(57)【要約】【課題】ポンプロータの部位での流体の逆流を抑制するための間隙を高精度で管理できるポンプを構成する。【解決手段】ケーシングＣの内部において回転軸芯Ｘと同軸芯で配置した固定シャフト１４に対し、クローズド型のポンプロータ４３を支持し、固定シャフト１４に対し、ライナー部４５を支持しており、ポンプロータ４３に備えられるシュラウド４３ｂの筒状部４３ｂａの外周面と、嵌合リング４５ｂの内周面とを近接配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内部に回転軸芯と同軸芯で固定シャフトが備えられ、前記固定シャフトに対し回転自在にポンプロータが支持され、前記固定シャフトのうち前記ポンプロータより外端側に環状のライナー部が支持され、前記ライナー部の内側を通過して吸入した流体を前記ポンプロータに送り、この流体を前記ポンプロータの外周から外方に送り出すように流路が形成されると共に、
前記ポンプロータが、前記回転軸芯に沿う方向で前記ライナー部に対向する位置にシュラウドを配置したクローズド型であり、
前記ライナー部が、前記固定シャフトの外端に嵌合するセンタホルダ、及び、前記ケーシングに形成された嵌合凹部に内嵌する嵌合リングを有しており、
前記シュラウドの中央部に形成された筒状部の外周面と、前記嵌合リングの内周面とを近接配置しているポンプ。
【請求項２】
前記嵌合凹部に対し前記ライナー部が前記回転軸芯に沿う方向に移動自在に嵌め込まれている請求項１に記載のポンプ。
【請求項３】
前記筒状部の外周面と前記嵌合リングの内周面との間の間隙が、この間隙での流体の流れを抑制するシール機能を有している請求項１又は２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記筒状部の外周面と前記嵌合リングの内周面との間の第１離間距離が、前記嵌合凹部の内周面と前記嵌合リングの外周面の間の第２離間距離より小さく設定されている請求項３に記載のポンプ。
【請求項５】
前記ライナー部が、前記センタホルダと、前記嵌合リングとを繋ぐ中間リブを備えている請求項１〜４のいずれか一項に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シュラウドを有したクローズド型のポンプロータの部位での流体の逆流を抑制するための構造を有したポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記構成のポンプとして特許文献１には、ケーシングの内部に固定された軸部材に回転自在にポンプロータ（文献ではロータ）が支承され、ポンプロータのインシュレータの中央の筒状部の外周面をケーシングの内面に近接させると共に、筒状部の外面に多数の環状溝を有するラビリンス構造を備えることでシール性の向上を図る技術が示されている。
【０００３】
また、特許文献２では、キャンドモータの駆動力により回転するポンプロータ（文献では羽根車）のシュラウド（文献では前部シュラウド）と、ケーシングとの間にシール部を備える技術が示されている。
【０００４】
この特許文献２では、シール部が、インシュレータの外面とケーシングの内面との間に配置される環状の部材で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−２３６３５号公報
【特許文献２】特開２００９−２２１９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２に示されるポンプでは、ポンプロータの回転に伴いポンプロータの回転軸芯に沿って流体を吸引すると共に、ポンプロータの回転に伴う遠心力を利用して回転軸芯に直交する方向に流体を送り出すように構成されている。
【０００７】
また、特許文献１，２に示されるポンプでは、シュラウドのうち流体を吸引する中心部位が低圧となり、流体を吐出するポンプロータの外周部位が高圧となるため、例えば、シュラウドの外周とケーシングとの間のシール性能が低い場合には、ポンプロータの外周からシュラウドの中心側に流体が流れる現象を招き、ポンプ性能を低下させるものであった。
【０００８】
シール性能について考えると、特許文献１に示されるように、インシュレータの筒状部の外周面にラビリンス構造を備えるものでは、シール性能を高めるために、筒状部の外周面のケーシングの内面との間隙を小さく設定することが肝要になるものの、小さい間隙を高い精度で維持することに困難性を伴うものであった。
