本発明は、液体燃料をメインタンクから小容量の燃料タンクに一時的に貯留し、各種燃焼機器に供給する液体燃料供給装置に関する。

この種の液体燃料供給装置は、主に2階以上の高さに設置され、地上のホームタンクから灯油を流入口を通してポンプで汲上げて一時的に燃料タンクに貯留し、流出口から自然落差で外部の燃焼機器に灯油を供給するための装置であって、主に北海道などの寒冷地において2階から4階に設置された燃焼機器に自動で灯油を供給するために使われている。

一例として特許第3583258号公報には、液体燃料を一時的に貯留する燃料タンクと、液体燃料を外部から燃料タンク内に導入するためのポンプと、燃料タンク内の液位を検出する液位センサと、液位センサの検出信号に基づいてポンプの作動を制御する制御回路とを備えた液体燃料供給装置において、上記液位センサと上記制御回路の各構成部品を単一基板上に実装し、基板に一体形成された幅狭部分の両側に、液位センサ構成部品が実装された導体と制御回路構成部品が実装された導体との間に安全回路として機能する細線状導体を設けた、ことを特徴とする液体燃料供給装置が示されている。

この公報には、3は液体燃料導入用のロータリー式ポンプで、フィルタ室2の上部開口に該開口を塞ぐようにして配置されている。このポンプ3は、逆止弁4が連設された吸込側をフィルタ室2内に臨み、吐出側及び回転軸3aを貯蔵室1c内に臨んでいる。5はポンプ駆動用のモータで、燃料タンク1の上面にゴム製の固定台6を介してポンプ3と同軸上に配置されている。モータ5のシャフト5aは貯蔵室1c内に突出し、連結軸7を介してポンプ3の回転軸3aに連結されている。詳しくは、シャフト5a及び回転軸3aの端部に差込用スリットをそれぞれ形成し、各スリットに連結軸7の端部を差し込むことで連結が行われていることが記載されている。

このロータリー式ポンプの一例として実開平2−52986号公報には、偏芯シャフトの偏芯部に連結したロータを、該偏芯シャフトに連結した回転駆動源によりシリンダの内周面に沿って回転させ、燃料を該シリンダの吸入口から吐出口に給送するベーン式ロータリ燃料ポンプにおいて、前記偏芯部と前記ロータリとを弾撥性を有する円筒状の樹脂製ベアリングにて連結した、ベーン式ロータリ燃料ポンプが示されている。

またこの種の装置は、灯油を汲み上げるためのポンプを連結シャフトを介してモータのシャフトに連結してモータの回転力をポンプに伝えて汲み上げを行うものが一般的であり、以下の課題を有している。

特許第3583258号公報

実開平2−52986号公報

連結シャフトは、硬質プラスチック製でその片端に金属製のポンプ回転軸先端の溝部と係合するための板状部が形成され、他端に金属製のモータシャフト先端の溝部と係合するための板状部が形成され、板状部と板状部はポンプ回転軸とモータシャフトの芯ずれの影響を少なくするため、互いに十字状にクロスするように配置されているが、製造バラツキによりポンプ回転軸とモータシャフトの芯ズレを完全に吸収できないモノや芯ズレ以外にもポンプ回転時の負荷変動で連結シャフトと金属製シャフトの接触部から比較的大きな音が発生するものがあり、顧客クレームになる場合が有った。

図1は、従来の液体燃料供給装置の全体構成図である。先ずこの全体構造図を参照して従来の構成を説明する。

液体燃料を一時的に貯留するアルミダイカスト製の燃料タンク101の内部に設けられた貯蔵室101cの底面に、メインタンク(図示せず)に接続される流入口101aと燃焼機器(図示せず)に接続される流出口101bを有している。

また、流入口101aと貯蔵室101cとの間にはフィルター室102が設けられており、該フィルタ室102内には、流入口101aから流入した液体燃料からゴミ等の不純物を除去するためのフィルタ102aが交換可能に配置されている。

