モータ部１２とポンプ部１４はハウジング１６内に収容されて構成されている。モータ部１２は回転子１８を有している。回転子１８は、シャフト２０と、シャフト２０に固定されている積層鉄芯２２と、積層鉄芯２２に巻かれている図示されていないコイルと、そのコイルの端部が接続されている整流子２４を有している。シャフト２０は、ハウジング１６に対して、軸受２６，２８によって回転可能に支持されている。ハウジング１６の内側には、回転子１８を取囲むように、永久磁石３０が固定されている。ハウジング１６の上部に取り付けられたトップカバー３２には、図示されない端子が設けられており、モータ部１２に電気が供給される。ブラシ３４と整流子２４を介してコイルに通電すると、回転子１８とシャフト２０が回転する。
【００１９】
ハウジング１６の下部にはポンプ部１４が収容されている。ポンプ部１４は、略円板状のインペラ３６を備えている。図２に示すように、インペラ３６の中心には貫通孔３９が設けられており、貫通孔３９にはシャフト２０が相対回転不能に係合している。このため、シャフト２０が回転するとインペラ３６も回転する。インペラ３６の外周縁には、ｎ個（ｎ＝４１個）の羽根溝３７が形成されている。図２において、羽根溝３７（１）で示す羽根溝３７は、１番目の羽根溝３７を意味する。同様に、羽根溝３７（２），３７（ｎ）で示す羽根溝３７は、それぞれ、２番目、ｎ（４１）番目の羽根溝３７を意味する。即ち、本実施例では、１番目の羽根溝３７からインペラ３６の回転方向（図の矢印６０）に並ぶ順に昇順で順番が設定されている。ｎ（４１）個の羽根溝３７は、インペラ３６の外周縁に並んで配置され、インペラ３６の外周縁を一巡している。隣接する２個の羽根溝３７の間には、羽根３７ａが形成されている。即ち、インペラ３６では、羽根溝３７と同数の羽根３７ａが形成されている。ｎ（４１）個の羽根３７ａは、全て同一形状で形成されている。羽根溝３７は、隣接する２個の羽根溝３７間のピッチ角θが不均一となるように形成されている。ピッチ角θは、隣接する２個の羽根溝３７において、各羽根溝３７のインペラ３６の外周縁に沿った中点からインペラ３６の回転中心に直線を引いた場合の、２本の直線間の角度である。インペラ３６では、ｉ番目の羽根溝３７とｉ＋１番目（ｉは１〜ｎの整数、但しｉ＝ｎの場合、ｉ（ｎ）＋１＝１）の羽根溝３７とのピッチ角をθｉとすると、ｉ＝１〜ｎのそれぞれにおいて、ピッチ角θｉ＝θｍ（ｍは１以上の整数、かつ、ｍ≠ｉ）を満たすピッチ角θｍが１個以上存在する。さらに、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０、及び、０．１５≦Ｃ´≦０．３５を満足している。但し、σ´、θの平均及びＣ´は、以下に定義される。
【００２０】
【数１】
【００２１】
【数２】
【００２２】
【数３】
【００２３】
【数４】
【００２４】
【数５】
【００２５】
【数６】
【００２６】
ここで、σ´は、隣接するピッチ角の差σｉ＝θｉ＋１−θｉの標準偏差を意味する。（σ´／θの平均）は、隣接するピッチ角のばらつきを評価する指標である。（σ´／θの平均）が大きいほど、隣接するピッチ角のばらつきが大きいことを示している。（σ´／θの平均）は、主に基本周波数（（総羽根溝数）×（インペラの回転数））の音の大きさに寄与する。また、Ｃ´は、インペラの全周に亘るピッチ角のばらつきを評価する指標である。Ｃ´が０に近いほど、インペラの全周に亘るピッチ角のばらつきが大きいことを示している。Ｃ´は、主に基本周波数よりも低い周波数の音の大きさに寄与する。
【００２７】
さらに、羽根溝３７は、０．１＜（ピッチ角が等しいピッチ角の数／総羽根溝数ｎ（＝４１））＜０．５を満足している。
【００２８】
インペラ３６を収容するポンプケーシングは、吐出側ケーシング３８と吸入側ケーシング４０とから構成される。吐出側ケーシング３８には、インペラ３６の外周縁に対向する領域に、溝３８ａが形成されている。溝３８ａは、インペラ３６の外周面及び外周縁の上面に対向している。溝３８ａは、インペラ３６の回転方向に沿って上流端から下流端まで伸びる略Ｃ字型に形成されている。吐出側ケーシング３８には、溝３８ａの下流端から吐出側ケーシング３８の上面に至る吐出口５０が形成されている。吐出口５０は、ポンプケーシングの内部と外部（モータ部１２の内部空間）とを連通させている。
