JP3968792B2

JP3968792B2 - 液体ポンプ

Info

Publication number: JP3968792B2
Application number: JP07651596A
Authority: JP
Inventors: 沢保夫小
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09100796A

Description

【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、ウオータポンプのような液体ポンプに関し、水冷エンジンの冷却水をエンジン等の動力源により駆動されることによって循環させるウォータポンプ等に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水冷エンジンの冷却システムに利用されるウオーターポンプは、軸方向の一端側にエンジン等の動力源が連結され、他端側にインペラが固設されたシャフトを軸受を介してハウジングに回転自在に支承し、インペラと軸受の間にシール機構として周知のメカニカルシールを介装してインペラ側にポンプ室を形成している。インペラは、シャフトが動力源により回転駆動されることにより、ポンプ室内で回転してポンプ作用を行い、冷却水等を循環させる。ポンプ室内の冷却水はメカニカルシールによりシールされ、これにより、同冷却水が軸受に侵入して、軸受の劣化を招くことが防止される。
【０００３】
ところが、メカニカルシールにはいわゆる『鳴き』と呼ばれる異音が発生したりする問題があり、この問題を解消すべく新規なシール手段の開発が進められている。メカニカルシールに置き換わる、この新規なシール機構として、例えば、実開平１ー９９９９７号公報、実公平６ー２９５１７号公報や特公平４ー７２１１０号公報等に、リップシールや磁性流体を用いたシール機構が開示されている。
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した新規なシール機構を有する従来のウオーターポンプにおいては、シール機構に常に水が作用することから、シール機構が水環境下での耐久性について満足できなかったり、ウオーターポンプ作動時の高い水圧に弱かったりするため、信頼性に欠けるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明では、ポンプ作動時にシール機構から液体を隔離し、シール機構の信頼性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために講じた第１の手段は、第１の内孔を有するハウジングと、該ハウジングの第１の内孔に軸受を介して回転自在に支承され、軸方向の一端側に動力源が連結されると共に他端側にインペラが固設されたシャフトと、前記ハウジングの第１の内孔内に配設され、前記インペラ側に形成されるポンプ室から前記第１の内孔を介した前記シャフトの一端側への液体の漏れを防止するシール機構とを備えてなる液体ポンプにおいて、前記ハウジングの第１の内孔内に前記ポンプ室と連通可能な液層と空気層を有する中間室を形成し、前記シャフトに固定されて、前記中間室を前記シャフトの一端側の第２室と、前記インペラ側の第１室に軸方向に区画すると共に、前記シャフトとの一体回転により前記第２室内の液層の液を前記第１室へ移動させる区画部材を前記中間室内に設けると共に、前記シール機構を前記第２室内に配設し、さらにポンプの停止時に、前記中間室には所定量の前記液層の液が存在し、この所定量の前記液層の液の液位は、前記ポンプ室と前記中間室との間の隔壁部材に形成され前記ポンプ室と前記中間室との間の通路である第１の孔の上縁部よりも上方に設定したことである。
【０００６】
上記した第１の手段によれば、シャフトが回転すると、ポンプ室内ではインペラが回転し、液を吸入及び吐出する。内部室内では、区画部材が回転されて、第２室内の液は区画部材の遠心力及び液の表面張力により、径方向外方に移動し、第１室側へ移動する。これにより、液が第２室内に配設されるシール機構の周辺から除去され、シール機構は良好なシール性能を維持する。
【０００７】
また、本発明の別の手段は、当該液体ポンプを、ポンプ室と、第２の小径部及び該第２の小径部との間に径方向の壁面を有する第２の大径部を含む段付状の第２の内孔とを有し、前記第２の大径部が前記ポンプ室と隣接すると共に前記ポンプ室に第２の孔を介して連通する中間室を区画しているハウジングと、前記第２の内孔の第２の小径部に配設される少なくとも１つの軸受によって前記ハウジングに回転可能に支承されると共に、前記第２の内孔の第２の小径部及び中間室を介して前記ポンプ室内へ延在するシャフトと、該シャフトと一体回転するように設けられ、前記ポンプ室内に位置されるインペラと、前記第２の内孔と前記シャフト間をシールするために前記第２の内孔の第２の小径部に設けられたシール機構と、ポンプ非作動時にその上部に導かれる空気と共に所定量の流体が充填される前記中間室内に配設され、前記中間室を前記ポンプ室に隣接する第１室と該第１室と少なくとも前記中間室の上部を介して連通される第２室とに分割する隔離手段と、前記第２室に設けられ、少なくとも前記第２室内の液体の部分が前記第１室へ追い出されて、前記第１室内の空気が前記第２室へ追い出され、前記シール機構のまわりの領域の液体が前記シール機構を液体から実質的に隔離させるために追い出されるように、ポンプ作動時に前記第２室内の液体を付勢する液体付勢手段とを備えており、さらにポンプの停止時に、前記中間室には所定量の前記液層の液が存在し、この所定量の前記液層の液の液位を、前記ポンプ室と前記中間室との間の隔壁部材に形成され前記ポンプ室と前記中間室との間の通路である前記第２の孔の上縁部よりも上方に設定したことである。
【０００８】
