(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラの回転によって液体を吐出口から吐出する遠心式渦巻ポンプにおいて、
前記インペラと同心円状に形成された円弧ケーシングによって構成される円弧ポンプ室と、
前記円弧ポンプ室の前記インペラ回転方向下流側に前記円弧ポンプ室から前記吐出口へと渦巻状に連続して設けられ、前記円弧ポンプ室の前記インペラ回転方向下流側の周方向端部がボリュート巻き始め位置として設定されると共に前記円弧ポンプ室の前記インペラ回転方向上流側の周方向端部がボリュート巻き終り位置として設定されたボリュートケーシングによって構成される渦巻ポンプ室と、
を備え、
前記渦巻ポンプ室の前記ボリュート巻き始め位置からボリュート巻き終り位置までの巻き角度が１１５度以上で１８５度未満となるように前記ボリュートケーシングの前記ボリュート巻き始め位置を設定し、かつ、
前記ボリュート巻き終り位置における前記渦巻ポンプ室のボリュートケーシングの半径をＲとし、前記円弧ポンプ室の円弧ケーシングの半径をｒとするとき、０．１５＜｛（Ｒ−ｒ）／ｒ｝＜０．３の関係が成立するように設定した、
ことを特徴とする遠心式渦巻ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は遠心式渦巻ポンプに係り、特に車両等においてウインドウォッシャ液やヘッドライトウォッシャ液を吐出するためのウォッシャポンプに用いて好適な遠心式渦巻ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
遠心式渦巻ポンプは種々の分野で用いられているが、例えば、車両等においてウインドウォッシャ液やヘッドライトウォッシャ液を吐出するためのウォッシャポンプとしても広く適用されている。
【０００３】
この種の遠心式渦巻ポンプは、ケーシング（ボリュートケーシング）内にインペラが回転可能に収容されている。このケーシングは、全体として渦巻状に形成されており、インペラの先端部分に接近して設けられた締切り部分から巻き始められ（換言すれば、ケーシングの端部がボリュート巻き始め位置として設定され）インペラの周囲に沿って順次連続して吐出口へと渦巻状に形成されている。これにより、インペラの周囲に沿って渦巻状の渦巻室が順次連続して設けられた構成となっている（例えば、特開平８−２６１１９５号公報参照）。
【０００４】
この遠心式渦巻ポンプでは、ケーシング内でインペラが回転することによって、液体にエネルギー（遠心力）を与えることができ、例えばインペラの中央部分に設けられた流入口から流入した液体をインペラの外周に沿って設けられた渦巻室を介して順次吐出口へ送り出し、液体を吐出口から吐出することができる。
【０００５】
ところで、インペラの上下周縁部とケーシングとの間には隙間があり、さらに、インペラの羽根と羽根との間には当然に隙間があるため、インペラから渦巻室へ送り出す流量と吐出口から吐き出される流量の差によって、渦巻室を流れる液体の一部が前記隙間を通ってインペラの中央方向に戻る流れが生じることが考えられる。このようにインペラから渦巻室へ送り出された液体の一部がインペラの中央方向に戻る流れを生じていると、この戻る流れは、吐出口へ液体を送りだすことに対して余分な仕事をしていることになり、エネルギー損失となってしまう。特に、例えば車両のウォッシャポンプの如く比較回転度（比速度）Ｎｓ≒８０程度の低流量高揚程ポンプにおいては、前記エネルギー損失が顕著であった。
【０００６】
したがって、このような渦巻室へ送り出されたにも拘わらずインペラの中央方向に戻る流れは、ポンプ効率を低下させる大きなマイナス要因であり、これを防止するための対策が切望されていた。
【０００７】
そこで、エネルギー損失が少なく、ポンプ効率が向上する遠心式渦巻ポンプを既に本出願人が提案している（特開平１１−２４７７９８号公報）。
【０００８】