【００２９】
吸入側ケーシング４０には、インペラ３６の外周縁に対向する領域に、溝４０ａが形成されている。溝４０ａは、その一部がインペラ３６の外周縁の下面に対向し、インペラ３６の外周側で溝３８ａと接続している。溝４０ａも溝３８ａと同様に、インペラ３６の回転方向に沿って上流端から下流端まで伸びる略Ｃ字型に形成されている。吸入側ケーシング４０には、吸入側ケーシング４０の下面から溝４０ａの上流端に至る吸入口４２が形成されている。吸入口４２は、ポンプケーシングの内部と外部（燃料ポンプの外部）とを連通させている。羽根溝３７、溝３８ａ、溝４０ａによって、インペラ３６の外周縁を覆うようにポンプ流路４４が形成されている。
【００３０】
ケーシング３８，４０には、吸入口４２と吐出口５０との間に、隔壁４１が設けられている。隔壁４１は、吐出口５０側から吸入口４２側に向かって燃料が流れることを防止するために設けられている。従って、隔壁４１のインペラ３６の外周縁に対向する面は、インペラ３６の外周縁に対向するケーシング３８，４０のその他の面と比較して、インペラ３６の外周縁との距離が近くされている。
【００３１】
インペラ３６がポンプケーシング３８，４０内で回転すると、燃料が吸入口４２からポンプ部１４内に吸引されてポンプ流路４４に導入される。ポンプ流路４４を流れるうちに昇圧された燃料は、吐出口５０からモータ部１２側に送り出される。モータ部１２に送り出された燃料は、モータ部１２を通過し、トップカバー３２に形成されているポート４８から外部に送り出される。
【００３２】
燃料ポンプ１０では、インペラ３６の羽根溝３７は、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０、及び、０．１５≦Ｃ´≦０．３５を満足している。このため、燃料ポンプ１０では、羽根溝のピッチ角θが均一に形成されているインペラを備える燃料ポンプと比較して、発生する音が低減される。
【００３３】
また、燃料ポンプ１０では、インペラ３６の羽根溝３７は、０．１＜（ピッチ角が等しいピッチ角の数／総羽根溝数ｎ（＝４１））＜０．５を満たす。このため、燃料ポンプ１０では、羽根溝のピッチ角θが均一に形成されているインペラを備える燃料ポンプと比較して、発生する音が低減され、かつ、ポンプ効率の低減が抑制される。
【００３４】
また、燃料ポンプ１０では、ピッチ角θｉ＝θｋを満たすピッチ角θｋ（ｉ≠ｋ）が１個以上存在する。これにより、ピッチ角θｉに対応する羽根溝３７に起因して発生する音成分が、ピッチ角θｋに対応する羽根溝３７によって減衰される。これにより、ピッチ角θｉに対応する羽根溝３７に起因して発生する音を低減することができる。
【００３５】
（羽根溝のピッチ角と燃料ポンプから発生する音との関係を検討する解析）
以下、本発明者らが行った解析結果について説明する。まず、羽根溝３７のピッチ角θと、燃料ポンプ１０から発生する音との関係を検討した解析結果について説明する。
【００３６】
（羽根溝のピッチ角の配列の決定方法）
最初に、本解析で用いられるインペラ３６の羽根溝３７の配列をどのように決定したかを説明する。本解析では、インペラ３６の羽根溝３７の個数、最小ピッチ角θｍｉｎ、最大ピッチ角θｍａｘ及びピッチ角の差分を決定し、ピッチ角ごとの個数を決定した。表１は、羽根溝３７の個数が４１個、θｍｉｎが８．０度、θｍａｘが１０．５度、かつ、ピッチ角の差分が０．５度と決定された場合に、決定された各ピッチ角θの個数の一例を示している。
【００３７】
【表１】
【００３８】
上記の方法によって、１万通りの組合せを決定した。続いて、ピッチ角の配列、即ち、個数が決定された各ピッチ角を、どのようにインペラ３６に配列させるかを決定した。この方法によって、上記した１万通りの組合せのそれぞれについて、平均して１０万通りのピッチ角の配列を決定した。即ち、本解析では、１万×１０万通りのピッチ角の配列の異なるインペラ（以下では不等ピッチインペラと呼ぶ）３６について、解析を行った。
