JP4017875B2 - 流体ポンプ - Google Patents

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乗ってウォータポンプにまで運ばれてくる。従って、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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】
本発明は上記事実を考慮し、弾性シール材を使うことによりコスト削減及びポンプ全体の小型化を図ることができる流体ポンプを得ることが目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明に係る流体ポンプは、モータを収容するモータ室と、このモータ室と一部において連通されかつ当該連通部位を通るモータの出力軸に軸心が一致するように固定された回転翼を収容するポンプ室と、を備えた流体ポンプであって、弾性材料によって構成されると共に前記出力軸に嵌着されて前記ポンプ室と前記モータ室との連通部位をシールするシール部と、このシール部のポンプ室側に配置されると共に前記回転翼と一体に回転し、かつ当該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と、を有することを特徴としている。
【０００７】
請求項１記載の本発明によれば、流体ポンプの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出力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。
【０００８】
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がエンジン冷却水に乗って流体ポンプのポンプ室内にまで運ばれてくる。
【０００９】
しかし、本発明に係る流体ポンプでは、回転翼と一体に回転する板状の振切り部を設けると共に、この振切り部と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したので、回転翼が回転すると、遠心力によって当該隙間内の流体が径方向外側へ押出される。従って、ポンプ室内に流入した鋳砂も回転翼の径方向外側へ振切られ、ポンプ室とモータ室との連通部位をシールするシール部側へ鋳砂が侵入するのを防止又は抑制することができる。このため、鋳砂によってシール部が損傷を受けるのを防止又は抑制することができる。よって、シール部として弾性材料によって構成されたものを使用することが可能となる。その結果、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た場合に比べて、コスト削減を図ることができると共にコンパクト化を図ることができる。
【００１０】
以上により、本発明に係る流体ポンプによれば、弾性シール材を使うことによりコスト削減及びポンプ全体の小型化を図ることができる。
【００１１】
請求項２記載の本発明に係る流体ポンプは、請求項１記載の発明において、前記振切り部には、その周縁部から前記モータ室側へ延出する延出部が一体に形成されており、前記モータ室には、前記延出部が回転可能に収容される溝として構成されかつ溝幅が当該延出部の板厚よりも厚い幅とされた溜込み部が形成されている、ことを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の本発明によれば、振切り部の周縁部からモータ室側へ延出する延出部を一体に形成すると共に、モータ室に当該延出部が回転可能に収容される溝として構成されかつ溝幅が当該延出部の板厚よりも厚い幅とされた溜込み部を形成したので、溜込み部には溝幅から延出部の板厚を差し引いた寸法の隙間が形成されることになる。従って、鋳砂の量が比較的多く、前述した振切り部で振切っても、尚も鋳砂が残ってしまうような場合（即ち、前述した振切り部だけではすべての鋳砂を完全に振切ることができなかった場合）には、この隙間を通って鋳砂が溜込み部に溜め込まれる。これにより、シール部への鋳砂の侵入を多重的に防止又は抑制することができる。その結果、本発明によれば、シール部への鋳砂の侵入防止（又は抑制）効果を高めることができる。
【００１３】
請求項３記載の本発明に係る流体ポンプは、請求項２記載の発明において、前記溜込み部の溝深さは、前記延出部の延出長さよりも長い深さとされており、当該溜込み部内に当該延出部が収容された状態では、当該溜込み部の入口側よりも当該溜込み部の突き当たり側の方が溝幅が広くなっている、ことを特徴としている。