【０００９】
また、特許文献２に示されるようにシール部を用いるものでは、ポンプロータの回転に抵抗を作用させないための間隙を形成するようにシール部に高い寸法精度が求められる。
【００１０】
特に、ポンプを構成する各パーツの公差を考えると、例えば、インシュレータの外周面と、ケーシングの内面との間隔を所定の値に設定する場合でも、例えば、ポンプロータの公差、ポンプロータを支持する軸受類の公差、あるいは、ケーシングの公差等が積み重なる結果、間隔を適正な値に維持することが困難になるものであった。このような不都合は、特許文献２に示されるようにシール部を用いる場合には、シール部の公差の影響も受けることになり改善の余地がある。
【００１１】
このような理由から、ポンプロータの部位での流体の逆流を抑制するための間隙を高精度で管理できるポンプが求められる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るポンプの特徴構成はケーシングの内部に回転軸芯と同軸芯で固定シャフトが備えられ、前記固定シャフトに対し回転自在にポンプロータが支持され、前記固定シャフトのうち前記ポンプロータより外端側に環状のライナー部が支持され、前記ライナー部の内側を通過して吸入した流体を前記ポンプロータに送り、この流体を前記ポンプロータの外周から外方に送り出すように流路が形成されると共に、前記ポンプロータが、前記回転軸芯に沿う方向で前記ライナー部に対向する位置にシュラウドを配置したクローズド型であり、前記ライナー部が、前記固定シャフトの外端に嵌合するセンタホルダ、及び、前記ケーシングに形成された嵌合凹部に内嵌する嵌合リングを有しており、前記シュラウドの中央部に形成された筒状部の外周面と、前記嵌合リングの内周面とを近接配置している点にある。
【００１３】
この特徴構成によると、固定シャフトに対して回転軸芯に直交する方向（半径方向）でのポンプロータの位置が決まるためシュラウドの筒状部の位置が決まる。また、固定シャフトに対してライナー部の嵌合リングの回転軸芯に直交する方向（半径方向）での位置が決まる。その結果、例えば、複数の部材を当接することで位置決めを行う構成と比較すると、複数の部材の公差に影響されず、固定シャフトを基準にしてシュラウドの筒状部の外周面と、嵌合リングの内周面と位置が決まることになり、これらを高い精度で近接配置することによりシール性能を得ることができる。
従って、ポンプロータの部位での流体の逆流を抑制するための間隙を高精度で管理できるポンプが構成された。
【００１４】
他の構成として、前記嵌合凹部に対し前記ライナー部が前記回転軸芯に沿う方向に移動自在に嵌め込まれても良い。
【００１５】
これによると、ライナー部の嵌合リングを、嵌合凹部に対し回転軸芯に沿う方向に挿入することでライナー部の装着を容易に行え、例えば、挿入量の調節により、回転軸芯に直交する方向視においてシュラウドの筒状部との重複量の設定も可能となる。
【００１６】
他の構成として、前記筒状部の外周面と前記嵌合リングの内周面との間の間隙が、この間隙での流体の流れを抑制するシール機能を有しても良い。
【００１７】
これによると、シール間隙を小さい値にすることにより、嵌合リングとシュラウドの筒状部との間での流体の流れを抑制できる。
【００１８】
他の構成として、前記筒状部の外周面と前記嵌合リングの内周面との間の第１離間距離が、前記嵌合凹部の内周面と前記嵌合リングの外周面の間の第２離間距離より小さく設定されても良い。
【００１９】
この構成では、筒状部の外周面と嵌合リングの内周面との間の第１離間距離を、流体の流が抑制される値に設定した状態において、例えば、ライナー部の嵌合リングの端面（回転軸芯に沿う方向での端面）をケーシングの内面に当接させることにより、この端面での流体の流を阻止することが可能となる。このような理由から、第２離間距離を第１離間距離より大きくすることが可能となり、第２離間距離を比較的大きい値に設定することによりケーシングに対するライナー部の挿入を容易にする。
【００２０】
他の構成として、前記ライナー部が、前記センタホルダと、前記嵌合リングとを繋ぐ中間リブを備えても良い。
【００２１】
