JP2005307952A - ウォータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 劣化しない気密部材を区画部に圧接させることで、汎用性の拡大および省動力が図れることが可能なウォータポンプを実現する。
【解決手段】 ポンプハウジング２１内に区画部２５を形成して独立した２室のポンプ室２２ａ、２２ｂを形成し、回転軸２６には各ポンプ室２２ａ、２２ｂに対応するインペラ２８ａ、２８ｂを設けて、流体を吸入して外部に流体を吐出させるウォータポンプにおいて、潤滑性を有する樹脂材料からなり、区画部２５に圧接する圧接部材３２ａ、３２ｂと、樹脂材に磁性材が混合されたプラスチックマグネット材で形成して互いに吸引する磁力を着磁させた一対の磁石部材３１ａ、３１ｂとが設けられ、気密部材３０ａ、３０ｂは、圧接部材３２ａ、３２ｂを磁石部材３１ａ、３１ｂで区画部２５に圧接させて、各ポンプ室２２ａ、２２ｂ間の気密を行なうように構成した。これにより、汎用性の拡大および省動力が図れる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数のポンプ室を有するウォータポンプに関するものであり、特に、各ポンプ室間の気密を行なう構造に関する。

従来、この種のウォータポンプとして、例えば、特許文献１に示すように、ポンプハウジング内に区画部を形成してそれぞれ独立した複数のポンプ室を形成し、その区画部に対して回転軸を挿通し、この回転軸には各ポンプ室に対応するインペラを設け、かつ上記区画部に常には非圧接状態となるように保持される一方、この区画部を挟んだポンプ室間の圧力差により、区画部に圧接させて各ポンプ室間の気密を行なうゴム材からなるリング状の気密部材を配設させているものが知られている。

そして、その回転軸には、気密部材を取り付けるための取り付け溝を形成して、その取り付け溝の範囲内で摺動可能となるように気密部材を配設している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１０３２８４号公報

しかしながら、上記特許文献１によれば、ゴム材で形成される気密部材は一般的に経年的に劣化する消耗部品であるため、ポンプ室内を流通する流体の種類、もしくは流体の温度など、その流体の用途に応じた耐用寿命を備えるゴム材の選定が必要である。これにより、用途に応じたウォータポンプの品揃えが必要となることで汎用性を損なう問題がある。

また、この種のゴム材の気密部材は、一般的に、劣化分を考慮した高めの圧接圧が区画部に掛かるように設定している。これにより、劣化が進行するまでは、概して摺動抵抗が増加することで動力損失が大きい問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、劣化しない気密部材を区画部に圧接させることで、汎用性の拡大および省動力が図れることが可能なウォータポンプを提供することにある。

上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項６に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、ポンプハウジング（２１）内に区画部（２５）を形成してそれぞれ独立した複数のポンプ室（２２ａ、２２ｂ）を形成し、区画部（２５）に対して回転軸（２６）を挿通し、この回転軸（２６）には各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）に対応するインペラ（２８ａ、２８ｂ）を設け、回転軸（２６）の回転により各インペラ（２８ａ、２８ｂ）を回転させて各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）内に流体を吸入して、各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）から流体を吐出させるウォータポンプにおいて、
回転軸（２６）には、各インペラ（２８ａ、２８ｂ）が回転したときに、互いに吸引する磁力により区画部（２５）に圧接させて、各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）間の気密を行なう気密部材（３０ａ、３０ｂ）を配設したことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、磁力により各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）間の気密が得られることで、従来のゴム材のように劣化分を考慮した高めの圧接圧に設定する必要がなくなるため省動力が図れる。しかも、気密部材（３０ａ、３０ｂ）を、例えば、金属材料で形成すれば、従来のゴム材よりも劣化が極めて少ないため、流体の用途に応じた品揃えが不要となり汎用性の拡大が図れる。

