JP2007120458A - 流体ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動手段とインペラとをシャフトで連結した直結式の流体ポンプにおいて、シール部材への異物侵入を防止しつつ、シール部材の温度上昇を抑制する。
【解決手段】流体を圧送するインペラ１６と、インペラ１６を収納し、流体が流通するポンプ室１２と、ポンプ室１２の外部に配置され、インペラ１６を回転させる駆動手段１７と、インペラ１６と駆動手段１７とを連結するシャフト１３と、シャフト１３の外周面に配置され、流体がポンプ室１２から駆動手段１７側へ洩れることを防止するシール部材３３とを備え、シャフト１３の内部に、ポンプ室１２と連通するシャフト中空部１３ａを形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動手段によりインペラを回転させて流体を吸引吐出する流体ポンプに関する。

従来、マグネットカップリングを介して駆動手段からインペラへトルクを伝達する流体ポンプが知られている。このマグネットカップリングを用いる流体ポンプでは、駆動手段とポンプ部が完全に遮断されるため流体洩れが発生しないという利点がある。

しかし、マグネットカップリングの体格が流体ポンプの１／３程度を占めているため小型化に限界があり、また、マグネットカップリングのような間接動力伝達方式は理想的な状態（直結式）に比べてトルク伝達力が低下するという問題がある。

そこで、マグネットカップリングを用いない流体ポンプ、すなわち駆動手段とインペラとをシャフトで連結した直結式の流体ポンプにおいて、流体洩れを防止する手段が特許文献１にて提案されている。

この特許文献１に記載の流体ポンプでは、インペラと、インペラを収納するケースの内壁との間にシール部材（メカニカルシール）を設けることにより、流体洩れを防止している。

また、この特許文献１に記載の流体ポンプでは、インペラに形成された環状のシャフト固定穴に中空状のシャフトを圧入することにより、インペラとシャフトとを強固に固定するとともに、インペラとシャフトとの間の密封性を確保している。さらに、中空状シャフトのインペラ側先端開口部はインペラで閉塞されており、中空状シャフトの内部空間には流体が流入しないようになっている。
実開平５−１９５９６号公報

しかしながら、本発明者の詳細な検討によると、特許文献１に記載の流体ポンプにおいては、シール部で発生する摺動摩擦熱によって、シール性能が低下するという問題があることがわかった。これは、以下の理由による。

即ち、鋳砂等がシール部材に侵入するとシール性能が低下してしまうので、インペラと、インペラを収納するケースの内壁との間の隙間を微少にして、ポンプ室１２の流体がシール部材側に侵入するのを抑制する必要がある。このため、シール部材側とポンプ室１２との間における流体の循環が抑制される。

このため、シール部材が摺動することにより発生する摩擦熱を流体に伝達して、シール部材を冷却することができない。

これに加え、インペラを金属と比較して熱伝導率が小さい樹脂で形成しているので、シャフト及びインペラを介して流体に伝達される摩擦熱が微少である。このため、シール部材を冷却することができない。

この結果、シール部材の温度が１３０〜１４０℃にも達し、シール部材が熱膨張するので、シール部材の摺動面が摩耗してシール性能が低下してしまう。

ところで、水冷式内燃機関の冷却水は、凍結温度を下げるためにエチレングリコール等の溶質が混入されているが、冷却水が高温になると冷却水が蒸発し、冷却水に溶け込んでいた溶質が析出する。

このため、特許文献１に記載の流体ポンプを水冷式内燃機関の冷却水を循環させるために用いる場合には、シール部材近傍の冷却水がシール部材の熱によって蒸発し、冷却水に溶け込んでいた溶質が析出してしまう。

この結果、析出した溶質がシール部材の摺動面に付着堆積して、摺動面の密接度を損なうので、シール性能が低下してしまう。

本発明は、上記点に鑑み、駆動手段とインペラとをシャフトで連結した直結式の流体ポンプにおいて、シール部材の温度上昇を抑制することを目的とする。

また、本発明は、駆動手段とインペラとをシャフトで連結した直結式の流体ポンプにおいて、ベアリングの温度上昇を抑制することを他の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、流体を圧送するインペラ（１６）と、
インペラ（１６）を収納し、流体が流通するポンプ室（１２）と、
ポンプ室（１２）の外部に配置され、インペラ（１６）を回転させる駆動手段（１７）と、
インペラ（１６）と駆動手段（１７）とを連結するシャフト（１３）と、
シャフト（１３）の外周面に配置され、流体がポンプ室（１２）から駆動手段（１７）側へ洩れることを防止するシール部材（３３）とを備え、
シャフト（１３）の内部には、ポンプ室（１２）と連通するシャフト中空部（１３ａ）が形成されることを第１の特徴とする。

これによると、シャフト中空部（１３ａ）がポンプ室（１２）と連通するので、ポンプ室（１２）の流体がシャフト中空部（１３ａ）内まで到達することができる。このため、シャフト（１３）とシール部材（３３）との摺動によって発生する摩擦熱をシャフト中空部（１３ａ）内の流体に伝達して、シール部材（３３）を冷却することができ、シール部材（３３）の温度上昇を抑制することができる。

また、シャフト中空部（１３ａ）は、ポンプ室（１２）と連通し、駆動手段（１７）側とは連通しないので、シャフト中空部（１３ａ）内の流体が駆動手段（１７）側へ洩れることはない。

さらに、シャフト（１３）の内部にシャフト中空部（１３ａ）を形成することによって、シャフト（１３）を軽量化できるので、流体ポンプの重量を低減できる。

本発明は、具体的には、シャフト（１３）のインペラ側先端部が、軸受部（３４）に挿入されて回転可能に支持されており、
シャフト中空部（１３ａ）が、シャフト（１３）と軸受部（３４）との間の隙間を介してポンプ室（１２）と連通している。

これによると、シャフト中空部（１３ａ）とポンプ室（１２）との連通部がシール部材（３３）と離れているので、異物がシャフト中空部（１３ａ）内の流体によってシール部材（３３）側へ運ばれることが起こりにくい。

また、本発明は、具体的には、シャフト（１３）のインペラ側先端部がインペラ（１６）から突出しており、
シャフト（１３）の外周面であって突出している部位に、シャフト中空部（１３ａ）とポンプ室（１２）とを連通する連通穴（１３ｂ）を形成してもよい。

