JP5499400B2 - 燃料・潤滑油供給ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、燃料・潤滑油供給ポンプに関する。

航空機などに用いられる例えばジェットエンジン（ターボファンエンジン）には、アクセサリ・ギアボックス（ＡＧＢ：Accessory Gear Box）が装備される。このＡＧＢには、ジェネレータ、スタータ、燃料ポンプ、潤滑油ポンプなど様々な機械駆動の捕機（アクセサリ）が取り付けられる。これら捕機（アクセサリ）はＡＧＢを介してエンジン駆動される。

例えば特許文献１には、ＡＧＢに取り付けられた潤滑油ポンプ（オイルポンプ）が示されている。また、特許文献２には、ＡＧＢを介してエンジン駆動される燃料ポンプが示されている。

特開２００１−８２６８６号公報 特開２００４−１９７５７３号公報

ここで、例えば、ヘリコプタや小型飛行機の場合、捕機（アクセサリ）類設置スペースの省スペース化、および捕機（アクセサリ）類全体での軽量化が望まれる。一方、特許文献１、２で示したように、潤滑油ポンプ、燃料ポンプなどの捕機（アクセサリ）はそれぞれ単独でＡＧＢに取り付けられているのが現状である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、捕機（アクセサリ）類設置スペースの省スペース化、および捕機（アクセサリ）類全体での軽量化を図ることができる技術を提供することである。

上記課題を解決するために本発明は、オイルタンクからの潤滑油を吐出する第１ポンプ部と、前記第１ポンプ部に対して隣接配置され、エンジンへ燃料を供給する第２ポンプ部と、を備え、前記第１ポンプ部は、第１回転軸と、前記第１回転軸に固定され、当該第１回転軸と一体で回転することにより、潤滑油を吐出させる潤滑油吐出部材と、前記第１回転軸および前記潤滑油吐出部材を収容する第１ハウジングと、を具備してなり、前記第２ポンプ部は、前記第１回転軸に対して同軸に連結された第２回転軸と、前記第２回転軸に固定され、当該第２回転軸と一体で回転することにより、燃料を吐出させる燃料吐出部材と、前記第１回転軸の軸方向において、前記第１ハウジングに対して当該第１ハウジングの一端に固定され、前記第２回転軸および前記燃料吐出部材を収容する第２ハウジングと、を具備してなる燃料・潤滑油供給ポンプを提供する。

この構成によると、第１ポンプ部の第１回転軸と第２ポンプ部の第２回転軸とを同軸に連結し、かつ第１ポンプ部の第１ハウジングの一端に第２ポンプ部の第２ハウジングを固定することにより、第１ポンプ部と第２ポンプ部とを一体にすることができる。これにより、１つのポンプで潤滑油および燃料をそれぞれ供給することができる。すなわち、ポンプ１つ分程度の捕機（アクセサリ）類設置スペースの省スペース化を図れるとともに、捕機（アクセサリ）類全体での軽量化を図ることができる。

また本発明において、前記第１回転軸の端部に、前記軸方向に延びる穴が形成され、前記穴に前記第２回転軸が挿入されて、当該第２回転軸と前記第１回転軸とが当該穴内でスプライン連結され、前記潤滑油吐出部材の回転により、前記穴に潤滑油が供給されることが好ましい。

この構成によると、第１回転軸と第２回転軸とをスプライン連結することにより、軸の組立・分解が行いやすくなる。すなわち、ポンプの維持管理性が向上する。また、第１回転軸（潤滑油吐出部材）の回転によるポンピングで、第１回転軸と第２回転軸とのスプライン連結部を強制潤滑することができる。

さらに本発明において、前記穴の底部中心に、前記軸方向に向かって前記第１回転軸を貫通して当該穴に連通する潤滑油供給流路が形成されていることが好ましい。

この構成によると、第１回転軸の穴内に潤滑油が導かれやすくなり、その結果、スプライン連結部の強制潤滑性が向上する。

さらに本発明において、前記第１ハウジングと前記第１回転軸との間に軸受が配置され、前記軸受の端部内面と前記第１回転軸の端部外面との間にオイルシールが配置され、前記穴から潤滑油を排出させる潤滑油排出流路が、当該穴の内側面から前記第１回転軸の端部外面へ向かって前記第１回転軸を貫通して形成され、前記潤滑油排出流路から排出された潤滑油が、前記第１回転軸と前記軸受との間の隙間に作用する負圧により、当該隙間を通って前記第１ポンプ部側へ戻されることが好ましい。