【００３９】
（解析方法）
本解析では、最初に、均一なピッチ角θ＝７．５度で配列された羽根溝が形成されたインペラ（以下では等ピッチインペラと呼ぶ）３６を備える燃料ポンプについてＣＡＥ解析を実施した。このＣＡＥ解析では、時間に対する燃料の圧力変動を算出した。燃料の圧力変動とは、インペラ３６の羽根溝３７が隔壁４１の吐出口５０側より吸入口４２側に通過する際の、羽根溝３７内の燃料圧力の経時変化を意味する。次いで、圧力変動の算出結果を利用して、決定されたピッチ角の配列に合わせて、各不等ピッチインペラ３６における時間に対する燃料の圧力変動を算出した。具体的には、算出された圧力変動の経時変化を、配列されたピッチ角の大きさに合せて時間軸を調整し、不等ピッチインペラ３６が１回転したときの圧力波形を算出した。
【００４０】
続いて、ピッチ角の配列に合わせて算出された時間に対する燃料の圧力変動波形に対して、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）解析を実行して、圧力変動をスペクトル分解し、圧力変動のスペクトルピーク値を算出した。
【００４１】
（解析と実験との相関関係の検討）
次いで、実験結果（実製品での測定結果）と、その実験に用いたインペラに対して上記解析方法を実行した解析結果との相関関係について検討し、上記解析方法の有効性の確認を行った。ここでは、本解析で得られた燃料の圧力変動のスペクトルピーク値と、実験で得られた燃料ポンプ１０から発生する音圧のスペクトルピーク値との相関関係を検討した。図３は、実験によって得られた音圧のスペクトルピーク値と、本解析によって得られた圧力変動のスペクトルピーク値との相関関係を示すグラフを示している。図３の横軸は本解析によって得られた圧力変動のスペクトルピーク値を示し、縦軸は実験によって得られた音圧のスペクトルピーク値を示している。図３のグラフから分かるように、実験で得られた音圧のスペクトルピーク値は、解析で得られた圧力変動のスペクトルピーク値に略比例していた。さらに、実験で得られた音圧のスペクトルピーク値と解析で得られた圧力変動のスペクトルピーク値との相関係数は、０．７９であった。以上から、実験で得られた音圧のスペクトルピーク値と解析で得られた圧力変動のスペクトルピーク値とは、相関が強いことが分かり、上記解析方法の有効性が確認できた。また、以上の検討結果から、解析で得られる圧力変動のスペクトルピーク値が小さい方が、実製品において、燃料ポンプ１０から発生する音が小さいことが分かった。
【００４２】
（圧力変動に対する（σ´／θの平均）及びＣ´の検討）
次に、本解析によって得られた解析結果から、上記した（σ´／θの平均）及びＣ´と、燃料の圧力変動のスペクトルピーク値との相関関係を検討した。図４は、（σ´／θの平均）及びＣ´と圧力変動のスペクトルピーク値との関係を示す等値線図を示している。図４の横軸は（σ´／θの平均）を示し、縦軸はＣ´を示している。図４では、２０ｌｏｇ１０（ＰＩ／ＰＲ）（但し、ＰＲは上記した等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０の圧力変動のスペクトルピーク値の解析結果（一定値）であり、ＰＩは不等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０の圧力変動のスペクトルピーク値の解析結果である）の値の等値線を示している。
【００４３】
図４に示されるように、圧力変動のスペクトルピーク値は、（σ´／θの平均）及びＣ´に強い相関関係を有していることが分かった。さらに、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０かつ０．１５≦Ｃ´≦０．３５であれば、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプと比較して、圧力変動のスペクトルピーク値を低減できることが分かった。このことから、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０かつ０．１５≦Ｃ´≦０．３５であれば、燃料ポンプ１０が発生する音を低減できることが分かった。図４より明らかなように、特に、０．２０≦（σ´／θの平均）≦０．３０かつ０．２０≦Ｃ´≦０．３０の場合、音を低減する効果が高くなっている。
