JP4125985B2 - ウォーターポンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、メカニカルシールの周囲に流体を積極的に循環させ、メカニカルシールの温度上昇,流体の異物の堆積、噛み込み、シール部の磨耗等防止し、シール性を長期に亘って良好に維持することができるウォーターポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来よりメカニカルシールが装着されたウォーターポンプが種々存在しているが、ポンプハウジングの吐出孔近傍からメカニカルシールの摺接部にわたって圧力差により吐出流体の一部を引き入れる流路を設けたものが、特許文献1(実開昭62−111994号)に示されている。
【0003】
【特許文献1】
実開昭62−111994号
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1は、メカニカルシールを構成する部材に流路が形成され、該流路を介して、前記メカニカルシールの摺接部における接触面に冷却水を圧力差等を利用して強制的に注入しようとするものである。したがって、摺接部には、常時,冷却水が潤滑剤として供給されるので、摺接部におけるメカニカルシールの動作が極めて良好となるものである。
【0005】
しかしながら、特許文献1が内燃機関の冷却水循環に使用された場合に、その内燃機関内の循環水路における冷却水には、異物が混在していることが多く、流路13,15を介してポンプの吐出流体をメカニカルシールの摺接部に直接的に流すと、その混在する異物をも送り込むことになる。特に、特許文献1は、流路13,15を介してメカニカルシールの摺接部の内部に冷却水を送り込むため、冷却水に混在している異物が摺接部の両摺接面間に食い込み、ひいては摺接面に傷を付け、急激に磨耗し、発熱を低減させる等によりシール能力を劣化させることになる。
【0006】
また、メカニカルシールの摺接部へ直接的に流体を導く流体経路がないものでは、ウォーターポンプのポンプ室におけるインペラ背面側のメカニカルシールのポンプ室の冷却水が淀み状態となり、流体が循環せず、結果として入れ替わりづらくなり、冷却としての役目をはたせず、メカニカルシールの温度が高くなり、異物の堆積、食い込み等が発生するおそれがある。そして、上述したように、メカニカルシールのシール部の磨耗、発熱によりシール性を低下させてしまうおそれがある。本発明の目的は、メカニカルシールに冷却水を送り込み、且つメカニカルシールの摺接部を保護することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そこで発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意,研究を重ねた結果、本発明を、ポンプ室と軸受室とを有し,前記軸受室とポンプ室の吐出路側とを連通する流路が形成されたポンプハウジングと、インペラと、前記ポンプハウジングに装着され,前記ポンプ室と軸受室とを仕切るメカニカルシールとからなり、前記メカニカルシールの摺接部の付近に前記流路の流出口が位置させてなると共に前記ポンプ室には前記流路の流入口の上方且つ近傍箇所に導入壁部が形成されてなるウォーターポンプしたことにより、メカニカルシールの周囲に流体を積極的に循環させ、メカニカルシールの温度上昇,流体の異物の堆積、噛み込み、シール部の磨耗等防止し、シール性を長期に亘って良好に維持することができ、上記課題を解決したものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まずポンプハウジングAには、図1(A)に示すように、ポンプ室1と軸受室2と空隙室3が形成されている。前記ポンプ室1には、吸入路1aと吐出路1bが形成されている。その軸受室2には、インペラ軸12のベアリング外輪が装着されるものであって、円周内壁面を有している。そのポンプ室1と軸受室2との間には、図1(A)に示すように、空隙室3が形成されている。該空隙室3は、前記軸受室2の内径よりも大なる内径を有した扁平円筒状の部屋としたもので、前記軸受室2とは段差状となって連続形成されたものである。