また、本発明は、シャフト（１３）の外周面において、シール部材（３３）よりもインペラ（１６）側に配置され、ポンプ室（１２）側からシール部材（３３）側に向かう異物を捕捉する捕捉手段（３７、３８）を備えている。

さらに、本発明は、シャフト中空部（１３ａ）が、捕捉手段（３７、３８）よりもインペラ（１６）側の部位において、ポンプ室（１２）と連通している。

これによると、シャフト中空部（１３ａ）内を通過する流体によって、異物がシール部材（３３）側へ運ばれても、この異物を捕捉手段（３７、３８）によって捕捉することができる。

この結果、シャフト中空部（１３ａ）が、捕捉手段（３７、３８）よりもポンプ室（１２）側の部位において、ポンプ室（１２）と連通しても、シール部材（３３）への異物侵入を防止することができる。

また、本発明は、シャフト（１３）の外周面において、シール部材（３３）よりもインペラ（１６）側に配置され、ポンプ室（１２）側からシール部材（３３）側に向かう異物を捕捉する捕捉手段（３７、３８）を備え、
シャフト（１３）の外周面であってインペラ（１６）と捕捉手段（３７、３８）との中間部位に、シャフト中空部（１３ａ）とポンプ室（１２）とを連通する連通穴（１３ｂ）を形成してもよい。

これによると、連通穴（１３ｂ）を通じて異物がシール部材（３３）側へ運ばれても、この異物を捕捉手段（３７、３８）によって捕捉することができる。

この結果、シャフト（１３）の外周面であってインペラ（１６）と捕捉手段（３７、３８）との中間部位に、シャフト中空部（１３ａ）とポンプ室（１２）とを連通する連通穴（１３ｂ）を形成しても、シール部材（３３）への異物侵入を防止することができる。

また、本発明は、インペラ（１６）に、捕捉手段（３７、３８）側を向いて開口するインペラ中空部（１６ｃ）を形成している。

これによると、摺動摩擦熱を、インペラ（１６）を介してインペラ中空部（１６ｃ）内の流体に伝達し、シール部材（３３）を冷却することができる。この結果、シール部材（３３）の温度上昇をより抑制することができる。

また、本発明は、シャフト（１３）の外周面に配置され、流体がポンプ室（１２）から駆動手段（１７）側へ洩れることを防止するシール部材（３３）と
シャフト（１３）の外周面において、シール部材（３３）よりもインペラ（１６）側に配置され、ポンプ室（１２）側からシール部材（３３）側に向かう異物を捕捉する捕捉手段（３７、３８）とを備え、
捕捉手段（３７、３８）に形成される空隙部を通じて、ポンプ室（１２）とシール部材（３３）側の空間とが連通することを第２の特徴とする。

これによると、捕捉手段（３７、３８）に形成される空隙部を通じて、ポンプ室（１２）とシール部材（３３）側の空間とが連通するので、ポンプ室（１２）とシール部材（３３）側の空間との間で流体を出入りさせることができる。

このため、シャフト（１３）とシール部材（３３）との摺動によって発生する摩擦熱を、ポンプ室（１２）とシール部材（３３）側の空間との間で出入りする流体に伝達し、シール部材（３３）を冷却することができる。この結果、捕捉手段（３７、３８）によって異物がシール部材（３３）側に侵入するのを防止しつつ、シール部材（３３）の温度上昇を抑制することができる。

本発明は、具体的には、捕捉手段が、流体を通過させ異物を捕捉する繊維状部材（３８）と、繊維状部材（３８）を固定するベース部材（３７）とで構成され、
ベース部材（３７）には、シャフト（１３）の径方向に延び、繊維状部材（３８）と重合する板状部（３７ａ）が形成され、
板状部（３７ａ）には、シャフト（１３）が貫通する貫通穴（３７ｂ）が形成されるとともに、シール部材（３３）側の空間とポンプ室（１２）とを連通させる連通穴（３７ｃ）が形成され、
連通穴（３７ｃ）と繊維状部材（３８）の空隙部とを通じて、ポンプ室（１２）とシール部材（３３）側の空間とが連通している。

また、本発明は、具体的には、捕捉手段が、流体を通過させ異物を捕捉する繊維状部材（３８）のみで構成され、
繊維状部材（３８）がシール部材（３３）に直接固定され、
繊維状部材（３８）の空隙部を通じて、ポンプ室（１２）とシール部材（３３）側の空間とが連通するようにしてもよい。

また、本発明は、流体を圧送するインペラ（１６）と、
インペラ（１６）を収納し、流体が流通するポンプ室（１２）と、
ポンプ室（１２）の外部に配置され、インペラ（１６）を回転させる駆動手段（１７）と、
インペラ（１６）と駆動手段（１７）とを連結するシャフト（１３）と、
シャフト（１３）の外周面に配置され、流体がポンプ室（１２）から駆動手段（１７）側へ洩れることを防止するシール部材（３３）とを備え、
インペラ（１６）が金属によって形成されることを第３の特徴とする。

これによると、金属は樹脂と比較して熱伝導率が高いため、インペラ（１６）を樹脂によって形成する場合と比較して、多くの摺動摩擦熱をインペラ（１６）を介してポンプ室（１２）内の流体に伝達させることができる。この結果、シール部材（３３）を冷却することができ、シール部材（３３）の温度上昇を抑制することができる。

また、本発明は、流体を圧送するインペラ（１６）と、
インペラ（１６）を収納し、流体が流通するポンプ室（１２）と、
ポンプ室（１２）の外部に配置され、インペラ（１６）を回転させる駆動手段（１７）と、
インペラ（１６）と駆動手段（１７）とを連結するシャフト（１３）と、
シャフト（１３）の外周側に配置され、シャフト（１３）を回転自在に支持するベアリング（２３）とを備え、
シャフト（１３）の内部には、ポンプ室（１２）と連通するシャフト中空部（１３ａ）が形成されることを第４の特徴とする。