また、本発明のもう一つの別の手段は、当該液体ポンプを、ポンプ室と、第４の小径部及び該第４の小径部との間に径方向の壁面を有する第４の大径部を含む段付状の第４の内孔とを有し、前記第４の大径部が前記ポンプ室と隣接する中間室を区画しているハウジングと、前記ポンプ室と前記中間室の間に設けられる軸受支持隔壁と、該軸受支持隔壁内に配設される少なくとも１つの軸受によって前記ハウジングに回転可能に支承されると共に、前記第４の内孔の前記第４の小径部及び中間室を介して前記ポンプ室内へ延在するシャフトと、該シャフトと一体回転するように設けられ、前記ポンプ室内に位置されるインペラと、前記第４の内孔と前記シャフト間をシールするために前記第４の内孔の第４の小径部に設けられたシール機構と、ポンプ非作動時にその上部に導かれる空気と共に所定量の流体が充填される前記中間室内に配設され、前記中間室を前記ポンプ室に隣接する第１室と該第１室と少なくとも前記中間室の上部を介して連通される第２室とに分割する隔離手段と、前記第２室に設けられ、少なくとも前記第２室内の液体の部分が前記第１室へ追い出されて、前記第１室内の空気が前記第２室へ追い出され、前記シール機構のまわりの領域の液体が前記シール機構を液体から実質的に隔離させるために追い出されるように、ポンプ作動時に前記第２室内の液体を付勢する液体付勢手段とを備えており、さらにポンプの停止時に、前記中間室には所定量の前記液層の液が存在し、この所定量の前記液層の液の液位を、前記シャフトよりも上方に設定したことである。
【０００９】
また、本発明の更にもう一つの別の手段は、ポンプ室と、第５の小径部及び該第５の小径部との間に径方向の壁面を有する第５の大径部を含む段付状の第５の内孔とを有し、前記第５の大径部が前記ポンプ室と隣接すると共に前記ポンプ室に連通する中間室を区画しているハウジングと、前記第５の内孔の第５の小径部に配設される少なくとも１つの軸受によって前記ハウジングに回転可能に支承されると共に、前記第５の内孔の第５の小径部及び中間室を介して前記ポンプ室内へ延在するシャフトと、該シャフトと一体回転するように設けられ、前記ポンプ室内に位置されるインペラと、前記ハウジングの前記第５の内孔の前記第５の小径部の端部から前記第５の大径部へ前記中間室に環状空間を形成するように延在する円筒延在部と、ポンプ非作動時にその上部に導かれる空気と共に所定量の流体が充填される前記中間室内に配設され、前記中間室を前記ポンプ室に隣接する第１室と該第１室と少なくとも前記中間室の上部を介して連通される第２室とに分割すると共に、前記環状空間内へ軸方向に延びる円周部を有する隔離手段と、前記円筒延在部と前記隔離手段の円周部との間に設けられたシール機構と、前記第２室に設けられ、少なくとも前記第２室内の液体の部分が前記第１室へ追い出されて、前記第１室内の空気が前記第２室へ追い出され、前記シール機構のまわりの領域の液体が前記シール機構を液体から実質的に隔離させるために追い出されるように、ポンプ作動時に前記第２室内の液体を付勢する液体付勢手段とを備えており、さらにポンプの停止時に、前記中間室には所定量の前記液層の液が存在し、この所定量の前記液層の液の液位を、前記シャフトよりも上方に設定したことである。
【００１０】
これら別の手段によれば、ポンプ作動時に液体付勢手段により、シール機構から液体を隔離し、シール機構の信頼性を向上させることができる。
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１において、エンジンの冷却システムに冷却水を循環させるウオータポンプに適用した本発明による液体ポンプの第１実施形態を示している。この第１実施形態において、液体ポンプ１０は、第１ハウジング１１ａ及び第２ハウジング１１ｂとを有し、両ハウジング１１ａ、１１ｂは互いに液密的に固定される。尚、第２ハウジング１１ｂは、図示しないエンジンのシリンダブロックにより形成されてもよい。
【００１１】
第１ハウジング１１ａは、第１の段付の内孔を有し、該第１の内孔内にはころがり軸受１４を介してシャフト１５が回転自在に支承されている。ころがり軸受１４が圧入固定される第１ハウジング１１の第１の内孔の第１の小径部１２２から外方へ突出するシャフト１５の一端側には、図示しない動力源、例えば自動車エンジンのプーリとベルト等を介して連結するためのプーリシート１７が固定されている。一方、第１の内孔の第１の大径部１２３から外方に突出するシャフト１５の他端側には、インペラ１６が固設されている。第１の内孔の第１の大径部１２３の開口には、シャフト１５が遊嵌される孔１８ａをその軸心に有する円盤状の隔壁部材１８がその外周筒部にて圧入固定されている。これにより、第１ハウジング１１の第１の内孔内に隔壁部材１８と後述するリップシール２４とにより軸方向範囲が画定される中間室１３が形成される。尚、隔壁部材１８の開口側には、第２ハウジング１１ｂとの間で所定の容積をもつように画定されるポンプ室１２が形成され、該ポンプ室１２内にはインペラ１６が位置されると共に、ポンプ室１２は常時液体によって満たされている。また、ポンプ室１２には、第２ハウジング１１ｂに形成されるインレットポートＰ１及びアウトレットポートＰ２が開口している。
【００１２】
中間室１３は、第１の内孔の第１の大径部１２３と該第１の大径部１２３と径方向に延びる垂直壁面２１を介して接続される第１の小径部１２２とから構成されている。第１の小径部１２２内には、ゴム等の弾性部材から成るリップシール２４が配設されており、該リップシール２４はその外周筒部２４ａを第１の小径部１２２に圧入固定され、その内周リップ部２４ｂをリング２４ｃによってシャフト１５の外周に液密的に当接されている。シャフト１５と摺接するリップ部２４ｂ内周面には液体ポンプ１０の組立時にグリースが塗布される。中間室１３内には、同中間室１３が隔壁部材１８の第１の孔１１８ａを介してポンプ室１２と連通しているため、ウオーターポンプの停止時において液体が液位Ｌ１まであるが、この液体のころがり軸受１４への侵入がリップシール２４により防止される。又、万一、リップシール２４から液体が漏れた場合には、液体がころがり軸受１４に侵入しないよう、ころがり軸受１４とリップシール２４との間の空間へ漏れた液体を外部へ排出する液抜き穴２５が設けられている。尚、中間室１３内には、上記したように液体が所定量存在していると共に所定量の空気が存在している。つまり、中間室１３内の空間は、空気層５０と液層５１に分かれている。