これによると、例えば、ポンプにおいて流体を吸入する部位にライナー部を配置するように構成した場合には、センタホルダと嵌合リングとを中間リブで繋ぐことで一体化させ、センタホルダと嵌合リングとの間の空間に流体を流すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ロータが回転する状態でのウォータポンプの断面図である。
【図２】第２ケーシングとライナー部とポンプロータとを分離状態の断面図である。
【図３】ロータが回転する状態での筒状部と嵌合リングと膨出部との位置関係を示す断面図である。
【図４】固定シャフトとセンタホルダとの分離状態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図１には、モータ部Ｍの駆動力により回転軸芯Ｘを中心に回転するポンプロータ４３をケーシングＣに収容し、冷却水（流体の一例）を吸入する吸入筒２３と、吸入した冷却水を送り出す吐出筒２５（流路の一例）とをケーシングＣに備えたポンプの具体例として、ウォータポンプＰが示されている。
【００２４】
このウォータポンプＰは、ポンプロータ４３の回転に伴い吸入筒２３から冷却水をポンプ空間Ｓｐに吸入すると共に、吸入した冷却水を吐出筒２５からポンプロータ４３の接線方向に送り出す遠心ポンプとして構成されている。
【００２５】
このウォータポンプＰは、自動車等の車両においてエンジンとラジエータとの間で冷却水を循環させる形態で用いられる。尚、この構成のポンプは、ウォータポンプＰに限らず、他の流体を送り出すポンプとして構成することも可能である。
【００２６】
〔ポンプの具体構成〕
このウォータポンプＰは、任意の姿勢で使用できるものであるが、本実施形態では、図１に示す姿勢に基づいて上下関係を説明する。
【００２７】
図１に示すように、ケーシングＣは、樹脂製の第１ケーシング１０と、樹脂製の第２ケーシング２０と、樹脂製の第３ケーシング３０を連結して構成されている。ケーシングＣには、第１ケーシング１０の内部に形成されるロータ空間Ｓｒから第２ケーシング２０の内部に形成されるポンプ空間Ｓｐに亘る空間にロータ４０が収容されている。
【００２８】
第１ケーシング１０と、第２ケーシング２０とを水密状態で連結するため、第１ケーシング１０と第２ケーシング２０とが対向する部位には、各々に対応して第１フランジ部１１と第２フランジ部２１とが形成され、これらがビス１により連結され、密封性を高めるため連結面には樹脂製のシール２が挟み込まれている。
【００２９】
図１に示すように第１ケーシング１０は、回転軸芯Ｘと同軸芯で有底のロータ空間Ｓｒを有し、このロータ空間Ｓｒを取り囲む側壁部１２にステータ１３を埋め込んでいる。また、ロータ空間Ｓｒには、基端部分を第１ケーシング１０の底壁部分にインサートする形態で回転軸芯Ｘと同軸芯で固定シャフト１４を備えている。
【００３０】
ステータ１３は、磁性鋼板を積層したコア１３ａと、このコア１３ａに巻回される導線で成るコイル１３ｂとを備えている。このステータ１３は、第１ケーシング１０の側壁の内部に樹脂ポッティングにより埋め込まれている。固定シャフト１４は、断面形状が円形であり、先端が第２ケーシング２０のポンプ空間Ｓｐに達するように軸長が設定されている。
【００３１】
図１に示すように第２ケーシング２０は、回転軸芯Ｘと同軸芯で筒状となる膨出部２２が上方に突出形成され、図２に示すように膨出部２２の上壁２２ｂから回転軸芯Ｘと同軸芯で上方に突出する吸入筒２３が形成されている。また、第２ケーシング２０には、膨出部２２の内部に形成されたポンプ空間Ｓｐを取り囲む環状空間から接線方向に流体を送り出す姿勢で吐出筒２５が形成されている。特に、図２に示すように膨出部２２の円筒状の内面となる空間で嵌合凹部２２ａが形成されている。
【００３２】
図１に示すように第３ケーシング３０は、制御基板３１を収容する空間を形成するため、中央部が下方に膨らむ椀状に成形されている。この第３ケーシング３０は、第１ケーシング１０の底部に連結しており、密封性を高めるため連結面には樹脂製のシール２が挟み込まれている。
【００３３】
第１ケーシング１０の下部には、下方に突出する支持部１５が形成され、この支持部１５に制御基板３１が支持されている。
【００３４】
図１に示すようにロータ４０は、固定シャフト１４に対して回転自在に外嵌された軸受４１を備えると共に、下部のモータロータ４２と、上部のクローズド型のポンプロータ４３とを一体化して構成されている。