これによると、シャフト中空部（１３ａ）がポンプ室（１２）と連通するので、ポンプ室（１２）の流体がシャフト中空部（１３ａ）内まで到達することができる。このため、ベアリング（２３）で発生する摩擦熱をシャフト中空部（１３ａ）内の流体に伝達して、シール部材（３３）を冷却することができ、ベアリング（２３）の温度上昇を抑制することができる。

また、シャフト中空部（１３ａ）は、ポンプ室（１２）と連通し、駆動手段（１７）側とは連通しないので、シャフト中空部（１３ａ）内の流体が駆動手段（１７）側へ洩れることはない。

さらに、シャフト（１３）の内部にシャフト中空部（１３ａ）を形成することによってシャフト（１３）を軽量化できるので、流体ポンプの重量を低減できる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態は、本発明による流体ポンプを、内燃機関の冷却水を循環させる電動式のウォータポンプに適用したものである。この電動式ウォータポンプは、内燃機関の冷却水（温水）を、冷却水を熱源として車室内に吹き出す空気を加熱することにより車室内を暖房するヒータコア（暖房用熱交換器）との間で循環させるものである。

図１は、本発明の第１実施形態による流体ポンプの断面図であり、図２は、図１におけるＡ部拡大図である。この図１において、流体ポンプは、継手部材１０によって電動機室１１とポンプ室１２とに分割されている。継手部材１０は、例えば樹脂よりなり、シャフト１３（詳細後述）の軸線方向に延びる略円筒状に形成されている。

継手部材１０の一端側に電動機ケーシング１４がビス１５にて固定されており、継手部材１０と電動機ケーシング１４とに囲まれて形成される内部空間が電動機室１１である。電動機室１１には、車載バッテリ（図示せず）から電力の供給を受けて、インペラ１６（詳細後述）を回転駆動する電動機１７が配置されている。なお、電動機１７は、本発明における駆動手段に該当するものである。

電動機１７は、周知のごとく、永久磁石にて構成されたステータ１８、コイルが巻かれてステータ１８内で回転するロータ１９、ロータ１９に電力を供給するブラシ及び整流子等からなる給電部２０、給電部２０のブラシに電気的に接続されているハーネス部２１等によって構成される。

ロータ１９のポンプ室１２側には、軸部２２を介してシャフト１３が接続される。なお、軸部２２の外周側であって、継手部材１０の内周側にはベアリング２３が配置され、ロータ１９及び軸部２２は、ベアリング２３によって継手部材１０に対して回転可能に支持される。したがって、シャフト１３も、ベアリング２３によって継手部材１０に対して回転可能に支持される。

電動機室１１は、継手部材１０に設けられた呼吸穴２４によって外部と連通しており、呼吸穴２４により、電動機１７の発熱に伴う電動機室１１内の圧力上昇を防止するようになっている。また、呼吸穴２４は、外から水等が入らない構造になっている。

継手部材１０の他端側にポンプケーシング２５がビス２６にて固定されており、継手部材１０とポンプケーシング２５とによって囲まれて形成される内部空間がポンプ室１２である。なお、継手部材１０とポンプケーシング２５との結合部には、Ｏリング２７が配置され、このＯリング２７によって、ポンプ室１２内の冷却水が外部に洩れるのを防止している。

インペラ１６は、ポンプ室１２内に配置され、継手部材１０を貫通するシャフト１３によって電動機１７と連結されている。このインペラ１６は、回転により冷却水をポンプ室１２の入口部２８から吸引し、出口部２９から吐出して、水冷式内燃機関（図示せず）とヒータコア（図示せず）との間に冷却水を循環させるようになっている。

インペラ１６は、複数枚の翼からなる本体部１６ａと、本体部１６ａの背面（図２の上方側の面）から電動機室１１側に円筒状に延出する延出部１６ｂとで構成され、本例では、樹脂により一体成型している。

インペラ１６の本体部１６ａの中心部には、シャフト１３が貫通するための貫通穴が形成され、この貫通穴には、金属により円筒状に形成されたインサート３０が圧入されている。そして、インサート３０の内周面にシャフト１３の外周面が嵌合することにより、インペラ１６がインサート３０を介してシャフト１３に固定される。

また、インペラ１６の延出部１６ｂは、継手部材１０におけるポンプ室１２側の端面に形成された円環状凹部３１内に挿入される。これにより、インペラ１６の延出部１６ｂと継手部材１０の円環状凹部３１との間で形成されるインペラ背面空間３２はラビリンス構造を形成する。これにより、冷却水中の異物、例えば、内燃機関に用いられる鋳造部品に付着した鋳砂等がポンプ室１２側からリップシール３３（詳細後述）側に侵入するのを防止する。

シャフト１３は、本例では、磁性体金属により形成している。シャフト１３の内部には、断面が円形状のシャフト中空部１３ａがシャフト１３の軸線方向に延びて形成される。このシャフト中空部１３ａはインペラ１６側の先端からベアリング２３の近傍まで形成される。したがって、シャフト中空部１３ａはインペラ側先端部では開口し、電動機側先端部では閉塞されている。

また、シャフト１３のインペラ側先端部は、シャフト１３の延長方向にポンプケーシング２５と一体に形成された軸受部３４に挿入され、ポンプケーシング２５に対して回転可能に支持されている。

これにより、シャフト中空部１３ａは、矢印Ｂに示すように、軸受部３４の内周面とシャフト１３の外周面との間の隙間を介してポンプ室１２と連通するので、シャフト中空部１３ａ内にポンプ室１２の冷却水が流入する。なお、図２では図示の都合上、矢印Ｂのうち軸受部３４の内周面とシャフト１３の外周面との間の隙間の部分を、シャフト１３の外周面よりも軸受部３４側に図示している。

ところで、継手部材１０におけるポンプ室１２側の端面には、シャフト１３を囲むようにして円形凹部３５が形成されている。この円形凹部３５の電動機室１１側には、ポンプ室１２側から電動機室１１側への冷却水の洩れを防止するリップシール３３が、圧入により気密に固定されている。なお、リップシール３３は、本発明におけるシール部材に該当するものである。

リップシール３３は、同軸２重円筒をその一端側（図２の上方側）で結合した形状を有しており、ゴム等の弾性材料にて一体成型されている。

リップシール３３の同軸２重円筒のうち、内筒部の内周面には、主リップ３３ａとダストリップ３３ｂとが、シャフト１３の軸線方向に連なって形成されている。主リップ３３ａは、シャフト１３の軸線方向においてポンプ室１２側に配置され、シャフト１３の外周面に摺動自在に密接して冷却水の洩れを防止する。