請求項２に記載の発明では、潤滑性を有する樹脂材料からなり、区画部（２５）に圧接する圧接部材（３２ａ、３２ｂ）と、樹脂材に磁性材が混合されたプラスチックマグネット材で形成して互いに吸引する磁力を着磁させた一対の磁石部材（３１ａ、３１ｂ）とが設けられ、気密部材（３０ａ、３０ｂ）は、圧接部材（３２ａ、３２ｂ）を磁石部材（３１ａ、３１ｂ）で区画部（２５）に圧接させて、各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）間の気密を行なうように構成したことを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、具体的には、圧接部材（３２ａ、３２ｂ）に潤滑性の有する樹脂材料を用いることにより圧接面における摺動抵抗が低減されることで省動力が図れる。また、プラスチックマグネット材からなる磁石部材（３１ａ、３１ｂ）への着磁は磁力調整が容易にできるため、ウォータポンプの要求寿命に応じた磁力で形成できる。これにより、圧接面に掛かる摺動抵抗の調整が容易にできる。

請求項３に記載の発明では、潤滑性を有する樹脂材料からなり区画部（２５）に圧接する圧接部材（３２ａ、３２ｂ）と、互いに吸引する磁力を備える永久磁石からなる一対の磁石部材（３１ａ、３１ｂ）とが設けられ、気密部材（３０ａ、３０ｂ）は、圧接部材（３２ａ、３２ｂ）を磁石部材（３１ａ、３１ｂ）で区画部（２５）に圧接させて、各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）間の気密を行なうように構成したことを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、磁石部材（３１ａ、３１ｂ）をプラスチックマグネット材の他に、永久磁石で形成しても上記請求項２と同様の効果を奏する。

請求項４に記載の発明では、各インペラ（２８ａ、２８ｂ）のうち、いずれか一方を樹脂材に磁性材が混合されたプラスチックマグネット材で形成してインペラ（２８ａ、２８ｂ）の一部を着磁させたものであって、潤滑性を有する樹脂材料からなり、区画部（２５）に圧接する圧接部材（３２ａ、３２ｂ）と、着磁されたインペラ（２８ａ、２８ｂ）とで互いに吸引する磁力を備える磁石部材（３１ａ、３１ｂ）とが設けられ、気密部材（３０ａ、３０ｂ）は、圧接部材（３２ａ、３２ｂ）を磁石部材（３１ａ、３１ｂ）で区画部（２５）に圧接させて、各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）間の気密を行なうように構成したことを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、上記請求項２および請求項３では一対の磁石部材（３１ａ、３１ｂ）を必要としたが、各インペラ（２８ａ、２８ｂ）のいずれか一方を着磁させることで別体の構成部品を減少させることができる。これにより、製造コストの低減が図れる。

請求項５に記載の発明では、圧接部材（３２ａ、３２ｂ）は、区画部（２５）に圧接される圧接面に少なくとも一つの溝部（３３ａ、３３ｂ）が形成されることを特徴としている。請求項５に記載の発明によれば、圧接面の接触面積が低減できるため、圧接面における摺動抵抗が低減されることでより省動力が図れる。

請求項６に記載の発明では、各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）には、温度または圧力の異なる流体が吸入されて、外部に吐出されることを特徴としている。請求項６に記載の発明によれば、各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）間に温度差または圧力差が発生しても、各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）間の気密が容易に洩れることは全くない。これにより、温度または圧力の異なる流体を使用して吸入、吐出させるには好適である。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態におけるウォータポンプを図１および図２に基づいて説明する。図１は本実施形態におけるウォータポンプの全体構成を示す模式図であり、図２は図１に示すＡ部拡大図である。本実施形態のウォータポンプは、独立した２室のポンプ室を形成して、一方のポンプ室に、例えば、車両用エンジンの冷却水回路から取り出した流体である冷却水を吸入して車両用空調装置のヒータコア（図示せず）に吐出するように接続され、他方のポンプ室に、冷却水用回路から取り出した冷却水を吸入して発熱補機（図示せず）に吐出するように接続されている。