【００３５】
軸受４１は、固定シャフト１４との滑り軸受を想定しているが、ニードルベアリング等で構成しても良い。また、モータロータ４２の外周には複数の永久磁石４２ａを備えている。
【００３６】
ポンプロータ４３は、中心側ほど上方に突出する形状のベースロータ４３ａと、ベースロータ４３ａの上面側に所定間隔を隔てて固定されるシュラウド４３ｂと、これらの中間のインペラ４３ｃとを備えている。更に、シュラウド４３ｂは、上端に回転軸芯Ｘを中心とする筒状部４３ｂａが一体形成されている。
【００３７】
尚、インペラ４３ｃは、シュラウド４３ｂの下面側に一体的に形成された翼体で構成されるが、ベースロータ４３ａの上面に突出する状態で一体的に形成されても良い。
【００３８】
図１、図２に示すように、固定シャフト１４の上端にブッシュ４４が外嵌し、このブッシュ４４にライナー部４５が外嵌する状態で支持されている。
【００３９】
ライナー部４５は、固定シャフト１４の上端に嵌合するセンタホルダ４５ａと、第２ケーシング２０の嵌合凹部２２ａに内嵌する嵌合リング４５ｂと、センタホルダ４５ａと嵌合リング４５ｂとを繋ぐ複数の中間リブ４５ｃ（図４を参照）とを備えている。
【００４０】
図１、図２、図４に示すように、固定シャフト１４には、その上端の外周の一部を切り欠くことにより回転軸芯Ｘに直交する姿勢の位置規制面１４ａと、回転軸芯Ｘに沿う姿勢の回転規制面１４ｂとが形成されている。ロータ４０の回転が停止する状態で位置規制面１４ａにセンタホルダ４５ａの当接面４５ａｓが当接することにより、ライナー部４５の回転軸芯Ｘに沿う方向での位置を決める。また、回転規制面１４ｂにセンタホルダ４５ａの回転規制部４５ａｒを嵌合させることで、ライナー部４５の回転を規制する。
【００４１】
このライナー部４５の嵌合リング４５ｂは、上部の規制リング部４５ｂａと、下部のスリーブ部４５ｂｂとが一体形成されると共に、スリーブ部４５ｂｂの下端位置に下端面４５ｂｃを有し、規制リング部４５ｂａの上端位置に上端面４５ｂｄを有している。
【００４２】
規制リング部４５ｂａは、その内径がスリーブ部４５ｂｂの内径より小径に設定されている。また、嵌合リング４５ｂの外径（規制リング部４５ｂａからスリーブ部４５ｂｂに亘る領域の外径）が、膨出部２２の内径より少し小さい値に設定されている。更に、筒状部４３ｂａの外径をスリーブ部４５ｂｂの内径より僅かに小さい値に設定することにより、これらを近接配置して間隙を形成しており、この間隙により冷却水の流れを抑制するシール機能部Ａが構成されている。
【００４３】
〔シール機能部〕
このウォータポンプＰは、ポンプロータ４３の駆動回転に伴い、このポンプロータ４３の中心部位から外周側に向けて冷却水の流れを作り出す。これにより、ポンプロータ４３の中心部位の圧力が低下し、吸入筒２３から冷却水が吸入されると共に、ポンプ空間Ｓｐのうちポンプロータ４３の外周に近接する部位の圧力が上昇し、ポンプ空間Ｓｐの冷却水が吐出筒２５から送り出される。
【００４４】
このようにポンプ空間Ｓｐに圧力差が作り出されるため、ポンプ空間Ｓｐのうち、ポンプロータ４３の外周に連なる部位から、シュラウド４３ｂの筒状部４３ｂａの先端の開口部位に向けて、シュラウド４３ｂと第２ケーシング２０との間に冷却水を逆流させる方向に圧力が作用する。
【００４５】
また、圧力の作用により冷却水が逆流した場合には、ウォータポンプＰの効率を低下させることになる。このような理由から逆流を抑制する目的で、前述したシール機能部Ａが形成される。
【００４６】
図３に示すように、シール機能部Ａは、シュラウド４３ｂの筒状部４３ｂａの外周面と、嵌合リング４５ｂのスリーブ部４５ｂｂの内周面との間の間隔を第１離間距離Ｄａとして小さい値に設定することでシール機能を作り出している。また、嵌合リング４５ｂの外周面と、膨出部２２の内周面との間の間隔を第２離間距離Ｄｂとしており、この第２離間距離Ｄｂを前述した第１離間距離Ｄａより大きい値に設定している。
【００４７】
この構成では、嵌合リング４５ｂが膨出部２２の嵌合凹部２２ａに嵌め込まれるように、ライナー部４５が配置され、ロータ４０が回転した場合には、冷却水の水圧が下側から作用することにより、ライナー部４５の全体が浮き上がる。これにより嵌合リング４５ｂも浮き上がり、図１、図３に示すように嵌合リング４５ｂの上端面４５ｂｄが膨出部２２の上壁２２ｂの下面に当接することになる。