前記公報に提案した遠心式渦巻ポンプによれば、円弧ポンプ室と渦巻ポンプ室とを備えた構成（ケーシングの途中から渦巻部分が開始される構成）となっており、円弧ポンプ室（インペラの羽根間）から渦巻ポンプ室へ送り出された液体の一部がインペラの中央方向に戻る流れ量を低減することができると共に、円弧ポンプ室においてインペラからエネルギー（遠心力の作用）を与えられた液体が一気に渦巻ポンプ室へ流入して流速が過度に速くなることがなく、吐出口付近における液体の流速との差が小さくなり、エネルギー損失が大幅に低減して極めて効率的になる。
【０００９】
しかしながら、近年においては、このような遠心式渦巻ポンプを車両に搭載するに際して、エンジンルーム内の過密化や車両の燃費向上要求に伴い、更なる小型化および高効率化が求められている。
【００１０】
【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、エネルギー損失が大幅に低減してポンプ効率を更に高めることができ、かつこれを、簡単な構造で部品点数が増加することなく製作も容易で低コストにより実現することができる遠心式渦巻ポンプを得ることが目的である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の遠心式渦巻ポンプは、インペラの回転によって液体を吐出口から吐出する遠心式渦巻ポンプにおいて、前記インペラと同心円状に形成された円弧ケーシングによって構成される円弧ポンプ室と、前記円弧ポンプ室の前記インペラ回転方向下流側に前記円弧ポンプ室から前記吐出口へと渦巻状に連続して設けられ、前記円弧ポンプ室の前記インペラ回転方向下流側の周方向端部がボリュート巻き始め位置として設定されると共に前記円弧ポンプ室の前記インペラ回転方向上流側の周方向端部がボリュート巻き終り位置として設定されたボリュートケーシングによって構成される渦巻ポンプ室と、を備え、前記渦巻ポンプ室の前記ボリュート巻き始め位置からボリュート巻き終り位置までの巻き角度が１１５度以上で１８５度未満となるように前記ボリュートケーシングの前記ボリュート巻き始め位置を設定し、かつ、前記ボリュート巻き終り位置における前記渦巻ポンプ室のボリュートケーシングの半径をＲとし、前記円弧ポンプ室の円弧ケーシングの半径をｒとするとき、０．１５＜｛（Ｒ−ｒ）／ｒ｝＜０．３の関係が成立するように設定した、ことを特徴としている。
【００１２】
請求項１記載の遠心式渦巻ポンプでは、円弧ケーシングによって構成される円弧ポンプ室と、ボリュートケーシングによって構成される渦巻ポンプ室と、を備えている。すなわち、この遠心式渦巻ポンプは、従来の渦巻ポンプに比べて、ボリュートケーシングのボリュート巻き始め位置が吐出口の側に所定範囲ずれて設定された構成となっている。
【００１３】
インペラが回転すると、液体は円弧ポンプ室においてインペラからエネルギーを与えられて昇圧され、さらにインペラの回転に伴って渦巻ポンプ室へと流入して増速されて吐出口から吐き出される。
【００１４】
ここで、この遠心式渦巻ポンプの円弧ポンプ室は、液体がインペラから与えられるエネルギー（遠心力の作用）が小さい領域であり、したがって、円弧ポンプ室の設定範囲に応じて円弧ポンプ室（インペラの羽根間）から渦巻ポンプ室へ流れ出る流量が調整され、円弧ポンプ室（インペラの羽根間）から渦巻ポンプ室へ送り出された液体の一部がインペラの中央方向に戻る流れ量を低減することができる。これにより、ポンプ効率が向上する。
【００１５】
なお一方、ボリュートケーシングのボリュート巻き始め位置が吐出口の側に過度に接近していると（渦巻ポンプ室のボリュート巻き始め位置からボリュート巻き終り位置までの巻き角度が過度に小さいと）、円弧ポンプ室においてインペラからエネルギー（遠心力の作用）を与えられた液体が一気に渦巻ポンプ室へ流入するために、この渦巻ポンプ室へ流入する液体の流速が速くなりすぎ、吐出口付近における液体の流速との差が大きくなって渦が生じ、ポンプ効率が低下することになる。したがって、吐出口付近における液体の流速と渦巻ポンプ室における流速の差が小さくなるように渦巻ポンプ室の巻き角度を設定する必要がある。