言い換えれば、一方のポンプ室に冷却水用回路に設けられるラジエータ（図示せず）で冷却される前の冷却水が吸入され、他方のポンプ室にラジエータ（図示せず）で冷却された後の冷却水が吸入されようにしている。つまり、異なる温度の冷却水をそれぞれのポンプ室に吸入して外部に吐出させるツインタイプのポンプである。

そのウォータポンプは、図１および図２に示すように、駆動部１０、ポンプ部２０、および駆動部１０とポンプ部２０とを仕切るための仕切り部４０から構成されている。この仕切り部４０は金属材料で形成され、かつ駆動部１０とポンプ部２０とを気密するように構成されている。駆動部１０は駆動制御回路１１とコア材に巻線が巻かれた巻線部１２とから構成され、直流電源が駆動制御回路１１に入力されると、励磁電流を制御して巻線部１２を電磁石に着磁するようにしている。

ポンプ部２０は、ポンプハウジング２１内を二つのポンプ室２２ａ、２２ｂに区画する区画部２５と、この区画部２５に挿通される回転軸２６と、この回転軸２６に設けられ各ポンプ室２２ａ、２２ｂに対応するインペラ２８ａ、２８ｂと、回転軸２６に設けられ各ポンプ室２２ａ、２２ｂ間の気密を行なう気密部材３０ａ、３０ｂとから構成している。

そして、各ポンプ室２２ａ、２２ｂには、吸入口２３ａ、２３ｂ、および吐出口２４ａ、２４ｂが形成され、区画部２５はポンプハウジング２１の略中央に形成されて、回転軸２６を挿通する挿通孔２５１が設けられている。回転軸２６は挿通孔２５１に挿通され、両端が仕切り部４０に設けられた軸受部２７ａ、およびポンプハウジング２１のエンドプレートに設けられた軸受部２７ｂにそれぞれ挿入されて支持されている。

また、回転軸２６にはそれぞれのポンプ室２２ａ、２２ｂに対応する位置にインペラ２８ａ、２８ｂが設けられている。このインペラ２８ａ、２８ｂは、羽根部（図示せず）と基端部２９ａ、２９ｂとが一体に形成しており、それぞれの基端部２９ａ、２９ｂの先端が互いに向き合うように回転軸２６に挿通し、図示しないスリーブを介して互いに一体回転可能な状態で回転軸２６の所定位置に挿通して配設されている。

インペラ２８ａ、２８ｂのうち、ポンプ室２２ａに配設されるインペラ２８ａは、例えば、樹脂材に磁性材を混合させたプラスチックマグネット材を用いて成形して、成形後に
インペラ２８ａの一部を着磁させている。言い換えれば、駆動部１０の巻線部１２と相対する部位に、つまり、羽根部の一部に巻線部１２と反発する磁力を着磁させている。これにより、駆動制御回路１１に電源が入力されて駆動部１０が作動すると、巻線部１２とインペラ２８ａとが互いに反発する磁力でインペラ２８ａが同期回転する。従って、インペラ２８ａが回転することでポンプ室２２ｂ側のインペラ２８ｂも回転する。

また、回転軸２６には、それぞれが向き合う基端部２９ａ、２９ｂとの間に、両ポンプ室２２ａ、２２ｂ間の気密を行なう気密部材３０ａ、３０ｂが配設されている。気密部材３０ａ、３０ｂは、図２に示すように、リング状に形成された磁石部材３１ａ、３１ｂと、リング状に形成された圧接部材３２ａ、３２ｂとを組み合わせて、区画部２５の左右に対向するように回転軸２６に挿通して配設されている。

