JP2005220776A - 流体ポンプ - Google Patents

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が設置されたモータ室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３８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。回転軸２２におけるインペラ３８とオイルシール３６との間には螺旋溝が形成されており、螺旋溝４２は、回転軸２２の回転に伴ってオイルシール３６側からインペラ３８側への流れを生じさせるようになっている。
【選択図】 図１

Description

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。

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。

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、特許文献２参照）。

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。また、特許文献２記載の構成では、羽根車の端面とケーシングの内面に設けた螺旋溝との間で動圧軸受を構成し、軸受構造の簡素化によってポンプを小型化するようになっている。しかしながら、本構成は、マグネットカップリング構造の採用を前提としており、オイルシール構造の採用を可能とするものではない。

そこで、本出願人らによって、鋳砂によるシール部の損傷を抑制または防止することができる流体ポンプが考えられている（例えば、特許文献３参照）。この流体ポンプでは、回転翼の底面との間に径方向外側に開放する隙間を形成する板状の振切り部を設け、この振切り部を回転翼と一体に回転させることで鋳砂を径方向外側に振り切るようになっている。これにより、シール部側へ鋳砂が侵入することが防止されるので、シール部に安価なオイルシールを用いることが可能となる。

しかしながら、この特許文献３に記載された構成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。
特開２００２−２５７０７４号公報 特開２００２−１３８９９０号公報 特願２００３−２２２０９９号公報

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。

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、前記回転軸における前記シール手段と回転翼との間に、該回転軸の回転に伴って前記シール部側から前記回転翼側に向かう流れを生じさせる螺旋溝を形成している。

請求項１記載の流体ポンプでは、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。

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、背景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。

ここで、モータの回転軸におけるシール手段と回転翼との間に形成された螺旋溝が回転軸の回転に伴って回転することで、シール手段側から回転翼側に向かう流体の流れが生じるため、この流れによって混入異物がシール手段側に侵入することが防止される。

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。

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、前記モータ室と前記ポンプ室との間で前記シール手段を保持する保持部に同軸的に設けられ、該シール手段よりも前記回転翼側に位置する環状部を備え、前記螺旋溝を、一部が前記環状部の内側に位置するように形成した、ことを特徴としている。

請求項２記載の流体ポンプでは、モータ室とポンプ室とを仕切る部分に設けられた保持部に保持部にシール手段が保持されており、保持部に同軸的に設けられた環状部がシール手段よりも回転翼側（ポンプ室内側）に位置している。そして、螺旋溝は、その一部を環状部の内側に入り込ませてシール手段の近傍に位置している。これにより、螺旋溝が回転すると環状部内から流体が排出される流れがシール手段の近傍で生じ、混入異物がシール手段側に侵入することが効果的に防止される。

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、前記環状部の内径を前記保持部の内径よりも小とした、ことを特徴としている。

請求項３記載の流体ポンプでは、環状部の内径が保持部の内径（すなわちシール手段の外径）よりも小であるため、環状部がシール手段（の少なくとも一部）を覆うようにポンプ室と保持部との間に位置するしきい部となる。このため、上記した環状部内から流体を排出する方向の流れが生じることに伴って生じる回転翼側とシール手段側との圧力差が大きくなる。これにより、シール手段に作用する圧力が低減され、ポンプ室からモータ室へ流体の漏れ難い構造となる。また、環状部内から流体を排出する流れが強くなるため、混入異物がシール手段側に侵入することが一層効果的に防止される。

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３に基づいて説明する。

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。

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隔壁部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。この回転軸２２には螺旋溝４２が形成されているが、これについては後述する。

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と固定的に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の少なくとも隔壁部１６Ａ側の一部を入り込ませて（覆って）いる。これにより、隔壁部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。

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のサクション（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。本実施の形態では、流入部２８はポンプハウジング２６の軸心に対しオフセットして配置されている。

このポンプハウジング２６は、その内部における隔壁部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（隔壁部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）部に連通する流路３２とされている。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。

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の隔壁部１６Ａから保持部としてのシール保持部３４が突設されている。シール保持部３４は、内径が回転軸孔２４の内径よりも大である筒状に形成されており、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、シール手段としてのオイルシール３６が配設されている。

オイルシール３６は、弾性材料（ゴム等）によって構成されており、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。この状態で、オイルシール３６は、シール保持部３４の底部を構成する隔壁部１６Ａにおける回転軸孔２４廻りの部分であるシール座３４Ａによって、軸線方向の脱落が阻止されている。