【００１６】
すなわち、この遠心式渦巻ポンプでは、円弧ポンプ室と渦巻ポンプ室の範囲（換言すれば渦巻ポンプ室の巻き角度、すなわちボリュート巻き始め位置）を好適に設定することにより（前記巻き角度を１１５度以上１８５度未満に設定したことにより）、吐出口付近における液体の流速と渦巻ポンプ室における流速の差が小さい範囲で、円弧ポンプ室においてインペラから液体に最大限にエネルギーを与えて昇圧することができ、最大限のポンプ効率で液体を送り出すことができる。
【００１７】
またさらに、請求項１記載の遠心式渦巻ポンプでは、前述の如き吐出口付近における液体の流速と渦巻ポンプ室における流速の差を接近させるという知見に加え、円弧ポンプ室から渦巻ポンプ室への流出量が各インペラ間で大きく異なるとインペラの回転が一定とならずエネルギー損失が生じ、また、円弧ポンプ室から渦巻ポンプ室への流出量が各インペラ間で小さいと当該エネルギー損失は少なくなるが、反面、渦巻ポンプ室と円弧ポンプ室間の流れが生じこのため新たなエネルギー損失が生じる、という知見に基づいて、渦巻ポンプ室の出口幅（吐出口の開口幅）を、ある一定領域に設定した。
【００１８】
すなわち、円弧ポンプ室の半径に対する渦巻ポンプ室の出口幅（吐出口の開口幅）の値は、前記エネルギー損失について極めて効果的な領域が存在する（ある一定領域にある場合には前記エネルギー損失について極めて効果的である）ことを確認した。すなわち、ボリュート巻き終り位置における渦巻ポンプ室のボリュートケーシングの半径をＲとし、円弧ポンプ室の円弧ケーシングの半径をｒとするとき、０．１５＜｛（Ｒ−ｒ）／ｒ｝＜０．３の関係が成立するように設定した。
【００１９】
これにより、各インペラ間における円弧ポンプ室から渦巻ポンプ室への流出量の差が小さく、しかも渦巻ポンプ室と円弧ポンプ室間で不要な流れが生じない範囲で（エネルギー損失が生じない範囲で）、ポンプ効率を最大限まで高めることができる。
【００２０】
またさらに、円弧ポンプ室（円弧ケーシング）及び渦巻ポンプ室（ボリュートケーシング）から成る簡単な構造でありかつそれ自体も簡単な形状であるため、製作も容易で低コストであり、さらに部品点数が増加することもない。
【００２１】
このように、請求項１記載の遠心式渦巻ポンプでは、インペラによってエネルギーを与えられた液体が渦巻ポンプ室からインペラの中央方向に戻る流れを生じ難く、円弧ポンプ室においてインペラからエネルギー（遠心力の作用）を与えられた液体が一気に渦巻ポンプ室へ流入して流速が過度に速くなることがなく、吐出口付近における液体の流速との差が小さくなり、エネルギー損失が大幅に低減してポンプ効率を高めることができ、しかもこれを、簡単な構造で部品点数が増加することなく製作も容易で低コストにより実現することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の実施の形態に係る遠心式渦巻ポンプ１０の全体構成が縦断面図にて示されている。また、図２にはこの遠心式渦巻ポンプ１０の主要部の構成が横断面図にて示されている。
【００２３】
遠心式渦巻ポンプ１０は、車両等の例えばウインドウォッシャ液を吐出するためのウォッシャポンプ装置に適用されている。
【００２４】
この遠心式渦巻ポンプ１０は、モータ部１０Ａとポンプ部１０Ｂとが一体的に設けられた構成とされている。モータ部１０Ａ及びポンプ部１０Ｂを構成するハウジング１２は樹脂性で略円筒形に形成されており、ハウジング１２の一端開口部に樹脂製のエンドハウジング１４が固着されて内部が密閉された構成となっている。エンドハウジング１４の略角部には、コネクタ部１６が外部に露出する状態に一体的に突出形成されている。コネクタ部１６には図示しない外部コネクタが嵌合されて車両の電気回路部（図示省略）に接続される。