一方、ダストリップ３３ｂは、シャフト１３の軸線方向において電動機室１１側に配置され、シャフト１３の外周面に摺動自在に密接して電動機室１１側から主リップ３３ａへの異物（ダスト等）の侵入を防止する。

また、リップシール３３の内筒部の外周側には、主リップ３３ａをシャフト１３に押し付けるスプリング３６が配置されている。このスプリング３６は、磁気を帯びた金属よりなる。このスプリング３６のばね力、及び、スプリング３６とシャフト１３との間で発生する磁力の両者により、主リップ３３ａがシャフト１３に押し付けられるようになっている。

また、円形凹部３５のポンプ室１２側には、ポンプ室１２側からリップシール３３側に向かう異物、例えば、鋳造部品に付着した鋳砂等を捕捉する捕捉手段をなすベース部材３７及び繊維状部材３８が配置されている。

ベース部材３７は、本例では、ゴムにより略有底円筒状に形成され、略有底円筒形状の底部をなす板状部３７ａがシャフト１３の径方向に延びて形成される。ベース部材３７はは、板状部３７ａがリップシール３３側になるように、円形凹部３５に圧入により気密に固定されている。また、板状部３７ａの中心部には、シャフト１３が貫通するための貫通穴３７ｂが形成されている。

図３に示すように、ベース部材３７の板状部３７ａのポンプ室１２側の面には、穴あき円盤状の繊維状部材３８が配置されている。この繊維状部材３８は、いわゆるファブリックと呼ばれる繊維が絡み合った素材からなる。したがって、繊維状部材３８はフィルターとして機能し、繊維間の空隙部を通じて冷却水を通過させる一方で、ポンプ室１２側からリップシール３３側に向かう異物を繊維で捕捉することができる。

繊維状部材３８は、ベース部材３７の板状部３７ａに重合して接着固定されている。また、繊維状部材３８の穴部３８ａは、ベース部材３７の貫通穴３７ｂと同軸に形成され、シャフト１３の外径よりも若干小さい径を有している。これにより、繊維状部材３８の内周面がシャフト１３の外周面に摺動自在に接する。

なお、リップシール３３内部には、リップシール３３、ベース部材３７及びシャフト１３に囲まれてリップシール内空間３９が形成される。このリップシール内空間３９には、主リップ３３ａおよびダストリップ３３ｂの磨耗防止と摺動摩擦低減のためにゲル状のフッ素グリス（図示せず）が封入されている。このフッ素グリスのポンプ室１２側への流出は、繊維状部材３８によって防止されるようになっている。

次に、上記構成において、流体ポンプの作動について説明する。ポンプ作動時は、電動機１７のトルクがシャフト１３を介してインペラ１６に伝達されてインペラ１６が回転する。インペラ１６の回転により冷却水が吸引吐出され、内燃機関とヒータコアとの間で冷却水が循環する。

このポンプ作動時は、リップシール３３の主リップ３３ａによって、ポンプ室１２側から電動機室１１側への冷却水の洩れを防止する。また、リップシール３３のダストリップ３３ｂによって、電動機室１１側から主リップ３３ａへの異物（ダスト等）の侵入を防止する。

また、ポンプ室１２に流入した鋳砂等は、繊維状部材３８によって捕捉される。これにより、鋳砂等がリップシール３３側に侵入するのを確実に防止することができる。

ところで、リップシール３３の主リップ３３ａ及びダストリップ３３ｂがシャフト１３と摺動することにより摩擦熱が発生するが、この摩擦熱はシャフト中空部１３ａ内の冷却水に伝達される。

即ち、シャフト中空部１３ａはインペラ１６側の先端からベアリング２３の近傍まで形成されるので、シャフト１３のうち、リップシール３３と摺動する部位にはシャフト中空部１３ａが形成されている。

このシャフト中空部１３ａ内の冷却水とポンプ室１２内の冷却水との温度差、圧力差、あるいは、インペラ１６の回転による遠心力等は時々刻々変動するので、冷却水が矢印Ｂのようにポンプ室１２とシャフト中空部１３ａとの間を出入りする。なお、図２における矢印Ｂは、この冷却水の出入りを模式的に示したものである。

このシャフト中空部１３ａとポンプ室１２との間の冷却水の出入りによって、主リップ３３ａ及びダストリップ３３ｂとシャフト１３との摺動面で発生する摩擦熱がポンプ室１２の冷却水に伝達される。

このため、リップシール３３を冷却することができ、摩擦熱によってリップシール３３の温度が上昇することを抑制できる。この結果、リップシール３３の熱膨張によってリップシール３３がシャフトに削られてシール性能が低下するという不具合を回避できる。

また、リップシール３３の温度上昇を抑制できるので、リップシール３３近傍の冷却水の蒸発によって冷却水に溶け込んでいた溶質が析出し、この溶質が主リップ３３ａ及びダストリップ３３ｂとシャフト１３との摺動面に付着堆積してシール性能が低下してしまうという不具合も回避できる。

なお、流体ポンプの内燃機関等への搭載方向を、ポンプ室１２が上で電動機室１１が下になるようにすれば、シャフト中空部１３ａとポンプ室１２との間の冷却水の出入りに自然対流を利用できるので、リップシール３３の温度上昇を抑制する効果がより得られる。

また、シャフト中空部１３ａはポンプ室１２のみと連通し、電動機室１１とは連通しないので、シャフト中空部１３ａ内の冷却水が電動機室１１側へ洩れることはない。

また、シャフト中空部１３ａとポンプ室１２との連通部は、シャフト１３の先端面のみであり、リップシール３３から離れているので、シャフト中空部１３ａ内の流体がリップシール３３側へ直接流れ込むことはない。このため、シャフト中空部１３ａ内の流体によって鋳砂等がリップシール３３側へ運ばれることが起こりにくい。

また、シャフト中空部１３ａを形成することにより、シャフト中空部１３ａを形成しない場合と比較してシャフト１３を軽量化することができる。この結果、流体ポンプの重量を低減することができる。

