(57)【要約】【課題】インペラを収容する収容室からの流体の漏れを抑制することが可能なウォータポンプを提供する。【解決手段】ウォータポンプ１は、回転軸５０と一体回転可能に支持されたインペラ１０と、インペラ１０を収容する収容室２０と、収容室２０の内側の圧力である第１圧力よりも高い圧力である第２圧力の流体が供給される供給室３０と、収容室２０と供給室３０との間に第１圧力が作用する第１面４１及び第２圧力が作用する第２面４２を有するシール部材７７が設けられ、回転軸５０に対して摺動可能に配置されるメカニカルシール４０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と一体回転可能に支持されたインペラと、
前記インペラを収容する収容室と、
前記収容室の内側の圧力である第１圧力よりも高い圧力である第２圧力の流体が供給される供給室と、
前記収容室と前記供給室との間に前記第１圧力が作用する第１面及び前記第２圧力が作用する第２面を有するシール部材が設けられ、前記回転軸に対して摺動可能に配置されるメカニカルシールと、
を備えるウォータポンプ。
【請求項２】
前記供給室には、前記第２圧力の流体が過給機から供給される請求項１に記載のウォータポンプ。
【請求項３】
前記第２面は、前記第１面に対向し、前記第１面の面積よりも広い面積からなる請求項１又は２に記載のウォータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラの回転により流体を流通させるウォータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体を流通させる際、ウォータポンプが利用されてきた。この種のウォータポンプに、インペラが一体回転するように固定された回転軸を回転させて流体を流通させるものがある（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１には水冷式エンジン等に使用されるウォータポンプが記載されている。このウォータポンプは、ポンプボディ内に軸受けを介して回転軸が回転自在に支持されている。回転軸の一端にはプーリブラケットを介して駆動プーリがボルト止めによって固定され、回転軸の他端にはインペラが圧入等により回転一体に固着される。インペラが回転軸と共に回転し冷却水を循環させて水冷式エンジン等を冷却する。インペラと軸受けとの間の領域であって回転軸の外周囲には環状のメカニカルシールが配設されている。メカニカルシールと軸受けとの間には空間が形成され、当該空間には、インペラが収容される収容室からメカニカルシールを通って漏れ出た冷却水が流れ込む。この空間には、液相の冷却水を排出するドレン排出孔が形成されて、液相の冷却水はドレン排出孔を介して貯留空間に回収される。一方、空間内には、気相の冷却水（水蒸気）を排出するベーパ排出孔も形成されている。これにより、メカニカルシールから漏れ出た冷却水がウォータポンプ外へ流出することを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６９７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ウォータポンプの動作中、インペラが収容される収容室内の圧力は当該収容室外（空間）の圧力よりも高くなる。このため、特許文献１に記載の技術のようにメカニカルシールを介して漏れ出た冷却水を回収するように構成しても、ウォータポンプの動作中は、収容室内と当該収容室外との間で圧力差が生じているので、根本的にメカニカルシールから空間への冷却水の漏れをなくすことができない。よって、メカニカルシールの摩耗により冷却水の漏れが増大した場合には、軸受けにも冷却水が浸入し、軸受けが故障するおそれがある。更には、軸受けを介して冷却水が漏れ出た場合には軸受け以外の部位も故障する可能性がある。
【０００６】
そこで、インペラを収容する収容室からの流体の漏れを抑制することが可能なウォータポンプが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るウォータポンプの特徴構成は、回転軸と一体回転可能に支持されたインペラと、前記インペラを収容する収容室と、前記収容室の内側の圧力である第１圧力よりも高い圧力である第２圧力の流体が供給される供給室と、前記収容室と前記供給室との間に前記第１圧力が作用する第１面及び前記第２圧力が作用する第２面を有するシール部材が設けられ、前記回転軸に対して摺動可能に配置されるメカニカルシールと、を備えている点にある。
【０００８】
一般的に、ウォータポンプの流体が収容室から外部に漏れる原因は、主に（１）メカニカルシールの摺動面の摩耗によるシール面積の減少、（２）流体に混在する異物により形成されるメカニカルシールの摺動面の傷、（３）メカニカルシールのシール部材への異物の噛み込み、であると考えられている。そこで、上記特徴構成とすれば、メカニカルシールの摺動面の摩耗、摺動面の傷によりシール性が悪化した場合であっても、収容室における第１圧力よりも高い第２圧力をシール部材に対して作用させることができるので、メカニカルシールの摺動面のシール性を維持することができる。したがって、メカニカルシールを介した収容室側から供給室側への流体の漏れを抑制できる。また、このような構成とすれば、従来のベーパ排出孔のような外部と連通する構成は不要であるので、ウォータポンプ内に異物が入ることも防止できる。したがって、メカニカルシールが異物を噛み込むことによる傷の発生を防止できる。