【００２５】
また、エンドハウジング１４と反対側のハウジング１２の中間部（すなわち、モータ部１０Ａとポンプ部１０Ｂとの境界部分）は、隔壁１８によって仕切られている。この隔壁１８によってモータ部１０Ａのアーマチャシャフト２０が支持されてアーマチャ（図示省略）がハウジング１２内に収容されている。
【００２６】
一方、遠心式渦巻ポンプ１０のポンプ部１０Ｂは、円弧ケーシング及びボリュートケーシングとしてのハウジング１２、及び底壁２２によって構成されており、さらに、前記アーマチャシャフト２０の先端が達している。アーマチャシャフト２０の先端には、半径方向に複数の羽根が形成されたインペラ２４が取り付けられており、ポンプ部１０Ｂ内においてアーマチャシャフト２０と共に回転する。また、ポンプ部１０Ｂには、ハウジング１２に形成されたインレット２６及びアウトレット２８が連通している。すなわち、ポンプ部１０Ｂは遠心式渦巻ポンプ（セントリフューガルポンプ）を構成しており、インレット２６から吸入した液体をインペラ２４の回転によってアウトレット２８から圧送することができる。
【００２７】
ここで、図２に詳細に示す如く、インペラ２４が収容されたポンプ部１０Ｂは、円弧ポンプ室３０と渦巻ポンプ室３２によって構成されている。円弧ポンプ室３０は、インペラ２４と同心円状に形成された円弧ケーシング部３４（ハウジング１２の一部）によって構成されている。一方、渦巻ポンプ室３２は、円弧ポンプ室３０のインペラ回転方向（図２矢印Ｒ方向）下流側に位置して円弧ポンプ室３０からアウトレット２８へと連続して設けられており、渦巻状のボリュートケーシング部３６（ハウジング１２の一部）によって構成されている。このボリュートケーシング部３６（渦巻ポンプ室３２）は、円弧ポンプ室３０のインペラ回転方向下流側の周方向端部がボリュート巻き始め位置Ａとして設定されると共に、円弧ポンプ室３０のインペラ回転方向上流側の周方向端部がボリュート巻き終り位置Ｂとして設定されている。
【００２８】
ここで、この渦巻ポンプ室３２のボリュート巻き始め位置Ａからボリュート巻き終り位置Ｂまでの巻き角度θは、１１５度以上で１８５度未満とすることが良く、巻き角度θが前記範囲となるようにボリュートケーシング部３６のボリュート巻き始め位置Ａが設定されている。なお、図２においては、渦巻ポンプ室３２の巻き角度θが１８０度になるように、ボリュートケーシング部３６のボリュート巻き始め位置Ａを設定した例を示している。
【００２９】
またさらに、この渦巻ポンプ室３２は、図２に示す如く、前記ボリュート巻き終り位置Ｂにおけるボリュートケーシング部３６の半径をＲとし、円弧ポンプ室３０の円弧ケーシング部３４の半径をｒとするとき、
０．１５＜｛（Ｒ−ｒ）／ｒ｝＜０．３
の関係が成立するように設定されている。
【００３０】
以上の構成の遠心式渦巻ポンプ１０は、車両のタイヤホイールハウスの直近に配置されたウォッシャタンク３８に、グロメット４０を介して取り付けられている。
【００３１】
次に本実施の形態の作用を説明する。
【００３２】
上記構成の遠心式渦巻ポンプ１０では、円弧ケーシング部３４によって構成される円弧ポンプ室３０と、ボリュートケーシング部３６によって構成される渦巻ポンプ室３２と、によってポンプ部１０Ｂが構成されている。すなわち、この遠心式渦巻ポンプ１０は、従来の渦巻ポンプに比べて、ボリュートケーシング部３６（渦巻ポンプ室３２）のボリュート巻き始め位置Ａが、アウトレット２８の側に所定範囲ずれて設定された構成となっている。
【００３３】
ポンプ部１０Ｂ内でインペラ２４が回転すると、液体は円弧ポンプ室３０においてインペラ２４からエネルギーを与えられて昇圧され、さらにインペラ２４の回転に伴って渦巻ポンプ室３２へと流入して増速されてアウトレット２８から吐き出される。
【００３４】
