JP2004116345A - 流体ポンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を抑制することができる流体ポンプを得る。
【解決手段】ウォータポンプ１０では、モータ２０を収容するモータ室１８から回転軸孔２４を通って突出した回転軸２２がポンプ室３０内でインペラ４２に連結されると共に、モータ室１８とポンプ室３０とを連通する回転軸孔２４が回転軸２２廻りに設けられたオイルシール３６によってシールされている。インペラ４２のオイルシール３６側にはフリンジャ部４８が一体に形成されており、該フリンジャ部４８は、インペラ４２と共に回転すると遠心力によってエンジン冷却水に混入した鋳砂を径方向外側に振り切る。
【選択図】 図１
【解決手段】ウォータポンプ１０では、モータ２０を収容するモータ室１８から回転軸孔２４を通って突出した回転軸２２がポンプ室３０内でインペラ４２に連結されると共に、モータ室１８とポンプ室３０とを連通する回転軸孔２４が回転軸２２廻りに設けられたオイルシール３６によってシールされている。インペラ４２のオイルシール３６側にはフリンジャ部４８が一体に形成されており、該フリンジャ部４８は、インペラ４２と共に回転すると遠心力によってエンジン冷却水に混入した鋳砂を径方向外側に振り切る。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータが作動することにより回転翼が回転して流体を圧送する流体ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体ポンプは、所定の流路に沿って流体を送給するための駆動源として種々の流体送給システムに利用されている。例えば、自動車のエンジン冷却システムでは、エンジン冷却水（ＬＬＣ）を所定の流路に沿って循環させるためにウォータポンプが使用されている。以下、ウォータポンプを例にして、従来の技術を説明する。
【０００３】
エンジンが新しい時などには鋳造部品から鋳砂が発生し、鋳砂はエンジン冷却水に混入して（乗って）ウォータポンプにまで運ばれてくる。したがって、仮にウォータポンプのシールに弾性材料によって構成されたオイルシールを使うと、運ばれてきた鋳砂によってオイルシールが損傷を受けることが予想される。このため、従来のウォータポンプでは、オイルシール構造は採用せずに、キャン構造やマグネットカップリング、メカニカルシール等のシール構造を採用してきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、これらのシール構造は、いずれもコストが高く、ウォータポンプの体格も大きくなってしまうという欠点がある。
【０００５】
そこで、本出願人は、鋳砂によるオイルシールの損傷を抑制または防止することができる流体ポンプを発明し、この流体ポンプについて既に出願している（先行出願１参照）。しかし、この先行出願１に係る発明とは別の構成によって、鋳砂によるオイルシールの損傷を抑制または防止することも考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２５７０７４公報
【先行出願１】
特願２００２−２０４０２
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮して、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を抑制することができる流体ポンプを得ることが目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る流体ポンプは、モータを収容するモータ室から突出した前記モータの回転軸がポンプ室内で回転翼に連結され、前記モータ室とポンプ室との間が前記回転軸廻りに設けられたシール手段によってシールされている流体ポンプであって、前記回転翼における前記シール手段側に、該回転翼と一体に回転し遠心力によって流体への混入異物を径方向外側に振り切る振り切り部を設けている。
【０００９】
請求項１記載の流体ポンプでは、モータ室内に収容されたモータが作動すると、ポンプ室内に収容された回転翼がモータの回転軸と一体に回転する。これにより、ポンプ室内へ流入した流体がポンプ室外へ送給される。
【００１０】
ところで、本発明の流体ポンプを例えば自動車のエンジン冷却システムに使用した場合、従来技術の欄で説明したように、エンジンが新しい時などに鋳砂等の異物がエンジン冷却水に混入して流体ポンプのポンプ室内にまで運ばれてくる。
【００１１】
ここで、ポンプ室内に収容された回転翼におけるシール手段側に該回転翼と一体に回転する振り切り部（フリンジャ）を設け、該振り切り部が回転すると遠心力によって流体への混入異物を径方向外側に振り切るため、回転翼のシール手段側では、該回転翼の回転によって混入異物が流体と共にシール手段よりも径方向外側へ振り切られる。これにより、ポンプ室内では、回転翼の軸線方向シール手段側において、回転軸心近傍に位置するシール手段側への混入異物の移動が阻止され、シール手段によるシール部分への異物の侵入が抑制または防止される。
【００１２】
このように、請求項１記載の流体ポンプでは、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を抑制することができる。これにより、シール手段として、単に弾性材料によって構成されるオイルシールを使用することが可能となり、流体ポンプの低コスト化及び体格の小型化を図ることが可能となる。
【００１３】
請求項２記載の発明に係る流体ポンプは、請求項１記載の流体ポンプにおいて、前記振り切り部を、筒状に形成して前記シール手段設置部位の径方向外側部分を覆うように配置した、ことを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の流体ポンプでは、筒状に形成された振り切り部がシール手段設置部位（シール手段によるシール部分）を径方向外側から覆っているため、換言すれば、振り切り部の内側にシール手段設置部位の少なくとも一部を入り込ませているため、該振り切り部の形状によっても混入異物の径方向内側（シール手段設置部位側）への移動が阻止され、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を効果的に抑制することができる。また、この振り切り部の形状によって、該振り切り部の非回転時における混入異物のシール手段側への移動を抑制することも可能である。
【００１５】
請求項３記載の発明に係る流体ポンプは、請求項２記載の流体ポンプにおいて、前記振り切り部の外形を、軸線方向に沿って前記回転翼から離間するにしたがって連続的に拡径するテーパ状に形成した、ことを特徴としている。
【００１６】
請求項３記載の流体ポンプでは、筒状に形成された振り切り部の外形（外周部）がテーパ状に形成され回転翼から離間するほど径が大きくなっているため、換言すれば、シール手段設置部位の少なくとも一部を入り込ませた振り切り部の回転翼側よりも開口端側が大径であるため、流体及び混入異物はテーパ形状に沿って回転翼から離間するほど振り切り部の軸線から離間するように（径方向外側へ向けて）流れる。さらに、振り切り部は大径側で遠心力が大きくなるため、混入異物は回転翼から離間するほど大きな力で径方向外側に大きく振り切られる。これらにより、シール手段設置部位の少なくとも一部を入り込ませたテーパ筒状の振り切り部内には混入異物が侵入し難く、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を一層効果的に抑制することができる。
【００１７】
また、上記目的を達成するために請求項４記載の発明に係る流体ポンプは、モータを収容するモータ室から突出した前記モータの回転軸がポンプ室内で回転翼に連結され、前記モータ室とポンプ室との間が前記回転軸廻りに設けられたシール手段によってシールされている流体ポンプであって、前記ポンプ室内における前記シール手段設置部位の径方向外側部分に、前記回転翼の一部を対向させてラビリンス部を形成している。
【００１８】
請求項４記載の流体ポンプでは、モータ室内に収容されたモータが作動すると、ポンプ室内に収容された回転翼がモータの回転軸と一体に回転する。これにより、ポンプ室内へ流入した流体がポンプ室外へ送給される。
【００１９】
ところで、本発明の流体ポンプを例えば自動車のエンジン冷却システムに使用した場合、従来技術の欄で説明したように、エンジンが新しい時などに鋳砂等の異物がエンジン冷却水に混入して流体ポンプのポンプ室内にまで運ばれてくる。
【００２０】
ここで、ポンプ室内に収容された回転翼の一部がシール手段設置部位の径方向外側部分と対向してラビリンス部（迷路構造）を形成しているため、該シール手段設置部位への異物の侵入が抑制または防止される。また、回転翼の回転時には、相対回転する回転翼の一部とシール手段設置部位との間のポンプ作用によって流体をラビリンス部から排出する方向の流れが生じ、該流れによって混入異物のラビリンス部への侵入が効果的に抑制または防止される。