【００１３】
中間室１３の第１の内孔の第１の大径部１２３内には、区画部材３０が配設され、これにより中間室１３内に第１室３７と第２室３６とが区画形成されている。区画部材３０は、シャフト１５の外周に圧入固定される内周筒部３９と、該内周筒部３９の一端から径方向外方へ延びる第１側面部３１と、該第１側面部の外周縁部から第１の大径部１２３の内周面に沿って段付部２１へ向けて延びる外周筒部３３と、該外周筒部３３の端部から垂直壁面２１に沿って径方向内方へ第１の小径部１２２まで延びる第２側面部３２とを有する。外周筒部３３と第１の大径部１２３の内周面との間及び第２側面部３２と垂直壁面２１との間には、所定量の小さな隙間（Ｌ字状を呈する）が形成され、また第１側面部３１の外周縁部には図２に示すように等間隔に複数個の排水孔３５が形成されている。尚、排水孔３５は、少なくとも１つ形成されていれば良い。また、第１の大径部１２３内には、隔壁部材１８と所定量の隙間をもって対向する側面を有するスリンガー３８がその内周筒部をシャフト１５の外周に圧入固定され、区画部材３０と隔壁部材１８との間に配置されており、これにより、スリンガー３８と隔壁部材１８との間でラビリンス通路が形成される。尚、スリンガー３８の直径は、その上部がポンプ非作動時の液位Ｌ１より上に位置されるようにその直径が大きく設定されている。
【００１４】
ポンプ非作動時の液位Ｌ１は、次のように設定される。上記した液体ポンプを例えば、エンジン冷却システム内に介装した後、液体ポンプにより循環させられる冷却水のような液体がシステム内に注入されると、液体はインレットポートＰ１からポンプ室１２内に入る。ポンプ室１２と中間室１３とは上記したラビリンス通路を介して連通しているため、ポンプ室１２内の液位があがるにつれ、中間室１３の液位もあがる（ラビリンス通路を介して液体及び空気が入れ代わる）。図３に示すように、ポンプ室１２の液位が、隔壁部材１８の第１の内孔１１８ａの上縁部の液位Ｌ３になると、上記した中間室１３からポンプ室１２への空気の流動が阻止されるが、第１ハウジング１１ａには隔壁部材１８の第１の内孔１１８ａの上縁部よりも上方にレベル調整孔１１ｃが形成されており、注入時は開口されているため、ポンプ室１２の液位上昇に伴い、中間室１３の液位もＬ３より上昇する。このまま、注水すると、レベル調整孔１１ｃより液体が流れ出し、この時点でレベル調整孔１１ｃをプラグＰで塞ぐ。これにより、隔壁部材１８の第１の内孔１１８ａの上縁部の液位Ｌ３よりも上方にポンプ非作動時の液位Ｌ１が設定され、上記したラビリンス通路とで、中間室１３内の空気が液体注入後のポンプ作動時にポンプ室１２側の液体に混入し、キャビテーションを発生したり、ウオータジャケットに溜まってヒートスポットを生成したりするのを防止している。
【００１５】
以上の構成からなる第１実施形態において、液体ポンプ１０の停止時には、中間室１３内の液体の液位はＬ１まであり、リップシール２４のリップ部２４ｂは液体に浸かっている。この状態において、リップシール２４は、ころがり軸受１４への液体の漏れを防止する。液体ポンプ１０の作動時には、図示しない動力源によるシャフト１５の回転によって、インペラ１６が回転し、外部（例えば、ラジエタ）からインレットポートＰ１を介して冷却水がポンプ室１２内に吸い込まれ、外部（例えば、エンジン内冷却水通路）へとアウトレットポートＰ２を介して吐出される。
【００１６】
一方、中間室１３内においては、シャフト１５の回転により区画部材３０が回転され、第２室３６内の液体がその表面張力及び区画部材３０の遠心力によって、第１及び第２側面部３１、３２及び外周筒部３３により包囲される環状の保液部３４に集められ、遠心力により順次排水孔３５から第１室３７へと排出されていく。尚、第２室３６内の液体の一部は、遠心力及び表面張力により区画部材３０の第１及び第２側面部３０、３１及び外周筒部３３と内孔の大径部２３及び段付部２１の内面との間の隙間（下方部）からも第１室３７へ排出される。同時に第１室３７内の空気（空気層部分）が区画部材３０の第１及び第２側面部３０、３１及び外周筒部３３と内孔の大径部２３及び段付部２１の内面との間の隙間（上方部）から第２室３６へと流れ込む。即ち、区画部材３０によりポンプ作用（液体付勢作用）が生じる。これにより、液体ポンプ１０が作動してから所定時間経過後には、第１室３７の液体の液位はL １よりも上昇し、第２室３６内の液体の液面は図１にＬ２で示すようになり、リップシール２４は完全に冷却水から隔離され、空気層の中でシャフト１５と摺接する。この状態が釣り合い、区画部材３０内の環状空間に空気層と液層の境界（Ｌ２）が生じ、また、外周筒部３３と第２側面部３２と第１ハウジング１１ａの内壁の間或は、第１室３７にてもう一つの境界（Ｌ２）が生じる。よって、リップシール２４の円滑な摺接が妨げられることなく、シャフト１５との間の潤滑が維持され、シャフト１５やリップ部２４ｂの摩耗の発生が防止される。尚、第２室３６の液体の液面レベルＬ２は、中間室１３の空気層（空気量）に依存する。
【００１７】
図４乃至図６は、本発明による液体ポンプの第２実施形態を示す。本実施形態において、中間室１３を第２室３６と第１室３７に区画する区画部材１３０がシャフト１５と一体回転するようにシャフト１５に固設されている。また、第２実施形態においては、リップシール１２４が区画部材１３０に固定されており、そのリップ部１２４ｂはハウジング１１に設けられた円筒状の突出部１４２に液密的に摺接している。尚、区画部材１３０及びリップシール１２４以外の構成は、上記第１実施形態の構成と同じであるため、同一構成に同一符号を付してその説明は省略する。
【００１８】