さらに、区画部２５に圧接される圧接部材３２ａ、３２ｂは、例えば、フッ素樹脂、ＰＰＳ樹脂などからなる軸受用樹脂などに用いられている潤滑性を有する樹脂材料で形成し、圧接部材３２ａ、３２ｂを区画部２５に圧接させる磁石部材３１ａ、３１ｂは、樹脂材に磁性材を混合させたプラスチックマグネット材を用いて成形して、成形後にそれぞれが互いに吸引する磁力を備えるように着磁させている。

これにより、磁石部材３１ａ、３１ｂの磁力により圧接部材３２ａ、３２ｂが区画部２５に圧接される。この圧接により、両ポンプ室２２ａ、２２ｂ間の気密を行なうことができる。なお、圧接部材３２ａ、３２ｂおよび磁石部材３１ａ、３１ｂは、回転軸２６の軸方向に摺動可能なように配設している。ここで、圧接部材３２ａ、３２ｂおよび磁石部材３１ａ、３１ｂに形成される回転軸２６の挿通孔（図示せず）は、回転軸２６の外径よりも僅かに大きくして、この部位からの洩れ量が少なくなるように形成している。

ところで、以上の構成による気密部材３０ａ、３０ｂは、各インペラ２８ａ、２８ｂが回転するときに、区画部２５に圧接された状態で回転する。この圧接面での摺動抵抗を軽減するために、図２に示すように、圧接部材３２ａ、３２ｂの区画部２５に圧接される面にリング状の溝部３３ａ、３３ｂを形成して接触面積を減らすようにしても良い。なお本実施形態では、この溝部３３ａ、３３ｂを一つ形成したが、これに限らず、二つ以上の複数個であっても良い。

また、本実施形態では、磁石部材３１ａ、３１ｂに形成される回転軸２６の挿通孔（図示せず）は、圧接部材３２ａ、３２ｂと同じになるように形成したが、磁石部材３１ａ、３１ｂ側がそれよりも大きくても良い。なお、以上の実施形態において、圧接部材３２ａ、３２ｂをインサート成形して磁石部材３１ａ、３１ｂを成形して、その後に磁力を着磁させて一対の気密部材３０ａ、３０ｂを一体構成しても良い。

次に、以上の構成によるウォータポンプの作用について説明する。駆動制御回路１１に電源が入力されて駆動部１０が作動すると、巻線部１２と一方のインペラ２８ａと互いに反発する磁力でインペラ２８ａが同期回転することで、他方のインペラ２８ｂも回転する。

そして、両磁石部材３１ａ、３１ｂとの間で互いに吸引する磁力で圧接部材３２ａ、３２ｂが区画部２５に圧接させた状態で回転している。これにより、両ポンプ室２２ａ、２２ｂ間の気密を行なうことができるとともに、両インペラ２８ａ、２８ｂの回転で、吸入口２３ａ、２３ｂからポンプ室２２ａ、２２ｂに冷却水が吸入され、この冷却水は吐出口２４ａ、２４ｂから吐出される。

ここで、ポンプ室２２ａ、２２ｂには、温度の異なる冷却水が吸入されるが、両ポンプ室２２ａ、２２ｂ間が圧接部材３２ａ、３２ｂと区画部２５との圧接により気密されているので、いずれかに冷却水が洩れることはない。なお、本実施形態では、温度の異なる冷却水をそれぞれのポンプ室２２ａ、２２ｂに吸入して外部に吐出するように接続したが、これに限らず、圧力の異なる流体を吸入させても良い。両ポンプ室２２ａ、２２ｂ間に圧力差が発生しても圧接部材３２ａ、３２ｂと区画部２５との圧接面からの洩れは発生することはない。

以上の第１実施形態によるウォータポンプによれば、回転軸２６には、各インペラ２８ａ、２８ｂが回転したときに、互いに吸引する磁力により区画部２５に圧接させて、各ポンプ室２２ａ、２２ｂ間の気密を行なう気密部材３０ａ、３０ｂを配設したことにより、磁力により両ポンプ室２２ａ、２２ｂ間の気密が得られることで、従来のゴム材のように劣化分を考慮した高めの圧接圧にすることがないため省動力が図れる。