【０００９】
また、前記供給室には、前記第２圧力の流体が過給機から供給されると好適である。
【００１０】
このような構成とすれば、第２圧力の流体を容易に生成することができる。また、過給機は、ウォータポンプが設けられる装置に、別途設けられているものを併用できるので、新たに設ける必要がなく、低コストで実現できる。
【００１１】
また、前記第２面は、前記第１面に対向し、前記第１面の面積よりも広い面積からなると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、シール部材を第２面から押圧することができる。したがって、シール部材のシール性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ウォータポンプの側方断面図である。
【図２】メカニカルシールの側方断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係るウォータポンプは、インペラが収容される収容室から流体が漏れ出さないように構成される。以下、本実施形態のウォータポンプ１について説明する。図１は、本実施形態に係るウォータポンプ１の側方断面図である。図２は、メカニカルシール４０の側方断面図である。ウォータポンプ１は、インペラ１０、収容室２０、供給室３０、メカニカルシール４０を備えて構成される。
【００１５】
インペラ１０は、回転軸５０と一体回転可能に支持される。回転軸５０は、ウォータポンプ１を運転するための回転力が例えば内燃機関やモータ等から入力される。内燃機関やモータからの回転力をプーリ５１を介して入力するように構成することが可能である。インペラ１０は回転軸５０と連結固定され、当該インペラ１０は回転軸５０に回転力が入力された場合に回転軸５０と共に回転するように構成される。
【００１６】
収容室２０は、インペラ１０を収容する。収容室２０は、ポンプハウジング２１で形成されたインペラ１０を内包する空間である。収容室２０には流体が導入される導入口２２と流体が流出する流出口２３とが設けられる。図１の例では、導入口２２は回転軸５０の軸方向外側に設けられ、流出口２３はインペラ１０の径方向外側に設けられる。インペラ１０が回転することにより、流体は導入口２２から吸入され、流出口２３から吐出される。
【００１７】
収容室２０の内側には流体による圧力（後述する「内側の圧力」）が発生している。収容室２０の内側の圧力とは、ウォータポンプ１が運転している際にはインペラ１０の回転に応じて加圧された流体の圧力が相当し、ウォータポンプ１が運転していない際には収容室２０に導入されている流体の圧力或いは収容室２０内の空気の圧力が相当する。このような圧力を本実施形態では第１圧力と称する。
【００１８】
供給室３０には、この第１圧力より高い圧力の流体が供給される。本実施形態では、このような第１圧力より高い圧力を第２圧力と称する。供給室３０は、収容室２０と同様に、ポンプハウジング２１内に形成される。本実施形態では、供給室３０には第２圧力の流体は過給機３１から供給される。この時、過給機３１と供給室３０との間に、過給機３１からの第２圧力の流体を貯留するタンク３２と電磁弁３３とを備えると好適である。また、タンク３２には、タンク３２内の第２圧力の流体が過給機３１側に逆流しないように、逆止弁３４を設けると良い。電磁弁３３は、制御により開状態と閉状態とに切り替え可能な弁である。電磁弁３３は、供給室３０の圧力が第１圧力よりも低くならないように、例えば所定時間毎に開状態にすると良い。もちろん、供給室３０内の圧力を検出し、この検出結果に応じて電磁弁３３を開状態にするように構成しても良い。これにより、供給室３０に第２圧力の流体を供給することが可能となる。
【００１９】
メカニカルシール４０は、ポンプハウジング２１に固定され、回転軸５０に対して摺動可能に配置される。図２に示すように、メカニカルシール４０は、第１固定部材７１、第２固定部材７２、第３固定部材７３、第４固定部材７４、第１支持部材７５、第２支持部材７６、第１シール部材７７（「シール部材」の一例）、及び第２シール部材７８を備えて構成される。本実施形態では、第１固定部材７１、第２固定部材７２、第３固定部材７３、及び第４固定部材７４は金属材料を用いて構成され、第１支持部材７５、及び第２支持部材７６は弾性材料を用いて構成される。また、第１シール部材７７、及び第２シール部材７８は耐摩耗性材料を用いて構成される。もちろん、これらは別の特性を有する材料を用いて構成することも可能である。
【００２０】
第１固定部材７１はポンプハウジング２１に嵌合挿入され、ポンプハウジング２１に固定される。第２固定部材７２及び第３固定部材７３は、第１固定部材７１との間で第１支持部材７５を挟持する。第４固定部材７４は第１固定部材７１との間に隙間（後述する「連通路３５」を形成）を有し、且つ、回転軸５０に対して摺動可能に設けられる。第４固定部材７４は一方の端部７４Ａが第１固定部材７１の径方向内側部７１Ａよりも径方向外側に位置するように径方向外側に向けて折り曲げられる。これにより、第１固定部材７１からの第４固定部材７４の抜けが防止される。第４固定部材７４は第２支持部材７６を支持する。
【００２１】