【００２１】
このように、請求項４記載の流体ポンプでは、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を抑制することができる。これにより、シール手段として、単に弾性材料によって構成されるオイルシールを使用することが可能となり、流体ポンプの低コスト化及び体格の小型化を図ることが可能となる。
【００２２】
請求項５記載の発明に係る流体ポンプは、請求項４記載の流体ポンプにおいて、前記ラビリンス部を、前記回転翼における軸線方向の前記シール手段側に同軸的に突設された環状壁と、前記モータ室とポンプ室とを仕切る仕切部における前記シール手段設置部位の径方向外側に設けられ前記環状壁が入り込む環状溝とで構成した、ことを特徴としている。
【００２３】
請求項５記載の流体ポンプでは、ラビリンス部が回転翼の環状壁と、仕切部におけるシール手段によるシール部分の径方向外側に設けられ環状壁が入り込む環状溝とで構成されているため、換言すれば、回転翼の一部である環状壁が環状溝の溝壁と径方向の内外両側で対向しているため、該シール手段設置部位への異物の侵入が一層効果的に抑制または防止される。
【００２４】
また、ラビリンス部内外（ラビリンス部よりも内側のシール部分と環状溝よりも外側部分との間）の圧力差が大きくなるため、上記ポンプ作用によるラビリンス部から流体を排出する流れが強くなり、該流れによって混入異物のラビリンス部への侵入が一層効果的に抑制または防止される。
【００２５】
さらに、上記目的を達成するために請求項６記載の発明に係る流体ポンプは、モータを収容するモータ室から突出した前記モータの回転軸がポンプ室内で回転翼に連結され、前記モータ室とポンプ室との間が前記回転軸廻りに設けられたシール手段によってシールされている流体ポンプであって、前記回転翼に前記シール手段設置部位の径方向外側部分を覆う筒状部を一体に設け、該筒状部の内周面に螺旋溝を形成している。
【００２６】
請求項６記載の流体ポンプでは、モータ室内に収容されたモータが作動すると、ポンプ室内に収容された回転翼がモータの回転軸と一体に回転する。これにより、ポンプ室内へ流入した流体がポンプ室外へ送給される。
【００２７】
ところで、本発明の流体ポンプを例えば自動車のエンジン冷却システムに使用した場合、従来技術の欄で説明したように、エンジンが新しい時などに鋳砂等の異物がエンジン冷却水に混入して流体ポンプのポンプ室内にまで運ばれてくる。
【００２８】
ここで、ポンプ室内に収容された回転翼にシール手段側設置部位を覆う筒状部が設けられているため、換言すれば、回転翼の筒状部にシール手段設置部位の少なくとも一部を入り込ませているため、混入異物の径方向内側（シール手段設置部位側）への移動が阻止され、該混入異物がシール手段設置部位へ侵入し難い。
【００２９】
そして、この筒状部の内周面には螺旋溝が形成されているため、該筒状部が回転翼と共に回転すると、ポンプ作用によって、螺旋溝（筒状部の内周面）に沿って筒状部から流体を排出する流れが生じる。この流れによって筒状部内、すなわちシール手段設置部位への混入異物の侵入が効果的に抑制または防止される。したがって、螺旋溝は、筒状部の開口端において開放端を有し、かつ該開放端が回転翼の回転方向と反対側を向いていることが好ましい。
【００３０】
このように、請求項６記載の流体ポンプでは、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を抑制することができる。これにより、シール手段として、単に弾性材料によって構成されるオイルシールを使用することが可能となり、流体ポンプの低コスト化及び体格の小型化を図ることが可能となる。
【００３１】
請求項７記載の発明に係る流体ポンプは、請求項６記載の流体ポンプにおいて、前記筒状部を、回転時の遠心力によって流体への混入異物を径方向外側に振り切る形状とした、ことを特徴としている。
【００３２】
請求項７記載の流体ポンプでは、内周面に螺旋溝が形成された筒状部が、回転時の遠心力によって混入異物を径方向外側へ振り切る形状（フリンジャ）とされているため、該回転翼の回転によって筒状部の内側では上記ポンプ作用で混入異物が排出され、該筒状部材の外側では混入異物が流体と共に径方向外側へ押し出されて振り切られる。これにより、シール手段設置部位への異物の侵入が一層効果的に抑制または防止される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態に係る流体ポンプとしてのウォータポンプ１０について、図１乃至図７に基づいて説明する。なお、ウォータポンプ１０は、自動車のエンジン冷却システムに適用され、アイドリングストップ時（エンジン停止時）の空調維持用に用いられるものである。
【００３４】
図１には、ウォータポンプ１０の一部拡大した断面図が示されている。この図に示される如く、ウォータポンプ１０は、モータ部１２とポンプ部１４とによって構成されている。モータ部１２は、略円筒状のモータハウジング１６を備えている。
【００３５】
モータハウジング１６は、その内部がモータ室１８とされており、該モータ室１８内にモータ２０を固定的に保持した状態で収容している。このモータハウジング１６の軸方向一端部に位置する仕切部としての底部１６Ａには、モータ２０の回転軸（出力軸）２２を挿通させるための回転軸孔２４が設けられている。回転軸２２は、回転軸孔２４に挿通されてモータ室１８外に突出している。
【００３６】
一方、ポンプ部１４は、図示しない部分でモータハウジング１６と接続されたポンプハウジング２６を備えている。ポンプハウジング２６は、略円筒状に形成されており、モータハウジング１６の少なくとも底部１６Ａ側の一部を偏心させた状態で入り込ませて（覆って）いる。これにより、底部１６Ａの回転軸孔２４を貫通した回転軸２２がポンプハウジング２６内に位置している。
【００３７】
また、ポンプハウジング２６は、軸線方向におけるモータ部１２と反対側の端部から回転軸２２と同軸となるように突設された流入部２８を備えている。この流入部２８は、配管等に接続されエンジン冷却水が流入するウォータポンプ１０のインレット（吸い込み部）であり、該ウォータポンプ１０におけるエンジン冷却水流路の最上流部である。
【００３８】
このポンプハウジング２６は、その内部における底部１６Ａと流入部２８との間の部分（回転軸２２が突出している部分を含む部分）がポンプ室３０とされている。また、ポンプハウジング２６内におけるモータハウジング１６の円筒部１６Ｂとの間（底部１６Ａよりも下流側である図１の紙面下側）の空間は、図示しない吐出（ディスチャージ）部に連通する冷却水流路３２とされている。冷却水流路３２は、モータハウジング１６の円筒部１６Ｂの一部を周方向に覆うように連通すると共に、さらに下流おいてポンプハウジング２６とモータハウジング１６との隙間が大きい方の部分を通じて吐出部に連通している。
【００３９】
また、ポンプハウジング２６のポンプ室３０内では、モータハウジング１６の底部１６Ａからシール保持部３４が突設されている。シール保持部３４は、回転軸孔２４よりも大径の筒状に形成された壁体であり、該回転軸孔２４と同軸的に配置されて回転軸２２を挿通させている。このシール保持部３４の内部には、弾性材料（ゴム等）によって構成されたシール手段としてのオイルシール３６が嵌着されている。オイルシール３６は、その外周部がシール保持部３４の内周面に圧接されると共に、その内周部が回転軸２２の外周面に圧接されている。したがって、オイルシール３６は、ポンプ室３０に露出して配置されている。
【００４０】
さらに、ポンプハウジング２６のポンプ室３０内では、モータハウジング１６の底部１６Ａにおけるシール保持部３４の径方向外側から、環状壁３８がシール保持部３４（回転軸孔２４）と同軸的に突設されている。環状壁３８は、その底部１６Ａからの突出高さがシール保持部３４の対応する高さと同等とされ、該シール保持部３４との間に環状溝４０を形成している。すなわち、環状溝４０は、その内周側の溝壁がシール保持部３４とされると共に、その外周側の溝壁が環状壁３８とされており、これらと同軸的に配置されている。
【００４１】
なお、以上説明したシール保持部３４が本発明における「シール手段設置部位」に相当し、シール保持部３４の外周面または環状壁３８が「シール手段設置部位の径方向外側部分」に相当する。
【００４２】
そして、ポンプ室３０内には回転翼としてのインペラ４２が収容されており、このインペラ４２はポンプ室３０内でシール保持部３４（環状壁３８）よりも突出した回転軸２２の先端部２２Ａに接続されている。インペラ４２は、円錐台状（断面視台形状）に形成された基部４２Ａと、該基部４２Ａの窄められた側から略放射状に複数立設された翼部４２Ｂと、基部４２Ａの軸心部を貫通して設けられた軸孔４２Ｃとを備えて構成されている。
【００４３】
