(57)【要約】【課題】  液体を循環させる際に流体に混入した異物を除去して軸受の破損を防止すると共に、液体の循環が阻害され難い液体循環装置を提供する。【解決手段】  液体の吸入口１１ａと吐出口とを備えた水室１５、及び、回転シャフト２１を備えたモータ回転子を有するモータ収納部を形成するハウジング１０と、回転シャフト２１の一端側に支持されると共に、水室１５内に収納されるインペラ１６と、モータ収納部において回転シャフト２１を支持する軸受２６〜２７と、水室１５と軸受２７とを連係する液体回路３１と、液体回路３１にフィルタ３２とを備え、さらに、フィルタ３２が、液体回路３１に液体を吸入する液体回路口３１ａから突出して設けられ、水室１５内でインペラ１６によって形成された液体の流れ方向に沿った面を有する液体循環装置Ｘ。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の吸入口と吐出口とを備えた水室、及び、回転シャフトを備えたモータ回転子を有するモータ収納部を形成するハウジングと、前記回転シャフトの一端側に支持されると共に、前記水室内に収納されるインペラと、前記モータ収納部において前記回転シャフトを支持する少なくとも１つの軸受と、前記水室と前記少なくとも１つの軸受とを連係する液体回路とを備え、前記液体回路にフィルタを設けた液体循環装置において、
前記フィルタが、前記液体回路に液体を吸入する液体回路口から突出して設けられ、前記水室内で前記インペラによって形成された液体の流れ方向に沿った面を有するように構成してある液体循環装置。
【請求項２】
前記フィルタを、ドーム型に構成した請求項１に記載の液体循環装置。
【請求項３】
前記インペラに液体を攪拌する攪拌部材が設けてあり、前記フィルタが、前記インペラの近傍に設けられている請求項１又は２に記載の液体循環装置。
【請求項４】
前記インペラに、前記フィルタに外力付加可能な異物除去手段を設けた請求項１又は２に記載の液体循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の吸入口と吐出口とを備えた水室、及び、回転シャフトを備えたモータ回転子を有するモータ収納部を形成するハウジングと、前記回転シャフトの一端側に支持されると共に、前記水室内に収納されるインペラと、前記モータ収納部において前記回転シャフトを支持する少なくとも１つの軸受と、前記水室と前記少なくとも１つの軸受とを連係する液体回路とを備え、前記液体回路にフィルタを設けた液体循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、液中軸受けを設けた液体循環装置として、ウォーターポンプの構成が開示してある。つまり、このウォーターポンプは、水の吸入口、吐出口および駆動連結口を備えるハウジングと、一端側が前記ハウジング内に延在すると共にインペラを保持し、他端側が前記駆動連結口を介して前記ハウジング外に延在すると共にマグネットとを備えるシャフトと、前記マグネットから前記シャフトの径方向外側に所定の距離を挟んで固定配設される複数のコイルと、前記マグネットと前記複数のコイルとの間を隔てると共に前記駆動連結口側の第１開口と前記他端側の第２開口とを備える隔壁と、前記駆動連結口若しくは前記第１開口の何れか一方に配設され前記シャフトを支持する第１軸受と、前記第２開口に配設され前記シャフトを支持する第２軸受と、前記ハウジングと前記第２開口を連係する水回路とを備えることにより構成される。
【０００３】
これにより、駆動軸となるシャフトおよびその軸受が隔壁内に配置され、その隔壁が第１開口と第２開口を備えている。そして、ハウジング内の水が、水回路を経由して第２開口へ流通可能となっており、更に、隔壁内を第２開口から第１開口へ水が流れ、駆動連結口を介して再びハウジング内へ流入可能となっている。つまり、ハウジング内の水が、水回路を経由してシャフトの軸受け部位を循環し、軸受部分に侵入する水が滞ることなく循環する構成となっている。これらの構成により、インペラ等の駆動に対して摺動抵抗を加える構成とはなっていないため、ウォーターポンプの駆動の負荷抵抗を大きくすることなく、軸受部分のシャフトに対する潤滑性を向上させている。