103は液体燃料を汲上げるためのロータリー式ポンプであり、フィルタ室102の上部開口に該開口を塞ぐように配置されている。このポンプ103には、逆止弁104が連接された吸入側をフィルタ室102内に望み、吐出側及び回転軸103aを貯蔵室101c内に臨んでいる。

105はポンプ駆動用のモータで、燃料タンク101の金属製の蓋130の上面にゴム製の固定台106を介してポンプ3と同軸上に配置されている。モータ105のシャフト105aは貯蔵室101c内に突出し、連結シャフト107を介してポンプ103の回転軸103aに連結されている。詳しくは、シャフト105a及び回転軸103aの端部に差込み用スリットをそれぞれ形成し各スリットに連結シャフト107の端部を差込む事で行われている。

図2a〜図2cは、ロータリポンプ(以下ポンプ103と言う)の動作原理図である。

ポンプ103は、シリンダ103c、ロータ103b、パドル103e、スプリング103d、上下軸受け(図示せず)で構成されていて、ロータ103bの回転軸103aが回転すると一体に成形された偏心部103bも回転する。偏心部103bは常にその外周の最大偏心部をシリンダ103cの内周面に当接して回転している。また、スプリング103dで付勢されたパドル103eはロータ103bの外周面に常に当接しており、偏心ロータ103bの外周、シリンダ103cの内周、パドル103eの先端でポンプ室を形成する。

次に、図2a〜図2cを用いてポンプ103の作用を説明する。

図2aは、吸入工程が開始される状態であり、吸入ポート103fはロータ103b偏心部で塞がれている。斜線部はポンプ内に汲み上げられた灯油であり、ロータ103b偏心部が時計まわりに回転することで吐出ポート103gから貯蔵室101c(図示せず)に吐出される。

図2bは、前記の位置からロータ103bが180°回転した時の状態であり、パドル103eにより吸入側(灯油を点で示す)と吐出側(灯油を斜線で示す)が区画されている。

図2cは、ロータ103bが更に回転して吐出ポート103gを完全に塞ぐ位置まで移動すると、斜線部の灯油は吐出ポートから全て押し出される。

ロータが更に回転すると、図2aに示す状態となり、以降、吸入と吐出を連続的に繰り返す。

この種のロータリポンプでは、1回転で1回の吸入と吐出が発生するため、ロータ103bの1回転毎に1回のラジアル負荷変動が発生し回転軸103aの回転に要するトルクも急激に変化するため、回転軸103aに当接してモータ105の回転を伝える連結シャフト107との接触部が一瞬離反し、その後また接触すると言う現象が起こっていて、これが振動や騒音が発生する要因の1つになっていた。

図3は、ポンプ103と連結シャフト107及びモータ105と、その関連部品との位置関係と組付け方法を示した図である。

ここで、ポンプ103は燃料タンク101に上から挿入され、樹脂製のポンプ押さえ135によってねじ134でポンプ103と一体の防振ゴムを介して燃料タンク101に固定されている。

モータ105は、モータ防振ゴムとしてゴム製の固定台106を介して、金属製の蓋130に搭載され蓋130の反対側から位置決めカラー131と位置決めゴム132を介してねじ133で蓋130に防振固定されている。

ポンプ103の回転軸103aとモータ105のシャフト105aの連結は、まず連結シャフト107の下側の板状部107aをポンプ103の回転軸103aの溝部に挿入してから、蓋130とモータ105が一体化された部品をモータ105のシャフト105aの溝部が連結シャフト107の上側の板状部107bにはめ込みながら蓋130を降下させて行う。蓋130が所定の位置まで降下すると燃料タンク101の上面に当接する。その後、蓋130の4隅の穴からねじ137を通して燃料タンク101に蓋130を直接固定して連結が完了する。

前記のとおりポンプ103を固定するための部品がねじ134を含めて3部品、モータ105を固定するための部品がねじ133を含めて4部品もあり、それぞれがポンプ103とモータ105の芯がズレる方向に寸法許容差を有しているため、完成品のポンプ103とモータ105の回転軸の中心は少なからずズレが生じる。