第１シール部材７７及び第２シール部材７８は当接して回転軸５０に直交する摺動面を形成するように第１支持部材７５及び第２支持部材７６の間で挟持される。第１シール部材７７は第１固定部材７１との間に隙間３６を有するように設けられ、第２シール部材７８は第４固定部材７４との間に隙間３７を有するように設けられる。
【００２２】
このような構成において回転軸５０が回転すると、第１シール部材７７の第１面４１には第１圧力が作用し、第２面４２には第２圧力が作用することになる。ここで、第１面４１とは、第１シール部材７７が有する面のうち、収容室２０側を向く面である。第１圧力の流体は、第１面４１を押圧すると共に、隙間３７を介して第２シール部材７８と第４固定部材７４と第２支持部材７６とで形成される空間に流通し、上記摺動面と反対側の面からも第２シール部材７８を押圧する。第２面４２は、第１シール部材７７が有する面のうち、連通路３５及び隙間３６に連通し、第１固定部材７１と第１支持部材７５と共に空間を形成する面である。第２圧力の流体は、連通路３５と隙間３６とを介して第２面４２と第１固定部材７１と第１支持部材７５とで形成された空間に流通し、第２面４２を第２シール部材７８の方に向けて押圧する。
【００２３】
図２の例では、第１面４１が受ける第１圧力と第３面４３が受ける第２圧力との和よりも、第２面４２が受ける第２圧力の方が大きくなるように構成される。これにより、第１シール部材７７を受圧差に応じた力で第２シール部材７８側に押圧することができる。したがって、第１シール部材７７と第２シール部材７８との間の摺動面のシール性を高めることができ、当該摺動面を介する収容室２０の流体の漏れを抑制できる。なお、第１シール部材７７が第２シール部材７８側に押圧されるが、上述したように第１支持部材７５は弾性材料で形成されているので、第１シール部材７７と第１支持部材７５との間のシール性は保持され、第１シール部材７７と第１支持部材７５との間からの流体の漏れは生じない。また、第１シール部材７７による第２シール部材７８の押し付け力の強度が大きい場合でも、第２支持部材７６が弾性材料で形成されているので、第１シール部材７７による押し付け力を第２支持部材７６で吸収し、第１シール部材７７に対する第２シール部材７８の摺動が妨げられることがない。
【００２４】
ここで、第２面４２は、第１面４１に対向し、第１面４１の面積よりも広い面積からなると好適である。これにより、第１シール部材７７に対して、第２圧力の受圧面積を第１圧力の受圧面積よりも広くすることができるので、第１面４１に作用する力よりも第２面４２に作用する力を大きくすることができる。したがって、第１シール部材７７と第２シール部材７８との間のシール性を高めることが可能となる。
【００２５】
また、メカニカルシール４０は、上述したように、第４固定部材７４により回転軸５０に対して摺動可能かつ押圧力を持って配置される。このため、第４固定部材７４は回転軸５０との間を封止し、収容室２０と供給室３０とを連通しない。しかしながら、ウォータポンプの流体が収容室から外部に漏れる原因として挙げた上記（１）〜（３）により意図せず微小な隙間６０を有する場合がある。ただし、微小な隙間６０を有する場合であっても、収容室２０側の第１圧力の流体に対して、供給室３０側の第２圧力の流体が作用するので、収容室２０の流体が供給室３０側に漏れ出すことを抑制できる。
【００２６】
以上のようにウォータポンプ１は構成され、ウォータポンプ１により流通される流体が収容室２０から供給室３０へ漏れ出すのを抑制できる。
【００２７】
［その他の実施形態］
上記実施形態では、供給室３０には第２圧力の流体が過給機３１から供給されるとして説明した。過給機３１に代えて、コンプレッサ等の圧縮流体を出力する圧縮機から第２圧力の流体を供給するように構成することも可能である。
【００２８】
また、上記実施形態では、過給機３１と供給室３０との間にタンク３２と電磁弁３３とを備え、タンク３２には逆止弁３４を設けると良いとして説明した。しかしながら、タンク３２と電磁弁３３とを備えずに構成することも可能である。この場合、供給室３０に逆止弁３４を設け、過給機３１から供給室３０に第２圧力の流体を供給するように構成すると良い。係る場合でも、上記実施形態と同様の効果を奏することが可能である。
【００２９】
上記実施形態では、第２面４２は、第１面４１に対向し、第１面４１の面積よりも広い面積からなるとして説明した。しかしながら、第２面４２と第１面４１とが互いに対向しないで設けることも可能である。また、第２面４２の面積は第１面４１の面積と同じように構成することも可能であるし、第２面４２の面積は第１面４１の面積よりも小さくなるように構成することも可能である。いずれにしても、第１シール部材７７を受圧差に応じた力で第２シール部材７８側に押圧することにより、第１シール部材７７と第２シール部材７８との間の摺動面のシール性を高めると良い。
【００３０】
本発明は、インペラの回転により流体を流通させるウォータポンプに用いることが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１：ウォータポンプ
１０：インペラ
２０：収容室
３０：供給室
３１：過給機
４０：メカニカルシール
４１：第１面
４２：第２面
５０：回転軸
７７：第１シール部材（シール部材）
【図１】
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【図２】
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