区画部材１３０は、シャフト１５の外周に圧入固定される内周筒部１３９と、該内周筒部１３９の一端から径方向外方に延びる第１側面部１３１と、該第１側面部１３１の外周縁部１３１から第２の内孔の第２の大径部２２３の内周面に沿って垂直壁面２１に向けて延びる外周筒部１３３と、外周筒部１３３の端部から径方向内方に垂直壁面２１の内面に沿って延びる第２側面部１３２と、外周筒部１３３の内面に一体に環状に形成され、第１側面部１３１から第２側面部１３２に延び、第２側面部１３２との間にすき間を有する支持部１４０とを有する。この支持部１４０と外周筒部１３３の間の部位には同心円上に複数の孔１４１が形成され、該孔１４１は、第２室３７と第１室３６を連通する。尚、外周筒部１３３と第２の大径部２２３の間及び、第２側面部１３２と段付部２１の間には、所定量の小さな隙間が形成されている。
【００１９】
第１ハウジング１１ａには、第２の小径部２２２の内周面に連続して形成され、垂直壁面２１から第２の大径部２２３側に突出する円筒の突出部１４２が設けられている。これにより、この突出部１４２と支持部１４０の間に環状の空間が形成される。この環状の空間には、リップシール１２４が配設されている。リップシール１２４は、図５及び図６に示すようにその外周筒部１２４ａを支持部１４０の内周に圧入固定され、その内周リップ部１２４ｂをリング１２４ｃによって突出部１４２の外周に液密的に当接されている。突出部１４２と摺接するリップ部１２４ｂ内周面にはウオーターポンプ１１０の組立時にグリースが塗布される。中間室１３内には、同中間室１３が隔壁部材１８の第２の孔２１８ａを介してポンプ室１２と連通しているため、液体ポンプの停止時において冷却水が図５に示す位置Ｌ１まであるが、この冷却水のころがり軸受１４への侵入がリップシール１２４により防止される。尚、本実施形態においては、リップシール１２４は液体ポンプ１１０の停止時においてシャフト１５に対して所定の圧接力を有する。
【００２０】
以上の構成からなる第２実施形態において、液体ポンプ１１０の停止時には、図５に示す位置（Ｌ１）に液体はあり、第２室３６と第１室３７の上部には空気層が存在する。この状態において、リップシール１２４は、ころがり軸受１４への液体の漏れを防止する。液体ポンプ１１０の作動時には、図示しない動力源によるシャフト１５の回転によって、インペラ１６が回転し、外部（例えば、ラジエタ）からインレットポートを介して液体がポンプ室１２内に吸い込まれ、外部（例えば、エンジン内冷却水通路）へとアウトレットポートを介して吐出される。
【００２１】
一方、中間室１３内においては、シャフト１５の回転により区画部材１３０が回転され、第１室３６内の液体、即ち、リップシール１２４と第２側面部１３２の間及び第２側面部１３２と垂直壁面２１の間に存在する液体がその表面張力及び区画部材１３０の遠心力によって、図６に示されるように外周部に移動し、孔１４１及び外周筒部１３３と大径部２３の内面との間の隙間から第１室３７へ排水される。これによりリップシール１２４周辺は、空気層となる。また、リップシール１２４は、ウオーターポンプ１１０の停止時においてのみ突出部１４２に対して所定の圧接力を有するので、ポンプの作動時には、遠心力がリップ部１２４ｂの弾性力に打ち勝ち、リップ部１２４ｂが半径方向外方に弾性変形し、シャフト１５から離間する。これにより、リップシール１２４は、液体に浸かっているポンプ停止時においてのみ、シール作用を行い、液体がリップシール１２４から除去されるポンプ作動時にはシール作用を行わないので、その耐久性を向上される。
【００２２】
図７は、本発明による液体ポンプの第３実施形態を示していて、この第３実施形態ではシャフト１５を第１ハウジング１１ａに回転可能に支承する軸受にフェノール系の樹脂や焼結金属等から成る水中すべり軸受１１４を用いている。尚、水中すべり軸受１１４以外の構成は、上記第１実施形態の構成と同じであるため、同一構成に同一符号を付してその説明は省略する。
【００２３】
図７において、第１ハウジング１１ａは第１ハウジングシェル１１１ａと第２ハウジングシェル１１１ｂからなり、両ハウジングシェルはＯリング６２を介して液密的に結合されている。第１ハウジングシェル１１１ａ及び第２ハウジングシェル１１１ｂは夫々段付の第３の内孔を有し、同径の両第３の大径部３２３を対向させられている。第２ハウジングシェル１１１ｂの小径部１２２ｂには、フェノール系の樹脂や焼結金属からなるスリーブ状の周知の水中すべり軸受１１４が圧入固定されており、該すべり軸受１１４の内孔内にシャフト１５が嵌挿入され、回転自在に支承される。シャフト１５には、第２ハウジング１１Ｂの段部６３に当接すると共に、すべり軸受１１４の軸方向一端面に当接するフランジ部１５ａが形成されている。また、すべり軸受１１４の軸方向他端面に当接するワッシャ６０がシャフト１５上に嵌挿され、該ワッシャ６０の軸方向移動はシャフト１５上に形成された環状溝にスナップリング６１を嵌着することにより規制されている。これにより、シャフト１５の軸方向の移動が規制されている。この第３実施形態においても、上記第１実施形態と同様にポンプ２１０の作動時には、第２室３６内の液体が第２室３７へ排水されて、リップシール２４周辺は空気層となり、これによりリップシール２４の円滑な潤滑及び摺動が維持され、良好なシール性が保たれる。また、ころがり軸受が不要となることから、液体ポンプを安価にできると共に中間室１３内の空気層をポンプ室１２側へ逃げることを防止できる。
【００２４】