また、シール保持部３４のポンプ室３０側の端部には、環状部としてのしきい部４０が径方向内側に張り出して設けられている。しきい部４０は、その軸心部に回転軸２２を挿通させる環状に形成されており、その内径がオイルシール３６の外径（シール保持部３４の内径）よりも十分に小さい。したがって、しきい部４０は、ポンプ室３０側からオイルシール３６に接触しつつ該オイルシール３６を覆うように位置し、ポンプ室３０とシール保持部３４内とを仕切っている。このしきい部４０は、例えばシール座３４Ａを別体とする等してシール保持部３４に一体に設けられても良く、また例えばシール保持部３４に円環状の別部材を取り付けて構成されても良い。

そして、ポンプ室３０内には回転翼としてのインペラ３８が収容されており、このインペラ３８はポンプ室３０内でシール保持部３４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３８は、軸心部３８Ａと、該軸心部３８Ａの基端側に一体に形成された円板状の底部３８Ｂと、軸心部３８Ａ及び底部３８Ｂの双方に跨って形成されかつ放射状に配置された複数枚の翼部３８Ｃと、を備えている。

インペラ３８の軸心部３８Ａには軸嵌合孔３８Ｄが形成されている。軸嵌合孔３８Ｄ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非円形状である略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。この軸嵌合孔３８Ｄには、底部３８Ｂ側から回転軸２２の先端部２２Ａが圧入されて嵌合している。

これにより、インペラ３８は、回転軸２２に接続（連結）されており、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。インペラ３８の翼部３８Ｃは、回転軸２２と共に所定方向に回転することで、流入部２８から流体を吸い込み、該流体を吐出部から吐出するように形成されている。この回転軸２２に接続されたインペラ３８の底部３８Ｂと上記しきい部４０との間には、隙間Ｇが形成されている。

そして、ウォータポンプ１０では、回転軸２２におけるオイルシール３６の圧接部位とインペラ３８（に嵌合する先端部２２Ａ）との間に、螺旋溝４２が設けられている。図２に示される如く、螺旋溝４２は、回転軸２２におけるオイルシール３６の圧接部位の近傍を基端４２Ａとし、しきい部４０と底部３８Ｂとの略中間部を終端４２Ｂとして、回転軸２２の外周面に開口するように形成されている。すなわち、螺旋溝４２は、その一部がしきい部４０の内側に位置している。本実施の形態では、螺旋溝４２の深さは各部において略一定とされている。

この螺旋溝４２は、回転軸２２が上記所定の方向に回転することで、オイルシール３６側からインペラ３８側への流体の流れを生じさせるようになっている。具体的には、径方向外向きに開口する螺旋溝４２内では、回転に伴って溝間の部分よりも流体の流速が小さくなることに基づいて、螺旋溝４２（の溝間）に沿って基端４２Ａから終端４２Ｂへ向けた流れが生じる構成である。

これにより、回転軸２２が所定の方向に回転することで、巨視的には、隙間Ｇに、図２に矢印Ａにて示す方向の流れが生じるようになっている。また、螺旋溝４２を有する回転軸２２の所定方向への回転によって、すなわち、上記螺旋溝４２に沿った基端４２Ａから終端４２Ｂへ向かう流れによって、図３に示される如く、インペラ３８側よりもオイルシール３６側が相対的に低圧になるようになっている。

以上説明したウォータポンプ１０は、例えば、自動車のエンジン冷却系に配設され、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。この場合、ポンプハウジング２６の流入部２８並びに流路３２と連通した図示しない吐出部は、それぞれエンジン冷却水（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る。したがって、ウォータポンプ１０は、流入部２８から流体であるエンジン冷却水を吸い込み、該エンジン冷却水を吐出部から吐出するようになっている。

次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

上記構成のウォータポンプ１０では、例えば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３８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し、アイドリングストップ時において空調機能が維持される。

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。

ここで、回転軸２２におけるインペラ３８とオイルシール３６との間に形成された螺旋溝４２が、該回転軸２２の所定方向への回転に伴ってオイルシール３６側からインペラ３８側に向かう冷却水の流れを生じさせるため、隙間Ｇには図２に矢印Ａにて示す流れが生じ、鋳砂Ｓがオイルシール３６によるシール部（シール保持部３４内）に侵入することが防止される。特に、螺旋溝４２の基端４２Ａが回転軸２２におけるオイルシール３６の圧接部位の近傍であるため、鋳砂Ｓの上記シール部への侵入が確実に防止される。