このズレを吸収して回転をスムーズに行うために連結シャフト107の両端の板状部107a,107bは、互いに十字状にクロスするように配置されているが、製造バラツキによりポンプ103の回転軸103aとモータ105のシャフト105aの芯ズレを完全に吸収できないものが発生しこれが振動や騒音が発生する第2の要因になっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液体燃料供給装置のポンプを駆動するためのモータと前記ポンプとモータとの中間に位置して、ポンプにモータの回転力を伝える手段としての連結シャフトの最適化により、運転音を大幅に低減すると同時に、防振構造の簡素化により安価な液体燃料供給装置を提供する事にある。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項1に係る液体燃料供給装置は、液体燃料を一時的に貯留する燃料タンク1と、液体燃料を外部から燃料タンク1内に導入するためのポンプ3と、前記ポンプ3を駆動するためのモータ5と、前記ポンプ3とモータ5との中間に位置して、ポンプ3にモータ5の回転力を伝える手段としての連結シャフト7と、燃料タンク1内の液位を検出する液位センサーSと、液位センサーSの検出信号に基づいてモータ5の作動を制御する制御回路と、貯留した液体燃料を燃料タンク1外の燃焼機器に供給するための流出口1bとを備えた液体燃料供給装置において、 モータ5は防振構造を有さず、ねじ33で蓋30に直接固定されており、 前記、連結シャフト7は、可撓性を有する部材と剛性を有する部材の組み合わせで構成したものである。

本発明の請求項2に係る液体燃料供給装置は、前記、可撓性を有する部材は耐油性を有するゴム材料であり、前記、剛性を有する部材は耐油性を有するプラスチック材料であるものである。

本発明の請求項3に係る液体燃料供給装置は、前記、可撓性を有する部材は耐油性を有するゴム材料であり、前記、剛性を有する部材は耐食性を有する金属材料であるものである。

本発明の請求項4に係る液体燃料供給装置は、前記、可撓性を有する部材と剛性を有する部材は、一体成形により作られているものである。

本発明によれば、連結シャフトを可撓性を有する部材と剛性を有する部材の組み合わせで構成するだけで液体燃料供給装置の運転音を大幅に低減すると同時に、モータ防振構造の簡素化により安価な液体燃料供給装置を提供できる。

図1は従来の液体燃料供給装置の全体構成図である。

図2aは従来のロータリポンプの作用の説明図である。

図2bは従来のロータリポンプの作用の説明図である。

図2cは従来のロータリポンプの作用の説明図である。

図3は従来のポンプと連結シャフト及びモータと、その関連部品との位置関係と組付け方法を示した図である。

図4は本発明の実施形態に係る液体燃料供給装置の全体構成図である。

図5は本発明の実施形態に係るポンプと連結シャフト及びモータと、その関連部品との位置関係と組付け方法を示した図である。

図6は図4の要部を示す一部を切り欠いた部分拡大図である。

液体燃料供給装置のポンプを駆動するためのモータと前記ポンプとモータとの中間に位置して、ポンプにモータの回転力を伝える手段としての連結シャフトの最適化により、運転音を大幅に低減すると同時に、防振構造の簡素化により安価な液体燃料供給装置を提供するという目的を、モータ5は防振構造を有さず、ねじ33で蓋30に直接ねじ固定されており、連結シャフト7は、可撓性を有する部材と剛性を有する部材の組み合わせで構成したことにより実現した。

以下、本発明に係る液体燃料供給装置の実施形態を図4から図6を参照して説明する。

図4は、本実施例1に係る液体燃料供給装置の全体構成図である。先ずこの全体構造図を参照して本発明の構成を説明する。

液体燃料を一時的に貯留するアルミダイカスト製の燃料タンク1の内部に設けられた貯蔵室1cの底面に、メインタンク(図示せず)に接続される流入口1aと燃焼機器(図示せず)に接続される流出口1bを有している。