この構成によると、第１回転軸と第２回転軸とのスプライン連結部に供給された潤滑油を簡易な構成で第１ポンプ部側へ戻すことができる。また、オイルシールにより、第２ポンプ部側への潤滑油の漏洩を防止できる。すなわち、燃料への潤滑油の混入を防止できる。

さらに本発明において、前記第２ポンプ部側から前記第１ポンプ部側へ燃料が漏洩しないように、前記第２ハウジングと前記第２回転軸との間にカーボンシールが配置されていることが好ましい。

この構成によると、カーボンシールにより、潤滑油への燃料の混入を防止できる。

本発明の燃料・潤滑油供給ポンプによれば、ポンプ１つ分程度の捕機（アクセサリ）類設置スペースの省スペース化を図れるとともに、捕機（アクセサリ）類全体での軽量化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る燃料・潤滑油供給ポンプの側断面図、およびＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図１のＣ部拡大図である。 図１に示す燃料・潤滑油供給ポンプまわりのシステム図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料・潤滑油供給ポンプの側断面図、およびＡ−Ａ断面図である。図２および図３は、それぞれ、図１のＢ−Ｂ断面図、図１のＣ部拡大図である。また、図４は、図１に示す燃料・潤滑油供給ポンプまわりのシステム図である。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図において、ロータ３からブレード５を抜いた状態を示す図である。図２（ｂ）において、第１ハウジング４の図示を省略している。

（システム構成）
まず、図４を参照しつつ、燃料・潤滑油供給ポンプ１００まわりのシステム構成について説明する。

図４に示したように、エンジン５３の機側には、ＡＧＢ５４（アクセサリ・ギアボックス、Accessory Gear Box）が配置されている。ＡＧＢ５４には、ロータ３を介して燃料・潤滑油供給ポンプ１００が取り付けられている。ＡＧＢ５４の内部には、エンジン５３の動力を燃料・潤滑油供給ポンプ１００に伝達するためのギア５６が収容されている。そして、燃料・潤滑油供給ポンプ１００は、ＡＧＢ５４のギア５６を介してエンジン５３により駆動される。なお、図示を省略しているが、ＡＧＢ５４には、燃料・潤滑油供給ポンプ１００以外にも、ジェネレータ、スタータなど様々な機械駆動の捕機（アクセサリ）が取り付けられる。また、ＡＧＢ５４の内部には、これら捕機用のギアが収容される。

燃料・潤滑油供給ポンプ１００は、オイルポンプ部１（潤滑油ポンプ部）と、オイルポンプ部１に対して隣接配置された燃料ポンプ部２とからなる。オイルポンプ部１が本発明の第１ポンプ部に相当し、燃料ポンプ部２が本発明の第２ポンプ部に相当する。

オイルポンプ部１は、オイルタンク５１からＡＧＢ５４へ潤滑油を供給するためのポンプ部であり、燃料ポンプ部２は、燃料タンク５５から燃料ノズル５２（エンジン５３）へ燃料を供給するためのポンプ部である。なお、オイルポンプ部１による潤滑油供給先は、ＡＧＢ５４に限られることはない。

（燃料・潤滑油供給ポンプの構成）
次に、本発明の一実施形態に係る燃料・潤滑油供給ポンプ１００の構成について説明する。なお、図１〜図４において、同一部材については同一の符号を付している。図１に示すように、燃料・潤滑油供給ポンプ１００は、オイルポンプ部１と、オイルポンプ部１に対して隣接配置された燃料ポンプ部２とからなる。

（オイルポンプ部）
オイルポンプ部１は、例えばベーンポンプである。ベーンポンプとは、容積型回転式ポンプの一種で偏心ポンプとも呼ばれる。オイルポンプ部１は、ロータ３（第１回転軸）と、ロータ３を収容する第１ハウジング４とを有する。

（第１回転軸）
ロータ３（第１回転軸）には、ロータ３と一体でその軸方向Ｚまわりに回転することにより、潤滑油を吐出させるブレード５（潤滑油吐出部材であり、ベーンとも呼ばれる）が取り付けられている。図２（ｂ）などからわかるように、本実施形態では、ロータ３の外周に等位相差（９０°間隔）で形成されたスリット３ｅに４枚の板状のブレード５がそれぞれ挿入されている。また、図１（ｂ）および図２からわかるように、ロータ３の軸方向Ｚにおいてブレード５が位置する部分の、ロータ３の中心部は空洞部３ｆとなっている（断面円形の筒状空間となっている）。この空洞部３ｆには潤滑油が充満している。