【００１４】
請求項３記載の本発明によれば、溜込み部の溝深さは延出部の延出長さよりも長い深さとされており、当該溜込み部内に当該延出部が収容された状態では、溜込み部の入口側よりも突き当たり側の方が溝幅が広くなっているため、溜込み部の構造が一種のラビリンス構造となる。よって、一旦、溜込み部内に入り込んだ鋳砂が同じ経路を辿って（即ち、逆戻りして）、入口側から出てしまうのを効果的に防止することができる。その結果、本発明によれば、シール部への鋳砂の侵入防止（又は抑制）効果をより一層高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図４を用いて、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について説明する。なお、このウォータポンプ１０は、自動車のエンジン冷却システムに使用されるものである。
【００１６】
図２には本実施形態に係るウォータポンプ１０の縦断面図が示されており、又図１には当該ウォータポンプ１０の要部を拡大した縦断面図が示されている。まず、これらの図を用いて、ウォータポンプ１０の全体構造について概説する。
【００１７】
これらの図に示されるように、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、側面視で略Ｌ字形に屈曲されたモータハウジング１６（図３にも図示）を備えている。モータハウジング１６は、有底略円筒形状を成すモータ室１８と、このモータ室１８に隣接して一体に形成されかつ略Ｌ字形状を成す流路２０と、を備えている。なお、流路２０の両端部は開放されている。
【００１８】
上記モータ室１８内には、駆動源となるモータ２２が収容されている。モータ室１８を構成するモータハウジング１６の底壁部１６Ａの軸心部には、モータ２２の出力軸２４を挿通させるための出力軸挿通孔２６が形成されている。さらに、モータ室１８の開放側の端部には、モータ２２を固定的に保持するためのエンドプレート２８が装着されている。
【００１９】
一方、ポンプ部１４は、モータハウジング１６の底壁部１６Ａ側の開放端部１６Ｂ（出力軸２４の先端側の端部）に嵌合可能なポンプハウジング３０を備えている。ポンプハウジング３０は、概ね円筒形状を成している。形状をより具体的に説明すれば、ポンプハウジング３０は、エンジン冷却水（ＬＬＣ）が流入する小径円筒状の流入部３０Ａと、この流入部３０Ａから拡径されて扁平な有底円筒形状を成す大径の本体部３０Ｂと、この本体部３０Ｂから更に拡径されてモータハウジング１６の開放端部１６Ｂに嵌合される円筒状の組付部３０Ｃと、によって構成されている。
【００２０】
ポンプハウジング３０の組付部３０Ｃがモータハウジング１６の開放端部１６Ｂに組付けられた状態では、モータハウジング１６の開放端部１６Ｂの外周面に嵌着されたＯリング３２によって、当該開放端部１６Ｂの外周面とポンプハウジング３０の組付部３０Ｃの内周面との間がシールされている。また、ポンプハウジング３０の本体部３０Ｂの底壁部には、モータ室１８を構成するモータハウジング１６の周壁部１６Ｃと連接する隔壁３４が形成されている。かかる隔壁３４によって、本体部３０Ｂの内部空間は、流入部３０Ａの内部空間と連通されたポンプ室３６と、当該ポンプ室３６と前述した流路２０の入口側とを相互に連通する接続路３８と、に隔成されている。
【００２１】
上述したポンプ室３６内には、インペラ（回転翼）４０が回転可能に収容されている。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示されるように、インペラ４０は、軸心部４０Ａと、当該軸心部４０Ａの基端側に一体に形成された円板状の底部４０Ｂと、軸心部４０Ａ及び底部４０Ｂ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４０Ｃと、を備えている。インペラ４０の軸心部４０Ａには出力軸挿入孔４２が形成されており、かかる出力軸挿入孔４２内にモータ２２の出力軸２４の先端異形部が圧入されている。従って、モータ２２が作動して出力軸２４がその軸線回りに回転すると、インペラ４０も同軸的に一体に回転する構成である。
【００２２】
ここで、図１及び図２に示されるように、上述したモータ室１８とポンプ室３６との間には、両者を接続する接続室４４が形成されている。より具体的には、接続室４４はモータハウジング１６の開放端部１６Ｂ側に形成されており、底壁部１６Ａと周壁部１６Ｄとで隔成された空間として構成されている。従って、接続室４４とポンプ室３６とは軸方向に相互に連通されており、見方を変えれば、接続室４４はポンプ室３６の一部（延長された部分）でもある。