軸孔４２Ｃは、回転軸２２における外周部の一部が切り欠かれて軸方向視で略Ｄ字状（回り止め形状）に形成された先端部２２Ａに対応して、軸方向視で略Ｄ字状に形成されている（図３参照）。そして、この軸孔４２Ｃには、基部４２Ａにおける翼部４２Ｂと反対側の端面４２Ｄ側から、回転軸２２の先端部２２Ａが圧入して嵌合している。
【００４４】
これにより、インペラ４２は、モータ２０が作動すると回転軸２２と同軸的かつ一体に回転する構成である。この状態で、基部４２Ａの端面４２Ｄと、シール保持部３４及び環状壁３８の端面との間にはわずかな隙間が形成されている。
【００４５】
また、図２にも示される如く、インペラ４２の端面４２Ｄからは、短円筒状に形成された環状壁４４が同軸的かつ軸線方向に沿って立設されている。環状壁４４は、インペラ４２が回転軸２２に接続された状態で、モータハウジング１６の環状溝４０内に入り込むようになっている。
【００４６】
この状態で環状壁４４は、その外周面が環状溝４０の外側の溝壁である環状壁３８の内周面と対向する共に、その内周面が環状溝４０の内側の溝壁であるシール保持部３４の外周面と対向している。すなわち、環状壁４４は、シール保持部３４及び環状壁３８で構成される環状溝４０と共にラビリンス部４６を形成している。これにより、ポンプ室３０内では、該環状壁３８よりも径方向外側からシール保持部３４内側（オイルシール３６）側へのエンジン冷却水に混入した固形の異物（以下、混入異物という）の侵入が阻止されるようになっている。
【００４７】
また、環状壁４４と環状壁３８との隙間（対向間隔）は、環状壁４４とシール保持部３４との隙間よりも十分に小である隙間Ｇとされている。これにより、インペラ４２の回転時には、隙間Ｇで対向する環状壁４４と環状溝４０との相対回転に基づくポンプ作用によって、図２に示す矢印Ａ方向の流れが生じるようになっている。このため、インペラ４２の回転時には、上記矢印Ａ方向の流れによっても環状壁３８よりも径方向外側からシール保持部３４内側側への混入異物の侵入が阻止されるようになっている。
【００４８】
さらに、インペラ４２の端面４２Ｄにおける外周部からは、振り切り部及び筒状部としてのフリンジャ部４８が一体に設けられている。フリンジャ部４８は、回転時の遠心力によって径方向外側の流れを生じさせて混入異物を径方向外側に振り切るものである。このフリンジャ部４８は、本実施の形態では、基部４２Ａ側からエンジン冷却水の流れ方向下流側（図１及び図２の紙面下側）に向けて内外径共に連続的に拡径されたテーパ円筒状に形成されている。
【００４９】
この筒状のフリンジャ部４８は、その内側にモータハウジング１６の一部を入り込ませて環状壁３８の径方向外側を覆っており、該環状壁３８との間に迷路構造を構成している。これにより、フリンジャ部４８は、回転によって混入異物を振り切るのみならず、非回転時においてもその外側に位置する混入異物の径方向内側（ラビリンス部４６）への移動を阻止する構成である。また、その開口端４８Ａ側（流れ方向下流側）が大径となるテーパ状に形成されたフリンジャ部４８は、非回転時においてもエンジン冷却水をテーパ形状に略沿って下流側で軸心から離間するように流れさせるようになっている。
【００５０】
また、このテーパ形状のフリンジャ部４８は、回転時には開口端４８Ａ側で基部４２Ａ側よりも遠心力が大きくなる構成となっている。このように、フリンジャ部４８は、その回転によって図２に矢印Ｂで示される方向の流れを生じさせ、上記の通り混入異物としての鋳砂Ｓ（後述）を径方向外側に振り切るようになっている。
【００５１】
さらに、図３に底面図にて示される如く、このフリンジャ部４８のすり鉢状に形成された内周面４８Ｂには、螺旋溝５０が形成されている。螺旋溝５０は、内周面４８Ｂにおけるインペラ４２の端面４２Ｄ近傍が基端５０Ａとされると共に、内周面４８Ｂにおけるフリンジャ部４８の開口端４８Ａが終端５０Ｂとされている。
【００５２】
この螺旋溝５０は、基端５０Ａ側ではフリンジャ部４８（インペラ４２）の軸線を向いて開口し、終端５０Ｂ側の開口端４８Ａに沿う部分ではフリンジャ部４８の軸線及びフリンジャ部４８の開口側（流れ方向下流側）にも開口している。そして、螺旋溝５０は、その終端５０Ｂがインペラ４２の回転方向（図３の矢印Ｄ方向）に対し反対側を向くような渦巻形状となっている。
【００５３】
このため、フリンジャ部４８の回転時には、ポンプ作用によって該フリンジャ部４８内への混入異物の侵入が阻止されるようになっている。具体的には、フリンジャ部４８の内周面４８Ｂ近傍における螺旋溝５０設置部位で溝間の部分よりもエンジン冷却水の流速が大きく（圧力が低く）なることに基づいて、螺旋溝５０に沿って基端５０Ａから終端５０Ｂへ向けてエンジン冷却水を排出する流れが生じる構成である。すなわち、フリンジャ部４８の回転によって、該フリンジャ部４８内では、基部４２Ａの端面４２Ｄ側から開口端４８Ａ側へ向けた図２及び図３の矢印Ｃ方向の流れが生じ、この流れによってフリンジャ部４８内への混入異物の侵入を阻止するようになっている。
【００５４】
以上が本実施形態に係るウォータポンプ１０の要部であるが、周辺構成について補足すると、上述したポンプハウジング２６の流入部２８並びに冷却水流路３２と連通した図示しない吐出部は、エンジン冷却水（ＬＬＣ）を循環させるためのエンジン冷却システムの循環経路と接続されている。また、このエンジン冷却システムには、エンジンに直付されたメカニカルポンプが（図示省略）が設けられている。そして、ウォータポンプ１０では、エンジンの作動時（ウォータポンプ１０の停止時）には上記メカニカルポンプの作動によって、流入部２８からエンジン冷却水が流入しポンプ室３０及び冷却水流路３２を通って吐出部から吐出されるようになっている。
【００５５】
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００５６】
上記構成のウォータポンプ１０では、アイドリングストップ時にモータ部１２のモータ２０が作動すると、回転軸２２がその軸線回りに回転し、これに伴ってポンプ部１４のインペラ４２も同一方向へ一体に回転する。これにより、流入部２８からエンジン冷却水が流入し、該エンジン冷却水がポンプ室３０及び冷却水流路３２を通って図示しない吐出部から吐出される。その結果、エンジン冷却システムの循環経路内をエンジン冷却水が循環する。すなわち、エンジン停止時には上記メカニカルポンプによるエンジン冷却水の流れがなくなるため、バッテリー駆動にてウォータポンプ１０を作動してエンジン冷却水を循環し、空調機能を維持する。
【００５７】
ところで、エンジンが新しい時などに、混入異物としての鋳砂Ｓ（図２参照）がエンジン冷却水に混入して（乗って）ウォータポンプ１０のポンプ室３０内にまで運ばれてくることがある。
【００５８】
ここで、ポンプ室３０内に収容されたインペラ４２におけるオイルシール３６側にはフリンジャ部４８を一体に設けたため、ウォータポンプ１０の作動時にはフリンジャ部４８がインペラ４２と一体に回転し、この回転に伴う遠心力により生じる図２の矢印Ｂ方向（径方向外向き）の流れによって鋳砂Ｓがエンジン冷却水と共に径方向外側へ振り切られる。これにより、フリンジャ部４８よりも径方向内側に位置するオイルシール３６への鋳砂Ｓの侵入が抑制または防止される。
【００５９】
特に、フリンジャ部４８が筒状に形成されオイルシール３６を保持したシール保持部３４を内側に入り込ませており、エンジン冷却水はフリンジャ部４８の外周面に略沿って下流側へ流れるため、該フリンジャ部４８の形状によってエンジン冷却水の径方向内側を向く流れが阻止される。
【００６０】
また、このフリンジャ部４８がエンジン冷却水の流れ方向下流側へ向けて外周部の径が広がるようにテーパ状に形成されているため、ポンプ室３０内では、エンジン冷却水がフリンジャ部４８のテーパ面に略沿って下流側（フリンジャ部４８の開口端４８Ａ側）へ向かうほど回転軸線から離間するように流れ、エンジン冷却水よりも比重の大きい鋳砂Ｓは慣性力によって（遠心力を考慮しない場合でも）上記回転軸心から離間しつつ下流側へ移動する。そして、フリンジャ部４８は、その大径である開口端４８Ａ側で遠心力が大きくなるため、そのテーパ形状によって鋳砂Ｓの振り切り力が増大され、鋳砂Ｓは大きく径方向外側へ振り切られオイルシール３６への鋳砂Ｓの侵入が確実に抑制または防止される。
【００６１】
以上により、フリンジャ部４８によって、オイルシール３６への鋳砂Ｓの侵入が効果的に抑制または防止される。
【００６２】
またここで、オイルシール３６を保持するシール保持部３４の径方向外側にラビリンス部４６を設けたため、それぞれラビリンス部４６を構成する環状壁４４が環状溝４０内で回転するとポンプ作用によって図２の矢印Ａ方向の流れを生じ、該流れによって環状壁３８の径方向外側からラビリンス部４６内への鋳砂Ｓの侵入を阻止する。すなわち、仮にフリンジャ部４８内に鋳砂Ｓが侵入しても、上記矢印Ａ方向の流れとラビリンス部４６の迷路構造（堰き止め効果）とによって、鋳砂Ｓがオイルシール３６まで至ることが防止される。
【００６３】