【００４４】
（圧力変動に対する等しいピッチ角の個数の検討）
続いて、本解析によって得られた解析結果から、等しいピッチ角の個数と、燃料の圧力変動のスペクトルピーク値との関係を検討した。ここでは、等しいピッチ角の個数をＮ個とし、Ｎの最小値をＮｍｉｎ、最大値をＮｍａｘと定義した場合に、Ｎｍｉｎ／ｎ（但し、ｎ＝総羽根溝数）とＮｍａｘ／ｎとを指標として、圧力変動のスペクトルピーク値を評価した。上記した表１を例にすると、ピッチ角θ＝８度の場合、Ｎ＝５個となる。同様に、ピッチ角８．５，９，９．５，１０，１０．５度の場合、それぞれ、Ｎ＝６，８，１０，６，４となる。この場合、Ｎｍｉｎ＝４となり、Ｎｍａｘ＝１０となる。図５は、Ｎｍｉｎ／ｎとＮｍａｘ／ｎとを指標として、燃料ポンプ１０から発生する圧力変動のスペクトルピーク値との関係を示す等値線図を示している。図５の横軸はＮｍｉｎ／ｎを示し、縦軸はＮｍａｘ／ｎを示している。図５では、図４と同様に、２０・ｌｏｇ１０（ＰＩ／ＰＲ）の値の等値線を示している。なお、ＮｍｉｎとＮｍａｘとが同一であっても、ピッチ角の配列によって、圧力変動のスペクトルピーク値（＝ＰＩ）が異なる場合があった。このため、２０ｌｏｇ１０（ＰＩ／ＰＲ）は、ＮｍｉｎとＮｍａｘとが同一である場合の複数の圧力変動のピークスペクトル値の平均値を採用して、算出した。
【００４５】
図５に示されるように、Ｎｍａｘ／ｎ≦０．５の場合に、２０・ｌｏｇ１０（ＰＩ／ＰＲ）の値が小さくなった。このことから、Ｎ／ｎ≦０．５を満たすインペラ３６を備える燃料ポンプ１０であれば、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０と比較して、圧力変動のスペクトルピーク値を大きく低減できるということができる。即ち、本解析結果から、Ｎ／ｎ≦０．５であれば、燃料ポンプ１０が発生する音を低減できる。
【００４６】
（ポンプ効率に対する等しいピッチ角の個数の検討）
続いて、本解析によって得られた解析結果から、等しいピッチ角の個数とポンプ効率との関係を検討した。ここでは、Ｎｍｉｎ／ｎとＮｍａｘ／ｎとを指標として、燃料ポンプ１０のポンプ効率を評価した。図６は、Ｎｍｉｎ／ｎとＮｍａｘ／ｎとを指標として、燃料ポンプ１０のポンプ効率の関係を示す等値線図を示す。図６の横軸はＮｍｉｎ／ｎを示し、縦軸はＮｍａｘ／ｎを示している。図６では、（ηＩ／ηＲ）（但し、ηＲは上記した等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０のポンプ効率の解析結果（一定値）であり、ηＩは不等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０のポンプ効率の解析結果である）の値の等値線を示している。
【００４７】
図６に示されるように、０．１＜Ｎｍｉｎ／ｎの場合に、２０・ｌｏｇ１０（ηＩ／ηＲ）の値が比較的に大きいことがわかった。このことから、０．１≦Ｎ／ｎを満たすインペラ３７を備える燃料ポンプ１０であれば、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０と比較して、ポンプ効率が低下することを抑制することができるということができる。以上の結果から、０．１≦Ｎ／ｎ≦０．５であれば、ポンプ効率の低下を抑制しながら、燃料ポンプが発生する音圧を低減できることがわかった。
【００４８】
（等ピッチインペラを備える燃料ポンプと不等ピッチインペラを備える燃料ポンプの実製品での比較）