さらに、シャフト中空部１３ａは、シャフト１３の軸線方向において、シャフト１３の先端からベアリング２３の付近まで形成されている。このため、シャフト中空部１３ａを出入りする冷却水によって、ベアリング２３をも冷却することができる。この結果、ベアリング２３が摩擦熱によって温度上昇することを抑制することができ、ベアリング２３の熱膨張による摩耗を抑制することができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、シャフト中空部１３ａとポンプ室１２とは、シャフト１３と軸受部３４との間の隙間のみを介して連通しているが、本実施形態では、図４に示すように、シャフト１３の外周面であってインペラ１６から突出している部位に連通穴１３ｂを形成して、シャフト中空部１３ａとポンプ室１２とが、シャフト１３と軸受部３４との間の隙間のみならず、連通穴１３ｂをも介して連通するようにする。

図４は、本実施形態における要部拡大断面図である。シャフト１３の連通穴１３ｂは、シャフト１３の軸線方向において、インサート３０と軸受部３４との間に形成される。また、本例では、この連通穴１３ｂをシャフト１３の円周方向に等間隔に４個配置している。なお、連通穴１３ｂの個数は、４個に限定されるものではなく、適宜増減が可能である。

これにより、シャフト中空部１３ａは、シャフト１３の先端面で開口するとともに、シャフト１３の外周面においても連通穴１３ｂによって開口する。これにより、シャフト中空部１３ａとポンプ室１２とが、矢印Ｃのようにシャフト１３と軸受部３４との間の隙間を介して連通するとともに、矢印Ｄのように連通穴１３ｂをも介して連通する。

本実施形態においては、シャフト中空部１３ａ内の冷却水とポンプ室１２内の冷却水との温度差、圧力差、あるいは、インペラ１６の回転による遠心力等は時々刻々変動するので、冷却水が矢印Ｃ及び矢印Ｄに示す経路でポンプ室１２とシャフト中空部１３ａとの間を出入りする。

図４における矢印Ｃ及び矢印Ｄの向きは、この冷却水の出入りの一状態を模式的に示したものであり、常にこの向きに流れることを意味するものではない。本実施形態では、シャフト１３の回転による遠心力が、シャフト中空部１３ａ内の冷却水をシャフト中空部１３ａの径方向外側に押し出すように作用する。

このため、ポンプ室１２内の冷却水が、矢印Ｃのように、シャフト１３と軸受部３４との間の隙間を通過してシャフト中空部１３ａ内に流入し、矢印Ｄのように、シャフト１３の連通穴１３ｂからポンプ室１２へと流出するという冷却水の循環が起こりやすい。

この結果、主リップ３３ａ及びダストリップ３３ｂとシャフト１３との摺動面で発生する摩擦熱が、ポンプ室１２の冷却水に伝達されるので、リップシール３３の温度上昇を抑制することができ、シール性能が低下する不具合を回避できる。

また、シャフト中空部１３ａは、シャフト１３のうちインペラ１６よりも先端側のみにおいて、ポンプ室１２と連通し、電動機室１１とは連通しないので、シャフト中空部１３ａ内の流体がリップシール３３側へ直接流れ込むことはない。このため、シャフト中空部１３ａ内の流体によって鋳砂等がリップシール３３側へ運ばれることが起こりにくい。

（第３実施形態）
上記第２実施形態では、シャフト１３の外周面の連通穴１３ｂをインペラ１６から突出している部位に配置しているが、本実施形態では、図５に示すように、シャフト１３の外周面の連通穴１３ｂをインペラ１６と繊維状部材３８との間に配置する。

図５は、本実施形態における要部拡大断面図である。シャフト１３の連通穴１３ｂは、シャフト１３の軸線方向において、インペラ１６と繊維状部材３８との間に配置される。また、本例では、この連通穴１３ｂをシャフト１３の円周方向に等間隔に４個配置している。なお、連通穴１３ｂの個数は、４個に限定されるものではなく、適宜増減が可能である。

これにより、シャフト中空部１３ａとポンプ室１２とが、矢印Ｃのようにシャフト１３と軸受部３４との間の隙間を介して連通するとともに、矢印Ｅのように連通穴１３ｂ及びインペラ背面空間３２をも介して連通する。

本実施形態においても、上記第２実施形態と同様に、シャフト中空部１３ａ内の冷却水とポンプ室１２内の冷却水との温度差、圧力差、あるいは、インペラ１６の回転による遠心力等は時々刻々変動するので、冷却水が矢印Ｃ及び矢印Ｅに示す経路でポンプ室１２とシャフト中空部１３ａとの間を出入りする。

図５における矢印Ｃ及び矢印Ｅの向きは、この冷却水の出入りの一状態を模式的に示したものであり、常にこの向きに流れることを意味するものではない。本実施形態では、シャフト１３の回転による遠心力が、シャフト中空部１３ａ内の冷却水をシャフト中空部１３ａの径方向外側に押し出すように作用する。

このため、ポンプ室１２内の冷却水が、矢印Ｃのように、シャフト１３と軸受部３４との間の隙間を通過してシャフト中空部１３ａ内に流入し、矢印Ｅのように、シャフト１３の連通穴１３ｂ及びインペラ背面空間３２を通過してポンプ室１２へと流出するという冷却水の循環が起こりやすい。

この結果、主リップ３３ａ及びダストリップ３３ｂとシャフト１３との摺動面で発生する摩擦熱が、ポンプ室１２の冷却水に伝達されるので、リップシール３３の温度上昇を抑制することができ、シール性能が低下する不具合を回避できる。

なお、シャフト１３の連通穴１３ｂから冷却水とともに流出する鋳砂等は繊維状部材３８によって捕捉される。このため、リップシール３３への異物侵入防止効果は損なわれない。

（第４実施形態）
上記第１実施形態では、シャフト中空部１３ａ内の冷却水によってリップシール３３の温度上昇を抑制しているが、本実施形態では、図６に示すように、シャフト中空部１３ａを廃止して、インペラ１６をアルミニウム化することにより、リップシール３３の温度上昇を抑制する。