また、ロータ３の燃料ポンプ部２側の軸方向Ｚ端部には、軸方向Ｚに延びる所定深さの円形の穴３ａが形成されている。なお、ロータ３の燃料ポンプ部２側とは反対側の端部は、ＡＧＢ５４内のギア５６と連結される部分である。穴３ａの内側面には、後述する入力軸６（第２回転軸）と連結するスプラインが形成されている。また、穴３ａは、ロータ３の径方向中心に形成されている。

図１（ａ）、図２（ｂ）に示したように、穴３ａの底部中心には、軸方向Ｚに向かってブレード５側からロータ３を貫通して穴３ａに連通する潤滑油供給流路３ｂが形成されている。潤滑油供給流路３ｂは、断面円形の孔である。

また、穴３ａの内側面に形成されたスプラインの燃料ポンプ部２側端部付近には、潤滑油排出流路３ｃが形成されている。潤滑油排出流路３ｃは、穴３ａの内側面からロータ３の端部外面へ向かってロータ３を貫通して形成されている。潤滑油排出流路３ｃは、断面円形の孔である。なお、潤滑油排出流路３ｃの軸方向Ｚの位置は、穴３ａの内側面に形成されたスプラインの燃料ポンプ部２側端部付近ではなく、当該スプラインとは一定の距離をとって形成されてもよい。しかしながら、本実施形態のように、スプラインの燃料ポンプ部２側端部付近に潤滑油排出流路３ｃが形成されることで、ロータ３の長さを短くでき、その結果、燃料・潤滑油供給ポンプ１００の軸方向Ｚ長さを短くできる。

（第１ハウジング）
第１ハウジング４は、ロータ３およびブレード５を収容する。第１ハウジング４の外面には、潤滑油入口ポート４ａおよび潤滑油出口ポート４ｂが設けられている。本実施形態においては、オイルタンク５１と潤滑油入口ポート４ａとが配管などを介して接続され、潤滑油出口ポート４ｂとＡＧＢ５４とが配管などを介して接続される。また、第１ハウジング４と後述する第２ハウジング８との境界部付近の第１ハウジング４の外面には、ドレンポート４ｃが形成されている。ドレンポート４ｃは、燃料・潤滑油供給ポンプ１００のＡＧＢ５４への取付状態において下向き（より好ましくは鉛直方向下向き）になるように形成される。ドレンポート４ｃは、第１ハウジング４と第２ハウジング８との境界部付近の第２ハウジング８の外面に形成されていてもよい。

（ライナ）
ブレード５が位置する部分であって、第１ハウジング４とロータ３との間には、環状のライナ１５が配置されている。ライナ１５は第１ハウジング４に対して固定されている。図１（ｂ）などに示したように、ライナ１５の円形の内側面は、ロータ３の仮想の回転軸に対して偏心している。偏心したライナ１５の内側面に沿って、ブレード５は摺動回転する。

（軸受）
第１ハウジング４とロータ３との間には燃料ポンプ部２側から順に、滑り軸受１０、滑り軸受１１が配置されている。ここで、滑り軸受１０の燃料ポンプ部２側の端部内面と、ロータ３の燃料ポンプ部２側の端部外面との間には、オイルシール１２が配置されている。オイルシール１２は、潤滑油排出流路３ｃから排出された潤滑油が、燃料ポンプ部２側に漏洩することを防止するためのものである。

（燃料ポンプ部）
燃料ポンプ部２は、例えばギアポンプである。ギアポンプとは、容積型回転式ポンプの一種で歯車ポンプとも呼ばれる。燃料ポンプ部２は、入力軸６（第２回転軸）と、入力軸６を収容する第２ハウジング８とを有する。

（第２回転軸）
入力軸６（第２回転軸）には、入力軸６と一体でその軸方向Ｚまわりに回転することにより、燃料を吐出させる駆動ギア７ａ（燃料吐出部材）が取り付けられている（入力軸６に対して同時に回転するように連結されている）。また、駆動ギア７ａの回転によって従動回転する従動ギア７ｂが、軸方向Ｚに直交する方向において、駆動ギア７ａに対して隣り合わせて配置されている。

また、入力軸６のオイルポンプ部１側の軸方向Ｚ端部外面には、ロータ３と連結するスプラインが形成されている。ロータ３端部に形成された穴３ａに入力軸６が挿入されて、当該入力軸６とロータ３とが穴３ａ内でスプライン連結されることで、入力軸６はロータ３に対して同軸に連結されロータ３とともに回転する（入力軸６にも駆動力が伝達する）。図１（ａ）などにおいて、入力軸６とロータ３とがスプライン連結している部分をスプライン連結部９と表示している。