等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０と、不等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０とを用いて、実際に燃料ポンプ１０が使用される回転数である３０００〜９０００ｒｐｍの中間の６０００ｒｐｍでインペラ３６を回転させた場合に、燃料ポンプ１０から発生する音を比較する実験を実施した。
【００４９】
本実験で準備した等ピッチインペラ３６では、ピッチ角が７．５度であった。また、本実験で準備した不等ピッチインペラ３６では、表２に示すピッチ角で羽根溝３７が形成されていた。不等ピッチインペラ３６の羽根溝３７のピッチ角は、０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０かつ０．１５≦Ｃ´≦０．３５を満足している。
【００５０】
【表２】
【００５１】
図７は、等ピッチインペラを備える燃料ポンプ１０から発生する音の測定結果を示す。なお、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０については、５個の燃料ポンプ１０を準備し、各燃料ポンプ１０について測定を実施した。等ピッチインペラ３６を備える５個の燃料ポンプ１０の測定結果が含まれている。図８は、上記した表２のピッチ角で羽根溝３７が形成されたインペラ３６を備える燃料ポンプ１０から発生する音の測定結果を示している。図７，８の横軸は音の周波数を示し、縦軸は音の大きさ（ｄＢ）を示している。図８の破線１００は、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０から発生する音のピーク値を示している。図７，８から、不等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０では、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０と比較して、発生する音の周波数が分散されており、音のピーク値は、小さくなっていた。このことから、不等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０では、等ピッチインペラ３６を備える燃料ポンプ１０と比較して、発生する音が小さくなることがわかった。
【００５２】
本解析結果から、燃料ポンプ１０では、インペラ３６の羽根溝３７が０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０、及び、０．１５≦Ｃ´≦０．３５を満たすことによって、燃料ポンプ１０が発生する音を低減することができることが分かった。また、燃料ポンプ１０では、インペラ３６の羽根溝３７が０．１＜（ピッチ角が等しいピッチ角の数／総羽根溝数（＝４３））＜０．５を満たすことによって、羽根溝のピッチ角θが均一に形成されているインペラ３６を備える燃料ポンプ１０と比較して、ポンプ効率の低減を抑制するとともに、燃料ポンプ１０が発生する音を低減することができることが分かった。
【００５３】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
例えば、本明細書が提供する技術は、燃料を吸入し吐出する燃料ポンプ以外に、様々な流体ポンプに適用することができる。
また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【００５４】
本発明者らは、（σ´／θの平均）及びＣ´が羽根溝内の流体の圧力変動のスペクトルピーク値と相関が強いことを見出した。そして、（σ´／θの平均）及びＣ´が上記した範囲を満たす場合に、従来技術と比較して、流体ポンプから発生する音を低減させることができることを見出した。また、上記したインペラの羽根溝の各ピッチ角θｉ（ｉ＝１〜ｎ）には、角度が等しい１個以上の他のピッチ角θｋ（ｋ＝１〜ｎのいずれかの整数で、かつ、ｉ以外の整数）が存在するように形成されている。ピッチ角θｉが一個しかない場合は、インペラが回転すると、そのピッチ角θｉによる圧力変動が発生し、そのピッチ角θｉによる圧力変動が低減されない。すなわち、ピッチ角にθｉによる音成分が低減されない。