しかも、気密部材３０ａ、３０ｂを、例えば、金属材料で形成すれば、従来のゴム材よりも劣化が極めて少ないため、流体の温度もしくは流体の種類に応じて用途、つまり汎用性の拡大が図れる。

また、具体的には、区画部２５に圧接させる圧接部材３２ａ、３２ｂに潤滑性を有する樹脂材料を用いることにより圧接面における摺動抵抗が低減されることで省動力が図れる。また、プラスチックマグネット材からなる磁石部材３１ａ、３１ｂへの着磁は磁力調整が容易にできるため、ウォータポンプの要求寿命に応じた磁力で形成できる。これにより、圧接面に掛かる摺動抵抗の調整が容易にできる。

また、圧接部材３２ａ、３２ｂは、区画部２５に圧接される圧接面に少なくとも一つの溝部３３ａ、３３ｂが形成されることにより、圧接面の接触面積が低減できるため、圧接面における摺動抵抗が低減されることでより省動力が図れる。

さらに、各ポンプ室２２ａ、２２ｂには、温度または圧力の異なる流体が吸入されて、外部に吐出されることにより、各ポンプ室２２ａ、２２ｂ間に温度差または圧力差が発生しても、各ポンプ室２２ａ、２２ｂ間の気密が容易に洩れることは全くない。これにより、温度または圧力の異なる流体を使用して吸入、吐出させるには好適である。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、磁石部材３１ａ、３１ｂをプラスチックマグネット材で形成して互いに吸引する磁力を着磁させるように形成したが、これに限らず、磁石部材３１ａ、３１ｂを互いに吸引する磁力を備える永久磁石で形成しても良い。具体的には、図３に示すように、第１実施形態とほぼ同様に構成できる。

以上の構成によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
以上の実施形態では、一対の気密部材３０ａ、３０ｂをそれぞれのポンプ室２２ａ、２２ｂに設置するように構成したが、これに限らず、気密部材３０ａ、３０ｂをいずれか一方のポンプ室２２ａ、２２ｂに設置して、もう一方のポンプ室２２ａ、２２ｂには、磁石部材３１ａ、３１ｂと吸引する磁力を備えるインペラ２８ａを形成しても良い。

具体的には、図４に示すように、一方のポンプ室２２ａに配設されるインペラ２８ａの基端部２９ａの先端（図中に網掛けで示す）を磁石部材３１ｂと吸引する磁力を着磁させている。これにより、基端部２９ａの先端と磁石部材３１ｂとが吸引しあうことで圧接部材３２ｂが区画部２５に圧接される。

以上の第３実施形態のウォータポンプによれば、以上の実施形態では一対の磁石部材３１ａ、３１ｂおよび圧接部材３２ａ、３２ｂを必要としたが、羽根部（図示せず）の他に、基端部２９ａの先端を着磁させることで、別体の構成部品を減少させることができる。これにより、製造コストの低減が図れる。

なお、本実施形態では、インペラ２８ａの基端部２９ａの先端を着磁したが、これに限らず、他方のポンプ室２２ｂに配設されるインペラ２８ｂの基端部２９ｂの先端を着磁させて、気密部材３０ｂをポンプ室２２ａ側に配設するように構成しても良い。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、ポンプハウジング２１内を二つのポンプ室２２ａ、２２ｂに区画する区画部２５を配設するように構成したが、これに限らず、２室以上のポンプ室を形成して、それぞれ独立したポンプ室を気密するように気密部材３０ａ、３０ｂを配設しても良い。

また、以上の実施形態では、一方のポンプ室２２ａに冷却水回路から取り出した冷却水を吸入して車両用空調装置のヒータコア（図示せず）に吐出するように接続させ、他方のポンプ室２２ｂ冷却水用回路から取り出した冷却水を吸入して発熱補機（図示せず）に吐出するように接続させたが、これに限らず、車両用空調装置のリヤヒータ、ターボ車のインタクーラ、燃料電池車の燃料電池などの冷却水を流通させても良い。さらに、冷却水の他に、作動油など水以外の流体を吸入、吐出するようにしても良い。