そして、フリンジャ部４８による振り切り作用と、ラビリンス部４６によるポンプ作用とによって、フリンジャ部４８内への鋳砂Ｓの侵入を一層効果的に抑制する相乗的な効果が得られる。具体的には、図４及び図５に数値解析結果を示す如く、ラビリンス部４６では環状壁４４と環状壁３８との間からエンジン冷却水を吐き出す方向（上記矢印Ａ方向）の流れを生じさせ、フリンジャ部４８の外側ではエンジン冷却水の流速が大きく低圧となっているため、ラビリンス部４６から吐き出されたエンジン冷却水がさらにフリンジャ部４８の外側に吐き出される（吸い出される）矢印Ｅ方向の流れが生じる。
【００６４】
このフリンジャ部４８による振り切り作用とラビリンス部４６によるポンプ作用との相乗作用による矢印Ｅ方向の流れが、上記の通りフリンジャ部４８内、すなわちオイルシール３６を保持するシール保持部３４内への鋳砂Ｓの侵入を一層効果的に阻止する。なお、図４及び図５は、螺旋溝５０を考慮せず、フリンジャ部４８が開口端４８Ａ側でモータハウジング１６の端面と対向するようにウォータポンプ１０をモデル化した場合の解析結果である。したがって、ウォータポンプ１０の実機では、エンジン冷却水の流れが上記解析結果とは若干異なるが、その傾向は一致している。
【００６５】
さらにここで、ウォータポンプ１０（実機）では、フリンジャ部４８の内周面４８Ｂに螺旋溝５０を設けたため、該フリンジャ部４８が回転すると螺旋溝５０に沿ってエンジン冷却水をフリンジャ部４８の端面４２Ｄ側から開口端４８Ａ側へ吐き出す矢印Ｃ方向の流れが生じる。この矢印Ｃ方向の流れによって、フリンジャ部４８内への鋳砂Ｓの侵入が阻止される。また、この矢印Ｃ方向の流れが上記矢印Ｅ方向にエンジン冷却水を吐き出させる作用を促進する。これにより、ウォータポンプ１０では、螺旋溝５０を有するフリンジャ部４８によって、オイルシール３６への鋳砂Ｓの侵入がより一層効果的に抑制または防止される。
【００６６】
次に、エンジンの作動時に該エンジンに直付されたメカニカルポンプが作動し、停止している（インペラ４２が回転しない状態の）ウォータポンプ１０にエンジン冷却水が流れ込んだ場合について説明する。この場合も、エンジン冷却水は、流入部２８からポンプ室３０へ流入し、該ポンプ室３０及び冷却水流路３２を通って図示しない吐出部から吐出される。その結果、エンジン冷却システムの循環経路内をエンジン冷却水が循環する（エンジンが冷却される）。
【００６７】
そして、この場合も、エンジンが新しい時などに、混入異物としての鋳砂Ｓがエンジン冷却水に乗ってウォータポンプ１０のポンプ室３０内にまで運ばれてくることがある。
【００６８】
ここで、オイルシール３６を保持するシール保持部３４の径方向外側にラビリンス部４６を設けたため、鋳砂Ｓがラビリンス部４６を構成する環状壁３８や環状壁４４によって堰き止められる。また、このラビリンス部４６を構成する環状壁３８と環状壁４４との隙間Ｇが小さいため、該隙間Ｇでの圧力損失が大きく環状壁４４の内側へのエンジン冷却水の流れが殆ど生じない。これらにより、オイルシール３６には鋳砂Ｓが侵入し難い。
【００６９】
またここで、ラビリンス部４６を構成する環状壁３８よりも径方向外側を筒状のフリンジャ部４８が覆っているため、エンジン冷却水はフリンジャ部４８の外周面に略沿って下流側へ流れ、ラビリンス部４６への鋳砂Ｓの侵入が生じ難い。しかも、フリンジャ部４８の外周部が流れ方向下流側で拡径されたテーパ状に形成されているため、エンジン冷却水はオイルシール３６が配設された軸心部から離間しつつ下流へ流れ、該エンジン冷却水よりも比重の大きい鋳砂Ｓは慣性力によって軸心部から離間しつつ下流へ移動する。これにより、フリンジャ部４８内のラビリンス部４６への鋳砂Ｓの侵入が一層生じ難い。
【００７０】
そして、図６及び図７に数値解析結果を示す如く、フリンジャ部４８の外側ではエンジン冷却水の流速が大きく低圧となっているため、該フリンジャ部４８内におけるラビリンス部４６の外側部分からエンジン冷却水が排出される矢印Ｆ方向の流れが生じる。この矢印Ｆ方向の流れによって、フリンジャ部４８内、すなわちオイルシール３６を保持するシール保持部３４内への鋳砂Ｓの侵入が効果的に阻止される。また、この解析結果らも判るように、ラビリンス部４６よりも内側ではエンジン冷却水の流れが殆ど生じず、外部からオイルシール３６へ向かう流れも生じない。
【００７１】
なお、図６及び図７は、螺旋溝５０を考慮せず、フリンジャ部４８が開口端４８Ａ側でモータハウジング１６の端面と対向するようにウォータポンプ１０をモデル化した場合の解析結果である。したがって、ウォータポンプ１０の実機では、エンジン冷却水の流れが上記解析結果とは若干異なるが、その傾向は一致している。また、インペラ４２（フリンジャ部４８）が回転しない場合には、螺旋溝５０によるポンプ作用はない。
【００７２】
このように、本実施の形態に係るウォータポンプ１０では、モータ室１８とポンプ室３０との間をシールするオイルシール３６に対する鋳砂Ｓの侵入を抑制することができる。これにより、オイルシール３６が鋳砂Ｓによってダメージを受けることがないので、ウォータポンプ１０は、安価かつ小型軽量なオイルシール３６を使用して、低コスト化及び体格の小型化が図られている。
【００７３】
なお、上記の実施の形態では、ウォータポンプ１０がラビリンス部４６、フリンジャ部４８、及び螺旋溝５０をすべて備えた好ましい構成としたが、本発明はこれに限定されず、ウォータポンプ１０はラビリンス部４６、フリンジャ部４８、及び螺旋溝５０のうち何れか１つを備えていれば足りる。
【００７４】
また、ラビリンス部４６、フリンジャ部４８、及び螺旋溝５０は、それぞれ上記実施の形態に示された形状、配置等に限定されることはない。したがって例えば、フリンジャ部４８は、円板状に形成されても良く、ストレートの円筒状に形成されても良く、外周部のみがテーパ形状である筒状に形成されても良い。また例えば、ラビリンス部４６をシール保持部３４及び環状壁４４のみで構成しても（環状溝４０を備えなくても）良い。さらに、螺旋溝５０が形成される筒状部が遠心力によって混入異物を振り切るフリンジャ部４８に限定されることはなく、例えば螺旋溝５０を環状壁４４の内周面に形成してラビリンス部４６内のエンジン冷却水を積極的に排出する構成としても良い。この場合、環状壁４４の内周面を開口端へ向けて連続的に拡径するテーパ状に形成すると効果的である。
【００７５】
さらに、上記の実施の形態では、シール手段としてオイルシール３６を採用した好ましい構成としたが、本発明はこれに限定されず、ウォータポンプ１０が如何なる種類のシール手段を備えて構成されても良いことは言うまでもない。
【００７６】
さらにまた、上記の実施の形態では、モータハウジング１６の底部１６Ａ側の一部（少なくとも一部）がポンプハウジング２６内に入り込んで冷却水流路３２を形成した構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、モータハウジング１６とポンプハウジング２６とが互いに嵌合して底部１６Ａ等によって仕切られている構成としても良い。
【００７７】
また、上記の実施形態では、本発明に係る流体ポンプをエンジン冷却システムのウォータポンプに適用したが、これに限らず、本発明の流体ポンプは種々の用途に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０の概略構成を示す一部切り欠いた断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０の要部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０を構成するインペラを翼部とは反対側から見た底面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０におけるインペラ回転時のエンジン冷却水の流れを解析した結果の概要を示す図である。
【図５】図４の５−５線に沿った断面におけるエンジン冷却水の流れを解析した結果の概要を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０におけるインペラ停止時のエンジン冷却水の流れを解析した結果の概要を示す図である。
【図７】図６の７−７線に沿った断面におけるエンジン冷却水の流れを解析した結果の概要を示す図である。
【符号の説明】
１０…ウォータポンプ（流体ポンプ）、１６Ａ…底部（仕切部）、１８…モータ室、２０…モータ、２２…回転軸、３０…ポンプ室、３６…オイルシール（シール手段）、４０…環状溝、４２…インペラ（回転翼）、４４…環状壁（環状壁部）、４６…ラビリンス部、４８…フリンジャ部（振り切り部、筒状部）、５０…螺旋溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータが作動することにより回転翼が回転して流体を圧送する流体ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体ポンプは、所定の流路に沿って流体を送給するための駆動源として種々の流体送給システムに利用されている。例えば、自動車のエンジン冷却システムでは、エンジン冷却水（ＬＬＣ）を所定の流路に沿って循環させるためにウォータポンプが使用されている。以下、ウォータポンプを例にして、従来の技術を説明する。