【0009】
前記ポンプ室1の吐出路1b側と、前記空隙室3との間には流路4が形成されている。該流路4は、貫通孔であり、吐出路1b側に送りだされる流体の一部が前記流路4を介して空隙室3に流入するようになっている。その流路4は具体的には、直径の小さいトンネル状としたものである。そして、図2に示すように、流路4の一端がポンプ室1の吐出路1b側における流入口4aとなり、流路4の他端が空隙室3側に位置する流出口4bとなっている。すなわち、前記流入口4aは、図1(A)に示すように、ポンプ室1の底面1c箇所に形成されることになる。
【0010】
また、前記流路4は、図6に示すように、溝形状に形成されることもある。この流路4が溝形状に形成される場合には、その溝の一端が前記吐出路1b側に位置し、他端は前記空隙室3内に連通する。そして、空隙室3内に装着されたメカニカルシールCの摺接部tの周囲に流体を与えることができる。そのメカニカルシールCは、前記軸受室2の軸方向に空隙室3側端部の位置に装着される。そのポンプ室1は、メカニカルシールCのシール部周囲のインペラ背面側と吸入路1aと吐出路1bとが交差するインペラ羽根側とがある。
【0011】
次に、インペラBは、図1(B)に示すように、円板状のインペラベース5を有し、該インペラベース5の中心にボス部5aが形成され、該ボス部5aがインペラ軸に取り付けられてポンプハウジングAに装着される。その円板状のインペラベース5の表面に、複数の羽根片6,6,…が形成されている。該羽根片6,6,…は、流体を吸入路1aから吐出路1bに向けて移動させる役目をなし、通常のポンプ動作を行う部位である。
【0012】
また、インペラベース5の背面側には、複数の攪拌凸部7,7,…が形成されている。各攪拌凸部7は、図1(B)に示すように、平面より見て円弧状,三日月状等の形状となって、インペラベース5の背面側より膨出形成されたものである。該攪拌凸部7,7,…は、前記インペラベース5の背面に円周状の列をなして所定間隔をおいて形成されている。さらに、攪拌凸部7,7,…は、図7(A),(B)に示すように、インペラベース5の外周端に切欠が形成され、該切欠に段差を設けるようにして攪拌凸部7が形成されることもある。前記攪拌凸部7の先端は、ポンプ室1の底面に対して近接した状態となるようにしてインペラ軸12を介して装着されている。
【0013】
本発明の第2タイプとして、図3に示すように、攪拌凸部7,7,…列は、前述したように、ポンプ室1の底面に近接する位置となるようにインペラベース5に形成されるとともに前記空隙室3の領域内に位置するように攪拌凸部7,7,…列が形成されることもある。この場合には、空隙室3内に流入した流体を攪拌することができる。その攪拌凸部7,7,…は、インペラBを樹脂材、アルミニュウム合金材、鋳鉄材などを溶融して成形型にてインペラを成形する際に容易に形成される。また、金属板材などをプレス成形にてインペラを成形する際にも容易に形成される。
【0014】
次に、メカニカルシールCは、ポンプハウジングA側に固定されるシートリング部10と、インペラ軸12側に装着され,該インペラ軸12と共に回転する従動リング部11とから構成されるものである。そして、シートリング部10と従動リング部11とが適正な圧力にて接触し、シール構造を構成している。前記シートリング部10は、外周固定面10aを有しポンプハウジングAの軸受室2における空隙室3側の軸方向端部箇所に装着される。
【0015】
またシートリング部10には、固定リップ10bが設けられている。一方の従動リング部11には、内周固定面11aを有し,インペラ軸12に装着される。また従動リング部11には、回転リップ11bが設けられており、前記シートリング部10の固定リップ10bと、従動リング部11の回転リップ11bとが接触する。この両者の接触箇所を摺接部tと称する。