【０００４】
さらに、水回路にフィルタ（特許文献１における部材３２）を備えているため、フィルタが軸受部分を循環する水中の異物を除去可能となっている。よって、軸受部分の潤滑性がより向上すると共に、液中軸受（軸受）である第１軸受と第２軸受とに異物が流入するのを予め防止できるため、軸受が破損し難くなる。従って、ウォーターポンプの耐久性が向上する。
【０００５】
また、流体中の異物を除去するためのフィルタ等の異物除去手段を設けた構成として、圧縮機の給油装置において、主軸に連結固定され前記油ポンプ部へ潤滑油を導くパイプ部に、パイプ部の小径部側で細く前記パイプ部の大径部側で太くなるように形成された略円錐形状のフィルタを設けた構成が知られている（特許文献２）。
これにより、潤滑油中の異物は汲み上げ方向下流側となる比較的広いパイプ部の内面とフィルタ（特許文献２における部材３６）の大径部外面との間に捕捉されるので、捕捉された異物によるフィルタの目詰まり面積が小さく、且つ潤滑油はパイプ部の軸心部に沿ってフィルタを円滑に通過する。
さらに、遠心ポンプ部の内壁へ飛ばされた異物は、比較的広いスペースを有するフィルタの外周部にて捕捉されるので、フィルタの軸心部に広い潤滑油通路を確保することができる。従って、フィルタを通過する潤滑油は前記軸心部に沿って直線状円滑に流通する。その結果、この構成によれば異物によるポンプ効率の低下をほとんど生じることがない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６９３６２号公報（特許請求の範囲、段落０００５〜００１２、図１等参照）
【特許文献２】特開平６−２３５３８７号公報（特許請求の範囲、段落００１４、００２１、図４等参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１〜２に開示してある異物除去手段であるフィルタに流入する液体は、フィルタに対して略垂直方向に水が流入する。そして、その流れ方向が変化することがない。そのため、長期に亘ってウォーターポンプや給油装置を駆動させると、フィルタの目詰まりが起こる。このとき、液体の循環が阻害される虞があるという問題点があった。
【０００８】
従って、本発明の目的は、液体を循環させる際に流体に混入した異物を除去して軸受の破損を防止すると共に、液体の循環が阻害され難い液体循環装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（構成１）
上記目的を達成するための本発明に係る液体循環装置の第１特徴構成は、液体の吸入口と吐出口とを備えた水室、及び、回転シャフトを備えたモータ回転子を有するモータ収納部を形成するハウジングと、前記回転シャフトの一端側に支持されると共に、前記水室内に収納されるインペラと、前記モータ収納部において前記回転シャフトを支持する少なくとも１つの軸受と、前記水室と前記少なくとも１つの軸受とを連係する液体回路とを備え、前記液体回路にフィルタを設けた液体循環装置において、前記フィルタが、前記液体回路に液体を吸入する液体回路口から突出して設けられ、前記水室内で前記インペラによって形成された液体の流れ方向に沿った面を有するように構成してある点にある。
【００１０】
ここで、従来の液体循環装置のように、フィルタが、液体回路に液体を吸入する液体回路口から突出して設けられていない場合、フィルタに対して略垂直方向に液体が流入する。このとき、フィルタ表面には、フィルタに対して略垂直方向以外の液体の流れは殆ど存在しないと考えられる。そのため、フィルタ表面に液体中に含まれる異物が付着すると、異物をフィルタから分離する液体の流れが殆ど無いため、フィルタ表面に異物が徐々に蓄積し、やがて、液体の循環が阻害される。