ここで、このポンプ部１０Ｂの円弧ポンプ室３０は、液体がインペラ２４から与えられるエネルギー（遠心力の作用）が小さい領域であり、したがって、円弧ポンプ室３０の設定範囲に応じて円弧ポンプ室３０（インペラ２４の羽根間）から渦巻ポンプ室３２へ流れ出る流量が調整され、円弧ポンプ室３０（インペラ２４の羽根間）から渦巻ポンプ室３２へ送り出された液体の一部がインペラ２４の中央方向に戻る流れ量を低減することができる。これにより、遠心式渦巻ポンプ１０のポンプ効率が向上する。
【００３５】
なお一方、ボリュートケーシング部３６（渦巻ポンプ室３２）のボリュート巻き始め位置Ａがアウトレット２８の側に過度に接近していると（渦巻ポンプ室３２の巻き角度θが過度に小さいと）、円弧ポンプ室３０においてインペラ２４からエネルギー（遠心力の作用）を与えられた液体が一気に渦巻ポンプ室３２へ流入するために、この渦巻ポンプ室３２へ流入する液体の流速が速くなりすぎ、アウトレット２８付近における液体の流速との差が大きくなって渦が生じ、ポンプ効率が低下することになる。したがって、アウトレット２８付近における液体の流速と渦巻ポンプ室３２における流速の差が小さくなるように渦巻ポンプ室３２の巻き角度θを設定する必要がある。
【００３６】
この場合、本実施の形態においては、渦巻ポンプ室３２の巻き角度θが１８０度になるように、ボリュートケーシング部３６のボリュート巻き始め位置Ａを設定した例を示したが、この渦巻ポンプ室３２の巻き角度θは、１１５度以上で１８５度未満の範囲であれば、前述の効果を得ることができる。
【００３７】
ここで、図３には、渦巻ポンプ室３２の巻き角度θと、ポンプ効率との対応関係がグラフに示されている。なお、図３において、線Ｘは３００ｃｃ／１０ｓの能力を備えた渦巻ポンプの例であり、線Ｙは４００ｃｃ／１０ｓの能力を備えた渦巻ポンプの例である。
【００３８】
この図３において明らかなように、巻き角度θを、１１５度以上１８５度未満の範囲とすると良いことが判る。さらに、本実施の形態の如く渦巻ポンプ室３２の巻き角度θを１８０度に設定すれば、最もポンプ効率が良いことが判る。
【００３９】
すなわち、渦巻ポンプ室３２の巻き角度θ（換言すれば、ボリュートケーシング部３６のボリュート巻き始め位置Ａ）を前記範囲において設定すれば、前述の如くアウトレット２８付近における液体の流速と渦巻ポンプ室３２における流速の差が小さくなり、インペラ２４から液体に最大限にエネルギーを与えて昇圧することができ、最大限のポンプ効率で液体を送り出すことができることが判る。
【００４０】
このように、本実施の形態に係る遠心式渦巻ポンプ１０では、円弧ポンプ室３０と渦巻ポンプ室３２の範囲（換言すれば渦巻ポンプ室３２の巻き角度θ、すなわちボリュート巻き始め位置Ａ）を好適に設定することにより、アウトレット２８付近における液体の流速と渦巻ポンプ室３２における流速の差が小さい範囲で、円弧ポンプ室３０においてインペラ２４から液体に最大限にエネルギーを与えて昇圧することができ、最大限のポンプ効率で液体を送り出すことができる。
【００４１】
またさらに、本実施の形態に係る遠心式渦巻ポンプ１０では、前述の如きアウトレット２８付近における液体の流速と渦巻ポンプ室３２における流速の差を接近させるという知見に加え、円弧ポンプ室３０から渦巻ポンプ室３２への流出量が各インペラ２４間で大きく異なるとインペラ２４の回転が一定とならずエネルギー損失が生じ、また、円弧ポンプ室３０から渦巻ポンプ室３２への流出量が各インペラ２４間で小さいと当該エネルギー損失は少なくなるが、反面、渦巻ポンプ室３２と円弧ポンプ室３０間の流れが生じこのため新たなエネルギー損失が生じる、という知見に基づいて、渦巻ポンプ室３２の出口幅（すなわち、アウトレット２８の開口幅）を、ある一定領域に設定した。
【００４２】
すなわち、ボリュート巻き終り位置Ｂにおけるボリュートケーシング部３６の半径をＲとし、円弧ポンプ室３０の円弧ケーシング部３４の半径をｒとするとき、０．１５＜｛（Ｒ−ｒ）／ｒ｝＜０．３の関係が成立するように設定した。
【００４３】
