(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを収容するモータ室と、
前記モータ室に隣接して設けられ、前記モータ室と連通路を通して連通されると共に、前記連通路を通って前記モータ室から延設される前記モータの出力軸部材が配置されるポンプ室と、
前記連通路に設けられ、前記連通路と出力軸部材とをシールするシール部材と、
前記シール部材と隙間を空けて前記出力軸部材に固定され、前記シール部材が配置された側と、前記ポンプ室側とを連通する開口部が形成された回転翼と、を備え、
前記回転翼に形成される開口部は複数個形成され、複数個の前記開口部を仕切る仕切板は、前記シール部材側から前記ポンプ室側へ流体を流すような羽根形状とされる流体ポンプ。
【請求項２】
前記シール部材の径方向外側には、流体の流速を低下させるラビリンス部が形成される請求項１に記載された流体ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータが駆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。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の流体ポンプには、回転することでポンプ室内の流体を圧送する回転翼が記載されている。この回転翼は、モータを備えるモータ室から連通路を通ってポンプ室内に延設されるモータ出力軸に固定されている。
【０００３】
ここで、連通路には、ポンプ室内の流体がモータ室内に流れ込まないように、オイルシールが設けられている。さらに、ポンプ室内におけるオイルシールの径方向外側には、オイルシール近傍を流れる流体の流速及び流圧を抑制するラビリンス構造が設けられている。これにより、オイルシール（シール部材）近傍を流れる流体の流圧を低減させることで、流体がモータ室へ漏れるのを防止している。
【特許文献１】特開平１０−２７４１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、シール部材近傍を流れる流体の流速及び流圧を抑制することで、流体がシール部材近傍に滞留する場合がある。そして、流体がシール部材近傍に滞留すると、流体から析出された析出物がシール部材のシール部に噛み込み、この状態でモータ出力軸を回転させ、シール部材とモータ出力軸を摺動させるとシール部材のシール部に異常摩耗が発生し、シール部材のシール機能が低下することが考えられる。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮し、シール部材のシール機能の低下を抑制することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係る流体ポンプは、モータを収容するモータ室と、前記モータ室に隣接して設けられ、前記モータ室と連通路を通して連通されると共に、前記連通路を通って前記モータ室から延設される前記モータの出力軸部材が配置されるポンプ室と、前記連通路に設けられ、前記連通路と出力軸部材とをシールするシール部材と、前記シール部材と隙間を空けて前記出力軸部材に固定され、前記シール部材が配置された側と、前記ポンプ室側とを連通する開口部が形成された回転翼と、を備え、前記回転翼に形成される開口部は複数個形成され、複数個の前記開口部を仕切る仕切板は、前記シール部材側から前記ポンプ室側へ流体を流すような羽根形状とされることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、流体が流れ込むポンプ室には、モータ室から連通路を通って延設されるモータの出力軸部材が配置され、この出力軸部材には、ポンプ室内の流体を圧送する回転翼が固定されえいる。また、シール部材が、連通路に設けられ流体がポンプ室からモータ室に流れるのを防止している。
【０００８】
ここで、シール部材と隙間を空けて設けられた回転翼には、シール部材が配置された側と、ポンプ室側とを連通する開口部が形成されている。
【０００９】
これにより、回転翼とシール部材の隙間に流れる流体は、開口部を通ってポンプ室側へ流れる。このためシール部材を押圧する流体の流圧を抑制することができる。
【００１０】
また、シール部材近傍で流体が滞留することがないため、流体から析出される析出物がシール部材の摺動部に付着するのを抑制することで、シール部材の異常摩耗を低減させてシール部材のシール機能の低下を抑制することができる。
【００１４】
さらに、回転翼に形成される開口部は複数個形成され、複数個の開口部を仕切る仕切板は、シール部材側からポンプ室側へ流体を流すような羽根形状とされる。このため、回転翼とシール部材の隙間に径方向外側から流れてきた流体をさらに効果的にポンプ室側へ流すことで、シール部材近傍で流体が滞留することがないため、流体から析出される析出物がシール部材の摺動部に付着するのをさらに効果的に抑制することができる。