【００１１】
しかし、本願のように、フィルタが、液体回路に液体を吸入する液体回路口から突出して設けてあると、フィルタ表面は、フィルタに対して垂直方向以外の液体の流れに直接晒される。そのため、フィルタの表面に異物が付着し難くなる。
また、フィルタ表面に異物が付着したとしても、フィルタは水室内でインペラによって形成された液体の流れ方向に沿った面を有するため、フィルタ表面の異物は、フィルタに対して略垂直方向以外の液体の流れ、つまり、異物をフィルタに押し付ける方向以外の液体の流れに常に晒されるためフィルタから分離し易くなり、フィルタ表面に異物が堆積するのを防止できる。
【００１２】
従って、本発明の第１特徴構成に記載の液体循環装置であれば、フィルタによって異物が軸受に流入するのを予め防止できるため、軸受の破損を防止できると共に、長期に亘って液体循環装置を駆動させたとしても、フィルタの目詰まりが起こり難く、そのため、液体回路への液体の循環が阻害され難くなる。
【００１３】
（構成２）
本発明に係る液体循環装置の第２特徴構成は、前記フィルタを、ドーム型に構成した点にある。
【００１４】
本発明の第２特徴構成に記載の液体循環装置であれば、フィルタの側面を曲面に形成することができる。そのため、フィルタ表面に沿う液体の流れを確保し易くなってフィルタ表面に異物が付着し難くなる。また、フィルタにおける液体の流れの背面側に、異物による目詰まりが発生し難い領域を確保できるため、液体回路への液体の循環が一層阻害され難くなる。
【００１５】
（構成３）
本発明に係る液体循環装置の第３特徴構成は、前記インペラに液体を攪拌する攪拌部材が設けてあり、前記フィルタが、前記インペラの近傍に設けられている点にある。
【００１６】
本発明の第３特徴構成に記載の液体循環装置であれば、インペラの回転により攪拌部材が周囲の液体を攪拌し、攪拌部材により攪拌された液体が攪拌部材近傍のフィルタに作用することで、フィルタ表面に異物が付着し難くなる。また、フィルタの表面に異物が堆積した場合でも、攪拌された液体の作用により、フィルタ表面に対して様々な方向から液体による外力を与えることができるため、フィルタから一層異物が分離し易くなる。
【００１７】
（構成４）
本発明に係る液体循環装置の第４特徴構成は、前記インペラに、前記フィルタに外力付加可能な異物除去手段を設けた点にある。
【００１８】
本発明の第４特徴構成に記載の液体循環装置であれば、フィルタ表面に異物除去手段が接触することが可能となり、フィルタに付着した異物を物理的に分離することが可能となるため、確実に異物の除去を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の液体循環装置の好適な例として、本実施例では、エンジンに水を循環させるウォーターポンプの構成を示す。ウォーターポンプは、例えば、車両のエンジンに付設され、エンジンの冷却水をエンジンとラジエーター間で循環させるために用いられる電動式のポンプである。
【００２１】
図１にウォーターポンプＸの縦断面図を示す。
つまり、本発明の一実施例であるウォーターポンプＸは、液体の吸入口１１ａと吐出口（図外）とを備えた水室１５、及び、回転シャフト２１を備えたモータ回転子を有するモータ収納部を形成するハウジング１０と、回転シャフト２１の一端側に支持されると共に、水室１５内に収納されるインペラ１６と、モータ収納部において回転シャフト２１を支持する少なくとも１つの軸受と、水室１５と少なくとも１つの軸受とを連係する液体回路３１と、液体回路３１にフィルタ３２とを備えている。
そして、フィルタ３２が、液体回路３１に液体を吸入する液体回路口３１ａから突出して設けられ、水室１５内でインペラ１６によって形成された液体の流れ方向に沿った面を有することを特徴としている。