これにより、各インペラ２４間における円弧ポンプ室３０から渦巻ポンプ室３２への流出量の差が小さく、しかも渦巻ポンプ室３２と円弧ポンプ室３０間で不要な流れが生じない範囲で（エネルギー損失が生じない範囲で）、ポンプ効率を最大限まで高めることができる。
【００４４】
ここで、図４には、前記｛（Ｒ−ｒ）／ｒ｝と、ポンプ効率との対応関係を実験によって得たデータが示されており、図５には、前記｛（Ｒ−ｒ）／ｒ｝と、ポンプ効率との対応関係（図４に示すデータ）がグラフに示されている。なお、図５において、線Ｘは３００ｃｃ／１０ｓの能力を備えた渦巻ポンプの例であり、線Ｙは４００ｃｃ／１０ｓの能力を備えた渦巻ポンプの例である。
【００４５】
これらの図４及び図５において明らかなように、０．１５＜｛（Ｒ−ｒ）／ｒ｝＜０．３の関係が成立する範囲でポンプ効率が高いことが判る。特に、前記｛（Ｒ−ｒ）／ｒ｝を「０．１８〜０．２２」の範囲に設定すれば、最もポンプ効率が良いことが確認できる。
【００４６】
このように、本実施の形態に係る遠心式渦巻ポンプ１０では、円弧ポンプ室３０の円弧ケーシング部３４の半径ｒに対して、渦巻ポンプ室３２のボリュート巻き終り位置Ｂにおけるボリュートケーシング部３６の半径Ｒの値を好適に設定することにより、エネルギー損失について極めて効果的な領域とすることができ、最大限のポンプ効率で液体を送り出すことができる。
【００４７】
また、本実施の形態に係る遠心式渦巻ポンプ１０では、円弧ポンプ室３０（円弧ケーシング部３４）及び渦巻ポンプ室３２（ボリュートケーシング部３６）から成る簡単な構造でありかつそれ自体も簡単な形状であるため、製作も容易で低コストであり、さらに部品点数が増加することもない。
【００４８】
以上説明した如く、本実施の形態に係る遠心式渦巻ポンプ１０では、インペラ２４によってエネルギーを与えられた液体が渦巻ポンプ室３２からインペラ２４の中央方向に戻る流れを生じ難く、円弧ポンプ室３０においてインペラ２４からエネルギー（遠心力の作用）を与えられた液体が一気に渦巻ポンプ室３２へ流入して流速が過度に速くなることがなく、アウトレット２８付近における液体の流速との差が小さくなり、エネルギー損失が大幅に低減してポンプ効率を高めることができ、しかもこれを、簡単な構造で部品点数が増加することなく製作も容易で低コストにより実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る遠心式渦巻ポンプの全体構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る遠心式渦巻ポンプのポンプ部の構成を示す横断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る遠心式渦巻ポンプの渦巻ポンプ室の巻き角度とポンプ効率との対応関係を示す線図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る遠心式渦巻ポンプにおける渦巻ポンプ室のボリュート巻き終り位置におけるボリュートケーシング部の半径Ｒの所定の値とポンプ効率との対応関係を実験によって得たデータで示す対応図表である。
【図５】図４に示すデータを表した線図である。
【符号の説明】
１０    遠心式渦巻ポンプ
１０Ａ  モータ部
１０Ｂ  ポンプ部
１２    ハウジング
２４    インペラ
２８    アウトレット（吐出口）
３０    円弧ポンプ室
３２    渦巻ポンプ室
３４    円弧ケーシング部
３６    ボリュートケーシング部
Ａ    ボリュート巻き始め位置
θ    巻き角度
【図１】
0003718122.tif 000002
【図２】
0003718122.tif 000003
【図３】
0003718122.tif 000004
【図４】
0003718122.tif 000005
【図５】
0003718122.tif 000006