また、流入口1aと貯蔵室1cとの間にはフィルター室2が設けられており、該フィルタ室2内には、流入口1aから流入した液体燃料からゴミ等の不純物を除去するためのフィルタ2aが交換可能に配置されている。

3は液体燃料を汲上げるためのロータリー式ポンプであり、フィルタ室2の上部開口に該開口を塞ぐように配置されている。このポンプ3には、逆止弁4が連接された吸入側をフィルタ室2内に望み、吐出側及び回転軸3aを貯蔵室1c内に臨んでいる。

ポンプ3は燃料タンク1に上から挿入され、樹脂製のポンプ押さえ35によってねじ34でポンプ3と一体の防振ゴムを介して燃料タンク1に固定されている。この構造は従来の構造と同じである。

モータ5は防振構造を有さず、ねじ33で燃料タンク1の金属製の蓋30に直接固定されており、従来の防振構造は不採用とした。

連結シャフト7は、内側に剛性を有する厚さ1mmの耐油性を有するポリアミド樹脂製の平板(以下、連結シャフト中板71と言う)、外側に可撓性を有する内径6mm、外径9mmの耐油性を有するニトリルゴム製の筒状部材(以下、連結シャフト外筒72と言う)を組み合わせたものを使用する。

ポンプ3の回転軸3aとモータ5のシャフト5aの連結は、まず連結シャフト中板71の下側部71aをポンプ3の回転軸3aの溝部に挿入してから、蓋30とモータ5が一体化された部品をモータ5のシャフト5aの溝部が連結シャフト中板71の上側の板状71bにはめ込みながら蓋30を降下させて行う。

この時、連結シャフト外筒72の下端は、ポンプ3の回転軸3aの上部に、連結シャフト外筒72の上端はモータ5のシャフト5aの下部をわずかに包み込むような長さで配置し、連結シャフト中板71がポンプ3の回転軸3aとモータ5のシャフト5aに対して、その溝内で自由に動くのを抑制している。つまり、連結シャフト中板71の回転中のバタツキを防止している。

蓋30が所定の位置まで降下すると燃料タンク1の上面に当接する。その後、蓋30の4隅の穴からねじ37を通して燃料タンク1に蓋30を直接固定して連結が完了する。

8は円筒形のオイルカップで、貯蔵室1cの内底面にポンプ3を包囲するように立設されている。9は円筒状の呼び液室、11は円柱状の呼び液導出用のフロートであるがその機能と作用については説明を省略する。

12は円筒形のオーバーフロー管で、貯蔵室1cの内底面に立設されている。このオーバーフロー管12は、貯蔵室1c内の内上面近傍に上端開口12aを位置しており、液体燃料のオーバーフロー分を下端開口の12bからメインタンクに戻すことができる。

13は円筒形の流出室で、貯蔵室1cの内底面に流出口1bの上部開口を包囲するように立設されている。この流出室13内には流出口1bの上部開口を開閉するための流出制御弁14が配置されている。この流出制御弁14はそのシャフト14aを燃料タンク1の上面の蓋30に固定されたホルダ15にしゅう動自在に挿通され、シャフト上端をホルダ15から突出している。また、シャフト14aの突出端は、図の位置から上方に引き上げて90度回転させることで、ホルダ15の上端に係合できるようになっており、該係合状態で流出制御弁14を開放状態で保持して貯蔵室1c内の液体燃料を流出口1bから燃焼機器に向かって流出する。なお流出室13に壁を設ける理由は燃料タンク1本体内に水が入った場合にその水が流出口1bから燃焼機器側に流出するのを防止するためであり壁の高さはメーカで任意に設定している。