【００２３】
上記接続室４４を構成するモータハウジング１６の底壁部１６Ａには、比較的短い円筒状のシール保持部４６が一体に形成されている。このシール保持部４６は、底壁部１６Ａの出力軸挿通孔２６と周壁部１６Ｄとの中間に形成されている。そして、このシール保持部４６に、弾性材料（ゴム等）によって構成された「シール部」としてのオイルシール４８の基部４８Ａが嵌着されている。オイルシール４８の基部４８Ａの外周部はシール保持部４６の内周面に圧接されており、又基部４８Ａの内周部は出力軸２４の外周面に圧接されている。さらに、オイルシール４８の基部４８Ａの外周端部からは、すり鉢状のリップ部４８Ｂが延出されている。
【００２４】
一方、このオイルシール４８に対応して、インペラ４０の軸心部４０Ａの底部４０Ｂ側には、鋳砂５０（図１参照）のオイルシール４８側への侵入を防止するための鋳砂（異物）侵入防止部５２が一体に形成されている。この鋳砂侵入防止部５２は、インペラ４０の底部４０Ｂと略同一径寸法に設定されかつ当該底部４０Ｂに対して軸方向に所定の距離だけ離間して配置された円板状の振切り部５２Ａと、この振切り部５２Ａの外周縁からモータ室１８側へ環状に延出された延出部５２Ｂと、によって構成されている。この振切り部５２Ａが形成されたことにより、振切り部５２Ａとインペラ４０の底部４０Ｂとの間には、径方向外側が開放された隙間５４が形成されている。
【００２５】
さらに、延出部５２Ｂの板厚は周壁部１６Ｄの内周面とシール保持部４６の外周面との間に形成された溝の溝幅よりも小さく設定されており、又延出部５２Ｂの延出長さは周壁部１６Ｄの軸方向寸法よりも短く設定されている。これにより、延出部５２Ｂは、シール保持部４６の外周面側に一部オーバーラップするかたちで挿入され、オイルシール４８のリップ部４８Ｂを覆っている。その結果、周壁部１６Ｄの内周面と延出部５２Ｂの外周面並びにシール保持部４６の外周面との間には、環状の溝でかつ断面形状がＬ字形状（鉤状）とされた（即ち、図１に図示したように、「入口側の溝幅Ｂ１＜突き当たり側の溝幅Ｂ２」の関係が成り立つように各部の寸法が設定された）溜込み部５６が形成されている。
【００２６】
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３０の流入部３０Ａ並びに流路２０の出口側は、エンジン冷却水（ＬＬＣ）を循環させるための循環経路と接続されている。
【００２７】
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００２８】
ウォータポンプ１０のモータ２２が作動すると、出力軸２４がその軸線回りに回転し、これに伴ってインペラ４０も同一方向へ一体に回転する。これにより、流入部３０Ａからエンジン冷却水が流入され、ポンプ室３６及び接続路３８を通って、流路２０の出口側から吐出される。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、エンジンを冷却する。
【００２９】
ところで、エンジンが新しい時などに、鋳砂５０（図１参照）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３６内にまで運ばれてくることがある。
【００３０】
しかし、本実施形態に係るウォータポンプ１０では、インペラ４０と一体に回転する円板状の振切り部５２Ａを設け、この振切り部５２Ａとインペラ４０の底部４０Ｂとの間に径方向外側に開放する隙間５４を形成したので、インペラ４０が回転すると、遠心力によって当該隙間５４内のエンジン冷却水が径方向外側へ押出される。従って、ポンプ室３６内に流入した鋳砂５０もインペラ４０の径方向外側へ振切られ、図示しない元の循環経路へ戻される。このため、ポンプ室３６とモータ室１８との連通部位をシールするオイルシール４８側へ鋳砂５０が侵入するのを防止又は抑制することができる。よって、鋳砂５０によってオイルシール４８が損傷を受けるのを防止又は抑制することができるため、シール部として弾性材料によって構成されたオイルシール４８を使用することが可能となる。その結果、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た場合に比べて、コスト削減を図ることができると共にコンパクト化を図ることができる。すなわち、本実施形態に係るウォータポンプ１０によれば、オイルシール４８を使うことによりコスト削減及びポンプ全体の小型化を図ることができる。
【００３１】