【００１５】
本発明の請求項２に係る流体ポンプは、請求項１に記載において、前記シール部材の径方向外側には、流体の流速を低下させるラビリンス部が形成されることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、ラビリンス部がシール部材の径方向外側に設けられている。流体がこのラビリンス部を流れることで、ラビリンス部で流体の流速が低下し、流体に含まれる異物（鋳砂等）をラビリンス部で捕獲することで、シール部材に異物が付着するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の第１実施形態に係る流体ポンプの一例を図１〜図７に従って説明する。
【００１８】
（全体構成）
図５に示されるように、本発明に係る流体ポンプとしてのウォータポンプ１０は、例えば、自動車のエンジン冷却装置用の電動ウォータポンプとして好適に用いられるものである。
【００１９】
このウォータポンプ１０は、モータ部１２とポンプ部１４によって構成されている。モータ部１２は、有底略円筒形状のモータハウジング１６と、モータハウジング１６に隣接し、モータハウジング１６の開口部に固定されるサブハウジング２０とを備えている。
【００２０】
モータハウジング１６及びサブハウジング２０が連結固定されることで内部に駆動源となるモータ２２が収容されているモータ室１８が形成される。
【００２１】
また、モータ２２の出力軸部材２４は、段付き円柱状に形成され、サブハウジング２０の天壁２０Ａの軸心部には、この出力軸部材２４を挿通させるための連通路２６が形成されている。さらに、天壁２０Ａには、出力軸部材２４を回転可能に支持するベアリング部材１５が設けられている。
【００２２】
また、モータハウジング１６の開放側の端部には、モータ２２を保持するエンドプレート２８が装着されている。
【００２３】
一方、ポンプ部１４は、サブハウジング２の端部２０Ｂ（出力軸部材２４の先端側の端部）に嵌合固定されているポンプハウジング３０を備えている。ポンプハウジング３０には、出力軸部材２４に対して交差する交差方向に沿って設けられる排出口２８と、出力軸部材２４の軸方向に伸び途中で屈曲するように設けられる吸入口３８が設けられ、いずれもポンプハウジング３０の内部に形成さえるポンプ室３６と連通されている。
【００２４】
そして、ポンプハウジング３０には、ポンプ室３６を開放する開放部３０Ｂが設けられ、ポンプハウジング３０の開放部３０Ｂがサブハウジング２０の端部２０Ｂに組付けられた状態では、サブハウジング２０の端部２０Ｂの外周面に嵌着されたＯリング３２によって、端部２０Ｂの外周面とポンプハウジング３０の開放部３０Ｂの内周面との間がシールされているようになっている。
【００２５】
さらに、ポンプ室３６内には、回転翼としてのインペラ４０が回転可能に出力軸部材２４に固定され、収容されている。また、インペラ４０と対向するサブハウジング２０の端部２０Ｂには、出力軸部材２４を囲むように凹部３４が形成されており、凹部３４には、連通路２６の内周面と出力軸部材２４をシールするシール部材４２が、インペラ４０と隙を空けて設けられている。
【００２６】
（要部）
次に、シール部材４２及びインペラ４０等について説明する。
【００２７】
図１、図２（Ａ）に示されるように、凹部３４に配置されたシール部材４２、出力軸部材２４を囲むように環状に形成されている。詳細には、形状保持用のためのＬ字状のパネル部材４２Ａをゴム材料で被覆することで略Ｕ字状の断面を構成するように構成されている。
【００２８】
シール部材４２における凹部３４の縦壁３４Ａと対向する部位には、台形状の圧縮部４２Ｂが形成されており、シール部材４２が凹部３４に取り付けられると圧縮部４２Ｂは縦壁３４Ａとパネル部材４２Ａに圧縮され、縦壁３４Ａに密着するようになっている。
【００２９】
これに対し、シール部材４２における出力軸部材２４と対向する部位は、出力軸部材２４に向けて凸状に形成されたリップ摺動部４２Ｃが設けられている。出力軸部材２４がシール部材４２を挿通すると、リップ摺動部４２Ｃが径方向外側に倒れながら出力軸部材２４と密着するようになっている。この構成により、出力軸部材２４が回転すると、出力軸部材２４とリップ摺動部４２Ｃとの間で摺動する構成となっている。
【００３０】
このシール部材４２のポンプ室３６側（出力軸部材２４の先端側）には、隙間５８を空けて出力軸部材２４に固定されるインペラ４０が配置されている。
【００３１】