また、駆動ギア７ａが位置する部分とスプライン連結部９との間の、入力軸６の外周面には環状の鍔部６ａが設けられている。鍔部６ａは、後述するカーボンシール１３ａが当接する部分である。

（第２ハウジング）
第２ハウジング８は、入力軸６およびギア７を収容する。第２ハウジング８の外面には、燃料入口ポート８ａおよび燃料出口ポート８ｂが設けられている。燃料タンク５５と燃料入口ポート８ａとが配管などを介して接続され、燃料出口ポート８ｂと燃料ノズル５２とが配管などを介して接続される。

また、第２ハウジング８と入力軸６との間には、メカニカルシール１３が配置されている。メカニカルシール１３は、シールケース１３ｂと、シールケース１３ｂ内に収容されたカーボンシール１３ａおよびコイルバネ（不図示）とを具備する。シールケース１３ｂは、第２ハウジング８に対して固定される。メカニカルシール１３（カーボンシール１３ａ）は、燃料ポンプ部２側からオイルポンプ部１側への燃料の漏洩を防止するためのものである。

ここで、第２ハウジング８と、前記した第１ハウジング４とは、軸方向Ｚにおいてそれぞれの端面同士を接触させて相互に固定されている。本実施形態では、第２ハウジング８が雄側となり、第１ハウジング４が雌側となっている。第１ハウジング４と第２ハウジング８との固定部には環状のパッキング１４が入れられシールされている。

（スプライン連結部の潤滑方法）
次に、図３を参照しつつ、スプライン連結部９の潤滑方法について説明する。図３中の矢印は、潤滑油の流れを示す。

ここで、図３に示したように、入力軸６端部に形成されたスプラインよりも燃料ポンプ部２側の、入力軸６の外周面には突出形状の凹部６ｂが形成され、当該凹部６ｂには環状のパッキング１６が入れられている。

エンジン５３の駆動によりロータ３（ブレード５）が回転すると、当該回転によるポンピングにより潤滑油の一部が、ポンプの吐出側より潤滑油供給流路３ｂを流れてロータ３の穴３ａに入る。穴３ａの燃料ポンプ部２側端部はパッキング１６によりシールされているため、潤滑油は、穴３ａ内のスプライン連結部９を流れた後、潤滑油排出流路３ｃから穴３ａの外部へ排出される。

穴３ａの外部へ排出された潤滑油は、ロータ３と滑り軸受１０との間のごくわずかな隙間に作用する負圧により、当該隙間を通ってオイルポンプ部１側へ戻される。

詳細には、ロータ３と滑り軸受１０との間の隙間の油圧は、ブレード５が位置する部分におけるロータ３中心部の油圧よりも低い（ポンプ入口側につながるため）。そのため、ロータ３と滑り軸受１０との間の隙間では、ブレード５側に向かって潤滑油が流れる。また、燃料ポンプ部２側はオイルシール１２でシールされている。よって、穴３ａの外部へ排出された潤滑油は、ロータ３と滑り軸受１０との間のごくわずかな隙間を通ってオイルポンプ部１側へ戻される。オイルポンプ部１側（ブレード５部）へ戻された潤滑油は、潤滑油出口ポート４ｂから吐出されることになる。なお、オイルポンプ部１側（ブレード５部）へ戻された潤滑油は、再度、潤滑油供給流路３ｂを流れてロータ３の穴３ａに入ることもある。

なお、ロータ３の回転により潤滑油排出流路３ｃも回転する。穴３ａ内の潤滑油は、内圧および遠心力で潤滑油排出流路３ｃからオイルシール１２側へ排出される。

なお、パッキング１６およびオイルシール１２により、燃料ポンプ部２側への潤滑油の漏洩は防止される。すなわち、燃料への潤滑油の混入は防止される。仮に、燃料ポンプ部２側への潤滑油の漏洩があったとしても、ドレンポート４ｃにより潤滑油が排出されるので、燃料への潤滑油の混入はない。

本発明に係る燃料・潤滑油供給ポンプ１００によると、オイルポンプ部１のロータ３と燃料ポンプ部２の入力軸６とを同軸に連結し、かつオイルポンプ部１の第１ハウジング４の一端に燃料ポンプ部２の第２ハウジング８を固定することにより、オイルポンプ部１と燃料ポンプ部２とを一体にすることができる。これにより、１つのポンプで潤滑油および燃料をそれぞれ供給することができる。すなわち、ポンプ１つ分程度の捕機（アクセサリ）類設置スペースの省スペース化を図れるとともに、捕機（アクセサリ）類全体での軽量化を図ることができる。

