JP4125985B2

JP4125985B2 - ウォーターポンプ

Info

Publication number: JP4125985B2
Application number: JP2003097439A
Authority: JP
Inventors: 敏丸山
Original assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Apic Yamada Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004301098A

Description

【０００１】
【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

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。