【0016】
該摺接部tは、前記空隙室3に位置するようにして、メカニカルシールCがポンプハウジングAに装着される。そして、前記流路4から空隙室3に流体が送り込まれ、その摺接部t周辺を循環し、摺接部tの潤滑,温度上昇の防止等を行うものである。また、流体は摺接部tを循環するものであり、摺接部tの固定リップ10bと回転リップ11bとの間に流体内の異物が入り込むことはない。さらに前記インペラベース5の背面側に形成された攪拌凸部7,7,…により、空隙室3内に流入した流体を攪拌し、より一層、高速なる循環を行い、メカニカルシールCの作動による温度上昇を抑えることができる。
【0017】
本発明の第3タイプとしては、図4に示すように、ポンプハウジングAに前記空隙室3のように、軸受室2の内径よりも大なる内径を有するのは形成されず、軸受室2とポンプ室1のみから構成されたものである。前記メカニカルシールCは、軸受室2における軸方向のポンプ室1側端に装着されるもので、前記流路4は、ポンプ室1の吐出路1b側箇所と軸受室2におけるメカニカルシールCの摺接部t箇所とを連通するようにして形成されている。このタイプでは、メカニカルシールCの摺接部tには、前記空隙室3のように比較的大なるスペースが存在しないので、ポンプハウジングAの軸受室2の外周部分に余分な突起部位が形成されず省スペース化を実現できる。図5は、本発明の第4タイプを示すものであって、インペラBに攪拌凸部7,7,…が形成されないタイプである。
【0018】
上記種々のタイプにおいて、前記ポンプ室1には前記流路4の流入口4aの上方且つ近傍箇所に導入壁部8が形成される実施形態も存在する。さらに、具体的には、その導入壁部8は、ポンプ室1の吐出路1b側に形成され、ポンプ室1の底面1cに対して略直角な壁面である。或いは前記インペラ軸12の軸方向に対して略直角な壁面でもある。なお、ここで流入口4aの上方とは、図1(A)において吐出路1b側を上方として見た場合である。この導入壁部8は、前記インペラBの羽根片6,6,…によって吐出路1b側に送り出される流体の一部をせき止めつつ前記流路4の流入口4aへ流体を積極的に導入させ、前記空隙室3への流体の循環をさらに良好にする役目をなすものである。
【0019】
この導入壁部8には複数のタイプが存在し、その第1タイプでは、図8(A)に示すように、前記ポンプ室1の底面1cから突出形成された突起体8aとしたものである。該突起体8aは、突起壁面8a1 を有しており、該突起壁面8a1 は、前記底面1cに対して直角(略直角も含む)壁面となるように形成されている。その突起壁面8a1 は、図8(B)〔図8(A)のX1 −X1 矢視図〕に示すように平坦状面8a11として形成されたり、或いは図8(C)に示すように、弧状壁面8a12として形成される。
【0020】
前記突起壁面8a1 を平坦状面8a11とした場合には、流入口4aに向かう吐出流体の流線と前記平坦状面8a11とが略直角となるように設定される。また、その突起壁面8a1 が弧状面8a12とした場合には、その形状は、円弧又は三日月形状等であり、前記流入口4aを上方側にて包囲するようにして形成される。そして、その弧状面8a12は、吐出流体の一部がせき止められ且つはね返されてその流線が前記流入口4aに集中する形状とすることが好ましい。
【0021】
その導入壁部8の第2タイプでは、図9(A)に示すように、前記ポンプ室1の底面1cからさらに凹み部8bが形成され、該凹み部8bの内周側壁の一部を導入内壁面8b1 としたものである。前記凹み部8bは、前記流入口4aの周囲が前記底面1cに一段深くなるように形成されたものであり、その流入口4aは図9(A)に示すように凹み部8bの小底面8b2 内に位置している。そして、前記導入内壁面8b1 が、図9(B)〔図9(A)のX2 −X2 矢視図〕に示すように平坦状面8b11として形成されたり、或いは図9(C)に示すように、弧状壁面8b12として形成される。