図６は、本実施形態における要部拡大断面図である。本実施形態は、上記第１実施形態に対して、シャフト中空部１３ａを廃止し、インペラ１６の材質を樹脂からアルミニウムに変更したものであり、それ以外は上記第１実施形態と同様である。

周知のごとく、アルミニウムの熱伝導率は、樹脂の熱伝導率のおよそ１０００倍である。このため、主リップ３３ａ及びダストリップ３３ｂとシャフト１３との摺動面で発生する摩擦熱がシャフト１３を介してインペラ１６に伝わり、インペラ１６からポンプ室１２内の冷却水に放熱される。

図７は、本実施形態におけるリップシール３３の温度上昇抑制効果を示すグラフであり、ポンプ作動時におけるリップシール３３の温度を、アルミニウム製のインペラ１６の場合と樹脂製のインペラ１６の場合とで比較したものである。

図７に示すように、インペラ１６の材質を樹脂からアルミニウムに変更すると、ポンプ作動開始から１０秒までの間は、両者に相違はないが、１０秒経過時点ではアルミニウムの場合の方が温度上昇が緩やかであり、９０秒経過時点では樹脂の場合と比較して約５℃低減される。

この結果、リップシール３３の温度上昇を抑制することができ、シール性能が低下する不具合を回避できる。

（第５実施形態）
上記第１実施形態では、シャフト中空部１３ａ内の冷却水によってリップシール３３の温度上昇を抑制しているが、本実施形態では、図８に示すように、シャフト中空部１３ａを廃止し、ベース部材３７に連通穴３７ｃを配置して、この連通穴３７ｃを通じてリップシール内空間３９を出入りする冷却水によってリップシール３３の温度上昇を抑制する。

図８は、本実施形態における要部拡大断面図であり、図９は、図８におけるベース部材３７の正面図（図８の下方から見た図）である。ベース部材３７の連通穴３７ｃは、ベース部材３７の板状部３７ａであって、貫通穴３７ｂの外周側に形成される。

また、連通穴３７ｃは、板状部３７ａの円周方向に等間隔に４個配置される。なお、図９中の２点鎖線は、シャフト１３の外径を示している。

ところで、上記第１実施形態では、繊維状部材３８をベース部材３７に確実に接着固定するために、ベース部材３７の貫通穴３７ｂを極力小さくして、繊維状部材３８とベース部材３７との接着面積を極力大きくしている。

このため、シャフト１３の外周面と貫通穴３７ｂの内周面との間の隙間４０（図９）が狭くなり、リップシール内空間３９とポンプ室１２との間の冷却水の出入りが阻害される。なお、図９では、隙間４０の説明の都合上、貫通穴３７ｂを大きく図示し、隙間４０を大きく図示している。

一方、本実施形態では、ベース部材３７の板状部３７ａに連通穴３７ｃを形成しており、上記第１実施形態と比較して繊維状部材３８とベース部材３７との接着面積が減少しているが、繊維状部材３８の接着性を損なわないように連通穴３７ｃの形状、位置及び個数が設定されている。

これにより、リップシール内空間３９とポンプ室１２とが、ベース部材３７の連通穴３７ｃを介して連通するので、上記第１実施形態と比較してリップシール内空間３９とポンプ室１２との間で冷却水が出入りしやすくなっている。

また、本実施形態では、インペラ背面空間３２を冷却水が出入りするようになっている。インペラ背面空間３２を冷却水が出入りすると、インペラ背面空間３２のラビリンス効果、即ち、鋳砂等がポンプ室１２側からリップシール３３側に侵入するのを防止する効果が減少するのであるが、鋳砂等を捕捉する繊維状部材３８を備えているので、リップシール３３への鋳砂等の侵入を防止できる。

上記構成によると、リップシール内空間３９内の冷却水とポンプ室１２内の冷却水との温度差、圧力差、あるいは、インペラ１６の回転による遠心力等が時々刻々変動することにより、冷却水が、矢印Ｆのように、リップシール内空間３９とポンプ室１２との間を出入りする。

具体的には、ベース部材３７の連通穴３７ｃ及びインペラ背面空間３２を通過して、リップシール３３周囲とポンプ室１２との間を出入りする。なお、矢印Ｆは、この冷却水の出入りを模式的に示したものである。

この結果、主リップ３３ａ及びダストリップ３３ｂとシャフト１３との摺動面で発生する摩擦熱がポンプ室１２の冷却水に伝達され、リップシール３３の温度上昇を抑制できるので、シール性能が低下する不具合を回避できる。

なお、ベース部材３７の連通穴３７ｃには、繊維状部材３８が重合しているので、ポンプ室１２側からリップシール３３側に向かう鋳砂等を繊維状部材３８が捕捉することができる。このため、ベース部材３７に連通穴３７ｃを形成しても、リップシール３３への異物侵入防止効果は損なわれない。

また、連通穴３７ｃの形状、位置及び個数は、本例に限定されるものではなく、繊維状部材３８の接着性を損なわない範囲で適宜変更が可能である。

（第６実施形態）
上記第５実施形態では、ベース部材３７に連通穴３７ｃを形成することによりリップシール３３の温度上昇を抑制しているが、本実施形態では、図１０に示すように、ベース部材３７を廃止し、繊維状部材３８をリップシール３３に直接固定することによってリップシール３３の温度上昇を抑制する。

図１０は、本実施形態における要部拡大断面図であり、図１１は、図１０におけるリップシール３３及び繊維状部材３８の斜視図である。同軸２重円筒形状をなすリップシール３３のうち、外筒部の先端面３３ｃに、繊維状部材３８を接着する。即ち、繊維状部材３８がリップシール３３に直接固定される。

ここで、先端面３３ｃの面積は、繊維状部材３８を接着固定するのに必要な接着面積以上になっているので、繊維状部材３８の接着性が確保されている。

本実施形態では、リップシール内空間３９とポンプ室１２とが、繊維状部材３８の空隙部を通じて連通している。これにより、リップシール３３と繊維状部材３８との間の空間の冷却水は、矢印Ｇのように、繊維状部材３８を通過してポンプ室１２と出入りする。なお、矢印Ｇは、この冷却水の出入りを模式的に示したものである。

この結果、上記第５実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、リップシール内空間３９とポンプ室１２とは、繊維状部材３８の空隙部を通じて連通しているので、リップシール３３への異物侵入防止効果は損なわれない。