【０００３】
エンジンが新しい時などには鋳造部品から鋳砂が発生し、鋳砂はエンジン冷却水に混入して（乗って）ウォータポンプにまで運ばれてくる。したがって、仮にウォータポンプのシールに弾性材料によって構成されたオイルシールを使うと、運ばれてきた鋳砂によってオイルシールが損傷を受けることが予想される。このため、従来のウォータポンプでは、オイルシール構造は採用せずに、キャン構造やマグネットカップリング、メカニカルシール等のシール構造を採用してきた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、これらのシール構造は、いずれもコストが高く、ウォータポンプの体格も大きくなってしまうという欠点がある。
【０００５】
そこで、本出願人は、鋳砂によるオイルシールの損傷を抑制または防止することができる流体ポンプを発明し、この流体ポンプについて既に出願している（先行出願１参照）。しかし、この先行出願１に係る発明とは別の構成によって、鋳砂によるオイルシールの損傷を抑制または防止することも考えられる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２５７０７４公報
【先行出願１】
特願２００２−２０４０２
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮して、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を抑制することができる流体ポンプを得ることが目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る流体ポンプは、モータを収容するモータ室から突出した前記モータの回転軸がポンプ室内で回転翼に連結され、前記モータ室とポンプ室との間が前記回転軸廻りに設けられたシール手段によってシールされている流体ポンプであって、前記回転翼における前記シール手段側に、該回転翼と一体に回転し遠心力によって流体への混入異物を径方向外側に振り切る振り切り部を設けている。
【０００９】
請求項１記載の流体ポンプでは、モータ室内に収容されたモータが作動すると、ポンプ室内に収容された回転翼がモータの回転軸と一体に回転する。これにより、ポンプ室内へ流入した流体がポンプ室外へ送給される。
【００１０】
ところで、本発明の流体ポンプを例えば自動車のエンジン冷却システムに使用した場合、従来技術の欄で説明したように、エンジンが新しい時などに鋳砂等の異物がエンジン冷却水に混入して流体ポンプのポンプ室内にまで運ばれてくる。
【００１１】
ここで、ポンプ室内に収容された回転翼におけるシール手段側に該回転翼と一体に回転する振り切り部（フリンジャ）を設け、該振り切り部が回転すると遠心力によって流体への混入異物を径方向外側に振り切るため、回転翼のシール手段側では、該回転翼の回転によって混入異物が流体と共にシール手段よりも径方向外側へ振り切られる。これにより、ポンプ室内では、回転翼の軸線方向シール手段側において、回転軸心近傍に位置するシール手段側への混入異物の移動が阻止され、シール手段によるシール部分への異物の侵入が抑制または防止される。
【００１２】
このように、請求項１記載の流体ポンプでは、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を抑制することができる。これにより、シール手段として、単に弾性材料によって構成されるオイルシールを使用することが可能となり、流体ポンプの低コスト化及び体格の小型化を図ることが可能となる。
【００１３】
請求項２記載の発明に係る流体ポンプは、請求項１記載の流体ポンプにおいて、前記振り切り部を、筒状に形成して前記シール手段設置部位の径方向外側部分を覆うように配置した、ことを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の流体ポンプでは、筒状に形成された振り切り部がシール手段設置部位（シール手段によるシール部分）を径方向外側から覆っているため、換言すれば、振り切り部の内側にシール手段設置部位の少なくとも一部を入り込ませているため、該振り切り部の形状によっても混入異物の径方向内側（シール手段設置部位側）への移動が阻止され、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を効果的に抑制することができる。また、この振り切り部の形状によって、該振り切り部の非回転時における混入異物のシール手段側への移動を抑制することも可能である。
【００１５】
請求項３記載の発明に係る流体ポンプは、請求項２記載の流体ポンプにおいて、前記振り切り部の外形を、軸線方向に沿って前記回転翼から離間するにしたがって連続的に拡径するテーパ状に形成した、ことを特徴としている。
【００１６】
請求項３記載の流体ポンプでは、筒状に形成された振り切り部の外形（外周部）がテーパ状に形成され回転翼から離間するほど径が大きくなっているため、換言すれば、シール手段設置部位の少なくとも一部を入り込ませた振り切り部の回転翼側よりも開口端側が大径であるため、流体及び混入異物はテーパ形状に沿って回転翼から離間するほど振り切り部の軸線から離間するように（径方向外側へ向けて）流れる。さらに、振り切り部は大径側で遠心力が大きくなるため、混入異物は回転翼から離間するほど大きな力で径方向外側に大きく振り切られる。これらにより、シール手段設置部位の少なくとも一部を入り込ませたテーパ筒状の振り切り部内には混入異物が侵入し難く、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を一層効果的に抑制することができる。
【００１７】
また、上記目的を達成するために請求項４記載の発明に係る流体ポンプは、モータを収容するモータ室から突出した前記モータの回転軸がポンプ室内で回転翼に連結され、前記モータ室とポンプ室との間が前記回転軸廻りに設けられたシール手段によってシールされている流体ポンプであって、前記ポンプ室内における前記シール手段設置部位の径方向外側部分に、前記回転翼の一部を対向させてラビリンス部を形成している。
【００１８】
請求項４記載の流体ポンプでは、モータ室内に収容されたモータが作動すると、ポンプ室内に収容された回転翼がモータの回転軸と一体に回転する。これにより、ポンプ室内へ流入した流体がポンプ室外へ送給される。
【００１９】
ところで、本発明の流体ポンプを例えば自動車のエンジン冷却システムに使用した場合、従来技術の欄で説明したように、エンジンが新しい時などに鋳砂等の異物がエンジン冷却水に混入して流体ポンプのポンプ室内にまで運ばれてくる。
【００２０】
ここで、ポンプ室内に収容された回転翼の一部がシール手段設置部位の径方向外側部分と対向してラビリンス部（迷路構造）を形成しているため、該シール手段設置部位への異物の侵入が抑制または防止される。また、回転翼の回転時には、相対回転する回転翼の一部とシール手段設置部位との間のポンプ作用によって流体をラビリンス部から排出する方向の流れが生じ、該流れによって混入異物のラビリンス部への侵入が効果的に抑制または防止される。
【００２１】
このように、請求項４記載の流体ポンプでは、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を抑制することができる。これにより、シール手段として、単に弾性材料によって構成されるオイルシールを使用することが可能となり、流体ポンプの低コスト化及び体格の小型化を図ることが可能となる。
【００２２】
請求項５記載の発明に係る流体ポンプは、請求項４記載の流体ポンプにおいて、前記ラビリンス部を、前記回転翼における軸線方向の前記シール手段側に同軸的に突設された環状壁と、前記モータ室とポンプ室とを仕切る仕切部における前記シール手段設置部位の径方向外側に設けられ前記環状壁が入り込む環状溝とで構成した、ことを特徴としている。
【００２３】
請求項５記載の流体ポンプでは、ラビリンス部が回転翼の環状壁と、仕切部におけるシール手段によるシール部分の径方向外側に設けられ環状壁が入り込む環状溝とで構成されているため、換言すれば、回転翼の一部である環状壁が環状溝の溝壁と径方向の内外両側で対向しているため、該シール手段設置部位への異物の侵入が一層効果的に抑制または防止される。
【００２４】
また、ラビリンス部内外（ラビリンス部よりも内側のシール部分と環状溝よりも外側部分との間）の圧力差が大きくなるため、上記ポンプ作用によるラビリンス部から流体を排出する流れが強くなり、該流れによって混入異物のラビリンス部への侵入が一層効果的に抑制または防止される。
【００２５】