【0022】
前記平坦状面8b11の場合には、前記流入口4aに向かう吐出流体の流線と前記平坦状面8b11とが略直角となるように設定される。また、その導入内壁面8b1 を弧状面8b12とした場合には、その形状は、円弧又は三日月形状等であり、前記流入口4aを上方側にて包囲するようにして形成される。そして、その弧状面8b12は、吐出流体の一部がせき止められ且つはね返されて、その流線が前記流入口4aに集中する形状とすることが好ましい。
【0023】
次に、本発明におけるウォーターポンプの動作について説明する。まず、ポンプハウジングAは、ポンプ室1と軸受室2とを有しており、該軸受室2とポンプ室1の吐出路1b側とが流路4にて連通される。ポンプハウジングAのポンプ室1と軸受室2とを仕切るようにメカニカルシールCが装着される。このメカニカルシールCの摺接部tの付近に前記流路4の流出口4bが位置しており、ポンプ動作とともに、そのポンプ室1の吐出路1b側から流体の一部が流路4を介して、メカニカルシールCの摺接部t付近に送り込まれ、摺接部tを流体が循環し、該流体による冷却及び潤滑が行われる。
【0024】
さらに、前記ポンプ室1と軸受室2との間に前記軸受室2よりも内径が大となる空隙室3が形成されることで、前記メカニカルシールCの摺接部tの周囲の流体量を増加させることができ、冷却性及び潤滑性がさらに向上する。また、前記インペラBは背面側に攪拌凸部7,7,…が形成されることで、摺接部tの周囲に送り込まれた流体の循環を良好にすることができ、さらに、前記攪拌凸部7,7,…は、前記空隙室3領域内に形成されることで、空隙室3内に送り込まれた流体をより一層強力に攪拌し、冷却性及び潤滑性をさらに向上させる。
【0025】
【発明の効果】
請求項1の発明は、ポンプ室1と軸受室2とを有し,前記軸受室2とポンプ室1の吐出路1b側とを連通する流路4が形成されたポンプハウジングAと、インペラBと、前記ポンプハウジングAに装着され,前記ポンプ室1と軸受室2とを仕切るメカニカルシールCとからなり、前記メカニカルシールCの摺接部tの付近に前記流路4の流出口4bが位置させてなると共に前記ポンプ室1には前記流路4の流入口4aの上方且つ近傍箇所に導入壁部8が形成されてなるウォーターポンプとしたことによりメカニカルシールCのシール性を長期に亘って良好に維持し、ひいてはウォーターポンプの耐久性を向上させることができる。
【0026】
上記効果を詳述すると、ポンプハウジングAにおいて、前記軸受室2とポンプ室1の吐出路1b側とを連通する流路4が形成され、該流路4の流出口4bがメカニカルシールCの摺接部tの付近に位置するので、その摺接部tの周囲にはウォーターポンプの作動とともに流体が積極的に送り込まれ且つ循環させることができるので、メカニカルシールCの温度上昇を防ぎ、流体の異物の堆積、噛み込みを防ぐことができる。
【0027】
また、前記摺接部tの周囲に流体を送り込むのみで、摺接部tの内部にまで流体が強制的に浸入するものではないので、摺接部tに異物が食い込むことを防止できる。またメカニカルシールCの摺接部tの磨耗、発熱を防ぎ、シール性を長期に亘って良好に維持することができる。さらに、メカニカルシールCの冷却性を良好にでき、ウォーターポンプの耐久性を向上させることができる。
【0028】
さらに、請求項1において、前記ポンプ室1には前記流路4の流入口4aの上方且つ近傍箇所に導入壁部8が形成されてなるウォーターポンプとしたことにより、インペラBからの吐出流体を流路4の流入口4aに積極的に導入させることができる。すなわち、前記導入壁部8は、前記インペラBの羽根片6,6,…によって吐出路1b側に送り出される流体の一部をせき止め且つ前記流路4の流入口4aへ流体を積極的に導入させることができ、これによって、前記空隙室3への流体の循環をさらに良好にすることができるものである。
【0029】