図８及び９は、本発明による液体ポンプの第４実施形態を示していて、この第４実施形態では区画部材２３０は、中間室１３内においてシャフト１５に圧入固定される円板部材２３１と、該円板部材２３１の外径よりもわずかに大きな内径を有し、その内周面が円板部材２３１の外周面と対向するように軸方向において同位置に第４の内孔の第４の大径部４２３に圧入固定される環状部材２３２とから構成されている。円板部材２３１の外周面には、図９に示されるように斜溝２３１ａが形成されている。この区画部材２３０により区画形成される第２室３６には液体の有無を検出する液体センサー２３４が配設されている。また、環状部材２３２の上部の外周面に空気溝２３３が形成されている。また、円板部材２３１の外径は、ハウジング１１の第４の小径部４２２の内径と同じかもしくは、大きくされており、ハウジング１１の第４の小径部４２２の下方部は、円板部材２３１及び環状部材２３２の第１室３６側の側面まで延びている。すなわち、第２室３６の底部は、円板部材２３１と環状部材２３２の間隙の最下部よりも下にはない。これら区画部材２３０及び水センサー２３４以外の構成は、上記第１実施形態の構成と同じであるため、同一構成に同一符号を付して説明は省略する。
【００２５】
以上の構成からなる第４実施形態において、液体ポンプ３１０の停止時には、図８に示されるＬ１の位置に液体はあり、第２室３６と第１室３７の上部には空気層が存在する。この状態において、リップシール２４は、液体に浸かっているが、ころがり軸受１４への液体の漏れを防止する。液体ポンプ３１０の作動時には、図示しない動力源によるシャフト１５の回転によって、インペラ１６が回転し、外部（例えば、ラジエタ）から図示しないインレットポートを介して液体がポンプ室１２内に吸い込まれ、外部（例えば、エンジン内冷却水通路）へと図示しないアウトレットポートを介して吐出される。
【００２６】
一方、中間室１３内においては、回転する円板部材２３１の外周面に形成された斜溝２３１ａと環状部材２３２の内周面とが軸流ポンプを構成するため、円板部材２３１の回転に伴い、第２室３６内の冷却水が順次第１室３７へ排出されていく。このとき、空気溝２３３を介して第１室３７から第２室３６へ空気が供給されるので、第２室３６から第１室３７への液体の排出が容易となる。こうして、液体ポンプ３１０の運転開始から所定時間経過後には、第２室３６内の液体はほぼなくなり、リップシール２４は、完全に液体から隔離される。この第４実施形態においても、上記した実施形態と同様に液体ポンプ３１０の作動時には、第２室３６内の液体が第１室３７へ排水されて、リップシール２４周辺は空気層となり、これによりリップシール２４の円滑な潤滑及び摺動が維持され、良好なシール性が保たれる。また、この第４実施形態においては、液体センサー２３４により第２室３６内の液体の有無を検出して、外部装置に検出信号を出力し、例えば、異常発生により第２室３６内に液体が残留するようなときには、警報などを行うことが可能である。
【００２７】
図１０乃至１２は、本発明による液体ポンプ４１０の第５実施形態を示していて、この第５実施形態では、段付内孔を有するハウジング１１は、第５の内孔の第５の小径部５２２を有する第１ハウジングシェル１１１ａと第５の大径部５２３を有する第２ハウジングシェル１１１ｂとからなり、両ハウジングシェルはＯリングを介して液密に結合されている。第１ハウジングシェルの一端側側面である段付部２１には、径方向内方に突出するフランジ部４１２が形成されており、該フランジ部４１２には第２室３６内に、ゴム等の弾性部材からなり、その内周筒部４１１ａを弾性力により液密的にシャフト１５の外周面に嵌着された副リップシール４１１が配設されている。副リップシール４１１は肉厚の外周筒部４１１ｃを有し、該外周筒部４１１ｃと内周筒部４１１ａ間には通常時、図１１に示すように弾性力により液密的にフランジ部４１２に当接するリップ部４１１ｂが設けられている。尚、リップ部４１１ｂの環状のシール面の最下部は、区画部材２３０の円板部材２３１の最下部よりも上方にある。その他の構成は、上記第４実施形態の構成と同じであるため、同一構成に同一符号を付して説明は省略する。
【００２８】
以上の構成からなる第５実施形態において、液体ポンプ４１０の停止時には、図１０に示されるＬ１の位置に液体はあり、第２室３６と第１室３７の上部には空気層が存在する。この状態において、副リップシール４１１は、液体に浸かっているが、リップシール２４及びころがり軸受１４への液体の侵入を防止している。液体ポンプ４１０の作動時には、上記した第４実施形態と同様に、インペラ１６によりポンプ作用がなされる。また、中間室１３内においては、斜溝２３１ａの作用により、円板部材２３１の回転に伴い、第２室３６内の液体が順次第１室３７へ排出されていくと同時に、空気溝２３３を介して第１室３７から第２室３６へ空気が供給される。こうして、液体ポンプ４１０の運転開始から所定時間経過後には、第２室３６内の冷却水の液面は、区画部材２３０の円板部材２３１の最下部付近となる。また、シャフト１５の回転に伴い、副リップシール４１１が、外周筒部４１１ｃが肉厚となっていることから遠心力により図１２に示すように弾性変形し、リップ部４１１ｂがフランジ部４１２から離間する。これにより、第２室３６とリップシール２４の周囲とは連通するが、穴２５を介した大気の第２室３６への流入は、リップシール２４により防止される。このように、リップシール２４は、常に完全に液体から隔離され、円滑な潤滑及び摺動が維持され、良好なシール性が保たれる。また、副リップシール４１１は、第１室３６の液体のシールを必要としないウオーターポンプ４１０の作動時には、フランジ部４１２から離間されるので、耐久性が向上される。
【００２９】