（第７実施形態）
上記第１実施形態では、シャフト中空部１３ａ内の冷却水によってリップシール３３の温度上昇を抑制しているが、本実施形態では、図１２に示すように、インペラ１６にインペラ中空部１６ｃを形成し、シャフト中空部１３ａ内の冷却水のみならず、このインペラ中空部１６ｃ内の冷却水によっても、リップシール３３の温度上昇を抑制する。

図１２は、本実施形態における要部拡大断面図である。本実施形態では、継手部材１０とインペラ１６との間の隙間Ｈの寸法を、上記第１実施形態と比較して拡大している。これにより、インペラ１６の背面（図１２の上方側の面）とポンプ室１２との間で冷却水が出入りしやすくなっている。

さらに、インペラ１６の本体部１６ａの背面であって、延出部１６ｂよりも中心側には、リップシール３３側を向いて開口するインペラ中空部１６ｃが形成されている。このインペラ中空部１６ｃは、奥側（図１２の下方側）に向かうにつれ狭くなる略漏斗状の形状を有している。

なお、インペラ中空部１６ｃの径方向中心部、換言すれば、インペラ１６の径方向中心部には、略円筒状の凸部１６ｄがリップシール３３側に突き出すように形成されており、この凸部１６ｄの内周面にインサート３０が圧入される。

本実施形態においては、上記第１実施形態と同様に、矢印Ｂに示すシャフト中空部１３ａとポンプ室１２との間の冷却水の出入りによって、主リップ３３ａ及びダストリップ３３ｂとシャフト１３との摺動面で発生する摩擦熱がポンプ室１２の冷却水に伝達され、リップシール３３が冷却される。

さらに、本実施形態では、摩擦熱がインペラ１６を介して、インペラ中空部１６ｃ内の冷却水に伝達される。そして、矢印Ｊのように、インペラ中空部１６ｃとポンプ室１２との間で冷却水が出入りするので、摩擦熱がポンプ室１２内の冷却水に伝達されて、リップシール３３が冷却される。なお、矢印Ｊは、この冷却水の出入りを模式的に示したものである。

この結果、リップシール３３の温度上昇をより抑制でき、シール性能が低下する不具合をより回避できる。

なお、本実施形態では、上記第１実施形態と比較して隙間Ｈを拡大することによりインペラ１６の背面とポンプ室１２との間で冷却水が出入りしやすくしている。このため、上記第１実施形態と比較してインペラ背面空間３２のラビリンス効果が減少しているが、繊維状部材３８を備えているので、リップシール３３への鋳砂等の侵入を防止できる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、内燃機関とヒータコアとの間に冷却水を循環させる電動式ウォータポンプに本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のポンプにも適用することができる。

例えば、内燃機関とラジエータとの間に冷却水を循環させるポンプに本発明を適用してもよい。また、循環させる流体は水に限定されない。さらに、駆動手段は電動機に限定されるものではなく、例えば、プーリー等を介してエンジン動力を伝達することよって駆動してもよい。

また、上記各実施形態では、シャフト中空部１３ａの断面を円形状にしているが、円形状に限定されるものではない。

また、上記各実施形態では、シャフト１３を磁性体金属により形成しているが、シャフト１３を非磁性体金属により形成してもよい。

また、上記各実施形態では、主リップ３３ａの外周側にスプリング３６を配置しているが、必ずしも配置する必要はない。即ち、スプリング３６を配置しなくとも主リップ３３ａとシャフト１３との間に所定の面圧を確保することが可能であるので、スプリング３６を廃止してもよい。

また、上記第１、第２及び第４実施形態では、シール部材としてリップシール３３を用いているが、シール部材としてメカニカルシールを用いてもよい。具体的には、リップシール３３の代わりに、固定リング、従動リング、スプリング等からなるメカニカルシールをシャフト１３の外周面に配置すればよい。

なお、メカニカルシールで発生する摺動摩擦熱はシャフト中空部１３ａ内の流体によって冷却されるので、メカニカルシールの温度上昇を抑制することができる。

また、シール部材としてメカニカルシールを用いる場合においても、繊維状部材３８等からなる捕捉手段を用いることによって、シール部材への鋳砂等の侵入を防止できるのは言うまでもない。

また、上記第１、第２及び第４実施形態では、繊維状部材３８によって鋳砂等を捕捉しているが、繊維状部材３８を廃止してもよい。即ち、インペラ背面空間３２を微少隙間化し、ラビリンス効果を増加させれば、鋳砂等がシール部材に侵入するのを防止できるので、繊維状部材３８を廃止できる。

なお、インペラ背面空間３２を微少隙間化すると、インペラ背面空間３２を通じてシール部材側とポンプ室１２との間の冷却水の出入りが減少する。このため、シール部材側とポンプ室１２との間で出入りする冷却水に伝達される摺動摩擦熱は減少するが、上記第１、第２及び第４実施形態では、シール部材をシャフト中空部１３ａ内の流体によって冷却することができるので、シール部材の温度上昇を抑制することができる。

また、上記第２実施形態では、インペラ１６の材質としてアルミニウムを用いたが、これに限定されるものではなく、種々の金属を用いることができる。

また、上記各実施形態は、可能な範囲で適宜組み合わせて実施してもよいことは言うまでもない。

本発明の第１実施形態による流体ポンプの断面図である。 図１におけるＡ部拡大図である。 図１におけるベース部材及び繊維状部材の斜視図である。 本発明の第２実施形態による流体ポンプの要部拡大断面図である。 本発明の第３実施形態による流体ポンプの要部拡大断面図である。 本発明の第４実施形態による流体ポンプの要部拡大断面図である。 本発明の第４実施形態におけるリップシールの温度上昇抑制効果を示すグラフである。 本発明の第５実施形態による流体ポンプの要部拡大断面図である。 図８におけるベース部材の正面図である。 本発明の第６実施形態による流体ポンプの要部拡大断面図である。 図１０におけるリップシール及び繊維状部材の斜視図である。 本発明の第７実施形態による流体ポンプの要部拡大断面図である。