また、ロータ３と入力軸６とをスプライン連結することにより、軸の組立・分解が行いやすくなる。すなわち、ポンプの維持管理性が向上する。また、ロータ３（ブレード５）の回転によるポンピングで、ロータ３と入力軸６とのスプライン連結部９を強制潤滑することができる。

さらに、ロータ３の穴３ａの底部中心に潤滑油供給流路３ｂが形成されていることで、当該穴３ａ内に潤滑油が導かれやすくなり、スプライン連結部９の強制潤滑性が向上する。

さらに、ロータ３の穴３ａの内側面からロータ３の端部外面へ向かって潤滑油排出流路３ｃが当該ロータ３を貫通して形成されていることで、スプライン連結部９に供給された潤滑油を簡易な構成でオイルポンプ部１側へ戻すことができる。

さらに、第２ハウジング８と入力軸６との間にメカニカルシール１３（カーボンシール１３ａ）が配置されていることで、オイルポンプ部１側への燃料の漏洩を防止でき、潤滑油への燃料の混入を防止できる。なお、仮に、オイルポンプ部１側への燃料の漏洩があったとしても、ドレンポート４ｃにより燃料が排出されるので、潤滑油への燃料の混入はない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

例えば、本実施形態では、ロータ３と入力軸６とを直結している例を示したが、ロータ３の回転数（ｒｐｍ）と入力軸６の回転数（ｒｐｍ）とを異にさせる必要がある場合には、ロータ３と入力軸６とを歯車などの減速機構または増速機構を介して連結させてもよい。この場合、減速機構または増速機構はロータ３の穴３ａ内もしくは、外周に連結される。

１：オイルポンプ部（第１ポンプ部）
２：燃料ポンプ部（第２ポンプ部）
３：ロータ（第１回転軸）
４：第１ハウジング
５：ブレード（潤滑油吐出部材）
６：入力軸（第２回転軸）
７：ギア（燃料吐出部材）
８：第２ハウジング
９：スプライン連結部
１００：燃料・潤滑油供給ポンプ

Claims (2)

1. オイルタンクからの潤滑油を吐出する第１ポンプ部と、
   前記第１ポンプ部に対して隣接配置され、エンジンへ燃料を供給する第２ポンプ部と、
   を備え、
   前記第１ポンプ部は、
   第１回転軸と、
   前記第１回転軸に固定され、当該第１回転軸と一体で回転することにより、潤滑油を吐出させる潤滑油吐出部材と、
   前記第１回転軸および前記潤滑油吐出部材を収容する第１ハウジングと、
   を具備してなり、
   前記第２ポンプ部は、
   前記第１回転軸に対して同軸に連結された第２回転軸と、
   前記第２回転軸に固定され、当該第２回転軸と一体で回転することにより、燃料を吐出させる燃料吐出部材と、
   前記第１回転軸の軸方向において、前記第１ハウジングに対して当該第１ハウジングの一端に固定され、前記第２回転軸および前記燃料吐出部材を収容する第２ハウジングと、
   を具備してなり、
   前記第１回転軸の端部に、前記軸方向に延びる穴が形成され、
   前記穴に前記第２回転軸が挿入されて、当該第２回転軸と前記第１回転軸とが当該穴内でスプライン連結され、
   前記潤滑油吐出部材の回転により、前記穴に潤滑油が供給され、
   前記穴の底部中心に、前記軸方向に向かって前記第１回転軸を貫通して当該穴に連通する潤滑油供給流路が形成されており、
   前記第１ハウジングと前記第１回転軸との間に軸受が配置され、
   前記軸受の端部内面と前記第１回転軸の端部外面との間にオイルシールが配置され、
   前記穴から潤滑油を排出させる潤滑油排出流路が、当該穴の内側面から前記第１回転軸の端部外面へ向かって前記第１回転軸を貫通して形成され、
   前記潤滑油排出流路から排出された潤滑油が、前記第１回転軸と前記軸受との間の隙間に作用する負圧により、当該隙間を通って前記第１ポンプ部側へ戻される、燃料・潤滑油供給ポンプ。
2. 請求項１に記載の燃料・潤滑油供給ポンプにおいて、
   前記第２ポンプ部側から前記第１ポンプ部側へ燃料が漏洩しないように、前記第２ハウジングと前記第２回転軸との間にカーボンシールが配置されていることを特徴とする、燃料・潤滑油供給ポンプ。

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