本発明の第１実施形態におけるウォータポンプの全体構成を示す模式図である。 図１に示すＡ部拡大図である。 本発明の第２実施形態における気密部材の全体構成を示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態における気密部材の全体構成を示す縦断面図である。

符号の説明

２１…ポンプハウジング
２２ａ、２２ｂ…ポンプ室
２５…区画部
２６…回転軸
２８ａ、２８ｂ…インペラ
３０ａ、３０ｂ…気密部材
３１ａ、３１ｂ…磁石部材
３２ａ、３２ｂ…圧接部材
３３ａ、３３ｂ…溝部

Claims (6)

1. ポンプハウジング（２１）内に区画部（２５）を形成してそれぞれ独立した複数のポンプ室（２２ａ、２２ｂ）を形成し、前記区画部（２５）に対して回転軸（２６）を挿通し、この回転軸（２６）には各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）に対応するインペラ（２８ａ、２８ｂ）を設け、前記回転軸（２６）の回転により前記各インペラ（２８ａ、２８ｂ）を回転させて各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）内に流体を吸入して、前記各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）から流体を吐出させるウォータポンプにおいて、
   前記回転軸（２６）には、互いに吸引する磁力により前記区画部（２５）に圧接させて、前記各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）間の気密を行なう気密部材（３０ａ、３０ｂ）を配設したことを特徴とするウォータポンプ。
2. 潤滑性を有する樹脂材料からなり、前記区画部（２５）に圧接する圧接部材（３２ａ、３２ｂ）と、樹脂材に磁性材が混合されたプラスチックマグネット材で形成して互いに吸引する磁力を着磁させた一対の磁石部材（３１ａ、３１ｂ）とが設けられ、
   前記気密部材（３０ａ、３０ｂ）は、前記圧接部材（３２ａ、３２ｂ）を前記磁石部材（３１ａ、３１ｂ）で前記区画部（２５）に圧接させて、前記各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）間の気密を行なうように構成したことを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプ。
3. 潤滑性を有する樹脂材料からなり前記区画部（２５）に圧接する圧接部材（３２ａ、３２ｂ）と、互いに吸引する磁力を備える永久磁石からなる一対の磁石部材（３１ａ、３１ｂ）とが設けられ、
   前記気密部材（３０ａ、３０ｂ）は、前記圧接部材（３２ａ、３２ｂ）を前記磁石部材（３１ａ、３１ｂ）で前記区画部（２５）に圧接させて、前記各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）間の気密を行なうように構成したことを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプ。
4. 前記各インペラ（２８ａ、２８ｂ）のうち、いずれか一方を樹脂材に磁性材が混合されたプラスチックマグネット材で形成して前記インペラ（２８ａ、２８ｂ）の一部を着磁させたものであって、
   潤滑性を有する樹脂材料からなり、前記区画部（２５）に圧接する圧接部材（３２ａ、３２ｂ）と、着磁された前記インペラ（２８ａ、２８ｂ）とで互いに吸引する磁力を備える磁石部材（３１ａ、３１ｂ）とが設けられ、
   前記気密部材（３０ａ、３０ｂ）は、前記圧接部材（３２ａ、３２ｂ）を前記磁石部材（３１ａ、３１ｂ）で前記区画部（２５）に圧接させて、前記各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）間の気密を行なうように構成したことを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプ。
5. 前記圧接部材（３２ａ、３２ｂ）は、前記区画部（２５）に圧接される圧接面に少なくとも一つの溝部（３３ａ、３３ｂ）が形成されることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載のウォータポンプ。
6. 前記各ポンプ室（２２ａ、２２ｂ）には、温度または圧力の異なる流体が吸入されて、外部に吐出されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のウォータポンプ。

Images