符号の説明

１２…ポンプ室、１３…シャフト、１３ａ…シャフト中空部、１６…インペラ、
１７…電動機（駆動手段）、３３…リップシール（シール部材）、
３７…ベース部材（捕捉手段）、３８…繊維状部材（捕捉手段）。

Claims (12)

1. 流体を圧送するインペラ（１６）と、
   前記インペラ（１６）を収納し、前記流体が流通するポンプ室（１２）と、
   前記ポンプ室（１２）の外部に配置され、前記インペラ（１６）を回転させる駆動手段（１７）と、
   前記インペラ（１６）と前記駆動手段（１７）とを連結するシャフト（１３）と、
   前記シャフト（１３）の外周面に配置され、前記流体が前記ポンプ室（１２）から前記駆動手段（１７）側へ洩れることを防止するシール部材（３３）とを備え、
   前記シャフト（１３）の内部には、前記ポンプ室（１２）と連通するシャフト中空部（１３ａ）が形成されることを特徴とする流体ポンプ。
2. 前記シャフト（１３）のインペラ側先端部は、軸受部（３４）に挿入されて回転可能に支持されており、
   前記シャフト中空部（１３ａ）が、前記シャフト（１３）と前記軸受部（３４）との間の隙間を介して前記ポンプ室（１２）と連通することを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。
3. 前記シャフト（１３）の前記インペラ側先端部は前記インペラ（１６）から突出しており、
   前記シャフト（１３）の外周面であって前記突出している部位には、前記シャフト中空部（１３ａ）と前記ポンプ室（１２）とを連通する連通穴（１３ｂ）が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の流体ポンプ。
4. 前記シャフト（１３）の外周面において、前記シール部材（３３）よりも前記インペラ（１６）側に配置され、前記ポンプ室（１２）側から前記シール部材（３３）側に向かう異物を捕捉する捕捉手段（３７、３８）を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の流体ポンプ。
5. 前記シャフト中空部（１３ａ）は、前記捕捉手段（３７、３８）よりも前記インペラ（１６）側の部位において、前記ポンプ室（１２）と連通することを特徴とする請求項４に記載の流体ポンプ。
6. 前記シャフト（１３）の外周面において、前記シール部材（３３）よりも前記インペラ（１６）側に配置され、前記ポンプ室（１２）側から前記シール部材（３３）側に向かう異物を捕捉する捕捉手段（３７、３８）を備え、
   前記シャフト（１３）の外周面であって前記インペラ（１６）と前記捕捉手段（３７、３８）との中間部位には、前記シャフト中空部（１３ａ）と前記ポンプ室（１２）とを連通する連通穴（１３ｂ）が形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。
7. 前記インペラ（１６）には、前記捕捉手段（３７、３８）側を向いて開口するインペラ中空部（１６ｃ）が形成されることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載の流体ポンプ。
8. 流体を圧送するインペラ（１６）と、
   前記インペラ（１６）を収納し、前記流体が流通するポンプ室（１２）と、
   前記ポンプ室（１２）の外部に配置され、前記インペラ（１６）を回転させる駆動手段（１７）と、
   前記インペラ（１６）と前記駆動手段（１７）とを連結するシャフト（１３）と、
   前記シャフト（１３）の外周面に配置され、前記流体が前記ポンプ室（１２）から前記駆動手段（１７）側へ洩れることを防止するシール部材（３３）と
   前記シャフト（１３）の外周面において、前記シール部材（３３）よりも前記インペラ（１６）側に配置され、前記ポンプ室（１２）側から前記シール部材（３３）側に向かう異物を捕捉する捕捉手段（３７、３８）とを備え、
   前記捕捉手段（３７、３８）に形成される空隙部を通じて、前記ポンプ室（１２）と前記シール部材（３３）側の空間とが連通することを特徴とする流体ポンプ。
9. 前記捕捉手段は、前記流体を通過させ前記異物を捕捉する繊維状部材（３８）と、前記繊維状部材（３８）を固定するベース部材（３７）とで構成され、
   前記ベース部材（３７）には、前記シャフト（１３）の径方向に延び、前記繊維状部材（３８）と重合する板状部（３７ａ）が形成され、
   前記板状部（３７ａ）には、前記シャフト（１３）が貫通する貫通穴（３７ｂ）が形成されるとともに、前記シール部材（３３）側の空間と前記ポンプ室（１２）とを連通させる連通穴（３７ｃ）が形成され、
   前記連通穴（３７ｃ）と前記繊維状部材（３８）の空隙部とを通じて、前記ポンプ室（１２）と前記シール部材（３３）側の空間とが連通することを特徴とする請求項８に記載の流体ポンプ。
10. 前記捕捉手段は、前記流体を通過させ前記異物を捕捉する繊維状部材（３８）のみで構成され、
    前記繊維状部材（３８）が前記シール部材（３３）に直接固定され、
    前記繊維状部材（３８）の空隙部を通じて、前記ポンプ室（１２）と前記シール部材（３３）側の空間とが連通することを特徴とする請求項８に記載の流体ポンプ。
11. 流体を圧送するインペラ（１６）と、
    前記インペラ（１６）を収納し、前記流体が流通するポンプ室（１２）と、
    前記ポンプ室（１２）の外部に配置され、前記インペラ（１６）を回転させる駆動手段（１７）と、
    前記インペラ（１６）と前記駆動手段（１７）とを連結するシャフト（１３）と、
    前記シャフト（１３）の外周面に配置され、前記流体が前記ポンプ室（１２）から前記駆動手段（１７）側へ洩れることを防止するシール部材（３３）とを備え、
    前記インペラ（１６）が金属によって形成されることを特徴とする流体ポンプ。
12. 流体を圧送するインペラ（１６）と、
    前記インペラ（１６）を収納し、前記流体が流通するポンプ室（１２）と、
    前記ポンプ室（１２）の外部に配置され、前記インペラ（１６）を回転させる駆動手段（１７）と、
    前記インペラ（１６）と前記駆動手段（１７）とを連結するシャフト（１３）と、
    前記シャフト（１３）の外周側に配置され、前記シャフト（１３）を回転自在に支持するベアリング（２３）とを備え、
    前記シャフト（１３）の内部には、前記ポンプ室（１２）と連通するシャフト中空部（１３ａ）が形成されることを特徴とする流体ポンプ。

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