請求項2の発明は、請求項1において、前記ポンプ室1と軸受室2との間に前記軸受室2よりも内径が大となる空隙室3が形成され、前記流路4は前記空隙室3と前記ポンプ室1とを連通するものとし、前記メカニカルシールCの摺接部tは前記空隙室3に位置させてなるウォーターポンプとしたことにより、メカニカルシールCの摺接部tの周囲の流体の量を増加させ、潤滑性及び冷却性をより一層向上させることができる。すなわち、メカニカルシールCの装着箇所における摺接部tの周囲は、前記軸受室2よりも内径が大なる空隙室3が存在しているので、より一層大量の流体を摺接部tの周囲に取り込むことができる。これによって、摺接部tの周囲の潤滑性及び冷却性がより一層向上するものである。
【0030】
請求項3の発明は、請求項1又は2において、前記インペラBは背面側に攪拌凸部7,7,…が形成されてなるウォーターポンプとしたことにより、メカニカルシールCの摺接部tの周囲に送り込まれる流体の循環効率を向上させることができる。すなわち、流路4により、摺接部tの周囲に送り込まれた流体は、インペラBの背面の攪拌凸部7,7,…により流体が攪拌され、インペラBの背面とポンプ室1との間から排出される。これによって、摺接部tの周囲に送り込まれた流体の循環速度を極めて高速とすることができ、メカニカルシールCの冷却性及び潤滑性を最良な状態にすることができる。
【0031】
請求項4の発明は、請求項3において、前記攪拌凸部7,7,…は、空隙室3領域内に形成されてなるウォーターポンプとしたことにより、軸受室2よりも内径の大なる空隙室3に流れ込む流体が、該空隙室3内にて攪拌凸部7,7,…により攪拌されることになり、空隙室3内における流体の潤滑性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明の第1タイプの縦断側面図
(B)は本発明の第1タイプにおけるインペラ背面図
(C)はインペラの要部斜視図
【図2】本発明の拡大作用図
【図3】(A)は第2タイプの要部縦断側面図
(B)は第2タイプにおけるインペラ背面図
【図4】本発明の第3タイプの要部縦断側面図
【図5】本発明の第4タイプの要部縦断側面図
【図6】溝形状に形成された流路の拡大作用図
【図7】(A)は攪拌凸部がインペラベースの外周端に切欠として形成されたインペラを備えた要部縦断側面図
(B)は(A)のインペラの要部斜視図
【図8】(A)は流路の流入口の上方且つ近傍箇所に第1タイプの導入壁部が形成された要部縦断側面図
(B)は(A)のX1 −X1 矢視図
(C)は第1タイプの導入壁部を湾曲状壁とした要部斜視図
【図9】(A)は流路の流入口の上方且つ近傍箇所に第2タイプの導入壁部が形成された要部縦断側面図
(B)は(A)のX2 −X2 矢視図
(C)は第2タイプの導入壁部を湾曲状壁とした要部斜視図
【符号の説明】
A…ポンプハウジング
B…インペラ
C…メカニカルシール
T…摺接部
1…ポンプ室
1b…吐出路
2…軸受室
3…空隙室
4…流路
4b…流出口
7…攪拌凸部
Claims (4)
- ポンプ室と軸受室とを有し,前記軸受室とポンプ室の吐出路側とを連通する流路が形成されたポンプハウジングと、インペラと、前記ポンプハウジングに装着され,前記ポンプ室と軸受室とを仕切るメカニカルシールとからなり、前記メカニカルシールの摺接部の付近に前記流路の流出口が位置させてなると共に前記ポンプ室には前記流路の流入口の上方且つ近傍箇所に導入壁部が形成されてなることを特徴とするウォーターポンプ。
- 請求項1において、前記ポンプ室と軸受室との間に前記軸受室よりも内径が大となる空隙室が形成され、前記流路は前記空隙室と前記ポンプ室とを連通するものとし、前記摺接部は前記空隙室に位置させてなることを特徴とするウォーターポンプ。
- 請求項1又は2において、前記インペラは背面側に攪拌凸部が形成されてなることを特徴とするウォーターポンプ。
- 請求項3において、前記攪拌凸部は、空隙室領域内に形成されてなることを特徴とするウォーターポンプ。
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