図１３は、本発明による液体ポンプ５１０の第６実施形態を示していて、この第６実施形態では、ハウジング１１は、第６の内孔の第６の大径部１２３ａとリップシール２４が圧入固定される第６の小径部１２２ａとを有する段付内孔を備える第１ハウジングシェル１１１ａと、第６の大径部１２３ｂとすべり軸受１１４が圧入固定される第６の小径部１２２ｂを有する段付の第６の内孔を備える第２ハウジングシェル１１１ｂから構成されていて、同径の第６の大径部１２３ａ、１２３ｂを合わせてＯリングを介して液密的に互いに結合されている。両第６の大径部１２３ａ、１２３ｂにより、内部室１３が形成され、該内部室１３内には区画部材６４及び隔壁部材６５が配設されている。区画部材６４は、環状の円板状を呈し、その内周筒部をシャフト１５の外周に圧入固定され、その一側側面をわずかなすき間を介して第１ハウジングシェルの段部２１と対向している。このすき間によってラビリンスが形成される。隔壁部材６５は、環状の円板状を呈し、その外周部を第２ハウジングシェルの第６の大径部１２３ｂに圧入固定され、区画部材６４側側面が第２ハウジングシェルの大径部側開口側面と面一になるように位置されている。この隔壁部材６５の最上部（取付状態での最上部）には、軸方向に延びる溝或いは孔６５ａが形成されている。また、第１ハウジングシェルの最上部には、一端を小径部１２２ａの内面に開口し、他端が大径部側開口側面に開口する空気通路６６が形成されており、また、第２ハウジングシェルの最上部には、一端が大径部１２３ｂの内面に開口し、他端が大径部側開口側面に開口して、空気通路６６に連通される空気通路６７が形成されている。その他の構成は、上記第３実施形態の構成と同じであるため、同一構成に同一符号を付して説明は省略する。
【００３０】
以上の構成からなる第６実施形態において、液体ポンプ５１０の停止時には、図１３に示されるように液体が中間室１３内にあり、第２室３６と第１室３７の上部には空気層が存在する。この状態において、リップシール２４は、液体に浸かっているが、外部へのへの液体の漏れを防止している。液体ポンプ５１０の作動時には、インペラ１６によりポンプ作用がなされると共に、また、中間室１３内においては、区画部材６４がシャフト１５と一体回転することにより、区画部材の遠心力及び冷却水の表面張力によってリップシール２４の周辺の冷却水が図１３に矢印で示すように移動し、隔壁部材６５の内周部を介して第２室３７へ流れ込む。この液体の移動と同時に、空気通路６６、６７を介して第１室３７から第２室３６へ空気が供給される。こうして、液体ポンプ５１０の運転開始から所定時間経過後には、リップシール２４の周辺は空気層となり、リップシール２４は液体から隔離され、円滑な潤滑及び摺動が維持され、良好なシール性を保つ。また、隔壁部材６５により、第２室３７内の液体の液面が安定される。
【００３１】
図１４及び１５は、本発明による液体ポンプ６１０の第７実施形態を示していて、この第７実施形態では、ハウジング１１は、第７の内孔の第７の大径部６２３ａとリップシール２４が圧入固定される第７の小径部６２２ａとを有する段付内孔を備える第１ハウジングシェル６１１ａと、すべり軸受１１４が圧入固定される第７の小径内孔６２２ｂを有する第２ハウジングシェル６１１ｂと、第７の大径部６２３ａと同径の大径内孔６２３ｃを有する第３ハウジングシェル６１１ｃとから構成されていて、各ハウジングはＯリングを介して液密的に互いに結合されている。これにより、すべり軸受１１４とリップシール２４との間に中間室１３が形成され、該中間室１３内には区画部材６３０及び隔壁部材６６５が配設されている。尚、第７実施形態において、ハウジングを３分割としたことにより、上記第６実施形態では別体であった隔壁部材６６５が、第３ハウジングシェル６１１ｃの第１ハウジングシェル６１１ａ側側面と面一に径方向内方に延びるように一体形成されている。尚、隔壁部材６６５の内周面とシャフト１５の外周面との間にはわずかな隙間が形成されている。区画部材６３０は、シャフト１５の外周に圧入固定される内周筒部６３９と、該内周筒部６３９の一端から隔壁部材６６５とわずかなすき間を保ちながら、該隔壁部材６６５に沿って径方向外方に延びる第１側面部６３１と、該第１側面部６３１の外周端部から第７の大径部６２３ａの内周面とわずかなすき間を保ちながら、該大径部の内周面に沿ってリップシール２４側に延びる外周筒部６３３と、該外周筒部６３３の端部から第１ハウジング６１１Ａの段部６２１とわずかなすき間を保ちながら、該段部６２１に沿ってほぼ小径部６２２ａまで径方向内方に延びる第２側面部６３２を一体的に有する。その他の構成は、上記第６実施形態の構成と同じであるため、同一構成に同一符号を付して説明は省略する。
【００３２】
以上の構成からなる第７実施形態において、液体ポンプ６１０の停止時には、図１４に示されるように液体が中間室１３内にあり、第２室３６と第１室３７の上部には空気層が存在する。この状態において、リップシール２４は、液体に浸かっているが、外部へのへの液体の漏れを防止している。液体ポンプ６１０の作動時には、インペラ１６によりポンプ作用がなされると共に、また、中間室１３内においては、区画部材６３０がシャフト１５と一体回転することにより、区画部材６３０の遠心力及び冷却水の表面張力によってリップシール２４の周辺の液体が、図１５に示すように区画部材６３０内へ移動すると共に区画部材６３０と段部６２１、第７の大径部６２３ａ及び隔壁部材との間の各隙間及び隔壁部材６６５とシャフト１５の間の隙間を介して第１室側３７へ移動する。この液体の移動と同時に、空気通路６６、６７を介して第１室３７から第２室３６へ空気が供給される。こうして、液体ポンプ６１０の運転開始から所定時間経過後には、リップシール２４の周辺は空気層となり、リップシール２４は液体から隔離され、円滑な潤滑及び摺動が維持され、良好なシール性を保つ。また、隔壁部材６５により、第１室３７内の液体の液面が安定され、第１室３７内の液体の液面はシャフト１５よりも上に保たれ、ポンプ室１２へ空気が混入しない。
【００３３】
図１６及び１７は、本発明による液体ポンプ７１０の第８実施形態を示していて、この第８実施形態では、上記した第７実施形態における第１室３７内に第１室３７内の冷却水の液面をより安定させるために液面安定部材７０が配設されている。液面安定部材７０は、シャフト１５が遊嵌される内孔を有する円板部７１と、該円板部７１の第１室３６側側面に放射状且つ軸方向に延びるリブ７２ａ〜７２ｈが等間隔に複数個（本実施形態では８個）一体に植設されている。液面安定部材７０は、これらリブの外周部及び円板部７１の外周部を第３ハウジングシェル６１１ｃの孔６２３ｃに圧入されている。液面安定部材７０以外の構成は、上記した第７実施形態と同じであるため、同一構成に同一符号を付して説明は省略する。
【００３４】