尚、液体の流れ方向に沿った面とは、例えば、液体の流れ方向に平行な面、或いは、液体の流れ方向に斜めに交差する面のことを指す。
以下にウォーターポンプＸの各構成を詳述する。
【００２２】
ハウジング１０は、ポンプ側ハウジング１１とモータ側ハウジング１２と軸受板１３で構成される。このうち、ポンプ側ハウジング１１とモータ側ハウジング１２とによりウォーターポンプＸの外装が形成される。好ましくは、ポンプ側ハウジング１１は金属製、モータ側ハウジング１２は樹脂製とする。
【００２３】
上述したように、水室１５を形成するポンプ側ハウジング１１には、吸入口１１ａ、吐出口（図外）が形成してある。
また、ポンプ側ハウジング１１には、吸入口１１ａの反対側に開口が形成してあり、金属製（例えば、アルミ）の軸受板１３（ハウジング１１の一部）が、その開口を覆うように配設してある。そして、ポンプ側ハウジング１１及び軸受板１３によって、その内部に水室１５が設けてある。
軸受板１３には、その略中央に軸受口１３ａ（駆動連結口）が形成してあり、その軸受口１３ａを介して、回転シャフト２１が水室１５の内外に延在している。回転シャフト２１は水室１５外のモータ２０（後述）の一部材であり、水室１５内の一端にインペラ１６が配設してある。
【００２４】
インペラ１６は、吸入口１１ａ側から見て（図１左から見て）、略円形状をしており、その外周付近に複数の羽部１６ａが形成してある。さらに、その外周端に沿うように、軸受板１３の方向（図１右方向）へ延在する凸状枠１６ｂ（凸部）が形成してある。また、軸受板１３には、軸受口１３ａの周りに凸状枠１６ｂに対応してその延在を許容する凹状枠１３ｂが形成してある。
【００２５】
つまり、これらの構造により、インペラ１６と軸受板１３との間には、所謂ラビリンス構造が形成されることになる。つまり、凸状枠１６ｂと凹状枠１３ｂという簡単な構造にて、水室１５の中が、大まかにみて、インペラ１６と軸受板１３とによって囲まれる第１水室１５ａ（低水圧部）及びそれ以外の第２水室１５ｂ（高水圧部）とに分かれている。更に、インペラ１６には、連結口１６ｃが複数形成してあり、第１水室１５ａと第２水室１５ｂとを連結している。
【００２６】
図１に示すように、モータ２０は、モータ側ハウジング１２内のモータ収納部にモールディングされるように配設してある。モータ２０は、回転シャフト２１及びこの回転シャフト２１の外周に配設されたロータ２２とで構成してあるモータ回転子と、コイル２３（コイル）とを備えている。
【００２７】
回転シャフト２１は、円柱形状の金属製（例えばＳＵＳ）であって、前述のように、モータ２０から、軸受口１３ａを介して水室１５内まで延在している。そして、モータ２０の駆動により回転する。
【００２８】
ロータ２２は、回転シャフト２１の、軸受口１３ａ付近とモータ２０側の端部（他端）との間の外周に配設してある。ロータ２２は、ヨーク（図外）、永久磁石であるマグネット（図外）等から構成される。ヨークは、筒形状であって、回転シャフト２１の外周に配設してある。さらに、ヨークの外周には複数のマグネットが固定してある。複数のマグネットは、ヨークの周方向に沿って、その励磁層が交互となるように（Ｎ極とＳ極とが交互になるように）配設してある。尚、回転シャフト２１とロータ２２は、一体的に回転可能となっている。
【００２９】
モータ側ハウジング１２の内側には、金属製の複数のティース２４が固定してある。ティース２４は、ロータ２２に向かって延在する構成となっており、各ティース２４に、コイル２３が、複数層にてそれぞれ巻回配設してある。つまり、コイル２３は、ロータ２２のマグネットから見ると、回転シャフト２１の断面円の径方向（図１上下方向）外側に、所定の距離を隔てて近接して位置する構成となっている。尚、コイル２３は、制御回路（図外）によって通電が制御され、その結果、それぞれの励磁層が切り替えられる。
【００３０】