また、本実施形態に係るウォータポンプ１０では、振切り部５２Ａの周縁部からモータ室１８側へ延出する延出部５２Ｂを一体に形成すると共に、モータ室１８側に当該延出部５２Ｂが回転可能に収容される溝として構成されかつ溝幅が当該延出部５２Ｂの板厚よりも厚い幅とされた溜込み部５６を形成したので、溜込み部５６には溝幅から延出部５２Ｂの板厚を差し引いた寸法の隙間が形成されることになる。従って、鋳砂５０の量が比較的多く、前述した振切り部５２Ａで振切っても、尚も鋳砂５０が残ってしまうような場合（即ち、前述した振切り部５２Ａだけではすべての鋳砂５０を完全に振切ることができなかった場合）には、この隙間を通って鋳砂５０が溜込み部５６に溜め込まれる。これにより、オイルシール４８への鋳砂５０の侵入を多重的に防止又は抑制することができる。その結果、本実施形態によれば、オイルシール４８への鋳砂５０の侵入防止（又は抑制）効果を高めることができる。なお、溜込み部５６内に溜め込まれた鋳砂５０は、図示しない循環経路に戻されるようになっている。
【００３２】
さらに、本実施形態に係るウォータポンプ１０では、溜込み部５６の溝深さが延出部５２Ｂの延出長さよりも長い深さとされており、当該溜込み部５６に延出部５２Ｂが収容された状態では、溜込み部５６の入口側よりも突き当たり側の方が溝幅が広く設定されているため、溜込み部５６の構造が一種のラビリンス構造となる。よって、一旦、溜込み部５６内に入り込んだ鋳砂５０が同じ経路を辿って（即ち、逆戻りして）、入口側から出てしまうのを効果的に防止することができる。その結果、本実施形態によれば、オイルシール４８への鋳砂５０の侵入防止（又は抑制）効果をより一層高めることができる。
【００３３】
なお、本実施形態に係るウォータポンプ１０では、溜込み部５６をラビリンス形状にしたが、請求項１、請求項２に係る本発明には、ラビリンス形状等にはなっておらず、ストレート形状等になっている溜込み部も含まれる。
【００３４】
また、本実施形態に係るウォータポンプ１０では、振切り部５２Ａの他に延出部５２Ｂが形成された構成を採用したが、請求項１に係る本発明には、振切り部５２Ａだけが形成されており、延出部５２Ｂが形成されていない構成も含まれる。なお、この場合には、溜込み部５６に鋳砂５０を溜め込む（ひいては、溜め込んだ鋳砂５０を元の循環経路に戻す）ことによる鋳砂５０の侵入防止という効果は得られないが、遠心力による鋳砂５０の振切り効果は得られるので、一定の効果は期待できる。
【００３５】
さらに、本実施形態では、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】本実施形態に係るウォータポンプの要部構成を拡大して示す断面図である。
【図２】本実施形態に係るウォータポンプの全体構成を示す縦断面図である。
【図３】図２に示されるモータハウジングの単品形状を示す縦断面図である。
【図４】（Ａ）はインペラの平面図、（Ｂ）はインペラの縦断面図、（Ｃ）はインペラの底面図である。
【符号の説明】
１０ ウォータポンプ（流体ポンプ）
１８ モータ室
２２ モータ
２４ 出力軸
３６ ポンプ室
４０ インペラ（回転翼）
４８ オイルシール（シール部）
５０ 鋳砂
５２Ａ 振切り部
５２Ｂ 延出部
５４ 隙間
５６ 溜込み部

Claims (3)

1. モータを収容するモータ室と、このモータ室と一部において連通されかつ当該連通部位を通るモータの出力軸に軸心が一致するように固定された回転翼を収容するポンプ室と、を備えた流体ポンプであって、
   弾性材料によって構成されると共に前記出力軸に嵌着されて前記ポンプ室と前記モータ室との連通部位をシールするシール部と、
   このシール部のポンプ室側に配置されると共に前記回転翼と一体に回転し、かつ当該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と、
   を有することを特徴とする流体ポンプ。
2. 前記振切り部には、その周縁部から前記モータ室側へ延出する延出部が一体に形成されており、
   前記モータ室には、前記延出部が回転可能に収容される溝として構成されかつ溝幅が当該延出部の板厚よりも厚い幅とされた溜込み部が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の流体ポンプ。
3. 前記溜込み部の溝深さは、前記延出部の延出長さよりも長い深さとされており、
   当該溜込み部内に当該延出部が収容された状態では、当該溜込み部の入口側よりも当該溜込み部の突き当たり側の方が溝幅が広くなっている、
   ことを特徴とする請求項２記載の流体ポンプ。

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