一方、角度が等しいピッチ角が複数ある場合、例えば、ピッチ角θｉとピッチ角θｋが同一の場合は、ピッチ角θｉで形成された羽根溝が隔壁を通過することによって発生する音成分を、他のピッチ角θｋで形成された羽根溝が隔壁を通過することによって発生する音成分によって減衰させることが可能となる。この条件と上記した（σ´／θの平均）及びＣ´の条件を満足させることにより、特定のピッチ角θｉに起因する騒音を低減させることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０：燃料ポンプ
１２：モータ部
１４：ポンプ部
３６：インペラ
３７：羽根溝
４１：隔壁
４２：吸入口
５０：吐出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラの回転によって、ポンプケーシング内に流体を吸入するとともに昇圧し、昇圧した流体を前記ポンプケーシング外に吐出する流体ポンプであって、
前記インペラは、
その外周縁にｎ個の羽根溝が形成されており、
前記インペラを平面視したときに、前記インペラの回転中心とｉ番目（ｉ＝１〜ｎの整数）の前記羽根溝の周方向の中心を結んだ線分と、前記インペラの回転中心とｉ＋１番目（但し、ｉ＋１＝ｎ＋１となる場合はｉ＋１＝１）の前記羽根溝の周方向の中心とを結んだ線分とのなす角度をピッチ角θｉとし、隣接するピッチ角の差をσｉ＝θｉ＋１−θｉとしたときに、
前記ピッチ角θｉは不均一であるとともに、各ピッチ角θｉには角度が等しい他のピッチ角θｋ（ｋ＝１〜ｎのいずれかの整数で、かつ、ｉ以外の整数）が１個以上存在し、
０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０
０．１５≦Ｃ´≦０．３５
但し、
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
を満たす、流体ポンプ。
【請求項２】
０．１＜（ピッチ角が等しいピッチ角の数）／ｎ＜０．５を満たす、請求項１に記載の流体ポンプ。
【請求項１】
インペラの回転によって、ポンプケーシング内に流体を吸入するとともに昇圧し、昇圧した流体を前記ポンプケーシング外に吐出する流体ポンプであって、
前記インペラは、
その外周縁にｎ個の羽根溝が形成されており、
前記インペラを平面視したときに、前記インペラの回転中心とｉ番目（ｉ＝１〜ｎの整数）の前記羽根溝の周方向の中心を結んだ線分と、前記インペラの回転中心とｉ＋１番目（但し、ｉ＋１＝ｎ＋１となる場合はｉ＋１＝１）の前記羽根溝の周方向の中心とを結んだ線分とのなす角度をピッチ角θｉとし、隣接するピッチ角の差をσｉ＝θｉ＋１−θｉとしたときに、
前記ピッチ角θｉは不均一であるとともに、各ピッチ角θｉには角度が等しい他のピッチ角θｋ（ｋ＝１〜ｎのいずれかの整数で、かつ、ｉ以外の整数）が１個以上存在し、
０．０５≦（σ´／θの平均）≦０．３０
０．１５≦Ｃ´≦０．３５
但し、
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
を満たす、流体ポンプ。
【請求項２】
０．１＜（ピッチ角が等しいピッチ角の数）／ｎ＜０．５を満たす、請求項１に記載の流体ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図８】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図８】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１０２５５１（Ｐ２０１１−１０２５５１Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５７６２９（Ｐ２００９−２５７６２９）
【出願日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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