また、モータ側ハウジング１２は、ティース２４及びコイル２３全体をモールディングする構造となっている。そして、ロータ２２と、コイル２３の間には、それらを隔てる隔壁１２ａが形成してある。
隔壁１２ａは、略円筒形状となっており、回転シャフト２１を収納すると共に軸受口１３ａ側に位置する第１開口１２ｂと、回転シャフト２１の他端側に位置する第２開口１２ｃとを備えている。換言すると、隔壁１２ａ内を回転シャフト２１及びロータ２２が延在する構成となっている。尚、第１開口１２ｂは、軸受口１３ａに対してＯリング２５を挟んで連結してある。
【００３１】
回転シャフト２１は、軸受口１３ａに配設された第１軸受２６、及び、隔壁１２ａの第２開口１２ｃ付近に配設された第２軸受２７によって摺動可能に支持してある。
尚、第１軸受２６は軸受口１３ａに配設してあるが、第１開口１２ｂに配設することも可能である。
【００３２】
軸受板１３の図１上側には、水回路口（液体回路口）３１ａが形成してある。つまり、水回路口３１ａは、水室１５内の第２水室１５ｂ側に形成してある。そして、その水回路口３１ａから第２開口１２ｃまで、つまり、水室１５と第２軸受２７まで、モータ側ハウジング１２内を水回路（液体回路）３１が形成してある。さらに、水回路口３１ａには、フィルタ３２が配設してある。
また、フィルタ３２は、水回路口３１ａから突出して設けられ、水室１５内でインペラ１６によって形成された液体の流れ方向に沿った面を有する。このとき、フィルタ３２を、ドーム型とすることが可能であるがこれに限られるものではない。
【００３３】
次に、ウォーターポンプＸの動作について説明する。
【００３４】
制御回路（図外）により、コイル２３への通電が制御されると、各マグネットの励磁層が切り替わり、その結果、回転シャフト２１及びロータ２２が一体的に回転シャフト２１の軸周りに回転する。そして、それに伴ってインペラ１６が回転する。インペラ１６の回転により、吸入口１１ａから水が吸入され、水室１５内に入る。水室１５内の水は、インペラ１６によって、第２水室１５ｂの方向へ流れ、第２水室１５ｂ側に形成してある吐出口（図外）から吐出される。これにより、ウォーターポンプＸのポンプ機能が達成される。
【００３５】
ここで、第２水室１５ｂ内の水の一部は、水回路口３１ａ、水回路３１を介して第２開口１２ｃまで流通する。そして、その水は隔壁１２ａ内に流入し、第２軸受２７及び第１軸受２６と回転シャフト２１との間の隙間を介して、軸受口１３ａまで流通する。その結果、水は水室１５の第１水室１５ａまで流通する。
【００３６】
さらに、第１水室１５ａ内の水は、連結口１６ｃ等を介して、第２水室１５ｂへ移動可能となっている。前述したように、水室１５内は、第１水室１５ａと第２水室１５ｂとに略隔離してあるが、それらの水圧は、インペラ１６の駆動により、第２水室１５ｂの方が高くなっている。従って、上述したように、第２水室１５ｂから隔壁１２ａを経て第１水室１５ａへの水の循環が効率よく起こる構成となっている。
従って、回転シャフト２１の第１軸受２６、２７付近の水は、滞ることなく循環することとなり、第１軸受２６、２７部分の潤滑性が良いものとなっている。
【００３７】
また、水の循環により、ロータ２２、コイル２３、及び、第１軸受２６、２７付近を冷却可能となっており、モータ２０全体の加熱を抑えている。
さらに、フィルタ３２により、循環する水中の異物が除去される。従って、水回路３１中に異物が侵入することがないため、液中軸受けの破損を防止することができ、より良い潤滑性が確保される。
尚、上述した構成は、モータ２０の駆動の負荷抵抗を増大させるものとはなっていない。
【００３８】
ここで、本発明の液体循環装置であるウォーターポンプＸは、フィルタ３２が、水回路口３１ａから突出して設けられ、水室１５内でインペラ１６によって形成された液体の流れ方向に沿った面を有するように構成してある。