図１、図３に示されるように、インペラ４０は、シール部材４２側に配置され、サブハウジング２０の壁面と決められた隙を空けて配置される円盤状の底平板部４３を備えており、この底平板部４３の中央部には、ポンプ室３６側に延びる円筒状の軸心部４６が固定されている。
【００３２】
さらに、底平板部４３のポンプ室３６側には、吸入口３８から流入した流体を排出口２８へ向けて送り出す複数個の羽根部材４４が、軸心部４６の周囲に等間隔に設けられている。さらに、軸心部４６の周りには、仕切板４８に仕切られた４個の開口部５０がシール部材４２側と、ポンプ室３６側を連通するように設けられている。
【００３３】
そして、軸心部４６に出力軸部材２４の先端側を嵌め込むことで、羽根部材４４が出力軸部材２４に固定されるようになっている。
【００３４】
また、図１に示されるように、底平板部４３におけるサブハウジング２０側には、シール部材４２を囲むように円環筒状の円環突出片部５２が設けられ、さらに、円環突出片部５２を収容するように、凹状の円環凹部５４が、円環突出片部５２と隙を設けてサブハウジング２０に形成されている。このようにして、円環突出片部５２の周囲には、流路が迷路のように屈曲されたラビリンス部５６が設けられている。
【００３５】
（作用・効果）
ここで、本願発明者は、ウォータポンプ１０のポンプ室３６内における流体の流れについてＦＥＭにより解析を行った。
【００３６】
図４には、モータ２２（図５参照）を駆動させ、出力軸部材２４を回転させてインペラ４０を回転させたときのポンプ室３６内の流体の流れが記載されている。矢印の方向に流体が流れ、矢印の密度が高い程、その部位での流体の流速が速いことを示している。
【００３７】
インペラ４０の径方向外側端部近傍（図中Ａ部）は、吸入口３８から流入して排出口２８（図５参照）へ向う流体の流路となっており正圧となっている。これに対し、インペラ４０の軸中心側であって出力軸部材２４の先端側（図中Ｂ部）は、インペラ４０の羽根部材４４が回転することにより負圧となる。
【００３８】
このように、図中Ａ部が正圧、図中Ｂ部が負圧となることで、底平板部４３とサブハウジング２０と間に設けられた隙間５８には、径方向外側から内側へ向けて流れる流体の流れが生じる。
【００３９】
詳細には、径方向外側から隙間に流入した流体は、円環突出片部５２と衝突してラビリンス部５６の底部５６Ａに向けて流れる。底部５６Ａに達した流体は、Ｕ字状に旋回して底平板部４３へ向けて流れ、底平板部４３に達した流体は、径方向内側へ向って流れる。さらに、軸中心へ流れ込んできた流体は、インペラ４０に設けられた開口部５０を流れてポンプ室３６側に流れ込む。
【００４０】
また、本願発明者は、インペラ４０に開口部５０が設けられていない従来構造についても本願の発明の比較例としてＦＥＭにより解析を行った。
【００４１】
図６に示されるように、従来構造のインペラ１００には、シール部材４２側とポンプ室３６側を連通する開口部５０は設けられてない。
【００４２】
図７に示されるように、径方向外側からインペラ１００とサブハウジング２０の隙間に流れ込んできた流体は、円環突出片部５２と衝突してラビリンス部５６の底部５６Ａに向けて流れる。しかし、底部５６Ａに達した流体は、シール部材４２側とポンプ室３６側を連通する開口部がインペラ１００に設けられていないため、軸中心側へは流れない。これにより、シール部材４２近傍の流体はその場で滞留する。
【００４３】
ここで、本願発明者は、シール部材４２近傍に流体が滞留した場合にシール部材４２に与える影響について実験にて評価した。
【００４４】
流体には、自動車のエンジン冷却液に使用されるロングライフクーラント液(Ｌ.Ｌ.Ｃ.)を使用した。インペラに開口部が設けられていない従来構造のウォータポンプを実際に駆動させ、駆動後にシール部材４２をウォータポンプから取り外してシール部材４２リップ摺動部４２Ｃの形状を確認した。
【００４５】
図２（Ｂ）の２点鎖線は、初期状態のリップ摺動部４２Ｃの形状を示し、実線は、評価後の形状を示す。これから分るように、ゴム材料で形成されたリップ摺動部４２Ｃに条痕摩耗が発生し、先端部が削り取られているのが分る。これは、ロングライフクーラント液が滞留することで、ロングライフクーラント液に含まれる防錆剤成分（リン酸塩）が析出し、リップ摺動部４２Ｃと出力軸部材２４との間に噛み込み、リップ摺動部４２Ｃが摺動することでリップ摺動部４２Ｃの先端部が削り取られたからである。つまり、従来構造では、シール部材４２の近傍にロングライフクーラント液が滞留し、これにより、リップ摺動部４２Ｃの先端部が削り取られることでシール機能の低下が生じることとなる。
【００４６】
以上、説明したように、本発明では、インペラ４０に開口部５０を設けることで、径方向外側から隙間５８に流れ込んだ流体をポンプ室３６へ流すで、流体がシール部材４２の近傍に滞留するのを抑制することができる。このように、流体の滞留を抑制することで、流体から析出される析出物がシール部材４２に噛み込みシール部材４２のリップ摺動部４２Ｃが削り取られるのを防止することができる。