また、螺旋溝４２の基端４２Ａ側の一部がしきい部４０の内側に入り込んでいるため、しきい部４０内から冷却水を排出する（上記した基端４２Ａから終端４２Ｂに向かう）比較的強い流れが生じる。特に、しきい部４０の内径がオイルシール３６の内径よりも十分に小さく、回転軸２２の螺旋溝４２としきい部４０の内面との隙間Ｃ（図２参照）が小さいため、しきい部４０内から冷却水を排出する流れが一層強くなり、鋳砂Ｓの上記シール部への侵入が効果的に防止される。しかも、隙間Ｃが小さいことにより、すなわち、しきい部４０がオイルシール３６をポンプ室３０側から覆っているため、鋳砂Ｓの上記シール部への侵入が一層効果的に防止される。

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。

また、ウォータポンプ１０では、回転軸２２の回転に伴う螺旋溝４２の回転によって基端４２Ａから終端４２Ｂに向かう流れが生じることにより、隙間Ｇにおける回転軸心の近傍では、インペラ３８側よりもオイルシール３６側で圧力が低くなる。特に、しきい部４０がポンプ室３０とシール保持部３４内とを仕切っているため、該しきい部４０を挟んでインペラ３８側とオイルシール３６側との圧力差が大となる。これにより、図３に矢印Ｂにて示すオイルシール３６に作用する圧力が、矢印Ｃにて示すしきい部４０に作用する圧力に対し低減される。これにより、冷却水がモータ室１８に漏れ出し難い構成が実現されている。なお、上記矢印Ｃにて示す圧力は、仮にしきい部４０の内径がシール保持部３４の内径と同等であるとした場合、またはしきい部４０を設けない場合にオイルシール３６に作用する圧力に相当する。

なお、上記の実施の形態では、ウォータポンプ１０がしきい部４０を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、例えば、しきい部４０に代えてシール保持部３４の内面に沿ってポンプ室３０側に延設された環状部を設けても良く、環状部に相当する部材を設けなくても良く、オイルシール３６に非接触のしきい部４０を設けても良い。

また、上記の実施の形態では、１条の螺旋溝４２を設けた構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、複数条の螺旋溝４２を回転軸２２の外面に形成しても良い。さらに、本発明は、螺旋溝４２が略全長に亘り一定の深さを有する構成に限定されることもなく、例えば、基端４２Ａから終端４２Ｂにかけて連続的に深くなるように螺旋溝４２を形成しても良い。また、本発明は、螺旋溝４２が回転軸２２に凹溝として形成される構成には限定されず、例えば、回転軸の外周面から突設した螺旋凸部の条間として螺旋溝として構成することもできる。さらに、本発明は、螺旋溝４２が回転軸２２に直接的に形成される好ましい構成には限定されず、例えば、螺旋溝４２を有する中間部材を回転軸２２及びインペラ３８の双方に連結しても良い。この場合、中間部材を含む回転軸２２が本発明における「回転軸」に相当する。また、本発明は、螺旋溝４２の終端４２Ｂが隙間Ｇの中間部である構成に限定されることはなく、例えば、インペラ３８の底部３８Ｂの近傍まで螺旋溝４２を形成しても良い。

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。

さらにまた、上記の実施の形態では、モータハウジング１６の隔壁部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とが互いに嵌合やビス止め等によって接合されると共に隔壁部１６Ａ等によって仕切られている構成としても良い。

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。

本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０の要部を拡大して混入異物の侵入を阻止する状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るウォータポンプ１０の要部を拡大しておりシールに作用する圧力が緩和される状態を示す断面図である。

符号の説明

１０…ウォータポンプ（流体ポンプ）、１８…モータ室、２０…モータ、２２…回転軸、３０…ポンプ室、３４…シール保持部（保持部）、３６…オイルシール（シール手段）、３８…インペラ（回転翼）、４０…しきい部（環状部）、４２…螺旋溝、Ｓ…鋳砂（混入異物）

Claims (3)

1. 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、
   前記回転軸における前記シール手段と回転翼との間に、該回転軸の回転に伴って前記シール部側から前記回転翼側に向かう流れを生じさせる螺旋溝を形成した流体ポンプ。
2. 前記モータ室と前記ポンプ室との間で前記シール手段を保持する保持部に同軸的に設けられ、該シール手段よりも前記回転翼側に位置する環状部を備え、
   前記螺旋溝を、一部が前記環状部の内側に位置するように形成した、
   ことを特徴とする請求項１記載の流体ポンプ。
3. 前記環状部の内径を前記保持部の内径よりも小とした、ことを特徴とする請求項２記載の流体ポンプ。

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