つまり、フィルタ３２が、水回路口３１ａから突出して設けられていない場合、フィルタ３２に対して略垂直方向に水が流入する。また、フィルタ３２を通過する水の流量は、吐出口（図外）から吐出される水の流量に比べて遥かに少ないため、フィルタ３２を通過する水の流速は遅いと考えられる。
一方、フィルタ３２が、水回路口３１ａから突出して設けられている場合、本実施例では第２水室１５ｂにフィルタ３２が突出することになる。このとき、フィルタ３２は吐出口へ向かう速い流れの水に晒され、フィルタ３２表面はフィルタ３２に対して垂直方向以外の水の流れに直接晒される。そのため、フィルタ３２の表面に異物が付着し難くなる。さらに、フィルタ３２は、水室１５内でインペラ１６によって形成された液体の流れ方向に沿った面を有するため、フィルタ３２の表面に異物が付着した場合でも、フィルタ表面の異物は、フィルタに対して略垂直方向以外の液体の流れに常に晒されるため、フィルタ３２表面に異物が堆積するのを防止できると共にフィルタ３２表面から異物が分離し易くなる。
【００３９】
また、フィルタ３２がドーム型であれば、フィルタの側面を曲面に形成することができる。そのため、フィルタ３２表面に沿う水の流れを確保し易くなってフィルタ３２表面に異物が付着し難くなる。また、フィルタ３２における水の流れの背面側に、異物による目詰まりが発生し難い領域を確保できる。
【実施例２】
【００４０】
上述したウォーターポンプＸにおいて、大型のインペラ１６を設ける場合等において、インペラ１６に水を攪拌する攪拌部材４０を設け、フィルタ３２が、インペラ１６の近傍に設けられる構成とすることが可能である（図２参照）。
【００４１】
図２では、フィルタ３２は、インペラ１６に設けられた攪拌部材４０に覆われるように設けた場合を例示する。
インペラ１６の回転により攪拌部材４０が周囲の水を攪拌し、攪拌部材４０により攪拌された水が攪拌部材４０近傍のフィルタ３２に作用すれば、フィルタ３２の表面に異物が一層堆積し難くなる。また、フィルタ３２の表面に異物が堆積した場合でも、攪拌された水の作用により、フィルタ３２表面に対して様々な方向から液体による外力を与えることができるため、フィルタ３２から一層異物が分離し易くなる。
また、フィルタ３２と攪拌部材４０の距離が近い程、フィルタ３２表面の流速が上昇するため、フィルタ３２表面の異物除去効果は向上する。
【００４２】
尚、攪拌部材４０は、インペラ１６に任意の形状で１個又は複数個配設することが可能である。
【実施例３】
【００４３】
上述したウォーターポンプＸにおいて、インペラ１６に、フィルタ３２に外力付加可能な異物除去手段５０を設けることが可能である（図３参照）。
【００４４】
このように構成すると、フィルタ３２表面に異物除去手段５０が接触することが可能となり、フィルタ３２に付着した異物を物理的に分離することが可能となる。
【００４５】
異物除去手段５０は、インペラ１６に１個又は複数個配設することが可能であり、ブラシ状の形態であれば、好適な異物除去作用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例１による液体循環装置（ウォーターポンプ）の縦断面図
【図２】本発明の実施例２による液体循環装置（ウォーターポンプ）の縦断面図
【図３】本発明の実施例３による液体循環装置（ウォーターポンプ）の縦断面図
【符号の説明】
【００４７】
Ｘ        液体循環装置（ウォーターポンプ）
１０      ハウジング
１１ａ    吸入口
１５      水室
１６      インペラ
２１      回転シャフト
２６      第１軸受
２７      第２軸受
３１      液体回路水回路
３１ａ    液体回路口
３２      フィルタ
【図１】
2005214022.tif 000003
【図２】
2005214022.tif 000004
【図３】
2005214022.tif 000005