この第８実施形態においては、液面安定部材７０により、第１室３７内の液体の液面が渦をまいたり、波立ちするのが防止され、ポンプ室１２への空気の混入が的確に防止される。
【００３５】
図１８及び１９は、本発明による液体ポンプ８１０の第９実施形態を示していて、この第９実施形態では、上記した第７実施形態において、図１９に示すようにリップシール８２４のリップ部８２４ｂにスパイラル溝８２４ｄを設け、シャフト１５の回転により外部から第２室３６へ大気が供給されるようにされている。尚、図１９中、８２４ａは、第１ハウジングシェル６１１ａに圧入固定される外周筒部、８２４ｃはシャフト１５にリップ部８２４ｂを所定の圧接力で当接させるためのリングである．また、第１ハウジングシェル６１１ａには、第２室３６と大気とを連通する空気抜き孔８２５が形成されており、該空気抜き孔８２５の大気側開口部には空気抜き弁８２６が配設されている。この空気抜き弁８２６は、ラジエタキャップ等に利用されている周知なもので、空気は通すが、液体は通さないものである。
【００３６】
この構成によれば、第２室３６内の液体が上記した第７実施形態と同様にリップシール８２４周辺から移動する際、リップ部のスパイラル溝８２４ｄの作用により、大気が第１室３６内に供給されるので、第２室３６から外部への液体漏れに対するリップシール８２４のシール性能を向上させることができる。スパイラル溝８２４ｄの作用により第２室３６へ供給された大気の過剰分は、空気抜き弁８２６を介して大気へ解放される。
【００３７】
以上、説明した第１乃至第９実施形態では、シール部材としてリップシールを用いたが、この他にも例えば、磁性流体を使った磁気シールを用いることも可能である。
【発明の効果】
上記したように、本発明によれば、シャフトが回転し、液体ポンプが作動すると、中間室内において、区画部材が回転し、第２室内の液は区画部材の遠心力及び液の表面張力により、径方向外方に移動し、第１室側へ移動する。これにより、液体が第２室内に配設されるシール機構の周辺から除去され、シール機構は良好なシール性能を維持する。
【００３８】
また、更に、本発明によれば、シャフトが回転により区画部材が回転すると、第２室内の液は、その表面張力及び区画部材の遠心力により屈曲した区画部材の環状の空間内に集められ、遠心力により排水孔を介して第１室内へ排出されると共に、第１室内の空気が空気通路を介して第２室内へ流入する。これにより、液が第２室内に配設されるシール機構の周辺から的確に除去され、シール機構は良好なシール性能を維持する。
【００３９】
また、更に本発明によれば、シャフトが回転し、区画部材の円板部材が回転すると、第２室内の液は、円板部材の外周面に形成された斜溝の軸流ポンプ作用により第１室へ移動されると同時に空気通路を介して第１室から第２室へ空気が移動する。これにより、液が第２室内に配設されるシール機構の周辺から的確に除去され、シール機構は良好なシール性能を維持する。
【００４０】
このように、本発明によれば、ポンプ作動時にシール機構から液体を隔離し、シール機構には液体の圧力が作用せず、シール機構の信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による第１実施形態の液体ポンプの縦断面図。
【図２】図１の区画部材の側面図。
【図３】図１の第１実施形態の横断面図。
【図４】本発明の第２実施形態の液体ポンプの断面図。
【図５】液体ポンプ停止時における図４のシール部材を示す部分拡大図。
【図６】液体ポンプ作動時における図４のシール部材を示す部分拡大図。
【図７】本発明の第３実施形態の液体ポンプの断面図。
【図８】本発明の第４実施形態の液体ポンプの断面図。
【図９】図８の区画部材の上面図。
【図１０】本発明の第５実施形態の液体ポンプの断面図。
【図１１】液体ポンプ停止時における図１０のシール部材を示す部分拡大図。
【図１２】液体ポンプ作動時における図１０のシール部材を示す部分拡大図。
【図１３】本発明の第６実施形態の液体ポンプの断面図。
【図１４】本発明の第７実施形態の液体ポンプの断面図。
【図１５】液体ポンプ作動時における第７実施形態の液体ポンプの断面図。
【図１６】本発明の第８実施形態の液体ポンプの断面図。
【図１７】図１５のＡーＡ断面図。
【図１８】本発明の第９実施形態の液体ポンプの断面図。
【図１９】図１８のシール部材を示す部分拡大図。
【符号の説明】
【００４２】
１０，１１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７１０，８１０液体ポンプ
１１，６１１ハウジング
１２ポンプ室
１３中間室
１４，１１４軸受
１５シャフト
１６インペラ
２４，１２４，８２４リップシール（シール機構）
３０，６４，１３０，２３０，６３０区画部材
３６第２室
３７第１室

Claims

第１の内孔を有するハウジングと、該ハウジングの第１の内孔に軸受を介して回転自在に支承され、軸方向の一端側に動力源が連結されると共に他端側にインペラが固設されたシャフトと、前記ハウジングの第１の内孔内に配設され、前記インペラ側に形成されるポンプ室から前記第１の内孔を介した前記シャフトの一端側への液体の漏れを防止するシール機構とを備えてなる液体ポンプにおいて、前記ハウジングの第１の内孔内に前記ポンプ室と連通可能な液層と空気層を有する中間室を形成し、前記シャフトに固定されて、前記中間室を前記シャフトの一端側の第２室と、前記インペラ側の第１室に軸方向に区画すると共に、前記シャフトとの一体回転により前記第２室内の液層の液を前記第１室へ移動させる区画部材を前記中間室内に設けると共に、前記シール機構を前記第２室内に配設し、さらにポンプの停止時に、前記中間室には所定量の前記液層の液が存在し、この所定量の前記液層の液の液位は、前記ポンプ室と前記中間室との間の隔壁部材に形成され前記ポンプ室と前記中間室との間の通路である第１の孔の上縁部よりも上方に設定されることを特徴とする液体ポンプ。