24は貯蔵室1c内に水が貯まった際に本体下方からプラスドライバーを用いて回転させて取り外すためのドレンねじであり、本体にOリング23を介して装着されている。

16は制御ユニットであり、カバー17と、ケース18と、フロート管19と、フロート20と、ストッパ21と制御基板(図示せず)とから構成されている。フロート20は中空リング形を成し、フロート管19部材の筒形部分に上下動可能に装着されている。フロート20の内部には、後述するリードスイッチS1〜S3を作動させるための永久磁石が配置されている。また、フロート20の下方移動は、フロート管19の下端に装着されたストッパ21によって規制される。

3個のリードスイッチS1,S2,S3は、制御基板に装着されており、貯蔵室1c内の液体燃料の液面位置を検出するためのものである。最下部のリードスイッチS1は下限液面を検出し、その上のリードスイッチS2は上限液面を検出し、最上部のリードスイッチS3は過剰液面を検出するためのものである。3個のリードスイッチS1,S2,S3とフロート20で液位センサーSを構成する。

次に、液体燃料供給装置の運転制御について説明する。

先ず、液体燃料を貯蔵室1c内に汲上げる動作について説明すると、流出口1bの上部開口を開閉するための流出制御弁14が前記開口部を閉止した状態で、制御基板(図示せず)上に配置された電源スイッチをONにすると、リードスイッチS1,S2,S3の作動状況を制御基板に実装されたマイコンが確認し、リードスイッチS1がONで、S2及びS3がOFFのとき、つまり、貯蔵室1cの液面が下限油面以下であるときには、モータ5を作動させ駆動軸7を介してポンプ3を運転して液体燃料の汲上げを開始する。ポンプ3が正常に作動していれば、液体燃料の導入によってフロート20が上昇して、3個のリードスイッチS1,S2,S3が全てOFFとなる。この状態から更に運転を継続すると、フロート20は上昇を継続してリードスイッチS2をONにする。リードスイッチS2がONになったことを検知するとマイコンでモータ5への通電をOFFにしてポンプ3の運転を停止する。

この状態で、流出制御弁14のシャフト14aの突出端を上方に引き上げて90度回転させてホルダ15の上端に係合することで、流出制御弁14を開放状態で保持して貯蔵室1c内の液体燃料を流出口1bから燃焼機器に向かって流出させると液体燃料の流出に伴いフロート20が下降して、リードスイッチS2がONからOFFに、更にリードスイッチS1がONと変化する。リードスイッチS1がONするとモータ5を作動させ連結シャフト7を介してポンプ3を運転して液体燃料の汲上げを開始し、再度貯蔵室1c内に液体燃料を導入する。次にリードスイッチS2がONするとモータ5が停止して液体燃料の導入を停止する。以降は、流出口1bの先に配置された燃焼機器の燃料消費に応じてリードスイッチS1とリードスイッチS2の間で液面を制御する自動運転に入る。

自動運転中にリードスイッチS2が故障してONしない場合は、フロート20が更に上昇してリードスイッチS3がONする事で異常液面と判断し、モータ5の通電を強制的に停止して以降自動復帰しない制御になっている。

表1に従来構造で比較的騒音が大きい製品に対して、本特許の構造にした場合の騒音値の比較実験結果を示す。

前記のとおり、従来の防振・防音構造は、ポンプ103とモータ105をそれぞれ防振・防音構造にしてそれを硬質プラスチック製の連結シャフトで繋いでいたが、振動や騒音の発生源はポンプ103であるため、本発明のポンプ3の防振構造はそのままとし、モータ5は蓋30に直結する形にすると同時に、図6に示すように連結シャフト7を主にトルクの伝達を行う連結シャフト中板71と、主に防振と静穏化を行う連結シャフト外筒72とすることで、従来の2つの騒音要因に対して有効でかつ安価な液体燃料供給装置を提供できる。

なお、本実施例では連結シャフト中板71と連結シャフト外筒72を別体で作成し、一体化させて使用したが、これを最初からインサート成形で作成したり、連結シャフト中板を耐食性を有する金属材料としたり上下2分割するなどしても同様な効果が得られる。

1 燃料タンク 1b 流出口 3 ポンプ 5 モータ 7 連結シャフト 30 蓋 33 ねじ S 液位センサー