【００４８】
尚、ロータ４０が回転しない状況では冷却水の水圧が作用しないため、嵌合リング４５ｂの下端面４５ｂｃがシュラウド４３ｂの上面に当接し、この状態では、嵌合リング４５ｂの上端面４５ｂｄと、膨出部２２の上壁２２ｂの下面との間に間隙が形成される。
【００４９】
また、第２離間距離Ｄｂを第１離間距離Ｄａより大きい値に設定するため、ウォータポンプＰの組み立て時に膨出部２２に対して嵌合リング４５ｂの挿入を容易に行える。
【００５０】
このウォータポンプＰでは、ケーシングＣの内部に固定シャフト１４にロータ４０が固定状態で支持されるため、回転軸芯Ｘを基準にした半径方向での筒状部４３ｂａの外周面の位置が決まる。また、固定シャフト１４にライナー部４５が支持されるため、回転軸芯Ｘを基準にした半径方向での嵌合リング４５ｂのスリーブ部４５ｂｂの内周面の位置が決まる。
【００５１】
このように、各々の位置が固定シャフト１４を基準に決まるため、例えば、複数の部材の公差の影響を受ける構成と比較すると、筒状部４３ｂａの外周面と嵌合リング４５ｂのスリーブ部４５ｂｂの内周面とを高い精度で近接させることが可能となる。そして、ロータ４０が回転する状況では、嵌合リング４５ｂの上端面４５ｂｄが膨出部２２の上壁２２ｂの下面に当接することで嵌合リング４５ｂの外周面に冷却水が流れる現象を阻止する。また、ロータ４０が回転する状況では、嵌合リング４５ｂの内周に冷却数が流れようとするものの、この部位のシール機能部Ａの第１離間距離Ｄａが小さい値の間隙であるため冷却水の逆流を良好に抑制する。
【００５２】
このウォータポンプＰでは、固定シャフト１４の位置規制面１４ａに対し、センタホルダ４５ａの当接面４５ａｓが当接することにより、ライナー部４５の回転軸芯Ｘに沿う方向での位置が決まるため、例えば、ロータ４０が低速で回転する際のように、ロータ４０に浮力が作用しない場合でも、嵌合リング４５ｂの上端面４５ｂｄを膨出部２２の上壁２２ｂの下面に近接させることで高いシール機能を持たせることも可能である。
【００５３】
〔実施形態の作用効果〕
このような構成から、モータ部Ｍのステータ１３のコイル１３ｂに供給する電力を、制御基板３１で制御することにより、モータロータ４２の永久磁石４２ａに対しコイル１３ｂから作用する磁力を制御してロータ４０の回転が行われる。
【００５４】
ロータ４０には、遠心型のポンプロータ４３を備えているため、ポンプロータ４３の回転に伴い吸入筒２３から吸入した冷却水を、吐出筒２５から吐出する。
【００５５】
この構成では、固定シャフト１４にロータ４０が支持されるため、回転軸芯Ｘを基準にした筒状部４３ｂａの外周面の位置が決まる。また、固定シャフト１４にライナー部４５が支持されるため、回転軸芯Ｘを基準にした規制リング部４５ｂａの内周面の位置が決まる。
【００５６】
このため、各々の位置が決まるため筒状部４３ｂａの外周面と規制リング部４５ｂａの内周面とを近接させることが可能となり、第１離間距離Ｄａを小さい値に設定して冷却水の流れを良好に抑制している。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、シュラウドを有したクローズド型のポンプロータの部位での流体の逆流を抑制するためのシール部を有したポンプに利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１４        固定シャフト
１４ａ      規制面
２２ａ      嵌合凹部
２５        吐出筒（流路）
４３        ポンプロータ
４３ｂ      シュラウド
４３ｂａ    筒状部
４５        ライナー部
４５ａ      センタホルダ
４５ｂ      嵌合リング
４５ｃ      中間リブ
Ａ          シール部
Ｃ          ケーシング
Ｘ          回転軸芯
Ｄａ        第１離間距離
Ｄｂ        第２離間距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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