【００４７】
また、リップ摺動部４２Ｃが削り取られるのを防止することで、シール部材４２のシール機能の低下を抑制することができる。
【００４８】
また、図４に示されるように、ラビリンス部５６を設けて、ラビリンス部５６の底部５６Ａの近傍で、流体をＵ字状に旋回させることで、比重の重い異物（鋳砂等）を底部５６Ａに堆積させることができる。
【００４９】
また、従来と比較して、インペラ４０に開口部５０を形成させるだけであるため、製造コストをＵＰさせることなく、重量を軽くした上で、シール部材４２のシール機能の低下を抑制することができる。
【００５０】
次に本発明のウォータポンプ８０の第２実施形態を図８、図９に従って説明する。
【００５１】
なお、第１実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図８（Ａ）（Ｂ）に示されるように、この実施形態では第１実施形態とは違い、インペラ７０に設けられた開口部７２を仕切る仕切板７４は、シール部材４２側からポンプ室３６側へ流体を流すように羽根形状とされている。
【００５３】
図９に示されるように、仕切板７４を羽根形状とすることで、インペラ７０とシール部材４２の隙間５８に径方向外側から流れてきた流体をさらに効果的にポンプ室３６側に向けて流すことで、流体がシール部材４２の近傍に滞留するのを抑制する。これにより、流体から析出された析出物がシール部材４２のリップ摺動部４２Ｃに付着するのをさらに効果的に防止することができる。
【００５４】
また、リップ摺動部４２Ｃに析出物が付着するのを防止することで、シール部材４２のシール機能の低下を抑制することができる。
【００５５】
また、仕切板７４を羽根形状して、積極的にシール部材４２近傍の流体をポンプ室３６に向けて流すことで、図９に示されるように、仮にシール部材４２の近傍に異物（鋳砂等）が舞い込んでも開口部７２を通してポンプ室３６へ吐き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るウォータポンプを示した拡大断面図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）本発明の第１実施形態に係るウォータポンプに採用されたシール部材を示した断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るウォータポンプに採用されたインペラを示した平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るウォータポンプについてＦＥＭにより解析を行った結果を表した図面である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るウォータポンプを示した全体断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るウォータポンプの比較例として解析した従来のウォータポンプに採用されたインペラを示した平面図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るウォータポンプの比較例として従来のウォータポンプについてＦＥＭにより解析を行った結果を表した図面である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）本発明の第２実施形態に係るウォータポンプに採用されたインペラを示した平面図及び断面斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るウォータポンプについてＦＥＭにより解析を行った結果を表した図面である。
【符号の説明】
【００５７】
１０・・・ウォータポンプ（流体ポンプ）、１８・・・モータ室、２２・・・モータ、２４・・・出力軸部材、２６・・・連通路、３６・・・ポンプ室、４０・・・インペラ（回転翼）、４２・・・シール部材、４８・・・仕切板、５０・・・開口部、５６・・・ラビリンス部、７０・・・インペラ（回転翼）、７２・・・開口部、７４・・・仕切板
【図１】
0005166965.tif 000002
【図２】
0005166965.tif 000003
【図３】
0005166965.tif 000004
【図４】
0005166965.tif 000005
【図５】
0005166965.tif 000006
【図６】
0005166965.tif 000007
【図７】
0005166965.tif 000008
【図８】
0005166965.tif 000009
【図９】
0005166965.tif 000010