さらに、上記目的を達成するために請求項６記載の発明に係る流体ポンプは、モータを収容するモータ室から突出した前記モータの回転軸がポンプ室内で回転翼に連結され、前記モータ室とポンプ室との間が前記回転軸廻りに設けられたシール手段によってシールされている流体ポンプであって、前記回転翼に前記シール手段設置部位の径方向外側部分を覆う筒状部を一体に設け、該筒状部の内周面に螺旋溝を形成している。
【００２６】
請求項６記載の流体ポンプでは、モータ室内に収容されたモータが作動すると、ポンプ室内に収容された回転翼がモータの回転軸と一体に回転する。これにより、ポンプ室内へ流入した流体がポンプ室外へ送給される。
【００２７】
ところで、本発明の流体ポンプを例えば自動車のエンジン冷却システムに使用した場合、従来技術の欄で説明したように、エンジンが新しい時などに鋳砂等の異物がエンジン冷却水に混入して流体ポンプのポンプ室内にまで運ばれてくる。
【００２８】
ここで、ポンプ室内に収容された回転翼にシール手段側設置部位を覆う筒状部が設けられているため、換言すれば、回転翼の筒状部にシール手段設置部位の少なくとも一部を入り込ませているため、混入異物の径方向内側（シール手段設置部位側）への移動が阻止され、該混入異物がシール手段設置部位へ侵入し難い。
【００２９】
そして、この筒状部の内周面には螺旋溝が形成されているため、該筒状部が回転翼と共に回転すると、ポンプ作用によって、螺旋溝（筒状部の内周面）に沿って筒状部から流体を排出する流れが生じる。この流れによって筒状部内、すなわちシール手段設置部位への混入異物の侵入が効果的に抑制または防止される。したがって、螺旋溝は、筒状部の開口端において開放端を有し、かつ該開放端が回転翼の回転方向と反対側を向いていることが好ましい。
【００３０】
このように、請求項６記載の流体ポンプでは、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を抑制することができる。これにより、シール手段として、単に弾性材料によって構成されるオイルシールを使用することが可能となり、流体ポンプの低コスト化及び体格の小型化を図ることが可能となる。
【００３１】
請求項７記載の発明に係る流体ポンプは、請求項６記載の流体ポンプにおいて、前記筒状部を、回転時の遠心力によって流体への混入異物を径方向外側に振り切る形状とした、ことを特徴としている。
【００３２】
請求項７記載の流体ポンプでは、内周面に螺旋溝が形成された筒状部が、回転時の遠心力によって混入異物を径方向外側へ振り切る形状（フリンジャ）とされているため、該回転翼の回転によって筒状部の内側では上記ポンプ作用で混入異物が排出され、該筒状部材の外側では混入異物が流体と共に径方向外側へ押し出されて振り切られる。これにより、シール手段設置部位への異物の侵入が一層効果的に抑制または防止される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態に係る流体ポンプとしてのウォータポンプ１０について、図１乃至図７に基づいて説明する。なお、ウォータポンプ１０は、自動車のエンジン冷却システムに適用され、アイドリングストップ時（エンジン停止時）の空調維持用に用いられるものである。
【００３４】
図１には、ウォータポンプ１０の一部拡大した断面図が示されている。この図に示される如く、ウォータポンプ１０は、モータ部１２とポンプ部１４とによって構成されている。モータ部１２は、略円筒状のモータハウジング１６を備えている。
【００３５】
モータハウジング１６は、その内部がモータ室１８とされており、該モータ室１８内にモータ２０を固定的に保持した状態で収容している。このモータハウジング１６の軸方向一端部に位置する仕切部としての底部１６Ａには、モータ２０の回転軸（出力軸）２２を挿通させるための回転軸孔２４が設けられている。回転軸２２は、回転軸孔２４に挿通されてモータ室１８外に突出している。
【００３６】
一方、ポンプ部１４は、図示しない部分でモータハウジング１６と接続されたポンプハウジング２６を備えている。ポンプハウジング２６は、略円筒状に形成されており、モータハウジング１６の少なくとも底部１６Ａ側の一部を偏心させた状態で入り込ませて（覆って）いる。これにより、底部１６Ａの回転軸孔２４を貫通した回転軸２２がポンプハウジング２６内に位置している。
【００３７】
また、ポンプハウジング２６は、軸線方向におけるモータ部１２と反対側の端部から回転軸２２と同軸となるように突設された流入部２８を備えている。この流入部２８は、配管等に接続されエンジン冷却水が流入するウォータポンプ１０のインレット（吸い込み部）であり、該ウォータポンプ１０におけるエンジン冷却水流路の最上流部である。
【００３８】
このポンプハウジング２６は、その内部における底部１６Ａと流入部２８との間の部分（回転軸２２が突出している部分を含む部分）がポンプ室３０とされている。また、ポンプハウジング２６内におけるモータハウジング１６の円筒部１６Ｂとの間（底部１６Ａよりも下流側である図１の紙面下側）の空間は、図示しない吐出（ディスチャージ）部に連通する冷却水流路３２とされている。冷却水流路３２は、モータハウジング１６の円筒部１６Ｂの一部を周方向に覆うように連通すると共に、さらに下流おいてポンプハウジング２６とモータハウジング１６との隙間が大きい方の部分を通じて吐出部に連通している。
【００３９】
また、ポンプハウジング２６のポンプ室３０内では、モータハウジング１６の底部１６Ａからシール保持部３４が突設されている。シール保持部３４は、回転軸孔２４よりも大径の筒状に形成された壁体であり、該回転軸孔２４と同軸的に配置されて回転軸２２を挿通させている。このシール保持部３４の内部には、弾性材料（ゴム等）によって構成されたシール手段としてのオイルシール３６が嵌着されている。オイルシール３６は、その外周部がシール保持部３４の内周面に圧接されると共に、その内周部が回転軸２２の外周面に圧接されている。したがって、オイルシール３６は、ポンプ室３０に露出して配置されている。
【００４０】
さらに、ポンプハウジング２６のポンプ室３０内では、モータハウジング１６の底部１６Ａにおけるシール保持部３４の径方向外側から、環状壁３８がシール保持部３４（回転軸孔２４）と同軸的に突設されている。環状壁３８は、その底部１６Ａからの突出高さがシール保持部３４の対応する高さと同等とされ、該シール保持部３４との間に環状溝４０を形成している。すなわち、環状溝４０は、その内周側の溝壁がシール保持部３４とされると共に、その外周側の溝壁が環状壁３８とされており、これらと同軸的に配置されている。
【００４１】
なお、以上説明したシール保持部３４が本発明における「シール手段設置部位」に相当し、シール保持部３４の外周面または環状壁３８が「シール手段設置部位の径方向外側部分」に相当する。
【００４２】
そして、ポンプ室３０内には回転翼としてのインペラ４２が収容されており、このインペラ４２はポンプ室３０内でシール保持部３４（環状壁３８）よりも突出した回転軸２２の先端部２２Ａに接続されている。インペラ４２は、円錐台状（断面視台形状）に形成された基部４２Ａと、該基部４２Ａの窄められた側から略放射状に複数立設された翼部４２Ｂと、基部４２Ａの軸心部を貫通して設けられた軸孔４２Ｃとを備えて構成されている。
【００４３】
軸孔４２Ｃは、回転軸２２における外周部の一部が切り欠かれて軸方向視で略Ｄ字状（回り止め形状）に形成された先端部２２Ａに対応して、軸方向視で略Ｄ字状に形成されている（図３参照）。そして、この軸孔４２Ｃには、基部４２Ａにおける翼部４２Ｂと反対側の端面４２Ｄ側から、回転軸２２の先端部２２Ａが圧入して嵌合している。
【００４４】
これにより、インペラ４２は、モータ２０が作動すると回転軸２２と同軸的かつ一体に回転する構成である。この状態で、基部４２Ａの端面４２Ｄと、シール保持部３４及び環状壁３８の端面との間にはわずかな隙間が形成されている。
【００４５】
また、図２にも示される如く、インペラ４２の端面４２Ｄからは、短円筒状に形成された環状壁４４が同軸的かつ軸線方向に沿って立設されている。環状壁４４は、インペラ４２が回転軸２２に接続された状態で、モータハウジング１６の環状溝４０内に入り込むようになっている。
【００４６】
この状態で環状壁４４は、その外周面が環状溝４０の外側の溝壁である環状壁３８の内周面と対向する共に、その内周面が環状溝４０の内側の溝壁であるシール保持部３４の外周面と対向している。すなわち、環状壁４４は、シール保持部３４及び環状壁３８で構成される環状溝４０と共にラビリンス部４６を形成している。これにより、ポンプ室３０内では、該環状壁３８よりも径方向外側からシール保持部３４内側（オイルシール３６）側へのエンジン冷却水に混入した固形の異物（以下、混入異物という）の侵入が阻止されるようになっている。
【００４７】