ポンプ室と、第１の小径部及び該第１の小径部との間に径方向の壁面を有する第１の小径部を含む段付状の第１の内孔とを有し、前記第１の小径部が前記ポンプ室と隣接すると共に前記ポンプ室に第１の孔を介して連通する中間室を区画しているハウジングと、前記第１の内孔の第１の小径部に配設される少なくとも１つの軸受によって前記ハウジングに回転可能に支承されると共に、前記第１の内孔の第１の小径部及び中間室を介して前記ポンプ室内へ延在するシャフトと、該シャフトと一体回転するように設けられ、前記ポンプ室内に位置されるインペラと、前記第１の内孔と前記シャフト間をシールするために前記第１の内孔の第１の小径部に設けられたシール機構と、ポンプ非作動時にその上部に導かれる空気と共に所定量の流体が充填される前記中間室内に配設され、前記中間室を前記ポンプ室に隣接する第１室と該第１室と少なくとも前記中間室の上部を介して連通される第２室とに分割する隔離手段と、前記第２室に設けられ、少なくとも前記第２室内の液体の部分が前記第１室へ追い出されて、前記第１室内の空気が前記第２室へ追い出され、前記シール機構のまわりの領域の液体が前記シール機構を液体から実質的に隔離させるために追い出されるように、ポンプ作動時に前記第２室内の液体を付勢する液体付勢手段とを備えており、さらにポンプの停止時に、前記中間室には所定量の前記液層の液が存在し、この所定量の前記液層の液の液位は、前記ポンプ室と前記中間室との間の隔壁部材に形成され前記ポンプ室と前記中間室との間の通路である前記第１の孔の上縁部よりも上方に設定されることを特徴とする液体ポンプ。
ポンプ室と、第３の小径部及び該第３の小径部との間に径方向の壁面を有する第３の大径部を含む段付状の第３の内孔とを有し、前記第３の大径部が前記ポンプ室と隣接する中間室を区画しているハウジングと、前記ポンプ室と前記中間室の間に設けられる軸受支持隔壁と、該軸受支持隔壁内に配設される少なくとも１つの軸受によって前記ハウジングに回転可能に支承されると共に、前記第３の内孔の第３の小径部及び中間室を介して前記ポンプ室内へ延在するシャフトと、該シャフトと一体回転するように設けられ、前記ポンプ室内に位置されるインペラと、前記第３の内孔と前記シャフト間をシールするために前記第３の内孔の第３の小径部に設けられたシール機構と、ポンプ非作動時にその上部に導かれる空気と共に所定量の流体が充填される前記中間室内に配設され、前記中間室を前記ポンプ室に隣接する第１室と該第１室と少なくとも前記中間室の上部を介して連通される第２室とに分割する隔離手段と、前記第２室に設けられ、少なくとも前記第２室内の液体の部分が前記第１室へ追い出されて、前記第１室内の空気が前記第２室へ追い出され、前記シール機構のまわりの領域の液体が前記シール機構を液体から実質的に隔離させるために追い出されるように、ポンプ作動時に前記第２室内の液体を付勢する液体付勢手段とを備えており、さらにポンプの停止時に、前記中間室には所定量の前記液層の液が存在し、この所定量の前記液層の液の液位は、前記シャフトよりも上方に設定されることを特徴とする液体ポンプ。
ポンプ室と、第２の小径部及び該第２の小径部との間に径方向の壁面を有する第２の大径部を含む段付状の第２の内孔とを有し、前記第２の大径部が前記ポンプ室と隣接すると共に前記ポンプ室に連通する中間室を区画しているハウジングと、前記第２の内孔の第２の小径部に配設される少なくとも１つの軸受によって前記ハウジングに回転可能に支承されると共に、前記第２の内孔の第２の小径部及び中間室を介して前記ポンプ室内へ延在するシャフトと、該シャフトと一体回転するように設けられ、前記ポンプ室内に位置されるインペラと、前記ハウジングの前記第２の内孔の前記第２の小径部の端部から第２の大径部へ前記中間室に環状空間を形成するように延在する円筒延在部と、ポンプ非作動時にその上部に導かれる空気と共に所定量の流体が充填される前記中間室内に配設され、前記中間室を前記ポンプ室に隣接する第１室と該第１室と少なくとも前記中間室の上部を介して連通される第２室とに分割すると共に、前記環状空間内へ軸方向に延びる円周部を有する隔離手段と、前記円筒延在部と前記隔離手段の円周部との間に設けられたシール機構と、前記第２室に設けられ、少なくとも前記第２室内の液体の部分が前記第１室へ追い出されて、前記第１室内の空気が前記第２室へ追い出され、前記シール機構のまわりの領域の液体が前記シール機構を液体から実質的に隔離させるために追い出されるように、ポンプ作動時に前記第２室内の液体を付勢する液体付勢手段とを備えており、さらにポンプの停止時に、前記中間室には所定量の前記液層の液が存在し、この所定量の前記液層の液の液位は、前記シャフトよりも上方に設定されることを特徴とする液体ポンプ。
ポンプ室と、第６の小径部及び該第６の小径部との間に径方向の壁面を有する第６の大径部を含む段付状の第６の内孔とを有し、前記第６の大径部が前記ポンプ室と隣接する中間室を区画しているハウジングと、前記ポンプ室と前記中間室の間に設けられる軸受支持隔壁と、該軸受支持隔壁内に配設される少なくとも１つの軸受によって前記ハウジングに回転可能に支承されると共に、前記第６の内孔の前記第６の小径部及び中間室を介して前記ポンプ室内へ延在するシャフトと、該シャフトと一体回転するように設けられ、前記ポンプ室内に位置されるインペラと、前記第６の内孔と前記シャフト間をシールするために前記第６の内孔の前記第６の小径部に設けられたシール機構と、ポンプ非作動時にその上部に導かれる空気と共に所定量の流体が充填される前記中間室内に配設され、前記中間室を前記ポンプ室に隣接する第１室と、前記第２室に環状空間を規定するように形成されるバイパス通路によって前記ハウジングの上部にて第１室と連通される前記第２室とに分割する隔壁部材と、前記第２室に設けられ、ポンプ作動時に前記第２室内の液体を前記第２室の前記環状空間内に集中させるように付勢する液体付勢手段とを備えており、さらにポンプの停止時に、前記中間室には所定量の前記液層の液が存在し、この所定量の前記液層の液の液位は、前記シャフトよりも上方に設定されることを特徴とする液体ポンプ。