また、環状壁４４と環状壁３８との隙間（対向間隔）は、環状壁４４とシール保持部３４との隙間よりも十分に小である隙間Ｇとされている。これにより、インペラ４２の回転時には、隙間Ｇで対向する環状壁４４と環状溝４０との相対回転に基づくポンプ作用によって、図２に示す矢印Ａ方向の流れが生じるようになっている。このため、インペラ４２の回転時には、上記矢印Ａ方向の流れによっても環状壁３８よりも径方向外側からシール保持部３４内側側への混入異物の侵入が阻止されるようになっている。
【００４８】
さらに、インペラ４２の端面４２Ｄにおける外周部からは、振り切り部及び筒状部としてのフリンジャ部４８が一体に設けられている。フリンジャ部４８は、回転時の遠心力によって径方向外側の流れを生じさせて混入異物を径方向外側に振り切るものである。このフリンジャ部４８は、本実施の形態では、基部４２Ａ側からエンジン冷却水の流れ方向下流側（図１及び図２の紙面下側）に向けて内外径共に連続的に拡径されたテーパ円筒状に形成されている。
【００４９】
この筒状のフリンジャ部４８は、その内側にモータハウジング１６の一部を入り込ませて環状壁３８の径方向外側を覆っており、該環状壁３８との間に迷路構造を構成している。これにより、フリンジャ部４８は、回転によって混入異物を振り切るのみならず、非回転時においてもその外側に位置する混入異物の径方向内側（ラビリンス部４６）への移動を阻止する構成である。また、その開口端４８Ａ側（流れ方向下流側）が大径となるテーパ状に形成されたフリンジャ部４８は、非回転時においてもエンジン冷却水をテーパ形状に略沿って下流側で軸心から離間するように流れさせるようになっている。
【００５０】
また、このテーパ形状のフリンジャ部４８は、回転時には開口端４８Ａ側で基部４２Ａ側よりも遠心力が大きくなる構成となっている。このように、フリンジャ部４８は、その回転によって図２に矢印Ｂで示される方向の流れを生じさせ、上記の通り混入異物としての鋳砂Ｓ（後述）を径方向外側に振り切るようになっている。
【００５１】
さらに、図３に底面図にて示される如く、このフリンジャ部４８のすり鉢状に形成された内周面４８Ｂには、螺旋溝５０が形成されている。螺旋溝５０は、内周面４８Ｂにおけるインペラ４２の端面４２Ｄ近傍が基端５０Ａとされると共に、内周面４８Ｂにおけるフリンジャ部４８の開口端４８Ａが終端５０Ｂとされている。
【００５２】
この螺旋溝５０は、基端５０Ａ側ではフリンジャ部４８（インペラ４２）の軸線を向いて開口し、終端５０Ｂ側の開口端４８Ａに沿う部分ではフリンジャ部４８の軸線及びフリンジャ部４８の開口側（流れ方向下流側）にも開口している。そして、螺旋溝５０は、その終端５０Ｂがインペラ４２の回転方向（図３の矢印Ｄ方向）に対し反対側を向くような渦巻形状となっている。
【００５３】
このため、フリンジャ部４８の回転時には、ポンプ作用によって該フリンジャ部４８内への混入異物の侵入が阻止されるようになっている。具体的には、フリンジャ部４８の内周面４８Ｂ近傍における螺旋溝５０設置部位で溝間の部分よりもエンジン冷却水の流速が大きく（圧力が低く）なることに基づいて、螺旋溝５０に沿って基端５０Ａから終端５０Ｂへ向けてエンジン冷却水を排出する流れが生じる構成である。すなわち、フリンジャ部４８の回転によって、該フリンジャ部４８内では、基部４２Ａの端面４２Ｄ側から開口端４８Ａ側へ向けた図２及び図３の矢印Ｃ方向の流れが生じ、この流れによってフリンジャ部４８内への混入異物の侵入を阻止するようになっている。
【００５４】
以上が本実施形態に係るウォータポンプ１０の要部であるが、周辺構成について補足すると、上述したポンプハウジング２６の流入部２８並びに冷却水流路３２と連通した図示しない吐出部は、エンジン冷却水（ＬＬＣ）を循環させるためのエンジン冷却システムの循環経路と接続されている。また、このエンジン冷却システムには、エンジンに直付されたメカニカルポンプが（図示省略）が設けられている。そして、ウォータポンプ１０では、エンジンの作動時（ウォータポンプ１０の停止時）には上記メカニカルポンプの作動によって、流入部２８からエンジン冷却水が流入しポンプ室３０及び冷却水流路３２を通って吐出部から吐出されるようになっている。
【００５５】
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００５６】
上記構成のウォータポンプ１０では、アイドリングストップ時にモータ部１２のモータ２０が作動すると、回転軸２２がその軸線回りに回転し、これに伴ってポンプ部１４のインペラ４２も同一方向へ一体に回転する。これにより、流入部２８からエンジン冷却水が流入し、該エンジン冷却水がポンプ室３０及び冷却水流路３２を通って図示しない吐出部から吐出される。その結果、エンジン冷却システムの循環経路内をエンジン冷却水が循環する。すなわち、エンジン停止時には上記メカニカルポンプによるエンジン冷却水の流れがなくなるため、バッテリー駆動にてウォータポンプ１０を作動してエンジン冷却水を循環し、空調機能を維持する。
【００５７】
ところで、エンジンが新しい時などに、混入異物としての鋳砂Ｓ（図２参照）がエンジン冷却水に混入して（乗って）ウォータポンプ１０のポンプ室３０内にまで運ばれてくることがある。
【００５８】
ここで、ポンプ室３０内に収容されたインペラ４２におけるオイルシール３６側にはフリンジャ部４８を一体に設けたため、ウォータポンプ１０の作動時にはフリンジャ部４８がインペラ４２と一体に回転し、この回転に伴う遠心力により生じる図２の矢印Ｂ方向（径方向外向き）の流れによって鋳砂Ｓがエンジン冷却水と共に径方向外側へ振り切られる。これにより、フリンジャ部４８よりも径方向内側に位置するオイルシール３６への鋳砂Ｓの侵入が抑制または防止される。
【００５９】
特に、フリンジャ部４８が筒状に形成されオイルシール３６を保持したシール保持部３４を内側に入り込ませており、エンジン冷却水はフリンジャ部４８の外周面に略沿って下流側へ流れるため、該フリンジャ部４８の形状によってエンジン冷却水の径方向内側を向く流れが阻止される。
【００６０】
また、このフリンジャ部４８がエンジン冷却水の流れ方向下流側へ向けて外周部の径が広がるようにテーパ状に形成されているため、ポンプ室３０内では、エンジン冷却水がフリンジャ部４８のテーパ面に略沿って下流側（フリンジャ部４８の開口端４８Ａ側）へ向かうほど回転軸線から離間するように流れ、エンジン冷却水よりも比重の大きい鋳砂Ｓは慣性力によって（遠心力を考慮しない場合でも）上記回転軸心から離間しつつ下流側へ移動する。そして、フリンジャ部４８は、その大径である開口端４８Ａ側で遠心力が大きくなるため、そのテーパ形状によって鋳砂Ｓの振り切り力が増大され、鋳砂Ｓは大きく径方向外側へ振り切られオイルシール３６への鋳砂Ｓの侵入が確実に抑制または防止される。
【００６１】
以上により、フリンジャ部４８によって、オイルシール３６への鋳砂Ｓの侵入が効果的に抑制または防止される。
【００６２】
またここで、オイルシール３６を保持するシール保持部３４の径方向外側にラビリンス部４６を設けたため、それぞれラビリンス部４６を構成する環状壁４４が環状溝４０内で回転するとポンプ作用によって図２の矢印Ａ方向の流れを生じ、該流れによって環状壁３８の径方向外側からラビリンス部４６内への鋳砂Ｓの侵入を阻止する。すなわち、仮にフリンジャ部４８内に鋳砂Ｓが侵入しても、上記矢印Ａ方向の流れとラビリンス部４６の迷路構造（堰き止め効果）とによって、鋳砂Ｓがオイルシール３６まで至ることが防止される。
【００６３】
そして、フリンジャ部４８による振り切り作用と、ラビリンス部４６によるポンプ作用とによって、フリンジャ部４８内への鋳砂Ｓの侵入を一層効果的に抑制する相乗的な効果が得られる。具体的には、図４及び図５に数値解析結果を示す如く、ラビリンス部４６では環状壁４４と環状壁３８との間からエンジン冷却水を吐き出す方向（上記矢印Ａ方向）の流れを生じさせ、フリンジャ部４８の外側ではエンジン冷却水の流速が大きく低圧となっているため、ラビリンス部４６から吐き出されたエンジン冷却水がさらにフリンジャ部４８の外側に吐き出される（吸い出される）矢印Ｅ方向の流れが生じる。
【００６４】
このフリンジャ部４８による振り切り作用とラビリンス部４６によるポンプ作用との相乗作用による矢印Ｅ方向の流れが、上記の通りフリンジャ部４８内、すなわちオイルシール３６を保持するシール保持部３４内への鋳砂Ｓの侵入を一層効果的に阻止する。なお、図４及び図５は、螺旋溝５０を考慮せず、フリンジャ部４８が開口端４８Ａ側でモータハウジング１６の端面と対向するようにウォータポンプ１０をモデル化した場合の解析結果である。したがって、ウォータポンプ１０の実機では、エンジン冷却水の流れが上記解析結果とは若干異なるが、その傾向は一致している。
【００６５】
さらにここで、ウォータポンプ１０（実機）では、フリンジャ部４８の内周面４８Ｂに螺旋溝５０を設けたため、該フリンジャ部４８が回転すると螺旋溝５０に沿ってエンジン冷却水をフリンジャ部４８の端面４２Ｄ側から開口端４８Ａ側へ吐き出す矢印Ｃ方向の流れが生じる。この矢印Ｃ方向の流れによって、フリンジャ部４８内への鋳砂Ｓの侵入が阻止される。また、この矢印Ｃ方向の流れが上記矢印Ｅ方向にエンジン冷却水を吐き出させる作用を促進する。これにより、ウォータポンプ１０では、螺旋溝５０を有するフリンジャ部４８によって、オイルシール３６への鋳砂Ｓの侵入がより一層効果的に抑制または防止される。
【００６６】
次に、エンジンの作動時に該エンジンに直付されたメカニカルポンプが作動し、停止している（インペラ４２が回転しない状態の）ウォータポンプ１０にエンジン冷却水が流れ込んだ場合について説明する。この場合も、エンジン冷却水は、流入部２８からポンプ室３０へ流入し、該ポンプ室３０及び冷却水流路３２を通って図示しない吐出部から吐出される。その結果、エンジン冷却システムの循環経路内をエンジン冷却水が循環する（エンジンが冷却される）。
【００６７】
そして、この場合も、エンジンが新しい時などに、混入異物としての鋳砂Ｓがエンジン冷却水に乗ってウォータポンプ１０のポンプ室３０内にまで運ばれてくることがある。
【００６８】
ここで、オイルシール３６を保持するシール保持部３４の径方向外側にラビリンス部４６を設けたため、鋳砂Ｓがラビリンス部４６を構成する環状壁３８や環状壁４４によって堰き止められる。また、このラビリンス部４６を構成する環状壁３８と環状壁４４との隙間Ｇが小さいため、該隙間Ｇでの圧力損失が大きく環状壁４４の内側へのエンジン冷却水の流れが殆ど生じない。これらにより、オイルシール３６には鋳砂Ｓが侵入し難い。
【００６９】
またここで、ラビリンス部４６を構成する環状壁３８よりも径方向外側を筒状のフリンジャ部４８が覆っているため、エンジン冷却水はフリンジャ部４８の外周面に略沿って下流側へ流れ、ラビリンス部４６への鋳砂Ｓの侵入が生じ難い。しかも、フリンジャ部４８の外周部が流れ方向下流側で拡径されたテーパ状に形成されているため、エンジン冷却水はオイルシール３６が配設された軸心部から離間しつつ下流へ流れ、該エンジン冷却水よりも比重の大きい鋳砂Ｓは慣性力によって軸心部から離間しつつ下流へ移動する。これにより、フリンジャ部４８内のラビリンス部４６への鋳砂Ｓの侵入が一層生じ難い。
【００７０】
そして、図６及び図７に数値解析結果を示す如く、フリンジャ部４８の外側ではエンジン冷却水の流速が大きく低圧となっているため、該フリンジャ部４８内におけるラビリンス部４６の外側部分からエンジン冷却水が排出される矢印Ｆ方向の流れが生じる。この矢印Ｆ方向の流れによって、フリンジャ部４８内、すなわちオイルシール３６を保持するシール保持部３４内への鋳砂Ｓの侵入が効果的に阻止される。また、この解析結果らも判るように、ラビリンス部４６よりも内側ではエンジン冷却水の流れが殆ど生じず、外部からオイルシール３６へ向かう流れも生じない。
【００７１】
なお、図６及び図７は、螺旋溝５０を考慮せず、フリンジャ部４８が開口端４８Ａ側でモータハウジング１６の端面と対向するようにウォータポンプ１０をモデル化した場合の解析結果である。したがって、ウォータポンプ１０の実機では、エンジン冷却水の流れが上記解析結果とは若干異なるが、その傾向は一致している。また、インペラ４２（フリンジャ部４８）が回転しない場合には、螺旋溝５０によるポンプ作用はない。
【００７２】
このように、本実施の形態に係るウォータポンプ１０では、モータ室１８とポンプ室３０との間をシールするオイルシール３６に対する鋳砂Ｓの侵入を抑制することができる。これにより、オイルシール３６が鋳砂Ｓによってダメージを受けることがないので、ウォータポンプ１０は、安価かつ小型軽量なオイルシール３６を使用して、低コスト化及び体格の小型化が図られている。
【００７３】
なお、上記の実施の形態では、ウォータポンプ１０がラビリンス部４６、フリンジャ部４８、及び螺旋溝５０をすべて備えた好ましい構成としたが、本発明はこれに限定されず、ウォータポンプ１０はラビリンス部４６、フリンジャ部４８、及び螺旋溝５０のうち何れか１つを備えていれば足りる。
【００７４】
また、ラビリンス部４６、フリンジャ部４８、及び螺旋溝５０は、それぞれ上記実施の形態に示された形状、配置等に限定されることはない。したがって例えば、フリンジャ部４８は、円板状に形成されても良く、ストレートの円筒状に形成されても良く、外周部のみがテーパ形状である筒状に形成されても良い。また例えば、ラビリンス部４６をシール保持部３４及び環状壁４４のみで構成しても（環状溝４０を備えなくても）良い。さらに、螺旋溝５０が形成される筒状部が遠心力によって混入異物を振り切るフリンジャ部４８に限定されることはなく、例えば螺旋溝５０を環状壁４４の内周面に形成してラビリンス部４６内のエンジン冷却水を積極的に排出する構成としても良い。この場合、環状壁４４の内周面を開口端へ向けて連続的に拡径するテーパ状に形成すると効果的である。
【００７５】
さらに、上記の実施の形態では、シール手段としてオイルシール３６を採用した好ましい構成としたが、本発明はこれに限定されず、ウォータポンプ１０が如何なる種類のシール手段を備えて構成されても良いことは言うまでもない。
【００７６】
さらにまた、上記の実施の形態では、モータハウジング１６の底部１６Ａ側の一部（少なくとも一部）がポンプハウジング２６内に入り込んで冷却水流路３２を形成した構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、モータハウジング１６とポンプハウジング２６とが互いに嵌合して底部１６Ａ等によって仕切られている構成としても良い。
【００７７】
また、上記の実施形態では、本発明に係る流体ポンプをエンジン冷却システムのウォータポンプに適用したが、これに限らず、本発明の流体ポンプは種々の用途に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０の概略構成を示す一部切り欠いた断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０の要部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０を構成するインペラを翼部とは反対側から見た底面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０におけるインペラ回転時のエンジン冷却水の流れを解析した結果の概要を示す図である。
【図５】図４の５−５線に沿った断面におけるエンジン冷却水の流れを解析した結果の概要を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０におけるインペラ停止時のエンジン冷却水の流れを解析した結果の概要を示す図である。
【図７】図６の７−７線に沿った断面におけるエンジン冷却水の流れを解析した結果の概要を示す図である。
【符号の説明】
１０…ウォータポンプ（流体ポンプ）、１６Ａ…底部（仕切部）、１８…モータ室、２０…モータ、２２…回転軸、３０…ポンプ室、３６…オイルシール（シール手段）、４０…環状溝、４２…インペラ（回転翼）、４４…環状壁（環状壁部）、４６…ラビリンス部、４８…フリンジャ部（振り切り部、筒状部）、５０…螺旋溝
Claims (7)
- モータを収容するモータ室から突出した前記モータの回転軸がポンプ室内で回転翼に連結され、前記モータ室とポンプ室との間が前記回転軸廻りに設けられたシール手段によってシールされている流体ポンプであって、
前記回転翼における前記シール手段側に、該回転翼と一体に回転し遠心力によって流体への混入異物を径方向外側に振り切る振り切り部を設けた流体ポンプ。 - 前記振り切り部を、筒状に形成して前記シール手段設置部位の径方向外側部分を覆うように配置した、ことを特徴とする請求項１記載の流体ポンプ。
- 前記振り切り部の外形を、軸線方向に沿って前記回転翼から離間するにしたがって連続的に拡径するテーパ状に形成した、請求項２記載の流体ポンプ。
- モータを収容するモータ室から突出した前記モータの回転軸がポンプ室内で回転翼に連結され、前記モータ室とポンプ室との間が前記回転軸廻りに設けられたシール手段によってシールされている流体ポンプであって、
前記ポンプ室内における前記シール手段設置部位の径方向外側部分に、前記回転翼の一部を対向させてラビリンス部を形成した流体ポンプ。 - 前記ラビリンス部を、前記回転翼における軸線方向の前記シール手段側に同軸的に突設された環状壁と、前記モータ室とポンプ室とを仕切る仕切部における前記シール手段設置部位の径方向外側に設けられ前記環状壁が入り込む環状溝とで構成した、ことを特徴とする請求項４記載の流体ポンプ。
- モータを収容するモータ室から突出した前記モータの回転軸がポンプ室内で回転翼に連結され、前記モータ室とポンプ室との間が前記回転軸廻りに設けられたシール手段によってシールされている流体ポンプであって、
前記回転翼に前記シール手段設置部位の径方向外側部分を覆う筒状部を一体に設け、該筒状部の内周面に螺旋溝を形成した流体ポンプ。 - 前記筒状部を、回転時の遠心力によって流体への混入異物を径方向外側に振り切る形状とした、請求項６記載の流体ポンプ。
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